等離子體生成方法及生成裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種在流體和電介質(zhì)管之間產(chǎn)生放電的等離子體生成方法及生成裝置。所述等離子體生成方法通過(guò)對(duì)所供給的氣體施加電壓，利用電介質(zhì)管內(nèi)的放電而生成等離子體，其中，在該電介質(zhì)管的內(nèi)部或上方配置通水管，在該電介質(zhì)管的外側(cè)設(shè)置高電壓電極，在該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)下對(duì)通過(guò)通水管排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體設(shè)置接地電極，并通過(guò)對(duì)與電源裝置連接的該高電壓電極和該接地電極施加電壓而在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁與流體之間、或者在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁和該通水管之間產(chǎn)生放電。另外，所述電介質(zhì)管、所述通水管、導(dǎo)入所述供給的氣體的導(dǎo)入口的連結(jié)形成為抽吸結(jié)構(gòu)。
【專利說(shuō)明】等離子體生成方法及生成裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及在流體和電介質(zhì)之間產(chǎn)生放電的等離子體生成方法及生成裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，在上下水處理設(shè)施、化學(xué)工廠、藥品工廠、食品工廠等中，為了進(jìn)行細(xì)菌類、真菌類及酵母等的殺菌、醛、硫化合物、氮化合物等臭氣物質(zhì)的脫臭、糞便及染料廢液的脫色、使有機(jī)溶劑等有害物質(zhì)無(wú)害化，使用了臭氧發(fā)生裝置。
[0003]該技術(shù)通常是用放電式臭氧發(fā)生器生成臭氧，在擴(kuò)散器、噴射器、靜態(tài)混合器等的氣液混合部與處理所需要的水進(jìn)行混合，從而使氣液接觸的技術(shù)。
[0004]但是，臭氧是氧的同素異形體，并且還是非常不穩(wěn)定的氣體，所以在常溫下會(huì)分解成氧。因此，難以保存，需要在使用臭氧的現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行生成，同時(shí)，與利用氯進(jìn)行的處理相比，存在處理成本高昂這樣的問(wèn)題。
[0005]針對(duì)該問(wèn)題，提出了如下的臭氧水處理裝置:在多孔陶瓷管的內(nèi)部中央放置高電壓電極，在多孔陶瓷管和高電壓電極之間形成氣體通路，在多孔陶瓷管的外部放置接地電極，并且在該多孔陶瓷管的外側(cè)面直接形成待處理的水的通路，通過(guò)在這些高電壓電極和接地電極間連接高電壓高頻電源或高電壓脈沖電源，在該氣體通路中生成臭氧(例如，參照專利文獻(xiàn)I)。
[0006]但是，在上述臭氧水處理裝置的情況下，在多孔陶瓷管的內(nèi)部中央放置高電壓電極，施加的是采用高電壓高頻電源或高電壓脈沖電源的高電壓或脈沖高電壓，為了產(chǎn)生穩(wěn)定的放電，需要高電壓電極的精密的定位及電極表面的稠密的電介質(zhì)的包覆處理，而且需要昂貴的脈沖電源。
[0007]另外，與此相對(duì)，提出了一種水處理裝置，其具有設(shè)置于用于加壓輸送被處理水的加壓部的后段的氣蝕發(fā)生部、及由高壓側(cè)電極及接地側(cè)電極構(gòu)成的對(duì)電極，所述氣蝕發(fā)生部具有使通水管路的內(nèi)徑縮小的噴嘴，且用于產(chǎn)生氣蝕泡，所述對(duì)電極與氣蝕發(fā)生部的后段附近相對(duì)設(shè)置，通過(guò)在對(duì)電極間施加高電壓而產(chǎn)生放電等離子體，進(jìn)行處理水中所含的有機(jī)物等被處理物質(zhì)的分解或合成等處理，其中，以沿著氣蝕發(fā)生部?jī)?nèi)部的通水管路的內(nèi)面而在管路表面上形成沿面放電的方式配置對(duì)電極(例如，參照專利文獻(xiàn)2)。
[0008]但是，在上述等離子體生成裝置的情況下，預(yù)先溶存于被處理液中的氣體由于氣蝕而產(chǎn)生氣泡，進(jìn)行在氣液界面上的放電，難以任意地調(diào)節(jié)氣體量，在被處理液已脫氣的情況下，不產(chǎn)生氣蝕泡，另外，在生成氣蝕泡的區(qū)域以外不進(jìn)行放電，因此具有難以大型化這樣的問(wèn)題。
[0009]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0010]專利文獻(xiàn)
[0011]專利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2002-126769號(hào)公報(bào)
[0012]專利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)2009-119347號(hào)公報(bào)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0014]鑒于上述問(wèn)題，本發(fā)明人進(jìn)行深入研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，通過(guò)一邊在電介質(zhì)管內(nèi)通過(guò)流體一邊產(chǎn)生放電，能夠以任意的流量控制任意的流體及任意的氣體，此外，通過(guò)形成抽吸結(jié)構(gòu)，能夠使氣體高效地溶于流體中，并且在氣相及液相產(chǎn)生等離子體，從而提供一種等離子體生成方法及生成裝置。
[0015]解決問(wèn)題的方法
