JP7040770B2 - 活性種含有液噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、活性種含有液噴射装置に関する。

従来、プラズマを用いて病原体や害虫等の殺菌を行うための装置として、反応容器に挿入される挿入部を有する一方の電極と、挿入部と対向する位置に配置された他方の電極と、挿入部を介して水を反応容器に供給する水供給部と、プラズマとなるガスを反応容器に供給するガス供給部と、水とガスとが供給された反応容器中にＯＨラジカルを発生させるよう、挿入部と他方の電極との間に電圧を印加可能に設けられた電源部とを有するものが、本発明者等により開発されている（例えば、特許文献１参照）。

なお、殺菌を行うものではないが、液体とプラズマとを組み合わせたものとして、大気圧非平衡プラズマを生成する空間内に、液送管を変形させて液体を吐出することにより、ミスト含有大気圧非平衡プラズマを生成し、そのミスト含有大気圧非平衡プラズマを創傷に照射することにより、創傷の治癒効果を高めることができるプラズマ生成装置がある（例えば、特許文献２参照）。

特許第５９０９８３１号公報 特開２０１５－２６５７４号公報

特許文献１に記載の装置は、反応容器中にガスだけでなく水も導入するため、ＯＨラジカルを効率良く生成することができ、植物に付着した病原菌や害虫等の殺菌効果に優れている。しかし、プラズマによる活性ガスを野外の植物等に噴射する場合には、風などにより拡散しやすいため、活性種の濃度が薄くなる可能性があるという課題があった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、風などで拡散しにくく、野外であっても高い殺菌効果を維持することができる活性種含有液噴射装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る活性種含有液噴射装置は、反応容器と、前記反応容器の内部に連通した噴射口と、前記反応容器の内部に導電性の液体を供給する液体供給部と、プラズマとなるガスを前記反応容器の内部に供給するガス供給部と、前記反応容器の内部に供給された前記液体の少なくとも一部と対向する位置に配置された電極と、前記反応容器の内部に供給された前記液体の近傍でプラズマを発生させるよう、前記液体と前記電極との間に電圧を印加可能に設けられた電源部とを有するプラズマ発生手段とを有し、前記反応容器の内部に前記液体と前記ガスとが供給されたとき、前記プラズマ発生手段により前記液体の近傍でプラズマを発生させて前記ガスおよび／または前記液体の活性種を生成し、その活性種を含む前記液体を前記噴射口から噴射するよう構成されていることを特徴とする。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、プラズマ発生手段により、供給された液体の近傍で、供給されたガスのプラズマを発生させることにより、供給されたガスの活性種を生成するだけでなく、プラズマ（イオンや電子）が液体に接触することにより、液体の表面や内部で活性種を生成することもできる。また、生成されたガスおよび／または液体の活性種を、液体の内部や表面に容易に取り込むことができる。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、活性種を含む液体を噴射するため、ガスを噴射する場合と比べても、風などで拡散しにくい。このため、野外の植物等に使用しても、高い殺菌効果を維持することができる。また、活性種を含む液体を生成後すぐに噴射口から噴射することにより、寿命の短い活性種であっても、失活する前に対象物に付着させることができる。また、活性種は気体中よりも液体中に存在している方が殺菌効果が高まるため、プラズマによる活性ガスをそのまま噴射する場合と比べて、より優れた殺菌効果を得ることができる。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、例えば、農業分野で、植物や土壌、肥料等に付着した病原体や害虫の殺菌や駆除を行うために使用することができる。殺菌や駆除を行う病原体は、主に植物の病気の原因となる生物であり、例えば、糸状菌(主にカビ)および細菌(バクテリア)といった病原菌や、ウイルスなどである。病原菌は、例えば、イネいもち病、ムギうどんこ病、ダイズ紫斑病、イチゴ灰色かび病、キュウリ灰色かび病、トマト灰色かび病、ユリ葉枯病、キュウリうどんこ病、イチゴうどんこ病、トマト葉かび病、ネギさび病、キク白さび病、ネギ黒斑病、リンゴ斑点落葉病、キュウリ褐斑病、シュンギク炭疽病、セリ葉枯病、リンゴ褐斑病、馬鹿苗病などである。害虫は、主に植物を害する害虫であり、例えば、ダニやアブラムシである。なお、本発明に係る活性種含有液噴射装置で、ガス供給部から供給するガスは、プラズマとなるガスであればいかなるものであってもよく、プラズマ中を通過させたガスである「プラズマ活性ガス」であってもよい。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、導電性の液体を電極として使用することにより、反応容器の内部に供給された導電性の液体の近傍で、反応容器の内部に供給されたガスのプラズマを発生させることができる。また、導電性の液体を電極として利用するため、比較的簡単に構成することができ、製造コストを低減することができる。液体供給部は、液体を連続的に供給するのが好ましいが、電圧を印加してプラズマを発生可能であれば、断続的に供給してもよい。導電性の液体は、いかなるものであってもよく、例えば、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液や、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液、塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液などである。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、反応容器と、前記反応容器の内部に連通した噴射口と、前記反応容器の内部に液体を供給する液体供給部と、プラズマとなるガスを前記反応容器の内部に供給するガス供給部と、前記反応容器の内部に供給された前記液体と接触または近接するよう、前記反応容器の内部に配置された第１電極と、前記第１電極に対向する位置に配置された第２電極と、前記液体の近傍でプラズマを発生させるよう、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加可能に設けられた電源部とを有するプラズマ発生手段とを有し、前記第１電極は、筒状を成し、少なくとも側面の一部が前記第２電極と対向するよう配置されており、前記第２電極と対向する側面に１または複数の孔を有しており、前記液体供給部は、前記第１電極の内側を通過するよう、前記液体を供給可能に設けられ、前記反応容器の内部に前記液体と前記ガスとが供給されたとき、前記プラズマ発生手段により前記液体の近傍でプラズマを発生させて前記ガスおよび／または前記液体の活性種を生成し、その活性種を含む前記液体を前記噴射口から噴射するよう構成されていてもよい。この場合、反応容器の内部に供給された液体と接触または近接する第１電極を使用することにより、その液体の近傍で、反応容器の内部に供給されたガスのプラズマを発生させることができる。また、液体として水を使用することができ、反応容器の内部に供給された水の一部が蒸発して、ＯＨラジカルが生成されるため、ガスの活性種だけでなくＯＨラジカルによる殺菌効果も得られ、殺菌効果を高めることができる。液体供給部は、液体を連続的に供給してもよく、断続的に供給してもよい。

