JP6889499B2

JP6889499B2 - 活性酸素発生装置

Info

Publication number: JP6889499B2
Application number: JP2019211892A
Authority: JP
Inventors: 章青山
Original assignee: Ｗｅｆ技術開発株式会社
Priority date: 2019-11-23
Filing date: 2019-11-23
Publication date: 2021-06-18
Anticipated expiration: 2039-11-23
Also published as: JP2021080149A

Description

本発明は、活性酸素発生装置、空気清浄方法、廃水処理方法及び有機廃棄物の分解処理方法に関する。

活性酸素発生装置として、「高電圧を流した放電針から電子を発生させる放電管の先端に電磁コイルを巻きつけ、その中心部に空気を流し込むことで空気中の酸素分子を励起させることによって一重項酸素などの活性酸素種を生成させることができる空気の電子化装置」が知られている（特許文献１）。

実用新案登録第３１３３３８８号公報

従来の装置では、活性酸素の発生量が十分でないという問題がある。
本発明の目的は、容易に多量の活性酸素を発生できる活性酸素発生装置を提供することである。

本発明の活性酸素発生装置の特徴は、気体流入口から流入する含酸素気体に電子を放射してイオン化気体を流出するための電子放射式マイナスイオン発生ユニットと、
永久磁石内に設けられた流路の流入側がＳ極又はＮ極であり、流出側がその反対の極であって、この流路に電子放射式マイナスイオン発生ユニットから流出するイオン化気体を流入させて活性酸素を流出するための高磁界チャンバーとを有する点を要旨とする。

本発明の空気清浄方法の特徴は、上記の活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と空気とを接触させて空気を清浄する点を要旨とする。

本発明の廃水処理方法の特徴は、上記の活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と廃水とを接触させて廃水を浄化する点を要旨とする。

本発明の有機廃棄物の分解処理方法の特徴は、上記の活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と有機廃棄物とを接触させて有機廃棄物を分解処理する点を要旨とする。

本発明の活性酸素発生装置は、容易に多量の活性酸素を発生できる。また、従来の装置に比べて簡便かつ容易に多量の活性酸素を発生できる。

本発明の空気清浄方法によると、上記の活性酸素発生装置を用いるので、多量の活性酸素を発生でき、従来の装置に比べて空気の浄化能力が高い。

本発明の廃水浄化方法によると、上記の活性酸素発生装置を用いるので、多量の活性酸素を発生でき、従来の装置に比べて廃水の浄化能力が高い。

本発明の有機廃棄物の処理方法によると、上記の活性酸素発生装置を用いるので、多量の活性酸素を発生でき、従来の装置に比べて有機廃棄物の分解処理能力が高い。

本発明の活性酸素発生装置の一形態を模式的に示した概念図である。

電子放射式マイナスイオン発生ユニットには、高電圧を印可するための陰極針を内蔵し、含酸素気体を流入させるための気体流入口とイオン化気体を流出させるためのイオン気体流出口とを持っている。電子放射式マイナスイオン発生ユニットは、コロナ放電現象を利用せず、含酸素気体にニードル状の陰極針から電子を放射してイオン化気体を発生させるものであり、公知の電子放射式マイナスイオン発生ユニット（特開平７−１５３５４９号公報、特開平１０−１６２９３２号公報、特開平１０−１９９６５４号公報、特開平１０−１９９６５５号公報、特開平１０−３２５５６０号公報、特開２００１−３３８７４３号公報、特開２００１−５６３９５号公報、特開２００２−１１０３１２号公報、特開２００２−３１９４７０号公報、特開２００３−１７２１８号公報又は特開２００５−５０４９号公報等に開示されたもの）等が使用できる。

公知の電子放射式マイナスイオン発生ユニットのうち、鉄心型トランスを用いたものは電磁波(すなわち、電界及び磁界)を発生しやすいので、圧電トランスを用いた方式のものが好ましく、市場から入手できるものとして、マイナスイオン発生ユニットＭＩＯＮ（日新電機株式会社）、負イオン発生ユニットＩＴＭ−Ｆ２０１、ＩＴＭ−Ｆ３０１（アンデス電気株式会社）及びマイナスイオン発生器ＩＯＮ００１−３／１２／２４／１００、ＩＯＮ００２−１００（中遠電子工業株式会社）等が挙げられる。

