(57)【要約】  本発明は、液体中に浸漬された電極間で放電を行う液体中放電装置である。この液体中放電装置は、放電位置を検出する手段３ａ、３ｂと、放電状態を検出する手段３ｂと、これらの検出量に基づいて放電位置及ぴ放電状態を判定する手段６と、判定結果に基づいて放電位置及び／又は放電状態を制御する手段と、を備えている。【選択図】  図１
2006007102.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体中に浸漬された電極間で放電を行う液体中放電装置における放電制御方法おいて、放電位置及び放電状態を検出し、これらの検出量に基づいて放電位置及び放電状態を判定し、判定結果に基づいて放電位置及び／又は放電状態を制御することを特徴とする液体中放電制御方法。
【請求項２】
請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電位置及び／又は放電状態を検出する手段が、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材の振動、加速度、速度、変位のうちの少なくとも１つ以上を検出する手段であることを特徴とする放電制御方法。
【請求項３】
請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電状態を判定する手段が、電圧印加により高圧側電極もしくは前記電極と同等の電圧変化を示す前記液体中放電装置の構成部材が昇圧してから放電発生により降圧するまで、高電圧状態を維持した時間の長さによって判定する手段であることを特徴とする放電制御方法。
【請求項４】
請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電位置を判定する手段が、予め設定した放電位置からの偏差を判定する手段であることを特徴とする放電制御方法。
【請求項５】
液体中に浸漬された電極間で放電を行う液体中放電装置において、放電位置を検出する手段と、放電状態を検出する手段と、これらの検出量に基づいて放電位置及ぴ放電状態を判定する手段と、判定結果に基づいて放電位置及び／又は放電状態を制御する手段と、を備えることを特徴とする液体中放電装置。
【請求項６】
請求項５に記載の液体中放電装置において、放電位置及び／又は放電状態を検出する手段が、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材の振動、加速度、速度、変位の内の少なくとも１つ以上を検出する手段であることを特徴とする液体中放電装置。
【請求項７】
請求項５に記載の液体中放電装置において、放電状態を判定する手段が、電圧印加により高圧側電極もしくは前記電極と同等の電圧変化を示す装置構成部材が昇圧してから放電発生により降圧するまで、高電圧状態を維持した時間の長さによって判定する手段であることを特徴とする液体中放電装置。
【請求項８】
請求項５に記載の液体中放電装置において、放電位置を判定する手段が、予め設定した放電位置からの偏差を判定する手段であることを特徴とする、液体中放電装置。
【請求項９】
請求項５ないし８のいずれかに記載の液体中放電装置において、放電位置及び／又は放電状態を検出するための手段を１ないし３個備えることを特徴とする液体中放電装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の液体中放電装置において、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材において、放電位置及び／又は放電状態を検出するための検出手段を取り付ける取付け座と前記取付け座周囲の前記液体を収容する部材との間に緩衝材を設置することにより、前記液体を収容する部材から前記取付け座への固体伝播波を減衰させるような取付け座を有することを特徴とする液体中放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体中で放電を行う液体中放電装置及びその放電制御方法に関し、具体的には、液体中の生物不活化や滅菌或いは殺菌、有害物分解、スケール破砕等を目的として用いられる液体処理用の液体中放電装置及びその装置における放電制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液体中で液体の絶縁破壊電圧条件で放電を行うと、放電に伴って紫外線や衝撃波等が発生することが知られており、紫外線は殺菌、滅菌処理に、衝撃波はスケールの破砕等に応用できる。発生する衝撃波や紫外線の強度は、放電エネルギーや電極間隔などの放電条件に依存する。更に衝撃波や紫外線の強度は、放電位置から遠ざかるに従って減衰するため、放電位置が移動すると常に同じような処理性能が得られなくなる。よって液体中放電による液体処理では、放電位置を制御することが重要である。また連続もしくは断続的に放電を行うと電極が減耗し、電極間隔が拡張して放電状態が変化するため、安定した放電処理を行うためには、電極間隔を効果的に調整して適正な放電状態を維持することも不可欠である。すなわち、液体中放電による液体処理においては、放電位置と放電状態の両方を制御して初めて、高効率で安定した処理を行うことが可能となる。
【０００３】