また、この場合、第１電極と第２電極との間で生成された活性種を、第１電極の側面の孔から、第1電極の内側を通過する液体に取り込むことができる。第１電極は、例えば、第２電極と対向する部分がコイル状であってもよく、その部分の側面が網状やメッシュ状、格子状であってもよく、また、その部分の側面に１または複数のスリットが設けられていてもよい。

また、この場合、前記反応容器の内部を、１気圧より高い圧力に調整可能に設けられた圧力調整手段を有していることが好ましい。この圧力調整手段により、第１電極の内側に供給された液体が、第１電極の側面の孔から漏れないようにすることができる。これにより、液体が第１電極の孔から漏れて、プラズマの発生効率や活性種の生成効率が低下するのを防ぐことができる。

本発明に係る活性種含有液噴射装置で、電源部は、好ましくはパルス電源であり、交流電源であってもよい。また、本発明に係る活性種含有液噴射装置は、発生するプラズマが、所定の温度以下に維持されるよう構成された冷却手段を有していてもよい。ＯＨラジカルを含むプラズマを発生させる場合には、発生するプラズマが高温の方が、オゾンが生成されにくいため、プラズマがある程度の温度まで上昇するのを許容してオゾンの生成を抑制するとともに、冷却手段により、さらに高温になるのを防ぎ、各電極の損耗や、植物などの被照射物への影響を抑制することができる。

本発明に係る活性種含有液噴射装置で、前記液体供給部は、前記液体が前記噴射口に向かって前記反応容器の内部を流れて前記噴射口から噴射するよう、前記液体を前記噴射口に向かって付勢して連続的に供給可能に設けられ、前記プラズマ発生手段は、前記反応容器の内部を流れる前記液体の近傍で前記プラズマを発生可能に構成されていることが好ましい。この場合、プラズマを発生させて生成された活性種を含む液体を、生成後そのまますぐに噴射口から噴射することができる。これにより、寿命の短い活性種であっても、失活する前に対象物に付着させることができ、より優れた殺菌効果を得ることができる。また、活性種を生成しながら、連続して活性種を含む液体を噴射することができる。液体供給部は、液体を、所定の圧力で反応容器の内部に供給してもよい。

本発明に係る活性種含有液噴射装置は、前記噴射口から噴射される前記活性種を含む前記液体の噴射範囲が、前記噴射口から離れるに従って、噴射方向に対して横方向に広がるよう構成されていることが好ましい。この場合、やや広い範囲に活性種を含む液体を噴射することができ、所定の範囲に殺菌作業を行うときの作業効率を高めることができる。

