(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を流通させる流通部に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加して、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、
前記流通部に設けられた還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記電極を通過した通過流体の衝突により還流させる面体を有することにより、
前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項２】
１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入してプラズマを発生させる請求項１に記載のプラズマ発生方法。
【請求項３】
前記流通部に流入した流体の内圧を減圧して電極周辺に流入させてプラズマを発生させる請求項１または２に記載のプラズマ発生方法。
【請求項４】
導電性を帯びた流体を前記流通部に流通させ、該流体を前記電極とは別の電極としてプラズマを発生させる請求項１、２または３に記載のプラズマ発生方法。
【請求項５】
前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させる請求項４に記載のプラズマ発生方法。
【請求項６】
前記流通部より流出した流体を再び前記流通部に循環させながらプラズマを発生させる請求項１〜５のいずれかに記載のプラズマ発生方法。
【請求項７】
流体を流通させる流通部と、
流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、
高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、
前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設け、
前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有することを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項８】
１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入する気体含有流体導入手段を有した請求項７に記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記電極より上流側に所定の気体を導入して、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧する減圧手段を有した請求項７または８に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
導電性を帯びた流体を前記流通部に導入する導電性流体導入手段を有し、前記導電性を帯びた流体を前記電極とは別の電極として前記高電圧放電を発生させてプラズマを発生させる請求項７〜９のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成するインダクタンス形成手段を有し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させる請求項１０に記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記流通部より排出された流体を再び前記流通部に循環させる循環手段を有した請求項７〜１１のいずれかに記載のプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、機能水生成や工場廃液、下水廃水、汚染液体等の溶液をプラズマ化学反応処理（以下、プラズマ処理という。）するために使用可能なプラズマを流体中で発生させるプラズマ発生方法およびプラズマ発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、所定の改質処理等をプラズマを用いて行うために、所定の溶液中にてプラズマを発生させるプラズマ発生装置が提案されている（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
特開２００４−１５２５２３号公報（特許文献１）には、ドデカン等の液中に加熱手段や真空装置により気泡を発生させ、液中で該気泡が発生している位置に電極を介して電磁波を照射して気泡中にプラズマを発生させるプラズマ発生装置が開示されている。
【０００４】
