JP6722903B2

JP6722903B2 - 空間改質装置

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Publication number: JP6722903B2
Application number: JP2017109390A
Authority: JP
Inventors: 崇博北井; 源一郎松田; 芳生山田; 岳三宅
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2017-06-01
Filing date: 2017-06-01
Publication date: 2020-07-15
Anticipated expiration: 2037-06-01
Also published as: CN108970374A; US10561760B2; JP2018201768A; US20180344889A1; CN108970374B; EP3409299A1

Description

本発明は、液体を電気化学的に処理して液体処理装置で生成した改質液を、ミストで噴霧して臭気物質等を分解したり、或いは、ミスト状の改質液で臭気物質等を捕捉して回収したのち分解する空間改質装置に関する。より詳細には、本発明は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体を改質することで、殺菌作用及び脱臭作用がある改質液を生成し、生成された改質液をミスト状に噴霧して臭気物質等を分解したり、ミスト状の改質液で臭気物質等を捕捉して回収したのち分解する空間改質装置に関する。

図１５に、従来の改質液生成装置の例を示す。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を発生させることにより、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）又は過酸化水素等の酸化力を持つ成分を含んだ改質液を生成する改質液生成装置が知られている。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、これらの成分が含有された改質液を混合させることで、例えば、菌に対して、高い殺菌作用があるとされている。また、液体８０３の中でプラズマ８０５を発生させることで、プラズマ８０５が液体８０３で覆われており、液体由来の成分を発生させやすいことが知られている。例えば、水の中でプラズマ８０５を発生させることで、ＯＨラジカル又は過酸化水素が生成されやすいことが知られている。

しかしながら、上記従来の改質液生成装置の場合、液体８０３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８０５の発生効率が低く、液体８０３を改質させ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改質液生成装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の改質液生成装置（図１６）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、プラズマと被処理液９０３との接触面で被処理液９０３の改質が発生する。特許文献１に記載の改質液生成装置によれば、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被処理液９０３の改質を行うことができる。
その被処理液９０３をミスト状に噴霧して、空間を浮遊する臭気物質又は菌に直接接触させて分解したり、ミスト状の被処理液９０３で臭気物質又は菌を捕捉して水槽等に回収して分解する脱臭装置又は除菌装置に活用する事が考えられる。

特許第４０４１２２４号

しかしながら、前記従来の改質液生成装置を使用する脱臭装置又は除菌装置では、プラズマの発生効率が低く、改質液中の酸化力を持つ成分が不足し、臭気物質及び菌を分解する能力が弱いという問題があった。

本発明は、このような点に鑑み、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に改質できて、臭気物質及び菌を分解する能力を向上させることができる空間改質装置を提供することを目的とする。

本発明の１つの態様にかかる空間改質装置は、
導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち改質液として排出する排出部を有する円筒状もしくは円錐台形状の処理槽と、
前記処理槽内に少なくとも一部が、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の一方の端部側に配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
前記処理槽内の前記液体に接触するように、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の他方の端部側に配置された第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して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を前記改質液中に生成する電源と、
前記処理槽の前記排出部から排出される前記改質液を貯留する貯留槽と、
前記処理槽の前記排出部が接続されて前記貯留槽に前記改質液として排出されて保持される貯留水を前記処理槽の前記導入部から前記処理槽内に再び導入して、前記処理槽と前記貯留槽との間で前記貯留水が循環可能とするポンプと、
前記貯留槽の貯留水排出部に接続されて、前記貯留槽の前記貯留水を処理対象空間にミスト状に排出するノズルと、
前記貯留槽から前記ノズルへ前記貯留水を供給する供給ポンプとを備え、
前記貯留水を前記ノズルから噴霧又は散布する。

本発明の前記態様にかかる空間改質装置によれば、旋回流中で液体を気化させ、生成された気相にパルス電圧を印加してプラズマを発生させて改質成分を持つ改質液を生成できる。電圧印加により液体を気化させる必要がないため、少ない電力でプラズマを効率良く発生させることができ、液体の改質を効率良く、迅速に行うことができて、改質液中の酸化力を持つ成分が不足することなく、臭気物質及び菌に直接接触させて分解する能力を向上させることができる。また、改質された改質液を空間にミスト状に噴霧又は散布する事で、気体中の臭気物質及び菌を改質液で効果的に分解することができて、空間改質作用を行わせることができる。

