(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給口及び液体排出口が設けられ、液体の一部を滞留させる形状を有する処理槽と、
前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体をプラズマ処理するプラズマ発生装置と、を備え、
前記液体供給口からの新たな液体の供給および前記液体排出口からの前記液体の排出を停止した状態で、前記プラズマ発生装置は前記処理槽内の液体をプラズマ処理をし、
前記プラズマ処理の後で、前記液体排出口から前記液体の一部を排出し、前記液体供給口から前記処理槽に新たな液体を供給し、前記新たな液体と、前記処理槽中のプラズマ処理された液体を混合した液体に、前記プラズマ発生装置は、さらに、プラズマ処理を行う、
液体処理ユニット。
【請求項２】
前記液体供給口からの新たな液体の供給および前記液体排出口からの前記液体の排出を停止した状態にする前に、前記液体供給口から前記処理槽に液体を供給して、前記処理槽内に液体が存在する状態にする、
請求項１に記載の液体処理ユニット。
【請求項３】
前記液体排出口から前記液体の一部を排出し、前記液体供給口から前記処理槽に新たな液体を供給し、前記新たな液体と、前記処理槽中のプラズマ処理された液体を混合した液体に、さらに、プラズマ処理を行う際に、前記液体排出口から排出される液体の量は、前記処理槽の容積以上である、
請求項１または２に記載の液体処理ユニット。
【請求項４】
前記液体排出口は、当該処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する、
請求項１から３のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
【請求項５】
前記プラズマ発生装置は、前記処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する気泡
を発生させる、
請求項４に記載の液体処理ユニット。
【請求項６】
前記液体排出口から前記液体供給口への循環流路と、分配部とをさらに備え、
前記分配部は、前記処理槽から排出した液体のうち、一部を前記循環流路を経由して前
記処理槽に還流させる、
請求項１から５のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
【請求項７】
前記処理槽より上流側または下流側の流路に設けられ、液体及び気体の混合体から気体
を抽出し外部に放出する気液分離器をさらに備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
【請求項８】
前記プラズマ発生装置は、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、
前記第１の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と
前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、
前記空間に気体を供給する気体供給装置と、
を備える、
請求項１から７のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
【請求項９】
前記電源は、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気
体によって覆われた状態で、電圧を印加する、
請求項８に記載の液体処理ユニット。
【請求項１０】
前記プラズマ発生装置は、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、
前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、
前記第１の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と
前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、を備える、
請求項１から９のいずれかに記載の液体処理ユニット。
【請求項１１】
前記電源は、電圧を印加することによって、前記空間内の液体を気化させて気体を生成
し、かつ、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気体に
よって覆われた状態で、電圧を印加する、
請求項１０に記載の液体処理ユニット。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される洗浄ノズルと、
を備える、
洗浄便座。
【請求項１３】
ユーザから洗浄を指示する入力を受け付けるように構成された入力部、
をさらに備え、
前記入力部からの入力を受け付ける前に、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止した状態で、かつ、前記流路を液体が循環する状態で、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、
前記入力部からの入力に基づいて、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗浄ノズルに排出する、
請求項１２に記載の洗浄便座。
【請求項１４】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される洗濯槽と、を備える、
洗濯機。
【請求項１５】
ユーザから洗濯開始を指示する入力を受け付けるように構成された入力部をさらに備え
、
前記入力部からの入力に基づき前記液体の供給及び前記液体の排出を停止した状態で、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、
前記液体が処理された後に、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗濯槽に排出する、
請求項１４に記載の洗濯機。
【請求項１６】
請求項１から１１のいずれかに記載の液体処理ユニットと、
前記処理槽から排出される液体が供給される給水口とを備える液体処理装置であって、
水浄化装置、空調機、加湿器、電気剃刀洗浄器、食器洗浄器、水耕栽培用処理装置およ
び養液循環装置の群から選ばれる、
液体処理装置。
【請求項１７】
前記液体排出口から排出した液体のうち、一部を前記液体供給口へ還流させる循環流路を、さらに備える、
請求項１から１１のいずれか一項に記載の液体処理ユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体処理ユニット、洗浄便座、洗濯機および液体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染水等の液体を、プラズマを用いて処理する殺菌装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示される殺菌装置は、処理槽内の液体中に高電圧電極と接地電極を所定の間隔を設けて配置している。このように構成された殺菌処理装置は、両方の電極に高電圧パルスを印加して放電を行い、瞬間沸騰現象により生じた気泡内でプラズマを発生させることにより、ＯＨ、Ｈ、Ｏ、Ｏ２-、Ｏ-等のラジカル、およびＨ２Ｏ２を生成し、微生物や細菌を殺菌している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４７８４６２４号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来の構成の装置においては、液体の処理効率に問題があった。
【０００５】
本開示は、効率よく液体を処理する液体処理ユニット、洗浄便座、洗濯機および液体処理装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットは、液体供給口及び液体排出口が設けられ、液体の一部を滞留させる形状を有する処理槽と、前記処理槽内に液体が存在する状態で前記処理槽への液体の供給及び前記処理槽からの液体の排出を所定時間にわたって停止する制御装置と、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止している間、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理するプラズマ発生装置と、を備え、前記制御装置は、前記液体が処理された後に前記処理槽へ液体の供給を再開し、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を排出する。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る液体処理ユニット、洗浄便座、洗濯機および液体処理装置によれば、効率よく液体を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本開示の実施の形態１に係る液体処理ユニットの全体構成の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、本開示の実施の形態１に係る液体処理ユニットの変形例の全体構成の一例を示す概略図である。
