JP2014188283A

JP2014188283A - ミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法

Info

Publication number: JP2014188283A
Application number: JP2013068205A
Authority: JP
Inventors: Akihiko Yokoo; 明彦横尾; Katsumasa Inamura; 勝正稲村
Original assignee: Nohmi Bosai Ltd
Current assignee: Nohmi Bosai Ltd
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-03-28
Publication date: 2014-10-06

Abstract

【課題】簡単な装置構成を用いて帯電させたミストを噴霧し、対象区画内に発生または流入した煙等の浮遊微粒子を従来と比較して優れた性能で除去するミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法を得る。
【解決手段】対象区画内に煙等の浮遊微粒子が発生または流入した際に、浮遊微粒子除去を行うミストによる浮遊微粒子除去装置であって、対象区画内に設置され、対象区画内に水をミストとして噴霧する噴霧ノズル（４）と、対象区画内に煙等の浮遊微粒子が発生または流入した際に、導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水に相当する低導電率水を噴霧ノズルに供給する送水装置（２、３、５）とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、脱イオン水などの低導電率水を噴霧ノズルから放射することで、空間内を浮遊する煙等の浮遊微粒子を除去するためのミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法に関する。

帯電させた水粒子を帯電散布ヘッドから散布することにより、煙粒子をクーロン力によって捕集することで、消煙効果を得る従来技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような帯電散布によれば、従来の非帯電散布時の約１／５の消火水量により同等の消煙効果が得られている。

特許４９８９４１９号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
この特許文献１は、消火剤供給設備により供給された水系の消火剤の噴射粒子を帯電させて散布する帯電散布ヘッドと、帯電散布ヘッドに帯電電圧を印加する電圧印加部とが必要な構成となっている。このため、電圧印加部にあたる装置が大型化するといった課題がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、従来と比較して簡単な装置構成を用いてミストを帯電させて噴霧し、対象区画内に発生または流入した煙等の浮遊微粒子を除去するミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法を得ることを目的とする。

本発明に係るミストによる浮遊微粒子除去装置は、対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、浮遊微粒子の除去を行うミストによる浮遊微粒子除去装置であって、対象区画内に設置され、対象区画内に水をミストとして噴霧する噴霧ノズルと、対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水に相当する低導電率水を噴霧ノズルに供給する送水装置とを備えるものである。

また、本発明に係る耐電ミストによる煙除去方法は、対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、浮遊微粒子の除去を行うミストによる浮遊微粒子除去方法であって、対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入したことを知らせる外部信号を受信した際に、あらかじめ貯蔵された、導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水に相当する低導電率水を、対象区画内に設置された噴霧ノズルに供給し、対象区画内に水をミストとして噴霧させるステップを備えるものである。

本発明によれば、帯電散布ヘッドに帯電電圧を印加する電圧印加部を不要とし、低導電率水を噴霧ノズルから噴射することで水粒子を帯電させ、煙等の浮遊微粒子を除去する効果を実現することにより、従来より簡単な装置構成を用いてミスト粒子を帯電させて噴霧し、対象区画内で発生した煙等の浮遊微粒子を除去するミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係わる帯電ミストによる煙除去装置の全体図である。本発明の実施の形態１における検証実験１を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。本発明の実施の形態１における検証実験１を実施した際の、測定項目１〜３の測定結果の一覧を示したものである。本発明の実施の形態１における検証実験２を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。本発明の実施の形態１における検証実験３を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。本発明の実施の形態１における検証実験４を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。

以下、本発明のミストによる浮遊微粒子除去装置およびミストによる浮遊微粒子除去方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
なお、本発明は、実験データに基づいて、ミスト粒子を帯電させて（以下帯電ミストと呼ぶ）煙等の浮遊微粒子の除去を得るための適切な条件を規定している。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係わる帯電ミストによる煙除去装置の全体図である。貯水容器１には、低導電率水があらかじめ貯蔵されている。そして、ポンプ２により貯水容器１から吸い上げられた低導電率水は、バルブ３を開状態とすることで、対象区画内に設けられたドライミストノズル４（噴霧ノズルの一例）から噴霧される。

そして、噴霧制御部５は、図１では示していない煙感知器から煙の発生または流入を知らせる外部信号を受信した際には、ポンプ２およびバルブ３を制御することで、所望の時間に渡って、低導電率水をドライミストノズル４に供給する。なお、煙感知器からの外部信号および噴霧制御部５を用いなくても、オペレータ判断による手動操作で、バルブ３を開状態とし、ポンプ２を駆動することによっても、低導電率水をドライミストノズル４に供給することは可能である。

