JP6364871B2 - 放電ユニット - Google Patents

Description

本発明は、水中で放電を生起させて水を浄化する放電ユニットに関する。

従来より、水中に放電を生起して水を浄化する水処理用の放電ユニットが知られている（例えば、特許文献１を参照）。例えば、図１２に示すように、上記放電ユニット（100）は、水中に設けられ、直流電源（133）から所定の電圧が印加される電極対（131,132）と、水中において電極対（131,132）の間を仕切ると共に、電極対（131,132）間の電流経路の一部を構成する微小な貫通孔（135）が形成された絶縁性の仕切板（115）とを備えている。上記放電ユニット（100）では、直流電源（133）から電極対（131,132）に直流電圧が印加されると、電極対（131,132）間に電流が流れる。このとき、電極対（131,132）間の電流密度は、仕切板（115）の微小な貫通孔（135）内において著しく高くなる。その結果、貫通孔（135）内の水がジュール熱によって気化し、貫通孔（135）内に気泡（C）が形成され、該気泡（C）によって仕切板（115）の一方側の水と他方側との水が分断される。そして、気泡（C）内では、両側の水との各界面が電極となって放電が生起される。上記放電ユニット（100）では、このように気泡（C）内において放電が生起されることによって、水中に水酸ラジカル等の殺菌因子が発生し、該殺菌因子によって水を浄化していた。

特開２０１１−７２９０６号公報

ところで、上述のように構成された放電ユニット（100）では、小型化を図るために、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（131,132）間に印加すべき電圧（以下、単に放電電圧と言う。）を低減することが望まれている。放電電圧を低減するためには、電極間距離、即ち、気泡（C）と該気泡（C）の両側の水との各界面間の距離Ｄ（以下、単に界面間距離Ｄと言う。）を短くし、電極対（131,132）間の電流経路における電気抵抗を低減しなければならない。しかしながら、界面間距離Ｄを短くするためには、仕切板（115）の厚みを薄くしなければならず、その結果、仕切板（115）の強度が低下すると共に、絶縁性能が低下するという問題があった。

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、仕切板の強度の低下及び絶縁性能の低下を抑制しつつ、放電電圧を低下させることにある。

第１の発明は、水中に設けられた電極対（31,32）と、上記水中において上記電極対（31,32）の間を仕切ると共に、上記電極対（31,32）間の電流経路を構成する貫通孔（35）が形成された絶縁性の仕切板（15）と、上記貫通孔（35）内において気泡が形成されて該気泡内において放電が生起されるように上記電極対（31,32）に電圧を印加する電源（33）とを備え、上記貫通孔（35）は、該貫通孔（35）内において上記気泡が保持されるように形成されると共に、該貫通孔（35）の一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と、他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有し、上記第１拡径部（35a）及び上記第２拡径部（35b）は、それぞれ上記仕切板（15）において外向きに拡径している。

第１の発明では、電源（33）から電極対（31,32）に電圧が印加されると、貫通孔（35）が電流経路となって電極対（31,32）間に電流が流れる。貫通孔（35）は、一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有している。このように形成された貫通孔（35）では、第１及び第２拡径部（35a,35b）の間において断面積が最も小さくなる。そして、この部分において、電極対（31,32）間の電流経路の電流密度が著しく高まり、ジュール熱によって水が気化されて気泡が形成される。このようにして形成された気泡は、第１及び第２拡径部（35a,35b）の間において保持され、貫通孔（35）内では、該気泡によって仕切板の一方側の水と他方側の水とが分断される。これにより、気泡と該気泡によって分断された気泡の両側の水との各界面が電極となって、気泡内において放電が生起される。その結果、水中に水酸ラジカル等の殺菌因子が発生し、該殺菌因子によって水が浄化される。

