JP2018153779A - 液体処理装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させることができる、液体処理装置を提供する。【解決手段】中心軸Ｘ１沿いの一端が閉口しかつ中心軸と直交する断面形状が円形である筒状の処理槽１２と、処理槽の中心軸の一端側に配置されかつ棒形状の第１電極３０と、処理槽の中心軸の他端側に配置される第２電極３１と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電源６０と、第１電極を第１電極の中心軸周りに回転させる電極回転装置２００とを備え、処理槽の中心軸の一端側に、処理槽の円形の断面形状の接線方向から液体Ｌ１を導入することにより液体を処理槽内で処理槽の中心軸周りに旋回させ、液体の旋回流Ｆ１中に気相Ｇを発生させる液体導入口１５を備える。【選択図】図１
Description
本発明は、液体を電気化学的に処理する液体処理装置に関する。より詳細には、本発明は、液体中でプラズマを発生させ、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線又はラジカルなどによる分解及び殺菌作用を同時に起こして、液体を処理する液体処理装置に関する。
図１３に、従来の液体処理装置の例を示す。液体８０３（例えば、水）の中に、第１電極８０１及び第２電極８０２を配置し、パルス電源８０４から両電極８０１，８０２間に高電圧パルスを印加して液体８０３を気化させ、プラズマ８０５を発生させる。このとき、プラズマ８０５が直接触れることで、液体８０３中に含まれる汚濁物質等が分解処理される。同時に、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）又は過酸化水素等の酸化力を持つ成分が生成され、それらの成分が液体８０３中に含まれる汚濁物質等と反応することでも分解処理が進展する。水中にプラズマ８０５が発生することにより生成されるラジカルの中でも、特にＯＨラジカルは高い酸化力を有することが知られており、液体８０３中に溶解している難分解性有機化合物を分解処理することが可能である。
しかしながら、上記従来の液体処理装置の場合、液体８０３を気化させるために高い印加電圧が必要なだけでなく、プラズマ８０５の発生効率が低く、液体８０３を処理するのに長時間を要するという問題があった。
そこで、印加電圧を低くしつつプラズマの発生効率を向上させるために、両電極間に外部より導入した気体を介在させるようにした液体処理装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の液体処理装置（図１４）では、アノード電極９０１とカソード電極９０２との間に被処理液９０３とともに気体９０４（例えば、酸素）を介在させた上で、両電極９０１，９０２間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加により、気体９０４内にプラズマが発生し、プラズマと被処理液９０３との接触面で被処理液９０３の分解処理が進展する。特許文献１に記載の液体処理によれば、気体を介在させない場合よりも印加電圧を低減させることができ、かつ、プラズマを効率良く発生させて液体の処理を行うことができる。
しかしながら、特許文献１に記載の液体処理装置では、一方の電極に棒状の電極を用いている。こうした液体処理装置では、棒状の電極が放電方向に対して若干傾く、又は、僅かに偏心した状態で取り付けられることにより、電極間に長時間プラズマを発生させると棒状電極の先端が偏った形に磨耗してしまう。磨耗による先端の偏りが大きくなると、最終的にはプラズマが安定して生成できなくなるため、長時間、設備を稼動させることができない課題が発生する。
本発明は、このような点に鑑み、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させることができる、液体処理装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる液体処理装置は、中心軸沿いの一端が閉口しかつ前記中心軸と直交する断面形状が円形であるとともに、前記中心軸の一端側に、前記円形の断面形状の接線方向から液体を導入することにより前記液体を前記中心軸周りに旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口を有する筒状の処理槽と、
前記処理槽の前記中心軸の前記一端側に配置されかつ棒形状の第１電極と、
前記処理槽の前記中心軸の他端側に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第１電極を前記第１電極の中心軸周りに回転させる電極回転装置とを備える。
前記処理槽の前記中心軸の前記一端側に配置されかつ棒形状の第１電極と、
前記処理槽の前記中心軸の他端側に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第１電極を前記第１電極の中心軸周りに回転させる電極回転装置とを備える。
本発明の前記態様にかかる液体処理装置によれば、電極回転装置により第１電極を第１電極の中心軸周りに回転させることにより、第１電極の先端がその中心軸周りに平均的に磨耗させることができてプラズマが安定し、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させることができ、長時間、設備を稼動させることができる。また、液体処理装置の処理槽内では、旋回流中で液体を気化させ、生成された気相にパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。電圧印加により液体を気化させる必要がないために、少ない電力でプラズマ発生させることができ、液体の処理を効率よく、迅速に行うことができる。
