JP5884074B2 - 液体処理装置及び液体処理方法 - Google Patents

Description

本開示は、液体処理装置及び液体処理方法に関する。

汚染水等の被処理水を、プラズマを用いて処理する殺菌装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示される殺菌装置は、処理槽内の被処理水中に高電圧電極と接地電極を所定の間隔を設けて配置している。このように構成された殺菌装置は、両方の電極に高電圧パルスを印加して放電を行い、瞬間沸騰現象により生じた気泡内でプラズマを発生させることにより、ＯＨ、Ｈ、Ｏ、Ｏ_２ ^-、Ｏ^-、Ｈ_２Ｏ_２を生成し、微生物や細菌を殺菌している。

特許第４７８４６２４号明細書

しかしながら、上記した従来の構成の装置においては、液体の処理効率に問題があった。

したがって、本開示は、効率良く液体を処理する液体処理装置及び液体処理方法を提供する。

本開示の一態様に係る液体処理装置は、被処理水が流れる流路を規定する誘電体管であって、前記流路は、上流で少なくとも第１の流路と第２の流路とに分流し、下流で少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが合流する誘電体管と、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第１の流路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の流路内を流れる前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する第１の気体供給部と、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第１の電源と、を備える。

上記の概括的かつ特定の態様は、液体処理装置及び液体処理方法の任意の組み合わせにより実現されてもよい。

本開示に係る液体処理装置及び液体処理方法によれば、効率良く液体を処理することができる。

図１は、本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の全体構成の一例を示す概略図である。 図２は、本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の電極ユニットの構成の一例を示す断面図である。 図３は、液体処理装置の参考例Ａにおいて、気体供給部から供給される気体の流量とインディゴカーミンの分解速度との関係の一例を示す図である。 図４は、液体処理装置の参考例Ｂおよび参考例Ｃにおいて、誘電体管の内径を変化させた場合のインディゴカーミン濃度の時間変化の一例を示す図である。 図５は、液体処理装置の参考例Ｄおよび参考例Ｅにおいて、被処理水の循環方法を変化させた場合のインディゴカーミン濃度の時間変化の一例を示す図である。 図６は、液体処理装置の参考例Ｆおよび参考例Ｇにおいて、インディゴカーミン濃度の時間変化を示す図である。 図７は、本開示の実施の形態２に係る液体処理装置の電極ユニットの構成の一例を示す断面図である。 図８は、本開示の参考例Ｈに係る液体処理装置の全体構成の一例を示す概略図である。

本開示の一態様（ａｓｐｅｃｔ）に係る液体処理装置は、被処理水が流れる流路を規定する誘電体管であって、前記流路は、少なくとも上流で第１の流路と第２の流路とに分流し、下流で前記第１の流路と前記第２の流路とが合流する誘電体管と、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第１の流路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の流路内を流れる前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する第１の気体供給部と、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第１の電源と、を備える。

このような構成により、本開示の液体処理装置は、誘電体管内の液体（被処理水）が第１の流路と第２の流路に分かれて流れるため、第１の流路内の圧力を減少させ、第１の流路から気体供給部にかかる圧力を下げることができる。そのため、本開示の液体処理装置は、気体供給部から第１の流路内へ供給される気体の流量が、第１の流路から気体供給部にかかる圧力によって減少してしまうことを、抑制することができる。その結果、本開示の液体処理装置は、効率良く液体を処理することができる。また、本開示の液体処理装置は、出力の小さい小型のポンプなどを使用することができ、装置の小型化を実現することが可能となる。
なお、本開示において、「被処理水」とは、液体処理装置の処理対象である液体を意味する。被処理水は、典型的には、菌及び／または有機物等の化学物質を含む。ただし、被処理水は、必ずしも菌及び／または化学物質を含まなくてもよい。すなわち、本開示において、「液体を処理する」とは、液体中の菌を除菌すること、および、液体中の化学物質を分解することに限定されるものではなく、例えば、菌および化学物質を含まない液体にラジカルを生成させるものをも含む。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記第１の電源は、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によって、前記気泡内で放電させてプラズマを発生させてもよい。

このような構成により、液体処理装置は、第１の流路内の被処理水中の気泡内でプラズマを発生させることにより、効率良くラジカルを生成することができる。したがって、液体処理装置は、短時間で液体の処理を行うことができる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記第２の電極は、前記第１の電極より上流に配置されてもよい。

このような構成により、液体処理装置は、効率良くプラズマを発生させることができる。したがって、液体処理装置は、短時間で液体の処理を行うことができる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記第１の電極の周囲に空間を形成するように配置された絶縁体であって、前記誘電体管の前記第１の流路と前記空間を連通するように設けられた開口部を有する絶縁体をさらに備え、前記第１の気体供給部は、前記空間に前記気体を供給することによって、前記絶縁体の前記開口部から前記第１の流路内の前記被処理水中に前記気泡を発生させてもよい。

このような構成により、液体処理装置は、第１の電極が気泡に覆われた状態を簡単に形成することができる。液体処理装置は、この状態でプラズマを発生させることにより、効率よくラジカルを生成することができる。したがって、短時間で液体の処理を行うことが可能となる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記第１の電極は、前記誘電体管の前記第１の流路内に配置される金属電極部と、前記第１の電極を固定するとともに前記電源と接続される金属固定部と、を備え、前記金属電極部と前記金属固定部とは、異なる材料で形成されてもよい。

このような構成により、液体処理装置は、例えば、金属電極部にプラズマ耐性の高い金属材料を用いるとともに、金属固定部に加工し易い金属材料を用いることができる。この場合、プラズマ耐性を有しながら製造コストの低い、特性を安定化した第１の電極を実現できる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記金属固定部は、前記気体供給部から前記空間へ前記気体を供給する貫通孔を有してもよい。

このような構成により、液体処理装置は、第１の電極が気泡に覆われた状態を簡単に形成することができる。液体処理装置は、この状態でプラズマを発生させることにより、効率よくラジカルを生成することができ、短時間で液体の処理を行うことが可能となる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記第１の電極の外周面に接して配置される絶縁体をさらに備え、前記第１の電極は、開口部と、前記開口部に連通する中空の空間と、を有する筒状であり、前記第１の気体供給部は、前記空間に前記気体を供給することによって、前記第１の電極の前記開口部から前記第１の流路内の前記被処理水中に前記気泡を発生させてもよい。
例えば、前記気体供給部は、前記誘電体管の前記第１の流路内に位置する前記第１の電極の表面のうち少なくとも導電体が露出している表面が、前記気泡内に位置するように、前記被処理水中に前記気泡を発生させてもよい。

このような構成により、液体処理装置は、第１の電極が気体に覆われた状態を簡単に形成することができる。液体処理装置は、この状態でプラズマを発生させることにより、効率よくラジカルを生成することができ、短時間で液体の処理を行うことが可能となる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記誘電体管の前記第２の流路内に少なくとも一部が配置される第３の電極と、前記誘電体管の前記第２の流路内に少なくとも一部が配置される第４の電極と、をさらに備え、前記第１の気体供給部は、さらに、前記第２の流路内を流れる前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給し、前記第１の電源は、前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加してもよい。

このような構成により、液体処理装置は、誘電体管の第２の流路内でもプラズマを発生させて、液体の処理をすることができる。そのため、液体処理装置は、容量の大きい液体を処理する場合においても効率良く処理することができる。

本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記誘電体管の前記第２の流路内に少なくとも一部が配置される第３の電極と、前記誘電体管の前記第２の流路内に少なくとも一部が配置され、かつ、前記第３の電極より上流に配置される第４の電極と、前記第２の流路内を流れる前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する第２の気体供給部と、前記第３の電極と前記第４の電極との間に電圧を印加する第２の電源とをさらに備える。

このような構成により、液体処理装置は、さらに、第２の気体供給部によって第２の流路に気体を供給するとともに、第２の電源によって第３の電極と第４の電極との間に電圧を印加することができる。そのため、液体処理装置は、第２の流路内においても、効率良くプラズマを発生させて液体を処理することが可能となる。したがって、液体処理装置は、誘電体管の第１の流路内に加えて、第２の流路内でも液体を処理することが可能となり、容量の大きい液体を効率良く処理することができる。

本開示の一態様に係る液体処理方法は、上流で少なくとも第１の流路と第２の流路とに分流し、下流で少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが合流する流路を規定する誘電体管と、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第２の電極とを準備する工程と、前記誘電体管の上流から下流に被処理水を流す工程と、前記第１の流路内の前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する工程と、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工程と、を含む。

