JP2008126107A

JP2008126107A - 浄化装置

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Publication number: JP2008126107A
Application number: JP2006311602A
Authority: JP
Inventors: Teruo Okamoto; 照夫岡本
Original assignee: BCO KK
Current assignee: BCO KK
Priority date: 2006-11-17
Filing date: 2006-11-17
Publication date: 2008-06-05

Abstract

【課題】流体が導入される全域にわたって放電プラズマを発生させることにより、浄化処理すべき流体を効率よく浄化する。
【解決手段】浄化装置１は、プラズマにより水を浄化処理する浄化処理部２と、浄化処理部２へ被処理水を導入する導入路３と、処理済の水を導出させる導出路４とを備える。浄化処理部２は、少なくともひとつの水流路２１を有し、水流路２１には、互いに対向する放電極６およびアース電極６０を備えたプラズマ発生装置５が流体の流路に沿って複数配置されている。各プラズマ発生装置５には、放電極６にそれぞれ決められたタイミングで断続的に高電圧を印加するための高電圧印加装置が接続されている。
【選択図】図１

Description

この発明は、湖沼、池などの水や一般家庭、各種施設から排出される水などを浄化したり、工場などから排出されるガスを浄化したりするのに用いられる浄化装置に関し、特にこの発明は、放電により発生させたプラズマ（以下「放電プラズマ」という。）によって液体や気体を浄化処理する浄化装置に関する。

従来、気体中で電極に高電圧をかけて放電を発生させることにより気体をプラズマ化し、その放電プラズマの中に有機溶剤などの有害物質を含む気体を導入して気体中の有機溶剤を分解除去するという浄化方法が知られている。また、液体中で電極に高電圧をかけて放電を発生させることにより液体をプラズマ化し、その放電プラズマの作用により液体中に反応性の強いラジカルを生じさせ、これを液体中に溶け込ませて化学反応を誘起したり殺菌を行ったりして液体を浄化するという浄化方法も知られている。

この種の浄化装置として、筒状ケース内に放電極と、この放電極を取り囲むアース電極とが設けられるとともに、多数の金属片が封入されたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
浄化処理すべき流体を筒状ケースの一端より導入し、前記放電極に高電圧を印加すると、放電極とアース電極との間に多数の金属片が介在しているので、電極と金属片との間および金属片と金属片との間に放電が発生する。金属片が筒状ケースの全域に行き渡ることにより、筒状ケース内の随所で放電プラズマが発生する。この放電プラズマの作用により筒状ケース内に導入された流体は浄化処理される。

特開２００５−３０５２９３号公報

上記した構成の浄化装置では、処理すべき流体は筒状ケースの一端から導入して他端より導出させるので、筒状ケース内を一方向へ移動し、このため、流体の流量などが多いと金属片の一部が筒状ケース内の下流端に密集する。密集した金属片が各電極に接触すると、当該金属片の密集部は電気抵抗が小さく、電流が集中して流れるため、筒状ケース内のその他の領域で放電が起きにくくなり、浄化処理の効率が悪くなるという問題が生じる。

この発明は、上記した問題に着目してなされたもので、気体や液体などの流体の流れや流量などに関係なく、流体が導入される全領域にわたって放電プラズマを発生させることにより、浄化処理すべき流体を効率よく浄化できる浄化装置を提供することを目的とする。

この発明による浄化装置は、放電により発生させたプラズマにより流体を浄化処理する浄化処理部と、前記浄化処理部へ処理すべき流体を導入する導入路と、前記浄化処理部より処理済の流体を導出させる導出路とを備えたものである。前記浄化処理部は、少なくともひとつの流体通路を有し、前記流体通路には、互いに対向する放電極およびアース電極を備えたプラズマ発生装置が流体の流路に沿って複数配置されている。前記の各プラズマ発生装置には、前記放電極にそれぞれ決められたタイミングで高電圧を断続的に印加するための高電圧印加装置が接続されている。

