WO2017217170A1 - 改質液生成装置および改質液生成方法 - Google Patents

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WO2017217170A1
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electrode
reforming
gas phase
wall
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PCT/JP2017/018438
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岳 三宅
崇博 北井
南尾　匡紀
芳生 山田
源一郎 松田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • 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
    • C02F1/48—Treatment of water, waste water, or sewage with magnetic or electric fields
    • 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

Definitions

  • the present disclosure relates to a reforming liquid generation apparatus and a reforming liquid generation method for generating a reforming liquid by electrochemically treating a liquid. More specifically, the present disclosure relates to a reforming liquid generation apparatus and a reforming liquid generation that generate a reforming liquid having a bactericidal action and a deodorizing action by modifying a liquid by generating plasma in the liquid. Regarding the method.
  • FIG. 15 shows an example of a conventional reformer production apparatus.
  • the first electrode 801 and the second electrode 802 are disposed in the liquid 803 (for example, water), and a high voltage pulse is applied between the first electrode 801 and the second electrode 802 from the pulse power source 804 to thereby form the liquid 803.
  • a reforming liquid generating apparatus that generates a reforming liquid containing a component having an oxidizing power such as hydroxyl radical (OH radical) or hydrogen peroxide, for example, by evaporating gas and generating plasma 805.
  • OH radicals are known to have a high oxidizing power, and it is said that, for example, a high bactericidal action against bacteria is obtained by mixing a modifying liquid containing these components.
  • the plasma 805 is covered with the liquid 803 by generating the plasma 805 in the liquid 803, and the liquid-derived component is easily generated.
  • the plasma 805 is covered with the liquid 803 by generating the plasma 805 in the liquid 803, and the liquid-derived component is easily generated.
  • OH radicals or hydrogen peroxide is easily generated by generating plasma 805 in water.
  • a reformer generating apparatus in which a gas introduced from the outside is interposed between both electrodes in order to improve the plasma generation efficiency while lowering the applied voltage (see Patent Document 1).
  • a gas 904 for example, oxygen
  • a pulse voltage is applied between the cathode electrode 902 and the cathode electrode 902.
  • plasma is generated in the gas 904, and the treatment liquid 903 is modified on the contact surface between the plasma and the treatment liquid 903.
  • the applied voltage can be reduced as compared with the case where no gas is interposed, and the treatment liquid 903 is reformed by generating plasma efficiently. Can do.
  • a reforming liquid generating apparatus includes a processing tank that generates a gas phase near a swirling center of a swirling flow of the liquid by swirling the introduced liquid, and at least in the processing tank.
  • a first electrode partially disposed to contact the liquid in the processing tank, a second electrode disposed to contact the liquid in the processing tank, the first electrode, and the second electrode And a power source for generating a plasma in the gas phase by applying a voltage between them.
  • the plasma is generated in the gas phase to generate a reforming component, and the generated reforming component is dissolved in the liquid and dispersed in the liquid to generate a reforming liquid.
  • the reforming liquid generation method includes a step of generating a gas phase in the processing tank in the vicinity of a swirling center of the swirling flow of the liquid by swirling the liquid introduced into the processing tank. Then, a voltage is applied to the generated gas phase to generate plasma in the gas phase to generate a reforming component, and the generated reforming component is dissolved in the liquid and dispersed in the liquid. Producing a fluid.
  • the liquid is vaporized in the swirling flow, and a pulse voltage is applied to the generated gas phase to generate plasma. Since it is not necessary to vaporize the liquid by applying a voltage, plasma can be generated with a small amount of power, and the liquid can be reformed efficiently and quickly. In addition, since the liquid is reformed without introducing air from the outside, generation of nitrous acid, which is a harmful substance, can be suppressed.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating the configuration of the reforming liquid generating apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the apparatus main body according to the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line 3-3 in FIG.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view illustrating a state in which a swirling flow is generated in the processing tank according to the first embodiment and no voltage is applied.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 of FIG.
  • FIG. 6A is a side cross-sectional view illustrating a state in which a swirling flow is generated in the processing tank according to the first embodiment and a voltage is applied.
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating the configuration of the reforming liquid generating apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the apparatus main body according to the first embodiment.
  • 3 is a cross-sectional view taken along the line 3-3
  • FIG. 6B is a partially enlarged view showing a state where plasma is generated in the gas phase of FIG. 6A.
  • FIG. 7 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 8 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 9A is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 9B is a side sectional view showing a modified example of the apparatus main body different from FIG. 9A.
  • FIG. 10 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 11 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 12 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 13 is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 14A is a side sectional view showing a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 14B is a side cross-sectional view in which a copper material is disposed in a part of the storage tank in a modification of the apparatus main body.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a conventional reforming liquid generating apparatus.
  • FIG. 16 is a schematic configuration diagram of a conventional reforming liquid generation apparatus including a gas introduction device.
  • a gas supply device such as an oxygen tank or a pump is required to supply a gas (for example, oxygen) between the anode electrode and the cathode electrode. For this reason, there exists a problem that a reforming liquid production
  • the present disclosure is capable of generating plasma efficiently and quickly reforming a liquid, and capable of suppressing generation of nitrous acid, which is a harmful substance, and a reforming liquid generation apparatus and reforming It aims at providing the liquid production
  • FIG. 1 is a side cross-sectional view illustrating a configuration of a reforming liquid generating apparatus 100 according to the first embodiment.
  • an arrow indicating the forward direction F and an arrow indicating the backward direction B of the reforming liquid generating apparatus 100 are shown.
  • An arrow indicating the upward direction U and an arrow indicating the downward direction D are shown.
  • An arrow indicating the right direction R when viewed from the rear direction B and an arrow indicating the left direction L when viewed from the rear direction B are shown.
  • the reforming liquid generation apparatus 100 generates a reforming component by generating a reforming component by discharging in the liquid and dispersing it in the liquid.
  • a reforming liquid L2 (not shown) containing a reforming component such as OH radicals or hydrogen peroxide will be described.
  • the reforming liquid generating apparatus 100 includes at least a treatment tank 12, a first electrode 30, a second electrode 31, and a power source 60.
  • the treatment tank 12 generates a gas phase in the vicinity of the rotation center of the swirl flow of the water L1 by swirling the introduced liquid.
  • the first electrode 30 is at least partially disposed in the treatment tank 12 and contacts the water L1 in the treatment tank 12.
  • the 2nd electrode 31 is arrange
  • the power source 60 applies a voltage between the first electrode 30 and the second electrode 31 to generate plasma in the gas phase.
  • the reforming liquid generating apparatus 100 generates a reforming component by generating plasma in the gas phase, and the generated reforming component is dissolved in the water L1 and dispersed in the water L1, and the reforming liquid L2 is generated. Generate.
