JP7113349B2

JP7113349B2 - 液体処理装置

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Publication number: JP7113349B2
Application number: JP2018094056A
Authority: JP
Inventors: 源一郎松田; 由紀子北原; 岳三宅; 芳生山田; 紘実松本
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2018-05-15
Filing date: 2018-05-15
Publication date: 2022-08-05
Anticipated expiration: 2038-05-15
Also published as: JP2019198817A

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１１に、特許文献１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１は、装置本体１０、液体供給部５０、配管５１、貯溜槽９０、及び電源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、及び第２電極３１を備えている。

図１２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１２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１５から、液体Ｌ１１を導入することで、旋回流Ｆ０を発生させる。旋回流Ｆ０によって処理槽１２の中心軸Ｘ１１の近傍の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、中心軸Ｘ１１付近において液体Ｌ１１の一部が気化した水蒸気が発生することで、気相Ｇ０が生成される。第１電極３０、及び第２電極３１の間に高電圧を印加することで、気相Ｇ０にプラズマ放電を発生させる。この時、プラズマが直接触れることで、液体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）又は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。水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１７付近の酸化成分を含んだ気相Ｇ０は、貯溜槽９０内の水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Ｂ１を生じる。処理液Ｌ１３には、ＯＨラジカル又は過酸化水素などの酸化成分だけでなく、気泡Ｂ１も含まれるため、より効率的に、液体中に含まれる汚濁物質等を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、第１電極３０と第２電極３１とが液体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３０と第２電極３１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３０から気相Ｇ０に発生したプラズマを通る電流経路ｒ１を通ったのちに、排出部１７付近から液体Ｌ１１を通る電流経路ｒ２を通って第２電極３１に流れる電流経路である。もう１つは、第１電極３０から液体Ｌ１１を通って、直接、第２電極３１に流れる電流経路ｒ３である。電流経路ｒ１を通る電流は、気相Ｇ０でのプラズマ形成に寄与し、気相Ｇ０中の水蒸気をＯＨラジカル又は過酸化水素に変化させる。一方で、電流経路ｒ３を通る電流は、気相Ｇ０中のプラズマ形成には寄与せず、電極表面で電気分解を起こし、電極を消耗させる。つまり、従来の構成では、液体を処理する効果が期待されるＯＨラジカルと過酸化水素との生成に寄与する電流のほかに、電極を消耗するだけの電流が流れている。そのため、電極の消耗が大きく、装置を長時間駆動させられないという課題が発生する。

本発明は、このような点に鑑み、気相を通らずに液体だけを流れる電流を抑えることで、電極の消耗を抑え、長時間の駆動を可能とする液体処理装置を提供することを目的とする。

前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、
両端に開口部を持つ円筒状の処理槽と、
前記処理槽の一端側に配置され、前記処理槽の前記開口部の中心軸と一致する中心軸を有する開口部を備えた板状の第１電極と、
前記処理槽の他端側に配置され、前記処理槽の前記開口部の中心軸と一致する中心軸を有する開口部を備えた板状の第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置されて前記処理槽内を二分し、前記処理槽の中心軸と一致する中心軸を有する貫通孔を中央部に有する絶縁板と、
前記絶縁板と前記第１電極との間の絶縁板側に配置され、前記処理槽の接線方向から第１液体を導入することにより前記処理槽内で前記第１液体を旋回させ、前記第１液体の第１旋回流中における、前記絶縁板の前記貫通孔よりも大きい直径を有する前記処理槽の前記中心軸周りの気相発生空間に第１気相を発生させる第１導入部と、
前記絶縁板と前記第２電極との間の絶縁板側に配置され、前記処理槽の前記接線方向から第２液体を導入することにより前記処理槽内で前記第２液体を旋回させ、前記第２液体の第２旋回流中における、前記気相発生空間に前記第１気相と接続した第２気相を発生させる第２導入部と、
前記第１気相と前記第２気相とが存在する状態で前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してプラズマを前記処理槽内に発生させる電源と
を備える。