また、第１の発明では、電極対（31,32）間の電流経路を構成する貫通孔（35）が、一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と、他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有するように構成されている。そのため、仕切板（15）に直径一定の貫通孔（35）を形成した場合に比べて、貫通孔（35）においてジュール熱によって水が気化されて気泡が形成されて保持される部分、即ち、断面積の小さい部分の長さ（仕切板（15）の厚み方向の長さ）が短くなる。これにより、貫通孔（35）内において形成される気泡とその両側の水との界面間の距離（以下、単に界面間距離と言う。）が仕切板（15）の厚みよりも短くなる。その結果、直径が一定の貫通孔（35）を形成した場合に比べて、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加する放電電圧が低くなる。

第２の発明は、第１の発明において、上記仕切板（15）は、上記貫通孔（35）が上記仕切板（15）を水平方向に貫通するように配置されている。

第２の発明では、内部において気泡を形成する貫通孔（35）が仕切板（15）を水平方向に貫通している。また、水平方向に延びる貫通孔（35）内において、気泡は、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間、即ち、貫通孔（35）の中程において形成されて保持される。つまり、気泡が、水平方向に延びる貫通孔（35）内において、奥まった位置において保持されることとなる。そのため、気泡が、貫通孔（35）内に止まりやすくなる。また、貫通孔（35）内において形成された気泡は、浮力を受けて上昇しようとするが、図６に示すように、その外側に位置する第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）を形成する壁面にひっかかるため、浮上が阻害される。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、上記貫通孔（35）は、上記第１拡径部（35a）と上記第２拡径部（35b）との間に、直径が一定に形成された直線部（35c）を有している。

第３の発明では、直線部（35c）において貫通孔（35）の断面積が最小となる。つまり、直線部（35c）において気泡が形成されて保持される。そのため、このように気泡が形成されて保持される直線部（35c）の奥行方向の長さを変更すると、気泡とその両側の水との界面間距離が変化し、電極対（31,32）間の電流経路における電気抵抗が変わる。その結果、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき放電電圧が変わる。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、上記貫通孔（35）は、上記第１拡径部（35a）と上記第２拡径部（35b）とのみによって構成されている。

第４の発明では、貫通孔（35）が、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とが連続するように形成されている。このように貫通孔（35）を形成することにより、気泡が生成されて保持される第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間の部分が最も短くなり、気泡とその両側の水との界面間距離が最も短くなる。その結果、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加する放電電圧がより一層低くなる。

第１の発明によれば、電極対（31,32）間の電流経路を構成する貫通孔（35）を、一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と、他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有するように構成することとした。そのため、貫通孔（35）を直径一定に形成した場合に比べて、仕切板（15）の厚みを薄くすることなく、貫通孔（35）においてジュール熱によって水が気化されて気泡が形成されて保持される部分、即ち、断面積の小さい部分の長さ（仕切板（15）の厚み方向の長さ）を短くすることができる。これにより、貫通孔（35）内において形成される気泡とその両側の水との界面間距離を仕切板（15）の厚みよりも短くすることができる。従って、直径が一定の貫通孔（35）を形成した場合に比べて、仕切板（115）の厚みを薄くすることなく、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧（放電電圧）を低下させることができる。つまり、仕切板（15）の強度の低下及び絶縁性能の低下を抑制しつつ、放電電圧を低下させることができる。

ところで、上述のように、第１及び第２拡径部（35a,35b）を有する貫通孔（35）では、気泡が第１及び第２拡径部（35a,35b）の間の断面積の小さい部分において形成されて保持される。よって、このような貫通孔（35）では、第１及び第２拡径部（35a,35b）を有さない貫通孔（35）に比べて、気泡が、貫通孔（35）の中程において形成されて保持される。

そのため、第２の発明のように、貫通孔（35）が仕切板（15）を水平方向に貫通するように仕切板（15）を配置することにより、気泡が、水平方向に延びる貫通孔（35）内において、奥まった位置において保持されることとなる。そのため、気泡を、貫通孔（35）内に容易に止めておくことができる。また、貫通孔（35）内において形成された気泡は、浮力を受けて上昇しようとするが、図６に示すように、その外側に第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）が設けられているため、各拡径部（35a,35b）を形成する壁面によって浮上が阻害される。つまり、各拡径部（35a,35b）を形成する壁面により、気泡をより確実に貫通孔（35）内に止めておくことができる。このように、第２の発明によれば、気泡を貫通孔（35）内に容易に止めておくことができるため、気泡内において安定的に放電を生起することができる。従って、水中に水酸ラジカル等の殺菌因子を安定して供給することができる。