［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る液体処理装置１００を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化又は模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る液体処理装置１００を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化又は模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
［全体構成］
まず、実施形態１にかかる液体処理装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１にかかる液体処理装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは液体処理装置１００の前方向を示し、矢印Ｂは後方向を示す。矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｒは後方向から見て右方向、矢印Ｌは後方向から見て左方向を示す。
まず、実施形態１にかかる液体処理装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１にかかる液体処理装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは液体処理装置１００の前方向を示し、矢印Ｂは後方向を示す。矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｒは後方向から見て右方向、矢印Ｌは後方向から見て左方向を示す。
図１に示す液体処理装置１００は、貯留槽９０に接続されている状態を示している。液体処理装置１００は、液体中で放電することによって液体を処理する。本実施形態１では、処理対象の液体の例として、汚濁物質が溶解した水溶液Ｌ１を処理する場合について説明する。
貯留槽９０には、液体処理装置１００で処理された処理液が貯溜される。
貯留槽９０には、液体処理装置１００で処理された処理液が貯溜される。
液体処理装置１００は、少なくとも、液体導入口の一例として機能する導入部１５を有する処理槽１２と、第１電極３０と、第２電極３１と、電源６０と、電極回転装置の一例として機能する回転機構２００とを備えている。より具体的には、液体処理装置１００は、装置本体１０、液体供給部５０、及び、電源６０を備えている。装置本体１０は、処理槽１２、導入部１５、排出部１７、第１電極３０、及び、第２電極３１を備えている。
処理槽１２は、内部に導入された液体（例えば、水）Ｌ１を処理している筒状の槽である。処理槽１２の正面断面形状は円形である（図３参照）。導入部１５は、処理槽１２の中心軸Ｘ１の閉口している一端側に配置されて、処理槽１２に液体Ｌ１を、例えば処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から導入する。導入部１５は、配管５１を介して液体供給部５０に連通している。排出部１７は、処理槽１２の他端に配置されて、処理槽１２で処理された処理液Ｌ２を処理槽１２から排出させる。本実施形態１では、排出部１７は、処理槽１２の中心軸Ｘ１の他端側に配置されて、貯留槽９０の取り入れ口９１に接続されている。排出部１７から排出された処理液Ｌ２は、貯留槽９０に貯溜される。
処理槽１２は、内部に導入された液体（例えば、水）Ｌ１を処理している筒状の槽である。処理槽１２の正面断面形状は円形である（図３参照）。導入部１５は、処理槽１２の中心軸Ｘ１の閉口している一端側に配置されて、処理槽１２に液体Ｌ１を、例えば処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から導入する。導入部１５は、配管５１を介して液体供給部５０に連通している。排出部１７は、処理槽１２の他端に配置されて、処理槽１２で処理された処理液Ｌ２を処理槽１２から排出させる。本実施形態１では、排出部１７は、処理槽１２の中心軸Ｘ１の他端側に配置されて、貯留槽９０の取り入れ口９１に接続されている。排出部１７から排出された処理液Ｌ２は、貯留槽９０に貯溜される。
第１電極３０は、処理槽１２の一端の内部に、少なくとも内側端部が配置されている棒形状の電極である。一例として、第１電極３０は、処理槽１２の一端の内壁の中央から処理槽１２内に、長手方向沿いに、例えば中心軸Ｘ１沿いに突出配置されている。第１電極３０の材質は、一例としてタングステンを使用している。
第２電極３１は、処理槽１２の他端の壁の外側に配置されて、排出部１７の近傍に配置されている。
第１電極３０は電源６０が接続されており、第２電極３１は接地されている。第１電極３０及び第２電極３１には、電源６０により高電圧のパルス電圧が印加される。
第２電極３１は、処理槽１２の他端の壁の外側に配置されて、排出部１７の近傍に配置されている。
第１電極３０は電源６０が接続されており、第２電極３１は接地されている。第１電極３０及び第２電極３１には、電源６０により高電圧のパルス電圧が印加される。
液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に液体（例えば、水）Ｌ１を供給するポンプである。液体供給部５０は、配管５１に接続されている。配管５１の一端は、処理槽１２の一端の内壁近傍に配置された内側開口としての導入部１５に接続されており、配管５１の他端は図示しない液体供給源（例えば、水タンク８０）又は貯留槽９０の処理液を含んだ貯留水を循環できる形に接続されている（図１の一点鎖線の循環用配管８１を参照）。
