(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互への液体の移動が抑制された第１の空間と第２の空間とに分割され、前記第１の空間及び前記第２の空間のそれぞれに液体を入れることができる反応槽と、
前記第１の空間に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第２の空間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の電極との間に交流電圧又はパルス電圧を印加する電源と、を含み、前記液体中にプラズマを発生させるプラズマ生成器と、
を備え、
前記反応槽は、
前記第１の空間を形成する第１の管と、
前記第２の空間を形成する第２の管と、
前記第１の管と前記第２の管とを接続する接続管と、
前記接続管内に配置された、前記第１の空間と前記第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁と、を含み、
前記第１の電極は、前記接続管の側方よりも、前記第１の空間を流れる液体の下流側に配置され、
前記第２の電極は、前記接続管の側方よりも、前記第２の空間を流れる液体の下流側に配置されている、
液体処理装置。
【請求項２】
前記内壁は、前記第１の空間と前記第２の空間とを分割する隔壁を含み、
前記隔壁が前記第１の空間と前記第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する、
請求項１に記載の液体処理装置。
【請求項３】
前記隔壁は、イオン交換膜又は電子交換膜である、
請求項２に記載の液体処理装置。
【請求項４】
前記隔壁は、多孔質膜である、
請求項２に記載の液体処理装置。
【請求項５】
前記反応槽は、さらに、
前記第１の空間へ前記液体を供給するための第１の供給口と、
前記第２の空間へ前記液体を供給するための第２の供給口と、
前記第１の空間から前記液体を排出するための第１の排出口と、
前記第２の空間から前記液体を排出するための第２の排出口と、
を備える、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体処理装置。
【請求項６】
さらに、
前記第１の供給口と前記第１の排出口とを接続する第１の配管と、
前記第２の供給口と前記第２の排出口とを接続する第２の配管と、
を備える、
請求項５に記載の液体処理装置。
【請求項７】
前記プラズマ生成器は、前記第１の空間において前記液体が前記第１の供給口から第１の排出口へ流れ、前記第２の空間において前記液体が前記第２の供給口から第２の排出口へ流れている状態でプラズマを発生させる、
請求項５又は６に記載の液体処理装置。
【請求項８】
前記プラズマ生成器は、前記第１の空間及び前記第２の空間に前記液体を滞留させた状態でプラズマを発生させる、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の液体処理装置。
【請求項９】
前記プラズマ生成器は、前記反応槽内の前記液体中に気体を供給する気体供給器をさらに備え、
前記気体供給器は、前記第１の電極又は前記第２の電極が前記気体で覆われるように前記気体を供給する、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の液体処理装置。
【請求項１０】
前記プラズマ生成器は、前記第２の電極を囲む絶縁体をさらに備え、
前記第２の電極と前記絶縁体との間には、空隙が設けられており、
前記気体供給器は、前記空隙を介して前記反応槽内の前記液体中に前記気体を供給する、
請求項９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、プラズマを用いた液体処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水の電気分解を利用してイオン水を生成する、イオン水生成装置が知られている。例えば、特許文献１に記載のイオン水生成装置は、蒸留水に浸漬した電極対間に、放電場が介在した電流経路を形成して電気分解を行う。さらに、放電場内にストリーマ放電が生起されるように、電極対間に電圧を印加する。特許文献１には、水の電気分解により、正極側に酸性水が生成され、負極側にアルカリ水が生成されると記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７５９７３号公報
【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、上記従来のイオン水生成装置では、十分な濃度のアルカリ水と酸性水との両方を同時に又は長時間生成することができないという課題がある。
【０００５】
そこで、本開示は、十分な濃度のアルカリ水及び酸性水を生成す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、相互への液体の移動が抑制された第１の空間と第２の空間とに分割され、前記第１の空間及び第２の空間のそれぞれに液体を入れることができる反応槽と、前記第１の空間に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第２の空間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の電極との間に交流電圧又はパルス電圧を印加する電源と、を含み、前記液体中にプラズマを発生させるプラズマ生成器と、を備え、前記反応槽は、前記第１の空間と前記第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、十分な濃度のアルカリ水と酸性水との両方を同時に生成することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】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】実施の形態１に係る液体処理装置の第２の電極及び絶縁体の構成を示す図である。
【図３Ａ】実施の形態１に係る液体処理装置の第２の電極及び絶縁体を示す斜視図である。
【図３Ｂ】実施の形態１に係る液体処理装置の第２の電極及び絶縁体を示す断面図である。
【図４】実施の形態１に係る液体処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る液体処理装置の第１の電極及び第２の電極のそれぞれの近傍のｐＨを示す図である。
【図６Ａ】実施の形態１に係る液体処理装置の正極に発生する物質を示す図である。
【図６Ｂ】実施の形態１に係る液体処理装置の負極に発生する物質を示す図である。
【図７】実施の形態１に係る液体処理装置を用いた汚れ除去の様子を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態１に係る液体処理装置を用いた汚れ除去方法を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態１に係る液体処理装置の別の構成を示す図である。
【図１０】実施の形態１の変形例に係る液体処理装置の第２の電極及び絶縁体の構成を示す図である。
【図１１】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１２】実施の形態２に係る液体処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態２に係る液体処理装置の第１の電極及び第２の電極近傍のｐＨを示す図である。
【図１４】実施の形態２に係る液体処理装置を用いた汚れ除去の様子を模式的に示す図である。
【図１５】実施の形態３に係る液体処理装置の構成を示す図である。
【図１６】実施の形態３に係る液体処理装置の第１の電極及び第２の電極近傍のｐＨを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
（本開示の基礎となった知見）
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した従来のイオン水生成装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
【００１０】
水中で放電場を形成し、水の電気分解を行うためには、水流を制御することが必要になると考えられる。例えば、水流が大きい場合、水のバルク抵抗値が不安定になるため、放電場などが乱されて電流経路の形成が不十分になる。これにより、電気分解の能力が低下するおそれがある。また、水流が大きい場合には、生成したアルカリ水と酸性水とが混合し、中和してしまうおそれもある。
【００１１】
特許文献１に記載のイオン水生成装置は、電解槽を二つの部屋に仕切る隔壁に貫通孔が形成されている。さらに、各部屋において、水の給排出により大きな水流が発生する。すなわち、動水系である。本発明者は、このような装置において、電極対間に電圧を印加した結果、十分な濃度のアルカリ水が得られなかった。これは、電解槽内における水流の制御が十分ではなかったためと考えられる。
