(57)【要約】【課題】水貯留部と、水貯留部の水中で放電を行うための放電部と、放電部に接続された電気回路部とを備えた水中放電装置において、簡単な構成で水中放電を発生させることができるようにする。【解決手段】放電部に第１電極と第２電極とを設ける。第１電極を空気中に配置して水面との間でパルス放電を行うパルス放電電極にする。また、第２電極を水中に配置された水中電極にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水貯留部（2）と、該水貯留部（2）の水中で放電を行うための放電部（3）と、該放電部（3）に接続された電気回路部（4）とを備えた水中放電装置であって、
上記放電部（3）は第１電極（5）と第２電極（6）とを備え、
上記第１電極（5）は空気中に配置されて水面（W1）との間でパルス放電を行うパルス放電電極であり、上記第２電極（6）は水中に配置された水中電極であることを特徴とする水中放電装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記電気回路部（4）は直流電源（7）を備え、
上記放電部（3）は、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電が自励パルス放電になるように構成されていることを特徴とする水中放電装置。
【請求項３】
請求項２において、
上記放電部（3）は、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電がストリーマ放電になるように構成されていることを特徴とする水中放電装置。
【請求項４】
請求項２において、
上記放電部（3）は、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電がスパーク放電になるように構成されていることを特徴とする水中放電装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れか１つにおいて、
上記第１電極（5）は、先端部（5a）が尖った針状電極であることを特徴とする水中放電装置。
【請求項６】
請求項１から４の何れか１つにおいて、
上記第２電極（6）は、先端部（6a）が尖った針状電極であることを特徴とする水中放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で放電を発生させるための水中放電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中放電装置は、例えば、水中の放電で発生する活性種により水を浄化するために用いられている（特許文献１参照）。図４に示すように、特許文献１の装置（50）では、水中に設けられた放電電極（51）と対向電極（52）に電源回路（53）を接続し、この電源回路（53）に放電ギャップ（54）を設けている。放電ギャップ（54）を設けることにより、この放電ギャップ（54）でパルス放電が発生する。
【０００３】
ここで、一般に、水の密度は空気の約１０００倍あり、放電を発生させる電子なだれが電極を出てすぐに水の分子に吸収されやすく、直流電圧では放電が起こりにくい。しかし、水中の電極に高圧のパルス電圧を印加すると、電子なだれが水分子に吸収されにくくなり、放電を起こすことができる。上記特許文献１の装置では、直流高圧電源（55）を用いているが、放電ギャップ（54）を設けて出力をパルス化することにより、水中での放電を可能にしている。
【０００４】
具体的には、水中の電極（51，52）に高圧のパルス電圧を印加すると、図５において、電極（51，52）から飛び出した高速電子が水の分子に衝突し、水分子が発熱して気泡（ボイド）となり、その気泡の流れ（空路）（56）の中で放電が発生する。そして、放電に伴って発生する活性種により水が浄化される。
【特許文献１】特開平３−１１７５５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、特許文献１の装置は、電源回路（53）に放電ギャップ（54）を設けることにより、回路構成が複雑化する。また、回路構成が複雑化すると、装置のコストが高くなってしまう。
【０００６】
本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的は、水中放電装置において、簡単な構成で水中放電を発生させることができるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、水貯留部（2）と、該水貯留部（2）の水中で放電を行うための放電部（3）と、該放電部（3）に接続された電気回路部（4）とを備えた水中放電装置を対象としている。
【０００８】
そして、この水中放電装置の上記放電部（3）は第１電極（5）と第２電極（6）とを備え、上記第１電極（5）は空気中に配置されて水面（W1）との間でパルス放電を行うパルス放電電極であり、上記第２電極（6）は水中に配置された水中電極であることを特徴としている。
【０００９】
この第１の発明では、第１電極（5）と水面（W1）との間でパルス放電が生じることにより、活性種が発生する。また、第１電極（5）でパルス放電が発生するため、第２電極（6）に印加される電圧もパルス波形となる。第２電極（6）に直流電圧が印加されたのでは上述したように水中放電は生じにくいが、本発明によれば第２電極（6）にパルス電圧が印加されるので、水中放電が確実に発生する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、上記電気回路部（4）が直流電源（7）を備え、上記放電部（3）が、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電が自励パルス放電になるように構成されていることを特徴としている。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、上記放電部（3）が、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電がストリーマ放電になるように構成されていることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明は、第２の発明において、上記放電部（3）が、上記第１電極（5）と水面（W1）との間のパルス放電がスパーク放電になるように構成されていることを特徴としている。
