(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の入った処理槽と、前記処理槽内の途中まで入り込み、下端開口が処理槽内と連通した絶縁性の中空体と、絶縁された高電圧ケーブルの先端に露出した放電側電極が設けられた放電部を備え、前記中空体内を前記液体の絶縁破壊強度よりも高い絶縁破壊強度のガスで満たし、
前記放電側電極を前記中空体内に上側から挿入した状態で固定してそのガス中に配し、前記液体をアースするか、または、
前記放電側電極を前記処理槽の液中に配し、絶縁されたアースラインの先端に露出したアース電極を前記中空内に上側から挿入した状態で固定してそのガス中に配しており、
前記絶縁された高電圧ケーブルまたはアースラインが前記中空体の上端に形成された挿入口を通って貫入し、前記高電圧ケーブルまたはアースラインが前記挿入口に固定された状態で、
前記中空体内のガス中で放電させることを特徴とする水中放電装置。
【請求項２】
請求項１に記載した水中放電装置において、
中空体内の電極から中空体の下端開口までの距離は調整可能となっていることを特徴とする水中放電装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載した水中放電装置において、
中空体内の電極と対向して処理槽内に対極電極が配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１から３のいずれかに記載した水中放電装置において、
中空体は内部が視認可能に透明になっ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のいずれかに記載した水中放電装置において、
中空体内が酸素ガスで満たされてい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５のいずれかに記載した水中放電装置において、
中空体内にアース電極を配すると共に、前記中空体内の電極と対向して処理槽内に対極電極が配されてい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、水中で放電させる水中放電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非特許文献１に示すように、水中で放電させると、殺菌や水質浄化が図れることが知られており、実用的な一手法としてパルス高電圧を印加して水中で放電を起こすことが提案されている。
而して、パルス高電圧を印加しても、殺菌対象物の種類や水質によっては、水の導電率が上がり、放電が起こり難くなるため、非特許文献２では、実用化に向けて、放電電極間を空気でバブリングして気泡を作り出して放電を起こり易くした水中放電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】太田幸治、谷村泰宏著「水中放電プラズマを利用した除菌技術」電気学会論文誌Vol.131  No.2 2011  社団法人電気学会  p.80-83
【非特許文献２】須貝太一、鈴木文刀、南谷靖史、東山禎夫著「水中パルスパワー放電を用いた有機色素脱色のバブリングによる高効率化」電気学会論文誌Vol.32  No.1 2008  社団法人電気学会  p.19-24
【非特許文献３】高木浩一、猪原哲著「パルスパワー技術の農業・食品分野への応用」電気学会論文誌Vol.129  No.7 2009  社団法人電気学会  p.439-445
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、最近では、非特許文献３に示すように、きのこの菌床にパルス高電圧の電気的刺激を与えると、きのこの発生を促進する効果があることまで判明しており、その他の農産物でも同様な効果が予測される。
そのため、上記したような水中放電装置を菌床や種子の前処理にも積極的に活用する方向で期待されているが、きのこでは５０ｋＶ程度の高電圧パルスが適すると報告されているように、その種類により放電エネルギーの適した範囲があることが想定される。
しかしながら、作り出された気泡の大きさや形状はまちまちであり、その結果として放電エネルギーもまちまちとなっている。
【０００５】
