JP2013123656A - Water quality control device and water quality control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理水中にプラズマを発生させることで水質制御を行う水質制御装置及び水質制御方法に関するものである。 The present invention relates to a water quality control apparatus and a water quality control method for controlling water quality by generating plasma in water to be treated.
従来、被処理水が流通する流通路内にノズルを設けて気泡を発生させ、その気泡中にプラズマ放電を起こし、イオンやラジカルといった活性種を生成することにより水質を制御する技術がある。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is a technique for controlling water quality by providing a nozzle in a flow path through which water to be treated flows to generate bubbles, causing plasma discharge in the bubbles, and generating active species such as ions and radicals.
例えば特許文献1に示すように、流通路にオリフィス形状を有したノズル部と、前記ノズル部の下流側に高圧側電極と接地側電極が間隔を持って配置された一対のプラズマ発生電極とを有する水質制御装置がある。 For example, as shown in Patent Document 1, a nozzle portion having an orifice shape in a flow passage, and a pair of plasma generating electrodes in which a high-voltage side electrode and a ground-side electrode are arranged at intervals on the downstream side of the nozzle portion. There is a water quality control device.
しかしながら、ノズル部の流路断面積に対して、流路断面積が大きい下流側に一対のプラズマ発生電極が設けられているため、プラズマ発生電極間の空間を通過する気泡密度が低くなってしまう。そうすると、プラズマ発生電極間にプラズマが発生しにくくなって、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率が悪くなるだけでなく、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との接触効率も悪くなる。その結果、高い水質制御性能が得られないという問題がある。 However, since the pair of plasma generating electrodes is provided on the downstream side where the channel cross-sectional area is large with respect to the channel cross-sectional area of the nozzle portion, the density of bubbles passing through the space between the plasma generating electrodes becomes low. . Then, it becomes difficult to generate plasma between the plasma generating electrodes, and not only the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated is deteriorated, but also organic substances contained in the water to be treated The contact efficiency between bacteria and the like and plasma and active species also deteriorates. As a result, there is a problem that high water quality control performance cannot be obtained.
そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決すべくなされたものであり、被処理水中にプラズマを発生させることで水質制御を行う水質制御装置において、気泡密度が高く且つ流路断面積の小さい流路領域にプラズマ発生電極を設けることにより、活性種の生成効率を向上するとともに、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との反応効率を向上することを所期課題とするものである。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems all at once, and in a water quality control apparatus that controls water quality by generating plasma in water to be treated, the bubble density is high and the channel cross-sectional area is small. By providing a plasma generating electrode in the flow channel region, the generation efficiency of active species is improved, and an improvement in reaction efficiency between organic matter and bacteria contained in the water to be treated and plasma and active species To do.
すなわち本発明に係る水質制御装置は、被処理水を流通させる流通路と、前記流通路に設けられ、流路断面積が最小である最小流路又は当該最小流路と当該最小流路に対して4倍以下の流路断面積である流路とからなるスロート部を有するノズル部と、前記スロート部内にプラズマ発生部位が設けられた一対のプラズマ発生電極と、前記プラズマ発生電極よりも上流側に設けられ、前記流通路内の被処理水に気体を導入する気体導入口を有する気体導入部とを備えることを特徴とする。 That is, the water quality control device according to the present invention includes a flow path through which water to be treated is circulated, a minimum flow path provided in the flow path and having a minimum flow path cross-sectional area, or the minimum flow path and the minimum flow path. A nozzle portion having a throat portion composed of a flow passage having a flow passage cross-sectional area of four times or less, a pair of plasma generation electrodes provided with a plasma generation portion in the throat portion, and upstream of the plasma generation electrode And a gas introduction part having a gas introduction port for introducing a gas into the water to be treated in the flow passage.
このようなものであれば、流路断面積が最小である最小流路又は当該最小流路と当該最小流路に対して4倍以下の流路断面積である流路とからなるスロート部内に前記プラズマ発生電極を設けることにより、気泡密度が高く且つ流路断面積の小さい流路領域にプラズマ発生電極を設けることができる。これにより、プラズマ発生電極でのプラズマを発生し易くすることができるとともに、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率を向上させ、且つ被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との反応効率を向上させることができる。 If it is such, in the throat part which consists of the minimum flow path where the flow path cross-sectional area is the minimum or the minimum flow path and the flow path which is a flow path cross-sectional area of 4 times or less with respect to the minimum flow path By providing the plasma generating electrode, it is possible to provide the plasma generating electrode in a flow channel region having a high bubble density and a small flow channel cross-sectional area. Accordingly, it is possible to easily generate plasma at the plasma generating electrode, improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated, and be included in the water to be treated. The reaction efficiency of organic matter, bacteria, etc. with plasma and active species can be improved.
スロート部の構成を簡単化するとともに、気泡密度の高い領域に電極を設置するとともに、断面積の小さい領域に電極を設置するためには、前記スロート部が等断面流路とされていることが望ましい。 In order to simplify the configuration of the throat part and install the electrode in a region having a high bubble density, and in order to install the electrode in a region having a small cross-sectional area, the throat part may have an equal cross-section flow path. desirable.
