JPWO2014104119A1 - 気体発生装置及び気体発生方法 - Google Patents

気体発生装置及び気体発生方法 Download PDF

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Abstract

アルカリと酸との反応によって気体を生じさせる気体発生装置1であって、アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液Lを収容する容器2と、容器2外に配置され、アルカリ及び酸のうち他方を含む固体物Sを保持する不織布袋5と、容器2内で水溶液と接触すると共に、容器外で固体物に接触する吸液芯3及び吸液マット4と、を備え、酸は難水溶性である。

Description

本発明の一側面は、気体発生装置及び気体発生方法に関し、より詳しくは反応によって二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を発生させる装置に関する。
従来、二酸化塩素などの気体を発生させる装置を用いて、例えば室内の殺菌、脱臭を行うことが知られている。特許文献1には、ゲル状の安定化二酸化塩素と粒状クエン酸を接触させて二酸化塩素ガスを発生させるガス発生装置であって、ゲル状の安定化二酸化塩素を収納する収納容器体と、粒状クエン酸を安定化二酸化塩素上に落下させるための導出孔を有する粒状クエン酸の収容部と、収納容器体の蓋部と、を備え、蓋部を回動させることで粒状クエン酸が導出孔から安定化二酸化塩素上に落下し、ガスを発生させるものが記載されている。
また、特許文献2には、毛細管現象によって亜塩素酸の水溶液を吸い上げ部に吸い上げ、吸い上げ部を通じて亜塩素酸の水溶液と分解剤を接触させることにより二酸化塩素ガスを発生させるガスの発生方法及びその装置が記載されている。
特開2009−256141号公報 特開平2−164702号公報
例えば室内の殺菌や脱臭に使用する気体発生装置では、二酸化塩素などの気体を安定的、持続的に発生させることが求められる。上記特許文献1に記載の発明にあっては、混合する化学物質をゲル状や粒状としたことで、ある程度の気体の発生量のコントロールを可能としている。しかし、特許文献1に記載の装置は、二酸化塩素ガスを発生させる際に、振動を与えて粒状クエン酸を安定化二酸化塩素の上に落下させる必要があることから、二酸化塩素の発生が安定せず、その持続性に問題がある。
これに対して、上記特許文献2に記載のように、毛細管現象を利用してアルカリ水溶液を吸い上げ、徐々に酸と接触させることで二酸化塩素を持続的に発生させる構成とすることが考えられる。しかし、この構成では、水溶液に溶解した酸が逆流することで一時に大量のガスが発生し、その後は短時間のうちに気体の発生量が大きく減少するため、安定性、持続性に乏しいという課題があることが見出された。
そこで、本発明の一側面は、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体の発生における安定性、持続性を向上した気体発生装置及び気体発生方法を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明の一側面は、アルカリと酸との反応によって気体を生じさせる気体発生装置であって、アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液を収容する容器と、容器外に配置され、アルカリ及び酸のうち他方を含む固体物と、容器内から容器外に突出するように配置され、容器内の水溶液を容器外の固体物へ向かって吸い出すための吸液部材と、を備え、固体物は難水溶性である。
本発明の一側面に係る気体発生装置によれば、アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液が吸液部材によって徐々に吸収され、アルカリ及び酸のうち他方を含む固体物と水溶液とが吸液部材を介して継続的かつ穏やかに反応することで、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を安定して持続的に発生させることができる。しかも、この気体発生装置によれば、難水溶性の固体物を用いることで、水溶液に固体物が溶けて吸液部材を逆流することが防止されるので、反応が急激に進んで一時に多量の気体が発生したり、気体発生量が短期間で大きく減少することが避けられ、気体発生の安定性、持続性を大幅に向上させることができる。