電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。電源６０は、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを交互に印加する、いわゆるバイポーラーパルス電圧を印加することができる。
回転機構２００は、第１電極３０に取り付けられており、第１電極３０を第１電極３０の中心軸３０ｃ（図７参照）周りに処理槽１２に対して回転させることができる。回転機構２００は、第１電極３０を保持可能でかつ回転角を制御可能なモータなどで構成されている。必要に応じて、例えば、制御装置２３０の制御の下に、電源投入後に、所定時間又は所定時間間隔で所定角度、回転機構２００により第１電極３０を回転させることが可能である。一例として、回転機構２００は制御装置２３０で駆動制御され、制御装置２３０の制御の下で、電源６０での電圧印加から所定時間又は所定間隔で、所定角度、回転機構２００により第１電極３０を回転させることが可能である。
貯留槽９０は、液体処理装置１００から排出される処理液、すなわち、ＯＨラジカルなどの改質成分をせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル又はナノバブルを生成し、処理液（例えば水）の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留槽９０は、処理槽１２の排出部１７の開口断面積より大きい断面積を内部に有して、排出部１７から貯留槽９０内に排出された改質成分を貯留槽９０でせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルを貯留槽９０内で生成して、水の中に拡散させて処理液を生成する。よって、貯留槽９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留槽９０としては、少なくとも、処理槽１２の排出部１７の開口の内径寸法の倍以上の内径又は一辺を確保することにより、殺菌を確実に行える処理液を貯留槽９０で生成することができる。
貯留槽９０は、液体処理装置１００から排出される処理液、すなわち、ＯＨラジカルなどの改質成分をせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル又はナノバブルを生成し、処理液（例えば水）の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留槽９０は、処理槽１２の排出部１７の開口断面積より大きい断面積を内部に有して、排出部１７から貯留槽９０内に排出された改質成分を貯留槽９０でせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルを貯留槽９０内で生成して、水の中に拡散させて処理液を生成する。よって、貯留槽９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留槽９０としては、少なくとも、処理槽１２の排出部１７の開口の内径寸法の倍以上の内径又は一辺を確保することにより、殺菌を確実に行える処理液を貯留槽９０で生成することができる。
［装置本体］
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図である。
処理槽１２は、第１内壁２１、第２内壁２２、及び、第３内壁２３を有している。処理槽１２の材質は絶縁体でもよいし、導体でもよい。導体の場合には、各電極３０，３１との間に絶縁体を介在する必要がある。第１内壁２１は、筒状の壁部である。第２内壁２２は、第１内壁２１の図２の左端部に設けられている。第３内壁２３は、第１内壁２１の図２の右端部に設けられている。第２内壁２２及び第３内壁２３は、側面視では略円形である。第１内壁２１、第２内壁２２、及び第３内壁２３により、処理槽１２の内部には、略円柱状の収容空間８３が構成されている。第１内壁２１の中心軸、つまり、処理槽１２の内部に構成される略円柱状の収容空間８３の仮想の中心軸を軸Ｘ１とする。
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図である。
処理槽１２は、第１内壁２１、第２内壁２２、及び、第３内壁２３を有している。処理槽１２の材質は絶縁体でもよいし、導体でもよい。導体の場合には、各電極３０，３１との間に絶縁体を介在する必要がある。第１内壁２１は、筒状の壁部である。第２内壁２２は、第１内壁２１の図２の左端部に設けられている。第３内壁２３は、第１内壁２１の図２の右端部に設けられている。第２内壁２２及び第３内壁２３は、側面視では略円形である。第１内壁２１、第２内壁２２、及び第３内壁２３により、処理槽１２の内部には、略円柱状の収容空間８３が構成されている。第１内壁２１の中心軸、つまり、処理槽１２の内部に構成される略円柱状の収容空間８３の仮想の中心軸を軸Ｘ１とする。
第２内壁２２には、収容空間８３内に突出した円筒状の電極支持筒２４が中央に設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり右方に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。電極支持筒２４の内側には、絶縁体５３を介して第１電極３０が支持されている。第１電極３０は棒形状であり、絶縁体５３は第１電極３０の周囲に配置されている。このため、第１電極３０は、長手方向の軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。絶縁体５３の内側端面より第１電極３０の右端部３０１の内側端面が収容空間８３内に突出し、第１電極３０の右端部３０１の内側端面より電極支持筒２４の内側端面２４１が収容空間８３内に突出するように配置されるように構成されている。
