JP7034388B1 - Active particle supply device and water treatment system using it - Google Patents
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Abstract
ノズル(12)から被処理水(2)が噴射され、ベンチュリ―効果により噴射された被処理水(2)の周囲の圧力が低下する空間に接触部(13)を備え、接触部(13)の上面に誘電体(15)が配置され、接触部(13)に酸素ガスが供給される供給口(16)を備えるエジェクタ(10)と、酸素ガス中に活性粒子を生成するプラズマ(100)を接触部(13)に発生させるプラズマ生成装置(11)と、を備える活性粒子供給装置(4)。A contact portion (13) is provided in a space where the pressure around the water to be treated (2), in which the water to be treated (2) is sprayed from the nozzle (12) and is jetted due to the Venturi effect, is reduced, and the contact portion (13) is provided. An ejector (10) having a supply port (16) in which a dielectric (15) is arranged on the upper surface of the surface and an oxygen gas is supplied to a contact portion (13), and a plasma (100) that generates active particles in the oxygen gas. The active particle supply device (4) including the plasma generation device (11) for generating the contact portion (13).
Description
本願は、活性粒子供給装置、およびそれを用いた水処理システムに関するものである。 The present application relates to an active particle supply device and a water treatment system using the active particle supply device.
汚染物質の分解・除去を行う水処理システムでは、オゾン発生器を備え、酸化力の高いオゾンを含んだガスが、エジェクタを用いて被処理水に注入され浄化処理が行われる。このシステムでは、2つの基本的な課題がある。(1)高濃度のオゾンを発生させると、オゾン発生効率が低くなり、水処理効率が低下する。(2)オゾン発生器として構造が複雑で高価な誘電体バリア放電発生器が必要である。 A water treatment system that decomposes and removes pollutants is equipped with an ozone generator, and a gas containing ozone with high oxidizing power is injected into the water to be treated using an ejector for purification treatment. There are two basic challenges with this system. (1) When high-concentration ozone is generated, the ozone generation efficiency is lowered and the water treatment efficiency is lowered. (2) An expensive dielectric barrier discharge generator with a complicated structure is required as an ozone generator.
この課題に対して、被処理水配管(内管)と酸素ガス配管(外管)とを同軸状に配置し、被処理水配管を接地電極とし、酸素ガス配管を給電電極として、給電電極と接地電極間に交流高電圧を印加することで誘電体バリア放電を生成し、酸素プラズマを発生させるシステムが開示されている(例えば、特許文献1)。 To solve this problem, the water pipe to be treated (inner pipe) and the oxygen gas pipe (outer pipe) are arranged coaxially, the water pipe to be treated is used as a ground electrode, the oxygen gas pipe is used as a feeding electrode, and the feeding electrode is used. A system is disclosed in which a dielectric barrier discharge is generated by applying a high AC voltage between the ground electrodes to generate oxygen plasma (for example, Patent Document 1).
特許文献1の構成では、被処理水配管を接地電極として使用するため、酸素原子を生成する放電空間は被処理水配管(内管)の外周部のみに制約される。このため、酸素原子を生成する放電空間と、酸素原子が被処理水に供給される接触部は離れた構造になる。酸素原子が輸送される間に再結合反応で酸素分子に戻る割合が高くなるため、酸素原子が有効に被処理水に供給されず、水処理効率が低下するという問題がある。
In the configuration of
本願は、上記のような課題を解決するための技術を開示するものであり、被処理水に効率良く活性粒子を供給し、効率的に被処理水を浄化処理できる活性粒子供給装置、およびそれを用いた水処理システムを得ることを目的とする。 The present application discloses a technique for solving the above-mentioned problems, an active particle supply device capable of efficiently supplying active particles to water to be treated and efficiently purifying the water to be treated, and an active particle supply device thereof. The purpose is to obtain a water treatment system using.
本願に開示される活性粒子供給装置は、ノズルから第一の流体が噴射され、ベンチュリ-効果により噴射された第一の流体の周囲の圧力が低下する空間に接触部を備え、接触部に第二の流体が供給される供給口を備えるエジェクタと、第二の流体中に活性粒子を生成するプラズマを第一の流体に接触する領域に発生させるプラズマ生成装置と、を備えるものである。
本願に開示される水処理システムは、上記活性粒子供給装置を備え、第一の流体である被処理水に対して活性粒子を供給するものである。
The active particle supply device disclosed in the present application is provided with a contact portion in a space where the first fluid is jetted from a nozzle and the pressure around the first fluid jetted by the venturi effect is reduced, and the contact portion is the first. It includes an ejector provided with a supply port to which the second fluid is supplied, and a plasma generator for generating plasma that generates active particles in the second fluid in a region in contact with the first fluid .
The water treatment system disclosed in the present application includes the above-mentioned active particle supply device, and supplies active particles to water to be treated, which is the first fluid.
本願に開示される活性粒子供給装置、および水処理システムによれば、効率的に被処理水を浄化処理することができる。 According to the active particle supply device and the water treatment system disclosed in the present application, the water to be treated can be efficiently purified.
実施の形態1.
実施の形態1は、プラズマ生成装置と、ノズルから被処理水を噴射し、ベンチュリ効果により噴射された被処理水の周囲の圧力を低下させるエジェクタとを備え、エジェクタは被処理水の圧力が低下する空間に接触部を備え、接触部の上面に誘電体を配置し、接触部に酸素ガスを供給する供給口を備え、プラズマ生成装置を用いて、誘電体を介して高電界を印加することで、接触部にプラズマを発生させ、酸素ガス中に活性粒子を生成する活性粒子供給装置、およびこの活性粒子供給装置を用いて被処理水の浄化処理を行う水処理システムに関するものである。
The first embodiment includes a plasma generator and an ejector that injects water to be treated from a nozzle and lowers the pressure around the water to be treated that is jetted by the venturi effect, and the ejector reduces the pressure of the water to be treated. A contact part is provided in the space to be used, a dielectric is placed on the upper surface of the contact part, a supply port for supplying oxygen gas is provided to the contact part, and a high electric field is applied through the dielectric using a plasma generator. The present invention relates to an active particle supply device that generates plasma in a contact portion to generate active particles in oxygen gas, and a water treatment system that purifies water to be treated using the active particle supply device.
