JP6587159B2 - 液体処理装置 - Google Patents

Description

本発明は、液体を電気化学的に処理する液体処理装置に関する。より詳細には、本発明は、液体中でプラズマを発生させ、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線及びラジカルなどによる分解及び殺菌作用とを同時に起こして、液体を処理する液体処理装置に関する。

図１７に、従来の液体処理装置の例を示す。液体８０３（例えば、水）の中に、第１電極８０１および第２電極８０２を配置し、パルス電源８０４から両電極８０１，８０２間に高電圧パルスを印加して液体８０３を気化させ、プラズマ８０５を発生させる。このとき、プラズマが液体８０３に直接触れることで、液体８０３中に含まれる汚濁物質等が分解処理される。同時に、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）及び過酸化水素等の酸化力を持つ成分が生成され、それらの成分が液体８０３中に含まれる汚濁物質等と反応することでも、分解処理が進展する。液体８０３中にプラズマが発生することにより生成されるラジカルの中でも、特にＯＨラジカルは高い酸化力を有することが知られており、液体８０３中に溶解している難分解性有機化合物を分解処理することが可能である。

しかしながら、上記従来の液体処理装置の場合、液体を気化させるために高い印加電圧が必要なだけでなく、プラズマの発生効率が低く、液体を処理するのに長時間を要するという問題があった。

そこで、印加電圧を低くしつつプラズマの発生効率を向上させるために、両電極間に外部より導入した気体を介在させるようにした液体処理装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の液体処理装置（図１８）では、アノード電極９０１とカソード電極９０２との間に被処理液９０３とともに気体９０４（例えば、酸素）を介在させた上で、両電極９０１，９０２間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加により、気体９０４内にプラズマが発生し、処理液９０３との接触面で分解処理が進展する。特許文献１に記載の液体処理装置によれば、気体を介在させない場合よりも印加電圧を低減させることができ、かつ、プラズマを効率良く発生させて液体の処理を行うことができる。

特開２０１３−１１９０４３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の液体処理装置では、導入した液体により旋回流を発生させ、外部から導入する気体を回転中心に保持する機能があるが、二つの電極は旋回軸上もしくは気体の流れに沿わないように配置構成されているため、導入する気体の気流を二つの電極で乱すことになり、安定した放電を阻害するという課題が発生する。

本発明は、このような点に鑑み、プラズマを安定して発生させて液体を効率的に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させることができる、液体処理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の１つの態様にかかる液体処理装置は、
断面形状が円形である筒状の処理槽と、
前記処理槽の中心軸上の一端側の壁面に貫通穴を介して連結された空間を有する絶縁性の空間形成部材と、
前記空間と接して配置される第１電極と、
前記処理槽の他端側に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
前記処理槽の前記円形筒状の接線方向から液体を導入することにより前記液体を前記処理槽内で旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口とを備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に前記電源から前記電圧を印加することにより、前記空間と前記貫通穴とに到達する前記気相にプラズマを発生させて、前記液体を処理液として生成する。

本発明の前記態様にかかる液体処理装置によれば、処理槽内の旋回流中で液体を気化させて気相を生成し、生成した気相にパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。このため、電圧印加により液体を気化させる必要がないために、少ない電力でプラズマを発生させることができ、液体の処理を効率良く、迅速に行うことができるとともに、電極は旋回流及び気相の中に突出することはないので、旋回流及び気相は安定して生成できるので、プラズマを安定して発生させて液体を効率的に処理できるとともに、プラズマを長時間安定して発生させる

本発明の実施形態１にかかる液体処理装置の構成を示す側面断面図 装置本体１０の側面断面図 図２の３―３線における断面図 処理槽１２の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加していない状態を示す側面断面図 図４の５―５線における旋回流や気相の様子を示す断面図 処理槽１２の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加している状態を示す側面断面図 第１の電極の配置、太さが異なる場合の実施例を示す側面断面図 第１の電極からの電気力線を示す側面断面図 第１の電極からの電気力線を示す側面断面図 空間の変形例の形状を示す側面断面図 第１の電極のその他の変形例を示す側面断面図 第１の電極と空間とのその他の変形例を示す側面断面図 第１の電極と空間とのその他の変形例を示す側面断面図 第１の電極を回転させる機構の変形例を示す側面断面図 第１の電極を帯状に形成して引き出す機構の変形例を示す側面断面図 第１の電極を放熱及び冷却させる機構を付加した変形例を示す側面断面図 第２の電極の設置例を示す側面断面図 従来の液体処理装置の断面図 気体導入装置を備える従来の液体処理装置の断面図

