KR20190138860A - 액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치 - Google Patents

액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR20190138860A
KR20190138860A KR1020197033718A KR20197033718A KR20190138860A KR 20190138860 A KR20190138860 A KR 20190138860A KR 1020197033718 A KR1020197033718 A KR 1020197033718A KR 20197033718 A KR20197033718 A KR 20197033718A KR 20190138860 A KR20190138860 A KR 20190138860A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
liquid
electrode
gas
opening
plasma
Prior art date
Application number
KR1020197033718A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102296007B1 (ko
Inventor
아키라 호리코시
쇼헤이 나카무라
시게루 다카츠지
모토히로 고노
Original Assignee
가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 스크린 홀딩스 filed Critical 가부시키가이샤 스크린 홀딩스
Priority claimed from PCT/JP2018/019694 external-priority patent/WO2018221325A1/ja
Publication of KR20190138860A publication Critical patent/KR20190138860A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102296007B1 publication Critical patent/KR102296007B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/247—Generating plasma using discharges in liquid media
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/087—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J19/088—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0809—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes employing two or more electrodes
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0803—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy
    • B01J2219/0805—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges
    • B01J2219/0807—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electric or magnetic energy giving rise to electric discharges involving electrodes
    • B01J2219/0824—Details relating to the shape of the electrodes
    • B01J2219/0826—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear
    • B01J2219/083—Details relating to the shape of the electrodes essentially linear cylindrical
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0877—Liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0873—Materials to be treated
    • B01J2219/0881—Two or more materials
    • B01J2219/0884—Gas-liquid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/461—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods by electrolysis
    • C02F1/46104—Devices therefor; Their operating or servicing
    • C02F1/46109—Electrodes
    • C02F2001/46152—Electrodes characterised by the shape or form
    • C02F2001/46171—Cylindrical or tubular shaped
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
    • C02F2201/002—Construction details of the apparatus
    • C02F2201/003—Coaxial constructions, e.g. a cartridge located coaxially within another
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2305/00—Use of specific compounds during water treatment
    • C02F2305/02—Specific form of oxidant
    • C02F2305/023—Reactive oxygen species, singlet oxygen, OH radical
    • H05H2001/2418—
    • H05H2001/2431—
    • H05H2001/2443—

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Plasma Technology (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)

Abstract

액체 중으로 공급된 기체에 플라즈마를 발생시키는 액 중 플라즈마 발생 장치에 있어서, 고효율이며 안정적인 플라즈마를 발생시킨다. 액 중 플라즈마 발생 장치 (3) 는, 내부 공간에 액체를 유지하는 케이싱 (31) 과, 내부 공간 내에 개구를 갖고 그 개구로부터 액체 중으로 기체를 토출하는 기체 공급관 (32) 과, 기체 공급관 (32) 내로부터 개구를 통하여 내부 공간으로 돌출되고, 그 돌출 부위는 도체부 (341) 가 유전체 (342) 에 의해 피복된 구조를 갖는 제 1 전극 (34) 과, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위를 둘러싸고 형성되며, 유전체에 의해 액체로부터 격리된 도체부를 갖는 제 2 전극 (36) 과, 제 1 전극 (34) 과 제 2 전극 (36) 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부 (4) 를 구비하고, 돌출 부위와 제 2 전극 (36) 사이의 공간이, 개구로부터 토출된 기체가 유통하는 유로이다.

Description

액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치
이 발명은, 액체 중으로 공급되는 기체에 전계를 작용시켜 당해 액체 중에서 플라즈마를 발생시키는 액 중 플라즈마 발생 장치 및 이것을 사용하는 액체 처리 장치에 관한 것이다.
반응 생성물의 생성 수단이나, 유해 물질·세균류의 무해화 수단으로서, 화학적으로 활성인 활성종을 함유하는 액체를 생성하기 위한 기술이 많이 제안되어 있다. 예를 들어 특허문헌 1 에 기재된 기술에서는, 유전체관을 흐르는 피처리수에 기포를 발생시키고, 액 중에 배치된 전극 사이에 고전압을 인가함으로써, 기포 내에서 방전시켜 플라즈마를 발생시킨다. 또, 특허문헌 2 에 기재된 기술에서는, 기체가 혼합된 액체를 유통시키는 유전체관의 외부에 일방 전극이, 관 내에 타방 전극이 각각 형성되어 있다.
일본 공개특허공보 2015-116561호 일본 공개특허공보 2013-206767호
상기 종래 기술에서는, 적어도 일방의 전극이 액 중에 있고, 그 전극의 주위에서 방전이 발생한다. 이 때문에, 발생한 플라즈마에 노출된 전극의 성분이 액 중으로 용출되는 경우가 있다. 또, 전극의 주위를 둘러싸는 기포를 포함하는 액체의 상태가 시시각각 변화하기 때문에, 발생하는 플라즈마의 밀도나 양이 불안정해지기 쉽다. 이 때문에, 투입되는 기체나 에너지에 대한 플라즈마 발생 효율 및 플라즈마 발생의 안정성을 높이는 데에 있어서, 상기 종래 기술은 개량의 여지를 남기고 있다.
이 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것으로, 액체 중으로 공급된 기체에 플라즈마를 발생시키는 액 중 플라즈마 발생 장치에 있어서, 고효율이며 안정적인 플라즈마의 발생을 가능하게 하는 기술을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이 발명에 관련된 액 중 플라즈마 발생 장치의 일 양태는, 내부 공간에 액체를 유지하는 케이싱과, 상기 내부 공간 내에 개구를 갖고 그 개구로부터 상기 액체 중으로 기체를 토출하는 기체 공급관과, 상기 기체 공급관 내로부터 상기 개구를 통하여 상기 내부 공간으로 돌출되고, 그 돌출 부위는 도체부가 유전체에 의해 피복된 구조를 갖는 제 1 전극과, 상기 제 1 전극의 상기 돌출 부위를 둘러싸고 형성되며, 유전체에 의해 상기 액체로부터 격리된 도체부를 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하고, 상기 돌출 부위와 상기 제 2 전극 사이의 공간이, 상기 개구로부터 토출된 상기 기체가 유통하는 유로로 되어 있다.
이와 같이 구성된 발명에서는, 액체 중으로 기체를 공급하는 기체 공급관의 개구로부터 제 1 전극의 돌출 부위가 돌출 형성되어 있으므로, 개구로부터 토출되는 기체는 돌출 부위의 주위를 둘러싸도록 유통되어 액 중으로 도입된다. 그리고, 제 1 전극의 돌출 부위와, 이것을 둘러싸고 형성되는 제 2 전극 사이의 공간이, 개구로부터 토출되는 기체의 유로임과 함께, 전극 사이로의 전압 인가에 의해 플라즈마 발생 전계가 형성되는 플라즈마 발생장 (發生場) 으로 되어 있다. 이 때문에, 액 중으로 도입되는 기체는 매우 높은 확률로 플라즈마 발생장을 통과하게 된다.
그리고, 제 1 전극 및 제 2 전극의 도체부는, 모두 유전체에 의해 액체로부터 격리되어 있다. 특히 제 1 전극의 돌출 부위의 주위에 있어서는, 개구로부터 토출된 기체가 돌출 부위를 감싸는 기포를 형성함으로써, 제 1 전극의 도체부와 기체 사이에는 도체부를 피복하는 유전체의 층이 개재되게 된다. 따라서 전압 인가에 의해 발생하는 방전은 유전체 배리어 방전이 된다. 이 때문에, 액체에 접하도록 전극을 형성한 경우보다 넓은 영역에서 안정적인 방전을 발생시키는 것이 가능하다. 또, 도체부가 피복되어 있으므로, 플라즈마에 노출되는 것에 의한 도체부의 재료 (예를 들어 금속) 가 액 중으로 용출되는 것도 방지된다.
