JP3914871B2 - 浄水装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浄水装置に関し、特にボルタ電池の電気分解作用を利用して、水族館や池及び生産工場等、浄水を要する任意の場所に容易に投入することができる単純な構造とすることにより、薬品や浄化施設を使用しなくとも水を効果的に浄化させることができる浄水装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水を浄化させるための浄水装置は主に飲料用や工業用水等に用いられるものが大部分であり、池や水族館及び金魚鉢等のように生物が活動している所に用いられる浄化装置は殆どなく、これにより水族館や金魚鉢内の場合は別途の浄水装置がないので、一定期間後には定期的に水の取替えをしたり水槽の内部を掃除しなければならない不便を伴う。
【０００３】
特に、大型の水族館や金魚鉢等の水の取替え作業は煩雑であるだけでなく、多くの時間及び費用を必要とする。その上、池のように溜まっている水の場合、こけが成長して幾多の有害物が発生し、その結果水が腐る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明は、水中の細菌を殺菌して悪臭を除去し、そして水生植物や魚の成長を促進させるために、水中に容易に取り付けることができる浄水装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る浄水装置は、非鉄金属コアと、前記非鉄金属コアの回りに金属コイルが巻かれているボルタ電池が内部に収容され、さらに外部は遠赤外線を得るためのセラミック材で形成され、且つ水の流入が自在で回りの全体に多数の貫通孔が形成された外部ハウジングが位置する電池部と、内部は一定の大きさの伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体が収容され、さらに外部は遠赤外線を得るためのセラミック材で形成され、且つ水の流入が自由に回りの全体に貫通孔が多数形成された外部ハウジングが囲んでいる非鉄金属線をまるめた塊状部と、前記電池部と前記非鉄金属線をまるめた塊状部の間を連結する連結線を含む構成でなることを特徴としている。
【０００６】
前記本発明において、非鉄金属コアの形状はリング形に形成するのが好ましく、電池部と非鉄金属線をまるめた塊状部の外部ハウジングは設けられる場所の美観を考慮して名勝古跡や動物の形に形成し、外観が全体的に自然で親密感を与えるようにする。さらに、浄水装置の電池部と非鉄金属線をまるめた塊状部の中間部位にコネクターを用いて浄水装置の設置及び使用を便利にする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
参考に、本発明に係る浄水装置に適用される電気的化学反応の理論的背景に対し先ず説明する。
【０００８】
一般に、反応物から生成物が形成される化学反応が発生すると、反応に関与する原子の一部又は全部の酸化状態の変化、すなわち原子状態の変化に従うことになる。このような原子状態の変化に電子の交換が関連しているとき、これを電気化学反応という。
【０００９】
前記電気化学反応は電池、電気冶金、金属表面処理、金属腐食等、種々の分野に関連しており、特に電気的仕事を得ることができる装置を製造することに多く応用されている。その上、各種の計測装置は、電気化学反応に基づいて開発されている。
【００１０】
金属イオンのような電気的物質が、水溶液、溶融塩、又は固体電解質内での化学反応に関係しているか、または濃度差により拡散される時、起電力（ｅｍｆ）が発生する。ここで、溶液の外で外部電気回路を生成するとこのような反応システムから電気的ワーク（electrical work）を得ることができる。このようなシステムを電気化学電池（electrochemical cell）と呼ぶ。
【００１１】
一般に、金属をそれ自体のイオンが入っている溶液内に浸したとき、金属と溶液の間には電位差が発生する。この電位差を半電池電位(half-cell potential）、又は単一電極電位（single electrode cell potential）と呼ぶ。イオン化傾向を単一電極電位を利用して定量化することは便利である。しかし、単一の電極だけでなる電池を生成することは不可能であり、したがって単一電極だけでなる電池の電位を測定するということは不可能である。しかし、単一電極電位の概念は非常に便利である。従って、例えば、任意のゼロ（０）の電位値を与えた特定標準単一電極を選定しておき、これをその他の単一電極と一対にして電気化学電池を形成しておけば、任意の単一電極の電位値を相対的に測定することができる。
【００１２】
