(57)【要約】【課題】  空気中に存在する希薄な水分と酸素を用いても、安定して過酸化水素を製造できる過酸化水素製造装置並びにそれを用いた空気清浄機及び加湿器を提供することを目的としている。【解決手段】  水素イオン導電性を有する電解質膜２と電解質膜２の第１の面に接して配置された陽極電極３と電解質膜２の第２の面に接して配置された陰極電極４とにより構成された電解セル１と、陽極電極３に水を供給する手段と、陰極電極４で発生するガスと液体を分離する気液分離手段１６と、この分離手段により分離されたガスを陽極電極３に供給するガス供給手段１７と、陽極電極と陰極電極との間に直流電圧を印加する電源１９とを備えたもので、少量の水で過酸化水素を製造できる。【選択図】  図１
2008081760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素イオン伝導性を有する電解質膜と前記電解質膜の第１の面に接して配置された陽極電極と前記電解質膜の第２の面に接して配置された陰極電極とにより構成される電解セルと、
前記陽極電極に水を供給する手段と、
前記陰極電極に供給する酸素含有ガスおよび水のうち少なくとも酸素含有ガスを供給する手段と、
前記陰極電極で発生するガスと液体を分離する気液分離手段と、
前記気液分離手段により分離されるガスを前記陽極電極に供給するガス供給手段と、
前記陽極電極と前記陰極電極に直流電圧を印加する電源と、
を備えたことを特徴とする過酸化水素製造装置。
【請求項２】
陽極電極から取り出される水を分離する気液分離手段と、前記気液分離手段により分離される水を陰極電極に供給する水供給手段を備えた請求項１又は請求項２に記載の過酸化水素製造装置。
【請求項３】
電解セルが水平に対して１５から７５度又は１０５から１６５度に傾斜して設置された請求項１に記載の過酸化水素製造装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて熱交換器を洗浄する機能を有する空調機。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて空気を除菌する機能を有する空気清浄機。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれかに記載された過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて加湿素子を洗浄する機能を有する加湿器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば酸素を含むガスと水から電気化学的に過酸化水素を製造する装置並びにそれを用いた空調機、空気清浄機及び加湿器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、過酸化水素は漂白、酸化作用を有しており、食品、医薬品を始め工業用に広く使用されている。また、殺菌効果や滅菌効果にも注目されており、家庭用電化製品においても、その殺菌性や防黴性を利用して、清潔で快適な環境を作るため、洗濯機、空気清浄機等への応用が期待されている。従来、過酸化水素はイオン交換膜を利用して電気化学反応にて製造されている。例えば、特許文献１の発明による過酸化水素製造装置では、電解槽に貯留された電解質溶液に少なくとも一対の電極の一部を浸漬し、電気化学的処理によって電解質溶液中に過酸化水素を生成している。過酸化水素が発生する電極側の電極材料にＴａ、Ｐｔなどを含む材料を用いることにより、酸素還元が効率的に進行し、過酸化水素を製造することができる。
また、特許文献２の発明による過酸化水素製造装置においては、親水性の多孔質層の片面にガス透過性の電極物質層を形成し、他面にイオン交換膜を密着形成したものがある。電解生成物は親水性多孔質層を介して排出しているため、過酸化水素が発生する電極への酸素ガス供給が円滑に行うことができる。これにより、効率良く過酸化水素を製造することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１４６３４４号公報
【特許文献２】特許第３６２５６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の過酸化水素の製造方法では、装置の陽極、もしくは陰極に十分な水が供給されることを前提に考えられているため、過酸化水素製造装置や過酸化水素製造機能を持った洗濯機等のように水の供給源を持つ装置、設備に応用が限られていた。そのため、十分に水が供給できる近辺にしか過酸化水素製造装置を設置できず、一般家庭や業務用途における過酸化水素製造装置の普及の大きな妨げともなっている。
業務用空気清浄機、家庭用空気清浄機、車載用空気清浄機などの用途において、一般家庭、業務用オフィス、車内などの移動体の内部等に、過酸化水素製造装置を設置する必要がある場合には、一般的に近くに水を十分に供給できる環境にはなく、空気中に存在する水を利用することが考えられる。
このような場合には、水が不足し電解質膜（イオン交換膜）のイオン伝導性が低下するため、充分な量の過酸化水素が得られないという問題がある。さらに、凝縮などの手法によって空気中の水分を回収することによって中性に近い水が得られるが、中性付近の水を用いて電気化学分解を行うと、過酸化水素水とともに可燃性の水素ガスが発生するという問題があった。
【０００５】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、空気中に存在する希薄な水分と酸素を用いても、安定して過酸化水素を製造できる過酸化水素製造装置とそれにより製造された過酸化水素を洗浄に利用した空調機、空気洗浄機及び加湿器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明に係る過酸化水素製造装置は、水素イオン伝導性を有する電解質膜と前記電解質膜の第１の面に接して配置された陽極電極と前記電解質膜の第２の面に接して配置された陰極電極とにより構成される電解セルと、前記陽極電極に水を供給する手段と、前記陰極電極に供給する酸素含有ガスおよび水のうち少なくとも酸素含有ガスを供給する手段と、前記陰極電極で発生するガスと液体を分離する気液分離手段と、前記気液分離手段により分離されるガスを前記陽極電極に供給するガス供給手段と、前記陽極電極と前記陰極電極に直流電圧を印加する電源とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
請求項４の構成では、過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて熱交換器を洗浄する機能を有する空調機であることを特徴とする。
【０００８】
