(57)【要約】【課題】高電圧パルスのパルス幅を変更することにより、無駄なエネルギーの消費を抑えて、エネルギー効率が最適な状態で水処理装置を駆動できるパルスパワー発生装置を提供する。【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、８４および８５、ならびにスイッチ回路８６を含む。高圧直流電源８１から出力された電流は、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。スイッチ回路８６は、所定の期間スイッチを閉じ、コンデンサ８２に充電された電荷を放電して、出力端子８７、８８間に高電圧パルスを出力する。スイッチ回路８６は、スイッチを閉じる期間および繰り返しの周期が調整できるように構成されており、パルス幅の異なる高電圧パルスを発生させる。【選択図】図１
2011182207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
出力電圧を調整可能な直流電源と、
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、
前記コンデンサと出力端子との間に配され、所定の期間スイッチを閉じて前記コンデンサに充電された電荷を前記出力端子に放電するスイッチ回路とを備え、
前記スイッチ回路は、スイッチを閉じる期間および繰り返しの周期が調整できることを特徴とするパルスパワー発生装置。
【請求項２】
前記スイッチ回路は、
タイミングの異なる２個のトリガパルスを生成するトリガ発振器と、
前記トリガ発振器の第１のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第１の半導体スイッチと、
前記第１の半導体スイッチに直列に接続され、前記トリガ発振器の第２のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第２の半導体スイッチと、で構成されることを特徴とする、請求項１に記載のパルスパワー発生装置。
【請求項３】
前記第１および第２の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２に記載のパルスパワー発生装置。
【請求項４】
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、
出力電圧を調整可能な直流電源と、
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、
前記コンデンサと出力端子との間に配され、所定の期間スイッチを閉じて前記コンデンサに充電された電荷を前記出力端子に放電するスイッチ回路とを備え、
前記スイッチ回路は、スイッチを閉じる期間および繰り返しの周期が調整できることを特徴とする水処理装置。
【請求項５】
前記スイッチ回路は、
タイミングの異なる２個のトリガパルスを生成するトリガ発振器と、
前記トリガ発振器の第１のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第１の半導体スイッチと、
前記第１の半導体スイッチに直列に接続され、前記トリガ発振器の第２のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第２の半導体スイッチと、で構成されることを特徴とする、請求項４に記載の水処理装置。
【請求項６】
前記第１および第２の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５に記載の水処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス状の高電圧を発生させるパルスパワー発生装置と、そのパルスパワー発生装置を用いて放電空間を形成し、その空間内に下水や排水等を曝して、それらに含まれる有機物や微生物を分解処理する水処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
放電により発生させた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り、下水、排水等に含有される有機物や、無機物、微生物を分解処理する水処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
上述した水処理装置においては、所定の間隔を隔てて配置された電極間に、パルスパワー発生装置を用いて高電圧をパルス状に印加することにより、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、「高電圧パルス」という）を発生させ、この高電圧パルスを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。
【０００４】
水処理装置に用いられる従来のパルスパワー発生装置は、回路内のコンデンサに投入される充電エネルギーに対して放電に使用されるエネルギーの割合が低かったため、発明者等は、エネルギー転送効率を改善したパルスパワー発生装置を開発した（非特許文献１参照）。
【０００５】
