JP2009119385A - 水処理装置及び水処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】衛生度の高いナノバブル水を連続生成する。
【解決手段】水処理装置は、タンクの水にマイクロバブルを供給するマイクロバブル発生装置と、そのマイクロバブル水をタンクの外部に供給する供給系統とを備える。供給系統の内部のマイクロバブルが放電電極から発生する衝撃波によって圧壊することにより、ナノバブルが生成される。放電電極と供給系統は樹脂膜によって隔てられている。そのため、放電電極から微小な汚れが剥離した場合でも、衛生度の高いナノバブル水が供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、水を改質する技術に関する。

水中に微細な気泡を供給することにより、水を改質する技術が知られている。例えば、直径数十μｍ程度のオーダーの微細な気泡を含む水は、マイクロバブル水と呼ばれ、様々な応用が提案されている。例えば、マイクロバブル水の中で魚を飼うと、溶存酸素量が多いため、鮮度を維持することができる。

更に、マイクロバブルよりも微細な直径数百ｎｍ以下のオーダーの気泡（ナノバブルと呼ばれる）を含んだナノバブル水が知られている。ナノバブルは、マイクロバブルに比べて遥かに長い期間、例えば数ヶ月のオーダーで水中に存在すると言われている。ナノバブル水は魚を始めとする動植物に対して好ましい効果を持つものとして期待されている。

ナノバブル水の製造方法の一つとして、マイクロバブル水を製造し、そのマイクロバブル水に例えば超音波を供給することによりマイクロバブルを圧壊することによりナノバブルを生成する技術が知られている。

特許文献１には、マイクロバブル発生技術の一例が示されている。
特許文献２には、ナノバブルを発生させるために微細気泡に放電装置、超音波装置、又は渦流発生装置により物理的刺激を与える技術が開示されている。
ＷＯ００／６９５５０号公報 特開２００５−２４５８１７号公報

本発明の目的は、微細な気泡を含む水を連続的に製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法を提供することである。
本発明の他の目的は、微細な気泡を含み夾雑物の少ない水を製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法を提供することである。
本発明の更に他の目的は、微細な気泡を高濃度に含む水を製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法を提供することである。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を括弧付きで用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による水処理装置は、水を蓄積するタンク（１０）と、タンク（１０）の水に気泡を供給する気泡発生装置（１２）と、タンク（１０）の水をタンク（１０）の外部に供給する供給系統（１６、３２）と、供給系統（１６、３２）の内部の水を伝播する衝撃波を発生する衝撃波発生部（２０）とを備える。
こうした水処理装置により、微小な気泡を含む改質水を連続的に供給することが可能である。

本発明による水処理装置において、気泡発生装置（１２）が供給する気泡はマイクロバブルである。
マイクロバブルを衝撃波で圧壊することにより、ナノバブル水を連続的に供給することが可能である。

本発明による水処理装置において、衝撃波発生部（２０）は、衝撃波発生領域（２４）の内部に充填された液体の中で放電することにより衝撃波を発生する。
水中放電による衝撃波は医療分野で応用されており、信頼性の確立した技術を流用することができる。

本発明による水処理装置において、衝撃波発生領域（２４）は、供給系統（１６、３２）の内部の水と分離されている。
衝撃波の源で何らかの余計な物質が発生した場合でも、その物質が改質水に混入しないため、衛生度が高く微小な気泡を含む水を容易に得ることが可能である。

本発明による水処理装置において、供給系統（１６、３２）の内部の水と液体とは樹脂膜（２８）によって分離されている。
樹脂膜を介して、衝撃波発生領域の衝撃波を高効率で供給系統の水に伝播することが可能である。

本発明による水処理装置において、供給系統（１６、３２）は、タンク（１０）の内部に配置され、第１方向に延在し、タンク（１０）の内部の水を取り込む吸水口（１８）が形成された第１配管（１６）と、第１配管（１６）を介してタンク（１０）の外部に引き出された水を第１方向と異なる方向に導く第２配管（３２）とを備える。衝撃波発生部（２０）は、第１配管（１６）の一端に対して第１方向側の位置で衝撃波を発生する。衝撃波発生部（２０）は、衝撃波を第１配管（１６）の方向に向ける第１リフレクタ（２２）を備える。
こうした構成により、タンク中の高密度の気泡を含む水を、タンク外に引き出さずに衝撃波で処理することができる。その結果、微小な気泡をより高密度に含む改質水を得ることが可能になる。