[0016]對(duì)于本發(fā)明的等離子體生成方法及生成裝置而言，其第一方面涉及一種等離子體生成方法，其是通過(guò)對(duì)供給的氣體施加電壓而利用電介質(zhì)管內(nèi)的放電來(lái)生成等離子體的方法，其特征在于，高電壓電極設(shè)置在該電介質(zhì)管的外側(cè)，在該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)下對(duì)排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體設(shè)置接地電極，通過(guò)對(duì)與電源裝置連接的該高電壓電極和該接地電極施加電壓而在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁和該流體之間產(chǎn)生放電。
[0017]另外，本發(fā)明第二方面涉及的等離子體生成方法的特征在于，向所述電介質(zhì)管中排出流體的通水管配置在該電介質(zhì)管的內(nèi)部或上方。
[0018]本發(fā)明的第三方面涉及一種等離子體生成方法，其是通過(guò)對(duì)供給的氣體施加電壓而利用電介質(zhì)管內(nèi)的放電來(lái)生成等離子體的方法，其特征在于，高電壓電極設(shè)置在該電介質(zhì)管的外側(cè)，在該電介質(zhì)管的內(nèi)部配置流體通過(guò)的通水管，在該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)下對(duì)通過(guò)通水管排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體設(shè)置接地電極，通過(guò)對(duì)與電源裝置連接的該高電壓電極和該接地電極施加電壓而在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁和該通水管之間產(chǎn)生放電。
[0019]此外，本發(fā)明第四方面涉及的等離子體生成方法的特征在于，供給的所述氣體的量和流體的量為氣液比0.5以下，本發(fā)明第五方面涉及的等離子體生成方法的特征在于，供給的所述氣體為至少含有氧的氣體、非活性氣體中的任意氣體。
[0020]而且，本發(fā)明第六方面涉及的等離子體生成方法的特征在于，使用通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體作為再次向所述電介質(zhì)管內(nèi)排出的流體，或者將通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體再次向所述通水管的上游側(cè)送回，使該流體進(jìn)行循環(huán)，此外，本發(fā)明第七方面涉及的等離子體生成方法的特征在于，具有將所述電介質(zhì)管、所述通水管、供給的所述氣體導(dǎo)入的導(dǎo)入口的連結(jié)形成為抽吸結(jié)構(gòu)的連結(jié)部，在從該通水管的排出口排出的流體和該電介質(zhì)管的內(nèi)部的間隙內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)的負(fù)壓，通過(guò)氣蝕而使因放電而產(chǎn)生的氣體溶于流體。另外，本發(fā)明的第八方面涉及一種生成裝置，其特征在于，該生成裝置包括:外側(cè)設(shè)置有高電壓電極的電介質(zhì)管；配置于該電介質(zhì)管的內(nèi)部或上方的通水管；接地電極，其設(shè)置成以該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)與排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體接觸；以及連接該高電壓電極和該接地電極的電源裝置。
[0021]本發(fā)明第九方面涉及的生成裝置的特征在于，所述高電壓電極設(shè)置在所述電介質(zhì)管和所述通水管重疊的部分的所述電介質(zhì)管的外側(cè)，本發(fā)明第十方面涉及的生成裝置的特征在于，所述接地電極設(shè)置在所述電介質(zhì)管的內(nèi)部或從所述電介質(zhì)管排出的所述流體內(nèi)。
[0022]另外，本發(fā)明第十一方面涉及的生成裝置的特征在于，用絕緣化合物包覆所述接地電極，本發(fā)明第十二方面涉及的生成裝置的特征在于，所述絕緣化合物為玻璃。
[0023]此外，本發(fā)明第十三方面涉及的生成裝置的特征在于，所述電介質(zhì)管至少為陶瓷或玻璃中的任一種。[0024]另外，本發(fā)明第十四方面涉及的生成裝置的特征在于，所述通水管由陶瓷、玻璃、樹(shù)脂、金屬中的任一種構(gòu)成，本發(fā)明第十五方面涉及的生成裝置的特征在于，所述樹(shù)脂為氟類樹(shù)脂。
[0025]另外，本發(fā)明第十六方面涉及的生成裝置的特征在于，其具有將通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體再次送回到所述通水管的上游側(cè)而使流體進(jìn)行循環(huán)的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明第十七方面涉及的生成裝置的特征在于，所述電介質(zhì)管、所述通水管、設(shè)置于該電介質(zhì)管的氣體導(dǎo)入口形成為抽吸結(jié)構(gòu)。
[0026]發(fā)明的效果
[0027]根據(jù)本發(fā)明的等離子體生成方法及生成裝置，可得到以下優(yōu)異的效果。
[0028](I)通過(guò)使用本發(fā)明的等離子體生成方法及裝置，能夠向待處理的流體直接照射等離子體，或者向流體的附近照射等離子體。
[0029](2)由于供給的氣體含有氧，從而能夠產(chǎn)生大量的臭氧，能夠直接向流體供給大量的臭氧，同時(shí)能夠生成OH自由基等活性種。
[0030](3)通過(guò)對(duì)導(dǎo)入到電介質(zhì)管內(nèi)的氣體和流體的氣液比進(jìn)行控制，能夠使通過(guò)放電而生成的臭氧氣體高效地溶于流體中。
