CN103889903B - 液体处理装置以及液体处理方法 - Google Patents

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Abstract

本公开的液体处理装置具备：至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内的第1金属电极；配置在所述反应槽内的第2金属电极；包围所述第1金属电极而设、形成封闭的空间的绝缘体；在所述绝缘体针对所述被处理水而设、从所述空间使所述被处理水中产生气泡的开口部；将使所述气泡产生所需要的气体提供给所述空间的气体提供装置；和在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压的电源。

Description

液体处理装置以及液体处理方法
技术领域
本公开涉及通过对被处理液中生成等离子来进行液体的处理、特别是对水进行处理的液体处理装置以及液体处理方法。
背景技术
作为现有的使用了高电压脉冲放电的液体处理装置，例如有专利文献1记载的装置。图12是专利文献1记载的现有的杀菌装置的构成图。
图12所示的杀菌装置1由使圆柱状的高电压电极2和板状的接地电极3成对的放电电极6构成。高电压电极2除了前端部2a的端面以外都被绝缘体4被覆，从而形成高电压电极部5。另外，高电压电极2的前端部2a和接地电极3设置给定的电极间隔，以在处理槽7内浸渍在被处理水8中的状态对置配置。高电压电极2和接地电极3与产生高电压脉冲的电源9连接。在两者的电极间施加2～50kV/cm、100Hz～20kHz的负极性的高电压脉冲，进行放电。通过该能量引起的水的蒸发、以及与冲击波相伴的气化，由水蒸气构成的气泡10产生。另外，通过在高电压电极2附近生成的等离子而使OH、H、O、O2 -、O-、H2O2这样的活性种产生，对微生物和细菌进行杀菌。
另外，作为现有的另外的液体处理装置，有专利文献2记载的装置。在专利文献2记载的液体处理装置中，公开了通过使从外部提供的气泡介于液体中的电极间，能使施加电压较低，能降低消耗电力量。同样的技术也专利文献3、专利文献4、专利文献5中被公开。
先行技术文献
专利文献
专利文献1：JP特开2009-255027号公报
专利文献2：JP特开2000-93967号公报
专利文献3：JP特开2003-62579号公报
专利文献4：JP特表2010-523326号公报
专利文献5：JP特许3983282号公报
发明的概要
发明要解决的课题
但是，在上述现有的构成的装置中，存在等离子的产生效率低、液体的处理花费长时间这样的问题。
发明内容
因此，本公开的目的在于能效率良好地使等离子产生，其结果，效率良好地使活性种产生来在短时间内进行液体的处理的液体处理装置以及液体处理方法。
用于解决课题的手段
本公开所涉及的液体处理装置具备：至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内的第1金属电极；配置在所述反应槽内的第2金属电极；包围所述第1金属电极而设、形成封闭的空间的绝缘体；在所述绝缘体针对所述被处理水而设、从所述空间使所述被处理水中产生气泡的开口部；将使所述气泡产生所需要的气体提供给所述空间的气体提供装置；和在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压的电源。
上述的概括的且特定的形态也可以通过液体处理装置、液体处理方法和液体处理装置以及液体处理方法的任意的组合实现。
发明的效果
根据本公开所涉及的液体处理装置以及液体处理方法，能效率良好地产生等离子，能在短时间内进行液体的处理。
附图说明
图1是本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置的整体构成图。
图2是表示本公开的实施方式1中的电极构成的截面图。
图3是表示本公开的实施方式1中的处理的水中的OH原子团的基于ESR法的测定结果的图。
图4是表示测定本公开的实施方式1中的相对于处理时间的靛蓝胭脂红水溶液的分解量的结果的图。
图5是表示本公开的实施方式2中的电极构成的截面图。
图6是表示测定本公开的实施方式2中的相对于处理时间的靛蓝胭脂红水溶液的分解量的结果的图。
图7是表示使本公开的实施方式1以及2中的第1金属电极从绝缘体的开口部的端面向内侧后退的距离的图。
图8是表示本公开的实施方式1以及2中的相对于使第1金属电极从绝缘体的开口部的端面向内侧后退的距离的靛蓝胭脂红水溶液的分解速度的图。
图9是表示本公开的实施方式3中的电极构成的截面图。
图10是表示测定本公开的实施方式3中的相对于处理时间的靛蓝胭脂红水溶液的分解量的结果的图。
图11是表示本公开的实施方式3中的相对于第1开口部的直径的靛蓝胭脂红水溶液的分解速度的依赖性的图。
图12是现有的使用了高电压脉冲放电的排水处理装置的构成图。
具体实施方式
(直到得到本公开所涉及的1个形态为止的过程)
如前述的“背景技术”栏中说明的那样，在专利文献1所示的现有的杀菌装置中，使用瞬间沸腾现象瞬间使液体气化，在使相互对置而配置的圆柱状的电极与板状的接地电极间进行放电，由此使等离子产生。但是，由于为了引发瞬间沸腾现象需要加上使液体气化的能量，因此有不能效率良好地使等离子产生，液体的处理花费长时间这样的课题。
另外，在现有的液体处理装置中，第1金属电极使用耐等离子性高的金属材料等，但这些金属是难以加工的材质，在加工第1金属电极的情况下，有制造成本变高这样的课题。
为此，本发明的发明者们发现，通过从气体提供装置连续提供气体，在被处理水中使气泡来效率良好地使等离子产生，能效率良好地生成活性种，能在短时间内进行液体的处理，从而达成本公开。另外，还通过在第1金属电极中用不同的材料形成暴露在等离子下的部分和不暴露在等离子下的部分的电极，找出了能降低制造成本、使特性稳定化的第1金属电极构造。
