(57)【要約】【課題】短絡流の発生を抑え、かつ電界集中部を備えて効率的な処理を可能とし、さらに電源容量の低減を図った液体処理装置を提供する。【解決手段】陽極１１および陰極１２からなる少なくとも一対の電極を有する液体処理流路中に被処理液を流通させ、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう液体処理装置において、前記液体処理流路を、複数個の往路，復路および曲折部からなる蛇行状流路１０とし、前記各曲折部に、前記陽極１１と陰極１２とを交互に配設してなるものとする。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
陽極および陰極からなる少なくとも一対の電極を有する液体処理流路中に被処理液を流通させ、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう液体処理装置において、
前記液体処理流路を、複数個の往路，復路および曲折部からなる蛇行状流路とし、前記各曲折部に、前記陽極と陰極とを交互に配設してなることを特徴とする液体処理装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液体処理装置において、前記陽極および陰極をそれぞれＵ字状の溝を備えた櫛歯状に形成し、前記各櫛歯状電極を１８０度反転させ、かつ一方の電極の櫛歯先端部と他方の電極のＵ字状溝根元部とが対面するように、陽極および陰極における櫛歯のピッチを半ピッチずらして対向配置することにより、Ｓ字状蛇行流路を形成したものとし、さらに、前記櫛歯状電極の表面は、前記櫛歯の先端部を除いて誘電体により被覆し、前記各曲折部に陽極と陰極とを交互に配設してなるものとすることを特徴とする液体処理装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液体処理装置において、前記誘電体により被覆された櫛歯状電極の表面は、Ｓ字状蛇行流路に沿って平行に形成された複数個の溝を備えることを特徴とする液体処理装置。
【請求項４】
請求項３に記載の液体処理装置において、前記複数個の溝は、前記誘電体の被覆層が除去された電極の導電体露出部を備えることを特徴とする液体処理装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載の液体処理装置において、前記Ｓ字状蛇行流路を形成した一対の櫛歯状電極を、被処理液の入口と出口とを有する誘電体のケース内に収納してなることを特徴とする液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、陽極および陰極からなる少なくとも一対の電極を有する液体処理流路中に被処理液を流通させ、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう液体処理装置、特に、電極の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
被処理液体を高電圧に曝すことにより、液体中の物質を物理的、電気化学的に改質処理する液体処理装置、例えば、放電を伴う、あるいは伴わない高電圧パルス電界の印加により、液体中の細胞の細胞膜・細胞壁を破壊し、微生物を殺滅する、あるいは内容物を抽出する液体処理装置や、液体中の有害化学物質の分解、畜産廃水や下水の処理、汚泥の減容化などの処理を行う液体処理装置としては、種々の方式が知られている。
【０００３】
例えば、特許第３０１９０５２号公報には、「パルス電源から殺菌処理容器部に印加するパルス電圧のパルス幅を１００ｎｓ未満に設定すると共に、殺菌処理容器部の電極間隔ｄを、所定の条件を満たすように設定することによって、液状物中での電気抵抗による損失の低減および印加パルス電圧の高効率利用を可能とし、工業生産規模の大流量殺菌処理においても高エネルギー効率かつ低温殺菌処理が可能な液状物の殺菌装置」が開示されている。
【０００４】
