(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
交番型の電源（33）と、
水中に設けられ、上記電源（33）から電圧が印加される電極対（31,32）と、
上記水中において上記電極対（31,32）の間を仕切ると共に、上記電極対（31,32）間の電流経路を構成する微小な貫通孔（35）が形成され、上記電極対（31,32）に電圧が印加されることによって上記貫通孔（35）に形成された気泡内で放電を生起させる絶縁性の仕切板（15）とを備え、
上記電源（33）は、上記貫通孔（35）で生起する放電がスパーク放電からグロー放電へ移行する前に上記電極対（31,32）に印加される電圧の正負が入れ替わるように、上記電極対（31,32）に印加する電圧の正負を所定時間おきに入れ替える
ことを特徴とする放電ユニット。
【請求項２】
請求項１において、
上記電源（33）の電圧波形は、１周期における正極側と負極側の割合が等しくなっている
ことを特徴とする放電ユニット。
【請求項３】
請求項１または２において、
上記電源（33）の電圧波形は、方形波である
ことを特徴とする放電ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中で放電を生起させて水を浄化する放電ユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水中に放電を生起して水を浄化する水処理用の放電ユニットが知られており、この種の放電ユニットが例えば特許文献１に開示されている。この特許文献１の放電ユニットは、水中に設けられ、直流電源から所定の電圧が印加される電極対と、水中において電極対の間を仕切ると共に、電極対の電流経路を構成する貫通孔が形成された絶縁性の仕切板とを備えている。この放電ユニットでは、直流電源から電極対に直流電圧が印加されると、仕切板の貫通孔内の電流経路において電流密度が上昇し放電が生起される。そして、放電が生起されることによって、水中に水酸ラジカル等の殺菌因子が発生して水が浄化される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−９２９２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述した放電ユニットでは、電流経路である仕切板の貫通孔の孔径が次第に拡大してしまい、これによって、貫通孔の電気抵抗が低下し放電に必要な電流密度を確保できなくなり、放電を安定して生起させることができないおそれがあった。つまり、常に一定の直流電圧が電極対に印加されると、貫通孔内では比較的高温のグロー放電が生起し、そのグロー放電による放電熱によって貫通孔が熱的破壊され孔径が拡大してしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、仕切板における貫通孔の孔径が拡大するのを抑制して、放電を安定して行うことにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、交番型の電源（33）と、水中に設けられ、上記電源（33）から電圧が印加される電極対（31,32）と、上記水中において上記電極対（31,32）の間を仕切ると共に、上記電極対（31,32）間の電流経路を構成する微小な貫通孔（35）が形成され、上記電極対（31,32）に電圧が印加されることによって上記貫通孔（35）に形成された気泡内で放電を生起させる絶縁性の仕切板（15）とを備え、上記電源（33）は、上記貫通孔（35）で生起する放電がスパーク放電からグロー放電へ移行する前に上記電極対（31,32）に印加される電圧の正負が入れ替わるように、上記電極対（31,32）に印加する電圧の正負を所定時間おきに入れ替えるものである。
【０００７】
上記第１の発明では、電源（33）から電極対（31,32）に電圧が印加されることで、電極対（31,32）間の電流経路である貫通孔（35）において電流密度が上昇して放電が生起される。そして、本発明では、電源（33）が交番型であるため、電極対（31,32）に印加される電圧の正負が所定時間おきに交互に入れ替わる。そのため、貫通孔（35）においてはグロー放電が生起されることなくスパーク放電が生起される。つまり、放電形態は、直流の場合は、電流の増加に伴ってスパーク放電からグロー放電に移行するところ、本発明では、放電形態がグロー放電に移行するまでに電極対（31,32）に印加される電圧の正
負が入れ替わるので、貫通孔（35）内においてスパーク放電を生起させ続けることができる。これにより、貫通孔（35）のグロー放電による熱的破壊を抑制でき、貫通孔（35）の孔径が拡大するのを抑制することが可能になる。
【０００８】
第２の発明は、上記第１の発明において、上記電源（33）の電源波形が、１周期における正極側と負極側の割合が等しくなっているものである。
【０００９】
上記第２の発明では、電圧波形の１周期における正極側と負極側の割合が等しいので、両電極（31,32）において酸化反応と還元反応とが同等に行われる。
