JP4947302B2

JP4947302B2 - 放電装置及び放電方法

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Publication number: JP4947302B2
Application number: JP2007188762A
Authority: JP
Inventors: 雄二麻生; 里子木塚
Original assignee: Toto Ltd
Current assignee: Toto Ltd
Priority date: 2007-07-19
Filing date: 2007-07-19
Publication date: 2012-06-06
Anticipated expiration: 2027-07-19
Also published as: JP2009022885A

Description

本発明は、液相と誘電体（固相）との間の気相で放電を発生させて、気相、液相、又は固相の浄化や改質を可能とした放電装置及び放電方法に関する。

従来から、高電圧を電極間に印加して、水中で発生させた放電を利用して水の改質を行ったり、空気中での放電を利用して流路の流水性を高めた技術が知られている（例えば、特許文献１乃至特許文献３参照）。

かかる特許文献１に記載の水の改質装置は、水中での放電によりこの水を改質するようになっており、その具体的な構成として、放電容器内の水に非接触状態で対向配置された電極に正負反転の非対称な波形を有する交流パルス電圧を印加し、電位反転の際に誘起されて放電容器内に発生する電場により水中放電を行うようになっている。そして、この構成によって水中での水を改質して高酸化性水を得るようにしている。

また、特許文献２に記載の水の改質装置は、水溶液中において２個の電極間にパルス電界を発生させて生じる水中放電により水溶液を処理するようになっている。具体的には、少なくとも１個の電極を誘電材料層で被覆し、この装置の作動中誘電材料によって少なくとも１個の電極を水溶液から完全に隔離する。これによって、従来の水中放電装置において許容できる電界強度よりも高い電界強度の使用を可能にし、水の改質を行うようになっている。

また、特許文献３に記載のチップ部材は、部分的親水化機能を有しており、基板に形成された流路内のような微小領域において部分的親水化処理を行うチップ状の部材である。具体的には、チップ部材の一部をなす平坦な基板上に一対の櫛歯状電極が互いに噛み合うように配置されており、その上を覆って誘電体層が被覆されている。また、誘電体層上には電極の領域を一部に含むように流路が形成されている。そして、このチップ部材の流路を分析や反応に使用するに先立ち、一対の櫛歯状電極間に所定の高周波電圧を印加すると、流路内で電極が存在する領域に沿面放電が生じてその部分にプラズマが発生し、その部分の表面が親水化処理されるようになっている。
特開２００１−９４６３号公報（４−５頁、図１）特表２００１−５０７２７４号公報（１０−１１頁、Fig.１）特開２００６−２０５０５５号公報（４−５頁、図１）

特許文献１に記載の発明では、印加する電圧をパルス波形の先行する一方の極性の持続時間を水分子の双極子モーメントの応答に合わせて比較的長く、それに続く他方の極性への反転時間を分極磁場の保存のため、比較的短い時間で急峻に変化するような非対称波形にすることが必要であり、そのような複雑な電圧波形を作るには電源装置が大型化するといった問題があった。

特許文献２に記載の発明では、細い電線或いは鋭い先端を有する電極を用い、極性が交互に変わるデューティ比０．０１以下のパルス電圧を印加しなければならず、構造及び運転方法が複雑であるといった問題があった。また、このような構造では水に浸した電極から放電が発生するため、電極表面の腐食や消耗、それに伴う水への溶出（汚染）も問題となっていた。

本発明の目的は、簡易な構成で、気相、液相、又は固相の浄化や改質を可能とした放電装置及び放電方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明の放電装置は、交流電源と、前記交流電源の各端部に接続された一対の電極と、を有し、前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも一部の領域が誘電体で覆われ、該誘電体と前記他方の電極との間に液体が介在するとともに、前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されるとともに、前記一対の電極は、一端が前記液体中に埋没し、他端は前記液体から露出するように配置されており、前記他方の電極は、前記他方の電極と前記誘電体との間で放電することが無いように所定の距離以上離間して配置されており、前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体間をその周囲の気体を介して選択的に放電させることを特徴としている。

また、本発明の放電方法は、交流電源と、前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも一部の領域が誘電体で覆われ、該誘電体と前記他方の電極との間に液体が介在するとともに、前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されるとともに、前記一対の電極は、一端が前記液体中に埋没し、他端は前記液体から露出するように配置されており、前記他方の電極は、前記他方の電極と前記誘電体との間で放電することが無いように所定の距離以上離間して配置された放電装置を用意し、前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記放電装置の前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体との間をその周囲の気体を介して選択的に放電させるようにしたことを特徴としている。