【図３】図３は、処理槽の構成の一例を示す断面図である。
【図４】図４は、制御装置が実行するステップの一例を示すフローチャートである。
【図５】図５は、本開示の実施の形態１に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置の第１の電極及びその周辺構成の変形例を示す概略図である。
【図６】図６は、本開示の実施例１に係る液体処理ユニットの実施例における、サンプリング時間と除菌率との関係を示す図である。
【図７】図７は、参考例において、処理する液体として黄色ブドウ球菌溶液を用いた場合における、サンプリング時間と除菌率との関係を示すグラフである。
【図８】図８は、参考例において、処理する液体として大腸菌溶液を用いた場合における、サンプリング時間と除菌率との関係を示すグラフである。
【図９】図９は、本開示の実施の形態２に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置の第１の電極の先端部分及びその周辺構成の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施の形態３に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置の第１の電極及びその周辺の構成の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示に係る一形態を得るに至った経緯）
前述の「背景技術」の欄で説明したように、特許文献１の殺菌装置は、高圧電極と接地電極を処理槽内の液体に配置して構成される。このように構成された殺菌装置は、瞬間沸騰現象を用いて瞬間的に液体を気化し、高電圧電極と接地電極との間で放電することにより、プラズマを発生させる。そして、殺菌装置は、プラズマにより生成されたラジカルが液体中の菌と衝突することにより、液体処理を行っている。
しかし、従来の殺菌装置は、液体中を漂う菌にラジカルを衝突させることが難しかった。例えば、液体を処理槽内に供給しながら排出を行うことによって、連続的に液体を処理する場合、処理槽を１度通過するときの除菌効率を上げることは難しいという課題を有していた。すなわち、従来の装置では、液体中に生成されたラジカルを、液体中を移動する菌に効率良く衝突させることができず、短時間で液体の処理を行うことができないという課題を有していた。
そこで、本発明者らは、このような従来技術の課題に鑑み、新規な液体処理装置を想到した。本開示の一態様である液体処理装置は以下のとおりである。
【００１０】
本開示の一態様（ａｓｐｅｃｔ）に係る液体処理ユニットは、液体供給口及び液体排出口が設けられ、液体の一部を滞留させる形状を有する処理槽と、前記処理槽内に液体が存在する状態で前記処理槽への液体の供給及び前記処理槽からの液体の排出を所定時間にわたって停止する制御装置と、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止している間、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理するプラズマ発生装置と、を備え、前記制御装置は、前記液体が処理された後に前記処理槽へ液体の供給を再開し、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を排出する。
【００１１】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットによれば、停止するステップにおいてプラズマ処理された液体の一部は、処理槽内に新たに液体が供給されるとともに処理槽から液体が排出されるステップにおいて、処理槽の形状に起因して処理槽内に滞留しているため、新たに供給された液体と混ざった状態で接触する。滞留している液体中には、プラズマにより生成されたラジカルが残存する。すなわち、新たに供給され処理槽を通過する液体と滞留した液体中のラジカルとが接触することにより、除菌効果を有する液体を持続的に得ることができる。また、例えば、処理槽内に菌類及び／又は有機物を含む液体が供給される場合には、処理槽に残留するラジカルによって、液体中の菌類が除菌、及び／又は液体中の有機物が分解される。
【００１２】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記制御装置は、さらに、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止する前に前記処理槽に液体を供給して、前記処理槽内に液体が存在する状態にしてもよい。
【００１３】
処理槽に液体を供給するステップによって、処理槽内に液体が存在する状態が形成される。
【００１４】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記プラズマ発生装置は、さらに、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を排出する間、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させてもよい。
【００１５】
停止するステップに加えて、供給しながら排出するステップにおいても、処理槽内の液体中にプラズマが発生する。これにより、供給しながら排出するステップにおいて、新たに供給された液体は、新たに発生させたプラズマによって生成されたラジカルとも接触する。これにより、除菌効果が向上する。
【００１６】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を排出する間に、前記処理槽から排出される液体の量は、前記処理槽の容積以上であってもよい。
生成されたラジカルが、処理槽中に一部残留することにより、新たに供給された液体は、処理槽中に既に生成されたラジカルと接触することできる。
【００１７】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットは、例えば、当該処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する液体排出口をさらに備えてもよい。
処理槽の液体排出口の断面は、処理槽の内部空間の断面よりも小さい形状を有しているため、液体の供給または排出時に一部の液体が処理槽内に滞留する。これにより、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを、接触させることができる。
【００１８】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽の内部空間の断面よりも小さい断面を有する気泡を発生させてもよい。
プラズマ発生装置から発生する気泡の断面が、処理槽の内部空間の断面よりも小さい形状を有しているため、気泡が排出される際に、液体が巻き込まれて排出されることを抑制することができる。すなわち、液体の排出時に一部の液体を処理槽内に滞留させることができる。この形状により、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを、接触させることができる。
【００１９】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットは、例えば、前記液体排出口から前記液体供給口への循環流路と分配部とをさらに備え、前記分配部は、前記処理槽から排出した液体のうち、一部を前記循環流路を経由して前記処理槽に還流させる分配部をさらに備えてもよい。
分配部は、処理槽から排出される液体の一部を処理槽に還流する。還流される液体中にはラジカルが存在するため、この還流液体中のラジカルにより、新たに供給される液体を処理することができる。
【００２０】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットは、例えば、前記処理槽より上流側または下流側の流路に設けられ、液体及び気体の混合体から気体を抽出し外部に放出する気液分離器をさらに備えてもよい。
気液分離器を備えるため、処理槽へ供給される液体の流量または、処理槽から排出される液体の流量を実質的に増加させることができる。
【００２１】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内に少なくとも一部が配置され、第１の電極と、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、前記第１の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、前記空間に気体を供給する気体供給装置と、を備えてもよい。例えば、前記電源は、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気体によって覆われた状態で、電圧を印加してもよい。
