JP5884065B2 - 液体処理ユニット、洗浄便座、洗濯機および液体処理装置 - Google Patents
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Description
前述の「背景技術」の欄で説明したように、特許文献1の殺菌装置は、高圧電極と接地電極を処理槽内の液体に配置して構成される。このように構成された殺菌装置は、瞬間沸騰現象を用いて瞬間的に液体を気化し、高電圧電極と接地電極との間で放電することにより、プラズマを発生させる。そして、殺菌装置は、プラズマにより生成されたラジカルが液体中の菌と衝突することにより、液体処理を行っている。
しかし、従来の殺菌装置は、液体中を漂う菌にラジカルを衝突させることが難しかった。例えば、液体を処理槽内に供給しながら排出を行うことによって、連続的に液体を処理する場合、処理槽を1度通過するときの除菌効率を上げることは難しいという課題を有していた。すなわち、従来の装置では、液体中に生成されたラジカルを、液体中を移動する菌に効率良く衝突させることができず、短時間で液体の処理を行うことができないという課題を有していた。
そこで、本発明者らは、このような従来技術の課題に鑑み、新規な液体処理装置を想到した。本開示の一態様である液体処理装置は以下のとおりである。
生成されたラジカルが、処理槽中に一部残留することにより、新たに供給された液体は、処理槽中に既に生成されたラジカルと接触することできる。
処理槽の液体排出口の断面は、処理槽の内部空間の断面よりも小さい形状を有しているため、液体の供給または排出時に一部の液体が処理槽内に滞留する。これにより、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを、接触させることができる。
プラズマ発生装置から発生する気泡の断面が、処理槽の内部空間の断面よりも小さい形状を有しているため、気泡が排出される際に、液体が巻き込まれて排出されることを抑制することができる。すなわち、液体の排出時に一部の液体を処理槽内に滞留させることができる。この形状により、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを、接触させることができる。
分配部は、処理槽から排出される液体の一部を処理槽に還流する。還流される液体中にはラジカルが存在するため、この還流液体中のラジカルにより、新たに供給される液体を処理することができる。
気液分離器を備えるため、処理槽へ供給される液体の流量または、処理槽から排出される液体の流量を実質的に増加させることができる。
これにより、プラズマ発生装置が、残留時間の長いラジカルを生成することができる。したがって、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを接触させることができる。例えば、処理槽に新たに供給される液体が菌及び/又は有機物を含む場合、残留したラジカルと液体中の菌及び/又は有機物とを効率よく衝突させることができる。
これにより、プラズマ発生装置が、残留時間の長いラジカルを生成することができる。したがって、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを接触させることができる。例えば、処理槽に新たに供給される液体が菌及び/又は有機物を含む場合、残留したラジカルと液体中の菌及び/又は有機物とを効率よく衝突させることができる。
なお、以下で説明される実施の形態は、いずれも包括的また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、接続形態、ステップおよび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、複数のステップは、時間的に別々に実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。また、各ステップの間に他のステップが挿入されてもよい。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。
<液体処理ユニット>
図1は、実施の形態1に係る液体処理ユニット100の概略構成の一例を示すブロック図である。図2は、本開示の実施の形態1の変形例に係る液体処理ユニット100aの全体構成の一例を示す概略図である。
実施の形態1に係る液体処理ユニット100は、液体が滞留する処理槽101と、処理槽101に液体を供給する液体供給口107と、処理槽101から液体を排出する液体排出口108と、プラズマ発生装置102と、処理槽101から排出する液体及び処理槽101に供給する液体のそれぞれの流量を制御する制御装置118と、を備える。プラズマ発生装置102は、処理槽101の少なくとも一部の領域の液体中にプラズマを発生させる。プラズマ発生装置102は、第1の電極103と、第2の電極104と、電源105と、を備える。この液体処理ユニット100は、処理槽101で液体を滞留させながら、プラズマ発生装置102によって処理槽101内の液体中にプラズマを発生させ、生成したラジカルにより滞留させた液体を処理する。また、処理槽101から処理済の液体の一部を排出しながら、新たな液体を処理槽101に供給する場合にも、処理槽101の形状に起因して、処理済みの液体が滞留している。このため、新たに供給された液体と処理済みの液体とが混ざり合うようにすることができる。これによって、処理済みの液体に含まれる残留時間の長いラジカルを有効に利用して新たに供給された液体を処理できる。
