JP4409827B2 - アーク発生装置、アーク水製造装置、アーク発生方法、アーク水製造方法及びアーク処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多相多電極を用いてアークを発生するアーク発生装置、前記アークを水中で発生させてアーク水を製造するアーク水製造装置、及び、前記アークを水中で発生させてアーク水を製造するアーク水製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
多電極を用いるアーク発生装置や前記アークを水中で発生させてアーク水を製造する装置は、本件出願人によって提案されている。
そしてこの出願の発明に関連する先行技術文献情報として次のものがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開昭５７−１７７８７９号公報
【特許文献２】
特開平４−２１０２９１号公報
【０００４】
特許文献１には、「複数個の電極をそれぞれ多相交流電源または直流電源あるいは単相交流電源の各相に接続し、被処理物をその中性点またはマイナス側に接続し、電極相互間及び各電極と被処理物間にアークを発生させて、両方のアークによって被処理物を高温で加熱，溶解等の処理を行うようにしたもの」が記載されている。
【０００５】
特許文献２には、「多電極アーク発生装置を用いて水道水等の水を処理することにより、飲料に適したおいしい水を得ることのできるアーク処理装置」であり、また「複数の電極の各々を摺動自在に収容する複数の筒状ホルダーと、上記各筒状ホルダーにより支持される上記各電極の先端をこれらが近接して所定の位置関係となるよう保持する位置決め保持部材とを備え」ているので、「上記各電極の消耗に伴い該電極を送り出してその先端位置をアーク発生可能位置に維持すること」ができるアーク発生装置及びアーク水製造装置が記載されている。
【０００６】
アークの発生は、電極間の距離と印加電圧との関係を所定の範囲とする必要がある。すなわち、電極間の距離が大きいと絶縁破壊せず、電極間の距離が小さいと電極間が導通状態となって、いずれもアークが発生しない。通常このアークが発生する電極の距離の範囲はごく狭い範囲である。
【０００７】
一般的にアークの特徴として、アーク発生時には高電圧を必要とするが、アーク発生後には、高電圧でなく、低電圧でもアークを発生させ続けることができる。一方で、アークの発生後は、アークの発生時に比べて電流量が極めて急激に増大する。
このため、通常のアーク発生装置の電気回路には、アーク発生時には高電圧とし、アークが発生して電流値が大きくなると急激に電圧を低下させるような回路となっている。この様な特性は垂下特性と言われるものであり、過電流が流れることによる装置の破損の防止の点から必要である。通常、この垂下特性を付与するため、飽和磁束漏洩式のトランスが用いられる。
【０００８】
しかしながら、この急激な電圧低下の際にノイズを発生させるので、このノイズ対策が必要であり、また、不十分の場合には、制御機器の誤作動を招くこととなっていた。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
第１の問題点として、電極の消耗により電極間距離が変動し、この調整の問題があった。
すなわち、アークを発生させると電極が消耗するので、電極間の距離は、徐々に大きくなっていく。そして、アークが発生する限界の距離よりも電極間の距離が大きくなるとアークが発生しなくなる。したがって、アークを連続的に発生させるには、電極の消耗に対応して、電極の先端を接近させることが必要であった。そして、上記の従来技術では電極を移動して電極間の距離を調節していた。
【００１０】
しかしながら、上記の調節は難しいものであった。すなわち、アークによる電極の消耗は不均一に起こり、また、電極間の距離を正確に測定できない。したがって、電極間のアークの出方等を確認しながら電極の位置の調整していた。また、電極を自動制御により移動させる方法では、高精度の制御ができる高価な装置が必要であり、このような高精度の制御ができる装置でも、安定的にアークを発生させることは難しかった。
【００１１】
さらに、多相多電極のため、少なくとも３つの電極を有しているので、それぞれの電極間が複数（例えば、３電極の場合には３カ所）あり、これらの距離をアークが発生する電極間距離にする必要があった。したがって、特に調整が複雑となっていた。
【００１２】
第２の問題点として、アーク発生装置から発生するノイズの問題があった。
上記のように、アーク発生後の急激な電圧降下は、装置保護の点から必要であるが、このためノイズが発生する。
そこで、本出願人は、アークを低電圧で発生するように、電極間の距離を小さくし、かつ、この状態を安定的に維持することができないかを検討した。アークを低電圧で発生させることができれば、アーク発生後の電圧を発生時と同じにしても装置の破損の心配はなく、したがって、垂下特性は不要である。しかしながら、低電圧になればなるほど、電極間の距離が短くなり、また、より精密に電極間の距離を制御する必要がありこの制御は非常に難しくなり、より高価な制御装置が必要となった。
【００１３】
さらに加えて、アーク発生装置には、変圧のためにトランスを用いているが、トランスには巻線があるため、この巻線により位相のずれが発生する。したがって、力率の低下を招き、安定したアークが発生し難かった。また、進相コンデンサーを用いて、位相のずれを補償したのでは、装置が高価となり大きくなってしまう。この位相のずれを、トランス自体の構造で解決できれば、他の用途に用いることにより、効率が良くなり、また省エネにもなる。
【００１４】
そこで、本発明は、電極の消耗があっても調整が容易であり、安価なアーク発生装置及びアーク水製造装置を提供し、前記装置を用いて製造するアーク水製造方法を提供することを課題とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
