液体处理装置的制作方法

本公开涉及对液体进行电化学处理的液体处理装置。更详细来说，本公开涉及在液体中产生等离子体且同时具有由于液体中含有的污浊物质或者细菌与等离子体直接接触而产生的分解以及杀菌作用、和由通过等离子体放电而产生的紫外线或者自由基等带来的分解以及杀菌作用，来对液体进行处理的液体处理装置。

背景技术

图13表示以往的液体处理装置的例子。在液体803(例如，水)中配置第一电极801以及第二电极802，从脉冲电源804对第一电极801与第二电极802之间施加高电压脉冲而使液体803气化，产生等离子体805。此时，通过等离子体805直接接触，从而液体803中含有的污浊物质等被分解处理。同时，例如，生成羟基自由基(oh自由基)或者过氧化氢等具有氧化能力的成分，这些成分与液体803中含有的污浊物质等进行反应，从而分解处理也得以进展。已知在通过在水中产生等离子体805而生成的自由基当中，特别是oh自由基具有高的氧化能力，能对液体803中溶解的难分解性有机化合物进行分解处理。

然而，上述以往的液体处理装置的情况存在以下的问题，即，为了使液体803气化，不仅需要高的施加电压，而且等离子体805的产生效率低，处理液体803需要很长时间。

因而，已知有为了降低施加电压并提高等离子体的产生效率而使从外部导入的气体介于两电极间的液体处理装置(参照专利文献1)。在专利文献1记载的液体处理装置(图14)中，使气体904(例如，氧)同被处理液体903一起介于阳极电极901与阴极电极902之间，在此基础上，在阳极电极901与阴极电极902之间施加脉冲电压。通过脉冲电压的施加，在气体904内产生等离子体，被处理液体903的分解处理在等离子体与被处理液体903的接触面得以进展。根据专利文献1记载的液体处理，与不使气体介于之间的情况相比，能降低施加电压，并且，能高效地产生等离子体来进行液体的处理。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2000-093967号公报

技术实现要素：

本公开的一个方式相关的液体处理装置具备：筒状的处理槽，沿中心轴的一端闭口且与所述中心轴正交的截面形状为圆形，并且在所述中心轴的所述一端侧具有液体导入口，该液体导入口通过从所述圆形的截面形状的切线方向导入液体，从而使所述液体绕所述中心轴回旋，在所述液体的回旋流中产生气相；棒状的第一电极，配置于所述处理槽的所述中心轴的所述一端侧；第二电极，配置于所述处理槽的所述中心轴的另一端侧；电源，在所述第一电极与所述第二电极之间施加电压；和电极旋转装置，使所述第一电极绕所述第一电极的中心轴旋转。

根据本公开的所述方式相关的液体处理装置，通过利用电极旋转装置使第一电极绕第一电极的中心轴旋转，第一电极的前端就能够绕该中心轴平均地磨损，从而等离子体稳定，能高效地产生等离子体而迅速地对液体进行处理，并且能长时间稳定地产生等离子体，从而能使设备长时间地工作。此外，在液体处理装置的处理槽内，在回旋流中使液体气化，对所生成的气相施加脉冲电压而产生等离子体。由于不需要通过电压施加来使液体气化，因此能以较少的电力产生等离子体，能够高效且迅速地进行液体的处理。