なお、「処理槽から排出する液体及び処理槽に供給する液体のそれぞれの流量を制御する」とは、処理槽から液体を排出するモードと、処理槽から液体を排出しないモードとを選択的に切り替えることができ、かつ、処理槽へ液体を供給するモードと、処理槽へ液体を供給しないモードとを選択的に切り替えることができるものをも含む。すなわち、制御装置は、処理槽から液体を排出するか否か、及び処理槽へ液体を供給するか否かを制御可能であればよい。
また、液体処理ユニット100は、分配部106を備える場合に、処理槽101から分配部106の途中に、液体を一定方向に循環させるポンプ117をさらに備えてもよい。液体処理ユニット100は、液体供給口107付近に、処理槽101に液体113を供給するポンプ112を備えてもよい。また、液体処理ユニット100は、処理槽101内の液体の流量を制御する制御装置118を備えてもよい。
なお、「液体排出口を介して排出する液体と、処理槽に還流させる液体との分配比を制御する」とは、処理槽の液体を排出させないモードと、分配部に流入する液体から、予め設定された分配比で、一部の液体を排出させるモードと、を選択的に切り替えるものをも含む。すなわち、分配部は、処理槽から流入した液体のうち、一部を処理槽に還流させ、残部を液体排出口を介して排出させることが可能であればよい。
<処理槽>
図3は、処理槽101の構成の一例を示す断面図である。処理槽101は、液体を滞留可能な形状を有する。処理槽101は、処理槽101に液体を供給する液体供給口107と、処理槽101から液体を排出する液体排出口108とを備える。図3に示される例では、処理槽101に設けられた液体排出口108の断面(図3中のA)は、処理槽101の内部空間の断面(図3中のB)よりも小さい。この形状により、図3に示される処理槽101は、液体の供給および/または排出時に一部の液体を処理槽101内に滞留させることができる。プラズマ発生装置102が気泡109を発生させる場合、処理槽101の内部空間の断面(図3中のB)は、気泡109の断面(図3中のC)よりもおおきくてもよい。これにより、処理槽101から気泡109が排出される際に、液体が巻き込まれて排出されることを抑制することができる。すなわち、液体の排出時に、一部の液体を処理槽101内に滞留させることができる。
なお、液体処理ユニット100は、分配部106を備える場合に、さらに、処理槽101から液体排出口108への途中に、液体を一定方向に循環させるポンプ117を備えてもよい。液体を循環する方法はポンプ117に限らない。さらに、液体処理ユニット100は、液体供給口107付近に、処理槽101に液体113を供給するポンプ112を備えてもよい。処理槽101は、液体と反応しない材料であればよい。処理槽101は、例えば、ガラス、プラスチック、シリコーンまたは金属等の素材からなるものを使用できる。
本開示において、「処理槽の内部空間の断面」とは、処理槽内を通過する液体の流向に垂直な断面を意味する。また、「一部の液体を処理槽内に滞留させることができる形状」は、例えば、処理槽の内部空間の断面のうち最大のものが、液体排出口の断面よりも大きい形状であってもよい。
プラズマ発生装置102は、処理槽101の少なくとも一部の領域の液体中にプラズマを発生させる。これにより、液体中に残留時間の長いラジカルが生成され、処理槽101に滞留する液体が処理される。また、プラズマ発生装置102は、処理槽101の複数箇所に設けられてもよい。プラズマ発生装置102は、処理槽101のうち液体供給口107に近接する側、あるいは、液体排出口108に近接する側に設けられてもよい。このプラズマ発生装置102は、例えば、処理槽101内に少なくとも一部が配置される第1の電極103と、処理槽101内に少なくとも一部が配置される第2の電極104と、第1の電極103と第2の電極104との間に電圧を印加する電源105と、を備えてもよい。
第1の電極103は、処理槽101内に少なくとも一部が配置されていればよい。第1の電極103の配置は、処理槽101内であれば、特に制限はない。第1の電極103は、例えば、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる1又は複数の金属を含む合金などの材料から形成される。さらに、電極寿命を長くするために、第1の電極103の表面の一部に、導電性物質を添加した酸化イットリウムが溶射されてもよい。導電性物質が添加された酸化イットリウムは、例えば1〜30Ωcmの電気抵抗率を有する。第1の電極103の形状は、例えば、処理槽101に面する一端が開口している筒状(例えば、円筒状)であってもよい。ただし、第1の電極103は、この形状に限定されない。
第2の電極104は、処理槽101に少なくとも一部が配置されていればよい。第2の電極104の配置は、処理槽101内であれば、特に制限はない。第2の電極104は、導電性の金属材料から形成されていればよい。第2の電極104は、例えば、第1の電極103と同様に、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる1又は複数の金属を含む合金などの材料から形成される。
電源105は、第1の電極103と第2の電極104との間に配置されている。電源105は、第1の電極103と第2の電極104との間に高周波の交流電圧を印加する。交流電圧の周波数は、例えば、1kHz以上であればよい。また、電源105は、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パルス電圧を印加してもよい。バイポーラパルス電圧を使用することにより、電極の寿命を長くすることができる。