本発明の一側面に係る気体発生装置において、固体物は吸水性ポリマーと混合した混合体とされていてもよい。
この場合、固体物として酸又はアルカリと吸水性ポリマーの混合体を採用し、吸水性ポリマーが水溶液を吸い上げて湿潤状態を保つことにより、酸とアルカリがより一層継続的かつ穏やかに反応するので、より安定して持続的に二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を発生させることができる。
本発明の他の側面に係る気体発生方法は、アルカリと酸との反応によって気体を生じさせる気体発生方法であって、アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液が吸液部材によって容器内から当該容器の外に吸い出され、当該容器の外において水溶液と固体物との反応によって気体を生じさせ、固体物は、アルカリ及び酸のうち他方を含み、難水溶性である。
本発明の一側面に係る気体発生方法によれば、アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液が吸液部材によって徐々に吸収され、アルカリ及び酸のうち他方を含む固体物と水溶液とが吸液部材を介して継続的かつ穏やかに反応することで、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を安定的、持続的に発生させることができる。しかも、この気体発生方法によれば、難水溶性の固体物を用いることで、固体物が水溶液に溶けて吸液部材を逆流することが防止されるので、反応が急激に進んで一時に多量の気体が発生したり、気体発生量が短期間で大きく減少することが避けられ、気体発生の安定性、持続性を大幅に向上させることができる。
本発明の一側面に係る気体発生方法において、固体物は吸水性ポリマーと混合した混合体とされていてもよい。
この場合、固体物として酸又はアルカリと吸水性ポリマーの混合体を採用し、吸水性ポリマーが水溶液を吸い上げて湿潤状態を保つことにより、酸とアルカリがより一層継続的かつ穏やかに反応するので、より安定して持続的に二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を発生させることができる。
本発明の一側面に係る気体発生装置及び気体発生方法によれば、一時に多量の気体が発生したり、気体発生量が短期間で大きく減少することが避けられる。これによって二酸化塩素や二酸化炭素などの気体の発生を安定させることができ、さらに気体発生の持続性を大幅に向上させることができる。また一時に多量の二酸化塩素や二酸化炭素などの気体が発生しないので、安全性に優れる。
本発明の一側面に係る気体発生装置の一実施形態を示す断面図である。 気体の発生量の計測条件を説明するための概略図である。 二酸化塩素の発生量を示すグラフである。 フマル酸と吸水性ポリマーの混合体を用いた場合の二酸化塩素の発生量を示すグラフである。 二酸化炭素の発生量を示すグラフである。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
(気体発生装置)
図1に示されるように、本実施形態に係る気体発生装置1は、アルカリ水溶液Lを収容する容器2と、アルカリ水溶液Lに接触した状態で容器2内に配置される吸液芯3と、吸液芯3の上端に接続された吸液マット4と、吸液マット4上に配置され、酸固体物Sを保持する不織布袋5と、不織布袋5の上方から被せられる容器2の蓋部6と、を備えている。
気体発生装置1は、いわゆる正立型の装置であり、ボトル状の容器2は上方に開口を有している。容器2の内容積は、発生させる気体の種類や使用場所などによって適宜設定すればよい。容器2の材質としては、液体が漏れず、亜塩素酸塩等と反応しないものであればよく、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂、紙、金属、セラミック又はガラス等のいずれであってもよい。また、容器2の形状は図1に示す形状に限定されない。