これにより、プラズマ発生装置が、残留時間の長いラジカルを生成することができる。したがって、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを接触させることができる。例えば、処理槽に新たに供給される液体が菌及び／又は有機物を含む場合、残留したラジカルと液体中の菌及び／又は有機物とを効率よく衝突させることができる。
【００２２】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットにおいて、例えば、前記プラズマ発生装置は、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、前記第１の電極の周囲に空間を形成して配置された絶縁体であって、前記処理槽内部と前記空間を連通する開口部を有する絶縁体と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加する電源と、を備えてもよい。例えば、前記電源は、電圧を印加することによって、前記空間内の液体を気化させて気体を生成し、かつ、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が、前記気体によって覆われた状態で、電圧を印加してもよい。
これにより、プラズマ発生装置が、残留時間の長いラジカルを生成することができる。したがって、新たに供給された液体と、既にプラズマ処理された液体とを接触させることができる。例えば、処理槽に新たに供給される液体が菌及び／又は有機物を含む場合、残留したラジカルと液体中の菌及び／又は有機物とを効率よく衝突させることができる。
【００２３】
本開示の一態様に係る洗浄便座は、例えば、上記液体処理ユニットと、前記処理槽から排出される液体が供給される洗浄ノズルと、を備える。
【００２４】
本開示の一態様に係る洗浄便座は、例えば、ユーザから洗浄を指示する入力を受け付けるように構成された入力部、をさらに備え、前記制御装置は、前記入力部からの入力を受け付ける前に、前記液体の供給及び前記液体の排出を停止し、前記プラズマ発生装置は、少なくとも前記液体の供給及び前記液体の排出を停止している間、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、前記制御装置は、前記入力部からの入力に基づいて、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗浄ノズルに排出してもよい。
【００２５】
本開示の一態様に係る洗濯機は、例えば、上記液体処理ユニットと、前記処理槽から排出される液体が供給される洗濯槽と、を備える。
【００２６】
本開示の一態様に係る洗濯機は、例えば、ユーザから洗濯開始を指示する入力を受け付けるように構成された入力部をさらに備え、前記制御装置は、前記入力部からの入力に基づき前記液体の供給及び前記液体の排出を停止し、前記プラズマ発生装置は、少なくとも前記液体の供給及び前記液体の排出を停止している間、前記処理槽内の液体中にプラズマを発生させて前記液体を処理し、前記制御装置は、前記液体が処理された後に、前記処理槽内に前記処理された液体の一部を滞留させながら液体を前記洗濯槽に排出してもよい。
【００２７】
本開示の一態様に係る液体処理装置は、例えば、上記液体処理ユニットと、前記処理槽から排出される液体が供給される給水口とを備える液体処理装置であって、水浄化装置、空調機、加湿器、電気剃刀洗浄器、食器洗浄器、水耕栽培用処理装置および養液循環装置の群から選ばれる。
【００２８】
本開示の一態様に係る液体処理ユニットは、例えば、液体供給口及び液体排出口が設けられ、液体の一部を滞留させる形状を有する処理槽と、前記処理槽内に液体が存在する状態で、前記液体中にプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、前記液体排出口から前記液体供給口への循環流路と、前記処理槽から排出した液体のうち、一部を前記循環流路を経由して前記処理槽に還流させる分配部と、を備える。
【００２９】
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図において、同一又は相当部分には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
なお、以下で説明される実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置、接続形態、ステップおよびステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、複数のステップは、時間的に別々に実行されてもよいし、同時に実行されてもよい。また、各ステップの間に他のステップが挿入されてもよい。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
【００３０】
（実施の形態１）
＜液体処理ユニット＞
図１は、実施の形態１に係る液体処理ユニット１００の概略構成の一例を示すブロック図である。図２は、本開示の実施の形態１の変形例に係る液体処理ユニット１００ａの全体構成の一例を示す概略図である。
実施の形態１に係る液体処理ユニット１００は、液体が滞留する処理槽１０１と、処理槽１０１に液体を供給する液体供給口１０７と、処理槽１０１から液体を排出する液体排出口１０８と、プラズマ発生装置１０２と、処理槽１０１から排出する液体及び処理槽１０１に供給する液体のそれぞれの流量を制御する制御装置１１８と、を備える。プラズマ発生装置１０２は、処理槽１０１の少なくとも一部の領域の液体中にプラズマを発生させる。プラズマ発生装置１０２は、第１の電極１０３と、第２の電極１０４と、電源１０５と、を備える。この液体処理ユニット１００は、処理槽１０１で液体を滞留させながら、プラズマ発生装置１０２によって処理槽１０１内の液体中にプラズマを発生させ、生成したラジカルにより滞留させた液体を処理する。また、処理槽１０１から処理済の液体の一部を排出しながら、新たな液体を処理槽１０１に供給する場合にも、処理槽１０１の形状に起因して、処理済みの液体が滞留している。このため、新たに供給された液体と処理済みの液体とが混ざり合うようにすることができる。これによって、処理済みの液体に含まれる残留時間の長いラジカルを有効に利用して新たに供給された液体を処理できる。
なお、「処理槽から排出する液体及び処理槽に供給する液体のそれぞれの流量を制御する」とは、処理槽から液体を排出するモードと、処理槽から液体を排出しないモードとを選択的に切り替えることができ、かつ、処理槽へ液体を供給するモードと、処理槽へ液体を供給しないモードとを選択的に切り替えることができるものをも含む。すなわち、制御装置は、処理槽から液体を排出するか否か、及び処理槽へ液体を供給するか否かを制御可能であればよい。
【００３１】
なお、この液体処理ユニット１００は、図２に示すように、さらに、処理槽１０１の流路の途中に気液分離器１１６を有してもよい。また、液体処理ユニット１００は、分配部１０６を備えてもよい。分配部１０６は、処理槽１０１から液体排出口１０８への途中に設けられ、処理槽１０１から分配部１０６への流路を流通する液体のうち、液体排出口１０８を介して排出する液体と、処理槽１０１へ還流させる液体との分配比を制御する。また、分配部１０６は、処理済みの液体の一部を処理槽１０１に還流させる。この還流させる液体中には残留時間の長いラジカルが存在するので、液体処理ユニット１００は、このラジカルによって液体供給口１０７から新たに供給される液体を処理することができる。
また、液体処理ユニット１００は、分配部１０６を備える場合に、処理槽１０１から分配部１０６の途中に、液体を一定方向に循環させるポンプ１１７をさらに備えてもよい。液体処理ユニット１００は、液体供給口１０７付近に、処理槽１０１に液体１１３を供給するポンプ１１２を備えてもよい。また、液体処理ユニット１００は、処理槽１０１内の液体の流量を制御する制御装置１１８を備えてもよい。
なお、「液体排出口を介して排出する液体と、処理槽に還流させる液体との分配比を制御する」とは、処理槽の液体を排出させないモードと、分配部に流入する液体から、予め設定された分配比で、一部の液体を排出させるモードと、を選択的に切り替えるものをも含む。すなわち、分配部は、処理槽から流入した液体のうち、一部を処理槽に還流させ、残部を液体排出口を介して排出させることが可能であればよい。
【００３２】
以下に、この液体処理ユニット１００を構成する構成部材の一例について説明する。
＜処理槽＞
図３は、処理槽１０１の構成の一例を示す断面図である。処理槽１０１は、液体を滞留可能な形状を有する。処理槽１０１は、処理槽１０１に液体を供給する液体供給口１０７と、処理槽１０１から液体を排出する液体排出口１０８とを備える。図３に示される例では、処理槽１０１に設けられた液体排出口１０８の断面（図３中のＡ）は、処理槽１０１の内部空間の断面（図３中のＢ）よりも小さい。この形状により、図３に示される処理槽１０１は、液体の供給および／または排出時に一部の液体を処理槽１０１内に滞留させることができる。プラズマ発生装置１０２が気泡１０９を発生させる場合、処理槽１０１の内部空間の断面（図３中のＢ）は、気泡１０９の断面（図３中のＣ）よりもおおきくてもよい。これにより、処理槽１０１から気泡１０９が排出される際に、液体が巻き込まれて排出されることを抑制することができる。すなわち、液体の排出時に、一部の液体を処理槽１０１内に滞留させることができる。
