JP2016215119A - 流体処理用装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流体処理用装置は、導電性を有する被処理流体を処理する処理室と、前記処理室内を流動する被処理流体と接触するように設けられ、放電ガスが封入された、誘電体材料からなる長尺な放電空間形成管と、前記放電空間形成管の内部に、当該放電空間形成管の管軸方向に伸びるように配置された長尺電極と、前記放電空間形成管の内部において、当該放電空間形成管における、被処理流体が接触している領域の管壁を介して、前記長尺電極と当該被処理流体との間に放電を生じさせるための給電を行う駆動電源とを備え、前記駆動電源の一方の端子が前記長尺電極に電気的に接続されており、前記駆動電源の他方の端子と被処理流体とが電気的に接続されて当該被処理流体がグランド電位状態とされることを特徴とする。
【選択図】図1
Description
特許文献1には、流体処理用装置の或る種のものとして、水よりなる被処理流体を処理するための処理空間を有する、有底筒状の処理槽と、当該処理槽内に被処理流体(水)が満たされた状態において、少なくとも一部分が浸漬して被処理流体と接触した状態となるように設けられた放電空間形成ユニットとを備えている。この放電空間形成ユニットは、誘電体材料からなる長尺な放電空間形成管内に、放電ガスが封入されると共に、当該放電空間形成管の管軸方向に伸びるように配置された長尺電極が、誘電体材料よりなるカバーによって被覆された状態で配置されたものである。
この流体処理用装置においては、処理槽内の被処理流体が電極(外部電極)として利用され、当該被処理流体および長尺電極に対して交流電圧が供給されることにより、放電空間形成管内において放電が生じて光(紫外線)が放射され、その光が照射されることによって当該被処理流体が処理される。
前記処理室内を流動する被処理流体と接触するように設けられ、放電ガスが封入された、誘電体材料からなる長尺な放電空間形成管と、
前記放電空間形成管の内部に、当該放電空間形成管の管軸方向に伸びるように配置された長尺電極と、
前記放電空間形成管の内部において、当該放電空間形成管における、被処理流体が接触している領域の管壁を介して、前記長尺電極と当該被処理流体との間に放電を生じさせるための給電を行う駆動電源と
を備えてなる流体処理用装置において、
前記駆動電源の一方の端子が前記長尺電極に電気的に接続されており、
前記駆動電源の他方の端子と被処理流体とが電気的に接続されて当該被処理流体がグランド電位状態とされることを特徴とする。
前記供給口部および前記排出口部の少なくとも一方に、被処理流体を前記駆動電源の他方の端子に電気的に接続させるための接続部位が設けられていることが好ましい。
従って、本発明の流体処理用装置によれば、処理動作中に高電圧となる電極が外部に露出しておらず、また、処理室の内部に被処理流体が存在せずに処理を行う必要がない場合には、光が放射されることがないことから、高い安全性を得ることができる。
図1は、本発明の流体処理用装置の構成の一例を示す説明用断面図であり、図2は、図1の流体処理用装置を構成する放電空間形成ユニットを示す説明図である。
流体処理用装置10は、誘電体バリア放電を利用して光(紫外線)を得、その光を、導電性を有する被処理流体に対して照射することにより、当該被処理流体を光照射処理する装置である。
この流体処理用装置10は、長尺な円管状の処理室形成管11と、当該処理室形成管11の両端の開口を閉塞するように設けられた、略円柱状のキャップ部材16A,16Bとによって区画された処理室Sを備えている。この処理室Sの内部には、処理室形成管11の内径よりも小径の外径を有する、長尺な丸棒状の放電空間形成ユニット20が、処理室形成管11の中心軸(管軸)に沿って伸び、一端側(図1における右端側)が一方のキャップ部材16Aを挿通して外部に突出した状態で配設されている。一方のキャップ部材16Aには、当該キャップ部材16Aの径方向中央部に、放電空間形成ユニット20の外径に適合した内径を有する貫通孔が形成されている。また、他方のキャップ部材16Bには、内方面(図1における左方面)の中央部に、放電空間形成ユニット20の外径に適合する内径を有する凹部17が形成されおり、当該凹部17の内周面に、放電空間形成ユニット20の他端側(図1における左端側)が接触した状態とされている。これらのキャップ部材16A,16Bは、処理室形成管11を閉塞すると共に、放電空間形成ユニット20を所期の配置位置に保持する、位置決め・保持機能を有するものとされている。このようにして、処理室Sの内部においては、放電空間形成ユニット20がキャップ部材16A,16Bによって支持固定されており、この放電空間形成ユニット20と処理室形成管11との間に、被処理流体が流動する円環状の空間(以下、「流体流動空間」ともいう。)が形成されている。すなわち、放電空間形成ユニット20は、処理室Sの内部(流体流動空間)を流動する被処理流体と接触するように配設されている。