附图说明

图1为表示本公开的实施方式1相关的液体处理装置的结构的侧面剖视图。

图2为装置主体的侧面剖视图。

图3为从图2的3-3线处的截面观察的图。

图4为表示在处理槽的内部产生回旋流且未施加电压的状态的侧面剖视图。

图5a为表示在处理槽的内部产生回旋流且施加了电压的状态的侧面剖视图。

图5b为在图5a的气相中产生了等离子体的状态的部分放大图。

图6为表示第一电极的磨损进展的情形的图。

图7为表示利用旋转机构防止第一电极不平衡地磨损的效果的图。

图8为表示由旋转机构的旋转角、旋转间隔的差异导致的第一电极的磨损形状的差异的图。

图9为表示将半径不同的圆筒组合而成的处理槽的图。

图10为表示圆锥形状的处理槽的图。

图11为表示装置主体的变形例的侧面剖视图。

图12a为利用电流计计测的等离子体发光时的电流波形图。

图12b为在装置主体的变形例中将铜材配置于贮存槽的一部分的侧面剖视图。

图13为以往的液体处理装置的剖视图。

图14为具备气体导入装置的以往的液体处理装置的剖视图。

具体实施方式

在说明实施方式之前，简单地说明以往的问题点。

在专利文献1记载的液体处理装置中，在一个电极使用棒状的电极。在这种液体处理装置中，由于棒状的电极在相对于放电方向少许倾斜或者稍微偏心了的状态下被安装，因而如果在电极间长时间地产生等离子体则棒状电极的前端会磨损成不平衡的形状。若由磨损导致的前端的偏重变大，则最终等离子体就不能稳定地生成，因此产生不能使设备长时间地工作这样的课题。

本公开鉴于上述问题而提出，其目的在于提供一种能够高效地产生等离子体从而迅速地处理液体，并且能长时间稳定地产生等离子体的液体处理装置。

[实施方式1]

以下，参照附图对本公开的实施方式相关的液体处理装置100详细地进行说明。对图中相同或者相当部分赋予相同附图标记而不重复其说明。另外，为了容易理解说明，在以下所参照的附图中，有时简化或者示意地示出结构，有时省略一部分的结构部件。此外，各图中示出的结构部件间的尺寸比未必表示实际的尺寸比。

[整体结构]

首先，对实施方式1相关的液体处理装置100的整体结构进行说明。图1为表示本公开的实施方式1相关的液体处理装置100的结构的侧面剖视图。以下的图中，箭头f表示液体处理装置100的前方，箭头b表示后方。箭头u表示上方，箭头d表示下方。箭头r从后方观察时表示右方，箭头l从后方观察时表示左方。

图1所示的液体处理装置100示出与贮存槽90连接的状态。液体处理装置100通过在液体中进行放电来对液体进行处理。在本实施方式1中，作为处理对象的液体的例子，说明对溶解有污浊物质的液体l1进行处理的情况。

贮存槽90中贮存由液体处理装置100处理后的处理液。

液体处理装置100至少具备：具有作为液体导入口的一例起作用的导入部15的处理槽12；第一电极30；第二电极31；电源60；和作为电极旋转装置的一例起作用的旋转机构200。更具体来说，液体处理装置100具备装置主体10、液体供给部50以及电源60。装置主体10具备处理槽12、导入部15、排出部17、第一电极30以及第二电极31。

处理槽12为对导入到内部的液体(例如，水)l1进行处理的筒状的槽。处理槽12的正面截面形状为圆形(参照图3)。导入部15配置在处理槽12的中心轴x1的闭口的一端侧，且将液体l1从例如与处理槽12的中心轴x1正交的圆形的截面形状的切线方向导入到处理槽12。导入部15经由配管51与液体供给部50连通。排出部17配置在处理槽12的另一端，且将由处理槽12处理后的处理液l2从处理槽12排出。在本实施方式1中，排出部17配置在处理槽12的中心轴x1的另一端侧，与贮存槽90的取入口91连接。从排出部17排出的处理液l2被贮存于贮存槽90。

第一电极30为至少将内侧端部配置在处理槽12的一端的内部的棒状的电极。作为一例，第一电极30从处理槽12的一端的内壁的中央在处理槽12内沿着长度方向、例如沿着中心轴x1突出配置。第一电极30的材质作为一例使用钨。

第二电极31配置在处理槽12的另一端的壁的外侧，且配置在排出部17的附近。

第一电极30连接电源60，第二电极31被接地。利用电源60对第一电极30以及第二电极31施加高电压的脉冲电压。

液体供给部50作为一例，为对处理槽12内供给液体(例如，水)l1的泵。液体供给部50与配管51连接。配管51的一端与配置在处理槽12的一端的内壁附近的作为内侧开口的导入部15连接，配管51的另一端与未图示的液体供给源(例如，水箱80)连接或者以能使包括贮存槽90的处理液在内的贮存水循环的形式连接(参照图1的单点划线的循环用配管81)。