本発明は、上記従来の問題点に着目して為されたものであり、定量的に安定した放電を起こすことができる水中放電装置を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、請求項１の発明は、液体の入った処理槽と、前記処理槽内の途中まで入り込み、下端開口が処理槽内と連通した絶縁性の中空体と、絶縁された高電圧ケーブルの先端に露出した放電側電極が設けられた放電部を備え、前記中空体内を前記液体の絶縁破壊強度よりも高い絶縁破壊強度のガスで満たし、前記放電側電極を前記中空体内に上側から挿入した状態で固定してそのガス中に配し、前記液体をアースするか、または、前記放電側電極を前記処理槽の液中に配し、絶縁されたアースラインの先端に露出したアース電極を前記中空内に上側から挿入した状態で固定してそのガス中に配しており、前記絶縁された高電圧ケーブルまたはアースラインが前記中空体の上端に形成された挿入口を通って貫入し、前記高電圧ケーブルまたはアースラインが前記挿入口に固定された状態で、前記中空体内のガス中で放電させることを特徴とする水中放電装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１に記載した水中放電装置において、中空体内の電極から中空体の下端開口までの距離は調整可能となっていることを特徴とする水中放電装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載した水中放電装置において、中空体内の電極と対向して処理槽内に対極電極が配されていることを特徴とする水中放電装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれかに記載した水中放電装置において、中空体は内部が視認可能に透明になっていることを特徴とする水中放電装置である。
【００１０】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載した水中放電装置において、中空体内が酸素ガスで満たされていることを特徴とする水中放電装置である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水中放電装置によれば、定量的に安定した放電を起こすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る水中放電装置の処理槽側の一部断面側面図である。
【図２】図１の水中放電装置の全体の構成図である。
【図３】図２の放電部の高電圧発生ユニット側の構成図である。
【図４】図３の高電圧発生ユニットの電気的構成図である。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る水中放電装置の処理槽側の一部断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の第１の実施の形態に係る水中放電装置１を、図面にしたがって説明する。
この水中放電装置１はきのこの菌床Ｋに電気的刺激を与えるために利用されている。
符号３は処理槽を示し、この処理槽３は上面が開口している。処理槽３は導電性の素材で形成され、且つアースされている。また、処理槽３の底部の中心には円錐状の対極電極５が設置されている。
この処理槽３には、上記した目的に対応して、被処理対象である菌床Ｋが入れられ、更に水Ｗで満たされる。
【００１４】
符号７は同径円筒状の中空体を示す。この中空体７の軸方向一端側は全面開口しているが、他端側には挿入口が形成されており、その挿入口を閉塞すれば他端側は密閉されるようになっている。また、中空体７は絶縁性の透明基材で形成されており、内部が外側から視認可能になっている。
中空体７は、適宜な固定手段（図示省略）により、全面開口側が下端開口９をなして真直ぐに立ち上がった状態に設置されており、その下部は処理槽３内の途中まで入り込んでいる。但し、下端開口９は処理槽３の底面には到達しておらず、中空体７内と処理槽３とは下端開口９を介して連通状態となっている。
【００１５】
また、下端開口９には上記した対極電極５が下側から対向しており、中空体７の中心軸上に対極電極５の頂点がある。対極電極５の頂部は下端開口９から中空体７内に僅かながら入り込んでいる。
【００１６】
符号１１はガス供給チューブを示し、このガス供給チューブ１１は中空体７の側面に連結されている。ガス供給チューブ１１の先方にはガス供給手段としてのポンプ（図示省略）が接続されており、ポンプの駆動により空気（Ａ）がガス供給チューブ１１を通って中空体７内に供給されるようになっている。
【００１７】
