JP5870279B2 - プラズマ発生装置とラジカル生成方法、それらを用いた洗浄浄化装置および電器機器 - Google Patents

プラズマ発生装置とラジカル生成方法、それらを用いた洗浄浄化装置および電器機器 Download PDF

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Description

本発明は、プラズマ発生装置とラジカル生成方法、それらを用いた洗浄浄化装置および電器機器に関する。
従来より、気泡を含む液中で放電を行うことで気泡にラジカル等を発生させ、液体を改質するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−９４６３号公報
しかしながら、処理の対象とされる液体中には様々な不純物等が含まれており、液体に含まれるこれらの成分によって液体の電気抵抗値が大きく変動してしまう。そのため、上記従来技術のように液中放電を利用する方法では、電極間に所定の電圧を印加したとしても放電の発生の仕方にばらつきが生じるおそれがあり、安定してプラズマを生成させることができなかった。すなわち、上記従来の技術では、ラジカル等の発生量にばらつきが生じてしまうおそれがあった。
そこで、本発明は、より安定してラジカルを生成することのできるプラズマ発生装置とラジカル生成方法、それらを用いた洗浄浄化装置および電器機器を得ることを目的とする。
本発明のプラズマ発生装置にあっては、水を含む液体を収容する液体収容部と、気体を収容する気体収容部と、前記気体収容部中の気体を前記液体収容部へ導く気体通路が形成され、前記液体収容部と前記気体収容部とを、上側に液体収容部が、下側に気体収容部が配置されるように隔てる隔壁部と、前記気体収容部に配設されるとともに、前記隔壁部の下面に、中心が前記気体通路となるように配設されたドーナツ状の第１電極と、前記第１電極と距離を隔てられ、前記液体収容部に配設されるとともに、前記隔壁部の上面に、中心が前記気体通路となるように配設され、少なくとも前記第１電極と対になる側の部分が前記液体収容部中の液体と接触するように配設されたドーナツ状の第２電極と、前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で、酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する気体供給部と、前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させることにより、前記気体収容部に導入された気体をプラズマ化するプラズマ電源部と、を備えることを主要な特徴とする。
また、本発明のラジカル生成方法にあっては、水を含む液体を収容する液体収容部と気体を収容する気体収容部とを、気体の流通を許容する気体通路が形成された隔壁部によって上側に液体収容部が、下側に気体収容部が配置されるように隔て、前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する工程と、前記気体通路の前記液体収容部側の開口端において酸素を含む気泡を成長させる工程と、前記隔壁部の下面に、中心が前記気体通路となるように配設されたドーナツ状の第１電極と、前記隔壁部の上面に、中心が前記気体通路となるように配設され、少なくとも前記第１電極と対になる側の部分が前記液体収容部中の液体と接触するように配設されたドーナツ状の第２電極との間に所定の電圧を印加して、前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させて、前記気体通路の前記液体収容部側の開口端近傍における気液境界面近傍の気体の領域においてプラズマを生成することにより、液体に含まれる水および気体に含まれる酸素からヒドロキシラジカルを生成する工程と、を備えることを主要な特徴とする。
また、本発明の洗浄浄化装置にあっては、上記プラズマ発生装置を備え、前記気体収容部に取付けられ、前記気体収容部に気体を供給する気体導入路と、前記液体収容部に取付けられ、前記液体収容部に液体を導入する液体導入路および前記液体収容部の液体を排出する液体排出路と、前記気体導入路から気体を供給することにより、前記気体収容部内の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させて、ヒドロキシラジカルを含んだ気泡を液体中に放出する機能と、を備えることを主要な特徴とする。
また、本発明の電器機器にあっては、上記プラズマ発生装置もしくは上記洗浄浄化装置を備えることを主要な特徴とする。
本発明にかかるプラズマ発生装置によれば、第１電極を気体収容部に配設するとともに、第２電極を、少なくとも第１電極と対になる側の部分が液体収容部中の液体と接触するように配設している。
また、本発明にかかるラジカル生成方法によれば、第１電極と第２電極との間に放電を発生させることで、液体収容部中の液体内における気体の領域においてプラズマを生成し、液体に含まれる水および気体に含まれる酸素からヒドロキシラジカルを生成するようにしている。
このような構成および方法によれば、液体の電気抵抗による影響をそれほど受けることなく第１電極と第２電極との間に放電を生じさせることができるため、気体をより確実にプラズマ化することができ、より安定してラジカルを生成することができるようになる。
そして、洗浄浄化装置や電器機器に上述のプラズマ発生装置を備えさせることで、より安定してラジカルを生成することのできる洗浄浄化装置および電器機器を得ることができる。