従来、放電位置を検出する方法としては電気機器内部の部分放電検出に関するものが主に提案されており、放電に伴って発生する超音波などの音響信号を利用する方法（特公昭６１−１２４５１号、特公昭６３−２６６０９号、特公平３−６０１６５号、特公平７−８９１３８、特開平１０−５４８６２）などが提案されている。一方、液体中放電を利用する装置の電極位置検出及び制御方法としては、衝撃波治療装置に関する方法として電極位置を検出するための位置検出用電極を用いる方法（特開平４−２２９９８７）が提案されている。また放電状態の制御については、衝撃波治療装置（特開平１０−３２８１９３）や放電加工装置に関する方法（特公昭６１−４４６１１、特許第２６４１３７６号）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特公昭６１−１２４５１号公報
【特許文献２】特公昭６３−２６６０９号公報
【特許文献３】特公昭３−６０１６５号公報
【特許文献４】特公平７−８９１３８号公報
【特許文献５】特開平１０−５４８６２号公報
【特許文献６】特開平４−２２９９８７号公報
【特許文献７】特開平１０−３２８１９３号公報
【特許文献８】特公昭６１−４４６１１号公報
【特許文献９】特許第２６４１３７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
部分放電検出における放電位置検出法は、その目的が高圧機器内部の部分的な事故放電位置を検出することであるから、３次元的な放電位置を正確に評定するための方法であり、具体的には放電時の電気的信号を検出してタイマを始動させ、音響信号が壁面の検出素子に到達した時点でタイマを停止させて各検出素子から放電点までの距離を正確に測定するという方法である。しかしこのためには最低でも電気的検出素子１個と音響検出素子３個が必要となるうえ、音響信号が小さいためノイズを分離するための煩雑な信号処理が必要になるという問題がある。また衝撃波治療装置における電極位置検出用電極を用いる方法では、装置及び制御方法共に複雑になり、調整に時間がかかるという問題がある。
【０００６】
一方、放電状態制御については、衝撃波治療装置では密閉系でかつ比較的短時間の放電処理であることから、薬剤注入により液体の導電率を上げることによって放電を継続する方法は提案されているが、電極間隔を自動制御する方法は提案されていない。よってこの方法ではいずれ放電が出来なくなった時には手動調整が必要になることに加え、本発明の目的である液体の連続放電処理に適用するには、導電率調整用の薬剤が大量に必要となるという問題がある。また放電加工装置における放電制御では、固定した被加工物と可動電極間の放電制御を目的としているため、可動電極だけを一方的に近づけたり遠ざけたりするか、或いは電圧パルスを変えるなどの電気的な制御で加工屑やバリ等を除去する方法は提案されているが、放電位置及び放電状態の両方を制御する方法は提案されていない。
【０００７】
本発明は、上記従来例の問題点並びに連続的な液体処理を目的とした放電装置に必要不可欠な制御を考慮して成されたものであり、その目的とするところは、放電位置及び放電状態の両方の制御が容易で、高効率な放電処理を長時間安定して行える液体中放電装置及びその放電制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する為に、請求項１に記載した発明によれば、液体中に浸漬された電極間で放電を行う液体中放電装置における放電制御方法において、放電位置及び放電状態を検出し、これらの検出量に基づいて放電位置及び放電状態を判定し、判定結果に基づいて放電位置及び／又は放電状態を制御することを特徴とする放電制御方法が提供される。
また、請求項２に記載した発明によれば、請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電位置及び／又は放電状態を検出する手段が、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材の振動、加速度、速度、変位の内の少なくとも１つ以上を検出する手段であることを特徴とする液体中放電制御方法が提供される。
請求項３に記載した発明によれば、請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電状態を判定する手段が、電圧印加により高圧側電極もしくは前記電極と同等の電圧変化を示す前記液体中放電装置の構成部材が昇圧してから放電発生により降圧するまで、高電圧状態を維持した時間の長さによって判定する手段であることを特徴とする液体中放電制御方法が提供される。
請求項４に記載した発明によれば、請求項１に記載の液体中放電装置における放電制御方法において、放電位置を判定する手段が、予め設定された放電位置からの偏差を判定する手段であることを特徴とする液体中放電制御方法が提供される。
本願の請求項５に記載した発明によれば、液体中に浸漬された電極間で放電を行う液体中放電装置において、放電位置を検出する手段と、放電状態を検出する手段と、これらの検出量に基づいて放電位置及び放電状態を判定する手段と、判定結果に基づいて放電位置及び／又は放電状態を制御する手段を備えることを特徴とする液体中放電装置が提供される。
請求項６に記載した発明によれば、請求項５に記載の液体中放電装置において、放電位置及び／又は放電状態を検出する手段が、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材の振動、加速度、速度、変位の内の少なくとも１つ以上を検出する手段であることを特徴とする液体中放電装置が提供される。
