液體處理裝置以及液體處理方法
【專利摘要】本公開提供效率良好地產(chǎn)生等離子體、能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液體的處理的液體處理裝置以及液體處理方法。本公開的液體處理裝置具備：第1電極；配置在液體中的第2電極；被設(shè)置成隔著空間包圍第1電極，并在與該液體接觸的位置具有開口部的絕緣體；和對第1電極與第2電極間施加交流電壓或脈沖電壓的電源。本公開的液體處理裝置通過電源對第1電極與所述第2電極間施加電壓來將空間內(nèi)的液體氣化，從而產(chǎn)生氣體，在氣體從開口部放出到液體中時(shí)進(jìn)行放電，由此產(chǎn)生等離子體。
【專利說明】液體處理裝置以及液體處理方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本公開涉及通過在液中生成等離子體來進(jìn)行液體的處理、特別是處理水的等離子 體裝置以及液體處理方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 作為現(xiàn)有的液體處理裝置,有使用高電壓脈沖放電的裝置（例如參考專利文獻(xiàn) 1)。以下用圖10來說明現(xiàn)有的液體處理裝置（殺菌裝置）。圖10所示的殺菌裝置1由使 直徑0. 05?0. 5mm的棒狀的高電壓電極2和板狀的接地電極3成對的放電電極6構(gòu)成。高 電壓電極2除了前端部2a的端面以外都被絕緣體4被覆，從而形成高電壓電極部5。另外， 高電壓電極2的前端部2a和接地電極3設(shè)置給定的電極間隔，在處理槽7內(nèi)以浸漬在被處 理水8中的狀態(tài)對置配置。進(jìn)而，高電壓電極2和接地電極3與產(chǎn)生高電壓脈沖的電源9 連接。在兩者的電極間施加2?50kV、IOOHz?20kHz的負(fù)極性的高電壓脈沖，進(jìn)行放電。 由于其能量引起的水的蒸發(fā)、以及伴隨沖擊波的氣化，產(chǎn)生由水蒸氣構(gòu)成的氣泡10。另外， 通過在高電壓電極2附近生成的等離子體使OH、H、0、0 2_、0_、H2O2產(chǎn)生，對微生物和細(xì)菌進(jìn) 行殺菌。
[0003] 在先技術(shù)文獻(xiàn)
[0004] 專利文獻(xiàn)
[0005] 專利文獻(xiàn)I JP特開2009-255027號公報(bào)
[0006] 發(fā)明的概要
[0007] 發(fā)明要解決的課題
[0008] 但是，在上述的現(xiàn)有的構(gòu)成的裝置中，有等離子體的產(chǎn)生效率低、液體的處理花費(fèi) 較長時(shí)間這樣的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 因此，本公開解決所述現(xiàn)有的課題，目的在于，提供效率良好地產(chǎn)生等離子體、能 在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液體的處理的液體處理裝置以及液體處理方法。
[0010] 用于解決課題的手段
[0011] 本公開的一個(gè)方式的液體處理裝置具備：第1電極；配置在液體中的第2電極；被 設(shè)置成隔著空間包圍所述第1電極，并在與所述液體接觸的位置具有開口部的絕緣體；和 對所述第1電極與所述第2電極間施加交流電壓或脈沖電壓的電源。
[0012] 本公開的一個(gè)方式的液體處理裝置具備：第1電極；配置在液體中的第2電極；被 設(shè)置成隔著空間包圍所述第1電極，并在與所述液體接觸的位置具有開口部的絕緣體；和 對所述第1電極與所述第2電極間施加電壓的電源，通過所述電源對所述第1電極與所述 第2電極間施加電壓，將所述空間內(nèi)的液體氣化來產(chǎn)生氣體，在所述氣體從所述開口部放 出到液體中時(shí)進(jìn)行放電，來產(chǎn)生等離子體。
[0013] 本公開的一個(gè)方式的液體處理方法，對第1電極與配置在液體中的第2電極間施 加電壓，將形成在所述第1電極與絕緣體間的空間內(nèi)的液體氣化來生成氣體，在所述氣體 從設(shè)于所述絕緣體的開口部放出到液體中時(shí)在所述氣體內(nèi)進(jìn)行放電，來在所述氣體內(nèi)產(chǎn)生 等離子體，其中，所述絕緣體被設(shè)置成包圍所述第1電極，與所述液體接觸地具備開口部。
[0014] 本公開的一個(gè)方式的等離子體處理水，通過對液體通電而生成的液體中的OH自 由基在通電停止后也還存在I. 0 μ M?2. 4 μ M。
[0015] 上述的概括性且特定的方式能通過液體處理裝置、液體處理方法還有液體處理裝 置以及液體處理方法的任意的組合實(shí)現(xiàn)。
[0016] 發(fā)明的效果
[0017] 根據(jù)本公開所涉及的液體處理裝置以及液體處理方法，能效率良好地產(chǎn)生等離子 體，能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液體的處理。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018] 圖1是表示本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置的整體構(gòu)成的示意圖。
[0019] 圖2是表示本公開的實(shí)施方式1中的第1金屬電極的周邊的電極構(gòu)成的截面圖。
[0020] 圖3是比較本公開的實(shí)施方式1和比較例中的相對于處理時(shí)間的靛胭脂水溶液的 分解量的圖。
[0021] 圖4是表示本公開的實(shí)施方式1中的絕緣體的開口部的直徑和靛胭脂水溶液的標(biāo) 準(zhǔn)化分解速度的關(guān)系的圖。