本発明の実施形態１にかかる空間改質装置の改質液生成装置の構成を示す側面断面図装置本体の側面断面図図２の３―３線における断面図処理槽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線における断面図処理槽の内部に旋回流が発生しており、電圧を印加した状態を示す側面断面図図６Ａの気相中にプラズマが発生した状態の部分拡大図空間改質装置の貯留槽に改質液を供給している状態の側面断面図空間改質装置でノズルから改質液を噴霧している状態の断面側面図本発明の実施形態２にかかる空間改質装置の構成を示す断面側面図本発明の実施形態３にかかる空間改質装置の構成を示す断面側面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図図９Ａとは異なる装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例を示す側面断面図装置本体の変形例において貯留槽の一部に銅材を配置した側面断面図従来の改質液生成装置の概略構成図気体導入装置を備える従来の改質液生成装置の概略構成図

［実施形態１］
以下、図面を参照し、本発明の実施形態に係る改質液生成装置１００を有する空間改質装置１０１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］
空間改質装置１０１は、少なくとも、改質液生成装置１００と、ノズル４１と、供給ポンプ４５とを備えている（図６Ｄ参照）。改質液生成装置１００は、脱臭処理又は除菌処理で使用する改質液Ｌ２を生成する装置として機能する。
まず、実施形態１にかかる改質液生成装置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にかかる改質液生成装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図では、矢印Ｆは改質液生成装置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。

改質液生成装置１００は、液体の中で放電することによって、改質成分を生成し、生成した改質成分を液体の中に分散させることで改質液Ｌ２を生成する。本実施形態１では、液体の例として循環水Ｌ１を改質し、ＯＨラジカル又は過酸化水素等の改質成分を含んだ改質液Ｌ２を生成する場合について説明する。ここで、循環水Ｌ１とは、後述する貯留槽９０に保持されて貯留している貯留水９２を、循環用配管８１及び配管５１を通してポンプ５０で処理槽１２に供給される液体を意味する。なお、循環水Ｌ１に対しては、供給口９０ｅから水道水又は井戸水などを供給できるようにしている。

改質液生成装置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、改質液生成装置１００は、装置本体１０、液体供給部５０、貯留槽９０、および電源６０を備えている。装置本体１０は、処理槽１２、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、内部に導入された循環水Ｌ１をプラズマにより、改質成分（例えば、ＯＨラジカル又は過酸化水素等）を生成して改質液Ｌ２を生成させる部分である。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。前記改質成分が貯留槽９０に排出される際に、改質成分が循環水Ｌ１に分散され、改質液Ｌ２が生成される。
処理槽１２の内壁の正面断面形状は円形である（図３参照）。言い換えれば、処理槽１２は、処理槽１２の循環水Ｌ１の旋回軸Ｘ１沿いの一端側が閉口した断面形状が円形である円柱状の処理室を有している。導入部１５は、処理槽１２の一端に配置されて、処理槽１２に循環水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の他端に配置されて、処理槽１２に導入された循環水Ｌ１と処理槽１２で生成された改質成分を処理槽１２から貯留槽９０に排出させる。本実施形態１では、排出部１７は、貯留槽９０の改質液供給部９１に接続されている。

第１電極３０は、処理槽１２の一端の内部に配置されている。第１電極３０は、処理槽１２の一端の内壁の中央から処理槽１２内に、長手方向沿いに突出配置されている。
第２電極３１は、処理槽１２の他端の壁の外側に配置されて、排出部１７の近傍に配置されている。
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。第１電極３０の材質は、一例としてタングステンを使用している。

液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に循環水Ｌ１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、処理槽１２の一端の内壁近傍に配置された内側開口としての導入部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）又は貯留槽９０の改質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とを交互に印加する、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。

貯留槽９０は、改質液生成装置１００から排出される改質成分をせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル又はナノバブルを生成し、水の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留槽９０は、処理槽１２の排出部１７の開口断面積より大きい断面積を内部に有して、排出部１７から貯留槽９０内に排出された改質成分を貯留槽９０でせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルを貯留槽９０内で生成して、水の中に拡散させる。よって、貯留槽９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留槽９０としては、少なくとも、処理槽１２の排出部１７の開口の内径寸法の倍以上の内径又は一辺を確保することにより、マイクロバブル又はナノバブルを含有して殺菌を確実に行える改質液Ｌ２を貯留槽９０で生成することができる。