図１は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ発生装置の構成を模式的に示す一部断面を含む図である。 図２は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ発生装置の第１電極および第２電極に印加する電圧値を示すグラフである。 図３は、本発明の第１実施形態にかかるプラズマ発生装置の動作を説明するための一状態を模式的に示す部分拡大断面図である。 図４は、図３に示す状態の後の状態を模式的に示す部分拡大断面図である。 図５は、本発明の第２実施形態にかかる洗浄浄化装置の構成を模式的に示す一部断面を含む図である。 図６は、本発明の第３実施形態にかかるプラズマ発生装置を備える小型電器機器の具体例を示す斜視図である。 図７は、図６に示す小型電器機器の側断面図である。 図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。 図９は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる小型電器機器で用いられるプラズマ発生装置の構成を模式的に示す一部断面を含む図である。 図１０は、本発明の第３実施形態の変形例にかかる小型電器機器を示す側断面図である。 図１１は、図１０のＢ−Ｂ断面図である。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の複数の実施形態には、同様の構成要素が含まれている。よって、以下では、それら同様の構成要素には共通の符号を付与するとともに、重複する説明を省略する。
（第１実施形態）
本実施形態にかかるプラズマ発生装置１は、略円筒状のケース部材２を備えている。なお、ケース部材の形状は円筒状のものに限らず、例えば、角筒状としてもよい。
そして、ケース部材２の内側には、図１に示すように、セラミックス部材３が配設されており、このセラミックス部材３によってケース部材２の内部空間が上下に仕切られている。
本実施形態では、ケース部材２の内部空間のうちセラミックス部材３の上側の領域が、水を含む液体１７を収容する液体収容部４となっているとともに、下側の領域が気体を収容する気体収容部５となっている。
このように、本実施形態では、セラミックス部材３が、液体収容部４と気体収容部５とを隔てる隔壁部に相当している。
また、液体収容部４の外周端部には、ケース部材２とセラミックス部材３との隙間を塞ぐリング状のシール材６が装着されており、液体収容部４内の液体１７がケース部材２とセラミックス部材３との隙間から気体収容部５内に漏れ出ないようにしている。
そして、ケース部材２の天壁部（液体収容部４側の壁部）２ａには、液体収容部４に液体１７を導入する液体導入口７が設けられるとともに、液体収容部４内に導入された液体１７を外部に送り出す液体排出口８が設けられている。
また、ケース部材２の側壁２ｂの下部には、気体収容部５と外部とを連通する気体導入口９が設けられており、この気体導入口９には配管（気体導入路）１０が挿通されている。そして、配管１０を介して気体収容部５と気体供給部１１とが接続されている。本実施形態では、少なくとも酸素（Ｏ２）を含む気体が気体供給部１１から気体収容部５内に供給されるようになっている。
さらに、セラミックス部材３には気体通路３ａが形成されており、気体供給部１１から気体収容部５内に導入された気体等は、この気体通路３ａを経て液体収容部４内へ送り出されることになる。
このように、本実施形態にかかる気体供給部１１は、気体収容部５の気体を気体通路３ａを介して液体収容部４へ圧送させる態様で、気体収容部５に少なくとも酸素を含む気体を供給する機能を有している。
なお、本実施形態では、気体通路３ａの孔径を約１μｍ〜１０μｍ程度としており、液体収容部４に収容された液体１７が気体通路３ａから気体収容部５内に漏れ出ることがないようになっている。
また、プラズマ発生装置１は、気体収容部５に配設された第１電極１２と、第１電極１２と距離を隔てられ、少なくとも第１電極１２と対になる側の部分（第１電極１２の表面との間に放電を生じさせる表面）が液体収容部４中の液体１７と接触するように配設された第２電極１３と、を備えている。
具体的には、ドーナツ状の第１電極１２およびドーナツ状の第２電極１３をそれぞれ気体収容部５および液体収容部４に配設している。
ドーナツ状の第１電極１２は、図１に示すように、セラミックス部材３の気体収容部５側の表面３ｂに、中心が気体通路３ａとなるように配置されている。この第１電極１２の表面は、誘電体（図示せず）によって被覆されている。
また、第２電極１３は、少なくとも第１電極１２と対になる側の部分（第１電極１２の表面との間に放電を生じさせる表面）が液体収容部４中の液体１７と接触するように、液体収容部４に配置されている。この第２電極１３も中心が気体通路３ａとなるように配置されている。すなわち、第１電極１２と第２電極１３とが同心状に配置されている。
このように、本実施形態にかかるプラズマ発生装置１では、気体収容部５にドーナツ状の第１電極１２を配設することで、第１電極１２が、液体収容部４に導入される液体１７に接触しないようにしている。
一方、ドーナツ状の第２電極１３を液体収容部４に配設することで、第２電極１３の少なくとも第１電極１２と対になる側の部分（第１電極１２の表面との間に放電を生じさせる表面）が、液体収容部４に導入される液体１７に接触するようにしている。
そして、第１電極１２および第２電極１３は、それぞれリード線１４を介してプラズマ電源部１５（図１参照）に電気的に接続されており、この第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧が印加されるようになっている。
また、本実施形態では、図１および図２に示すように、第２電極１３を接地した状態で第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧を印加するようにしている。
次に、上述したプラズマ発生装置１の動作ならびにヒドロキシラジカルの生成方法について説明する。
まず、気体収容部５の気体を気体通路３ａを介して液体収容部４へ圧送させる態様で酸素を含む気体を気体収容部５に供給する（気体を供給する工程）。