本公开的第1形态所涉及的液体处理装置具备：至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内的第1金属电极；配置在所述反应槽内的第2金属电极；包围所述第1金属电极而设并形成封闭的空间的绝缘体；在所述绝缘体针对所述被处理水而设、从所述空间使所述被处理水中产生气泡的开口部；向所述空间提供为了产生所述气泡而需要的气体的气体提供装置；和在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压的电源。
本公开的第2形态所涉及的液体处理装置具备：至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内的第1金属电极；配置在所述反应槽内的第2金属电极；在与所述第1金属电极的外周间形成空间地设置的绝缘体；在所述绝缘体针对所述被处理水而设、使所述被处理水中产生气泡的开口部；向所述空间提供用于产生所述气泡而需要的气体的气体提供装置；和在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压的电源。
本公开的第3形态所涉及的液体处理装置具备：至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内、具有开口端的中空状的第1金属电极；配置在所述反应槽内的第2金属电极；包围所述第1金属电极地设置的绝缘体；在所述绝缘体针对所述被处理水而设、使所述被处理水中产生气泡的开口部；向以所述第1电极的中空部形成的空间提供产生所述气泡而需要的气体的气体提供装置；和在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压电源。
在本公开的第4形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第1～3的任一形态中的所述第1金属电极的配置在所述反应槽内的电极为线圈状。
在本公开的第5形态所涉及的液体处理装置中，也可以在所述第1～3的任一形态中的所述绝缘体设置多个所述开口部。
在本公开的第6形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第1～3的任一形态中的所述第1金属电极连接配置在所述反应槽内的一端侧的部分、和与所述电源连接的另一端侧的部分这至少2个部分而构成。
在本公开的第7形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第6形态中的所述第1金属电极的所述一端侧的部分和所述另一端侧的部分是由不同的材料构成的金属电极。
在本公开的第8形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述在第6或7的形态中的所述第1金属电极的所述另一端侧的部分设置螺纹部。
在本公开的第9形态所涉及的液体处理装置中，也可以在所述第6～8中任一形态中的所述第1金属电极的所述另一端侧的部分设置连结所述气体提供装置和所述空间的贯通孔。
在本公开的第10形态所涉及的液体处理装置中，也可以在所述第1～3的任一形态中的所述第1金属电极在所述绝缘体的所述开口部的内侧，位于大于0mm后退不足7mm的位置。
在本公开的第11形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第1～3的任一形态中的所述绝缘体除了使所述被处理水产生所述气泡的第1开口部以外，还具备与所述气体提供装置连接的第2开口部。
在本公开的第12形态所涉及的液体处理装置中，所述第11形态中的所述绝缘体的所述第1开口部的直径为0.3mm～2mm的范围。
在本公开的第13形态所涉及的液体处理装置中，也可以具备配置所述第1～3的任一形态中的所述第1金属电极和所述第2金属电极的反应槽。
在本公开的第14形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第13形态中的所述反应槽的内壁接地。
在本公开的第15形态所涉及的液体处理装置中，也可以具备以循环泵以及配管与所述第1～3的任一形态照管所述反应槽连接的处理槽。
在本公开的第16形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第15形态中的所述处理槽是水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、或餐具清洗器。
在本公开的第17形态所涉及的液体处理装置中，也可以所述第15形态中的所述处理槽接地。
在本公开的第18形态所涉及的液体处理装置中，也可以在所述第1～3的任一形态所涉及的液体处理装置的基础上，由所述电源施加电压来在所述第1金属电极与所述第2金属电极间进行放电，来使所述气泡内に产生等离子，处理液体。
本公开的第19形态所涉及的液体处理方法包括：在至少一部分配置在放入被处理水的反应槽内的第1金属电极、与配置在所述反应槽内的第2金属电极间施加电压的步骤；和向包围所述第1金属电极的以绝缘体形成的封闭的空间提供气体、从设于所述绝缘体的开口部使所述被处理水中产生气泡的步骤。
在本公开的第20形态所涉及的液体处理方法中，在所述第19形态所涉及的施加所述电压的步骤中，在所述第1金属电极与所述第2金属电极间进行放电来使所述气泡内产生等离子，处理液体。
上述的概括的且特定的形态既可以在液体处理装置、以及液体处理方法中实现，也可以通过液体处理装置以及液体处理方法的任意的组合实现。
以下、参考附图来说明本公开的实施方式。另外，在以下的全部图中对同一或相当部分赋予同一标号，省略重复的说明。
(实施方式1)
[整体构成]
图1是本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的整体构成图。