また、処理室Sの外部には、放電空間形成ユニット20において放電を生じさせるための給電を行う駆動電源19が設けられている。
この図の例において、処理室Sの内部には、処理室形成管11と放電空間形成ユニット20との間におけるキャップ部材16A,16Bの近傍位置に、各々、Oリング18A,18Bが設けられることにより、当該処理室Sの液密構造が形成されている。
また、キャップ部材16A,16Bは、耐腐食性および耐紫外線性能の高い材料からなるものとされる。
この図の例において、処理室形成管11は、石英ガラスからなるものであり、キャップ部材16A,16Bは、ポリテトラフルオロエチレンからなるものである。
また、放電空間形成管21の内部には、放電ガスが封入されると共に、例えばタングステンまたはモリブデンからなる金属棒25よりなる長尺電極が、放電空間形成管21の中心軸(管軸)上に、すなわち放電空間形成管21の中心軸(管軸)と一致するように、当該放電空間形成管21の中心軸に沿って伸びるように配置されている。
そして、放電空間形成管21の内部においては、長尺電極を構成する金属棒25が当該放電空間形成管21の管壁を介して流体流動空間と対向している領域全域により、放電空間が形成されている。すなわち、放電空間形成ユニット20は、処理室Sの内部(流体流動空間)において放電空間形成管21と接触した状態とされた被処理流体を電極(外部電極)として利用し、その被処理流体と長尺電極との間において、放電空間形成管21における被処理流体が接触している領域の管壁を介して誘電体バリア放電を生じさせて光(紫外線)を放射するものである。
ここに、放電空間形成ユニット20における放電空間の全長(放電空間形成ユニット20の発光長)は、例えば100〜500mmとされる。
この図の例において、長尺電極を構成する金属棒25の他端(図2における左端)には、当該金属棒25に連続するリング状部31Aと、直線状部31Bとよりなるサポータ31が一体的に連設されている。このサポータ31は、リング状部31Aが、Oリング18Bよりも内方側(図1における右方側)において、放電空間形成管21の内表面に接触または近接した状態となるように配置されている。すなわち、サポータ31のリング状部31Aは、放電空間形成管21の管壁を介して、処理室Sの内部(流体流動空間)の被処理流体と対向した状態となるように位置されている。このサポータ31は、長尺電極(金属棒25)を、放電空間における所期の配置位置に保持する、位置決め・保持機能を有すると共に、流体処理用装置10の駆動開始時(放電始動時)においては補助電極としても機能するものである。具体的に、サポータ31が設けられている場合には、流体処理用装置10の駆動開始時にはサポータ31がいわば補助電極となり、先ず、サポータ31の周囲において放電が生じ、その後、放電空間形成管21の放電空間内における当該放電空間形成管21の中心軸方向の全域において放電が発生することとなる。
また、放電空間形成管21の内部には、必要に応じて、フッ素ガス(F2 )、塩素ガス(Cl2 )、沃素ガス(I2 )および臭素ガス(Br2 )などのハロゲンガスが封入される。
ここに、放電空間形成管21の内部に封入される放電ガス、および必要に応じて封入されるハロゲンガスの種類は、流体処理用装置10の使用用途などによって異なり、流体処理用装置10において放射させることが必要とされる光(紫外線)の波長に応じて適宜に選択される。
ゲッタ33は、少なくとも、放電空間において光(紫外線)の作用などによって放電空間形成管21などから発生する酸素を吸収できる物質であればよく、ゲッタ33の材質としては、例えばジルコニウム(Zr)−アルミニウム(Al)合金、ジルコニウム(Zr)−鉄(Fe)合金、ジルコニウム(Zr)−アルミニウム(Al)−鉄(Fe)合金などの金属が挙げられる。
この図の例において、ゲッタ33は、放電空間形成管21の内部における他端側部分(図1における左端側部分)、具体的には、サポータ31のリング状部31Aよりも外方側に設けられた金属塊、または金属蒸着膜よりなるものである。