【００１３】
上記第２〜第４の発明では、直流電源（7）を用いて第１電極（5）で自励パルス放電を発生させることにより、第２電極（6）に印加される電圧もパルス波形となる。つまり、第１電極（5）と水面（W1）との間で自励パルス放電を起こすことで直流電源（7）を擬似的にパルス電源として用いることができるため、第２電極（6）において確実に水中放電が発生する。
【００１４】
第５の発明は、第１から第４の発明の何れか１つにおいて、上記第１電極（5）は、先端部（5a）が尖った針状電極であることを特徴としている。
【００１５】
第６の発明は、第１から第４の発明の何れか１つにおいて、上記第２電極（6）は、先端部（6a）が尖った針状電極であることを特徴としている。
【００１６】
上記第５，第６の発明では、第１電極（5）と第２電極（6）を針状電極にすることにより、電荷が先端部（5a，6a）に集中しやすくなる。したがって、第１電極（5）でのパルス放電と、第２電極（6）での水中放電を確実に発生させることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、上記第１電極（5）を空気中に配置されて水面（W1）との間でパルス放電を行うパルス放電電極とし、上記第２電極（6）を水中に配置された水中電極にすることにより、第２電極（6）にパルス電圧が印加されるようにしている。したがって、第１電極（5）でパルス放電が生じるとともに、第２電極（6）では確実に水中放電が生じる。この発明では第２電極（6）でもパルス放電による水中放電が起こるようにしているが、電源（7）は直流電源（7）であってもよいし、電源回路に放電ギャップを設けなくてもよいので、装置構成を簡素化できる。また、第２電極（6）側で発生した活性種は水に作用するので水を浄化でき、第１電極（5）側で発生した活性種は水と空気に作用するので水と空気を浄化できる。そのため、この水中放電装置を水浄化装置として使う場合には、空気浄化の効果も得ることができる。
【００１８】
上記第２〜第４の発明によれば、電気回路部（4）に直流電源（7）を用いる一方、第１電極（5）と水面（W1）との間で自励パルス放電を発生させることにより、第２電極（6）に対して直流電源（7）が擬似的にパルス電源として機能するようにしている。このため、高価なパルス電源を用いずに安価な直流電源（7）を用いて、確実に水中放電が生じることになる。また、電源回路に従来は必要であった放電ギャップを設けなくてもよいので、回路構成も簡素化され、装置を全体として簡素化できる。
【００１９】
上記第５，第６の発明によれば、第１電極（5）と第２電極（6）を針状電極にすることにより、電荷が先端部（5a，6a）に集中しやすくなる。したがって、第１電極（5）でのパルス放電と、第２電極（6）での水中放電を確実に発生させることができる。また、複雑な電極は必要でないため、性能が良くて安価な装置を実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
この実施形態は、本発明に係る水中放電装置を水浄化装置（1）として用いた例である。なお、ここで浄化対象とする水は、一般家庭で飲料水や調理用の水、あるいは洗面や浴用の水として用いられる水のほか、製品化される飲料用液体なども含まれる。
【００２２】
図１は、この実施形態に係る水浄化装置（1）の概略構成図である。この水浄化装置（1）は、水（W）を貯留する水貯留部（2）と、この水貯留部（2）の水中で放電を行うための放電部（3）と、この放電部（3）に接続された電気回路部（4）とを備えている。
【００２３】
上記放電部（3）は、第１電極（5）と第２電極（6）とを備えている。上記第１電極（5）は、空気中に配置されて水面（W1）との間でパルス放電を行うパルス放電電極である。また、上記第２電極（6）は、水中に配置された水中電極である。
【００２４】
上記電気回路部（4）は、高圧の直流電源（7）を備えている。この装置では、電源（7）のプラス側が第１電極（5）に接続され、電源（7）のマイナス側が第２電極（6）に接続されている。
【００２５】
上記放電部（3）は、上記第１電極（5）と水面（W1）との間で自励パルス放電が発生するように構成されている。自励パルス放電としては、ストリーマ放電やスパーク放電を挙げることができる。このように自励パルス放電としてストリーマ放電やスパーク放電を起こすために、第１電極（5）と第２電極（6）は、その形状や水面（W1）との距離が、所定形状または所定距離に設定されている。なお、第１電極（5）は、スパーク放電を起こす場合には水面（W1）との距離が比較的近く設定され、ストリーマ放電を起こす場合には水面（W1）との距離が比較的遠く設定される。
【００２６】
上記第１電極（5）及び第２電極（6）は、いずれも、先端部（5a，6a）が尖った針状電極により構成されている。そして、第１電極（5）は先端部（5a）が水面（W1）を向く下向きの姿勢で空気中に配置され、第２電極（6）は先端部（6a）が水面（W1）を向く上向きの姿勢で水中に配置されている。第２電極（6）は、第１電極（5）のほぼ真下に位置している。
【００２７】
−運転動作−
この水浄化装置（1）では、放電部（3）に電気回路部（4）から高電圧が印加されることにより、水中放電が発生する。具体的には、第１電極（5）に印加される直流高電圧により、図２に示すように、第１電極（5）側ではストリーマ放電やスパーク放電などの自励パルス放電が発生する。この放電は、第１電極（5）の先端から水面（W1）に向かって発生し、放電場では高速電子や各種ラジカルなどの活性種が発生する。この活性種は、水（W）に対して作用することにより水（W）を浄化するとともに、空気を浄化する作用も有する。