イオンやラジカル等の活性種の生成効率をより一層向上させるためには、前記プラズマ発生電極が、前記スロート部に少なくとも2組以上設けられていることが望ましい。特に、前記複数組のプラズマ発生電極が、前記スロート部により形成される流路の中心軸方向に沿って設けられていることが望ましい。これならば、上流側に配置された一対のプラズマ発生電極により生成された活性種が下流側の一対のプラズマ発生電極まで流れることにより、その下流側の一対のプラズマ発生電極により新たに生成される活性種とともに被処理水に含まれる有機物やバクテリア等と反応するため、1組のプラズマ発生電極を設けた場合に比べて格段に有機物やバクテリア等との反応効率を向上させることができる。 In order to further improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals, it is desirable that at least two or more sets of the plasma generating electrodes are provided in the throat portion. In particular, it is desirable that the plurality of sets of plasma generating electrodes be provided along the direction of the central axis of the flow path formed by the throat portion. In this case, the active species generated by the pair of plasma generation electrodes arranged on the upstream side flow to the pair of plasma generation electrodes on the downstream side, and are newly generated by the pair of plasma generation electrodes on the downstream side. Since it reacts with the organic species and bacteria contained in the water to be treated together with the active species, the reaction efficiency with the organic matter and bacteria can be remarkably improved as compared with the case where one set of plasma generating electrodes is provided.
前記気体導入口が、前記スロート部の内側周面に設けられていることが望ましい。これならば、気体導入口により導入された気泡を効率良く一対のプラズマ発生電極に到達させることができる。 It is desirable that the gas inlet is provided on the inner peripheral surface of the throat portion. If it is this, the bubble introduce | transduced by the gas inlet can reach a pair of plasma generation electrode efficiently.
前記スロート部における前記プラズマ発生電極の設置スペースを広げ、前記スロート部により多くの前記プラズマ発生電極を配置するためには、前記気体導入口が、前記スロート部よりも上流の前記流通路内に設けられていることが望ましい。 In order to increase the installation space of the plasma generating electrode in the throat portion and to arrange more plasma generating electrodes in the throat portion, the gas introduction port is provided in the flow passage upstream of the throat portion. It is desirable that
気泡を効率よく被処理水内に発生させるためには、前記気体導入口が、1つの前記スロート部に対して2つ以上設けられていることが望ましい。 In order to efficiently generate bubbles in the water to be treated, it is desirable that two or more gas inlets are provided for one throat portion.
前記プラズマ発生電極が、前記スロート部により形成される流路の中心軸に対して直交する方向に対向して配置されていることが望ましい。これならばプラズマ発生電極の対向距離を可及的に小さくすることで、スロート部の流路断面積を小さくすることができ、気泡密度が高く且つ流路断面積の小さい流路領域にプラズマ発生電極を配置できるだけでなく、流路断面積に対するプラズマ発生領域の面積割合を高めることができる。 It is desirable that the plasma generating electrode is disposed so as to face the direction perpendicular to the central axis of the flow path formed by the throat portion. In this case, by reducing the facing distance of the plasma generating electrode as much as possible, the flow passage cross-sectional area of the throat portion can be reduced, and plasma is generated in the flow passage region where the bubble density is high and the flow cross-sectional area is small. Not only can the electrodes be arranged, but the area ratio of the plasma generation region to the flow path cross-sectional area can be increased.
スロート部により形成される流路における気泡の分布は、例えば気体導入口の位置などによって異なる。したがって、前記スロート部の中心軸付近に気泡が多い場合は、前記プラズマ発生部位が前記スロート部により形成される流路の中心軸に対して対称位置に配置されていることが望ましい。また、前記スロート部の内側周面付近に気泡が多い場合は、前記プラズマ発生部位が前記スロート部により形成される流路の中心軸から偏心した軸に対して対称位置に配置されていることが望ましい。 The distribution of bubbles in the flow path formed by the throat portion varies depending on, for example, the position of the gas inlet. Therefore, when there are many bubbles in the vicinity of the central axis of the throat portion, it is desirable that the plasma generation site is disposed at a symmetrical position with respect to the central axis of the flow path formed by the throat portion. Further, when there are many bubbles in the vicinity of the inner peripheral surface of the throat portion, the plasma generation site may be disposed at a symmetrical position with respect to an axis decentered from the central axis of the flow path formed by the throat portion. desirable.
被処理水とプラズマの接触効率を低下させずに、多くの被処理水を同時に処理するためには、前記流通路が2以上に分岐しており、その各分岐路に前記プラズマ発生部位が配置された前記ノズル部が設けられていることが望ましい。 In order to treat a large amount of water to be treated at the same time without lowering the contact efficiency between the water to be treated and the plasma, the flow path is branched into two or more, and the plasma generation site is arranged in each of the branched paths. It is desirable that the nozzle portion is provided.
互いに隣接する分岐路のノズル部に設けられた一対のプラズマ発生電極のうち高圧電極又は接地側電極が一体とされていることで、部品点数の削減及び省スペース化が実現できる。 Of the pair of plasma generating electrodes provided in the nozzle portions of the branch paths adjacent to each other, the high-voltage electrode or the ground-side electrode is integrated, so that the number of parts can be reduced and the space can be saved.
