CN104661968B - 放电单元 - Google Patents

Abstract

放电单元具备：交变型高电压产生部(33)；电极对(31、32)，其设置在水中，电压自高电压产生部(33)施加在该电极对(31、32)上；以及绝缘性隔板(15)，其在水中将电极对(31、32)分隔开来，在该隔板(15)上形成有构成电极对(31、32)之间的电流路径的微小放电孔(35)，通过向电极对(31、32)施加电压而在放电孔(35)内产生放电。

Description

放电单元

技术领域

本发涉及一种在水中产生放电来将水净化的放电单元。

背景技术

迄今为止，通过在水中产生放电来将水净化的水处理用放电单元已广为人知，例如在专利文献1中公开了这种放电单元。该专利文献1中的放电单元具备：设置在水中的电极对，规定的电压自直流电源施加在该电极对上；以及绝缘性隔板，该隔板在水中将电极对分隔开来，并且在该隔板上形成有构成电极对的电流路径的通孔。在该放电单元中，当直流电压自直流电源施加在电极对上时，在隔板的通孔内的电流路径中电流密度会上升而产生放电。通过产生放电，在水中会产生羟自由基等杀菌因子，从而将水净化。

专利文献1：日本公开专利公报特开2011－92920号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，在上述放电单元中，可能会发生下述状况：电流路径即隔板的通孔的孔径渐渐地扩大，这导致通孔的电阻降低而无法确保放电所需要的电流密度，从而无法稳定地产生放电。也就是说，存在下述问题，即：如果一定的直流电压经常施加在电极对上，在通孔内就会产生温度较高的辉光放电，该辉光放电所产生的放电热对通孔造成热破坏，从而孔径扩大。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于：抑制隔板上的通孔的孔径扩大来稳定地进行放电。

－用以解决技术问题的技术方案－

第一方面的发明所涉及的放电单元具备：交变型电源33；电极对31、32，其设置在水中，电压自上述电源33施加在该电极对31、32上；以及绝缘性隔板15，其在上述水中将上述电极对31、32分隔开来，在该隔板15上形成有构成上述电极对31、32之间的电流路径的微小通孔35，通过向上述电极对31、32施加电压而在上述通孔35内产生放电。

在上述第一方面的发明中，通过自电源33向电极对31、32施加电压，在电极对31、32之间的电流路径即通孔35中的电流密度上升，从而产生放电。在本发明中，由于电源33为交变型的电源，因此向电极对31、32施加的电压的正负每隔规定的时间就相互交替。因此，在通孔35中不会产生辉光放电，而是会产生火花放电。也就是说，在向电极对31、32施加直流电的情况下，放电方式会随着电流增加而从火花放电转移到辉光放电，但是在本发明中，向电极对31、32施加的电压的正负在放电方式转移到辉光放电之前就会交替，因此能够使通孔35内持续地产生火花放电。这样一来，能够抑制辉光放电对通孔35造成的热破坏，从而能够抑制通孔35的孔径扩大。

第二方面的发明是在第一方面的发明的基础上，具有下述特征：上述电源33的电压波形是每个周期中的正极侧与负极侧的比例相等的波形。

在上述第二方面的发明中，由于电压波形的每个周期中的正极侧和负极侧的比例相等，因此氧化反应和还原反应在两个电极31、32上相同程度地进行。

第三方面的发明是在第一或第二方面的发明的基础上，具有下述特征：上述电源33的电压波形是方波。

在上述第三方面的发明中，通过使电压波形为方波，与例如正弦波等相比，能够不受水的导电率的影响地产生放电。

第四方面的发明是在第一到第三中任一方面的发明的基础上，具有下述特征：上述通孔35的一侧或两侧的开口端部35a呈朝外侧逐渐扩大的锥形。

自电源33向电极对31、32施加电压，从而电极对31、32之间的电流路径即通孔35中的电流密度上升，水汽化而形成气泡。在气泡内，气泡与水之间的界面成为电极而产生放电(火花放电)。形成在通孔35的气泡有向上浮起的趋势，但在本发明中，如图7所示，由于气泡的一部分与开口端部35a的锥面相抵，因此能抑制气泡向上浮起。

