(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容する液体収容部と、
気体を収容する気体収容部と、
前記液体収容部と前記気体収容部とを隔て、前記気体収容部中の前記気体の流通を許容して前記気体を前記液体収容部へ導くガス通路が形成された隔壁部と、
前記気体収容部に配設された第１電極と、
前記第１電極と距離を隔てられ、少なくとも前記第１電極と対向する側の部分が前記液体収容部中の前記液体と接触しないように配設された第２電極と、
前記気体収容部の前記気体を前記ガス通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で、前記気体収容部に少なくとも酸素を含むガスを供給するガス供給部と、
前記第１電極と前記第２電極との間に所定の電圧を供給して前記第１電極と前記第２電極との間に放電を発生させることにより、前記気体収容部に導入された前記ガスをプラズマ化するプラズマ電源部と
を備え、
前記第１電極は、前記隔壁部と距離を隔てられている態様および前記隔壁部における前記気体収容部に臨む表面に密着する態様のいずれかの態様で配設され、
前記第２電極は、前記隔壁部における前記液体収容部に臨む表面に密着するように配設され、
少なくとも、前記第２電極は、前記ガス通路の開口端部において、前記ガス通路に向かって張出したオーバーハング部を含む、プラズマ発生装置。
【請求項２】
前記第１電極は、前記隔壁部における前記気体収容部に臨む表面に密着する態様で配設され、
前記第１電極は、前記ガス通路の開口端部において、前記ガス通路に向かって張出したオーバーハング部を含む、請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記隔壁部は筒状体であり、
前記筒状体の内側の領域が前記気体収容部とされ、
前記筒状体の外側の領域が前記液体収容部とされた、請求項１または２に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記第１電極は、所定の方向にそれぞれ延在する線状電極および内側筒状電極のいずれかとされ、
前記第２電極は、前記第１電極を囲むようにして前記所定の方向に延在する外側筒状電極とされた、請求項３記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記内側筒状電極および前記外側筒状電極はメッシュ状である、請求項４記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１電極および前記第２電極の少なくとも一方は誘電体で被覆された、請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記液体収容部では、前記隔壁部における前記液体収容部に臨む面に沿って液体が流される、請求項１〜６のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記隔壁部は平板状体である、請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記隔壁部はセラミックス部材を含む、請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記ガス通路は、前記セラミックス部材に存在する孔とされた、請求項９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記プラズマ電源部は、前記第１電極と前記第２電極との間にパルス電圧および高周波電圧のいずれかを印加する機能を含む、請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記ガス供給部は、さらにアルゴンおよび水蒸気の少なくともいずれかを供給する機能を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
前記ガス供給部は、大気中の空気を供給する機能を含む、請求項１〜１１のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
前記ガス供給部と前記気体収容部との間に、前記ガス供給部から送られるガスをプラズマ化するプラズマ発生部を備えた、請求項１〜１３のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１５】
請求項１〜１４のいずれかに記載のプラズマ発生装置におけるラジカル生成方法であって、
液体を収容する液体収容部と気体を収容する気体収容部とを、前記気体の流通を許容するガス通路が形成された隔壁部によって隔て、前記気体収容部の前記気体を前記ガス通路を介して前記液体収容部へ圧送させる態様で前記気体収容部に少なくとも酸素を含むガスを供給する工程と、
前記気体収容部および前記隔壁部の領域の少なくともいずれかの領域においてプラズマを生成することにより、前記ガスに含まれる前記酸素の酸素ラジカルを生成する工程と、生成した前記酸素ラジカルを前記気体とともに前記液体収容部へ圧送することにより、前記ガス通路の前記液体収容部側の開口端において前記酸素ラジカルを含んだ気泡を成長させる工程と、
前記液体収容部の前記液体の流れにより、前記気泡を前記隔壁部からせん断して前記液体中に前記気泡を放出する工程と
を備えた、ラジカル生成方法。
【請求項１６】
前記ガスを供給する工程では、さらにアルゴンおよび水蒸気の少なくともいずれかが供給される、請求項１５記載のラジカル生成方法。
【請求項１７】
前記ガスを供給する工程では、大気中の空気が供給される、請求項１５記載のラジカル生成方法。
【請求項１８】
前記酸素ラジカルを生成する工程では、前記プラズマは所定の１対の対向電極間にパルス電圧を印加することによって生成される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のラジカル生成方法。
【請求項１９】
前記酸素ラジカルを生成する工程では、前記プラズマは所定の１対の対向電極間に高周波電圧を印加することによって生成される、請求項１５〜１７のいずれかに記載のラジカル生成方法。
【請求項２０】
前記ガスを供給する工程では、前記ガスはあらかじめプラズマ化されて供給される、請求項１５〜１９のいずれかに記載のラジカル生成方法。
【請求項２１】
請求項１〜１４のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えた洗浄化装置であって、
前記気体収容部に取付けられ、前記気体収容部に前記ガスを供給するガス導入口と、
前記液体収容部に取付けられ、前記液体収容部に前記液体を導入する液体導入口および前記液体収容部の前記液体を排出する液体排出口と、
前記気体収容部へ供給された前記ガスをプラズマ化することにより生成した、前記ガスに含まれる前記酸素の酸素ラジカルを、前記気体とともに前記ガス通路を介して前記液体収容部へ圧送させて、前記酸素ラジカルを含んだ気泡を前記液体に放出する機能と
を備えた、洗浄浄化装置。
【請求項２２】
前記液体収容部は、前記気泡に含まれる少なくとも前記酸素ラジカルにより導入された前記液体を浄化する液体浄化部とされた、請求項２１記載の洗浄浄化装置。
【請求項２３】
前記液体収容部は、少なくとも前記酸素ラジカルを含んだ前記気泡を放出することで前記液体を洗浄液として生成する洗浄液生成部とされた、請求項２１記載の洗浄浄化装置。
【請求項２４】
前記液体導入口および前記液体排出口は、前記液体収容部において前記隔壁部に沿って前記液体が流れる所定の位置関係に配置された、請求項２１〜２３のいずれかに記載の洗浄浄化装置。
【請求項２５】
筒状の前記隔壁部を周方向から取囲むように同心状に配設された筒状のケース部材を備え、
筒状の前記隔壁部と筒状の前記ケース部材との間の領域が前記液体収容部とされた、請求項２１〜２４のいずれかに記載の洗浄浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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に関し、特に、プラズマによりラジカル等を生成し、生成されたラジカル等を微細な気泡として液体中に放出するプラズマ発生装置と、そのラジカル生成方法と、これらを用いた洗浄浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
水等の液体を浄化する浄化処理技術として、浸漬中空糸膜等によるフィルタリング処理、光触媒処理、オゾン・ラジカル等による化学処理などが多く提案されている。これらの技術は、それぞれの特徴を有して適した使い分けがなされている。とりわけ、オゾン・ラジカル等による化学処理では、処理すべき液体中にオゾン等を高濃度に導入させることができれば液体中に存在する有機物等を分解させることが可能とされる。
【０００３】
そのような化学処理の一つとして、オゾン等を液体中にバブリングにより導入する手法がある。この手法では、図３３に示すように、処理すべき液体が収容されるタンク１５０と、オゾンを発生させるオゾン発生器１４０が用いられる。オゾン発生器１４０はタンク１５０からある程度距離を隔てられた位置に配置される。オゾン発生器１４０において発生したオゾンは、配管１１０を経由して液体１３０中にバブリングによって導入されることになる。
