流体浄化装置並びに流体浄化方法
【課題】簡単な構成によって高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化装置を提供するものであり、水などの液体からなる被処理流体の殺菌・浄化時に騒音や高電圧の帯電の発生などを抑制し、安定した状態で殺菌・浄化機能を働かせることのできる流体浄化装置を提供すること。
【解決手段】非導電性の材料からなる内筒２７とこの内筒２７から所定の空間Ｓを空けて非導電性の材料からなる外筒２８を同芯上に設け、外筒２８の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極３０を設けて装置本体１０を形成し、この装置本体１０の電極３０に電圧を加えたときに内筒２７の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体Ｗをアース電極として空間Ｓに放電してこの空間Ｓを流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体Ｗに混合して浄化する液体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【解決手段】非導電性の材料からなる内筒２７とこの内筒２７から所定の空間Ｓを空けて非導電性の材料からなる外筒２８を同芯上に設け、外筒２８の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極３０を設けて装置本体１０を形成し、この装置本体１０の電極３０に電圧を加えたときに内筒２７の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体Ｗをアース電極として空間Ｓに放電してこの空間Ｓを流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体Ｗに混合して浄化する液体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、浴槽水やプール水、或は生活廃水、産業廃水などの被処理流体を殺菌・浄化する流体浄化装置並びに流体浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風呂水やプール用水、養殖用水などの水を殺菌・浄化する浄化装置として、被浄化手段を濾過する濾過手段と、被浄化水に接触するように設けられた光触媒、及び光触媒を照射する光源とからなる殺菌手段により構成された水浄化装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
この水浄化装置は、光触媒と、蛍光灯や紫外線ランプからなる光源によって被浄化水を浄化するようにしている。
【０００３】
一方、風呂水等の被処理水が流れる配管に設けられる反応容器内に大表面積材料を設け、この大表面積材料に紫外線を照射する紫外線光源と、反応容器の上流側にオゾンを注入するオゾン注入手段を設けた水処理装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
この水処理装置は、オゾン注入手段により被処理水にオゾンを注入し、透明に形成した反応容器の外面から紫外線を照射して反応容器内の大表面積材料の表面に光触媒を生成することにより、オゾンと光触媒によって被処理水の浄化を行っている。
【０００４】
また、風呂水等の被処理流体が流れる配管の途中に外筒と内筒を備えた二重管からなる反応容器を設け、この反応容器の外筒全周に一方の電極を位置させ、外筒から所定の空間を空けるように設けた透明な内筒に一方の電極と対を成す他方の電極を設け、外筒と内筒との間の電極間に放電を発生させながら外筒と内筒の空間に酸素又は空気を供給することによりオゾンを生成させるようにし、このオゾンを被処理流体に混合させて浄化するようにした流体浄化装置がある（例えば、特許文献３参照。）。反応容器は、外筒をステンレス製によって形成し、一方、内筒を石英ガラス又はホウ珪酸ガラス製によって形成し、外筒側の一方の電極をアース電極としている。
この流体浄化装置は、内筒内に光触媒を設置し、オゾンを発生させるための放電により発生した紫外線を利用してこの光触媒を活性化して機能させるようにし、オゾンと光触媒によって被処理流体の浄化を行っている。
【特許文献１】特開平８−８９７２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４７４２号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の水浄化装置は、紫外線ランプのみによる殺菌にかえて光触媒と光源によって殺菌して殺菌能力を向上させようとしているが、被処理水を十分に殺菌処理できる殺菌能力を有しているとは言い難かった。
【０００６】
特許文献２の水処理装置は、被処理水にオゾンを注入することで光触媒に加えて殺菌作用の高いオゾンにより殺菌能力を高めることはできるが、この場合、オゾン注入手段を反応容器の上流側に別の装置として設け、この外部のオゾン注入手段によってオゾンを別に生成する構造の水処理装置としているため、装置全体が複雑化し、大型化するという問題があった。
【０００７】
特許文献３の流体浄化装置においては、二重管からなる反応容器内でオゾンと光触媒を生成し、オゾンの強い殺菌作用を働かせつつ簡単な構造で被処理流体を浄化することで特許文献２の問題を解決しようとするものであるが、この流体浄化装置は、反応容器の外筒をステンレスからなる金属、内筒を透明なガラスからなる誘電体とした構造であるため、次のような問題があらたに生じていた。
【０００８】
すなわち、この流体浄化装置においては、反応容器の電極間に放電を発生させるものであるが、内筒と外筒の間に電極を設けて放電する場合、内筒の外面側に電極を設けて放電させると、アーク放電が生じて大きな音が発生するという問題があった。
一方、内筒の内面側に電極を密着させると、無声放電となって音の発生の問題は解決できるが、この場合において内筒内面側の電極を高圧側に帯電させると、内筒内部を流れる流体が液体である場合、この液体が高圧に帯電し、この結果、内筒を接続されている配管が高圧に帯電して危険な状態になるおそれがあった。また、このように内面側を高圧に帯電させると保護装置が必要になるが、この保護装置の装着が困難となっていた。
また、外筒を高圧側に帯電させるようにしたとしても、外筒の外部側に悪影響を及ぼすおそれがあるため、高圧電源の保護装置が必要になっていた。
【０００９】
本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、簡単な構成によって高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化装置並びに流体浄化方法を提供するものであり、水などの液体からなる被処理流体の殺菌・浄化時に騒音や高電圧の帯電の発生などを抑制し、安定した状態で殺菌・浄化機能を働かせることのできる流体浄化装置並びに流体浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極に電圧を加えたときに内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体に混合して浄化する液体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極間に電圧を加えたときに空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化する気体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、内筒内に光触媒を形成するようにした流体浄化装置である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、外筒と内筒を透明或は半透明の材料によって形成し、外筒の外周側に紫外光を照射する紫外線光源を設けた流体浄化装置である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、紫外線光源を無電極放電管とした流体浄化装置である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後に、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した流体浄化装置である。
【００１６】
請求項７記載の発明は、外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後にエアドライヤを経由させ、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した流体浄化装置である。