特開２００８−１３８１０号公報（特許文献２）には、貯留部に貯留している金属塩の溶液に配置した一対の液中電極間に液中プラズマを生じさせるプラズマ発生装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１５２５２３号公報
【特許文献２】特開２００８−１３８１０号公報
【特許文献３】特開２０１６−８１６７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のプラズマ発生装置においては、溶液を収容した容器内で収容液の一部に対してプラズマを発生する、いわゆるバッチ式の発生機構であるため、収容液全体に対するプラズマの発生効率が向上せず、また、該発生機構で発生させたプラズマによりプラズマ処理する場合には処理性能が向上しないといった問題があった。
【０００７】
従って、本発明の目的は、プラズマを効率的に発生させ、プラズマ処理の高性能化を実現し得るプラズマ発生方法およびプラズマ発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記バッチ式の発生機構を用いず、流体中にプラズマを発生させる、フロー式のプラズマ発生機構を提案している。本発明者は、フロー式のプラズマ発生機構のさらなる研究を重ねた結果、プラズマ発生領域に流体の還流を発生させることにより、より効率的に流体中プラズマを発生し得ることの知見を得るに至った。
【０００９】
本発明は上記課題を解決するため、上記知見に基づきになされたものであり、本発明の第１の形態は、流体を流通させる流通部に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加して、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させることを特徴とするプラズマ発生方法である。
【００１０】
本発明の第２の形態は、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入してプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。
【００１１】
本発明の第３の形態は、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧して電極周辺に流入させてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。
【００１２】
本発明の第４の形態は、導電性を帯びた流体を前記流通部に流通させ、該流体を前記電極とは別の電極としてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。
【００１３】
本発明の第５の形態は、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。
【００１４】
本発明の第６の形態は、前記流通部より流出した流体を再び前記流通部に循環させながらプラズマを発生させるプラズマ発生方法である。
【００１５】
本発明の第７の形態は、流体を流通させる流通部と、流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設けたことを特徴とするプラズマ発生装置である。
【００１６】
本発明の第８の形態は、前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有するプラズマ発生装置である。
【００１７】
本発明の第９の形態は、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入する気体含有流体導入手段を有したプラズマ発生装置である。
【００１８】
本発明の第１０の形態は、前記電極より上流側に所定の気体を導入して、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧する減圧手段を有したプラズマ発生装置である。
【００１９】
本発明の第１１の形態は、導電性を帯びた流体を前記流通部に導入する導電性流体導入手段を有し、前記導電性を帯びた流体を前記電極とは別の電極として前記高電圧放電を発生させてプラズマを発生させるプラズマ発生装置である。
【００２０】
本発明の第１２の形態は、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成するインダクタンス形成手段を有し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを発生させるプラズマ発生装置である。
【００２１】
