JP2013180249A

JP2013180249A - 水浄化装置

Info

Publication number: JP2013180249A
Application number: JP2012046216A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Niwa; 和裕丹羽; Shigetoshi Horikiri; 茂俊堀切; Yoshihiro Inamoto; 吉宏稲本; Shinji Yoshida; 真司吉田
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-12

Abstract

【課題】本発明は、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を高効率で生成する水浄化装置を提供することを目的とするものである。
【解決手段】被処理液体中で振動する超音波振動子７ａおよび超音波振動子７ｂにより被処理液体中に定在波１３が生成される。定在波１３の節に相当する位置に気泡１２が捕捉されている状態で電極５ａと電極５ｂの間に高電圧パルスを印加すると、気泡１２を介して放電がおこなわれ、気泡１２の内部や周辺部位にオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種が生成される。オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種は強い酸化力を有するので、その作用により被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物の分解がなされ、水浄化装置として活用できる。気泡１２が捕捉される定在波１３の節の部分において、近接する電極５ａと電極５ｂの間で放電をおこなうので、オゾンやＯＨラジカルを効率よく生成することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、電極間に高電圧を印加することで活性酸素種を発生させ、当該活性酸素種の作用により被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物の分解をおこなう水浄化装置に関するものである。

従来の水浄化装置として、一対の電極間に高電圧を印加することで放電により生成するオゾンやＯＨラジカル等の活性酸素種の作用により被処理液体を浄化する水浄化装置が知られている（例えば下記特許文献１参照）。

以下、その水浄化装置について、図８を参照しながら説明する。

図８に示すように、被処理液体を流出入させる流入口１０１と流出口１０２を有する本体１０３内に、棒状電極１０４と中央に開口部を有するリング状電極１０５が備えられている。棒状電極１０４は先端部が電気的に露出しており、棒状電極１０４とリング状電極１０５は高圧パルス電源１０６に電気的に接続されている。本体１０３の下部には気泡発生手段１０７が備えられている。気泡発生手段１０７はポンプである空気導入手段１０８と配管１０９により接続されている。

このような構成において本体１０３内に流入口１０１から被処理液体を導入し流出口１０２から排出する。同時に、空気導入手段１０８から配管１０９を経由して気泡発生手段１０７により被処理液体中に気泡１１０を導入する。気泡１１０はその浮力により本体１０３内を上昇し、リング状電極１０５の開口部を通過する。高圧パルス電源１０６により、棒状電極１０４とリング状電極１０５の間に高電圧パルスを印加すると、棒状電極１０４とリング状電極１０５の間に存在する気泡１１０を介して放電がおこなわれ、気泡１１０の内部や周辺部位にオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種が生成される。気泡１１０の内部で生成されたオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種は強い酸化力を有するので、その作用により被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物の分解がなされ、水浄化装置として活用できるものである。

また別の水浄化装置として、電極先端部で生成した気泡を介して放電をおこなうことで、気泡中にオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を生成する水浄化装置が知られている（例えば下記特許文献２参照）。

図９に示すように、被処理液体を流出入させる流入口２０１と流出口２０２を有する本体２０３内において、下部に棒状電極２０４と、上部に平板状電極２０５が備えられている。棒状電極２０４は先端部が電気的に露出しており、棒状電極２０４と平板状電極２０５は高圧パルス電源２０６に電気的に接続されている。

このような構成において本体２０３内に流入口２０１から被処理液体を導入し流出口２０２から排出する。同時に、高圧パルス電源２０６により、棒状電極２０４と平板状電極２０５の間に高電圧パルスを印加すると、棒状電極２０４と平板状電極２０５の間に存在する被処理液体を介して電流が流れ、被処理液体の電気抵抗により発生したジュール熱により被処理液体が蒸発し、棒状電極２０４の先端部に気泡２０７が生成される。さらに高電圧パルスを印加すると気泡２０７の内部や周辺部位にオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種が生成される。気泡２０７はその浮力により被処理液体中を移動しながら拡散する。

