JP2018201605A - 脱臭装置および脱臭方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に改質できるとともに、気体の脱臭処理を短時間で行うことができる、脱臭装置および脱臭方法を提供する。
【解決手段】処理槽１２中で気相ＧにプラズマＰを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が液体Ｌ１に溶解して液体中に分散して改質液Ｌ２を生成し、生成した改質液が処理槽から排出されて貯留槽９０で貯留され、貯留槽内の改質液内に気体９７を気体供給部９４から供給する。供給された気体が、泡状となり、貯留槽に貯留された改質液と接触し、脱臭される。
【選択図】図６Ｄ

Description

本発明は、液体を電気化学的に処理して生成した改質液を気体と接触させることで気体中の臭気物質を分解させる脱臭装置および脱臭方法に関する。より詳細には、本発明は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体を改質することで、殺菌作用及び脱臭作用がある改質液を生成し、生成した改質液で気体中の臭気成分を分解させる脱臭装置および脱臭方法に関する。
図１５に、従来の改質液生成装置の例を示す。液体８０３（例えば、水）の中に、第１電極８０１および第２電極８０２を配置し、パルス電源８０４から両電極８０１，８０２間に高電圧パルスを印加して液体８０３を気化させ、プラズマ８０５を発生させることにより、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）又は過酸化水素等の酸化力を持つ成分を含んだ改質液を生成する改質液生成装置が知られている。特に、ＯＨラジカルは高い酸化力を有することが知られており、これらの成分が含有された改質液を混合させることで、例えば、菌に対して、高い殺菌作用があるとされている。また、液体８０３の中でプラズマ８０５を発生させることで、プラズマ８０５が液体８０３で覆われており、液体由来の成分を発生させやすいことが知られている。例えば、水の中でプラズマ８０５を発生させることで、ＯＨラジカル又は過酸化水素が生成されやすいことが知られている。
しかしながら、上記従来の改質液生成装置の場合、液体８０３を気化させるために高い印加電圧が必要なだけでなく、プラズマ８０５の発生効率が低く、液体８０３を改質させるのに長時間を要するという問題があった。
そこで、印加電圧を低くしつつプラズマの発生効率を向上させるために、両電極間に外部より導入した気体を介在させるようにした改質液生成装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の改質液生成装置（図１６）では、アノード電極９０１とカソード電極９０２との間に被処理液９０３とともに気体９０４（例えば、酸素）を介在させた上で、両電極９０１，９０２間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加により、気体９０４内にプラズマが発生し、プラズマと被処理液９０３との接触面で被処理液９０３の改質が発生する。特許文献１に記載の改質液生成装置によれば、気体を介在させない場合よりも印加電圧を低減させることができ、かつ、プラズマを効率良く発生させて被処理液９０３の改質を行うことができる。
ここで、この改質液と気体を接触させることで、気体中の臭気成分を分解する脱臭装置が考えられる。
特許第４０４１２２４号
しかしながら、特許文献１に記載の改質液生成装置を脱臭装置に適用する場合には、プラズマの発生効率が低く、気体の脱臭処理に長い時間がかかるという問題があった。
本発明は、このような点に鑑み、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に改質できるとともに、気体の脱臭処理を短時間で行うことができる、脱臭装置および脱臭方法を提供することを目的とする。
本発明の１つの態様にかかる脱臭装置は、
導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち改質液として排出する排出部を有する処理槽と、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
前記処理槽内の前記液体に接触するように配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を前記改質液中に生成する電源と、
前記処理槽の前記排出部が接続されて前記改質液が供給される改質液供給部と、前記改質液供給部よりも上部に脱臭後の気体を排出する気体排出部とを有し、前記処理槽中で前記気相に前記プラズマを発生させて前記改質成分を生成し、生成した前記改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して前記改質液を生成し、生成した前記改質液が前記処理槽から排出されて貯留される貯留槽と、
前記貯留槽内の前記改質液内に気体を供給する気体供給部とを備え、
前記気体供給部から前記貯留槽内に前記気体を供給し、供給された前記気体が泡状となり、前記貯留槽に貯留された前記改質液と接触し、脱臭される。
本発明の別の態様にかかる脱臭方法は、
処理槽に導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を前記処理槽内で発生させる工程と、
前記発生させた気相に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する工程と、
