JPH07508930A - 液体処理用パルス型電気放電装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 液体処理用パルス型電気放電装置 発明の背景 本発明は、処理容器内の電極間のパルス型スパーク放電を利用することにより液 体やスラリを処理する装置に関し、更に詳しくは、家庭用農業用工業用の水や下 水の排水の浄化、工業や化学的食品処理及び他の有害廃棄物の浄化、溶解したセ ールス（ｓ　ａ　１　ｅ　ｓ）や無機質、金属などの元素の液体及びスラリから の分離に関する。

下水や化学的及び食品処理廃棄物やその他の有害廃棄物などの液状の物質を周囲 の環境に放出する前に処理する必要性がますます強（意識され、浄化プロセスを 効果的に実行する有効な方法及び装置に関する強い関心が生まれている。米国特 許第４４５８１５３号に記載されたプロセスでは、局所化された磁界と組み合わ せて電極間で生じるスパーク放電の効果を利用し、閉じ込められた液体物質の特 性を変更している。池の調査の結果から、処理される液状物質の量が、典型的に は１リツトル以下のスパーク放電の形成時間も短い小型の閉じ込めチャンバによ り限定されていることが分かった。この装置では、１対の電極がチャンバ内に提 供され、外部の電源からのパルス化されたエネルギがその間に与えられる。放射 電力が増加させると、容器内の衝撃波及び圧力によって液体中の微生物を破壊し 、浄化効果を有することが分かっている。

スパーク放電の検討結果は実験室サイズの容器を用いることで得られ、少量の液 体廃棄物のバッチ浄化処理を提供する。主にエネルギ必要量と、処理容器の限定 的な能力と、パンチ処理技術の使用とのために、スパーク放電処理法はこれまで 商業的には発展してこなかった。閉じ込めチャンバの全体的な設計に十分な考慮 が与えられてきていないために、比較的大量の液体廃棄物に対して連続的に使用 することが可能ではなかった。更に、小さな閉じ込め容器を用いる既知のシステ ムのエネルギ１ｎＴｊｌは処理される物質の単位当たりでは比較的大きかった。

この特性は、部分的には、電源からチャンバ内の電極の露出した端部の間の領域 へのエネルギ移動の効率性に問題があったことに起因する。

閉じ込め容器においては、電極端部の領域は、当初のプラズマ・チャネルを発生 させるスパーク放電の位置である。プラズマ・チャネルを形成して拡大するエネ ルギの移動は、液体廃棄物の浄化を行う処理容器内での紫外線放射、衝撃波、電 気水力学的圧力、空洞の発生において重要なファクタである。プラズマ・チャネ ルに移動されるエネルギの量は、特定の設計されたチャンバ内で１回のスパーク 放電で効果的に処理される液体廃棄物の量を決定する。従来の装置では、不効率 なエネルギ移動と不適切なチャンバ設計とによって、液体廃棄物の少量のバッチ 処理に限定されている。

したがって、本発明は、電源と電極との間のエネルギ移動の効率が向上するよう に、連続的に液体廃棄物を処理する装置に向けられている。更に、この装置の処 理容器はスパーク放電の効果が容器中の液体の容積全体に及ぶように構成されて いる。新規な処理容器とエネルギ移動の効率性との組み合わせによって、液体廃 棄物のスパーク放電処理における比較的大型の処理容器の使用が可能になる。

また、本発明は、より大きな貯溜装置がらの液体廃棄物質の移動において、長い 中断が必要なく液体廃棄物の連続的な処理を行う装置を提供する。

発明の概要 本発明は、処理容器内に生じるスパーク放電を用いて液状の廃棄物を処理する装 置に関する。この容器は、液体が比較的大容積の処理容器全体にスパーク放電の 複合的な効果を受け取るように構成されている。

この装置は、入力及び出力ポートを有する処理容器を含む。シール手段が、入力 及び出力ポートに置かれ、圧力差に基づいて動作し、装置の連続的な動作におけ る反１夏的なステップを許容する。処理容器は液体処理領域の境界となる内部表 面を有し、入力及び出力ポートと連絡する。容器の内部表面は、リフレクタ部と コンセントレータ部とを含む。リフレクタ部は、生じた効果を容器の内容物の処 理を促進させるコンセントレータ部に分配するように構成されている。

電極が容器内に延長し、そのチップはりフレフタ部に隣接して離間している。

外部のパルス形成ネットワークが電極に結合され、一連の電圧パルスを電極間に 提供する。スパーク放電が、電圧パルスの印加に応答して電極間に反復的に生じ る。放電が液体中の電極間にプラズマを形成し、よって、複数の異なる効果を処 理容器全体に及ぼす。この効果は、プラズマの発生する衝撃波、短い波長の紫外 線放射、処理容器の電気水力学的加圧などを含む。これらの３つの発生する効果 は、組合わさって、処理容器内の液体物質の特性を変更し、浄化された液体を提 供する。