以下、実施の形態1に係る活性粒子供給装置および水処理システムの構成および動作について、活性粒子供給装置を備えた水処理システムの構成図である図1、活性粒子供給装置のエジェクタの斜視図である図2A、およびエジェクタの断面図である図2Bに基づいて説明する。 Hereinafter, with respect to the configuration and operation of the active particle supply device and the water treatment system according to the first embodiment, FIG. 1 which is a configuration diagram of a water treatment system provided with the active particle supply device, and a perspective view of an ejector of the active particle supply device. This will be described with reference to FIG. 2A, which is a cross-sectional view of the ejector, and FIG. 2B, which is a cross-sectional view of the ejector.
実施の形態1の水処理システム1および活性粒子供給装置4の構成を図1の構成図に基づいて説明する。
まず、水処理システム1の構成について説明する。
水処理システム1は、被処理水2(第一の流体)を貯める処理水槽3、被処理水2を浄化処理する活性粒子供給装置4、および循環ポンプ5を備えている。循環ポンプ5は、処理水槽3と活性粒子供給装置4との間で被処理水2を循環させる。
処理水槽3、活性粒子供給装置4、および循環ポンプ5との間は、被処理水配管6で接続されている。図1において、矢印(Y)は被処理水2の流れる方向を示している。
循環ポンプ5の下流側、すなわち活性粒子供給装置4の上流側の被処理水配管6には、バルブ7、および流量調整器8が接続されている。活性粒子供給装置4の下流側の被処理水配管6には、バルブ9が接続されている。The configuration of the
First, the configuration of the
The
The treated
A valve 7 and a flow rate regulator 8 are connected to a water pipe 6 to be treated on the downstream side of the
次に、活性粒子供給装置4の構成について説明する。
活性粒子供給装置4は、混合部であるエジェクタ10、および活性粒子生成手段であるプラズマ100を発生させるプラズマ生成装置11で構成されている。
なお、図1のエジェクタ10は、水処理システム1の構成をわかりやすくするために、一部を除いて、エジェクタ10の被処理水2が流れる方向の中心軸を含む垂直断面を示している。Next, the configuration of the active particle supply device 4 will be described.
The active particle supply device 4 is composed of an
The
まず、エジェクタ10の構成について、図2A、図2Bも参照して説明する。
図2Aはエジェクタ10の斜視図、図2Bは断面図である。なお、図2A、図2Bは、エジェクタ10の構成をわかりやすくするための概念図である。
図2Aにおいて、エジェクタ10に供給された被処理水2が流れる方向をY軸方向とし、水平右方向をX軸方向、垂直方向をZ軸方向としている。被処理水2が流れる流通軸とエジェクタ10のY軸方向の中心軸は一致している。
図2Bは、図2Aの矢視A-Aの断面図であり、エジェクタ10の中心軸を含む垂直面で切断した断面図である。なお、図2Bの断面図では、本来、ガス供給口16は存在しないが、位置関係をわかりやすくするために仮想線(点線)として記載している。
図2A、図2Bにおいて、「MW」はマイクロ波を示し、「OG」は酸素ガスO2を示す。
以降、図2Aと図2Bをまとめて記載する場合は適宜図2と記載する。実施の形態2以降の説明においても、同様である。First, the configuration of the
2A is a perspective view of the
In FIG. 2A, the direction in which the water to be treated 2 supplied to the
FIG. 2B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 2A, which is a cross-sectional view taken along a vertical plane including the central axis of the
In FIGS. 2A and 2B, "MW" indicates microwaves and "OG" indicates oxygen gas O2.
Hereinafter, when FIG. 2A and FIG. 2B are described together, FIG. 2 is appropriately described. The same applies to the description of the second and subsequent embodiments.
エジェクタ10は、ノズル12、接触部13、ディフューザ14、および誘電体15で構成されている。ノズル12は、下流側に向かって縮小角度が約45度で管路断面積を徐々に絞った構成である。ディフューザ14は、下流側に向かって拡大角度が5度から10度で管路断面積を徐々に拡げた構成である。
なお、接触部13は、図2Aにおいて、誘電体15の下部の直方体の領域全体をいう。The
The
エジェクタ10において、循環ポンプ5で加圧された被処理水2が、ノズル12の上流から供給される。流速が増加した被処理水2は、接触部13を通過し、ディフューザ14で圧力回復が行われる。圧力回復した被処理水2は、ディフューザ14の下流から排出される。
接触部13は、ノズル12から噴射された被処理水2のベンチュリ効果によって数kPaから50kPa(絶対圧)の負圧(陰圧)状態になる。
接触部13は、被処理水2の流通軸に対し交差する方向から酸素ガス(第二の流体)を供給するためのガス供給口16を備えている。ここで、交差する方向とは、例えば、被処理水2の流通軸に対して90°±30°程度、好ましくは90°±5°程度の角度で配置することが望ましい。In the
The
The
なお、図1、図2ではエジェクタ10におけるガス供給口16の位置は、被処理水2の流通軸から上方に偏心した位置に配置されている。しかし、ガス供給口16の位置は、流通軸上に配置されていてもよい。
接触部13はベンチュリ効果により負圧となり、ガス供給口16から供給された酸素ガスが被処理水2に吸い込まれて、被処理水2と酸素ガスとが混合される。
図1において、接触部13の上面には、誘電体15が配置されている。この誘電体15は、マイクロ波の一部を透過し、残りは反射させる性質を持つ。
誘電体15には、石英およびアルミナが好適に用いられるが、その他の材料を用いてもよい。この誘電体15の上部、すなわちエジェクタ10の接触部13の上部面側にプラズマ生成装置11が接続されている。In FIGS. 1 and 2, the position of the
The
In FIG. 1, a dielectric 15 is arranged on the upper surface of the
Quartz and alumina are preferably used for the dielectric 15, but other materials may be used. The plasma generator 11 is connected to the upper part of the dielectric 15, that is, the upper surface side of the
次に、プラズマ生成装置11の構成について説明する。
プラズマ生成装置11は、マイクロ波発振器17、矩形導波管18、アイソレータ19、方向性結合器20、整合器21、リアクタ22、ショートプランジャ23、およびスロットアンテナ24で構成されている。
プラズマ生成装置11は、ガス供給口16からエジェクタ10の接触部13に供給された酸素ガス中にプラズマ100を発生させる。
マイクロ波発振器17、アイソレータ19、方向性結合器20、および整合器21は矩形導波管18により接続されている。
プラズマ生成装置11の構成は例示であり、上記と異なっていてもよい。Next, the configuration of the plasma generation device 11 will be described.