实施方式1所涉及的液体处理装置100具备：至少一部分配置在放入所处理的水(被处理水)110的反应槽111内的第1金属电极104a；配置在反应槽111内的第2金属电极102；在与第1金属电极104a的外周间形成空间124a地设置的绝缘体103；在绝缘体103针对被处理水110而设、使被处理水110中产生气泡106的开口部125；向空间124a提供产生气泡106所需要的气体114的气体提供装置105；和在第1金属电极104与第2金属电极102间施加电压的电源101。在实施方式1中，如图1所示，说明在上述构成中进一步具备处理槽109的液体处理装置100。另外，在实施方式1中，处理槽109不是必须的构成，只要具有反应槽111即可。
如图1所示，反应槽111内和处理槽109内充满被处理水110，以具备循环泵108的配管113连接。在反应槽111的1个壁配置贯通该壁的第2金属电极102以及第1金属电极104a，各个电极的一端侧位于反应槽111内。第1金属电极104a为圆柱状，另一端侧被保持块112保持，与气体提供装置105连接。气体提供装置105例如介由设于第1金属电极104a的另一端的贯通孔123a向在第1金属电极104a与绝缘体103间形成的空间124a提供气体114。第2金属电极102为圆柱状，一端侧与反应槽111内的被处理水110接触地配置。在第2金属电极102与第1金属电极104a间连接电源101，电源101施加电压。
[电极构成]
接下来说明本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的电极构成。
图2是表示本公开的实施方式1中的电极构成的截面图。如图2所示，第1金属电极104a在一端侧具备配置在反应槽111内的金属电极部121a，在另一端侧具备连接固定在保持块112并与电源101连接的金属螺杆部122a。另外，在与金属电极部121a间形成空间124a地设置绝缘体103，在绝缘体103设置使被处理水110中产生气泡106的开口部125。进而，金属螺杆部122a在外周设置螺纹部126，在内部设置贯通孔123a。
在第1金属电极104a中，也可以让金属电极部121a和金属螺杆部122a以不同的尺寸、由不同的材料的金属电极形成。在实施方式1中，作为一例，金属电极部121a为直径0.95mm，材料使用钨，金属螺杆部122a为直径3mm，材料使用铁。在此，金属电极部121a的直径只要是让等离子产生的直径即可，也可以为直径2mm以下。另外，金属电极部121a的材料并不限于钨，也可以使用其它耐等离子性的金属材料，虽然耐久性会变差，但也可以使用铜、铝、铁以及他们的合金。进而，也可以在金属电极部121a的表面的一部分进行通过添加导电性物质而具有1～30Ωcm的电阻率的氧化钇的喷镀。通过该氧化钇的喷镀，能得到电极寿命变长的效果。另一方面，金属螺杆部122a的直径并不限于3mm，只要其尺寸大于金属电极部121a的直径即可。金属螺杆部122a的材料是易于加工的金属材料，例如可以是在一般的螺杆中使用的材料的铜、锌、铝、锡以及黄铜等。第1金属电极104a例如能通过将金属电极部121a压入金属螺杆部122a而一体化形成。如此，通过在金属电极部121a的部分使用耐等离子性高的金属材料，在金属螺杆部122a使用易于加工的金属材料，能在具有耐等离子性的同时实现制造成本低、使特性稳定化的金属电极104a。
能在金属螺杆部122a设置通到气体提供装置105的贯通孔123a。贯通孔123a与空间124a相连，来自气体提供装置105的气体114介由贯通孔123a提供给空间124a。并且，由从该贯通孔123a提供的气体114覆盖金属电极部121a。在此，在贯通孔123a为1个的情况下，若如图2所示朝向金属电极部121a的重力方向从下侧提供气体114地在金属螺杆部122a设置贯通孔123a，则金属电极部121a易于被气体114覆盖。进而，若贯通孔123a的数量为2个以上，则有益于抑制在贯通孔123a的压损。另外，在实施方式1中贯通孔123a的直径例如为0.3mm。
也可以在金属螺杆部122a的外周设置螺纹部126。例如，若使金属螺杆部122a的外周的螺纹部126为外螺纹，则能通过在保持块112设置内螺纹的螺纹部127来螺合螺纹部126、127从而将第1金属电极104a固定在保持块112。另外，能通过使金属螺杆部122a旋转来正确地调整针对设于绝缘体103的开口部125的金属电极部121a的端面的位置。进而，通过让与电源101的连接固定也能用螺纹部126来螺合固定，能带来接触电阻的稳定化，并使特性稳定化。进而，还能使与气体提供装置105的连接可靠。这样的工夫在实用化时在防水对策、安全对策上非常有益。
在金属电极部121a的周围配置例如内径1mm的绝缘体103，在金属电极部121a与绝缘体103间形成空间124a。从气体提供装置105向空间124a提供气体114，由该气体114覆盖金属电极部121a。因此，不管电极的金属是否露出，金属电极部121a的外周的不与被处理水110直接接触。进而，在绝缘体103设置开口部125，开口部125具有在使反应槽内111的被处理水110中产生气泡106时决定气泡106的大小的功能。另外，在实施方式1中，在绝缘体103使用氧化铝陶瓷，但也可以使用氧化镁、石英或氧化钇。
绝缘体103的开口部125如图2所示那样设于绝缘体103的端面，但也可以设于绝缘体103的侧面。另外，开口部125也可以在绝缘体103设置多个。另外，实施方式1的开口部125的直径作为一例为1mm。
第2金属电极102并没有特别的制限，可以使用导电性的金属材料的例如铜、铝以及铁等形成。
作为气体提供装置105，例如能使用泵等。提供的气体114例如使用空气、He、Ar、或O2等。
电源101在第1金属电极104a与第2金属电极102间施加脉冲电压或交流电压。
作为处理槽109，例如能使用水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器、或餐具清洗器等。另外，处理槽109也可以为了防止触电而接地。