水中でのプラズマ放電において、電極損傷量が小さく低い電圧でプラズマを発生させることができる電極としては、前記プラズマ発生電極が、電極表面積が小さく電界集中が発生しやすい針電極であることが望ましい。 As an electrode that can generate plasma at a low voltage with a small amount of electrode damage in plasma discharge in water, it is preferable that the plasma generating electrode is a needle electrode that has a small electrode surface area and easily generates electric field concentration.
プラズマ領域を拡大し、被処理水とプラズマの接触効率を高めるには、前記一対のプラズマ発生電極が、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔が設けられ、前記流体流通孔が前記スロート部により形成される流路の中心軸方向と同一方向で貫通しており、前記流体流通孔の開口端部がプラズマ発生部位であるものでも良い。さらに、前記流体流通孔の開口断面が、前記スロート部の流路断面と同形であることで、前記スロート部の側壁面付近に気泡が多い場合に、気泡内の空気とプラズマとの反応効率を高めることができる。 In order to expand the plasma region and increase the contact efficiency between the water to be treated and the plasma, the pair of plasma generation electrodes are provided with fluid flow holes at corresponding positions of the electrodes, respectively, and the fluid flow holes are formed in the throat portion. May pass through in the same direction as the direction of the central axis of the flow path, and the opening end of the fluid circulation hole may be a plasma generation site. Furthermore, when the opening cross section of the fluid circulation hole has the same shape as the flow path cross section of the throat portion, when there are many bubbles near the side wall surface of the throat portion, the reaction efficiency between the air in the bubbles and the plasma is increased. Can be increased.
このように構成した本発明によれば、被処理水中にプラズマを発生させることで水質制御を行う水質制御装置において、気泡密度が高く且つ流路断面積の小さい流路領域にプラズマ発生電極を設けることにより、活性種の生成効率を向上するとともに、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等と活性種の反応効率を向上することができる。 According to the present invention configured as described above, in the water quality control apparatus that controls the water quality by generating plasma in the water to be treated, the plasma generating electrode is provided in the flow channel region having a high bubble density and a small flow channel cross-sectional area. Thus, the generation efficiency of active species can be improved, and the reaction efficiency of the active species with organic matter and bacteria contained in the water to be treated can be improved.
以下に本発明の実施形態について図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<第1実施形態>
第1実施形態における水質制御装置100は、図1に示すように、被処理水を流通させる流通路1と、当該流通路1に設けられ、スロート部2が等断面流路とされたノズル部3と、スロート部2により形成される流路内にプラズマ発生部位41が設けられた一対のプラズマ発生電極4と、当該プラズマ発生電極4よりも上流側に設けられ、前記流通路1内の被処理水に気体を導入する気体導入口51を有する気体導入部5と、前記一対のプラズマ発生電極4に電圧を印加する高電圧電源6とを備えたものである。さらに、流通路1を形成する装置本体の一端部と他端部には外部配管(不図示)が接続されている。
<First Embodiment>
As shown in FIG. 1, the water quality control apparatus 100 according to the first embodiment includes a flow passage 1 through which water to be treated is circulated, and a nozzle portion that is provided in the flow passage 1 and in which the throat portion 2 has an equal cross-section flow path. 3 and a pair of plasma generation electrodes 4 in which a plasma generation site 41 is provided in a flow path formed by the throat portion 2, provided upstream of the plasma generation electrode 4, and covered in the flow passage 1. A gas introduction part 5 having a gas introduction port 51 for introducing a gas into treated water and a high voltage power source 6 for applying a voltage to the pair of plasma generating electrodes 4 are provided. Furthermore, an external pipe (not shown) is connected to one end and the other end of the apparatus main body forming the flow passage 1.
ノズル部3は、上流側から下流側に行くに従って断面積が徐々に小さくなるコンバージェント部31と、上流側から下流側に行くに従って断面積が徐々に大きくなるダイバージェント部32と、それらの間に形成された最も流路断面積が小さいスロート部2とを有する。 The nozzle part 3 includes a convergent part 31 whose sectional area gradually decreases from the upstream side to the downstream side, a divergent part 32 whose sectional area gradually increases from the upstream side to the downstream side, and a gap between them. And the throat portion 2 having the smallest channel cross-sectional area.
スロート部2は、等断面流路であり所定の長さを有する。また、スロート部2には、上流から順に、2つの気体導入部5と、プラズマ発生部位41が設けられた一対のプラズマ発生電極4が3組設けられている。 The throat part 2 is an equal cross-section flow path and has a predetermined length. Further, the throat portion 2 is provided with three sets of two gas introduction portions 5 and a pair of plasma generation electrodes 4 provided with plasma generation portions 41 in order from the upstream.
