(57)【要約】【課題】  空気中の有害ガスを次亜ハロゲン酸によって浄化処理することを可能とする空気浄化素子を提供する。【解決手段】  本発明の空気浄化素子Ｅは、ハロゲン化物イオンとしての塩化物イオンを含有する電解質（塩化ナトリウム）が充填された吸水性の多孔質通風体５と、この多孔質通風体５の両面に配設された多孔性を有するアノード３及びカソード４とから構成され、アノード３及びカソード４間に通電を行うことにより、空気中の水分を用いて、次亜ハロゲン酸を生成し、空気中の浄化を行う。【選択図】      図１
2005102814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハロゲン化物イオンを含有する電解質が充填された吸水性の多孔質通風体と、当該多孔質通風体の両面に配設されたアノード及びカソードとから構成されることを特徴とする空気浄化素子。
【請求項２】
電解質膜の両面にアノード及びカソードを構成すると共に、当該アノード及びカソード間に空気を流通させ、通電することにより、水と、オゾンとを発生させるオゾン発生素子を備え、
当該オゾン発生素子により生成された前記水を前記多孔質通風体に供給することを特徴とする請求項１の空気浄化素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解水中で接触することにより有害ガス成分を分解除去することを可能とする次亜ハロゲン酸を発生させる空気浄化素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、空気中の有害ガス成分を分解除去する素子又は装置として、オゾン発生装置が用いられており、オゾンを発生する方法としては、酸素雰囲気中で放電を行うものが多く、回転電極方式によるもの、ガラスチューブ管方式によるもの、プレート電極方式によるもの、沿面放電方式によるものなどがあり、また、紫外線ランプ方式によるもの、電解方式によるものなどが開発されている。他の方法と比べて、比較的高濃度のオゾンを発生することが可能なオゾン発生方法としては、電解方式によるものであり、一般に電解式オゾナイザとして用いられている。
【０００３】
電解式オゾナイザは、水を原料としてオゾンを発生させるため、水供給方式が主流とされている。しかし、水供給方式の電解式オゾナイザは、格別に水タンクを必要とするため、装置が大型化する問題があり、昨今では、空気中の水分を用いてオゾンを発生させる方式が開発されている。
【０００４】
従来の空気中の水分を用いてオゾンを発生させる電解式オゾン発生素子１００は、図３に示す如くアノード１０１と、カソード１０２と、これら電極間に挟持される固体高分子電解質膜１０３とから構成される。アノード１０１は、例えば白金を被覆したチタンメッシュに二酸化鉛を電着させることにより構成される。二酸化鉛には、α型（茶褐色）とβ型（黒褐色）の２種類があるが、この場合、オゾン発生における電流効率の高いβ型二酸化鉛を用いるものとする。カソード１０２は、白金を担持したカーボンをカーボンペーパーに付加したものを用いる。固体高分子電解質膜１０３は、パーフルオロスルホン酸膜としてデュポン社製のＮａｆｉｏｎを用いる。尚、これらアノード１０１と、固体高分子電解質膜１０３と、カソード１０２は、熱圧着により成形される。図中１０４は、電源である。
【０００５】
以上の構成により、電解式オゾン発生素子１００に例えば３Ｖ程度の直流電圧を印加すると、アノード１０１において、空気中に含まれる水からオゾン及び酸素が生成される（反応式１及び反応式２）。また、当該アノード１０１では、反応式１及び反応式２の反応過程で生じる酸素原子が空気中の酸素と反応し、これによってもオゾンが生成される（反応式３）。
（反応式１）  ３Ｈ2Ｏ→Ｏ3＋６Ｈ+＋６ｅ-
（反応式２）  ２Ｈ2Ｏ→Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-
（反応式３）  Ｏ2＋（Ｏ）→Ｏ3
【０００６】
そして、反応式１及び反応式２で発生した電子は、外部回路を通ってカソード１０２に移動する。カソード１０２では、固体高分子電解質膜１０３を通過してカソード１０２に到達したプロトンと空気中の酸素が反応して水が生成される（反応式４）。
（反応式４）  Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ
【０００７】
上述の如く生成されたオゾンによって、空気中の有害ガス成分の分解除去を行うことにより、空気の浄化を行っていた（特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１１−１８０７０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