生成した前記改質液を貯留槽に貯留した状態で、気体供給部から前記貯留槽内に気体を供給し、供給された気体が泡状となり、前記貯留槽に貯留された前記改質液と接触し、脱臭される脱臭工程とを含む。
本発明の前記態様にかかる脱臭装置および脱臭方法によれば、旋回流中で液体を気化させ、生成された気相にパルス電圧を印加してプラズマを発生させて改質成分を持つ改質液を生成できる。電圧印加により液体を気化させる必要がないため、少ない電力でプラズマを発生させることができ、液体の改質を効率良く、迅速に行うことができる。この結果、気体の脱臭処理を短時間で行うことができる。
本発明の実施形態１にかかる脱臭装置の改質液生成装置の構成を示す側面断面図 装置本体の側面断面図 図２の３―３線における断面図 処理槽の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加していない状態を示す側面断面図 図４の５−５線における断面図 処理槽の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加した状態を示す側面断面図 図６Ａの気相中にプラズマが発生した状態の部分拡大図 脱臭装置の貯留槽に改質液を供給している状態の側面断面図 脱臭装置の貯留槽に気体を供給して脱臭処理をしている状態での脱臭装置全体の側面断面図 本発明の実施形態２にかかる脱臭装置の構成を示す断面側面図 図６Ｅの脱臭装置の詳細な構成を示す部分拡大断面側面図 本発明の実施形態３にかかる脱臭装置の構成を示す断面側面図 図６Ｇの脱臭装置の詳細な構成を示す部分拡大断面側面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 図９Ａとは異なる装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例を示す側面断面図 装置本体の変形例において貯留槽の一部に銅材を配置した側面断面図 従来の改質液生成装置の概略構成図 気体導入装置を備える従来の改質液生成装置の概略構成図
［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る改質液生成装置１００を有する脱臭装置１０１を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。
［全体構成］
脱臭装置１０１は、少なくとも、改質液生成装置１００と、気体供給部９４とを備えている（図６Ｄ参照）。改質液生成装置１００は、脱臭処理で使用する改質液Ｌ２を生成する装置として機能する。
まず、実施形態１にかかる改質液生成装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１にかかる改質液生成装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは改質液生成装置１００の前方向を示し、矢印Ｂは後方向を示す。矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｒは後方向から見て右方向、矢印Ｌは後方向から見て左方向を示す。
改質液生成装置１００は、液体の中で放電することによって、改質成分を生成し、生成した改質成分を液体の中に分散させることで改質液Ｌ２を生成する。本実施形態１では、液体の例として循環水Ｌ１を改質し、ＯＨラジカル又は過酸化水素等の改質成分を含んだ改質液Ｌ２を生成する場合について説明する。ここで、循環水Ｌ１とは、貯留槽９０に保持されて貯留している貯留水９２を、循環用配管８１及び配管５１を通してポンプ５０で処理槽１２に供給される液体を意味する。貯留水９２は、改質液生成装置１００から貯留槽９０に供給された水又は湯の状態の改質液Ｌ２、及び、その改質液Ｌ２で、空気などの気体９７が脱臭されて脱臭作用が低下した改質液も含んでいる。なお、循環水Ｌ１は、別の例として、ポンプ５０の代わりに弁を配置して、弁の開閉により水道水などを処理槽１２に供給可能とすることもできる。
改質液生成装置１００は、少なくとも、処理槽１２と、第１電極３０と、第２電極３１と、電源６０とを備えている。より具体的には、改質液生成装置１００は、装置本体１０、液体供給部５０、貯留槽９０、および電源６０を備えている。装置本体１０は、処理槽１２、導入部１５、排出部１７、第１電極３０、および第２電極３１を備えている。
処理槽１２は、内部に導入された循環水Ｌ１をプラズマにより、改質成分（例えば、ＯＨラジカル又は過酸化水素等）を生成して改質液Ｌ２を生成させる部分である。処理槽１２の材質は絶縁体でもよいし、導体でもよい。導体の場合には、各電極３０，３１との間に絶縁体を介在する必要がある。前記改質成分が貯留槽９０に排出される際に、改質成分が循環水Ｌ１に分散され、改質液Ｌ２が生成される。
処理槽１２の内壁の正面断面形状は円形である（図３参照）。言い換えれば、処理槽１２は、処理槽１２の循環水Ｌ１の旋回軸Ｘ１沿いの一端側が閉口した断面形状が円形である円柱状の処理室を有している。導入部１５は、処理槽１２の一端に配置されて、処理槽１２に循環水Ｌ１を処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から導入する。導入部１５は、配管５１を介して液体供給部５０に連通している。排出部１７は、処理槽１２の他端に配置されて、処理槽１２に導入された循環水Ｌ１と処理槽１２で生成された改質成分を処理槽１２から貯留槽９０に排出させる。本実施形態１では、排出部１７は、貯留槽９０の改質液供給部９１に接続されている。
第１電極３０は、処理槽１２の一端の内部に配置されている。第１電極３０は、処理槽１２の一端の内壁の中央から処理槽１２内に、長手方向沿いに突出配置されている。
第２電極３１は、処理槽１２の他端の壁の外側に配置されて、排出部１７の近傍に配置されている。
