JP2007207540A

JP2007207540A - 液中プラズマ発生方法、液中プラズマ発生装置、被処理液浄化装置及びイオン液体供給装置

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Publication number: JP2007207540A
Application number: JP2006024084A
Authority: JP
Inventors: Yoshimi Nishimura; 芳実西村; Shigeji Hishida; 茂二菱田
Original assignee: KURITA SEISAKUSHO KK; Kurita Seisakusho Corp
Current assignee: KURITA SEISAKUSHO KK; Kurita Seisakusho Corp
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-16
Anticipated expiration: 2026-02-01
Also published as: JP5295485B2

Abstract

【目的】液中に形成された気泡内にプラズマを発生させ、液中に活性イオン種を浸透拡散させる液中プラズマ発生方法及び液中プラズマ発生装置を提供する。
【構成】少なくとも一方が高電圧絶縁部６ｂと１つ以上の突出部を有する高電圧電極６からなる電極対を液体１４に浸漬し、この電極対間に高繰り返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極６近傍の液体をジュール加熱するとともに連続的又は断続的に沸騰気化させ、この気化泡により前記高電圧電極６の突出部先端６ｃを少なくとも包囲する気化泡領域２８を形成し、前記高電圧パルス２６による前記気化泡内の高電圧絶縁破壊放電により前記気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンを形成し、このプラズマ中のイオン種を前記液体１４中に浸透拡散させることを特徴とする液中プラズマ発生方法及び液中プラズマ発生装置２である。
【選択図】図１

Description

本発明は、液中に気泡を形成された気泡内にプラズマを発生させる液中プラズマ発生方法及び液中プラズマ発生装置に関し、更に詳細には、前記プラズマにより液中に活性イオン種を過剰に浸透拡散させ、この活性イオン種により被分解物（有害物質、菌、微生物、染料など）を分解・殺菌・脱色する液中プラズマ発生方法、液中プラズマ発生装置、被処理液浄化装置及びイオン液体供給装置に関する。

従来の被処理液浄化装置には、微生物による活性汚泥処理法と共に水中放電を利用した排水処理法が下水道処理施設、屎尿処理施設、工場排水処理施設、畜産排水処理施設、湖水浄化施設などに用いられている。上記の活性汚泥処理法による生物処理では除去できない物質や微生物が存在し、脱臭、脱色、殺菌や汚染物質を高効率に処理する方法として、処理能力の高い水中放電を利用した被処理液浄化方法の性能向上が要求されている。水中放電を利用した被処理液浄化方法として、特開昭６１−１３４８４号公報（特許文献１）には、下水・屎尿等の生活排水に高電圧を印加して大腸菌を死滅させる被処理液浄化方法が示されている。

図１６は、従来の高電圧を用いた被処理液浄化装置の概略構成図であり、上記特許文献１に記載される被処理液浄化方法に用いられている。単相交流１２０のＡＣ１００Ｖが電磁開閉器１０３を介して昇圧トランス１２２に結線し、昇圧した二次側の高電圧端子１１３は電極１０６に接続されている。昇圧時の電位差１２６は最高で６０００Ｖになるよう設定されている。絶縁性と剛性を有するトラフ１０４の内面に板状体１０８を接合して凸板１０７を設ける。接地側端子１１０はアースされると共に板状体１０８に接続されている。供給される被処理液１１４は、前記板状体１０８の内面空間に充満状態となり、前記電極１０６と板状体１０８は、前記被処理液１１４が接するように配設されている。この被処理液１１４を供給しながら、前記電磁開閉器１０３を閉じて電位差１２６が生じると、同時に電極１０６と板状体１０８及び凸板１０７間に電位差が生じ、瞬時に被処理液１１４中に存在している大腸菌群を殺菌することができる。

更に、従来の直流電源を具備するイオン液体供給装置では、飲用水や消毒液等に混合されるアルカリイオン水や酸性イオン水を生成する場合、直流電圧が印加される電極対により水をイオンに分離する。従って、特開平６−２２６２５９号公報（特許文献２）に記載されるように、水に乳酸カルシウムや食塩等を溶解させて高い導電性を付与する必要があった。また、直流電圧を印加しながら正負のイオンを生成し、分離容器内にイオン透過性隔膜を配設してイオンの分離を保持する必要性があった。
特開昭６１−１３６４８４号公報特開平６−２２６２５９号公報

図１６に示すような従来の水中放電型の被処理液浄化装置では、前記大腸菌群を殺菌する電流を被処理水１１４中に導通させるために平面電極間に利用され、この平面電極間（電極１０６、板状体１０８、凸板１０７）に電圧が印加されるから、前記電磁開閉器１０３により非常に高い電位差を生じさせる必要があった。従って、消費電力量を増大させ、エネルギー効率を著しく低減させていた。更に、電流の導通により大腸菌などの一部の菌を殺菌できたとしても、種種の汚染物質や雑菌等を分解・殺菌することは非常に困難であった。

更に、上水道や下水道に限らず、屎尿処理、畜産排水処理、工場排水処理などにおいて、被処理液中に溶解する汚水の色素や染料などを効率的に分解・脱色することは困難であった。また、このような問題を解決する方法として、脱色、脱臭、殺菌作用を有するオゾン処理法等を併用することも考えられるが、残存オゾンを２次処理して除去する必要性があり、被処理液の浄化コストを増大させる方法であった。

更に、前述のように、特許文献２に記載されるような従来のイオン液体供給装置では、水に乳酸カルシウムや食塩等を溶解させて高い導電性を付与し、分離容器内にイオン透過性隔膜を配設するイオンの分離を保持する必要性があり、アルカリイオン水や酸性イオン水の生成コストや簡便さを著しく低減させていた。

本発明の目的は、液中に気泡を形成し、この気泡内にプラズマを発生させて、このプラズマにより液中に活性イオン種を過剰に浸透拡散させ、この活性イオン種により被分解物（有害物質、菌、微生物、染料など）を分解・殺菌・脱色する液中プラズマ発生方法、液中プラズマ発生装置、被処理液浄化装置及びイオン液体供給装置を提供することである。

本発明は、上記課題を解決するために提案されたものであって、本発明の第１の形態は、少なくとも一方が高電圧絶縁部と１つ以上の突出部が形成された高電圧電極からなる電極対を液体に浸漬し、この電極対間に高繰り返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極近傍の液体をジュール加熱するとともに連続的又は断続的に沸騰気化させ、この気化泡により前記高電圧電極の突出部先端を少なくとも包囲する気化泡領域を形成し、前記高電圧パルスによる前記気化泡内の高電圧絶縁破壊放電により前記気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンを形成し、このプラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させる液中プラズマ発生方法である。

本発明の第２の形態は、前記第１の形態において、前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であり、前記針状電極の先端部を少なくとも包囲する気化泡領域を形成する液中プラズマ発生方法である。

本発明の第３の形態は、前記第１又は第２の形態において、前記プラズマ中のイオン種を前記液体中に過剰に浸透拡散させて前記液体を活性イオン種液とする液中プラズマ発生方法である。

