JP2010274167A - Water treatment apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、上水、下水、排水等に含有される有機物や微生物を、放電により発生するラジカル、オゾン等の活性種を利用して分解処理する水処理装置に関する。 The present invention relates to a water treatment apparatus for decomposing organic substances and microorganisms contained in clean water, sewage, waste water, and the like by using active species such as radicals generated by discharge and ozone.
従来から、上水、下水、産業排水、プールなどの分野で、水中の有機物の酸化分解、殺菌、脱臭等の処理のためにオゾンが用いられてきた。しかしオゾンは酸化力が弱く、親水化、低分子化はできても無機化することはできない。また、ダイオキシン等の難分解性有機物は分解できない。 Conventionally, ozone has been used for treatments such as oxidative decomposition, sterilization, and deodorization of organic substances in water in fields such as clean water, sewage, industrial wastewater, and pools. However, ozone has a weak oxidizing power and cannot be mineralized even if it can be made hydrophilic and low molecular. In addition, hardly decomposable organic substances such as dioxins cannot be decomposed.
そこで、処理能力を向上させるために、放電によりオゾンを発生させるとともに、オゾンより酸化力が強いOHラジカルやOラジカル等を発生させ、このオゾンおよびラジカルを含む放電空間に被処理水を曝すことによって、オゾンだけでなく、ラジカルによっても酸化処理を行うようにした水処理装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Therefore, in order to improve the treatment capacity, ozone is generated by discharge, and OH radicals, O radicals, etc., which have stronger oxidizing power than ozone are generated, and the water to be treated is exposed to a discharge space containing the ozone and radicals. A water treatment apparatus has been proposed in which oxidation treatment is performed not only by ozone but also by radicals (see, for example, Patent Document 1).
上述した水処理装置においては、パルスパワー発生装置を用いて、プラズマ放電の一種であるストリーマ放電を発生させている。具体的には、コンデンサに蓄えられた電荷を瞬間的に放電させることによってパルス状の高電圧(以降、これを「高電圧パルス」という)を発生させ、この高電圧パルスを所定の間隔を隔てて配置された電極間に印加することにより、ストリーマ放電を発生させている。 In the water treatment apparatus described above, streamer discharge, which is a kind of plasma discharge, is generated using a pulse power generator. Specifically, a pulsed high voltage (hereinafter referred to as “high voltage pulse”) is generated by instantaneously discharging the charge stored in the capacitor, and the high voltage pulse is separated at a predetermined interval. The streamer discharge is generated by applying between the electrodes arranged in the same manner.
発明者らは、上述したパルスパワー発生装置として、トリガトロンギャップスイッチとパルストランスを組み合わせた装置を用い、コンデンサに充電された電荷をトリガトロンギャップスイッチによって放電させ、出力された高電圧パルスを更にパルストランスにより昇圧させていた(非特許文献1参照)。 The inventors use a device combining a trigger tron gap switch and a pulse transformer as the pulse power generation device described above, and discharge the electric charge charged in the capacitor by the trigger tron gap switch, and further output the high voltage pulse output. The voltage is boosted by a pulse transformer (see Non-Patent Document 1).
しかし、上述した従来のパルスパワー発生装置は水処理装置のエネルギー効率が低い、すなわち、コンデンサに投入される充電エネルギーに対して被処理水中の有機物等を分解できる割合が低いため、エネルギー効率の改善が要望されていた。 However, the above-described conventional pulse power generator has low energy efficiency of the water treatment device, that is, the ratio of decomposing organic substances in the water to be treated is low with respect to the charging energy input to the capacitor, thus improving the energy efficiency. Was requested.
本発明は、かかる事情に鑑みて成されたもので、エネルギー転送効率に優れたパルスパワー発生装置を採用することにより、エネルギー効率を改善した水処理装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a water treatment device with improved energy efficiency by employing a pulse power generator excellent in energy transfer efficiency.
