JP2015188839A - 水処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水処理装置の複雑化を回避しつつ、水の流量変化に起因する殺菌因子の濃度変化を抑制する。【解決手段】電気絶縁性の仕切板（15）で仕切られた第１レーン（21a）と第２レーン（21b）のそれぞれに、電極（31a,32a）が配置される。電源（33a）が電極（31a,32a）に電圧を印加すると、仕切板（15）の放電孔（35）において放電が生起し、水中で殺菌因子が生成する。処理槽（11）の短壁部（14b）の下部には、排水口（17a,17b）が形成される。各レーン（21a,21b）への給水量が変化すると、各レーン（21a,21b）の水位が変化し、それに伴って、各レーン（21a,21b）における殺菌因子の発生量が変化する。【選択図】図５

Description

本発明は、水中で放電を生起させて殺菌因子を生成する水処理装置に関する。

従来より、水中で放電を生起させて殺菌因子を生成する水処理装置が知られている。例えば特許文献１には、この種の水処理装置が開示されている。特許文献１の水処理装置は、タンクに貯留された加湿用の水を浄化する。つまり、この水処理装置は、タンクに貯留された水の中で放電を生起させ、その放電によって生じた水酸ラジカル等の殺菌因子を利用して、タンク内の水を殺菌する。

特開２０１１−０９２９２０号公報

ところで、上述した水処理装置を用いて水を連続的に殺菌することが考えられる。つまり、流路を流れる水の中で放電を生起させ、放電によって生じた殺菌因子を含む水を連続的に流路から排出することが考えられる。この場合には、流路を流れる水の流量に応じて、放電による殺菌因子の発生量を調節する必要がある。例えば流路における水の流量が増えた時に殺菌因子の発生量が一定のままだと、流路を流れる水の殺菌が不充分となったり、流路から排出される水の殺菌因子の濃度が低くなり過ぎるおそれがあるからである。

しかし、流路を流れる水の流量に応じて殺菌因子の発生量を調節する場合に、流路における水の流量を計測して殺菌因子の発生量を調節しようとすると、流量センサ等が必要になって水処理装置の構成が複雑化するおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、流れる水を連続的に殺菌する水処理装置の構成の複雑化を回避しつつ、水の流量変化に起因する殺菌因子の濃度変化を抑制することにある。

第１の発明は、水処理装置を対象とする。そして、電気絶縁性の仕切板（15）によって仕切られてそれぞれを水が流れる第１流水路（21a）及び第２流水路（21b）を形成する処理槽（11）と、上記第１流水路（21a）の水と接する第１電極（31a）と、上記第２流水路（21b）の水と接する第２電極（32a）と、上記第１電極（31a）と上記第２電極（32a）に電圧を印加する電源（33a）と、上記第１流水路（21a）及び上記第２流水路（21b）へ水を供給する給水部（40）とを備え、上記仕切板（15）には、水中に位置すると共に上記第１電極（31a）と上記第２電極（32a）の間の電流経路を構成して放電を生起させる貫通孔（35）が設けられ、上記第１流水路（21a）及び上記第２流水路（21b）に面する上記処理槽（11）の側壁部（14b）には、上記貫通孔（35）での放電によって生じた殺菌因子を含む処理水を上記第１流水路（21a）から排出するための第１排水口（17a）と、上記処理水を上記第２流水路（21b）から排出するための第２排水口（17b）とが形成され、上記各排水口（17a,17b）は、上記給水部（40）からの給水量が増えると上記各流水路（21a,21b）の水位が高くなるように上記側壁部（14b）の下部に配置されるものである。

第１の発明では、第１流水路（21a）と第２流水路（21b）が、電気絶縁性の仕切板（15）によって仕切られる。各流水路（21a,21b）では、給水部（40）から供給された水が流れる。電源（33a）が第１電極（31a）と第２電極（32a）に電圧を印加すると、第１流水路（21a）を流れる水が第１電極（31a）と実質的に同電位となり、第２流水路（21b）を流れる水が第２電極（32a）と実質的に同電位となる。そして、貫通孔（35）において放電が生起し、その結果、水酸ラジカル等の殺菌因子が生じる。放電によって生じた殺菌因子を含む各流水路（21a,21b）の水（処理水）は、排水口（17a,17b）を通って流水路（21a,21b）から流出する。

第１の発明において、仕切板（15）は、一方の面が第１流水路（21a）を流れる水と接触し、他方の面が第２流水路（21b）を流れる水と接触する。上述したように、第１流水路（21a）を流れる水と第２流水路（21b）を流れる水は、それぞれの電位が互いに異なる。このため、処理槽（11）は、仕切板（15）を誘電体とした一種のキャパシタを構成する。