請求項７に記載した発明によれば、請求項５に記載の液体中放電装置において、放電状態を判定する手段が、電圧印加により高圧側電極もしくは前記電極と同等の電圧変化を示す装置構成部材が昇圧してから放電発生により降圧するまで、高電圧状態を維持した時間の長さによって判定する手段であることを特徴とする液体中放電装置が提供される。
請求項８に記載した発明によれば、請求項５に記載の液体中放電装置において、放電位置を判定する手段が、予め設定された放電位置からの偏差を判定する手段であることを特徴とする液体中放電装置が提供される。
請求項９に記載した発明によれば、請求項５ないし８のいずれかに記載の液体中放電装置において、放電位置及び／又は放電状態を検出するための手段を１乃至２乃至３個備えることを特徴とする液体中放電装置が提供される。
請求項１０に記載した発明によれば、請求項９に記載の液体中放電装置において、前記液体中放電装置を構成する部材、もしくは前記液体中放電装置が設置された、液体を収容する部材において、放電位置及び／又は放電状態を検出するための検出手段を取り付ける取付け座と前記取付け座周囲の前記液体を収容する部材との間に緩衝材を設置することにより、前記液体を収容する部材から前記取付け座への固体伝播波を減衰させるような取付け座を有することを特徴とする液体中放電装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
請求項１又は５に記載の発明によれば、処理効率及び安定性を向上することが出来、また、判定に要する検出素子数は３個以下であり、メンテナンス性も優れている上、コストも廉価であるという効果を奏することができる。
請求項２又は６の発明によれば、上記のような請求項１又は５の発明の効果に加えて、超音波等に比べて比較的大きなセンサ出力が得られ、ノイズ分離のための信号処理を不要にもしくは簡素化できるという効果を奏することができる。
請求項３又は７の発明によれば、上記のような請求項１又は５の発明の効果に加えて、液体中放電装置の放電状態を簡単な電気回路だけで判定でき、装置の放電状態制御を容易に行えるという効果を奏することが可能である。
請求項４又は８の発明によれば、上記のような請求項１又は５の発明の効果に加えて、液体中放電装置の放電位置を、少数のセンサで効果的に判定でき、装置の放電状態制御を容易に行えるという効果を奏することが可能である。
請求項９の発明によれば、請求項１又は５の発明の効果に加えて、装置に必要な制御精度と製造コストの双方を考慮して、適切な制御方法を選択できるという効果を奏することが可能である。
請求項１０の発明によれば、請求項９に記載の発明の効果に加えて、更に、検出手段を取り付けるために緩衝材を設けたため、判定精度が上がり、より精度良く制御が行えるという効果を奏することが可能である。
【００１０】
液体中の放電では空気中や真空中の放電に比して強い衝撃波が発生する。特に、液体中の放電で発生する紫外線や衝撃波を液体処理に利用する放電処理装置においては、高圧機器内部で不作為的に起こる部分的な事故放電と比べて非常に強い紫外線や衝撃波が発生するため、検出素子等の検出手段によりそれらの物理量を検出すれば、放電位置や放電状態を容易に判定することが出来る。放電位置を検出する物理量としては、放電によって発生する圧力や熱、装置もしくは流路構成部材の振動、加速度、速度或いは変位、放電装置近傍の音響など、放電位置から検出素子までの距離によって、放電発生から検出素子に信号が到達するまでに時間差を生じる物理量が好ましい。また、放電状態を検出する物理量としては、上記に加え放電によって発生する電磁波、光などが使用できる。
【００１１】
いずれの場合も検出する物理量については、装置や流路の構造、求める精度、検出素子の耐久性及びコスト等に応じて適宜選択出来る。例えばピエゾ型圧力センサや熱電対、振動加速度ピックアップ、ひずみゲージ、レーザー式変位センサ、コンデンサマイクロホン、測光プローブなどが考えられる。また、これらの検出素子を装置或いは流路構成部材に設置する際、接液側でなく大気に接する側に設置して壁等を通過してくる物理量を検出するようにすれば、流路に開口部やフランジを設ける必要もない上、検出素子のメンテナンスも楽に行えるので好ましい。このような物理量による判定は１回毎の検出値でも判定出来るが、ばらつきによる影響を避けるために数回以上の検出量の平均値や積算値を利用するのが好ましい。また放電ノイズによる誤作動を防止するためには、別に放電発生検出手段を設置し、放電発生からある一定の時間は、放電位置及び放電状態検出素子からの出力を無視するか、もしくは出力を遮断する回路を設けることが好ましい。この放電発生検出手段としては、電磁波や光を検出する放電状態センサで兼用しても良く、また電流のピーク値や電圧の変化などを検出する簡単な電気的検出手段を設けるだけでも良い。
【００１２】
次に具体的な放電位置判定方法について述べる。放電位置制御を行うためには、必ずしも検出素子から放電位置までの正確な距離を測定する必要はなく、予め設定した放電位置と実際の放電位置との間の偏差の有無及び偏差の方向を判定できれば、制御を行う上では十分である。放電位置検出素子２個を用いる場合で考えると、放電発生後、まず、いずれかの検出素子が先に物理量を検出して出力した時点で位置検出用タイマを始動し、次にもう一方の検出素子が物理量を検出して出力した時点で位置検出用タイマを停止させることにより、２個の検出素子の出力時間差を測定する。この出力時間差が、当初設定した放電位置で放電が起こっている場合、すなわち設定した放電位置と実際の放電位置との間に偏差が無い場合の出力時間差と異なっていれば放電位置が偏差したと判定でき、その出力時間差から偏差量を判定できる。更に、この時間差が、偏差がない場合の時間差よりも大きいか或いは小さいかを判定すれば、実際の放電位置が偏った方向が判定出来るため、これらの判定に基づいて放電位置制御を行うことが可能になる。特に２個の検出素子を用いる場合で、双方から等距離の位置に放電位置を制御する場合は更に簡単に制御出来る。すなわち放電発生後、先に出力した検出素子の側に放電位置が偏っていると判定出来るから、時間差を測定する位置検出用タイマは不要となり、フリップフラップ等の入力記憶回路を用いることにより判定回路を簡素化できる。