そして、上記した目的を達成するための請求項１に記載の発明は、多相交流電源に接続された複数の電極を有し、前記電極は先端同士を離して配置されるものであり、導電性を有して前記電極の先端に移動可能である電極間部材が設けられ、前記電極間部材が前記電極の先端の間にある状態で、電極と電極間部材との間でアークを発生させ、前記電極は棒状であり、前記電極は先端側が下側であって、電極同士が先端側に向かう方向に漸近するも、電極の先端同士は離して配置されており、前記電極間部材は上部から位置調整可能に吊り下げられていると共に、前記電極の先端で支持されながら電極の先端の間に配置されるものであることを特徴とするアーク発生装置である。
【００１６】
請求項１に記載の発明によれば、電極の先端同士の間に配置が可能である導電性を有する電極間部材が設けられ、前記電極に電圧を印加しつつ前記電極間部材を前記電極の先端の間に配置してアークを発生させることができるので、電極が消耗しても電極間移動部材の移動により、アークの発生が可能な所定の間隔とすることができ、電極を移動させずに、容易に調整することができる。
また、本発明のアーク発生装置を、水などの中で使用した場合には、電極間部材が電極の先端に無い状態で電極に電圧を印加させることにより、電極間に電流が流れ、回転磁界などを発生させることができる。
【００１７】
また、請求項１に記載の発明によれば、棒状の電極の配置を、先端側を下側として、電極同士が先端側に向かう方向に漸近しながら電極の先端同士を離して配置して、前記電極間部材は電極の先端で支持が可能なので、電極間部材の保持が容易であり、装置の構造がより単純となる。また、アークが発生する電極と電極間部材との間は不完全接触となり、この状態は電極間部材の重力等によりほぼ一定とすることができる。したがって、高度な制御装置を必要とせずにアークを安定的に発生させることができ、この不完全接触では低電圧でアークを発生することができるので垂下特性は不要となる。
【００１８】
さらに、請求項１に記載の発明によれば、前記電極間部材は上部から位置調整可能に吊り下げられているので、電極間部材を電極の先端への配置する際や、位置の調整の際の作業が容易にできる。
また、前記電極間部材の先端の形状を円錐状又は円弧状として、電極との接触がエッジとならないようにすることもできる。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、前記電極は、電極の先端同士の距離が離れる方向に移動可能であって、電極の先端同士の距離が近づく方向に付勢されていることを特徴とする請求項１に記載のアーク発生装置である。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、電極の先端同士の距離が離れる方向に移動可能であり、電極の先端同士の距離が近づく方向に付勢されているので、電極間部材を下ろす際に、誤って勢いよく下ろした場合や、大きな力で下ろした場合などでも、電極が移動して電極の破損し難い。また、電極間部材が重いなどの理由により、電極と電極間部材との接触力が大きくなりすぎる場合でも、電極側が適度に移動して、電極と電極間部材との距離を自動的に調整することができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明は、前記電極は３本であって、３相交流電源を用いてアークを発生させることを特徴とする請求項１又は２に記載のアーク発生装置である。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、電極は３本であって、３相交流電源を用いてアークを発生させるので、一般の電源を用いてアークを発生させることが可能となる。また、電極は３本であるので、電極間部材を電極により保持しながら不完全接触させる場合に、接触状態が安定する。
また、電極を６本としたアーク発生装置を用いて、アークを発生させることもできる。
【００２３】
請求項４に記載の発明は、前記電極と電源の間にトランスを有するアーク発生装置であって、前記トランスは巻線の有する誘導成分の位相のずれを補償するための容量成分を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーク発生装置である。
ここで、「位相のずれを補償する」とは、誘導成分による位相の遅れを、誘導成分とほぼ同じくらいの容量成分により進ませることである。
【００２４】
請求項４に記載の発明によれば、巻線の有する誘導成分の位相のずれを補償する容量成分を有しているので、アークの発生が安定し、ノイズが発生しにくくなる。
【００２５】
請求項５に記載の発明は、前記トランスは、板状の巻線を板面が対向するように巻かれているものであり、巻線間に容量成分を持っていることを特徴とする請求項４に記載のアーク発生装置である。
【００２６】
請求項５に記載の発明によれば、トランス自体に容量成分を持っているので、進相用コンデンサを用いることなく、位相のずれを補償することができる。そして、より周波数特性に優れたトランスとすることができる。
【００２７】
請求項６に記載の発明は、前記電極及び前記電極間部材のいずれか一方又は両方が、炭素電極であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアーク発生装置である。
【００２８】
本発明は、請求項６に記載の発明のように、アーク発生によって消耗しやすい炭素電極を用いた場合に特に有効である。
【００２９】
請求項７に記載の発明は、前記電極は、先端同士が接近する方向に移動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアーク発生装置である。
【００３０】
請求項７に記載の発明によれば、電極は、先端同士が接近する方向に移動可能であるので、電極の先端の距離の調整が可能である。そして、電極と電極間部材との間でアークを発生させた後に、電極間でアークを発生させることが可能となる。
【００３１】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のアーク発生装置を用いるアーク発生方法であって、前記電極間部材が前記電極の先端の間にある状態で、電極と電極間部材との間でアークを発生させた後に、前記電極の先端同士を接近させ、電極間でアークを発生させることを特徴とするアーク発生方法である。
【００３２】