[0022] 圖5是表示用本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置進(jìn)行處理的液體中的OH 自由基濃度的測定結(jié)果的圖。
[0023] 圖6是表示過氧化氫濃度和OH自由基濃度的關(guān)系的圖。
[0024] 圖7是表示圖5的A的時(shí)間點(diǎn)下的液體中的DMPO-OH的信號的圖。
[0025] 圖8是表示圖5的B的時(shí)間點(diǎn)下的液體中的DMPO-OH的信號的圖。
[0026] 圖9是表示圖5的C的時(shí)間點(diǎn)下的液體中的DMPO-OH的信號的圖。
[0027] 圖10是表示使用現(xiàn)有的高電壓脈沖放電的殺菌裝置的整體構(gòu)成的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0028] 本公開的第1方式所涉及的液體處理裝置具備：第1電極；配置在液體中的第2電 極；隔著空間包圍所述第1電極而設(shè)，在與所述液體接觸的位置具有開口部的絕緣體；和對 所述第1電極與所述第2電極間施加交流電壓或脈沖電壓的電源。
[0029] 通過這樣的構(gòu)成，由于與現(xiàn)有的裝置相比，能效率良好地生成等離子體并生成長 壽命的OH自由基，因此能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液體的處理。另外，由于對第1電極與第2電極 間的距離沒有限制，因此能將第2電極配置在液體中的任意的位置。進(jìn)而，與現(xiàn)有的裝置中 的電極相比，由于能使第1電極的直徑較大，因此能提升電極的耐久性。
[0030] 在本公開的第2方式所涉及的液體處理裝置中，具備：第1電極；配置在液體中的 第2電極；絕緣體，其隔著空間包圍所述第1電極而設(shè)，在與所述液體接觸的位置具有開口 部；和電源，其對所述第1電極與所述第2電極間施加電壓，由所述電源對所述第1電極與 所述第2電極間施加電壓來使所述空間內(nèi)的液體氣化，從而產(chǎn)生氣體，通過在使所述氣體 從所述開口部放出到液體中時(shí)進(jìn)行放電，來產(chǎn)生等離子體。
[0031] 如此,通過使形成在第1電極與絕緣體間的空間內(nèi)的液體氣化來從所述絕緣體的 所述開口部生成氣體，并在該氣體內(nèi)產(chǎn)生等離子體，由此能生成更純粹的OH自由基。其結(jié) 果，能在短時(shí)間內(nèi)處理液體。
[0032] 在本公開的第3方式所涉及的液體處理裝置中，所述第1或第2方式中的所述開 口部的直徑為〇· 3mm?2mm的范圍。
[0033] 通過這樣的構(gòu)成，通過在開口部附近使電場集中，能效率良好地進(jìn)行放電。其結(jié) 果，能從開口部附近效率良好地產(chǎn)生等離子體。
[0034] 在本公開的第4方式所涉及的液體處理裝置中，所述第1?3中任一者的方式中 的所述開口部被設(shè)置為開口方向相對于所述絕緣體的側(cè)面成為垂直向上方向。
[0035] 通過這樣的構(gòu)成，由于能在開口部附近防止氣泡的氣泡充塞，因此能效率良好地 產(chǎn)生等離子體。
[0036] 在本公開的第5方式所涉及的液體處理裝置中，所述第1?4中的任一者的方式 中的所述開口部在所述絕緣體設(shè)置多個(gè)。
[0037] 通過這樣的構(gòu)成，由于能從多個(gè)開口部產(chǎn)生等離子體，因此能進(jìn)一步效率良好地 產(chǎn)生等離子體。
[0038] 在本公開的第6方式所涉及的液體處理裝置中，所述第1?5中的任一者的方式 中的所述第1電極和所述絕緣體的各自的一個(gè)端部具有密封結(jié)構(gòu)。
[0039] 通過這樣的構(gòu)成，能在第1電極和絕緣體的連接端部防止液體泄漏，僅從絕緣體 的開口部放出氣體的氣團(tuán)。其結(jié)果，能效率良好地產(chǎn)生等離子體。
[0040] 在本公開的第7方式所涉及的液體處理裝置中，所述第6方式中的所述密封結(jié)構(gòu) 是螺紋緊固結(jié)構(gòu)。
[0041] 通過這樣的構(gòu)成，在第1電極和絕緣體的連接端部，能確實(shí)地防止液體泄漏。
[0042] 在本公開的第8方式所涉及的液體處理裝置中，所述第1?7中的任一者的方式 中的所述電源提供電流值為3A以下的電流。
[0043] 通過這樣的構(gòu)成，能僅使形成在第1電極與絕緣體間的空間內(nèi)的液體氣化，能在 低功耗下有效率地產(chǎn)生等離子體。
[0044] 在本公開的第9方式所涉及的液體處理裝置中，還具備反應(yīng)槽，其配置所述第1? 8中的任一者的方式中的所述第1電極和所述第2電極。
[0045] 通過這樣的構(gòu)成，能提供更容易使用的液體處理裝置。
[0046] 在本公開的第10方式所涉及的液體處理裝置中，還具備：所述第9方式中的所述 反應(yīng)槽、和以循環(huán)泵以及配管連接的處理槽。
[0047] 通過這樣的構(gòu)成，能使能在液體處理裝置處理的液體的容量進(jìn)一步增大。
[0048] 在本公開的第11方式所涉及的液體處理裝置中，所述第10方式中的所述處理槽 接地。
[0049] 通過這樣的構(gòu)成，能防止觸電。
[0050] 在本公開的第12方式所涉及的液體處理裝置中，所述第10或第11方式中的所述 處理槽是從水凈化裝置、空調(diào)機(jī)、加濕器、洗衣機(jī)、電動剃須刀清洗器、餐具清洗器、便器、水 耕栽培用水/培養(yǎng)液循環(huán)裝置的群中選出的一者。
[0051] 通過這樣的構(gòu)成，能提供各種電氣產(chǎn)品等，這些電氣產(chǎn)品提供用本公開的液體處 理裝置處理過的液體。
[0052] 在本公開的第13方式所涉及的液體處理裝置中，包含多個(gè)所述第1?8的任一者 的方式的液體處理裝置而構(gòu)成。