第１の発明では、処理槽（11）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きいほど、単位時間あたりに貫通孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。一方、この発明の処理槽（11）では、流水路（21a,21b）に連通する排水口（17a,17b）が側壁部（14b）の下部に配置されており、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量が増えると、各流水路（21a,21b）における水位が高くなる。各流水路（21a,21b）の水位が高くなるほど、仕切板（15）のうち各流水路（21a,21b）の水と接する部分の面積が大きくなる。その結果、処理槽（11）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きくなり、単位時間あたりに貫通孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。つまり、この発明の水処理装置では、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量が増えると、それに応じて単位時間あたりの殺菌因子の発生量が増える。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記給水部（40）は、上記各流水路（21a,21b）の一端部へ水を供給し、上記第１排水口（17a）は上記第１流水路（21a）の他端部に、上記第２排水口（17b）は上記第２流水路（21b）の他端部にそれぞれ連通し、 上記各流水路（21a,21b）では、水の流れ方向における上記貫通孔（35）の下流側に、該各流水路（21a,21b）の底面から上方へ延び且つ上端が上記貫通孔（35）よりも上方に位置するバッフル板（27）が設けられると共に、水の流れ方向における上記バッフル板（27）の上流側に、上記電極（31a,32a）が配置されるものである。

第２の発明において、給水部（40）は、各流水路（21a,21b）におけるバッフル板（27）の上流側へ水を供給する。バッフル板（27）の上端は、貫通孔（35）よりも上方に位置している。このため、各流水路（21a,21b）のうちバッフル板（27）よりも上流側の部分の水位は、給水部（40）が各流水路（21a,21b）へ供給する水の流量にかかわらず、常にバッフル板（27）の高さ以上となる。従って、バッフル板（27）の上端よりも下方に位置する貫通孔（35）は、給水部（40）が各流水路（21a,21b）へ供給する水の流量にかかわらず、常に水中に位置する。

第３の発明は、上記第２の発明において、上記各排水口（17a,17b）は、該排水口（17a,17b）が連通する上記流水路（21a,21b）に設けられた上記バッフル板（27）の上端よりも下方に配置されるものである。

第３の発明では、各流水路（21a,21b）において、排水口（17a,17b）がバッフル板（27）の上端よりも下方に配置される。このため、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量によっては、各流水路（21a,21b）のうちバッフル板（27）よりも下流側の部分における水位が、バッフル板（27）の上端よりも低くなる場合がある。

本発明では、各流水路（21a,21b）に連通する排水口（17a,17b）が処理槽（11）の側壁部（14b）の下部に配置されており、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量が増えると、各流水路（21a,21b）における水位が高くなる。このため、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量が増えると、処理槽（11）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きくなり、単位時間あたりに貫通孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。従って、本発明によれば、特に制御を行わなくても、給水部（40）から各流水路（21a,21b）への水の供給量が増えると、それに応じて単位時間あたりの殺菌因子の発生量を増やすことができ、各流水路（21a,21b）から排出される水の殺菌因子の濃度の変化を抑制できる。

上記第２の発明では、各流水路（21a,21b）における貫通孔（35）の下流側に、上端が貫通孔（35）よりも上方に位置するバッフル板（27）が設けられる。このため、特別な制御を行わなくても、給水部（40）が各流水路（21a,21b）へ供給する水の流量にかかわらず、貫通孔（35）を確実に水中に没した状態に保つことができる。

上記第３の発明では、各流水路（21a,21b）において、排水口（17a,17b）がバッフル板（27）の上端よりも下方に配置される。このため、貫通孔（35）を水中に没した状態に保ちつつ、各流水路（21a,21b）のうちバッフル板（27）よりも下流側の部分における水位を、バッフル板（27）の上端よりも低くすることが可能となる。従って、この発明によれば、貫通孔（35）を水中に配置して殺菌因子を確実に生成させつつ、各流水路（21a,21b）の水位の調節範囲を拡大することによって殺菌因子の発生量の調節範囲を拡大できる。

図１は、実施形態に係る貯水タンクおよび水循環回路を示す配管系統図である。 図２は、実施形態に係る水処理部を示す概略斜視図である。 図３は、実施形態に係る水処理部を模式的に示す図である。 図４は、図５のＸ−Ｘ断面を示す水処理部の概略断面図である。 図５は、長壁部を省略して示す実施形態に係る水処理部の概略正面図であって、(Ａ)は水位ｈ_０がｈ_Ｂよりも低い状態を示し、(Ｂ)は水位ｈ_０がｈ_Ｂよりも高い状態を示す。 図６は、高電圧発生部が電極に印加する電圧の波形を示す図である。 図７は、放電部材を拡大して示す水処理部の断面図である。 図８は、排水口の中心から水面までの高さＨと給水量Ｑの関係を示す説明図である。 図９は、仕切板の実効面積と流路の静電容量との関係を示すグラフである。 図１０は、流路の静電容量と過酸化水素の発生量との関係を示すグラフである。 図１１は、長壁部を省略して示す実施形態の変形例に係る水処理部の概略正面図である。

