JP6741991B2 - 液体処理装置 - Google Patents

Description

本開示は、プラズマを用いて液体を処理する液体処理装置に関する。

従来、プラズマを用いて、空気処理装置の加湿ユニットの水容器内の水を安定的に浄化する装置が知られている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１に記載の空気処理装置は、活性種を生成するように放電が行われる放電処理部を備え、生成した活性種を含む空気の一部を空気浄化手段と水容器内の水とに供給するように構成されている。

特開２００９−１４８３０５号公報

しかしながら、上記従来の空気処理装置では、放電処理部から発生する気体が装置外部に流出する。流出する気体には反応性が高い気体が含まれるので、装置の使用環境及び使用条件が限定される。

そこで、本開示は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる液体処理装置を提供する。

上記課題を解決するため、本開示の一態様に係る液体処理装置は、窒素及び酸素を含む第１気体と液体とが溜められる第１槽と、第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で放電させることにより、前記液体の少なくとも一部に接触するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、前記第１槽から前記プラズマ生成装置に、前記第１槽内の前記第１気体の一部を供給する気体供給装置と、前記第１槽から前記気体供給装置に前記第１気体の前記一部を導くための第１流路と、前記気体供給装置から前記プラズマ生成装置に前記第１気体の前記一部を導くための第２流路と、を備える。

本開示によれば、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる液体処理装置を提供することができる。

実施の形態１に係る液体処理装置の構成を示す図である。 実施の形態１に係る液体処理装置からの窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）の排出量を示す図である。 実施の形態１に係る液体処理装置の循環経路内に閉じ込められた気体の成分分析の結果を示す図である。 実施の形態１に係る液体処理装置を用いて酢酸を分解した場合における放電時間に対する酢酸の濃度を示す図である。 実施の形態１の変形例に係る液体処理装置の構成を示す図である。 実施の形態２に係る液体処理装置の構成を示す図である。 実施の形態２の変形例１に係る液体処理装置の構成を示す図である。 実施の形態２の変形例２に係る液体処理装置の構成を示す図である。

（本開示の概要）
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る液体処理装置は、窒素及び酸素を含む第１気体と液体とが溜められる第１槽と、第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で放電させることにより、前記液体の少なくとも一部に接触するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、前記第１槽から前記プラズマ生成装置に、前記第１槽内の前記第１気体の一部を供給する気体供給装置と、前記第１槽から前記気体供給装置に前記第１気体の前記一部を導くための第１流路と、前記気体供給装置から前記プラズマ生成装置に前記第１気体の前記一部を導くための第２流路と、を備える。

このように、気体供給装置は、プラズマの生成に用いられた気体を回収して、電極対の近傍に供給する。つまり、気体供給装置は、プラズマの生成に用いられた気体を外部に排出しないように循環させる。ここで、例えば、気体供給装置によって供給される気体に窒素が含まれている場合、プラズマの生成によって窒素酸化物が発生する場合がある。上述の構成により、気体供給装置は、プラズマの生成によって発生した窒素酸化物も外部に排出しないように循環させる。これにより、窒素酸化物の排出量を抑制することができる。

このように、窒素酸化物の排出量が抑制されるので、本開示の一態様に係る液体処理装置は、外部に与える影響を十分に抑制することができる。したがって、液体処理装置は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる。すなわち、液体処理装置は、汎用性が高いデバイスとして利用することができる。

また、例えば、液体処理装置は、さらに、前記第１槽から、前記第１槽内の前記第１気体の他の一部を排出するための排気流路と、前記排気流路上に配置され、前記第１気体の前記他の一部から窒素酸化物を除去する第１フィルタと、を備えていてもよい。

これにより、液体処理装置は、窒素酸化物を通過させないフィルタを備えるので、窒素酸化物を排出せずに窒素及び酸素などを外部に排出することができる。これにより、例えば、第１槽の内圧が上昇した場合に、窒素及び酸素などを外部に排出することで、内圧の上昇を抑制し、第１槽の破損及び変形を抑制することができる。

また、気体供給装置及びフィルタを第１槽の外側に配置することができるので、液体処理装置の構成部材の配置の自由度を高めることができる。また、第１槽、第１流路、気体供給装置、第２流路、第１槽の順で、窒素酸化物を含む気体の循環経路が形成される。このため、気体供給装置による気体の供給量の調整などが行いやすくなる。

また、例えば、前記排気流路は、前記第１流路又は前記第２流路から分岐していてもよい。

これにより、排気流路が第１流路又は第２流路から分岐しているので、第１槽に排気口などを設けなくてもよい。このため、第１槽の密閉性を高めることができ、窒素酸化物の漏れを抑制することができる。

また、例えば、さらに、前記第１電極と前記第２電極とは、前記第１槽の内部に配置されていてもよい。

これにより、プラズマを生成する反応槽として第１槽を利用することができるので、専用の反応槽などを設けなくてもよい。したがって、部品点数を削減することができるので、液体処理装置の小型化、軽量化及び低コスト化を実現することができる。

また、例えば、液体処理装置は、さらに、内部に前記第１電極と前記第２電極が配置された第２槽と、前記第１槽から前記第２槽に、前記第１槽内の前記液体の一部を導くための第３流路と、前記第２槽から前記第１槽に、前記第２槽内の前記第１気体の一部及び前記第２槽内の前記液体の一部を導くための第４流路と、前記第１槽、前記第３流路、前記第２槽、前記第４流路の順で前記液体を循環させる液体循環装置とを備えていてもよい。

これにより、液体を循環させることができるので、発生した窒素酸化物の液体への溶け込み、及び、溶け込んで生成された亜硝酸や溶存オゾンの液体中への拡散を促進することができる。したがって、液体の浄化を効率良く行うことができ、また、浄化されて活性（分解能力）を有する液体を用いた汚れの除去などを効率良く行うことができる。

また、例えば、液体処理装置は、さらに、吸気口と吹出口とを有し、前記第１槽を収容する筐体と、前記筐体内に、前記吸気口から前記吹出口に向かう第２気体の気流を生成するファンと、主面を有し、前記主面が前記気流と交差し、前記第１槽内の前記液体と前記第２気体とを接触させる第２フィルタと、を備えていてもよい。

これにより、気体供給装置は、プラズマの生成により発生した窒素酸化物を含む気体を回収して、電極対の近傍に供給する。つまり、気体供給装置は、窒素酸化物を外部に排出しないように循環させる。したがって、窒素酸化物の排出量を抑制することができる。このように、窒素酸化物の排出量が抑制されるので、本開示の一態様に係る液体処理装置は、外部に与える影響を十分に抑制することができる。よって、液体処理装置は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる。すなわち、液体処理装置は、汎用性が高いデバイスとして利用することができる。

また、例えば、前記プラズマ生成装置は、前記プラズマの生成により窒素酸化物が生成されるように構成されていてもよい。

これによって、プラズマの生成によって発生した窒素酸化物を外部に排出することを抑制することができる。

以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又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、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、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、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。

また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。

（実施の形態１）
［１．概要］
まず、実施の形態１に係る液体処理装置の概要について説明する。図１は、本実施の形態１に係る液体処理装置１の構成を示す図である。

液体処理装置１は、液体２に接触するようにプラズマを生成する。具体的には、液体処理装置１は、気体３を液体２中に供給し、供給された気体（気泡４）内でプラズマを生成する。プラズマによって発生した活性種が液体２に拡がることで、液体２に含まれる被分解物質を分解することができ、液体２が浄化される。また、液体２が活性種を含むので、汚れなどの被分解物質の分解に液体２を利用することができる。

被分解物質は、液体２に含まれる汚染物質などである。被分解物質には、例えば、人若しくは生態系に対して有害な化学物質、又は、微粒子若しくは微生物などが含まれる。

活性種には、窒素酸化物が含まれる。窒素酸化物が液体２に溶け込むことで、亜硝酸及び硝酸が生成される。また、活性種には、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）、水素ラジカル、酸素ラジカル、スーパーオキシドアニオン、一価酸素イオン又は過酸化水素などが含まれる。

