JP6794205B2

JP6794205B2 - 次亜塩素酸気化装置

Info

Publication number: JP6794205B2
Application number: JP2016190273A
Authority: JP
Inventors: 義久石井
Original assignee: 義久石井
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2016-09-28
Publication date: 2020-12-02
Anticipated expiration: 2036-09-28
Also published as: JP2018053309A

Description

本発明は、塩化カルシウム及び／又は塩化マグネシウム水溶液を電気分解し、生成した次亜塩素酸を気化し、次亜塩素酸の酸化力により、トイレ、生ごみ箱周囲、室内の消臭除菌などに使用するための、次亜塩素酸の気化装置に関するものである。

従来、トイレ、生ごみ箱周囲、室内の消臭などには芳香系消臭剤が使われていた。また、芳香臭の残留を嫌う場所では活性炭、ゼオライトなどにより吸着し消臭していた。また、次亜塩素酸の強い酸化消臭力を利用し、食塩等の塩化物塩水溶液を電気分解し、生成した次亜塩素酸を噴霧器等で噴霧し、もしくは気化促進材で気化して消臭していた。

容器に次亜塩素酸水溶液を入れ、吸水性のある気化促進材に次亜塩素酸水溶液を含浸させ、ファンによって前記気化促進材に送風し、この気化促進材に含浸させた次亜塩素酸水溶液を前記ファンの送風によって気化させる装置が考案されている（特許文献１、特許文献２）。また、超音波加湿器に次亜塩素酸水溶液を入れ噴霧する装置が知られている（特許文献３）。また有隔膜電解と無隔膜電解を組み合わせ、陽極を有する槽を略中性として次亜塩素酸比率を高め、次亜塩素酸を気化させる装置が知られている（特許文献４）。

特開２００２−３４９９１３号公報特開２０１４−１９０６６０号公報登録実用新案第３１５４１９２号公報特開２０１４−１４４０３１号公報

前記特許文献１〜３の発明は室内空気の加湿または空気質浄化を本来の目的とするものであり、大量の水を噴霧もしくは気化するため、液の補充が頻繁に必要であった。部屋が高湿度な場合には更なる加湿により過加湿となり困ることがあった。大量の次亜塩素酸水溶液または水を貯蔵するため、送風ファン、気化促進材などを設けるため大型で複雑な構造となっていた。特許文献４の発明は２槽となっており、より一層の小型化、低廉化が難しかった。

本発明の目的は、このような従来の構成が有していた問題を解決しようとするものであり、塩素ガス発生の無い、人のいる所でも使用できる、安全、小型、簡易で、低廉な液補充頻度の少ない、生成液のＰＨおよび次亜塩素酸濃度を簡易に制御し、消臭除菌に供する次亜塩素酸を気化する次亜塩素酸気化装置を提供することである。

本発明の次亜塩素酸気化装置は、塩化カルシウム及び／又は塩化マグネシウムの水溶液と該水溶液を入れる電解槽と、該電解槽内に付設した陰陽電極と、該電解槽内気相部に設けられた大気へ通じる開口部と、陰陽電極に接続し電解電流を制御する電流制御回路を有し、電解により陰極面等に水酸基を含む難溶性沈殿物を析出させ、電解液を略中性化（水道水質基準値ＰＨ5.8〜ＰＨ8.6を中性付近と呼ぶことが多いが、ここでは概略ＰＨ5.5〜ＰＨ9を略中性と定義する。）し、次亜塩素酸比率を高め、次亜塩素酸を気化するものである。

第２の発明の次亜塩素酸気化装置および方法は、前記装置より求めた電解電流量（ｍＡ）と次亜塩素酸気化量（ｍｇ/ｈ又はｐｐｍなど）の相関関係と、必要次亜塩素酸気化量から必要電解電流量を求め設定することにより、必要量の次亜塩素酸を気化するものである。