本発明によれば、風などで拡散しにくく、野外であっても高い殺菌効果を維持することができる活性種含有液噴射装置を提供することができる。

本発明の第１の実施の形態の活性種含有液噴射装置を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施の形態の活性種含有液噴射装置を示す縦断面図である。 本発明の第１および第２の実施の形態の活性種含有液噴射装置の、ガス供給部の変形例を示す正面図である。 図１に示す活性種含有液噴射装置による殺菌試験の、導電性液体として硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液を用い、空気の供給量を４Ｌ／分とし、噴射時間（ｔ_ｅ）および導電性液体の導入量（Ｆ_ｓｏｌ）をそれぞれ、（ａ）５秒、７．３ｍＬ／分、（ｂ）１０秒、７．３ｍＬ／分、（ｃ）５秒、１２．１ｍＬ／分、（ｄ）１０秒、１２．１ｍＬ／分、としたときの、C.glo（Colletotrichum gloeosporioides）分生子の発芽状態を示す顕微鏡写真である。 図１に示す活性種含有液噴射装置による殺菌試験の、導電性液体として硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液を用い、噴射時間を５秒とし、空気の供給量（Ｆ_ａｉｒ）および導電性液体の導入量（Ｆ_ｓｏｌ）をそれぞれ、（ａ）４Ｌ／分、６．４ｍＬ／分、（ｂ）４Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、（ｃ）６Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、（ｄ）８Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、としたときの、C.glo分生子の発芽状態を示す顕微鏡写真である。 図１に示す活性種含有液噴射装置による殺菌試験の、導電性液体として硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の水溶液を用い、噴射時間を５秒とし、空気の供給量（Ｆ_ａｉｒ）および導電性液体の導入量（Ｆ_ｓｏｌ）をそれぞれ、（ａ）４Ｌ／分、６．４ｍＬ／分、（ｂ）４Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、（ｃ）６Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、（ｄ）８Ｌ／分、７．３ｍＬ／分、としたときの、C.glo分生子の発芽状態を示す顕微鏡写真である。 図１に示す活性種含有液噴射装置による、噴射口から噴射される液体の過酸化水素濃度の測定試験の結果を示すグラフである。 図２に示す活性種含有液噴射装置による、噴射口から噴射される液体の過酸化水素濃度の測定試験の結果を示すグラフである。 図３に示すガス供給部を用いた、図２に示す活性種含有液噴射装置による殺菌試験の、液体として水を用い、プラズマ活性ガスの供給量を４Ｌ／分、噴射時間（ｔ_ｅ）を１０秒とし、液体の単位時間あたりの導入量（Ｆ_Ｈ２Ｏ）を０．５～４．５ｍＬ／分まで変化させたときの、C.glo分生子の発芽率（Relative germination rate）を示すグラフである。 図３に示すガス供給部を用いた、図１に示す活性種含有液噴射装置による殺菌試験の、導電性液体として硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の水溶液を用い、プラズマ活性ガスの供給量を４Ｌ／分とし、（ａ）噴射時間（ｔ_ｅ）を５秒とし、導電性液体の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）を３～１０ｍＬ／分まで変化させたとき、（ｂ）噴射時間（ｔ_ｅ）を１秒とし、導電性液体の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）を１１．５～１８ｍＬ／分まで変化させたときの、C.glo分生子の発芽率（Relative germination rate）を示すグラフである。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態の活性種含有液噴射装置を示している。
図１に示すように、活性種含有液噴射装置１０は、反応容器１１と液体供給部１２とガス供給部１３とプラズマ発生手段１４とを有している。

反応容器１１は、石英ガラス等のガラスや樹脂等の絶縁物から成る容器であり、細長い筒状を成している。反応容器１１は、一方の端面に噴射口１１ａを有している。噴射口１１ａは、反応容器１１の内部に連通している。

液体供給部１２は、導電性液体１５を連続的に供給するための液体ポンプ２１と、導電性液体１５を真っ直ぐに噴射するための液体ノズル２２と、導電性液体１５を流すよう、液体ポンプ２１と液体ノズル２２とに接続された液体供給管２３とを有している。液体ポンプ２１は、液体供給管２３に流す導電性液体１５の量を調整可能になっている。液体ノズル２２は、導電性の材質で形成され、反応容器１１の内部に導電性液体１５を供給可能に、反応容器１１の他方の端部に取り付けられている。導電性液体１５は、例えば、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液や、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）水溶液、塩化カリウム（ＫＣｌ）水溶液など、導電性であればいかなるものであってもよい。

液体供給部１２は、液体ポンプ２１から液体ノズル２２に向かって、所定の圧力で導電性液体１５を送ることにより、導電性液体１５を、液体ノズル２２から噴射口１１ａに向かって付勢して連続的に供給可能に設けられている。これにより、液体供給部１２は、導電性液体１５が噴射口１１ａに向かって反応容器１１の内部を真っ直ぐ流れ、噴射口１１ａから噴射するようになっている。

ガス供給部１３は、プラズマとなるガスが封入されたガスボンベ２４と、ガスを排出するガス排出部２５と、ガスボンベ２４からのガスを流すよう、ガスボンベ２４とガス排出部２５とに接続されたガス供給管２６とを有している。ガスボンベ２４は、ガス供給管２６に流すガスの量を調整可能になっている。ガス排出部２５は、反応容器１１の内部にガスを供給可能に、反応容器１１の他方の端部に取り付けられている。ガスは、図１に示す一例では、空気から成っているが、その他にも、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴンなど、プラズマとなるガスであればいかなるものであってもよく、また、別途生成されたプラズマ中を通過させたガスである「プラズマ活性ガス」であってもよい。