本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１に示すように、本発明の実施形態１に係る水処理装置（1a）は、水循環回路（1）と貯水タンク（2）とを備えている。

貯水タンク（2）は、水（湯水を含む、以下同様とする。）が貯留されている。貯水タンク（2）には、水循環回路（1）と、第１流路管（6）と第２流路管（7）とが接続されている。

水循環回路（1）は、貯水タンク（2）内の水を循環させて攪拌させるものである。水循環回路（1）には、水配管（3）と２つの開閉バルブ（4,4）と２つのポンプ（5,5）と水処理部（10）とが接続されている。尚、水処理部（10）の詳細な構成は後述する。

水配管（3）は、内部を水が流通可能な管である。水配管（3）は、その一端が貯水タンク（2）の図中左側の側面に接続される一方、その他端が貯水タンク（2）の図中右側の側面に接続されている。水配管（3）の途中には、上述した２つのポンプ（5,5）と２つの開閉バルブ（4,4）と水処理部（10）とが接続されている。

開閉バルブ（4,4）は、水配管（3）の流路を開閉可能な弁に構成されている。２つの開閉バルブ（4,4）のうち、一つは水処理部（10）の水の流入側に設けられ、残りの一つは水処理部（10）の水の流出側に設けられている。２つのポンプ（5,5）のうち、一つは水処理部（10）の流入側に設けられた開閉バルブ（4）と貯水タンク（2）との間に設けられ、残りの一つは水処理部（10）とその流出側に設けられた開閉バルブ（4）との間に設けられている。各開閉バルブ（4,4）は、開けると水配管（3）の内部を水が流通する一方、閉じると水配管（3）の内部の水の流通が停止する。

−水処理部の構成−
図２および図３に示すように、水処理部（10）は、水処理部（10）の上流側の水配管（3）の流入部（3a）から流入させた水を浄化して水配管（3）の流出部（3b）から流出させるものである。この水処理部（10）は、噴霧装置（40）と、処理槽（11）と、下流槽（50）と、複数の放電ユニット（30a,30b）を備えている。水処理部（10）は、水配管（3）から流入させた水を噴霧装置（40）から処理槽（11）に供給し、該処理槽（11）において放電ユニット（30a,30b）で発生させた殺菌因子により浄化し、浄化した水（処理水）を下流槽（50）に供給し、下流槽（50）から水処理部（10）の下流側の水配管（3）に流出させる。

処理槽（11）は、平面視で略長方形状に形成され、箱体状の水槽である。具体的には、処理槽（11）は、平面視で略長方形の平板に形成された底部（12）と、横長の略長方形の平板に形成され、且つ底部（12）の両長辺からそれぞれ上方に延びる長壁部（13,13）と、縦長の略長方形状の平板に形成され、且つ底部（12）の両短辺からそれぞれ上方に延びる短壁部（14a,14b）とで形成されている。処理槽（11）の長手方向の他端側（すなわち、水の流出側）の短壁部（14b）は、その下部に排水口（17a,17b,17c,17d）が設けられている。この排水口（17a〜17d）については、後述する。

処理槽（11）の内部には、その幅方向に所定間隔を置いて複数の仕切板（15）が配置されている。各仕切板（15）は、横長の略長方形状の平板に形成され、処理槽（11）の長手方向に沿って配置されて該処理槽（11）の内部を複数のレーン（21a〜22b）に仕切っている。各仕切板（15）は、電気絶縁性を有する材料で形成されている。処理槽（11）には、各仕切板（15）によって、図２における手前側から順に第１〜第４レーン（21a,21b,22a,22b）が形成されている。これらのレーン（21a〜22b）は、水が流れる流水路を構成している。尚、処理槽（11）に形成されるレーン（21a〜22b）の数は、例示であり、水処理部（10）が浄化する水量に応じて任意に変更することができる。

処理槽（11）に形成された四つのレーン（21a〜22b）は、第１レーン（21a）と第２レーン（21b）が一対となって第１流路（21）を形成し、第３レーン（22a）と第４レーン（22b）が一対となって第２流路（22）を形成している。図４に示すように、第１レーン（21a）と第２レーン（21b）を仕切る仕切板（15）と、第３レーン（22a）と第４レーン（22b）を仕切る仕切板（15）のそれぞれには、開口部（16）が形成されている。