  • the reforming liquid generation apparatus 100 includes an apparatus main body 10, a liquid supply unit 50, a storage tank 90, and a power source 60.
  • the apparatus main body 10 includes a processing tank 12, an introduction unit 15, a discharge unit 17, a first electrode 30, and a second electrode 31.
  • the treatment tank 12 is a part that generates a reforming component (for example, OH radical or hydrogen peroxide) by plasma of the water L1 introduced inside.
  • the material of the treatment tank 12 may be an insulator or a conductor. In the case of a conductor, it is necessary to interpose an insulator between the first electrode 30 and the second electrode 31.
  • the front sectional shape of the inner wall of the treatment tank 12 is circular (see FIG. 3).
  • the introduction unit 15 is disposed at one end of the treatment tank 12 and introduces the water L1 into the treatment tank 12 from a tangential direction of a circular cross-sectional shape orthogonal to the central axis X1 of the treatment tank 12.
  • the introduction unit 15 communicates with the liquid supply unit 50 via the pipe 51.
  • the discharge part 17 is arrange
  • the discharge unit 17 is connected to the intake port 91 of the storage tank 90.
  • the first electrode 30 is disposed inside one end of the treatment tank 12.
  • the first electrode 30 is disposed so as to protrude along the longitudinal direction from the center of the inner wall at one end of the processing tank 12 into the processing tank 12.
  • the second electrode 31 is disposed outside the wall at the other end of the treatment tank 12 and is disposed in the vicinity of the discharge unit 17.
  • the first electrode 30 is connected to a power source 60, and the second electrode 31 is grounded. A high voltage pulse voltage is applied to the first electrode 30 and the second electrode 31 by the power supply 60.
  • the material of the first electrode 30 is, for example, tungsten.
  • the liquid supply unit 50 is, for example, a pump that supplies water L1 into the treatment tank 12.
  • the liquid supply unit 50 is connected to the pipe 51.
  • One end of the pipe 51 is connected to an introduction portion 15 as an inner opening disposed in the vicinity of the inner wall of one end of the treatment tank 12, and the other end of the pipe 51 is a liquid supply source (for example, a water tank 80) (not shown) or It connects so that the stored water containing the reforming liquid of the storage tank 90 can be circulated (refer to the piping 81 for circulation of the one-dot chain line in FIG. 1).
  • the power source 60 applies a high voltage pulse voltage between the first electrode 30 and the second electrode 31.
  • the power supply 60 can apply a so-called bipolar pulse voltage that alternately applies a positive pulse voltage and a negative pulse voltage.
  • the storage tank 90 is a tank that shears the reforming component discharged from the reforming liquid generating apparatus 100, generates microbubbles or nanobubbles containing the reforming component, and diffuses them into water.
  • the storage tank 90 has a cross-sectional area larger than the opening cross-sectional area of the discharge part 17 of the treatment tank 12 inside, and stores the reforming components discharged from the discharge part 17 into the storage tank 90.
  • the microbubbles containing the modified component, or microbubbles and nanobubbles are generated in the storage tank 90 and diffused in water. Therefore, the storage tank 90 functions as a microbubble generation tank.
  • As the storage tank 90 it is possible to generate a reforming liquid in the storage tank 90 that can surely sterilize by securing an inner diameter or one side that is at least twice the inner diameter dimension of the opening of the discharge section 17 of the processing tank 12. it can.
  • FIG. 2 is a side sectional view of the apparatus main body 10.
  • the treatment tank 12 has a first inner wall 21, a second inner wall 22, and a third inner wall 23.
  • the first inner wall 21 is a cylindrical wall portion.
  • the second inner wall 22 is provided at the left end portion of the first inner wall 21 in FIG.
  • the third inner wall 23 is provided at the right end of the first inner wall 21 in FIG.
  • the second inner wall 22 and the third inner wall 23 are substantially circular in a side view.
  • the first inner wall 21, the second inner wall 22, and the third inner wall 23 form a substantially cylindrical accommodation space 83 inside the processing tank 12.
  • the central axis of the first inner wall 21, that is, the virtual central axis of the substantially cylindrical accommodation space 83 configured inside the processing tank 12 is defined as X1.
  • one end side of the central axis X1” or “one end side of the first inner wall 21” is the left side in FIG. 2 where the second inner wall 22 is disposed. Further, “the other end side of the central axis X1” or “the other end side of the first inner wall 21” is the right side in FIG. 2 where the third inner wall 23 is disposed.
  • the second inner wall 22 is provided with a cylindrical electrode support cylinder 24 projecting into the accommodation space 83 at the center.
  • the electrode support cylinder 24 is cylindrical and extends rightward.
  • the electrode support cylinder 24 is arranged such that its central axis coincides with the central axis X ⁇ b> 1 of the first inner wall 21.
  • the first electrode 30 is supported inside the electrode support cylinder 24 via an insulator 53.
  • the first electrode 30 has a rod shape, and the insulator 53 is disposed around the first electrode 30. For this reason, the first electrode 30 is arranged such that the longitudinal axis thereof coincides with the central axis X ⁇ b> 1 of the first inner wall 21.
  • the inner end surface of the right end portion 301 of the first electrode 30, the inner end surface of the insulator 53, and the inner end surface 241 of the electrode support cylinder 24 are configured to be disposed in substantially the same plane.
  • the introduction part 15 penetrates the apparatus main body 10, and one open end 151 is formed on the first inner wall 21.
  • the introduction portion 15 is disposed at a position adjacent to the second inner wall 22 in a side view.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3-3 in FIG.
  • the introduction part 15 is disposed on the wall surface of the first inner wall 21.
  • the discharge part 17 penetrates the central part of the third inner wall 23.
  • the discharge portion 17 is formed such that its central axis coincides with the central axis X1 of the first inner wall 21.
  • the second electrode 31 is a plate-like metal member, and an opening 311 is formed at the center.
  • the opening 311 is circular and is formed so that the center thereof coincides with the central axis X ⁇ b> 1 of the first inner wall 21.
  • the second electrode 31 is a plate-like electrode arranged so as to surround at least a part of the entire circumference of the central axis X1 on the other end side (right side in FIG. 2) of the first inner wall 21. is there.
  • FIG. 4 is a side cross-sectional view showing a state where the swirling flow F1 is generated in the processing tank 12 and no pulse voltage is applied.
  • the treatment tank 12 has an introduction part 15 that introduces the water L1 into the treatment tank 12, and a discharge part 17 that discharges the water L1 from the treatment tank 12. And the processing tank 12 swirls the water L1 introduced from the introduction part 15 between the introduction part 15 and the discharge part 17, and generates the swirl
  • the first electrode 30 is arranged on one end side (left side in FIG. 4) near the central axis X1 or the central axis X1, and the second electrode 31 is arranged on the central axis X1 or Arranged on the other end side (right side in FIG. 4) near the central axis X1.