第１電極３０は電源６０が接続されており、第２電極３１は接地されている。第１電極３０および第２電極３１には、電源６０により高電圧のパルス電圧が印加される。第１電極３０の材質は、一例としてタングステンを使用している。
液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に循環水Ｌ１を供給するポンプである。液体供給部５０は、配管５１に接続されている。配管５１の一端は、処理槽１２の一端の内壁近傍に配置された内側開口としての導入部１５に接続されており、配管５１の他端は図示しない液体供給源（例えば、水タンク８０）又は貯留槽９０の改質液を含んだ貯留水を循環できる形に接続されている（図１の一点鎖線の循環用配管８１を参照）。
電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。電源６０は、正のパルス電圧と負のパルス電圧とを交互に印加する、いわゆるバイポーラーパルス電圧を印加することができる。
貯留槽９０は、改質液生成装置１００から排出される改質成分をせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル又はナノバブルを生成し、水の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留槽９０は、処理槽１２の排出部１７の開口断面積より大きい断面積を内部に有して、排出部１７から貯留槽９０内に排出された改質成分を貯留槽９０でせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルを貯留槽９０内で生成して、水の中に拡散させる。よって、貯留槽９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留槽９０としては、少なくとも、処理槽１２の排出部１７の開口の内径寸法の倍以上の内径又は一辺を確保することにより、マイクロバブル又はナノバブルを含有して殺菌を確実に行える改質液Ｌ２を貯留槽９０で生成することができる。
貯留槽９０は、図６Ｄに示すように、下部又は中間部に配置されて処理槽１２の排出部１７に接続される改質液供給部９１と、改質液供給部９１よりも上部の例えば中央に配置された気体排出部９０ｃと、改質液供給部９１と気体排出部９０ｃとの中間部に貯留水排出部９０ｂとを有している。処理槽１２中の気相ＧにプラズマＰを発生させて改質成分を生成する。生成した改質成分が、液体に溶解して液体中に分散して改質液Ｌ２を生成し、生成した改質液Ｌ２が処理槽１２の排出部１７から貯留槽９０の改質液供給部９１に排出されて、貯留槽９０に貯留する。
図６Ｄでは、配管５１は、貯留槽９０の貯留水排出部９０ｂに連結されて、循環用配管８１を構成している。貯留槽９０内の貯留水９２が循環用配管８１及びポンプ５０を介して導入部１５から処理槽１２内に循環水Ｌ１として供給され、処理槽１２から排出部１７を介して排出される改質液Ｌ２が貯留槽９０内に改質液供給部９１から導入されることにより、液体が改質液生成装置１００と貯留槽９０との間で循環するように構成されている。以下の実施形態２及び３でも同様な構成となっている。
このような改質液生成装置１００の他に、脱臭装置１０１としては気体供給部９４をさらに備えている。
気体供給部９４としては、貯留槽９０内に、処理すべき気体９７を泡状に供給することができて、供給した処理すべき泡状の気体９７が改質液Ｌ２と接触して脱臭が行えればよい。このため、処理すべき気体９７を貯留槽９０に泡状に直接供給してもよいし、又は、改質液生成装置側から貯留槽９０に間接的に供給してもよい。ここでは、まず、処理すべき気体９７を貯留槽９０に直接供給する例について説明し、改質液生成装置側からの間接的な供給は実施形態２，３として後述する。
貯留槽９０は、貯留槽９０の気体排出部９０ｃ及び改質液供給部９１よりも下方に配置されて気体９７を貯留槽９０内の改質液Ｌ２内に吹き出す気体吹出部９５を有する。気体吹出部９５は、気体供給管９６と、その先端に固定された、多数の貫通穴を有する多孔質部材などとで構成されている。必要ならば、気体供給装置としてポンプを配置してもよい。貯留槽９０の外部から供給される空気などの処理すべき気体９７を、気体供給管９６を介して気体吹出部９５からバブリングして貯留水９２内に泡状に吹き出させる。このように、処理すべき気体９７をバブリングすることで、気体９７の臭気成分が改質液Ｌ２の改質成分で分解されることにより脱臭される。脱臭した気体９９は、改質液Ｌ２である貯留水９２内を上方に進み、貯留槽９０の上部に配置された気体排出部９０ｃから貯留槽９０の外部に排出される。
［装置本体］
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図である。
処理槽１２は、第１内壁２１、第２内壁２２、および第３内壁２３を有している。第１内壁２１は、筒状の壁部である。第２内壁２２は、第１内壁２１の図２の左端部に設けられている。第３内壁２３は、第１内壁２１の図２の右端部に設けられている。第２内壁２２および第３内壁２３は、側面視では略円形である。第１内壁２１、第２内壁２２、および第３内壁２３により、処理槽１２の内部には、略円柱状の収容空間８３が構成されている。第１内壁２１の中心軸、つまり、処理槽１２の内部に構成される略円柱状の収容空間８３の仮想の中心軸を軸Ｘ１とする。