また、第３の発明によれば、貫通孔（35）の第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間に、直径が一定の直線部（35c）を設けることとした。貫通孔（35）内では、直線部（35c）において断面積が最小となり、該直線部（35c）において気泡が形成されて保持されることとなる。そのため、該直線部（35c）の奥行方向の長さを変更することによって、気泡とその両側の水との界面間距離を変化させ、電極対（31,32）間の電流経路における電気抵抗を調節することができる。そのため、直線部（35c）を設けてその奥行方向の長さを変化させることによって、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧、即ち放電電圧を容易に変更することができる。また、このような第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間に直線部（35c）が設けられた貫通孔（35）を形成することにより、第１及び第２拡径部（35a,35b）のみによって貫通孔（35）を形成する場合に比べて、仕切板（15）の強度を確保することができる。

第４の発明によれば、貫通孔（35）を、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とのみによって構成することとした。つまり、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とが連続して形成される。このように貫通孔（35）を形成することにより、気泡が生成されて保持される第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間の部分が最も短くなり、気泡とその両側の水との界面間距離が最も短くなる。従って、気泡内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧（放電電圧）をより一層低下させることができる。

図１は、実施形態に係る貯水タンク及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、実施形態に係る放電ユニットを示す概略の断面図である。 図５は、実施形態に係る電圧波形を示す図である。 図６は、実施形態に係る放電ユニットの放電孔を拡大して示す図である。 図７は、実施形態に係る放電ユニットにおける放電孔の直線部の長さＬと放電開始電圧との相関関係を示すグラフである。 図８は、実施形態の変形例１に係る放電ユニットの放電孔を拡大して示す図である。 図９は、実施形態の変形例２に係る放電ユニットの放電孔を拡大して示す図である。 図１０は、実施形態の変形例３に係る放電ユニットの放電孔を拡大して示す図である。 図１１は、実施形態の変形例４に係る放電ユニットの放電孔を拡大して示す図である。 図１２は、従来の水処理用の放電ユニットを示す概略の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

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

上記貯水タンク（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。

上記水循環回路（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。なお、水処理部（10）の詳細な構成は後述する。

上記水配管（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。

上記開閉バルブ（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及び図３に示すように、水処理部（10）は、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、該水処理部（10）の上流側の水配管（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）に流出させている。

上記処理槽（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、その高さが処理槽（11）の長手方向の一端側（すなわち、水の流入側）の短壁部（14a）及び長壁部（13,13）よりも低く形成されて流出口部（17）が形成されている。

上記処理槽（11）の内部には、その幅方向に所定間隔を置いて複数の鉛直方向に延びる仕切板（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。また、後述する第１流路（21）及び第２流路（22）に配置される仕切板（15,15）には、それぞれに開口部（16）が形成されている。上記処理槽（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〜22b）が形成されている。なお、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。

また、各レーン（21a〜22b）は、第１及び第２レーン（21a,21b）が一対となって第１流路（21）を形成し、第３及び第４レーン（22a,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、上記複数の放電ユニット（30a,30b）は、第１放電ユニット（30a）と第２放電ユニット（30b）とで構成されている。各放電ユニット（30a,30b）は、上述した一対のレーン（21a,21b,22a,22b）ごとに一つずつ設けられる。

上記第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、電極対（31,32）と、この電極対（31,32）に接続され、該電極対（31,32）に所定の電圧を印加する高電圧発生部（33）と、上述した開口部（16）が形成された仕切板（15）とを備えている。仕切板（15）は、開口部（16）に嵌め込まれる放電部材（34）を有している。なお、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）の具体的な構成は、上記第１放電ユニット（30a）と同様であるため、説明は省略する。

