(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理槽と、
前記処理槽内を、被処理水を入れる第１の空間と電解液で満たされる第２の空間とに分割する誘電体隔壁と、
前記処理槽の前記第１の空間内に少なくとも一部が配置される少なくとも１つの第１の電極と、
前記処理槽の前記第２の空間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の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する電源と、を備え、
前記電源により、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加してプラズマを発生させることによりラジカルを生成して、前記被処理水を除菌する、液体処理装置。
【請求項２】
前記誘電体隔壁は、前記被処理水が前記第２の空間に流入すること、および、前記電解液が前記第１の空間に流入することを遮断する、
請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項３】
前記誘電体隔壁は、壁面に複数の凹凸部を備える、
請求項１または２に記載の液体処理装置。
【請求項４】
前記第２の電極は、アース接地される、
請求項１から３のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記処理槽は、
前記第１の空間に前記被処理水を注入する注入口と、
前記第１の空間から前記被処理水を排出する排出口と、を備える、
請求項１から４のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項６】
前記排出口は、前記注入口が配置された前記処理槽の面に対向する面であって、前記注入口から前記被処理水の注入方向に延長した延長線上と異なる位置に配置される、請求項５に記載の液体処理装置。
【請求項７】
前記処理槽は、前記第２の空間にガス抜き用の孔を備える、
請求項１から６のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１の電極が、複数の第１の電極である、
請求項１から７のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項９】
前記電源は、バイポーラパルス電圧を印加する、
請求項１から８のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項１０】
前記処理槽の外部から前記処理槽の前記第１の空間の前記被処理水中に気体を供給する気体供給装置をさらに備える、
請求項１から９のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項１１】
前記気体供給装置は、前記処理槽の前記第１の空間の前記被処理水中に気体を供給することにより、前記第１の電極の少なくとも一部を包む気泡を発生させ、
前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、前記気泡内に放電を発生させてプラズマを生成する、
請求項１０に記載の液体処理装置。
【請求項１２】
前記気体供給装置は、前記処理槽の前記第１の空間の前記被処理水中に気体を供給することにより、前記第１の電極の導体の表面のうち前記処理槽の前記第１の空間内に露出している露出面を包む気泡を発生させる、
請求項１０に記載の液体処理装置。
【請求項１３】
前記第１の電極の外周面に接して配置された絶縁体をさらに備え、
前記第１の電極は中空の筒状であって、前記第１の電極の内周面が囲む中空空間と前記処理槽の前記第１の空間とを連通する開口部を有し、
前記気体供給装置は、前記中空空間および前記第１の電極の前記開口部を介して、前記処理槽の前記第１の空間内の前記被処理水中に気体を供給し、
前記第１の電極の前記露出面は、前記第１の電極の導体の表面のうち前記絶縁体に覆われていない表面である、
請求項１２に記載の液体処理装置。
【請求項１４】
前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、前記気泡内で放電を発生させてプラズマを生成する、請求項１２又は１３に記載の液体処理装置。
【請求項１５】
前記第１の電極の周囲を間隙を隔てて囲むように配置され、前記間隙と前記処理槽の前記第１の空間とを連通する開口部を有する絶縁体をさらに備える、
請求項１から９のいずれか一項に記載の液体処理装置。
【請求項１６】
前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、前記間隙内の液体を気化させて気体を発生させ、前記気体が前記開口部から前記処理槽の前記第１の空間内の前記被処理水中に気泡として放出されるときに、前記気泡内で放電を発生させてプラズマを生成する、
請求項１５に記載の液体処理装置。
【請求項１７】
前記間隙に気体を供給する気体供給装置、をさらに備える、
請求項１５に記載の液体処理装置。
【請求項１８】
前記気体供給装置は、前記間隙および前記絶縁体の前記開口部を介して、前記処理槽の前記第１の空間内の前記被処理水中に気体を供給することによって、前記処理槽の前記第１の空間内の前記被処理水中に気泡を発生させ、
前記電源は、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、前記気泡内で放電を発生させてプラズマを生成する、
請求項１７に記載の液体処理装置。
【請求項１９】
前記被処理水を処理する前に、前記間隙に残存する気体を除去する気体除去装置、をさらに備える、
請求項１５または１６に記載の液体処理装置。
【請求項２０】
処理槽と、前記処理槽内を、第１の空間と電解液で満たされる第２の空間に分割する誘電体隔壁と、前記処理槽の前記第１の空間内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記処理槽の前記第２の空間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の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する電源と、を備えた装置を用意する工程と、
前記処理槽の前記第１の空間内に被処理水を入れる工程と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に前記電源により高周波の交流電圧を印加する工程と、を含み、前記電源により、前記第１の電極と前記第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加してプラズマを発生させることによりラジカルを生成して、前記被処理水を除菌する、液体処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、液体処理装置及び液体処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
汚染水等の被処理水を、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、処理槽内の被処理水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-、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】
しかしながら、上記した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】
したがって、本開示は、効率よく液体を処理する液体処理装置及び液体処理方法を提供する。
【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装置は、処理槽と、処理槽内を、被処理水を入れる第１の空間と電解液で満たされる第２の空間とに分割する誘電体隔壁と、処理槽の第１の空間内に少なくとも一部が配置される少なくとも１つの第１の電極と、処理槽の第２の空間内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する電源と、を備え、前記被処理水を処理する。
【０００７】
上記の概括的かつ特定の態様は、液体処理装置及び液体処理方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。
【発明の効果】
【０００８】
本開示に係る液体処理装置及び液体処理方法によれば、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】
【０００９】
【図１】本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の全体構成の一例を示す概略図である。
【図２】本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の別の全体構成の一例を示す概略図である。
【図３】本開示の実施の形態１における処理槽の注入口を排出口の配置の一例を示す概略図である。
【図４】本開示の実施の形態１における誘電体隔壁の構造の一例を示す概略図である。
【図５】本開示の実施の形態１に係る液体処理装置の実施例と比較例のバクテリア数の変化を示す図である。
【図６】本開示の実施の形態２に係る液体処理装置の全体構成の一例を示す概略図である。
【図７】本開示の実施の形態３に係る液体処理装置の全体構成の一例を示す概略図である。
【図８】本開示の実施の形態４に係る液体処理装置の全体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】