なお、液体処理ユニット１００は、分配部１０６を備える場合に、さらに、処理槽１０１から液体排出口１０８への途中に、液体を一定方向に循環させるポンプ１１７を備えてもよい。液体を循環する方法はポンプ１１７に限らない。さらに、液体処理ユニット１００は、液体供給口１０７付近に、処理槽１０１に液体１１３を供給するポンプ１１２を備えてもよい。処理槽１０１は、液体と反応しない材料であればよい。処理槽１０１は、例えば、ガラス、プラスチック、シリコーンまたは金属等の素材からなるものを使用できる。
本開示において、「処理槽の内部空間の断面」とは、処理槽内を通過する液体の流向に垂直な断面を意味する。また、「一部の液体を処理槽内に滞留させることができる形状」は、例えば、処理槽の内部空間の断面のうち最大のものが、液体排出口の断面よりも大きい形状であってもよい。
【００３３】
＜プラズマ発生装置＞
プラズマ発生装置１０２は、処理槽１０１の少なくとも一部の領域の液体中にプラズマを発生させる。これにより、液体中に残留時間の長いラジカルが生成され、処理槽１０１に滞留する液体が処理される。また、プラズマ発生装置１０２は、処理槽１０１の複数箇所に設けられてもよい。プラズマ発生装置１０２は、処理槽１０１のうち液体供給口１０７に近接する側、あるいは、液体排出口１０８に近接する側に設けられてもよい。このプラズマ発生装置１０２は、例えば、処理槽１０１内に少なくとも一部が配置される第１の電極１０３と、処理槽１０１内に少なくとも一部が配置される第２の電極１０４と、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に電圧を印加する電源１０５と、を備えてもよい。
【００３４】
＜第１の電極＞
第１の電極１０３は、処理槽１０１内に少なくとも一部が配置されていればよい。第１の電極１０３の配置は、処理槽１０１内であれば、特に制限はない。第１の電極１０３は、例えば、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる１又は複数の金属を含む合金などの材料から形成される。さらに、電極寿命を長くするために、第１の電極１０３の表面の一部に、導電性物質を添加した酸化イットリウムが溶射されてもよい。導電性物質が添加された酸化イットリウムは、例えば１〜３０Ωｃｍの電気抵抗率を有する。第１の電極１０３の形状は、例えば、処理槽１０１に面する一端が開口している筒状（例えば、円筒状）であってもよい。ただし、第１の電極１０３は、この形状に限定されない。
【００３５】
＜第２の電極＞
第２の電極１０４は、処理槽１０１に少なくとも一部が配置されていればよい。第２の電極１０４の配置は、処理槽１０１内であれば、特に制限はない。第２の電極１０４は、導電性の金属材料から形成されていればよい。第２の電極１０４は、例えば、第１の電極１０３と同様に、鉄、タングステン、銅、アルミニウム、白金、又はそれらの金属から選ばれる１又は複数の金属を含む合金などの材料から形成される。
【００３６】
＜電源＞
電源１０５は、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に配置されている。電源１０５は、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。交流電圧の周波数は、例えば、１ｋＨｚ以上であればよい。また、電源１０５は、正のパルス電圧と負のパルス電圧を交互に印加する、いわゆるバイポーラパルス電圧を印加してもよい。バイポーラパルス電圧を使用することにより、電極の寿命を長くすることができる。
【００３７】
＜気液分離器＞
この液体処理ユニット１００は、図２に示すように、処理槽１０１から分配部１０６への流路の途中に気液分離器１１６を有してもよい。この気液分離器１１６は、流路中の液体及び気体からなる混合体から気体を抽出し外部に放出する。これによって、処理槽１０１に還流する液体の実質的な流量を増加させることができる。
【００３８】
＜制御装置＞
この液体処理ユニットは、処理槽１０１から排出する液体及び処理槽１０１に供給する液体のそれぞれの流量を制御する制御装置１１８を備えてもよい。この制御装置１１８が実行するステップを含むフローチャートの一例を図４に示す。なお、以下に示す第１のステップ（Ｓ１）から第３のステップ（Ｓ３）は、一連の（連続した）液体処理ステップを示している。
第１のステップ（Ｓ１）では、処理槽１０１に液体供給口１０７を介して液体を供給する。ただし、既に処理槽１０１内に一定量以上の液体が存在する場合は、当該第１のステップは省略してもよい。
第１のステップの後、または、処理槽１０１内に一定量以上の液体が存在する状態で実行される第２のステップ（Ｓ２）では、処理槽１０１への液体供給口１０７を介した液体の供給と、処理槽１０１から液体排出口１０８を介した液体の排出とを停止する。例えば、第１のステップにおいて供給された液体は、処理槽１０１内に所定時間にわたって留まる。第２のステップが実行される時間は、生成するラジカルの残留時間の長さ、処理槽の容積、液体中の菌及び／又は有機化合物の種類および量、ならびに、その後の第３のステップにおいて供給する液体の流量、などに応じて適宜設定される。
【００３９】
第２のステップの後、第３のステップ（Ｓ３）では、処理槽１０１に液体供給口１０７を介して液体を供給しながら、処理槽１０１から液体排出口１０８を介して処理槽１０１内に滞留する液体の一部を排出する。このとき、液体の供給を開始するタイミングと、液体の排出を開始するタイミングと、は完全に一致していなくてもよい。また、供給または排出する液体の流量や第３のステップが実行される時間は、生成されるラジカルの残留時間の長さ、処理槽の容積、液体中の菌及び／又は有機化合物の種類および量、などに応じて適宜設定される。
この場合、第２のステップにおいて、プラズマ発生装置１０２が処理槽１０１内の液体中にプラズマを発生させることによって、ラジカルを生成して、液体を処理する。
なお、第３のステップにおいて所定量の液体を排出した後、再度第２のステップ及びその後の第３のステップが実行されてもよい。さらに、第２のステップ及び第３のステップが繰り返して実行されてもよい。
なお、本開示において「処理槽へ液体の供給を再開する」という場合、再開後に処理槽に供給される液体は、それ以前に処理槽に供給された液体と同種の液体であってもよいし、異なる液体であってもよい。例えば、第１のステップにおいて処理槽に供給される液体が純粋または水道水であって、第３のステップにおいて処理槽に供給される液体が菌および／または有機物を含む汚染水であってもよい。
【００４０】
プラズマ発生装置１０２は、第２のステップに加えて、第１のステップ及び／又は第３のステップにおいて、処理槽１０１内の液体中にプラズマを発生させてもよい。第２のステップに加えて、例えば、第３のステップにおいても処理槽１０１内の液体中にプラズマを発生させることにより、第３のステップにおいて新たに供給された液体は、第３のステップにおいて発生させたプラズマによって新たに生成されたラジカルとも接触できる。これにより、除菌率が向上する。
また、当該制御装置は、第３のステップにおいて、処理槽１０１の容積以上の液体を排出してもよい。処理槽１０１の容積以上の液体を排出する場合、排出される液体中には、当該第３のステップにおいて新たに供給された液体も必ず含まれる。プラズマによって生成されたラジカルの残留時間が長い場合、第３のステップにおいて新たに供給された液体はラジカルとより多く接触することできるため、十分に除菌された状態で液体を排出することができる。
【００４１】
また、この制御装置１１８は、第１のステップまたは第３のステップの実行によって供給された液体の少なくとも一部を、分配部１０６を介して処理槽１０１内に還流させてもよい。
この制御装置１１８は、第１のステップにおいて処理槽１０１に液体を供給し、第２のステップにおいて当該液体を処理槽１０１内に留めた状態でプラズマ処理する。プラズマにより生成されたラジカルを含む活性種によって、処理槽１０１内の液体中に存在する菌類が除菌される、及び／又は、処理槽１０１内の液体中に存在する有機物が、分解される。また、一部のラジカルは液体中に残存する。第３のステップにおいて処理槽１０１内に新たに液体が供給されるとともに処理槽から液体を排出すると、第２のステップにおいてプラズマ処理された液体の一部は、処理槽１０１の形状に起因して処理槽１０１内に滞留している。すなわち、処理槽１０１内には、第２のステップにおいてプラズマ処理された液体の一部と、当該新たに供給された液体とが混ざった状態で接触する。前述のとおり、滞留した液体中には、プラズマにより生成されたラジカルが残存する。すなわち、新たに処理槽１０１に供給される液体と、処理槽１０１内に滞留した液体中のラジカルとが接触することにより除菌効果を発揮する。
