JP6854427B2 - 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１５に、特許文献１に記載に記載されている従来の液体処理装置の例を示す。液体処理装置１００は、装置本体１１０、液体供給部１５０、配管１５１、貯留槽１９０、および電源１６０を備えている。装置本体１１０は、処理槽１１２、導入部１１５、排出部１１７、第１電極１３０、および第２電極１３１を備えている。

図１６は、この液体処理装置が動作している状態を示す図である。処理槽１１２は円筒状になっており、円筒の接線方向に設けられた導入部１１５から、液体Ｌ１（例えば、水）を導入することで、旋回流Ｆ１を発生させる。旋回流Ｆ１によって処理槽１１２の中心軸Ｘ１の近傍の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、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。第１電極１３０、および第２電極１３１の間に高電圧を印加することで、気相Ｇにプラズマ放電を発生させる。この時、プラズマが液体Ｌ１に直接触れることで、液体Ｌ１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Ｌ１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Ｌ１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Ｌ１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。さらに、排出部１１７付近の酸化成分を含んだ気相Ｇは、貯留槽１９０内の液体Ｌ１の抵抗を受ける事でせん断され、酸化成分を含有した気泡Ｂを生じる。処理液Ｌ２には、ＯＨラジカル及び過酸化水素などの酸化成分だけでなく、気泡Ｂも含まれるため、液体Ｌ１中に含まれる汚濁物質等をより効率的に分解することが可能である。

特開２０１７-２２５９６５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、気相Ｇと第２電極１３１が液体Ｌ１を介して電気的に接続される構成になっているために、第１電極１３０と第２電極１３１との間に高電圧を印加した際に、電流の流れる経路が２つ存在することになる。１つは、第１電極１３０から気相Ｇに発生したプラズマを通る電流経路ｒ１１を通ったのちに、排出部１１７付近から液体Ｌ１を通る電流経路ｒ２１を通って第２電極１３１に流れる電流経路であり、もう１つは、第１電極１３０から液体Ｌ１を通って、直接、第２電極１３１に流れる電流経路ｒ３１である。液体Ｌ１の電気伝導度が高い場合には、プラズマを発生させたときに、プラズマを通らずに液体Ｌ１だけを流れる電流経路ｒ３１を流れる漏れ電流が大きくなってしまう。漏れ電流が大きくなると、電源から印加したエネルギーが液体処理に使われるのではなく、液体Ｌ１の温度上昇に使われてしまい、液体処理のエネルギー効率が低下してしまう。また、液体Ｌ１を循環させながら長時間処理を続けると液体Ｌ１の温度が上昇するために飽和蒸気圧が高くなり、結果として、気相Ｇの圧力が高くなってしまいプラズマ放電を安定して発生することができなくなる課題が発生する。

本発明はこのような点に鑑み、プラズマを通らずに液体だけを流れる漏れ電流を抑えることで、プラズマを効率良く発生させて液体を処理できるとともに、液体温度上昇も抑えることで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、
一端側が閉口し他端側が開口した断面形状が円形である筒状の処理槽と、
前記処理槽の前記円形筒状の接線方向から液体を前記処理槽内に導入することにより前記処理槽内で前記液体を前記処理槽の前記一端側から前記他端側に向けて前記処理槽の中心軸周りに旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口と、
前記処理槽の前記他端側に配置され、前記液体導入口から導入された前記液体を排出する排出部と、
前記処理槽の前記中心軸上の前記一端側に配置された棒状の第１電極と、
前記処理槽の前記他端側に、前記排出部内に部分的に露出するように配置された第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、前記第１電極と前記第２電極との間の前記気相内にプラズマを発生させる電源と、
を備え、
前記第２電極は、前記排出部が配置された前記処理槽の壁面と接するとともに、前記第２電極の第２電極本体部が前記排出部の開口をまたぐことにより、前記排出部を前記処理槽の前記中心軸を中心とした回転対称に配置される複数の開口部に分割し、前記気相は、前記第１電極から前記第２電極の前記第２電極本体部に接触して形成可能とし、
前記開口部は、前記開口部を構成する前記複数の開口の外接円に対する開口率が、５０％〜８７％である。