請求項５の構成では、過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて空気除菌する機能を有する空気清浄機であることを特徴とする。
【０００９】
請求項６の構成では、過酸化水素製造装置において製造される過酸化水素を用いて加湿素子を洗浄する機能を有する加湿器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、陰極で生成される水素を含むガスを陽極へ供給する流路を持つので、陽極に供給する水素によって水の消費量を低減することができ、また、電解質膜のイオン伝導性も改善できるため、空気中に含まれる水分等、少ない水でも効率良く過酸化水素を製造でき、さらに、陰極で発生した可燃性の水素が陽極で完全に分解できるといった従来の装置にはない顕著な効果を奏するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の過酸化水素製造装置を実施の形態に基づき図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
図１に示すように、過酸化水素製造装置の電解セル１は、水素イオン伝導性を有する電解質膜である高分子電解質膜２、この高分子電解質膜２の一方の面に接するように配設される陽極電極３、高分子電解質膜２の他方の面に接するように配設される陰極電極４で構成されており、さらに陽極電極３には陽極端子５、陰極電極４には陰極端子６が取付けられており、高分子電解質膜２、陽極電極３および陰極電極４はＯリング８により固定、密閉されてフランジ７a、７ｂに収められている。電解セル１の陽極側フランジ７aには陽極給水口９と陽極排出口１０が、陰極側フランジ７ｂには陰極給入口１１と陰極排出口１２が設けられ、陰極給入口１１には継ぎ手１３を介して、酸素含有ガス導入口１４および陰極給水口１５がそれぞれ設けられ、陰極排出口１２には気液分離器１６を通して陽極側フランジ７aに接続されているガス供給手段であるガス供給管１７が、さらに、気液分離手段１６には過酸化水素水取出口１８が設けられ、また、電解セル１には陽極端子５、陰極端子６を介して直流電源１９が接続されている。
【００１２】
次に、実施の形態１における過酸化水素製造方法の動作原理について、図１の過酸化水素製造装置を参照して説明する。
直流電源１９により、陽極端子５と陰極端子６の間に連続的もしくは断続的に１．５〜１０Ｖの直流電圧を印加しながら電解セル１を動作させる。まず、フランジ７aの陽極給水口９から供給された水は、陽極電極３を通過して高分子電解質膜２に接触する。そして、水は高分子電解質膜２に吸収され、高分子電解質膜２内を拡散し、高分子電解質膜２に保持される。陽極電極３では、供給された水が反応式（１）で示すように酸素（Ｏ２ ）と水素イオン（Ｈ＋）とに分けられる。直流電源１９により電圧を印加すると、電流が流れ、陽極電極３の表面から酸素分子が発生する。
陽極： ２Ｈ２Ｏ → Ｏ２＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ−            （１） 
高分子電解質膜２は、気体を透過せず、電気絶縁性があり、水および水素イオン（Ｈ＋）のみを伝導する材質、例えば、パーフルオロスルホン酸膜でできており、陰極側フランジ７ｂに繋がる酸素含有ガス導入口１４および陰極給水口１５から、空気などの酸素（Ｏ２ ）を含有するガスがおよび水（Ｈ２Ｏ）が供給されると、陰極電極４上で高分子電解質膜２との界面に達した陽極電極３から伝導した水素イオン（Ｈ＋）、および水素イオン（Ｈ＋）に起因する還元性物質と酸素ガス（Ｏ２ ）が反応し、反応式（２）で示す還元反応によって過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）が発生する。この過酸化水素を含む水溶液は、気液分離手段１６により気体と分離され、過酸化水素水取出口１８から取り出される。
陰極： Ｏ２ ＋ ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ− → Ｈ２Ｏ２           （２）
また、陰極電極４では酸素（Ｏ２ ）が更に還元されて水（Ｈ２Ｏ）が生成する反応（３）と水素イオン（Ｈ＋）が直接還元されて、水素（Ｈ２）が発生する反応式（４）も進行する。
陰極： Ｏ２ ＋ ４Ｈ＋ ＋ ４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ           （３）
２Ｈ＋ ＋ ２ｅ−           → Ｈ２              （４）
【００１３】
一方、気液分離器１６により分離された気体には主に酸素（Ｏ２ ）と水素（Ｈ２）が含まれているが、ガス供給管１７を経由して陽極電極３に導入される。陽極電極３では、反応式（１）で示すように水（Ｈ２Ｏ）が消費されるが、陰極電極４で発生した水素（Ｈ２）が陽極電極３に供給することにより反応式（１’）が進行するため、水（Ｈ２Ｏ）の消費が抑制される。
陽極：  Ｈ２        →  ２Ｈ＋ ＋ ２ｅ−              （１’）
特に、水として空気中に希薄に存在する水分を利用する場合には、反応式（１）による水の消費によって、高分子電解質膜２の水素イオン伝導性が低下し、反応式（２）の反応速度が低下することにより過酸化水素の生成が妨げられるため影響が大きい。これを抑制するため、陽極電極３での水の消費を低減することが必要であり、本発明では、陰極電極４で発生した水素ガスを陽極電極３に供給することにより性能低下を抑えている。反応式（４）は反応式（２）と競合するため、反応式（４）を抑制するためには、従来は電極に導入する溶液をｐＨ１０程度のアルカリ性にすることが必須であった。
【００１４】
高分子電解質膜２の水素イオン伝導度は、膜中の相対湿度すなわち水の量に比例して大きくなる。高分子電解質膜２が、パーフルオロスルホン酸膜の場合では、２０℃において、相対湿度２０％では１０−４Ｓｃｍ−１、４０％では２×１０−３Ｓｃｍ−１、６０％では１０−２Ｓｃｍ−１と大きく変化する。このため、陰極電極４で発生した水素を陽極電極３に供給することによって、陽極での水の消費を抑え、過酸化水素の生成効率を大きく改善できる。
【００１５】
水の供給方法として、窒素などの不活性ガスを温水に通気して水分を電極に吹き付ける方法、超音波（１ｋＨｚ 〜２ＭＨｚ）振動を用いて水を直径数μｍ程度の水滴に微細化し不活性ガスで霧状の水滴を同伴する方法、大気中に存在する水分を電子冷却器や冷媒を連続的に流通して表面を５℃〜３０℃に制御したアルミニウム（Ａｌ）板などによって強制冷却して結露した水を滴下する方法、液体状の水を直接供給する方法などがある。そして、水分供給量及び供給方法は、必要とする過酸化水素の生成量に対応して決める。
