JP2018202282A - 貯留タンク水処理装置及び貯留式給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを効率良く発生させて貯留タンク水を迅速に殺菌できて、貯留タンク水の処理時間を短縮でき貯留タンク水処理装置及び貯留式給湯装置を提供する。【解決手段】温度センサー９７の検出値に従って制御部９８でポンプ５０の吐出能力を制御しつつポンプにより導入部１５から処理槽１２内に導入された液体Ｌ１を、導入部から排出部１７の間で旋回させて旋回流Ｆ１を発生させるとともに気相ＧにプラズマＰを発生させて、液体を殺菌するとともに改質成分を生成し、生成した改質成分が液体Ｌ１に溶解して液体Ｌ１中に分散して、処理液Ｌ２を生成し、生成された処理液が排出部から貯留タンク９０内に供給して貯留タンク９０内の貯留タンク水９２を殺菌する。【選択図】図６Ｄ

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より貯留タンクの水を殺菌する貯留タンク水処理装置及び貯留式給湯装置に関するものである。

図１５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および第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、液体８０３に対してプラズマ処理を行って、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で殺菌する処理液を生成する液体処理装置が知られている。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、これらの成分で、例えば、菌に対して、高い殺菌作用があるとされている。また、液体８０３の中でプラズマ８０５を発生させることで、プラズマ８０５が液体８０３で覆われており、液体由来の成分を発生させやすいことが知られている。例えば、水の中でプラズマ８０５を発生させることで、ＯＨラジカル又は過酸化水素が生成されやすいことが知られている。

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を殺菌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１６）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、液体８０３に対してプラズマ処理を行って殺菌する。特許文献１に記載の液体処理装置によれば、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被処理液９０３の殺菌を行うことができる。
このような液体処理装置で処理した処理液を貯留タンク内の貯留水に導入することで、貯留水を殺菌する機能を持った貯留式給湯装置への適用が考えられる。

特許第４０４１２２４号

しかしながら、前記したように、特許文献１に記載の液体処理装置を貯留式給湯装置に適用する場合には、プラズマの発生効率が低く、貯留タンクの水の処理に長い時間がかかるという問題があった。

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貯留タンク水を迅速に殺菌できて、貯留タンク水の処理時間を短縮できる、貯留タンク水処理装置及び貯留式給湯装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる貯留タンク水処理装置は、
導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち処理液として排出する排出部を有し、前記排出部が貯留タンクに取り付け可能な処理槽と、
前記貯留タンクに接続可能でかつ前記貯留タンクに保持される貯留タンク水を、前記液体として前記導入部から前記処理槽内に導入するポンプと、
前記処理槽の前記中心軸沿いの一端側において前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
前記処理槽の前記中心軸沿いの他端側において前記処理槽内の前記液体に接触するように配置された第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して前記気相にプラズマを発生させて前記液体を殺菌して前記処理液とするとともに改質成分を前記処理液中に生成する電源と、
前記貯留タンク内の前記貯留タンク水の温度を検出する温度センサーの検出値に従って、前記ポンプの吐出能力を制御する制御部とを備えて、
前記温度センサーの前記検出値に従って前記制御部で前記ポンプの前記吐出能力を制御しつつ前記ポンプにより前記導入部から前記処理槽内に導入された前記液体を、前記導入部から前記排出部の間で旋回させて前記旋回流を発生させるとともに前記旋回流の前記気相に前記プラズマを発生させて、前記液体を殺菌するとともに前記改質成分を生成し、生成した改質成分が前記処理液に溶解して前記処理液中に分散し、この処理液を前記排出部から前記貯留タンク内に供給して前記貯留タンクの前記貯留タンク水を殺菌し、殺菌したのち排出された前記貯留タンク水を前記ポンプにより前記処理槽に少なくとも前記液体の一部として導入する。
上記目的を達成するために、本発明の別の態様にかかる貯留式給湯装置は、
前記態様の貯留タンク水処理装置と、
前記貯留タンク水処理装置で生成された前記処理液を貯留タンク水内に供給する前記貯留タンクと、
を備える。