酸化剤としてのオゾンや次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）は、殺菌、脱臭、有機物分解などに効果がある。しかし、オゾンは生成されてからの存続時間が著しく短いが残留性がなく、他方、次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）は、存続時間は長いが、残留性があるなどそれぞれに長所、短所を持っている。処理対象となる空気中の菌や臭気成分は、多種多様でありオゾンが効果的なこともあれば、次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）の方がよい場合もあり、両者を用いれば優れた殺菌効果、脱臭効果が得られ、大変有益な手段となりうる。
【０００９】
しかし、次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）を生成するには、電解質となる食塩などを含有する被処理水を電解処理することが必要で、当該装置を空気の殺菌、浄化に用いるには、更に空気と次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）とを気液接触させる部分や水タンクなどを必要とする。そのため、小型の部品形状に空気浄化素子を形成することは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の空気浄化素子は、ハロゲン化物イオンを含有する電解質が充填された吸水性の多孔質通風体と、当該多孔質通風体の両面に配設されたアノード及びカソードとから構成されるものである。
【００１１】
請求項２の発明の空気浄化素子は、上記発明に加えて、電解質膜の両面にアノード及びカソードを構成すると共に、当該アノード及びカソード間に空気を流通させ、通電することにより、水と、オゾンとを発生させるオゾン発生素子を備え、当該オゾン発生素子により生成された水を多孔質通風体に供給するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の空気浄化素子によれば、ハロゲン化物イオンを含有する電解質が充填された吸水性の多孔質通風体と、当該多孔質通風体の両面に配設されたアノード及びカソードとから構成されるので、アノード及びカソード間に通電を行うことにより、空気中の水分を用いて、処理対象である空気中に次亜ハロゲン酸を生成することができるようになる。これにより、効果的に空気中の有害ガスを次亜ハロゲン酸によって浄化処理することができるようになる。
【００１３】
請求項２の発明によれば、上記発明に加えて、電解質膜の両面にアノード及びカソードを構成すると共に、当該アノード及びカソード間に空気を流通させ、通電することにより、水と、オゾンとを発生させるオゾン発生素子を備え、当該オゾン発生素子により生成された水を多孔質通風体に供給するので、オゾン発生素子によるオゾン生成時に副反応生成物として得られる水を円滑に空気浄化素子に供給することが可能となる。これにより、空気中の水及びオゾン発生素子から得られる水を用いて、電解質を溶解させることで、より一層、円滑にアノード及びカソード間にハロゲン化物イオンを存在させることが可能となる。これによって、各アノード及びカソード間に通電を行うことで、容易に次亜ハロゲン酸を生成することができると共に、同時にオゾンを生成することができるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は従来の技術的課題を解決するために成されたものであり、空気中の有害ガスを次亜ハロゲン酸によって浄化処理することを可能とする空気浄化素子を提供する。特に、オゾン発生素子によるオゾンの発生に際し、副反応生成物として得られる水を用いて次亜ハロゲン酸の生成を促進する空気浄化素子を提供する。以下に図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明の空気浄化素子Ｅの概略構成図を示している。
【００１５】
本実施例における空気浄化素子Ｅは、例えば既存の空気清浄機や空気調和機など内部に空気を流通させ、空気中の塵埃などをフィルタにて除去若しくは、空気の除湿、又は、加熱若しくは冷却を行う装置に適用可能とされる素子である。
【００１６】
本実施例の空気浄化素子Ｅは、図１に示す如く次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１と、オゾン発生素子Ｅ２の２種類の素子を組み合わせることにより構成されている。次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１は、少なくとも一対のアノード３と、カソード４と、これらアノード３とカソード４間に挟持される多孔質通風体５とから構成される。尚、本実施例では、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１に隣接してオゾン発生素子Ｅ２が設けられるため、アノード３のオゾン発生素子Ｅ２側にも多孔質通風体５が設けられるものとする。
【００１７】
当該次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１のアノード３及びカソード４は、多孔性電極、例えばチタンメッシュ基材に触媒被膜としての白金を被覆したもの、若しくは、触媒被膜として白金とイリジウムの混合物を焼成処理したものにより構成される。尚、カソード４は、本実施例では、上述した如くアノード３と同様に構成されるものを用いているが、これ以外にもコストの面で優位なステンレスメッシュを用いてもよいものとする。また、これらアノード３及びカソード４は、何れも多孔性を有しているため、水などの液体及び空気などの気体は、容易に通過可能とされる。そして、これらアノード３及びカソード４は、電源６に接続され、当該電源６は、図示しない制御装置に接続され、これにより、アノード３及びカソード４への通電が制御される。