図２及び図５に示すように、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）には、三つのバッフル板（26,27,28）が設けられている。各レーン（21a〜22b）では、図２及び図５における左から右へ向かって順に、第１バッフル板（26）と、第２バッフル板（27）と、第３バッフル板（28）とが配置されている。これらのバッフル板（26,27,28）は、レーン（21a〜22b）を横断するように設置された長方形板状の部材である。第１バッフル板（26）と第３バッフル板（28）は、仕切板（15）の上端から下方へ延びている。第１バッフル板（26）及び第３バッフル板（28）の下端と処理槽（11）の底部（12）との間には、隙間が形成される。第２バッフル板（27）は、処理槽（11）の底部（12）から上方へ延びている。第２バッフル板（27）の高さは、仕切板（15）の高さよりも低い。

上述したように、処理槽（11）の短壁部（14b）には、排水口（17a〜17d）が設けられている。図２に示すように、この短壁部（14b）は、四つのレーン（21a〜22b）に面する側壁部である。短壁部（14b）の下部には、四つの排水口（17a〜17d）が一列に並んで形成されている。各排水口（17a〜17d）は、短壁部（14b）を貫通する短い円管状に形成されている。そして、第１排水口（17a）は第１レーン（21a）に連通し、第２排水口（17b）は第２レーン（21b）に連通し、第３排水口（17c）は第３レーン（22a）に連通し、第４排水口（17d）は第４レーン（22a）に連通する。

四つの排水口（17a〜17d）は、それぞれの中心から処理槽（11）の底部（12）までの距離ｈ_１が互いに等しい。また、四つの排水口（17a〜17d）は、それぞれの内径２ｒ及び流量係数Ｃが互いに等しい。

図４に示すように、本実施形態の水処理部（10）は、第１放電ユニット（30a）と第２放電ユニット（30b）とを備えている。各放電ユニット（30a,30b）は、第１流路（21）と第２流路（22）のそれぞれに一つずつ設けられる。

第１放電ユニット（30a）は、第１流路（21）の水を浄化するものである。第１放電ユニット（30a）は、ホット側の第１電極（31a）と、ニュートラル側の第２電極（32a）と、第１電極（31a）と第２電極（32a）に接続されてこれら電極（31a,32a）に所定の電圧を印加する高電圧発生部（33a）とを備えている。また、第１流路（21）の第１レーン（21a）と第２レーン（21b）を仕切る仕切板（15）と、この仕切板（15）に設けられる放電部材（34）も、第１放電ユニット（30a）を構成している。放電部材（34）については後述する。

第１電極（31a）及び第２電極（32a）は、例えば耐腐食性の高い金属材料からなる細長い長方形板状の部材である。第１流路（21）では、第１レーン（21a）に第１電極（31a）が設けられ、第２レーン（21b）に第２電極（32a）が設けられる。第１レーン（21a）において、第１電極（31a）は、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に配置され、第１レーン（21a）を流れる水と接触する。第２レーン（21b）において、第２電極（32a）は、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に配置され、第２レーン（21b）を流れる水と接触する。

また、第２放電ユニット（30b）は、第２流路（22）の水を浄化するものである。第２放電ユニット（30b）は、ホット側の第１電極（31b）と、ニュートラル側の第２電極（32b）と、第１電極（31b）と第２電極（32b）に接続されてこれら電極（31b,32b）に所定の電圧を印加する高電圧発生部（33b）とを備えている。また、第２流路（22）の第３レーン（22a）と第４レーン（22b）を仕切る仕切板（15）と、この仕切板（15）に設けられる放電部材（34）も、第２放電ユニット（30b）を構成している。放電部材（34）については後述する。

第１電極（31b）及び第２電極（32b）は、例えば耐腐食性の高い金属材料からなる細長い長方形板状の部材である。第２流路（22）では、第３レーン（22a）に第１電極（31b）が設けられ、第４レーン（22b）に第２電極（32b）が設けられる。第３レーン（22a）において、第１電極（31b）は、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に配置され、第３レーン（22a）を流れる水と接触する。第４レーン（22b）において、第２電極（32b）は、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に配置され、第４レーン（22b）を流れる水と接触する。

各放電ユニット（30a,30b）の高電圧発生部（33a,33b）は、第１電極（31a,32a）と第２電極（31b,32b）に所定の電圧（例えば、６ｋＶ）を印加する電源で構成されている。本実施形態では、高電圧発生部（33a,33b）は、第１電極（31a,32a）と第２電極（31b,32b）に対して、図６に示すような波形の電圧（即ち、正負が入れ替わる交番波形の電圧）を印加する。この交番波形（方形波）のＤｕｔｙは、正極側と負極側の割合が等しくなるように調節されている。尚、高電圧発生部（33a,33b）が第１電極（31a,32a）と第２電極（31b,32b）に印加する電圧は、例示であって、交番型の電圧であれば、方形波に限らず、正弦波などでもよい。

