JP2011078866A

JP2011078866A - 気体の浄化機構

Info

Publication number: JP2011078866A
Application number: JP2009231072A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakamura; 信一中村
Original assignee: Omega Inc
Current assignee: Omega Inc
Priority date: 2009-10-05
Filing date: 2009-10-05
Publication date: 2011-04-21
Also published as: KR20110037876A; KR101430120B1

Abstract

【課題】従来よりも十分な浄化を行うことができる気体の浄化機構を提供しようとするもの。
【解決手段】電解水（Ｅ）の貯留槽（１）と気体の昇圧手段（２）を有し、浄化しようとする気体を昇圧手段（２）により前記電解水（Ｅ）中に微細気泡（３）として圧入すると共に、前記電解水（Ｅ）による酸化作用を微細気泡（３）に及ぼすようにした。微細気泡（菌類やVOCガス成分などが内包される）と電解水（攻撃媒体）との間の遭遇密度を高くすることが可能となる。
【選択図】図１

Description

この発明は、気体を従来よりもよく浄化することができる気体の浄化機構に関するものである。

従来、浮遊細菌の殺菌のためにイオンを発生するイオン発生装置及び空気の物性を変化させて所望の雰囲気状態を作り出す空気調節装置に関する提案があり、次の内容が記載されていた（特許文献１）。
すなわち、近年、住環境の高気密化に伴い、人体に有害な空気中の浮遊細菌を取り除き、健康で快適な生活を送りたいという要望が強くなっており、この要望に応えるため、屋内や貯蔵室内等の汚染物質を各種のフィルタにより除去する空気清浄機、空気調和機、冷蔵庫等の空気調節装置が開発されているところ、上記の従来の空気調節装置によると、空間の空気を汚染物質とともに吸引してフィルタにより汚染物質を吸着若しくは分解して除去するため、長期の使用によりフィルタの交換等のメンテナンスが不可欠であり、しかも、フィルタの特性が充分でないため、満足のいく性能が得られていないという状況があったのに対し、イオン発生装置を用いて、空気中のイオン濃度を増加させる空気調節装置も開発されているが、現在市販されている空気調節装置は負イオンのみを発生させるものであるため、負イオンによって人間をリラックスさせる効果はある程度期待できるものの、空気中の浮遊細菌の積極的な除去についてはほとんど効果が認められていないという背景があり、この提案は、上記背景に鑑みてなされたものであり、空気中の浮遊細菌を効果的に除去することのできる殺菌方法、イオン発生装置及び空気調節装置を提供することを目的としており、この目的を達成するためにこの殺菌方法は、正イオンと負イオンとを放出して空気中に浮遊する浮遊細菌を殺菌することとしており、この構成によると、電極間に交流高電圧を印加することにより、大気中で放電等による電離現象が起こり、正イオン及び負イオンが発生し、このとき発生する正イオンとしてＨ⁺(Ｈ₂Ｏ)n、負イオンとしてＯ₂ ⁻(Ｈ₂Ｏ)nが生成されるが、これらの正イオン及び負イオンは、単独では空気中の浮遊細菌に対して格別な効果はないが、これらのイオンが同時に発生すると、化学反応によって活性種が生成され、活性種により空気中の浮遊細菌を取り囲んで除去することができるというものであり、正イオンと負イオンとを放出して空気中に浮遊する浮遊細菌を殺菌することにより、簡単かつ良好に空気中の浮遊細菌の大部分を除去でき、また、正イオンＨ⁺(Ｈ₂Ｏ)mまたは負イオンＯ₂ ⁻(Ｈ₂Ｏ)nを用いるため、各イオンを安定して供給でき、また正イオンと負イオンが反応することにより活性種を容易に生成することができる、というものである。
しかし、空気中の浮遊細菌を正イオンと負イオンとで除去するというやり方では相互間の遭遇率の関係から十分な処理が行えないきらいがあるといううらみがあった。
特開２００２−９５７３１号公報