2つの気体導入部5は、流通路1の側壁に形成された貫通孔により構成される。この2つの気体導入部は、スロート部2により形成される流路の中心軸方向に対して直交する方向において、互いに対向して設けられている。そして、気体導入部5のスロート部2の内側周面における開口が気体導入口51となる。つまり、2つの気体導入口51は、スロート部2の内側周面において対向配置されている。また、これらの気体導入口51は、最も上流側にあるプラズマ発生電極4よりも上流側に位置している。このように構成された気体導入部5を通り気体導入口51からスロート部2の内部に吸入された外部空気が、被処理水中で気泡となる。 The two gas introduction parts 5 are constituted by through holes formed in the side wall of the flow passage 1. The two gas introduction portions are provided to face each other in a direction orthogonal to the central axis direction of the flow path formed by the throat portion 2. And the opening in the inner peripheral surface of the throat part 2 of the gas introduction part 5 becomes the gas introduction port 51. That is, the two gas introduction ports 51 are disposed to face each other on the inner peripheral surface of the throat portion 2. Further, these gas inlets 51 are located on the upstream side of the plasma generating electrode 4 on the most upstream side. The external air that has passed through the gas introduction part 5 configured as described above and has been sucked into the throat part 2 from the gas introduction port 51 becomes bubbles in the water to be treated.
各組のプラズマ発生電極4は、先端がプラズマ発生部位41となる針電極により構成されている。また、各組のプラズマ発生電極4は、スロート部2により形成される流路の中心軸方向に対して直交する方向に対向して配置されている。また、各組のプラズマ発生電極4における3つのプラズマ発生部位41は、スロート部2により形成される流路の中心軸Cに対して対称位置に配置されている。本実施形態では、各組のプラズマ発生電極4の対向方向は、互いに同じとしてあるがこれに限られない。 Each set of plasma generating electrodes 4 is constituted by a needle electrode whose tip is a plasma generating portion 41. Each set of plasma generating electrodes 4 is disposed so as to face the direction orthogonal to the central axis direction of the flow path formed by the throat portion 2. Further, the three plasma generation sites 41 in each set of plasma generation electrodes 4 are arranged at symmetrical positions with respect to the central axis C of the flow path formed by the throat portion 2. In the present embodiment, the opposing directions of the plasma generating electrodes 4 in each group are the same as each other, but are not limited thereto.
次に、水質制御装置100の水質制御方法について説明する。 Next, the water quality control method of the water quality control apparatus 100 will be described.
流通路1に被処理水を流すと、被処理水はノズル部3のコンバージェント部31によって流速を増しながらスロート部2に流入する。そしてスロート部2に流入した被処理水は、流速が大きくなったことで圧力が低下する。したがって、気体導入部5に対して外部空気とスロート部2内との間で圧力差が生じ、外部空気が気体導入部5を通って気体導入口51からスロート部2の内部に吸入され、被処理水中に気泡が発生する。 When the water to be treated flows through the flow passage 1, the water to be treated flows into the throat portion 2 while increasing the flow velocity by the convergent portion 31 of the nozzle portion 3. And the to-be-processed water which flowed into the throat part 2 falls in pressure because the flow velocity became large. Therefore, a pressure difference is generated between the external air and the throat portion 2 with respect to the gas introduction portion 5, and the external air is sucked into the throat portion 2 from the gas introduction port 51 through the gas introduction portion 5. Bubbles are generated in the treated water.
気泡を含んだ被処理水は、下流のプラズマ発生電極4に流れる。そして、対向する2つのプラズマ発生部位41の間において、気泡内にプラズマ放電が生じ、気泡内にイオンやラジカル等の活性種が生成される。この活性種により、被処理水中の有機物やバクテリアが分解される。 The water to be treated containing bubbles flows to the downstream plasma generation electrode 4. A plasma discharge is generated in the bubble between the two plasma generation sites 41 facing each other, and active species such as ions and radicals are generated in the bubble. This active species decomposes organic substances and bacteria in the water to be treated.
次に、プラズマ発生電極4を1組設けた場合、2組設けた場合及び3組設けた場合の水質制御装置における有機物分解性能の実験結果について図2に示す。プラズマ発生電極4を1組用いた場合、インジゴカルミン(Indigo carmine)を含ませた被処理液を30分間、水質制御装置に通過させた場合には、当該インジゴカルミンの分解率が25%であった。これに対して、プラズマ発生電極4を2組用いた場合には、インジゴカルミンの分解率が70%に向上した。このように1組のものに比べて2組のものが倍以上の分解性能を発揮することが分かった。これは、1組目のプラズマ発生電極4により生じた活性種が2組目のプラズマ発生電極4まで到達し、当該2組目で生じた活性種とともに被処理水中のインジゴカルミンと反応するためと考えられる。さらに、プラズマ発生電極4を3組用いた場合には、インジゴカルミンの分解率が85%に向上した。このように、1組のものに比べて3組のものが3倍以上の分解性能を発揮することが分かった。 Next, FIG. 2 shows the experimental results of the organic matter decomposition performance in the water quality control device when one set of plasma generating electrodes 4 is provided, when two sets are provided, and when three sets are provided. When one set of plasma generating electrodes 4 is used, when the liquid to be treated containing indigo carmine is passed through the water quality control device for 30 minutes, the decomposition rate of the indigo carmine is 25%. It was. On the other hand, when two sets of plasma generating electrodes 4 were used, the decomposition rate of indigo carmine was improved to 70%. As described above, it was found that two sets of samples exhibited double or more decomposition performance compared to one set. This is because the active species generated by the first set of plasma generating electrodes 4 reach the second set of plasma generating electrodes 4 and react with indigo carmine in the water to be treated together with the active species generated by the second set. Conceivable. Furthermore, when three sets of plasma generating electrodes 4 were used, the decomposition rate of indigo carmine was improved to 85%. As described above, it was found that three sets exhibited three times or more decomposition performance compared to one set.
