活性酸素発生装置及び加湿器、空気清浄機
【課題】酸性雰囲気下にポリアニリンを置くことにより、エメラルディンになったポリアニリンをエメラルディン塩に構造を変化させて導電性を回復させるという簡単な手法で、活性酸素の生成量が低下した陰極の活性酸素生成能の回復を図ることができる活性酸素発生装置を提供する。
【解決手段】水槽１７内の水中に陽極２とポリアニリンを含む陰極１とを配置し、陽極と陰極に通電することによって活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、水槽内の水を酸性にする手段を備え、陰極が酸性溶液中にある場合は、陰極への通電を停止する期間を設けることで、陰極の導電性つまり活性酸素生成能を回復させる。
【解決手段】水槽１７内の水中に陽極２とポリアニリンを含む陰極１とを配置し、陽極と陰極に通電することによって活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、水槽内の水を酸性にする手段を備え、陰極が酸性溶液中にある場合は、陰極への通電を停止する期間を設けることで、陰極の導電性つまり活性酸素生成能を回復させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアニリンのようなレドックスポリマーを用いて活性酸素を発生することにより水中での殺菌や脱臭などを可能とする活性酸素発生装置及びこの活性酸素発生装置を備えた加湿器、空気清浄機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性酸素による殺菌、脱臭が注目されており、活性酸素を発生させる方法として、光触媒を用いる方法、紫外線を用いる方法、レドックスポリマーを用いる方法等が知られている。特に、ポリアニリンのようなレドックスポリマーを使用する方法は、作業上の危険も少なく低コストで活性酸素を生成することができるので注目されている。
【０００３】
従来、ポリアニリンを使用した活性酸素発生方法としては、水中でポリアニリン微粒子を分散させる方法と水中でポリアニリンを担持した電極に電圧を印加する方法が知られている。
【０００４】
ポリアニリンは、酸性条件下では窒素原子がイオン化しプラスの電荷を帯びて塩の状態になる。特にエメラルディン塩のポリアニリンが導電性を示すことが知られている。
【０００５】
ポリアニリンは、酸化型の構造と還元型の構造が可逆的に変化する導電性高分子であり、水中で溶存酸素と接触すると酸素が還元されて活性酸素が生成し、ポリアニリンは酸化される。この酸化されたポリアニリンに還元剤を供給したり、あるいは電流（直流電流）を流すことによって電子を供給すると再び還元型に戻る。そして酸素と接触させることにより連続的に活性酸素を発生させることができる。ところが、ポリアニリンを含む陰極に通電していくと、陰極の活性酸素生成能が低下することが知られており、陰極の活性酸素生成能を回復させる方法として、逆電圧を印加する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９９３２６号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の、ポリアニリンを含む陰極に負電圧を印加して活性酸素を発生させる装置では、印加時間とともにポリアニリンの構造が変化し、導電性が悪くなり電流量も下がるために活性酸素の生成量が低下し、また活性酸素発生装置を備えた加湿器では殺菌性能が低下するといった課題があった。また、特許文献１に示されるように、一定時間だけ逆電圧を印加することにより陰極の活性酸素生成能を回復させることができるが、溶液の調整、管理など活性酸素生成能回復のための手法が煩雑になるきらいがある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、酸性雰囲気下にポリアニリンを置くことにより、エメラルディンになったポリアニリンをエメラルディン塩に構造を変化させて導電性を回復させるという簡単な手法で、活性酸素の生成量が低下した陰極の活性酸素生成能の回復を図ることができる活性酸素発生装置を提供することを目的とし、さらにはこの活性酸素発生装置を備えた加湿器および空気清浄機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、陽極とポリアニリンを含む陰極とを水を介して通電し、活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、
前記水が酸性の場合は、通電を停止する期間を設けたことを特徴とする活性酸素発生装置である。
【００１０】
また、本発明に係る加湿器は、水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクの下部に設けられ、前記給水タンクから滴下する水を受ける水受けトレイと、前記水受けトレイ内に配置された陽極とポリアニリンを含む陰極と、前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた加湿器において、
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段を備え、
前記水受けトレイ内の水が酸性である場合は、前記陰極への通電を停止する期間を設けたものである。
【００１１】
なお、本発明において、活性酸素とは、通常の酸素に比べて酸化力の高い酸素のことをいい、一重項酸素、スーパーオキシドアニオンラジカル、ヒドロキシルラジカル、パーヒドロキシラジカル、過酸化水素などを総称する概念である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水中でポリアニリンを担持した陰極に通電することにより低下してしまう陰極を酸性溶液中に置き、一定時間だけ通電を停止することで、陰極の導電性を回復し、活性酸素の発生量が低下した陰極を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における活性酸素発生装置の概略構成図である。
【図２】本発明におけるポリアニリンの構造の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１において繰り返し電圧を印加した場合の活性酸素の生成量の減少を示したグラフである。
【図４】電圧印加前、電圧印加後、酸浸漬後の陰極の吸光度スペクトル図である。
【図５】電圧印加前と電圧印加後、電圧印加後と酸浸漬後の陰極の吸光度スペクトルの差をとったスペクトル図である。
【図６】酸浸漬による陰極の活性酸素生成能の回復を示したグラフである。
【図７】酸浸漬による陰極の表面抵抗値の回復を示したグラフである。
【図８】実施の形態２における活性酸素発生装置の模式図である。
【図９】実施の形態３における加湿器の外観図である。
【図１０】実施の形態３における加湿器の概要構成を示す模式図で、給水タンクの挿入前の状態を示す図である。
【図１１】実施の形態３における加湿器の概要構成を示す模式図で、給水タンクの挿入時の状態を示す図ある。
【図１２】実施の形態４における加湿器の概要構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における活性酸素発生装置の概要構成を示す模式図で、図２は、この活性酸素発生装置におけるポリアニリンの構造変化を示す図である。
この実施の形態１の活性酸素発生装置は、水槽（または水受けトレイともいう）１７内の水４に浸漬された陰極１と陽極２と、両電極１、２間に電圧を印加する電圧印加手段３とから構成されている。なお、水槽１７内の水４は、後述するように陰極１の活性酸素生成能を回復させるため酸性溶液となっている。また、陰極１の活性酸素生成能回復期間中は電圧印加手段３をＯＦＦとし、一定時間通電を停止する。尚、本発明は陰極１と陽極２の間に水があってその水を介して通電できれば実施可能であり、水槽１７の中の水に陰極１と陽極２が浸かるように配置した構成に限定するものではなく、例えば、内壁の一部が陽極となり、陽極に対面する面が陰極であるような配管形状のものでもよい。