処理容器は、それぞれが通過する液体を制御するシール手段を含む入力ポートと 出力ポートとを有している。入力ポートは通常は処理前の物質を含む大型の貯溜 装置に結合されている。装置の動作が開始されると、貯溜装置からの物質は圧力 下で入力ポートを通って処理容器内に導かれる。制御手段が提供されて、流体の 入力ポートへの供給を規制し、また、電極に与えられる電圧パルスのタイミング を確立する。スパーク放電が処理容器内に生じると、電極間のプラズマの発生に よって、電気水力学的圧力の急激な増加を含む複合的な効果が奏される。入力及 び出力ポートのシール手段は圧力に反応し、処理の間は入力及び出力ポートを閉 じる。上昇した圧力によって以後の処理が妨げられると、制御手段が新たな処理 前の液体を入力ポートから容器内に導き入れ、処理後の液体を出力ポートから排 出させる。この制御手段は、反復的なプロセスにおいて用いられるステップのシ ーケンスを開始させて、貯溜装置からの連続的な物質の処理が行われるようにす る。

プラズマの導電性は、電極チップに隣接する液体のイオン化によって定まる既知 の定数である。最初に形成されるときのプラズマの平均的な直径は測定可能であ り、特定の電極の離間距離に対して、平均のプラズマのインピーダンスは計算可 能な範囲に入る。パルス形成ネットワークが、プラズマ・チャネルのインピーダ ンスの範囲内のインピーダンスを有して提供されて、エネルギが効果的にスパー ク放電の間に電極間のプラズマ・チャネル内に導かれる。よって、インピーダン スの瞥合がプラズマに運ばれるピーク電力を増加させることによって、プラズマ からの放射と液体の電気水力学的圧力を強化する。リフレクタ部は、生じた放射 と衝撃波とをコンセントレータ部の中に導くように働き、コンセントレータ部は これらの処理の効果をチャンバ全体に配分する。結果的には、従来可能であった よりも大型の容器内の液体を処理することが可能になり、エネルギ効率も向上す る。

本発明の更なる特徴と効果とは、以下に述べる好適実施例の詳細な説明と添付の 図面とから明らかになろう。

図面の簡単な説明 図１は、本発明の好適実施例の一部における、液体の流れる経路を示すブロック 図である。

図２は、図１の実施例のパルス形成ネットワークの電気回路図である。

図３は、図１の実施例の処理容器内で発生する複合的な効果を示す一連の波形で ある。

図４は、図１の実施例と共に用いるのに適した処理容器の第２の実施例の断面図 である。

好適実施例の説明 図１を参照すると、この装置は、処理の対象である液状物質を受け取る容積領域 を定義する約４リツトルの容量の強化処理容器２０を含む。この容器の容量に関 しては、特定の応用例に従って、本明細書で開示される動作特性から離れること な（変更可能である。ここで強化とは、高張力で疲労のない金属合金を意味する 。処理容器は、液体処理領域の上部を確定し境界となる放物線状の内部曲面２３ を有するリフレクタ部２１を含む。この好適実施例では放物線状の曲面２３をリ フレクタとして用いているが、別の実施例では半球状の内部表面を用いることも できる。また、合致するコンセントレータ部２２をこれにシールするように固着 させて一体型（ｕｎｉｔａｒｙ）の容器を形成し、容積処理領域を完成させる。

液体処理領域の下方部分の境界となるコンセントレータ部２２の内部表面２４は 、内向きにテーパ状となっているのが示されている。液体の内容物に対して利用 可能な容積は、リフレクタ部２１からの距離が増加するにつれてコンセントレー タが減少する。コンセントレータ部２２は、入力ポート３１で終了する。電極チ ップ３０から横方向に離間している出力ポート３５が、リフレクタ部２１内に提 供されている。示された実施例では、チップは、高い融点と高い衝撃抵抗とを理 由として、金属カーバイドから構成されている。

処理容器２０は、絶縁プラグ２６を受け取る中央開口を含み、この開口を通りて 、高温鉄鋼合金で形成された１対の離間した電極２８が延長している。各電極２ ８は、離間距離２９によって分離された電極チップ３０で終端している。後述す るように、スパーク放電は、電極チップ３０の端部の間の離間２９を横切って生 じる。電極２８の外部部分は、スイッチ手段１６を介して、パルス形成ネットワ ーク１４に電気的に結合されている。パルス形成ネットワーク１４は、外部電源 １１に結合されている。クロック回路１２が回路の動作を同期化するために提供 され、その出力は、スイッチ手段１６とガス弁１７とを動作させる制御回路１５ に結合されている。

