JP2017144425A - 液体処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを安定して生成することができる液体処理装置を提供する。【解決手段】液体処理装置１は、液体２内に気体３を放出するための開口５１と内側面５５とを有する筒状の絶縁体５０と、内側面５５によって囲まれる空間５２内に少なくとも一部が配置された第１の電極３０と、液体２内に少なくとも一部が配置された第２の電極４０と、空間５２内に気体３を供給することで、開口５１を介して気体３を液体２中に放出する気体供給ポンプ６０と、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加することで、プラズマを発生させる電源８０とを備え、内側面５５は、開口５１に接する部分領域５６を含み、第１の電極３０の先端は、開口５１から空間５２外に突出、または開口５１から空間５２内に３ｍｍ未満後退しており、第１の電極３０の側面３６と部分領域５６との間の最短距離である第１の距離ｄ１は、１ｍｍ以上である。【選択図】図１

Description

本開示は、プラズマを利用した液体処理装置に関する。

従来、液体の浄化又は殺菌などにプラズマを利用する技術が知られている。例えば、特許文献１及び特許文献２には、液体中に気体を供給し、供給した気体内でプラズマを生成する液体処理装置が記載されている。

特開２０１５−３３６９４号公報 特開２０１５−１３６６４４号公報

本願発明者は、従来の液体処理装置において考慮されていなかったシリコン酸化物の析出という課題を発見した。本開示は、シリコン酸化物の析出を抑制し、プラズマをより安定して生成することができる液体処理装置を提供する。

上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る液体処理装置は、被処理液内に気体を放出するための第１の開口と第１の内側面とを有する筒状の第１の絶縁体と、前記第１の内側面によって囲まれる第１の空間内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記被処理液内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、前記第１の空間内に前記気体を供給することで、前記第１の開口を介して前記気体を前記被処理液中に放出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ことで、プラズマを発生させる電源とを備えている。前記第１の内側面は、前記第１の開口に接する第１の部分領域を含む。前記第１の電極の先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に突出、または前記第１の開口から前記第１空間内に３ｍｍ未満後退している。前記第１の電極の側面と前記第１の部分領域との間の最短距離である第１の距離は、１ｍｍ以上である。

本開示によれば、シリコン酸化物の析出を抑制し、プラズマをより安定して生成することができる液体処理装置を提供することができる。

図１は、絶縁体に付着した析出物を絶縁体の開口側から観察した結果を示す図である。 図２は、図１に示す絶縁体に付着した析出物の分析結果を示す図である。 図３は、実施の形態１に係る液体処理装置の構成を示す図である。 図４Ａは、実施の形態１に係る第１の電極の一例を示す断面図である。 図４Ｂは、実施の形態１に係る第１の電極の別の例を示す断面図である。 図５は、実施の形態１に係る第２の電極の一例を示す断面図である。 図６は、実施の形態１に係る第１の電極及び絶縁体を開口側から観察した結果を示す図である。 図７は、実施の形態１に係る第１の電極と絶縁体との間の距離と、第１の電極の端面の後退量とに対するプラズマの安定性を示す図である。 図８は、図７に示す距離が１．１ｍｍで、かつ、後退量が４ｍｍの場合の第１の電極及び絶縁体を開口側から観察した結果を示す図である。 図９は、実施の形態１に係る第１の電極の端面の後退量と、気流量とに対するプラズマの安定性を示す図である。 図１０Ａは、図９に示す後退量が４ｍｍで、かつ、気流量が０．３Ｌ／ｍｉｎの場合の第１の電極及び絶縁体を側方から観察した結果を示す図である。 図１０Ｂは、図９に示す後退量が４ｍｍで、かつ、気流量が１．０Ｌ／ｍｉｎの場合の第１の電極及び絶縁体を側方から観察した結果を示す図である。 図１１は、実施の形態２に係る液体処理装置の構成を示す図である。 図１２は、実施の形態２に係る液体処理装置の第２の絶縁体を側方から観察した結果を示す図である。 図１３は、実施の形態２に係る液体処理装置の第１の絶縁体を側方から観察した結果を示す図である。 図１４は、実施の形態２に係る第１の電極と第２の絶縁体との間の第２の距離と、第２の絶縁体の内側面に生じる電界値との関係をシミュレートした結果を示す図である。 図１５は、実施の形態３に係る液体処理装置の構成を示す図である。 図１６は、実施の形態３に係る第１の電極及び絶縁体の一例を示す断面図である。 図１７は、実施の形態３に係る第１の電極及び絶縁体を先端側から見たときの正面図である。 図１８は、実施の形態３の比較例に係る絶縁体の近傍の気液界面の位置をシミュレートした結果を示す図である。 図１９は、図１８と同じシミュレーションにおける気体の流速分布を示す図である。 図２０は、実施の形態３に係る絶縁体の近傍の気液界面の位置をシミュレートした結果を示す図である。 図２１は、図２０と同じシミュレーションにおける気体の流速分布を示す図である。 図２２は、実施の形態３の変形例に係る液体処理装置の第１の電極及び絶縁体の近傍を示す断面図である。

（本開示に係る一態様を得るに至った経緯）
本願発明者は、従来の液体処理装置を用いて水道水を処理した場合、放電を開始して３分程度で放電が不安定化することを確認した。また、放電を開始して５分後には、絶縁体の開口付近に析出物が付着していることを目視で確認した。

図１は、絶縁体５０ｘに付着した析出物９０ｘを絶縁体５０ｘの開口側から観察した結果を示す図である。図１において、白又は灰色の所定幅の略円環が絶縁体５０ｘの概略形状を示している。第１の電極３０ｘは、絶縁体５０ｘの開口よりも奥に位置しているために、図１に示す画像には撮影されなかった。このため、第１の電極３０ｘを開口側から見たときの概略形状を白色の破線の円形で示している。これらは、後述する図６及び図８においても同様である。

絶縁体５０ｘの内径が１ｍｍであり、第１の電極３０ｘの外径が０．８ｍｍである。したがって、第１の電極３０ｘの側面と絶縁体５０ｘの内側面との距離、すなわち、空間５２ｘの幅ｄ１は、０．１ｍｍである。この場合、図１に示すように、絶縁体５０ｘの開口付近の内側面に析出物９０ｘが付着していることが分かる。

図２は、図１に示す絶縁体５０ｘに付着した析出物９０ｘの分析結果を示す図である。具体的には、図２は、析出物９０ｘをＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）のＥＤＸ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ Ｘ−ｒａｙ）分析によって分析した結果を示している。図２において、横軸は、特性Ｘ線のエネルギーであり、縦軸は、その強度（カウント値）である。

図２に示すように、析出物９０ｘは、シリコン酸化物（ＳｉＯ_ｘ）の化合物であることが分かる。本願発明者は、析出物９０ｘが絶縁体５０ｘの内側面に付着する要因を以下の通りに検討した。

図１に示す第１の電極３０ｘと絶縁体５０ｘとでは、空間５２ｘの幅ｄ１が約０．１ｍｍである。つまり、第１の電極３０ｘと絶縁体５０ｘとが近いために、第１の電極３０ｘと絶縁体５０ｘとの間に誘電体バリア放電又は沿面放電が発生する。これらの放電によって生成されるプラズマに、絶縁体５０ｘの表面が曝されることで、水道水に含まれるシリカが絶縁体５０ｘの内側面に析出したと考えられる。つまり、析出物９０ｘは、水道水中に含まれるシリカが析出して形成された物質であると考えられる。

析出物９０ｘが開口付近に形成された場合、析出物９０ｘと第１の電極３０ｘとの間で放電が発生する可能性がある。このため、第１の電極３０ｘと第２の電極（図示せず）との間に発生する放電に使用される電圧が変化してしまい、プラズマが不安定化する可能性がある。

そこで、上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る液体処理装置は、被処理液内に少なくとも一部が配置された第１の電極及び第２の電極と、前記第１の電極の側面を、空間を介して囲むように配置され、前記被処理液に接する端面に開口が設けられた筒状の第１の絶縁体と、前記第１の絶縁体内に気体を供給することで、前記開口を介して前記気体を前記被処理液中に放出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ことで、プラズマを発生させる電源とを備え、前記第１の電極の側面と前記第１の絶縁体の内側面との距離は、１ｍｍ以上である。

これにより、第１の電極の側面と第１の絶縁体の内側面との距離が１ｍｍ以上で離れているので、第１の電極と第１の絶縁体との間で誘電体バリア放電又は沿面放電などが発生しにくくなる。このため、これらの放電が発生した場合に生じるプラズマによって第１の絶縁体の表面が曝されることが少なくなるので、第１の絶縁体の内側面にシリカなどの析出物が付着するのが抑制される。

また、例えば、前記第１の距離は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下でもよい。

これにより、第１の電極の側面と第１の絶縁体の内側面との距離が３ｍｍ以下で離れすぎていないので、供給した気体によって第１の電極を覆いやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る液体処理装置は、放電がより安定し、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第１の電極の前記端面は、前記第１の絶縁体の前記開口から０ｍｍ以上３ｍｍ以下、後退又は突出していてもよい。

これにより、第１の電極の端面と気液界面との間で放電が発生しやすくなり、第１の電極と第１の絶縁体との間での放電の発生を抑制することができる。したがって、シリカなどの析出物の発生を抑制することができるので、本開示の一態様に係る液体処理装置は、放電がより安定し、プラズマをより安定して生成することができる。

また、供給する気体の流量によって第１の電極と気液界面との間で発生する放電の体積を制御することができる。このため、例えば、本開示の一態様に係る液体処理装置では、前記気体供給装置が供給する気体の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上であってもよい。

これにより、気体の流量が多い程、放電が第１の絶縁体の内側面に向かって拡がるのを抑制することができるので、第１の絶縁体の表面がプラズマに曝されにくくなる。したがって、シリカなどの析出物の発生を抑制することができるので、本開示の一態様に係る液体処理装置は、放電がより安定し、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第１の電極は、長尺の円柱状の電極部を有し、前記第１の絶縁体は、前記電極部の側面を囲む長尺の円筒体であり、前記電極部と前記第１の絶縁体とは、同軸上に配置されていてもよい。

これにより、電極部と第１の絶縁体との間には、幅が均一の空間が形成されているので、第１の絶縁体の表面がプラズマに曝されにくくなる。また、空間内を流れる気体の量を均等にすることができるので、本開示の一態様に係る液体処理装置は、プラズマをより安定して生成することができる。

ところで、所定の流路内を気体が進行する場合において、気体の流路幅が変化した場合には、気体の流速が局所的に変化し、当該変化によって旋回流が発生する可能性がある。第１の絶縁体の内部で旋回流が発生した場合、第１の絶縁体の開口を介して液体を第１の絶縁体内に引き入れてしまう可能性がある。

