ES2951871T3 - Dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica - Google Patents
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Abstract
Se proporciona un dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica y un dispositivo de descomposición de materia orgánica con el que se puede mejorar aún más la capacidad de descomposición de la materia orgánica. Este dispositivo generador de iones 4 para la descomposición de materia orgánica comprende: un electrodo de aguja 12 y un electrodo de placa plana 13 colocados uno frente al otro; y una unidad de suministro de energía de corriente continua 9 que aplica un voltaje de corriente continua positivo al electrodo de aguja 12. La unidad de suministro de energía de corriente continua 9 tiene una unidad de control de voltaje 10 que establece el voltaje de corriente continua a un valor de voltaje prescrito, y genera un voltaje positivo descarga en corona entre el electrodo de aguja 12 y el electrodo de placa plana 13 a presión atmosférica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica y a un dispositivo de descomposición de materia orgánica. La presente invención es adecuada para su uso en un dispositivo de descomposición de materia orgánica para descomponer desechos de alimentos tales como desechos vegetales.
Técnica anterior
Se sabe que los trituradores de desechos de alimentos convencionales utilizan especies de oxígeno activo para descomponer la materia orgánica, como los desechos de alimentos (véase la literatura de patentes 1, por ejemplo). La Literatura de Patente 1 describe una descomposición de desperdicios de comida en un tanque usando, como especie de oxígeno activo, superóxido (O2 -), radical hidroxilo ( OH), peróxido de hidrógeno (H2O2), oxígeno singlete CO2), ozono (O3), etcétera.
Dichos trituradores de desperdicios de alimentos que usan especies de oxígeno activo tienen ventajas sobre los trituradores de desperdicios de alimentos que usan bacterias en términos de inhibición de la producción de gas metano durante la descomposición y prevención del mal olor. El documento JP 2016009674 A divulga un dispositivo generador de iones para uso en un flujo de aire.
Lista de citas
Literatura de patentes
Literatura de patentes 1: Publicación de patente japonesa abierta al público n.° 2017-189413
Sumario de la invención
Problema técnico
En un triturador de desperdicios de alimentos de este tipo, pueden mezclarse con los desperdicios de alimentos diversos tipos de materia orgánica distintos de los desperdicios de alimentos, como material de papel. A la luz del trabajo adicional para la clasificación de residuos, es deseable desarrollar un dispositivo de descomposición de materia orgánica que tenga una mayor capacidad de descomposición que nunca. También desde el punto de vista de una mayor reducción de la cantidad de tiempo necesario para la descomposición, es deseable mejorar la capacidad de descomposición.
En vista de lo anterior, un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica y un dispositivo de descomposición de materia orgánica que sea capaz de mejorar la capacidad de descomposición de la materia orgánica más que nunca.
Solución al problema
La invención se refiere a un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1.
Las reivindicaciones dependientes se refieren a realizaciones preferidas de la invención.
Un dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica según la invención es un dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica para generar iones para descomponer la materia orgánica almacenada en un tanque. El dispositivo generador de iones incluye un electrodo de aguja y un electrodo de placa, ambos uno frente al otro, y una unidad de fuente de alimentación de corriente continua configurada para aplicar una tensión de corriente continua con polaridad positiva al electrodo de aguja. La unidad de fuente de alimentación de corriente continua incluye un controlador de tensión configurado para ajustar la tensión de corriente continua a un valor de tensión específico para producir una descarga de corona positiva entre el electrodo de aguja y el electrodo de placa bajo presión atmosférica.
Un dispositivo de descomposición de materia orgánica según la invención incluye el dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica descrito anteriormente, y el tanque en el que se proporciona el dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica.
Efectos ventajosos de la invención
De acuerdo con la presente invención, es po e oxonio que tienen una alta capacidad de descomposición de la materia orgánica. Por lo ta oxonio conduce a una mejora de la capacidad de descomposición de la materia orgánica más q
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista esquemática de una configuración completa de un dispositivo de descomposición de materia orgánica según la presente invención.
La figura 2A es una vista esquemática de una configuración de una estructura de electrodos, y la figura 2B es una vista en alzado frontal esquemática de la estructura de electrodos.
La figura 3 es un gráfico que ilustra la afinidad electrónica.
La figura 4 es un gráfico utilizado para ilustrar una relación entre una tasa de evaporación v y un calor de vaporización Lv.
La figura 5 es un gráfico que ilustra una densidad numérica de iones de oxonio a una distancia x de una ubicación donde se generan los iones de oxonio.
La figura 6 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa evaporada de absorbentes poliméricos acuosos cuando se irradian con iones de oxonio, cuando se irradian con iones negativos y ozono, cuando se irradian solo con iones negativos y cuando no se irradian con iones u otras partículas.
La figura 7 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa residual de absorbentes acuosos de polímeros cuando se irradian con iones de oxonio, cuando se irradian con iones negativos y ozono, cuando se irradian solo con iones negativos y cuando no se irradian con iones u otras partículas.