The plasma generator 11 includes a
The plasma generation device 11 generates the
The
The configuration of the plasma generator 11 is an example and may be different from the above.
マイクロ波発振器17は、マイクロ波を発生させるための装置であり、マグネトロンを用いてマイクロ波を発生させることを想定している。しかし、半導体方式またはそれ以外の方式を用いてもよい。
マイクロ波発振器17で使用するマイクロ波周波数は、約2.45GHzであるが、これ以外の周波数を用いてもよい。The
The microwave frequency used in the
アイソレータ19は、マイクロ波発振器17の後段に接続されている。アイソレータ19は、マイクロ波発振器17で発生したマイクロ波(入射波)は低損失で伝播させるが、ショートプランジャ23から反射されたマイクロ波(反射波)は十分に減衰させる。すなわち、アイソレータ19は、反射波からマイクロ波発振器17を保護する目的で設置している。
The
方向性結合器20は、アイソレータ19の後段に接続されており、入射波と反射波を分離してそれぞれを検出し、プラズマ100で消費される電力(入射波-反射波)を測定する。プラズマ100の消費電力の測定値を用いて、マイクロ波発振器17の出力が調整される。
整合器21は、方向性結合器20の後段に接続されており、プラズマ生成装置11の全体の回路インピーダンスを整合する。
整合器21の後段に接続されているリアクタ22は、直方体の形状をしており、材質は、アルミ、銅、鋼あるいはその他の金属である。また、リアクタ22の内面あるいは外面にメッキが施されていてもよい。The
The matching
The
リアクタ22の下面に、スロットを切ったスロットアンテナ24が配置されている。このスロットアンテナ24から、エジェクタ10の誘電体15へ向かってマイクロ波が放射される。
スロットアンテナ24の幅は1mm以下が望ましい。リアクタ22の下面に流れる電流をスロットアンテナ24が遮ることでスロット部に高電界を発生し、エジェクタ10の接触部13内においてプラズマ100が励起される。A
The width of the
ショートプランジャ23は、リアクタ22の後段に接続されており、マイクロ波を反射させる。ショートプランジャ23内には反射板(図示なし)が取り付けられている。リアクタ22から反射板までの距離を調節することで、リアクタ22からショートプランジャ23までの空間に定在波を発生させる。この定在波を用いることで、エジェクタ10の接触部13内においてプラズマ100が発生しやすくなる。
The
次に、エジェクタ10の接触部13におけるプラズマ100の発生、酸素原子の生成、および被処理水の浄化について説明する。
プラズマ生成装置11は、マイクロ波発振器17からマイクロ波を導入し、リアクタ22内のスロットアンテナ24で高電界を発生することで、エジェクタ10の接触部13にプラズマ100を発生させる。
このプラズマ100中では電子衝突により、酸素ガスから活性粒子である酸素原子(O)が生成される(O2+e→O+O+e、ここでeは電子を示す)。
図2Bでわかるように、実施の形態1では、プラズマ100は、接触部13の上部、すなわち誘電体15の下面と被処理水2の流通路の上面の間の領域に発生している。Next, the generation of
The plasma generator 11 introduces microwaves from the
In this
As can be seen in FIG. 2B, in the first embodiment, the
活性粒子供給装置4は、プラズマ100で生成された酸素原子を含む活性ガスをエジェクタ10内の接触部13を流通する被処理水2に供給する。このようにして水処理システム1は、被処理水2中の有機物成分などを酸化分解して被処理水2を浄化する。
The active particle supply device 4 supplies the active gas containing oxygen atoms generated by the
プラズマ生成装置11は、マイクロ波によりプラズマ100を発生させる。このため、従来から用いられている数百kHz以上の高周波を用いたプラズマ(例えば、誘導結合プラズマ、容量結合プラズマなど)と比較して、同じ投入電力でより高密度なプラズマ100を発生させることができる。この結果、酸素ガスを使用した場合、高密度な酸素原子を生成することができる。
The plasma generation device 11 generates
プラズマ100で生成した酸素原子は、プラズマ100を離れると急速に失活する(O+O→O2)。このため、酸素原子が失活する前に酸素原子を含む活性ガスを被処理水2に供給する必要がある。したがって、酸素原子がプラズマ100を離れてから被処理水2に到達するまでの時間を1msec以下にする必要がある。
実施の形態1の活性粒子供給装置4においては、エジェクタ10の接触部13にプラズマ100を発生させるため、酸素原子の失活を抑制し、即座に被処理水2に供給できる。この結果、活性粒子供給装置4の水処理性能を飛躍的に向上させることができる。The oxygen atom generated by the
In the active particle supply device 4 of the first embodiment, since the
実施の形態1においては、第一の流体として被処理水2を示しているが、第一の流体が酸素ガス、空気などの酸素含有ガスを用いてもよい。このとき、エジェクタ10内の接触部13で生成された酸素原子は、酸素含有ガスと混合しオゾンに変換され、プラズマ生成装置11は高効率なオゾン発生器として機能する。
In the first embodiment, the water to be treated 2 is shown as the first fluid, but oxygen-containing gas such as oxygen gas or air may be used as the first fluid. At this time, the oxygen atom generated in the
また、実施の形態1において、第二の流体として酸素ガスを使用することを想定している。しかし、不活性ガス(例えば、ヘリウムガス、アルゴンガスなど)を使用してもよいし、酸素ガスに不活性ガスを添加してもよい。
この場合、電子付着性である酸素ガスと比較して、ヘリウムガス、アルゴンガスは、比較的容易にプラズマを発生させることができる。
なお、不活性ガスでプラズマ100を発生させた場合、接触部13においてヒドロキシラジカルが生成される。Further, in the first embodiment, it is assumed that oxygen gas is used as the second fluid. However, an inert gas (for example, helium gas, argon gas, etc.) may be used, or the inert gas may be added to the oxygen gas.