本実施形態では、図１に示すように、空気をベースとして酸素を含有した気体（流量約０．０１Ｌ／ｍｉｎ〜１．０Ｌ／ｍｉｎ（１０ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ））が、気体供給部１１から配管１０を介して気体収容部５に送り込まれる。このとき、気体を送り込む圧力は、約０．００９８ＭＰａ〜０．４９ＭＰａ（０．１ｋｇｆ／ｃｍ２〜５ｋｇｆ／ｃｍ２）程度とされる。
このように、気体供給部１１は、大気中の気体（空気）を供給する機能を備えている。なお、気体の供給流量は、気体供給部１１に設けた流量制御部によって制御されている。また、気体供給部１１に、大気中の気体だけでなく他の種類の気体（例えば、酸素濃度が異なる気体）を供給できる機能を持たせるとともに気種制御部を設け、様々な種類の気体のなかから１種類もしくは複数種類の気体を選択的に供給できるようにしてもよい。
そして、気体が気体収容部５に供給されることで、気体収容部５の圧力は、大気圧にこの圧力が加わって約０．１１ＭＰａ〜０．５９ＭＰａ（１．１ｋｇｆ／ｃｍ２〜６ｋｇｆ／ｃｍ２）程度となり、陽圧状態になる。このように、気体収容部５を陽圧とすることで、気体収容部５から気体通路３ａを経て液体収容部４へ向う気体の流れが形成される。なお、気体収容部５を陽圧とすることによっても、液体収容部４に収容された液体１７が気体通路３ａから気体収容部５内に漏れ出てしまうのが抑制される。
そして、上述したように酸素を含有した気体を供給することで、図３に示すように、気体通路３ａの液体収容部４側（図１の上側）の開口端３ｃにおいて酸素を含む気泡１６が成長する（気泡を成長させる工程）。
次に、プラズマ電源部１５によって、第１電極１２と第２電極１３に所定の電圧が印加される。電圧としては、大気圧のもとにおいてグロー放電を可能にする電圧（パワー：約１０Ｗ〜１００Ｗ程度）が好ましい。このとき、プラズマ電源部１５に電圧制御部を設け、第１電極１２と第２電極１３との間に印加する電圧を制御するようにするのが好ましい。
そして、第１電極１２と第２電極１３に所定の電圧が印加されることで、第１電極１２と第２電極１３との間には、大気圧あるいはそれ以上の圧力の気体雰囲気のもとで放電が生じる。なお、大気圧のもとでプラズマを生成する技術については、たとえば文献Ａ（岡崎幸子、「大気圧グロー放電プラズマとその応用」、レビュー講演：２０ｔｈ ＪＳＰＦ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ）に報告されている。
そして、この放電によって、液体収容部４の液体１７中の気体の領域においてプラズマが生成され、液体に含まれる水や気体に含まれる酸素によってオゾンやヒドロキシラジカル等が生成される（ヒドロキシラジカルを生成する工程）。
本実施形態では、気泡１６内の気体（液体収容部４の液体１７中の気液境界面近傍の気体）に電位差を生じさせてプラズマを生成している。このように、ヒドロキシラジカルが生成されやすい気液境界面の近傍（気体通路３ａの液体１７に臨む開口端３ｃ近傍）に電位差を生じさせることで、より多くのオゾンやヒドロキシラジカル等を生成できるようになる。なお、本実施形態では、気体通路３ａの液体１７に臨む開口端３ｃ近傍の気泡１６だけでなく、液体収容部４へ送り出された気泡１６内でもオゾンやヒドロキシラジカル等を生成することができる。
こうして生成されたオゾンやヒドロキシラジカル等は、上述した気体の流れに伴って、液体収容部４へ送り出されることになる。
本実施形態では、液体収容部４内の液体１７の流れにより、ヒドロキシラジカル等を含んだ気泡１６をセラミックス部材（隔壁部）３からせん断して液体１７中に放出させている（気泡放出工程）。
具体的には、気泡１６が成長する液体収容部４では、液体１７が導入されることによって液体１７の流れ（図３および図４の矢印１８参照）が生じている。図４に示すように、矢印１８方向に流れる液体１７が成長する気泡１６にあたると、液体１７の流れが気泡１６にせん断力として作用し、気泡１６は開口端３ｃから液体１７中へ解き放たれる。
液体１７中に解き放たれた気泡１６は微細な気泡であるため、大気中に直ぐに放出されることなく液体１７の隅々にまで拡散する。そして、拡散した微細な気泡１６の一部は液体１７中に容易に溶解する。このとき、気泡１６に含まれているオゾン等が液体１７中に溶解することで、液体のオゾン濃度は一気に上昇することになる。
また、文献Ｂ（高橋正好、「マイクロバブルとナノバブルによる水環境の改善」、アクアネット、２００４．６）によれば、通常、オゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡１６はマイナスに帯電していることが多いことが報告されている。そのため、気泡１６の他の一部は、液体１７中に含まれる有機物、油脂物、染料、たんぱく質、細菌等（図示せず）に容易に吸着する。液体１７中の有機物等は、液体１７に溶解したオゾンあるいは各種のラジカルや、有機物等に吸着した気泡１６に含まれるオゾンあるいは各種のラジカル等によって分解される。
例えば、ヒドロキシラジカル等は、約１２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度の比較的大きなエネルギーを有している。このエネルギーは、窒素原子と窒素原子との二重結合（Ｎ＝Ｎ）、炭素原子と炭素原子との二重結合（Ｃ＝Ｃ）あるいは炭素原子と窒素原子との二重結合（Ｃ＝Ｎ）等の結合エネルギー（〜１００ｋｃａｌ／ｍｏｌ）を上回るものである。そのため、窒素や炭素等の結合からなる有機物等は、このヒドロキシラジカル等によって容易にその結合が切断されて分解されることになる。なお、このような有機物等の分解に寄与するオゾンやヒドロキシラジカル等は、塩素等のような残留性がなく時間とともに消滅するため、環境に配慮した物質でもある。
以上説明したように、本実施形態にかかるプラズマ発生装置１では、第１電極１２を気体収容部５に配設するとともに、第２電極１３を、少なくとも第１電極１２と対になる側の部分（第１電極１２の表面との間に放電を生じさせる表面）が液体収容部４中の液体と接触するように配設している。
