(57)【要約】【課題】エネルギー転送効率に優れたパルスパワー発生装置を採用することにより、エネルギー効率を改善した水処理装置を提供する。【解決手段】パルスパワー発生装置８は、高圧直流電源８１、コンデンサ８２、抵抗８３および８４、半導体スイッチ８５ならびにトリガ発振器８６を含む。高圧直流電源８１からの電流が抵抗８３を介してコンデンサ８２に供給され、コンデンサ８２が充電される。トリガ発振器８６から供給されるトリガパルスによって半導体スイッチ８５が高速スイッチングすると、コンデンサ８２に充電された電荷が放電されて端子８７、８８間に高電圧パルスが出力される。【選択図】図３
2010274167.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状電極と、この円筒状電極の円筒の中心軸に沿って配置された線状電極とを備え、パルスパワー発生装置より前記両電極間にパルス状の高電圧を印加して放電空間を形成し、この放電空間内に被処理水の水滴を通過させることにより被処理水を酸化処理する水処理装置であって、
前記パルスパワー発生装置は、
直流電源と、
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とする水処理装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチとして、ＭＯＳ型ＦＥＴを用いることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項３】
前記直流電源は電圧を調節可能であることを特徴とする請求項１に記載の水処理装置。
【請求項４】
直流電源と、
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とするパルスパワー発生装置。
【請求項５】
前記半導体スイッチとして、ＭＯＳ型ＦＥＴを用いることを特徴とする請求項４に記載のパルスパワー発生装置。
【請求項６】
前記直流電源は電圧を調節可能であることを特徴とする請求項４に記載のパルスパワー発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物や微生物を、放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種を利用して分解処理する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられてきた。しかしオゾンは酸化力が弱く、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。
【０００３】
そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いＯＨラジカルやＯラジカル等を発生させ、このオゾンおよびラジカルを含む放電空間に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理を行うようにした水処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上述した水処理装置においては、パルスパワー発生装置を用いて、プラズマ放電の一種であるストリーマ放電を発生させている。具体的には、コンデンサに蓄えられた電荷を瞬間的に放電させることによってパルス状の高電圧（以降、これを「高電圧パルス」という）を発生させ、この高電圧パルスを所定の間隔を隔てて配置された電極間に印加することにより、ストリーマ放電を発生させている。
【０００５】
発明者らは、上述したパルスパワー発生装置として、トリガトロンギャップスイッチとパルストランスを組み合わせた装置を用い、コンデンサに充電された電荷をトリガトロンギャップスイッチによって放電させ、出力された高電圧パルスを更にパルストランスにより昇圧させていた（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７９９７７号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】２００８年静電気学会講演論文集１８３ページ「気中パルス放電水処理法における水滴化と水滴位置の効果」著者：小林勤他