【００１８】
多孔質通風体５は、多孔性を有する基体に、ハロゲン化塩電解質を保持することにより構成される。多孔性を有する基体としては、例えば金属繊維の焼結体、又は、比較的粒度の大きな金属粉体の焼結体、若しくは、セラミクスが用いられる。ハロゲン化塩電解質（ハロゲン化物イオンを含有する電解質）としては、例えば塩化ナトリウムなどが用いられる。ハロゲン化塩電解質は、予め高濃度の溶液として、前記基体を浸漬し、乾燥させることにより、基体に充填される。尚、この多孔質通風体５は、ハロゲン化塩電解質が充填されていることから、吸湿性が高く、適度の導電性を有しているものとする。また、多孔性を有する基体としては、上記に挙げるほか、グラファイト多孔質体やグラファイト繊維体などであってもよいものとする。
【００１９】
他方、オゾン発生素子Ｅ２は、少なくとも一対のアノード１０と、カソード１１と、これらアノード１０とカソード１１間に挟持される固体高分子電解質膜１２と、多孔質体１３とから構成される。オゾン発生素子Ｅ２のアノード１０は、多孔性電極、例えば白金を被覆したチタンメッシュ基材にβ型の二酸化鉛を電着することにより構成される。オゾン発生素子Ｅ２のカソード１１は、白金を担持したカーボンをカーボンペーパーに付加することにより構成される。この場合も、上記次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１と同様に、アノード１０及びカソード１１は、何れも多孔性を有しているため、水などの液体及び空気などの気体は、容易に通過可能とされる。そして、これらアノード１０及びカソード１１は、電源１４に接続され、当該電源１４は、前記制御装置に接続され、これにより、アノード１０及びカソード１１への通電が制御される。
【００２０】
固体高分子電解質膜１２は、例えばＮａｆｉｏｎ（デュポン社製）に代表されるパーフルオロスルホン酸膜により構成される。この固定高分子電解質膜１２は、アノード１０及びカソード１１にて挟持され、これら電解質膜１２と、アノード１０及びカソード１１は熱圧着することにより一体に成形される。
【００２１】
多孔質体１３は、アノード１０の外方における空気の流通を確保するための所謂スペーサーであり、オゾン耐性のある材質であって、所定の空隙率を有する材料、例えばセラミクスなどにより構成されているものとする。
【００２２】
そして、上述した如く構成される次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１及びオゾン発生素子Ｅ２は、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１のアノード３側に設けられた多孔質通風体５をオゾン発生素子Ｅ２のカソード１１に当接させ、電気的に接触抵抗が極力小さくなる方法で接合し、空気浄化素子Ｅを構成する。
【００２３】
次に、本実施例における空気浄化素子Ｅの動作について説明する。尚、空気浄化素子Ｅを動作させるにあたって、各電極間に浄化処理対象となる空気を流通させるため、当該空気浄化素子Ｅの上流側又は、下流側には、空気の流通を強制的に行うための図示しない送風機が設けられているものとする。先ず、制御装置によって電源６及び電源１４をＯＮとすることにより、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１のアノード３、カソード４、及びオゾン発生素子Ｅ２のアノード１０、カソード１１に直流電圧が印加される。
【００２４】
これにより、オゾン発生素子Ｅ２におけるアノード１０では、空気中に含まれる自らオゾン及び酸素が生成される（前記反応式１及び反応式２）。また、反応式１及び反応式２の反応過程で生じる酸素原子が空気中の酸素と反応し、これによってもオゾンが生成される（前記反応式３）。
【００２５】
これによって、当該空気浄化素子Ｅを流通する空気は、オゾンによって、当該空気中の有害ガス成分の分解除去を行うことが可能となり、空気を浄化することができる。
【００２６】
そして、反応式１及び反応式２で発生した電子は、外部回路を通ってカソード１１に移動する。カソード１１では、固体高分子電解質膜１２を通過してカソード１１に到達したプロトンと空気中の酸素が反応して水が生成される（前記反応式４）。以下に反応式４を示す。
【００２７】
そして、反応式４にて生成された水は、各電極１１、３、４が、液体及び空気などを容易に通過可能とする多孔性を有しているため、容易に次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１の多孔質通風体５に伝達される。
【００２８】
