JP2005305293A - 浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化処理すべき気体や液体が導入される通路の全域にわたって放電を発生させることを可能とし、浄化処理の効率化と低電圧化および低電力化とを実現する。
【解決手段】浄化装置１は、水を放電により発生させたプラズマにより浄化処理する浄化処理部２と、浄化処理部２へ被処理水を導入する導入路３と、浄化処理部２より処理済の水を導出させる導出路４とを備える。浄化処理部２は水通路２１を有し、水通路２１の上流および下流の各位置に水の通過が可能な塞ぎ板２２，２３を設けて放電処理室２５が形成されている。放電処理室２５には、放電極５と、放電極５に対向するアース電極５０とが設置されるとともに、多数の金属片６が電極５，５０間に介在するように塞ぎ板２２，２３によって閉じ込められている。放電極５およびアース電極５０にはパルス状の高電圧を印加する高電圧発生回路９０が接続されている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、湖沼や池などの水、一般家庭や各種施設から排出される水などを浄化したり、工場などから排出されるガスを浄化したりするのに用いられる浄化装置に関し、特にこの発明は、放電により発生させたプラズマ（以下「放電プラズマ」という。）によって液体や気体を浄化処理する浄化装置に関する。

近年、気体中で電極に高電圧をかけて放電を発生させることにより気体をプラズマ化し、その放電プラズマの中に有機溶剤などの有害物質を含む気体を導入して気体中の有機溶剤を分解除去するという浄化方法が提案されている。
一方、液体中で電極に高電圧をかけて放電を発生させることにより液体をプラズマ化し、その放電プラズマの作用により液体中に反応性の強いラジカルを生じさせ、これを液体中に溶け込ませて化学反応を誘起したり殺菌を行ったりして液体を浄化するという浄化方法も提案されている。

この種の浄化方法を実施するのに、従来、放電極として針状やとげ状の放電極を用い、この放電極に対向させて平板状のアース電極を配置した装置や、前記放電極を取り囲むようにしてダクト状のアース電極を配置した装置などが提案されている（例えば特許文献１参照）。前記放電極に高電圧を印加して放電を発生させると、例えば排気ガスを導入するダクト内の通路がプラズマ状態になり、この通路に導入される排気ガス中に含まれる有害物質が分解されて除去される。

特開平３−２７５１１９号公報

しかしながら、上記した電極構造では、浄化処理すべき気体や液体が導入される通路の全域にわたって放電を発生させるのが困難であり、浄化処理の効率が悪いという問題がある。また、液体中ではスパークを伴った放電を発生させるため、放電極にかなりの高電圧をかける必要があり、さらに、スパークによる大きな電流が流れるため、電力消費が著しく、コスト高となり、これが装置実用化のための障害となっている。

この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、浄化処理すべき気体や液体が導入される通路の全域にわたって放電を発生させることを可能とし、浄化処理の効率化と低電圧化および低電力化とを実現した浄化装置を提供することを目的とする。

この発明による浄化装置は、流体を放電により発生させたプラズマにより浄化処理する浄化処理部と、前記浄化処理部へ処理すべき流体を導入する導入路と、前記浄化処理部より処理済の流体を導出させる導出路とを備えたものである。前記浄化処理部は、少なくともひとつの流体通路を有し、前記流体通路の上流および下流の各位置には流体の通過は許容する塞ぎ板をそれぞれ設けて放電処理室が形成されている。前記放電処理室には、放電極と、放電極に対向するアース電極とが設置されるとともに、多数の金属片が電極間に介在するように前記塞ぎ板によって閉じ込められている。放電極およびアース電極にはパルス状の高電圧を印加する高電圧発生回路が接続されている。

この発明の上記した構成において、「流体」には気体および液体が含まれるもので、この発明によるプラズマ浄化装置は液体の浄化にも気体の浄化にも適用できる。
「金属片」は鉄やアルミニウムなどを用いることができ、その形状は定形であると不定形であるとを問わないが、放電処理室内を移動し得る程度の大きさおよび重量であることが望ましい。好ましい実施態様においては、金属片として金属材を切削することにより生ずる削り屑を用いる。

この発明による浄化装置において、処理すべき流体は導入路によって浄化処理部に導かれ、浄化処理部で流体は放電により発生させたプラズマにより浄化処理される。浄化処理部の放電処理室において、放電極にパルス状の高電圧が印加されると、放電極とアース電極との間に金属片が介在しているので、電極と金属片との間および金属片と金属片との間に放電が発生する。金属片が放電処理室の全域に行き渡ると、放電が随所で発生し、放電処理室の全域にわたって放電プラズマが発生する。この場合、電極と金属片との間および金属片と金属片との間は微小な間隙であるので、金属片が介在しない場合と比較して低電圧でよく、また放電により流れる電流も小さいので、消費電力は小さい。放電処理室は塞ぎ板で塞がれているので、金属片が流出することはない。処理済の流体は導出路によって浄化処理部より導出される。