プラズマ発生手段１４は、反応容器１１の外側面に取り付けられた電極２７と、電源部２８とを有している。電極２７は、好ましくは薄いシート状であって、例えば銅箔から成り、反応容器１１の外側面に一周巻き付けて取り付けられている。電極２７は、反応容器１１の内部を流れる導電性液体１５と対向する位置に、反応容器１１の上下方向の所定の範囲に渡って取り付けられている。電源部２８は、液体ノズル２２を介して導電性液体１５と電極２７との間に電圧を印加可能に設けられている。電源部２８は、図１に示す一例では、交流電源であるが、直流電源またはパルス電源であってもよい。プラズマ発生手段１４は、電源部２８で導電性液体１５と電極２７との間に電圧を印加することにより、反応容器１１の内部を流れる導電性液体１５の近傍で、プラズマを発生可能になっている。

活性種含有液噴射装置１０は、反応容器１１の内部に、液体供給部１２から導電性液体１５を供給し、ガス供給部１３からガスを供給した状態で、電源部２８で導電性液体１５と電極２７との間に電圧を印加することにより、導電性液体１５の近傍でプラズマを発生させてガスおよび／または導電性液体１５の活性種を生成するようになっている。また、生成された活性種を含む導電性液体１５ａを、液体供給部１２からの付勢力に従って、生成後すぐに噴射口１１ａから噴射するようになっている。このとき、活性種含有液噴射装置１０は、噴射口１１ａから噴射する活性種を含む導電性液体１５ａの噴射範囲が、噴射口１１ａから離れるに従って、噴射方向に対して横方向に広がるよう構成されている。

次に、作用について説明する。
活性種含有液噴射装置１０は、導電性液体１５を電極として使用することにより、反応容器１１の内部に供給された導電性液体１５の近傍で、反応容器１１の内部に供給されたガスのプラズマを発生させることができる。これにより、供給されたガスの活性種を生成するだけでなく、プラズマ（イオンや電子）が液体に接触することにより、液体の表面や内部で活性種を生成することもできる。また、生成されたガスおよび／または導電性液体１５の活性種を、導電性液体１５の内部や表面に容易に取り込むことができる。その活性種を含む導電性液体１５ａを、活性種を生成後すぐに噴射口１１ａから噴射することができるため、寿命の短い活性種であっても、失活する前に対象物に付着させることができる。これにより、液体中の活性種による高い殺菌効果が得られ、プラズマによる活性ガスをそのまま噴射する場合と比べて、より優れた殺菌効果を得ることができる。

活性種含有液噴射装置１０は、液体ポンプ２１により導電性液体１５を反応容器１１の内部に連続的に供給するため、活性種を生成しながら、連続して活性種を含む導電性液体１５ａを噴射することができる。また、導電性液体１５を電極として利用するため、比較的簡単に構成することができ、製造コストを低減することができる。また、噴射方向に対して横方向に広がるよう噴射するため、やや広い範囲に活性種を含む導電性液体１５ａを噴射することができ、所定の範囲に殺菌作業を行うときの作業効率を高めることができる。

活性種含有液噴射装置１０は、例えば、農業分野で、植物や土壌、肥料等に付着した病原体や害虫の殺菌や駆除を行うために使用することができる。活性種を含む導電性液体１５ａを噴射するため、植物等に液滴が付着していなくても、液体中の活性種による優れた殺菌効果を得ることができる。また、活性種含有液噴射装置１０は、活性種を含む導電性液体１５ａを噴射するため、風などで拡散しにくく、野外であっても高い殺菌効果を維持することができる。なお、活性種含有液噴射装置１０は、高い殺菌効果を維持するために、噴射口１１ａから噴射対象物に達するまでの噴射時間が１秒以下の条件で使用されることが好ましい。

図２は、本発明の第２の実施の形態の活性種含有液噴射装置を示している。
図２に示すように、活性種含有液噴射装置３０は、反応容器１１と液体供給部１２とガス供給部１３（図示せず）とプラズマ発生手段１４と圧力調整手段（図示せず）とを有している。なお、以下の説明では、本発明の第１の実施の形態の活性種含有液噴射装置１０と同一の構成には同一の符号を付して、重複する説明を省略する。

液体供給部１２は、液体３１を連続的に供給するための液体ポンプ２１と、その液体３１を流すよう、一端が液体ポンプ２１に接続された液体供給管２３とを有している。液体ポンプ２１は、液体供給管２３に流す液体３１の量を調整可能になっている。液体供給管２３は、他端が反応容器１１の他方の端部まで伸びている。液体３１は、図２に示す一例では、水から成っているが、水以外の液体であってもよい。

プラズマ発生手段１４は、反応容器１１の内部に配置された第１電極３２と、反応容器１１の外側面の第１電極３２に対向する位置に取り付けられた第２電極３３と、第１電極３２と第２電極３３との間に電圧を印加可能に設けられた電源部２８とを有している。第１電極３２は、筒状を成し、反応容器１１の他端から噴射口１１ａに向かって伸びるよう配置されている。また、第１電極３２は、側面の一部が第２電極３３と対向するよう配置されており、第２電極３３と対向する側面に１または複数の孔３２ａを有している。図２に示す一例では、第１電極３２は、第２電極３３と対向する部分がコイル状であるが、その他にも、その部分の側面が網状やメッシュ状、格子状であってもよく、また、その部分の側面に１または複数のスリットが設けられていてもよい。

