JP2013258159A - プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを効率よく発生させ、短時間で、および／または低電力で、例えば液体の処理をすることが可能なプラズマ発生装置を提供する。
【解決手段】プラズマ発生装置は、被処理水５１０を蓄えた処理槽５０９と、処理槽内の第１の電極５０４および第２の電極５０２と、第１の電極５０４の導電体が被処理水中に露出している表面を気泡５０６内に位置させるように気泡５０６を発生する気泡発生部と、気体を気泡発生部に供給する気体供給装置５０５と、第１および第２の電極５０２、５０４に接続するパルス電源５０１と、第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が気泡内に位置しているときに、第１および第２の電極５０２、５０４間に電圧が印加されるように、気体供給装置および電源の一方または両方を制御する制御装置５２０とを有する。
【選択図】図１５

Description

本発明は、液中でプラズマを発生させるプラズマ発生装置に関し、特に、プラズマを発生させることにより液体を処理する液体処理装置に関する。

従来の高電圧パルス放電を用いた液体処理装置としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。図１０は、特許文献１に記載された従来の殺菌装置の構成図を示すものである。

図１０に示す殺菌装置１は、円柱状の高電圧電極２と板状の接地電極３とを対とする放電電極６で構成されている。高電圧電極２は、先端部２ａの端面を除いて絶縁体４で被覆されて、高電圧電極部５を形成している。また、高電圧電極２の先端部２ａと接地電極３とは、所定の電極間隔を設けて、処理槽７内で被処理水８に浸漬された状態で対向配置されている。高電圧電極２と接地電極３とは、高電圧パルスを発生する電源９に接続されている。両方の電極間に２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの負極性の高電圧パルスを印加し放電を行う。そのエネルギーによる水の蒸発、および衝撃波に伴う気化により、水蒸気からなる気泡１０、および気泡１０による噴流１１が発生する。また、高電圧電極２付近で生成されるプラズマによりＯＨ、Ｈ、Ｏ、Ｏ_２ ^-、Ｏ^-、およびＨ_２Ｏ_２を発生させ、微生物および細菌を死滅させる。

同様に、特許文献６も、液体を沸騰気化させて気泡を形成し、気泡内の気化物を電離（プラズマ化）してイオンを形成し、プラズマ中のイオン種を液体中に浸透拡散させる方法で液体を浄化することを提案している。特許文献６は、プラズマを発生させるために、高電圧電極からなる電極対に、最大値が約１ｋＶ〜５０ｋＶ程度であり、１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚの繰り返し周波数を有し、時間幅が１μｓ〜２０μｓの高電圧パルスを印加することを説明している。

また、従来の別の液体処理装置としては、特許文献２に記載のものがある。特許文献２には、同文献に記載の液体処理装置では、液体中の電極間に、外部より供給した気泡を介在させることにより、印加電圧を低くすることができ消費電力量を低減できることが開示されている。同様の技術は、特許文献３、特許文献４、特許文献５にも開示されている。

特開２００９−２５５０２７号公報 特開２０００−９３９６７号公報 特開２００３−６２５７９号公報 特表２０１０−５２３３２６号公報 特許３９８３２８２号公報 特開２００７−２０７５４０号公報

しかしながら、上記した従来の構成の装置においてはプラズマの発生効率が低く、液体の処理に長い時間がかかるという問題があった。また、液体を気化させて生じた気泡においてプラズマを発生させる場合、電力が液体によってロスするために液体を気化させるには高い電力を投入する必要があり、大規模な電源装置を用いる必要があった。具体的には、ロスを考慮すると、水を気化させるには、電源装置は４０００Ｗ以上の電力を供給する能力を有するものが必要である。
本発明の一実施形態は、上記課題を解決するものであり、プラズマを効率よく発生させ、短時間で、および／または低電力で、例えば液体の処理をすることが可能なプラズマ発生装置およびプラズマ発生方法を提供する。

本発明の一実施形態であるプラズマ発生装置は、液体を入れる処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、前記処理槽内に前記液体を入れたときに前記液体内に気泡を発生させる気泡発生部であって、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置するように、前記気泡を発生させる気泡発生部と、前記気泡を発生させるのに必要な量の気体を、前記処理槽の外部から前記気泡発生部に供給する気体供給装置と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されるように、前記気体供給装置および前記電源の一方または両方を制御する、制御装置とを有する。

本発明の一実施形態に係るプラズマ発生装置により、プラズマを効率よく発生することができ、低電力および／または短時間で、かつ消費電力のロスを少なくして液体の処理をすることが可能となる。

本発明の実施の形態１における液体処理装置の構成図 本発明の実施の形態１における電極の開口部近傍を拡大した側断面図 本発明の実施の形態１における発生した気泡を示す写真 本発明の実施の形態１における発生したプラズマの分光特性を示すグラフ 本発明の実施の形態１におけるインディゴカーミン水溶液の透過率の時間変化を示すグラフ 本発明の実施の形態２における液体処理装置の構成図 本発明の実施の形態２における電極の開口部近傍を拡大した側断面図 本発明の実施の形態２における発生した気泡を示す写真 本発明の実施の形態２における第２の電極の端面と絶縁体の端面との間の距離とインディゴカーミン水溶液の完全脱色時間との関係を示したグラフ 本発明の実施の形態３における液体処理装置の構成図 本発明の実施の形態３におけるインディゴカーミン水溶液の透過率の時間変化を示すグラフ 本発明の実施の形態３における第２の電極の端面と絶縁体の端面との間の距離とインディゴカーミン水溶液の完全脱色時間との関係を示したグラフ 本発明の実施の形態３における発生した気泡を示す写真 本発明の実施の形態３における発生したプラズマの分光特性を示すグラフ 本発明の実施の形態１において供給電力を変化させたときのインディゴカーミン水溶液の透過率の時間変化を示すグラフ 従来の高電圧パルス放電を用いた排水処理装置の構成図 本発明の実施の形態２（ｄ＝−２ｍｍ）における気体の流量とインディゴカーミン水溶液の完全脱色時間との関係を示したグラフ 本発明の実施の形態２における液体処理装置（ｄ＝−２ｍｍ）における、第１の電極先端近傍を示す写真 電極被覆率と気体の流量との関係を示すグラフ 本発明の実施の形態４における液体処理装置の動作を示す概念図 本発明の実施の形態４における液体処理装置の構成図 本発明の実施の形態５における液体処理装置の構成図 （ａ）および（ｂ）は気泡検出装置として発光受光素子を用いたときの気泡検出方法を示す模式図 （ａ）気泡検出装置として圧力検出装置を用いたときの気泡検出方法の一例を示す模式図、（ｂ）気泡検出装置として圧力検出装置を用いたときの気泡の形成の有無を判断するアルゴリズムを示すグラフ （ａ）気泡が発生していないときの、気泡検出装置としての抵抗検出装置の側断面図、（ｂ）気泡が発生しているときの、気泡検出装置としての抵抗検出装置の側断面図 気泡検出装置として発光受光素子を用いたときの気泡検出方法の別の例を示す模式図 （ａ）図２０におけるNo.1の組の受光素子の発光電圧の変化を示すグラフ、（ｂ）図２０におけるNo.2の組の受光素子の発光電圧の変化を示すグラフ、（ｃ）図２０におけるNo.3の組の受光素子の発光電圧の変化を示すグラフ 本発明の実施の形態６における液体処理装置の構成図 プラズマ光の発光スペクトルを示すグラフ 液体の導電率を変化させたときのプラズマ光の発光スペクトルにおける、Ｈのスペクトルに対するＮａのスペクトルの比の変化を示すグラフ プラズマ光の発光スペクトルを示すグラフ 本発明の実施の形態６の変形例の液体処理装置の構成図 本発明の実施の形態７における発生した気泡を示す写真 （ａ）第１の電極の開口部の向きと電極被覆率の関係を示すグラフ（流量１００ミリリットル／分）、（ｂ）第１の電極の開口部の向きと電極被覆率の関係を示すグラフ（流量５００ミリリットル／分）、（ｃ）第１の電極の開口部の向きと電極被覆率の関係を示すグラフ（流量２０００ミリリットル／分） 第１の電極の開口部の向きと気泡サイズの関係を示すグラフ 気泡のサイズを決定するｒａおよびｒｂを示す模式図 絶縁体（アルミナセラミックス）の内径と電極被覆率の関係を示すグラフ プラズマ発生部分のデバイス構造の等価回路図 等価回路において、R1＞R2のときにデバイス構造に印加される電圧を示すグラフ 等価回路において、R1＝R2のときにデバイス構造に印加される電圧を示すグラフ 等価回路において、R1＜R2のときにデバイス構造に印加される電圧を示すグラフ 等価回路におけるR1と、デバイス構造部に印加される電圧との関係を示すグラフ 液体の深さ方向における第１の電極の位置と気泡の直径との関係を示すグラフ

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
［全体構成］
図１は、本実施の形態における液体処理装置の全体構成図である。本実施の形態の液体処理装置はプラズマ処理装置の一形態であり、プラズマによって各種ラジカルを発生させて、化学物質の分解、微生物の破壊、殺菌等を行う。
図１において、処理槽１０９内は処理される液体である水（被処理水）１１０で満たされている。処理槽１０９は、約０．２５リットル（約２５０ｃｍ^３）の容積を有する。処理槽１０９の１つの壁には、当該壁を貫通する第２の電極１０２、および第１の電極１０４が配置され、それぞれの一端は処理槽１０９内に位置している。第１の電極１０４は、両端が開口している形状（より具体的には円筒状のような筒状）であり、一方の端部の開口部には気体供給装置としてのポンプ１０５が接続される。ポンプ１０５により、第１の電極１０４の他方の端部の開口部より処理槽１０９内に気体が供給される。処理槽１０９の外部から供給される気体は、空気、Ｈｅ、Ａｒ、またはＯ₂などである。気体は別に設けられた気体供給源（図示せず）から供給され、あるいは処理槽１０９が配置された雰囲気中の気体がそのまま供給される。第２の電極１０２は円柱状であり、一端が処理槽１０９内の被処理水１１０に接触するように配置されている。第２の電極１０２と第１の電極１０４との間には、パルス電圧または交流電圧が電源１０１により印加される。また、被処理水１１０は循環ポンプ１０８により循環させられる。被処理水１１０の循環速度は、プラズマによる被分解物の分解速度と処理槽１０９の容積とから適切な値に設定される。

処理槽１０９の寸法は特に限定されない。例えば、処理槽１０９の寸法は、０．１リットル〜１０００リットルの容積を有するものであってよい。

液体処理装置を家庭用電気機器に内蔵して用いる場合には、電源およびポンプからなるユニットの容積は例えば、１０００〜５０００ｃｍ^３である。そのような容積は、例えば縦×横×高さが１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ〜１７１ｍｍ×１７１ｍｍ×１７１ｍｍの立方体となるように設計される。あるいは、電源およびポンプからなるユニットの形状は直方体を有していてよく、または他の形状であってよい。家庭用電気機器において、液体処理装置の内、電源およびポンプからなるユニットの寸法（即ち容積）が過度に大きくなると、機器の寸法それ自体が大きくなる。本実施の形態の液体処理装置は、プラズマを効率よく発生させることができるため、上記した容積のユニットに収まる程度の小さな電源でも液体処理をすることができる。

［電極構成］
図１−２は、第１の電極１０４の開口部近傍を拡大して示す側断面図である。第１の電極１０４は金属からなる円筒状の電極であり、その内径は０．４ｍｍであり、外径は０．６ｍｍである。また、第１の電極１０４の外周面には絶縁体が接して電極１０４との間に隙間が形成されることなく配置されており、したがって第１の電極の端面においてのみ金属が露出している。絶縁体が隙間無く外周面に配置されることにより、第１の電極１０４の外周面は被処理水１１０に直接接触しないようになっている。本実施の形態では、絶縁体として、酸化チタンを第１の電極１０４に直接プラズマ溶射することにより形成し、絶縁体の厚さは０．１ｍｍであった。酸化チタンは人体への影響が小さいため、処理した液体を人の生活において使用する場合に絶縁体として適切に使用される。