第３の発明の次亜塩素酸気化装置は、電解電流値を増減し、または定電解電流を入り切りし、前記電解電流量の時間的平均値を増減して次亜塩素酸気化量を制御するものである。

第４の発明の次亜塩素酸気化装置は、前記電解槽開口部に該電解槽内と大気を区分する気体透過膜を付設したものである。

本発明は以下に記載するような効果を奏する。本発明では、電解により陰極面等に水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムを含む固形物を析出させることにより、電解液を略中性化し、電解液中の次亜塩素酸比率を高め、次亜塩素酸を気化する。塩素イオンの電気分解により生じた塩素はＣＬ2，ＨＣＬＯ，ＣＬＯ−が平衡状態にあるが、本発明方法では大きく酸性側に傾くことが無く、人や物に有害な塩素ガスの気化を抑制することができる。電解槽の開口部を通して次亜塩素酸ガスが外気中へ拡散し、酸化力により、外気中の臭気成分と反応して消臭し、周囲空間、壁面等に居るウイルス・細菌類の感染・繁殖力を抑制する。ゴキブリ等の発する生殖フェロモン等を酸化分解することにより、繁殖を抑制する。また、超音波噴霧器や気化促進体を持つ従来気化装置に比べ、次亜塩素酸／水の気化比率を高めることが出来、減水量を大幅に抑え給水間隔を大幅に広げることができる。更に、塩化カルシウム、塩化マグネシウムは潮解性があり、水溶液は外気湿度と吸水平衡し、水の補給もせずに長期間連続使用することが出来る。使用する電流は多くの場合１ｍＡ前後なので単一電池を使用しても３〜５ヶ月使用できる。これにより、液の補充頻度を大幅に減らし、不要な加湿のない、低廉な小型で簡易構造の消臭除菌に好適な次亜塩素酸気化装置を提供することができる。

これにより、容易に安全に、次亜塩素酸を生成し、気化させ、トイレ、生ごみ、室内の消臭除菌、ゴキブリの繁殖防止などに利用することが出来る。

本発明の第１の実施の形態に係る次亜塩素酸気化装置の1実施例の模式図である。本発明の第２の実施の形態に係る次亜塩素酸気化装置の１実施例の模式図である。本発明の第１、２の実施の形態に係る次亜塩素酸気化装置により得られた電解電流ｍＡと気化した次亜塩素酸濃度ｐｐｍの関係を表す図である。

以下、本発明を実施するための第１の実施の形態について、図１に基づいて詳細に説明する。本発明では、塩化カルシウム及び／又は塩化マグネシウム（以下、塩化カルシウム等と呼称する。）水溶液を入れた電解槽Ａにそれぞれ導電材２１、２２の付いた不溶性の電解用陽極１１、陰極１２を入れ、導電材２１、２２に電流制御回路Ｂから直流電流を流して次亜塩素酸を生成する。電気分解により陰極に引き付けられたカルシウムイオン及び／又はマグネシウムイオン（以下、カルシウムイオン等と呼称する。）は陰極で発生した水酸基と反応し、難溶性の水酸化カルシウム及び／又は水酸化マグネシウムの沈殿物を陰極面周囲に析出させる。陰極面周囲に析出した水酸化カルシウムは厚みを増すにつれて剥離欠落し、微細粒子となって液中に拡散浮遊する。陰極面周囲に析出した水酸化マグネシウムは一部が剥離欠落し、微細粒子となって液中に拡散浮遊すると共に、多くは陰極面周囲及び電解槽Ａの容器３底面に析出し蓄積する。これら析出物中には大気中の炭酸ガスの吸収により炭酸塩が含まれる。陰極で生成した水酸基がカルシウムイオン等と難溶性の沈殿物を生成し、沈殿物内に拘束されるため、電解液は略中性となる。大気中から吸収される炭酸ガスも水酸基と中和反応し、複合難溶性塩を生成し、電解液の略中性化に寄与する。電解槽内に浮遊もしくは付着している水酸基を含む沈殿物は電解液に対する再溶解速度が遅く、このことが液を略中性にしている一因と思われる。陽極で生成した塩素は直ちに電解液に溶け込み、液のＰＨに相応した濃度の次亜塩素酸を生成する。生成した次亜塩素酸は気化し、Ａ槽の開口部７を通して外気中へ拡散して行き、外気中の臭気成分を消臭し、細菌、ウイルスを不活化する。Ｗは塩化カルシウム等水溶液の水位である。

次に本発明を実施するための第２の実施の形態について、主に図１と異なる部分について図２に基づき詳細に説明する。電解槽Ａ上部気相部に、大気中からの塵埃などの混入を防ぐため、気体透過膜４が設けられている。気体透過膜は放出する次亜塩素酸ガスとアルカリ中和に供する大気中炭酸ガスの通路のため気体透過性が求められる。取り付け位置は電解槽Ａ上部気相部と大気を仕切る位置に有れば良く、通常は電解槽Ａの容器３上部に設けられる。５は下端を電解液６内に、上部を気相内に立ち上げられた気化促進材である。気化促進材５は気液界面を増大し、次亜塩素酸の気化、炭酸ガスの吸収を促進し、電解液中の残留塩素濃度を減少させＰＨを略中性化するので、より小型化が可能となる。