これに対して、本開示の一態様に係る液体処理装置では、例えば、前記第１の電極は、長尺の円柱状の電極部と、前記電極部の後端側に設けられ、前記電極部を支持する支持部であって、前記電極部より太い円柱状の支持部とを有し、前記支持部には、前記気体供給装置が供給する気体を通過させる気体供給孔が設けられ、前記気体供給孔の開口幅と前記第１の絶縁体の内径とは、略同一であってもよい。

これにより、気体供給装置が供給する気体が気体供給孔を介して第１の絶縁体の内部に進入する場合に、気体供給孔と第１の絶縁体との間で気体の流路幅を略均一にすることができる。このため、第１の絶縁体の内部で気体の旋回流が発生するのを抑制することができ、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第１の絶縁体の後端側に設けられた、前記気体供給装置が供給する気体を前記第１の絶縁体の内部に導入するための導入口を備え、前記導入口を通過するときの前記気体の流入方向は、前記第１の絶縁体の軸方向に交差してもよい。

これにより、導入口から導入された気体は、軸方向に交差する方向に進行して第１の絶縁体の内側面などに当たった後、第１の絶縁体の内部を軸方向に沿って進行する。このように、内側面などによって一度進行方向が変更されることで、第１の絶縁体の開口近傍では、軸方向に沿って安定した流速で気体を流すことができる。したがって、第１の絶縁体の内部で気体の旋回流が発生するのを抑制することができ、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、開口幅が前記第１の絶縁体と略同一の有底筒体部をさらに備え、前記有底筒体部は、前記第１の絶縁体と同軸上に位置するように、前記第１の絶縁体の後端側に接続され、前記導入口は、前記有底筒体部の側壁に設けられ、前記導入口を通過するときの前記気体の流入方向は、前記第１の絶縁体の軸方向に略直交してもよい。

これにより、導入口から導入された気体は、軸方向に直交する方向に進行して有底筒体部の側壁などに当たった後、第１の絶縁体の内部を軸方向に沿って進行する。このように、側壁などによって一度進行方向が変更されることで、第１の絶縁体内では、軸方向に沿って安定した流速で気体を流すことができる。したがって、第１の絶縁体の内部で気体の旋回流が発生するのを抑制することができ、プラズマをより安定して生成することができる。

また、筒状の第１の絶縁体によって空間を介して囲まれた第１の電極に電圧を印加した場合、第１の絶縁体の開口の近傍の気液界面（気体と被処理液との界面）には、当該界面に生じている電界の強度に応じて、マクスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）応力が掛かる。このため、被処理液が、第１の絶縁体の開口から内側面を伝って浸入する可能性がある。この結果、第１の絶縁体の内部に被処理液が浸入する可能性がある。

そこで、本開示の一態様に係る液体処理装置では、例えば、前記第１の電極の側面を、空間を介して囲むように配置される筒状の第２の絶縁体をさらに備え、前記第２の絶縁体は、前記第１の絶縁体の後端側に、当該第２の絶縁体と前記第１の絶縁体との各々の内部が連通するように接続され、前記第１の電極の側面と前記第２の絶縁体の内側面との間の距離である第２の距離は、前記第１の距離よりも大きくてもよい。

これにより、第２の絶縁体の内側面と第１の電極との間に生じる電界は、第１の絶縁体の内側面と第１の電極との間に生じる電界より小さいので、第１の絶縁体の内部に浸入した被処理液は、第２の絶縁体の内部には浸入しにくくなる。したがって、本開示の一態様に係る液体処理装置によれば、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第２の距離は、前記電源が印加する電圧の値に応じて決定される距離であって、前記電圧によって前記第２の絶縁体の内側面に生じる電界が所定の値以下となる距離であってもよい。

これにより、第１の電極及び第２の電極間に印加される電圧に応じて第２の絶縁体を適切な大きさに設計することができる。したがって、例えば、必要以上に大きな第２の絶縁体を用いることを回避できるので、液体処理装置の小型化、軽量化及び低コスト化を実現することができる。

また、例えば、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以下であり、前記第２の距離は、２．６ｍｍ以上であってもよい。

これにより、印加電圧が５ｋＶ以下である場合に、第２の絶縁体の内部への被処理液の浸入を抑制することができる。

また、例えば、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以上であり、前記第２距離は、５ｍｍ以上であってもよい。

これにより、印加電圧が５ｋＶ以上である場合に、第２の絶縁体の内部への被処理液の浸入を抑制することができる。

また、例えば、前記第１の電極は、長尺の円柱状の電極部を有し、前記第１の絶縁体は、前記電極部の先端側の側面を囲む円筒体であり、前記第２の絶縁体は、前記電極部の後端側の側面を囲む筒体であり、前記電極部、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体は、同軸上に配置されていてもよい。また、例えば、前記第２の絶縁体は、円筒体又は角筒体であってもよい。

これにより、電極部と第１の絶縁体との間、及び、電極部と第２の絶縁体との間の各々には、それぞれに幅が均一の空間が形成されているので、それぞれに生じる電界の強度を均一にすることができる。したがって、局所的に電界が強くなる部分などが生じにくくなるので、第２の絶縁体の内部に被処理液が浸入するのを抑制することができる。したがって、本開示の一態様に係る液体処理装置は、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体とは、それぞれ異なる材料で構成されていてもよい。

これにより、第１の絶縁体及び第２の絶縁体の各々の加工性を高めることができる。したがって、例えば、第１の絶縁体及び第２の絶縁体の各々を精密に形成することができるので、液体処理装置の信頼性を高めることができる。

また、例えば、前記第１の絶縁体と前記第２の絶縁体とは、互いに同一の材料で一体に構成されていてもよい。

これにより、部品点数を削減することができるので、液体処理装置を軽量化することができる。また、液体処理装置の製造方法において、部品の組み立て工程の工程数を削減することができるので、低コスト化を実現することができる。

また、本開示の他の態様に係る液体処理装置では、例えば、被処理液内に気体を放出するための第１の開口と第１の内側面とを有する筒状の第１の絶縁体と、前記第１の内側面によって囲まれる第１の空間内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記被処理液内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、前記第１の空間内に前記気体を供給することで、前記第１の開口を介して前記気体を前記被処理液中に放出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ことで、プラズマを発生させる電源とを備えている。前記第１の内側面は、前記第１の開口に接する第１の部分領域を含む。前記第１の電極の先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に突出、または前記第１の開口から前記第１空間内に３ｍｍ未満後退している。前記第１の電極の側面と前記第１の部分領域との間の最短距離である第１の距離は、１ｍｍ以上である。

これにより、第１の電極の側面と、第１の部分領域との間の最短距離が１ｍｍ以上となるので、第１の電極と第１の絶縁体との間で誘電体バリア放電又は沿面放電などが発生しにくくなる。このため、これらの放電が発生した場合に生じるプラズマによって第１の絶縁体の表面が曝されることが少なくなるので、第１の絶縁体の内側面にシリカなどの析出物が付着するのが抑制される。

なお、この明細書において、「筒状」は、円筒形状、多角筒状、または漏斗状であってもよい。また、筒状は、回転対称であってもよく、また、回転対称でなくてもよい。第１の絶縁体の外側の形状は、第１の空間の形状と同一であってもよく、また、異なっていてもよい。例えば、第１の絶縁体の外側の形状が円柱状で、第１の空間の形状が多角柱状であってもよい。逆に、第１の絶縁体の外側の形状が多角柱状で、第１の空間の形状が円柱状であってもよい。また、第１の電極は、円柱状、多角柱状または錐状であってもよい。第１の電極の形状、第１の絶縁体の外側の形状および第１の空間の形状が、それぞれ長手方向の中心軸を有する場合、これらの中心軸が一致していてもよく、また、一致していなくてもよい。

第１の開口は、下向きで、下方に気体を放出してもよい。また、第１の開口は、上向きで、上方に気体を放出してもよい。さらに、第１の開口は、他の方向を向き、その方向に気体を放出してもよい。

また、第１の部分領域は、第１の内側面のうち、第１の開口から所定距離（例えば、４ｍｍ）以内のリング状の領域であってもよい。

また、例えば、前記第１の電極の先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に突出していてもよい。

従来技術では、誘電体バリア放電又は沿面放電を補助放電として用いてグロー放電の放電開始電圧を低電圧化していたが、本態様では、誘電体バリア放電又は沿面放電が発生しにくくなる。しかし、第１の電極の先端が外側に突出していることにより、補助放電が無い又は弱い場合もグロー放電を開始することができる。

また、例えば、前記第１の電極の前記先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に１ｍｍ以上突出していてもよい。

また、例えば、前記第１の電極の前記先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に３ｍｍ以下突出していてもよい。

これにより、第１の電極の突出部分全体をより確実に気泡で覆い、プラズマをより安定して生成することができる。

また、例えば、前記第１の内側面は、前記第１の部分領域とは異なり、前記第１の電極を囲む第２の部分領域を含んでいてもよい。前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、前記電圧によって前記第１または第２の部分領域に生じる電界が１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下となる距離であってもよい。

また、例えば、前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、２．６ｍｍ以上であってもよい。

また、例えば、前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、５ｍｍ以上であってもよい。

さらに、第１の距離は、１０ｍｍ以下であってもよい。これにより、より適切に気泡を生成することができる。

また、例えば、前記気体供給装置が供給する気体の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上であってもよい。

また、例えば、前記第１の電極は、長尺の円柱状の電極部を備えていてもよい。前記第１の絶縁体は、前記電極部の側面を囲む長尺の円筒体であってもよい。前記電極部と前記第１の絶縁体とは、同軸上に配置されていてもよい。

また、例えば、前記第１の電極は、前記気体の流れの下流側の先端および上流側の後端を有する長尺の円柱状の電極部と、前記電極部の後端側に設けられ、前記電極部を支持する支持部とを備えていてもよい。前記支持部は、前記電極部より太い円柱状であってもよい。前記第１の絶縁体は、円筒体であってもよい。前記支持部には、前記気体供給装置が供給する前記気体を通過させる気体供給孔が設けられていてもよい。前記気体供給孔の開口幅と前記第１の絶縁体の内径とは、略同一であってもよい。

また、例えば、本態様の液体処理装置は、前記気体供給装置が供給する気体を前記第１の空間に導入するための導入口を有する管をさらに備えていてもよい。前記導入口を通過するときの前記気体の流入方向は、前記第１の絶縁体の軸方向に交差してもよい。

また、例えば、本態様の液体処理装置は、第３の開口と前記第３の開口の反対側の閉じられた端部とを有する筒体をさらに備えていてもよい。前記第１の絶縁体は、前記第１の開口の反対側に第２の開口を有していてもよい。前記第３の開口の開口幅が前記第２の開口の開口幅と略同一であってもよい。前記筒体が前記第１の絶縁体と同軸上に位置するように、前記第３の開口と前記第２の開口が接続されていてもよい。前記導入口は、前記筒体の側壁に設けられていてもよい。