本発明の第１３の形態は、前記流通部より排出された流体を再び前記流通部に循環させる循環手段を有したプラズマ発生装置である。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の第１の形態によれば、流体を流通させる流通部に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加して、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生方法であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流して前記高電圧放電によるプラズマを発生させるので、流体中プラズマを効率的に発生させることができ、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理の高性能化を実現することができる。本願において使用される「還流」は、蒸留分野用語の「還流」ではなく、通過流体を電極側に再放電可能に戻す流れの意義を有する。
【００２３】
本発明の第２の形態によれば、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入してプラズマを発生させるので、例えば、気体に含有された成分を液中に固定化する処理等に好適な気液プラズマを効率的に発生させることができる。
【００２４】
本発明の第３の形態によれば、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧して電極周辺に流入させてプラズマを発生させるので、電極周辺における減圧流体によるプラズマ発生の効率化を実現することができる。
【００２５】
本発明の第４の形態によれば、導電性を帯びた流体（以下、導電性流体という。）を前記流通部に流通させ、該流体を前記電極とは別の電極としてプラズマを発生させるので、導電性流体自体を電極にして前記高電圧放電を行い、しかも再放電可能に還流してプラズマを効率的に発生させることができる。
【００２６】
本発明の第５の形態によれば、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、前記流体の導電性によるインダクタンスを形成し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを起動させるので、高電圧高周波パルスによる電気エネルギーを効率的に利用して流体中プラズマの発生を行うことができる。
【００２７】
本発明の第６の形態によれば、前記流通部より流出した流体を再び前記流通部に循環させながらプラズマを発生させるので、流体中プラズマを連続的に高効率で発生させることができる。
【００２８】
本発明の第７の形態によれば、流体を流通させる流通部と、流通部内に配置された電極に高電圧高周波パルスを印加する印加手段と、高電圧高周波パルスの印加により、流通部内の流体中に高電圧放電によるプラズマを発生させるプラズマ発生装置であって、前記電極を通過した通過流体を電極側に再放電可能に還流させる還流部を前記流通部に設けたので、流体中プラズマを効率的に発生させることができ、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理の高性能化を実現し得るプラズマ発生装置を提供することができる。
【００２９】
本発明の第８の形態によれば、前記還流部は、前記流通部内を閉塞することなく設けられ、前記通過流体の衝突により還流させる面体を有するので、所定流量の流体を無駄なく確実に還流させてより効率的な流体中プラズマ発生を行えるプラズマ発生装置を実現することができる。
【００３０】
本発明の第９の形態によれば、１種または２種以上の気体を混入した気体含有流体を前記流通部に導入する気体含有流体導入手段を有するので、例えば、気体に含有された成分を液中に固定化する処理等に好適な気液プラズマを効率的に発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。
【００３１】
本発明の第１０の形態によれば、前記電極より上流側に所定の気体を導入して、前記流通部に流入した流体の内圧を減圧する減圧手段を有するので、電極周辺における減圧流体によるプラズマ発生の効率化を実現し得るプラズマ発生装置を提供することができる。
【００３２】
本発明の第１１の形態によれば、導電性を帯びた流体を前記流通部に導入する導電性流体導入手段を有し、前記導電性を帯びた流体を前記電極とは別の電極として前記高電圧放電を発生させてプラズマを発生させるので、導電性流体自体を電極にして前記高電圧放電を行い、しかも再放電可能に還流してプラズマを効率的に発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。
【００３３】
本発明の第１２の形態によれば、前記流通部に接続する流体導入経路をコイル化して、