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上述した従来のパルスパワー発生装置は水処理装置のエネルギー効率が低い、すなわち、コンデンサに投入される充電エネルギーに対して被処理水中の有機物等を分解できる割合が低いため、エネルギー効率の改善が要望されていた。
【０００９】
本発明は、かかる事情に鑑みて成されたもので、エネルギー転送効率に優れたパルスパワー発生装置を採用することにより、エネルギー効率を改善した水処理装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明にかかる水処理装置は、
円筒状電極と、この円筒状電極の円筒の中心軸に沿って配置された線状電極とを備え、パルスパワー発生装置より前記両電極間にパルス状の高電圧を印加して放電空間を形成し、この放電空間内に被処理水の水滴を通過させることにより被処理水を酸化処理する水処理装置であって、
前記パルスパワー発生装置は、
直流電源と、
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とするものである。
【００１１】
ここで、前記半導体スイッチとして、ＭＯＳ型ＦＥＴを用いることが好ましい。また前記直流電源は電圧を調節可能であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、直流電源から供給され、コンデンサに充電された電荷を、半導体スイッチを用いて瞬間的に放電することによって高電圧パルスを発生させており、パルスパワー発生装置のエネルギー転送効率を改善することにより、水処理装置のエネルギー効率の改善を図っている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態にかかる水処理装置の構成を示す断面図である。
【図２】図１の水処理装置の噴射部の平面図である。
【図３】図１の水処理装置のパルスパワー発生装置の構成を示す回路図である。
【図４】従来の水処理装置で用いたパルスパワー発生装置の構成を示す回路図である。
【図５】パルスパワー発生装置の電圧波形および電流波形を示す図である。
【図６】処理時間に対する分解率の変化を示す図である。
【図７】処理時間３０秒における繰り返し数に対する分解率の変化および放電電力に対する分解率の変化を示す図である。
【図８】処理時間６０秒における繰り返し数に対する分解率の変化および放電電力に対する分解率の変化を示す図である。
【図９】繰り返し数に対するエネルギー転送効率の変化を示す図である。
【図１０】処理時間による分解率の変化および充電エネルギーによる分解率の変化を示す図である。
【図１１】処理時間による分解率の変化および充電エネルギーによる分解率の変化を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施の形態にかかる水処理装置について、図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜水処理装置の構成と動作＞
図１は、本発明の実施の形態にかかる水処理装置の構成を示す断面図である。本実施の形態にかかる水処理装置１は、容器２、円筒状電極３、線状電極４、被処理水タンク５、ポンプ６、シャワーノズル７、パルスパワー発生装置８および被処理水タンク収容ボックス９を含む。
【００１６】
容器２は、円筒状をした容器本体２１と、容器本体２１の下端に配設された下部蓋部２２と、容器本体２１の上端に配設された上部蓋部２３とを備え、それぞれアクリル樹脂等の絶縁材料で形成されている。
【００１７】
下部蓋部２２は、被処理水タンク収容ボックス９の開口部９１の周縁に、開口部９１を塞ぐように取り付けられている。下部蓋部２２の中心部には通水孔２２ａが設けられている。一方、上部蓋部２３は、容器本体２１の上端を、シャワーノズル設置孔２３ａ部分を除いて閉鎖するように配設されている。
【００１８】
円筒状電極３は、容器本体２１の内周側に配設され、外径が容器本体２１の内径より若干小さくなっている。円筒状電極３は、例えば、ステンレス鋼製の網を円筒状に加工することによって得られる。