陽極側に供給する水にカルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）などの金属イオンに起因する陽イオンが含まれていると、高分子電解質膜２の内部の水素イオンが陽イオンに置換されるため水素イオン伝導速度が著しく低下するので、液体状の水を直接供給する場合も微細化した水を供給する場合にも、イオン交換水または超純水を用いる方が好ましい。水道水であれば、カルキ、トリハロメタンなどをフィルタで除去した水であって、電気伝導度が５μＳｃｍ−１以下であれば使用することができる。
【００１６】
次に、電解セル１の具体的材料について説明する。
高分子電解質膜２として、実施の形態１の動作説明では、パーフルオロスルホン酸膜を使用する場合について述べたが、気体を透過せず、電気絶縁性があり、水分および水素イオンのみを伝導する材料であればよく、他にポリベンゾイミダゾール系イオン交換膜、ポリベンズオキサゾール系イオン交換膜、ポリアリーレンエーテル系イオン交換膜なども用いることができ、このとき高分子電解質膜２中に含まれる水の分子数の約２〜６倍のリン酸分子を添加すると水素イオン伝導性が高まり、過酸化水素の生成効率が改善される。
【００１７】
陽極電極３は、基材と水の酸化反応を促進する酸化触媒から構成されるもので、基材としては、チタン（Ｔｉ）金属繊維の焼結体（繊維径２０μｍ、長さ５０〜１００ｍｍの単繊維を織り込んで焼結体としたもの）からなる密度２００ｇ／ｃｍ２の布（半径５０ｍｍ、厚み３００μｍ）や、チタン製の網目構造を持つエキスパンドメタルを用いる。
基材の高分子電解質膜２に接する面に白金（Ｐｔ）または、酸化イリジウム（ＩｒＯ２）を０．２５〜２ｍｇ／ｃｍ２の密度でめっきすることにより陽極電極３を形成する。水の酸化反応は、基材上に形成された酸化触媒と高分子電解質膜２の界面でのみ進行するので、基材としてエキスパンドメタルを用いる場合には、網目の密度が電解性能に影響する。具体的には、１インチあたり１０個以上の穴が開いたエキスパンドメタルを用いることが好ましい。
【００１８】
陰極電極４は、炭素系基材と酸素の還元反応を促進する還元触媒から構成されている。炭素系基材として、半径５０ｍｍ、厚さ２００μｍの炭素繊維（繊維径約５〜５０μｍ、空隙率５０〜８０％）を用いる。この炭素繊維の高分子電解質膜２に接する面に、カーボン粉末と高分子電解質を混合した層を形成する。具体的には、カーボン粉末と高分子電解質（パーフルオロスルホン酸）を分散した溶液を重量比で１０：１〜１：１０の割合で混合し、３０〜５００μｍ塗布した後、５０℃、真空下で乾燥して還元触媒層（混合層）（図示せず）を形成した。
なお、炭素繊維以外にも、基材として、カーボンナノファイバ（太さ１０〜１００ｎｍ）、黒鉛または層間にアルカリ金属を挿入した黒鉛、単層または多層のカーボンナノチューブ（太さ１０ｎｍ以下）、繊維状活性炭または粒子状活性炭を用いてもよい。
【００１９】
フランジ７ａ、７ｂは、アクリル樹脂などの絶縁材料からなり、陽極端子５、陰極端子６により電解セル１を、面圧０．２×１０４〜１×１０４Ｐａで締め付けている。
陽極側のフランジ７ａには、陽極電極３に水を取り込むため凹部が設けられている。また、陰極側のフランジ７ｂには、フランジ７ａと同様、陰極電極４に水とガスを取り込むため凹部が設けられている。
なお、フランジ７ａ、７ｂの材質は機械的強度を高めるためにカーボン、ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６、ＳＵＳ３０４など）を用いてもよい。また、フランジ７ａ、７ｂ自体を陽極端子５、陰極端子６の一体の部材として通電してもよい。また、腐食を抑制するために、フランジ７ａ、７ｂの表面に０．０１〜４μｍ程度の厚みの白金（Ｐｔ）めっき、もしくはチタン（Ｔｉ）めっきを行ってもよい。
【００２０】
陽極端子５、陰極端子６は、円状の平板（半径１ｃｍ、厚み２ｍｍ）に細い棒（外径２ｍｍ、長さ１５ｍｍ）を円板の中央から円板に垂直に溶接したもので、材料はチタン（Ｔｉ）からできている。電解セル１との接触面での腐食を防止するために、０．１〜３μｍ程度の厚みで白金（Ｐｔ）めっきすることが好ましい。また、比較的低コストで電極端子を作製する必要がある場合には、同様な形状に加工したカーボン板を用いてもよい。フランジ７ｂと陰極電極４の間隔ｄは０．０５ｍｍ〜５０ｍｍの範囲であればよい。
【００２１】
陽極電極３と陰極電極４との間に印加した電圧の一部は接触抵抗や高分子電解質膜２でジュール熱として失われ、高分子電解質膜２や陽極電極３、陰極電極４の温度を上昇させる。温度上昇が著しい場合には、高分子電解質膜２が変質したり、変形して陽極電極３や陰極電極４と高分子電解質膜２の剥がれが発生したりするので望ましくない。そこで、電圧を断続的にＯＮ、ＯＦＦすることにより発熱を抑制することができる。具体的には、１〜３０分間隔で、ＯＦＦの時間を１とするとＯＮの時間を０．２〜５倍程度で操作することが望ましい。
また、パルス状の電圧印加によって水素イオンにのみにエネルギーを与えれば熱による損失を抑制することができる。このような場合には、１μｓｅｃ〜１０ｍｓｅｃ程度のパルス状の電圧を連続的に印加してＯＮ、ＯＦＦを行うことが好ましい。
【００２２】
次に、本発明の主な特徴である気液分離手段の気液分離器１６とガス供給管１７について説明する。気液分離手段としては、重力、浮力、遠心力、慣性力、気化力などを用いることができ、また、浮上分離、遠心分離、減圧ポンプによる脱気分離などの手法を用いることができる。水素は単位体積あたりの浮力が大きいため、電解セル１で発生した過酸化水素水溶液とガスの混合流体を０．１〜１０ｓｅｃ静置するだけで、５０％以上の高い分離効率が得られる。更に分離効率を高めるためには混合流体を攪拌するか、減圧ポンプで吸引することで残存する水素気泡や、水中に溶解した水素を分離することができる。ただし、過酸化水素の揮発（気相への放出）を抑制するためには、攪拌における回転数は１〜１０００ｒｐｍの範囲に、混合流体を静置する気液分離器１６の容器内の圧力は０．２気圧以上に保持することが望ましい。
【００２３】
ガス供給管１７であるが、材質としては塩化ビニル樹脂、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ＡＢＳ樹脂などの非金属材料を用いることが望ましい。白金や銅、ステンレスなどの金属触媒を含む材料を用いると水素が酸化されて陽極電極３に到達する前に水に戻る可能性がある。ガス供給管１７の形状について更に詳しく検討したところ、断面が内径φ０．１〜３０ｍｍの円形パイプが望ましいことがわかった。φ０．１ｍｍ以下の場合には気液分離手段１６から陽極電極３へガスが流れる際の圧力損失が大きくなり、過酸化水素水溶液側に水素が漏洩したり、圧力差によって電解質膜２が破損したりする原因となる。φ３０ｍｍ以上では、ガス供給管１７の内部で流れのよどみが発生するため、陽極電極３に供給された水が逆流するという問題が発生した。