  • the introduction portion 15 is disposed on one end side (left side in FIG. 4) of the central axis X1, and the discharge portion 17 is disposed on the other end side (right side in FIG. 4) of the central axis X1.
  • the pressure in the vicinity of the central axis X1 of the first inner wall 21 is reduced to the saturated water vapor pressure or less, and water vapor in which a part of the water L1 is vaporized is generated. It is generated near the axis X1.
  • the gas phase G is generated near the turning center, specifically, from the right end 301 of the first electrode 30 to the vicinity of the opening 311 of the second electrode 31 along the central axis X1 of the first inner wall 21.
  • the gas phase G is swirled in the same direction as the swirling flow F1 by the swirling flow F1 in contact therewith.
  • the swirling gas phase G receives the resistance of water in the storage tank 90 in the vicinity of the discharge unit 17, is sheared into microbubbles or nanobubbles, and is diffused into the storage tank 90.
  • the 1st electrode 30 is arrange
  • FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line 5-5 in FIG.
  • the water L1 when the water L1 is introduced from the introduction unit 15 into the treatment tank 12 at a predetermined pressure, the water L1 generates the clockwise swirling flow F1 of FIG. 5 along the first inner wall 21.
  • the pressure near the center of the swirling flow F1 that is, the pressure near the central axis X1 of the first inner wall 21 drops below the saturated water vapor pressure, and the central axis X1 of the first inner wall 21
  • the vapor phase G is generated by generating water vapor in which a part of the water L1 is vaporized in the vicinity.
  • FIG. 6A and 6B are side cross-sectional views showing a state in which a swirling flow F1 is generated inside the processing tank 12 and a pulse voltage is applied.
  • the first electrode 30 and the second electrode are supplied by the power source 60 in a state where the gas phase G in which the water L1 is vaporized is generated from the vicinity of the first electrode 30 to the vicinity of the second electrode 31.
  • a high voltage pulse voltage is applied between the first and second electrodes 31.
  • FIG. 6B is an enlarged view showing a state where plasma P is generated in the gas phase G.
  • a plasma P is generated in the gas phase G, and water-derived radicals (OH radicals or the like) or compounds ( Hydrogen peroxide or the like) or ions.
  • the gas phase G containing the reforming component is swirled in the same direction as the swirling flow F1 by the swirling flow F1 in the vicinity.
  • a part of the reforming component is dissolved to the swirling flow F1, whereby the reforming component is dispersed in the water L1.
  • the gas phase G containing the reforming component in the vicinity of the discharge unit 17 is sheared by receiving the resistance of the water L1 in the storage tank 90 to generate bubbles BA containing the reforming component. Further, by keeping the reforming liquid in the storage tank 90, air is prevented from being mixed into the gas phase G which is a negative pressure. In this way, the reforming liquid L2 dispersed in the water L1 is retained in the storage tank 90 in a state where the reforming component generated by the plasma P is in a bubble state or dissolved in the water L1.
  • the reforming liquid generating apparatus 100 includes the processing tank 12, the first electrode 30, the second electrode 31, and the power source 60.
  • the treatment tank 12 generates a gas phase in the vicinity of the rotation center of the swirling flow of the water L1 by swirling the introduced liquid.
  • the first electrode 30 is at least partially disposed in the treatment tank 12 and contacts the water L1 in the treatment tank 12.
  • the 2nd electrode 31 is arrange
  • the power source 60 applies a voltage between the first electrode 30 and the second electrode 31 to generate plasma in the gas phase G.
  • the reforming liquid generation apparatus 100 generates a reforming component by generating a plasma P in the gas phase G, and the generated reforming component is dissolved in the water L1 and dispersed in the water L1. L2 is generated.
  • generation method processes the gaseous-phase G in the vicinity of the turning center of the swirling flow F1 of the water L1 by turning the water L1 introduced into the processing tank 12.
  • a step of generating in the tank 12 a voltage is applied to the generated gas phase G to generate a plasma P in the gas phase G to generate a reforming component, and the generated reforming component is dissolved in the water L1.
  • water L1 is vaporized in the swirling flow F1, and a pulse voltage is applied to the generated gas phase G to generate plasma P. Therefore, the gas phase G has a negative pressure than the gas phase formed by the gas vaporized by Joule heat or the gas introduced from the outside, and the plasma P can be generated with a small voltage. Quality can be improved efficiently. Furthermore, since water is not vaporized by Joule heat, the input energy is reduced. In addition, since no gas is introduced from the outside, a gas supply device is not necessary, and the reforming liquid generating device can be easily downsized.
  • the gas phase G formed by the gas vaporized by Joule heat or the gas introduced from the outside is difficult to be held in a certain shape or a certain position by buoyancy.
  • a force is applied in the direction in which the surrounding swirl flow F1 is collected to the central axis X1 of the swirl flow F1, so that the constant gas phase G is present in the vicinity of the right end 301 of the first electrode 30. Can be generated.
  • the amount of gas generated between the first electrode 30 and the second electrode 31 is little changed with time, and the electric power necessary for the plasma P is hardly changed. Therefore, the plasma P can be generated stably, and the water L1 Can be efficiently modified.
  • the volume of the plasma P is equal to or less than the volume of the gas phase in the vicinity of the cathode electrode, but the shape of the gas phase G formed by the gas vaporized by Joule heat or the gas introduced from the outside is a bubble shape. When the volume exceeds a certain level, it splits, making it difficult to generate plasma P having a certain volume or more.
  • the gas phase G of the first embodiment can easily increase the volume in the direction of the central axis X1 if the swirl speed of the swirl flow F1 can be secured, the volume of the plasma P can be easily increased. Therefore, it is easy to increase the amount of reforming component generated, and water can be reformed quickly.
  • the destruction due to cavitation is strongest in the discharge section 17 in which the inner diameter of the treatment tank 12 is the smallest and the swirling speed of the swirling flow F1 is the fastest. Therefore, the right end portion 301 of the first electrode 30 in the gas phase G is away from the location where the destruction of cavitation is strongest, so that the influence of the cavitation on the first electrode 30 is reduced and the plasma P is stably generated. it can.
  • the water L1 is treated without introducing air from the outside, the generation of harmful nitrous acid is suppressed by the plasma P utilizing a gas phase in which a gas containing a nitrogen component such as air is introduced. be able to. Furthermore, it is possible to generate the reforming liquid L2 containing bubbles BA enclosing OH radicals or hydrogen peroxide.
  • the configuration of the reforming liquid generating apparatus 100 described in the first embodiment is an example, and various modifications can be made.
  • the internal structure of the processing tank 12 or the position of the first electrode 30 or the second electrode 31 is not limited to the structure of the first embodiment.
