JP6097942B2 - 液体処理装置及び液体処理方法 - Google Patents

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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、Ｏ２ -、Ｏ-、Ｈ２Ｏ２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、被処理水が流れる誘電体管と、前記誘電体管内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記誘電体管内であって前記第１の電極より上流に少なくとも一部が配置される第２の電極と、前記第１の電極の導電体露出部を覆う気泡を発生させるための気体を供給する気体供給部と、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、第１の電極と第２の電極の配置の検討例１を示す概略図である。 図４は、第１の電極と第２の電極の配置の検討例２を示す概略図である。 図５は、第１の電極と第２の電極の配置の検討例３を示す概略図である。 図６は、本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の実施例と、参考例とにおける、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。
本開示の一態様（ａｓｐｅｃｔ）に係る液体処理装置は、被処理水が流れる誘電体管と、前記誘電体管内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記誘電体管内であって前記第１の電極より上流に少なくとも一部が配置される第２の電極と、前記被処理水中に気体を供給して気泡を発生させる気体供給部と、前記気泡が前記第１の電極の導電体露出部分を覆った状態で、前記第１の電極と前記第１の電極よりも上流側に位置する前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、を備える。
このような構成により、本開示の液体処理装置は、液体（被処理水）の処理効率を向上させることができ、短時間で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、誘電体管を用いて液体の処理を行うため、装置の小型化を実現することができる。
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、前記電源は、前記気泡が前記第１の電極の前記導電体露出部分を覆い、かつ、前記第２の電極に接触していない状態で、前記電圧を印加するとしてもよい。
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の電極の長手方向は、前記誘電体管内において前記被処理水が前記第２の電極から前記第１の電極に向かって流れる方向と交わってもよい。
これにより、液体処理装置は、第１の電極付近で発生した気泡が、上流から流れてきた被処理水によって、第１の電極付近に滞留させられることを、抑制できる。これにより、液体の処理効率の向上、および、処理時間の短縮が可能になる。
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、被処理水中の第１の電極の導電体露出部を覆う気泡内でプラズマを発生させ、効率良くラジカルを生成できる。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、前記誘電体管は、前記被処理水が第２の電極から第１の電極に向かって流れ、かつ、前記被処理水及び前記気泡が前記第１の電極から下流に向かって流れる流路を規定してもよい。
これにより、第１の電極付近で生成されたラジカルが、第１の電極よりも下流の部分で、被処理水と接触することができる。これにより、液体の処理効率の向上、および、処理時間の短縮が可能になる。
本開示の一態様に係る液体処理装置は、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、効率良くラジカルを発生させることができる。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の電極は、前記誘電体管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できる。
本開示の一態様に係る液体処理装置は、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の電極の開口部から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できる。
本開示の一態様に係る液体処理方法は、誘電体管と、前記誘電体管内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記誘電体管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、前記誘電体管内に、前記第２の電極が前記第１の電極よりも上流となる向きに被処理水を流す工程と、前記被処理水中に気体を供給して気泡を発生させる工程と、前記気泡が前記第１の電極の導電体露出部分を覆った状態で、前記第１の電極と前記第１の電極よりも上流側に位置する前記第２の電極との間に電圧を印加する工程と、を含む。
本開示の液体処理方法は、液体（被処理水）の処理効率を向上させることができ、誘電体管内を流れる液体（被処理水）を短時間で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、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、被処理水中の第１の電極の導電体露出部を覆う気泡内でプラズマを発生させ、効率良くラジカルを生成できる。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。
本開示の一態様に係る液体処理装置において、例えば、前記電圧を印加する工程において、前記気泡が前記第１の電極の前記導電体露出部分を覆い、かつ、前記第２の電極に接していない状態で、前記電圧を印加するとしてもよい。
（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見出し、本開示に至った。このような構成により、本開示の液体処理装置は、短時間で液体の処理を行うことができるとともに、装置の小型化を実現することができる。
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内に気体１１０を供給する気体供給部１０５が接続されている。供給された気体１１０は、第１の電極１０２を覆う気泡１１１を形成する。
［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１０６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＞
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、耐熱性を有する材料であればよい。実施の形態１では、図１に示すように、被処理水（液体）１０９が誘電体管１０１内を上流側（矢印１３０）から下流側（矢印１３１）に向かって流れる。