【００１０】
本開示の第１の態様（ａｓｐｅｃｔ）に係る液体処理装置は、処理槽と、処理槽内を、被処理水を入れる第１の空間と電解液で満たされる第２の空間とに分割する誘電体隔壁と、処理槽の第１の空間内に少なくとも一部が配置される少なくとも１つの第１の電極と、処理槽の第２の空間内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する電源と、を備え、被処理水を処理する。
【００１１】
このような構成により、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧が印加されると、被処理水中にラジカルを生成するとともに、誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌を付着させることができる。したがって、被処理水中に生成されたラジカルを、誘電体隔壁の壁面に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００１２】
本開示において、「被処理水」とは、液体処理装置が処理対象とする液体を意味する。なお、本開示の第１の態様に係る液体処理装置は、処理槽内の第１の空間が実際に被処理水で満たされているものだけでなく、処理槽内に被処理水を満たすことのできる第１の空間を備えているものをも含む。
【００１３】
本開示の第２の態様に係る液体処理装置において、上記第１の態様における誘電体隔壁は、例えば、被処理水が第２の空間に流入すること、および、電解液が第１の空間に流入することを遮断してもよい。
【００１４】
本開示の第３の態様に係る液体処理装置において、上記第１又は２の態様における誘電体隔壁は、例えば、壁面に複数の凹凸部を備えてもよい。
【００１５】
このような構成により、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧が印加されると、エッジ効果により、凹凸部の電界強度を大きくすることができる。すなわち、誘電体隔壁の壁面に電界強度の大きい部分と小さい部分が形成されると、被処理水中の菌が誘電体隔壁の壁面に付着しやすくなる。したがって、被処理水が、例えば、乱流状態であっても、被処理水中の菌を誘電体隔壁に付着させることができ、生成されたラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させることができる。その結果、被処理水が乱流状態であっても、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００１６】
本開示の第４の態様に係る液体処理装置において、上記第１から３のいずれかの態様における第２の電極は、例えば、アース接地されてもよい。
【００１７】
このような構成により、誘電体隔壁の表面に直流のセルフポテンシャルが発生し、菌をトラップすることができる。そのため、さらに、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００１８】
本開示の第５の態様に係る液体処理装置において、上記第１から４のいずれかの態様における処理槽は、例えば、第１の空間に被処理水を注入する注入口と、第１の空間から被処理水を排出する排出口と、を備えてもよい。
【００１９】
このような構成により、処理槽の第１の空間に被処理水を注入し、かつ、処理槽の第１の空間から被処理水を排出することができる。これにより、短時間で大容量の被処理水中の菌の除菌を行うことができる。
【００２０】
本開示の第６の態様に係る液体処理装置において、上記第５の態様における排出口は、例えば、注入口が配置された処理槽の面に対向する面であって、注入口から被処理水の注入方向に延長した延長線上と異なる位置に配置されていてもよい。
【００２１】
このような構成により、注入口から排出口への流路を長くすることができる。したがって、被処理水中の菌が誘電体隔壁に付着する確率を大きくすることができるため、被処理水中の菌を注入口から排出口に到るまでの間でより多くの菌をトラップすることができる。その結果、被処理水中で生成されるラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００２２】
本開示の第７の態様に係る液体処理装置において、上記第１から６のいずれかの態様における処理槽は、例えば、第２の空間にガス抜き用の孔を備えてもよい。
【００２３】
このような構成により、例えば処理槽の第２の空間を満たしている電解液が気化した場合に、ガス抜き用の孔は、気体を処理槽の外部に逃がすことができる。また、例えば第２の電極近傍からもガスが発生する場合に、ガス抜き用の孔は、このガスを逃がすこともできる。すなわち、ガス抜き用の孔は、電解液が気化した気体及び／又は第２の電極近傍から発生したガスによって処理槽が破損されることを抑止することができる。また、ガス抜き用の孔は、例えば、電解液を処理槽の第２の空間に入れる場合にも利用することができる。
【００２４】
本開示の第８の態様に係る液体処理装置において、上記第１から７のいずれかの態様における少なくとも１つの第１の電極が、例えば、複数の第１の電極であってもよい。
【００２５】
このような構成により、複数の第１の電極は、被処理水中に生成されるラジカルの量を増やすことができる。その結果、ラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させることができ、さらに短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００２６】
本開示の第９の態様に係る液体処理装置において、上記第１から８のいずれかの態様における電源は、例えば、バイポーラパルス電圧を印加してもよい。
【００２７】
このような構成により、電極の寿命が長くなる。したがって、品質の高い液体処理装置を提供することができる。
【００２８】
本開示の第１０の態様に係る液体処理装置において、上記第１から９のいずれかの態様における液体処理装置が、例えば、処理槽の外部から処理槽の第１の空間の被処理水中に気体を供給する気体供給装置をさらに備えてもよい。
【００２９】
このような構成により、気体供給装置は、被処理水中の気体の量を増やすことができる。その結果、液体処理装置は、効率よくラジカルを生成することができる。
【００３０】
本開示の第１１の態様に係る液体処理装置において、上記第１０の態様における気体供給装置は、例えば、処理槽の第１の空間の被処理水中に気体を供給することにより、第１の電極の少なくとも一部を包む気泡を発生させ、電源は、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、気泡内に放電を発生させてプラズマを生成してもよい。
【００３１】
このような構成により、被処理水中の気泡内でプラズマを発生させて、効率良くラジカルを生成することができる。また、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌が付着する。したがって、プラズマにより生成されたラジカルを誘電体隔壁の壁面に付着した菌に衝突させることで、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００３２】
本開示の第１２の態様に係る液体処理装置において、上記第１０の態様における気体供給装置は、例えば、処理槽の第１の空間の被処理水中に気体を供給することにより、第１の電極の導体の表面のうち処理槽の第１の空間内に露出している露出面を包む気泡を発生させてもよい。
【００３３】
このような構成により、効率良くラジカルを生成することができる。また、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌が付着する。その結果、プラズマにより生成されたラジカルを誘電体隔壁の壁面に付着した菌に効率良く衝突させ、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。
【００３４】
本開示の第１３の態様に係る液体処理装置において、上記第１２の態様における第１の電極は、例えば、第１の電極の外周面に接して配置された絶縁体をさらに備え、第１の電極は中空の筒状であって、第１の電極の内周面が囲む中空空間と処理槽の第１の空間とを連通する開口部を有し、気体供給装置は、中空空間および第１の電極の開口部を介して、処理槽の第１の空間内の被処理水中に気体を供給し、第１の電極の露出面は、第１の電極の導体の表面のうち絶縁体に覆われていない表面であってもよい。
【００３５】
このような構成により、第１の電極の開口部から発生させた気泡と絶縁体とのいずれかが第１の電極を覆うことによって、第１の電極を被処理水から隔離することができる。このような状態で、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、気泡内で放電しやすくなり、効率良くプラズマを発生させることができる。
【００３６】
本開示の第１４の態様に係る液体処理装置において、上記第１２又は１３のいずれかの態様における電源は、例えば、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、気泡内で放電を発生させてプラズマを生成する。
【００３７】
このような構成により、効率良くプラズマを発生させることにより被処理水中にラジカルを生成することができる。また、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌が付着する。その結果、プラズマにより生成されたラジカルを誘電体隔壁の壁面に付着した菌に効率良く衝突させ、結果的に短時間で菌を死滅させることができる。
