JP2008126107A - Purifier - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、湖沼、池などの水や一般家庭、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。 The present invention relates to a purification device used for purifying water such as lakes and ponds, water discharged from general households, various facilities, etc., and purifying gas discharged from factories and the like. Relates to a purification device for purifying a liquid or gas with plasma generated by discharge (hereinafter referred to as “discharge plasma”).
従来、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知られている。また、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知られている。 Conventionally, gas is turned into plasma by generating a discharge by applying a high voltage to the electrode in the gas, and a gas containing a harmful substance such as an organic solvent is introduced into the discharge plasma to decompose and remove the organic solvent in the gas. A purification method is known. In addition, by applying a high voltage to the electrode in the liquid to generate a discharge, the liquid is turned into plasma, and by the action of the discharge plasma, a highly reactive radical is generated in the liquid, and this is dissolved in the liquid for chemical reaction. A purification method is also known in which a liquid is purified by inducing a reaction or sterilizing.
この種の浄化装置として、筒状ケース内に放電極と、この放電極を取り囲むアース電極とが設けられるとともに、多数の金属片が封入されたものが提案されている(例えば特許文献1参照)。
浄化処理すべき流体を筒状ケースの一端より導入し、前記放電極に高電圧を印加すると、放電極とアース電極との間に多数の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。金属片が筒状ケースの全域に行き渡ることにより、筒状ケース内の随所で放電プラズマが発生する。この放電プラズマの作用により筒状ケース内に導入された流体は浄化処理される。
As this type of purification device, a device in which a discharge electrode and a ground electrode surrounding the discharge electrode are provided in a cylindrical case and a large number of metal pieces are enclosed has been proposed (see, for example, Patent Document 1). .
When a fluid to be purified is introduced from one end of the cylindrical case and a high voltage is applied to the discharge electrode, a large number of metal pieces are interposed between the discharge electrode and the ground electrode. Discharge occurs between and between the metal pieces. Discharge plasma is generated everywhere in the cylindrical case as the metal piece spreads over the entire area of the cylindrical case. The fluid introduced into the cylindrical case by the action of the discharge plasma is purified.
上記した構成の浄化装置では、処理すべき流体は筒状ケースの一端から導入して他端より導出させるので、筒状ケース内を一方向へ移動し、このため、流体の流量などが多いと金属片の一部が筒状ケース内の下流端に密集する。密集した金属片が各電極に接触すると、当該金属片の密集部は電気抵抗が小さく、電流が集中して流れるため、筒状ケース内のその他の領域で放電が起きにくくなり、浄化処理の効率が悪くなるという問題が生じる。 In the purification apparatus having the above-described configuration, the fluid to be processed is introduced from one end of the cylindrical case and led out from the other end, and therefore moves in one direction in the cylindrical case. A part of the metal pieces is concentrated at the downstream end in the cylindrical case. When dense metal pieces come into contact with each electrode, the dense parts of the metal pieces have low electrical resistance and current flows in a concentrated manner, making it difficult for discharge to occur in other areas of the cylindrical case, and the efficiency of the purification process Problem arises.
この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、気体や液体などの流体の流れや流量などに関係なく、流体が導入される全領域にわたって放電プラズマを発生させることにより、浄化処理すべき流体を効率よく浄化できる浄化装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and purifies the plasma by generating discharge plasma over the entire region where the fluid is introduced regardless of the flow or flow rate of the fluid such as gas or liquid. It is an object of the present invention to provide a purification device that can efficiently purify a fluid to be purified.
この発明による浄化装置は、放電により発生させたプラズマにより流体を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、前記流体通路には、互いに対向する放電極およびアース電極を備えたプラズマ発生装置が流体の流路に沿って複数配置されている。前記の各プラズマ発生装置には、前記放電極にそれぞれ決められたタイミングで高電圧を断続的に印加するための高電圧印加装置が接続されている。 The purification apparatus according to the present invention includes a purification processing unit that purifies a fluid with plasma generated by electric discharge, an introduction path that introduces a fluid to be processed into the purification processing unit, and a fluid that has been processed by the purification processing unit. A derivation path to be derived. The purification treatment section has at least one fluid passage, and a plurality of plasma generators each including a discharge electrode and a ground electrode facing each other are arranged in the fluid passage along the fluid flow path. Each of the plasma generators is connected to a high voltage application device for intermittently applying a high voltage to the discharge electrode at a predetermined timing.
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。 In the above-described configuration of the present invention, the “fluid” includes gas and liquid, and the plasma purification apparatus according to the present invention can be applied to liquid purification and gas purification.