多孔質通風体５は、上述した如くハロゲン化塩電解質が充填されていることから吸湿性が高いため、当該空気浄化素子Ｅ間を流通する空気中の水分やオゾン発生素子Ｅ２にて生成された水を円滑に、且つ、急速に、吸水することが可能となる。そして、多孔質通風体５に吸収された水分は、潮解性の高いハロゲン化塩電解質（本実施例では、塩化ナトリウム）を融解し、アノード３及びカソード４間にハロゲン化物イオン（本実施例では塩化物イオン）が生成させる。
【００２９】
ここで、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１のアノード３及びカソード４間には、上述した如く直流電圧が印加されると共に、ハロゲン化物イオン（塩化物イオン）が存在することから、アノード３では、ハロゲン化物イオン（塩化物イオン）が電子を放出して塩素を生成する。その後、この塩素は、多孔質通風体５又は空気中の水分に溶解し、次亜塩素酸を生成する。
【００３０】
また、アノード３は、上述の如く白金又は白金とイリジウムの混合物などを被覆した貴金属被覆電極により構成されているので、効率よく次亜ハロゲン酸（次亜塩素酸）を生成することができる。
【００３１】
以上の構成により、本実施例の空気浄化素子Ｅは、オゾン発生素子Ｅ２によるオゾン生成時に副反応生成物として得られる水を円滑に次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１に供給することにより、空気中の水及びオゾン発生素子Ｅ２から得られる水を用いて、多孔質通風体５の電解質である塩化ナトリウムを溶解させることで、円滑にアノード３及びカソード４間に塩化物イオンを存在させることが可能となる。これによって、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１及びオゾン発生素子Ｅ２のアノード及びカソード間に通電を行うことで、容易に次亜ハロゲン酸を生成することができると共に、同時にオゾンを生成することができるようになる。
【００３２】
これにより、殺菌対象となる空気の状態や、設置場所などに影響されることなく、空気中の多種多様な菌や臭気成分に対応することができ、効果を著しく発揮することが可能となる。そのため、従来に比して著しく空気の浄化処理能力を向上させることができる。
【００３３】
また、本発明の空気浄化素子Ｅは、小型の素子であるため、既存の家電製品、例えば、空気清浄機や空気調和機などに容易に組み込むことが可能となる。この場合、空気浄化能力を十分に発揮するためには、これら空気清浄機や空気調和機に設けられる送風機の上流側であってプレフィルタの後などに配設することが好ましい。これにより、空気清浄機や空気調和機本体内に浄化処理した後の空気を流通させることができ、本体内の衛生を促進することができるようになる。尚、このとき、空気浄化素子Ｅのオゾン発生素子Ｅ２側には、オゾン耐性を有する多孔質体１３が設けられているため、当該空気浄化素子Ｅが機器本体の内面に当接して設けられた場合も、十分にオゾン発生素子Ｅ２のアノード１０へ空気を流通させることができる。
【００３４】
尚、当該空気浄化素子Ｅによる浄化処理空気量の増加を図る場合には、上述した如き空気浄化素子Ｅを一単位とし、これを複数並列に接合して使用することが好ましい。
【００３５】
また、上述の如く空気浄化処理を行うことにより、次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１の多孔質通風体５に充填されるハロゲン化塩電解質（ハロゲン化物イオンを含有する電解質）が消費された際には、高濃度のハロゲン化塩電解質を多孔質通風体５の基体に浸潤させることにより、補充するものとする。尚、このハロゲン化塩電解質の補充は、別個カートリッジ方式などによって、補充作業の簡素化を図ってもよいものとする。
【００３６】
尚、上記実施例では、空気浄化素子Ｅを次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１とオゾン発生素子Ｅ２の二種の素子により構成しているが、これ以外にも、図２に示す如く次亜ハロゲン酸発生素子Ｅ１のみで構成してもよいものとする。係る場合には、空気中の水分を用いて、多孔質通風体５のハロゲン化塩電解質（塩化ナトリウム）を溶解させ、アノード３及びカソード４間にハロゲン化物イオン（塩化物イオン）を存在させ、アノード３及びカソード４に通電を行うことにより、次亜ハロゲン酸を生成することができるようになる。
【００３７】
これにより、効果的に空気中の有害ガスを次亜ハロゲン酸によって浄化処理することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】空気浄化素子の概略構成図である。
【図２】他の実施例の空気浄化素子の概略構成図である。
【図３】従来のオゾン発生素子の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ｅ  空気浄化素子
Ｅ１  次亜ハロゲン酸発生素子
Ｅ２  オゾン発生素子
３、１０  アノード
４、１１  カソード
５、５  多孔質通風体
６、１４  電源
１３  多孔質体
【図１】
2005102814.tif 000003
【図２】
2005102814.tif 000004
【図３】
2005102814.tif 000005