この液体処理ユニット100は、図2に示すように、処理槽101から分配部106への流路の途中に気液分離器116を有してもよい。この気液分離器116は、流路中の液体及び気体からなる混合体から気体を抽出し外部に放出する。これによって、処理槽101に還流する液体の実質的な流量を増加させることができる。
この液体処理ユニットは、処理槽101から排出する液体及び処理槽101に供給する液体のそれぞれの流量を制御する制御装置118を備えてもよい。この制御装置118が実行するステップを含むフローチャートの一例を図4に示す。なお、以下に示す第1のステップ(S1)から第3のステップ(S3)は、一連の(連続した)液体処理ステップを示している。
第1のステップ(S1)では、処理槽101に液体供給口107を介して液体を供給する。ただし、既に処理槽101内に一定量以上の液体が存在する場合は、当該第1のステップは省略してもよい。
第1のステップの後、または、処理槽101内に一定量以上の液体が存在する状態で実行される第2のステップ(S2)では、処理槽101への液体供給口107を介した液体の供給と、処理槽101から液体排出口108を介した液体の排出とを停止する。例えば、第1のステップにおいて供給された液体は、処理槽101内に所定時間にわたって留まる。第2のステップが実行される時間は、生成するラジカルの残留時間の長さ、処理槽の容積、液体中の菌及び/又は有機化合物の種類および量、ならびに、その後の第3のステップにおいて供給する液体の流量、などに応じて適宜設定される。
この場合、第2のステップにおいて、プラズマ発生装置102が処理槽101内の液体中にプラズマを発生させることによって、ラジカルを生成して、液体を処理する。
なお、第3のステップにおいて所定量の液体を排出した後、再度第2のステップ及びその後の第3のステップが実行されてもよい。さらに、第2のステップ及び第3のステップが繰り返して実行されてもよい。
なお、本開示において「処理槽へ液体の供給を再開する」という場合、再開後に処理槽に供給される液体は、それ以前に処理槽に供給された液体と同種の液体であってもよいし、異なる液体であってもよい。例えば、第1のステップにおいて処理槽に供給される液体が純粋または水道水であって、第3のステップにおいて処理槽に供給される液体が菌および/または有機物を含む汚染水であってもよい。
また、当該制御装置は、第3のステップにおいて、処理槽101の容積以上の液体を排出してもよい。処理槽101の容積以上の液体を排出する場合、排出される液体中には、当該第3のステップにおいて新たに供給された液体も必ず含まれる。プラズマによって生成されたラジカルの残留時間が長い場合、第3のステップにおいて新たに供給された液体はラジカルとより多く接触することできるため、十分に除菌された状態で液体を排出することができる。
この制御装置118は、第1のステップにおいて処理槽101に液体を供給し、第2のステップにおいて当該液体を処理槽101内に留めた状態でプラズマ処理する。プラズマにより生成されたラジカルを含む活性種によって、処理槽101内の液体中に存在する菌類が除菌される、及び/又は、処理槽101内の液体中に存在する有機物が、分解される。また、一部のラジカルは液体中に残存する。第3のステップにおいて処理槽101内に新たに液体が供給されるとともに処理槽から液体を排出すると、第2のステップにおいてプラズマ処理された液体の一部は、処理槽101の形状に起因して処理槽101内に滞留している。すなわち、処理槽101内には、第2のステップにおいてプラズマ処理された液体の一部と、当該新たに供給された液体とが混ざった状態で接触する。前述のとおり、滞留した液体中には、プラズマにより生成されたラジカルが残存する。すなわち、新たに処理槽101に供給される液体と、処理槽101内に滞留した液体中のラジカルとが接触することにより除菌効果を発揮する。
なお、上記第1のステップから第3のステップは、制御装置118が直接実行してもよく、制御装置118からの指示に基づいて間接的に実行されてもよい。例えば、処理槽101に液体供給口107を介して液体を供給する場合、制御装置118は、液体供給口107に設けられたポンプ112を作動させることによって、処理槽101に液体を供給してもよい。例えば、制御装置118が、処理槽101から液体排出口108を介して液体を排出させることによって、処理槽101内の圧力の変化に応じて、排出量と同程度の量の液体が、液体供給口107を介して処理槽101に供給されてもよい。例えば、制御装置118が、処理槽101に液体供給口107を介して液体を供給させることによって、処理槽101内の圧力の変化に応じて、供給量と同程度の量の液体が、処理槽101から液体排出口108を介して排出されてもよい。
この液体処理ユニット100は、分配部106を備えてもよい。分配部106は、処理槽101の外部において液体排出口108から液体供給口107へ向かう循環流路に設けられる。分配部106は、液体排出口108を介して処理槽101から排出した液体のうち、液体処理ユニット100の排出部を介して排出する液体と、液体供給口107から処理槽101へ還流される液体と、の分配比を制御する。分配部106は、例えば、分配弁によって実現できる。
次に、実施の形態1に係る液体処理ユニット100において、プラズマ発生装置102を構成する第1の電極103a及びその周辺構成の変形例について説明する。