本発明の前記態様にかかる液体処理装置では、絶縁板の貫通孔の直径は気相発生空間の直径よりも小さいため、絶縁板の貫通孔は気相中の水蒸気のみで満たされることになり、電流が液体を介して流れないため、電気分解による第１電極と第２電極との消耗を抑えることができ、装置が長時間駆動可能になる。

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左側面断面図本発明の実施形態１にかかる装置本体の左側面断面図図２のＩＩＩ―ＩＩＩ線における断面図処理槽の左側の収容空間のみに液体を導入した際の状態を示す左側面断面図処理槽の両側の収容空間に液体を導入した際の状態を示す左側面断面図処理槽の両側の収容空間に液体を導入し、さらに電圧を印加した状態を示す左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、隔壁板の貫通孔の直径が気相すなわち気相発生空間の直径より大きいときの電流経路を示す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、隔壁板の貫通孔の直径が気相すなわち気相発生空間の直径より小さいときの電流経路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左側面断面図本発明の実施形態３にかかる液体処理装置の構成を示す左側面断面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

以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する。

［実施形態１］
以下、本発明の実施形態に係る液体処理装置１００について、図面を用いて詳しく説明する。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。

図１に示す液体処理装置１００は、２つの貯留槽すなわち第１及び第２貯留槽１９０，１９１に接続されている状態を示している。液体処理装置１００と第１貯留槽１９０と第２貯留槽１９１とを合わせて、液体処理システムとすることもできる。

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１では、液体の一例として、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。第１貯留槽１９０には、液体処理装置１００で処理された処理液Ｌ３が貯溜される。
第２貯留槽１９１には、液体処理装置１００で処理された処理液Ｌ４が貯溜される。

液体処理装置１００は、少なくとも、処理槽１１２と、第１電極１３０と、絶縁板の一例としての隔壁板１４１と、第２電極１３１と、電源１６０と、第１導入部１１４と、第２導入部１１５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１１０と、第１液体供給部１５０と、第２液体供給部１５１と、電源１６０とを備えている。

装置本体１１０は、処理槽１１２、第１導入部１１４と第２導入部１１５、開口部の一例としての第１排出口１４０と第２排出口１４２、及び、第１電極１３０と第２電極１３１を備えている。

処理槽１１２は、内部に導入された液体（例えば、水）Ｌ１，Ｌ２をそれぞれ被処理液として処理している部分である。処理槽１１２の正面断面形状すなわち処理槽１１２の液体Ｌ１の旋回軸（言い換えれば、中心軸）Ｘ１に直交する断面形状は円形である円柱状の収容空間１８５を有している（図３参照）。

詳細は後述するが、処理槽１１２の内部すなわち収容空間１８５の中間部には、円形の貫通孔２４１を持つ電気絶縁性の円形の隔壁板１４１が配置されて、収容空間１８５を大きく２つ、例えば第１収容空間２０２と第２収容空間２０３とに分割している。

処理槽１１２の第１収容空間２０２の一端側（すなわち隔壁板１４１側）には第１導入部１１４が配置され、他端側の内壁の外面に第１電極１３０を介して第１貯留槽１９０が配置され、他端側（すなわち第１電極１３０側）の内壁の中央部には円形の第１排出口１４０が貫通して形成されている。

また、処理槽１１２の第２収容空間２０３の一端側（すなわち隔壁板１４１側）には第２導入部１１５が配置され、他端側の内壁の外面に第２電極１３１を介して第２貯留槽１９１が配置され、他端側（すなわち第２電極１３１側）の内壁の中央部には円形の第２排出口１４２が貫通して形成されている。

処理槽１１２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、第１電極１３０との間及び第２電極１３１との間にそれぞれ絶縁体を介在する必要がある。

