CN106132879A - 液中放电装置 - Google Patents

Abstract

在液中放电装置中，一对电极布置在贮存槽的液体中并从交变型的电源接收交变电压，由此在布置于上述一对电极之间的液中的放电部产生液中放电。在上述一对电极(31、32)的表面部形成有确保了在上述放电部的液中放电的包覆体(31a、32a)。由此，一对电极(31、32)表面与处理槽内的液体的接触面积减小，从而一对电极(31、32)的消耗受到抑制。

Description

液中放电装置

技术领域

本发明涉及一种对液中放电装置的改进，特别涉及一种针对液中放电装置所具备的一对电极的消耗的对策。

背景技术

迄今为止，在水中产生放电来生成杀菌因子的水处理装置已为人所知。例如专利文献1中公开了这种水处理装置。专利文献1中的水处理装置对贮存在箱内的加湿用水进行净化。即，该水处理装置在贮存在箱内的水中产生放电，利用通过该放电来生成的羟自由基等杀菌因子，对箱内的水进行杀菌。

专利文献1：日本公开专利公报特开2011-092920号公报

发明内容

－发明要解决的技术问题－

然而，对上述液中放电装置而言，如果作为一对电极使用铂，就能够在不导致电极消耗的情况下良好地产生液中放电，然而铂的价格昂贵。

于是，可以考虑作为一对电极例如使用价格比铂低廉的钛等金属。但是，该方案存在以下缺点。例如，在进行水中放电时，在对一对电极之间施加交变电压的情况下，通常是将交变电压的基准值设为零并且将该交变电压的脉冲宽度(占空比)在正电压侧与负电压侧设为相等的脉冲宽度，然而实际上，有时还存在如下所述的情况，即：交变电压的基准值稍微向正电压侧或负电压侧偏移，或者交变电压的脉冲宽度(占空比)在正电压侧和负电压侧发生偏差。在这些情况下，存在如下所述的问题，即：在进行水中放电时，在一对电极的表面上分别发生氧化还原反应，因此在一电极侧从该电极材料向水中溶解的金属离子的溶解量增多，从而若长时间使用电极，则导致电极消耗。

本发明是鉴于上述问题而完成的。其目的在于：在液中放电装置中，即使使用铂以外的金属或其它材料作为一对电极的情况下，也抑制电极消耗。

－用以解决技术问题的技术方案－

为了达到上述目的，本发明的液中放电装置具备：交变型的电源33；布置在贮存槽11的液体中且从上述电源33接收交变电压的一对电极31、32；以及布置在上述一对电极31、32之间且在上述一对电源31、32之间的电流路径的中途产生液中放电的放电部36，在上述一对电极31、32的表面部形成有使液中放电能够在上述放电部36产生且抑制上述一对电极31、32的消耗的包覆体31a、32a、31b、32b、31c、32c。

在本发明中，在一对电极的表面部形成有包覆体。由此，在产生液中放电时，一对电极的与液体之间的接触面积减小，因此离子的从上述一对电极向液体中的溶解、电极的剥离等受到抑制，从而这些电极的消耗受到抑制。

本发明的特征在于，在上述液中放电装置的基础上，上述一对电极31、32由钛形成，上述包覆体31a、32a是由氧化钛形成的被膜。

特别是，在本发明中，一对电极由金属钛形成，包覆体是由将该钛氧化来形成的氧化钛构成的被膜。由此，该氧化钛被膜包覆钛电极的表面，在产生液中放电时，一对电极的、与液体之间的接触面积因氧化钛被膜的存在而减小，因此限制钛离子的从上述的一对钛电极向液体中的溶解，从而钛电极的消耗受到抑制。

本发明的特征在于，在上述液中放电装置的基础上，上述包覆体31b、32b由覆盖上述一对电极31、32的表面的导电性树脂形成。

在本发明中，包覆体由导电性树脂形成，该导电性树脂由覆盖一对电极的表面的例如导电性聚合物构成。由此，在产生液中放电时，一对电极的与液体之间的接触面积因该导电性树脂包覆体的存在而减小，因此离子的从一对电极向液体中的溶解等受到限制，从而上述一对电极的消耗受到抑制。

本发明的特征在于，在上述液中放电装置的基础上，上述一对电极31、32由碳纤维形成，上述包覆体31c、32c由浸渗到上述一对电极31、32的表面部的导电性树脂形成。

在本发明中，包覆体由浸渗到一对碳纤维电极的表面部的导电性树脂形成。由此，在产生液中放电时，因浸渗到碳纤维电极的表面部的导电性树脂的存在，一对碳纤维电极与液体之间的接触面积减小，因此，上述一对碳纤维电极的由热导致的剥离等受到抑制，上述一对碳纤维电极的消耗受到抑制。