上記構成により、第１の電極１０４の開口部より被処理水１１０中に気体を供給し続けた場合、被処理水１１０中には気泡１０６が形成される。気泡１０６は、その中の気体が第１の電極１０４の開口部を覆う、即ち気泡内１０６に電極１０４の開口部が位置する寸法の柱状の気泡である。よって、実施の形態１において、第１の電極１０４は、気泡発生部としても機能する。第１の電極１０４の開口部の端面は図１−２に示すように、絶縁体１０３で覆われておらず、導電体である金属が露出している。ポンプ１０５を用いて気体の供給量を適切に設定することにより、第１の電極１０４の開口部近傍が気泡１０６内の気体で覆われた状態を維持できる。すなわち、第１の電極１０４の処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面が気泡内に位置するように、気体発生部として機能する第１の電極１０４が気泡を発生する必要があるが、そのような気泡を発生させるのに必要な流量の気体を、気体供給装置として機能するポンプ１０５が、処理槽の外部から気泡発生部として機能する第１の電極へ供給する。また、第１の電極１０４の外周面には酸化チタンからなる絶縁体が配置されている。したがって、第１の電極１０４の表面は、被処理水１１０と直接接しない状態となり得るように構成されているといえる。適切な量の気体を供給し続けた場合には、第１の電極１０４の表面は被処理水１１０に直接接触しない状態、即ち、第１の電極１０４を構成する導電体が被処理水１１０中に露出しない状態となる。

なお、本明細書において、「第１の電極（または第１の電極の表面）が液体（被処理水）に直接接触しない」とは、第１の電極の表面が、処理槽内の大きな塊としての液体と接触しないことをいう。したがって、例えば、第１の電極の表面が液体で濡らされている状態で、気泡発生部から気泡を発生させたときには、第１の電極の表面が液体に濡れたまま（即ち、厳密には第１の電極の表面が液体と接触した状態で）、その表面を気泡内の気体が覆う状態が生じることがあるが、その状態も「第１の電極が液体に直接接触しない」状態に含まれるものとする。

［動作］
次に、本実施の形態の液体処理装置の動作を説明する。
まず、ポンプ１０５により、第１の電極１０４の処理槽内に位置する一端の開口部より、被処理水１１０中に気体を供給する。気体の流量は、例えば、５００ミリリットル／分〜２０００ミリリットル／分であり、被処理水１１０中には、上記したように第１の電極１０４の開口部を、その内部の気体で覆う柱状の気泡１０６が形成される。気泡１０６は、第１の電極１０４の開口部から一定距離（図示した形態では２０ｍｍ以上）にわたって途切れることのない、単一の大きな気泡である。すなわち、気体の供給により、第１の電極１０４の開口部の周辺が気泡１０６内に位置し、気泡１０６内の気体で覆われた状態を得ることができる。その内部の気体が第１の電極１０４の開口部の端面を覆う気泡１０６は、それを液体中で規定する気−液界面が液体中で「閉じて」おらず、第１の電極１０４の開口部付近で、絶縁体１０３と接している。前述のとおり、第１の電極１０４の外側表面において、導電体は、開口部の端面においてのみ露出しているから、気泡１０６を発生させることにより、気泡１０６と絶縁体１０３によって、第１の電極１０４の外側表面は被処理水１１０から隔離される。第１の電極１０４の内側表面（内周面）は、気泡１０６が形成されているときに、供給される気体によって覆われ、被処理水１１０に直接接触しない（但し、後述するように、被処理水１１０と第１の電極１０４とは、僅かに接触して、漏れ抵抗を形成している）。

第１の電極１０４の開口部の周辺は、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に電圧が印加されている間、連続的に気泡１０６内に位置する、即ち気泡１０６内の気体で連続的に覆われていることが好ましい。尤も、気体の供給量（流量）が少ないと、気体を連続的に供給しても、第１の電極１０４の開口部の周辺が気泡１０６内に位置せずに被処理水１１０と直接接触することがある。そのような接触の有無は、気泡を供給している間の第１の電極１０４付近を高速度カメラで０．１ｍｓ〜０．５ｍｓごとに撮影することにより確認できる。さらに、気体を１〜３０秒間連続的に供給しながら高感度カメラで写真を撮影して観察し、下記の式に従って電極被覆率を求めることにより、第１の電極１０４と液体との接触の頻度を知ることができる。第１の電極の導電体の露出表面が気泡内に位置しているかどうかは、写真において目視で判断する。本実施の形態および他の実施の形態のプラズマ発生装置においては、この電極被覆率が例えば９０％以上、特に９４％以上となるように、気体を供給する。
電極被覆率（％）＝［（第１の電極の導電体の露出表面が気泡内に位置している画像（写真）の数）／撮影した画像（写真）の全数］×１００

次に、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に電圧を印加する。すなわち、第２の電極１０２を接地した状態で、第１の電極１０４にパルス電圧を印加する。例えば、ピーク電圧が４ｋＶで、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚのパルス電圧を印加してよい。また、供給電力は、例えば、２００Ｗである。第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に電圧を印加することにより、第１の電極１０４の近傍にはプラズマが生成される。プラズマは気泡１０６の全体に広がるが、特に第１の電極１０４の近傍で高濃度のプラズマ１０７が形成される。なお、第１の電極内部（筒状の第１の電極の内周部）においてもプラズマが生成されており、先端のみならず電極全体を有効活用していることがわかっている。また、高速度カメラで観測したところ、気泡の表面は図１−３に示すように比較的滑らかであり、プラズマに起因する衝撃波が発生していないと考えられる。

なお、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間の距離は特に限定されない。例えば特許文献１に記載のように、電極間距離を１〜５０ｍｍに規定する必要はなく、５０ｍｍより離れていてもプラズマを生成することが可能となる。

さらに、第１の電極１０４と第２の電極１０２を対向させる必要もない。処理槽１０９内において、その少なくとも一部が被処理水１１０と接触する位置であれば、第２の電極１０２を配置する位置に制約はない。これは、第２の電極１０２が被処理水１１０と接触していることにより、被処理水全体が電極として機能するためである。すなわち、第１の電極１０４側から見て、気泡１０６に接する被処理水１１０の表面全体が電極として機能していると考えられる。

また、パルス電圧の周波数についても特に制約はなく、例えば１Ｈｚ〜３０ｋＨｚのパルス電圧の印加により、プラズマを十分に生成できる。一方、電圧については電源の能力だけで決まらず、負荷のインピーダンスとの兼ね合いによって決まることは言うまでもない。また、パルス電圧を印加する際に正のパルス電圧と負のパルス電圧を交互に印加する、いわゆるバイポーラーパルス電圧を印加すれば電極の寿命が長くなるという利点もある。本実施の形態では、負荷のない状態で６ｋＶの電圧を出力できる能力のある電源を用いており、上記したように電極を含めた負荷を接続した状態において、実際に４ｋＶの電圧を印加することができる。このように、本実施の形態においては、電圧のロスが少ない状態でプラズマを形成できる。

以下において、さらに本実施の形態において、プラズマを形成するのに必要な電圧等について説明する。
特許文献６に記載されているように、瞬間沸騰現象を利用して液体を一旦気化してプラズマを生成する方法においては、液体を気化させるエネルギーを加える必要がある。具体的には、瞬間沸騰現象は、数十Ａ（アンペア）の大きな電流を流すことによって引き起こす。この場合において、液体の気化により生じる気泡のサイズはmmオーダーと小さく、そのため大量の液体中の除菌、あるいは分オーダー（minute order）の高速除菌を実施できない。よって、瞬間沸騰現象を利用するプラズマ生成は、実用化には適した技術とはいえない。このことはパッシェンの法則からも明らかである。

また、数十Aという大きな電流を流す放電はアーク放電になりやすく、電極を激しく消耗させる。さらに、液体の抵抗が大きい（導電率が小さい）場合にはそのように大きい電流を流すことができず、プラズマを生成できないという問題もある。即ち、瞬間沸騰現象を利用した液体中のプラズマ生成は、水道水程度の導電率を少なくとも要する。水道水の導電率は20 mS/m程度である。しかし、プラズマを導電率が20 mS/mより充分小さい液体において発生させることはしばしばある。よって、そのような小さい導電率の液体において瞬間沸騰現象によりプラズマ生成する場合には、電解質を液体に別途加えて液体の導電率を高くする必要があり、付加的なコストおよび工程を要する。

本実施の形態の装置は、液体を気化させてプラズマを生成するのではなく、外部から気体を供給して、cmオーダーの大きな液体壁を液体中に作り、当該液体壁で規定された大きな気泡内でプラズマを生成する。それにより、数Ａ以下の小さな電流で大きなプラズマを生成することに成功した。このことは、電気的に見るとプラズマ自体を「抵抗」から「容量」に変更したことに相当する。つまり、電源自体は交流からパルスを含めた直流電圧が適していることを意味している。また、本実施の形態においては、比較的低い電圧でプラズマを作ることができる。

ここで、本実施の形態における電源と、プラズマ発生部分のデバイス構造（プラズマを含む）との関係についてさらに考察する。本実施の形態におけるプラズマ発生部分のデバイス構造（以下、単に「デバイス構造」とも呼ぶ）においては、第１の電極である中空の導体が絶縁体で被覆されており、第１の電極である導体の中空部分から気泡を発生させる。それにより、液体中でも導体の表面を、液体から隔離した状態でプラズマを生成する。しかしながら、わずかに導体内部に侵入した水分によって導体と液体が高抵抗で接続された形になる。この接続部分の抵抗を、漏れ抵抗と呼ぶ。以上のような状態を等価回路図に表すと図３２のようになる。

図３２は、周波数30 kHz、10 kVの交流電圧を、ダイオードD1を介してデバイス構造に印加する状態を示している。プラズマを含むデバイス部分は、容量C1と漏れ抵抗R2で表されている。液体部分は抵抗R１で表されており、この抵抗は液体の導電率およびデバイスと対向電極（第２の電極）との距離によって変化する。例えば、電極間距離が1 cmである場合、導電率が25 mS/mの水道水の抵抗R1は5kΩ程度のバルク抵抗であり、純水の抵抗R1は1 MΩ程度になる。また、漏れ抵抗は、本実施の形態で用いるデバイス構造においては、1 MΩ程度である。これらの回路定数を用いてデバイスに印加される電圧V0を計算した結果を図３３から図３５に示す。図３３はバルク抵抗が１ｋΩ、図３４はバルク抵抗が１MΩ、図３５はバルク抵抗が１０MΩである場合の電圧を示す。

図３３に示すように、バルク抵抗が漏れ抵抗に比べて非常に小さい場合には、４ｋV以上の電圧がほぼ常にデバイス構造に印加された状態であり、平均印加電圧は6.7 kVである。したがって、4 kV以上の電圧が常にデバイスに印加されているために、安定してプラズマを生成できる。次に、水の導電率が小さく、バルク抵抗が1MΩである場合を考える。図３４に示すように、1 MΩのバルク抵抗は、漏れ抵抗と同じレベルである。この場合、常に4 kV以上の電圧が印加されず、平均電圧が3.73Vとなり、プラズマが不安定になる。しかしながら、電極間距離を5 mm以下にすれば、バルク抵抗が5 kΩ以下になり、平均電圧が4kV程度になるので、プラズマを安定に生成できる。さらにバルク抵抗を大きくして図３５のように１０ｋΩにすると、もはや印加電圧は常に４ｋVを維持できず、プラズマを安定して生成できない。バルク抵抗に対する平均電圧の変化は、図３６に示すとおりである。この場合も前述と同様に電極間距離を小さくすることによってプラズマを生成できる。

バルク抵抗は、例えば漏れ抵抗の５０％以下である。そのようにバルク抵抗が漏れ抵抗よりも低いと、平均印加電圧を４ｋＶ以上にして、安定してプラズマを生成することができる。