【００２４】
このように、実施の形態１の過酸化水素製造装置によると、陰極で生成された水素を陽極へ供給する流路を持つので、水の消費量を低減することができ、また、電解質膜のイオン伝導性も改善できるため、空気中に含まれる水分等、少ない水でも効率良く過酸化水素を製造でき、さらに、陰極で発生した可燃性の水素が陽極で完全に分解できるといった顕著な効果を奏するものである。
【００２５】
〔実施例１〕
図２は、実施の形態１の過酸化水素製造装置を用いた実施例１による陰極電極で発生した水素を陽極電極に供給した場合の過酸化水素生成特性の測定結果を示す。生成条件としては、印加電圧が２．０〜２．２Ｖ、温度が２５℃、導入する酸素ガス流量が１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎ、陽極電極３と陰極電極４の面積が１９ｃｍ２、フランジ７ｂと陰極電極４との間隔ｄは３ｍｍである。ガス供給管１７は塩化ビニル製の内径φ６ｍｍの円形パイプを用いた。
【００２６】
電解セル１を構成する材料としては、陽極電極３の基材はチタン製エキスパンドメタル（１インチ平方あたりのメッシュ数８０、線径０．１ｍｍ）、酸化触媒は酸化イリジウム（担持密度０．６ｍｇ／ｃｍ２、無電解めっきで形成）を用いた。一方、陰極電極４は炭素繊維（繊維径１０μｍ、空隙率７０％）を基材として、その上にカーボン粉末と高分子電解質（パーフルオロスルホン酸）を分散した溶液を重量比で１：３の割合で混合し、１５０μｍ塗布した後、５０℃、真空下で乾燥して還元触媒層（混合層）を形成した。高分子電解質膜２はパーフルオロスルホン酸である。また、陽極電極３には空気中から冷却によって凝縮された水分を回収する状況を想定して、常温のイオン交換水を５ｃｃ／ｈｒの速度で供給した。また、陰極電極４の近傍に１００ｃｃのガラスビーカ（図示せず）を設置し、１０ｃｃの常温のイオン交換水を入れて、陰極電極４へ５０ｃｃ／ｈｒの速度で供給した。陰極電極４から排出された過酸化水素水はこのガラスビーカへ戻し、水をガラスビーカと陰極電極４との間を循環させた。つまり、陰極電極４の表面で発生した過酸化水素はガラスビーカと陰極電極４の間を循環する水に徐々に蓄積していく。
【００２７】
ガラスビーカの一部に紫外線吸光光度計（図示せず）を取付けて、過酸化水素濃度の経時変化を測定した。また、電解セル１全体から排出されるガスを回収し、その中に含まれる水素濃度を、Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ（ＴＣＤ）付きガスクロマトグラフによって評価した。気液分離器１６としては１０ｃｍ３の容器を用いて、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を１〜１０ｓｅｃ静置することで６０％以上の分離効率が得られた。
【００２８】
次に、実施例１における測定結果について詳細に述べる。図２に実施例１での過酸化水素濃度の時間変化を実線Ａで示す。比較のために図１におけるガス供給管１７と気液分離器１６と取り外し、陰極電極４で発生したガスを陽極電極３へ供給しない場合の過酸化水素濃度の時間変化を比較例１として図２に破線Ｂで示す。
実施例１では直流電源ＯＮとともに時間に比例して過酸化水素濃度が増加し、１６００ｍｉｎ後には最大で４０００ｍｇ／Ｌに到達した。比較例１では１５０〜２００ｍｉｎ後から過酸化水素の発生量が飽和する傾向が見られ、１６００ｍｉｎ後においても８００ｍｇ／Ｌ程度にとどまった。供給される水の量が陽極電極３において消費される水の量を下回ったため、高分子電解質膜２の含有水分が不足して水素イオンの伝導特性が低下したためと考えられる。気液分離器１６における分離効率が低下すると過酸化水素濃度が低下する傾向が見られたが、分離効率が５０％以上であれば図２の実線Ａと同等の性能が得られた。また、分離効率が２５％まで低下すると比較例１と実施例１の中間程度の性能となり時間に伴って、過酸化水素濃度が飽和する傾向が見られた。
【００２９】
また、実施例１において電解セル１から排出される水素濃度を測定した結果を、図３の実線Ａで示す。比較のために図１におけるガス供給管１７と気液分離器１６と取り外し、陰極電極４で発生したガスを陽極電極３へ供給しない場合の水素濃度を比較例１として図３に破線Ｂで示す。
実施例１（図３実線Ａ）では、通電直後に若干の水素が観測されたが、１００ｍｉｎ以降では検知限界以下であった。反応式（４）のように、電解セル１に通電した電流に応じて水素が発生するが、気液分離器１６によってガスが分離され、陰極電極４から陽極電極３へ分離された水素が供給され、陽極電極４の表面において完全に反応して水に変化したために水素が検知されなかったものと考えられる。比較例１においても、反応式（４）で示したように、電解セル１に通電した電流に応じて水素が発生するが、１５０〜２００ｍｉｎ後から水素濃度が飽和する傾向が見られ、１６６０ｍｉｎ後において６００ｐｐｍ程度にとどまった。可燃性ガスである水素の燃焼限界は４％であるが、ガスの滞留による水素濃度の局所的な変動を考慮すると、電解セル１から排出する水素濃度はできる限り低いことが望ましい。
【００３０】
このように、実施の形態１の過酸化水素製造装置の実施例１によると、気液分離手段と陰極から排出された水素を含むガスを陽極へ供給する流路（ガス供給管）を持つので、陽極における水の消費量を低減でき、電解質膜の水素イオン伝導性を改善できる。また、陰極で発生した可燃性の水素が陽極で完全に分解できることが確認できた。
【００３１】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
実施の形態２における過酸化水素製造装置と実施の形態１の過酸化水素製造装置との異なるところは、実施の形態２では陰極電極４への水の供給手段がなく、電解セル１が水平に対して角度がθだけ傾斜して設置されている点である。図１と同一符号は、同一または相当部分を示すので、説明を省略する。
【００３２】
高分子電解質膜２に直流電源１９によって電圧を印加すると、陽極電極３から陰極電極４に向かって水素イオン１分子あたり２〜４分子の水が伝導する。実施の形態２の過酸化水素製造装置では、陰極電極４への水の供給手段を持たない代わりに、陽極電極３側から高分子電解質膜２を通過して伝達する水を用いて過酸化水素を生成することを特徴としている。