이상과 같이, 본 발명에서는, 액체 중으로 개구되는 기체 공급관의 개구로부터 토출되는 기체가 제 1 전극의 돌출 부위를 감싸도록 흘러 액체 중으로 도입되며, 게다가 돌출 부위의 주위에 플라즈마 발생장이 형성된다. 그 때문에, 기체 중에 고효율이고 또한 안정적인 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 또, 이렇게 하여 플라즈마화된 기체가 액체 중으로 공급되도록 함으로써, 플라즈마화에 의해 생성된 활성종을 풍부하게 포함하는 액체를 효율적으로 생성하는 것이 가능해진다.
이 발명의 상기 그리고 그 밖의 목적과 신규한 특징은, 첨부 도면을 참조하면서 다음의 상세한 설명을 읽으면, 보다 완전히 명백해질 것이다. 단, 도면은 오로지 해설을 위한 것으로, 이 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1 은, 본 발명에 관련된 액 중 플라즈마 발생 장치의 일 실시형태를 장비한 액체 처리 장치의 구성예를 나타내는 도면이다.
도 2 는, 플라즈마 발생부의 외관을 나타내는 도면이다.
도 3 은, 플라즈마 발생부의 내부 구조를 나타내는 단면도이다.
도 4 는, 돌출 부위의 주변의 구조를 보다 상세하게 나타내는 확대도이다.
도 5 는, 플라즈마 발생부의 수평 단면도이다.
도 6 은, 이 실시형태에 있어서의 플라즈마 발생의 원리를 설명하는 도면이다.
도 7 은, 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마를 발생시켰을 때의 사진을 나타내는 도면이다.
도 8 은, 플라즈마 활성종의 양을 비교하기 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9a 는 제 2 전극의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 9b 는 제 2 전극의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 1 은 본 발명에 관련된 액 중 플라즈마 발생 장치의 일 실시형태를 장비한 액체 처리 장치의 구성예를 나타내는 도면이다. 이 액체 처리 장치 (1) 는, 저류조 (2) 에 저류되어 있는 물에 활성종을 용해시킨 처리액을 생성하는 장치이다. 액체 처리 장치 (1) 는, 활성종을 생성하기 위해 플라즈마 발생부 (3) 에서 수중 플라즈마 (본 발명의 「액 중 플라즈마」의 일례에 상당) 를 발생시킨다. 이와 같이 본 실시형태에서는, 물이 본 발명의 「액체」의 일례에 상당한다. 이하의 각 도면에 있어서, 연직 방향 상향은 (＋Z) 방향, 하향은 (-Z) 방향으로 나타낸다.
액체 처리 장치 (1) 는, 배관계 (5) 와, 배관계 (5) 에 의해 형성되는 액체의 유로 중에 개재 삽입된 플라즈마 발생부 (3) 및 펌프 (6) 를 구비하고 있다. 배관계 (5) 는, 저류조 (2) 로의 액체의 공급과 저류조 (2) 로부터의 액체의 송출을 포함하는 장치 내에서의 액체의 유통을 담당한다. 구체적으로는, 배관계 (5) 에 포함되는 배관 (51) 의 일방 단 (端) 이, 저류조 (2) 의 측면 중 내부의 액체 (L) 의 액면보다 하방 위치에 접속되고, 배관 (51) 의 타방 단이 플라즈마 발생부 (3) 의 하부에 형성된 후술하는 액체 도입구에 접속된다. 배관 (51) 에는 펌프 (6) 가 개재 삽입되어 있고, 장치 전체를 제어하는 제어부 (7) 로부터의 동작 지령에 따라 펌프 (6) 가 작동함으로써, 저류조 (2) 에 저류되어 있는 액체가 배관 (51) 을 통하여 플라즈마 발생부 (3) 에 공급된다.
상세하게는 후술하지만, 플라즈마 발생부 (3) 는, 액 중 플라즈마 처리에 의해 액체 중에 활성종을 함유시키는 장치이다. 구체적으로는, 플라즈마 발생부 (3) 는, 펌프 (6) 에 의해 배관 (51) 을 통하여 이송되는 액체에 기체 도입부 (8) 로부터의 기체를 혼합시키고, 교류 전원 (4) 으로부터의 고전압에 의해 그 기체 중에서 플라즈마를 발생시켜, 발생한 활성종을 액체에 용해시킨다. 이와 같이, 플라즈마 발생부 (3) 는, 외부로부터 공급되는 액체를 피처리액으로서 받아들여, 그 피처리액에 플라즈마 발생에 의해 발생한 활성종을 용해시킨 액체를 처리액으로서 출력한다.
플라즈마 발생부 (3) 의 상부에는 배관 (53) 의 일방 단이 접속되고, 배관 (53) 의 타방 단은 저류조 (2) 에 접속되어 있다. 따라서, 플라즈마 발생부 (3) 로부터 출력되는 액체, 요컨대 플라즈마 발생부 (3) 에서 액 중 플라즈마 처리를 받은 액체를 저류조 (2) 로 되돌리는 것이 가능하게 되어 있다. 액체 처리 장치 (1) 에서는, 파선 화살표로 나타내는 바와 같이, 저류조 (2) 에 저류된 액체는 배관 (51, 53) 을 경유하여 순환되고 있다. 이와 같이 순환을 실시하면서 플라즈마 발생부 (3) 에서 액 중 플라즈마를 발생시킴으로써, 액체에 포함되는 활성종의 농도를 높일 수 있다.
이렇게 하여 활성종을 함유하는 액체, 요컨대 처리액이 생성되면, 당해 처리액을 적당한 타이밍에 저류조 (2) 로부터 외부로 송출할 필요가 있다. 이를 위해, 저류조 (2) 의 하방 측면에 배관 (54) 이 접속되어 있다. 이 배관 (54) 에는, 개폐 밸브 (55) 가 개재 삽입되어 있다. 제어부 (7) 로부터의 개방 지령에 따라 개폐 밸브 (55) 가 개방되면, 저류조 (2) 에 저류되어 있는 처리액을 외부로 취출할 수 있게 된다. 또, 저류조 (2) 의 상방 측면에 배관 (56) 이 접속되어 있고, 당해 배관 (56) 에 의해 저류조 (2) 는 액체 공급원 (도시 생략) 과 접속되어 있다. 이 배관 (56) 에는, 개폐 밸브 (57) 가 개재 삽입되어 있다. 제어부 (7) 로부터의 개방 지령에 따라 개폐 밸브 (57) 가 개방되면, 처리 전의 액체, 요컨대 활성종을 함유하지 않는 액체가 저류조 (2) 에 보충된다. 또한, 저류조 (2) 의 천장면에 배관 (58) 이 접속되어 있고, 당해 배관 (58) 에 의해 저류조 (2) 의 내부 공간이 액체 처리 장치 (1) 의 주변 분위기와 접속되어 있다. 이 배관 (58) 에는, 개폐 밸브 (59) 가 개재 삽입되어 있다. 제어부 (7) 로부터의 개방 지령에 따라 개폐 밸브 (59) 가 개방되면, 저류조 (2) 의 내부 공간을 액체 처리 장치 (1) 의 주변 분위기와 연통시켜 저류조 (2) 의 내부를 대기압으로 되돌릴 수 있다. 따라서, 개폐 밸브 (59) 는 이른바 리크 밸브로서 기능한다.