なお、水を急激に微粒子化すると、レナード効果によりマイナスに帯電するといわれている。このとき高導電率水（例えば、水道水など）の場合、水に含まれる不純物によりマイナスの帯電が中和されるが、低導電率水（例えば、脱イオン水など）の場合、マイナスの帯電が維持される。これより、低導電率水をドライミストノズル４のように小さな粒子径で放射するノズルを用いて放射すると、水粒子が帯電することとなる。そこで、本発明では、この水粒子の帯電性を利用して、対象区画内を浮遊する煙粒子の除去効果を得ている点を技術的特徴としている。

このような除去効果を検証するために、４つの検証実験を行ったので、それらの検証結果について、以下に詳細に説明する。

＜検証実験１＞
（１）試料水
低導電率水、および帯電し難い高導電率水として、以下の２つを試料水として使用した。
低導電率水：導電率＝０．９μＳ／ｃｍの脱イオン水
高導電率水：導電率＝２７０μＳ／ｃｍの水道水

（２）ミスト放出条件
ミストノズルおよびミストポンプとしては、以下の性能のものを使用した。
ミストノズル：６ＭＰａ−２０ｍＬ／ｍｉｎ×１個
ミストポンプ：高圧プランジャポンプ（出力０．４ｋＷ）
ミスト放出時間：１分間

（３）実験区画の大きさ
防護区画に相当する実験区画として、以下の容量のものを使用した。
グローブボックス（容量：１００Ｌ）

（４）煙発生源
除去対象である煙は、以下の条件で発生させた。
燃料（火皿）：自動車用ガソリン（φ２５×２０ｍｍ）
燃焼量：約３ｍＬ
（５）測定項目
以下の３つのデータを測定し、低導電率水と高導電率水での煙除去効果を比較した。
測定項目１（減光率）：ミスト放出前およびミスト放出後（沈降飽和後）の煙濃度を光学式煙濃度計（以下Ｃｓ計と呼ぶ）減光率として測定
測定項目２（沈降飽和時間）：一定時間ミストを放出し、ミスト放出を停止した後、煙および水粒子の沈降により減光率の回復（減光率の減少）が飽和するまでの時間を測定
測定項目３（静電気電圧）：ミスト放出中におけるノズル近傍のミストパターンから約５ｃｍの距離での電圧をミスト静電気として測定

（６）検証実験手順
以下の手順で、検証データを測定した。
ステップ１：グローブボックス内の燃料に点火
ステップ２：燃焼終了後、Ｃｓ計光路の窓に付着した煙粒子を拭き取って、グローブボックス内の減光率（煙濃度）を測定
ステップ３：所定時間として１分間ミストを放出し、ミスト放出中、およびミスト放出停止後の減光率の回復状況を継続して測定
ステップ４：減光率回復の飽和後、Ｃｓ計光路の窓に付着した水粒子を拭き取って、グローブボックス内の減光率（煙濃度）を測定

以上のような検証実験１の実験結果について説明する。図２は、本発明の実施の形態１における検証実験１を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。また、図３は、本発明の実施の形態１における検証実験１を実施した際の、測定項目１〜３の測定結果の一覧を示したものである。

図３より、脱イオン水ミストは−４〜−５ｋＶの静電気を帯電していることがわかる。

また、図２および図３に示した実験結果から、以下のことがわかる。
（効果１）減光率の改善
ガソリン燃焼煙に対して脱イオン水ミストを約１分間噴霧した結果、放出前に約９５％であった減光率が、放出後に約２５％にまで回復（減少）している。一方、水道水ミストを同条件で噴霧した際には、放出後の噴霧率の回復は、約５９％でとどまっている。従って、低導電水の水を使用することで、減光率の回復が大幅に改善される結果となった。

（効果２）沈降飽和時間の改善
ミスト噴霧中の１分間において、グローブボックス内を観測した結果、煙粒子が帯電した水粒子に吸着することで、煙粒子の凝集（すなわち、多数の煙粒子が集合体を作る現象）が観測された。その結果、図２に示すように、脱イオン水ミストを約１分間噴霧している間にも、減光率が回復していく測定結果が得られている。

さらに、ミスト放出を停止した後にも、同様の凝集が発生し、これにより煙粒子の沈降速度が大きくなったと考えられる。その結果として、脱イオン水ミストを採用した場合には、減光率の回復が飽和するまでの時間に相当する沈降飽和時間が、１分程度となっている。一方、同条件で水道水ミストを採用した場合の沈降飽和時間は、３分以上かかっている。従って、脱イオン水ミストを採用することで、沈降飽和時間を約１／３に短縮する効果が得られた。