なお、上記第１のステップから第３のステップは、制御装置１１８が直接実行してもよく、制御装置１１８からの指示に基づいて間接的に実行されてもよい。例えば、処理槽１０１に液体供給口１０７を介して液体を供給する場合、制御装置１１８は、液体供給口１０７に設けられたポンプ１１２を作動させることによって、処理槽１０１に液体を供給してもよい。例えば、制御装置１１８が、処理槽１０１から液体排出口１０８を介して液体を排出させることによって、処理槽１０１内の圧力の変化に応じて、排出量と同程度の量の液体が、液体供給口１０７を介して処理槽１０１に供給されてもよい。例えば、制御装置１１８が、処理槽１０１に液体供給口１０７を介して液体を供給させることによって、処理槽１０１内の圧力の変化に応じて、供給量と同程度の量の液体が、処理槽１０１から液体排出口１０８を介して排出されてもよい。
【００４２】
＜分配部＞
この液体処理ユニット１００は、分配部１０６を備えてもよい。分配部１０６は、処理槽１０１の外部において液体排出口１０８から液体供給口１０７へ向かう循環流路に設けられる。分配部１０６は、液体排出口１０８を介して処理槽１０１から排出した液体のうち、液体処理ユニット１００の排出部を介して排出する液体と、液体供給口１０７から処理槽１０１へ還流される液体と、の分配比を制御する。分配部１０６は、例えば、分配弁によって実現できる。
【００４３】
（プラズマ発生装置の変形例）
次に、実施の形態１に係る液体処理ユニット１００において、プラズマ発生装置１０２を構成する第１の電極１０３ａ及びその周辺構成の変形例について説明する。
図５は、プラズマ発生装置１０２を構成する第１の電極１０３ａ及びその周辺構成の変形例を示す断面図である。図５に示すように、第１の電極１０３ａは、一端側に電極部１２１を、他端側に支持部１２２を備える。電極部１２１は、処理槽１０１内に配置される。支持部１２２は、保持ブロック１２０に接続固定されると共に、電源１０５に接続される。支持部１２２は、例えば、金属ネジであってもよい。電極部１２１は、例えば、円柱状の導電体からなる。円柱状とは、例えば、電極部１２１の一端から他端までの径が実質的に変わらない形状である。このような形状とすることにより、例えば、針状のように、端に向かうほど細くなり最端部では実質的な厚みが無い形状に比べて、先端部への過度な電界の集中を抑制でき、使用による劣化を抑制できる。また、電極部１２１との間に空間１２４を形成するように絶縁体１２８が設けられている。絶縁体１２８には処理槽１０１内に配置される一端側に開口部１２５が設けられている。さらに、支持部１２２は、内部に貫通孔１２３が設けられている。貫通孔１２３には気体供給装置（図示せず）が接続されている。気体供給装置から供給される気体１２９が貫通孔１２３を介して空間１２４に供給される。空間１２４に気体１２９が供給されると、開口部１２５を介して液体中に気泡１０９が発生する。
【００４４】
第１の電極１０３ａにおいて、電極部１２１と支持部１２２は、異なるサイズで、かつ、異なる材料の金属電極から形成されていてもよい。一例として、電極部１２１は直径０．９５ｍｍで、材料はタングステンを用い、支持部１２２は直径３ｍｍで、材料は鉄を用いてもよい。ここで、電極部１２１の直径は、プラズマが発生する直径であればよく、例えば、直径２ｍｍ以下にしてもよい。また、電極部１２１の材料は、タングステンに限られるものではなく、他の耐プラズマ性の金属材料を用いてもよい。電極部１２１の材料は、例えば、耐久性は悪化するが、銅、アルミニウム、鉄またはそれらの合金を用いてもよい。さらに、電極部１２１の表面の一部に、導電性物質を添加した酸化イットリウムが溶射されてもよい。導電性物質が添加された酸化イットリウムは、例えば１〜３０Ωｃｍの電気抵抗率を有する。この酸化イットリウムの溶射により、電極寿命が長くなるという効果が得られる。一方、支持部１２２の直径は３ｍｍに限られるものではなく、その寸法は電極部１２１の直径よりも大きいものであればよい。支持部１２２の材料は、加工のし易い金属材料であって、例えば、典型的なネジに用いられている材料である、銅、亜鉛、アルミニウム、錫及び真鍮等であってもよい。第１の電極１０３ａは、例えば、電極部１２１を支持部１２２に圧入することによって一体化させて形成することができる。このように、電極部１２１の部分にプラズマ耐性の高い金属材料が用いられ、支持部１２２に加工し易い金属材料が用いられることにより、プラズマ耐性を有しながら製造コストの低い、安定した特性の第１の電極１０３ａを実現できる。
【００４５】
支持部１２２には、気体供給装置（図示せず）に通じる貫通孔１２３を設けることができる。貫通孔１２３は空間１２４とつながっており、気体供給装置からの気体１２９が貫通孔１２３を介して空間１２４に供給される。そして、この貫通孔１２３から供給された気体１２９によって、電極部１２１が覆われる。ここで、貫通孔１２３が１個の場合、図２に示すように電極部１２１の重力方向に向かって下側から気体１２９が供給されるように支持部１２２に貫通孔１２３を設けると、電極部１２１が気体１２９で覆われ易くなる。さらに、貫通孔１２３の数は２個以上あると、貫通孔１２３での圧損を抑制できる。なお、貫通孔１２３の直径は、例えば０．３ｍｍである。
【００４６】
支持部１２２の外周には、ネジ部１２６を設けられてもよい。例えば、支持部１２２の外周のネジ部１２６が雄ネジとすると、保持ブロック１２０に雌ネジのネジ部１２７を設けられてもよい。これにより、ネジ部１２６、１２７を螺合して第１の電極１０３ａを保持ブロック１２０に固定することができる。また、支持部１２２を回転させることで、絶縁体１２８に設けられた開口部１２５に対する電極部１２１の端面の位置を正確に調整することができる。さらに、電源１０５と第１の電極１０３ａとは、ネジ部１２６を介して接続固定できる。これにより、電源１０５と第１の電極１０３ａの接触抵抗が安定化し、第１の電極１０３ａの特性が安定化しうる。また、気体供給装置（図示せず）と第１の電極１０３ａとがネジ部１２６を介して接続固定される場合、気体供給装置との接続も確実にできる。このような工夫は、実用化する際の防水対策や安全対策につながる。
なお、電極部１２１を保持する方法はこれに限定されない。電極部１２１と絶縁体１２８との間に空間１２４を形成し、空間１２４に気体１２９を供給して、絶縁体１２８が有する開口部１２５から液体中に気流を形成できるような構成であればよい。
【００４７】
電極部１２１の周囲には、例えば内径１ｍｍの絶縁体１２８が配置されており、電極部１２１と絶縁体１２８との間には空間１２４が形成されている。空間１２４には、気体供給装置から気体１２９が供給され、この気体１２９によって電極部１２１が覆われる。したがって、電極部１２１の外周は、電極の金属が露出しているにもかかわらず、液体に直接接触しないようになっている。さらに、絶縁体１２８には開口部１２５が設けられており、開口部１２５は処理槽１０１内の液体中に気泡１０９を発生させるときに、気泡１０９の大きさを決定する機能を有する。なお、絶縁体１２８は、例えば、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化イットリウム、絶縁性のプラスチック、ガラス、または石英などの材料から形成されていてもよい。
【００４８】
絶縁体１２８の開口部１２５は、処理槽１０１の内部に配置され、液体中に存在する位置にあればよい。すなわち、図２で示すように、絶縁体１２８の端面に設けられているが、絶縁体１２８の側面に設けられてもよい。また、開口部１２５は絶縁体１２８に複数設けられてもよい。開口部１２５の直径は、一例として、１ｍｍである。
【００４９】
第２の電極１０４は、特に制限はないが、導電性の金属材料である、例えば、銅、アルミニウムまたは鉄等を用いて形成してもよい。
【００５０】
気体供給装置としては、例えば、ポンプ等を用いることができる。供給される気体１２９は、例えば、空気、Ｈｅ、Ａｒ、またはＯ２等が用いられる。気体の流量は、特に制限はないが、例えば、０．５リットル／ｍｉｎ〜２．０リットル／ｍｉｎの範囲から選択されてもよい。
【００５１】
電源１０５は、第１の電極１０３ａと第２の電極１０４との間にパルス電圧又は交流電圧を印加する。
【００５２】
（ラジカルの生成について）
図５に示した変形例によるプラズマ発生装置１０２におけるラジカルの生成について説明する。
気体供給装置（図示せず）は、処理槽１０１内に液体が存在する状態で、第１の電極１０３ａと絶縁体１２８との間の空間に気体１２９を供給する。供給された気体１２９は、絶縁体１２８の開口部１２５を介して処理槽１０１内の液体中に放出される。このとき、液体中に、第１の電極１０３ａの電極部１２１を覆う柱状の気泡が形成される。この気泡は、絶縁体１２８の開口部１２５から一定距離（例えば１０ｍｍ以上）にわたって途切れることのない、単一の大きな気泡である。すなわち、供給された気体１２９は、第１の電極１０３ａの電極部１２１と絶縁体１２８との間の空間１２４に流れるため、第１の電極１０３ａの電極部１２１は、常に気体１２９で覆われた状態となる。このとき、第１の電極１０３ａの電極部１２１の表面は、液体に直接接触しない状態となる。
なお、本開示において、「第１の電極の表面が液体に直接接触しない」とは、第１の電極の表面が、処理槽内の大きな塊としての液体と接触しないことをいう。したがって、例えば、第１の電極の表面が液体に濡れていて（すなわち、厳密には第１の電極の表面が液体と接触していて）、その表面を気泡内の気体が覆っている状態も「第１の電極の表面が液体に直接接触しない」状態に含まれる。このような状態は、例えば、第１の電極の表面が液体で濡れている状態で、気泡を発生させたときに生じうる。