플라즈마 발생부 (3) 에는 기체 도입부 (8) 의 배관 (83) 이 접속되어 있다. 기체 도입부 (8) 는, 상기 배관 (83) 을 통하여 기체를 공급하는 기체 공급원 (81) 과, 배관 (83) 의 도중에 개재 삽입된 개폐 밸브 (82) 를 갖고 있다. 개폐 밸브 (82) 는 제어부 (7) 로부터의 개폐 지령에 따라 개폐함으로써, 플라즈마 발생부 (3) 에 공급되는 기체의 도입량을 시간적으로 변화시킨다. 즉, 제어부 (7) 로부터의 개방 지령에 따라 개폐 밸브 (82) 가 개방되면, 열려 있는 동안에, 기체 공급원 (81) 으로부터 기체가 개폐 밸브 (82) 및 배관 (83) 을 통하여 압송되어, 플라즈마 발생부 (3) 에 공급된다.
도 2 는 플라즈마 발생부의 외관을 나타내는 도면이다. 또, 도 3 은 플라즈마 발생부의 내부 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 플라즈마 발생부 (3) 는, 연직 방향 (Z 방향) 으로 연장되는 통상의 케이싱 (31) 을 주요한 구성으로 하는 것이다. 도 3 은 케이싱 (31) 의 관축 (AX) 을 포함하는 연직면에 있어서의 단면을 나타내고 있다.
케이싱 (31) 은 예를 들어 석영 유리에 의해 형성되고 내부가 중공이 된 통상의 관이며, 관벽이 비교적 얇게 형성된 박육부 (31b) 의 양단에, 보다 관벽이 두꺼운 후육부 (31a, 31c) 가 접속된 구조를 갖고 있다. 예를 들어, 박육의 관의 양단에, 이것과 동일한 내경이며 후육의 관을 용접에 의해 접합함으로써, 케이싱 (31) 을 제작할 수 있다. 또는, 후육의 관의 일부 측벽면을 절삭하여 연마하거나, 또는 잡아 늘림으로써 박육화한 것이어도 된다.
도시를 생략하고 있지만, 상측의 후육부 (31a) 의 상단은 배관 (53) 에 접속된다. 또, 하측의 후육부 (31c) 의 측면에는, 저류조 (2) 로부터 공급되는 액체를 피처리액으로서 받아 들이기 위한 액체 도입관 (31d) 이 접합되어 있다. 이 액체 도입관 (31d) 에 배관 (51) 이 접속된다. 따라서, 케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 에 있어서는, 하부로부터 피처리액으로서 도입되는 액체가 상방으로 유통되어, 상단부로부터 처리액으로서 송출된다.
케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 에는, 연직 방향으로 연장되는 내관 (32) 이 삽입 통과되어 있다. 내관 (32) 은, 케이싱 (31) 의 내경보다 작은 외경을 갖는 예를 들어 석영 유리제의 관이다. 예를 들어 실리콘 고무와 같은 탄성 재료로 형성된 시일 마개 (33) 에 의해, 내관 (32) 은 케이싱 (31) 의 관축 (AX) 과 대략 동축에 지지되어 있다. 시일 마개 (33) 는, 내부 공간 (SP) 과 외부 공간을 이격시켜 액체의 유출을 방지하는 시일로서의 기능도 갖는다. 케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 에 있어서, 내관 (32) 은 액체 도입관 (31d) 으로부터 액체가 도입되는 위치보다 상방까지 연장되어 있다. 내관 (32) 의 상단 (32a) 은, 예를 들어 케이싱 (31) 의 박육부 (31b) 의 연직 방향에 있어서의 대략 중앙부에 위치하고 있다. 내관 (32) 의 상단 (32a) 은 케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 에 연통되어 있다. 즉, 내관 (32) 의 상단 (32a) 은 상향의 개구 (32b) 를 갖고 있다.
한편, 내관 (32) 의 하단은 시일 마개 (33) 를 통하여 케이싱 (31) 의 외부로 하향으로 돌출되어 있고, 그 측면에는 기체 도입관 (32c) 이 접속되어 있다. 도시를 생략하고 있지만, 기체 도입관 (32b) 은 기체 도입부 (8) 의 배관 (83) 에 접속된다. 기체 도입부 (8) 로부터 공급되는 기체는, 기체 도입관 (32c) 및 내관 (32) 의 내부를 경유하여, 개구 (32b) 로부터, 케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 을 상향으로 유통하는 액체 중에 도입된다. 따라서, 도입된 기체는 액체 중의 기포가 되어 내부 공간 (SP) 내를 상방을 향하여 이동한다.
내관 (32) 의 내부에는, 연직 방향으로 연장되는 제 1 전극 (34) 이 삽입 통과되어 있다. 제 1 전극 (34) 은, 단면이 대략 원형인 봉상의 도체부 (341) 의 표면을 유전체, 예를 들어 석영 유리에 의한 표면층 (342) 으로 피복한 구조를 갖고 있다. 표면층 (342) 은, 도체부 (341) 의 표면을 유전체 재료로 코팅하는 것이어도 된다. 또, 제 1 전극 (34) 은, 상단부가 봉지된 유전체 재료제의 관의 내부에 도체부 (341) 가 삽입 통과된 구조여도 된다. 제 1 전극 (34) 은, 예를 들어 실리콘 고무와 같은 탄성 재료로 형성된 시일 마개 (35) 에 의해, 내관 (32) 과 대략 동축에 지지되어 있다. 제 1 전극 (34) 의 하단에 있어서는, 도체부 (341) 가 부분적으로 표면층 (342) 에 덮이지 않고 노출되어 있고, 이 부분에 교류 전원 (4) 이 전기적으로 접속된다.
제 1 전극 (34) 의 상단 (34a) 은, 내관 (32) 의 상단 (32a) 보다 상방까지 연장되어 있다. 따라서, 제 1 전극 (34) 의 선단부는 내관 (32) 의 개구 (32b) 로부터 상방으로 돌출된 상태로 되어 있다. 이하, 제 1 전극 (34) 중, 이와 같이 내관 (32) 의 상단 (32a) 보다 상방으로 돌출된 부위를 「돌출 부위」라고 칭하고 부호 34b 를 붙이는 것으로 한다.
도 4 는 돌출 부위의 주변의 구조를 보다 상세하게 나타내는 확대도이다. 도 3 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 를 측방 (수평 방향) 으로부터 둘러싸도록, 제 2 전극 (36) 이 형성된다. 구체적으로는, 케이싱 (31) 의 박육부 (31b) 중, 연직 방향에 있어서 돌출 부위 (34b) 와 대응하는 위치를 둘러싸도록, 환상의 금속판에 의한 제 2 전극 (36) 이 배치되어 있다. 제 2 전극 (36) 의 연직 방향 위치는, 측면에서 보았을 때 적어도 일부가 돌출 부위 (34b) 와 겹치도록 설정된다. 제 2 전극 (36) 은, 박육부 (31b) 의 관벽을 형성하는 유전체인 석영 유리의 층에 의해, 내부 공간 (SP) 내의 액체로부터 격리되어 있다.