請求項８に記載の発明によれば、電極と電極間部材との間でアークを発生させた後に、前記電極の先端同士を接近させ、電極間でアークを発生させることができるので、電極と電極間部材との間でアークが発生させて、アークが安定した状態で、電極間同士を接近させることにより、電極間でアークを発生させることが出来る。また、その後、電極間部材を電極から遠ざけても電極間でアークを発生させることができる
【００３３】
請求項９に記載の発明は、前記電極間部材は筒状であり、前記電極間部材の一方の開口は電極の先端付近に位置していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアーク発生装置である。
【００３４】
請求項９に記載の発明によれば、前記電極間部材は筒状であり、前記電極間部材の一方の開口は電極の先端付近に位置しているので、電極の先端で発生しているアークに被処理物等を供給してアーク処理を行うことができる。
【００３５】
請求項１０に記載の発明は、請求項９に記載のアーク発生装置を用いるアーク処理方法であって、電極間部材の他方の開口から一方の開口に向けて、被処理物を供給することを特徴とするアーク処理方法である。
ここで、「アーク処理」とは、アーク発生部分に被処理物を供給することにより、被処理物を変化させることである。
【００３６】
請求項１０に記載の発明によれば、筒状の電極間部材の他方の開口から一方の開口に向けて、被処理物を供給することにより、容易に被処理物のアーク処理を行うことができる。
【００３７】
また、上記したアーク製造装置をアーク水製造装置に用いることができる。
すなわち、請求項１１に記載の発明は、請求項１〜７、９のいずれかに記載のアーク発生装置と、水槽とを有し、前記電極の先端は水槽の内部に位置して、水中でアーク水を発生することを特徴とするアーク水製造装置である。
ここで、「水」とは純水に限られるものでなく、水道水や多少の添加物や不純物等が混ざっている水も含まれる。
【００３８】
請求項１２に記載の発明は、水槽内の水位を検知する水位検知手段を有し、水位検知手段によって所定の水位以下と判断された場合には前記電極に対する電圧の印加を阻止することを特徴とする請求項１１に記載のアーク水製造装置である。
【００３９】
請求項１２に記載の発明によれば、水槽内の水位を検知する水位検知手段を有しているので、水槽内に水のないときには電圧の印加することがないので、無駄な電気の使用を防止する。
【００４０】
また、本発明のアーク水製造装置で製造した水は、飲料などに優れるおいしい水である。すなわち、請求項１３に記載の発明は、請求項１１又は１２に記載のアーク水製造装置を用いて製造することを特徴とするアーク水製造方法である。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下さらに本発明の具体的実施例について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置の側方断面図である。図２は、本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置の蓋部を取り除いた状態における上面図である。図３及び図４は、本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置の電極部分を拡大した側面図である。図５は、本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置の配線状態を示した模式図である。図６は、本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置に用いる電源の電圧波形を示す図である。図７は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの外観を示した斜視図である。図８は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板の配置を示した斜視図である。図９は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの鉄心を示した斜視図である。図１０は、本発明の第１の実施形態におけるトランスに使用する枠状板の正面図である。図１１は、本発明の変形例における枠状板の正面図である。図１２は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の配線状況を示した正面図である。図１３、図１５及び図１６は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の配線状況を示した図である。図１４は、本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極部分を拡大した側面図である。図１５は、本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況の枠状板の配置を示した正面図である。図１６は本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況を示した図である。図１７は、本発明のアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。図１８は、本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。図１９は、本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。図２０は、本発明の変形例におけるアーク水製造装置の配線状態を示した模式図である。
【００４２】
本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置１は、図１に示されるものであり、水槽１０とアーク発生装置１１を有している。水槽１０は、水などの液体を入れておくことができる容器で、本体部１２と蓋部１３を有している。
【００４３】
アーク発生装置１１は、３本の電極１５と、電極間部材１６と、電極保持部１７を有している。電極１５の先端１５ａ側は炭素電極が用いられている。電極間部材１６は先端１６ａが炭素電極であり、電気を導通することができるものである。また、電極１５は棒状であり、電極１５の給電部１５ｂ及び電極間部材１６の根元側１６ｂはステンレス製であり、導電性で適当な強度を有している。