In this case, helium gas and argon gas can generate plasma relatively easily as compared with oxygen gas which is electron-adhering.
When the
実施の形態1において、不活性ガスの流量を制御することで、プラズマ100の発生が容易となる。すなわち、ガス供給口16に不活性ガスを流してプラズマ100を発生させた後、徐々に不活性ガスの流量を減らすと共に酸素ガスの流量を増やす。最終的に酸素ガスだけでプラズマ100を維持するように制御することで、プラズマ100の発生が容易となる。
By controlling the flow rate of the inert gas in the first embodiment, the
なお、不活性ガスを使用せず、酸素ガスの流量をプラズマ発生前後において制御することでプラズマ100を容易に発生させることもできる。
ガス供給口16から接触部13に供給する酸素ガスの流量を絞り、その状態でマイクロ波発振器17からマイクロ波の導入を開始する。この結果、接触部13内のガス圧は低いため、プラズマ100の発生が容易となる。そして、プラズマ100を発生させた後、酸素ガスの流量を徐々に増加させて、接触部13のガス圧を上昇させて安定にプラズマ100を維持することができる。The
The flow rate of oxygen gas supplied from the
エジェクタ10は、酸素原子(O)、オゾン(O3)、過酸化水素(H2O2)、ヒドロキシラジカル(OH)などの活性ガスに曝される。このため、エジェクタ10の材質は、耐食性の高い材質を用いることが望ましい。
エジェクタ10の材質としては、例えばステンレス(SUS(stainless steel)316、SUS304など)などの金属材料、PTFE(polytetrafluoroethylene)(ポリテトラフルオロエチレン)、PFA(p-fluorophenylalanine)(ペルフルオロアルコキシアルカン)などのフッ素樹脂、または表面がフッ素樹脂で被覆された材料などを用いることができる。The
As the material of the
また、実施の形態1の水処理システム1において、活性粒子供給装置4を通過して処理水槽3へ戻ってくる被処理水2の中には、酸素原子から生成されたオゾンが含まれる場合がある。このため、処理水槽3は、図1に示すように、排気ポート25と活性炭などを用いたオゾン分解処理装置26とを備えることが望ましい。
Further, in the
図1の水処理システム1は、被処理水2を貯める処理水槽3、被処理水2を浄化処理する活性粒子供給装置4、および循環ポンプ5を備えており、いわゆるクローズドループで被処理水2を浄化している。
活性粒子供給装置4に浄化対象の被処理水を供給し、被処理水を浄化した後排出する、いわゆるオープンループシステムに活性粒子供給装置4を適用することもできる。The
It is also possible to apply the active particle supply device 4 to a so-called open loop system in which the water to be treated to be purified is supplied to the active particle supply device 4 and the water to be treated is purified and then discharged.
以上説明したように、実施の形態1の活性粒子供給装置は、ノズルから第一の流体を噴射し、ベンチュリ効果により噴射された第一の流体の周囲の圧力を低下させるエジェクタを備え、エジェクタは第一の流体の圧力が低下する空間に接触部を備え、接触部に第二の流体を供給する供給口を備え、接触部に第二の流体中に活性粒子を生成するプラズマを発生させるものである。また水処理システムは、この活性粒子供給装置を用いて、被処理水を浄化処理するものである。
したがって、実施の形態1の水処理システムおよび活性粒子供給装置は、効率的に被処理水を浄化処理することができる。As described above, the active particle supply device of the first embodiment includes an ejector that injects the first fluid from the nozzle and lowers the pressure around the first fluid ejected by the venturi effect, and the ejector is provided. A contact part is provided in the space where the pressure of the first fluid drops, a supply port for supplying the second fluid is provided in the contact part, and a plasma that generates active particles in the second fluid is generated in the contact part. Is. Further, the water treatment system purifies the water to be treated by using this active particle supply device.
Therefore, the water treatment system and the active particle supply device of the first embodiment can efficiently purify the water to be treated.
実施の形態2.
実施の形態2の活性粒子供給装置は、接触部の上面に加えて、下面および両側面に誘電体を配置したものである。
In the active particle supply device of the second embodiment, dielectrics are arranged on the lower surface and both side surfaces in addition to the upper surface of the contact portion.
実施の形態2に係る活性粒子供給装置の構成および動作について、活性粒子供給装置の構成図である図3、活性粒子供給装置のエジェクタの斜視図である図4A、およびエジェクタの断面図である図4Bに基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
実施の形態2の図3、図4において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1と区別するために、活性粒子供給装置204、エジェクタ210、および接触部213としている。Regarding the configuration and operation of the active particle supply device according to the second embodiment, FIG. 3 is a configuration diagram of the active particle supply device, FIG. 4A is a perspective view of an ejector of the active particle supply device, and a cross-sectional view of the ejector. Based on 4B, the differences from the first embodiment will be mainly described.