  • the processing tank 12 has a simple cylindrical shape, but is a cylindrical processing tank having a circular cross-sectional shape, and is disposed on one end of the processing tank on the central axis of the processing tank or on the central axis. If it has a hole-shaped discharge part constricted in the vicinity, it can take various shapes. For example, as shown in FIG. 7, the same effect can be obtained even in a processing tank 121 in which cylinders having different radii are combined. In FIG. 7, the radius on the introduction part side is configured to be larger than the radius on the discharge part side. Or the same effect is acquired even if it is the truncated cone shaped processing tank 122 shown in FIG.
  • the treatment tank according to the present disclosure has a cylindrical or frustoconical first inner wall that swirls the water supplied from the introduction unit to generate a swirling flow.
  • the first electrode is disposed at or near the central axis of the first inner wall.
  • the shape of the first electrode 30 is a rod electrode.
  • the shape is not limited as long as the electrolysis concentrates on the right end portion 301 of the first electrode 30.
  • a plate-shaped first electrode 32 with a conical shape sharpened toward the discharge portion side may be used.
  • a plate-shaped first electrode 32A having a mountain-shaped convex portion 32B protruding so as to curve toward the discharge portion side may be used.
  • the central portion closest to the generated plasma P is easily worn, so that the central portion is located in the processing tank 12 rather than a simple flat plate electrode.
  • An electrode having a mountain-shaped convex portion 32 ⁇ / b> B protruding in the direction is preferable because of its long life.
  • a rod electrode that can easily feed the electrode into the treatment tank 12 when the electrode is worn may be used.
  • the same effect can be obtained even if the first electrode 30 and the insulator 53 are attached to the second inner wall 22 without using the electrode support cylinder 24 of the first electrode 30.
  • the material of the first electrode 30 is tungsten as an example.
  • the material is not particularly limited as long as it is a particularly conductive material.
  • a metal material capable of causing a Fenton reaction and exhibiting a high bactericidal effect when contacted with hydrogen peroxide in water is preferable.
  • SUS stainless steel
  • copper or copper tungsten is preferable.
  • the second electrode 31 is disposed in the discharge unit 17, but this is not limited as long as at least a part of the grounded second electrode is disposed in the treatment tank 12.
  • the rod-like second electrode 33 is arranged on the side of the central axis X1 of the first inner wall 21 (for example, as shown in FIG. The same effect can be obtained even if the first inner wall 21 is disposed from the outside.
  • the rod-like second electrode 33 may be disposed in the storage tank 90 outside the processing tank 12 and in the vicinity of the intake port 91 of the storage tank 90. That is, the second electrode may be disposed on the side of the central axis X1 of the first inner wall 21 on the other end side of the first inner wall 21 (the right side in FIGS. 11 and 12).
  • the cylindrical second electrode 34 may be disposed inside the first inner wall 21. That is, the second electrode is a cylindrical shape arranged so as to surround at least a part of the entire circumference of the central axis X1 of the first inner wall 21 on the other end side (right side in FIG. 13) of the first inner wall 21. These electrodes may be used.
  • the opening 311 is circular, but may be polygonal, and the second electrode may be configured by combining a plurality of divided metal members.
  • a plate shape or a cylindrical shape having a round hole is preferable.
  • the shorter the distance between the gas phase G and the second electrode the smaller the resistance of the water, and the Joule heat can be suppressed. It is better to arrange the electrodes.
  • the flow rate of the water L1 introduced into the treatment tank 12 is set to a flow rate at which the gas phase G is generated in the swirling flow F1 according to the shape of the treatment tank 12 and the like.
  • the pulse voltage applied to the first electrode 30 and the second electrode 31 is applied in a monopolar rather than bipolar, or the voltage, pulse width, or frequency is a gas phase generated in the swirling flow F1. It is possible to appropriately set a value at which G can generate plasma P.
  • the power source 60 may be a high-frequency power source other than the pulse power source.
  • the pH between the electrodes is biased due to the electrolysis of water, bipolar application capable of alternately exchanging the cathode and the anode is preferable.
  • the storage tank 90 is a tank, but is not limited to this as long as it can hold water in the storage tank 90 in order to shear the swirl flow F1.
  • a pipe for transporting the reforming liquid may be used.
  • the apparatus body 10 discharges the reforming liquid upward as shown in FIG. It should be on the upper side.
  • a plate member 92 containing copper or iron that can generate a high sterilizing effect by causing a Fenton reaction with a hydrogen peroxide solution that is one of the reforming components Can be used for some or all.
  • the plate member 92 may be disposed in the storage tank 90 as a separate member from the storage tank 90. In short, when the plate member 92 comes into contact with the reforming liquid in the storage tank 90, a high sterilizing effect can be exhibited by causing a Fenton reaction with hydrogen peroxide solution which is one of the reforming components.
  • the water L1 is modified, but the liquid to be modified is not limited to water.
  • the liquid to be modified is not limited to water.
  • ethanol may be used.
  • Embodiment 1 was demonstrated, Embodiment 1 mentioned above is only the illustration for implementing this indication. Therefore, the present disclosure is not limited to the above-described first embodiment, and the above-described first embodiment can be appropriately modified and implemented without departing from the spirit of the present disclosure.
  • the reforming liquid generation apparatus and the reforming liquid generation method of the present disclosure may generate a reforming liquid including a reforming component (a radical or a compound derived from a liquid) from a liquid by generating plasma in the liquid. it can.
  • a reforming component a radical or a compound derived from a liquid
  • generation method of this indication can be utilized for sterilization, deodorizing, various environmental improvement, etc.