処理されるべき液状の物質４０が、コンジット４１から貯溜装置４２の中に流れ 込む様子が図１に示されている。この物質は、貯溜装置４２の底の部分に接続さ れたポンプ手段４３によって貯溜装置４２から汲み上げられて、ガス加圧チャン バ４５に移動される。すべての応用例で必要とは限らないが、この実施例では、 チャンバ４５に含まれている液状の物質が、その溶解ガス内容物を弁１７に結合 された機械的なポンプ手段（図示せず）によって増加又は減少させることを許容 している。ガス源４８は、弁１７に接続されていることによって、チャンバ４５ 内の物質よりも高圧であるその中の圧縮空気又はそれ以外の気体が弁１７を通じ てチャンバ４５内に導かれ得る。レベル・センサ４９がチャンバ４５の壁内にあ り、その出力は制御回路１５に戻されている。チャンバ４５内の液状物質のレベ ルがレベル・センサの位置４９を超えて上がった場合には、弁１７が付勢されて 付加的な加圧ガスをガス源４８から供給することによって、チャンバ４５内では 、物質のほぼ一定のレベルが維持され得る。チャンバ４５内のガス・液体の境界 面は周囲の気圧よりも高いので、物質内にはガスが付加的に溶解する。物質が処 理容器内に移動する場合には、その中に溶解している付加的なガスが用いられて 、処理容器内で形成されるプラズマ放電から生じる１つ又は複数の効果が強化さ れる。液状の物質は、圧力下で、チャンバ４５からコンジット４６を通って処理 容器２０の基部に位置している入力ポート３１に移動される。

図１の実施例では、処理容器は、一般に、内部に位置する入力ポート３１を有す る下方のコンセントレータ部２２と、出力ポート３５を含む上方のりフレフタ部 ２１とを備えている。人力ポート３１は、示されているようにンート３２とボ− ル３３とを有する弁機構を含む。電極間のスパーク放電によって処理容器の内部 で発生した圧力が存在しない場合には、チャンバ４５内の液状物質の増加した圧 力によってポール３３がシート３２からずれ、チャンバ４５の物質は処理容器２ ０内に流入しこの処理容器２０を満たすことになる。出力ポート３５は、通常は バイアスされて開いた弁を有しており、よって、それまでスパーク放電の影響を 受けてきたチャンバ４５内の物質は、出力ポート３５を介して保持容器４７の中 への排出を促される。出力流れ制御弁５４は、図のように、出力ポート３５と保 持容器４７との間の流体ライン内に位置しており、チャンバ４５内で確立される 広範囲の圧力での出力流速の規制を可能にする。上述のように、弁１７を用いて 、制御回路１５からの信号に従って加圧チャンバ４５内の圧力を変動させる。

この実施例では、制御回路１５は、対応する信号を弁５４に提供して、処理容器 からの流速を規制する。

容器からの処理された出力の流れは、容器４７の中の液体５ｏとして示されてい る。出力ポート３５は、貫通された（ｔｈｒｅａｄｅｄ）弁シート３６と、スプ リング３７と、ポール３９とを含む。連絡チャネル３４が、容器の処理容積の中 に延長している。液状の物質が処理容器の中に含まれている場合には、電極間の スパーク放電の効果は圧力の増加を含み、これによって、ボール３３が入力ポー ト３１のシート３２に対して圧し下げられ、スプリング３７のバイアスを克服し てボール３９が出力ポートのシート３６に対して固定される。よって、処理の間 の内部圧力を用いて、処理容器２ｏを通過する流体の規制されている流れが瞬間 的に中断される。図に示した特定の弁は、このコンセントレータ部の入力ポート における重力送り（ｇｒａｖ　ｉ　ｔｙ−ｆｅｄ）弁と、出力ポートにおけるバ イアス型チェック弁とであるが、所望であれば、内部的に発生した圧力に応答す る他のタイプを用いることは可能である。

図１の処理容器２０は、金属のスラグ又はロッドがら、リフレクタ部とコンセン トレータ部との２つの部分として作成されている。好適実施例では、リフレクタ 部２１は、放物線状であり直径がコンセントレータ部２２の処理容積の隣接部分 の直径に等しい内部表面を有している。電極２８が通過して延長している絶縁体 ２６がリフレクタ部２１の中央に位置しており、電極チップ３ｏが放物曲線の焦 点に位置している。コンセントレータ部２２は、コンセントレータの内部の周囲 に３６０度延長する内向きにテーバ状の表面を含む。処理容積の下方部分の境界 となる内部表面２４は、垂直軸の回りの回転体による面であり、電極チップ３０ からの距離が増加するにつれて処理容積の断面積は減少する。電極チップ３０間 のスパーク放電の形成によって、その間のチャネルにおけるプラズマの発生を通 じて複合的な効果が生じる。これらの効果を境界性の処理容積全体に拡大させて 、その中の液状の物質全体がプラズマ及びそれに付随する放射による強い衝撃波 及び圧力の影響を受けるようにすることが重要である。液体の全体にプラズマに 起因する全体的な効果を及ぼさない場合には、結果的に、処理容器から排出され る出力液体５０の質は保証されない。