液体２は、水道水、純水などの液体である。気体３は、窒素（Ｎ_２）及び酸素（Ｏ_２）を含む気体であり、例えば、空気である。また、気体３には、プラズマの生成によって発生した窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）が含まれる。

［２．構成］
次に、本実施の形態１に係る液体処理装置１の構成について説明する。

図１に示すように、液体処理装置１は、第１槽１０と、気体供給ポンプ２０と、第１流路３１、第２流路３２及び排気流路３３を形成する第１配管部３０と、プラズマ生成器４０と、フィルタ５０と、第２槽６０と、第３流路７１及び第４流路７２を形成する第２配管部７０と、液体供給ポンプ８０とを備える。以下では、液体処理装置１が備える各構成要素について詳細に説明する。

［２−１．第１槽］
第１槽１０は、気体３及び液体２を溜めるための槽である。第１槽１０の外形形状は、例えば直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。本実施の形態１では、第１槽１０は、内部空間を有し、内部空間に気体３及び液体２が溜められている。

第１槽１０は、気液分離槽として機能する。すなわち、第１槽１０の内部空間に溜められた液体２及び気体３は、重力の影響で、液体２が内部空間の鉛直下方に、気体３が内部空間の鉛直上方に自然に分離する。このため、図１に示すように、第１槽１０の内部空間の上方部分には気体３が溜まり、下方部分には液体２が溜まる。

第１槽１０の内部空間は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて密閉されている。つまり、第１槽１０は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて、内部空間と外部と連通する開口を有しない。これにより、気体３は、第１配管部３０を介して内部空間から流出し、又は、第２配管部７０（第４流路７２）を介して内部空間に流入する場合を除いて、外部に漏れ出ない。

第１槽１０は、例えば、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などで形成される。例えば、第１槽１０は、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。なお、第１槽１０が金属材料で形成される場合には、めっき又は塗装などにより、錆を防止する処理が施されてもよい。

なお、第１槽１０には、液体２を入れ替えるための開口が設けられていてもよい。当該開口は、少なくとも液体処理装置１が動作している期間は、気体３が流出しないように、蓋（又は液体２）などによって閉じられている。

［２−２．気体供給ポンプ］
気体供給ポンプ２０は、第１槽１０に溜められる気体３を回収し、回収した気体３を、プラズマ生成器４０の電極対４１の近傍に供給する気体供給装置の一例である。具体的には、気体供給ポンプ２０は、気体回収口２１と、気体供給口２２とを有する。気体供給ポンプ２０は、気体回収口２１を介して気体３を回収し、回収した気体３を気体供給口２２から排出する。

本実施の形態１では、気体供給ポンプ２０は、第１流路３１及び第２流路３２を形成する第１配管部３０によって第１槽１０及び第２槽６０と接続されている。具体的には、気体回収口２１に第１流路３１が接続され、気体供給口２２に第２流路３２が接続されている。すなわち、気体供給ポンプ２０は、第１配管部３０の途中（第１流路３１と第２流路３２との間）に配置されている。

気体供給ポンプ２０は、第１槽１０、第１流路３１、第２流路３２及び第２槽６０の順で、気体３を流す。第２槽６０に入った気体３は、液体供給ポンプ８０によって形成された液体２の流れに乗って第４流路７２を通って、第１槽１０に供給される。すなわち、図１に示すように、気体３は、第１槽１０、第１流路３１、気体供給ポンプ２０、第２流路３２、第２槽６０、第４流路７２、第１槽１０の順で循環している。なお、図１において、破線の矢印が気体３の流れる方向を示している。

［２−３．第１配管部（流路）］
第１配管部３０は、気体３の流路を形成するための構造体である。例えば、第１配管部３０は、パイプ、チューブ又はホースなどの管状の部材から形成される。第１配管部３０は、プラズマによって発生するオゾンなどの活性ガスに対する耐性を有する樹脂材料又は金属材料などから形成される。例えば、第１配管部３０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やシリコンゴム、ステンレスなどから形成される。

図１に示すように、第１配管部３０は、第１流路３１と、第２流路３２と、排気流路３３とを形成する。

第１流路３１は、第１槽１０から気体供給ポンプ２０まで、窒素酸化物を含む気体３を導くための流路である。第１流路３１の一端（上流端）は、図１に示すように、第１槽１０の内部空間の上方部分に接続されている。例えば、当該上流端は、気体３のみが第１流路３１内を通過するように、第１槽１０内の液体２に接触しない位置に位置している。第１流路３１の他端（下流端）は、気体供給ポンプ２０の気体回収口２１に接続されている。気体供給ポンプ２０は、第１槽１０の内部空間の上方に溜められた気体３を吸い上げることで、第１流路３１を介して回収する。

第２流路３２は、気体供給ポンプ２０から電極対４１の近傍まで、気体供給ポンプ２０が回収した気体を導くための流路である。第２流路３２の一端（上流端）は、気体供給ポンプ２０の気体供給口２２に接続され、他端（下流端）は、第２槽６０内に配置された電極対４１の近傍に接続されている。例えば、当該下流端は、第２流路３２を通過した気体が電極対４１の一方の電極を覆うように、当該一方の電極の根元などに接続されている。

排気流路３３は、第１槽１０に溜められる気体３の一部を排出するための流路である。本実施の形態１では、図１に示すように、排気流路３３は、第１流路３１から分岐している。

なお、排気流路３３は、第２流路３２から分岐していてもよい。あるいは、排気流路３３は、第１槽１０に設けられた開口であってもよい。すなわち、第１槽１０には、第１配管部３０（第１流路３１及び第２流路３２）と接続するための開口以外に、排気用の開口が排気流路３３として設けられていてもよい。

本実施の形態１では、プラズマ生成器４０がプラズマを生成する際に熱が発生する。発生した熱により気体３の温度が上昇し、体積が増加する。また、プラズマと液体２との界面での液体２の蒸発によっても体積が増加する。このため、第１槽１０の内圧が上昇する。排気流路３３は、気体３の体積が増加する場合に、この増加分を外部に排出するために設けられている。

なお、第１流路３１から排気流路３３への分岐部分には、弁（例えば、逆止弁）が設けられていてもよい。弁は、第１槽１０内の気体３の圧力が所定の閾値より大きくなった場合に開く。これにより、第１槽１０などの内圧が上昇するのを抑制し、第１槽１０及び第１配管部３０などの変形又は破損を抑制することができる。

［２−４．プラズマ生成器］
プラズマ生成器４０は、電極対４１と、電源４２とを有するプラズマ生成装置の一例である。プラズマ生成器４０は、電極対４１間で放電させることにより、気体供給ポンプ２０が供給した気体（気泡４）内で液体２に接触するようにプラズマを生成して、窒素酸化物を発生させる。発生した窒素酸化物は、一部は液体２に溶け込み、溶け込まなかった分は第１槽１０に溜められる。つまり、第１槽１０に溜められる気体３には、窒素及び酸素だけでなく、窒素酸化物及びオゾンなどのプラズマ生成器４０が発生させた気体も含まれる。

電極対４１は、第２槽６０の内部に配置されている。具体的には、電極対４１は、第２槽６０に溜められた液体２に接触するように配置されている。電極対４１は、２つの電極が所定の距離空けて配置され、一方の電極は、気体供給ポンプ２０によって供給された気体に覆われる。電極対４１は、例えば、一対の棒状電極、又は、平行平板電極などである。

電源４２は、電極対４１間に、例えば、２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの負極性の高電圧パルス電圧を印加する。これにより、気体（気泡４）内で放電が起き、プラズマが生成されることにより、窒素酸化物が発生する。

［２−５．フィルタ］
フィルタ５０は、気体３の一部を透過させ、かつ、窒素酸化物を透過させないフィルタである。具体的には、フィルタ５０は、窒素及び酸素などを透過させ、窒素酸化物を透過させない。例えば、フィルタ５０は、ＮＯ_ｘ専用フィルタ又は活性炭フィルタである。

なお、窒素酸化物を透過させないとは、窒素酸化物を完全に遮断するのではなく、僅かに透過するものの、実質的には窒素酸化物を透過させないことも含んでいる。すなわち、フィルタ５０は、窒素酸化物の透過量を所定の閾値より小さくするフィルタであればよい。例えば、フィルタ５０による窒素酸化物の透過量は、環境基準などの法規によって定められる値より小さい。