前記流体の導電性によるインダクタンスを形成するインダクタンス形成手段を有し、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持させてプラズマを起動させるので、高電圧高周波パルスによる電気エネルギーを効率的に利用して流体中プラズマの発生を行えるプラズマ発生装置を実現することができる。
【００３４】
本発明の第１３の形態によれば、前記流通部より排出された流体を再び前記流通部に循環させる循環手段を有するので、流体中プラズマを連続的に高効率で発生し得るプラズマ発生装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成図である。
【図２】前記実施形態に用いるプラズマ発生部１の構造図である。
【図３】プラズマ発生部１の本体部５２の外観斜視図である。
【図４】図３のＡ−Ａ矢視縦断面図である。
【図５】図３のＢ−Ｂ矢視縦断面図である。
【図６】本体部５２の底面図である。
【図７】前記実施形態のプラズマ処理装置の制御部９０のブロック図である。
【図８】前記実施形態に用いる高電圧高周波パルス電源２の出力波形図である。
【図９】制御部９０による主なプラズマ処理制御処理を示すフローチャートである。
【図１０】プラズマ発生部１に設けた還流部６０による流体シミレーション図である。
【図１１】還流部６０の外観斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明に係るプラズマ発生装置を備えたプラズマ処理装置の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００３７】
図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ処理装置の全体構成を示す。
【００３８】
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、流体中プラズマを発生させるプラズマ発生部１と、プラズマ発生用電源の高電圧高周波パルス電源２と、プラズマ発生部１に所定の流体（液体）を導入するための流体導入経路３とを有し、フロー式のプラズマ発生機能を有する。
【００３９】
プラズマ発生部１から排出された流体は、排出経路４、６を通じて貯留槽７に回収される。貯留槽７に回収、貯留された貯留液８は、貯留槽７の流出部１０と接続された帰還経路１１を通じて流体導入経路３を介してプラズマ発生部１に帰還可能になっている。本実施形態において、流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１によって、プラズマ発生部１から排出された流体をプラズマ発生部１内の流通部に循環させる循環手段が構成されている。
【００４０】
プラズマ発生部１は、流体導入経路３より導入された流体を流通させる流通部を有する。該流通部内には、高電圧高周波パルス電源２から供給された高電圧高周波パルスを印加する印加線５０、５１が導入されている。プラズマ発生部１において、該高電圧高周波パルスの印加により流体中に高電圧放電による流体中プラズマが発生可能になっている。
【００４１】
排出経路４と排出経路６の間には、気液分離装置５が設けられている。気液分離装置５には、例えば、超音波によりガス含有液体を霧化して気相と液相に分離する超音波霧化分離装置、ガス含有液体をプレートに衝突させることにより飛散させて気液に分離する衝突型分離装置、あるいはこれらの複合分離装置などを使用することができる。プラズマ発生部１から排出された流体は、気液分離装置５に導入されて気液分離された後、気液分離装
置５から排出経路６を経て貯留槽７に排出され、回収可能になっている。排出経路６と貯留槽７の接続部９は、貯留液が帯電しないように接地線Ｅ２により接地されている。
【００４２】
プラズマ発生部１には、外部から所定の気体を導入できる気体導入経路３２が接続されている。気液分離装置５の分離気体の排出口には、気体帰還経路３１が接続されている。気体帰還経路３１は気体導入経路３２に連通して接続されている。気液分離装置５により分離された気体成分は、気体帰還経路３１および気体導入経路３２を通じてプラズマ発生部１に再投入可能になっている。気体帰還経路３１および気体導入経路３２の各途中には逆止弁３３、３４が設けられている。
【００４３】
気体導入経路３２を通じて１種または２種以上の気体をプラズマ発生部１に外部から導入することができる。外部導入ガスの導入圧は、０．１ＭＰａである。外部導入ガスには、プラズマ発生部１で発生した流体中プラズマと反応させるための種々の反応ガスを使用することができ、本実施形態においては、窒素ガスと二酸化炭素ガスが使用可能になっている。窒素ガスの貯留部３５と二酸化炭素ガスの貯留部３６のガス排出口は、電磁式開閉弁３７、３８を介して気体導入経路３２に連通している。該ガス排出口の近傍において気体導入経路３２から分岐した液回収経路４６が設けられている。処理終了時や清掃時等において、液回収経路４６に設けた開閉弁４７を開放することによって、貯留槽７内の貯留液８を液回収経路４６を通じて外部に回収することができる。気体導入経路３２には、プラズマ発生部１に供給されるガス（帰還ガスを含む。）の供給量を計測するガス流量計３９が設置されている。窒素ガスと二酸化炭素ガスの他に、気体導入経路３２を通じてプラズマ発生部１に任意のガス、例えば、反応補助となるアルゴン等の不活性ガスなどを導入可能にすることができる。