上記電極対（31,32）は、水中で放電を生起するためのものであり、ホット側の電極（31）とニュートラル側の電極（32）とで構成されている。電極（31）は、扁平な板状に形成され、第１レーン（21a）に配置されている。電極（31）は、高電圧発生部（33）に接続されている。上記電極（32）は、扁平な板状に形成され、第２レーン（21b）に配置されている。電極（32）は、高電圧発生部（33）に接続されている。また、電極（31）と電極（32）とは互いに略平行となるように配設されている。なお、これらの電極（31,32）は、例えば耐腐食性の高い金属材料で構成される。

上記高電圧発生部（33）は、電極対（31,32）に所定の電圧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（33）は、例示として、図５に示すように、電極対（31,32）に対して、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。なお、電極対（31,32）に印加される電圧は、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。高電圧発生部（33）は、放電部材（34）に形成された後述する放電孔（貫通孔）（35）内において気泡が形成されて該気泡内において放電が生起されるような電圧（放電電圧）を電極対（31,32）に印加するように構成されている。

上記放電部材（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）は、第１レーン（21a）と第２レーン（21b）とを仕切る仕切板（15）に形成された開口部（16）を塞ぐように配置されている。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、例えば、電気抵抗が数ＭΩとなるように設計されている。この放電孔（35）は、電極（31）と電極（32）との間の電流経路を構成している。また、放電孔（35）は、鉛直方向に延びる仕切板（15）を、その厚み方向、即ち、水平方向に貫通するように形成されている。

図６に示すように、放電孔（35）は、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）と直線部（35c）とを有している。第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）は、それぞれテーパ状に形成され、第１拡径部（35a）は、放電孔（35）の一端（図６では、左端）に向かって拡径し、第２拡径部（35b）は、放電孔（35）の他端（図６では、右端）に向かって拡径している。直線部（35c）は、直径が一定に形成され、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間において両拡径部（35a,35b）を接続している。言い換えると、第１拡径部（35a）は、直径が一定の直線部（35c）の一端（図６では、左端）に連続し、放電孔（35）の一端に向かって拡径する形状に構成され、第２拡径部（35b）は、直線部（35c）の他端（図６では、右端）に連続し、放電孔（35）の他端に向かって拡径する形状に構成されている。

本実施形態では、放電孔（35）は、全長（仕切板（15）の厚み）が０．５ｍｍとなり、直線部（35c）の長さＬ（仕切板（15）の厚み方向の長さＬ）が０．２ｍｍとなり、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の長さが等しくなるように形成されている。また、直線部（35c）の直径が０．０５ｍｍ、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の頂角が９０度となるように形成されている。

以上のような第１及び第２拡径部（35a,35b）を有する放電孔（35）では、第１及び第２拡径部（35a,35b）の間に形成された直線部（35c）において断面積が最も小さくなる。そのため、電極対（31,32）間の電流経路の電流密度が、直線部（35c）において著しく高まる。つまり、直線部（35c）は、電極対（31,32）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。このように、電極対（31,32）間の電流経路の電流密度が、直線部（35c）において著しく高まることにより、直線部（35c）では、ジュール熱によって水が気化されて気泡（C）が形成される。直線部（35c）において形成された気泡（C）は、その外側に設けられた第１及び第２拡径部（35a,35b）を形成するテーパ形状の壁面にひっかかり、浮力による上昇が抑制されて放電孔（35）内に安定的に保持される。このように放電孔（35）内に保持された気泡（C）により、放電孔（35）内では、仕切板（15）の一方側の水、即ち、第１レーン（21a）を流れる水と、仕切板（15）の他方側の水、即ち、第２レーン（21b）を流れる水とが分断される。これにより、第１電極（31）と第１レーン（21a）を流れる水とが同電位になり、第２電極（32）と第２レーン（21b）を流れる水とが同電位になり、気泡（C）と各レーン（21a,21b）を流れる水との各界面が電極となって気泡（C）内において放電（スパーク放電）が発生する。すなわち、このような放電では、上記電極（31）及び電極（32）が放電電極とならないため、放電によって電極（31,32）が劣化するのを抑制できる。