［実施形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る液体処理装置を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［全体構成］
まず、液体処理装置１００の全体構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１にかかる液体処理装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは液体処理装置１００の前方向を示し、矢印Ｂは後方向を示す。矢印Ｕは上方向を示し、矢印Ｄは下方向を示す。矢印Ｒは後方向から見て右方向、矢印Ｌは後方向から見て左方向を示す。

図１に示す液体処理装置１００は、貯留槽９０に接続されている状態を示している。液体処理装置１００は、液体中で放電することによって液体を処理する。本実施形態では、汚濁物質が溶解した水溶液を処理する場合について説明する。貯留槽９０には、液体処理装置１００で処理された処理液が貯溜される。

液体処理装置１００は、少なくとも、処理槽１２と、第１電極３０と、第２電極３１と、電源６０とを備えている。より具体的には、液体処理装置１００は、装置本体１０、液体供給部５０、および電源６０を備えている。装置本体１０は、処理槽１２、液体導入口の一例として機能する導入部１５、排出部１７、第１電極３０、および第２電極３１を備えている。

処理槽１２は、内部に導入された液体（例えば、水）を処理している部分である。処理槽１２の正面断面形状は円形である。処理槽１２は、処理槽１２の液体Ｌ１の旋回軸Ｘ１沿いの一端側が断面形状が円形である円柱状の処理室を有している。処理槽１２の一端には導入部１５が配置され、処理槽１２の他端には排出部１７が配置されている。導入部１５は、処理槽１２に液体Ｌ１を処理槽１２の中心軸Ｘ１と直交する円形の断面形状の接線方向から液体を導入する。導入部１５は、配管５１を介して液体供給部５０に連通している。排出部１７は、処理槽１２で処理された処理液Ｌ２を処理槽１２から排出させる。本実施形態では、排出部１７は、貯留槽９０の取り入れ口９１に接続されている。排出部１７から排出された処理液は、貯留槽９０に貯溜される。処理槽１２の材質は絶縁体でもよいし、導体でもよい。導体の場合には、各電極３０，３１との間に絶縁体を介在する必要がある。

第１電極３０は、板状、たとえは円板状であり、処理槽１２の排出部１７が形成された壁面と対向する壁面側に例えば絶縁板で構成される絶縁体５３を介して配置されている。絶縁体５３は、絶縁性の空間形成部材の一例として機能する。第２電極３１は、排出部１７の近傍に配置されている。一例として、図１では、第２電極３１は、処理槽１２の排出部１７が形成された壁面の外側、具体的には、貯留槽９０内の内壁面に固定されている。第１電極３０は、電源６０が接続されており、第２電極３１は接地されている。第１電極３０および第２電極３１には、電源６０により高電圧のパルス電圧が印加される。

液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に液体（例えば、水）を供給するポンプである。液体供給部５０は、配管５１に接続されている。配管５１の一端は導入部１５に接続されており、配管５１の他端は図示しない液体供給源（例えば、水タンク８０又は水道）又は貯留槽９０の処理液を含んだ貯留水を循環できる形に接続されている（図１の一点鎖線の循環用配管８１などを参照）。

電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。電源６０は、正のパルス電圧と負のパルス電圧を交互に印加する、いわゆるバイポーラーパルス電圧を印加することができる。

［装置本体］
次に、装置本体１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１０の側面断面図である。

処理槽１２は、第１内壁２１、第２内壁２２、および第３内壁２３を有している。第１内壁２１は、筒状の壁部である。第２内壁２２は、第１内壁２１の第１端部例えば図２の左端部に設けられている。第３内壁２３は、第１内壁２１の第２端部例えば図２の右端部に設けられている。第２内壁２２および第３内壁２３は、側面視では略円形である。第１内壁２１、第２内壁２２、および第３内壁２３により、処理槽１２の内部には、略円柱状の収容空間８３が構成されている。第１内壁２１の中心軸、つまり、処理槽１２の内部に構成される略円柱状の収容空間８３の仮想の中心軸を軸Ｘ１とする。