【００１２】
以上のことから、十分な濃度の酸性水及びアルカリ水を得るためには、水流を制御することが必要であると考えた。また、水流を制御する必要のない方法についても検討した。
【００１３】
そこで、本開示の一態様に係る液体処理装置は、相互への液体の移動が抑制された第１の空間と第２の空間とに分割され、前記第１の空間及び第２の空間のそれぞれに液体を入れることができる反応槽と、前記第１の空間に少なくとも一部が配置される第１の電極と、前記第２の空間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の電極との間に交流電圧又はパルス電圧を印加する電源と、を含み、前記液体中にプラズマを発生させるプラズマ生成器と、を備え、前記反応槽は、前記第１の空間と前記第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁を含む。
【００１４】
これにより、反応槽の内壁がイオン又は電子を伝導するので、第１の電極と第２の電極との間で電流経路を形成することができる。したがって、水の電気分解によりアルカリ水と酸性水とを生成することができる。また、第１の電極と第２の電極との間で放電を起こすことができ、プラズマを生成することができる。また、第１の空間と第２の空間との間で液体の移動が抑制されている。そのため、第１の空間で生成されるアルカリ水と、第２の空間で生成される酸性水とが混合するのを抑制することができる。このように、第１の空間と第２の空間との間における液体の移動を抑制することで、アルカリ水と酸性水とを同時に生成することができる。
【００１５】
また、上記構成において、前記内壁は、前記第１の空間と前記第２の空間とを分割する隔壁を含み、前記隔壁が前記第１の空間と前記第２の空間との間でイオン又は電子を伝導してもよい。
【００１６】
また、上記構成において、前記隔壁は、イオン交換膜又は電子交換膜であってもよい。
【００１７】
また、上記構成において、前記隔壁は、多孔質膜であってもよい。
【００１８】
これにより、多孔質の隔壁が第１の空間と第２の空間との間で液体の移動を抑制することで、安定した放電及びプラズマ生成が可能になる。
【００１９】
また、上記構成において、前記隔壁として機能する分離層は、前記第１の空間と前記第２の空間との間の水であって、前記第１の空間内及び前記第２の空間内より高い水圧が維持された水であってもよい。
【００２０】
これにより、水圧の変化によって所定の期間経過後にはアルカリ性から酸性に変化する水を生成することができる。
【００２１】
また、上記構成において、前記反応槽は、さらに、前記第１の空間へ前記液体を供給するための第１の供給口と、前記第２の空間へ前記液体を供給するための第２の供給口と、前記第１の空間から前記液体を排出するための第１の排出口と、前記第２の空間から前記液体を排出するための第２の排出口と、を備えてもよい。
【００２２】
これにより、第１の供給口及び第１の排出口により第１の空間に液体の流れを形成し、第２の供給口及び第２の排出口により第２の空間に液体の流れを形成することができる。つまり、水を流した状態で水の電気分解及びプラズマの生成を行うことができる。言い換えると、水を流しながらアルカリ水と酸性水とを生成することができるので、例えば、アルカリ水と酸性水とを連続して生成し続けることができ、一度の多くのアルカリ水と酸性水とを生成することができる。
【００２３】
また、上記構成において、前記プラズマ生成器は、前記第１の空間において前記液体が前記第１の供給口から第１の排出口へ流れ、前記第２の空間において前記液体が前記第２の供給口から第２の排出口へ流れている状態でプラズマを発生させてもよい。
【００２４】
これにより、アルカリ水と酸性水とを同時に生成することができる。つまり、第１の空間及び第２の空間のそれぞれの中で水の流れがあったとしても、アルカリ水と酸性水とを同時に生成することができる。したがって、水を流しながらアルカリ水と酸性水とを生成することができるので、例えば、一度に多くのアルカリ水と酸性水とを生成することができる。
【００２５】
また、上記構成において、前記プラズマ生成器は、前記第１の空間及び前記第２の空間に前記液体を滞留させた状態でプラズマを発生させてもよい。
【００２６】
これにより、第１の空間と第２の空間との間で液体の移動が抑制され、安定した放電及びプラズマ生成が可能になる。よって、アルカリ水と酸性水とを同時に生成することができる。
【００２７】
また、上記構成において、前記プラズマ生成器は、前記反応槽内の前記液体中に気体を供給する気体供給器をさらに備え、前記気体供給器は、前記第１の電極又は前記第２の電極が前記気体で覆われるように前記気体を供給してもよい。
【００２８】
これにより、放電及びプラズマ生成を効率良く行うことができる。よって、アルカリ水と酸性水とを同時に効率良く生成することができる。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
（実施の形態１）
［１．液体処理装置］
まず、実施の形態１に係る液体処理装置の構成について、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１０の構成を示す図である。
【００３２】
図１に示すように、液体処理装置１０は、反応槽２０と、隔壁３０と、プラズマ生成器１００とを備える。本実施の形態に係る液体処理装置１０は、動水（流水）中でプラズマを生成することにより、アルカリ水及び酸性水を同時に生成する。
【００３３】
［１−１．反応槽］
反応槽２０は、水４０が入れられる空間２１を形成する容器である。つまり、空間２１は、反応槽２０の内面によって囲まれた空間である。
【００３４】
反応槽２０は、具体的には、Ｈ型セルである。Ｈ型セルは、一対の円筒状の管と、これらを繋ぐ接続管とから構成される。一対の管の内径は、例えば５ｍｍである。接続管は、例えば円筒状であり内径は１０ｍｍである。接続管には、隔壁３０が配置されている。反応槽２０の容積は４０ｃｃであり、接続管の長さは４８ｍｍである。なお、一対の管の形状及び接続管の形状は円筒状に限定されない。
【００３５】
空間２１は、隔壁３０によって第１の空間２２と第２の空間２３とに分けられる。第１の空間２２は、例えば、反応槽２０の内面と、隔壁３０の一方の面とによって形成される空間であり、図１における紙面左側の反応槽２０内の空間である。第２の空間２３は、例えば、反応槽２０の内面と隔壁３０の他方の面とによって形成される空間であり、図１における紙面右側の反応槽２０内の空間である。
【００３６】
具体的には、Ｈ型セルの一方の管と接続管の一部が第１の空間２２を形成し、他方の管と接続管の一部が第２の空間２３を形成する。一方の管には第１の水４１が供給され、他方の管には第２の水４２が供給される。第１の水４１及び第２の水４２は両方とも、反応槽２０内に留まることなく排出される。
【００３７】
反応槽２０は、水を溜めるための容器であってもよく、水を流すことができる細い管であってもよい。反応槽２０の大きさ及び形状は、特に限定されない。例えば、反応槽２０は、タンク又は管の一部である。なお、径の細い管になるほど液体の流れが速くなる。そのため、第１の空間２２と第２の空間２３との間を仕切る隔壁の機能が不十分であると、両空間の水は混合しやすくなる。
【００３８】
反応槽２０は、酸及びアルカリに耐性を有する材料から構成される。例えば、反応槽２０は、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料、ステンレスなどの金属材料、又は、セラミックなどから構成される。
【００３９】
反応槽２０は、第１の供給口２４と、第２の供給口２５と、第１の排出口２６と、第２の排出口２７とを備える。第１の供給口２４は、第１の空間２２へ給水するために設けられ、第２の供給口２５は、第２の空間２３へ給水するために設けられる。第１の排出口２６は、第１の空間２２から排水するために設けられ、第２の排出口２７は、第２の空間２３から排水するために設けられている。
【００４０】
つまり、反応槽２０には、水４０が、第１の供給口２４及び第２の供給口２５から供給されて、第１の排出口２６及び第２の排出口２７から排出される。なお、本実施の形態では、水４０は、例えば、水道水である。水４０は、純水又は蒸留水に限らず、所定の物質が溶融した水溶液でもよい。
【００４１】
水４０は、第１の水４１と、第２の水４２とを含む。第１の水４１は、第１の供給口２４から第１の排出口２６に向かって第１の空間２２を流れる。第２の水４２は、第２の供給口２５から第２の排出口２７に向かって第２の空間２３を流れる。例えば、第１の水４１及び第２の水４２の流速は、０．１Ｌ／分以上、１Ｌ／分以下である。
【００４２】
