JP2007260544A

JP2007260544A - 放電生成ガスの溶解装置

Info

Publication number: JP2007260544A
Application number: JP2006088050A
Authority: JP
Inventors: Yuji Aso; 雄二麻生; Shuji Nishiyama; 修二西山
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11

Abstract

【課題】放電により生成されたガスを水に溶解する装置において、最終的に溶解されずに残存した放電生成ガスの濃度を、大量の吸着剤等を別途設けることなく容易に低減して外部に排気することが可能な程度に希釈させて排気することが可能な放電生成ガス溶解装置を提供する。
【解決手段】ガス流入口とガス流出口を有し、少なくとも一対の電極の間に電圧を印加することにより放電を生じさせ放電生成ガスを生成可能な放電器と、前記ガス流出口から排出された放電生成ガスを導入する導入口を有する貯水部と、前記放電器で生成された放電生成ガスを前記導入口に送るガス移動手段と、制御装置は、前記放電器の運転を停止した後も前記ガス移動手段の運転を所定時間継続するように制御することを特徴とする放電生成ガスの溶解装置が提供される。
【選択図】図１

Description

本発明は、放電により生成されたガス、たとえば、二酸化窒素ガスを水に溶解させ硝酸水溶液を生成したり、オゾンガスを水に溶解させてオゾン水を生成したり、水中の有機物の酸化、脱臭、殺菌などに利用される放電によって生成される放電生成ガス溶解装置に関する。

従来、放電によって発生するガスを溶解する装置の代表的なものとしてオゾン水生成装置がある。放電器で生成されたオゾンガスは貯水されたタンク内に排出され、水中でバブリングさせて溶解させている。オゾンガスは水への溶解性が悪いため、溶解しきれなかったオゾンガスは循環路を介して再度、放電器に送られ、再び水中でバブリングさせて溶解させることで、溶解しきれないオゾンガスを有効利用する循環方式のオゾン反応装置が開示されている。（特許文献１）

通常、オゾンガスの水への溶解度は低く、バブリング終了後には、溶解しきれなかった大量のオゾンガスがタンク内に残存することとなる。ここで溶解しきれなかったオゾンガスを装置外に排出する際、そのオゾンガス濃度を、人体に悪影響が出ない程度の低いオゾン濃度、たとえば０．１ｐｐｍ程度まで低減させて排気するために、大量の吸着剤、たとえば活性炭やオゾン分解触媒を設けていた。

特開２００２−１１９８１号公報

しかし、特許文献１に記載されたオゾン水生成装置では、タンク内に残存した溶解しきれなかったオゾンガスを装置外に排出する際に大量の吸着材を設ける必要があり、装置が大型化してしまうと共に吸着材の寿命に応じて吸着材の交換が必要となり手間がかかりランニングコストもかかるという問題がある。
従って、本発明は、放電により生成されたガスを水に溶解する装置において、最終的に溶解されずに残存した放電生成ガスの濃度を、大量の吸着剤等を別途設けることなく容易に低減して外部に排気することが可能な程度に希釈させて排気することが可能な放電生成ガス溶解装置を提供する。

本発明の一態様によれば、ガス流入口とガス流出口を有し、少なくとも一対の電極の間に電圧を印加することにより放電を生じさせ放電生成ガスを生成可能な放電器と、前記ガス流出口から排出された放電生成ガスを導入する導入口を有する貯水部と、前記放電器で生成された放電生成ガスを前記導入口に送るガス移動手段と、前記導入口から導入された放電生成ガスのうち、前記貯水部に貯水された水に溶解しきれない放電生成ガスを再び前記ガス流入口に導入する循環路と、前記貯水部に貯水され、前記放電生成ガスが溶解された生成水を取り出す排水手段と、前記排水手段から生成水を排水する際に前記貯水部内に外気を取り込む給排気口と、前記ガス移動手段と前記放電器とを制御可能な制御装置と、を備えた放電生成ガス溶解装置であって、前記導入口は、前記貯水部に貯水された水に放電生成ガスをバブリングさせる手段を有し、前記制御装置は、前記放電器の運転を停止した後も前記ガス移動手段の運転を所定時間継続するように制御することを特徴としており、
本発明によれば、放電により生成されたガスを再度放電器に送り込む循環方式の溶解装置において、溶解しきれなかった水分を含んだガスの水分を除去するために、大量の乾燥剤を設けることなく、低コストで小型な放電生成ガス溶解装置を提供することが可能となる。

