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発明の名称 水の浄化装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−246368(P2001−246368A)
公開日 平成13年9月11日(2001.9.11)
出願番号 特願2000−63707(P2000−63707)
出願日 平成12年3月8日(2000.3.8)
代理人
発明者 常田 昌広 / 坂元 健二 / 大島 功治 / 遠藤 慎良 / 安藤 茂
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 流入した水道水を濁質除去部と有害成分除去部を通過させた後に流出する水の浄化装置において、有害成分除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解手段と吸着材による有害成分吸着除去手段であることを特徴とする水の浄化装置。
【請求項2】 前記記載の水の浄化装置において、濁質除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部と吸着材による吸着除去部より処理水の流入側に配設されていることを特徴とする請求項1に記載の水の浄化装置。
【請求項3】 前記記載の水の浄化装置において、吸着材による有害成分吸着除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部より処理水の流入側に配設されていることを特徴とする請求項1乃至2に記載の水の浄化装置。
【請求項4】 前記記載の水の浄化装置において、エキシマランプを通過する処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することを特徴とする請求項1乃至3に記載の水の浄化装置。
【請求項5】 前記記載の水の浄化装置において、処理水の温度を測定する水温測定装置によって測定した水温に応じて、エキシマランプから照射される紫外線出力を制御することを特徴とする請求項1乃至4に記載の水の浄化装置。
【請求項6】 前記エキシマランプが150nm以上200nm以下の紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする請求項1乃至5に記載の水の浄化装置。
【請求項7】 前記エキシマランプが172nmの紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする請求項1乃至6に記載の水の浄化装置。
【請求項8】 前記エキシマランプは紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、紫外線ランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気であることを特徴とする請求項1乃至7に記載の水の浄化装置。
【請求項9】 前記エキシマランプからの紫外線が照射される殺菌成分供給部内壁の接液部が、紫外線ランプからの紫外線を反射する材質で構成されたことを特徴とする請求項1乃至8に記載の水の浄化装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、流入した水道水に含まれる濁質と有害成分を除去する水の浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】水道水には、有害有機物や消毒殺菌剤であるカルキ臭等の臭い成分や微細な粒子成分が含まれている。この水道水をより安全で美味しい水にするため、濁質除去部と有害成分除去部を備えた浄水器が用いられている。この種の浄水器は、その設置する形態により据え置き型、蛇口直結型、アンダーシンク型、および水栓内臓型等に分けられているが、その多くが、水道水原水を浄水器に設けられた濾材により浄化した後、浄水として吐出する構造を有している。
【0003】従来、この種の濾材としては、活性炭等の吸着材により水のカルキ臭、カビ臭、トリハロメタン等を除去して、中空糸膜フィルターにより細菌類、濁度成分等を除去する機能を有するものが知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、活性炭で吸着できる有害有機物は、一般的に疎水性の有機物や非極性の官能基を有する有機物であるため、親水性や極性の高い有機物は活性炭では吸着除去できない。しかし、水道水中には人体に有害な消毒副生成物であるホルムアルデヒドやジクロロ酢酸等のアルデヒド系やカルボン酸系の親水性で極性の高い活性炭では吸着除去できない有害有機物等が含まれている。
【0005】また、有害成分除去部の活性炭に温水、または熱水が通過すると、一旦吸着材に吸着していた有害成分の脱離反応が起こるため、吐水する浄化水に有害成分が混入する問題が生じる。