In FIGS. 3 and 4 of the second embodiment, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
In order to distinguish it from the first embodiment, the active
実施の形態2においては、実施の形態1との差異はエジェクタ210の接触部213の構造であるから、図3では水処理システムの被処理水2(第一の流体)を貯める処理水槽3、および循環ポンプ5等を省略している。
まず、活性粒子供給装置204の構成について説明する。
活性粒子供給装置204は、混合部であるエジェクタ210、および活性粒子生成手段であるプラズマ100を発生させるプラズマ生成装置11で構成されている。
なお、図3のエジェクタ210は、一部を除いて、エジェクタ210の被処理水が流れる方向の中心軸を含む垂直断面を示している。In the second embodiment, the difference from the first embodiment is the structure of the
First, the configuration of the active
The active
The
次に、エジェクタ210の構成について、図4A、図4Bも参照して説明する。
図4Aはエジェクタ210の斜視図、図4Bは断面図である。
図4Aにおいて、エジェクタ210に供給された被処理水2が流れる方向をY軸方向とし、水平右方向をX軸方向、垂直方向をZ軸方向としている。被処理水2が流れる流通軸とエジェクタ210のY軸方向の中心軸は一致している。
図4Bは、図4Aの矢視A-Aの断面図であり、エジェクタ210の中心軸を含む垂直面での断面図である。なお、図4Bの断面図では、本来、ガス供給口16は存在しないが、位置関係をわかりやすくなるように仮想線(点線)として記載している。
図4A、図4Bにおいて、「MW」はマイクロ波を示し、「OG」は酸素ガスO2を示す。Next, the configuration of the
4A is a perspective view of the
In FIG. 4A, the direction in which the water to be treated 2 supplied to the
FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 4A, which is a cross-sectional view taken along a vertical plane including the central axis of the
In FIGS. 4A and 4B, "MW" indicates microwaves and "OG" indicates oxygen gas O2.
実施の形態2において、プラズマ生成装置11およびエジェクタ210の接触部213内でのプラズマ100の発生方法は、実施の形態1と同じである。
実施の形態1との違い、すなわち接触部213の構造の違いとプラズマ100の発生領域の違いについて説明する。
図4Aでわかるように、エジェクタ210の接触部213に誘電体15が上面以外にも下面、および右側面、左側面の4面すべてに配置されている。
この結果、図4Bでわかるように、プラズマ100は、接触部213の上部の誘電体15の下面と被処理水の流通路の上面の間の領域、さらに接触部213の下部の誘電体15の上面と被処理水の流通路の下の間の領域にも発生している。In the second embodiment, the method of generating the
The difference from the first embodiment, that is, the difference in the structure of the
As can be seen in FIG. 4A, the dielectric 15 is arranged on the
As a result, as can be seen in FIG. 4B, the
実施の形態2の活性粒子供給装置204は、接触部213の上面、下面、および両側面に誘電体15を配置することで、接触部213を流通する被処理水2の外周全域にわたりプラズマ100を発生することができ、高密度の酸素原子を被処理水2に供給できる。
In the active
以上説明したように、実施の形態2の活性粒子供給装置は、接触部の上面に加えて、下面および両側面に誘電体を配置したものである。
したがって、実施の形態2の活性粒子供給装置は、効率的に被処理水を浄化処理することができる。さらに高密度の酸素原子で被処理水を浄化処理することができる。As described above, the active particle supply device of the second embodiment has dielectrics arranged on the lower surface and both side surfaces in addition to the upper surface of the contact portion.
Therefore, the active particle supply device of the second embodiment can efficiently purify the water to be treated. Further, the water to be treated can be purified with high-density oxygen atoms.
実施の形態3.
実施の形態3の活性粒子供給装置、および水処理システムは、活性粒子供給装置のエジェクタの前段に旋回流発生装置を設けたものである。
The active particle supply device and the water treatment system of the third embodiment are provided with a swirling flow generator in front of the ejector of the active particle supply device.
実施の形態3に係る水処理システム、および活性粒子供給装置の構成および動作について、活性粒子供給装置を備えた水処理システムの構成図である図5に基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
実施の形態3の図5において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1と区別するために、水処理システム301および活性粒子供給装置304としている。The configuration and operation of the water treatment system and the active particle supply device according to the third embodiment are different from those of the first embodiment based on FIG. 5, which is a configuration diagram of the water treatment system including the active particle supply device. I will explain mainly.
In FIG. 5 of the third embodiment, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
In order to distinguish it from the first embodiment, the
まず、水処理システム301の構成について説明する。
水処理システム301は、被処理水2(第一の流体)を貯める処理水槽3、被処理水2を浄化処理する活性粒子供給装置304、循環ポンプ5、さらに旋回流発生装置27を備えている。旋回流発生装置27は、循環ポンプ5の後段で活性粒子供給装置304の前段に接続されている。循環ポンプ5は、処理水槽3、旋回流発生装置27、活性粒子供給装置304との間で被処理水2を循環させる。
処理水槽3、活性粒子供給装置304、循環ポンプ5、および旋回流発生装置27との間は被処理水配管6で接続されている。図5において、矢印(Y)は被処理水2の流れる方向を示している。
循環ポンプ5の下流側、すなわち活性粒子供給装置304の上流側の被処理水配管6には、バルブ7、および流量調整器8が接続されている。活性粒子供給装置304の下流側の被処理水配管6には、バルブ9が接続されている。
また、水処理システム301は、排気ポート25とオゾン分解処理装置26とを備える。First, the configuration of the
The
The treated
A valve 7 and a flow rate regulator 8 are connected to a water pipe 6 to be treated on the downstream side of the
Further, the
次に、活性粒子供給装置304の構成について説明する。
活性粒子供給装置304は、混合部であるエジェクタ10、および活性粒子生成手段であるプラズマ100を発生させるプラズマ生成装置11で構成されている。
なお、図5のエジェクタ10は、水処理システム301の構成をわかりやすくするために、一部を除いて、エジェクタ10の被処理水2が流れる方向の中心軸を含む垂直断面を示している。
また、エジェクタ10の構成は、実施の形態1と同じであるため、エジェクタ10の斜視図、断面図は省略している。Next, the configuration of the active
The active
The
Further, since the configuration of the
次に、旋回流発生装置27の機能とその効果について説明する。
旋回流発生装置27は、被処理水2を旋回させる機構を備えている。旋回流発生装置27を活性粒子供給装置304のエジェクタ10のノズル12の前段に設けたことで、被処理水2が螺旋状に旋回した状態でエジェクタ10のノズル12に供給される。この結果、被処理水2の流速が速くなり、ベンチュリ効果により接触部13の内部をより強く負圧状態にすることができる。このため、プラズマ100を発生させることが容易になるとともに、接触部13で生成した酸素原子を高効率に被処理水2に供給することができる。
なお、実施の形態3においては、旋回流発生装置27を活性粒子供給装置304内の装置として説明したが、活性粒子供給装置304外の装置としてもよい。
また、実施の形態3では、旋回流発生装置27を実施の形態1の活性粒子供給装置4に設けることで説明したが、実施の形態2の活性粒子供給装置204に設けても同様の効果を奏する。Next, the function of the
The swirling
Although the
Further, in the third embodiment, the swirling
以上説明したように、実施の形態3の活性粒子供給装置、および水処理システムは、活性粒子供給装置のエジェクタの前段に旋回流発生装置を設けたものである。
したがって、実施の形態3の水処理システムおよび活性粒子供給装置は、効率的に被処理水を浄化処理することができる。さらにプラズマの発生が容易になるとともに、酸素原子を高効率に被処理水に供給することができる。As described above, the active particle supply device and the water treatment system of the third embodiment are provided with a swirling flow generator in front of the ejector of the active particle supply device.