第２電極３３は、好ましくは薄いシート状であって、例えば銅箔から成り、反応容器１１の外側面に一周巻き付けて取り付けられている。第２電極３３は、反応容器１１の内部の第１電極３２に対向する位置に、反応容器１１の上下方向の所定の範囲に渡って取り付けられている。電源部２８は、図２に示す一例では、交流電源であるが、直流電源またはパルス電源であってもよい。

プラズマ発生手段１４は、第１電極３２の一端に液体供給管２３の他端が接続され、液体供給部１２から供給される液体３１が第１電極３２の内側面に接触しながら、第１電極３２の内側を通過するようになっている。これにより、プラズマ発生手段１４は、反応容器１１の内部を流れる液体３１の近傍で、プラズマを発生可能になっている。

圧力調整手段は、第１電極３２の内側に供給された液体３１が、第１電極３２の側面の孔３２ａから漏れないよう、反応容器１１の内部を、１気圧より高い圧力に調整可能に設けられている。図２に示す一例では、圧力調整手段は、反応容器１１の内部を、１気圧より高く、２気圧以下の圧力に調整している。

活性種含有液噴射装置３０は、反応容器１１の内部に、液体供給部１２から液体３１を供給し、ガス供給部１３からガスを供給した状態で、電源部２８で第１電極３２と第２電極３３との間に電圧を印加することにより、液体３１の近傍でプラズマを発生させてガスおよび／または液体３１の活性種を生成するようになっている。また、活性種含有液噴射装置１０は、生成された活性種を、第１電極３２の側面の孔３２ａから、第１電極３２の内側を通過する液体３１に取り込み、その活性種を含む液体３１ａを、生成後すぐに、第１電極３２の他端を通って噴射口１１ａから噴射するようになっている。

次に、作用について説明する。
活性種含有液噴射装置３０は、反応容器１１の内部に供給された液体３１と接触する第１電極３２を使用することにより、その液体３１の近傍で、反応容器１１の内部に供給されたガスのプラズマを発生させることができる。これにより、供給されたガスの活性種を生成するだけでなく、プラズマ（イオンや電子）が液体に接触することにより、液体の表面や内部で活性種を生成することもできる。また、生成されたガスおよび／または液体３１の活性種を、その液体３１の内部や表面に容易に取り込むことができる。その活性種を含む液体３１ａを、活性種を生成後すぐに噴射口１１ａから噴射することができるため、寿命の短い活性種であっても、失活する前に対象物に付着させることができる。これにより、液体３１中の活性種による高い殺菌効果が得られ、プラズマによる活性ガスをそのまま噴射する場合と比べて、より優れた殺菌効果を得ることができる。

活性種含有液噴射装置３０は、液体３１として水を使用することにより、反応容器１１の内部に供給された水の一部が蒸発して、ＯＨラジカルが生成されるため、ガスの活性種だけでなくＯＨラジカルによる殺菌効果も得られ、殺菌効果を高めることができる。また、圧力調整手段により、反応容器１１の内部を、１気圧より高い圧力に調整しておくことにより、液体３１が第１電極３２の孔３２ａから漏れて、プラズマの発生効率や活性種の生成効率が低下するのを防ぐことができる。

なお、図３に示すように、ガス供給部１３は、プラズマ活性ガスを発生させ、そのプラズマ活性ガスを反応容器１１の内部に供給可能に構成されていてもよい。図３に示す一例では、ガス供給部１３は、プラズマとなるガスが封入されたガスボンベ４１と、ガスボンベ４１からのガスが供給される石英チューブ４２と、石英チューブ４２の内部に挿入された、タングステン製のコイルから成る内部電極４３と、石英チューブ４２の外側面に巻き付けられた銅箔製の外部電極４４と、内部電極４３と外部電極４４との間に交流電圧を印加可能に設けられた交流電源４５とを有している。ガス供給部１３は、ガスボンベ４１から石英チューブ４２の内部にガスを供給し、交流電源４５で内部電極４３と外部電極４４との間に交流電圧を印加することにより、石英チューブ４２の内部でプラズマを発生し、その発生したプラズマ中を通過してきたプラズマ活性ガスを、ガス供給管２６を通して反応容器１１の内部に供給するようになっている。なお、ガスボンベ４１から供給されるガスは、図３に示す一例では、空気から成っているが、その他にも、窒素、酸素、ヘリウム、アルゴンなど、プラズマとなるガスであればいかなるものであってもよい。

図１に示す活性種含有液噴射装置１０を使用して、イチゴ炭疽病菌の一種であるColletotrichum gloeosporioides （C.glo）に対して、様々な条件による殺菌試験を行った。C.glo分生子は水中で発芽するため、試験では、発芽前のC.glo分生子を添加した懸濁液に向かって活性種を含む導電性液体１５ａを照射し、所定時間経過後のC.glo分生子の発芽状態を調べた。懸濁液として、蒸留水中に、発芽前のC.glo分生子を、１～２×１０^７ conidia／ｍｌの濃度で添加したものを、５０μｌ使用した。また、噴射口１１ａと懸濁液の表面との距離は、５ｃｍとした。