本発明の第４の形態は、前記第１〜第３の形態において、前記高電圧電極又はこの高電圧電極の周辺部に設けられたガス供給口からイオン種源となる１種以上のガスを供給し、前記気化泡内に混和させて気化物と同時に電離させ、前記イオン種と前記供給ガスが電離して形成された付加イオン種を液体中に過剰に浸透拡散させて前記液体を活性イオン種液とし、前記プラズマ中に付加イオン種を補助的に混合させる液中プラズマ発生方法である。

本発明の第５の形態は、前記第１〜第４のいずれかの形態において、前記液体は被分解物が混合状態にある液体であり、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記被分解物を分解する液中プラズマ発生方法である。

本発明の第６の形態は、前記第１〜第４のいずれかの形態において、前記液体は２種類以上の混合状態にある液体であり、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記混合状態の液体間の化学反応を促進する液中プラズマ発生方法である。

本発明の第７の形態は、前記第１〜第４のいずれかの形態において、前記液体が飲用水又はその原水であり、前記プラズマ中のイオン種がＨ^＋及びＯＨ⁻又はこれらのイオン種及び補助的に供給されたガスの電離による付加イオン種であり、これらのイオン種を過剰に浸透拡散させることにより前記水に含有される被分解物（菌、微生物など）を分解及び／又は殺菌して前記水を浄化する液中プラズマ発生方法である。

本発明の第８の形態は、前記第５の形態において、前記被分解物が混合状態にある液体が下水、廃液又は汚水である液中プラズマ発生方法である。

本発明の第９の形態は、前記第５の形態において、前記被分解物が色素であり、この色素を分解して脱色させる液中プラズマ発生方法である。

本発明の第１０の形態は、前記第３の形態において、前記イオン種を過剰に浸透拡散なされた活性液を、さらに直流電圧が印加された電極間に流通させ、この流通過程で陽イオンを陰極側に、陰イオンを陽極側に分離して、各電極側の液体を分離回収することにより陰イオンリッチ又は陽イオンリッチなイオン液体を形成する液中プラズマ発生方法である。

本発明の第１１の形態は、液体を流通又は保持する容器と、液体中に配設された１つ以上の電極対と、前記電極対に連続的な高電圧パルスを印加する電圧印加手段から少なくとも構成され、前記電極対の少なくとも一方は１つ以上の突出部と高電圧絶縁部を有し、前記電圧印加手段によって前記電極間に高繰返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極近傍の液体をジュール加熱するとともに連続的又は断続的に沸騰気化させ、この気化泡により前記高電圧電極の突出部先端を少なくとも包囲する気化泡領域を形成し、前記高電圧パルスによる前記気化泡内の高電圧絶縁破壊放電により前記気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンを形成し、このプラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させる液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１２の形態は、前記第１１の形態において、前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であり、この針状電極が前記容器内部の液中に突出して配設される液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１３の形態は、前記第１１又は第１２の形態において、前記高電圧電極部又はこの高電圧電極部周辺部位からガスを供給する供給装置と、気化泡内に混和させ気化物と同時に電離させるための高電圧パルスを電極対に印加する手段が設けられ、前記液中に付加イオン種を補助的に混入させる液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１４の形態は、前記第１１〜第１３のいずれかの形態において、前記電極対の接地電極が前記容器の一部又は全部を構成する導電性容器又は導電性パイプである液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１５の形態は、前記第１１〜第１３のいずれかの形態において、前記電極対の接地電極が前記容器内に配設された板状電極であり、この板状電極が前記液体に接触して配設される液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１６の形態は、前記第１１〜第１５のいずれかの形態において、前記容器中に前記液体の流通方向に沿って前記電極対が複数配列される液中プラズマ発生装置である。

本発明の第１７の形態は、前記第１１〜１６のいずれかの形態の液中プラズマ発生装置と、被分解物を含有する被処理液を供給する被処理液供給手段から構成され、前記液中イオン種が前記被分解物の分解、殺菌及び脱色のうち１つ以上の作用を有し、この被分解物を改質及び／又は除去する被処理液浄化装置である。

本発明の第１８の形態は、前記第１７の形態において、前記被処理液が飲用水、その原水、下水、廃液又は汚水である被処理液浄化装置である。

本発明の第１９の形態は、前記第１１〜第１７のいずれかの形態の液中プラズマ発生装置と、イオン分離手段から構成され、イオン分離手段は、前記液体を流通させる流路と、この流路の両側面に配設された少なくとも１対の電極対と、この電極対に直流電圧を印加する電源から構成され、前記電極対の負電圧電極方に陽イオンリッチまた、正電圧電極方は陰イオンリッチなイオン液体を分離して回収するイオン液体供給装置である。

本発明の第１の形態によれば、少なくとも一方が高電圧絶縁部と１つ以上の突出部が形成された高電圧電極からなる電極対を液体に浸漬し、この電極対間に高繰り返しの高電圧パルスを印加するから、前記突出部先端に電界を集中させることができ、前記高電圧電極近傍の液体を高効率にジュール加熱することができる。更に、電極対に高電圧パルスを印加して前記液体を沸騰気化させることにより所望量の気化泡を発生させることができ、この気化泡の成長及び／又は集合によって好適な大きさの気化泡領域を形成することができる。即ち、前記気化泡領域は、複数の気化泡及び／又は所定の大きさに成長した気化泡から形成される。前記電極対に高電圧パルスを印加すると、導電性を有する又は比較的低抵抗の液体に対して、絶縁性の気化泡領域では、その上端部から高電圧電極に亘って高勾配の高い電位差が生じる。従って、高電圧パルスによる気化泡領域内の高電圧絶縁破壊放電により前記気化物が電離（プラズマ化）してプラズマ又はこのプラズマに含まれるイオン種を持続的に発生させることができる。前記イオン種を液体中に浸透拡散（溶解及び／又は拡散）させ、所望の活性イオン種液を提供することができる。前記気化胞領域内におけるイオン種の生成及び液体への溶解・拡散と、正負のイオン種の結合（中性化）及び気化分子の液化とが平衡状態となり、プラズマの発生が好適に行われる程度の気化胞領域を保持させる。更に、高電圧パルスの繰返周波数が適切な電力で印加され、十分に前記気化泡とイオン種を生成することができれば、前記液体は容器内を流通させても良く、連続的かつ大量に高効率な処理を望める。
更に、本発明に係る液中プラズマ発生方法によれば、前記プラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させ、種々のイオン種液を生成することができ、印加される高電圧パルスを調整して、連続的又は断続的に前記液体を沸騰気化させることにより、所定のイオン濃度を有するイオン種液を供給することができる。上記液体としては、導電性の溶液であれば種々の溶液を用いることができ、導電性が付与された水、アルコール類、フェノール類、カルボン酸類若しくはこれらの誘導体などが混合・溶解した溶液又は導電性を付与するイオン等を含有する種々の溶液を供給して、プラズマを発生させることができる。その他には、アンモニア水、石灰水、水酸化ナトリウム水溶液、重曹水などのアルカリ性水溶液を上記液体として供給することができ、これらの液体は、前記電極対が浸漬するように前記容器内に充填される。また、上水道や下水道に限らず、屎尿、畜産排水、工場排水などを前記容器に供給して、これらの被処理液を浄化することができる。