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Abstract

改質液処理装置は、導入された液体を旋回させることにより、液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させる処理槽と、処理槽内に少なくとも一部が配置されて処理槽内の液体に接触する第１電極と、処理槽内の液体に接触するように配置された第２電極と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して気相にプラズマを発生させる電源とを備える。気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が液体に溶解して液体中に分散して、改質液を生成する。

Description

改質液生成装置および改質液生成方法
　本開示は、液体を電気化学的に処理して改質液を生成する改質液生成装置および改質液生成方法に関する。より詳細には、本開示は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体を改質することで、殺菌作用及び脱臭作用がある改質液を生成する改質液生成装置および改質液生成方法に関する。
　図１５に、従来の改質液生成装置の例を示す。液体８０３（例えば、水）の中に、第１電極８０１および第２電極８０２を配置し、パルス電源８０４から第１電極８０１と第２電極８０２との間に高電圧パルスを印加して液体８０３を気化させ、プラズマ８０５を発生させることにより、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を含んだ改質液を生成する改質液生成装置が知られている。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、これらの成分が含有された改質液を混合させることで、例えば、菌に対して、高い殺菌作用があるとされている。また、液体８０３の中でプラズマ８０５を発生させることで、プラズマ８０５が液体８０３で覆われており、液体由来の成分を発生させやすいことが知られている。例えば、水の中でプラズマ８０５を発生させることで、ＯＨラジカル又は過酸化水素が生成されやすいことが知られている。
　しかしながら、上記従来の改質液生成装置の場合、液体８０３を気化させるために高い印加電圧が必要なだけでなく、プラズマ８０５の発生効率が低く、液体８０３を改質させるのに長時間を要するという問題があった。
　そこで、印加電圧を低くしつつプラズマの発生効率を向上させるために、両電極間に外部より導入した気体を介在させるようにした改質液生成装置が知られている（特許文献１参照）。特許文献１に記載の改質液生成装置（図１６）では、アノード電極９０１とカソード電極９０２との間に被処理液９０３とともに気体９０４（例えば、酸素）を介在させた上で、アノード電極９０１とカソード電極９０２との間にパルス電圧を印加する。パルス電圧の印加により、気体９０４内にプラズマが発生し、プラズマと被処理液９０３との接触面で被処理液９０３の改質が発生する。特許文献１に記載の改質液生成装置によれば、気体を介在させない場合よりも印加電圧を低減させることができ、かつ、プラズマを効率良く発生させて被処理液９０３の改質を行うことができる。
特開２０００－０９３９６７号公報
　本開示の１つの態様にかかる改質液生成装置は、導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させる処理槽と、前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、前記処理槽内の前記液体に接触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気相にプラズマを発生させる電源と、を備える。前記気相に前記プラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する。
　本開示の別の態様にかかる改質液生成方法は、処理槽に導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を前記処理槽内で発生させる工程と、前記発生させた気相に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する工程と、を含む。
　本開示の前記態様にかかる改質液生成装置および改質液生成方法によれば、旋回流中で液体を気化させ、生成された気相にパルス電圧を印加してプラズマを発生させる。電圧印加により液体を気化させる必要がないため、少ない電力でプラズマを発生させることができ、液体の改質を効率良く、迅速に行うことができる。また、外部から空気を導入することなく液体の改質を行うため、有害物質である亜硝酸の生成を抑制することができる。
図１は、実施形態１にかかる改質液生成装置の構成を示す側面断面図である。 図２は、実施形態１にかかる装置本体の側面断面図である。 図３は、図２の３―３線における断面図である。 図４は、実施形態１にかかる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である。 図５は、図４の５－５線における断面図である。 図６Ａは、実施形態１にかかる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である。 図６Ｂは、図６Ａの気相中にプラズマが発生した状態の部分拡大図である。 図７は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図８は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図９Ａは、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図９Ｂは、図９Ａとは異なる装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１０は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１１は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１２は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１３は、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１４Ａは、装置本体の変形例を示す側面断面図である。 図１４Ｂは、装置本体の変形例において貯留槽の一部に銅材を配置した側面断面図である。 図１５は、従来の改質液生成装置の概略構成図である。 図１６は、気体導入装置を備える従来の改質液生成装置の概略構成図である。
　実施の形態の説明に先立ち、従来の技術における問題点を簡単に説明する。
　特許文献１に記載の改質液生成装置によれば、アノード電極とカソード電極との間に気体（例えば、酸素）を供給するために、酸素タンク又はポンプ等の気体供給装置が必要となる。このため、改質液生成装置が大型化するという問題がある。
　ここで、気体供給装置を小型化するために、アノード電極とカソード電極との間に空気を供給することも考えられる。この場合、酸素タンクは不要となり、改質液生成装置の大型化は抑制される。しかしながら、アノード電極とカソード電極との間に空気を供給した場合、空気中に含まれる窒素が、プラズマにより、人体に有害な亜硝酸（ＨＮＯ２）に変化し、改質液の中に亜硝酸が含有される。このため、改質液の用途によっては、プラズマを発生させる気体として、空気を供給することができない場合がある。
　本開示は、このような点に鑑み、プラズマを効率良く発生させて液体を迅速に改質できるとともに、有害物質である亜硝酸の生成を抑制することができる、改質液生成装置および改質液生成方法を提供することを目的とする。
　［実施形態１］
　以下、図面を参照し、実施形態１に係る改質液生成装置１００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、実施形態１にかかる改質液生成装置１００の全体構成について説明する。図１は、実施形態１にかかる改質液生成装置１００の構成を示す側面断面図である。以下の図において、改質液生成装置１００の前方向Ｆを示す矢印と、後方向Ｂを示す矢印を表記している。上方向Ｕを示す矢印と、下方向Ｄを示す矢印を表記している。後方向Ｂから見て右方向Ｒを示す矢印と、後方向Ｂから見て左方向Ｌを示す矢印を表記している。
　改質液生成装置１００は、液体の中で放電することによって、改質成分を生成し、液体の中に分散させることで改質液を生成する。実施形態１では、液体として水Ｌ１（図４参照）を改質し、ＯＨラジカル又は過酸化水素等の改質成分を含んだ改質液Ｌ２（図示省略）を生成する場合について説明する。