なお、ダイオードが無いと交流電圧がそのまま印加されるが、１０ｋV程度の電圧では安定的にプラズマを発生させることはできなかった。

なお、本実施の形態において、第１の電極１０４の内径を０．４ｍｍ、外径を０．６ｍｍとしたが、例えば内径０．０７〜２．０ｍｍ、外径０．１〜３．０ｍｍであってもプラズマを形成できる。さらに、処理槽１０９内の第１の電極１０４の寸法（長さ）は特に制限されない。例えば、前記範囲の内径および外径を有する第１の電極１０４は、処理槽１０９内で、０．１〜２５ｍｍの長さを有してよい。本実施の形態において、第１の電極１０４の処理槽１０９内に位置する部分の長さは、およそ１０ｍｍである。処理槽１０９内に位置する第１の電極１０４の部分の長さが小さいと、第１の電極１０４の開口部近傍に形成される気泡１０６が、処理槽１０９の壁に向かう方向において広がることができず（壁に衝突する）、気−液界面の面積が小さくなって、プラズマの生成量が少なくなる傾向にある。しかし、プラズマは、第１の電極１０４が処理槽１０９内に位置する限りにおいて生成される。このように本実施の形態の液体処理装置においては、電極の大きさに対する裕度も広くなっている。

［効果(ＯＨラジカル発生)］
図２は、本実施の形態におけるプラズマの発光特性を分光器で測定した結果を示すグラフである。被処理水１１０として水道水を用い、水温が２６．５℃であり、導電率が２０．３ｍＳ／ｍである場合の結果である。図２に示されるように、水の分解によって生じるOHラジカルに起因する発光が見られる。さらに、Ｎ₂、Ｎ、Ｈ、Ｏの発光も見られる。Ｎ₂、Ｎの発光は、気体として空気を被処理水１１０中に供給したためである。このように本実施の形態においては、水中で形成したプラズマの特徴と大気中で形成したプラズマの特徴とを併せ持つプラズマが生成される。

［効果（分解速度）］
次に、本実施の形態の液体処理装置による、被処理液体に対する効果を説明する。本実施の形態において、被処理液体のモデルとして、インディゴカーミン水溶液を用いた。インディゴカーミンは水溶性の有機物であり、汚濁水処理のモデルとしてしばしば用いられている。本実施の形態で用いたインディゴカーミン水溶液の濃度は１０ｍｇ／リットルであり、被処理水１１０の体積は０．２５リットルとした。

前述したように本実施の形態では、ＯＨラジカル、Ｎラジカル、Ｎ₂ラジカル、ＨラジカルおよびＯラジカルが生成している。これらのラジカルは、インディゴカーミンに作用し、分子内の結合を切ることによってインディゴカーミン分子を分解する。ＯＨラジカルは、一般的に知られているように、酸化ポテンシャルが２．８１ｅＶであり、オゾンおよび塩素の酸化ポテンシャルよりも大きい。よって、ＯＨラジカルは、インディゴカーミンに限らず多くの有機物を分解することができる。また、ＯラジカルやＮラジカルも、炭素との結合エネルギーが、それぞれ１０７６ｋＪ／ｍｏｌ、７５０ｋＪ／ｍｏｌであり、Ｃ−Ｃの結合エネルギーの６１８ｋＪ／ｍｏｌやＣ−Ｈの結合エネルギーの３３８ｋＪ／ｍｏｌよりもはるかに大きい。よって、それらはインディゴカーミン分子の分解に大きく寄与する。また、空気を供給して気泡１０６を発生させることに起因して、プラズマによってＮおよびＮ_２イオンが生成され、これらがインディゴカーミン分子に衝突する。これらのイオンの衝突によって、インディゴカーミン分子の分子間の結合が弱められるので、ＯＨラジカル、Ｏラジカル、Ｎラジカルによる分解効果がより大きくなる。

インディゴカーミン分子の分解の程度は、水溶液の吸光度により評価できる。インディコカーミン分子が分解すると、インディコカーミン水溶液の青色が消色し、完全に分解すると透明になることが一般的に知られている。これは、インディゴカーミン分子中に存在する炭素の二重結合（Ｃ＝Ｃ）による吸収波長が６０８．２ｎｍであり、インディゴカーミン分子が分解することによってＣ＝Ｃの結合が開裂し、６０８．２ｎｍの光の吸収がなくなるためである。よって、インディゴカーミン分子の分解の程度は、紫外可視光分光光度計を用いて６０８．２ｎｍの波長の光の吸光度を測定することにより行った。

図３に、処理時間に対するインディゴカーミン水溶液の吸光度の変化を測定した結果をグラフで示す。図３における吸光度の値は、未処理時の吸光度を１として規格化した値になっている。図３において、本実施の形態の液体処理装置による結果を白丸で示す。また、比較例１および２として、従来の液体処理装置による結果を黒四角および黒三角で示す。

比較例１としての従来の液体処理装置においては、第１の電極１０４および第２の電極１０２として、ともに外径０．１６ｍｍの円柱状のタングステンからなる電極を用い、これらの電極の端面をインディコカーミン溶液中において２ｍｍの間隔で対向させた。この装置による処理結果を黒四角で示す。また、同じ電極構成を採用し、別に設けたノズルより、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に細かな気泡（直径０．３ｍｍ程度）を供給し続けて処理したときの吸光度の変化を、比較例２として黒三角で示す。これらの比較例において、第１の電極１０４への供給電力は、本実施の形態の液体処理装置と同じく、２００Ｗとした。

図３に示すように、本実施の形態の液体処理装置では、１６分程度でインディゴカーミン水溶液をほぼ完全に分解することができた。これはＯＨラジカルを効率よく生成することにより成し得たものである。一方、比較例１においては、インディゴカーミン水溶液をほぼ完全に分解するのに１９０分程度がかかっている。また、従来の液体処理装置において、電極間に気泡を介在させた比較例２においても、５０分程度かかっている。このように、本実施の形態の液体処理装置によれば、同じ投入電力でも効率よくプラズマを生成でき、短時間で液体処理をすることが可能となる。

なお、比較例としての従来の液体処理装置については、以下のように考えられる。２つの電極を２ｍｍの間隔で対向させた比較例１においては、プラズマの生成は電極間の０．０４ｍｍ^３程度の空間で行われるため、生成するラジカル量が少ないものと考えられる。発明者らの詳細な解析に因れば、比較例１における放電中、対向する２つの電極の表面近傍に気泡が発生し、その気泡の内部でプラズマが生成することがわかった。しかも、この気泡は常に生成されているのではなく、浮力によって気泡が移動すると、それに伴いプラズマは消滅する。そして、新たに電極間に気泡が生成し、気泡の内部にプラズマが生成されることが繰り返される。つまり、電極間隔を狭くしてパルス状に電圧を印加するだけでもプラズマを生成できるが、プラズマの生成が断続的であること、およびプラズマが生成される空間が狭いことなどによって、プラズマの生成が効率よく行われない。そのため、インディゴカーミン分子の分解時間が長くなったものと考えられる。

また、ノズルより外部から気泡を供給する場合には、電極間に常にかつより多くの気泡が介在することとなる。このため、気泡を供給しない場合に比べてプラズマがより多く発生するものと考えられる。しかしながら、本実施形態の液体処理装置は、外部より気泡を供給した場合と比較しても、さらに多くのプラズマを発生させることができ、インディゴカーミン分子の分解時間を３分の１以下に短縮することができるという顕著な効果をもたらす。これは、本実施の形態において、第１の電極１０４の端部より気体を被処理水１１０に比較的大きな流量で供給し続けることによると考えられる。即ち、多量の気体の供給により、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間で放電している間、第１の電極１０４の前記液体中に位置する表面の端面（導電体が露出している表面）が気泡１０６内の気体で覆われて、第１の電極１０４が被処理水１１０に直接接触しないためであると考えられる。その結果、処理槽内において、液体のみからなる電流経路（または放電経路）が形成されなくなるので、電圧のロスが生じることなく、気体−液体界面において高い電圧が印加されて、多くのプラズマが発生していると考えられる。詳細については、実施の形態２において説明する。

なお、本実施の形態において、第２の電極１０２および第１の電極１０４の材料として鉄を用いた。これらの電極は、タングステン、銅、またはアルミニウムなどを用いて形成してよい。また、第１の電極１０４の外周面に設ける絶縁体は、酸化イットリウムを溶射することにより形成されたものであってよい。酸化イットリウムは、そのプラズマ耐性が酸化チタンよりも高いため、酸化イットリウムを用いることにより、電極寿命が長くなるという効果が得られる。

［効果（低供給電力による処理）］
本実施の形態において、供給電力を変化させて、インディゴカーミン水溶液の青色が消失するまでに要する時間の変化を観察した。先に説明した構成の液体処理装置において、気体の流量を２０００ミリリットル／分とした。また、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に、ピーク電圧が４ｋＶで、パルス幅が５００μｓ、周波数が１００Ｈｚ、供給電力３０Ｗのパルス電圧を印加して、水溶液中のインディゴーミン分子を分解するのに要した時間を測定した。同様に、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に、パルス幅が５００μｓ、周波数が１００Ｈｚ、供給電力６Ｗのパルス電圧を印加して、水溶液中のインディゴーミン分子を分解するのに要した時間を測定した。結果を図９に示す。なお、供給電力の設定値を小さくするために、電源は別の仕様のものを用いた。

図９に示すように、供給電力が小さくなるほど、分解に要する時間は長くなるものの、供給電力が３０Ｗおよび６Ｗ程度であってもプラズマは発生し、分解は進行した。供給電力が６Ｗであるときに水溶液中のインディゴーミン分子すべてが分解するのに要する時間は１５０分程度と推察されるところ、これは比較例１において供給電力を２００Ｗとしたときの同時間よりも短かった。

さらに、比較例１で用いた構成の処理装置において、例えば３０Ｗ、６Ｗを供給しようとしたところ、瞬間沸騰現象が起きず、全く電力が投入できないので（６Ｗ、３０Ｗは設定できない）放電が生じず、プラズマが発生しなかった。

本実施の形態の液体処理装置は、小さい供給電力での液体の処理を可能にする。したがって、本実施の形態の液体処理装置は、前記特許文献１および６の装置においては必要とされるような高い電力（４０００Ｗ以上）を必要としない。具体的には、本実施の形態の液体処理装置において、電源は出力容量の最大値が０Ｗより大きく１０００Ｗ未満である電源であればよく、１０００Ｗを超える電力を供給する必要はない。このような電力は、家庭用電気機器の電源から得ることができる。よって、本実施の形態の液体処理装置は供給電力の点から家庭用電気機器に組み込むのに適しており、電源およびポンプからなるユニットを前記の容積（１０００〜５０００ｃｍ^３）を有するような小型のものとすることも可能である。

さらに、上記範囲の電力を供給する場合、電極間の放電はコロナからグロー放電である。グロー放電によりプラズマを発生させると、異常グロー放電またはアーク放電と比較して、消費電力が少なく、大きな電流が必要ではないので電極の劣化が少ない上に電源の容量も小さくなる。このため装置価格および維持コストも低くなるという利点がある。

［参考形態］
プラズマを発生させる方法として、電圧を印加する電極を液中に位置させず、液面の上に配置し、接地電極を液中に位置させて、放電を実施し、液面でプラズマを発生させる方法が知られている。この方法は、電圧を印加する電極が液体と直接接していないという点において本実施の形態と共通する。しかし、この方法でプラズマを発生させると、オゾンが発生する。オゾンは、好ましくない生成物である。さらに、この方法においては、液と接触しているプラズマの面積が狭くなる傾向があり、ＯＨラジカルの生成量が少ない。また、仮に電極を複数配置してプラズマの面積を大きくしても、電極と液面との距離は１ｍｍ程度と狭くて、この間の空間に生成されるプラズマ体積が小さいこと、また、プラズマと水の界面はそもそも薄いことから、電極の数を増やしてＯＨラジカルの生成量を増やすのには限界がある。さらに、液面の位置が変化するような家電機器には使用し難いという欠点もある。直径１ｍｍの電極を用いて、２００Ｗの電力を加えて、０．２５リットルの１０ｍｇ／リットルのインディゴカーミン水溶液を処理した実験において、脱色時間は約４５分であった。このことは、この方法が、本実施の形態の液体処理装置を用いた放電と比べて、殺菌効率が悪いことを示していると考えられる。さらに、電力を３０Ｗおよび６Ｗとすると、脱色速度が非常に遅くなり測定が難しい。