第１導入部１１４は、処理槽１１２の第１収容空間２０２に第１液体Ｌ１を導入する。第１導入部１１４は、配管１５２を介して第１液体供給部１５０に連通している。

第２導入部１１５は、処理槽１１２の第２収容空間２０３に第２液体Ｌ２を導入する。第２導入部１１５は、配管１５３を介して第２液体供給部１５１に連通している。

第１液体供給部１５０と第２液体供給部１５１とは、それぞれ、処理槽１１２内に液体（例えば、水）Ｌ１，Ｌ２を供給するポンプである。第１液体供給部１５０は、配管１５２を介して第１導入部１１４に連通し、また第２液体供給部１５１は、配管１５３を介して第２導入部１１５に連通している。配管１５２と配管１５３との他端は、図示しない液体供給源（例えば、水タンク又は水道）等の第１及び第２液体すなわち被処理液Ｌ１，Ｌ２を送水できるように接続されている。又は、配管１５２又は配管１５３の他端は、第１又は第２貯留槽１９０又は１９１に接続されて、第１又は第２貯留槽１９０又は１９１の、液体処理装置１００からの被処理液Ｌ１又はＬ２を含んだ貯留水すなわち処理液Ｌ３又はＬ４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）。

第１排出口１４０は、第１収容空間２０２で処理された第１液体Ｌ１を第１収容空間２０２から排出させる。第１排出口１４０は、第１貯留槽１９０の円形の取り入れ口１９２に接続されており、第１排出口１４０から排出された第１液体Ｌ１は、取り入れ口１９２を介して第１貯留槽１９０に排出されて貯溜される。

第２排出口１４２は、第２収容空間２０３で処理された第２液体Ｌ２を第２収容空間２０３から排出させる。第２排出口１４２は、第２貯留槽１９１の円形の取り入れ口１９３に接続されており、第２排出口１４２から排出された第２液体Ｌ２は、取り入れ口１９３を介して第２貯留槽１９１に排出されて貯溜される。

第１電極１３０は、第１排出口１４０の近傍に配置されている。具体的には、第１電極１３０は、処理槽１１２の第１貯留槽１９０側の壁の外面と第１貯留槽１９０との間に配置されている。第２電極１３１は、第２排出口１４２の近傍に配置されている。具体的には、第２電極１３１は、処理槽１１２の第２貯留槽１９１側の壁の外面と第２貯留槽１９１との間に配置されている。第１電極１３０は電源１６０が接続されており、第２電極１３１は接地されている。

電源１６０は、第１電極１３０と第２電極１３１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１６０は、正もしくは負のパルス電圧のみを印加するモノポーラ電源でも可能であるが、正のパルス電圧と負のパルス電圧を交互に印加するバイポーラパルス電源を採択する方が、一方の電極の極端な消耗は防げるので、装置は長時間駆動できる。

［装置本体］
次に、装置本体１１０について詳細に説明する。図２は、装置本体１１０の側面断面図を示し、図３は図２における断面線ＩＩＩ―ＩＩＩの断面図である。

処理槽１１２は、第１内壁１２１、第２内壁１２２、及び第３内壁１２３を有している。第１内壁１２１は、筒状の壁部である。第２内壁１２２は、図２の第１内壁１２１の一端部例えば左端部に設けられている。第３内壁１２３は、図２の第１内壁１２１の他端部例えば右端部に設けられている。第２内壁１２２及び第３内壁１２３は、正面図では略円形である。第１内壁１２１、第２内壁１２２、及び第３内壁１２３により、処理槽１１２の内部には、略円柱状の収容空間１８５が構成されている。第１内壁１２１の中心軸、つまり、処理槽１１２の内部に構成される略円柱状の収容空間１８５の仮想の中心軸を中心軸Ｘ１とする。

