JPWO2009128297A1 - 活性酸素生成装置、加湿器及び加湿器付き空気清浄機 - Google Patents

Abstract

空気中の酸素を補給しつつ活性酸素を効率よく、連続的に生成することができる小型の活性酸素生成装置を提供する。陽極３と導電性高分子４ｂを含む基材４ａからなる陰極４との間に水を介在させ、前記陽極３と前記陰極４間を通電させることで前記導電性高分子４ｂが前記水に溶存している酸素を還元して活性酸素を生成する活性酸素生成装置において、前記陰極４は、一部の表面が水面上に突出した状態で、水平な導電性回転軸６を中心に回転可能に設けられている。

Description

本発明は、活性酸素生成装置に関し、特に活性酸素を効率よく、連続的に発生する手段を簡易な構造で実現することができる活性酸素生成装置に関するものである。

従来より、水中に存在する有害な微生物や雑菌を殺菌するための活性酸素を生成する手段として、放電や、光触媒を用いる方法などが知られている。しかし、前者の放電方式は電力量が多いことや高電圧入力に対する安全性の確保が必要なことなどの問題点があった。また、後者の光触媒方式は効果が得られるためには紫外線の光源を必要とし、装置が大型化することや、人体に対して照射されると有害であるという問題点があった。また、水中で電気を用いた電気分解により活性酸素を生成する手段も見受けられるが、副生成物として水素や塩素が発生し、爆発するおそれがあったり、刺激臭が発生したりするなどの問題点があった。このような問題点を解決する手段として、陽極と活性酸素発生能を有する導電性高分子（以下、導電性高分子として記す）を担持させた陰極との間に通電させることによって活性酸素を発生させる手段が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１０−９９８６３号公報（請求項１、請求項９、図１）

例えば、ポリアニリンなどの導電性高分子は、酸化還元反応の反応性に優れており、該導電性高分子から水中の溶存酸素へ電子が供与され、酸素を還元して活性酸素を生成する。このような酸化還元能を有するポリアニリンに電気的に還元電位を与えて連続的に電子供給を行えば水中で活性酸素が生成され続けることとなる。しかし、水中の溶存酸素量は限られており、溶存酸素の消費とともに活性酸素の生成量も減少する。また、長期間の使用に際しても、導電性高分子表面に不純物などが付着することにより活性酸素の生成量が減少する。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、空気中の酸素を補給しつつ活性酸素を効率よく、連続的に生成することができる小型の活性酸素生成装置を提供することを目的とする。

本発明に係る活性酸素生成装置は、陽極と導電性高分子を含む基材からなる陰極との間に水を介在させ、前記陽極と前記陰極間を通電させることで前記導電性高分子が前記水に溶存している酸素を還元して活性酸素を生成する活性酸素生成装置において、前記陰極は、一部の表面が水面上に突出した状態で、水平軸を中心に回転可能に設けられているものである。

本発明の活性酸素生成装置は、導電性高分子を含む基材からなる陰極が回転することにより該陰極の上部に水膜ができるので、該水膜と大気の界面から大気中の酸素を取り込むことができる。そのため、大気中の酸素を積極的・連続的に補給しつつ導電性高分子から供与される電子と反応して活性酸素を効率よく、連続的に生成することができる。

本発明の実施の形態１における活性酸素生成装置の側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態１における水中の溶存酸素向上手段である回転子を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２における活性酸素生成装置の側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。 本発明の実施の形態３における活性酸素生成装置の側面図（ａ）及び正面図（ｂ）である。

符号の説明

１ 水槽、２ 水、３ 陽極、４ 陰極、４ａ 導電性基材、４ｂ 導電性高分子、５ 直流電源、６ 回転軸、６ａ 支持軸、７ 突起部、７ａ 棒状突起、７ｂ 円板、７ｃ 羽根、８ 回転子。

実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１（ａ）は本発明の実施の形態１における活性酸素生成装置の側面図、（ｂ）はその正面図である。
この活性酸素生成装置は、水槽１と、水槽１の水２に一部または全部が浸漬するように設置された陽極３と、導電性高分子４ｂを含む基材４ａからなり、陽極３との間に所定の間隔を隔てて対向配置された陰極４と、陽極３と陰極４に接続される電池等の直流電源５とを備え、陽極３と陰極４間を通電させることで導電性高分子４ｂが両電極間に介在する水２に溶存している酸素を還元して活性酸素を生成するようになっている。すなわち、陰極３の表面に含有されている導電性高分子４ｂにより、水中に溶存している酸素へ電子が供与され、スーパーオキシド、ヒドロキシラジカル、過酸化水素などの活性酸素が生成される。
ここで、本実施の形態１では、陽極３は、複数の方形状の導電板を櫛歯状に連結したものからなり、陰極４は、円板状の導電性基材４ａの表面に導電性高分子４ｂを塗布、接着、あるいは含浸させるなどして担持させたもので、複数の円板状の導電性基材４ａの中心に導電性の回転軸６を挿通して相互に結合された構成となっている。そして、各円板状の陰極４は、櫛歯状の陽極３の間に介在するように配置され、かつ陰極４の下部は水面下に埋没し、上部は水面上に突出するように配置されている。