La figura 8 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa evaporada de absorbentes acuosos de polímero cuando se irradian con iones de oxonio desde un lugar separado del absorbente acuoso de polímero por 50 cm, y cuando no se irradian con iones u otras partículas.
La figura 9 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa residual de absorbentes acuosos de polímero cuando se irradian con iones de oxonio desde una ubicación separada del absorbente acuoso de polímero por 50 cm, y cuando no se irradian con iones u otras partículas.
La figura 10 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa evaporada de agua cuando se irradia con iones de oxonio y cuando no se irradia con iones u otras partículas.
La figura 11 es un gráfico que ilustra los resultados de medir la masa residual de agua cuando se irradia con iones de oxonio y cuando no se irradia con iones u otras partículas.
Descripción de la realización
A continuación, se describirán realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos.
Configuración de un Dispositivo de Descomposición de Materia Orgánica de la Presente Invención
La figura 1 es una vista esquemática de una configuración completa de un dispositivo de descomposición de materia orgánica 1 según la presente invención. El dispositivo de descomposición de materia orgánica 1 está configurado para descomponer desechos de alimentos tales como desechos vegetales y otros diversos tipos de materia orgánica tales como materiales poliméricos y de papel, utilizando iones de oxonio. Los iones de oxonio son iones positivos, y los ejemplos de iones de oxonio incluyen iones de hidronio, oxatriquinano y oxatriquinaceno. En esta realización, el dispositivo 1 de descomposición de materia orgánica incluye un tanque 2 en el que se configura la materia orgánica para ser introducida, un soplador 3 y un dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica.
La materia orgánica para descomponer se introduce en el tanque 2 a través de una abertura 2a de entrada y se almacena dentro del tanque 2. La materia orgánica descompuesta se puede descargar del tanque 2 a través de una abertura 2b de salida al ambiente exterior. En esta realización, el dispositivo de descomposición de materia orgánica 1 incluye un calentador y un dispositivo de agitación, los cuales no se muestran en los dibujos, para calentar y agitar la materia orgánica en el tanque 2 mientras se irradia la materia orgánica con iones de oxonio generados por el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica para deshidratar y descomponer la materia orgánica.
El soplador 3 y el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica se colocan en ubicaciones predeterminadas en el tanque 2 y se conectan entre sí a través de una tubería 5. El soplador 3 succiona aire al dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica a través de la tubería 5. El gas, que ha sido succionado al dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica por el soplador 3, pasa a través del dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica y fluye hacia el tanque 2.
El dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica incluye una carcasa 8 dentro de la cual se coloca una estructura de electrodos, que se describirá más adelante, e incluye una fuente 9 de alimentación de corriente continua. La carcasa 8 incluye una entrada (no mostrada en los dibujos) que está conectada a la tubería 5 y a través de la cual se configura el gas del soplador 3 para ser introducido en la carcasa 8. La carcasa 8 incluye además una salida (no mostrada en los dibujos) que conduce al tanque 2 y a través de la cual el gas del soplador 3 está configurado para fluir hacia el tanque 2.
En la carcasa 8, se proporciona un espacio sella el que el gas del soplador 3 está configurado para ser introducido para formar un flujo de gas d a salida a través de la estructura de electrodos (que se describirá más adelante). Como res lt d l i d i d d t d l 8 fl h i
el tanque 2 a través de la salida.
La fuente 9 de alimentación de corriente continua está configurada para generar un tensión de corriente continua con polaridad positiva y aplicar la tensión de CC a la estructura del electrodo en la carcasa 8. La fuente 9 de alimentación de corriente continua incluye un controlador 10 de tensión configurado para controlar un valor de tensión de la tensión de CC. El controlador 10 de tensión está configurado para establecer la tensión de CC en un valor de tensión específico. Esto hace que la estructura del electrodo produzca una descarga de corona positiva y genere iones de oxonio. Para generar los iones de oxonio que tienen una alta capacidad de descomposición de la materia orgánica, el controlador 10 de tensión está configurado para establecer la tensión de CC en un valor de tensión óptimo.
Respecto a la Estructura de Electrodo
A continuación, se hará referencia a continuación a la estructura de electrodos colocada dentro de la carcasa 8 del dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica. Como se muestra en la figura 2A, la estructura 11 de electrodo incluye un electrodo 12 de aguja, un electrodo 13 de placa y un elemento 14 de soporte del electrodo. El elemento 14 de soporte del electrodo está hecho de material aislante como el cloruro de polivinilo y tiene forma de tubo cilíndrico para soportar el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa.
Aunque el elemento 14 de soporte de electrodos en forma de tubo cilíndrico se emplea como elemento tubular de soporte de electrodos en esta realización, la presente invención no se limita a tal forma del elemento de soporte de electrodos. El elemento de soporte de electrodos puede tener una forma tubular poligonal tal como una forma tubular cuadrangular.