本発明の第２の形態によれば、前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であるから、この針状電極の先端部により高密度に電界を集中させることができ、前記針状電極からなる高電圧電極近傍の液体を高効率にジュール加熱することができる。従って、前記針状電極の先端部少なくとも包囲する好適な気化泡領域を形成することができ、高電圧電界で気化泡領域内をプラズマ化し、所望のイオン種を持続的に供給することができる。
更に、前記電極対の接地側電極及び高電圧電極の両方を前記針状電極で構成することができ、液体中に浸漬する前記針状電極間の両先端部に好適な気化泡領域を構成できると共に、この気化泡領域内に高い電界勾配を発生させることができ、前記気化泡領域におけるプラズマ化を容易に行うことができる。

本発明の第３の形態によれば、前記プラズマ中のイオン種を前記液体中に過剰に浸透拡散させて前記液体から種々の活性イオン種液を生成できるから、飲用水や下水道の浄化に限らず、屎尿処理、畜産排水処理、工場排水処理などにおいて利用できる高い処理能力を有する活性イオン種液を供給することができる。また、容器内に供給される液体により、目的に応じて前記イオン種が液体中に過剰に浸透拡散した種々の活性イオン種液を生成することができる。また、前記ジュール熱により沸騰気化し、気化泡領域を形成することにより電離（プラズマ化）して分解させることも可能である。

本発明の第４の形態によれば、前記高電圧電極又はこの高電圧電極の周辺部に設けられたガス供給口からイオン種源となる１種以上のガスを供給し、前記気化泡内に混和させて気化物と同時に電離させることができる。即ち、前記気化泡から形成されるイオン種に付加イオン種を補助的に混合することができる。従って、前記イオン種と前記供給ガスが電離して形成された付加イオン種を液体中に過剰に浸透拡散させて活性イオン種液を生成するから、使用目的に応じて適宜に含有されるイオン種を選択することができる。前記供給ガスとしては、酸素、水素、窒素、塩素などや化合物からなる無機系ガスの他、空気又は炭化水素系ガスなどの有機ガス類を目的に応じて供給することができ、上記の列挙したガスの混合気体を供給することもできる。例えば、飲用水や下水道の浄化施設又は各種排水処理施設などにおいて処理される物質や微生物などに応じて、付加イオン種を補助的に混合させることができる。

本発明の第５の形態によれば、前記液体は被分解物が混合状態にある液体であり、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記被分解物を分解するから、前記液体中に溶解する物質だけでなく、種々の被分解物を分解して液体の浄化処理又は改質処理などを行うことができる。即ち、非溶解性の有害物質、所定以上の大きさを有する固形物であり、溶解するまでに長時間を要する物質などを活性イオン種により分解することができる。

本発明の第６の形態によれば、前記液体が２種類以上の混合状態にある液体であるから、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記混合状態の液体間の化学反応を促進することができる。また、イオン種を選択することで、前記液体中に含まれる汚染物質などを分解することができる。目的に応じて種々の液体を２種以上混合することができ、例えば、水、アルコール類、フェノール類、カルボン酸類、これらの誘導体などから２種以上の溶液を混合し、所望の活性イオン種液を提供することができる。また、前記化学反応を促進すると共に、溶液に好適な導電性を有する溶液を混合して、電極間の導通性を向上させることができる。下水道に限らず、屎尿、畜産排水、工場排水などには、２種以上の有害廃液等が混合されており、これらの有害物質を同時に分解して２種以上が混合状態にある廃液を浄化することができる。

本発明の第７の形態によれば、前記液体が飲用水又はその原水であり、前記プラズマ中のイオン種がＨ^＋及びＯＨ⁻を簡易に供給することができ、この活性イオン種液を用いて前記水に含有される被分解物（菌、微生物など）を分解及び／又は殺菌して前記水を高効率に浄化することができる。更に、飲用水又はその原水に対して補助的に前記ガスを供給して、付加イオン種とＨ^＋及びＯＨ⁻を過剰に浸透拡散させるから、前記水に含有される有害な種々の微生物・菌類（大腸菌、バクテリアなど）などを確実に殺菌して浄化することができる。

本発明の第８の形態によれば、前記被分解物が混合状態にある液体が下水、廃液又は汚水であるから、これらの液体を沸騰気化させて気化泡を形成し、前記気化物をプラズマ化すると共に、このプラズマに含まれるイオン種により、前記被分解物を効果的に分解することができる。従って、前記下水、廃液又は汚水に含まれる屎尿、液中に溶解した残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）、大腸菌、バクテリア等の有害微生物を簡易に分解及び／又は殺菌することができる。

本発明の第９の形態によれば、前記被分解物が色素であり、この色素が含まれる液体を直接、電極対が配設された容器内供給するから、屎尿、廃液中などに含まれる色素の脱色を容易に行うことができる。従来、色素を完全に分解することは非常に困難であり、高コストであったが、本発明に係る液中プラズマ発生方法によれば、容易に前記色素をほぼ完全に分解することができる。

本発明の第１０の形態によれば、前記イオン種を過剰に浸透拡散なされた活性液を、さらに直流電圧が印加された電極間に流通させ、この流通過程で陽イオンを陰極側に、陰イオンを陽極側に分離するから、陰イオンリッチ又は陽イオンリッチなイオン液体を高効率に分離回収することができる。更に、分離回収された陰イオンリッチ又は陽イオンリッチなイオン液体を供給し、酸化還元反応を行えば、廃液として排出される種々の酸性溶液又はアルカリ性溶液を中和することができる。更に、飲料水としてアルカリイオン水や洗顔用の酸性イオン水は、健康水として普及されており、本発明に係る液中プラズマ発生方法を用いれば、上質なアルカリイオン水又は酸性イオン水からなる健康水を製造することができる。

本発明の第１１の形態によれば、液体を流通又は保持する容器と、液体中に配設された１つ以上の電極対と、前記電極対に連続的な高電圧パルスを印加する電圧印加手段から少なくとも構成され、前記電極対の少なくとも一方は１つ以上の突出部と高電圧絶縁部を有し、前記電圧印加手段によって前記電極間に高繰返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極近傍の液体をジュール加熱して沸騰気化させるから、液中に電離可能な気化泡領域を連続的又は断続的に形成し、この気化泡領域内の気化物をプラズマ化することができる。更に詳細には、高電圧パルスにより、絶縁性の気化泡領域においてその上端部から高電圧電極に亘って高勾配の高い電位差が生じ、高電圧絶縁破壊放電により前記気化泡領域内の気化物がプラズマ化して、イオン種を持続的に発生させることができる。更に、このプラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させて活性イオン種液を生成するから、高電圧パルスを調整して、連続的又は断続的に前記液体を沸騰気化させることにより、所定のイオン濃度を有するイオン種液を供給することができる。
更に、前記電極対を構成する高電圧電極は、１つ以上の突出部を有する導電性部材から形成されていれば良く、この導電性部材に高電圧絶縁部を設け、高電圧パルス印加手段を接続することにより、種々の導電性部材を高電圧電極として用いることができる。また、接地電極も導電性を有する種々の形状の部材を用いることができ、導電性容器本体を接地電極として用いることができる。更に、前記気化泡領域内に発生させるプラズマは、この気化泡に含まれるガス種に応じて、印加する高電圧パルスの最大電圧、繰返し数、パルス幅やパルス形状等のパラメーターを自在に調整して、好適なイオン種を生成させることができる。前記パラメーターは、電極対が浸漬される液体の種類に応じて好適な値に調整することができる。種々の液体において気化泡を発生させ、前記気化泡領域内に気化物の好適なプラズマを発生させるために、好ましい高電圧パルスの最大値は、約１ｋＶ〜５０ｋＶ程度であり、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの繰返周波数を有することが好ましい。また、好ましい高電圧パルスの時間幅は約１μｓ〜２０μｓであり、この範囲にある時間幅を有する矩形波の高電圧パルスを印加することが好ましい。