【０００４】
ところが、この手法では、タンク１５０に到達するまでに配管１１０内でオゾンの寿命が尽きてオゾンが消失してしまい、十分な量のオゾンをタンク１５０にまで送り込めないという問題があった。また、タンク１５０に到達したオゾン等も、オゾンを含んだ気泡１３１が比較的大きいためにその大部分が大気中へ放出されてしまい、液体１３０中へ高濃度のオゾン等を溶解させることができないという問題があった。
【０００５】
このような問題を解消するために、最近では、液中放電を利用した手法が提案されている。この手法では、図３４に示すように、処理すべき液体１３０中において対向するように配設された平板状電極１０１と針状電極１０２との間にパルス状の高電圧を印加することによって液体１３０中に放電を発生させる。この放電によって生じるストリーマにより、各種のラジカル、紫外線、衝撃波等が生成される。こうして生成された各種のラジカル等によって、液体１３０中に含まれる有機物や細菌等の汚染物が分解処理されることになる。
【０００６】
このような液中放電を利用した手法を開示した文献として、たとえば特許文献１あるいは特許文献２がある。特許文献１に提案されている手法では、対向するように配設された線状電極と平板電極との間にパルスパワーを印加することによって、電極間に満たされた水道水中にストリーマ状放電を発生させ、そのストリーマ状放電の中においてラジカルの生成、物体の破砕等、微生物等の分解等が行なわれる。
【０００７】
また、特許文献２に提案されている手法では、有機物を含有した被処理水に対し、高圧パルス放電処理装置内において高圧パルス放電処理を施し、被処理水の凝集性を高めることによって汚濁物が分離される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１０４９５８号公報
【特許文献２】特開平１０−３２３６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の液中放電を利用した手法では次のような問題点があった。処理の対象とされる液体には様々の汚染物や不純物等が含まれている。そのため、液体に含まれるこれらの成分によって液体の電気抵抗値が大きく変動する。液体の電気抵抗が変動すると、電極間に所定の電圧を印加しても放電の発生の仕方にばらつきが生じ、安定してプラズマを生成させることができなくなる。その結果、ラジカル等の発生量にばらつきが生じ処理水の洗浄あるいは浄化を十分に行なうことができないという問題があった。
【００１０】
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、気体中において安定してオゾンやラジカル等を生成し、その生成されたオゾンやラジカル等をこれらが消滅する前に微細な気泡として液体中へ拡散させるプラズマ発生装置を提供することであり、他の目的は、そのようなラジカル生成方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのようなプラズマ発生装置を用いた洗浄浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明に係るプラズマ発生装置は、液体を収容する液体収容部と気体を収容する気体収容部と隔壁部と第１電極と第２電極とガス供給部とプラズマ電源部とを備えている。隔壁部は液体収容部と気体収容部とを隔て、気体収容部中の気体の流通を許容してその気体を液体収容部へ導くガス通路が形成されている。第１電極は気体収容部に配設されている。第２電極は第１電極と距離を隔てられ、少なくとも第１電極と対向する側の部分が液体収容部中の液体と接触しないように配設されている。ガス供給部は、気体収容部の気体をガス通路を介して液体収容部へ圧送させる態様で、気体収容部に少なくとも酸素を含むガスを供給する。プラズマ電源部は、第１電極と第２電極との間に所定の電圧を供給して第１電極と第２電極との間に放電を発生させることにより、気体収容部に導入されたガスをプラズマ化する。
【００１２】
この構成によれば、まず、気体収容部に配設される第１電極に対し、少なくともその第１電極と対向する側の部分が液体収容部中の液体と接触しないように第２電極が配設されていることで、第１電極と第２電極との間に放電が生じる際に液体の電気抵抗の影響を受けることなく放電が発生し、ガスが確実にプラズマ化されて少なくとも酸素からオゾンや酸素ラジカル等を安定に生成させることができる。
【００１３】
また、生成されたオゾンや酸素ラジカル等が、ガス供給部からガスを供給することで形成される、気体収容部からガス通路を経て液体収容部へ向うガスの流れに乗って、ガス通路の液体収容部に臨む開口端において気泡として成長し、そのオゾンや酸素ラジカル等を含んだ微細な気泡が液体中に拡散することで、オゾンや酸素ラジカル等が消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや酸素ラジカル等を液体中に送り込むことができる。
【００１４】
そして、そのようなオゾンや酸素ラジカル等を含んだ微細な気泡が液体中に拡散して、液体のオゾン濃度が高められるとともに液体中に含まれる有機物等に気泡が吸着することで、有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【００１５】
その第１電極および第２電極の配置の態様として、第１電極は隔壁部と距離を隔てて配設され、第２電極は第１電極と隔壁部との間に配設されていることが好ましい。
【００１６】
この場合には、第１電極および第２電極の双方が液体に接触せず、第１電極と第２電極との間に安定して放電を発生させることができる。
【００１７】
また、第１電極および第２電極の配置の他の態様として、第１電極は隔壁部と距離を隔てて配設され、第２電極は隔壁部における液体収容部に臨む表面に密着するように配設されていることが好ましい。
【００１８】
この場合には、たとえ第２電極が液体に浸漬されても、第２電極が隔壁部における液体収容部に臨む表面に密着するように配設されていることで、第２電極において第１電極と対向する側の部分は液体と接触せず、第１電極と第２電極との間に安定して放電を発生させることができる。
【００１９】
また、この場合には、放電経路を短くするために、第２電極は、ガス通路の開口端部においてガス通路に向かって張出したオーバーハング部を含むことがより好ましい。
【００２０】
そして、第１電極および第２電極の配置のさらに他の態様として、第１電極は隔壁部における気体収容部に臨む表面に密着するように配設され、第２電極は隔壁部における液体収容部に臨む表面に密着するように配設されていることが好ましい。
【００２１】
この場合にも、たとえ第２電極が液体に浸漬されても、第２電極が隔壁部における液体収容部に臨む表面に密着するように配設されていることで、第２電極において第１電極と対向する側の部分は液体と接触せず、第１電極と第２電極との間に安定して放電を発生させることができる。
【００２２】
また、この場合にも、放電経路を短くするために、第１電極および第２電極のそれぞれは、ガス通路の開口端部においてガス通路に向かって張出したオーバーハング部を含むことがより好ましい。
【００２３】
隔壁部の形状として、隔壁部は筒状体であり、筒状体の内側の領域が気体収容部とされ、筒状体の外側の領域が液体収容部とされることが好ましい。
【００２４】
これにより、プラズマ発生装置のサイズをよりコンパクトにすることができる。
また、この場合には、効率的に放電を発生させるために、第１電極は、所定の方向にそれぞれ延在する線状電極および内側筒状電極のいずれかとされ、第２電極は、第１電極を囲むようにして所定の方向に延在する外側筒状電極とされることがより好ましい。
【００２５】
そして、この場合には、気体を効率的に流通させるために内側筒状電極および外側筒状電極はメッシュ状であることがより好ましい。
【００２６】
また、放電によるダメージや液体の接触による腐食を抑制するために、第１電極および第２電極の少なくとも一方は誘電体で被覆されていることが好ましい。
【００２７】
第１電極および第２電極の配置のさらに他の態様として、隔壁部は筒状体であり、その筒状体の内側の領域が気体収容部とされ、筒状体の外側の領域が液体収容部とされて、第１電極と第２電極とは、筒状体の内側の領域において間隔を隔てて配設されていることが好ましい。
【００２８】
この場合には、第１電極と第２電極とを気体収容部内に容易に配設することができる。
より具体的には、第１電極と第２電極とは互いに平行に配設され、第１電極と第２電極との間に、沿面放電させるための誘電体部を介在させていることが好ましい。
【００２９】
また、第１電極および第２電極は、それぞれ線状電極とされ、第１電極および第２電極の少なくともいずれかは、誘電体によって被覆されていることが好ましい。
【００３０】
さらに、この場合には、第２電極は複数設けられ、第１電極と複数の第２電極とは、互いに平行に配設されていてもよい。また、第２電極は直線状に延在する第１電極の周りにスパイラル状に配設されていてもよい。