貯留槽９０は、図６Ｄに示すように、下部又は中間部に配置されて処理槽１２の排出部１７に接続される改質液供給部９１と、改質液供給部９１よりも上部の例えば中央に配置された貯留水排出部９０ｂと、上部に配置された貯留水排出部９０ｄとを有している。一例として、処理槽１２側に改質液供給部９１と貯留水排出部９０ｂとを配置し、貯留水排出部９０ｄは、改質液供給部９１と貯留水排出部９０ｂとは離れた側、例えば対向する壁面側に配置されている。処理槽１２中の気相ＧにプラズマＰを発生させて改質成分を生成する。生成した改質成分が、液体に溶解して液体中に分散して改質液Ｌ２を生成し、生成した改質液Ｌ２が処理槽１２の排出部１７から貯留槽９０の改質液供給部９１に排出されて、旋回流（図６Ｄの渦巻きＦ２参照）を伴う水流となったのち、貯留槽９０に貯留する。

図６Ｄでは、配管５１は、貯留槽９０の貯留水排出部９０ｂに連結されて、循環用配管８１を構成している。貯留槽９０内の貯留水９２が循環用配管８１及びポンプ５０を介して導入部１５から処理槽１２内に循環水Ｌ１として供給され、処理槽１２から排出部１７を介して排出される改質液Ｌ２が貯留槽９０内に改質液供給部９１から導入されることにより、液体が処理槽１２と貯留槽９０との間で循環するように構成されている。なお、貯留槽９０内の改質液Ｌ２を含む貯留水９２の液面は、貯留水排出部９０ｂ及び貯留水排出部９０ｄよりも上方に維持されるようにする。以下の実施形態２及び３でも同様な構成となっている。

このような改質液生成装置１００の他に、空間改質装置１０１としてはノズル４１と供給ポンプ４５とをさらに備えている。
供給ポンプ４５は、改質液供給管４４の途中に設けられ、改質液供給管４４の一端は貯留水排出部９０ｄに接続され、他端は１個または複数個のノズル４１に接続されている。
ノズル４１は、処理対象空間４０の例えば上方に配置され、貯留槽９０の貯留水排出部９０ｄから改質液供給管４４を介して供給される改質液Ｌ２を、処理対象空間４０の上方からミスト状に排出する。排出方法としては、噴霧又は散布などが例示できる。処理対象空間４０としては、屋内などの閉鎖空間でもよいし、屋外などの開放空間でもよい。改質液Ｌ２をミスト状に配置することで、気体中を浮遊する臭気成分又は菌に直接接触させて分解することができる。

［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、収容空間８３内に突出した円筒状の電極支持筒２４が中央に設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり右方に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。電極支持筒２４の内側には、絶縁体５３を介して第１電極３０が支持されている。第１電極３０は棒状であり、絶縁体５３は第１電極３０の周囲に配置されている。このため、第１電極３０は、長手方向の軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。第１電極３０の右端部３０１の内側端面と、絶縁体５３の内側端面と、電極支持筒２４の内側端面２４１とは、ほぼ同じ面内に配置されるように構成されている。

導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端１５１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、改質液生成装置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の内部に気相を発生させる状態（図４および図５）と、発生させた気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる状態（図６Ａ及び図６Ｂ）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、ポンプ５０で貯留槽９０の貯留水９２を吸い込んで導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１として所定の圧力で導入される。すると、循環水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、循環水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、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、第１電極３０の右端部３０１から第１内壁２１の中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１の開口部３１１の付近まで発生する。また、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内の水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に接続された貯留槽９０の改質液供給部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。図４で説明したように、導入部１５から処理槽１２に循環水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、循環水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。循環水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付近において循環水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６Ａ及び図６Ｂ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６Ａに示すように、循環水Ｌ１が気化した気相Ｇが、第１電極３０の近傍から第２電極３１の付近まで発生されている状態で、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。図６Ｂは、気相Ｇ中にプラズマＰが発生している状態を示す拡大図である。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、気相Ｇ内にプラズマＰが発生し、改質成分として水由来のラジカル（ＯＨラジカル等）又は化合物（過酸化水素等）又はイオンを生成する。前記改質成分を含んだ気相Ｇは、周辺にある旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回する。前記改質成分を含んだ気相Ｇが旋回することにより、前記改質成分の一部が、旋回流Ｆ１側へ溶解することで、循環水Ｌ１の中に改質成分が分散する。加えて、排出部１７付近の前記改質成分を含んだ気相Ｇは、貯留槽９０内の改質液Ｌ２の抵抗を受ける事でせん断され、改質成分を含有した気泡ＢＡを生じる。このとき、処理槽１２の排出部１７から貯留槽９０の改質液供給部９１を経て貯留槽９０内に排出した改質液Ｌ２は、処理槽１２内での旋回流Ｆ１の影響で、旋回流を伴う改質液Ｌ２の水流と前記した気泡ＢＡとが合わさった状態で、処理槽１２から貯留槽９０内に排出される。これにより、貯留槽９０の貯留水９２中に、臭気物質及び菌の分解成分が付加されることになる。また、貯留槽９０内に改質液Ｌ２を留めることで、負圧である気相Ｇに空気が混入することを防いでいる。この様に、プラズマＰにより生成した改質成分が気泡状態もしくは改質液Ｌ２の中に溶け込んで分散された状態で、改質液Ｌ２が貯留槽９０に貯留水９２として貯められる。