本発明の前記態様にかかる液体処理装置によれば、気相に発生したプラズマが、第１電極と第２電極との両方に接触するため、プラズマを通らずに液体だけを流れる漏れ電流を少なくすることができる。このように漏れ電流が少ないため、液体の温度上昇を抑えることができて、プラズマを長時間安定して発生させることができる。また、漏れ電流が少ないため、高いエネルギー効率で液体の処理を行うことができる。さらに、液体の温度上昇を抑制することができるために、液体を循環させながら連続的に処理する場合にも、気相の圧力が上昇することがなく、プラズマが安定するために、設備を長時間稼動させることができる。

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 本発明の実施形態１にかかる装置本体の側面断面図 本発明の実施形態１にかかる第２電極の正面図 図２の４―４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 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 本発明の実施形態１にかかる液体処理装置の放電時における電流経路と等価回路を示す図 従来の液体処理装置の放電時における電流経路と等価回路を示す図 各扇形の開口の数での開口率およびプラズマ放電の可否を示す結果の説明図 本発明の実施形態１にかかる第２電極の変形例を示す図 半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽を示す図 円錐形状の処理槽を示す図 本発明の実施形態２にかかる液体処理装置の構成を示す側面断面図 本発明の実施形態２にかかる第２電極の正面図 本発明の実施形態２にかかる液体処理装置の放電時における電流経路と等価回路を示す図 従来の液体処理装置の断面図 従来の液体処理装置の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

［実施形態１］
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１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１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１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１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１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１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１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１で処理された処理液が貯溜される。

液体処理装置１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１は、装置本体１０、液体供給部５０、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（図４参照）。処理槽１２は、処理槽１２の液体Ｌ１の旋回軸Ｘ１（図２参照）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。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。排出部１７の開口の内径は、後述する開口部３１１の開口３１１ａの外接円外接円の径寸法と同じか、それ以上とする。

第１電極３０は、板状、たとえは円板状であり、処理槽１２の内部に配置されている。 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と処理槽１２との間に固定されている。

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との間に数ｋＶの正もしくは負の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パルス電圧を印加することもできるが、正のパルス電圧のみを印加するモノポーラパルス電圧を印加する方が、エネルギー効率は良い。

［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の側面断面図を示し、図３は、第２電極３１の正面図である。

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の仮想の中心軸を中心軸Ｘ１とする。

第２内壁２２には、電極支持筒２４が設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり図２の右方（第３内壁側）に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が中心軸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。第１電極３０は、長手方向の軸が中心軸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１６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４は、図２の４―４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、第２電極本体部３１ａの中央部に開口部３１１が貫通して形成されている。開口部３１１は、中心軸Ｘ１を中心として、第２電極３１に回転対称に配置された複数の開口にて構成される。隣接する開口部３１１同士は、第２電極本体部３１ａを介して互いに分離されている。図３に、一例としての開口部３１１を有する第２電極３１の正面図を示す。ここでは、開口部３１１は、第２電極本体部３１ａの中央部に、十字形状に第２電極本体部３１ａを残しつつ１つの円形開口を４分割したような形状の４つの開口３１１ａ、言い換えれば、互いに間隔をあけて配置された同じ扇形の４つの開口３１１ａで構成されている。

なお、十字形状の第２電極本体部３１ａは、排出部１７の開口から部分的に露出する第２電極３１の機能を有しており、第２電極本体部３１ａの形状としては、十字形状に限らず、後述する図８に示すように、条件２，６，９のように排出部１７の開口をまたぐように配置された棒状を含む線状であってもよいし、又は、条件４のように多数の線状すなわち径方向に放射状に排出部１７の開口をまたぐように配置されていてもよい。このように、排出部１７の開口をまたぐように線状の第２電極本体部３１ａを配置する場合、板状第２電極３１での開口部３１１が実際に設けられているものではないが、排出部１７の開口の残りの領域において、開口３１１ａの外接円に対する開口率が５０％〜８７％となるように、排出部１７の開口の内径又は線状の第２電極本体部３１ａの線の太さを設定することが好ましい。

［動作］
次に、液体処理装置１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５）と、電源６０から気相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）を別図に分けて説明する。図５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５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５の右方に向けて移動する。旋回しながら図５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、処理槽１２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、第１電極３０の内端すなわち図５の右端部３０１から中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１まで発生する。すなわち、気相Ｇは、第２電極３１の中央の第２電極本体３１ａに接触するように、右端部３０１から延在している。