[0053] 如此，提供構(gòu)成為使用多個(gè)液體處理裝置來進(jìn)行液體的處理，能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行 大容量的液體的處理。
[0054] 在本公開的第14方式所涉及的液體處理裝置中，還具備：分別配置所述第13方式 中的所述各第1電極和所述各第2電極的多個(gè)反應(yīng)槽。
[0055] 通過這樣的構(gòu)成，由于能同時(shí)處理多個(gè)反應(yīng)槽內(nèi)的液體，因此能提供能在短時(shí)間 內(nèi)進(jìn)行液體的處理、并且容易使用的液體處理裝置。
[0056] 在本公開的第15方式所涉及的液體處理裝置中，還具備：所述第14方式中的所述 多個(gè)反應(yīng)槽、和以多個(gè)循環(huán)泵以及多個(gè)配管連接的處理槽。
[0057] 通過這樣的構(gòu)成，由于能將多個(gè)液體處理裝置與大容量的處理槽連接來處理液 體,因此能在短時(shí)間內(nèi)處理更加大容量的液體。
[0058] 在本公開的第16方式所涉及的液體處理裝置中，所述第15方式中的所述處理槽 接地。
[0059] 通過這樣的構(gòu)成，能防止觸電。
[0060] 在本公開的第17方式所涉及的液體處理裝置中，所述第15或16方式中的所述處 理槽是從水凈化裝置、空調(diào)機(jī)、加濕器、洗衣機(jī)、電動剃須刀清洗器、餐具清洗器、便器、水耕 栽培用水/培養(yǎng)液循環(huán)裝置的群中選出的一者。
[0061] 通過這樣的構(gòu)成，能提供各種電氣產(chǎn)品等，這些電氣產(chǎn)品提供使用多個(gè)本公開的 液體處理裝置處理過的液體。
[0062] 本公開的第18方式所涉及的液體處理方法對第1電極與配置在液體中的第2電 極間施加交流電壓或脈沖電壓，使形成在所述第1電極與絕緣體間的空間內(nèi)的液體氣化來 生成氣體，通過在所述氣體從設(shè)置在所述絕緣體的開口部放出到液體中時(shí)在所述氣體內(nèi)放 電來在所述氣體內(nèi)產(chǎn)生等離子體，其中，所述絕緣部包圍所述第1電極而設(shè)，按照與所述液 體接觸的方式具備開口部。
[0063] 如此，通過使由第1電極和絕緣體形成的空間內(nèi)的液體氣化來生成氣體，在該氣 體從絕緣體的開口部放出時(shí)在氣體內(nèi)部放電，由此能效率良好地產(chǎn)生等離子體。另外，由于 將液體氣化來生成氣體，因此能生成更純粹的OH自由基。其結(jié)果，能在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行液體 的處理。
[0064] 在本公開的第19方式所涉及的等離子體處理水中，在通過對液體通電生成的液 體中的OH自由基在通電停止后仍存在Ι.ομ M?2.4 μ M。
[0065] 如此，本公開的等離子體處理水在通電停止后也能效率良好地分解被分解物。
[0066] 在本公開的第20方式所涉及的等離子體處理水中，所述第19方式中的所述液體 包含過氧化氫，所述過氧化氫的濃度為〇. 2 X KT7?0. 6 X KT5 Μ。
[0067] 如此，本公開的等離子體處理水通過包含過氧化氫水、過氧化氫的濃度為 0· 2 X KT7?0· 6 X KT5M,能效率良好地生成OH自由基。
[0068] 在本公開的第21方式所涉及的等離子體處理水中，通過使所述第19或20方式中 的所述通電來在液體中產(chǎn)生等離子體。
[0069] 如此，本公開的等離子體處理水通過在液體中產(chǎn)生等離子體，能效率良好地生成 OH自由基。
[0070] (得到本公開所涉及的一個(gè)形態(tài)的過程）
[0071] 如前述"【背景技術(shù)】"一欄說明的那樣，在圖10所示的專利文獻(xiàn)1的殺菌裝置中，有 等離子體的產(chǎn)生效率較低、液體的處理需要花費(fèi)長時(shí)間這樣的課題。另外，有若不將以絕緣 體4覆膜的高電壓電極2和接地電極3靠近到1?50mm的給定的距離來配置，就不能將液 體，不能產(chǎn)生等離子體這樣的課題。進(jìn)而，在專利文獻(xiàn)1的裝置中，由于為了產(chǎn)生等離子體 而不得不使電極的直徑細(xì)到〇. 05?0. 5_，因此有電極的耐久性較低這樣的課題。
[0072] 另外，有具備為了產(chǎn)生等離子體而向液體內(nèi)提供氣體的氣體提供裝置的液體處理 裝置。該液體處理裝置通過用氣體提供裝置提供氣體（空氣等）來在液體中生成氣泡，通 過在該氣泡內(nèi)放電來產(chǎn)生等離子體。但是，在該裝置中，有因氣體而生成氮氧化物等、難以 生成更純粹的OH自由基這樣的課題。
[0073] 為此，本
【發(fā)明者】發(fā)現(xiàn)如下構(gòu)成而做出本公開：在第1電極與絕緣體間設(shè)置充滿液 體的空間，使空間內(nèi)的液體氣化來生成氣體，通過在從設(shè)置在絕緣體的開口部放出氣體時(shí) 進(jìn)行放電來產(chǎn)生等離子體。
[0074] 以下，參考附圖來說明本公開的實(shí)施方式。另外，在以下全部附圖中，對相同或相 當(dāng)部分標(biāo)注相同標(biāo)號，省略重復(fù)的說明。
[0075] (實(shí)施方式1)
[0076] [整體構(gòu)成]
[0077] 說明本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100的整體構(gòu)成。
