(57)【要約】【課題】気体と液体との混合効率の向上による液体の微細化、省エネルギー化、省スペース化、低価格化、メンテナンスフリー及び運転管理の容易化を図り、液体の微細化の混合動力を不要とするマイナスイオン発生装置を提供する。【解決手段】マイナスイオン発生装置５は実質的に垂直に配置された気液混合部に静止型混合器２が配置されている。この静止型混合器２の上部から液体と気体とを供給し、その流体の流動エネルギーで静止型混合器２内を並流で下方に通流させて、液体と気体の混合を行ない、液体を微細化してマイナスイオンを帯電した空気を発生させる。同時に、曝気又は放散処理による水質保全及び改善を行なう。【選択図】　図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長手方向を実質的に垂直にして配置された気液混合部と、前記気液混合部の上端側から液体を前記気液混合部内に供給し下端側から排出する液体の供給手段と、前記気液混合部の上方側から気体を前記気液混合部内に導入し、前記液体及び気体は前記気液混合部内を並流で下降し、両者は前記気液混合部の内部で気液混合し下端側から排出されることを特徴とするマイナスイオン発生装置。
【請求項２】
前記気液混合部は静止型混合器を配置したことを特徴とする請求項１に記載のマイナスイオン発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストレス抑制作用、抗酸化作用等の健康産業、喘息、自律神経障害等の医療産業、農作物の発芽・生長促進、動物の生長促進等の農・畜産産業、作業能率の向上、空気質の改善、脱臭、ガス吸収、除塵、除菌、調湿等の環境・健康産業、水質の保全・改善等に利用される空気イオン発生装置に関する。詳しくには、気体と液体とを混合して微細な水滴を生成させてマイナスイオンの空気を発生させるマイナスイオン発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の空気イオンの発生方法としては、空気イオン発生部が「放電極」とこれに対向する「対向電極」とからなり、放電極と対向電極間に「交流」の高電圧を印可して空気イオンを発生させる交流放電方式。同様に、放電極と対向電極間に「直流」の高電圧を印可して空気イオンを発生させる直流放電方式。放射性物質を用いて空気イオンを発生させる放射性物質方式。紫外線を用いて空気イオンを発生させる紫外線方式。高電圧のパルスで電子を発生させて、空気イオンを発生させる電子放射方式。噴射水を金属板に衝突させて微細水滴にさせて空気イオンを発生させるレナード効果による水破砕方式。コロナ放電によって発生した電子を水蒸気に衝突、帯電させて空気イオンを発生させる気化・放電方式等がある。
従来技術としては、特開平７−２３７７７の交流高電圧を印可したイオン発生装置、特開平７−５７６４３の光電子材に紫外線又は放射線を照射する負イオン発生方法、特開平１１−３６６０２３の導電性基材上に光半導体薄膜形成したマイナスイオン発生装置、特開−２００１−１９０６９１の噴水形態によるマイナスイオン発生装置、特開平１１−１９５３７の液体の微細化によるマイナスイオン発生装置、特開平１０−１１３３１の気水混合装置によるマイナスイオン発生装置等が有る。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来のマイナスイオン発生装置は電子材の寿命が短かく、構造が複雑で保守管理が必要となる。更に、従来のイオン発生装置は、セラミック製の発生素子に水を通流させて、超音波によって加湿してマイナスイオンを発生させている。この発生素子の寿命は、３〜５ヶ月程度である。又、水中に含まれるカルシウム等の付着・生成により、性能の劣化と保守管理を必要としている。
本発明は、マイナスイオンの発生と同時に、下記のような機能を有している。１）空気に適度な湿度を保持できる。
２）空気中の酸素を効率よく溶解させることができる。溶存酸素の高い原水が製造できる。微生物による水汚染を防止して、水質保全及び改善ができる。
３）原水中に含まれているアンモニア性窒素、トリクロロメタン、トリハロメタン等の揮発性物質を放散機能により除去できる。
４）大気中の自動車の排ガスや、微粒子及び悪臭成分ガス等をガス吸収及び除塵機能により浄化ができる。
５）大容量の水量及び空気量を処理できる。