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ウルトラファインバブル（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６は、処理槽１２の内部に旋回流Ｆ１が発生しており、電源６０から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１電極３０から第２電極３１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、気相Ｇ内にプラズマ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Ｌ１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。

つまり、プラズマＰによって生成されたＯＨラジカル等は、直接もしくは気泡Ｂ内から貯留槽９０内の処理液Ｌ２に溶解する。そして、一定時間が経過すると、比較的安定な過酸化水素に変質する。なお、高電圧のパルス電圧の印加によって生成したプラズマＰは、電圧の印加を停止すると消失する。

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。

図７Ａの（ａ）と（ｂ）とに、本発明の実施形態１にかかる液体処理装置の放電時における電流経路と、その電流経路と等価な等価回路とを示す。また、図７Ｂの（ａ）と（ｂ）とに、従来の液体処理装置の放電時における電流経路と、その電流経路と等価な等価回路を示す。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、Ｒ１は、気相Ｇの抵抗、Ｒ２は、気相Ｇから第２電極１３１までの間の液体の抵抗、Ｒ３は、第１電極３０から第２電極３１又は１３１までの間の液体の抵抗を示す。図７Ａの（ａ）は、本発明の実施形態１の液体処理装置の放電時の電流経路を示している。ここでは、第１電極３０から、気相Ｇを通って第２電極３１の中央部の第２電極本体３１ａに流れる経路ｒ１と、第１電極３０から、液体を通って気相Ｇを通ることなく第２電極３１に流れる経路ｒ３とが存在する。この等価回路は、図７Ａの（ｂ）のように表すことができ、この時の合成抵抗値は、以下の式（１）のように表せる。

同様に、図７Ｂの（ａ）は、先に説明した従来の液体処理装置の放電時の電流経路を示している。ここでも、第１電極１３０から、気相Ｇを通って第２電極１３１の近傍まで流れる経路ｒ１１と、経路ｒ１１の終わりの気相Ｇ中の第２電極１３１の近傍から、第２電極１３１の近傍の液体を通って第２電極１３１まで流れる経路ｒ２１と、第１電極１３０から、液体を通って気相Ｇを通ることなく第２電極１３１に流れる経路ｒ３１とが存在する。その等価回路は、図７Ｂの（ｂ）のようになる。この時の合成抵抗値は、以下の式（２）のように表せる。

従来の液体処理装置よりも本発明の実施形態１にかかる液体処理装置の方が、式（２）と式（１）との差である式（３）の分だけ、合成抵抗が小さくなることが分かる。つまり、電源６０から投入されたエネルギーの損失が少なくなり、液体の温度上昇を抑制することができる。

さらに、従来の液体処理装置では、経路ｒ１１と経路ｒ２１とでは、気相Ｇの抵抗Ｒ１と、気相Ｇから第２電極１３１までの間の液体の抵抗Ｒ２とが直列になるために、電源６０から第１電極３０と第２電極１３１の間に印加した電圧のＲ１／（Ｒ１＋Ｒ２）しか、気相Ｇには印加されない。

一方、本実施形態１では、経路ｒ１では、第１電極３０と第２電極３１との間に印加した電圧が、第１電極３０と第２電極３１との間に延在する気相Ｇに全て印加され、液体Ｌ１に印加されることはない。このため、絶縁破壊が発生しやすく、より安定的にプラズマ放電を起こすことが可能である。

本実施形態１では、第２電極３１の中央部に設けられた開口部３１１は、図３に示すように、中心軸Ｘ１を中心として、第２電極３１に回転対称に配置された４つの扇形の開口３１１ａにて構成される形状である。しかしながら、同様の効果を得ることができる扇形の開口３１１ａの数は、４つに限定されるわけではない。図８に、各扇形の開口３１１ａの数で、プラズマ放電を安定して発生させることができたかどうかの結果の説明図を示す。ここでは、第２電極３１に直径３ｍｍの１つの円形の貫通穴を形成し、そこに、金属線を配置しない場合（開口率は１００％）を条件１とする。第２電極３１に形成した、直径３ｍｍの１つの円形の貫通穴に対して、線幅が０．３ｍｍ、０．６ｍｍ、１ｍｍの金属線をそれぞれ複数配置することによって、条件２〜１０に示すように、扇形の開口の数および開口率が異なる９種類の開口部３１１を作成して評価を行った。