このような構成を有することで、液体と誘電体（固相）との間の気相でコロナ放電が発生し、液相、周囲の気相、放電部近傍の固相の浄化や改質が可能となる。また、交流電源を用いれば良いので装置が簡易な構成となる。

また、本発明の放電装置の他の態様は、交流電源と、前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、双方の電極の少なくとも一部の領域を、誘電体同士が対向して配置されるようにそれぞれ誘電体で覆うとともに、該誘電体同士の間に液体が介在し、かつ前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されており、前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体間をその周囲の気体を介して選択的に放電させることを特徴としている。

また、本発明の放電方法の他の態様は、交流電源と、前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、前記一対の電極のうち、双方の電極の少なくとも一部の領域を、誘電体同士が対向して配置されるように誘電体で覆うとともに、該誘電体同士の間に液体を介在させ、かつ前記誘電体を、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置した放電装置を用意し、前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記放電装置の前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体との間をその周囲の気体を介して選択的に放電させるようにしたことを特徴としている。

このような構成を有することで、液体と誘電体（固相）との間の気相で生じるコロナ放電をより広い領域で発生させることができ、広範囲での液相、周囲の気相、放電部近傍の固相の浄化や改質が可能となる。また、交流電源を用いれば良いので装置が簡易な構成となる。

本発明によると、簡易な構成で、液相と誘電体（固相）との間の気相で放電を発生させて、気相、液相、又は固相の浄化や改質を可能とした放電装置及び放電方法を提供することができる。

以下、本発明の各実施形態及びその実施例に係る放電装置及び放電方法について図面に基づいて説明する。ここで、図１は、本発明の第１の実施形態に係る放電装置の概略的な構成を示す概念図であり、図２は図１に示した放電装置の作用を説明するための概念図である。なお、これらの図においては、構成の理解の容易化を図るために断面ハッチングを省略している（以下、他の図も同様とする）。

本発明の第１の実施形態に係る放電装置１００は、交流電源１０１と、交流電源１０１の各端部に接続された電極１０２，１０３とを有し、これら電極１０２，１０３のうち、一方の電極１０２が誘電体１０５で覆われ、この誘電体１０５と他方の電極１０３との間に液体として水Ｗが介在している。そして、交流電源１０１を介して各電極１０２，１０３に印加される電圧によって、水Ｗが電極１０３と同電位になり、電極１０２との間に電位差が生じるため、誘電体１０５と水Ｗとが接触する部分において誘電体１０５と水Ｗとの間をその周囲の空気Ａを介して放電させるようになっている（図１の点線で示す放電ＡＤ（Atmospheric discharge）参照）。なお、交流電源１０１には、高圧交流電源が用いられている。

誘電体に覆われていない電極１０３は、水Ｗと少なくとも一部が接していれば、どのような形態でも良い。

水Ｗは純水に限らず、水道水、汚水等どのような水でも良い。また、水以外の液体でも良い。空気Ａも同様に、純空気に限らず、臭気物質や汚染物質、水蒸気を含んだ空気でも良く、また、空気以外の気体でも良い。なお、図１及び図２は本発明の本質的構成を示す概念図であるため、一方の電極１０２を覆う誘電体１０５と他方の電極１０３との間に水Ｗを図示するように介在させる具体的手段については示していないが、これを具体化した態様については第１の実施形態の後述する変形例で明らかにする。

続いて、このような構成を有する放電装置１００を用いた放電方法について説明する。この放電方法を実施するに当って、最初に放電装置１００の交流電源１０１を介して各電極間に交流電圧を印加する。これによって、一方の電極１０２を覆った誘電体１０５と水Ｗの水面とが接する部分において、図２に示すようにこの接する部分の周囲の空気Ａを介して放電が生じる（図２の点線で示す放電ＡＤ参照）。この放電により、例えば気体が空気や酸素の場合、酸素の一部がオゾン（Ｏ_３）や酸素原子（Ｏ）、スーパーオキサイドアニオン（Ｏ_２ ⁻）等反応性に富んだ物質（活性種と呼ぶ）になる。また、液体が水の場合、それらの活性種が水と反応したり、或いは水分子が直接放電の作用を受け、ヒドロキシラジカル（・ＯＨ）や過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）等の活性種も生成される。それらの活性種は気相に漂ったり、液相に溶け込んだりして、気相、液相の物質を酸化（分解）や殺菌をし、気相、液相の浄化、改質が可能となると考えられる。また、気相や液相に含まれている臭気物質や汚染物質、黴菌が放電の作用を直接受け、他の物質に変化したり、殺菌をし、気相、液相の浄化、改質が行われることもあると考えられる。