上記目的を達成するため、本発明にかかる水処理装置は、
円筒状電極と、この円筒状電極の円筒の中心軸に沿って配置された線状電極とを備え、パルスパワー発生装置より前記両電極間にパルス状の高電圧を印加して放電空間を形成し、この放電空間内に被処理水の水滴を通過させることにより被処理水を酸化処理する水処理装置であって、
前記パルスパワー発生装置は、
直流電源と、
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, a water treatment apparatus according to the present invention comprises:
A cylindrical electrode and a linear electrode disposed along the central axis of the cylindrical electrode are provided, and a pulsed high voltage is applied between both electrodes from a pulse power generator to form a discharge space. A water treatment device that oxidizes the water to be treated by passing water droplets of the water to be treated in the discharge space,
The pulse power generator is
DC power supply,
A capacitor that is charged by the current from the DC power supply;
A trigger oscillator capable of generating pulses and adjusting the number of repetitions of the pulses;
And a semiconductor switch that is connected to the capacitor and instantaneously releases the electric charge charged in the capacitor when a pulse output from the trigger oscillator is input.
ここで、前記半導体スイッチとして、MOS型FETを用いることが好ましい。また前記直流電源は電圧を調節可能であることが好ましい。 Here, it is preferable to use a MOS FET as the semiconductor switch. The DC power source is preferably adjustable in voltage.
本発明では、直流電源から供給され、コンデンサに充電された電荷を、半導体スイッチを用いて瞬間的に放電することによって高電圧パルスを発生させており、パルスパワー発生装置のエネルギー転送効率を改善することにより、水処理装置のエネルギー効率の改善を図っている。 In the present invention, a high voltage pulse is generated by instantaneously discharging a charge supplied from a DC power source and charged in a capacitor using a semiconductor switch, thereby improving the energy transfer efficiency of the pulse power generator. In this way, the energy efficiency of the water treatment device is improved.
以下、本発明の実施の形態にかかる水処理装置について、図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
<水処理装置の構成と動作>
図1は、本発明の実施の形態にかかる水処理装置の構成を示す断面図である。本実施の形態にかかる水処理装置1は、容器2、円筒状電極3、線状電極4、被処理水タンク5、ポンプ6、シャワーノズル7、パルスパワー発生装置8および被処理水タンク収容ボックス9を含む。
<Configuration and operation of water treatment device>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a water treatment apparatus according to an embodiment of the present invention. A
容器2は、円筒状をした容器本体21と、容器本体21の下端に配設された下部蓋部22と、容器本体21の上端に配設された上部蓋部23とを備え、それぞれアクリル樹脂等の絶縁材料で形成されている。
The
下部蓋部22は、被処理水タンク収容ボックス9の開口部91の周縁に、開口部91を塞ぐように取り付けられている。下部蓋部22の中心部には通水孔22aが設けられている。一方、上部蓋部23は、容器本体21の上端を、シャワーノズル設置孔23a部分を除いて閉鎖するように配設されている。
The
円筒状電極3は、容器本体21の内周側に配設され、外径が容器本体21の内径より若干小さくなっている。円筒状電極3は、例えば、ステンレス鋼製の網を円筒状に加工することによって得られる。
The