気体流入口には、含酸素気体（すなわち酸素分子を含む気体；酸素ガス、空気等）を流入できればよいが、この気体流入口に、空気を吸気し高濃度酸素を含む含酸素気体を流出する酸素濃縮器の流出口が接続されていることが好ましい。

酸素濃縮器としては、特殊ゼオライトを入れ、加圧と減圧とを繰り返して酸素ガスと窒素ガスとを分離する吸着式（ＰＳＡ式：Pressure Swing Adsorption）でも、窒素ガスより酸素ガスを多く透過する酸素富化膜を用いて酸素ガスを濃縮する酸素富化膜式のいずれも使用できるが、吸着式（ＰＳＡ式）が好ましい。

イオン化気体のイオン密度は、１×１０^３〜１×１０^８個／ｍｌ程度が好ましく、さらに好ましくは１．５×１０^３〜２×１０^７個／ｍｌ程度が好ましい。
イオン密度は、ＪＩＳＢ９９２９：２００６「空気中のイオン密度測定法」に準拠して測定される（並行平板式イオン密度測定器）。

高磁界チャンバーは、電子放射式マイナスイオン発生ユニットから流出するイオン化気体に磁場を印加できる高磁界を内蔵する。また、高磁界チャンバーには、電子放射式マイナスイオン発生ユニットから流出するイオン化気体を流入させるためのイオン化気体流入口と、高磁界チャンバーから活性酸素を流出させるための活性酸素流出口を有する。

高磁界チャンバーは、流入側がＳ極又はＮ極であり、流出側がその反対の極である流路が設けられた永久磁石を内蔵する。この流路は、円柱型永久磁石に穴開けして形成してもよいし、中空円筒型永久磁石の中空部分をそのまま活用してもよいし、リング型又はドーナツ型永久磁石を重ねて形成しもよい。また、流路は、保護皮膜（保護チューブや保護塗料等）で保護されていてもよい。

永久磁石は、ハードフェライト磁石、ネオジム磁石、アルニコ磁石及びサマコバ磁石等の種類に限定はないが、磁界の強さの観点から、ネオジム磁石（約８０℃まで）、アルニコ磁石及びサマコバ磁石からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましく（さらに好ましくはネオジム磁石）、磁界の強さ及び耐熱性の観点から、アルニコ磁石（約４５０℃まで）及びサマコバ磁石（約２００℃まで）からなる群より選ばれる少なくとも１種が好ましい。

活性酸素流出口付近の磁束密度は、１００〜７００ｍＴ程度が好ましく、さらに好ましくは２００〜６００ｍＴ程度である。

特許文献１の装置では、電磁コイルに定電流を流すことによって発生する磁界を利用しているが、電磁コイルに定電流を流すことによって、磁界の発生と共に電界も発生する。一方、本発明において、永久磁石を用いているのでこの電界は発生しない。この電界の発生の有無も活性酸素の発生量に影響していると考えられる。

本発明の活性酸素発生装置から排出できる活性酸素には、スーパーオキシドアニオン（・Ｏ_２ ⁻）やヒドロペルオキシルラジカル（ＨＯ_２）が含まれていると考えられる。

本発明の活性酸素発生装置は、電磁コイルがないだけでなく、電磁コイルの制御回路装置や電磁コイルの冷却装置が不要なため、小型化できる。このため、本発明の活性酸素発生装置は設置場所（すなわち、設置箇所）に制限がなく、従来設置できなかった箇所（たとえば、廃水のより近い箇所）にも容易に設置できる。また、本発明の活性酸素発生装置は、電磁コイルがないだけでなく、電磁コイルの制御回路装置や電磁コイルの冷却装置が不要なため、これらに必要なエネルギーが不要（省エネルギー）となる。