中空体７の挿入口を通って放電部１３の高電圧ケーブル１５が貫入している。この高電圧ケーブル１５は導電線を絶縁性樹脂で覆ったもので構成されており、その導電線の先端には球状の放電側電極１７が露出した状態で連結されている。
高電圧ケーブル１５は中空体７内を軸方向中心に沿って下ろされており、放電側電極１７が下端に配されている。この放電側電極１７は中空体７の下端開口９より上方に位置しており、この水中放電装置１では、放電側電極１７の下端から下端開口９までの距離（Ｄ１）が放電ギャップとして機能するようになっている。
【００１８】
中空体７内では、高電圧ケーブル１５及び放電側電極１７の周囲に隙間があいている。この隙間には、上記したガス供給チューブ１１を通って空気（Ａ）が常に供給され、この隙間は供給された空気（Ａ）で満たされるようになっており、過剰分は気泡となって放出される。
【００１９】
中空体７の挿入口側にはケーブルグランド１９が設けられており、高電圧ケーブル１５はこのケーブルグランド１９に締結されて中空体７内に挿入した状態で固定されている。ケーブルグランド１９を緩めることで、高電圧ケーブル１５はさらに下ろしたり引き上げたりでき、結果として下端にある放電側電極１７と中空体７の下端開口９との距離（Ｄ１）は調整可能となっている。
また、中空体７の挿入口側は処理槽３の上端より高く上がっており、ケーブルグランド１９から出ている高電圧ケーブル１５は処理槽３の水位より十分な高さにあり、十分な絶縁距離（Ｄ２）が確保されている。
【００２０】
上記した高電圧ケーブル１５の先には、図２に示すように、放電部１３を構成する高電圧発生回路ユニット２１と高電圧コントローラ５１とが接続されており、共に設置型ハウジング内に格納されている。図３に示すように、高電圧発生回路ユニット２１は低電圧ケーブル２３を介して高電圧コントローラ５１と接続されている。
【００２１】
図４に示すのは、高電圧発生回路ユニット２１の電気的構成であり、高電圧発生回路２５側では、入力側には複数の端子２７（２７ａ〜２７ｇ）を有するメタルコネクタ２９が備えられている。その右側には昇圧変圧器３１が配置されており、昇圧変圧器３１の右側にはコッククロフトウォルトン回路３３が配置されている。コッククロフトウォルトン回路３３は複数のコンデンサ３５と複数のダイオード３７とから成っている。コッククロフトウォルトン回路３３の右側には出力用抵抗３９が配置されており、出力用抵抗３９の右側には出力端４１が配置されている。昇圧変圧器３１、コッククロフトウォルトン回路３３の下側にはブリーダ抵抗４３、４５、保護抵抗４７が配置されている。符号４９は温度センサを示し、この温度センサ４９は昇圧変圧器３１の近傍に配置されている。
この高電圧発生回路２５に調整用のコンデンサ５０が並列配置されている。
【００２２】
昇圧変圧器３１の一次側コイルは端子２７ａ、２７ｂ、２７ｃを介して高電圧コントローラ５１に接続されている。昇圧変圧器３１の二次側コイルはコッククロフトウォルトン回路３３に接続されている。コッククロフトウォルトン回路３３の高電圧側には出力用抵抗３９の一端が接続されており、この出力用抵抗３９の他端は出力端４１に接続されている。
また、コッククロフトウォルトン回路３３の高電圧側にはブリーダ抵抗４３の一端が接続されており、ブリーダ抵抗４３の他端にはブリーダ抵抗４５の一端が接続されている。ブリーダ抵抗４５の他端は端子２７ｆを介して高電圧コントローラ５１に接続されており、高電圧コントローラ５１内で接地されている。
【００２３】
ブリーダ抵抗４３とブリーダ抵抗４５との接続点は端子２７ｅを介して高電圧コントローラ５１に接続されている。
昇圧変圧器３１の二次側コイルの一端は端子２７ｄを介して高電圧コントローラ５１に接続されている。保護抵抗４７の一端は端子２７ｄに接続され、他端は端子２７ｆに接続されている。
また、温度センサ４９の一端は端子２７ｇを介して高電圧コントローラ５１に接続されており、他端はメタルコネクタ２９を介して高電圧コントローラ５１内で接地されている。
【００２４】
高電圧コントローラ５１には、ＣＰＵ５３の他に、高電圧パルスの印加方法、即ち、電圧、時間等を規定したプログラムが記憶されたメモリ５５と、直流電源の電源ラインに介挿されるトランジスタ５７が備えられている。
高電圧コントローラ５１は、制御手段としての機能を担っており、上記構成要素のプログラムに従った制御・監視により、入力電圧・電流値、出力電圧・電流値、温度異常を監視しながら、所望の高電圧の安定した発生を可能としている。プログラムは固定でなく、オンボード上での書き換えが可能となっている。
【００２５】