【００４４】
電極保持部１７は、図１に示されるように、水槽１０の内部であり上端付近に位置している。なお、電極保持部１７の固定方法は図示していないが、下端側が水槽１０の底に接触している数本の脚が設けられて、この脚により水槽１０に固定されている。また他の方法として、電極保持部１７を水槽１０の本体部１２に連結、接着、溶接などにより直接固定してもよい。また、電極保持部１７は、図２に示されるように三方に延びており、１２０°ごとに放射するような形状である。
【００４５】
そして、３本の電極１５は給電部１５ｂを介して電極保持部１７に固定され、また電極間部材１６は、電極保持部１７に固定された吊し部材１８により吊り下げられている。電極１５と電極間部材１６の配置は、図１、図２に示されているが、これを概観すると、頂点を下側とした状態の三角錐において、３つの電極１５は頂点を含む辺に配置され、先端１５ａ側が頂点方向であり、電極間部材１６は前記三角錐の底面から頂点に向かって吊り下げられて、頂点付近に配置されている。したがって、電極１５の先端１５ａ付近の間隔が、電極１５同士の間隔に比べて最も近い。
なお、電極間部材１６の全体の比重は、水などの処理される液体等よりも比重が大きく、電極間部材１６は沈んで吊り下げることができる。
【００４６】
電極１５の電極保持部１７への固定は、以下のように行われる。
図１に示されるように、電極１５は給電部１５ｂに固定され、給電部１５ｂは電極保持部１７により、支点２０を中心に回転可能に保持されている。また、支点２０よりも下側には引っ張りばねからなる付勢部材２１が設けられ、電極１５は、付勢されている。一方、支点２０の上側には電極１５の外側への移動を規制する移動規制部材２２が設けられている。移動規制部材２２はねじ状であり、移動規制部材２２を回転すると電極１５の当接部分の位置を変更することができ、規制する位置を変更することができる。
【００４７】
このように電極１５が給電部１５ｂを介して電極保持部１７に固定されているので、電極１５の先端１５ａは、外側や下側に向かって前記付勢部材２１の付勢力に打ち勝つ力が加わると電極１５の先端１５ａは互いに広がる方向に移動する。また、逆に、内側や上側に向かう方向に力が加わっても移動しない。また電極１５に荷重がかかっていない場合には、前記付勢部材２１の付勢力によって移動規制部材２２に接触することとなり、移動規制部材２２に接触した状態で保持されている。
また、移動規制部材２２を回転させて、電極１５の当接部分の位置を変更することができるので、電極１５の先端１５ａ同士を離れる方向にも接近させる方向にも移動させることができ、この移動はアーク発生装置１１の使用中にも可能である。
【００４８】
そして、３つの電極１５の位置を、移動規制部材２２を調整して、電極１５の先端１５ａ同士が接触しないよう調整する。電極１５の先端１５ａ同士の好ましい間隔は１０ｍｍ程度である。この調整は厳密にする必要はなく、おおよそ合わせればよい。また、電極１５の先端１５ａ同士の間隔は、電極間部材１６の先端１６ａ付近の大きさよりもやや小さくするように調整する。なお、電極１５等の絶縁は、必要に応じて行う。
【００４９】
電極１５の傾斜角αは特に限定されるものではないが、３０°〜４５°であることが望ましい。この傾斜角αは、図１７に示されるように、垂直線と電極１５とが交わる角度であり、全ての電極１５の傾斜角αがほぼ同じであることが望ましい。傾斜角αが大きすぎると電極１５と電極間部材１６との接触部分でアークが発生しにくくなる。また、傾斜角αが小さいとアークは発生しやすくなるが、傾斜角αより小さいと、広い面積でアークが発生して電極１５の温度が上昇しすぎることとなり、熱量の無駄が発生して電力のロスとなる。
また、電極間部材１６の太さＤ２は、電極１５の太さＤ１の２倍以上であることが望ましい。かかる場合には、図１７に示されるように、電極間部材１６の先端１６ａが徐々に消耗して、偏った消耗が発生しにくい。電極間部材１６の外形は円形であることが望ましく、かかる場合には、電極１５のへの接触状態が均等となりやすい。また、電極間部材１６の先端１６ａの形状は円錐状や、球状が望ましく、かかる場合には電極１５との接触状態が安定する。
【００５０】
また、アーク水製造装置１には浮き部材３０が設けられている。浮き部材３０は、水に浮くものであり、水槽１０内の水位に対応して上下して水位を検知して、水位検知手段となる。
【００５１】
また電極間部材１６の固定は、吊し部材１８により行われる。そして、電極保持部１７に固定された吊し部材１８により電極間部材１６は吊り下げられている。吊し部材１８はひも状部２５、巻き取り部２６及び固定部２７からなる。
固定部２７は、電極保持部１７に固定されており、巻き取り部２６を回転可能に保持している。巻き取り部２６は、ひも状部２５を巻き取り及び送り出しすることができる。そして、ひも状部２５は、電極保持部１７の中心開口２９に挿通されて、水槽１０の下側に向かって延びており、さらにひも状部２５の先に電極間部材１６が接続している。吊し部材１８はこのように構成されているので、巻き取り部２６によるひも状部２５の巻き取りや送り出しにより、電極間部材１６の位置を調整することができる。巻き取り部２６による巻き取りや送り出しは、手動で行っても良く、モータなどにより自動で行っても良い。
【００５２】
そして、アークを発生させるときには、吊し部材１８により調整して、電極間部材１６の位置を、図４に示されるように、電極１５の先端１５ａ付近の位置となるようにし、さらに、電極１５の先端１５ａの上側で電極間部材１６を軽く接触させるようにする。本実施形態では、電極１５の先端１５ａの間隔が電極間部材１６の大きさよりも小さいので、電極間部材１６が電極１５間を通り越してしまうことがない。また三方から支えることができるので容易に保持することができ、電極間部材１６と電極１５との接触状態が安定する。
【００５３】
アーク発生装置１１の電極１５は、図５のような配線がなされる。
電源は、図６に示されるような電圧波形を持つ３相交流電源が用いられている。そして、本実施形態では、一般の３相電源をトランス７０に接続し、トランス７０と３本の電極１５とを接続して行っている。
【００５４】