电源60在第一电极30与第二电极31之间施加高电压的脉冲电压。电源60能够交替地施加正的脉冲电压和负的脉冲电压、所谓的双极脉冲电压。

旋转机构200被安装到第一电极30，能够使第一电极30绕第一电极30的中心轴30c(参照图7)相对于处理槽12旋转。旋转机构200由能保持第一电极30并且能控制旋转角的电动机等构成。按照需要，例如在控制装置230的控制下，在接通电源后，能利用旋转机构200使第一电极30以规定时间或者规定时间间隔旋转规定角度。作为一例，旋转机构200被控制装置230驱动控制，在控制装置230的控制下，能从电源60的电压施加起利用旋转机构200使第一电极30以规定时间或者规定间隔旋转规定角度。

贮存槽90为对从液体处理装置100排出的处理液、即oh自由基等的改性成分进行剪切，生成将改性成分内包的微泡沫或者纳米泡沫，并使其在处理液(例如水)中扩散的槽。具体地说，贮存槽90在内部具有比处理槽12的排出部17的开口截面积大的截面积，由贮存槽90对从排出部17排出到贮存槽90内的改性成分进行剪切，在贮存槽90内生成将改性成分内包的微泡沫、或者微泡沫以及纳米泡沫，并使其在水中扩散而生成处理液。因而，贮存槽90作为微泡沫生成槽起作用。作为贮存槽90，至少确保处理槽12的排出部17的开口的内径尺寸的倍数以上的内径或者一边，从而能够在贮存槽90生成可靠地进行杀菌的处理液。

[装置主体]

接下来，对装置主体10详细地进行说明。图2为装置主体10的侧面剖视图。

处理槽12具有第一内壁21、第二内壁22以及第三内壁23。处理槽12的材质可以为绝缘体，也可以为导体。在导体的情况下，需要使绝缘体介于第一电极30与第二电极31之间。第一内壁21为筒状的壁部。第二内壁22设置在第一内壁21的图2的左端部。第三内壁23设置在第一内壁21的图2的右端部。第二内壁22以及第三内壁23从侧面观察为大致圆形。利用第一内壁21、第二内壁22以及第三内壁23在处理槽12的内部构成大致圆柱状的收容空间83。将第一内壁21的中心轴、换句话说将在处理槽12的内部构成的大致圆柱状的收容空间83的假设的中心轴设为中心轴x1。

在第二内壁22将在收容空间83内突出的圆筒状的电极支承筒24设置在中央。电极支承筒24为筒状且向右方延伸。电极支承筒24配置为其中心轴与中心轴x1一致。在电极支承筒24的内侧经由绝缘体53支承第一电极30。第一电极30为棒状，绝缘体53配置在第一电极30的周围。因此，第一电极30配置为长度方向的轴与中心轴x1一致。构成为如下那样地进行配置：第一电极30的右端部301的内侧端面与绝缘体53的内侧端面相比更向收容空间83内突出，电极支承筒24的内侧端面241与第一电极30的右端部301的内侧端面相比更向收容空间83内突出。

旋转机构200在处理槽12的外侧安装于第一电极30，能够使第一电极30以第一电极30的中心轴30c为中心相对于处理槽12以规定时间或者规定时间间隔旋转规定角度。第一电极30的中心轴30c可以与中心轴x1相同，也可以不同。

导入部15贯通装置主体10，一个开口端151形成于第一内壁21。导入部15在侧面观察下，配置在与第二内壁22相邻的位置。此外，图3为图2的3-3线处的剖视图。导入部15配置在第一内壁21的壁面。

排出部17贯通第三内壁23的中央部。排出部17形成为其中心轴与中心轴x1一致。

第二电极31为板状的金属构件，在中央部形成开口部311。开口部311为圆形，形成为其中心轴与中心轴x1一致。

[动作]

接下来，对液体处理装置100的动作进行说明。以下，为了便于说明，采用不同的图来分开说明在处理槽12的内部产生气相的状态(图4)和对气相g施加脉冲电压而产生等离子体p的状态(图5a以及图5b)。图4为表示在处理槽12的内部产生回旋流f1且未施加脉冲电压的状态的侧面剖视图。

首先，如图4所示那样，若将液体(例如，水)l1以规定的压力从导入部15导入到处理槽12，则液体l1一边沿着第一内壁21产生绕中心轴x1的回旋流f1一边从导入部15朝向图4的右方移动。一边回旋一边向图4的右方移动的回旋流f1朝向排出部17移动。