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。浄化処理部の流体通路には、複数のプラズマ発生装置が流体の流路に沿って配置されているので、この流体通路を処理すべき流体が通過する際に、高電圧印加装置によってそれぞれのプラズマ発生装置に対し放電に必要な電圧を断続的に印加すると、プラズマ発生装置毎に放電極とアース電極との間で放電が繰り返し発生する。これにより、流体の流れなどに関係なく、浄化処理部の全域にわたって均一な放電プラズマが発生する。この放電プラズマの作用により浄化処理部に導入された流体は浄化処理され、処理済の流体は流体導出口から導出路へ導出される。 In the purification apparatus according to the present invention, the fluid to be processed is guided to the purification processing unit by the introduction path, and the fluid is purified by the plasma generated by the discharge in the purification processing unit. Since a plurality of plasma generators are arranged along the fluid flow path in the fluid passage of the purification processing section, when the fluid to be processed passes through the fluid passage, each plasma is generated by the high voltage application device. When a voltage necessary for discharge is intermittently applied to the generator, discharge is repeatedly generated between the discharge electrode and the ground electrode for each plasma generator. As a result, a uniform discharge plasma is generated over the entire region of the purification treatment unit regardless of the flow of the fluid. The fluid introduced into the purification processing unit by the action of the discharge plasma is purified, and the treated fluid is led out from the fluid outlet to the outlet path.
この発明の好ましい一実施態様においては、前記高電圧印加装置は、電源装置と、前記電源装置に接続される一次コイルおよび前記一次コイルとトランス結合し前記プラズマ発生装置の放電極に接続される二次コイルを含む複数の点火コイルと、前記の各一次コイルに流す電流を決められたタイミングでオン、オフ制御するスイッチとから成るものである。 In a preferred embodiment of the present invention, the high voltage application device includes a power supply device, a primary coil connected to the power supply device, and a transformer coupled to the primary coil and connected to the discharge electrode of the plasma generator. It comprises a plurality of ignition coils including a secondary coil, and a switch for controlling on / off of the current flowing through each primary coil at a predetermined timing.
この実施態様によると、一次コイルに電流が流れると、一次コイルは磁束を発生させ、この磁束が二次コイルを鎖交することによって二次コイルに電磁誘導による誘導起電力が発生する。二次コイルにおいて発生した高電圧が、プラズマ発生装置の放電極に達すると、アース電極との間に放電が発生し、この放電プラズマの作用により浄化処理部に導入された流体は浄化処理される。 According to this embodiment, when a current flows through the primary coil, the primary coil generates a magnetic flux, and this magnetic flux links the secondary coil to generate an induced electromotive force due to electromagnetic induction in the secondary coil. When the high voltage generated in the secondary coil reaches the discharge electrode of the plasma generator, a discharge is generated between the secondary electrode and the ground electrode, and the fluid introduced into the purification processing unit is purified by the action of the discharge plasma. .
この発明のさらに好ましい一実施態様においては、前記高電圧印加装置から各プラズマ発生装置の放電極への高電圧の印加を制御して放電発生のタイミングを制御する制御装置をさらに備えて成るものである。 In a further preferred embodiment of the present invention, the apparatus further comprises a control device for controlling the timing of discharge generation by controlling the application of a high voltage from the high voltage application device to the discharge electrode of each plasma generator. is there.
この実施態様によれば、流体通路を流れる流体の流量などに応じて、例えば、全てのプラズマ発生装置で一斉に放電を発生させたり、流体の流れる方向に沿って順次プラズマ発生装置で放電を発生させたりするなど、各プラズマ発生装置による放電発生のタイミングを制御することにより、浄化処理部に導入される浄化処理すべき流体に対してむらなく放電プラズマによる浄化処理を施すことができる。 According to this embodiment, according to the flow rate of the fluid flowing through the fluid passage, for example, all plasma generators generate discharges all at once, or the plasma generator sequentially generates discharges along the fluid flow direction. By controlling the timing of discharge generation by each plasma generator, such as by allowing the fluid to be purified to be introduced into the purification processing unit, the purification process using the discharge plasma can be performed evenly.
前記浄化処理部には、前記流体通路を流れる流体に空気を導入するための空気導入路が接続されている。この実施態様によれば、導入された空気が気泡となって流体通路を流れると、放電によって反応活性なオゾンやラジカルなどが生成するため、浄化処理機能が向上する。 An air introduction path for introducing air into the fluid flowing through the fluid passage is connected to the purification processing section. According to this embodiment, when the introduced air becomes bubbles and flows through the fluid passage, reactive ozone or radicals are generated by the discharge, so that the purification processing function is improved.
