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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2001−252652(P2001−252652A)
公開日 平成13年9月18日(2001.9.18)
出願番号 特願2000−70344(P2000−70344)
出願日 平成12年3月14日(2000.3.14)
代理人
発明者 坂元 健二 / 常田 昌広 / 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】 被処理水の濁質を除去する濁質除去部と、エキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とからなる水の浄化装置において、前記有害成分除去部の上流側に被処理水を電気分解する電気分解部を備え、この電気分解部で生成したアルカリイオン水を前記有害成分除去部で処理することを特徴とする水の浄化装置。
【請求項2】 浴槽と接続されて浴槽水を循環する循環経路中に、濁質除去部とエキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とポンプと熱交換器を備えた水の浄化装置において、循環される浴槽水を前記熱交換機により加熱し、循環する浴湯温度が所定温度以上になった後、エキシマランプを照射することを特徴とする水の浄化装置。
【請求項3】 被処理水の濁質を除去する濁質除去部と、エキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とからなる水の浄化装置において、前記有害成分除去部の上流側に被処理水を加熱する熱交換器を備え、この熱交換器で被処理水を所定温度以上に加熱して前記有害成分除去部で処理することを特徴とする水の浄化装置。
【請求項4】 前記浄化装置は、浴槽と接続されて浴槽水を循環するポンプを備えたことを特徴とする請求項3記載の水の浄化装置。
【請求項5】 前記所定温度が30℃であることを特徴とする請求項2〜4記載の水の浄化装置。
【請求項6】 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1〜5に記載の水の浄化装置。
【請求項7】 前記記載の水の浄化装置において、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請求項6に記載の水の浄化装置。
【請求項8】 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6または請求項7に記載の水の浄化装置。
【請求項9】 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8に記載の水の浄化装置。
【請求項10】 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、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請求項6〜9に記載の水の浄化装置。
【請求項11】 前記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請求項6〜10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、水道水、浴槽水、に含まれる濁質除去と有害成分を分解除去する水の浄化装置に関するものである。
【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きれいな水にするため、濁質除去部と有害成分除去部を備えた水の浄化装置が用いられている。また、さらに美容と健康によいアルカリイオン水を提供するため、濁質除去部と有害成分除去分以外に電解部を備えたアルカリイオン整水器が知られている。また、水の浄化方法としては、活性炭処理、オゾン処理、紫外線処理、またはこれらの処理法と酸化剤を併用した複合酸化法などが知られている。
【0003】従来、この種のアルカリイオン整水器の有害成分除去部としては、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する機能を有するものが知られているが、活性炭は吸着材であるため、吸着量が飽和すると性能が低下し、浄化性能を維持するために新品と交換する方法のアルカリイオン整水器(特開平11−57713)が知られている。また、他の水の浄化方法として上述したような複合酸化法がしられているが、酸化剤をあとで取り除く工程が必要なため装置が大がかりになるため使用される例は少ない。また紫外線を利用した処理方法として、最近、有害物質を除去する波長の紫外線を高出力で照射できるエキシマランプを用いた水処理方法(特開平10-216716)が知られている。
【0004】濁質除去部と有害成分除去部と熱交換器とポンプを備えた浴槽水浄化循環装置においては、節水効果とともにいつでもお風呂に入れるという利便性がある一方で、浴槽水中の有機物や濁質を微生物の代謝機能を利用した生物浄化により浄化するため、浴槽水中や浴槽の壁面、更には浴槽水浄化循環装置を構成する各種配管の壁面、浄化槽等で病原菌が繁殖する可能性が指摘されている。