本発明による水処理装置において、第１リフレクタ（２２）は、衝撃波を反射する。反射した衝撃波は、第１配管（１６）の一端と反対側の他端か、それよりも遠い位置で焦点を結ぶ。
供給系統の配管に沿った細長い形状の領域に衝撃波が満たされるため、高効率に水を衝撃波で連続処理することができる。

本発明による水処理装置は更に、第１配管（１６）の一端と反対側の他端に配置され、衝撃波発生部（２０）から到達する衝撃波を反射する第２リフレクタ（３０）を備える。
衝撃波が第１配管の反対端で再反射することにより、第１配管中が高エネルギーの衝撃波で満たされ、処理効率の向上が可能になる。

本発明による水処理装置は更に、水を脱気してタンク（１０）に供給する脱気槽（４）を具備する。
溶存気体が予め除去されることにより、改質によって溶存する気泡の濃度を上げることが可能である。

本発明による水処理方法は、水に気泡を供給して気泡水を生成するステップと、気泡水に衝撃波を供給するステップとを備える。

本発明による水処理方法において、衝撃波を供給するステップは、液体が充填され、気泡水と膜（２８）を介して遮断された衝撃波発生領域（２４）において放電することにより液体を伝播する衝撃波を発生するステップと、衝撃波発生領域（２４）の衝撃波を膜（２８）を介して気泡水に供給するステップとを備える。

本発明により、微細な気泡を含む水を連続的に製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法が提供される。
更に本発明により、本発明の他の目的は、微細な気泡を含み夾雑物の少ない水を製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法が提供される。
更に本発明により、微細な気泡を高濃度に含む水を製造することを可能とする水処理装置及び水処理方法が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態について説明する。図１、図２は、本実施の形態における水処理装置を示す。図１は側面図、図２は平面図である。図中に描かれている座標軸のｘｙ平面は水平面、ｚ軸は鉛直軸である。

水処理装置は、脱気槽４とタンク１０とを備える。脱気槽４には取水配管２、配管８及び真空ポンプ６が接続される。配管８は、脱気槽４とタンク１０とを接続する。配管８のタンク１０側の端部は下方に曲げられる。タンク１０の内部に気泡発生装置１２が配置される。気泡発生装置１２は、気体供給系統１４に接続される。

本実施の形態における気泡発生装置１２は、マイクロバブルを発生する装置である。マイクロバブルを発生する装置は様々なものが開発または提案されている。それらの装置を気泡発生装置１２として利用することができる。

図３は、本実施の形態の気泡発生装置１２として利用可能なマイクロバブルを発生する気泡発生装置の一例を示す。上掲の特許文献１に記載の技術を利用した例である。一端に開口を有する円筒形の筒状部材により、その内部に円筒形のスペース３４が形成される。このスペース３４は、タンク１０の内部の水で満たされる。スペース３４の開口に近い位置の側面に、タンク１０の内部または外部から図示しない加圧装置によって加圧された水をスペース３４に供給するための加圧液体導入口３６が配置される。この加圧水の供給により、スペース３４の内部に旋回流が生成され、円筒の軸に沿った軸領域が負圧となる。

スペース３４の開口と反対側の円形端部の中心付近は、筒状部材に形成された穴を介して気体供給系統１４に接続される。軸領域の負圧によって気体供給系統１４から気体が吸い込まれ、圧力が最も低い管軸上付近を気体が通過することによって、細い紐状の旋回気体空洞部３８が形成される。

この円筒形スペース３４では、旋回気液混合体流がスペース底部３から加圧液体導入口２の間において旋回気体空洞部３８と共に形成され、縮径されて先細りとなってちぎられてマイクロバブル４０が生成され、その後、スペース３４の開口に向かって大きく旋回しながら放出される。このような装置により、タンク１０の内部に連続的にマイクロバブルを供給することが可能である。