放電空間形成管21の内表面に蛍光体層が設けられていることにより、誘電体バリア放電によって生成されるエキシマ分子から放出される比較的短波長の光を長波長の光に変換することができる。
蛍光体の具体例としては、例えばプラセオジム付活リン酸ランタン(励起によって波長230nm付近の領域の光を放射)、ネオジウム付活リン酸ランタン(励起によって波長184nm付近の領域の光を放射)、ネオジウム付活リン酸イットリウム(励起によって波長190nm付近の光を放射)およびプラセオジウム付活イットリウムアルミニウムホウ酸塩(励起によって波長250nm付近の光を放射)などが用いられる。
結着剤としては、例えば軟質ガラス粉末および硬質ガラス粉末などが挙げられる。
このようにして、処理室Sには、被処理流体が供給される供給口部と、当該処理室Sにおいて処理された被処理流体が排出される排出口部とが設けられている。
また、処理室Sにおいては、供給口部および排出口部が処理室形成管11の他端側および一端側に設けられていることから、被処理流体導入口12Aから導入された被処理流体が被処理流体導出口12Bに至るまでの光照射流路長が長くなる。すなわち、被処理流体に対する光照射時間が長くなる。そのため、流体処理用装置10には、高い光照射処理効果(具体的には、殺菌効果および分解効果など)が得られる。
そして、導電部13B,14Bには、接続部材38,39を介して駆動電源19のグランド側、すなわち他方の端子が電気的に接続されている。この駆動電源19の他方の端子は、当該駆動電源19のグランド側端子である。このようにして、導電部13B,14Bにより、処理室Sの内部の被処理流体を駆動電源19の他方の端子に電気的に接続させるための接続部位が構成されおり、この接続部位(導電部13B,14B)を介して、処理室Sの内部の被処理流体が駆動電源19のグランド側に接続された状態(グランド電位状態)とされる。
この図の例において、導入用導管13における導電部13Bは、2つのガラス部13A,13Cの間に介在しており、これらのガラス部13A,13Cよりも大径の外径を有している。この導電部13Bにおいては、接続部材38が、当該導電部13Bの外周面に電気的に接続されている。
また、導出用導管14における導電部14Bは、2つのガラス部14A,14Cの間に介在しており、これらのガラス部14A,14Cよりも大径の外径を有している。この導電部14Bにおいては、接続部材39が、当該導電部14Cの外周面に電気的に接続されている。
更に、導電部13B,14Bにおいては、コスト(材料費)を考慮すると、導電部13B,14Bの内周面に、金メッキ膜、白金メッキ膜および金−白金合金メッキ膜のいずれかのメッキ膜が形成されてなることが好ましい。
被処理流体の導電率が過小である場合には、放電空間形成管21の内部において放電が生じず、被処理流体に対して光を照射して光照射処理を行うことができなくなるおそれがある。
駆動電源19として高周波交流電源が用いられる場合において、当該駆動電源19からの電力供給条件は、安定した放電を維持するために、周波数が50kHz以上であって、電圧(ピークピーク値)が2500V以上であることが好ましい。
また、放電空間形成管21の内部には放電ガスとしてキセノンガスが40kPaの圧力で封入され、駆動電源19からは、長尺電極と放電空間形成管21に接触した状態の被処理流体との間に、電圧(ピークピーク値)が3000Vの条件で交流電力が供給される。
具体的に説明すると、駆動電源19からの電力が、長尺電極を構成する金属棒25に供給されると共に、供給口部および排出口部を構成する導電部13B,14Bを介して処理室Sの内部を流動する被処理流体に供給される。そして、放電空間形成ユニット20においては、放電空間形成管21における被処理流体が接触している領域の管壁を介して、長尺電極と被処理流体との間(放電空間)に誘電体バリア放電が生じることによってエキシマ分子が形成され、そのエキシマ分子から放出される光(紫外線)が放電空間形成管21を透過して放射される。ここに、放電空間形成ユニット20において、誘電体バリア放電は、長尺電極の伸びる方向(図1における左右方向)において一様に、かつ長尺電極を中心に放射状に形成される。
このようにして放電空間形成ユニット20から放射された光が、処理室Sの内部を流動する被処理流体に照射されて光照射処理が行われる。そして、処理室Sの内部において光照射処理された被処理流体が、排出口部を構成する被処理流体導出口12Bおよび導出用導管14を介して処理室Sの外部に排出される。