本发明的特征在于，在上述液中放电装置的基础上，上述放电部36具备具有通孔35的绝缘性的隔板15，在上述隔板15的通孔35产生液中放电，从而对上述贮存槽11内的液体进行杀菌。

在本发明中，在放电部的隔板的通孔产生液中放电，因此在贮存槽内的液体中生成杀菌因子，从而对贮存槽内的液体进行杀菌。

－发明的效果－

如上述说明，根据本发明的液中放电装置，能够既确保放电部的良好的液中放电又能够通过在其电极表面上形成的包覆体来抑制上述一对电极的消耗。

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是一对电极的简要结构图。

图8是一对电极的变形例1的简要结构图。

图9是一对电极的变形例2的简要结构图。

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，下面的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、4、两个泵5、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、5、两个开关阀4、4、以及水处理部10连接在水管3的中途。

上述开关阀4、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、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、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、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、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将已从水处理部10的上游侧的水管3流入的水供向处理槽11，在该处理槽11内利用已由放电单元30a、30b生成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流向水处理部10的下游侧的水管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由下述部分形成，即：底部12，由俯视时近似长方形的平板形成；长壁部13、13，由横向长度较长的、近似长方形的平板形成，且从底部12的两个长边分别向上方延伸；短壁部14a、14b，由纵向长度较长的、近似长方形的平板形成，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的长度方向上的一端侧(也就是说水的流入侧)的短壁部14a和长壁部13、13，从而形成流出口部17。该处理槽11构成本发明的贮存槽。

在上述处理槽11的内部，沿着该处理槽11的宽度方向隔开规定间隔布置有多个隔板15。各隔板15由横向长度较长的近似长方形的平板形成，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、15上形成有开口部16，如图4所示。在上述处理槽11中，借助各隔板15形成有从图2中的跟前侧起依序排列的第一水道21a～第四水道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。

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；与上述电极对31、32相连接，用于向上述电极对31、32施加规定的电压的高电压产生部33；以及形成有上述的开口部16的隔板15。在隔板15上设有放电部件34。第二放电单元30b用于净化第二流路22中的水。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内。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。并且，电极31和电极32设置为相互大致平行。这些电极31、32例如由耐腐蚀性高的金属材料构成。

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。高电压产生部33构成本发明的交变型的电源。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、氧化锆或氧化铝。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分隔开的隔板15上的开口部16。在放电部件34的大致中央处形成有微小的通孔即放电孔35。放电孔35被设计为例如电阻达到几兆欧姆。该放电孔35构成电极31与电极32之间的电流路径。如上所述的放电孔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，构成如下所述的放电部36，即：当高电压产生部33的电压施加在一对电源31、32之间时，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水中放电(火花放电)。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，用于将从该水管3的流入部3a流入的水雾状喷出后供向处理槽11。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，隔开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雾状喷出后的水成为粒状(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的水与处理槽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，其是供从该处理槽11流下来而成为水滴状的水流入的水槽。下游槽50由俯视时近似长方形的箱体形成，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与处理槽11之间由处理槽11的流出侧的短壁部14b分隔开。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内的水的液面之间具有规定的高度。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。

―电极的结构―

图7示出一电极31周围的结构。需要说明的是，另一电极32周围的结构也是相同的，关于该电极32的结构，在该图7中加括号予以表示。在图7中，电极31由金属构成，例如电极31由钛构成。在该钛电极31的表面部形成有使该钛电极31的表面氧化而形成的氧化钛即氧化膜31a。如果将该氧化膜31a形成为厚度比较厚，则钛电极31的整个表面完全被包覆，从而钛电极31成为完全的绝缘体，从而在处理槽11的水中未形成电流路径，不能进行水中放电，因此使氧化膜31a的厚度较薄，该厚度为能够进行水中放电的程度的厚度。

－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、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被雾状喷出，水贮存在处理槽11内。此时，由于雾状喷出后的水成为粒状(液滴)，因此空气存在于各液滴之间，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中流动的水之间成为电绝缘。

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的内部和放电孔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变为覆盖放电孔35的整个区域的状态。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内的水中就会生成杀菌因子(羟自由基等活性种)。

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。

―实施方式的作用和效果―

如上所述，将一对钛电极31、32的钛氧化膜31a、32a形成得较薄，其厚度为能够在处理槽11内进行水中放电的程度的厚度。由此，在处理槽11内的一对钛电极31、32与水之间的电阻比形成在放电孔35内的气泡C的电阻还低，因此在放电孔35的气泡C产生绝缘破坏，从而在放电孔35进行水中放电。