また、例えば、本態様の液体処理装置は、前記第１の電極の側面を、第２の空間を介して囲む第２の内側面部分を有する筒状の第２の絶縁体をさらに備えていてもよい。前記第１の絶縁体は、前記第１の開口の反対側に第２の開口を有していてもよい。前記第２の絶縁体は、前記第１の絶縁体の前記第２の開口側に、前記第２の空間と前記第１の空間とが連通するように接続されていてもよい。前記第１の電極の側面と前記第２の内側面部分との間の最短距離である第２の距離は、前記第１の距離よりも大きくてもよい。

なお、第２の絶縁体の外側の形状は、第２の空間の形状と同一であってもよく、また、異なっていてもよい。例えば、第２の絶縁体の外側の形状が円柱状で、第２の空間の形状が多角柱状であってもよい。逆に、第２の絶縁体の外側の形状が多角柱状で、第２の空間の形状が円柱状であってもよい。第１の電極の形状、第２の絶縁体の外側の形状および第２の空間の形状が、それぞれ長手方向の中心軸を有する場合、これらの中心軸が一致していてもよく、また、一致していなくてもよい。

また、例えば、前記第２の距離は、前記電源が印加する前記電圧によって前記第２の内側面部分に生じる電界が１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下となる距離であってもよい。

また、例えば、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以下であり、前記第２の距離は、２．６ｍｍ以上であってもよい。

また、例えば、前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以上であり、前記第２距離は、５ｍｍ以上であってもよい。

また、例えば、前記第１の電極は、前記気体の流れの下流側の先端および上流側の後端を有する長尺の円柱状の電極部を備えていてもよい。前記第１の絶縁体は、前記電極部の先端側の側面を囲む円筒体であってもよい。前記第２の絶縁体は、前記電極部の後端側の側面を囲む筒体であってもよい。前記電極部、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体は、同軸上に配置されていてもよい。

また、例えば、前記第２の絶縁体は、円筒体又は角筒体であってもよい。

また、例えば、前記第１の絶縁体の材料は、前記第２の絶縁体の材料と異なっていてもよい。

また、例えば、前記第１の絶縁体の材料は、前記第２の絶縁体の材料と同一であり、前記第１の絶縁体は前記第２の絶縁体と一体に構成されていてもよい。

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
［１−１．概要］
まず、実施の形態に係る液体処理装置の概要について、図３を用いて説明する。図３は、本実施の形態に係る液体処理装置１の構成を示す図である。

図３に示すように、液体処理装置１は、液体２内に供給された気体３中でプラズマ４を生成する。液体２内に供給された気体３は、気泡として液体２内に存在する。気体３による気泡は、気液界面が液体２内で閉じていてもよく、あるいは、外部空間と連通していてもよい。

液体２は、液体処理装置１による処理対象となる被処理液である。液体２は、例えば水道水又は純水などの水、又は水溶液である。液体処理装置１は、液体２内でプラズマ４を生成することで、液体２に活性種を発生させる。活性種には、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）、水素ラジカル（Ｈ）、酸素ラジカル（Ｏ）、スーパーオキシドアニオン（Ｏ_２ ⁻）、一価酸素イオン（Ｏ⁻）又は過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）などが含まれる。

発生した活性種が液体２に含まれる被分解物質などを分解するので、液体処理装置１は、液体２を殺菌することができる。あるいは、活性種を含む液体２（すなわち、プラズマ処理された液体２）を用いて他の液体又は気体を殺菌することができる。プラズマ処理された液体２は、殺菌に限らず、その他の様々な目的に用いることができる。

［１−２．構成］
次に、本実施の形態に係る液体処理装置１の構成について説明する。

図３に示すように、液体処理装置１は、処理槽１０と、反応槽１５と、配管部２０と、第１の電極３０と、第１の保持部３５と、第２の電極４０と、第２の保持部４５と、絶縁体５０と、気体供給ポンプ６０と、液体供給ポンプ７０と、電源８０とを備える。以下では、液体処理装置１が備える各構成要素について詳細に説明する。

［１−２−１．処理槽］
処理槽１０は、液体２を溜めるための容器である。処理槽１０の外形形状は、例えば、直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。処理槽１０は、例えば、開放部を備えた貯液タンクでもよく、あるいは、上部が開放されたトレイなどでもよい。

処理槽１０には、配管部２０が接続されている。具体的には、処理槽１０は、配管部２０を介して反応槽１５と接続されている。配管部２０には、液体供給ポンプ７０が接続されており、処理槽１０、反応槽１５及び配管部２０の間で液体２が循環される。

処理槽１０は、例えば、耐酸性の樹脂材料などで形成される。例えば、処理槽１０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。

［１−２−２．反応槽］
反応槽１５は、内部に第１の電極３０及び第２の電極４０が配置された槽である。具体的には、反応槽１５の側壁を貫通するように第１の電極３０及び第２の電極４０が配置されている。反応槽１５内には、液体２が満たされている。反応槽１５内では、気体供給ポンプ６０が供給した気体３（気泡）内で、第１の電極３０及び第２の電極４０間で放電させることにより、プラズマ４が生成される。

反応槽１５の外形形状は、例えば直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。反応槽１５は、例えば、開放部を備えた貯液タンクでもよく、あるいは、上部が開放されたトレイでもよい。また、反応槽１５は、配管部２０の一部でもよい。

反応槽１５は、例えば、耐酸性の樹脂材料で形成される。例えば、反応槽１５は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。

［１−２−３．配管部］
配管部２０は、液体２の流路を形成するための配管である。配管部２０は、例えば、パイプ、チューブ又はホースなどの中空の部材から形成される。配管部２０は、耐酸性の樹脂材料などから形成される。例えば、配管部２０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。

本実施の形態では、配管部２０は、処理槽１０と液体供給ポンプ７０とを接続し、液体供給ポンプ７０と反応槽１５とを接続し、反応槽１５と処理槽１０とを接続している。このように、配管部２０は、処理槽１０、液体供給ポンプ７０、反応槽１５、処理槽１０をこの順で接続し、液体２の循環経路を形成している。なお、図３において、配管部２０に沿って描かれた実線の矢印は、液体２が流れる方向（すなわち、循環方向）を示している。

［１−２−４．第１の電極］
図４Ａは、本実施の形態に係る第１の電極３０の一例を示す断面図である。具体的には、図４Ａは、第１の電極３０の長軸を通る断面を示している。図４Ａに示すように、第１の電極３０は、電極部３１と、ネジ部３２とを備える。

第１の電極３０は、プラズマ４を生成するための一対の電極の一方である。第１の電極３０は、反応電極として用いられ、周囲にプラズマ４が生成される。

電極部３１は、第１の電極３０の先端側に設けられた長尺の円柱状の電極部である。電極部３１の直径は、プラズマ４が生成可能な直径であり、例えば２ｍｍ以下である。ここでは、一例として、電極部３１の直径は０．８ｍｍである。

電極部３１は、例えばタングステンから形成されるが、これに限定されない。電極部３１は、アルミニウム、鉄若しくは銅又はこれらの合金などの金属材料から形成されてもよい。

第１の電極３０は、空間５２内に少なくとも一部が配置されている。具体的には、第１の電極３０の電極部３１の少なくとも一部が、反応槽１５内に配置される。電極部３１は、図４Ａに示すように、空間５２を介して絶縁体５０に囲まれている。気体供給ポンプ６０によって気体３が供給されていない場合には、液体２が空間５２を満たすので、第１の電極３０の少なくとも一部は、液体２内に配置されることになり、液体２に接触する。気体供給ポンプ６０によって気体３が供給された場合には、供給された気体３が空間５２を満たすので、電極部３１は、供給された気体３に覆われて液体２には接触しない。

本実施の形態では、電極部３１と絶縁体５０とは、同軸上に配置されている。電極部３１と絶縁体５０との間には、全周に亘って空間５２が設けられている。すなわち、空間５２は、幅ｄ１が略均一の円筒状の空間である。幅ｄ１は、第１の電極３０の側面３６と絶縁体５０の内側面５５の部分領域５６との最短距離である第１の距離であり、１ｍｍ以上である。幅ｄ１は、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下でもよい。

ネジ部３２は、電極部３１を支持する金属製の部材である。具体的には、電極部３１は、ネジ部３２に圧入されることで固定されている。ネジ部３２は、電極部３１と電気的に接続されており、電源８０から受けた電力を電極部３１に伝える。

ネジ部３２は、電極部３１の後端側に設けられた円柱状の支持部である。ネジ部３２の直径は、電極部３１の直径より大きく、例えば、３ｍｍである。例えば、ネジ部３２は、ステンレス、鉄などの、加工が容易な金属材料を用いて形成される。

ネジ部３２は、第１の保持部３５に保持されている。具体的には、ネジ部３２の外側面には雄ねじが設けられている。当該雄ねじが、第１の保持部３５に設けられた雌ねじと螺合することで、ネジ部３２は、第１の保持部３５に保持されている。

ネジ部３２には、気体供給ポンプ６０に接続された貫通孔３４が設けられている。貫通孔３４は、空間５２と連通している。このため、気体供給ポンプ６０から供給された気体３は、貫通孔３４及び空間５２を介して、絶縁体５０の開口５１から反応槽１５に溜められた液体２内に放出される。

本実施の形態では、図４Ａに示すように、ネジ部３２には、２つの貫通孔３４が設けられている。これにより、貫通孔３４での気体３の圧損が抑制される。なお、貫通孔３４の数は、１つのみ又は３以上でもよい。

図４Ａに示すように、第１の電極３０の端面（先端）３３は、開口５１より空間５２内に後退している。このときの後退量ｄ２は、第１の電極３０の端面３３の近傍に発生するプラズマ４と絶縁体５０の内側面５５との接触が抑制される範囲である。具体的には、第１の電極３０の端面３３の後退量ｄ２は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下である。後退量ｄ２は、３ｍｍ未満でもよい。

後退量ｄ２は、ネジ部３２を軸周りに回転させることで調整することができる。ネジ部３２が回転することで、電極部３１とネジ部３２とが連動して、第１の保持部３５に固定された絶縁体５０に対して、軸方向に移動する。これにより、端面３３の位置を可変にすることができる。例えば、図４Ｂに示すように、第１の電極３０の端面３３は、開口５１から空間５２外に突出していてもよい。例えば、端面３３は、開口５１から空間５２外に１ｍｍ以上突出している。また、端面３３は、開口５１から空間５２外に３ｍｍ以下突出していてもよい。

図４Ｂは、本実施の形態の第１の電極３０の別の一例を示す断面図である。このときの突出量ｄ３は、気体供給ポンプ６０によって供給された気体３内に収まる範囲である。具体的には、第１の電極３０の端面３３の突出量ｄ３は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下である。