スパーク放電が、電極チップの間のチャネルにプラズマを発生させる。このプラ ズマが、高速の衝撃波を、容器２０内に含まれている液状の物質の中に拡大し発 する。また、同時に、プラズマのチャネルが電極の間に形成され、高エネルギの 放射の強いバーストがプラズマ・チャネルから処理容積全体に送信される。この 効果は、発生する放射が液体と液状の物質に含まれる小さな粒子との両方を貫通 するのに十分なだけ短い波長によって特徴付けられるという事実に起因する。

この装置は不透明な液体についても効果を有するので、送信される放射の実質的 な部分の周波数は、紫外線スペクトルの低いエネルギ部分を十分に超えている。

この例では、これらの波長は、プラズマ・チャネルがスパーク放電の開始の数マ イクロ秒後に約１ｏｏｏｏｏ°にの温度に達することの結果として、スペクトル のＸ線部分のエツジの放射の波長のサイズを有している。プラズマ・チャネルが 拡大するにつれて、液状の物質は更に圧縮され、電気水力学的（ｅｌｅｃｔｒ。

ｈｙｄｒａｕｌ　ｉｃ）な圧力が実質的に増加する。多くの場合には、圧力は、 約５００マイクロ秒で１０００気圧に達する。必要な時間とプラズマ・チャネル の最大の拡大時に達する圧力とは、プラズマ・チャネルの中に放電されたエネル ギの量と容器内の処理領域の容積及び構成とに依存する。入力及び出力ポートに おける自己付勢弁が、物質のこの電気水力学的な圧力に応答して直ちに閉じて、 圧力の影響を処理容器内にその時点で含まれている液体だけに限定する。この好 適実施例ではチェック弁を用いているが、処理容器を通過する流率（ｆｌｏｗ　 ｒａｔｅ）に同期した機械的又は電気的どちらかの手段を用いて入力及び出力ポ ートをノールするように動作するそれ以外の実施例もあり得る。

スパーク放電は、スイッチ手段１６とパルス形成ネットワーク１４と電源１１と を含むパルス発生器の出力から発生する。パルス発生器は、高電圧で大きな電流 の短い継続時間のパルスを電極２８の対に与えることにより、電極チップ３０の 間の容積に存在する液状の物質においてブレークダウンを生じさせる。スパーク 放電は一方の電極チップから他方の電極チップへと生じ、その結果として、プラ ズマが電極チップの間に発生する。このようにして形成されたプラズマ・チャネ ルは、複合的な効果を奏し、この効果は容積の全体に送信され処理容器内に含ま れる液状の物質の特性を変更する。電源１１は、高圧のステップアップ変圧器と ３相ブリツジ型の整流器とを有しており、充電電流（ｃｈａｒｇｉｎｇ　ｃｕｒ ｒｅｎｔ）をパルス形成ネットワーク１４に供給する。また、電流をパルス形成 ネットワーク１４に供給する間に単位電力ファクタ（ｕｎｉｔｙ　ｐｏｗｅｒｆ ａｃｔｏｒ）を維持できるソリッドステート型高周波インバータを用いることも 可能である。ネットワーク１４に対する種々の従来型の変圧器・整流器充電手段 は、当該技術分野で周知である。

パルス形成ネットワーク１４は、電源からの充電電流によって所定の電圧レベル まで充電され十分なエネルギを格納することにより、スイッチ手段１６が閉じら れた場合に電気エネルギのパルスが電極２８に提供されてその間にスパーク放電 を生じさせる。図１に示したように、制御回路１５が提供され、パルス形成ネッ トワーク１４における電圧レベルをモニタし、所望の電圧レベルに達している場 合にだけスイッチ手段１６を付勢する。更に、制御回路は、流体レベル感知回路 からの出力信号を受け取り、チャンバ４５内の流体レベルに補正が必要であるな らば補正信号を弁１７に印加する。回路１２がらのクロック信号が、パルス形成 ネットワーク１４における電圧のサンプリング速度を決定し、必要に応じてこの システムで使われる池のセンサのサンブリノブを同期化するのに用いられる。付 加的なセンサが用いられる場合のデータ・サンプル速度の確立は、従来の技術に よって達成され得る。