条件１は、従来の液体処理装置の場合であり、放電は出来るが、前述のように液体の例である水の水温上昇が発生してしまう課題が発生する。

条件２〜５は、金属体の線幅が０．３ｍｍの場合であり、扇形開口の数が６以下（開口率は８７．３〜６１．９％）の場合に、水温上昇を抑えながら安定したプラズマ放電を発生させることができた。

同様に、条件６〜８は、金属体線幅が０．６ｍｍの場合であり、扇形開口の数が４以下（開口率は４９．４〜７４．７％）の場合に安定した放電を確認できた。

条件９、１０の金属体線幅１．０ｍｍの場合には、扇形開口の数が２（開口率は５８．４％）の場合に安定した放電を確認できた。

以上の結果から、水温上昇が発生することなく、安定したプラズマ放電を発生させるための条件は、扇形開口３１１ａの数で決まるものではなく、中心軸Ｘ１を中心として回転対称に配置された開口３１１ａの外接円に対する開口率に依存しており、開口率としては５０％〜８７％が好ましいことが分かった。

なお、開口部３１１は第２電極３１に設けるのが簡単な構成で好ましい。しかしながら、このような構成の代わりに、第２電極３１には、開口３１１ａの外接円を、開口率が５０％〜８７％となる外接円よりも大きく形成し、排出部１７の開口をそれよりも小さく形成して、結果的に、排出部１７の開口から露出する開口３１１ａの外接円に対する開口率が、５０％〜８７％となるように、構成することもできる。

以上、説明した本実施形態１によれば、気相Ｇに発生したプラズマＰが、第１電極３０と第２電極３１とのどちらにも直接接触するため、プラズマＰを通らずに液体Ｌ１だけを流れる漏れ電流を抑えることができる。このように漏れ電流が少ないため、プラズマＰを効率良く発生させて高いエネルギー効率で液体Ｌ１を処理できるとともに、水温上昇も抑えることでプラズマＰを長時間安定して発生させることができる。すなわち、液体を循環させながら連続的に処理する場合にも、気相Ｇの圧力が上昇することがなく、プラズマＰが安定するために設備を長時間稼動させることができる。

なお、図８における開口部３１１を形成する扇形の開口３１１ａの数は、偶数のみであったが、奇数の場合も開口率が５０％〜８７％であれば、同様の結果を得ることが可能である。このとき、扇形開口３１１ａの配置については、気相Ｇを均一に形成するために、中心軸Ｘ１から点対称に配置されていることが好ましい。さらに、開口３１１ａの形も扇形に限定されるわけではなく、中心軸Ｘ１を中心として配置した複数の開口３１１ａの外接円に対する開口率が５０％〜８７％であれば、図９のように複数の円形の開口３１１ｂによって、開口部３１１が形成されていても同様の効果を得ることができる。

さらに、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、片方の端部が、閉口した断面形状が円形である筒状の処理槽であれば様々な形状をとることが可能である。例えば、図１０に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１３、又は、図１１に示す円錐形状の処理槽１４であっても同様の効果が得られる。

［実施形態２］
本実施形態１では、第２電極３１は、板状の金属部材で構成されており、全体が液体Ｌ１に直接接触する構成を取っていたために、第１電極３０から、液体Ｌ１を通って気相Ｇを通ることなく第２電極３１に流れる電流経路が存在していた。しかし、第２電極３１で気相Ｇに接する箇所のみ電極を露出させ、他の部分を絶縁皮膜で覆うことで、液体Ｌ１を通って気相Ｇを通ることなく第２電極３１に流れる電流を抑制することができ、より効率的に液体処理をしながら、水温上昇も抑えることができ、プラズマを長時間安定して発生させることが可能となる。

図１２は、本発明の実施形態２の装置構成を示しており、図１３は、本発明の実施形態２の第２電極の正面図を示している。実施形態１との違いは、開口部３１１を除いて少なくとも第２電極３１の第１電極側の表面に設置された絶縁皮膜３１３と、絶縁皮膜３１３から露出した中央に円形の金属露出部３１２がある点である。絶縁皮膜３１３と、金属露出部３１２があるために、第２電極３１において金属露出部３１２にだけ電流が流れるようになっている。絶縁皮膜３１３は、図１２及び図１４に示すように、第２電極３１の第１電極側の表面とは反対側の表面の全面にも配置してもよい。なお、図１３においては、絶縁皮膜３１３と金属露出部３１２と開口３１１ａとを区別するため、絶縁皮膜３１３と金属露出部３１２とは異なるハッチングを付けて区別できるように図示している。