【００４４】
流体導入経路３の一端側には、混合装置１６が接続されている。混合装置１６には、例えば、渦流ターボミキサーを使用することができる。渦流ターボミキサーを使用することにより、被混合材と液体とを回転ブレードによって撹拌して該液体に混合物質を溶解、混合して外部に（流体導入経路３側に）圧送することができる。被混合材には、気体、液体または例えば、粉体等の固体を使用することができる。混合装置１６の混合液の送出口近傍の流体導入経路３には、送出圧を計測する圧力計４１が設けられている。混合装置１６により、例えば、被混合ガスを０．３〜０．５ＭＰａに液中に圧入混合して、ガス含有液を流体導入経路３に供給、排出することができる。
【００４５】
混合装置１６の一方の流入側は、流体の帰還経路１１と連通し、他方の流入側は、混合ガス用の気体供給経路４４と連通している。帰還経路１１における貯留槽７の流出部１０側には、開閉弁１２が設けられている。帰還経路１１には、開閉弁１２に対し、中間の可動継手１３を挟んで、ストレーナ（メッシュ器具フィルター）１４と電磁開閉弁１５が配設されている。帰還経路１１には、経路内の流圧を計測する圧力計４０と、経路内の流量を計測する流量計４５が取り付けられている。圧力計４０には、正と負のゲージ圧の測定が可能な連成計が使用されている。
【００４６】
混合装置１６の他方の流入側は、貯留槽７の貯留液（プラズマ処理に供される被処理液）８中に混合装置１６により圧入して混合するための反応ガスを供給する気体供給経路４４と連通している。気体供給経路４４を通じて１種または２種以上の気体を貯留液（被処理液）８に圧入混合することができる。反応ガスには、プラズマ発生部１で発生した流体中プラズマと反応させるための好適な気体種を使用することができ、本実施形態においては、二酸化炭素ガス、空気、窒素ガスおよび任意のガスが使用可能になっている。二酸化炭素ガス、空気、窒素ガスおよび任意のガスの各貯留部２０〜２３のガス排出口は、それぞれ電磁式開閉弁２５〜２８を介して混合装置１６に連通している。気体供給経路４４には、供給ガスの流量を計測するガス流量計４３および開閉弁２９が設置されている。任意
のガスには、例えば、反応補助となるアルゴン等の不活性ガスを使用することができる。
【００４７】
本実施形態に係るプラズマ処理装置は、所定の粉体を流体中に混合することによって、流体中プラズマにより該粉体の成分による表面修飾処理、例えば、親水化処理を行うことができる。プラズマ処理対象の粉体には、導電性粉体または非導電性粉体を使用することができる。粉体は、混合装置１６の上記他方の流入側に粉体供給経路４８を介して粉体供給装置２４により供給可能になっている。粉体供給経路４８には、該供給経路を開閉するための開閉弁３０が設けられている。
【００４８】
貯留槽７の貯留液８は、混合装置１６の送出作用によって、流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１を介してプラズマ発生部１内を流通し、循環可能になっている。流体導入経路３、排出経路４、６および帰還経路１１は、絶縁性を帯びた流管材、例えば、ＰＣ、ＡＢＳ等の合成樹脂により形成することができる。
【００４９】
流体導入経路３は、経路の一部をコイル化して螺旋形状にしたコイル流路１７を有する。コイル流路１７のコイル部分には磁心１８を最適に配設することにより、所望のインダクタンスＬが形成可能になっている。インダクタンスＬは、磁心１８の透磁率、コイルの巻数、コイルの長さおよびコイルの断面積で決まる自己インダクタンスである。流体導入経路３を通過する流体は、接地線Ｅ１と導通可能になっている。
【００５０】
貯留槽７には、流体プラズマによる処理対象の原液が収容される。原液としては、例えば、機能水原液（市水、精製水、イオン交換水）、廃液（工場廃水、メッキ廃液、下水等）、川水、海水等の汚染水等である。
【００５１】
図２は、プラズマ発生部１の縦断面構造を示す。
【００５２】
図３は、プラズマ発生部１の本体部５２の外観斜視図である。
【００５３】
プラズマ発生部１は、本体部５２と、本体部５２の上部に連結されるノズル部５３と、本体部５２の側部に連結される電圧印加線（以下、印加線という。）５１の保持部５４とを有する。本体部５２は、全体として四角柱形状を有し、縦の中心軸に沿って中空形状に形成されている。プラズマ発生部１の成形素材には、例えば、ＡＢＳ樹脂やセラミック材等の絶縁性材を使用することができる。
