(57)【要約】【課題】放電を安定させることができる液体処理装置を提供する。【解決手段】本開示の一態様に係る液体処理装置１は、液体２を流すための流路１６と、流路１６内に少なくとも一部が配置された第１の電極３０及び第２の電極４０と、第１の電極３０の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口５１を有する絶縁体５０と、絶縁体５０の空間に気体３を供給し、かつ開口５１を介して気体３を液体２中に放出する気体供給ポンプ６０と、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源８０とを備え、流路１６の少なくとも一部は、液体２が水平方向に対して斜め上方に流れるように、水平方向に対して傾斜する方向に延びており、流路１６の少なくとも一部内に、開口５１が配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を流すための流路と、
前記流路内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、
前記流路内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、
前記第１の電極の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口を有する絶縁体と、
前記空間に気体を供給し、かつ前記開口を介して前記気体を前記液体中に放出する気体供給装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源とを備え、
前記流路の少なくとも一部は、前記液体が水平方向に対して斜め上方に流れるように、前記水平方向に対して傾斜する方向に延びており、
前記流路の前記少なくとも一部内に、前記開口が配置されている、
液体処理装置。
【請求項２】
前記流路を内部に有する反応槽をさらに備え、
前記絶縁体は、前記反応槽の壁を貫通し、かつ前記反応槽に固定されている、
請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項３】
前記反応槽は、前記流路の前記少なくとも一部が延びる前記方向と交差する方向に長尺な形状を有する、
請求項２に記載の液体処理装置。
【請求項４】
前記反応槽は、前記流路の前記少なくとも一部が延びる前記方向に長尺な形状を有し、かつ前記水平方向に対して傾斜して配置されている、
請求項２に記載の液体処理装置。
【請求項５】
液体を流すための流路と、
前記流路内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、
前記流路内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、
前記第１の電極の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口を有する絶縁体と、
前記空間に気体を供給し、かつ前記開口を介して前記気体を前記液体中に放出する気体供給装置と、
前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源とを備え、
前記流路の少なくとも一部内に、前記開口が配置されており、
前記開口は、前記流路の前記少なくとも一部内を前記液体が流れる方向に向かって斜めに開いている、
液体処理装置。
【請求項６】
前記絶縁体の軸は、前記端面に直交しており、かつ前記方向に対して傾斜している、
請求項５に記載の液体処理装置。
【請求項７】
前記絶縁体の軸は、前記端面に対して斜めに交差している、
請求項５に記載の液体処理装置。
【請求項８】
前記流路の前記少なくとも一部は、水平方向に延びている、
請求項５から７のいずれか１項に記載の液体処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、プラズマを利用した液体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体の浄化又は殺菌などにプラズマを利用する技術が知られている。例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３には、液体中に気体を供給し、供給した気体内でプラズマを生成する液体処理装置が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−３３６９４号公報
【特許文献２】特開２０１５−１３６６４４号公報
【特許文献３】国際公開第２０１５／０７２０４９号
【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、上記従来の液体処理装置では、放電が安定しない、すなわち、プラズマが不安定化するという問題がある。
【０００５】