前記浄化処理部には種々の形態があるが、その一は、内部が流体通路になっている複数本の筒状ケースを並列に設けて前記浄化処理部が構成されており、各筒状ケースの流体通路の上流および下流の各位置には塞ぎ板をそれぞれ設けて複数の放電処理室が形成されている。

その二は、ケース体の内部に複数の流体通路を並列に設けて前記浄化処理部が構成されており、各流体通路の上流および下流の各位置には塞ぎ板をそれぞれ設けて複数の放電処理室が形成されている。

この発明の好ましい一実施態様においては、前記浄化処理部は、水を浄化処理するものであり、浄化処理部の上部に処理すべき水を導入する導入路が接続され、浄化処理部の下部に処理済の水を導出する導出路と空気を導入するための空気導入路とが接続されている。
この実施態様によると、導入された空気は気泡となって放電処理室を上昇するので、気泡によって金属片が押し上げられて行き渡り、放電処理室の下部に金属片が堆積することはない。

この発明の他の好ましい実施態様においては、前記浄化処理部は、水を浄化処理するものであり、浄化処理部の下部に処理すべき水を導入する導入路が接続され、浄化処理部の上部に処理済の水を導出する導出路が接続されている。
この実施態様によると、浄化処理部の下部より処理すべき水を導入して浄化処理部の上部より導出させるので、水は放電処理室を下から上に移動するため、金属片は水流により押し上げられて行き渡り、放電処理室の下部に金属片が堆積することはない。

この発明によると、浄化処理部の放電処理室に多数の金属片を電極間に介在するように装填されているので、浄化処理すべき気体や液体が導入される放電処理室の全域にわたって放電を発生させることができ、浄化処理の効率を上げることができる。また、放電極とアース電極との間において電極と金属片との間および金属片と金属片との間に放電が発生するので、金属片が介在しない場合と比較して低電圧でよく、また放電により流れる電流も小さく、低電圧化と低電力化とを実現できる。

図１は、この発明の一実施例である浄化装置１の構成を示している。
図示例の浄化装置は、水の浄化に用いられるが、この発明はこれに限らず、気体の浄化にも適用できる。
図示例の浄化装置１は、被処理水を放電プラズマにより浄化処理する浄化処理部２と、この浄化処理部２へ被処理水を導入する導入路３と、浄化処理部２より処理済の水を導出させる導出路４とを備えている。導入路３および導出路４は合成樹脂製パイプや金属製パイプをもって構成される。導入路３はポンプ９に接続されている。ポンプ９は池より水を吸い上げて被処理水を導入路３へ送る。導出路４は処理済の水を池へ導く。

前記浄化処理部２は、ガラス製または合成樹脂製の筒状ケース２０により構成されている。筒状ケース２０の内部は導入路３より導入された被処理水を通過させて導出路４へ導出する水通路２１になっている。筒状ケース２０の上端および下端の各開口は塞ぎ板２２，２３により塞がれ、放電処理室２５が形成されている。各塞ぎ板２２，２３には導入路３および導出路４を構成するパイプの挿入孔２４が形成してある。

前記放電処理室２５には、筒状ケース２０の中心を通る棒状の放電極５と、筒状ケース２０の内周面に沿うアース電極５０とが設けられている。アース電極５０は接地される。放電極５はステンレス棒をもって構成され、また、アース電極５０はステンレスメッシュをもって構成されている。放電処理室２５には多数の金属片６が電極５，５０間に介在するように塞ぎ板２２，２３により閉じ込められている。この実施例では金属片６として鉄などの金属材を切削することにより生じる削り屑を用いているが、薄い金属板を任意の形状に破断したものなどを用いてもよい。放電極５およびアース電極５０にはパルス状の高電圧を印加する高電圧発生回路９０が接続されている。
なお、高電圧発生回路９０は、図示していないが、商用電源入力をトランスにより例えば１０〜２０ｋＶに昇圧し、整流回路および平滑回路を経て得られた直流電圧を機械スイッチによって所定の周波数（例えば２４０ヘルツ）のパルス状の高電圧を生成するものである。

この実施例では、単一の筒状ケース２０をもって浄化処理部２を構成しているが、図２に示すように、複数本（図示例では５本）の筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅを並列に設けて浄化処理部２を構成してもよい。各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの内部は水通路２１Ａ〜２１Ｅとなっており、各水通路２１Ａ〜２１Ｅの上流および下流の各位置、すなわち、筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの上端および下端の各開口部にそれぞれ通水性のある塞ぎ板２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｅを設けて放電処理室２５Ａ〜２５Ｅを形成している。
なお、各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅの構成は図１に示した実施例と同様であり、ここでは放電処理室２５Ａについて、対応する構成に同じ符号を付することで説明を省略する。