【００５３】
上記のとおり、第１の電極１０３ａの電極部１２１の表面、つまり、導電体露出部分が気泡に覆われた状態に達した後に、電源１０５が、第１の電極１０３ａと第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。電源１０５が第１の電極１０３ａと第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧、またはパルス電圧を印加することにより、第１の電極１０３ａの近傍の気泡内で放電が起こり、プラズマが発生する。電源１０５が出力する電圧値、または電流値は、グロー放電を発生させる範囲の値としてもよい。プラズマは気泡の全体に広がるが、特に第１の電極１０３ａの近傍で高濃度のプラズマが形成される。このプラズマにより、液体を除菌する及び／又は液体中に含まれる化学物質を分解する、ラジカル等が生成される。また、第１の電極１０３ａと第２の電極１０４との間の距離は、特に限定されない。
図５に示したプラズマ発生装置１０２の変形例によれば、残留時間が長いラジカルを生成することができる。具体的には、プラズマの発生を止めてから１０ｍｉｎ程度の寿命を有するＯＨラジカルを生成できることを確認している。ＯＨラジカルの寿命とは、プラズマを停止した後にＥＳＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｓｐｉｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）法を用いて、所定時間毎にＯＨラジカル量を測定することにより算出されるＯＨラジカル量の半減期である。
【００５４】
（液体処理方法）
実施の形態１に係る液体処理ユニット１００を用いた液体処理方法の一例について説明する。
１）まず、処理槽１０１内を、液体で満たす（第１のステップ）。
２）次に、処理槽１０１内で液体を滞留させながら、一定時間にわたって、プラズマ発生装置１０２で処理槽１０１内にプラズマを発生させることによって、滞留する液体を処理する（第２のステップ）。ここで、処理槽１０１内に液体を滞留させるとは、例えば、処理槽１０１への液体の供給、および／または処理槽１０１からの液体の排出を停止した状態を指す。この処理は、事前プラズマ処理という。この事前プラズマ処理によって、処理槽１０１で滞留する液体を処理して除菌することができる。なお、処理された液体には、残留時間の長いラジカルが存在している。
３）次いで、処理槽１０１から液体排出口１０８を介して処理槽１０１に滞留する液体の一部を排出すると同時に、処理槽１０１に液体供給口１０７を介して新たな液体を供給して、処理する（第３のステップ）。
なお、第１のステップにおいて、処理対象とする液体の一部を処理槽１０１内に供給し、第３のステップにおいて、処理対象とする液体の残部を処理槽１０１内に供給してもよい。この場合、事前プラズマ処理は、第３のステップを行う前に、処理対象とする液体の一部についてあらかじめ行われる処理である。
【００５５】
なお、本開示の実施の形態１に係る液体処理ユニット１００は、プラズマ発生装置１０２によって処理槽１０１の少なくとも一部に残留時間の長いラジカルが生成されるため、液体を滞留させながらラジカルと菌とを長時間にわたって接触させることができ、効率的に除菌を行うことができる。さらに、処理槽１０１に滞留する液体の一部が排出されると同時に、新たな液体が供給される。処理槽１０１に滞留する処理済みの液体には、ラジカルが多量に残留している。そのため、処理槽１０１に新たな液体が供給された場合にも、処理槽１０１に滞留する処理済みの液体に含まれる残留時間の長いラジカルによって、新たに供給される液体を処理することができる。
また、さらに、第２ステップに加えて、第３のステップにおいても、プラズマ発生装置１０２でプラズマを処理槽１０１内に発生させてもよい。これにより、第３のステップにおいて、処理槽１０１に新たな液体を供給した場合に、処理槽１０１に滞留する処理済みの液体に残留しているラジカルのみならず、プラズマ発生装置１０２によって順次生成されるラジカルによって、新たに供給される液体を処理することができる。
残留時間の長いラジカルを生成できるプラズマ発生装置１０２は、本開示の実施の形態１に示す構成に限定されない。本発明者は、後述する実施の形態２、及び実施の形態３に記載される構成のプラズマ発生装置においても、残留時間の長いラジカルを生成できることを確認している。しかし、残留時間の長いラジカルを生成できれば、他の構成のプラズマ発生装置であっても有効に本開示の液体処理ユニットに適用できる。
【００５６】
（実施例１）
実施例１は、一部の液体を滞留させることが可能な形状を有する処理槽１０１と、図５に示した第１の電極１０３ａおよびその周辺構成を有するプラズマ発生装置１０２と、を備える液体処理ユニットを用いて、上記で説明した第１のステップ〜第３のステップに係る液体処理を実行した例である。
実施例１の液体処理ユニット１００ａは、図２の通りであった。具体的には、処理槽１０１は、容積が７０ｍＬであった。
また、プラズマ発生装置１０２は、図６に示す通りであった。具体的には、電極部１２１は、タングステン製であり、その直径０．９５ｍｍであった。また、支持部１２２は、鉄製であり、その直径３ｍｍであった。また、支持部１２２の貫通孔１２３は、直径０．３ｍｍであった。さらに絶縁体１２８は、アルミナセラミックからなり、内径１ｍｍでああった。この絶縁体１２８に設けられた開口部１２５は、直径１ｍｍであった。また、電極部１２１と絶縁体１２８との間隔は、０．０５ｍｍであった。さらに、第１の電極１０３と第２の電極１０４との距離は、１０ｍｍであった。第２の電極１０４は、タングステン製であり、直径１ｍｍであった。また、貫通孔１２３から供給される気体供給量は、１リットル／ｍｉｎであった。第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に電圧を印加する電源１０５は、パルス電圧を印加できた。その出力容量は、８０ＶＡで、無負荷時のピーク電圧は１０ｋＶの電圧を印加できた。
【００５７】
実施例１における液体処理方法の手順としては、以下の通りである。
（１）処理する黄色ブドウ球菌溶液の一部を処理槽１０１に供給した（第１のステップ）。黄色ブドウ球菌溶液の菌量は約１×１０４ｃｆｕ／ｍＬであった。黄色ブドウ球菌溶液が供給された処理槽１０１の容積は、約７０ｍＬであった。
（２）次に、処理槽１０１内で液体を滞留させながら、一定時間にわたって、プラズマ発生装置１０２で処理槽１０１内にプラズマを発生させることによって、滞留する液体を処理した（第２のステップ）。この処理は、処理する液体のうち一部の液体についてあらかじめ行う処理であるので、事前プラズマ処理という。この事前プラズマ処理によって、処理槽１０１に滞留する液体を処理して除菌することができるとともに、液体中にラジカルを残留させることができる。
（３）次いで、プラズマ発生装置１０２によって処理槽１０１内にプラズマを発生させながら、処理槽１０１内の液体の一部を処理槽１０１から液体排出口１０８を介して排出すると共に、残りの黄色ブドウ球菌溶液を液体供給口１０７を介して処理槽１０１に供給して、液体を処理した（第３のステップ）。黄色ブドウ球菌溶液は、流速０．５Ｌ／ｍｉｎで処理槽１０１に供給された。処理槽１０１から排出された液体の流速は、０．５Ｌ／ｍｉｎであり、液体の量は２５０ｍＬであった。液体は、２０秒間にわたって処理された。このとき処理槽１０１には、その形状に起因して、処理済みの液体が滞留していた。そのため、新たに供給された液体は、処理槽１０１内の滞留している液体と混ざり合った。このように、新たな液体を供給すると共に、処理槽１０１に滞留する処理済みの液体の一部が混ざり合った。これにより、処理槽１０１に滞留する処理済みの液体に含まれる残留したラジカルと、プラズマ発生装置１０２によって順次発生するラジカルと、によって、新たに供給される液体を処理することができる。
【００５８】
図６は、液体排出口１０８から得られた液体の黄色ブドウ球菌の除菌率と時間との関係を表すグラフである。図６の横軸は、液体排出口１０８から第２のステップを開始した直後を０秒とした、経過時間を示す。図６の縦軸は除菌率を示す。０〜１０秒の期間は、液体の供給及び液体の排出をいずれも停止して、処理槽１０１に液体を滞留させた状態でプラズマ処理を行った期間、すなわち第２のステップの期間である。１０秒〜３０秒の期間は、液体の一部を排出すると共に、新たな液体を処理槽１０１に供給して液体を処理した期間、すなわち第３のステップの期間である。３０秒〜４０秒の期間は、第２のステップの期間を表している。４０秒〜６０秒の期間は、第３のステップの期間を表している。その結果、図６に示すように、除菌率９９％以上の溶液が連続的に得られた。
【００５９】