（実施の形態２）
［電極構成の詳細検討］
図４は、本実施の形態における液体処理装置の全体構成図である。本実施の形態では、絶縁体１０３として円筒状のアルミナセラミックスを用いた点が実施形態１と異なる。その他の構成は、実施形態１と同じである。

図４−２は第１の電極１０４の開口部近傍の拡大図である。第１の電極１０４の外周面にはアルミナセラミックスからなる内径０．６ｍｍ、外径０．９ｍｍの円筒状の絶縁体１０３が密着して配置されている。絶縁体１０３は、第１の電極１０４に対してスライド可能に構成されている。本実施の形態では、第１の電極１０４と絶縁体１０３のそれぞれの端面の位置関係を変更して、被処理液体の処理時間に対する影響を検討した。なお、図４−２に示すように、絶縁体１０３の先端と第１の電極１０４の先端との間の距離をｄとし、絶縁体１０３の先端位置を基準として、第１の電極１０４の先端が外側に突き出している場合、ｄを正とし、内側に引っ込んでいる場合、ｄを負とした。

ポンプからは２０００ミリリットル／分の空気を供給した。また、第２の電極１０２を接地し、第１の電極１０４にはピーク電圧が４ｋＶで、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚ、供給電力が２００Ｗのパルス電圧を印加した。

図５のグラフは、距離ｄと、インディゴカーミン水溶液が完全に脱色されるまでの時間との関係を示す。図５に示されるように、距離ｄが正から負になるにしたがって急速に脱色時間は短くなり、インディゴカーミンの分解が進んでいることがわかる。特に、距離ｄを正の状態から−２ｍｍまで変化させると、脱色時間は大きく減少する。これは、絶縁体１０３の先端よりも第１の電極１０４の先端が引っ込むことにより、第１の電極１０４の先端部分が、供給される気体によって覆われ易くなるためである。第１の電極１０４の先端部分が気体に覆われると、気泡１０６と絶縁体１０３が第１の電極１０４と被処理水１１０との間に介在するため、第１の電極１０４は、被処理水１１０に直接接触しなくなる。その結果、第１の電極１０４と第２の電極１０２との間には、被処理水１１０のみからなる電流経路が存在しなくなる。したがって、第１の電極１０４に印加されたパルス電圧は、被処理水１１０にリークすることなく気泡１０６に印加されるため、効率よくプラズマを発生させることが可能となる。

なお、距離ｄを−２ｍｍ以下にしても、脱色時間はあまり変化しない。さらに、距離ｄを−４ｍｍ以下にすると、かえって気体と水の界面の距離が長くなり放電しにくくなるため、プラズマが水を分解しにくくなり、ＯＨラジカルの量は逆に減ってしまう。このように、単に第１の電極１０４の端面を被処理水１１０から遠ざければ良いということではなく、気体の供給量ならびに第１の電極の寸法および形状等に応じて、距離ｄの最適な値が存在する。

また、第１の電極の開口部の端面の位置を、電圧印加開始時において絶縁体の端面より外側に位置させ、プラズマ発生開始後に絶縁体の端面よりも内側に相対的に移動させる場合には、移動後の距離ｄが−４ｍｍ以下であっても、脱色時間が長くなることはなかった。これは、一旦被処理水１１０中に気泡１０６が形成され、第１の電極１０４の開口部近傍が気泡１０６内に位置して気泡１０６内の気体で覆われた状態でプラズマ発生を開始させることによると考えられる。即ち、プラズマを発生させてから、ｄを−４ｍｍ以下にした場合に、水中へ張り出しているプラズマの体積が、ｄ＝−２ｍｍの場合の水中へ張り出したプラズマの体積と変わらず、したがって生成したラジカル量があまり変わらなかったためであると考えられる。

また、第１の電極１０４を絶縁体１０３に対して相対的に移動させてｄをマイナスとすることにより、第１の電極１０４が水に濡れにくくなるために、電圧ロスが少なくかつ安定し、放電が安定するという効果が得られる。すなわち、電源により第１の電極１０４と第２の電極１０２との間に電圧を印加した後に、第１の電極１０４の開口部の端面を絶縁体１０３の端面よりも内側方向に移動することで、安定した放電を行うことができる。第１の電極１０４を絶縁体１０３に対して相対的に移動させることは、絶縁体１０３を移動させることにより実施してよく、あるいは第１の電極１０４を移動させることにより実施してよい。

距離ｄを変えて気泡状態を高速度カメラで観測したところ、図４−３に示すように、ｄ＝−２ｍｍとした場合には、図１に示す実施の形態１に比べ、気泡の表面は滑らかではなく、プラズマに起因する衝撃波によって表面に凹凸が多く発生している。また、同時に衝撃波により気泡の一部が分離し、マイクロバブル１１１が生成している。これは、第１の電極１０４の端面が被処理水１１０から遠ざかったことにより、瞬時により高い高電圧が気液の界面に印加されたことによるものである。

（実施の形態３）
［全体構成］
図６は、本実施の形態における液体処理装置の構成図である。本実施の形態では、第２の電極２０２の一部が気泡２０６に接するか、第２の電極２０２の一部が気泡２０６の内部に位置するように配置されている。その他の構成は実施の形態１と同じである。図６中の符号において、図１中の符号の下二桁と同じ下二桁を有する符号は、図１のそれらの符号が示す要素または部材と同じ要素または部材である。

ポンプからは２０００ミリリットル／分の空気を供給した。また、第２の電極２０２を接地し、第１の電極２０４にはピーク電圧が４ｋＶで、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚ、供給電力２００Ｗのパルス電圧を印加した。

本実施の形態において、気泡状態を高速度カメラで観測したところ、図７−３に示すように、気泡２０６の表面は滑らかではなく、プラズマに起因する衝撃波によって表面に凹凸が多く発生している。また、同時に衝撃波により気泡の一部が分離し、マイクロバブル２１１が生成している。図１に示す実施形態１と比較すると、発生するマイクロバブルの数は圧倒的に多い。

［効果］
図７は、本実施の形態において、処理時間に対するインディゴカーミン水溶液の吸光度の変化を測定した結果を示すグラフである。図７において、白四角は本実施の形態の測定結果である。また、白丸は実施の形態１の測定結果である。第１の電極２０４、１０４と、第２の電極２０２、１０２との間には、それぞれ２００Ｗの電力を供給した。

図７に示すように、本実施の形態では、インディゴカーミン水溶液が完全に分解されるまでの時間は約３分３０秒であった。一方、実施の形態１では、インディゴカーミン水溶液が完全に分解されるまでの時間は、約１６分であった。即ち、本実施の形態の構成によれば、処理時間を、実施の形態１の構成が要する処理時間の４分の１以下に短縮できることがわかる。これは、電極２０２が気泡に接するもしくはその中にあることにより、電圧がロスすることなく（即ち、電流が液中に逃げることなく）、より強い電圧が気泡内の空気および気泡と溶液との界面に印加されるためである。これによりプラズマ密度がより大きくなり、図８に示すようにＯおよびＨラジカルがより多く生成されて、処理がより短時間で終了する。さらに、気泡と溶液との界面には強い電界により発生した衝撃波が作用し、気泡の一部を分離してマイクロバブルを生成する。このマイクロバブルにはＯＨラジカルおよびＯラジカルが含まれており、これらのラジカルがマイクロバブルによって溶液全体に広く伝播するため、インディゴカーミンの分解をより促進することができる。このように、本実施の形態によれば、衝撃波を活用することにより、微生物および細菌の分解を効率的に行うことができる。

また、本実施の形態の変形例として、実施の形態２のように、絶縁体２０３を電極２０４に対し可動である筒状のアルミナセラミックスとし、第１の電極２０４端面と絶縁体２０３端面の位置関係を変更して、被処理液体の処理時間に対する影響を観察した。この変形例においては、第１の電極２０４の端面を、絶縁体２０３の端面から、約２ｍｍ内側にして、プラズマを発生させて被処理液体の吸光度を測定した。

図７−２に結果を示す。図７−２に示すように、本実施の形態の変形例は、実施の形態２に比べて、さらに脱色時間を短くしたことがわかる。この結果からも、第２の電極２０２が気泡に接するもしくはその中にあることによって、電圧がロスすることなく、より強い電圧が気泡内の空気および気泡−溶液界面に印加されると言える。

（実施の形態４）
本実施の形態では、投入電力に対する液体処理効率を向上させた実施形態について説明する。

本実施の形態では、実施の形態２と同様の構成を有し、第１の金属電極が内径１ｍｍ、外径２ｍｍの金属からなる円筒状の電極であり、第１の電極１０４の外周面に、内径２ｍｍおよび外径３ｍｍのアルミナセラミックスからなる円筒状の絶縁体が電極との間に隙間が形成されないように配置した、液体処理装置を使用した。図１１は、第１の電極の先端を絶縁体の先端から内側に２ｍｍ引っ込めた状態で気体供給装置から供給される気体（空気）の流量を変化させたときに、気体の流量と、被処理液体であるインディゴカーミン水溶液が脱色するまでの時間との関係を示している。図１１に示すように、ある一定以上の流量においては、その脱色時間が飽和しているものの、逆にある一定の流量以下の場合、液体処理に必要な時間が増加していることがわかる。

図１２は、高速度カメラを用いて、第１の電極の先端を絶縁体の先端から内側に２ｍｍ引っ込めた状態で、第１の電極先端近傍を撮影した画像である。各画像において、画像左側に電極があり、その先端から気泡が形成されている様子が観察される。図１２は、図１１で示した結果のそれぞれの流量で気泡を発生させて撮影した画像を示している。また、図１２では、基準時間に対して３０ｍｓ、６０ｍｓ、９０ｍｓ、１２０ｍｓ後の画像を代表的に示している。これらの撮影結果をもとに、一定時間中に電極を気泡が覆っている時間の比率を導出した。具体的には、図１２に示していないものを含む撮影した画像（写真）の全数と、第１の電極の導電体の露出表面が気泡内に位置している画像（写真）の数とを数え、下記の式に従って算出した。第１の電極の導電体の露出表面が気泡内に位置しているかどうかは、目視により判断した。

電極被覆率（％）＝［（第１の電極の導電体の露出表面が気泡内に位置している画像の数）／撮影した画像の全数］×１００

結果を図１３に示す。

図１１と図１３の結果を比較すると、気泡の電極被覆率と液体処理時間には強い相関があることがわかる。流量が低下することによって電極の被覆率が低減し、それに伴ってプラズマ放電の頻度が低下する。このため、液体処理に必要な時間が増加するものと考えられる。また、例えば２０ミリリットル／分の条件下では、気泡が形成されていない約７０％の時間中も連続して電圧を印加していることとなる。気泡が形成されていない間に印加される電圧は放電に寄与しないから、気泡が形成されていないときに無駄に電力が消費されていることとなる。

この無駄な電力の消費を減らすために、本実施の形態では、気体供給装置であるポンプおよび／または電源の動作タイミングを制御することにより、投入電力に対する液体処理効率を向上させる。
図１５は、本実施の形態の液体処理装置の全体構成図である。本実施の形態の構成は、実施の形態２とほぼ同じであり、実施の形態２と異なる点は、ポンプ５０５と電源５０１とを制御する制御装置５２０を設けたこと、および循環ポンプを設けていないことである。
本実施の形態の液体処理装置の動作を、図１４を用いて説明する。図１４は、電極に印加した電圧、電極周りの気泡の様子、プラズマ放電の様子を概念的に示している。なお図１４は概念的な図面であるため、実際のパルス幅等には対応していない。