도 5 는 플라즈마 발생부의 수평 단면, 구체적으로는 도 3 의 A-A 선 단면을 나타내는 도면이다. 도 5 에 나타내는 바와 같이, 돌출 부위 (34b) 의 근방에서는, 제 1 전극 (34) 의 도체부 (341), 표면층 (342), 내관 (32), 케이싱 (31) 의 박육부 (31b) 및 제 2 전극 (36) 이 서로 대략 동축에 배치되어 있다.
제 1 전극 (34) 의 외경은 내관 (32) 의 내경보다 작다. 이 때문에 도 5 에 나타내는 평면에서 보았을 때에 있어서는, 제 1 전극 (34) 은 내관 (32) 의 개구 (32b) 의 내부에 포함된다. 따라서, 제 1 전극 (34) 의 외측면과 내관 (32) 의 내측면 사이의 공간이 기체의 유로가 된다. 이 유로를 유통하는 기체는, 제 1 전극 (34) 의 주위를 통과하여, 개구 (32b) 로부터 케이싱 (31) 의 내부 공간 (SP) 에 유입된다. 또, 내관 (32) 의 외경은 케이싱 (31) 의 내경보다 작다. 이 때문에, 내관 (32) 의 외측면과 케이싱 (31) 의 내측면 사이의 공간이 액체의 유로가 된다.
제 1 전극 (34) 과 제 2 전극 (36) 사이에 교류 전원 (4) 으로부터 교류 고 전압이 인가된다. 이로써, 제 1 전극 (34), 특히 돌출 부위 (34b) 의 주위의 공간에 강한 교류 전계가 형성된다. 제 1 전극 (34) 의 봉상의 도체부 (341) 를 둘러싸도록 환상의 제 2 전극 (36) 이 대략 동축에 배치됨으로써, 양자 간에는, 둘레 방향에 있어서 대략 균일하고, 또한 제 1 전극 (34) 의 근방에서 특히 강한 전계가 형성되게 된다. 즉, 이 플라즈마 발생부 (3) 에서는, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 의 주위에 전계를 집중시켜, 국소적인 강한 플라즈마 발생장을 형성할 수 있다.
또, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 제 2 전극 (36) 의 연직 방향 길이는 돌출 부위 (34b) 의 길이보다 크다. 제 2 전극 (36) 의 상단부는 돌출 부위 (34b) 의 상단부보다 상방측까지 연장되고, 제 2 전극 (36) 의 하단부는 돌출 부위 (34b) 의 하단부보다 하방측까지 연장되어 있다. 이와 같은 구성에 의해, 돌출 부위 (34b) 의 주변에서는 높이 방향에 있어서도 대략 균일한 전계가 형성된다.
도 6 은 이 실시형태에 있어서의 플라즈마 발생의 원리를 설명하는 도면이다. 케이싱 (31) 내부의 처리 공간 (SP) 은 저류조 (2) 로부터 공급된 액체 (L) 로 채워져 있다. 파선 화살표로 나타내는 바와 같이, 액체 (L) 는, 케이싱 (31) 의 내벽과 내관 (32) 의 외벽 사이의 공간을 상향으로 유통한다. 한편, 기체 도입부 (8) 로부터 공급되어 내관 (32) 의 내부를 유통하는 기체 (G) 는, 점선 화살표로 나타내는 바와 같이 제 1 전극 (34) 의 주위를 상향으로 유통하여, 개구 (32b) 로부터 기포가 되어 액 중으로 도입된다. 이 때, 기체 (G) 의 유량을 적절히 설정하면, 액체 (L) 의 표면 장력의 작용에 의해, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 를 감싸는 기포 (B1) 를 형성시키는 것이 가능하다.
상기한 바와 같이, 돌출 부위 (34b) 의 주위에는 특히 강한 전계가 형성되기 때문에, 기포 (B1) 내에서 방전에 의한 플라즈마가 발생한다. 제 1 전극 (34) 의 도체부 (341) 는 유전체의 표면층 (342) 으로 피복되어 있기 때문에, 이 때의 방전은 유전체 배리어 방전이다. 또, 돌출 부위 (34b) 의 주위에서는 축 방향 및 직경 방향에 있어서 대략 균일한 전계가 형성된다. 이러한 것으로부터, 돌출 부위 (34b) 를 둘러싸는 기포 (B1) 내의 넓은 영역에서 균일한 플라즈마를 안정적으로 발생시키는 것이 가능하다.
내관 (32) 을 통하여 추가로 기체 (G) 가 공급됨으로써, 기포 (B1) 는 돌출 부위 (34b) 로부터 액 중으로 유리된다. 유리된 기포 (B2) 중에는 플라즈마에 의해 생성된 고농도의 활성종이 포함되어 있다. 이것이 액 중으로 용해됨으로써, 액체 (L) 는 활성종을 포함하는 것이 된다. 활성종을 포함한 액체 (L) 가 배관 (53) 을 통하여 저류조 (2) 에 환류됨으로써, 저류조 (2) 내의 액체에 있어서의 활성종의 농도가 상승한다. 배관계 (5) 에 의해 액체가 순환됨으로써, 액 중의 활성종의 농도를 더욱 높일 수 있다.
제 1 전극 (34) 및 제 2 전극 (36) 의 도체부는 모두 액체 (L) 에 접해 있지 않다. 이로써, 발생하는 방전의 모드를 유전체 배리어 방전으로 수 있어, 넓은 영역에서 안정적인 플라즈마를 발생시키는 것이 가능해진다. 또, 도체부가 플라즈마에 노출됨으로써 도체 재료가 액체에 용출되는 것도 방지된다. 이와 같이, 본 실시형태의 액체 처리 장치 (1) 는, 활성종을 풍부하게 포함하고 불순물의 혼입이 없는 액체를 처리액으로서 생성하는 것이 가능하다.
도 7 은 플라즈마 발생부에 의해 플라즈마를 발생시켰을 때의 사진을 나타내는 도면이다. 사진에 있어서 상하 방향으로 연장되는 밝은 부분이 케이싱 (31) 이고, 그 중앙부에 나타난 어두운 부분이 제 2 전극 (36) 이다. 케이싱 (31) 내부 중 제 2 전극 (36) 으로 둘러싸인 부분이 특히 밝게 빛나고 있어, 이 부분에서 고농도의 플라즈마가 발생한 것을 알 수 있다.
다음으로, 케이싱 (31) 을 후육부 (31a, 31c) 와 박육부 (31b) 를 접속한 구성으로 한 이유에 대하여 설명한다. 먼저, 케이싱 (31) 전체의 강도 및 제조의 용이성을 생각하면, 전체가 두께가 일정한 후육의 관으로 구성되는 것이 바람직하다. 특히, 외부의 배관 (53) 이 접속되는 부분인 상단부와, 액체 도입관 (31d) 이 접합되는 부분에 대해서는 충분한 두께가 필요하다. 한편, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 의 주위에서 높은 전계 강도를 얻는다는 관점에서는, 유전체인 관벽의 석영 유리는 가능한 한 얇은 편이 좋다. 그래서, 이 실시형태의 케이싱 (31) 에서는, 양단을 후육부 (31a, 31c) 로 하고, 플라즈마 발생장을 일으키는 중앙 부분을 박육부 (31b) 로 함으로써, 상기 요구를 만족시키고 있다.