第２内壁２２には、収容空間８３内に突出した円筒状の電極支持筒２４が中央に設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり右方に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。電極支持筒２４の内側には、絶縁体５３を介して第１電極３０が支持されている。第１電極３０は棒状であり、絶縁体５３は第１電極３０の周囲に配置されている。このため、第１電極３０は、長手方向の軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。第１電極３０の右端部３０１の内側端面と、絶縁体５３の内側端面と、電極支持筒２４の内側端面２４１とは、ほぼ同じ面内に配置されるように構成されている。
導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端１５１が第１内壁２１に形成されている。導入部１５は、側面視では、第２内壁２２に隣接した位置に配置されている。また、図３は、図２の３―３線における断面図である。導入部１５は、第１内壁２１の壁面に配置されている。
排出部１７は、第３内壁２３の中央部を貫通している。排出部１７は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
第２電極３１は、板状の金属部材であり、中央部に開口部３１１が形成されている。開口部３１１は円形であり、その中心が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
［動作］
次に、まず、改質液生成処理として、改質液生成装置１００の改質液生成動作について説明する。以下では、説明の便宜上、処理槽１２の内部に気相を発生させる状態（図４および図５）と、発生させた気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図６Ａ及び図６Ｂ）とを別図に分けて説明する。図４は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加していない状態を示す側面断面図である。
まず、図４に示すように、ポンプ５０で貯留槽９０の貯留水９２を吸い込んで導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、循環水Ｌ１は、第１内壁２１に沿って、旋回流Ｆ１を発生させながら導入部１５から図４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４の右方に移動した旋回流Ｆ１は、排出部１７に向けて移動する。
旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。気相Ｇは、旋回中心付近、具体的には、第１電極３０の右端部３０１から第１内壁２１の中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１の開口部３１１の付近まで発生する。また、気相Ｇは、接している旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回している。旋回している気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留槽９０内の貯留水９２の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、貯留槽９０の貯留水９２中に拡散される。
図５は、図４の５−５線における断面図である。図４で説明したように、導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、循環水Ｌ１は、第１内壁２１に沿った図５の右回りの旋回流Ｆ１を発生させる。循環水Ｌ１が処理槽１２の内部で旋回することで、旋回流Ｆ１の中心付近、つまり第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近において循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが生成される。
図６Ａ及び図６Ｂは、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加した状態を示す側面断面図である。図６Ａに示すように、循環水Ｌ１が気化した気相Ｇが、第１電極３０の近傍から第２電極３１の付近まで発生されている状態で、電源６０により、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。図６Ｂは、気相Ｇ中にプラズマＰが発生している状態を示す拡大図である。第１電極３０と第２電極３１とは、高電圧のパルス電圧が印加されると、気相Ｇ内にプラズマＰが発生し、改質成分として水由来のラジカル（ＯＨラジカル等）又は化合物（過酸化水素等）又はイオンを生成する。前記改質成分を含んだ気相Ｇは、周辺にある旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回する。前記改質成分を含んだ気相Ｇが旋回することにより、前記改質成分の一部が、旋回流Ｆ１側へ溶解することで、循環水Ｌ１の中に改質成分が分散して改質液Ｌ２を生成する。加えて、排出部１７付近の前記改質成分を含んだ気相Ｇは、貯留槽９０内の改質液Ｌ２の抵抗を受ける事でせん断され、改質成分を含有した気泡ＢＡを生じる。また、貯留槽９０内の排出部１７よりも上方まで改質液Ｌ２を貯留することで、負圧である気相Ｇに空気が混入することを防いでいる。この様に、プラズマＰにより生成した改質成分が気泡状態もしくは改質液Ｌ２の中に溶け込んで分散された状態で、改質液Ｌ２が貯留槽９０に貯められて、貯留槽９０内の貯留水９２を改質液Ｌ２に全て変える。
次いで、脱臭処理を開始する。すなわち、処理すべき気体９７を気体供給部９４から貯留槽９０の貯留水９２内に供給して、気体９７の脱臭処理を行う。具体的には、以下の通りである。