【0005】そのため、オゾンガスを浴槽水に混入させることにより、殺菌効果を高めた浴槽水浄化循環装置(特開平11−19656)や熱水にて浴槽水循環管路を殺菌洗浄する浴槽水浄化循環装置(特開平11−244169)が提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、濁質除去部と有害成分除去部を備えた上記のアルカリ水生成器においては、活性炭は吸着材であるため、吸着量が飽和すると性能が低下し、浄化性能を維持するために新品と交換する必要があるため、経済的ではなく、さらに使用済みの活性炭を処分する手間がかかる。また、活性炭を再生する方式では、装置が複雑になり大型になる。
【0007】さらに、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。もしくは吸着除去しにくい。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。
【0008】また、有機物が吸着した活性炭は、菌が繁殖するため、活性炭より脱落する菌を除去するため、活性炭より吐水側に菌を除去する中空糸フィルター等が必要となり、浄水機内の構成は水道水流入側から活性炭、次に中空糸フィルターと限定される。そのため、水道水中の微粒子成分が活性炭表面に付着し、活性炭の吸着性能が低下、さらに吸着寿命が短くなる問題があった。
【0009】また水の浄化方法として、前述したような紫外線や超音波、放射線を用いた酸化処理方法が知られているが、その分解力、すなわち酸化力が弱いため、過酸化水素などとの酸化剤との組み合わせによる方法でしか十分な分解力が得られず、飲料水として用いる場合は、安全性の面から、この酸化剤を処理後に除去する工程が必要となり、装置が大がかりになるといった問題があった。また、上述したエキシマランプを用いた浄化方法は、酸化剤の添加を伴わず、アルデヒド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の除去が可能であるが、その分解能力の低さが問題であり、分解効率をupすることが課題であった。
【0010】濁質除去部と有害成分除去部と加熱部とポンプを備えた上記の浴槽水浄化循環装置においては、いずれの浴槽水浄化循環装置も浴槽水中の有機物や濁質を浄化するため、生物浄化を利用していることから、生物浄化槽には多量の菌が繁殖している。結果、常に生物浄化槽から病原菌が浴槽水中に流出してくる問題点がある。また、その他の水の浄化方法を用いた場合に関しては上記したアルカリイオン整水器の場合と同様の問題が上げられる。
【0011】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、有害成分除去にエキシマランプからの紫外線を利用することで、活性炭等の吸着材が不必要となり、吸着性能低下による吸着材の交換、再生が不必要で、有害成分を分解除去可能、さらに、活性炭等の吸着剤で吸着除去できない有害有機物を分解除去でき、生物浄化方法を用いないため、生物浄化槽から病原菌が処理水中に流出してくることがなく、またエキシマランプを用いて有害物質を分解するに当たり最適な条件化で処理を行うため、効率よく有害成分を分解できる水の浄化装置を提供することを目的とする。
【0012】
【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、本発明に係る水の浄化装置は、被処理水の濁質を除去する濁質除去部と、エキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とからなる水の浄化装置において、前記有害成分除去部の上流側に被処理水を電気分解する電気分解部を備え、この電気分解部で生成したアルカリイオン水を前記有害成分除去部で処理することを特徴とする。
【0013】ここでエキシマランプを用いた有害成分除去のメカニズムを説明する。大きくは3つのメカニズムにより分解される。それは、■紫外線の持つエネルギーにより有機物の結合を切断し分解、■紫外線が水を分解して発生する酸化力の強いヒドロキシラジカルなどの活性種を利用して分解、■水溶液中の溶存酸素が紫外線により励起されてオゾンガスとなり、オゾンによる酸化力によって有機物が分解、である。またエキシマランプを用いて有機物を分解する場合、有機物分解過程におい過酸化水素が生成することが知られている。この発生したオゾン、過酸化水素が分解されると、より酸化力の強い活性種を生成することも知られている。また、このオゾンや過酸化水素は酸性領域では安定で分解しにくく、アルカリ領域では不安定で分解しやすい。しかし、通常エキシマランプによる分解は酸化分解であるため有害物質は一度カルボン酸等の酸に分解されて二酸化炭素と水に分解される。よって、有機物が完全に分解されるまでは処理する有機物濃度にもよるが、処理水は中性もしくは酸性領域となり、発生するオゾンや過酸化水素を有効に利用できない。本発明による手法、エキシマランプによる処理後に電気分解するのではなく、電気分解したアルカリ水をエキシマランプで処理することにより、アルカリ領域なため、発生したオゾンや過酸化水素が容易に酸化力の強い活性種に分解されるため、分解効率が飛躍的に促進される。図1は酸性、中性、アルカリ性の処理水にエキシマランプを照射した際の処理水中の全有機物濃度(TOC)の変化を、処理水の初期PH別に測定したものである。グラフより、pH値7以上のアルカリ領域になるとで浄化効率が高くなることが分かる。