気泡２０７の内部で生成されたオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種は強い酸化力を有するので、その作用により被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物の分解がなされ、水浄化装置として活用できるものである。

特開２００３―６２５７９号公報特開２００７―２０７５４０号公報

このような従来の水浄化装置を用いることで、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を活用して被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物を分解することが可能となる。

しかし、気泡発生手段で被処理液体中に気泡を導入する方式において、対向する電極間に被処理液体のみが存在する場合と、対向する電極間に気泡が存在する場合ではその絶縁破壊電圧が大きく異なるので、電極間に高電圧パルスを印加するタイミングにおいて、対向する電極間に気泡が存在しない場合には安定した放電をおこなうことが困難であり、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種の生成効率が低いという課題を有していた。

つまり、放電により生成するオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種の生成効率を向上するためには、対向する電極間に気泡が存在する確率を向上させればよいのであるが、被処理液体に対して一定の流路断面積を有する本体内において、気泡の発生量を増やして気泡の存在確率を高めると被処理液体の通過量が低減してしまい、被処理液体の処理効率を低下することになる。また、リング状電極の開口部を狭くして、気泡の存在確率を高めたとしても、同様に被処理液体の通過量が低減してしまい、被処理液体の処理効率を低下することになる。

一方、棒状電極の先端部分でジュール熱により気泡を発生させる方式においては、被処理液体を蒸発温度まで加熱する必要があり、投入した電気エネルギーのうちの多くが被処理液体を加熱するために用いられ、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種の生成効率が低いという課題を有していた。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、被処理液体の通過量を低減させず、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種の生成効率を向上することのできる水浄化装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、被処理液体中において超音波振動子により生成した定在波の作用で、被処理液体中を浮遊する気泡を電極の近傍に一定時間保持することで気泡を介した安定的な放電をおこなうことを特徴とする水浄化装置としたものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明は、本体に備えられた超音波振動子により被処理液体中に定在波を生成する構成としたものである。上記構成によれば、被処理液体中において生成した定在波の節の部分に気泡が捕捉されるので、被処理液体中で気泡を特定の場所に保持することができる。つまり、高電圧パルスを印加して放電をおこなう電極間に気泡を保持することができるので、確実に気泡を介した放電をおこなうことができ、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を高い効率で生成するという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の水浄化装置を示す概略斜視図同概略断面図同概略断面図同電極部を示す概略拡大図同概略断面図本発明の実施の形態２の水浄化装置を示す概略断面図同電極部を示す概略拡大図従来の水浄化装置を示す概略図従来の水浄化装置を示す概略図

本発明の請求項１記載の水浄化装置は、本体に備えられた超音波振動子により被処理液体中に定在波を生成する構成を有する。これにより、被処理液体中において生成した定在波の節の部分に気泡が捕捉されるので、被処理液体中で気泡を特定の場所に保持することができる。つまり、高電圧パルスを印加して放電をおこなう電極間に気泡を保持することができるので、確実に気泡を介した放電をおこなうことができ、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を高い効率で生成するという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、水浄化装置１は被処理液体を流出入させる流入口２と流出口３を有する本体４の内部に電極５ａ、電極５ｂ、気泡発生手段６、超音波振動子７ａ、超音波振動子７ｂを備えている。

電極５ａと電極５ｂはそれぞれ高圧パルス電源８と電気的に接続されている。気泡発生手段６はポンプである空気導入手段９と配管１０により接続されている。超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂは高周波電源１１と電気的に接続されている。

流入口２から本体４内に吸引された被処理液体は流出口３を経由して排出される。

本体４の内部に被処理液体が導入されている状態の概略断面図を図２に示す。図２に示すように、気泡発生手段６の先端から気泡１２が被処理液体中に導入されている。

気泡１２は気泡発生手段６の先端部から脱離すると、被処理液体中を浮上する。

本体４の内部に被処理液体が導入されており、超音波振動子を作用させた状態の概略断面図を図３に示す。被処理液体中で超音波振動子７ａおよび超音波振動子７ｂを一定の周波数で振動させると被処理液体中に定在波１３が生成される。