【００３８】
本開示の第１５の態様に係る液体処理装置において、上記第１から９のいずれかの態様における液体処理装置は、例えば、第１の電極の周囲を間隙を隔てて囲むように配置され、間隙と処理槽の第１の空間とを連通する開口部を有する絶縁体をさらに備えてもよい。
【００３９】
このような構成により、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、第１の電極と絶縁体との間に形成される間隙に存在する液体を気化させて気体を発生させることができる。これにより、被処理水中に気体の量を増やすことができ、効率よくラジカルを生成できる。
【００４０】
本開示の第１６の態様に係る液体処理装置において、第１５の態様における電源は、例えば、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、間隙内の液体を気化させて気体を発生させ、気体が開口部から処理槽の第１の空間内の被処理水中に気泡として放出されるときに、気泡内で放電を発生させてプラズマを生成してもよい。
【００４１】
このような構成により、液体を気化した気体内でプラズマを発生させることにより、不純物の少ない酸素系ラジカルを生成することができる。また、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁に被処理水中の菌が付着する。その結果、プラズマにより生成されたラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させ、結果的に短時間で菌を死滅させることができる。
【００４２】
本開示の第１７の態様に係る液体処理装置において、上記第１５の態様における液体処理装置は、例えば、間隙に気体を供給する気体供給装置、をさらに備えてもよい。
【００４３】
このような構成により、被処理水中に気体の量を増やすことができ、効率よくラジカルを生成することができる。
【００４４】
本開示の第１８の態様に係る液体処理装置において、上記第１７の態様における気体供給装置は、例えば、間隙および絶縁体の開口部を介して、処理槽の第１の空間内の被処理水中に気体を供給することによって、処理槽の第１の空間内の被処理水中に気泡を発生させ、電源は、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、前記気泡内で放電を発生させてプラズマを生成してもよい。
【００４５】
このような構成により、被処理水中に効率よくラジカルを生成することができる。また、電源により第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌が付着する。その結果、プラズマにより生成されたラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させ、結果的に短時間で菌を死滅させることができる。
【００４６】
本開示の第１９の態様に係る液体処理装置において、上記第１５または１６の態様における液体処理装置は、例えば、被処理水を処理する前に、間隙に残存する気体を除去する気体除去装置、をさらに備えてもよい。
【００４７】
このような構成により、気体除去装置で第１の電極と絶縁体で形成される間隙から気体を除去し、液体で満たした状態にすることができる。その結果、液体を気化した気体内でプラズマを発生させることができるため、不純物の少ない酸素系ラジカルを生成することができる。
【００４８】
本開示の第２０の態様に係る液体処理方法は、処理槽と、処理槽内を、第１の空間と電解液で満たされる第２の空間に分割する誘電体隔壁と、処理槽の第１の空間内に少なくとも一部が配置される第１の電極と、処理槽の第２の空間内に少なくとも一部が配置される第２の電極と、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する電源と、を備えた装置を用意する工程と、処理槽の第１の空間内に被処理水を入れる工程と、第１の電極と第２の電極との間に電源により高周波の交流電圧を印加する工程と、を含み、被処理水を処理する。
【００４９】
このように、本開示の液体処理方法は、被処理水中でラジカルを生成するとともに誘電体隔壁の壁面に被処理水中の菌を付着させることができる。したがって、生成されたラジカルを誘電体隔壁に付着した菌に効率良く衝突させることにより、結果的に短時間で菌を死滅させることができる。
【００５０】
（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被処理水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被処理水を気化し、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被処理水中の菌と衝突することにより、液体処理を行っている。
【００５１】
しかし、従来の構成の殺菌装置は、例えば、被処理水中においてラジカルより菌が多い場合、又は菌よりラジカルが多い場合、被処理水中を漂う菌にラジカルを衝突させることが難しいため、高速で被処理水を除菌すること（ワンパス除菌）ができなかった。すなわち、従来の装置は、被処理水中に生成されたラジカルを、被処理水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。
【００５２】
そこで、本発明者らは、液体処理装置が、処理槽内を第１の空間と第２の空間に分割する誘電体隔壁を備え、被処理水を入れる第１の空間に配置される第１の電極と第２の空間に配置される第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する構成を見出し、本開示に至った。
【００５３】
この構成により、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加することにより、被処理水中にラジカルを生成するとともに、被処理水中の菌を誘電体隔壁に引き寄せて、誘電体隔壁の壁面に付着させることができる。その結果、被処理水中の菌が誘電体隔壁の壁面で止まった状態（トラップされた状態）になり、ラジカルと菌との衝突確率を増加させることができるため、結果的に短時間で菌を死滅させることができる。
【００５４】
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。
【００５５】
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、構成要素の配置及び接続形態などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。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。
【００５６】
（実施の形態１）
［全体構成］
本開示の実施の形態１に係る液体処理装置１００の全体構成の一例について説明する。
図１は、本開示の実施の形態１に係る液体処理装置１００の全体構成の一例を示す概略図である。図１に示すように、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、処理槽１０１と、誘電体隔壁１０２と、第１の電極１０３と、第２の電極１０４と、電源１０５を備えている。
【００５７】
図１に示すように、誘電体隔壁１０２は、処理槽１０１の内部を被処理水で満たされる第１の空間１０６と、電解液で満たされる第２の空間１０７に分割している。第１の空間１０６には、第１の電極１０３の少なくとも一部が配置され、被処理水中に第１の電極１０３の一部が浸漬している。第２の空間１０７には、第２の電極１０４の少なくとも一部が配置され、電解液中に第２の電極１０４の一部が浸漬している。第１の電極１０３と第２の電極１０４との間には、高周波の交流電圧を印加する電源１０５が接続されている。また、第２の電極１０４は、アース接地されていてもよい。さらに、処理槽１０１の第１の空間１０６側には、注入口１０８と排出口１０９を設け、図１の矢印に示す注入方向１１０の方向に被処理水を注入し、排出する構成としてもよい。このように、実施の形態１に係る液体処理装置１００は、処理槽１０１内に誘電体隔壁１０２を備え、電源１０５が第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ことによって、被処理水を処理する構成である。
【００５８】
［第１の電極及びその周辺の構成］
次に、実施の形態１に係る液体処理装置における第１の電極１０３の周辺の構成の一例について説明する。第１の電極１０３及びその周辺の構成は、図１に示すように第１の電極１０３のみの構成に限られず、効率良くラジカルを生成するために様々な構成を用いることができる。以下、一例について説明する。
【００５９】
図２は、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａの全体構成の一例を示す概略図である。図２に示すように、液体処理装置１００ａは、第１の電極１０３の周辺に、第１の電極１０３を被膜する絶縁体１１１と、被処理水中に気体を供給する気体供給装置１１２とを備える。第１の電極１０３は、両端が開口している筒状（例えば、円筒状）である。第１の電極１０３の外周面には、絶縁体１１１が接して配置されている。第１の電極１０３は、その端部においてのみ金属が露出している。絶縁体１１１が第１の電極１０３の外周面に隙間なく配置されることにより、第１の電極１０３の外周面は被処理水に直接接触しないようになっている。また、第１の電極１０３の露出量は調整することができ、第１の電極１０３の端面を絶縁体１１１の内側に配置することもできる。