【００１７】
請求項８記載の発明は、装置本体の上流側に筒状体を装着し、この筒状体の内部に少なくともヘアキャッチャーを着脱自在に内蔵した流体浄化装置である。
【００１８】
請求項９記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極とし、この電極に電圧を加えたときに内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体に混合して浄化させた流体浄化方法である。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極とし、この電極間に電圧を加えたときに空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化させた流体浄化方法である。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、内筒内に光触媒を形成し、この光触媒を空間内で放電したときに生じる紫外光で機能させるようにした流体浄化方法である。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１の流体浄化方法において、外筒の外周側に紫外線光源を設け、この紫外線光源の紫外光で光触媒を機能させるようにした流体浄化方法である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によると、簡単な構成によってオゾンを大量に発生して効果的に被処理流体に混合させて高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化装置であり、被処理流体が液体である場合に、無声放電によって放電を行うことによって大きな音が発生したり配管が高電圧に帯電したりするのを抑制しながら殺菌・浄化機能を働かせることができる流体浄化装置を提供できる。また、保護装置を必要とすることがないため、安定した状態でオゾンを発生することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によると、被処理流体が気体であっても大量のオゾンを安全に発生させることができる流体浄化装置であり、このオゾンを被処理流体に効率的に混合させて殺菌・浄化効果の高い流体浄化装置を提供できる。
【００２４】
請求項３に係る発明によると、電極からの放電によって生じた紫外線を光触媒に作用させ、この光触媒によって効果的に被処理流体を殺菌・浄化することが可能な流体浄化装置を提供できる。
【００２５】
請求項４に係る発明によると、紫外線光源から紫外光を効果的に光触媒に照射することができ、この紫外光によって光触媒による殺菌・浄化機能を大幅に向上させることが可能な流体浄化装置を提供できる。
【００２６】
請求項５に係る発明によると、電極を設けることなく紫外線光源を発光させることができ、紫外線光源を発光させるための付属品などを省略して構造を簡略化でき、コストも削減することができる流体浄化装置を提供できる。
【００２７】
請求項６に係る発明によると、外筒と内筒の間を流れる酸素や空気からオゾンを効果的に発生することができる流体浄化装置であり、さらに、請求項７に係る発明によると、酸素や空気の結露を防いで、この供給された酸素や空気を無駄なく利用してよりオゾンを効果的に発生できる流体浄化装置を提供できる。
【００２８】
請求項８に係る発明によると、被処理流体に混ざった髪の毛やゴミ等の混合物を取り除くことができ、また、全体のコンパクト化を図ることができる。流体浄化装置を交換しようとする場合には、装置本体を筒状体から外すだけでよく、交換に必要な作業スペースを小さくできる。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、簡単な構成によってオゾンを大量に発生して効果的に被処理流体に混合させて高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化方法であり、被処理流体が液体である場合に、無声放電によって放電を行うことによって大きな音が発生したり配管が高電圧に帯電したりするのを抑制しながら殺菌・浄化機能を働かせることができる流体浄化方法である。また、保護装置を必要とすることがないため、安定した状態でオゾンを発生することができる。
【００３０】
請求項１０に係る発明によると、被処理流体が気体であっても大量のオゾンを安全に発生させることができる流体浄化方法であり、このオゾンを被処理流体に効率的に混合させて殺菌・浄化効果を高めることができる流体浄化方法である。
【００３１】
請求項１１に係る発明によると、電極からの放電によって生じた紫外線を光触媒に作用させ、この光触媒によって効果的に被処理流体を殺菌・浄化することができる流体浄化方法である。
【００３２】
請求項１２に係る発明によると、紫外線光源から紫外光を効果的に光触媒に照射することができ、この紫外光によって光触媒による殺菌・浄化機能を大幅に向上させることができる流体浄化方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明における流体浄化装置並びに流体浄化方法の一例を実施形態に基づいて詳しく説明する。
図１において、本発明の流体浄化装置を利用した流体浄化システムの概念図を示しており、この流体浄化システム１は、水などの液体を被処理流体として処理するものであって、本実施形態においては、温泉や健康施設等において利用され、循環する風呂の湯を被処理流体（被処理水）Ｗとして処理するようにしたものである。
【００３４】
流体浄化システム１において、浴槽２の中には被処理水Ｗが溜まっており、この被処理水Ｗをヘアキャッチャー４、流体浄化装置の装置本体１０、循環ポンプ５、濾過タンク６、熱交換器７を循環用配管３で結んで循環させるようにしている。
【００３５】
ヘアキャッチャー４は、装置本体１０の前に設けており、浴槽２の被処理水Ｗに混ざった髪の毛やゴミなどの比較的大きな混入物を回収するようにしている。装置本体１０には、後述する筒状体２１、２２を装着しており、このうち、上流側の筒状体２１の内部において、少なくともこのヘアキャッチャー４を着脱自在に内蔵している。
【００３６】
循環ポンプ５は、浴槽２の被処理水Ｗを汲み上げ、循環用配管３内を循環させるようにしている。濾過タンク６は、循環ポンプ５の下流側に設けられ、ヘアキャッチャー４により回収できない微細な異物等を濾過して除去可能に設けている。熱交換器７は濾過タンク６の下流側に設けられ、被処理水Ｗの温度を所定温度に昇温させるようにしている。
【００３７】
配管３ａは、ポンプの一次側となるため一般的に負圧となり、ポンプ二次側の配管３ｂは正圧となる。この正圧の最も高くなる熱交換器７の手前から分岐させた枝管３ｃを混合装置（エジェクター）１４に配管し、オゾンと被処理流体Ｗの混合を促進している。
【００３８】
装置本体１０には、循環用配管３とは別にエア配管１１が接続され、このエア配管１１には、フィルタ１２、エアポンプ１３、エジェクター１４が設けられている。フィルタ１２はエアポンプ１３によって吸気した酸素や空気などの気体に混入したゴミなどの異物を除去し、この気体をエアポンプ１３によってエア配管１１、エジェクター１４を介して装置本体１０に供給可能に設けている。
【００３９】
エジェクター１４は、装置本体１０の前に取付けられ、セラミックや金属を材料として図示しないリング状に形成している。これにより、エアポンプ１３からの気体を枝管３ｃからの流体と混合することで微細気泡状にして装置本体１０側に放出している。
【００４０】
図２、３において、装置本体１０は、ケース本体２０、被処理流体Ｗの流路である上流、下流側のある筒状体２１、２２、高圧電源２４、オゾン供給流路２５を組合わせて形成しており、これに逆止弁２６と前述のエジェクター１４を組合わせている。
【００４１】
ケース本体２０の内部には、図３に示すように、内部側に被処理水Ｗが流れる流体流路２９を有する内筒２７と、この内筒２７から所定の空間Ｓを空けて外筒２８を設けている。内筒２７と外筒２８の空間Ｓの間隔としては、例えば、０．５〜２ｍｍ程度の間隔とし、内筒２７と外筒２８を同芯状に設けていることでこの間隔が円周方向において均一になるようにしている。
この場合、図５に示すように、空間の間隔を０．６〜１．５ｍｍ程度の範囲に設けるのが最も望ましく、異なる電圧に対しても収率比が高まり、後述するオゾンの発生量を多くすることができる。
【００４２】
内筒２７と外筒２８は、非導電性の材料によって形成し、例えば、紫外線を透過する透明或は半透明のガラス材料によって形成している。このガラス材料としては、石英ガラスやホウ珪酸ガラスなどのより紫外線を通しやすいものとするのが望ましく、特に、ホウ珪酸ガラス、高珪酸ガラスは比較的安価であり、通常の材料をそのまま使用することができるが、紫外線透過率、耐熱性、強度等の点を考慮した場合、石英ガラスが最も好ましい。