전극 사이에 개재되는 유전체의 층을 얇게 한다는 요구는, 제 1 전극 (34) 에 대해서도 동일하다. 즉, 제 1 전극 (34) 중 유전체제의 표면층 (342) 에 대해서는, 기계적 강도가 손상되지 않는 정도에 있어서 가능한 한 얇은 편이 바람직하다.
이것은 기체 (G) 가 플라즈마를 발생시키기 어려운 가스종인 경우에 특히 중요하다. 본원 발명자는, 액체 (L) 로서 물 (순수) 을, 케이싱 (31) 으로서 외경 10 ㎜ 정도의 석영관을 사용하여 각종 실험을 실시하였다. 그 결과에 의하면, 관벽이 1 ㎜ 일 때에는, 기체 (G) 가 아르곤이면 비교적 간단하게 플라즈마가 발생했지만, 기체 (G) 로서 공기를 사용한 경우에는 플라즈마가 발생하지 않았다. 공기를 사용한 경우, 관벽을 0.5 ㎜ 이하로 하지 않으면 플라즈마는 발생하지 않았다. 제 1 전극 (34) 의 표면층 (342) 에 대해서도 동일한 경향이 있다. 그래서, 케이싱 (31) 의 박육부 (31b) 에 있어서의 관벽의 두께를 0.4 ㎜, 제 1 전극 (31) 의 표면층 (342) 의 두께를 0.3 ㎜ 로 하였다. 이와 같이 하면, 기체 (G) 로서 공기를 사용한 경우에도, 고농도의 플라즈마를 안정적으로 발생시킬 수 있었다.
살균이나 식물의 성장 촉진 등, 활성종을 포함한 처리액이 대기 중에서 이용되는 형태에 있어서는, 플라즈마 발생을 위한 기체로서 공기 (대기) 를 사용 가능한 것은 큰 메리트를 갖고 있다. 즉, 장치의 작동 환경에 존재하는 사실상 무진장의 대기를 사용하여 처리액을 생성할 수 있기 때문에, 특별한 기체 공급원을 필요로 하지 않는다. 액체 처리 장치 (1) 의 기체 공급원 (81) 으로는, 예를 들어 주변의 대기를 도입해서 가압하여 송출하는 컴프레서가 있으면 된다. 이 것은, 장치 구성을 간소하게 하여 장치의 소형화를 도모함에 있어서 유리하고, 물론 처리 비용도 저감할 수 있다.
기체 (G) 로서 헬륨이나 아르곤 등, 비교적 플라즈마가 발생하기 쉬운 가스종을 사용하는 경우라도, 관벽의 박육화의 효과는 크다. 즉, 관벽의 박육화에 의해 전계 강도가 높아짐으로써 플라즈마 밀도가 상승한다. 이 때문에, 도입되는 기체의 이용 효율이 높아져, 동일한 기체 사용량이면 보다 많은 활성종을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 살균 등의 효과가 높은 처리액을 생성할 수 있다. 또, 동일한 플라즈마 밀도를 얻기 위해 필요한 기체 사용량을 억제할 수 있으므로, 처리 비용의 저감을 도모할 수 있다. 또, 필요한 농도의 활성종을 포함하는 처리액을 생성하는 데에 필요로 하는 시간이나 소비 에너지를 삭감하는 것이 가능해진다.
도 8 은 플라즈마 활성종의 양을 비교하기 위한 실험 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 본원 발명자는, 인디고카민을 첨가한 물을 플라즈마 발생부 (3) 에 주입하고, 처리 시간과 함께 액색이 어떻게 변화하는지를 조사하는 실험을 실시하였다. 인디고카민은 활성종과 반응함으로써 탈색되기 때문에, 액색에 대해서는 흡광도에 따라 평가하였다. 곡선 A 는 케이싱 (31) 의 관벽의 두께를 1 ㎜, 제 1 전극 (34) 의 표면층 (342) 의 두께를 0.7 ㎜ 로 한 경우의 결과이다. 한편, 곡선 B 는, 케이싱 (31) 에 관벽이 0.4 ㎜ 인 박육부 (31b) 를 형성하고, 제 1 전극 (34) 의 표면층 (342) 의 두께를 0.3 ㎜ 로 한 경우의 결과이다. 도면으로부터 분명한 바와 같이, 관벽을 얇게 함으로써, 보다 단시간에 흡광도의 저하가 진행되었고, 처리액 중에 보다 많은 활성종이 생성되어 있는 것을 알 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 상기 실시형태에 있어서는, 플라즈마 발생부 (3) 가 본 발명의 「액 중 플라즈마 발생 장치」로서 기능하고 있다. 또, 케이싱 (31), 제 1 전극 (34) 및 제 2 전극 (36) 이, 각각 본 발명의 「케이싱」, 「제 1 전극」 및 「제 2 전극」에 상당한다. 그리고, 내관 (32) 이 본 발명의 「기체 공급관」으로서 기능하고, 교류 전원 (4) 이 본 발명의 「전압 인가부」로서 기능하고 있다.
또, 케이싱 (31) 에 있어서는, 배관 (51) 이 접속되는 액체 공급관 (31) 의 개구부가, 본 발명의 「도입구」에 상당한다. 또, 배관 (53) 이 접속되는 케이싱 (31) 상단부의 개구가, 본 발명의 「송출구」에 상당한다. 또, 상기 실시형태의 액체 처리 장치 (1) 에 있어서는, 저류조 (2) 가 본 발명의 「저류부」로서, 또 펌프 (6) 가 본 발명의 「액체 공급부」로서 기능하고 있다.
또한, 본 발명은 상기한 실시형태에 한정되는 것이 아니라, 그 취지를 일탈하지 않는 한에 있어서 상기 서술한 것 이외에 여러 가지의 변경을 실시하는 것이 가능하다. 예를 들어, 상기 실시형태의 설명에서는, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 가 기포 (B1) 에 의해 완전히 감싸이는 경우를 상정하고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어 돌출 부위 (34b) 의 주위를 둘러싸도록 많은 미세한 기포가 발생하는 조건이어도 된다. 높은 전계가 형성되는 돌출 부위 (34b) 의 주위에 많은 기포가 존재함으로써, 각 기포 내에서의 플라즈마 발생 확률을 높게 하여 효율적으로 플라즈마를 발생시키는 것이 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 케이싱 (31) 의 박육부 (31b) 의 외주면을 환상으로 덮는 제 2 전극 (36) 이 형성되어 있지만, 제 2 전극으로는 상기 이외에, 예를 들어 다음과 같은 구조로 할 수도 있다.
도 9a 및 도 9b 는 제 2 전극의 변형예를 나타내는 도면이다. 도 9a 에 나타내는 제 2 전극 (37) 은, 둘레 방향에 있어서 복수로 분할된 전극편 (371) 에 의해 구성되어 있다. 이와 같은 구조에 의해서도, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 의 주위에, 둘레 방향에 있어서 대략 균일한 전계를 발생시키는 것이 가능하다.
또, 도 9b 에 나타내는 제 2 전극 (38) 은, 도체부 (381) 를 유전체 (예를 들어 석영 유리) 의 표면층 (382) 으로 피복한 구조로 되어 있고, 케이싱 (31) 내의 내부 공간 (SP) 에 배치되어 있다. 이와 같은 구조에 의해서도, 돌출 부위 (34b) 의 주위에 둘레 방향으로 대략 균일한 전계를 발생시키는 것이 가능하다. 또, 케이싱 이외에 제 2 전극을 형성하는 경우에 비해, 전극 간 거리를 작게 할 수 있기 때문에, 전계 강도를 높이거나, 혹은 인가 전압을 낮게 하는 것이 가능해진다. 이 이외에, 예를 들어 제 2 전극이 케이싱에 매립된 구조여도 된다.