また、試験では、交流電源から成る電源部２８の印加電圧を２０ｋＶ、周波数を８．３ｋＨｚとし、プラズマの放電電力を４０Ｗとした。以下では、液体供給部１２からの導電性液体１５の単位時間あたりの導入量や導電性液体１５の種類、ガス供給部１３からのガス（空気）の供給量、活性種を含む導電性液体１５ａの噴射時間を変えて試験を行い、噴射を停止してから３日経過後のC.glo分生子の発芽状態を観察した。

まず、導電性液体１５として硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液を用い、空気の供給量を４Ｌ／分とし、噴射時間と導電性液体１５の単位時間あたりの導入量とを変化させて試験を行った。噴射時間（ｔ_ｅ）および導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_ｓｏｌ）がそれぞれ、［５秒、７．３ｍＬ／分］、［１０秒、７．３ｍＬ／分］、［５秒、１２．１ｍＬ／分］、［１０秒、１２．１ｍＬ／分］の４通りについて試験を行った。なお、使用した硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液は、濃度が２５ｍＭ、ｐＨが３である。試験結果を、図４に示す。なお、以下の試験結果の図では、白色のものが、C.glo分生子が発芽したものである。

図４に示すように、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少ない図４（ａ）および（ｂ）の方が、導入量が多い図４（ｃ）および（ｄ）のものよりも、C.glo分生子の発芽が少なく、殺菌効果が高いことが確認された。これは、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少なくなると、導電性液体１５の流速が小さくなり、プラズマと導電性液体１５との接触時間が長くなることで、導電性液体１５の中で活性種が発生しやすくなるためであると考えられる。また、図４（ａ）に示すように、噴射時間が５秒でも、殺菌効果が得られていることも確認された。

次に、導電性液体１５として硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液を用い、噴射時間を５秒とし、空気の供給量と導電性液体１５の単位時間あたりの導入量とを変化させて試験を行った。空気の供給量（Ｆ_ａｉｒ）および導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_ｓｏｌ）がそれぞれ、［４Ｌ／分、６．４ｍＬ／分］、［４Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］、［６Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］、［８Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］の４通りについて試験を行った。なお、使用した硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ_３）水溶液は、濃度が２５ｍＭ、ｐＨが３である。試験結果を、図５に示す。

図５に示すように、空気の供給量が少ない図５（ｂ）の方が、供給量が多い図５（ｃ）や（ｄ）のものよりも、C.glo分生子の発芽が少なく、殺菌効果が高いことが確認された。また、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少ない図５（ａ）の方が、導入量が多い図５（ｂ）のものよりも、C.glo分生子の発芽が少なく、殺菌効果が高いことが確認された。これらは、空気や導電性液体１５の供給量が少なくなると、それらの流速が小さくなり、プラズマと導電性液体１５との接触時間が長くなることで、導電性液体１５の中で活性種が発生しやすくなるためであると考えられる。

次に、導電性液体１５として、植物の肥料として利用可能な硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の水溶液を用い、噴射時間を５秒とし、空気の供給量と導電性液体１５の単位時間あたりの導入量とを変化させて試験を行った。空気の供給量（Ｆ_ａｉｒ）および導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_ｓｏｌ）がそれぞれ、［４Ｌ／分、６．４ｍＬ／分］、［４Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］、［６Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］、［８Ｌ／分、７．３ｍＬ／分］の４通りについて試験を行った。なお、使用した硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液は、濃度が２５ｍＭ、ｐＨが３である。試験結果を、図６に示す。

図６に示すように、空気の供給量が少ない図６（ｂ）の方が、供給量が多い図６（ｃ）や（ｄ）のものよりも、C.glo分生子の発芽が少なく、殺菌効果が高いことが確認された。また、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少ない図６（ａ）の方が、導入量が多い図６（ｂ）のものよりも、C.glo分生子の発芽が少なく、殺菌効果が高いことが確認された。これらは、空気や導電性液体１５の供給量が少なくなると、それらの流速が小さくなり、プラズマと導電性液体１５との接触時間が長くなることで、導電性液体１５の中で活性種が発生しやすくなるためであると考えられる。このように、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液を使用することにより、肥料としての効果だけでなく、殺菌効果も得られ、農業分野において優れた効果を発揮することが確認された。また、図４～図６に示すように、噴射時間を数分以上とする特許文献１に記載の装置と比べて、１０秒以下の非常に短い時間で、優れた殺菌効果が得られることが確認された。

図１に示す活性種含有液噴射装置１０を使用して、噴射口１１ａから噴射される活性種を含む導電性液体１５ａについて、過酸化水素濃度の測定試験を行った。活性種の一種であるＯＨラジカルの生成量が多くなると、過酸化水素の濃度が高くなるため、ＯＨラジカルの生成量の傾向を把握するために本試験を行った。試験では、噴射口１１ａから３ｃｍの位置で、噴射された液体（活性種を含む導電性液体１５ａ）を５秒間採取した。採取した液体を４５秒保持した後、（株）共立理化学研究所製「パックテスト」により、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度を定量評価した。反応時間は１分とした。