[0031](4)通過(guò)形成抽吸結(jié)構(gòu)，能夠在從通水管的排出口排出的流體和電介質(zhì)管內(nèi)部的間隙產(chǎn)生強(qiáng)的負(fù)壓，通過(guò)氣蝕，能夠更高效地使臭氧氣體溶于流體中。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0032][圖1]是本發(fā)明第一實(shí)施方式的實(shí)驗(yàn)裝置的流程圖。
[0033][圖2]是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的等離子體生成裝置的圖。
[0034][圖3]是示出本發(fā)明第一實(shí)施方式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片。
[0035][圖4]是本發(fā)明第二實(shí)施方式的等離子體生成裝置的示意圖。
[0036][圖5]是示出實(shí)施例1中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0037][圖6]是實(shí)施例1的實(shí)驗(yàn)裝置的流程圖。
[0038][圖7]是示出本發(fā)明的實(shí)施例2?實(shí)施例5及比較例I中的氣液比與溶解效率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0039][圖8]是示出實(shí)施例6中的等離子體生成裝置的圖。
[0040][圖9]是示出實(shí)施例6中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0041][圖10]是示出實(shí)施例7中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0042][圖11]是示出實(shí)施例8中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片。
[0043][圖12]是示出實(shí)施例9中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0044][圖13]是示出實(shí)施例10中的等離子體生成裝置的圖。
[0045][圖14]是示出實(shí)施例10中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片。
[0046][圖15]是實(shí)施例10中的生成裝置的示意圖。
[0047][圖16]是示出實(shí)施例11及比較例2?比較例4的各放電時(shí)間的生成臭氧量的變化的曲線圖。
[0048][圖17]是示出實(shí)施例11及比較例2?比較例4中的各放電時(shí)間的亞甲藍(lán)脫色量的變化的曲線圖。
[0049][圖18]是示出實(shí)施例12中的等離子體生成裝置的圖。
[0050][圖19]是示出實(shí)施例12中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片。
[0051][圖20]是實(shí)施例12中的等離子體生成裝置的示意圖。
[0052][圖21]是示出實(shí)施例12中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0053][圖22]是示出本發(fā)明的實(shí)施例13?實(shí)施例16及比較例5中的氣液比與溶解效率之間的關(guān)系的曲線圖。
[0054][圖23]是示出實(shí)施例17中的等離子體生成裝置的圖。
[0055][圖24]是示出實(shí)施例17中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0056][圖25]是示出實(shí)施例18中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度及溶解臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0057][圖26]是示出實(shí)施例19中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的照片；
[0058][圖27]是示出實(shí)施例20中的各放電時(shí)間的生成臭氧濃度的變化的曲線圖。
[0059]符號(hào)說(shuō)明
[0060]I電介質(zhì)管
[0061]2通水管
[0062]3高電壓電極
[0063]4接地電極
[0064]5 電源
[0065]6氣體導(dǎo)入管
[0066]7 氧
【具體實(shí)施方式】
[0067](實(shí)施方式I)
[0068]下面，基于圖2、圖8對(duì)本發(fā)明中的第一實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但不言而喻的是，本發(fā)明不限于本實(shí)施方式。
[0069]在圖2中，本發(fā)明的等離子體生成裝置由電介質(zhì)管1、通水管2、高電壓電極3、接地電極4、電源5、氣體導(dǎo)入管6構(gòu)成，并形成了抽吸結(jié)構(gòu)。
[0070]電介質(zhì)管I是玻璃制的大致圓筒狀的管。電介質(zhì)管I的截面雖然也可以為四邊形、菱形、多邊形，但從高電壓電極3的設(shè)置難易程度方面考慮，優(yōu)選為圓形。
[0071]通水管2位于電介質(zhì)管I的同一圓心上，通水管2的排出口配置于比高電壓電極3部更上游側(cè)，而所述高電壓電極設(shè)置于電介質(zhì)管I上。通水管2的截面雖然也可以是四邊形、菱形、多邊形，但由于通水管2要發(fā)揮電介質(zhì)的作用，因此優(yōu)選制成與電介質(zhì)管I相同的形狀，以使其與電介質(zhì)管I的間隙均勻。