このように、本開示の液体処理方法は、誘電体管内を流れる被処理水を短時間で処理することができる。また、本開示の液体処理方法は、被処理水が誘電体管の第１の流路と第２の流路とに分かれて流れるため、第１の流路内の圧力を下げることができる。これにより、第１の流路に供給される気体の流量が、第１の流路内の圧力によって減少してしまうことを、抑制できる。その結果、効率良く液体の処理をすることがきる。

本開示の一態様に係る液体処理方法において、例えば、前記電圧を印加する工程において、前記気泡内で放電させて、プラズマを発生させてもよい。

これにより、液体処理方法は、第１の流路内の被処理水中の気泡内でプラズマを発生させることにより、効率よくラジカルを生成することができる。したがって、液体処理方法は、短時間で液体を処理することができる。

（本開示に係る一形態を得るに至った経緯）
前述の「背景技術」の欄で説明したように、特許文献１に示す従来の殺菌装置は、瞬間沸騰現象を用いて瞬間的に液体を気化し、互いに対向させて配置した円柱状の電極と板状の接地電極との間で放電させることによって、プラズマを発生させていた。しかし、瞬間沸騰現象を起こすためには、液体を気化させるエネルギーを加える必要があるため、効率よくプラズマを発生させることができず、液体の処理に長い時間がかかるという課題を有していた。

また、従来の構成の装置では、被処理水を溜める処理槽に電極を配置して、液体の処理を行っているため、装置を小型化できないという課題を有していた。

そこで、本発明者らは、誘電体管内に第１の電極と第２の電極とを配置し、第１の電極と気体供給部とを接続し、第１の電極と第２の電極との間に電圧を印加する電源を配置した液体処理装置の構成を検討した。検討例の液体処理装置は、誘電体管を備えるため、装置の小型化を実現できる。しかし、検討例の液体処理装置は、被処理水の流量が増加すると、誘電体管内の被処理水の流速が増加し、誘電体管内の圧力が増加する。これにより、誘電体管内から気体供給部にかかる圧力が増加するため、気体供給部から誘電体管内の被処理水中に供給される気体の流量が減少する。その結果、検討例の液体処理装置は、液体処理の効率が下がるという課題を有していた。この課題に対して、例えば、液体処理装置は、気体供給部の出力を大きくすることによって、気体供給部から誘電体管内の被処理水中に供給される気体の流量を増加させることができる。しかし、気体供給部が例えばポンプである場合、出力に応じてポンプのサイズが大きくなるため、装置の小型化を実現できなかった。

そこで、本発明者らは、第１の電極及び第２の電極が配置される第１の流路と、被処理水を迂回させる第２の流路とを備える誘電体管を用いた液体処理装置の構成を見出し、本開示に至った。このような構成により、液体処理装置は、誘電体管内の圧力を減少させ、誘電体管内から気体供給部にかかる圧力を下げることができる。そのため、液体処理装置は、気体供給部から誘電体管内に供給される気体の流量が、誘電体管内から気体供給部にかかる圧力によって減少してしまうことを、抑制することができる。そのため、本開示の液体処理装置は、装置の小型化を実現しつつ、効率良く液体の処理をすることができる。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
また、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、構成要素の配置及び接続形態などは、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。

（実施の形態１）
［全体構成］
本開示の実施の形態１に係る液体処理装置１００の全体構成について説明する。
図１は、本開示の実施の形態１に係る液体処理装置１００の全体構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、誘電体管１０１と、第１の電極１０２と、第２の電極１０３と、電源１０４と、気体供給部１０５とを備える。

図１に示すように、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、誘電体管１０１の内部に、第１の電極１０２と、第２の電極１０３とが配置されている。第１の電極１０２は、少なくとも一部が誘電体管１０１内の被処理水１０９に浸漬されている。第２の電極１０３は、少なくとも一部が誘電体管１０１内の被処理水１０９に浸漬されている。第１の電極１０２と第２の電極１０３との間には、電圧を印加する電源１０４が接続されている。第１の電極１０２には、誘電体管１０１内の第１の電極１０２に気体１１０を供給する気体供給部１０５が接続されている。

［第１の電極を含む電極ユニット１５０ａ］
次に、液体処理装置１００における、第１の電極１０２を含む電極ユニット１５０について説明する。電極ユニット１５０は、第１の電極１０２のみを有する簡単な構成であってもよい。また、電極ユニット１５０は、様々な構成を用いてもよい。例えば、電極ユニット１５０は、第１の電極１０２の周囲に絶縁体が配置されていてもよい。

以下では、第１の電極１０２を含む電極ユニット１５０の一例として、第１の電極１０２ａの周囲に空間１０８を形成するように絶縁体１０６が配置された電極ユニット１５０ａについて説明する。

図２は、実施の形態１に係る液体処理装置１００における、電極ユニット１５０ａの一例を示す断面図である。図２に示す電極ユニット１５０ａは、第１の電極１０２ａと、絶縁体１０６と、保持ブロック１２１とを備える。

第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１内に配置される金属電極部１２２と、保持ブロック１２１に接続固定されるとともに、電源１０４と接続される金属固定部１２３とを備える。金属電極部１２２の周囲には、空間１０８を形成するように絶縁体１０６が設けられている。絶縁体１０６は、誘電体管１０１内と、絶縁体及び金属電極部１２２間の空間１０８とを連通する開口部１０７が設けられている。金属固定部１２３は、外周にネジ部１２４と、内部に貫通孔１２５とを備える。気体供給部１０５は、貫通孔１２５を介して空間１０８に気体１１０を供給し、気体１１０は、開口部１０７から被処理水１０９中に気泡１１１として放出される。保持ブロック１２１は、内部に金属固定部１２３のネジ部１２４と螺合するネジ部１２６とを備える。

次に、液体処理装置１００を構成する各構成部品の具体例について説明する。

＜誘電体管＞
誘電体管１０１は、第１の流路１０１ａと、第２の流路１０１ｂとを備える。誘電体管１０１は、上流で第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂとに分流し、下流で第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂとが合流している。第２の流路１０１ｂは、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９を迂回させるバイパスとしての機能を有する。例えば、誘電体管１０１は、内径５ｍｍの円筒管のシリコーンホースから形成されてもよい。誘電体管１０１は、管状の部材であればいずれの形状又はサイズによって構成されてもよい。誘電体管１０１の断面は、例えば、方形、三角形、またはその他の多角形であってもよい。また、誘電体管１０１を形成する材料は、シリコーンに限定されるものではなく、耐プラズマ性、および耐熱性を有する材料であればよい。
なお、誘電体管１０１の流路のうち、第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂとが分流してから合流するまでにおける、第１の流路１０１ａの長さおよび形状、ならびに、第２の流路１０１ｂの長さおよび形状は、任意に設定される。なお、誘電体管１０１の形状は、第２の流路１０１ｂが第１の流路１０１ａに対して遠回りするような形状に限定されるものではない。
また、例えば、誘電体管１０１の内径に対する誘電体管１０１の長さの比は、５倍以上であってもよい。例えば、誘電体管１０１の内径は、３ｍｍ以上であってもよい。これにより、プラズマ発生場よりも誘電体管１０１の内径が大きくなるため、プラズマによって誘電体管１０１が損傷することを抑制できる。例えば、誘電体管１０１の内径は、３０ｍｍ以下であってもよい。これにより、液体処理装置１００を小型化できる。

実施の形態１では、図１に示すように、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９は、誘電体管１０１の上流（矢印１３０）から第１の流路１０１ａの方向（矢印１３１）と第２の流路１０１ｂの方向（矢印１３２）とに分流する。第２の流路１０１ｂを流れる被処理水１０９は、第２の流路１０１ｂの形状に沿って流れた後（矢印１３３）、第１の流路１０１ａと合流し（矢印１３４）、誘電体管１０１の下流（矢印１３５）に向かって流れる。