本開示では、第１の電極の導体の表面のうち、絶縁体に覆われていない領域を「露出面」と呼ぶ場合がある。図２及び３に示される例では、第１の電極１０３のうち金属が露出している端部が露出面に相当する。また、第１の電極の端面が絶縁体の内側に配置される場合、すなわち第１の電極の端面が絶縁体の端面よりも埋没している場合、第１の電極の端面が露出面に相当する。
【００６０】
第１の電極１０３の一方の端部には、気体供給装置１１２が接続されている。気体供給装置１１２は、筒状の第１の電極１０３の筒内部を通って、処理槽１０１内の第１の空間１０６に気体を供給することにより、被処理水中に気泡１１３を形成させる。気泡１１３は、その中の気体が第１の電極１０３の開口部を覆う、すなわち、気泡１１３内に第１の電極１０３の開口部が位置する。気泡１１３は、例えば柱状である。よって、液体処理装置１００ａにおいて、第１の電極１０３の開口部は、気泡発生部としても機能する。第１の電極１０３の端部は、図２に示すように、絶縁体１１１で覆われておらず、第１の電極１０３の一部が露出している。液体処理装置１００ａは、気体供給装置１１２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１０３の端部が気泡１１３内の気体で覆われた状態を維持できる。また、第１の電極１０３の外周面には絶縁体１１１が配置されている。したがって、第１の電極１０３の表面は、被処理水と直接接しない状態となり得るように構成されている。適切な量の気体を供給し続けた場合、第１の電極１０３の表面は被処理水に直接接触しない状態、すなわち、第１の電極１０３が被処理水中に露出しない状態となる。なお、厳密には、第１の電極１０３の内周面も絶縁体に覆われない露出面に相当する。ただし、第１の電極１０３の端部が気泡で覆われることによって、内周面を被処理水から隔離させることができる。したがって、気泡１１３が第１の電極１０３の内周面すべてを覆っていなくてもよい。すなわち、第１の電極１０３の端部が気泡で覆われていれば、内周面の一部が液体に直接接触していてもよい。
【００６１】
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で濡れていて（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）、その表面を気泡が包んでいる状態も、「第１の電極が液体に直接接触しない」状態に含まれるものとする。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、気泡発生部から気泡を発生させたときに生じうる。
【００６２】
実施の形態１では、一例としての第１の電極１０３及びその周辺の構成を示しているが、これに限定されるものではない。すなわち、第１の電極１０３及びその周辺の構成は、種々の構成とすることができる。図１及び図２に示す構成の他、例えば、第１の電極の周辺に空間を形成するように絶縁体が配置された構成、第１の電極に気体を供給する気体供給装置が設けられた構成、複数の第１の電極が設けられた構成等がある。第１の電極及びその周辺の構成の他の例は、実施の形態２〜４で後述する。
【００６３】
次に、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａにおける各構成部品の一例について説明する。
＜処理槽＞
処理槽１０１は、誘電体隔壁１０２により第１の空間１０６と第２の空間１０７に分割されている。第１の空間１０６は、被処理水で満たされている。また、第１の空間１０６側の処理槽１０１は、被処理水を注入する注入口１０８と被処理水を排出する排出口１０９とを備える。注入口１０８は、処理槽１０１の第１の空間１０６側の上面に配置されてもよい。排出口１０９は、処理槽１０１の第１の空間１０６側の下面に配置されてもよい。図２に示される例では、処理槽１０１の下面の排出口１０９は、処理槽１０１の上面の注入口１０８から被処理水が注入される注入方向１１０に延びる延長線上に位置する。すなわち、注入口１０８と排出口１０９とは、被処理水が流れる注入方向１１０に直線状に整列されるように配置される。このとき、注入口１０８から排出口１０９への距離、すなわち水路の長さが最短となる。しかし、注入口１０８と排出口１０９の位置は、これに限定されるものではない。
【００６４】
図３は、処理槽１０１に配置される注入口１０８と排出口１０９の一例を示す。図３に示すように、排出口１０９は、注入口１０８の配置される処理槽１０１の面に対向する面のうち、注入口１０８から被処理水の注入方向１１０に延びる延長線１１５上とは異なる位置に配置されてもよい。すなわち、注入口１０８と排出口１０９とが被処理水の注入方向１１０に直線状に整列させないように配置されてもよい。このとき、注入口１０８から排出口１０９への距離、すなわち、水路の長さが長くなる。このように、注入口１０８から排出口１０９までの水路の長さを長くすることにより、被処理水が注入口１０８から排出口１０９に到るまでの間に、被処理水中の菌が誘電体隔壁１０２に付着する確率が大きくなる。すなわち、被処理水中の菌がトラップされやすくなる。その結果、被処理水中で生成されるラジカルを誘電体隔壁１０２に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水中の菌を除菌することができる。したがって、効率的に被処理水中の菌とラジカルを衝突させることができる。
【００６５】
第２の空間１０７は、電解液で満たされている。第２の空間１０７を満たす電解液としては、例えば、水、水道水、酢酸、アンモニア水、水に硫酸ナトリウムを添加して導電率を調整した液体等が用いられる。第２の空間１０７側の処理槽１０１には、ガス抜き用の孔又は逆止弁を設けてもよい。処理槽１０１の寸法は、特に限定されない。処理槽１０１は、例えば、水浄化装置、空調機、加湿器、洗濯機、電気剃刀洗浄器、又は食器洗浄器等に用いることができる。
第２の空間１０７が電解液で満たされることにより、電源１０５が第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したときに、電解液を介して第１の電極１０３と第２の電極１０４との間に交流成分を確実に通電させることができる。また、もし第２の空間１０７が電解液で満たされず、第２の電極１０４が直接誘電体隔壁１０２に接していた場合、電極と誘電体の材料の組合せにもよるが、それらが接した部分で誘電体バリア放電が発生することがある。この誘電体バリア放電は、オゾンの発生を引き起こす。したがって、第２の空間１０７を満たす電解液は、誘電体バリア放電の発生を抑止し、オゾンの発生を抑制できる。
【００６６】
＜誘電体隔壁＞
誘電体隔壁１０２は、処理槽１０１の内部を第１の空間１０６と第２の空間１０７に分割するように配置される。誘電体隔壁１０２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と、内部で正と負にチャージングすることにより、キャパシタの機能を果たす。つまり、誘電体隔壁１０２は、電源１０５によって高周波の交流電圧が印加されることにより、第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したときに、第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が形成される。そして、この正の電界に被処理水中の負に帯電する菌を引き寄せることにより、誘電体隔壁１０２の壁面に菌を付着させることができる。
すなわち、誘電体隔壁１０２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が印加されたときに、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間で直流成分が導通しないように配置されている。具体的には、誘電体隔壁１０２は、図３に示されるように、第１の空間１０６と第２の空間１０７との間で液体のやり取りが発生しないように、第１の空間１０６と第２の空間１０７との間の液体の流入または流出を遮断している。
【００６７】
図４は、実施の形態１の誘電体隔壁１０２の構造の一例を示す概略図である。図４に示すように、誘電体隔壁１０２は、壁面に複数の凹凸部１１６から構成される凹凸構造を有している。凹凸構造は、例えば、正方形状の凹凸部１１６を１つのセルとして、３個×４個のセルが並べられた構造、または、８個×８個のセルが並べられた構造であってもよい。図４は、正方形状の凹凸部１１６が３個×４個並べられた凹凸構造を有する誘電体隔壁１０２を示している。ただし、凹凸構造は、これに限定されない。このように、誘電体隔壁１０２の壁面に複数の凹凸部１１６を設けることにより、エッジ効果を利用して、凹凸部１１６における電界強度を大きくすることができる。すなわち、誘電体隔壁１０２の壁面の凹凸部１１６は、凹凸部１１６以外の領域に比べて電界強度を大きくすることができるため、誘電体隔壁１０２の壁面に電界強度の差をつけることができる。このように、誘電体隔壁１０２は、壁面に凹凸構造を有することにより、第１の空間１０６内の被処理水が乱流状態であっても、誘電体隔壁１０２の壁面に被処理水中の菌を付着させることができる。なお、凹凸構造は、第１の空間１０６側と第２の空間１０７側のどちらの壁面に設けてもよい。
本開示において、「凹凸部」は、誘電体隔壁の壁面に設けられた段差部分おびその近傍の領域を意味する。すなわち、図４に示される例では、凹凸部１１６は、正方形状の凹部を設けることによって生じる正方形状の段差部分に相当する。なお、誘電体隔壁１０２の壁面の凹凸部１１６は、例えば、誘電体隔壁１０２に凹部を設けることによって生じる段差部分であってもよいし、誘電体隔壁１０２に凸部を設けることによって生じる段差部分であってもよいし、それ以外でもよい。凹凸部１１６は、例えば、板状の誘電体部材に対して表面加工を施すことによって形成される。