そして、気体に接触する第１電極１２の表面と液体に接触する第２電極１３の表面との間に放電を発生させることで、液体収容部４中の液体１７内における気体の領域においてプラズマを生成し、液体１７に含まれる水および気体に含まれる酸素からヒドロキシラジカルを生成するようにしている。
このような構成および方法によれば、液体１７の電気抵抗による影響をそれほど受けることなく第１電極１２と第２電極１３との間に放電を生じさせることができるため、気体をより確実にプラズマ化することができ、より安定してオゾンやラジカル等を大量に生成することができるようになる。
また、本実施形態では、第２電極１３を接地した状態で第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧を印加するようにしている。そのため、万一、使用者等が誤って液体や第２電極に触れてしまった場合であっても、当該使用者等が感電してしまうのを抑制することができる。
このように、本実施形態にかかるプラズマ発生装置によれば、より安全性を高めることができる。
また、本実施形態によれば、液体収容部４に液体１７が導入され、セラミックス部材３によって画成された気体収容部５にプラズマを生成する第１電極１２が配設されている。そのため、第１電極１２は液体１７には全く接触せず、液体１７の電気抵抗の影響を受けることがなくなる。これにより、第１電極１２と第２電極１３との間に放電を安定して発生させることができ、気体収容部５に導入された酸素を含む気体が確実にプラズマ化されて、水と酸素からオゾンあるいはヒドロキシラジカル等を安定に生成させることができる。
また本実施形態によれば、気体収容部５に酸素を含む気体を導入することで、気体収容部５を陽圧にし、気体収容部５から気体通路３ａを経て液体収容部４へ向う気体の流れを形成している。そして、この気体の流れに乗って気体通路３ａの液体１７に臨む開口端３ｃにおいて成長する気泡１６内にオゾンやヒドロキシラジカル等が生成されるようにしている。そして、所定の大きさに成長した気泡１６を液体１７の流れによってせん断して液体１７中に解き放たれるようにしている。
すなわち、本実施形態では、気泡１６内の気体（液体収容部４の液体１７中の気液境界面近傍の気体）中でオゾンやヒドロキシラジカル等が生成されるようにしている。そして、オゾンやヒドロキシラジカル等を含んだ気体が微細な気泡１６として液体１７中に拡散されるようにしている。これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体１７中に送り込むことができるようになる。
そして、オゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡１６が液体１７中に拡散することによって、液体１７のオゾン濃度が高められるとともに液体１７中に含まれる有機物等に気泡１６が吸着する。これにより、液体１７中に溶解したオゾン等や吸着した気泡１６に含まれる各種のラジカルによって有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
さらに、プラズマを生成する電極としてドーナツ状の第１電極１２および第２電極１３を用いることで、プラズマ発生装置１のプラズマ電源部１５や気体供給部１１を除いた本体部分の大きさをコンパクトにすることができる。その結果、既存の装置に組み込みやすくすることができる。また、新たに装置に搭載する場合においても、その占有空間を最小限に抑えることができる。
また、プラズマ電源部１５が第１電極１２と第２電極１３との間に印加する電圧を制御する電圧制御部を備えていれば、第１電極１２と第２電極１３との間に液体１７の電気抵抗の変動に関わらず、安定して放電を発生させることができるようになる。
また、気体供給部１１が、気体の種類を制御する気種制御部を有していれば、オゾンやヒドロキシラジカル等の生成量等の調整を行うことが可能となる。
このとき、気体供給部１１が大気中の空気を供給する機能を有していれば、より簡便に気体を供給することができる。
また、流量制御部により気体の供給流量を制御するようにすれば、より安定的にプラズマを生成することができる。
（第２実施形態）
本実施形態では、プラズマ発生装置１を用いた洗浄浄化装置の一例について説明する。
本実施形態にかかる洗浄浄化装置２０は、図５に示すように、上述のプラズマ発生装置１を備えている。そして、本実施形態にかかる洗浄浄化装置２０では、セラミックス部材３を収容するケース部材２の液体導入口７に、被洗浄処理対象部３０から処理の完了した液体１７を液体収容部４に導入する配管（液体導入路）２１が接続されている。また、液体排出口８には、液体収容部４内の液体を被洗浄処理対象部３０へ送る配管（液体排出路）２２が接続されている。
次に、上述した洗浄浄化装置２０の動作について説明する。
まず、図５に示すように、空気をベースとして酸素を含有した所定流量の気体が、気体供給部１１から配管（気体導入路）１０を介して気体収容部５内に送り込まれる。そして、気体収容部５が陽圧状態とされて、その気体収容部５から気体通路３ａを経て液体収容部４へ向う気体の流れが形成される。
このとき、液体収容部４には被洗浄処理対象部３０から処理の完了した液体１７が配管（液体導入路）２１から液体導入口７を経て導入される。
次に、第２電極１３を接地した状態で第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧を印加することで、第１電極１２と第２電極１３との間において放電が生じる。この放電（気体に接触する第１電極１２の表面と液体に接触する第２電極１３の表面との間における放電）によって、液体収容部４の液体１７中の気体の領域においてプラズマが生成され、液体１７に含まれる水や気体に含まれる酸素によってオゾンやヒドロキシラジカル等が生成される（図４参照）。