＜第１の電極＞
第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内に少なくとも一部が配置される。図２に示すように、第１の電極１０２ａは、金属電極部１２２と、金属固定部１２３とを備える。金属電極部１２２と金属固定部１２３とは、異なるサイズで、異なる材料の金属から形成されていてもよい。例えば、金属電極部１２２は、直径０．９５ｍｍの円柱形状を有し、タングステンから形成されてもよい。例えば、金属固定部１２３は、直径３ｍｍの円柱形状を有し、鉄から形成されてもよい。
金属電極部１２２の直径は、プラズマ１１２が発生する直径であればよく、例えば、直径２ｍｍ以下であってもよい。また、金属電極部１２２の形状は、円柱形状に限定されない。誘電体管１０１内の金属電極部１２２は、一端から他端までの径が実質的に変わらない柱形状であってもよい。このような柱状の電極は、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、先端部に過度に電界が集中することを抑制でき、使用によって劣化することを抑制できる。金属電極部１２２の材料は、タングステンに限られるものではなく、他の耐プラズマ性の金属材料を用いてもよい。例えば、金属電極部１２２の材料は、耐久性は悪化するが、銅、アルミニウム、鉄、白金、又はそれらの合金から形成されてもよい。さらに、金属電極部１２２の表面の一部に、導電性物質が添加され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。酸化イットリウムの溶射により、電極寿命が長くなる。
金属固定部１２３の直径は、３ｍｍに限られるものではなく、その寸法は金属電極部１２２の直径よりも大きいものであればよい。例えば、金属固定部１２３の材料は、加工し易い金属材料であればよい。金属固定部１２３の材料は、例えば、一般的なネジに用いられている材料である、銅、亜鉛、アルミニウム、錫及び真鍮等であってもよい。
第１の電極１０２ａは、例えば、金属電極部１２２を金属固定部１２３に圧入することによって形成されうる。このように、金属電極部１２２にプラズマ耐性の高い金属材料が用いられ、金属固定部１２３に加工し易い金属材料が用いられることにより、プラズマ耐性を有しながら、製造コストが低く、特性が安定した第１の電極１０２ａを実現できる。

金属固定部１２３の内部には、気体供給部１０５に接続される貫通孔１２５が設けられてもよい。貫通孔１２５は、絶縁体１０６と金属電極部１２２との間に形成される空間１０８とつながっている。そのため、気体供給部１０５からの気体１１０が貫通孔１２５を介して空間１０８に供給される。金属電極部１２２は、この貫通孔１２５から供給された気体１１０によって覆われる。貫通孔１２５は、金属電極部１２２の重力方向における下側に設けられてもよい。貫通孔１２５が金属固定部１２３の重力方向における下側に設けられることにより、金属電極部１２２が気体供給部１０５から供給される気体１１０によって覆われやすくなる。また、貫通孔１２５の数が２個以上あると、貫通孔１２５での圧損を抑制することができる。例えば、貫通孔１２５の直径は、０．３ｍｍであってもよい。ただし、貫通孔１２５の形状及びサイズは、これに限定されるものではない。

金属固定部１２３の外周には、ネジ部１２４が設けられてもよい。例えば、金属固定部１２３の外周のネジ部１２４が雄ネジの場合、保持ブロック１２１に雌ネジのネジ部１２６が設けられてもよい。ネジ部１２４とネジ部１２６とが螺合することによって、第１の電極１０２ａを保持ブロック１２１に固定することができる。また、金属固定部１２３を回転させることで、絶縁体１０６に設けられた開口部１０７に対する金属電極部１２２の端面の位置を正確に調整することができる。さらに、金属固定部１２３がネジ部１２４を介して電源１０４と接続固定できることより、電源１０４と第１の電極１０２ａとの接触抵抗が安定化し、第１の電極１０２ａの特性が安定化しうる。また、気体供給装置１０５と第１の電極１０２ａとがネジ部１２６を介して接続固定される場合、気体供給部１０５と第１の電極１０２ａとの接続が確実にできる。このような工夫は、実用化する際の防水対策や安全対策につながる。

第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内を被処理水１０９が流れる方向（図１に示す矢印１３１）に対して、第１の電極１０２ａの長手方向が任意の方向を向くように、配置されてもよい。例えば、第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９が、第１の電極１０２ａの側面に向かう方向に流れるように、配置されてもよい。一例として、図１に示すように、第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向（図１に示す矢印１３１）に対して、第１の電極１０２ａの長手方向が直交する方向となるように、配置されてもよい。図１に示す第１の電極１０２ａの配置であれば、気泡１１１が第１の電極１０２ａの周辺に滞留することを抑制することができる。気泡１１１は、例えば、気体供給部１０５から供給される気体１１０によって形成される。

＜第２の電極＞
第２の電極１０３は、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内に少なくとも一部が配置される。例えば、第２の電極１０３は、直径１ｍｍの円柱形状を有し、タングステンから形成されてもよい。第２の電極１０３は、この形状、サイズ、材料に限定されない。また第２の電極１０３は、導電性の金属材料から形成されていればよい。例えば、第２の電極１０３は、第１の電極１０２ａ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てもよい。

例えば、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離は、１０ｍｍであってもよい。第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との距離は、プラズマ１１２が発生する距離であればよく、これに限定されるものではない。誘電体管１０１を備える液体処理装置１００は、被処理水１０９が流れる流路が制限されるにつれて、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の電気経路の抵抗値が高くなり、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間で放電が発生しにくくなる傾向にある。このため、電極間の距離は、流路を規定する誘電体管１０１の内径に応じて適宜設定されうる。例えば、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離は、例えば、１ｍｍ以上１５ｍｍ以下であってもよい。誘電体管１０１の内径が５ｍｍの場合、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離は、５ｍｍ以上１５ｍｍ以下の範囲であってもよい。

第２の電極１０３は、例えば、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内において、第１の電極１０２ａに対して上流側に配置される。このような配置により、実施の形態１の液体処理装置１００は、効率良くプラズマ１１２を発生させることができる。
上述の通り、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離は、誘電体管１０１内で放電を発生させるために、小さく（例えば１５ｍｍ以下に）設定される。また、誘電体管１０１は、容量の大きな処理槽に比べて、内部で発生する気泡１１１によって流路が満たされやすくなる。このように、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離が小さくなるほど、および／または、流路のうち気泡１１１が占める割合が大きくなるほど、第１の電極１０２ａを覆う気泡１１１が第２の電極１０３も同時に覆う可能性が高くなる。気泡１１１が第１の電極１０２ａと第２の電極１０３とを同時に覆うと、気泡１１１内の両電極間でアーク放電が発生するため、安定してプラズマを発生させることが難しくなる。すなわち、誘電体管１０１を備える液体処理装置１００は、小型化が可能な反面、気泡１１１が第１の電極１０２ａと第２の電極とを同時に覆ってしまう可能性が高まり、これにより安定したプラズマ発生が損なわれるおそれがある。これに対して、図１に示されるように、第２の電極１０３が第１の電極１０２ａに対して上流側に配置された場合、第１の電極１０２ａ付近に発生した気泡１１１は、第２の電極１０３の配置された上流側に流れにくくなる。その結果、気泡１１１が第１の電極１０２ａと第２の電極１０３とを同時に覆うことが抑止され、安定したプラズマ放電が実現される。

＜絶縁体＞
絶縁体１０６は、第１の電極１０２ａの金属電極部１２２の周囲に空間１０８を形成するように配置される。空間１０８には、気体供給部１０５から気体１１０が供給され、この気体１１０によって金属電極部１２２が覆われる。したがって、金属電極部１２２の外周面は、電極の金属である導電体露出部が露出しているにもかかわらず、被処理水１０９に直接接触しないようになっている。絶縁体１０６は、例えば、内径１ｍｍの円筒形状であってもよい。ただし、絶縁体１０６のサイズ、形状はこれに限定されるものではない。

絶縁体１０６は、開口部１０７を備える。開口部１０７は、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内の被処理水１０９中に気泡１１１が放出されるときに、気泡１１１の大きさを決定する機能を有する。なお、例えば、絶縁体１０６には、アルミナセラミック（酸化アルミニウム）、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、絶縁性のプラスチック、ガラス、又は石英などの材料を用いてもよい。

絶縁体１０６の開口部１０７は、図２に示すように、絶縁体１０６の端面に設けられてもよく、あるいは、絶縁体１０６の側面に設けられてもよい。開口部１０７の位置は、特に限定されない。また、開口部１０７は、絶縁体１０６に複数設けられてもよい。例えば、絶縁体１０６の開口部１０７は、直径１ｍｍの円形状であってもよい。ただし、開口部１０７の形状及びサイズはこれに限定されるものではない。例えば、開口部１０７の直径は、０．３ｍｍ〜２ｍｍの範囲であってもよい。

＜電源＞
電源１０４は、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間に電圧を印加できるように配置されている。電源１０４は、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間にパルス電圧又は交流電圧を印加できる。電圧波形は、例えば、パルス状、正弦半波形、又は正弦波状のいずれかであってもよい。また、電源１０４は、パルス電圧を印加する際に正のパルス電圧と負のパルス電圧を交互に印加する、いわゆるバイポーラパルス電圧を印加してもよい。例えば、電源１０４は、出力容量が８０ＶＡで、無負荷時のピーク電圧は１０ｋＶの電圧を印加してもよい。