【００１３】
一方放電位置判定は、放電発生が検出出来れば放電位置検出素子１個でも可能である。放電発生検出手段としては放電電圧や放電電流を検出する電気的手段でもよく、また放電発生とほぼ同時に検出出来る光や電磁波を検出する手段でも良い。また放電位置検出素子は、制御したい放電位置の真上や真下ではなく、いずれかの電極側に偏った位置に設置する。そして放電検出と同時もしくは放電検出から一定時間経た後に位置検出用タイマを始動し、放電位置検出素子による物理量検出の時点で位置検出用タイマを停止して検出時間を測定する。この時間と、実際の放電位置が偏っていない場合の時間を比較し、時間が長くなっていれば検出素子から遠ざかる方向へ、また短くなっていれば近づく方向に偏っていると判定できる。
【００１４】
次に放電状態の判定について述べる。上記方法により放電位置制御を行った場合、放電状態検出素子による出力信号の大きさで放電状態を判定することが出来る。もし放電位置がいずれかの検出素子側に偏っている場合、放電状態が同じでも放電位置から検出素子までの距離によって素子の出力信号の大きさは変化してしまう可能性がある。しかし、上記方法により実際の放電位置と設定位置との間に偏差がない事が判定できれば、放電状態検出素子の出力信号の大きさは放電状態のみに依存する。よって、設定位置と実際の放電位置との間に偏差が生じていない時の出力信号の大きさと現在の出力信号の大きさを比較することで、放電状態に変化があるかどうかを判定出来るようになる。放電状態検出素子としては放電位置検出素子を兼用して用いることが可能であり、これにより使用する素子数が少なくなればコスト的には有利である。しかし、放電位置検出素子とは異なる物理量で放電状態を検出したい場合には、新たに放電状態検出用の素子を設置することももちろん可能であり、より確実な放電状態制御を行いたい場合に有効である。また、実際の放電位置と設定位置との間に偏差が生じたままの状態でも放電状態を判定することが可能である。１つの方法は、放電位置制御によりある偏差範囲内に放電位置を制御した場合、その偏差範囲内の移動では大きく変化しない物理量を検出する放電状態検出素子を用いる方法である。例えば放電により発生する大きな物理量を検出する場合で、かつ放電位置を５ｍｍの偏差範囲内に制御した場合、５ｍｍの偏差でその物理量はあまり大きく減衰しない場合を考える。そして放電状態が悪化した場合にこの物理量検出値が大きく変化する場合には、放電位置に偏差が生じたままでも放電状態の変化を検出できることになる。このためには、検出する物理量、検出素子の性能、制御のための下限値や上限値の設定などを選択すると共に、求める放電位置及び放電状態の制御精度を考慮すれば可能となる。他の１つの方法として、高圧側電極もしくは該電極と同等の電圧変化を示す装置構成部材の高電圧維持時間（以下、高電圧維持時間）で判定する方法があり、これは以下の原理による。高圧側電極もしくは該電極と同等の電圧変化を示す装置構成部材への高電圧印加による昇圧から、電極間の液体が絶縁破壊して放電に至るまでに要する時間は、水質や電圧、電極材質や形状など電極間隔以外の放電条件が同等であれば電極間隔のみに依存する。一方、放電状態も電極間隔以外の放電条件が同等であれば電極間隔のみに依存する。よって、高電圧維持時間の長さにより電極間隔すなわち放電状態を判定し、制御することが可能となる。具体的には、電圧デバイダや電圧計を使用し、高電圧印加による昇圧を検出して状態検出用タイマを始動し、同じく放電発生に伴う電圧降下で状態検出用タイマを停止すれば、高電圧維持時間は簡単に測定できる。ただしこの場合もばらつきを考慮すると、数回以上の高電圧維持時間の平均値や積算値に基づいて判定するのが好ましい。
【００１５】
次に、これまで説明してきた方法で放電位置及び放電状態を判定した後に、放電位置及び放電状態を制御する方法を述べる。これには放電位置制御と放電状態制御を１回の制御で行う方法と、両方の制御をそれぞれ別々に行う方法がある。まず前者は、放電状態制御のために電極を押し込む際に、放電位置が近づいた側の電極のみを押し込む、もしくは放電位置が近づいた側の電極をもう一方の電極よりも多く押し込むように制御して、徐々に実際の放電位置と設定位置との間の偏差を解消する方法である。この制御により、放電位置は放電状態制御の度に徐々に初期の設定位置に近づくことになる。この方法では初期設定位置に戻すまで多少時間はかかるが制御プログラムは簡単になる。また、放電状態制御と放電位置制御のための電極駆動を別々に行わず、放電状態制御のための電極駆動だけで放電位置制御も行えることから、電極駆動のために放電処理を中断する時間を短縮できるという利点がある。また、この方法は放電位置と設定位置との間に偏差が生じた状態でも放電状態が判定できる場合に有効である。
【００１６】