此外，高电压产生部33是交变型电源，因此向电极对31、32施加的电压的正负会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。即，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。此时，在处于例如高电压产生部33的基准电位不是期望的零电位而是向正电位侧或负电位侧偏移的状态这样的情况、来自交变电源33的电位的脉冲宽度的值在正电位侧与负电位侧不同这样的情况下，来自一电极31、32的钛金属离子的溶解会增多，但是在钛电极31、32表面存在氧化膜31a、32a，从而在处理槽11内，钛电极31、32与水的接触面积减小。由此，限制钛金属离子的从钛电极31、32表面向水中的溶解，因此钛电极31、32的消耗量较小，从而能够在较长时间内良好地维持钛电极31、32，能够较长地推迟钛电极31、32的更换时期。

除此之外，在进行水中放电时的电等效电路中，氧化膜31a、32a作为静电电容发挥作用的情况下，该静电电容与氧化膜31a、32a的表面积成正比，且与氧化膜31a、32a的厚度成反比，因此通过调整其表面积、厚度，能够调节水中放电的放电电路特性。

<电极和包覆体的变形例1>

图8中示出一对电极31、32及它们表面的包覆体的变形例1。

在上述实施方式中，由金属钛构成了电极31、32且由氧化钛(氧化膜)31a、32a构成了包覆体，但是在本变形例中，电极为钛电极这一点与上述实施方式相同，但是由能够在放电孔35产生液中放电的导电性树脂31b、32b构成了覆盖一对钛电极31、32的表面的包覆体。

由此，在本变形例中，包覆体由能够在放电孔35产生液中放电的导电性树脂31b、32b形成，因此能够良好地确保处理槽11中的水中放电。而且，钛电极31、32的表面被导电性树脂31b、32b包覆，因此在处理槽11内钛电极31、32与水的接触面积减小，从而从钛电极31、32表面向水中的溶解的钛金属离子减少，从而能够降低钛电极31、32的消耗。

<电极和包覆体的变形例2>

图9中示出一对电极31、32及它们表面的包覆体的变形例2。

在本变形例2中，由碳纤维构成了一对电极31、32且由如下所述的树脂31c、32c构成了包覆体，其中，所述树脂31c、32c浸渗到上述一对电极31、32的表面，浸渗的量是能够在放电孔35产生液中放电的程度的量。

由此，在本变形例中，在处理槽11进行水中放电之际，即使存在浸渗到一对碳纤维电极31、32的表面的树脂31c、32c，也能够良好地在放电孔35产生液中放电。而且，因浸渗到一对碳纤维电极31、32的表面的树脂31c、32c，在处理槽11内碳纤维电极31、32与水的接触面积减小，因此能够限制因在碳纤维电极31、32表面与水之间的氧化还原反应而电极31、32表面发热导致成为粉状的炭后从电极31、32表面剥离。由此，降低碳纤维电极31、32消耗，从而能够较长地推迟碳纤维电极31、32的更换时期。

(其它实施方式)

在以上说明中，水处理部10通过在贮存于处理槽11内的水中产生火花放电来生成了杀菌水，但是在本发明中，产生放电的介质并不限于水，其还可以是其它液体。

－产业实用性－

综上所述，本发明对于具有设置在液体中的电极对的液中放电装置有用。

－符号说明－

11 处理槽(贮存槽)

15 隔板

31、32 电极

33 高电压产生部(交变型的电源)

35 放电孔(通孔)

31a、32a 氧化膜(包覆体)

31b、32b 导电性树脂(包覆体)

31c、32c 树脂(包覆体)

36 放电部

Claims (5)

1.一种液中放电装置，其特征在于：具备：

交变型的电源(33)；

布置在贮存槽(11)的液体中且从上述电源(33)接收交变电压的一对电极(31、32)；以及

布置在上述一对电极(31、32)之间且在上述一对电源(31、32)之间的电流路径的中途产生液中放电的放电部(36)，

在上述一对电极(31、32)的表面部形成有使液中放电能够在上述放电部(36)产生且抑制上述一对电极(31、32)的消耗的包覆体(31a、32a、31b、32b、31c、32c)。

2.根据权利要求1所述的液中放电装置，其特征在于：

上述一对电极(31、32)由钛形成，

上述包覆体(31a、32a)是由氧化钛形成的被膜。

3.根据权利要求1所述的液中放电装置，其特征在于：

上述包覆体(31b、32b)由覆盖上述一对电极(31、32)的表面的导电性树脂形成。

4.根据权利要求1所述的液中放电装置，其特征在于：

上述一对电极(31、32)由碳纤维形成，

上述包覆体(31c、32c)由浸渗到上述一对电极(31、32)的表面部的导电性树脂形成。

5.根据权利要求1到4中任一项所述的液中放电装置，其特征在于：

上述放电部(36)具备具有通孔(35)的绝缘性的隔板(15)，

在上述隔板(15)的通孔(35)产生液中放电，从而对上述贮存槽(11)内的液体进行杀菌。