通过回旋流f1，中心轴x1附近的压力降低到饱和水蒸气压以下，液体l1的一部分气化而在中心轴x1附近生成气相g。气相g在回旋中心附近、具体地说从第一电极30的右端部301沿着中心轴x1一直产生到第二电极31的开口部311的附近为止。此外，由于接连的回旋流f1，气相g与回旋流f1同方向地回旋。气相g在排出部17的附近受到贮存槽90内的液体的阻力，从而被剪切成微泡沫、或者微泡沫以及纳米泡沫，并使其扩散到贮存槽90内的液体。

图5a为表示在处理槽12的内部产生回旋流f1且施加了脉冲电压的状态的侧面剖视图。图5b为表示在气相g中产生了等离子体p的状态的放大图。如图5a所示那样，在液体l1气化后的气相g从第一电极30起至第二电极31附近为止沿着中心轴x1产生的状态下，利用电源60对第一电极30与第二电极31之间施加高电压的脉冲电压。若第一电极30与第二电极31被施加高电压的脉冲电压，则在气相g内产生等离子体p(参照图5b)，生成自由基(oh自由基等)或者离子。该自由基或者离子通过从气相g向回旋流f1侧进行溶解，从而对在溶液中溶解的污浊物质进行分解处理。除此之外，排出部17的附近的气相g内的等离子体p通过受到贮存槽90内的液体的阻力而产生含有oh自由基等的大量的气泡ba。如上那样，利用通过等离子体p产生的oh自由基等进行处理而包括含有oh自由基等的气泡ba的状态下的处理液l2从排出部17朝向贮存槽90被排出。

通过以上说明的动作，能够高效地产生等离子体p从而迅速地进行液体l1的处理。

然而，第一电极30由于在从中心轴x1少许倾斜或者偏心的状态下被安装，因此会产生不平衡地进行磨损的现象。图6为表示第一电极30的磨损进展的情形的图。图6的(a)为产生等离子体前的初始阶段。若从该状态起产生等离子体p并对液体l1进行处理，则第一电极30如图6的(b)那样，不平衡地进行磨损从而前端部30a变尖。若保持原样地继续产生等离子体p，则不平衡进一步变大而成为图6的(c)所示那样，最终如图6的(d)所示那样，第一电极30显著不平衡地进行磨损，从而气相g也偏心，等离子体生成变得不稳定。为了防止上述那样的第一电极30不平衡地进行磨损，利用旋转机构200使第一电极30绕第一电极30的中心轴30c按每恒定时间旋转规定角度是有效的。

图7为表示通过利用旋转机构200使第一电极30旋转，从而防止第一电极30不平衡地进行磨损的效果的图。若在图7的(a)的初始状态下以第一电极30向下侧倾斜的状态长时间地产生等离子体p，则如图7的(b)所示那样，第一电极30的前端部的下侧30b发生磨损。因此，若如图7的(c)所示那样，由旋转机构200使第一电极30旋转规定角度、例如旋转180度，在上侧持有第一电极30的前端部的下侧30b的磨损部分的状态下，长时间地产生等离子体p，则如图7的(d)所示那样，第一电极30的前端部的相反侧30d发生磨损，与图7的(c)相比被平坦化。

图8为表示由旋转机构200的旋转角以及旋转间隔的差异导致的第一电极30的磨损形状的差异的图。在图8的(a)～(e)中，产生等离子体p的合计时间是相同的，旋转动作分别按每恒定时间进行。图8的(a)表示不使第一电极30旋转的情况，图8的(b)表示进行了一次180度旋转的情况，图8的(c)表示进行了三次90度旋转的情况，图8的(d)表示进行了七次45度旋转的情况，图8的(e)表示一边始终、换句话说连续地旋转一边产生等离子体p的情况。在图8的(a)中，仅作为第一电极30的棒电极的前端部30a的单侧发生磨损，但在图8的(b)中，棒电极的两侧发生磨损，前端成为楔子形状。在实施了三次90度旋转的图8的(c)中，四面发生磨损，前端的尖锐程度变小。在图8的(d)中，旋转角为45度，前端的尖锐程度进一步变小。图8的(e)为在始终(例如，等离子体产生期间中)旋转的情况下，前端的尖锐方变得最小，前端形状也成为圆锥形。这样，通过减小第一电极30的一次的旋转角并频繁地使其旋转，从而能够进一步抑制前端的尖锐，作为结果，能够使气相g的偏心最小化，能实施长时间的等离子体处理。