前記したように、処理槽１１２の内部すなわち収容空間１８５の中間部には、処理槽１１２の中心軸Ｘ１と一致する中心軸を有する貫通孔２４１を持つ電気絶縁性の隔壁板１４１が配置されて、収容空間１８５が２つに区切られている。すなわち、隔壁板１４１によって、処理槽１１２は大きく２つの収容空間、例えば第１収容空間２０２と第２収容空間２０３とに分けられている。詳しくは、第１収容空間２０２は、第１内壁１２１と第２内壁１２２と隔壁板１４１の左面１２４とで囲まれた空間である。第２収容空間２０３は、第１内壁１２１と第３内壁１２３と隔壁板１４１の右面１２５とで囲まれた空間である。ここで、中心軸Ｘ１に、垂直で且つ隔壁板１４１の中心を通る直線を、軸Ｙ１とする。

貫通孔２４１の直径は、第１排出口１４０の直径と第２排出口１４２の直径よりも小さく、第１電極１３０の円形の開口部２３０の直径と第２電極１３１の円形の開口部２３１の直径よりも小さい。

第１導入部１１４と第２導入部１１５とは、装置本体１１０の第１内壁１２１を貫通しており、第１導入部１１４の一方の開口端１１６と第２導入部１１５の一方の開口端１１７とは、第１内壁１２１に形成されている。第１導入部１１４は、第１収容空間２０２の一端側、すなわち、隔壁板１４１の左側で且つ隔壁板１４１近傍に配置されている。第２導入部１１５は、第２収容空間２０３の一端側、すなわち、隔壁板１４１の右側で且つ隔壁板１４１近傍に配置されている。また、図３は、図２の断面線ＩＩＩ―ＩＩＩにおける断面図である。

第１排出口１４０は第２内壁１２２の中央部を貫通している。第２排出口１４２は第３内壁１２３の中央部を貫通している。第１排出口１４０と第２排出口１４２とは、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１電極１３０と第２電極１３１とは、それぞれ板状の金属部材である。第１電極１３０は、中央部に第１排出口１４０と同じ直径の円形の開口部２３０が形成されている。また、第２電極１３１は、中央部に第２排出口１４２と同じ直径の円形の開口部２３１が形成されている。開口部２３０と開口部２３１とのそれぞれの中心軸は、処理槽１１２の中心軸Ｘ１と同軸上に配置される。

［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、第１収容空間２０２に気相Ｇ１を発生させる状態（図４）と、第１収容空間２０２と第２収容空間２０３の両方に気相Ｇ１，Ｇ２すなわちＧ３を発生させる状態（図５）と、電源１６０から気相Ｇ３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）とに、場合分けを行う。

先ず、隔壁板１４１より左側の動作について説明する。図４は、第１収容空間２０２に第１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。図４に示すように、第１導入部１１４から第１収容空間２０２に第１液体（例えば、水）Ｌ１が所定の圧力、すなわち、ポンプの供給圧力又はポンプ無しで水道水などの場合は水道水の供給圧力で導入されると、第１液体Ｌ１は第１内壁１２１に沿って第１旋回流Ｆ１を発生させながら第１導入部１１４から図４の左方に向けて移動する。旋回しながら図４の左方に移動した第１旋回流Ｆ１は、第１排出口１４０に向けて移動する。

第１旋回流Ｆ１により、中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、第１液体Ｌ１の一部が気化して、第１気相Ｇ１が第１収容空間２０２の第１内壁１２１の中心軸Ｘ１付近に生成される。第１気相Ｇ１は、隔壁板１４１から中心軸Ｘ１を中心に第１電極１３０近傍まで発生する。第１気相Ｇ１は、第１電極１３０の開口部２３０近傍で、第１貯溜槽１９０内の第１液体Ｌ１の抵抗を受けることで、マイクロバブル又はウルトラファインバブルにせん断され、第１貯溜槽１９０に拡散される。

