(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理される液体が充填されている液体貯留部内に配設されている電極構造であって、
それぞれ高圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第１電極対と、
前記第１電極対を中間に位置させるようにして前記仮想対称軸方向において前記第１電極対の両側にそれぞれ第１電極対と間隔を隔てて配置されており、それぞれ低圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第２電極対および第３電極対と
を有し、
前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて同位置に配置されており、前記第１電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極と異なる位置に配置されている
ことを特徴とする液体処理用電極構造。
【請求項２】
前記高圧電源を定電圧あるいは定電流方式により設定し、前記低圧電源の電流を高圧電源の出力に変化が生じやすくするように設定したことを特徴とする請求項１に記載の液体処理用電極構造。
【請求項３】
前記各電極は円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体処理用電極構造。
【請求項４】
前記各電極は平板状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の液体処理用電極構造。
【請求項５】
前記各陽極電極および陰極電極間に制御電極を配設したことを特徴とする請求項４に記載の液体処理用電極構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体処理のために用いられる電極構造に係り、特に、液体中に含有されている各種物質を良好に処理することができる液体処理用電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者は、特開平１１−９０４２０号公報および特開２０００−２６３０５６号公報に記載されている液体処理方法、液体処理装置および液体処理システムについての発明をすでにしており、これらの発明によれば、簡単な操作により液体中の浮遊物や窒素を確実に除去できるとともに脱臭、脱色および殺菌も行うことができ、さらに極めて細分化された分子であって安定した状態の液体を生成することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述した２つの公開公報に記載した液体処理装置には、高圧パルス処理手段に用いられている電極体が記載されているが、これらの公報においては、具体的な電極の構造には触れていなかった。
【０００４】
本発明は、このような点に鑑み、液体処理を有効に行うことのできる液体処理用電極構造を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するため請求項１に係る本発明の液体処理用電極構造の特徴は、それぞれ高圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第１電極対と、前記第１電極対を中間に位置させるようにして前記仮想対称軸方向において前記第１電極対の両側にそれぞれ第１電極対と間隔を隔てて配置されており、それぞれ低圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第２電極対および第３電極対とを有し、前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて同位置に配置されており、前記第１電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極と異なる位置に配置されている点にある。
【０００６】
そして、このような構成を採用したことにより、第１電極対に電流を流すことなく高電圧を印加するとともに、第２電極対および第３電極対にそれぞれ電流を流すことなく低電圧を印加することにより複数経路において電流が流れる。すなわち、各電極対の陽極電極から陰極電極への電流、第１電極対の陽極電極から第２電極対および第３電極対の各陽極電極への電流、第２電極対および第３電極対の各陰極電極から第１電極対の陰極電極への電流、第１電極対の陽極電極から第２電極対および第３電極対の各陰極電極への電流、第２電極対および第３電極対の各陽極電極から第１電極対の陰極電極への電流という５つの経路の電流が流れる。このようにして、液体中に電流が流れ、液体中の陽イオンが陰極電極に吸引されるとともに、液体中の陰イオンが陽極電極に吸引される。
【０００７】
請求項２に係る本発明の液体処理用電極構造の特徴は、高圧電源を定電圧あるいは定電流方式により設定し、低圧電源の電流を高圧電源の出力に変化が生じやすくするように設定した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、高圧電源と低圧電源における電流が互いに相殺するので、電流は少なく、高電圧とすることができる。
【０００８】
請求項３に係る本発明の液体処理用電極構造の特徴は、前記各電極が円弧状に形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、陽極電極と陰極電極とを安定的に対向させることができる。