【００１６】
陰極１は、金属、カーボンプレート、樹脂にカーボン粉体を練り込んだ導電性材料やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような絶縁性材料を基板として、基板にはシンナーにポリアニリンとドープ剤としてポリエチレンスルホン酸を分散させた溶液を塗布し、乾燥、ＵＶ照射を行うことによって基板表面にポリエチレンスルホン酸のスルホ基とポリアニリンの窒素原子がイオン結合したエメラルディン塩（ＥＳ）状態になっているポリアニリンを担持させている。その他の方法として、導電性基材を用いてポリアニリンを電解重合してもよい。
陽極２は、チタン表面に白金を担持させたものや、カーボンプレート、カーボン粉体を練り込んだ樹脂などを用いる。
電圧印加手段３は、水槽１７内の水４に浸かっている陰極１と陽極２に電圧を印加し、またその電圧印加のＯＮとＯＦＦを切り替えることができるものとする。
【００１７】
図３は、陰極１と陽極２に繰り返し電圧を印加したときの過酸化水素の濃度の減少を表したグラフである。横軸は測定回数で、縦軸はその測定回数のときの過酸化水素の濃度を表している。すなわち、試験試料は、水道水３００ｍｌに陰極１と陽極２を浸し、陽極２は２ｃｍ×４ｃｍのチタン板に白金を担持させたものを３枚用い、陰極１は直径４ｃｍの円形のＰＥＴ樹脂の表面にポリアニリンを担持させたもの２枚を、上記３枚の陽極２の間にそれぞれ対極と平行になるように設置した。そして、この円形の陰極１を３０ｒｐｍで回転させながら、極間距離０．７ｍｍの陰極１と陽極２の極間に２．４Ｖの電圧を６時間印加し、生成した過酸化水素の濃度を測定した。
【００１８】
図３は上記の測定を繰り返し行ったときの１回あたり６時間経過後の過酸化水素濃度の変化を示したものである。図３にみられるように、陰極１に繰り返し通電すると過酸化水素の生成量が減少していく。１回目では過酸化水素がおよそ１０ｐｐｍ生成するが、２０回目では過酸化水素の生成量が１〜２ｐｐｍにまで低下してしまう。
【００１９】
なお、上記の測定では陰極１にはエメラルディン塩（ＥＳ）状態のポリアニリンを用いている。ＰＥＴ表面にＥＳ状態のポリアニリンを塗布した後、乾燥、ＵＶ照射をして担持させている。
【００２０】
図２に示すとおり、ポリアニリンには、エメラルディン塩（ＥＳ）、エメラルディン（ＥＢ）、ロイコエメラルディン塩（ＬＳ）、ロイコエメラルディン（ＬＢ）、ペルニグルアニリン塩（ＰＳ）、ペルニグルアニリン（ＰＢ）の６種類の状態がある。特にＥＳの状態のポリアニリンのみが導電性があり、それ以外のＥＢ、ＬＳ、ＬＢ、ＰＳ、ＰＢ状態のポリアニリンには導電性はない。ＥＳ状態のポリアニリンは緑色をしており、ＥＢ状態は青色、ＬＢ状態は黄色〜透明、ＬＢ状態は紫色をしている。
【００２１】
ポリアニリンの特性として、ＥＳやＥＢのエメラルディン状態のポリアニリンを還元するとＬＳやＬＢのロイコエメラルディン状態になり、逆に酸化するとＰＳやＰＢのペルニグルアニリン状態になる。
【００２２】
ＬＳ、ＥＳ、ＰＳといった塩の状態であるポリアニリンをアルカリ条件下に置くとそれぞれＬＢ、ＥＳ、ＰＢ状態に変化する。また、酸性条件下に置くと逆の変化が生じる。
【００２３】
陰極１と陽極２に電圧を印加し通電すると、初期はＥＳ状態であるポリアニリンがＥＢ状態とＬB状態に変化する。目視によっても電圧印加前は緑色であるのが電圧印加後には薄い青色になることが確認できる。また、酸性溶液中においても陰極に通電すると緑色から青色になり、通電を停止したら元の緑色に戻ることも確認できる。
【００２４】
上記の状態変化は、水溶液中の電極に電圧を印加することにより、陰極表面で水に電気分解が起こり、下記の化学式１に示すように、陰極表面で水素が発生してその副生成物として水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成して陰極１の表面がアルカリ雰囲気になるので、ポリアニリンがＥＳ状態からＥＢ状態に変化しているからである。そして酸性溶液中で通電を停止すると青色から緑色に変わるのは、陰極１の表面が酸性雰囲気に戻り、ポリアニリンがＥＢ状態からＥＳ状態に変化したからであると考えられる。
【００２５】
【化１】
【００２６】
また、陰極１に負の電圧が印加されることによって、ポリアニリンに電子が供給されてＥＳ状態からＬＳ状態にポリアニリンが還元され、そして上記のように陰極１表面がアルカリ雰囲気になっていることから、ＬＳ状態がＬＢ状態に変化していると考えられる。
【００２７】
電圧印加前の吸光度スペクトル５と電圧印加後の吸光度スペクトル６を図４に示している。ＥＳ状態のポリアニリンは８００ｎｍ付近と４００ｎｍ付近、ＥＢ状態のポリアニリンは６００ｎｍ付近、ＬＢ状態のポリアニリンは３２０ｎｍ付近に吸収ピークを持つ。電圧印加前の吸光度スペクトル５と電圧印加後の吸光度スペクトル６を比較すると、電圧印加前の吸光度スペクトル５では８００ｎｍ、４００ｎｍ付近で大きな吸収を、電圧印加後の吸光度スペクトル６では６００ｎｍ付近に大きな吸収を確認できる。
【００２８】
図５に電圧印加後と電圧印加前の吸光度の差を取った吸光度スペクトル８（図４の「吸光度スペクトル６」−「吸光度スペクトル５」）を示しており、この吸光度スペクトル８からも電圧印加後に８００ｎｍと４００ｎｍ付近にピークがある吸収が減り、６００ｎｍ付近にピークがある吸収が増えていることがわかる。また、３２０ｎｍ付近の吸収も増えている。
以上の説明から、電圧印加によりＥＳ状態がＥＢ状態とＬＢ状態に変化したことが確認できる。
【００２９】
図６には、上記の条件で測定を繰り返し、過酸化水素の生成量が１．５ｐｐｍに低下した陰極１をｐＨ２のクエン酸溶液に１２時間浸漬させた後、純水で陰極１を十分に洗浄してから同様の測定を行った場合の過酸化水素の生成量の変化を示したものであり、続けて６時間印加後測定、酸浸漬、６時間印加後測定を４回繰り返し、酸浸漬の前後の測定での過酸化水素の生成量をグラフにしたものである。陰極１をクエン酸に浸漬させることによって１．５ｐｐｍまで低下した過酸化水素の生成量が最大で４．２ｐｐｍまで回復したことが確認できる。
【００３０】
図７は陰極１の表面抵抗の変化を示したものである。表面抵抗の測定には株式会社三菱ケミカルのＬｏｒｅｓｔａ ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０を使用した。電圧印加前の未使用の陰極１の表面抵抗値が２２０Ω／ｃｍ2であったが、上記の測定を８回繰り返した時点（４８時間使用後）で、表面抵抗値が１０００Ω／ｃｍ2まで高くなった。これは、電圧印加前はＥＳ状態であったポリアニリンが電圧印加後に絶縁体であるＥＢ状態とＬＢ状態のポリアニリンに変化したためと考えられる。表面抵抗値が１０００Ω／ｃｍ2まで高くなった陰極１をｐＨ４とｐＨ２のクエン酸溶液にそれぞれ１０秒浸漬させた後の表面抵抗値はそれぞれ６００Ω／ｃｍ2と４５０Ω／ｃｍ2になった。
【００３１】
これは、通電中に陰極１の表面で発生する水酸化物イオン（ＯＨ-）によってＥＳ状態からＥＢ状態になったポリアニリンを酸性溶液に浸漬させることにより、ＥＢ状態のポリアニリンが再び導電体であるＥＳ状態に戻ったからだと考えられる。
【００３２】
電圧印加後の吸光度スペクトル６とｐＨ２のクエン酸溶液浸漬後の吸光度スペクトル７を図４に示している。吸光度スペクトル６と吸光度スペクトル７を比較すると、クエン酸浸漬により４００ｎｍ付近の吸収が大きくなり、６００ｎｍ付近の吸収が小さくなっている。８００ｎｍ付近の吸収が電圧印加前ほど回復しないのは、電圧印加前はドープ剤であるポリエチレンスルホン酸の影響が大きかったためであると考えられる。
【００３３】
