(57)【要約】【課題】  液体中で放電を発生させると強力な衝撃波とともに紫外線やラジカルが生成され、有機物の分解や殺菌などが可能であることが報告されている。しかしながら液体中で広範囲に放電を発生させることは難しく、また、放電を発生させるために必要な電力が大きいという問題点がある。【解決手段】  液体中に設けた放電用の電極間に、流動性の金属切削切子などの金属片や金属線または炭素繊維、金属球、中空金属球、粒状活性炭、あるいは磁石の表面に鉄粉などを吸引した導体を入れることで、放電を発生させるための、液体中に分布した短い間隙が形成できる。電極にパルス状高電圧あるいは交番高電圧を印加することで、上記微小間隙の間に火花放電を発生させることができる。このため、液体中の多数の点で放電を発生することができるとともに、短間隙であることから放電開始電圧が低くなり、同時に放電開始に必要な電力も低減できる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を入れる容器内に少なくとも一対の電極を設置し、液体の流れにより動くことのできる導体を電極間に導入し、電極間に高電圧を加えることで、液体中に放電を発生させる装置。
【請求項２】
アルミニウム、鉄、銅、粒状活性炭のいずれか、あるいはこれらを混合したものを電極間に導入する導体として用いる請求項１記載の液体中の放電発生装置。
【請求項３】
磁性体粉末を磁石に吸引させたものを電極間に導入する導体として用いる請求項１記載の液体中の放電発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【００１】  本発明は、例えば液体中の有機物の分解や殺菌を行うため、液体中に放電を発生する装置に関するものである。
【背景技術】
【００２】  液体中の不純物、特に液体中の有機物や微粒子の浄化には、例えば、アルミニウムや鉄などの多価陽イオンを発生する電解質からなる無機凝集剤を用いて、粒子相互の反発の原因である粒子表面の荷電を中和させることによりフロックを生成させ、凝集させて沈殿除去する方法が用いられている。また、有機物のオゾンや過酸化水素による酸化分解なども行われている。この他、微生物の浄化作用を利用する技術は、広範囲に用いられている。【００３】  最近、液体中で放電を発生させて殺菌や有機物の分解を行うことが可能であることが報告されている。その一例は、液体中に配置した高電圧電極と接地電極間に高電圧を印加し、スパークを伴った強力な放電を発生させるものであり、これに伴い、強力な衝撃波とともに紫外線やラジカルが発生する。これらの効果により有機物の分解、微生物の殺菌などへの応用が期待されている。【特許文献１】【００４】  しかし、液体中で広い範囲にわたって安定した放電を発生させること、ならびにその低電力化が課題である【参考文献１】。このためパルス高電圧の利用や、穴あき絶縁板を用いて局所的に高電界領域を作って液体中にスパークの前駆的なストリーマ放電を行う方法【参考文献２】、あるいは、気泡とともに放電を行うことで液体中のリーク電流を減らして低電力化をめざす方法【参考文献３，４，５】、などが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１０４９５８、パルスパワーを用いた液体中大容量ストリーマ状及びアーク放電の生成方法、秋山秀典
【特許文献２】特開２００３−６２５７９、液体の処理方法及びその装置、神戸製鋼、足立成人
【特許文献３】特開平９−１２０８８５、有機物含有水の処理方法、栗田工業株式会社、依田元之
【特許文献４】特開平１０−２９６２９８、有機物含有水の処理方法、栗田工業株式会社、徳富孝明
【特許文献５】特開２００１−２５２６６５、排水処理装置、三菱重工、堀井清之佐藤正之      静電気学会誌，２７，３（２００３）ｐｐ１０６−１１０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００５】  本発明の目的は、液体中に放電を発生させる装置において、液体中の広い範囲にわたって放電を発生させるとともに、放電開始に必要な電力の低減できる液体中の放電発生装置を実現するための方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００６】  液体を流通できる容器の中に、一対の電極を設ける。さらに、液体の流れにより動くことができる大きさと重さの比を持った導体、例えば金属切削切子などの金属片や金属線または炭素繊維、金属球、中空金属球、あるいは粒状活性炭などを一対の電極の間に入れることで、導体どうしの間に短い間隙ができ、高電圧を電極に印加すると、これらの短い間隙で放電が発生できる。これにより、液体中で多数の点で放電を発生する。放電が発生する電極間隔が短くなるので、低い電圧で放電が開始する。このため、高電圧を印加したとき、導体を電極間に導入しないときに比べ放電が発生するまでに液体中を流れてリークする電流が減ることともあいまって、放電開始時の電力が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００７】  以下、この発明にかかる液体中の放電装置の実施形態について添付図面を参照して説明する。
添付図面１は、実施例であり、導体として金属の切削切子を一対の電極間に導入した液体中の放電発生装置である。絶縁性の外容器１の内側に金属の高電圧電極２と接地電極３を配置し、容器内部に有機物や微生物を含んだ液体４を導入する。また金属切削切子５を多数、高電圧電極と接地電極との間に入れる。
高電圧電極２はパルス電源に接続されており、立ち上がりの早いパルス高電圧が印加される。金属切削切子５どうしの間の微小間隙の部分で、放電が発生する。なお、交流高電圧を用いても良い。