[0072]導(dǎo)入通水管2的流體只要通過(guò)高低差或泵等進(jìn)行加壓供給即可，流體是如液體或例如蒸汽這樣的含有液體的氣體。被導(dǎo)入的流體通過(guò)通水管2而在電介質(zhì)管I的內(nèi)部通過(guò)，但為了在設(shè)置有高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和流體之間產(chǎn)生放電等離子體，優(yōu)選流體不附著于設(shè)置有高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁。但是，即使流體附著于電介質(zhì)管I的內(nèi)壁，由于氣體的導(dǎo)入而在流體內(nèi)形成氣體空間，因此也產(chǎn)生放電等離子體。
[0073]流體的速度可任意決定，可以基于由所使用的電源5的頻率計(jì)算出的放電頻度來(lái)設(shè)定為與待處理的流體的目的相應(yīng)的流速。為了使通過(guò)放電而生成的臭氧等氣體溶解于流體，流體和氣體的量之比優(yōu)選為氣液比0.5以下。此外，通過(guò)如圖2那樣地形成抽吸結(jié)構(gòu)，通過(guò)從通水管2的排出口排出的流體在電介質(zhì)管I的內(nèi)部空間產(chǎn)生強(qiáng)的負(fù)壓，并通過(guò)在該排出口產(chǎn)生的氣蝕而使溶解效率增大。
[0074]高電壓電極3卷繞于電介質(zhì)管I的外側(cè)，接地電極4設(shè)置于電介質(zhì)管I的內(nèi)部中心，并分別與電源5連接，通過(guò)在從氣體導(dǎo)入管6導(dǎo)入氣體的同時(shí)對(duì)流體施加電壓，在設(shè)置有高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和流體之間圓周狀地產(chǎn)生放電。
[0075]如圖2所示，接地電極4設(shè)置于電介質(zhì)管I的內(nèi)部，或者如圖8所示，設(shè)置于從電介質(zhì)管I排出的流體中，而在電介質(zhì)管I的內(nèi)部設(shè)置有接地電極4的情況下，由于高電壓電極3和接地電極4的間隙變小，因此出現(xiàn)較強(qiáng)的電場(chǎng)而容易放電。但是，在例如海水那樣的導(dǎo)電率大的流體的情況下，即使接地電極4設(shè)置于從電介質(zhì)管I排出的流體中，也產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)而容易放電。因此，接地電極4的位置可以根據(jù)流體的性質(zhì)來(lái)確定。
[0076]另外，接地電極4的材質(zhì)只要根據(jù)流體的性質(zhì)選擇銅或不銹鋼等金屬即可，在如電子部件清洗等那樣金屬成分難以溶出的情況下，只要在接地電極4上包覆絕緣化合物即可，可以優(yōu)選介電常數(shù)低、且向流體中的溶出少的玻璃。
[0077]電介質(zhì)管I的材質(zhì)可以采用具有耐等離子體性、耐熱性、耐臭氧性的陶瓷或玻璃，可以優(yōu)選介電常數(shù)低的玻璃。
[0078]通水管2的材質(zhì)可以任意選定，如果是絕緣性高的材料，由于還可發(fā)揮電介質(zhì)的作用，因此只要基于介電常數(shù)任意選定即可，可以采用耐等離子體性、耐臭氧性、耐久性優(yōu)異的陶瓷、玻璃、樹(shù)脂，優(yōu)選玻璃、氟類樹(shù)脂。另外，也可使用導(dǎo)電性高的金屬材料，在使用金屬材料的情況下，會(huì)在電介質(zhì)管I上產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)，因此容易放電。另外，在通水管2采用金屬材料的情況下，只要將設(shè)置電極4設(shè)置于通水管2自身即可，可省去制作的麻煩。
[0079]被導(dǎo)入的氣體可通過(guò)鼓風(fēng)機(jī)或高壓儲(chǔ)氣瓶等進(jìn)行加壓供給，也可利用在對(duì)流體進(jìn)行通水時(shí)產(chǎn)生的負(fù)壓自行供給，在任一種情況下，都通過(guò)氣體導(dǎo)入管6導(dǎo)入到電介質(zhì)管I的內(nèi)部。氣體可根據(jù)待處理的流體的目的任意確定，但為了生成臭氧或OH自由基等活性種，可以是至少含有氧7的氣體。另外，在被導(dǎo)入的流體中預(yù)先溶存有含有氧7的氣體的情況下，也可以使用非活性氣體。
[0080](實(shí)施方式2)
[0081]下面，基于圖4、圖13、圖15對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說(shuō)明，但不言而喻的是，本發(fā)明不限于本實(shí)施方式。
[0082]等離子體生成裝置的構(gòu)成與第一實(shí)施方式相同，因此省略其說(shuō)明。
[0083]如圖13所示，通水管2位于電介質(zhì)管I的同一圓心上，通水管2的排出口配置于高電壓電極3部的更下游側(cè)，所述高電壓電極3部設(shè)置于電介質(zhì)管I上。
[0084]在本等離子體生成裝置中，基本上是在設(shè)置了高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和流體之間產(chǎn)生放電，但流體也可以不必存在于設(shè)置了高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁。放電由于在電場(chǎng)增強(qiáng)的區(qū)域產(chǎn)生，因此，如圖13所示，如果在設(shè)置了高電壓電極3的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁的下游附近配置通水管2的排出口，則如圖15所示，就會(huì)在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和流體之間產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)，從而產(chǎn)生放電。