この発明によると、浄化処理部の流体通路には、複数のプラズマ発生装置が流体の流路に沿って配置されているので、流体の流れなどに関係なく、浄化処理部の全域にわたって均一な放電プラズマを発生させることができる。 According to the present invention, since a plurality of plasma generators are arranged along the fluid flow path in the fluid passage of the purification processing unit, a uniform discharge is obtained over the entire region of the purification processing unit regardless of the flow of the fluid. Plasma can be generated.
図1および図2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1は、水の浄化に用いているが、この発明はこれに限らず、水以外の液体、さらには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、浄化処理部2に配設される複数台(図示例では12台)のプラズマ発生装置5とを備えており、各プラズマ発生装置5にはパルス状の高電圧を印加するための高電圧印加装置7(図6に示す。)と、高電圧の印加を制御するための制御装置10(図6に示す。)とが接続されている。
1 and 2 show the configuration of a
Although the
The
前記導入路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Pに接続され、ポンプPは池より吸い上げた被処理水を導入路3へ送る。導出路4は処理済の水を池へ導く。
The
前記浄化処理部2は、ガラス製または合成樹脂製の箱状体20により構成されている。箱状体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へ導出するために、2枚の仕切り板27,28を並列に設けて3本の水流路21A〜21Cがそれぞれ形成されている。
The said
箱状体20の上面にはプラズマ発生装置5を浄化処理部2内に固定配置するための固定用ソケット25が各水流路21A〜21Cについてそれぞれ4個ずつ、1列、等間隔に整列配備されている。
On the upper surface of the box-
前記導入路3には、浄化処理部2内へ空気を送り込むための空気導入路22が設けられている。空気導入路22は、図3に示すように、図示しない送風機構に接続された導入管23と、1本の導入管23より分岐した3本の分岐管24A〜24Cを含んでいる。各分岐管24A〜24Cは、前記水流路21A〜21Cにそれぞれ導かれており、導入管23より各分岐管24A〜24Cへ導入された空気は多数の送気孔26により気泡となってそれぞれ水流路21A〜21Cに吐き出される。気泡が水流路21A〜21Cを流れるとき、放電によって反応活性なオゾンやラジカルなどが生成されるため、浄化処理作用が向上する。
The
図1および図2に戻って、浄化処理部2の各固定用ソケット25の位置には、放電によりプラズマを発生させ、浄化処理部2の内部を通過する水に対して放電プラズマによる浄化処理を施すための合計12台のプラズマ発生装置5がそれぞれ配備されている。これらのプラズマ発生装置5は、前記固定用ソケット25に後述する取付金具50のネジ部55を嵌合させることにより、1本の水通路21A〜21Cについてそれぞれ4台ずつ配置される。
Returning to FIGS. 1 and 2, plasma is generated by electric discharge at the position of each
プラズマ発生装置5は、この実施例では車両のエンジンなどに取り付けられる公知のスパークプラグが用いられ、図4に示すように、取付金具50と、先端部51aが突出するように取付金具50内に保持される絶縁碍子51と、先端部6aが絶縁碍子51の一端部51aから突出するように絶縁碍子51内に固定される放電極6と、放電極6と隙間を隔てて対向するアース電極60とを備えている。
In this embodiment, the
取付金具50は、例えば低炭素鋼などの導電性の鉄鋼材料により構成された筒状体からなり、この取付金具50の外周面には、前記固定用ソケット25に固定するための取付用ネジ部55が設けられている。
The
取付金具50の内部には、アルミナ(Al2O3)などの電気絶縁体からなる筒状の絶縁碍子51が固定されている。この絶縁碍子51の一端部51aは、取付金具50の一端部50aから突出し、他端部51bは、取付金具50の他端部50bから突出した状態となっている。絶縁碍子51の軸孔52には、放電極6および金属製のステム部53が固定されており、この放電極6とステム部53とは、詳細は省略するが、電気的に接続されている。ステム部53の一端部には端子部54が設けられており、この端子部54には、後述する点火コイル8の取付部84が装着される。
A
放電極6は円柱体であり、円柱体の、内材が例えばCuなどの熱伝導性に優れた金属材料により構成され、外材がNi基合金などの耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成されている。放電極6は絶縁碍子51によって取付金具50に対して絶縁保持され、放電極6の先端部6aには、レーザ溶接などによってイリジウム合金からなる円柱状のチップ6bが接合されている。