上述したように、第１流路（21）の第１レーン（21a）と第２レーン（21b）を仕切る仕切板（15）と、第２流路（22）の第３レーン（22a）と第４レーン（22b）を仕切る仕切板（15）とには、放電部材（34）が設けられている。放電部材（34）は、仕切板（15）の開口部（16）を塞ぐようにこの開口部（16）に嵌め込まれている。

放電部材（34）は、板状の絶縁部材である。放電部材（34）は、例えばセラミックス等の電気絶縁材料で構成されている。なお、セラミックスは窒化アルミニウム、窒化ケイ素、ジルコニア又はアルミナである。放電部材（34）には、その略中央に微小な放電孔（35）が形成されている。放電孔（35）は、直径が０.１ｍｍ程度の円形の貫通孔であって、放電中の電気抵抗が数ＭΩとなるように設計されている。

図５に示すように、放電部材（34）は、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に配置されている。つまり、各流路（21,22）では、第１バッフル板（26）と第２バッフル板（27）の間に、電極（31a,32a,31b,32b）と放電部材（34）とが配置されている。また、放電部材（34）の放電孔（35）は、その全体が第２バッフル板（27）の上端よりも下方に位置し、且つ排出口（17a〜17d）よりも上方に位置している。

放電部材（34）の放電孔（35）は、第１電極（31a,31b）と第２電極（32a,32b）の間の電流経路を構成している。また、放電孔（35）は、第１電極（31a,31b）と第２電極（32a,32b）の間の電流経路の電流密度を上昇させる電流密度集中部となる。図７に示すように、第１電極（31a,31b）と第２電極（32a,32b）に電圧が付与されると、放電部材（34）の放電孔（35）内では、電流経路の電流密度が上昇し、発生したジュール熱によって水が気化して気泡（Ｃ）が形成される。これにより、各電極（31a,32a,31b,32b）はそれぞれが接触する水と同電位になり、気泡（Ｃ）と水との界面が電極となって放電（スパーク放電）が発生する。すなわち、この放電では、第１電極（31a,31b）と第２電極（32a,32b）が放電電極とならないため、放電による電極（31a,32a,31b,32b）の劣化を抑制できる。

図２に示すように、噴霧装置（40）は、水配管（3）に接続され、該水配管（3）の流入部（3a）から流入させた水を噴霧して処理槽（11）に供給するものである。この噴霧装置（40）は、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）へ水を供給する給水部を構成している。噴霧装置（40）は、ノズルヘッダ（41）と、各レーン（21a〜22b）に対応した複数（本実施形態では四つ）の噴霧ノズル（42）とを備えている。

ノズルヘッダ（41）は、細長い管状に形成されると共に側面に水配管（3）が接続され、該水配管（3）からの水を各噴霧ノズル（42）に分流させるものである。

噴霧ノズル（42）は、ノズルヘッダ（41）の長手方向に所定の間隔を置いて複数個設けられている。噴霧ノズル（42）は、各レーン（21a〜22b）に対応して設けられている。水配管（3）を流れる水は、流入部（3a）からノズルヘッダ（41）に流入し、噴霧ノズル（42）から粒状（液滴）となって対応するレーン（21a〜22b）に向かって噴霧される。このとき、噴霧ノズル（42）から噴霧された水が粒状（液滴）となることで各粒間（各液滴間）に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、水配管（3）の流入部（3a）から流入する水と、処理槽（11）を流れる水とが電気的に絶縁されることになる。尚、噴霧ノズル（42）によって噴霧させることによって、水配管（3）の流入部（3a）の水と、処理槽（11）の水との間の電気抵抗は、数百ＭΩ以上となる。このように、噴霧ノズル（42）を備えた噴霧装置（40）は、水配管（3）の流入部（3a）を通過する水と処理槽（11）の水とを電気的に絶縁する流入側の絶縁部を構成している。

上述したように、処理槽（11）では、短壁部（14b）の下部に、排水口（17a〜17d）が設けられている。処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）を流れる水は、そのレーン（21a〜22b）に連通する排水口（17a〜17d）から噴出する。そして、排水口（17a〜17d）から噴出した水が液滴状に分断され、液滴間に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、処理槽（11）の水と下流槽（50）の水とが電気的に絶縁される。尚、処理槽（11）と下流槽（50）との間の電気抵抗は、数百ＭΩ以上になる。その後、下流槽（50）を流れる水は、水配管（3）の流出部（3b）から流出する。このように、排水口（17a〜17d）は、処理槽（11）の水と下流槽（50）の水とを電気的に絶縁する流出側の絶縁部を構成している。