反应槽111例如也可以用具备循环泵108的配管113与处理槽109连接。反应槽111和处理槽109的容积例如为合计约600毫升(约600cm3)。被处理水110通过循环泵108在反应槽111内和处理槽109内循环。被处理水110的循环速度根据因等离子107的被分解物的速度和反应槽111的容积设定为合适的值。
根据上述构成，在从第1金属电极104a的贯通孔123a向以绝缘体103和第1金属电极104a的金属电极部121a形成的空间124a持续提供气体114的情况下，在被处理水110中形成气泡106。气泡106成为让其中的气体覆盖绝缘体103的开口部125的尺寸的柱状的气泡。因而，在实施方式1中，设于绝缘体103的开口部125具有使被处理液110中产生气泡106的功能。另外，通过使用气体提供装置105来合适地设定气体114的提供量，能使第1金属电极104a的金属电极部121a成为被气体114覆盖的状态。
另外，在本说明书中，所谓“金属电极部(或金属电极部的表面)不与液体(被处理水)直接接触”，是指金属电极部的表面不与反应槽内的作为大的块的液体接触。因此，例如在使金属电极部的表面被液体润湿的状态使气泡产生时，金属电极部的表面保持被液体润湿不变(即严格来讲在金属电极部的表面与液体接触的状态下)，虽然有时也会出现气泡内的气体覆盖该表面的状态，但该状态也包含在“金属电极部不与液体直接接触”状态中。
[动作]
接下来，说明本公开的实施方式1中的液体处理装置100的动作。
由气体提供装置105介由第1金属电极104a的贯通孔123a对在绝缘体103与第1金属电极104a的金属电极部121a间形成的空间124a提供气体114。气体114的流量例如为0.5升/min～2.0升/min。在被处理水110中如前述那样形成覆盖第1金属电极104a的金属电极部121a的柱状的气泡106。气泡106成为从绝缘体103的开口部125跨一定距离(图示的形态下为10mm以上)不中断的单一的大的气泡。即，通过气体114的提供，气体114流到第1金属电极104a的金属电极部121a与绝缘体103间的空间124a，第1金属电极104a的金属电极部121a成为被气体114覆盖的状态。
由电源101在第1金属电极104a与第2金属电极102间施加电压。在第1金属电极104a施加例如峰值电压4kV、脉冲宽度1μs、频率30kHz的脉冲电压。通过在第1金属电极104a与第2金属电极102间施加电压，从第1金属电极104a的金属电极部121a近旁使气泡106内产生等离子107。等离子107不仅在第1金属电极104a的前端部分的气泡106，还遍布内部的空间广泛生成。这是被处理水110隔着绝缘体103作为对置电极发挥作用的结果。这部分的效果下也会产生大量的离子，这有助于在被处理水110中的原子团的大量生成。即，如本公开那样，由于第1金属电极104a位于被处理水110的内部，因此产生大的效果。
另外，第1金属电极104a与第2金属电极102间的距离是任意的。例如不需要如专利文献1记载那样将电极间距离规定为1～50mm，比50mm更远也能生成等离子107。
进而，也不需要如专利文献1记载那样使第1金属电极104a和第2金属电极102对置。只要在反应槽111内让第2金属电极102的至少一部分是与被处理水110接触位置即可，配置第2金属电极102的位置不受到制约。如图1所示，处理槽109也可以接地。若处理槽109接地，则第2金属电极102等同于通过被处理水110接地。即，通过第2金属电极102与被处理水110接触，被处理水110整体成为同电位，气泡106与液体的界面部分作为电极发挥功能。其结果，通过导入气泡106而在第1金属电极104a近旁形成对置电极。然后，气泡106的容积越大等同于在被处理水110的液中形成越大面积的对置电极，对应于气泡106的大小等离子107也变大。另外，在仅使用反应槽111的情况下，使反应槽111的内壁接地。这是因为，在反应槽111由绝缘体形成的情况下即使设置外壁也不能使被处理水110接地。
另外，脉冲电压的频率也没有特别的制约，例如能通过施加1Hz～100kHz的脉冲电压来充分生成等离子107。频率越大则生成等离子107的累积时间就越长，因等离子107生成的电子、离子以及原子团的生成量也越增加。即，意味着使用这些生成粒子的被处理水110的处理能力得到提升。另一方面，关于电压，不仅取决于电源的能力，当然还取决于负载的阻抗的均衡。另外，若在施加脉冲电压时交替施加正的脉冲电压和负的脉冲电压，即所谓的双极脉冲电压，则还有延长电极的寿命的好处。在实施方式1中，使用例如具备在没有用负载的状态下能输出10kV的电压的能力的电源，在前述那样连接包含电极的负载的状态下，实际能施加4kV的电压。OH原子团的寿命极短，仅ESR法难以观测。
[效果(OH原子团产生)]
接下来说明本公开的实施方式1中的液体处理装置100的效果(OH原子团产生)。
图3是表示本公开的实施方式1中处理的水中的OH原子团用ESR法测定的结果的图。虽未图示，但通过等离子中的发光分光解析的数据，事前确认到生成了OH离子、H离子、O离子、N2离子。在实施方式1中，为了测定这些离子在被处理水110中成为怎样而使用ESR(Electron Spin Resonance，电子自旋共振)法来进行测定。图3特别表示OH离子在被处理水110中作为OH原子团存在这一情况。
在用ESR法来测定OH原子团的情况下，使用使OH原子团与被称作DMPO的自旋捕获剂偶合来进行测定的方法。根据该方法，被DMPO捕获的OH的寿命变长到ESR测定时间以上，能定量地测定OH原子团。