【００６８】
誘電体隔壁１０２は、例えば、厚みが１０ｍｍ未満の範囲である。また、凹凸部１１６は、例えば、壁面からの深さまたは高さが０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲である。凹凸部１１６は、例えば、隣り合う複数の凹凸部１１６間の距離が１ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲である。なお、誘電体隔壁１０２は、上記の寸法に限定されるものではなく、上記以外の寸法でも菌を付着させることができる寸法であれば、特に制限はない。
【００６９】
また、誘電体隔壁１０２は、例えば、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリフッ化ビニリデン、チタン酸バリウム等により形成されてもよい。
誘電体隔壁１０２は、第１の空間１０６内の被処理水と第２の空間１０７内の電解液とを漏らすことなく遮断できる材料から選択される。そのため、誘電体隔壁１０２の材料は、液体を通さない程度に緻密である。例えば、誘電体隔壁１０２は、その厚み方向において、第１の空間１０６と第２の空間１０７とを貫通する０．１ｍｍ以上の孔を有さない。
【００７０】
＜第１の電極＞
第１の電極１０３は、処理槽１０１内の被処理水で満たされた第１の空間１０６に少なくとも一部が配置されている。第１の電極１０３の配置は、第１の空間１０６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を溶射してもよい。導電性物質を添加し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。なお、図２に示される例では、第１の電極１０３の形状は、両端が開口している筒状（例えば、円筒状）であるが、第１の電極１０３の形状は、この形状に限定されない。
【００７１】
＜第２の電極＞
第２の電極１０４は、処理槽１０１内の電解液で満たされた第２の空間１０７に少なくとも一部が配置されている。第２の電極１０４の配置は、第２の空間１０７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。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。なお、第２の電極１０４は、アース接地してもよい。
【００７２】
＜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。
【００７３】
＜絶縁体＞
絶縁体１１１は、第１の電極１０３の周囲に配置されている。絶縁体１１１の大きさ又は形状は、特に限定されず、第１の電極１０３及びその周辺の構成に応じて変更することができる。例えば、図２に示される例において、絶縁体１１１は、円筒状の第１の電極１０３の周囲に直接プラズマ溶射することにより、形成されてもよい。絶縁体１１１は、例えば、厚さ０．１ｍｍである。絶縁体１１１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、及び石英などの材料から形成されていてもよい。
【００７４】
＜気体供給装置＞
気体供給装置１１２は、第１の電極１０３の一方の端部に接続される。そして、気体供給装置１１２は、処理槽１０１内の被処理水で満たされた第１の空間１０６に気体を供給し、被処理水中に気泡１１３を形成させる。気体供給装置１１２としては、例えば、ポンプ等を用いることができる。供給する気体は、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の範囲としてもよい。
【００７５】
[動作（液体処理方法）]
実施の形態１に係る液体処理装置１００ａの動作、すなわち、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａにより実施される液体処理方法の一例について説明する。
【００７６】
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第２の空間１０７を電解液で満たす。電解液は、例えば、第２の空間１０７側の処理槽１０１に設けられたガス抜き孔等から注入されてもよい。
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第１の空間１０６を被処理水で満たす。被処理水は、例えば、注入口１０８から注入される。なお、被処理水は、液体処理中において、継続的に注入口１０８から注入され、かつ排出口から排出されてもよい。
【００７７】
気体供給装置１１２は、第１の電極１０３の開口部より、被処理水中に気体を供給する。被処理水中には、例えば、柱状の気泡１１３が形成される。上記したように、第１の電極１０３の開口部は、気泡１１３の内部の気体で覆われる。気泡１１３は、第１の電極１０３の開口部から一定距離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、気体供給装置１１２が気体を供給することにより、第１の電極１０３の端部が気泡１１３内に位置する状態を得ることができる。言い換えると、気体供給装置１１２が気体を供給することにより、第１の電極１０３のうち導体が露出する面が、気泡１１３内の気体で覆われた状態を得ることができる。気泡１１３は、その内部の気体が第１の電極１０３の端部を覆っているため、被処理水中で規定される気−液界面が被処理水中で「閉じて」いない。気泡１１３は、第１の電極１０３の端部付近で、絶縁体１１１と接している。前述のとおり、第１の電極１０３は、端部においてのみ導体部分が露出しており、かつ、気泡１１３が発生しているときには端部が気泡１１３によって覆われているため、第１の電極１０３の外側の表面は、気泡１１３と絶縁体１１１によって、被処理水から隔離されている。第１の電極１０３の内側の表面（内周面）は、気体が供給されているときは、この気体によって覆われているため、被処理水に直接接触しない。
【００７８】
第１の電極１０３のうち導体が露出した部分が気泡１１３に覆われた状態に達した後に、電源１０５を用いて、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。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ことにより、第１の電極１０３の近傍であって、かつ気泡１１３の内部で放電が発生し、プラズマ１１４が生成される。プラズマ１１４は気泡１１３の全体に広がるが、特に第１の電極１０３の近傍で高濃度のプラズマ１１４が発生する。このプラズマ１１４により、被処理水を除菌する及び／又は被処理液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。なお、第１の電極１０３が筒状である場合、その内周部においてもプラズマ１１４が生成されうる。また、第１の電極１０３と第２の電極１０４との間の距離は、特に限定されない。
【００７９】
また、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が印加されると、処理槽１０１内に配置された誘電体隔壁１０２が、正と負に帯電する。すなわち、誘電体隔壁１０２がキャパシタとしての機能を果たす。そして、誘電体隔壁１０２の第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したとき、第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が形成される。第１の空間１０６内の被処理水中の菌は、負に帯電していることが多いことから、誘電体隔壁１０２の第１の空間１０６側に形成された正の電界に引き寄せられて、誘電体隔壁１０２の壁面に付着する。
【００８０】
そして、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａは、誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に、プラズマ１１４により生成されたラジカルを衝突させることにより、除菌を行う。
【００８１】
［除菌効果］
実施の形態１に係る液体処理装置１００ａの除菌効果の一例について説明する。ここでは、比較例として誘電体隔壁１０２を有しない液体処理装置と、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａとの２つの実施例で実験を行った結果を比較して説明する。
【００８２】
比較例について説明する。
＜比較例＞
比較例の液体処理装置の構成を説明する。比較例の液体処理装置は、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａと比べて、処理槽内に誘電体隔壁を備えていない点で異なる。したがって、比較例は、第１の電極と第２の電極の一部が両方とも被処理水中に浸漬される構成である。その他の構成は、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａと同じである。比較例の実験条件は、電源の高周波が３０ｋＨｚで半波整流であって、１次側入力が３０Ｗで、電流が０．４３Ａであった。また、処理槽内は水で満たされており、水流量は１．１７ｍＬ／ｍｉｎであり、水の導電率は１７．３ｍＳ／ｍであった。
【００８３】
次に、実施例１及び２について説明する。
＜実施例１＞