ｐＨ２のクエン酸溶液浸漬後の吸光度スペクトル７から電圧印加後の吸光度スペクトル６の吸光度の差を取ったものが図５に示す吸光度スペクトル９である。この吸光度スペクトル９より電圧印加後の陰極１を酸性溶液に浸漬させることにより、３３０ｎｍ付近と６００ｎｍ付近の吸収が小さくなっていることがわかる。これはＬＢ、ＥＢ状態のポリアニリンが酸性条件下でＬＳ、ＥＳ状態に変化したためであり、４００ｎｍ付近と８００ｎｍ付近の吸収が大きくなっていることからもＥＢ状態から変化してＥＳ状態のポリアニリンが増えたからだと考えられる。
【００３４】
このことより、通電により表面抵抗値が高くなった陰極１の導電性を酸性溶液に浸漬させることにより導電性をよくし、活性酸素の生成量を回復させることができる。
【００３５】
以上のように、酸性溶液中で陰極１に通電している場合、化学式１に示すように水酸化物イオン（ＯＨ-）の生成により陰極１の表面はアルカリ雰囲気になっておりＥＳ状態のポリアニリンがＥＢ状態に変化してしまう。しかし、通電をＯＦＦにしている間は陰極１の表面は酸性雰囲気であり、ＥＢ状態になってしまったポリアニリンを再び導電性のあるＥＳ状態に変化させ陰極１に表面抵抗値を下げることができるので、次に通電したときに活性酸素の発生量を回復することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における活性酸素発生装置の概要構成を示す模式図である。実施の形態１の構成に加えて、酸性物質１３を収容した酸性物質投入手段１１と、陰極１に流れる電流値を検出する電流値検出手段１２とを備えたものである。水を酸性にする酸性化手段として酸性物質投入手段１１の代わりにイオン交換膜や中空糸膜等を用いて水の電気分解で陽極側に生じる強酸性水を用いてもよい。
【００３７】
陰極１や陽極２が浸かっている水溶液に水道水のミネラル成分などで知られるカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどが含まれていると、水の蒸発と共にそれらのイオンが濃縮され炭酸塩や水酸化物塩などのいわゆるスケールを形成し、水溶液のｐＨが高くなってしまう。そこで、ｐＨを常に一定値以下に下げる目的で酸性物質１３を投入する酸性物質投入手段１１を有している。なお、投入する酸性物質１３は固体でも液体でもよい。
【００３８】
また、陰極１と陽極２が浸かっている酸性溶液の水４が排出され、酸性溶液の水４よりも相対的にｐＨの高い新たな水が供給されるような場合においても、酸性物質１３を投入することによってｐＨを下げることができる。
【００３９】
酸性物質投入手段１１は酸性物質１３を陰極１の近傍に投入すること、もしくは酸性物質１３が液体の場合は陰極１に向けて滴下または噴霧によって投入し、陰極１近傍のｐＨを局所的に下げることが望ましい。そうすることによって使用する酸性物質の量を減らすことができる。
【００４０】
また、陰極１に流れる電流値を検出する電流値検出手段１２を備え、陰極１に流れる電流値によって酸性物質１３を投入する時を決めてもよい。電流値検出手段１２で陰極１に流れる電流値を検出し所定値以下の電流値になれば、電圧印加手段３が一定時間電圧印加を停止して陰極１への通電を停止する。その後、電圧印加手段３が通電を再開したときに、電流値検出手段１２が陰極１に流れる電流値を検出する。検出した電流値が所定値よりも大きい場合は、そのまま電圧印加手段３は電圧印加を継続する。検出した電流値が所定値よりも小さい場合は、酸性物質投入手段１１が酸性物質１３を投入した後、電圧印加手段３が一定時間電圧印加を停止する。その後、陰極１のＥＢ状態のポリアニリンがＥＳ状態に戻るのを待ってから再び通電を開始すればよい。
【００４１】
以下では、上述したように構成された本発明に係る活性酸素発生装置を備えた加湿器の実施形態について説明する。
【００４２】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３における活性酸素発生装置を備えた加湿器１０の外観図、図１０はこの加湿器１０の概要構成を示す模式図で、併せて給水タンクの挿入前の状態を吹き出しの拡大図で示してある。図１１は同じく加湿器１０の給水タンクの挿入時の状態を吹き出しの拡大図で示す図である。
この実施の形態３の加湿器１０は、図９に示すように、給水タンク１６と、水槽の例として水受けトレイ１７とを備えている。給水タンク１６は、加湿器１０の本体の上部に設置され、本体下部に設置される水受けトレイ１７に対して着脱可能に構成されている。１９は給水弁、２０は回収弁である。なお、水受けトレイ１７も本体に対して着脱可能に構成されている。
【００４３】
図１０および図１１に示すように、水受けトレイ１７には、水４が貯留され、上述したように構成された陰極１と陽極２が水４に一部浸かるように配置され、両電極１、２間に電圧を印加する電圧印加手段３が設けられている。電圧印加手段３は電圧印加のＯＮとＯＦＦを切り替えることができるようになっている。また、陰極１および陽極２の構成は実施の形態１で述べたとおりであり、また陰極１のポリアニリンの状態変化についても図２について述べたとおりである。
【００４４】
酸性物質投入手段１１は、給水タンク１６の下面に設置されている。酸性物質１３は、本例の場合固形となっている。そして、酸性物質１３の排出口１４が酸性物質１３の収容部に設けられており、その下方に設けられた酸性物質投入手段１１によって排出口１４より酸性物質１３を一定量ずつ（固形剤の場合、１つ又は複数個ずつ）分離して水受けトレイ１７内に投入するようになっている。酸性物質投入手段１１は、略Ｖ字状に屈曲形成されて中間部を軸２４で回転自在に枢着され、先端部に排出口１４を開閉する蓋２５が設けられた分離板２３と、分離板２３を軸２４を中心に回動して常に開放する方向に付勢するバネ２６とを備えている。
また、水受けトレイ１７には、給水タンク１６の挿入時、分離板２３の蓋２５を押し上げて排出口１４を塞ぐようにする突起１８が設けられている。
【００４５】
このように構成された酸性物質投入手段１１によれば、給水タンク１６を水受けトレイ１７から抜き取ったときには、バネ２６により分離板２３が軸２４を中心に図１０において時計方向に回動するので、蓋２５が排出口１４を開き酸性物質１３を排出口１４より分離板２３上に一定量落下させ受け入れる。ついで、給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込んだときには、水受けトレイ１７の突起１８によって分離板２３の蓋２５を押し上げるので、分離板２３が軸２４を中心に上記と逆の反時計方向に回動して蓋２５が排出口１４を塞ぎ、既に分離板２３上に受け入れている一定量の酸性物質１３をバネ２６の力に抗して開いている隙間から水受けトレイ１７内に投入することができる。
したがって、酸性物質投入手段１１は、給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むたび毎に、酸性物質１３を一定量ずつ水受けトレイ１７に投入することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の加湿器１０は、図９、図１１に示すように給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むことによって、給水タンク１６から水受けトレイ１７に加湿するための水を滴下しながら供給する機構を持つものである（給水タンク１６の水圧と給水弁１９による）。陰極１と陽極２は水受けトレイ１７の中の水に浸かるように設置されており、電圧印加手段３は加湿器１０の本体または水受けトレイ１７に設置されている。酸性物質１３の収容部と酸性物質投入手段１１は給水タンク１６に設置されており、使用者が給水タンク１６を加湿器１０または水受けトレイ１７に差し込むと酸性物質１３が一定量投入される。投入する酸性物質１３は人体に影響の少ないクエン酸などの弱酸性物質であることが望ましく、固形剤（錠剤またはカプセル形状をした錠剤）となっている。
【００４７】
そして、上述のように酸性物質投入手段１１により、給水タンク１６が加湿器１０に差し込まれる毎に一定量の酸性物質１３が水受けトレイ１７に投入されるため、水受けトレイ１７の中の水を一定のｐＨ以下にすることが可能となる。