まず、制御装置５２０は、ポンプ５０５を動作させ、第１の電極５０４の処理槽内に位置する一端の開口部より、被処理水５１０中に気体を供給する。本実施の形態では２０００ミリリットル／分の流量を用いて気泡５０６がほぼ連続的に第１の電極５０４の端部を覆うようにしている。なお、気泡を形成するのに必要な流量は電極の形状により異なるため、それぞれの形状に合わせて選択してよい。

ポンプ５０５が動作を開始してから所定時間後には、気泡５０６が電極５０４の導電体が露出している部分を常に覆う状態となる。この状態に達してから、制御装置５２０は電源５０１を動作させ（オン（on）し）、第１の電極５０４と第２の電極５０２との間に電圧を印加する。第１の電極５０４と第２の電極５０２との間に電圧を印加することにより、電極５０４の近傍にはプラズマ５０７が生成される。

一方、液体処理装置の動作を停止させる（オフ（off）する）場合には、制御装置５２０はまず電源５０１を停止させる。次に、制御装置５２０はポンプ５０５の動作を停止する。なお、ポンプ５０５の停止から気泡が第１の電極５０１の露出部を覆わなくなるまでにタイムラグがある場合には、このタイムラグを考慮してポンプの停止を早くしてもよい。即ち、制御は、気泡が第１の電極５０１の導電体の露出する表面を覆わなくなり、露出する表面が液体に直接接触するよりも早く、電源５０１が出力停止状態となるように電源５０１を制御する。これにより、放電開始前および放電停止後の消費電力のロスを低減させることができる。

本実施の形態においては、さらに、アルミナセラミックスの内径（即ち、第１の金属電極１０４の外径）を１ｍｍ〜３ｍｍの範囲で変化させるとともに、第１の電極１０４の内径を０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲で変化させて、同様に電極被覆率を測定した。その結果を図３１に示す。この範囲で第１の電極の内径を変化させたときに、電極被覆率において顕著な変化は生じなかった。

本実施の形態では、実施の形態１の液体処理装置に制御装置を加えた構成を説明した。制御装置は実施の形態２、３においても適用可能である。

（実施の形態５）
本実施の形態では、ポンプから供給される気体の流量を少なくしたときに、投入電力に対する液体処理効率を向上させた実施の形態について説明する。
本実施の形態は、気泡検出装置を用いる点で実施の形態４と異なる。その他の構成は特に断りがない限り実施の形態４と同じである。

［全体構成］
図１６を用いて、本実施の形態の構成を説明する。
本実施の形態では、実施の形態４の構成に加えて、気泡検出装置８０１を用いる。例えば、気泡の形成および消滅が事前に把握できている場合には、実施の形態４のような方法で電源を制御することができる。しかしながら、気泡の形成および消滅を必ずしも事前に把握できるとは限らない。そこで本実施の形態では、気泡検出装置を用いて気泡の検出を行い、その検出に連動させて電源を制御する。

本実施の形態では、気泡検出装置８０１としては、高速度カメラを用いることができる。第１の電極５０４近傍の気泡５０６に焦点を合わせて高速度カメラを設置する。図１２に示すように、気泡の有無は高速度カメラで確認することができる。所定のアルゴリズムを用いて気泡の有無を判断し、制御装置５２０に判断結果を転送する。制御装置５２０は、気泡検出装置８０１の判断結果を元に、電源５０１にフィードバックをかける。例えば、高速度カメラが撮影した画像のコントラストから第１の電極５０４近傍に気泡５０６が存在するか否かを演算処理装置を用いて判断し、結果を制御装置５２０にフィードバックすることができる。また、気泡のエッジ（気体と液体との界面）を検出することによっても気泡の存在有無を判断することができる。その他、気泡の検出方法については、既知の画像検出方法を用いることができる。これによって、気泡が存在する場合のみ電源印加を行うことができ、無駄な電力消費を無くすことができる。

あるいは、気泡検出装置としては、発光受光素子を用いることができる。例えば発光素子として半導体レーザまたは発光ダイオード（ＬＥＤ）を、受光素子としてフォトダイオードを用いることができる。図１７に発光素子および受光素子を用いた気泡検出装置による気泡検出方法を模式的に示す。第１の電極５０４の先端の気泡付近にレーザの光路が存在するように、発光素子を設置する。気泡が存在しない条件で受光する位置に受光素子を設置する（図１７（ａ））。気泡が発生すると、屈折率が変動するため、レーザの光路が変化し、受光素子において受光する光の量が変動する（図１７（ｂ））。プラズマ放電することで、光が発生し、光検出手段の干渉要因となりうるが、あらかじめ条件を設定することによって、そのような干渉を回避することができる。例えば、プラズマの放電スペクトルに干渉しないように、半導体レーザの波長を設定することができる。所定の値を閾値にし、受光素子の信号を制御装置に転送する。制御装置は、気泡検出装置の結果をもとに電源にフィードバックをかける。これによって、無駄な電力消費を無くすことができる。光検出装置の使用は比較的安価に気泡検出装置を構成することを可能にする。

以下に、気泡検出装置として発光受光素子を用いた気泡検出の例を説明する。図２０に示すように、発光素子である発光ダイオード（中心波長６１０ｎｍ）の中心光路が電極先端部の気泡付近に存在するように、透明な処理槽の片側に発光ダイオードを設置した。また、発光ダイオードからの光を受光してその光量を測定する受光素子である照度センサを、気泡が存在しない条件でその感度が最大となるように、発光ダイオードを設置した処理槽の側と反対の側に設置した。発光ダイオードと照度センサは図２０に示すように合計３対設置した。また、それぞれの対の間隔は１ｃｍとした。図２０においては、発光ダイオードと照度センサの対を、電極に近いものから順に、No.1〜3として示している。

照度センサが発生する電圧は、それの受光量によって変化する。そこで、照度センサの発生電圧を市販のデータロガーを用いて検出し、気泡の発生の有無による発生電圧の変化を測定した。測定は１００ｍｓ間隔で実施した。照度センサにおいては、光学フィルターを用いなかった。気泡の導入および発光ダイオードの電源は表１に示すように制御した。

図２１に示すように、発光ダイオードの電源がＯＦＦの状態である０〜４秒の領域では、No.1〜３における照度センサの発生電圧はいずれもほぼ０Ｖであった。次に４〜９秒の領域で外部から気体を供給し、発光ダイオードの電源をＯＮの状態にしたところ、気泡が光路に存在するNo.1の照度センサの発生電圧のみが、気泡の発生に応じて変動することを確認した。具体的には、発生電圧が、0.5V〜2.2Vの間で気泡の有無に合わせて変動することを確認した。気泡が光路に存在しないNo.2、No.3の照度センサの発生電圧は、気泡の発生の有無によらず、2.2Vで一定であった。

次に、９〜１２．５秒の領域で発光ダイオードの電源をＯＮの状態にして、気体の供給を停止した。その領域では、No.1の照度センサの発生電圧も、No.2、No.3の照度センサと同様に、2.2Vであり略一定であった。最後に１２．５〜２０秒の領域で再度気体を供給した。その領域では、No.1の照度センサの発生電圧のみが、再度、気泡の発生に応じて変動した。よって、この例により、気泡検出装置として発光受光素子を利用できることを確認することができた。この例では、データロガーの性能上１００ｍｓ間隔での測定を行った。データロガーの測定間隔を短くすることによって、さらに検出感度を上げることができる。

上記の例において、発光ダイオードに代えて、半導体レーザを用いることも可能である。さらに、発光素子と受光素子は必ずしも対にする必要はない。例えば、発光素子を、処理槽全体を照らず照明装置としてもよい。あるいは、発光素子および受光素子は、マトリックス状に配置することも可能である。その場合、二次元的に気泡の有無を検知することも可能であり、例えば、気泡のサイズ（または気泡の広がりの度合い）を合わせて検出することも可能である。

あるいは、気泡検出装置としては、超音波などの音波を用いた検出装置を用いることができる。発光受光素子の場合と同様に、気泡形成部を音波が通過するように検出装置をセットする。光の場合と同様に、気泡の有無によって音波の進行路が変化するため、その変動を検出することによって気泡の有無を検出することができる。また、気泡の流速をもとに、ドップラー効果によって音波の波長シフトを検出することも可能である。

あるいは、気泡検出装置としては、圧力検出装置を用いることができる。図１８（ａ）に圧力検出素子を用いた気泡検出装置による気泡検出方法を模式的に示す。例えば、電極近傍の気泡が形成される部分に圧力検出素子としての圧電素子を設置する。圧電素子としては、既知のものを用いることができ、例えばＰＺＴ薄膜やＰＶＤＦ薄膜を用いた素子を用いることができる。電極近傍に気泡が形成される際に圧電素子に気泡が触れると、その圧力により電圧が発生する。あらかじめ液中で発生する圧力をバックグラウンドとして検出しておき、気泡の発生による圧力差をもとに気泡の有無を検出する。その差分を所定のアルゴリズムを用いて読み取ることによって気泡の形成有無を判断することができる。その一例を図１８（ｂ）に示す。圧電素子を設置する場所、および読み取る電圧の閾値などを設定することによって、気泡のサイズを検出することが可能である。なお、気泡検出装置としての圧電素子は電極近傍ではなく、電極に組み込む形で形成しても良い。圧電素子を用いた気泡検出装置は、駆動用の外部電源を必要とせずに構成することが可能である。よって、装置全体の消費電力を低減することができる点で有効である。

あるいは、気泡検出装置としては、抵抗検出装置を用いることができる。図１９に抵抗検出装置を用いた気泡検出装置による気泡検出方法を模式的に示す。例えば、第１の電極５０４の周りに当該電極から電気的に絶縁された第３、第４の電極を設置する。具体的には、図１９に示すように絶縁体５０４の周囲に第３、第４の電極を設置する。気泡が形成された場合に第３、第４の電極の周りを気泡が覆うと（図１９（ｂ））、電極間は気体のみで覆われる。このため、電極間の抵抗が大きく変動する。この抵抗値を読み取ることによって気泡の有無を検出することができる。あるいはまた、抵抗検出装置は、第１の電極の周りに別の電極を設ける構成を備え、第１の電極と別の電極との間の抵抗値を読み取るものであってよい。第１の電極と別の電極との間の抵抗の変化によっても気泡の有無を検出することができる。

あるいは、気泡検出装置としては、容量検出装置を用いることができる。抵抗検出装置の場合と同様に電極の周りに設置された第３、第４の電極を用いる。気泡が形成されることにより、電極間は気体のみで覆われることになる。このため、電極間の誘電率が大きく変動し、これに伴って電極間の容量が大きく変動することとなる。この容量の変動を検出することによって気泡の有無を検出することができる。あるいはまた、容量検出装置は、第１の電極の周りに別の電極を設ける構成を備え、第１の電極と別の電極との間の誘電率（容量）を読み取るものであってよい。第１の電極と別の電極との間の容量の変化によっても気泡の有無を検出することができる。

あるいは、気泡検出装置は、ポンプと一体とすることができる。例えば、気泡導入用のポンプの負荷電流を読み取ることによって気泡の有無を検出することができる。ポンプを駆動して気泡を形成する際に、ポンプには負荷が発生するが、電極の周りに気泡が有るか無いか等によって、この負荷は変動する。このため、この負荷の差異を所定のアルゴリズムを用いて検出することによって、気泡の有無を検出することができる。この方法は、特に、ポンプの容量が小さい場合に有効である。ポンプ容量が小さくなると、気泡形成有無による負荷の変動が大きくなるため、気泡検出が容易になる。