容器2に収容される液体は、発生させる気体の種類に応じた適切なアルカリ水溶液Lが選択される。二酸化塩素を発生させる場合には、容器2に収容される液体は亜塩素酸塩の水溶液とすればよい。亜塩素酸塩の水溶液の具体例としては、亜塩素酸のアルカリ金属塩(例えば亜塩素酸ナトリウム)の水溶液やアルカリ土類金属塩(例えば亜塩素酸カルシウム)の水溶液等が挙げられる。より具体的に、亜塩素酸ナトリウム水溶液とすることができる。水溶液Lの濃度は、発生させる気体の濃度や持続時間に応じて適宜設定される。また、二酸化炭素を発生させる場合には、容器2に収容される液体は炭酸塩の水溶液とすればよい。炭酸塩の水溶液の具体例としては炭酸水素ナトリウムや炭酸ナトリウムが挙げられる。
また、必ずしもアルカリ水溶液Lと酸固体物Sの組み合わせである必要は無く、酸水溶液Lとアルカリ固体物Sの組み合わせであってもよい。酸水溶液Lとアルカリ固体物Sの組み合わせについて、詳細は後述する。
吸液芯3は、毛細管現象によって容器2内のアルカリ水溶液Lを吸い上げるための部材である。吸液芯3の材質は、アルカリ水溶液Lを吸い上げられるもので、亜塩素酸塩と反応しないものであれば特に限定されず、樹脂、パルプ等の有機材料やガラス等の無機材料の多孔性材料を用いることができる。多孔性材料の好適例としては、パルプもしくは樹脂材料からなる不織布が挙げられる。樹脂材料はポリエチレンテレフタレート、アクリル樹脂、ポリプロピレン、ポリエチレンから選ばれる1種を単独で用いてもよく2種以上を併用してもよい。なお、酸水溶液Lを用いる場合、吸液芯3の材質は、酸水溶液Lを吸い上げられるもので、酸と反応しないものであればよい。
吸液芯3は、容器2内から容器2外に突出するように配置され、容器2の上方の開口を通じて容器2の外の吸液マット4と接続されている。吸液マット4は、容器2の開口を上から塞ぐように配置されている。吸液マット4には、吸液芯3の吸い上げたアルカリ水溶液Lが含浸しており、その上面に不織布袋5が配置されている。
吸液マット4の材質は、アルカリ水溶液Lを吸い上げることができればよく、上述した吸液芯3と同種のものでもよく、また異なる材質を採用してもよい。また、吸液芯3及び吸液マット4は、それぞれ複数の材質によって構成されてもよい。例えば吸液芯3及び吸液マット4は、パルプを主原料としバインダーで接着させたものであって、表面の強度、保形性のために表裏面にティッシュ状のパルプ材、不織布などを貼った構成としてもよい。
吸液芯3及び吸液マット4をそれぞれ構成する多孔性材料の気孔率、密度又は長手方向に垂直な断面のサイズといったパラメータは、液体の粘度や容器2の高さ等の諸条件により適宜設定すればよい。吸液芯3及び吸液マット4は、容器2内のアルカリ水溶液Lを容器2外の酸固体物Sへ向かって吸い出すための吸液部材として機能する。なお、吸液部材の構成は、図1に示す吸液芯3及び吸液マット4に限定されない。
不織布袋5は、酸固体物Sを保持するためのものである。酸固体物Sは吸水性ポリマーとの混合体として不織布袋5内に保持されている。酸固体物Sについて詳しくは後述する。不織布袋5は、目付20g/m程度の不織布から形成された袋であり、内部の混合体の一部は不織布の目を通して吸液マット4から浸み込んだアルカリ水溶液Lと接触する。不織布袋5の材質には、樹脂やパルプ等の有機材料を採用することができる。なお、酸固体物Sが混合体ではなく錠剤などの場合は、目が粗いものを選んで用いればよく、粒状や粉状の場合は、外にもれないように不織布の目が細かいものを選んで用いればよい。
不織布袋5は、酸固体物Sを保持する保持体として機能する。この保持体は、必ずしも不織布袋5である必要はなく、メッシュ状の袋や多数の開口を有する筐体や枠体であってもよい。また、保持体の材質も酸と反応することなく、安定して保持できるものであればよく、パルプや樹脂等を採用することができる。なお、酸固体物Sを保持するために、必ずしも不織布などの袋を用いる必要はない。酸固体物Sを適切に保持する容器や枠、アームなどを用いてもよく、酸固体物Sと吸水性ポリマーとを混ぜた混合体や錠剤状などの固体酸を吸液マット4上に直接配置してもよい。また、吸液マット4は酸固体物Sを包むように折り曲げた状態で用いられてもよい。なお、アルカリ固体物Sを用いる場合、不織布袋5の材質はアルカリと反応することなく安定して保持できるものであればよい。更に、不織布袋5のような保持体を必ずしも備える必要はない。