具体的には、第１の供給口２４から、第１の水４１が第１の空間２２に供給される。また、第２の供給口２５から、第２の水４２が第２の空間２３に供給される。このとき、第１の空間２２に入れられた第１の水４１と、第２の空間２３に入れられた第２の水４２とは、隔壁３０が設けられているため、ほとんど混合しない。
【００４３】
プラズマ生成器１００によって、第１の水４１からアルカリ水４３が生成される。プラズマ生成器１００によって、第２の水４２から酸性水４４が生成される。第１の空間２２と第２の空間２３との間で水はほとんど混合しない。そのため、第１の水４１から生成されたアルカリ水４３は、第１の排出口２６から排出される。また、第２の水４２から生成された酸性水４４は、第２の排出口２７から排出される。
【００４４】
［１−２．隔壁］
隔壁３０は、水４０が入れられる空間２１を、第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切る仕切り部材である。隔壁３０は、第１の空間２２と第２の空間２３との間で、イオン又は電子の伝導を可能とし、かつ、水分子の移動を抑制する。
【００４５】
隔壁３０は、例えば、陽イオン若しくは陰イオンの通過を可能とするイオン交換膜、又は、電子の通過を可能とする電子交換膜である。具体的には、隔壁３０は、ナフィオン（デュポン社製、「ナフィオン」は登録商標である。）、セレミオン（旭硝子社製、「セレミオン」は登録商標である。）、又は、導電性プラスチックであってもよい。
【００４６】
隔壁３０は、反応槽２０の接続管の内面に接続されている。具体的には、隔壁３０は、接続管との間に隙間が形成されないように配置されている。これにより、反応槽２０内で水分子の移動を実質的に遮断することができる。
【００４７】
「実質的に遮断」とは、水分子の移動を完全に遮断することだけでなく、水分子の僅かな移動が可能であることも意味する。つまり、隔壁３０は、耐水圧が十分に高い膜である。なお、水が流れる空間が狭くなるほど、第１の空間２２と第２の空間２３における流速の差に起因する圧力差が大きくなる。つまり、両空間の水が混合しやすくなる。この場合でも、例えば、隔壁３０としてセレミオンを使用することにより、水分子を実質的に遮断することができる。
【００４８】
［１−３．プラズマ生成装置］
プラズマ生成器１００は、第１の電極１１０と、第２の電極１２０と、電源１３０と、気体供給器１４０とを備える。図１に示すように、第１の電極１１０は、少なくとも一部が第１の空間２２に配置されている。第２の電極１２０は、少なくとも一部が第２の空間２３に配置されている。
【００４９】
プラズマ生成器１００は、水４０の中でプラズマ１４２を生成する。具体的には、プラズマ生成器１００は、反応槽２０に入れられた水４０の中で、第２の電極１２０の近傍にプラズマ１４２を生成する。より具体的には、プラズマ生成器１００は、第２の空間２３に入れられた第２の水４２内に気泡１４１を発生させ、気泡１４１内でプラズマ１４２を生成する。
【００５０】
第１の電極１１０は、プラズマ生成器１００が備える一対の電極の一方である。具体的には、第１の電極１１０は、電源１３０によって負電圧が印加される負極である。第１の電極１１０は、例えば、棒状の電極である。具体的には、第１の電極１１０は円柱体であり、例えば、その直径は２ｍｍである。
【００５１】
第１の電極１１０は、少なくとも一部が第１の空間２２に配置され、第２の空間２３には配置されていない。図１に示すように、隔壁３０を間に挟んで第２の電極１２０と対向するように配置されている。
【００５２】
第１の電極１１０としては、導電性の金属材料を利用することができる。第１の電極１１０は、例えば、タングステン、銅、アルミニウム又は鉄から構成される。なお、第１の電極１１０は、アルカリに耐性を有する材料から構成されることが望ましい。
【００５３】
第２の電極１２０は、プラズマ生成器１００が備える一対の電極の他方である。具体的には、第２の電極１２０は、電源１３０によって正電圧が印加される正極である。第２の電極１２０は、少なくとも一部が第２の空間２３に配置され、第１の空間２２には配置されていない。
【００５４】
例えば、第２の電極１２０は、接続管の側方を避けるように設置される。具体的には、流水が接続管の側方を通過した後に、第２の電極１２０の近傍を通過するように、第２の電極１２０は配置される。
【００５５】
これは、第２の電極１２０の近傍に放出される気泡が接続管内に入り込むことを避けるためである。接続管内に気泡が入り込んだ場合、抵抗が大きくなり、プラズマの生成が困難になる。プラズマの生成が困難になれば、酸性水及びアルカリ水を生成することが困難になる。極端な例では、接続管が気体で完全に満たされた場合、プラズマは生成しなくなる。
【００５６】
第１の電極１１０についても同様に、接続管の側方を避けるように配置される。具体的には、流水が接続管の側方を通過した後に、第１の電極１１０の近傍を通過するように、第１の電極１１０は配置される。第１の電極１１０からは、水素ガスを主成分とするマイクロバブルが発生する。そのため、第１の電極１１０を接続管の側方に配置すると、第２の電極１２０の場合と同様の問題が発生する恐れがある。
【００５７】
なお、第１の電極１１０及び第２の電極１２０を接続管の近傍に配置する場合は、Ｈ型セル全体を傾斜させることで、上記問題を回避することができる。あるいは、Ｈ型セル全体を振り子のように運動させることでも、上記問題を回避することができる。したがって、第１の電極１１０及び第２の電極１２０のそれぞれが配置される位置は、上記の例には限られない。つまり、第１の電極１１０は、第１の空間２２内であればどこに配置されてもよい。また、第２の電極１２０は、第２の空間２３内であればどこに配置されてもよい。
【００５８】
第２の電極１２０の詳細な構成については、図２〜図３Ｂを用いて後で説明する。
【００５９】
電源１３０は、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に、所定の交流電圧又はパルス電圧を印加する。例えば、印加する電圧は、２ｋＶ〜５０ｋＶ／ｃｍ、１Ｈｚ〜１００ｋＨｚの高電圧パルスである。電圧波形は、例えば、矩形波状、正弦半波形及び正弦波状のいずれでもよい。また、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に流れる電流値は、例えば、１ｍＡ〜３Ａである。具体的には、電源１３０は、ピーク電圧が４ｋＶ、パルス幅が１μｓ、周波数が３０ｋＨｚのパルス電圧を印加する。例えば、電源１３０による入力電力は、３０Ｗである。
【００６０】
電源１３０には、ダイオードなどの整流素子１３１が接続されている。これにより、電源１３０は、第２の電極１２０に正電圧を、第１の電極１１０に負電圧を印加する。すなわち、第２の電極１２０が正極であり、第１の電極１１０が負極である。
【００６１】
本開示において、「電源が第１の電極と第２の電極との間に交流電圧又はパルス電圧を印加する」とは、電源の出力電圧が整流素子によって整流されて、正又は負のいずれか一方向のみの電圧が第１の電極又は第２の電極に印加される状態も含む。言い換えると、本開示において、「交流電圧又はパルス電圧」とは、時間によって、大きさ及び方向（正又は負）の少なくとも一方が周期的に変化する電圧を総称するものである。
【００６２】
このように、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間には、交流電圧又はパルス電圧が印加される。
【００６３】
これに対し、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に直流電圧（時間によって大きさ及び方向のいずれも変化しない電圧）が印加された場合には、一般的に、水の抵抗値が水中の気体相に対して圧倒的に小さくなる。したがって、気体相内で放電を行う場合に、少しでも電極対の間に水の経路が存在してしまうと、当該経路で漏れ電流が発生する。この影響により、電極対の間の気体相内の電流密度が小さくなってしまい安定した放電を行うことができないという問題が生じる。
【００６４】
一方、本開示のように、交流電圧又はパルス電圧を印加した場合には、水中の気体相内を電流が流れたのと等価な状態を実現できる。これは、コンデンサの充放電の原理で説明できる。したがって、直流電源を使用するよりも、交流電源又はパルス電源を使用する方が、漏れ電流の影響を小さくでき安定した放電を実現できる。
【００６５】
また、隔壁３０として、絶縁体であるイオン交換膜、又は電子交換膜を使用する場合は、直流電圧を印加しても第１の空間２２と第２の空間２３との間を電流が流れない。一方、本開示のように交流電圧又はパルス電圧を印加した場合には、上述と同様の理由でイオン交換膜、又は電子交換膜の内部を電流が流れたのと等価な状態を実現できる。
【００６６】