［１−２−５．第１の保持部］
第１の保持部３５は、第１の電極３０を保持するための部材である。本実施の形態では、第１の保持部３５は、第１の電極３０と絶縁体５０とを保持し、反応槽１５の所定の位置に取り付ける。

第１の保持部３５には、雌ねじが設けられている。雌ねじは、第１の電極３０のネジ部３２の雄ねじと螺合する。これにより、ネジ部３２を軸周りに回転させることで、第１の保持部３５に対して、軸方向に第１の電極３０の位置を調整することができる。絶縁体５０は、第１の保持部３５又は反応槽１５に固定されているので、絶縁体５０の開口５１に対する第１の電極３０の端面３３の位置を調整することができる。すなわち、第１の電極３０の端面３３の後退量ｄ２又は突出量ｄ３を調整することができる。

［１−２−６．第２の電極］
図５は、本実施の形態に係る第２の電極４０を示す断面図である。具体的には、図５は、第２の電極４０の長軸を通る断面を示している。図５に示すように、第２の電極４０は、電極部４１と、ネジ部４２とを備える。

第２の電極４０は、プラズマ４を生成するための一対の電極の他方である。第２の電極４０は、液体２内に少なくとも一部が配置されている。具体的には、第２の電極４０の電極部４１が、反応槽１５内に配置されて、液体２に接触する。

電極部４１は、第２の電極４０の先端側に設けられた長尺の円柱状の電極部である。電極部４１のサイズ及び材料は、第１の電極３０の電極部３１と同じであるが、異なっていてもよい。

ネジ部４２は、電極部４１を支持する金属製の部材である。具体的には、電極部４１は、ネジ部４２に圧入されることで固定されている。ネジ部４２は、電極部４１と電気的に接続されており、電源８０から受けた電力を電極部４１に伝える。

ネジ部４２は、第２の電極４０の後端側に設けられた円柱状の支持部である。ネジ部４２の直径は、電極部４１の直径より大きく、例えば、３ｍｍである。例えば、ネジ部４２は、ステンレス、鉄などの、加工が容易な金属材料を用いて形成される。

ネジ部４２は、第２の保持部４５に保持されている。具体的には、ネジ部４２の外側面には雄ねじが設けられている。当該雄ねじが第２の保持部４５に設けられた雌ねじと螺合することで、ネジ部４２は、第２の保持部４５に保持されている。

［１−２−７．第２の保持部］
第２の保持部４５は、第２の電極４０を保持するための部材である。本実施の形態では、第２の保持部４５は、第２の電極４０を保持し、反応槽１５の所定の位置に取り付ける。

第２の保持部４５には、雌ねじが設けられている。雌ねじは、第２の電極４０のネジ部４２の雄ねじと螺合する。これにより、反応槽１５内に位置する電極部４１の位置を調整することができる。

［１−２−８．絶縁体（第１の絶縁体）］
絶縁体５０は、液体２内に気体３を放出するための開口５１と内側面５５とを有する筒状の第１の絶縁体の一例である。絶縁体５０は、第１の電極３０の側面３６を、空間５２を介して囲むように配置されている。絶縁体５０は、液体２に接する端面５３に開口５１が設けられた筒状の絶縁体である。本実施の形態では、絶縁体５０は、第１の電極３０の電極部３１の側面３６を囲む長尺の円筒体である。

絶縁体５０の内径は、電極部３１の外径より大きい。また、電極部３１と絶縁体５０とが同軸上に配置されている。このため、空間５２は、電極部３１の全周に亘って円筒状に形成される。なお、空間５２は、第１の空間の一例であり、絶縁体５０の内側面５５によって囲まれる空間である。空間５２によって、電極部３１は、絶縁体５０に接触しない。例えば、絶縁体５０の内径が３ｍｍであり、電極部３１の外径が０．８ｍｍである。これにより、空間５２の幅ｄ１は、１．１ｍｍとなる。

絶縁体５０の開口５１は、液体２内に気体３を放出するための第１の開口の一例である。空間５２に供給された気体３は、開口５１を介して反応槽１５内の液体２中へ放出される。放出された気体３は、気泡となって液体２中に拡散される。このとき、開口５１が、気泡の大きさの上限を決定する機能を有する。

内側面５５は、第１の内側面の一例であり、筒状の絶縁体５０の内側の面である。内側面５５は、部分領域５６を含んでいる。部分領域５６は、開口５１に接する第１の部分領域の一例である。部分領域５６は、例えば、開口５１から所定距離（例えば、４ｍｍ以内）のリング状（円筒側面状）の領域である。

絶縁体５０は、例えば、アルミナセラミックから構成される。あるいは、絶縁体５０は、マグネシア、ジルコニア、石英又は酸化イットリウムなどから構成されてもよい。

なお、絶縁体５０は、円筒体に限らず角筒体でもよい。また、絶縁体５０は、第１の保持部３５に保持されているが、反応槽１５の壁面に固定されていてもよい。また、絶縁体５０と第１の保持部３５との間隙、又は、絶縁体５０と反応槽１５の壁面との間隙は、エポキシ接着剤などの接着剤により埋められていてもよい。これにより、間隙から液体２が絶縁体５０の内部へ浸透し、放電が不安定化することを抑制することができる。

［１−２−９．気体供給ポンプ］
気体供給ポンプ６０は、絶縁体５０の空間５２内に気体３を供給することで、開口５１を介して液体２内へ気体３を放出する気体供給装置の一例である。気体供給ポンプ６０は、例えば、第１の電極３０のネジ部３２に接続されている。気体供給ポンプ６０は、例えば、周囲の空気を取り込んで、ネジ部３２の貫通孔３４を介して空間５２に気体３を供給する。なお、気体供給ポンプ６０は、空気に限らず、アルゴン、ヘリウム、窒素ガス又は酸素ガスなどを供給してもよい。

本実施の形態では、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上である。気体供給ポンプ６０が気体３を供給した場合、気体３が空間５２内に溜まった液体２を開口５１から押し出して、電極部３１を気体３が覆う。気体３は、開口５１を介して反応槽１５内の液体２中へ放出される。

［１−２−１０．液体供給ポンプ］
液体供給ポンプ７０は、配管部２０を介して、処理槽１０と反応槽１５との間で液体２を循環させる液体供給装置の一例である。本実施の形態では、液体供給ポンプ７０は、配管部２０の途中に配置されている。

［１−２−１１．電源］
電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加することで、プラズマ４を発生させる。具体的には、電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間にパルス電圧又は交流電圧を印加する。

例えば、印加する電圧は、２ｋＶ〜５０ｋＶ／ｃｍ、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの正極性の高電圧パルスである。電圧波形は、例えば、パルス状、正弦半波形及び正弦波形のいずれでもよい。また、第１の電極３０と第２の電極４０との間に流れる電流値は、例えば、１ｍＡ〜３Ａである。ここでは、一例として、電源８０は、周波数が３０ｋＨｚで、ピーク電圧が４ｋＶの正のパルス電圧を印加する。

［１−３．動作］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置１の動作について説明する。

本実施の形態に係る液体処理装置１では、液体供給ポンプ７０が液体２を循環させながら、気体供給ポンプ６０が気体３を供給する。気体供給ポンプ６０によって供給された気体３は、ネジ部３２の貫通孔３４を介して空間５２に供給される。気体３が供給される前に空間５２を満たしていた液体２は、開口５１を介して、反応槽１５内の液体２中に放出される。例えば、気体３の流量は、０．８Ｌ／ｍｉｎである。気体３は、空間５２を満たすことで第１の電極３０の電極部３１を覆う。

また、電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加する。例えば、周波数が３０ｋＨｚ、ピーク電圧が４ｋＶの正のパルス電圧を印加する。これにより、第１の電極３０の端面３３から第１の電極３０を覆う気体３（気泡）内で放電が発生し、プラズマ４が生成される。プラズマ４によって活性種が生成され、生成された活性種は、液体２に取り込まれる。液体２は循環しているので、活性種が液体２の全体に行き渡らせることができる。

［１−４．効果など］
［１−４−１．第１の電極と絶縁体との間の距離（幅ｄ１）がプラズマに与える影響］
本実施の形態に係る液体処理装置１では、第１の電極３０の側面３６と絶縁体５０の内側面５５との距離は、１ｍｍ以上であり、例えば３ｍｍ以下である。

このように、液体処理装置１では、第１の電極３０の側面３６と絶縁体５０の内側面５５との距離（すなわち、空間５２の幅ｄ１）が１ｍｍ以上であって、離れている。このため、絶縁体５０と第１の電極３０との間における誘電体バリア放電及び沿面放電が発生しにくくなる。したがって、これらの放電によって生成されるプラズマに、絶縁体５０の表面が曝されにくくなるため、シリカが絶縁体５０の内側面５５（部分領域５６）に析出することが抑制される。

図６は、本実施の形態に係る第１の電極３０及び絶縁体５０を開口５１側から観察した結果を示す図である。具体的には、図６は、液体２として、シリカの濃度が７２ｐｐｍの水５００ｃｃを用いて、電源８０が第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を１時間印加した後、開口５１を観察した結果を示している。なお、図６において、第１の電極３０の端面３３が部分的に撮影されて、破線の円形の中央付近に白い部分が写っている。

本実施の形態に係る液体処理装置１では、図６に示すように、絶縁体５０の開口５１付近の内側面５５には、析出物は見られない。なお、仮に微量の析出物が絶縁体５０の内側面５５に付着したとしても、幅ｄ１が１ｍｍ以上であるため、放電の不安定化は起こりにくい。

また、液体処理装置１では、幅ｄ１が３ｍｍ以下であって離れすぎていない。このため、空間５２に供給した気体３によって電極部３１を覆いやすくなるので、気液界面の形状などが安定しやすくなって、放電が安定する。

以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置１は、放電が安定しプラズマ４を安定して生成することができる。

［１−４−２．後退量ｄ２がプラズマに与える影響］
続いて、第１の電極３０の側面３６と絶縁体５０の内側面５５との間の距離（幅ｄ１）と、第１の電極３０の端面３３の開口５１からの後退量ｄ２との関係について説明する。

ここでは、液体２として、シリカの濃度が８８ｐｐｍの水５００ｃｃを用いて、電源８０が第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を１時間印加した後、放電が不安定化するか否かを観察した。なお、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の流量は１．０Ｌ／ｍｉｎとし、絶縁体５０の内径は３ｍｍとし、第１の電極３０の電極部３１の径及び端面３３の位置を変えて、幅ｄ１及び後退量ｄ２の組み合わせ毎に観察した。観察した結果を図７に示す。