本発明によれば、放電により生成されたガスを水に溶解する装置において、最終的に溶解されずに残存した放電生成ガスの濃度を、大量の吸着剤等を別途設けることなく容易に低減して外部に排気することが可能な程度に希釈させて排気することが可能な放電生成ガス溶解装置を提供することができ、装置の初期コストおよびランニングコストの低減が可能になり、産業上のメリットは多大である。

以下、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施形態を説明する。
図１は、本発明の実施の形態にかかる放電生成ガス溶解装置の要部構成を例示する模式図である。
図１に示すように、本発明の放電生成ガス溶解装置は、上部にガスが流入するガス流入口１４と、下部にガスが流出するガス流出口１３とを有する放電器１０と、放電器１０の下方にはガス流出口１３から排出されたガスをガス導入管路２３を経由して導入する導入口を上部に形成した貯水タンク３０と、貯水タンク３０の上部に接続され、水道水を貯水タンク３０内に供給する給水管路２２と、導入口から貯水タンク３０内に一旦導入されたガスを再び放電器１０のガス流入口１４に送る循環管路２２と、貯水タンク３０の下部に設けられた排水部からＵ字トラップ４２を介して、貯水タンク３０内の液体を装置外に排出する排水管路と、外部空気を導入する空気導入口７０と、放電ガス溶解装置の作動を制御する制御装置８０と、を有する。

また、放電器１０内には後述する一対の放電電極１５に電圧を印加する高圧電源１１と高電圧投入スイッチ１２が直列に配列されている。つまり、高電圧投入スイッチ１２をＯＮにすると放電器１０に高電圧が印加され、高電圧投入スイッチ１２をＯＦＦにすると放電器１０に電圧は印加されない構造となっている。

また、貯水タンク３０に水道水を供給する給水管路２０の途上には水の流入用開閉弁２１が設けられており、この水の流入用開閉弁２１の開閉を行うことで貯水タンク３０内への水の供給／止水を切替えている。

この貯水タンク３０の上部に形成された導入口には、放電器１０のガス流出口１３に接続された導入管路２３が貫通されており、導入管路２３のガス流出口１３とは逆側の端部にはバブラ３１が取り付けられている。このバブラ３１の微小孔は貯水タンク３０の下方に配置され、貯水タンク３０内に水が流入された状態で水没するようになっている。バブラ３１は内面と外面を貫通した多数の微小孔が形成されている。このようにして、バブラ３１で放電生成ガスを貯水タンク３０内の水にバブリングした際に溶解されなかった放電生成ガスは貯水タンク３０の上部に形成された循環口から循環管路２２に送られるようになっている。

また、排水管路のＵ字トラップ部４２より下流側には生成水排出用開閉弁４１が設けられており、貯水タンク３０内の水を排水管路下流側に排出／止水とを切替えている。更に、貯水タンク３０の上部には給排気口７０が設けられている。
更に導入管路２３の途上にはガス移動手段としてのダイアフラムを有するエアポンプ６０を設け、放電生成ガスを導入管路２３のガス流出口１３とは逆側の端部に送り出すようにしている。

次に、図１０に示すフローチャートと、図２〜図９に示す図を用いて、本発明の実施の形態にかかる放電生成ガス溶解装置の動作を説明する。

装置の起動が開始されると、制御装置８０によって溶解装置が次の作動する。
まず、図２に示すように、貯水タンク３０に水道水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、水の流入用開閉弁２１を開け、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入する。この際、給排気口７０に開閉弁（図示しない）を設けた場合には開閉弁を開にしておく。

つぎに、図３に示すように、貯水タンク３０内に流れ込んだ水道水の水位が、諸望の量になった後、水道水の流入を止めるために水の流入用開閉弁２１を閉じる。尚、この際に貯水タンク３０内にあった空気は給排気口７０を経て外部に排出される。

つぎに、図４に示すように、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２を投入し、放電器１０に高電圧を印加する。これにより放電器１０内で放電が発生し放電生成ガスが生成される。
その後、エアポンプ６０を駆動し、放電生成ガスを放電器１０のガス流出口１３からバブラ３１を通して、水中でバブリングさせ、放電生成ガスを水道水に溶解させる。その際に、溶解しきれなかった放電生成ガスは、再度放電器１０のガス流入口１４に戻り、放電器１０、放電器の流出口１３を通過し、再度バブラ３１を通して、水中でバブリングさせ、放電生成ガスを水に溶解させる。この際、エアポンプ６０を駆動しているため循環管路２２内に溶解しきれなかった放電生成ガスのほとんどは流れ込み、給排気口７０からは排出されにくい。給排気口７０に開閉弁（図示しない）を設けた場合には開閉弁を閉にしておく。