第２収容空間２０３は、第２液体Ｌ２を導入すると、隔壁板１４１に対して面対称、もしくは軸Ｙ１に関して回転対称に、前記第１収容空間２０２内の状態と同様の状態が確認されて、第２気相Ｇ２が発生する。よって、第１収容空間２０２と第２収容空間２０３とに同時に第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２を導入すると、図５のように、第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２が発生する状態になる。第１液体Ｌ１の導入で発生する第１旋回流Ｆ１と、第２液体Ｌ２の導入で発生する第２旋回流Ｆ２は、どちらも中心軸Ｘ１を中心に旋回しているため、第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２が発生するとき、第１電極１３０近傍から貫通孔２４１を通って第２電極１３１近傍まで、中心軸Ｘ１を中心に、第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２が接続された一本の気相Ｇ３が発生することになる。

ここで、気相発生空間１９９とは、処理槽１１２内で気相Ｇ３が発生する予定の円柱状の空間である。この気相発生空間１９９の大きさ（すなわち外径）は、第１電極１３０の開口部２３０の直径と第２電極１３１の開口部２３１の直径、処理槽１１２内の収容空間１８５の大きさ、第１導入部１１４及び第２導入部１１５のそれぞれの開口の大きさ、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２の供給圧力又は供給流量に依存する。一例として、気相発生空間１９９の外径は０．５ｍｍとし、第１電極１３０の開口部２３０の直径及び第２電極１３１の開口部２３１の直径をそれぞれ６ｍｍとする。また、処理槽１１２内の収容空間１８５の大きさを直径２０ｍｍで軸方向長さを３０ｍｍとし、第１導入部１１４及び第２導入部１１５のそれぞれの開口の大きさを共に直径６ｍｍとし、液体Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの供給流量を３．５Ｌ／ｍｉｎとする。

図６は、図５の状態に電源１６０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５のように、第１電極１３０近傍から第２電極１３１近傍まで気相Ｇ３で繋がっている状態で、電源１６０により、第１電極１３０と第２電極１３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。第１電極１３０と第２電極１３１とは、高電圧のパルス電圧が印加されると、気相Ｇ３内にプラズマＰを発生させ、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Ｇ３から旋回流Ｆ１と旋回流Ｆ２とへそれぞれ溶解することで、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２中に溶解している汚濁物質を分解処理する。加えて、気相Ｇ３のプラズマＰは、第１電極１３０の開口部２３０近傍と、第２電極１３１の開口部２３１近傍とで、それぞれ、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２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をそれぞれ生じる。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をそれぞれ含んだ状態の第１処理液Ｌ３と第２処理液Ｌ４とが開口部２３０と開口部２３１とからそれぞれ排出される。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内から処理液Ｌ３と処理液Ｌ４とに溶解する。そして、一定時間が経過すると、第１及び第２貯留槽１９０，１９１内の処理液Ｌ３，Ｌ４は、比較的安定な過酸化水素に変化する。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ラジカル等が発生し、これによっても分解及び殺菌作用が発揮される。

図７と図８とに、本実施形態１の液体処理装置１００の放電時における電流経路を示す。図７は、気相Ｇ３の直径より隔壁板１４１の貫通孔２４１ａの直径が大きいときの電流経路ｒ４，ｒ５である。この場合、電流経路は、第１電極１３０から気相Ｇ３を通って、第２電極１３１に流れる電流経路ｒ４と、第１電極１３０から液体Ｌ１，Ｌ２のみを通って、気相Ｇ３を通ることなく第２電極１３１に流れる電流経路ｒ５とが存在する。このとき、電流経路ｒ４を流れる電流は、プラズマＰの形成、つまりＯＨラジカル等の形成に寄与する。一方で、電流経路ｒ５を流れる電流は、プラズマＰの形成に寄与せず、第１電極１３０及び／又は第２電極１３１の電極表面で電気分解を起こし、第１電極１３０及び／又は第２電極１３１を消耗させる。つまり、従来の構成と同様で、液体を処理する効果が期待されるＯＨラジカル等の生成に寄与する電流のほかに、第１電極１３０及び／又は第２電極１３１を消耗するだけの電流が流れている状態である。