そこでこの発明は、従来よりも十分な浄化を行うことができる気体の浄化機構を提供しようとするものである。

前記課題を解決するためこの発明では次のような技術的手段を講じている。
（１）この気体の浄化機構は、電解水の貯留槽と気体の昇圧手段を有し、浄化しようとする気体を昇圧手段により前記電解水中に微細気泡として圧入すると共に、前記電解水による酸化作用を微細気泡に及ぼすようにしたことを特徴とする。
ここで、前記電解水は食塩水、次亜塩素酸、次亜臭素酸、過酸化水素水などを電気分解することによって得ることができる。これらを電気分解することにより、・OHラジカルなどの活性種が生成すると考えられる。また、塩化物の共存下で電気分解すると次亜塩素酸などの有効塩素が生成する。電解水を生成させるには貯留槽内に電解機構を設けてもよいし、貯留槽とその外部の電解機構との間を循環させるようにしてもよい。
気体の昇圧手段として、ダイヤフラムポンプやコンプレッサーなどを例示することができる。気体を微細気泡とするために散気管などを使用することができる。微細気泡のサイズは、電解水との接触面積の拡大の観点から例えば１μｍ以下のナノバブルのように細かい方が好ましい。

この気体の浄化機構は上記のように構成しており、浄化しようとする気体は微細気泡として電解水中に圧入されるので、空気中に正負のイオンを放出する場合（背景技術に記載）よりも、微細気泡（菌類やVOCガス成分などが内包される）と電解水（攻撃媒体）との間の遭遇密度を高くすることが可能となる。
すなわち、従来の空気中の正負のイオンの密度と浮遊菌類との遭遇率（室内という広がりを持った空間内における遭遇）に対し、この発明では気体は無数に分散された微細気泡となってそれぞれが電解水に外周を取り囲まれることとなり、電解水中の微細気泡内の浄化対象物（菌類やVOCガス成分）に対して全方位から攻撃するようなものとすることができると共に、電解水の濃度（・OHラジカルや残留塩素濃度）は室内空間の場合のような人体への影響の制約（あまり高濃度にはできない）は受けず、気体の性状（例えば浮遊菌類の耐性の強弱や汚染度合い、ＶＯＣガスや煙草の煙の濃度など）に応じて設定（高濃度も可能）することができる。

また、浄化しようとする気体を昇圧手段により電解水中に微細気泡として圧入するようにしたので、電解水中に圧入された微細気泡は液圧に抗して圧縮された状態から（圧縮の度合いにより程度の差はあるが基本的には）膨張しようと挙動する。そして、前記電解水による酸化作用を微細気泡に及ぼすようにしたので、液圧に抗して圧縮された状態から膨張しようと挙動する微細気泡は電解水中で（程度の差こそあれ）表面積が拡大することとなり、これにより微細気泡と電解水との相互間の接触態様を表面積が液中で増大する動的なものとすることができ、気体の浄化（脱臭、脱色、殺菌）をより高度に遂行することができる。

ところで、電解水の貯留槽内の残留塩素濃度（微細気泡に対する攻撃力の一指標）の設定（電気分解する次亜塩素酸等の濃度や電気分解の条件〔電流値や電圧値、電極の極間距離など〕により可変できる）を調整することにより、処理対象の気体を最適な状況下（浄化が可能である最小限度）で処理することができ、処理コストをできるだけ低減することができる。
例えば、空気中のウイルスやバクテリアなどの菌類を除菌乃至殺菌する場合、電解水の貯留槽内の残留塩素濃度は５ppm以下でも十分な殺菌効果が得られた。これに対し、病院などの重汚染領域の空気を処理する場合には10〜20ppm程度のより高い残留塩素濃度に設定することができ、処理対象によっては残留塩素濃度をもっと高く設定（例えば12万ppm）することもできる。すなわち、貯留槽の電解水の残留塩素濃度は所望の経済的に見合う濃度に設定することが可能である。

微細気泡は電解水の貯留槽の深い位置に供給すると、水面に浮き上がるまでの時間を多く取れるので電解水との相互作用を行う時間を長くとれることとなる。電解水の貯留槽内にデミスター（邪魔板、当て板）を設置すると、微細気泡が上昇する途中で前記デミスターに当接することにより要浮上時間を延長して微細気泡と液体との相互間の接触時間を延長することができると共に、気泡を砕いてより微細にして分散させることができる。前記デミスターは回転又は回動してもよい。

（２）塗装工場、液晶製造工場、化学工場等のVOCガスを脱臭する際、従来のスクラバー方式（気体への液滴噴霧方式）よりも高度に無臭化することができる。これは、気体は微細気泡となって電解水に周囲を取り囲まれることとなるので、スクラバー方式（浄化対象の気体に対して液滴を噴霧する方式であるので、液滴の間隙を素通りした未処理の気体も多く存在する）よりも微細気泡と電解水との接触効率に格段に優れるからである。