この発明の上記した構成において、「流体」には気体および液体が含まれるもので、この発明によるプラズマ浄化装置は液体の浄化にも気体の浄化にも適用できる。

この発明による浄化装置において、処理すべき流体は導入路によって浄化処理部に導かれ、浄化処理部で流体は放電により発生させたプラズマにより浄化処理される。浄化処理部の流体通路には、複数のプラズマ発生装置が流体の流路に沿って配置されているので、この流体通路を処理すべき流体が通過する際に、高電圧印加装置によってそれぞれのプラズマ発生装置に対し放電に必要な電圧を断続的に印加すると、プラズマ発生装置毎に放電極とアース電極との間で放電が繰り返し発生する。これにより、流体の流れなどに関係なく、浄化処理部の全域にわたって均一な放電プラズマが発生する。この放電プラズマの作用により浄化処理部に導入された流体は浄化処理され、処理済の流体は流体導出口から導出路へ導出される。

この発明の好ましい一実施態様においては、前記高電圧印加装置は、電源装置と、前記電源装置に接続される一次コイルおよび前記一次コイルとトランス結合し前記プラズマ発生装置の放電極に接続される二次コイルを含む複数の点火コイルと、前記の各一次コイルに流す電流を決められたタイミングでオン、オフ制御するスイッチとから成るものである。

この実施態様によると、一次コイルに電流が流れると、一次コイルは磁束を発生させ、この磁束が二次コイルを鎖交することによって二次コイルに電磁誘導による誘導起電力が発生する。二次コイルにおいて発生した高電圧が、プラズマ発生装置の放電極に達すると、アース電極との間に放電が発生し、この放電プラズマの作用により浄化処理部に導入された流体は浄化処理される。

この発明のさらに好ましい一実施態様においては、前記高電圧印加装置から各プラズマ発生装置の放電極への高電圧の印加を制御して放電発生のタイミングを制御する制御装置をさらに備えて成るものである。

この実施態様によれば、流体通路を流れる流体の流量などに応じて、例えば、全てのプラズマ発生装置で一斉に放電を発生させたり、流体の流れる方向に沿って順次プラズマ発生装置で放電を発生させたりするなど、各プラズマ発生装置による放電発生のタイミングを制御することにより、浄化処理部に導入される浄化処理すべき流体に対してむらなく放電プラズマによる浄化処理を施すことができる。

前記浄化処理部には、前記流体通路を流れる流体に空気を導入するための空気導入路が接続されている。この実施態様によれば、導入された空気が気泡となって流体通路を流れると、放電によって反応活性なオゾンやラジカルなどが生成するため、浄化処理機能が向上する。

この発明によると、浄化処理部の流体通路には、複数のプラズマ発生装置が流体の流路に沿って配置されているので、流体の流れなどに関係なく、浄化処理部の全域にわたって均一な放電プラズマを発生させることができる。

図１および図２は、この発明の一実施例である浄化装置１の構成を示している。
図示例の浄化装置１は、水の浄化に用いているが、この発明はこれに限らず、水以外の液体、さらには気体の浄化にも適用できる。
図示例の浄化装置１は、被処理水を放電プラズマにより浄化処理する浄化処理部２と、この浄化処理部２へ被処理水を導入する導入路３と、浄化処理部２より処理済の水を導出させる導出路４と、浄化処理部２に配設される複数台（図示例では１２台）のプラズマ発生装置５とを備えており、各プラズマ発生装置５にはパルス状の高電圧を印加するための高電圧印加装置７（図６に示す。）と、高電圧の印加を制御するための制御装置１０（図６に示す。）とが接続されている。

前記導入路３および導出路４は合成樹脂製パイプや金属製パイプをもって構成される。導入路３はポンプＰに接続され、ポンプＰは池より吸い上げた被処理水を導入路３へ送る。導出路４は処理済の水を池へ導く。

前記浄化処理部２は、ガラス製または合成樹脂製の箱状体２０により構成されている。箱状体２０の内部は、導入路３より導入された被処理水を通過させて導出路４へ導出するために、２枚の仕切り板２７，２８を並列に設けて３本の水流路２１Ａ〜２１Ｃがそれぞれ形成されている。

箱状体２０の上面にはプラズマ発生装置５を浄化処理部２内に固定配置するための固定用ソケット２５が各水流路２１Ａ〜２１Ｃについてそれぞれ４個ずつ、１列、等間隔に整列配備されている。

前記導入路３には、浄化処理部２内へ空気を送り込むための空気導入路２２が設けられている。空気導入路２２は、図３に示すように、図示しない送風機構に接続された導入管２３と、１本の導入管２３より分岐した３本の分岐管２４Ａ〜２４Ｃを含んでいる。各分岐管２４Ａ〜２４Ｃは、前記水流路２１Ａ〜２１Ｃにそれぞれ導かれており、導入管２３より各分岐管２４Ａ〜２４Ｃへ導入された空気は多数の送気孔２６により気泡となってそれぞれ水流路２１Ａ〜２１Ｃに吐き出される。気泡が水流路２１Ａ〜２１Ｃを流れるとき、放電によって反応活性なオゾンやラジカルなどが生成されるため、浄化処理作用が向上する。