本発明の前記態様にかかる貯留タンク水処理装置及び貯留式給湯装置によれば、温度センサーの検出値に従って制御部でポンプの吐出能力を制御しつつ、ポンプにより、貯留タンクから導入部を介して前記液体が前記処理槽に導入される。その結果、導入された前記液体の貯留タンク水を、前記導入部から前記排出部の間で旋回させて前記旋回流を発生させる。そして、この貯留タンク水の旋回流で生成した前記気相に前記プラズマを発生させて、前記液体を殺菌するとともに、殺菌作用を有する改質成分を生成し、生成した改質成分を有する処理液を生成する。そして、生成された前記処理液が前記排出部から前記貯留タンク内の貯留タンク水に供給されて、前記貯留タンク内の貯留タンク水を殺菌するので、貯留タンク水を効率的に殺菌できる。ここでは、旋回流中で貯留タンク水を気化させ、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ている。電圧印加により貯留タンク水を気化させる必要がないため、少ない電力でプラズマを発生させることができ、貯留タンク水の殺菌を効率良く、迅速に行うことができる。すなわち、プラズマを効率良く発生させて貯留タンク水を迅速に殺菌できて、貯留タンク水の処理時間を短縮することができる。
また、温度センサーで検出された貯留タンク内の貯留タンク水の温度に合わせて気相を生成（気相内の圧力条件を満足）する旋回流に必要な水量を、制御部の制御の基にポンプで調整することができて、安定した放電を得ることができる。よって、ＯＨラジカルを、より効率良く生成し、貯留タンクの殺菌を、より効率良く行うことができる。

本発明の実施形態１にかかる貯留タンク水処理装置である液体処理装置の構成を示す側面断面図 液体処理装置の装置本体の側面断面図 図２の３―３線における断面図 処理槽の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加していない状態を示す側面断面図 図４の５−５線における断面図 処理槽の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加した状態を示す側面断面図 図６Ａの気相中にプラズマが発生した状態の部分拡大図 貯留タンク水処理装置を貯留タンクに連結配置して貯留タンク水を殺菌している状態の側面断面図 貯留タンク水処理装置を含む貯留式給湯装置全体の側面断面図 本発明の実施形態２にかかる貯留タンク水処理装置を含む貯留式給湯装置全体の構成を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 図９Ａとは異なる装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例において貯留タンクの一部に銅材を配置した側面断面図 従来の液体処理装置の概略構成図 気体導入装置を備える従来の液体処理装置の概略構成図

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態１に係る貯留タンク水処理装置である液体処理装置１００を詳しく説明する。図中同一また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、構成が簡略化また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。

液体処理装置１００は、液体の中で放電することによって、液体を殺菌するとともに改質成分を生成し、生成した改質成分を液体の中に分散させることで処理液Ｌ２を生成する。本実施形態１では、液体の例として循環水Ｌ１を殺菌するとともに、貯留タンク９０での殺菌処理で使用するための、ＯＨラジカル又は過酸化水素等の改質成分を含んだ処理液Ｌ２を生成する場合について説明する。ここで、循環水Ｌ１とは、必要に応じて貯留タンク９０に向けて供給される水道水を含む、貯留タンク９０に保持されている水又は湯９２を循環用配管８１及び配管５１を通してポンプ５０で処理槽１２に供給される液体を意味する。

液体処理装置１００は、少なくとも、処理槽１２と、第１電極３０と、第２電極３１と、電源６０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、貯留槽の例としての貯留タンク９０、電源６０、および制御部９８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、および第２電極３１を備えている。また、液体処理装置１００としては、温度センサー９７をさらに備えてもよい。

処理槽１２は、内部に導入された循環水Ｌ１をプラズマにより、循環水Ｌ１を殺菌するとともに改質成分（例えば、ＯＨラジカル又は過酸化水素等）を生成して処理液Ｌ２を生成させる部分である。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。前記改質成分が貯留タンク９０に排出される際に、改質成分が循環水Ｌ１に分散され、処理液Ｌ２が生成される。
処理槽１２の内壁の正面断面形状は円形である（図３参照）。言い換えれば、処理槽１２は、処理槽１２の循環水Ｌ１の旋回軸Ｘ１沿いの一端側が閉口した断面形状が円形である円柱状の処理室を有している。導入部１５は、処理槽１２の一端に配置されて、処理槽１２に循環水Ｌ１を処理槽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に導入された循環水Ｌ１と処理槽１２で生成された改質成分を処理槽１２から貯留タンク９０に排出させる。本実施形態１では、排出部１７は、貯留タンク９０の取り入れ口９１に接続されている。

第１電極３０は、処理槽１２の一端の内部に配置されている。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、長手方向沿いに突出配置されている。
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および第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。