線状電極4は、例えばステンレス鋼線で形成され、円筒状電極3の円筒の中心軸に沿うように配設されている。線状電極4の上端部および下端部は、図示しない絶縁性の取付具を介して容器本体21に固定されている。
The
被処理水タンク5は、下部蓋部22の通水孔22aを下方から臨むような状態で、被処理水タンク収容ボックス9内に収容されている。
The to-
ポンプ6は、被処理水タンク収容ボックス9内に配設され、被処理水タンク5内の被処理水Wを、被処理水供給ホース71を通してシャワーノズル7に送出する。
The
シャワーノズル7は、被処理水供給ホース71を通して送られてきた被処理水Wを、円筒状電極3の上部開口に向かって噴射する。シャワーノズル7の下部には、図2に示すような、多数の噴射孔が開けられた円板状の噴射部72が配設されている。噴射部72には、円筒状電極3の内径より少し小径の円上に等ピッチで、多数の噴射孔72aが開けられており、噴射孔72aから下方に向かって被処理水Wを噴霧することができる。
The
パルスパワー発生装置8の一対の出力端子は、陰極が円筒状電極3と、また陽極が線状電極4と接続され、円筒状電極3と線状電極4との間に高電圧パルスを印加して、ストリーマ放電を発生させる。なおパルスパワー発生装置8の構成については、後に図3を参照して詳述する。
The pair of output terminals of the
上述した水処理装置1の動作を説明する。被処理水タンク5には、あらかじめ有機物等を含む被処理水Wが注入されている。またパルスパワー発生装置8によって、円筒状電極3と線状電極4との間に高電圧パルスが印加され、円筒状電極3の円筒内に円柱状のストリーマ放電空間が形成されている。
Operation | movement of the
ポンプ6を駆動させ、被処理水タンク5内の被処理水Wを、ホース71を介してシャワーノズル7に送り、噴射部72の噴射孔72a(図2参照)から円筒状電極3の円筒内に噴射する。被処理水Wは噴射孔72aを通過することによって水滴Dとなり、ストリーマ放電空間内を落下する。
The
放電によって、ストリーマ放電空間内に、オゾン、OHラジカル、Oラジカル等の活性種が発生し、シャワーノズル7から噴射された被処理水Wの水滴Dが放電空間を落下していく間にこれらの活性種に接触し、各水滴中の有機物が効率よく酸化され、分解処理される。下部蓋部22まで落下し、通水孔22aを通って被処理水タンク5に集められた被処理水Wをポンプ6で循環させることにより、ストリーマ放電空間での酸化、分解処理が繰り返される。
Active species such as ozone, OH radicals and O radicals are generated in the streamer discharge space by the discharge, and these droplets D of the water to be treated W ejected from the
<パルスパワー発生装置の構成と動作>
次に、図3の回路図を参照して、パルスパワー発生装置8の構成と動作を説明する。パルスパワー発生装置8は、高圧直流電源81、コンデンサ82、抵抗83および84、半導体スイッチ85ならびにトリガ発振器86を含む。また出力端子87は図1に示す線状電極4に接続され、出力端子88は同じく円筒状電極3に接続されている。
<Configuration and operation of pulse power generator>
Next, the configuration and operation of the
本実施の形態では、半導体スイッチ85にFET(電界効果トランジスタ)スイッチを用いているが、半導体スイッチには、それ以外にダイオード、サイリスタ等を用いたものがある。これらの半導体スイッチのうちMOS型のFETを直列もしくは並列に複数接続して構成したスイッチは、スイッチング速度が速く、また広い範囲の入力電圧およびトリガパルスの繰り返し数に対して動作可能であるため、水処理装置1のパルス源として優れている。
In the present embodiment, an FET (field effect transistor) switch is used as the
トリガ発振器86は、5Vのトリガパルス(方形波)を半導体スイッチ85に供給するものであり、半導体スイッチ85にトリガパルスが入力されると、約200nSのパルス幅の高電圧パルスが出力される。トリガパルスのパルス幅は、半導体スイッチ85から出力される高電圧パルスのパルス幅以下でも以上でも問題はない。
The
なお、抵抗83は、コンデンサ82の充電電流が高圧直流電源81の許容電流を越えないようにするためのものである。また抵抗84は、放電が停止した時に円筒状電極3と線状電極4の間に溜まる電荷を消費するために用いられる。
The
パルスパワー発生装置8の動作を説明する。高圧直流電源81からの電流が抵抗83を介してコンデンサ82に供給され、コンデンサ82が充電される。トリガ発振器86から供給されるトリガパルスによって半導体スイッチ85が高速スイッチングすると、コンデンサ82に充電された電荷が放電されて端子87、88間に高圧のパルスが出力され、線状電極4と円筒状電極3との間に高電圧パルスが印加される。
The operation of the
端子87および88の間に出力される高電圧パルスの頻度(以降、「繰り返し数」という)は、トリガ発振器86におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また高電圧パルスの電圧は、高圧直流電源81の出力電圧を切り替えることによって制御される。