【０００９】
請求項４に係る本発明の液体処理用電極構造の特徴は、各電極が平板状に形成されている点にある。そして、このような構成を採用したことにより、陽極電極と陰極電極とを安定的に対向させたうえで製造を容易に行うことができる。
【００１０】
請求項５に係る本発明の液体処理用電極構造の特徴は、各陽極電極および陰極電極間に制御電極を配設した点にある。そして、このような構成を採用したことにより、電界の作用をさらに促進することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１および図２は本発明に係る液体処理用電極構造の第１実施形態を示すものである。
【００１２】
図１において軸線が鉛直方向とされている円筒形をなす液体貯留部１を有しており、この液体貯留部１内には図示しない供給口および排出口を介して処理される液体が流通するようになっている。
【００１３】
前記液体貯留部１内には、それぞれ３００Ｖ程度の高圧電源２に接続されている陽極電極４Ａおよび陰極電極４Ｂが鉛直方向に延在する仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第１電極対３が配設されている。前記各電極４Ａ，４Ｂは、水平方向において同径の円弧状に彎曲した形状を有しており、同一の仮想円上に位置している。また、各電極４Ａ，４Ｂの各端部は、対向する各電極４Ｂ，４Ａの各端部の近傍に位置している。
【００１４】
前記液体貯留部１内の前記第１電極対３の上方には、それぞれ６０Ｖ程度の低圧電源５に接続されている陽極電極７Ａおよび陰極電極７Ｂが前記仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第２電極対６が配設されている。前記各電極７Ａ，７Ｂは、水平方向において同径の円弧状に彎曲した形状を有しており、同一の仮想円上に位置している。また、各電極７Ａ，７Ｂの各端部は、対向する各電極７Ｂ，７Ａの各端部の近傍に位置している。さらに、前記各電極７Ａ，７Ｂは、前記第１電極対３の両電極４Ａ，４Ｂと９０°だけ角度を隔てた位置に配置されている。
【００１５】
前記液体貯留部１内の前記第１電極対３の下方には、それぞれ前記低圧電源５に接続されている陽極電極９Ａおよび陰極電極９Ｂが前記仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第３電極対８が配設されている。前記各電極９Ａ，９Ｂは、水平方向において同径の円弧状に彎曲した形状を有しており、同一の仮想円上に位置している。また、各電極９Ａ，９Ｂの各端部は、対向する各電極９Ｂ，９Ａの各端部の近傍に位置している。さらに、前記各電極９Ａ，９Ｂは、前記第２電極対６の各電極７Ｂ，７Ａと同様、前記第１電極対３の両電極４Ａ，４Ｂと９０°だけ角度を隔てた位置に配置されている。
【００１６】
前記高圧電源２および低圧電源５は相互に独立しており、また、電気回路としては相互に絶縁されている。また、高圧電源２または低圧電源５から各電極４，７，９に印加される電圧、電流の値は処理される液体の性状により異なるが、前記高圧電源２および低圧電源５のバランスをとる必要がある。
【００１７】
このためには、前記高圧電源２を定電圧方式あるいは定電流方式のいずれかにより設定し、前記低圧電源５の電流値を変更することにより、前記高圧電源２の出力の変化が最大に生じる電流値に設定すればよい。この状態においては、第１電極対２と第２電極対６および第３電極対８との電流が相殺し合うことにより、電流が少なく電圧値がより高くなる状況が現れる。
【００１８】
さらに、前記高圧電源２および低圧電源５は、各電極４，７，９に対し電圧のみを印加し、電流を積極的に印加しないようになっている。また、前述した電圧の印加は、パルスにより断続的になされるようになっている。
【００１９】
つぎに、前述した構成からなる本発明の実施形態の作用について説明する。
【００２０】
前記高圧電源２より第１電極対３の両電極４Ａ，４Ｂに電圧をパルス的に印加するとともに、前記低圧電源５より第２電極対６の両電極７Ａ，７Ｂおよび第３電極対８の両電極９Ａ，９Ｂに電圧をパルス的に印加することにより液体貯留部１内の液体を介して５つの経路における電流の流れが生じることになる。
【００２１】
すなわち、図３に示すように、各電極対３，６，８の各陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａから各陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂへの電流、第１電極対３の陽極電極４Ａから第２電極対６および第３電極対８の各陽極電極７Ａ，９Ａへの電流、第２電極対６および第３電極対８の各陰極電極７Ｂ，９Ｂから第１電極対３の陰極電極４Ｂへの電流、第１電極対３の陽極電極４Ａから第２電極対６および第３電極対８の各陰極電極７Ｂ，９Ｂへの電流、第２電極対６および第３電極対８の各陽極電極７Ａ，９Ａから第１電極対３の陰極電極４Ｂへの電流という５つの経路の電流が流れることになる。
【００２２】
このようにして、液体貯留部１内の液体中に電流が流れ、液体中の陽イオンが陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂに吸引されるとともに、液体中の陰イオンが陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａに吸引される。