その後、供給ポンプ４５を駆動して、貯留槽９０で改質液Ｌ２となった貯留水９２を吸い上げて改質液供給管４４に供給する。そして、改質液供給管４４の先端のノズル４１から、処理対象空間４０の上方から、改質液Ｌ２をミスト状に噴霧又は散布する。この結果、臭気成分分解成分が付加された改質液Ｌ２のミスト４２を空間４０に供給することになり、空気などの気体中の臭気成分又は菌を改質液Ｌ２で分解する。

なお、具体的には図示しないが、別空間から処理対象空間４０に排気ファンにより臭気物質を強制的に吸い込み、吸い込んだ臭気物質を処理対象空間４０で分解するようにしてもよい。このような構成は、後述する実施形態２及び３にも適用可能である。

以上説明した本実施形態１によれば、旋回流Ｆ１中で循環水Ｌ１を気化させ、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させて液体から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む改質液Ｌ２を生成する。そのため、気相Ｇは、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相よりも負圧となっており、小さな電圧（すなわち、少ない電力）でプラズマＰを発生できるので、循環水Ｌ１の改質処理が効率良くできて、改質液中の酸化力を持つ成分が不足することなく、臭気物質及び菌に直接接触させて分解する能力を向上させることができる。さらに、ジュール熱によって水を気化させないので、投入するエネルギーが小さくなる。また、外部から気体を導入しないので、気体供給装置が不要となり、改質液生成装置の小型化がしやすくなる。すなわち、改質液生成装置１００を有する空間改質装置１０１の全体として、構成がコンパクトなものとなり、かつ効率良く活性種を生成することができ、ミスト状に噴霧又は散布する事で、気体中の臭気物質及び菌を改質液Ｌ２で効果的に分解することができて、空間改質作用を行わせることができる。

また、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇは、浮力により一定の形状又は一定の位置で保持することが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、周りの旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１の中心軸Ｘ１に集まる方向へ力が加わるので、第１電極３０の右端部３０１の近傍に一定の気相Ｇを生成することができる。そのため、第１電極３０と第２電極３１との間に生成される気体の量の時間変化が少なく、プラズマＰに必要な電力が変化しにくいので、プラズマＰを安定して発生でき、循環水Ｌ１の改質処理が効率良く迅速にできる。

また、プラズマＰの体積はカソード電極の近傍にある気相の体積以下になるが、ジュール熱により気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇの形状は、バブル形状なので体積が一定以上になると分裂するため、一定の体積以上のプラズマＰを発生させることが困難である。しかし、本実施形態１の気相Ｇは、旋回流Ｆ１の旋回速度を確保できれば、中心軸Ｘ１の方向に体積を大きくすることが容易であるため、プラズマＰの体積を大きくしやすい。そのため、改質成分の生成量を増加させやすく、液体を迅速に改質できる。

また、液体が気化する際に体積が膨張するため、衝撃波が発生し、周辺の物体を破壊するキャビテーションが知られている。本実施形態１では、キャビテーションによる破壊が最も強くなるのは、処理槽１２の内径が最も小さく、旋回流Ｆ１の旋回速度が最も早くなる排出部１７である。そのため、気相Ｇの中でも第１電極３０の右端部３０１は、キャビテーションの破壊が最も強くなる箇所から離れているため、キャビテーションによる第１電極３０への影響を小さくなりプラズマＰを安定的に発生できる。