[0078] 圖1是表示本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100的整體構(gòu)成的示意 圖。如圖1所示那樣，實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100具備：第1金屬電極101、第 2金屬電極103、絕緣體102、和電源106。實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100也可以還 具備反應(yīng)槽107和處理槽109。在以下的實(shí)施方式1中，具備反應(yīng)槽107和處理槽109,對 反應(yīng)槽107和處理槽109以循環(huán)泵110和配管111連接的液體處理裝置100進(jìn)行說明。
[0079] 如圖1所示那樣，反應(yīng)槽107和處理槽109被要處理的液體108充滿，以循環(huán)泵 110和配管111連接。在反應(yīng)槽107的1個(gè)壁配置貫通該壁的第2金屬電極103、以及安裝 在保持構(gòu)件105的第1金屬電極101。第1金屬電極101和第2金屬電極103各自的一部 分位于反應(yīng)槽107內(nèi)。在第1金屬電極101的周圍，按照形成空間114的方式配置具有開 口部113的絕緣體102。在第1金屬電極101與第2金屬電極103間配置電源106。
[0080] [電極構(gòu)成]
[0081] 接下來，說明實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中的電極構(gòu)成。實(shí)施方式1 中的電極由第1金屬電極101、絕緣體102、第2金屬電極103、保持構(gòu)件105構(gòu)成。
[0082] 圖2是實(shí)施方式1中的第1金屬電極101的周邊的電極構(gòu)成的截面圖。如圖2所 示那樣，在第1金屬電極101的周圍，按照形成空間114的方式配置絕緣體102。絕緣體102 具有至少1個(gè)開口部113,以使得將反應(yīng)槽107內(nèi)部和空間114連通。成為反應(yīng)槽107內(nèi)的 液體108從該開口部113浸入，以液體108充滿空間114的構(gòu)成。第1金屬電極101和絕 緣體102的各自的一個(gè)端部固定在保持構(gòu)件105。第2金屬電極103配置在反應(yīng)槽107的 哪個(gè)位置均可，配置的位置不受限制。
[0083] 接下來說明實(shí)施方式1中的各構(gòu)成部品。
[0084] 〈第1金屬電極〉
[0085] 第1金屬電極101至少一部分配置在被液體108充滿的反應(yīng)槽107內(nèi)。另外，第1 金屬電極101的一端固定在保持構(gòu)件105。圖1以及圖2所示的實(shí)施方式1中的第1金屬 電極101具有直徑2_的圓柱形狀。這是作為第1金屬電極101的一例的直徑以及形狀， 第1金屬電極101的直徑也可以大于2mm。另外，第1金屬電極101的形狀并不限定于圓柱 形狀，例如也可以是長方體或面狀的形狀等的任意形狀。第1金屬電極101例如可以由鐵、 鎢、銅、鋁、鉬、或包含從這些金屬選出的1種或多種金屬的合金等的材料形成。
[0086] 〈第2金屬電極〉
[0087] 第2金屬電極103也是至少一部分配置在被液體108充滿的反應(yīng)槽107內(nèi)。第2 金屬電極103并不限制在前述那樣配置的位置，配置在反應(yīng)槽107的哪個(gè)位置均可。第2金 屬電極103由導(dǎo)電性的金屬材料形成即可。例如，也可以與第1金屬電極101 -樣，由鐵、 鎢、銅、鋁、鉬、或包含從這些金屬選出的1種或多種金屬的合金等材料形成。另外，在實(shí)施 方式1中，第2金屬電極103是配置在反應(yīng)槽107的構(gòu)成，但并不限定于此。第2金屬電極 103只要配置在液體108中即可。
[0088] 〈絕緣體〉
[0089] 在第1金屬電極101的周圍按照形成空間114的方式配置絕緣體102。另外，在絕 緣體102設(shè)置連通反應(yīng)槽107內(nèi)部和空間114的開口部113。S卩，絕緣體102隔著空間114 包圍第1金屬電極101而設(shè)，在與液體108接觸的位置具有開口部113。與液體108接觸 的位置例如是配置（浸漬）在液體108中的絕緣體102的部分即可。圖1以及圖2所示的 實(shí)施方式1中的絕緣體102具有內(nèi)徑3mm、外徑5mm的圓筒形狀，設(shè)有1個(gè)直徑0· 7mm的開 口部113。絕緣體102并不限定于上述的大小或形狀，只要能在第1金屬電極101的周圍 形成空間114,就可以是任意的大小或形狀。例如，將實(shí)施方式1中的開口部113的直徑設(shè) 為0· 7mm，但并不限定于此，可以是2mm以下的任意的大小。另外，開口部113也可以是多 個(gè)。開口部113的位置并沒提特別的限制，例如能設(shè)置在相對于絕緣體102的側(cè)面垂直向 上方向（圖示上側(cè)）上。如此，通過使開口部113的開口方向朝上，能在開口部113防止氣 泡112的氣泡充塞。絕緣體102例如可以由氧化鋁、氧化鎂、氧化釔、絕緣性的塑料、玻璃、 以及石英等的材料形成。
[0090] 〈保持構(gòu)件〉
[0091] 保持構(gòu)件105與第1金屬電極101和絕緣體102的各自的一個(gè)端部連接。保持構(gòu) 件105也可以在與第1金屬電極101以及絕緣體102的連接部分具有密封的結(jié)構(gòu)，以使得液 體108不泄漏。例如可以設(shè)為將第1金屬電極101和絕緣體102螺紋緊固在保持構(gòu)件105 的結(jié)構(gòu)。密封結(jié)構(gòu)并不限定于此，可以設(shè)為任意的結(jié)構(gòu)。
[0092] 〈電源〉