第２内壁２２には、絶縁体５３を介して第１電極３０が支持されている。言い換えれば、第２内壁２２は、処理槽１２の一端に固定された円板状の絶縁体５３の内壁で構成されている。第１電極３０は板状であり、絶縁体５３の外側の壁面の中央部に固定されて、絶縁体５３を挟んで処理槽１２に隣接して配置されている。絶縁体５３には電極対向空間６と貫通穴７が設けられており、貫通穴７の中心は第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。

導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端が第１内壁２１に形成されている。導入部１５は、側面視では、第２内壁２２に隣接した位置に配置されている。また、図３は、図２の３―３線における断面図である。導入部１５は、第１内壁２１の壁面に配置されている。

排出部１７は、第３内壁２３の例えば中央部を貫通している。排出部１７は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。

第２電極３１は、板状の金属部材であり、中央部に開口部３１１が形成されている。開口部３１１は円形であり、その中心が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。

［動作］
次に、液体処理装置１００の動作について説明する。以下では、説明の便宜上、処理槽１２の内部に気相Ｇを発生させる状態（図４）と、気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図６）とを別図に分けて説明する。図４は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加していない状態を示す側面断面図である。

まず、図４に示すように、水道水からポンプ５０などを介するか、又は、ポンプ５０で貯留槽９０の液体Ｌ１を吸い込んで、導入部１５から処理槽１２に液体（例えば、水）Ｌ１が所定の圧力で導入されると、液体Ｌ１は、第１内壁２１に沿って旋回流Ｆ１を発生させながら導入部１５から図４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４の右方に移動した旋回流Ｆ１は、排出部１７に向けて移動する。

旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、液体Ｌ１の一部が気化して気相Ｇが、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。気相Ｇは、旋回中心付近、具体的には、中心軸Ｘ１と一致して第２内壁２２である絶縁板５３の右端部３０１から第１内壁２１の中心軸Ｘ１に沿って、第３内壁２３の左端まで発生する。

絶縁板５３の右端部３０１の、絶縁板５３の中央には、貫通穴７が第１電極３０の近傍まで到達するように設けられている。貫通穴７の第１電極３０の近傍には、貫通穴７よりも内径が大きい例えば円柱状の空間６が、貫通穴７に連通して形成されて、第１電極３０に対向するように配置されている。この空間６は、貫通穴７とを通して気相Ｇに連通しているので、旋回流Ｆ１により気相Ｇが生成されると同時に、空間６および貫通穴７に存在した液体は、貫通穴７を通じて処理槽１２側に吸い出されて排出され、空間６および貫通穴７には、気相Ｇと同じ圧力で同じ気体成分の気体で満たされて、第１電極３０の空間６に対する対向面が気体に接触することになる。

気相Ｇは、接している旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回している。旋回している気相Ｇは、排出部１７の近傍で貯留槽９０内の液体の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、排出部１７から、排出部１７に接続された取り入れ口９１を介して貯留槽９０に拡散される。

図５は、図４の５―５線における断面図である。導入部１５は、第１内壁２１の壁面に配置され、旋回流Ｆ１が第１内壁２１に沿って発生する様子を示している。この旋回流Ｆ１によって、中心軸Ｘ１の回りに気相Ｇが生成することになる。すなわち、図４で説明したように、導入部１５から処理槽１２に液体Ｌ１が所定の圧力で導入されると、液体Ｌ１は、第１内壁２１に沿った図５の右回りの旋回流Ｆ１を発生させる。液体Ｌ１が処理槽１２の内部で旋回することで、旋回流Ｆ１の中心付近、つまり第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近において液体Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇが生成される。