또, 상기 실시형태에 있어서의 케이싱 (31) 및 제 1 전극 (34) 의 표면층 (342) 은 석영 유리제이지만, 이것은 유전체의 일례로서 사용한 것이다. 사용되는 액체나 플라즈마에 대한 내성이 있고, 또 액체에 불순물을 용출시키는 경우가 없는 것이면, 이 이외의 유전체 재료라도 상관없다. 예를 들어, 실용상은 관벽이 투명한 것은 필수가 아니고, 불투명한 재료도 사용 가능하다.
또, 케이싱 (31) 의 후육부과 박육부가 상이한 재료여도 된다. 또 관 전체를 박육으로 하여 다른 기계적 수단에 의해 보강한 구조여도 된다. 또, 제 1 전극의 돌출 부위의 주위에서 플라즈마를 발생시키기에 충분한 전계 강도가 얻어지는 한, 관벽 전체가 두꺼운 것이어도 된다.
또, 상기 실시형태의 제 1 전극 (34) 에 있어서는, 케이싱 (31) 내의 도체부 (341) 는 그 전체가 표면층 (342) 에 의해 피복되어 있다. 그러나, 제 2 전극 (36) 과의 거리가 방전을 발생시키지 않을 정도로 떨어져 있고, 또한 내관 (32) 내에서 액체에 닿을 우려가 없는 부분에 대해서는, 반드시 피복을 필요로 하지는 않는다.
또, 상기 실시형태에서는, 케이싱 (31), 내관 (32) 및 제 1 전극 (34) 이 서로 동축에 배치되어 있지만, 이들은 엄밀하게 동축 구조일 필요는 없다. 즉, 내관 (32) 을 유통하는 기체가 제 1 전극 (34) 의 주위를 감싸도록 하여 액체 중에 도입되면 충분하다. 이를 위해서는, 예를 들어 평면에서 보았을 때, 제 1 전극 (34) 의 돌출 부위 (34b) 가 내관 (32) 의 개구 (32b) 의 내부에 포함되어 있으면된다. 이에 한해서는, 내관 (32) 과 제 1 전극 (34) 은 반드시 동축이 아니어도 된다. 즉, 제 1 전극 (34) 이 엄밀하게 내관 (32) 의 중심에 배치되어 있을 필요는 없다. 또, 케이싱 (31) 및 내관 (32) 에 대해서도, 양자 간의 공간을 액체가 원활하게 유통하는 한에 있어서, 이들은 반드시 동축이 아니어도 된다. 또, 이들 배관의 단면 형상이 반드시 원형 또는 서로 유사한 형상일 필요는 없고, 적절히 개변 가능하다.
또, 상기 실시형태에서는, 케이싱 (31) 에 대한 내관 (32) 의 장착 및 내관 (32) 에 대한 제 1 전극 (34) 의 장착시에 탄성 재료에 의한 시일 마개가 사용되고 있다. 이 때문에, 플라즈마 발생부 (3) 의 분해가 용이하다. 그러나, 이 대신에, 부재 간이 예를 들어 접착이나 용접 등에 의해 항구적으로 고착되어 있어도 된다.
또, 상기 실시형태의 플라즈마 발생부 (3) 는, 케이싱 (31) 이 액체를 유통시키는 배관의 일부로서의 기능도 갖는 것이다. 그러나, 본 발명에 있어서의 「케이싱」은, 이와 같은 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 내부 공간에 액체를 저류하는 용기로서의 기능을 갖는 것이어도 된다.
또, 상기 실시형태에서는, 플라즈마 발생부 (3) 가 대략 연직 방향의 관축 (AX) 을 갖는 관상을 갖고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 2 의 구조를 갖는 플라즈마 발생부 (3) 를 관축 (AX) 이 수평이 되도록 배치한 경우라도, 양호하게 플라즈마를 발생시킬 수 있다. 플라즈마 발생부 중의 액체 및 기체가 압송되고 있는 경우, 내관의 개구로부터 토출된 기체가 형성하는 기포는, 주로 그 토출 방향 및 주위의 액체의 압송 방향을 따른 방향으로 연장된다. 따라서, 기포가 연장되는 방향과 제 1 전극의 돌출 부위의 연장 형성 방향이 대략 동일하면, 상기와 동일한 효과가 얻어진다.
상기 실시형태는, 내관 (32) 의 연장 형성 방향이 상하 방향이고, 그 상단 (32a) 에 형성된 상향의 개구 (32b) 가 기체를 토출하고, 또한 제 1 전극 (34) 이 개구 (32b) 로부터 상향으로 돌출된 구조를 갖고 있다. 이 때문에, 돌출 부위 (34b) 의 연장 형성 방향이, 액체 (L) 및 기체 (G) 의 유통 방향뿐만 아니라 액체 (L) 중에서 기체 (G) 에 작용하는 부력의 방향과도 일치하게 된다. 따라서, 기포가 돌출 부위 (34b) 의 주위를 둘러싸도록 발생할 확률을 보다 높일 수 있다. 이로써, 액 중에서의 플라즈마 발생 영역을 넓게 하여, 보다 효율이 양호한 플라즈마 발생이 가능하게 되어 있다.
또, 상기 실시형태는, 본 발명에 관련된 「액 중 플라즈마 발생 장치」인 플라즈마 발생부 (3) 가, 순환되는 액체의 유로 상에 형성된 「액체 처리 장치」이다. 그러나, 본 발명의 액 중 플라즈마 발생 장치는, 그 자체가 액 중으로 활성종을 용해시켜 처리액을 생성하는 기능을 갖는 것이며, 그 적용 범위는 이와 같은 순환 경로를 갖는 것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 플라즈마 발생부 (3) 의 상부로부터 출력되는 처리가 완료된 액체가 직접 외부로 취출되어 처리액으로서 사용에 제공되는 양태여도 된다. 또, 사용되는 액체 및 기체에 대해서도 상기에 한정되지 않고 임의이다.
이상, 구체적인 실시형태를 예시하여 설명해 온 바와 같이, 본 발명에 관련된 액 중 플라즈마 발생 장치는, 개구가 상향으로 개구되고, 돌출 부위가 개구로부터 상향으로 돌출되고, 제 2 전극의 도체부가 돌출 부위를 측방으로부터 둘러싸는 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 개구로부터 토출된 기체가 액체 중에서 상향으로 흐른다. 그 때문에, 상향으로 연장되는 돌출 부위의 주위에 많은 기체를 통과시켜 플라즈마 발생의 확률을 높게 할 수 있다.
또 예를 들어, 평면에서 보았을 때 돌출 부위가 개구의 내부에 있고, 제 2 전극이 개구의 주위를 둘러싸는 구성이어도 된다. 또, 측면에서 보았을 때, 돌출 부위와 제 2 전극이 적어도 일부에서 서로 겹치는 구조여도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 개구로부터 토출되는 기체의 대부분이, 플라즈마 발생장이 주위에 형성되는 돌출 부위의 주위를 통과하여 액 중으로 도입되게 된다. 그 때문에, 플라즈마 발생 효율을 높일 수 있다.
