JP-2026514895-A - 水を処理するための方法および装置ならびにその使用

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Abstract

本特許の開示は水を処理するための装置に関し、装置は、筐体と、筐体の第１の端部に配置された、水を受け入れるための入口と、筐体の第２の端部に配置された、処理済み水を排出するための出口と、筐体に配置された２つ以上の電極であって、２つ以上の電極は、第１の電極と、第２の電極であって、第１の電極と第２の電極との間に空間が形成されるように第１の電極に対向して配置された第２の電極とを備える、２つ以上の電極とを備え、第１の電極および第２の電極のうちの少なくとも１つは、水に接触するように配置された親水性表面を備え、第１の電極および第２の電極は、筐体から電気的に絶縁されて配置される。【選択図】図１

Inventors

ピーリック，バス
ボアケンス，ペーテル・エンゲルベルト

Assignees

アトミックワン・ベスローテン・フェンノートシャップ

Dates

Publication Date: 20260513
Application Date: 20240419
Priority Date: 20230420

Claims (20)

水を処理するための装置であって、前記装置は、筐体と、前記筐体の第１の端部に配置された、水を受け入れるための入口と、前記筐体の第２の端部に配置された、処理済み水を排出するための出口と、前記筐体に配置された２つ以上の電極であって、前記２つ以上の電極は、第１の電極と、第２の電極であって、前記第１の電極と前記第２の電極との間に空間が形成されるように前記第１の電極に対向して配置された前記第２の電極とを備える、２つ以上の電極とを備え、前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも１つは、前記水に接触するように配置された親水性表面を備え、好ましくは、前記第１の電極および前記第２の電極は、前記筐体から電気的に絶縁されて配置され、前記第２の電極は、前記第１の電極の周りに同心状に配置される、装置。
前記第１の電極は、ロッドまたは円柱として配置されまたは付形され、前記装置の中心軸に沿って配置される、請求項１に記載の装置。
前記第２の電極の周りに同心状に、前記第２の電極から離間されて配置された第３の電極を備える、請求項１または２に記載の装置。
前記第３の電極の周りに同心状に、前記第３の電極から離間されて配置された第４の電極を備える、請求項３に記載の装置。
前記装置は、前記２つ以上の電極が対応する２つ以上の極性を有し、隣り合った電極は、異なる極性、または反対の極性を有するように構成される、請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
前記２つ以上の電極に印加されるそれぞれの電圧を制御するように構成されたコントローラを備える、請求項５に記載の装置。
前記２つ以上の電極は、１つまたは複数の電気絶縁スペーサによって互いから離間され、前記１つまたは複数のスペーサは、前記第１および第２の電極に沿って前記第１の端部から前記第２の端部に向かう前記水の流れのために、付形された流路が形成されるように位置付けられる、請求項１から６のいずれか一項に記載の装置。
前記１つまたは複数の電気絶縁スペーサの壁部は、蛇行形状を有する、請求項７に記載の装置。
前記装置の入口側に配置され、前記受け入れられた水の流速を減少させるように構成された導入チャンバを備える、請求項１から８のいずれか一項に記載の装置。
前記入口は第１の入口であり、前記装置は、気体状物質を受け入れるための第２の入口を備える、請求項１から９のいずれか一項に記載の装置。
前記第１の入口は、前記装置の中心軸に沿って配置され、前記第２の入口は、前記中心軸から径方向に間隔をあけられる、請求項１０に記載の装置。
前記第２の入口は、前記装置の中心軸に沿って配置され、前記第１の入口は、前記中心軸から径方向に間隔をあけられる、請求項１０に記載の装置。
前記第１の入口は、前記水と前記気体状物質との混合物を生成するために前記水を分配するための分散器を備える、請求項１０から１２のいずれか一項に記載の装置。
前記気体状物質は空気である、請求項１０から１３のいずれか一項に記載の装置。
前記装置の出口側に配置され、前記処理済み水の流速を増加させるように構成された排出チャンバを備える、請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
前記装置は、燃焼室の吸気口側に装着されるように構成される、請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
空気／処理済み水混合物を燃焼室に供給するための、請求項１から１６のいずれか一項に記載の装置の使用。
前記水は、脱塩水または蒸留水である、請求項１７に記載の使用。
水を処理するための方法であって、前記方法は、１つまたは複数の入口において水を受け入れるステップと、第１の電極と前記第１の電極に対向する第２の電極とを備える２つ以上の電極の間の空間を流れる前記水に電圧を印加し、それによって排除ゾーン水の形成を可能とするように前記水を処理するステップと、出口において処理済み水を排出するステップであって、前記第１の電極および前記第２の電極のうちの少なくとも１つは、前記水に接触するように配置された親水性表面を備える、ステップとを備え、前記第２の電極は、前記第１の電極の周りに同心状に配置される、方法。
前記受け入れるステップは、前記１つまたは複数の入口において空気を受け入れるステップを備え、前記方法は、水／空気混合物を形成するステップを更に備え、前記水を前記処理するステップは、前記水／空気混合物を処理するステップを備え、前記処理済み水を前記排出するステップは、前記処理済み水／空気混合物を排出するステップを備え、前記排出された処理済み水／空気混合物は、燃料を燃焼させるために燃焼室内に供給される、請求項１９に記載の方法。