本発明の第１２の形態によれば、前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であり、この針状電極が前記容器内部の液中に突出して配設されるから、この針状電極の先端部により高密度に電界を集中させ、高電圧電極近傍の液体を高効率にジュール加熱することができる。更に、前記電極対の接地側電極及び高電圧電極の両方を前記針状電極で構成することができ、前記気化泡領域における高電圧絶縁破壊放電を高効率に行うことができ、前記イオン種液の生成に費やされる消費電力を抑制することができ、エネルギー効率を向上させ、ランニングコストを格段に低減させることができる。また、２つの針状電極を電極対として用いる場合、針状電極先端間の間隔は、約１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、約３ｍｍ〜５０ｍｍ程度であることがより好ましく、好適な気化物の電離を行うことができる。

本発明の第１３の形態によれば、前記高電圧電極部又はこの高電圧電極部周辺部からガスを供給する供給装置が設けられるから、イオン種源となる１種以上のガスを高電圧電極部近傍に供給することができる。従って、前記気化泡内に形成される気化ガス種に付加ガス種を補助的に混合することができる。更に、電離させるための高電圧パルスを電極対に印加する手段が設けられから、前記気化泡内に混和させて同時に電離させるから、前記液中に付加イオン種を補助的に混入させることができる。前記供給装置からは、酸素、水素、窒素、塩素などや化合物からなる無機系ガスの他、空気又は炭化水素系ガスなどの有機ガス類を目的に応じて供給することができる。

本発明の第１４の形態によれば、前記電極対の接地電極が前記容器の一部又は全部を構成する導電性容器又は導電性パイプであるから、接地電極を容器内に設置することなく、前記高電圧電極部のみを1つ以上配設することにより電極対を構成することができる。従って、本発明に係る液中プラズマ発生装置が比較的単純な構造を有し、簡易に製造できると共に、屎尿、廃液、排水などを流通させる導電性パイプやこれらの液体を滞留させる導電性容器に液中プラズマ発生装置を容易に設置することができ、イニシャルコストを大幅に低減させることができる。上記のパイプや容器を形成する材料は、好適な導電性を有していれば、種々の材質を用いることができ、金属材料では供給される液体に対する耐腐食性を有することが好ましい。

本発明の第１５の形態によれば、前記電極対の接地電極が前記容器内に配設された板状電極であり、この板状電極が前記液体に接触して配設されるから、突出状又は針状の高電圧側電極の先端部に電界を集中させ、前記ジュール熱を高効率に発生させ、前記好適な気化泡領域が前記先端部を少なくとも含む範囲に形成される。従って、前記気化泡領域内を高電圧絶縁破壊放電で確実に電離（プラズマ化）させ、所望のイオン種を発生させることができる。

本発明の第１６の形態によれば、前記容器中に前記液体の流通方向に沿って前記電極対が複数配列されるから、流通される液体を連続する高電圧絶縁破壊放電で、イオン種の溶解濃度を確実に高めることができるので、高濃度の活性イオン種液を持続的に供給することができる。各電極対の各々には、電圧印加手段を接続しても良く、各電極対が共有する電圧印加手段を接続することもでき、いずれの場合においても制御手段を設けることにより好適な高電圧パルスを各電極対に印加することができる。

本発明の第１７の形態によれば、前記第１１〜１６のいずれかの形態の液中プラズマ発生装置と、被分解物を含有する被処理液を供給する被処理液供給手段から構成され、前記液中イオン種液に前記被分解物の分解、殺菌及び脱色のうち１つ以上の作用を付与することができる。従って、屎尿、工場排水、畜産排水などに含有される有害な種々の被分解物を分解・殺菌・脱色して改質及び／又は除去することができ、被処理液を高効率に浄化することができる。

本発明の第１８の形態によれば、前記被処理液が飲用水、その原水、下水、廃液又は汚水であるから、分解、殺菌及び脱色のうち１つ以上の作用を有する前記イオン種により、これらの液体に溶解する残留性有機汚染物質（ＰＯＰｓ）や有害な微生物などを分解・殺菌・脱色することができる。例えば、前記下水、廃液又は汚水に含まれる屎尿、液中のＰＯＰｓ、大腸菌等の有害微生物を簡易に分解・殺菌・脱色して浄化することができる。

本発明の第１９の形態によれば、前記第１１〜第１７のいずれかの形態の液中プラズマ発生装置と、イオン分離手段から構成され、イオン分離手段は、前記液体を流通させる流路と、この流路の両側面に配設された少なくとも１対の電極対と、この電極対に直流電圧を印加する電源から構成されから、陽イオンリッチと陰イオンリッチを効率的に分離して回収して、所望のイオン液体を供給することができる。供給される液体が、本発明に係る液中プラズマ発生装置によりあらかじめ高濃度のＯＨ⁻イオンとＨ^＋とをイオン種として含有する活性イオン種である場合、既存技術のように、乳酸カルシウムや食塩などの電界促進剤を加えることなく、更にイオン分離のためのイオン透過性隔膜を用いることなく、簡便かつ永続的に、安価な直流電界分離手段装置によりアルカリ水と酸性イオン水に高効率に分離することができる。

以下に、本発明の実施形態を添付する図面に従って詳細に説明する。
図１は、本発明に係る液中プラズマ発生装置２の概略構成図である。容器４内には、高電圧電極として針状電極６と接地電極として板状電極８が配設されている。この板状電極８には接地側端子１０を介してアース１２に接続され、前記針状電極６は、針状電極部材６ａ及び高電圧絶縁部６ｂから構成され、高電圧側端子１３により後述する高電圧パルス印加手段２１に接続されている。この針状電極６と板状電極８から構成される電極対は、前記容器４内の液体１４に浸漬されており、この液体１４は流入管１６から供給され、流出管１８から装置外に供給されている。

前記高電圧パルス印加手段２１は、交流電源２０、直流発生器２２、インバータ２３及びパルストランス２４から構成される。前記交流電源２０の電圧を直流発生器２２により直流電圧化された後、インバータ２３により繰返周波数１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、パルス幅（時間幅）１μｓ〜２０μｓを有する矩形波のパルス電圧に変換される。このパルス電圧は、前記パルストランス２４により１ｋＶ〜５０ｋＶの電位差を有するように昇圧され、前記高電圧電極に印加される。