不織布袋5では、酸固体物S内に含有された吸液性ポリマーが吸液マット4に染み込んだアルカリ水溶液Lを吸い上げて膨潤する。吸液性ポリマーは湿潤状態を保つので、吸液性ポリマーと混合された酸はアルカリ水溶液Lと継続的かつ穏やかに反応し、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体が持続的に発生する。
酸固体物Sは、難水溶性の酸を含む固体である。難水溶性の酸とは、25℃における溶解度が6[g/100mL-HO]以下の酸を意味する。難水溶性の酸の具体例としては、フマル酸や安息香酸等の有機酸、ホウ酸等の無機酸を採用することができる。
また、酸固体物Sは、上述のとおり、吸水性ポリマーと混合した混合体とされることで、気体を安定して持続的に発生させることができる。酸固体物Sを構成する吸水性ポリマーとしては、中性や酸性のものであり、酸により分解しにくいものを用いることができる。具体的には、吸水性ポリマーとして、ポリアクリル酸を用いることができる。吸水性ポリマーの配合量は、吸水性ポリマーの種類、気体発生の目標持続期間、水溶液Lの量、固体物Sの成分の親水性等に応じて適切に選択される。なお、吸水性ポリマーの配合量は、少なくとも、吸水性ポリマーの合計の吸液量が水溶液Lより多くならないように選択される。
このような混合体は、例えば、粉状の有機酸と粉状又は顆粒状の吸水性ポリマーとを混合して調製することにより得られる。具体的には、酸固体物Sとして、フマル酸とポリアクリル酸(例えば、東亞合成株式会社製、商品名「ジュンロンPW−312」)を混合した混合体を用いることができる。混合体における有機酸の含有比率は、60%以上、90%以下とすることができる。なお、酸固体物Sは、吸水性ポリマーと混合したものに限られず、錠剤状や粒状、ゲル状の酸を単体で用いてもよい。
蓋部6は、容器2の上側に被せられる円筒状の蓋である。蓋部6は、不織布袋5や吸液マット4を内側に収容するように容器2に対して被せられる。蓋部6の材質は、容器2と同種のものを採用できる。蓋部6の材質は、容器2と同じであってもよく、異なっていてもよい。
蓋部6の上面及び側面には発生した気体を放出するための開口が複数形成されている。蓋部6は、化学反応の起きる吸液マット4及び不織布袋5に対する外部の接触を防ぎつつ、発生する気体を効率的に放出できるよう適切な形状及び面積の開口を有している。なお、蓋部6の形状や開口の位置などは、図1に示すものに限られない。
(気体発生方法)
次に、気体発生装置1を用いた気体発生方法について説明する。図1に示されるように、気体発生装置1では、容器2内のアルカリ水溶液Lが吸液芯3によって吸い上げられ、吸液マット4に含浸する。吸液マット4に含浸したアルカリ水溶液Lは、不織布袋5に浸み込んで、そこに保持された酸固体物Sを構成する吸水性ポリマーに吸い上げられ、吸水性ポリマーは膨潤して湿潤状態を保つ。この吸液性ポリマーと混合された酸はアルカリ水溶液Lと反応する。この反応により二酸化塩素や二酸化炭素などの気体が発生し、蓋部6の開口を通じて外に拡散する。
以上説明した本実施形態に係る気体発生装置1及び気体発生方法によれば、アルカリ水溶液Lが吸液芯3によって次第に吸い上げられ、酸固体物Sとアルカリ水溶液Lが吸液芯3及び吸液マット4を介して継続的かつ穏やかに反応することで、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を持続的に発生させることができる。
しかも、この気体発生装置1及び気体発生方法によれば、難水溶性の酸固体物Sを用いることで、アルカリ水溶液Lに酸固体物Sが溶けて吸液芯3及び吸液マット4を逆流することが抑制できる。従って、この気体発生装置1及び気体発生方法によれば、溶解した酸固体物Sの逆流によって化学反応が急激に進み、その後の短時間で気体発生量が大きく減少することが避けられ、気体発生の安定性及び持続性を大幅に向上させることができる。