定在波１３が生成した状態における電極部分の概略拡大図を図４に示す。電極５ａと電極５ｂの先端には電極先端部１４が露出しておりそれ以外の部分は絶縁皮膜１５に被覆されている。また、定在波の節に相当する位置に気泡１２が捕捉されている。この状態で電極５ａと電極５ｂの間に高電圧パルスを印加すると、気泡１２を介して放電がおこなわれ、気泡１２の内部や周辺部位にオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種が生成される。オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種は強い酸化力を有するので、その作用により被処理液体に含まれる微生物の除菌や有機物の分解がなされ、水浄化装置として活用できるものである。

超音波振動子の作用を停止して定在波を生成しない状態の概略断面図を図５に示す。高電圧パルスの作用により、オゾンやＯＨラジカルを含む気泡１２はその浮力と被処理液体の流れにより被処理液体中を拡散するものである。

本実施の形態では、従来の水浄化装置とは異なり、本体内の被処理液体中に超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂにより生成した定在波により、気泡１２を電極５ａと電極５ｂの間に捕捉して静置させることができるので、気泡１２を介した放電を確実におこなうことができる。つまり、被処理液体中において対向している超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂから同一周波数で同一位相の超音波振動を発生させると、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂの間の領域において振動変位の激しい場所と振動変位の少ない場所が交互に形成される。すなわち振動変位の少ない場所が節に相当する部分であり、振動波長の１／２に相当する間隔で節が形成される。

本実施の形態では超音波振動子７ａおよび超音波振動子７ｂから発生させる振動の周波数を特定するものではないが、例えば４０ｋＨｚの超音波振動を発生させた場合、被処理液体が水の場合は音速が１５００ｍ／秒であることから、約１９ｍｍ間隔で節が形成される。被処理液体中に浮遊していた気泡は、その周囲の被処理液体の振動の相互作用により最も変位の少ない節の位置に静置することになる。

つまり、超音波振動子７ａおよび超音波振動子７ｂの振動周波数により節の位置が定まるものであるから、あらかじめ電極５ａと電極５ｂを約１９ｍｍ間隔で近接させておけば、電極５ａと電極５ｂの近接部位に確実に気泡１２を保持することができる。

また、本実施の形態では、被処理液体中に導入する気泡１２の大きさについて特に制限しなかったが、電極５ａと電極５ｂの近接部位の間隔より大きな径であればよく、定在波に捕捉することができる最大の大きさの気泡よりも小さな気泡であればよい。電極５ａと電極５ｂの近接部位の間隔は短いほうが低い電圧で放電を開始することができるが、電極５ａと電極５ｂの位置精度によっては接触する可能性もあるので、１ｍｍ程度の間隔が適当である。したがって、被処理液体中に導入する気泡１２の径は１ｍｍ程度であれば電極間に気泡１２を保持することが可能である。

また、本実施の形態では、電極５ａと電極５ｂの構造について特定するものではないが、被処理液体中に、超音波振動により定在波を形成するためにはその振動の伝達を阻害する形状は避けたほうがよく、具体的には電極５ａと電極５ｂは定在波を形成する部分において断面積が少ない形状で電極を構成したほうが良い。

また、本実施の形態では、電極５ａと電極５ｂの構造について、先端が露出した線状の電極であるとしたが、超音波振動の伝達を阻害しない目的に加えて、被処理液体の通過量を増加する目的を実現するためにも、被処理液体が通過する際の流通抵抗の少ない線状や針状の電極であることが望ましい。

また、本実施の形態では、電極５ａと電極５ｂが近接して対向する場所について特定するものではないが、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂの間で節が形成される位置の数に合わせて電極５ａと電極５ｂが近接して対向する場所を設定すればよい。