また、気体が空気の場合、放電により窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成し、それらが液（水）に溶け込むことで硝酸（ＨＮＯ_３）になり、水が酸性水になる（水のｐＨが下がる）効果も期待できる。

気相が空気、液相が水以外の場合でも、それらを形成する分子が放電により解離され、反応性に富んだ物質（例えばラジカル）となり、気相、液相の浄化、改質が可能となる。

更に放電部近傍の誘電体（固相）も放電の作用を直接受けたり、気相や液相で生成した活性種により、付着している物質（例えば汚れ）が除去（浄化）されたり、表面が親水化等の改質をされる効果もある。

このようにして、液相と誘電体（固相）との間の気相で発生する放電により、液相、気相、又は固相の浄化や改質が可能となる。

また、水に浸した電極１０３から放電することはないので、電極表面の腐食や消耗、それに伴う液体への溶解（液体の汚染）を避けることができる。

続いて、本発明の第１の実施形態の第１変形例について説明する。図３は図１に示した放電装置１００の第１変形例に係る放電装置１２０を概略的に示す側方断面図であり、図１に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。なお、上述の第１の実施形態に係る放電装置１００と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この第１変形例に係る放電装置１２０は、第１の実施形態に係る放電装置１００をより実際の使用態様に適した形で具現化した変形例である。この第１変形例に係る放電装置１２０は、水Ｗが容器１２４内に溜められ、誘電体１２５で覆われた一方の電極１２２の一部と、誘電体で周囲が覆われていない他方の電極１２３の一部が水Ｗに浸されている。第１変形例に係る放電装置１２０がこのような構成を有していても、上述した第１の実施形態と同等の作用効果を発揮することができる。

具体的には、高圧交流電源からなる交流電源１２１を介して各電極１２２，１２３に交流電圧を印加することで、一方の電極１２２の一部を覆う誘電体１２５と水Ｗの水面とが接触する部分において誘電体１２５との水Ｗとの間に空気Ａを介して放電を生じさせる（図３における点線で示す放電ＡＤ参照）。この放電によって、第一の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、このような作用効果に加えて、水面に接した空気Ａに漂っている活性種によって容器１２４の水面から突出した容器内壁１２４ａの酸化や殺菌が行われ、容器内壁１２４ａを浄化や改質することができる。また、水中に溶け込んだ活性種やＨＮＯ_３により水中の容器内壁１２４ｂを酸化や殺菌して、容器内壁１２４ｂも浄化や改質をされることが期待できる。その結果、この変形例による放電装置１２０を用いることで、容器内１２４の水Ｗや空気Ａ、誘電体１２５の改質や浄化を行うだけでなく、容器内壁１２４ａ，１２４ｂの容器内壁の浄化も期待できる。

続いて、本発明の第１の実施形態の第２変形例について説明する。図４は、図１に示した放電装置の第２変形例を概略的に示す放電装置１３０で、図４（ａ）は装置上面図、図４（ｂ）は装置側方断面図であり、図１に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。なお、上述の実施形態及びその変形例と同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この第２変形例に係る放電装置１３０は、上述の第１変形例に係る放電装置１２０と類似しているが、水Ｗを溜める容器１３４それ自体が誘電体からなり、高圧交流電源からなる交流電源１３１に接続された一方の電極１３２の一部が容器１３０に溜まった水Ｗに浸されると共に、容器１３４の側壁外周に他方の電極１３３が備わっている。第２変形例に係る放電装置１３０がこのような構成を有することで、容器１３４が電極１３３に密着した誘電体としての役目を果す。

このような構成によって、容器１３４の周囲と水Ｗとが接する部分で空気Ａを介して放電するため、上述した容器内の水Ｗや空気Ａ、誘電体１３４、即ち反応容器内部の改質、浄化が可能となる。