The
また、取付金具50の先端部50aには、アース電極60が接合されている。このアース電極60は、Niを主成分とするNi基合金により構成されており、その一端部60bが取付金具50に溶接され、他端部60aが放電極6の先端部6aと所定の空隙を有して対向している。
A
前記放電極6およびアース電極60は、この実施例では、図5に示すように、箱状体20の高さhの中央位置(h/2)に位置するように配備されている。
この実施例によると、上記した構成のプラズマ発生装置5によって放電極6とアース電極60との間で放電を発生させたとき、流体通路21A〜21Cの高さ方向に均一にプラズマが発生するので、各流体通路21A〜21Cを流れる被処理水を効率よく浄化処理できる。
In this embodiment, the
According to this embodiment, when the discharge is generated between the
前記高電圧印加装置7は、図6に示すように、前記の各プラズマ発生装置5に接続される複数台(図示例では12台)の点火コイル8と、電源装置70と、制御装置10とで構成される。電源装置70は、交流発電機71で発生させた交流電圧を整流器72およびレギュレータ73によって例えば12Vの直流電圧に変換した後、各点火コイル8に供給する。
As shown in FIG. 6, the high voltage applying device 7 includes a plurality of (12 in the illustrated example)
点火コイル8は、車両などのエンジンにおけるスパークプラグに用いられる公知のものであり、図7に示すように、同心円状に巻回した1次コイル81と2次コイル82とを備えた円筒部80と、この円筒部80の上端部に配設されたイグナイタ部83と、円筒部80の下端部に形成されたプラズマ発生装置5を取り付けるための取付部84とを有している。
前記浄化処理部2の上方には、図1および図2に示すように、全ての点火コイル8を支持するための支持基板100が水平に取り付けられ、この支持基板100の各ソケット25に対応する位置に、開設された支持孔101に点火コイル8の円筒部80をそれぞれ挿入することにより各点火コイル8が固定されている。
The
As shown in FIGS. 1 and 2, a
前記円筒部80は、図7に示すように、コイルケース85内に、1次コイル81、2次コイル82、および中心コア86を配設してなる。1次コイル81は、円筒状樹脂からなる1次スプール81aの外周面に絶縁被覆した1次ワイヤ81bを巻回してなり、前記2次コイル82は、円筒状樹脂からなる2次スプール82aの外周面に絶縁被覆された2次ワイヤ82bを1次ワイヤ81bよりも多い巻回数で巻回してなる。
2次コイル82は、1次コイル81の内周側に挿通されており、2次コイル82の内周側には、棒状金属からなる中心コア86が配設されている。1次コイル81に電流を流すことにより発生する磁束は、この中心コア86を通過することにより増大される。
As shown in FIG. 7, the
The
なお、1次コイル81は、円筒状の外周スプール87内に挿通されており、この外周スプール87は、コイルケース85内に挿通されている。
また、中心コア86と2次コイル82との間、2次コイル82と1次コイル81との間、1次コイル81と外周スプール87との間の各隙間には、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂が充填されている。
The
Further, an insulating resin such as an epoxy resin is provided in each gap between the
点火コイル8のコイルケース85の下端部には、プラズマ発生装置5に接続するための取付部84が形成されており、この取付部84に、プラズマ発生装置5の端子部54が嵌合される。取付部84には、プラズマ発生装置5と接触するコイルバネ88と、2次コイル82の一端(高圧側端部)と電気的に接続された高圧端子89とが配設されており、このコイルバネ88は、高圧端子89を介して2次コイル82の高電圧側端部と電気的に接続されている。
A mounting
点火コイル8のコイルケース85の上端部には、イグナイタ部83が設けられている。イグナイタ部83は、合成樹脂からなるイグナイタケース90内に、1次コイル81に電力を供給するイグナイタ91を配設して成るもので、イグナイタケース90内は、イグナイタ91を配設した状態で絶縁樹脂が充填されている。イグナイタ91は、後述する制御装置10からの制御信号によって動作するスイッチング素子などを用いた電力制御回路(図示せず。)を備えており、制御装置10から制御信号がイグナイタ91に送信されると、イグナイタ91におけるスイッチング素子がオン、オフ動作して1次コイル81に流れる電流が制御される。
An
1次コイル81に電流が流れると、1次コイル81は中心コア86を通過する磁束を発生させ、この磁束が2次コイル82を鎖交することによって2次コイル82に高電圧が誘導される。点火コイル8で発生した高電圧は、プラズマ発生装置5の端子部54を介して、絶縁碍子51の内部に配備された導電部を経由して放電極6に与えられ、これによりアース電極60との間にプラズマ放電が発生する。