　改質液生成装置１００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。ここで、処理槽１２は、導入された液体を旋回させることにより、水Ｌ１の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させる。第１電極３０は、処理槽１２内に少なくとも一部が配置されて処理槽１２内の水Ｌ１に接触する。第２電極３１は処理槽１２内の水Ｌ１に接触するように配置される。電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に電圧を印加して気相にプラズマを発生させる。そして、改質液生成装置１００は、気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が水Ｌ１に溶解して水Ｌ１中に分散して、改質液Ｌ２を生成する。
　より具体的には、改質液生成装置１００は、装置本体１０、液体供給部５０、貯留槽９０、および電源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、および第２電極３１を備えている。
　処理槽１２は、内部に導入された水Ｌ１をプラズマにより、改質成分（例えば、ＯＨラジカル又は過酸化水素等）を生成させる部分である。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、第１電極３０と第２電極３１との間に絶縁体を介在する必要がある。前記改質成分が貯留槽９０に排出される際に、改質成分が水Ｌ１に分散され、改質液Ｌ２が生成される。
　処理槽１２の内壁の正面断面形状は円形である（図３参照）。導入部１５は、処理槽１２の一端に配置されて、処理槽１２に水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の他端に配置されて、処理槽１２に導入された水Ｌ１と処理槽１２で生成された改質成分を処理槽１２から貯留槽９０に排出させる。実施形態１では、排出部１７は、貯留槽９０の取り入れ口９１に接続されている。
　第１電極３０は、処理槽１２の一端の内部に配置されている。第１電極３０は、処理槽１２の一端の内壁の中央から処理槽１２内に、長手方向沿いに突出配置されている。
　第２電極３１は、処理槽１２の他端の壁の外側に配置されて、排出部１７の近傍に配置されている。
　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。第１電極３０の材質は、一例としてタングステンを使用している。
　液体供給部５０は、一例として、処理槽１２内に水Ｌ１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、処理槽１２の一端の内壁近傍に配置された内側開口としての導入部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）又は貯留槽９０の改質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を参照）。
　電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に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ーパルス電圧を印加することができる。
　貯留槽９０は、改質液生成装置１００から排出される改質成分をせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル又はナノバブルを生成し、水の中に拡散させる槽である。具体的には、貯留槽９０は、処理槽１２の排出部１７の開口断面積より大きい断面積を内部に有して、排出部１７から貯留槽９０内に排出された改質成分を貯留槽９０でせん断し、改質成分を内包したマイクロバブル、又は、マイクロバブル及びナノバブルを貯留槽９０内で生成して、水の中に拡散させる。よって、貯留槽９０はマイクロバブル生成槽として機能する。貯留槽９０としては、少なくとも、処理槽１２の排出部１７の開口の内径寸法の倍以上の内径又は一辺を確保することにより、殺菌を確実に行える改質液を貯留槽９０で生成することができる。
　［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Ｘ１とする。
　また、以下の説明において、「中心軸Ｘ１の一方の端部側」または「第１内壁２１の一方の端部側」を、第２内壁２２が配置されている、図２における左側とする。また、「中心軸Ｘ１の他方の端部側」または「第１内壁２１の他方の端部側」を、第３内壁２３が配置されている、図２における右側とする。
　第２内壁２２には、収容空間８３内に突出した円筒状の電極支持筒２４が中央に設けられている。電極支持筒２４は、筒状であり右方に延びている。電極支持筒２４は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸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。このため、第１電極３０は、長手方向の軸が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように配置されている。第１電極３０の右端部３０１の内側端面と、絶縁体５３の内側端面と、電極支持筒２４の内側端面２４１とは、ほぼ同じ面内に配置されるように構成されている。
　導入部１５は、装置本体１０を貫通しており、一方の開口端１５１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３は、図２の３―３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の中央部を貫通している。排出部１７は、その中心軸が第１内壁２１の中心軸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、中央部に開口部３１１が形成されている。開口部３１１は円形であり、その中心が第１内壁２１の中心軸Ｘ１と一致するように形成されている。
　ここで、第２電極３１は、第１内壁２１の他方の端部側（図２における右側）の中心軸Ｘ１の全周のうちの少なくとも一部を取り囲むように配置される板状の電極である。
　［動作］
　次に、改質液生成装置１００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の内部に気相を発生させる状態（図４および図５）と、発生させた気相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６Ａ及び図６Ｂ）とを別図に分けて説明する。図４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４に示すように、導入部１５から処理槽１２に水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、水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４の右方に向けて移動する。旋回しながら図４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。
　すなわち、処理槽１２は、水Ｌ１を処理槽１２に導入する導入部１５と、水Ｌ１を処理槽１２から排出する排出部１７とを有する。そして、処理槽１２は、導入部１５から導入された水Ｌ１を、導入部１５から排出部１７の間で旋回させて旋回流Ｆ１を発生させる。
　ここで、図４に示すように、第１電極３０は、中心軸Ｘ１もしくは中心軸Ｘ１近傍の一方の端部側（図４において左側）に配置され、第２電極３１は、中心軸Ｘ１もしくは中心軸Ｘ１近傍の他方の端部側（図４において右側）に配置される。そして導入部１５は、中心軸Ｘ１の一方の端部側（図４において左側）に配置され、排出部１７は、中心軸Ｘ１の他方の端部側（図４において右側）に配置される。
　旋回流Ｆ１により、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、水Ｌ１の一部が気化した水蒸気が発生することで、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の右端部３０１から第１内壁２１の中心軸Ｘ１に沿って、第２電極３１の開口部３１１の付近まで発生する。また、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内の水の抵抗を受ける事で、マイクロバブル又はナノバブルにせん断され、貯留槽９０に拡散される。ここで、第１電極３０は、水Ｌ１の旋回流Ｆ１の旋回中心付近に発生させた気相Ｇに接触するように、もしくは気相Ｇの近傍に位置するように配置されている。