また、外部から空気を導入することなく循環水Ｌ１の処理を行うため、空気等の窒素成分を含んだ気体を導入した気相を活用したプラズマで発生する有害な亜硝酸の生成を抑制することができる。さらに、ＯＨラジカル又は過酸化水素等を内包した気泡ＢＡを含んだ改質液Ｌ２を生成することができる。

［実施形態２］
図６Ｅに示すように、実施形態２の空間改質装置１０２として、貯留槽９０を単数又は複数のノズル４１の下方に配置し、かつ、貯留槽９０の上部を開口するようにしてもよい。
このような構成にすることにより、空間４０内の臭気物質又は菌がノズル４１から噴出したミスト４２に捕捉される。このように臭気物質又は菌を捕捉したミスト４２が、貯留槽９０の上部開口から貯留水９２内に落下する。臭気物質又は菌のうち、ミスト４２が落下する間に分解できずに残っている臭気成分又は菌は、貯留水９２内で気泡ＢＡ及び改質液Ｌ２の水流Ｆ２により、改質液Ｌ２と効果的に接触して分解される。
なお、図６Ｅの貯留水９２は、改質液生成装置１０２のノズル４１から貯留槽９０に落下したミスト４２に含まれる改質液Ｌ２、及び、ミスト４２の改質液Ｌ２で、貯留槽９０内に捕捉された臭気物質又は菌を分解して脱臭作用が低下した改質液も含んでいる。なお、この貯留槽９０に落下したミスト４２に含まれる改質液Ｌ２なども、ポンプ５０により貯留水９２として吸い込まれて、導入部１５から処理槽１２に、循環水Ｌ１として導入される。

この実施態様２によれば、ミスト４２がノズル４１から排出されて貯留槽９０に至るまでの間に、ミスト４２の改質液Ｌ２で分解されずに残った臭気成分も、貯留槽９０の貯留水９２内の改質液Ｌ２で分解することができ、臭気物質及び菌の分解殺菌作用をより効果的に発揮させることができる。また、ミスト４２を貯留槽９０で回収して再使用することができるので、循環水Ｌ１及び改質液Ｌ２を、より効率良く使用することができる。更に、臭気物質又は菌をミスト４２で捕捉すると同時に分解を開始することができる。或いは、ミスト４２として噴霧又は散布するとき、分解成分を含んだ気泡ＢＡをミスト４２に付加しておく事で、分解を早めると同時に、貯留槽９０に落ちた臭気物質も、処理槽１２から吐出する旋回流を伴った水流Ｆ２で効果的に分解することができる。
このように構成すれば、臭気物質及び菌の分解能力の被処理水への付加、或いは、被処理水の撹拌を、一つの構成のユニットで提供でき、効率の良い空間改質装置として使用することができる。

［実施形態３］
図６Ｆの空間改質装置１０３において、図６Ｅと同様に貯留槽９０を単数又は複数のノズル４１の下方に配置しかつ貯留槽９０の上面を開放状態とする一方、ノズル４１が接続された改質液供給管４４の一端には、貯留槽９０が接続されるのではなく、水道水又は井戸水等がポンプ４３で供給されるようにしている。
このような構成では、空間４０内の臭気物質又は菌が、ノズル４１から噴出した水道水などのミスト４２ａに捕捉される。このように臭気物質又は菌を捕捉したミスト４２ａは、貯留槽９０の貯留水９２内に落下し、貯留水９２内で気泡ＢＡ及び改質液Ｌ２の水流Ｆ２により、改質液Ｌ２と効果的に接触して、臭気物質の臭気成分又は菌が分解される。
この実施態様３によれば、ミスト４２ａを吹き出すノズル４１及びポンプ４３になどの構成は、従来の公知の構成を使用することができ、装置全体として安価なものとすることができる。

［変形例］
本実施形態１〜３で説明した改質液生成装置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１〜３の構造に限定されない。

本実施形態１〜３では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、断面形状が円形である筒状の処理槽であり、処理槽の片方の端部に処理槽の中心軸上もしくは中心軸の近傍に窄まった穴形状の排出部を有していれば、様々な形状をとることが可能である。例えば、図７に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１２１であっても同様の効果が得られる。図７では、導入部側の半径が排出部側の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図８に示す円錐形状の処理槽１２２であっても同様の効果が得られる。好ましくは、旋回流Ｆ１が前方向Ｆにすべるのを防ぐために、図８に示すように、断面の内径が連続的に小さくなる円錐形状が好ましい。