６）構造が簡易なので保守管理が容易である。
７）大容量のマイナスイオンを含んだ空気を容易に生成できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため本発明のマイナスイオン発生装置は、長手方向に実質的に垂直に配置された気液混合部に静止型混合器を配置して、その静止型混合器の上端側に液体供給手段を配置し、その液体供給手段の上方に気体導入部を配置したマイナスイオン発生装置を採用したのである。そのマイナスイオン発生装置は、混合攪拌動力を必要としない流体の流動エネルギーを利用して液体と気体の混合攪拌を行なう静止型混合器を気液混合部に配置し、その上方に液体供給手段を配置し、その供給エネルギーにより空気等の気体をその供給手段の上方から供給される。或いは、送風機等の空気供給手段を介して供給される。液体と気体は静止型混合器の上端から下端に並流で通流して混合し、液体は微細化されて、液体の表面エネルギーが変化し、液滴が帯電する。液滴が分裂するとき、液滴はプラスに帯電し、周囲の空気はマイナスに帯電する。その結果マイナスイオンを帯電した空気が生成する。
【０００５】
なお、本発明で利用される静止型混合器は、特公昭４４−８２９０号、特開平７−２８４６４２号、米国特許第４４０８８９３号等に記載されている静止型混合器等を使用目的に応じて適宜選択使用できる。
【０００６】
本発明のマイナスイオン発生装置によれば、気液混合部に静止型混合器を利用することで、気液混合効率の向上により、微細な水滴を簡単に生成できる。又、気液混合用の動力を必要としないので、消費電力も安価となる。更に、静止型混合器は簡易な構造体で構成されているので、安価に製造できる。保守管理費も安価になる。更に又、本発明のマイナスイオン発生装置は、マイナスイオンの発生と同時に、液体中に酸素を溶解させたり、トリハロメタン、トリクロロエタン等の揮発性物質等を含んだ液体からこれら揮発性物質を放散除去して浄化することが可能である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は本発明に係る第１実施例のマイナスイオン発生装置の模式図、図２は同様に第２実施例のマイナスイオン発生装置の模式図、図３は本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図、図４は同様に第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図、図５は同様に第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。図６は同様に第２実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。本実施例に使用される静止型混合器は、種々の流体通路構造体の静止型混合器を選択使用可能であるが、筒状の通路管に螺旋状の羽根体を有し、その羽根体が多孔体又は多孔質体で形成されているミキシングエレメント（特開平７−２８４６４２号）方式の採用が望ましい。その静止型混合器を利用することで、液体と気体はその混合器内を通流しながら液体の流動エネルギーにより連続的に回転、反転、分割、剪断作用により微細な液滴を容易に生成させることができる。
【０００８】
図１は本発明の第１実施例を示すマイナスイオン発生装置の模式図である。筒状の通路管１内において、１個の静止型混合器２が配置され、その上方にスプレーノズル等の液体供給手段３が配置されて、更にその上方に空気取入れ口４が配置されている。このように構成されたマイナスイオン発生装置５においては、液体（ＦＬ）は静止型混合器の上端に供給され、液体の供給エネルギーにより、空気取入口４から通路管１内に供給された空気等の気体（ＦＧ）と静止型混合器２内で混合処理される。これにより、液体と気体とが十分に混合し、液体は急激に微細な液滴となりプラスの電気を帯びて、同時に空気はマイナスの電気を帯びて、静止型混合器２の下端側から外部に排出される。
【０００９】
本実施例においては、静止型混合器２の上方から液体を供給することで、吸引した気体を巻き込みながら静止型混合器２内を通流させることで液体と気体とを混合してマイナスイオンの発生が行なわれる。この為に、無動力で液体の微細化操作が高効率で行なわれる。又、気液混合効率も高効率で行なわれる。