[0085]如圖4所示，放電在流體和設(shè)置了高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁產(chǎn)生的情況下，為了嚴(yán)密地持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的放電，需要在電介質(zhì)管I和流體之間保持一定間隔，因此可以在通水管2的內(nèi)部裝載整流器或在通水管2上設(shè)置穩(wěn)壓閥等。另一方面，如圖15所示，在設(shè)置了高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁的下游附近配置通水管2的排出口并產(chǎn)生放電的情況下，由于通水管2的排出口被固定，因此流體和設(shè)置有高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁的間隔被固定，即使通水管2上沒(méi)有整流器或穩(wěn)壓閥等，也能夠在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和流體之間持續(xù)產(chǎn)生穩(wěn)定的放電。另外，當(dāng)對(duì)電介質(zhì)管I施加足夠的電壓時(shí)，也會(huì)在通水管2的內(nèi)部產(chǎn)生較強(qiáng)的電場(chǎng)，在流體中的氣體和液體之間產(chǎn)生氣液界面的放電。
[0086]這種情況下的通水管2的排出口和設(shè)置有高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁的距離必須是放電擴(kuò)展的長(zhǎng)度，該長(zhǎng)度可通過(guò)電介質(zhì)管I的內(nèi)徑和通水管2的外徑之間的間隔來(lái)確定，例如，在電介質(zhì)管I的內(nèi)徑和通水管2的外徑的間隔為0.5mm的情況下，只要是通水管2的排出口和設(shè)置有高電壓電極3的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁的距離為20mm以內(nèi)，則可在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和從通水管2的排出口排出的流體之間產(chǎn)生放電。另外，如果在通水管2中使用多孔質(zhì)陶瓷，則從多孔質(zhì)的孔滲出流體，在設(shè)置了高電壓電極3的部分的電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和從多孔質(zhì)滲出的流體之間產(chǎn)生放電，因此可消除使流體整流化的麻煩。通水管2的材質(zhì)可任意選定，如果是絕緣性高的材料，還可發(fā)揮電介質(zhì)的作用，因此可以基于介電常數(shù)任意選定，可以采用耐等離子體性、耐臭氧性、耐久性優(yōu)異的陶瓷、玻璃、樹(shù)脂，優(yōu)選采用玻璃、氟類樹(shù)脂。另外，也可使用導(dǎo)電性高的金屬材料，在金屬材料的情況下，會(huì)在電介質(zhì)管I上產(chǎn)生強(qiáng)的電場(chǎng)，因此放電變得容易。另外，在將通水管2設(shè)定為金屬材料的情況下，只要將設(shè)置電極4設(shè)置于通水管2自身即可，可省去制作的麻煩。
[0087]實(shí)施例
[0088]在本發(fā)明中，使用上述實(shí)施方式進(jìn)行了放電時(shí)的照片拍攝及排臭氧濃度及溶存臭氧濃度的試驗(yàn)。下面示出試驗(yàn)的測(cè)定方法。
[0089](I)生成臭氧濃度的測(cè)定
[0090]氣相臭氧濃度儀:東亞DKK公司制造0Z-30
[0091]在受水槽上部插入臭氧濃度傳感器，利用氣相臭氧濃度儀進(jìn)行了測(cè)定。
[0092](2)溶存臭氧濃度的測(cè)定
[0093]溶存臭氧濃度儀:東亞DKK公司制造0Z-20
[0094]在循環(huán)槽內(nèi)投入溶存臭氧濃度傳感器，進(jìn)行了測(cè)定。
[0095][實(shí)施例1]
[0096]圖1示出實(shí)驗(yàn)裝置的流程圖。實(shí)驗(yàn)裝置具備:等離子體生成裝置、接收從等離子體生成裝置排出的處理水并在水面上部配備有臭氧濃度傳感器的受水槽(水量6L)、用管子與該受水槽連接而使自來(lái)水循環(huán)，且在水面下部配備有溶存臭氧濃度傳感器的循環(huán)槽(水量2L)，利用磁力泵和硅管，從循環(huán)槽起與等離子體生成裝置連接，用尼龍管將等離子體生成裝置的氣體導(dǎo)入口和氧氣瓶連接在一起。如圖2所示，等離子體生成裝置主體為玻璃制，并形成抽吸結(jié)構(gòu)，通水管2 (外徑7mm、內(nèi)徑5mm)配置在電介質(zhì)管I (外徑10mm、內(nèi)徑8mm)的同心圓上部，將寬度IOmm的銅帶制成的高電壓電極3卷繞于電介質(zhì)管I的外部,并使得從通水管2的排出口起向下游側(cè)IOmm的位置成為中心，將直徑Imm的不銹鋼制接地電極4從氣體導(dǎo)入口附近插入到通水管2及電介質(zhì)管I，將高電壓電極3和接地電極4與電源5連接，然后起動(dòng)磁力泵，以8L/min的流速使自來(lái)水循環(huán),另一方面,一邊從氧氣瓶以3L/min的風(fēng)量導(dǎo)入氧7，一邊施加電壓(9kV、6kHz)進(jìn)行放電，并進(jìn)行放電的觀察和臭氧濃度及溶存臭氧濃度的測(cè)定。其結(jié)果，如圖3(照片)、圖4(示意圖)所示，在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和自來(lái)水之間觀察到紫色的放電。另外可知，如果在氧的存在下產(chǎn)生放電，則生成臭氧，作為產(chǎn)生了放電的證據(jù)，如圖5所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為lOOOppm，溶存臭氧濃度為0.47ppm。
[0097][實(shí)施例2]