上記公報に記載された殺菌処理容器部を含む電極構成の実施例は、２枚平板型のものであり、間隔をあけてほぼ平行に相対向する２枚の平板状の電極、即ち高電圧電極および接地電極と、両電極間を電気的に絶縁する環状または筒状の絶縁物とから成る。また、異なる実施例として、円筒状または円柱状の高電圧電極の外側に円環状（リング状）の接地電極を、高電圧電極との間に間隔をあけて同軸状に配置し、この接地電極の左右の両側と高電圧電極との間に２枚の円板状の絶縁物を設けて殺菌処理容器部を形成したものが記載されている。
【０００５】
また、特開２００２−１３４０号公報には、「被処理液中に浸漬配置される少なくとも１対の電極間に電圧を印加し、該電極間に３０ｋＶ／ｃｍ以下の電界を形成させ、好ましくは、明細書に記載の所定の条件式を満たす様に印加電圧を制御して電界処理を行なうことにより、殺菌・浄化効率の向上を図った液体処理方法」が開示されている。
【０００６】
前記特開２００２−１３４０号公報に記載された電極構成の実施例も、主として前記２枚平板型であるが、同公報には、異なる実施形態に関わり、「第１電極（カソード電極）として円環状電極の組合わせ、或いは網目状円筒電極を使用すれば、電界効率低下の大きな原因となる漏れ電流を電極面積の減少によって抑えることができ、且つ漏れ電流によるジュール熱の発生も抑えられるので、好ましい実施形態として推奨される。」旨記載されている。また、上記円環状電極の組合わせ、或いは網目状円筒電極を用いた場合には、電界が集中する領域があり、これにより効率的な殺菌処理が可能になるといわれている。
【０００７】
さらに、特公平６−２８５６６号公報には、「パルス印加時の電界強度が２〜１００ｋＶ／ｃｍ、パルス波形の立上がり時間が２０ｎｓｅｃ〜１μｓｅｃ　、パルス波形の幅が１００ｎｓｅｃ〜１ｍｓｅｃである高圧電場パルスを印加する液体状食品の殺菌法において、該液体状食品に乱流による流れの変化を発生させる撹拌作用を与えることを特徴とする液体状食品の殺菌法。」が開示されている。
【０００８】
前記特公平６−２８５６６号公報は、電極構成として、一つの処理容器に前記２枚平板型や同心円筒型の電極を備えたもの以外に、「往復状に曲折した流路を有する殺菌槽を用い、液体状食品に流路の曲折部において流れの変化（乱流など）を生じさせ、２枚平板型の一対の電極を、流路の直線部分としての往復部に配設したもの」を開示している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来の液体処理装置においては、下記のような問題があった。
【００１０】
前述のように、一つの処理容器に前記２枚平板型や同心円筒型の電極を備えたものや、往復状に曲折した流路を有するものであっても、２枚平板型の一対の電極を、流路の直線部分としての往復部に配設したものは、以下に詳述するように、被処理液体の短絡流が発生し、これが処理効率低減の要因となる問題がある。
【００１１】
詳細は本発明との比較において後述する図３（Ａ）は、一つの処理領域内部における被処理液体の流れの模式図を示し、図３（Ａ）において、被処理液体の流れは、短絡流（ア）と乱流（イ）とからなる。
【００１２】
被処理液体の処理領域内の滞留時間は、単純なモデルでは処理領域の容積を液体の流量で割ることで計算されるが、実際の流れでは処理領域内は、前述のように乱流状態にある。そのため、被処理液体が、反応に必要な処理時間より短い時間で、処理領域から流出してしまう前記短絡流が発生する。
【００１３】
そのため、処理領域の容積を、単純なモデルで計算した容積で設計・製作した場合、例えば、被処理液体の５０％以上は、十分な処理時間をえることができない。したがって、一つの処理容器のみで構成される液体処理装置の場合、処理領域の容量を十分に大きくしなければならない。なお、前記特公平６−２８５６６号公報に記載された往復状に曲折した流路を有するものであっても、２枚平板型の一対の電極を、流路の直線部分としての往復部に配設した処理領域は、前記図３（Ａ）のモデルと同等であり、同様の問題がある。
【００１４】