【0014】また、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2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。
【0015】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で分解除去できるため、活性炭等の吸着材が必要なく、性能低下による新品との交換、使用済みの吸着材の処理、および、再生処理が不必要となる。そのため、経済的であり、再生処理装置により水の浄化装置が大型化することもない。さらに、吸着材からの菌の脱落がないため、菌を除去する目的の中空糸フィルター等が不必要となり、エキシマランプの紫外線が有害成分を分解除去するのと同時に殺菌も可能となる。さらに、吸着材で除去できない有害有機物も分解除去でき、また電気分解後のアルカリ水をエキシマランプで処理する手法を用いることで、発生するオゾンや過酸化水素を有効に利用できるため、安全で美味しい水を迅速かつ効率よく得ることが可能な水の浄化装置であるアルカリイオン整水器を提供できる。
【0016】本発明に係わる水の浄化装置の一様態として、浴槽と接続されて浴槽水を循環する循環経路中に、濁質除去部とエキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とポンプと熱交換器を備えた水の浄化装置において、循環される浴槽水を前記熱交換機により加熱し、循環する浴湯温度が所定温度以上になった後、エキシマランプを照射することを特徴とする。
【0017】従来の浴槽と接続されて浴槽水を循環する循環経路中に、濁質除去部と有害成分除去部とポンプを備えた水の浄化装置である浴槽水浄化循環装置では、浴槽水を生物浄化により浄化しているため、浴槽水中に菌が繁殖している。そのため、殺菌装置を備える必要があり、装置が大型になる。また、殺菌を行っているものの菌数を減少させているのみであるため、完全に菌数がゼロにはなってはいない。結果、浴槽水中や浴槽の壁面、更には浴槽水浄化循環装置を構成する各種配管の壁面等で病原菌が繁殖する。
【0018】本発明の水の浄化装置により、浴槽水中の濁質を濁質除去部で除去し、エキシマランプからの紫外線で有害成分を分解除去すると同時に殺菌し、浄化した浴槽水をポンプで循環でき、従来の生物浄化手段が不必要となる。そのため、浴槽水に菌が繁殖していなく、浴槽の壁面、更には浴槽水を循環する配管の壁面等に病原菌が繁殖しない。結果、従来の水の浄化装置では必要であった浴槽壁、循環配管、および生物浄化槽の定期的な洗浄が不必要となり、濁質や有害成分を除去し、病原菌がいない安全な浴槽水で入浴が可能となる水の浄化装置を提供できる。
【0019】また、エキシマランプを被処理水に照射するとオゾンと過酸化水素ができることは前述したが、この過酸化水素とオゾンは水温が高いと分解しやすい。このため、水温が高い状態でエキシマランプを照射すると、発生した過酸化水素とオゾンがより酸化力の強い活性種に分解されるため、有機物の分解効率が上昇する。よって、循環される浴槽水温度が熱交換器により制御され、所定温度以上になった後、エキシマランプを照射することにより高い効率で浴槽水の浄化を行うことが可能となる。
【0020】また、本発明に係わる水の浄化装置の一様態として、被処理水の濁質を除去する濁質除去部と、エキシマランプから紫外線を照射する有害成分除去部とからなる水の浄化装置において、前記有害成分除去部の上流側に被処理水を加熱する熱交換器を備え、この熱交換器で被処理水を所定温度以上に加熱して前記有害成分除去部で処理することを特徴とする。
【0021】このことにより、所定温度以上に保たれた被処理水を有害成分除去部に導入できるため、前述したように、有害成分除去部で酸化力の強い活性種が発生し、高効率で有機物を処理することができる。
【0022】また好ましくは、前記浄化装置は、浴槽と接続されて浴槽水を循環するポンプを備えたことを特徴とする。
【0023】このことにより、熱交換機下流部においては被処理水は所定温度以上に制御されているため、浴槽水全体を所定温度以上にしなくても良く、より少ないエネルギーで効率良く浴槽水の浄化を行うことが可能となる。
【0024】また、さらに好ましくは前記所定温度を30℃とした。
【0025】図3は浴槽水へエキシマランプを照射した際の浴槽水中の全有機物濃度(TOC)の変化を、浴槽水の温度別に測定したものである。これらのグラフより、水温が30℃付近以上で浄化効率が高くなることが分かった。したがって浴槽水の制御温度は30℃以上が良く、より温度が高ければさらに好ましい。
【0026】好ましくは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より処理水の流入側に配設した。
【0027】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。このことより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、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。
【0028】さらに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した。