【００４３】
外筒２８の内側には導電性部材を設けて電極３０としてこれを高圧帯電用としており、この電極３０は、外筒２８外部に設けた高圧電源２４の図示しないプラス側に接続されている。高圧電源２４によって電極３０に電圧が加わると、外筒２８が帯電し、内筒２７側に放電できるようにしている。電極３０は、帯状の単純な形状であればよく、本実施形態において断面略Ｃ字状に形成し、外筒２８の内周面２８ａに沿って、この内周面２８ａの円周方向の一部に概ね１０〜５０ｍｍの幅で設けているが、この電極３０は、内周面２８ａに沿ってほぼ１周（全周）に亘って設けるようにしてもよい。
電極３０の材料としては、例えば、ステンレス製とし、これを薄膜状に形成したものを使用しているが、これ以外にも、ニッケルクロムを真空蒸着にて装着することで放電にもオゾンにも強い薄膜を形成することが可能となる。その他の材料としては、アルミや銅、或はチタン等を使用することもできるが、アルミや銅を使用する場合には耐オゾン用として、塗装等による表面処理を行うことが必要になる。ただし、空気や酸素の水分含有率が低ければ問題なく使用できる。
【００４４】
内筒２７の内部には、網やチタン線、繊維状チタン材料の集合体、その他多孔性チタン材料等からなるチタン又はチタン合金製の大表面積材料３１を収納している。この大表面積材料３１には、予め表面側に二酸化チタンの光触媒３２が形成されていてもよく、或は、後述のように、発生させたオゾンによって使用中に二酸化チタンの光触媒３２を形成するものでもよい。
大表面積材料３１は、細状に形成することによりオゾンとの反応性が高くなり、確実に光触媒３２を形成できる。この大表面積材料３１は、チタンやチタン合金以外の材料によって形成するようにしてもよく、例えば、ガラスやステンレス、シリカゲル等の材料を大表面積材料とすることもできる。
【００４５】
外筒２８の外周側には、紫外光を照射する蛍光灯等の紫外線光源３４を配設している。この紫外線光源３４は、二酸化チタンの光触媒３２が正孔および電子を効率良く生じさせる紫外光（例えば、波長が４１０ｎｍ以下）を多く含むことが望ましく、紫外線ランプや低圧または高圧水銀ランプ、または３００〜４００ｎｍの波長をもつ蛍光ランプなどであってもよい。さらには、紫外光を照射するＬＥＤを複数個並べたものであってもよい。ＬＥＤランプを使用すると、寿命を延ばすことができ、小型化も可能となる。更に、発熱量も抑えられるため、より効率のよい流体の浄化が可能となる。
【００４６】
また、紫外線光源３４は、直線（ストレート）形、円筒（サークル）形、螺旋形、波形などの各種の形状に形成することによって、光触媒３２をより効果的に機能させることもでき、更に、本実施形態の紫外線光源３４は、無電極によって放電できる無電極放電管としており、これにより、オゾン生成時における放電時にこの無電極放電管３４を電極３０に近接させておくことで無電極により発光可能に設けている。無電極放電管３４を明るく点灯させるためには、高電圧で高周波の電極３０を用いるようにするのがよい。更に、紫外線光源３４は、無電極放電管以外にも、通常の電極を設けて発光させるタイプのものを用いるようにしてもよい。
【００４７】
外筒２８のさらに外周側には、断熱性を有する保護筒３５を設けており、これにより、外筒２８とこの保護筒３５との間に断熱空間Ｓ１を形成し、前記の紫外線光源３４は、この断熱空間Ｓ１に収納されている。紫外線光源３４や、電極３０による放電光をより効果的に照射するためには、この保護筒３５の内面側に図示しないアルミなどを蒸着等の手段で貼り付けるようにしてもよく、この場合、紫外光などを反射できることにより高効率で照射することが可能となる。
【００４８】
内筒２７、外筒２８、保護筒３５は、取付筒３６、３７によって一体化され、内筒２７、外筒２８と、取付筒３６、３７との間には、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンとプロピレン及び架橋用ジェンモノマーとの三元共重合体）製によるＯリング３８、３９が装着され、これにより外部へのオゾン及び被処理水Ｗの漏れを無くし、また、メンテナンス等における分解時に、容易に取付筒３６、３７を取り外すことができるようにしている。
【００４９】
取付筒３６、３７を組合わせた後には、取付筒３６、３７内部に形成したエア流路３６ｂ、３７ｂと空間Ｓとが連通し、取付筒３７に設けた導入口３７ａより空気又は酸素等の気体を導入させると、この気体はエア流路３６ｂを通って空間Ｓを通過した後に、取付筒３６内のエア流路３６ｂを通って吐出口３６ａより吐出可能に設けている。吐出口３６ａと接続したオゾン供給流路２５の途中には逆止弁２６が設けられているため、吐出口３６ａより吐出されたオゾンは、逆止弁２６を経てエジェクター１４の内部の図示しない隘路によって枝管３ｃからの流体の流速が早められ、混合された状態で筒状体２１から供給される。
オゾン供給口２１ｂは、流体流路２９に連通し、この流体流路２９を流れる被処理水Ｗにオゾンを混合可能に設けている。
【００５０】
取付筒３６、３７には、流入口２１ａ、流出口２２ａを有する筒状体２１、２２が接続され、これにより、流入口２１ａより流入した被処理水Ｗは、流体流路２９を通過してオゾンが混合された後に、流出口２２ａから流出される。
【００５１】
続いて、本発明における流体浄化装置の上記実施形態の動作を説明する。被処理水Ｗは、循環ポンプ５により加圧されて濾過タンク６内に圧送され、異物等が除去された後に熱交換器７を介して一定の温度に温められて浴槽２内に戻される。また、循環ポンプ５の上流側では、この循環用ポンプ５により吸引された浴槽２からの被処理水Ｗがヘアキャッチャー４により髪の毛等が除去された後に装置本体１０の内部に流入する。
【００５２】
一方、エア配管１１より装置本体１０の導入口３７ａより気体が導入されると、この気体はエア流路３７ｂを通って空間Ｓに導入される。
このとき、高圧電源２４によって外筒２８に設けた電極３０をプラスに帯電させると、内筒２７の流体流路２９を流れる被処理水Ｗがアース電極となってマイナスに帯電し、電極３０からアース電極（被処理水Ｗ）に向って放電が行われる。この放電は、電極３０が帯状であることと被処理水Ｗが液体であることにより無声放電となり、この放電区間を気体が通過することによりオゾンが生成される。
【００５３】
生成されたオゾンは、エア流路３６ｂを通って吐出口３６ａより吐出され、被処理水Ｗの上流側の逆止弁２６とエジェクター１４を経てオゾン供給口２１ｂより微細気泡の状態で供給され、流体流路２９の上流側より被処理水Ｗに混合される。これによりオゾンによる被処理水Ｗの浄化処理が行われる。
【００５４】
オゾンの混合した被処理水Ｗは、大表面積材料３１の隙間を通過するが、電極３０の放電時には紫外光が発生しており、この紫外光を大表面積材料３１の光触媒３２に照射することで光触媒３２による殺菌・浄化機能が後述のように働き、これにより被処理水Ｗの処理も同時に行なっている。
このとき、内筒２７と外筒２８を透明或は半透明のガラス材料によって形成しているので、紫外線光源３４からの紫外光を高い効率で光触媒３２に照射することができ、光触媒３２の機能を向上させている。
大表面積材料３１は、表面の光触媒３２が剥離した場合でも、露出したチタン原子に対して被処理水Ｗ中のオゾンが酸化反応して、大表面積材料３１の表面に二酸化チタンによる光触媒３２を常時発生させることができる。
【００５５】
このときの光触媒３２を用いた殺菌・浄化作用の原理を説明する。半導体物質である二酸化チタン等の光触媒３２に波長が４００ｎｍ以下の紫外光が照射されると、価電子帯に正孔が発生するとともに伝導帯に電子が生じる。この正孔の酸化電位は、フッ素、オゾン、過酸化水素等の酸化電位よりも低く、有機物は光触媒３２により完全に酸化分解されて最終的には二酸化炭素ガスと水、硫酸、硝酸などに完全酸化される。光触媒３２による酸化反応のメカニズムは、光触媒３２に紫外光が照射された際に生じる正孔またはこの正孔と水が反応して生じる極めて反応活性に富むヒドロオキシルラジカル（ＯＨラジカル）により、酸化反応が起こると考えられている。このとき、紫外光が照射された際に生じる正孔と同時に発生する電子と酸素ガス等との還元反応が、平行して進行する。光触媒３２の作用は、このような強力な酸化反応により、従来のオゾンや過酸化水素、塩素等の殺菌剤よりも強い殺菌能力を有し、有機物の分解能力も備えている。また、光照射により生じた正孔やＯＨラジカルの寿命はミリ秒以下と短いので、オゾンや過酸化水素等の酸化剤のように処理後に残留することがなく、残留酸化剤を処理する装置が不要であるという利点がある。このようなことから、光触媒３２を用いて効果的に被処理水Ｗを浄化することができる。