フィルタ５０は、排気流路３３上に配置されている。すなわち、排気流路３３を流れる気体３は、フィルタ５０を通過する際に、窒素酸化物がフィルタ５０によって除去される。これにより、排気流路３３より外に排出される気体３には、窒素酸化物がほとんど含まれていない。

［２−６．第２槽］
第２槽６０は、内部に電極対４１が配置された槽である。第２槽６０の外形形状は、例えば直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。本実施の形態１では、第２槽６０は、内部空間を有し、内部空間に液体２が溜められている。図１に示す例では、第２槽６０の内部空間全体を液体２が充填しているが、第１槽１０と同様に、液体２と気体３とが分離していてもよい。

第２槽６０は、プラズマの生成を行う反応槽として機能する。第２槽６０の内部空間に供給された気体３（気泡４）の内部でプラズマが生成されて、窒素酸化物やオゾンが発生する。窒素酸化物は、液体２に溶け込みながら、第４流路７２を通って第１槽１０に供給される。

第２槽６０の内部空間は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて密閉されている。つまり、第２槽６０は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて、内部空間と外部と連通する開口を有しない。これにより、気体３は、第１配管部３０を介して内部空間に流入し、又は、第２配管部７０（第４流路７２）を介して内部空間から流出する場合を除いて、気体３が外部に漏れ出ない。

第２槽６０は、例えば、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などで形成される。例えば、第２槽６０は、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。なお、第２槽６０が金属材料で形成される場合には、めっき又は塗装などにより、錆を防止する処理が施されてもよい。

なお、第２槽６０は、第２配管部７０の一部でもよい。すなわち、第２配管部７０の内部に電極対４１が配置されていてもよい。

［２−７．第２配管部］
第２配管部７０は、液体２の流路を形成するための構造体である。例えば、第２配管部７０は、パイプ、チューブ又はホースなどの管状の部材から形成される。第２配管部７０は、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などから形成される。例えば、第２配管部７０は、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ステンレスなどから形成される。

図１に示すように、第２配管部７０は、第３流路７１と、第４流路７２とを形成する。

第３流路７１は、第１槽１０内の液体２を第２槽６０まで導くための流路である。具体的には、第３流路７１は、上流部７１ａと、下流部７１ｂとを有する。上流部７１ａと下流部７１ｂとの間に液体供給ポンプ８０が接続されている。

上流部７１ａは、第１槽１０内の液体２を液体供給ポンプ８０まで導くための流路である。上流部７１ａの一端（上流端）は、第１槽１０の内部空間において液体２と接触する位置に配置されている。例えば、上流部７１ａの上流端は、第１槽１０の底面に接続されていてもよい。上流部７１ａの他端（下流端）は、液体供給ポンプ８０の流入口８１に接続されている。

下流部７１ｂは、液体供給ポンプ８０から第２槽６０まで、液体２を導くための流路である。下流部７１ｂの一端（上流端）は、液体供給ポンプ８０の流出口８２に接続されている。下流部７１ｂの他端（下流端）は、第２槽６０に接続されている。

第４流路７２は、第２槽６０内の電極対４１の近傍に供給された気体３、及び、第２槽６０に溜められる液体２を第１槽１０まで導くための流路である。簡単に言い換えると、第４流路７２は、気体３と液体２との両方の流路である。具体的には、第４流路７２は、気体３の循環経路の一部であり、かつ、液体２の循環経路の一部でもある。第４流路７２の一端（上流端）は、第２槽６０に接続され、他端（下流端）は、第１槽１０に接続されている。当該下流端は、図１に示すように、第１槽１０の内部空間の上方部分に位置してもよく、あるいは、第３流路７１の上流部７１ａの上流端と同様に、内部空間の下方部分に液体２に接触するように位置してもよい。

［２−８．液体供給ポンプ］
液体供給ポンプ８０は、第１槽１０、第３流路７１、第２槽６０及び第４流路７２の順で液体２を循環させる液体供給装置の一例である。具体的には、液体供給ポンプ８０は、流入口８１と、流出口８２とを有する。液体供給ポンプ８０は、流入口８１を介して液体２を吸い入れ、吸い入れた液体２を流出口８２から放出する。これにより、第１槽１０に溜められた液体２は、第３流路７１の上流部７１ａ、液体供給ポンプ８０、第３流路７１の下流部７１ｂ、第２槽６０、第４流路７２、第１槽１０の順で循環される。なお、図１において、実線の矢印が液体２の流れる方向を示している。

液体供給ポンプ８０は、第２配管部７０の途中に配置されている。具体的には、液体供給ポンプ８０は、第３流路７１の上流部７１ａと下流部７１ｂとの間に接続されている。あるいは、液体供給ポンプ８０は、第１槽１０内又は第２槽６０内に配置されていてもよい。

［３．窒素酸化物の排出量］
以下では、本実施の形態１に係る液体処理装置１が排出する窒素酸化物の排出量について説明する。

上述したように、本実施の形態１に係る液体処理装置１では、気体供給ポンプ２０が気体３を循環させて、プラズマの生成に利用している。液体処理装置１には、排気流路３３以外に気体３を外部に排出する流路は設けられていない。以下では、液体処理装置１だけでなく、気体を循環させないデバイスを比較例として用いて窒素酸化物の排出量の測定を行った。測定結果を図２に示す。

図２は、本実施の形態１に係る液体処理装置１からの窒素酸化物の排出量を示す図である。具体的には、図２は、左から順に、「標準条件」のデバイスＡ、「活性炭フィルタ」を用いたデバイスＢ、「ＮＯ_ｘ専用フィルタ」を用いたデバイスＣ、本実施の形態１に係る「気体循環構造」を有するデバイスＤ（液体処理装置１）の各々の窒素酸化物の排出量を示している。

「標準条件」のデバイスＡは、本実施の形態１に係る液体処理装置１の比較例であり、気体３を循環させずに、プラズマの生成に利用した気体及びプラズマの生成によって発生した気体をそのまま排出する構成を有する。すなわち、「標準条件」のデバイスＡは、気体を排出する際に通過させるフィルタを備えない。

「活性炭フィルタ」を用いたデバイスＢは、「標準条件」のデバイスＡの気体の排出部分に活性炭フィルタを用いたデバイスである。活性炭フィルタとしては、径５０ｍｍ、長さ１８０ｍｍの円柱状のフィルタを用いた。

「ＮＯ_ｘ専用フィルタ」を用いたデバイスＣは、「標準条件」のデバイスＡの気体の排出部分にＮＯ_ｘ専用フィルタを用いたデバイスである。ＮＯ_ｘ専用フィルタとしては、径７０ｍｍ、長さ１００ｍｍの円柱状のフィルタを用いた。

「気体循環構造」を有するデバイスＤは、本実施の形態１に係る液体処理装置１に相当する。デバイスＤでは、フィルタ５０として、デバイスＢが備える活性炭フィルタと同じ活性炭フィルタを用いた。

ここでは、デバイスＡ〜Ｄの各々を、以下の共通の条件で動作させて窒素酸化物の排出量を測定した。具体的には、電源４２が９０Ｗの投入電力を印加することで、電極対４１間で放電させてプラズマを生成した。第１槽１０に溜められた液体２の容量は、２００ｃｃである。また、液体２には、１０％の濃度の硝酸溶液を添加した。気体供給ポンプ２０は、気体３を流量０．３Ｌ／ｍｉｎで電極対４１の近傍に供給した。なお、ここでは、液体２を流量０．３Ｌ／ｍｉｎで循環させた。

窒素酸化物の測定には、各デバイスを１ｍ^３の容器（ＢＯＸ）に配置した状態で、当該容器内の窒素酸化物の量をＮＯ_ｘ測定装置によって測定した。測定された実測値をデバイスサイズに換算した値を、各デバイスの窒素酸化物の排出量として示す。