El elemento 14 de soporte del electrodo soporta el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa de manera que el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa se enfrentan entre sí en un espacio ER1 hueco rodeado por una pared 14a interior tubular. El elemento 14 de soporte del electrodo se coloca entre la entrada y la salida (no mostradas en los dibujos) de la carcasa 8 (figura 1). Con esta estructura, la introducción del gas del soplador 3 en la carcasa 8 a través de la entrada hace que el gas fluya en el espacio ER1 hueco en una dirección (por ejemplo, en la dirección de la flecha de un eje central X) a lo largo del eje X central dentro del espacio ER1 hueco.
Más específicamente, es deseable que el elemento 14 de soporte del electrodo se coloque dentro de la carcasa 8 de modo que la entrada y la salida de la carcasa 8 estén situadas en el eje X central del espacio ER1 hueco. En particular, un extremo abierto en el espacio ER1 hueco del elemento 14 de soporte del electrodo está orientado hacia la salida de la carcasa 8 para formar la conexión de flujo de gas entre el espacio ER1 hueco y la salida con una línea recta. Esto puede evitar que los iones de oxonio (que se describirán más adelante) generados dentro del espacio ER1 hueco choquen contra la pared interna y otros elementos de la carcasa 8, conduciendo así los iones de oxonio directamente a la salida.
Como se muestra en la figura 2B, el elemento 14 de soporte del electrodo tiene un diámetro Y2 interior de 2515 mm de la pared 14a interior tubular, y tiene un diámetro Y3 exterior de 3215 mm, por ejemplo.
Como se muestra en la figura 2B, el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa están colocados en una línea Y ortogonal al eje X central de manera que se enfrenten entre sí. El electrodo 13 de placa incluye una porción 13b de placa plana que está ubicada inmediatamente debajo de una porción 12 a de punta en forma de aguja del electrodo 12 de aguja. El electrodo 12 de aguja está hecho de material metálico como tungsteno y tiene un diámetro de 0,1 mm a 2,0 mm. El electrodo 12 de aguja penetra a través de la pared 14a interior tubular del elemento 14 de soporte del electrodo para exponer la porción 12a de punta en forma de aguja en el espacio ER1 hueco.
El electrodo 13 de placa está hecho de un material metálico tal como acero inoxidable e incluye una porción 13a de soporte en forma de varilla y la porción 13b de placa plana dispuesta en un extremo de la porción 13a de soporte. La porción 13b de placa plana tiene forma de disco con un diámetro de 5 mm a 20 mm y un espesor de 1,5 ± 1,0 mm. La porción 13a de soporte penetra a través de la pared 14a interior tubular del elemento 14 de soporte del electrodo para exponer la porción 13b de placa plana en el espacio ER1 hueco.
Aunque el electrodo 12 de aguja y la porción 13a de soporte del electrodo 13 de placa penetran a través de la pared 14a interior tubular en esta realización, la presente invención no se limita a tal estructura. Por ejemplo, un extremo de base del electrodo 12 de aguja se puede fijara una superficie de la pared 14a interior tubular de modo que el electrodo 12 de aguja no penetre a través de la pared 14a interior tubular. La porción 13a de soporte o la porción 13b de placa plana también pueden fijarse a la superficie de la pared 14a interior tubular de modo que el electrodo 13 de placa tampoco penetre a través de la pared 14a interior tubular.
Una distancia entre electrodos Y1 entre la porción 12a de punta en forma de aguja del electrodo 12 de aguja y la porción 13b de placa plana del electrodo 13 de placa que mira hacia la porción 12a de punta en forma de aguja está diseñada para ser de 20 mm, por ejemplo. La distancia entre electrodos Y1 no se limita a 20 mm, sino que se define en función del valor de tensión (kV) de la tensión ad positiva, que se describirá más adelante, y de una intensidad de campo eléctrico (kV/mm).
Aquí, como se muestra en la figura 2A, la b
de soporte del electrodo y está conectada al controlador 10 de tensión. En esta realización, el electrodo 13 de placa está conectado a tierra. En lugar de estar conectado a tierra, el electrodo 13 de placa puede conectarse al controlador 10 de tensión para aplicar un tensión de CC con polaridad negativa, sirviendo como electrodo negativo.
Si el electrodo 13 de placa está conectado a tierra, es deseable que el controlador 10 de tensión aplique, al electrodo 12 de aguja, la tensión de CC con polaridad positiva, que tenga una intensidad de campo eléctrico de 0,25 kV/mm a 1,50 kV/mm y el valor de tensión de 5 kV a 30 kV. Si la tensión de CC con polaridad positiva tiene una intensidad de campo eléctrico de 0,25 kV/mm a 1,50 kV/mm, es posible producir de manera estable una descarga de corona positiva en la distancia Y1 entre electrodos.