−運転動作−
本実施形態に係る水処理装置（1a）では、水処理部（10）において、水配管（3）を流れる水の殺菌処理がなされる。

水処理部（10）の運転開始前には、水循環回路（1）の開閉バルブ（4,4）が開かれ、貯水タンク（2）の水が水配管（3）内を流れる。そして、水配管（3）を流れる水は、ポンプ（5）を介して流入部（3a）からノズルヘッダ（41）内に流入し、噴霧ノズル（42）から各レーン（21a〜22b）に噴霧され、処理槽（11）内に水が貯留される。このとき、噴霧された水は、粒状（液滴）となっているため、各液滴間に空気が介在して電気抵抗が高くなる。このため、水配管（3）の流入部（3a）から流入する水と、処理槽（11）を流れる水とが電気的に絶縁される。

水処理部（10）の運転開始時には、処理槽（11）に水が溜まった状態となっている。高電圧発生部（33a,33b）から電極（31a,32a,31b,32b）に対して極性の割合が等しい方形波の電圧が印加されると、放電部材（34）の放電孔（35）の電流経路の電流密度が上昇する。

放電孔（35）内の電流経路の電流密度が上昇すると、放電孔（35）において発生するジュール熱が大きくなる。その結果、放電部材（34）では、放電孔（35）の内部および出入口の近傍において、水の気化が促進されて気体相としての気泡（C）が形成される。この気泡（C）は、図７に示すように、放電孔（35）の全域を覆う状態となる。この状態では、気泡（C）が第１電極（31a,31b）と第２電極（32a,32b）との間で水を介した導電を阻止する抵抗として機能する。これにより、電極（31a,32a,31b,32b）と水との間に電位差がほぼなくなり、気泡（C）と水との界面が電極となる。すると、気泡（C）内では、絶縁破壊が起こり、放電（スパーク放電）が発生する。気泡（C）内で放電が行われると、処理槽（11）の水中では、殺菌因子（例えば、水酸ラジカル等の活性種）が発生する。

その後、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）を流れる水は、排水口（17a〜17d）を通って下流槽（50）へ流入する。このとき、排水口（17a〜17d）から噴出した水が液滴状となるため、各粒間（液滴間）に空気が介在して電気抵抗が高くなる。こうすることで、処理槽（11）に貯留された水と下流槽（50）を流れる水とが電気的に絶縁される。

ここで、本実施形態では、高電圧発生部（33a,33b）が交番型であるため、電極（31a,32a,31b,32b）に印加される電圧の正負が所定時間おきに交互に入れ替わる。そのため、放電孔（35）においてはグロー放電を生起させることなくスパーク放電を生起させることができる。

つまり、電極（31a,32a,31b,32b）に直流電源が接続されている場合、放電孔（35）における放電の形態は、電流の増加に伴ってスパーク放電からグロー放電に移行する。これに対し、本実施形態では、放電孔（35）における放電の形態がスパーク放電からグロー放電に移行する前に電極（31a,32a,31b,32b）に印加される電圧の正負が入れ替わるので、放電孔（35）ではグロー放電が発生せずにスパーク放電が発生し続ける。このため、放電孔（35）のグロー放電による熱的破壊が抑制され、放電孔（35）の孔径が拡大するのを抑制することが可能になる。

−給水量と水位の関係−
上述したように、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）の水は、排水口（17a〜17d）を通ってレーン（21a〜22b）から流出する。そして、各レーン（21a〜22b）に対して噴霧装置（40）が供給する水の流量（即ち、給水量）が変化すると、それに応じて各レーン（21a〜22b）における水位が変化する。この点について、図５及び図８を参照しながら説明する。

排水口（17a〜17d）を通過する水の流量Ｑと、排水口（17a〜17d）の中心から水面までの高さＨの関係は、図８に示す数式１で表される。この数式１は、一般的なオリフィスの理論式である。この数式１を変形すると、図８に示す数式２が得られる。この数式２から分かるように、排水口（17a〜17d）の中心から水面までの高さＨは、排水口（17a〜17d）を通過する水の流量Ｑの関数となる。

各レーン（21a〜22b）の水位が一定となる定常状態において、各排水口（17a〜17d）を通過する水の流量Ｑは、各レーン（21a〜22b）に対する噴霧装置（40）からの給水量と等しい。従って、数式２から明らかなように、各レーン（21a〜22b）に対する噴霧装置（40）からの給水量が増えると、各レーン（21a〜22b）における水位（即ち、処理槽（11）の底部（12）から水面までの距離ｈ_０）が高くなる。

ここでは、各レーン（21a〜22b）における水位の変化を、第１レーン（21a）を例として説明する。

噴霧装置（40）から第１レーン（21a）への給水量が比較的少ない場合は、図５(Ａ)に示す状態となる。つまり、第１レーン（21a）のうち図５における第２バッフル板（27）の左側の部分では、水位が第２バッフル板（27）の高さｈ_Ｂと等しくなる。また、第１レーン（21a）のうち図５における第２バッフル板（27）の右側の部分では、水位ｈ_０が第２バッフル板（27）の高さｈ_Ｂよりも低くなる。一方、噴霧装置（40）から第１レーン（21a）への給水量が比較的多い場合は、図５(Ｂ)に示す状態となる。つまり、第１レーン（21a）の全体で水位ｈ_０が第２バッフル板（27）の高さｈ_Ｂよりも高くなる。