［動作］
次に、本実施の形態の液体処理装置の動作を説明する。ポンプ５０５から、（２０ミリリットル／分の空気を供給する。このとき、時間比で表される、気泡の電極被覆率は、図１２によれば３０％程度である。

本実施の形態では、高速度カメラを用いて気泡の検出を行う。なお、前述したその他の気泡検出装置を用いることも、もちろん可能である。高速度カメラが検出した気泡の生成有無と合わせて制御装置を用いて電源の制御を行う。そのため、印加した電圧はすべてプラズマ放電に用いることができる。

［効果］
気泡検出装置によって気泡の状態を把握し、制御装置を用いて電源にフィードバックをかけることで、消費電力のロスを低減し、効率よくプラズマ放電を行うことができる。なお、本実施の形態では、実施の形態１の液体処理装置に制御装置および気泡検出装置を加えた構成を説明した。制御装置および気泡検出装置は、実施の形態２、３においても適用可能である。

（実施の形態６）
［全体構成］
図２２は、本実施の形態における液体分析装置の構成図である。本実施の形態では、液体に含まれる成分の種類を測定するための光検出装置９００が配置されている。その他の構成は実施の形態４と同じである（但し、制御装置は使用していない）。図２２中の符号において、図１中の符号の下二桁を同じ下二桁を有する符号は、図１のそれらの符号が示す要素または部材と同じ要素または部材である。

光検出装置９００は、プラズマが発生する光から、プラズマに含まれる成分が発する光の波長および強度を検出し、それにより、プラズマに含まれる成分、即ち、液体に含まれる成分の種類および量を測定する、即ち、該成分の定性定量分析を行う。光検出装置９００として、例えば、ＣＣＤおよび分光器を組み合わせて用いることができる。分析の対象となり得る成分は、プラズマ中において固有の波長で光を発するものである。よって、有機物質および無機物質のいずれも、分析の対象となり得る。例えば、分析の対象となり得る成分は、カルシウム、ナトリウム、およびカリウムである。

本実施の形態においては、処理槽６０９として光学的に透明なプラスチック容器を用いた。なお、処理槽６０９は全体が透明である必要はなく、その一部がプラズマから発せられる光を通過させて、光検出装置９００がその発光スペクトルを検出できる程度に透明であればよい

［動作］
光検出装置９００として、市販の分光装置を用い、300〜800nmの波長の光を測定した。露光時間は20msとした。分光器に付属の光ファイバーを、処理槽６０９の外側からプラズマが形成される付近に設置し、プラズマの発光スペクトルを測定した。発光スペクトルの測定のために、以下の３つの試験を実施した。

（試験１）
純水にNaClを溶解し、導電率を300mS/mとした被処理水６１０においてプラズマを発生させ、プラズマの発光スペクトルを測定した。気泡６０６は、外部から空気を、流量２０００ミリリットル／分で導入して発生させた。放電は、電源６０１から２００Ｗの電力を供給し、第１の電極６０４にピーク電圧が４ｋＶで、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚのパルス電圧を印加して実施した。図２３に測定結果を示す。発光スペクトルにおいて、589nm付近にNaに特有のピークが現れ、Naを検出することができた。この試験により、純水においては不純物である、Naを本実施の形態により検出できることがわかった。

（試験２）
試験１と同様に純水にNaClを溶解した。試験１と異なり、溶液の導電率を48.5〜300mS/mの範囲で変化させ、発光スペクトルを測定した。図２２に示す589nm付近のNaのスペクトルを655nm付近のHのスペクトルで規格化し、横軸に水溶液の導電率、縦軸にNa/H比をプロットした。図２４に結果を示す。図２４より、100mS/m以上のNaCl水溶液に対してNa/H比は線形性を保っており、Na量の分析が可能であることがわかった。

（試験３）
純水に（株）ハイポネックスジャパン製、微粉ハイポネックス（商品名）を溶解した水溶液においてプラズマを発生させ、発光スペクトルを測定した。微粉ハイポネックスは水に溶解して水耕栽培に用いられるものであり、微粉ハイポネックスの水溶液は、成分の１つとしてK（カリウム）を含有する。水溶液は、450ccの純水に、0.9gの微粉ハイポネックスを溶解して調製した。水溶液の導電率は約200mS/mであった。気泡６０６は、外部からHeを、流量３００ミリリットル／分で導入して発生させた。放電は、電源６０１から３０Ｗの電力を供給し、第１の電極６０４にピーク電圧が１０ｋＶで、パルス幅が３３μｓ、周波数が３０ｋＨｚのパルス電圧を印加して実施した。図２５に結果を示す。図２５に示すように、766nm付近にK特有のスペクトルを確認することができた。この試験により、純水においては不純物である、Kを本実施の形態により検出できることがわかった。

本実施の形態の変形例を、図２６に示す。図２６は、実施の形態５で説明した制御装置５２０および気泡検出装置８０１と、光検出装置９００とを組み合わせた例を示す。本実施の形態のプラズマ発生装置において、プラズマは、気泡６０６を第１の電極６０４に発生させた状態で電圧を印加したときに気泡内に生じる。そのため、気泡６０６が形成されていないときには、プラズマが生成せず、ひいてはプラズマからの発光が得られない。そこで、プラズマ発生のタイミングを逃さずに発光スペクトルを得るためには、光検出装置９００の露光時間を大きくする必要がある。しかし、露光時間が大きいと、光検出装置９００の検出量が飽和することがあるので、光検出装置９００の露光時間をある程度絞らなければならないことも多い。具体的には、例えば、ミリ秒程度の時間の信号を積算し、複数回の信号の平均値を取る処理などが行われる。

光検出装置９００として、例えば一般的なＣＣＤを用いる場合、微視的な時間で見れば偶発的である放電のタイミングに同期させて光が検出されるわけではない。そのため、露光を行っているミリ秒単位の時間内に、電極６０４付近に気泡が形成されていない場合には、光検出量はほぼ０となり、検出感度が低減する。そこで、この変形例においては、気泡検出装置８０１が気泡を検出している場合に、光検出装置９００の露光を制御装置５２０で制御する。この構成によれば、プラズマ光が生じていない間の露光を抑制することができるため、装置の全体的な測定感度（または分析感度）を向上させることが可能となる。

プラズマ光の発光スペクトルを用いた分析は、例えば、カルシウム、ナトリウムおよびカリウムの定量分析に用いてよい。その他、原理的に、様々な元素の検出が可能であり、幅広く液体分析装置（例えば、水質分析装置）として用いることができる。また、本実施の形態の液体分析装置は、液体分析と同時に、液体の処理を実施するものであってよい。例えば、本実施の形態の装置を洗濯機に利用する場合には、水中のカルシウム濃度を測定することにより硬度を測定し、硬度に応じて洗剤量を調整することができる。その場合、硬度測定と同時に水を処理してよい。あるいは、本実施の形態の液体分析装置は、植物栽培溶液管理のために用いてよい。具体的には、植物栽培溶液中のナトリウム量およびカリウム量などを分析するために用いてよい。その場合、分析と同時に、プラズマ発生により植物栽培溶液の滅菌処理を実施してよい。

（実施の形態７）
［気泡発生部の角度の検討］
本実施の形態では、実施形態４で用いた液体処理装置において、気泡発生部の開口部の方向（向き）が、電極被覆率および気泡サイズに及ぼす影響を説明する。本実施の形態では、実施形態１において使用した液体処理装置と同じ構成の処理装置を使用した。本実施の形態では、第１の電極１０４として、内径１ｍｍ、外径２ｍｍの金属からなる円筒状の電極を使用した。第１の電極１０４の外周面には、内径２ｍｍ、外径３ｍｍのアルミナセラミックスを電極との間に隙間が形成されないように配置した。

さらに、本実施の形態では、第１の電極１０４は、その取り付け角度を０°〜１８０°の範囲で３０°ずつ変化させて取り付けて、それぞれの取り付け角度にて気泡を発生させた。第１の電極１０４の角度は、その開口部の向いている方向（より詳細には、第１の電極１０４内を通過する気体の方向）が、重力が加わる方向と一致する場合には０°とし、重力が加わる方向とは反対の方向と一致する場合には１８０°とした。したがって、図１に示す第１の電極１０４の角度は９０°である。第１の電極１０４の角度を変化させたときの電極先端部の気泡の様子を観察した。第１の電極１０４の角度を変えるごとに、気体の流量を１００ミリリットル/分、５００ミリリットル/分、２０００ミリリットル/分と変化させて、各流量での気泡の様子を観察した。第１の電極１０４の角度が０°であるときと、９０°であるときの気泡を高速度カメラで撮影した写真を、図２７に示す。

図２８（ａ）〜（ｃ）は、第１の電極の角度に対して電極被覆率をプロットしたグラフである。（ａ）、（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ、気体の流量が１００ミリリットル/分、５００ミリリットル/分、２０００ミリリットル/分であるときのグラフである。電極被覆率は前述の方法で導出した。図２８に示すように、取り付け角度0°〜60°の範囲では、それぞれの流量に対してほぼ一定の被覆率を示すが、60°〜180°の範囲では、電極被覆率が低減することがわかった。特に流量が少ない場合にその低減度合いが大きいことがわかった。この結果から、取り付け角度を0〜60°の範囲とすることで、電極を安定的に気泡で被覆することができ、プラズマを安定に生成し得ることがわかった。

図２９は、第１の電極の角度に対して気泡のサイズをプロットしたグラフである。図２９においては、横軸に電極の角度、縦軸に気泡サイズを示している。気泡のサイズは、気泡の中心を通るそれぞれのサイズraおよびrbを高速度カメラの写真から導出し、（ra×rb)^1/2として導出した。図３０に示すように、raは、気泡の輪郭の任意の二点を結ぶ線分のうち、気泡の中心を通り、かつ最も長い線分の距離であり、rbは気泡の中心を通り、かつraと直交する線分のうち最も長い線分の距離である。図２９にプロットした気泡のサイズは、第１の電極の角度および気体の流量を固定した状態で撮影した写真の中から、気泡が第１の電極から離れる直前の写真を3枚抽出して各写真から測定した値の平均値である。

図２９に示すように、流量が小さい場合および多い場合のいずれにおいても、第１の電極の角度が90°程度、例えば８０°〜１００°であると、気泡サイズはおおむね極大値をもつことがわかった。本実施の形態において、角度が小さい場合は、浮力によって気泡が上に逃げるため、気泡の寸法が大きくなりにくく、角度が大きい場合は浮力によって気泡が電極から離れてしまい、やはり気泡が大きくなりにくいと考えられる。このため、第１の電極の角度を約90°（例えば８０°〜１００°）とすると、気泡のサイズを最も大きくし得ると考えられる。気泡のサイズが大きくなれば、その内部に形成されるプラズマのサイズも大きくなる。なお、気体の流量が１００ミリリットル／分である場合には、第１の電極の角度が180°であるときの気泡サイズは、第１の電極の角度が90°のときのそれよりも大きい。これは、電極と接触している箇所の表面張力に対して気流が少ないため気泡が比較的伸びることによると考えられる。

（実施の形態８）
［水深と気泡のサイズに関する検討］
本実施の形態では、気泡発生部が筒状の第１の電極の開口部から気泡を発生させるものである場合において、第１の電極を設ける位置の深さと気泡のサイズに関して検討する。実施の形態７でも説明したように、気泡のサイズが大きいほど、より大きいプラズマが形成される。特に、気泡のサイズは、第１の電極を設ける位置と液体の表面までの距離、即ち、第１の電極の深さにより影響を受ける。この点について考察する。

気泡の形状を球体と仮定し、さらにYoung-Laplaceの式が成り立つと仮定すると、気泡の直径は次の式で表される。
ここで、Piは気泡内の内部圧力、Poは外圧、γは界面張力、Dは気泡の直径である。

さらに上記の式における外圧Poは大気圧Patと静水圧の和となり、静水圧は液体の密度ρ、水深hと重力加速度gの積であるので、
となる。これら２つの式を用いて水深ｈでの気泡の直径を計算する。