図７は、本実施の形態に係る第１の電極３０と絶縁体５０との間の距離（幅ｄ１）と、第１の電極３０の端面３３の後退量ｄ２とに対するプラズマ４の安定性を示す図である。図７において、横軸が幅ｄ１であり、縦軸が後退量ｄ２である。また、丸印（○）は、シリカの析出量が極微量であり、放電が安定していたことを示している。バツ印（×）は、シリカが析出し、放電が不安定化していたことを示している。なお、目視において放電による光が点滅していた場合に、放電が不安定化していると判断し、放電による光が所定の輝度で継続して確認できた場合に、放電が安定していると判断した。

図７に示すように、幅ｄ１が１ｍｍより小さい場合（具体的には約０．１ｍｍ及び０．３ｍｍ）、後退量ｄ２に関わらず、放電は安定しなかった。幅ｄ１が１．１ｍｍである場合には、後退量ｄ２が２ｍｍ及び３ｍｍのとき、シリカの析出は見られず、放電が安定した。

一方で、図８に示すように、幅ｄ１が１．１ｍｍであっても、後退量ｄ２が４ｍｍのとき、シリカの析出物９０ｘが見られ、放電は安定しなかった。なお、図８は、図７に示す幅ｄ１が１．１ｍｍで、かつ、後退量ｄ２が４ｍｍの場合の第１の電極３０及び絶縁体５０を開口５１側から観察した結果を示す図である。

以上のことから、本実施の形態に係る液体処理装置１では、第１の電極３０の端面３３は、絶縁体５０の開口５１から０ｍｍ以上３ｍｍ以下、後退している。

これにより、第１の電極３０の端面３３と気液界面との間で放電が発生しやすくなり、第１の電極３０と絶縁体５０との間での放電の発生を抑制することができる。したがって、シリカなどの析出物９０ｘの発生を抑制することができるので、液体処理装置１は、放電がより安定し、プラズマ４をより安定して生成することができる。

なお、図７に示すように、幅ｄ１が２．６ｍｍで、かつ、後退量ｄ２が３ｍｍの場合、シリカの析出は見られず、放電が安定した。

第１の電極３０の端面３３が開口５１から突出している場合も、プラズマ４を安定して生成することができる。これは、端面３３と気液界面との間で大部分の放電が発生し、電極部３１と絶縁体５０の内側面５５との間での放電が抑制されるためである。

ただし、端面３３の突出量ｄ３が３ｍｍ未満である場合、端面３３を含む電極部３１の全体を気体３が覆いやすくなり、放電がより安定する。そのため、突出量ｄ３は、０ｍｍ以上３ｍｍ以下である場合に、放電が安定し、プラズマ４を安定して生成することができる。なお、例えば、気体３の供給量を多くして電極部３１を気体３が安定して覆うことができれば、突出量ｄ３は３ｍｍより大きくてもよい。

［１−４−３．気体の流量がプラズマに与える影響］
次に、後退量ｄ２と、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の流量（気流量）との関係について説明する。

ここでは、図７及び図８で示した場合と同じ条件で、後退量ｄ２及び気流量を変えて、後退量ｄ２及び気流量の組み合わせ毎に放電を観察した。観察した結果を図９に示す。

図９は、本実施の形態に係る第１の電極３０の端面３３の後退量ｄ２と、気流量とに対するプラズマ４の安定性を示す図である。図９において、横軸が後退量ｄ２であり、縦軸が気流量である。また、丸印（○）及びバツ印（×）が表す意味は、図７と同様である。なお、ここでは、電極部３１と絶縁体５０の内側面５５（部分領域５６）との最短距離（幅ｄ１）は、１．１ｍｍである。

図９に示すように、気流量が０．５Ｌ／ｍｉｎである場合、後退量ｄ２が１ｍｍ〜３ｍｍの範囲では、シリカの析出が見られず、放電が安定した。後退量ｄ２が４ｍｍの場合、気流量が０．５Ｌ／ｍｉｎであるときは、シリカの析出が見られて、放電が不安定化した。一方で、後退量ｄ２が４ｍｍの場合であっても、気流量が１．０Ｌ／ｍｉｎであるときには、シリカの析出は見られず、放電が安定化した。

図１０Ａ及び図１０Ｂは、図９に示す後退量ｄ２が４ｍｍの場合の第１の電極３０及び絶縁体５０を側方から観察した結果を示す図である。具体的には、図１０Ａは、気流量が０．３Ｌ／ｍｉｎの場合を示し、図１０Ｂは、気流量が１．０Ｌ／ｍｉｎの場合を示している。

なお、図１０Ａ及び図１０Ｂでは、側方からの観察を容易にするため、絶縁体５０の材料として透明な石英を用いた。また、第１の電極３０と空間５２との位置関係を分かりやすくするために、第１の電極３０及び絶縁体５０の概略形状を白い実線で示している。

図１０Ａと図１０Ｂとを比較して分かるように、気流量が多い程、プラズマ４は、気体３の流れに沿って流れるので、絶縁体５０に向かって（すなわち、横方向に）拡がる量が少なくなる。このように、気体３の流量を調整することで、プラズマ４の発生領域を制御することができる。具体的には、気体３の流量を調整することで、プラズマ４の絶縁体５０への暴露量を制御することができる。

以上のことから、本実施の形態に係る液体処理装置１は、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上である。

これにより、気体３の流量が多い程、絶縁体５０の方向へのプラズマ４の拡がりを抑制することができるので、絶縁体５０の表面がプラズマ４に曝されにくくなる。したがって、シリカなどの析出物９０ｘの発生を抑制することができるので、液体処理装置１は、放電がより安定し、プラズマ４をより安定して生成することができる。

なお、気体３の流量が少ない程、プラズマ４の拡がりが大きくなるが、電極部３１の端面３３が開口５１より突出している場合、プラズマ４が拡がったとしても、プラズマ４は絶縁体５０の内側面５５にはほとんど接触しない。このため、例えば、端面３３が開口５１より突出している場合、又は、後退量ｄ２が少ない場合は、気体３の流量は０．５Ｌ／ｍｉｎより小さくてもよい。

（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。なお、以下の実施の形態２では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明を行い、実施の形態１と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する場合がある。

［２−１．構成］
図１１は、本実施の形態に係る液体処理装置１０１の構成を示す図である。図１１に示すように、液体処理装置１０１は、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、絶縁体５０の代わりに、第１の絶縁体１５０及び第２の絶縁体１５５を備える点が相違する。また、第１の電極３０が反応槽１５の下面ではなく、上面に取り付けられている点が相違するが、これに限らない。第１の電極３０は、反応槽１５の下面又は側面に取り付けられていてもよい。実施の形態１の第１の電極３０も反応槽１５の上面又は側面に取り付けられていてもよい。

［２−１−１．第１の絶縁体］
第１の絶縁体１５０は、実施の形態１に係る絶縁体５０と略同じで、後端側に第２の絶縁体１５５が接続されている点が相違する。具体的には、第１の絶縁体１５０は、第１の電極３０の電極部３１の全体ではなく、一部のみを囲む筒状の絶縁体である。例えば、第１の絶縁体１５０は、開口１５１を有する円筒体であり、空間１５２を介して、第１の電極３０の電極部３１の先端（前方端）側の側面３６を囲んでいる。

第１の絶縁体１５０は、電極部３１と同軸上に配置されている。第１の絶縁体１５０の内側面１５７と第１の電極３０（具体的には、電極部３１）の側面３６との間の最短距離である第１の距離Ｄ１は、実施の形態１に係る空間５２の幅ｄ１と同じである。第１の距離Ｄ１は、１ｍｍ以上である。第１の距離Ｄ１は、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下でもよい。

第１の絶縁体１５０は、例えば、反応槽１５の壁面に固定されている。第１の絶縁体１５０と反応槽１５の壁面との間隙は、エポキシ接着剤などの接着剤により埋められていてもよい。あるいは、第１の絶縁体１５０は、第２の絶縁体１５５に固定されて支持されていてもよい。本実施の形態では、第１の絶縁体１５０の後端側が第２の絶縁体１５５の先端側に連結されている。

第１の絶縁体１５０の材料、大きさ及び機能などは、例えば、実施の形態１に係る絶縁体５０と同じである。

［２−１−２．第２の絶縁体］
第２の絶縁体１５５は、第１の電極３０の側面３６を、空間１５６を介して囲むように配置される筒状の絶縁体である。第２の絶縁体１５５は、第１の絶縁体１５０の先端側の端面とは反対側に、第２の絶縁体１５５の内部と第１の絶縁体１５０の内部が連通するように接続されている。具体的には、第１の絶縁体１５０の空間１５２と、第２の絶縁体１５５の空間１５６とが連通している。

第２の絶縁体１５５は、第１の電極３０の電極部３１の後端側の側面３６を囲む筒体である。なお、電極部３１の後端側は、気体供給ポンプ６０が供給する気体が流れる方向における上流側である。また、電極部３１の先端側は、気体供給ポンプ６０が供給する気体が流れる方向における下流側である。つまり、図１１では、下方が先端側であり、上方が後端側である。第２の絶縁体１５５は、第１の絶縁体１５０が囲む電極部３１の部分よりも後端側の部分を囲んでいる。第２の絶縁体１５５は、電極部３１の後端側の端面、またはネジ部３２を囲んでいなくてもよい。

図１１に示すように、第２の絶縁体１５５の内側面１５８は、第１の部分領域１５９ａと、第１の部分領域１５９ａとは異なる第２の部分領域１５９ｂとを含んでいる。第１の部分領域１５９ａ及び第２の部分領域１５９ｂはそれぞれ、第１の電極３０を囲んでいる。ネジ部３２近傍の第２の部分領域１５９ｂにおいて、第１の電極３０の側面３６との距離が狭くなっており、他の第１の部分領域１５９ａにおいて、第１の電極３０の側面３６との距離が広くなっている。第１の電極３０の側面３６と第２の絶縁体１５５の内側面１５８における第１の部分領域１５９ａとの間の最短距離である第２の距離Ｄ２は、第１の距離Ｄ１よりも大きい。第２の距離Ｄ２は、第１の電極３０と第２の電極４０との間に印加される電圧に応じて決定される距離である。すなわち、第２の距離Ｄ２は、電源８０が印加する電圧に応じて決定される距離である。詳細については、後で説明する。

第２の絶縁体１５５は、例えば、円筒体であるが、これに限らない。例えば、第２の絶縁体１５５は、角筒体でもよく、また、第１の電極３０と第２の絶縁体１５５の内側面１５８との間の距離が変化する形状（例えば漏斗状）であってもよい。第２の絶縁体１５５が漏斗状である場合も、第１の電極３０の側面３６を囲み、第１の電極３０の側面３６との最短距離が第１の距離Ｄ１よりも大きい内側面部分を第２の絶縁体１５５が有する。