또, 제 1 전극은, 기체 공급관의 관축을 따라 연장 형성된 봉상체이며, 그 봉상체의 측면과 기체 공급관의 내측면 사이의 공간이 기체의 유로가 된 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 단면이 환상의 유로를 통과하여 기체가 원활하여 흐르고, 제 1 전극은 이 유로에 둘러싸인 구조가 된다. 그 때문에, 돌출 부위의 주위에 안정적으로 기포를 형성할 수 있다.
또, 케이싱은 유전체에 의해 형성된 통상체를 갖고, 기체 공급관이 통상체의 내부에서 통상체와 동축에 형성되어, 통상체의 내측면과 기체 공급관 사이의 공간에 액체가 유지되는 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 기체 공급관으로부터 공급되는 기체가 모두 주위의 액체에 닿게 된다. 이로써, 기체 중에서의 플라즈마 발생에 의해 생성되는 활성종을 효율적으로 액체 중으로 용해시킬 수 있다.
또, 케이싱은 유전체에 의해 형성된 통상체를 갖고, 제 2 전극은 통상체의 외주면에 형성된 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 케이싱의 벽면에 의해 제 2 전극을 케이싱 내의 액체로부터 격리할 수 있다. 그 결과, 제 2 전극이 액체에 접하는 것을 회피할 수 있다.
또, 제 2 전극의 도체부는, 통상체의 외주면을 둘러싸는 환상의 도체여도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 전극의 주위에, 평면에서 보았을 때 둘레 방향으로 대략 균일한 전계를 발생시킬 수 있다. 그 결과, 제 1 전극의 주위에서 균일한 플라즈마를 발생시킬 수 있다.
또, 제 1 전극, 기체 공급관, 통상체 및 제 2 전극은, 연직축에 대해 동축에 형성된 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 제 1 전극과 기체 공급관 사이의 기체의 유로 및 기체 공급관과 통상체 사이의 액체의 유로가 연직 방향에 있어서 일정한 단면 형상을 갖는 것이 된다. 따라서, 기체 및 액체를 각각의 유로에 있어서 원활하게 유통시키는 것이 가능해진다. 이로써 제 1 전극의 돌출 부위의 주위에 있어서의 액체 및 기체의 흐름이 안정되어, 이 영역에 있어서의 플라즈마 발생을 안정화시킬 수 있다. 또, 제 1 전극과 제 2 전극이 동축 배치됨으로써, 제 1 전극의 주위에 형성되는 전계를 균일하게 할 수 있다.
또, 케이싱에, 돌출 부위보다 하방에서 내부 공간에 액체를 도입하는 도입구와, 돌출 부위보다 상방에서 액체를 외부로 송출하는 송출구가 형성된 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 케이싱 내에서 액체는 상향으로 흘러, 플라즈마 활성종을 포함하여 액 중을 상승하는 기포와 액체가 장시간 접하게 된다. 그 때문에, 활성종을 효율적으로 액 중으로 도입할 수 있다.
또, 본 발명에 관련된 액체 처리 장치에 있어서는, 예를 들어, 액체 공급부는, 저류부에 저류된 액체를 도입구에 공급하는 구성이어도 된다. 이와 같은 구성에 의하면, 액 중 플라즈마 발생 장치를 통과하는 액체가 순환함으로써, 액 중의 활성종의 농도를 높이는 것이 가능해진다.
이상, 특정한 실시예를 따라 발명을 설명했지만, 이 설명은 한정적인 의미로 해석되는 것을 의도한 것은 아니다. 발명의 설명을 참조하면, 본 발명의 그 밖의 실시형태와 마찬가지로, 개시된 실시형태의 여러 가지 변형예가, 이 기술에 정통한 사람에게 분명해질 것이다. 그러므로, 첨부하는 특허청구범위는, 발명의 진정한 범위를 일탈하지 않는 범위 내에서, 당해 변형예 또는 실시형태를 포함하는 것으로 생각된다.
산업상 이용가능성
이 발명은, 액 중 플라즈마 발생 기술 그리고 당해 기술을 사용하여 활성종을 함유하는 처리액을 생성하는 기술 전반에 적용할 수 있다.
1 : 액체 처리 장치
2 : 저류조 (저류부)
3 : 플라즈마 발생부 (액 중 플라즈마 발생 장치)
4 : 교류 전원 (전압 인가부)
6 : 펌프 (액체 공급부)
31 : 케이싱
32 : 내관 (기체 공급관)
32b : 개구
34 : 제 1 전극
34b : 돌출 부위
36 : 제 2 전극
341 : 도체부
342 : 표면층
G : 기체
L : 액체

Claims (12)

  1. 내부 공간에 액체를 유지하는 케이싱과,
    상기 내부 공간 내에 개구를 갖고 그 개구로부터 상기 액체 중으로 기체를 토출하는 기체 공급관과,
    상기 기체 공급관 내로부터 상기 개구를 통하여 상기 내부 공간으로 돌출되고, 그 돌출 부위는 도체부가 유전체에 의해 피복된 구조를 갖는 제 1 전극과,
    상기 제 1 전극의 상기 돌출 부위를 둘러싸고 형성되며, 유전체에 의해 상기 액체로부터 격리된 도체부를 갖는 제 2 전극과,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압을 인가하는 전압 인가부를 구비하고,
    상기 돌출 부위와 상기 제 2 전극 사이의 공간이, 상기 개구로부터 토출된 상기 기체가 유통하는 유로인 액 중 플라즈마 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구가 상향으로 개구되고, 상기 돌출 부위가 상기 개구로부터 상향으로 돌출되고, 상기 제 2 전극의 상기 도체부가 상기 돌출 부위를 측방으로부터 둘러싸는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    평면에서 보았을 때, 상기 돌출 부위가 상기 개구의 내부에 있고, 상기 제 2 전극이 상기 개구의 주위를 둘러싸고 있는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    측면에서 보았을 때, 상기 돌출 부위와 상기 제 2 전극이 적어도 일부에서 서로 겹치는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은, 상기 기체 공급관의 관축을 따라 연장 형성된 봉상체이고, 그 봉상체의 측면과 상기 기체 공급관의 내측면 사이의 공간이 상기 기체의 유로로 되어 있는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱은 유전체에 의해 형성된 통상체를 갖고, 상기 기체 공급관이 상기 통상체의 내부에서 상기 통상체와 동축에 형성되어, 상기 통상체의 내측면과 상기 기체 공급관 사이의 공간에 상기 액체가 유지되는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱은 유전체에 의해 형성된 통상체를 갖고, 상기 제 2 전극은 상기 통상체의 외주면에 형성된 액 중 플라즈마 발생 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 전극의 상기 도체부는, 상기 통상체의 외주면을 둘러싸는 환상의 도체인 액 중 플라즈마 발생 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 상기 기체 공급관, 상기 통상체 및 상기 제 2 전극이 연직축에 대해 동축에 형성된 액 중 플라즈마 발생 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 케이싱에는, 상기 돌출 부위보다 하방에서 상기 내부 공간에 상기 액체를 도입하는 도입구와, 상기 돌출 부위보다 상방에서 상기 액체를 외부로 송출하는 송출구가 형성되어 있는 액 중 플라즈마 발생 장치.
  11. 활성종을 함유하는 처리액을 생성하는 액체 처리 장치로서,
    제 10 항에 기재된 액 중 플라즈마 발생 장치와,
    상기 도입구에 상기 액체를 공급하는 액체 공급부와,
    상기 송출구로부터 송출되는 상기 액체를 상기 처리액으로서 저류하는 저류부를 구비하는 액체 처리 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액체 공급부는, 상기 저류부에 저류된 상기 액체를 상기 도입구에 공급하는 액체 처리 장치.