なお、第３のステップが実行された１０秒〜３０秒の期間において、最初の９秒でおよそ７５ｍＬの液体が排出された。つまり、第２のステップで事前プラズマ処理によって処理された液体の全量に相当する量の液体が、第３のステップの１０秒〜２０秒の段階ですでに排出された。そのため、その後は、必ず新たに供給される液体が混ざった液体が排出されるため、除菌率が低下すると予想される。しかし、実際には、２０秒後においてもほぼ９９％以上の除菌率を得た。これは、上述のように、処理槽１０１が液体の一部を滞留可能な形状を有しているため、処理槽１０１に滞留する液体と、新たに供給される液体とが互いに混ざり合ったと考えられる。すなわち、処理槽１０１に滞留する処理済みの液体に含まれるラジカルと、プラズマ発生装置１０２によって順次発生するラジカルと、によって、新たに供給される液体を処理することができた。これにより、９９％以上の除菌率を得ることができると考えられる。
【００６０】
（参考例）：
参考例は、液体処理ユニットが、液体の一部を滞留させることができる形状を有する処理槽の代わりに、液体の一部を滞留させることができる形状を有しない流路管を備える点で、実施例１と相違する。具体的には、参考例の流路管は、液体の全部を滞留させること、および、液体の全部を通過させることができるが、液体の一部を通過させつつ液体の残部を滞留させることができない。流路管の全体の容量は２５０ｍＬである。
参考例における具体的な液体処理の手順は以下の通りである。
（１）まず、処理する黄色ブドウ球菌溶液又は大腸菌溶液の一部を流路管に流入する。黄色ブドウ球菌溶液の場合、菌量は約１×１０４ｃｆｕ／ｍＬであった。大腸菌溶液の場合、菌量は約１×１０４ｃｆｕ／ｍＬであった。流路管の容積は、約２５０ｍＬであった。
（２）流路管内で液体を滞留させて一定時間にわたって事前プラズマ処理を行った。黄色ブドウ球菌溶液の場合、１０分間又は１５分間にわたって事前プラズマ処理を行った。大腸菌溶液の場合、２０分間又は３０分間にわたって事前プラズマ処理を行った。
（３）次に、プラズマを発生させたまま、流路管から液体を排出すると共に、黄色ブドウ球菌溶液又は大腸菌溶液を流路管に供給して液体を処理した。黄色ブドウ球菌溶液の場合、および、大腸菌溶液の場合、溶液は流速０．５Ｌ／ｍｉｎで流路管に供給された。黄色ブドウ球菌溶液の場合、および、大腸菌溶液の場合、流路管から排出された液体の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎであった。このとき、液体は流路管内で滞留せずに全量が流路管から排出された。なお、その他の条件、例えば、電源、プラズマ発生装置の構成等は、実施例１と同様とした。
【００６１】
図７は、処理する液体として黄色ブドウ球菌溶液が用いられた場合における、流路管から得られた除菌率と時間との関係を表すグラフである。図８は、処理する液体として大腸菌溶液が用いられた場合における、流路管から得られた除菌率と時間との関係を表すグラフである。図７及び図８の横軸は、上記（３）のステップにおいて、流路管からの排出を開始した直後を０分とした、経過時間を示す。図７及び図８の縦軸は、除菌率を示す。図７および図８に示されるように、それぞれ、０〜３０秒の間は事前プラズマ処理を行った液体が排出されて、除菌率９９％以上の溶液が連続的に得られた。しかし、３０秒以降は、新たに供給された黄色ブドウ球菌溶液又は大腸菌溶液が排出され、除菌率が悪化した。
液体処理ユニットに使用された流路管は、液体の一部を滞留可能な形状ではないため、事前プラズマ処理された液体は、流路管内から液体排出口１０８を介して順次排出された。この場合、流路管は液体の一部を滞留させることができないので、処理済みの液体と新たに供給される液体とはほとんど混ざり合わないと思われる。その結果、事前プラズマ処理で処理された液体の全量が排出された３０秒後以降においては、プラズマ発生装置１０２によって生成されるラジカルだけでは、新たに供給される溶液中の菌を十分に除菌できなくなったと思われる。
【００６２】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る液体処理ユニットは、実施の形態１に係る液体処理ユニットと対比すると、プラズマ発生装置の第１の電極およびその周辺構成において異なる。
図９は、実施の形態２に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置を構成する第１の電極１０３ｂ及びその周辺構成の一例を示す拡大図である。第１の電極１０３ｂは、例えば、金属からなる。第１の電極１０３ｂは、両端が開口している形状（例えば、円筒状）を有する。そして、筒状の絶縁体１２８が、第１の電極１０３ｂの外周面に密着して配置されている。絶縁体１２８は、例えば円筒状である。絶縁体１２８は、例えばアルミナセラミックスからなる。なお、絶縁体１２８は、例えば、酸化チタンで構成されてもよい。
第１の電極１０３ｂの一端の開口部には気体供給装置が接続されている。気体供給装置により供給された気体１２９は、第１の電極１０３ｂの内部空間を経由して、第１の電極１０３ｂの他の端の開口部から、気泡として液体中に放出される。なお、絶縁体１２８は、第１の電極１０３ｂに対してスライド可能に構成されていてもよい
上記構成により、第１の電極１０３ｂの一端の開口部から液体中に気体を供給し続けた場合、第１の電極１０３ｂの他端の開口部から、液体中に気泡が形成される。気泡は、その中の気体が第１の電極１０３ｂの他端の開口部を覆う、すなわち気泡内に第１の電極１０３ｂの他端の開口部が位置する寸法の柱状の気泡である。第１の電極１０３ｂの他端の開口部付近の端面は、絶縁体１２８で覆われておらず、導電体である金属が露出している。そのため、気体供給装置を用いて気体の供給量を適切に設定することにより、第１の電極１０３ｂの他端の開口部付近が気泡内の気体によって覆われた状態が維持される。すなわち、第１の電極１０３ｂの処理槽１０１内に位置する表面のうち、少なくとも導電体が露出している表面が気泡内に位置するように、気体供給装置から第１の電極１０３ｂへ気体１２９を供給することができる。また、第１の電極１０３ｂの外周面にはアルミナセラミックスからなる絶縁体１２８が配置されている。したがって、第１の電極１０３ｂの表面は、絶縁体１２８と気泡とによって、液体と直接接しない状態となり得るように構成されている。
電源１０５は、第１の電極１０３ｂの導電体露出部分が気泡内に位置した状態に達してから、第１の電極１０３ｂと第２の電極１０４との間に電圧を印加する。これ以降の動作は、実施の形態１と同様である。
【００６３】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る液体処理ユニットは、実施の形態１に係る液体処理ユニットと対比すると、プラズマ発生装置の第１の電極およびその周辺構成において異なる。なお、実施の形態３に係る液体処理ユニットは、気体供給装置は有していない。
図１０は、実施の形態３に係る液体処理ユニットにおいて、プラズマ発生装置を構成する第１の電極１０３ｃ及びその周辺構成の一例を示す断面図である。図１０に示すように、第１の電極１０３ｃの周囲に空間１２４を形成するように絶縁体１２８が配置されている。絶縁体１２８は、処理槽１０１内部と空間１２４を連通するように少なくとも１つの開口部１２５を有している。この開口部１２５から処理槽１０１内の液体が浸入し、空間１２４が液体で満たされうる構成となっている。また、第１の電極１０３ｃと絶縁体１２８のそれぞれの一方の端部は、保持ブロック１２０に固定されている。第１の電極１０３ｃと絶縁体１２８の固定方法はこれに限定されない。第２の電極１０４は、処理槽１０１のいずれかの位置に配置すればよく、配置する位置に制限はない。
【００６４】
上記構成の第１の電極１０３ｃを有するプラズマ発生装置の動作は以下のとおりである。
液体処理を開始する前において、第１の電極１０３ｃと絶縁体１２８との間に形成された空間１２４は、液体で満たされた状態である。この状態で、電源１０５が第１の電極１０３ｃと第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧またはパルス電圧を印加して、空間１２４内の液体を加熱する。
空間１２４内の液体は、第１の電極１０３ｃから与えられた電力により、温度が上昇する。この温度上昇により、空間１２４内の液体が気化し、気体が発生する。この気体は、空間１２４内で集合しながら塊となる。そして、この気体の塊、すなわち気泡の内部で、さらに放電が生じることによりプラズマが発生する。プラズマによりラジカルなどの活性種が生成される。このため、これらの気泡によって、液体を除菌する及び／又は液体中に含まれる化学物質を分解することができる。
【００６５】
実施の形態１から３に係る液体処理ユニット１００、１００ａは、プラズマ発生装置１０２によって処理槽１０１内の液体中に残留時間の長いラジカルを生成し、処理槽１０１内に液体を滞留させることができる。これにより、ラジカルと液体中の菌とを長時間にわたって接触させることができ、液体を処理することができる。また、液体の排出時にも処理槽１０１には処理済みの液体の一部を滞留させておくことができる。この処理槽１０１に滞留する液体に含まれる残留ラジカルを有効に利用して、新たに供給される液体を処理することができる。
【００６６】