【００１０】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、上記電源（33）の電圧波形が方形波である。
【００１１】
上記第３の発明では、電圧波形を方形波にすることで、例えば正弦波等と比べて、水の導電率に依存せずに放電を生起させることができる。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように、本発明によれば、電源（33）を交番型としたため、貫通孔（35）内においてグロー放電を発生させずに比較的低温のスパーク放電を発生させることができる。これによって、貫通孔（35）の孔径拡大を抑制でき、その結果、安定して放電を行うことが可能である。
【００１３】
また、第２の発明によれば、電圧波形の１周期における正極側と負極側の割合を等しくしたので、両電極（31,32）において酸化反応と還元反応とを同等に行わせることができる。よって、電極対（31,32）の酸化反応による溶出を抑制することが可能となり、その結果、安定して放電を行うことができる。
【００１４】
また、第３の発明によれば、電圧波形を方形波としたので、例えば正弦波等と比べて、水の導電率に依存せずに放電を生起させることができる。よって、安定して放電を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、実施形態に係る貯水タンクおよび水循環回路を示す配管系統図である。
【図２】図２は、実施形態に係る水処理部を示す図である。
【図３】図３は、実施形態に係る水処理部を模式的に示す図である。
【図４】図４は、実施形態に係る放電ユニットを示す概略の断面図である。
【図５】図５は、実施形態に係る電圧波形を示す図である。
【図６】図６は、実施形態に係る放電ユニットの一部を拡大して示す図である。
【図７】図７は、実施形態に係る放電ユニットの一部を拡大して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。なお、以下の実施形態は、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。
【００１７】
図１に示すように、本発明の実施形態１に係る水処理装置（1a）は、水循環回路（1）と貯水タンク（2）とを備えている。
【００１８】
上記貯水タンク（2）は、水（湯水を含む、以下同様とする。）が貯留されている。貯水タンク（2）には、水循環回路（1）と、第１流路管（6）と第２流路管（7）とが接続されている。
【００１９】
上記水循環回路（1）は、貯水タンク（2）内の水を循環させて攪拌させるものである。水循環回路（1）には、水配管（3）と２つの開閉バルブ（4,4）と２つのポンプ（5,5）と水処理部（10）とが接続されている。尚、水処理部（10）の詳細な構成は後述する。
【００２０】
上記水配管（3）は、内部を水が流通可能な管である。水配管（3）は、その一端が貯水タンク（2）の図中左側の側面に接続される一方、その他端が貯水タンク（2）の図中右側の側面に接続されている。水配管（3）の途中には、上述した２つのポンプ（5,5）と２つの開閉バルブ（4,4）と水処理部（10）とが接続されている。
【００２１】
上記開閉バルブ（4,4）は、水配管（3）の流路を開閉可能な弁に構成されている。２つの開閉バルブ（4,4）のうち、一つは水処理部（10）の水の流入側に設けられ、残りの一つは水処理部（10）の水の流出側に設けられている。２つのポンプ（5,5）のうち、一つは水処理部（10）の流入側に設けられた開閉バルブ（4）と貯水タンク（2）との間に設けられ、残りの一つは水処理部（10）とその流出側に設けられた開閉バルブ（4）との間に設けられている。各開閉バルブ（4,4）は、開けると水配管（3）の内部を水が流通する一方、閉じると水配管（3）の内部の水の流通が停止する。
【００２２】
−水処理部の構成−
図２および図３に示すように、水処理部（10）は、水配管（3）の流入部（3a）から流入させた水を浄化して水配管（3）の流出部（3b）から流出させるものである。この水処理部（10）は、噴霧装置（40）と、処理槽（11）と、下流槽（50）と、複数の放電ユニット（30a,30b）を備えている。水処理部（10）は、水配管（3）から流入させた水を噴霧装置（40）から処理槽（11）に供給し、該処理槽（11）において放電ユニット（30a,30b）で発生させた殺菌因子により浄化し、浄化した水を下流槽（50）に供給し、下流槽（50）から再び水配管（3）に流出させている。
【００２３】
上記処理槽（11）は、平面視で略長方形状に形成され、箱体状の水槽である。具体的には、処理槽（11）は、平面視で略長方形の平板に形成された底部（12）と、横長の略長方形の平板に形成され、且つ底部（12）の両長辺からそれぞれ上方に延びる長壁部（13,13）と、縦長の略長方形状の平板に形成され、且つ底部（12）の両短辺からそれぞれ上方に延びる短壁部（14a,14b）とで形成されている。処理槽（11）の長手方向の他端側（すなわち、水の流出側）の短壁部（14b）は、その高さが処理槽（11）の長手方向の一端側（すなわち、水の流入側）の短壁部（14a）および長壁部（13,13）よりも低く形成されて流出口部（17）が形成されている。
