(57)【要約】      （修正有）【課題】人体や環境に有害とされるオゾンを発生させない電磁的に励起された活性酸素を発生させる空気の電子化装置を提供する。【解決手段】皿形をした鉄製のコアー１を作り、その底部に穴を開けて永久磁石２を張り付け、磁石２の上面に銅、ステンレスなどの金属板７に酸化チタン、酸化バリウム、酸化銀などの金属酸化物を塗布して熱電子発生素子にしたものを取り付ける。そして、熱電子発生素子の上面に電熱ヒーター６を組み込んで、さらにコアーの開放面を細孔が開けられた鉄板で接合して一体の構造物とする。構造物のコアーの底部に開けられた穴３から空気イを供給すると、熱電子発生素子を電熱ヒーターで加熱することによって発生する熱電子が空気中を飛散し、空気中の酸素分子をイオン化させることができる。【選択図】図１
0003136471.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
皿形をした鉄製コアーの底部に穴を開け、その底面に永久磁石を取り付けた容器を作る。該容器に銅やステンレスなどの金属板に酸化チタン、酸化バリウム、酸化銀などの金属酸化物を塗布して熱電子発生素材としたものを永久磁石の上面に取り付ける。さらに、該金属板を覆う形で電熱ヒーターを取り付ける。そして、コアーの開放面を塞ぐ形で複数個の細かい孔を開けた鉄製の平板で覆って一体の構造物とする。該構造物において、コアーの底部に開けた穴から空気を送り込むと、該構造物の電熱ヒーターで加熱されることによって熱電子発生素材から発生する熱電子が空気中の酸素分子をイオン化し、それをコアーに取り付けた磁石と平板間で形成される磁場で励起させることにより一重項酸素などの活性酸素種を生成して平板の無数の孔から吹き出すことを特徴とする空気の電子化装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本考案は、空気中の酸素分子を電磁的に励起させ、一重項酸素などの活性化酸素を発生させるための感熱型電子化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  空気中の酸素分子は基底状態が三重項状態であり、常磁性を示す分子である。この基底状態にある酸素分子は、互いにスピンが平行な２個の不対電子を持つために、酸素分子と有機化合物などとの反応性は高くない。しかし、紫外線照射、レーザー照射、荷電粒子照射、電磁波照射、高電圧放電、光照射、電気分解などによって基底状態にある酸素分子は反応性が高い活性酸素種に変換させることができる。その例として、ヒドロキシ−ラジカル（ＯＨ−）、スーパーオキシドアニオン（Ｏ２−）、一重項酸素分子（１Ｏ２）が知られている。【０００３】  これらの活性酸素種のなかで特に注目されるのが、有機物との反応性が高いヒドロキシ−ラジカル（ＯＨ−）である。ヒドロキシ−ラジカル（ＯＨ−）は、過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）に銅や鉄などの重金属イオンと反応させるフエントン反応によって生成することが知られているが、ＴｉＯ２の光触媒機構（参考文献１参照）によっても発生する。【０００４】  参考文献１：最新光触媒技術、吉田隆、エン・テイー・エヌ（２０００）【０００５】  その応用装置として、添付資料（資料１）に示す構造のものが発明（特許文献１参照）されている。【０００６】  添付資料：資料１【０００７】  特許文献１：特許２１４９５０１号公報【０００８】  この発明では、高圧電流を流した放電針で紫外線を発光させ、放電筒のなかでマイナスイオン（６０〜７０％）とオゾン（３０〜４０％）を発生させるものである。特に、この発明では放電筒に酸化チタン合金を使うことにより紫外線発光で照射される光エネルギーが酸化チタン合金に作用して電子的に励起され、オゾンとマイナスイオンが発生する仕組みになっている。
【考案の開示】
【考案が解決しようとする課題】