図６は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、パルス電圧を印加した状態を示す側面断面図である。図６に示すように、液体Ｌ１が気化した気相Ｇが第２内壁２２から第３内壁２３まで発生している状態で、電源６０により、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。第１電極３０と第２電極３１とは、高電圧のパルス電圧が印加されると、空間６内と貫通穴７内と気相Ｇ内とにプラズマＰが発生し、ラジカル（ＯＨラジカル等）又はイオンを生成する。そのラジカル又はイオンは、気相Ｇから旋回流Ｆ１側へ溶解することで、液体Ｌ１中に溶解している汚濁物質を分解処理する。加えて、排出部１７付近の気相Ｇ内のプラズマＰは、貯留槽９０内の液体の抵抗を受ける事でＯＨラジカル等を含有した大量の気泡Ｂを生じる。この様に、プラズマＰにより発生したＯＨラジカル等により処理され、ＯＨラジカル等を含有した気泡Ｂを含んだ状態の処理液Ｌ２が、排出部１７から貯留槽９０に向けて排出される。

なお、プラズマ放電が発生する際には、同時に紫外線が発生する。発生した紫外線が汚濁物質又は菌に照射されると、分解及び殺菌作用を発揮することができる。また、処理液中に発生した過酸化水素水に紫外線が照射されることで、前記したようにＯＨラジカルが発生し、これによっても分解及び殺菌作用が発揮される。

以上で説明した動作により、プラズマＰを効率良く発生させて液体Ｌ１の処理を迅速に行うことができる。

次に、図７の比較例及び図８Ａの比較例を用いて、空間６および貫通穴７が必要な理由を説明する。

図７（ａ）は、空間６および貫通穴７が無く、第１電極３０が処理槽１２の内部に突き出ている場合を示している。

この構成では、旋回流Ｆ１又は気相Ｇの内部に第１電極３０が入り込んでしまうために、旋回流Ｆ１又は気相Ｇの流れが乱れて、放電が不安定になってしまう。

一方、図７（ｂ）では、第１電極３０が処理槽１２に突き出ていないため、旋回流Ｆ１及び気相Ｇが不安定にならないために、放電が安定する。

しかし、設備を長時間稼動させると、第１電極３０が徐々に磨耗し、図７（ｃ）に示す状態になってしまい、電極間距離が変化してしまうために、放電が安定しない。

電極の磨耗対策としては、図７（ｄ）に示すように、第１電極３０を太くすることが考えられる。が、この構成では、図８Ａに示すように、気相Ｇの左端部での電気力線Ｅの密度が小さくなり、電界強度が小さいために、放電が発生しにくくなってしまう。

これらの比較例に対して、本発明の実施形態であって、空間６および貫通穴７を設けた実施例を図８Ｂに示す。この図８Ｂでは、絶縁体５３で囲まれた貫通穴７及び空間６の細い空間内において気相Ｇの左端部での電気力線Ｅが集中し、電気力線Ｅの密度が高くなって電界強度が高くなるために、放電が発生しやすい。このように、空間６および貫通穴７を設けることで、気相Ｇを乱すことなく、電極磨耗の少ない太い電極を使用することができ、同時に電界強度も高く維持することができるために、安定した放電を発生させることができる。

次に、処理槽１２の大きさについて述べる。本実施形態では、処理槽１２内に発生した気相Ｇに、電源６０を用いて電圧を印加して、放電を発生させる。電源６０には、出力電圧１ｋＶ以上でかつ１０ｋＶ以下のパルス電源を用いることができる。電源電圧が１ｋＶの場合、第１電極３０と第２電極３１との距離が５ｍｍ以下であれば気相Ｇに放電を発生させることができるが、それより距離が大きくなってしまうと、放電を発生させることができなくなる。また、電源電圧が１０ｋＶの場合は、３０ｍｍ以下であれば放電を発生させることができる。電極間距離が長いほど、液体とプラズマＰとの接触面積が大きくなるので、効率的な処理が可能になる。

以上より、第１電極３０と第２電極３１との間の距離は、５ｍｍ以上でかつ３０ｍｍ以下が好ましい。第１電極３０と第２電極３１との間の距離は、処理槽１２と貫通穴７と空間６との長さの和になっている。詳細は以下に述べるが、空間６および貫通穴７は、それぞれ０．５ｍｍの長さは必要になるので、処理槽１２の長さとしては、４ｍｍ以上でかつ２９ｍｍ以下が好ましいことになる。処理槽１２の直径は、小さ過ぎると旋回流がうまく発生させることができなくなり、逆に大き過ぎると旋回流の速度が遅くなり、気相Ｇをうまく発生させることができない。処理槽１２の長さが４ｍｍ以上でかつ２９ｍｍ以下の場合には、処理槽１２の直径は、５ｍｍ以上でかつ３０ｍｍ以下が好ましい。このとき、気相Ｇの直径は約０．５ｍｍ以上でかつ２ｍｍ以下になる。