また、導電部13B,14Bが駆動電源19のグランド側に接続されていることから、駆動電源19から電力が供給された被処理流体は、グランド電位状態とされる。そのため、処理動作中においては、放電空間形成管21の内部に配置されている長尺電極が高電圧となることから、当該放電空間形成管21の外部には高電圧となる電極が存在しない。
従って、流体処理用装置10によれば、処理動作中に高電圧となる電極が外部に露出しておらず、また、処理室Sの内部において被処理流体が放電空間形成管21に接触していない状態であって処理を行う必要がない場合には、光が放射されることがないことから、高い安全性を得ることができる。
ここに、流体処理用装置10は、水中に含まれる有機物の分解(TOC分解)処理を行うために用いる場合には、波長190nmに中心波長を有する波長170〜200nmの光を放射するものであることが好ましく、また水中に含まれる菌を消滅させるためのいわゆる殺菌処理に用いる場合には、波長250nmに中心波長を有する波長220〜290nmの光を放射するものであることが好ましい。
例えば、流体処理用装置は、放電始動性の観点から、図1に示されるように処理室における供給口部と排出口部との両方に接続部位が設けられていることが好ましいが、供給口部および排出口部のいずれか一方にのみ接続部位が設けられたものであってもよい。供給口部および排出口部のいずれか一方にのみ接続部位が設けられる場合には、処理室の内部において、放電空間形成ユニットを、接続部位が設けられた口部(具体的には、供給口部または排出口部)に接近するように配置することが好ましい。
また、流体処理用装置は、処理室の内部に複数の放電空間形成ユニットが配置されてなるものであってもよい。
図4は、本発明の流体処理用装置の構成する長尺電極の他の例を、放電空間形成管と共に示す説明図である。
図4に係る放電空間形成ユニット40は、長尺電極がコイル状電極42よりなること、およびサポータ46の形状が異なること以外は、図2に係る放電空間形成ユニット20と同様の構成を有するものである。この放電空間形成ユニット40において、放電空間形成管21、金属箔27、外部リード棒28およびゲッタ33は、図2に係る放電空間形成ユニット20を構成する放電空間形成管21、金属箔27、外部リード棒28およびゲッタ33と同様である。
放電空間形成ユニット40において、長尺電極は、例えばタングステン素線またはモリブデン素線がコイル状に巻回されて形成されてなるコイル状電極(以下、「コイル体」ともいう。)42よりなるものである。
このコイル体42は、放電空間形成管21の内部において、放電空間形成管21の中心軸(管軸)上に、すなわちコイル体42の中心軸(コイル軸)が放電空間形成管21の中心軸(管軸)と一致するように、当該放電空間形成管21の中心軸に沿って伸びるよう配置されている。
そして、コイル体42には、当該コイル体42の一端(図4における右端)にモリブデンまたはタングステンからなる内部リード棒44が接続されており、この内部リード棒44の一端(図4における右端)は、放電空間形成管21の封止部21Aに伸びて、当該封止部21A内に埋設された金属箔27に接続されている。ここに、長尺電極を構成するコイル体は、内部リード棒を介さずに直接的に金属箔に接続されていてもよい。また、金属箔27には、一端(図4における右端)が封止部21Aから外方に突出して伸びる外部リード棒28が接続されている。
また、サポータ46は、長尺電極を構成するコイル体42の他端(図4における左端)に連続するリング状部46Aと、コイル状部46Bとよりなり、コイル体42の他端に一体的に連設されているものである。このサポータ46は、放電空間形成管21の内表面に接触または近接した状態となるように配置されている。すなわち、サポータ46のリング状部46Aは、放電空間形成管21の管壁を介して、処理室の内部(流体流動空間)の被処理流体と対向した状態となるように位置されている。このサポータ46は、長尺電極(コイル体42)を、放電空間における所期の配置位置に保持する、位置決め・保持機能を有すると共に、流体処理用装置の駆動開始時(放電始動時)においては補助電極としても機能するものである。
図1に従って、水中に含まれる有機物の分解(TOC分解)処理を行うため流体処理用装置(以下、「液体処理用装置(1)」ともいう。)を作製した。
作製した液体処理用装置(1)は、下記の仕様を有するものである。
放電空間形成管(21);材質:石英ガラス,外径:16mm,内径:14mm