図１および図２に戻って、浄化処理部２の各固定用ソケット２５の位置には、放電によりプラズマを発生させ、浄化処理部２の内部を通過する水に対して放電プラズマによる浄化処理を施すための合計１２台のプラズマ発生装置５がそれぞれ配備されている。これらのプラズマ発生装置５は、前記固定用ソケット２５に後述する取付金具５０のネジ部５５を嵌合させることにより、１本の水通路２１Ａ〜２１Ｃについてそれぞれ４台ずつ配置される。

プラズマ発生装置５は、この実施例では車両のエンジンなどに取り付けられる公知のスパークプラグが用いられ、図４に示すように、取付金具５０と、先端部５１ａが突出するように取付金具５０内に保持される絶縁碍子５１と、先端部６ａが絶縁碍子５１の一端部５１ａから突出するように絶縁碍子５１内に固定される放電極６と、放電極６と隙間を隔てて対向するアース電極６０とを備えている。

取付金具５０は、例えば低炭素鋼などの導電性の鉄鋼材料により構成された筒状体からなり、この取付金具５０の外周面には、前記固定用ソケット２５に固定するための取付用ネジ部５５が設けられている。

取付金具５０の内部には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）などの電気絶縁体からなる筒状の絶縁碍子５１が固定されている。この絶縁碍子５１の一端部５１ａは、取付金具５０の一端部５０ａから突出し、他端部５１ｂは、取付金具５０の他端部５０ｂから突出した状態となっている。絶縁碍子５１の軸孔５２には、放電極６および金属製のステム部５３が固定されており、この放電極６とステム部５３とは、詳細は省略するが、電気的に接続されている。ステム部５３の一端部には端子部５４が設けられており、この端子部５４には、後述する点火コイル８の取付部８４が装着される。

放電極６は円柱体であり、円柱体の、内材が例えばＣｕなどの熱伝導性に優れた金属材料により構成され、外材がＮｉ基合金などの耐熱性および耐食性に優れた金属材料により構成されている。放電極６は絶縁碍子５１によって取付金具５０に対して絶縁保持され、放電極６の先端部６ａには、レーザ溶接などによってイリジウム合金からなる円柱状のチップ６ｂが接合されている。

また、取付金具５０の先端部５０ａには、アース電極６０が接合されている。このアース電極６０は、Ｎｉを主成分とするＮｉ基合金により構成されており、その一端部６０ｂが取付金具５０に溶接され、他端部６０ａが放電極６の先端部６ａと所定の空隙を有して対向している。

前記放電極６およびアース電極６０は、この実施例では、図５に示すように、箱状体２０の高さｈの中央位置（ｈ／２）に位置するように配備されている。
この実施例によると、上記した構成のプラズマ発生装置５によって放電極６とアース電極６０との間で放電を発生させたとき、流体通路２１Ａ〜２１Ｃの高さ方向に均一にプラズマが発生するので、各流体通路２１Ａ〜２１Ｃを流れる被処理水を効率よく浄化処理できる。

前記高電圧印加装置７は、図６に示すように、前記の各プラズマ発生装置５に接続される複数台（図示例では１２台）の点火コイル８と、電源装置７０と、制御装置１０とで構成される。電源装置７０は、交流発電機７１で発生させた交流電圧を整流器７２およびレギュレータ７３によって例えば１２Ｖの直流電圧に変換した後、各点火コイル８に供給する。

点火コイル８は、車両などのエンジンにおけるスパークプラグに用いられる公知のものであり、図７に示すように、同心円状に巻回した１次コイル８１と２次コイル８２とを備えた円筒部８０と、この円筒部８０の上端部に配設されたイグナイタ部８３と、円筒部８０の下端部に形成されたプラズマ発生装置５を取り付けるための取付部８４とを有している。
前記浄化処理部２の上方には、図１および図２に示すように、全ての点火コイル８を支持するための支持基板１００が水平に取り付けられ、この支持基板１００の各ソケット２５に対応する位置に、開設された支持孔１０１に点火コイル８の円筒部８０をそれぞれ挿入することにより各点火コイル８が固定されている。