（３）各種建築物の室内の空気中のウイルスやバクテリアなどの浮遊菌類を除菌乃至殺菌（及び浮遊微粒子の除去）を行う際、既述のように空気中に正負のイオンを放出する場合（背景技術に記載）よりも高度に空気を清浄化（殺菌浄化及び粒子クリーン度の向上）することができる。
加えるに、ウイルスやバクテリアに対する殺菌浄化作用は電解水の貯留槽内に行われるので（・OHラジカルの酸化作用は貯留槽内の電解水によって発揮される）、（例えば空気中に正負のイオンを放出する場合のように）人が呼吸によりそれを吸い込んで悪影響を受けるといった心配がない。
換言すると、電解水が微細気泡内の浄化対象物に及ぼす作用は貯留槽という閉鎖空間内（液体内）でなされるものであるため外部空間（人間）に対する影響面で安心であると共に、外部への影響とは遮断されていることに起因して電解水の濃度を所望に応じて調整することができるという利点がある。

（４）焼却炉やボイラーの排気に含まれる有機物の炭化物（異臭を発する）や有害物質（ダイオキシン等）が含まれる気体を脱臭・無害化して無臭化することができる。

この発明は上述のような構成であり、次の効果を有する。
微細気泡（菌類やVOCガス成分などが内包される）と電解水との間の遭遇密度や電解水濃度を高くすることが可能となるので、従来よりも十分な浄化を行うことができる気体の浄化機構を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を説明する。
図１に示すように、この実施形態の気体の浄化機構は、電解水Ｅの貯留槽１と気体の昇圧手段２を有し、浄化しようとする気体を昇圧手段２により前記電解水Ｅ中に微細気泡３として圧入すると共に、前記電解水Ｅによる酸化作用を微細気泡３に及ぼすようにしている。
前記電解水Ｅは食塩水、次亜塩素酸、次亜臭素酸、過酸化水素水などを電気分解することによって得ることができる。これらを電気分解することにより、・OHラジカルなどの活性種が生成すると考えられる。また、塩化物の共存下で電気分解すると次亜塩素酸などの有効塩素が生成する。貯留槽１とその外部の電解機構４との間は、ポンプＰにより循環させるようにしている。

気体の昇圧手段２として、ダイヤフラムポンプやコンプレッサーなどを例示することができる。気体を微細気泡３とするために散気管５を使用している。微細気泡３のサイズは、電解水Ｅとの接触面積の拡大の観点から例えば１μｍ以下のナノバブルのように細かい方が好ましい。
電解水Ｅ中に有効塩素が存在する場合、この貯留槽１から僅かながら塩素ガスが揮発する可能性があるので、貯留槽１の上方に２層の活性炭吸着層６を設けて塩素ガスの外部への漏洩を防止しつつ浄化された清浄気体を排出するようにしている。

微細気泡３は電解水Ｅの貯留槽１の深い位置に供給すると、水面に浮き上がるまでの時間を多く取れるので電解水Ｅとの相互作用を行う時間を長くとれることとなる。なお、電解水Ｅの貯留槽１内にデミスター（邪魔板、当て板）を設置すると（図示せず）、微細気泡３が上昇する途中で前記デミスターに当接することにより要浮上時間を延長して微細気泡３と液体との相互間の接触時間を延長することができると共に、気泡を砕いてより微細にして分散させることができる。前記デミスターは回転又は回動してもよい。

次に、この実施形態の気体の浄化機構の使用状態を説明する。
この気体の浄化機構は上記のように構成しており、浄化しようとする気体は微細気泡３として電解水Ｅ中に圧入されるので、空気中に正負のイオンを放出する場合（背景技術に記載）よりも、微細気泡３（菌類やVOCガス成分などが内包される）と電解水Ｅ（攻撃媒体）との間の遭遇密度を高くすることが可能となり、従来よりも十分な浄化を行うことができるという利点がある。
すなわち、従来の空気中の正負のイオンの密度と浮遊菌類との遭遇率（室内という広がりを持った空間内における遭遇）に対し、この発明では気体は無数に分散された微細気泡３となってそれぞれが電解水Ｅに外周を取り囲まれることとなり、電解水Ｅ中の微細気泡３内の浄化対象物（菌類やVOCガス成分）に対して全方位から攻撃するようなものとすることができると共に、電解水Ｅの濃度（・OHラジカルや残留塩素濃度）は室内空間の場合のような人体への影響の制約（あまり高濃度にはできない）は受けず、気体の性状（例えば浮遊菌類の耐性の強弱や汚染度合い、ＶＯＣガスや煙草の煙の濃度など）に応じて設定（高濃度も可能）することができる。