前述のように、上記高電圧パルスによる高電圧電界２６が高電圧端子１３を介して針状電極６と前記板状電極８（接地側）からなる電極対に印加される。後に詳述するように、針状電極部６ａの先端部６ｃに電界が集中するから、高電圧パルスの印加と共に、液体１４を沸騰気化するジュール熱が生じ、発生する気化泡から前記針状電極部６ａの先端部６ｃを少なくとも包囲する気化泡領域２８が形成される。更に、この気化泡領域２８は、前記先端部６ｃ又は針状電極部６ａの周辺部に設けられたガス供給手段から補助的に供給されるガスを含む場合もあり、以下に説明する。尚、これ以降の図面において、前述の符号については、特に説明が必要でない限り省略する。

図２は、本発明に係るガス供給手段３４の構成概略図である。前記高電圧絶縁部６ｂから突出する針状電極部６ａの先端部６ｃには、ガス供給口３０が設けられ、前記針状電極部６ａ内に形成されたガス供給管３２を介してガス供給手段３４から補助的なガスが前記ガス供給口３０から放出される。この補助的なガスは１種以上のイオン種源であり、具体的には、酸素、水素、窒素、塩素などやこれらの化合物からなる無機系ガス、その他に、空気又は炭化水素系ガスなどの有機ガス類を目的に応じて１種以上混合して供給する。上記の補助的なガスは、ジュール熱により発生する気化泡と混和して気化泡領域２８を形成し、液体から発生した気化泡から発生するイオン種と共に、補助的なガスはプラズマ化して付加イオン種を形成して、前記イオン種に補助的に混合する。

図３は、本発明に係るプラズマ発生機構の説明図である。前述のように、（３Ａ）では、前記高電圧パルス印加手段２１により高電圧電界２６が針状電極６と前記板状電極８（接地側）からなる電極対に印加され、前記針状電極部６ａの先端部６ｃに電界が集中することにより電流密度が増大して、液体１４を沸騰気化させる大きなジュール熱が生じる。（３Ｂ）に示すように、このジュール熱により前記針状電極６の先端近傍から気化泡２８ａが発生し、この気化泡２８ａの集合及び／又は成長により、前記先端部６ｃを少なくとも包囲し、絶縁性を有する気化泡領域２８が形成される。更に、（３Ｃ）に示すように、前記高電圧電界２６により、前記気化泡２８ａが多量に発生することにより成長した気化泡領域２８に電界が集中して電界密度が増大し、高電圧絶縁破壊放電が引き起こされる。従って、気化泡領域２８に存在する気化物が電離（プラズマ化）して、正負のイオン種からなる液中のプラズマ５が発生する。このプラズマ５は前記気化泡領域２８内で火炎状に発光して持続的に気化物がプラズマ化されることにより、気化泡領域２８の大きさに伴ってプラズマ状態が気化泡領域２８内で火炎状に揺らぎながら保持される。

本発明に係る液中プラズマ発生方法及び装置では、上述のように、高電圧パルスにより前記気化泡領域２８内に高電圧電界２６が集中して印加されており、図４は、本発明に係る電極対及び気化泡領域２８における電位差と電極対に印加される高電圧パルスの概略図を示す。（４Ａ）には、前記電極対間において、前記高電圧パルスにより生じる接地側電極（図３では板状電極８）から高電圧電極（図３では針状電極６）までの電位差Ｖが示されている。横軸は、接地側電極からの距離ｄを示しており、導電性を有する液中では前記気化泡領域の上端位置Ｐｇａｓまで低勾配で電位差が増大する。前記気化泡領域は電気的に絶縁状態にあり、前記上端位置Ｐｇａｓから高電圧電極の先端位置Ｐｅまでは急勾配に電位差が増大する。即ち、前述のように、前記気化泡領域には高電圧電界が印加され、高効率なプラズマ化が可能となる。従って、図３の（３Ｃ）において、前記プラズマ又はこのプラズマに含まれるイオン種は、高電圧パルスの繰返周波数に応じて連続的又は断続的に発生し、前記イオン種が液体１４中に浸透拡散（溶解及び／又は拡散）することにより、活性イオン種液が生成される。高電圧パルス電源から与えられるエネルギーが前記気化胞領域２８内におけるイオン種の生成及び液体への溶解・拡散と、正負のイオン種の結合（中性化）及び気化分子の液化とが平衡状態となり、プラズマの発生が好適に行われる程度の気化胞領域２８を保持させる。

前記高電圧電界２６は、高電圧パルス印加手段２１により印加される高電圧パルスであり、図４の（４Ｂ）〜（４Ｄ）は、本発明に係る電極対に印加される高電圧パルスの種々の形状を示しており、高電圧パルス印加手段２１により、（４Ｂ）に示されるような高電圧の矩形波パルスを発生させて前記電極対に印加する。図１のインバータ２３により、繰返周波数１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、パルス幅Δｔは１μｓ〜２０μｓの範囲に設定される。更に、パルストランス２４により、図４（４Ａ）に示す矩形波の高電圧パルスに変換されて１ｋＶ〜５０ｋＶ、−５０ｋＶ〜−１ｋＶの範囲の電位差Ｖ_＋、Ｖ₋を有するように昇圧され、高電圧パルスに変換される。また、パルストランスの後段で交流電圧を整流し、（４Ｃ）及び（４Ｄ）に示すような高電圧パルスを印加することができる。

図５は、本発明に係る電極対が２つの針状電極から構成される場合の構成概略図である。高電圧側端子１３に接続される針状電極６は、前述と同様に、高電圧電極として機能として利用される。この実施例では、接地側端子１０にも接地側針状電極９が接続される。この接地側針状電極９は、高電圧側の針状電極６と同様な構成を有し、針状電極部材９ａと高電圧絶縁部９ｂから構成され、必要に応じて、図２に示した補助的なガス供給手段を先端部９ｃ又は接地側針状電極９の周辺部に配設しても良い。

２つの針状電極６と接地側針状電極９から電極対が構成される場合、高電圧電界２６が印加される電極間の間隔は、約１ｍｍ〜１００ｍｍであることが好ましく、約３ｍｍ〜５０ｍｍ程度であることがより好ましい。特に、前記間隔が約３ｍｍ〜５０ｍｍ程度である場合、好適な気泡化領域２８が形成され、この気泡化領域２８内の気化物を高効率にプラズマ化することができる。２つの針状電極の先端部６ｃ、９ｃには、電界が高密度に集中するから、電極対の両先端部６ｃ、９ｃから気化泡２８ａが発生し、前記両先端部６ｃ、９ｃを少なくとも包囲する２つの気化泡領域２８が形成されるから、前記気化物を高効率にプラズマ化して、イオン種を生成することができる。