オゾンは殺菌力が強く、浄化力が非常に高い。また、有機物の分解もできるため、循環水の浄化、上下水道の浄化、殺菌等に大きな効果がある。しかし、ある種の酸化物や有機物でオゾンに反応しない物質もあり、温泉等の循環水では泉質により処理できないものもある。この場合、オゾンと光触媒３２を複合することでほとんどの泉質に対応することができる。
【００５６】
図６に示すように、装置本体１０の上流側にコンプレッサ（圧縮機）等の機器１５を設けるようにしてもよく、具体的には、コンプレッサ１５に続けてフィルタ１２と、これに加えて流体制御機１６をエア配管１１に設けた流体浄化システム４０としてもよい。
この流体浄化システム４０は、コンプレッサ１５によって０．２〜１ＭＰａ程度に空気を加圧したのちに流量制御機１６に送り、この流体制御機１６によって１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節して内筒２７と外筒２８の空間Ｓにこの空気を流すようにし、これにより、通常のエアポンプやエジェクターによる吸い込みのみを行う場合に比較して１．３〜１．５倍程度のオゾンの発生量が得られる。
【００５７】
また、図７に示すように、コンプレッサ等の機器１５に続けてフィルタ１２、エアドライヤ１７、流体制御機１６をエア配管１１に設けた流体浄化システム４１としてもよい。 この流体浄化システム４１は、コンプレッサ１５によって０．２〜１ＭＰａ程度に空気を加圧したのちに、エアドライヤ１７を経由した後に流量制御機１６に送って、この流体制御機１６によって１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節して空間Ｓにこの空気を流すようにしている。このように、オゾンを生成する際の空気は乾燥空気が望ましく、オゾンの生成にコンプレッサにより圧縮した空気を使用し、更に、乾燥空気とすることでオゾンの発生量が飛躍的に上昇する。
【００５８】
図４のグラフにおいては、エア流量５ｌ／ｍｉｎのときの電圧とオゾン発生量の関係を示している。このグラフより、エアポンプ１３のみの場合のオゾン発生量と、図７のコンプレッサ１５とエアドライヤ１７を組合わせた場合のオゾンの発生量には約２．４倍の開きがある。また、図６のコンプレッサ１５を使用した場合でも、エアポンプ使用時と比較すると、１．４倍の効果が認められる（８０Ｖにおいて）。
図４のグラフの条件としては、使用するコンプレッサ１５の圧力を０．５ＭＰａにしたときの効果であるが、この圧力を高くすることによって発生量をより増加させることができる。
【００５９】
また、エアドライヤ１７の代わりに、図示しないシリカゲル等の乾燥剤や或は冷凍式ドライヤを用いて空気を乾燥させるようにしてもよく、この場合においてもエアドライヤ１７を使用した場合と同等の効果が得られる。
更には、図示しない酸素ボンベや酸素発生器（一般的には、ＰＳＡ装置）を用いてオゾンの発生を増やすこともできる。
【００６０】
放電時には上述のように紫外光が発生することにより、この紫外光を被処理水Ｗに直接照射することによって殺菌することもでき、しかも、上述のように内筒２７と外筒２８をガラス材料によって形成しているため、紫外光の透過率が高くなり、被処理水Ｗへの紫外光の照射量を増やして殺菌力を高めることができる。また、この放電光により光触媒を活性化することも可能である。
その上、外筒２８の外部には紫外線光源３４を別途設けているため、この紫外線光源３４からの強い紫外光によって被処理水Ｗを殺菌・浄化することもでき、その浄化効果を一層高めている。
【００６１】
以上のように、流体浄化システム１は、酸素を効果的にオゾンに変化させて高濃度のオゾンを生成することができ、このオゾンを被処理水Ｗに混合して浄化する液体浄化機能を備えている。更に、光触媒３２、紫外線によって被処理水Ｗの殺菌や有機物の分解処理及び浄化を行うことで効率的に浄化処理を行うことができる。
【００６２】
この流体浄化システムを備え付ける風呂としては、例えば、空気を原料とした場合、３ｇ／ｈまでのオゾン発生量が得られるので、２０〜６０ｔ程度の浴槽まで対応できる。このとき、浴槽内に発生しようとするレジオラ菌などによる汚染を確実に防止できる。
更に、酸素を原料とした場合、１５ｇ／ｈ程度のオゾン発生量が得られ、３００ｔ程度の浴槽まで対応できる。
【００６３】
この流体浄化方法において、被処理水Ｗは浴槽２の湯以外の各種の流体を対象とすることができ、例えば、生活排水や工業用水などの液体も処理できる。また、液体以外にも酸素や空気、或はその他の気体を被処理流体Ｗとして浄化処理することもできる。
この場合、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とし、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極として、この電極間に電圧を加えて内筒と外筒の空間に放電してオゾンを発生させ、このオゾンを内筒内部を流れる気体に混合することで気体浄化機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】流体浄化システムを示した概念図である。
【図２】本発明の流体浄化装置の一例を示した正面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】放電時における電圧とオゾンの発生量の関係を示したグラフである。
【図５】外筒と内筒の隙間幅の違いによるオゾンの発生効率を示したグラフである。
【図６】流体浄化システムの他例を示した概念図である。
【図７】流体浄化システムの更に他例を示した概念図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 装置本体
１５ コンプレッサ（機器）
１６ 流体制御機
１７ エアドライヤ
２７ 内筒
２８ 外筒
３０ 電極
３２ 光触媒
３４ 紫外線光源
Ｓ 空間
Ｗ 被処理流体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、浴槽水やプール水、或は生活廃水、産業廃水などの被処理流体を殺菌・浄化する流体浄化装置並びに流体浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、風呂水やプール用水、養殖用水などの水を殺菌・浄化する浄化装置として、被浄化手段を濾過する濾過手段と、被浄化水に接触するように設けられた光触媒、及び光触媒を照射する光源とからなる殺菌手段により構成された水浄化装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
この水浄化装置は、光触媒と、蛍光灯や紫外線ランプからなる光源によって被浄化水を浄化するようにしている。
【０００３】
一方、風呂水等の被処理水が流れる配管に設けられる反応容器内に大表面積材料を設け、この大表面積材料に紫外線を照射する紫外線光源と、反応容器の上流側にオゾンを注入するオゾン注入手段を設けた水処理装置がある（例えば、特許文献２参照。）。
この水処理装置は、オゾン注入手段により被処理水にオゾンを注入し、透明に形成した反応容器の外面から紫外線を照射して反応容器内の大表面積材料の表面に光触媒を生成することにより、オゾンと光触媒によって被処理水の浄化を行っている。
【０００４】
また、風呂水等の被処理流体が流れる配管の途中に外筒と内筒を備えた二重管からなる反応容器を設け、この反応容器の外筒全周に一方の電極を位置させ、外筒から所定の空間を空けるように設けた透明な内筒に一方の電極と対を成す他方の電極を設け、外筒と内筒との間の電極間に放電を発生させながら外筒と内筒の空間に酸素又は空気を供給することによりオゾンを生成させるようにし、このオゾンを被処理流体に混合させて浄化するようにした流体浄化装置がある（例えば、特許文献３参照。）。反応容器は、外筒をステンレス製によって形成し、一方、内筒を石英ガラス又はホウ珪酸ガラス製によって形成し、外筒側の一方の電極をアース電極としている。
この流体浄化装置は、内筒内に光触媒を設置し、オゾンを発生させるための放電により発生した紫外線を利用してこの光触媒を活性化して機能させるようにし、オゾンと光触媒によって被処理流体の浄化を行っている。
【特許文献１】特開平８−８９７２５号公報
【特許文献２】特開２００４−１５４７４２号公報
【特許文献３】特開２００４−２２３３４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の水浄化装置は、紫外線ランプのみによる殺菌にかえて光触媒と光源によって殺菌して殺菌能力を向上させようとしているが、被処理水を十分に殺菌処理できる殺菌能力を有しているとは言い難かった。
【０００６】