一方、放電位置制御と放電状態制御を別々に行う方法は、まず、放電位置と設定位置との間に偏差が生じたと判定した時に放電位置が近づいた側の電極を一定長さ押し込み、もう一方の電極を同じ長さだけ引き戻すことにより放電位置を偏差がない位置まで移動する。その後放電を再開し、再開直後数回から数十回の放電の間で放電状態を判定する。この場合放電位置を制御した直後で偏差は無い状態であるので、単に放電状態検出素子の出力信号でも放電状態を判定出来る。そして放電状態が悪化したと判定された場合は、いずれかもしくは両方の電極を駆動して電極間隔を調整して放電状態を制御すれば良い。この方法は、放電位置と設定位置との間に偏差が生じた状態では放電状態を判定できない場合に有効である。更に、この場合は１回の制御で放電位置を初期設定位置まで戻すため、放電位置の偏差を判定してから、ほぼ１回の電極動作時間で初期設定位置に戻して放電を再開できる。このため、偏差を判定してから徐々に初期設定位置に戻していく制御に比べると、実際に初期設定位置で放電を行う時間が長くなるため、設計処理性能と実機処理性能との差を小さくできるという利点がある。
【００１７】
次に放電位置及び放電状態の両方を制御するのに必要な検出素子の数について述べる。基本的には放電位置検出素子２個及び放電状態検出素子１個の計３個あれば制御可能である。放電位置検出素子としては前述の通り、圧力や振動など放電発生から検出素子に到達するまでに時間差を生じるような物理量を検出する素子が必要であり、放電状態検出素子としては圧力や振動の他にも、熱や光を検出する素子、更には、電気的検出手段でも良い。一方、本制御を２個の検出素子で行う場合には、放電位置検出素子１個と放電状態検出素子１個で可能であり、もしくは放電位置検出素子２個を用いてその内の１個を放電状態検出素子として兼用しても可能である。前者の場合、放電状態検出素子は電磁波や光など放電発生とほぼ同時に検出できる素子とし、この出力で位置検出用タイマを始動する。そして、放電位置検出素子の出力で位置検出用タイマを停止すれば、その時間差で放電位置を判定できる。この判定の結果、偏差があれば位置を調整した後放電を再開し、再開後の放電状態検出素子の出力から放電状態を判定する。後者の場合は、２個の位置検出素子の時間差で偏差を判定し、偏差があれば同様に位置調整後に放電状態を判定すれば良いし、偏差が無ければその時点で、放電状態検出用とした素子の出力信号から状態を判定出来る。更に、検出素子１個で制御を行うことも可能である。ただしこの場合は、放電位置検出素子でなければならず、また別に放電発生を検出する手段が必要になる。この放電発生検出により位置検出用タイマをスタートさせ、放電位置検出素子からの出力で位置検出用タイマを停止すれば、その時間から放電位置を判定できる。そして放電位置の偏差があればこれを調整し、調整後の放電で検出素子の出力により放電状態を判定すれば良い。
【００１８】
最後に本発明の制御を行う目的で、部材の振動などを検出する素子を用いる場合、特に判定精度を上げたい場合には検出素子取付け座と部材の間に衝撃緩衝能を持つ材料を介することが効果的である。これにより部材からの固体伝播波を減衰させれば、放電位置からの最短距離である液体中を伝播して検出素子に入力する物理量を検出し易くなる。
【発明の実施の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。まず、図１ないし図３は、本願発明の第１の実施形態に関する液体中放電装置を示す概略断面図（模式図）である。同図において、この液体中放電装置は２個の放電位置検出素子を備えた形式である。この実施形態の液体中放電装置は連続的に流れる液体中で放電を行うことを意図しており、したがって、液体を収容する部材としての放電容器は断面円形の流路部材すなわち導管５によって構成されている。この液体中放電装置は、流路部材すなわち導管５に対して図１に示されるように配置された、高圧側電極１ａ、低圧側電極１ｂ、高圧側電極駆動機構２ａ、低圧側電極駆動機構２ｂ、高圧側検出素子３ａ、低圧側検出素子３ｂ、電源４、制御回路６、及び位置検出用タイマ７とを備えている。検出素子３ａ、３ｂは導管５の大気側すなわち外側に設置している。高圧側電極１ａ及び低圧側電極１ｂは、導管５の断面の直径方向の両側から対向するように導管内に導入され、その導入量或いは押し込み量は高圧側電極駆動機構２ａ及び低圧側電極駆動機構２ｂで制御されるようになっている。高圧側及び低圧側検出素子３ａ及び３ｂはタイマ７を介して制御回路６に接続されている。また両電極駆動機構の動作は制御回路６によって制御されるようになっている。電源４は制御回路６及び高圧側電極１ａに接続され電力を供給するようになっている。
【００２０】
今、放電位置を流路中心から高圧側電極１ａ側に距離Ｌだけ離れた位置に制御したいものとし、また放電状態検出素子として高圧側検出素子３ａを兼用する場合を考える。また、電極間隔制御のために押し込む電極は高圧側電極１ａに設定して放電を開始するものとする。なお、導管５内には液体が満たされている。今、図１の状態で放電を開始した場合、高圧側検出素子３ａと低圧側検出素子３ｂの出力時間差は、放電位置から高圧側検出素子までの距離８ａ及び放電位置から低圧側検出素子までの距離８ｂの差を物理量が伝播するのに要する時間となる。放電開始初期はこの出力時間差がある一定の範囲内にあるため、放電位置が初期設定位置にあるとみなせる。そして放電を継続していくと、次第に電極が減耗して放電状態が悪化するため、高圧側検出素子３ａの出力が下限値以下になったら、設定した高圧側電極１ａを所定距離押し込んで電極間隔を調整し、更に放電を継続する。
【００２１】