[0093] 電源106配置在第1金屬電極101與第2金屬電極103間。電源106對第1金屬 電極101與第2金屬電極103間施加頻率1?IOOkHz的4kV?IOkV的高電壓。電源106 能施加脈沖電壓或交流電壓，例如電壓波形可以是脈沖狀、正弦半波形、或正弦波狀的任一 者。電流值雖然越大越好，但若過大，則電力不僅用在加熱空間114內(nèi)的液體108,還用在加 熱反應(yīng)槽107內(nèi)整體的液體108,這反而會降低等離子體生成的效率。根據(jù)上述理由，在實(shí) 施方式1將電流值設(shè)為3A以下。另外，若電流值小于1mA，則由于將空間114內(nèi)的液體108 氣化需要時(shí)間，因此優(yōu)選電流值為ImA?3A的范圍。
[0094] 〈處理槽〉
[0095] 處理槽109例如經(jīng)由循環(huán)泵110和配管111，與反應(yīng)槽107連接。處理槽109例如 能用在水凈化裝置、空調(diào)機(jī)、加濕器、洗衣機(jī)、電動剃須刀清洗器、餐具清洗器、便器或水耕 栽培用水/培養(yǎng)液罐等中。處理槽109也可以為了防止觸電而接地。
[0096] 〈反應(yīng)槽〉
[0097] 反應(yīng)槽107和處理槽109的容積合計(jì)為約600毫升。使反應(yīng)槽107內(nèi)的液體108 如前述那樣通過循環(huán)泵110的配管111而循環(huán)。根據(jù)等離子體104所引起的被分解物的分 解速度和反應(yīng)槽107的容積將液體108的循環(huán)速度設(shè)定為合適的值。
[0098] 在上述的實(shí)施方式1的液體處理裝置100的構(gòu)成中，在第1金屬電極101與絕緣 體102間有空間114這一點(diǎn)、和設(shè)置在絕緣體102的側(cè)面的開口部113的直徑在效率良好 地產(chǎn)生等離子體、在短時(shí)間內(nèi)處理液體上是有益的。
[0099] 另外，成為在第1金屬電極101和絕緣體102的各自的一個(gè)端部不泄漏液體108 地進(jìn)行密封的結(jié)構(gòu)這一點(diǎn)，也在使氣體的氣團(tuán)僅從絕緣體102的開口部113放出上是有益 的。
[0100] 另外，在實(shí)施方式1中，第1金屬電極101和第2金屬電極103使用由金屬材料構(gòu) 成的電極，但并不限定于此。也可以使用由金屬材料以外的材料、例如碳等構(gòu)成的第1電極 以及第2電極。
[0101] 〈液體處理方法〉
[0102] 說明使用了實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100的液體處理方法。
[0103] 在開始液體處理前，形成在第1金屬電極101與絕緣體102間的空間114是被液 體108充滿的狀態(tài)。從該狀態(tài)起，用電源106對第1金屬電極101與第2金屬電極103間 施加電壓來加熱空間114內(nèi)的液體108。
[0104] 空間114內(nèi)的液體108通過從第1金屬電極101投入的電力而溫度上升。通過該 溫度上升，空間114內(nèi)的液體108氣化，產(chǎn)生氣體。該氣體在空間114內(nèi)聚集的同時(shí)成為氣 團(tuán)。然后，該氣體的氣團(tuán)因空間114內(nèi)部的壓力與反應(yīng)槽107的壓力的壓力差而從設(shè)置在 絕緣體102的開口部113被放出到反應(yīng)槽107內(nèi)的液體108中。
[0105] 在該氣體的氣團(tuán)通過開口部113時(shí)，由氣體的氣團(tuán)將開口部分的液體置換為氣 體，將通過液體而導(dǎo)通的第1金屬電極101和第2金屬電極103絕緣。此時(shí)，存在于開口部 113的氣體的氣團(tuán)被施加來自電源106的高電壓，通過電場集中由此產(chǎn)生放電。其結(jié)果，在 氣體的氣團(tuán)內(nèi)產(chǎn)生等離子體104。一旦產(chǎn)生等離子體104,就會持續(xù)且連續(xù)地生成等離子體 104,內(nèi)含等離子體104的氣體的氣團(tuán)被從絕緣體102的開口部113向反應(yīng)槽107內(nèi)的液體 108放出。該等離子體104成為從絕緣體10開口部113向反應(yīng)槽107的液體108中伸出的 狀態(tài)。
[0106] 進(jìn)而，一部分從內(nèi)含伸出的等離子體104的氣體的氣團(tuán)分離，形成多個(gè)氣泡112， 該氣泡112擴(kuò)散到反應(yīng)槽107內(nèi)的液體108中。多個(gè)氣泡112包含微米以下的直徑的氣泡， 本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100還具有產(chǎn)生微氣泡的功能。該氣泡112與 通常的微氣泡不同，在氣泡112內(nèi)部包含通過等離子體104而生成的電子、離子、或自由基。 本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100通過這些氣泡112對液體108除菌，以及 /或者將包含在液體108中的化學(xué)物質(zhì)分解。
[0107] [效果（關(guān)于氣泡）]
[0108] 說明在本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中，氣泡112的效果。由實(shí) 施方式1所涉及的液體處理裝置100形成的氣泡112如前述包含微米以下的直徑的氣泡。 該氣泡112與通常的微氣泡不同，在氣泡112內(nèi)部包含通過等離子體104而生成的電子、離 子、或自由基等的活性種。由此，具有比通常的微氣泡更加提高了除菌能力或分解化學(xué)物質(zhì) 的能力的效果。因此，根據(jù)本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100,能將在通常的 微氣泡時(shí)難以分解的例如氨或醋酸等的難分解性物質(zhì)分解。