以上のように、検証実験１によれば、低導電率水である脱イオン水をドライミストノズル４から噴霧することで、高導電率である水道水を噴霧する場合と比較して、減光率の回復、および沈降飽和時間に関して、大幅な改善結果が得られた。

そして、このような低導電率水としては、例えば脱イオン水を採用することができ、あらかじめ貯水容器に蓄えておくことができる。この結果、帯電散布ヘッドに帯電電圧を印加する電圧印加部を不要にできる、ミストによる煙等の浮遊微粒子除去装置およびミストによる煙等の浮遊微粒子除去方法を得ることができる。

＜検証実験２＞
次に、実験区画の規模を拡大して、本発明の帯電ミストによる煙除去方法の効果を検証した検証実験２について、説明する。

（１）試料水
低導電率水、および帯電し難い高導電率水として、以下の２つを試料水として使用した。
低導電率水：導電率＝１．２μＳ／ｃｍの脱イオン水
高導電率水：導電率＝２８０μＳ／ｃｍの水道水

（２）ミスト放出条件
ミストノズルおよびミストポンプとしては、以下の性能のものを使用した。
ミストノズル：６ＭＰａ−４７ｍＬ／ｍｉｎ×２０個
ミストポンプ：高圧プランジャポンプ（出力０．４ｋＷ）
ミスト放出時間：２分間

（３）実験区画の大きさ
対象区画に相当する実験区画として、以下の容量のものを使用した。
１．８６ｍ×１．８６ｍ×１．８６ｍ高（容量：６．４３ｍ^３）

（４）煙発生源
除去対象である煙は、以下の条件で発生させた。
燃料（火皿）：自動車用ガソリン（１０ｃｍ角、深さ１０ｃｍ）
燃焼量：約５０ｍＬ
（５）測定項目
以下の２つのデータを測定し、低導電率水と高導電率水での煙除去効果を比較した。
測定項目１（減光率）：実験区画内の高さ１．６ｍと０．８ｍの２箇所にＣｓ計を接地し、減光率の経時変化を測定
測定項目２（沈降飽和時間）：一定時間ミストを放出し、ミスト放出を停止した後、煙および水粒子の沈降により減光率の回復が飽和するまでの時間を測定

（６）検証実験手順
以下の手順で、検証データを測定した。
ステップ１：実験区画内の燃料に点火
ステップ２：燃焼終了後、２分間ミストを放出し、ミスト放出中、およびミスト放出停止後の減光率の回復状況を減光率の回復が飽和するまで継続して測定

以上のような検証実験２の実験結果について説明する。図４は、本発明の実施の形態１における検証実験２を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。

図４に示した実験結果から、以下のことがわかる。
（効果１）減光率の改善
ガソリン燃焼煙に対して脱イオン水ミストを約２分間噴霧した結果、放出前に約９０％であった減光率が、放出後に約１０％にまで回復している。一方、水道水ミストを同条件で噴霧した際には、放出後の減光率の回復は、約５０％でとどまっている。従って、低導電水の水を使用することで、減光率の回復が大幅に向上する結果となった。

（効果２）沈降飽和時間の改善
沈降飽和時間に関しては、脱イオン水ミストを噴霧した場合には、２〜３分で減光率が急速に回復しているのに対して、同条件で水道水ミストを採用した場合には、２０分以上かかっている。従って、脱イオン水ミストを採用することで、沈降飽和時間を大幅に短縮する効果が得られた。

以上のように、検証実験２によれば、先の検証実験１と比較して実験区画の規模を拡大した場合にも、低導電率水をドライミストノズル４から噴霧することで、高導電率水道水を噴霧するときと比較して、減光率の回復、および沈降飽和時間に関して、大幅な改善結果が得られた。

＜実証実験３＞
次に、ドライミストノズル４から噴霧する水の導電率を変えて、本発明の帯電ミストによる煙除去方法の効果を検証した検証実験３について説明する。

（１）試料水
低導電率水および帯電し難い高導電率水として、以下の５つを試料水として使用した。
低導電率水（４種）：導電率＝１，３，６，１０μＳ／ｃｍの脱イオン水
高導電率水：導電率＝２８０μＳ／ｃｍの水道水

（２）ミスト放出条件
ミストノズルおよびミストポンプとしては、以下の性能のものを使用した。
ミストノズル：６ＭＰａ−２０ｍＬ／ｍｉｎ×１個
ミストポンプ：高圧プランジャポンプ（出力０．４ｋＷ）
ミスト放出時間：２分間