【００２４】
上記処理槽（11）の内部には、その幅方向に所定間隔を置いて複数の仕切板（15）が配置されている。各仕切板（15）は、横長の略長方形状の平板に形成され、処理槽（11）の長手方向に沿って配置されて該処理槽（11）の内部を複数のレーン（21a〜22b）に仕切っている。各仕切板（15）は、電気絶縁性を有する材料で形成されている。また、後述する第１流路（21）および第２流路（22）に配置される仕切板（15,15）には、それぞれに厚さ方向に貫通する孔部（16）が形成されている。上記処理槽（11）には、各仕切板（15）によって、図２における手前側から順に第１〜第４レーン（21a〜22b）が形成されている。尚、処理槽（11）に形成されるレーン（21a〜22b）の数は、例示であり、水処理部（10）が浄化する水量に応じて任意に変更することができる。尚、仕切板（15）は、本発明に係る仕切部材を構成している。
【００２５】
また、各レーン（21a〜22b）は、第１および第２レーン（21a,21b）が一対となって第１流路（21）を形成し、第３および第４レーン（22a,22b）が一対となって第２流路（22）を形成している。
【００２６】
図４に示すように、上記複数の放電ユニット（30a,30b）は、第１放電ユニット（30a）と第２放電ユニット（30b）とで構成されている。各放電ユニット（30a,30b）は、上述した一対のレーン（21a,21b,22a,22b）ごとに一つずつ設けられる。
【００２７】
上記第１放電ユニット（30a）は、第１流路（21）の水を浄化するものである。第１放電ユニット（30a）は、電極対（31,32）と、この電極対（31,32）に接続され、該電極対（31,32）に所定の電圧を印加する高電圧発生部（33）と、上述した孔部（16）が形成された仕切板（15）とを備えている。仕切板（15）には、放電部材（34）が設けられている。尚、第２放電ユニット（30b）は、第２流路（22）の水を浄化するものである。第２放電ユニット（30b）の具体的な構成は、上記第１放電ユニット（30a）と同様であるため、説明は省略する。
【００２８】
上記電極対（31,32）は、水中で放電を生起するためのものであり、ホット側の電極（31）とニュートラル側の電極（32）とで構成されている。電極（31）は、扁平な板状に形成され、第１レーン（21a）に配置されている。電極（31）は、高電圧発生部（33）に接続されている。上記電極（32）は、扁平な板状に形成され、第２レーン（21b）に配置されている。電極（32）は、高電圧発生部（33）に接続されている。また、電極（31）と電極（32）とは互いに略平行となるように配設されている。尚、これらの電極（31,32）は、例えば耐腐食性の高い金属材料で構成される。
【００２９】
上記高電圧発生部（33）は、電極対（31,32）に所定の電圧を印加する電源で構成されている。本実施形態では、高電圧発生部（33）は、例示として、図５に示すように、電極対（31,32）に対して、正負が入れ替わる交番波形の電圧を印加する。この交番波形（方形波）のＤｕｔｙは、正極側と負極側の割合が等しくなるように調節されている。尚、電極対（31,32）に印加される電圧は、例示であって、交番型の電圧であれば、方形波に限らず、正弦波などでもよい。
【００３０】
上記放電部材（34）は、板状の絶縁部材である。放電部材（34）は、例えばセラミックス等の電気絶縁材料で構成されている。なお、セラミックスは窒化アルミニウム、窒化ケイ素又はアルミナである。放電部材（34）は、第１レーン（21a）と第２レーン（21b）とを仕切る仕切板（15）に形成された孔部（16）を塞ぐように配置されている。放電部材（34）には、その略中央に微小な放電孔（35）が形成されている。放電孔（35）は、例えば、電気抵抗が数ＭΩとなるように設計されている。この放電孔（35）は、電極（31）と電極（32）との間の電流経路を構成している。以上のような放電孔（35）は、電極対（31,32）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部となる。図６に示すように、電極（31）および電極（32）に電圧が付与されると、放電部材（34）の放電孔（35）内では、電流経路の電流密度が上昇することで、水がジュール熱によって気化して気泡（Ｃ）が形成される。これにより、電極（31,32）と水とが同電位になり、気泡（Ｃ）と水との界面が電極となって放電（スパーク放電）が発生する。すなわち、この放電では、上記電極（31）および電極（32）が放電電極とならないため、放電によって電極（31,32）が劣化するのを抑制できる。
【００３１】
上記噴霧装置（40）は、水配管（3）に接続され、該水配管（3）の流入部（3a）から流入させた水を噴霧して処理槽（11）に供給するものであって、本発明に係る絶縁部を構成している。噴霧装置（40）は、ノズルヘッダ（41）と、各レーン（21a〜22b）に対応した複数の噴霧ノズル（42）とを備えている。