本発明の活性酸素発生装置は、空気清浄方法、廃水処理化方法及び有機廃棄物の分解処理方法等に好ましく適用できる。

空気清浄方法において、上記の活性酸素発生装置によって、酸素分子を含む含酸素気体に電子を放射して生成するイオン化気体に磁界を印加させることによって活性酸素を発生させる。そして、この活性酸素と空気とを接触させて、空気中の細菌や臭気成分等の有機物等を酸化して空気を清浄するものである。

空気としては、建物や乗り物等の空間内の空気の他に、エンジンや工場等から排出される排気も含まれる。

廃水処理方法において、上記の活性酸素発生装置によって、酸素分子を含む含酸素気体に電子を放射して生成するイオン化気体に磁界を印加させることによって活性酸素を発生させる。そして、この活性酸素と廃水と接触させて廃水中の有機物等を酸化して廃水処理するものである。

廃水としては、生活廃水及び産業廃水等の制限はない。

有機廃棄物の分解処理方法において、上記の活性酸素発生装置によって、酸素分子を含む含酸素気体に電子を放射して生成するイオン化気体に磁界を印加させることによって活性酸素を発生させる。そして、この活性酸素と有機廃棄物とを接触させることによって有機廃棄物を酸化して有機廃棄物の分解処理するものである。

有機廃棄物としては、伐採草木や水草等の植物廃棄物、魚・動物等の廃棄物、食糧残渣等の廃棄物等、その他の水を含んでいる有機物が含まれる。これらの有機廃棄物は、乾燥後又は未乾燥のまま焼却処分されているが、本発明の有機廃棄物の処理方法によると、容易に分解処理できる。接触時間を調整して分解処理を停止することにより、完全分解（水、二酸化炭素、無機残渣）することなく、乾燥燃料又は乾燥肥料等を得ることができる。

＜実施例＞
電子放射式マイナスイオン発生ユニットとして、マイナスイオン発生ユニットＭＩＯＮ（日新電機株式会社、印加電圧−８０００Ｖ）を用い、リング型ネオジム磁石（内径２５ｍｍ、外径３５ｍｍ、厚さ９ｍｍ、ニッケルメッキ厚１２μｍ）２個とリング型ネオジム磁石（内径２５ｍｍ、外径３５ｍｍ、厚さ１３ｍｍ、ニッケルメッキ厚１２μｍ）２個とを重ねてその内部にフッ素樹脂チューブを内装させて流路（入口側がＮ極、出口側がＳ極）を形成した高磁場チャンバーを用い、電子放射式マイナスイオン発生ユニットのイオン気体流出口と高磁界チャンバーのイオン気体流入口とを接続し、さらに高磁界チャンバーの活性酸素流出口に長さ１ｍ、内径１５ｍｍの耐圧塩化ビニルホースを接続して、本発明の活性酸素発生装置を構成した。

電子放射式マイナスイオン発生ユニットの気体流入口から空気を２８Ｌ／分で供給して、耐圧塩化ビニルボースから流出する活性酸素を平行平板式イオン密度測定器（イオンカウンターＮＫＭＨ−１０３、北斗電子工業株式会社）で測定したところ、イオン密度は７３×１０^４個／ｍｌであった。また、耐圧塩化ビニルホースを外して活性酸素流出口から流出する活性酸素を同様に測定すると１７３３×１０^４個／ｍｌであった。
また、耐圧塩化ビニルボースから流出する活性酸素を０．１ｍｏｌ／Ｌヨウ化カリウム水溶液（無色透明液体）１０００ｍＬにバブリングして、水溶液が赤褐色透明液体になるまでの時間を計測したところ、７５１秒であった（３回の平均値）。