Therefore, the water treatment system and the active particle supply device of the third embodiment can efficiently purify the water to be treated. Further, plasma can be easily generated, and oxygen atoms can be efficiently supplied to the water to be treated.
実施の形態4.
実施の形態4の活性粒子供給装置、および水処理システムは、エジェクタの誘電体の直下に水滴付着防止用のコンストリクタを追加したものである。Embodiment 4.
In the active particle supply device and the water treatment system of the fourth embodiment, a constraint for preventing water droplet adhesion is added directly under the dielectric of the ejector.
実施の形態4に係る水処理システムおよび活性粒子供給装置の構成および動作について、活性粒子供給装置を備えた水処理システムの構成図である図6、活性粒子供給装置のエジェクタの斜視図である図7A、およびエジェクタの断面図である図7Bに基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
実施の形態4の図6、図7において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1と区別するために、水処理システム401、活性粒子供給装置404、エジェクタ410、および接触部413としている。Regarding the configuration and operation of the water treatment system and the active particle supply device according to the fourth embodiment, FIG. 6 is a configuration diagram of a water treatment system provided with the active particle supply device, and FIG. 6 is a perspective view of an ejector of the active particle supply device. 7A and FIG. 7B, which is a cross-sectional view of the ejector, will be mainly described with reference to the difference from the first embodiment.
In FIGS. 6 and 7 of the fourth embodiment, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
In order to distinguish it from the first embodiment, the
まず、水処理システム401の構成について説明する。
水処理システム401は、被処理水2(第一の流体)を貯める処理水槽3、被処理水2を浄化処理する活性粒子供給装置404、循環ポンプ5を備えている。循環ポンプ5は、処理水槽3、活性粒子供給装置404との間で被処理水2を循環させる。
処理水槽3、活性粒子供給装置404、および循環ポンプ5との間は被処理水配管6で接続されている。図6において、矢印(Y)は被処理水2の流れる方向を示している。
循環ポンプ5の下流側、すなわち活性粒子供給装置404の上流側の被処理水配管6には、バルブ7、および流量調整器8が接続されている。活性粒子供給装置404の下流側の被処理水配管6には、バルブ9が接続されている。
また、水処理システム401は、排気ポート25とオゾン分解処理装置26とを備える。First, the configuration of the
The
The treated
A valve 7 and a flow rate regulator 8 are connected to a water pipe 6 to be treated on the downstream side of the
Further, the
次に、活性粒子供給装置404の構成について説明する。
活性粒子供給装置404は、混合部であるエジェクタ410、および活性粒子生成手段であるプラズマ100を発生させるプラズマ生成装置11で構成されている。
なお、図6のエジェクタ410は、水処理システム401の構成をわかりやすくするために、一部を除いて、エジェクタ410の被処理水2が流れる方向の中心軸を含む垂直断面を示している。Next, the configuration of the active
The active
The
次に、エジェクタ410の構成について、図7A、図7Bも参照して説明する。
図7Aはエジェクタ410の斜視図、図7Bは断面図である。
図7Aにおいて、エジェクタ410に供給された被処理水2が流れる方向をY軸方向とし、水平右方向をX軸方向、垂直方向をZ軸方向としている。被処理水2が流れる流通軸とエジェクタ410のY軸方向の中心軸は一致している。
図7Bは、図7Aの矢視A-Aの断面図であり、エジェクタ410の中心軸を含む垂直面で切断した断面図である。なお、図7Bの断面図では、本来、ガス供給口16は存在しないが、位置関係をわかりやすくなるように仮想線(点線)として記載している。
図7A、図7Bにおいて、「MW」はマイクロ波を示し、「OG」は酸素ガスO2を示す。Next, the configuration of the
7A is a perspective view of the
In FIG. 7A, the direction in which the water to be treated 2 supplied to the
FIG. 7B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 7A, which is a cross-sectional view taken along a vertical plane including the central axis of the
In FIGS. 7A and 7B, "MW" indicates microwaves and "OG" indicates oxygen gas O2.