（４）煙発生源
除去対象である煙は、以下の条件で発生させた。
燃料（火皿）：自動車用ガソリン（φ２５×２０ｍｍ）
燃焼量：約３ｍＬ
（５）測定項目
以下の２つのデータを測定し、低導電率水と高導電率水での煙除去効果を比較した。
測定項目１（減光率）：ミスト放出前およびミスト放出後（沈降飽和後）の煙濃度をＣｓ計減光率として測定
測定項目２（沈降飽和時間）：一定時間ミストを放出し、ミスト放出を停止した後、煙および水粒子の沈降により減光率の回復が飽和するまでの時間を測定

（６）検証実験手順
以下の手順で、検証データを測定した。
ステップ１：グローブボックス内の燃料に点火
ステップ２：燃焼終了後、２分間ミストを放出し、ミスト放出中、およびミスト放出停止後の減光率の回復状況を減光率の回復が飽和するまで継続して測定

以上のような検証実験３の実験結果について説明する。図５は、本発明の実施の形態１における検証実験３を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。

また、図５に示した実験結果から、以下のことがわかる。
（効果１）減光率の改善
ガソリン燃焼煙に対して脱イオン水ミストを約２分間噴霧した結果、放出前に約９０％であった減光率が、放出後に１μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合は約２０％、３μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合は約２５％、６μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合は約３５％、１０μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合は約５０％、にまで回復している。一方、水道水ミストを同条件で噴霧した際には、放出後３分３０秒では、減光率の回復の飽和には至らず、回復は約６０％となっている。これより水の導電率が低い程、煙除去効果が高いことが確認された。

（効果２）沈降飽和時間の改善
ミスト噴霧中の２分間において、グローブボックス内を観測した結果、１，３，６μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストでは、煙粒子が帯電した水粒子に吸着することで、煙粒子の凝集（すなわち、多数の煙粒子が集合体を作る現象）が観測された。また、ミスト放出を停止した後にも、同様の凝集が発生し、沈降飽和時間に関しては、１μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合はミスト放出後約１分、３，６μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合はミスト放出後約１分３０秒、１０μＳ／ｃｍの脱イオン水ミストの場合でもミスト放出後約２分で減光率が急速に回復して飽和した。一方、水道水ミストは、減光率が急速に回復することはなく、放出後３分３０秒経過しても飽和には至らなかった。

以上のように、検証実験３によれば、導電率６μＳ／ｃｍ以下の低導電率水をドライミストノズル４から噴霧することで、高い煙除去効果を発揮し、導電率１０μＳ／ｃｍの低導電率水をドライミストノズル４から噴霧した場合でも、水道水をドライミストノズル４から噴霧した場合と比較して、一定の煙除去効果を示す結果が得られた。

＜検証実験４＞
次に、ドライミストノズル４から噴霧する放射圧力を変えて、本発明の帯電ミストによる煙除去方法の効果を検証した検証実験４について、説明する。

（１）試料水
低導電率水として、以下を試料水として使用した。
低導電率水：導電率＝１μＳ／ｃｍの脱イオン水

（２）ミスト放出条件
ミストノズルおよびミストポンプとしては、以下の性能のものを使用し、放水圧力を変えて実験を行った。なお、総水量が同程度になるように、ミストノズルの数量を調整した。
ミストノズル：６ＭＰａ−４７ｍＬ／ｍｉｎ
ミストポンプ：高圧プランジャポンプ（出力０．４ｋＷ）
ミスト放出時間：２分間
ミスト放出圧力（３種）：１．５，３，６ＭＰａ
ミストノズル数量（３種）：２０個（放出圧力：１．５ＭＰａ）、１４個（放出圧力：３ＭＰａ、）、１０個（放出圧力：６ＭＰａ）

以上のような検証実験４の実験結果について説明する。図６は、本発明の実施の形態１における検証実験４を実施した際の、経過時間に伴う減光率の測定結果をまとめた図である。

図６に示した実験結果から、以下のことがわかる。なお、検証実験４は、総水量をほぼ一定とし、放出圧力を変えることで、ミスト粒径の大きさを変えて煙除去効果を比較するものである。本実験に使用したミストノズルの場合、１．５ＭＰａで放出した場合の平均粒径は約４５μｍ、３ＭＰａで放出した場合の平均粒径は約３５μｍ、６ＭＰａで放出した場合の平均粒径は約３０μｍである。