前記円筒部８０は、図７に示すように、コイルケース８５内に、１次コイル８１、２次コイル８２、および中心コア８６を配設してなる。１次コイル８１は、円筒状樹脂からなる１次スプール８１ａの外周面に絶縁被覆した１次ワイヤ８１ｂを巻回してなり、前記２次コイル８２は、円筒状樹脂からなる２次スプール８２ａの外周面に絶縁被覆された２次ワイヤ８２ｂを１次ワイヤ８１ｂよりも多い巻回数で巻回してなる。
２次コイル８２は、１次コイル８１の内周側に挿通されており、２次コイル８２の内周側には、棒状金属からなる中心コア８６が配設されている。１次コイル８１に電流を流すことにより発生する磁束は、この中心コア８６を通過することにより増大される。

なお、１次コイル８１は、円筒状の外周スプール８７内に挿通されており、この外周スプール８７は、コイルケース８５内に挿通されている。
また、中心コア８６と２次コイル８２との間、２次コイル８２と１次コイル８１との間、１次コイル８１と外周スプール８７との間の各隙間には、エポキシ樹脂などの絶縁樹脂が充填されている。

点火コイル８のコイルケース８５の下端部には、プラズマ発生装置５に接続するための取付部８４が形成されており、この取付部８４に、プラズマ発生装置５の端子部５４が嵌合される。取付部８４には、プラズマ発生装置５と接触するコイルバネ８８と、２次コイル８２の一端（高圧側端部）と電気的に接続された高圧端子８９とが配設されており、このコイルバネ８８は、高圧端子８９を介して２次コイル８２の高電圧側端部と電気的に接続されている。

点火コイル８のコイルケース８５の上端部には、イグナイタ部８３が設けられている。イグナイタ部８３は、合成樹脂からなるイグナイタケース９０内に、１次コイル８１に電力を供給するイグナイタ９１を配設して成るもので、イグナイタケース９０内は、イグナイタ９１を配設した状態で絶縁樹脂が充填されている。イグナイタ９１は、後述する制御装置１０からの制御信号によって動作するスイッチング素子などを用いた電力制御回路（図示せず。）を備えており、制御装置１０から制御信号がイグナイタ９１に送信されると、イグナイタ９１におけるスイッチング素子がオン、オフ動作して１次コイル８１に流れる電流が制御される。

１次コイル８１に電流が流れると、１次コイル８１は中心コア８６を通過する磁束を発生させ、この磁束が２次コイル８２を鎖交することによって２次コイル８２に高電圧が誘導される。点火コイル８で発生した高電圧は、プラズマ発生装置５の端子部５４を介して、絶縁碍子５１の内部に配備された導電部を経由して放電極６に与えられ、これによりアース電極６０との間にプラズマ放電が発生する。

前記イグナイタ部８３は、３本の外部端子（図示せず。）が設けられたコネクタ部９４を有している。この３本の外部端子は、それぞれ信号線を介して制御装置１０と接続される制御信号入力用端子、外部アースに接続されるＧＮＤ端子、電源装置７０に接続される電源用端子であり、コネクタ部９４を介してイグナイタ９１と制御装置１０および電源装置７０とが電気的に接続される。

前記イグナイタ部８３には、フランジ部９２が突出形成され、このフランジ部９２には、前記支持基板１００に設けられたボルト孔１０２に螺合する締付ボルトを挿通させるためのボルト挿通穴９３が形成されている。プラズマ発生装置５を接続した状態で点火コイル８を支持基板１００の支持孔１０１に挿入し、前記フランジ部９２のボルト挿入孔９３および支持基板１００のボルト孔１０２にボルトを挿通して、締め付けることにより点火コイル８が固定される。

図６に戻って、前記制御装置１０は、各点火コイル８の１次コイル８１の通電を制御するためのもので、発振回路１１と制御信号発生回路１２とから成る。制御信号発生回路１２は、発振回路１１からの発振信号Ｉを入力して、位相がずれた２種類の制御信号ｓ１，ｓ２を生成し、これらの制御信号ｓ１，ｓ２を各点火コイル８のイグナイタ９１へそれぞれ出力する。