パルス形成ネットワーク１４は、図２の電気回路図において更に詳細に示されて おり、スイッチ手段１６と、電極２８と、電力レール接続が示されている。これ らによって形成されるスパーク放電とプラズマ・アークとは、電極２８間の可変 抵抗５２として示されている。パルス形成ネットワーク１４は、複数のキャパシ タ５７とインダクタ５９とを含み、インダクタは電極２８と直列に結合され、キ ャパシタ５７は並列に結合されている。電源１１からの単向性の（ｕｎｉｄｉｒ ｅｃｔｉｏｎａｌ）電流が、スイッチ手段１６が制御回路１５からの信号によっ て付勢されるまで、キャパシタ５７を充電する。この時点で、キャパシタに蓄積 されたエネルギは、スイッチ手段１６と、その内部インダクタンス及び抵抗６１ ．６２それぞれと、その内部インピーダンスとの低いインダクタンスの電力レー ル接続５１とを介して、電極に移動する。結果的に、スパーク放電は、電極チッ プ３０の間に発生し、電極の間の液体物質にプラズマ・チャネルを形成する。エ ネルギの移動は、図３の電力パルスとして示したパルスの形式で生じる。この実 施例では、電極回路に提供されるピーク電力レベルは、５〜１０マイクロ秒の周 期の間に１ギガワツトを超える。エネルギ移動は、この比較的短い時間の間に生 じるが、これは、プラズマ・チャネルの容積が拡大し増加するのと、液体の処理 において基礎となる効果を生じさせる高いエネルギ密度はこれ以上長い時間は維 持が困難であるからである。

スイッチ手段１６の内部インダクタンス６１及び抵抗値６２は、電極に運ばれる 電力の損失を減少させるために最小化される。同様の注意は、電力レール接続５ １における誘導性及び抵抗性の損失を最小にするためにも払われる。最大のパル ス電力は、パルス形成ネットワーク１４のインピーダンスが電力パルス周期の間 に電極２８のチップ３０の間に形成されるプラズマによってネットワーク１４に 与えられる平均の抵抗値５２に実質的に整合されている場合に、電極の間のプラ ズマ・チャネルにおいて得られる。スイッチ１６の付勢後２〜５マイクロ秒の間 隔のインピーダンスを用いて、所望の整合が決定される。この実施例では、スイ ッチ手段１６は、好ましくは、トリガされる水銀プールのガス管である。これに 関連するインダクタンス６１と抵抗値６２とは、電極２８から見た等価電気回路 に対するインダクタンスと抵抗値との対応する値の５パ一セント未満を提供する 。電力レール接続の抵抗効果の寄与は最小である。関連するインダクタンスの場 合には、その値は、パルス形成ネットワーク１４の出力インダクタンス５９のか なりの部分を含み得る。よって、インダクタンス５９は、実質的なライン長が装 置に電力を提供するのに必要である場合には、電力相互接続のインダクタンスの 計算された量だけ値が減少する。

パルス形成ネットワーク１４の特性インピーダンスは、ネットワークのインダク タンスの平方根をネットワークのキャパシタンスで割ったものの関数である。

電極２８の間に発生するプラズマのインピーダンスは、可変抵抗５２として示さ れており、この好適実施例では２．５センチメートルである電極の離間と、形成 されるプラズマ・チャネルの直径と、プラズマの抵抗定数との関数である。この 定数は、典型的には、１センチメートル当たり１２ミリオームのオーダーである 。

形成されるプラズマ・チャネルの直径は、プラズマの開始時から測られた時間の 平方根の関数である。プラズマの初期の形成の間の最初のマイクロ秒においては 、その抵抗値は、数オームから、パルス形成ネットワークを設計する際に用いら れ得るインピーダンスの範囲である２５ないし７５ミリオームの範囲まで減少す る。

動作においては、パルス形成ネットワークが、プラズマの初期の間にはより高い インピーダンス・ネットワークとして作用する。図１の実施例を成功裏に動作さ せるための１０〜１００キロジユールのエネルギを提供するためには、約１０マ イクロ秒の電力パルス幅が要求される。パルス形成ネットワークからの放電のパ ルス幅に対する方程式が、インダクタンス５９とキャパシタンス５７とに対する 受け入れられる値を決定する。方程式は、Ｔ＝２　（ＬｘＣ）”である。この実 施例でのキャバノタンスの値は、約１３５マイクロフアラツドと計算される。よ って、それぞれの平行キヤパシタ５７は、それの３分の１の値を有する。インダ クタンス５９は、約１５０ナノヘンリであるから、それぞれの直列インダクタ５ ９．５９°は、５０ナノヘンリとなる。これによって、約３４ミリオームのパル ス形成ネットワークの特性インピーダンスが得られる。図１に示したタイプのパ ルス形成ネットワーク１４は、１００００ボルトのパルスを提供する際に、２５ キロジユールより多くを蓄積する。