このとき、図２に示すように、デバイスＡによる窒素酸化物の排出量は、約５６００ｐｐｍであった。デバイスＢ及びデバイスＣによる窒素酸化物の排出量はそれぞれ、約４０００ｐｐｍ及び約３０００ｐｐｍであった。これらに対して、本実施の形態１に係るデバイスＤ（液体処理装置１）による窒素酸化物の排出量は、約７１ｐｐｍであった。

以上のことから、活性炭フィルタ又はＮＯ_ｘ専用フィルタを用いた場合には、窒素酸化物の排出量が約０．５倍〜約０．７倍に抑えられるのに対して、気体を循環させた上で活性炭フィルタを利用した場合には、約１／８０にまで排出量を抑えることができた。つまり、本実施の形態１に係る液体処理装置１のように、気体供給ポンプ２０が気体を循環させ、かつ、排気流路３３にフィルタ５０を設けることで、窒素酸化物の排出量を十分に抑制することができることが分かる。

また、図示しないが、フィルタ５０として、ＮＯ_ｘ専用フィルタを用いた場合の排出量は、約８８ｐｐｍであった。したがって、活性炭フィルタの場合と同様に、窒素酸化物の排出量は十分に抑制されている。

なお、測定結果による違いがないことを確認するため、デバイスＤ（液体処理装置１）に対して、他の方法を用いた窒素酸化物の測定も行った。例えば、サンプリングバッグ（２ｃｃ／ｍｉｎ）で排出気体を完全に捕集した場合、窒素酸化物の排出量は、約７１ｐｐｍであった。インピンジャーを用いて２０℃の水で窒素酸化物を溶解させた場合、窒素酸化物の排出量は、約９３ｐｐｍであった。オゾンガスを用いて窒素酸化物のうち一酸化窒素を二酸化窒素に変化させた場合、及び、さらにインピンジャーを用いて２０℃の水に溶解させた場合はそれぞれ、窒素酸化物の排出量は、約９３ｐｐｍ及び約１０１ｐｐｍであった。

以上のように、いずれの測定方法においても、窒素酸化物の排出量は、十分に抑制されていることが分かる。

［４．気体の循環による分解性能］
次に、気体３を循環させることによって、液体処理装置１による液体２の処理性能が低下していないことを確認するために、まずは循環経路内の気体３の成分を確認した。気体３の成分変化の確認結果を図３に示す。

図３は、液体処理装置１の循環経路内に閉じ込められた気体３の成分分析の結果を示す図である。具体的には、図３では、放電時間が０分（放電開始前）、１５分、４５分の時点での気体中に含まれる窒素、酸素、水素、窒素酸化物及び水分の体積％を示している。

図３に示すように、窒素及び酸素は、ＧＣ／ＴＣＤ法（ガスクロマトグラフィ／熱伝導型検出器法）を用い、水素は、ＧＣ／ＢＩＤ法（ガスクロマトグラフィ／バリア放電イオン検出器法）を用いて測定した。窒素酸化物は、イオンクロマトグラフィ法を用い、水分は、カールフィッシャー水分計法を用いて測定した。

図３に示すように、窒素、酸素及び水分は、放電開始前（０分）と、放電開始後４５分経過の時点とでほとんど変化が見られない。すなわち、プラズマの生成によって、窒素、酸素及び水分は、ほとんど減少又は増加しない。

本実施の形態１では、窒素及び酸素を含む気体３内でプラズマを生成することで窒素酸化物を発生させ、発生した窒素酸化物が液体２に溶け込むことで亜硝酸が生成される。放電時間が長い場合でも、窒素及び酸素の成分比に大きな変化が見られないため、亜硝酸の生成も継続して行うことができると考えられる。

一方で、水素及び窒素酸化物は、放電開始前（０分）に比べて、放電開始後（１５分又は４５分）は増加している。すなわち、プラズマの生成によって、水素及び窒素酸化物が生成されたことが分かる。一方で、放電開始後１５分と４５分とを比較した場合、あまり増加していない（窒素酸化物は減少している）ことが分かる。つまり、プラズマの生成を継続したとしても、気体３内の成分比は大きく変化しないと考えられる。

続いて、酢酸水溶液を用いて液体処理装置１を動作させて、溶液中の酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）の濃度を測定した。測定結果を図４に示す。

図４は、本実施の形態１に係る液体処理装置１を用いて酢酸を分解した場合における放電時間に対する酢酸の濃度を示す図である。図４において、横軸は放電時間（すなわち、プラズマの生成時間）であり、縦軸は酢酸の濃度である。

酢酸の濃度の測定は、イオンクロマトグラフィ法又はＴＯＣ（Ｔｏｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃａｒｂｏｎ）計を用いて行った。図４の凡例における「ＩＣ」がイオンクロマトグラフィ法を示し、「ＴＯＣ」がＴＯＣ計を用いて測定した炭素原子の量を示している。「ＴＯＣ換算」は、「ＴＯＣ」の測定結果に基づいて、酢酸濃度を算出した値を示している。具体的には、「ＴＯＣ換算」は、酢酸分子（ＣＨ_３ＣＯＯＨ）に含まれる炭素の分子量（１２×２）に対する酢酸の分子量（６０）を表す比（＝６０／２４）を「ＴＯＣ」の測定結果に乗ずることで求められる。

気体３を閉じ込めなかった場合（例えば、上述したデバイスＡ）と、気体３を閉じ込めて循環させた場合（上述したデバイスＤ）とを比較して分かるように、酢酸の濃度の低下の割合は略同じであった。なお、イオンクロマトグラフィ法による測定結果と、ＴＯＣ計を用いた測定結果とで酢酸の濃度の絶対値に違いは生じているが、濃度の減少量は略同じ傾向が見られた。

以上のことから、気体３を閉じ込めた場合も閉じ込めなかった場合も、酢酸の分解能力は略同じであることが分かる。したがって、本実施の形態１に係る液体処理装置１のように、気体３を循環させた場合であっても、液体２の処理能力は低下しない。したがって、本実施の形態１に係る液体処理装置１によれば、処理能力を低下させずに、窒素酸化物の発生を抑制することができる。

［５．まとめ］
以上のように、本実施の形態１に係る液体処理装置１は、窒素及び酸素を含む気体３と液体２とが溜められる第１槽１０と、第１槽１０に溜められる気体３を回収し、回収した気体３を電極対４１の近傍に供給する気体供給ポンプ２０と、電極対４１を有し、電極対４１間で放電させることにより、気体供給ポンプ２０が供給した気体３内で液体２に接触するようにプラズマを生成して、窒素酸化物を発生させるプラズマ生成器４０と、第１槽１０に溜められる気体の一部を排出するための排気流路３３と、排気流路３３上に配置されたフィルタ５０であって、気体３の一部を通過させ、かつ、窒素酸化物を透過させないフィルタ５０とを備え、第１槽１０に溜められる気体には、プラズマ生成器４０が発生させた窒素酸化物が含まれる。

これにより、窒素酸化物の排出量が抑制され、かつ、第１槽１０の破損なども抑制されるので、外部に与える影響を十分に抑制することができる。したがって、液体処理装置１は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる。すなわち、液体処理装置１は、汎用性が高いデバイスとして利用することができる。

（変形例）
続いて、実施の形態１の変形例に係る液体処理装置について説明する。

図５は、本変形例に係る液体処理装置１００の構成を示す図である。図５に示すように、液体処理装置１００は、図１に示す実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、第２槽６０、第２配管部７０及び液体供給ポンプ８０を備えない点が異なっている。つまり、本変形例に係る液体処理装置１００では、液体２を循環させない。

本変形例では、図５に示すように、プラズマ生成器４０の電極対４１は、第１槽１０内に配置されている。したがって、電極対４１の近傍に気体３を供給するための第２流路３２は、第１槽１０に接続されている。

本変形例では、気体供給ポンプ２０は、第１槽１０、第１流路３１、第２流路３２及び第１槽１０の順で、気体３を流す。つまり、気体３は、第１槽１０、第１流路３１、気体供給ポンプ２０、第２流路３２、第１槽１０の順で循環している。なお、図５では、排気流路３３は、第２流路３２から分岐する例を示しているが、実施の形態１と同様に、第１流路３１から分岐していてもよい。