実施の形態4において、プラズマ生成装置11およびエジェクタ410の接触部413内でのプラズマ100の発生方法は、実施の形態1と同じである。
実施の形態4においては、実施の形態1との差異はエジェクタ410の接触部413の構造である。
実施の形態1との差異、すなわち接触部413に追加した水滴付着防止用のコンストリクタ28とその効果について説明する。In the fourth embodiment, the method of generating the
In the fourth embodiment, the difference from the first embodiment is the structure of the
The difference from the first embodiment, that is, the
図6、図7でわかるように、接触部413において、誘電体15の直下に水滴付着防止用のコンストリクタ28を備えている。
誘電体15を介してマイクロ波によりプラズマ100を発生する場合、誘電体15に水分が付着すると、プラズマ100を安定的に維持することが困難になる。
実施の形態4の水処理システム401は、活性粒子供給装置404のエジェクタ410の接触部413において、誘電体15の直下にコンストリクタ28を配置している。コンストリクタ28を接触部413に追加することで、エジェクタ410の接触部413を流通する被処理水2から飛散する水分が誘電体15に付着することを抑制することができる。As can be seen in FIGS. 6 and 7, in the
When
In the
図7Bでわかるように、プラズマ100は、接触部413の上部の誘電体15の下面と、被処理水の流通路の上面に設置されたコンストリクタ28の上面との間の領域に発生している。
As can be seen in FIG. 7B, the
エジェクタ410の接触部413に水滴付着防止用のコンストリクタ28を追加した結果、実施の形態4の活性粒子供給装置404では、被処理水2の水分の影響を受けることなく安定的にプラズマ100を維持することができる。この結果、接触部413で生成した酸素原子を高効率に被処理水2に供給することができる。
As a result of adding the restrictor 28 for preventing water droplets from adhering to the
コンストリクタ28は、厚さ約1mmの板に直径0.1~1mm程度の貫通穴を多数明けたものである。コンストリクタ28の材料には、耐食性の高い材質を用いることが望ましい。例えばステンレス(SUS316、SUS304など)などの金属材料、PTFE、PFAなどのフッ素樹脂、または表面がフッ素樹脂で被覆された材料などを用いることが可能である。
なお、実施の形態4では、水滴付着防止用のコンストリクタ28を実施の形態1の活性粒子供給装置4に追加することで説明したが、実施の形態2の活性粒子供給装置204、および実施の形態3の活性粒子供給装置304に設けても同様の効果を奏する。The
In the fourth embodiment, the
以上説明したように、実施の形態4の水処理システムおよび活性粒子供給装置は、エジェクタの誘電体の直下に水滴付着防止用のコンストリクタを追加したものである。
したがって、実施の形態4の水処理システムおよび活性粒子供給装置は、効率的に被処理水を浄化処理することができる。さらに、被処理水の水分の影響を受けることなく、安定的にプラズマを維持し、酸素原子を高効率に被処理水に供給することができる。As described above, in the water treatment system and the active particle supply device of the fourth embodiment, a constraint for preventing water droplet adhesion is added directly under the dielectric of the ejector.
Therefore, the water treatment system and the active particle supply device of the fourth embodiment can efficiently purify the water to be treated. Further, the plasma can be stably maintained without being affected by the water content of the water to be treated, and oxygen atoms can be supplied to the water to be treated with high efficiency.
実施の形態5.
実施の形態5の活性粒子供給装置は、エジェクタの上面に給電電極を備え、下面に接地電極を備え、給電電極と接地電極との間に交流電圧を印加する構成のプラズマ生成装置を用いるものである。
The active particle supply device according to the fifth embodiment uses a plasma generation device having a feeding electrode on the upper surface of the ejector, a grounding electrode on the lower surface, and an AC voltage applied between the feeding electrode and the grounding electrode. be.
実施の形態5に係る活性粒子供給装置の構成および動作について、活性粒子供給装置の構成図である図8、活性粒子供給装置のエジェクタの斜視図である図9A、およびエジェクタの断面図である図9Bに基づいて、実施の形態1との差異を中心に説明する。
実施の形態5の図8、図9において、実施の形態1と同一あるいは相当部分は、同一の符号を付している。
なお、実施の形態1と区別するために、活性粒子供給装置504、プラズマ生成装置511、およびエジェクタ510としている。Regarding the configuration and operation of the active particle supply device according to the fifth embodiment, FIG. 8 is a configuration diagram of the active particle supply device, FIG. 9A is a perspective view of an ejector of the active particle supply device, and a cross-sectional view of the ejector. Based on 9B, the differences from the first embodiment will be mainly described.
In FIGS. 8 and 9 of the fifth embodiment, the same or corresponding parts as those of the first embodiment are designated by the same reference numerals.
In order to distinguish it from the first embodiment, the active
実施の形態5においては、実施の形態1との差異はプラズマ生成装置511であるため、図8では水処理システムの被処理水2(第一の流体)を貯める処理水槽3、および循環ポンプ5等を省略している。
まず、活性粒子供給装置504の構成について説明する。
活性粒子供給装置504は、混合部であるエジェクタ510、および活性粒子生成手段であるプラズマ100を発生させるプラズマ生成装置511で構成されている。
なお、図8のエジェクタ510は、一部を除いて、エジェクタ510の被処理水が流れる方向の中心軸を含む垂直断面を示している。In the fifth embodiment, the difference from the first embodiment is the
First, the configuration of the active
The active
The
次に、エジェクタ510の構成について、図9A、図9Bも参照して説明する。
図9Aはエジェクタ510の斜視図、図9Bは断面図である。
図9Aにおいて、エジェクタ510に供給された被処理水2が流れる方向をY軸方向とし、水平右方向をX軸方向、垂直方向をZ軸方向としている。被処理水2が流れる流通軸とエジェクタ510のY軸方向の中心軸は一致している。
図9Bは、図9Aの矢視A-Aの断面図であり、エジェクタ510の中心軸を含む垂直面で切断した断面図である。なお、図9Bの断面図では、本来、ガス供給口16は存在しないが、位置関係をわかりやすくなるように仮想線(点線)として記載している。
図9Aにおいて、「OG」は酸素ガスO2を示す。
なお、図9Aにおいて、プラズマ生成装置511はエジェクタ510の構成要素ではないが、全体構成をわかりやすくするために記載している。Next, the configuration of the
9A is a perspective view of the
In FIG. 9A, the direction in which the water to be treated 2 supplied to the
9B is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 9A, which is a cross-sectional view taken along a vertical plane including the central axis of the
In FIG. 9A, "OG" indicates oxygen gas O2.