Si el valor de tensión de la tensión de CC con polaridad positiva es inferior a 5 kV, es difícil generar suficientes iones de oxonio para la descomposición de la materia orgánica, incluso si la intensidad del campo eléctrico de la tensión de CC está dentro del rango de 0,25 kV/mm a 1,50 kV/mm. Si el valor de tensión de la tensión continua con polaridad positiva es superior a 30 kV, las condiciones para mantener la estabilidad de la descarga son mucho más severas que cuando el valor de tensión no es superior a 30 kV, lo que puede reducir la utilidad de la dispositivo de descomposición de materia orgánica en vista del mantenimiento u otros factores. Por tanto, es necesario que la intensidad del campo eléctrico de la tensión de CC sea de 0,25 kV/mm a 1,50 kV/mm, y el valor de tensión de la tensión de CC con polaridad positiva sea de 5 kV a 30 kV.
Cuando la tensión de CC que tiene el valor de tensión descrito anteriormente se aplica al electrodo 12 de aguja de esta manera, se genera un campo eléctrico estático no uniforme entre el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa bajo presión atmosférica, por lo que se produce la descarga de corona positiva. Esto puede conducir a la generación de iones de oxonio dentro del espacio ER1 hueco, que es un espacio de descarga.
Se hará referencia a una diferencia entre descarga de vacío y descarga atmosférica. Consideremos la situación de variar la tensión y la distancia entre electrodos con kV/mm fijos usando el mismo electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa. En el vacío, las distribuciones de intensidad de campo eléctrico tienen una forma similar. En el aire ambiente, por otro lado, las distribuciones de intensidad de campo eléctrico no siempre tienen una forma similar debido a la presencia de una pequeña cantidad de iones positivos y negativos. Cuanto mayor sea la distancia entre electrodos, mayor será la influencia de los iones positivos y negativos, lo que dificulta asegurar la estabilidad de la descarga.
Aquí, una de las principales reacciones para generar iones en el espacio de descarga es una reacción de generación de iones moleculares. Para ionizar moléculas de gas M para producir iones moleculares M y electrones e-, es necesario proporcionar a las moléculas de gas M una energía mayor que la energía de ionización para las moléculas de gas M. Esta energía es causada por la colisión de electrones acelerados en una región de brillo de un campo eléctrico alto en el espacio de descarga bajo la presión atmosférica.
Los iones primarios generados por la descarga viajan en el campo eléctrico a lo largo de líneas de fuerza eléctrica según su polaridad. Los iones primarios recorren un camino libre medio hacia el electrodo 13 de placa antes de chocar con los subproductos de la descarga derivados de las especies radicales neutras A-, [MB]- y B- y otro gas en el espacio de descarga para provocar diversas reacciones ion-molécula, transformándose así en especies iónicas con una vida útil más larga. Este proceso ocurre continuamente mientras se mueve una región de deriva y los iones terminales se generan a través de sucesivas reacciones ion-molécula.
En la descarga de corona positiva en el aire ambiente, los iones terminales son iones de oxonio independientemente de las condiciones de descarga. La formación y la evolución de los iones de oxonio en la descarga de corona positiva en el aire ambiente se estiman en función de un valor medido de cada constante de velocidad de reacción elemental. Esto muestra, por ejemplo, que un ion hidronio, que es un ejemplo de un ion oxonio, se genera a través de la evolución que involucra principalmente H2O, usando, como iones primarios, N2' y 02 ' generada por ionización en una región luminosa.
Poder de Oxidación de un Ion Oxonio
A continuación, se describirá el poder de oxidación de un ion oxonio. Un átomo se vuelve estable al liberar energía. La afinidad electrónica se define como la energía liberada cuando se agrega un electrón a la capa más externa del átomo. Una gran afinidad electrónica de un átomo indica que es más probable que el átomo gane un electrón de otro objeto para estabilizarse. Es decir, una gran afinidad electrónica representa un fuerte poder de oxidación.
La figura 3 es un gráfico que ilustra una relación entre el número atómico y la afinidad electrónica. Los elementos halógenos como el flúor (F) y el cloro (Cl) tienen las afinidades electrónicas más altas dentro de sus períodos. La afinidad electrónica del cloro es de 3,617 eV, que es extremadamente grande. La ionización generalmente crea un anión monovalente. Aquí, consideremos la afinidad electrónica de un catión monovalente de un átomo. La primera energía de ionización de un átomo se define como la energía necesaria para extraer un electrón de la capa más externa del átomo para formar un catión monovalente. Es decir, "la afinidad electrónica de un catión monovalente de un átomo" equivale a "la primera energía de ioniz
Los gases nobles tienen una gran cantidad de en ación dentro de sus periodos, sin embargo, es difícil ionizar gases nobles por descarga el
cloro son los únicos elementos que tienen una primera energía de ionización superior a la del hidrógeno, excepto los gases nobles. Básicamente, ni el flúor ni el cloro existen libremente en la naturaleza. Ni el nitrógeno ni el oxígeno se pueden convertir en un catión monovalente por descarga eléctrica u otros métodos, por ejemplo. Por lo tanto, el ion hidrógeno tiene la mayor afinidad electrónica entre los cationes monovalentes.