上記噴霧装置（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って、絶縁部を構成している。噴霧装置（40）は、ノズルヘッダ（41）と、各レーン（21a〜22b）に対応した複数の噴霧ノズル（42）とを備えている。

上記ノズルヘッダ（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。

上記噴霧ノズル（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。なお、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。

上記下流槽（50）は、上記処理槽（11）の水の流出側に設けられ、該処理槽（11）から流れ落ちて雫状になった水を流入させる水槽である。下流槽（50）は、平面視で略長方形状の箱体に形成され、側面が外壁部（51）によって囲まれて形成されている。下流槽（50）の外壁部（51）の高さは、処理槽（11）の長壁部（13）及び流入側の短壁部（14a）の高さと同じである。下流槽（50）には、水配管（3）の流出部（3b）が接続されている。下流槽（50）と処理槽（11）との間は、処理槽（11）の流出側の短壁部（14b）によって仕切られている。この短壁部（14b）は、流出口部（17）が設けられているため、処理槽（11）に貯留された水は、処理槽（11）が一杯となる前に流出口部（17）から下流槽（50）の底に向かって堰を切って滝のように流れ落ちる。この際、流出口部（17）から下流槽（50）の底部又は下流槽（50）に貯留された水の液面までの間は、所定の高さを有している。このため、処理槽（11）の水は、流出口部（17）から下流槽（50）に流れ落ちる際に雫となる。下流槽（50）に流れ落ちる水が雫（粒状又は液滴）となることで各粒間（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。なお、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。なお、上記流出口部（17）から粒状となって流れ落ちる水が流入する下流槽（50）は、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）内が浸水した状態となっている。高電圧発生部（33）から電極対（31,32）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、電極対（31,32）間において電気が流れる。このとき、放電部材（34）の放電孔（35）は、電極対（31,32）間の電流経路となり、該放電孔（35）において断面積の小さい直線部（35c）では、電極対（31,32）間の電流経路の電流密度が上昇する。

放電孔（35）内の直線部（35c）において電流経路の電流密度が上昇すると、該直線部（35c）内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）の直線部（35c）の内部及び出入口の近傍（第１及び第２拡径部（35a,35b））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６に示すように、放電孔（35）の直線部（35c）の全域を覆うと共に、直線部（35c）の外側に設けられた第１及び第２拡径部（35a,35b）を形成するテーパ形状の壁面にひっかかることによって、浮力による上昇が抑制され、放電孔（35）内に安定的に保持された状態となる。この状態では、放電孔（35）内では、気泡（C）によって、仕切板（15）の一方側の水、即ち、第１レーン（21a）を流れる水と、仕切板（15）の他方側の水、即ち、第２レーン（21b）を流れる水とが分断される。そのため、気泡（C）が電極（31）と電極（32）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（31,32）と水との間に電位差がほぼなくなる。つまり、第１電極（31）と第１レーン（21a）を流れる水とが同電位になり、第２電極（32）と第２レーン（21b）を流れる水とが同電位になる。その結果、気泡（C）と各レーン（21a,21b）を流れる水との各界面が電極となり、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。

以上のようにして、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（水酸ラジカル等の活性種）が発生する。なお、水酸ラジカルは、殺菌因子を構成している。

その後、処理槽（11）の各レーン（21a〜22b）を流れる水は、流出口部（17）から下流槽（50）に向かって流れ落ちる。このとき、流出口部（17）から下流槽（50）に流れ落ちる水は雫となるため、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。

−直線部の長さと放電開始電圧との関係−
上述のように、本実施形態では、放電孔（35）が直径一定の直線部（35c）を有している。このような放電孔（35）では、直線部（35）の奥行方向の長さＬを変更することによって、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧、即ち、放電電圧を容易に変更することができる。以下、図７を用いて、直線部（35c）の奥行方向の長さＬと、気泡（C）内において放電が開始された際の電圧（放電開始電圧）との関係を説明する。なお、図７には、直線部（35c）の奥行方向の長さＬの異なる４種類の放電孔（35）（ｔｙｐｅ１〜ｔｙｐｅ４）及び従来の直径が一定の放電孔（35）（直孔）のそれぞれにおける放電開始電圧が示されている。なお、ｔｙｐｅ１〜ｔｙｐｅ４及び直孔の全長は、いずれも０．５ｍｍである。