図１、図２を参照する説明に戻って、タンク１０の上部に、逃がし配管１５が接続される。タンク１０には更に、第１配管１６が接続される。第１配管は、金属材料で形成されることが好ましい。第１配管１６は、その一端と他端の間に直線状の流路を形成する配管である。この直線状の流路の方向は、図では概ねｘ軸方向である。タンク１０は、側面に穴を有する。第１配管１６は、その穴に挿入される。その穴と第１配管１６の外側面との間は、水が漏れる隙間が存在しないように、隙間を塞ぐ加工が施される。第１配管１６の一端は、タンク１０の外部に配置される。第１配管１６の他端は、タンク１０の内部に配置される。水処理装置が使用されるとき、タンク１０の内部には水が満たされる。第１配管１６の他端は、そのタンク１０内の水に浸される位置に配置される。

第１配管１６のタンク１０の内部に配置された位置に、吸水口１８が形成される。吸水口１８の形状は特に限定されない。吸水口１８の好適な一例は、第１配管１６の他端の近くの側面に形成される穴である。

第１配管１６の一端に、衝撃波発生部２０が取り付けられる。衝撃波発生部２０は、水を媒体とする衝撃波を発生する。例えば人体中の結石を体外から与える衝撃波によって破砕する治療技術において、液体を媒体とする衝撃波を発生する装置が用いられている。そのような装置を、本実施の形態における水処理装置の衝撃波発生部２０として転用することができる。

衝撃波発生部２０は、第１リフレクタ２２、放電電極２６、樹脂膜２８を備える。第１リフレクタ２２は、衝撃波発生部２０の一端に設けられた取り付け穴に嵌め込まれた金属製の凹面鏡であり、典型的には放物面鏡である。第１リフレクタ２２は、放電電極２６が放電を行う放電位置を焦点として発生する衝撃波を反射して、ｘ軸方向、即ち第１配管１６によって形成される流路に沿って第１配管１６の他端に向う方向の衝撃波に変換する。第１リフレクタ２２は例えば、放電位置を焦点とする衝撃波を平面波に変換するコリメータ鏡である。好適には、第１リフレクタ２２は、第１配管１６の長さに応じて、第２リフレクタの位置か、それよりも若干遠い位置に焦点を結ぶように設計される。例えば第１リフレクタ２２は２００ｍｍ程度の位置に焦点を結び、第１リフレクタ２２と第２リフレクタ３０との距離も２００ｍｍ程度である。

樹脂膜２８は、水と音響インピーダンスが近い材料によって形成された膜である。典型的には、樹脂膜２８はポリウレタンによって形成することが可能であり、より好適にはシリコーンによって形成される。

樹脂膜２８は、衝撃波発生部２０の取り付け穴の縁に固定されて張られる。この固定により、樹脂膜２８と第１リフレクタ２２との間には閉じた衝撃波発生領域２４が形成される。衝撃波発生領域２４には液体（以下、水で説明する）が満たされる。放電電極２６の放電位置は、衝撃波発生領域２４に配置される。

第１配管１６の他端の内側、即ち第１配管１６によって形成される流路の他端には、第２リフレクタ３０が配置される。第２リフレクタ３０は衝撃波を効率的に反射する材料で形成される。典型的には第２リフレクタは砲金、真鍮またはステンレスで形成される。加工の容易さの面からは、砲金または真鍮が特に好ましい。第２リフレクタ３０の表面は平坦である。第２リフレクタ３０の表面の法線の方向はｘ方向、即ち第１配管１６によって形成される流路に平行である。

第１配管１６の一端と他端との間の側面の所定位置に、第２配管３２の一端が接続される。水処理装置の製造上の容易さの面からは、その所定位置はタンク１０の外部に設定される。第２配管３２の他端は、図示しない他のタンクなどの供給先に接続される。

次に、このような構成を備えた水処理装置による水処理方法について説明する。図示しない水供給手段から、取水配管２を介して脱気槽４に水が連続的に供給される。脱気槽４の内部に水が貯まる。脱気槽４の内部のある位置よりも上は、水が貯まらず空気が残る。真空ポンプ６により、この空気が減圧される。この減圧により、脱気槽４の内部の水が脱気されて、溶存気体の少ない水が生成される。

脱気された水は配管８を介してタンク１０に連続的に供給される。配管８の端部が下方に曲げられていることにより、新たに供給される水にマイクロバブルが良好に混入する。また、新たに供給されマイクロバブルが十分に含まれていない水が第１配管１６に供給されることが防止される。