－发明的效果－

如上所述，根据本发明，由于使用交变型电源33，因此能够使通孔35内不产生辉光放电，而是产生温度较低温的火花放电。由此，能够抑制通孔35的孔径扩大，其结果是能够稳定地进行放电。

根据第二方面的发明，由于使电压波形的每个周期中的正极侧和负极侧的比例相等，因此能够使两个电极31、32相同程度地进行氧化反应和还原反应。因此，能够抑制氧化反应所引起的电极对31、32的溶解，其结果是能够稳定地进行放电。

根据第三方面的发明，由于使电压波形为方波，因此与例如正弦波等相比，能够不受水的导电率的影响地产生放电。因此，能够稳定地进行放电。

根据第四方面的发明，由于使通孔35的一侧或两侧的开口端部35a呈朝外侧逐渐扩大的锥形，因此能够抑制通过向电极对31、32施加电压而在通孔35产生的气泡向上浮起。这样一来，能够使在通孔35形成的气泡长时间地停留在通孔35，其结果是能够更稳定地进行放电。

附图说明

图1是示出实施方式所涉及的贮水箱和水循环回路的管道系统图。

图2是示出实施方式所涉及的水处理部的图。

图3是示意地示出实施方式所涉及的水处理部的图。

图4是示出实施方式所涉及的放电单元的简要剖视图。

图5是示出实施方式所涉及的电压波形的图。

图6是扩大地示出实施方式所涉及的放电单元的一部分的图。

图7是扩大地示出实施方式所涉及的放电单元的一部分的图。

具体实施方式

下面，根据附图对本发明的实施方式进行详细的说明。需要说明的是，以下实施方式是本质上优选的示例，并没有意图对本发明、其应用对象或其用途的范围加以限制。

如图1所示，本发明的第一实施方式所涉及的水处理装置1a具备水循环回路1和贮水箱2。

上述贮水箱2中贮存有水(包括热水，以下相同)。水循环回路1、第一流路管6以及第二流路管7与贮水箱2相连接。

上述水循环回路1用于使贮水箱2内的水进行循环来搅拌该贮水箱2内的水。水管3、两个开关阀4、两个泵5、以及水处理部10连接在水循环回路1中。需要说明的是，水处理部10的详细结构后述。

上述水管3是水能够在内部流动的管。水管3的一端与贮水箱2的、在图中左侧的侧面相连接，而另一端与贮水箱2的、在图中右侧的侧面相连接。上述的两个泵5、两个开关阀4、以及水处理部10连接在水管3的中途。

上述开关阀4构成为能够将水管3的流路打开、关闭的阀。两个开关阀4中的一个开关阀4设置在水处理部10的水流入侧，另一个开关阀4设置在水处理部10的水流出侧。两个泵5中的一个泵5设置在贮水箱2和位于水处理部10的流入侧的开关阀4之间，另一个泵5设置在水处理部10和位于该水处理部10的流出侧的开关阀4之间。如果打开各开关阀4，水就会在水管3内部流动，另一方面，如果关闭各开关阀4，水就会停止在水管3内部流动。

－水处理部的结构－

如图2和图3所示，水处理部10用于将从水管3的流入部3a流入的水净化后使水从水管3的流出部3b流出。该水处理部10具备喷雾装置40、处理槽11、下游槽50以及多个放电单元30a、30b。水处理部10构成为：由喷雾装置40将从水管3流入的水供向处理槽11，在该处理槽11内利用由放电单元30a、30b产生的杀菌因子对水进行净化，并将净化后的水供向下游槽50，再使水从下游槽50流向水管3。

上述处理槽11是箱体状水槽，形成为俯视时近似长方形。具体而言，处理槽11是由下述部分形成的，即：底部12，其形成为俯视时近似长方形的平板；长壁部13，其形成为横向长度较长的、近似长方形的平板，且从底部12的两个长边分别向上方延伸；短壁部14a、14b，形成为纵向长度较长的、近似长方形的平板，且从底部12的两个短边分别向上方延伸。处理槽11的长度方向上的另一端侧(也就是说水的流出侧)的短壁部14b形成为其高度低于处理槽11的长度方向的一端侧(也就是说水的流入侧)的短壁部14a和长壁部13，从而形成流出口部17。