【００４８】
酸性溶液中で陰極１に通電している場合、化学式１に示すように、水酸化物イオン（ＯＨ-）の生成により陰極１の表面はアルカリ雰囲気になっておりＥＳ状態のポリアニリンがＥＢ状態に変化してしまう。しかし、通電をＯＦＦにしている間は陰極１の表面は酸性雰囲気であり、ＥＢ状態になってしまったポリアニリンを再び導電性のあるＥＳ状態に変化させ陰極１に表面抵抗値を下げることができるので、次に通電したときに活性酸素の発生量を回復することができる。
【００４９】
以上のように、給水タンク１６が加湿器１０に設置され、酸性物質１３が水受けトレイ１７に投入された後、陰極１への通電を電圧印加手段３が一定時間停止することによって、ＥＢ状態になった陰極１のポリアニリンをＥＳ状態に戻すことができ、これにより活性酸素の発生量を回復し、安定した殺菌性能を得ることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施の形態の加湿器１０は、水が給水タンク１６から給水弁１９を通って水受けトレイ１７に滴下しながら注ぎ込まれる。水受けトレイ１７の水は徐々に加湿されて減少するので、スケールが濃縮されていく。このスケールが濃縮された水は回収弁２０を介して給水タンク１６に回収されるようになっている。よって、水受けトレイ１７に残っている水は給水タンク１６を差し込むとある程度回収されてしまうので、本実施の形態で投入する酸性物質１３の錠剤はゆっくりと水に溶けるようなものやカプセル式で投入されてからある程度時間が経過した後溶け出すようなものであることが好ましい。
【００５１】
実施の形態４．
図１２は、本発明実施の形態４における活性酸素発生装置を備えた加湿器１０の概要構成を示す模式図である。
本実施の形態の加湿器１０は、上記の固形剤からなる酸性物質１３とこの酸性物質１３を一定量ずつ投入する酸性物質投入手段１１に代えて、酸性溶液投入手段２１によって酸性溶液２２を一定量ずつ水受けトレイ１７に供給（噴霧）するように構成したものである。酸性溶液投入手段２１は液体の酸性溶液２２を内含したプッシュポンプ式の容器であって上から押すことによって一定量の酸性溶液２２を噴霧することを特徴とし、酸性溶液投入手段２１は水受けトレイ１７に備え付けられている。
【００５２】
給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むときに給水タンク１６の一部が酸性投入手段２１のプッシュ部分を押し込むことによって、液体の酸性溶液２２がノズルの先から霧状に噴き出す。霧状に噴き出す酸性溶液２２は陰極１のポリアニリンに直接噴霧されることが望ましい。水受けトレイ１７に残っている水は回収弁２０を介して回収されてしまうので、酸性溶液２２を陰極１に直接噴霧することによって酸性溶液が薄まり回収されてしまう前に陰極１を再生することができる。また使用する酸性溶液の量も減らすことが可能となる。投入する酸性溶液２２は人体に影響の少ないクエン酸などの弱酸性物質であることが望ましい。
【００５３】
以上のように、給水タンク１６が加湿器１０に設置され、酸性溶液２２が陰極１のポリアニリンに直接噴霧されることによって、ＥＢ状態になった陰極１のポリアニリンをＥＳ状態に戻すことができ、これにより活性酸素の発生量を回復し、安定した殺菌性能を得ることが可能となる。また、陰極１のポリアニリンに直接噴霧されるため、酸性溶液が薄まり回収されてしまう前に陰極１を再生することができ、使用する酸性溶液の量も減らすことが可能となる。
【００５４】
なお、上記の実施の形態３と実施の形態４において説明した加湿器は、あくまでも一例であり、気化式、スチームファン式などに限定されない。また、酸性物質投入手段についても一定量の酸化物質を定期的もしくは断続的に投入できるものであれば何でもよい。
【００５５】
また、本発明の活性酸素発生装置は加湿器のみならず空気清浄機にも適用することができるものである。空気清浄機に実施の形態１又は２に記載した活性酸素発生装置を搭載し、活性酸素発生装置から発生する活性酸素によって、空気清浄機に取り込まれた空気に含まれる菌を抑制したり、活性酸素を含む水をミストにして外部に放出することで室内浮遊菌を抑制したりすることもできる。
【００５６】
また、空気清浄機が取り込んだ室内空気に含まれる花粉やダニ等のアレルギー物質を不活性化することやその他臭いの元となる分子を活性酸素で分解することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 陰極、２ 陽極、３ 電圧印加手段、４ 水、５ 電圧印加前の陰極１の吸光度スペクトル、６ 電圧印加後の陰極１の吸光度スペクトル、７ 酸浸漬後の陰極１の吸光度スペクトル、８ 吸光度スペクトル６から吸光度スペクトル５の差をとった吸光度スペクトル、９ 吸光度スペクトル７から吸光度スペクトル６の差をとった吸光度スペクトル、１０ 加湿器、１１ 酸性物質投入手段、１２ 電流値測定手段、１３ 酸性物質、１４ 排出口、１６ 給水タンク、１７ 水槽（または水受けトレイ）、１８ 水受けトレイの突起、１９ 給水弁、２０ 回収弁、２１ 酸性溶液投入手段、２２ 酸性溶液、２３ 分離板、２４ 軸、２５ 蓋、２６ バネ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ポリアニリンのようなレドックスポリマーを用いて活性酸素を発生することにより水中での殺菌や脱臭などを可能とする活性酸素発生装置及びこの活性酸素発生装置を備えた加湿器、空気清浄機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、活性酸素による殺菌、脱臭が注目されており、活性酸素を発生させる方法として、光触媒を用いる方法、紫外線を用いる方法、レドックスポリマーを用いる方法等が知られている。特に、ポリアニリンのようなレドックスポリマーを使用する方法は、作業上の危険も少なく低コストで活性酸素を生成することができるので注目されている。
【０００３】
従来、ポリアニリンを使用した活性酸素発生方法としては、水中でポリアニリン微粒子を分散させる方法と水中でポリアニリンを担持した電極に電圧を印加する方法が知られている。
【０００４】
ポリアニリンは、酸性条件下では窒素原子がイオン化しプラスの電荷を帯びて塩の状態になる。特にエメラルディン塩のポリアニリンが導電性を示すことが知られている。
【０００５】
ポリアニリンは、酸化型の構造と還元型の構造が可逆的に変化する導電性高分子であり、水中で溶存酸素と接触すると酸素が還元されて活性酸素が生成し、ポリアニリンは酸化される。この酸化されたポリアニリンに還元剤を供給したり、あるいは電流（直流電流）を流すことによって電子を供給すると再び還元型に戻る。そして酸素と接触させることにより連続的に活性酸素を発生させることができる。ところが、ポリアニリンを含む陰極に通電していくと、陰極の活性酸素生成能が低下することが知られており、陰極の活性酸素生成能を回復させる方法として、逆電圧を印加する方法などが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−２９９３２６号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の、ポリアニリンを含む陰極に負電圧を印加して活性酸素を発生させる装置では、印加時間とともにポリアニリンの構造が変化し、導電性が悪くなり電流量も下がるために活性酸素の生成量が低下し、また活性酸素発生装置を備えた加湿器では殺菌性能が低下するといった課題があった。また、特許文献１に示されるように、一定時間だけ逆電圧を印加することにより陰極の活性酸素生成能を回復させることができるが、溶液の調整、管理など活性酸素生成能回復のための手法が煩雑になるきらいがある。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、酸性雰囲気下にポリアニリンを置くことにより、エメラルディンになったポリアニリンをエメラルディン塩に構造を変化させて導電性を回復させるという簡単な手法で、活性酸素の生成量が低下した陰極の活性酸素生成能の回復を図ることができる活性酸素発生装置を提供することを目的とし、さらにはこの活性酸素発生装置を備えた加湿器および空気清浄機を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、陽極とポリアニリンを含む陰極とを水を介して通電し、活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、