Un ion hidronio, que es un ejemplo de un ion oxonio, es un enlace entre H y H2O, por lo tanto, se cree que el ion hidronio comparte la misma afinidad electrónica (poder de oxidación) con el ion hidrógeno, que es de aproximadamente 13,6 eV. Este valor indica que el poder de oxidación del ion hidronio es mucho mayor que el potencial redox de las especies de oxígeno activo.
A continuación, se realiza una prueba de verificación para identificar la fuerza del poder de oxidación de los iones de oxonio. En esta prueba de verificación, la estructura 11 de electrodo mostrada en las figuras 2A y 2B se prepara y utiliza para generar iones oxonio. La estructura 11 del electrodo ejemplar se prepara utilizando el electrodo 12 de aguja hecho de tungsteno y que tiene un diámetro de 1 mm, el electrodo 13 de placa en forma de disco hecho de acero inoxidable y que tiene un diámetro de 10 mm y un espesor de 1,5 mm, y el elemento 14 de soporte del electrodo hecho de cloruro de polivinilo y que tiene un diámetro Y2 interior de 25 mm, un diámetro Y3 exterior de 32 mm y un espesor de 1,4 mm.
En este ejemplo típico, la distancia entre electrodos Y1 es de 20 mm, la tensión de CC con polaridad positiva de 20 kV se aplica al electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa se conecta a tierra. Bajo esta condición, se encuentra que ocurre una descarga eléctrica entre el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa. Esta descarga eléctrica es una descarga de corona positiva porque la tensión de CC con polaridad positiva se aplica al electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa está conectado atierra.
Posteriormente, se preparan varios clavos de hierro y el extremo abierto del elemento 14 de soporte de electrodos se acerca a los clavos de hierro para producir continuamente la descarga de corona positiva durante aproximadamente 48 horas. Aparte de esta prueba, como ejemplo comparativo, el ionizador y el ozonizador (Ionizador MHM305 fabricado por Murata Manufacturing Co., Ltd., e Ionizador/Ozonizador MHM306 fabricado por Murata Manufacturing Co., Ltd.) se preparan para irradiar continuamente varios clavos de hierro con iones negativos y ozono durante unas 48 horas de forma similar. La condición para la irradiación es irradiar continuamente la pluralidad de clavos de hierro con iones negativos y ozono durante unas 48 horas de forma similar. La tensión de 2 kV se aplica según las especificaciones del producto.
Como resultado, en el ejemplo típico, la observación visual indica que los clavos de hierro están decolorados oscuramente en toda su superficie, formando óxido. En el ejemplo comparativo, por otro lado, la observación visual indica que las superficies de los clavos de hierro permanecen casi plateadas desde el principio, raramente formando óxido. Como se acaba de describir, se encuentra que el poder de oxidación en el ejemplo típico es más fuerte que en el ejemplo comparativo que usa especies de oxígeno activo.
Relación entre poder de oxidación y capacidad de secado de los iones oxonio
Aquí, el agua tiene un punto de ebullición de 100 °C y un calor de vaporización de 2250 kJ/kg. El etanol tiene un punto de ebullición de 80,3 °C y un calor de vaporización de 393 kJ/kg. El éter tiene un punto de ebullición de 34,5 °C y un calor de vaporización de 327 kJ/kg. Como se acaba de describir, el agua tiene un gran calor de vaporización. Esto puede deberse a que una molécula de agua es polar, lo que permite la unión de hidrógeno y la formación de grupos.
El calor de vaporización del agua, que es de 2250 kJ/kg, se calcula en alrededor de 0,4 eV por molécula de agua. Por ejemplo, cuando los iones de hidronio se acercan a las moléculas de agua agrupadas, se puede esperar que el poder de oxidación (afinidad electrónica) de 13,6 eV elimine un electrón que forma un enlace de hidrógeno para permitir que el electrón se convierta en un electrón libre con alta energía (alrededor de 13 eV). Se espera que el electrón libre de alta energía choque con un electrón diferente que también forma enlaces de hidrógeno para permitir que el electrón diferente se convierta en otro electrón libre de alta energía.
Se espera que la irradiación con iones de oxonio provoque una cadena de reacciones de oxidación, lo que resultará en la reducción del tamaño de las moléculas agrupadas. La estructura y la estabilidad del grupo de agua se han estudiado recientemente mediante computación y experimentación. En química computacional, posibles estructuras de grupos en forma de anillo (H2O)n, n=3-60 son investigados. Los resultados computacionales indican que cuanto más grande es el anillo, menor es la distancia de oxígeno a oxígeno.