そこで、本開示は、放電を安定させることができる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装置は、液体を流すための流路と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、前記第１の電極の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口を有する絶縁体と、前記空間に気体を供給し、かつ前記開口を介して前記気体を前記液体中に放出する気体供給装置と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源とを備える。前記流路の少なくとも一部は、前記液体が水平方向に対して斜め上方に流れるように、前記水平方向に対して傾斜する方向に延びており、前記流路の前記少なくとも一部内に、前記開口が配置されている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、放電を安定させることができる液体処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、実施の形態１に係る液体処理装置の構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る第１の電極及び絶縁体の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、実施の形態１及び比較例に係る液体処理装置による放電の持続性を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例に係る液体処理装置の反応槽及びその近傍の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、実施の形態１の変形例に係る液体処理装置の構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態２に係る液体処理装置の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２の変形例に係る第１の電極及び絶縁体の一例を示す断面図である。
【図８】図８は、実施の形態２の変形例に係る液体処理装置の反応槽及びその近傍の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の概要）
本開示の一態様に係る液体処理装置は、液体を流すための流路と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、前記第１の電極の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口を有する絶縁体と、前記空間に気体を供給し、かつ前記開口を介して前記気体を前記液体中に放出する気体供給装置と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源とを備える。前記流路の少なくとも一部は、前記液体が水平方向に対して斜め上方に流れるように、前記水平方向に対して傾斜する方向に延びており、前記流路の前記少なくとも一部内に、前記開口が配置されている。
【００１０】
これにより、プラズマの発光量が増大し、放電を安定させることができる。
【００１１】
水平方向は重力方向に対して垂直な方向であり、例えば水準器により確認することができる。
【００１２】
また、例えば、本開示の一態様に係る液体処理装置は、前記流路を内部に有する反応槽をさらに備え、前記絶縁体は、前記反応槽の壁を貫通し、かつ前記反応槽に固定されていてもよい。
【００１３】
これにより、反応槽の形状又は姿勢などを調節することで、容易に、流路を水平方向に対して斜め上方に傾斜させることができる。また、傾斜角の調整も容易になるので、適切な傾斜角に調整することがで、放電の安定性を高めることができる。
【００１４】
また、例えば、前記反応槽は、前記流路の前記少なくとも一部が延びる前記方向と交差する方向に長尺な形状を有してもよい。
【００１５】
これにより、例えば水平面に反応槽を載置することで、流路を水平方向に対して斜め上方に傾斜させることができる。例えば、流路を傾斜させた状態で、反応槽を水平面上で安定させて支持することができる。
【００１６】
また、例えば、前記反応槽は、前記流路の前記少なくとも一部が延びる前記方向に長尺な形状を有し、かつ前記水平方向に対して傾斜して配置されていてもよい。
【００１７】
これにより、反応槽の取り付け姿勢を変更するだけで、容易に、流路を水平方向に対して斜め上方に傾斜させることができる。例えば、汎用の筒体などを反応槽として利用することができるので、材料の選択性が向上し、例えば小型で軽量なものを利用することができる。したがって、液体処理装置の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００１８】
また、本開示の他の一態様に係る液体処理装置は、液体を流すための流路と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第１の電極と、前記流路内に少なくとも一部が配置された第２の電極と、前記第１の電極の側面を、空間を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面に開口を有する絶縁体と、前記空間に気体を供給し、かつ前記開口を介して前記気体を前記液体中に放出する気体供給装置と、前記第１の電極と前記第２の電極との間に電圧を印加し、かつプラズマを発生させる電源とを備える。前記流路の少なくとも一部内に、前記開口が配置されており、前記開口は、前記流路の前記少なくとも一部内を前記液体が流れる方向に向かって斜めに開いている。
【００１９】
これにより、プラズマの発光量が増大し、放電を安定させることができる。
【００２０】
また、例えば、前記絶縁体の軸は、前記端面に直交しており、かつ前記流路の前記少なくとも一部内を前記液体が流れる方向に対して傾斜していてもよい。