特許文献２の水処理装置は、被処理水にオゾンを注入することで光触媒に加えて殺菌作用の高いオゾンにより殺菌能力を高めることはできるが、この場合、オゾン注入手段を反応容器の上流側に別の装置として設け、この外部のオゾン注入手段によってオゾンを別に生成する構造の水処理装置としているため、装置全体が複雑化し、大型化するという問題があった。
【０００７】
特許文献３の流体浄化装置においては、二重管からなる反応容器内でオゾンと光触媒を生成し、オゾンの強い殺菌作用を働かせつつ簡単な構造で被処理流体を浄化することで特許文献２の問題を解決しようとするものであるが、この流体浄化装置は、反応容器の外筒をステンレスからなる金属、内筒を透明なガラスからなる誘電体とした構造であるため、次のような問題があらたに生じていた。
【０００８】
すなわち、この流体浄化装置においては、反応容器の電極間に放電を発生させるものであるが、内筒と外筒の間に電極を設けて放電する場合、内筒の外面側に電極を設けて放電させると、アーク放電が生じて大きな音が発生するという問題があった。
一方、内筒の内面側に電極を密着させると、無声放電となって音の発生の問題は解決できるが、この場合において内筒内面側の電極を高圧側に帯電させると、内筒内部を流れる流体が液体である場合、この液体が高圧に帯電し、この結果、内筒を接続されている配管が高圧に帯電して危険な状態になるおそれがあった。また、このように内面側を高圧に帯電させると保護装置が必要になるが、この保護装置の装着が困難となっていた。
また、外筒を高圧側に帯電させるようにしたとしても、外筒の外部側に悪影響を及ぼすおそれがあるため、高圧電源の保護装置が必要になっていた。
【０００９】
本発明は、上記した実情に鑑み、鋭意検討の結果開発に至ったものであり、その目的とするところは、簡単な構成によって高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化装置並びに流体浄化方法を提供するものであり、水などの液体からなる被処理流体の殺菌・浄化時に騒音や高電圧の帯電の発生などを抑制し、安定した状態で殺菌・浄化機能を働かせることのできる流体浄化装置並びに流体浄化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極に電圧を加えたときに内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体に混合して浄化する液体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【００１１】
請求項２記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極間に電圧を加えたときに空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化する気体浄化機能を備えた流体浄化装置である。
【００１２】
請求項３記載の発明は、内筒内に光触媒を形成するようにした流体浄化装置である。
【００１３】
請求項４記載の発明は、外筒と内筒を透明或は半透明の材料によって形成し、外筒の外周側に紫外光を照射する紫外線光源を設けた流体浄化装置である。
【００１４】
請求項５記載の発明は、紫外線光源を無電極放電管とした流体浄化装置である。
【００１５】
請求項６記載の発明は、外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後に、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した流体浄化装置である。
【００１６】
請求項７記載の発明は、外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後にエアドライヤを経由させ、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した流体浄化装置である。
【００１７】
請求項８記載の発明は、装置本体の上流側に筒状体を装着し、この筒状体の内部に少なくともヘアキャッチャーを着脱自在に内蔵した流体浄化装置である。
【００１８】
請求項９記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極とし、この電極に電圧を加えたときに内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを被処理流体に混合して浄化させた流体浄化方法である。
【００１９】
請求項１０記載の発明は、非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極とし、この電極間に電圧を加えたときに空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化させた流体浄化方法である。
【００２０】
請求項１１記載の発明は、内筒内に光触媒を形成し、この光触媒を空間内で放電したときに生じる紫外光で機能させるようにした流体浄化方法である。
【００２１】
請求項１２記載の発明は、請求項１１の流体浄化方法において、外筒の外周側に紫外線光源を設け、この紫外線光源の紫外光で光触媒を機能させるようにした流体浄化方法である。
【発明の効果】
【００２２】
請求項１に係る発明によると、簡単な構成によってオゾンを大量に発生して効果的に被処理流体に混合させて高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化装置であり、被処理流体が液体である場合に、無声放電によって放電を行うことによって大きな音が発生したり配管が高電圧に帯電したりするのを抑制しながら殺菌・浄化機能を働かせることができる流体浄化装置を提供できる。また、保護装置を必要とすることがないため、安定した状態でオゾンを発生することができる。
【００２３】
請求項２に係る発明によると、被処理流体が気体であっても大量のオゾンを安全に発生させることができる流体浄化装置であり、このオゾンを被処理流体に効率的に混合させて殺菌・浄化効果の高い流体浄化装置を提供できる。
【００２４】
請求項３に係る発明によると、電極からの放電によって生じた紫外線を光触媒に作用させ、この光触媒によって効果的に被処理流体を殺菌・浄化することが可能な流体浄化装置を提供できる。
【００２５】
請求項４に係る発明によると、紫外線光源から紫外光を効果的に光触媒に照射することができ、この紫外光によって光触媒による殺菌・浄化機能を大幅に向上させることが可能な流体浄化装置を提供できる。
【００２６】
請求項５に係る発明によると、電極を設けることなく紫外線光源を発光させることができ、紫外線光源を発光させるための付属品などを省略して構造を簡略化でき、コストも削減することができる流体浄化装置を提供できる。
【００２７】
請求項６に係る発明によると、外筒と内筒の間を流れる酸素や空気からオゾンを効果的に発生することができる流体浄化装置であり、さらに、請求項７に係る発明によると、酸素や空気の結露を防いで、この供給された酸素や空気を無駄なく利用してよりオゾンを効果的に発生できる流体浄化装置を提供できる。
【００２８】
請求項８に係る発明によると、被処理流体に混ざった髪の毛やゴミ等の混合物を取り除くことができ、また、全体のコンパクト化を図ることができる。流体浄化装置を交換しようとする場合には、装置本体を筒状体から外すだけでよく、交換に必要な作業スペースを小さくできる。
【００２９】
請求項９に係る発明によると、簡単な構成によってオゾンを大量に発生して効果的に被処理流体に混合させて高い殺菌・浄化機能を発揮できる流体浄化方法であり、被処理流体が液体である場合に、無声放電によって放電を行うことによって大きな音が発生したり配管が高電圧に帯電したりするのを抑制しながら殺菌・浄化機能を働かせることができる流体浄化方法である。また、保護装置を必要とすることがないため、安定した状態でオゾンを発生することができる。
【００３０】
請求項１０に係る発明によると、被処理流体が気体であっても大量のオゾンを安全に発生させることができる流体浄化方法であり、このオゾンを被処理流体に効率的に混合させて殺菌・浄化効果を高めることができる流体浄化方法である。
【００３１】
請求項１１に係る発明によると、電極からの放電によって生じた紫外線を光触媒に作用させ、この光触媒によって効果的に被処理流体を殺菌・浄化することができる流体浄化方法である。
【００３２】
請求項１２に係る発明によると、紫外線光源から紫外光を効果的に光触媒に照射することができ、この紫外光によって光触媒による殺菌・浄化機能を大幅に向上させることができる流体浄化方法である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明における流体浄化装置並びに流体浄化方法の一例を実施形態に基づいて詳しく説明する。