そして、トランス７０の二次側の電圧は、２５〜３３Ｖであり低電圧であり、トランス７０には垂下特性を有していない。したがって、本実施形態のアーク発生装置１１は、アーク発生時に、垂下特性による電圧降下の際に発生するノイズは発生しない。
【００５５】
トランス７０の外観は図７に示されている。トランス７０は、容量成分を持ったものである。そして、トランス７０は、銅板を枠状として、内側には空間部７７が設けられ、また、枠の一部が切れており、切れ目７１ａが設けられた、図１０に示されるような枠状板７１を巻線として用いている。そして、図８、図９に示されるように、空間部７７をトランス７０の脚部８０に入れて、枠状板７１を鉄心７５に巻き付けるようにして、複数の枠状板７１をスパイラル状につないでトランス７０のコイル７３とする。このとき、枠状板７１同士の間には図１２に示されるように、絶縁部材７２を挿入しながら組み立てられる。
【００５６】
本実施形態のトランス７０の巻線は、板状コイル７３であり、板状コイル７３は、板状の枠状板７１を板面が対向するように巻かれて構成されているので、隣接する枠状板７１同士の間に、容量成分を有している。したがって、トランス７０はトランス７０の誘導成分の位相のずれを補償することができる。
そして、本実施形態のトランス７０は、トランス７０の二次巻線による誘導成分を補償する容量成分を持たせているので、位相のずれがほとんどなく、また、電流と電圧の位相差がほとんどなく、使用の際には力率が１００％に近いものとなる。
【００５７】
また、トランス７０の鉄心７５は、図９に示されるように、継ぎ目がない鉄心であり、略「日」型の形状をしており、２つの開口８２と、３つの脚部８０を有し、脚部８０は両側部と中央に三本有している。鉄心７５は、略「日」型の形状の鋼板を打ち抜き加工などにより形成した鉄心用板７５ａを重ね合わせて製作される。鉄心７５の材質は、珪素鋼板を使用している。そして、鉄心用板７５ａの面に対してコイル７３の軸が平行となるようにして、３つの脚部８０に３相交流の各相に対応するコイル７３を巻く。
【００５８】
そして、トランス７０の巻線であるコイル７３に電流が流れると、この電流によって生じる磁界は、鉄心７５を通す。この磁界の通る方向は、鉄心用板７５ａの面に対して平行である。トランス７０では、磁界の通る方向は鉄心用板７５ａの面上を通るのでつぎ目がなく、トランス７０を使用するの際にロスが少ない。また、鉄心用板７５ａ間では磁界は通しにくく、２次側に伝達されない磁束を減少できるので、効率の良いトランス７０となる。
【００５９】
図１２は、枠状板７１の切れ目７１ａ付近の配線の一部を示した図である。そして枠状板７１の配線は、枠状板７１の切れ目７１ａ付近の一方の端部７１ｂと、枠状板７１の他方の端部７１ｃを接続板７１ｄで接続する。接続板７１ｄは、一方の端部７１ｂと別の枠状板７１の他方の端部７１ｃとを接続してコイル７３を形成していく。コイル７０の短絡を防止するため、絶縁部材７２を挟む。枠状板７１の端部７１ｂ、７１ｃ付近には貫通孔７６が設けられており、貫通孔７６にロッド７９を挿通してコイル７３を固定する。なおこのロッド７９は、絶縁されてコイル７３の短絡を防止している。
【００６０】
本実施形態のコイル７３は同じ脚部８０に一次側（電源側）のコイル７３と二次側（電極側）のコイル７３を互い違いに同方向に巻き、二条巻のコイルの部分を有している。そして、これらのコイル７３は独立しており、それぞれ、一次側（電源側）のコイル７３と二次側（電極側）のコイル７３として使用される。
【００６１】
具体的な接続方法を、図１３、図１５、図１６を用いて説明する。
まず第１の方法としては、図１３に示されている。枠状板７１の一方の端部７１ｂと他方の端部７１ｃの組み合わせが、図１３における、Ｓ２とＴ２、Ｓ３とＴ３、Ｓ４とＴ４、Ｓ５とＴ５、Ｓ６とＴ６であり、これらの間は、図１３で図示しない枠状板７１により、鉄心７５の脚部７６を回って接続されている。そして、接続板７１ｄにより、Ｓ１とＴ３、Ｓ２とＴ４、Ｓ３とＴ５、Ｓ４とＴ６、Ｓ５とＴ７をつないでいる。その結果、Ｓ１からＴ３、Ｓ３、Ｔ５、Ｓ５を経てＴ７につながるコイル７３と、Ｔ２から、Ｓ２、Ｔ４、Ｓ４、Ｔ６を経てＳ６につながるコイル７３が形成される。
第２の方法としては、図１５に示すように、枠状板７１の切れ目７１ａの位置を交互に配置し、それぞれの位置で接続板７１ｄを用いて図１６（ａ）、（ｂ）の様に、それぞれの位置に置いて配線を行うものである。
【００６２】
なお、トランス７０の、コイル７３の巻数（一次側、二次側）、鉄心７５及び枠状板７１の形状、大きさなどは、使用する電源やアーク発生装置１１の能力などによって変更可能である。
【００６３】
そして、図５のように、配線して使用する。すなわち、トランス７０の一次側の３つのコイル７３の同相側を短絡してスター接続し、他方を一次電源に接続する。またトランス７０の二次側の３つのコイル７３の同相側を短絡してスター接続し、他方を電極１５側に接続する。
【００６４】
次に、アーク水製造装置１を用いて、アーク水を製造する方法について説明する。
まず、水槽１０に水を入れる。そうすると、浮き部材３０が水位と共に上昇し、水位を検知する。そして、水位が電極１５の先端１５ａよりも上にある所定の水位に到達すると電極１５に電源を入れる。なお、水が所定の位置まで貯まっておらず、浮き部材３０により所定の水位を検知しない場合には、アーク水製造装置１に組み込まれた電圧印加阻止手段（図示せず）により、アークの発生することはない。
【００６５】
そして、電極間部材１６を巻き取り部２６より引き上げた状態で、電源を入れて電極１５間に電圧を印加する。トランス７０の２次側の電圧は、２５〜３３Ｖであり低電圧である。
電極１５間に電圧を印加している状態であっても、電極間部材１６同士は離れているとアークが発生することはないが、水が導電性であるので電極１６間には回転磁界を伴う微電流が流れ、電磁振動が発生する。
【００６６】
次に、巻き取り部２６を操作して、ひも状部２５を繰り出して、図３の様な状態から電極間部材１６を徐々に降下させる。そして電極間部材１６が電極１５の先端１５ａ付近に達し、図４の様な状態となる。電極間部材１６と電極１５との接触は、電極間部材１６が吊り下げられて電極１５に接触し、不完全な接触状態となる。このとき、電極間部材１６は、電極１５の先端１５ａ付近で電極１５によって保持することができる。すなわち、３本の電極１５により、電極間部材１６は支えられて保持される。