【００３１】
成長する気泡をせん断して液体中に放出するために、液体収容部では、隔壁部における液体収容部に臨む面に沿って液体が流されることが好ましい。
【００３２】
また、隔壁部としては、筒状体の他に平板状体であってもよい。
その隔壁部はセラミックス部材を含むことが好ましい。
【００３３】
この場合には、特に、セラミックス部材として微細孔を有するものを適用することで、その微細孔をガス通路とすることができる。なお、微細孔とは約１００分の１μｍ〜数十μｍ程度の大きさの孔径を有する孔をいう。
【００３４】
第１電極と第２電極との間に大気圧あるいはそれ以上の圧力のもとで放電を発生させるには、プラズマ電源部は、第１電極と第２電極との間にパルス電圧および高周波電圧のいずれかを印加する機能を含むことが好ましい。
【００３５】
また、ガス供給部は、さらにアルゴンおよび水蒸気の少なくともいずれかを供給する機能を含むことが好ましい。
【００３６】
この場合には、アルゴンを供給することによりプラズマが安定化し、水蒸気を供給することによってＯＨラジカルを生成することができる。
【００３７】
また、より簡便にガスを供給するには、ガス供給部は大気中の空気を供給する機能を含んでいてもよい。
【００３８】
さらに、酸素ラジカル等を効率的に生成するためには、ガス供給部と気体収容部との間に、ガス供給部から送られるガスをプラズマ化するプラズマ発生部を備えていることが好ましい。
【００３９】
本発明に係るラジカル生成方法は以下の工程を備えている。液体を収容する液体収容部と気体を収容する気体収容部とを、気体の流通を許容するガス通路が形成された隔壁部によって隔て、気体収容部の気体をそのガス通路を介して液体収容部へ圧送させる態様で気体収容部に少なくとも酸素を含むガスを供給する。気体収容部および隔壁部の領域の少なくともいずれかの領域においてプラズマを生成することにより、ガスに含まれる酸素の酸素ラジカルを生成する。生成した酸素ラジカルを気体とともに液体収容部へ圧送することにより、ガス通路の液体収容部側の開口端において酸素ラジカルを含んだ気泡を成長させる。液体収容部の液体の流れにより、気泡を隔壁部からせん断して液体中に気泡を放出する。
【００４０】
この方法によれば、まず、気体収容部および隔壁部の領域の少なくともいずれかの領域においてプラズマを生成することで、液体の電気抵抗の影響を受けることなく確実にプラズマが生成されて、酸素からオゾンや酸素ラジカル等を安定に生成させることができる。
【００４１】
また、生成されたオゾンや酸素ラジカル等が、ガスを供給することで形成される、気体収容部からガス通路を経て液体収容部へ向うガスの流れに乗って、ガス通路の液体収容部に臨む開口端において気泡として成長し、そのオゾンや酸素ラジカル等を含んだ微細な気泡が液体中に拡散することで、オゾンや酸素ラジカル等が消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや酸素ラジカル等を液体中に送り込むことができる。
【００４２】
そして、そのようなオゾンや酸素ラジカル等を含んだ微細な気泡が液体中に拡散して、液体のオゾン濃度が高められるとともに液体中に含まれる有機物等に気泡が吸着することで、有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【００４３】
ガスを供給する工程では、さらにアルゴンおよび水蒸気の少なくともいずれかが供給される好ましい。
【００４４】
この場合には、アルゴンを供給することによりプラズマが安定化し、水蒸気を供給することによってＯＨラジカルを生成することができる。
【００４５】
また、ガスを供給する工程において、より簡便にガスを供給するには、大気中の空気を供給するようにしてもよい。
【００４６】
大気圧あるいはそれ以上の圧力のもとで放電を発生させるには、プラズマは所定の１対の対向電極間にパルス電圧を印加するか、高周波電圧を印加することが好ましい。
【００４７】
また、酸素ラジカル等を効率的に生成するために、ガスを供給する工程では、ガスはあらかじめプラズマ化されて供給されることが好ましい。
【００４８】
本発明に係る洗浄浄化装置は、請求項１〜２３のいずれかに記載のプラズマ発生装置を備えた洗浄化装置であって、ガス導入口と液体導入口と液体排出口とを備えている。ガス導入口は気体収容部に取付けられ、気体収容部にガスを供給する。液体導入口は液体収容部に取付けられ、液体収容部に液体を導入する。液体排出部は液体収容部に取付けられ、液体収容部の液体を排出する。そして、ガス導入口からガスを供給することにより、気体収容部の気体をガス通路を介して液体収容部へ圧送させて、酸素ラジカルを含んだ気泡を液体に放出する機能を備えている。
【００４９】
この構成によれば、少なくともオゾンや酸素ラジカル等を含んだ微細な気泡が液体に拡散して、液体のオゾン濃度が高められるとともに液体中に含まれる有機物等に気泡が吸着することで、有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【００５０】
この洗浄浄化装置としては、液体収容部が、気泡に含まれる少なくともオゾンや酸素ラジカル等によって液体を浄化する液体浄化部とされる使用態様がある。
【００５１】
また、液体収容部が、少なくともオゾンや酸素ラジカル等を含んだ気泡を放出することで液体を洗浄液として生成する洗浄液生成部とされる使用態様がある。
【００５２】
所定の大きさに成長した気泡をせん断して液体中に開放するには、液体導入口および液体排出口は、液体収容部において隔壁部に沿って液体が流れる所定の位置関係に配置されることが好ましい。
【００５３】
洗浄浄化装置をよりコンパクトにするには、筒状の隔壁部を周方向から取囲むように同心状に配設された筒状のケース部材を備え、筒状の隔壁部と筒状のケース部材との間の領域が液体収容部とされることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の実施の形態１に係るプラズマ発生装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図２】同実施の形態において、電極を装着した多孔質セラミックス部材の断面図である。
【図３】同実施の形態において、図２に示す断面線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける断面図である。
【図４】同実施の形態において、プラズマ発生装置の動作を説明するための一状態を示す部分拡大断面図である。
【図５】同実施の形態において、図４に示す状態の後の状態を示す部分拡大断面図である。
【図６】同実施の形態において、図５に示す状態の後の状態を示す断面図である。
【図７】同実施の形態において、図６に示す断面線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２に係るプラズマ発生装置における、電極を装着した多孔質セラミックス部材の断面図である。
【図９】同実施の形態において、図８に示す断面線ＩＸ−ＩＸにおける断面図である。
【図１０】同実施の形態において、プラズマ発生装置の動作を説明するための一状態を示す部分拡大断面図である。
【図１１】同実施の形態において、図１０に示す状態の後の状態を示す部分拡大断面図である。
【図１２】同実施の形態において、図１１に示す状態の後の状態を示す断面図である。
【図１３】同実施の形態において、図１２に示す断面線ＸＩＩＩ−ＸＩＩＩにおける断面図である。
【図１４】同実施の形態において、放電の発生の仕方を説明するための部分拡大断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態３に係るプラズマ発生装置における、電極を装着した多孔質セラミックス部材の断面図である。
【図１６】同実施の形態において、図１５に示す断面線ＸＶＩ−ＸＶＩにおける断面図である。
【図１７】同実施の形態において、プラズマ発生装置の動作を説明するための一状態を示す部分拡大断面図である。
【図１８】同実施の形態において、図１７に示す状態の後の状態を示す部分拡大断面図である。
【図１９】同実施の形態において、図１８に示す状態の後の状態を示す断面図である。
【図２０】同実施の形態において、図１９に示す断面線ＸＸ−ＸＸにおける断面図である。
【図２１】各実施の形態において、変形例に係るプラズマ発生装置を示す斜視図である。
【図２２】本発明の実施の形態４に係る洗浄浄化装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図２３】同実施の形態において、洗浄浄化装置の動作を説明するための一状態を示す一部断面を含む図である。
【図２４】同実施の形態において、洗浄浄化装置における気泡の挙動の一例を示す部分拡大図である。
【図２５】同実施の形態において、洗浄浄化装置における気泡の挙動の他の例を示す部分拡大図である。
【図２６】同実施の形態において、被洗浄対象部における気泡の挙動の一例を示す部分拡大図である。
【図２７】本発明の実施の形態５に係る洗浄浄化装置の構成を示す一部断面を含む図である。