以下、図面を参照して、発明者等が開発したパルスパワー発生装置の構成と動作について説明する。図１０は、非特許文献１に記載されたパルスパワー発生装置の回路図である。
【０００６】
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および１０４、半導体スイッチ１０５ならびにトリガ発振器１０６を含む。また出力端子１０７は、後述する図２に記載の水処理装置の線状電極４に接続され、出力端子１０８は同じく円筒状電極３に接続されている。
【０００７】
パルスパワー発生装置１０の動作について簡単に説明する。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。トリガ発振器１０６から供給されるトリガパルスによって半導体スイッチ１０５が高速でスイッチングすると、コンデンサ１０２に充電された電荷が放電されて端子１０７、１０８間に約２００ｎｓのパルス幅の高電圧パルスが出力される。この高電圧パルスが、水処理装置の線状電極４と円筒状電極３との間に印加されて、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る。
【０００８】
端子１０７および１０８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１０６におけるトリガパルスの周期を変えることによって制御できる。また高電圧パルスの電圧は、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できる。
【０００９】
図１１および図１２に、パルスパワー発生装置１０を駆動源とする水処理装置を用いて、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示す。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。
【００１０】
図１１は、パルスパワー発生装置１０を用いて処理した場合の、処理時間に対する分解率の変化の一例を示したものである。図中、放電繰り返し数の単位ｐｐｓは、１秒間当たりのパルス数を示す。
【００１１】
図１１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。
【００１２】
また図１２は、放電の繰り返し数に対する分解率の変化の一例（処理時間３０秒）を示したものである。図１２から分かるように、コンデンサ１０２の充電電圧（高圧直流電源１０１の出力電圧）が高いほど、また放電繰り返し数が多いほど分解率が高い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２０００−２７９９７７号公報
【非特許文献】
【００１４】
【非特許文献１】電気学会研究会資料  ＥＤ−０９−３４、ｐｐ５−１０（２００９年５月発行）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述の非特許文献１に記載されたパルスパワー発生装置１０では、半導体スイッチ１０５を用いてコンデンサ１０２から直接、放電電極に電荷を流し、かつ約２００ｎｓ後に半導体スイッチ１０５をオフにする（開く）ことにより、無駄なエネルギーが消費されるのを抑制して、エネルギー転送効率の改善を図っている。
【００１６】
しかし、電極間の放電エネルギーを増加させても、必ずしも分解率がそれに比例する形で向上せず、放電エネルギーが無駄に消費される場合があるため、更なる改善が求められていた。
【００１７】
本発明は、かかる事情に鑑みて成されたもので、放電エネルギーの無駄な消費を抑制し、エネルギー効率が最適の状態で水処理装置を駆動できるパルスパワー発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明にかかるパルスパワー発生装置は、
出力電圧を調整可能な直流電源と、
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、
前記コンデンサと出力端子との間に配され、所定の期間スイッチを閉じて前記コンデンサに充電された電荷を前記出力端子に放電するスイッチ回路とを備え、
前記スイッチ回路は、スイッチを閉じる期間および繰り返しの周期が調整できることを特徴とする。
【００１９】
ここで前記スイッチ回路は、
タイミングの異なる２個のトリガパルスを生成するトリガ発振器と、
前記トリガ発振器の第１のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第１の半導体スイッチと、
前記第１の半導体スイッチに直列に接続され、前記トリガ発振器の第２のトリガパルスが入力したときに、所定の期間スイッチを閉じる第２の半導体スイッチと、で構成されることが好ましい。
【００２０】
また前記第１および第２の半導体スイッチとしてＭＯＳ型ＦＥＴを用いることが好ましい。
【００２１】