Esto puede deberse a que cuando el enlace de hidrógeno permite que las moléculas acepten hidrógeno, la capacidad de donación de hidrógeno aumenta debido a un cambio en la distribución de carga. Por lo tanto, cuanto mayor sea el conjunto de agua, más fuertes serán los enlaces de hidrógeno en cooperación. Esto significa que cuanto menor sea el tamaño de los racimos, menor será el calor de vaporización. Se predicen varios isómeros para los hexámeros de las moléculas de agua, y los cálculos muestran que los isómeros de anillo, libro, bolsa, jaula y prisma comparten una estabilidad casi idéntica. Para los heptámeros, ulo dos tipos de isómeros de jaula. Para los octámeros, se calculan las formas cíclica y cúb dicen cúmulos de monstruos que tienen una energía mínima local, como el cúmulo de 28 m llamado "agua bucky" y la red icosaédrica monstruosa de 280 moléculas de agua. En
análisis de clústeres de agua.
Aquí, denotemos una tasa de evaporación y un calor de vaporización del agua por v y Lv, respectivamente. La relación entre la tasa de evaporación v y el calor de vaporización Lv viene dada por la siguiente ecuación de Clapeyron-Clausius.
v=v0 • exp ( -Lv/ k BT) ...(1),
donde vo es la constante de integración, kB es la constante de Boltzmann y T es la temperatura.
La figura 4 es un gráfico que ilustra un valor de v/vo en función del calor de vaporización Lv. Como puede verse en la figura 4, la tasa de evaporación v aumenta con la disminución del calor de vaporización Lv. Por lo tanto, la irradiación con iones de oxonio provoca una cadena de reacciones de oxidación, lo que provoca la reducción del tamaño de las moléculas agrupadas y la disminución del calor de vaporización, lo que resulta en un aumento de la tasa de evaporación. Por lo tanto, se puede esperar que cuando la materia orgánica se irradie con iones de oxonio, se evapore mucha más agua con la misma energía. Una prueba de verificación para la capacidad de secado utilizando iones de oxonio se describirá más adelante en "Ejemplos".
Acciones y efectos
Con la configuración descrita anteriormente del dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica, el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa están uno frente al otro, y la unidad 9 de fuente de alimentación de corriente continua está configurada para aplicar la tensión de CC con polaridad positiva al electrodo 12 de aguja. La unidad 9 de fuente de alimentación de corriente continua está configurada para hacer que el controlador 10 de tensión ajuste la tensión de CC a un valor de tensión específico, lo que produce una descarga de corona positiva entre el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa bajo presión atmosférica.
De acuerdo con la descarga corona positiva que se produce entre el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa del dispositivo 4 generador de iones para descomposición de materia orgánica, es posible generar iones oxonio con alta capacidad de descomposición de materia orgánica. El dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de la materia orgánica está configurado para usar los iones de oxonio para la descomposición de la materia orgánica, lo que hace posible mejorar la capacidad de descomposición de la materia orgánica más que nunca.
En el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica, el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa se enfrentan entre sí para producir una descarga de corona positiva en el espacio ER1 hueco del elemento 14 de soporte del electrodo. Con esta configuración, el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica puede emitir los iones de oxonio solo a través del extremo abierto del elemento 14 de soporte del electrodo tubular. Dado que la dirección del extremo de apertura se selecciona de este modo, los iones de oxonio sólo pueden emitirse de forma intensiva en la dirección prevista. Por lo tanto, el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica puede evitar que los iones de oxonio se dispersen radialmente dentro de la carcasa 8 y transferir los iones de oxonio más en la dirección prevista.
Además, en el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica, el elemento 14 de soporte del electrodo se coloca de tal manera que la salida de la carcasa 8 se encuentra en el eje central X del espacio ER1 hueco, permitiendo que el gas, que ha sido introducido en la carcasa 8 a través de la entrada del soplador 3, para fluir linealmente hacia la salida a través del espacio ER1 hueco. Con esta configuración, el dispositivo 4 generador de iones para la descomposición de materia orgánica es capaz de introducir los iones de oxonio generados en el espacio ER1 hueco directamente al tanque 2 a través de la salida. Dado que la región en la que se pulverizan los iones de oxonio dentro de la carcasa 8 está así limitada, es posible evitar que la carcasa 8 resulte dañado por los iones de oxonio con un fuerte poder de oxidación.
Otras realizaciones
La presente invención no se limita a la realización anterior, y son posibles alteraciones y modificaciones equivalentes al entorno anterior dentro del ámbito de la presente invención. Por ejemplo, la estructura 11 de electrodo se puede colocar en varios lugares dentro de la carcasa 8. En la realización anterior, el dispositivo 1 de descomposición de materia orgánica está configurado para calentar y agitar materia orgánica mientras se irradia la materia orgánica con iones de oxonio para descomponer la materia orgánica. Sin embargo, la presente invención no se limita a esta realización. Por ejemplo, el dispositivo de descomposición de materia orgánica puede configurarse solo para irradiar materia orgánica con iones de oxonio. Alternativamente, el dispositivo de descomposición de materia orgánica puede configurarse para calentar o agitar materia orgánica mientras se irradia la materia orgánica con iones de oxonio. Ejemplos
A continuación, como en el ejemplo típico que u l t t d l ctrodo 11 descrita anteriormente, se produce una descarga de corona positiva bajo presión at plica tensión de CC con polaridad positiva de 20 kV al electrodo 12 de aguja, y el electrodo 1 tado a tierra. Se lleva a cabo una prueba de verificación para medir la densidad numéric
de los iones de oxonio a cada distancia x de la estructura 11 del electrodo donde se generan los iones de oxonio se mide utilizando un contador de iones (nombre de marca: Contador de iones NKMH-103 (rango ultra amplio) fabricado por Ion Trading, Universal Plan Co., Ltd.). Los resultados de la medición se obtienen como se muestra en la figura 5.