図5は、プラズマ発生装置102を構成する第1の電極103a及びその周辺構成の変形例を示す断面図である。図5に示すように、第1の電極103aは、一端側に電極部121を、他端側に支持部122を備える。電極部121は、処理槽101内に配置される。支持部122は、保持ブロック120に接続固定されると共に、電源105に接続される。支持部122は、例えば、金属ネジであってもよい。電極部121は、例えば、円柱状の導電体からなる。円柱状とは、例えば、電極部121の一端から他端までの径が実質的に変わらない形状である。このような形状とすることにより、例えば、針状のように、端に向かうほど細くなり最端部では実質的な厚みが無い形状に比べて、先端部への過度な電界の集中を抑制でき、使用による劣化を抑制できる。また、電極部121との間に空間124を形成するように絶縁体128が設けられている。絶縁体128には処理槽101内に配置される一端側に開口部125が設けられている。さらに、支持部122は、内部に貫通孔123が設けられている。貫通孔123には気体供給装置(図示せず)が接続されている。気体供給装置から供給される気体129が貫通孔123を介して空間124に供給される。空間124に気体129が供給されると、開口部125を介して液体中に気泡109が発生する。
なお、電極部121を保持する方法はこれに限定されない。電極部121と絶縁体128との間に空間124を形成し、空間124に気体129を供給して、絶縁体128が有する開口部125から液体中に気流を形成できるような構成であればよい。
図5に示した変形例によるプラズマ発生装置102におけるラジカルの生成について説明する。
気体供給装置(図示せず)は、処理槽101内に液体が存在する状態で、第1の電極103aと絶縁体128との間の空間に気体129を供給する。供給された気体129は、絶縁体128の開口部125を介して処理槽101内の液体中に放出される。このとき、液体中に、第1の電極103aの電極部121を覆う柱状の気泡が形成される。この気泡は、絶縁体128の開口部125から一定距離(例えば10mm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、供給された気体129は、第1の電極103aの電極部121と絶縁体128との間の空間124に流れるため、第1の電極103aの電極部121は、常に気体129で覆われた状態となる。このとき、第1の電極103aの電極部121の表面は、液体に直接接触しない状態となる。
なお、本開示において、「第1の電極の表面が液体に直接接触しない」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に濡れていて(すなわち、厳密には第1の電極の表面が液体と接触していて)、その表面を気泡内の気体が覆っている状態も「第1の電極の表面が液体に直接接触しない」状態に含まれる。このような状態は、例えば、第1の電極の表面が液体で濡れている状態で、気泡を発生させたときに生じうる。
図5に示したプラズマ発生装置102の変形例によれば、残留時間が長いラジカルを生成することができる。具体的には、プラズマの発生を止めてから10min程度の寿命を有するOHラジカルを生成できることを確認している。OHラジカルの寿命とは、プラズマを停止した後にESR(Electron Spin Resonance)法を用いて、所定時間毎にOHラジカル量を測定することにより算出されるOHラジカル量の半減期である。
実施の形態1に係る液体処理ユニット100を用いた液体処理方法の一例について説明する。
1)まず、処理槽101内を、液体で満たす(第1のステップ)。
2)次に、処理槽101内で液体を滞留させながら、一定時間にわたって、プラズマ発生装置102で処理槽101内にプラズマを発生させることによって、滞留する液体を処理する(第2のステップ)。ここで、処理槽101内に液体を滞留させるとは、例えば、処理槽101への液体の供給、および/または処理槽101からの液体の排出を停止した状態を指す。この処理は、事前プラズマ処理という。この事前プラズマ処理によって、処理槽101で滞留する液体を処理して除菌することができる。なお、処理された液体には、残留時間の長いラジカルが存在している。
3)次いで、処理槽101から液体排出口108を介して処理槽101に滞留する液体の一部を排出すると同時に、処理槽101に液体供給口107を介して新たな液体を供給して、処理する(第3のステップ)。
なお、第1のステップにおいて、処理対象とする液体の一部を処理槽101内に供給し、第3のステップにおいて、処理対象とする液体の残部を処理槽101内に供給してもよい。この場合、事前プラズマ処理は、第3のステップを行う前に、処理対象とする液体の一部についてあらかじめ行われる処理である。
また、さらに、第2ステップに加えて、第3のステップにおいても、プラズマ発生装置102でプラズマを処理槽101内に発生させてもよい。これにより、第3のステップにおいて、処理槽101に新たな液体を供給した場合に、処理槽101に滞留する処理済みの液体に残留しているラジカルのみならず、プラズマ発生装置102によって順次生成されるラジカルによって、新たに供給される液体を処理することができる。
残留時間の長いラジカルを生成できるプラズマ発生装置102は、本開示の実施の形態1に示す構成に限定されない。本発明者は、後述する実施の形態2、及び実施の形態3に記載される構成のプラズマ発生装置においても、残留時間の長いラジカルを生成できることを確認している。しかし、残留時間の長いラジカルを生成できれば、他の構成のプラズマ発生装置であっても有効に本開示の液体処理ユニットに適用できる。
実施例1は、一部の液体を滞留させることが可能な形状を有する処理槽101と、図5に示した第1の電極103aおよびその周辺構成を有するプラズマ発生装置102と、を備える液体処理ユニットを用いて、上記で説明した第1のステップ〜第3のステップに係る液体処理を実行した例である。