＜気体供給部＞
気体供給部１０５は、第１の電極１０２ａの金属固定部１２３に接続される。気体供給部１０５は、金属固定部１２３の内部の貫通孔１２５を介して空間１０８に気体１１０を供給する。供給される気体１１０は、例えば、空気、Ｈｅ、Ａｒ、またはＯ_２等が用いられる。気体供給部１０５から供給される気体供給量は、特に制限はない。気体供給部１０５は、例えば、１リットル／ｍｉｎで気体を供給できるものであってもよい。気体供給部１０５は、例えば、ポンプ等を用いることができる。図２にしめされる例では、気体供給部１０５から供給される気体１１０によって、第１の電極１０２ａの導電体露出部である金属電極部１２２の表面を覆う気泡１１１が形成される。

＜保持ブロック＞
保持ブロック１２１は、第１の電極１０２ａの金属固定部１２３と接続されており、かつ、絶縁体１０６と接続されている。保持ブロック１２１は、第１の電極１０２ａとの接続部分、及び／又は、絶縁体１０６との接続部分において、被処理水１０９が漏れないように、シールする構造を有していてもよい。例えば、保持ブロック１２１は、その内部に、第１の電極１０２ａの金属固定部１２３をネジ止めするネジ部１２６を備えた構造としてもよい。また、保持ブロック１２１は、その内部に、絶縁体１０６をネジ止めするネジ部（図示せず）を備えた構造としてもよい。シール構造は、これに限定されるものではなく、任意の構造とすることができる。

なお、本開示において、「金属電極部１２２の表面が被処理水１０９に直接接触しない」とは、金属電極部１２２の表面が、誘電体管１０１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、金属電極部１２２の表面が被処理水１０９に濡れていて（すなわち、厳密には金属電極部１２２の表面が被処理水１０９と接触していて）、その表面を気泡１１１内の気体が覆っている状態も、「金属電極部１２２が被処理水１０９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。

［動作（液体処理方法）］
実施の形態１に係る液体処理装置１００の動作、すなわち、実施の形態１に係る液体処理装置１００により実施される液体処理方法の一例について説明する。

誘電体管１０１内に処理する被処理水１０９を供給する。誘電体管１０１内に供給された被処理水１０９は、誘電体管１０１の上流（図１に示す矢印１３０）から第１の流路１０１ａ（図１に示す矢印１３１）と第２の流路１０１ｂ（図１に示す矢印１３２）とへ分かれて流れる。第２の流路１０１ｂに流れた被処理水１０９は、第２の流路１０１ｂの形状に沿って流れ（図１に示す矢印１３３）、第１の流路１０１ａを流れる被処理水１０９と合流し（図１に示す矢印１３４）、誘電体管１０１の下流（図１に示す矢印１３５）へ流れる。

気体供給部１０５が、第１の電極１０２ａの貫通孔１２５を介して、絶縁体１０６と第１の電極１０２ａの金属電極部１２２との間で形成される空間１０８に、気体１１０を供給する。供給された気体１１０が、絶縁体１０６の開口部１０７から誘電体管１０１の被処理水１０９中に放出されることにより、第１の流路１０１ａを流れる被処理水１０９中に、第１の電極１０２ａの金属電極部１２２（導電体露出部）を覆う気泡１１１が形成される。すなわち、気泡１１１は、絶縁体１０６の開口部１０７から発生する。これにより、第１の電極１０２ａの金属電極部１２２の表面は、常に気体１１０から形成される気泡１１１で覆われた状態となる。

金属電極部１２２が気泡１１１で覆われた状態で、電源１０４が、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間に電圧を印加する。第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間に電圧を印加することにより、気泡１１１内で放電が起こる。この放電により、第１の電極１０２ａの金属電極部１２２近傍から気泡１１１内にプラズマ１１２が発生する。このプラズマ１１２により、被処理水１０９中にＯＨラジカル等が生成され、これらの生成物が、被処理水１０９を除菌する、及び／又は、被処理水１０９中に含まれる化学物質を分解する。プラズマ１１２は、第１の電極１０２ａの先端部分の気泡１１１のみならず内部の空間１０８にわたって広く生成される。これは、絶縁体１０６を介して被処理水１０９が対向電極として働いた結果である。この部分の効果もあって多量のイオンが発生し、被処理水１０９中でのラジカルの多量の生成につながる。これは、本開示のように第１の電極１０２ａが被処理水１０９の内部に位置しているために生じる大きな効果である。また、液体処理装置１００は、長寿命のＯＨラジカルを生成することができる。
なお、本開示におけるＯＨラジカルの「寿命」は、次のように測定される。まず、プラズマ１１２の生成を停止させてから、一定時間が経過するごとに、ＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｓｐｉｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法を用いて液体中のＯＨラジカル量を測定する。次に測定によって得られたＯＨラジカル量の時間変化から、ＯＨラジカルの半減期を算出する。このようにして得られるＯＨラジカルの半減期を、本開示におけるＯＨラジカルの「寿命」と呼ぶ。本発明者らは、後述の実施の形態１に係る液体処理装置１００の参考例において、少なくとも５分以上の寿命を有するＯＨラジカルを生成できることが確認している。

実施の形態１の液体処理装置１００は、被処理水１０９中の気泡１１１に長寿命のＯＨラジカルを生成することができる。そのため、液体処理装置１００は、誘電体管１０１の下流側においても、気泡１１１内に存在するＯＨラジカルと被処理水１０９中の菌及び／又は化学物質とを反応させ、被処理水１０９を処理することができる。したがって、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂを流れた被処理水１０９も、第１の流路１０１ａを流れる被処理水１０９と合流した後に、誘電体管１０１の下流側で処理されうる。

［第１の流路内の圧力と液体処理の効果の関係］
実施の形態１に係る液体処理装置１００の効果について説明する。実施の形態１に係る液体処理装置１００において、誘電体管１０１は第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂとを備える。このような構成により、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９は、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３とが配置される第１の流路１０１ａと、第１の流路１０１ａを迂回する第２の流路１０１ｂとに分かれて流れる。そのため、液体処理装置１００は、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内の圧力を減少させることができ、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内から気体供給部１０５にかかる圧力を下げることができる。したがって、液体処理装置１００は、例えば流量の多い被処理水１０９を処理する場合に、気体供給部１０５から第１の流路１０１ａ内に供給される気体の流量が、第１の流路１０１ａ内から気体供給部１０５にかかる圧力によって減少してしまうことを、抑制することができる。その結果、液体処理装置１００は、効率良く液体の処理を行うことができる。

気体供給部１０５から供給される気体の流量と被処理水の処理速度（分解速度）との関係について説明する。図３は、液体処理装置の参考例Ａにおいて、気体供給部１０５から供給される気体の流量とインディゴカーミンの分解速度との関係の一例を示す図である。なお、インディゴカーミンの分解速度は、インディゴカーミン水溶液を、参考例Ａを用いて処理することにより、インディゴカーミンが分解されるまでの時間を測定して算出した。
＜参考例Ａ＞
液体処理装置１００の参考例Ａは、誘電体管１０１が第２の流路１０１ｂを有さないこと以外は、図１に示される全体構成と同様の構成を備える。また、参考例Ａは、図２に示される電極ユニット１５０ａを有する。誘電体管１０１は、内径５ｍｍの円筒管のシリコーンホースから構成された。第１の電極１０２の金属電極部１２２は、直径０．９５ｍｍの円柱形状であり、タングステンから構成された。第１の電極１０２の金属固定部１２３は、直径３ｍｍの円柱形状であり、鉄から構成された。第１の電極１０２の金属固定部１２３に設けられた貫通孔１２５の直径は０．３ｍｍであった。絶縁体１０６は、内径１ｍｍの円筒形状であり、アルミナセラミック（酸化アルミニウム）から構成された。絶縁体１０６に設けられた開口部１０７の直径は１ｍｍであった。第２の電極１０３は、直径１ｍｍの円柱形状であり、タングステンから構成された。第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の距離は、１０ｍｍであった。電源１０４は、出力容量８０ＶＡで、無負荷時のピーク電圧は１０ｋＶの電圧が印加できる構成であった。
図３に示すように、気体の流量が５００ｍＬ／ｍｉｎ付近で分解速度が最大となり、気体の流量が減少するとともに分解速度も減少した。この実験結果は、気体供給部１０５から供給される気体の流量を最適な量にすることによって、液体処理の効率を向上させることができることを示している。

参考例Ａのように、誘電体管１０１が第２の流路１０１ｂを備えない、すなわち、誘電体管１０１が第１の流路１０１ａのみを備える液体処理装置において、被処理水１０９の流量が増加すると、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９の流速が増加し、誘電体管１０１内の圧力が増加する。そして、誘電体管１０１内の圧力が増加すると、誘電体管１０１内から気体供給部１０５にかかる圧力が増加し、気体供給部１０５から誘電体管１０１内の被処理水１０９中へ供給される気体１１０の流量が減少する。すなわち、第２の流路１０１ｂを備えない液体処理装置では、気体供給部１０５が、所望の流量（例えば、図３において処理速度が最大値となる５００ｍＬ／ｍｉｎ）の気体１１０を被処理水１０９中に供給できない場合がある。その結果、効率よく液体を処理できない場合がある。この問題に対して、例えば、気体供給部１０５の出力を大きくすることによって、気体供給部１０５は、所望の流量の気体１１０を被処理水１０９中に供給することができる。しかし、気体供給部１０５が例えばポンプである場合、出力に応じてポンプのサイズが大きくなるため、装置を小型化できないという問題が生じる。

一方、実施の形態１の液体処理装置１００は、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂによって被処理水１０９の一部を第１の流路１０１ａから迂回させる。これにより、第１の流路１０１ａ内の圧力を下げることができ、第１の流路１０１ａから気体供給部１０５にかかる圧力を下げることができる。したがって、気体供給部１０５は、第１の流路１０１ａ内の被処理水１０９中に所望の流量の気体１１０を供給できる。その結果、実施の形態１の液体処理装置１００は、効率良く被処理水を処理することができる。また、実施の形態１の液体処理装置１００は、誘電体管１０１の構造によって、誘電体管１０１から気体供給部１０５にかかる圧力を下げることができる。そのため、例えば、液体処理装置１００は、気体供給部１０５として、出力の小さい小型のポンプなどを用いることができる。すなわち、実施の形態１の液体処理装置１００は、装置の小型化を実現することができる。

［プラズマ発生場から離れた位置での液体処理の効果］
実施の形態１に係る液体処理装置１００の効果について説明する。

典型的には、プラズマと液体の接する界面（以下、「プラズマ発生場」と称する）で被処理水１０９中の菌及び／又は化学物質等が分解されると言われている。しかし、発明者の見解によれば、菌及び／又は化学物質等は、プラズマ発生場で分解されるだけでなく、被処理水１０９中に浮遊する菌及び／又は化学物質等が、被処理水１０９中のラジカルが衝突することによっても分解されると考えられる。実施の形態１の液体処理装置１００は、長寿命のラジカルを生成することができる。そのため、実施の形態１の液体処理装置１００は、菌及び／又は化学物質等を、プラズマ発生場で分解できるだけでなく、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９中のラジカルと接触させることによっても分解できると考えられる。

以下では、実施の形態１の液体処理装置１００の液体処理の効果うち、プラズマ発生場での分解作用が寄与する割合が小さいことを説明する。

まず、誘電体管１０１の内径が異なる場合における、被処理水１０９の分解速度について図４を用いて説明する。図４は、上述した参考例Ａにおいて、誘電体管１０１の内径を変化させた場合の、インディゴカーミン濃度の時間変化を示す。図４において、白三角は内径３ｍｍの誘電体管１０１を備える液体処理装置１００で被処理水１０９を処理した実験結果を示す。図４において、白四角は内径５ｍｍの誘電体管１０１を備える液体処理装置１００で被処理水１０９を処理した実験結果を示す。実験には、被処理水１０９としてインディゴカーミン水溶液を用いた。ビーカーに入れたインディゴカーミン水溶液を、各液体処理装置１００の誘電体管１０１内に複数回流して循環させることによって、液体処理が行われた。具体的には、インディゴカーミン水溶液は、ビーカーから誘電体管１０１の液体供給口に供給され、誘電体管１０１内を通り、誘電体管１０１の液体排出口からビーカーに排出される、というサイクルを複数回繰り返されることによって、循環された。以下では、このような循環を、「ビーカー循環」と呼ぶ場合がある。ここでは、ビーカーに入れた５００ｍｌのインディゴカーミン水溶液を、各液体処理装置１００に流した。なお、以下では、内径３ｍｍの誘電体管１０１を備える液体処理装置１００を用いてビーカー循環を行ったものを参考例Ｂと呼び、内径５ｍｍの誘電体管１０１を備える液体処理装置１００を用いてビーカー循環を行ったものを参考例Ｃと呼ぶ場合がある。参考例Ｂおよび参考例Ｃのその他の条件は、上述の参考例Ａと同様とした。すなわち、参考例Ｂおよび参考例Ｃに用いられた液体処理装置１００において、誘電体管１０１は、第１の流路１０１ａを備えるが、第２の流路１０１ｂを備えなかった。また、気体供給部１０５から供給される気体供給量は、０．２リットル／ｍｉｎとした。

図４に示すように、誘電体管１０１の内径が３ｍｍである参考例Ｂと、誘電体管１０１の内径が５ｍｍである参考例Ｃを比べても、インディゴカーミン分解速度は、ほぼ変わらなかった。この実験結果は、インディゴカーミンの分解速度が、誘電体管１０１の内径に依存しないことを示している。

以下、プラズマ１１２が発生する第１の電極１０２ａ近傍を通る平面であって、かつ、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａを被処理水１０９が流れる方向（矢印１３１）に対して直交する平面で、誘電体管１０１を切断した断面を、「誘電体管の断面」と呼ぶ場合がある。参考例Ｂおよび参考例Ｃにおいて、プラズマ発生場は、直径３ｍｍ未満の領域であるため、プラズマ発生場は、誘電体管の断面よりも小さい。したがって、内径３ｍｍの誘電体管１０１を有する参考例Ｂは、誘電体管の断面に対してプラズマ発生場の占める割合が、内径５ｍｍの誘電体管１０１を有する参考例Ｃに比べて、大きい。そのため、参考例Ｂは、参考例Ｃに比べて、誘電体管１０１を通るインディゴカーミン水溶液の量に対するプラズマ発生場を通るインディゴカーミン水溶液の量の割合が多い。すなわち、参考例Ｂにおけるインディゴカーミン水溶液は、参考例Ｃに比べて、プラズマ発生場での分解作用を受けやすい。しかし、図４に示すように、参考例Ｂと参考例Ｃの実験結果を比べても、両者の分解速度に差異はなかった。そのため、プラズマ発生場におけるラジカルとインディゴカーミンとの反応は、流路全体における反応に比べて十分に少ないと考えられる。すなわち、参考例Ｂおよび参考例Ｃの液体処理装置１００において、流路全体の分解作用に対してプラズマ発生場での分解作用が占める割合は、小さいと考えられる。

次に、上述した参考例Ａを用いて、異なる循環方法で被処理水１０９を循環させた場合における、被処理水１０９の分解速度について、図５を用いて説明する。

図５は、被処理水１０９の循環方法が異なる場合における、インディゴカーミン濃度の時間変化を示す図である。図５において、白菱形は、参考例Ａと同様の液体処理装置を用いてビーカー循環を行った参考例Ｄの実験結果を示す。白四角は、参考例Ａと同様の液体処理装置を用いてホース循環を行った参考例Ｅの実験結果を示す。実験には、被処理水１０９としてインディゴカーミン水溶液が用いられた。なお、ビーカー循環とは、ビーカーに入れた５００ｍｌのインディゴカーミン水溶液を、液体処理装置１００の誘電体管１０１内に複数回流して循環させる方法である。一方、ホース循環とは、液体処理装置１００の誘電体管１０１の液体供給口と液体排出口との間をホースでつなぎ、誘電体管１０１とホース内で５００ｍｌのインディゴカーミン水溶液を循環させる方法である。この２つの方法は、インディゴカーミン水溶液が誘電体管１０１内を通過する回数が異なる。例えば、ビーカー循環では、１分間に複数回のペースでインディゴカーミン水溶液が誘電体管１０１内を通過するのに対し、ホース循環では、１分間に１回のペースでインディゴカーミン水溶液が誘電体管１０１内を通過する。すなわち、ビーカー循環は、ホース循環に比べて、インディゴカーミン水溶液が第１の電極１０２ａの近傍のプラズマ発生場を通過する回数が多い。

図５に示すように、ビーカー循環を行った参考例Ｄとホース循環を行った参考例Ｅを比べても、インディゴカーミンの分解速度は、ほぼ変わらなかった。すなわち、インディゴカーミン水溶液がプラズマ発生場を流れる回数が変わっても、インディゴカーミンの分解速度にほぼ差異はなかった。この実験結果は、参考例Ｄおよび参考例Ｅの液体処理装置１００において、プラズマ発生場におけるラジカルとインディゴカーミンとの反応が、流路全体における反応に比べて十分に少ないことを示している。したがって、この実験結果からも、液体処理装置１００において、流路全体の分解作用に対してプラズマ発生場での分解作用が占める割合が、小さいことがわかる。

実施の形態１の液体処理装置１００は、上記参考例Ｂ〜Ｅと同様のプラズマ発生方式によって構成されうる。そのため、実施の形態１の液体処理装置１００においても、上記参考例Ｂ〜Ｅと同様に、プラズマ発生場以外の領域においても、液体を処理することができると考えられる。具体的には、実施の形態１の液体処理装置１００は、プラズマ発生場でラジカルと菌および／又は化学物質との反応が進む他に、例えば、誘電体管１０１の下流などで反応が進むことがわかる。これは、実施の形態１の液体処理装置１００では、長寿命のラジカルを生成することが可能なためと考えられる。

実施の形態１の液体処理装置１００は、長寿命のラジカルを生成することができる。実施の形態１の液体処理装置１００の誘電体管１０１内に、被処理水１０９を複数回通す、または、循環させることにより、この長寿命のラジカルを含む被処理水１０９を誘電体管１０１内全体に流すことができる。これにより、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内にも長寿命のラジカルを含む被処理水１０９を流すことができる。したがって、実施の形態１の液体処理装置１００を用いて、誘電体管１０１内全体でラジカルと被処理水１０９中の菌等との反応を促進させることもできる。

実施の形態１の液体処理装置１００は、誘電体管１０１内のうち、プラズマ１１２が発生した場所だけでなく、それ以降の流路で、ラジカルと被処理水１０９中の菌等との反応が進む。そのため、被処理水１０９が誘電体管１０１内で循環しない場合であっても、第２の流路１０１ｂを流れた被処理水１０９は、誘電体管１０１の下流で第１の流路１０１ａを流れる被処理水１０９と合流することによって、第１の流路１０１ａで生成されたラジカルと接触することができる。したがって、実施の形態１の液体処理装置１００は、被処理水１０９が誘電体管１０１内で循環しない場合であっても、十分に被処理水１０９を処理することができる。あるいは、液体処理装置１００の誘電体管１０１から排出される処理済の液体を、他の未処理の液体を接触させることによって、他の液体の中に含まれる菌および／又は化学物質と、処理済の液体の中に含まれるラジカルとを、接触させることができる。

［誘電体管による液体処理の効果］
次に、誘電体管１０１を備える液体処理装置である参考例Ｆを用いて液体を処理した場合と、誘電体管の替わりに処理槽を備える液体処理装置である参考例Ｇを用いて液体を処理した場合における、分解速度に関する実験結果について説明する。なお、実験は、それぞれの装置においてインディゴカーミン水溶液の液体処理を行うことにより、インディゴカーミン水溶液が分解されるまでの時間を測定した。

＜参考例Ｆ＞
上記参考例Ａと同様の液体処理装置が用いられた。すなわち、参考例Ｆの誘電体管１０１は、第１の流路１０１ａのみを備える。なお、気体供給部１０５から供給される気体供給量は、０．２リットル／ｍｉｎとした。
＜参考例Ｇ＞
参考例Ｇについて説明する。参考例Ｇは、参考例Ｆと比べて、誘電体管１０１より大きい容積を有する処理槽を備える点で異なる。参考例Ｇは、被処理水１０９で満たされた処理槽内に第１の電極１０２ａと第２の電極１０３を配置した構成を有していた。参考例Ｇの処理槽は、容積が０．２リットルであった。なお、参考例Ｇの他の構成及び条件は、参考例Ａの構成及び条件と同じであった。

図６は、参考例Ｆおよび参考例Ｇにおける、インディゴカーミン濃度の時間変化を示す。図６の縦軸は、インディゴカーミン濃度（ｐｐｍ）であり、横軸は時間（ｍｉｎ）である。また、図６の点線は参考例Ｇ、実線は参考例Ｆを示す。

図６に示すように、参考例Ｆの分解速度と参考例Ｇの分解速度とを比較すると、参考例Ｆの分解速度の方が速かった。これは、参考例Ｆでは、参考例Ｇに比べて、プラズマ１１２により生成されるＯＨラジカルと、水溶液中のインディゴカーミンとが接触しやすくなるためであると考えられる。詳細を以下に説明する。

まず、参考例Ｇについて説明する。参考例Ｇは、処理槽に入れた被処理水１０９を液体処理した。参考例Ｇは、処理槽内に満たされたインディゴカーミン水溶液中に気泡１１１を発生させ、その気泡１１１内にプラズマ１１２を発生させることにより、ＯＨラジカルを生成した。しかし、参考例Ｇは、処理槽内におけるＯＨラジカルとインディゴカーミンとの接触が、プラズマ１１２が発生する第１の電極１０２ａの近傍では起こりやすいが、それ以外の部分では起こりにくい構成であった。これは、参考例Ｇの場合、インディゴカーミン水溶液が処理槽内に滞留しており、生成されたＯＨラジカルが第１の電極１０２ａの近傍に留まっていたためと考えられる。したがって、参考例Ｇでは、処理槽内において、ＯＨラジカルとインディゴカーミンとの反応が起こりやすい部分と反応が起こりにくい部分があるために、効率良く被処理水１０９を処理できない場合があったと考えられる。

次に、参考例Ｆについて説明する。参考例Ｆは、内径５ｍｍの誘電体管１０１内にインディゴカーミン水溶液を流しながら液体処理を行った。参考例Ｆにおいて、誘電体管１０１内の流路のうち、第１の電極１０２ａより下流において、気泡１１１が多く存在した。したがって、参考例Ｆにおいて、第１の電極１０２ａよりも下流を流れるインディゴカーミン水溶液は、気泡１１１と接触し易くなったと考えられる。そのため、インディゴカーミン水溶液と気泡１１１との界面近傍において、ＯＨラジカルとインディゴカーミンとが接触したと考えられる。その結果、参考例Ｆでは、ＯＨラジカルとインディゴカーミンとの反応が起こり易くなり、参考例Ｇと比べて分解速度が速くなったと考えられる。

実施の形態１に係る液体処理装置１００は、上記参考例Ｆの誘電体管１０１に、さらに第２の流路１０１ｂが設けられている。したがって、実施の形態１に係る液体処理装置１００も、参考例Ｆと同様に、プラズマ１１２により効率良くＯＨラジカルを生成することができるとともに、ＯＨラジカルと被処理水１０９中の菌及び／又は化学物質等とを効率良く反応させて、短時間で被処理水１０９の処理をすることができる。

なお、図１に示される例において、第２の電極１０３が、第１の電極１０２ａに対して上流側に配置されている。また、第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内を被処理水１０９が流れる方向１３１に対して、第１の電極１０２ａの長手方向が直交するように、配置されている。このような配置によって、第１の電極１０２ａ付近で発生した気泡１１１は、第２の電極１０３に接触することがない。そのため、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間に電圧が印加された場合、安定して放電（グロー放電）を発生させることができる。その結果、このような第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置は、安定してプラズマ１１２を発生させることができる。また、図１に示される第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置によれば、第１の電極１０２ａの周辺に気泡１１１が滞留せずに、誘電体管１０１の下流側へ気泡１１１が流れていく。このため、プラズマ１１２が発生する時に生じる熱を効率良く放熱することができ、冷却に有利である。

なお、図１に示す例では、第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内を被処理水１０９が流れる方向１３１に対して、第１の電極１０２ａの長手方向が直交するように、配置されている。しかし、第１の電極１０２ａの配置は、これに限られない。例えば、第１の電極１０２ａは、被処理水１０９が流れる方向１３１に対して４５°などの角度で誘電体管１０１の第１の流路１０１ａに配置されてもよい。第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの周辺に気泡１１１が滞留しなければ、被処理水１０９が流れる方向１３１に対して任意の角度で配置することができる。

また、図１に示される例では、第２の電極１０３は、第２の電極１０３の長手方向が、誘電体管１０１内の被処理水１０９が流れる方向１３１と同じになるように配置されているが、第２の電極１０３の配置は、これに限定されない。例えば、第２の電極１０３は、第１の電極１０２ａに対して上流側に配置されていればよく、第２の電極１０３の配置される角度は、特に制限されない。

また、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との距離は、プラズマ１１２の発生する距離であればよく、例えば１０ｍｍであってもよい。