En la figura 5, los valores medidos por el contador de iones se indican con un círculo, y una función exponencial ajustada a los valores medidos se indica con una línea continua. En las cercanías de la distancia x=0 cm, cincuenta millones de iones oxonio o más por centímetro cúbico (cm3) se cree que se generaron. Como se muestra en la figura 5, la densidad numérica de los iones de oxonio disminuye gradualmente con el aumento de la distancia x. Por lo tanto, es deseable que la estructura 11 de electrodo se coloque cerca de la materia orgánica a descomponer para que los iones de oxonio puedan llegar directamente a la materia orgánica.
A continuación, se realiza la prueba de verificación para evaluar la capacidad de secado de los iones oxonio. En esta prueba, se preparan cuatro absorbentes poliméricos que han absorbido una cantidad suficiente de agua (denominados en lo sucesivo absorbentes acuosos de polímero). Los cuatro absorbentes poliméricos acuosos, cada uno de los cuales pesa 100 g, se colocan en cuatro recipientes (Tupperware®), respectivamente. Como en el ejemplo típico que utiliza la estructura de electrodo 11 descrita anteriormente, se aplica un tensión de CC de 20 kV al electrodo 12 de aguja para producir una descarga de corona positiva y generar así iones de oxonio. El primero de los cuatro absorbentes poliméricos acuosos se irradia con los iones de oxonio generados.
El segundo de los cuatro absorbentes poliméricos acuosos se irradia con iones negativos y ozono, usando un ionizador y un ozonizador (Ionizador MHM305 fabricado por Murata Manufacturing Co., Ltd., e Ionizador/Ozonizador MHM306 fabricado por Murata Manufacturing Co., L td.) como ejemplo comparativo 1. La condición para la irradiación es irradiar continuamente el segundo de los cuatro absorbentes poliméricos acuosos con iones negativos y ozono durante unas 48 horas. La tensión de 2 kV se aplica según las especificaciones del producto.
Un tercero de los cuatro absorbentes de polímero acuoso se irradia solo con iones negativos, utilizando un ionizador (Ionizer MHM305 fabricado por Murata Manufacturing Co., Ltd., e Ionizer/Ozonizer MHM306 fabricado por Murata Manufacturing Co., Ltd.) como ejemplo comparativo 2. La condición para la irradiación es aplicar la tensión de 2 kV según las especificaciones del producto.
Un cuarto de los cuatro absorbentes poliméricos acuosos se seca naturalmente sin ser irradiado con iones de oxonio, iones negativos, ozono u otras partículas.
En estas condiciones, la masa evaporada y la masa residual de los cuatro absorbentes de polímero acuoso se miden cada 12 horas durante un período de 48 horas. Los resultados de la medición se obtienen como se muestra en las figuras 6 y 7. En las figuras 6 y 7, los resultados de la medición del Ejemplo se indican con "Dispositivo presente" y se denotan con un círculo, y los resultados de la medición del ejemplo comparativo 1, el ejemplo comparativo 2 y el caso sin irradiación se denotan con un cuadrado, un triángulo y una marca de cruz, respectivamente.
La masa residual se mide con KD-192 fabricado por la corporación TANITA. La masa evaporada se obtiene restando la masa residual de la masa inicial. Como puede verse en las figuras 6 y 7, con respecto al ejemplo comparativo 1 de la irradiación con iones negativos y ozono y el ejemplo comparativo 2 de la irradiación solo con iones negativos, cada una de la masa evaporada y la masa residual es casi la misma que la del caso sin irradiación.
En cambio, en cuanto al ejemplo de la irradiación con iones oxonio, se encuentra que la masa evaporada es excepcionalmente grande, y la masa residual es excepcionalmente pequeña, en comparación con las del ejemplo comparativo 1, el ejemplo comparativo 2 y el caso sin irradiación.
A continuación, se prepara un absorbente de polímero acuoso que es el mismo que el utilizado en la prueba de verificación descrita anteriormente, y la estructura 11 de electrodo del Ejemplo se coloca separada del absorbente de polímero acuoso por 50 cm. Después de eso, el absorbedor de polímero acuoso se irradia con iones de oxonio. La masa evaporada y la masa residual del absorbedor de polímero acuoso se miden cada 12 horas durante un período de 48 horas. Los resultados de la medición se obtienen como se muestra en las figuras 8 y 9.