【００２１】
流路内を液体が流れる方向に対して斜めの方向から、例えば円筒状の絶縁体を流路内に挿入することにより、絶縁体と流路とを組み合わせることができる。このように、流路と絶縁体との配置の姿勢を調整すればよいので、流路を形成する反応槽、及び、絶縁体のいずれも汎用の部品を利用することができる。したがって、材料の選択性が向上し、例えば小型で軽量なものを利用することができる。よって、液体処理装置の小型化及び軽量化を実現することができる。
【００２２】
また、例えば、前記絶縁体の軸は、前記絶縁体の前記端面に対して斜めに交差していてもよい。
【００２３】
これにより、例えば、絶縁体の端面を斜めに切断しておくことで、液体の流れる方向に対して斜めの開口面を形成することができる。つまり、絶縁体の形状を変更するだけで、容易に放電を安定させることができる。
【００２４】
また、例えば、前記流路の前記少なくとも一部は、水平方向に延びていてもよい。
【００２５】
これにより、流路内を液体が水平方向に流れる場合であっても、気体の放出口である開口の開口面を傾斜させることで、放電を安定させることができる。
【００２６】
以下では、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２７】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又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、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、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、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。
【００２８】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。したがって、例えば、各図において縮尺などは必ずしも一致しない。また、各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
【００２９】
また、本明細書において、平行又は垂直などの要素間の関係性を示す用語、及び、円柱などの要素の形状を示す用語、並びに、数値範囲などは、厳格な意味のみを表す表現ではなく、実質的に同等な範囲、例えば数％程度の差異をも含むことを意味する表現である。
【００３０】
（実施の形態１）
［１．概要］
まず、実施の形態１に係る液体処理装置の概要について、図１を用いて説明する。図１は、本実施の形態に係る液体処理装置１の構成を示す図である。なお、図１では、液体２を溜める処理槽１０、並びに、液体２に対してプラズマ処理を行う反応槽１５及びその近傍の各々の断面構成の一例を示しており、その他の構成（例えば、配管部２０、気体供給ポンプ６０など）を模式的に示している。
【００３１】
図１に示すように、液体処理装置１は、液体２内に供給された気体３中でプラズマ５を生成する。液体２内に供給された気体３は、気泡として液体２内に存在する。気体３による気泡は、気液界面４が液体２内で閉じていてもよく、あるいは、外部空間と連通していてもよい。
【００３２】
液体２は、液体処理装置１による処理対象となる被処理液である。液体２は、例えば水道水又は純水などの水又は水溶液である。液体２は、処理槽１０と反応槽１５との間を、配管部２０を介して循環している。図１において、反応槽１５内及び配管部２０の近傍に示す３つの白抜き矢印は、液体２の流れる方向を示している。
【００３３】
液体処理装置１は、液体２に供給された気体３内でプラズマ５を生成することで、液体２に反応種である活性種を発生させる。活性種には、例えば、ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）、水素ラジカル（Ｈ）、酸素ラジカル（Ｏ）、スーパーオキシドアニオン（Ｏ２−）、一価酸素イオン（Ｏ−）又は過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）などが含まれる。これらの活性種によって、液体２に含まれる有害物質の分解などを行うことができる。また、活性種を含む液体２を、他の物質の殺菌などに利用することもできる。
【００３４】
［２．構成］
次に、本実施の形態に係る液体処理装置１の構成について説明する。
【００３５】
図１に示すように、液体処理装置１は、処理槽１０と、反応槽１５と、配管部２０と、第１の電極３０と、第１の保持部３５と、第２の電極４０と、第２の保持部４５と、絶縁体５０と、気体供給ポンプ６０と、液体供給ポンプ７０と、電源８０とを備える。以下では、液体処理装置１が備える各構成要素について詳細に説明する。
【００３６】
［２−１．処理槽］
処理槽１０は、液体２を溜めるための容器である。処理槽１０の外形形状は、例えば、直方体、円柱又は球体など、いかなるものでもよい。処理槽１０は、例えば、上部が開放されたトレイなどである。
【００３７】
処理槽１０には、配管部２０が接続されている。具体的には、処理槽１０は、配管部２０を介して反応槽１５と接続されている。配管部２０には、液体供給ポンプ７０が接続されており、処理槽１０、反応槽１５及び配管部２０の間で液体２が循環される。
【００３８】