このため、陰極４を回転軸６を中心に回転させたときに、陰極３の表面に水膜が形成されるので、該水膜と大気の界面から酸素が連続的に取り込まれることになる。つまり、水中への酸素の補給が可能となる。このとき、水面から突出している陰極４の上部には常時水膜が形成されているので、該水膜が乾燥しないように陰極４の回転速度を調整する。
また、活性酸素の生成量は水中に浸漬している面積に依存するので、浸漬している面積は大きい方がよく、浸漬している部分は必ず回転により大気に暴露される構造とすることが望ましい。

このように、導電性の回転軸６を陰極４との通電部とすることで、陰極４と通電部との接点が摺動部を有さないことから、回転による接点部の磨耗の心配がない。また、回転の中心を通電部とすることで、回転による配線のねじれも考慮する必要がなくなる。その上、回転するのは陰極４のみで、陽極３は分離して水中に浸漬する構造とすることにより、配置の自由度が増し、配線及び通電方法が容易となる。

上記陰極４に用いる導電性高分子４ｂは、一般に知られている、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリチオフェン、及びポリアセチレンの中から少なくとも１つの材料を選んで使用するものとする。また、基材４ａは抵抗値が低いほどよく、表面抵抗値は１０−³〜１０³Ω／□であることが好ましい。本活性酸素生成装置は水中で電気分解がほとんど生じない程度の微小電圧を印加するため、表面抵抗値が高いと電極の通電部分から最も離れた箇所では電圧降下が大きく、ほとんど電圧が印加されないことになる。このとき、Ω／□は表面抵抗値であり、測定対象物の表面１ｃｍ²における抵抗値を示すものである。

さらに、陰極４の表面に大気が積極的に当たるように、送風手段（図示せず）を設けることが好ましい。陰極表面に大気が送風されることで、陰極表面に形成されている水膜へより多くの酸素を取り込むことが可能となり、活性酸素の生成量増加に寄与する。前述のように送風手段を設けたときには、水中及び水上を移動するように複数の突起部７を有する回転子８を回転軸６に設けることで、該突起部７が風の力を受けて回転軸６を回転させることができる。なお、突起部７は回転軸６にほぼ平行にまたは放射状に設ける。このように構成することにより、駆動電源を必要とせずに陰極４を回転することができ、装置の小型化及び省エネ化を実現することができる。

陰極４の基材４ａは、板形状の他に、織布や網状に形成されてもよく、表面積が広くなるため活性酸素の生成量も増大する。また、発泡体などの多孔質材料から形成されてもよく、回転時に基材内部の空洞部分に、より多くの大気中の酸素を水中に取り込むことが可能となる。本実施の形態１では陰極の導電性高分子は基材が含有されていることとしたが、導電性高分子が基材の表面に塗布または含浸される場合には、基材は絶縁性の材料でもよい。

水中の溶存酸素量を多く保つ手段として、水温を０〜３０℃に調整すると良い。水温は低いほど溶存酸素量は多くなるため、ペルチェ素子や凝縮機を水槽１内または水槽１に接するように配置することで水温を低く保つ。０℃以下では水が氷ってしまうことと、３０℃以上では、溶存酸素濃度が０℃と比べて半減してしまうため、上記範囲内に水温を調整する。
また、前述のように、水中及び水上を連続的に移動する突起部７を回転軸６に設けることで、該突起部７が水上から水中に移動するときに大気中の酸素を水中に取り込み、水中の溶存酸素を増加させ、陰極表面上で生成される活性酸素も増加することとなる。水中の溶存酸素向上手段である突起部７は、例えば図３に示すように、複数の棒状突起７ａを円板７ｂに設けたブラシ状の回転子８としたり、あるいは複数の羽根７ｃを円板７ｂに突設した水車のような回転子８としたりして、表面積の大きい突起物であるのがよい。

実施の形態２．
以下、本発明の実施の形態２について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は本発明の実施の形態２における活性酸素生成装置の側面図、（ｂ）はその正面図である。
本実施の形態２は、導電性高分子４ｂを含む円筒形あるいはドラム形の基材４ａを陰極４とし、その中心を貫通するように配置した棒状の導電性基材を陽極３とし、前記陰極４が回転しながら円周面の一部（下部）が水中に浸漬し、円周面の上部は水面上にあって、該陽極３との間で通電されることによって活性酸素が生成される構造としたものである。なお、前記陽極３は陰極４と対向する部分において、水中に浸漬するように凹型に折れ曲がった構造とする。すなわち、この陽極３は、陰極４の支持軸６ａであり固定軸となっており、陰極４及び回転子７はこの支持軸６ａ（陽極３）に対して自由に回転するように支持されている。さらに、陰極４と支持軸（陽極３）を電気的に絶縁するために、陰極４のボス部には樹脂製等からなるブシュを介在させる。また、陰極４は図示しないモータにより歯車等を介して回転する。