水中放電装置１は、上記した構成を備えており、高電圧発生回路ユニット２１で高電圧パルスを発生させると、中空体７の空気（Ａ）中で放電側電極１７から放電される。放電側電極１７には対極電極５が対向しているので、放電エネルギーは定量的により安定したものとなっている。
また、中空体７内での放電は目視できるので、アクシデントで水の逆流が起こった場合には直ちに知ることができる。
さらに、コッククロフトウォルトン回路を利用して、所望の高電圧パルスを発生できており、コンパクトで取り扱い易く、実用性の高い水中放電装置１を実現している。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態に係る水中放電装置１０１について、図５に従って説明する。
水中放電装置１０１は第１の実施の形態に係る水中放電装置１と同じ構成部分を有しており、その部分は同じ符号を付すことで説明を省略する。
この水中放電装置１０１では、放電部１３の高電圧ケーブル１５が処理槽３内に差し込まれており、水と接液されている。
中空体１０３は第１の実施の形態の中空体７と基本的に同じ構成になっているが、長さが短くなって、処理槽３内への入り込み深さがその分だけ浅くなっている。そのため、対極電極５は中空体１０３内には入り込んでいない。
【００２７】
中空体１０３内には放電部１３の高電圧ケーブル１５の代わりに、アースライン１０５が中空体１０３の挿入口を通って貫入している。このアースライン１０５は導電線を絶縁性樹脂で覆ったもので構成されており、その導電線の先端には球状のアース電極１０７が露出した状態で連結されている。
アースライン１０５は中空体１０３内を軸方向中心に沿って下ろされており、アース電極１０７が下端に配されている。このアース電極１０７は中空体１０３の下端開口９より上方に位置しており、この水中放電装置１０１では、アース電極１０７の下端から下端開口９までの距離（Ｄ１）が放電ギャップとして機能するようになっている。
処理槽３は絶縁台１０９に載せられており、この絶縁台１０９がアースされている。
【００２８】
水中放電装置１では、液体をアース、ガス周辺電極を高電圧としているが、この水中放電装置１０１のように、逆に液体を高電圧、ガス周辺電極をアースとすることも可能である。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について詳述してきたが、具体的構成は、この実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計の変更などがあっても発明に含まれる。
例えば、上記の実施の形態では、高電圧発生回路としてコッククロフトウォルトン回路が利用されている。小型で、比較的容易に、しかも安価に入手できるようになっているからである。しかしながら、これに限らず、静電発電機、ウィムスハースト発電機、ヴァンデグラーフ発電機、圧電トランス高電圧発生装置などを利用してもよい。
また、中空体内を満たすガスは、一般的に言われている絶縁ガスである必要はなく、処理槽を満たす液多の絶縁破壊強度よりも高い絶縁破壊強度を示すものであればよい。その一例として、空気に代えて、酸素を中空体に供給してもよい。酸素にするとオゾンの発生が多くなり殺菌効果が増すことから、用途によっては好ましい場合がある。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明の水中放電装置は、殺菌や水質浄化だけでなく、農産物に対して電気的刺激を与えるような定量的制御な必要なものにも適用できる。
【符号の説明】
【００３１】
１…水中放電装置（第１の実施の形態）
３…処理槽                      ５…対極電極
７…中空体                      ９…下端開口
１１…ガス供給チューブ          １３…放電部
１５…高電圧ケーブル            １７…放電側電極
１９…ケーブルグランド          
Ｋ…菌床      Ｗ…水      Ａ…空気      
Ｄ１…放電ギャップ距離      Ｄ２…絶縁距離
１０１…水中放電装置（第２の実施の形態）
１０３…中空体                  １０５…アースライン
１０７…アース電極              １０９…絶縁台
【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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