陰極側に供給する水に、カルシウム、マグネシウム、カリウムなどの金属イオンに起因する陽イオンが含まれていると陰極電極４の表面において金属イオンが還元されて金属が析出して電極表面を被覆するため、電解セル１の性能を著しく低下させる可能性がある。また、有機酸である蟻酸、酢酸などの水に溶解する有機成分が存在すると、陰極電極４の表面において還元され、炭素や不揮発性の物質が析出して金属イオンの場合と同様に電解セル１の性能を著しく低下させる。しかし、高分子電解質膜２は金属イオンや有機物を透過せず、純粋な水のみを通過するフィルタとしても働くため、上述の好ましくない物質を除去した純度の高い水を供給することができる。
【００３３】
一方、陽極側に供給する水については、カルシウム、マグネシウム、カリウムなどの金属イオンに起因する陽イオンが含まれていても、陽極電極３の表面は強い酸化電位に保たれているため、電解セル１の性能を低下させることはない。また、有機酸で蟻酸、酢酸などの水に溶解するの有機成分が存在しても、陽極電極３の表面は強い酸化電位に保たれているため、これらの有機物は酸化分解されて電極に悪影響を与えることはない。
【００３４】
一般的な生成条件では、陰極側に伝達される水の量は電極面積が２０ｃｍ２程度の場合に一時間当たり０．５〜１０ｃｃと少量である。このような場合には、陰極電極４の面が水平面に対して直立していると水が陰極電極４の一部にしか接触せず陰極排出口１２から流れ出る、あるいは陰極電極４の表面で発生した過酸化水素が局所的に蓄積するという問題がある。また、水量が少量であり陰極電極４の面が水平の場合には、陰極電極４の表面の一部に水が滞留するため、水で覆われた部分において酸素が供給できず過酸化水素が発生できないという課題がある。
【００３５】
そこで、電解セル１を水平に対して角度θに傾斜させることにより、陰極側に伝達した水が滞留することなく、均一に酸素と接触させることができる。
更に、陰極電極４から排出されたガスと過酸化水素水を気液分離器１６に導入し、分離された水素を含むガスをガス供給管１７によって陽極電極３へ供給するので、陽極電極３における水の消費量を低減できるだけでなく、高分子電解質膜２の水素イオン伝導性の改善も可能である。
【００３６】
このように、実施の形態２によると、気液分離器１６と陰極電極４から排出された水素を含むガスを陽極電極３へ供給する流路（ガス供給管１７）を持つので、陽極電極３における水の消費量を低減でき、高分子電解質膜２の水素イオン伝導性を改善できる。陰極電極４で発生した可燃性の水素が陽極電極３で完全に分解することができるのみならず、高分子電解質膜２を透過して伝達する水を用いて過酸化水素を生成させるので、陰極電極４に供給する水を予め金属イオンや有機物などの好ましくない物質を除去する必要がなく、過酸化水素製造装置の性能を長期に亘って維持でき、信頼性を高められるという効果がある。また、電解セル１を水平に対して１５〜７５度又は１０５〜１６５度の角度で傾斜させることにより、陰極側に伝達した水が滞留することなく均一に酸素と接触できる効果があり、効率よく過酸化水素を発生させることができる。
【００３７】
〔実施例２〕
図５は、実施の形態２の過酸化水素製造装置を用いた実施例２による過酸化水素生成特性の測定結果を示す。生成条件としては、印加電圧が２．０〜２．２Ｖ、温度が２５℃、導入する酸素ガス流量が１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎ、陽極電極３と陰極電極４の面積が１９ｃｍ２、フランジ７ｂと陰極電極４との間隔ｄは３ｍｍである。ガス供給管１７は塩化ビニル製の内径φ６ｍｍの円形パイプを用いた。なお、電解セル１の傾斜角は４５度である。なお、電解セル１を構成する材料は実施例１と同様のものを用いた。
【００３８】
電解セル１で生成された過酸化水素水溶液は紫外線吸光光度計（図示せず）で過酸化水素濃度の経時変化を測定した。陽極電極３には陽極給水口９から供給水として、常温のイオン交換水を５ｃｃ／ｈｒの速度で供給した。また、実施例２の比較例として、実施の形態２の過酸化水素製造装置の陰極フランジ７ｂに陰極給入口１１（φ３ｍｍ）を設けたものを作製し、陰極側に５ｃｃ／ｈｒの試料水を供給した場合の過酸化水素発生特性も併せて調べた。
陰極側に供給する試料水は、カルシウムイオン、マグネシウムイオン、カリウムイオンをそれぞれ０．１〜１０ｍｇ／Ｌ、ギ酸イオン、酢酸イオンがそれぞれ０．１〜１０ｍｇ／Ｌを含み、電気伝導度が５μＳｃｍ−１程度の水溶液である。気液分離器１６としては１０ｃｍ３の容器中を用いて、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を１〜１０ｓｅｃ間静置することで６０％以上の分離効率が得られた。
【００３９】
次に、実施例２の測定結果について説明する。図５に実施例２での過酸化水素濃度の時間変化を実線Ａで示す。比較のために図４の実施の形態２において、陰極電極４に試料水を供給した場合の過酸化水素発生特性を比較例２として図５に破線Ｂで示す。実施例２では、直流電源ＯＮとともに時間に比例して過酸化水素が発生するが、比較例２では徐々に過酸化水素の濃度が低下する傾向が見られ、１６００ｍｉｎ後には初期値の約４０％まで低下した。比較例２においては、陰極電極４の表面において金属イオンおよび有機物が還元されて金属や炭素などの不揮発性物質が析出して電極表面を被覆するため、電解セル１の性能が著しく低下する。
また、実施例２においても、陽極電極３に陰極電極４と同様に金属イオン、有機物を含む試料水を供給した場合についても評価したが、高分子電解質膜２は水しか透過しないため、比較例２で見られたような過酸化水素濃度の低下は観測されなかった。
【００４０】
このように、実施例２によると、気液分離器１６と陰極電極４から排出されたガスを陽極電極３へ供給する流路（ガス供給管１７）を持つので、陽極電極３における水の消費量を低減でき、高分子電解質膜２のイオン伝導性を改善できる。また、陰極電極４で発生した可燃性の水素が陽極電極３で完全に分解することができるのみならず、高分子電解質膜２を介して伝達する水を用いて過酸化水素を発生させるので、高分子電解質膜２が金属イオンや有機物などの好ましくない物質を除去するため、長期に亘って安定して過酸化水素を生成することができることを確認できた。
【００４１】
〔実施例３〕
図６は、実施の形態２の過酸化水素製造装置を用いた実施例３による過酸化水素生成特性の電解セル角度依存性の測定結果を示す。生成条件としては、印加電圧が２．０〜２．２Ｖ、温度が２５℃、導入する酸素ガス流量が１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎ、陽極電極３と陰極電極４の面積が１９ｃｍ２、フランジ７ｂと陰極電極４との間隔ｄは３ｍｍである。ガス供給管１７は塩化ビニル製の内径φ６ｍｍの円形パイプを用いた。なお、電解セル１を構成する材料は実施例１と同様のものを用いた。
【００４２】