前記水が酸性の場合は、通電を停止する期間を設けたことを特徴とする活性酸素発生装置である。
【００１０】
また、本発明に係る加湿器は、水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクの下部に設けられ、前記給水タンクから滴下する水を受ける水受けトレイと、前記水受けトレイ内に配置された陽極とポリアニリンを含む陰極と、前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた加湿器において、
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段を備え、
前記水受けトレイ内の水が酸性である場合は、前記陰極への通電を停止する期間を設けたものである。
【００１１】
なお、本発明において、活性酸素とは、通常の酸素に比べて酸化力の高い酸素のことをいい、一重項酸素、スーパーオキシドアニオンラジカル、ヒドロキシルラジカル、パーヒドロキシラジカル、過酸化水素などを総称する概念である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水中でポリアニリンを担持した陰極に通電することにより低下してしまう陰極を酸性溶液中に置き、一定時間だけ通電を停止することで、陰極の導電性を回復し、活性酸素の発生量が低下した陰極を再生することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における活性酸素発生装置の概略構成図である。
【図２】本発明におけるポリアニリンの構造の変化を示す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態１において繰り返し電圧を印加した場合の活性酸素の生成量の減少を示したグラフである。
【図４】電圧印加前、電圧印加後、酸浸漬後の陰極の吸光度スペクトル図である。
【図５】電圧印加前と電圧印加後、電圧印加後と酸浸漬後の陰極の吸光度スペクトルの差をとったスペクトル図である。
【図６】酸浸漬による陰極の活性酸素生成能の回復を示したグラフである。
【図７】酸浸漬による陰極の表面抵抗値の回復を示したグラフである。
【図８】実施の形態２における活性酸素発生装置の模式図である。
【図９】実施の形態３における加湿器の外観図である。
【図１０】実施の形態３における加湿器の概要構成を示す模式図で、給水タンクの挿入前の状態を示す図である。
【図１１】実施の形態３における加湿器の概要構成を示す模式図で、給水タンクの挿入時の状態を示す図ある。
【図１２】実施の形態４における加湿器の概要構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における活性酸素発生装置の概要構成を示す模式図で、図２は、この活性酸素発生装置におけるポリアニリンの構造変化を示す図である。
この実施の形態１の活性酸素発生装置は、水槽（または水受けトレイともいう）１７内の水４に浸漬された陰極１と陽極２と、両電極１、２間に電圧を印加する電圧印加手段３とから構成されている。なお、水槽１７内の水４は、後述するように陰極１の活性酸素生成能を回復させるため酸性溶液となっている。また、陰極１の活性酸素生成能回復期間中は電圧印加手段３をＯＦＦとし、一定時間通電を停止する。尚、本発明は陰極１と陽極２の間に水があってその水を介して通電できれば実施可能であり、水槽１７の中の水に陰極１と陽極２が浸かるように配置した構成に限定するものではなく、例えば、内壁の一部が陽極となり、陽極に対面する面が陰極であるような配管形状のものでもよい。
【００１６】
陰極１は、金属、カーボンプレート、樹脂にカーボン粉体を練り込んだ導電性材料やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のような絶縁性材料を基板として、基板にはシンナーにポリアニリンとドープ剤としてポリエチレンスルホン酸を分散させた溶液を塗布し、乾燥、ＵＶ照射を行うことによって基板表面にポリエチレンスルホン酸のスルホ基とポリアニリンの窒素原子がイオン結合したエメラルディン塩（ＥＳ）状態になっているポリアニリンを担持させている。その他の方法として、導電性基材を用いてポリアニリンを電解重合してもよい。
陽極２は、チタン表面に白金を担持させたものや、カーボンプレート、カーボン粉体を練り込んだ樹脂などを用いる。
電圧印加手段３は、水槽１７内の水４に浸かっている陰極１と陽極２に電圧を印加し、またその電圧印加のＯＮとＯＦＦを切り替えることができるものとする。
【００１７】
図３は、陰極１と陽極２に繰り返し電圧を印加したときの過酸化水素の濃度の減少を表したグラフである。横軸は測定回数で、縦軸はその測定回数のときの過酸化水素の濃度を表している。すなわち、試験試料は、水道水３００ｍｌに陰極１と陽極２を浸し、陽極２は２ｃｍ×４ｃｍのチタン板に白金を担持させたものを３枚用い、陰極１は直径４ｃｍの円形のＰＥＴ樹脂の表面にポリアニリンを担持させたもの２枚を、上記３枚の陽極２の間にそれぞれ対極と平行になるように設置した。そして、この円形の陰極１を３０ｒｐｍで回転させながら、極間距離０．７ｍｍの陰極１と陽極２の極間に２．４Ｖの電圧を６時間印加し、生成した過酸化水素の濃度を測定した。
【００１８】
図３は上記の測定を繰り返し行ったときの１回あたり６時間経過後の過酸化水素濃度の変化を示したものである。図３にみられるように、陰極１に繰り返し通電すると過酸化水素の生成量が減少していく。１回目では過酸化水素がおよそ１０ｐｐｍ生成するが、２０回目では過酸化水素の生成量が１〜２ｐｐｍにまで低下してしまう。
【００１９】
なお、上記の測定では陰極１にはエメラルディン塩（ＥＳ）状態のポリアニリンを用いている。ＰＥＴ表面にＥＳ状態のポリアニリンを塗布した後、乾燥、ＵＶ照射をして担持させている。
【００２０】
図２に示すとおり、ポリアニリンには、エメラルディン塩（ＥＳ）、エメラルディン（ＥＢ）、ロイコエメラルディン塩（ＬＳ）、ロイコエメラルディン（ＬＢ）、ペルニグルアニリン塩（ＰＳ）、ペルニグルアニリン（ＰＢ）の６種類の状態がある。特にＥＳの状態のポリアニリンのみが導電性があり、それ以外のＥＢ、ＬＳ、ＬＢ、ＰＳ、ＰＢ状態のポリアニリンには導電性はない。ＥＳ状態のポリアニリンは緑色をしており、ＥＢ状態は青色、ＬＢ状態は黄色〜透明、ＬＢ状態は紫色をしている。
【００２１】
ポリアニリンの特性として、ＥＳやＥＢのエメラルディン状態のポリアニリンを還元するとＬＳやＬＢのロイコエメラルディン状態になり、逆に酸化するとＰＳやＰＢのペルニグルアニリン状態になる。
【００２２】
ＬＳ、ＥＳ、ＰＳといった塩の状態であるポリアニリンをアルカリ条件下に置くとそれぞれＬＢ、ＥＳ、ＰＢ状態に変化する。また、酸性条件下に置くと逆の変化が生じる。
【００２３】
陰極１と陽極２に電圧を印加し通電すると、初期はＥＳ状態であるポリアニリンがＥＢ状態とＬB状態に変化する。目視によっても電圧印加前は緑色であるのが電圧印加後には薄い青色になることが確認できる。また、酸性溶液中においても陰極に通電すると緑色から青色になり、通電を停止したら元の緑色に戻ることも確認できる。
【００２４】