前記制御信号発生回路１２に発振回路１１から矩形パルスの発振信号Ｉが与えられると、制御信号発生回路１２は、所定のパルス幅、所定の周期の第１の制御信号ｓ１（図８（１）に示す。）と、第１の制御信号ｓ１と位相がずれた第２の制御信号ｓ２（図８（２）に示す。）とを生成し、第１の制御信号ｓ１を、１２台の点火コイル８のうちの上流側より数えて１行目と３行目の各点火コイル８に出力するとともに、第２の制御信号ｓ２を、２行目と４行目の各点火コイル８に出力する。第１，第２の各制御信号ｓ１，ｓ２は位相がそれぞれ１８０°ずれており、ｔ秒経過する毎に第１の制御信号ｓ１と第２の制御信号ｓ２とが交互に立ち上がる。

これらの制御信号ｓ１，ｓ２を受けて、各点火コイル８のイグナイタ９１が１次コイル８１への通電が制御されることにより、前記１行目と３行目の各点火コイル８に接続されたプラズマ発生装置５と前記２行目と４行目の各点火コイル８に接続されたプラズマ発生装置５とが交互に放電を繰り返し、浄化処理部２に導入される被処理水に対して均一に放電プラズマによる浄化処理を施すことができる。

なお、プラズマ発生装置５によって放電発生させるタイミングは、上記した構成に限らず、被処理水の流れる方向から見て１列目、２列目、３列目、４列目といったように、各行毎に順番にプラズマ発生装置５から放電を発生させるようにしてもよい。
また、前記制御装置１０は、専用のハードウェア回路に限らず、プログラムされたコンピューターによっても実現できる。

上記した構成の浄化装置１において、導入路３から浄化処理部２に導入された被処理水は、浄化処理部２で各プラズマ発生装置５により発生させた放電プラズマにより浄化処理される。浄化処理部２の水流路２１Ａ〜２１Ｃには、複数のプラズマ発生装置５が被処理水の流路に沿って整列配置されているので、この水流路２１Ａ〜２１Ｃを被処理水が通過する際に、高電圧印加装置７によってそれぞれのプラズマ発生装置５に対し電圧が印加されると、各放電極６およびアース電極６０との間で放電が発生する。これにより、被処理水の流れなどに関係なく、浄化処理部２の全域にわたって均一な放電プラズマが発生する。
この放電プラズマの作用により浄化処理部２に導入された被処理水は浄化処理され、処理済の水は浄化処理部２より導出される。

この発明の一実施例である浄化装置の側面図である。この発明の一実施例である浄化装置の平面図である。空気導入路の構成を示す説明図である。プラズマ発生装置の構成を示す半断面図である。放電極およびアース電極の取り付け位置を示す説明図である。この発明の一実施例である浄化装置の電気的構成を示すブロック図である。点火コイルの構成を示す断面図である。制御信号発生回路の動作を示すタイムチャートである。

符号の説明

１浄化装置
２浄化処理部
３導入路
４導出路
５プラズマ発生装置
６放電極
７高電圧印加装置
８点火コイル
１０制御装置
２１Ａ〜２１Ｃ水流路
２２空気導入路
６０アース電極
７０電源装置
８１１次コイル
８２２次コイル

Claims

放電により発生させたプラズマにより流体を浄化処理する浄化処理部と、前記浄化処理部へ処理すべき流体を導入する導入路と、前記浄化処理部より処理済の流体を導出させる導出路とを備え、前記浄化処理部は、少なくともひとつの流体通路を有し、前記流体通路には、互いに対向する放電極およびアース電極を備えたプラズマ発生装置が流体の流路に沿って複数配置されており、前記の各プラズマ発生装置には、前記放電極にそれぞれ決められたタイミングで高電圧を断続的に印加するための高電圧印加装置が接続されて成る浄化装置。
前記高電圧印加装置は、電源装置と、前記電源装置に接続される一次コイルおよび前記一次コイルとトランス結合し前記プラズマ発生装置の放電極に接続される二次コイルを含む複数の点火コイルと、前記の各一次コイルに流す電流を決められたタイミングでオン、オフ制御するスイッチとから成るものである請求項１に記載された浄化装置。
請求項１または２に記載された浄化装置であって、
前記高電圧印加装置から各プラズマ発生装置の放電極への高電圧の印加を制御して放電発生のタイミングを制御する制御装置をさらに備えて成る浄化装置。
前記浄化処理部には、前記流体通路を流れる流体に空気を導入するための空気導入路が接続されている請求項１〜３のいずれかに記載された浄化装置。