続いて、本発明の第２の実施形態に係る放電装置について説明する。図５は、本発明の第２の実施形態に係る放電装置２００の概略的な構成を示す概念図である。なお、上述の実施形態及びその各変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。この第２の実施形態に係る放電装置２００は、図１に示した第１の実施形態に係る放電装置１００と基本的構成が共通するが、高圧交流電源からなる交流電源２０１の両端に接続された電極２０２，２０３の双方が誘電体２０５，２０６で完全に覆われている点で構成が異なっている。なお、図５は本発明の本質的構成を示す概念図であるため、誘電体２０５と誘電体２０６との間に水Ｗを図示するように介在させる具体的手段については示していないが、これを具体化した態様については第２の実施形態の後述する変形例で明らかにする。

このように電極２０２，２０３をそれぞれ誘電体２０５，２０６で覆うことで、交流電源２０１の両端に接続された各電極２０２，２０３に交流電圧を印加すると、水Ｗの電位が電極２０２と２０３の間の電位となり、電極２０２と水Ｗとの間、及び電極２０３と水Ｗとの間に電位差が生じるため、各誘電体２０５，２０６と水Ｗが接する部分において誘電体２０５，２０６と水Ｗとの間で空気Ａを介して放電を生じさせる（図５の点線で示す放電ＡＤ参照）。

第２の実施形態に係る放電装置２００がこのような構成を有することで、水Ｗと誘電体２０５，２０６との間であって空気Ａを介して生じる放電の箇所をより増やすことができ、短時間の放電によってより多くの活性種を発生させ、それらにより、或いは放電により直接、液相、気相、固相の浄化、改質を行うことができ、より効率良く浄化、改質を進めることができる。

続いて、第２の実施形態の第１変形例に係る放電装置について説明する。図６は、図５に示した放電装置２００の第１変形例に係る放電装置２２０を示す側方断面図であり、図５に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。なお、この変形例に係る放電装置２２０は、上述の第１の実施形態の第１変形例に係る放電装置１２０に対応した構成を有しているので、同等の構成については対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この第２の実施形態の第１変形例に係る放電装置２２０は、第１の実施形態の第１変形例に係る放電装置１２０とは異なり、双方の電極２２２，２２３が誘電体２２５，２２６で覆われ、この双方の誘電体２２５，２２６の一部がそれぞれ容器２２４に溜まった水Ｗに浸されている。この第１変形例に係る放電装置２２０がこのような構成を有することで、上述の第２の実施形態に係る放電装置２００と同様に、誘電体２２５，２２６と水Ｗとの間で空気Ａを介して生じさせる放電の領域を広めることができ（図６における点線で示す放電ＡＤ参照）、第１の実施形態の第１変形例に係る放電装置１２０に比べて液相、気相、固相の浄化、改質をより効率良く進めることができる。

続いて、第２の実施形態の第２変形例に係る放電装置について説明する。図７は、図５に示した放電装置２００の第２変形例２３０を示す図であり、図５に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。そして、図７（ａ）が装置上面図、図７（ｂ）が装置側方断面図である。なお、上述の第１、第２実施形態及びその各種変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この第２変形例に係る放電装置２３０は、図７（ｂ）に示すように高圧交流電源からなる交流電源２３１の両端に接続された電極２３２，２３３が、誘電体からなる容器２３４の側壁外側であって周方向に端部２３２ａ，２３３ａ（図７（ａ）参照）が互いに若干離間した位置に密着させて取り付けられている。端部２３２ａと２３３ａの間は、電極２３２と２３３の間で沿面放電が発生するのを防ぐために、絶縁体２３６で絶縁している。なお、端部２３２ａと２３３ａが十分離れている場合等、電極２３２と２３３の間で沿面放電が起こらない場合は、絶縁体２３６は必ずしも必要ではない。また、人等が電極に接触する危険を防ぐために、電極２３２と２３３の外周全体を絶縁体で覆っても良い。

この第２変形例に係る放電装置２３０の各電極２３２，２３３が容器周方向をそれぞれ略半分程度覆う構成を有することで、図７（ａ）の放電ＡＤに示すように容器内壁２３４ａの接液部全体に亘って放電を生じさせることができるようになる。これによって、容器内の広い領域に亘って放電を生じさせることができるようになるので、液相、気相、固相、即ち反応容器内部の浄化、改質をより効率良く進めることができる。