上記の状態変化は、水溶液中の電極に電圧を印加することにより、陰極表面で水に電気分解が起こり、下記の化学式１に示すように、陰極表面で水素が発生してその副生成物として水酸化物イオン（ＯＨ-）が生成して陰極１の表面がアルカリ雰囲気になるので、ポリアニリンがＥＳ状態からＥＢ状態に変化しているからである。そして酸性溶液中で通電を停止すると青色から緑色に変わるのは、陰極１の表面が酸性雰囲気に戻り、ポリアニリンがＥＢ状態からＥＳ状態に変化したからであると考えられる。
【００２５】
【化１】
【００２６】
また、陰極１に負の電圧が印加されることによって、ポリアニリンに電子が供給されてＥＳ状態からＬＳ状態にポリアニリンが還元され、そして上記のように陰極１表面がアルカリ雰囲気になっていることから、ＬＳ状態がＬＢ状態に変化していると考えられる。
【００２７】
電圧印加前の吸光度スペクトル５と電圧印加後の吸光度スペクトル６を図４に示している。ＥＳ状態のポリアニリンは８００ｎｍ付近と４００ｎｍ付近、ＥＢ状態のポリアニリンは６００ｎｍ付近、ＬＢ状態のポリアニリンは３２０ｎｍ付近に吸収ピークを持つ。電圧印加前の吸光度スペクトル５と電圧印加後の吸光度スペクトル６を比較すると、電圧印加前の吸光度スペクトル５では８００ｎｍ、４００ｎｍ付近で大きな吸収を、電圧印加後の吸光度スペクトル６では６００ｎｍ付近に大きな吸収を確認できる。
【００２８】
図５に電圧印加後と電圧印加前の吸光度の差を取った吸光度スペクトル８（図４の「吸光度スペクトル６」−「吸光度スペクトル５」）を示しており、この吸光度スペクトル８からも電圧印加後に８００ｎｍと４００ｎｍ付近にピークがある吸収が減り、６００ｎｍ付近にピークがある吸収が増えていることがわかる。また、３２０ｎｍ付近の吸収も増えている。
以上の説明から、電圧印加によりＥＳ状態がＥＢ状態とＬＢ状態に変化したことが確認できる。
【００２９】
図６には、上記の条件で測定を繰り返し、過酸化水素の生成量が１．５ｐｐｍに低下した陰極１をｐＨ２のクエン酸溶液に１２時間浸漬させた後、純水で陰極１を十分に洗浄してから同様の測定を行った場合の過酸化水素の生成量の変化を示したものであり、続けて６時間印加後測定、酸浸漬、６時間印加後測定を４回繰り返し、酸浸漬の前後の測定での過酸化水素の生成量をグラフにしたものである。陰極１をクエン酸に浸漬させることによって１．５ｐｐｍまで低下した過酸化水素の生成量が最大で４．２ｐｐｍまで回復したことが確認できる。
【００３０】
図７は陰極１の表面抵抗の変化を示したものである。表面抵抗の測定には株式会社三菱ケミカルのＬｏｒｅｓｔａ ＧＰ ＭＣＰ−Ｔ６１０を使用した。電圧印加前の未使用の陰極１の表面抵抗値が２２０Ω／ｃｍ2であったが、上記の測定を８回繰り返した時点（４８時間使用後）で、表面抵抗値が１０００Ω／ｃｍ2まで高くなった。これは、電圧印加前はＥＳ状態であったポリアニリンが電圧印加後に絶縁体であるＥＢ状態とＬＢ状態のポリアニリンに変化したためと考えられる。表面抵抗値が１０００Ω／ｃｍ2まで高くなった陰極１をｐＨ４とｐＨ２のクエン酸溶液にそれぞれ１０秒浸漬させた後の表面抵抗値はそれぞれ６００Ω／ｃｍ2と４５０Ω／ｃｍ2になった。
【００３１】
これは、通電中に陰極１の表面で発生する水酸化物イオン（ＯＨ-）によってＥＳ状態からＥＢ状態になったポリアニリンを酸性溶液に浸漬させることにより、ＥＢ状態のポリアニリンが再び導電体であるＥＳ状態に戻ったからだと考えられる。
【００３２】
電圧印加後の吸光度スペクトル６とｐＨ２のクエン酸溶液浸漬後の吸光度スペクトル７を図４に示している。吸光度スペクトル６と吸光度スペクトル７を比較すると、クエン酸浸漬により４００ｎｍ付近の吸収が大きくなり、６００ｎｍ付近の吸収が小さくなっている。８００ｎｍ付近の吸収が電圧印加前ほど回復しないのは、電圧印加前はドープ剤であるポリエチレンスルホン酸の影響が大きかったためであると考えられる。
【００３３】
ｐＨ２のクエン酸溶液浸漬後の吸光度スペクトル７から電圧印加後の吸光度スペクトル６の吸光度の差を取ったものが図５に示す吸光度スペクトル９である。この吸光度スペクトル９より電圧印加後の陰極１を酸性溶液に浸漬させることにより、３３０ｎｍ付近と６００ｎｍ付近の吸収が小さくなっていることがわかる。これはＬＢ、ＥＢ状態のポリアニリンが酸性条件下でＬＳ、ＥＳ状態に変化したためであり、４００ｎｍ付近と８００ｎｍ付近の吸収が大きくなっていることからもＥＢ状態から変化してＥＳ状態のポリアニリンが増えたからだと考えられる。
【００３４】
このことより、通電により表面抵抗値が高くなった陰極１の導電性を酸性溶液に浸漬させることにより導電性をよくし、活性酸素の生成量を回復させることができる。
【００３５】
以上のように、酸性溶液中で陰極１に通電している場合、化学式１に示すように水酸化物イオン（ＯＨ-）の生成により陰極１の表面はアルカリ雰囲気になっておりＥＳ状態のポリアニリンがＥＢ状態に変化してしまう。しかし、通電をＯＦＦにしている間は陰極１の表面は酸性雰囲気であり、ＥＢ状態になってしまったポリアニリンを再び導電性のあるＥＳ状態に変化させ陰極１に表面抵抗値を下げることができるので、次に通電したときに活性酸素の発生量を回復することができる。
【００３６】
実施の形態２．
図８は、本発明の実施の形態２における活性酸素発生装置の概要構成を示す模式図である。実施の形態１の構成に加えて、酸性物質１３を収容した酸性物質投入手段１１と、陰極１に流れる電流値を検出する電流値検出手段１２とを備えたものである。水を酸性にする酸性化手段として酸性物質投入手段１１の代わりにイオン交換膜や中空糸膜等を用いて水の電気分解で陽極側に生じる強酸性水を用いてもよい。
【００３７】
陰極１や陽極２が浸かっている水溶液に水道水のミネラル成分などで知られるカルシウムイオンやマグネシウムイオンなどが含まれていると、水の蒸発と共にそれらのイオンが濃縮され炭酸塩や水酸化物塩などのいわゆるスケールを形成し、水溶液のｐＨが高くなってしまう。そこで、ｐＨを常に一定値以下に下げる目的で酸性物質１３を投入する酸性物質投入手段１１を有している。なお、投入する酸性物質１３は固体でも液体でもよい。
【００３８】
また、陰極１と陽極２が浸かっている酸性溶液の水４が排出され、酸性溶液の水４よりも相対的にｐＨの高い新たな水が供給されるような場合においても、酸性物質１３を投入することによってｐＨを下げることができる。
【００３９】
酸性物質投入手段１１は酸性物質１３を陰極１の近傍に投入すること、もしくは酸性物質１３が液体の場合は陰極１に向けて滴下または噴霧によって投入し、陰極１近傍のｐＨを局所的に下げることが望ましい。そうすることによって使用する酸性物質の量を減らすことができる。
【００４０】
また、陰極１に流れる電流値を検出する電流値検出手段１２を備え、陰極１に流れる電流値によって酸性物質１３を投入する時を決めてもよい。電流値検出手段１２で陰極１に流れる電流値を検出し所定値以下の電流値になれば、電圧印加手段３が一定時間電圧印加を停止して陰極１への通電を停止する。その後、電圧印加手段３が通電を再開したときに、電流値検出手段１２が陰極１に流れる電流値を検出する。検出した電流値が所定値よりも大きい場合は、そのまま電圧印加手段３は電圧印加を継続する。検出した電流値が所定値よりも小さい場合は、酸性物質投入手段１１が酸性物質１３を投入した後、電圧印加手段３が一定時間電圧印加を停止する。その後、陰極１のＥＢ状態のポリアニリンがＥＳ状態に戻るのを待ってから再び通電を開始すればよい。
【００４１】
以下では、上述したように構成された本発明に係る活性酸素発生装置を備えた加湿器の実施形態について説明する。
【００４２】
実施の形態３．
図９は本発明の実施の形態３における活性酸素発生装置を備えた加湿器１０の外観図、図１０はこの加湿器１０の概要構成を示す模式図で、併せて給水タンクの挿入前の状態を吹き出しの拡大図で示してある。図１１は同じく加湿器１０の給水タンクの挿入時の状態を吹き出しの拡大図で示す図である。
この実施の形態３の加湿器１０は、図９に示すように、給水タンク１６と、水槽の例として水受けトレイ１７とを備えている。給水タンク１６は、加湿器１０の本体の上部に設置され、本体下部に設置される水受けトレイ１７に対して着脱可能に構成されている。１９は給水弁、２０は回収弁である。なお、水受けトレイ１７も本体に対して着脱可能に構成されている。