本変形例によれば、液体処理装置１００は、第２槽６０などを備えなくてよいので、部品点数を削減することができる。したがって、液体処理装置１００の小型化、軽量化及び低コスト化を実現することができる。

（実施の形態２）
次に、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は、実施の形態１の液体処理装置１を脱臭分野に応用した例を表わしている。すなわち、実施の形態２の液体処理装置は脱臭装置として機能する。なお、実施の形態２は、気体を循環させている点で実施の形態１に係る液体処理装置と同じであるため、窒素酸化物の排出量及び気体の循環による分解性能についての説明は、実施の形態１に係る液体処理装置と同様であるとして省略する。

［１．概要］
まず、実施の形態２に係る液体処理装置の概要について、図６を用いて説明する。図６は、本実施の形態２に係る液体処理装置２００の構成を示す図である。

液体処理装置２００は、プラズマによって発生する窒素酸化物などの活性種を利用して、気体５に含まれる悪臭物質などを分解する。悪臭物質は、アンモニア又は硫化水素などの臭いを有する物質である。本実施の形態２では、液体処理装置２００は、空気に含まれるアンモニア、硫化水素などの悪臭物質を分解する。

なお、液体処理装置２００は、悪臭物質だけでなく、その他の有害物質、汚染物質などの被分解物質を分解してもよい。被分解物質には、例えば、人若しくは生態系に対して有害な化学物質、又は、花粉、ハウスダストなどの微粒子若しくは微生物などが含まれる。

本実施の形態２では、液体処理装置２００は、液体２に接触するようにプラズマを生成する。具体的には、液体処理装置２００は、気体３を液体２中に供給し、供給された気体３（気泡４）内でプラズマを生成する。プラズマによって発生した活性種が液体２に拡がることで、液体２は、悪臭物質などの被分解物質を分解することができる。

液体処理装置２００では、外部から気体５を取り込んで、取り込んだ気体５と液体２とを、第１フィルタ９０を介して接触させる。気体５に含まれる被分解物質を液体２が分解することで、液体処理装置２００は、浄化された気体６を外部に排出する。

液体２は、水道水、純水などの液体である。気体３は、窒素（Ｎ_２）及び酸素（Ｏ_２）を含む第２気体の一例であり、例えば、空気である。また、気体３には、プラズマの生成によって発生した窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）が含まれる。

気体５は、被分解物質を含む第１気体の一例であり、例えば、空気である。気体５には、例えば、アンモニアなどが含まれる。気体５は、液体２によって浄化される対象の気体である。気体６は、液体２によって浄化された気体５である。

液体処理装置２００は、例えば、空気清浄機などに利用される。液体処理装置２００は、室内などの所定の空間に配置されて、当該空間内の空気を浄化する。あるいは、液体処理装置２００は、冷蔵庫、電子レンジ、フライヤーなどの食料を保存又は調理する装置に設けられてもよい。また、液体処理装置２００は、空調機器、加湿器、洗濯機、食器洗浄機、車両などに設けられてもよい。

［２．構成］
次に、本実施の形態２に係る液体処理装置２００の構成について説明する。

図６に示すように、液体処理装置２００は、筐体１１と、ファン２３及び２４と、第１槽３４と、第２槽３８と、第１フィルタ９０と、気体供給ポンプ２０と、液体供給ポンプ８０と、プラズマ生成器４０と、第１配管部３０と、第２配管部７０と、第２フィルタ９５とを備える。以下では、液体処理装置２００が備える各構成要素について詳細に説明する。

［２−１．筐体］
筐体１１は、液体処理装置２００の外郭をなす筐体である。例えば、筐体１１は、プラスチックなどの樹脂材料、又は、金属材料から形成される。筐体１１の外形形状は、例えば直方体又は球体など、いかなるものでもよい。図６に示すように、筐体１１は、吸気口１２と、吹出口１３とを有する。

吸気口１２は、外部から筐体１１内に気体５を取り込むための開口である。吹出口１３は、筐体１１内に取り込まれた気体５を外部に排出するための開口である。図６に示すように、悪臭物質を含む空気などの気体５は、吸気口１２から筐体１１内に取り込まれ、第１フィルタ９０を通過した後、吹出口１３から筐体１１外へ排出される。筐体１１外へ排出される気体６は、悪臭物質などが除去されて浄化されている。

吸気口１２及び吹出口１３は、図６に示すように、筐体１１の上面に設けられている。なお、吸気口１２及び吹出口１３が設けられる位置は、図６に示す例に限らない。例えば、吸気口１２及び吹出口１３はそれぞれ、筐体１１の側面又は下面に設けられてもよい。

例えば、吸気口１２及び吹出口１３は、互いに対向するように筐体１１の側面に設けられていてもよい。これにより、吸気口１２と吹出口１３との間の距離を長くすることができるので、吸気口１２と吹出口１３との間に第１フィルタ９０を設けるスペースを確保し、かつ、吸気口１２から吹出口１３へスムーズに気体を流すことができる。また、筐体１１は、吸気口１２及び吹出口１３の少なくとも一方を複数有してもよい。

筐体１１の内部は、第１フィルタ９０によって、第１空間１４及び第２空間１５に仕切られている。第１空間１４は、吸気口１２を含む空間である。第２空間１５は、吹出口１３を含む空間である。第１空間１４と第２空間１５とは、第１フィルタ９０を介さずに気体５が行き来しないように、筐体１１の内壁、第１フィルタ９０、液体２及び第１槽３４によって分離されている。

［２−２．ファン］
ファン２３は、吸気口１２を介して気体５が筐体１１内に取り込まれるように、気流を生成する。ファン２３は、図６に示すように、吸気口１２内に設けられている。なお、ファン２３は、吸気口１２の内部ではなく、筐体１１の外側又は内側（第１空間１４内）に設けられていてもよい。

ファン２４は、吹出口１３を介して気体６が筐体１１外に排出されるように、気流を生成する。ファン２４は、図６に示すように、吹出口１３内に設けられている。なお、ファン２４は、吹出口１３の内部ではなく、筐体１１の外側又は内側（第２空間１５内）に設けられていてもよい。

ファン２３及び２４は、制御回路（図示せず）によって駆動される。ファン２３及び２４が動作することで、吸気口１２から吹出口１３に向かう方向に筐体１１内を気体５が流れ、気流が生成される。気流が第１フィルタ９０を通過することで、気流を形成する気体５が液体２と接触する。気体５に含まれる被分解物質は、液体２に含まれる亜硝酸や溶存オゾンなどの活性種によって分解される。

なお、本実施の形態２では、液体処理装置２００が２つのファン２３及び２４を備える例について示したが、液体処理装置２００は、１つのみ又は３以上のファンを備えてもよい。ファンの配置も図６に示す例には限定されず、例えば、第１空間１４又は第２空間１５内に配置されてもよい。

［２−３．第１槽］
第１槽３４は、筐体１１内に配置され、気体３及び液体２を溜めるための容器である。第１槽３４は、密閉部３５と、開放部３６と、密閉部３５と開放部３６とを連通する連通孔３７とを有する。

密閉部３５は、例えば、直方体、円柱体などの筐体であり、側面の下方部分に連通孔３７が設けられている。本実施の形態２では、密閉部３５は、第１フィルタ９０より吸気口１２側に位置している。

密閉部３５は、気体３を密閉するための内部空間を形成しており、気液分離槽として機能する。すなわち、密閉部３５の内部空間に溜められた液体２及び気体３は、重力の影響で、液体２が内部空間の鉛直下方に、気体３が内部空間の鉛直上方に自然に分離する。このため、図６に示すように、密閉部３５の内部空間の上方部分には気体３が溜まり、下方部分には液体２が溜まる。

密閉部３５の内部空間は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分、並びに、連通孔３７を除いて密閉されている。つまり、密閉部３５は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分、並びに、連通孔３７を除いて、内部空間と外部（又は第１空間１４）と連通する開口を有しない。これにより、密閉部３５に溜められる気体３は、第１配管部３０を介して内部空間から流出し、又は、第２配管部７０（第４流路７２）を介して内部空間に流入する場合を除いて、外部に漏れ出ない。