続いて、上述した第２の実施形態の第２変形例の更なる変形例について説明する。なお、この第２変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。この更なる変形例に係る放電装置２３０’は、上述した図７に示す第２変形例の放電装置２３０と基本的構成が共通するが、ここでは詳細には示さない傾斜アクチュエータを特別に有しており、図８（ｂ）に示すように一方の電極２３２’に対応する容器内壁部の接水面積が他方の電極２３３’に対応する容器内壁部の接水面積より小さくなるようにしている。

本発明では液相を電極とみなすことができ、液相と電極の間の誘電体をコンデンサとみなすことができる。図８のように容器２３４’を積極的に傾けることで、一方の電極２３２’と水Ｗとの間で形成されるコンデンサの静電容量が、他方の電極２３３’と水Ｗとの間で形成されるコンデンサの静電容量よりも小さくなる。これによって、静電容量の小さい一方の電極２３２’側で水Ｗとの電位差を大きくできるので、電極２３２’側で容器内壁と水Ｗの接触する部分の近傍であって容器２３４’と水Ｗとの間に空気Ａを介して放電を生じさせることができる（図８（ａ），（ｂ）の放電ＡＤ参照）。

その結果、各電極２３２’，２３３’が接続される交流電源２３１’の電圧を上述した第２の実施形態及びその変形例のように高くしなくて済む。即ち、第１の実施形態及びその各変形例に係る放電装置の交流電源と同程度の交流電源で放電を生じさせることができるようになる。

続いて、上述した第２の実施形態の第３変形例について説明する。図９は、図５に示した放電装置２００の第３変形例に係る放電装置２４０を示し、図９（ａ）が放電装置２４０の管路長手方向から見た端面図、図９（ｂ）が放電装置２４０の斜視図である。なお、上述した各実施形態及びその各種変形例と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この第３変形例に係る放電装置２４０は、上述した各放電装置とは異なり、誘電体でできた管路２４４と、管路２４４の側方外周壁２４４ａであって管路半径方向にそれぞれ対向して密着状態で取り付けられた２つの電極２４２，２４３と、電極２４２，２４３に交流電圧を印加する高圧交流電源からなる交流電源２４１を備えている。そして、交流電源２４１を介して電極２４２，２４３に交流電圧を印加することで、図９（ａ）に示すように各電極２４２，２４３に対応する管路２４４と流れている水Ｗとの間に空気Ａを介して放電を生じさせる（図８（ａ）における放電ＡＤ参照）。

誘電体からなる管路２４４は、図９（ｂ）に示すように、一方から水Ｗが流入し、他方に水Ｗが流出するようになっているので、この放電によって生じる活性種によって、或いは放電により直接、流れている液相、気相、固相即ち管路２４４の内壁の浄化、改質をすることができる。

続いて、上述した第２の実施形態の第３変形例に係る放電装置２４０の更なる変形例に係る放電装置２４０’について説明する。図１０は、図９に示した第３変形例の更なる変形例に係る放電装置２４０’を示す図９（ａ）に対応する端面図である。この更なる変形例に係る放電装置２４０’について第３変形例に係る放電装置２４０と同等の構成については、対応する符号を付して詳細な説明を省略する。

この更なる変形例に係る放電装置２４０’は、図８に示した第２変形例に係る放電装置２４０と基本的に同等の構成を有するが、図８に示す第２変形例の更なる変形例と同様に特別なアクチュエータを備えている。このアクチュエータは、図１０では詳細には示さないが、管路２４４’を軸線廻りに回転させる回転アクチュエータであり、この回転アクチュエータで管路２４４’の外周壁に密着した一方の電極２４２’に対応する管路２４４’の接水面積を他方の電極２４３’に対応する管路２４４’の接水面積よりも小さくさせる。

この回転アクチュエータの作用によって、一方の電極２４２’と水Ｗとの間に形成されるコンデンサの静電容量が他方の電極２４３’と水Ｗとの間で形成されるコンデンサの静電容量よりもかなり小さくなる。これによって、一方の電極２４２’と水Ｗとの電位差を大きくできるので、電極２４２’に対応する管路２４４’と水Ｗとの接触部において空気Ａを介して放電が起こり易くなる（図１０における放電ＡＤ参照）。