また、本実施の形態では、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂの構造について特定するものではないが、被処理液体中において気泡１２を保持する位置を制限するためには定在波の発生部位を制限したほうがよく、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂの先端部分から互いに対向する指向性を有する超音波振動を発生できるよう、先端部が細いホーン形状を備えることが望ましい。

また、本実施の形態では超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂが発振するタイミングに合わせて電極５ａと電極５ｂに高電圧パルスを印加するものとしたが、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂが発振していないタイミングにおいても気泡１２が電極５ａと電極５ｂの間に存在する可能性もあることから、高電圧パルスを印加するタイミングを制限するものではない。ただし、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂが発振するタイミングに合わせて電極５ａと電極５ｂに高電圧パルスを印加するほうが電極５ａと電極５ｂ間に気泡１２が保持される確率が高く、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を生成する効率が高い。

また、本実施の形態では超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂは断続的に発振することで定在波を断続的に生成するものとした。電極５ａと電極５ｂ間で高電圧パルスを印加することで気泡１２の内部にはオゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種が生成されているので、被処理液体中に拡散させるために、放電後に定在波の生成を停止するものとした。

（実施の形態２）
図６に実施の形態２の電極１６ａと電極１６ｂを備える水浄化装置の概略断面図を示す。図１から図５と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

電極１６ａは複数の棒状部分を備えた電極であり、電極１６ｂは複数の平板部分を備えた電極である。

図７に電極１６ａと電極１６ｂの概略拡大断面図を示す。

電極１６ａの先端には電極先端部１７が露出しており、それ以外の部分は絶縁皮膜１８に被覆されている。電極１６ｂの先端部には平板電極１９が備えられており、それ以外の部分は絶縁皮膜１８に被覆されている。

この構成によれば、図４で示したような１対の電極が近接して対向する電極構造に比べて、定在波が形成される領域に存在する構造物を減らすことができるので、超音波振動子７ａと超音波振動子７ｂからの振動を被処理液体に伝達する際の阻害要因が少なくなり、安定的に定在波を形成することができる。したがって、気泡１２を定在波の節の部分に捕捉しやすくなり、安定的な放電を行うことができるものである。ただし、電極間の距離が離れてしまうことによる放電の不安定性を補うために、電極１６ｂの先端部分を平板電極１９とすることとした。

以上のように本発明の水浄化装置は、被処理液体中において超音波振動子により前記電極の近傍に定在波を生成することにより、被処理液体中を浮遊する気泡を特定の場所に一定時間保持し気泡を介した安定的な放電をおこなうので、オゾンやＯＨラジカルなどの活性酸素種を高効率に生成するものである。したがって、電子部品製造工場等における有機物を含む超純水排水のリサイクルや、上水道における浄水場での有機物分解や殺菌について、オゾンやＯＨラジカルを活用して水浄化を行う水浄化装置として有用である。

１水浄化装置
２流入口
３流出口
４本体
５ａ電極
５ｂ電極
６気泡発生手段
７ａ超音波振動子
７ｂ超音波振動子
８高圧パルス電源
９空気導入手段
１０配管
１１高周波電源
１２気泡
１３定在波
１４電極先端部
１５絶縁皮膜
１６ａ電極
１６ｂ電極
１７電極先端部
１８絶縁皮膜
１９平板電極
１０１流入口
１０２流出口
１０３本体
１０４棒状電極
１０５リング状電極
１０６高圧パルス電源
１０７気泡発生手段
１０８空気導入手段
１０９配管
１１０気泡
２０１流入口
２０２流出口
２０３本体
２０４棒状電極
２０５平板状電極
２０６高圧パルス電源
２０７気泡

Claims

被処理液体を流出入させる流入口と流出口を有する本体内に、
少なくとも一対の電極と気泡発生部を備え、
前記電極間に電圧を印加することで活性酸素種を生成する水浄化装置であって、被処理液体中において超音波振動子により生成した定在波の節の近傍に前記電極を配置することを特徴とする水浄化装置。
前記超音波振動子により定在波を断続的に生成する請求項１記載の水浄化装置。