気体供給器１４０は、第２の電極１２０を気体で覆うように、気体を供給する。例えば、気体供給器１４０は、第２の電極１２０の近傍に気体を供給することで、第２の空間２３内に気泡１４１を発生させる。気体供給器１４０は、例えば、ポンプである。気体供給器１４０は、例えば、周囲の空気を取り込んで、取り込んだ空気を供給する。あるいは、気体供給器１４０は、アルゴン、ヘリウム又は酸素ガスなどを供給してもよい。
【００６７】
［２．電極構成］
続いて、本実施の形態に係るプラズマ生成器１００が備える電極の詳細な構成について、図２〜図３Ｂを用いて説明する。
【００６８】
図２は、本実施の形態に係る液体処理装置１０の、第２の電極１２０及び絶縁体１２２の構成を示す図である。図３Ａ及び図３Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る液体処理装置１０の、第２の電極１２０及び絶縁体１２２を示す斜視図及び断面図である。
【００６９】
本実施の形態に係るプラズマ生成器１００は、図２に示すように、第２の電極１２０と、絶縁体１２２と、保持ブロック１２５とを備える。第２の電極１２０は、筒状の絶縁体１２２内に空隙１２３を形成するように配置されている。第２の電極１２０及び絶縁体１２２は、保持ブロック１２５に保持されている。
【００７０】
［２−１．第２の電極］
第２の電極１２０は、中空部１２１を有する筒状の電極である。具体的には、図３Ａに示すように、第２の電極１２０は、円筒体である。第２の電極１２０の外径（図３Ｂのｒ１）は、例えば２ｍｍ以下であり、一例として２ｍｍである。
【００７１】
第２の電極１２０は、絶縁体１２２に囲まれている。このとき、第２の電極１２０と絶縁体１２２との間には、空隙１２３が形成される。また、第２の電極１２０は、保持ブロック１２５に保持される。
【００７２】
第２の電極１２０は、一方の端部が、第２の空間２３内の第２の水４２に接触するように配置され、他方の端部が気体供給器１４０に接続されている。気体供給器１４０から供給される気体は、第２の電極１２０の中空部１２１を通って、第２の電極１２０の先端から放出される。放出された気体は、空隙１２３に入り込み、第２の電極１２０を覆う。さらに、供給された気体は、絶縁体１２２の開口部１２４を通って、第２の水４２中に気泡１４１として放出される。なお、気体が供給されない場合には、第２の電極１２０の先端は第２の水４２に覆われる。これに対し、気体が供給された場合には、第２の電極１２０の先端は気泡１４１に覆われて第２の水４２には接触しない。
【００７３】
第２の電極１２０は、反応電極として用いられ、周囲にプラズマ１４２が生成される。具体的には、生成したプラズマ１４２は、気泡１４１内に存在する。
【００７４】
第２の電極１２０としては、導電性の金属材料を利用することができ、例えば、耐プラズマ性の金属材料を利用することができる。具体的には、第２の電極１２０は、タングステンから構成される。なお、第２の電極１２０としては、他の耐プラズマ性の金属材料を用いてもよい。あるいは、第２の電極１２０としては、耐久性は悪化するものの、銅、アルミニウム、鉄及びこれらの合金を用いてもよい。ただし、第２の電極１２０は、酸に耐性を有する材料であることが望ましい。
【００７５】
さらに、第２の電極１２０の表面の一部に、導電性物質を混合した酸化イットリウムの溶射を行なってもよい。導電性物質としては、例えばイットリウム金属を用いることができ、導電性物質を混合することによって、１Ω・ｃｍ〜３０Ω・ｃｍの導電性を付与することができる。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。
【００７６】
中空部１２１は、第２の電極１２０を軸方向に貫通する貫通孔である。中空部１２１の直径、すなわち、第２の電極１２０の内径（図３Ｂのｒ２）は、例えば、０．９ｍｍ以下であり、一例として、０．３ｍｍである。なお、第２の電極１２０には、側面を貫通する１以上の貫通孔が別途設けられていてもよい。
【００７７】
なお、第２の電極１２０は、角筒体でもよい。また、中空部１２１の断面（管の軸方向に垂直な断面）は、円形に限らず、楕円形又は矩形などでもよい。
【００７８】
［２−２．絶縁体］
絶縁体１２２は、第２の電極１２０を囲むように配置され、第２の電極１２０との間に空隙１２３を形成する。空隙１２３は、中空部１２１と連通している。さらに、絶縁体１２２は、第２の空間２３と空隙１２３とを連通する開口部１２４を有する。このように、絶縁体１２２は、第２の水４２から電気的に第２の電極１２０を絶縁する。
【００７９】
なお、実際には、開口部１２４を介して絶縁体１２２内に、第２の水４２が流入するので、第２の電極１２０は第２の水４２と接触している。しかし、気体供給器１４０から気体が供給された場合には、開口部１２４を気体が塞ぐことにより、第２の電極１２０は、第２の水４２と電気的に絶縁される。
【００８０】
絶縁体１２２は、例えば、図３Ａに示すように、円筒体である。例えば、第２の電極１２０の軸方向と絶縁体１２２の軸方向とが平行になるように、絶縁体１２２の筒内に第２の電極１２０が配置されている。具体的には、第２の電極１２０の軸と絶縁体１２２の軸とが一致するように、絶縁体１２２と第２の電極１２０とが配置されている。
【００８１】
絶縁体１２２の内径、すなわち、開口部１２４の直径（図３ＢのＲ）は、例えば、３ｍｍ以下であり、一例として、２ｍｍである。絶縁体１２２の外径は、特に限定されないが、小型化を実現するためには、例えば、１ｍｍ以下である。
【００８２】
絶縁体１２２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１２２は、マグネシア、石英又は酸化イットリウムなどから構成されてもよい。
【００８３】
空隙１２３は、いわゆる微小ギャップ（マイクロギャップ）である。空隙１２３のギャップ（図３Ｂのｄ１）は、例えば、プラズマの電子温度及び換算電界と、気体の媒質密度とに基づいて決定される。例えば、ギャップｄ１は、０．５ｍｍ以下である。
【００８４】
第２の電極１２０の端面は、絶縁体１２２の端面よりも、所定の距離（図３Ｂの距離ｄ２）だけ内側に後退した位置に配置される。距離ｄ２は、例えば、７ｍｍ未満であり、望ましくは、３ｍｍ以上５ｍｍ以下である。
【００８５】
第２の電極１２０の端面が、絶縁体１２２の端面より内側に位置することにより、中空部１２１の先端から放出される気体は、開口部１２４から第２の空間２３に放出されるだけでなく、空隙１２３にも入りやすくなる。空隙１２３に気体が充填されることにより、電圧が印加された場合に、空隙１２３内での放電を起こすことができる。
【００８６】
なお、絶縁体１２２は、円筒体に限らず、角筒体でもよい。また、絶縁体１２２は、保持ブロック１２５に保持されているが、反応槽２０の壁面に固定されていてもよく、着脱可能に固定されてもよい。
【００８７】
また、絶縁体１２２と第２の電極１２０との間に空隙１２３が無くてもよい。言い換えると、絶縁体１２２と第２の電極１２０とは密着して配置されてもよい。
【００８８】
［２−３．保持ブロック］
保持ブロック１２５は、第２の電極１２０及び絶縁体１２２を保持するための部材である。保持ブロック１２５は、例えば、反応槽２０に固定されている。なお、保持ブロック１２５は、反応槽２０と一体に形成されてもよく、あるいは、別体で設けられてもよい。
【００８９】
［３．動作］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置１０の動作について、図４を用いて説明する。図４は、本実施の形態に係る液体処理装置１０の動作を示すフローチャートである。
【００９０】
まず、隔壁３０、第１の電極１１０及び第２の電極１２０を、反応槽２０の空間２１内に配置する（Ｓ１１）。具体的には、空間２１を第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切る隔壁３０を、空間２１内に配置する。隔壁３０を配置することで、第１の空間２２と第２の空間２３との間で、イオン又は電子の伝導を可能とし、かつ、水分子の移動を実質的に遮断する。さらに、第１の空間２２に第１の電極１１０を配置し、第２の空間２３に第２の電極１２０を配置する。
【００９１】
次に、空間２１に動水を供給する（Ｓ１２）。言い換えると、空間２１に水４０を流す。具体的には、第１の空間２２には、第１の供給口２４から第１の水４１を供給し、第１の排出口２６から排出する。つまり、第１の空間２２内には、第１の供給口２４から第１の排出口２６に向かう方向に第１の水４１の流れが形成される。同様に、第２の空間２３には、第２の供給口２５から第２の水４２を供給し、第２の排出口２７から排出する。つまり、第２の空間２３内には、第２の供給口２５から第２の排出口２７に向かう方向に第２の水４２の流れが形成される。
【００９２】
なお、水４０を流す工程（Ｓ１２）を行なった後、隔壁３０など配置する工程（Ｓ１１）を行なってもよい。
【００９３】