The frequency of the high voltage pulse output between the
比較のため、従来の水処理装置で用いたパルスパワー発生装置(以降、「従来のパルスパワー発生装置」と略す)の構成と動作を説明する。図4に、従来のパルスパワー発生装置10の回路図を示す。従来のパルスパワー発生装置10は、高圧直流電源101、コンデンサ102、抵抗103、トリガトロンギャップスイッチ104、パルストランス105およびトリガ回路106を含む。
For comparison, the configuration and operation of a pulse power generator (hereinafter abbreviated as “conventional pulse power generator”) used in a conventional water treatment apparatus will be described. FIG. 4 shows a circuit diagram of a conventional
高圧直流電源101からの電流が抵抗103を介してコンデンサ102に供給され、コンデンサ102が充電される。抵抗103は上述の抵抗83と同様の目的で設けられている。目標電圧までコンデンサ102が充電された後、トリガ回路106からの高電圧のトリガパルスによりトリガトロンギャップスイッチ104がオン状態になる。このとき、コンデンサ102に充電された電荷がパルストランス105の1次側に流れ込み、相互インダクタンスにより2次側にパルス状の誘起電圧が発生する。
A current from the high-voltage
このようにしてパルストランス105の2次側に生じた高電圧パルスは、端子107および108を介して線状電極4と円筒状電極3との間に印加される。
The high voltage pulse generated on the secondary side of the
端子107、108間に出力されるパルスの繰り返し数は、トリガ回路106におけるトリガパルスの出力頻度を変えることによって制御される。また出力パルスの電圧は、高圧直流電源101の出力電圧を切り替えることによって制御される。
The number of repetitions of pulses output between the
図5(a)に、本実施の形態の水処理装置1で用いたパルスパワー発生装置(以降、「本実施の形態のパルスパワー発生装置」と略す)8の電圧波形および電流波形の一例を示す。パルスパワー発生装置8のコンデンサ82への充電電圧は13kV、放電の繰り返し数は100ppsである。また図5(b)に、従来のパルスパワー発生装置10の電圧波形および電流波形の一例を示す。パルスパワー発生装置10のコンデンサ82への充電電圧は24kV、放電の繰り返し数は100ppsである。図中、横軸はトリガパルスが供給されてからの経過時間を示し、縦軸は電圧値および電流値を示す。
FIG. 5A shows an example of a voltage waveform and a current waveform of a pulse power generator (hereinafter abbreviated as “pulse power generator of the present embodiment”) 8 used in the
従来のパルスパワー発生装置10の電圧波形は振動波形となっているのに対し、本実施の形態のパルスパワー発生装置8の電圧波形は、最初立ち上がってから、徐々に立ち下がる波形になっている。
While the voltage waveform of the conventional pulse
<処理時間に対する分解率の変化>
次に、本実施の形態のパルスパワー発生装置8を用いて、インディコカルミン溶液を放電処理した時の青色を示す構造の分解率を、従来のパルスパワー発生装置10と比較しながら説明する。分解率は、処理された試料水の処理時間ごとの透過率を測定し、その結果に基づいて算出した。
<Change in decomposition rate with respect to processing time>
Next, the decomposition rate of the structure showing blue when the indigo carmine solution is discharged using the
最初に分解率の算出方法について説明する。分解率は、測定した透過率からランベルト−ベールの法則を用いて算出した。ランベルト−ベールの法則は、入社光の強度I0と透過光の強度Iとの比の対数が吸収物質の厚さdに比例することを表すランベルトの法則と、溶液による光の吸収係数が濃度Cに依存することを表すベールの法則を併せたもので、式(1)で表される。
分解率は物質の濃度変化から式(2)によって求められる。
式(2)に式(1)を代入すると、式(3)で示す分解率が導かれる。
次に、測定に用いたパルスパワー発生装置8の仕様を説明する。半導体スイッチ85としてBEHLIKE製のFETスイッチ(HTS400−10)を用い、トリガ発振器86としてKENWOOD製のファンクションゲネレータ(FG273)を用いた。コンデンサ82の容量は10.8nF、抵抗83および抵抗84の抵抗値は10kΩである。このような仕様のパルスパワー発生装置8を用い、充電電圧を7kV、10kVおよび13kVの3段階に切り替え、また放電繰り返し数を100ppsから1000ppsの範囲で変化させた。なお、ppsは1秒間当りのパルス数を示す単位である。
Next, the specification of the