【００２３】
この結果、液体貯留部１内の液体中に含有されていた有機物が第２電極対６および第３電極対８の低圧側の各電極７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂにより帯電する。ここにおいては、ラジカルが関与し、一部の有機物が無機の物質に変化することになる。
【００２４】
そして、前述したようにして帯電した有機物はそのまま第１電極対３の各電極４Ａ，４Ｂに吸引される。この第１電極対３の各電極４Ａ，４Ｂの近傍においては、まだ帯電していない有機物と帯電した有機物とが衝突して反応を生じ、新たな有機物である有機塩が生成される。この生成された有機物は、第１電極対３の各電極４Ａ，４Ｂにより帯電し、各電極４Ａ，４Ｂから離間していく。
【００２５】
ところで、第１電極対３の各電極４Ａ，４Ｂにより帯電した有機物は、相互に±が逆の電荷に帯電しているため、相互に衝突したところで吸引しあい、大きな塊に変化していく。
【００２６】
前述した現象が繰り返されることによりフロックが形成されることになり、一部のフロックは、電荷を失って沈殿する。一方、帯電している有機物のフロックは、浮上することになる。
【００２７】
図４および図５は本発明の第２実施形態を示すものであり、本実施形態における各電極対３，６，８の電極４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂは、それぞれ円形をなしている。このうち、各電極対３，６，８において、陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａは小径に形成されており、また、陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂは大径に形成されている。
【００２８】
このような構成によっても、前述した第１実施形態のものと同様の作用効果を奏することができる。
【００２９】
図６および図７は、本発明の第３実施形態を示すものであり、本実施形態においては、各電極対に使用されている電極がそれぞれ平板状電極とされている。
【００３０】
本実施形態において、液体貯留部１は、直方体形状に形成されており、この液体貯留部１内には、それぞれ３００Ｖ程度の低圧電源５に接続されている２枚の陰極電極４Ｂ，４Ｂが鉛直方向に延在する仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第１電極対３が配設されている。前記各電極４Ｂ，４Ｂは、それぞれ同形の長方形状をなしており、相互に平行に配置されている。
【００３１】
前記液体貯留部１内の前記第１電極対３の上方には、それぞれ６０Ｖ程度の低圧電源５に接続されている２枚の陰極電極７Ｂ，７Ｂが前記仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第２電極対６が配設されている。前記各電極７Ｂ，７Ｂは、それぞれ同形の長方形状をなしており、相互に平行に配置されている。また、前記各電極７Ｂ，７Ｂは、前記第１電極対３の両電極４Ｂ，４Ｂと９０°だけ向きを異にした位置に配置されている。
【００３２】
前記液体貯留部１内の前記第１電極対３の下方には、それぞれ前記低圧電源５に接続されている２枚の陰極電極９Ｂ，９Ｂが前記仮想対称軸ＩＳを中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第３電極対８が配設されている。前記各電極９Ｂ，９Ｂは、それぞれ同形の長方形状をなしており、相互に平行に配置されている。また、前記各電極９Ｂ，９Ｂは、前記第１電極対３の両電極４Ｂ，４Ｂと９０°だけ向きを異にした位置に配置されている。
【００３３】
そして、前記各電極対３，６，８における両電極４Ａと４Ｂ、７Ａと７Ｂ、９Ａと９Ｂとの間には、電界の作用をさらに促進するための制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃが介装されている。各制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃはそれぞれ前記各電極４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂと同形状とされており、両電極４Ａと４Ｂ、７Ａと７Ｂ、９Ａと９Ｂの中央位置において各電極４Ａ，４Ｂ，７Ａ，７Ｂ，９Ａ，９Ｂと平行に配置されている。
【００３４】
このうち、前記第１電極対３の制御電極４Ｃは陽極電極とされており、高圧電源２と接続されている。また、第２電極対６および第３電極対８の各制御電極７Ｃ，９Ｃはそれぞれ陽極電極とされており、低圧電源２と接続されている。
【００３５】
なお、前記各電極対３，６，８における一方の陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂを陽極電極として、各制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃを無電圧としてもよいし、各電極対３，６，８における陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂと各制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃの±を逆に構成してもよい。