[0098]如圖6所示，不使自來(lái)水循環(huán)，而是連續(xù)通水，將氧7的風(fēng)量設(shè)定為4L/min (氣液比0.5)，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖7所示，臭氧溶解效率為21%。
[0099][實(shí)施例3]
[0100]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為2.4L/min，除此以外，與實(shí)施例2同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖7所示，臭氧溶解效率為27%。
[0101][實(shí)施例4]
[0102]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為0.8L/min，除此以外，與實(shí)施例2同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖7所示，臭氧溶解效率為48%。
[0103][實(shí)施例5]
[0104]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為0.4L/min，除此以外，與實(shí)施例2同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖7所示，臭氧溶解效率為67%。
[0105][實(shí)施例6]
[0106]如圖8所示，將由不銹鋼制金屬絲(直徑Imm)制成的接地電極4設(shè)置于受水槽上，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了臭氧濃度和溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖9所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為527ppm，溶存臭氧濃度為0.18ppm。
[0107][實(shí)施例7]
[0108]將通水管2的尺寸設(shè)為(外徑7mm、內(nèi)徑6mm),用厚度0.5mm的玻璃包覆設(shè)置電極，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了臭氧濃度和溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖10所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為700ppm，溶存臭氧濃度為0.38ppm。
[0109][實(shí)施例8]
[0110]將導(dǎo)入到等離子體生成裝置的氣體設(shè)定為氬氣，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行。其結(jié)果如圖11 (照片)及圖4(示意圖)所示，在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和自來(lái)水之間觀察到了紫色的放電。
[0111][實(shí)施例9]
[0112]將等離子體生成裝置的通水管2的材質(zhì)設(shè)定為PFA (四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)樹(shù)脂、不銹鋼制金屬，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，作為產(chǎn)生放電的證據(jù)，測(cè)定了生成臭氧濃度。其結(jié)果如圖12所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度分別為 956ppm、1043ppm。
[0113][實(shí)施例10]
[0114]如圖13所示，在從設(shè)置于電介質(zhì)管I的高電壓電極3的中心部起向下游側(cè)15mm處配置通水管2的排出口，并將導(dǎo)入氣體設(shè)定為氬氣，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行放電，并進(jìn)行了放電的觀察和臭氧濃度及溶存臭氧濃度的測(cè)定。其結(jié)果如圖14(照片)、圖15(示意圖)所示，在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和通水管2的外壁及自來(lái)水之間觀察到了紫色的放電。
[0115][實(shí)施例11]
[0116]將導(dǎo)入氣體設(shè)定為氧7，以亞甲藍(lán)濃度為5mg/L的方式將其添加到自來(lái)水中，除此以外，與實(shí)施例10同樣地進(jìn)行，將累積生成臭氧量隨時(shí)間的變化示于圖16中，將亞甲藍(lán)脫色量隨時(shí)間的變化示于圖17中。
[0117][比較例I]
[0118]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為4.8L/min，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖7所示，臭氧溶解效率為18%。
[0119][比較例2]
[0120]添加了作為OH自由基補(bǔ)充劑的t-BuOH，并使其濃度為0.1mM,除此以外，與實(shí)施例11同樣地進(jìn)行，將累積生成臭氧量隨時(shí)間的變化示于圖16中，將亞甲藍(lán)脫色量隨時(shí)間的變化示于圖17中。由該結(jié)果可知，無(wú)論生成臭氧是否同等，通過(guò)添加t-BuOH，脫色率都下降，這暗示著通過(guò)本等離子體生成裝置生成了 OH自由基。
[0121][比較例3]
[0122]添加了作為OH自由基補(bǔ)充劑的t-BuOH，并使其濃度為ImM，除此以外，與實(shí)施例11同樣地進(jìn)行，將累積生成臭氧量隨時(shí)間的變化示于圖16中，將亞甲藍(lán)脫色量隨時(shí)間的變化示于圖17中。由該結(jié)果可知，無(wú)論生成臭氧是否同等，通過(guò)添加t-BuOH，脫色率都下降，這暗示著通過(guò)本等離子體生成裝置生成了 OH自由基。