そして、生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述した気体の流れとともに液体収容部４へ送り出されることとなる。このとき、成長する気泡は、上述したように液体１７の流れによってせん断され、微細な気泡１６として開口端３ｃから液体中へ解き放たれる。
液体中に解き放たれた微細な気泡１６は液体の隅々にまで拡散する。このとき、拡散した微細な気泡１６の一部は、気泡１６に含まれていたオゾンやヒドロキシラジカル等とともに容易に液体１７中に溶解して、オゾン濃度が上昇する。また、一部の気泡１６は、オゾンやヒドロキシラジカル等を含んだ状態で、液体１７中に含まれる有機物等に容易に吸着する。さらに、気泡１６の一部には、微細な有機物が吸着する。
こうして、液体１７中の有機物等は、液体１７に溶解したオゾンあるいはラジカルや、有機物等に吸着した気泡１６に含まれるオゾンあるいはラジカル等によって効率的に分解される。そして、有機物等が分解されて浄化された液体１７は、液体排出口８から配管（液体排出路）２２を経て被洗浄処理対象部３０へ戻され、再び使用されることになる。
なお、上記では、洗浄浄化装置２０として、ケース部材２内で液体１７を洗浄浄化する使用態様（使用態様Ａ）のものを例示したが、この他に、微細な気泡を拡散させた液体１７を洗浄液として所定の装置に供給する使用態様（使用態様Ｂ）も可能である。
この場合には、洗浄浄化装置２０は、以下のように動作する。
まず、ケース部材２内に導入された液体１７中に、オゾンやヒドロキシラジカル等を含んだ微細な気泡１６が拡散されるとともに、微細な気泡１６に含まれていたオゾンやラジカルが溶解される。このとき、気泡１６の一部には、微細な有機物が吸着する。
次に、この液体１７が洗浄液として被洗浄処理対象部３０へ供給される。被洗浄処理対象部３０では、有機物等が、液体１７に溶解したオゾンあるいはラジカルや、有機物等に吸着した気泡１６に含まれるオゾンあるいはラジカル等によって効率的に分解されることになる。
なお、洗浄浄化装置を使用態様Ａとして使用する場合、たとえば浴槽に溜めた湯、雨水、汚水、下水等の各種の液体の浄化に、この洗浄浄化装置を適用することが可能である。また、使用態様Ｂとして使用する場合、たとえば洗濯機や食器洗い機等の各種家電製品、口内洗浄機等の健康家電製品、トイレ等の衛生機器等に使用する水に洗浄液として使用することができる。また、家電製品等の他に、たとえば食品の洗浄や工業製品の製造工程における洗浄等の産業界へ幅広く適用することができる。
以上説明したように、本実施形態では、洗浄浄化装置２０に上述のプラズマ発生装置１を備えさせている。そのため、より安定してラジカルを生成することのできる洗浄浄化装置を得ることができる。
（第３実施形態）
本実施形態では、プラズマ発生装置１を用いた小型電器機器の一例について、図６〜８を参照して説明する。以下では、除毛装置としての電気かみそりのヘッド部を洗浄する洗浄浄化装置を例示する。
図６〜８に示す小型電器機器としての洗浄浄化装置４０は、除毛装置の一種である電気かみそり５０のヘッド部５１を洗浄するものである。すなわち、洗浄浄化装置４０は、上述した使用態様Ｂとして使用する洗浄浄化装置である。この場合、電気かみそり５０のヘッド部５１が被洗浄処理対象部３０に相当する。
洗浄浄化装置４０は、図６〜８に示すように、ヘッド部５１を下向きにした電気かみそり５０を挿入するための開口４１ａを有した筐体４１と、開口４１ａを通じて挿入されたヘッド部５１を受容する受け皿４２とを備えている。
また、洗浄浄化装置４０は、液体を貯留するタンク４３と、受け皿４２に連通されたオーバーフロー部４４と、タンク４３内の液体を液体導入口７に循環供給するポンプ４５と、を備えている。さらに、液体を濾過するフィルタ４６ａを有したカートリッジ４６と、タンク４３内の気密状態を制御するための開閉弁４７と、液体を循環するための循環経路と、を備えている。
この循環経路は、タンク４３に貯留された液体を液体導入口７に導く配管（液体導入路）２１と、液体排出口８から排出される液体を受け皿４２に導く配管（液体排出路）２２と、受け皿４２から排出される液体をカートリッジ４６に導く経路２３（排出路）と、オーバーフロー部４４から排出される液体をカートリッジ４６に導く経路２４と、カートリッジ４６から排出された液体をポンプ４５に導く経路２５と、ポンプ４５から送出される液体をタンク４３に導く経路２６と、で構成されている。また、タンク４３には、気密経路２７を介して開閉弁４７が接続されている。以下、各構成部品について説明する。
筐体４１は、その後部に電気かみそり５０の把持部５２と当接するスタンド部４１ｂを有し、開口４１ａから挿入される電気かみそり５０を受け皿４２と共に保持するものである。スタンド部４１ｂの前面には、図６に示すように、洗浄浄化装置４０に電気かみそり５０が装着されたことを検知する接点部材４１ｃが設けられている。接点部材４１ｃは、把持部５２背面に設けられた端子５２ａとの接触により電気かみそり５０の装着を検知するものであり、このような検知機能に併せて、電気かみそり５０に各種制御信号や駆動電力を出力する機能を持たせている。
筐体４１の前部上方には、洗浄後にヘッド部５１を乾燥させるためのファン４８を収容している。筐体４１前面には、ファン４８用の通気窓４１ｄや、洗浄動作を実行するための動作ボタン４１ｅ、動作状態を表示するランプ４１ｆ等が設けられている。筐体４１の後面側は、タンク４３を着装する着装部となっており、タンク４３の各口４３ａ、４３ｂ、４３ｃと連結される連結口４１ｇ、４１ｈ、４１ｉを有している。連結口４１ｇは配管（液体導入路）２１と繋がっており、連結口４１ｈは経路２６と繋がっており、連結口４１ｉは気密経路２７と繋がっている。