根据以上说明的本实施方式1，通过利用旋转机构200使第一电极30绕第一电极30的中心轴旋转，从而能够使第一电极30的前端部30a绕其中心轴30c平均地磨损，从而等离子体p稳定，能够高效地产生等离子体p而迅速地对液体l1进行处理，并且能长时间稳定地产生等离子体p，从而能使设备长时间地工作。即，通过使第一电极30绕其中心轴30c旋转，能抑制由于第一电极30在从中心轴x1少许倾斜或者偏心了的状态下被安装而引起的、在历经长时间的等离子体的生成中不平衡地进行磨损的现象，从而能够长时间稳定地产生等离子体p。此外，在液体处理装置100的处理槽12内，在回旋流f1中使液体l1气化，对所生成的气相g施加脉冲电压而产生等离子体p，因而能够高效地产生等离子体p从而迅速地进行液体l1的处理。

此外，在以上的说明中，处理槽12为单纯的圆筒形状，但只要是闭口的截面形状为圆形的筒状的处理槽，则中心轴x1的一侧的一端部就能采用各种形状。例如，如图9所示那样，即使是将半径不同的圆筒组合而成的处理槽121，也可得到同样的效果。在图9中，构成为处理槽121内的液体导入部侧的截面积的半径比液体排出部侧的截面积的半径大。或者，即使是图10所示的圆锥形状的处理槽122，也可得到同样的效果。优选，为了防止回旋流f1向前方f打滑，优选如图10所示那样截面的内径连续地变小的圆锥形状。

[变形例]

在本实施方式1中，第一电极30仅利用旋转机构200进行旋转，但也可以如图11所示那样，设置电极移动装置210、电流计220和控制装置230，进而也可以调整第一电极30与第二电极31的距离。

电流计220连接在第一电极30与第二电极31之间。

电极移动装置210基于由电流计220计测的电流值使第一电极30与第二电极31的距离变化。更具体地说，电极移动装置210例如由以下部分构成：电动机211；与电动机211连结并被正反旋转驱动的滚珠螺杆212；以及与滚珠螺杆212相螺合并且保持第一电极30地在第一电极30的轴向上能进退的可动体213。因而，通过控制装置230基于由电流计220计测的电流值对电动机211进行驱动控制，从而滚珠螺杆212进行正反旋转，使可动体213向前后移动，由此能够将第一电极30放入到处理槽12内或者从处理槽12内取出。例如，当由控制装置230判断为从电流计220输出的电流波形从初始状态起发生了变化时，该状态意味着第一电极30发生了磨损。因此，通过利用控制装置230对电极移动装置210给予控制指令，由电极移动装置210将第一电极30插入到处理槽12内，从而来控制第一电极30与第二电极31之间的距离。关于第一电极30的插入量，预先求得从电流计220输出的电流波形从初始状态起的变化的状态、和第一电极30的磨损状态之间的关系，也与第一电极30的磨损状态相对应地预先决定应插入到处理槽12内的第一电极30的移动距离。而且，通过控制装置230参照上述那样的信息，从而能对电极移动装置210进行驱动控制而将第一电极30在处理槽12内插入第一电极30的移动距离。通过这样构成，不对第一电极30和第二电极31之间的距离直接进行计测，就能将第一电极30与第二电极31之间的距离维持为恒定，能实现等离子体产生的稳定化。

进而，作为从电流计220输出的电流值，控制装置230预先将判定阈值设定为等离子体发光时的峰值电流值以下且未发光时的峰值电流值以上。通过这样进行设定，只要由控制装置230判定为从电流计220输出的电流值进入到了判定阈值内，就意味着等离子体发光了，因此能够由控制装置230容易地判定等离子体是否成功产生。此外，若将每单位时间超过判定阈值的比例设为等离子体产生率，则能够由控制装置230进行判定。因而，在由控制装置230判定为每单位时间超过判定阈值的比例成为所期望的比例以下的情况下，通过由控制装置230驱动电极移动装置210对第一电极30进行朝向第二电极31侧送出的控制，从而能将第一电极30与第二电极31之间的距离控制为恒定。其结果，不对第一电极30与第二电极31之间的距离直接进行计测，采用简易的方法就能达到所期望的等离子体产生率，能使等离子体的产生稳定化。