図１１の例では、第２の絶縁体１５５は、先端側及び後端側の両方が部分的に閉じられた円筒体である。第２の絶縁体１５５の先端側には、第１の絶縁体１５０の外径に略一致する径を有する円形状の開口が設けられ、当該開口に第１の絶縁体１５０が連結されている。第２の絶縁体１５５の後端側には、ネジ部３２の外径に略一致する径を有する円形状の開口が設けられ、当該開口にネジ部３２が固定されている。ここで、後端側の開口には、ネジ部３２の雄ねじに螺合する雌ねじが設けられていてもよい。

第２の絶縁体１５５は、例えば、扁平な筒体であるが、これに限らない。第２の絶縁体１５５は、電極部３１の軸方向において長尺な筒体でもよい。また、第２の絶縁体１５５は、例えば、内部が空洞の直方体又は立方体などの多角体でもよい。

第２の絶縁体１５５を構成する部材は、特定の絶縁体に限定されず、例えば、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などのアクリル樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、アルミナセラミック、石英、マグネシア、ジルコニアなどで構成されていてもよい。

なお、第２の絶縁体１５５は、第１の絶縁体１５０の材料とは異なる材料で構成されていてもよい。あるいは、第１の絶縁体１５０と第２の絶縁体１５５とは、同一の材料で一体に構成されていてもよい。

［２−２．効果など］
以下では、第２の絶縁体１５５を第１の絶縁体１５０の後端側に設けたことによる本実施の形態の効果について、本実施の形態に至る経緯も含めて説明する。

［２−２−１．本実施の形態に至る経緯と本実施の形態の主な特徴］
本開示における第１の電極３０のように、空間を介して、開口部を有する筒状の絶縁体に囲まれた電極に対してプラズマを生成させるべく高い電圧を印加すると、絶縁体の開口部近傍の被処理液の気液界面には、そこに生じている電界に応じて、マクスウェル（Ｍａｘｗｅｌｌ）応力が掛かる。これによって、長時間（例えば、５０分以上）連続で放電を行った場合に、絶縁体の開口部から内側面を伝って被処理液が絶縁体の内側へ浸入し、放電が不安定化する可能性がある。

これに対して、本実施の形態に係る液体処理装置１０１では、第１の電極３０の側面３６の先端側を筒状の第１の絶縁体１５０で囲うとともに、第１の電極３０の根元側を筒状の第２の絶縁体１５５で囲った。また、第１の絶縁体１５０の後端と第２の絶縁体１５５の先端とを接続した。

このとき、第１の電極３０の側面３６と第２の絶縁体１５５の内側面部分（第１の部分領域１５９ａ）との間の第２の距離Ｄ２を、第１の電極３０の側面３６と第１の絶縁体１５０の内側面１５７との間の第１の距離Ｄ１よりも大きく設定する。これによって、第１の絶縁体１５０の内側面１５７に生じる電界よりも、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界の方が小さくなり、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に掛かるマクスウェル応力も小さくなる。そのため、第１の絶縁体１５０の開口１５１から浸入した液体２は、第２の絶縁体１５５の内側へ浸入しづらくなり、液体２が第１の電極３０の根元へ到達することを抑制することができる。

このとき、第２の距離Ｄ２は、例えば、第１の電極３０と第２の電極４０との間に印加される電圧の値に応じて決定される距離である。後述する実験結果及びシミュレーション結果から、例えば、電圧の値が５ｋＶ以下である場合には、第２の距離Ｄ２を２．６ｍｍ以上に設定してもよい。また、電圧の値が５ｋＶ以上である場合には、第２の距離Ｄ２を５．０ｍｍ以上に設定してもよい。これにより、第２の絶縁体１５５の内側面１５８では、電界が十分に緩和される。これにより、第２の絶縁体１５５の内側面１５８への液体２の浸入に対して高い抑制効果が期待できる。

同様に、実施の形態１の液体処理装置１において、第１の距離Ｄ１を、第１の電極３０と第２の電極４０との間に印加される電圧の値に応じて決定される距離にしてもよい。電圧の値が５ｋＶ以下である場合には、第１の距離Ｄ１を２．６ｍｍ以上に設定してもよい。また、電圧の値が５ｋＶ以上である場合には、第１の距離Ｄ１を５．０ｍｍ以上に設定してもよい。

また、実施の形態１または２において、第１の距離Ｄ１または第２の距離Ｄ２を１０．０ｍｍ以下にしてもよい。これにより、より適切に気泡を生成することができる。

［２−２−２．実験結果］
本実施の形態において、ピーク電圧が５ｋＶの正極性のパルス電圧を第１の電極３０と第２の電極４０との間に印加し、第１の電極３０と液体２との間にプラズマを発生させた場合に、液体２が第１の絶縁体１５０の内側及び第２の絶縁体１５５の内側へ浸入するか否かを観察した。このとき、液体２としては、水道水を用いた。

また、第１の距離Ｄ１を１．１ｍｍとし、第２の距離Ｄ２を２．６ｍｍとして２時間連続で放電を行った。当該実験の結果を図１２及び図１３に示す。

図１２は、本実施の形態に係る液体処理装置１０１の第２の絶縁体１５５を側方から観察した結果を示す図である。図１３は、本実施の形態に係る液体処理装置１０１の第１の絶縁体１５０を側方から観察した結果を示す図である。ここで、第１の絶縁体１５０及び第２の絶縁体１５５はそれぞれ、内部の様子を視認できるように、透明な石英を用いて形成されている。

図１２の中央の四角の領域（白色の一点鎖線）は、第２の絶縁体１５５で囲まれている領域、すなわち、空間１５６に相当する領域である。空間１５６の略中央に上下方向に延びる黒い部分が第１の電極３０の電極部３１を示している。図１２の下部において電極部３１（図には明確に表れていない）を囲んでいる略矩形の領域（白色の二点鎖線）は、第１の絶縁体１５０で囲まれている領域、すなわち、空間１５２に相当する領域である。また、図１２の上部において電極部３１を囲んでいる部分は、ネジ部３２である。

図１２において、空間１５６の電極部３１がはっきりと視認できることから分かるように、空間１５６には、液体２は浸入していない。一方では、第１の絶縁体１５０で囲まれている電極部３１の先端側をはっきりと視認することができず、液体２が浸入していることが分かる。

図１３の中央の上下方向に延びる矩形の領域（円筒状の部分、白色の一点鎖線）が第１の絶縁体１５０を示している。第１の絶縁体１５０の中央に沿って上下方向に延びる黒い部分は、第１の電極３０の電極部３１である。電極部３１の下端から下方に延びる白い領域は、放電により発生するプラズマ４である。なお、図１３の中央の左右方向に延びる黒いリング状の部分は、第１の絶縁体１５０を支持する別の部材である。

図１２と同様に、第１の絶縁体１５０内で電極部３１がはっきりと視認することが難しいことから、第１の絶縁体１５０の内部（空間１５２、白色の二点鎖線）に液体２が侵入していることが分かる。また、図１３からは確認が難しいが、第１の絶縁体１５０の内側面１５７に沿って水滴が付着していることが確認された。

以上のように、第２の距離Ｄ２を第１の距離Ｄ１より大きくすることで、第１の絶縁体１５０内に浸入した液体２が、第２の絶縁体１５５内には浸入していないことが分かる。すなわち、第２の絶縁体１５５を設けることで、電極部３１の根元への液体２の浸入を抑制することができたことが確認された。

また、第１の距離Ｄ１を２．６ｍｍとして、第２の距離Ｄ２を４．６ｍｍ、７．１ｍｍ、９．６ｍｍの３つの場合の各々について、２時間連続での放電実験を行なった。これらの場合、第１の絶縁体１５０および第２の絶縁体１５５の内側への液体２の浸入は見られなかった。この結果から、第１の距離Ｄ１および第２の距離Ｄ２が２．６ｍｍ以上の環境では、第１の絶縁体１５０および第２の絶縁体１５５の内側面１５８において十分に電界が緩和されることが分かる。

［２−２−３．シミュレーション結果］
ここで、印加電圧と第２の距離Ｄ２との関係に関するシミュレーション結果について説明する。具体的には、第１の電極３０と第２の電極４０との間に５ｋＶの電圧を印加し、第２の距離Ｄ２が２．６ｍｍであるときに、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界をシミュレーションにより算出すると、１．６×１０^６Ｖ／ｍであった。電界の値が小さい程、マクスウェル応力の値も小さくなるため、少なくとも、１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下の電界が生じる環境では、第２の絶縁体１５５の内側へ液体２の浸入は観測されないと考えられる。

図１４は、本実施の形態に係る第１の電極３０と第２の絶縁体１５５との間の第２の距離Ｄ２と、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界値との関係をシミュレートした結果を示す図である。具体的には、図１４は、第１の電極３０と第２の電極４０との間への印加電圧が２．５ｋＶ、５ｋＶ、１０ｋＶの３つの場合の各々の静電界シミュレーション結果を示している。また、各プロットは、第２の距離Ｄ２が１．１ｍｍ、２．６ｍｍ、４．９ｍｍ、７．１ｍｍ、９．６ｍｍの場合を示している。

図１４に示すシミュレーション結果は、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界の絶対値が、第２の距離Ｄ２に応じてどのように変化するかを表わしている。また、図１４の破線は、前述の実験結果に基づき、液体２が第２の絶縁体１５５の内側面１５８に浸入しないと考えられる電界の閾値（１．６×１０^６Ｖ／ｍ）を表わしている。破線より下側であれば、第２の絶縁体１５５の内部への液体２の浸入を抑制することができる。

図１４に示すシミュレーション結果から、第２の距離Ｄ２を５ｍｍ以上に設定することで、印加電圧が１０ｋＶ及びこれ以下の環境においても、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界の大きさを１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下にすることができる。すなわち、第２の絶縁体１５５の内部への液体２の浸入を抑制することができる。

また、印加電圧が５ｋＶ以下で大きくない場合には、第２の距離Ｄ２を２．６ｍｍ以上に設定することで、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界の大きさを１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下にすることができる。

このように、本実施の形態によれば、第２の距離Ｄ２を第１の電極３０と第２の電極４０との間に印加される電圧の値に応じて設定することで、第２の絶縁体１５５の内側面１５８に生じる電界を十分緩和できる。その結果、液体２が第２の絶縁体１５５の内側へ浸入することを抑制することができるため、安定なプラズマ生成が可能である。

（実施の形態３）
続いて、実施の形態３について説明する。なお、以下の実施の形態３では、実施の形態１と異なる部分を中心に説明を行い、実施の形態１と同じ構造、作用及び効果の説明は省略する場合がある。

［３−１．構成］
図１５は、本実施の形態に係る液体処理装置２０１の構成を示す図である。図１５に示すように、液体処理装置２０１は、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、第１の電極３０及び第１の保持部３５の代わりに、第１の電極２３０及び第１の保持部２３５を備える点が相違する。