また、平板電極を用いる装置において電極間に仕切り板を設ける場合には、短絡流を抑える構造とすることができるが、構造が複雑となるばかりでなく、前記網目状円筒電極を用いた場合のように、電界集中部のある装置に比べて反応効率が悪いため、やはり処理容量を大きくしなければならない点で、十分な構造とはいえない。
【００１５】
さらに、平行平板電極の場合には、負荷容量が増大するため、大容量の電源が必要となる。そのため商用化が非常に困難となる問題がある。
【００１６】
この発明は、上記従来の問題点に鑑みてなされたもので、この発明の課題は、短絡流の発生を抑え、かつ電界集中部を備えて効率的な処理を可能とし、さらに電源容量の低減を図った液体処理装置を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
前述の課題を解決するために、この発明は、陽極および陰極からなる少なくとも一対の電極を有する液体処理流路中に被処理液を流通させ、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう液体処理装置において、前記液体処理流路を、複数個の往路，復路および曲折部からなる蛇行状流路とし、前記各曲折部に、前記陽極と陰極とを交互に配設してなるものとする（請求項１の発明）。
【００１８】
前記構成によれば、液体の処理領域において、最短距離を流れる液体は、最も処理効率の高い高電界形成領域を通過するため、滞留時間が短くても十分な処理が実現できる。一方、最短経路から遠ざかる被処理液体程、電界が集中していない比較的処理効率の悪い領域を通過することとなるが、逆に処理時間が長くなるため、やはり十分な処理が実現できる。これにより、全体的に処理効率が向上し、装置のコンパクト化が図れる。
【００１９】
上記請求項１の発明の実施態様としては、下記請求項２ないし５の発明が好ましい。即ち、請求項１に記載の液体処理装置において、前記陽極および陰極をそれぞれＵ字状の溝を備えた櫛歯状に形成し、前記各櫛歯状電極を１８０度反転させ、かつ一方の電極の櫛歯先端部と他方の電極のＵ字状溝根元部とが対面するように、陽極および陰極における櫛歯のピッチを半ピッチずらして対向配置することにより、Ｓ字状蛇行流路を形成したものとし、さらに、前記櫛歯状電極の表面は、前記櫛歯の先端部を除いて誘電体により被覆し、前記各曲折部に陽極と陰極とを交互に配設してなるものとする（請求項２の発明）。
【００２０】
前記請求項２の発明によれば、請求項１の発明に係る装置が容易に製作できる。また、前記Ｓ字状蛇行流路の構成により、乱流の発生が抑制され、処理効率がより向上する。なお、製造方法の詳細については、後述する。
【００２１】
さらに、前記請求項２に記載の液体処理装置において、前記誘電体により被覆された櫛歯状電極の表面は、Ｓ字状蛇行流路に沿って平行に形成された複数個の溝を備えるものとする（請求項３の発明）。これにより、被処理液の流れは整流され、乱流の発生がさらに抑制され、処理効率がさらに向上する。
【００２２】
また、前記請求項３に記載の液体処理装置において、前記複数個の溝は、前記誘電体の被覆層が除去された電極の導電体露出部を備えるものとする（請求項４の発明）。これにより、溝の谷間の導電体露出部が分散電極となるため、処理槽内の全ての領域において電界が非常に弱い領域が発生せず、確実な処理を可能にするとともに、導電体露出部近傍は高電界領域となるため処理効率が向上する。また、導電体露出部が細い縞状に形成されるため、処理容積に対する電極面積は小さい。したがって、単位処理容積あたりの負荷容量は小さく、電源用量を小さく抑えることができる。
【００２３】
さらにまた、前記請求項２ないし４のいずれかに記載の液体処理装置において、前記Ｓ字状蛇行流路を形成した一対の櫛歯状電極を、被処理液の入口と出口とを有する誘電体のケース内に収納してなるものとする（請求項５の発明）。これにより、構造的にシンプルで、製作が容易な装置が実現できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