更に、この気体発生装置1及び気体発生方法によれば、酸固体物Sとして酸と吸水性ポリマーの混合体を採用し、吸水性ポリマーがアルカリ水溶液Lを吸い上げて湿潤状態を保つことにより、酸とアルカリ水溶液Lがより一層継続的かつ穏やかに反応するので、より安定して持続的に二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を発生させることができる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではない。例えば、アルカリ水溶液Lと酸固体物Sの組み合わせに代えて、酸水溶液Lとアルカリ固体物Sの組み合わせを採用してもよい。
この場合、酸水溶液Lは有機酸水溶液とも無機酸水溶液ともすることができる。有機酸の水溶液の具体例としてはカルボン酸の水溶液等が挙げられる。より具体的にはクエン酸の水溶液やリンゴ酸の水溶液等が挙げられる。無機酸水溶液の具体例としては塩酸の水溶液やリン酸の水溶液等が挙げられる。酸水溶液Lの濃度は、発生させる気体の濃度や持続時間に応じて適宜設定される。
アルカリ固体物Sは、難水溶性のアルカリを含んだ固体物である。難水溶性のアルカリとは、25℃における溶解度が6[g/100mL-HO]以下のアルカリを意味する。二酸化塩素を発生させる場合には、難水溶性のアルカリの具体例として、亜塩素酸カルシウムを採用することができる。二酸化炭素を発生させる場合には、難水溶性のアルカリの具体例として、炭酸カルシウムを採用することができる。
アルカリ固体物Sは、吸水性ポリマーを含む混合体とすることができる。アルカリ固体物Sを構成する吸水性ポリマーとしては、中性やアルカリ性のものであり、アルカリにより分解しにくいものを用いることができる。具体的には、ポリアクリル酸ナトリウムが挙げられる。
このような酸水溶液Lと難水溶性のアルカリ固体物Sの組み合わせにおいても、アルカリ水溶液Lと酸固体物Sの組み合わせと同様の作用効果を得ることができる。すなわち、この場合においても、上述した気体発生装置1及び気体発生方法によれば、酸水溶液Lが吸液芯3によって次第に吸い上げられ、酸水溶液Lとアルカリ固体物Sが吸液芯3及び吸液マット4を介して継続的かつ穏やかに反応することで、二酸化塩素や二酸化炭素などの気体を持続的に発生させることができる。
その他、上述した気体発生装置1の構造は、必ずしも正立型である必要はなく、水溶液Lを収容する容器2が下向きに開口する倒立型であってもよい。また、容器2が横向きに開口する水平型であることも妨げられない。なお、気体発生装置1は、室内の殺菌や脱臭を行う二酸化塩素に代えて、二酸化炭素を発生させてもよい。この場合、例えば、炭酸塩の水溶液L(例えば炭酸水素ナトリウム)と有機酸(例えばフマル酸)とを用いればよい。二酸化炭素は、蚊を誘引、捕獲する際に有効である。
以下、本発明の一側面について実施例及び比較例によって更に詳しく説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。まず、二酸化塩素を発生させる場合について説明する。
(実施例1)
図2に示すように、図1に示す気体発生装置1を内容量4Lのデシケータ10内に配置した。ここでは、気体発生装置1の容器2の材質及び吸液芯3(直径8mm、長さ115mm、目付18g/m)の材質をポリエチレンテレフタレート、吸液マット4(面積34cm、厚さ12mm、目付1200g/m)の材質をパルプと合成繊維の複合体、不織布袋5(目付20g/m)をポリエチレンテレフタレート、蓋部6の材質をポリエチレンとした。
気体発生装置1の容器2には、アルカリ水溶液Lとして濃度7.5重量%の亜塩素酸ナトリウム水溶液を300mL収容した。不織布袋5には、粉状の酸固体物Sとして難水溶性のフマル酸を20g入れた。デシケータ10内には、空気攪拌用のファン11を設置し、デシケータ10内の温度を25℃に維持した。デシケータ10には気体発生量を測定するための検知管12を接続した。検知管12としては、GASTEC社製の23M,8Hを用いた。
化学反応により二酸化塩素を発生させた状態で気体発生装置をデシケータ10内に配置し、ファン11を駆動させ、3分後に検知管12にデシケータ10内の空気を吸引させることで二酸化塩素の発生量を測定した。
