JP2013180249A - 水浄化装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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。
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
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 (2)
- 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。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012046216A JP2013180249A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 水浄化装置 |
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Publication Number | Publication Date |
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JP2013180249A true JP2013180249A (ja) | 2013-09-12 |
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---|---|---|---|
JP2012046216A Pending JP2013180249A (ja) | 2012-03-02 | 2012-03-02 | 水浄化装置 |
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---|---|
JP (1) | JP2013180249A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107601646A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-01-19 | 上海李氏复大机电科技有限公司 | 一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置 |
KR20210131498A (ko) * | 2020-04-23 | 2021-11-03 | 주식회사 현대파워 | 토치형 초음파 오존 발생기 및 이를 이용한 초미세 오존 버블 발생장치 |
-
2012
- 2012-03-02 JP JP2012046216A patent/JP2013180249A/ja active Pending
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107601646A (zh) * | 2017-11-02 | 2018-01-19 | 上海李氏复大机电科技有限公司 | 一种基于超声强化臭氧氧化的灭菌装置 |
KR20210131498A (ko) * | 2020-04-23 | 2021-11-03 | 주식회사 현대파워 | 토치형 초음파 오존 발생기 및 이를 이용한 초미세 오존 버블 발생장치 |
KR102348801B1 (ko) * | 2020-04-23 | 2022-01-11 | 주식회사 현대파워 | 토치형 초음파 오존 발생기 및 이를 이용한 초미세 오존 버블 발생장치 |
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