このように構成した水質制御装置100によれば、等断面流路であるスロート部2内にプラズマ発生電極4を設けることで、気泡密度が高く且つ流路断面積の小さい流路領域にプラズマ発生電極4を設けることができる。これにより、スロート部2の流路断面積に対するプラズマ領域の面積割合を大きくすることができ、被処理水に含まれる気泡とプラズマとの接触効率を向上することができる。したがって、プラズマ発生電極4でのプラズマを発生し易くすることができるとともに、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率を向上させ、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との反応効率を向上させることができる。 According to the water quality control apparatus 100 configured as described above, the plasma generation electrode 4 is provided in the throat portion 2 that is an equal cross-section flow path, so that plasma is generated in a flow path area having a high bubble density and a small cross-sectional area. An electrode 4 can be provided. Thereby, the area ratio of the plasma area | region with respect to the flow-path cross-sectional area of the throat part 2 can be enlarged, and the contact efficiency of the bubble and plasma contained in to-be-processed water can be improved. Therefore, it is possible to easily generate plasma at the plasma generating electrode 4 and to improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated, so that the organic matter contained in the water to be treated And the reaction efficiency of bacteria and bacteria with plasma and active species can be improved.
<第2実施形態>
次に、第2実施形態について図3を参照して説明する。なお、第2実施形態において前記第1実施形態と同一又は対応する部材には同一の符号を用いている。
Second Embodiment
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In the second embodiment, the same reference numerals are used for members that are the same as or correspond to those in the first embodiment.
第2実施形態における水質制御装置100は、前記第1実施形態とはプラズマ発生電極4の配置が異なる。本実施形態におけるプラズマ発生電極4のプラズマ発生部位41は、図3に示すように、スロート部2の中心軸Cから偏心した軸に対して対称位置となるように配置されている。また、本実施形態のプラズマ発生部位41は、上下方向に互い違いとなるように千鳥状に配置されている。より具体的には、各組のプラズマ発生電極4のプラズマ発生部位41がスロート部2の内側周面の近傍に位置するように配置されている。 The water quality control apparatus 100 according to the second embodiment differs from the first embodiment in the arrangement of the plasma generating electrodes 4. As shown in FIG. 3, the plasma generation site 41 of the plasma generation electrode 4 in the present embodiment is disposed so as to be symmetric with respect to an axis that is eccentric from the central axis C of the throat portion 2. Further, the plasma generation sites 41 of the present embodiment are arranged in a staggered pattern so as to be staggered in the vertical direction. More specifically, the plasma generation sites 41 of the plasma generation electrodes 4 of each set are arranged so as to be positioned in the vicinity of the inner peripheral surface of the throat portion 2.
次に、プラズマ発生部位41が、スロート部2により形成される流路の中心軸Cに対して対向配置した場合と、中心軸Cから偏心して対向配置した場合との効果について図4を参照して説明する。中心軸Cに対して対向配置した場合には、インジゴカルミンの分解率が85%であるが、偏心して対向配置した場合には、インジゴカルミンの分解率が100%となった。本実施形態の構成では、気泡がスロート部2の内側周面付近に多く発生するので、プラズマ発生部位41を偏心配置した場合の方が、中心配置した場合よりも高い分解率が得られたと考えられる。 Next, refer to FIG. 4 for the effects of the case where the plasma generation site 41 is arranged opposite to the central axis C of the flow path formed by the throat portion 2 and the case where the plasma generation site 41 is arranged eccentrically from the central axis C. I will explain. When arranged opposite to the central axis C, the decomposition rate of indigo carmine was 85%, but when arranged opposite to the center axis C, the decomposition rate of indigo carmine was 100%. In the configuration of the present embodiment, many bubbles are generated in the vicinity of the inner peripheral surface of the throat portion 2, so it is considered that a higher decomposition rate was obtained when the plasma generation site 41 was arranged eccentrically than when it was arranged centrally. It is done.
このように構成した第2実施形態に係る水質制御装置100によれば、気体導入口51がスロート部2の内側周面に設けられており、気泡がスロート部2の内側周面付近に多く発生している場合に、プラズマ発生部位41をスロート部2の中心軸Cから偏心した軸に対して対称位置に配置することで、スロート部2内の気泡の多い部分にプラズマを発生させることができる。これにより、プラズマ発生電極4でのプラズマを発生し易くすることができるとともに、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率を向上させ、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等と活性種の反応効率を向上させることができる。 According to the water quality control apparatus 100 according to the second embodiment configured as described above, the gas introduction port 51 is provided on the inner peripheral surface of the throat portion 2, and many bubbles are generated near the inner peripheral surface of the throat portion 2. In this case, by arranging the plasma generation site 41 at a symmetrical position with respect to the axis decentered from the central axis C of the throat portion 2, plasma can be generated in a portion where there are many bubbles in the throat portion 2. . As a result, it is possible to easily generate plasma at the plasma generating electrode 4 and to improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated, and to be included in the water to be treated. The reaction efficiency of the active species with organic matter and bacteria can be improved.