また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、上述したいずれかのパルスパワー発生装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明のパルスパワー発生装置を用いれば、高電圧パルスのパルス幅を調整することによって放電エネルギーが無駄に消費されることを抑え、エネルギー効率が最適の状態で水処理装置を駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態にかかるパルスパワー発生装置の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のパルスパワー発生装置を備えた水処理装置の概略構成を示す断面図である。
【図３】図２の水処理装置の噴射部の平面図である。
【図４】図１のパルスパワー発生装置の動作タイミングを説明する図である。
【図５】図１のパルスパワー発生装置の出力端子間の電圧波形および電流波形を示す図である。
【図６】図２の水処理装置における処理時間に対する分解率の変化を示す図である。
【図７】図２の水処理装置における放電エネルギーに対する分解率の変化を示す図である。
【図８】図２の水処理装置における充電エネルギーに対する分解率の変化を示す図である。
【図９】パルス幅を変えたときに、パルスパワー発生装置の各部で消費されるエネルギーの割合を示す図である。
【図１０】非特許文献１に記載のパルスパワー発生装置の構成を示すブロック図である。
【図１１】図１０のパルスパワー発生装置を備えた水処理装置における処理時間に対する分解率の変化を示す図である。
【図１２】図１０のパルスパワー発生装置を備えた水処理装置における繰り返し数に対す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】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態にかかるパルスパワー発生装置および水処理装置について、図面を参照しながら説明する。
【００２５】
図１に、本実施の形態にかかるパルスパワー発生装置の回路構成を示す。また図２に、図１のパルスパワー発生装置により駆動される水処理装置の概略構成を示す。
【００２６】
＜水処理装置の構成と動作＞
最初に、図２を参照して水処理装置の構成と動作を説明する。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。
【００２７】
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作製されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
線状電極４は、例えばステンレス鋼線で作製され、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。
【００３１】
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。
【００３２】
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、ホース７１を通してシャワーノズル７に送出する。
【００３３】
シャワーノズル７は、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３の平面図に示すような円板状の噴射部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。
【００３４】
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。
【００３５】
上述した水処理装置１の動作について説明する。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。
【００３６】
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３参照）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。
【００３７】
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ている。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。
【００３８】
＜パルスパワー発生装置の構成と動作＞
次に、本実施の形態にかかるパルスパワー発生装置８について説明する。最初に、本発明をなすに至った経緯について説明する。
【００３９】
発明者等は、水処理装置１による非処理水の処理について実験を重ねた結果、円筒状電極３と線状電極４との間に印加する高電圧パルスのパルス幅を変えると、パルスの電圧が一定であっても、分解率が変わることを見出した。また、パルス幅を広くすると分解率が上がるが、パルス幅が所定の値を超えると分解率は変化せず、放電エネルギーが無駄に消費されることを見出した。その原因は、パルス幅が広すぎると、放電が止まってからもコンデンサから電荷が放出されて、エネルギーが無駄に消費されるためと考えられる。
【００４０】
本発明は、上述の考察に基づいて成されたもので、パルスパワー発生装置８に高電圧パルスのパルス幅を可変にする機能を付加することにより、放電エネルギーを無駄に消費することなく水処理装置１を駆動できるようにしたものである。
【００４１】