【００４３】
図１０および図１１に示すように、水受けトレイ１７には、水４が貯留され、上述したように構成された陰極１と陽極２が水４に一部浸かるように配置され、両電極１、２間に電圧を印加する電圧印加手段３が設けられている。電圧印加手段３は電圧印加のＯＮとＯＦＦを切り替えることができるようになっている。また、陰極１および陽極２の構成は実施の形態１で述べたとおりであり、また陰極１のポリアニリンの状態変化についても図２について述べたとおりである。
【００４４】
酸性物質投入手段１１は、給水タンク１６の下面に設置されている。酸性物質１３は、本例の場合固形となっている。そして、酸性物質１３の排出口１４が酸性物質１３の収容部に設けられており、その下方に設けられた酸性物質投入手段１１によって排出口１４より酸性物質１３を一定量ずつ（固形剤の場合、１つ又は複数個ずつ）分離して水受けトレイ１７内に投入するようになっている。酸性物質投入手段１１は、略Ｖ字状に屈曲形成されて中間部を軸２４で回転自在に枢着され、先端部に排出口１４を開閉する蓋２５が設けられた分離板２３と、分離板２３を軸２４を中心に回動して常に開放する方向に付勢するバネ２６とを備えている。
また、水受けトレイ１７には、給水タンク１６の挿入時、分離板２３の蓋２５を押し上げて排出口１４を塞ぐようにする突起１８が設けられている。
【００４５】
このように構成された酸性物質投入手段１１によれば、給水タンク１６を水受けトレイ１７から抜き取ったときには、バネ２６により分離板２３が軸２４を中心に図１０において時計方向に回動するので、蓋２５が排出口１４を開き酸性物質１３を排出口１４より分離板２３上に一定量落下させ受け入れる。ついで、給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込んだときには、水受けトレイ１７の突起１８によって分離板２３の蓋２５を押し上げるので、分離板２３が軸２４を中心に上記と逆の反時計方向に回動して蓋２５が排出口１４を塞ぎ、既に分離板２３上に受け入れている一定量の酸性物質１３をバネ２６の力に抗して開いている隙間から水受けトレイ１７内に投入することができる。
したがって、酸性物質投入手段１１は、給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むたび毎に、酸性物質１３を一定量ずつ水受けトレイ１７に投入することができる。
【００４６】
以上のように、本実施の形態の加湿器１０は、図９、図１１に示すように給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むことによって、給水タンク１６から水受けトレイ１７に加湿するための水を滴下しながら供給する機構を持つものである（給水タンク１６の水圧と給水弁１９による）。陰極１と陽極２は水受けトレイ１７の中の水に浸かるように設置されており、電圧印加手段３は加湿器１０の本体または水受けトレイ１７に設置されている。酸性物質１３の収容部と酸性物質投入手段１１は給水タンク１６に設置されており、使用者が給水タンク１６を加湿器１０または水受けトレイ１７に差し込むと酸性物質１３が一定量投入される。投入する酸性物質１３は人体に影響の少ないクエン酸などの弱酸性物質であることが望ましく、固形剤（錠剤またはカプセル形状をした錠剤）となっている。
【００４７】
そして、上述のように酸性物質投入手段１１により、給水タンク１６が加湿器１０に差し込まれる毎に一定量の酸性物質１３が水受けトレイ１７に投入されるため、水受けトレイ１７の中の水を一定のｐＨ以下にすることが可能となる。
【００４８】
酸性溶液中で陰極１に通電している場合、化学式１に示すように、水酸化物イオン（ＯＨ-）の生成により陰極１の表面はアルカリ雰囲気になっておりＥＳ状態のポリアニリンがＥＢ状態に変化してしまう。しかし、通電をＯＦＦにしている間は陰極１の表面は酸性雰囲気であり、ＥＢ状態になってしまったポリアニリンを再び導電性のあるＥＳ状態に変化させ陰極１に表面抵抗値を下げることができるので、次に通電したときに活性酸素の発生量を回復することができる。
【００４９】
以上のように、給水タンク１６が加湿器１０に設置され、酸性物質１３が水受けトレイ１７に投入された後、陰極１への通電を電圧印加手段３が一定時間停止することによって、ＥＢ状態になった陰極１のポリアニリンをＥＳ状態に戻すことができ、これにより活性酸素の発生量を回復し、安定した殺菌性能を得ることが可能となる。
【００５０】
なお、本実施の形態の加湿器１０は、水が給水タンク１６から給水弁１９を通って水受けトレイ１７に滴下しながら注ぎ込まれる。水受けトレイ１７の水は徐々に加湿されて減少するので、スケールが濃縮されていく。このスケールが濃縮された水は回収弁２０を介して給水タンク１６に回収されるようになっている。よって、水受けトレイ１７に残っている水は給水タンク１６を差し込むとある程度回収されてしまうので、本実施の形態で投入する酸性物質１３の錠剤はゆっくりと水に溶けるようなものやカプセル式で投入されてからある程度時間が経過した後溶け出すようなものであることが好ましい。
【００５１】
実施の形態４．
図１２は、本発明実施の形態４における活性酸素発生装置を備えた加湿器１０の概要構成を示す模式図である。
本実施の形態の加湿器１０は、上記の固形剤からなる酸性物質１３とこの酸性物質１３を一定量ずつ投入する酸性物質投入手段１１に代えて、酸性溶液投入手段２１によって酸性溶液２２を一定量ずつ水受けトレイ１７に供給（噴霧）するように構成したものである。酸性溶液投入手段２１は液体の酸性溶液２２を内含したプッシュポンプ式の容器であって上から押すことによって一定量の酸性溶液２２を噴霧することを特徴とし、酸性溶液投入手段２１は水受けトレイ１７に備え付けられている。
【００５２】
給水タンク１６を水受けトレイ１７に差し込むときに給水タンク１６の一部が酸性投入手段２１のプッシュ部分を押し込むことによって、液体の酸性溶液２２がノズルの先から霧状に噴き出す。霧状に噴き出す酸性溶液２２は陰極１のポリアニリンに直接噴霧されることが望ましい。水受けトレイ１７に残っている水は回収弁２０を介して回収されてしまうので、酸性溶液２２を陰極１に直接噴霧することによって酸性溶液が薄まり回収されてしまう前に陰極１を再生することができる。また使用する酸性溶液の量も減らすことが可能となる。投入する酸性溶液２２は人体に影響の少ないクエン酸などの弱酸性物質であることが望ましい。
【００５３】
以上のように、給水タンク１６が加湿器１０に設置され、酸性溶液２２が陰極１のポリアニリンに直接噴霧されることによって、ＥＢ状態になった陰極１のポリアニリンをＥＳ状態に戻すことができ、これにより活性酸素の発生量を回復し、安定した殺菌性能を得ることが可能となる。また、陰極１のポリアニリンに直接噴霧されるため、酸性溶液が薄まり回収されてしまう前に陰極１を再生することができ、使用する酸性溶液の量も減らすことが可能となる。
【００５４】
なお、上記の実施の形態３と実施の形態４において説明した加湿器は、あくまでも一例であり、気化式、スチームファン式などに限定されない。また、酸性物質投入手段についても一定量の酸化物質を定期的もしくは断続的に投入できるものであれば何でもよい。
【００５５】
また、本発明の活性酸素発生装置は加湿器のみならず空気清浄機にも適用することができるものである。空気清浄機に実施の形態１又は２に記載した活性酸素発生装置を搭載し、活性酸素発生装置から発生する活性酸素によって、空気清浄機に取り込まれた空気に含まれる菌を抑制したり、活性酸素を含む水をミストにして外部に放出することで室内浮遊菌を抑制したりすることもできる。
【００５６】