一方で、図８は、気相Ｇ３の直径より隔壁板１４１の貫通孔２４１の直径が小さいときの電流経路である。この場合、隔壁板１４１の貫通孔２４１は、気相Ｇ３の水蒸気で満たされており、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２が入り込んでいない状態である。よって、図７の電流経路ｒ５のような液体のみを介して流れる電流が存在せず、電気分解による第１電極１３０及び第２電極１３１の消耗を抑えることが出来る。

前記より、電極消耗を抑える効果を得るためには、隔壁板１４１の貫通孔２４１の直径の大きさは、気相Ｇ３の直径、言い換えれば、気相発生空間１９９の直径よりも小さな直径とすることが理解できる。よって、以下に、貫通孔２４１の直径について説明する。

先ず、気相Ｇ３が安定して発生する条件を述べる。

図１において、第１収容空間２０２と第２収容空間２０３とは、隔壁板１４１に対して面対称、あるいは、軸Ｙ１に対して回転対称の動作を行うため、第１収容空間２０２にのみ第１液体Ｌ１を導入し、第１気相Ｇ１が安定して発生する第１収容空間２０２の構造寸法を調べた。

第２収容空間２０３の構造寸法を固定した場合、第１収容空間２０２の中心軸Ｘ１方向沿いの長さは、第１気相Ｇ１と第１液体Ｌ１との接触面積と正の相関関係にある。つまり、第１収容空間２０２の中心軸Ｘ１方向沿いの長さが長いほど、プラズマ空間と第１液体Ｌ１との接触面積が大きくなるので、プラズマ空間で生成されたＯＨラジカル等が第１液体Ｌ１中に溶け込む面積が大きくなり、処理槽１１２で効率的な液体処理が可能になる。

しかしながら、第１収容空間２０２の円筒直径に対して中心軸Ｘ１方向沿いの長さが長すぎると、気相Ｇ１が不安定になる。なぜならば、例えば第１旋回流Ｆ１が第１内壁１２１から摩擦抵抗を受け、第１排出口１４０に近づくにつれ、減衰していくためである。また、第１収容空間２０２の円筒直径に対して中心軸Ｘ１方向沿いの長さが短すぎても、気相Ｇ１が起こりにくくなる。第１旋回流Ｆ１が安定して気相Ｇ１を形成する前に第１液体Ｌ１が第１収容空間２０２の外へ排出されてしまうからである。

従って、例えば、第１収容空間２０２の円筒直径が５ｍｍ以上２９ｍｍ以下のとき、中心軸Ｘ１方向沿いの長さが６ｍｍ以上２９ｍｍ以下で気相Ｇ１は安定して発生した。

第２収容空間２０３は、第１収容空間２０２と、隔壁板１４１に対して面対称、もしくは軸Ｙ１に対して回転対称であるので、第１収容空間２０２の構造寸法と同様の範囲の寸法が好ましい。

次に、隔壁板１４１の貫通孔２４１の直径の例について述べる。

以下では、放電の可否を判断するために、処理槽１１２に第１液体Ｌ１と第２液体Ｌ２とを導入し、処理槽１１２に気相Ｇ３を発生させ、パルス電圧を印加してプラズマ空間を生成した。電源１６０としては、３ｋＶのバイポーラのパルス電源を用いた。このとき、処理槽１１２の中心軸Ｘ１方向沿いの長さは５８ｍｍ、処理槽１１２の直径は２０ｍｍで、生成した気相Ｇ３の直径は約０．５ｍｍであった。隔壁板１４１の貫通孔２４１の直径を０．５ｍｍとすると、プラズマ放電は確認できなかったが、貫通孔２４１の直径を０．３ｍｍまで小さくすると、プラズマ放電が確認できた。このことから、貫通孔２４１の直径は気相Ｇ３の直径の６０％以下であることが好ましい。逆に、貫通孔２４１が気相Ｇ３の直径に対して小さすぎるとき、貫通孔２４１の円形の面積が小さくなりすぎるため、電気抵抗値が大きくなり、気相Ｇ３のプラズマ状態の物質が移動しづらくなる。例えば、貫通孔２４１の直径が気相Ｇ３の直径の２５％未満まで小さくなると、第１電極１３０と第２電極１３１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る。