処理槽１０は、例えば、耐酸性の樹脂材料などで形成される。例えば、処理槽１０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。
【００３９】
［２−２．反応槽及び流路］
反応槽１５は、内部に第１の電極３０及び第２の電極４０の各々の少なくとも一部が配置された槽である。具体的には、反応槽１５の壁を貫通するように第１の電極３０及び第２の電極４０が配置されている。
【００４０】
反応槽１５は、液体２が流れる流路１６を内部に有する。流路１６内には、液体２が満たされている。第１の電極３０及び第２の電極４０の各々の少なくとも一部は、流路１６内に配置されている。流路１６には、気体供給ポンプ６０が供給した気体３（気泡）が、絶縁体５０の開口５１を介して放出される。第１の電極３０及び第２の電極４０間で放電させることにより、気体３内でプラズマ５が生成される。
【００４１】
流路１６は、開口５１が配置された位置において、流路１６の上流から下流に向かって水平方向に対して斜め上方に傾斜している。これにより、第１の電極３０を囲む絶縁体５０の開口５１の近傍では、液体２が水平方向に対して斜め上方に向かって流路１６を流れている。開口５１の開口面と流路１６の延在方向とが交差している。本明細書において、流路１６の延在方向は、流路１６内の液体２が流れる方向である。図１に示す例では、流路１６の延在方向は、具体的には、水平方向に対して傾斜角θで斜め上方に向かう方向である。
【００４２】
図１には、流路１６の傾斜角θを図示している。なお、図１において、傾斜角θの基準となる破線が水平方向である。傾斜角θは、例えば、２０°以上４５°以下であるが、これに限らない。流路１６の傾斜角θは、例えば一定であるが、上流から下流に向かって変化していてもよい。
【００４３】
流路１６は、例えば、流路の断面が円形であり、循環方向に沿った任意の断面において断面積が一定となるように形成されているが、これに限らない。例えば、流路１６の断面は、正方形又はその他の多角形でもよい。
【００４４】
本実施の形態では、反応槽１５は、流路１６の延在方向に交差する方向に長尺な形状を有する。反応槽１５は、例えば、水平方向に対して長尺な直方体又は円柱状の容器であるが、これに限らない。反応槽１５は、例えば、密閉された貯液タンクでもよく、あるいは、上部が開放されたトレイでもよい。また、反応槽１５は、配管部２０の一部でもよい。
【００４５】
反応槽１５は、例えば、耐酸性の樹脂材料などで形成される。例えば、反応槽１５は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。
【００４６】
［２−３．配管部］
配管部２０は、液体２の循環経路を形成するための配管である。配管部２０は、例えば、パイプ、チューブ又はホースなどの管状の部材から形成される。配管部２０は、耐酸性の樹脂材料又は金属材料などから形成される。例えば、配管部２０は、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂、シリコンゴム、ポリ塩化ビニル、ステンレス又はセラミックなどから形成される。
【００４７】
本実施の形態では、配管部２０は、処理槽１０と液体供給ポンプ７０とを接続し、液体供給ポンプ７０と反応槽１５とを接続し、反応槽１５と処理槽１０とを接続している。このように、配管部２０は、処理槽１０、液体供給ポンプ７０、反応槽１５、処理槽１０をこの順で接続し、液体２の循環経路を形成している。
【００４８】
［２−４．第１の電極］
図２は、本実施の形態に係る第１の電極３０及び絶縁体５０の一例を示す断面図である。具体的には、図２は、第１の電極３０の長軸を通る断面を示している。図２に示すように、第１の電極３０は、電極部３１と、ネジ部３２とを備える。
【００４９】
第１の電極３０は、プラズマ５を生成するための一対の電極の一方である。第１の電極３０は、反応電極として用いられ、周囲にプラズマ５が生成される。第１の電極３０は、陽極として機能する。
【００５０】
電極部３１は、第１の電極３０の先端側に設けられた長尺の円柱部である。電極部３１の直径は、プラズマ５が生成可能であればよく、例えば２ｍｍ以下である。ここでは、一例として、電極部３１の直径は０．８ｍｍである。
【００５１】
電極部３１は、例えばタングステンから形成されるが、これに限定されない。電極部３１は、アルミニウム、鉄若しくは銅又はこれらの合金などの金属材料から形成されてもよい。
【００５２】
第１の電極３０は、流路１６内に少なくとも一部が配置されている。具体的には、第１の電極３０の電極部３１が、反応槽１５の流路１６内に配置されて、液体２に接触する。電極部３１は、図２に示すように、空間５２を介して絶縁体５０に囲まれている。なお、気体供給ポンプ６０によって気体３が供給された場合には、供給された気体３が空間５２を満たすので、電極部３１は、供給された気体３に覆われて液体２には接触しない。
【００５３】
本実施の形態では、電極部３１と絶縁体５０とは、同軸上に配置されている。電極部３１と絶縁体５０との間には、全周に亘って空間５２が設けられている。すなわち、空間５２は、幅ｄ１が略均一の円筒状の空間である。幅ｄ１は、第１の電極３０の側面と絶縁体５０の側面との距離であり、例えば、１ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００５４】
ネジ部３２は、電極部３１を支持する金属製の部材である。具体的には、電極部３１は、ネジ部３２に圧入されることで固定されている。ネジ部３２は、電極部３１と電気的に接続されており、電源８０から受けた電力を電極部３１に伝える。