【００３６】
この場合、図８に示すように、前記制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃを無電圧接続にした場合は、陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａに面した側は陰極として機能するとともに、陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂに面した側は陽極として機能する。このため、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃの反応する面を２倍にすることができ、反応効率を向上することができる。
【００３７】
一方、図９に示すように、前記制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃを陽極接続にした場合は、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃと陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａ間には電流が流れない。このため、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃと対極する陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａとの間の溶液は陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａと同電位となっている。また、この対局部分においては、電子が陽極電極４Ａ，７Ａ，９Ａに奪われるため、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃは陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂに対して電位がより高くなり、陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂ側はより強い還元の雰囲気となる。したがって、溶液の還元を目的とする場合に好適なものとなる。
【００３８】
また、図１０に示すように、前記制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃを陰極接続にした場合は、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃと陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂ間には電流が流れない。このため、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃと対極する陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂとの間の溶液は陰極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂと同電位となっている。また、この対局部分においては、電子が陰極電極４Ａ，７Ａ，９Ａにから制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃに移動するため、制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃは陽極電極４Ｂ，７Ｂ，９Ｂに対して電位がより低くなり、陰極電極４Ａ，７Ａ，９Ａ側はより強い酸化の雰囲気となる。したがって、溶液の酸化を目的とする場合に好適なものとなる。
【００３９】
したがって、処理を行う液体の性状に応じて制御電極４Ｃ，７Ｃ，９Ｃの接続を切り替えることにより、液体の処理範囲を向上し、液体の性状に応じた所望の酸化処理や還元処理を行うことが可能になる。
【００４０】
さらに、前記高圧電源２および低圧電源５は相互に独立しており、また、電気回路としては相互に絶縁されている。また、高圧電源２または低圧電源５から各電極４，７，９に印加される電圧、電流の値は処理される液体の性状により異なるが、前記高圧電源２および低圧電源５のバランスをとる必要がある。
【００４１】
このためには、前記高圧電源２を定電圧方式あるいは定電流方式のいずれかにより設定し、前記低圧電源５の電流値を変更することにより、前記高圧電源２の出力の変化が最大に生じる電流値に設定すればよい。この状態においては、第１電極対２と第２電極対６および第３電極対８との電流が相殺し合うことにより、電流が少なく電圧値がより高くなる状況が現れる。
【００４２】
さらに、前記高圧電源２および低圧電源５は、各電極４，７，９に対し電圧のみを印加し、電流を積極的に印加しないようになっている。また、前述した電圧の印加は、パルスにより断続的になされるようになっている。
【００４３】
また、前記各実施形態において、前記第１ないし第３電極対３，６，８を構成する各電極４，７，９は、図１１または図１２に示すように構成されている。
【００４４】
すなわち、各電極４，７，９は、チタン基材２０を有しており、このチタン基材２０の図１１における左右の側面、図１２における右側面には、図示しない剥離防止用の表面処理が施されている。
【００４５】