（実施の形態２）
実施の形態２に係る液体処理装置について説明する。

実施の形態２では実施の形態１と異なる部分のみを説明し、実施の形態１と同一の部分については説明を省略する。

図７は、実施の形態２に係る液体処理装置の電極ユニット１５０ｂの構成の一例を示す断面図である。図７に示すように、実施の形態２の電極ユニット１５０ｂは、第１の電極１０２ｂを覆うように配置された絶縁体２０６を備える。実施の形態２は、実施の形態１と比べて、第１の電極１０２ｂの形状、及び絶縁体２０６の配置が異なる。実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１と同じである。以下、実施の形態２の電極ユニット１５０ｂについて説明する。

［第１の電極を含む電極ユニット１５０ｂ］
図７に示すように、実施の形態２の電極ユニット１５０ｂは、第１の電極１０２ｂと、絶縁体２０６とを備える。第１の電極１０２ｂは、中空の筒状の金属材料から形成される。第１の電極１０２ｂは、例えば、内径が０．４ｍｍであり、外径が０．６ｍｍであってもよい。第１の電極１０２ｂは、先端に開口部２０７と、内部に空間２０８とを備える。また、絶縁体２０６は、第１の電極１０２ｂの外周面に接して配置されており、絶縁体２０６と第１の電極１０２ｂとの間に隙間は存在しない。第１の電極１０２ｂは、端面および内周面においてのみ金属が露出している。絶縁体２０６が隙間無く第１の電極１０２ｂの外周面に配置されることにより、第１の電極１０２ｂの外周面は被処理水１０９に直接接触しないようになっている。例えば、絶縁体２０６の厚さは０．１ｍｍであってもよい。

［動作（液体処理方法）］
実施の形態２に係る液体処理装置の動作、すなわち、実施の形態２に係る液体処理装置により実施される液体処理方法の一例について説明する。

誘電体管１０１内に処理する被処理水１０９を供給する。誘電体管１０１内に供給された被処理水１０９は、誘電体管１０１の上流（図１に示す矢印１３０）で第１の流路１０１ａ（図１に示す矢印１３１）と第２の流路１０１ｂ（図１に示す矢印１３２）とに分かれて流れる。第２の流路１０１ｂに流れた被処理水１０９は、第２の流路１０１ｂの形状に沿って流れ（図１に示す矢印１３３）、第１の流路１０１ａを流れる被処理水１０９と合流する（図１に示す矢印１３４）。そして、合流した被処理水１０９は、誘電体管１０１の下流（図１に示す矢印１３５）へ流れる。

気体供給部１０５が、第１の電極１０２ｂの空間２０８に、気体１１０を供給する。供給された気体１１０が、第１の電極１０２ｂの開口部２０７から誘電体管１０１の被処理水１０９中に放出されることにより、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内の被処理水１０９中に、気泡１１１が形成される。気泡１１１は、第１の電極１０２ｂの開口部２０７を、その内部の気体１１０で覆っている。気泡１１１は、第１の電極１０２ｂの開口部２０７から一定距離にわたって形成される。よって、実施の形態２において、第１の電極１０２ｂの開口部２０７は、気泡発生部としても機能する。気体供給部１０５から供給される気体１１０の量を調整することにより、第１の電極１０２ｂの開口部２０７の周辺、すなわち、第１の電極１０２ｂのうち金属が露出した端面が、気泡１１１内の気体で覆われた状態を得ることができる。第１の電極１０２ｂの端面を覆う気泡１１１は、気泡１１１内の気体１１０とその周囲の被処理水１０９とが接触する気−液界面だけでなく、気泡１１１内の気体１１０と絶縁体２０６とが接触する界面によっても規定される。すなわち、気泡１１１を規定する気−液界面は被処理水１０９中で「閉じて」いない。気泡１１１は、第１の電極１０２ｂの開口部２０７付近で、絶縁体２０６と接している。前述のとおり、第１の電極１０２ｂの外側表面において、導電体は、開口部２０７付近の端面においてのみ露出している。そのため、この端面を覆う気泡１１１を発生させることにより、気泡１１１と絶縁体２０６によって、第１の電極１０２ｂの外側表面は被処理水１０９から隔離される。また、第１の電極１０２ｂの内周面は、気泡１１１が形成されているときに、供給される気体１１０によって覆われているため、被処理水１０９に直接接触しない。

次に、第１の電極１０２ｂの導電体露出部分が気泡１１１で覆われた状態で、電源１０４が、第１の電極１０２ｂと第２の電極１０３との間に電圧を印加する。第１の電極１０２ｂと第２の電極１０３との間に電圧が印加されることにより、気泡１１１内で放電が起こり、第１の電極１０２ｂの近傍にプラズマが生成される。プラズマは気泡１１１の全体に広がるが、特に第１の電極１０２ｂの近傍で高濃度のプラズマ１１２が生成される。なお、第１の電極１０２ｂの中空部分の空間２０８においてもプラズマが生成されるため、先端のみならず電極全体を有効活用できる。

［効果］
実施の形態２に係る液体処理装置は、第１の電極１０２ｂを含む電極ユニット１５０ｂと、第１の電極１０２ｂの空間２０８に気体１１０を供給する気体供給部１０５とを備える。これにより、実施の形態２に係る液体処理装置は、第１の電極１０２ｂの開口部２０７から気泡１１１を発生させることができる。そして、実施の形態２に係る液体処理装置は、気泡１１１内で放電を起こし、プラズマ１１２を発生させることにより、長寿命のＯＨラジカルを生成することができる。したがって、実施の形態２においても気泡１１１内に効率良くプラズマ１１２を発生させることができ、短時間で被処理水１０９の処理をすることができる。

（参考例Ｈ）
参考例Ｈに係る液体処理装置１００ａについて説明する。

参考例Ｈでは実施の形態１及び２と異なる部分のみを説明し、実施の形態１及び２と同一の部分については説明を省略する。

図８は、参考例Ｈに係る液体処理装置１００ａの全体構成の一例を示す概略図である。なお、図８においては、電源１０４と気体供給部１０５を省略している。図８に示すように、参考例Ｈは、実施の形態１及び２と比べて、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内に第３の電極２０２と、第４の電極２０３とを備える点で異なる。参考例Ｈのその他の構成は、実施の形態１と同じである。以下、第３の電極２０２と第４の電極２０３について説明する。

＜第３の電極＞
第３の電極２０２は、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内に少なくとも一部が配置される。第３の電極２０２は、例えば、金属電極のみの構成であってもよい。また、第３の電極２０２を含む電極ユニットは、実施の形態１の電極ユニット１５０ａ、実施の形態２の電極ユニット１５０ｂなどであってもよい。また、参考例Ｈの第３の電極２０２は、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａ内に配置された第１の電極１０２の電極ユニット１５０ａと同じ構成であってもよいし、異なる構成であってもよい。

第３の電極２０２には、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂに気体を供給する気体供給部（図示せず）が接続されている。第３の電極２０２に接続される気体供給部は、第１の電極１０２と接続される気体供給部１０５であってもよい。すなわち、共通の気体供給部１０５が、第１の電極１０２と第３の電極２０２のそれぞれに気体を供給してもよい。また、参考例Ｈの液体処理装置１００ａは、気体供給部を複数備えてもよく、例えば、第１の電極１０２と接続される気体供給部１０５と、第３の電極２０２と接続される別の気体供給部を接続してもよい。

＜第４の電極＞
第４の電極２０３は、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内に少なくとも一部が配置される。例えば、第４の電極２０３は、直径１ｍｍの円柱形状を有し、タングステンから形成されてもよい。第４の電極２０３は、この形状、サイズ、材料に限定されない。また第４の電極２０３は、導電性の金属材料から形成されていればよい。例えば、第４の電極２０３は、第３の電極２０２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てもよい。また、第４の電極２０３は、第２の電極１０３と同じ構成であってもよい。

第３の電極２０２と第４の電極２０３との間には、電圧を印加する電源（図示せず）が接続されている。第３の電極２０２と第４の電極２０３との間に接続される電源は、第１の電極と第２の電極との間に接続されている電源１０４であってもよい。すなわち、共通の電源１０４が、第１の電極と第２の電極との間、および、第３の電極２０２と第４の電極２０３との間に、それぞれ電圧を印加してもよい。また、参考例Ｈの液体処理装置１００ａは、複数の電源を備えてよく、例えば、第１の電極と第２の電極との間に接続される電源１０４と、第３の電極２０２と第４の電極２０３との間に接続される別の電源を備えてもよい。

例えば、第３の電極２０２と第４の電極２０３との間の距離は、１０ｍｍであってもよい。第３の電極２０２と第４の電極２０３との距離は、プラズマが発生する距離であればよく、これに限定されるものではない。誘電体管１０１を備える液体処理装置１００ａは、被処理水が流れる流路が制限されるため、第３の電極２０２と第４の電極２０３との間の電気経路の抵抗値が高くなる傾向にある。このため、電極間の距離は流路を規定する誘電体管１０１の内径に応じて適宜設定されうる。例えば、第３の電極２０２と第４の電極２０３との間の距離は、誘電体管１０１における第２の流路１０１ｂの内径が５ｍｍの場合は５〜１５ｍｍの範囲であってもよい。