【０００９】  しかしながら、先の技術により放電筒から放出される活性化空気を大気中に取り出すと放電筒から発生するオゾン濃度が高いと環境的に問題となる。大気汚染防止法ではオゾンを有害ガスとしていないが、光化学オキシダントについての環境基準は、その１時間値が０．０６ｐｐｍ以下としており、日本産業衛生学会は作業環境中のオゾンの許容濃度を０．１ｐｐｍとしている。【００１０】  この種の装置が脚光を浴びているのは気相オゾンが光分解によって電子励起状態の酸素原子となり、その励起状態にある酸素原子と水分子が反応してヒドロキシ−ラジカルが生成されることである。ヒドロキシ−ラジカルは、その強力な酸化力により水中や大気中の汚染物質を酸化するので、水質浄化、悪臭分解、土壌汚染物質の除去、ダイオキシン分解などに活用することができる。【００１１】  しかし、この種の活性化空気を大気中に放散させると活性化空気中に残留するオゾンの影響が心配されるため、解放的に使用することが難しかった。
そこで、本考案はオゾンを発生させないで、空気に自由電子を与え、それに磁力線を当てて荷電子化することによって一重項酸素などの活性酸素種を生成させる装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】  本考案は、上記課題を解決するために銅やステンレスなどの金属板表面に酸化チタン、酸化バリウム、酸化銀などの金属酸化物を塗布して熱電子発生素材とし、これに熱を加えて自由電子を発生させ、その電子を空気中に放散させ、さらに磁力線を作用させることで空気中の酸素分子を荷電子化して一重項酸素などの活性酸素種を発生させる構造物を提供するものである。【００１３】  本考案は、熱電子発生素材から発生する熱電子を空気中に飛散させることで空気中の酸素分子をイオン化させ、さらにイオン化した酸素分子に磁力線を作用させることで熱電子が磁力線に沿って回転する状態（添付資料２参照）となり、その磁力作用で空気中の酸素分子が一重項酸素などの活性酸素種になることを特徴とする空気の電子化装置である。【００１４】  添付資料２【００１５】  本考案の機能を作り出すためには空気中に自由電子を発生させる仕組みが必要である。その手段として本考案では銅やステンレスなどの金属板表面に酸化チタン、酸化バリウム、酸化銀などの熱電子を発生する金属酸化物を塗布して熱電子発生素材を作り、これを電熱ヒーターなどで加熱して自由電子を発生させる仕組みを作り出している。【００１６】  熱電子は、無限の電子を保有する金属の表面を加熱すると熱的に励起された電子が金属表面から自由電子（熱電子）として飛び出してくるが、この熱励起により飛び出す電子量は金属の種類や金属表面の状態によって異なっている。一般的に熱電子が飛び出しやすい金属として、トリウム、セシウム、タングステンなどが知られているが、酸化バリウム、酸化銀、酸化チタンなどの金属酸化物も熱電子を発生しやすい物質である。これらの金属酸化物を用いる場合は、加熱される材料に金属酸化物を塗布する方法がよく、ステンレス、銅、鉄などの金属板に金属酸化物を塗布したものを熱電子発生素材とし使用するとよい。そして、その熱電子発生素材を電熱ヒーターで加熱するとよい。【００１７】  熱電子発生素材から発生する熱電子に磁力線を作用させる構造に工夫を要する。本考案では、磁力線を発生させる構造として、図−１に示すような鉄で作った皿型のコアー１に平形磁石２を固定して、その上面に板状の電熱ヒーター６を取りつけた。そして、コアー１の開放面に撒気用の孔５を開けた鉄製の平板４を被せた。さらに、コアー１に空気（イ）を供給するための穴３をコアー１の底に開けた。
【考案の効果】
【００１８】  本考案によれば、コアー１に開けた穴３から空気（イ）を供給し、平板４に開けた撒気用の孔５から抜ける空気の道筋において、電熱ヒーター６で加熱されて発生する熱電子が挿入される空気中に飛散し、磁石２から発せられる磁力線がコアー１から平板４を介して磁石２へと巡る磁力線により空気中の酸素分子が励起され、一重項酸素などの活性酸素種が生成されると考えている。【００１９】  一般的に金属酸化物を塗布した金属を加熱すると熱電子が発生することは知られている。また、空気に磁力を作用させると磁化空気となって、空気中の酸素分子および酸素原子の外殻電子が励起されて一時的に高エネルギー状態になることが知られている。