液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に循環水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又は水道水）又は貯留タンク９０の処理液Ｌ２を含んだ貯留タンク水９２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。

貯留タンク９０は、液体処理装置１００から排出される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、水の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留タンク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から貯留タンク９０内に排出された改質成分を貯留タンク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タンク９０内で生成して、水の中に拡散させる。よって、貯留タンク９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留タンク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Ｌ２を貯留タンク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、および第３内壁２３を有している。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および第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、および第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。第１電極３０の右端部３０１の内側端面と、絶縁体５３の内側端面と、電極支持筒２４の内側端面２４１とは、ほぼ同じ面内に配置されるように構成されている。

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。

［温度センサー］
温度センサー９７は、公知の温度センサーを使用することができる。温度センサー９７は、液体処理装置１００の内の気相G近傍の液体の温度にできる限り近い温度を取得するため、液体処理装置１００の排出部１７の近くの貯留タンク９０内に配置して、排出部１７を経て液体処理装置１００から排出されてくる処理液Ｌ２に近い領域の液体の水温を温度センサ９７で検出している。温度センサー９７による検出値は制御部９８に入力される。温度センサー９７で貯留タンク水９２の温度を検出するとき、所定時間（例えば１０秒程度）だけ貯留タンク水９２を貯留タンク９０と液体処理装置１００との間で循環させたのち、温度を検出するほうが、貯留タンク９０と液体処理装置１００とでの温度が均一化されるため、好ましい。
なお、温度センサー９７は、貯留式給湯装置として通常備えられている温度センサーで兼用するようにしてもよい。

［制御部］
制御部９８は、温度センサー９７の検出値に従って、ポンプ５０の吐出能力（例えば、吐出流量）を制御する。具体的には、制御部９８は、詳しくは後述するが、内部記憶部又は外部記憶部に、温度と吐出能力との関係を表すテーブル形式又は数式などの関係情報を予め記憶しておき、そのテーブル又は数式を利用して、温度センサー９７の検出値に対応する吐出能力を取得可能としている。制御部９８は、取得した吐出能力に基づきポンプ５０を制御する。
また、さらに、制御部９８は、検出された温度が所定時間の間、所定の変動幅内に入り、温度変動が安定していると判定するとき、電源６０を駆動制御して第１電極３０および第２電極３１に高電圧のパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させて、循環水Ｌ１を殺菌するとともに処理液Ｌ２を生成するようにしてもよい。このとき、制御部９８は、ポンプ５０と電源６０とをそれぞれ独立して制御している。

［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Ｇを発生させる状態（図４および図５）と、発生させた気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図６Ａ及び図６Ｂ）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、水道水からポンプ５０などを介するか、又は、ポンプ５０で貯留タンク９０から貯留タンク水９２を循環水Ｌ１として吸い込んで、導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、循環水Ｌ１は、第１内壁２１に沿って、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、循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、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。旋回している気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留タンク９０内の水の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、貯留タンク９０に拡散される。

図５は、図４の５−５線における断面図である。図４で説明したように、導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、循環水Ｌ１は、第１内壁２１に沿った図５の右回りの旋回流Ｆ１を発生させる。循環水Ｌ１が処理槽１２の内部で旋回することで、旋回流Ｆ１の中心付近、つまり第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、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近において循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが生成される。

図６Ａ及び図６Ｂ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６Ａに示すように、循環水Ｌ１が気化した気相Ｇが、第１電極３０の近傍から第２電極３１の付近まで発生されている状態で、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。図６Ｂ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。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、循環水Ｌ１が殺菌されるとともに、改質成分として水由来のラジカル（ＯＨラジカル等）又は化合物（過酸化水素等）又はイオンを生成する。前記改質成分を含んだ気相Ｇは、周辺にある旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回する。前記改質成分を含んだ気相Ｇが旋回することにより、前記改質成分の一部が、旋回流Ｆ１側へ溶解することで、循環水Ｌ１の中に改質成分が分散する。加えて、排出部１７付近の前記改質成分を含んだ気相Ｇは、貯留タンク９０内の循環水Ｌ１の抵抗を受ける事でせん断され、改質成分を含有した気泡ＢＡを生じる。また、貯留タンク９０内に処理液Ｌ２を留めることで、負圧である気相Ｇに空気が混入することを防いでいる。この様に、プラズマＰにより生成した改質成分が気泡状態もしくは循環水Ｌ１の中に溶け込んだ状態で、循環水Ｌ１の中に分散された処理液Ｌ２が貯留タンク９０に留められて、貯留タンク水９２を殺菌する。