【００１０】
図２は、前記同様に、本発明のマイナスイオン発生装置５の第２実施例である。マイナスイオン発生装置５は筒状の通路管１内に静止型混合器２ａと下方の静止型混合器２ｂとの間に空間部６を配置して構成されている。その空間部６は、その空間部６の通路管１の厚み方向に１個又は複数個の貫通孔７を有している。このように構成されたマイナスイオン発生装置５は前記同様に、液体と空気が静止型混合器２ａで混合して、液体は微細化処理される。この混合流体は静止型混合器２ｂにおいても、空間部６内に孔７を介して更に供給される空気と混合が行なわれ、高効率で液体は微細化処理されて、マイナスイオンの空気が生成される。
【００１１】
本実施例においても、気体と液体との混合処理は無動力で行なわれ、その混合効率が極めて高い。孔７は適当な長さのパイプ８を空間部６内に突き出た形で通路間壁に配置されている。なお、微生物や藻等が発生装置５内に付着・生長した場合は、定期的にスチーム、圧縮空気、高圧洗浄水等により清掃することで保守管理は容易となる。
【００１２】
図３は、本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置５をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。静止型混合器２の下方に液体を貯留する水槽９が配置されている。その水槽９から供給ポンプ１０、配管１１及び液体供給手段１２を介してマイナスイオン発生装置５の上部から液体を供給する循環ラインが設けられている。
【００１３】
このように構成されたマイナスイオン発生装置５においては、原水は静止型混合器２内にスプレーノズル等の液体供給手段１２を介して供給され、空気取入口４から吸引供給される空気と静止型混合器２内で混合して、原水は微細化される。
【００１４】
マイナスイオン発生装置５の下部から排出される混合流体は水槽９内に落下し、同時に、マイナスイオンの空気は周囲に拡散される。液体中の空気は気泡を形成して水面に浮上排出される。所定時間処理又は浄化された処理水は配管１３を介して外部に排出される。本実施例においても、前記同様に攪拌動力を必要とせずに、液体と空気の供給による流動エネルギーのみで液体と気体とが高効率で混合して、液体は微細化処理されて、マイナスイオンの空気が生成される。同時に空気中の酸素を液体に溶解させることができる。なお、発生装置５の下部と水槽９の水面との距離は使用目的に応じて適宜変更可能である。
【００１５】
次に、図−３に示す本発明の実施例について具体的に述べる。内径１３３ｍｍ、高さ１５００ｍｍのマイナスイオン発生装置５に、水槽９から液体供給ポンプ１０、配管１１及びスプレーノズル１２を介して、静止型混合器２の上端から液体を供給し、空気取入口４から空気を供給し、液体の供給圧力を変化させて、発生装置５から１ｍ離れた場所で、空気中のマイナスイオン量をイオン測定器（アルス医療器（株）製ＩＴＣ−２０１Ａ）で測定した。その結果、マイナスイオンの発生が確認された。供給圧力とマイナスイオン発生量の関係は、供給圧力０．１，０．５，１．０ＭＰａＧ下で、各々３５０，１８００，１０，０００個／ｃｍ３であった。ポンプ１０の供給圧力を高くすることで発生するマイナスイオン量は増加する。なお、この時の原水の供給水量は、１５ｍ３／Ｈｒであった。また、同時に酸素の溶解能力を測定した。溶存酸素３．５ｍｇ／ｌ、水温２０℃の水槽９内の原水量１０００ｌを循環処理した場合、水温２０℃での飽和溶存酸素濃度に到達する迄の所要時間を測定した。その結果、２．５分であった。
マイナスイオンを帯電した空気の発生と同時に原水中に空気中の酸素が溶解することで、水質の保全及び改善が達成できる。
【００１６】
図４は、本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置５をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。筒状の静止型混合器２の下方に液体を貯留する水槽１４が配置されている。その水槽１４から供給ポンプ１５、配管１６及び液体供給手段１７を介してマイナスイオン発生装置５の上部から液体を供給する循環ラインが設けられている。更に、発生装置５の上部から送風機１８、空気取入口４を介して空気を供給する供給ライン１９が設けられている。