また、空気清浄機が取り込んだ室内空気に含まれる花粉やダニ等のアレルギー物質を不活性化することやその他臭いの元となる分子を活性酸素で分解することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１ 陰極、２ 陽極、３ 電圧印加手段、４ 水、５ 電圧印加前の陰極１の吸光度スペクトル、６ 電圧印加後の陰極１の吸光度スペクトル、７ 酸浸漬後の陰極１の吸光度スペクトル、８ 吸光度スペクトル６から吸光度スペクトル５の差をとった吸光度スペクトル、９ 吸光度スペクトル７から吸光度スペクトル６の差をとった吸光度スペクトル、１０ 加湿器、１１ 酸性物質投入手段、１２ 電流値測定手段、１３ 酸性物質、１４ 排出口、１６ 給水タンク、１７ 水槽（または水受けトレイ）、１８ 水受けトレイの突起、１９ 給水弁、２０ 回収弁、２１ 酸性溶液投入手段、２２ 酸性溶液、２３ 分離板、２４ 軸、２５ 蓋、２６ バネ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極とポリアニリンを含む陰極とを水を介して通電し、活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、
前記水が酸性の場合は、通電を停止する期間を設けたことを特徴とする活性酸素発生装置。
【請求項２】
前記水を酸性にする酸性化手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の活性酸素発生装置。
【請求項３】
前記陽極と前記陰極とは水槽内の水中に配置され、
前記酸性化手段は前記水槽内の水に酸性物質を投入する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項２に記載の活性酸素発生装置。
【請求項４】
前記陽極と前記陰極とは水槽内の水中に配置され、
前記酸性化手段は液体からなる酸性物質を前記陰極に向けて噴霧または滴下する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項２に記載の活性酸素発生装置。
【請求項５】
前記陰極に流れる電流値を検出する電流値検出手段を備え、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値以下になったときに、前記酸性化手段が前記水を酸性にし、通電を停止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の活性酸素発生装置。
【請求項６】
水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクの下部に設けられ、前記給水タンクから滴下する水を受ける水受けトレイと、前記水受けトレイ内に配置された陽極とポリアニリンを含む陰極と、前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた加湿器において、
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段を備え、
前記水受けトレイ内の水が酸性である場合は、前記陰極への通電を停止する期間を設けたことを特徴とする加湿器。
【請求項７】
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段が、前記水受けトレイ内の水に酸性物質を投入する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項６記載の加湿器。
【請求項８】
前記酸性物質投入手段は、前記給水タンクを前記水受けトレイに差し込む毎に、前記酸性物質が一定量投入される構成となっていることを特徴とする請求項７記載の加湿器。
【請求項９】
前記酸性物質は、錠剤またはカプセル形状をした錠剤であることを特徴とする請求項７または８記載の加湿器。
【請求項１０】
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段が、液体からなる酸性物質を前記陰極に向けて噴霧または滴下する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項６記載の加湿器。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載の活性酸素発生装置を備えたことを特徴とする空気清浄機。
【請求項１】
陽極とポリアニリンを含む陰極とを水を介して通電し、活性酸素を発生させる活性酸素発生装置において、
前記水が酸性の場合は、通電を停止する期間を設けたことを特徴とする活性酸素発生装置。
【請求項２】
前記水を酸性にする酸性化手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の活性酸素発生装置。
【請求項３】
前記陽極と前記陰極とは水槽内の水中に配置され、
前記酸性化手段は前記水槽内の水に酸性物質を投入する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項２に記載の活性酸素発生装置。
【請求項４】
前記陽極と前記陰極とは水槽内の水中に配置され、
前記酸性化手段は液体からなる酸性物質を前記陰極に向けて噴霧または滴下する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項２に記載の活性酸素発生装置。
【請求項５】
前記陰極に流れる電流値を検出する電流値検出手段を備え、前記電流値検出手段により検出された電流値が所定値以下になったときに、前記酸性化手段が前記水を酸性にし、通電を停止することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の活性酸素発生装置。
【請求項６】
水を貯留する給水タンクと、前記給水タンクの下部に設けられ、前記給水タンクから滴下する水を受ける水受けトレイと、前記水受けトレイ内に配置された陽極とポリアニリンを含む陰極と、前記陽極と前記陰極に電圧を印加する電圧印加手段とを備えた加湿器において、
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段を備え、
前記水受けトレイ内の水が酸性である場合は、前記陰極への通電を停止する期間を設けたことを特徴とする加湿器。
【請求項７】
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段が、前記水受けトレイ内の水に酸性物質を投入する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項６記載の加湿器。
【請求項８】
前記酸性物質投入手段は、前記給水タンクを前記水受けトレイに差し込む毎に、前記酸性物質が一定量投入される構成となっていることを特徴とする請求項７記載の加湿器。
【請求項９】
前記酸性物質は、錠剤またはカプセル形状をした錠剤であることを特徴とする請求項７または８記載の加湿器。
【請求項１０】
前記水受けトレイ内の水を酸性にする手段が、液体からなる酸性物質を前記陰極に向けて噴霧または滴下する酸性物質投入手段であることを特徴とする請求項６記載の加湿器。
【請求項１１】
請求項１乃至５のいずれかに記載の活性酸素発生装置を備えたことを特徴とする空気清浄機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１０−２６５５０２（Ｐ２０１０−２６５５０２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１１６３６８（Ｐ２００９−１１６３６８）
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月２５日（２０１０．１１．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１３日（２００９．５．１３）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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