次に使用材料について説明する。陽極１１にはチタン基材に酸化イリジウム被膜を形成したものを使用しているが、塩素過電圧の低いものであれば他の不溶性電極であっても良い。陽極の電流密度は特に制限はないが、耐久性の点から２ｍＡ／５０ｍｍ２以下が望ましい。陰極１２には不溶性電極であればとくに制限はないが、チタン薄板を使用している。陰極面積は析出物付着の影響を小さくするため、２ｍＡ／１００ｍｍ２以下にするのが望ましい。陽極導電材２１、陰極導電材２２はチタンなどの不溶性の材料が適している。定電流装置には特に制限はないが、定電流ダイオードが安価で利用できる。本発明に於ける定電流は一定時間内における平均電流を意味し、一定時間内に於いて変動もしくは間歇することは平均電流が一定であれば妨げにならない。電解電流に変化があっても電解液中の残留塩素濃度、ＰＨにすぐに変化が現れるものでは無く、変化が現れる前の時間内であれば電解電流に変化があっても構わない。電流オンオフタイマーを用いると容易に平均電流を増減することができる。

電解槽容器３の材質はポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＰＳ樹脂、ＰＥＴ樹脂などの汎用材料が使用できるが他の次亜塩素酸耐食素材であっても良い。気体透過膜４にはポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＥＴ樹脂などの不織布、布が使用できる。気化促進材５はポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＰＥＴ樹脂などの不織布、布、薄板が使用できる。使用材料については入手し易い安価なものを示したが、耐久性等を確認し、他の材料を使用しても差し支えない。次亜塩素酸水溶液からの次亜塩素酸の気化は外力のない自然気化で行なうことができるが、送風、バブリングなど強制気化を行なうと空間容積当たりの気化量の高能力化ができる。

次に実施例について説明する。図１に示した装置の天面部に気体透過膜４を付設した装置を用い、表1に示すように条件を変えて試験を行い、電解電流量と次亜塩素酸気化量の相関関係の結果を得た。室温25〜32℃。次亜塩素酸気化装置からの次亜塩素酸気化量はポリプロピレン製27ｃｍｘ17ｃｍｘ17ｃｍの蓋つきボックスに送風口、配線口、排気口兼検知管測定口を設け、送風口と排気口を対角に配置した装置により測定した。送風にはジェックス株式会社1000ＳＢを水置換法で流量確認して用いた。試験容器内換気量は連続運転０．８Ｌ/分とした。次亜塩素酸濃度が低い場合には、５秒オン-２５秒オフの間歇運転とし、測定値に１／６を乗じて０．８Ｌ/分に換算し表記した。ＰＨは堀場製作所製Ｂ−２１１、残留塩素は柴田科学製ＡＱ-１０２、塩素ガス及び次亜塩素酸ガスは光明理化学工業製検知管１０９Ｕ、１０９ＳＡ、１０９ＳＢで測定した。塩素ガス検知管１０９ＳＡ、１０９ＳＢの指示薬であるオルトトリジンは水溶液中でＣＬ2、ＨＣＬＯに等価の変色反応を示し、また、塩素ガス検知管１０９Ｕは大気中で塩素ガス検知管１０９ＳＢとほぼ等価の変色反応を示すことが確認できたのでこれを用いた。

横軸を時間平均電流ｍＡ、縦軸をｐｐｍ（0.048ｍ3/Ｈ通風したときのｐｐｍ）で表したときの各塩電解液について、電解電流ｍＡと次亜塩素酸気化量ｐｐｍの相関関係を図３に示す。塩化カルシウム水溶液、塩化マグネシウム水溶液について、図３から電解電流と次亜塩素酸気化量は良い相関関係を示すことが明らかとなった。塩化ナトリウム水溶液については、発生効率ｐｐｍ/ｍＡが小さく、ｍＡ-ｐｐｍ相関も良くない。