水溶液で用いられる標準単一電極は標準水素電極（Standard Hydrogen Electrode：ＳＨＥ）であるが、これは活動度が１である水素イオンが入っている水溶液と接触している１気圧下の気体でなる水素電極をいう。金属の標準単一電極は、活動度１の金属イオンが入っている溶液と接触している純粋な金属で構成される（普通１g-moleの金属イオンが入っている溶液を標準状態として取る）。金属単一電極の標準電位は標準水素電極と比べて決められる。
【００１３】
以下では、添付の図面を参照し、本発明に係る浄水装置の実施の形態に対し詳細に説明する。
【００１４】
図１は本発明に係る浄水装置の構成を概略的に示す断面図であり、図２は前記図１に示した本発明の非鉄金属コア１と伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９を外部ハウジングから分離させた状態の図面である。
【００１５】
前記図面を共に参照すると、本発明の浄水装置は内部に非鉄金属コア１が含まれ、且つ外部はセラミックで形成された所定形状の外部ハウジング７が囲んでいる電池部１５と、前記電池部１５と金属コイルでなる連結線１１により連結され、内部には所定の容量を有する伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９が収容され、且つ外部はセラミック材の外部ハウジング１３が囲む非鉄金属線をまるめた塊状部１７とで大きく構成されている。
【００１６】
前記電池部１５は、内部にボルタ電池５が収容されている。前記ボルタ電池５は図２に示されているように、リング形の非鉄金属コア１の回りに金属コイル３を巻きくことにより形成される。
【００１７】
この非鉄金属コア１は前記図示された例ではリング状に構成したが、一字形やその他任意の形に変形させることができ、その材質は非鉄金属を組み合わせて生成したもの、例えばアルミニウム合金と亜鉛等の金属を組み合わせて生成し、前記リング形の非鉄金属コア１の回りに沿って巻かれる金属コイル３は銅合金又は銀でなるコイルを用いる。
【００１８】
前記リング形の非鉄金属コア１と金属コイル３でなるボルタ電池５が、収容された外部ハウジング７は、セラミック材質で形成されたものであり、ボルタ電池５が位置する内側方向に水が通ることができるよう、ハウジング７の全体に貫通孔４が多数形成されている。前記ハウジング７の内部にボルタ電池５を結着させるため、リング形の非鉄金属コア１の回りに多数の突出片６を形成し、この突出片６に固定螺子８が挿入されるようにし、ハウジング７の内部にボルタ電池５が結着されるようにする。
【００１９】
前記非鉄金属線をまるめた塊状部１７は、内部に伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９が収容され、その外部はセラミックで製造された外部ハウジング１３が囲んでおり、内部に水の出入りが自在になるよう、前記ハウジング１３の回りに沿って多数の貫通孔１４が形成され、前記伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９は、ＡｌやＺｎ等の非鉄金属から形成されている。
【００２０】
前記電池部１５と非鉄金属線をまるめた塊状部１７の各々の外部ハウジング７、１３は、設けられる場所の環境を考慮し、これに適した形に形成するようにする。例えば、風光明媚な名勝古跡が位置する池等に本発明の浄水装置が設けられる場合、これとなじむ形にするか、又は亀や兎のような動物の形に形成する。
【００２１】
前記電池部１５と非鉄金属線をまるめた塊状部１７を繋ぐ連結線１１は、銅合金や銀でなる金属コイルを用いるのが好ましく、さらに、前記連結線１１の中間地点では浄水装置の設置及び運用を容易にするため、連結コネクター１９を備えることもできる。
【００２２】
図３は、本発明に係る浄水装置の電池部１５及び非鉄金属線をまるめた塊状部１７が水槽内に設けられた状態を示す図であり、前記電池部１５と非鉄金属線をまるめた塊状部１７は水槽内に所定厚さに敷かれている砂２１の下部に埋められ、その上部は砂の上に露出されるように設けられている。したがって、砂２１の上部に露出された電池部１５と非鉄金属線をまるめた塊状部１７の外部ハウジング７、１３は、外部に露出されるので、水槽内の景観と自然な調和をなすことができる形にする必要がある。
【００２３】
図４は、本発明の浄水装置に用いられる非鉄金属コアの他の実施の形態を示す図であり、図示された非鉄金属コア３１は直線棒形で、その回りに金属コイル３３が巻かれている。すなわち、非鉄金属コアは、多様な形態に構成することができる。
【００２４】
以下、前記のように構成された本発明の実施の形態に係る浄水装置の浄水原理及び作用に対し説明する。
【００２５】