この更なる変形例がこのような構成を有することで、上述した第２の実施形態の第２変形例の更なる変形例と同様に第１の実施形態及びその変形例に用いた交流電源と同程度の小型の交流電源で放電を効率的に起こさせることができる。

続いて、上述した実施形態及びその各種変形例に関連して本発明の有用性を立証する評価試験を行ったので、その評価試験結果を説明する。

最初に、図１１に評価試験結果を示す第１実施例について説明する。この第１実施例では、本発明を実施するにあたって上述した第２実施形態の第１変形例に係る放電装置２２０（図６参照）に対応する放電装置を用い、ヨウ化カリウム（ＫＩ）の酸化反応を行った。ヨウ素イオン（Ｉ⁻）は酸化されると黄色のＩ_３ ⁻を生成する。

この評価試験の条件としては、図６の容器２２４に相当する容器に０．１ｍｏｌ／ＬのＫＩ水溶液２００ｍｌを入れ、電圧を印加した。電圧印加中、水溶液は撹拌子を用いて撹拌した。酸化した量は、生成物のＩ_３ ⁻の濃度を可視紫外分光光度計（測定波長３５５ｎｍ）で測定して把握した。なお、放電装置の概略スペックとしては、誘電体として厚さ０．５ｍｍのガラスを用い、放電部をなす電極の長さを２０ｍｍとし、印加した交流電圧は、周波数を５ｋＨｚの正弦波で、１８．８ｋＶｐ−ｐとした。

図１１に示す評価試験結果から分かるように、電極に交流電圧を印加することでヨウ化カリウムの酸化反応が経時的に進み、本発明の放電装置によって液相での物質の酸化が可能なことが立証できた。

続いて、図１２に評価試験結果を示す第２実施例について説明する。この第２実施例では、本発明を実施するにあたって、上述した第２実施形態の第３変形例に係る放電装置２４０（図９参照）を用いて測定データを取り、水を流した状態でヨウ化カリウム（ＫＩ）の酸化反応を行った。

この評価試験の条件としては、０．１ｍｏｌ／ＬのＫＩ水溶液を図１２に相当する放電装置に流し、反応後のＩ_３ ⁻濃度を可視紫外分光光度計で測定した。放電装置の概略スペックは、誘電体として厚さ１ｍｍのガラスを用い、放電部をなす電極の長さを２５０ｍｍとし、印加した交流電圧は、周波数を２８ｋＨｚの正弦波で、６．４ｋＶｒｍｓとした。

図１２に示す評価試験結果から分かるように、電極に交流電圧を印加することで、ヨウ化カリウムの酸化反応が進み、本発明の放電装置によって液相での物質の酸化が可能なことが立証できた。

続いて、図１３に評価試験結果を示す第３実施例について説明する。この第３実施例では、本発明を実施するにあたって、上述した第２実施形態の第２変形例に係る放電装置２３０（図７参照）を用いて測定データを取り、有機塩素化合物の分解を行った。

この評価試験の条件としては、２ｍｍｏｌ／Ｌの有機塩素化合物（クロロベンゼン）水溶液２．５ｍｌを図７に相当する放電装置に入れて電圧を印加し、分解生成物の塩素イオン（Ｃｌ⁻）濃度をイオンクロマトグラフィシステムで測定した。放電装置の概略スペックは、誘電体として厚さ１ｍｍ、内径１４ｍｍのガラス容器を用い、印加した交流電圧は、周波数を２８ｋＨｚの正弦波で、交流電圧を６．４ｋＶｒｍｓとした。

図１３に示す評価試験結果から分かるように、電極に交流電圧を印加していくことでクロロベンゼンが分解され、本発明の放電装置によって液相での分解が可能なことが立証できた。

以上の３つの評価試験結果から分かるように、本発明による放電装置を用いた放電方法を実施すると、気相での放電で生成して液相に溶け込んだ活性種や、液相へ放電が直接作用することにより、液相での酸化や分解反応が進むことが立証でき、液相と誘電体（固相）との間の気相で発生する放電により、気相のみならず、その周辺（液相や固相）も作用を受けることが示された。

以上説明したように、本発明によると、簡易の構成で液相と誘電体（固相）との間の気相で放電を発生させて、気相、液相、固相の浄化、改質を可能とした放電装置及び放電方法を提供することができる。