動作においては、処理容器内のプラズマの形成によって、容器内の物質を、図３ の波形によって示される１３２合的な効果が奏される。これらの波形は、２つの 別個の時間領域内でプロットされている。第１の領域は、スパーク放電の開始と プラズマの発生とから２５マイクロ秒までである。第２の時間領域は、２００か ら１０００マイクロ秒である。第１の時間領域の間には、生じる効果は、プラズ マ・チャネルの発生と同時に生じるか又は若干遅れる程度である。プラズマによ って直ちに生じる直接的な効果は、パルス形成ネットワーク１４からのパルスの 継続時間よりもいくらか長い時間継続する放射の高度の強いバーストである。放 射は、プラズマを形成する物質の高度にイオン化された状態に起因してバースト として生じる。放射の波長は、近接のＸ線領域にある。この波長の放射は、処理 容器の全体の容積を貫通し、その中に含まれる液状の物質の酸化を生じさせるだ けの能力を有している。図１の実施例に対しては、放射は、１０００００°Ｋを 超える黒体放射温度に等しい。

拡大するプラズマ・チャネルによって生じる第２の直接の効果は、最初の数マイ クロ秒の間に拡大するプラズマ・チャネルから分離するほとんど１００万気圧の 当初の圧力ピークを有する衝撃波の発生の効果である。このチャネルは、当初は 、１〜３ｍｍの直径で形成されて、約５ｃｍに拡大する。この超音波波面は、プ ラズマ・チャネルから前方に伝播するので、処理領域の境界を通って１００分の 数マイクロ秒で伝播する際に、反射や偏向を受ける。衝撃波伝播のこの間隔の間 に、極端に高度の圧縮成分がその先端のエツジ領域に存在する。この引っ張り歪 みによって、液状物質内に空洞効果を生じ、これは、物質からのフリーラジカル や自由電子の発生に役立つことが発見された。衝撃波の圧縮成分の結果として、 浮遊するいかなる固体も破壊される。図１の実施例の動作によって、直径が０゜ １〜１ミリメートルの範囲内の固体粒子が、はとんどミクロンのサイズにまで破 壊された。衝撃波の別の効果として、大きな分子や微生物を分解又は破壊するこ とにある。また、衝撃波は、処理容器内を移動する極度の圧力勾配によって、溶 解した固体の溶解度積を変更する。衝撃波を受けた物体は、最初に圧縮され、次 に急速に膨張するが、その際に極度の圧力崩壊が生じることで、溶解度積を変化 させて、よって、溶解した固体の沈殿を促進し、処理の済んだ物質の発見を容易 にする。

処理容器内に形成される高圧パルス・プラズマの更なる効果は、処理容器の内容 物全体の電気水力学的な圧縮が進むことである。プラズマ・チャネルが時間と共 に拡大してバブルになる際に、その容積は増加して容器内の液体を圧縮する。

拡大するプラズマ・チャネル又はバブルの運動エネルギは、反応容器内に生じる プラズマ・バブルと電気水力学的圧力との間に圧力の等化が達成されるまで、拡 大する間に液体をプラズマ・バブルに誘導することからの冷却において消費され る。１０００気圧の典型的な圧力バランスが、プラズマの開始からおよそ５００ マイクロ秒で達成される。液状物質内に溶解した任意のガスは、この間に、容積 が減少し、その温度をイオン化が生じる点まで上昇させ、よって、更にフリーラ ジカルや自由電子が生じる。プラズマ・バブルが最終的にその大きな表面積から の大きなエネルギ損失によって崩壊した場合には、加圧された液体内に蓄積され た位置（ボテンシャル）エネルギによって、液体は、それまでプラズマ・バブル によって占められていた容積内に侵入してそれを満たす。水力学的な圧力が急激 に崩壊するにつれて、この崩壊によって引っ張り力が液体上に導かれ更に空洞を 生じて、フリーラジカルと自由電子が発生する。図３に示されているように、自 由電子とフリーラジカルとの発生は、いくらかの間隔をおいて示されているよう に１ミリ秒の間隔でかなりの時間生じる。

フリーラジカルと自由電子の広範は発生の意義は、以下のように説明することが できる。自由電子は陽イオン、特に起電力列の低い金属の陽イオンによって、吸 収され、陽イオンをその元素又は発生期（ｎａｓｃｅｎｔ）状態まで減少させる 。このプロセスは、無機質の排除及び有害廃棄物の排除作用の両方に応用され得 る。処理容器内の大きな内容物中に生じる水酸基（ＯＨ）などのフリーラジカル は、炭化水素やフッ化炭素等の分子を科学的に不活性の成分に変換する非常に強 力な酸化二一シエントとして作用する。更に、排水及び汚染された水の生化学的 酸素要求量（ＢＯＤ）は、この進んだ酸化作用によって著しく減少する。