しかし、このように電極間隔調整を繰り返すうちに、放電位置は徐々に低圧側電極１ｂ側に偏り、ある時点で出力時間差が下限値以下になったとする。図２に出力時間差が下限値以下、すなわち放電位置が低圧側電極１ｂ側にある許容範囲以上偏った状態の概略断面図（模式図）を示す。この場合には、低圧側電極１ｂをある所定長さ押し込み、また高圧側電極１ａを所定長さ引き戻すことにより、放電位置を許容範囲内に戻す。そしてその後放電を再開すると共に、今度放電状態が悪化した場合は低圧側電極１ｂを所定距離押し込んで、電極間隔を制御する様に設定する。すると今度は電極間隔調整を繰り返す度に放電位置は高圧側へ移動する。
【００２２】
図３は出力時間差がある上限値より大きくなった場合、すなわち放電位置が高圧側電極１ａ側にある許容範囲以上移動した状態の概略断面図（模式図）を示す。この場合は、図２の例とは逆に高圧側電極１ａを所定距離押し込み、低圧側電極１ｂを同じ距離だけ引き戻して放電位置を範囲内に戻すと共に放電を再開する。そして電極間隔調整時に駆動する電極を、再び高圧側電極１ａに設定する。こうすれば放電位置は図１、図２及び図３の状態を繰り返しながら、適正な放電位置及び状態範囲内での放電を継続出来ることになる。
【００２３】
以上の説明を更に図を使って詳細に説明する。図４に、図１〜３の放電位置で放電した時の、各放電位置検出素子３ａ、３ｂの出力時間差の変化の概略図を示す。図４の（ａ）は図１、（ｂ）は図２、（ｃ）は図３の場合を示している。放電位置が初期設定位置にある図１の場合、高圧側検出素子３ａと低圧側検出素子３ｂの出力時間差が△Ｔ０であるとする。ここで図２のように放電位置が低圧側検出素子３ｂ側に偏差すると、放電位置から両検出素子までの距離の差は小さくなるため、（ｂ）に示すように出力時間差も△Ｔ０より小さい△Ｔ１となる。逆に図３のように高圧側検出素子３ａ側に偏差した場合は距離の差が広がり、（ｃ）に示すように出力時間差は△Ｔ０よりも大きい△Ｔ２となる。よって出力時間差△Ｔ１や△Ｔ２と、初期出力時間差△Ｔ０との差から放電位置偏差量が判定できるとともに、△Ｔ１や△Ｔ２が△Ｔ０より大きいか小さいかによって放電位置偏差方向が判定できることになる。
【００２４】
図１ないし図３に示される実施形態において、図２や図３の放電位置にある場合でも、放電状態が適正であれば高圧側検出素子３ａの出力に大きな変化が無い場合、すなわち、図２に示される状態から図３に示される状態の間の偏差範囲では適正放電時の高圧側検出素子３ａの出力が影響を受けない場合は、以下のようにしても制御が行える。すなわち、図２の状態になった時点で、電極間隔調整時に駆動する電極を低圧側電極１ｂに設定する。するとそのまま放電を続けても放電状態悪化は判定でき、更にこの判定によって電極間隔を調整する際には低圧側電極１ｂを押し込むので、放電を継続して放電状態制御を繰り返すにつれて放電位置は徐々に適正な放電位置に戻ることになる。更に放電を継続すると図３に示される放電位置になるが、ここでも同様に電極間隔調整時に駆動する電極を高圧側電極１ａに設定するだけで、その後放電状態制御を行うにつれて徐々に放電位置は適正な範囲内に戻る。よって放電位置は、結局前述の方法と同様に図１〜３の状態を繰り返しながら、適正な放電位置及び状態範囲内で放電を持続することになる。
上記２種類の制御方法の選択は、検出素子の性能や取り付け方による検出精度、制御のための下限値及び上限値の設定、求める制御精度等の制御条件によって任意に選択出来る。
【００２５】
図５は本願発明の第２の実施形態に関する液体中放電装置であり、流路中心で放電を行う装置の概略断面図（模式図）である。この実施形態の液体中放電装置の構成要素は前記図１ないし図３に示される装置と同じであるから、その説明は省略する。この場合は、両検出素子を初期設定放電位置から等距離すなわち放電位置から高圧側検出素子までの距離８ａと低圧側検出素子までの距離８ｂが等しくなる位置に設置する。すると、高圧側検出素子３ａと低圧側検出素子３ｂの、いずれの検出素子からの出力が早いかどうかを判定すれば偏差の有無及び偏っている方向を判定出来る。その後の電極調整は図１から図３の例と同様に行えば、放電位置を流路中心に制御できる。
【００２６】
上記例では放電状態検出素子として高圧側検出素子３ａを兼用したが、別に放電位置検出素子を設けても同様の制御が行える。図６は本願発明の第３の実施形態に関する液体中放電装置を示しており、図１に示した液体中放電装置に更に１個の放電状態検出素子９を加えた装置の概略断面図（模式図）を示す。この場合は２個の放電位置検出素子３ａ、３ｂにより放電位置を判定し、放電状態検出素子９からの出力信号の大きさによって電極間隔調整の時期を判定する。
【００２７】
図７は本願発明の第４実施形態に関する液体中放電装置を示しており、１個の高圧側検出素子３ａと、電源４と高圧側電極１ａとの間に設けられた、放電発生検出用の電圧計測部１０とを備えた例である。この例では放電発生検出用に放電電圧を電気的に検出する電圧計測部１０を利用しているが、代わりに電流を検出しても良いし、また導管５に光や電磁波を検出する検出素子を設置して、それを放電発生検出用に利用することも可能である。この電圧計測部１０を高圧側電極と同等の電圧変化を示す線路部に設置し、高電圧から急激に低電圧に降下した時点を放電発生として検出し、その検出と同時もしくは一定時間経過後に位置検出用タイマ７を始動する。その後、高圧側検出素子３ａからの出力で位置検出用タイマ７を停止する。実際の放電位置と設定位置との間に偏差がない場合、この時間差は変化しないが、偏差すると放電位置から高圧側検出素子までの距離８ａに応じて時間差は変化する。そのためその変化から放電位置の設定位置からの偏差の有無及び方向を判定し、放電位置を制御することができる。そして放電状態は、偏差の無い状態もしくは設定によって偏差した状態でも高圧側検出素子３ａの出力の大きさから判定し、制御出来る。