[0109] [效果（關(guān)于第1金屬電極與絕緣體間的空間）]
[0110] 接下來說明形成在第1金屬電極101與絕緣體102間的空間114的效果?？臻g 114具有將液體108氣化來生成氣體的功能。在實(shí)施方式1的液體處理裝置100中，通過從 第1金屬電極101流過的電流加熱空間114內(nèi)的液體108從而在空間114內(nèi)將液體108氣 化，由此生成氣體。
[0111] 說明圖10所示的現(xiàn)有的裝置的構(gòu)成、即第1金屬電極101和絕緣體102接觸而配 置的構(gòu)成（沒有空間114的構(gòu)成）。這種情況下，第1金屬電極101經(jīng)由絕緣體102的開口 部113直接與反應(yīng)槽107內(nèi)的液體108接觸。其結(jié)果，即使由電源106對第1金屬電極101 與第2金屬電極103間施加電壓，也是從第1金屬電極101向反應(yīng)槽107內(nèi)的液體108直 接流過電流而發(fā)散，不能將液體108氣化。在這樣的沒有空間114的構(gòu)成下，若要在第1金 屬電極101近旁形成局部的氣化狀態(tài)，就需要使第1金屬電極101與第2金屬電極103的 電極間的距離成為給定的距離（數(shù)mm)地配置第2金屬電極103。另外，為了產(chǎn)生等離子體 104而需要使電場強(qiáng)度較高，需要使第1金屬電極101的直徑較小。通過這樣的構(gòu)成，在圖 10所示的現(xiàn)有的裝置中，能將第1金屬電極101近旁的液體108氣化，能產(chǎn)生等離子體104。 但在該構(gòu)成下，有第2金屬電極103的位置受到限制的缺點(diǎn)。另外，電流流向反應(yīng)槽107內(nèi) 整體、即液體108整體而發(fā)散。為此，為了使第1金屬電極101近旁的液體108氣化來生成 氣泡，在該氣泡內(nèi)產(chǎn)生等離子體104,需要250W以上的高電力。根據(jù)
【發(fā)明者】的見解，若使施 加電力較大，則存在與注入到等離子體的能量相比，能量更多消耗在加熱液體上的傾向，效 率有變低的傾向。因此，在圖10所示的現(xiàn)有的構(gòu)成（沒有空間114的構(gòu)成）中，有不能效 率良好地產(chǎn)生等離子體104這樣的缺點(diǎn)。
[0112] 根據(jù)方式1的液體處理裝置100,通過構(gòu)成為在第1金屬電極101與絕緣體102間 有空間114,能將空間114內(nèi)的液體108氣化來生成氣體，在低功耗下效率良好地產(chǎn)生等離 子體104。例如，在將絕緣體102的長度假定為5cm時(shí)，在1分鐘內(nèi)將水從20°C上升到KKTC 所需要的電力為約〇. 1W。另外，在1秒鐘內(nèi)上升的情況下也約為7W，與前述的圖10所示的 現(xiàn)有的裝置的構(gòu)成（沒有空間114的構(gòu)成）所需要的電力（250W以上）相比，能以格外少 的電力生成等離子體104。
[0113] 另外，根據(jù)實(shí)施方式1，由于第1金屬電極101與第2金屬電極103間的距離沒有 限制，因此能將第2金屬電極103配置在任意的位置。
[0114] 進(jìn)而，根據(jù)實(shí)施方式1，與現(xiàn)有的裝置中的電極相比，由于能通過開口部的直徑控 制對到達(dá)開口部的氣體部分施加的電場強(qiáng)度，因此有第1金屬電極101的幾何尺寸與等離 子體的生成效率無關(guān)的大的優(yōu)點(diǎn)。因此，由于能使第1金屬電極101的直徑較大，因此能提 升第1金屬電極101的耐久性。
[0115] [效果（分解速度）]
[0116] 說明本公開的實(shí)施方式1的液體處理裝置100中的效果（分解速度）。為了測定實(shí) 施方式1所涉及的液體處理裝置100的分解速度，作為被處理液體的模型而使用濃度IOmg/ L的靛胭脂（亞甲藍(lán)）水溶液。靛胭脂是水溶性的有機(jī)物，較多地用作污水處理模型。
[0117] 在實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中，通過使內(nèi)含等離子體104的氣泡112 擴(kuò)散到液體108中而生成OH自由基。OH自由基作用于靛胭脂，通過切斷分子內(nèi)的耦合來分 解靛胭脂分子。OH自由基的氧化電位如一般所知那樣為2. 81eV，大于臭氧、過氧化氫以及 氯的氧化電位。因而，OH自由基能分解的并不限于靛胭脂，還能分解大量的有機(jī)物。
[0118] 能根據(jù)水溶液中的吸光度來評價(jià)靛胭脂分子的分解速度。一般知道，在分解靛胭 脂分子時(shí)，靛胭脂水溶液的藍(lán)色消色，在完全分解時(shí)成為透明。這是因?yàn)椋诖嬖谟诘咫?脂分子中的碳的雙鍵（c = C)的吸收波長為608. 2nm，通過靛胭脂分子分解而C = C的耦合 開裂，變得不再吸收608. 2nm的光。因而，能通過使用紫外可見光分光光度計(jì)測定608. 2nm 的波長的光的吸光度來評價(jià)靛胭脂分子的分解速度。另外，作為實(shí)施例而使用實(shí)施方式1 所涉及的液體處理裝置100、作為比較例使用記載在專利文獻(xiàn)1的現(xiàn)有的裝置來進(jìn)行測定。
[0119] 對實(shí)施例進(jìn)行說明。實(shí)施例是實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100。第1金屬 電極101是直徑2mm的圓柱形狀。絕緣體102是內(nèi)徑3mm、外徑5mm的圓筒形狀。設(shè)置在 絕緣體102的開口部113的直徑為0. 7mm。電源106施加峰值電壓5kV、脈沖幅1 μ s、頻率 30kHz的脈沖電壓。反應(yīng)槽107和處理槽109的容量合計(jì)為600毫升。