そして、前記剥離防止用表面処理の上には、三層構造からなる中間層２１が形成されており、この中間層は、ミクロンオーダーの空乏層２１ａやバナジウム層２１ｂを有している。このため、電極４，７，９からの水素イオンの流出を少なくするようになっている。
【００４６】
また、このように形成された前記中間層２１は、蓄電機能を有するため、この中間層２１を有する電極４，７，９に電圧を印加した場合、電荷を一時的に蓄え、その後一気に放出することになる。
【００４７】
これによって、電極表面の電圧は一時的に数百Ｖのオーダーになる。ただし、この現象が起きるのは、高圧電源２および低圧電源５の電流のバランスがとれたときに限られる。
【００４８】
このため、電極４，７，９間の液体を流れる電流を少なくしつつ電圧値を高くすることができる。
【００４９】
さらに、前記中間層２１の表面には、白金によるコーティング層２２が形成されている。
【００５０】
なお、図１１は、チタン基材２０の両側面に中間層２１およびコーティング層２２を形成した構造となっているが、このような構造を有する電極４，７，９を用いた場合、工業廃水等の無機廃水の酸化・還元反応を利用した分解に好適なものとなっている。また、図１２は、チタン基材２０の片側面に中間層２１およびコーティング層２２を形成した構造となっているが、このような構造を有する電極４，７，９を用いた場合、屎尿などの有機廃水の分解に便宜なものとなっている。
【００５１】
このため、分解を行う液体の性質に応じて両者を使い分けるようにしてもよい。
【００５２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々の変更が可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、液体の酸化・還元を促進し、液体を有効に処理することができる。
【００５４】
すなわち、それぞれ高圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第１電極対と、前記第１電極対を中間に位置させるようにして前記仮想対称軸方向において前記第１電極対の両側にそれぞれ第１電極対と間隔を隔てて配置されており、それぞれ低圧電源に接続されている陽極電極および陰極電極が仮想対称軸を中心として線対称位置に相互に間隔を隔てて対峙している第２電極対および第３電極対とを有し、前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて同位置に配置されており、前記第１電極対におけるそれぞれの電極は、前記仮想対称軸方向に間隔を隔てて前記第２電極対および第３電極対におけるそれぞれの電極と異なる位置に配置されているので、第１電極対に電流を流すことなく高電圧を印加するとともに、第２電極対および第３電極対にそれぞれ電流を流すことなく低電圧を印加することにより複数経路において電流が流れ、液体中に電流が流れ、液体中の陽イオンが陰極電極に吸引されるとともに、液体中の陰イオンが陽極電極に吸引される。
【００５５】
また、高圧電源を定電圧あるいは定電流方式により設定し、低圧電源の電流を高圧電源の出力に変化が生じやすくするように設定することにより、高圧電源と低圧電源における電流が互いに相殺するので、電流は少なく、高電圧とすることができる。
【００５６】
さらに、前記各電極を円弧状に形成することにより、陽極電極と陰極電極とを安定的に対向させることができる。
【００５７】
さらにまた、各電極を平板状に形成することにより、陽極電極と陰極電極とを安定的に対向させたうえで製造を容易に行うことができる。
【００５８】
また、各陽極電極および陰極電極間に制御電極を配設することにより、このような構成を採用したことにより、電界の作用をさらに促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体処理用電極構造の第１実施形態を示す斜視図
【図２】図１の平面図
【図３】本発明に係る液体処理用電極構造の第１実施形態において液体を媒介して電極間を流れる電流の態様を示す平面図
【図４】本発明に係る液体処理用電極構造の第２実施形態を示す斜視図
【図５】図４の平面図
【図６】本発明に係る液体処理用電極構造の第３実施形態を示す斜視図
【図７】図６の平面図
【図８】本発明に係る液体処理用電極構造の第３実施形態において制御電極を無電圧接続にした場合の電極状態を示す説明図
【図９】本発明に係る液体処理用電極構造の第３実施形態において制御電極を陽極接続にした場合の電極状態を示す説明図
【図１０】本発明に係る液体処理用電極構造の第３実施形態において制御電極を陰極接続にした場合の電極の帯電状態を示す図
【図１１】本発明に係る液体処理用電極構造を構成する各電極の具体的構造の実施形態を示す斜視図
【図１２】本発明に係る液体処理用電極構造を構成する各電極の具体的構造の図１１と異なる他の実施形態を示す斜視図
【符号の説明】
１  液体貯留部
２  高圧電源
３  第１電極対
４Ａ，７Ａ，９Ａ  陽極電極
４Ｂ，７Ｂ，９Ｂ  陰極電極
４Ｃ，７Ｃ，９Ｃ  制御電極
５  低圧電源
６  第２電極対
８  第３電極対
２０  チタン基材
２１  中間層
２２  コーティング層
【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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【図１２】
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