電極間部材１６を急激に落下させても電極１５の先端１５ａは外側に向かって移動可能であるので、電極１５及び電極間部材１６の破損のおそれが少ない。また、付勢部材２１により、電極１５と電極間部材１６との接触力を調整することもできる。
【００６７】
そして、電極１５と電極間部材１６との電位差により、電極１５と電極間部材１６との間の絶縁破壊を起こすほど接近した場合に、アークが発生する。
【００６８】
一旦、アークが発生すると、発生中のアークにより、他の電極１５におけるアークが誘発されるので、アークが途切れにくい。本実施形態では、３相交流電源を使用しているので、いずれかの２つの電極１５間の電位差が０Ｖまたは０Ｖに近い値となった場合には、他の電極１５間では電位差は大きい。したがって、電位差が０Ｖまたは０Ｖに近い電極１５間で、電圧が再度上昇する際のアークの発生は、他の電極１５間で発生しているアークにより誘発されるので、連続してアークが発生し、アークが途切れにくい。
さらに、電極間部材１６を図２０に示すように、二次側の３つのコイル７３の同相側を短絡してスター接続した部分に結線してもよい。かかる場合には、電極間部材１６といずれかの電極１５に確実に電位差ができるので、安定的にアークが発生する。さらに、二次側の３つのコイル７３の同相側を短絡してスター接続した部分を接地してアースしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態では、電極間部材１６を吊すだけで、電極１５と電極間部材１６を不完全接触させアークを連続的に安定的に発生させることができるものであるが、さらに、自動制御等により、アークの発生状況を確認しながら、電極間部材１６の位置を調整するようにし、より安定的にアークを発生させるようにすることもできる。この場合、従来技術のように、電極１５自体を移動させることがないので、容易に行うことができる。
【００７０】
また、本実施形態では、トランス７０によって電流と電圧との位相差が小さく、力率が１００％に近いので、アークの発生が安定して、ノイズが発生しにくく、また、垂下特性の不要な回路を用いて安定したアークを発生することができる。
すなわち、位相差が大きいと電極１５や電極間部材１６でアークによる発熱が小さいのでアークが安定しにくい。また、通常、アークの発生は不安定であり、アークの発生によるノイズの発生が大きくなりやすいが、本発明のアーク発生装置１１では、位相差が小さいので、ノイズの発生が殆どない。
【００７１】
そして、アーク発生装置１１の電極１５間の電圧は低電圧であるので、垂下特性を有する回路を用いなくてもよく、これによってノイズの発生の低下をすることができる。
【００７２】
連続してアークを発生させると、アークが発生する部分（電極１５と電極間部材１６との間）が消耗する。本実施形態では、電極間部材１６が吊り下げられているので、その消耗に応じて降下して不完全な接触とし、かつ、この接触状態は安定しているので、いちいち調整することなく、連続してアークを発生させることができる。
また、電極１５間の消耗が少々不均一であっても、電極間部材１６を吊して接触させる構造であるので、ほぼ均等な接触状態とすることができる。したがって、アーク発生装置１１には、従来技術のような高価な制御装置は不要である。
さらに、３電極以上でも、容易に調整が可能である。すなわち、従来技術では不均一に電極１５が消耗すると、その電極１５の消耗に応じて、極めて高級精密な調整をする必要があったが、本実施形態では、そのような調整は不要であり、電極間部材１６の調整のみで調整できる。
【００７３】
また、本実施形態では電極間部材１６を引き上げることにより、アークの発生を容易に止めることができる。
すなわち、所定の時間の間、アークを発生させた後、電極間部材１６を引き上げる。そうすると電極１５と電極間部材１６との不完全接触が解消され、アークが発生しなくなる。しかし、電極１５間に電圧がかかっている限り、回転磁界や電磁振動が起こるので、水が改質される。
【００７４】
また、アークの発生が安定するとアークの発生する電極間の距離の範囲が広がるので、電極間部材１６を引き上げる前に電極１５の先端１５ａを接近させることにより、電極間部材１６を引き上げても継続的にアークを発生させることができる。すなわち、上述したように電極間部材１６が無いと、アークを発生させることは難しいのであるが、一旦アークが発生すると、電極１５の温度が上がり、電極表面が活性化され、発生したアークにより誘発される等の理由により、アークが発生しやすくなり、アークが発生可能な電極間の距離の範囲が広がる。
具体的方法として、上記した方法により電極１５と電極間部材１６との間でアークを発生させ、その後、電極１５を先端１５ａ同士を接近させて、電極１５同士の間にアークを発生させる。この状態では上記理由により、精密な制御がなくてもアークが発生する。そうして、電極間部材１６を引き上げると、電極１５間でアークが発生し続けることができる。
なお、電極１５が新品の場合には、電極間部材１６との接触部分が角張って、接触状態が不安定となりやすいが、電極１５間でアークを発生させることにより、前記角でアークが発生して、角での消耗が大きくなり、角が取れてアークの発生が安定する。
【００７５】
そして、水槽１０の排出部３５などからアーク水を排出する。また、必要に応じてアーク水を別途設けられた濾過装置に通して濾過しても良い。
【００７６】
上記の実施形態はアーク水製造装置１であったが、アーク発生装置１１のみを単独で使用することができる。したがって、水中でなく、空気中やその他の媒体中でもアークを安定的に発生させることができる。
【００７７】
上記した実施形態では、電極間部材１６は電極１５の先端１５ａの間付近に上側から吊すものであったが、これに限られず、導通性を有し、電極１５の先端１５ａの間に位置することができ、電極１５と不完全な接触ができれば良く、例えば、図１４に示されるように、上側が平面状であって電極１５の下側にするような電極間部材８６を用いることができる。