また、隔壁３０、第１の電極１１０及び第２の電極１２０が配置された反応槽２０が準備された状態で、動水の供給（Ｓ１２）から開始してもよい。言い換えると、隔壁３０、第１の電極１１０及び第２の電極１２０を空間２１内に配置する工程（Ｓ１１）を行う主体と、空間２１への動水の供給（Ｓ１２）を行う主体とは異なっていてもよい。
【００９４】
次に、プラズマ生成器１００が水４０中でプラズマ１４２を生成する（Ｓ１３）。具体的には、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に交流電圧又はパルス電圧を印加して、水４０の中にプラズマ１４２を生成することで、第１の水４１からアルカリ水４３を生成し、第２の水４２から酸性水４４を生成する。
【００９５】
より具体的には、まず、気体供給器１４０が、第２の電極１２０が気体で覆われるように、気体を第２の空間２３に供給する。次に、電源１３０が、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間にパルス電圧を印加する。これにより、第２の電極１２０の近傍に発生した気泡１４１中で放電が起こり、プラズマ１４２が生成される。
【００９６】
第１の電極１１０と第２の電極１２０との間には、第１の水４１、隔壁３０、第２の水４２、及び気泡１４１中のプラズマ１４２を介した電流経路が形成される。これにより、第１の水４１及び第２の水４２をそれぞれ電気分解することができ、第１の水４１からはアルカリ水４３が生成され、第２の水４２からは酸性水４４が生成される。
【００９７】
第１の空間２２内は第１の供給口２４から第１の排出口２６に向かう方向に水が流れる。したがって、生成されたアルカリ水４３は、第１の排出口２６から排出される。同様に、第２の空間２３内は第２の供給口２５から第２の排出口２７に向かう方向に水が流れる。したがって、生成された酸性水４４は、第２の排出口２７から排出される。
【００９８】
以上のように、本実施の形態では、空間２１が第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切られる。また、第１の空間２２には第１の電極１１０が配置され、第２の空間２３には第２の電極１２０が配置される。そして、電極間に電圧を印加することにより、プラズマ１４２を生成される。これにより、第１の空間２２内の第１の水４１からアルカリ水４３が生成され、第２の空間２３内の第２の水４２から酸性水４４が生成される。
【００９９】
［４．実験結果］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置１０を用いて水を処理した結果について、図５〜図６Ｂを用いて説明する。
【０１００】
図５は、本実施の形態に係る液体処理装置１０において、第１の電極１１０及び第２の電極１２０のそれぞれの近傍の水のｐＨの時間変化を示す図である。横軸は、電圧を印加し始めてからの経過時間を示している。図５には、０．６Ｌ／分の流速で水を流したときの結果を示している。
【０１０１】
図５に示すように、電圧の印加を開始すると、すなわち、放電によりプラズマの生成が開始されると、正極である第２の電極１２０近傍のｐＨは減少している。つまり、第２の水４２から酸性水４４が生成されていることが分かる。具体的には、第２の電極１２０の近傍では、以下の（式１）に示すような反応が起きている。
【０１０２】
（式１）  ２Ｈ２Ｏ  →  Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−
【０１０３】
このように、第２の水４２が分解されて、酸素と水素イオンと電子とが生成される。生成された水素イオンによって、第２の電極１２０の近傍には酸性水４４が生成される。図５に示す結果では、ｐＨが約２の酸性水４４が生成されている。
【０１０４】
なお、第２の電極１２０の近傍では、プラズマ１４２が生成される。プラズマ１４２は、例えば、過酸化水素、ヒドロキシラジカルなどの活性種を発生する。
【０１０５】
一方で、負極である第１の電極１１０近傍のｐＨは増加している。つまり、第１の水４１からアルカリ水４３が生成されていることが分かる。具体的には、第１の電極１１０の近傍では、以下の（式２）に示すような反応が起きている。
【０１０６】
（式２）  ４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  →  ２Ｈ２＋４ＯＨ−
【０１０７】
このように、第１の水４１が分解されて、水素と水酸化物イオンとが生成される。生成された水酸化物イオンによって、第１の電極１１０の近傍にはアルカリ水４３が生成される。図５に示す結果では、ｐＨが約１０のアルカリ水４３が生成されている。
【０１０８】
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置１０は、アルカリ水４３と酸性水４４とを同時に生成することができる。生成したアルカリ水４３及び酸性水４４は、例えば、汚れ除去などに利用することができる。
【０１０９】
なお、本実施の形態に係る液体処理装置１０では、第２の電極１２０（正極）側でも水素ガスが発生する。すなわち、第２の空間２３内でも上述した（式２）の反応が一部起きていると考えられる。これは、気泡１４１による気液界面が負極として機能したためと考えられる。また、第２の電極１２０側で発生した水素ガスは、マイクロバブルとして生成され放出される。したがって、第２の電極１２０近傍の空間ではアルカリ水を生成すると同時に、水素ガス及び水素ガスを含むマイクロバブルを生成することができる。
【０１１０】
図６Ａ及び図６Ｂはそれぞれ、本実施の形態に係る液体処理装置１０の正極（第２の電極１２０）及び負極（第１の電極１１０）に発生する物質を示す図である。横軸は、原子質量単位であり、縦軸は、質量分析法によって得られる信号強度の相対値を示している。図６Ａ及び図６Ｂに示すように、本実施の形態では、正極及び負極の両方に水素ガス（Ｈ２）が発生していることが分かる。
【０１１１】
［５．汚れ除去方法］
図７及び図８を用いて、本実施の形態に係る液体処理装置１０を用いた汚れ除去方法を説明する。図７は、本実施の形態に係る液体処理装置１０を用いた汚れ除去の様子を、模式的に示す図である。図８は、本実施の形態に係る液体処理装置１０を用いた汚れ除去方法を示すフローチャートである。
【０１１２】
上述したように、液体処理装置１０では、第１の排出口２６からアルカリ水４３が排出され、第２の排出口２７から酸性水４４が排出される。アルカリ水４３と酸性水４４とを処理対象物に接触させることで、処理対象物の汚れを除去することができる。
【０１１３】
本実施の形態では、例えば、図７に示すように、第１の排出口２６と第１の供給口２４とは配管などで接続されている。そして、第１の排出口２６、配管、第１の供給口２４、及び第１の空間２２が、第１の水４１及びアルカリ水４３の循環経路を構成する。同様に、第２の排出口２７と第２の供給口２５とは配管などで接続されている。そして、第２の排出口２７、配管、第２の供給口２５、及び第２の空間２３が、第２の水４２及び酸性水４４の循環経路を構成する。水を循環させるためには、例えば、ポンプなどの送液装置を循環経路内に配置すればよい。
【０１１４】
さらに、第１の排出口２６及び第２の排出口２７にはそれぞれ、循環経路から分岐する支管２８及び２９が設けられ、支管２８及び２９にはそれぞれ、開閉自在のバルブ５０及び５１が設けられている。バルブ５０又は５１を開閉することで、アルカリ水４３又は酸性水４４を取り出して利用することができる。
【０１１５】
つまり、本実施の形態では、水を循環させながらアルカリ水４３及び酸性水４４を生成する。アルカリ水４３又は酸性水４４を使用することで、循環経路内の水量が減った場合には、適宜、水を追加することができる。したがって、例えば、半永久的にアルカリ水４３及び酸性水４４を連続して生成して利用することができる。
【０１１６】
次に、汚れ除去方法について説明する。まず、汚物６１を含む処理対象物６０をアルカリ水４３に接触させる（Ｓ２１）。例えば、図７の（ａ）に示すように、バルブ５０を開けることで、第１の排出口２６の支管２８からアルカリ水４３を放出させる。放出されたアルカリ水４３に処理対象物６０を接触させる。
【０１１７】
なお、処理対象物６０は、気体、液体、固体のいずれでもよい。例えば、処理対象物は、食器、調理器具などのキッチン用品である。汚物６１は、難溶性の物質であり、例えば、油脂、茶渋、ぬめりなどである。処理対象物６０をアルカリ水４３に接触させることで、アルカリ水４３によって汚物６１が処理対象物６０から剥離される。
【０１１８】
次に、処理対象物６０を酸性水４４に接触させる（Ｓ２２）。例えば、図７の（ｂ）に示すように、バルブ５１を開けることで、第２の排出口２７の支管２９から酸性水４４を放出させる。放出された酸性水４４に処理対象物６０を接触させる。
【０１１９】
これにより、処理対象物６０から剥離した汚物６１が酸性水４４によって分解されて、除去される。
【０１２０】