開放部３６は、例えば、トレイのように上面が開放された箱体である。開放部３６は、密閉部３５と床面が面一であり、密閉部３５との間で連通孔３７を介して液体２の移動が可能である。開放部３６には、第１フィルタ９０の一部が液体２に接触するように配置されている。

連通孔３７は、密閉部３５と開放部３６との間で液体２の行き来が可能となるように設けられた孔である。連通孔３７は、気体３が通過しないように液体２によって充填されている。

なお、密閉部３５と開放部３６とはそれぞれ、別体の槽であってもよく、配管などで２つの槽が接続されていてもよい。この場合も、配管内に気体が流入しないように、配管の各々の端部は液体２などによって塞がれている。

第１槽３４は、例えば、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などで形成される。例えば、第１槽３４は、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。なお、第１槽３４が金属材料で形成される場合には、めっき又は塗装などにより、錆を防止する処理が施されてもよい。

なお、第１槽３４には、液体２を入れ替えるための開口が設けられていてもよい。当該開口は、少なくとも液体処理装置２００が動作している期間は、気体３が流出しないように、蓋（又は液体２）などによって閉じられている。

［２−４．第２槽］
第２槽３８は、内部に、プラズマ生成器４０の電極対４１が配置された槽である。第２槽３８の外形形状は、例えば直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。本実施の形態２では、第２槽３８は、内部空間を有し、内部空間に液体２が溜められている。図６に示す例では、第２槽３８の内部空間全体を液体２が充填しているが、第１槽３４と同様に、液体２と気体３とが分離していてもよい。

第２槽３８は、プラズマの生成を行う反応槽として機能する。第２槽３８の内部空間に供給された気体３（気泡４）の内部でプラズマが生成されて、窒素酸化物やオゾンが発生する。窒素酸化物は、液体２に溶け込みながら、第４流路７２を通って第１槽３４の密閉部３５に供給される。

第２槽３８の内部空間は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて密閉されている。つまり、第２槽３８は、第１配管部３０及び第２配管部７０との接続部分を除いて、内部空間と外部と連通する開口を有しない。これにより、気体３は、第１配管部３０を介して内部空間に流入し、又は、第２配管部７０（第４流路７２）を介して内部空間から流出する場合を除いて、気体３が外部に漏れ出ない。

図６に示すように、第２槽３８は、筐体１１の外部に配置されているが、これに限らない。第２槽３８は、筐体１１内に配置されていてもよい。例えば、第２槽３８は、第１空間１４に配置されていてもよい。これにより、窒素酸化物が第２槽３８から漏れ出たとしても、第１フィルタ９０によって液体２中に溶け込ませることができる。したがって、筐体１１の外部に排出される窒素酸化物の量を抑制することができる。

第２槽３８は、例えば、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などで形成される。例えば、第２槽３８は、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。なお、第２槽３８が金属材料で形成される場合には、めっき又は塗装などにより、錆を防止する処理が施されてもよい。

なお、第２槽３８は、第２配管部７０の一部でもよい。すなわち、第２配管部７０の内部に電極対４１が配置されていてもよい。

［２−５．第１フィルタ］
第１フィルタ９０は、気流に交差するように配置された気液接触部材の一例である。第１フィルタ９０は、液体２と吸気口１２から取り込まれた気体５とを接触させる。具体的には、第１フィルタ９０は、気体５を通過させ、気体５に含まれる物質を液体２中に取り込む。

例えば、第１フィルタ９０は、ローラー９１及び９２によって回転される。具体的には、第１フィルタ９０は、下部が液体２に接触した状態で、上下に配置された２個のローラー９１及び９２に巻き付けられている。２個のローラー９１及び９２が回転することで、第１フィルタ９０は回転し、部分毎に液体２に接触する。これにより、第１フィルタ９０の全体に液体２が行き渡らされている。

第１フィルタ９０は、一部が第１槽３４の開放部３６内の液体２に接触するように配置されている。第１フィルタ９０は、気流方向（図６において右方向）に沿って見た場合に、筐体１１の内面との間に隙間が形成されないような形状及び配置を有する。すなわち、気体５は、第１フィルタ９０を通過せずに第１空間１４から第２空間１５には実質的には進行しない。なお、第１フィルタ９０と筐体１１の内面との間の隙間を埋めるための、第１フィルタ９０の外周に沿った形状を有する枠材が設けられていてもよい。

第１フィルタ９０は、例えば、気体５に接触する液体２の面積を増加させる部材である。例えば、第１フィルタ９０は、ステンレス又は化成品からなる多面積接触型多孔部材である。多面積接触型多孔部材は、例えば、複数の細かい孔が形成された多孔板である。第１フィルタ９０の平均孔は、例えば、数ｍｍ以下である。第１フィルタ９０の平均孔は、例えば、簡易的には任意の断面に現れる複数の孔の平均値に相当する。気体５は、これらの孔によって捉えられて液体２に接触しやすくなる。第１フィルタ９０によって捉えられた気体５は、液体２に含まれる亜硝酸などの活性種と接触する。これにより、気体５に含まれる被分解物質が分解される。

なお、第１フィルタ９０は、通気性及び吸水性を有する布状部材でもよい。第１フィルタ９０は、表面積を大きくするために複数の起毛を有してもよい。

［２−６．気体供給ポンプ］
気体供給ポンプ２０は、第１槽３４に溜められる気体３を回収し、回収した気体３を、プラズマ生成器４０の電極対４１の近傍に供給する気体供給装置の一例である。具体的には、気体供給ポンプ２０は、気体回収口２１と、気体供給口２２とを有する。気体供給ポンプ２０は、気体回収口２１を介して気体３を回収し、回収した気体３を気体供給口２２から排出する。

本実施の形態２では、気体供給ポンプ２０は、第１流路３１及び第２流路３２を形成する第１配管部３０によって、第１槽３４の密閉部３５及び第２槽３８と接続されている。具体的には、気体回収口２１に第１流路３１が接続され、気体供給口２２に第２流路３２が接続されている。すなわち、気体供給ポンプ２０は、第１配管部３０の途中（第１流路３１と第２流路３２との間）に配置されている。

気体供給ポンプ２０は、第１槽３４の密閉部３５、第１流路３１、第２流路３２及び第２槽３８の順で、気体３を流す。第２槽３８に入った気体３は、液体供給ポンプ８０によって形成された液体２の流れに乗って第４流路７２を通って、第１槽３４に供給される。すなわち、図６に示すように、気体３は、密閉部３５、第１流路３１、気体供給ポンプ２０、第２流路３２、第２槽３８、第４流路７２、密閉部３５の順で循環している。なお、図６において、破線の矢印が気体３の流れる方向を示している。

本実施の形態２では、気体供給ポンプ２０は、筐体１１の第１空間１４に配置されているが、これに限定されない。気体供給ポンプ２０は、筐体１１の外部に配置されていてもよい。あるいは、気体供給ポンプ２０は、密閉部３５の内部に配置されていてもよい。

［２−７．液体供給ポンプ］
液体供給ポンプ８０は、第１槽３４、第３流路７１、第２槽３８及び第４流路７２の順で液体２を循環させる液体供給装置の一例である。具体的には、液体供給ポンプ８０は、流入口８１と、流出口８２とを有する。液体供給ポンプ８０は、流入口８１を介して液体２を吸い入れ、吸い入れた液体２を流出口８２から放出する。これにより、第１槽３４に溜められた液体２は、第３流路７１の上流部７１ａ、液体供給ポンプ８０、第３流路７１の下流部７１ｂ、第２槽３８、第４流路７２、第１槽３４の順で循環される。なお、図６において、実線の矢印が液体２の流れる方向を示している。

液体供給ポンプ８０は、第２配管部７０の途中に配置されている。具体的には、液体供給ポンプ８０は、第３流路７１の上流部７１ａと下流部７１ｂとの間に接続されている。あるいは、液体供給ポンプ８０は、第１槽３４内又は第２槽３８内に配置されていてもよい。また、液体供給ポンプ８０は、筐体１１の外部に配置されているが、これに限定されない。液体供給ポンプ８０は、筐体１１の内部に配置されていてもよい。