ｔｙｐｅ１は、直線部（35c）の奥行方向の長さＬが０ｍｍの放電孔（35）、即ち、直線部（35c）がなく、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とが直線部（35c）を介さずに接続された放電孔（35）である。また、ｔｙｐｅ２は、直線部（35c）の長さＬが０．１ｍｍであり、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の長さが等しい放電孔（35）である。ｔｙｐｅ３は、上述した本実施形態に係る放電孔（35）である。ｔｙｐｅ４は、直線部（35c）の奥行方向の長さＬが０．３ｍｍであり、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の長さが等しい放電孔（35）である。直孔は、直線部（35c）の奥行方向の長さＬが０．５ｍｍの放電孔（35）であり、該放電孔（35）の全長と等しい。即ち、直孔は、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）がなく、直線部（35c）のみによって構成された放電孔（35）である。なお、ｔｙｐｅ１の第１及び第２拡径部（35a,35b）の接続部分の直径、ｔｙｐｅ２〜ｔｙｐｅ４の直線部（35c）の直径、及び直孔の直径は、いずれも０．０５ｍｍに形成されている。また、ｔｙｐｅ１〜ｔｙｐｅ４は、いずれも第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の頂角が９０度となるように形成されている。

図７に示すように、放電開始電圧は、直線部（35c）の奥行方向の長さＬが短くなる程低くなり、ｔｙｐｅ１で最小となる。一方、放電開始電圧は、直線部（35c）の奥行方向の長さＬが長くなる程高くなり、直孔で最大となる。この実験データから、気泡（C）が形成されて保持される直線部（35c）の奥行方向の長さＬを変更すると、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧、即ち、放電電圧が変わることがわかる。これは、直線部（35c）の奥行方向の長さＬを変更すると、気泡（C）とその両側の水との界面間距離Ｄが変化し、電極対（31,32）間の電流経路における電気抵抗が変わることによるものである。

−実施形態の効果−
本実施形態によれば、電極対（31,32）間の電流経路を構成する放電孔（35）を、一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と、他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有するように構成することとした。そのため、放電孔（35）を直径一定に形成した場合に比べて、仕切板（15）の厚みを薄くすることなく、放電孔（35）においてジュール熱によって水が気化されて気泡が形成されて保持される部分、即ち、断面積の小さい直線部（35c）の長さＬ（仕切板（15）の厚み方向の長さＬ）を短くすることができる。これにより、放電孔（35）内において形成される気泡（C）とその両側の水との界面間距離Ｄを、仕切板（15）の厚みよりも短くすることができる。従って、直径が一定の放電孔（35）を形成した場合に比べて、仕切板（115）の厚みを薄くすることなく、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧（放電電圧）を低下させることができる。つまり、仕切板（15）の強度の低下及び絶縁性能の低下を抑制しつつ、放電電圧を低下させることができる。

ところで、上述のように、第１及び第２拡径部（35a,35b）を有する放電孔（35）では、気泡（C）が第１及び第２拡径部（35a,35b）の間の断面積の小さい直線部（35c）において形成されて保持される。よって、このような放電孔（35）では、第１及び第２拡径部（35a,35b）を有さない放電孔（35）に比べて、気泡（C）が、放電孔（35）の中程において形成されて保持される。

そのため、本実施形態のように、放電孔（35）が仕切板（15）を水平方向に貫通するように仕切板（15）を配置することにより、気泡（C）が、水平方向に延びる放電孔（35）の奥まった位置において保持されることとなる。そのため、気泡（C）を、放電孔（35）内に容易に止めておくことができる。また、放電孔（35）内において形成された気泡（C）は浮力を受けて上昇しようとするが、図６に示すように、その外側に第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）が設けられているため、各拡径部（35a,35b）を形成する壁面によって浮上が阻害される。つまり、各拡径部（35a,35b）を形成する壁面により、気泡（C）をより確実に放電孔（35）内に止めておくことができる。このように、本実施形態によれば、気泡（C）を確実に放電孔（35）内に止めておくことができるため、気泡（C）内において安定的に放電を生起することができる。従って、水中に水酸ラジカル等の殺菌因子を安定して供給することができる。