When a current flows through the
前記イグナイタ部83は、3本の外部端子(図示せず。)が設けられたコネクタ部94を有している。この3本の外部端子は、それぞれ信号線を介して制御装置10と接続される制御信号入力用端子、外部アースに接続されるGND端子、電源装置70に接続される電源用端子であり、コネクタ部94を介してイグナイタ91と制御装置10および電源装置70とが電気的に接続される。
The
前記イグナイタ部83には、フランジ部92が突出形成され、このフランジ部92には、前記支持基板100に設けられたボルト孔102に螺合する締付ボルトを挿通させるためのボルト挿通穴93が形成されている。プラズマ発生装置5を接続した状態で点火コイル8を支持基板100の支持孔101に挿入し、前記フランジ部92のボルト挿入孔93および支持基板100のボルト孔102にボルトを挿通して、締め付けることにより点火コイル8が固定される。
The
図6に戻って、前記制御装置10は、各点火コイル8の1次コイル81の通電を制御するためのもので、発振回路11と制御信号発生回路12とから成る。制御信号発生回路12は、発振回路11からの発振信号Iを入力して、位相がずれた2種類の制御信号s1,s2を生成し、これらの制御信号s1,s2を各点火コイル8のイグナイタ91へそれぞれ出力する。
Returning to FIG. 6, the
前記制御信号発生回路12に発振回路11から矩形パルスの発振信号Iが与えられると、制御信号発生回路12は、所定のパルス幅、所定の周期の第1の制御信号s1(図8(1)に示す。)と、第1の制御信号s1と位相がずれた第2の制御信号s2(図8(2)に示す。)とを生成し、第1の制御信号s1を、12台の点火コイル8のうちの上流側より数えて1行目と3行目の各点火コイル8に出力するとともに、第2の制御信号s2を、2行目と4行目の各点火コイル8に出力する。第1,第2の各制御信号s1,s2は位相がそれぞれ180°ずれており、t秒経過する毎に第1の制御信号s1と第2の制御信号s2とが交互に立ち上がる。
When a rectangular pulse oscillation signal I is supplied from the
これらの制御信号s1,s2を受けて、各点火コイル8のイグナイタ91が1次コイル81への通電が制御されることにより、前記1行目と3行目の各点火コイル8に接続されたプラズマ発生装置5と前記2行目と4行目の各点火コイル8に接続されたプラズマ発生装置5とが交互に放電を繰り返し、浄化処理部2に導入される被処理水に対して均一に放電プラズマによる浄化処理を施すことができる。
In response to these control signals s1 and s2, the
なお、プラズマ発生装置5によって放電発生させるタイミングは、上記した構成に限らず、被処理水の流れる方向から見て1列目、2列目、3列目、4列目といったように、各行毎に順番にプラズマ発生装置5から放電を発生させるようにしてもよい。
また、前記制御装置10は、専用のハードウェア回路に限らず、プログラムされたコンピューターによっても実現できる。
Note that the timing of generating the discharge by the
The
上記した構成の浄化装置1において、導入路3から浄化処理部2に導入された被処理水は、浄化処理部2で各プラズマ発生装置5により発生させた放電プラズマにより浄化処理される。浄化処理部2の水流路21A〜21Cには、複数のプラズマ発生装置5が被処理水の流路に沿って整列配置されているので、この水流路21A〜21Cを被処理水が通過する際に、高電圧印加装置7によってそれぞれのプラズマ発生装置5に対し電圧が印加されると、各放電極6およびアース電極60との間で放電が発生する。これにより、被処理水の流れなどに関係なく、浄化処理部2の全域にわたって均一な放電プラズマが発生する。
この放電プラズマの作用により浄化処理部2に導入された被処理水は浄化処理され、処理済の水は浄化処理部2より導出される。
In the
The treated water introduced into the
1 浄化装置
2 浄化処理部
3 導入路
4 導出路
5 プラズマ発生装置
6 放電極
7 高電圧印加装置
8 点火コイル
10 制御装置
21A〜21C 水流路
22 空気導入路
60 アース電極
70 電源装置
81 1次コイル
82 2次コイル
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記高電圧印加装置から各プラズマ発生装置の放電極への高電圧の印加を制御して放電発生のタイミングを制御する制御装置をさらに備えて成る浄化装置。 The purification device according to claim 1 or 2,
A purification device further comprising a control device for controlling the timing of discharge generation by controlling application of a high voltage from the high voltage application device to the discharge electrode of each plasma generator.
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