【００１９】
線状電極４は、例えばステンレス鋼線で形成され、円筒状電極３の円筒の中心軸に沿うように配設されている。線状電極４の上端部および下端部は、図示しない絶縁性の取付具を介して容器本体２１に固定されている。
【００２０】
被処理水タンク５は、下部蓋部２２の通水孔２２ａを下方から臨むような状態で、被処理水タンク収容ボックス９内に収容されている。
【００２１】
ポンプ６は、被処理水タンク収容ボックス９内に配設され、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、被処理水供給ホース７１を通してシャワーノズル７に送出する。
【００２２】
シャワーノズル７は、被処理水供給ホース７１を通して送られてきた被処理水Ｗを、円筒状電極３の上部開口に向かって噴射する。シャワーノズル７の下部には、図２に示すような、多数の噴射孔が開けられた円板状の噴射部７２が配設されている。噴射部７２には、円筒状電極３の内径より少し小径の円上に等ピッチで、多数の噴射孔７２ａが開けられており、噴射孔７２ａから下方に向かって被処理水Ｗを噴霧することができる。
【００２３】
パルスパワー発生装置８の一対の出力端子は、陰極が円筒状電極３と、また陽極が線状電極４と接続され、円筒状電極３と線状電極４との間に高電圧パルスを印加して、ストリーマ放電を発生させる。なおパルスパワー発生装置８の構成については、後に図３を参照して詳述する。
【００２４】
上述した水処理装置１の動作を説明する。被処理水タンク５には、あらかじめ有機物等を含む被処理水Ｗが注入されている。またパルスパワー発生装置８によって、円筒状電極３と線状電極４との間に高電圧パルスが印加され、円筒状電極３の円筒内に円柱状のストリーマ放電空間が形成されている。
【００２５】
ポンプ６を駆動させ、被処理水タンク５内の被処理水Ｗを、ホース７１を介してシャワーノズル７に送り、噴射部７２の噴射孔７２ａ（図２参照）から円筒状電極３の円筒内に噴射する。被処理水Ｗは噴射孔７２ａを通過することによって水滴Ｄとなり、ストリーマ放電空間内を落下する。
【００２６】
放電によって、ストリーマ放電空間内に、オゾン、ＯＨラジカル、Ｏラジカル等の活性種が発生し、シャワーノズル７から噴射された被処理水Ｗの水滴Ｄが放電空間を落下していく間にこれらの活性種に接触し、各水滴中の有機物が効率よく酸化され、分解処理される。下部蓋部２２まで落下し、通水孔２２ａを通って被処理水タンク５に集められた被処理水Ｗをポンプ６で循環させることにより、ストリーマ放電空間での酸化、分解処理が繰り返される。
【００２７】
＜パルスパワー発生装置の構成と動作＞
次に、図３の回路図を参照して、パルスパワー発生装置８の構成と動作を説明する。パルスパワー発生装置８は、高圧直流電源８１、コンデンサ８２、抵抗８３および８４、半導体スイッチ８５ならびにトリガ発振器８６を含む。また出力端子８７は図１に示す線状電極４に接続され、出力端子８８は同じく円筒状電極３に接続されている。
【００２８】
本実施の形態では、半導体スイッチ８５にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイッチを用いているが、半導体スイッチには、それ以外にダイオード、サイリスタ等を用いたものがある。これらの半導体スイッチのうちＭＯＳ型のＦＥＴを直列もしくは並列に複数接続して構成したスイッチは、スイッチング速度が速く、また広い範囲の入力電圧およびトリガパルスの繰り返し数に対して動作可能であるため、水処理装置１のパルス源として優れている。
【００２９】
トリガ発振器８６は、５Ｖのトリガパルス（方形波）を半導体スイッチ８５に供給するものであり、半導体スイッチ８５にトリガパルスが入力されると、約２００ｎＳのパルス幅の高電圧パルスが出力される。トリガパルスのパルス幅は、半導体スイッチ８５から出力される高電圧パルスのパルス幅以下でも以上でも問題はない。
【００３０】
なお、抵抗８３は、コンデンサ８２の充電電流が高圧直流電源８１の許容電流を越えないようにするためのものである。また抵抗８４は、放電が停止した時に円筒状電極３と線状電極４の間に溜まる電荷を消費するために用いられる。