【００２８】
図８は本願発明の第５の実施形態の概略断面図（模式図）である。この実施形態の液体中放電装置は、図１ないし図３に示される実施形態の構成部材に加えて、更に、電源４と高圧側電極１ａとの間に設けられた、放電発生検出用の電圧計測部１０と、放電状態を高圧側電極の高電圧維持時間で判定する状態検出用タイマ１１（電圧計測部１０と制御回路６との間に配置されている）とを備えている。高圧側電極と同等の電位を示す線路に設置した電圧計測部１０の電圧信号の変化から高電圧維持時間を状態検出用タイマ１１で計測して放電状態を判定する。この場合、高電圧維持時間が予め設定した下限値より短くなった場合は電極間隔が短くなったと判定し、電極を引き戻しても良いし、もしくはそのまま放電させ続けてもいずれ電極が減耗するため放電状態は適正状態に戻る。逆に上限値よりも長くなった場合は電極間隔が拡張したと判定し、設定された電極を押し込んで電極間隔を調整すれば、放電位置にかかわらず適正な放電状態を制御できる。尚、図８の実施例では図１と同様に２個の放電位置検出素子で放電位置制御を行っている。
【００２９】
図９は本願発明の第６の実施形態に関わる断面概略図（模式図）である。本実施形態は緩衝材１２を検出素子取付け座１３と流路部材すなわち導管５との間に設置し、放電位置から検出素子までの最短距離である水中を、直線的に伝播してくる圧力波などを検出しやすくするものである。なお、１４は取付け座１３を導管５に固定する留め具である。放電位置から最短距離で届くものは最も減衰が少なく大きな信号であるのに対し、流路構成部材などの固体中を伝播してくる圧力波成分は減衰されてより小さな信号となる。よって緩衝材を設けることにより、更に固体伝播波を減衰させれば、検出素子による検出精度が向上する。また、図１０は検出素子取付け座１３と放電容器すなわち導管５の壁との間に加え、該取付け座１３と、その取付け座を壁に固定する留め具１４との間にも緩衝材１２を設置した例である。これにより壁面からの固体伝播成分の影響は更に低減出来、放電位置や状態判定制度を向上させられる。
【００３０】
［実施例］
本発明の有効性を確認するために、発明者らは実験装置を用いて運転試験を行った。図１１は運転試験に用いた放電制御機構付きの液体中放電装置の概略断面図（模式図）である。放電位置検出素子３ａ、３ｂとして加速度ピックアップを、また電圧計測部１０として電圧計を、更に電圧計の出力に応じて動作する状態検出用タイマ１１を備えている。また放電状態を測定するために、それぞれの電極側に紫外線測光プローブ１５ａ、１５ｂ及びフォトンカウンティング式紫外線測定器（浜松ホトニクス製ＰＭＡ−１１）１６を備えている。流路部材すなわち導管５としては２００ｍｍ径のステンレス管を用い、加速度ピックアップ、紫外線測光プローブはそれぞれの電極側に、流路中心軸から対称の位置に配置した。
【００３１】
最初に図１１の実験装置の判定性能を確認する試験を行った。表１に放電位置判定試験結果を示す。放電条件は電圧５ｋＶ、１回の放電エネルギー３００Ｊ、電極径６ｍｍ、電極間隔２ｍｍで、水道水（電気伝導度０．１５ｍＳ／ｃｍ）中とし、放電位置を変えて放電を行った時の出力時間差を測定した。これより出力時間差は放電位置の偏り（設定位置と放電位置との間の偏差）に応じて変化し、偏差５ｍｍで約７μ秒、偏差１０ｍｍで約１４μ秒の時間差が検出できた。放電位置に偏差が生じた場合の出力時間差は検出素子の取付け角度によって変化する。今回は流路中心から見て電極軸より仰角約１５°の位置に素子を設置したが、ほぼ経路差に比例した時間差が得られており、放電位置を効果的に判定出来ることが分かった。
【００３２】
【表１】
2006007102.tif 000003
【００３３】
表２に同じ放電条件下で電極間隔を変えた場合の、放電状態判定結果を示す。実験は放電位置を流路中心に調整し、設定した電極間隔で３０回放電を行い、高電圧維持時間の平均値、２個の測光プローブによる紫外線発光強度の平均値及び２個の加速度ピックアップの最大出力値平均値を求めた。この結果から、高電圧維持時間及び加速度ピックアップの最大出力値平均値は、共に電極間隔及び紫外線発光強度と相関があり、これらを検出することによって放電状態の良否を判定できる事が分かった。
【００３４】
【表２】
2006007102.tif 000004
【００３５】
最後に、本願の発明の有効性を確認するために、図１１に示した放電制御機構付きの装置と放電制御機構無しの装置を用いて、５時間の連続運転試験を行った。図１２は本試験に用いた、放電制御機構を備えていない液体中放電装置の概略断面図（模式図）である。放電条件は電圧５ｋＶ、１回の放電エネルギー３００Ｊ、電極径６ｍｍ、電極間隔２ｍｍで、水道水（電気伝導度０．１５ｍＳ／ｃｍ）中とした。設定放電位置は流路中心に設定し、更に放電中の放電状態を確認するために放電５回毎の紫外線強度を測定した。放電制御機構付きの装置の放電制御は、放電位置を加速度ピツクアツプの出力時間差で、また放電状態を高電圧維持時間で判定し、それらの判定を基に電極間隔を調整する際に、放電位置が近づいた側の電極を０．１ｍｍ押し込む制御とした。一方、放電制御機構無しの装置については２００回放電毎に自動的に電極を０．１ｍｍ押し込むように設定し、またこの際高圧側と低圧側の電極を交互に押し込むように設定した。ただし電極間隔の調整不足により、高圧側と低圧側のいずれの測光プローブにおいても紫外線強度が５，０００以下となった場合には、放電処理エラーとみなして手動で再調整した。