次に、貫通穴７の大きさについて述べる。

貫通穴７の直径ｄ１が大き過ぎると、旋回流Ｆ１による、空間６に存在する液体Ｌ１の吸い出しが十分ではなくなり、処理槽１２から液体Ｌ１が逆流し、液体Ｌ１が第１電極３０に接する空間に残ることになる。この場合、電気的な状態が変化し安定した放電が得られなくなるという現象が発生する。従って、貫通穴７の直径ｄ１は、気相Ｇの直径ｄ２より小さいことが好ましい。具体的には、貫通穴７の直径ｄ１が気相Ｇの直径ｄ２の５０％を超えると、気相Ｇの発生状態に及ぼす影響が大きくなって気相Ｇにうねりが生じたり、周期的な変動を起こすようになって、プラズマ発生が不安定になる。逆に、貫通穴７の直径ｄ１が気相Ｇの直径ｄ２の２５％より小さくなると、第１電極３０と第２電極３１との間が絶縁体で遮断された状態に近づき、放電が起こりにくくなってしまう現象が発生する。したがって、貫通穴７の直径ｄ１は気相Ｇの直径ｄ２の２５％以上から５０％以下が好ましい。よって、一例として、気相Ｇの直径ｄ２が２ｍｍの場合には、０．５ｍｍ以上でかつ１ｍｍ以下が好ましい。

貫通穴７の長さとしては、強度および絶縁が保てる０．５ｍｍは最低必要であり、長くなり過ぎると、プラズマＰを安定して発生させるために必要な電力が大きくなってしまうため、３ｍｍ以下が好ましい。つまり、貫通穴７の長さとしては、０．５ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下が好ましい。

次に、空間６の大きさについて述べる。

空間６の体積が０の場合には、第１電極３０の電極磨耗への対策として太い電極を第１電極３０として用いたとしても、第１電極３０の貫通穴７の開口部と接する部分だけが穴状に磨耗してしまい、長時間稼動させると、放電が安定しなくなる問題が発生する。その問題を回避するには、空間６の長さとしては０．５ｍｍは必要である。逆に、空間６の長さが長くなり過ぎると、プラズマＰを安定して発生させるために必要な電力が大きくなってしまうため、空間６の長さとしては３ｍｍ以下が好ましい。つまり、空間６の長さとしては、０．５ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下が好ましい。

空間６の内径は、電極磨耗を防止するために、貫通穴７の内径より大きくする必要があり、具体的には、１ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下が好ましい。空間６の内径が３ｍｍ以下とする理由は、空間６の内径が３ｍｍを越えると、旋回流Ｆ１による空間６に存在する液体Ｌ１の吸出しが十分ではなくなり、放電が安定しなくなるためである。

なお、貫通穴７及び空間６のそれぞれの形状については、例えば、中心軸Ｘ１まわりにプラズマＰを均等にかつ安定して発生させるためには、中心軸Ｘ１まわりに対称であり、、円柱形状が好ましい。

以上説明した本実施形態によれば、処理槽１２内の旋回流Ｆ１中で液体Ｌ１を気化させて気相Ｇを生成し、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる。このため、電圧印加により液体Ｌ１を気化させる必要がないために、小さな電圧（すなわち、少ない電力）でプラズマＰを発生させることができ、プラズマＰを効率良く発生させて液体Ｌ１の処理を迅速にかつ効率良く行うことができる。また、二つの電極３０，３１は旋回流Ｆ１中の外側に置く構成としているので、二つの電極３０，３１は旋回流Ｆ１及び気相Ｇの中に突出することはなく、旋回流Ｆ１を乱したり気相Ｇを不安定にさせるなどの、安定した放電を阻害する要因が無くなるという効果がある。この結果、旋回流及び気相は安定して生成できるので、プラズマＰを安定して発生させて液体Ｌ１を効率的に処理できるとともに、プラズマＰを長時間安定して発生させることができ、設備を長時間安定して稼動させることができる。