配管８を通して供給された水は、タンク１０の内部に貯まる。気泡発生装置１２はタンク１０内の水にマイクロバブルを供給し、タンク内の水はマイクロバブル水となる。マイクロバブルの成分は、空気または酸素である。溶存酸素量の多い水が要求されるときは、気泡発生装置１２は酸素のマイクロバブルをタンク１０内の水に供給する。

タンク１０の内部の水が満水量を超えると、逃がし配管１５から水が外部に流出する。あるいはタンク１０の内部の所定高さよりも上の気相部の圧力が所定圧より高くなると、気相部の気体が逃がし配管１５を通って外部に放出される。逃がし配管１５により、タンク１０内のガス圧の上昇が防止される。その結果、気泡発生装置１２から供給されるマイクロバブルが順調にタンク１０内の水に溶ける。

タンク１０内のマイクロバブル水は、吸水口１８を通って第１配管１６の内部の流路に連続的に供給される。マイクロバブル水は第１配管１６の内部を第２リフレクタ３０が配置された他端から衝撃波発生部２０が接続された一端の方向に流れる。

衝撃波発生部２０に供給されている電力により、放電電極２６の付近の放電位置で短い時間間隔で継続的に放電が発生する。この放電によって衝撃波発生領域２４に充填された水が放電電極２６の付近で水蒸気爆発を起こすことにより、衝撃波発生領域２４に放電位置を源とする衝撃波が発生する。

第１リフレクタ２２は、その衝撃波を反射して、第１配管１６の方向を向く衝撃波を生成する。その衝撃波は、樹脂膜２８を介して第１配管１６の内部の水に伝播する。第１配管１６の内部は、水を媒体とする衝撃波で満たされる。衝撃波が第１配管１６の他端まで到達すると、第２リフレクタ３０が受け取った衝撃波を反射する。反射した衝撃波は再び第１配管１６の内部を伝播する。このように衝撃波が第１配管１６の内部の流路に沿って繰り返し供給されることにより、第１配管１６の内部がエネルギーの大きい衝撃波で満たされる。

衝撃波により、吸水口１８から供給された水中のマイクロバブルが圧壊し、ナノバブルが生成される。第１配管１６の内部はナノバブルの密度の高いナノバブル水で満たされる。生成されたナノバブル水は、第２配管３２を通って供給先に連続的に供給される。衝撃波は、超音波に比べて高いエネルギーを供給することが容易である。そのため、マイクロバブル水の流れを連続的に処理する過程に適している。

ナノバブル水が通る経路は、第１配管から第２配管である。この経路は、樹脂膜２８によって、放電電極２６が配置されている衝撃波発生領域２４と分離している。そのため、放電電極２６から燃えかすやカーボンが剥離した場合でも、それらが樹脂膜２８で遮断され、第２配管３２から供給される水に影響を及ぼさない。したがって、第２配管３２から供給される水は、非常に衛生的である。

水が脱気槽４で脱気されていることにより、制御されていない溶存気体が水中に少ない。そのため、第１配管１６で生成されるナノバブルの密度が高くなる。ナノバブルが酸素の場合、極めて酸素の濃度の高いナノバブル水を生成することができる。

衝撃波が供給される第１配管１６は、タンク２０の外部にあってもよい。その場合、配管によってタンク２０から外部に引き出されたマイクロバブル水が、第１配管１６に供給され、第１配管１６の内部でナノバブル水に改質される。

しかしながらマイクロバブルの濃度は、生成方法を含めた条件に依っては、比較的短時間のうちに低下する。そのような濃度低下を避けることが望まれる場合は、図１、図２に示すようにマイクロバブルで満たされたタンク１０の内部に第１配管１６の一部をタンク１０の内部に配置することにより、生成された直後のマイクロバブルを圧壊して、高濃度のナノバブルを生成することができる。

更に、図１、図２に示すように第１配管１６の他の一部をタンクの外部に配置することにより、衝撃波発生部２０、外部に水を供給するための第２配管３２の製造が簡単になる。

特に高濃度のナノバブルまたは高濃度の溶存酸素が要求される場合は、第２配管３２から供給先のタンクに供給された水は、自動的に回収されて取水配管２から再び取り込まれて改質される。このような循環型の水処理装置は、例えばトラックや船に積載されて、長時間、濃度の高い改質水環境を生成し続ける。