KR1020197033718A 2017-05-31 2018-05-22 액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치 KR102296007B1 (ko)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017108021 2017-05-31
JPJP-P-2017-108021 2017-05-31
JP2018097043A JP6949775B2 (ja) 2017-05-31 2018-05-21 液中プラズマ発生装置および液体処理装置
JPJP-P-2018-097043 2018-05-21
PCT/JP2018/019694 WO2018221325A1 (ja) 2017-05-31 2018-05-22 液中プラズマ発生装置および液体処理装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190138860A true KR20190138860A (ko) 2019-12-16
KR102296007B1 KR102296007B1 (ko) 2021-08-30

Family

ID=64958117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197033718A KR102296007B1 (ko) 2017-05-31 2018-05-22 액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP6949775B2 (ko)
KR (1) KR102296007B1 (ko)
CN (1) CN110692285B (ko)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7312400B2 (ja) * 2019-08-30 2023-07-21 公立大学法人大阪 液中プラズマ装置
JP2022039119A (ja) * 2020-08-27 2022-03-10 キオクシア株式会社 排気配管装置
JP2022049504A (ja) * 2020-09-16 2022-03-29 株式会社東芝 誘電体バリア放電装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011099247A1 (ja) * 2010-02-10 2011-08-18 国立大学法人愛媛大学 液中プラズマ用電極、液中プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法
KR20110109111A (ko) * 2010-03-30 2011-10-06 경남과학기술대학교 산학협력단 플라즈마 건을 이용한 수처리 장치 및 방법
JP2013206767A (ja) 2012-03-29 2013-10-07 Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd プラズマ生成方法及び装置
JP2015116561A (ja) 2013-11-18 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 液体処理装置及び液体処理方法
KR20160126696A (ko) * 2015-04-24 2016-11-02 한국기계연구원 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 처리 방법

Family Cites Families (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08266889A (ja) * 1995-03-31 1996-10-15 Shinko Pantec Co Ltd 放電化学反応器
JP2000228298A (ja) * 1999-02-05 2000-08-15 Nomura Yosuke 非平衡プラズマ発生装置
US20040050682A1 (en) * 2000-12-27 2004-03-18 George Paskalov Activated water apparatus and methods and products
JP5295485B2 (ja) * 2006-02-01 2013-09-18 株式会社栗田製作所 液中プラズマ型被処理液浄化方法及び液中プラズマ型被処理液浄化装置
JP5067802B2 (ja) * 2006-12-28 2012-11-07 シャープ株式会社 プラズマ発生装置、ラジカル生成方法および洗浄浄化装置
JP5445966B2 (ja) * 2010-06-30 2014-03-19 国立大学法人名古屋大学 水処理方法および水処理装置
WO2014002364A1 (ja) * 2012-06-28 2014-01-03 パナソニック株式会社 液体中の元素分析装置
CN103030829A (zh) * 2012-12-25 2013-04-10 中国人民解放军空军工程大学 一种低温等离子体橡胶抗老化处理方法
CN103269559B (zh) * 2013-05-03 2016-04-20 大连海事大学 一种增强型微波液相放电等离子体发生装置
JP5899455B2 (ja) * 2013-10-25 2016-04-06 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 液体処理装置及び液体処理方法
CN103848484B (zh) * 2014-03-07 2016-08-31 南京大学 一种低温等离子体协同钼酸铋催化剂降解抗生素废水的装置及方法
CN105271475A (zh) * 2014-06-06 2016-01-27 松下知识产权经营株式会社 处理液生成装置及处理液生成方法
CN104211137B (zh) * 2014-08-12 2017-02-08 西安交通大学 一种等离子体水处理装置
KR101716392B1 (ko) * 2015-04-24 2017-03-14 한국기계연구원 플라즈마 분광 분석 장치 및 플라즈마 분광 분석 방법
CN104941401A (zh) * 2015-06-10 2015-09-30 清华大学 双介质阻挡放电低温等离子体处理装置
CN106277275A (zh) * 2016-08-25 2017-01-04 李文汇 一种降解水中阿奇霉素的方法及装置
CN106629980B (zh) * 2016-12-02 2019-05-24 大连民族大学 一种大气压等离子活化水处理水藻的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011099247A1 (ja) * 2010-02-10 2011-08-18 国立大学法人愛媛大学 液中プラズマ用電極、液中プラズマ発生装置およびプラズマ発生方法
KR20110109111A (ko) * 2010-03-30 2011-10-06 경남과학기술대학교 산학협력단 플라즈마 건을 이용한 수처리 장치 및 방법
JP2013206767A (ja) 2012-03-29 2013-10-07 Asahi Organic Chemicals Industry Co Ltd プラズマ生成方法及び装置
JP2015116561A (ja) 2013-11-18 2015-06-25 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 液体処理装置及び液体処理方法
KR20160126696A (ko) * 2015-04-24 2016-11-02 한국기계연구원 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 처리 방법

Also Published As

Publication number Publication date
CN110692285B (zh) 2022-07-12
JP6949775B2 (ja) 2021-10-13
JP2018206763A (ja) 2018-12-27
CN110692285A (zh) 2020-01-14
KR102296007B1 (ko) 2021-08-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018221325A1 (ja) 液中プラズマ発生装置および液体処理装置
KR20190138860A (ko) 액 중 플라즈마 발생 장치 및 액체 처리 장치
KR101728010B1 (ko) 초음파 수소수 미스트 발생장치
US20150102255A1 (en) Liquid treatment device and liquid treatment method
US20130334955A1 (en) Plasma generator and cleaning/purification apparatus using same
US20130098753A1 (en) Plasma generator and method for producing radical, and cleaning and purifying apparatus and small-sized electrical appliance
CN104624138B (zh) 一种等离子体射流阵列均匀处理水溶液装置及处理方法
JP2015131295A (ja) 携帯型水素水製造装置
CO4810317A1 (es) Alimentador quimico
JP2002210340A (ja) オゾン水製造装置
US20220105478A1 (en) Gas solution supply device
WO2013191072A1 (ja) オゾン含有液生成装置およびこれを備えた洗浄装置
JP2016002533A (ja) 原水に含まれる溶存酸素を原料としてオゾン水を製造するオゾン水の製造装置及びオゾン水の製造方法
JP2013094747A (ja) オゾン液生成器及びオゾン液生成方法
EP3684731B1 (en) Plasma generator
JP6829564B2 (ja) 液中プラズマ発生装置、液中プラズマ発生方法、処理液精製装置および処理液精製方法
KR101910632B1 (ko) 수소수 제조장치
JP2010155213A (ja) 微細気泡発生装置
KR20120084134A (ko) 마이크로 버블 헤드 및 이를 구비하는 마이크로 버블 생성장치
KR101711879B1 (ko) 휴대형 수소수 제조장치
JP2016221451A (ja) 電解水生成装置および電解ユニット
KR102076957B1 (ko) 산소 및 아르곤을 주입한 초음파 산화반응기
KR101808768B1 (ko) 플라즈마 전극 및 이를 구비한 수중 플라즈마 장치
KR20190050382A (ko) 백금판 수소수 미스트 발생장치
JP2003310741A (ja) 紫外線照射装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant