(57)【要約】【課題】プラズマによる放電を発生させるプラズマ発生装置が振動しても、安定した放電を行うことができるようにする。【解決手段】プラズマ発生装置１は、被処理水を収容するための容器１０と、容器１０内に設置され、プラズマによる放電を発生させるための高圧電極２０及び接地電極３０と、容器１０内に設置された密閉ケース４０とを備え、密閉ケース４０は、容器１０に固定され、容器１０に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる。【選択図】図１
2019083089.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理水を収容するための容器と、
前記容器内に設置され、プラズマによる放電を発生させるための電極と、
前記容器内に設置された部分容器と
を備え、
前記部分容器は、前記容器に固定され、当該容器に前記被処理水が収容された場合に当該被処理水の水面によって密閉された状態となることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記電極は、少なくとも第１の電極と第２の電極とからなる電極対であり、
前記第１の電極は、前記容器に前記被処理水が収容された場合に前記部分容器内の当該被処理水の水面よりも上方に配置され、
前記第２の電極は、前記被処理水中に配置され、
前記プラズマによる放電は、前記第１の電極と前記被処理水の水面との間で発生することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記部分容器を密閉された状態とする前記被処理水の水面は、前記容器に収容された前記被処理水の水面に比べて、同じ高さ又は低い高さにあることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記容器の少なくとも１つの面と、前記部分容器の少なくとも１つの面とは、一体化していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記容器の少なくとも１つの面は、当該容器の上面であり、
前記部分容器の少なくとも１つの面は、当該部分容器の上面であることを特徴とする請求項４に記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記第１の電極は、前記部分容器に固定されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記第２の電極は、前記容器の下面に設置され、平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記第２の電極は、前記容器の下面の前記部分容器と上下方向において重なり合わない位置に設置されたことを特徴とする請求項７に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記第２の電極は、前記容器の上面に設置され、上下方向に長い棒形状を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記容器に前記被処理水が収容された場合における前記第１の電極の先端と当該被処理水の水面との距離は、１ｍｍ乃至５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記容器に前記被処理水を供給するための給水管と、
前記容器に前記被処理水が収容された場合における当該容器内の前記部分容器外の当該被処理水の水面を予め定めた高さに調整するためのオーバーフロー管と、
前記容器からの前記被処理水の排水を制御する排水バルブと
を更に備えたことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記給水管から給水された水の勢いは、毎分２０リットル以下での水量となることを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
前記給水管から給水された水の勢いを弱めるための衝立を更に備えたことを特徴とする請求項１１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１４】
前記部分容器は、前記容器に対する高さ方向の位置を変更可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１５】
殺菌洗浄を必要とする部品と、
プラズマによる放電を発生させて被処理水中に過酸化水素を生成するプラズマ発生装置と、
前記過酸化水素を含む前記被処理水を前記部品に送る配管と
を備え、
前記プラズマ発生装置は、
前記被処理水を収容するための容器と、
前記容器内に設置された部分容器であって、当該容器に固定され、当該容器に前記被処理水が収容された場合に当該被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器と、
前記容器に前記被処理水が収容された場合に前記部分容器内の当該被処理水の水面よりも上方に配置される第１の電極と当該被処理水中に配置される第２の電極とからなる電極対であって、当該第１の電極と当該被処理水の水面との間で前記プラズマによる放電を発生させるための電極対と
を備えたことを特徴とする家電製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及び当該装置を搭載した家電製品に関する。
【背景技術】
【０００２】
貯留タンク内に貯留された水の水面又は水中に浮遊する浮遊部材と、貯留タンク内の水面より上方に配置され且つ浮遊部材に取り付けられて、水を浄化するための活性種を生成するように放電が行われる放電処理手段と、貯留タンク内を、外部から水が供給される水供給領域と、放電処理手段が配置されて放電が行われる放電領域とに区画する区画部材とを備え、放電処理手段は、貯留タンク内の水の増減に応じた浮遊部材の上下方向への移動に同期して、水面と略一定の間隔を保ちながら上下方向に移動するとともに水面に向かって放電が行われるように構成され、区画部材には、水供給領域と放電領域とを連通する連通孔が形成されている加湿装置は知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２１６３２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、容器内の水面に部分容器を浮かべて部分容器内でプラズマによる放電を発生させる構成を採用した場合には、このプラズマによる放電を発生させる装置が振動すると、部分容器内の水面が波立ってしまい、安定した放電を行うことができなくなってしまう。
【０００５】
本発明の目的は、プラズマによる放電を発生させるプラズマ発生装置が振動しても、安定した放電を行うことができるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる目的のもと、本発明は、被処理水を収容するための容器と、容器内に設置され、プラズマによる放電を発生させるための電極と、容器内に設置された部分容器とを備え、部分容器は、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となるプラズマ発生装置を提供する。
【０００７】
ここで、電極は、少なくとも第１の電極と第２の電極とからなる電極対であり、第１の電極は、容器に被処理水が収容された場合に部分容器内の被処理水の水面よりも上方に配置され、第２の電極は、被処理水中に配置され、プラズマによる放電は、第１の電極と被処理水の水面との間で発生する、ものであってよい。
【０００８】
また、部分容器を密閉された状態とする被処理水の水面は、容器に収容された被処理水の水面に比べて、同じ高さ又は低い高さにあってよい。
【０００９】
更に、容器の少なくとも１つの面と、部分容器の少なくとも１つの面とは、一体化している、ものであってよい。その場合、容器の少なくとも１つの面は、容器の上面であり、部分容器の少なくとも１つの面は、部分容器の上面であってよい。
【００１０】
また、第１の電極は、部分容器に固定されている、ものであってよい。
【００１１】
更に、第２の電極は、容器の下面に設置され、平面形状を有する、ものであってよい。その場合、第２の電極は、容器の下面の部分容器と上下方向において重なり合わない位置に設置された、ものであってよい。
【００１２】
また、第２の電極は、容器の上面に設置され、上下方向に長い棒形状を有する、ものであってよい。
【００１３】
更に、容器に被処理水が収容された場合における第１の電極の先端と被処理水の水面との距離は、１ｍｍ乃至５ｍｍであってよい。
【００１４】
更にまた、プラズマ発生装置は、容器に被処理水を供給するための給水管と、容器に被処理水が収容された場合における容器内の部分容器外の被処理水の水面を予め定めた高さに調整するためのオーバーフロー管と、容器からの被処理水の排水を制御する排水バルブとを更に備えた、ものであってよい。その場合、給水管から給水された水の勢いは、毎分２０リットル以下での水量となる、ものであってよい。また、プラズマ発生装置は、給水管から給水された水の勢いを弱めるための衝立を更に備えた、ものであってよい。
【００１５】
加えて、部分容器は、容器に対する高さ方向の位置を変更可能に構成されている、ものであってよい。
【００１６】
一方、本発明は、殺菌洗浄を必要とする部品と、プラズマによる放電を発生させて被処理水中に過酸化水素を生成するプラズマ発生装置と、過酸化水素を含む被処理水を部品に送る配管とを備え、プラズマ発生装置は、被処理水を収容するための容器と、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器と、容器に被処理水が収容された場合に部分容器内の被処理水の水面よりも上方に配置される第１の電極と被処理水中に配置される第２の電極とからなる電極対であって、第１の電極と被処理水の水面との間でプラズマによる放電を発生させるための電極対とを備えた家電製品も提供する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、プラズマによる放電を発生させるプラズマ発生装置が振動しても、安定した放電を行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ），（ｂ）は、本発明の第１の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図２】容器内に被処理水を投入したときの密閉ケースと水面との関係を示した図である。
【図３】容器と接地電極と密閉ケースとの関係を示した図である。
【図４】プラズマ発生装置においてプラズマによる放電を発生させるための電気回路を示した図である。
【図５】（ａ），（ｂ）は、本発明の第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図６】（ａ），（ｂ）は、本発明の第３の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図７】本発明の第４の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図８】（ａ），（ｂ）は、本発明の第５の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図９】本発明の第５の実施の形態におけるプラズマ発生装置５を傾斜させたときの状態を示した図である。
【図１０】（ａ），（ｂ）は、本発明の第６の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図１１】（ａ），（ｂ）は、本発明の第７の実施の形態におけるプラズマ発生装置の概略構成を示した図である。
【図１２】本発明の第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置を搭載した洗濯機の構成を示した図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置を搭載した食器洗浄機の構成を示した図である。
【図１４】本発明の第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置を搭載した空気調和機の熱交換器ユニットの構成を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
［本実施の形態の背景及び概要］
一定の距離を保った電極間に高電圧をかけるとプラズマによる放電を発生させることができる。その第１の方法として、２つの電極を水中に設置して高電圧をかける方法があり、水中に発生した気泡中にプラズマを発生させると過酸化水素が生成することが知られている。また第２の方法として、一方の電極を水中に設置し（以下、この電極を「接地電極」と称する）、他方の電極を水面より上方に設置して（以下、この電極を「高圧電極」と称する）高電圧をかける方法があり、高圧電極の先端と水面との間でプラズマによる放電が発生し、第１の方法と同じく、過酸化水素が生成することが知られている。
【００２０】
これらの方法によって生成された過酸化水素は殺菌剤として利用することができる。過酸化水素は、これが分解することによって生じる水酸基ラジカルや酸素ラジカルが強い酸化力を有し、これらが微生物の細胞構造を破壊することで殺菌作用を発現すると言われている。一方で過酸化水素は、放置しておくと無害な酸素と水に分解する性質を持っている。このため環境に放出しても有害な物質として残留することがなく、環境対応性の高い理想的な殺菌剤として注目されている。
【００２１】
プラズマは、高い電圧を印加できる電源と一対の電極とがあれば発生させることができる。この事実は、単純な構成と安価なコストでプラズマ発生装置を具現化できる可能性があることを示している。このような有利な特徴を持つプラズマ発生装置において、先に述べたように理想的な殺菌剤と言われる過酸化水素が得られることから、プラズマを利用して水を処理し、これを殺菌水として利用する方法が、国際公開ＷＯ２０１３／１６１３２７号、特許第５８８４０６６号公報、文献「「プラズマ処理水への暴露によるＨｅＬａ細胞の活性化・不活化応答」，佐藤岳彦，横山茉代，城倉浩平，J. Plasma Fusion Res. Vol.91, No.12 (2015)766-770」等で報告されている。
【００２２】
過酸化水素の生成を念頭に、水をプラズマで処理する先に述べた２つの方法のうち、水中に電極を配置し、水中に発生した気泡中にプラズマを発生させて過酸化水素を生成する第１の方法には、装置の構成要素として電極以外に水中に適当なサイズの気泡を発生させる装置を付帯させる必要があり、また、場合によっては気体を供給する手段も同時に具備させる必要があるという問題がある。またこの第１の方法には、プラズマ発生のための電圧印加を長時間続けると電極が摩耗する可能性があるという問題もある。これに対し、水面上にプラズマ放電を発生させて過酸化水素を生成する第２の方法によれば、装置も簡易な構成となり、安価なコストで過酸化水素を生成することが可能となる。
【００２３】
しかしながら、水面上にプラズマを発生させて過酸化水素を生成させる第２の方法には、以下のような技術的課題が存在する。即ち、高圧電極の先端と水面との距離がプラズマの放電中に変動してしまうと、発生しているプラズマの安定性を保つことができず、生成される過酸化水素の量が変動する。また極端なケースとしては、高圧電極の先端に水が接触し、プラズマによる放電が停止してしまうこともある。このように水面上にプラズマを発生させる装置においては、高圧電極と水面との距離を一定に保つことが必要である。また、この問題は、プラズマ発生装置を搭載した機器が振動する可能性がある場合は特に深刻になる。このような例としては、プラズマ発生装置を、洗濯機、食器洗浄機、空気調和機、空気清浄機、加湿器等の家電製品に搭載する場合が挙げられる。このような家電製品にプラズマ発生装置を搭載する場合は、より高い精度で高圧電極と水面との距離を安定化させる技術の開発が求められる。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、プラズマ発生装置の高圧電極の周辺空間を、容器の一部と被処理水で形成される水面とによって密閉された密閉空間とすることで、プラズマ発生装置が連続的に振動したり傾斜したりしても安定したプラズマ放電を実現できるようにした。また、プラズマ放電中に接地電極から発生する気体がこの密閉空間内に混入しないように両電極の位置を調整し、水面より上方に配置された電極の先端と水面との間の距離を１ｍｍ〜５ｍｍの範囲とすることにより、プラズマ放電が長時間安定に維持されるようにした。
【００２５】
［第１の実施の形態］
図１（ａ），（ｂ）は、第１の実施の形態におけるプラズマ発生装置１の概略構成を示した図である。このうち、図１（ａ）は、プラズマ発生装置１の上面図を示し、図１（ｂ）は、プラズマ発生装置１の断面図を示す。これらの図に示すように、プラズマ発生装置１は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０とを備える。
【００２６】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの平面形状のメッシュ状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。
【００２７】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。この上蓋４１は、容器１０の上面１１の一部を兼ねている。高圧電極２０は、その先端が密閉ケース４０の内部に存在し、その上端が上蓋４１の上部に設置されたタブ１２に接続できるよう、上蓋４１に設置されている。ここでは、密閉ケース４０の上蓋４１が容器１０の上面１１の一部を兼ねるようにしたが、これには限らない。例えば、容器１０及び密閉ケース４０を直方体として密閉ケース４０の側面が容器１０の側面の一部を兼ねる等、密閉ケース４０の少なくとも１つの面が容器１０の少なくとも１つの面の一部を兼ねるようにしてもよい。或いは、他の態様で密閉ケース４０を容器１０に固定させてもよい。本実施の形態では、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器の一例として、密閉ケース４０を設けている。
【００２８】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。また、図１（ａ），（ｂ）には示していないが、容器１０には、被処理水を供給するための給水口及び被処理水を排出するための排水口を設置することができる。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００２９】
図２は、容器１０内に被処理水を投入したときの密閉ケース４０と水面との関係を示した図である。図示するように、容器１０内に被処理水を投入すると、密閉ケース４０の下部には被処理水による第１水面Ｌ１が形成される。上記のように密閉ケース４０の内径を３５ｍｍとすれば、第１水面Ｌ１の面積は９．６ｃｍ２となる。この状態で、高圧電極２０と第１水面Ｌ１との距離ｄが３ｍｍとなるように、高圧電極２０の位置が調整される。本実施の形態では、容器に被処理水が収容された場合に部分容器内の被処理水の水面よりも上方に配置される第１の電極の一例として、高圧電極２０を設けている。
【００３０】
図３は、容器１０と接地電極３０と密閉ケース４０との関係を示した図である。図示するように、接地電極３０は、容器１０の下面に設置される。このとき、プラズマ放電中に接地電極３０から発生する気体が密閉ケース４０内に混入しないように接地電極３０の位置が調整される。即ち、接地電極３０は、容器１０の下面において、密閉ケース４０と上下方向に重なり合わない位置に設置される。例えば、接地電極３０は、接地電極３０の端部と密閉ケース４０の端部との最も短い距離Ｄが６０ｍｍとなるような位置に設置される。接地電極３０の一部は、容器１０の下部に設置されたタブ１３に接続されている。本実施の形態では、容器に被処理水が収容された場合に被処理水中に配置される第２の電極の一例として、接地電極３０を設けている。
【００３１】
図４は、プラズマ発生装置１においてプラズマによる放電を発生させるための電気回路を示した図である。図示するように、上述したタブ１２及びタブ１３が、電圧を印加するための高圧電源５０に接続されている。
【００３２】
ここで、出願人は、上述したプラズマ発生装置１を用いて、過酸化水素の生成を以下のように行った。容器１０に被処理水として水道水を０．１Ｌ投入した。高圧電極２０及び接地電極３０をＴＲＥＫ社製電源ＭＯＤＥＬ５／８０，Ｈｉｇｈ  Ｖｏｌｔａｇｅ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒに接続した。この状態で、電圧２０００Ｖ、電流１６ｍＡ、周波数２０ｋＨｚのパルス波で電流を供給した。電圧印加と共に透明の容器１０を透して水上にプラズマによる放電が発生しているのが確認された。この状態で１時間放電を続けて電圧印加を停止した。被処理水中の過酸化水素濃度を共立理化学製パックテストで評価したところ、１３０ｐｐｍの過酸化水素濃度の処理液が得られた。
【００３３】
また、この容器１０をサイエンティフィックインダストリーズ社製の振動装置ＶＯＲＴＥＸ−ＧＥＮＩＥ２（登録商標）に固定し、１時間、ダイヤル３〜４に相当する振動を与えながら同上の条件で電流を供給した。電圧印加と共に水上にプラズマによる放電が発生しているのが確認された。また、この場合、振動により水面は大きく波打っていたが、１時間の間停止することはなかった。被処理水中の過酸化水素濃度を共立理化学製パックテストで評価したところ、１３０ｐｐｍの過酸化水素濃度の処理液が得られた。即ち、振動を与えない状態と同じ量の過酸化水素が生成されたことが確認された。
【００３４】
［第２の実施の形態］
図５（ａ），（ｂ）は、第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置２の概略構成を示した図である。このうち、図５（ａ）は、プラズマ発生装置２の上面図を示し、図５（ｂ）は、プラズマ発生装置２の断面図を示す。これらの図に示すように、プラズマ発生装置２は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０と、給水管６１と、オーバーフロー管６２と、排水管６３と、排水バルブ６４とを備える。
【００３５】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの平面形状のメッシュ状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。
【００３６】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。この上蓋４１は、容器１０の上面１１の一部を兼ねている。高圧電極２０は、その先端が密閉ケース４０の内部に存在し、その上端が上蓋４１の上部に設置されたタブ１２に接続できるよう、上蓋４１に設置されている。ここでは、密閉ケース４０の上蓋４１が容器１０の上面１１の一部を兼ねるようにしたが、これには限らない。例えば、容器１０及び密閉ケース４０を直方体として密閉ケース４０の側面が容器１０の側面の一部を兼ねる等、密閉ケース４０の少なくとも１つの面が容器１０の少なくとも１つの面の一部を兼ねるようにしてもよい。或いは、他の態様で密閉ケース４０を容器１０に固定させてもよい。本実施の形態では、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器の一例として、密閉ケース４０を設けている。
【００３７】
給水管６１は、容器１０の上面に設置され、排水バルブ６４を閉じた状態で被処理水を一定量供給する。オーバーフロー管６２は、容器１０の側面に設置され、排水バルブ６４を閉じた状態で、これと同じ水位になった被処理水を排出することで、容器１０内の第２水面Ｌ２を一定の水位に調整する。排水管６３は、容器１０の下面に設置され、発生した過酸化水素を含む被処理水を容器１０外へ排出する管である。排水バルブ６４は、開状態にすることで被処理水を外へ排出し、閉状態にすることで被処理水を外へ排出しないように制御する。例えば、容器１０周辺の環境温度によって凍結することがないよう、発生した過酸化水素を含む被処理水を、排水バルブ６４を開状態にして排出することができる。
【００３８】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００３９】
また、第１の実施の形態で図２〜図４を参照して説明したこと及び第１の実施の形態で説明した過酸化水素の生成方法は、この第２の実施の形態でも同様なので、説明を省略する。
【００４０】
［第３の実施の形態］
図６（ａ），（ｂ）は、第３の実施の形態におけるプラズマ発生装置３の概略構成を示した図である。このうち、図６（ａ）は、プラズマ発生装置３の上面図を示し、図６（ｂ）は、プラズマ発生装置３の断面図を示す。これらの図に示すように、プラズマ発生装置３は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０とを備える。
【００４１】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、上下方向に長い棒形状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。接地電極３０は、容器１０の上面１１の密閉ケース４０ではない部分に挿入され、容器１０の下面から１ｍｍの位置に設置されている。
【００４２】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。この上蓋４１は、容器１０の上面１１の一部を兼ねている。高圧電極２０は、その先端が密閉ケース４０の内部に存在し、その上端が上蓋４１の上部に設置されたタブ１２に接続できるよう、上蓋４１に設置されている。ここでは、密閉ケース４０の上蓋４１が容器１０の上面１１の一部を兼ねるようにしたが、これには限らない。例えば、容器１０及び密閉ケース４０を直方体として密閉ケース４０の側面が容器１０の側面の一部を兼ねる等、密閉ケース４０の少なくとも１つの面が容器１０の少なくとも１つの面の一部を兼ねるようにしてもよい。或いは、他の態様で密閉ケース４０を容器１０に固定させてもよい。本実施の形態では、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器の一例として、密閉ケース４０を設けている。
【００４３】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。また、図６（ａ），（ｂ）には示していないが、容器１０には、被処理水を供給するための給水口及び被処理水を排出するための排水口を設置することができる。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００４４】
また、第１の実施の形態で図２〜図４を参照して説明したこと及び第１の実施の形態で説明した過酸化水素の生成方法は、この第３の実施の形態でも同様なので、説明を省略する。
【００４５】
［第４の実施の形態］
図７は、第４の実施の形態におけるプラズマ発生装置４の概略構成を示した図である。図に示すように、プラズマ発生装置４は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０とを備える。
【００４６】
容器１０は、例えば、円筒状をしており、厚み０．５ｍｍのポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）を素材として成型される。高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．１ｍｍの板を加工して得られる。高圧電極２０の先端は、第１の実施の形態と同じく、針状に研磨されている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。但し、この第４の実施の形態では、第１乃至第３の実施の形態とは異なり、高圧電極２０を密閉するための密閉ケース４０に相当する構造は存在しない。容器１０そのものと被処理水が形成する水面とが高圧電極２０を密閉した状態とする。また、この第４の実施の形態では、接地電極３０が容器１０の下面に設置されていないので、そこから発生する気体は、高圧電極２０が密閉されている空間に混入する。しかしながら、このような場合でも、低濃度の過酸化水素水を得ることが目的ならば、この第４の実施の形態を適用することでその目的を達成することができる。
【００４７】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．２５Ｌとする。また、図７には示していないが、容器１０には、被処理水を供給するための給水口及び被処理水を排出するための排水口を設置することができる。
【００４８】
ここで、出願人は、上述したプラズマ発生装置４を用いて、過酸化水素の生成を、放電時間を０．５時間とした以外は第１の実施の形態と同様の条件で行った。被処理水中の過酸化水素濃度を共立理化学製パックテストで評価したところ、２０ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの過酸化水素濃度の処理液が得られた。
【００４９】
また、この容器１０をサイエンティフィックインダストリーズ社製の振動装置ＶＯＲＴＥＸ−ＧＥＮＩＥ２（登録商標）に固定し、０．５時間、ダイヤル３〜４に相当する振動を与えながら同上の条件で電流を供給した。電圧印加と共に水上にプラズマによる放電が発生しているのが確認された。また、この場合、振動により水面は大きく波立っていたが、０．５時間の間停止しなかった。被処理水中の過酸化水素濃度を共立理化学製パックテストで評価したところ、２０ｐｐｍ〜３５ｐｐｍの過酸化水素濃度の処理液が得られた。即ち、振動を与えない状態と同じ量の過酸化水素が生成されたことが確認された。
【００５０】
［第５の実施の形態］
図８（ａ），（ｂ）は、第５の実施の形態におけるプラズマ発生装置５の概略構成を示した図である。このうち、図８（ａ）は、プラズマ発生装置５の上面図を示し、図８（ｂ）は、プラズマ発生装置５の断面図を示す。これらの図に示すように、プラズマ発生装置５は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０と、外周ケース４５とを備える。
【００５１】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの平面形状のメッシュ状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。
【００５２】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。この上蓋４１は、容器１０の上面１１の一部を兼ねている。高圧電極２０は、その先端が密閉ケース４０の内部に存在し、その上端が上蓋４１の上部に設置されたタブ１２に接続できるよう、上蓋４１に設置されている。ここでは、密閉ケース４０の上蓋４１が容器１０の上面１１の一部を兼ねるようにしたが、これには限らない。例えば、容器１０及び密閉ケース４０を直方体として密閉ケース４０の側面が容器１０の側面の一部を兼ねる等、密閉ケース４０の少なくとも１つの面が容器１０の少なくとも１つの面の一部を兼ねるようにしてもよい。或いは、他の態様で密閉ケース４０を容器１０に固定させてもよい。本実施の形態では、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器の一例として、密閉ケース４０を設けている。
【００５３】
外周ケース４５は、密閉ケース４０から一定の間隔をあけた外周部に設置されたケースである。外周ケース４５は、例えば、内径５０ｍｍの円筒とされており、その下部には高さ５ｍｍの穴４６が設けられている。尚、穴４６は、外周ケース４５の図面手前側に設けられるので、厳密には断面図に表れないが、便宜上図示している。
【００５４】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。また、図８（ａ），（ｂ）には示していないが、容器１０には、被処理水を供給するための給水口及び被処理水を排出するための排水口を設置することができる。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００５５】
図９は、第５の実施の形態におけるプラズマ発生装置５を傾斜させたときの状態を示した図である。容器１０が傾斜した場合、密閉ケース４０の外周部に存在する気体が、外周ケース４５に設けてある穴４６から外へと排出される。
【００５６】
外周ケース４５が設置されていない場合は、例えば１５°の傾斜を付けると、密閉ケース４０内の気体が外へと排出され、外部の水が密閉ケース４０内に入り込み、高圧電極２０と第１水面Ｌ１とが接触してしまう。これに対し、外周ケース４５がある場合は、図示するように、密閉ケース４０内の気体は外へと排出され難くなり、外部の水が密閉ケース４０内に入り込み難くなる。従って、容器１０が１５°〜２０°傾いても、高圧電極２０と第１水面Ｌ１との距離は保たれる。
【００５７】
［第６の実施の形態］
図１０（ａ），（ｂ）は、第６の実施の形態におけるプラズマ発生装置６の概略構成を示した図である。これらの図に示すように、プラズマ発生装置６は、容器１０と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０と、ソレノイド５５と、給水管６１と、オーバーフロー管６２と、排水管６３と、排水バルブ６４とを備える。
【００５８】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの平面形状のメッシュ状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。
【００５９】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。但し、この上蓋４１が、第２の実施の形態のように、容器１０の上面１１の一部を兼ねるとすると、容器１０に水を勢いよく送った場合に密閉ケース４０内に水が入る可能性がある。そこで、第６の実施の形態では、密閉ケース４０を高さ方向に移動可能とし、容器１０に水を入れた後に密閉ケース４０を設置することとした。具体的には、ソレノイド５５のＯＮ、ＯＦＦにより高さ方向の位置を変更可能とした。即ち、図１０（ａ）に示すように、ソレノイド５５をＯＦＦした状態で、つまり、密閉ケース４０が容器１０内の水面より上にある状態で、容器１０内に被処理水を投入する。その後、図１０（ｂ）に示すように、ソレノイド５５をＯＮして密閉ケース４０を容器１０内の被処理水内に浸漬させることにより、第１水面Ｌ１を形成する。そして、この状態で、高圧電極２０と第１水面Ｌ１との距離が３ｍｍとなるように高圧電極２０の位置が調整される。
【００６０】