以上説明した本実施形態１によれば、旋回流Ｆ１中で循環水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を発生させて液体である循環水Ｌ１を殺菌するとともに液体から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む処理液Ｌ２を生成する。そのため、気相Ｇは、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相よりも負圧となっており、小さな電圧（すなわち、少ない電力）でプラズマＰを発生できるので、循環水Ｌ１の殺菌が効率良くできる。さらに、ジュール熱によって水を気化させないので、投入するエネルギーが小さくなる。また、外部から気体を導入しないので、気体供給装置が不要となり、液体処理装置１００の小型化がしやすくなる。

また、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇは、浮力により一定の形状又は一定の位置で保持することが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、周りの旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１の中心軸Ｘ１に集まる方向へ力が加わるので、第１電極３０の右端部３０１の近傍に一定の気相Ｇを生成することができる。そのため、第１電極３０と第２電極３１との間に生成される気体の量の時間変化が少なく、プラズマＰに必要な電力が変化しにくいので、プラズマＰを安定して発生でき、貯留タンク水９２を含む循環水Ｌ１の殺菌が効率良く迅速にできて液体の処理時間が短縮でき、殺菌能力が高まる。

また、プラズマＰの体積はカソード電極の近傍にある気相の体積以下になるが、ジュール熱により気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇの形状は、バブル形状なので体積が一定以上になると分裂するため、一定の体積以上のプラズマＰを発生させることが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、旋回流Ｆ１の旋回速度を確保できれば、中心軸Ｘ１の方向に体積を大きくすることが容易であるため、プラズマＰの体積を大きくしやすい。そのため、貯留タンク水９２を含む循環水Ｌ１の殺菌処理量及び改質成分の生成量を増加させやすく、液体を迅速に殺菌できる。

また、液体が気化する際に体積が膨張するため、衝撃波が発生し、周辺の物体を破壊するキャビテーションが知られている。本実施形態１では、キャビテーションによる破壊が最も強くなるのは、処理槽１２の内径が最も小さく、旋回流Ｆ１の旋回速度が最も早くなる排出部１７である。そのため、気相Ｇの中でも第１電極３０の右端部３０１は、キャビテーションの破壊が最も強くなる箇所から離れているため、キャビテーションによる第１電極３０への影響を小さくなりプラズマＰを安定的に発生できる。

また、外部から空気を導入することなく循環水Ｌ１の処理を行うため、空気等の窒素成分を含んだ気体を導入した気相を活用したプラズマでは発生する有害な亜硝酸の生成を抑制することができる。さらに、ＯＨラジカル又は過酸化水素等を内包した気泡ＢＡを含んだ処理液Ｌ２を生成することができる。

前記液体処理装置１００は、貯留式給湯装置１０１に取り付け可能な貯留タンク水処理装置として機能するものであり、この液体処理装置１００を貯留タンク９０に隣接して配置した構成の貯留式給湯装置１０１において、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２を殺菌している状態を図６Ｃに示し、貯留式給湯装置１０１の全体を図６Ｄに示す。

図６Ｄでは、配管５１は貯留タンク９０に連結されて循環用配管８１を構成しており、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２がポンプ５０を介して導入部１５から処理槽１２内に循環水Ｌ１として供給され、処理槽１２から排出部１７を介して排出される処理液Ｌ２が貯留タンク９０内に導入されることにより、循環するように構成されている。以下の実施形態２及び３でも同様な構成となっている。

液体処理装置１００を備えた貯留式給湯装置１０１としての動作を以下に説明する。
まず、ポンプ５０で循環水Ｌ１として、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２を貯留タンク９０から処理槽１２の導入部１５を経て液体処理装置１００の処理槽１２に導入する。
次いで、処理槽１２内で循環水Ｌ１の旋回流Ｆ１を発生させて中心軸Ｘ１上に気相Ｇを生成する。
次いで、電源６０をオンにしてパルス電圧を気相Ｇに印加して、気相Ｇ中にプラズマＰを発生させて循環水Ｌ１を殺菌する。
次いで、プラズマＰによりＯＨラジカル等の活性種を気相Ｇ中に生成して、処理槽１２内で、ＯＨラジカル等の活性種を含有した気泡ＢＡを発生させる。気泡ＢＡは処理液Ｌ２内に含有されている。
次いで、処理液Ｌ２とともにＯＨラジカル等の活性種を含有した気泡ＢＡを、処理槽１２から排出部１７を経て、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２に導入して、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２を殺菌する。

ここで、液体処理装置１００では、水温により循環水Ｌ１例えば水の気化温度が異なり、気相Ｇの圧力が変化する。例えば、水温が高いときは飽和水蒸気圧が高くなり、気相Ｇに含まれる気体分子の量が多くなることで、絶縁破壊に必要なエネルギーが大きくなりやすい。しかしながら、プラズマＰの発生回数を可能な限り一定にして安定的に殺菌処理するためには、絶縁破壊に必要なエネルギーを可能な限り一定にする必要がある。このため、水温に併せてポンプ５０の吐出流量を制御することで、気相Ｇの体積を制御し、気体分子量を一定の範囲に保つことができる。具体的には、気相Ｇの近傍で生成される処理液Ｌ２の水温又は処理液Ｌ２に近い領域の液体の水温を温度センサー９７で検出して、検出した水温に合わせて気相Ｇを生成（気相Ｇ内の圧力条件を満足）する旋回流Ｆ１に必要な水量の循環水Ｌ１をポンプ５０で処理槽１２に供給するように運転条件を調整する。水温と旋回流Ｆ１に必要な水量（言い換えれば、ポンプ５０の吐出量）との関係情報はテーブル形式又は数式で制御部９８の内部記憶部又は外部記憶部に予め記憶されており、水温を基に水量（言い換えれば、ポンプ５０の吐出量）を取得可能としている。取得された水量、すなわち、ポンプ５０の吐出量となるようにポンプ５０を制御部９８で駆動制御すればよい。この結果、ＯＨラジカルを効率良く生成し、貯留タンク９０の殺菌を行うことができる。

温度センサー９７での水温検出は常時行い、制御部９８でのポンプ５０の駆動制御は、所定時間単位毎（例えば１０分毎）に行うことにより、ポンプ５０に過大な負荷がかからないようにすることが望ましい。

なお、液体を、貯留タンク９０から循環用配管８１とポンプ５０と配管５１とを介して液体処理装置１００を経て処理液Ｌ２として貯留タンク９０に入るという循環動作を所定時間（例えば１０秒程度）の間だけ繰り返したのち、温度センサー９７で温度を検出すれば、検出した温度が、処理液Ｌ２の温度に、より近くなり、温度検出の精度を高めることができる。

この実施形態１によれば、貯留タンク９０から導入部１５を介して導入された液体の循環水Ｌ１を、導入部１５から排出部１７の間で旋回させて旋回流Ｆ１を発生させるとともに、循環水Ｌ１の旋回流Ｆ１で生成した気相ＧにプラズマＰを発生させて循環水Ｌ１を殺菌するとともに改質成分を生成し、生成した改質成分が循環水Ｌ１に溶解して循環水Ｌ１中に分散して処理液Ｌ２を生成する。そして、生成された処理液Ｌ２が排出部１７から貯留タンク９０内の貯留タンク水９２に供給されて、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２を殺菌するので、貯留タンク水９２を効率的に殺菌できる。ここでは、旋回流中で循環水Ｌ１すなわち貯留タンク水を気化させ、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させて循環水Ｌ１を殺菌できるとともに、殺菌作用を有する改質成分を持つ処理液Ｌ２を生成できる。電圧印加により循環水Ｌ１を気化させる必要がないため、少ない電力でプラズマＰを発生させることができ、貯留タンク水９２の殺菌を効率良く、迅速に行うことができる。すなわち、プラズマＰを効率良く発生させて貯留タンク水９２を迅速に殺菌できて、貯留タンク水９２の処理時間を短縮することができる。

また、循環水Ｌ１により液体処理装置１００で処理液Ｌ２を生成し、生成した処理液Ｌ２により貯留タンク９０の貯留タンク水９２を殺菌し、貯留タンク水９２を循環水Ｌ１として液体処理装置１００に供給するといった循環動作と並行して、液体処理装置１００の排出部１７の近くの貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の温度を温度センサー９７で検出する。制御部９８は、温度センサー９７で検出した水温に対応した吐出量がポンプ５０から吐出するようにポンプ５０を駆動制御する。この結果、貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の温度に合わせて液体処理装置１００で気相Ｇを生成（気相Ｇ内の圧力条件を満足）する旋回流Ｆ１に必要な水量を、制御部９８の制御の基にポンプ５０で調整することができて、安定した放電を得ることができる。よって、ＯＨラジカルを、より効率良く生成し、貯留タンク９０の殺菌を、より効率良く行うことができる。

また、制御部９８で、水量に適した電源６０の印加条件を与えることで、さらに、ＯＨラジカルを、より効率良く生成し、貯留タンク９０の殺菌を、より効率良く行うことができる。

［実施形態２］
実施形態２の貯留式給湯装置１０３は、図６Ｅに示すように、実施形態１の貯留式給湯装置１０１に、水位センサー９５をさらに備えている。
水位センサー９５は、公知の水位センサーを使用することができ、貯留タンク９０又は貯留タンク９０の上方などに配置されて貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の水面９２ａを検出して、検出値を制御部９８に入力する。

制御部９８は、入力された水位センサー９５の検出値に従って、電源６０の出力を制御するとともに、必要に応じてポンプ５０の出力も制御する。制御部９８は、水位センサー９５で検出された貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の水面９２ａが、予め記憶された既知の排出部１７の高さよりも上側にあるか否かを判定する。貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の水面９２ａが、排出部１７の高さ以下のときには、処理槽１２内でも循環水Ｌ１が不足して空放電が発生してしまい、液体処理装置１００が所望の動作ができない水量である可能性がある。また、空放電による電極３０，３１および電源６０への負荷を防止する必要もある。これらのため、制御部９８により、水位センサー９５で検出された貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の水面９２ａが、排出部１７の高さよりも上側にあるときのみ、電源６０から電圧を印加して気相Ｇ内にプラズマＰを発生させるようにして、液体処理装置１００が所望の動作を確実に行えるようにするとともに、空放電による電極３０，３１および電源６０への負荷を防止できるようにする。

また、制御部９８は、水位センサー９５で検出された貯留タンク９０内の貯留タンク水９２の水面９２ａが、排出部１７の高さ以下のとき、排出部１７の高さより所定量だけ上側の位置まで貯留タンク水９２が増えるように、電源６０がオフのまま、ポンプ５０を駆動して循環水Ｌ１を処理槽１２から排出部１７を介して貯留タンク９０内に供給するように駆動制御することもできる。

また、制御部９８は、所定時間内に水位センサー９５の検出値に変動が無いとき、電源６０をオンにして循環水Ｌ１を殺菌するとともに処理液Ｌ２を生成することもできる。

実施形態２にかかる貯留式給湯装置１０３の動作として、実施形態１にかかる貯留式給湯装置１０１と異なる点は、電源６０をオンするときに、制御部９８により水位センサー９５での検出値を基に、水面検出位置が排出部１７より高ければ、電源６０をオンとし、水面検出位置が排出部１７以下であれば、電源６０をオフにすることである。それ以外は、実施形態１にかかる液体処理装置１００と同じであるため、説明を省略する。

この実施形態２によれば、実施形態１の作用効果に加えて、制御部９８により水位センサー９５での検出値を基に、水面検出位置が排出部１７より高ければ、電源６０をオンとし、水面検出位置が排出部１７以下であれば、電源６０をオフにすることにより、空放電による電極３０，３１および電源６０への負荷を防止できる。

［変形例］
本実施形態１〜２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１〜２の構造に限定されない。

本実施形態１〜２では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、断面形状が円形である筒状の処理槽であり、処理槽の片方の端部に処理槽の中心軸上もしくは中心軸の近傍に窄まった穴形状の排出部を有していれば、様々な形状をとることが可能である。例えば、図７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７では、導入部側の半径が排出部側の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図８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８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。

また、本実施形態１〜２では、第１電極３０の形状は、棒電極であったが、第１電極３０の右端部３０１に電解が集中させる形状であれば、この限りではない。例えば、図９Ａで示すように、排出部側に向けて尖った円錐形状が付いた板形状の第１電極３２でもよい。また、図９Ｂで示すように、円錐形状の代わりに、排出部側に向けて湾曲するように突出した山形状の凸部３２Ｂが中央部に有する板形状の第１電極３２Ａでもよい。第１電極３２Ａでは、発生するプラズマＰに最も近い中央部が摩耗しやすいので、単なる平板の電極よりも、当該中央部を処理槽１２内に突出させる山形状の凸部３２Ｂを有する電極の方が寿命が長くて好ましい。さらに好ましくは、板形状の第１電極３２の代わりに、電極が磨耗した際に、処理槽１２内に電極の送り出しが容易な棒電極でもよい。