［変形例］
以下に、前記実施形態の変形例について説明する。以下の空間は、前記した空間６とは形状等が異なるだけで、大きさの条件は、そのまま適用される。

図９は、空間６の形状を円柱形状から円錐形状の空間６ａに変えた変形例を示す側面断面図である。空間６ａは、絶縁体５３内に貫通穴７の第１端部側開口から絶縁体５３の第１端部側の端面に向けて広がるような円錐形状に形成されてて、第１電極３０で第１端部側の開口が閉塞されている。なお、空間６の形状はこの形状に限定されることはない。

このように空間６の形状を円錐状とすることにより、旋回流Ｆ１による空間６に存在する液体Ｌ１が吸出されやすくなり、放電が安定するといった効果がある。

図１０は、第１電極３０の形状を円筒形の第１電極３０ａに変えた変形例を示した側面断面図である。第１電極３０が、中心軸Ｘ１の軸上に配置されていなくても構成できる変形例を示した側面断面図である。絶縁体５３の貫通穴７の第１端部側の開口に貫通穴７の内径より大きな直径の円柱状凹部５３ａを形成している。この円柱状凹部５３ａに、円筒形の第１電極３０ａの第２端部側の端部を嵌合固定している。円筒形の第１電極３０ａの貫通孔３０ｂの先端は、絶縁体の円柱体７０で閉鎖され、円筒形の第１電極３０ａの貫通孔３０ｂの第２端部側に円柱状の空間６ｂが形成されている。円柱状の空間６ｂの内径は貫通穴７の内径より大きく形成されている。

このような構成によれば、第１電極３０ａの摩耗が中心軸Ｘ１付近に集中してしまうことを防ぐことができる。

図１１は、第１電極３０の形状をシート状に変えた第１電極３０ｃの変形例を示した側面断面図である。第１電極３０ｃは、絶縁体５３の厚み方向の中間に挟み込まれて固定された円形のシート状であり、中央に、貫通穴７の内径より大きな内径の円形の穴３０ｄが貫通形成されて、空間６ｃが形成されている。

このような構成によれば、第１電極３０ａの摩耗が中心軸Ｘ１付近に集中してしまうことを防ぐことができる。

図１２は、図９の例において、第１電極３０の形状を円板状から球状の第１電極３０ｅに変えた変形例を示した側面断面図である。球状の第１電極３０ｅの球面で円錐形状の空間６ａの第１端部側の開口を閉鎖している。球状の第１電極３０ｅは、空間９ａを形成する絶縁体５３に対して押圧接触しつつ第１電極３０ｅを絶縁体５３に対して移動させる移動装置の一例として球状の第１電極３０ｅを回転させるモータなどの回転装置を備えることもできる。

このような構成によれば、球形の第１電極３０ｅを絶縁体５３に対して押圧接触させつつ回転させれば、常に新しい電極表面で放電させることが可能となる。

図１３は、第１の電極３０を円板状の絶縁体５３の直径より小さな直径の円盤状の第１の電極３０ｆに構成した変形例を示した側面断面図である。円盤の回転中心は中心軸Ｘ１の軸上から離れた位置にあり、移動装置の別の例としてのモータなどの回転装置８５により円盤状の第１の電極３０ｆを回転させることで、常に新しい電極表面で放電させることが可能となる。

図１４は、第１の電極３０をリボン状の第１の電極３０ｇに構成した変形例を示した側面断面図である。円柱状又は円盤状又は円錐状の空間６を覆うリボン状の第１の電極３０ｇを、絶縁体５３に対して、移動装置の別の例としてのローラーを有する巻取装置で巻き取って移動させることにより、常に新しい電極表面で放電させることが可能となる。

図１５は、第１の電極３０の背面に、例えば多数の放熱フィンを有する放熱冷却機構８を接触させて取り付けた変形例を示した側面断面図である。第１の電極３０を放熱冷却機構８で放熱して冷却することによって、放電の安定性及び電極の消耗を防止することが可能となる。