実施の形態１から３に係る液体処理ユニット１００、１００ａは、処理槽１０１内にプラズマ発生装置１０２を配置している。このプラズマ発生装置１０２は、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に電圧を印加する構成を有している。この構成により、電源１０５は、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に電圧を印加することによって、処理槽１０１内の液体中にプラズマを発生させて、残留時間の長いラジカルが生成される。これにより、処理槽１０１内に滞留する液体中に存在する菌を処理することができる。
なお、実施の形態１から３では、処理槽１０１内で液体中に存在する菌を除菌する、及び／又は、処理槽１０１内で液体中に存在する有機物を分解する例について説明したが、本開示の液体処理ユニットは、処理槽１０１内の液体中に菌及び有機物が存在しなくてもよい。すなわち、本開示の液体処理ユニットは、液体中の菌を除菌可能、及び／又は、有機物を分解可能なラジカル等の生成物を生成できる構成であればよく、実際に液体処理ユニット内で菌を除菌しなくともよく、有機物を分解しなくともよい。そのため、本開示における「液体を処理する」とは、液体中の菌を除菌すること、及び／又は、液体中の有機物を分解することまでは問わず、液体中にラジカルを生成しさえすればよい。例えば、本開示の液体処理ユニットは、処理槽内に菌および有機物を含まない液体が供給され、処理槽からラジカルを含む液体が排出されるものも含む。また、本開示における「液体の処理効率」とは、ラジカルを有する液体を得る効率であってもよい。
本開示の液体処理ユニットは、他の装置を組み合わせることによって、処理槽から排出された処理済の液体を用いて、他の装置において除菌を行うことができる。
本開示の液体処理ユニットは、処理槽内の液体から一部の液体が排出され、残部の液体が処理槽内に滞留する。これにより、本開示の液体処理ユニットは、新たに液体が供給される場合であっても、処理槽内に滞留する液体および処理槽から排出される液体において長寿命のラジカルを持続的に保つことができる。このことは、図６から図８に示される実験結果からも明らかである。
【００６７】
実施の形態１から３では、第１の電極１０３及びその周辺の構成を例示している。したがって、本開示の液体処理ユニットは、実施の形態１から３で示される第１の電極及びその周辺構成に限定されるものではなく、様々な構成を用いることができる。プラズマ発生装置１０２は、少なくとも処理槽１０１に滞留する液体中の菌を分解可能なラジカル等の生成物を生成できる構成であればよい。
【００６８】
（その他の応用例）
さらに、本開示の液体処理ユニットは、洗浄便座に組み込まれてもよい。洗浄便座は、洗浄ノズルを含む。洗浄ノズルには、液体処理ユニットの処理槽から排出される液体が供給される。また、洗浄便座は、ユーザから洗浄を指示する入力を受け付けるように構成された入力部を備えてもよい。この場合、制御装置は、入力部からの入力よりも前に第２のステップを実行し、入力部からの入力に基づいて、第３のステップを実行して処理槽内の液体を洗浄ノズルに排出してもよい。また、さらに、洗浄便座は、ユーザが近づいたことを検知するセンサを備えてもよい。この場合、制御装置は、センサの検知に基づいて、第２のステップを実行し、入力部からの入力に基づいて、第３のステップを実行して処理槽内の液体を洗浄ノズルに排出してもよい。
【００６９】
また、本開示の液体処理ユニットは、洗濯機に組まれてもよい。洗濯機は、洗濯槽を含む。洗濯槽には、液体処理ユニットの処理槽から排出される液体が供給される。また、洗濯機は、例えば、ユーザからの洗濯開始を指示する入力を受け付けるように構成された入力部を備えてもよい。この場合、制御装置は、入力部からの入力に基づいて、第１のステップ、第２のステップ、及び第３のステップを実行して処理槽内の液体を洗濯槽に排出してもよい。例えば、制御装置は、入力部からの入力に基づいて、第２のステップを実行し、洗濯槽の衣類に付着した洗剤をすすぐタイミングで、第３のステップを実行して処理槽内の液体を洗濯槽に排出してもよい。
【００７０】
さらに、本開示の液体処理ユニットは、液体処理装置に組み込まれてもよい。液体処理装置は、液体処理ユニットの排出部と接続される給水口を備える。この液体処理装置は、例えば、水浄化装置、空調機、加湿器、電気剃刀洗浄器、食器洗浄器、水耕栽培用処理装置・養液循環装置、洗浄便座、浄水器、洗濯機、ポット、空気清浄機等である。
【００７１】
本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態またはその変形例に施したもの、あるいは異なる実施の形態またはその変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれる。これらの包括的または具体的な態様は、方法で実現されてもよい。
例えば、液体処理方法は、処理槽内に液体が存在する状態で、前記処理槽への液体の供給と前記処理槽からの液体の排出とを、所定時間にわたって停止するステップと、前記処理槽中の前記液体にプラズマを発生させるステップと、前記停止するステップの後に、前記前記処理槽へ液体を供給しながら、前記処理槽から液体を排出するステップとを含み、前記停止するステップと、前記プラズマを発生させるステップとが同時に行われてもよい。なお、本開示において、複数のステップが「同時に行われる」とは、複数のステップが同時に実行される期間が存在すればよく、複数のステップの開始時期および終了時期が一致していることまでは問わない。本開示において、「ＡをしながらＢをする」とは、ＡとＢとが同時に実行される期間が存在すればよく、ＡとＢの開始時期および終了時期が一致していることまでは問わない。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの前に、前記処理槽に液体を供給するステップを含んでもよい。
例えば、前記供給しながら排出するステップと、前記プラズマを発生させるステップとが同時に行われてもよい。
例えば、前記供給しながら排出するステップにおいて、前記処理槽の容積以上の液体を排出してもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記処理槽の液体のうち、一部を前記処理槽に還流させ、残部を前記処理槽から排出するステップを含んでもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、循環する液体中に含まれる気体を分離するステップを含んでもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、前記処理槽内に少なくとも一部が配置される第１の電極および第２の電極との間に電圧を印加するステップを含んでもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、さらに、前記第１の電極と当該第１の電極の周囲に配置された絶縁体との間に形成された空間に気体を供給するステップを含み、前記電圧を印加するステップは、前記気体を供給するステップにおいて供給された気体によって、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が覆われた状態で実行されてもよい。
例えば、前記プラズマを発生させるステップは、さらに、第１の電極および第２の電極との間に電圧を印加することによって、前記第１の電極と当該第１の電極の周囲に配置された絶縁体との間に形成された空間内の液体を気化して、気体を生成するステップを含み、前記電圧を印加するステップは、前記気体を生成するステップにおいて生成された気体によって、前記第１の電極のうち前記処理槽内に位置する導電体露出部分が覆われた状態で実行されてもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの後であって、前記供給しながら排出するステップの前に、ユーザからの指示を受け付けるステップを含んでもよい。
例えば、液体処理方法は、さらに、前記停止するステップの前に、ユーザからの指示を受け付けるステップを含んでもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７２】
本開示に係る液体処理ユニットは、例えば、水浄化装置、空調機、加湿器、電気剃刀洗浄器、食器洗浄器、水耕栽培用処理装置、養液循環装置、洗浄便座、浄水器、洗濯機、ポット、または空気清浄機などの液体処理装置の用途に有用である。
【符号の説明】
【００７３】
１００、１００ａ  液体処理ユニット
１０１  処理槽
１０２  プラズマ発生装置
１０３、１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ  第１の電極
１０４  第２の電極
１０５  電源
１０６  分配部
１０７  液体供給口
１０８  液体排出口
１０９  気泡
１１２  ポンプ
１１３  液体
１１６  気液分離器
１１７  ポンプ
１１８  制御装置
１２０  保持ブロック
１２１  電極部
１２２  支持部
１２３  貫通孔
１２４  空間
１２５  開口部
１２６、１２７  ネジ部
１２８  絶縁体
１２９  気体
【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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