参考に、本発明の浄水装置は本出願人が韓国特許庁に特許出願して特許登録を受けた特許第１８８３２８号（発明の名称：鉄材配管内の腐食及びスケール発生防止装置）で提示している技術的理論を基にしており、基本的な技術的原理を図３を参照して説明すると次の通りである。
【００２６】
先ず、非鉄金属コア１と、前記非鉄金属コア１の外部に位置し遠赤外線波を発するセラミック材で形成された外部ハウジング７で組み合わせられた装置、すなわち本発明の電池部１５を水に浸すと、水が分極化される。この分極現象は水中で電極の酸化（oxidation）及び還元（reduction）の電位が形成されることにより行われる。
【００２７】
次は、水道水の特性を示す。
【００２８】
すなわち、水道水の総硬度は100〜150ppm[TH]（TH：Total Hardness）で、溶存物質は129〜200ppm[TDS]（TDS：Total Dissolved）で、電気伝導度は150〜200[μs/cm²]で、塩素（Ｃｌ^-）は10ppm以上であり、周波数（ｆ）は約120Hzである。
【００２９】
水道水の場合、リング形でなる非鉄金属コア１の中心部は陽（＋）極であるアノード（Anode）となり、酸化還元電位（ＯＲＰ：Oxidation Reduction Potential、以下'ＯＲＰ'という）は（＋）400〜600mVであり、水素濃度はPh6〜4となる。
【００３０】
そして、非鉄金属コア１の回りを囲む金属コイル３の端部はカソード（Cathode）となり、ＯＲＰは（−）400〜600mVであり、水素濃度はPh8〜10となる。
【００３１】
一方、前記ＯＲＰの変化の推移は次式にように表される。
【数１】

【００３２】
前記式で電気分解の条件で見る場合、記号は次のように定義される。すなわち、
Eo：水が有する基本標準電位（±mV）、
nf：電子ファラデー常数、
Rt：ガス温度定数、
Cox：総酸化体グループ、
Cred：総還元体グループ、になる。
【００３３】
結果的に、陽極のアノードには酸化体であるCoxグループ、例えばＣｌ^-、Ｏ、Ｏ₂、Ｏ₃、ＯＨ^-のような酸化体グループが形成され、陰極のカソードには還元体であるCredグループ、例えばＮａ⁺、Ｈ⁺、Ｈ₂Ｏのような還元体グループが形成され、飽和状態をなすことになる。
【００３４】
電位がゼロである水素（Ｈ）の不安定状態のために、酸素（Ｏ）は、電子（ｅ^-）２つを再結合するため、激しく運動することになり、これにより水分子の活性化を期することができる。
【００３５】
一方、水中の溶存酸素（ＤＯ：Dissolved Oxygen）は、大気圧で最大20.9％で、次の式と水の大気接着面積（cm²）により計算される。
ＤＯ＝Ｈ*Ｘ_o（Ｈ：ヘンリ常数、Ｘ_o：大気酸素量）[mg Ｏ/リットル]
【００３６】
結局、水分子の活性化に従って、飽和状態の水の量が持続される。水道水の場合、水分子の活動周波数（Frequency）は、120Hz程度である。ここで、遠赤外線波（Infra Red Radiation）を加えることにより、水分子は活性化状態を引続き維持される。このとき、前記遠赤外線波の線幅が大きくならないようにすることが重要である。
【００３７】
前記本発明の実施の形態に係る浄水装置においては、コイル３が巻かれている非鉄金属コア１と電気伝導性非鉄金属でなる伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９を組み合わせるが、前記ボルタ電池５と伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体９を内部に収容する外部ハウジング７、１３を高純度セラミックで形成し、約5〜20μm/cm²に該当する遠赤外線波が印加されるようにする。
【００３８】
さらに、前述したように、電気量がゼロである水素（Ｈ）は、弱い電荷に敏感であり、不安定な状態である。水素と酸素が再結合する過程が繰り返されると、水分子の極は、活性化によってPh7.5の水準を維持することになり、これに伴い水分子の構造数（cluster）が増加することになる。
【００３９】
強い電気が水分子の電位に加えられると、微生物の細胞の脂肪や蛋白質、核酸、酵素が損傷を与えられて、正常機能を失うことになる。特に、核酸の損傷はＤＮＡとＲＮＡの遺伝情報に影響を及ぼすものと知られている。
【００４０】
本発明の装置の場合、水の電位が最高900mV（水道水）である。微生物の水電位が数mVであると考えれば、浄水装置は、微生物の菌を十分殺すことができる。
【００４１】
一方、金魚鉢（魚族）の管理で肉眼で区別されるもののうち藻類（緑藻）の発生があるが、これは微生物の増殖に伴い藻類自体で放出される接着物質と静電的結合（電気イオン）がその原因として知られている。
【００４２】