貯留槽９０の外部から、空気などの処理すべき気体９７を、気体供給管９６を介して気体吹出部９５からバブリングして、貯留水９２内に泡状に吹き出させる。処理すべき気体９７をバブリングすることで、気体９７の臭気成分が改質液Ｌ２の改質成分と接触して分解されることにより、脱臭処理が行われる。
脱臭した気体９９は、改質液Ｌ２である貯留水９２内を上方に進み、貯留槽９０の上部に配置された気体排出部９０ｃから貯留槽９０の外部に排出される。
なお、気体供給部９４から気体９７を貯留槽９０の貯留水９２内に供給するとき、改質液生成装置１００ではプラズマＰの発生を停止して、亜硝酸の発生を防止する。
脱臭処理が終了すると、気体供給を停止した上で、改質液生成装置１００で改質液Ｌ２を生成して、貯留槽９０の貯留水９２が全て改質液Ｌ２となるように改質液生成処理を行う。改質液生成処理が終了すると、再び、前記した脱臭処理を行う。
以上説明した本実施形態１によれば、旋回流Ｆ１中で循環水Ｌ１を気化させ、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させて、液体である循環水Ｌ１から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む改質液Ｌ２を生成する。そのため、気相Ｇは、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相よりも負圧となっており、また、電圧印加により循環水Ｌ１を気化させる必要がないため、小さな電圧（すなわち、少ない電力）でプラズマＰを効率良く発生できる。このため、循環水Ｌ１の改質処理が迅速にかつ効率良くできて、気体の脱臭処理を短時間で行うことができる。すなわち、ラジカル（ＯＨラジカル等）又は過酸化水素等を内包した気泡を有した改質液Ｌ２を生成し、改質液Ｌ２中に気体９７をバブリングすることで、気体９７の脱臭を効率良く行うことができる。また、貯留槽９０中で気体９７のバブリングもできるため、脱臭装置全体としてコンパクトな構成となる。さらに、ジュール熱によって水を気化させないので、投入するエネルギーが小さくなる。また、外部から改質液生成用としての気体を導入しないので、改質液生成用の気体供給装置が不要となり、改質液生成装置１００の小型化、従って、脱臭装置１０１の小型化がしやすくなる。
また、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇは、浮力により一定の形状又は一定の位置で保持することが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、周りの旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１の中心軸Ｘ１に集まる方向へ力が加わるので、第１電極３０の右端部３０１の近傍に一定の気相Ｇを生成することができる。そのため、第１電極３０と第２電極３１との間に生成される気体の量の時間変化が少なく、プラズマＰに必要な電力が変化しにくいので、プラズマＰを安定して発生でき、循環水Ｌ１の改質処理が効率良く迅速にできる。
また、プラズマＰの体積はカソード電極の近傍にある気相の体積以下になるが、ジュール熱により気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇの形状は、バブル形状なので体積が一定以上になると分裂するため、一定の体積以上のプラズマＰを発生させることが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、旋回流Ｆ１の旋回速度を確保できれば、中心軸Ｘ１の方向に体積を大きくすることが容易であるため、プラズマＰの体積を大きくしやすい。そのため、改質成分の生成量を増加させやすく、液体を迅速に改質できる。
また、液体が気化する際に体積が膨張するため、衝撃波が発生し、周辺の物体を破壊するキャビテーションが知られている。本実施形態１では、キャビテーションによる破壊が最も強くなるのは、処理槽１２の内径が最も小さく、旋回流Ｆ１の旋回速度が最も早くなる排出部１７である。そのため、気相Ｇの中でも第１電極３０の右端部３０１は、キャビテーションの破壊が最も強くなる箇所から離れているため、キャビテーションによる第１電極３０への影響を小さくなりプラズマＰを安定的に発生できる。
また、プラズマＰ発生時に外部から改質液生成装置１００には空気を導入することなく循環水Ｌ１の改質処理を行うため、空気等の窒素成分を含んだ気体を導入した気相を活用したプラズマで発生する有害な亜硝酸の生成を抑制することができる。さらに、ＯＨラジカル又は過酸化水素等を内包した気泡ＢＡを含んだ改質液Ｌ２を生成することができる。
［実施形態２］
図６Ｅ及び図６Ｆに示すように、循環用配管８１のポンプ５０の下流側に分岐管８１ａを設け、この分岐管８１ａに、ポンプなどの気体供給装置１０５と開閉弁９８とを設けることにより、気体供給部９４を構成するようにしてもよい。気体供給装置１０５では、外部から気体９７を取り込んで、気体通路を構成する配管の一例である分岐管８１ａ内に気体９７を送り込む。開閉弁９８は分岐管８１ａを開閉する。気体供給装置１０５と開閉弁９８と電源６０とは、制御部１１０で駆動制御することができる。
このような構成では、開閉弁９８を閉じた状態で改質液生成処理を終了したのち、例えば電源６０をオフするなどしてプラズマＰの発生を停止させる。
その後、気体供給装置１０５を駆動するとともに開閉弁９８を開けて、処理すべき気体９７を、分岐管８１ａから配管５１内の循環水Ｌ１に供給して、導入部１５を介して処理槽１２内に供給する。