給水管６１は、容器１０の上面に設置され、排水バルブ６４を閉じた状態で被処理水を一定量供給する。オーバーフロー管６２は、容器１０の側面に設置され、排水バルブ６４を閉じた状態で、これと同じ水位になった被処理水を排出することで、容器１０内の第２水面Ｌ２を一定の水位に調整する。排水管６３は、容器１０の下面に設置され、発生した過酸化水素を含む被処理水を容器１０外へ排出する管である。排水バルブ６４は、開状態にすることで被処理水を外へ排出し、閉状態にすることで被処理水を外へ排出しないように制御する。例えば、容器１０周辺の環境温度によって凍結することがないよう、発生した過酸化水素を含む被処理水を、排水バルブ６４を開状態にして排出することができる。
【００６１】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００６２】
また、第１の実施の形態で図２〜図４を参照して説明したこと及び第１の実施の形態で説明した過酸化水素の生成方法は、この第６の実施の形態でも同様なので、説明を省略する。
【００６３】
［第７の実施の形態］
図１１（ａ），（ｂ）は、第７の実施の形態におけるプラズマ発生装置７，８の概略構成を示した図である。例えば、第２の実施の形態では、給水管６１からの給水の流量が多い場合、密閉ケース４０内に水が入り、水面と高圧電極２０とが接触してプラズマ放電ができなくなる懸念がある。そこで、第７の実施の形態では、衝立を設置して確実に高圧電極２０と水面との距離を保持する。
【００６４】
図１１（ａ）の場合、プラズマ発生装置７は、容器１０と、衝立１４と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０と、給水管６１と、オーバーフロー管６２と、排水管６３と、排水バルブ６４とを備える。このプラズマ発生装置７において、衝立１４は、容器１０の下面に設けられている。この場合、給水管６１から給水された水は、図中、破線で示すように、衝立１４の上から密閉ケース４０の下部へ送水される。
【００６５】
また、図１１（ｂ）の場合、プラズマ発生装置８は、容器１０と、衝立１５と、高圧電極２０と、接地電極３０と、密閉ケース４０と、給水管６１と、オーバーフロー管６２と、排水管６３と、排水バルブ６４とを備える。このプラズマ発生装置８において、衝立１５は、容器１０の上面１１に設けられている。この場合、給水管６１から給水された水は、図中、破線で示すように、衝立１５の下から密閉ケース４０の下部へ送水される。
【００６６】
このように、図１１（ａ），（ｂ）は、密閉ケース４０内に水が入らないよう、衝立１４，１５を設置して確実にプラズマ放電をできるよう高圧電極２０と水面との距離を保持するために給水の流量調整を行うものである。しかしながら、給水管６１からの給水の流量が毎分２０リットル以下での給水であれば、衝立１４，１５を利用しなくとも、高圧電極２０と水面との距離を保持することができる。この場合は、衝立１４，１５を設置するうえでの部品点数やコストを低減できるだけでなく、プラズマの放電に伴い被処理水中に発生する過酸化水素の濃度のばらつきをなくし、安定的な濃度を保つことも可能となる。
【００６７】
容器１０は、例えば、厚み３ｍｍの透明ポリカーボネート（ＰＣ）を素材として成形される。高圧電極２０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、厚み０．３ｍｍの楔形状をしており、その先端は安定な放電を行うため針状に研磨されている。接地電極３０は、例えば、ＳＵＳ３０４製であり、大きさ４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み０．２ｍｍの平面形状のメッシュ状とされている。或いは、高圧電極２０及び接地電極３０は、例えば、鉄、ステンレス、白金等の材料から形成されてもよい。
【００６８】
密閉ケース４０は、水面より上方に設置される高圧電極２０を密閉された状態にするためのケースであり、容器１０の一部を構成する。密閉ケース４０は、例えば、容器１０と同じく厚み３ｍｍのＰＣ製とし、高さ１０ｍｍ、内径３５ｍｍの円筒とされている。円筒の上面は、高圧電極２０を保持できるよう上蓋４１で密閉されている。この上蓋４１は、容器１０の上面１１の一部を兼ねている。高圧電極２０は、その先端が密閉ケース４０の内部に存在し、その上端が上蓋４１の上部に設置されたタブ１２に接続できるよう、上蓋４１に設置されている。ここでは、密閉ケース４０の上蓋４１が容器１０の上面１１の一部を兼ねるようにしたが、これには限らない。例えば、容器１０及び密閉ケース４０を直方体として密閉ケース４０の側面が容器１０の側面の一部を兼ねる等、密閉ケース４０の少なくとも１つの面が容器１０の少なくとも１つの面の一部を兼ねるようにしてもよい。或いは、他の態様で密閉ケース４０を容器１０に固定させてもよい。本実施の形態では、容器内に設置された部分容器であって、容器に固定され、容器に被処理水が収容された場合に被処理水の水面によって密閉された状態となる部分容器の一例として、密閉ケース４０を設けている。
【００６９】
尚、容器１０中の被処理水の水量は、例えば、０．１Ｌとする。容器１０に被処理水を満たし、高圧電極２０と接地電極３０との間に電圧を印加することで、高圧電極２０と水面との間でプラズマによる放電が発生し、それに伴って被処理水中に過酸化水素が発生する。
【００７０】
また、第１の実施の形態で図２〜図４を参照して説明したこと及び第１の実施の形態で説明した過酸化水素の生成方法は、この第７の実施の形態でも同様なので、説明を省略する。
【００７１】
［第８の実施の形態］
次に、第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置２を搭載した家電製品について、第８の実施の形態として説明する。ここでは、家電製品として、洗濯機、食器洗浄機、及び、空気調和機を例にとるが、これらに限られるものではない。また、第２の実施の形態におけるプラズマ発生装置２に代えて、第３の実施の形態におけるプラズマ発生装置３や第５の実施の形態におけるプラズマ発生装置５に給水管６１、オーバーフロー管６２、排水管６３及び排水バルブ６４を取り付けたもの、或いは、第６の実施の形態におけるプラズマ発生装置６や第７の実施の形態におけるプラズマ発生装置７ａ，７ｂを、家電製品に搭載してもよい。