【００１７】
このように構成されたマイナスイオン発生装置５においては、原水は静止型混合器２内にスプレーノズル等の液体供給手段１７を介して供給され、送風機１８及び空気供給ライン１９を介して空気取入口４から供給される空気と静止型混合器２内で混合して、原水は微細化され、空気はマイナスイオンを帯電する。
【００１８】
マイナスイオン発生装置５の下部から排出される混合流体は水槽１４内に落下し、同時に、マイナスイオンの空気は周囲に拡散される。液体中の空気は気泡を形成して水面に浮上排出される。所定時間処理又は浄化された処理水は配管２０を介して外部に排出される。本実施例においても、前記同様に攪拌動力を必要とせずに、液体と空気の供給による流動エネルギーのみで液体と気体とが高効率で混合して、液体は微細化処理されて、マイナスイオンの空気が生成される。同時に空気中の酸素を液体に溶解させることができる。なお、マイナスイオン発生装置５を通流する液体の通水速度は、２０〜１０００ｍ３／（ｍ２・時間）の範囲が好ましいが、より好ましいのは６０〜６５０ｍ３／（ｍ２・時間）の範囲である。又、空気の通過速度は１１０〜２０００ｍ３／（ｍ２・時間）の範囲が好ましいが、より好ましくは３００〜１３００ｍ３／（ｍ２・時間）の範囲である。
【００１９】
図５は本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置５をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。本発明に係るマイナスイオン発生装置は本発明の第３実施例と同様であるが、水槽２１内に、好気性の細菌又は微生物を担持した担体２２が浮遊している。又、水槽２１内には、水面から外部へ短絡して流出するのを防止する仕切板２３が内設されている。この仕切板２３の下部から所定処理時間後処理水は配管２４を介して処理水として外部に排出される。このような担体２２を利用することで、マイナスイオン空気の生成と共に水槽２１の容積当たりのＢＯＤ（生物化学的酸素要求量），ＣＯＤ（化学的酸素要求量）に対する処理能力は大幅に向上する。なお、原水は処理排水量に応じて適宜補給される。
【００２０】
このように構成されたマイナスイオン発生装置５においては、前記第３実施例と同様に、原水はマイナスイオン発生装置５、水槽２１、ポンプ２５及び配管２６及び液体供給手段２７を介して繰り返し混合されて、液体は高効率で微細化処理される。又、高効率で酸素は原水中に溶解する。水槽２１に好気性の細菌又は微生物を坦持した担体２２等を浮遊させることで、微生物と酸素との混合及び反応効率の向上により水槽２２の容積を小さくすることが可能となり、省スペースとなる。又、短時間で処理が可能となり、省エネルギーとなる。なお、担体の形状は球体、立方体、直方体、板状、繊維状、３次元網目状構造体等が使用されるが、これら形状に限定されることなく、大きな気液接触面積及び比表面積を有する形状の接触材が使用目的に応じて適宜利用可能である。
【００２１】
図６は、本発明の第２実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオン発生と水処理に適用した装置を示す模式図である。前記第２実施例同様に静止型混合器２ａの下方に空間部６が実質的に垂直に配置されている。又、静止型混合器２ｂの下方に液体を貯留する水槽２８が配置さている。その水槽２８から液体供給ポンプ２９、配管３０及び液体供給手段３１を介して、マイナスイオン発生装置５の上部から液体を供給する循環ラインが設けられている。更に、その液体供給手段３１の上方に空気取入口４が設けられている。
【００２２】
このように構成されたマイナスイオン発生装置５においては、原水は静止型混合器２ａ内にスプレーノズル等の液体供給手段３１を介して供給され、同時に空気取入口４から吸引された空気と静止型混合器２ａ，２ｂ及び空間部６内で混合して、液体は微細化されてマイナスイオンの空気が生成され、同時に、空気中の酸素が原水中に溶解し、曝気処理される。又、原水中に溶解しているアンモニア性窒素（ＮＨ４＋−Ｎ）やトリハロメタン等の揮発性物質が静止型混合器２ｂの下端側でほぼ気液平衡濃度まで空気中に物質移動して放散処理される。なお、空間部６においては、流体の流動エネルギーにより新鮮な空気が外部から孔７を介して発生装置５内に取り入れられる。