図６は、本発明に係る針状電極６の種々の形態を示す構成概略図である。（６Ａ）は円錐型針状電極６を示しており、先鋭化された針状電極部材６ａの先端部６ｃに電界を高効率に集中させることができる。（６Ｂ）は、針状電極部材６ａの先端が凹状に形成され、円柱状の針状電極部材に簡易な加工を施すことにより、先鋭な２つの先端部６ｃが形成される。この２つの先端部６ｃに電界を高密度に集中させることができ、先端な針状電極部材の製造コストを大幅に低減させることができる。（６Ｃ）は、ガス供給口３０が円柱状の針状電極部材６ａの側面に複数形成されており、前記気化泡領域内に補助的なイオン種源となる補助ガスを効率的に供給することができる。更に、各々のガス供給口３０から別種の補助ガスを適宜に供給することが可能である。

（６Ｄ）は、高電圧絶縁部６ｂの先端より下部に円柱状の針状電極部材６ａが配設されて構成される針状電極６である。針状電極部材６ａの先端部６ｃのみが液中に露出することにより、前記先端部６ｃに高効率に前記高電圧電界を集中させることができ、気化泡領域の形成とプラズマ化を高効率に行われる。更に、先端部６ｃにはガス供給口が設けられ、生成される活性イオン種液に応じて種々の補助ガスを気化泡領域に混合させることができる。また、前記針状電極部材６ａの側面が前記高電圧絶縁部６ｂに保護され、液中に曝されないことから、針状電極部材６ａの液体による腐食や酸化等が防止され、針状電極の長寿命化が図られる。尚、（６Ｄ）に示した実施例では、前記先端部６ｃが高電圧絶縁部６ｂの先端より下に位置しているが、その先端と先端部６ｃが同一位置になるように配設しても良い。

図７は、本発明に係る液体供給ポンプ３６を具備する液中プラズマ発生装置の構成概略図である。前記液体１４は、滞留させて所望の活性イオン種液に改質してから外部に供給しても良いが、前記液体１４を流通させることにより、前記活性イオン種液を持続的に供給することができる。即ち、高電圧パルスの各種パラメーター、補助ガスの種類や供給量だけでなく、液体供給ポンプ３６による流量の調整によって前記活性イオン種液のイオン濃度を制御することができる。また、流入管１６から供給される液体１４が被処理物を含有する場合、イオン種を過剰に液体１４中に溶解させ、順次、前記被処理物を分解及び／又は殺菌することが好ましい。前記液体供給ポンプ３６により、処理速度に応じて被処理物を含有する液体１４（以下、「被処理液体１４」とも呼ぶ）の供給量を調整する。従って、ほぼ完全に分解及び／又は殺菌されて浄化された液体１４を流出管１８から外部に供給することができる。

図８は、本発明に係る金属容器３８から構成される液中プラズマ発生装置の概略構成図である。前記電極対を構成する接地側の電極は、導電性容器を利用することができ、図に示す液中プラズマ発生装置では、アース１２に接続された金属容器３８を接地側の電極として用いる。従って、前記針状電極６の先端部６ｃと金属容器３８の間に前記高電圧パルスが印加され、ジュール熱による気化泡領域２８の形成と共に、この気化泡領域２８内の気化物が高電圧絶縁破壊放電によりプラズマ化し、イオン種が溶液１４に浸透拡散する。金属容器３８を用いた場合においても、前記針状電極６の先端部６ｃには、高密度に電界が集中し、少なくともこの先端部６ｃを包囲するプラズマの発生に好適な気化泡領域が形成される。

図９は、本発明に係る複数の電極対が液体流通パイプ３９に配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。この液中プラズマ発生装置は、液体流通パイプ３９と複数の電極対から構成され、これらの電極対が流入管４１から供給される液体１４中に浸漬されるように配設されている。また、この実施例では、各針状電極にアース２１ａに接続された高電圧パルス印加手段２１が接続されている。この実施例において、活性イオン種液が生成されるメカニズムは、図１に示した液中プラズマ発生装置と同一であり、前記流入管４１側の第１針状電極４５ａの気化泡領域２８近傍で生成された活性イオン種液が下流側の第２針状電極６２の気化泡領域２８近傍へ供給される。

図９の液中プラズマ発生装置では、液体流通パイプ３９に複数の針状電極が配設されていると共に、供給される液体が液体流通パイプ３９を常時流通するために、各電極対間に、それぞれ、第１誘導路４２ａと第２誘導路４２ｂが形成されている。前記液体流通パイプ３９の上部を流通し、イオン種の浸透拡散が十分に行われなかった比較的イオン濃度が低い液体は、第１誘導路４２ａにより第２針状電極の気泡化領域２８近傍へ誘導される。また、第１針状電極４５ａの気化泡領域２８近傍を流通し、比較的イオン濃度の高い活性イオン種液は、誘導路４２ａの外壁近傍に沿って上昇するから、前記液体流通パイプ３９の上部の液体と混合してイオン濃度が均一化され、前記誘導路４２ａ内を流通して第２針状電極の気泡化領域２８近傍へ誘導される。

同様に、第２針状電極の気泡化領域２８近傍へ供給された活性イオン種液は、第２誘導路４２ｂによりイオン濃度が均一化されるように、第３針状電極４５ｃの気泡化領域２８近傍へ誘導され、活性イオン種液のイオン濃度の均一化が行われる。従って、前記液体流通パイプ３９の流出管４３からは、イオン濃度が均一かつ高濃度な活性イオン種液が供給される。更に、供給される液体が被処理物を含有する液体（被処理液）の場合、活性イオン種と反応する機会を均等にすることにより、前記被処理物の分解・殺菌・脱色を均一に行うことができ、ほぼ均一に浄化された被処理液を前記流出管４３から供給することができる。

図１０は、本発明に係る複数の電極対が液体流通用の金属パイプ４４に配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。液体１４の流通メカニズムは、図９に示した液中プラズマ発生装置と同一であり、説明は省略するが、図１０に示した実施例では、接地側の電極が接地側接続点４８でアース１２に接続された液体流通用の金属パイプ４４から構成されている。即ち、図８に示した液中プラズマ発生装置と同様に、金属パイプ４４と各針状電極４５ａ〜４５ｂから各電極対が構成され、各針状電極４５ａ〜４５ｂの先端部に電界を集中させて沸騰気化させることにより、各先端部を少なくとも包囲する気化泡領域が形成される。この実施例では、液体１４が流通する既存の金属パイプ４４に各針状電極４５ａ〜４５ｂと第１及び第２誘導路４２ａ、４２ｂを配設することにより、液中プラズマ発生装置を提供することができる。従って、導電性の廃水管などに廃水処理装置を簡易に設置することができ、廃水処理装置のイニシャルコストを大幅に低減させることができる。

図１１は、本発明に係る高電圧パルスの分配手段５０を具備し、複数の電極対が液体流通パイプに配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。図９及び図１０に示した複数の電極対を有する液中プラズマ発生装置では、各針状電極４５ａ、４５ｂ、４５ｃの夫々に高電圧パルス印加手段２１が接続されている。しかし、図１１に示すように、各針状電極４５ａ〜４５ｂの夫々に分配手段５０を介して１つの高電圧パルス印加手段２１を接続することにより、各電極対に好適な高電圧パルスを印加することができる。従って、高価な高電圧パルス電源を各々の電極対に対して設置する必要がなくなり、イニシャルコストの低減化が図れる。