【００３１】
パルスパワー発生装置８の動作を説明する。高圧直流電源８１からの電流が抵抗８３を介してコンデンサ８２に供給され、コンデンサ８２が充電される。トリガ発振器８６から供給されるトリガパルスによって半導体スイッチ８５が高速スイッチングすると、コンデンサ８２に充電された電荷が放電されて端子８７、８８間に高圧のパルスが出力され、線状電極４と円筒状電極３との間に高電圧パルスが印加される。
【００３２】
端子８７および８８の間に出力される高電圧パルスの頻度（以降、「繰り返し数」という）は、トリガ発振器８６におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また高電圧パルスの電圧は、高圧直流電源８１の出力電圧を切り替えることによって制御される。
【００３３】
比較のため、従来の水処理装置で用いたパルスパワー発生装置（以降、「従来のパルスパワー発生装置」と略す）の構成と動作を説明する。図４に、従来のパルスパワー発生装置１０の回路図を示す。従来のパルスパワー発生装置１０は、高圧直流電源１０１、コンデンサ１０２、抵抗１０３、トリガトロンギャップスイッチ１０４、パルストランス１０５およびトリガ回路１０６を含む。
【００３４】
高圧直流電源１０１からの電流が抵抗１０３を介してコンデンサ１０２に供給され、コンデンサ１０２が充電される。抵抗１０３は上述の抵抗８３と同様の目的で設けられている。目標電圧までコンデンサ１０２が充電された後、トリガ回路１０６からの高電圧のトリガパルスによりトリガトロンギャップスイッチ１０４がオン状態になる。このとき、コンデンサ１０２に充電された電荷がパルストランス１０５の１次側に流れ込み、相互インダクタンスにより２次側にパルス状の誘起電圧が発生する。
【００３５】
このようにしてパルストランス１０５の２次側に生じた高電圧パルスは、端子１０７および１０８を介して線状電極４と円筒状電極３との間に印加される。
【００３６】
端子１０７、１０８間に出力されるパルスの繰り返し数は、トリガ回路１０６におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また出力パルスの電圧は、高圧直流電源１０１の出力電圧を切り替えることによって制御される。
【００３７】
図５（ａ）に、本実施の形態の水処理装置１で用いたパルスパワー発生装置（以降、「本実施の形態のパルスパワー発生装置」と略す）８の電圧波形および電流波形の一例を示す。パルスパワー発生装置８のコンデンサ８２への充電電圧は１３ｋＶ、放電の繰り返し数は１００ｐｐｓである。また図５（ｂ）に、従来のパルスパワー発生装置１０の電圧波形および電流波形の一例を示す。パルスパワー発生装置１０のコンデンサ８２への充電電圧は２４ｋＶ、放電の繰り返し数は１００ｐｐｓである。図中、横軸はトリガパルスが供給されてからの経過時間を示し、縦軸は電圧値および電流値を示す。
【００３８】
従来のパルスパワー発生装置１０の電圧波形は振動波形となっているのに対し、本実施の形態のパルスパワー発生装置８の電圧波形は、最初立ち上がってから、徐々に立ち下がる波形になっている。
【００３９】
＜処理時間に対する分解率の変化＞
次に、本実施の形態のパルスパワー発生装置８を用いて、インディコカルミン溶液を放電処理した時の青色を示す構造の分解率を、従来のパルスパワー発生装置１０と比較しながら説明する。分解率は、処理された試料水の処理時間ごとの透過率を測定し、その結果に基づいて算出した。
【００４０】
最初に分解率の算出方法について説明する。分解率は、測定した透過率からランベルト−ベールの法則を用いて算出した。ランベルト−ベールの法則は、入社光の強度Ｉ0と透過光の強度Ｉとの比の対数が吸収物質の厚さｄに比例することを表すランベルトの法則と、溶液による光の吸収係数が濃度Ｃに依存することを表すベールの法則を併せたもので、式（１）で表される。
【数１】
2010274167.tif 000003
式（１）において、εｄＣは吸光度を示し、εはモル吸光係数で、物質特有の定数である。
【００４１】
分解率は物質の濃度変化から式（２）によって求められる。
【数２】
2010274167.tif 000004