在上述处理槽11的内部，沿着该处理槽11的宽度方向按规定间隔布置有多个隔板15。各隔板15形成为横向长度较长的、近似长方形的平板，各隔板15沿着处理槽11的长度方向布置好，从而将该处理槽11的内部分隔成多个水道21a～22b。各隔板15由具有电绝缘性的材料形成。此外，在布置于后述的第一流路21和第二流路22中的隔板15上分别形成有沿着厚度方向贯穿该隔板15的孔部16。在上述处理槽11中，由各隔板15形成有从图2中的跟前侧起依序排列的第一水道～第四水道21a～22b。需要说明的是，在处理槽11中形成的水道21a～22b的数量是示例，能够根据水处理部10所净化的水量任意地改变水道21a～22b的数量。此外，隔板15构成本发明所涉及的分隔部件。

各水道21a～22b中，第一水道21a和第二水道21b配成一对而形成第一流路21，第三水道22a和第四水道22b配成一对而形成第二流路22。

如图4所示，上述多个放电单元30a、30b由第一放电单元30a和第二放电单元30b构成。在每一对上述水道21a、21b、22a、22b中各设置有一个放电单元30a、30b。

上述第一放电单元30a用于净化第一流路21中的水。第一放电单元30a具备：电极对31、32；与该电极对31、32相连接，用于向该电极对31、32施加规定的电压的高电压产生部33；以及形成有上述孔部16的隔板15。在隔板15上设有放电部件34。此外，第二放电单元30b用于净化第二流路22的水。由于第二放电单元30b的具体结构与上述第一放电单元30a相同，因此省略说明。

上述电极对31、32用于在水中产生放电，由火线侧的电极31和零线侧的电极32构成。电极31形成为扁平的板状，并且布置在第一水道21a中。电极31与高电压产生部33相连接。上述电极32形成为扁平的板状，并且布置在第二水道21b内。电极32与高电压产生部33相连接。电极31和电极32设置为相互大致平行。需要说明的是，这些电极31、32例如由耐腐蚀性较高的金属材料构成。

上述高电压产生部33由向电极对31、32施加规定的电压的电源构成。在本实施方式中，作为示例，如图5所示，高电压产生部33向电极对31、32施加具有正负交替的交变波形的电压。该交变波形(方波)的占空比(Duty)被调节为正极侧与负极侧的比例相等。需要说明的是，向电极对31、32施加的电压是示例，只要是交变型的电压即可，不局限于方波，也可以是正弦波等。

上述放电部件34是板状绝缘部件。放电部件34例如由陶瓷等电绝缘材料构成。需要说明的是，陶瓷为氮化铝、氮化硅或氧化铝。放电部件34布置为塞住形成在将第一水道21a和第二水道21b分隔开来的隔板15上的孔部16。在放电部件34的大致中央处形成有微小的放电孔35。放电孔35被设计为例如电阻成为几兆欧姆。该放电孔35构成电极31和电极32之间的电流路径。如所上述的放电孔35成为使电极对31、32之间的电流路径的电流密度上升的电流密度集中部。如图6所示，当电压施加在电极31和电极32上时，在放电部件34的放电孔35内，电流路径的电流密度上升，从而水因为焦耳热而汽化且形成气泡C。这样一来，电极31、32和水成为相同电位，气泡C与水之间的界面成为电极而产生放电(火花放电)。也就是说，在该放电中，由于上述电极31和电极32不会成为放电电极，因此能够抑制电极31、32因为放电而劣化。

上述喷雾装置40与水管3相连接，用于使从该水管3的流入部3a流入的水雾状喷出后供向处理槽11，该喷雾装置40构成本发明所涉及的绝缘部。喷雾装置40具备喷嘴集管41以及与各水道21a～22b相对应的多个喷雾嘴42。