【００２８】
一方、第１電極（5）側で自励パルス放電が発生する結果、第２電極（6）に印加される電圧はパルス波形となる。したがって、第２電極（6）にはパルス高電圧が印加されることになるので、第２電極（6）の周囲の水（W）が気化し、無数の微細な気泡が発生する。そして、この第２電極（6）側でも気泡の中で放電が生じ、活性種が発生する。微細な気泡は水面（W1）に向かって上昇し、その間に活性種が水中に拡散して水（W）を浄化する。微細な気泡が上昇することにより空路（8）が形成され、空路（8）の気泡の流れにより水（W）の流れが生じて、活性種が水貯留部（2）内の水（W）に全体的に作用する。
【００２９】
−実施形態の効果−
本実施形態によれば、第１電極（5）においてストリーマ放電やスパーク放電などの自励パルス放電が生じるようにすることにより、第２電極（6）にもパルス電圧を印加するようにして、水中放電を起こしている。ここで、一般に、水（W）の密度は空気の約１０００倍あり、放電を発生させる電子なだれが電極を出てすぐに水（W）の分子に吸収されやすい（放電が生じにくい）が、この実施形態では、直流電源（7）を擬似的に高圧パルス電源として機能させることで、水中放電を起こすようにしている。
【００３０】
そして、この実施形態では、電源（7）は安価な直流電源（7）でよいし、従来の放電ギャップのようなパルス発生回路を電源回路に設けなくてもよいので、装置構成を従来よりも簡素化することができ、コストダウンを実現できる。装置（1）のコストダウンを実現できるので、この水浄化装置（1）は、一般家庭での水浄化にも適用しやすくなる。
【００３１】
さらに、本実施形態の装置（1）によれば、第２電極（6）での水中放電による水浄化作用が得られるうえに、第２電極（6）での空中放電（自励パルス放電）による空気浄化作用を得ることもできるので、浄化装置としての機能が向上する。
【００３２】
−実施形態１の変形例−
水浄化装置（1）は、図３に示すように構成してもよい。
【００３３】
この図３の水浄化装置（1）では、第１電極（5）は、図１の例と同様に、先端部（5a）が水面（W1）を向く下向きの姿勢で空気中に配置された針状電極により構成されている。一方、第２電極（6）は、第１電極（5）の真下から横にずれた位置に横向きで配置されている。第２電極（6）は、その先端部（6a）が、第１電極（5）の先端を通る鉛直線上の１点を指向する向きに配置されている。こうすることにより、図に破線で示すような電子の流れが発生するようにしている。
【００３４】
なお、この変形例でも、電源（7）は図１の例と同じく高圧の直流電源（7）であり、第１電極（5）から水面（W1）に向かってストリーマ放電やスパーク放電などの自励パルス放電が発生するようになっている。
【００３５】
このように構成しても、第１電極（5）側で自励パルス放電が発生する結果、第２電極（6）に印加される電圧がパルス波形となる。第２電極（6）にパルス高電圧が印加されることにより、第２電極（6）の周囲の水（W）が気化し、無数の微細な気泡が発生する。そして、この第２電極（6）側において気泡の中で放電が生じ、活性種が発生する。微細な気泡は水面（W1）に向かって上昇し、その間に活性種が水中に拡散して水（W）が浄化される。微細な気泡が上昇することにより空路が形成され、空路の気泡の流れにより水（W）の流れが生じて、活性種が水貯留部（2）内の水（W）に全体的に作用する。
【００３６】
この変形例においても、第１電極（5）においてストリーマ放電やスパーク放電などの自励パルス放電が生じるようにすることにより、第２電極（6）にパルス電圧を印加して、水中放電が起こるようにしている。そして、電源（7）は安価な直流電源（7）でよいし、従来の放電ギャップのようなパルス発生回路を電源回路に設けなくてもよいので、装置構成を従来よりも簡素化することができ、コストダウンを実現できる。また、第２電極（6）での水中放電による水浄化作用が得られるうえに、第２電極（6）での空中放電（自励パルス放電）による空気浄化作用を得ることもできる。
【００３７】
《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、直流電源（7）を用いて自励パルス放電を起こすようにしているが、電源は直流電源（7）に限らず、パルス電源を用いることによりパルス放電を起こすようにしてもよい。また、上記実施形態のように直流電源（7）を用いる場合には、第１電極（5）と第２電極（6）の極性を上記実施形態とは逆にしてもよい。
【００３９】
さらに、上記実施形態では第１電極（5）及び第２電極（6）の両方に針状電極を用いるようにしているが、第１電極（5）は水面との間でパルス放電が生じる限りは形状を任意に設定すればよく、第２電極（6）は水中放電が生じる限りは形状を任意に設定すればよい。
【００４０】
なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
以上説明したように、本発明は、水中で放電を発生させるための水中放電装置について有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る水浄化装置の概略構成図である。
【図２】図２は、図１の水浄化装置における放電状態を示す説明図である。
【図３】図３は、実施形態の変形例に係る水浄化装置の概略構成図である。
【図４】図４は、従来の水浄化装置の概略構成図である。
【図５】図５は、図４の水浄化装置における放電状態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
1   水中放電装置（水浄化装置）
2   水貯留部
3   放電部
4   電気回路部
5   第１電極
5a  先端部
6   第２電極
6a  先端部
7   直流電源
W   水
W1  水面
【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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