なお、汚物６１が水溶性の物質の場合は、アルカリ水４３に接触させなくてもよく、酸性水４４のみに接触させるだけで、汚物６１を分解し、除去することができる。また、酸性水４４には、プラズマ１４２によって発生した過酸化水素、ヒドロキシラジカルなどの活性種を含んでいる。このため、汚物６１の分解、除菌などを促進し、汚れ除去を短期間で行うことができる。
【０１２１】
［６．効果など］
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置１０は、水４０が入れられる空間２１を第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切る隔壁３０であって、第１の空間２２と第２の空間２３との間で、イオン又は電子の伝導を可能とし、かつ、水分子の移動を実質的に遮断する隔壁３０と、水４０の中でプラズマを生成するプラズマ生成器１００とを備え、プラズマ生成器１００は、第１の空間２２に少なくとも一部が配置される第１の電極１１０と、第２の空間２３に少なくとも一部が配置される第２の電極１２０と、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に、所定の交流電圧又はパルス電圧を印加する電源１３０とを有する。
【０１２２】
これにより、第１の空間２２と第２の空間２３との間でイオン又は電子の移動が可能であるので、第１の空間２２と第２の空間２３との間で隔壁３０を介した電流経路を形成することができる。したがって、水の電気分解及びプラズマの生成を行うことができる。
【０１２３】
このとき、水分子の移動を実質的に遮断するので、電気分解により生成したアルカリ水４３及び酸性水４４が混合するのを抑制することができる。よって、本実施の形態に係る液体処理装置１０によれば、アルカリ水４３と酸性水４４とを同時に生成することができる。
【０１２４】
本実施の形態では、動水中で電気分解及びプラズマの生成を行うことができる。したがって、連続してアルカリ水４３及び酸性水４４を生成することができ、一度に多量のアルカリ水４３及び酸性水４４を生成することができる。
【０１２５】
なお、本実施の形態に係る液体処理装置１０では、図１に示すように、電源１３０と第２の電極１２０との間に整流素子１３１を設けた。しかし、図９に示す液体処理装置１１のように、電源１３０と第１の電極１１０との間に整流素子１３２を設けてもよい。これにより、電源１３０は、第２の電極１２０に正電圧を、第１の電極１１０に負電圧を印加することができる。
【０１２６】
本実施の形態において、反応槽は、反応槽２０によって例示される。液体は、水４０によって例示される。プラズマ生成器は、第１の電極１１０、第２の電極１２０、電源１３０を含むプラズマ生成器１００によって例示される。第１の空間と第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁は、隔壁３０によって例示される。
【０１２７】
（変形例）
続いて、実施の形態１に係る液体処理装置１０の変形例について説明する。
【０１２８】
本変形例に係る液体処理装置は、プラズマ生成器の電極の構成が異なっている。具体的には、本変形例に係るプラズマ生成器は、第２の電極１２０の代わりに、図１０に示す第２の電極２２０を備える。なお、図１０は、本変形例に係る液体処理装置の第２の電極２２０及び絶縁体１２２の構成を示す図である。
【０１２９】
以下では、実施の形態１と異なる点を中心に説明する。
【０１３０】
第２の電極２２０は、金属電極部２２０ａと、金属ネジ部２２０ｂとを備える。
【０１３１】
金属電極部２２０ａは、例えば、円柱状の金属電極である。例えば、金属電極部２２０ａの直径は、２ｍｍ以下であり、一例として、０．９５ｍｍである。
【０１３２】
金属電極部２２０ａは、絶縁体１２２に囲まれている。金属電極部２２０ａと絶縁体１２２との間には、空隙１２３が形成される。
【０１３３】
金属電極部２２０ａは、一方の端部（先端）が第２の水４２に接触するように配置され、他方の端部（根元）が金属ネジ部２２０ｂに圧入されている。なお、金属電極部２２０ａは、絶縁体１２２の開口部１２４より外方に突出しないように設けられている。
【０１３４】
金属電極部２２０ａは、反応電極として用いられ、周囲にプラズマ１４２が生成される。金属電極部２２０ａとしては、例えば、第２の電極１２０と同じ材料を利用することができる。
【０１３５】
金属ネジ部２２０ｂは、例えば、棒状部材である。具体的には、金属ネジ部２２０ｂは、円柱体である。例えば、金属ネジ部２２０ｂは、その直径が金属電極部２２０ａより大きく、一例として、３ｍｍである。
【０１３６】
金属ネジ部２２０ｂは、例えば、鉄から構成される。なお、金属ネジ部２２０ｂとしては、一般的なネジに用いられる材料である、銅、亜鉛、アルミニウム、スズ及び真鍮などを用いてもよい。なお、金属ネジ部２２０ｂと金属電極部２２０ａとは、同一の材料、及び、同一のサイズで構成されてもよい。すなわち、第２の電極２２０は、１本の柱体でもよい。
【０１３７】
金属ネジ部２２０ｂには、貫通孔２２１が形成されて、気体供給器１４０に接続されている。貫通孔２２１は、金属ネジ部２２０ｂを軸方向に貫通する。
【０１３８】
貫通孔２２１は、空隙１２３と連通している。気体供給器１４０から供給される気体は、貫通孔２２１を通って空隙１２３に供給される。そして、空隙１２３に供給された気体は、開口部１２４を介して第２の空間２３に放出される。貫通孔２２１は、例えば、直径が０．３ｍｍである。
【０１３９】
金属ネジ部２２０ｂの外周には、ネジ部が設けられている。例えば、ネジ部は、雄ネジであり、保持ブロック１２５に設けられたネジ部に螺合する。
【０１４０】
なお、本変形例において、絶縁体１２２及び保持ブロック１２５は、実施の形態１と略同じであるが、その形状が異なっていてもよい。例えば、本変形例に係る絶縁体１２２は、金属電極部２２０ａの径に応じた形状でもよい。例えば、金属電極部２２０ａの径が実施の形態１に係る第２の電極１２０の径より小さい場合に、空隙１２３のギャップが実施の形態１と同じになるように、絶縁体１２２の形状を変更してもよい。
【０１４１】
（実施の形態２）
続いて、実施の形態２について説明する。
【０１４２】
［１．液体処理装置］
図１１を用いて、本実施の形態に係る液体処理装置の構成を説明する。図１１は、本実施の形態に係る液体処理装置３００の構成を示す図である。
【０１４３】
図１１に示すように、液体処理装置３００は、実施の形態１に係る図１に示す液体処理装置１０と比較して、隔壁３０の代わりに隔壁３３０を備える点が異なっている。以下では、異なる点を中心に説明する。
【０１４４】
［１−１．静水］
本実施の形態に係る液体処理装置３００では、反応槽２０内に水３４０が入れられる。実施の形態１では、水を流した状態でプラズマを生成したのに対して、本実施の形態では、水を流さない状態でプラズマを生成する。すなわち、静水中でプラズマを生成する。
【０１４５】
水３４０は、第１の供給口２４又は第２の供給口２５から供給されて、反応槽２０内に溜められる。水３４０は、反応槽２０内においてほとんど移動しない。具体的には、第１の排出口２６及び第２の排出口２７が閉じられた状態で、第１の供給口２４又は第２の供給口２５から水が反応槽２０に供給される。その後、所定期間経過することにより、反応槽２０内で水３４０の対流がおさまる。
【０１４６】
水３４０は、例えば、水道水である。つまり、水３４０は、純水又は蒸留水に限らず、所定の物質が溶融した水溶液でもよい。
【０１４７】
具体的には、水３４０は、第１の水３４１と、第２の水３４２とを含む。第１の水３４１は、第１の供給口２４から供給されて第１の空間２２に溜められる。第２の水３４２は、第２の供給口２５から供給されて第２の空間２３に溜められる。
【０１４８】
［１−２．隔壁］
隔壁３３０は、水３４０が入れられる空間２１を、第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切る。隔壁３３０は、第１の空間２２と第２の空間２３との間で、イオン又は電子の伝導を可能とし、かつ、水分子の移動を抑制する。具体的には、隔壁３３０は、水分子の移動は可能であるものの、水分子の自由な移動を制限している。
【０１４９】
例えば、隔壁３３０は、多孔質の隔壁である。具体的には、隔壁３３０は、多孔質セラミック、又は、多孔質ガラスから構成される。
【０１５０】
隔壁３３０は、反応槽２０の内面に接続されている。例えば、隔壁３３０は、反応槽２０との間に隙間が形成されないように配置されている。これにより、水分子は、反応槽２０内で隔壁３３０を通過することなく、第１の空間２２と第２の空間２３との間で移動することができない。
【０１５１】
［２．動作］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置３００の動作について、図１２を用いて説明する。図１２は、本実施の形態に係る液体処理装置３００の動作を示すフローチャートである。