次亜塩素酸を必要とする空間容積、例えば８畳間33ｍ3（3.3ｍ2ｘ4ｘ2.5ｍ）、換気回数10回／Ｈ、必要濃度0.002ｐｐｍとすれば、必要次亜塩素酸気化量は0.66ｍ3・ｐｐｍ／Ｈである。これを0.048ｍ3/Ｈで割って得られた13.8ｐｐｍに対応する電解電流ｍＡを図３から読み取る。塩化カルシウム電解液では2.1ｍＡを得る。図に無い場合は式から求めて良い。一般家庭のキッチン生ゴミ臭は電解電流2ｍＡ程度で支障の無い状態に維持できる。また、ゴキブリの繁殖を防止できる。広い空間では、大きな電解電流が必要となるが、容器、界面面積、電極面積等を大きくするか、本気化装置を複数に小分けして対応する。数を増やす方が拡散距離を短く取れるのでより良い。寝室などの閉鎖空間では、換気回数が少ないので濃度変化が起きやすく、また濃度が0.002ｐｐｍを越えると喉に違和感・痛みを感じる人がいるので注意を要する。６畳間23.8ｍ3（3.3ｍ2ｘ3ｘ2.4ｍ）、換気回数0.5回／Ｈ、必要濃度0.0015ｐｐｍとすれば、必要次亜塩素酸気化量は0.018ｍ3・ｐｐｍ／Ｈである。図３で読み取るため0.048ｍ3／Ｈで割ると気化濃度は0.37ｐｐｍ、必要電解電流は相関式から塩化カルシウム電解液では約0.2ｍＡとなる。体臭から来る室内臭はこの程度の次亜塩素酸気化量で除去できる。

電解電流量と次亜塩素酸気化量の相関関係は電解液溶質成分、溶質濃度、イオン比率などに左右されるので、実際に使用する形状、容量、溶質、濃度で相関関係を確認して置くことが望ましい。長期電解により塩素イオンが消費され、塩素イオン濃度が低下すると次亜塩素酸発生効率が落ちる為、長期間使用する場合には、次亜塩素酸が気化しても塩素イオン濃度の減少が大きくならない様、電解電流値から初期塩量を概算し多めに設定しておくと良い。理論上の減少量は2ｘ96500クーロン=2mAx1117日ではＣａＣＬ2・2Ｈ2Ｏ147ｇである。

次亜塩素酸気化装置の電解電流量の設定は必要濃度、空間容積、換気回数などから推定するが、計算値から求められる能力のものより大きい能力の定電流ダイオードを選んで置き、オンオフタイマーなどを用い、平均電流可変としておくと、使用箇所の実態に合わせて使用濃度を変えられるので好ましい。あらかじめ平均電解電流量を変えられる機能を付設し、電解電流量と次亜塩素酸気化量の相関関係検量線を求めて置き、実情に合わせて変化させると容易に次亜塩素酸ガス発生量を必要濃度に変えられる。電解液のＰＨ、残留塩素濃度は液量、気液界面面積、平均電流などにより大きく変化するが、転倒、漏出を配慮すると残留塩素濃度1500ｍｇ/Ｌ未満にすることが望ましい。ここでは定電流ダイオード、オンオフタイマーを用いる例を示してきたが、他の方法で電解電流量制御をしても本発明を免れない。電解電流に可変機能が無く、次亜塩素酸生成量が一定であっても本発明を免れるものではない。電解液は一成分に限らず、塩化カルシウム、塩化マグネシウムを混合して用いても良く、塩化ナトリウム、塩化カリウムなど他の塩を混入させても本発明を免れるものではない。

本発明の次亜塩素酸気化装置は、小型で単純構造であり、大量生産が容易にできるので安価で供給できる。長期間消臭除菌に必要な量の次亜塩素酸を生成し開口部から気化し続けるのでトイレ、生ごみ箱周囲、介護汚物室など狭い空間の消臭除菌、ゴキブリ繁殖抑止への利用に好適である。

Ａ、・・・電解槽、Ｂ・・・電流制御回路、１１・・・陽極、１２・・・陰極、２１・・・陽極導電材、２２・・・陰極導電材、３・・・容器、４・・・気体透過膜、５・・・気化促進材、６・・・電解液、７・・・電解槽開口部

Claims

塩化カルシウム及び／又は塩化マグネシウムの水溶液と該水溶液を入れる単一の電解槽と、該電解槽内に付設した陰陽電極と、該電解槽内気相部に設けられた大気へ通じる開口部と、陰陽電極に接続し電解電流を制御する電流制御回路を有し、電解により水酸基を含む難溶性沈殿物を析出させ、電解液を略中性化することを特徴とする次亜塩素酸気化装置。
前記電解槽開口部に該電解槽内と大気を区分する気体透過膜が付設されていることを特徴とする請求項１に記載の次亜塩素酸気化装置。