また、図１０で示すように、第１電極３０の電極支持筒２４を用いず、第２内壁２２に第１電極３０と絶縁体５３とを取り付ける構造にしても同様の効果が得られる。好ましくは、水の電気分解又はジュール熱の発生を抑えるために、プラズマ発生に必要な第１電極３０の右端部３０１と、電源６０との接続部以外は絶縁体で覆われているほうがよい。

また、本実施形態１〜２では、第１電極３０の材質は、一例としてタングステンであったが、特に導電性のある材料であれば限定はされない。好ましくは、水中で過酸化水素と接触する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金属材料が好ましい。例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）又は銅又は銅タングステンがよい。

本実施形態１〜２では、第２電極３１は、排出部１７に配置されているが、処理槽１２内に接地された第２電極の少なくとも一部が配置されていればこの限りではない。例えば、配置場所に関しては、図１１に示すように、棒状の第２電極３３として、第１内壁２１の中心軸Ｘ１の側方に配置するようにしても、同様の効果が得られる。また、図１２に示すように、処理槽１２外の貯留タンク９０内でかつ貯留タンク９０の取り入れ口９１近傍に棒状の第２電極３３として配置してもよい。また、図１３に示すように、筒状の第２電極３４として第１内壁２１の内側に配置してもよい。また、開口部３１１は円形としたが、多角形でもよく、さらには、第２電極は、分割された複数の金属部材を組み合わせて構成してもよい。好ましくは、旋回流Ｆ１を乱さないために、丸穴を有した板状もしくは円筒形状がよい。また、気相Ｇと第２電極の間が短いほうが水の抵抗が小さくなりジュール熱を抑制できるため、気相Ｇと第２電極の間が短くなる排出部１７もしくは排出部１７近傍に第２電極を配置するほうがよい。

処理槽１２に導入される循環水Ｌ１の流量は、処理槽１２の形状等に応じて、旋回流Ｆ１中に気相Ｇが発生する流量に設定される。また、第１電極３０と第２電極３１とに印加されるパルス電圧については、バイポーラではなくモノポーラで印加する場合、又は、電圧、パルス幅、又は周波数等は旋回流Ｆ１中に発生した気相ＧにプラズマＰを発生させることができる値に適宜設定することが可能である。
さらに、本発明の効果が得られる限り、電源６０はパルス電源以外の高周波電源等であってもよい。好ましくは、水の電気分解により電極間のｐＨが偏るので、カソードとアノードとを交互に交換できるバイポーラ印加がよい。

貯留タンク９０は槽としているが、旋回流Ｆ１をせん断するために、貯留タンク９０内に貯留タンク水を保持できる形状であれば、これに限定されない。好ましくは、排出部１７を循環水Ｌ１で満たし処理槽１２への空気の混入を防ぐために、図１４Ａに示すように装置本体１０は処理液Ｌ２を上向きに排出し、貯留タンク９０は装置本体１０の上側にあるほうがよい。

また、貯留タンク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１４Ｂ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９３を、貯留タンク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９３を、貯留タンク９０とは別部材として貯留タンク９０内に配置してもよい。要するに、板部材９３が貯留タンク９０内の処理液Ｌ２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。

また、第１電極３０の材料として銅もしくは鉄成分を含有させることにより、プラズマＰにより銅もしくは鉄のナノ粒子が生成され、同じくプラズマＰで生成した過酸化水素とフェントン反応を起こして、処理を加速させることもできる。

以上、本発明の実施形態１〜２及び変形例を説明したが、上述した実施形態１〜２及び変形例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１〜２及び変形例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１〜２及び変形例を適宜変形して実施することが可能である。

すなわち、前記実施形態又は前記様々な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貯留タンク水処理装置は、貯留タンク水を殺菌処理することができて、液体の入った槽又は容器を有する、貯留式給湯装置又は洗浄器等について有用である。また、本発明の前記態様にかかる貯留タンク水処理装置は、貯留式給湯装置と同様に、貯水タンクを持つ、燃料電池コジェネシステム又は食洗器等にも適用できる。

１００ 液体処理装置
１０ 装置本体
１２ 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
３１ 第２電極
３２ 板形状の第１電極
３２Ａ 山形状の凸部を有する板形状の第１電極
３２Ｂ 山形状の凸部
３３ 棒状の第２電極
３４ 筒状の第２電極
５０ 液体供給部
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 貯留タンク
９２ 貯留タンク水
９２ａ 水面
９３ 板部材
９５ 水位センサー
９７ 温度センサー
９８ 制御部
１０１，１０３ 貯留式給湯装置
１２１，１２２ 処理槽
１５１ 開口端
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 循環水
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 (11)