【０１５２】
まず、隔壁３３０、第１の電極１１０及び第２の電極１２０を、反応槽２０内の空間２１に配置する（Ｓ３１）。具体的には、空間２１を第１の空間２２と第２の空間２３とに仕切るように、隔壁３３０を空間２１内に配置する。隔壁３３０を配置することで、第１の空間２２と第２の空間２３との間で、イオン又は電子の伝導を可能とし、かつ、水分子の移動を抑制する。さらに、第１の空間２２に第１の電極１１０を配置し、第２の空間２３に第２の電極１２０を配置する。
【０１５３】
次に、空間２１に水３４０を溜める（Ｓ３２）。具体的には、第１の供給口２４及び第２の供給口２５から水を供給し、しばらく待機することで、第１の空間２２には第１の水３４１を溜め、第２の空間２３には第２の水３４２を溜める。
【０１５４】
なお、隔壁３３０を介して水分子の移動は可能であるため、第１の供給口２４及び第２の供給口２５のいずれか一方のみから給水してもよい。つまり、反応槽２０は、第１の供給口２４及び第２の供給口２５のいずれか一方のみを有してもよい。
【０１５５】
次に、プラズマ生成器１００が水３４０中でプラズマ１４２を生成する（Ｓ３３）。具体的には、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間に交流電圧又はパルス電圧を印加して水３４０の中にプラズマ１４２を生成させる。これにより、第１の水３４１からアルカリ水４３を生成し、第２の水３４２から酸性水４４を生成する。
【０１５６】
より具体的には、まず、気体供給器１４０が、第２の電極１２０が気体で覆われるように、気体を第２の空間２３に供給する。次に、電源１３０が、第１の電極１１０と第２の電極１２０との間にパルス電圧を印加する。これにより、第２の電極１２０の近傍に発生した気泡１４１中で放電が生じ、プラズマ１４２が生成される。
【０１５７】
第１の電極１１０と第２の電極１２０との間には、第１の水３４１、隔壁３３０、第２の水３４２、気泡１４１中のプラズマ１４２を介して電流経路が形成される。これにより、第１の水３４１及び第２の水３４２をそれぞれ電気分解することができ、第１の水３４１からはアルカリ水４３が生成され、第２の水３４２からは酸性水４４が生成される。
【０１５８】
生成したアルカリ水４３及び酸性水４４は、例えば、プラズマ１４２の生成の終了後、すなわち、電源１３０による電圧印加の停止後に、第１の排出口２６及び第２の排出口２７のそれぞれから排出される。
【０１５９】
［３．実験結果］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置３００を用いて、水を処理した結果について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施の形態に係る液体処理装置３００の第１の電極１１０及び第２の電極１２０のそれぞれの近傍の水のｐＨの時間変化を示す図である。横軸は、電圧を印加し始めてからの経過時間を示している。なお、ここでは、実施の形態１と同様に、Ｈ型セルを利用した。但し、反応槽２０内の水は流動させず、ほぼ静止した状態とした。
【０１６０】
第１の電極１１０の近傍では、図１３に示すように、ｐＨが約１０のアルカリ水４３が生成される。第２の電極１２０の近傍では、図１３に示すように、ｐＨが約２の酸性水４４が生成される。
【０１６１】
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置３００は、アルカリ水４３と酸性水４４とを同時に生成することができる。つまり、空間２１内の水が静止した状態にすることにより、すなわち、水の流れがなくなるように制御することで、アルカリ水４３と酸性水４４とを同時に生成することができる。生成したアルカリ水４３及び酸性水４４は、例えば、汚れ除去などに利用することができる。
【０１６２】
［４．汚れ除去方法］
続いて、本実施の形態に係る液体処理装置３００を用いた汚れ除去方法について、図１４及び図８を用いて説明する。図１４は、本実施の形態に係る液体処理装置３００を用いた汚れ除去の様子を模式的に示す図である。
【０１６３】
本実施の形態に係る汚れ除去方法は、実施の形態１と略同じである。すなわち、図８に示すように、汚物６１を含む処理対象物６０をアルカリ水４３に接触させた後に、酸性水４４に接触させる。このとき、実施の形態１ではプラズマの生成を行いながら、汚れ除去を行なったのに対して、本実施の形態では、プラズマの生成を終了した後で、汚れ除去を行う。
【０１６４】
具体的には、まず、図１４の（ａ）に示すように、バルブ５０を開けることで、第１の排出口２６からアルカリ水４３を放出させる。放出されたアルカリ水４３に処理対象物６０を接触させる。
【０１６５】
次に、図１４の（ｂ）に示すように、バルブ５１を開けることで、第２の排出口２７から酸性水４４を放出させる。放出された酸性水４４に処理対象物６０を接触させる。
【０１６６】
これにより、アルカリ水４３によって処理対象物６０から汚物６１が剥離し、酸性水４４によって汚物６１が分解される。これにより、処理対象物６０の汚物６１を除去することができる。
【０１６７】
なお、本実施の形態では、水を循環させることができないので、図１４の（ａ）に示すように、放出させたアルカリ水４３の量だけ第１の空間２２内のアルカリ水４３の量が減少する。同様に、図１４の（ｂ）に示すように、放出された酸性水４４の量だけ第２の空間２３内の酸性水４４の量が減少する。
【０１６８】
汚物６１の除去が完了した後は、第１の供給口２４及び第２の供給口２５から水道水などを空間２１内に供給することにより、空間２１内に水３４０を溜めることができる。
【０１６９】
したがって、本実施の形態に係る液体処理装置３００は、連続してアルカリ水４３及び酸性水４４を利用しないときに有用である。また、水を循環させるためのポンプなども必要ではないので、装置を小型化することができ、消費電力を削減することもできる。
【０１７０】
本実施の形態において、反応槽は、反応槽２０によって例示される。液体は、水３４０によって例示される。プラズマ生成器は、第１の電極１１０、第２の電極１２０、電源１３０を含むプラズマ生成器１００によって例示される。第１の空間と第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁は、隔壁３３０によって例示される。
【０１７１】
（実施の形態３）
実施の形態２では、第１の空間２２と第２の空間２３とを仕切る隔壁として、多孔質の隔壁を用いたが、本実施の形態で示すように、水圧を利用した分離層を用いてもよい。以下では、まず、本実施の形態に係る液体処理装置の構成について、図１５を用いて説明する。
【０１７２】
［１．液体処理装置］
図１５は、本実施の形態に係る液体処理装置４００の構成を示す図である。
【０１７３】
図１５に示すように、液体処理装置４００は、実施の形態２に係る図１１に示す液体処理装置３００と比較して、反応槽２０及び隔壁３３０の代わりに、反応槽４２０及び分離層４３０を備える点が異なっている。以下では、異なる点を中心に説明する。
【０１７４】
［１−１．反応槽］
反応槽４２０は、水が入れられる空間４２１を形成する容器である。具体的には、反応槽４２０は、Ｈ型セルである。
【０１７５】
空間４２１は、分離層４３０によって第１の空間４２２と第２の空間４２３とに分けられる。第１の空間４２２は、Ｈ型セルの一方の管内に位置し、第２の空間４２３は、Ｈ型セルの他方の管内に位置する。
【０１７６】
反応槽４２０は、例えば、一対の円筒状の管と、これらを繋ぐ接続管とから構成される。反応槽４２０は、酸及びアルカリに耐性を有する材料から構成される。例えば、反応槽４２０は、ポリ塩化ビニルなどの樹脂材料、ステンレスなどの金属材料、又は、セラミックなどから構成される。酸性ラジカルの消費を抑制するためには、セラミック又はガラスであってもよい。
【０１７７】
反応槽４２０は、供給口４２４と、排出口４２６とを備える。供給口４２４は、空間４２１へ給水するために設けられている。排出口４２６は、空間４２１から排水するために設けられている。
【０１７８】
供給口４２４から入れられた水は、第１の空間４２２と、第２の空間４２３とに溜められる。つまり、Ｈ型セルの接続管を通って、第１の空間４２２から第２の空間４２３に流入する。
【０１７９】
さらに、反応槽４２０は、圧力制御口４２８を備える。圧力制御口４２８には、配管などが接続されて、例えば、外部から所定の水圧が加えられることにより、圧力制御口４２８の近傍に分離層４３０を形成する。
【０１８０】
［１−２．分離層］
分離層４３０は、第１の空間４２２と第２の空間４２３との境に位置する水であって、第１の空間４２２内及び第２の空間４２３内より高い水圧が維持された水である。簡単に言い換えると、分離層４３０は、水圧の高さを利用した水の壁であり、第１の空間４２２と第２の空間４２３との間で水の移動を抑制する。具体的には、分離層４３０には、圧力制御口４２８に接続された配管によって、第１の空間４２２内及び第２の空間４２３内の水圧より高い水圧がかけられる。