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。
＜第１の電極＞
第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１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、特性が安定化した第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を金属固定部１２３の重力方向における下側に設けることにより、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、気体供給部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。
別の言い方をすれば、図１に示されるように、第１の電極１０２ａの長手方向は、誘電体管１０１内において、被処理水１０９が第２の電極１０３から第１の電極１０２ａに向かって流れる方向と交わってもよい。この配置により、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。なお、第１の電極１０２ａの長手方向と、被処理水１０９の流れる方向とは、ベクトルとして交わっていればよい。例えば、第１の電極１０２ａの一端は、流路中に実際に突出していてもよいし、突出していなくてもよい。
＜第２の電極＞
第２の電極１０３は、誘電体管１０１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１５以下の範囲であってもよい。
第２の電極１０３は、誘電体管１０１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。
＜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Ｏ２等が用いられる。実施の形態１において、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に示される例では、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。
なお、気体供給部１０５は、例えば、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる流路に対して、重力方向の下側から気体を供給してもよい。
＜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、「または金属電極部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内を上流側（図１に示す矢印１３０）から下流側（図１に示す矢印１３１）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、被処理水１０９中に、前述したように、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、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、実施の形態１に係る液体処理装置１００によれば、約５分の寿命を有するＯＨラジカルを生成できることを確認している。
［第１の電極および第２の電極の配置と効果の関係］
実施の形態１の液体処理装置１００における、第１の電極及び第２の電極の配置と、効果との関係について説明する。実施の形態１では、第２の電極１０３は、誘電体管１０１内において、第１の電極１０２ａに対して上流側に配置される。また、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との電極間距離は、例えば、１０ｍｍであってもよい。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。
第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置が、図１に示される配置と異なる場合について、検討例１〜３を参照しながら説明する。図３は、検討例１における第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置を示す図である。図４は、検討例２における第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置を示す図である。図５は、検討例３における第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置を示す図である。
なお、検討例１〜３は、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置を除いて、次の構成及び条件が用いられた。
＜検討例１〜３に共通する条件＞
検討例１〜３は、電極ユニット１５０ａと第２電極１０３と誘電体管１０１の形状を除いて、図１に示される全体構成と類似の構造を備えていた。検討例１〜３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。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であった。
＜検討例１＞
図３に示す検討例１について説明する。図３に示すように、検討例１の第２の電極１０３は、誘電体管１０１内において、第１の電極１０２ａに対して下流側に配置された。検討例１の第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３２に対して、第１の電極１０２ａの長手方向が直交するように、配置された。検討例１の第２の電極１０３は、第２の電極１０３の長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３２と同じになるように配置された。
上記の構成の検討例１において、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１は、被処理水１０９が流れる方向１３３に沿って流れた。すなわち、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１は、第２の電極１０３に向かって流れた。つまり、検討例１は、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間の電流経路に気泡１１１が存在した。そのため、気泡１１１が第１の電極１０２ａと第２の電極１０３とを同時に覆った状態が発生する場合があった。この状態において、電源１０４によって第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、気泡内１１１の両電極間でアーク放電が生じた。したがって、検討例１の第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置は、プラズマ１１２を安定して発生させることができなかった。
上述の通り、実施の形態１および検討例１〜３において、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。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。