【００２３】
マイナスイオン発生装置５の下部から排出される混合流体は水槽２８内に落下し、マイナスイオンを帯電した空気は発生装置５の周囲に拡散される。液体中の空気は気泡を形成して水面に浮上排出される。所定時間処理又は浄化された処理水は配管３２を介して外部に排出される。本実施例においても、前記同様に攪拌動力を必要とせずに、原水の流動エネルギーのみで液体と気体とが高効率で混合して、液体は微細化されてマイナスイオンの空気は生成される。同時に原水は曝気及び放散処理が行なわれて、水質の保全及び改善がされる。なお、孔７は適当な長さのパイプ８を下向きに空間部６内に挿入してもよい。
【００２４】
次に、マイナスイオンの発生と同時に原水の放散処理に適用した場合について詳細に述べる。溶存アンモニア５０ｍｇ／ｌ、水温３０℃の原水１０００ｌ保有している水槽２８から供給ポンプ２９、配管３０及び液体供給手段３１を介して、内径１３３ｍｍ、長さ１５００ｍｍのマイナスイオン発生装置５に、原水を１７ｍ３／Ｈｒで供給し、又空気取入口４から、空気１５ｍ３／Ｈｒを吸引供給し、溶存アンモニア濃度が１ｍｇ／ｌに到達するまでの所要時間を測定した。その結果は３０分であった。なお、スプレーノズルでの液体の吐出圧力は０．０２〜１．０ＭＰａＧの範囲が好ましいが、より好ましい範囲は、０．０５〜０．５ＭＰａＧである。なお、前記第４実施例同様に、マイナスイオン発生装置５の上部から送風機を介して空気を供給しても良い。この場合、マイナスイオンの発生量及び水質の保全、改善効果は更に向上する。
【００２５】
本発明に係るマイナスイオン発生装置は、前記実施例に限定されることなく種々応用可能である。例えば、道路用トンネル内に配置することで排気ガス中の粉塵や排ガス等有害物質を除去し、空気を浄化することが可能となる。又、建物等の空調等の空気取入口に配置することで、マイナスイオンに富んだ浄化された空気の供給と適当な湿度調節が可能となる。更に、温室、水耕栽培等の農業用ハウス内の空気のマイナスイオン化による収穫の向上及び居住環境の改質、改善化等に応用可能である。更に又、閉鎖水域から発生するアンモニア、硫化水素等の悪臭ガスの脱臭にも応用可能である。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べたごとく、本発明のマイナスイオン発生装置は、混合のための動力を必要とせずに、流体の流動エネルギーで気体と液体とを静止型混合器内を並流で通流させることで、流体は混合して、液体は微細化されてマイナスイオンの空気を生成し、更に同時に原水は高効率で曝気又は放散処理されて水質保全される。上記効果をマイナスイオン発生装置に適用することにより、省エネルギー、省スペース、低価格及び保守管理に優れたマイナスイオン発生装置及び水処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施例を示す模式図である。
【図３】本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオンの生成と水処理に適用した装置を示す模式図。
【図４】本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオンの生成と水処理に適用した装置を示す模式図。
【図５】本発明の第１実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオンの生成と水処理に適用した装置を示す模式図。
【図６】本発明の第２実施例に係るマイナスイオン発生装置をマイナスイオンの生成と水処理に適用した装置を示す模式図。
【符号の説明】
１　：　通路管
２，２ａ，２ｂ：　静止型混合器
３，１２，１７，２７，３１：　液体供給手段
４　：　空気取入口
５　：　マイナスイオン発生装置
【図１】
2004098039.tif 000003
【図２】
2004098039.tif 000004
【図３】
2004098039.tif 000005
【図４】
2004098039.tif 000006
【図５】
2004098039.tif 000007
【図６】
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