受け皿４２は、ヘッド部５１の形状に沿うような凹形状とされており、底壁部の背面側にはプラズマ発生装置１が設けられている。なお、洗浄浄化装置４０に、プラズマ発生装置１の位置を調整する位置調整部を設けるようにしてもよい。例えば、底壁部の背面側にアーム部を設けるとともに、当該アーム部によりプラズマ発生装置１を揺動可能に取り付け、位置調整部によってプラズマ発生装置１が水平に配置されるように調整できるようにすることが可能である。こうすれば、プラズマ発生装置１を常時水平に配置させることができ、より安定的にプラズマを生成することができるようになる。
このプラズマ発生装置１は、配管（液体導入路）２１と繋がった液体導入口７と、配管（液体排出路）２２と繋がった液体排出口８と有している。そして、受け皿４２の底壁部には、配管（液体排出路）２２と繋がった供給口４１ｊが設けられるとともに、経路２３と繋がった排出口４１ｋが設けられている。
また、受け皿４２の底部壁背面側にはヒータ４９が設けられている（図８参照）。このヒータ４９は、ファン４８と連動してヘッド部５１の乾燥を行うものである。
そして、受け皿４２の前方にはオーバーフロー部４４が設けられており、本実施形態においては受け皿４２とオーバーフロー部４４とが一体形成されている。オーバーフロー部４４の入口は受け皿４２と繋がっており、出口は経路２４と繋がっている。経路２４は、オーバーフロー部４４の出口から、受け皿４２後部に設けられた中継口４２ａを介してカートリッジ４６に至る。
タンク４３は、吐出口４３ａおよび流入口４３ｂと、気密状態を開放するための通気口４３ｃとを前面に有しており、通気口４３ｃの開閉により吐出口４３ａからの液体吐出が制御されている。タンク４３は筐体４１後面側に着脱自在に設けられ、筐体４１への装着状態では、吐出口４３ａが、連結口４１ｇに連結されて配管（液体導入路）２１によりプラズマ発生装置１の液体導入口７と繋がり、流入口４３ｂが、連結口４１ｈに連結されて経路２６によりポンプ４５の送出口４５ａと繋がり、通気口４３ｃが、連結口４１ｉに連結されて気密経路２７により開閉弁４７と繋がっている。
カートリッジ４６は、フィルタ４６ａを内部に収容した略箱状体であり、上部に流入口４６ｂを有し、前部に流出口４６ｃを有している。このカートリッジ４６は、筐体４１の下部後方に着脱自在に設けられており、筐体４１への装着状体では、流入口４６ｂが、経路２３（排出路）により排出口４１ｋと繋がるとともに、経路２４によりオーバーフロー部４４の出口と繋がっている。そして、流出口４６ｃが、経路２５によりポンプ４５の吸入口４５ｂと繋がっている。
かかる構成とすることで、タンク４３からプラズマ発生装置１に導入された液体に、オゾンやヒドロキシラジカル等を含んだ微細な気泡１６を拡散させて生成した洗浄液が、供給口４１ｊから受け皿４２内に供給されることとなる。すなわち、生成された洗浄液は、被洗浄処理対象部３０としてのヘッド部５１に供給されることとなる。そして、液体（洗浄液）に溶解したオゾンあるいはラジカルや、気泡１６に含まれるオゾンあるいはラジカル等によって、ヘッド部５１に付着した有機物等を効率的に分解させることができるようになる。
以上説明したように、本実施形態では、洗浄浄化装置（小型電器機器）４０に上述のプラズマ発生装置１を備えさせている。したがって、より安定してラジカルを生成することのできる小型電器機器を得ることができる。
なお、洗浄浄化装置２０にプラズマ発生装置１の位置を調整する位置調整部を設ければ、よりプラズマを安定化させることができるようになる。
（第３実施形態の変形例）
本変形例にかかる小型電器機器としての洗浄浄化装置４０Ａも、上記第３実施形態と同様、除毛装置の一種である電気かみそり５０のヘッド部５１を洗浄するものであり、上述した使用態様Ｂとして使用する洗浄浄化装置である。
洗浄浄化装置４０Ａは、上記第３実施形態とほぼ同様の構成をしており、ヘッド部５１を下向きにした電気かみそり５０を挿入するための開口４１ａを有した筐体４１と、開口４１ａを通じて挿入されたヘッド部５１を受容する受け皿４２とを備えている（図１０参照）。
また、洗浄浄化装置４０Ａは、液体を貯留するタンク４３と、受け皿４２に連通されたオーバーフロー部４４と、タンク４３内の液体を液体導入口７に循環供給するポンプ４５と、を備えている。さらに、液体を濾過するフィルタ４６ａを有したカートリッジ４６と、タンク４３内の気密状態を制御するための開閉弁４７と、液体を循環するための循環経路と、を備えている。
本変形例では、循環経路は、タンク４３に貯留された液体を受け皿４２に導入する配管（液体導入路）２１と、受け皿４２から排出される液体をカートリッジ４６に導く経路２３（液体排出路）と、オーバーフロー部４４から排出される液体をカートリッジ４６に導く経路２４と、カートリッジ４６から排出された液体をポンプ４５に導く経路２５と、ポンプ４５から送出される液体をタンク４３に導く経路２６と、で構成されている。
受け皿４２は、ヘッド部５１の形状に沿うような凹形状とされており、底壁部には貫通孔４２ｂが形成されている（図１０および図１１参照）。そして、当該貫通孔４２ｂを介して液体収容部４が受け皿４２の内部空間と連通するように、プラズマ発生装置１Ａが底壁部の背面側に設けられている。
本変形例にかかるプラズマ発生装置１Ａは、基本的に上記第１実施形態のプラズマ発生装置１と同様の構成をしている。すなわち、プラズマ発生装置１Ａは、ケース部材２を備えており、このケース部材２の内側に配設されるセラミックス部材（隔壁部）３によってケース部材２の空間が上下に仕切られている。
そして、図９に示すように、ケース部材２の内部空間のうちセラミックス部材３の上側の領域が、水を含む液体１７を収容する液体収容部４となっているとともに、下側の領域が気体を収容する気体収容部５となっている。
また、液体収容部４の外周端部には、ケース部材２とセラミックス部材３との隙間を塞ぐリング状のシール材６が装着されており、液体収容部４内の液体１７がケース部材２とセラミックス部材３との隙間から気体収容部５内に漏れ出ないようにしている。