以上より、貫通孔２４１の直径は、気相Ｇ３の直径、言い換えれば、気相発生空間１９９の直径の２５％以上から６０％以下が好ましい。

貫通孔２４１の長さ、つまり、隔壁板１４１の板厚の例について述べる。隔壁板１４１の板厚については、第１収容空間２０２と第２収容空間２０３の絶縁を保つために、０．２ｍｍは最低必要である。また、隔壁板１４１の板厚が大きくなり過ぎると、貫通孔２４１での電気抵抗が大きくなり、プラズマ放電を発生させるために必要な電圧が大きくなってしまうため、０．５ｍｍ以下が好ましい。

つまり、隔壁板１４１の板厚は、０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下が好ましい。

前記実施形態１によれば、隔壁板１４１を挟んで２ヶ所から導入した液体Ｌ１，Ｌ２を旋回させることにより、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２の第１及び第２旋回流Ｆ１，Ｆ２中に２本の第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２を発生させる断面形状が円形の処理槽１１２と、第１及び第２旋回流Ｆ１，Ｆ２中の２本の第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２を接触させるための、処理槽１１２と同軸上に貫通孔２４１のある隔壁板１４１と、処理槽１１２と同軸上に、隔壁板１４１を挟んで配置された第１電極１３０と第２電極１３１とを備えている。このように構成して、気相発生空間１９９に発生させた第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２に電圧を印加することによって、プラズマＰを発生させる。隔壁板１４１の貫通孔２４１は第１及び第２気相Ｇ１，Ｇ２中の水蒸気のみで満たされるため、第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２を介して電流が流れず、第１電極１３０と第２電極１３１との電気分解を抑えることができ、液体処理装置１００を長時間駆動することが出来る。

また、隔壁板１４１の貫通孔２４１で電界の集中が起こり、従来よりも低い電圧で気相Ｇ３中にプラズマＰを発生させることができる。

［実施形態２］
電源１６０のパルス電源の印加する電圧のパルス幅が十分に短い場合は、図９のように、第１電極１３０ａと第２電極１３１ａとをそれぞれ棒状として第１排出口１４０と第２排出口１４２内に配置するようにしても良い。パルス幅が十分に短い場合、第１電極１３０ａと第２電極１３１ａの温度上昇を懸念する必要がないからである。一般に、プラズマ空間では温度が数千℃まで上昇するため、第１電極１３０ａと第２電極１３１ａがプラズマ空間に直接接していると、電極温度も上昇してしまう。第１電極１３０ａと第２電極１３１ａの温度が上昇すると、電流は大きくなり、プラズマ放電状態が効率の悪い方向に移行してしまう。

そこで、本実施形態１では、第１電極１３０と第２電極１３１とは板状とし、両電極１３０，１３１が第１及び第２液体Ｌ１，Ｌ２と常に接触するため、第１電極１３０と第２電極１３１とが冷却され、プラズマ放電の効率低下を防いでいる。パルス電源１６０のパルス幅が十分短く、第１電極１３０と第２電極１３１の大きな温度上昇を防ぐ必要がない場合は、第１電極１３０と第２電極１３１とをそれぞれ棒状の第１電極１３０ａと第２電極１３１ａとして第１排出口１４０の中央部内と第２排出口１４２の中央部内とに配置することができる。これにより、気相Ｇ３と第１電極１３０ａと第２電極１３１ａとを直接接触させることができて、実施形態２では、実施形態１よりも低電圧でプラズマ放電を起こすことが可能である。