また、浄化しようとする気体を昇圧手段２により電解水Ｅ中に微細気泡３として圧入するようにしたので、電解水Ｅ中に圧入された微細気泡３は液圧に抗して圧縮された状態から（圧縮の度合いにより程度の差はあるが基本的には）膨張しようと挙動する。そして、前記電解水Ｅによる酸化作用を微細気泡３に及ぼすようにしたので、液圧に抗して圧縮された状態から膨張しようと挙動する微細気泡３は電解水Ｅ中で（程度の差こそあれ）表面積が拡大することとなり、これにより微細気泡３内の浄化対象物（例えば菌類やVOCガス成分）と電解水Ｅとの相互間の接触態様を表面積が液中で増大する動的なものとすることができ、気体の浄化（脱臭、脱色、殺菌）をより高度に遂行することができる。

ところで、電解水Ｅの貯留槽１内の残留塩素濃度（微細気泡３に対する攻撃力の一指標）の設定（電気分解する次亜塩素酸等の濃度や電気分解の条件〔電流値や電圧値、電極の極間距離など〕により可変できる）を調整することにより、処理対象の気体を最適な状況下（浄化が可能である最小限度）で処理することができ、処理コストをできるだけ低減することができる。
例えば、空気中のウイルスやバクテリアなどの菌類を除菌乃至殺菌する場合、電解水Ｅの貯留槽１内の残留塩素濃度は５ppm以下でも十分な殺菌効果が得られた。これに対し、病院などの重汚染領域の空気を処理する場合には10〜20ppm程度のより高い残留塩素濃度に設定することができ、処理対象によっては残留塩素濃度をもっと高く設定（例えば12万ppm）することもできる。すなわち、貯留槽１の電解水Ｅの残留塩素濃度は所望の経済的に見合う濃度に設定することが可能である。

（２）塗装工場、液晶製造工場、化学工場等のVOCガスを脱臭する際、従来のスクラバー方式（気体への液滴噴霧方式）よりも高度に無臭化することができる。
このVOCガスの浄化についてテストを行ったところ、次のような結果となった。すなわち、悪臭ガスの供給源として硫化水素とメチルメルカプタンの標準ガスを準備し、電解機構４で0.5重量％の食塩水を電気分解して貯留槽１との間で循環することにより電解水Ｅの残留塩素濃度が80ppmになるように調整した。

そして、この気体の浄化機構の入口で測定（北川式検知管を使用）すると、硫化水素が3.3ppmであったのが出口では0.1ppmに低減しており、メチルメルカプタンが1.8ppmであったのが出口では検出限界以下に低減していた。すなわち硫化水素は97％の除去率であり、メチルメルカプタンはほぼ100％の除去率であったものであり、気体の浄化はほぼ完全に行われていた。
ところで、水に対して難溶解性の有機化合物（例えばベンゼンやトルエン等）が含有されるＶＯＣガスを処理する場合、ＶＯＣガスと電解水Ｅとの相溶性を向上させるために両親媒性溶媒であるDMSO、DMAｃ、エタノールなどを電解水Ｅに溶解させておくと、前記ＶＯＣガスの電解水Ｅへの親和性・溶解性が向上して取り込まれることとなり気体の浄化効率が上昇することとなる。

（３）煙草の煙の浄化についてテストを行ったところ、次のような結果となった。すなわち、電解機構４で0.5重量％の食塩水を電気分解して貯留槽１との間で循環することにより貯留槽１の電解水Ｅの残留塩素濃度が80ppmになるように調整し、チャンバー内で煙草５本（銘柄：マイルドセブン《登録商標》）を連続燃焼させ気体の浄化機構に供給した。
そして、この気体の浄化機構の入口で測定すると（北川式ガス採取器を使用）、アセトアルデヒドが2.5ppmであったのが出口では0.4ppmに低減し、アンモニアが5.0ppmであったのが出口では検出限界以下となり、一酸化炭素が70ppmであったのが出口では15ppmに低減し、酢酸が0.7ppmであったのが出口では検出限界以下となり、ＮＯｘが1.1ppmであったのが出口では0.4ppmとなった。これにより、気体の浄化が十分に行われたことが確認できた。
したがって、この気体の浄化機構は各種公共機関の施設や個人宅の室内空間の煙草の煙の浄化に有用である。

（４）各種建築物の室内の空気中のウイルスやバクテリアなどの浮遊菌類を除菌乃至殺菌及び浮遊微粒子の除去を行う際、既述のように空気中に正負のイオンを放出する場合（背景技術に記載）よりも高度に空気を清浄化（殺菌浄化及び粒子クリーン度の向上）することができる。
加えるに、ウイルスやバクテリアに対する殺菌浄化作用は電解水Ｅの貯留槽１内に行われるので（・OHラジカルの酸化作用は貯留槽１内の電解水Ｅによって発揮される）、（例えば空気中に正負のイオンを放出する場合のように）人が呼吸によりそれを吸い込んで悪影響を受けるといった心配がないという利点を有する。

換言すると、電解水Ｅが微細気泡３内の浄化対象物に及ぼす作用は貯留槽１という閉鎖空間内（液体内）でなされるものであるため外部空間（人間）に対する影響面で安心であると共に、外部への影響とは遮断されていることに起因して電解水Ｅの濃度を所望に応じて調整することができるという利点がある。
（５）焼却炉やボイラーの排気に含まれる有機物の炭化物（異臭を発する）や有害物質（ダイオキシン等）が含まれる気体を脱臭・無害化して無臭化することができた。

この気体の浄化対象物として、空気感染性のウイルス（例えばインフルエンザウイルス）・バクテリア等の浮遊菌類などの生物的成分、VOCガス・煙草の煙などの化学的成分、塵埃や焼却後に生じる炭化物その他の浮遊微粒子などの物理的成分を例示することができる。
そして貯留槽の電解水中の・ＯＨラジカルなどの作用により、前記生物的成分は滅菌乃至殺菌されて衛生化され、化学的成分は酸化分解されて脱臭され、また物理的成分は電解水中に取り込まれて除去されることとなり、処理前の汚染された気体は浄化されて清浄なものとなり、リフレッシュされた状態として室内に戻されたり大気中に排出されたりすることとなる。

これによりこの気体の浄化機構は、病院・学校・幼稚園・老人保健施設・各種の公共機関・デパートやショッピングセンターの喫煙室・パチンコ店（一般的に煙草でかなり煙っている場合が多い）・個人の住居の居住空間等の空気清浄、また塗装工場・液晶製造工場・化学工場等のVOCガスの空気清浄、さらに焼却炉・ボイラーの排気の無害化・無臭化その他の種々の用途に適用することができる。
また、旅客機・飛行機・航空機内は閉ざされた狭い空間であるのでたとえ短時間であっても病気の感染が非常に懸念されるところ、この気体の浄化機構を装備しておくと、海外から国内への病気（例えば新種のインフルエンザ）の侵入を水際で防止することができることとなる。

さらに、自動車・乗用車・トラックなどに装備しておくと、渋滞時に他の車の排気ガスが車内に侵入してきても、これを気体の浄化機構で浄化してフレッシュなクリーン・エアーとして車内に吹き出すようにすることができ、快適なドライブを行うことができる。
その他に電車・バス・船舶その他の種々の乗り物・交通機関（や宇宙船）などにも適用することができる。例えば満員電車に装備しておくと、皆が吐く息によりよどんで不快となった空気をリフレッシュして車内に戻すことができ、乗客の疲労感・虚脱感・いらいらを大きく緩和することができると共に、既述の通り、病気の感染防止も担保することができることとなる。

この気体の浄化機構は、浮遊微粒子などの物理的成分の除去も行うことができるので、クリーンルームに適用することもできる。すなわち、クリーンルーム内の微粒子やまたその室内で発生した揮発性化学成分の除去を行うことができる。また、化学実験室のドラフトで吸い込んだ有害な化学成分を浄化し、清浄なものとして大気中に排出することができる。

この発明の気体の浄化機構の実施形態を説明するシステム・フロー図。

Ｅ電解水
１貯留槽
２気体の昇圧手段
３微細気泡

Claims

電解水（Ｅ）の貯留槽（１）と気体の昇圧手段（２）を有し、浄化しようとする気体を昇圧手段（２）により前記電解水（Ｅ）中に微細気泡（３）として圧入すると共に、前記電解水（Ｅ）による酸化作用を微細気泡（３）に及ぼすようにしたことを特徴とする気体の浄化機構。