このように、本変形例では、液体収容部４内の液体１７を配管（液体排出路）２２を介して受け皿４２の内部空間に供給する構成ではなく、液体収容部４が受け皿４２の内部空間と連通するようにプラズマ発生装置１Ａを設け、受け皿４２の内部空間もプラズマ発生装置１Ａの液体収容部４として機能するように構成した（受け皿４２の内部空間がプラズマ発生装置の液体収容部を兼ねる構成とした）点が上記第３実施形態と異なっている。
すなわち、本変形例にかかる小型電器機器としての洗浄浄化装置４０Ａは、水を含む液体を収容する液体収容部（液体収容部４および受け皿４２の内部空間）と、気体を収容する気体収容部５と、気体収容部５中の気体を液体収容部（液体収容部４および受け皿４２の内部空間）へ導く気体通路が形成され、液体収容部（液体収容部４および受け皿４２の内部空間）と気体収容部５とを隔てる隔壁部３と、を有するプラズマ発生装置１Ａを備えている。
言い換えると、本変形例にかかる小型電器機器としての洗浄浄化装置４０Ａでは、被洗浄処理対象部としてのヘッド部５１を収容するとともに、水を含む液体を収容する液体収容部（液体収容部４および受け皿４２の内部空間）と気体収容部５とを備えており、当該液体収容部（液体収容部４および受け皿４２の内部空間）と気体収容部５とが、隔壁部３によって画成されていることとなる。
したがって、第２電極１３は、本変形例のようにプラズマ発生装置１Ａの液体収容部４内に配置されている必要はなく、受け皿４２の内部空間に配置されていてもよい。
なお、本変形例では、受け皿４２の底壁とは別体に隔壁部３を設けたものを例示したが、受け皿４２の底壁に隔壁部３を一体に形成してもよい。すなわち、受け皿４２の底壁が隔壁部３を兼ねる構成としてもよい。
また、受け皿４２に例えば排水溝などを形成することで、液体収容部４内部の液体をよりスムーズに経路２３（液体排出路）から排出できるようにするのが好適である。
また、本変形例では、上述したように、配管２１が洗浄浄化装置の液体導入路に、経路２３が洗浄浄化装置の液体排出路に相当している。
次に、洗浄浄化装置４０Ａの動作について説明する。
まず、タンク４３から配管（液体導入路）２１を介して受け皿４２およびプラズマ発生装置１Ａの液体収容部４内に液体を導入する。
そして、空気をベースとして酸素を含有した所定流量の気体が、気体供給部１１から配管（気体導入路）１０を介して気体収容部５内に送り込まれ、気体収容部５が陽圧状態とされて、その気体収容部５から気体通路３ａを経て液体収容部４へ向う気体の流れが形成される。
次に、第２電極１３を接地した状態で第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧を印加することで、第１電極１２と第２電極１３との間において放電が生じる。この放電（気体に接触する第１電極１２の表面と液体に接触する第２電極１３の表面との間における放電）によって、液体収容部４の液体１７中の気体の領域においてプラズマが生成され、液体１７に含まれる水や気体に含まれる酸素によってオゾンやヒドロキシラジカル等が生成される（図４参照）。
そして、生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述した気体の流れとともに液体収容部４および受け皿４２内に貯留された液体中に送り出されることとなる。このとき、成長する気泡は、微細な気泡１６として開口端３ｃから液体中へ解き放たれ、液体中に解き放たれた微細な気泡１６は液体の隅々にまで拡散する。すなわち、生成された洗浄液は、被洗浄処理対象部３０としてのヘッド部５１に供給されることとなる。そして、液体（洗浄液）に溶解したオゾンあるいはラジカルや、気泡１６に含まれるオゾンあるいはラジカル等によって、ヘッド部５１に付着した有機物等を効率的に分解させることができるようになる。なお、成長する気泡は、液体を循環させることで形成される液体収容部４内の液体の流れによりせん断して液体中に放出させてもよいし、微小な気体通路３ａを通過する際に自然に気泡が形成される現象を利用して液体中に気泡１６を放出させるようにしてもよい。
以上の本変形例によっても上記第３実施形態と同様の作用、効果を奏することができる。
なお、第２電極１３を接地した状態で第１電極１２と第２電極１３との間に所定の電圧を印加するようにすれば、万一、使用者等が誤って液体１７や第２電極１３に触れてしまった場合であっても、当該使用者等が感電してしまうのを抑制することができ、より安全性を高めることができる。
このことは、本変形例のように第２電極１３を外部に露出するように配置した構成とした場合に特に有効である。
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、上記各実施形態では、気体通路が形成された隔壁部としてセラミックス部材を例示したが、隔壁部の材料は、セラミックス部材に限られるものではない。例えば、気体と液体を隔壁するガラス板などのような適当な部材を用い、この部材に写真製版とエッチングを施すことによって細孔径が約１μｍ〜１０μｍ程度の微細孔を形成したものを用いることも可能である。
また、隔壁部に複数の気体通路を設けるようにしてもよい。
また、洗浄浄化装置や小型電器機器も上記実施形態で示したものに限らず、例えば、電動歯ブラシの洗浄浄化装置や浄水装置、洗剤等が含まれた水を排水前に浄化する装置等に本発明を適用することが可能である。
また、液体収容部や気体収容部、その他細部のスペック（形状、大きさ、レイアウト等）も適宜に変更可能である。
１，１Ａ プラズマ発生装置
３ セラミックス部材（隔壁部）
３ａ 気体通路
４ 液体収容部
５ 気体収容部
１０ 配管（気体導入路）
１１ 気体供給部
１２ 第１電極
１３ 第２電極
１５ プラズマ電源部
２０…洗浄浄化装置
２１ 配管（液体導入路）
２３ 経路（液体排出路）
４０，４０Ａ 洗浄浄化装置（小型電器機器）
４２ 受け皿（液体収容部）

Claims (17)

  1. 水を含む液体を収容する液体収容部と、
    気体を収容する気体収容部と、
    前記気体収容部中の気体を前記液体収容部へ導く気体通路が形成され、前記液体収容部と前記気体収容部とを、上側に液体収容部が、下側に気体収容部が配置されるように隔てる隔壁部と、