回転機構２００は、処理槽１２の外側で第１電極３０に取り付けられており、第１電極３０の中心軸３０ｃを中心として、第１電極３０を処理槽１２に対して所定時間又は所定時間間隔で所定角度だけ回転させることができる。第１電極３０の中心軸３０ｃは、処理槽１２の中心軸Ｘ１と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端１５１が第１内壁２１に形成されている。導入部１５は、側面視では、第２内壁２２に隣接した位置に配置されている。また、図３は、図２の３―３線における断面図である。導入部１５は、第１内壁２１の壁面に配置されている。
排出部１７は、第３内壁２３の中央部を貫通している。排出部１７は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
第２電極３１は、板状の金属部材であり、中央部に開口部３１１が形成されている。開口部３１１は円形であり、その中心が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
［動作］
次に、液体処理装置１００の動作について説明する。以下では、説明の便宜上、処理槽１２の内部に気相を発生させる状態（図４Ａ）と、気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図５Ａ及び図５Ｂ）とを別図に分けて説明する。図４は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加していない状態を示す側面断面図である。
まず、図４に示すように、導入部１５から処理槽１２に液体（例えば、水）Ｌ１が所定の圧力で導入されると、液体Ｌ１は、第１内壁２１に沿って中心軸Ｘ１周りの旋回流Ｆ１を発生させながら導入部１５から図４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４の右方に移動した旋回流Ｆ１は、排出部１７に向けて移動する。
次に、液体処理装置１００の動作について説明する。以下では、説明の便宜上、処理槽１２の内部に気相を発生させる状態（図４Ａ）と、気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図５Ａ及び図５Ｂ）とを別図に分けて説明する。図４は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加していない状態を示す側面断面図である。
まず、図４に示すように、導入部１５から処理槽１２に液体（例えば、水）Ｌ１が所定の圧力で導入されると、液体Ｌ１は、第１内壁２１に沿って中心軸Ｘ１周りの旋回流Ｆ１を発生させながら導入部１５から図４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４の右方に移動した旋回流Ｆ１は、排出部１７に向けて移動する。
旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、液体Ｌ１の一部が気化して気相Ｇが第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。気相Ｇは、旋回中心付近、具体的には、第１電極３０の右端部３０１から第１内壁２１の中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１の開口部３１１の付近まで発生する。また、気相Ｇは、接している旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回している。気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留槽９０内の液体の抵抗を受ける事で、マイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルにせん断され、貯留槽９０内の液体に拡散される。
図５Ａは、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加した状態を示す側面断面図である。図５Ｂは、気相Ｇ中にプラズマＰが発生している状態を示す拡大図である。図５Ａに示すように、液体Ｌ１が気化した気相Ｇが、第１電極３０から第２電極３１付近まで中心軸沿いに発生している状態で、電源６０により、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。第１電極３０と第２電極３１とは、高電圧のパルス電圧が印加されると、気相Ｇ内にプラズマＰが発生し（図５Ｂ参照）、ラジカル（ＯＨラジカル等）又はイオンを生成する。そのラジカル又はイオンは、気相Ｇから旋回流Ｆ１側へ溶解することで、溶液中に溶解している汚濁物質を分解処理する。加えて、排出部１７の付近の気相Ｇ内のプラズマＰは、貯留槽９０内の液体の抵抗を受ける事でＯＨラジカル等を含有した大量の気泡ＢＡを生じる。この様に、プラズマＰにより発生したＯＨラジカル等により処理され、ＯＨラジカル等を含有した気泡ＢＡを含んだ状態の処理液Ｌ２が、排出部１７から貯留槽９０に向けて排出される。
以上で説明した動作により、プラズマＰを効率良く発生させて液体Ｌ１の処理を迅速に行うことができる。
しかしながら、第１電極３０は、中心軸Ｘ１から若干傾く、又は、偏心した状態で取り付けられることにより、偏って磨耗していく現象が発生する。図６は、第１電極３０の磨耗が進展する様子を示す図である。図６の（ａ）は、プラズマを発生させる前の初期段階である。この状態から、プラズマＰを発生させて液体Ｌ１を処理していくと、第１電極３０が図６の（ｂ）のように、偏って磨耗して先端部３０ａが尖ってくる。このままプラズマＰを発生し続けると、より偏りが大きくなって図６の（ｃ）に示すようになり、最終的には図６の（ｄ）に示すように、第１電極３０が著しく偏って磨耗することにより、気相Ｇも偏心してしまい、プラズマ生成が不安定になる。このような、第１電極３０が偏って磨耗することを防止するため、第１電極３０を回転機構２００で、第１電極３０の中心軸３０ｃ周りに一定時間毎に所定角度だけ回転させることが有効である。