処理槽１２では、例えば電源６０がオフになってプラズマＰの発生を停止させている状態である。この状態で、導入部１５からの循環水Ｌ１を、処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から導入して、旋回流Ｆ１を形成する。旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。また、旋回流Ｆ１により気相Ｇが負圧となる結果、処理槽１２内に気体９７の導入が容易になり、処理槽１２内で気相Ｇと混ざることになる。さらに、旋回している気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留槽９０内の貯留水９２の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、排出部１７及び改質液供給部９１を介して貯留槽９０の貯留水９２中に拡散される。すなわち、貯留槽９０でバブリングされて気体の気泡となることで、気体９７の臭気成分が改質液Ｌ２の改質成分で分解されて脱臭される。脱臭した気体９９は、改質液Ｌ２である貯留水９２内を上方に進み、貯留槽９０の上部に配置された気体排出部９０ｃから貯留槽９０の外部に排出される。
この実施形態２によれば、実施形態１と同様な作用効果に加えて、循環用配管８１及び処理槽１２が気体供給部９４の役割も担うことにより、脱臭装置１０１の、より小型化が容易に行える。
［実施形態３］
図６Ｇ及び図６Ｈに示すように、処理槽１２の第２内壁２２の中央に配置されかつ収容空間８３内に突出した円筒状の電極支持筒２４で第１電極３０を支持することに加えて、電極支持筒２４と第１電極３０との間に隙間を設けて気体通路１０７を形成するとともに、電極支持筒２４の外側端部に開閉弁１０６を設けることにより、気体供給部９４を構成するようにしてもよい。開閉弁１０６は気体通路１０７を開閉する。開閉弁１０６と電源６０とは、制御部１１０で駆動制御することができる。
このような構成では、開閉弁１０６を閉じた状態で改質液生成処理を終了したのち、例えば電源６０をオフするなどしてプラズマＰの発生を停止させる。
その後、処理槽１２では、例えば電源６０がオフになってプラズマＰの発生を停止させている状態で、導入部１５から循環水Ｌ１を、処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から導入して、旋回流Ｆ１を形成する。旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。また、旋回流Ｆ１により気相Ｇが負圧となる結果、開閉弁１０６を開けると、処理すべき気体９７が気体通路１０７から処理槽１２内に吸引されて気相Ｇと混ざることになる。さらに、旋回している気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留槽９０内の貯留水９２の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、排出部１７及び改質液供給部９１を介して貯留槽９０の貯留水９２中に拡散される。すなわち、貯留槽９０でバブリングされて気体の気泡となることで、気体９７の臭気成分が改質液Ｌ２の改質成分で分解されて脱臭される。脱臭した気体９９は、改質液Ｌ２である貯留水９２内を上方に進み、貯留槽９０の上部に配置された気体排出部９０ｃから貯留槽９０の外部に排出される。
この実施形態３によれば、実施形態１と同様な作用効果に加えて、気体通路１０７及び処理槽１２が気体供給部９４の役割も担うことにより、脱臭装置１０１の、より小型化が容易に行える。
［変形例］
本実施形態１〜３で説明した改質液生成装置１００の構成は一例であり、種々の変更が可能である。例えば、処理槽１２の内部構造又は第１電極３０又は第２電極３１の位置等については、本実施形態１〜３の構造に限定されない。
本実施形態１〜３では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、断面形状が円形である筒状の処理槽であり、処理槽の片方の端部に処理槽の中心軸上もしくは中心軸の近傍に窄まった穴形状の排出部を有していれば、様々な形状をとることが可能である。例えば、図７に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１２１であっても同様の効果が得られる。図７では、導入部側の半径が排出部側の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図８に示す円錐形状の処理槽１２２であっても同様の効果が得られる。好ましくは、旋回流Ｆ１が前方向Ｆにすべるのを防ぐために、図８に示すように、断面の内径が連続的に小さくなる円錐形状が好ましい。
また、本実施形態１〜３では、第１電極３０の形状は、棒電極であったが、第１電極３０の右端部３０１に電解が集中させる形状であれば、この限りではない。例えば、図９Ａで示すように、排出部側に向けて尖った円錐形状が付いた板形状の第１電極３２でもよい。また、図９Ｂで示すように、円錐形状の代わりに、排出部側に向けて湾曲するように突出した山形状の凸部３２Ｂが中央部に有する板形状の第１電極３２Ａでもよい。第１電極３２Ａでは、発生するプラズマＰに最も近い中央部が摩耗しやすいので、単なる平板の電極よりも、当該中央部を処理槽１２内に突出させる山形状の凸部３２Ｂを有する電極の方が寿命が長くて好ましい。さらに好ましくは、板形状の第１電極３２の代わりに、電極が磨耗した際に、処理槽１２内に電極の送り出しが容易な棒電極でもよい。