【００５５】
ネジ部３２は、第１の電極３０の後端側に設けられた円柱部である。ネジ部３２の直径は、電極部３１の直径より大きく、例えば、３ｍｍである。例えば、ネジ部３２は、鉄などの、加工が容易な金属材料を用いて形成される。
【００５６】
ネジ部３２は、第１の保持部３５に保持されている。具体的には、ネジ部３２の外側面には雄ねじが設けられている。当該雄ねじが、第１の保持部３５に設けられた雌ねじと螺合することで、ネジ部３２は、第１の保持部３５に保持されている。
【００５７】
ネジ部３２には、気体供給ポンプ６０に接続された貫通孔３４が設けられている。貫通孔３４は、空間５２と連通している。このため、気体供給ポンプ６０から供給された気体３は、貫通孔３４及び空間５２を介して、絶縁体５０の開口５１から反応槽１５の流路１６を流れる液体２内に放出される。
【００５８】
本実施の形態では、図２に示すように、ネジ部３２には、２つの貫通孔３４が設けられている。これにより、貫通孔３４での気体３の圧損が抑制される。なお、貫通孔３４の数は、１つのみ又は３以上でもよい。
【００５９】
図２に示すように、第１の電極３０の端面３３は、開口５１の開口面より後退している。このときの後退量ｄ２は、第１の電極３０の端面３３の近傍に発生するプラズマ５と絶縁体５０の内側面との接触が抑制される範囲である。具体的には、第１の電極３０の端面３３の後退量ｄ２は、例えば、０ｍｍ以上３ｍｍ以下である。
【００６０】
後退量ｄ２は、ネジ部３２を軸周りに回転させることで調整することができる。ネジ部３２が回転することで、電極部３１とネジ部３２とが連動して、第１の保持部３５に固定された絶縁体５０に対して、軸方向に移動する。これにより、端面３３の位置を可変にすることができる。
【００６１】
［２−５．第１の保持部］
第１の保持部３５は、第１の電極３０を保持するための部材である。本実施の形態では、第１の保持部３５は、第１の電極３０と絶縁体５０とを保持し、反応槽１５の所定の位置に取り付ける。
【００６２】
第１の保持部３５には、雌ねじが設けられている。雌ねじは、第１の電極３０のネジ部３２の雄ねじと螺合する。これにより、ネジ部３２を軸周りに回転させることで、第１の保持部３５に対して、軸方向に第１の電極３０の位置を調整することができる。絶縁体５０は、第１の保持部３５又は反応槽１５に固定されているので、絶縁体５０の開口５１に対する第１の電極３０の端面３３の位置を調整することができる。すなわち、第１の電極３０の端面３３の後退量又は突出量を調整することができる。
【００６３】
［２−６．第２の電極］
第２の電極４０は、プラズマ５を生成するための一対の電極の他方である。第２の電極４０は、陰極として機能する。第２の電極４０は、流路１６内に少なくとも一部が配置されている。第２の電極４０は、液体２に接触している。
【００６４】
本実施の形態では、第２の電極４０は、図１に示すように、第１の電極３０よりも流路１６内で上流側に配置されている。あるいは、第２の電極４０は、第１の電極３０よりも流路１６内で下流側に配置されていてもよい。また、第２の電極４０は、液体２の流れる方向に対して直交するように、第１の電極３０に対して対向する位置に配置されていてもよい。
【００６５】
第２の電極４０は、例えば、長尺の円柱部を有する。本実施の形態において、第２の電極４０の形状、大きさ及び材質などは、第１の電極３０と同じであるが、異なっていてもよい。
【００６６】
［２−７．第２の保持部］
第２の保持部４５は、第２の電極４０を保持するための部材である。本実施の形態では、第２の保持部４５は、第２の電極４０を保持し、反応槽１５の所定の位置に取り付ける。
【００６７】
［２−８．絶縁体］
図２に示すように、絶縁体５０は、第１の電極３０の側面を、空間５２を介して囲むように配置されている。絶縁体５０は、液体２に接する端面５３に開口５１が設けられた筒状の形状を有する。本実施の形態では、絶縁体５０は、第１の電極３０の電極部３１の側面を囲む長尺の円筒体である。絶縁体５０は、反応槽１５の壁を貫通し、かつ、開口５１が流路１６内に位置するように反応槽１５に固定されている。具体的には、絶縁体５０は、第１の保持部３５によって固定されている。例えば、絶縁体５０及び第１の電極３０は、その軸方向が鉛直方向になるように配置されている。
【００６８】
絶縁体５０の内径は、電極部３１の外径より大きい。また、電極部３１と絶縁体５０とが同軸上に配置されている。このため、空間５２は、電極部３１の全周に亘って円筒状に形成される。空間５２によって、電極部３１は、絶縁体５０に接触しない。例えば、絶縁体５０の内径が３ｍｍであり、電極部３１の外径が０．８ｍｍである。これにより、空間５２の幅ｄ１は、１．１ｍｍとなる。
【００６９】
空間５２に供給された気体３は、開口５１を介して反応槽１５内の液体２中へ放出される。放出された気体３は、気泡となって液体２中に拡散される。このとき、開口５１が、気泡の大きさの上限を決定する機能を有する。
【００７０】
絶縁体５０は、例えば、アルミナセラミックから構成される。あるいは、絶縁体５０は、マグネシア、ジルコニア、石英又は酸化イットリウムなどから構成されてもよい。
【００７１】
なお、絶縁体５０は、円筒体に限らず角筒体でもよい。また、絶縁体５０は、第１の保持部３５に保持されているが、反応槽１５の壁面に直接固定されていてもよい。
【００７２】
［２−９．気体供給ポンプ］