【0006】本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、濁質除去部が濁質を除去し、有害成分除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解手段と吸着材による有害成分吸着除去手段であり、有害成分を分解と吸着の二つの手段で除去することで、人体に有害な消毒副生成物であるアルデヒド系やカルボン酸系の有害成分も除去でき、さらに、温水、または熱水でも有害成分を除去できる水の浄化装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用・効果】上記課題を解決するためになされた本発明の請求項1は、流入した水道水を濁質除去部と有害成分除去部を通過させた後に流出する水の浄化装置において、有害成分除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去手段と吸着材による有害成分吸着除去手段であることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0008】図1に紫外光の持つ化学的エネルギーを示した。光の波長が短いほど化学的エネルギーは強く、水道水に含まれる有機物と反応する。また、紫外光により、水中の細菌は殺菌される。図2に種々の有機物分子内原子間結合エネルギーを示した。有機物分子内の原子間の結合は、結合エネルギー以上のエネルギーを外部から与えることにより、原子間結合は切断され酸化分解し、二酸化炭素や水等の無害成分となる。紫外光の持つ化学的エネルギーは、主要な有機物分子内原子間結合エネルギー以上のエネルギーであるため、紫外光を水道水に照射することにより、水に含まれる有害成分である有機物を分解し、二酸化炭素や水等の無害成分となる。図3に紫外線照射量と有機物分解量の関係の一例を示した。
【0009】紫外線を発光する水銀ランプとエキシマランプの紫外線出力と出力波長の関係を図4に示した。エキシマランプは水銀ランプと比較して、単一波長の紫外線かつ電気的に高い変換効率の紫外線出力が得られる。
【0010】図5に活性炭のみによる水の浄化装置と本発明の活性炭とエキシマランプによる有害成分除去部を備えた水の浄化装置の有害成分除去性能比較図の一例を示した。活性炭のみの水の浄化装置では、有害成分除去率(アルデヒド系の有害成分)が30%前後に対して、本発明の水の浄化装置においては85%以上の高い除去率を示している。
【0011】本発明の水の浄化装置により、流入した水道水の濁質を濁質除去部で除去し、有害成分をエキシマランプからの紫外線による分解除去と活性炭による吸着除去の二つの手段で除去するため、活性炭等の吸着材のみでは除去できない有害成分も除去できる。また、エキシマランプと活性炭を組み合わせて使用することにより、エキシマランプの消費電力低下も可能となるため、経済的である。さらに、エキシマランプによる有害成分の除去が可能となるため、温水、または熱水での水の浄化も可能となる。また、エキシマランプからの紫外線により、有害成分を除去するのと同時に殺菌も可能となるため、安全で美味しい水を供給できる水の浄化装置を提供できる。
【0012】本発明の好ましい様態として、濁質除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部と吸着材による吸着除去部より処理水の流入側に配設されていることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0013】エキシマランプを水の有害成分分解処理に使用する場合、長年にわたる使用で水と接するエキシマランプ保護管表面、または保護板表面に濁質成分が付着し、エキシマランプからの紫外線の透過率が低下する。そのため、処理水に照射される紫外線出力が低下し、有害成分の分解除去性能が低下する。
【0014】また、従来の水の浄化装置では、活性炭等の吸着材の下流側に濁質除去部が配設されているため、吸着材に濁質が付着する。吸着材に濁質が付着すると有害成分の吸着性能が低下する。
【0015】本発明の水の浄化装置により、濁質除去部で濁質が除去された処理水が有害成分分解除去部を通過するため、エキシマランプの保護管表面、または保護板表面に濁質の付着がなくなる。結果、長年にわたる使用においても、保護管、または保護板の紫外線透過率が低下することがなく、有害成分分解除去性能が低下しないため、濁質と有害成分を除去した安全な水を供給できるとともに保護管表面、保護板表面に付着した濁質除去のための洗浄操作が不必要となる。さらに、吸着材に濁質が付着することがなくなるため、吸着剤の有害成分除去寿命が長くなる。結果、経済的であるとともに安全な水を供給できる【0016】本発明の好ましい様態として、吸着材による有害成分吸着除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部より処理水の流入側に配設されていることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0017】従来の水処理装置においては、活性炭等の吸着材に温水、または熱水が通過すると、一旦吸着材に吸着していた有害成分の脱離反応が起こるため、吐水する浄化水に有害成分が混入する問題が生じる。また、吸着材には菌が繁殖するため、下流側に菌が流出する。
【0018】本発明の水の浄化装置により、吸着材による有害成分吸着除去部がエキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部より処理水の流入側に配設されているため、活性炭等の吸着材に温水、または熱水が通過した場合に吸着材から脱離した有害成分も、エキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部において分解除去される。さらに吸着材から流出する菌も、エキシマランプからの紫外線により殺菌される。結果、安全な水を供給できる。