図１において、本発明の流体浄化装置を利用した流体浄化システムの概念図を示しており、この流体浄化システム１は、水などの液体を被処理流体として処理するものであって、本実施形態においては、温泉や健康施設等において利用され、循環する風呂の湯を被処理流体（被処理水）Ｗとして処理するようにしたものである。
【００３４】
流体浄化システム１において、浴槽２の中には被処理水Ｗが溜まっており、この被処理水Ｗをヘアキャッチャー４、流体浄化装置の装置本体１０、循環ポンプ５、濾過タンク６、熱交換器７を循環用配管３で結んで循環させるようにしている。
【００３５】
ヘアキャッチャー４は、装置本体１０の前に設けており、浴槽２の被処理水Ｗに混ざった髪の毛やゴミなどの比較的大きな混入物を回収するようにしている。装置本体１０には、後述する筒状体２１、２２を装着しており、このうち、上流側の筒状体２１の内部において、少なくともこのヘアキャッチャー４を着脱自在に内蔵している。
【００３６】
循環ポンプ５は、浴槽２の被処理水Ｗを汲み上げ、循環用配管３内を循環させるようにしている。濾過タンク６は、循環ポンプ５の下流側に設けられ、ヘアキャッチャー４により回収できない微細な異物等を濾過して除去可能に設けている。熱交換器７は濾過タンク６の下流側に設けられ、被処理水Ｗの温度を所定温度に昇温させるようにしている。
【００３７】
配管３ａは、ポンプの一次側となるため一般的に負圧となり、ポンプ二次側の配管３ｂは正圧となる。この正圧の最も高くなる熱交換器７の手前から分岐させた枝管３ｃを混合装置（エジェクター）１４に配管し、オゾンと被処理流体Ｗの混合を促進している。
【００３８】
装置本体１０には、循環用配管３とは別にエア配管１１が接続され、このエア配管１１には、フィルタ１２、エアポンプ１３、エジェクター１４が設けられている。フィルタ１２はエアポンプ１３によって吸気した酸素や空気などの気体に混入したゴミなどの異物を除去し、この気体をエアポンプ１３によってエア配管１１、エジェクター１４を介して装置本体１０に供給可能に設けている。
【００３９】
エジェクター１４は、装置本体１０の前に取付けられ、セラミックや金属を材料として図示しないリング状に形成している。これにより、エアポンプ１３からの気体を枝管３ｃからの流体と混合することで微細気泡状にして装置本体１０側に放出している。
【００４０】
図２、３において、装置本体１０は、ケース本体２０、被処理流体Ｗの流路である上流、下流側のある筒状体２１、２２、高圧電源２４、オゾン供給流路２５を組合わせて形成しており、これに逆止弁２６と前述のエジェクター１４を組合わせている。
【００４１】
ケース本体２０の内部には、図３に示すように、内部側に被処理水Ｗが流れる流体流路２９を有する内筒２７と、この内筒２７から所定の空間Ｓを空けて外筒２８を設けている。内筒２７と外筒２８の空間Ｓの間隔としては、例えば、０．５〜２ｍｍ程度の間隔とし、内筒２７と外筒２８を同芯状に設けていることでこの間隔が円周方向において均一になるようにしている。
この場合、図５に示すように、空間の間隔を０．６〜１．５ｍｍ程度の範囲に設けるのが最も望ましく、異なる電圧に対しても収率比が高まり、後述するオゾンの発生量を多くすることができる。
【００４２】
内筒２７と外筒２８は、非導電性の材料によって形成し、例えば、紫外線を透過する透明或は半透明のガラス材料によって形成している。このガラス材料としては、石英ガラスやホウ珪酸ガラスなどのより紫外線を通しやすいものとするのが望ましく、特に、ホウ珪酸ガラス、高珪酸ガラスは比較的安価であり、通常の材料をそのまま使用することができるが、紫外線透過率、耐熱性、強度等の点を考慮した場合、石英ガラスが最も好ましい。
【００４３】
外筒２８の内側には導電性部材を設けて電極３０としてこれを高圧帯電用としており、この電極３０は、外筒２８外部に設けた高圧電源２４の図示しないプラス側に接続されている。高圧電源２４によって電極３０に電圧が加わると、外筒２８が帯電し、内筒２７側に放電できるようにしている。電極３０は、帯状の単純な形状であればよく、本実施形態において断面略Ｃ字状に形成し、外筒２８の内周面２８ａに沿って、この内周面２８ａの円周方向の一部に概ね１０〜５０ｍｍの幅で設けているが、この電極３０は、内周面２８ａに沿ってほぼ１周（全周）に亘って設けるようにしてもよい。
電極３０の材料としては、例えば、ステンレス製とし、これを薄膜状に形成したものを使用しているが、これ以外にも、ニッケルクロムを真空蒸着にて装着することで放電にもオゾンにも強い薄膜を形成することが可能となる。その他の材料としては、アルミや銅、或はチタン等を使用することもできるが、アルミや銅を使用する場合には耐オゾン用として、塗装等による表面処理を行うことが必要になる。ただし、空気や酸素の水分含有率が低ければ問題なく使用できる。
【００４４】
内筒２７の内部には、網やチタン線、繊維状チタン材料の集合体、その他多孔性チタン材料等からなるチタン又はチタン合金製の大表面積材料３１を収納している。この大表面積材料３１には、予め表面側に二酸化チタンの光触媒３２が形成されていてもよく、或は、後述のように、発生させたオゾンによって使用中に二酸化チタンの光触媒３２を形成するものでもよい。
大表面積材料３１は、細状に形成することによりオゾンとの反応性が高くなり、確実に光触媒３２を形成できる。この大表面積材料３１は、チタンやチタン合金以外の材料によって形成するようにしてもよく、例えば、ガラスやステンレス、シリカゲル等の材料を大表面積材料とすることもできる。
【００４５】
外筒２８の外周側には、紫外光を照射する蛍光灯等の紫外線光源３４を配設している。この紫外線光源３４は、二酸化チタンの光触媒３２が正孔および電子を効率良く生じさせる紫外光（例えば、波長が４１０ｎｍ以下）を多く含むことが望ましく、紫外線ランプや低圧または高圧水銀ランプ、または３００〜４００ｎｍの波長をもつ蛍光ランプなどであってもよい。さらには、紫外光を照射するＬＥＤを複数個並べたものであってもよい。ＬＥＤランプを使用すると、寿命を延ばすことができ、小型化も可能となる。更に、発熱量も抑えられるため、より効率のよい流体の浄化が可能となる。
【００４６】
また、紫外線光源３４は、直線（ストレート）形、円筒（サークル）形、螺旋形、波形などの各種の形状に形成することによって、光触媒３２をより効果的に機能させることもでき、更に、本実施形態の紫外線光源３４は、無電極によって放電できる無電極放電管としており、これにより、オゾン生成時における放電時にこの無電極放電管３４を電極３０に近接させておくことで無電極により発光可能に設けている。無電極放電管３４を明るく点灯させるためには、高電圧で高周波の電極３０を用いるようにするのがよい。更に、紫外線光源３４は、無電極放電管以外にも、通常の電極を設けて発光させるタイプのものを用いるようにしてもよい。
【００４７】
外筒２８のさらに外周側には、断熱性を有する保護筒３５を設けており、これにより、外筒２８とこの保護筒３５との間に断熱空間Ｓ１を形成し、前記の紫外線光源３４は、この断熱空間Ｓ１に収納されている。紫外線光源３４や、電極３０による放電光をより効果的に照射するためには、この保護筒３５の内面側に図示しないアルミなどを蒸着等の手段で貼り付けるようにしてもよく、この場合、紫外光などを反射できることにより高効率で照射することが可能となる。
【００４８】
内筒２７、外筒２８、保護筒３５は、取付筒３６、３７によって一体化され、内筒２７、外筒２８と、取付筒３６、３７との間には、例えば、ＥＰＤＭ（エチレンとプロピレン及び架橋用ジェンモノマーとの三元共重合体）製によるＯリング３８、３９が装着され、これにより外部へのオゾン及び被処理水Ｗの漏れを無くし、また、メンテナンス等における分解時に、容易に取付筒３６、３７を取り外すことができるようにしている。
【００４９】
取付筒３６、３７を組合わせた後には、取付筒３６、３７内部に形成したエア流路３６ｂ、３７ｂと空間Ｓとが連通し、取付筒３７に設けた導入口３７ａより空気又は酸素等の気体を導入させると、この気体はエア流路３６ｂを通って空間Ｓを通過した後に、取付筒３６内のエア流路３６ｂを通って吐出口３６ａより吐出可能に設けている。吐出口３６ａと接続したオゾン供給流路２５の途中には逆止弁２６が設けられているため、吐出口３６ａより吐出されたオゾンは、逆止弁２６を経てエジェクター１４の内部の図示しない隘路によって枝管３ｃからの流体の流速が早められ、混合された状態で筒状体２１から供給される。
オゾン供給口２１ｂは、流体流路２９に連通し、この流体流路２９を流れる被処理水Ｗにオゾンを混合可能に設けている。
【００５０】
取付筒３６、３７には、流入口２１ａ、流出口２２ａを有する筒状体２１、２２が接続され、これにより、流入口２１ａより流入した被処理水Ｗは、流体流路２９を通過してオゾンが混合された後に、流出口２２ａから流出される。