[0120] 圖3是比較實(shí)施例和比較例中的相對于處理時(shí)間的靛胭脂水溶液的分解濃度的 圖。圖3所示的黑圓是實(shí)施例，白圓是比較例。如圖3所示，根據(jù)實(shí)施例，直到將約10mg/L 的靛胭脂完全分解為止的時(shí)間為約32分鐘左右。另一方面，根據(jù)比較例，直到將約10mg/L 的靛胭脂完全分解為止的時(shí)間為約401分鐘左右。因此，在本公開的實(shí)施方式1所涉及的 液體處理裝置100中，與現(xiàn)有的裝置相比，具有快10倍以上的分解速度。由此，根據(jù)實(shí)施方 式1所涉及的液體處理裝置100,能效率良好地產(chǎn)生等離子體104,能大幅縮短液體108的 處理時(shí)間。
[0121] [效果（開口部的直徑）]
[0122] 說明本公開的實(shí)施方式1中的絕緣體102的開口部113的直徑與靛胭脂水溶液的 分解速度的關(guān)系。
[0123] 圖4是表示本公開的實(shí)施方式1中的相對于絕緣體102的開口部113的分解速度 的圖。分解速度的測定使用前述的靛胭脂水溶液來進(jìn)行。圖4所示的黑菱形表示實(shí)施方式 1中的相對于開口部113直徑的分解速度的測定結(jié)果。如圖4所示那樣，在開口部113的直 徑為0. 3?2mm的范圍內(nèi)，靛胭脂水溶液的分解速度變快，在0. 5mm?0. 7mm的范圍內(nèi)有分 解速度成為最大的區(qū)域。這是因?yàn)?，由于電場?qiáng)度與開口部113的直徑的平方成反比地變 大，因此開口部113的直徑越小，則電場強(qiáng)度越大。即，使開口部113的直徑越小，則越易于 放電，越能效率良好地產(chǎn)生等離子體104。其結(jié)果，靛胭脂的分解速度變快。另一方面，若以 分解速度的最大值（〇. 5mm?0. 7mm的范圍）為邊界進(jìn)一步縮小開口部113的直徑，分解速 度機(jī)會變慢。這是因?yàn)?，等離子體體積成為決定分解速度的因素。即，若開口部113的直徑 變小，則伸出到反應(yīng)槽107內(nèi)的等離子體104的體積機(jī)會變小，在等離子體104中生成的自 由基的數(shù)密度就會變小。由此認(rèn)為靛胭脂的分解速度會變慢。等離子體104的體積與開口 部113的直徑的立方成正比。即，由于若開口部113的直徑變小，則等離子體104的體積也 變小，因此呈現(xiàn)出以最大值為邊界靛胭脂的分解速度陡峭地變慢的樣子。
[0124] 因此，絕緣體102的開口部113的直徑優(yōu)選為0.3?2mm的范圍，更優(yōu)選為 0. 5_?0. 7_的范圍。在本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中，只要開口部 113的直徑在上述范圍內(nèi)，就能效率良好地產(chǎn)生等離子體104。
[0125] [效果（0H自由基產(chǎn)生）]
[0126] 說明本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100的效果（0H自由基產(chǎn)生）。
[0127] OH自由基的壽命一般被認(rèn)為是數(shù)μ s?數(shù)ms。據(jù)此，即使生成OH自由基也是立 刻消滅，通常難以測定OH自由基。
[0128] 在本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中，使用ESR(Electron Spin Resonance)法來測定OH自由基。在通過ESR法測定OH自由基的情況下，有使OH自由基與 被稱作DMPO的自旋捕獲劑耦合來測定OH自由基的方法。根據(jù)方法，能定量地測定OH自由 基。
[0129] 在添加 DMPO的測定方法中有2種方法。一種是，在被處理水中預(yù)先添加 DMP0,在 OH自由基生成后立即由DMPO捕獲0H，來測定OH自由基的信號的方法。該方法由于使DMPO 預(yù)先包含在被處理水中，因此有若生成某一定量OH自由基，即使OH自由基的壽命短也能測 定OH自由基的大的有利點(diǎn)。但是，在實(shí)施方式1的那樣的情況下，有DMPO自身被等離子體 分解而不能測定正確的OH自由基量、和若增加液體的量則不得不對應(yīng)于此也增加 DMPO的 添加量這樣的缺點(diǎn)。
[0130] 另一種是如下方法：在由液體處理裝置對被處理水處理一定時(shí)間后停止等離子 體的產(chǎn)生，以停止等離子體的時(shí)間為原點(diǎn)，每隔一定時(shí)間去除一定量的被處理水，并在添加 DMPO后進(jìn)行測定。在該方法中，在OH自由基的壽命短的情況下，有只要沒有準(zhǔn)備特別的采 樣裝置就不能測定OH自由基這樣致命的缺點(diǎn)。但是，優(yōu)點(diǎn)是關(guān)于DMPO自身的分解和添加 量的問題，不需要擔(dān)心。
[0131] 在本公開的實(shí)施方式1所涉及的液體處理裝置100中，用上述中的后者的方法進(jìn) 行OH自由基的測定。
[0132] 圖5是表示用本公開的實(shí)施方式1的液體處理裝置100處理過的液體108中的OH 自由基的測定結(jié)果的圖。如圖5所示那樣，即使停止（Omin)等離子體104也產(chǎn)生0H，若經(jīng) 過IOmin左右，就會達(dá)到最大的OH自由基濃度。之后確認(rèn)到OH自由基反復(fù)產(chǎn)生和消滅，并 且直到至少300min左右為止在液體108中都還存在OH自由基。圖中的實(shí)線是以速率方程 式擬合的結(jié)果。在下述示出速率方程式。
[0133] [數(shù)式 1]

【權(quán)利要求】
1. 一種液體處理裝置，具備： 第1電極； 配置在液體中的第2電極； 被設(shè)置成隔著空間包圍所述第1電極，并在與所述液體接觸的位置具有開口部的絕緣 體；和 對所述第1電極與所述第2電極間施加交流電壓或脈沖電壓的電源。