比較のために用いたパルスパワー発生装置10の仕様を説明する。パルストランス105として、1次側と2次側の巻数比が1対6のTDK製のパルストランス(PC40T)を用いた。コンデンサ102の容量は940pF、抵抗103の抵抗値は3MΩである。このような仕様のパルスパワー発生装置10を用い、充電電圧を24kVとし、また放電繰り返し数を25ppsから125ppsの範囲で変化させた。
The specifications of the
また水処理装置1として、内径40mmのアクリル製の容器本体21内に、ステンレスメッシュを内径38mm、長さ300mmの円筒状にした円筒状電極3と、直径0.28mmのステンレス線で形成された線状電極4を配設したものを用いた。
Further, the
上述した水処理装置1のシャワーノズル7から50mL/sの水滴を噴霧しながら、処理された試料水の処理時間ごとの透過率を測定し、上述の式(3)を用いて分解率を求めた。
While spraying 50 mL / s water droplets from the
図6(a)は、パルスパワー発生装置8を用いて処理した場合の、充電電圧10kVにおける処理時間に対する分解率の変化を示したものである。図6(a)から分かるように処理時間が経過するに従って分解率が高くなっていく。また分解率は、同じ処理時間で比較すると、放電の繰り返し数が多い方が高い。これは、放電の繰り返し数が多ければ、それだけ多くのオゾンが発生し、オゾンの数に比例して青色を示す構造の分解が進むためと考えられる。
FIG. 6A shows a change in the decomposition rate with respect to the processing time at a charging voltage of 10 kV when processing is performed using the
一方、図6(b)は、従来のパルスパワー発生装置10を用いて処理した場合の、充電電圧24kVにおける処理時間に対する分解率の変化を示したものである。図6(b)から分かるように、パルスパワー発生装置8と同様の傾向を示しているが、分解率は必ずしも放電の繰り返し数に比例してはいない。
On the other hand, FIG. 6B shows a change in the decomposition rate with respect to the processing time at the charging voltage of 24 kV when processing is performed using the conventional
<放電繰り返し数と分解率、放電電力と分解率の比較>
次に、パルスパワー発生装置8について、放電繰り返し数と分解率の関係、および放電電力と分解率との関係を求めた。
<Comparison of discharge repetition rate and decomposition rate, discharge power and decomposition rate>
Next, regarding the
最初に、放電電力の算出方法について説明する。放電電力は単位時間当たりの放電エネルギー(単位:W=J/s)であるため、放電エネルギーを求めた後、その値から放電電力を算出する。放電エネルギーは、端子87および88間の電圧波形および電流波形の積を積分し、それから変位電流による見かけのエネルギーを引くことによって算出する。具体的には、以下の各ステップにより1パルス分の放電エネルギーが求まる。
(1)、高電圧プローブおよびロゴスキーコイルを用いて端子87、88間の1パルス分の電圧波形および電流波形を測定する。
(2)、(1)で得られた電圧波形と電流波形を掛けて電力を示す波形を得る。
(3)、(2)で得られた電力波形を積分することで、1パルス分のエネルギーを算出する。
(4)、(3)で得られたエネルギーから変位電流成分のエネルギーを引くと、放電エネルギーが得られる。
First, a method for calculating the discharge power will be described. Since the discharge power is discharge energy per unit time (unit: W = J / s), after obtaining the discharge energy, the discharge power is calculated from the value. The discharge energy is calculated by integrating the product of the voltage waveform and the current waveform between the
(1) A voltage waveform and a current waveform for one pulse between the
(2) The voltage waveform obtained in (1) and the current waveform are multiplied to obtain a waveform indicating power.
The energy for one pulse is calculated by integrating the power waveforms obtained in (3) and (2).
When the energy of the displacement current component is subtracted from the energy obtained in (4) and (3), discharge energy is obtained.