次に、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、８４および８５、ならびにスイッチ回路８６を含む。スイッチ回路８６は、トリガ発振器８６１と、直列に接続された２つの半導体スイッチ８６２および８６３で構成されている。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。
【００４２】
高圧直流電源８１から出力された電流は、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。スイッチ回路８６は、所定の期間スイッチを閉じ、コンデンサ８２に充電された電荷を放電して、出力端子８７、８８間に高電圧パルスを出力する。スイッチ回路８６は、スイッチを閉じる期間および繰り返しの周期が調整できるように構成されている。
【００４３】
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、半導体スイッチ８６２と８６３の間の見えない容量成分に溜まった電荷を消費するためのもの、抵抗８５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のものである。
【００４４】
次に、スイッチ回路８６の機能について説明する。トリガ発振器８６１は、タイミングの異なる２つのトリガパルスを生成して、半導体スイッチ８６２および８６３に供給する。半導体スイッチ８６２および８６３は、トリガパルスによって高速スイッチングして、約２００ｎＳの幅の方形波パルスを出力する。半導体スイッチ８６２および８６３から出力される方形波パルスの幅は、半導体スイッチ自身の特性によって定まる。
【００４５】
半導体スイッチ８６２および８６３が方形波パルスを出力して共にオン状態（スイッチが閉じた状態）になると、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、線状電極４と円筒状電極３との間に印加される。
【００４６】
端子８７、８８間に出力される高電圧パルスのパルス幅は、半導体スイッチ８６２および８６３に入力されるトリガパルスのタイミングを変更することによって調整できる。図４を参照して、高電圧パルスのパルス幅を調整する方法について説明する。
【００４７】
図４の上段および中段に、半導体スイッチ８６２および８６３から出力される方形波パルスを示す。また図４の下段に、出力端子８７、８８間から出力される高電圧パルスを示す。図中、横軸は時間の流れを示す。
【００４８】
図４の上段および中段に示すように、トリガ発振器８６１から半導体スイッチ８６２および８６３に供給されるトリガパルス（図示せず）のタイミングを変えると、半導体スイッチ８６２および８６３から異なるタイミングで方形波パルスＰ１およびＰ２が出力される。そして図４の下段に示すように、半導体スイッチ８６２および８６３から出力される方形波パルスＰ１およびＰ２が共にオン状態のときに、コンデンサ８２に蓄積された電荷が放電されて高電圧パルスＰ３となり、出力端子８７、８８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。
【００４９】
このように高電圧パルスＰ３の幅は、トリガ発振器８６１から半導体スイッチ８６２および８６３に供給されるトリガパルスのタイミングを変えることによって調整することができる。なお、端子８７、８８間に出力される高電圧パルスＰ３の頻度（放電繰り返し数）は、トリガ発振器８６１におけるトリガパルスの周期を変えることによって調整できる。また高電圧パルスＰ３の電圧値は、高圧直流電源８１の出力電圧を切り替えることによって調整できる。
【００５０】
なお、本実施の形態では、半導体スイッチ８６２および８６３にＦＥＴ（電界効果トランジスタ）スイッチを用いたが、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ることができる。これらの半導体スイッチのうちＭＯＳ型のＦＥＴを用いたスイッチは、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。
【００５１】
図５（ａ）〜（ｃ）に、本実施の形態のパルスパワー発生装置８を用いて円筒状電極３と線状電極４との間に高電圧パルスを印加したとき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１３．５ｋＶ、放電の繰り返し数は１００ｐｐｓである。図中、実線は電圧波形を示し、一点鎖線は電流波形を示す。また横軸はパルスが印加されてからの経過時間を示し、縦軸は電圧値または電流値を示す。
【００５２】
図５（ａ）はパルス幅が６０ｎｓ、図５（ｂ）はパルス幅が１００ｎｓ、図５（ｃ）はパルス幅が１４０ｎｓのときの電圧波形および電流波形を示す。パルスの電圧波形は、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。またパルス幅が広くなるにつれて、立ち下がるまでの時間が遅くなっている。
【００５３】
＜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について説明する。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。