ここで、Ｃ1は処理前の試料水の物質濃度、Ｃ2は処理後の試料水の物質濃度である。
【００４２】
式（２）に式（１）を代入すると、式（３）で示す分解率が導かれる。
【数３】
2010274167.tif 000005
ここで、Ｓ0は精製水の透過率（％）、Ｓ1は処理前の試料水の透過率（％）、Ｓ2は処理後の試料水の透過率（％）である。今回は、青色の吸光を示す波長６１０ｎｍの透過率から分解率を算出した。すなわち、求める分解率は、インディゴカルミンの青色がどれだけ分解されたかを示す。
【００４３】
次に、測定に用いたパルスパワー発生装置８の仕様を説明する。半導体スイッチ８５としてＢＥＨＬＩＫＥ製のＦＥＴスイッチ（ＨＴＳ４００−１０）を用い、トリガ発振器８６としてＫＥＮＷＯＯＤ製のファンクションゲネレータ（ＦＧ２７３）を用いた。コンデンサ８２の容量は１０．８ｎＦ、抵抗８３および抵抗８４の抵抗値は１０ｋΩである。このような仕様のパルスパワー発生装置８を用い、充電電圧を７ｋＶ、１０ｋＶおよび１３ｋＶの３段階に切り替え、また放電繰り返し数を１００ｐｐｓから１０００ｐｐｓの範囲で変化させた。なお、ｐｐｓは１秒間当りのパルス数を示す単位である。
【００４４】
比較のために用いたパルスパワー発生装置１０の仕様を説明する。パルストランス１０５として、１次側と２次側の巻数比が１対６のＴＤＫ製のパルストランス（ＰＣ４０Ｔ）を用いた。コンデンサ１０２の容量は９４０ｐＦ、抵抗１０３の抵抗値は３ＭΩである。このような仕様のパルスパワー発生装置１０を用い、充電電圧を２４ｋＶとし、また放電繰り返し数を２５ｐｐｓから１２５ｐｐｓの範囲で変化させた。
【００４５】
また水処理装置１として、内径４０ｍｍのアクリル製の容器本体２１内に、ステンレスメッシュを内径３８ｍｍ、長さ３００ｍｍの円筒状にした円筒状電極３と、直径０．２８ｍｍのステンレス線で形成された線状電極４を配設したものを用いた。
【００４６】
上述した水処理装置１のシャワーノズル７から５０ｍＬ/ｓの水滴を噴霧しながら、処理された試料水の処理時間ごとの透過率を測定し、上述の式（３）を用いて分解率を求めた。
【００４７】
図６（ａ）は、パルスパワー発生装置８を用いて処理した場合の、充電電圧１０ｋＶにおける処理時間に対する分解率の変化を示したものである。図６（ａ）から分かるように処理時間が経過するに従って分解率が高くなっていく。また分解率は、同じ処理時間で比較すると、放電の繰り返し数が多い方が高い。これは、放電の繰り返し数が多ければ、それだけ多くのオゾンが発生し、オゾンの数に比例して青色を示す構造の分解が進むためと考えられる。
【００４８】
一方、図６（ｂ）は、従来のパルスパワー発生装置１０を用いて処理した場合の、充電電圧２４ｋＶにおける処理時間に対する分解率の変化を示したものである。図６（ｂ）から分かるように、パルスパワー発生装置８と同様の傾向を示しているが、分解率は必ずしも放電の繰り返し数に比例してはいない。
【００４９】
＜放電繰り返し数と分解率、放電電力と分解率の比較＞
次に、パルスパワー発生装置８について、放電繰り返し数と分解率の関係、および放電電力と分解率との関係を求めた。
【００５０】
最初に、放電電力の算出方法について説明する。放電電力は単位時間当たりの放電エネルギー（単位：Ｗ＝Ｊ／ｓ）であるため、放電エネルギーを求めた後、その値から放電電力を算出する。放電エネルギーは、端子８７および８８間の電圧波形および電流波形の積を積分し、それから変位電流による見かけのエネルギーを引くことによって算出する。具体的には、以下の各ステップにより１パルス分の放電エネルギーが求まる。
（１）、高電圧プローブおよびロゴスキーコイルを用いて端子８７、８８間の１パルス分の電圧波形および電流波形を測定する。
（２）、（１）で得られた電圧波形と電流波形を掛けて電力を示す波形を得る。
（３）、（２）で得られた電力波形を積分することで、１パルス分のエネルギーを算出する。
（４）、（３）で得られたエネルギーから変位電流成分のエネルギーを引くと、放電エネルギーが得られる。
【００５１】