次に、こうした水処理装置によって改質された改質水の用途について説明する。改質水は、魚に例示される水棲生物の養殖や輸送に好適に用いることができる。取水配管２から塩水を供給することにより、海水に適応した生物の養殖や輸送にも用いることができる。またマイクロバブル水において知られている美肌効果や滅菌効果が更に期待できるため、風呂などの用途にも適用が考えられる。水が放電電極２６とは分離された流路において処理されることにより、魚介類の養殖、飲料水、風呂水など人体に直接係わる使用に適した、衛生度の高い改質水が得られる。

水処理装置の側面図を示す。 水処理装置の上面図を示す。 気泡発生装置の一例を示す。

符号の説明

２ 取水配管
４ 脱気槽
６ 真空ポンプ
８ 配管
１０ タンク
１２ 気泡発生装置
１４ 気体供給系統
１５ 逃がし配管
１６ 第１配管
１８ 吸水口
２０ 衝撃波発生部
２２ 第１リフレクタ
２４ 衝撃波発生領域
２６ 放電電極
２８ 樹脂膜
３０ 第２リフレクタ
３２ 第２配管
３４ スペース
３６ 加圧液体導入口
３８ 旋回気体空洞部
４０ マイクロバブル

Claims (11)

1. 水を蓄積するタンクと、
   前記タンクの水に気泡を供給する気泡発生装置と、
   前記タンクの水を前記タンクの外部に供給する供給系統と、
   前記供給系統の内部の水を伝播する衝撃波を発生する衝撃波発生部
   とを具備する水処理装置。
2. 請求項１に記載された水処理装置であって、
   前記気泡はマイクロバブルである水処理装置。
3. 請求項１又は２に記載された水処理装置であって、
   前記衝撃波発生部は、衝撃波発生領域の内部に充填された液体の中で放電することにより前記衝撃波を発生する
   水処理装置。
4. 請求項３に記載された水処理装置であって、
   前記衝撃波発生領域は、前記供給系統の内部の水と分離されている
   水処理装置。
5. 請求項４に記載された水処理装置であって、
   前記供給系統の内部の水と前記液体とは樹脂膜によって分離されている
   水処理装置。
6. 請求項１から５のいずれかに記載された水処理装置であって、
   前記供給系統は、
   前記タンクの内部に配置され、第１方向に延在し、前記タンクの内部の水を取り込む吸水口が形成された第１配管と、
   前記第１配管を介して前記タンクの外部に引き出された水を前記第１方向と異なる方向に導く第２配管とを備え、
   前記衝撃波発生部は、前記第１配管の一端に対して前記第１方向側の位置で前記衝撃波を発生し、
   前記衝撃波発生部は、前記衝撃波を前記第１配管の方向に向ける第１リフレクタを備える
   水処理装置。
7. 請求項６に記載された水処理装置であって、
   前記第１リフレクタは、前記衝撃波を反射し、反射した前記衝撃波は、前記第１配管の前記一端と反対側の他端の位置か、それよりも遠い位置で焦点を結ぶ
   水処理装置。
8. 請求項６又は７に記載された水処理装置であって、
   更に、前記第１配管の前記一端と反対側の他端に配置され、前記衝撃波発生部から到達する前記衝撃波を反射する第２リフレクタを具備する
   水処理装置。
9. 請求項１から８のいずれかに記載された水処理装置であって、
   更に、水を脱気して前記タンクに供給する脱気槽を具備する水処理装置。
10. 水に気泡を供給して気泡水を生成するステップと、
    前記気泡水に衝撃波を供給するステップ
    とを具備する水処理方法。
11. 請求項１０に記載された水処理方法であって、
    前記衝撃波を供給するステップは、
    液体が充填され、前記気泡水と膜を介して遮断された衝撃波発生領域において放電することにより前記液体を伝播する衝撃波を発生するステップと、
    前記衝撃波発生領域の衝撃波を前記膜を介して前記気泡水に供給するステップ
    とを備える水処理方法。

Images