このように、処理槽（11）では、各レーン（21a〜22b）に対する噴霧装置（40）からの給水量にかかわらず、各レーン（21a〜22b）のうち図５における第２バッフル板（27）の左側の部分では、水位が常に第２バッフル板（27）の高さｈ_Ｂ以上となる。従って、第２バッフル板（27）の上端よりも下方に配置された放電孔（35）は、常に水中に位置する。

また、各排水口（17a〜17d）は、中心から処理槽（11）の底部（12）までの距離ｈ_１、内径２ｒ、及び流量係数Ｃが互いに等しい。このため、図８の数式２から明らかなように、各レーン（21a〜22b）に対する噴霧装置（40）からの給水量Ｑが互いに等しければ、各レーン（21a〜22b）における水位ｈ_０も互いに等しくなる。

−レーンの水位と殺菌因子の発生量との関係−
ここでは、各レーン（21a〜22b）の水位と、各レーン（21a〜22b）における殺菌因子の発生量との関係について、第１流路（21）を例に説明する。なお、両者の関係は、第２流路（22）においても同様に成り立つ。

上述したように、放電孔（35）において放電が生起している状態において、第１レーン（21a）を流れる水と第２レーン（21b）を流れる水は、それぞれの電位が互いに異なる。このため、処理槽（11）の第１流路（21）は、仕切板（15）を誘電体とした一種のキャパシタを構成する。

図９に示す数式３から明らかなように、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量は、仕切板（15）の実効面積Ｓに比例する。また、図９のグラフに示すように、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量の実測値も、仕切板（15）の実効面積Ｓに実質的に比例する。

仕切板（15）の実効面積Ｓは、仕切板（15）のうち水と接する部分の面積である。つまり、図５(Ａ)に示す状態では、仕切板（15）の実効面積Ｓ＝Ｌ_１ｈ_Ｂ＋Ｌ_２ｈ_０であり、図５(Ｂ)に示す状態では、仕切板（15）の実効面積Ｓ＝(Ｌ_１＋Ｌ_２)ｈ_０である。Ｌ_１は処理槽（11）の一方の端壁部（14a）から第２バッフル板（27）までの距離であり、Ｌ_２は処理槽（11）の他方の端壁部（14b）から第２バッフル板（27）までの距離である。

一方、図１０に示すように、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きいほど、単位時間あたりに放電孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。図１０は、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量と、第１排水口（17a）及び第２排水口（17b）から流出した処理水の過酸化水素濃度との関係を示している。第１排水口（17a）及び第２排水口（17b）から流出した処理水に含まれる過酸化水素は、放電孔（35）での放電によって生じた水酸ラジカルが変化したものである。従って、第１排水口（17a）及び第２排水口（17b）から流出した水の過酸化水素濃度が高いことは、単位時間あたりに放電孔（35）での放電によって生じた水酸ラジカルの量が多いことを意味する。

上述したように、各レーン（21a,21b）への噴霧装置（40）からの給水量Ｑが多いほど、第１流路（21）の各レーン（21a,21b）の水位ｈ_０は高くなり、仕切板（15）の実効面積Ｓが大きくなるため、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きくなる。また、上述したように、第１流路（21）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きいほど、単位時間あたりに放電孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。

このため、本実施形態の第１流路（21）では、各レーン（21a,21b）への噴霧装置（40）からの給水量Ｑが増えるにつれて、単位時間あたりに放電孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が増加する。従って、各レーン（21a,21b）への噴霧装置（40）からの給水量Ｑが変化した場合でも、各レーン（21a,21b）から排出される処理水の殺菌因子の濃度の変化が抑えられる。

−実施形態の効果−
本実施形態では、各レーン（21a,21b,22a,22b）に連通する排水口（17a〜17d）が処理槽（11）の短壁部（14b）の下部に配置されており、各流水路（21a,21b）に対する噴霧装置（40）からの供水量が増えると、各レーン（21a〜22b）における水位が高くなる。このため、各レーン（21a〜22b）に対する噴霧装置（40）からの供水量が増えると、処理槽（11）によって構成されたキャパシタの静電容量が大きくなり、単位時間あたりに貫通孔（35）での放電によって生じる殺菌因子の量が多くなる。従って、本実施形態によれば、特に制御を行わなくても、各流水路（21a,21b）に対する噴霧装置（40）からの供水量が増えると、それに応じて単位時間あたりの殺菌因子の発生量を増やすことができ、各レーン（21a〜22b）から排出される水の殺菌因子の濃度の変化を抑制できる。