水の場合にはρは約1g/cm³なので、水深と気泡の直径との関係は図３７に示すようになる。ここでは、水深8cmにおける気泡直径が4mmになることを予め実験から求めた。仮に気泡が少なくとも3 mmの直径を有しないと第１の電極の導電体が露出している表面が気泡により覆われないと、第１の電極を設ける位置（より正確には気泡発生部の位置）の限界は、深さ約40cmとなる。これ以上深い位置に第１の電極を設けると、第１の電極の導電体が露出している表面が気泡で覆われるためには気泡内の内部圧力を上げる必要がある。

そこで、気泡のサイズを検出し、検出したサイズから予め設定した気泡の直径が得られるように内部圧力を調整する装置を備えることによって、第１の電極の導電体が露出している表面を気泡で確実に覆うことができる。あるいは、必要な内部圧力と水深との関係は予め求められるので、深さに応じて、内部圧力が深さに応じた設定値となるように、内部圧力を変化させてもよい。

内部圧力の調整は、例えば、加圧ポンプもしくは高圧ガスボンベから減圧装置を介して供給することによって実施することができる。内部圧力の調整は、気泡のサイズを検出する検出装置、例えば、高速度カメラで撮影した気泡の写真から気泡の直径を求める演算処理が可能な装置もしくは気泡を検出するための複数のフォトディテクターと接続されて、気泡のサイズを検出する装置から伝えられる気泡直径の値に応じて、最適な内部圧力が得られるように実施してよい。

気泡のサイズを検出する場合には、内部圧力の調整に代えて、またはこれとともに、気泡のサイズに応じて気泡が発生する位置（深さ）を変更させてよい。即ち、検出した気泡のサイズが小さい場合には、より大きい気泡が得られるように、気泡が発生する位置がより浅くなるようにしてよい。気泡発生位置の変更は、例えば、異なる深さに複数の気泡発生部を設け、気泡サイズの検出結果に応じて、適切な位置の気泡発生部のみから気泡が発生するように、気体供給装置および／または気泡発生部を制御することにより実施してよい。あるいは、気泡発生位置の変更は、異なる位置に複数の気泡発生口が設けられた気泡発生部を制御することにより実施してよい。具体的には、気泡サイズの検出結果に応じて、適切な位置の気泡発生口を選択し、選択した気泡発生口のみから気泡が発生するように、気泡発生部を制御することにより実施してよい。気泡発生口の選択は、例えば、気泡発生口がシャッターにより開閉されるようにして実施してよい。

以上、本発明の実施の形態として、液体処理装置および液体分析装置を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。上記実施の形態では、一例として、被処理液体が水である形態を説明し、モデルとしてインディゴカーミン水溶液を使用した形態を説明した。液体が、アルコール、海水、または化学薬品を溶かした水溶液などであっても同様の効果が得られる。

上記において説明した実施の形態のうち二以上を組み合わせてよく、あるいは実施の形態の一部の構成同士を組み合わせてよい。また、上記実施の形態で液体処理装置として説明した構成を、液体分析装置に適用してよいし、液体分析装置として説明した構成を、液体処理装置に適用してもよい。

上記実施の形態においては、第１の電極を筒状（より具体的には円筒状）として、気体供給装置から第１の電極に気体を供給し、第１の電極の開口部から気体を液中に供給して気泡を形成する手法を説明した。別の実施の形態において、気泡発生部は、第１の電極から独立して設けてよい。気泡発生部は、第１の電極の液体中に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面を、その内部の気体が覆う気泡を発生する、即ち、当該表面が気泡内に位置するように気泡を発生する。そのような気泡は、気泡発生部に送る気体の流量、気泡発生部の寸法（例えば、気泡発生部が円筒状である場合には、その内径）、および気泡発生部の位置等を適宜選択することにより形成される。液中に生成される気泡は浮力により下から上に移動するので、例えば、気泡発生部を第１の電極の下方に設置すると、気泡内の気体が第１の電極の表面を覆いやすくなる。気泡発生部を第１の電極から独立して設ける場合にも、実施の形態７および８で説明したように、気泡発生部の開口部の角度を選択肢、また、気泡発生部の液体の深さ方向の位置を選択してよいことはいうまでもない。

上記実施の形態においては、第１の電極を筒状として、第１の電極の外周面を絶縁体で覆って、第１の電極の外周面が液体中に露出しないようにした。そのため、気泡内の気体が覆うべき領域は第１の電極の開口部（端面）付近のみでよい。よって、かかる構成の第１の電極を用いることにより、気泡内でプラズマを発生させることによる効果を比較的簡易に得ることができる。本発明の別の実施の形態においては、第１の電極が絶縁体で覆われていなくてもよく、その場合には、液体中に位置する第１の電極の表面全部が気泡内の気体で覆われるように、気泡発生部を設ける。あるいは、別の実施の形態において、絶縁体は、第１の電極の外周面の一部のみを覆っていてよく、その場合には、絶縁体で覆われていない第１の電極の表面が気泡内の気体で覆われる必要がある。

上記実施の形態においては、被処理水を循環させる循環ポンプが設けられている。循環ポンプは必ずしも必要ではない。本実施の形態のプラズマ発生装置においては、気泡が発生することにより、処理槽内で液体の循環が自然に生じ、さらにマイクロバブルの発生によっても液体の循環が促進されるので、循環ポンプを設けなくても、被処理水全体をプラズマにより処理することができる。

上記実施の形態および他の実施の形態において、第１の電極には、電極の腐食を防止するための膜を形成してよい。腐食防止膜は、電極を構成する材料および電極に印加される電圧等を考慮して、第１の電極−第２の電極間の放電を妨げないように、材料および厚さを選択して形成される。このような膜が第１の電極の導電体の表面に形成されていても、本願発明の効果を得ることができ、本願の特許請求の範囲に属する。

本発明の上記実施の形態および他の実施の形態のプラズマ発生装置は、液体中に存在する化学物質の分解、微生物の破壊、殺菌等による液体処理、または液体中のカルシウム、ナトリウムおよびカリウム等の定量分析に適しており、種々の製品、特に電気製品とともに使用でき、あるいは電気製品に組み込んで（即ち内蔵して）使用することができる。電気製品は、水浄化装置、空調機および加湿機、ならびに船舶のバラスト水処理装置、電気剃刀洗浄機、洗濯機および食器洗浄機などである。水浄化装置、空調機、加湿機、洗濯機、電気剃刀洗浄機、および食器洗浄機は、家庭用のものであってよい。本発明の上記実施の形態および他の実施の形態のプラズマ発生装置装置によれば、低い電力でも液体の処理が可能であるから、家庭用電気機器の電源を用いて作動させることができる。

本発明は下記の態様を含む。
［態様１］
液体を入れる処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、
前記処理槽内に前記液体を入れたときに前記液体内に気泡を発生させる気泡発生部であって、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置するように、前記気泡を発生させる気泡発生部と、
前記気泡発生部が前記気泡を発生させるのに必要な流量の気体を、前記処理槽の外部から前記気泡発生部に供給する気体供給装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されるように、前記気体供給装置および前記電源の一方または両方を制御する、制御装置と、
を有する、プラズマ発生装置。
［態様２］
前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出する気泡検出装置をさらに有し、
前記制御装置は、前記気泡検出装置の検出結果に基づいて前記気体供給装置および前記電源の一方または両方を制御する
態様１に記載のプラズマ発生装置。
［態様３］
前記気泡検出装置は、前記気泡の発生に伴って生じる、
前記第１の電極の導電体が露出している表面近傍を撮像した画像の変化、
前記第１の電極から電気的に絶縁された別の電極と前記第１の電極との間の抵抗の変化、
前記第１の電極から電気的に絶縁された別の電極と前記第１の電極との間の容量の変化、
前記第１の電極から電気的に絶縁された第３の電極と第４の電極との間の抵抗の変化、
前記第１の電極から電気的に絶縁された第３の電極と第４の電極との間の容量の変化、
前記液体中を通過する光の光路または光量の変化、
前記液体中を通過する音波の変化、および
前記液体中の圧力の変化
のいずれか１つまたは複数に基づいて、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出する、態様２に記載のプラズマ発生装置。
［態様４］
前記電源の出力容量の最大値は、０Ｗより大きく、１０００Ｗ未満である、態様１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様５］
前記第１の電極は、開口部を有する中空の形状であり、
前記第１の電極の外周面に接して、絶縁体が配置されており、
前記気泡発生部は、前記第１の電極の開口部から気泡を発生させるものであり、
前記気泡発生部は、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち前記絶縁体が配置されておらず、前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置するように、前記気泡を発生させる、
態様１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様６］
重力が加わる方向を０°とし、重力が加わる方向とは反対の方向を１８０°としたときに、前記第１の電極の開口部が開口する方向が０°〜６０°である、態様５に記載のプラズマ発生装置。
［態様７］
重力が加わる方向を０°とし、重力が加わる方向とは反対の方向を１８０°としたときに、前記第１の電極の開口部が開口する方向が８０°〜１００°である、態様５に記載のプラズマ発生装置。
［態様８］
前記第１の電極の内径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記第１の電極の外径が１ｍｍ〜３ｍｍである、態様５〜７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様９］
前記第１の電極の前記開口部の端面は、前記絶縁体の端面よりも内側に位置している、
態様５〜７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１０］
前記第１の電極の外径が１ｍｍ〜３ｍｍである、態様９に記載のプラズマ発生装置。
［態様１１］
前記絶縁体は、開口部を有する中空の形状であり、
前記第１の電極は前記絶縁体に対して相対的に可動である、
態様５〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１２］
前記電源により前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加した後に、前記第１の電極の開口部の端面を前記絶縁体の端面よりも内側方向に移動する、
態様１１に記載のプラズマ発生装置。
［態様１３］
プラズマの発光スペクトルを測定する光検出装置をさらに有し、
前記光検出装置が測定した発光スペクトルから、前記処理槽内に入れられる液体に含まれる成分の定性または定量分析を実施する、
態様１〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１４］
前記気泡発生部から発生する前記気泡の内部圧力を調整する装置をさらに含む、態様１〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１５］
気泡の寸法を測定する装置をさらに含み、
前記気泡の内部圧力を調整する装置が、前記気泡の寸法を測定する装置が測定した気泡の寸法に基づいて、前記気泡の内部圧力を調整する、
態様１４に記載のプラズマ発生装置。
［態様１６］
前記液体中の深さ方向において、前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更する装置をさらに含む、態様１〜１５のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１７］
気泡の寸法を測定する装置をさらに含み、
前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更する装置が、前記気泡の寸法を測定する装置が測定した気泡の寸法に基づいて、前記気泡が発生する位置を変更する、
態様１６に記載のプラズマ発生装置。
［態様１８］
前記電源は、パルス電圧を印加する、
態様１〜１７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様１９］
前記電源は交流電圧を印加する、
態様１〜１７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様２０］
前記処理槽内に入れられる液体の抵抗（Ｒ）が、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに前記第１の電極と前記液体との接続が形成する抵抗（Ｒ２）よりも低くなるように、前記電源の電圧および周波数、ならびに前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離が設定されている、態様１８または１９に記載のプラズマ発生装置。
［態様２１］
前記気泡発生部は、前記第２の電極の表面の一部が前記液体に接し、前記第２の電極の表面の他の一部が、前記気泡に接するか、または前記気泡の内部に位置するように、前記気泡を発生させる、
態様１〜２０のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様２２］
前記気体供給装置がポンプである、態様１〜２１のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
［態様２３］
態様１〜２２のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を液体処理装置として含み、前記プラズマ発生装置で処理した液体を供給する、または処理した液体を利用して他の処理を実施する電気製品。
［態様２４］
水浄化装置、空調機、加湿機、洗濯機、電気剃刀洗浄機、または食器洗浄機である、態様２３に記載の電気製品。
［態様２５］
処理槽に入れた液体中に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記液体中に少なくとも一部が配置された第２の電極との間に、電源を用いて電圧を印加することと、
前記液体中に配置された気泡発生部に気体供給装置から気体を供給して前記液体中に気泡を発生させることと、
前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を制御することと
を含むプラズマ発生方法であって、
前記気泡を、前記第１の電極の前記液体中に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面を前記気泡内に位置させるように発生させ、
前記電圧を印加することにより、前記気泡内にプラズマを発生させ、
前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方の制御を、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置している時間の少なくとも一部の間に、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記電圧が印加されるように行う、
プラズマ発生方法。
［態様２６］
前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出することを含み、
前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を、前記気泡検出工程における検出結果に基づいて制御することをさらに含む、
態様２５に記載のプラズマ発生方法。
［態様２７］
前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を、前記電圧の印加が、前記第１の電極少なくとも導電体が露出している表面を前記気泡内に位置させている間にオンおよびオフされるように制御することをさらに含む、
態様２５または２６に記載のプラズマ発生方法。
［態様２８］
一定時間中に、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置する時間の比率が９０％以上となるように、前記液体中に気泡を発生させる、態様２５〜２７のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様２９］
前記電源は０Ｗより大きく１０００Ｗ未満の電力を供給する、態様２５〜２８のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３０］
前記第１の電極は、開口部を有する中空の形状であり、
前記第１の電極の外周面に接して絶縁体が配置されており、
前記絶縁体は、開口部を有する中空の筒状であり、
前記第１の電極は前記絶縁体に対して相対的に可動となるように構成され、
前記第１の電極の開口部の端面を、前記絶縁体の開口部の端面よりも内側に移動させる工程をさらに有する、
態様２５〜２９のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３１］
前記第１の電極の前記液体中に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面に加えて、前記第２の電極の表面の一部が前記液体に接し、前記第２の電極の表面の他の一部が、前記気泡に接するか、または前記気泡の内部に位置するように、前記気泡を発生させる、態様２５〜３０のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３２］
前記気泡内に発生させたプラズマの発光スペクトルを測定し、前記発光スペクトルから、前記処理槽内に入れられる液体に含まれる成分の定性または定量分析を実施することをさらに含む、態様２５〜３１のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３３］
前記気泡発生部から発生する前記気泡の内部圧力を調整することをさらに含む、態様２５〜３２のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３４］
前記液体中の深さ方向において、前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更させることをさらに含む、態様２５〜３３のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
［態様３５］
前記電源が、交流電圧またはパルス電圧を印加する電源であり、
前記処理槽内に入れられる前記液体の抵抗（Ｒ）が、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに前記第１の電極と前記液体との接続が形成する抵抗（Ｒ２）よりも低くなるように、前記電源の電圧および周波数、ならびに前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離を選択することをさらに含む
態様２５〜３４のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。