また、本実施形態のように、仕切板（15）の両側において水が流れている場合、水の流れによって気泡（C）が浮上し易くなるところ、放電孔（35）の奥まった位置に気泡（C）が保持されるため、気泡（C）が水の流れに流されることなく、安定して放電孔（35）内に保持される。つまり、仕切板（15）の両側において水が流れている本実施形態の場合、気泡（C）内において安定的に放電を生起することができる効果が顕著となる。

また、本実施形態によれば、放電孔（35）の第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間に、直径が一定の直線部（35c）を設けることとした。放電孔（35）内では、直線部（35c）において断面積が最小となり、該直線部（35c）において気泡（C）が形成されて保持されることとなる。そのため、該直線部（35c）の奥行方向の長さＬを変更することによって、気泡（C）とその両側の水との界面間距離Ｄを変化させ、電極対（31,32）間の電流経路における電気抵抗を調節することができる。そのため、直線部（35c）を設けてその奥行方向の長さを変化させることによって、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧、即ち、放電電圧を容易に変更することができる。また、このような第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間に直線部（35c）が設けられた放電孔（35）を形成することにより、第１及び第２拡径部（35a,35b）のみによって放電孔（35）を形成する場合に比べて、仕切板（15）の強度を確保することができる。

〈変形例１〉
変形例１に係る放電ユニット（30a,30b）は、図８に示すように、放電孔（35）を図７のｔｙｐｅ１によって構成したものである。即ち、変形例１の放電孔（35）は、直線部（35c）を有さず、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）のみによって構成されている。そのため、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とは、連続して形成されている。具体的には、変形例１の放電孔（35）は、全長が０．５ｍｍとなり、第１及び第２拡径部（35a,35b）の長さが等しくなり、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との接続部分の直径が０．０５ｍｍ、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の頂角が９０度となるように形成されている。

このような放電孔（35）によっても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。また、図７に示されるように、このような放電孔（35）によれば、気泡（C）が生成されて保持される第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との間の部分が最も短くなり、気泡とその両側の水との界面間距離Ｄが最も短くなる。従って、気泡（C）内で放電を生起するために電極対（31,32）間に印加すべき電圧（放電電圧）をより一層低く抑えることができるため、高電圧発生部（電源）（33）のさらなる小型化を図ることができる。

また、放電孔（35）を、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）のみによって構成することとすると、放電孔（35）の加工に安価なブラスト加工を採用することができる。つまり、研磨剤を圧縮空気によって吹き付けるブラスト加工によって孔を加工する場合、加工された孔は、吹き付け方向に先細るテーパ形状となる。従って、変形例１によれば、仕切板（15）の両側から研磨剤を圧縮空気によって吹き付けるブラスト加工を行うことによって放電孔（35）を安価に且つ容易に形成することができる。

〈変形例２〉
変形例２に係る放電ユニット（30a,30b）は、図９に示すように、放電孔（35）の第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）を、テーパ形状でなく、放電孔（35）の径方向外側に向かって膨出する湾曲面によって椀型に構成したものである。第１拡径部（35a）が、放電孔（35）の一端（図９では、左端）に向かって拡径し、第２拡径部（35b）が、放電孔（35）の他端（図９では、右端）に向かって拡径するように形成されている点は上記実施形態と同様である。そして、このような放電孔（35）によっても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

〈変形例３〉
変形例３に係る放電ユニット（30a,30b）は、図１０に示すように、放電孔（35）の第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）を、テーパ形状でなく、放電孔（35）の径方向内側に向かって膨出する湾曲面によって構成したものである。第１拡径部（35a）が、放電孔（35）の一端（図１０では、左端）に向かって拡径し、第２拡径部（35b）が、放電孔（35）の他端（図１０では、右端）に向かって拡径するように形成されている点は上記実施形態と同様である。そして、このような放電孔（35）によっても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