【００５１】
続いて、本発明における流体浄化装置の上記実施形態の動作を説明する。被処理水Ｗは、循環ポンプ５により加圧されて濾過タンク６内に圧送され、異物等が除去された後に熱交換器７を介して一定の温度に温められて浴槽２内に戻される。また、循環ポンプ５の上流側では、この循環用ポンプ５により吸引された浴槽２からの被処理水Ｗがヘアキャッチャー４により髪の毛等が除去された後に装置本体１０の内部に流入する。
【００５２】
一方、エア配管１１より装置本体１０の導入口３７ａより気体が導入されると、この気体はエア流路３７ｂを通って空間Ｓに導入される。
このとき、高圧電源２４によって外筒２８に設けた電極３０をプラスに帯電させると、内筒２７の流体流路２９を流れる被処理水Ｗがアース電極となってマイナスに帯電し、電極３０からアース電極（被処理水Ｗ）に向って放電が行われる。この放電は、電極３０が帯状であることと被処理水Ｗが液体であることにより無声放電となり、この放電区間を気体が通過することによりオゾンが生成される。
【００５３】
生成されたオゾンは、エア流路３６ｂを通って吐出口３６ａより吐出され、被処理水Ｗの上流側の逆止弁２６とエジェクター１４を経てオゾン供給口２１ｂより微細気泡の状態で供給され、流体流路２９の上流側より被処理水Ｗに混合される。これによりオゾンによる被処理水Ｗの浄化処理が行われる。
【００５４】
オゾンの混合した被処理水Ｗは、大表面積材料３１の隙間を通過するが、電極３０の放電時には紫外光が発生しており、この紫外光を大表面積材料３１の光触媒３２に照射することで光触媒３２による殺菌・浄化機能が後述のように働き、これにより被処理水Ｗの処理も同時に行なっている。
このとき、内筒２７と外筒２８を透明或は半透明のガラス材料によって形成しているので、紫外線光源３４からの紫外光を高い効率で光触媒３２に照射することができ、光触媒３２の機能を向上させている。
大表面積材料３１は、表面の光触媒３２が剥離した場合でも、露出したチタン原子に対して被処理水Ｗ中のオゾンが酸化反応して、大表面積材料３１の表面に二酸化チタンによる光触媒３２を常時発生させることができる。
【００５５】
このときの光触媒３２を用いた殺菌・浄化作用の原理を説明する。半導体物質である二酸化チタン等の光触媒３２に波長が４００ｎｍ以下の紫外光が照射されると、価電子帯に正孔が発生するとともに伝導帯に電子が生じる。この正孔の酸化電位は、フッ素、オゾン、過酸化水素等の酸化電位よりも低く、有機物は光触媒３２により完全に酸化分解されて最終的には二酸化炭素ガスと水、硫酸、硝酸などに完全酸化される。光触媒３２による酸化反応のメカニズムは、光触媒３２に紫外光が照射された際に生じる正孔またはこの正孔と水が反応して生じる極めて反応活性に富むヒドロオキシルラジカル（ＯＨラジカル）により、酸化反応が起こると考えられている。このとき、紫外光が照射された際に生じる正孔と同時に発生する電子と酸素ガス等との還元反応が、平行して進行する。光触媒３２の作用は、このような強力な酸化反応により、従来のオゾンや過酸化水素、塩素等の殺菌剤よりも強い殺菌能力を有し、有機物の分解能力も備えている。また、光照射により生じた正孔やＯＨラジカルの寿命はミリ秒以下と短いので、オゾンや過酸化水素等の酸化剤のように処理後に残留することがなく、残留酸化剤を処理する装置が不要であるという利点がある。このようなことから、光触媒３２を用いて効果的に被処理水Ｗを浄化することができる。
オゾンは殺菌力が強く、浄化力が非常に高い。また、有機物の分解もできるため、循環水の浄化、上下水道の浄化、殺菌等に大きな効果がある。しかし、ある種の酸化物や有機物でオゾンに反応しない物質もあり、温泉等の循環水では泉質により処理できないものもある。この場合、オゾンと光触媒３２を複合することでほとんどの泉質に対応することができる。
【００５６】
図６に示すように、装置本体１０の上流側にコンプレッサ（圧縮機）等の機器１５を設けるようにしてもよく、具体的には、コンプレッサ１５に続けてフィルタ１２と、これに加えて流体制御機１６をエア配管１１に設けた流体浄化システム４０としてもよい。
この流体浄化システム４０は、コンプレッサ１５によって０．２〜１ＭＰａ程度に空気を加圧したのちに流量制御機１６に送り、この流体制御機１６によって１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節して内筒２７と外筒２８の空間Ｓにこの空気を流すようにし、これにより、通常のエアポンプやエジェクターによる吸い込みのみを行う場合に比較して１．３〜１．５倍程度のオゾンの発生量が得られる。
【００５７】
また、図７に示すように、コンプレッサ等の機器１５に続けてフィルタ１２、エアドライヤ１７、流体制御機１６をエア配管１１に設けた流体浄化システム４１としてもよい。 この流体浄化システム４１は、コンプレッサ１５によって０．２〜１ＭＰａ程度に空気を加圧したのちに、エアドライヤ１７を経由した後に流量制御機１６に送って、この流体制御機１６によって１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節して空間Ｓにこの空気を流すようにしている。このように、オゾンを生成する際の空気は乾燥空気が望ましく、オゾンの生成にコンプレッサにより圧縮した空気を使用し、更に、乾燥空気とすることでオゾンの発生量が飛躍的に上昇する。
【００５８】
図４のグラフにおいては、エア流量５ｌ／ｍｉｎのときの電圧とオゾン発生量の関係を示している。このグラフより、エアポンプ１３のみの場合のオゾン発生量と、図７のコンプレッサ１５とエアドライヤ１７を組合わせた場合のオゾンの発生量には約２．４倍の開きがある。また、図６のコンプレッサ１５を使用した場合でも、エアポンプ使用時と比較すると、１．４倍の効果が認められる（８０Ｖにおいて）。
図４のグラフの条件としては、使用するコンプレッサ１５の圧力を０．５ＭＰａにしたときの効果であるが、この圧力を高くすることによって発生量をより増加させることができる。
【００５９】
また、エアドライヤ１７の代わりに、図示しないシリカゲル等の乾燥剤や或は冷凍式ドライヤを用いて空気を乾燥させるようにしてもよく、この場合においてもエアドライヤ１７を使用した場合と同等の効果が得られる。
更には、図示しない酸素ボンベや酸素発生器（一般的には、ＰＳＡ装置）を用いてオゾンの発生を増やすこともできる。
【００６０】
放電時には上述のように紫外光が発生することにより、この紫外光を被処理水Ｗに直接照射することによって殺菌することもでき、しかも、上述のように内筒２７と外筒２８をガラス材料によって形成しているため、紫外光の透過率が高くなり、被処理水Ｗへの紫外光の照射量を増やして殺菌力を高めることができる。また、この放電光により光触媒を活性化することも可能である。
その上、外筒２８の外部には紫外線光源３４を別途設けているため、この紫外線光源３４からの強い紫外光によって被処理水Ｗを殺菌・浄化することもでき、その浄化効果を一層高めている。
【００６１】
以上のように、流体浄化システム１は、酸素を効果的にオゾンに変化させて高濃度のオゾンを生成することができ、このオゾンを被処理水Ｗに混合して浄化する液体浄化機能を備えている。更に、光触媒３２、紫外線によって被処理水Ｗの殺菌や有機物の分解処理及び浄化を行うことで効率的に浄化処理を行うことができる。
【００６２】
この流体浄化システムを備え付ける風呂としては、例えば、空気を原料とした場合、３ｇ／ｈまでのオゾン発生量が得られるので、２０〜６０ｔ程度の浴槽まで対応できる。このとき、浴槽内に発生しようとするレジオラ菌などによる汚染を確実に防止できる。
更に、酸素を原料とした場合、１５ｇ／ｈ程度のオゾン発生量が得られ、３００ｔ程度の浴槽まで対応できる。
【００６３】
この流体浄化方法において、被処理水Ｗは浴槽２の湯以外の各種の流体を対象とすることができ、例えば、生活排水や工業用水などの液体も処理できる。また、液体以外にも酸素や空気、或はその他の気体を被処理流体Ｗとして浄化処理することもできる。
この場合、外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とし、内筒の内側に外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極として、この電極間に電圧を加えて内筒と外筒の空間に放電してオゾンを発生させ、このオゾンを内筒内部を流れる気体に混合することで気体浄化機能を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】流体浄化システムを示した概念図である。
【図２】本発明の流体浄化装置の一例を示した正面図である。
【図３】図２の要部拡大断面図である。