したがって、上記で言及したように、細菌の発生を源泉的に防止しながら汚染菌の水酸基（ＯＨ^-）又は汚染菌の水素基（Ｈ⁺）イオンが互いに交替されるが、これは結局前記イオンが互いに排他的な状況となり、細菌が水槽の内部に挟着されないようにする。
【００４３】
結局、本装置においてリング構造の非鉄金属コア１の中央部は酸性酸化水に、前記非鉄金属コア１の回りを囲む金属コイル３部分はアルカリ性還元水になり、粘着性の汚染源の除去に極めて効果的である。
【００４４】
通常、水槽内の水は汚染され得る条件が自然に備えられており、このような条件で長期間放置される場合が大部分であるが、前述したように本発明の装置を利用して分極と遠赤外線波を並行して印加する場合、水処理を極めて効果的に行うことができる。
【００４５】
次の＜表＞は、本発明の装置を水槽内に設けて水槽内の水の状態の変化を観察するため、一定期間経過後の溶存酸素量（ＤＯ）と生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）を測定したデータである。
【表１】

参考に、前記実験で用いられた計測器は「U.S.A HACH-DR2000 Type」である。
【００４６】
前記＜表＞で分かるように、本発明の浄水装置を水槽に用いた場合、表われた数値は１ヶ月経過後の水は１級水、３ヶ月及び６ヶ月経過時は２級水水準の水質を示していることが分かる。すなわち、本発明の浄水装置の使用でアンモニア（ＮＨ₃）、アンモニア性窒素（ＮＨ₃ ^-Ｎ）、硫化水素（Ｈ₂Ｓ）、窒酸性窒素等の成分が抑制されると共に、昇華（気化）されることにより緑藻類に含まれている細菌等の有機物濃度が大きく減少することになり、生物学的酸素要求量（ＢＯＤ）及び化学的酸素要求量（ＣＯＤ）が数ヶ月間に亘って安定することが分かる。
【００４７】
【発明の効果】
前述のように、本発明に係る浄水装置は、簡単で小型化された構造を有しているため水槽内への設置が容易であり、細菌の殺菌及び細菌生成の抑制と、悪臭除去、水草類の旺盛な発育及び魚の成長促進を図ることができ、これに伴い水槽内の水の取替え回数を画期的に減少させることができ、作業に伴う手間及び経済的な損失を補うことができる。
【００４８】
本発明の浄水装置は多様な用途に用いることができるが、例えば観賞用の魚を育てる水槽や稚魚等を育てる養殖場の大型水槽、池や湖のような淡水池、人工噴水台、浄化された水を用いる工場及びその他の長期保全される淡水等に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る浄水装置の構成を概略的に示す断面図。
【図２】 図１の非鉄金属コアと伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体を外部ハウジングから分離させた状態を示す。
【図３】 同浄水装置を水中に設けた状態を示す断面図。
【図４】 本実施形態に係る浄水装置に使用される非鉄金属コアの他の形状を示す。
【符号の説明】
１，３１…非鉄金属コア、３，３３…金属コイル、４，１４…貫通孔、５…ボルタ電池、６…突出片、７，１３…外部ハウジング、８…固定螺子、９…伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体、１１…連結線、１５…電池部、１７…非鉄金属線をまるめた塊状部、１９…連結コネクター、２１…砂

Claims (4)

1. 浄水装置において、
   非鉄金属コアと、前記非鉄金属コアの回りに金属コイルが巻かれているボルタ電池が内部に収容され、さらに外部は遠赤外線を得るためのセラミック材で形成され、且つ水の流入が自在で回りの全体に多数の貫通孔が形成された外部ハウジングが位置する電池部と、
   内部は一定の大きさの伝導性非鉄金属線をまるめた塊状体が収容され、さらに外部は遠赤外線を得るためのセラミック材で形成され、且つ水の流入が自由に回りの全体に貫通孔が多数形成された外部ハウジングが囲んでいる非鉄金属線をまるめた塊状部と、
   前記電池部と前記非鉄金属線をまるめた塊状部の間を連結する連結線を含むことを特徴とする浄水装置。
2. 前記非鉄金属コアの形状をリング形にしたことを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
3. 前記電池部及び非鉄金属線をまるめた塊状部の外部ハウジングは、美観や名勝古跡がある所等、設けられる場所を考慮し、自然で親しみやすい形状や動物の形に形成することを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。
4. 前記電池部と非鉄金属線をまるめた塊状部の連結を容易にするため、前記連結線の中間部にコネクターが備えられることを特徴とする請求項１に記載の浄水装置。

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