実施例１は、図２に示す実施の形態１に係る液体処理装置１００ａにおいて、誘電体隔壁１０２の壁面に凹凸構造を有している。凹凸構造は、１つの凹凸部からなるセルが３個×４個設けられている。実施例１の実験条件は、電源１０５の高周波が３０ｋＨｚで半波整流がなく、１次側入力が３０Ｗで、電流が０．４３Ａであった。誘電体隔壁１０２のセルの容積は３００ｃｃであった。また、処理槽１０１の第１の空間１０６は、水で満たされており、水流量は１．１７ｍＬ／ｍｉｎ、水の導電率は１７．３ｍＳ／ｍであった。
【００８４】
＜実施例２＞
実施例２は、実施例１と比べて第２の電極１０４がアース接地されている点で異なる。その他の構成及び条件は、実施例１と同じである。
【００８５】
上述した比較例及び実施例１及び２の液体処理装置を用いて、被処理水中のバクテリアを除菌することにより実験を行った。図５は、比較例の液体処理装置、ならびに、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａの実施例１及び２の実験結果を示す。図５の縦軸はバクテリア数を、横軸は時間を示す。また、図５の白丸は比較例を、黒四角は実施例１を、菱形は実施例２を示す。
【００８６】
図５に示すように、実験開始から５分後のバクテリア数に着目すると、実施例１と実施例２では、誘電体隔壁を有しない比較例と比べてバクテリア数が減少した。なお、第２の電極１０４をアース接地している実施例２では、顕著にバクテリア数が減少し、５分後には除菌が完了した。
【００８７】
したがって、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａは、処理槽１０１内に誘電体隔壁１０２を配置し、高周波の交流電圧を印加することにより、被処理水中の菌を短い時間で除菌できる。さらに、第２の電極１０４をアース接地することにより、さらに高速で被処理水中の菌を除菌できる。
【００８８】
実施例２において、実施例１に比べて高速で被処理水中の菌を除菌できる理由について説明する。第２の電極１０４をアース接地することにより、自己バイアス電圧がかかるため、誘電体隔壁１０２での帯電が所望の通りに発生しやすくなる。帯電が所望の通りに発生するとは、誘電体隔壁１０２の第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したとき、第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が発生することである。実施例２では、アース接地することによって実施例１と比べて帯電が強くなり、より多くの菌が誘電体隔壁１０２の壁面に付着しやすくなったと考えられる。このように、誘電体隔壁１０２の表面の帯電状態に応じて、菌に働く流れ場に抗する力の大きさが変化し、この力が大きくなることにより、菌が誘電体隔壁１０２に付着しやすくなる。
【００８９】
以上のように、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａによれば、プラズマ１１４により効率良くラジカルを生成するとともに、誘電体隔壁１０２の壁面に菌を付着させることができる。その結果、プラズマ１１４により生成されるラジカルを被処理水中の菌に効率良く衝突させることができるため、短時間で被処理水の処理をすることができる。
【００９０】
典型的に、プラズマと液体の接する界面で菌が分解すると言われている。しかし、発明者の見解によればプラズマと液体の界面で死滅する菌数は少なく、水中で浮遊する菌とラジカルが衝突することによって菌が死滅すると考えられる。実施の形態１に係る液体処理装置１００ａは、長寿命のラジカルを生成することができるため、その長寿命のラジカルを被処理水中の菌に衝突させることができる。そして、菌を誘電体隔壁に付着させて、菌の動きを停止させた状態でラジカルを作用させることにより、効果的に菌をラジカルに衝突させ、菌を死滅させることができる。
また、典型的に、ラジカルと菌との衝突確率は、菌の数密度とラジカルの数密度との積に比例するため、菌数が少なくなると、いくら長寿命のラジカルを用いても除菌速度が遅くなる。しかし、実施の形態１に係る液体処理装置１００ａは、菌を効率的にラジカルに衝突させ、除菌速度を向上させることができるため、例えば、菌を含む被処理水が一度だけプラズマを通過するワンパス除菌に適用しても、顕著な効果を有する。また、液体処理装置１００ａは、菌を含む被処理水を循環させて処理する場合においても効果を有する。
【００９１】
（実施の形態２）
実施の形態２に係る液体処理装置２００について説明する。
図６は、実施の形態２に係る液体処理装置２００の全体構成の一例を示す概略図である。図６に示すように、実施の形態２の第１の電極２０１及びその周辺の構成は、実施の形態１と比べて、第１の電極２０１の形状、及び絶縁体２０２の配置が異なる。また、実施の形態２における第１の電極２０１及びその周辺の構成は、実施の形態１と比べて、気体供給装置を備えていない点でも異なる。実施の形態２のその他の構成は、実施の形態１と同じである。以下、実施の形態２の第１の電極２０１及びその周辺の構成について説明する。
【００９２】
［第１の電極及びその周辺の構成２］
図６に示すように、第１の電極２０１及びその周辺の構成は、第１の電極２０１と、絶縁体２０２を備える。第１の電極２０１は、例えば、円柱状であり、第１の電極２０１の外周には絶縁体２０２が配置されている。絶縁体２０２は、第１の電極２０１の外周との間に間隙２０３を形成するように配置される。また、絶縁体２０２には、開口部２０４が設けられている。したがって、液体処理を開始する前において、第１の電極２０１と絶縁体２０２との間に形成される間隙２０３は、被処理水で満たされた状態となる。この状態で、電源１０５が第１の電極２０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加すると、第１の電極２０１から間隙２０３内の被処理水に電流が流れる。この電流によって、間隙２０３内の被処理水が加熱され、気化することにより、気体が生成される。そして、この気体が絶縁体２０２の開口部２０４を通るときに放電することにより、プラズマ２０５を生成することができる。すなわち、実施の形態２は、被処理水を気化させることによって生成された気体内で放電し、プラズマ２０５を発生させる。これにより、実施の形態１に比べて、例えば窒素イオン等の不純物が少ない、より純粋なラジカルを生成することができる。
【００９３】
［動作（液体処理方法）］
実施の形態２に係る液体処理装置２００の動作、すなわち、実施の形態２に係る液体処理装置２００により実施される液体処理方法の一例について説明する。
【００９４】
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第２の空間１０７を電解液で満たす。また、液体処理を開始する前において、第１の電極２０１と絶縁体２０２との間に形成された間隙２０３は、被処理水で満たされている。
【００９５】
電源１０５が、第１の電極２０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。間隙２０３内の被処理水は、第１の電極２０１から与えられた電力により加熱され、気化することによって、気体が生成される。生成された気体は、間隙２０３内で集合して塊となる。そして、この気体の塊は、間隙２０３内部の圧力と処理槽１０１の圧力との圧力差によって、絶縁体２０２に設けられた開口部２０４から、処理槽１０１内の第１の空間１０６の被処理水中へ放出される。
【００９６】
この気体の塊が絶縁体２０２の開口部２０４を通るとき、開口部２０４の被処理水が気体に置き換わり、被処理水に囲まれる気体、すなわち気泡が形成される。すなわち、この気泡によって、第１の電極２０１から処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水に向かう導電経路が絶縁される。このとき、開口部２０４に存在する気泡に、電源１０５からの高周波の交流電圧が印加されて、電界集中により気泡内で放電が生じる。その結果、気泡内でプラズマ２０５が発生する。一度プラズマ２０５が発生すると、継続的かつ連続的にプラズマ２０５が生成される。プラズマ２０５を内包した気泡は、絶縁体２０２の開口部２０４から、処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水に向かって放出される。このプラズマ２０５を内包した気泡は、絶縁体２０２の開口部２０４から処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水中に張り出した状態となる。
【００９７】
さらに、張り出した気泡から、一部が分離されることによって、複数の気泡２０６が形成される。複数の気泡２０６は、処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水中に拡散される。複数の気泡２０６は、マイクロメーター以下の直径のものを含んでいる。したがって、実施の形態２に係る液体処理装置２００は、マイクロバブルを発生させる機能も有している。この気泡２０６は、典型的なマイクロバブルとは異なり、気泡２０６内部に、プラズマ２０５によって生成された電子、イオン、又はラジカルを含んでいる。実施の形態２に係る液体処理装置２００は、これら複数の気泡２０６によって、被処理水を除菌する及び／又は被処理水中に含まれる化学物質を分解することができる。
【００９８】