実施例1の液体処理ユニット100aは、図2の通りであった。具体的には、処理槽101は、容積が70mLであった。
また、プラズマ発生装置102は、図6に示す通りであった。具体的には、電極部121は、タングステン製であり、その直径0.95mmであった。また、支持部122は、鉄製であり、その直径3mmであった。また、支持部122の貫通孔123は、直径0.3mmであった。さらに絶縁体128は、アルミナセラミックからなり、内径1mmでああった。この絶縁体128に設けられた開口部125は、直径1mmであった。また、電極部121と絶縁体128との間隔は、0.05mmであった。さらに、第1の電極103と第2の電極104との距離は、10mmであった。第2の電極104は、タングステン製であり、直径1mmであった。また、貫通孔123から供給される気体供給量は、1リットル/minであった。第1の電極103と第2の電極104との間に電圧を印加する電源105は、パルス電圧を印加できた。その出力容量は、80VAで、無負荷時のピーク電圧は10kVの電圧を印加できた。
(1)処理する黄色ブドウ球菌溶液の一部を処理槽101に供給した(第1のステップ)。黄色ブドウ球菌溶液の菌量は約1×104cfu/mLであった。黄色ブドウ球菌溶液が供給された処理槽101の容積は、約70mLであった。
(2)次に、処理槽101内で液体を滞留させながら、一定時間にわたって、プラズマ発生装置102で処理槽101内にプラズマを発生させることによって、滞留する液体を処理した(第2のステップ)。この処理は、処理する液体のうち一部の液体についてあらかじめ行う処理であるので、事前プラズマ処理という。この事前プラズマ処理によって、処理槽101に滞留する液体を処理して除菌することができるとともに、液体中にラジカルを残留させることができる。
(3)次いで、プラズマ発生装置102によって処理槽101内にプラズマを発生させながら、処理槽101内の液体の一部を処理槽101から液体排出口108を介して排出すると共に、残りの黄色ブドウ球菌溶液を液体供給口107を介して処理槽101に供給して、液体を処理した(第3のステップ)。黄色ブドウ球菌溶液は、流速0.5L/minで処理槽101に供給された。処理槽101から排出された液体の流速は、0.5L/minであり、液体の量は250mLであった。液体は、20秒間にわたって処理された。このとき処理槽101には、その形状に起因して、処理済みの液体が滞留していた。そのため、新たに供給された液体は、処理槽101内の滞留している液体と混ざり合った。このように、新たな液体を供給すると共に、処理槽101に滞留する処理済みの液体の一部が混ざり合った。これにより、処理槽101に滞留する処理済みの液体に含まれる残留したラジカルと、プラズマ発生装置102によって順次発生するラジカルと、によって、新たに供給される液体を処理することができる。
参考例は、液体処理ユニットが、液体の一部を滞留させることができる形状を有する処理槽の代わりに、液体の一部を滞留させることができる形状を有しない流路管を備える点で、実施例1と相違する。具体的には、参考例の流路管は、液体の全部を滞留させること、および、液体の全部を通過させることができるが、液体の一部を通過させつつ液体の残部を滞留させることができない。流路管の全体の容量は250mLである。
参考例における具体的な液体処理の手順は以下の通りである。
(1)まず、処理する黄色ブドウ球菌溶液又は大腸菌溶液の一部を流路管に流入する。黄色ブドウ球菌溶液の場合、菌量は約1×104cfu/mLであった。大腸菌溶液の場合、菌量は約1×104cfu/mLであった。流路管の容積は、約250mLであった。
(2)流路管内で液体を滞留させて一定時間にわたって事前プラズマ処理を行った。黄色ブドウ球菌溶液の場合、10分間又は15分間にわたって事前プラズマ処理を行った。大腸菌溶液の場合、20分間又は30分間にわたって事前プラズマ処理を行った。
(3)次に、プラズマを発生させたまま、流路管から液体を排出すると共に、黄色ブドウ球菌溶液又は大腸菌溶液を流路管に供給して液体を処理した。黄色ブドウ球菌溶液の場合、および、大腸菌溶液の場合、溶液は流速0.5L/minで流路管に供給された。黄色ブドウ球菌溶液の場合、および、大腸菌溶液の場合、流路管から排出された液体の流量は、0.5L/minであった。このとき、液体は流路管内で滞留せずに全量が流路管から排出された。なお、その他の条件、例えば、電源、プラズマ発生装置の構成等は、実施例1と同様とした。
液体処理ユニットに使用された流路管は、液体の一部を滞留可能な形状ではないため、事前プラズマ処理された液体は、流路管内から液体排出口108を介して順次排出された。この場合、流路管は液体の一部を滞留させることができないので、処理済みの液体と新たに供給される液体とはほとんど混ざり合わないと思われる。その結果、事前プラズマ処理で処理された液体の全量が排出された30秒後以降においては、プラズマ発生装置102によって生成されるラジカルだけでは、新たに供給される溶液中の菌を十分に除菌できなくなったと思われる。
実施の形態2に係る液体処理ユニットは、実施の形態1に係る液体処理ユニットと対比すると、プラズマ発生装置の第1の電極およびその周辺構成において異なる。
図9は、実施の形態2に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置を構成する第1の電極103b及びその周辺構成の一例を示す拡大図である。第1の電極103bは、例えば、金属からなる。第1の電極103bは、両端が開口している形状(例えば、円筒状)を有する。そして、筒状の絶縁体128が、第1の電極103bの外周面に密着して配置されている。絶縁体128は、例えば円筒状である。絶縁体128は、例えばアルミナセラミックスからなる。なお、絶縁体128は、例えば、酸化チタンで構成されてもよい。