【００７２】
図１２は、プラズマ発生装置２を搭載した洗濯機７０の構成を示した図である。図示するように、洗濯機７０は、プラズマ発生装置２と、衣類等の洗濯に用いられる洗濯水を供給する給水管７１と、給水管７１を通して供給される洗濯水に洗剤を混合するための洗剤ケース７２と、給水管７１を通して供給される洗濯水を貯留する洗濯槽７３と、衣類等の洗濯に用いられた洗濯水を洗濯機７０の外部に排出するための排水管７４及び排水ポンプ７５とを備える。
【００７３】
この洗濯機７０は、給水栓から受けた水を洗剤ケース７２に送る給水管７１を分岐させて、給水管６１からプラズマ発生装置２の容器１０に水を満たす。洗濯機７０は、規定量を超える水を、オーバーフロー管６２を介して洗濯槽７３内に流す。洗濯機７０は、プラズマ発生装置２で一定時間プラズマを発生させて過酸化水素水を生成し、容器１０の下部の排水バルブ６４を開けて排水管６３から洗濯槽７３に送水する。これにより、生成された過酸化水素水で衣類、洗濯槽７３、排水管７４等が殺菌洗浄される。即ち、本実施の形態では、殺菌洗浄を必要とする部品の一例として、洗濯槽７３、排水管７４等を設けており、過酸化水素を含む被処理水を部品に送る配管の一例として、排水管６３を設けている。
【００７４】
図１３は、プラズマ発生装置２を搭載した食器洗浄機８０の構成を示した図である。図示するように、食器洗浄機８０は、プラズマ発生装置２と、食器等の洗浄に用いられる洗浄水を供給する給水管８１と、食器等が収容される洗浄槽８２と、給水管８１を通して供給される洗浄水を貯留する水受槽８３と、食器等の洗浄に用いられた洗浄水を食器洗浄機８０の外部に排出するための排水管８４及び排水ポンプ８５とを備える。
【００７５】
この食器洗浄機８０は、給水栓から受けた水を水受槽８３に送る給水管８１を分岐させて、給水管６１からプラズマ発生装置２の容器１０に水を満たす。食器洗浄機８０は、規定量を超える水を、オーバーフロー管６２を介して水受槽８３内に流す。食器洗浄機８０は、プラズマ発生装置２で一定時間プラズマを発生させて過酸化水素水を生成し、容器１０の下部の排水バルブ６４を開けて排水管６３から水受槽８３に送水する。これにより、生成された過酸化水素水で食器、洗浄槽８２、水受槽８３、排水管８４等が殺菌洗浄される。即ち、本実施の形態では、殺菌洗浄を必要とする部品の一例として、洗浄槽８２、水受槽８３、排水管８４等を設けており、過酸化水素を含む被処理水を部品に送る配管の一例として、排水管６３を設けている。
【００７６】
図１４は、プラズマ発生装置２を搭載した空気調和機の熱交換器ユニット９０の構成を示した図である。図示するように、熱交換器ユニット９０は、プラズマ発生装置２と、空気と冷媒との間で熱交換を行う熱交換器９１と、プラズマ発生装置２から排水された水を循環させる循環ポンプ９２と、循環された水を熱交換器９１に送る配管９３とを備える。但し、このプラズマ発生装置２において、容器１０の上面と密閉ケース４０の上面とは一体化しておらず、密閉ケース４０は、容器１０の図面手前側の側面及び図面奥側の側面に固定されている。また、このプラズマ発生装置２は、給水管６１を備えておらず、オーバーフロー管６２は容器１０の下面に設けられている。
【００７７】
この熱交換器ユニット９０は、冷房時に熱交換器９１の結露水を用いて、プラズマ発生装置２の容器１０に水を満たす。熱交換器ユニット９０は、規定量を超える水を、オーバーフロー管６２を介して排水する。熱交換器ユニット９０は、プラズマ発生装置２で一定時間プラズマを発生させて過酸化水素水を生成し、容器１０の下部の排水バルブ６４を開けて排水管６３から排水する。そして、循環ポンプ９２を用いて配管９３から熱交換器９１等に送水する。これにより、生成させた過酸化水素水で熱交換器９１等の部位が殺菌洗浄される。即ち、本実施の形態では、殺菌洗浄を必要とする部品の一例として、熱交換器９１を設けており、過酸化水素を含む被処理水を部品に送る配管の一例として、排水管６３及び配管９３を設けている。
【００７８】
［本実施の形態の効果］
このように、本実施の形態では、高圧電極の周辺空間を、容器の一部と被処理水が形成する水面とによって密閉された密閉空間とした。これにより、密閉空間中の気体の体積が一定に保たれるため、高圧電極と水面との距離が一定に保たれ、安定した放電状態が得られることとなった。
【００７９】
また、本実施の形態では、接地電極から発生する気体が密閉空間中に混入しないよう、高圧電極と接地電極の位置を調整した。これにより、密閉空間中の気体の体積が一定に保たれるため、同様の理由で、安定した放電状態が得られることとなった。尚、接地電極から発生する気体としては、流れる電流の量が大きくなると電気化学的反応により水素が、発熱により温度が上昇すると水蒸気が、小さなバブルとなって発生する可能性がある。
【００８０】
更に、本実施の形態では、高圧電極と水面との距離を１ｍｍ〜５ｍｍとした。このことも、放電を安定させ、過酸化水素の生成量を確保するのに寄与する。この距離を１ｍｍ未満に保つことは、水面が変動することも考慮すると実際上困難であり、水面が高圧電極の先端に接触した場合は、放電が停止したり、電極の先端が劣化したりする可能性がある。一方、この距離を５ｍｍより長くすると、電圧印加時に放電が発生しなかったり、過酸化水素の生成量が低下したりする傾向がみられる。
【符号の説明】
【００８１】
１，２，３，４，５，６，７，８…プラズマ発生装置、１０…容器、１４，１５…衝立、２０…高圧電極、３０…接地電極、４０…密閉ケース、５０…高圧電源、５５…ソレノイド、６１…給水管、６２…オーバーフロー管、６３…排水管、６４…排水バルブ、７０…洗濯機、８０…食器洗浄機、９０…熱交換器ユニット
【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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