（効果１）減光率の改善
ガソリン燃焼煙に対して脱イオン水ミストを約２分間噴霧した結果、放出前に約８５％であった減光率が、放出後に１．５ＭＰａで放出した場合は約６５％、３ＭＰａで放出した場合は約４５％、６ＭＰａで放出した場合は約２５％にまで回復している。従って、放出水量が同量であれば、ミスト粒径が小さいほど煙除去効果が高い結果となった。

（効果２）沈降飽和時間の改善
いずれの場合もミスト放出中から減光率の回復が見られ、放出後２〜３分で減光率が急速に減少した。この結果から、本実験の場合１．５ＭＰａで放出した場合の減光率は約６５％程度までしか回復していないが、１．５ＭＰａでミスト放出した場合でも、放出量を増やすことで、減光率の回復が期待できる。

以上のように、検証実験４によれば、ミスト粒径をより小さくすることで少水量でも高い煙除去効果が得られ、また、平均粒径４５μｍ以下のミスト粒径でミストを放出すれば煙除去効果が得られることが確認できた。

さらに、今回の検証実験４から、ミストを放出する圧力としては、１．５ＭＰａ以上に設定することで煙除去効果が得られることが確認でき、好ましくは３ＭＰａ以上に設定することで、減光率および沈降飽和時間の両面で、より充分な煙除去効果が得られることが確認できた。

なお、検証実験４に関しては、異なるノズルを用いて同じ平均粒子径のミストを発生させる場合、より高い放出圧力で生成された帯電ミストの方が、煙除去効果が高いことを確認している。

以上のように、実施の形態１によれば、脱イオン水のような低導電率水をあらかじめ貯水容器１に蓄えておくことで、噴霧時に電圧を印加することなく、帯電した水粒子を得ることができ、通常の水道水のような高導電率水を使用する場合と比較して、優れた煙除去効果を得ることができる。具体的な煙除去効果としては、減光率の回復、および沈降飽和時間において、大幅な改善結果が、検証実験を通じて確認できた。

なお、実施の形態１では、浮遊微粒子として煙にて実験を行っているが、本願のミストにより除去できる浮遊微粒子は、煙に限定するものではなく、空気中に浮遊する人に対し有害なものであり、例えば、花粉、ホコリ、塵、砂塵、ＰＭ２．５といったものである。

また、図１の構成においては、低導電率水が、あらかじめ貯水容器に蓄えられている場合を想定しているが、本発明は、このような構成に限定されるものではない。水道水から低導電率水を生成する整水器を備えた構成とすることによっても、同様の効果を得ることができる。

１貯水容器、２ポンプ、３バルブ、４ドライミストノズル、５噴霧制御部。

Claims

対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、前記浮遊微粒子の除去を行うミストによる浮遊微粒子除去装置であって、
前記対象区画内に設置され、前記対象区画内に水をミストとして噴霧する噴霧ノズルと、
前記対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水に相当する低導電率水を前記噴霧ノズルに供給する送水装置と
を備えるミストによる浮遊微粒子除去装置。
請求項１に記載のミストによる浮遊微粒子除去装置において、
前記噴霧ノズルから噴霧される前記ミストの噴霧粒径を４５μｍ以下とした
ミストによる浮遊微粒子除去装置。
請求項２に記載のミストによる浮遊微粒子除去装置において、
前記噴霧ノズルから前記ミストを放出する圧力を１．５ＭＰａ以上とした
ミストによる浮遊微粒子除去装置。
請求項１から３のいずれか１項に記載のミストによる浮遊微粒子除去装置において、
前記送水装置の一次側に設けられ、水道水から前記低導電率水を生成する整水器をさらに備える
ミストによる浮遊微粒子除去装置。
請求項１から４のいずれか１項に記載のミストによる浮遊微粒子除去装置において、
前記低導電率水を貯蔵する貯蔵容器をさらに備え、
前記送水装置は、前記貯蔵容器に貯蔵された前記低導電率水を前記噴霧ノズルに供給する
ミストによる浮遊微粒子除去装置。
対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入した際に、前記浮遊微粒子の除去を行うミストによる浮遊微粒子除去方法であって、
前記対象区画内に浮遊微粒子が発生または流入したことを知らせる外部信号を受信した際に、あらかじめ貯蔵された、導電率が１０μＳ／ｃｍ以下の水に相当する低導電率水を、前記対象区画内に設置された噴霧ノズルに供給し、前記対象区画内に水をミストとして噴霧させるステップを備える
ミストによる浮遊微粒子除去方法。