第1の電極103bの一端の開口部には気体供給装置が接続されている。気体供給装置により供給された気体129は、第1の電極103bの内部空間を経由して、第1の電極103bの他の端の開口部から、気泡として液体中に放出される。なお、絶縁体128は、第1の電極103bに対してスライド可能に構成されていてもよい
上記構成により、第1の電極103bの一端の開口部から液体中に気体を供給し続けた場合、第1の電極103bの他端の開口部から、液体中に気泡が形成される。気泡は、その中の気体が第1の電極103bの他端の開口部を覆う、すなわち気泡内に第1の電極103bの他端の開口部が位置する寸法の柱状の気泡である。第1の電極103bの他端の開口部付近の端面は、絶縁体128で覆われておらず、導電体である金属が露出している。そのため、気体供給装置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103bの他端の開口部付近が気泡内の気体によって覆われた状態が維持される。すなわち、第1の電極103bの処理槽101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、気体供給装置から第1の電極103bへ気体129を供給することができる。また、第1の電極103bの外周面にはアルミナセラミックスからなる絶縁体128が配置されている。したがって、第1の電極103bの表面は、絶縁体128と気泡とによって、液体と直接接しない状態となり得るように構成されている。
電源105は、第1の電極103bの導電体露出部分が気泡内に位置した状態に達してから、第1の電極103bと第2の電極104との間に電圧を印加する。これ以降の動作は、実施の形態1と同様である。
実施の形態3に係る液体処理ユニットは、実施の形態1に係る液体処理ユニットと対比すると、プラズマ発生装置の第1の電極およびその周辺構成において異なる。なお、実施の形態3に係る液体処理ユニットは、気体供給装置は有していない。
図10は、実施の形態3に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置を構成する第1の電極103c及びその周辺構成の一例を示す断面図である。図10に示すように、第1の電極103cの周囲に空間124を形成するように絶縁体128が配置されている。絶縁体128は、処理槽101内部と空間124を連通するように少なくとも1つの開口部125を有している。この開口部125から処理槽101内の液体が浸入し、空間124が液体で満たされうる構成となっている。また、第1の電極103cと絶縁体128のそれぞれの一方の端部は、保持ブロック120に固定されている。第1の電極103cと絶縁体128の固定方法はこれに限定されない。第2の電極104は、処理槽101のいずれかの位置に配置すればよく、配置する位置に制限はない。
液体処理を開始する前において、第1の電極103cと絶縁体128との間に形成された空間124は、液体で満たされた状態である。この状態で、電源105が第1の電極103cと第2の電極104との間に高周波の交流電圧またはパルス電圧を印加して、空間124内の液体を加熱する。
空間124内の液体は、第1の電極103cから与えられた電力により、温度が上昇する。この温度上昇により、空間124内の液体が気化し、気体が発生する。この気体は、空間124内で集合しながら塊となる。そして、この気体の塊、すなわち気泡の内部で、さらに放電が生じることによりプラズマが発生する。プラズマによりラジカルなどの活性種が生成される。このため、これらの気泡によって、液体を除菌する及び/又は液体中に含まれる化学物質を分解することができる。
なお、実施の形態1から3では、処理槽101内で液体中に存在する菌を除菌する、及び/又は、処理槽101内で液体中に存在する有機物を分解する例について説明したが、本開示の液体処理ユニットは、処理槽101内の液体中に菌及び有機物が存在しなくてもよい。すなわち、本開示の液体処理ユニットは、液体中の菌を除菌可能、及び/又は、有機物を分解可能なラジカル等の生成物を生成できる構成であればよく、実際に液体処理ユニット内で菌を除菌しなくともよく、有機物を分解しなくともよい。そのため、本開示における「液体を処理する」とは、液体中の菌を除菌すること、及び/又は、液体中の有機物を分解することまでは問わず、液体中にラジカルを生成しさえすればよい。例えば、本開示の液体処理ユニットは、処理槽内に菌および有機物を含まない液体が供給され、処理槽からラジカルを含む液体が排出されるものも含む。また、本開示における「液体の処理効率」とは、ラジカルを有する液体を得る効率であってもよい。
本開示の液体処理ユニットは、他の装置を組み合わせることによって、処理槽から排出された処理済の液体を用いて、他の装置において除菌を行うことができる。
本開示の液体処理ユニットは、処理槽内の液体から一部の液体が排出され、残部の液体が処理槽内に滞留する。これにより、本開示の液体処理ユニットは、新たに液体が供給される場合であっても、処理槽内に滞留する液体および処理槽から排出される液体において長寿命のラジカルを持続的に保つことができる。このことは、図6から図8に示される実験結果からも明らかである。