また、図１０で示すように、第１電極３０の電極支持筒２４を用いず、第２内壁２２に第１電極３０と絶縁体５３とを取り付ける構造にしても同様の効果が得られる。好ましくは、水の電気分解又はジュール熱の発生を抑えるために、プラズマ発生に必要な第１電極３０の右端部３０１と、電源６０との接続部以外は絶縁体で覆われているほうがよい。
また、本実施形態１〜３では、第１電極３０の材質は、一例としてタングステンであったが、特に導電性のある材料であれば限定はされない。好ましくは、水中で過酸化水素と接触するとフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる金属材料が好ましい。例えば銅もしくは鉄の含有成分が入った電極、例えばＳＵＳ（ステンレス鋼）又は銅又は銅タングステンの電極がよい。そのようなフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる金属材料は、循環用配管８１などの配管の材質として利用することもできる。
更に、フェントン反応に必要な銅もしくは鉄成分を含有する電極を、第１電極３０に使用すると、電極材料がナノ粒子化して、フェントン反応が加速され、脱臭が加速する。
本実施形態１〜３では、第２電極３１は、排出部１７に配置されているが、処理槽１２内に接地された第２電極の少なくとも一部が配置されていればこの限りではない。例えば、配置場所に関しては、図１１に示すように、棒状の第２電極３３として、第１内壁２１の中心軸Ｘ１の側方に配置するようにしても、同様の効果が得られる。また、図１２に示すように、処理槽１２外の貯留槽９０内でかつ貯留槽９０の改質液供給部９１近傍に棒状の第２電極３３として配置してもよい。また、図１３に示すように、筒状の第２電極３４として第１内壁２１の内側に配置してもよい。また、開口部３１１は円形としたが、多角形でもよく、さらには、第２電極は、分割された複数の金属部材を組み合わせて構成してもよい。好ましくは、旋回流Ｆ１を乱さないために、丸穴を有した板状もしくは円筒形状がよい。また、気相Ｇと第２電極の間が短いほうが水の抵抗が小さくなりジュール熱を抑制できるため、気相Ｇと第２電極の間が短くなる排出部１７もしくは排出部１７近傍に第２電極を配置するほうがよい。
処理槽１２に導入される循環水Ｌ１の流量は、処理槽１２の形状等に応じて、旋回流Ｆ１中に気相Ｇが発生する流量に設定される。また、第１電極３０と第２電極３１とに印加されるパルス電圧については、バイポーラではなくモノポーラで印加する場合、又は、電圧、パルス幅、又は周波数等は旋回流Ｆ１中に発生した気相ＧにプラズマＰを発生させることができる値に適宜設定することが可能である。
さらに、本発明の効果が得られる限り、電源６０はパルス電源以外の高周波電源等であってもよい。好ましくは、水の電気分解により電極間のｐＨが偏るので、カソードとアノードとを交互に交換できるバイポーラ印加がよい。
貯留槽９０は槽としているが、旋回流Ｆ１をせん断するために、貯留槽９０内に水を保持できる形状であれば、これに限定されない。例えば、改質液を輸送する配管としてもよい。好ましくは、排出部１７を循環水Ｌ１で満たし処理槽１２への空気の混入を防ぐために、図１４Ａに示すように装置本体１０は改質液を上向きに排出し、貯留槽９０は装置本体１０の上側にあるほうがよい。
また、貯留槽９０を構成する材料の材質としては、水が透過しなければよい。また、例えば、図１４Ｂに示すように、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる銅若しくは鉄を含有した板部材９３を、貯留槽９０の一部もしくはすべてに使用することができる。また、板部材９３を、貯留槽９０とは別部材として貯留槽９０内に配置してもよい。要するに、板部材９３が貯留槽９０内の改質液と接触すれば、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現することができる。
本実施形態１〜３では、循環水Ｌ１を改質したが、改質する液体は、水に限定されない。例えば、エタノールでもよい。
以上、本発明の実施形態１〜３を説明したが、上述した実施形態１〜３は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施形態１〜３に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態１〜３を適宜変形して実施することが可能である。
すなわち、前記実施形態又は前記様々な変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本発明の前記態様にかかる脱臭装置および脱臭方法は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む改質液を生成して、生成した改質液で気体を脱臭することができる。このため、本発明の前記態様にかかる脱臭装置および脱臭方法は、気体の脱臭等の環境改善等に利用することが可能であり、家庭用又は事務所などの加湿機能付き脱臭装置、又は気体清浄機等として適用できる。
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１５ 導入部
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
２４ 電極支持筒
３０ 第１電極
３１ 第２電極
３２ 板形状の第１電極
３２Ａ 山形状の凸部を有する板形状の第１電極
３２Ｂ 山形状の凸部
３３ 棒状の第２電極
３４ 筒状の第２電極
５０ 液体供給部
５３ 絶縁体
６０ 電源
８０ 水タンク
８１ 一点鎖線（循環用配管）
８１ａ 分岐管
８３ 収容空間
９０ 貯留槽
９１ 改質液供給部
９０ｂ 貯留水排出部
９０ｃ 気体排出部
９２ 貯留水
９３ 板部材
９４ 気体供給部
９５ 気体吹出部