如图3所示，表示因超精细构造而分开的分裂幅度的超精细偶合常数a(N)和a(H)都为1.49mT，观测到1∶2∶2∶1这4条ESR光谱。在此，超精细偶合常数是能由ESR法测定的参数之一，能从测定的ESR光谱和超精细偶合常数获知原子团的存在。从图3所示的观测到的ESR光谱可知存在DMPO和OH原子团进行自旋捕获反应而生成的物质即DMPO-OH加合物。这明确表示了在等离子107中生成的OH离子在气泡106与被处理水110的界面与电子再偶合而成为OH原子团，在被处理水110中扩散，在水中存在OH原子团这一情况。在此对OH原子团的寿命进行了叙述。已知OH原子团的寿命非常短，一般认为在1μsec～1msec内消灭。但是，在图3得到表示在被处理水110中存在OH原子团这一情况的结果，意味着在本公开所涉及的液体处理装置100中产生了比过去所说的寿命更长寿命的OH原子团。在实施方式1中可知，在测定OH原子团的寿命时，OH原子团的寿命为10min程度。另外，实施方式1中的OH原子团的寿命在使等离子107产生后，一边变更从停止等离子107的产生起直到进行采样为止的时间一边进行测定。
另外，关系到OH原子团的寿命，考虑2种添加DMPO的方法。
一种方法是在被处理水110直接添加需要量的DMPO，在由等离子107对被处理水110进行一定时间处理后采集ESR测定所需要的量来测定OH原子团的方法。该方法的主要优点在于，由于即使OH原子团的寿命短在被处理水110中也有DMPO，因此若生成某一定量OH原子团就能测定OH原子团。但是，在实施方式1的情况下，有如下缺点：由于DMPO自身被等离子107分解，因此不能测定正确的OH原子团量；若被处理水110的量增加，则也不得不对应于此也增加DMPO的添加量。
另一个方法，是在由等离子107对被处理水110处理一定时间后采集ESR测定所需要的量来添加DMPO的方法。在该方法中有如下致命缺点：在OH原子团的寿命短的情况下，只要不准备特别的采样装置，若进行采集的时间变长则OH原子团会消灭，不能测定OH原子团。但是，具有的优点是，对于DMPO自身的分解和添加量的问题则不需要再担心。
图3所示的测定结果是用后者的方法在从被处理水110采集的水中添加DMPO来测定的结果。由于在后者的方法中也能充分进行OH原子团的测定，因此能由实施方式1所涉及的液体处理装置100生成长寿命的OH原子团、即原子团寿命为10min程度的OH原子团。
OH原子团的寿命变长这一情况，在液体处理装置100的设计中有非常大的效果。在将被处理水110的容积设为V、将水压设为P、将使被处理水110循环的循环泵108的流量设为Q时，为了处理容积V的被处理水110而需要的原子团的停留时间t写作t＝PV/Q。在此，原子团的停留时间t由于受到原子团的寿命的制约，因此其上限值成为原子团寿命。因此，根据上述式，意味着在现有的液体处理装置中，为了分解包含在被处理水中的细菌和有机物而使原子团分散在被处理水整体中，这需要大流量的循环泵。其结果，要么成本变高，或者实际需要的流量的泵根本不存在而不能作为装置实现。例如，若将V设为10升、使原子团寿命为1msec以下，则循环泵的流量成为600,000升/min以上，这样的循环泵要么非常高价，要么不存在。另一方面，若如实施方式1那样原子团寿命成为10min程度，则循环泵108的流量成为1升/min，能得到能如实施方式1那样实现的循环泵的流量。
[效果(分解速度)]
接下来说明本公开的实施方式1所涉及的液体处理装置100的分解速度。
在实施方式1中，为了测定液体处理装置100的分解速度，作为被处理液体的模型使用靛蓝胭脂红(亚甲蓝，methylene blue)水溶液。靛蓝胭脂红是水溶性的有机物，屡次作为污水处理的模型而使用。在实施方式1中使用的靛蓝胭脂红水溶液的浓度为约10mg/升，被处理水110的体积为600毫升。
如前述那样，在实施方式1中，在被处理水110中生成OH原子团。OH原子团作用于靛蓝胭脂红，通过切断分子内的偶合来分解靛蓝胭脂红分子。OH原子团的氧化电位如一般已知的那样为2.81eV，大于臭氧、过氧化氢以及氯的氧化电位。因而，OH原子团并不限于靛蓝胭脂红，还能分解诸多有机物。
靛蓝胭脂红分子的分解程度能通过水溶液的吸光度来评价。在靛蓝胭脂红分子分解时，靛蓝胭脂红水溶液的蓝色会消色，在完全分解时成为透明，这是一般公知的。这是因为，基于存在于靛蓝胭脂红分子中的碳的双重偶合(C＝C)的吸收波长为608.2nm，由于靛蓝胭脂红分子分解而C＝C的偶合裂分，不再吸收608.2nm的光。因而，靛蓝胭脂红分子的分解的程度通过使用紫外可见光分光光度计测定608.2nm的波长的光的吸光度来进行。但是，OH原子团的寿命短这一情况是不能有效果地活用OH原子团的大的理由。
图4是表示测定本公开的实施方式1中的相对于处理时间的靛蓝胭脂红水溶液的分解量的结果的图。分解量测定靛蓝胭脂红的量与吸光度的关系来求取。在图4中，用白方块表示由实施方式1所涉及的液体处理装置100的测定的结果，用黑方块表示比较例的液体处理装置测定的结果。在此对比较例的液体处理装置的构成进行叙述。比较例的液体处理装置在第1金属电极使用外径1.95mm的圆筒状的钨制的电极。第1金属电极的外周被由氧化铝陶瓷构成的绝缘体覆盖，第1金属电极和第2金属电极对置配置。另外，在比较例的液体处理装置中，使用瞬间沸腾现象来生成等离子。另外，在实施方式1以及比较例中，提供给第1金属电极的电力都是7W。
如图4所示，在实施方式1所涉及的液体处理装置100中，能在25分钟程度将靛蓝胭脂红水溶液大致完全分解。这通过效率良好地生成OH原子团而实现。另一方面，在比较例的液体处理装置中，大致完全分解靛蓝胭脂红水溶液要花费400分钟程度的时间。如此，根据实施方式1所涉及的液体处理装置100，由于能效率良好地使等离子107产生，能生成长寿命的OH原子团，因此能在短时间内进行液体的处理。
另外，对于比较例的液体处理装置的情况下的靛蓝胭脂红的分解，如下那样地考虑。比较例的圆筒电极的直径为1.95mm，与实施方式1相比要大，由于与此相伴电场强度较低，因此等离子的稳定性差，总共的等离子生成时间变短。其结果，认为OH离子进而OH原子团的浓度变低，脱色速度变慢。