Description

本特許の開示は、水を処理するための方法および装置ならびにその使用に関する。装置の特定の実施形態は、燃焼室からのＮＯｘ排出を減少させるためのものである。装置の他の実施形態は、抗酸化水、水素、酸素および／またはこれらの混合物を生むためのものである。ディーゼル油、ガソリン、または（天然）ガスのような燃料を燃焼させるとき、燃焼中に発生する熱のせいで、空気中に存在する窒素のうちの一部が空気中の酸素と反応して、様々な比率で一酸化窒素（ＮＯ）または二酸化窒素（ＮＯ２）などの窒素酸化物を形成する。これらの窒素酸化物はどれも、典型的にはＮＯｘと称され、スモッグおよび酸性雨の形成の一因となるものと考えられている。燃焼エンジンのための排出基準は、ますます厳格になるＮＯｘ排出限度を有している。燃焼室のための燃焼混合物への水素の添加は、燃焼プロセスを向上させるという効果を示しているが、燃焼温度を上昇させるという欠点を有し、これは、燃焼室／エンジンの寿命を減少させる。加えて、水素の貯蔵および運搬に課題がある。水素を生成するための方法の１つは、電気分解などによって水から生成する方法である。電気分解装置による水処理は、しばしば、例えば水酸化カリウムを含む強力（ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）な電解物および、典型的にはプラチナおよびイリジウムなどの貴金属および／または希少金属である触媒を必要とするという課題を有する。本特許の開示の１つの実施形態による装置の斜視図における断面を概略的に示す図である。本特許の開示の１つの実施形態による装置の長手方向断面を概略的に示す図である。本特許の開示の１つの実施形態による装置のスペーサを有する電極を概略的に示す図である。本特許の開示の１つの実施形態による装置を備えるシステムを概略的に示す図である。本特許の開示の１つの実施形態による装置が燃焼室とともに使用されたときの、測定されたＮＯｘ濃度対時間のグラフを示す図である。本発明が特定の実施形態を参照して説明され、また、添付の図面において示されたが、明細書において説明され、以下の特許請求の範囲を参照して定められる本発明の範囲内で、多くの変形および修正がなされ得ることが当業者には明らかであろう。水を処理するための装置１は、筐体８を備える。筐体８は、電気的に絶縁性の材料で作られる。電気的に絶縁性の材料は、硬質陽極酸化アルミなどの陽極酸化アルミであってよい。筐体８のための他の適切な材料としては、電気絶縁セラミック材料、ポリマー材料、およびポリエーテルエーテルケトンベースの複合材などの複合材料がある。装置１は、筐体８の第１の端部に配置された、水を受け入れるための入口４０を備える。装置１は、筐体８の第２の端部に配置された、処理済み水を排出するための出口４４を更に備える。図２から分かるように、出口４４が位置される第２の端部は、入口４０が位置される第１の端部に対して装置１の反対側にある。装置１は、筐体２に配置された２つ以上の電極を含む。２つ以上の電極は、第１の電極１０と、第２の電極１２であって、第１の電極１０と第２の電極１２との間に空間が形成されるように第１の電極に対向して配置された第２の電極１２とを備える。第１の電極１０および第２の電極１２のうちの少なくとも１つは、水に接触するように配置された親水性表面を備える。第１の電極１０および第２の電極１２は、筐体８から電気的に絶縁されて配置される。第１の電極１０は中心軸１０１に沿って延在する。第２の電極１２は、第１の電極１０の周り、および軸１０１の周りに同心状に配置される。第１の電極１０は、ロッドまたは円柱形状として配置されまたは付形される。装置１は、第２の電極１２の周りに同心状に、第２の電極１２から離間されて配置された第３の電極１４と、第３の電極１４の周りに同心状に、第３の電極１４から離間されて配置された第４の電極１６とを備える。