次に、過酸化水素濃度の電解セル１の水平に対する傾斜角度の依存性を調べた結果を図８に示す。陽極電極３には供給水として、常温のイオン交換水を５ｃｃ／ｈｒの速度で供給した。電解セル１から生成した過酸化水素水溶液は紫外線吸光光度計（図示せず）で過酸化水素濃度を測定した。気液分離器１６としては１０ｃｍ３の容器を用いて、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を１〜１０ｓｅｃ静置することで６０％以上の分離効率が得られた。
【００４３】
測定の結果、電解セル１の角度によって生成する過酸化水素濃度は大きく変化することが明らかになった。実用的には８００ｍｇ／Ｌ以上の過酸化水素が得られることが好ましいので、角度θは１５〜７５度又は１０５〜１６５度に設定することが望ましい。角度θが７５〜１０５度の範囲（陰極面が水平面に対してほぼ直立している場合）では水分が陰極電極４の一部にしか接触せず陰極排出口１２から流れ出る、陰極電極４の表面で発生した過酸化水素が局所的に蓄積したため、濃度が急激に低下するものと考えられる。また、角度θが０〜１５度又は１６５〜１８０度の範囲（陰極面がほぼ水平の場合）には、陰極面の一部に水が滞留するため、水で覆われた部分において酸素が供給できないため過酸化水素の濃度が低下したためと考えられる。
【００４４】
このように、実施の形態２における実施例３によると、電解セル１を水平に対して１５〜７５度又は１０５〜１６５度に傾斜させることで、陰極側に伝達した水が滞留することなく均一に酸素と接触でき、安定して過酸化水素を生成できることが確認できた。
【００４５】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
本発明の実施の形態３に係わる過酸化水素製造装置は、実施の形態１における過酸化水素製造装置において、陰極電極４へ供給する水は陽極給水口９を介して一旦、陽極電極３に通水した後、水供給管２０から気液分離器２２によって水を分離して、水供給管２１を通して陰極給入口１１へ水が供給されるものである。
実施の形態１とは水供給管２０、２１、気液分離器２２を備えた点が異なっており、それ以外は同様であるので、説明を省略する。図１と同一符号は、同一または相当部分を示す。
【００４６】
陽極電極３から排出される水とガスを分離する気液分離器２２としては、実施の形態１の気液分離器１６と同様、重力、浮力、遠心力、慣性力、気化力などを用いることができ、浮上分離、遠心分離、減圧ポンプによる脱気分離などの手法を用いることができる。水素は単位体積あたりの浮力が大きいため、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を０．１〜１０ｓｅｃ静置するだけで、５０％以上の高い分離効率が得られる。更に分離効率を高めるためには混合流体を攪拌するか、減圧ポンプで吸引することで残存する水素気泡や、水中に溶解した水素を分離することができる。攪拌における回転数は１〜１０００ｒｐｍの範囲に、混合流体を静置する気液分離器２２の容器内の圧力は０．２気圧以上に保持することが望ましい。
【００４７】
陰極側に供給する水に有機酸である蟻酸、酢酸などの水に溶解する有機成分が存在すると、陰極電極４の表面において還元され、炭素や不揮発性の物質が析出して金属イオンの場合と同様に電解セル１の性能を著しく低下させる。そこで、陰極電極４へ水を供給する前に予め陽極電極３に通水することで、陽極電極３の表面において有機物が揮発性物質まで完全に分解される。陽極電極３から排出された水とガスは気液分離器２２によって分離され、分離された液中には有機物が含まれないため、そのまま陰極電極４へ導入しても電解セル１の性能劣化は発生しない。つまり、好ましくない物質を除去するフィルタに水を通過させたことになり、動力を使わずして純度の高い水を供給できるのである。
一方、陽極電極３側に供給される水に蟻酸、酢酸などの有機酸が含まれていたとしても、陽極電極３表面が強い酸化電位に保たれているため、これらの有機物は酸化分解されて電極に悪影響を与えることはない。
【００４８】
このように、陰極電極４から排出されたガスと水を気液分離器１６に導入し、分離された水素を含むガスをガス供給管１７によって陽極電極３へ供給しているので、陽極電極３における水の消費量を低減できるだけでなく、電解質膜２の水素イオン伝導性の改善も可能である。また、陰極電極４への供給する水分を陽極電極３に通水した後、水供給管２０、気液分離器２２により水を分離し、水供給管２１により陰極電極４へ水が供給されるので、予め好ましくない有機物質を除去する必要がなく、過酸化水素製造装置の性能を長期間に亘って維持できるという効果がある。
【００４９】
〔実施例４〕
図８は、実施の形態３の過酸化水素製造装置を用いた実施例４による試料水を陽極電極へ導入した後、陰極電極に供給した場合の過酸化水素の生成特性の測定結果を示す。
生成条件としては、印加電圧が２．０〜２．２Ｖ、温度が２５℃、導入する酸素ガス流量が１０〜５０ｃｃ／ｍｉｎ、陽極電極３と陰極電極４の面積が１９ｃｍ２、フランジ７ｂと陰極電極４の間の間隔ｄが３ｍｍである。ガス供給管１７は塩化ビニル製の内径φ６ｍｍの円形パイプを用いた。使用する試料水は、ギ酸イオン、酢酸イオンがそれぞれ０．１〜１０ｍｇ／Ｌ含み、電気伝導度が５μＳｃｍ−１程度の水溶液である。なお、電解セル１を構成する材料は実施例１と同様のものを用いた。
【００５０】
陰極電極４への供給する試料水を陽極給入口９から一旦、陽極電極３に通水した後、水供給管２０を通り、気液分離器２２によって水を分離した後、水供給管２１を通して陰極給入口１１から陰極電極４へ水が供給される。陽極電極３には、試料水を５ｃｃ／ｈｒの速度で供給した。電解セル１で生成された過酸化水素水溶液を紫外線吸光光度計（図示せず）により過酸化水素濃度の時間変化を測定した。また、実施例４の比較例４として、陰極電極４の陰極給入口１１に試料水を直接、５ｃｃ／ｈｒの供給した場合の過酸化水素濃度の時間変化も測定した。気液分離器２２としては１０ｃｍ３の容器を用いて、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を１〜１０ｓｅｃ静置することで６０％以上の分離効率が得られた。
【００５１】
次に、過酸化水素を生成させた測定結果について述べる。図８は実施例４での過酸化水素濃度の時間変化を実線Ａで示す。比較のために図７において陰極電極４に直接、前記試料水を供給した場合の過酸化水素濃度の時間変化を比較例４として図８に破線Ｂで示す。実施例１では、直流電源ＯＮとともに時間に依存せず、過酸化水素が生成するが、比較例４では徐々に過酸化水素の濃度が低下する傾向が見られ、１６００ｍｉｎ後には初期値の約６０％まで低下した。これは、比較例４においては、陰極電極４の表面に有機物が還元されて炭素などの不揮発性物質が析出して電極表面を被覆するため、電解セル１の性能が著しく低下したためと考えられる。