気体供給ポンプ６０は、絶縁体５０の内部に気体３を供給することで、開口５１を介して気体３を液体２中に放出する。気体供給ポンプ６０は、例えば、第１の電極３０のネジ部３２に接続されている。気体供給ポンプ６０は、例えば、周囲の空気を取り込んで、ネジ部３２の貫通孔３４を介して空間５２に気体３として供給する。なお、気体供給ポンプ６０は、空気に限らず、アルゴン、ヘリウム、窒素ガス又は酸素ガスなどを供給してもよい。
【００７３】
本実施の形態では、気体供給ポンプ６０が供給する気体３の流量は、０．５Ｌ／ｍｉｎ以上である。気体供給ポンプ６０が気体３を供給した場合、気体３が空間５２内に溜まった液体２を開口５１から押し出して、電極部３１を気体３が覆う。気体３は、開口５１を介して反応槽１５内の液体２中へ放出される。
【００７４】
［２−１０．液体供給ポンプ］
液体供給ポンプ７０は、配管部２０を介して、処理槽１０と反応槽１５との間で液体２を循環させる液体供給装置の一例である。本実施の形態では、液体供給ポンプ７０は、配管部２０の途中に配置されている。
【００７５】
［２−１１．電源］
電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間に所定の電圧を印加することで、プラズマ５を生成する。具体的には、電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間にパルス電圧又は交流電圧を印加する。
【００７６】
例えば、印加する電圧は、２ｋＶ／ｃｍから５０ｋＶ／ｃｍ、１Ｈｚから１００ｋＨｚの正極性の高電圧パルスである。電圧波形は、例えば、パルス状、正弦半波形及び正弦波形のいずれでもよい。また、第１の電極３０と第２の電極４０との間に流れる電流値は、例えば、１ｍＡから３Ａである。ここでは、一例として、電源８０は、周波数が３０ｋＨｚで、ピーク電圧が４ｋＶの正のパルス電圧を印加する。
【００７７】
［３．動作］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置１の動作について説明する。
【００７８】
本実施の形態に係る液体処理装置１では、液体供給ポンプ７０が液体２を循環させながら、気体供給ポンプ６０が気体３を供給する。気体供給ポンプ６０によって供給された気体３は、ネジ部３２の貫通孔３４を介して空間５２に供給される。気体３が供給される前に空間５２を満たしていた液体２は、開口５１を介して、反応槽１５内の液体２中に放出される。例えば、気体３の流量は、０．８Ｌ／ｍｉｎである。気体３は、空間５２を満たすことで第１の電極３０の電極部３１を覆う。これにより、第１の電極３０は、液体２から絶縁される。
【００７９】
また、電源８０は、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加する。例えば、周波数が３０ｋＨｚ、ピーク電圧が４ｋＶの正のパルス電圧を印加する。これにより、第１の電極３０の端面３３と気液界面４との間で放電が発生し、第１の電極３０の電極部３１を覆う気体３（気泡）内でプラズマ５が生成される。プラズマ５によって活性種が生成され、生成された活性種は、液体２に取り込まれる。液体２は循環しているので、活性種を液体２の全体に行き渡らせることができる。
【００８０】
［４．効果など］
ここで、図３及び図４を用いて、本実施の形態に係る液体処理装置１による効果を、従来の液体処理装置と比較することで説明する。
【００８１】
図３は、本実施の形態及び比較例に係る液体処理装置による放電の持続性を示すグラフである。図４は、比較例に係る液体処理装置の反応槽１１５及びその近傍の構成を示す断面図である。
【００８２】
比較例に係る液体処理装置の反応槽１１５は、図４に示すように、流路１１６が水平方向に対して斜めに傾斜していない。流路１１６は、水平方向に延在している。絶縁体５０は、液体２が流路１１６を流れる方向（すなわち、流路１１６の延在方向）に対して垂直に配置されている。すなわち、絶縁体５０の開口５１の開口面は、流路１１６の延在方向（具体的には、水平方向）に対して平行である。
【００８３】
本願発明者は、図４に示す比較例に係る液体処理装置を用いて、被処理液を処理した。また、この時の被処理水は、シリカ（Ｎａ２ＳｉＯ３）を１５０ｐｐｍ、ＣａＣｌ２・２Ｈ２Ｏを２５．１ｐｐｍ、ＭｇＳＯ４・７Ｈ２Ｏを４２．０ｐｐｍ、ＮａＨＣＯ３を９９ｐｐｍ、ＫＨＣＯ３を２１．５ｐｐｍ含む合成水であった。また、比較例に係る液体処理装置は、絶縁体の内径が１０ｍｍのものを用いた。
【００８４】
この場合、図３の「Ｘ」のプロットで示されるように、放電を開始して５０時間で放電が不安定となり放電が停止した。具体的には、電力は略一定のまま推移し、放電が停止する直前には、放電による発光量が低下し、不安定な状態となっていた。
【００８５】
これに対して、本開示の一態様に係る液体処理装置は、液体２が流れる流路１６と、流路１６内に少なくとも一部が配置された第１の電極３０及び第２の電極４０と、第１の電極３０の側面を、空間５２を介して囲み、筒状の形状を有し、かつ端面５３に開口５１を有する絶縁体５０と、空間５２の内部に気体３を供給し、かつ開口５１を介して気体３を液体２中に放出する気体供給装置である気体供給ポンプ６０と、第１の電極３０と第２の電極４０との間に電圧を印加し、かつプラズマ５を発生させる電源８０と、を備える。流路１６の少なくとも一部は、液体２が水平方向に対して斜め上方に流れるように、水平方向に対して傾斜する方向に延びており、流路１６の少なくとも一部内に、開口５１が配置されている。
【００８６】
これにより、プラズマの発光量が増大し、放電を安定させることができる。具体的には、図３の「○」のプロットで示されるように、１００時間超まで、安定して放電することが確認された。これは、気液界面４と第１の電極３０の端面３３との距離が短くなることにより、気泡の形状が小さくなり、かつ、気泡の形状が安定するためと考えられる。
【００８７】
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置１によれば、放電を安定させることができる。
【００８８】
［変形例］
ここで、上記の実施の形態１の変形例について、図５を用いて説明する。図５は、本変形例に係る液体処理装置１０１の構成を示す図である。
【００８９】
図５に示すように、本変形例に係る液体処理装置１０１は、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、反応槽１５の代わりに反応槽１１５を備える点と、新たに、反応槽１１５を支持する支持部１９０を備える点とが相違する。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略する。
【００９０】
反応槽１１５は、上記の比較例として図４で示した反応槽１１５と同じである。具体的には、反応槽１１５は、流路１１６の延在方向に長尺な形状を有している。例えば、反応槽１１５は、円筒又は角筒である。第１の電極３０を囲む絶縁体５０の開口５１の近傍では、液体２が水平方向に対して斜め上方に向かって流路１６を流れている。本変形例では、開口５１の開口面と流路１１６の延在方向（すなわち、液体２が流れる方向）とが平行である。
【００９１】
反応槽１１５は、図５に示すように、水平方向に対して斜めに傾斜して配置されている。本変形例では、反応槽１１５は、水平面１９１に対して傾斜角θで斜めになるように、支持部１９０によって支持されている。反応槽１１５が傾斜して配置されることで、流路１１６は、流路１１６の上流から下流に向かって水平方向に対して斜め上方に傾斜している。
【００９２】
本変形例では、反応槽１１５の側壁を垂直に貫通するように、絶縁体５０及び第１の電極３０が配置されている。このため、絶縁体５０及び第１の電極３０は、鉛直方向及び水平方向に対して傾斜している。絶縁体５０及び第１の電極３０は、その軸方向が、液体２が流路１１６を流れる方向に対して直交している。
【００９３】
支持部１９０は、反応槽１１５と水平面１９１との間に配置されて、反応槽１１５を傾斜した姿勢で支持する部材である。支持部１９０の形状、大きさ及び材料などは、特に限定されない。なお、反応槽１１５を斜めに傾斜した状態で支持する手段は、支持部１９０に限らない。例えば、反応槽１１５は、流路１１６が斜め上方になるように、所定の壁面などに固定されていてもよく、あるいは、上方から吊り下げられていてもよい。
【００９４】
以上のように、本変形例に係る液体処理装置１０１では、反応槽１１５を水平方向に対して斜めに傾斜させることで、流路１１６が、上流から下流に向かって水平方向に対して斜め上方に傾斜している。
【００９５】
これにより、実施の形態１と同様に、放電を安定させることができる。
【００９６】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【００９７】
実施の形態１では、流路が上流から下流に向かって、水平方向に対して斜め上方に傾斜している例について示したが、本実施の形態では、流路は水平方向に延在している。以下では、実施の形態１との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【００９８】
図６は、本実施の形態に係る液体処理装置２０１の構成を示す図である。図６に示すように、液体処理装置２０１は、実施の形態１に係る液体処理装置１と比較して、反応槽１５の代わりに反応槽１１５を備える点と、第１の電極３０及び絶縁体５０が流路１１６に対して斜めに傾斜して配置されている点が相違する。
【００９９】
反応槽１１５は、実施の形態１の変形例として図５で示した反応槽１１５と同じである。本実施の形態では、支持部１９０が設けられておらず、反応槽１１５は、水平方向に沿って配置されている。具体的には、反応槽１１５が有する流路１１６は、水平方向に延在しており、液体２は、水平方向に流れている。
【０１００】
本実施の形態では、絶縁体５０の開口５１の開口面が、流路１１６の上流から下流に向かって斜め上方に傾斜している。すなわち、開口５１は、流路１１６内を液体２が流れる方向に向かって斜めに開いている。開口面の傾斜角は、例えば、２０°以上４５°以下であるが、これに限らない。
【０１０１】
絶縁体５０の軸方向は、開口面に直交しており、流路１１６の延在方向に対して斜めに傾斜している。具体的には、絶縁体５０は、軸方向に対して垂直な端面５３を有する円筒体又は角筒体である。絶縁体５０は、流路１１６の延在方向に斜めに交差するように配置されている。
【０１０２】
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置２０１では、絶縁体５０の開口５１の開口面が、流路１１６の上流から下流に向かって斜め上方に傾斜している。
【０１０３】
これにより、気液界面４と第１の電極３０の端面３３との距離が近くなることにより、気泡の形状が小さくなり、かつ、気泡の形状が安定しやすくなる。このため、本実施の形態に係る液体処理装置２０１においても、実施の形態１と同様に、放電を安定させることができる。