[0123][比較例4]
[0124]添加了作為OH自由基補(bǔ)充劑的t-BuOH，并使其濃度為10禮，除此以外，與實(shí)施例11同樣地進(jìn)行，將累積生成臭氧量隨時(shí)間的變化示于圖16中，將亞甲藍(lán)脫色量隨時(shí)間的變化示于圖17中。由該結(jié)果可知，無(wú)論生成臭氧是否同等，通過(guò)添加t-Bu0H，脫色率都下降，這暗示著通過(guò)本等離子體生成裝置生成了 OH自由基。
[0125][實(shí)施例12]
[0126]如圖18所示，等離子體生成裝置主體為玻璃制，并形成抽吸結(jié)構(gòu)，通水管2(外徑7mm、內(nèi)徑5mm)配置于電介質(zhì)管I (外徑10mm、內(nèi)徑8mm)的同心圓上部,將寬度IOmm的銅帶制高電壓電極3卷繞于電介質(zhì)管I的外部，并使得從通水管2的排出口起向上游側(cè)25mm的位置成為中心，將直徑1_的不銹鋼制接地電極4從氣體導(dǎo)入口附近插入通水管2及電介質(zhì)管I，將高電壓電極3和接地電極4與電源5連接，然后起動(dòng)磁力泵，以8L/min的流速使自來(lái)水循環(huán)，另一方面，一邊從氧氣瓶以3L/min的風(fēng)量導(dǎo)入氧7, —邊施加電壓(9kV、6kHz),進(jìn)行放電，進(jìn)行了放電的觀察和臭氧濃度及溶存臭氧濃度的測(cè)定。其結(jié)果，如圖19(照片)、圖20(示意圖)所示，在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和自來(lái)水之間觀察到紫色的放電。另外可知，如果在氧的存在下產(chǎn)生放電，就會(huì)生成臭氧，作為產(chǎn)生放電的證據(jù)，如圖21所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為990ppm，溶存臭氧濃度為0.45ppm。
[0127][實(shí)施例13]
[0128]如圖6所示，不使自來(lái)水循環(huán)，而是連續(xù)通水，將氧7的風(fēng)量設(shè)定為4L/min (氣液比0.5)，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖22所示，臭氧溶解效率為21%。
[0129][實(shí)施例14]
[0130]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為2.4L/min,除此以外，與實(shí)施例13同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖22所示,臭氧溶解效率為26%。
[0131][實(shí)施例15]
[0132]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為0.8L/min,除此以外，與實(shí)施例13同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖22所示,臭氧溶解效率為50%。
[0133][實(shí)施例16]
[0134]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為0.4L/min,除此以外，與實(shí)施例13同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖22所示，臭氧溶解效率為73%。
[0135][實(shí)施例17]
[0136]如圖23所示，將由不銹鋼制金屬絲(直徑Imm)制成的接地電極4設(shè)置于受水槽上，除此以外，與實(shí)施例12同樣地進(jìn)行，測(cè)定了臭氧濃度和溶存臭氧濃度。其結(jié)果，如圖24所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為534ppm，溶存臭氧濃度為0.19ppm。
[0137][實(shí)施例18]
[0138]將通水管2的尺寸設(shè)定為(外徑7mm、內(nèi)徑6mm),用厚度0.5mm的玻璃包覆設(shè)置電極，除此以外，與實(shí)施例12同樣地進(jìn)行，測(cè)定了臭氧濃度。其結(jié)果，如圖25所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度為685ppm，溶存臭氧濃度為0.37ppm。
[0139][實(shí)施例19]
[0140]將導(dǎo)入等離子體生成裝置的氣體設(shè)定為氬氣，除此以外，與實(shí)施例12同樣地進(jìn)行。其結(jié)果，如圖26 (照片)及圖20 (示意圖)所示，在電介質(zhì)管I的內(nèi)壁和通水管2外壁之間觀察到了紫色的放電。
[0141][實(shí)施例20]
[0142]將等離子體生成裝置的通水管2的材質(zhì)設(shè)定為PFA (四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物)樹(shù)脂、不銹鋼制金屬，除此以外，與實(shí)施例12同樣地進(jìn)行，作為產(chǎn)生了放電的證據(jù)，測(cè)定了生成臭氧濃度。其結(jié)果，如圖27所示，從放電開(kāi)始起30分鐘后的生成臭氧濃度分別為 281ppm、348ppm。
[0143][比較例5]
[0144]將氧7的風(fēng)量設(shè)定為4.8L/min，除此以外，與實(shí)施例1同樣地進(jìn)行，測(cè)定了溶存臭氧濃度。其結(jié)果如圖22所示,臭氧溶解效率為17%。
【權(quán)利要求】