2. -種液體處理裝置，具備： 第1電極； 配置在液體中的第2電極； 被設(shè)置成隔著空間包圍所述第1電極，并在與所述液體接觸的位置具有開口部的絕緣 體；和 對所述第1電極與所述第2電極間施加電壓的電源， 通過所述電源對所述第1電極與所述第2電極間施加電壓，將所述空間內(nèi)的液體氣化 來產(chǎn)生氣體，在所述氣體從所述開口部放出到液體中時(shí)進(jìn)行放電，來產(chǎn)生等離子體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的液體處理裝置，其中， 所述開口部的直徑為〇? 3mm?2mm的范圍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1?3中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置，其中， 所述開口部被設(shè)置成開口方向相對于所述絕緣體的側(cè)面成為垂直向上方向。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1?4中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置，其中， 在所述絕緣體設(shè)置多個(gè)所述開口部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置，其中， 所述第1電極和所述絕緣體各自的一個(gè)端部具有密封結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的液體處理裝置，其中， 所述密封結(jié)構(gòu)是螺紋緊固結(jié)構(gòu)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1?7中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置，其中， 所述電源提供電流值3A以下的電流。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置，其中， 所述液體處理裝置還具備： 配置所述第1電極和所述第2電極的反應(yīng)槽。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的液體處理裝置，其中， 所述液體處理裝置還具備： 通過循環(huán)泵以及配管與所述反應(yīng)槽連接的處理槽。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的液體處理裝置，其中， 所述處理槽被接地。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的液體處理裝置，其中， 所述處理槽是從水凈化裝置、空調(diào)機(jī)、加濕器、洗衣機(jī)、電動剃須刀清洗器、餐具清洗 器、便器、水耕栽培用水/培養(yǎng)液循環(huán)裝置的群中選出的一者。
13. -種液體處理裝置，包含多個(gè)權(quán)利要求1?8中任一項(xiàng)所述的液體處理裝置而構(gòu) 成。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的液體處理裝置，其中， 所述液體處理裝置還具備： 分別配置各所述第1電極和各所述第2電極的多個(gè)反應(yīng)槽。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的液體處理裝置，其中， 所述液體處理裝置還具備： 通過多個(gè)循環(huán)泵以及多個(gè)配管與所述多個(gè)反應(yīng)槽連接的處理槽。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的液體處理裝置，其中， 所述處理槽被接地。
17. 根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的液體處理裝置，其中， 所述處理槽是從水凈化裝置、空調(diào)機(jī)、加濕器、洗衣機(jī)、電動剃須刀清洗器、餐具清洗 器、便器、水耕栽培用水/培養(yǎng)液循環(huán)裝置的群中選出的一者。
18. -種液體處理方法， 對第1電極與配置在液體中的第2電極間施加電壓，使形成在所述第1電極與絕緣體 間的空間內(nèi)的液體氣化，來生成氣體，其中所述絕緣體被設(shè)置成包圍所述第1電極，以與所 述液體接觸的方式具備開口部， 通過在所述氣體從設(shè)于所述絕緣體的開口部放出到液體中時(shí)在所述氣體內(nèi)進(jìn)行放電， 從而在所述氣體內(nèi)產(chǎn)生等離子體。
19. 一種等離子體處理水，通過對液體通電而生成的液體中的0H自由基在通電停止后 也還存在l.OuM?2. 4iiM。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的等離子體處理水，其中， 所述液體包含過氧化氫， 所述過氧化氫的濃度為0. 2X1(T7?0. 6X1(T5M。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的等離子體處理水，其中， 通過所述通電在液體中產(chǎn)生等離子體。
【文檔編號】F24F6/00GK104379513SQ201480001535
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月18日
【發(fā)明者】今井伸一, 熊谷裕典, 小野寺真里 申請人:松下知識產(chǎn)權(quán)經(jīng)營株式會社