図１６は、本実施の形態に係る第１の電極２３０及び絶縁体５０を示す断面図である。図１７は、本実施の形態に係る第１の電極２３０及び絶縁体５０を先端側から見たときの正面図である。なお、図１７では、第１の保持部２３５を示していない。また、図１７では、各部材の概略形状を分かりやすくするため、図１６で各部材に付した網掛けと同じ網掛けを各部材に付している。

［３−１−１．第１の電極］
第１の電極２３０は、図１６及び図１７に示すように、電極部２３１と、ネジ部２３２とを備える。第１の電極２３０は、プラズマ４を生成するための一対の電極の一方である。第１の電極２３０は、反応電極として用いられ、周囲にプラズマ４が生成される。

電極部２３１は、第１の電極２３０の先端側に設けられた長尺の円柱状の電極部である。電極部２３１の軸方向の長さは、例えば、絶縁体５０の軸方向の長さと同じ、又は、絶縁体５０の軸方向の長さより長い。電極部２３１は、先端側の端面２３３が絶縁体５０の開口５１より後退するように配置された場合に、後端が絶縁体５０の後端側の開口５４より突出する。なお、開口５４は、開口５１の反対側の第２の開口の一例である。例えば、電極部２３１の長さは、１５ｍｍ以上３０ｍｍ以下であるが、これに限らない。

ネジ部２３２は、電極部２３１の後端側に設けられた、電極部２３１を支持する支持部の一例である。ネジ部２３２は、電極部２３１より太い円柱状の部分である。ネジ部２３２には、図１７に示すように、気体供給孔２３４が設けられている。

気体供給孔２３４は、気体供給ポンプ６０が供給する気体３を通過させる孔である。気体供給孔２３４は、例えば、ネジ部２３２を軸方向に貫通する貫通孔である。本実施の形態では、気体供給孔２３４の開口幅と絶縁体５０の内径とは、略同一である。

具体的には、気体供給孔２３４は、図１７に示すように、正面視形状がクロス状（十字状）である。なお、クロス状の気体供給孔２３４の中央に電極部２３１が圧入されている。これにより、ネジ部２３２は、電極部２３１を支持する。気体供給孔２３４は、正面視において、電極部２３１を中心とする放射状に形成されている。具体的には、気体供給孔２３４は、２つの貫通孔２３４ａ及び２３４ｂが形成されている。２つの貫通孔２３４ａ及び２３４ｂの各々は、ネジ部２３２の径方向に長尺の矩形開口を有し、ネジ部２３２の正面視における中央で直交している。貫通孔２３４ａ及び２３４ｂの各々の矩形開口の長さが、絶縁体５０の内径に一致している。矩形開口の長さは、例えば、ネジ部２３２の径方向に沿った長さであり、気体供給孔２３４の開口幅である。矩形開口の幅は、例えば、電極部２３１の径より短い。

なお、気体供給孔２３４の形状は、図示した例に限らない。例えば、気体供給孔２３４は、１つのみの貫通孔２３４ａ及び２３４ｂのいずれか一方のみでもよく、３つ以上の貫通孔の組み合わせでもよい。

［３−１−２．第１の保持部］
第１の保持部２３５は、第１の電極２３０を保持するための部材である。本実施の形態では、第１の保持部２３５は、第１の電極２３０と絶縁体５０とを保持し、反応槽１５の所定の位置に取り付ける。

第１の保持部２３５は、図１６に示すように、ネジ部２３２を保持する。具体的には、第１の保持部２３５の内側面には雌ねじ（図示せず）が設けられ、ネジ部２３２の外側面に設けられた雄ねじ（図示せず）に螺合する。

第１の保持部２３５は、絶縁体５０の内径と略同じ内径を有する筒体である。具体的には、図１６に示すように、第１の保持部２３５は、気体供給孔２３４と、絶縁体５０の空間５２とに連通する空間２３６を有する。空間２３６の内径と空間５２の内径とは略一致する。空間２３６は、気体供給ポンプ６０から供給された気体３が流れる流路の一部である。空間２３６は、気体供給孔２３４から排出された気体３の流れを安定化させて絶縁体５０の空間５２に導入する。空間２３６の軸方向の長さは、特に限定されないが、長い程、気体３の流れを安定化させることができる。

［３−２．効果など］
以下では、気体供給孔２３４の開口幅を絶縁体５０の内径と略一致させたことによる本実施の形態の効果について、本実施の形態に至る経緯も含めて説明する。

［３−２−１．本実施の形態に至る経緯］
本開示のように、電極部３１の側面３６と絶縁体５０の内側面５５との距離（空間５２の幅ｄ１）を大きくした場合、すなわち、絶縁体５０の内径を大きくした場合、絶縁体５０の内側へ気流を導入する気体供給孔の大きさが絶縁体５０の内径より小さくなることがある。このとき、気体供給孔から供給される気体３の流路幅が、気体供給孔と絶縁体５０との接続部分において非連続的に変化する。気体３の流路幅の非連続的な変化に起因して、絶縁体５０の内側面５５付近で気体３の旋回流が生じ、旋回流に巻き込まれた液体２が絶縁体５０の内側面５５を伝って絶縁体５０の内部へ浸入する可能性がある。

例えば、図１８は、本実施の形態の比較例に係る絶縁体５０の近傍の気液界面の位置をシミュレート（数値計算）した結果を示す図である。図１９は、図１８と同じシミュレーションにおける気体３の流速分布を示す図である。なお、図１８及び図１９では、説明を分かりやすくするため、ネジ部２３２ｘ及び絶縁体５０が厚みを持たないものとして図示している。後述する図２０及び図２１についても同様である。

ここでは、気体供給孔２３４ｘの開口幅が０．８ｍｍ、絶縁体５０の内径が３．０ｍｍ、気体供給孔２３４ｘから供給される気体３の流量は１．５Ｌ／ｍｉｎ、液体２（水道水）が反応槽内を循環する流量が１．０［Ｌ／ｍｉｎ］であるとして数値計算を行なっている。

図１８及び図１９に示すように、絶縁体５０の内側面５５付近では、旋回流が生じていることが分かる。さらに、この旋回流の発生に応じて、気液界面が絶縁体５０の開口５１から内側へ入り込んでいることが分かる。

［３−２−２．本実施の形態に係る主な特徴］
これに対し、本実施の形態に係る液体処理装置２０１では、図１６及び図１７に示したように、気体供給孔２３４の開口幅と絶縁体５０の内径とが略同一であることで、絶縁体５０の内部に供給する気体３の流速分布が安定し、絶縁体５０の開口５１で形成する気泡の形状が安定する。

図２０は、本実施の形態に係る絶縁体５０の近傍の気液界面の位置をシミュレート（数値計算）した結果を示す図である。図２１は、図２０と同じシミュレーションにおける気体３の流速分布を示す図である。

このとき、気体供給孔２３４の開口幅が３．０ｍｍ、絶縁体５０の内径が３．０ｍｍ、気体供給孔２３４から供給される気体３の流量は１．５Ｌ／ｍｉｎ、液体２が反応槽１５内を循環する流量は１．０Ｌ／ｍｉｎであるとして数値計算を行なっている。

図２０及び図２１に示すように、絶縁体５０の内側に生じる気体３の流速分布は、均一な分布となっていることが分かる。その結果、図２０に示すように、気液界面は、絶縁体５０の開口５１の近傍に位置しており、絶縁体５０の内側へほとんど浸入していないことが分かる。

以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置２０１では、絶縁体５０の内部に均一な気体３の流速分布が生じるので、液体２が絶縁体５０の内部に引き込まれない。このため、安定なプラズマ生成が可能である。

なお、本実施の形態では、絶縁体５０の内部にネジ部２３２が挿入されていてもよい。すなわち、空間２３６が設けられずに、気体供給孔２３４を通過した気体３は、空間２３６を介さずに直接、絶縁体５０の空間５２に導入される。

［３−３．変形例］
続いて、絶縁体５０の内部での旋回流の発生を抑制することができる変形例について、図２２を用いて説明する。図２２は、本変形例に係る液体処理装置の第１の電極２３０及び絶縁体５０の近傍を示す断面図である。

図２２に示すように、本変形例に係る液体処理装置は、第１の電極２３０のネジ部２３２の代わりに、有底筒体部３３２及び導入口３３５を備える。導入口３３５は、例えば、気体供給ポンプ６０と有底筒体部３３２とを接続する管の開口である。

有底筒体部３３２は、第３の開口の一例である開口３３４と、開口３３４の反対側の閉じられた端部とを有する筒体である。有底筒体部３３２は、絶縁体５０と略同一の開口幅を有する有底筒体状の部材である。例えば、有底筒体部３３２は、空間３３３と、円形の開口３３４とを有する有底円筒体である。有底筒体部３３２は、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の進行方向を空間３３３内で変更し、絶縁体５０の内部に安定供給するための流路変更部として機能する。

有底筒体部３３２は、絶縁体５０の後端側に設けられている。具体的には、有底筒体部３３２は、絶縁体５０と同軸上に位置するように、絶縁体５０の後端側に接続されている。有底筒体部３３２の空間３３３と、絶縁体５０の空間５２とは連通している。空間３３３及び空間５２は、気体３の流路を構成する。

例えば、図２２に示すように、絶縁体５０の後端側の開口５４に、有底筒体部３３２の開口３３４が接続されている。開口５４と開口３３４とは、同じ形状及び同じ大きさを有する。すなわち、有底筒体部３３２と絶縁体５０とは、流路幅が略均一になるように接続されている。

有底筒体部３３２を構成する材料は、例えば、絶縁体である。具体的には、有底筒体部３３２は、例えば、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌ ｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）などのアクリル樹脂、ＰＰＳ（Ｐｏｌｙｐｈｅｎｙｌｅｎｅｓｕｌｆｉｄｅ）、ＰＥＥＫ（Ｐｏｌｙｅｔｈｅｒｅｔｈｅｒｋｅｔｏｎｅ）、アルミナセラミック、石英、マグネシア、ジルコニアなどで構成されていてもよい。

導入口３３５は、気体供給ポンプ６０が供給する気体３を絶縁体５０の内部に導入するための開口である。導入口３３５は、絶縁体５０の軸方向には直交していない。具体的には、導入口３３５は、有底筒体部３３２の側壁に設けられ、絶縁体５０の軸方向に略平行である。言い換えると、導入口３３５を通過するときの気体３の流入方向（すなわち、導入口３３５に直交する方向）は、軸方向に略直交する。なお、導入口３３５は、絶縁体５０の軸方向に対して傾斜していてもよい。つまり、導入口３３５を通過するときの気体３の流入方向は、絶縁体５０の軸方向に交差していてもよい。