＜検討例２＞
図４に示す検討例２について説明する。図４に示すように、検討例２の第２の電極１０３は、第１の電極１０２ａに対して上流側に配置された。検討例２の第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３３と同じになるように配置された。すなわち、検討例２の第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、被処理水１０９が第２の電極１０３から第１の電極１０２ａに向かって流れる方向１３３と同じになるように、配置された。また、検討例２の第１の電極１０２ａは、誘電体管１０１の下流に配置された。検討例２の第２の電極１０３は、第２の電極１０３の長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３３に直交するように、配置された。
上記の構成の検討例２において、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１は、誘電体管１０１内を流れる被処理水１０９によって、被処理水１０９の流れる方向１３３に押し戻された。そのため、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１は、第１の電極１０２ａの周辺に滞留した。その結果、検討例２は、電源１０４によって第１の電極１０２ａと第２の電極１０３との間に電圧が印加されても、放電が安定しなかった。したがって、検討例２は、安定してプラズマ１１２を発生させることができなかった。また、検討例２は、プラズマ１１２が発生する第１の電極１０２ａの周辺に気泡１１１が滞留するため、プラズマ１１２が発生したときに生じる熱が放熱されにくかった。
＜検討例３＞
図５に示す検討例３について説明する。図５に示すように、検討例３の第１の電極１０２ａは、第２の電極１０３と対向して配置された。検討例３の第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３４と直交するように、配置された。また、検討例３の第２の電極１０３は、第２の電極１０３の長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３４と直交するように、配置された。検討例３の第２の電極１０３は、第１の電極１０２ａと対向するように配置された。
上記の構成の検討例３において、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１が、第１の電極１０２ａと第２の電極１０３とを同時に覆う状態が発生した。そのため、検討例３において、電源１０４によって第１の電極１０２と第２の電極１０３との間に電圧が印加されたときに、アーク放電が生じた。したがって、検討例３は、安定してプラズマ１１２を発生させることができなかった。
以上のように、検討例１〜３における第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置は、被処理水１０９中の気泡１１１に安定して放電させることができず、プラズマ１１２を安定して発生させることができなかった。さらに、検討例２は、プラズマ１１２が発生するときに生じる熱を効率良く放熱することができず、冷却に不利な構成であった。
＜実施例＞
図１に示される液体処理装置１００の実施例について、検討を行った。実施例は、図１に示される全体構成と共通の構造を備え、図２に示される電極ユニット１５０ａを有する。電極ユニット１５０ａと第２電極１０３と誘電体管１０１の形状を除いて、検討例１〜３と同様の条件とした。
図１に示される液体処理装置１００の実施例において、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た。また、第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３１に対して直交するように、配置されていた。そのため、図１に示される液体処理装置１００は、第１の電極１０２から発生した気泡１１１が第２の電極１０３に接触することがなかった。そのため、液体処理装置１００は、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に、安定した放電（グロー放電）を発生させることができた。その結果、液体処理装置１００における第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た。また、液体処理装置１００における第１の電極１０２ａと第２の電極１０３の配置の場合、第１の電極１０２ａから発生した気泡１１１が、第１の電極１０２ａの周辺に滞留せずに、誘電体管１０１の下流側へ流れた。そのため、プラズマ１１２が発生する時に生じる熱を効率良く放熱でき、冷却できた。
なお、図１に示す液体処理装置１００において、第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３１に対して直交するように配置されている。しかし、実施の形態１に係る液体処理装置において、第１の電極の向きは、これに限られない。例えば、第１の電極１０２ａは、第１の電極１０２ａの長手方向が、被処理水１０９の流れる方向１３１に対して例えば４５°などの角度となるように、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の流れる方向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に示す液体処理装置１００において、第２の電極１０３は、第２の電極１０３の長手方向が、誘電体管１０１内を被処理水１０９が流れる方向１３１と同じになるように配置されている。しかし、実施の形態１に係る液体処理装置において、第２の電極の向きは、これに限定されない。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の配置される向きは、特に制限されない。
また、実施の形態１において、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い。
［誘電体管による液体処理の効果］
実施の形態１に係る液体処理装置１００における、液体処理の速度について説明する。ここでは、誘電体管１０１を備える液体処理装置１００の実施例を用いて液体を処理した場合と、誘電体管１０１の替わりに処理槽を備える液体処理装置の参考例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。
＜実施例＞
液体処理装置の実施例は、図１に示される全体構成と共通の構造を備え、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。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であった。
＜参考例＞
参考例について説明する。参考例は、実施例と比べて、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。参考例の処理槽は、容積が０．２リットルであった。なお、参考例の他の構成及び条件は、実施例の構成及び条件と同じであった。