【００３２】
上記ノズルヘッダ（41）は、細長い管状に形成されると共に側面に水配管（3）が接続され、該水配管（3）からの水を各噴霧ノズル（42）に分流させるものである。
【００３３】
上記噴霧ノズル（42）は、ノズルヘッダ（41）の長手方向に所定の間隔を置いて複数個設けられている。噴霧ノズル（42）は、各レーン（21a〜22b）に対応して設けられている。水配管（3）を流れる水は、流入部（3a）からノズルヘッダ（41）に流入し、噴霧ノズル（42）から粒状（液滴）となって対応するレーン（21a〜22b）に向かって噴霧される。このとき、噴霧ノズル（42）から噴霧された水が粒状（液滴）となることで各粒間（各液滴間）に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、水配管（3）の流入部（3a）から流入する水と、処理槽（11）を流れる水とが電気的に絶縁されることになる。尚、噴霧ノズル（42）によって噴霧させることによって、水配管（3）の流入部（3a）の水と、処理槽（11）の水との間の電気抵抗は、数百ＭΩ以上となる。
【００３４】
上記下流槽（50）は、上記処理槽（11）の水の流出側に設けられ、該処理槽（11）から流れ落ちて雫状になった水を流入させる水槽である。下流槽（50）は、平面視で略長方形状の箱体に形成され、側面が外壁部（51）によって囲まれて形成されている。下流槽（50）の外壁部（51）の高さは、処理槽（11）の長壁部（13）および流入側の短壁部（14a）の高さと同じである。下流槽（50）には、水配管（3）の流出部（3b）が接続されている。下流槽（50）と処理槽（11）との間は、処理槽（11）の流出側の短壁部（14b）によって仕切られている。この短壁部（14b）は、流出口部（17）が設けられているため、処理槽（11）に貯留された水は、処理槽（11）が一杯となる前に流出口部（17）から下流槽（50）の底に向かって堰を切って滝のように流れ落ちる。この際、流出口部（17）から下流槽（50）の底部又は下流槽（50）に貯留された水の液面までの間は、所定の高さを有している。このため、処理槽（11）の水は、流出口部（17）から下流槽（50）に流れ落ちる際に雫となる。下流槽（50）に流れ落ちる水が雫（粒状又は液滴）となることで各粒間（液滴間）に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、処理槽（11）に貯留された水と下流槽（50）を流れる水とが電気的に絶縁される。尚、処理槽（11）と下流槽（50）との間の電気抵抗は、数百ＭΩ以上になる。その後、下流槽（50）を流れる水は、水配管（3）の流出部（3b）から流出する。尚、上記流出口部（17）から粒状となって流れ落ちる水が流入する下流槽（50）は、本発明に係る絶縁部を構成している。
【００３５】
−運転動作−
本実施形態に係る水処理装置（1a）では、水処理部（10）において、水配管（3）を流れる水処理がなされる。
【００３６】
水処理部（10）の運転開始前には、水循環回路（1）の開閉バルブ（4,4）が開かれ、貯水タンク（2）の水が水配管（3）内を流れる。そして、水配管（3）を流れる水は、ポンプ（5）を介して流入部（3a）からノズルヘッダ（41）内に流入し、噴霧ノズル（42）から各レーン（21a〜22b）に噴霧され、処理槽（11）内に水が貯留される。このとき、噴霧された水は、粒状（液滴）となっているため、各液滴間に空気が介在して電気抵抗が高くなる。このため、水配管（3）の流入部（3a）から流入する水と、処理槽（11）を流れる水とが電気的に絶縁される。
【００３７】
水処理部（10）の運転開始時には、処理槽（11）内が浸水した状態となっている。高電圧発生部（33）から電極対（31,32）に対して極性の割合が等しい方形波の電圧が印加されると、放電部材（34）の放電孔（35）の電流経路の電流密度が上昇する。
【００３８】
放電孔（35）内の電流経路の電流密度が上昇すると、放電孔（35）内のジュール熱が大きくなる。その結果、放電部材（34）では、放電孔（35）の内部および出入口の近傍において、水の気化が促進されて気体相としての気泡（C）が形成される。この気泡（C）は、図６に示すように、放電孔（35）の全域を覆う状態となる。この状態では、気泡（C）が電極（31）と電極（32）との間で水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、電極（31,32）と水との間に電位差がほぼなくなり、気泡（C）と水との界面が電極となる。すると、気泡（C）内では、絶縁破壊が起こり、放電（スパーク放電）が発生する。
【００３９】
以上のようにして、気泡（C）内で放電が行われると、処理槽（11）の水中では、殺菌因子（水酸ラジカル等の活性種）が発生する。尚、水酸ラジカルは、本発明に係る殺菌因子を構成している。
【００４０】