つぎに、図５に示すように、所定時間経過後、たとえば放電生成ガスが窒素酸化物ガスであれば、生成水が硝酸水溶液になり、ｐＨが、ほぼ諸望の値になった時間経過後、もしくは放電生成ガスがオゾンガスの場合、生成水がオゾン水になり、水中オゾン濃度が、ほぼ諸望の値になった時間経過後に、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２を切断し、放電器１０内での放電を停止する。放電生成ガスの濃度を最終的に極力低下させるために、また少しでも放電生成ガスを有効利用するために、放電器１０を停止した後も所定時間、エアポンプ６０のみを駆動させる。

つぎに、図６に示すように、所定時間経過後に、エアポンプ６０も停止する。

つぎに、図７に示すように、生成水を取り出すために、生成水排出用開閉弁４１を開放し、給排気口７０から外気を自然導入させながら、生成水を生成水排出口４０から取り出す。その際、Ｕ字トラップ４２があるために、貯水タンク３０内の、最終的に溶解しきれなかった放電生成ガスはＵ字トラップ４２の下流側に排出されることが無いため、生成水流出用開閉弁４０から外部へ漏れ出すことは無い。また、生成水流出用開閉弁４１が開放されて生成水を取り出している間は貯水タンク３０内に負圧が発生しているため、貯水タンク３０内に残存した放電生成ガスが給排気口７０から排出されることはない。

つぎに、図８に示すように、貯水タンク３０に水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、図９（＝図２）に示すように、水の流入用開閉弁２１を開放し、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入し、以後、図２（＝図９）〜図８の一連の動作を繰り返すことにより、何度でも生成水を作り出すことが可能になる。

図１５に、本発明の効果を実証するために、水道水から酸性水を生成した実験結果に関して説明する。
まず、従来技術の実施例として、図２に示すように、貯水タンク３０に水道水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、水の流入用開閉弁２１を開け、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入した。
つぎに、図３に示すように、貯水タンク３０内に流れ込んだ水道水の水量が１６０ｍｌになった後、水道水の流入を止めるために水の流入用開閉弁２１を閉じた。
つぎに、図４に示すように、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２をＯＮして放電器１０を駆動し、その３０分間後にエアポンプ６０を駆動させ、放電生成ガスをバブラ３１を介して水道水中に溶解する動作を行った。
つぎに、図６に示すように、６０分経過後、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２を切断し、放電器１０内での放電を停止し、かつエアポンプ６０を停止し、水中への放電生成ガスのバブリングを終了させ、
つぎに、図７に示すように生成水排出用開閉弁４１を開放し、給排気口７０から外気を自然導入させながら、生成水を生成水排出口４０から取り出した。その生成水のｐＨ値をｐＨメーター（ＨＯＲＩＢＡ製：Ｄ−１３）で測定し、図１５（Ａ）に示す。
また最後に、図２に示すように、貯水タンク３０に水道水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、水の流入用開閉弁２１を開け、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入する際に、給排気口７０から排気される溶解しきれなかった放電生成ガスの濃度を評価した結果を、同じく、図１５（Ａ）に示す。
つぎに、本発明の実施例として、図２に示すように、貯水タンク３０に水道水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、水の流入用開閉弁２１を開け、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入した。
つぎに、図３に示すように、貯水タンク３０内に流れ込んだ水道水の水量が１６０ｍｌになった後、水道水の流入を止めるために水の流入用開閉弁２１を閉じた。
つぎに、図４に示すように、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２をＯＮして放電器１０を駆動し、その３０分間後にエアポンプ６０を駆動させ、放電生成ガスをバブラ３１を介して水道水中に溶解する動作を行った。
つぎに、図５に示すように、４５分経過後に、高圧電源１１の高電圧投入スイッチ１２を切断し、放電器１０内での放電を停止した。放電生成ガスの濃度を最終的に極力低下させるために、また少しでも放電生成ガスを有効利用するために、放電器１０を停止した後も１５分間、エアポンプ６０のみを駆動させた。
最後に、図７に示すように生成水排出用開閉弁４１を開放し、給排気口７０から外気を自然導入させながら、生成水を生成水排出口４０から取り出した。
その生成水のｐＨ値をｐＨメーター（ＨＯＲＩＢＡ製：Ｄ−１３）で測定し、図１５（Ｂ）に示す。
また最後に、図２に示すように、貯水タンク３０に水道水を流入するために、生成水排出用開閉弁４１を閉じ、水の流入用開閉弁２１を開け、給水管路２０から水道水を、貯水タンク３０に流入する際に、給排気口７０から排気される溶解しきれなかった放電生成ガスの濃度を評価した結果を、同じく、図１５（Ｂ）に示す。
図１５（Ａ）は、従来技術による実験結果で、到達ｐＨ値は平均で３．６８。ＮＯ濃度は平均８８．３ｐｐｍ。ＮＯ_２濃度は平均２９．７ｐｐｍ。Ｏ_３濃度は検知限界以下であった。Ｏ_３濃度以外は、環境基準濃度を数倍上回る値であった。
それに対し、図１５（Ｂ）に示す本発明による実験結果では、到達ｐＨ値は平均で３．８３で、従来技術による実験結果と大差が無いにもかかわらず、ＮＯ濃度は平均２３．２ｐｐｍ。ＮＯ_２濃度は平均３．８ｐｐｍ。Ｏ_３濃度は検知限界以下で、ほぼ、環境基準濃度を満足する値になった。
さらに本発明においては、放電器１０の動作時間が７５分で、従来技術の９０分に対し、１５分短いので、電力的にも約１６．７％の削減も実現できた。
つまり、本実験結果からも、本発明の効果は明確であることが実証された。