導入口３３５を介して有底筒体部３３２内に供給された気体３は、有底筒体部３３２の空間３３３内で、進行方向が変更されて、絶縁体５０に向かって進行する。有底筒体部３３２の開口３３４と絶縁体５０の後端側の開口５４とが同じ形状及び同じ大きさであるので、気体３は、流路幅が非連続的に変化することなく、絶縁体５０の内部（空間５２）を軸方向に沿って進行し、開口５１から液体２内に放出される。

このように、絶縁体５０の内部で気体３の流路幅の非連続的な変化がないので、絶縁体５０の内部に均一な気体３の流速分布を発生させることができる。したがって、絶縁体５０の内部に旋回流の発生が抑制されるので、液体２の浸入を抑制することができる。これにより、本変形例に係る液体処理装置によれば、より安定なプラズマの生成が可能になる。

なお、本変形例では、導入口３３５が、絶縁体５０の後端側に設けられた有底筒体部３３２の側壁に設けられている例について示したが、これに限らない。導入口３３５は、絶縁体５０の側壁を貫通するように設けられていてもよい。すなわち、絶縁体５０は、後端側の開口５４が塞がれた有底筒体形状を有し、開口５４の近傍の側壁に導入口３３５が設けられていてもよい。これにより、部品点数を削減し、液体処理装置の軽量化及び低コスト化を実現することができる。

また、本変形例では、絶縁体５０と有底筒体部３３２とが直接接続されているが、図１６に示す構成と同様に、絶縁体５０と有底筒体部３３２との間に、空間２３６を有する第１の保持部２３５が設けられていてもよい。この場合、空間３３３、空間２３６及び空間５２は、互いに径が略同じであり、気体３の流路幅が略一定にすることができる。

（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る液体処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、ネジ部３２を回転させることで、電極部３１の端面３３の位置が可変である場合について説明したが、これに限らない。電極部３１と絶縁体５０との位置関係は固定されていてもよい。具体的には、第１の保持部３５には雌ねじが設けられていなくてもよく、ネジ部３２には雄ねじが設けられていなくてもよい。

また、例えば、第１の電極３０は、電極部３１とネジ部３２とを備える例について示したが、第１の電極３０は、１本の棒状電極（円柱体）でもよい。あるいは、第１の電極３０は、角柱状又は平板状の電極でもよい。第２の電極４０についても同様である。

また、液体処理装置１は、第１の保持部３５及び第２の保持部４５の少なくとも一方を備えずに、第１の電極３０及び第２の電極４０の少なくとも一方を反応槽１５に直接固定してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、処理槽１０と反応槽１５とを配管部２０を介して接続し、液体供給ポンプ７０によって液体２を循環させたが、これに限らない。例えば、液体処理装置１は、処理槽１０及び配管部２０を備えずに、流れていない液体２（例えば静水）中でプラズマ４を発生させてもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、液体２としてシリカを含有する水道水を用いる例について示したが、これに限らない。液体２は、純水でもよく、あるいは、例えばカルシウムなどのミネラル成分を含む液体でもよい。

また、例えば、上記の実施の形態２では、第１の電極３０を囲む絶縁体が第１の絶縁体１５０と第２の絶縁体１５５とで構成される例について示したが、これに限らない。第１の電極３０を囲む絶縁体は、第１の絶縁体１５０のみで構成されてもよい（実施の形態１に相当する）。

あるいは、第１の電極３０を囲む絶縁体は、第２の絶縁体１５５のみで構成されてもよい。この場合、第２の絶縁体１５５が、被処理液内に気体を放出するための第１の開口と第１の内側面とを有する筒状の第１の絶縁体に相当する。

また、例えば、第１の電極３０を囲む絶縁体は、第１の絶縁体１５０及び第２の絶縁体１５５が一体に構成された１つの絶縁体であってもよい。１つの絶縁体において、その内側面と第１の電極３０との最短距離が異なる領域が設けられていてもよい。すなわち、１つの絶縁体の内側面には、第１の電極３０の側面との間の最短距離が第１の距離となる第１の部分領域と、第１の電極３０の側面との間の最短距離が第２の距離となる第２の部分領域とが含まれていてもよい。

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、プラズマを安定して生成することができる液体処理装置として利用でき、例えば、殺菌装置、浄化装置などに利用することができる。

１、１０１、２０１ 液体処理装置
２ 液体
３ 気体
４ プラズマ
１０ 処理槽
１５ 反応槽
２０ 配管部
３０、３０ｘ、２３０ 第１の電極
３１、４１、２３１ 電極部
３２、４２、２３２、２３２ｘ ネジ部
３３、５３、２３３ 端面
３４、２３４ａ、２３４ｂ 貫通孔
３５、２３５ 第１の保持部
３６ 側面
４０ 第２の電極
４５ 第２の保持部
５０、５０ｘ 絶縁体
５１、５４、１５１、３３４ 開口
５２、５２ｘ、１５２、１５６、２３６、３３３ 空間
５５、１５７、１５８ 内側面
５６ 部分領域
６０ 気体供給ポンプ
７０ 液体供給ポンプ
８０ 電源
９０ｘ 析出物
１５０ 第１の絶縁体
１５５ 第２の絶縁体
１５９ａ 第１の部分領域
１５９ｂ 第２の部分領域
２３４、２３４ｘ 気体供給孔
３３２ 有底筒体部
３３５ 導入口

Claims (21)

1. 被処理液内に気体を放出するための第１の開口と第１の内側面とを有する筒状の第１の絶縁体と、
   前記第１の内側面によって囲まれる第１の空間内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、
   前記被処理液内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、
   前記第１の空間内に前記気体を供給することで、前記第１の開口を介して前記気体を前記被処理液中に放出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ことで、プラズマを発生させる電源とを備え、
   前記第１の内側面は、前記第１の開口に接する第１の部分領域を含み、
   前記第１の電極の先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に突出、または前記第１の開口から前記第１の空間内に３ｍｍ未満後退しており、
   前記第１の電極の側面と前記第１の部分領域との間の最短距離である第１の距離は、１ｍｍ以上である、
   液体処理装置。
2. 前記第１の電極の前記先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に突出している、
   請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記第１の電極の前記先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に１ｍｍ以上突出している、
   請求項２に記載の液体処理装置。
4. 前記第１の電極の前記先端は、前記第１の開口から前記第１の空間外に３ｍｍ以下突出している、
   請求項２または３に記載の液体処理装置。
5. 前記第１の内側面は、前記第１の部分領域とは異なり、前記第１の電極を囲む第２の部分領域を含み、
   前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、前記電圧によって前記第１または第２の部分領域に生じる電界が１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下となる距離である、
   請求項１〜４の何れかに記載の液体処理装置。
6. 前記第１の内側面は、前記第１の部分領域とは異なり、前記第１の電極を囲む第２の部分領域を含み、
   前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、２．６ｍｍ以上である、
   請求項１〜５の何れかに記載の液体処理装置。
7. 前記第１の距離、または前記第１の電極の側面と前記第２の部分領域との間の最短距離は、５ｍｍ以上である、
   請求項６に記載の液体処理装置。
8. 前記第１の距離は、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である、
   請求項１〜５の何れかに記載の液体処理装置。
9. 前記気体供給装置が供給する気体の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上である、
   請求項１〜８の何れか１項に記載の液体処理装置。
10. 前記第１の電極は、長尺の円柱状の電極部を備え、
    前記第１の絶縁体は、前記電極部の側面を囲む長尺の円筒体であり、
    前記電極部と前記第１の絶縁体とは、同軸上に配置されている、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の液体処理装置。
11. 前記第１の電極は、
    前記気体の流れの下流側の先端および上流側の後端を有する長尺の円柱状の電極部と、
    前記電極部の後端側に設けられ、前記電極部を支持する支持部であって、前記電極部より太い円柱状の支持部とを備え、
    前記第１の絶縁体は、円筒体であり、
    前記支持部には、前記気体供給装置が供給する前記気体を通過させる気体供給孔が設けられ、
    前記気体供給孔の開口幅と前記第１の絶縁体の内径とは、略同一である、
    請求項１〜９のいずれか１項に記載の液体処理装置。
12. 前記気体供給装置が供給する気体を前記第１の空間に導入するための導入口を有する管をさらに備え、
    前記導入口を通過するときの前記気体の流入方向は、前記第１の絶縁体の軸方向に交差する、
    請求項１〜９の何れか１項に記載の液体処理装置。
13. 第３の開口と前記第３の開口の反対側の閉じられた端部とを有する筒体をさらに備え、
    前記第１の絶縁体は、前記第１の開口の反対側に第２の開口を有し、
    前記第３の開口の開口幅が前記第２の開口の開口幅と略同一であり、
    前記筒体が前記第１の絶縁体と同軸上に位置するように、前記第３の開口と前記第２の開口が接続され、
    前記導入口は、前記筒体の側壁に設けられる、
    請求項１２に記載の液体処理装置。
14. 前記第１の電極の側面を、第２の空間を介して囲む第２の内側面部分を有する筒状の第２の絶縁体をさらに備え、
    前記第１の絶縁体は、前記第１の開口の反対側に第２の開口を有し、
    前記第２の絶縁体は、前記第１の絶縁体の前記第２の開口側に、前記第２の空間と前記第１の空間とが連通するように接続され、
    前記第１の電極の側面と前記第２の内側面部分との間の最短距離である第２の距離は、前記第１の距離よりも大きい、
    請求項１〜１２の何れか１項に記載の液体処理装置。
15. 前記第２の距離は、前記電源が印加する前記電圧によって前記第２の内側面部分に生じる電界が１．６×１０^６Ｖ／ｍ以下となる距離である、
    請求項１４に記載の液体処理装置。
16. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以下であり、
    前記第２の距離は、２．６ｍｍ以上である、
    請求項１４又は１５に記載の液体処理装置。
17. 前記第１の電極と前記第２の電極との間に印加される前記電圧の値は、５ｋＶ以上であり、
    前記第２距離は、５ｍｍ以上である、
    請求項１４又は１５に記載の液体処理装置。
18. 前記第１の電極は、前記気体の流れの下流側の先端および上流側の後端を有する長尺の円柱状の電極部を備え、
    前記第１の絶縁体は、前記電極部の先端側の側面を囲む円筒体であり、
    前記第２の絶縁体は、前記電極部の後端側の側面を囲む筒体であり、
    前記電極部、前記第１の絶縁体及び前記第２の絶縁体は、同軸上に配置されている、
    請求項１４〜１７の何れか１項に記載の液体処理装置。
19. 前記第２の絶縁体は、円筒体又は角筒体である、
    請求項１８に記載の液体処理装置。
20. 前記第１の絶縁体の材料は、前記第２の絶縁体の材料と異なる、
    請求項１４〜１９の何れか１項に記載の液体処理装置。
21. 前記第１の絶縁体の材料は、前記第２の絶縁体の材料と同一であり、前記第１の絶縁体は前記第２の絶縁体と一体に構成されている、
    請求項１４〜２０の何れか１項に記載の液体処理装置。