ここで、変位電流成分のエネルギーを引く理由を説明する。端子87、88間で測定した電流波形は、放電による電流と放電電極のコンデンサ成分による変位電流が合わさった波形となっている。変位電流成分のエネルギーとは、そのコンデンサ成分の電流による見かけのエネルギーのことである。上述のステップ(3)で算出したエネルギーから変位電流成分のエネルギーを引くことにより、端子87、88間で放電された1パルス分のエネルギーが得られる。
Here, the reason why the energy of the displacement current component is drawn will be described. The current waveform measured between the
図7(a)に処理時間30秒での繰り返し数に対する分解率の変化を示し、図7(b)に、同時間での放電電力に対する分解率の変化を示す。充電電圧7、10、13kVは本実施の形態のパルスパワー発生装置8で処理したときの値であり、充電電圧24kVは従来のパルスパワー発生装置10で処理したときの値である。
FIG. 7A shows a change in the decomposition rate with respect to the number of repetitions at a processing time of 30 seconds, and FIG. 7B shows a change in the decomposition rate with respect to the discharge power at the same time. The charging
また図8(a)に処理時間60秒での繰り返し数に対する分解率の変化を示し、図8(b)に同時間での放電電力に対する分解率の変化を示す。図7と同様に、充電電圧7、10、13kVは本実施の形態のパルスパワー発生装置8で処理したときの値であり、充電電圧24kVは従来のパルスパワー発生装置10で処理したときの値である。
FIG. 8A shows a change in the decomposition rate with respect to the number of repetitions at a processing time of 60 seconds, and FIG. 8B shows a change in the decomposition rate with respect to the discharge power at the same time. As in FIG. 7, the charging
図7(a)および図8(a)から分かるように、充電電圧および繰り返し数が高いほど分解率が高い。一方、図7(b)および図8(b)から分かるように、充電電圧が10kV、13kVおよび24kVの線が一つの曲線のように重なっている。このことから、分解率は充電電圧や繰り返し数、更に装置には依存せず、放電電力に依存することがわかる。充電電圧7kVの線は他の線と重なっていないが、これは、他の充電電圧に比べてパルス一発の放電エネルギーが小さすぎて、生成されるオゾンの量が少ないためと考えられる。 As can be seen from FIGS. 7A and 8A, the higher the charging voltage and the number of repetitions, the higher the decomposition rate. On the other hand, as can be seen from FIG. 7B and FIG. 8B, the lines with charging voltages of 10 kV, 13 kV, and 24 kV overlap as a single curve. From this, it can be seen that the decomposition rate does not depend on the charging voltage, the number of repetitions, and the apparatus, but on the discharge power. The line with the charge voltage of 7 kV does not overlap with the other lines, but this is considered because the discharge energy of one pulse is too small compared with other charge voltages, and the amount of generated ozone is small.
<水処理装置のエネルギー効率の比較>
上述した実験を通して、有機物の分解率は放電電力に依存することがわかった。すなわち、パルスパワー発生装置から出力されるパルスの電圧や繰り返し数、さらには電圧や電流の波形が異なっていても、放電エネルギーが等しければ、ほぼ等しい分解率が得られることがわかった。この性質を利用すれば、異なる構成のパルスパワー発生装置について、同じ分解率が得られる時のエネルギー転送効率を比較することにより、そのパルスパワー発生装置を採用した水処理装置のエネルギー効率を比較することができる。
<Comparison of energy efficiency of water treatment equipment>
Through the experiments described above, it was found that the decomposition rate of organic substances depends on the discharge power. That is, it was found that even if the pulse voltage and the number of repetitions of the pulse output from the pulse power generator and the waveform of the voltage and current are different, substantially the same decomposition rate can be obtained if the discharge energy is equal. If this property is used, the energy efficiency of the water treatment apparatus adopting the pulse power generator is compared by comparing the energy transfer efficiency when the same decomposition rate is obtained for the pulse power generators of different configurations. be able to.