さらに、図１８に示されるように、第１の実施形態のアーク発生装置１１を上下を反対として、電極間部材１６を下側から上向きに押し当てても良い。この場合には電極間部材１６をばねである付勢部材５０を介してモータ５１により、上下させる構成とすることにより、簡単な構造で安定的にアークを発生させることができる。かかる方法によれば、水中でアークを発生させ、水素ガス、酸素ガスなどを採取する場合には、電極間部材１６が邪魔にならず、採取しやすい。
【００７８】
また、図１９に示されるようなアーク発生装置５５により、発生しているアークの中に被処理物を流出させ、被処理物のアーク処理を可能とすることができる。すなわち、電極間部材５６は筒状であって、一方の開口５７及び他方の開口５８が設けられており、一方の開口５７は電極の先端付近に位置している。そして、上記した実施形態と同様にアークを発生させ、図１９の矢印の方向に、被処理物を他方の開口５８から投入して一方の開口５７から供給する。そうすると、電極１５と電極間部材５６との間でアーク中に被処理物を容易に供給することができ、被処理物のアーク処理が可能である。被処理物は、気体、液体、粉体等の固体など、電極間部材５６の内部を通過することが可能なものであればどのようなものでも良い。
図１９に示される、アーク発生装置５５を用いることにより、有害な物質などをアーク処理して無害化することができ、また、この無害化された物質は炭化物となり、熱エネルギーとして再利用することもできる。なお、アーク発生装置５５は、水中で使用しても良く、空気中で使用しても良い。
なお、電極間部材５６の材質が炭素電極である場合には、電極間部材５６は太い方が加工性がよいので望ましい。
【００７９】
上記した実施形態のトランス７０では、枠状板７１は一枚で鉄心７５を一周して１ターンとするものであったが、これを分割し、図１１に示されるような２枚で鉄心７５を一周して１ターンとし、１枚で半ターンとするする枠状板８１を用いてもよい。このような、枠状板８１を用いることにより、トランス７０のきめ細かい調整をすることが可能である。特に、大型のトランス７０では、銅板が厚くなるので枠状板７１の変形が難しいので、鉄心７５に巻き付ける際に変形させることなく容易にトランス７０の製作が可能である。
【００８０】
本実施形態では、３相交流電源を用い、３本の電極を用いるものであったが、多相であれば３相以上でもよい。また４本以上の電極を用いることができる。
【００８１】
また、本実施形態で用いたトランス７０は、アーク発生装置１１，５５だけでなく、他の用途にも用いることができる。すなわち、トランス７０の板状コイル７３が板状の枠状板７１を板面が対向するように巻かれて構成されているので、隣接する枠状板７１同士の間に、容量成分を有している。そのため、トランス７０は誘導成分の位相のずれを補償することができる。したがって、トランス７０の２次側にモーターなどの機器を接続しても、この機器を効率良く作動させることができる。例えば、トランス７０をスポット溶接機やアーク溶接機に用いた場合には、力率が改善され、低容量で効率がよく、省エネにもなる。
本発明のトランス７０によれば、巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分の位相のずれを補償することができるので、進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善ができる。
【００８２】
また、トランス７０は３相３脚タイプであったが、単相タイプのものにも板状コイル７３を用いることができる。例えば、スポット溶接機に、誘導成分の位相のずれを補償したトランス７０を用いた場合には、発熱が大きく、効率よく溶接することができる。
【００８３】
さらに、トランス７０の容量成分を増やし、トランス７０の二次巻線による誘導成分よりも大きい容量成分を持たせてより進相としたトランスも有用である。すなわち、２次側の回路に、モーターのコイルなどの誘導成分が含まれている場合には、トランス７０の容量成分だけでは、回路全体としての位相が遅れることとなる。しかしながら、このようなトランスを用いることによって、回路全体の位相のずれを補償することが可能となり、効率が良く、省エネにもつながる。
すなわち、本発明の上記トランスによれば、巻線は板面が対向するように巻かれて巻線間に容量成分を持っており、前記容量成分は前記巻線の有する誘導成分よりも大きいので、モータに用いられるコイルなどの誘導成分を有する機器に使用しても、進相コンデンサーなどを用いることなく力率の改善が可能となる。
【００８４】
また、トランス７０の巻線を、切れ目を有する枠状板と、接続板とを接続して構成し、１次側の巻線と２次側の巻線を互い違いに同方向に巻くこともでき、かかるトランス７０では、１次側の巻線と２次側の巻線とを近づけることができ、トランス７０の効率を良くすることができる。
【００８５】
そして、前記枠状板７１の切れ目付近と接続板７１ｄには貫通孔７６を設け、前記貫通孔７６にロッド７９を挿通して固定したトランスでもよく、位置あわせの作業や、固定作業が容易となり、容易に製作することができる。
【００８６】
さらに、２枚で１ターンとなる枠状板８１を用いたトランス７０でもよく、かかる場合にはトランス７０の２次側電圧などの調整が容易となる。また特に大型トランス等に用いられる厚い枠状板の場合には変形が難しいが、容易にトランス７０の製作をすることができる。
【００８７】
そして、鉄心７５は、鋼板を重ね合わせて形成されるものであり、巻線に流れる電流によって生じる磁界を通す磁路にはつぎ目がないトランス７０をもちいてもよく、かかる場合には、磁気抵抗が減少し、また、２次側に伝達されない磁束を減少できるので、効率の良いトランス７０となる。
【００８８】
【発明の効果】
本発明によれば、電極の消耗があっても調整が容易であり、安価であるアーク発生装置及びアーク水製造装置を提供し、また、前記装置を用いて製造するアーク水製造方法を提供することができる。
また、本発明のトランスは、進相コンデンサーなどの機器を用いることなく、力率の改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置の側方断面図である。
【図２】 本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置の蓋部を取り除いた状態における上面図である。