ここで、変位電流成分のエネルギーを引く理由を説明する。端子８７、８８間で測定した電流波形は、放電による電流と放電電極のコンデンサ成分による変位電流が合わさった波形となっている。変位電流成分のエネルギーとは、そのコンデンサ成分の電流による見かけのエネルギーのことである。上述のステップ（３）で算出したエネルギーから変位電流成分のエネルギーを引くことにより、端子８７、８８間で放電された１パルス分のエネルギーが得られる。
【００５２】
図７（ａ）に処理時間３０秒での繰り返し数に対する分解率の変化を示し、図７（ｂ）に、同時間での放電電力に対する分解率の変化を示す。充電電圧７、１０、１３ｋＶは本実施の形態のパルスパワー発生装置８で処理したときの値であり、充電電圧２４ｋＶは従来のパルスパワー発生装置１０で処理したときの値である。
【００５３】
また図８（ａ）に処理時間６０秒での繰り返し数に対する分解率の変化を示し、図８（ｂ）に同時間での放電電力に対する分解率の変化を示す。図７と同様に、充電電圧７、１０、１３ｋＶは本実施の形態のパルスパワー発生装置８で処理したときの値であり、充電電圧２４ｋＶは従来のパルスパワー発生装置１０で処理したときの値である。
【００５４】
図７（ａ）および図８（ａ）から分かるように、充電電圧および繰り返し数が高いほど分解率が高い。一方、図７（ｂ）および図８（ｂ）から分かるように、充電電圧が１０ｋＶ、１３ｋＶおよび２４ｋＶの線が一つの曲線のように重なっている。このことから、分解率は充電電圧や繰り返し数、更に装置には依存せず、放電電力に依存することがわかる。充電電圧７ｋＶの線は他の線と重なっていないが、これは、他の充電電圧に比べてパルス一発の放電エネルギーが小さすぎて、生成されるオゾンの量が少ないためと考えられる。
【００５５】
＜水処理装置のエネルギー効率の比較＞
上述した実験を通して、有機物の分解率は放電電力に依存することがわかった。すなわち、パルスパワー発生装置から出力されるパルスの電圧や繰り返し数、さらには電圧や電流の波形が異なっていても、放電エネルギーが等しければ、ほぼ等しい分解率が得られることがわかった。この性質を利用すれば、異なる構成のパルスパワー発生装置について、同じ分解率が得られる時のエネルギー転送効率を比較することにより、そのパルスパワー発生装置を採用した水処理装置のエネルギー効率を比較することができる。
【００５６】
水処理装置のエネルギー効率を求める前提として、上述した仕様のパルスパワー発生装置８およびパルスパワー発生装置１０のそれぞれについて、エネルギー転送効率を求めた。エネルギー転送効率は、放電エネルギーを充電エネルギーで割ることにより得られる。放電エネルギーは、前述の算出方法により、電圧波形および電流波形を用いて算出する。
【００５７】
一方、充電エネルギーは、下記の式（４）により算出する。
【数４】
2010274167.tif 000006
ここで、Ｃはコンデンサ８２の容量（またはコンデンサ１０２の容量、以後も同様）、Ｖ1はコンデンサ８２から電荷が放出される前のコンデンサ８２の端子間電圧、Ｖ2はコンデンサ８２から電荷が放出された後のコンデンサ８２の端子間電圧である。
【００５８】
図９に、エネルギー転送効率の算出結果を示す。図において横軸は放電の繰り返し数、縦軸はエネルギー転送効率を示す。パルスパワー発生装置８については、放電電圧を７〜１９ｋＶの間で変化させ、パルスパワー発生装置１０については、放電電圧を２４ｋＶに固定した。
【００５９】
図９から分かるように、従来のパルスパワー発生装置１０は、エネルギー転送効率がほとんど変わらない。これに対し、本実施の形態のパルスパワー発生装置８は、充電電圧を上げることによりエネルギー転送効率を上げることができるため、水処理装置のパルス発生源として優れている。
【００６０】
パルスパワー発生装置８の方がパルスパワー発生装置１０よりエネルギー転送効率が高くなる理由を説明する。パルスパワー発生装置１０では、トリガトロンギャップスイッチ１０４がオンになったとき，コンデンサ１０２からの電荷はコンデンサ１０２，パルストランス１０５およびトリガトロンギャップスイッチ１０４の閉ループで流れる。この場合，放電電極での放電が止まっても電荷はその閉ループで流れ続け，トリガトロンギャップスイッチ１０４部分やパルストランス１０５で消費され、その分の電荷が無駄になる。
【００６１】