この実施形態において、装置１は、第５の電極１８と第６の電極２０とを備える。第５の電極１８は、第４の電極１６の周りに同心状に、第４の電極１６から離間されて配置される。第６の電極２０は、第５の電極１８の周りに同心状に、第５の電極１８から離間されて配置される。装置１は、電極が対応する２つ以上の極性を有するように構成され、隣り合った電極は反対の極性を有する。例えば、もしも第１の電極１０が第１の極性を有するならば、２の電極１２は第２の極性を有し、第３の電極１４は第１の極性を有し、第４の電極１６は第２の極性を有し、第５の電極１８は第１の極性を有し、第６の電極２０は第２の極性を有する。直流電流が使用される場合、第１の極性は正であってよく、第２の極性は負であってよい。装置１は、第１の電気接点３０と第２の電気接点３２とを備える。第１の電気接点３０は、第１の極性を接続するためのものであり得、第２の電気接点３２は、第２の極性を接続するためのものであり得る。装置１は、第１の電気接点３０および第２の電気接点３２にわたって印加される電圧を制御するように構成されたコントローラを備え得る。第１の極性を有する第１の電気接点３０は、第１の電極１０、第３の電極１４、および第５の電極１８と電気的に接触する。第１の電気接点３０は、第２の電極１２、第４の電極１６、および第６の電極２０から電気的に絶縁される。直流電流が使用されているときに第１の極性とは反対の第２の極性を有する第２の電気接点３２は、第２の電極１２、第４の電極１６、および第６の電極２０と電気的に接触する。第２の電気接点３２は、第２の電気接点３０は、第１の電極１０、第３の電極１４、および第５の電極１８から電気的に絶縁される。図２においてみられるように、電極は、１つまたは複数の電気絶縁スペーサ５０によって互いから離間される。スペーサ５０は、例えば、ゴムで作られ得る。１つまたは複数のスペーサ５０は、電極に沿って第１の端部から第２の端部に向かう水の流れのために、付形された流路６０が形成されるように位置付けられる。明瞭さのために、図１においてはスペーサ５０が図示されていないことが留意される。一例として、スペーサ５０を示すために、図３において、第６の電極２０が、平坦な、折り畳まれていない状態で図示されている。第６の電極２０を含む電極は、本実施形態において、円柱として付形されており、図３における図は、スペーサ５０を図示するための、円柱形状の電極が任意的に切断された折り畳まれていない図であることに留意されたい。中心軸１０１に平行な図２における全体像において分かるように、軸４００は、スペーサ５０のうちの３つと交差する。流路６０の数を増加させるために、より多くのスペーサ５０が、各電極に取り付けられてよい。流路６０と隣り合っている側壁部である１つまたは複数の電気絶縁スペーサ５０の側壁部は、蛇行形状（図示されず）を有し得る。スペーサ５０は、距離ｄだけ間隔をあけられており、距離ｄは、１から１０ｃｍの範囲、好ましくは２から８ｃｍの範囲内で様々であり得る。更に、スペーサ５０は、軸４００に対して角度αで角度を付けられており、角度αは、１０から８０度、好ましくは２０から６０度の範囲内にあり得る。装置１は、装置１の入口側に配置され、受け入れられた水の流速を減少させるように構成された導入チャンバ２２を備え得る。導入チャンバ２２は、気体／水混合物の混合を可能とするように配置され得る。上記入口は第１の入口４０であり得る。装置１は、第２の入口４２を備え得る。用途に応じて、第１の入口４０は水を受け入れるためのものであり得、第２の入口４２は空気などの気体または気体混合物を受け入れるためのものであり得る。代替的に、第１の入口４０は気体または気体混合物を受け入れるためのものであり得、第２の入口４２は水を受け入れるためのものであり得る。第１の入口４０は、装置の中心軸１０１に沿って配置される。第２の入口４２は、中心軸１０１から径方向に間隔をあけられる。