図面に基づき、本発明の実施例について以下にのべる。図１は、本発明に関わる液体処理装置の基本的構造を示す模式断面図である。
【００２５】
図１において、１３は液体処理流路を構成する誘電体で、複数個の往路，復路および曲折部からなる蛇行状流路１０を形成している。蛇行状流路１０の各曲折部には、陽極１１と陰極１２とを交互に配設し、陽極１１および陰極１２との間には電源４を配して、電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう構成としている。
【００２６】
次に、図２について説明する。図２は請求項２の発明に係る液体処理装置の模式断面図である。
【００２７】
図２の液体処理装置は、陽極１および陰極２をそれぞれＵ字状の溝を備えた櫛歯状に形成し、前記各櫛歯状電極を１８０度反転させ、かつ一方の電極の櫛歯先端部と他方の電極のＵ字状溝根元部とが対面するように、陽極１および陰極２における櫛歯のピッチを半ピッチずらして対向配置することにより、Ｓ字状蛇行流路１０ａを形成したものとし、さらに、前記櫛歯状電極の表面は、前記櫛歯の先端部を除いて誘電体３により被覆し、陽極１の櫛歯先端部１ｂと陰極２の櫛歯先端部２ｂとを交互に配設している。これにより、図１の実施例に比較して、被処理液の流れがスムーズになる。また、誘電体被覆により形成される電極は、その構成がシンプルとなり、電極の製作が容易となる。電極等の製作手順については後述する。
【００２８】
次に、図２の実施例に関し、被処理液の流れや電界との関係ならびに本発明の作用効果等に関して、図３の流れの模式図に基づいて詳述する。図３（Ａ）は、従来装置に関わり、一つの処理領域内部における被処理液体の流れの模式図を示し、図３（Ｂ）は、図２の実施例装置に関わる被処理液体の流れの模式図を示す。
【００２９】
前述のように、図３（Ａ）においては、短絡流（ア）は、単に入口から出口までの最短経路を通過するのみならず、乱流（イ）における逆流の分、（ア）の流速は早くなる。したがって、このような構造では、乱流による逆流の量が多いほど短絡流の流速は早くなり、押し出し流れモデルで計算される滞留時間を１とした場合、１以下の時間で流出する液体は、５０％以上となり、さらに０．５以下の時間で流出する被処理液体は、最悪の場合３０％を越えることがある。
【００３０】
したがって、図３（Ａ）に示すような構造では、処理領域容積を、押し出し流れモデルで計算された容積の３倍以上とする、あるいは処理領域を３段以上直列に接続した多段構造とする必要があり、処理流量に対し、装置の規模が増大する。
【００３１】
これに対して、本発明の構造では、櫛歯状の壁により実質的に多段構造となっており、前記短絡流は阻止され、（ウ）で示す入口から出口までの最短経路においても、１段で、従来方式の数倍の距離を持つ。また、蛇行する部分に曲率を設けていること、さらに、後述する壁面に溝を形成して整流することにより、乱流の発生がほとんどない。したがって前記短絡流はほとんど発生せず、発生してもその流速影響は小さい。さらにまた、図３（Ａ）の電極構成においては、最短経路（ウ）を流れる液体は、最も処理効率の高い高電界形成領域を通過するため、滞留時間が短くても十分な処理が実現できる。
【００３２】
次に、図４〜図９に基づき、請求項２ないし５の発明に係る装置の主な製造手順について説明する。
【００３３】
まず、両電極を、図４に示す形状に成型する。図４は陽極１を例示し、１ａは櫛歯、１ｂは櫛歯先端部、１ｃはＵ字状溝を示す。成型方法は、電極材料や生産規模によって異なるが、例えば、ステンレススティールであれば、厚さ１ｍｍ以上の板を金型を用いて成型する方法が好ましい。また、アルミニウムなどを用い、大規模に生産する場合には、押し出し成型を採用することが望ましい。
【００３４】
次に、図５に示すように、成型した電極を溶解した誘電体のプール８に浸漬する。誘電体としては、琺瑯、ガラス、プラスチックなど、費用と用途に応じて適切なものを選定する。この際、図５の状態（Ａ）に示すように、櫛歯状電極の先端は、溶解した誘電体に浸漬しないようにする。また、本電極を保持する治具も、この先端部で保持するようにする。