図６は、実施例及び参考例の液体処理装置が、インディゴカーミン水溶液を処理した場合における、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、実線は実施例を示す。
図６に示すように、参考例の分解速度と実施例の分解速度とを比較すると、実施例の分解速度の方が速いことがわかった。これは、実施例が、参考例と比べて、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いためである。詳細を以下に説明する。
まず、参考例について説明する。参考例は、処理槽に入れた被処理水１０９を液体処理した。参考例は、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、参考例において、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は、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く、それ以外の部分では、起こりにくかった。したがって、参考例では、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。
次に、実施例について説明する。実施例は、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。実施例において、誘電体管１０１内の流路のうち、第１の電極１０２ａよりも下流において、気泡１１１が多く存在した。したがって、実施例において、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と接触しやすくなった。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、実施例は、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くなり、参考例と比べて分解速度が速くなったと考えられる。
以上のように、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、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。また、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、例えばＯＨラジカルと被処理水１０９中の菌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。
（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内を上流側（図１に示す矢印１３０）から下流側（図１に示す矢印１３１）へ流れる。
気体供給部１０５により、第１の電極１０２ｂの空間２０８に、気体１１０が供給される。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−液界面が液体中だけでなく、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。
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の電極とが配置される。第２の電極は、第１の電極に対して上流側に配置される。第１の電極には、気体を供給する気体供給部が接続されている。液体処理装置は、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備える。これらの構成により、本開示の液体処理装置は、気体供給部から第１の電極付近に気体を供給し、第１の電極の導電体露出部を覆う気泡を発生させることができる。そのため、本開示の液体処理装置は、電源によって第１の電極と第２の電極との間に電圧が印加されると、誘電体管内の被処理水中に発生した気泡内で、プラズマを効率良く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等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（液体）の処理をすることができる。
本開示の液体処理装置は、誘電体管内で被処理水を流しながら処理することができるため、従来の処理槽を備える液体処理装置と比べて、装置の小型化が実現できる。
本開示の液体処理装置の電極ユニットは、上記で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。
上記で示された第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。例えば、第１の電極は、誘電体管内を液体が流れる方向に対して、第１の電極の長手方向が非平行となるように配置されていてもよい。
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 液体処理装置
１０１ 誘電体管
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

Claims (8)

  1. 被処理水が流れる誘電体管と、
    前記誘電体管内にそれぞれ少なくとも一部が配置される第１の電極および第２の電極を含む電極対と、
    前記被処理水中に気体を供給して気泡を発生させる気体供給部と、
    前記電極対に電圧を印加する電源と、を備え、
    前記第２の電極の前記誘電体管内に配置される部分は、前記誘電体管内において、前記第１の電極の前記誘電体管内に配置される部分よりも上流に配置され、
    前記気泡が前記第１の電極の導電体露出部分を覆い、かつ、前記第２の電極に接触していない状態で、前記電源は、前記電圧を印加することで、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差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、水処理装置。
  2. 前記第１の電極の長手方向は、前記誘電体管内において前記被処理水が前記第２の電極から前記第１の電極に向かって流れる方向と交わる、
    請求項１に記載の水処理装置。
  3. 前記誘電体管は、前記被処理水が第２の電極から第１の電極に向かって流れ、かつ、前記被処理水及び前記気泡が前記第１の電極から下流に向かって流れる流路を規定する、
    請求項１または２に記載の水処理装置。
  4. 前記誘電体管内において、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被処理水中に前記気泡を発生させる、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理装置。
  5. 前記第１の電極は、前記誘電体管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４に記載の水処理装置。
  6. 前記金属固定部は、前記気体供給部から前記空間へ気体を供給する貫通孔を有する、
    請求項５に記載の水処理装置。
  7. 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の電極の開口部から前記被処理水中に前記気泡を発生させる、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の水処理装置。