(実施例2)
酸固体物Sとして、難水溶性の安息香酸を20g用いた他は、実施例1と同様にした。
(比較例1)
酸固体物Sとして、難水溶性ではないクエン酸を20g用いた他は、実施例1と同様にした。
(比較例2)
酸固体物Sとして、難水溶性ではないリンゴ酸を20g用いた他は、実施例1と同様にした。
実施例1、2及び比較例1、2における二酸化塩素の発生量の時間変化を図3に示す。図3の縦軸は二酸化塩素濃度(ppm)を示し、横軸は経過日数を示している。
実験の結果、実施例1、2では、35日以上にわたり二酸化塩素の発生量を安定して維持したのに対して、比較例1、2では、短期間(数日)で化学反応が過剰に進み、反応開始後すぐに多量のガスが発生し、その後、急激に二酸化塩素の発生量(濃度)が減少した。比較例1,2は、その後も二酸化塩素の発生量が減少し続け、25日以降は実施例1、2を下回る結果となった。実施例1、2では、約2ppmの二酸化塩素濃度を維持する発生量を安定して長期間得られた。
(実施例3)
実施例1と同様に図1に示す気体発生装置1を使用した。気体発生装置1の容器2には、アルカリ水溶液Lとして濃度5重量%の亜塩素酸ナトリウム水溶液を300ml収容した。不織布袋5には、粉状の酸固体物Sとして難水溶性のフマル酸を10gとポリアクリル酸(東亞合成株式会社製、商品名「ジュンロンPW−312」、ジュンロンは登録商標)2.5gを混合した混合体を入れた。
デシケータ10内には、空気攪拌用のファン11を設置し、デシケータ10内の温度を25℃に維持した。デシケータ10には気体発生量を測定するための検知管12を接続した。検知管12としては、GASTEC社製の23M,8Hを用いた。
化学反応により二酸化塩素を発生させた状態で気体発生装置をデシケータ10内に配置し、ファン11を駆動させ、3分後に検知管12にデシケータ10内の空気を吸引させることで二酸化塩素の発生量を測定した。
(比較例3)
酸固体物Sとして、難水溶性ではないクエン酸を20g用いた他は、実施例1と同様にした。
(比較例4)
酸固体物Sとして、難水溶性ではないリンゴ酸を20g用いた他は、実施例1と同様にした。
実施例3(フマル酸+ポリアクリル酸)、比較例3(クエン酸)、及び比較例4(リンゴ酸)における二酸化塩素の発生量の時間変化を図4に示す。図4の縦軸は二酸化塩素濃度(ppm)を示し、横軸は経過日数を示している。
実験の結果、実施例3では、55日以上にわたり二酸化塩素の発生量を安定して維持したのに対して、比較例3,4では、短期間(数日)で化学反応が過剰に進み、反応開始後すぐに多量のガスが発生し、その後、急激に二酸化塩素の発生量が減少した。比較例3,4は、その後も二酸化塩素の発生量が減少し続け、25日以降は実施例3を下回る結果となった。また、実施例3は、実施例1,2と比較して、56日目で約2.5倍もの二酸化塩素濃度をもたらす発生量を得ることができた。
更に、実施例3では、亜塩素酸ナトリウム水溶液の濃度が実施例1,2の濃度7.5重量%よりも薄い濃度5重量%であるにもかかわらず、55日以上にわたり十分な二酸化塩素の発生量を保つことができた。すなわち、フマル酸をポリアクリル酸との混合体として用いることにより、より安定した二酸化塩素の発生を効率的に維持することができた。
次に、二酸化炭素を発生させる場合について説明する。
(実施例4)
実施例1と同様に図1に示す気体発生装置1を使用した。気体発生装置1の容器2には、酸水溶液Lとして濃度10重量%のクエン酸水溶液を300ml収容した。不織布袋5には、粉状のアルカリ固体物Sとして難水溶性の炭酸カルシウムを30gとポリアクリル酸ナトリウム(東亞合成株式会社製、商品名「レオジック」、レオジックは登録商標)1.0gを混合した混合体を入れた。
デシケータ10内には、空気攪拌用のファン11を設置し、デシケータ10内の温度を25℃に維持した。デシケータ10には気体発生量を測定するための検知管12を接続した。検知管12としては、GASTEC社製の2LLを用いた。
化学反応により二酸化炭素を発生させた状態で気体発生装置をデシケータ10内に配置し、ファン11を駆動させ、10分後に検知管12にデシケータ10内の空気を吸引させることで二酸化炭素の発生量を測定した。