［２−８．プラズマ生成器］
プラズマ生成器４０は、電極対４１と、電源４２とを有するプラズマ生成装置の一例である。プラズマ生成器４０は、電極対４１間で放電させることにより、気体供給ポンプ２０が供給した気体３（気泡４）内で液体２に接触するようにプラズマを生成して、窒素酸化物を発生させる。発生した窒素酸化物は、一部は液体２に溶け込み、溶け込まなかった分は第１槽３４に溜められる。つまり、第１槽３４に溜められる気体３には、窒素及び酸素だけでなく、窒素酸化物及びオゾンなどのプラズマ生成器４０が発生させた気体も含まれる。

電極対４１は、第２槽３８の内部に配置されている。具体的には、電極対４１は、第２槽３８に溜められた液体２に接触するように配置されている。電極対４１は、２つの電極が所定の距離空けて配置され、一方の電極は、気体供給ポンプ２０によって供給された気体に覆われる。電極対４１は、例えば、一対の棒状電極、又は、平行平板電極などである。

電源４２は、電極対４１間に、例えば、２〜５０ｋＶ／ｃｍ、１００Ｈｚ〜２０ｋＨｚの負極性の高電圧パルス電圧を印加する。これにより、気体（気泡４）内で放電が起き、プラズマが生成されることにより、窒素酸化物が発生する。

［２−９．第１配管部］
第１配管部３０は、気体３の流路を形成するための構造体である。例えば、第１配管部３０は、パイプ、チューブ又はホースなどの管状の部材から形成される。第１配管部３０は、プラズマによって発生するオゾンなどの活性ガスに対する耐性を有する樹脂材料又は金属材料などから形成される。例えば、第１配管部３０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂やシリコンゴム、ステンレスなどから形成される。

図６に示すように、第１配管部３０は、第１流路３１と、第２流路３２と、排気流路３３とを形成する。

第１流路３１は、第１槽３４から気体供給ポンプ２０まで、窒素酸化物を含む気体３を導くための流路である。第１流路３１の一端（上流端）は、図６に示すように、密閉部３５の内部空間の上方部分に接続されている。例えば、当該上流端は、気体３のみが第１流路３１内を通過するように、密閉部３５内の液体２に接触しない位置に位置している。第１流路３１の他端（下流端）は、気体供給ポンプ２０の気体回収口２１に接続されている。気体供給ポンプ２０は、密閉部３５の内部空間の上方に溜められた気体３を吸い上げることで、第１流路３１を介して回収する。

第２流路３２は、気体供給ポンプ２０から電極対４１の近傍まで、気体供給ポンプ２０が回収した気体を導くための流路である。第２流路３２の一端（上流端）は、気体供給ポンプ２０の気体供給口２２に接続され、他端（下流端）は、第２槽３８内に配置された電極対４１の近傍に接続されている。例えば、当該下流端は、第２流路３２を通過した気体が電極対４１の一方の電極を覆うように、当該一方の電極の根元などに接続されている。

排気流路３３は、第１槽３４に溜められる気体３の一部を排出するための流路である。本実施の形態２では、図６に示すように、排気流路３３は、第１流路３１から分岐している。

なお、排気流路３３は、第２流路３２から分岐していてもよい。あるいは、排気流路３３は、密閉部３５に設けられた開口であってもよい。すなわち、密閉部３５には、第１配管部３０（第１流路３１及び第２流路３２）と接続するための開口以外に、排気用の開口が排気流路３３として設けられていてもよい。

本実施の形態２では、プラズマ生成器４０がプラズマを生成する際に熱が発生する。発生した熱により気体３の温度が上昇し、体積が増加する。また、プラズマと液体２との界面での液体２の蒸発によっても体積が増加する。このため、第１槽３４の内圧が上昇する。排気流路３３は、気体３の体積が増加する場合に、この増加分を外部に排出するために設けられている。

なお、第１流路３１から排気流路３３への分岐部分には、弁（例えば、逆止弁）が設けられていてもよい。弁は、第１槽３４内の気体３の圧力が所定の閾値より大きくなった場合に開く。これにより、第１槽３４などの内圧が上昇するのを抑制し、第１槽３４及び第１配管部３０などの変形又は破損を抑制することができる。

［２−１０．第２配管部］
第２配管部７０は、液体２の流路を形成するための構造体である。例えば、第２配管部７０は、パイプ、チューブ又はホースなどの管状の部材から形成される。第２配管部７０は、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などから形成される。例えば、第２配管部７０は、ポリ塩化ビニル、ポリテトラフルオロエチレン、ステンレスなどから形成される。

図６に示すように、第２配管部７０は、第３流路７１と、第４流路７２とを形成する。

第３流路７１は、第１槽３４内の液体２を第２槽３８まで導くための流路である。具体的には、第３流路７１は、上流部７１ａと、下流部７１ｂとを有する。上流部７１ａと下流部７１ｂとの間に液体供給ポンプ８０が接続されている。

上流部７１ａは、第１槽３４内の液体２を液体供給ポンプ８０まで導くための流路である。上流部７１ａの一端（上流端）は、第１槽３４の内部空間において液体２と接触する位置に配置されている。例えば、上流部７１ａの上流端は、密閉部３５の下部に接続されているが、開放部３６に接続されていてもよい。あるいは、当該上流端は、第１槽３４の底面に接続されていてもよい。上流部７１ａの他端（下流端）は、液体供給ポンプ８０の流入口８１に接続されている。

下流部７１ｂは、液体供給ポンプ８０から第２槽３８まで、液体２を導くための流路である。下流部７１ｂの一端（上流端）は、液体供給ポンプ８０の流出口８２に接続されている。下流部７１ｂの他端（下流端）は、第２槽３８に接続されている。

第４流路７２は、第２槽３８内の電極対４１の近傍に供給された気体３、及び、第２槽３８に溜められる液体２を第１槽３４まで導くための流路である。簡単に言い換えると、第４流路７２は、気体３と液体２との両方の流路である。具体的には、第４流路７２は、気体３の循環経路の一部であり、かつ、液体２の循環経路の一部でもある。第４流路７２の一端（上流端）は、第２槽３８に接続され、他端（下流端）は、第１槽３４に接続されている。当該下流端は、図６に示すように、密閉部３５の内部空間の上方部分に位置している。

［２−１１．第２フィルタ］
第２フィルタ９５は、気体３の一部を透過させ、かつ、窒素酸化物を透過させないフィルタである。具体的には、第２フィルタ９５は、窒素及び酸素などを透過させ、窒素酸化物を透過させない。例えば、第２フィルタ９５は、ＮＯ_ｘ専用フィルタ又は活性炭フィルタである。

なお、窒素酸化物を透過させないとは、窒素酸化物を完全に遮断するのではなく、僅かに透過するものの、実質的には窒素酸化物を透過させないことも含んでいる。すなわち、第２フィルタ９５は、窒素酸化物の透過量を所定の閾値より小さくするフィルタであればよい。例えば、第２フィルタ９５による窒素酸化物の透過量は、環境基準などの法規によって定められる値より小さい。

第２フィルタ９５は、排気流路３３上に配置されている。すなわち、排気流路３３を流れる気体３は、第２フィルタ９５を通過する際に、窒素酸化物が第２フィルタ９５によって除去される。これにより、排気流路３３より外に排出される気体３には、窒素酸化物がほとんど含まれていない。

本実施の形態２では、第２フィルタ９５は、筐体１１の第１空間１４内に配置されている。これにより、排気流路３３から第２フィルタ９５を通過して排出される気体３は、吸気口１２から吹出口１３に向かう気流（気体５の流れ）に乗って第１フィルタ９０を通過する。このため、第２フィルタ９５によっては取り除ききれずに、排出される気体３に窒素酸化物が含まれていたとしても、取り除ききれなかった窒素酸化物は、第１フィルタ９０によって液体２と接触しやすくなる。このため、取り除ききれなかった窒素酸化物は、液体２に溶け込みやすくなるので、筐体１１の外部に排出される窒素酸化物の量を抑制することができる。

