JPWO2009148000A1 - 活性水蒸気発生装置 - Google Patents
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Abstract
Description
図1(a) 及び図1(b) に示すように、水道の蛇口に連結する浄水手段1から来る清浄水から水蒸気を発生させるボイラー2のパイプ2aと連結した第一の活性水蒸気発生装置は、水蒸気を誘導加熱して過熱水蒸気を生成する装置3と、過熱水蒸気を放電処理して活性水蒸気にする装置4とを具備する。
誘導加熱装置3は、入口30a及び出口30bを有する筒状の容器30と、その外周に断熱材31を介して巻回された銅線又は銅管からなる高周波誘導コイル32と、高周波誘導コイル32に高周波電流を供給する高周波電源35と、容器30内に収容され、水蒸気が流通するとともに高周波電流により誘導加熱される部材33と、容器30の出口30b近傍に設けられ、誘導加熱により得られた過熱水蒸気の温度を検出する温度センサ36と、温度センサ36の検出結果に基づいて高周波電源35を制御するコントローラ37とを有する。
容器30は、高周波誘導コイル32に流れる高周波電流により実質的に誘導加熱されず、かつ生成した過熱水蒸気により劣化しない材料からなるのが好ましい。このような材料として、非磁性ステンレス鋼(SUS304等)、アルミニウム、銅等の非磁性金属、セラミックス、耐熱ガラス、黒鉛等が挙げられる。非磁性金属を用いる場合、一層優れた耐食性を得るために、容器30の内壁をガラスコーティングしてもよい。メンテナンスを容易にするために、容器30をフランジを有する複数の円筒体により脱着自在に構成しても良い。
誘導加熱は、高周波磁界中に置かれた導電体に生ずる渦電流損又は磁気ヒステリシス損により加熱する方法であるので、誘導加熱部材33は優れた軟磁性を有するとともに、導電性が余り高くない材料からなるのが好ましい。さらに、誘導加熱部材33は過熱水蒸気により曝されるので、優れた耐食性を有するのが好ましい。このため、誘導加熱部材33は優れた耐食性を有する軟磁性金属からなるのが好ましい。このような金属として実用的には磁性ステンレス鋼(SUS430、SUS403、SUS447J1、SUSXM27等)が好ましい。その他に、例えば炭素とホウ珪酸ガラスとからなるカーボンセラミックス等の導電性セラミックスも使用可能である。過熱水蒸気の生成に必要な接触面積を確保するとともに過大な圧損を避けるために、誘導加熱部材33の空隙率は30〜80容積%が好ましい。
放電処理装置4は、誘導加熱装置3の出口30bと連通する入口40a及び活性水蒸気を噴出する出口40bを有する容器40と、容器40の外周に設けられた断熱材41と、容器40の中心軸線に沿って設けられた電極線42と、電極線42に接続する電源43とを有する。導電性金属製容器40を電極線42の対極としても良い。導電性金属は銅、アルミニウム、ステンレス鋼等である。容器40内で活性水蒸気が生成するので、容器40の内壁及び電極線42をガラスコーティングするのが好ましい。電源43はパルス波又は正弦波を出力する。
ボイラー2により100℃以上、例えば110〜140℃の飽和水蒸気を発生させる。この飽和水蒸気の圧力は1.2〜2気圧程度である。酸化を防止する場合、実質的に無酸素の飽和水蒸気を生成するのが好ましい。誘導加熱装置3に供給する飽和水蒸気の量(L/sec)は、誘導加熱部材33の空隙容積(L)の5倍以上とするのが好ましい。誘導加熱された水蒸気の流速は、水蒸気の温度上昇から想定される流速よりはるかに高い。これは、誘導加熱された水蒸気中において複数の水分子からなるクラスターが分解し、例えば図1(c) に図式的に示すように、水分子の数が著しく増大したためであると考えられる。水蒸気が30〜80容積%の空隙率を有する誘導加熱部材33を流れる際に、水分子の数の増加により上昇した圧力は上流方向より下流方向に圧倒的に伝わり易いので、水蒸気の流速は入口30aより出口30bの方がはるかに速くなる。なお、水分子のクラスターの詳細は、脇坂昭弘の「分子クラスターから始まる新たな液体のサイエンス(online)」,2000年1月,資源環境技術総合研究所,「NIRE」ニュース,[平成20年1月8日検索],インターネット<URL:http://www.aist.go.jp/NIRE/publica/news-2000/2000-01-3.htm>等に記載されている。
図10に示すように、第二の活性水蒸気発生装置は、水蒸気の誘導加熱域13と放電処理域14とが絶縁性容器15内に収容されている点で第一の活性水蒸気発生装置と異なる。ボイラーのパイプから流入する水蒸気は、誘導加熱域13内の高周波誘導加熱部材(例えば多孔質金属部材)33により加熱されて過熱水蒸気となり、次いで下流の放電処理域14内に設けられた電極線42により放電処理されて活性水蒸気になる。誘導加熱域13と放電処理域14とが1つの絶縁性容器15に収容されているので、圧損が少なく効率よく活性水蒸気を発生させることができる。なお、誘導加熱部材33及び電極線42については上記と同じものを使用できる。
本発明の装置により得られる活性水蒸気は、高活性のヒドロキシラジカルを高濃度で含むので、コピー等の印刷物の消色、バイオマス(植物、微生物等)の分解及び炭化、各種物品の滅菌、食品の加工(加熱、乾燥、焙煎等)、プラスチックフィルムの表面処理、半導体洗浄、産業廃棄物処理、土壌改良等に利用できる。特に無酸素状態で発生させた活性水蒸気はオゾンを含まないので、環境への悪影響が少なく、開放系でも使用することができる。ヒドロキシラジカルは、有機物等との反応により速やかに消費され、また寿命がマイクロ秒のオーダー(約20μsec〜約50μsec)と非常に短いので、開放系で使用しても問題ない。