【0019】さらに本発明の好ましい様態として、有害成分除去部を通過する処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0020】従来の水の浄化装置においては、処理水の流量変化に応じて、吸着材による吸着除去性能や生物浄化法における生物浄化能力は変化しない。そのため、処理水の流量が適量の場合は、十分な性能が発揮されるが、流量が多くなると有害成分除去性能が不足し、有害成分が満足に除去されていない水となる。
【0021】本発明の水の浄化装置により、有害成分除去部を通過する処理水の流量を検知する手段を設け、流量に応じてエキシマランプからの紫外線出力を制御することができる水の浄化装置であるため、流量が変化しても有害成分分解除去性能が低下しない。結果、水の流量が変化しても濁質と有害成分を除去した安全な水を供給できる。
【0022】さらに本発明の好ましい様態として、処理水の温度を測定する水温測定装置によって測定した水温に応じて、エキシマランプから照射される紫外線出力を制御することを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0023】従来の水の浄化装置においては、活性炭等の吸着材に温水、または熱水が通過すると、一旦吸着材に吸着していた有害成分の脱離反応が起こるため、吐水する浄化水に有害成分が混入する問題が生じる。脱離反応は水温に依存し、水温が高くなるほど脱離量は多くなる。そのため、一般的な水の浄化装置においては、熱水使用不可である。
【0024】本発明の水の浄化装置により、処理水の温度を測定する水温測定装置によって測定した水温に応じて、エキシマランプから照射される紫外線出力を制御することができる水の浄化装置であるため、水温が変化しても吸着材から脱離した有害成分を、エキシマランプから照射される紫外線出力を高くすることにより、分解除去できる。結果、水温が変化しても濁質と有害成分を除去した安全な水を供給できる。
【0025】さらに本発明の好ましい様態として、エキシマランプが150nm以上200nm以下の紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0026】紫外線は波長が短くなるほど光子のエネルギーが高く、波長200nm以下の光子のエネルギーは有機化合物中の分解しにくい炭素二重結合(C=C)等の結合を用意に切断することができる。また、波長が150nm以下の紫外線は水やエキシマランプの保護管、または保護板に吸収されるため、有害成分分解に寄与する紫外線量が極めて少ない。
【0027】したがって、波長150nm以上200nm以下の紫外線を主波長とするエキシマランプにより処理水中の有害成分を効率良く分解除去できる。
【0028】さらに本発明の好ましい様態として、エキシマランプが172nmの紫外線を主波長に発光するランプであることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0029】172nmの紫外線を主波長とするキセノンエキシマランプは、他のエキシマランプより高出力の紫外線を安定に、電気的に高い変換効率で出力することができるため、処理水中の有害成分を効率良く分解除去できる。
【0030】さらに本発明の好ましい様態として、エキシマランプは紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気であることを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0031】エキシマランプから出力される紫外線は、一般的なソーダライムガラス等で形成された保護管、または保護板ではほとんど透過しない。また、天然石英ガラスのようなケイ素と酸素以外の成分を多く含むガラスにおいても透過率は低いが、ケイ素と酸素以外の成分を微量しか含まない合成石英ガラスやフッ化マグネシウムガラスにおいては透過率が高い。また、収納部の雰囲気が酸素を含む雰囲気である場合、酸素分子に吸収され紫外線強度が低下するため、300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスである窒素ガス等が良い。
【0032】したがって、エキシマランプからの紫外線が透過可能な保護管内、またはランプ収納部の一部が紫外線を透過可能な保護板で構成された収納部内に収納され、かつ収納部内の雰囲気が300Torr以下とするか、エキシマランプからの紫外線を吸収しないガスを主成分とした雰囲気とすることにより、処理水中の有害成分を効率良く分解除去できる。
【0033】さらに本発明の好ましい様態として、エキシマランプからの紫外線が照射される有害成分除去部内壁の接液部が、エキシマランプからの紫外線を反射する材質で構成されたことを特徴とする水の浄化装置を提供する。
【0034】エキシマランプから出力される紫外線は、有害成分除去部内壁により吸収される。水道水に含まれる有害成分と反応させ、効率良く分解除去するためには、有害成分除去部内壁に吸収する紫外線量を減らし、反射させることで再度有害成分と反応させることが望ましい。そのため、有害成分除去部内壁の材質を紫外線反射率の高いアルミニウム、ステンレス等で構成することが望ましい。