【００５４】
図４は、中心軸を含む切断面で切断したときの本体部５２のＡ−Ａ矢視縦断面を示す。図５は、図４の切断面を斜めに回転させた切断面で切断したときの本体部５２のＢ−Ｂ矢視縦断面を示す。
【００５５】
本体部５２の上部側には、球形状の空間６８が形成されている。空間６８の上部には、流入口６２が開口形成されている。空間６８の下部は、本体部５２の流出口５５と連通している。空間６８の側部には、本体部５２の横中心線に沿って貫通した貫通部６３、６４が形成されている。貫通部６３、６４と直交する側部には、空間６８を観察するための円形の開口部６５が形成されている。開口部６５の周辺には４個のビス止め孔６７が形成されている。耐熱ガラス板（図示せず）を固定する固定部材（図示せず）でビスをビス止め孔６７に挿着してビス止めすることにより開口部６５に該耐熱ガラス板が密封状に取着される。
【００５６】
貫通部６３、６４の周辺には４個のビス止め孔６６が形成されている。ビスを各ビス止め孔６７に挿着してビス止めすることによって、貫通部６３、６４には、それぞれ、印加線５０、５１を保持する保持部５４が密閉状に嵌着される。保持部５４は、外側に形成さ
れた大径孔部７５と、大径孔部７５と連通して内側に形成された細孔部６９とを有し、大径孔部７５および細孔部６９は、水平状に形成されている。印加線５０、５１の配線部分の外側は、大径孔部７５に挿入され、該配線部分内の導５８、５９は、細孔部６９に挿通される。一対の保持部５４は、印加線５０、５１を水平状に保持し、導線５８、５９の先端は、空間６８内で露出し、高電圧放電可能な間隔（先端間距離：例えば、０．５〜１０ｍｍ）をおいて対向配置されている。一対の保持部５４の互いに対向する対向部分は、導線５８、５９先端間に流体が流れ落ちやすくするための斜面７４が形成されている。すなわち、導線５８、５９先端間において下側に傾斜した斜面７４により流体の通過が絞られるノズル様に幅狭形状になっている。
【００５７】
導線５８、５９先端間より下方には、保持部５４の互いに対向する対向部分を通過した流体が導線５８、５９先端側に還流させる還流部６０が形成されている。
【００５８】
図６は、本体部５２の底面図である。図１１は、本体部５２の底面側からみた還流部６０の外観斜視図である。
【００５９】
還流部６０は、本体部５２内の中心に位置する湾曲面部６０と、湾曲面部６０の上方近傍にて仕切部分により８個に分割して形成された貫通孔部６１とを有する。貫通孔部６１は、流出口５５と連通形成されている。湾曲面部６０は、球形の空間６８の底部の一部を形成する湾曲面７６を有する。湾曲面７６は、下向きに凸状に形成され、湾曲面７６の中心は、導線５８、５９先端間の中心に位置している。導線５８、５９先端間に還流部６０を配置することによって、導線５８、５９先端間を流下した流体が、湾曲面７６に衝突、当接して跳ね返って空間６８内に戻る還流を生じさせることができる。還流部６０に流れ込んだ流体の一部は、貫通孔部６１より流れ落ちて流出口５５より排出可能になっている。貫通孔部６１によって、プラズマ発生部１の流体の流通部内を閉塞することなく還流部６０が配設されている。還流部６０は、図１１に示すように、放射状に延びた８個の保持部材６１ａにより流通部内の中央に保持されている。貫通孔部６１は、保持部材６１ａどうしの間隙により形成されている。
【００６０】
本体部５２の流入口６２には、ノズル部５３が密閉状に取着されている。ノズル部５３は、流体導入経路３の管材が装着される中空の突部５６と、突部５６の下端側に一体形成されたフランジ部とを有する。該フランジ部の中間の中心付近には、内径を縮径したオリフィス７１が形成されている。本実施形態において、プラズマ発生部１の流通部に流入した流体の内圧を減じる減圧手段がオリフィス７１によって構成されている。該フランジ部の下側の両側部には、気体導入経路３２の管材が水平状に挿着可能であり、気体導入経路３２と連通する、一対の気体導入孔７２が水平状に対向して貫通形成されている。該フランジ部の下端側で、気体導入孔７２より下方の流出口７３は、流入口６２に向けて拡径されたテーパ形状に形成されている。流体導入経路３より導入された流体は、ノズル部５３に流入し、突部５６内のオリフィス７１を通過して流速を増しながら減圧されて、流出口７３より噴射状に流入口６２に向けて流下して本体部５２の内部に流入することができる。
【００６１】
図７は、本実施形態に係るプラズマ処理装置の制御部９０の概要を示す。
【００６２】
制御部９０は、ＣＰＵ９１、プラズマ処理制御プログラムを記憶するプログラム記憶メモリのＲＯＭ９２及びワーキングメモリのＲＡＭ９３からなるマイクロプロセッサにより構成されている。マイクロプロセッサに代えて、制御部９０をシーケンス制御を行うプログラムロジックコントローラにより構成することができる。
【００６３】