このように構成することで、装置の容積に対して水中に浸漬している陰極４の面積を広く確保することができ、高い活性酸素の生成量が可能となる。また、陽極３を小面積で形成することができ、構造として簡易に実現することができる。

実施の形態３．
以下、本発明の実施の形態３について、図４を用いて説明する。図４は（ａ）は本発明の実施の形態３における活性酸素生成装置の側面図、（ｂ）はその正面図である。
本実施の形態３は、導電性高分子４ｂを含む円筒形あるいはドラム形の基材４ａを陰極４とし、該陰極４が回転しながら円周面の一部（下部）が水中に浸漬し、円周面の上部は水面上にあって、前記陰極４の下の水槽１の底面に配置された板状の陽極３との間で通電されることによって活性酸素が生成される構造としたものである。

このような構造とすることで、装置の容積に対して水中に浸漬している陰極４の面積を広く確保することができ、多くの活性酸素生成量が可能となる。また、陽極３と陰極４との距離は１〜２０ｍｍの間であればよく、陽極３の配置は設置場所に応じて変更可能であり、陰極４と陽極３が分離しているため、両極の通電方法も容易となる。

上述した実施の形態１〜３において、使用に応じて電極表面に汚れが付着して電流が流れにくくなり、過度の電圧が印加される場合がある。高電圧が印加されると基準電位が変化して活性酸素ではなく、水素発生が優位となってしまい、活性酸素の生成量が減少する。また、使用に応じて陰極と陽極が接触してしまい、過電流が生じてしまう場合がある。陰極に含まれる導電性高分子に過電流が印加されると、該導電性高分子からの電子の供与が行われなくなってしまう現象があり、また、過電流印加による発火の恐れもある。そのため、陰極と陽極の間に印加される電流値及び電圧値を常に検知する手段（図示せず）を有し、電流及び電圧値の急激な上昇を検知したときには両極間の通電を停止することで、上記現象を防ぐ機構（制御手段）を有するとよい。

また、上述した電極間の通電により、活性酸素とともに水素及び塩素は少なからず生成される。水素が滞留すると爆発を引き起こす可能性を有し、塩素も有害ガスであるため、人体に対して害する恐れがある。そのため、水上に上記ガスの検出手段（図示せず）を設置することで、上記ガスの濃度が増加した場合には、電極間の通電を調整、または停止する機構（制御手段）を有するとよい。
このような機構（制御手段）を装置に付与することで、装置としての安全性を高める。

上記の各実施の形態に示した活性酸素生成装置の構成により、空気中の酸素を補給しつつ活性酸素を効率よく連続的に生成することができる。また、活性酸素は水中の有害な微生物や雑菌を殺菌する作用を有するため、本活性酸素生成装置を加湿器や加湿器付き空気清浄機に搭載することによって、防菌・防臭効果があり、装置の衛生性を保つことが可能となる。

Claims (14)

1. 陽極と導電性高分子を含む基材からなる陰極との間に水を介在させ、前記陽極と前記陰極間を通電させることで前記導電性高分子が前記水に溶存している酸素を還元して活性酸素を生成する活性酸素生成装置において、
   前記陰極は、一部の表面が水面上に突出した状態で、水平軸を中心に回転可能に設けられていることを特徴とする活性酸素生成装置。
2. 前記陰極は、前記水平軸として、通電用の導電性の回転軸を有することを特徴とする請求項１記載の活性酸素生成装置。
3. 前記陰極は、複数の円板または単一の円筒もしくはドラムにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の活性酸素生成装置。
4. 前記陰極の導電性高分子は、ポリアニリン、ポリアニリン誘導体、ポリピロール、ポリチオフェン及びポリアセンの中から選ばれた少なくとも一つの材料からなることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
5. 前記陰極の導電性高分子を含む基材は、１０^-3〜１０³Ω／□の表面抵抗値を有する材料からなることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
6. 前記陰極の導電性高分子を含む基材は、発泡体などの多孔質材料からなることを特徴とする請求項５記載の活性酸素生成装置。
7. 前記陰極を回転させる送風手段を有することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
8. 前記陰極及び陽極が浸漬している水の温度を０〜３０℃に保持することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
9. 前記水面下及び水面上を移動するように、複数の突起部を前記回転軸に設けたことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
10. 前記突起部は、前記回転軸に放射状または回転子を介して前記回転軸にほぼ平行に設けられていることを特徴とする請求項９記載の活性酸素生成装置。
11. 通電電流等の動作の異常を検知する検知手段と、該検知手段が動作の異常を検知したときに、電極間の通電を停止する制御手段とを有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の活性酸素生成装置。
12. 前記検知手段は、電極間の電流値または電圧値を検出することを特徴とする請求項１１記載の活性酸素生成装置。
13. 前記検知手段は、電極間の通電により生成される水素または塩素の濃度を検出することを特徴とする請求項１２記載の活性酸素生成装置。
14. 請求項１乃至１３のいずれかに記載の活性酸素生成装置を搭載したことを特徴とする加湿器または加湿器付き空気清浄機。

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