また、本実施形態１〜３では、第１電極３０の形状は、棒電極であったが、第１電極３０の右端部３０１に電解が集中させる形状であれば、この限りではない。例えば、図９Ａで示すように、排出部側に向けて尖った円錐形状が付いた板形状の第１電極３２でもよい。また、図９Ｂで示すように、円錐形状の代わりに、排出部側に向けて湾曲するように突出した山形状の凸部３２Ｂが中央部に有する板形状の第１電極３２Ａでもよい。第１電極３２Ａでは、発生するプラズマＰに最も近い中央部が摩耗しやすいので、単なる平板の電極よりも、当該中央部を処理槽１２内に突出させる山形状の凸部３２Ｂを有する電極の方が寿命が長くて好ましい。さらに好ましくは、板形状の第１電極３２の代わりに、電極が磨耗した際に、処理槽１２内に電極の送り出しが容易な棒電極でもよい。

また、図１０で示すように、第１電極３０の電極支持筒２４を用いず、第２内壁２２に第１電極３０と絶縁体５３とを取り付ける構造にしても同様の効果が得られる。好ましくは、水の電気分解又はジュール熱の発生を抑えるために、プラズマ発生に必要な第１電極３０の右端部３０１と、電源６０との接続部以外は絶縁体で覆われているほうがよい。

また、本実施形態１〜３では、第１電極３０の材質は、一例としてタングステンであったが、特に導電性のある材料であれば限定はされない。好ましくは、水中で過酸化水素と接触するとフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる金属材料が好ましい。例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）又は銅又は銅タングステンがよい。

本実施形態１〜３では、第２電極３１は、排出部１７に配置されているが、処理槽１２内に接地された第２電極の少なくとも一部が配置されていればこの限りではない。例えば、配置場所に関しては、図１１に示すように、棒状の第２電極３３として、第１内壁２１の中心軸Ｘ１の側方に配置するようにしても、同様の効果が得られる。また、図１２に示すように、処理槽１２外の貯留槽９０内でかつ貯留槽９０の改質液供給部９１近傍に棒状の第２電極３３として配置してもよい。また、図１３に示すように、筒状の第２電極３４として第１内壁２１の内側に配置してもよい。また、開口部３１１は円形としたが、多角形でもよく、さらには、第２電極は、分割された複数の金属部材を組み合わせて構成してもよい。好ましくは、旋回流Ｆ１を乱さないために、丸穴を有した板状もしくは円筒形状がよい。また、気相Ｇと第２電極の間が短いほうが水の抵抗が小さくなりジュール熱を抑制できるため、気相Ｇと第２電極の間が短くなる排出部１７もしくは排出部１７近傍に第２電極を配置するほうがよい。

処理槽１２に導入される循環水Ｌ１の流量は、処理槽１２の形状等に応じて、旋回流Ｆ１中に気相Ｇが発生する流量に設定される。また、第１電極３０と第２電極３１とに印加されるパルス電圧については、バイポーラではなくモノポーラで印加する場合、又は、電圧、パルス幅、又は周波数等は旋回流Ｆ１中に発生した気相ＧにプラズマＰを発生させることができる値に適宜設定することが可能である。

さらに、本発明の効果が得られる限り、電源６０はパルス電源以外の高周波電源等であってもよい。好ましくは、水の電気分解により電極間のｐＨが偏るので、カソードとアノードとを交互に交換できるバイポーラ印加がよい。

貯留槽９０は槽としているが、旋回流Ｆ１をせん断するために、貯留槽９０内に水を保持できる形状であれば、これに限定されない。例えば、改質液を輸送する配管としてもよい。好ましくは、排出部１７を循環水Ｌ１で満たし処理槽１２への空気の混入を防ぐために、図１４Ａに示すように装置本体１０は改質液を上向きに排出し、貯留槽９０は装置本体１０の上側にあるほうがよい。
また、貯留槽９０を構成する材料の材質としては、水が透過しなければよい。また、例えば、図１４Ｂに代表例として空間改質装置１０２において示すように、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる銅若しくは鉄を含有した板部材９３を、貯留槽９０の一部もしくはすべてに使用することができる。また、板部材９３を、貯留槽９０とは別部材として貯留槽９０内に配置してもよい。要するに、板部材９３が貯留槽９０内の改質液と接触すれば、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現することができる。