生成水に接する部分の部材は、耐酸性、耐オゾン性に優れる材料で形成することが好ましい。たとえばフッ素樹脂やガラス材料、セラミックス材料を用いることが好ましい。

なお、本願明細書において「放電生成ガス」とは、空気中で放電させることにより生成されるガスをいい、空気を構成するガスが単に分解したガスのみならず、これら分解したガスが新たに結合して生成されるガスも含むものとする。例えば、単に窒素（Ｎ_２）あるいは酸素（Ｏ_２）などが分解したガスのみならず、窒素と酸素が新たに結合して生成される窒素酸化物ガス、酸素と活性酸素（Ｏ）が新たに結合して生成されるオゾンガスも「放電生成ガス」に含まれるものとする。

以上説明したように、本実施形態によれば、放電により生成されたガスを再度放電器に送り込む循環方式の溶解装置において、溶解しきれなかった水分を含んだガスの水分を除去するために、大量の乾燥剤を設けることなく、低コストで小型な放電生成ガス溶解装置を提供することが可能となる。

尚、本実施例においては導入管路２３の途上にエアポンプ６０を設けていたが、エアポンプ６０の位置はこれに限定されるものではなく同様の効果を果たすことができれば良い。例えば循環管路２２の途上に設けても良い。

図１１は本実施形態に係る放電器１０の一例の正面模式図であり、図１２は側面模式図、図１３はＢ−Ｂ線の断面模式図、図１４はＡ−Ａ線の断面模式図である。

図１１及び図１２、図１３、図１４に表したように、放電器１０としては、ＰａｃｋｅｄＢｅｄ方式の放電リアクタを用いることができる。この放電リアクタは、例えば、２枚の貫通穴を数個空けた板状の放電電極１５を、任意の間隔を隔てて対向して設置し、球状の誘電体ペレット１７を充填する。
対向する放電電極１５間に、数ヘルツ〜数百キロヘルツ、数キロボルト〜数十キロボルトの交流電圧を印加すると、誘電体ペレット１７の空隙において放電が発生する。そこに、空気を通気させると、空気が窒素原子や酸素原子などに一旦分解された後、再結合により例えば、ＮＯ（一酸化窒素）やＮＯ_２（二酸化窒素）などの窒素酸化物ガスや、Ｏ_３（オゾン）などの放電生成ガスが生成される。

ここで、誘電体ペレットの材料としては、例えばチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の強誘電体を用いることができる。

放電器１０としては、上記構造のＰａｃｋｅｄＢｅｄ方式の放電リアクタに限らず、同心円筒型、沿面放電型、無声放電型など、放電により放電生成ガスを生成できるものであれば、放電器の形態は限定しない。