【０１０４】
［変形例］
次に、上記の実施の形態２の変形例について、図７及び図８を用いて説明する。図７は、本変形例に係る第１の電極３０及び絶縁体３５０の一例を示す断面図である。図８は、本変形例に係る液体処理装置の反応槽１１５及びその近傍の構成を示す断面図である。
【０１０５】
本変形例に係る液体処理装置では、図７及び図８に示すように、実施の形態２に係る液体処理装置２０１と比較して、絶縁体５０の代わりに絶縁体３５０を備える点が相違する。以下では、実施の形態２との相違点を中心に説明し、共通点の説明を省略又は簡略化する。
【０１０６】
本変形例では、図７に示すように、絶縁体３５０の端面３５３は、開口３５１の開口面に面一であり、かつ、絶縁体３５０の軸方向に対して斜めに傾斜している。具体的には、絶縁体３５０は、円筒体を斜めに切断した形状を有する。このときの切断面が端面３５３及び開口３５１の開口面に相当している。端面３５３には、絶縁体３５０の長さが短くなった側の端面部分３５３ａと、長くなった側の端面部分３５３ｂとが含まれる。
【０１０７】
第１の電極３０の端面３３は、開口３５１の開口面よりも奥側に後退している。なお、開口面は、図７において、端面部分３５３ａと端面部分３５３ｂとを結ぶ一点鎖線で示される。具体的には、図７に示すように、端面３３は、端面部分３５３ａよりも奥側に後退している。なお、端面３３は、開口面より奥側に後退していれば、端面部分３５３ａより突出していてもよい。
【０１０８】
図８に示すように、絶縁体３５０及び第１の電極３０は、各々の軸方向が流路１１６の延在方向に対して直交するように配置されている。このとき、端面部分３５３ｂが流路１１６の上流側に位置し、端面部分３５３ａが流路１１６の下流側に位置している。これにより、開口３５１の開口面は、流路１１６の上流から下流に向かって斜め上方に傾斜する。
【０１０９】
以上のように、本変形例に係る液体処理装置では、絶縁体３５０の開口３５１の開口面が、流路１１６の上流から下流に向かって斜め上方に傾斜している。
【０１１０】
これにより、実施の形態２と同様に、放電を安定させることができる。
【０１１１】
（他の実施の形態）
以上、１つ又は複数の態様に係る液体処理装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態に限定されるものではない。本開示の主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に施したもの、及び、異なる実施の形態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。
【０１１２】
例えば、上記の実施の形態では、ネジ部３２を回転させることで、電極部３１の端面３３の位置が可変である場合について説明したが、これに限らない。電極部３１と絶縁体５０との位置関係は固定されていてもよい。具体的には、第１の保持部３５には雌ねじが設けられていなくてもよく、ネジ部３２には雄ねじが設けられていなくてもよい。
【０１１３】
また、例えば、第１の電極３０は、電極部３１とネジ部３２とを備える例について示したが、第１の電極３０は、１本の棒状の電極でもよい。あるいは、第１の電極３０は、角柱状又は平板状の電極でもよい。第２の電極４０についても同様である。また、例えば、第１の電極３０及び絶縁体５０を複数設けてもよい。
【０１１４】
また、液体処理装置１は、第１の保持部３５及び第２の保持部４５の少なくとも一方を備えずに、第１の電極３０及び第２の電極４０の少なくとも一方を反応槽１５に直接固定してもよい。
【０１１５】
また、例えば、実施の形態２において、流路１１６は水平方向に平行でなくてもよく、傾斜していてもよい。
【０１１６】
また、例えば、実施の形態２の変形例において、絶縁体３５０が端部を斜めに切断した形状を有する例について示したが、これに限らない。絶縁体３５０の端面３５３は、例えば、曲面でもよい。
【０１１７】
また、上記の各実施の形態は、特許請求の範囲又はその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本開示は、放電を安定させることができる液体処理装置として利用でき、例えば、除菌装置、殺菌装置、又は、難分解物質の分解装置などに利用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
１、１０１、２０１  液体処理装置
２  液体
３  気体
４  気液界面
５  プラズマ
１０  処理槽
１５、１１５  反応槽
１６、１１６  流路
２０  配管部
３０  第１の電極
３１  電極部
３２  ネジ部
３３  端面
３４  貫通孔
３５  第１の保持部
４０  第２の電極
４５  第２の保持部
５０、３５０  絶縁体
５１、３５１  開口
５２  空間
５３、３５３  端面
６０  気体供給ポンプ
７０  液体供給ポンプ
８０  電源
１９０  支持部
１９１  水平面
３５３ａ、３５３ｂ  端面部分
【図１】
2018144026.tif 000003
【図２】
2018144026.tif 000004
【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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