【図２８】同実施の形態において、図２７に示す誘電電極および放電電極を示す部分拡大斜視図である。
【図２９】同実施の形態において、洗浄浄化装置の動作を説明するための一状態を示す一部断面を含む図である。
【図３０】同実施の形態において、色素の脱色分解評価結果を示すグラフである。
【図３１】同実施の形態において、変形例に係る電極を示す部分拡大斜視図である。
【図３２】同実施の形態において、他の変形例に係る電極を示す部分拡大斜視図である。
【図３３】従来の洗浄浄化装置の断面図である。
【図３４】従来のプラズマ発生装置の部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５５】
実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るプラズマ発生装置とそのラジカル生成方法について説明する。図１に示すように、プラズマ発生装置１では、円筒状のケース部材３の内側に同心状に円筒状の多孔質セラミックス部材６が配設されている。ケース部材３の両端部には、ケース部材３と多孔質セラミックス部材６との隙間を塞ぐリング状の外側シール材８が装着されている。また、多孔質セラミックス部材６の両端部には、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域を塞ぐ内側シール材９が配設されている。多孔質セラミックス部材６の外径寸法は数ｃｍ程度で、長さは用途に応じて数ｃｍ〜数十ｃｍとされる。
【００５６】
ケース部材３の側面の一端側には、ケース部材３と多孔質セラミックス部材６との間の領域（液体収容部）１５に液体を導入する液体導入口４が設けられている。一方、ケース部材３の側面の他端側には、導入された液体を送り出す液体排出口５が設けられている。また、多孔質セラミックス部材６の一端側には、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域（気体収容部）１４に所定のガスを導入するガス導入口１０が設けられている。ガス導入口１０は配管１１を介してガス供給部１２と接続されている。ガス供給部１２から、所定のガスとして少なくとも酸素（Ｏ2）を含むガスが供給される。また、酸素の他
に、アルゴンガス（Ａｒ）と水蒸気（Ｈ2Ｏ）が含まれることが好ましい。
【００５７】
多孔質セラミックス部材６には、細孔径が約０．０１μｍ〜１０μｍ程度の微細孔（図示せず）が形成されている。後述するように、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に導入されたガス等は、この微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ送り出されることになる。その多孔質セラミックス部材６には、プラズマを生成するための２つの電極が取り付けられている。
【００５８】
次に、その電極の構造について詳しく説明する。図２および図３に示すように、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４には、線状電極２１と円筒状電極２２が配設されている。線状電極２１は、円筒状の多孔質セラミックス部材６のほぼ中心に配置されている。線状電極２１の表面は、誘電体（図示せず）によって被覆されている。
【００５９】
一方、円筒状電極２２は、たとえば２００番以上のメッシュ状の金属細線からなり、線状電極２１を周方向から取囲むように略同心状に配置されている。また、円筒状電極２２は多孔質セラミックス部材６の内側表面６ｂとは、たとえば約０．１〜３ｍｍの距離を隔てられている。線状電極２１と円筒状電極２２は、プラズマ電源部１３（図１参照）に電気的に接続されて、所定のパルス電圧あるいは高周波（ＲＦ：Radio Frequency）電圧が
印加される。
【００６０】
このプラズマ発生装置１では、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に線状電極２１と円筒状電極２２が配設されることで、線状電極２１と円筒状電極２２の双方は、ケース部材３と多孔質セラミックス部材６との間の領域１５に導入される液体に接触することはない。
【００６１】
次に、上述したプラズマ発生装置１の動作について説明する。図１に示すように、まず、ガス供給部１２から空気をベースとして酸素とアルゴンを含有したガス（流量約０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ（５０ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ））が、配管１１およびガス導入１０を経て多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に送り込まれる。このとき、ガスを送り込む圧力は、約０．００９８ＭＰａ〜０．４９ＭＰａ（０．１ｋｇｆ／ｃｍ2〜５ｋｇｆ／ｃｍ2）程度とされる。
【００６２】
これにより、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４の圧力は、大気圧にこの圧力が加わって約０．１１ＭＰａ〜０．５９ＭＰａ（１．１ｋｇｆ／ｃｍ2〜６ｋｇｆ／ｃｍ2）程度となり、陽圧状態になる。こうして、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４が陽圧になることで、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。
【００６３】
次に、プラズマ電源部１３によって、線状電極２１と円筒状電極２２にパルス電圧あるいは高周波電圧が印加される。パルス電圧としては、急峻な立ち上がりを有し、たとえば数μ秒〜数十ｎ秒のパルス幅を有する約１００Ｖ〜１ｋＶ程度の電圧が好ましい。一方、高周波電圧としては、大気圧のもとにおいてグロー放電を可能にする周波数５０Ｈｚ程度以上の電圧（ＲＦパワー：約１０Ｗ〜１００Ｗ程度）が好ましい。
【００６４】
線状電極２１と円筒状電極２２にパルス電圧等が印加されることで、線状電極２１と円筒状電極２２との間には、大気圧あるいはそれ以上の圧力のガス雰囲気のもとで放電が生じる。なお、大気圧のもとでプラズマを生成する技術については、たとえば文献Ａ（岡崎幸子、「大気圧グロー放電プラズマとその応用」、レビュー講演：２０ｔｈ ＪＳＰＦ Ａｎｎｕａｌ Ｍｅｅｔｉｎｇ）に報告されている。
【００６５】
多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に導入されたガスは、この放電によってプラズマ化され、含有する酸素によってオゾンや酸素ラジカル等が生成される。また、含有するアルゴンガスによってプラズマ生成の安定化が図られる。さらに、大気に含まれる水分（水蒸気）によってＯＨラジカル（ヒドロキシラジカル）等が生成される。
【００６６】
こうして生成されたオゾンや、酸素ラジカルあるいはＯＨラジカル等の各種のラジカルは、上述したガスの流れに伴って、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔を経て外側の領域１５へ送り出されることになる。次に、この様子について詳しく説明する。
【００６７】
その気泡３１が成長する外側の領域１５では、液体３０が導入されることによって液体３０の流れ（矢印６０）が生じている。図５に示すように、その液体３０が成長する気泡３１にあたると、気泡３１にはせん断力として作用して気泡３１は開口端７ａから液体３０中へ解き放たれる。液体３０中へ放たれる気泡３１の大きさを微細孔７の大きさ（開口径）に対応した所望の大きさにするために、多孔質セラミックス部材６の外側表面に沿って流れる液体３０の流速あるいは流量が所定の値に制御される。液体３０の流速あるいは流量を制御することによって、気泡３１の大きさは約０．１μｍ〜１００μｍ程度の範囲で制御することが可能になる。これについては、後でより詳細に説明する。
【００６８】
図６および図７に示すように、液体３０中に解き放たれた気泡３１は微細な気泡であることで、大気中に直ぐに放出されることなく液体３０の隅々にまで拡散し、そして、拡散した微細な気泡３１の一部は液体３０中に容易に溶解する。このとき、気泡３１に含まれているオゾンや酸素ラジカル等が液体３０中に溶解することで、液体３０のオゾン濃度は一気に上昇することになる。
【００６９】
また、文献Ｂ（高橋正好、「マイクロバブルとナノバブルによる水環境の改善」、アクアネット、２００４．６）によれば、通常、オゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡３１はマイナスに帯電していることが多いことが報告されている。そのため、気泡３１の他の一部は、液体３０中に含まれる有機物、油脂物、染料、たんぱく質、細菌等（図示せず）に容易に吸着する。液体３０中の有機物等は、液体３０に溶解したオゾンあるいは各種のラジカルや、有機物等に吸着した気泡３１に含まれるオゾンあるいは各種のラジカル等によって分解される。
【００７０】