しかしながら、第１電極３０は、中心軸Ｘ１から若干傾く、又は、偏心した状態で取り付けられることにより、偏って磨耗していく現象が発生する。図６は、第１電極３０の磨耗が進展する様子を示す図である。図６の（ａ）は、プラズマを発生させる前の初期段階である。この状態から、プラズマＰを発生させて液体Ｌ１を処理していくと、第１電極３０が図６の（ｂ）のように、偏って磨耗して先端部３０ａが尖ってくる。このままプラズマＰを発生し続けると、より偏りが大きくなって図６の（ｃ）に示すようになり、最終的には図６の（ｄ）に示すように、第１電極３０が著しく偏って磨耗することにより、気相Ｇも偏心してしまい、プラズマ生成が不安定になる。このような、第１電極３０が偏って磨耗することを防止するため、第１電極３０を回転機構２００で、第１電極３０の中心軸３０ｃ周りに一定時間毎に所定角度だけ回転させることが有効である。
図７は、回転機構２００により第１電極３０を回転させることにより、第１電極３０が偏って磨耗することを防止する効果を示す図である。図７の（ａ）の初期状態において第１電極３０が下側に傾いた状態で、長時間、プラズマＰを発生させると、図７の（ｂ）に示す通り、第１電極３０の先端部の下側３０ｂが磨耗する。そこで、図７の（ｃ）に示す通り、第１電極３０を回転機構２００で所定角度、例えば１８０度回転させ、第１電極３０の先端部の下側３０ｂの磨耗部分を上側に持ってきた状態で、長時間、プラズマＰを発生させると、図７の（ｄ）に示す通り、第１電極３０の逆側３０ｄが磨耗して、図７の（ｃ）よりは平坦化される。
図８は、回転機構２００の回転角、及び、回転間隔の違いによる第１電極３０の磨耗形状の違いを示す図である。図８の（ａ）〜（ｅ）で、プラズマＰを発生させた合計時間は同一であり、それぞれ回転動作は一定時間毎に行っている。図８の（ａ）は、回転させなかった場合を示し、図８の（ｂ）は１８０度回転を１回行った場合を示し、図８の（ｃ）は９０度回転を３回行った場合を示し、図８の（ｄ）は４５度回転を７回行った場合を示し、図８の（ｅ）は常に回転させながらプラズマＰを発生させた場合を示している。図８の（ａ）では、第１電極３０である棒電極の先端部３０ａの片側だけが磨耗してしまっているが、図８の（ｂ）では、棒電極の両側が磨耗し、先端がくさび形状になっている。９０度回転を３回実施した図８の（ｃ）では、４面が磨耗し、先端の尖り具合が小さくなる。図８の（ｄ）では、回転角が４５度になっており、先端の尖り具合がさらに小さくなる。図８の（ｅ）は、常に（例えば、プラズマ発生期間中に）回転させた場合で、先端の尖り方が最も小さくなり、先端形状も円錐形になる。このように、第１電極３０の一回の回転角を小さくして頻繁に回転させることで、先端の尖りをより抑えることができ、結果として、気相Ｇの偏心を最小化することができ、長時間プラズマ処理を実施することが可能になる。
図８は、回転機構２００の回転角、及び、回転間隔の違いによる第１電極３０の磨耗形状の違いを示す図である。図８の（ａ）〜（ｅ）で、プラズマＰを発生させた合計時間は同一であり、それぞれ回転動作は一定時間毎に行っている。図８の（ａ）は、回転させなかった場合を示し、図８の（ｂ）は１８０度回転を１回行った場合を示し、図８の（ｃ）は９０度回転を３回行った場合を示し、図８の（ｄ）は４５度回転を７回行った場合を示し、図８の（ｅ）は常に回転させながらプラズマＰを発生させた場合を示している。図８の（ａ）では、第１電極３０である棒電極の先端部３０ａの片側だけが磨耗してしまっているが、図８の（ｂ）では、棒電極の両側が磨耗し、先端がくさび形状になっている。９０度回転を３回実施した図８の（ｃ）では、４面が磨耗し、先端の尖り具合が小さくなる。図８の（ｄ）では、回転角が４５度になっており、先端の尖り具合がさらに小さくなる。図８の（ｅ）は、常に（例えば、プラズマ発生期間中に）回転させた場合で、先端の尖り方が最も小さくなり、先端形状も円錐形になる。このように、第１電極３０の一回の回転角を小さくして頻繁に回転させることで、先端の尖りをより抑えることができ、結果として、気相Ｇの偏心を最小化することができ、長時間プラズマ処理を実施することが可能になる。
以上説明した本実施形態１によれば、電極回転機構２００により第１電極３０を第１電極３０の中心軸周りに回転させることにより、第１電極３０の先端部３０ａがその中心軸３０ｃ周りに平均的に磨耗させることができてプラズマＰが安定し、プラズマＰを効率良く発生させて液体Ｌ１を迅速に処理できるとともに、プラズマＰを長時間安定して発生させることができ、長時間、設備を稼動させることができる。すなわち、第１電極３０が、中心軸Ｘ１から若干傾く、又は、偏心した状態で取り付けられることによって引き起こされる、長時間にわたるプラズマ生成で偏って磨耗していく現象を、第１電極３０をその中心軸３０ｃ周りに回転させることにより抑制し、プラズマＰを長時間安定して発生させることができる。また、液体処理装置１００の処理槽１２内では、旋回流Ｆ１中で液体Ｌ１を気化させ、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させるため、プラズマＰを効率良く発生させて液体Ｌ１の処理を迅速に行うことができる。