ここで、例えば、二枚の放電電極１５の間隔を６ミリメータにし、比誘電率が約１０，０００、直径が約１ミリメータのチタン酸バリウム製誘電体ペレット１７を充填し、周波数１キロヘルツで、放電電極１５に、２．０キロボルト程度の電圧を印加し、空気を分解した場合、Ｏ_３ガスリッチの混合ガスが生成される。
一方、２．５キロボルト程度の電圧を印加し、空気を分解した場合、ＮＯｘガスリッチな混合ガスが生成される。
これは、Ｎ_２ガスの解離エネルギーとＯ_２ガスとの解離エネルギーが異なるからであり、放電により与えるエネルギーが高いとＮＯｘガスリッチな混合ガスが得られ、放電により与えるエネルギーが低いとＯ_３ガスリッチな混合ガスが生成される。

図１６は、給排気口７０に、給排気用開閉弁５１を設置したものである。
これにより、給排気口７０からの外部への放電生成ガスの流出を、より確実に防止することが可能となる。

図１７は、放電器１０への水の逆流を防止するために、導入管路の途上に逆止弁９２を設置したものである。放電器１０への水の流入は、放電を阻害し、放電生成ガスの低下を引き起こす。
逆止弁９２を設置することにより、放電生成ガスの生成量の低下を防止できる。

図１８は、放電器１０への水の流入を防止するために、貯水タンク３０の循環口に脱気膜９３を設置したものである。放電器１０への水の流入は、放電を阻害し、放電生成ガスの低下を引き起こす。
脱気膜９３を設置することにより、放電生成ガスの低下を防止できる。

尚、万が一脱気膜を水分が通過してしまったり、結露によって放電器１０内に水分が供給された場合においても、貯水タンク３０の上方に放電器１０が配置されているため、放電器１０下部に形成されたガス流出口１３から水滴は重力落下して放電器１０内に水分が留まりにくくなり放電効率の低下を抑制することができる。
同様に、エアポンプ６０内に水分が供給された場合においても、入口または／および出口をエアポンプ６０の下部に形成することでエアポンプ６０内、特にダイアフラム内に水が留まりにくくなり、ガスの循環効率の低下を抑制することができる。

また、本発明を放電器１０で生成されるガスが、主に窒素酸化物ガスであって、酸性水を生成する場合に用いた具体例について説明したが、本発明はこれら具体例に限定されるものではない。
例えば、放電器で生成されるガスが、主にオゾンガスの場合、オゾン水生成装置やオゾンによる水の殺菌装置としても利用できる。

本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電ガス溶解フロー図。本発明の実施の形態にかかる放電器の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電器の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電器の概要図。本発明の実施の形態にかかる放電器の概要図。本発明の別の実施の形態にかかるメカニズム説明概要図。本発明の別の実施の形態にかかる実験結果。本発明の別の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。本発明の別の実施の形態にかかる放電ガス溶解装置の概要図。

符号の説明

１０放電器
１１高圧電源
１２高圧投入スイッチ
１３ガス流出口
１４ガス流入口
１５放電電極
１７誘電体ペレット
２０給水管路
２１水の流入用開閉弁
２２循環管路
２３導入管路
３０貯水タンク
３１バブラ
４０生成水排出口
４１生成水排出用開閉弁
４２Ｕ字トラップ
５１給排気用開閉弁
６０エアポンプ
７０給排気口
８０制御装置
９２逆止弁
９３脱気膜
Ｌ水の流れ
Ｇガスの流れ
Ｗ水

Claims

ガス流入口とガス流出口を有し、少なくとも一対の電極の間に電圧を印加することにより放電を生じさせ放電生成ガスを生成可能な放電器と、
前記ガス流出口から排出された放電生成ガスを導入する導入口を有する貯水部と、
前記放電器で生成された放電生成ガスを前記導入口に送るガス移動手段と、
前記導入口から導入された放電生成ガスのうち、前記貯水部に貯水された水に溶解しきれない放電生成ガスを再び前記ガス流入口に導入する循環路と、
前記貯水部に貯水され、前記放電生成ガスが溶解された生成水を取り出す排水手段と、
前記排水手段から生成水を排水する際に前記貯水部内に外気を取り込む給排気口と、
前記ガス移動手段と前記放電器とを制御可能な制御装置と、を備えた
放電生成ガス溶解装置であって、
前記導入口は、前記貯水部に貯水された水に放電生成ガスをバブリングさせる手段を有し、
前記制御装置は、前記放電器の運転を停止した後も前記ガス移動手段の運転を所定時間継続するように制御することを特徴とする
放電生成ガスの溶解装置。
前記放電生成ガスを導入する導入口の前段に逆止弁を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放電生成ガスの溶解装置。
前記貯水部の循環路の途上に脱気膜を備えたことを特徴とする請求項１〜２に記載の放電生成ガスの溶解装置。