たとえば、ＯＨラジカル等は、約１２０ｋｃａｌ／ｍｏｌ程度の比較的大きなエネルギーを有している。このエネルギーは、窒素原子と窒素原子との二重結合（Ｎ＝Ｎ）、炭素原子と炭素原子との二重結合（Ｃ＝Ｃ）あるいは炭素原子と窒素原子との二重結合（Ｃ＝Ｎ）等の結合エネルギー（〜１００ｋｃａｌ／ｍｏｌ）を上回るものであり、窒素や炭素等の結合からなる有機物等は、このＯＨラジカル等によって容易にその結合が切断されて分解されることになる。なお、このような有機物等の分解に寄与するオゾンやＯＨラジカル等は、塩素等のような残留性がなく時間とともに消滅するため、環境に配慮した物質でもある。
【００７１】
上述したプラズマ発生装置１によれば、まず、円筒状の多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５に液体３０が導入され、その内側の領域１４にプラズマを生成する線状電極２１と円筒状電極２２とが配設されていることで、線状電極２１と円筒状電極２２は液体３０には全く接触せず、液体３０の電気抵抗の影響を受けることがなくなる。これにより、線状電極２１と円筒状電極２２との間に放電が安定して発生し、内側の領域１４に導入された酸素を含むガスが確実にプラズマ化されて、酸素からオゾンあるいは酸素ラジカル等を安定に生成させることができる。
【００７２】
そして、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に酸素を含むガスを導入することで、その内側の領域１４が陽圧なって内側の領域１４から微細孔７を経て外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。生成されたオゾンあるいは酸素ラジカル等は、このガスの流れに乗って微細孔７の液体３０に臨む開口端７ａにおいて気泡３１として成長する。所定の大きさに成長した気泡３１は液体３０の流れによってせん断されて液体３０中に解き放たれ、オゾンあるいは酸素ラジカル等を含んだガスは微細な気泡３１として液体３０中に拡散する。これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に極めて短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体３０中に送り込むことができる。
【００７３】
そして、そのようなオゾンや各種のラジカルを含んだ微細な気泡３１が液体３０中に拡散することによって、液体３０のオゾン濃度が高められるとともに液体３０中に含まれる有機物等に気泡３１が吸着する。これにより、液体３０中に溶解したオゾン等や吸着した気泡３１に含まれる各種のラジカルによって有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【００７４】
さらに、プラズマを生成する電極を装着し、発生したオゾンや各種のラジカルを液体中に送り込む多孔質セラミックス部材６においては、その外径寸法は数ｃｍ程度で、長さは用途に応じて数ｃｍ〜数十ｃｍとされる。これにより、プラズマ発生装置１のプラズマ電源部１３やガス供給部１２を除いた本体部分の大きさをコンパクトにすることができ、既存の装置に組み込みやすくすることができる。また、新たに装置に搭載する場合においても、その占有空間を最小限に抑えることができる。
【００７５】
実施の形態２
実施の形態２では、電極の配置のバリエーションの一例について説明する。図８および図９に示すように、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に線状電極２１が配設され、多孔質セラミックス部材６の液体に臨む外側表面６ａ上に円筒状電極２２が配設されている。線状電極２１は直径約０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度とされ、円筒状の多孔質セラミックス部材６のほぼ中心に配置されている。また、線状電極２１の表面は誘電体（図示せず）によって被覆されている。
【００７６】
一方、円筒状電極２２は、少なくとも線状電極２１と対向する部分が液体に接触しないように、多孔質セラミックス部材６の液体に臨む外側表面６ａに密着するように形成されている。また、円筒状電極２２は、多孔質セラミックス部材６の微細孔を塞がないように網目状に形成されている。そして、円筒状電極２２の表面は誘電体（図示せず）によって被覆されている。円筒状電極２２と線状電極２１との距離は約２ｍｍ〜８ｍｍ程度とされる。なお、これ以外の構成については前述したプラズマ発生装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００７７】
上記のように、このプラズマ発生装置１では、円筒状電極２２は、少なくとも線状電極２１と対向する部分が液体に接触しないように、多孔質セラミックス部材６の液体に臨む外側表面６ａに密着し、また、多孔質セラミックス部材６の微細孔を塞がないように網目状に形成されている。
【００７８】
ここで、その円筒状電極２２の形成方法の一例について説明する。円筒状電極２２は、たとえば、タングステン（Ｗ）をスパッタ法によって多孔質セラミックス部材６の外側表面６ａに堆積することにより形成される。多孔質セラミックス部材６の外側表面６ａには、微細孔の開口端があり、その開口度は約４０％〜６０％程度とされる。したがって、スパッタ法によってタングステン等は主に微細孔が位置していない領域に自己整合的に堆積されて、円筒状電極２２は網目状に形成されることになる。
【００７９】
また、スパッタ法を用いることで、微細孔の開口端では、開口端縁から開口部内へ向って突出する部分が形成される。すなわち、タングステンは庇のようにオーバハング形状になる。なお、材料としては、タングステンの他に、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）等も適用することができる。後述するように、このような庇が形成されることで、円筒状電極２２と線状電極２１との間で放電経路がより短くなって放電を生じやすくすることができる。また、スパッタ法の他に、たとえば２００番以上のメッシュ状の金属細線を多孔質セラミックス部材６の液体に臨む外側表面６ａに密着する態様で配設させてもよい。
【００８０】
次に、上述したプラズマ発生装置の動作について説明する。図８に示すように、まず、前述したように、空気をベースとして酸素とアルゴンを含有したガス（流量約０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ（５０ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ））が、ガス導入口１０を経て多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に送り込まれて、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４が陽圧状態（約０．１１ＭＰａ〜０．５９ＭＰａ（約１．１ｋｇｆ／ｃｍ2〜６ｋｇｆ／ｃｍ2））とされ、その内側の領域１４から微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。
【００８１】
次に、線状電極２１と円筒状電極２２にパルス電圧（パルス幅：数μ秒〜数十ｎ秒程度、電圧：約１００Ｖ〜１ｋＶ程度）あるいは高周波電圧（周波数：５０Ｈｚ程度、ＲＦパワー：約１０Ｗ〜１００Ｗ程度）が印加されて、線状電極２１と円筒状電極２２との間に位置する内側の領域１４、あるいは、多孔質セラミックス部材６の微細孔中において放電が生じる。多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に導入されたガスは、この放電によってプラズマ化されて、オゾンや酸素ラジカルあるいはＯＨラジカル等の各種のラジカルが生成される。
【００８２】
図１０に示すように、生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述したガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔７を流れ（矢印６１）、微細孔７の外側の開口端７ａではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡３１が徐々に成長する（矢印６２）。図１１に示すように、成長する気泡３１は液体３０の流れ（矢印６０）によってせん断され、微細な気泡３１として開口端７ａから液体３０中へ解き放たれる。
【００８３】
図１２および図１３に示すように、液体３０中に解き放たれた微細な気泡３１は液体３０の隅々にまで拡散し、その一部は液体３０中に容易に溶解する。また、一部の気泡は液体３０中に含まれる有機物等に容易に吸着する。こうして、液体３０中の有機物や細菌等は、液体３０に溶解したオゾンあるいは各種のラジカルや、有機物等に吸着した気泡３１に含まれるオゾンあるいは各種のラジカルによって効率的に分解されることになる。
【００８４】