なお、バブリングした活性酸素中にある種のラジカル種（・Ｘ）が存在すると、ラジカル種とヨウ化物イオン（Ｉ⁻）とが反応して、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）が生成（次式で表される）し、三ヨウ化物イオン（Ｉ_３ ⁻）の濃度（ラジカル種の濃度に比例する）により水溶液が黄色透明液体から茶色〜赤褐色透明液体に変化する（Weissler法と呼ばれる検出方法）。
Ｉ⁻＋・Ｘ＝Ｘ⁻＋・Ｉ
・Ｉ＋Ｉ⁻＝・Ｉ_２ ⁻
２・Ｉ_２ ⁻＝Ｉ_２＋２Ｉ⁻
Ｉ_２ ⁻＋Ｉ⁻＝Ｉ_３ ⁻

＜比較例＞
電子放射式マイナスイオン発生ユニットとして、マイナスイオン発生ユニットＭＩＯＮ（日新電機株式会社、印加電圧−８０００Ｖ）を用い、コイル中心部の磁束密度が３０ｍＴである電磁コイル（内径２５ｍｍ、長さ４４ｍｍ）にアルミニウム製放熱チューブを内装させて流路（入口側がＮ極、出口側がＳ極）を形成した高磁場チャンバーを用い、電子放射式マイナスイオン発生ユニットのイオン気体流出口と高磁界チャンバーのイオン気体流入口とを接続し、さらに高磁界チャンバーの活性酸素流出口に長さ１ｍ、内径１５ｍｍの耐圧塩化ビニルホースを接続して、比較用の活性酸素発生装置（特許文献１に記載された装置に相当するもの）を構成した。

実施例と同様に、電子放射式マイナスイオン発生ユニットの気体流入口から空気を２８Ｌ／分で供給して、耐圧塩化ビニルボースから流出する活性酸素を平行平板式イオン密度測定器（イオンカウンターＮＫＭＨ−１０３、北斗電子工業株式会社）で測定したところ、イオン密度は０個／ｍｌであった。また、耐圧塩化ビニルホースを外して活性酸素流出口から流出する活性酸素を同様に測定すると２３９×１０^４個／ｍｌであった。
また、耐圧塩化ビニルボースから流出する活性酸素を０．１ｍｏｌ／Ｌヨウ化カリウム水溶液（無色透明液体）１０００ｍＬにバブリングしたが、３０分経過しても水溶液が赤褐色透明液体にならなかった（３回の平均値）。

以上の通り、本発明の活性酸素発生装置から排出される活性酸素は明らかにラジカル種｛スーパーオキシドアニオン（・Ｏ_２ ⁻）等｝であると考えられ、比較用の活性酸素発生装置に比べて多量の活性酸素の発生を確認できた。
したがって、本発明の活性酸素発生装置を用いれば、空気や廃水の浄化能力が高く、有機廃棄物の分解処理能力が高いと予想できる。

１電子放射式マイナスイオン発生ユニット
２高磁界チャンバー
３気体流入口
４陰極針
５永久磁石
６活性酸素流出口

Claims

気体流入口から流入する含酸素気体に電子を放射してイオン化気体を流出するための電子放射式マイナスイオン発生ユニットと、
永久磁石内に設けられた流路の流入側がＳ極又はＮ極であり、流出側がその反対の極であって、この流路に電子放射式マイナスイオン発生ユニットから流出するイオン化気体を流入させて活性酸素を流出するための高磁界チャンバーとを有することを特徴とする活性酸素発生装置。
空気を吸気し高濃度酸素を含む気体を流出する酸素濃縮器の流出口が気体流入口に接続されている請求項１に記載の活性酸素発生装置。
永久磁石がネオジム磁石、アルニコ磁石及びサマコバ磁石からなる群より選ばれる少なくとも１種である請求項１又は２に記載の活性酸素発生装置。
請求項１〜３のいずれかに記載された活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と空気とを接触させて空気を清浄することを特徴とする空気清浄方法。
請求項１〜３のいずれかに記載された活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と廃水とを接触させて廃水を浄化することを特徴とする廃水処理方法。
請求項１〜３のいずれかに記載された活性酸素発生装置を用いて発生させた活性酸素と有機廃棄物とを接触させて有機廃棄物を分解処理することを特徴とする有機廃棄物の分解処理方法。