本発明の実施の形態にかかる液体処理装置は、例えば汚水処理などの水浄化装置等として有用であり、あるいは水の分析装置として有用である。

１０１、２０１、５０１、６０１ パルス電源
１０２、２０２、５０２、６０２ 第２の電極
１０３、２０３、５０３、６０３ 絶縁体
１０４、２０４、５０４、６０４ 第１の電極
１０５、２０５、５０５、６０５ ポンプ
１０６、２０６、５０６、６０６ 気泡
１０７、２０７、５０７、６０７ 高濃度のプラズマ
１０８、２０８ 循環ポンプ
１０９、２０９、５０９、６０９ 処理槽
１１０、２１０、５１０、６１０ 被処理水
１１１、２１１ マイクロバブル
５２０ 制御装置
８０１ 気泡検出装置
９００ 光検出装置

Claims (35)

1. 液体を入れる処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、
   前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、
   前記処理槽内に前記液体を入れたときに前記液体内に気泡を発生させる気泡発生部であって、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置するように、前記気泡を発生させる気泡発生部と、
   前記気泡発生部が前記気泡を発生させるのに必要な流量の気体を、前記処理槽の外部から前記気泡発生部に供給する気体供給装置と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
   前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧が印加されるように、前記気体供給装置および前記電源の一方または両方を制御する、制御装置と、
   を有する、プラズマ発生装置。
2. 前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出する気泡検出装置をさらに有し、
   前記制御装置は、前記気泡検出装置の検出結果に基づいて前記気体供給装置および前記電源の一方または両方を制御する
   請求項１に記載のプラズマ発生装置。
3. 前記気泡検出装置は、前記気泡の発生に伴って生じる、
   前記第１の電極の導電体が露出している表面近傍を撮像した画像の変化、
   前記第１の電極から電気的に絶縁された別の電極と前記第１の電極との間の抵抗の変化、
   前記第１の電極から電気的に絶縁された別の電極と前記第１の電極との間の容量の変化、
   前記第１の電極から電気的に絶縁された第３の電極と第４の電極との間の抵抗の変化、
   前記第１の電極から電気的に絶縁された第３の電極と第４の電極との間の容量の変化、
   前記液体中を通過する光の光路または光量の変化、
   前記液体中を通過する音波の変化、および
   前記液体中の圧力の変化
   のいずれか１つまたは複数に基づいて、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出する、請求項２に記載のプラズマ発生装置。
4. 前記電源の出力容量の最大値は、０Ｗより大きく、１０００Ｗ未満である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
5. 前記第１の電極は、開口部を有する中空の形状であり、
   前記第１の電極の外周面に接して、絶縁体が配置されており、
   前記気泡発生部は、前記第１の電極の開口部から気泡を発生させるものであり、
   前記気泡発生部は、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち前記絶縁体が配置されておらず、前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置するように、前記気泡を発生させる、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
6. 重力が加わる方向を０°とし、重力が加わる方向とは反対の方向を１８０°としたときに、前記第１の電極の開口部が開口する方向が０°〜６０°である、請求項５に記載のプラズマ発生装置。
7. 重力が加わる方向を０°とし、重力が加わる方向とは反対の方向を１８０°としたときに、前記第１の電極の開口部が開口する方向が８０°〜１００°である、請求項５に記載のプラズマ発生装置。
8. 前記第１の電極の内径が０．３ｍｍ〜２ｍｍであり、前記第１の電極の外径が１ｍｍ〜３ｍｍである、請求項５〜７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
9. 前記第１の電極の前記開口部の端面は、前記絶縁体の端面よりも内側に位置している、
   請求項５〜７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
10. 前記第１の電極の外径が１ｍｍ〜３ｍｍである、請求項９に記載のプラズマ発生装置。
11. 前記絶縁体は、開口部を有する中空の形状であり、
    前記第１の電極は前記絶縁体に対して相対的に可動である、
    請求項５〜１０のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
12. 前記電源により前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加した後に、前記第１の電極の開口部の端面を前記絶縁体の端面よりも内側方向に移動する、
    請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
13. プラズマの発光スペクトルを測定する光検出装置をさらに有し、
    前記光検出装置が測定した発光スペクトルから、前記処理槽内に入れられる液体に含まれる成分の定性または定量分析を実施する、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
14. 前記気泡発生部から発生する前記気泡の内部圧力を調整する装置をさらに含む、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
15. 気泡の寸法を測定する装置をさらに含み、
    前記気泡の内部圧力を調整する装置が、前記気泡の寸法を測定する装置が測定した気泡の寸法に基づいて、前記気泡の内部圧力を調整する、
    請求項１４に記載のプラズマ発生装置。
16. 前記液体中の深さ方向において、前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更する装置をさらに含む、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
17. 気泡の寸法を測定する装置をさらに含み、
    前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更する装置が、前記気泡の寸法を測定する装置が測定した気泡の寸法に基づいて、前記気泡が発生する位置を変更する、
    請求項１６に記載のプラズマ発生装置。
18. 前記電源は、パルス電圧を印加する、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
19. 前記電源は交流電圧を印加する、
    請求項１〜１７のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
20. 前記処理槽内に入れられる液体の抵抗（Ｒ）が、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに前記第１の電極と前記液体との接続が形成する抵抗（Ｒ２）よりも低くなるように、前記電源の電圧および周波数、ならびに前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離が設定されている、請求項１８または１９に記載のプラズマ発生装置。
21. 前記気泡発生部は、前記第２の電極の表面の一部が前記液体に接し、前記第２の電極の表面の他の一部が、前記気泡に接するか、または前記気泡の内部に位置するように、前記気泡を発生させる、
    請求項１〜２０のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
22. 前記気体供給装置がポンプである、請求項１〜２１のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
23. 請求項１〜２２のいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を液体処理装置として含み、前記プラズマ発生装置で処理した液体を供給する、または処理した液体を利用して他の処理を実施する電気製品。
24. 水浄化装置、空調機、加湿機、洗濯機、電気剃刀洗浄機、または食器洗浄機である、請求項２３に記載の電気製品。
25. 処理槽に入れた液体中に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記液体中に少なくとも一部が配置された第２の電極との間に、電源を用いて電圧を印加することと、
    前記液体中に配置された気泡発生部に気体供給装置から気体を供給して前記液体中に気泡を発生させることと、
    前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を制御することと
    を含むプラズマ発生方法であって、
    前記気泡を、前記第１の電極の前記液体中に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面を前記気泡内に位置させるように発生させ、
    前記電圧を印加することにより、前記気泡内にプラズマを発生させ、
    前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方の制御を、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置している時間の少なくとも一部の間に、前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記電圧が印加されるように行う、
    プラズマ発生方法。
26. 前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置していることを検出することを含み、
    前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を、前記気泡検出工程における検出結果に基づいて制御することをさらに含む、
    請求項２５に記載のプラズマ発生方法。
27. 前記電源および前記気体供給装置のいずれか一方または両方を、前記電圧の印加が、前記第１の電極少なくとも導電体が露出している表面を前記気泡内に位置させている間にオンおよびオフされるように制御することをさらに含む、
    請求項２５または２６に記載のプラズマ発生方法。
28. 一定時間中に、前記第１の電極の少なくとも導電体が露出している表面が前記気泡内に位置する時間の比率が９０％以上となるように、前記液体中に気泡を発生させる、請求項２５〜２７のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
29. 前記電源は０Ｗより大きく１０００Ｗ未満の電力を供給する、請求項２５〜２８のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
30. 前記第１の電極は、開口部を有する中空の形状であり、
    前記第１の電極の外周面に接して絶縁体が配置されており、
    前記絶縁体は、開口部を有する中空の筒状であり、
    前記第１の電極は前記絶縁体に対して相対的に可動となるように構成され、
    前記第１の電極の開口部の端面を、前記絶縁体の開口部の端面よりも内側に移動させる工程をさらに有する、
    請求項２５〜２９のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
31. 前記第１の電極の前記液体中に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面に加えて、前記第２の電極の表面の一部が前記液体に接し、前記第２の電極の表面の他の一部が、前記気泡に接するか、または前記気泡の内部に位置するように、前記気泡を発生させる、請求項２５〜３０のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
32. 前記気泡内に発生させたプラズマの発光スペクトルを測定し、前記発光スペクトルから、前記処理槽内に入れられる液体に含まれる成分の定性または定量分析を実施することをさらに含む、請求項２５〜３１のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
33. 前記気泡発生部から発生する前記気泡の内部圧力を調整することをさらに含む、請求項２５〜３２のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
34. 前記液体中の深さ方向において、前記気泡発生部から前記気泡が発生する位置を変更させることをさらに含む、請求項２５〜３３のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。
35. 前記電源が、交流電圧またはパルス電圧を印加する電源であり、
    前記処理槽内に入れられる前記液体の抵抗（Ｒ）が、前記第１の電極の前記処理槽内に位置する表面のうち、少なくとも前記導電体が露出している表面が前記気泡内に位置しているときに前記第１の電極と前記液体との接続が形成する抵抗（Ｒ２）よりも低くなるように、前記電源の電圧および周波数、ならびに前記第１の電極と前記第２の電極との間の距離を選択することをさらに含む
    請求項２５〜３４のいずれか１項に記載のプラズマ発生方法。