另外，虽未图示，但在不使用气体提供装置105、使第1金属电极104a和第2电极102对置来浸入被处理水110中、使用瞬间沸腾现象来生成等离子的情况下，靛蓝胭脂红水溶液的分解速度变慢。认为这是因为由于不使用气体114因此不能形成长寿命的OH原子团。
在实施方式1中，从气体提供装置105介由第1金属电极104a的贯通孔123a向第1金属电极104a与绝缘体103间的空间124a以比较大的流量持续提供气体114。通过大量的气体114的提供，第1金属电极104a的金属电极部121a被气体114覆盖，第1金属电极104a的金属电极部121a不再与被处理水110直接接触。其结果，在第1金属电极104a的金属电极部121a的前端部分生成稳定的等离子107。另外，从绝缘体103的开口部125产生的连续的气泡106的一部分在被处理水110中因浮力而被切断，但成为在该切断的微小气泡中包藏等离子107的状态。认为在该微小气泡中包藏等离子107的状态有助于效果。即，认为等离子107中的OH离子在水中作为OH原子团而溶出，但由于是微小气泡，因此成为捕获了OH原子团的状态，大幅延长OH原子团的寿命。
如此，根据实施方式1所涉及的液体处理装置100，能抑制制造成本，并能效率良好地使等离子107产生。其结果，通过能在被处理水110中生成长寿命的OH原子团，能在短时间内进行液体的处理。
(实施方式2)
使用图5来说明本公开的实施方式2所涉及的液体处理装置100。在实施方式2中，电极构成与实施方式1不同。其它构成都与实施方式1相同。
[电极构成2]
说明本公开的实施方式2所涉及的液体处理装置100的电极构成。
图5是表示本公开的实施方式2中的电极构成的截面图。在实施方式1中的电极构造中，由于贯通孔123a和第1金属电极104a与绝缘体103间的空间124a(例如0.5mm程度的间隙)连结，因此需要使贯通孔123a的直径较小(例如0.3mm)，可能会提高加工贯通孔123a的成本。为此，说明能使贯通孔较大的情况下的实施方式2所涉及的电极构成。
在实施方式2中，为了使贯通孔123b较大，取代实施方式1的金属电极部121a而使用具有开口端的中空状的第1金属电极104b。实施方式2的中空状的第1金属电极104b作为一例使用外径0.99mm的钨制的线圈状电极部121b。另外，作为实施方式2中的中空状的第1金属电极104b并不限于线圈状。如图5所示，在实施方式2中，在金属螺杆部122b的轴中心部分设置例如直径1mm大的贯通孔123b，使其与形成在线圈状电极部121b的中空部的空间124b连结。另外，线圈状电极部121b与金属螺杆部122b的连接，例如能螺合在设于贯通孔123b的内侧螺纹部128来连接。
通过上述构成，在实施方式2中能使贯通孔123b的直径较大，能抑制第1金属电极104b的制造成本提高。
另外，如图5所示，在实施方式2中绝缘体103也配置在线圈状电极部121b的外侧，但在实施方式2中绝缘体103也可以与线圈状电极部121b的侧面部接触地配置。
若从金属螺杆部122b的贯通孔123b导入气体114，则气体114提供给线圈状电极部121b的中空部的空间124b，线圈状电极部121b被气体114覆盖。然后，通过该气体114从绝缘体103的开口部125向被处理水110中产生气泡106。另外，该气泡106中的气体覆盖线圈状电极部121b的端部。在此气泡106的大小也由绝缘体103的开口部125决定，这与实施方式1相同。
[效果(分解速度)2]
接下来说明本公开的实施方式2所涉及的液体处理装置100的效果(分解速度)。
图6是表示测定本公开的实施方式2中的相对于处理时间的靛蓝胭脂红水溶液的分解量的结果的图。分解量与实施方式1相同地测定靛蓝胭脂红的量与吸光度的关系来求取。在图6中，用白圆表示实施方式2所涉及的液体处理装置100测定的结果，用黑方块表示比较例的液体处理装置测定的结果。另外，比较例的液体处理装置的构成与实施方式1所述的构成相同。根据实施方式2，约10mg/L的靛蓝胭脂红完全分解的时间为约25分钟程度，与实施方式1相同程度。如此，根据实施方式2中的液体处理装置100，能抑制制造成本，并效率良好地使等离子107产生，由此能在短期间内进行液体的处理。
接下来，说明实施方式1以及2的相对于使第1金属电极104a、104b从绝缘体103的开口部125的端面向内侧后退的距离d的靛蓝胭脂红水溶液的分解速度。
图7是表示本公开的实施方式1以及2中的使第1金属电极104从绝缘体103的开口部125的端面向内侧后退的距离(后退量)d的图。另外，图7中的标号104表示实施方式1以及2的第1金属电极104a、104b。在图7中定义了实施方式1的后退量d，但实施方式2的后退量d也是同样的定义。图8是表示本公开的实施方式1以及2中的相对于使第1金属电极104从绝缘体103的开口部125的端面向内侧后退的距离(后退量)d的靛蓝胭脂红水溶液的分解速度的图。在图8中，用白方块表示实施方式1所涉及的液体处理装置100的测定的结果，用白圆表示实施方式2所涉及的液体处理装置测定的结果。
如图8所示，实施方式1以及2都是在使第1金属电极104从绝缘体103的开口部125的端面向内侧后退时，在后退量d大于0不足7mm的范围内靛蓝胭脂红水溶液的分解速度变快。另外，在后退量d为3～5mm的范围内具有靛蓝胭脂红水溶液的分解速度成为最大的区域。因此，第1金属电极104的后退量d优选大于0不足7mm的范围，更优选3～5mm的范围。
另外，如图8所示，以后退量d为3mm～5mm的范围为边界分解速度变小。即，在以后退量d为3～5mm的范围为边界后退量d小的区域(后退量d为0～3mm的区域)和大的区域(后退量d为5～7mm的区域)曲线成为非对称。认为这意味着在后退量d小的区域和大的区域，处于支配地位的机制不同。在后退量d小的区域中，若使后退量d较大则第1金属电极104难以与被处理水110接触，电压的损耗变小，由此放电稳定。其结果，靛蓝胭脂红水溶液的分解速度变快。另一方面，在后退量d大的区域中，若使后退量d较大则第1金属电极104与气液界面的距离变大，放电难以开始，不再稳定。其结果，最终变得不再生成等离子107。在此，第1金属电极104与气液界面的距离相当于电极间距离，若后退量d变大则电极间距离变长，在电压恒定的情况下意味着电场强度变小。即，若后退量d变得过大，则会因难以进行绝缘破坏而放电变得不稳定。由此，认为靛蓝胭脂红水溶液的分解速度变慢。