1.一種等離子體生成方法，其通過(guò)對(duì)供給的氣體施加電壓，利用電介質(zhì)管內(nèi)的放電而生成等離子體，其中， 高電壓電極設(shè)置于該電介質(zhì)管的外側(cè)，在該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)下對(duì)排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體設(shè)置接地電極，并通過(guò)對(duì)與電源裝置連接的該高電壓電極和該接地電極施加電壓而在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁與該流體之間產(chǎn)生放電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的等離子體生成方法，其中， 向所述電介質(zhì)管排出流體的通水管配置于該電介質(zhì)管的內(nèi)部或上方。
3.一種等離子體生成方法，其通過(guò)對(duì)供給的氣體施加電壓，利用電介質(zhì)管內(nèi)的放電而生成等離子體，其中， 高電壓電極設(shè)置于該電介質(zhì)管的外側(cè)，在該電介質(zhì)管的內(nèi)部配置流體通過(guò)的通水管，在該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)下對(duì)通過(guò)通水管而向該電介質(zhì)管內(nèi)排出的流體設(shè)置接地電極，并通過(guò)對(duì)與電源裝置連接的該高電壓電極和該接地電極施加電壓而在該電介質(zhì)管的內(nèi)壁和該通水管之間產(chǎn)生放電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1~3中任一項(xiàng)所述的等離子體生成方法，其中， 供給的所述氣體的量和流體的量為氣液比0.5以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1~4中任一項(xiàng)所述的等離子體生成方法，其中， 供給的所述氣體是至少含有氧的氣體、非活性氣體中的任意氣體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1~4中 任一項(xiàng)所述的等離子體生成方法，其中， 使用通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體作為再次向所述電介質(zhì)管內(nèi)排出的流體，或者將通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體再次向所述通水管的上游側(cè)送回，使該流體進(jìn)行循環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1~6中任一項(xiàng)所述的等離子體生成方法，其中， 具有將所述電介質(zhì)管、所述通水管、導(dǎo)入供給的所述氣體的導(dǎo)入口的連結(jié)形成為抽吸結(jié)構(gòu)的連結(jié)部， 在從該通水管的排出口排出的流體和該電介質(zhì)管內(nèi)部的間隙產(chǎn)生強(qiáng)的負(fù)壓，通過(guò)氣蝕而使通過(guò)放電而產(chǎn)生的氣體溶于流體中。
8.一種等離子體生成裝置，其包括: 外側(cè)設(shè)置有高電壓電極的電介質(zhì)管； 配置于該電介質(zhì)管的內(nèi)部或上方的通水管； 接地電極，其設(shè)置成以該電介質(zhì)管的內(nèi)周具有間隙的狀態(tài)與排出到該電介質(zhì)管內(nèi)的流體接觸；以及 連接該高電壓電極和該接地電極的電源裝置構(gòu)成。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的等離子體生成裝置，其中， 所述高電壓電極設(shè)置在所述電介質(zhì)管和所述通水管重疊的部分的所述電介質(zhì)管的外側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的等離子體生成裝置，其中， 所述接地電極設(shè)置在所述電介質(zhì)管的內(nèi)部或從所述電介質(zhì)管排出的所述流體中。
11.根據(jù)權(quán)利要求8~10中任一項(xiàng)所述的等離子體生成裝置，其中， 用絕緣化合物包覆所述接地電極。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的等離子體生成裝置，其中， 所述絕緣化合物為玻璃。
13.根據(jù)權(quán)利要求8~12中任一項(xiàng)所述的等離子體生成裝置，其中， 所述電介質(zhì)管至少為陶瓷或玻璃中的任一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求8~13中任一項(xiàng)所述的等離子體生成裝置，其中， 所述通水管由陶瓷、玻璃、樹(shù)脂、金屬中的任一種制成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的等離子體生成裝置，其中， 所述樹(shù)脂為氟類樹(shù)脂。
16.根據(jù)權(quán)利要求8~15中任一項(xiàng)所述的等離子體生成裝置，其具有將通過(guò)了產(chǎn)生所述放電的部分的流體再次送回到所述通水管的上游側(cè)而使流體循環(huán)的結(jié)構(gòu)。
17.根據(jù)權(quán)利要求8~16中任一項(xiàng)所述的等離子體生成裝置，其中， 所述電介質(zhì)管、所述通水管、設(shè)置于該電介質(zhì)管的氣體導(dǎo)入口形成為抽吸結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】C01B13/11GK103636294SQ201280031442
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年4月27日 優(yōu)先權(quán)日:2011年4月28日
【發(fā)明者】中島秀之, 迫田達(dá)也, 馬場(chǎng)誠(chéng)二 申請(qǐng)人:旭有機(jī)材工業(yè)株式會(huì)社