また、本実施形態では、各レーン（21a〜22b）における放電孔（35）の下流側に、上端が放電孔（35）よりも上方に位置する第２バッフル板（27）が設けられる。このため、噴霧装置（40）が各レーン（21a〜22b）へ供給する水の流量にかかわらず、放電孔（35）を確実に水中に没した状態に保つことができる。

また、本実施形態では、各レーン（21a〜22b）において、排水口（17a〜17d）が第２バッフル板（27）の上端よりも下方に配置される。このため、放電孔（35）を水中に没した状態に保ちつつ、各レーン（21a〜22b）のうち第２バッフル板（27）よりも下流側の部分における水位を、第２バッフル板（27）の上端よりも低くすることが可能となる（図５(Ａ)を参照）。従って、本実施形態によれば、放電孔（35）を水中に配置して殺菌因子を確実に生成させつつ、各レーン（21a〜22b）の水位の調節範囲を拡大することによって殺菌因子の発生量の調節範囲を拡大できる。

−実施形態の変形例−
本実施形態の水処理装置（1a）では、水処理部（10）の下流槽（50）に衝突板（55）が設けられていてもよい。図１１に示すように、本変形例の衝突板（55）は、排水口（17a〜17d）と向かい合うように設置された板状の部材である。衝突板（55）は、排水口（17a〜17d）と向かい合う面が上向きの傾斜面となる姿勢で配置されている。衝突板（55）は、排水口（17a〜17d）と共に流出側の絶縁部を構成する。

本変形例の水処理装置（1a）では、排水口（17a〜17d）から噴出した水が衝突板（55）にぶつかることによって、一層確実に液滴化する。従って、本変形例によれば、処理槽（11）の水と下流槽（50）の水とを、一層確実に電気的に絶縁することが可能となる。

また、本実施形態の水処理装置（1a）は、野菜等を洗浄するための洗浄液を製造する用途に用いられてもよい。この場合は、水処理装置（1a）は、処理槽（11）内の殺菌因子を含む処理水を、洗浄液として外部へ供給する。

以上説明したように、本発明は、水中で放電を生起させて殺菌因子を生成する水処理装置について有用である。

1a 水処理装置
11 処理槽
14b 短壁部（側壁部）
15 仕切板
17a 第１排水口
17b 第２排水口
21a 第１レーン（第１流水路）
21b 第２レーン（第２流水路）
27 第２バッフル板（バッフル板）
31a 第１電極
32a 第２電極
33a 高電圧発生部（電源）
35 放電孔（貫通孔）
40 噴霧装置（給水部）

Claims (3)

1. 電気絶縁性の仕切板（15）によって仕切られてそれぞれを水が流れる第１流水路（21a）及び第２流水路（21b）を形成する処理槽（11）と、
   上記第１流水路（21a）の水と接する第１電極（31a）と、
   上記第２流水路（21b）の水と接する第２電極（32a）と、
   上記第１電極（31a）と上記第２電極（32a）に電圧を印加する電源（33a）と、
   上記第１流水路（21a）及び上記第２流水路（21b）へ水を供給する給水部（40）とを備え、
   上記仕切板（15）には、水中に位置すると共に上記第１電極（31a）と上記第２電極（32a）の間の電流経路を構成して放電を生起させる貫通孔（35）が設けられ、
   上記第１流水路（21a）及び上記第２流水路（21b）に面する上記処理槽（11）の側壁部（14b）には、上記貫通孔（35）での放電によって生じた殺菌因子を含む処理水を上記第１流水路（21a）から排出するための第１排水口（17a）と、上記処理水を上記第２流水路（21b）から排出するための第２排水口（17b）とが形成され、
   上記各排水口（17a,17b）は、上記給水部（40）からの給水量が増えると上記各流水路（21a,21b）の水位が高くなるように上記側壁部（14b）の下部に配置されている
   ことを特徴とする水処理装置。
2. 請求項１において、
   上記給水部（40）は、上記各流水路（21a,21b）の一端部へ水を供給し、
   上記第１排水口（17a）は上記第１流水路（21a）の他端部に、上記第２排水口（17b）は上記第２流水路（21b）の他端部にそれぞれ連通し、
   上記各流水路（21a,21b）では、水の流れ方向における上記貫通孔（35）の下流側に、該各流水路（21a,21b）の底面から上方へ延び且つ上端が上記貫通孔（35）よりも上方に位置するバッフル板（27）が設けられると共に、水の流れ方向における上記バッフル板（27）の上流側に、上記電極（31a,32a）が配置されている
   ことを特徴とする水処理装置。
3. 請求項２において、
   上記各排水口（17a,17b）は、該排水口（17a,17b）が連通する上記流水路（21a,21b）に設けられた上記バッフル板（27）の上端よりも下方に配置されている
   ことを特徴とする水処理装置。

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