上述したプラズマ発生装置１によれば、まず、線状電極２１は円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に配設され、一方、円筒状電極２２は多孔質セラミックス部材６の外側表面６ａに密着するように配設されている。これにより、多孔質セラミックス部材６とともに円筒状電極２２が液体３０中に浸漬されても、円筒状電極２２のうち、少なくとも線状電極２１と対向する部分は液体に接触しないので、円筒状電極２２と線状電極２１との間に放電を発生させる際に液体の電気抵抗の影響を受けることがなくなる。
【００８５】
また、図１４に示すように、円筒状電極２２にオーバーハング部２２ａ（微細孔７に向って左側）が形成されることで、そのようなオーバハング部がない場合（微細孔７に向って右側）の放電経路４２と比べて、放電経路がより短くなって円筒状電極２２と線状電極２１との間に放電経路４１を容易に形成することができる。これらにより、線状電極２１と円筒状電極２２との間に放電が安定して発生し、内側の領域１４に導入されたガスが確実にプラズマ化されて、少なくとも酸素からオゾンあるいは酸素ラジカルを安定に生成させることができる。
【００８６】
生成されたオゾンや各種のラジカルは、ガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔７を流れ、微細孔７の外側の開口端７ａではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡３１が徐々に成長する。所定の大きさに成長した気泡３１は液体３０の流れによってせん断されて液体３０中に解き放たれ、オゾンや各種のラジカルを含んだガスは微細な気泡３１として液体３０中に拡散する。
【００８７】
これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体３０中に送り込むことができる。そして、そのような微細な気泡３１が液体３０中に拡散することによって、液体３０のオゾン濃度が高められるとともに液体３０中に含まれる有機物等に気泡３１が吸着し、液体３０に含まれる有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【００８８】
さらに、前述したように、プラズマ発生装置１のプラズマ電源部１３やガス供給部１２を除いた本体部分の大きさをコンパクトにすることができ、既存の装置に組み込みやすくすることができる。また、新たに装置に搭載する場合においても、その占有空間を最小限に抑えることができる。
【００８９】
実施の形態３
実施の形態３では、電極の配置のバリエーションの他の例について説明する。図１５および図１６に示すように、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に内側円筒状電極２３が配設され、多孔質セラミックス部材６の液体に臨む外側表面６ａ上に外側円筒状電極２４が配設されている。内側円筒状電極２３は、円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側表面６ｂ上に配設されていている。なお、この内側円筒状電極２３は、内側表面６ｂから距離約０．１ｍｍ〜３ｍｍ程度隔てられた位置に配設されていてもよい。
【００９０】
一方、外側円筒状電極２４は、少なくとも内側円筒状電極２３と対向する部分が液体に接触しないように、液体に臨む外側表面６ａに密着するように形成されている。また、外側円筒状電極２４は、多孔質セラミックス部材６の微細孔を塞がないように網目状に形成されている。そして、外側円筒状電極２４の表面は誘電体（図示せず）によって被覆されている。なお、これ以外の構成については前述したプラズマ発生装置と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【００９１】
上記のように、このプラズマ発生装置では、外側円筒状電極２４は、少なくとも内側円筒状電極２３と対向する部分が液体に接触しないように、液体に臨む外側表面６ａに密着し、また、多孔質セラミックス部材６の微細孔を塞がないように網目状に形成されている。この外側円筒状電極２４は、前述したように、たとえばタングステン（Ｗ）等の電極材料をスパッタ法を用いて堆積させることによって形成される。また、スパッタ法によって形成されていることで、外側円筒状電極２４にはオーバーハング部が形成されている。なお、２００番以上のメッシュ状の金属細線を液体に臨む外側表面６ａに密着する態様で配設させてもよい。
【００９２】
次に、上述したプラズマ発生装置の動作について説明する。図１５に示すように、まず、前述したように、空気をベースとして酸素とアルゴンを含有したガス（流量約０．０５Ｌ／ｍｉｎ〜１Ｌ／ｍｉｎ（５０ｃｃ／ｍｉｎ〜１０００ｃｃ／ｍｉｎ））が、ガス導入口１０を経て多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に送り込まれて、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４が陽圧状態（約０．１１ＭＰａ〜０．５９ＭＰａ（約１．１ｋｇｆ／ｃｍ2〜６ｋｇｆ／ｃｍ2））とされ、その内側の領域１４から微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。
【００９３】
次に、内側円筒状電極２３と外側円筒状電極２４にパルス電圧（パルス幅：数μ秒〜数十ｎ秒程度、電圧：約１００Ｖ〜１ｋＶ程度）あるいは高周波電圧（周波数：５０Ｈｚ程度、ＲＦパワー：約１０Ｗ〜１００Ｗ程度）が印加されて、内側円筒状電極２３と外側円筒状電極２４との間に位置する多孔質セラミックス部材６の微細孔７中（あるいは、内側円筒状電極２３と内壁面６ｂとの間に位置する内側の領域１４（図示せず））において放電が生じる。多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に導入されたガスは、この放電によってプラズマ化されて、オゾンや酸素ラジカルあるいはＯＨラジカル等の各種のラジカルが生成される。
【００９４】
図１７に示すように、生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述したガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔７を流れ、微細孔７の外側の開口端７ａではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡３１が徐々に成長する。図１８に示すように、成長する気泡３１は液体３０の流れによってせん断され、開口端７ａから液体３０中へ解き放たれる。
【００９５】
図１９および図２０に示すように、液体３０中に解き放たれた微細な気泡３１は液体３０の隅々にまで拡散し、その一部は液体３０中に容易に溶解する。また、一部の気泡は液体中に含まれる有機物等に容易に吸着する。こうして、液体３０中の有機物や細菌等は、液体３０に溶解したオゾンあるいは各種のラジカルや、有機物等に吸着した気泡３１に含まれるオゾンあるいは各種のラジカルによって分解されることになる。
【００９６】
上述したプラズマ発生装置１によれば、まず、内側円筒状電極２３は円筒状の多孔質セラミックス部材６の内側の表面６ｂ上、あるいは、その内側の表面６ｂからわずかな距離を隔てて配設され、一方、外側円筒状電極２４は多孔質セラミックス部材６の外側表面６ａに密着するように配設されている。そのため、多孔質セラミックス部材６とともに外側円筒状電極２４が液体中に浸漬されても、外側円筒状電極２４のうち、少なくとも内側円筒状電極２３と対向する部分は液体に接触しないので、外側円筒状電極２４と内側円筒状電極２３との間に放電を発生させる際に液体の電気抵抗の影響を受けることがなくなる。
【００９７】
また、少なくとも外側円筒状電極２４にオーバーハング部が形成されることで、前述したように、外側円筒状電極２４と内側円筒状電極２３との間に放電経路を容易に形成することができる。これらにより、内側円筒状電極２３と外側円筒状電極２４との間に放電が安定して発生し、内側の領域１４に導入されたガスが確実にプラズマ化されて、少なくとも酸素からオゾンあるいは酸素ラジカルを安定に生成させることができる。
【００９８】
生成されたオゾンや各種のラジカルは、ガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の微細孔７を流れ、微細孔７の外側の開口端７ａではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡３１が徐々に成長する。所定の大きさに成長した気泡３１は液体３０の流れによってせん断されて液体３０中に解き放たれ、オゾンや各種のラジカルを含んだガスは微細な気泡３１として液体３０中に拡散する。
【００９９】
これにより、オゾンや各種のラジカル等を発生させた後、これらが消滅する前に短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体３０中に送り込むことができる。そして、そのような微細な気泡３１が液体３０中に拡散することによって、液体３０のオゾン濃度が高められるとともに液体３０中に含まれる有機物等に気泡３１が吸着し、液体３０に含まれる有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【０１００】