<第3実施形態>
次に、第3実施形態について図5を参照して説明する。なお、第3実施形態において前記第1、2実施形態と同一又は対応する部材には同一の符号を用いている。
<Third Embodiment>
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG. In the third embodiment, the same reference numerals are used for members that are the same as or correspond to those in the first and second embodiments.
第3実施形態における水質制御装置100は、図5に示すように、気体導入部5の開口端部が被処理水の流れ方向と同一方向に設けられている。具体的に気体導入部5の開口端部は、スロート部2の上流側において、流通路1の中心軸Cと同軸上に設けられている。つまり気体導入口51は、流通路1の中心軸Cと同軸上において、被処理水の流れ方向と同一方向を向いて開口することになる。 As shown in FIG. 5, the water quality control device 100 according to the third embodiment has the opening end of the gas introduction part 5 provided in the same direction as the flow direction of the water to be treated. Specifically, the opening end of the gas introduction part 5 is provided coaxially with the central axis C of the flow passage 1 on the upstream side of the throat part 2. That is, the gas inlet 51 opens in the same direction as the flow direction of the water to be treated on the same axis as the central axis C of the flow passage 1.
このように構成した第3実施形態に係る水質制御装置100によれば、気体導入口51が、スロート部2の上流側において、流通路1の中心軸Cと同軸上において被処理水の流れ方向と同一方向を向いて開口しているので、スロート部2の中心軸C付近に気泡が多く発生する。そして、3組のプラズマ発生電極4における各々のプラズマ発生部位41が全てスロート部2の中心軸Cに対して対称配置されているので、スロート部2の内部において気泡の多い部分にプラズマを発生させることができる。これにより、プラズマ発生電極4でのプラズマを発生し易くすることができるとともに、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率を向上させ、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等と活性種の反応効率を向上させることができる。 According to the water quality control apparatus 100 according to the third embodiment configured as described above, the gas introduction port 51 is on the upstream side of the throat portion 2 and is coaxial with the central axis C of the flow path 1 in the flow direction of the water to be treated. Therefore, many bubbles are generated in the vicinity of the central axis C of the throat portion 2. Since all the plasma generation sites 41 in the three sets of plasma generation electrodes 4 are arranged symmetrically with respect to the central axis C of the throat portion 2, plasma is generated in a portion where there are many bubbles in the throat portion 2. be able to. As a result, it is possible to easily generate plasma at the plasma generating electrode 4 and to improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated, and to be included in the water to be treated. The reaction efficiency of the active species with organic matter and bacteria can be improved.
<第4実施形態>
次に、第4実施形態について図6を参照して説明する。なお、第4実施形態において前記各実施形態と同一又は対応する部材には同一の符号を用いている。
<Fourth embodiment>
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the same reference numerals are used for members that are the same as or correspond to those in each of the embodiments.
第4実施形態における水質制御装置100は、図6に示すように、流通路1が2つに分岐しており、その各分岐路1A、1Bにそれぞれノズル部3が設けられている。さらに、各分岐路1A、1Bにおけるノズル部3のスロート部2にプラズマ発生電極4が設けられている。各スロート部2に設けられたプラズマ発生電極4は、互いに同一位置となるように設けられている。そして、各分岐路1A、1Bのスロート部2に設けられた一対のプラズマ発生電極4のうち、一方の電極(高圧電極又は接地側電極)が一体とされている。具体的には、一方の分岐路1Aのスロート部2に設けられた一対のプラズマ発生電極4のうち、他方の分岐路1B側にある電極と、他方の分岐路1Bのスロート部2に設けられた一対のプラズマ発生電極4のうち、一方の分岐路1A側にある電極とが共通の電極とされている。 As shown in FIG. 6, in the water quality control apparatus 100 according to the fourth embodiment, the flow passage 1 is branched into two, and the nozzle portions 3 are provided in the respective branch paths 1A and 1B. Further, a plasma generating electrode 4 is provided in the throat portion 2 of the nozzle portion 3 in each branch path 1A, 1B. The plasma generating electrodes 4 provided in each throat portion 2 are provided so as to be at the same position. And one electrode (a high voltage electrode or a ground side electrode) is united among the pair of plasma generation electrodes 4 provided in the throat part 2 of each branch path 1A, 1B. Specifically, of the pair of plasma generating electrodes 4 provided on the throat portion 2 of one branch passage 1A, the electrode on the other branch passage 1B side and the throat portion 2 of the other branch passage 1B are provided. Of the pair of plasma generating electrodes 4, the electrode on the one branch path 1A side is a common electrode.