上述喷嘴集管41形成为细长的管状，水管3连接在该喷嘴集管41的侧面，该喷嘴集管41用于使来自该水管3的水分流到各喷雾嘴42。

沿着喷嘴集管41的长度方向，按规定的间隔设置有多个上述喷雾嘴42。喷雾嘴42是与各水道21a～22b对应着设置的。在水管3中流动的水从流入部3a流入喷嘴集管41，以粒状(液滴)的形态从喷雾嘴42向着对应的水道21a～22b雾状喷出。此时，从喷雾嘴42雾状喷出的水成为粒状(液滴)，从而空气存在于各粒水之间(各液滴之间)，电阻上升。这样一来，从水管3的流入部3a流入的水与在处理槽11中流动的水之间成为电绝缘。需要说明的是，通过利用喷雾嘴42来将水雾状喷出，在水管3的流入部3a的水和处理槽11的水之间的电阻会达到几百兆欧姆以上。

上述下游槽50设置在上述处理槽11的水流出侧，用于供从该处理槽11流下来而成为水滴状的水流入。下游槽50形成为俯视时近似长方形的箱体，该下游槽50是由外壁部51围出一内部空间而形成的。下游槽50的外壁部51的高度与处理槽11的长壁部13和流入侧的短壁部14a的高度相同。水管3的流出部3b与下游槽50相连接。下游槽50和处理槽11由处理槽11的流出侧的短壁部14b分隔开来。由于该短壁部14b上设有流出口部17，因此在处理槽11内水满之前，贮存在处理槽11中的水就会决堤般地从流出口部17向着下游槽50的底部如瀑布那样流下来。此时，在流出口部17与下游槽50的底部或贮存在下游槽50的水的液面之间具有一定的高度。为此，处理槽11中的水在从流出口部17往下游槽50流下来时会成为水滴。向下游槽50流下来的水成为水滴(粒状或液滴状)，从而空气存在于各粒水之间(液滴之间)，电阻上升。这样一来，贮存在处理槽11中的水与在下游槽50中流动的水之间成为电绝缘。需要说明的是，处理槽11与下游槽50之间的电阻在几百兆欧姆以上。之后，在下游槽50中流动的水从水管3的流出部3b流出。需要说明的是，供从上述流出口部17成为粒状地流下来的水流入的下游槽50构成本发明所涉及的绝缘部。

－工作情况－

在本实施方式所涉及的水处理装置1a中，在水管3中流动的水在水处理部10被处理。

在水处理部10开始工作之前，将水循环回路1的开关阀4打开，贮水箱2的水在水管3中流动。在水管3中流动的水经由泵5从流入部3a流入喷嘴集管41内，并从喷雾嘴42向着各水道21a～22b雾状喷出，水贮存在处理槽11内。此时，由于雾状喷出的水成为粒状(液滴)，因此空气存在于在各液滴之间，从而电阻上升。为此，从水管3的流入部3a流入的水与在处理槽11中流动水之间成为电绝缘。

当水处理部10开始工作时，处理槽11内成为浸水状态。当从高电压产生部33向电极对31、32施加极性的比例相等的方波电压时，放电部件34的放电孔35的电流路径的电流密度上升。

一旦放电孔35内的电流路径的电流密度上升，放电孔35内的焦耳热就会变大。其结果是，在放电部件34中，在放电孔35内部和放电孔35的出入口附近，促进了水的汽化，从而形成作为气体相的气泡C。如图6所示，该气泡C覆盖了放电孔35的整个区域。在这样的状态下，气泡C作为阻止电极31与电极32之间经由水而导电的电阻发挥作用。这样一来，在电极31、32与水之间几乎不存在电位差，气泡C与水之间的界面成为电极。于是，在气泡C内会产生绝缘破坏，从而产生放电(火花放电)。

一旦在气泡C内如上述那样进行放电，在处理槽11内的水中就会产生杀菌因子(羟自由基等活性种)。需要说明的是，羟自由基构成本发明所涉及的杀菌因子。

之后，在处理槽11的各水道21a～22b中流动的水从流出口部17向下游槽50流下来。此时，由于从流出口部17向下游槽50流下来的水成为水滴，因此空气存在于各粒水之间(液滴之间)，从而电阻上升。这样一来，贮存在处理槽11中的水与在下游槽50中流动的水之间成为电绝缘。