さらに、前述したように、プラズマ発生装置１のプラズマ電源部１３やガス供給部１２を除いた本体部分の大きさをコンパクトにすることができ、既存の装置に組み込みやすくすることができる。また、新たに装置に搭載する場合においても、その占有空間を最小限に抑えることができる。
【０１０１】
変形例
上述した各実施の形態では、微細な気泡を発生させる多孔質セラミックス部材として、円筒状の多孔質セラミックス部材を例に挙げて説明した。多孔質セラミックス部材としては円筒状のものに限られず、たとえば図２１に示すように、平板状の多孔質セラミックス部材６を適用してもよい。この場合には、ほぼ直方体のケース部材３に配設された平板状の多孔質セラミックス部材６の下方に位置する領域に、少なくとも酸素を含んだガスが導入される。
【０１０２】
また、この領域には、放電を発生させてガスをプラズマ化する網状の平板状電極２５，２６が間隔を隔てて対向するように配設されている。一方、多孔質セラミックス部材６の上方に位置する領域には処理される液体３０が導入される。液体３０は液体導入口４から導入されて液体排出口５から排出される。
【０１０３】
このようなプラズマ発生装置１によっても、平板状電極２５，２６は液体３０が導入されても液体３０に全く接触しないので、平板状電極２５，２６との間に放電を発生させる際に液体３０の電気抵抗の影響を受けることがなくなる。これにより、平板状電極２５と平板状電極２６との間に放電が安定して発生し、ガス導入口１０から導入されたガスが確実にプラズマ化されて、少なくとも酸素からオゾンあるいは酸素ラジカルを安定に生成させることができる。
【０１０４】
生成されたオゾンや各種のラジカルは、ガスの流れとともに平板状の多孔質セラミックス部材６の微細孔（図示せず）を流れ、微細孔の外側の開口端ではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡が徐々に成長する。所定の大きさに成長した気泡は液体の流れによってせん断されて液体３０中に解き放たれ、オゾンや各種のラジカルを含んだガスは微細な気泡３１として液体３０中に拡散する。
【０１０５】
これにより、オゾンや各種のラジカルを発生させた後、これらが消滅する前に短時間で効率的にそのオゾンや各種のラジカルを液体３０中に送り込むことができる。そして、そのような微細な気泡３１が液体３０中に拡散することによって、液体３０のオゾン濃度が高められるとともに液体３０中に含まれる有機物等に気泡３１が吸着し、液体３０に含まれる有機物や細菌等を効率的に分解することができる。
【０１０６】
実施の形態４
実施の形態４では、プラズマ発生装置１を用いた洗浄浄化装置の一例について説明する。図２２に示すように、プラズマ発生装置１を備えた洗浄浄化装置２では、円筒状の多孔質セラミックス部材６を収容する円筒状のケース部材３の液体導入口４には、被洗浄処理対象部５０の液体を送り込む配管５１が接続され、液体排出口５には処理の完了した液体を被洗浄処理対象部５０へ戻す配管５２が接続されている。なお、これ以外の構成については実施の形態１において説明したプラズマ発生装置１と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【０１０７】
次に、上述した洗浄浄化装置２の動作について説明する。図２３に示すように、まず、空気をベースとして酸素とアルゴンを含有した所定流量のガスが、ガス導入口１０を経て多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に送り込まれ、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４が陽圧状態とされて、その内側の領域１４から微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。
【０１０８】
次に、線状電極２１と円筒状電極２２にパルス電圧等を印加することによって、線状電極２１と円筒状電極２２との間において放電が生じる。多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に導入されたガスは、この放電によってプラズマ化されて、オゾンや酸素ラジカルあるいはＯＨラジカル等の各種のラジカルが生成される（図４参照）。
【０１０９】
生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述したガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔を流れ、微細孔の外側の開口端ではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡が徐々に成長する。図２３に示すように、成長する気泡は液体３０の流れによってせん断され、微細な気泡３１として開口端から液体３０中へ解き放たれる。
【０１１０】
液体３０中に解き放たれた微細な気泡３１は液体３０の隅々にまで拡散する。図２４に示すように、拡散した微細な気泡３１の一部は、気泡３１に含まれていたオゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等とともに容易に液体３０中に溶解して、オゾン濃度が上昇する。また、一部の気泡３１は、オゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等を含んだ状態で、液体３０中に含まれる有機物３６等に容易に吸着する。さらに、気泡３１の一部には、微細な有機物３６が吸着する。
【０１１１】
こうして、液体３０中の有機物３６等は、液体３０に溶解したオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３や、有機物３６等に吸着した気泡３１に含まれるオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３等によって効率的に分解される。有機物等が分解されて浄化された液体３０は、液体排出口５から配管５２を経て被洗浄処理対象部５０へ戻され、再び使用されることになる。
【０１１２】
また、この洗浄浄化装置２は、上記のようにケース部材３内で液体を洗浄浄化する使用態様（使用態様Ａ）の他に、微細な気泡を拡散させた液体を洗浄液として所定の装置に供給する使用態様（使用態様Ｂ）も可能である。この場合には、まず、図２５に示すように、ケース部材内に導入された液体３０中に、オゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等を含んだ微細な気泡３１が拡散されるとともに、微細な気泡３１に含まれていたオゾン３４や各種のラジカル３２，３３，３５が溶解される。また、このとき、気泡３１の一部には、微細な有機物３６が吸着する。
【０１１３】
次に、この液体３０が洗浄液として被洗浄処理対象部５０へ供給される。図２６に示すように、被洗浄処理対象部５０では、有機物３６等が、液体３０に溶解したオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３，３５や、有機物３６等に吸着した気泡３１に含まれるオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３，３５等によって効率的に分解されることになる。
【０１１４】
この洗浄浄化装置を使用態様Ａとして使用する場合、たとえば浴槽に溜めた湯、雨水、汚水、下水等の各種の液体の浄化に、この洗浄浄化装置を適用することが可能である。また、使用態様Ｂとして使用する場合、たとえば洗濯機や食器洗い機等の各種家電製品、口内洗浄機等の健康家電製品、トイレ等の衛生機器等に使用する水に洗浄液として使用することができる。また、家電製品等の他に、たとえば食品の洗浄や工業製品の製造工程における洗浄等の産業界へ幅広く適用することができる。
【０１１５】
実施の形態５
実施の形態５では、プラズマ発生装置１を用いた洗浄浄化装置の他の例について説明する。図２７に示すように、プラズマ発生装置１を備えた洗浄浄化装置２では、多孔質セラミックス部材６に設けられたガス導入口１０とガス供給部１２との間に、ガス供給部１２から送られるガスをあらかじめプラズマ化するプラズマ発生部１６が配設されている。また、多孔質セラミックス部材６の内側には、誘導電極６１と放電電極６２が配設されている。図２８に示すように、誘導電極６１はセラミック部材６３によって被覆されている。放電電極６２は、セラミック部材６３の表面に配設され、そして、セラミックコート部材６４によって被覆されている。なお、これ以外の構成については実施の形態１において説明したプラズマ発生装置１と同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を省略する。
【０１１６】