【図３】 本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置の電極部分を拡大した側面図である。
【図４】 本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置の電極部分を拡大した側面図である。
【図５】 本発明の第１の実施形態におけるアーク水製造装置の配線状態を示した模式図である。
【図６】 本発明の第１の実施形態におけるアーク発生装置に使用する電源の電圧の波形図である。
【図７】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの外観を示した斜視図である。
【図８】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板の配置を示した斜視図である。
【図９】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの鉄心を示した斜視図である。
【図１０】 本発明の第１の実施形態におけるトランスに使用する枠状板の正面図である。
【図１１】 本発明の変形例における枠状板の正面図である。
【図１２】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の配線状況を示した正面図である。
【図１３】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第１の方法による配線状況を示した正面図である。
【図１４】 本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極部分を拡大した側面図である。
【図１５】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況の枠状板の配置を示した正面図である。
【図１６】 本発明の第１の実施形態におけるトランスの枠状板と接続板の、第２の方法による配線状況を示した図であり（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。
【図１７】 本発明のアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。
【図１８】 本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。
【図１９】 本発明の変形例におけるアーク発生装置の電極の先端付近を拡大した側面図である。
【図２０】 本発明の変形例におけるアーク水製造装置の配線状態を示した模式図である。
【符号の説明】
１ アーク水製造装置
１１、５５ アーク発生装置
１５ 電極
１５ａ 先端
１６、５６ 電極間部材
３０ 浮き部材（水位検知手段）
５７ 開口
５８ 開口
７０ トランス

Claims (13)

1. 多相交流電源に接続された複数の電極を有し、前記電極は先端同士を離して配置されるものであり、導電性を有して前記電極の先端に移動可能である電極間部材が設けられ、前記電極間部材が前記電極の先端の間にある状態で、電極と電極間部材との間でアークを発生させ、前記電極は棒状であり、前記電極は先端側が下側であって、電極同士が先端側に向かう方向に漸近するも、電極の先端同士は離して配置されており、前記電極間部材は上部から位置調整可能に吊り下げられていると共に、前記電極の先端で支持されながら電極の先端の間に配置されるものであることを特徴とするアーク発生装置。
2. 前記電極は、電極の先端同士の距離が離れる方向に移動可能であって、電極の先端同士の距離が近づく方向に付勢されていることを特徴とする請求項１に記載のアーク発生装置。
3. 前記電極は３本であって、３相交流電源を用いてアークを発生させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアーク発生装置。
4. 前記電極と電源の間にトランスを有するアーク発生装置であって、前記トランスは巻線の有する誘導成分の位相のずれを補償するための容量成分を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアーク発生装置。
5. 前記トランスは、板状の巻線を板面が対向するように巻かれているものであり、巻線間に容量成分を持っていることを特徴とする請求項４に記載のアーク発生装置。
6. 前記電極及び前記電極間部材のいずれか一方又は両方が、炭素電極であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアーク発生装置。
7. 前記電極は、先端同士が接近する方向に移動可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のアーク発生装置。
8. 請求項７に記載のアーク発生装置を用いるアーク発生方法であって、前記電極間部材が前記電極の先端の間にある状態で、電極と電極間部材との間でアークを発生させた後に、前記電極の先端同士を接近させ、電極間でアークを発生させることを特徴とするアーク発生方法。
9. 前記電極間部材は筒状であり、前記電極間部材の一方の開口は電極の先端付近に位置していることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のアーク発生装置。
10. 請求項９に記載のアーク発生装置を用いるアーク処理方法であって、電極間部材の他方の開口から一方の開口に向けて、被処理物を供給することを特徴とするアーク処理方法。
11. 請求項１〜７、９のいずれかに記載のアーク発生装置と、水槽とを有し、前記電極の先端は水槽の内部に位置して、水中でアーク水を発生することを特徴とするアーク水製造装置。
12. 水槽内の水位を検知する水位検知手段を有し、水位検知手段によって所定の水位以下と判断された場合には前記電極に対する電圧の印加を阻止することを特徴とする請求項１１に記載のアーク水製造装置。
13. 請求項１１又は１２に記載のアーク水製造装置を用いて製造することを特徴とするアーク水製造方法。

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