その後、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）を流れる水は、流出口部（17）から下流槽（50）に向かって流れ落ちる。このとき、流出口部（17）から下流槽（50）に流れ落ちる水は雫となるため、各粒間（液滴間）に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、処理槽（11）に貯留された水と下流槽（50）を流れる水とが電気的に絶縁される。
【００４１】
−実施形態の効果−
上記実施形態によれば、高電圧発生部（33）を交番型としたため、電極対（31,32）に印加される電圧の正負が所定時間おきに交互に入れ替わる。そのため、放電孔（35）においてはグロー放電を生起させることなくスパーク放電を生起させることができる。つまり、放電形態は、直流の場合は、電流の増加に伴ってスパーク放電からグロー放電に移行するところ、本実施形態では、放電形態がグロー放電に移行するまでに電極対（31,32）に印加される電圧の正負が入れ替わるので、放電孔（35）内においてグロー放電を発生させずにスパーク放電を発生し続けることができる。これにより、放電孔（35）のグロー放電による熱的破壊を抑制でき、放電孔（35）の孔径が拡大するのを抑制することが可能になる。よって、安定して放電を行うことができる。
【００４２】
また、上記実施形態によれば、電圧波形において正極側と負極側の割合を等しくしたので、両電極（31,32）において酸化反応と還元反応とを同等に行わせることができる。よって、各電極（31,32）の酸化反応による溶出を抑制することが可能となり、その結果、安定して放電を行うことができる。
【００４３】
また、上記実施形態によれば、電圧波形を方形波としたので、例えば正弦波等と比べて、水の導電率に依存せずに放電を生起させることができる。よって、安定して放電を行うことが可能である。
【００４４】
また、上記実施形態によれば、水配管（3）と処理槽（11）との間を流れる水を滴下させたため、粒状となった水（液滴）の各粒間（各液滴間）に空気を介在させることができる。これにより、電気抵抗が高くなるため、水配管（3）を流れる水と処理槽（11）を流れる水との間を電気的に絶縁することができる。
【００４５】
また、噴霧装置（40）を設けたため、水配管（3）を流れる水を噴霧させて処理槽（11）に供給することができる。このため、水を粒状（液滴）にして各粒間（各液滴間）に空気を介在させることができる。これにより、電気抵抗を高くすることができるため、水配管（3）を流れる水と処理槽（11）を流れる水とを電気的に絶縁することができる。
【００４６】
さらに、処理槽（11）の水の流出側に該処理槽（11）に溜まった水を雫状に滴下させて貯留させる下流槽（50）を設けたため、処理槽（11）に貯留された水を雫状に滴下させて下流槽（50）に供給することができる。このため、雫（粒状又は液滴）の各雫間（各液滴間）に空気を介在させることができる。これにより、電気抵抗を高くすることができるため、処理槽（11）に溜まった水と下流槽（50）の水の流出側の水通路（3）を流れる水とを電気的に絶縁することができる。
【００４７】
また、電極対（31,32）に印加される電圧の正負が所定時間おきに交互に入れ替わるため、各電極（31,32）から金属などが析出するのを抑制することができる。
【００４８】
最後に、第１〜第４レーン（21a〜22b）を設けたため、レーン（21a〜22b）数に応じて水処理装置（1a）で処理する水量を調節することができる。
【００４９】
また、上記実施形態では、放電部材（34）における放電孔（35）の形状を図７に示すようにしてもよい。すなわち、図７に示す放電孔（35）では、両側の開口端部（35a）が外側に向かって拡がるテーパ形状となっている。放電孔（35）に形成された気泡（C）は浮上しようとするが、図７の形態の場合、気泡（C）の一部が開口端部（35a）のテーパ面に引っ掛かるため気泡（C）の浮上が阻害される。したがって、放電孔（35）に形成された気泡（C）を長時間放電孔（35）に留めておくことが可能となり、その結果、より安定した放電動作を行うことができる。なお、放電孔（35）は両側ではなく片側の開口端部（35a）だけをテーパ形状としてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
以上説明したように、本発明は、水中に設けられる電極対を有する放電ユニットについて有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１５      仕切板
３１      電極（ホット側）
３２      電極（ニュートラル側）
３３      高電圧発生部（電源）
３５      放電孔（貫通孔）
【図１】
0005522247.tif 000002
【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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