図１の実施例は、種々の異なった排気物質を処理するのに成功裏に用いられてき た。屠殺場のυト水処理から得られた結果が示すところによれば、ＢＯＤは９９ ％以上減少し、化学的酸素要求ｆｆｉ　（ＣＯＤ）は９５％以上減少し、糞尿大 腸菌型（ｆｅｃａｌ　ｃｏｌｉｒｏｒｍ）の細菌の減少率は９９％以上であった 。トレーラ−・パークの下水に関して１テわれたテストの結果は、ＢＯＤの減少 は７３％以上、ＣＯＤの減少は３８％以上、糞尿大腸菌型細菌の減少は９９％以 上であった。市の下水を用いて行った同様の操作の結果では、ＢＯＤ減少は８２ ％であり、糞尿大腸菌型細菌の減少は９９．９５％以上であった。これらの結果 は、本装置の液体物質中の微生物を不活性にしバイオアクティブな内容物を酸化 し金属の陽イオンを減少させる能力を示している。更に、本装置のテストによっ て、金属は溶液中から抽出でき出力貯溜装置内で澄ませることによって回復でき ることを示している。

本発明の実施において用いる処理容器の他の実施例が図４に示されている。処理 容器のりフレフタ部２１は、すべての細部において、図１のものと類似している 。図４のコンセントレータ部７２は、直線状の外部壁部分を有している点におい て図１の実施例とは異なっている。上述のように、図１の処理容器は金属のスラ グ又はロッドから作られている。しかし、図４のコンセントレータ部は、大きな 直径の直線状の壁を有するチューブ・ストックから形成されており、結果的に制 作上のコストを実質的に削減できる。別個の衝撃波偏向部材７３が処理容器の中 央に位置することによって、プラズマの形成によって発生する衝撃波が容器の中 に含まれる物質全体に伝播することが保証される。挿入物７３の曲率によって、 電極チップ３０からの距離が増加するにつれて液体処理領域の断面積及び単位容 積が減少する点において、コンセントレータ部２２の曲面状又は内側にテーパ状 である壁と同じ結果が達成される。デフレクタは、図４に示すように断面積がテ ーパ状になっている。デフレクタ７３の底面７５はベース・プレート７８に固着 している。横向きの連絡チャネル７４がデフレクタ内に底面７５の丈夫に形成さ れる。チャネル７４は、入力ポート３１と連絡し、また、入力ポート３１から容 器の処理領域の中に横向きに延長する。弁シート３２は、ボール３３を受け取っ て、含まれている物質の処理に起因して圧力が増加する場合には、入力ポート３ １を閉じる。受は取り窪み部７６は挿入物の隣接部に形成されており、ボール３ ３が物質の容器への入力の間に連絡チャネル７４をクリアする。リフレクタ部内 に形成され下向きにコンセントレータ部全体に送信されるプラズマからの高圧パ ルスによって生じる効果の説明は、図１と図４との両方の実施例に当てはまる。

電極チップからの距離が増加するにつれて効果が消散する傾向は、図１の実施例 の内向きにテーバ状の壁２４と、図４の実施例のデフレクタの挿入物７３のほぼ 円錐形とによって提供される補償によって対応される。両方の実施例の容器内に 含まれる液状の物質の処理は同じであり、図３に示した効果の波形は、処理容器 の両方の形態において生じる効果に当てはまる。

以上の説明は本発明の特定の実施例に言及したものであるが、請求の範囲に記載 された本発明の範囲から離れることなく多くの修正及び改変を行い得ることを指 摘したい。

Ｆｘｃ、、＝Ｅ？ Ｆ’ｘ石−４ Ｆｘｃ七３ 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１′ｑＤ

Claims (22)