【0029】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、吸着剤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。本発明においては、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。
【0030】さらに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を用いた。
【0031】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とともに、水中の溶存酸素からオゾンを生成させることが知られている。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。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よく分解除去できる。
【0032】さらに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を用いた。
【0033】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。
【0034】さらに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とした。
【0035】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。
【0036】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。
【0037】さらに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を用いた。
【0038】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、浴槽水、雨水、および生活排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。
【0039】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。
【0040】
【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(水道水、浴槽水)や使用形態によって上記から選定する。
【0041】図4は本発明の第一の実施例である。図4において1は給水口、2は流量センサー、3は濁質除去部、4は電気分解部、5は有害成分除去部、5aはエキシマランプ、6は制御部、7は電源部、8は吐水口である。
【0042】次にかかる第一の実施例の動作について説明する。まず、給水口1から流量センサ2、濁質除去部3、電気分解部4、有害成分除去部5の順にながれ、吐水口8から浄化された水が吐水する。また制御部6と電源部7と有害成分除去部内のエキシマランプ5aは電気的に接続されている。ここで、吸水口1から流入した被処理水は流量センサー2によりその流量が検知され、その流量に応じて、電源部7の電気エネルギーが制御部6からの情報をもとに給電され、エキシマ光の出力が制御される。流量センサ2を通過後、処理水は濁質除去部に流入し、濁質が除去されたあとに電気分解部で電気分解され、処理水からアルカリ水と酸性水が生成される。酸性水は装置外に排出され、アルカリ水は有害成分除去部に導入され有害物質除去部内のエキシマランプによって処理される。このことにより、エキシマランプ処理中に発生するオゾンや、過酸化水素から酸化力の強い活性種が生成されるため、有機物を効率良く処理することができる。
【0043】図5は本発明における第二の実施例である。9は浴槽、10はポンプ、11は熱交換器、3は濁質除去部、5は有害成分除去部、5aはエキシマランプ、12は循環路、13は温度センサである。
【0044】次にかかる第二の実施例の動作について説明する。浴槽9中の浴槽水はポンプ10の働きにより濁質除去部3、熱交換器11を通り、加熱された浴槽水は有害成分除去部5を通り浴槽9へ還流する。この際、毛髪やゴミは濁質除去部3により除去される。浴槽水の温度はセンサ13によりモニタされ、浴槽水の温度が所定の温度に達すると有害成分除去部5内のエキシマランプ5aの照射を開始し、有害成分の分解が行われる。この際所定温度以上の浴槽水を処理するため、エキシマランプ処理によって発生するオゾンや過酸化水素を有効に利用できるので、浴槽水を迅速に、効率よく処理することができる。ここで図5に示すように、有害成分除去部5を熱交換器の後段に設置し、温度センサーを有害成分除去部後段に設置することにより浴槽水全体の温度が所定温度以上でなく、有害成分除去部5内の水が所定温度以上になったときに処理すると、より迅速に処理が行える。
【0045】以上本発明によれば、濁質除去部が濁質を除去し、有害成分除去にエキシマランプからの紫外線を利用することで、活性炭等の吸着材が不必要となり、吸着性能低下による吸着材の交換、再生が不必要で、有害成分を分解除去可能、さらに、活性炭等の吸着剤で吸着除去できない有害有機物を分解除去でき、生物浄化方法を用いないため、生物浄化槽から病原菌が処理水中に流出してくることがなく、さらにエキシマランプによって有害物質を分解除去するに当たり最適な条件化で処理を行うため、迅速かつ効率よく水の浄化を行うことが可能となった。




 

 


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