水処理装置のエネルギー効率を求める前提として、上述した仕様のパルスパワー発生装置8およびパルスパワー発生装置10のそれぞれについて、エネルギー転送効率を求めた。エネルギー転送効率は、放電エネルギーを充電エネルギーで割ることにより得られる。放電エネルギーは、前述の算出方法により、電圧波形および電流波形を用いて算出する。
As a premise for obtaining the energy efficiency of the water treatment device, the energy transfer efficiency was obtained for each of the pulse
一方、充電エネルギーは、下記の式(4)により算出する。
図9に、エネルギー転送効率の算出結果を示す。図において横軸は放電の繰り返し数、縦軸はエネルギー転送効率を示す。パルスパワー発生装置8については、放電電圧を7〜19kVの間で変化させ、パルスパワー発生装置10については、放電電圧を24kVに固定した。
FIG. 9 shows the calculation result of the energy transfer efficiency. In the figure, the horizontal axis represents the number of discharge repetitions, and the vertical axis represents the energy transfer efficiency. For the
図9から分かるように、従来のパルスパワー発生装置10は、エネルギー転送効率がほとんど変わらない。これに対し、本実施の形態のパルスパワー発生装置8は、充電電圧を上げることによりエネルギー転送効率を上げることができるため、水処理装置のパルス発生源として優れている。
As can be seen from FIG. 9, the energy transfer efficiency of the conventional
パルスパワー発生装置8の方がパルスパワー発生装置10よりエネルギー転送効率が高くなる理由を説明する。パルスパワー発生装置10では、トリガトロンギャップスイッチ104がオンになったとき,コンデンサ102からの電荷はコンデンサ102,パルストランス105およびトリガトロンギャップスイッチ104の閉ループで流れる。この場合,放電電極での放電が止まっても電荷はその閉ループで流れ続け,トリガトロンギャップスイッチ104部分やパルストランス105で消費され、その分の電荷が無駄になる。
The reason why the energy transfer efficiency of the
これに対しパルスパワー発生装置8では、コンデンサ82から直接放電電極に電荷が流れ,かつ約200nS後に半導体スイッチ85はオフになるので,無駄な電荷の消費が抑えられる。
On the other hand, in the
なお、放電電圧が10kVを超えると、繰り返し数が高くなるほどエネルギー転送効率が減少する傾向にある。これは、放電の繰り返し数を上げることによって、放電空間内に副生成物が発生し、放電が起こりにくくなるためと考えられる。 When the discharge voltage exceeds 10 kV, the energy transfer efficiency tends to decrease as the number of repetitions increases. This is thought to be due to the fact that by-products are generated in the discharge space and the discharge is less likely to occur by increasing the number of discharge repetitions.
次に、本実施の形態のパルスパワー発生装置8および従来のパルスパワー発生装置10について、水処理装置としてのエネルギー効率を比較した。パルスパワー発生装置8およびパルスパワー発生装置10のそれぞれについて、処理時間に対する分解率の測定結果から、同じ処理時間に対してほぼ同じ分解率を示す2つの測定結果を抽出した。その結果を図10(a)および図11(a)に示す。
Next, the energy efficiency of the water treatment apparatus was compared between the
図10(a)において、パルスパワー発生装置8の充電電圧は13kV、放電繰り返し数は1000ppsである。一方、パルスパワー発生装置10の充電電圧は24kV、放電繰り返し数は125ppsである。また図11(a)において、パルスパワー発生装置8の充電電圧は13kV、放電繰り返し数は600ppsである。一方、パルスパワー発生装置10の充電電圧は24kV、放電繰り返し数は75ppsである。
In FIG. 10A, the charging voltage of the
前述したように分解率は放電電力(放電エネルギー)に依存するので、図10(a)および図11(a)において、パルスパワー発生装置8とパルスパワー発生装置10の放電電力(放電エネルギー)は、ほぼ等しいといえる。
As described above, since the decomposition rate depends on the discharge power (discharge energy), in FIGS. 10A and 11A, the discharge power (discharge energy) of the
図10(a)および図11(a)の横軸をコンデンサへの充電エネルギーに換算した図を、図10(b)および図11(b)に示す。図中、横軸は充電エネルギーを示し、縦軸は分解率を示す。 FIGS. 10 (b) and 11 (b) show the horizontal axis of FIGS. 10 (a) and 11 (a) converted into the charging energy for the capacitor. In the figure, the horizontal axis represents charging energy, and the vertical axis represents the decomposition rate.