【００３５】
プールから引き上げる際には、電極を図５の状態（Ｂ）に示すように傾けて、電極の露出部とはしない端部の櫛歯を溶解した誘電体に浸漬させる。引き上げ後、焼結、冷却、乾燥などにより、誘電体を定着させる。
【００３６】
その後、図６に示すように、円盤状の砥石５で誘電体の一部を切削し、電極を露出させる。図６の電極を上から見た図を図７に示す。図７において、黒い部分が電極が露出している部分である。図６において、矢印のように切削していくとき、導電体露出部３ｂが図７および図８に示すように露出する。この加工行程により、導電体露出部３ｂからなる縞状電極の形成と、図８に示す整流用の溝３ａが同時に形成される。
【００３７】
最後に、図９に示すように誘電体のケース７に、図２に示した一対の電極１および２を収める。図９において、７ａは誘電体ケースの側壁、８は被処理液の入口、９は被処理液の出口を示す。
【００３８】
上記によれば、装置の製造方法が簡素となり、量産化が容易となる。なお、前記製造工程において、前述のように誘電体層を削らずに、誘電体層の表面に金属電極を形成する方法によって縞状電極と溝を同時に形成することも可能であるが、この方法で形成した場合には、形成した電極間の領域に、電界強度がほぼゼロとなる領域ができるため、ここを通過する液体は十分な処理を行うことができなくなる。従って、前述の本発明の方法が好適である。
【００３９】
【発明の効果】
上記のとおり、この発明によれば、陽極および陰極からなる少なくとも一対の電極を有する液体処理流路中に被処理液を流通させ、前記一対の電極間にパルス電圧を印加することにより形成された電界により被処理液の改質処理を行なう液体処理装置において、前記液体処理流路を、複数個の往路，復路および曲折部からなる蛇行状流路とし、前記各曲折部に、前記陽極と陰極とを交互に配設してなるものとしたので、
短絡流の発生を抑え、かつ電界集中部を備えて効率的な処理を可能とし、さらに電源容量の低減を図ることができる。
【００４０】
また、好適な実施態様として、前記陽極および陰極をそれぞれＵ字状の溝を備えた櫛歯状に形成し、前記各櫛歯状電極を１８０度反転させ、かつ一方の電極の櫛歯先端部と他方の電極のＵ字状溝根元部とが対面するように、陽極および陰極における櫛歯のピッチを半ピッチずらして対向配置することにより、Ｓ字状蛇行流路を形成したものとし、さらに、前記櫛歯状電極の表面は、前記櫛歯の先端部を除いて誘電体により被覆し、前記各曲折部に陽極と陰極とを交互に配設してなるものとしたことにより、乱流の発生が抑制され、処理効率がより向上するとともに、装置の製作が容易となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に関わる液体処理装置の基本的構造を示す模式的断面図
【図２】図１の装置の好ましい実施態様を示す液体処理装置の模式的断面図
【図３】図２の装置の被処理液の流れについて従来装置と比較して示す模式的説明図
【図４】本発明に係る櫛歯状電極の断面図
【図５】図４の電極に誘電体を被覆する工程の説明図
【図６】誘電体被覆付櫛歯状電極に導電体露出部を備えた溝を形成する工程の説明図
【図７】導電体露出部を備えた溝が形成された誘電体被覆付櫛歯状電極の平面図
【図８】図７における導電体露出部を備えた溝の拡大側断面図
【図９】一対の誘電体被覆付櫛歯状電極を誘電体ケースに収納する工程の説明図
【符号の説明】
１，１１：陽極、１ａ：櫛歯、１ｂ，２ｂ：櫛歯先端部、１ｃ：Ｕ字状溝、２，１２：陰極、３，１３：誘電体、３ａ：溝、３ｂ：導電体露出部、４：電源、７：誘電体のケース、１０：蛇行状流路、１０ａ：Ｓ字状蛇行流路。
【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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