第４の電極２０３は、例えば、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内において、第３の電極２０２に対して上流側に配置される。このような配置により、参考例Ｈの液体処理装置１００ａは、効率良くプラズマを発生させることができる。

［効果］
参考例Ｈに係る液体処理装置１００ａは、誘電体管１０１の第２の流路１０１ｂ内に第３の電極２０２と第４の電極２０３とを備える。これにより、第２の流路１０１ｂ内においてもプラズマを発生させることができる。参考例Ｈに係る液体処理装置１００ａは、誘電体管１０１の第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂとで効率良くプラズマを発生させることにより、さらに短時間で液体を処理することが可能となる。また、参考例Ｈの液体処理装置１００ａは、容量の大きい液体を処理する場合に有益である。

なお、参考例Ｈの第３の電極２０２と第４の電極２０３は、第１の電極１０２と第２の電極１０３と並列するように配置される。参考例Ｈの第３の電極２０２と第４の電極２０３が、第１の電極１０２と第２の電極１０３の下流に直列して配置される場合、上流側の第１の電極１０２から発生した気泡１１１が下流側の第３の電極２０２に流れてくる構成となる。このような直列の構成の場合、上流側で発生した気泡１１１により、第３の電極２０２近傍でのプラズマの発生が阻害される。

図８に示される例では、誘電体管１０１に第１の流路１０１ａと第２の流路１０１ｂが設けられ、それぞれの流路に電極対が配置される構成としたが、例えば、誘電体管１０１にさらに第３の流路が設けられてもよい。さらに、この第３の流路内に第５の電極と第６の電極とが設けられてもよい。このように、液体処理装置１００ａは、誘電体管１０１内に複数の流路を備え、それぞれの流路に電極対が配置される構成であってもよい。液体処理装置１００ａは、複数の流路と複数の電極対を備えることにより、さらに容量の大きい液体を短時間で処理することが可能となる。なお、液体処理装置１００ａは、電極対の数に合わせて、複数の電源、及び／又は、複数の気体供給部を備えてもよい。

本開示の液体処理装置は、被処理水が流れる誘電体管内に、第１の電極と第２の電極が配置され、第１の電極に気体が供給され、第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加される構成を有している。この構成により、本開示の液体処理装置は、誘電体管内の被処理水中に気泡を発生させて、効率良くプラズマを発生させることができる。

したがって、本開示の液体処理装置は、プラズマにより生成されるＯＨラジカルによって、被処理水中の菌を効率良く除菌、及び／又は、被処理水中の化学物質を効率良く分解することができる。そのため、本開示の液体処理装置は、短時間で被処理水の処理をすることができる。

本開示の液体処理装置の誘電体管は、第１の電極及び第２の電極が配置される第１の流路と、第１の流路とは異なる第２の流路とを備えている。本開示の液体処理装置は、第１の流路内の圧力を減少させ、第１の流路内から気体供給部にかかる圧力を下げることができる。そのため、本開示の液体処理装置は、気体供給部から第１の流路内へ供給する気体の流量が、第１の流路内から気体供給部にかかる圧力によって減少してしまうことを、抑制することができる。その結果、本開示の液体処理装置は、効率良く液体の処理をすることが可能となる。したがって、本開示の液体処理装置は、例えば大流量の被処理水を処理する場合に有益である。また、本開示の液体処理装置は、第１の流路内から気体供給部にかかる圧力を下げることができるため、気体供給部に出力の小さい小型のポンプなどを用いることができる。以上のことから、本開示の液体処理装置は、液体の処理効率を向上させつつ、装置の小型化を実現することが可能である。

本開示の液体処理装置の電極ユニットは、上記に示された構成に限定されず、様々な構成が用いられうる。第１の電極を含む電極ユニットは、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可能な構成であればよい。

上記に示された第１の電極は、誘電体管内を液体が流れる方向に対して直交するように配置されているが、本開示の液体処理装置の第１の電極は、任意の角度で誘電体管に配置されてもよい。

本開示の液体処理装置の誘電体管は、第１の流路と第２の流路を備える構成である。本開示の液体処理装置の誘電体管は、さらに３つ以上の流路を備えてもよい。複数の流路には、それぞれ電極対、気体供給部、及び電源が設けられてもよい。また、複数の流路に備えられた複数の電極対は、それぞれ並列に配置される。このような構成により、本開示に係る液体処理装置は、容量の大きい液体を効率良く処理することができる。

本開示に係る液体処理装置及び液体処理方法は、例えば、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、養液循環装置、洗浄便座、浄水器、洗濯機、ポット、または空気清浄機などの液体処理装置の用途に有用である。

１００、１００ａ 液体処理装置
１０１ 誘電体管
１０１ａ 第１の流路
１０１ｂ 第２の流路
１０２、１０２ａ、１０２ｂ 第１の電極
１０３ 第２の電極
１０４ 電源
１０５ 気体供給部
１０６、２０６ 絶縁体
１０７、２０７ 開口部
１０８、２０８ 空間
１０９ 被処理水
１１０ 気体
１１１ 気泡
１１２ プラズマ
１２１ 保持ブロック
１２２ 金属電極部
１２３ 金属固定部
１２４ ネジ部
１２５ 貫通孔
１２６ ネジ部
１５０、１５０ａ、１５０ｂ 電極ユニット
２０２ 第３の電極
２０３ 第４の電極

Claims (8)

1. 被処理水が流れる流路を規定する誘電体管であって、前記流路は、上流で少なくとも第１の流路と第２の流路とに分流し、下流で少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが合流する誘電体管を備えた液体処理装置であって、
   前記第１の流路は、
   前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、
   前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第２の電極とを備え、
   前記第１の流路に接続して、前記第１の流路内を流れる前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する第１の気体供給部が配置されており、
   前記第２の流路は、プラズマ放電させるための電極を備えておらず、かつ、気体を供給する気体供給手段が接続されておらず、
   前記液体処理装置は、さらに、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によって、前記気泡内で放電させてプラズマを発生させる、第１の電源を備えている、
   液体処理装置。
2. 前記第２の電極は、前記第１の電極より上流に配置される、
   請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記第１の電極の周囲に空間を形成するように配置された絶縁体であって、前記誘電体管の前記第１の流路と前記空間を連通するように設けられた開口部を有する絶縁体をさらに備え、
   前記第１の気体供給部は、前記空間に前記気体を供給することによって、前記絶縁体の前記開口部から前記第１の流路内の前記被処理水中に前記気泡を発生させる、
   請求項１または２に記載の液体処理装置。
4. 前記第１の電極は、前記誘電体管の前記第１の流路内に配置される金属電極部と、前記第１の電極を固定するとともに前記電源と接続される金属固定部と、
   を備え、
   前記金属電極部と前記金属固定部とは、異なる材料で形成される、
   請求項３に記載の液体処理装置。
5. 前記金属固定部は、前記第１の気体供給部から前記空間へ前記気体を供給する貫通孔を有する、
   請求項４に記載の液体処理装置。
6. 前記第１の電極の外周面に接して配置される絶縁体をさらに備え、
   前記第１の電極は、開口部と、前記開口部に連通する中空の空間と、を有する筒状であり、
   前記第１の気体供給部は、前記空間に前記気体を供給することによって、前記第１の電極の前記開口部から前記第１の流路内の前記被処理水中に前記気泡を発生させる、
   前記１または２に記載の液体処理装置。
7. 前記気体供給部は、前記誘電体管の前記第１の流路内に位置する前記第１の電極の表面のうち少なくとも導電体が露出している表面が、前記気泡内に位置するように、前記被処理水中に前記気泡を発生させる、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の液体処理装置。
8. 上流で少なくとも第１の流路と第２の流路とに分流し、下流で少なくとも前記第１の流路と前記第２の流路とが合流する流路を規定する誘電体管であって、前記第１の流路には、気体を供給する手段、および、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第１の流路内に少なくとも一部が配置される第２の電極を有し、前記第２の流路には、気体を供給する手段およびプラズマ放電させるための電極は有さない、誘電体管を準備する工程と、
   前記誘電体管の上流から下流に被処理水を流す工程と、
   前記第１の流路内の前記被処理水中に気泡を発生させるための気体を供給する工程と、
   前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、前記気泡内で放電させて、プラズマを発生させる工程と、
   を含む、液体処理方法。

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