Development of a high-performance non-thermal plasma-based water purification device using fuel cells for water purification with water

开发利用燃料电池进行水净化的高性能非热等离子体水净化装置

• 批准号: 22K04050
• 负责人: 桑原 拓也
• 金额: $ 2.66万
• 依托单位: Nippon Institute of Technology
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04050/
• 关键词: 水処理; 非熱プラズマ; 気液二相流; オゾン; 殺菌

「水で水をキレイにする」をコンセプトに、水の電気分解により水素と酸素を発生し、水素を燃料電池の原料とし発電して電力回収し、酸素を殺菌効果と化学物質の分解効果の高いプラズマ形成オゾンの原料として利用する燃料電池を用いたクリーンな低温プラズマ水質浄化装置を開発する。プラズマ放電工学、電気化学理論、流体工学を融合させて水質浄化システムを最適化し、高い浄化効果を持ちながら省エネルギー化するという高機能化を実現する。高機能化に欠かせない水処理を行う浄化リアクタも開発し、混相流動と殺菌・分解効果の関係を実験的に解明する。これらの学術的研究を行い、約100人分の1日の消費量である200 Lの水の一般細菌を200 W/hの電力で100%の殺菌が可能な水質浄化技術を開発する。処理対象水の液相流束とオゾンの気相流束の関係よりボイド率を算出し、ボイド率と溶存オゾン濃度、細菌や化学物質の分解効果の関係を明らかにするための実験装置を構築した。今年度は電気的な省エネ化に注力し、省エネルギー型の非熱プラズマ殺菌浄化システムの高効率化を目的として、水の電気分解における水素発生特性と電力回収率を調べた。水の電気分解に必要な消費電力に対し、電力回収率が16%に達することが分かった。これまでの電力回収率に比べて5%向上した。しかし、まだ、余剰水素が放出されていることから更なる効率化を達成するためには余剰水素を再循環させて燃料電池に供給できるという知見を得た。このときに発生した酸素の流量は0.34 L/minであり、無声放電によりオゾンに変換し、そのオゾン濃度は1.78%の高濃度オゾンであった。この高濃度オゾンにより強力な殺菌浄化が可能であり、比較的大きな流量の水の浄化に適用できる。そのため、実用化を考慮すると研究成果の意義は大きい。

"Water で を キ レ イ に す る" を コ ン セ プ ト に, water の electricity 気 decomposition に よ り と acid water element element を 発 し, water element を fuel cell の materials と し 発 electric し て power back 収 し を sterilization, acid element unseen fruit の と chemical decomposition unseen high の い プ ラ ズ マ form オ ゾ ン の materials と し て using す る を fuel cells with い た ク リ ー ン な cryogenic プ ラ ズ マ water The mass purification device を is developed する. プ ラ ズ マ put electrotechnics, electronic 気 chemical theory, fluid engineering を fusion さ せ て water quality change at シ ス テ ム を optimization し, high い incorporated the unseen fruit を hold ち な が ら province エ ネ ル ギ ー change す る と い う high functional を be presently す る. High functional に owe か せ な い water line 処 reason を う incorporated the リ ア ク タ も open 発 し, miscible flow と sterilization, decomposition unseen fruit の masato is を be 験 of に interpret す る. こ れ ら の academic research line を い の consumption, about 100 people の 1 で あ る 200 L の water の general bacteria を 200 W/h の power で 100% の sterilization が may な water technology at を open 発 す る. 処 Richard の liquid flow like water beam of seaborne と オ ゾ ン の 気 phase flow beam の masato is よ り ボ イ を ド rate calculated し, ボ イ ド rate と soluble deposit オ ゾ ン concentration, bacteria break down chemicals や の unseen fruit の masato を and Ming ら か に す る た め の be 験 device を build し た. Our は electric 気 な province エ ネ し に injection force, provincial エ ネ ル ギ ー type の athermal プ ラ ズ マ sterilization at the シ ス テ ム の high rate of unseen を purpose と し て, water の electricity 気 decomposition に お け る 発 raw water element features と power back 収 rate を adjustable べ た. The decomposition of water and electricity is に necessary な consumption of electricity に against する, and the electricity recovery rate is が16%に reaching する とが とが points な った. The power recovery rate に is に た higher than べて5%. し か し, ま だ and turning が release water element さ れ て い る こ と か ら more な る sharper rate change を achieve す る た め に は more than turning water element を recirculation さ せ て fuel cell に supply で き る と い う knowledge を た. こ の と き に 発 raw し た acid element の flow は 0.34 L/min で あ り, silent discharge に よ り オ ゾ ン に variations in し, そ の オ ゾ は ン concentration 1.78% の high-concentration オ ゾ ン で あ っ た. こ の high-concentration オ ゾ ン に よ り powerful な sterilization at the が may で あ り, comparison of big き な water flow の の incorporated the に applicable で き る. Youdaoplaceholder0 ため ため, practical を. Considering the すると research results, the <s:1> significance of the results is <s:1> great ため そ そ.

项目成果

Reduction in energy consumption in water purification technology with water

用水净化技术减少能源消耗

• 发表时间: 2023
• 作者: 野田智暉;河野直生;佐々木豊;造賀芳文;餘利野直人;保田創;Takuya KUWAHARA
• 通讯作者: Takuya KUWAHARA

日本工業大学流体工学研究室ホームページ

日本工业大学流体工程实验室主页

水で水を浄化する技術：電気分解と燃料電池を用いた省エネルギーオゾン水質浄化装置の開発

以水净化水的技术：利用电解和燃料电池开发节能臭氧水净化装置

• 发表时间: 2022
• 作者: 野田智暉;河野直生;佐々木豊;造賀芳文;餘利野直人;保田創;Takuya KUWAHARA;桑原拓也
• 通讯作者: 桑原拓也