【００３６】
表３に連続運転試験結果を示す。まず放電制御機構付きの場合、高圧側と低圧側で紫外線強度平均値がほぼ等しいことから、放電位置がほぼ流路中心に制御されていることが分かる。また紫外線強度平均値がいずれも２０，０００以上であることから、良好な放電状態が維持されていることが分かる。更に手動調整を行わなくても１Ｈｚ、５時間運転で１８，０００回の連続放電処理を行えることが分かった。一方、放電制御機構無しの場合は、高圧側と低圧側の紫外線強度平均値が大きく異なり、放電位置が高圧側に偏差したことが分かる。また、放電状態が不安定なため紫外線強度平均値も高圧側で１５，０００、低圧側では８０００と低くなっている。更に放電を継続させるために試験中に手動調整する必要があったため、５時間での放電回数が１６，０００回と少なくなった。以上のことから、本発明の放電制御機構付き放電装置の方が短時間で安定した処理性能を得られ、液体の放電処理に有効であることが分かった。
【００３７】
【表３】
2006007102.tif 000005
【００３８】
以上、本発明の実施形態を、液体を流す導管内で放電を行う液体中放電装置として説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、静止状態で放電容器内に収容される液体内で放電する装置としても適用可能であり、特許請求の範囲、技術明細書及び図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。尚、直接明細書及び図面に記載が無い何れの形態や構造、材質、機構、方法であっても、本願発明の作用・効果を奏する以上、本願発明の技術的思想の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による液体中放電装置の第１の実施形態の概略断面図であって、放電位置が放電容器中央から距離Ｌだけ高圧側電極側に近づいた時の装置の概略模式図である。
【図２】図１の液体中放電装置において、放電位置が低圧側電極側にある許容範囲以上移動した時の概略模式図である。
【図３】図１の液体中放電装置において、放電位置が高圧側電極側にある許容範囲以上移動した時の概略模式図である。
【図４】図１〜図３の放電位置で放電した時の、放電位置検出素子の出力時間差の変化を示したグラフ図である。
【図５】本発明による液体中放電装置の第２の実施形態を示す概略断面図であって、図１の液体中放電装置と同じ構成要素で、放電位置が放電容器中央にある時の装置の概略模式図である。
【図６】２個の放電位置検出素子と１個の放電状態検出素子により放電位置と放電状態を制御する機構を備えた本発明による液体中放電装置の第３の実施形態を示す概略断面図であって、放電位置が放電容器中央から距離Ｌだけ高圧側電極側に近づいた時の装置の概略模式図である。
【図７】高圧側電極もしくは該電極と同じ電位を示す線路部分の高電圧維持時間を測定して放電状態を制御する機構を備えた、本発明の第４の実施形態の液体中放電装置の概略模式図である。
【図８】１個の放電位置検出素子と１個の放電状態検出素子により放電位置及び放電状態を制御する本発明の第５の実施形態の液体中放電装置であって、放電位置が放電容器中央から距離Ｌだけ高圧側電極側に近づいた時の装置の概略模式図である。
【図９】本発明の第６の実施形態による液体中放電装置であって、検出素子取付け座と放電容器としての導管の壁との間に緩衝材を設置した状態を示す概略断面図である。
【図１０】図９に示される構造に、更に検出素子取付け座と留め具との間にも緩衝材を設置した状態を示す概略断面図である。
【図１１】本発明の効果を確認するための運転試験に使用した、本発明による放電制御機構を備えた液体中放電装置の概略模式図である。
【図１２】本発明の効果を確認するための運転試験に使用した、本発明による放電制御機構を備えていない液体中放電装置の概略模式図である。
【符号の説明】
【００４０】
１ａ：高圧側電極    １ｂ：低圧側電極    ２ａ：高圧側電極駆動機構    ２ｂ：低圧側電極駆動機構    ３ａ：高圧側検出素子    ３ｂ：低圧側検出素子    ４：電源    ５：放電容器    ６：制御回路    ７：検出用タイマ    ８ａ：放電位置から高圧側検出素子までの直線距離    ８ｂ：放電位置から高圧側検出素子までの直線距離    ９：状態検出素子    １０：電圧計測部    １１：状態検出用タイマ    １２：緩衝材１３：検出素子取付け座    １４：留め具    １５ａ：高圧側紫外線測光プローブ    １５ｂ：低圧側紫外線測光プローブ    １６：フォトンカウンティング式紫外線測定器（浜松ホトニクス製ＰＭＡ−１１）
【図１】
2006007102.tif 000006
【図２】
2006007102.tif 000007
【図３】
2006007102.tif 000008
【図４】
2006007102.tif 000009
【図５】
2006007102.tif 000010
【図６】
2006007102.tif 000011
【図７】
2006007102.tif 000012
【図８】
2006007102.tif 000013
【図９】
2006007102.tif 000014
【図１０】
2006007102.tif 000015
【図１１】
2006007102.tif 000016
【図１２】
2006007102.tif 000017