また、第１の電極２０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、実施の形態１と同様に、処理槽１０１内に配置された誘電体隔壁１０２が、正と負に帯電する。そして、誘電体隔壁１０２の第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したとき、第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が形成される。被処理水中の負に帯電した菌は、この正の電界に引き寄せられて、誘電体隔壁１０２の壁面に付着する。液体処理装置２００は、この誘電体隔壁１０２に付着した菌に、プラズマ２０５により生成されたラジカルを衝突させることにより、除菌を行う。
【００９９】
［効果］
実施の形態２に係る液体処理装置２００では、第１の電極２０１及びその周辺の構成により、被処理水が気化することによって、気体が生成されている。そして、実施の形態２に係る液体処理装置２００は、気体が絶縁体２０２の開口部２０４を通るときに放電することにより、プラズマ２０５を発生させる。これにより、より純粋なラジカルを生成することができる。その結果、短時間で被処理水を処理することができる。また、電源１０５が第１の電極２０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁１０２の第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、被処理水の菌を誘電体隔壁１０２の壁面に付着させることができる。したがって、液体処理装置２００は、プラズマ２０５により生成されるラジカルを誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水の処理をすることができる。
【０１００】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る液体処理装置３００について説明する。
図７は、実施の形態３に係る液体処理装置３００の全体構成の一例を示す概略図である。図７に示すように、実施の形態３の第１の電極３０１及びその周辺の構成は、実施の形態２と比べて、気体供給装置を備えている点で異なる。実施の形態３のその他の構成は、実施の形態２と同じである。以下、実施の形態３における第１の電極３０１及びその周辺の構成について説明する。
【０１０１】
［第１の電極及びその周辺の構成３］
図７に示すように、第１の電極３０１及びその周辺の構成は、第１の電極３０１と、絶縁体３０２と、気体供給装置３０３を備える。第１の電極３０１は、例えば、円柱状であり、第１の電極３０１の外周には絶縁体３０２が配置されている。絶縁体３０２は、第１の電極３０１の外周との間に間隙３０４を形成するように配置される。また、絶縁体３０２には、開口部３０５が設けられている。なお、図７において、開口部３０５は、絶縁体３０２の側面（図示上方向）に設けられているが、この位置に限定されるものではない。第１の電極３０１の一方の端部には、気体を供給する気体供給装置３０３が接続されている。気体供給装置３０３は、第１の電極３０１と絶縁体３０２との間に形成された間隙３０４に気体を供給する。この間隙３０４に供給された気体は、第１の電極３０１の周囲を覆うとともに、絶縁体３０２の開口部３０５から被処理水中に排出されて気泡３０６を形成する。したがって、電源１０５により第１の電極３０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、気泡３０６内で安定して放電が発生し、効率良くプラズマ３０７を発生させることができる。すなわち、実施の形態３は、効率良くプラズマ３０７を発生させて、長寿命のＯＨラジカルを生成することができる。
【０１０２】
［動作（液体処理方法）］
実施の形態３に係る液体処理装置３００の動作、すなわち、実施の形態３に係る液体処理装置３００により実施される液体処理方法の一例について説明する。
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第２の空間１０７を電解液で満たす。
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第１の空間１０６を被処理水で満たす。
【０１０３】
気体供給装置３０３が、第１の電極３０１と絶縁体３０２との間に形成される間隙３０４に気体を供給する。供給される気体の量は、特に制限されないが、例えば、０．５リットル／ｍｉｎ〜２．０リットル／ｍｉｎとしてもよい。この間隙３０４に供給された気体は、絶縁体３０２の開口部３０５から被処理水中に排出されて、第１の電極３０１の一部を覆う柱状の気泡３０６を形成する。気泡３０６は、絶縁体３０２の開口部３０５から一定距離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、気体の供給により、第１の電極３０１と絶縁体３０２との間の間隙３０４に気体が流れ、第１の電極３０１は、常に気体で覆われた状態となる。また、この間隙３０４に供給された気体は、絶縁体３０２の開口部３０５から排出され、柱状の気泡３０６を形成する。
【０１０４】
電源１０５が、第１の電極３０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。このように、第１の電極３０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されることにより、第１の電極３０１の近傍から気泡３０６内にプラズマ３０７が発生する。プラズマ３０７は、第１の電極３０１の先端付近の気泡３０６内のみならず、絶縁体３０２の内部の間隙３０４に渡って広く生成される。
【０１０５】
また、第１の電極３０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、実施の形態１と同様に、処理槽１０１内に配置された誘電体隔壁１０２が正と負に帯電する。そして、誘電体隔壁１０２の第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したとき、第１の空間１０６側が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が形成される。この正の電界に、被処理水中の負に帯電する菌が引き寄せられて、誘電体隔壁１０２の壁面に付着する。液体処理装置３００は、この誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に、プラズマ３０７により生成されたラジカルを衝突させることにより、除菌を行う。
【０１０６】
［効果］
実施の形態３に係る液体処理装置３００は、第１の電極３０１及びその周辺の構成により、効率よくプラズマ３０７を発生させることができるため、長寿命のラジカルを生成することができる。また、電源１０５により第１の電極３０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、誘電体隔壁１０２が正に帯電したときに菌を誘電体隔壁１０２の壁面に付着させることができる。したがって、液体処理装置３００は、プラズマ３０７により生成されるラジカルを誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水の処理をすることができる。
【０１０７】
（実施の形態４）
実施の形態４に係る液体処理装置４００について説明する。
図８は、実施の形態４に係る液体処理装置４００の全体構成の一例を示す概略図である。図８に示すように、実施の形態４の第１の電極４０１及びその周辺の構成は、実施の形態２と比べて、気体除去装置４０３を備える点で異なる。実施の形態４のその他の構成は、実施の形態２と同じである。以下、実施の形態４の第１の電極４０１及びその周辺の構成について説明する。
【０１０８】
［第１の電極及びその周辺の構成４］
図８に示すように、第１の電極４０１及びその周辺の構成は、第１の電極４０１と、絶縁体４０２と、気体除去装置４０３を備える。第１の電極４０１は、例えば、円柱状であり、第１の電極４０１の外周には絶縁体４０２が配置されている。絶縁体４０２は、第１の電極４０１の外周との間に間隙４０４を形成するように配置される。また、絶縁体４０２には、開口部４０５が設けられている。気体除去装置４０３は、第１の電極４０１と絶縁体４０２との間に形成される間隙４０４の気体を除去する。気体除去装置４０３は、シリンジの他に、例えば、ポンプなどを用いることもできる。気体除去装置４０３は、流路４０６を介して、第１の電極４０１と絶縁体４０２との間に形成される間隙４０４から気体を除去し、間隙４０４を処理槽１０１内の被処理水で満たす。そして、電源１０５が第１の電極４０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。第１の電極４０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されるとき、間隙４０４内の被処理水が気化して、気体が生成される。そして、この気体が絶縁体４０２の開口部４０５を通るときに放電し、プラズマ４０７を発生させる。
【０１０９】
［動作（液体処理方法）］
実施の形態４に係る液体処理装置４００の動作、すなわち、実施の形態４に係る液体処理装置４００により実施される液体処理方法の一例について説明する。
【０１１０】
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第２の空間１０７を電解液で満たす。
液体処理を開始する前に、処理槽１０１内の第１の空間１０６を被処理水で満たす。
【０１１１】
放電前の最初の段階において、気体除去装置４０３が、第１の電極４０１と絶縁体４０２の間に形成される間隙４０４に残存する気体を除去する。気体除去装置４０３は、例えば気体除去装置４０３内の圧力を減圧することによって、間隙４０４に残存する気体を除去する。なお、気体除去装置４０３から液体を間隙４０４に注入することにより、間隙４０４内の気体を除去してもよい。