【０１８１】
［２．実験結果］
本実施の形態に係る液体処理装置４００を用いて、水を処理した結果を、図１６を用いて説明する。図１６は、本実施の形態に係る液体処理装置４００の第１の電極１１０及び第２の電極１２０のそれぞれの近傍の水のｐＨの時間変化を示す図である。なお、ここでは、実施の形態２と同様に、Ｈ型セルを利用した。
【０１８２】
図１６に示すように、電圧の印加を開始することにより、第１の電極１１０の近傍の水はｐＨが増加し、第２の電極１２０の近傍の水はｐＨが減少する。つまり、第１の空間４２２ではアルカリ水が生成され、第２の空間４２３では酸性水が生成されている。
【０１８３】
しかしながら、電圧の印加開始から５分後には、第１の電極１１０の近傍のｐＨが第２の電極１２０の近傍のｐＨと略同じになる。つまり、第１の空間４２２に生成されたアルカリ水と、第２の空間４２３に生成された酸性水とが混合して、空間４２１内の水が全体的に酸性になった。
【０１８４】
これは、時間の経過によって、分離層４３０が第１の空間４２２と第２の空間４２３とを分離しなくなったことに起因する。分離層４３０は、電圧の印加の開始時点では、第１の空間４２２内及び第２の空間４２３内より高い水圧が維持されているので、第１の空間４２２と第２の空間４２３とを分離することができる。電圧が印加されると、水が電気分解されることにより、第１の空間４２２には水素が発生し、第２の空間４２３には酸素が発生する。
【０１８５】
（式１）及び（式２）で示したように、発生する酸素の体積は、水素の体積の半分である。このため、第１の空間４２２と第２の空間４２３との境界部分では、第２の空間４２３側の水圧が、第１の空間４２２側の水圧より大きくなる。水圧の差が分離層４３０の水圧を超えたときに、第２の空間４２３の酸性水が、分離層４３０を超えて第１の空間４２２に流入し、酸性水とアルカリ水との混合が起きる。
【０１８６】
さらに、熱による対流も混合の原因と考えられる。プラズマ生成のために電流を流すことにより電極近傍の温度が上昇する。この温度上昇によって水の対流が生じる。そのため、酸性水とアルカリ水の混合が生じると考えている。
【０１８７】
酸性水とアルカリ水の混合が生じた場合、液中には、酸性ラジカルの量がアルカリ性ラジカルの量よりも多いので、空間４２１内の水が全体的に酸性になる。
【０１８８】
なお、図１６に示した結果では、約５分でアルカリ水と酸性水との混合が生じたが、当該混合が生じるまでの時間は、例えば、反応槽４２０内の水量、分離層４３０の水圧、Ｈ型セルの接続管の長さ、水温などに依存する。例えば、反応槽４２０内の水量を少なくすることで、混合が生じるまでの時間を長くすることができる。また、分離層４３０の水圧を高くすることで、混合が生じるまでの時間を長くすることができる。あるいは、接続管の長さを長くすることで、混合が生じるまでの時間を長くすることができる。また、水温を下げることで、熱対流の発生を抑制して、混合が生じるまでの時間を長くすることができる。
【０１８９】
［３．効果など］
以上のように、本実施の形態に係る液体処理装置４００によれば、所定期間の経過後には、酸性水に変化するアルカリ水を生成することができる。したがって、実施の形態１及び２と同様に、難溶性の汚れを除去する汚れ除去方法などに利用することができる。
【０１９０】
あるいは、本実施の形態に係るアルカリ水は、髪の毛の染色などにも利用することができる。例えば、髪の毛をアルカリ水に接触させた後、酸性水に接触させることで、髪の毛の染色を行う。
【０１９１】
具体的には、染料を含むアルカリ水に髪の毛を接触させることで、キューティクルを開いて染料を浸透させることができる。その後、髪の毛を酸性水に接触させることで、メラニン色素を脱色するとともに、染料を酸化して発色させることができる。
【０１９２】
本実施の形態に係る液体処理装置４００が生成するアルカリ水は、所定期間の経過後には酸性水に変化するので、髪の毛の染色に利用することができる。例えば、酸性水に変化するまでの期間を制御することができるので、髪の毛にダメージを与えないための時間管理を容易に行うことができる。
【０１９３】
本実施の形態において、反応槽は、反応槽４２０によって例示される。液体は、水３４０によって例示される。プラズマ生成器は、第１の電極１１０、第２の電極１２０、電源１３０を含むプラズマ生成器１００によって例示される。第１の空間と第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する内壁は、分離層４３０によって例示される。
【０１９４】
（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、液体処理方法及び汚れ分解方法について、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。
【０１９５】
例えば、上記の実施の形態では、第２の電極１２０に気体供給器１４０を接続する構成について示したが、第１の電極１１０に気体供給器１４０を接続してもいい。すなわち、プラズマ生成器１００が備える一対の電極の一方に気体が供給されればよく、当該電極は正極でもよく、負極でもよい。
【０１９６】
また、図１に示す液体処理装置において、第１の空間と第２の空間との間でイオン又は電子を伝導する機能を、隔壁３０ではなく接続管の内壁に持たせてもよい。すなわち、接続管の内壁を、イオン又は電子を伝導する材料で構成してもよい。これにより、接続管の内壁を介して第１の空間の水と第２の空間の水との間でイオン又は電子を伝導することができる。したがって、実施の形態１と同様に、酸性水及びアルカリ水を生成することができる。なお、接続管の内壁の材料としては、例えば、隔壁３０と同じ材料、導電性プラスチック、黒鉛を用いることができる。本実施の形態においては、反応槽２０の内壁は、接続管の内壁によって例示される。
【０１９７】
また、第１の空間と第２の空間とをそれぞれ異なる容器で形成し、これらの容器の間でイオン又は電子を伝導できるように、第１の容器と第２の容器とを接続してもよい。このような構成であれば、水分子の混合を防止することができる。したがって、より効率良くアルカリ水と酸性水とを同時に生成することができる。
【０１９８】
本開示の一態様に係る汚れ除去方法は、水中にプラズマを生成することで、水を空間的に分離して酸性水とアルカリ水とを生成し、アルカリ水を、汚物を含む処理対象物に接触させた後、酸性水を処理対象物に接触させることで、汚物を分解してもよい。
【０１９９】
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】
【０２００】
本開示は、アルカリ水及び酸性水を同時に生成することができる液体処理装置などとして利用でき、例えば、汚れを除去する汚れ除去方法、髪の毛の染色方法などに利用することができる。
【符号の説明】
【０２０１】
１０、１１、３００、４００  液体処理装置
２０、４２０  反応槽
２１、４２１  空間
２２、４２２  第１の空間
２３、４２３  第２の空間
２４、２５、４２４  供給口
２６、２７、４２６  排出口
２８、２９  支管
３０  隔壁
４０、３４０  水
４１、３４１  第１の水
４２、３４２  第２の水
４３  アルカリ水
４４  酸性水
５０、５１  バルブ
６０  処理対象物
６１  汚物
１００  プラズマ生成器
１１０  第１の電極
１２０、２２０  第２の電極
１２１  中空部
１２２  絶縁体
１２３  空隙
１２４  開口部
１２５  保持ブロック
１３０  電源
１３１、１３２  整流素子
１４０  気体供給器
１４１  気泡
１４２  プラズマ
２２０ａ  金属電極部
２２０ｂ  金属ネジ部
２２１  貫通孔
３３０  隔壁
４２８  圧力制御口
４３０  分離層
【図１】
0006541105.tif 000002
【図２】
0006541105.tif 000003
【図３Ａ】
0006541105.tif 000004
【図３Ｂ】
0006541105.tif 000005
【図４】
0006541105.tif 000006
【図５】
0006541105.tif 000007
【図６Ａ】
0006541105.tif 000008
【図６Ｂ】
0006541105.tif 000009
【図７】
0006541105.tif 000010
【図８】
0006541105.tif 000011
【図９】
0006541105.tif 000012
【図１０】
0006541105.tif 000013
【図１１】
0006541105.tif 000014
【図１２】
0006541105.tif 000015
【図１３】
0006541105.tif 000016
【図１４】
0006541105.tif 000017
【図１５】
0006541105.tif 000018
【図１６】
0006541105.tif 000019