　図５は、図４の５－５線における断面図である。図４で説明したように、導入部１５から処理槽１２に水Ｌ１が所定の圧力で導入されると、水Ｌ１は、第１内壁２１に沿った図５の右回りの旋回流Ｆ１を発生させる。水Ｌ１が処理槽１２の内部で旋回することで、旋回流Ｆ１の中心付近、つまり第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近の圧力が飽和水蒸気圧以下に低下し、第１内壁２１の中心軸Ｘ１付近において水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。
　図６Ａ及び図６Ｂ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た状態を示す側面断面図である。図６Ａに示すように、水Ｌ１が気化した気相Ｇが、第１電極３０の近傍から第２電極３１の付近まで発生されている状態で、電源６０により、第１電極３０と第２電極３１との間に高電圧のパルス電圧を印加する。図６Ｂは、気相Ｇ中にプラズマＰが発生している状態を示す拡大図である。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、改質成分として水由来のラジカル（ＯＨラジカル等）又は化合物（過酸化水素等）又はイオンを生成する。前記改質成分を含んだ気相Ｇは、周辺にある旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１と同方向に旋回する。前記改質成分を含んだ気相Ｇが旋回することにより、前記改質成分の一部が、旋回流Ｆ１側へ溶解することで、水Ｌ１の中に改質成分が分散する。加えて、排出部１７付近の前記改質成分を含んだ気相Ｇは、貯留槽９０内の水Ｌ１の抵抗を受ける事でせん断され、改質成分を含有した気泡ＢＡを生じる。また、貯留槽９０内に改質液を留めることで、負圧である気相Ｇに空気が混入することを防いでいる。この様に、プラズマＰにより生成した改質成分が気泡状態もしくは水Ｌ１の中に溶け込んだ状態で、水Ｌ１の中に分散された改質液Ｌ２が貯留槽９０に留められる。
　［効果等］
　以上説明した実施形態１によれば、改質液生成装置１００は、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。処理槽１２は、導入された液体を旋回させることにより、水Ｌ１の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させる。第１電極３０は、処理槽１２内に少なくとも一部が配置されて処理槽１２内の水Ｌ１に接触する。第２電極３１は処理槽１２内の水Ｌ１に接触するように配置される。電源６０は、第１電極３０と第２電極３１との間に電圧を印加して気相Ｇにプラズマを発生させる。そして、改質液生成装置１００は、気相ＧにプラズマＰを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が水Ｌ１に溶解して水Ｌ１中に分散して、改質液Ｌ２を生成する。
　また、以上説明した実施形態１によれば、改質液生成方法は、処理槽１２に導入された水Ｌ１を旋回させることにより、水Ｌ１の旋回流Ｆ１の旋回中心付近に気相Ｇを処理槽１２内で発生させる工程と、発生させた気相Ｇに電圧を印加して気相ＧにプラズマＰを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が水Ｌ１に溶解して水Ｌ１中に分散して、改質液Ｌ２を生成する工程とを含む。
　ここで、旋回流Ｆ１中で水Ｌ１を気化させ、生成された気相Ｇにパルス電圧を印加してプラズマＰを発生させる。そのため、気相Ｇは、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相よりも負圧となっており、小さな電圧でプラズマＰを発生できるので、水Ｌ１の改質が効率良くできる。さらに、ジュール熱によって水を気化させないので、投入するエネルギーが小さくなる。また、外部から気体を導入しないので、気体供給装置が不要となり、改質液生成装置の小型化がしやすくなる。
　また、ジュール熱によって気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇは、浮力により一定の形状又は一定の位置で保持することが困難である。しかし、実施形態１の気相Ｇは、周りの旋回流Ｆ１により、旋回流Ｆ１の中心軸Ｘ１に集まる方向へ力が加わるので、第１電極３０の右端部３０１の近傍に一定の気相Ｇを生成することができる。そのため、第１電極３０と第２電極３１との間に生成される気体の量の時間変化が少なく、プラズマＰに必要な電力が変化しにくいので、プラズマＰを安定して発生でき、水Ｌ１の改質が効率良くできる。
　また、プラズマＰの体積はカソード電極の近傍にある気相の体積以下になるが、ジュール熱により気化させた気体、もしくは外部から導入した気体によって形成される気相Ｇの形状は、バブル形状なので体積が一定以上になると分裂するため、一定の体積以上のプラズマＰを発生させることが困難である。しかし、実施形態１の気相Ｇは、旋回流Ｆ１の旋回速度を確保できれば、中心軸Ｘ１の方向に体積を大きくすることが容易であるため、プラズマＰの体積を大きくしやすい。そのため、改質成分の生成量を増加させやすく、迅速に水を改質できる。
　また、液体が気化する際に体積が膨張するため、衝撃波が発生し、周辺の物体を破壊するキャビテーションが知られている。実施形態１では、キャビテーションによる破壊が最も強くなるのは、処理槽１２の内径が最も小さく、旋回流Ｆ１の旋回速度が最も早くなる排出部１７である。そのため、気相Ｇの中でも第１電極３０の右端部３０１は、キャビテーションの破壊が最も強くなる箇所から離れているため、キャビテーションによる第１電極３０への影響を小さくなりプラズマＰを安定的に発生できる。
　また、外部から空気を導入することなく水Ｌ１の処理を行うため、空気等の窒素成分を含んだ気体を導入した気相を活用したプラズマＰで、発生する有害な亜硝酸の生成を抑制することができる。さらに、ＯＨラジカル又は過酸化水素等を内包した気泡ＢＡを含んだ改質液Ｌ２を生成することができる。
　［変形例］
　実施形態１で説明した改質液生成装置１００の構成は一例であり、種々の変更が可能である。例えば、処理槽１２の内部構造又は第１電極３０又は第２電極３１の位置等については、実施形態１の構造に限定されない。
　実施形態１では、処理槽１２は単純な円筒形状であったが、断面形状が円形である筒状の処理槽であり、処理槽の片方の端部に処理槽の中心軸上もしくは中心軸の近傍に窄まった穴形状の排出部を有していれば、様々な形状をとることが可能である。例えば、図７に示すように、半径が異なる円筒を組み合わせた処理槽１２１であっても同様の効果が得られる。図７では、導入部側の半径が排出部側の半径よりも大きくなるように構成している。又は、図８に示す円錐台形状の処理槽１２２であっても同様の効果が得られる。好ましくは、旋回流Ｆ１が前方向Ｆにすべるのを防ぐために、図８に示すように、断面の内径が連続的に小さくなる円錐台形状が好ましい。すなわち、本開示に係る処理槽は、導入部から供給された水を旋回させて旋回流を発生させる円筒状もしくは円錐台状の第１内壁を有することが好ましい。ここで、第１電極は、第１内壁の中心軸または中心軸近傍に配置される。
　また、実施形態１では、第１電極３０の形状は、棒電極であったが、第１電極３０の右端部３０１に電解が集中させる形状であれば、この限りではない。例えば、図９Ａで示すように、排出部側に向けて尖った円錐形状が付いた板形状の第１電極３２でもよい。また、図９Ｂで示すように、円錐形状の代わりに、排出部側に向けて湾曲するように突出した山形状の凸部３２Ｂを中央部に有する板形状の第１電極３２Ａでもよい。山形状の凸部３２Ｂを中央部に有する板形状の第１電極３２Ａでは、発生するプラズマＰに最も近い中央部が摩耗しやすいので、単なる平板の電極よりも、当該中央部を処理槽１２内に突出させる山形状の凸部３２Ｂを有する電極の方が寿命が長くて好ましい。さらに好ましくは、板形状の第１電極３２の代わりに、電極が磨耗した際に、処理槽１２内に電極の送り出しが容易な棒電極でもよい。
　また、図１０で示すように、第１電極３０の電極支持筒２４を用いず、第２内壁２２に第１電極３０と絶縁体５３とを取り付ける構造にしても同様の効果が得られる。好ましくは、水の電気分解又はジュール熱の発生を抑えるために、プラズマ発生に必要な第１電極３０の右端部３０１と、電源６０との接続部以外は絶縁体で覆われているほうがよい。