ただし、実施形態２の場合、気相Ｇ３と両電極１３０ａ，１３１ａとが接触するように、棒状の両電極１３０ａ，１３１ａを支持する第１電極支持部１３２と第２電極支持部１３３を、それぞれ第１貯溜槽１９０と第２貯溜槽１９１とに備えていなければならない。なお、第１電極支持部１３２と第２電極支持部１３３はそれぞれ筒状支持部であり、それぞれ絶縁性の部材で構成するか、又は、それぞれ絶縁性の部材を介在して電極１３０ａ，１３１ａを支持している。

［実施形態３］
図１０のように、実施形態１と実施形態２とを組み合わせるように、第１電極１３０ａを棒状とし、第２電極１３１を板状とした組み合わせでも実施可能である。ただし、実施形態３の場合には、第１電極１３０ａを支持する第１電極支持部１３２を第１貯溜槽１９０に備えていなければならない。

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。具体的には、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
１５導入部
１７排出部
３０第１電極
３１第２電極
５０液体供給部
５１配管
９０貯溜槽
１００液体処理装置
１１０装置本体
１１２処理槽
１１４第１導入部
１１５第２導入部
１２１第１内壁
１２２第２内壁
１２３第３内壁
１２４隔壁板左面
１２５隔壁板右面
１３０，１３０ａ第１電極
１３１，１３１ａ第２電極
１３２第１電極支持部
１３３第２電極支持部
１４０第１排出口
１４１隔壁板
１４２第２排出口
１５０第１液体供給部
１５１第２液体供給部
１５２配管
１５３配管
１６０電源
１８５収容空間
１９０第１貯溜槽
１９１第２貯溜槽
１９２取り入れ口
１９３取り入れ口
１９９気相発生空間
２０２第１収容空間
２０３第２収容空間
２４１貫通孔
Ｂ気泡
Ｆ１第１旋回流
Ｆ２第２旋回流
Ｇ１第１気相
Ｇ２第２気相
Ｇ３気相
Ｌ１第１液体
Ｌ２第２液体
Ｌ３第１処理液
Ｌ４第２処理液
Ｐプラズマ

Claims

両端に開口部を持つ円筒状の処理槽と、
前記処理槽の一端側に配置され、前記処理槽の前記開口部の中心軸と一致する中心軸を有する開口部を備えた板状の第１電極と、
前記処理槽の他端側に配置され、前記処理槽の前記開口部の中心軸と一致する中心軸を有する開口部を備えた板状の第２電極とを備え、
前記第１電極と前記第２電極との間に配置されて前記処理槽内を二分し、前記処理槽の中心軸と一致する中心軸を有する貫通孔を中央部に有する絶縁板と、
前記絶縁板と前記第１電極との間の絶縁板側に配置され、前記処理槽の接線方向から第１液体を導入することにより前記処理槽内で前記第１液体を旋回させ、前記第１液体の第１旋回流中における、前記絶縁板の前記貫通孔よりも大きい直径を有する前記処理槽の前記中心軸周りの気相発生空間に第１気相を発生させる第１導入部と、
前記絶縁板と前記第２電極との間の絶縁板側に配置され、前記処理槽の前記接線方向から第２液体を導入することにより前記処理槽内で前記第２液体を旋回させ、前記第２液体の第２旋回流中における、前記気相発生空間に前記第１気相と接続した第２気相を発生させる第２導入部と、
前記第１気相と前記第２気相とが存在する状態で前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加してプラズマを前記処理槽内に発生させる電源と
を備える液体処理装置。
前記気相発生空間の直径は、前記第１電極の円形の前記開口部の直径と前記第２電極の円形の前記開口部の直径と前記処理槽の円形の前記開口部の直径とのそれぞれよりも小さい、
請求項１に記載の液体処理装置。
前記絶縁板は、板厚が０．２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であり、且つ前記絶縁板の前記貫通孔の直径が前記気相発生空間の直径の２５％以上６０％以下の大きさである
請求項１又は２に記載の液体処理装置。