Claims (15)
- (a) 入口及び出口を有する第一の容器と、前記第一の容器の外周に設けられた高周波誘導コイルと、前記第一の容器に収容され、水蒸気が流通可能で前記高周波誘導コイルにより誘導加熱される部材とを具備する水蒸気の誘導加熱装置と、(b) 前記誘導加熱装置の下流に設けられ、入口及び出口を有する第二の容器と、誘導加熱した水蒸気を放電処理するために前記第二の容器内に設けられた少なくとも一組の電極とを有する放電処理装置とを具備する活性水蒸気発生装置であって、前記誘導加熱装置の出口から流出した過熱水蒸気を前記放電処理装置内で放電処理することにより活性水蒸気にすることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が多孔質部材であることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1又は2に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が導電性を有する軟磁性金属材料からなることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1〜3のいずれかに記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が30〜80容積%の空隙率を有することを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1〜4のいずれかに記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材の空隙率は前記第一の容器の入口側より出口側の方が高いことを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項5に記載の活性水蒸気発生装置において、前記第一の容器に入口側より順に空隙率が増大する複数の多孔質部材が収容されていることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項6に記載の活性水蒸気発生装置において、前記第一及び第二の容器は金属製であり、前記誘導加熱装置と前記放電処理装置とは絶縁性筒体を介して連結しており、前記放電処理装置の一方の電極が前記絶縁性筒体を貫通していることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の活性水蒸気発生装置において、前記第一及び第二の容器がともに絶縁性セラミックスからなることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 入口及び出口を有するとともに上流側及び下流側にそれぞれ水蒸気の誘導加熱域及び放電処理域を有する絶縁性容器と、前記誘導加熱域の外周に設けられた高周波誘導コイルと、前記誘導加熱域内に設けられ、水蒸気が流通可能で前記高周波コイルにより誘導加熱される部材と、前記放電処理域内に設けられた少なくとも一組の電極とを具備し、前記入口より前記絶縁性容器内に導入された水蒸気は前記誘導加熱域での誘導加熱により過熱水蒸気となり、次いで前記放電処理域での放電処理により活性水蒸気となることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項9に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が多孔質部材であることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項9又は10に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が導電性を有する軟磁性金属材料からなることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項9〜11のいずれかに記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材が30〜80容積%の空隙率を有することを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項12に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱部材の空隙率は前記絶縁性容器の入口側より出口側の方が高いことを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項13に記載の活性水蒸気発生装置において、前記誘導加熱域に入口側より順に空隙率が増大する複数の多孔質部材が収容されていることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
- 請求項1〜14のいずれかに記載の活性水蒸気発生装置において、前記過熱水蒸気の温度が120〜350℃であることを特徴とする活性水蒸気発生装置。
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