しかし、金属酸化物から発生する電子を空気中に飛散させ、それに磁力線を作用させると空気中の酸素原子が励起されて一重項酸素などの活性酸素種が発生することは知られていない。
本考案は、その仕組みを実験的に見出したものである。その仕組みにより発生する活性酸素種は秒単位で消滅する非常に短命である。そして、発生する活性酸素種は電子が一時的に励起状態になって価電子化されたものが主体であり、オゾンのような有害性はない。
したがって、大気中などの開放された環境下での有機物の分解、脱臭、脱色などの化学操作として活用するのに都合がよいものである。【００２０】  本考案で問題になる点は電熱ヒーター６から放射される熱が磁石２に与える影響である。フエライト磁石などの永久磁石は熱に弱く、キューリ熱として示される熱で磁力が失われる限界温度がある。その限界温度はフエライト磁石で３２０〜３７０℃、ネオジウム磁石では１００〜１２０℃程度である。熱電子を発生させるためには、電熱ヒーター６に金属酸化物を塗布してもよいが、電熱ヒーター６から放射される熱が磁石２に当たらないようにするための工夫として、電熱ヒーター６と磁石２の間に金属板７を組み入れた。そして、その金属板７の表面に熱電子を発生させる金属酸化物を塗布した。
この組み合わせにすれば、コアー１の穴３から送入される空気（イ）は磁石２の側面を通って金属板７に当たる。そして、コアー１と金属板７の隙間を通って電熱ヒーター６に触れて加温される。さらに、平板４に開けられている無数の孔５から外部へ排気される道筋で磁石２と平板４の間で発生する磁力線の作用を受け、電熱ヒーター６から放射される熱が金属板７で遮蔽される仕組みとなり、その放射熱が磁石２に当たらなくなるため磁石２の熱破壊を未然に防ぐことができる。
【考案を実施するための最良の形態】
【００２１】  本考案の一実施形態を図１に示す。コアー１は炭素鋼などの鉄板を加工して皿型に作る。その底板に磁石２を取り付け、底板の中心部に穴３を開ける。そして、磁石２の上面を覆うように金属酸化物を塗布した金属板７を取り付ける。さらに、金属板７の上面に電熱ヒーター６を取り付け、電熱ヒーター６の接続コード８を絶縁体９を通して端子１０で外部電源へ接続できる構造とする。【００２２】  磁石２が取り付けられるコアー１には磁石２から発せられる磁力線が通るので、撒気のための孔５が開けられた鉄製の平板４をコアー１に近づけると磁石２から発せられる磁力線によって吸い付けられるため接合することができる。この接合によってコアー１の内部の気密性が保たれる構造となり、穴３から空気（イ）を送り込むと、空気（イ）は磁石２をかすめて金属板７に当たり、さらに金属板７とコアー１の隙間を通って電熱ヒーター６で温められ、平板４に開けられた孔５から電磁的に活性化された空気（ロ）となって外部へ拡散する。【００２３】  金属板７は支柱１１で固定し、電熱ヒーター６は絶縁体９で固定するが、固定の方法は他の手段でもよい。【００２４】  コアー１は軟鉄や炭素鋼などで作られるが、磁性体であればどのような材質でもよい。また、その皿形の形状は丸形でも角形でもよい。【００２５】  金属板７に塗布する酸化金属は熱電子が発生する酸化バリウム、酸化銀、酸化チタンを使用するが、熱電子が発生する材料であれば何でもよい。また、２種類以上の酸化物を混合したものでもよい。【００２６】  電熱ヒーター６はステンレスや銅などの金属管で保護されたものを使用するとよいが、電気的に熱が発生するものであれば何でもよい。また、水蒸気や熱風で加熱するプレヒーターを使用することも可能である。【００２７】  平板４は鉄板製が最もよい。その理由は、コアー１から伝達される磁力線をよく捕らえることで、磁力線を捕らえた平板４は磁力線を伝達して磁石２のコアーの働きをする。【００２８】  平板４に開ける孔５の数と大きさは特に限定されない。孔５の開口面積は、孔の個数と孔の開口面積を掛けた総面積値がコアー１の底部に開けられた穴３の開口面積と同じか、それよりも少し大きめにするとよい。小さめにするとコアー１の内部圧が高くなり、磁力で接合される平板４が持ち上げられてコアー１から離れ、気密性が悪くなる。