【特許請求の範囲】
1. １．処理容器内でパルス型電気放電を用い液体を処理する装置において、ａ）入 力及び出力ポートを有し、液体処理領域の境界となりリフレクタ部とコンセント レータ部とを含む内部表面を有する処理容器と、ｂ）前記入力及び前記出力ポー トに位置し、該各ポートの液体の通過を制御するシール手段と、 ｃ）前記容器内に含まれ前記リフレクタ部に隣接して離間する電極手段であって 、該電極手段への電圧の印加は前記容器内でプラズマを発生させ衝撃波を生じさ せる電極手段と、 ｄ）一連の電気パルスを前記電極手段に与えるパルス形成手段と、ｅ）前記入力 ポートヘの流体の供給を規制し、前記電極手段に与えられるパルスのタイミング を確立し、結果的に生じる衝撃波が前記容器内にある液体を処理する制御手段と 、 を備えていることを特徴とする装置。
2. ２．請求の範囲１記載の装置において、前記コンセントレート部が、前記電極手 段からの距離が増加するにつれて断面積が減少する液体処理領域を定義すること を特徴とする装置。
3. ３．請求の範囲２記載の装置において、前記リフレクタ部が、前記液体処理領域 の境界となる曲面を有することを特徴とする装置。
4. ４．請求の範囲３記載の装置において、前記電極手段が、前記リフレクタ部の中 央領域に隣接して離間していることを特徴とする装置。
5. ５．請求の範囲４記載の装置において、前記出力手段が通常は開いており、前記 処理容器内の前記液体による圧力差によって閉じる弁であることを特徴とする装 置。
6. ６．請求の範囲２記載の装置において、前記コンセントレータ部は内向きにテー パ状である壁を含み、前記入力ポートは前記テーパの狭い基部に位置しているこ とを特徴とする装置。
7. ７．請求の範囲２記載の装置において、前記リフレクタ部から離間し中央に位置 するテーパ状のデフレクタを更に備えていることを特徴とする装置。
8. ８．請求の範囲７記載の装置において、前記デフレクタが、前記入力ポートに隣 接して前記容器に固着されており、前記入力ポートと連絡する横方向のチャネル を含むことを特徴とする装置。
9. ９．請求の範囲２記載の装置において、前記電極手段と前記パルス形成手段との 間に結合され、付勢のために前記制御手段に接続されているスイッチ手段を更に 備えていることを特徴とする装置。
10. １０．請求の範囲９記載の装置において、前記パルス形成手段が複数の直列イン ダクタンスと特性インピーダンスを有する並列コンデンサとを有しており、前記 インピーダンスは、インダクタンスの容量に対する比によって決定され、前記容 器内で確立された際のプラズマ・チャネルのインピーダンスに実質的に等しくさ れていることを特徴とする装置。
11. １１．請求の範囲２記載の装置において、前記処理容器の前記入力ポートと連絡 する外部貯溜装置と、該外部貯溜装置内の液体の圧力を制御する手段と、を備え ていることを特徴とする装置。
12. １２．請求の範囲１１記載の装置において、ガスを前記外部貯溜装置に注入し該 外部貯溜装置内の前記液体のガス内容物を変動させる手段を更に備えていること を特徴とする装置。
13. １３．請求の範囲２記載の装置において、前記電極手段が、前記リフレクタ部か ら前記処理容器内へ延長し離間した電極チップにおいて終端する１対の電極を備 えていることを特徴とする装置。
14. １４．請求の範囲１３記載の装置において、前記電極チップがおよそ２．５セン チメータ離間していることを特徴とする装置。
15. １５．請求の範囲１４記載の装置において、前記パルス形成手段が、前記処理容 器内の前記電極間に発生する前記プラズマのインピーダンスにインピーダンスが 整合されていることを特徴とする装置。
16. １６．請求の範囲１５記載の装置において、前記パルス形成手段が、２５〜７５ ミリオームの範囲内の特性インピーダンスを有することを特徴とする装置。
17. １７．液体を処理するために内部に発生されたプラズマと共に用いるための液体 処理領域を有する容器において、 ａ）前記液体処理領域の一部の境界となる内部表面を有するリフレクタ部と、ｂ ）前記リフレクタ部に隣接して位置し一体型（ｕｎｉｔａｒｙ）の容器を形成し 、前記液体処理領域の境界となる内部表面を有するコンセントレータ部と、ｃ） 前記容器内に位置し、前記液体処理領域と連絡する入力及び出力ポートと、ｄ） 前記液体処理領域内にパルス型電気放電を提供する手段と、を備えていることを 特徴とする容器。
18. １８．請求の範囲１７記載の容器において、前記コンセントレート部が、前記パ ルス型電気放電からの距離が増加するにつれて断面積が減少する液体処理領域を 定義することを特徴とする容器。
19. １９．請求の範囲１８記載の容器において、前記リフレクタ部が、前記液体処理 領域の境界となる曲面を有することを特徴とする容器。
20. ２０．請求の範囲１８記載の容器において、前記コンセントレ−タ部は内向きに テーパ状である壁を含み、前記入力ポートは前記テーパの狭い基部に位置してい ることを特徴とする容器。
21. ２１．請求の範囲１８記載の容器において、前記リフレクタ部から離間し中央に 位置するテーパ状のデフレクタを更に備えていることを特徴とする容器。
22. ２２．請求の範囲２１記載の容器において、前記デフレクタが、前記入力ポート に隣接して前記容器に固着されており、前記入力ポートと連絡する横方向のチャ ネルを含むことを特徴とする容器。