なお、以上の説明では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、中心軸Ｘ１の片方の一端部が、閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽であれば様々な形状をとることが可能である。例えば、図９に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１２１であっても同様の効果が得られる。図９では、処理槽１２１内の液体導入部側の断面積の半径が液体排出部側の断面積の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図１０に示す円錐形状の処理槽１２２であっても同様の効果が得られる。好ましくは、旋回流Ｆ１が前方向Ｆにすべるのを防ぐために、図１０に示すように、断面の内径が連続的に小さくなる円錐形状が好ましい。
なお、以上の説明では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、中心軸Ｘ１の片方の一端部が、閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽であれば様々な形状をとることが可能である。例えば、図９に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１２１であっても同様の効果が得られる。図９では、処理槽１２１内の液体導入部側の断面積の半径が液体排出部側の断面積の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図１０に示す円錐形状の処理槽１２２であっても同様の効果が得られる。好ましくは、旋回流Ｆ１が前方向Ｆにすべるのを防ぐために、図１０に示すように、断面の内径が連続的に小さくなる円錐形状が好ましい。
［変形例］
本実施形態１では、第１電極３０は、回転機構２００で回転するのみであったが、図１１に示すように、電極移動装置２１０と、電流計２２０と、制御装置２３０とを設けて、さらに、第１電極３０と第２電極３１との距離を調整可能とするようにしてもよい。
電流計２２０は、第１電極３０と第２電極３１との間に接続されている。
電極移動装置２１０は、電流計２２０で計測される電流値に基づいて第１電極３０と第２電極３１との距離を変化させる。より具体的には、電極移動装置２１０は、例えば、モータ２１１と、モータ２１１と連結されて正逆回転駆動されるボールねじ２１２と、ボールねじ２１２に螺合するとともに第１電極３０を保持して第１電極３０の軸方向に進退可能な可動体２１３とで構成されている。よって、電流計２２０で計測される電流値に基づいて制御装置２３０がモータ２１１を駆動制御することで、ボールねじ２１２が正逆回転し、可動体２１３を前後に移動させることにより、第１電極３０を処理槽１２内に出し入れすることができる。例えば、電流計２２０から出力される電流波形が初期状態から変化したと制御装置２３０で判断したとき、この状態は、第１電極３０が摩耗したことを意味している。このため、制御装置２３０により、電極移動装置２１０に制御指令を与え、電極移動装置２１０で第１電極３０を処理槽１２内に挿入することにより、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を制御する。第１電極３０の挿入量は、電流計２２０から出力される電流波形が初期状態からの変化の状態と、第１電極３０の摩耗状態との関係を予め求めておき、第１電極３０の摩耗状態に対応して処理槽１２内に挿入すべき第１電極３０の移動距離をも予め決めておく。そして、このような情報を制御装置２３０が参照することにより、電極移動装置２１０を駆動制御して第１電極３０を処理槽１２内に第１電極３０の移動距離だけ挿入することができる。このように構成することで、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を直接計測することなく、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を一定に維持することができ、プラズマ発生の安定化が可能となる。
本実施形態１では、第１電極３０は、回転機構２００で回転するのみであったが、図１１に示すように、電極移動装置２１０と、電流計２２０と、制御装置２３０とを設けて、さらに、第１電極３０と第２電極３１との距離を調整可能とするようにしてもよい。
電流計２２０は、第１電極３０と第２電極３１との間に接続されている。
電極移動装置２１０は、電流計２２０で計測される電流値に基づいて第１電極３０と第２電極３１との距離を変化させる。より具体的には、電極移動装置２１０は、例えば、モータ２１１と、モータ２１１と連結されて正逆回転駆動されるボールねじ２１２と、ボールねじ２１２に螺合するとともに第１電極３０を保持して第１電極３０の軸方向に進退可能な可動体２１３とで構成されている。よって、電流計２２０で計測される電流値に基づいて制御装置２３０がモータ２１１を駆動制御することで、ボールねじ２１２が正逆回転し、可動体２１３を前後に移動させることにより、第１電極３０を処理槽１２内に出し入れすることができる。例えば、電流計２２０から出力される電流波形が初期状態から変化したと制御装置２３０で判断したとき、この状態は、第１電極３０が摩耗したことを意味している。このため、制御装置２３０により、電極移動装置２１０に制御指令を与え、電極移動装置２１０で第１電極３０を処理槽１２内に挿入することにより、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を制御する。第１電極３０の挿入量は、電流計２２０から出力される電流波形が初期状態からの変化の状態と、第１電極３０の摩耗状態との関係を予め求めておき、第１電極３０の摩耗状態に対応して処理槽１２内に挿入すべき第１電極３０の移動距離をも予め決めておく。そして、このような情報を制御装置２３０が参照することにより、電極移動装置２１０を駆動制御して第１電極３０を処理槽１２内に第１電極３０の移動距離だけ挿入することができる。このように構成することで、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を直接計測することなく、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を一定に維持することができ、プラズマ発生の安定化が可能となる。