【００５４】
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。
【００５５】
【数１】
2011182207.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。
【００５６】
分解率は物質の濃度変化から式（２）によって求められる。
【００５７】
【数２】
2011182207.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。
【００５８】
式（２）に式（１）を代入すると、式（３）で示す分解率が導かれる。
【００５９】
【数３】
2011182207.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。
【００６０】
次に、測定に用いたパルスパワー発生装置８の仕様について説明する。半導体スイッチ８６２、８６３としてＢＥＨＬＩＫＥ製のＦＥＴスイッチ（ＨＴＳ４００）を用い、トリガ発振器８６１として５Ｖのトリガパルスを出力する自作のファンクションジェネレータを用いた。コンデンサ８２の容量は１０ｎＦ、抵抗８３および８４の抵抗値は１０ｋΩ、抵抗８５の抵抗値は１ｋΩ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１３．５ｋＶ、放電繰り返し数を１００ｐｐｓとし、パルス幅を６０ｎｓから１６０ｎｓの範囲で変化させた。
【００６１】
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のステンレス線で作製された線状電極４を配設したものを用いた。
【００６２】
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。
【００６３】
図６は、上述のパルスパワー発生装置８を用いて試料水を処理した場合の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から分かるように、パルス幅を６０ｎｓから１２０ｎｓまで広くすると、処理時間に対して分解率が上昇する。しかし、パルス幅が１２０ｎｓを超えると、処理時間に対して分解率が変わらない。これは、パルス幅が１２０ｎｓを超えた部分の放電エネルギーは、オゾンやラジカルの発生に寄与していないためと考えられる。
【００６４】
＜放電エネルギーと分解率との関係＞
次に、水処理装置１について、放電エネルギーと分解率との関係を求めた。
【００６５】
放電エネルギーは、パルスパワー発生装置８の端子８７、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。
【００６６】
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。１パルス分のエネルギーに放電繰り返し数と処理時間を掛ければ、放電エネルギーの累積値が得られる。
【００６７】
図７は、放電エネルギーの累積値に対する分解率の変化を示したものである。測定には、上述した仕様のパルスパワー発生装置８を用い、充電電圧を１３．５ｋＶ、放電繰り返し数を１００ｐｐｓとし、パルス幅を６０ｎｓから１６０ｎｓの範囲で変化させた。
【００６８】
図７から分かるように、同じ放電エネルギーに対しての分解率は、パルス幅が短い方が高く、エネルギー効率が良い。以下にその理由を説明する。
【００６９】
一般的なパルス放電の特性として、パルス電圧印加後、正電極から接地電極に向けてストリーマヘッドが進展してプラズマチャネルが形成され（ストリーマ放電）、そのチャネル内を大電流が流れる（グロー様放電）ことが確認されている。ストリーマヘッド進展時は高い濃度の活性種が発生するが、グロー様放電が流れたときは、活性種の発生量が少なくなると考えられる。またグロー様放電が発生した初期の段階に活性種が多く発生し、時間が経つにつれて活性種の生成効率が下がってしまうと考えられる。
【００７０】
この場合、パルス幅を長くすると，活性種が発生しづらい状態のときも放電が持続することになるので、エネルギーの無駄が大きくなる。よって、パルス幅が短い方がエネルギー効率は高くなると考えられる。更に図６に示すように、パルス幅が１２０ｎｓを超えると処理速度が等しくなることから、電圧印加後１２０ｎｓ以降の放電は活性種が発生しなくなると考えられる。
【００７１】
＜充電エネルギーと分解率との関係＞
次に、水処理装置１について、充電エネルギーと分解率との関係を求めた。
【００７２】
充電エネルギーは、下記の式（４）によって算出する。
【００７３】
【数４】
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ここで、Ｃはパルスパワー発生装置８のコンデンサ８２の容量、Ｖ1はコンデンサ８２から電荷が放電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から電荷が放電された後のコンデンサ８２の端子間電圧である。このようにして得られる１パルス分の充電エネルギーに放電繰り返し数と処理時間を掛ければ、充電エネルギーの累積値が得られる。
【００７４】