なお、導電性液体１５として、濃度１００ｍＭ、ｐＨ２．４の硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液を用いた。また、交流電源から成る電源部２８の印加電圧を２０ｋＶ、周波数を８．３ｋＨｚとし、プラズマの放電電力を４０Ｗとした。また、空気の供給量を４Ｌ／分とし、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量を、２．５ｍＬ／分～１０ｍＬ／分の範囲で変化させて、各導入量（Water flow rate）に対する過酸化水素の濃度（Concentration）の測定を行った。試験結果を、図７に示す。

図７に示すように、測定範囲内では、過酸化水素が発生しており、ＯＨラジカルが生成されていることが確認された。また、３．５ｍＬ／分～１０ｍＬ／分の範囲では、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少ないほど、概ね過酸化水素の濃度が高くなっており、ＯＨラジカルの生成量が多くなっていることが確認された。これは、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量が少なくなると、導電性液体１５の流速が小さくなり、プラズマと導電性液体１５との接触時間が長くなることで、導電性液体１５の中で活性種が発生しやすくなるためであると考えられる。

図２に示す活性種含有液噴射装置３０を使用して、実施例２と同様に、噴射口１１ａから噴射される活性種を含む液体３１ａについて、過酸化水素濃度の測定試験を行った。試験では、噴射口１１ａから１０ｃｍの位置で、噴射された液体（活性種を含む液体３１ａ）を５秒間採取した。採取した液体を１分保持した後、（株）共立理化学研究所製「パックテスト」により、過酸化水素（Ｈ_２Ｏ_２）の濃度を定量評価した。反応時間は１分とした。

なお、交流電源から成る電源部２８の印加電圧を２０ｋＶ、周波数を８．３ｋＨｚとし、プラズマの放電電力を４０Ｗとした。また、空気の供給量を６Ｌ／分とし、液体（水）３１の単位時間あたりの導入量を、約２ｍＬ／分～約１１ｍＬ／分の範囲で変化させて、各導入量（Water flow rate）に対する過酸化水素の濃度（Concentration）の測定を行った。試験結果を、図８に示す。

図８に示すように、測定範囲内では、過酸化水素が発生しており、ＯＨラジカルが生成されていることが確認された。また、水の単位時間あたりの導入量が少ないほど、概ね過酸化水素の濃度が高くなっており、ＯＨラジカルの生成量が多くなっていることが確認された。これは、水の単位時間あたりの導入量が少なくなると、水の流速が小さくなり、プラズマと水との接触時間が長くなることで、水の中で活性種が発生しやすくなるためであると考えられる。

図３に示すガス供給部１３を用いた、図２に示す活性種含有液噴射装置３０を使用して、イチゴ炭疽病菌の一種であるColletotrichum gloeosporioides （C.glo）に対して、殺菌試験を行った。C.glo分生子は水中で発芽するため、試験では、発芽前のC.glo分生子を添加した懸濁液に向かって活性種を含む液体３１ａを照射し、所定時間経過後のC.glo分生子の発芽状態を調べた。懸濁液として、蒸留水中に、発芽前のC.glo分生子を、１．０×１０^７ 個／ｍｌの濃度で添加したものを、５０μｌ使用した。また、噴射口１１ａと懸濁液の表面との距離は、９ｃｍとした。

また、試験では、交流電源から成る電源部２８の印加電圧を２０ｋＶ、周波数を８．３ｋＨｚとした。また、ガス供給部１３から供給されるプラズマ活性ガスの組成を、表１に示す組成とした。

まず、液体３１として水を用い、ガス供給部１３からのプラズマ活性ガスの供給量を４Ｌ／分、活性種を含む液体３１ａの噴射時間（ｔ_ｅ）を１０秒とし、液体３１の単位時間あたりの導入量（Ｆ_Ｈ２Ｏ）を０．５～４．５ｍＬ／分まで変化させたときの、噴射を停止してから３０分経過後のC.glo分生子の発芽率（Relative germination rate）を測定した。その測定結果を、図９に示す。

図９に示すように、液体３１の単位時間あたりの導入量（Ｆ_Ｈ２Ｏ）が０．５～４．５ｍＬ／分のとき、C.glo分生子の発芽率が５％以下と非常に小さくなっており、殺菌効果が高いことが確認された。

次に、図３に示すガス供給部１３を用いた、図１に示す活性種含有液噴射装置１０を使用して、C.gloに対して、同様の殺菌試験を行った。導電性液体１５として、植物の肥料として利用可能な硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の水溶液（100 mM、pH 3.0）を用い、ガス供給部１３からのプラズマ活性ガスの供給量を４Ｌ／分、活性種を含む導電性液体１５ａの噴射時間（ｔ_ｅ）を５秒とし、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）を３～１０ｍＬ／分まで変化させたときの、噴射を停止してから３０分経過後のC.glo分生子の発芽率（Relative germination rate）を測定した。その測定結果を、図１０（ａ）に示す。

また、導電性液体１５として、植物の肥料として利用可能な硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）の水溶液（100 mM、pH 3.0）を用い、ガス供給部１３からのプラズマ活性ガスの供給量を４Ｌ／分、活性種を含む導電性液体１５ａの噴射時間（ｔ_ｅ）を１秒とし、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）を１１．５～１８ｍＬ／分まで変化させたときの、噴射を停止してから１０分経過後のC.glo分生子の発芽率（Relative germination rate）を測定した。その測定結果を、図１０（ｂ）に示す。なお、他の試験条件は、図９での試験条件と同じ条件とした。

図１０（ａ）に示すように、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）が３～１０ｍＬ／分のとき、噴射時間（ｔ_ｅ）が５秒と短くても、C.glo分生子の発芽率が２５％以下と小さくなっており、殺菌効果が高いことが確認された。また、図１０（ｂ）に示すように、導電性液体１５の単位時間あたりの導入量（Ｆ_sol）が１１．５～１８ｍＬ／分のとき、噴射時間（ｔ_ｅ）が１秒とさらに短くても、C.glo分生子の発芽率が１０％以下と非常に小さくなっており、殺菌効果が高いことが確認された。このように、硝酸カリウム（ＫＮＯ_３）水溶液を使用することにより、肥料としての効果だけでなく、殺菌効果も得られ、農業分野において優れた効果を発揮することが確認された。また、図９および図１０に示すように、噴射時間を数分以上とする特許文献１に記載の装置と比べて、１０秒以下の非常に短い時間で、優れた殺菌効果が得られることが確認された。

１０ 活性種含有液噴射装置
１１ 反応容器
１１ａ 噴射口
１２ 液体供給部
２１ 液体ポンプ
２２ 液体ノズル
２３ 液体供給管
１３ ガス供給部
２４ ガスボンベ
２５ ガス排出部
２６ ガス供給管
１４ プラズマ発生手段
２７ 電極
２８ 電源部
１５ 導電性液体
１５ａ 活性種を含む導電性液体

３０ 活性種含有液噴射装置
３１ 液体
３１ａ 活性種を含む液体
３２ 第１電極
３２ａ 孔
３３ 第２電極

４１ ガスボンベ
４２ 石英チューブ
４３ 内部電極
４４ 外部電極
４５ 交流電源

Claims (5)

1. 反応容器と、
   前記反応容器の内部に連通した噴射口と、
   前記反応容器の内部に導電性の液体を供給する液体供給部と、
   プラズマとなるガスを前記反応容器の内部に供給するガス供給部と、
   前記反応容器の内部に供給された前記液体の少なくとも一部と対向する位置に配置された電極と、前記反応容器の内部に供給された前記液体の近傍でプラズマを発生させるよう、前記液体と前記電極との間に電圧を印加可能に設けられた電源部とを有するプラズマ発生手段とを有し、
   前記反応容器の内部に前記液体と前記ガスとが供給されたとき、前記プラズマ発生手段により前記液体の近傍でプラズマを発生させて前記ガスおよび／または前記液体の活性種を生成し、その活性種を含む前記液体を前記噴射口から噴射するよう構成されていることを
   特徴とする活性種含有液噴射装置。
2. 反応容器と、
   前記反応容器の内部に連通した噴射口と、
   前記反応容器の内部に液体を供給する液体供給部と、
   プラズマとなるガスを前記反応容器の内部に供給するガス供給部と、
   前記反応容器の内部に供給された前記液体と接触または近接するよう、前記反応容器の内部に配置された第１電極と、前記第１電極に対向する位置に配置された第２電極と、前記液体の近傍でプラズマを発生させるよう、前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加可能に設けられた電源部とを有するプラズマ発生手段とを有し、
   前記第１電極は、筒状を成し、少なくとも側面の一部が前記第２電極と対向するよう配置されており、前記第２電極と対向する側面に１または複数の孔を有しており、
   前記液体供給部は、前記第１電極の内側を通過するよう、前記液体を供給可能に設けられ、
   前記反応容器の内部に前記液体と前記ガスとが供給されたとき、前記プラズマ発生手段により前記液体の近傍でプラズマを発生させて前記ガスおよび／または前記液体の活性種を生成し、その活性種を含む前記液体を前記噴射口から噴射するよう構成されていることを
   特徴とする活性種含有液噴射装置。
3. 前記反応容器の内部を、１気圧より高い圧力に調整可能に設けられた圧力調整手段を有していることを特徴とする請求項２に記載の活性種含有液噴射装置。
4. 前記液体供給部は、前記液体が前記噴射口に向かって前記反応容器の内部を流れて前記噴射口から噴射するよう、前記液体を前記噴射口に向かって付勢して連続的に供給可能に設けられ、
   前記プラズマ発生手段は、前記反応容器の内部を流れる前記液体の近傍で前記プラズマを発生可能に構成されていることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の活性種含有液噴射装置。
5. 前記噴射口から噴射される前記活性種を含む前記液体の噴射範囲が、前記噴射口から離れるに従って、噴射方向に対して横方向に広がるよう構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の活性種含有液噴射装置。
   

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