－实施方式的效果－

根据上述实施方式，由于使用交变型的高电压产生部33，因此向电极对31、32施加的电压的正负每隔规定的时间就相互交替。因此，能够使放电孔35中不产生辉光放电，而是产生火花放电。也就是说，在向电极对31、32施加直流电的情况下，放电方式会随着电流增加而从火花放电转移到辉光放电，但是在本实施方式中，向电极对31、32施加的电压的正负在放电方式转移到辉光放电之前就会交替，因此能够使放电孔35内不产生辉光放电，而是持续地产生火花放电。这样一来，能够抑制辉光放电对放电孔35造成的热破坏，从而能够抑制放电孔35的孔径扩大。因此，能够稳定地进行放电。

此外，根据上述实施方式，由于使电压波形中的正极侧和负极侧的比例相等，因此能够使两个电极31、32相同程度地进行氧化反应和还原反应。因此，能够抑制氧化反应所引起的各电极31、32的溶解，其结果是能够稳定地进行放电。

此外，根据上述实施方式，由于使电压波形为方波，因此与例如正弦波等相比，能够不受水的导电率的影响地产生放电。因此，能够稳定地进行放电。

另外，根据上述实施方式，由于使在水管3和处理槽11之间流动的水滴下来，因此能够使空气存在于成为粒状的水(液滴)中的各粒水之间(各液滴之间)。这样一来，由于电阻上升，能够使在水管3中流动的水和在处理槽11中流动的水之间成为电绝缘。

另外，因为设置了喷雾装置40，所以能够使在水管3中流动的水雾状喷出后供向处理槽11。因此，能够使水成为粒状(液滴)并使空气存在于各粒水之间(各液滴之间)。这样一来，由于能够使电阻上升，因此能够使在水管3中流动的水和在处理槽11在中流动的水之间成为电绝缘。

而且，由于在处理槽11的水流出侧设置了用于使贮存在该处理槽11中的水以水滴状滴下来后贮存起来的下游槽50，因此能够使贮存在处理槽11中的水以水滴状滴下来并供向下游槽50。因此，能够使空气存在于水滴(粒状或液滴状)中的各水滴之间(各液滴之间)。由于这能够使电阻上升，因此能够使贮存在处理槽11中的水和在下游槽50的水流出侧的水通路3中流动的水之间成为电绝缘。

另外，由于向电极对31、32施加的电压的正负每隔规定的时间就相互交替，因此能够抑制金属等从各电极31、32析出。

最后，由于设置了第一水道～第四水道21a～22b，因此能够根据水道21a～22b的数量来调节在水处理装置1a中进行处理的水的量。

在上述实施方式中，放电部件34中的放电孔35的形状也可以是如图7所示的形状。也就是说，在图7所示的放电孔35中，该放电孔35两侧的开口端部35a呈朝外侧逐渐扩大的锥形。形成在放电孔35的气泡C有向上浮起的趋势，但在图7的型态下，气泡C的一部分与开口端部35a的锥面相抵而阻止气泡C向上浮起。因此，能够使在放电孔35形成的气泡C长时间地停留在放电孔35，其结果是能够更稳定地进行放电。需要说明的是，也可以不使放电孔35两侧的开口端部都成为锥形，而是只有一侧的开口端部35a成为锥形。

－产业实用性－

如上所述，本发明对于具有设在水中的电极对的放电单元是有用的。

－符号说明－

15隔板

31电极(火线侧)

32电极(零线侧)

33高电压产生部(电源)

35放电孔(通孔)

Claims (3)

1.一种放电单元，其特征在于具备：

交变型电源(33)；

电极对(31、32)，其设置在水中，电压自上述电源(33)施加在该电极对(31、32)上；以及

绝缘性隔板(15)，其在上述水中将上述电极对(31、32)分隔开来，在该隔板(15)上形成有构成上述电极对(31、32)之间的电流路径的微小通孔(35)，通过向上述电极对(31、32)施加电压而在上述通孔(35)中形成气泡并在该气泡内产生放电，

上述电源(33)每隔规定的时间使施加在上述电极对(31、32)上的电压的正负相互交替，来使施加在上述电极对(31、32)上的电压的正负在上述通孔(35)中产生的放电从火花放电转移到辉光放电之前交替。

2.根据权利要求1所述的放电单元，其特征在于：

上述电源(33)的电压波形是每个周期中的正极侧与负极侧的比例相等的波形。

3.根据权利要求1或2所述的放电单元，其特征在于：

上述电源(33)的电压波形是方波。