次に、流通路を分岐させずに1つのノズル部とした場合と、流通路を分岐して2つのノズル部を設けた場合との効果について図7を参照して説明する。分岐させない場合には、インジゴカルミンの分解率が25%であるが、分岐させた場合には、インジゴカルミンの分解率が100%となった。このように、同じ量の被処理水を水質制御する場合には、流通路1を分岐させることによって、各分岐路のスロート部の流路断面積を小さくしスロート部の流路断面積に対するプラズマ領域の面積比率を大きくすることができるので、高い分解率が得られると考えられる。 Next, the effects of the case where one nozzle portion is formed without branching the flow passage and the case where two nozzle portions are provided by branching the flow passage will be described with reference to FIG. When it was not branched, the decomposition rate of indigo carmine was 25%, but when it was branched, the decomposition rate of indigo carmine was 100%. Thus, when controlling the water quality of the same amount of water to be treated, by dividing the flow passage 1, the flow passage cross-sectional area of the throat portion of each branch passage is reduced, and the plasma with respect to the flow passage cross-sectional area of the throat portion is reduced. Since the area ratio of the region can be increased, it is considered that a high decomposition rate can be obtained.
このように構成した第4実施形態に係る水質制御装置100によれば、流通路1が2つ分岐しており、その各分岐路1A、1Bにノズル部3を設けているので、各分岐路のスロート部の流路断面積を小さくしスロート部の流路断面積に対するプラズマ領域の面積比率を大きくしても、同じ量の被処理水を水質制御することができる。これにより、プラズマ発生電極4でのプラズマを発生し易くすることができるとともに、被処理水に含まれる気泡により発生するイオンやラジカル等の活性種の生成効率を向上させ、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との反応効率を向上させることができる。また、各分岐路に設けられた一対のプラズマ発生電極のうち高圧側電極又は接地側電極を1つの電極で共通化しているので、部品点数を削減することができ、また水質制御装置100を小型化することができる。 According to the water quality control apparatus 100 according to the fourth embodiment configured as described above, the flow passage 1 is branched into two, and the nozzle portion 3 is provided in each of the branch passages 1A and 1B. Even if the flow passage cross-sectional area of the throat portion is reduced and the area ratio of the plasma region to the flow passage cross-sectional area of the throat portion is increased, the same amount of water to be treated can be controlled. As a result, it is possible to easily generate plasma at the plasma generating electrode 4 and to improve the generation efficiency of active species such as ions and radicals generated by bubbles contained in the water to be treated, and to be included in the water to be treated. The reaction efficiency of organic matter, bacteria, etc. with plasma and active species can be improved. Moreover, since the high-voltage side electrode or the ground-side electrode is shared by one electrode among the pair of plasma generation electrodes provided in each branch path, the number of parts can be reduced, and the water quality control device 100 can be reduced in size. Can be
<第5実施形態>
次に、第5実施形態について図8を参照して説明する。なお、第5実施形態において前記各実施形態と同一又は対応する部材には同一の符号を用いている。
<Fifth Embodiment>
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG. In the fifth embodiment, the same reference numerals are used for members that are the same as or correspond to those in each of the embodiments.
第5実施形態における水質制御装置100は、前記各実施形態とはプラズマ発生電極4の構成が異なる。本実施形態のプラズマ発生電極4は、図8に示すように、各電極4の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔42を有し、その流体流通孔42がスロート部2により形成される流路の中心軸方向と同一方向で貫通するようにスロート部2に配置されている。そして、流体流通孔42の開口端部が、プラズマ発生部位41となる。この流体流通孔42の開口断面は、スロート部2の流路断面と同形であり、一対のプラズマ発生電極4は、流体流通孔42の開口端部がスロート部2の内側周面と面一となるように配置されている。この水質制御装置100においては、各電極4の流体流通孔42の開口端部において全周に亘ってプラズマが発生することになり、プラズマ領域を大きくすることができる。 The water quality control apparatus 100 according to the fifth embodiment is different from the above embodiments in the configuration of the plasma generating electrode 4. As shown in FIG. 8, the plasma generating electrode 4 of the present embodiment has a fluid circulation hole 42 at a corresponding position of each electrode 4, and the fluid circulation hole 42 is a flow path formed by the throat portion 2. It arrange | positions at the throat part 2 so that it may penetrate in the same direction as a center axis direction. The opening end of the fluid circulation hole 42 becomes the plasma generation site 41. The opening cross section of the fluid circulation hole 42 has the same shape as the flow path cross section of the throat portion 2, and the pair of plasma generating electrodes 4 has the opening end portion of the fluid circulation hole 42 flush with the inner peripheral surface of the throat portion 2. It is arranged to be. In this water quality control device 100, plasma is generated over the entire circumference at the opening end of the fluid circulation hole 42 of each electrode 4, and the plasma region can be enlarged.
このように構成した第5実施形態に係る水質制御装置100によれば、スロート部2の内側周面において全周に亘ってプラズマを発生させることができ、被処理水に含まれる有機物やバクテリア等とプラズマ及び活性種との反応効率をさらに向上させることができる。 According to the water quality control apparatus 100 according to the fifth embodiment configured as described above, plasma can be generated over the entire circumference on the inner peripheral surface of the throat portion 2, and organic matter, bacteria, etc. contained in the water to be treated And the reaction efficiency of plasma and active species can be further improved.