さらに、制御装置２３０は、電流計２２０から出力される電流値として、プラズマが発光した時のピーク電流値以下でかつ発光しなかった時のピーク電流値以上に判定閾値を設定しておく。このように設定することにより、電流計２２０から出力される電流値が判定閾値内に入ったことを制御装置２３０で判定すれば、プラズマが発光したことを意味するので、プラズマ発生が成功したかどうかを制御装置２３０で容易に判定することができる。また、単位時間当りに判定閾値を超える割合をプラズマ発生率であると、制御装置２３０で判定することができる。よって、単位時間当りに判定閾値を超える割合が、所望の値以下になったと制御装置２３０で判定した場合に、制御装置２３０で電極移動装置２１０を駆動して第１電極３０を第２電極３１側に向けて送り出す制御を行うことで、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を一定に制御することが可能となる。この結果、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を直接計測することなく、簡易な方法で所望のプラズマ発生率を達成することができ、プラズマ発生の安定化が可能となる。
図１２Ａの（ａ）の初期状態では、プラズマが発光した時のピーク電流値は判定閾値以上であるが、図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態では、プラズマが発光した時のピーク電流値は判定閾値以下となる。従って、判定閾値を超える割合が、予め設定しておいた値以下になった場合は、図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態であると制御装置２３０で判定することが可能である。図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態と制御装置２３０で判定された場合は、制御装置２３０により、電極移動装置２１０に制御指令を与え、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を制御する。この制御により、プラズマが発光した時のピーク電流値は、図１２Ａの（ｃ）の電極距離を一定に制御した後の状態とすることができる。このように、判定閾値を超える割合が、予め設定しておいた値以上となったと制御装置２３０で判定した場合、制御装置２３０による電極距離を一定にする制御が停止される。
また、貯留槽９０を構成する材料の材質としては、水が透過しなければよい。また、例えば、図１２Ｂに示すように、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる銅若しくは鉄を含有した板部材９２を、貯留槽９０の一部もしくはすべてに使用することができる。また、板部材９２を、貯留槽９０とは別部材として貯留槽９０内に配置してもよい。要するに、板部材９２が貯留槽９０内の改質液と接触すれば、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現することができる。
図１２Ａの（ａ）の初期状態では、プラズマが発光した時のピーク電流値は判定閾値以上であるが、図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態では、プラズマが発光した時のピーク電流値は判定閾値以下となる。従って、判定閾値を超える割合が、予め設定しておいた値以下になった場合は、図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態であると制御装置２３０で判定することが可能である。図１２Ａの（ｂ）の磨耗状態と制御装置２３０で判定された場合は、制御装置２３０により、電極移動装置２１０に制御指令を与え、第１電極３０と第２電極３１との間の距離を制御する。この制御により、プラズマが発光した時のピーク電流値は、図１２Ａの（ｃ）の電極距離を一定に制御した後の状態とすることができる。このように、判定閾値を超える割合が、予め設定しておいた値以上となったと制御装置２３０で判定した場合、制御装置２３０による電極距離を一定にする制御が停止される。
また、貯留槽９０を構成する材料の材質としては、水が透過しなければよい。また、例えば、図１２Ｂに示すように、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる銅若しくは鉄を含有した板部材９２を、貯留槽９０の一部もしくはすべてに使用することができる。また、板部材９２を、貯留槽９０とは別部材として貯留槽９０内に配置してもよい。要するに、板部材９２が貯留槽９０内の改質液と接触すれば、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現することができる。
本実施形態１で説明した液体処理装置１００の構成は一例であり、種々の変更が可能である。例えば、処理槽１２の内部構造又は第１電極３０又は第２電極３１の位置等については、本実施形態１の構造に限定されない。本実施形態１では、第１電極３０が筒状の処理槽１２の閉口した端部側に配置され、第２電極３１が、排出部１７の近傍に配置されているが、互いに逆に配置されていても同様の効果が得られる。
以上、本発明の実施形態１を説明したが、上述した実施形態１は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は、上述した実施形態１に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態１を適宜変形して実施することが可能である。