制御部９０は、プラズマ処理制御プログラムの実行に際して、電磁式開閉弁１５、２５
〜２８、３７，３８に対する開閉制御信号Ｓ１〜Ｓ７を出力することができる。制御部９０には、ガス流量計３９、４３、４５および圧力計４０、４１の各出力データが入力可能になっている。制御部９０には、プラズマ処理レシピに必要な各種データの設定入力を行うためのキー入力装置９４が接続されており、キー入力装置９４による設定データは液晶表示装置９５に外部出力されて表示される。キー入力装置９４による起動指示入力により、プラズマ処理制御プログラムを起動させることができる。制御部９０は、プラズマ処理制御プログラムの実行に際して、高電圧高周波パルス電源２、気液分離装置５および混合装置１６の各駆動制御を行うことができる。粉体混合流体のプラズマ処理を行う場合は、粉体供給装置２４を制御部９０の制御下に置くことによりプラズマ化学反応処理に必要な粉体供給制御を制御部９０により行うことができる。
【００６４】
図８は、高電圧高周波パルス電源２による出力波形を示す。
【００６５】
本発明における高電圧高周波パルスは、１ｋＶ〜２０ｋＶの範囲のいずれかのピーク間電圧値Ｖｐｐを有するパルスを使用することができる。また、高電圧高周波パルスは、０．１ｋＨｚ〜５００ｋＨｚの範囲のいずれかの周波数を有するパルスを使用することができる。さらに、高電圧高周波パルスは、数１０ｎＳ〜１００μＳの範囲のいずれかのパルス幅を有するパルスを使用することができる。加えて、高周波パルスに、例えば、１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚあるいは４０．６８ＭＨｚのいずれかの周波数ＲＦ電圧を重畳した合成電圧からなる高電圧高周波パルスを使用することもできる。
【００６６】
高電圧高周波パルス電源２は、図８の（８Ａ）に示すように、パルス波高値Ｈ、最大周波数Ｆ、パルス幅Ｗとして、それぞれ、２０ｋＶ、５００ｋＨｚ、１００ｎＳの高電圧高周波パルスを出力することができる。図のＰＰはパルスピッチを示す。高電圧高周波パルス電源２としては、従来のＩＧＢＴデバイスに代えてＳｉＣ化することにより高電圧ナノパルスを出力できるパルス電源を構成することができる。また、（８Ａ）の両波パルスを（８Ｂ）または（８Ｃ）のように整流することによって、プラズマ中の荷電粒子、イオン（＋帯電）および電子（−帯電）の挙動を操ることによってプラズマ化学反応を制御することが可能である。
【００６７】
高電圧高周波パルス電源２から上記高電圧高周波パルスを印加する場合、一つの印加方法として、高電圧高周波パルス電源２の出力端子ａ、ｂから各印加線５０、５１に供給し、導線５８、５９を電極にして高電圧放電を行って流体中プラズマを発生させることができる。他の印加方法としては、図１の破線８０に示すように、導線５８、５９を短絡して同電位化して、流体自体の導電性を利用して一方の電極とし、導線５８、５９の先端電極と流体電極間で高電圧放電を行い流体中プラズマを発生させることができる。流体電極を使用する印加方法は、高導電率溶液、例えば、工場廃水、メッキ廃液、汚染水、海水などをプラズマ処理する場合に有効である。
【００６８】
図９は、制御部９０による主なプラズマ処理制御処理を示す。
【００６９】
制御部９０によって、プラズマ発生部１に流体を流通させる液循環処理（処理ステップＳ１）、混合ガスの気体供給経路４４からのガス導入処理（処理ステップＳ２）、気体導入経路３２からのガス導入処理（処理ステップＳ３）および高電圧高周波パルス電源２による高電圧高周波パルス印加処理（処理ステップＳ４）を実行制御することができる。液循環処理の液循環は、混合装置１６の圧送作用により行うことができる。
【００７０】
混合ガスの気体供給経路４４からのガス導入処理においては、流体導入経路３にコイル流路１７を設けているので、経路長を十分に確保することができるので、流体中へのガス混入を確実に行うことができる。特に、コイル流路１７は、流体電極を使用する高電圧高
周波パルスの印加方法を採用する場合において、流体電極側に所定電位に維持できる利点を有する。すなわち、導電性流体がコイル流路１７内を流れることによって、その導電性によるインダクタンスが形成されるため、該インダクタンスによるインピーダンスを用いて過渡電圧を維持でき、よりスムースにプラズマの起動を行うことができる。
【００７１】
気体含有流体がオリフィス７１を通過するときには、オリフィス７１によって０．１ＭＰａ以下に減圧される減圧作用により含有気体が放散されて、導線５８、５９による高電圧高周波パルスの印加を受けて気体成分に対するプラズマ発生を誘引することができる。このとき、気体導入経路３２からのガス導入処理により反応ガスを供給することにより所望のプラズマ化学反応を精度よく行うことができる。
【００７２】
図１０は、還流部６０による還流作用を示す。図１０の矢印は、空間６８内部における流体個々の流れ方向をシミレーションしたものである。