En las figuras 8 y 9, los resultados de medición del caso sin irradiación también se muestran como un ejemplo comparativo. Como puede verse en las figuras 8 y 9, la masa evaporada es bastante grande y la masa residual es bastante pequeña incluso cuando la estructura 11 de electrodo está separada del absorbente de polímero acuoso por 50 cm. Por lo tanto, se puede decir que se asegura una cantidad suficiente de evaporación de agua incluso cuando la estructura 11 de electrodo está separada del absorbente de polímero acuoso por 50 cm.
A continuación, dos recipientes (Tupperware®) se preparan y se ponen 100 cc de agua en cada recipiente. La estructura 11 de electrodo se coloca por encima y de forma oblicua a un primero de los dos contenedores para estar separados entre sí por 5 cm. Después de eso, el agua en el primero de los dos contenedores se irradia con iones de oxonio generados por la estructura 11 de electrodo. El agua en un segundo de los dos contenedores permanece intacta. En estas condiciones, la masa evapora de agua se miden cada 12 horas durante un período de 48 horas. Los resultados de la medici e muestra en las figuras 10 y 11.
En el ejemplo de la irradiación con iones de
y la masa residual es excepcionalmente pequeña, en comparación con las del agua intacta (indicada con "Sin irradiación" en los dibujos).
Como se describió anteriormente, los ejemplos en los que el electrodo 12 de aguja y el electrodo 13 de placa están soportados por el elemento 14 de soporte del electrodo tubular y se aplica un alto tensión de CC de 20 kV al electrodo 12 de aguja, resultan ser muy efectivos en la evaporación de agua incluso en lugares separados por 5 cm o 50 cm. Al emplear la configuración de los Ejemplos, asumimos que los iones de oxonio generados por la estructura 11 de electrodo vuelan más lejos con una mayor velocidad.
En la realización anterior, el gas del soplador 3 se introduce en la carcasa 8 a través de la entrada. Sin embargo, la presente invención no se limita a esta realización. Por ejemplo, se puede proporcionar un dispositivo de escape como un ventilador en una abertura de escape externa del tanque 2. El dispositivo de escape puede configurarse para expulsar el gas del tanque 2 hacia el exterior para extraer gas de la carcasa 8 al tanque 2, introduciendo así gas (aire) en la carcasa 8 a través de la entrada. Esta configuración también permite introducir el gas en la carcasa 8 a través de la entrada y transferir el gas al depósito 2 a través de la salida.
Lista de signos de referencia
1 dispositivo de descomposición de materia orgánica
2 tanque
3 soplador
4 dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica
8 carcasa
9 fuente de alimentación de corriente continua
10 controlador de tensión
12 electrodo de aguja
13 electrodo de placa
14 elemento de soporte de electrodo
Claims (4)
1. Un dispositivo (4) generador de iones para la descomposición de materia orgánica para generar iones para descomponer la materia orgánica almacenada en un tanque (2), comprendiendo el dispositivo generador de iones:
un electrodo (12) de aguja y un electrodo (13) de placa, ambos enfrentados; y
una fuente (9) de alimentación de corriente continua configurada para aplicar un tensión de corriente continua con polaridad positiva al electrodo (12) de aguja, la fuente (9) de alimentación de corriente continua que incluye un controlador (10) de tensión configurado para establecer la tensión de corriente continua que tiene un valor de tensión de 5 kV a 30 kV y una intensidad de campo eléctrico de 0,25 kV/mm a 1,50 kV/mm para producir una descarga de corona positiva entre el electrodo (12) de aguja y el electrodo (13) de placa bajo condiciones atmosféricas presión, generando así iones de oxonio.
2. El dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica según la reivindicación 1, que comprende además un elemento (14) de soporte del electrodo tubular para soportar el electrodo (12) de aguja y el electrodo (13) de placa, el elemento (14) de soporte del electrodo tubulartiene un pared interior que rodea un espacio (ER1) hueco en el que el electrodo (12) de aguja y el electrodo (13) de placa se enfrentan entre sí para producir la descarga de corona positiva dentro del espacio (ER1) hueco.
3. El dispositivo generador de iones para la descomposición de materia orgánica de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además una carcasa (8) dentro de la cual se coloca el elemento (14) de soporte del electrodo tubular, la carcasa (8) incluye una entrada a través de la cual se configura el gas para ser introducido, y una salida a través de la cual el gas está configurado para fluir hacia el tanque (2), en el cual
el elemento (14) de soporte del electrodo tubular se coloca de tal manera que la salida se ubica en un eje (X) central del espacio (ER1) hueco, y
en la carcasa (8), el gas introducido a través de la entrada está configurado para fluir linealmente hacia la salida a través del espacio (ER1) hueco.
4. Un dispositivo (1) de descomposición de materia orgánica, que comprende:
el dispositivo (4) generador de iones para la descomposición de materia orgánica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3; y
el tanque (2) sobre el que se dispone el dispositivo (4) generador de iones para la descomposición de materia orgánica.
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