装置１の第１の端部に、例えば、中心軸１０１に対して反対側に配置された複数の第２の入口４２が存在してよい。水を導入するために第１の入口４０または第２の入口４２が使用されるとき、各々の入口は、水と気体状物質との混合物を生成するために水を分配するための分散器を備え得る。装置１は、装置１の出口側に配置され、処理済み水または処理済み気体／水混合物の流速を増加させるように構成された排出チャンバ２４を備え得る。装置１は、燃焼室の吸気口側に装着されるように構成され得る。概略的に、特に記載がない限り装置１と同一な装置１００と、燃焼室３００との組み合わせが図４において図示される。装置１００は、第１の入口３４０と第２の入口３４２とを備え、これらは、それぞれ、入口４０、４２と同様に構成され得る。第１の入口３４０は、装置１００内に（圧縮された）空気を導入するためのものであり得る。第２の入口３４２は、装置１００内に（蒸留または脱塩）水を導入するためのものであり得る。装置１００は、電気接点３３０および３３２を更に備え、これらは、装置１００に備えられた電極と電気的に接触する。装置１００は、燃焼室３００に処理済み水／気体混合物３４４を排出する。燃焼室３００は、燃料入力などの更なる入力を備えるが、これらは図示されていない。燃焼室３００は、例えば、そのＮＯｘ含有量などが分析され得る気体状排出ストリーム３６０を排出する。装置１００と燃焼室３００との組立体は、装置１００に提供される空気の一部、例えば、１０から４０％、例えば、１２、１４、１６、２０、２５、３０、または３５％など空気流の５から５０％をバイパスする空気バイパス３４６を備え得る。１つの実施形態において、電極の間の距離は、２、３、または４ｍｍなど、０．１～５ｍｍの範囲内にある。個々の電極の板間距離（ｐｌａｔｅｄｉｓｔａｎｃｅ）を異ならせることによって、電極の間の流速などの流動状態が変えられ得る。板間距離は、ＥＺ水を生成するために十分なくらいに大きいが、（水とステンレス（親水性）電極との間の不十分な接触という結果をもたらし得るような）多すぎる量が板間に生成されるほどに大きすぎはしない。入口の分散器はノズルであり得る。ノズルは、導入チャンバ２２内に水を噴霧または霧化するように構成され得る。霧化の増加は、典型的には、向上された空気／水混合物をもたらし得る。試験は、空気が使用されず、装置に水だけが導入されたとき、水素が生成され得ないか、ほとんど生成され得ないことを示す。しかしながら、ＥＺ水は生成される。より多くの空気（空気流）を加えるほど、より多くの水素が生成される。電極は、鋼材またはステンレス鋼材ベースの親水性の代替となり得、親水性電極を作るために以下の方法のうちの任意の１つを備え得、または任意の１つによって処理され得る。１つのやり方は、（ステンレス）鋼材電極の表面または電極の層の親水性を増加させるために化学的酸化処理を使用することによるものである。典型的には、親水性は、酸化温度の上昇および酸化時間の延長に伴って増加する。このような化学的酸化処理は、ステンレス鋼材電極の表面および特定の厚さ範囲の酸素含有極性基の含有量を増加させ得、ステンレス鋼材電極の表面（自由）エネルギーおよび極性成分が増大され得、それによって、ステンレス鋼材電極の表面の親水性を効果的に向上させる。（負に荷電された）酸化層も、ＥＺ水の成長を助け得る。親水電極を作成する別のやり方は、電極をＮａｆｉｏｎなどの親水性の層によって被覆することである。この場合、この層は、導電率が十分に高いままになるように、薄く保たれなければならない。代替的に、薄いフィルム被覆（白金など）が、電極の表面に適用され得る。代替的に、電極は、レーザ誘起による表面テクスチャリングおよびプラズマ表面処理によって処理され得、例えば、Ｋｉｍらによる「Ｓｕｒｆａｃｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎｆｏｒｈｙｄｒｏｐｈｉｌｉｃ