「実施形態の効果」【００２９】  この実施形態によれば、金属板７が電熱ヒーター６の放射熱で加熱され、金属板７に塗被した金属酸化物から熱電子が発生する。その状態で穴３から空気（イ）を送り込むと、その空気流に金属板７から放射される自由電子（熱電子）が加わってイオン化され、さらに磁石２と平板４の間で作用する磁力線によって励起され、空気中の酸素分子が一重項酸素などの活性酸素種となり、活性化された空気（ロ）が発生する。
この仕組みによって発生する活性酸素の半減期は数秒間程度と非常に短命なものであり、大気中に放散しても残留することがないので、活性化された空気（ロ）は人体に悪影響を与えない。また、先の背景技術で説明したＴｉＯ３と光触媒機構によって発生するオゾンのような有害ガスが発生しないので環境的に安全である。【００３０】  この電子化装置によって活性酸素種を発生させるためにはコアー１に空気（イ）を供給するための送風機が必要である。その送風機に換えて活性化された空気（ロ）を吸引機で吸気してもよい。
「他の実施形態」【００３１】  図１の実施形態では自由電子（熱電子）を発生させるために金属酸化物を塗布した金属板７を電熱ヒーター６で加熱するが、この電子化装置を燃焼器や焼却炉などの側壁、炉底に取り付けて使用すると、燃焼器や焼却炉などから発生する熱が電子化装置に当たって平板４を加熱する仕組みとなる。そのような場合は、他の実施形態として電熱ヒーター６を取り付けなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３２】  本考案に関わる空気の電子化装置は、発生する活性酸素を活用してヒドロキシ−ラジカルを生成することができるので、極めて酸化力が強いヒドロキシ−ラジカルを活用して有機物を酸化し、分解するラジカル反応装置として工業的に利用することが可能である。従って炭化水素の重合、縮合、酸化などの化学反応や有機物の加水分解、発酵促進、低分子化、ガス化、脱臭、殺菌、脱色など、産業上の利用可能性を有する。特に、燃焼器や焼却炉、ガス化反応炉などの反応や燃焼空気などの供給手段として炉の側面や底面などに設置するとよい。
また、加熱空気によって湿潤物質を乾燥することや、桜、白樺などの木片を燻して燻製用のガスを発生させるためにも利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】  この考案の一実施形態を示す縦断面の説明図である。
【００３４】
【図２】  図１の平面図である。
【符号の説明】
【００３５】１      コアー
２      磁石
３      穴
４      平板
５      孔
６      電熱ヒーター
７      金属板
８      接続コード
９      絶縁体
１０    端子
１１    支柱
イ      空気
ロ      活性化された空気
【添付の説明】
【００３６】
【添付資料１】
放電と光触媒によるオゾンの発生のメカニズムを説明した資料である。
【添付資料２】
電磁誘導による電子の回転運動と電子により活性化された空気が発生するメカニズムを説明した資料である。
【図１】
0003136471.tif 000003
【図２】
0003136471.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】平成19年7月10日(2007.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
皿形をした鉄製コアーの底部に穴を開け、その底面に永久磁石を取り付けた容器を作り、該容器に銅やステンレスなどの金属板に酸化チタン、酸化バリウム、酸化銀などの金属酸化物を塗布して熱電子発生素材としたものを永久磁石の上面に取り付け、そして該金属板を覆う形で電熱ヒーターを取り付け、さらにコアーの開放面を塞ぐ形で複数個の細かい孔を開けた鉄製の平板で覆って一体化した構造物とし、該構造物にコアーの底部に開けた穴から空気を送り込んで、その空気を該構造物の電熱ヒーターで加熱されることにより熱電子発生素材から発生する熱電子が送り込んだ空気中の酸素分子をイオン化し、そのイオン化される酸素分子をコアーに取り付けた磁石と平板間で形成される磁場で励起させることによって一重項酸素などの活性酸素種を生成して平板の無数の孔から吹き出すことを特徴とする空気の電子化装置。