すなわち、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
すなわち、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる液体処理装置は、電極を回転させて２つの電極間の距離を一定に維持することができるので、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させることができる。よって、本発明の前記態様にかかる液体処理装置は、液体中でプラズマを発生させることにより、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線又はラジカルなどによる分解及び殺菌作用とを同時に起こして、液体を処理することができる。このため、この処理液は、殺菌、脱臭、又は、各種の環境改善等に利用することが可能である。
１００ 液体処理装置
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１２１ 処理槽
１２２ 処理槽
１５ 導入部
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
２４ 電極支持筒
３０ 第１電極
３０ａ 第１電極の先端部
３０ｂ 第１電極の先端部の下側
３０ｃ 第１電極の中心軸
３０ｄ 第１電極の先端部の下側（摩耗部分）とは逆側
３１ 第２電極
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
６０ 電源
８０ 水タンク
８１ 一点鎖線（循環用配管）
８３ 収容空間
９０ 貯留槽
１５１ 開口端
２００ 回転機構
２１０ 電極移動装置
２１１ モータ
２１２ ボールねじ
２１３ 可動体
２２０ 電流計
２３０ 制御装置
２４１ 内側端面
３０１ 右端部
３１１ 開口部
８０１ 第１電極
８０２ 第２電極
８０３ 液体
８０４ パルス電源
８０５ プラズマ
９０１ アノード電極
９０２ カソード電極
９０３ 被処理液
９０４ 気体
Ｂ 後方向
ＢＡ 気泡
Ｄ 下方向
Ｆ 前方向
Ｆ１ 旋回流
Ｇ 気相
Ｌ 後方向から見て左方向
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｐ プラズマ
Ｒ 後方向から見て右方向
Ｕ 上方向
Ｘ１ 略円柱状の収容空間の仮想の中心軸
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１２１ 処理槽
１２２ 処理槽
１５ 導入部
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
２４ 電極支持筒
３０ 第１電極
３０ａ 第１電極の先端部
３０ｂ 第１電極の先端部の下側
３０ｃ 第１電極の中心軸
３０ｄ 第１電極の先端部の下側（摩耗部分）とは逆側
３１ 第２電極
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
６０ 電源
８０ 水タンク
８１ 一点鎖線（循環用配管）
８３ 収容空間
９０ 貯留槽
１５１ 開口端
２００ 回転機構
２１０ 電極移動装置
２１１ モータ
２１２ ボールねじ
２１３ 可動体
２２０ 電流計
２３０ 制御装置
２４１ 内側端面
３０１ 右端部
３１１ 開口部
８０１ 第１電極
８０２ 第２電極
８０３ 液体
８０４ パルス電源
８０５ プラズマ
９０１ アノード電極
９０２ カソード電極
９０３ 被処理液
９０４ 気体
Ｂ 後方向
ＢＡ 気泡
Ｄ 下方向
Ｆ 前方向
Ｆ１ 旋回流
Ｇ 気相
Ｌ 後方向から見て左方向
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｐ プラズマ
Ｒ 後方向から見て右方向
Ｕ 上方向
Ｘ１ 略円柱状の収容空間の仮想の中心軸
Claims (5)
- 中心軸沿いの一端が閉口しかつ前記中心軸と直交する断面形状が円形であるとともに、前記中心軸の一端側に、前記円形の断面形状の接線方向から液体を導入することにより前記液体を前記中心軸周りに旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口を有する筒状の処理槽と、
前記処理槽の前記中心軸の前記一端側に配置されかつ棒形状の第１電極と、
前記処理槽の前記中心軸の他端側に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第１電極を前記第１電極の中心軸周りに回転させる電極回転装置とを備える、
液体処理装置。 - 前記第１電極と前記第２電極との間に電流計と、
前記電流計で計測される電流値に基づいて前記第１電極と前記第２電極との距離を変化させる電極移動装置とをさらに備える、
請求項１に記載の液体処理装置。 - プラズマが発光した時のピーク電流値以下でかつ発光しなかった時のピーク電流値以上に判定閾値が設定され、単位時間当りに前記判定閾値の電流値を超える割合が、予め設定しておいた値以下になったと判定した場合に、前記電極移動装置により前記第１電極と前記第２電極との距離を変化させるように駆動制御させる制御装置をさらに備える、
請求項２に記載の液体処理装置。 - 前記電極回転装置は、前記第１電極を前記第１電極の前記中心軸周りに少なくとも４５度回転させる、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体処理装置。 - 前記電極回転装置は、前記第１電極を前記第１電極の前記中心軸周りに常に回転させる、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体処理装置。
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