気体除去装置４０３から間隙４０４に液体を注入する場合、その液体は、例えば、水道水または蒸留水である。
【０１１２】
電源１０５が第１の電極４０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧を印加する。
【０１１３】
第１の電極４０１から与えられた電力により、間隙４０４内の液体が加熱され、間隙４０４内の液体が気化し、気体が発生する。発生した気体は、間隙４０４内で集合して、間隙４０４内部の圧力と処理槽１０１の第１の空間１０６内の圧力との圧力差によって、絶縁体４０２に設けた開口部４０５から、処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水へ放出される。
なお、このとき、間隙４０４内で気化する液体は、気体除去装置４０３によって注入された液体でもよいし、被処理水でもよいし、それらが混ざったものでもよい。
【０１１４】
発生した気体が絶縁体４０２の開口部４０５を通るとき、開口部４０５付近の液体が気体に置き換わり、被処理水に囲まれる気体、すなわち気泡が形成される。すなわち、この気泡によって、第１の電極４０１から処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水に向かう導電経路が絶縁される。このとき、開口部４０５に存在する気泡に電源１０５からの高周波の交流電圧が印加されて、電界集中により気泡内で放電が生じる。その結果、気泡内でプラズマ４０７が発生する。一度プラズマ４０７が発生すると、継続的かつ連続的にプラズマ４０７が生成される。プラズマ４０７を内包した気泡は、絶縁体４０２の開口部４０５から処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水に向かって放出される。このプラズマ４０７を内包した気泡は、絶縁体４０２の開口部４０５から処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水中に張り出した状態となる。
【０１１５】
さらに、絶縁体４０２の開口部４０５から張り出した気泡から、一部が分離されることによって、複数の気泡４０８が発生する。複数の気泡４０８が処理槽１０１の第１の空間１０６内の被処理水に拡散される。複数の気泡４０８は、プラズマ４０７により生成された電子、イオン、又はラジカルを内包している。そして、複数の気泡４０８によって、被処理水を除菌する及び／又は被処理液水に含まれる化学物質を分解することができる。
【０１１６】
また、第１の電極４０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、実施の形態１と同様に、処理槽１０１内に配置された誘電体隔壁１０２が正と負に帯電する。そして、誘電体隔壁１０２の第２の空間１０７側の壁面が負に帯電したとき、第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、第１の空間１０６に正の電界が形成される。この正の電界に被処理水中の負に帯電した菌が引き寄せられて、誘電体隔壁１０２の壁面に付着する。液体処理装置４００は、この誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に、プラズマ４０７により生成されたラジカルを衝突させることにより、除菌を行う。
【０１１７】
［効果］
実施の形態４に係る液体処理装置４００では、気体除去装置４０３は、第１の電極４０１と絶縁体４０２との間で形成される間隙４０４の気体を除去できる。間隙４０４内に気体が残存している場合、その残存する気体中で放電を行うと、窒素イオンが発生する可能性がある。窒素イオンは、ＯＨなどの酸素系ラジカルをスカベンジ(侵食または除去)する。これに対して、液体処理装置４００は、残存する気体を除去することによって、窒素イオンの発生を抑制することができる。そのため、酸素系ラジカルをより多く、又は長い時間、処理槽１０１内に保持することができる。したがって、より生体にとって安全な除菌シーンで、純粋な酸素系ラジカルを生成することができる。また、電源１０５により第１の電極４０１と第２の電極１０４との間に高周波の交流電圧が印加されると、誘電体隔壁１０２の第１の空間１０６側の壁面が正に帯電し、被処理水中の菌を誘電体隔壁１０２の壁面に付着させることができる。よって、液体処理装置４００は、プラズマ４０７により生成されるラジカルを誘電体隔壁１０２の壁面に付着した菌に効率良く衝突させることができ、短時間で被処理水の処理をすることができる。
【０１１８】
実施の形態１〜４で説明したように、本開示の液体処理装置は、処理槽内に誘電体隔壁を配置し、第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加する構成を有している。この構成により、電源が第１の電極と第２の電極との間に高周波の交流電圧を印加すると、誘電体隔壁の第１の空間側の壁面が正に帯電し、被処理水中の菌を誘電体隔壁に引き寄せることによって、菌を誘電体隔壁の壁面に付着させることができる。また、本開示の液体処理装置は、様々な第１の電極及びその周辺の構成を用いることができる。例えば、被処理水中にプラズマを発生させることによりラジカルを生成する構成を用いることができる。
【０１１９】
したがって、本開示の液体処理装置は、被処理水中に生成したラジカルを誘電体隔壁の壁面に付着した菌に効率良く衝突させることができ、被処理水を高速で除菌すること（ワンパス除菌）ができる。すなわち、本開示の液体処理装置は、短時間で液体の処理をすることができる。特に、第２の電極をアース接地することにより、被処理水中の菌をさらに高速で除菌することができる。
【０１２０】
実施の形態１〜４では、第１の電極及びその周辺構成が各々異なる例について説明した。しかし、本開示の液体処理装置は、実施の形態１〜４で示される第１の電極及びその周辺の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。第１の電極及びその周辺の構成は、少なくとも被処理水中に、菌を分解可能なラジカルなどの生成物を生成できる構成であればよい。例えば、液体処理装置は、図１に示されるように、第１の電極のみの構成であってもよい。また、液体処理装置は、複数の第１の電極を備えてもよい。第１の電極のみの構成の場合、実施の形態１〜４に比べて被処理水中に生成されるラジカルの量は少なくなるが、液体の処理をすることはできる。また、第１の電極を複数用いた場合、効率良くプラズマを発生させることができるため、より短時間で液体の処理をすることができる。
【０１２１】
第１の電極の形状又は大きさは、任意に選択することができる。第１の電極の形状は、例えば、円筒状、円柱形状、直方体又は面状の形状などの任意の形状としてもよい。また、第１の電極の大きさは、プラズマが発生する大きさであればよく、例えば、直径が２ｍｍ以下のものを用いてもよい。なお、第１の電極の形状又は大きさは、第１の電極及びその周辺の構成（例えば、絶縁体、気体供給装置など）により、任意の形状又は大きさに決定されてもよい。同様に、第２の電極の形状又は大きさも任意に選択することができる。
【０１２２】
絶縁体の形状又は大きさは、任意に決定することができ、第１の電極の形状又は大きさに合わせて決定してもよい。また、実施の形態１〜４において、絶縁体に開口部が１つ設けられているが、開口部の数は１つに限られるものではなく、複数設けてもよい。また、開口部の位置も特に制限はない。
【０１２３】
本開示の液体処理装置は、任意の実施の形態で実施し得るものである。例えば、本開示の液体処理装置により実施される液体処理方法がある。この液体処理方法によれば、被処理水中にラジカルを生成しつつ、誘電体隔壁に菌を付着させることができる。したがって、被処理水中に生成したラジカルを菌に効率良く衝突させることができ、被処理水中の菌を高速で除菌することができる。すなわち、本開示の液体処理装置により実施される液体処理方法によれば、短時間で被処理水の処理をすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２４】
本開示に係る液体処理装置、及び液体処理方法は、例えば菌を含む液体を処理する用途に用いられる。本開示に係る液体処理装置は、例えば、浄水器、洗濯機、ポット、空気清浄機などの用途に有用である。
【符号の説明】
【０１２５】
１００、１００ａ、２００、３００、４００  液体処理装置
１０１  処理槽
１０２  誘電体隔壁
１０３、２０１、３０１、４０１  第１の電極
１０４  第２の電極
１０５  電源
１０６  第１の空間
１０７  第２の空間
１０８  注入口
１０９  排出口
１１０  注入方向
１１１、２０２、３０２、４０２  絶縁体
１１２、３０３  気体供給装置
１１３、２０６、３０６、４０８  気泡
１１４、２０５、３０７、４０７  プラズマ
１１５  延長線
１１６  凹凸部
２０３、３０４、４０４  間隙
２０４、３０５、４０５  開口部
４０３  気体除去装置
４０６  流路
【図１】
0005899455.tif 000002
【図２】
0005899455.tif 000003
【図３】
0005899455.tif 000004
【図４】
0005899455.tif 000005
【図５】
0005899455.tif 000006
【図６】
0005899455.tif 000007
【図７】
0005899455.tif 000008
【図８】
0005899455.tif 000009