各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの上端の開口部は浄化処理部２へ被処理水を導入するための導入路３に連通している。また、各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの下端の開口部は浄化処理部２より処理済の水を導出するための導出路４に連通している。

前記導入路３は、図示しないポンプに接続される導入管３０と、導入管３０より分岐した分岐管３１Ａ〜３１Ｅとから成る。前記導入管３０はポンプによって池より吸い上げられた被処理水を分岐管３１Ａ〜３１Ｅへ導き、各分岐管３１Ａ〜３１Ｅは各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅへ被処理水をそれぞれ導く。

前記導出路４は、各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの下端開口部に接続される接続管４１Ａ〜４１Ｅと、各接続管４１Ａ〜４１Ｅに連通する導出管４０とから成る。導出管４０は処理済の水を池へ導く。
各接続管４１Ａ〜４１Ｅには、各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅへ下方より空気を送り込むための空気導入路７Ａ〜７Ｅが接続されている。各空気導入路７Ａ〜７Ｅは図示しない送風機構に接続されており、各空気導入路７Ａ〜７Ｅより各接続管４１Ａ〜４１Ｅへ導入された空気は気泡となって各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅまで上昇して金属片６を押し上げる。金属片６は気泡の作用により放電処理室２５Ａ〜２５Ｅの内部に行き渡り、下部に堆積することがない。

図３は、浄化装置１の他の実施例を示すもので、箱状のケース体８の内部に複数本の金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅを並列に設けて浄化処理部２を構成したものである。
この実施例では、各金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅの内部は下から上への水通路２１Ａ〜２１Ｅになっており、各水通路２１Ａ〜２１Ｅの上流および下流の各位置、すなわち、各金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅの下方位置に共通する通水性のある塞ぎ板２２を設け、各金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅの上端開口部に個別の通水性のある塞ぎ板２３Ａ〜２３Ｅを設けて放電処理室２５Ａ〜２５Ｅを形成している。各金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅはステンレス製であり、後述するアース電極５０Ａ〜５０Ｅを兼ねるものである。

各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅは、金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅの中心をそれぞれ通る放電極５Ａ〜５Ｅを備えている。各放電極５Ａ〜５Ｅはステンレス棒をもって構成されている。各金属パイプ８０Ａ〜８０Ｅは接地され、アース電極５０Ａ〜５０Ｅを兼ねている。各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅには金属材の削り屑より成る多数の金属片６が放電極５Ａ〜５Ｅとアース電極５０Ａ〜５０Ｅとの間に介在するように塞ぎ板２２，２３Ａ〜２３Ｅにより閉じ込められている。各放電極５Ａ〜５Ｅおよびアース電極５０Ａ〜５０Ｅにはパルス状の高電圧を印加する高電圧発生回路９０が接続されている。
なお、図中、８１はケース体８の上面開口を塞ぐ透明ガラス製の蓋である。

ケース体８の内部には、浄化処理部２の下方に被処理水を浄化処理部２に導入するための導入空間３２と、浄化処理部２の上方に処理済の水を浄化処理部２より導出させるための導出空間４２とが形成されている。
ケース体８の下部位置には前記導入空間３２に連通する導入管３３が設けてある。ケース体８の上部位置には前記導出空間４２に連通する導出管４３が設けてある。前記導入管３３と導入空間３２とは浄化処理部２へ被処理水を導入するための導入路３を構成し、前記導出管４３と導出空間４２とは浄化処理部２より処理済の水を導出するための導出部４を構成する。

前記導入管３３には図示しないポンプによって池より吸い上げられた被処理水が送り込まれ、導出口４３へは処理済の水が送り出されて池へ導かれる。この実施例では、被処理水は水通路２１Ａ〜２１Ｅを下から上へ通過させるので、金属片６は水流により押し上げられて放電処理室２５Ａ〜２５Ｅの内部に行き渡り、下部に堆積することがない。
なお、図中、８２は金属片６を補給するための補給口であり、８３はケース体８内の清掃時に水を流出させるための水流出口である。

図４は、浄化装置のさらに他の実施例を示している。
図示例の浄化装置は、複数本の筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅを並列に設けて浄化処理部２を構成している。各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの内部は下から上への水通路２１Ａ〜２１Ｅになっており、各水通路２１Ａ〜２１Ｅの上流および下流の各位置、すなわち、筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの下端および上端の各開口部にそれぞれ通水性のある塞ぎ板２２Ａ〜２２Ｅ，２３Ａ〜２３Ｅを設けて放電処理室２５Ａ〜２５Ｅを形成している。
なお、各放電処理室２５Ａ〜２５Ｅの構成は図１や図２に示した実施例と同様であり、ここでは放電処理室２５Ｅについて、対応する構成に同様の符号を付することで説明を省略する。