〈変形例４〉
上記実施形態及び変形例１〜３では、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）とが、軸方向の長さが等しくなるように形成されていた。しかしながら、放電孔（35）の形状は上記実施形態及び変形例１〜３のものに限られず、図１１に示すように、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との軸方向の長さが異なるように形成されていてもよい。図１１では、一例として、上記実施形態において第１拡径部（35a）の軸方向の長さが第２拡径部（35b）の軸方向の長さよりも短く形成された例を示している。このような放電孔（35）によっても上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

また、放電孔（35）は、第１拡径部（35a）の軸方向の長さが第２拡径部（35b）の軸方向の長さよりも長く形成されていてももちろんよく、また、上記変形例１〜３において、第１拡径部（35a）と第２拡径部（35b）との軸方向長さが異なるように放電孔（35）を形成することとしてももちろんよい。

〈その他の実施形態〉
上記実施形態及び各変形例では、放電孔（35）は、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の頂角がそれぞれ９０度となるように形成されていたが、第１拡径部（35a）及び第２拡径部（35b）の頂角は、９０度以外の角度であってもよく、また、第１拡径部（35a）の頂角と第２拡径部（35b）の頂角とが異なる角度であってもよい。

また、上記実施形態及び各変形例において、放電孔（35）を、上述したｔｙｐｅ２又はｔｙｐｅ４のように構成してももちろんよい。

また、上記実施形態の各放電ユニット（30a,30b）は、電極対（31,32）及び該電極対（31,32）の間を仕切る放電孔（35）が形成された仕切板（15）が、それぞれ流水中に設けられるように構成されていた。そのため、各仕切板（15）の両側において水が流れていた。しかしながら、本発明に係る放電ユニット（30a,30b）は、電極対（31,32）及び仕切板（15）が、止水中に設けられるように構成されたものであってもよい。

なお、以上の実施形態は、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。

以上説明したように、本発明は、水中に設けられる電極対を有する放電ユニットについて有用である。

１５ 仕切板
３０ａ 第１放電ユニット（放電ユニット）
３０ｂ 第２放電ユニット（放電ユニット）
３１ 第１電極（電極）
３２ 第２電極（電極）
３３ 高電圧発生部（電源）
３５ 放電孔（貫通孔）
３５ａ 第１拡径部
３５ｂ 第２拡径部
３５ｃ 直線部

Claims (4)

1. 水中に設けられた電極対（31,32）と、
   上記水中において上記電極対（31,32）の間を仕切ると共に、上記電極対（31,32）間の電流経路を構成する貫通孔（35）が形成された絶縁性の仕切板（15）と、
   上記貫通孔（35）内において気泡が形成されて該気泡内において放電が生起されるように上記電極対（31,32）に電圧を印加する電源（33）とを備え、
   上記貫通孔（35）は、該貫通孔（35）内において上記気泡が保持されるように形成されると共に、該貫通孔（35）の一端に向かって拡径する第１拡径部（35a）と、他端に向かって拡径する第２拡径部（35b）とを有し、
   上記第１拡径部（35a）及び上記第２拡径部（35b）は、それぞれ上記仕切板（15）において外向きに拡径している
   ことを特徴とする放電ユニット。
2. 請求項１において、
   上記仕切板（15）は、上記貫通孔（35）が上記仕切板（15）を水平方向に貫通するように配置されている
   ことを特徴とする放電ユニット。
3. 請求項１又は２において、
   上記貫通孔（35）は、上記第１拡径部（35a）と上記第２拡径部（35b）との間に、直径が一定に形成された直線部（35c）を有している
   ことを特徴とする放電ユニット。
4. 請求項１又は２において、
   上記貫通孔（35）は、上記第１拡径部（35a）と上記第２拡径部（35b）とのみによって構成されている
   ことを特徴とする放電ユニット。

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