なお、第２フィルタ９５は、筐体１１の外部に配置されていてもよい。すなわち、排気流路３３も筐体１１の外部に配置されていてもよい。

［３．まとめ］
以上のように、本実施の形態２に係る液体処理装置２００では、吸気口１２と吹出口１３とを有する筐体１１と、吸気口１２を介して気体５が筐体１１内に取り込まれるように、又は、吹出口１３を介して気体６が筐体１１外に排出されるように、気流を生成するファン２３又は２４と、筐体１１内に配置され、窒素及び酸素を含む気体３と液体２とが溜められる第１槽３４と、気流に交差するように配置され、液体２と吸気口１２から取り込まれた気体５とを接触させる第１フィルタ９０と、第１槽３４に溜められる気体３を回収し、回収した気体３を電極対４１の近傍に供給する気体供給ポンプ２０と、電極対４１を有し、電極対４１間で放電させることにより、気体供給ポンプ２０が供給した気体３内で液体２に接触するようにプラズマを生成して、窒素酸化物を発生させるプラズマ生成器４０とを備え、第１槽３４に溜められる気体３には、プラズマ生成器４０が発生させた窒素酸化物が含まれる。

これにより、窒素酸化物の排出量が抑制されるので、外部に与える影響を十分に抑制することができる。したがって、液体処理装置２００は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる。すなわち、液体処理装置２００は、汎用性が高いデバイスとして利用することができる。

（実施の形態２の変形例１）
続いて、実施の形態２の変形例１に係る液体処理装置について説明する。

図７は、本変形例に係る液体処理装置３００の構成を示す図である。図７に示すように、液体処理装置３００は、図６に示す実施の形態２に係る液体処理装置２００と比較して、第２槽３８、液体供給ポンプ８０及び第２配管部７０を備えない点が異なっている。つまり、本変形例に係る液体処理装置３００では、液体２を循環させない。

本変形例では、図７に示すように、プラズマ生成器４０の電極対４１は、第１槽３４内に配置されている。具体的には、電極対４１は、第１槽３４の密閉部３５内に配置されている。これにより、電極対４１の近傍で発生した窒素酸化物は、密閉部３５の内部空間に放出されて、外部（第１空間１４など）に漏れ出ない。電極対４１の近傍に気体３を供給するための第２流路３２は、第１槽３４の密閉部３５に接続されている。

本変形例では、気体供給ポンプ２０は、密閉部３５、第１流路３１、第２流路３２及び密閉部３５の順で、気体３を流す。つまり、気体３は、密閉部３５、第１流路３１、気体供給ポンプ２０、第２流路３２、密閉部３５の順で循環している。なお、図７では、排気流路３３は、第２流路３２から分岐する例を示しているが、実施の形態２と同様に、第１流路３１から分岐していてもよい。

本変形例によれば、液体処理装置３００は、第２槽３８などを備えなくてよいので、部品点数を削減することができる。したがって、液体処理装置２００の小型化、軽量化及び低コスト化を実現することができる。

（実施の形態２の変形例２）
次に、実施の形態２の変形例２に係る液体処理装置について説明する。

図８は、本変形例に係る液体処理装置４００の構成を示す図である。図８に示すように、液体処理装置４００は、図７に示す変形例１に係る液体処理装置３００と比較して、排気流路３３と、第２フィルタ９５とを備えない点が異なっている。つまり、本変形例に係る液体処理装置４００では、気体３の体積が増加した場合に、気体３を逃がす経路を設けていない。

上述したように、プラズマの発生などにより気体３の温度が上昇した場合に、気体３の体積が増加する。本変形例では、密閉部３５と開放部３６とは連通孔３７を介して連通しているので、液体２が密閉部３５から開放部３６に流れることができる。したがって、気体３の体積が増加した場合、気体３が、密閉部３５内の液体２の液面を押し下げることで、液体２は、連通孔３７を介して密閉部３５から開放部３６に流れる。これにより、開放部３６の液体２の液面は上昇する。

このように、本変形例に係る液体処理装置４００では、気体３の体積の増加を液体２の流動によって吸収することができる。したがって、密閉部３５の内圧の増加を抑制することができるので、密閉部３５の変形及び破損などを抑制することができる。よって、本変形例に係る液体処理装置４００は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる。

（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る液体処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したもの、及び、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。

例えば、上記の実施の形態では、気体供給ポンプ２０が第１槽１０の外部に配置されている例について示したが、例えば、上記の変形例において気体供給ポンプ２０は第１槽１０内に配置されていてもよい。この場合、液体処理装置１は第１流路３１が設けられていなくてもよく、気体供給ポンプ２０は、第１槽１０内の気体３を取り込んで電極対４１の近傍に供給してもよい。

また、例えば、上記の実施の形態では、液体２中に供給された気体３（気泡４）内でプラズマを生成する例について示したが、これに限らない。例えば、液体２の液面の上方近傍に電極対４１が配置され、液面に接触するようにプラズマを生成してもよい。この場合、プラズマによって液面の近傍で発生した窒素酸化物が液体２と接触して液体２に溶け込むことができる。

また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、使用環境及び使用条件が限定されずに利用することができる液体処理装置として利用でき、例えば、水などの液体を浄化する浄化装置、空気清浄機などに利用することができる。

１、１００、２００、３００、４００ 液体処理装置
２ 液体
３、５、６ 気体
４ 気泡
１０、３４ 第１槽
１１ 筐体
１２ 吸気口
１３ 吹出口
１４ 第１空間
１５ 第２空間
２０ 気体供給ポンプ
２１ 気体回収口
２２ 気体供給口
２３、２４ ファン
３０ 第１配管部
３１ 第１流路
３２ 第２流路
３３ 排気流路
３５ 密閉部
３６ 開放部
３７ 連通孔
３８、６０ 第２槽
４０ プラズマ生成器
４１ 電極対
４２ 電源
５０ フィルタ
７０ 第２配管部
７１ 第３流路
７１ａ 上流部
７１ｂ 下流部
７２ 第４流路
８０ 液体供給ポンプ
８１ 流入口
８２ 流出口
９０ 第１フィルタ
９１、９２ ローラー
９５ 第２フィルタ

Claims (5)

1. 窒素及び酸素を含む第１気体と液体とが溜められる第１槽と、
   第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極との間で放電させることにより、前記液体の少なくとも一部に接触するプラズマを生成するプラズマ生成装置と、
   前記第１槽から前記プラズマ生成装置に、前記第１槽内の前記第１気体の一部を供給する気体供給装置と、
   前記第１槽から前記気体供給装置に前記第１気体の前記一部を導くための第１流路と、
   前記気体供給装置から前記プラズマ生成装置に前記第１気体の前記一部を導くための第２流路と、
   内部に前記第１電極と前記第２電極が配置された第２槽と、
   前記第１槽から前記第２槽に、前記第１槽内の前記液体の一部を導くための第３流路と、
   前記第２槽から前記第１槽に、前記第２槽内の前記第１気体の一部及び前記第２槽内の前記液体の一部を導くための第４流路と、
   前記第１槽、前記第３流路、前記第２槽、前記第４流路の順で前記液体を循環させる液体循環装置と、
   を備える、
   液体処理装置。
2. 前記第１槽から、前記第１槽内の前記第１気体の他の一部を排出するための排気流路と、
   前記排気流路上に配置され、前記第１気体の前記他の一部から窒素酸化物を除去する第１フィルタと、をさらに備える、
   請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記排気流路は、前記第１流路又は前記第２流路から分岐している、
   請求項２に記載の液体処理装置。
4. 吸気口と吹出口とを有し、前記第１槽を収容する筐体と、
   前記筐体内に、前記吸気口から前記吹出口に向かう第２気体の気流を生成するファンと、
   主面を有し、前記主面が前記気流と交差し、前記第１槽内の前記液体と前記第２気体とを接触させる第２フィルタと、をさらに備える、
   請求項１から３のいずれかに記載の液体処理装置。
5. 前記プラズマ生成装置は、前記プラズマの生成により窒素酸化物が生成されるように構成されている、
   請求項１から４のいずれかに記載の液体処理装置。

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