另外，在后退量d小的区域，由水润湿而导致的电压损耗所引起的靛蓝胭脂红的分解速度的变化相对于后退量d缓和。与此相对，在后退量d大的区域，由遵循帕邢法则的电场强度的降低所引起的靛蓝胭脂红的分解速度的变化相对陡峭。因此，在后退量d大的区域设定第1金属电极104的情况下，需要使后退量d的调整精度高于在后退量d小的区域设定的精度。若该精度较低，则存在靛蓝胭脂红的分解速度的偏差变大的可能性。例如，后退量d大的区域的调整精度优选比后退量d小的区域的调整精度提升至少30％程度，更优选提升到10倍的精度。
(实施方式3)
使用图9来说明本公开的实施方式3所涉及的液体处理装置100。在实施方式3中，电极构成与实施方式1不同。其它构成都与实施方式1相同。
[电极构成3]
说明本公开的实施方式3所涉及的液体处理装置100的电极构成。
通过泊松式可知，若将使气泡106产生的绝缘体103的开口部125的直径设得较小，则电场强度与直径的平方成反比地变强。因而，为了使电场强度较大，需要使绝缘体103的开口部125的直径较小。在实施方式1以及2中，由于将开口部125设置在绝缘体103的端面，因此在使开口部125的直径较小时，需要配合其同时使第1金属电极104a、104b的金属电极部121a或线圈状电极部121b的直径也较小。使金属电极部121a以及线圈状电极部121b的直径较小会产生制作变得困难并且在小的直径的金属的前端部放电变强、电极的磨损变大这样的问题。为此，说明不管金属电极部121a以及线圈状电极部121b的直径如何，都能独立变更绝缘体103的开口部125的直径的实施方式3所涉及的液体处理装置100。
图9是表示本公开的实施方式3中的电极构成的截面图。如图9所示，在第1金属电极104c的金属电极部121c的外周形成空间124c地设置绝缘体103，在绝缘体103的侧面设置使被处理水110中产生气泡106的第1开口部125a。进而，在绝缘体103的端面设置与气体提供装置105连接的第2开口部125b。并且，在第2开口部125b中，从气体提供装置105向空间124c提供气体114。在此，也可以为了连接第2开口部125b和气体提供装置105而在第2开口部125b的内侧设置第2绝缘体129。通过从气体提供装置105将气体114持续提供给空间124c，气体114覆盖第1金属电极104c的金属电极部121c的外周。然后，通过该气体114从第1开口部125a向被处理水110中使气泡106产生。气泡106的大小由第1开口部125a决定，这一点与实施方式1以及2相同。另外，在本实施方式3中，作为一例，第1金属电极104c的金属电极部121c的钨制的直径1.95mm的电极，金属螺杆部122c为直径3mm，材料使用铁。另外，作为一例，绝缘体103使用内径3mm的氧化铝陶瓷的绝缘体。由此第1金属电极104c与绝缘体103间的空间124c例如具有0.5mm程度的间隙。
通过上述构成，在实施方式3所涉及的液体处理装置100中，不管第1金属电极104c的金属电极部121c的直径如何，都能独立决定第1开口部125a的直径。其结果，能使第1开口部125a的直径较小来使电场强度较大。因此，根据实施方式3所涉及的液体处理装置100，通过使第1开口部125a的直径较小来提升电场强度，能在第1开口部125a附近从第1金属电极104c的金属电极部121c向气泡106内使更稳定的等离子107产生。由此，能在被处理水110中放出大量的OH原子团。另外，在实施方式3中，由于能使气体114的导入路径从第1金属电极104c分离，因此不需要设置贯通孔，能抑制制造成本。
[效果(分解速度)3]
图10是表示测定本公开的实施方式3中的靛蓝胭脂红水溶液的分解量相对于处理时间的结果的图。分解量与实施方式1相同，都是测定靛蓝胭脂红的量与吸光度的关系来求取。在图10中，用白三角表示实施方式3所涉及的液体处理装置100测定的结果。另外，用黑方块表示比较例的液体处理装置测定的结果。另外，本实施方式3的绝缘体103的第1开口部125a的直径作为一例设为0.7mm。比较例的液体处理装置的构成与在实施方式1的测定中使用的构成相同。根据实施方式3所涉及的液体处理装置100，约10mg/L的靛蓝胭脂红完全分解的时间为约17分钟程度，与实施方式1以及2相比分解速度变快。这是因为，相对于实施方式1以及2的开口部125的直径为1mm，实施方式3的第1开口部125a的直径小到0.7mm。即，实施方式3所涉及的液体处理装置100的第1开口部125a中的电场强度比实施方式1以及2大2倍程度。由此，认为等离子107更稳定，进而等离子密度变大，OH原子团的量增加。因而，在实施方式3中的液体处理装置100中，由于能效率良好地使等离子107产生，能在被处理水110中生成长寿命的OH原子团，因此能在短期间内进行液体的处理。
图11是表示本公开的实施方式3中靛蓝胭脂红水溶液的分解速度相对于第1开口部125a的直径的的依赖性的图。在图11中，用黑菱形表示实施方式3的相对于第1开口部125a的直径的分解速度的测定结果。如图11所示，在绝缘体103的第1开口部125a的直径为0.3～2mm的范围时靛蓝胭脂红的分解速度变快，在0.5mm～0.7mm的范围内具有靛蓝胭脂红的分解速度成为最大的区域。由于在第1开口部125a的直径变小时，电场强度与直径的平方成反比地变大，因此等离子生成稳定化，靛蓝胭脂红的分解速度变快。但是，在以分解速度的最大值(0.5～0.7mm的范围)为边界进一步使直径小时，靛蓝胭脂红的分解速度变慢。这是因为等离子的体积成为决定分解速度的因素。即，认为在第1开口部125a的直径变小时气泡106变小，在等离子中生成的OH离子的数密度变小，因而靛蓝胭脂红的分解速度变慢。由于气泡的体积与开口直径的立方成正比地变小，因此以最大值为边界靛蓝胭脂红的分解速度急剧变慢。根据以上，绝缘体103的第1开口径125a的直径优选为0.3～2mm的范围，更优选为0.5mm～0.7mm的范围。在实施方式3所涉及的液体处理装置100中，若第1开口部125a的直径为上述范围内，则能高效率地使等离子107产生，能生成长寿命的OH原子团。
另外，在本公开中，还包含适宜组合前述的各种实施方式中的任意实施方式的构成，能起到各个实施方式所具有的效果。
产业上的利用可能性
本公开所涉及的液体处理装置由于能稳定且高效率地生成长寿命的OH原子团，因此作为污水处理等的水净化装置等有用。
标号的说明
100 液体处理装置
101 脉冲电源
102 第2金属电极
103 绝缘体
104、104a、104b、104c 第1金属电极
105 气体提供装置
106 气泡
107 等离子
108 循环泵
109 处理槽
110 被处理水
111 反应槽
112 保持块
113 配管
114 气体
121a、121c 金属电极部
121b 线圈状电极部
122a、122b、122c 金属螺杆部
123a、123b 贯通孔
124a、124b、124c 空间
125 开口部
125a 第1开口部
125b 第2开口部
126、127 螺纹部
128 内侧螺纹部
129 第2绝缘体

Claims (18)

1.一种液体处理装置，具备：
至少一部分配置在被处理水内的第1金属电极；
在所述被处理水内，至少一部分被配置为与所述被处理水接触的第2金属电极；
隔着空间包围位于所述被处理水内的所述第1金属电极的外周地设置，且具备针对所述被处理水而设的开口部的绝缘体；
将气体提供给所述空间的气体提供装置；和
在所述第1金属电极与所述第2金属电极间施加电压的电源，
通过由所述气体提供装置将气体提供给所述空间，使得从所述空间直到所述开口部的外侧连续、且覆盖位于所述被处理水内的所述第1金属电极的外周表面的气泡在所述被处理水中产生，并在产生了所述气泡的状态下，由所述电源对所述第1金属电极与所述第2金属电极之间施加电压，在所述第1金属电极与由所述气泡形成的气液界面之间产生电位差来在所述气泡内直到所述开口部的外侧产生等离子体。
2.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中：
所述第1金属电极，是具有开口端的中空状的金属电极。
3.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
所述第1金属电极的配置在所述被处理水内的电极为线圈状。
4.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
在所述绝缘体设置多个所述开口部。
5.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
所述第1金属电极连接配置在所述被处理水内的一端侧的部分、和与所述电源连接的另一端侧的部分这至少2个部分而构成。
6.根据权利要求5所述的液体处理装置，其中，
所述第1金属电极是所述一端侧的部分和所述另一端侧的部分由不同的材料构成的金属电极。
7.根据权利要求5所述的液体处理装置，其中，
在所述第1金属电极的所述另一端侧的部分设置螺纹部。
8.根据权利要求5所述的液体处理装置，其中，
在所述第1金属电极的所述另一端侧的部分设置连结所述气体提供装置和所述空间的贯通孔。
9.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
所述第1金属电极在所述绝缘体的所述开口部的内侧，位于后退大于0mm不足7mm的位置。
10.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
所述绝缘体除了使所述被处理水产生所述气泡的第1开口部以外，还具备与所述气体提供装置连接的第2开口部。
11.根据权利要求10所述的液体处理装置，其中，
所述绝缘体的所述第1开口部的直径为0.3mm～2mm的范围。
12.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
所述液体处理装置还具备：配置所述第1金属电极和所述第2金属电极的反应槽。
13.根据权利要求12所述的液体处理装置，其中，
所述反应槽的内壁接地。
14.根据权利要求12所述的液体处理装置，其中，
所述液体处理装置还具备：用循环泵以及配管与所述反应槽连接的处理槽。
15.根据权利要求14所述的液体处理装置，其中，
所述处理槽是水净化装置、空调机、加湿器、洗衣机、电动剃须刀清洗器或餐具清洗器。
16.根据权利要求14所述的液体处理装置，其中，
所述处理槽接地。
17.根据权利要求1所述的液体处理装置，其中，
由所述电源施加电压来在所述第1金属电极与所述第2金属电极间放电，使所述气泡内产生等离子来处理液体。
18.一种液体处理方法，包括：
将第1金属电极的至少一部分配置在被处理水内的步骤；
将第2金属电极的至少一部分，按照在所述被处理水内与所述被处理水接触的方式进行配置的步骤；
在所述被处理水内，配置隔着空间包围所述第1金属电极的外周、并具备针对所述被处理水而设的开口部的绝缘体的步骤；
通过将气体提供给所述空间，使得从所述空间直到所述开口部的外侧连续、且覆盖位于所述被处理水内的所述第1金属电极的外周表面的气泡在所述被处理水中产生的步骤；和
在产生了所述气泡的状态下，对所述第1金属电极与所述第2金属电极之间施加电压的步骤，
在所述第1金属电极与由所述气泡形成的气液界面之间产生电位差来在所述气泡内直到所述开口部的外侧产生等离子体。
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