【0035】したがって、エキシマランプからの紫外線が照射される有害成分除去部部内壁の接液部が、エキシマランプからの紫外線を反射する材質で構成することにより、有害成分を効率良く分解除去し、安全な水を供給できる。
【0036】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明する。本実施例に用いる濁質除去部には粒状フィルターや金属、または樹脂製の不織布や金属、または樹脂性のメッシュ状フィルターや金属、樹脂、およびセラミックス製の焼結フィルターや中空糸膜フィルターやRO膜等を用いることができる。濁質除去フィルターは、水質や使用形態によって上記から選定する。
【0037】図6は実施例に用いる有害成分分解除去部1の詳細図である。有害成分分解除去部1の内部には、紫外線が透過する合成石英ガラス製の保護管3内に172nmの紫外線を出力するエキシマランプ5が収納され、エキシマランプ5と保護管3内の空間7には窒素ガスが封入されている。有害成分分解除去部1の内壁は、紫外線反射率の高い材質8であるアルミニウムやステンレス等で形成されている。エキシマランプ5は制御装置9と電源部11に電気的に接続されている。被処理水13は有害成分分解除去部1とエキシマランプ5が収納された保護管3との間の有害成分分解処理部15を通過する。
【0038】図7は実施例に用いる有害成分分解除去部1の別形態の詳細図である。172nmの紫外線を出力するエキシマランプ5は、被処理水13と接する側が、紫外線が透過する合成石英ガラス製の保護板4と紫外線の反射率の高い材質8であるアルミニウムやステンレス等で形成された有害成分分解除去部1に収納されている。エキシマランプ5が収納されている空間7は、紫外線を吸収しない窒素ガスが封入されている。被処理水13が接する有害成分分解除去部1内の接液部17は紫外線の反射率の高い材質であるアルミニウムやステンレス等で形成されている。エキシマランプ5は制御装置9と電源部11に電気的に接続されている。
【0039】図8は実施例に用いる有害成分分解除去部1のさらに別の詳細図である。有害成分分解除去部1が処理水を貯水する貯水槽55に配設されている。また、有害成分分解除去部1には、紫外線が透過する合成石英ガラス製の保護管3内に172nmの紫外線を出力するエキシマランプ5が収納され、エキシマランプ5と保護管3内の空間7には窒素ガスが封入されている。エキシマランプ5は制御装置9と電源部11に電気的に接続されている。被処理水13はエキシマランプ5が収納された保護管3の外壁に接している。
【0040】以下の水の浄化装置の実施例では、有害成分分解除去部1はエキシマランプ5が収納された保護管3、または保護板4の被処理水との接液部に濁質が付着し、紫外線出力低下を防止するため、被処理水の通水流路上、上流側から濁質除去部19、吸着材による有害成分吸着除去部、エキシマランプからの紫外線による有害成分分解除去部の順に配設してある。また、流量センサー21を設けることで、エキシマランプの点灯、消灯タイミングや処理水流量に応じた紫外線出力に可変することが可能となる。さらに、水温測定装置を配設することにより、水温に応じた紫外線出力に可変することが可能となる。
【0041】図9は本発明に係る水の浄化装置の実施例である。水の浄化装置2が水道水給水管23、水栓開閉バルブ25の下流側に配設されている。水の浄化装置2内は、上流の水栓開閉バルブ25側から流量センサー21、水温測定装置22、濁質除去部19、有害成分吸着除去部6、有害成分分解除去部1、浄化処理水吐水口27の順で水の流路が配設されている。制御装置9には、有害成分分解除去部1、電源部11、水温測定装置22および流量センサー21とに電気的に接続されている。流量センサー21と水温測定装置22は、水栓開閉バルブ25から浄化処理水吐水口27間の通水経路のいずれの配置でも良い。
【0042】次に実施例1の動作について説明する。使用者が水栓の開閉バルブ25を開状態にすると、水道水給水管23から水道水が、水の浄化装置2内に流入し、流量センサー21→水温測定装置22→濁質除去部19→有害成分吸着除去部6→有害成分分解除去部1の順に流れ、浄化処理水吐水口27から浄化された水が吐水する。
【0043】水栓開閉バルブ25が開栓されたことは流量センサー21によって検知され、電源部11の電気エネルギーが制御装置9を介して有害成分分解除去部1に流量に応じて給電され、エキシマランプから紫外線が水に照射される。また、水温測定装置よって測定された水温に応じて、電源部11の電気エネルギーが制御装置9を介して有害成分分解除去部1に水温に応じて給電され、エキシマランプから紫外線が水に照射される。水に含まれる濁質を濁質除去部19で除去し、有害成分を有害成分吸着除去部6と有害成分分解除去部1で除去された浄化処理水が吐水口27を通って吐水される。
【0044】この工程によって、水道水の濁質を除去し、有害成分を吸着と分解手段により除去するのと同時に紫外線による殺菌処理をした安全な水を供給できる。




 

 


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