図１４に、本実施形態２の液体処理装置の放電時における電流経路と、その電流経路と等価な等価回路とを示す。図１４の（ａ）は、本実施形態２での液体処理装置の放電時の電流経路ｒ１５を示している。第２電極３１の金属露出部３１２が気相Ｇで覆われるために、第１電極３０から、気相Ｇを通って第２電極３１に流れる経路ｒ１５だけが存在する。言い換えれば、第１電極３０から液体Ｌ１を通って、直接、第２電極３１に流れる電流経路ｒ３が存在しない。この時の等価回路は、図１４の（ｂ）のように表すことができ、Ｒ１は、気相Ｇの抵抗である。

以上、説明した本実施形態２によれば、液体Ｌ１に流れる電流が無いため、より効率的に液体処理をしながら、水温上昇も抑えることができ、プラズマＰを長時間安定して発生させることが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、上述した実施形態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又は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可能であり、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。

１ 液体処理装置
１０ 装置本体
１２ 処理槽
１３ 処理槽
１４ 処理槽
１５ 導入部
１６ 開口端
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
３１ａ 第２電極本体部
５０ 液体供給部
５１ 配管
５３ 絶縁体
６０ 電源
９０ 貯留槽
９１ 取り入れ口
３１１ 開口部
３１１ａ，３１１ｂ 開口
３１２ 金属露出部
３１３ 絶縁皮膜
８０ 水タンク
８１ 循環用配管
８３ 収容空間
Ｌ１ 液体
Ｌ２ 処理液
Ｂ 気泡
Ｇ 気相
Ｐ プラズマ
Ｒ１ 気相の抵抗
Ｒ２ 気相から第２電極までの間の液体の抵抗
Ｒ３ 第１電極から第２電極までの間の液体の抵抗
ｒ１，ｒ２，ｒ３，ｒ１１，ｒ１５，ｒ２１，ｒ３１ 電流経路
１００ 液体処理装置
１１０ 装置本体
１１２ 処理槽
１１５ 導入部
１１７ 排出部
１３０ 第１電極
１３１ 第２電極
１５０ 液体供給部
１５１ 配管
１６０ 電源
１９０ 貯留槽

Claims (4)

1. 一端側が閉口し他端側が開口した断面形状が円形である筒状の処理槽と、
   前記処理槽の前記円形筒状の接線方向から液体を前記処理槽内に導入することにより前記処理槽内で前記液体を前記処理槽の前記一端側から前記他端側に向けて前記処理槽の中心軸周りに旋回させ、前記液体の旋回流中に気相を発生させる液体導入口と、
   前記処理槽の前記他端側に配置され、前記液体導入口から導入された前記液体を排出する排出部と、
   前記処理槽の前記中心軸上の前記一端側に配置された棒状の第１電極と、
   前記処理槽の前記他端側に、前記排出部内に部分的に露出するように配置された第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、前記第１電極と前記第２電極との間の前記気相内にプラズマを発生させる電源と、
   を備え、
   前記第２電極は、前記排出部が配置された前記処理槽の壁面と接するとともに、前記第２電極の第２電極本体部が前記排出部の開口をまたぐことにより、前記排出部を前記処理槽の前記中心軸を中心とした回転対称に配置される複数の開口部に分割し、前記気相は、前記第１電極から前記第２電極の前記第２電極本体部に接触して形成可能とし、
   前記開口部は、前記開口部を構成する前記複数の開口の外接円に対する開口率が、５０％〜８７％である液体処理装置。
2. 前記第２電極は、前記排出部の前記開口をまたぐように配置された線状の電極である、
   請求項１に記載の液体処理装置。
3. 前記第２電極は、前記処理槽の前記他端側に配置された板状の電極であり、
   前記開口部は、前記処理槽の前記中心軸を中心として、前記第２電極に回転対称に配置された複数の開口にて構成される開口部である、
   請求項１に記載の液体処理装置。
4. 前記第２電極は、前記開口部を除いて第１電極側の表面が絶縁皮膜で覆われており、前記第１電極に対向する面の中心部にのみ電気的に導通可能な電極露出部が設けられている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の液体処理装置。

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