【図４】放電時における電圧とオゾンの発生量の関係を示したグラフである。
【図５】外筒と内筒の隙間幅の違いによるオゾンの発生効率を示したグラフである。
【図６】流体浄化システムの他例を示した概念図である。
【図７】流体浄化システムの更に他例を示した概念図である。
【符号の説明】
【００６５】
１０ 装置本体
１５ コンプレッサ（機器）
１６ 流体制御機
１７ エアドライヤ
２７ 内筒
２８ 外筒
３０ 電極
３２ 光触媒
３４ 紫外線光源
Ｓ 空間
Ｗ 被処理流体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極に電圧を加えたときに前記内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記被処理流体に混合して浄化する液体浄化機能を備えたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項２】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、前記内筒の内側に前記外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極間に電圧を加えたときに前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化する気体浄化機能を備えたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項３】
前記内筒内に光触媒を形成するようにした請求項１又は２記載の流体浄化装置。
【請求項４】
前記外筒と内筒を透明或は半透明の材料によって形成し、前記外筒の外周側に紫外光を照射する紫外線光源を設けた請求項３記載の流体浄化装置。
【請求項５】
前記紫外線光源を無電極放電管とした請求項４記載の流体浄化装置。
【請求項６】
前記外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後に、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した請求項１乃至５の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項７】
前記外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後にエアドライヤを経由させ、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した請求項１乃至５の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項８】
前記装置本体の上流側に筒状体を装着し、この筒状体の内部に少なくともヘアキャッチャーを着脱自在に内蔵した請求項１乃至７の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項９】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極とし、この電極に電圧を加えたときに前記内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記被処理流体に混合して浄化させたことを特徴とする流体浄化方法。
【請求項１０】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、前記内筒の内側に前記外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極とし、この電極間に電圧を加えたときに前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化させたことを特徴とする流体浄化方法。
【請求項１１】
前記内筒内に光触媒を形成し、この光触媒を前記空間内で放電したときに生じる紫外光で機能させるようにした請求項９又は１０記載の流体浄化方法。
【請求項１２】
請求項１１の流体浄化方法において、前記外筒の外周側に紫外線光源を設け、この紫外線光源の紫外光で光触媒を機能させるようにした流体浄化方法。
【請求項１】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極に電圧を加えたときに前記内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記被処理流体に混合して浄化する液体浄化機能を備えたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項２】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、前記内筒の内側に前記外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極を設けて装置本体を形成し、この装置本体の電極間に電圧を加えたときに前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化する気体浄化機能を備えたことを特徴とする流体浄化装置。
【請求項３】
前記内筒内に光触媒を形成するようにした請求項１又は２記載の流体浄化装置。
【請求項４】
前記外筒と内筒を透明或は半透明の材料によって形成し、前記外筒の外周側に紫外光を照射する紫外線光源を設けた請求項３記載の流体浄化装置。
【請求項５】
前記紫外線光源を無電極放電管とした請求項４記載の流体浄化装置。
【請求項６】
前記外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後に、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した請求項１乃至５の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項７】
前記外筒と内筒の空間を流れる気体を圧縮機等の機器で０．２〜１ＭＰａに加圧した後にエアドライヤを経由させ、流体制御機で１〜２０ｌ／ｍｉｎに流量調節した請求項１乃至５の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項８】
前記装置本体の上流側に筒状体を装着し、この筒状体の内部に少なくともヘアキャッチャーを着脱自在に内蔵した請求項１乃至７の何れか１項に記載の流体浄化装置。
【請求項９】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて電極とし、この電極に電圧を加えたときに前記内筒の内部を流れる水などの液体からなる被処理流体をアース電極として前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記被処理流体に混合して浄化させたことを特徴とする流体浄化方法。
【請求項１０】
非導電性の材料からなる内筒とこの内筒から所定の空間を空けて非導電性の材料からなる外筒を同芯上に設け、前記外筒の内側の一部又は全周に導電性部材を取付けて一方の電極とすると共に、前記内筒の内側に前記外筒の電極と同等又はそれ以上の幅の導電性部材を取付けて他方の電極とし、この電極間に電圧を加えたときに前記空間に放電してこの空間を流れる酸素又は空気などの気体と反応させてオゾンを発生させ、このオゾンを前記内筒の内部を流れる気体からなる被処理流体に混合して浄化させたことを特徴とする流体浄化方法。
【請求項１１】
前記内筒内に光触媒を形成し、この光触媒を前記空間内で放電したときに生じる紫外光で機能させるようにした請求項９又は１０記載の流体浄化方法。
【請求項１２】
請求項１１の流体浄化方法において、前記外筒の外周側に紫外線光源を設け、この紫外線光源の紫外光で光触媒を機能させるようにした流体浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−１６７８０７（Ｐ２００７−１６７８０７Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７２２３５（Ｐ２００５−３７２２３５）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（３０４０１７４７６）東洋バルヴ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【出願人】（３０４０１７４７６）東洋バルヴ株式会社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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