図10(b)および図11(b)から明らかなように、同じ分解率に対して充電エネルギーに差があり、パルスパワー発生装置8は、パルスパワー発生装置10に比べて、同じ分解率をより少ないエネルギーで実現していることがわかる。
As is clear from FIG. 10B and FIG. 11B, there is a difference in charging energy with respect to the same decomposition rate, and the
前述の図9の測定結果を参照して、図10(a)に示す充電電圧および放電繰り返し数について、エネルギー転送効率を比較すると、パルスパワー発生装置8の方がパルスパワー発生装置10よりも3%程度高いことが分かる。同様に、図11(a)に示す充電電圧および放電繰り返し数について、エネルギー転送効率を比較すると、パルスパワー発生装置8の方がパルスパワー発生装置10よりも6%程度高いことが分かる。
Referring to the measurement results of FIG. 9 described above, when comparing the energy transfer efficiency with respect to the charging voltage and the number of discharge repetitions shown in FIG. 10A, the
以上のことから、放電電力(放電エネルギー)が等しくても、充電エネルギーに対する分解率は本実施の形態のパルスパワー発生装置8の方が高く、水処理装置のエネルギー効率は、パルスパワー発生装置8の方がパルスパワー発生装置10よりも優れていることがわかる。従って、高電圧パルスの発生源として本実施の形態にかかるパルスパワー発生装置8を採用することにより、エネルギー効率に優れた水処理装置を実現できる。
From the above, even if the discharge power (discharge energy) is equal, the decomposition rate with respect to the charge energy is higher in the pulse
なお、上述したパルスパワー発生装置8の用途は必ずしも水処理装置に限定されず、空気清浄機等の、プラズマ放電により被処理物の加工等を行う他の分野にも適用できる。
The application of the above-described
本発明にかかる水処理装置は、有機物や微生物を含む排水の浄化、汚染水の殺菌などに広く利用できるものである。 The water treatment apparatus according to the present invention can be widely used for purification of waste water containing organic matter and microorganisms, sterilization of contaminated water, and the like.
1 水処理装置
2 容器
3 円筒状電極
4 線状電極
5 被処理水タンク
6 ポンプ
7 シャワーノズル
8 パワーパルス発生装置
9 被処理水タンク収容ボックス
72 噴射部
81 高圧直流電源
82 コンデンサ
83、84 抵抗
85 半導体スイッチ
86 トリガ発振器
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記パルスパワー発生装置は、
直流電源と、
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とする水処理装置。 A cylindrical electrode and a linear electrode disposed along the central axis of the cylindrical electrode are provided, and a pulsed high voltage is applied between both electrodes from a pulse power generator to form a discharge space. A water treatment device that oxidizes the water to be treated by passing water droplets of the water to be treated in the discharge space,
The pulse power generator is
DC power supply,
A capacitor that is charged by the current from the DC power supply;
A trigger oscillator capable of generating pulses and adjusting the number of repetitions of the pulses;
A water treatment device comprising: a semiconductor switch connected to the capacitor, and instantaneously releasing the charge charged in the capacitor when a pulse output from the trigger oscillator is input.
この直流電源からの電流により充電されるコンデンサと、
パルスを生成し、かつ前記パルスの繰り返し数を調節可能なトリガ発振器と、
前記コンデンサに接続され、前記トリガ発振器から出力されたパルスが入力したときに前記コンデンサに充電された電荷を瞬間的に放出する半導体スイッチと、を含むことを特徴とするパルスパワー発生装置。 DC power supply,
A capacitor that is charged by the current from the DC power supply;
A trigger oscillator capable of generating pulses and adjusting the number of repetitions of the pulses;
And a semiconductor switch that is connected to the capacitor and instantaneously releases the charge charged in the capacitor when a pulse output from the trigger oscillator is input.
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