図１２は、本発明に係る高電圧電極が突状電極１５から構成される液中プラズマ発生装置２の概略構成図である。この実施例では、高電圧電極が突状電極１５から構成され、導電性突状部材１５ａの２つの先端部１５ｃが液中に露出するように高電圧絶縁部１５ｂが被覆されている。本発明に係る突状電極１５は、１つ以上の突状部を有する種々の導電性部材に高電圧絶縁部１５ｂを形成することにより、前記突状電極１５として利用することができる。その他の構成は、図１の同一であり、前記針状電極６を前記突状電極１５に置き換えたものである。即ち、前記突状電極１５と板状電極により電極対を構成し、印加される高電圧電界２６により先端部１５ｃに電界を集中させ、電界強度を増大させることにより液体１４を沸騰気化するジュール熱を発生させる。従って、前記先端部１５ｃを少なくとも包囲する気化泡領域２８が形成され、この気化泡領域２８内の気化物がプラズマ化されてイオン種が液中に拡散される。

図１３は、本発明に係るイオン液体の分離回収手段を示す概略構成図である。上述の液中プラズマ発生装置にイオン液体の分離回収手段を配設することにより、イオン液体供給装置を構成される。前記分離回収手段は、分離容器５４と、この分離容器５４内の両側面に、それぞれ、設置された負電極５６ａと正電極５６ｂと、これらの電極に電圧を印加する直流電源６８（図１４参照）から構成される。この分離容器５４には、液中プラズマ発生装置から活性イオン種液が流入されるイオン種液供給管５８が設置され、分離回収されたイオン液体を供給する陰イオン流出口５９及び陽イオン流出口６１が設けられている。前記分離容器５４内には、第１〜第４隔壁５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄが形成され、更に最終段階の前段でイオン液体を分離する第１分離壁５４ｅと、陰イオン種液及び陽イオン種液を最終的に分離する第２分離壁５４ｆが形成されている。従って、前記分離容器５４内には、第１〜第３分離槽６０ａ、６０ｂ、６０ｃが設けられ、更に第１陽イオン分離槽６２ａ、第２陽イオン分離槽６２ｂ、第１陰イオン分離槽６４ａ及び第２陰イオン分離槽６４ｂが設けられている。

図１４は、本発明に係る分離回収手段の上面図であり、イオン液体の分離回収方法を説明する。液中プラズマ発生装置２から供給された活性イオン種液は、前記第１分離槽６０ａ〜第３分離槽６０ｃへ流入するに従って、陰イオンは正電極側へ、陽イオンは負電極側へ分離されていく。図１５の分離回収容器５４のＡ−Ａ線断面図に示すように、第１〜第４隔壁５４ａ、５４ｂ、５４ｃ、５４ｄには分離液誘導路５５が設けられ、段階的に高さが低くなると共に、各隔壁の上部から流入したイオン種液を次槽へは隔壁下部から流出させる。段階的に各電極側へ陰イオンと陽イオンを分離しながら隣接する分離槽へ流入させる。図１４及び図１５に示されるように、第１分離槽６０ａに前記イオン種供給管５８から供給された第１分離液６５ａが第２分離槽６０ｂの第２分離液６５ｂを経て第３分離槽６０ｃに流入したとき、第３分離液６５ｃは、ほぼ陰イオン種液と陽イオン種液に各電極側へ分離されている。

更に、図１４に示すように、第１分離壁５４ｅ及び第２分離壁５４ｆが形成されて第１陽イオン分離槽６２ａと第１陰イオン分離槽６４ａに隔てられ、更に第２陽イオン分離槽６２ｂと第２陰イオン分離槽６４ｂでは、高純度な陰イオン種液と陽イオン種液に分離される。図１４に示した実施例では、液中プラズマ発生装置２において水から活性イオン種液が生成されている。即ち、前記ジュール熱により水を沸騰気化し、水分子（Ｈ_２Ｏ）からなる気化泡領域を形成させて、前記高電圧パルスにより水酸基（ＯＨ⁻）と水素イオン（Ｈ^＋）からなるプラズマを発生させている。従って、水酸基（ＯＨ⁻）と水素イオン（Ｈ^＋）が溶解した活性イオン種液が前記イオン種液供給管５８から流入し、最終的にはアルカリイオン水と酸性イオン水が分離され、それぞれ、陰イオン種液流出管５９ａと陽イオン種液流出管６１ａから各々のイオン液体が供給される。

本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。

本発明に係る液中プラズマ発生方法及び液中プラズマ発生装置は、プラズマにより液中に活性イオン種を過剰に浸透拡散させ、この活性イオン種により被分解物（有害物質、菌、微生物、染料など）を分解・殺菌・脱色することができる。従って、液中プラズマ発生装置やこれを用いた液中プラズマ発生方法や被処理液浄化装置を下水道処理施設、屎尿処理施設、工場排水処理施設、畜産排水処理施設、湖水浄化施設などに設置又は適用することにより、活性汚泥処理法による生物処理では除去できない物質や微生物を、脱臭、脱色、殺菌することができ、汚染物質を高効率に処理することができる。また、本発明に係るイオン液体供給装置によれば、液中の気化泡領域内にプラズマを発生させて活性イオン種液を生成するから、直流電源により容易に上質なアルカリイオン水又は酸性イオン水の健康水や工業利用可能な処理水を製造することができる

本発明に係る液中プラズマ発生装置の概略構成図である。本発明に係るガス供給手段の構成概略図である。本発明に係るプラズマ発生機構の説明図である。本発明に係る電極対及び気化泡領域における電位差と電極対に印加される高電圧パルスの概略図である。本発明に係る電極対が２つの針状電極から構成される場合の構成概略図である。本発明に係る針状電極の種々の形態を示す構成概略図である。本発明に係る液体供給ポンプを具備する液中プラズマ発生装置の構成概略図である。本発明に係る金属容器から構成される液中プラズマ発生装置の概略構成図である。本発明に係る複数の電極対が液体流通パイプに配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。本発明に係る複数の電極対が液体流通用の金属パイプ４４に配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。本発明に係る高電圧パルスの分配手段を具備し、複数の電極対が液体流通パイプに配設された液中プラズマ発生装置の構成概略図である。本発明に係る高電圧電極が突状部材から構成される液中プラズマ発生装置の概略構成図である。本発明に係るイオン液体の分離回収手段を示す概略構成図である本発明に係る分離回収手段の上面図である。本発明に係る分離回収容器のＡ−Ａ線断面図である。従来の高電圧を用いた被処理液浄化装置の概略構成図である。