さらに、本開示の液体処理ユニットは、洗浄便座に組み込まれてもよい。洗浄便座は、洗浄ノズルを含む。洗浄ノズルには、液体処理ユニットの処理槽から排出される液体が供給される。また、洗浄便座は、ユーザから洗浄を指示する入力を受け付けるように構成された入力部を備えてもよい。この場合、制御装置は、入力部からの入力よりも前に第2のステップを実行し、入力部からの入力に基づいて、第3のステップを実行して処理槽内の液体を洗浄ノズルに排出してもよい。また、さらに、洗浄便座は、ユーザが近づいたことを検知するセンサを備えてもよい。この場合、制御装置は、センサの検知に基づいて、第2のステップを実行し、入力部からの入力に基づいて、第3のステップを実行して処理槽内の液体を洗浄ノズルに排出してもよい。
例えば、液体処理方法は、処理槽内に液体が存在する状態で、前記処理槽への液体の供給と前記処理槽からの液体の排出とを、所定時間にわたって停止するステップと、前記処理槽中の前記液体にプラズマを発生させるステップと、前記停止するステップの後に、前記前記処理槽へ液体を供給しながら、前記処理槽から液体を排出するステップとを含み、前記停止するステップと、前記プラズマを発生させるステップとが同時に行われてもよい。なお、本開示において、複数のステップが「同時に行われる」とは、複数のステップが同時に実行される期間が存在すればよく、複数のステップの開始時期および終了時期が一致していることまでは問わない。本開示において、「AをしながらBをする」とは、AとBとが同時に実行される期間が存在すればよく、AとBの開始時期および終了時期が一致していることまでは問わない。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの前に、前記処理槽に液体を供給するステップを含んでもよい。
例えば、前記供給しながら排出するステップと、前記プラズマを発生させるステップとが同時に行われてもよい。
例えば、前記供給しながら排出するステップにおいて、前記処理槽の容積以上の液体を排出してもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記処理槽の液体のうち、一部を前記処理槽に還流させ、残部を前記処理槽から排出するステップを含んでもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、循環する液体中に含まれる気体を分離するステップを含んでもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第1の電極および第2の電極との間に電圧を印加するステップを含んでもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、さらに、前記第1の電極と当該第1の電極の周囲に配置された絶縁体との間に形成された空間に気体を供給するステップを含み、前記電圧を印加するステップは、前記気体を供給するステップにおいて供給された気体によって、前記第1の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が覆われた状態で実行されてもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、さらに、第1の電極および第2の電極との間に電圧を印加することによって、前記第1の電極と当該第1の電極の周囲に配置された絶縁体との間に形成された空間内の液体を気化して、気体を生成するステップを含み、前記電圧を印加するステップは、前記気体を生成するステップにおいて生成された気体によって、前記第1の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が覆われた状態で実行されてもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの後であって、前記供給しながら排出するステップの前に、ユーザからの指示を受け付けるステップを含んでもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの前に、ユーザからの指示を受け付けるステップを含んでもよい。
101 処理槽
102 プラズマ発生装置
103、103a、103b、103c 第1の電極
104 第2の電極
105 電源
106 分配部
107 液体供給口
108 液体排出口
109 気泡
112 ポンプ
113 液体
116 気液分離器
117 ポンプ
118 制御装置
120 保持ブロック
121 電極部
122 支持部
123 貫通孔
124 空間
125 開口部
126、127 ネジ部
128 絶縁体
129 気体
Claims (17)
- 液体供給口及び液体排出口が設けられ、液体の一部を滞留させる形状を有する処理槽と、
前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体をプラズマ処理するプラズマ発生装置と、を備え、
前記液体供給口からの新たな液体の供給および前記液体排出口からの前記液体の排出を停止した状態で、前記プラズマ発生装置は前記処理槽内の液体をプラズマ処理をし、
前記プラズマ処理の後で、前記液体排出口から前記液体の一部を排出し、前記液体供給口から前記処理槽に新たな液体を供給し、前記新たな液体と、前記処理槽中のプラズマ処理された液体を混合した液体に、前記プラズマ発生装置は、さらに、プラズマ処理を行う、
液体処理ユニット。 - 前記液体供給口からの新たな液体の供給および前記液体排出口からの前記液体の排出を停止した状態にする前に、前記液体供給口から前記処理槽に液体を供給して、前記処理槽内に液体が存在する状態にする、
請求項1に記載の液体処理ユニット。 - 前記液体排出口から前記液体の一部を排出し、前記液体供給口から前記処理槽に新たな液体を供給し、前記新たな液体と、前記処理槽中のプラズマ処理された液体を混合した液体に、さらに、プラズマ処理を行う際に、前記液体排出口から排出される液体の量は、前記処理槽の容積以上である、