<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.
例えば、図9に示すように、1つのスロート部2に対してプラズマ発生電極4を1組だけ配置したものであっても良いし、1つのスロート部に対して2組又は4組以上配置したものであっても良い。 For example, as shown in FIG. 9, only one set of plasma generating electrodes 4 may be arranged for one throat portion 2, or two sets or four or more sets are arranged for one throat portion. It may be a thing.
また、1つの流通路において上流側から下流側に沿って複数のノズル部を設け、それらノズル部毎に1又は複数組のプラズマ発生電極を配置しても良い。 Further, a plurality of nozzle portions may be provided along the downstream side from the upstream side in one flow passage, and one or a plurality of sets of plasma generating electrodes may be arranged for each nozzle portion.
さらに、気体導入口51が、コンバージェント部31の側壁面に設けられている構造でも構わない。 Furthermore, a structure in which the gas introduction port 51 is provided on the side wall surface of the convergent portion 31 may be employed.
その上、気体導入部5が気泡発生器を有し、当該気泡発生器により発生された気泡を被処理水に導入するものであっても良い。 In addition, the gas introduction unit 5 may have a bubble generator, and the bubbles generated by the bubble generator may be introduced into the water to be treated.
前記実施形態では、スロート部2が流路断面積が最小である最小流路のみからなる等断面流路であったが、図10に示すように、スロート部2が最小流路21及び当該最小流路21に対して4倍以下の流路断面積である流路22を有するものであっても良い。つまり、最小流路21の断面積をAminとした場合、流路22のとり得る最大断面積は4Aminであり、プラズマ発生電極4が設けられる流路の断面積A電極は、Amin≦A電極≦4Aminとなる。
図10においては、最小流路21がスロート部2の上流側に形成されており、当該最小流路21の下流側の流路22にプラズマ発生電極4を設けている。なお、最小流路21には、気体導入部5の気体導入口51が設けられている。また、図10においては、流路22が等断面流路として示してあるが、等断面流路に限られない。
In the above-described embodiment, the throat portion 2 is an equal cross-section flow path including only the minimum flow path having the minimum flow path cross-sectional area. However, as illustrated in FIG. 10, the throat section 2 includes the minimum flow path 21 and the minimum flow path. You may have the flow path 22 which is a flow-path cross-sectional area 4 times or less with respect to the flow path 21. FIG. That is, when the cross-sectional area of the minimum flow path 21 is A min , the maximum cross-sectional area that the flow path 22 can take is 4 A min , and the cross-sectional area A electrode of the flow path in which the plasma generating electrode 4 is provided is A min ≦ A electrode ≦ 4 A min .
In FIG. 10, the minimum flow path 21 is formed on the upstream side of the throat portion 2, and the plasma generating electrode 4 is provided in the flow path 22 on the downstream side of the minimum flow path 21. The minimum flow path 21 is provided with a gas inlet 51 of the gas inlet 5. Moreover, in FIG. 10, although the flow path 22 is shown as an equal cross-section flow path, it is not restricted to an equal cross-section flow path.
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
100・・・水質制御装置
1 ・・・流通路
2 ・・・スロート部
3 ・・・ノズル部
4 ・・・プラズマ発生電極
41 ・・・プラズマ発生部位
5 ・・・気体導入部
51 ・・・気体導入口
6 ・・・高電圧電源
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Water quality control apparatus 1 ... Flow path 2 ... Throat part 3 ... Nozzle part 4 ... Plasma generation electrode 41 ... Plasma generation part 5 ... Gas introduction part 51 ... Gas inlet 6 ・ ・ ・ High voltage power supply
Claims (16)
前記流通路に設けられ、流路断面積が最小である最小流路又は当該最小流路と当該最小流路に対して4倍以下の流路断面積である流路とからなるスロート部を有するノズル部と、
前記スロート部内にプラズマ発生部位が設けられた一対のプラズマ発生電極と、
前記プラズマ発生電極よりも上流側に設けられ、前記流通路内の被処理水に気体を導入する気体導入口を有する気体導入部とを備える水質制御装置。 A flow passage for circulating the water to be treated;
A throat portion provided in the flow passage and including a minimum flow path having a minimum flow path cross-sectional area or a flow path having a flow path cross-sectional area not more than four times the minimum flow path and the minimum flow path. A nozzle part;
A pair of plasma generation electrodes provided with a plasma generation site in the throat portion;
A water quality control apparatus comprising: a gas introduction unit provided upstream of the plasma generation electrode and having a gas introduction port for introducing gas into the water to be treated in the flow passage.
前記各ノズル部に前記一対のプラズマ発生電極が設けられている請求項1、2、3、4、5、6、7、8、9又は10記載の水質制御装置。 The flow passage is branched into two or more, and the nozzle portion is provided in each branch passage;
The water quality control apparatus according to claim 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 or 10, wherein each of the nozzle portions is provided with the pair of plasma generating electrodes.
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