各筒状ケース２０Ａ〜２０Ｅの下端および上端にはＴ字状の連結管３４Ａ〜３４Ｅ、４４Ａ〜４４Ｅがそれぞれ連結されている。
下方の各連結管３４Ａ〜３４Ｅは中継管３５を介して一連に連結され、被処理水を導入するために導入管３６に連通させている。前記導入管３６、連結管３４Ａ〜３４Ｅ、および中継管３５は被処理水の導入路３を構成する。
上方の各連結管４４Ａ〜４４Ｅは中継管４５を介して一連に連結され、処理済の水を導出するための導出管４６に連通させている。前記導出管４６、連結管４４Ａ〜４４Ｅ、および中継管４５は処理済の水の導出路４を構成する。
なお、図中、８３Ａ〜８３Ｅは金属片６を補給するための補給口、８４Ａ〜８４Ｅは消耗した金属片６を回収するための回収口である。

図１に示す浄化装置において、被処理水は導入路３によって浄化処理部２に導かれ、浄化処理部２の放電処理室２５において放電プラズマにより浄化処理される。前記放電処理室２５では、放電極５に高電圧発生回路９０によってパルス状の高電圧が印加されるが、放電極５とアース電極５０との間に多数の金属片６が介在しているので、放電極５とアース電極５０との間において、電極５，５０と金属片６との間および金属片６と金属片６との間に放電が発生する。金属片６が放電処理室２５の全域に行き渡るとき、放電は放電処理室２５内の随所で発生し、放電処理室２５の全域にわたって放電プラズマが発生する。この場合、電極５，５０と金属片６との間および金属片６と金属片６との間は微小な間隙であるので、金属片６が介在しない場合と比較して低電圧でよく、また放電により流れる電流も小さいので、消費電力は小さい。放電処理室２５は塞ぎ板２２，２３で塞がれているので、金属片６が流出することはない。処理済の水は導出路４によって浄化処理部２より導出される。
上記した作用は、図２〜図４の各実施例においても同様である。

この発明の一実施例である浄化装置の縦断面図である。 他の実施例の一部を破断した正面図である。 他の実施例の断面図である。 他の実施例の一部を破断した正面図である。

符号の説明

１ 浄化装置
２ 浄化処理部
３ 導入路
４ 導出路
５ 放電極
６ 金属片
７Ａ〜７Ｅ 空気導入路
２２，２２Ａ〜２２Ｅ，２３，２３Ａ〜２３Ｅ 塞ぎ板
２５，２５Ａ〜２５Ｅ 放電処理室
５０ アース電極
９０ 高電圧発生回路

Claims (6)

1. 流体を放電により発生させたプラズマにより浄化処理する浄化処理部と、前記浄化処理部へ処理すべき流体を導入する導入路と、前記浄化処理部より処理済の流体を導出させる導出路とを備え、前記浄化処理部は、少なくともひとつの流体通路を有し、前記流体通路の上流および下流の各位置には流体の通過は許容する塞ぎ板をそれぞれ設けて放電処理室が形成され、前記放電処理室には、放電極と、放電極に対向するアース電極とが設置されるとともに、多数の金属片が電極間に介在するように前記塞ぎ板によって閉じ込められており、放電極およびアース電極にはパルス状の高電圧を印加する高電圧発生回路が接続されて成る浄化装置。
2. 前記浄化処理部は、内部が流体通路になっている複数本の筒状ケースを並列に設けて構成されており、各筒状ケースの流体通路の上流および下流の各位置には塞ぎ板をそれぞれ設けて複数の放電処理室が形成されている請求項１に記載された浄化装置。
3. 前記浄化処理部は、ケース体の内部に複数の流体通路を並列に設けて構成されており、各流体通路の上流および下流の各位置には塞ぎ板をそれぞれ設けて複数の放電処理室が形成されている請求項１に記載された浄化装置。
4. 前記浄化処理部は、水を浄化処理するものであり、浄化処理部の上部に処理すべき水を導入する導入路が接続され、浄化処理部の下部に処理済の水を導出する導出路と空気を導入するための空気導入路とが接続されている請求項１〜３のいずれかに記載された浄化装置。
5. 前記浄化処理部は、水を浄化処理するものであり、浄化処理部の下部に処理すべき水を導入する導入路が接続され、浄化処理部の上部に処理済の水を導出する導出路が接続されている請求項１〜３のいずれかに記載された浄化装置。
6. 前記金属片は、金属材を切削することにより生ずる削り屑である請求項１に記載された浄化装置。

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