　また、実施形態１では、第１電極３０の材質は、一例としてタングステンであったが、特に導電性のある材料であれば限定はされない。好ましくは、水中で過酸化水素と接触するとフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる金属材料が好ましい。例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）又は銅又は銅タングステンがよい。
　実施形態１では、第２電極３１は、排出部１７に配置されているが、処理槽１２内に接地された第２電極の少なくとも一部が配置されていればこの限りではない。例えば、配置場所に関しては、図１１に示すように、棒状の第２電極３３として、第１内壁２１の中心軸Ｘ１の側方に配置する（たとえば、図１１に示すように、装置本体１０の外部から第１内壁２１を貫通する位置に配置する）ようにしても、同様の効果が得られる。また、図１２に示すように、処理槽１２外の貯留槽９０内でかつ貯留槽９０の取り入れ口９１近傍に棒状の第２電極３３として配置してもよい。すなわち、第２電極は、第１内壁２１の他方の端部側（図１１および図１２における右側）の第１内壁２１の中心軸Ｘ１の側方に配置してもよい。
　また、図１３に示すように、筒状の第２電極３４として第１内壁２１の内側に配置してもよい。すなわち、第２電極は、第１内壁２１の他方の端部側（図１３における右側）の第１内壁２１の中心軸Ｘ１の全周のうちの少なくとも一部を取り囲むように配置される筒状の電極であってもよい。
　また、開口部３１１は円形としたが、多角形でもよく、さらには、第２電極は、分割された複数の金属部材を組み合わせて構成してもよい。好ましくは、旋回流Ｆ１を乱さないために、丸穴を有した板状もしくは円筒形状がよい。また、気相Ｇと第２電極の間が短いほうが水の抵抗が小さくなりジュール熱を抑制できるため、気相Ｇと第２電極の間が短くなる排出部１７もしくは排出部１７近傍に第２電極を配置するほうがよい。
　処理槽１２に導入される水Ｌ１の流量は、処理槽１２の形状等に応じて、旋回流Ｆ１中に気相Ｇが発生する流量に設定される。また、第１電極３０と第２電極３１とに印加されるパルス電圧については、バイポーラではなくモノポーラで印加する場合、又は、電圧、パルス幅、又は周波数等は旋回流Ｆ１中に発生した気相ＧにプラズマＰを発生させることができる値に適宜設定することが可能である。
　さらに、実施形態１の効果が得られる限り、電源６０はパルス電源以外の高周波電源等であってもよい。好ましくは、水の電気分解により電極間のｐＨが偏るので、カソードとアノードとを交互に交換できるバイポーラ印加がよい。
　貯留槽９０は槽としているが、旋回流Ｆ１をせん断するために、貯留槽９０内に水を保持できる形状であれば、これに限定されない。例えば、改質液を輸送する配管としてもよい。好ましくは、排出部１７を水Ｌ１で満たし処理槽１２への空気の混入を防ぐために、図１４Ａに示すように装置本体１０は改質液を上向きに排出し、貯留槽９０は装置本体１０の上側にあるほうがよい。
　また、貯留槽９０を構成する材料の材質としては、水が透過しなければよい。また、例えば、図１４Ｂに示すように、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現できる銅若しくは鉄を含有した板部材９２を、貯留槽９０の一部もしくはすべてに使用することができる。また、板部材９２を、貯留槽９０とは別部材として貯留槽９０内に配置してもよい。要するに、板部材９２が貯留槽９０内の改質液と接触すれば、改質成分の１つである過酸化水素水とフェントン反応を起こして高い殺菌効果を発現することができる。
　実施形態１では、水Ｌ１を改質したが、改質する液体は、水に限定されない。例えば、エタノールでもよい。
　以上、実施形態１を説明したが、上述した実施形態１は本開示を実施するための例示に過ぎない。よって、本開示は上述した実施形態１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１を適宜変形して実施することが可能である。
　すなわち、前記実施形態又は前記様々な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。
　本開示の改質液生成装置および改質液生成方法は、液体の中でプラズマを発生させることにより液体から改質成分（液体由来のラジカル又は化合物等）を含む改質液を生成することができる。このため、本開示の改質液生成装置および改質液生成方法は、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。
１００　　改質液生成装置
１０　　装置本体
１２，１２１，１２２　　処理槽
１５　　導入部
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
３２　　板形状の第１電極
３２Ａ　　山形状の凸部を中央部に有する板形状の第１電極
３２Ｂ　　山形状の凸部
３３　　棒状の第２電極
３４　　筒状の第２電極
５０　　液体供給部
５３　　絶縁体
６０　　電源
８０　　水タンク
８１　　一点鎖線（循環用配管）
８３　　収容空間
９２　　板部材
１２１，１２２　　処理槽
１５１　　開口端
２４１　　内側端面
３０１　　右端部
３１１　　開口部
８０１　　第１電極
８０２　　第２電極
８０３　　液体
８０４　　パルス電源
８０５　　プラズマ
９０１　　アノード電極
９０２　　カソード電極
９０３　　被処理液
９０４　　気体
Ｂ　　後方向
ＢＡ　　気泡
Ｄ　　下方向
Ｆ　　前方向
Ｆ１　　旋回流
Ｇ　　気相
Ｌ　　後方向から見て左方向
Ｌ１　　水
Ｌ２　　改質液
Ｐ　　プラズマ
Ｒ　　後方向から見て右方向
Ｕ　　上方向
Ｘ１　　中心軸

Claims (9)

  1. 　導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を発生させる処理槽と、
    　前記処理槽内に少なくとも一部が配置されて前記処理槽内の前記液体に接触する第１電極と、
    　前記処理槽内の前記液体に接触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気相にプラズマを発生させる電源と、を備え、
    　前記気相に前記プラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する、
    改質液生成装置。
  2. 　前記第１電極は、前記液体の前記旋回流の前記旋回中心付近に発生させた前記気相に接触するように、もしくは前記気相の近傍に位置するように配置される、
    　請求項１に記載の改質液生成装置。
  3. 　前記処理槽は、
    　前記液体を前記処理槽内に導入する導入部と、
    　前記液体を前記処理槽内から排出する排出部と、を有し、
    　前記導入部から導入された前記液体を、前記導入部から前記排出部の間で旋回させて前記旋回流を発生させる、
    　請求項１又は２に記載の改質液生成装置。
  4. 　前記処理槽は、前記導入部から供給された前記液体を旋回させて前記旋回流を発生させる円筒状もしくは円錐台形状の第１内壁を有し、
    　前記第１電極は、前記第１内壁の中心軸上もしくは中心軸近傍に配置される、
    　請求項３に記載の改質液生成装置。
  5. 　前記第１電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の一方の端部側に配置され、
    　前記第２電極は、前記中心軸もしくは前記中心軸近傍の他方の端部側に配置され、
    　前記導入部は、前記中心軸の前記一方の端部側に配置され、
    　前記排出部は、前記中心軸の前記他方の端部側に配置される、
    　請求項４に記載の改質液生成装置。
  6. 　前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の全周のうちの少なくとも一部を取り囲むように配置される板状の電極である、
    　請求項５に記載の改質液生成装置。
  7. 　前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の側方に配置される、
    　請求項５に記載の改質液生成装置。
  8. 　前記第２電極は、前記第１内壁の前記他方の端部側の前記第１内壁の前記中心軸の全周のうちの少なくとも一部を取り囲むように配置される筒状の電極である、
    　請求項５に記載の改質液生成装置。
  9. 　処理槽に導入された液体を旋回させることにより、前記液体の旋回流の旋回中心付近に気相を前記処理槽内で発生させる工程と、
    　前記発生させた気相に電圧を印加して前記気相にプラズマを発生させて改質成分を生成し、生成した改質成分が前記液体に溶解して前記液体中に分散して、改質液を生成する工程と、を含む、
    改質液生成方法。
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