符号の説明

２液中プラズマ発生装置
４容器
５プラズマ
６針状電極
６ａ針状電極部材
６ｂ高電圧絶縁部
６ｃ先端部
８板状電極
９接地側針状電極
９ａ針状電極部材
９ｂ高電圧絶縁部
９ｃ先端部
１０接地側端子
１２アース
１３高電圧側端子
１４液体
１５突状電極
１５ａ導電性突状部材
１５ｂ高電圧絶縁部
１５ｃ先端部
１６流入管
１８流出管
２０交流電源
２１高電圧パルス印加手段
２１ａアース
２２直流発生器
２３インバータ
２４パルストランス
２６高電圧電界
２８気化泡領域
２８ａ気化泡
３０ガス供給口
３２ガス供給管
３４ガス供給手段
３６液体供給ポンプ
３８金属容器
３９液体流通パイプ
４１流入管
４２ａ第１誘導路
４２ｂ第２誘導路
４３流出管
４４金属パイプ
４５ａ第１針状電極
４５ｂ第２針状電極
４５ｃ第３針状電極
４８接地側接続点
５０分配手段
５４分離容器
５４ａ第１隔壁
５４ｂ第２隔壁
５４ｃ第３隔壁
５４ｄ第４隔壁
５４ｅ第１分離壁
５４ｆ第２分離壁
５５分離液誘導路
５６ａ負電極
５６ｂ正電極
５８イオン種液流入管
５９陰イオン流出口
５９ａ陰イオン流出管
６０ａ第１分離槽
６０ｂ第２分離槽
６０ｃ第３分離槽
６１陽イオン流出口
６１ａ陽イオン流出管
６２ａ第１陽イオン分離槽
６２ｂ第２陽イオン分離槽
６４ａ第１陰イオン分離槽
６４ｂ第２陰イオン分離槽
６５ａ第１分離液
６５ｂ第２分離液
６５ｃ第３分離液
６８直流電源
１２０単相交流
１０３電磁開閉器
１２２昇圧トランス
１１３高電圧端子
１０６電極１０６
１２６電位差
１０４トラフ（絶縁容器）
１０８板状体
１０７凸板１０７
１１０接地側端子
１１４被処理液
Ｐｇａｓ上端位置
Ｐｅ先端位置
Δｔパルス幅
Ｖ_＋パルス正電圧
Ｖ₋ パルス負電圧

Claims

少なくとも一方が高電圧絶縁部と１つ以上の突出部が形成された高電圧電極からなる電極対を液体に浸漬し、この電極対間に高繰り返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極近傍の液体をジュール加熱するとともに連続的又は断続的に沸騰気化させ、この気化泡により前記高電圧電極の突出部先端を少なくとも包囲する気化泡領域を形成し、前記高電圧パルスによる前記気化泡内の高電圧絶縁破壊放電により前記気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンを形成し、このプラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させることを特徴とする液中プラズマ発生方法。
前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であり、前記針状電極の先端部を少なくとも包囲する気化泡領域を形成する請求項１に記載の液中プラズマ発生方法。
前記プラズマ中のイオン種を前記液体中に過剰に浸透拡散させて前記液体を活性イオン種液とする請求項１又は２に記載の液中プラズマ発生方法。
前記高電圧電極又はこの高電圧電極の周辺部に設けられたガス供給口からイオン種源となる１種以上のガスを供給し、前記気化泡内に混和させて気化物と同時に電離させ、前記イオン種と前記供給ガスが電離して形成された付加イオン種を液体中に過剰に浸透拡散させて前記液体を活性イオン種液とし、前記プラズマ中に付加イオン種を補助的に混合させる請求項１〜３のいずれかに記載の液中プラズマ発生方法。
前記液体は被分解物が混合状態にある液体であり、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記被分解物を分解する請求項１〜４のいずれかに記載の液中プラズマ発生方法。
前記液体は２種類以上の混合状態にある液体であり、前記液体中に蓄積された活性イオン種により前記混合状態の液体間の化学反応を促進する請求項１〜４のいずれかに記載の液中プラズマ発生方法。
前記液体が飲用水又はその原水であり、前記プラズマ中のイオン種がＨ^＋及びＯＨ⁻、又はこれらのイオン種及び補助的に供給されたガスの電離による付加イオン種であり、これらのイオン種を過剰に浸透拡散させることにより前記水に含有される被分解物を分解及び／又は殺菌して前記水を浄化する請求項１又は２に記載の液中プラズマ発生方法。
前記被分解物が混合状態にある液体が下水、廃液又は汚水である請求項５に記載の液中プラズマ発生方法。
前記被分解物が色素であり、この色素を分解して脱色させる請求項５に記載の液中プラズマ発生方法。
前記イオン種を過剰に浸透拡散なされた活性液を、さらに直流電圧が印加された電極間に流通させ、この流通過程で陽イオンを陰極側に、陰イオンを陽極側に分離して、各電極側の液体を分離回収することにより陰イオンリッチ又は陽イオンリッチなイオン液体を形成する請求項３に記載の液中プラズマ発生方法。
液体を流通又は保持する容器と、液体中に配設された１つ以上の電極対と、前記電極対に連続的な高電圧パルスを印加する電圧印加手段から少なくとも構成され、前記電極対の少なくとも一方は１つ以上の突出部と高電圧絶縁部を有し、前記電圧印加手段によって前記電極間に高繰返しの高電圧パルスを印加して前記高電圧電極近傍の液体をジュール加熱するとともに連続的又は断続的に沸騰気化させ、この気化泡により前記高電圧電極の突出部先端を少なくとも包囲する気化泡領域を形成し、前記高電圧パルスによる前記気化泡内の高電圧絶縁破壊放電により前記気泡内の気化物を電離（プラズマ化）して各種イオンを形成し、このプラズマ中のイオン種を前記液体中に浸透拡散させることを特徴とする液中プラズマ発生装置。
前記高電圧電極が高電圧絶縁部を有する針状電極であり、この針状電極が前記容器内部の液中に突出して配設される請求項１１に記載の液中プラズマ発生装置。
前記高電圧電極部又はこの高電圧電極部周辺部からガスを供給する供給手段と、気化泡内に混和させ気化物と同時に電離させるための高電圧パルスを電極対に印加する手段が設けられ、前記液中に付加イオン種を補助的に混入させる請求項１１又は１２に記載の液中プラズマ発生装置。
前記電極対の他方を構成する接地電極が前記容器の一部又は全部を構成する導電性容器又は導電性パイプである請求項１１〜１３のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置。
前記電極対の他方を構成する接地電極が前記容器内に配設された板状電極であり、この板状電極が前記液体に接触して配設される請求項１１〜１３のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置。
前記容器中に前記液体の流通方向に沿って前記電極対が複数配列される請求項１１〜１５のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置。
請求項１１〜１６のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置と、被分解物を含有する被処理液を供給する被処理液供給手段から構成され、前記液中イオン種が前記被分解物の分解、殺菌及び脱色のうち１つ以上の作用を有し、前記被分解物を改質及び／又は除去することを特徴とする被処理液浄化装置。
前記被処理液が飲用水、その原水、下水、廃液又は汚水である請求項１７に記載の被処理液浄化装置。
請求項１１〜１６のいずれかに記載の液中プラズマ発生装置と、イオン分離手段から構成され、イオン分離手段は、前記液体を流通させる流路と、この流路の両側面に配設された少なくとも１対の電極対と、この電極対に直流電圧を印加する電源から構成され、前記電極対の負電圧電極方に陽イオンリッチまた、正電圧電極方は陰イオンリッチなイオン液体を分離して回収することを特徴とするイオン液体供給装置。