長尺電極を構成する金属棒(25);材質:モリブデン,外径:0.8mm
放電ガス;種類:キセノンガス(Xe),封入圧:40kPa
処理室(S)の全長:200mm
処理室形成管(11);材質:石英ガラス,内径:21mm,厚み:約2mm
キャップ部材(16A,16B);材質:ポリテトラフルオロエチレン
駆動電源(19);種類:高周波交流電源,電圧(ピークピーク値):3000V
導入用導管(13);ガラス部(13A,13C)の材質:石英ガラス,導電部(13B)内周面の材質:金−白金合金(メッキ膜)
導出用導管(14);ガラス部(14A,14C)の材質:石英ガラス,導電部(14B)内周面の材質:金−白金合金(メッキ膜)
また、始動電圧を測定したところ、2000Vであった。
更に、供給口部からの水道水の供給を開始し、放電空間形成ユニット(20)が光を放射する状態とされた後に、供給口部からの水道水の供給を中止したところ、処理室(S)から全ての水道水が排出された後には放電空間形成ユニット(20)から光が放射されることはなかった。
実施例1において、導出用導管を、導電部を有さないものとしたこと以外は、液体処理用装置(以下、「液体処理用装置(2)」ともいう。)を作製した。
また、始動電圧を測定したところ、2100Vであった。
更に、供給口部からの水道水の供給を開始し、放電空間形成ユニット(20)が光を放射する状態とされた後に、供給口部からの水道水の供給を中止したところ、処理室(S)から全ての水道水が排出された後には放電空間形成ユニット(20)から光が放射されることはなかった。
また、供給口部および排出口部の両方に被処理流体を駆動電源に接続ための接続部位を設けることにより、始動電圧を低くすることができ、よって優れた放電始動性が得られることが確認された。
11 処理室形成管
12A 被処理流体導入口
12B 被処理流体導出口
13 導入用導管
13A,13C ガラス部
13B 導電部
14 導出用導管
14A,14C ガラス部
14B 導電部
16A,16B キャップ部材
17 凹部
18A,18B Oリング
19 駆動電源
20 放電空間形成ユニット
21 放電空間形成管
21A 封止部
25 金属棒
27 金属箔
28 外部リード棒
29 接続部材
31 サポータ
31A リング状部
31B 直線状部
33 ゲッタ
38,39 接続部材
40 放電空間形成ユニット
42 コイル状電極(コイル体)
44 内部リード棒
46 サポータ
46A リング状部
46B コイル状部
S 処理室
Claims (5)
- 導電性を有する被処理流体を処理する処理室と、
前記処理室内を流動する被処理流体と接触するように設けられ、放電ガスが封入された、誘電体材料からなる長尺な放電空間形成管と、
前記放電空間形成管の内部に、当該放電空間形成管の管軸方向に伸びるように配置された長尺電極と、
前記放電空間形成管の内部において、当該放電空間形成管における、被処理流体が接触している領域の管壁を介して、前記長尺電極と当該被処理流体との間に放電を生じさせるための給電を行う駆動電源と
を備えてなる流体処理用装置において、
前記駆動電源の一方の端子が前記長尺電極に電気的に接続されており、
前記駆動電源の他方の端子と被処理流体とが電気的に接続されて当該被処理流体がグランド電位状態とされることを特徴とする流体処理用装置。 - 前記処理室には、被処理流体が供給される供給口部と、当該処理室において処理された被処理流体が排出される排出口部とが設けられており、
前記供給口部および前記排出口部の少なくとも一方に、被処理流体を前記駆動電源の他方の端子に電気的に接続させるための接続部位が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の流体処理用装置。 - 前記供給口部および前記排出口部の両方に前記接続部位が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の流体処理用装置。
- 前記接続部位が、金、白金およびこれらの合金からなる群の少なくとも1種よりなることを特徴とする請求項2または請求項3に記載の流体処理用装置。
- 前記被処理流体は、導電率が40μS/cm以上のものであることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の流体処理用装置。
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