図１６は、第２の電極３１の構成位置の変形例を示した側面断面図である。気相Ｇの発生に関わりの無い位置であれば、（ａ）に示すように貯留槽９０に配置されてもよい。また、（ｂ）に示すように処理槽１２の第３内壁２３に固定されてもよい。さらに、（ｃ）に示すように処理槽１２と貯留槽９０との間に配置されてもよい。

また、第２電極３１の形状は本例ではドーナツ状の円盤を想定しているが、単に平板又は棒状であってもよい。第２電極の設置位置は、気相Ｇの末端位置である排出部１７に近いことが望ましい。

このような構成においては、第２電極３１の配置には大きな制約が無いものである。なお、第２電極３１が中心軸Ｘ１近くであれば、水の抵抗が低くなるため、好ましい形態となる。

本実施形態及び変形例で説明した液体処理装置１００の構成は一例であり、種々の変更が可能である。例えば、処理槽１２の内部構造、又は、第１電極３０又は第２電極３１の位置等については、本実施形態及び変形例の構造に限定されない。

以上、本発明の実施形態及び変形例を説明したが、上述した実施形態及び変形例は、本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は、上述した実施形態及び変形例に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施形態及び変形例を適宜変形して実施することが可能である。

例えば、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例又は変形例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例又は変形例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例又は変形例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明の前記態様にかかる液体処理装置は、液体中でプラズマを発生させることにより、液体に含まれる汚濁物質又は菌がプラズマに直接触れることによる分解及び殺菌作用と、プラズマ放電により発生する紫外線及びラジカルなどによる分解及び殺菌作用を同時に起こして、液体を処理することができる。このため、本発明の前記態様にかかる液体処理装置は、殺菌、脱臭、又は、各種の環境改善等に利用することが可能である。

１００ 液体処理装置
６，６ａ，６ｂ，６ｃ 空間
７ 貫通穴
８ 放熱冷却機構
９ 処理液
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１５ 導入部
１７ 排出部
２１ 第１内壁
２２ 第２内壁
２３ 第３内壁
３０，３０ａ，３０ｃ，３０ｅ，３０ｆ 第１電極
３０ｂ 貫通孔
３０ｄ 穴
３１ 第２電極
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
５３ａ 円柱状凹部
６０ 電源
７０ 絶縁体の円柱体
８１ 循環用配管
８３ 収容空間
８５ 回転装置
９０ 貯留槽
３０１ 絶縁板の右端部
３１１ 第２電極の開口部
ｄ１ 貫通穴の直径
ｄ２ 気相の直径
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｅ 電気力線
Ｇ 気相
Ｐ プラズマ
８０１ 第１電極
８０２ 第２電極
８０３ 液体
８０４ パルス電源
８０５ プラズマ
９０１ アノード電極
９０２ カソード電極
９０３ 被処理液
９０４ 気体

Claims (5)

1. 断面形状が円形である筒状の処理槽と、
   前記処理槽の中心軸上の一端側の壁面に貫通穴を介して連結された空間を有する絶縁性の空間形成部材と、
   前記空間と接して配置される第１電極と、
   前記処理槽の他端側に配置される第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加する電源と、
   前記処理槽の前記円形筒状の接線方向から液体を導入することにより前記液体を前記処理槽内で旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口とを備え、
   前記第１電極と前記第２電極との間に前記電源から前記電圧を印加することにより、前記空間と前記貫通穴とに到達する前記気相にプラズマを発生させて、前記液体を処理液として生成する、液体処理装置。
2. 前記貫通穴の直径は前記気相の直径の２５％以上から５０％以下であり、
   前記貫通穴の長さとしては、０．５ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下である、請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記空間の長さとしては、０．５ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下であり、
   前記空間の内径は、前記貫通穴の内径より大きく、かつ、１ｍｍ以上でかつ３ｍｍ以下である、請求項１又は２に記載の液体処理装置。
4. 前記空間形成部材に前記第１電極を接触させて前記空間と前記第１電極が接しつつ前記第１電極を前記空間形成部材に対して移動させる移動装置をさらに備える、請求項１〜３のいずれか１つに記載の液体処理装置。
5. 前記第１電極に接触して配置されて前記第１電極に対して放熱及び冷却する放熱冷却機構をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１つに記載の液体処理装置。

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