1. 導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち処理液として排出する排出部を有し、前記排出部が貯留タンクに取り付け可能な処理槽と、
   前記貯留タンクに接続可能でかつ前記貯留タンクに保持される貯留タンク水を、前記液体として前記導入部から前記処理槽内に導入するポンプと、
   前記処理槽の前記中心軸沿いの一端側において前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
   前記処理槽の前記中心軸沿いの他端側において前記処理槽内の前記液体に接触するように配置された第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して前記気相にプラズマを発生させて前記液体を殺菌して前記処理液とするとともに改質成分を前記処理液中に生成する電源と、
   前記貯留タンク内の前記貯留タンク水の温度を検出する温度センサーの検出値に従って、前記ポンプの吐出能力を制御する制御部とを備えて、
   前記温度センサーの前記検出値に従って前記制御部で前記ポンプの前記吐出能力を制御しつつ前記ポンプにより前記導入部から前記処理槽内に導入された前記液体を、前記導入部から前記排出部の間で旋回させて前記旋回流を発生させるとともに前記旋回流の前記気相に前記プラズマを発生させて、前記液体を殺菌するとともに前記改質成分を生成し、生成した改質成分が前記処理液に溶解して前記処理液中に分散し、この処理液を前記排出部から前記貯留タンク内に供給して前記貯留タンクの前記貯留タンク水を殺菌し、殺菌したのち排出された前記貯留タンク水を前記ポンプにより前記処理槽に少なくとも前記液体の一部として導入する、
   貯留タンク水処理装置。
2. 前記制御部は、前記温度センサーで検出された前記貯留タンク内の前記貯留タンク水の前記温度の変動幅が予め設定された設定範囲内であるとき、前記電源を制御して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加して前記気相に前記プラズマを発生させる、請求項１に記載の貯留タンク水処理装置。
3. 前記制御部は、前記貯留タンク内の液面を検出する水位センサーの検出値が前記排出部の高さ以下であるとき、前記電源を制御して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧は印加しないと一方、前記水位センサーの前記検出値が前記排出部の前記高さを越えるとき前記電源を制御して、前記第１電極と前記第２電極との間に前記電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させるように制御する、請求項１に記載の貯留タンク水処理装置。
4. 前記第１電極は、前記液体の前記旋回流の前記旋回中心付近に発生させた前記気相に接触するように、もしくは前記気相の近傍に位置するように配置される、
   請求項１〜３のいずれか１つに記載の貯留タンク水処理装置。
5. 前記処理槽は、前記導入部から供給された前記液体を旋回させて前記旋回流を発生させる円筒状もしくは円錐台形状の第１内壁を有し、
   前記第１電極は、前記処理槽の前記中心軸である前記第１内壁の中心軸上もしくは中心軸近傍に配置される、
   請求項１〜４のいずれか１つに記載の貯留タンク水処理装置。
6. 前記第１電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の一方の端部側に配置され、
   前記第２電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の他方の端部側に配置され、
   前記導入部は、前記中心軸の前記一方の端部側に配置され、
   前記排出部は、前記中心軸の前記他方の端部側に配置される、
   請求項５に記載の貯留タンク水処理装置。
7. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の周りの一部にもしくは前記中心軸の全周を取り囲む様に配置される板状の電極である、
   請求項６に記載の貯留タンク水処理装置。
8. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の側方に配置される、
   請求項６に記載の貯留タンク水処理装置。
9. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の一部もしくは全周を取り囲むように配置される筒状の電極である、
   請求項６に記載の貯留タンク水処理装置。
10. 前記処理槽は、前記処理槽の前記液体の旋回軸沿いの一端側が閉口した断面形状が円形である円柱状の処理室を有し、
    前記ポンプは、前記導入部から前記処理槽内に前記処理槽の前記円柱状の処理室の接線方向から前記貯留タンク水を導入する、
    請求項１〜９のいずれか１つに記載の貯留タンク水処理装置。
11. 請求項１〜１０のいずれか１つに記載の貯留タンク水処理装置と、
    前記貯留タンク水処理装置で生成された前記処理液を貯留タンク水内に供給する前記貯留タンクと、
    を備える貯留式給湯装置。

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