【００５２】
このように、陰極電極４から排出されたガスを陽極電極３へ供給する流路（ガス供給管１７）を持つので、陽極電極３における水の消費量を低減でき、電解質膜２の水素イオン伝導性を改善できる。また、陰極電極４で発生した可燃性の水素が陽極電極３で完全に分解できるという顕著な効果が得られるだけでなく、陰極電極４へ供給する水を陽極電極３に導入した後、気液分離器２２を通して陰極電極４へ水を供給する構成にしているので、フィルタ効果により、供給水から好ましくない有機物質を予め除去する必要がなく、過酸化水素製造装置の性能が長期間に亘って維持できることが確認できた。
【００５３】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４における過酸化水素製造装置を冷暖房機能を有する空調機に設置した例を示す概略断面図である。空気中の水蒸気は熱交換器２３の表面において冷却され、熱交換器２３の表面で凝縮され凝縮水２４となる（凝縮水のことを以下「ドレン水」と呼ぶ）。熱交換器２３の表面は親水化処理されているため、ある一定以上の凝縮水２４が付着すると自然落下を始めて、ドレン水２６として、ドレンパン２５に回収される。次に、ドレン水２６は水供給手段２７によって一定速度で過酸化水素製造装置２８の陽極電極に供給され、陰極電極には送風ファン（図示せず）によって送出された空気が供給される。生成された過酸化水素水は過酸化水素水供給手段２９によって熱交換器２３の表面に散布され、熱交換器２３の表面に発生、付着するカビや細菌などを除去する。
【００５４】
水供給手段２７、過酸化水素水供給手段２９としては、液送ポンプなどの動力や、繊維状の吸水性シートの毛管現象、超音波噴霧などを利用することができる。吸水性のシートとしては、パルプとポリエチレン繊維を編んだシートやセラミック繊維、ガラス繊維からなるシートを用いることができる。特に、過酸化水素を熱交換器２３へ供給する場合には、過酸化水素との反応性の低い、セラミック繊維、ガラス繊維を用いるのが好ましい。
【００５５】
このように、本発明の過酸化水素製造装置を設置した空調機によると、過酸化水素の生成に必要な水を確保できない環境下においても使用することができ、空気中に存在する希薄な水を利用して過酸化水素を生成することができるという効果があり、空調機内部にある熱交換器により凝縮された水を利用して過酸化水素製造装置により製造された過酸化水素で熱交換器を洗浄することで、熱交換器の表面に発生するカビや細菌の発生を抑制することができる効果がある。
【００５６】
〔実施例５〕
図１０は、本発明の実施の形態４における過酸化水素製造装置を設置した空調機による熱交換器に付着させた菌体に対する除菌効果を実施例５の測定結果で示す。以下のような設定条件で試験を実施した。過酸化水素の生成条件としては、実施の形態１による実施例１と同様、電流値０．５〜５Ａ、温度が２５℃、導入する空気流量が２０〜１００ｃｃ／ｍｉｎ、陽極電極３と陰極電極４の面積が１９ｃｍ２、フランジ７ｂと陰極電極４の間の間隔ｄは３ｍｍである。また、電解セル１を構成する材料は実施例１と同様のものを用いた。気液分離器１６としては１０ｃｍ３の容器を用いて、電解セル１で発生した液とガスの混合流体を１〜１０ｓｅｃ静置することで６０％以上の分離効率が得られた。ガス供給管２は塩化ビニル製の内径φ６ｍｍの円形パイプを用いた。
【００５７】
空気中の水蒸気は熱交換器２３の表面において冷却され、熱交換器２３の表面で凝縮されて凝縮水２４となる。熱交換器２３の表面は親水化処理されているため、単位面積あたり０．１ｍｇ／ｃｍ２以上の凝縮水２４が付着すると自然落下を始めて、ドレンパン２４に回収される。次に、ドレンパン２４のドレン水２６は水供給手段２７によって一定速度で過酸化水素製造装置２８の陽極電極に供給され、陰極電極には送風ファン（図示せず）によって送出された空気が供給される。生成された過酸化水素水は過酸化水素水供給手段２９によって熱交換器２３の表面に散布される。予め熱交換器２３の表面には大腸菌を１ｃｍ２あたり９００個生息させておき、過酸化水素製造装置２６により生成された過酸化水素水溶液を噴霧した場合の大腸菌の菌体数を測定した。水供給手段２７としては、厚さが０．２５ｍｍから３ｍｍ、線径０．１μｍから１００μｍのガラス繊維を主成分とする無機酸化物からなる幅４０ｍｍ、長さ３０ｃｍの複合ペーパを用いた。過酸化水素水供給手段２９には、超音波噴霧装置（本田電子（株）、ＨＭ−３０３Ｎ）を用いた。噴霧速度としては２５０ｃｃ／ｈｒ、噴霧粒径は３μｍに設定した。
【００５８】
熱交換器２３に生成された過酸化水素水を散布した場合における熱交換器表面の菌体数の変化について詳細に述べる。図１０は、電流値を０．５Ａに設定した場合の前記菌体数の時間変化を実施例５−１として実線Ａで、電流値を５Ａに設定した場合の菌体数の時間変化を実施例５−２として一転鎖線Ｂで示す。また、比較のために本実施例において直流電源をＯＦＦして、電流値を０Ａに設定した場合の菌体の時間変化を比較例５として図１０に破線Ｃで示す。実施例５−１、５−２では直流電源ＯＮとともに時間に伴って大腸菌の菌体数が減少し、減少速度は電流値に比例して増加した。これは、電流値に比例して過酸化水素濃度が増加したためを考えられる。実施例５−１および実施例５−２での過酸化水素の生成量はそれぞれ１２０ｐｐｍ、８００ｐｐｍであった。これに対して、比較例５では過酸化水素が生成されないので、菌体数はほぼ８００〜９００個／ｃｍ２と一定であった。
【００５９】
このように、過酸化水素の生成に必要な水を確保できない環境下において使用される空調機においても、熱交換器により凝縮された水を利用して本発明の過酸化水素製造装置により製造された過酸化水素水で熱交換器を洗浄することにより空調機内部にある、熱交換器の表面に発生するカビや細菌の発生を抑制できる効果があることが確認できた。
【００６０】
実施の形態５．
図１１は、本発明の実施の形態５における過酸化水素製造装置を業務用に使用される空気清浄機に設置した例を示す概略断面図である。図１１に示すように、空気を循環させる送風機３０、温湿度調整を行う冷却コイル３１及び加熱コイル３２及び過酸化水素水を空気と接触させる水膜を形成する除菌エレメント３３が装置内部に設置されて空気清浄機３４が構成されている。