(比較例5)
酸固体物Sとして、難水溶性ではない炭酸カリウムを30g用いた他は、実施例4と同様にした。
実施例4(炭酸カルシウム+ポリアクリル酸ナトリウム)及び比較例5(炭酸カリウム)における二酸化炭素の発生量の時間変化を図5に示す。図5の縦軸は二酸化炭素濃度(ppm)を示し、横軸は経過日数を示している。
実験の結果、実験開始から数日(5日未満)は、実施例4及び比較例5の両方とも多量の二酸化炭素の発生が生じた。これは、実験開始時には吸液芯3から吸い上げられた酸水溶液Lが乾燥状態の難水溶性のアルカリ固体物Sに一気に浸透するため、多量に中和反応が起こったためと考えられる。難水溶性のアルカリ固体物Sが中和された水で満たされた後は、アルカリ固体物Sから蒸発した中和水の量だけ酸水溶液Lがアルカリ固体物Sに供給されて中和反応が起こるため、二酸化炭素の発生は緩やかになると考えられる。なお、初期の気体発生を緩やかにするには、アルカリ固体物Sを予め湿潤状態とすることや、吸液芯3の径を小さくして初期の液供給量を緩やかにすることが考えられる。
その後、実施例4では、28日以上にわたり二酸化炭素の発生量を安定して維持したのに対して、比較例5では、反応開始後すぐに多量の二酸化炭素が発生した後、急激に二酸化炭素の発生量が減少し、5日以降は実施例4を下回る結果となった。比較例5は、その後も二酸化炭素の発生量が減少し続け、15日に至る前に二酸化炭素の発生がほとんど検出されなくなった。実施例4は、比較例5と比較して、7日目で約3.75倍もの二酸化炭素濃度をもたらす発生量を得ることができた。
また、図5には示していないが、他の実施例として、難水溶性の炭酸カルシウム30gのみからなるアルカリ固体物Sを用いた実験を行った。この実施例においても、比較例5と比較して、二酸化炭素の発生量を十分に長期間安定して維持することができた。なお、この実施例と比べて、吸水性ポリマーとしてポリアクリル酸ナトリウムを混合した実施例4の方が、より安定した二酸化炭素の発生を効率的に維持することができた。
実施例3や実施例4のように固体物Sを吸水性ポリマーを含む混合体とした場合、より安定した気体の発生を得られる理由について、まず、実施例3,4では固体物Sとして難水溶性の酸又はアルカリを用いているため、そのままでは固体物Sが水溶液Lに浸透しにくくなっていると考えられる。このため、吸液マット4と接している酸とアルカリの反応が終了すると、固体物Sの内部の難水溶性成分が適切に反応できず、気体の発生量が減少していくものと考えられる。そこで、固体物Sに吸水性ポリマーを配合することで、水溶液Lが固体物Sの中央まで行き渡り、無駄なく反応が起こるようになっていると推測される。
1…気体発生装置 2…容器 3…吸液芯(吸液部材) 4…吸液マット(吸液部材) 5…不織布袋(保持体) 6…蓋部 10…デシケータ 11…ファン 12…検知管 L…水溶液 S…固体物

Claims (4)

  1. アルカリと酸との反応によって気体を生じさせる気体発生装置であって、
    アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液を収容する容器と、
    前記容器外に配置され、アルカリ及び酸のうち他方を含む固体物と、
    前記容器内から前記容器外に突出するように配置され、前記容器内の前記水溶液を前記容器外の前記固体物へ向かって吸い出すための吸液部材と、を備え、
    前記固体物は難水溶性である、気体発生装置。
  2. 前記固体物は吸水性ポリマーと混合した混合体とされている、請求項1に記載の気体発生装置。
  3. アルカリと酸との反応によって気体を生じさせる気体発生方法であって、
    アルカリ及び酸のうち一方を含む水溶液が吸液部材によって容器内から当該容器の外に吸い出され、
    当該容器の外において前記水溶液と固体物との反応によって気体を生じさせ、
    前記固体物は、アルカリ及び酸のうち他方を含み、難水溶性である、気体発生方法。
  4. 前記固体物は吸水性ポリマーと混合した混合体とされている、請求項3に記載の気体発生方法。
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