    前記気体収容部に配設されるとともに、前記隔壁部の下面に、中心が前記気体通路となるように配設されたドーナツ状の第１電極と、
    前記第１電極と距離を隔てられ、前記液体収容部に配設されるとともに、前記隔壁部の上面に、中心が前記気体通路となるように配設され、少なくとも前記第１電極と対になる側の部分が前記液体収容部中の液体と接触するように配設されたドーナツ状の第２電極と、
    前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で、酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する気体供給部と、
    前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電圧を印加して前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させることにより、前記気体収容部に導入された気体をプラズマ化するプラズマ電源部と、
    を備えることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 前記プラズマ電源部は、前記第１電極と前記第２電極との間に印加する電圧を制御する電圧制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
  3. 前記気体供給部は、気体の種類を制御する気種制御部を備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生装置。
  4. 前記気体供給部は、大気中の気体を供給する機能を有することを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
  5. 前記気体供給部は、気体の流量を制御する流量制御部を備えることを特徴とする請求項１〜４のうちいずれか１項に記載のプラズマ発生装置。
  6. 水を含む液体を収容する液体収容部と気体を収容する気体収容部とを、気体の流通を許容する気体通路が形成された隔壁部によって上側に液体収容部が、下側に気体収容部が配置されるように隔て、前記気体収容部の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で酸素を含む気体を前記気体収容部に供給する工程と、
    前記気体通路の前記液体収容部側の開口端において酸素を含む気泡を成長させる工程と、
    前記隔壁部の下面に、中心が前記気体通路となるように配設されたドーナツ状の第１電極と、前記隔壁部の上面に、中心が前記気体通路となるように配設され、少なくとも前記第１電極と対になる側の部分が前記液体収容部中の液体と接触するように配設されたドーナツ状の第２電極との間に所定の電圧を印加して、前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させて、前記気体通路の前記液体収容部側の開口端近傍における気液境界面近傍の気体の領域においてプラズマを生成することにより、液体に含まれる水および気体に含まれる酸素からヒドロキシラジカルを生成する工程と、
    を備えることを特徴とするラジカル生成方法。
  7. 前記液体収容部内の液体の流れにより、前記ヒドロキシラジカルを含んだ気泡を前記隔壁部からせん断して液体中に放出する工程と、
    を備えることを特徴とする請求項６に記載のラジカル生成方法。
  8. 前記気体を供給する工程では、気種制御部により制御された気体が前記気体収容部に供給されることを特徴とする請求項６または請求項７に記載のラジカル生成方法。
  9. 前記気体を供給する工程では、大気中の空気が前記気体収容部に供給されることを特徴とする請求項６〜８のうちいずれか１項に記載のラジカル生成方法。
  10. 前記気体を供給する工程では、前記気体収容部に供給される気体は、流量制御部によって流量が制御されていることを特徴とする請求項６〜９のうちいずれか１項に記載のラジカル生成方法。
  11. 前記ヒドロキシラジカルを生成する工程では、電圧制御部により制御された電圧を１対の対向電極間に印加することで前記プラズマを生成していることを特徴とする請求項６〜１０のうちいずれか１項に記載のラジカル生成方法。
  12. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を備える洗浄化装置であって、
    前記気体収容部に取付けられ、前記気体収容部に気体を供給する気体導入路と、
    前記液体収容部に取付けられ、前記液体収容部に液体を導入する液体導入路および前記液体収容部の液体を排出する液体排出路と、
    前記気体導入路から気体を供給することにより、前記気体収容部内の気体を前記気体通路を介して前記液体収容部へ圧送させて、ヒドロキシラジカルを含んだ気泡を液体中に放出する機能と、
    を備えることを特徴とする洗浄浄化装置。
  13. 前記液体収容部が、導入された液体を前記気泡に含まれるヒドロキシラジカルにより浄化する液体浄化部であることを特徴とする請求項１２に記載の洗浄浄化装置。
  14. 前記液体収容部が、ヒドロキシラジカルを含んだ気泡を液体内に放出することで洗浄液を生成する洗浄液生成部であることを特徴とする請求項１２に記載の洗浄浄化装置。
  15. 前記プラズマ発生装置の位置を調整する位置調整部を備えることを特徴とする請求項１２〜１４のうちいずれか１項に記載の洗浄浄化装置。
  16. 請求項１〜５のうちいずれか１項に記載のプラズマ発生装置を備えることを特徴とする電器機器。
  17. 請求項１２〜１５のうちいずれか１項に記載の洗浄浄化装置を備えることを特徴とする電器機器。
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