在图12a的(a)的初始状态下，等离子体发光时的峰值电流值为判定阈值以上，但在图12a的(b)的磨损状态下，等离子体发光时的峰值电流值成为判定阈值以下。因此，超过判定阈值的比例成为预先设定的值以下的情况能由控制装置230判定为图12a的(b)的磨损状态。在由控制装置230判定为图12a的(b)的磨损状态的情况下，利用控制装置230对电极移动装置210给予控制指令，对第一电极30与第二电极31之间的距离进行控制。通过该控制，等离子体发光时的峰值电流值能够设为将图12a的(c)的电极距离控制成恒定后的状态。这样，在由控制装置230判定为超过判定阈值的比例成为预先设定的值以上的情况下，停止由控制装置230进行的使电极距离为恒定的控制。

此外，作为构成贮存槽90的材料的材质，只要不透过水即可。此外，例如，如图12b所示那样，能将含有能与作为改性成分之一的过氧化氢水发生芬顿(fenton)反应而表现出高的杀菌效果的铜或者铁的板构件92使用到贮存槽90的一部分或全部。此外，也可将板构件92作为与贮存槽90不同的构件配置在贮存槽90内。总之，只要板构件92与贮存槽90内的改性液相接触，就能与作为改性成分之一的过氧化氢水发生芬顿反应而表现出高的杀菌效果。

本实施方式1中说明的液体处理装置100的结构为一例，能进行各种变更。例如，关于处理槽12的内部构造或者第一电极30或第二电极31的位置等，并不限于本实施方式1的构造。在本实施方式1中，第一电极30配置在筒状的处理槽12的闭口的端部侧，第二电极31配置在排出部17的附近，但互相相反地配置也可得到同样的效果。

以上，说明了本公开的实施方式1，但上述的实施方式1只不过是用于实施本公开的例示。因此，本公开并不限定于上述的实施方式1，在不脱离其主旨的范围内能适当变形地实施上述的实施方式1。

即，通过适当组合所述各种实施方式或者变形例当中的任意的实施方式或者变形例，能够实现各自具有的效果。此外，能进行实施方式彼此的组合或者实施例彼此的组合或者实施方式与实施例的组合，并且能进行不同的实施方式或者实施例中的特征彼此的组合。

工业实用性

本公开的所述方式相关的液体处理装置能够使电极旋转而将两个电极间的距离维持为恒定，因此能够高效地产生等离子体而迅速地对液体进行处理，并且能长时间稳定地产生等离子体。因此，本公开的所述方式相关的液体处理装置通过在液体中产生等离子体，从而能够在同时具有由于液体中含有的污浊物质或者细菌与等离子体直接接触而产生的分解以及杀菌作用、和由通过等离子体放电而产生的紫外线或者自由基等带来的分解以及杀菌作用的情况下对液体进行处理。因此，该处理液能够利用于杀菌、除臭或者各种环境改善等中。

附图标记说明：

100液体处理装置；

10装置主体；

12处理槽；

121处理槽；

122处理槽；

15导入部(液体导入口)；

17排出部；

21第一内壁；

22第二内壁；

23第三内壁；

24电极支承筒；

30第一电极；

30a前端部；

30b前端部的下侧；

30c中心轴(第一电极的中心轴)；

30d前端部的相反侧；

31第二电极；

50液体供给部；

51配管；

53绝缘体；

60电源；

80水箱；

81单点划线(循环用配管)；

83收容空间；

90贮存槽；

151开口端；

200旋转机构(电极旋转装置)；

210电极移动装置；

211电动机；

212滚珠螺杆；

213可动体；

220电流计；

230控制装置；

241内侧端面；

301右端部；

311开口部；

801第一电极；

802第二电极；

803液体；

804脉冲电源；

805等离子体；

901阳极电极；

902阴极电极；

903被处理液体；

904气体；

ba气泡；

f1回旋流；

g气相；

l1液体；

l2处理液；

p等离子体；

x1中心轴。