これに対しパルスパワー発生装置８では、コンデンサ８２から直接放電電極に電荷が流れ，かつ約２００ｎＳ後に半導体スイッチ８５はオフになるので，無駄な電荷の消費が抑えられる。
【００６２】
なお、放電電圧が１０ｋＶを超えると、繰り返し数が高くなるほどエネルギー転送効率が減少する傾向にある。これは、放電の繰り返し数を上げることによって、放電空間内に副生成物が発生し、放電が起こりにくくなるためと考えられる。
【００６３】
次に、本実施の形態のパルスパワー発生装置８および従来のパルスパワー発生装置１０について、水処理装置としてのエネルギー効率を比較した。パルスパワー発生装置８およびパルスパワー発生装置１０のそれぞれについて、処理時間に対する分解率の測定結果から、同じ処理時間に対してほぼ同じ分解率を示す２つの測定結果を抽出した。その結果を図１０（ａ）および図１１（ａ）に示す。
【００６４】
図１０（ａ）において、パルスパワー発生装置８の充電電圧は１３ｋＶ、放電繰り返し数は１０００ｐｐｓである。一方、パルスパワー発生装置１０の充電電圧は２４ｋＶ、放電繰り返し数は１２５ｐｐｓである。また図１１（ａ）において、パルスパワー発生装置８の充電電圧は１３ｋＶ、放電繰り返し数は６００ｐｐｓである。一方、パルスパワー発生装置１０の充電電圧は２４ｋＶ、放電繰り返し数は７５ｐｐｓである。
【００６５】
前述したように分解率は放電電力（放電エネルギー）に依存するので、図１０（ａ）および図１１（ａ）において、パルスパワー発生装置８とパルスパワー発生装置１０の放電電力（放電エネルギー）は、ほぼ等しいといえる。
【００６６】
図１０（ａ）および図１１（ａ）の横軸をコンデンサへの充電エネルギーに換算した図を、図１０（ｂ）および図１１（ｂ）に示す。図中、横軸は充電エネルギーを示し、縦軸は分解率を示す。
【００６７】
図１０（ｂ）および図１１（ｂ）から明らかなように、同じ分解率に対して充電エネルギーに差があり、パルスパワー発生装置８は、パルスパワー発生装置１０に比べて、同じ分解率をより少ないエネルギーで実現していることがわかる。
【００６８】
前述の図９の測定結果を参照して、図１０（ａ）に示す充電電圧および放電繰り返し数について、エネルギー転送効率を比較すると、パルスパワー発生装置８の方がパルスパワー発生装置１０よりも３％程度高いことが分かる。同様に、図１１（ａ）に示す充電電圧および放電繰り返し数について、エネルギー転送効率を比較すると、パルスパワー発生装置８の方がパルスパワー発生装置１０よりも６％程度高いことが分かる。
【００６９】
以上のことから、放電電力（放電エネルギー）が等しくても、充電エネルギーに対する分解率は本実施の形態のパルスパワー発生装置８の方が高く、水処理装置のエネルギー効率は、パルスパワー発生装置８の方がパルスパワー発生装置１０よりも優れていることがわかる。従って、高電圧パルスの発生源として本実施の形態にかかるパルスパワー発生装置８を採用することにより、エネルギー効率に優れた水処理装置を実現できる。
【００７０】
なお、上述したパルスパワー発生装置８の用途は必ずしも水処理装置に限定されず、空気清浄機等の、プラズマ放電により被処理物の加工等を行う他の分野にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明にかかる水処理装置は、有機物や微生物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに広く利用できるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１  水処理装置
２  容器
３  円筒状電極
４  線状電極
５  被処理水タンク
６  ポンプ
７  シャワーノズル
８  パワーパルス発生装置
９  被処理水タンク収容ボックス
７２  噴射部
８１  高圧直流電源
８２  コンデンサ
８３、８４  抵抗
８５  半導体スイッチ
８６  トリガ発振器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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