なお、上述した各実施形態及びその変形例で使用する電極の材料は、導体であれば何れでも良く、例えば金属であれば銅、アルミニウム、チタンやそれらの合金等の何れも使用でき、非金属であっても、使用する液体よりも電気伝導度が低いものであれば、例えば導電性のセラミックスや樹脂等でも使用可能である。

また、電極に印加する電圧は、周波数や誘電体の材質、厚さにもよるが、３００Ｖから３００ｋＶが良く、好ましくは１ｋＶから１００ｋＶ、より好ましくは３ｋＶから３０ｋＶが良い。

交流電源の電圧波形は、正弦波や矩形波、のこぎり波等、どのような波形でも良く、極性が正極や負極に偏った波形にしても良い。

交流電源の周波数は、電圧や誘電体の材質、厚さにもよるが、５０Ｈｚから１ＭＨｚが良く、好ましくは１００Ｈｚから５００ｋＨｚ、より好ましくは１ｋＨｚから１００ｋＨｚが良い。

また、交流電源の最大電位と最小電位の中間の電位から最大電位及び最小電位に変化するまでの時間、及び、最大電位及び最小電位から中間の電位に変化するまでの時間は、５０ｎ秒から５ｍ秒が良く、好ましくは５００ｎ秒から５ｍ秒、より好ましくは２．５μ秒から５ｍ秒が良い。

交流電源のデューティ比は０．０１から０．９９が良く、好ましくは０．１から０．９、より好ましくは０．２から０．８が良い。即ち放電を起こすために、意図的に特殊な電圧波形を作る必要がなく、そのため装置の大型化を避けられ、製造コストも安価で済む。

また、上述した各実施形態及びその変形例で使用する誘電体としての材料として、アルミナ等の非導電性のセラミックス、又はガラス、樹脂等の材料を使用しても良い。

誘電体の厚さは用いる材料や交流電源の電圧、周波数にもよるが、０．１μｍから１０ｍｍが良い。

液体の容器又は流路は全体を誘電体で構成されても良く、或いは容器又は流路の少なくとも一部、即ち液面近傍を誘電体で構成されても良い。

また、上述した各実施形態及びその変形例で使用する、安全面や電極間での放電を防止するために用いる絶縁体の材料としては、樹脂や絶縁性のセラミックス、ガラス等絶縁性を有していればどのような材料でも使用可能である。

また、本発明における液体の種類としては、上述した実施形態では液体として水を用いたが、純水や水道水や汚水等の水の他、有機溶媒や油等、どのような液体を用いても良い。

上述した各実施形態及びその変形例では気体として通常の空気を用いたが、臭気物質等不純物を含んだ空気や、空気に限らず、酸素、窒素、水蒸気、ヘリウム等如何なる気体であっても良い。

また、第２の実施形態の第１変形例、第２変形例の更なる変形例のような特別なアクチュエータを備えることなく、単に一方の電極側の静電容量を他方の電極側の静電容量より小さくしても、一方の電極側においてのみ放電を生じさせることができ、小型の交流電源を用いた簡単な構成の放電装置とすることが可能となる。この場合の電極と液体との間に生じる電位差の変化のさせ方は、２つのコンデンサを構成する、各電極に対応する誘電体と水との接触面積をそれぞれ異なるようにしたり、各誘電体の誘電率をそれぞれ異なるようにしたり、各誘電体の厚みをそれぞれ異なるようにしたり何れの方法をとることも可能である。

本発明は水処理プラントや水処理装置等における浄水処理や排水処理、液体の工業的な製造、脱臭や気体清浄機、気体の工業的な製造、配管や排水口、液体が接する装置内壁の汚れ付着防止や洗浄等に利用することができる。

本発明の第１の実施形態に係る放電装置の概略的な構成を示す概念図である。図１に示した放電装置の作用を説明する概念図である。図１に示した放電装置の第１変形例を示す図１に対応する側方断面図であり、図１に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。図１に示した放電装置の第２変形例を示す図１に対応する平面図（図４（ａ））及び側方断面図（図４（ｂ））であり、図１に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。本発明の第２の実施形態に係る放電装置の概略的な構成を示す概念図である。図５に示した放電装置の第１変形例を示す側方断面図であり、図５に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。図５に示した放電装置の第２変形例を示す平面図（図７（ａ））及び側方断面図（図７（ｂ））であり、図５に比べてより実際の使用形態に近づけた構成を示している。図７に示した第２変形例の更なる変形例であり、図８（ａ）が図７（ａ）に対応する平面図で、図８（ｂ）が図７（ｂ）に対応する側方断面図である。図５に示した放電装置の第３変形例を示し、図９（ａ）が装置の管路長手方向から見た端面図、図９（ｂ）が放電装置の斜視図である。図９に示した第３変形例の更なる変形例を示す図９（ａ）に対応する端面図である。本発明の有用性を立証するための第１変形例の評価試験結果である。本発明の有用性を立証するための第２変形例の評価試験結果である。本発明の有用性を立証するための第３変形例の評価試験結果である。