In FIG. 9A, the
実施の形態5において、エジェクタ510の接触部13内でのプラズマ100の発生方法が実施の形態1と異なる。
実施の形態1との差異であるプラズマ生成装置511の構造、機能について説明する。
プラズマ生成装置511は、エジェクタ510の上面に設けた給電電極29、下面に設けた接地電極30、および給電電極29に交流電圧を印加する交流電源31を備える。In the fifth embodiment, the method of generating the
The structure and function of the
The
交流電源31から出力される交流電圧(周波数:数kHz、電圧:約10kV)を給電電極29に印加することで、接触部13においてプラズマ100を発生させる。
図9Bでわかるように、プラズマ100は、接触部13の上部の誘電体15の下面と被処理水の流通路の上面の間の領域、さらに被処理水の流通路の下の領域にも発生している。すなわち、被処理水の流通路以外の接触部13全体にプラズマ100が発生している。By applying an AC voltage (frequency: several kHz, voltage: about 10 kV) output from the
As can be seen in FIG. 9B, the
プラズマ100の発生方法以外の構成と動作は、実施の形態1と同様である。
実施の形態5の活性粒子供給装置504は、実施の形態1で説明したマイクロ波を用いてプラズマを発生させる場合と比較して、活性粒子供給装置の構成が簡単になる。また、実施の形態5における活性粒子供給装置504では、ガス供給口から供給されるガスの種別に関わらず安定したプラズマ100を発生することができる。The configuration and operation other than the method of generating the
The active
実施の形態5のプラズマ生成装置511を用いた場合、マイクロ波発生器を用いる実施の形態1のプラズマ生成装置11に比較して、プラズマ密度が低いため、水処理効率は低下するが、構造が簡単で、操作が容易となる。
なお、実施の形態5では、エジェクタの上下面に給電電極と接地電極を備え、電極間に交流電圧を印加する構成のプラズマ生成装置511を実施の形態1の活性粒子供給装置4に適用したが、実施の形態2から実施の形態4の活性粒子供給装置204、304、404に適用しても同様の効果を奏する。When the
In the fifth embodiment, the
以上説明したように、実施の形態5の活性粒子供給装置は、プラズマ生成装置として、エジェクタの上面に給電電極を備え、下面に接地電極を備え、給電電極と接地電極との間に交流電圧を印加する交流電源を備えたものである。
したがって、実施の形態5の活性粒子供給装置は、効率的に被処理水を浄化処理することができる。さらに装置の構成が簡単となり、操作が容易となる。As described above, the active particle supply device of the fifth embodiment is provided with a feeding electrode on the upper surface of the ejector and a grounding electrode on the lower surface as a plasma generating device, and an AC voltage is applied between the feeding electrode and the grounding electrode. It is equipped with an AC power supply to be applied.
Therefore, the active particle supply device of the fifth embodiment can efficiently purify the water to be treated. Further, the configuration of the device becomes simple and the operation becomes easy.
本願は、様々な例示的な実施の形態及び実施例が記載されているが、1つ、または複数の実施の形態に記載された様々な特徴、態様、及び機能は特定の実施の形態の適用に限られるものではなく、単独で、または様々な組合せで実施の形態に適用可能である。
従って、例示されていない無数の変形例が、本願に開示される技術の範囲内において想定される。例えば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組合せる場合が含まれるものとする。Although the present application describes various exemplary embodiments and examples, the various features, embodiments, and functions described in one or more embodiments are applications of a particular embodiment. It is not limited to the above, and can be applied to embodiments alone or in various combinations.
Therefore, innumerable variations not exemplified are envisioned within the scope of the techniques disclosed in the present application. For example, it is assumed that at least one component is modified, added or omitted, and further, at least one component is extracted and combined with the components of other embodiments. ..
1,301,401 水処理システム、2 被処理水、3 処理水槽、4,204,304,404,504 活性粒子供給装置、5 循環ポンプ、6 被処理水配管、7,9 バルブ、8 流量調整器、10,210,410,510 エジェクタ、11,511 プラズマ生成装置、12 ノズル、13,213,413 接触部、14 ディフューザ、15 誘電体、16 ガス供給口、17 マイクロ波発振器、18 矩形導波管、19 アイソレータ、20 方向性結合器、21 整合器、22 リアクタ、23 ショートプランジャ、24 スロットアンテナ、25 排気ポート、26 オゾン分解処理装置、27 旋回流発生装置、28 コンストリクタ、29 給電電極、30 接地電極、31 交流電源、100 プラズマ。 1,301,401 Water treatment system, 2 Treated water, 3 Treated water tank, 4,204, 304, 404, 504 Active particle supply device, 5 Circulation pump, 6 Treated water piping, 7, 9 valves, 8 Flow control Instrument, 10,210,410,510 ejector, 11,511 plasma generator, 12 nozzles, 13,213,413 contacts, 14 diffuser, 15 dielectric, 16 gas supply port, 17 microwave oscillator, 18 rectangular waveguide Pipes, 19 isolators, 20 directional couplers, 21 matchers, 22 reactors, 23 short plungers, 24 slot antennas, 25 exhaust ports, 26 ozone decomposition treatment equipment, 27 swirling flow generators, 28 constraints, 29 feeding electrodes, 30 ground electrode, 31 AC power supply, 100 waveguide.
Claims (12)
前記第二の流体中に活性粒子を生成するプラズマを前記第一の流体に接触する領域に発生させるプラズマ生成装置と、を備える活性粒子供給装置。 A supply port is provided with a contact portion in a space where the pressure around the first fluid injected by the venturi effect is reduced, and the second fluid is supplied to the contact portion. With an ejector and
An active particle supply device comprising a plasma generating device for generating plasma that generates active particles in the second fluid in a region in contact with the first fluid .
前記第一の流体である被処理水に対して前記活性粒子を供給する水処理システム。 The active particle supply device according to any one of claims 1 to 10 is provided.
A water treatment system that supplies the active particles to the water to be treated, which is the first fluid.
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