  8. 誘電体管と、前記誘電体管内にそれぞれ少なくとも一部が配置される第１の電極および第２の電極を含む電極対と、を準備する工程と、
    前記誘電体管内に、前記第２の電極の前記誘電体管内に配置される部分が前記第１の電極の前記誘電体管内に配置される部分よりも上流となる向きに被処理水を流す工程と、
    前記被処理水中に気体を供給して気泡を発生させる工程と、
    前記気泡が前記第１の電極の導電体露出部分を覆い、かつ、前記第２の電極に接触していない状態で、前記電極対に電圧を印加して、前記第１の電極と前記第２の電極との間の電位差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工程と、
    を含む、水処理方法。
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Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5884065B2 (ja) 2013-11-18 2016-03-15 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 液体処理ユニット、洗浄便座、洗濯機および液体処理装置
CN104649378B (zh) * 2013-11-18 2018-12-07 松下知识产权经营株式会社 液体处理装置及液体处理方法
US11279633B2 (en) * 2014-09-15 2022-03-22 Onvector Llc System and method for plasma discharge in liquid
JP6895636B2 (ja) * 2016-05-13 2021-06-30 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 液体処理装置
US10562797B2 (en) 2017-03-08 2020-02-18 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Liquid treatment apparatus including flow channel, first and second electrodes, insulator surrounding lateral surface of first electrode, gas supply device, and power supply source
GB2576477B (en) * 2018-05-01 2022-02-16 Creo Medical Ltd Apparatus for treating urinary tract infections
KR102619877B1 (ko) 2019-09-11 2024-01-03 삼성전자주식회사 기판 처리 장치
GB2590083A (en) * 2019-12-04 2021-06-23 Ananda Shakti Tech Ltd Plasma generator
TWI760857B (zh) * 2020-09-23 2022-04-11 逢甲大學 電漿氣霧裝置
CN113925431B (zh) * 2021-11-12 2024-03-12 珠海格力电器股份有限公司 一种消毒水发生装置和洗碗机

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5464513A (en) 1994-01-11 1995-11-07 Scientific Utilization, Inc. Method and apparatus for water decontamination using electrical discharge
WO1997023285A1 (en) * 1995-12-21 1997-07-03 Philips Electronics N.V. Method and device for treating an aqueous solution
KR100223884B1 (ko) * 1997-07-10 1999-10-15 이종수 플라즈마 리액터와 이를 이용한 수처리 방법 및 장치
GB9805419D0 (en) * 1998-03-14 1998-05-06 Advanced Laser Optics Technolo Treatment of liquids
JP4041224B2 (ja) 1998-09-25 2008-01-30 正之 佐藤 液体処理方法及び液体処理装置
US6390638B1 (en) * 2000-02-10 2002-05-21 Ide, Inc. Bulb wrap using expanded polytetrafluoroethylene
US6749759B2 (en) * 2002-07-12 2004-06-15 Wisconsin Alumni Research Foundation Method for disinfecting a dense fluid medium in a dense medium plasma reactor
JP2005058887A (ja) * 2003-08-11 2005-03-10 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 高電圧パルスを利用した廃水処理装置
JP5295485B2 (ja) * 2006-02-01 2013-09-18 株式会社栗田製作所 液中プラズマ型被処理液浄化方法及び液中プラズマ型被処理液浄化装置
CN101702901A (zh) * 2007-04-10 2010-05-05 株式会社21世纪造船 水下等离子体处理设备和利用其处理船只压舱水的系统和方法
JP2008307524A (ja) * 2007-05-14 2008-12-25 Sanyo Electric Co Ltd 水処理装置
JP4784624B2 (ja) 2007-12-20 2011-10-05 三菱電機株式会社 殺菌装置とその装置を用いた空調機、手乾燥機及び加湿器
CN201447384U (zh) * 2009-05-22 2010-05-05 南京大学 一种电极式介质阻挡放电水处理装置
EP2692694B1 (en) 2011-03-29 2016-10-26 Obshchestvo S Ogranichennoy Otvetstvennostyu «Plazma-Pro» Device for removing organic and chemical microbic pollutants from water
EP2711342A4 (en) * 2011-05-17 2014-04-09 Panasonic Corp PLASMA GENERATION DEVICE AND METHOD FOR PLASMA PROCESSING
EP2799401B1 (en) * 2011-12-29 2017-09-06 Daikin Industries, Ltd. Method of operating a purifying device

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