次に、上述した洗浄浄化装置２の動作について説明する。まず、ガス供給部１２から、空気をベースとして酸素とアルゴンを含有した所定流量のガスが送られる。次に、ガスは、プラズマ発生部１６において生成されたプラズマによって事前に活性化される。つまり、ガスの一部がプラズマ化される。次に、事前に活性化されたガスは、ガス導入口１０を経て多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４に送り込まれ、多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４が陽圧状態とされて、その内側の領域１４から微細孔を経て多孔質セラミックス部材６の外側の領域１５へ向うガスの流れが形成される。
【０１１７】
次に、誘導電極６１と放電電極６２に所定の高周波電圧を印加することによって、放電電極６２からセラミックコート部材６４の表面に沿って沿面放電が発生する。プラズマ発生部１６において活性化されなかったガスは、この放電によってプラズマ化される。また、事前に活性化されたガスも、この放電によってさらに励起されて、オゾンや酸素ラジカルあるいはＯＨラジカル等の各種のラジカルがより効率よく生成されることになる。
【０１１８】
生成されたオゾンや各種のラジカルは、上述したガスの流れとともに多孔質セラミックス部材６の内側の領域１４から微細孔を流れ、微細孔の外側の開口端ではオゾンや各種のラジカルを含んだ気泡が徐々に成長する。図２９に示すように、成長する気泡は液体３０の流れによってせん断され、微細な気泡３１として開口端から液体３０中へ解き放たれることになる。
【０１１９】
液体３０中に解き放たれた微細な気泡３１は液体３０の隅々にまで拡散する。拡散した微細な気泡３１の一部は、気泡３１に含まれていたオゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等とともに容易に液体３０中に溶解して、オゾン濃度が上昇する。また、一部の気泡３１は、オゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等を含んだ状態で、液体３０中に含まれる有機物３６等に容易に吸着する。さらに、オゾン３４、酸素ラジカル３２，３３およびＯＨラジカル３５等を含んだ気泡３１の一部には、液体３０中に含まれる微細な有機物３６等が吸着する（図２４参照）。
【０１２０】
こうして、液体３０中の有機物３６等は、液体３０に溶解したオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３や、有機物３６等に吸着した気泡３１に含まれるオゾン３４あるいは各種のラジカル３２，３３等によって効率的に分解される。有機物等が分解されて浄化された液体３０は、液体排出口５から配管５２を経て被洗浄処理対象部５０へ戻され、再び使用されることになる。
【０１２１】
また、この洗浄浄化装置２についても、前述した洗浄浄化装置２と同様に、ケース部材６内で液体を洗浄浄化する使用態様（使用態様Ａ）の他に、微細な気泡を拡散させた液体を洗浄液として所定の装置に供給することで、使用態様Ｂとして使用することも可能である（図２５および図２６参照）。
【０１２２】
次に、上述した洗浄浄化装置２による洗浄評価として、色素の脱色分解評価について説明する。まず、試料として、イオン交換水にインディコカルミン（１０ｐｐｍ）を加えた被処理液体（５００ｍｌ）を用意した。洗浄浄化装置２には、ガスとして空気とオゾンを送り込んだ。誘導電極６１と放電電極６２に約数ＫＶ〜１０ＫＶ程度、周波数約数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚ程度の高周波電圧を印加し、オゾンや各種のラジカルを発生させた。発生したオゾンや各種のラジカルを空気とともに、多孔質セラミックス部材６から気泡として被処理液体へ送り込んだ。
【０１２３】
その気泡として、まず、参照用のオゾンを含まないバブル径約３０μｍの気泡（条件１）、オゾンを含んだバブル径ｍｍオーダの気泡（条件２）、バブル径約３０μｍの気泡（条件３）、バブル径約１０μｍの気泡（条件４）をそれぞれ送り込んだ。それぞれの気泡を被処理液体に送り始めてからの経過時間（処理時間）と被処理液体の吸光度の変化を測定した。
【０１２４】
その結果を図３０に示す。図３０は、色素の脱色分解結果を示すグラフであり、横軸は処理時間（分）を表し、縦軸は吸光度を表す。吸光度が低いほど透過率は大きく、これは、有機物である色素の分解が進んだことを示す。まず、参照用の条件１の気泡では、処理時間に対して吸光度はほとんど変化していないことがわかる。これは、条件１の気泡にはオゾンが含まれていないために、色素の分解が進んでいないことを示す。
【０１２５】
一方、オゾンを含んだ条件２，３，４のそれぞれの気泡では、処理時間の経過とともに吸光度が減少しており、色素が分解されていることが確認された。処理時間２分の時点で、条件２の気泡ではバブル径が比較的大きいために、吸光度は当初の値の約半分程度にまでしか減少せず、色素の分解が遅いことがわかる。条件３の気泡では、条件２の気泡の場合よりも、吸光度はさらに低くなり、色素の分解が進んでいることがわかる。そして、条件４の気泡では、吸光度は当初の値から約１／１００程度にまで減少しており、色素の分解がさらに進んでいることがわかる。このように、オゾンを含んだ気泡のバブル径が小さくなるにしたがって、吸光度がより速く減少しており、色素が効率よく分解されることが実証された。
【０１２６】
なお、上述した洗浄浄化装置２における誘導電極６１と放電電極６２を備えた電極構造は、他の実施の形態の洗浄浄化装置にも適用することができる。また、このような電極構造の他に、たとえば、図３１に示すように、線状電極６５をセラミック部材６６によって被覆し、そのセラミック部材６６の外周面にスパイラル状電極６７を配設させた電極構造としてもよい。また、図３２に示すように、セラミック部材６６によって被覆された線状電極６５の周囲に、所定の距離を隔てて、他の線状電極６８ａ，６８ｂ，６８ｃを配設した電極構造としてもよい。このような電極構造とすることで、プラズマを生成するための電極を多孔質セラミック部材６の内側に領域に容易に取り付けることができる。
【０１２７】
また、各実施の形態において説明したプラズマ発生装置１あるいは洗浄浄化装置２では、微細な気泡を発生させるために多孔質セラミックス部材６を例に挙げて説明した（図１、図２２参照）。多孔質セラミックス部材には、細孔径が約０．０１μｍ〜１０μｍ程度の微細孔が形成されている。微細孔の開口端で成長した気泡は液体の流れによってせん断されて液体中へ開放される。微細な気泡の気泡径は、微細孔の細孔径と液体の流速との相関によることが、文献Ｃ（久木崎雅人、鳥越清、「ナノバブルの生成に及ぼすＳＰＧ膜の濡れ性の影響」、宮崎県工業技術センター、宮崎食品開発センター研究報告、２００４、Ｎｏ．４９）に報告されている。
【０１２８】
この文献によれば、微細な気泡の気泡径は、微細孔の細孔径よりも約１桁高い値になるとされる。そうすると、細孔径が約０．０１μｍ〜１０μｍ程度の微細孔に対して、微細な気泡の気泡径は約０．１μｍ〜１００μｍ程度と見積もられることになる。
【０１２９】
また、このような気泡径の気泡を生成する部材としては、微細孔を有する多孔質セラミックス部材に限られず、たとえば気体と液体を隔壁するガラス板などのような適当な部材を用い、この部材に写真製版とエッチングを施すことによって細孔径が約０．０１μｍ〜１０μｍ程度の微細孔を形成したものも適用することが可能である。
【０１３０】
また、各実施の形態に係るプラズマ発生装置（洗浄浄化装置２）１では、ガス供給部１２から供給されるガスとして、空気をベースとして酸素とアルゴンガスを含有したガスを例に挙げて説明したが、より簡便にガスを供給する観点からは、単に大気中の空気を供給するようにしてもよい。
【０１３１】
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１３２】
この発明に係るプラズマ発生装置、ラジカル生成方法および洗浄浄化装置は、オゾンや各種のラジカルを微細な気泡として液体に拡散させることにより液体中の有機物や最菌等を分解させる装置として、あるいは装置に有効に利用される。
【符号の説明】
【０１３３】
１  プラズマ発生装置、２  洗浄浄化装置、３  ケース部材、４  液体導入口、５  液体排出口、６  多孔質セラミックス部材、６ａ  内側表面、６ｂ  外側表面、７  微細孔、７ａ  開口端、８  外側シール部材、９  内側シール部材、１０  ガス導入口、１１  配管、１２  ガス供給部、１３  プラズマ電源部、１４  内側領域、１５  外側領域、２１  線状電極、２２  円筒状電極、２２ａ  オーバーハング部、２３  内側円筒状電極、２４  外側円筒状電極、２５，２６  平面状電極、３０  液体、３１  気泡、３２，３３  酸素ラジカル、３４  オゾン、３５  ＯＨラジカル、３６  有機物、４１，４２  放電、５０  被洗浄対象部、５１，５２  配管、６１  誘電電極、６２  放電電極、６３  セラミック部材、６４  セラミックコート部材、６５  線状電極、６６  セラミック部材、６７  スパイラル状電極、６８ａ，６８ｂ，６８ｃ  線状電極。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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