図８は、充電エネルギーの累積値に対する分解率の変化を示したものである。測定には、図７で用いたのと同様の仕様のパルスパワー発生装置８を用い、充電電圧を１３．５ｋＶ、放電繰り返し数を１００ｐｐｓとし、パルス幅を６０ｎｓから１６０ｎｓの範囲で変化させた。
【００７５】
水処理装置１のエネルギー効率の良否は、同一の分解率を得るために水処理装置１で消費されるエネルギーの多少によって決定される。そして水処理装置１で消費される全エネルギーは、パルスパワー装置８のコンデンサ８２から放出される充電エネルギーに相当する。従って、水処理装置１のエネルギー効率は、同一の分解率を得るために必要な充電エネルギーが少ない程良いことになる。
【００７６】
図８から分かるように、同一の分解率を得るために必要な充電エネルギーは、パルス幅が１２０ｎｓのときに最小となる。すなわち、パルス幅が１２０ｎｓのときに水処理装置１のエネルギー効率は最大となる。
【００７７】
図９に、パルス幅を変えたときに、放電エネルギーを含めてパルスパワー発生装置８の各部で消費されるエネルギーの割合を示す。各部で消費されるエネルギーの総和が、コンデンサ８２から放出される充電エネルギーである。
【００７８】
図９において、放電エネルギーおよび充電エネルギーの値は、図７および図８を作成したときの値と同じである。寄生容量、抵抗および半導体スイッチで消費されるエネルギーの値は、それぞれの部品の端子間電圧の測定値に基づいて算出した。
【００７９】
前述の図７に示すように放電エネルギーだけを見た場合、エネルギー効率はパルス幅が短い方が高い。しかし図９から分かるように、コンデンサから放出される充電エネルギーに対する放電エネルギーの割合（エネルギー転送効率）は、パルス幅が長い方が高い。充電エネルギーに対する分解率が放電エネルギーに対する分解率と異なる関係を示すのは、この転送効率が影響しているためである。
【００８０】
図７、図８および図９に示した結果から総合的に判断すると、パルス幅の最適値は、放電による影響だけでなく、転送効率による影響をも考慮し、これら両方の影響が含まれるコンデンサの充電エネルギーに基づいて決定する必要がある。
【００８１】
＜水処理装置の駆動方法＞
次に、図８に示した充電エネルギーと分解率の関係を利用して、エネルギー効率が最適となる状態で水処理装置を駆動する方法について説明する。
【００８２】
充電電圧および放電繰り返し数を固定した状態において、高電圧パルスのパルス幅を変化させながら水処理装置１を駆動し、図８に示す充電エネルギーと分解率の関係を求める。そしてこの結果から、最適のエネルギー効率を実現する（すなわち分解率が高く、しかも放電エネルギーを無駄に消費することなく試料水を処理できる）パルス幅を求める。
【００８３】
水処理装置を駆動する際には、トリガ発振器８６１で生成するトリガパルスのタイミングを調整して、高電圧パルスのパルス幅を、上述した最適のエネルギー効率を実現するパルス幅に設定する。
【００８４】
なお、スイッチ回路８６にＣＰＵ（Central Processing Unit）とメモリを内蔵させ、上述のようにして求めたパルス幅のデータをメモリに格納し、このデータに基づいてパルスパワー発生装置８の制御を行えば、パルス幅を設定する際の手間が省ける。
【００８５】
具体的には、あらかじめ、最適のエネルギー効率を実現するパルス幅のデータをメモリに格納しておく。次に、水処理装置１を駆動する際の放電繰り返し数を、入力手段を用いてスイッチ回路８６に入力すると共に、メモリからパルス幅のデータを読み出す。
【００８６】
ＣＰＵは、入力された放電繰り返し数、およびメモリから読み出されたパルス幅のデータに基づいてトリガ発信器８６１を制御する。トリガ発信器８６１はＣＰＵの制御に従い、所定のタイミングで２つのトリガパルスを生成し、半導体スイッチ８６２および８６３に出力すると、出力端子８７、８８間に、所定のパルス幅の高電圧パルスが所定の周期で繰り返し出力される。
【００８７】
以上説明したように、本発明のパルスパワー発生装置８を用いれば、出力端子に出力される高電圧パルスのパルス幅を調整することで、放電エネルギーの無駄な消費を抑制し、エネルギー効率が最適の状態で水処理装置を駆動できる。
【００８８】
なお、本実施の形態では、スイッチ回路８６をトリガ発振器８６１および２つの半導体スイッチ８６２、８６３で構成したが、必ずしもこの構成に限定されない。同様の機能を実現するものであれば、他の回路構成を用いてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００８９】
本発明にかかるパルスパワー発生装置の用途は、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。
【符号の説明】
【００９０】
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、８５  抵抗
８６  スイッチ回路
８７、８８  出力端子
８６１  トリガ発振器
８６２、８６３  半導体スイッチ
【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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