９６ 気体供給管
９７ 処理すべき気体
９８ 開閉弁
９９ 脱臭した気体
１００ 改質液生成装置
１０１ 脱臭装置
１０４，１０５ 気体供給装置
１０６ 開閉弁
１０７ 気体通路
１１０ 制御部
１２１，１２２ 処理槽
１５１ 開口端
２４１ 内側端面
３０１ 右端部
３１１ 開口部
８０１ 第１電極
８０２ 第２電極
８０３ 液体
８０４ パルス電源
８０５ プラズマ
９０１ アノード電極
９０２ カソード電極
９０３ 被処理液
９０４ 気体
Ｂ 後方向
ＢＡ 気泡
Ｄ 下方向
Ｆ 前方向
Ｆ１ 旋回流
Ｇ 気相
Ｌ 後方向から見て左方向
Ｌ１ 循環水
Ｌ２ 改質液
Ｐ プラズマ
Ｒ 後方向から見て右方向
Ｕ 上方向
Ｘ１ 略円柱状の収容空間の仮想の中心軸

Claims (12)

  1. 導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち改質液として排出する排出部を有する処理槽と、
    前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
    前記処理槽内の前記液体に接触するように配置された第２電極と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を前記改質液中に生成する電源と、
    前記処理槽の前記排出部が接続されて前記改質液が供給される改質液供給部と、前記改質液供給部よりも上部に脱臭後の気体を排出する気体排出部とを有し、前記処理槽中で前記気相に前記プラズマを発生させて前記改質成分を生成し、生成した前記改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して前記改質液を生成し、生成した前記改質液が前記処理槽から排出されて貯留される貯留槽と、
    前記貯留槽内の前記改質液内に気体を供給する気体供給部とを備え、
    前記気体供給部から前記貯留槽内に前記気体を供給し、供給された前記気体が泡状となり、前記貯留槽に貯留された前記改質液と接触し、脱臭される、
    脱臭装置。
  2. 前記気体供給部は、前記貯留槽の前記気体排出部及び前記改質液供給部よりも下方に配置されて前記気体を前記貯留槽内の前記改質液内に供給するように吹き出す気体吹出部を有する、
    請求項１に記載の脱臭装置。
  3. 前記気体供給部は、前記貯留槽内の液体を前記貯留槽から前記処理槽の前記導入部に供給する循環用配管に接続される分岐管に配置されて前記分岐管に前記気体を供給する気体供給装置と、
    前記分岐管と前記循環用配管との間を開閉する開閉弁とを備える、
    請求項１に記載の脱臭装置。
  4. 前記気体供給部は、
    前記処理槽の前記第１電極の付近から前記中心軸沿いに前記気体を供給する気体通路と、
    前記気体通路を開閉する開閉弁とを備える、
    請求項１に記載の脱臭装置。
  5. 前記第１電極として、銅もしくは鉄の含有成分が入った電極を用いる、
    請求項１〜４のいずれか１つに記載の脱臭装置。
  6. 前記第１電極は、前記液体の前記旋回流の前記の旋回中心付近に発生させた前記気相に接触するように、もしくは前記気相の近傍に位置するように配置される、
    請求項１〜５のいずれか１つに記載の脱臭装置。
  7. 前記処理槽は、前記導入部から供給された前記液体を旋回させて前記旋回流を発生させる円筒状もしくは円錐台形状の第１内壁を有し、
    前記第１電極は、前記第１内壁の中心軸上もしくは中心軸近傍に配置される、
    請求項１〜６のいずれか１つに記載の脱臭装置。
  8. 前記第１電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の一方の端部側に配置され、
    前記第２電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の他方の端部側に配置され、
    前記導入部は、前記中心軸の前記一方の端部側に配置され、
    前記排出部は、前記中心軸の前記他方の端部側に配置される、
    請求項７に記載の脱臭装置。
  9. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の周りの一部にもしくは前記中心軸の全周を取り囲む様に配置される板状の電極である、
    請求項８に記載の脱臭装置。
  10. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の側方に配置される、
    請求項８に記載の脱臭装置。
  11. 前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の一部もしくは全周を取り囲むように配置される筒状の電極である、
    請求項８に記載の脱臭装置。
  12. 処理槽に導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を前記処理槽内で発生させる工程と、
    前記発生させた気相に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した前記改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する工程と、
    生成した前記改質液を貯留槽に貯留した状態で、気体供給部から前記貯留槽内に気体を供給し、供給された気体が泡状となり、前記貯留槽に貯留された前記改質液と接触し、脱臭される脱臭工程とを含む、
    脱臭方法。
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