【発明の作用・効果】
【００８】  図２は、図１に示す液体中の放電発生装置を用いた液体中放電による凝集物生成の結果である。試供水は２０ｍｇ／Ｌに調製したインディゴカルミン水溶液５０ｍＬ用い、アルミニウム切削切子の投入量を５、８，１０ｇと変化させた。図２より、アルミニウム切削切子量が増加するに従って、凝集物生成量も増加していくことが確認できる。また、時間が経過するにつれ、凝集物の生成比率が増加していくことが確認できる。
【００９】  導体としてアルミニウムを用いる場合にはアルミニウムが放電により液体中に放出される。水を用いた場合には水酸化アルミニウムなどとして溶出するため、浮遊物の凝集、沈殿作用を持つ。
【００１０】  図３は、図１に示す液体中の放電発生装置を用いた液体中放電による色素分解の結果である。試供水は２０ｍｇ／Ｌに調製したインディゴカルミン水溶液５０ｍＬ用い、アルミニウム切削切子を用いて、投入量を５、８，１０ｇと変化させた。図３より、投入したアルミニウム切削切子量が増加するにしたがってインディゴカルミン除去率も増加していくことが確認できた。これはアルミニウム切削切子量を増やすと、更に広範囲での放電が可能となるためである。また、全ての条件において電圧印加後５秒で９０％以上の除去率を示した。
【０１１】  図４は、図１に示す液体中の放電発生装置を用いた液体中放電による色素分解に及ぼす金属種の影響を示す。試供水は２０ｍｇ／Ｌに調製したインディゴカルミン水溶液５０ｍＬ用い、金属切削切子はアルミニウム、鉄、銅を用い、投入量を１０ｇとした。図４は放電によるインディゴカルミンの分解率を示す。金属種による違いは、アルミニウム、銅、鉄の順にインディゴカルミンの分解除去が進行した。アルミニウム切削切子を用いた場合は、多量のアルミニウムの凝集物の生成が起こり、凝集物へのインディゴカルミンの吸着が確認された。また鉄や銅を用いた場合は、凝集物の生成及び吸着はほとんど確認されなかった。
【０１２】  図５は、図１に示す液体中の放電発生装置での、電極間に導入する導体の有無、形状などの相違による液体中の放電開始時の電力の相違を示す。電極間に導体を導入すると導体どうしの間に微小間隙が作られ、これらの間隙で放電が発生するため、放電開始時の電力を低くすることができる。これは、導体間の微小間隙で放電が発生するため、放電開始電圧が低くなり、放電開始の前に液体中を流れる電流が小さくなり、放電開始時の放電電力を小さくすることができる。導体を入れない場合、放電開始時の電力は１００Ｗであるが、粒状活性炭、鉄やアルミニウムの金属切削切子を液体中に入れることによる放電電力は２〜１０Ｗに低減される。
【０１３】  液体として水を用いる場合、水中の放電は発生する紫外線ならびに電離作用により、水中に水酸化ラジカルなどの反応性の高いラジカルを生成する。その化学反応で、有機物の分解や微生物の殺菌が進行する。
【０１４】  図６は、図１に示す液体中の放電発生装置を用いた水中放電による殺菌の結果である。試供水は４．６×１０８ＣＦＵ／ｍＬの酵母を５０ｍＬ用い、アルミニウム切削切子を用い、投入量を１０ｇとした。図６は放電による酵母の生存率を示す。１２０秒の放電により、酵母の生存率は１％以下となった。
【０１５】  導体として鉄を用いる場合には、よく知られているように、水酸化ラジカルの共存下で、フェントン酸化プロセスを行うことができる。本発明では放電に伴って水酸化ラジカルが生成されるので、フェントン酸化による強力な酸化を行うことができる。
【０１６】  請求項３に示した磁性体粉末のなかで、鉄粉を磁石に吸引したものを導体として電極間に挿入することで、粉末を金属片の代わりに用いることができる。
導体として銅を用いる場合には、銅イオンは殺菌効果を有していることが知られており、放電で発生する紫外線による殺菌効果を補助する作用を持たせることができる。
【０１７】  導体として粒状活性炭を用いる場合、酸化分解したい不純物が活性炭表面に高濃度で吸着され、そのすぐ近くで放電が発生してラジカルが形成されるため、ラジカルによる不純物の分解効率を向上することができる。
【０１８】  図７は、図１に示す液体中の放電発生装置を用いた水中放電による水中の酢酸分解の様子である。粒状活性炭を導体として用いた。液体中での放電の結果、１０分経過時で９０ｐｐｍの酢酸の分解が確認された。放電を行わない場合は６０ｐｐｍの酢酸の減少が確認され、これは活性炭への吸着効果によるものである。放電無しに比べ放電を加えた方が分解量は大きいため、放電による酢酸分解が確認される。
【０１９】  以上のように本発明によれば、電極間距離の短縮により低電圧かつ低電力に液体中で放電を発生させることが可能となり、放電により発生する紫外線やラジカルにより、有機物の分解や殺菌を行うことができる。また、液体中で放電を行うことにより金属を溶出させ、凝集作用、酸化作用、あるいは殺菌作用を促進できる。
【図面の簡単な説明】
【０２０】
【図１】液体中の放電発生装置の断面図
【図２】液体中放電による凝集物生成
【図３】液体中放電による色素の分解
【図４】液体中放電による色素分解に及ぼす金属種の影響
【図５】電極間に導入する導体の相違による液体中の放電開始時の電力の相違
【図６】液体中放電による殺菌
【図７】粒状活性炭を用いた液体中放電による有機物分解
【符号の説明】
【０２１】  １    絶縁容器
２    高電圧電極
３    接地電極
４    溶液
５    金属切削切子
【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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