請求項1または2に記載の液体処理ユニット。 - 前記液体排出口は、当該処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する、
請求項1から3のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。 - 前記プラズマ発生装置は、前記処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する気泡
を発生させる、
請求項4に記載の液体処理ユニット。 - 前記液体排出口から前記液体供給口への循環流路と、分配部とをさらに備え、
前記分配部は、前記処理槽から排出した液体のうち、一部を前記循環流路を経由して前
記処理槽に還流させる、
請求項1から5のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。 - 前記処理槽より上流側または下流側の流路に設けられ、液体及び気体の混合体から気体
を抽出し外部に放出する気液分離器をさらに備える、
請求項1から6のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。 - 前記プラズマ発生装置は、
前記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、
前記第1の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と
前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、
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、
前記空間に気体を供給する気体供給装置と、
を備える、
請求項1から7のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。 - 前記電源は、前記第1の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気
体によって覆われた状態で、電圧を印加する、
請求項8に記載の液体処理ユニット。 - 前記プラズマ発生装置は、
前記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、
前記第1の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と
前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、
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、を備える、
請求項1から9のいずれかに記載の液体処理ユニット。 - 前記電源は、電圧を印加することによって、前記空間内の液体を気化させて気体を生成
し、かつ、前記第1の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気体に
よって覆われた状態で、電圧を印加する、
請求項10に記載の液体処理ユニット。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される洗浄ノズルと、
を備える、
洗浄便座。 - ユーザから洗浄を指示する入力を受け付けるように構成された入力部、
をさらに備え、
前記入力部からの入力を受け付ける前に、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止した状態で、かつ、前記流路を液体が循環する状態で、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、
前記入力部からの入力に基づいて、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗浄ノズルに排出する、
請求項12に記載の洗浄便座。 - 請求項1から11のいずれか一項に記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される洗濯槽と、を備える、
洗濯機。 - ユーザから洗濯開始を指示する入力を受け付けるように構成された入力部をさらに備え
、
前記入力部からの入力に基づき前記液体の供給及び前記液体の排出を停止した状態で、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、
前記液体が処理された後に、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗濯槽に排出する、
請求項14に記載の洗濯機。 - 請求項1から11のいずれかに記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される給水口とを備える液体処理装置であって、
水浄化装置、空調機、加湿器、電気剃刀洗浄器、食器洗浄器、水耕栽培用処理装置およ
び養液循環装置の群から選ばれる、
液体処理装置。 - 前記液体排出口から排出した液体のうち、一部を前記液体供給口へ還流させる循環流路を、さらに備える、
請求項1から11のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
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