符号の説明

１００放電装置
１０１交流電源
１０２，１０３電極
１０５誘電体
１２０第１の実施形態の第１変形例に係る放電装置
１２１交流電源
１２２，１２３電極
１２４容器
１２４ａ，１２４ｂ容器内壁
１２５誘電体
１３０第１の実施形態の第２変形例に係る放電装置
１３１交流電源
１３２，１３３電極
１３４容器
２００第２の実施形態に係る放電装置
２０１交流電源
２０２，２０３電極
２０５，２０６誘電体
２２０第２の実施形態の第１変形例に係る放電装置
２２１交流電源
２２２，２２３電極
２２４容器
２２５，２２６誘電体
２３０第２の実施形態の第２変形例に係る放電装置
２３１交流電源
２３２，２３３電極
２３２ａ，２３３ａ端部
２３４容器
２３４ａ容器内壁
２３６絶縁体
２３０’ 第２の実施形態の第２変形例の更なる変形例
２３１’ 交流電源
２３２’，２３３’ 電極
２３４’ 容器
２３６’ 絶縁体
２４０第２の実施形態の第３変形例に係る放電装置
２４１交流電源
２４２，２４３電極
２４４管路
２４４ａ側方外周壁
２４４ｂ管路内壁
２４０’ 第２の実施形態の第３変形例の更なる変形例に係る放電装置
２４１’ 交流電流
２４２’，２４３’ 電極
２４４’ 管路
Ａ空気
Ｗ水
ＡＤ空中放電

Claims

交流電源と、
前記交流電源の各端部に接続された一対の電極と、を有し、
前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも一部の領域が誘電体で覆われ、該誘電体と前記他方の電極との間に液体が介在するとともに、
前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されるとともに、
前記一対の電極は、一端が前記液体中に埋没し、他端は前記液体から露出するように配置されており、
前記他方の電極は、前記他方の電極と前記誘電体との間で放電することが無いように所定の距離以上離間して配置されており、
前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体間をその周囲の気体を介して選択的に放電させることを特徴とする放電装置。
交流電源と、
前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、
前記一対の電極のうち、双方の電極の少なくとも一部の領域を、誘電体同士が対向して配置されるようにそれぞれ誘電体で覆うとともに、該誘電体同士の間に液体が介在し、かつ
前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されており、
前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体間をその周囲の気体を介して選択的に放電させることを特徴とする放電装置。
交流電源と、
前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、
前記一対の電極のうち一方の電極の少なくとも一部の領域が誘電体で覆われ、該誘電体と前記他方の電極との間に液体が介在するとともに、
前記誘電体は、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置されるとともに、
前記一対の電極は、一端が前記液体中に埋没し、他端は前記液体から露出するように配置されており、
前記他方の電極は、前記他方の電極と前記誘電体との間で放電することが無いように所定の距離以上離間して配置された放電装置を用意し、
前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記放電装置の前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体との間をその周囲の気体を介して選択的に放電させるようにしたことを特徴とする放電方法。
交流電源と、
前記交流電源の各端部に接続された一対の電極とを有し、
前記一対の電極のうち、双方の電極の少なくとも一部の領域を、誘電体同士が対向して配置されるように誘電体で覆うとともに、該誘電体同士の間に液体を介在させ、かつ
前記誘電体を、前記一対の電極のうち、前記誘電体に覆われていない領域同士が気体を介して対向することが無いように配置した放電装置を用意し、
前記一対の電極間に電圧を印加することで、前記放電装置の前記誘電体と前記液体の液面とが接する部分のみにおいて該誘電体と液体との間をその周囲の気体を介して選択的に放電させるようにしたことを特徴とする放電方法。