【００７３】
プラズマ発生部１には、図１０に示すように、導線５８、５９先端間に還流部６０を配置しているので、導線５８、５９先端間を流下した流体が、湾曲面７６に衝突、当接して跳ね返って空間６８内に戻る還流を生じさせることができる。流体が一方向に流れ落ちるだけでは、導線５８、５９先端間を一度通過するだけであるためプラズマ処理効果が非効率になるおそれがある。本実施形態では、流体が還流部６０の還流作用を受けて、導線５８、５９先端間付近で乱流化して、複数回、高電圧高周波パルスの印加を受けて高電圧放電を繰り返してプラズマ化学反応を効率的に行うことができる。すなわち、該流体中プラズマを用いたプラズマ処理装置におけるプラズマ処理の高性能化、高速化、連続処理化を実現することができる。本発明における還流部は、還流部６０の形体に限定されず、導線５８、５９先端間を流下した流体が衝突して空間６８側に戻る還流を生じさせ得る形体を備えたものであればよい。
【００７４】
例えば、粉体供給装置１６により水等の流体中に粉体を混入させてプラズマ発生部１に流通させることにより、水中プラズマ種であるＨ+やＯＨ-等のラジカル・イオン種・電子に接触することにより、粉体の周囲に水和層が形成される親水化（水溶化）処理を短時間に大量かつ連続的に処理することができる。
【００７５】
本発明は、上記実施形態や変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々変形例、設計変更などをその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７６】
本発明によれば、流体中プラズマを効率的に発生させるので、流体中プラズマによるプラズマ処理を高速化、高機能化、短時間の大量処理を低コストで行うことができるので、例えば粉体の利用分野、廃液処理、浄化処理、機能水生成等の応用範囲の拡大を図ることができる。
【符号の説明】
【００７７】
１      プラズマ発生部
２      高電圧高周波パルス
３      流体導入経路
４      排出経路
５      気液分離装置
６      排出経路
７      貯留槽
８      貯留液
９      接続部
１０      流出部
１１      帰還経路
１２      開閉弁
１３      可動継手
１４      ストレーナ
１５      電磁式開閉弁
１６      混合装置
１７      コイル流路
１８      磁心
２０      貯留部
２１      貯留部
２２      貯留部
２３      貯留部
２４      粉体供給装置
２５      電磁式開閉弁
２６      電磁式開閉弁
２７      電磁式開閉弁
２８      電磁式開閉弁
２９      開閉弁
３０      開閉弁
３１      気体帰還経路
３２      気体導入経路
３３      逆止弁
３４      逆止弁
３５      貯留部
３６      貯留部
３７      電磁式開閉弁
３８      電磁式開閉弁
３９      ガス流量計
４０      圧力計
４１      圧力計
４３      ガス流量計
４４      気体供給経路
４５      流量計
４６      液回収経路
４７      開閉弁
４８      粉体供給経路
５０      電圧印加線
５１      電圧印加線
５２      本体部
５３      ノズル部
５４      保持部
５５      流出口
５６      突部
５８      導線
５９      導線
６０      還流部
６０ａ    湾曲面部
６１      貫通孔部
６１ａ    保持部材
６２      流入口
６３      貫通部
６４      貫通部
６５      開口部
６６      ビス止め孔
６７      ビス止め孔
６８      空間
６９      細孔部
７１      オリフィス
７２      気体導入口
７３      流出口
７４      斜面
７５      大径孔部
７６      湾曲面
９０      制御部
９１      ＣＰＵ
９２      ＲＯＭ
９３      ＲＡＭ
９４      キー入力装置
９５      液晶表示装置
【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】
0006718613.tif 000008
【図８】
0006718613.tif 000009
【図９】
0006718613.tif 000010
【図１０】
0006718613.tif 000011
【図１１】
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