また、除菌エレメント３３に過酸化水素水を供給するための手段として過酸化水素水製造装置２８が設けられ、生成された過酸化水素水がポンプ３５、流量調整弁３６を介して、散水ヘッダ３７より除菌エレメント３３に供給されるように構成されている。そして、除菌エレメント３３設置側（図１１中、左側）から、除菌対象となる空気３８が空気清浄機３４内に吸引されるように構成されている。また、水膜を形成する除菌エレメント３３の中央部にはパッドが配設され、その上面には分散マット（図示せず）が取付けられている。そして、この分散マットに流量調整弁３７に接続された散水ヘッダ３７を介して過酸化水素水が供給されるように構成されている。さらに、パッドの下部にはドレンパン（図示せず）が配設され、パッドを流下した過酸化水素水を装置外部に排出できるように構成されている。
【００６１】
過酸化水素製造装置２８で生成された過酸化水素水はポンプ３５で吸い上げられ、流量調節弁３６を通して、散水ヘッダ３７により除菌エレメント３３の分散マットに散布される。一方、空気３８は送風機３０により、空気清浄機３４本体に取り込まれ、除菌エレメント３３でカビや細菌が除去され、冷却コイル３１で冷やされ、除湿された後、加熱コイル３２で暖められ、清浄化された空気が、空気清浄機３４から取り出される。
【００６２】
なお、水膜を形成する除菌エレメント３３のパッドとして、保水性の高い吸水性素材を使用すると、過酸化水素水の滴下量を低減することができるだけでなく、除菌対象となる空気との接触時間を長くすることができるので、除菌性能を向上させることができる。このパッドの材質としては、例えば、グラスファイバを骨材として焼成した複合セラミックスや、多孔質セラミックを用いることができる。また、ポリエステル、ポリエチレン等の化学繊維を用いた吸水性素材を用いてもよい。
【００６３】
このように、本発明による過酸化水素製造装置を業務用に使用される空気清浄機に設置することで、効率よく過酸化水素が生成され、除菌エレメントにより空気中に存在するカビや細菌を除去できる効果がある。
【００６４】
実施の形態６．
図１２は、本発明の実施の形態６における過酸化水素製造装置を加湿器に設置した例を示す概略断面図である。図１２に示すように加湿器は、空気を加湿するための水を貯めておく貯水タンク４０、加湿素子４１から水を回収するドレンパン２５、ドレンパン２５から貯水タンク４０にドレン水２６を送る配管４３、貯水タンク４０と加湿素子４１を結ぶ配管４２などから構成されている。
【００６５】
加湿用の水は、貯水タンク４０から水供給手段２７によって一定速度で過酸化水素製造装置２８の陽極電極に水が供給され、陰極電極には送風ファン（図示せず）によって送出された空気が供給される。過酸化水素製造装置２８で生成された過酸化水素水は過酸化水素水供給手段２９によって、加湿素子４１に散布される。過酸化水素水は加湿素子４１の表面を洗浄し、表面に発生するカビや細菌などを除去する。洗浄に使用された過酸化水素水４４はドレンパン２５で回収される。ドレンパン２５のドレン水２６は配管４２を通して貯水タンク４０に送られる。配管４３は、貯水タンク４０から加湿素子４１に水を供給するためのものである。
水供給手段２７、過酸化水素供給手段２９としては、液送ポンプなどの動力や、繊維状の吸水性シートの毛管現象、超音波噴霧などを利用することができる。吸水性のシートとしては、パルプとポリエチレン繊維を編んだシートやセラミック繊維、ガラス繊維からなるシートを用いることができる。特に、過酸化水素を加湿素子４１へ送出する場合には、過酸化水素との反応性の低い、セラミック繊維、ガラス繊維を用いるのがよい。
【００６６】
このように、加湿器で水分が蓄積しやすい部分、特に加湿素子、ドレンパンなどはカビが発生しやすいという問題があるが、加湿用の水の一部を利用して本発明による過酸化水素製造装置により過酸化水素を生成させて加湿素子を洗浄することにより、カビや細菌の発生を抑制する効果がある。また、一度、過酸化水素を供給した場所が乾燥した場合でも、過酸化水素は水と比較して蒸気圧が１／１０程度であるので蒸発しにくいため、過酸化水素が濃縮されてカビや細菌の除菌効果は飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】実施の形態１における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
【図２】実施の形態１における過酸化水素製造装置を用いた実施例１による陰極電極で発生した水素を陽極電極に供給した場合の過酸化水素生成特性の測定結果を示す。
【図３】実施の形態１における過酸化水素製造装置を用いた実施例１による電解セルから排出される水素濃度の測定結果を示す。
【図４】実施の形態２における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
【図５】実施の形態２における過酸化水素製造装置を用いた実施例２による過酸化水素生成特性の測定結果を示す。
【図６】実施の形態２における過酸化水素製造装置を用いた実施例３による過酸化水素生成特性の電解セル角度依存性の測定結果を示す。
【図７】実施の形態３における過酸化水素製造装置を示す概略断面図である。
【図８】実施の形態３における過酸化水素製造装置を用いた実施例４による過酸化水素生成特性の測定結果を示す。
【図９】実施の形態４における過酸化水素製造装置を空気清浄機に設置した例を示す概略断面図である。
【図１０】実施の形態４における過酸化水素製造装置を設置した空気清浄機の熱交換器に付着させた菌体に対する除菌効果の実施例５、実施例６の測定結果を示す。
【図１１】実施の形態５における過酸化水素製造装置を業務用に使用される空気清浄機に設置した例を示す概略断面図である。
【図１２】実施の形態６における過酸化水素製造装置を加湿器に設置した例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  電解セル
２  高分子電解質膜
３  陽極電極
４  陰極電極
９  陽極給水口
１４  酸素含有ガス導入口
１５  陰極給水口
１６、２２  気液分離器
１７  ガス供給管
１８  過酸化水素水取出口
１９  直流電源
２０、２１  水供給管
２３  熱交換器
２８  過酸化水素製造装置
３３  除菌エレメント
４１  加湿素子
【図１】
2008081760.tif 000003
【図２】
2008081760.tif 000004
【図３】
2008081760.tif 000005
【図４】
2008081760.tif 000006
【図５】
2008081760.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
2008081760.tif 000010
【図９】
2008081760.tif 000011
【図１０】
2008081760.tif 000012
【図１１】
2008081760.tif 000013
【図１２】
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