本実施形態１〜３では、循環水Ｌ１を改質したが、改質する液体は、水に限定されない。例えば、エタノールでもよい。

以上、本発明の実施形態１〜３を説明したが、上述した実施形態１〜３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１〜３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１〜３を適宜変形して実施することが可能である。
すなわち、前記実施形態又は前記様々な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同士の組み合わせ又は実施形態と実施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空間改質装置は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む改質液を生成し、処理すべき空間に対して、生成した改質液をミスト状に噴霧又は散布することができる。このため、本発明の前記態様にかかる空間改質装置は、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り、例えばスクラバー又は食品工場向け噴霧式殺菌システムなどに使用することができる。

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
２４電極支持筒
３０第１電極
３１第２電極
３２板形状の第１電極
３２Ａ山形状の凸部を有する板形状の第１電極
３２Ｂ山形状の凸部
３３棒状の第２電極
３４筒状の第２電極
４０処理対象空間（処理室）
４１ノズル
４２、４２ａミスト
４３ポンプ
４４改質液供給管
４５供給ポンプ
５０液体供給部
５３絶縁体
６０電源
８０水タンク
８１一点鎖線（循環用配管）
８３収容空間
９０貯留槽
９０ｂ貯留水排出部
９０ｄ貯留水排出部
９１改質液供給部
９２貯留水
９３板部材
１００改質液生成装置
１０１，１０２，１０３空間改質装置
１２１，１２２処理槽
１５１開口端
２４１内側端面
３０１右端部
３１１開口部
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
Ｂ後方向
ＢＡ気泡
Ｄ下方向
Ｆ前方向
Ｆ１旋回流
Ｇ気相
Ｌ後方向から見て左方向
Ｌ１循環水
Ｌ２改質液
Ｐプラズマ
Ｒ後方向から見て右方向
Ｕ上方向
Ｘ１略円柱状の収容空間の仮想の中心軸

Claims

導入部から導入される液体を中心軸周りに旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させるとともに、前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部との間で旋回させて前記旋回流を発生させたのち改質液として排出する排出部を有する円筒状もしくは円錐台形状の処理槽と、
前記処理槽内に少なくとも一部が、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の一方の端部側に配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
前記処理槽内の前記液体に接触するように、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の他方の端部側に配置された第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して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を前記改質液中に生成する電源と、
前記処理槽の前記排出部から排出される前記改質液を貯留する貯留槽と、
前記処理槽の前記排出部が接続されて前記貯留槽に前記改質液として排出されて保持される貯留水を前記処理槽の前記導入部から前記処理槽内に再び導入して、前記処理槽と前記貯留槽との間で前記貯留水が循環可能とするポンプと、
前記貯留槽の貯留水排出部に接続されて、前記貯留槽の前記貯留水を処理対象空間にミスト状に排出するノズルと、
前記貯留槽から前記ノズルへ前記貯留水を供給する供給ポンプとを備え、
前記貯留水を前記ノズルから噴霧又は散布する、
空間改質装置。
前記貯留槽は前記ノズルの下方に配置され、かつ、上部が開口されており、
前記ノズルから噴霧又は散布された前記貯留水を前記貯留槽に回収し、前記貯留槽に回収した液体を前記貯留槽の前記改質液と接触させる、
請求項１に記載の空間改質装置。
前記第１電極は、前記液体の前記旋回流の前記の旋回中心付近に発生させた前記気相に接触するように、もしくは前記気相の近傍に位置するように配置される、
請求項１又は２に記載の空間改質装置。
前記第２電極は、前記処理槽の前記他方の端部側の前記処理槽の前記中心軸の周りの一部にもしくは前記中心軸の全周を取り囲む様に配置される板状の電極である、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の空間改質装置。
前記第２電極は、前記処理槽の前記他方の端部側の前記処理槽の前記中心軸の側方に配置される、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の空間改質装置。
前記第２電極は、前記処理槽の前記他方の端部側の前記処理槽の前記中心軸の一部もしくは全周を取り囲むように配置される筒状の電極である、
請求項１〜３のいずれか１つに記載の空間改質装置。