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特開2024-24779キャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024024779
(43)【公開日】2024-02-26
(54)【発明の名称】キャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置
(51)【国際特許分類】
H05H 1/24 20060101AFI20240216BHJP
A61L 2/14 20060101ALI20240216BHJP
B01F 23/23 20220101ALI20240216BHJP
B01F 25/431 20220101ALI20240216BHJP
C02F 1/48 20230101ALI20240216BHJP
【ＦＩ】
H05H1/24
A61L2/14
B01F23/23
B01F25/431
C02F1/48 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022127655
(22)【出願日】2022-08-10
(71)【出願人】
【識別番号】513099603
【氏名又は名称】兵庫県公立大学法人
(71)【出願人】
【識別番号】515040704
【氏名又は名称】株式会社大日製作所
(74)【代理人】
【識別番号】100141586
【弁理士】
【氏名又は名称】沖中 仁
(74)【代理人】
【識別番号】100102211
【弁理士】
【氏名又は名称】森 治
(72)【発明者】
【氏名】岡 好浩
(72)【発明者】
【氏名】木村 文義
(72)【発明者】
【氏名】橋本 智裕
【テーマコード（参考）】
2G084
4C058
4D061
4G035
【Ｆターム（参考）】
2G084AA25
2G084CC08
2G084CC21
2G084CC35
2G084DD12
2G084DD22
4C058AA01
4C058BB02
4C058KK06
4D061DA01
4D061DB09
4D061EA13
4D061EB01
4D061EB07
4D061EB27
4D061EB28
4D061EB29
4D061EB30
4D061EB31
4D061ED13
4G035AB04
4G035AB27
4G035AC11
4G035AE13
(57)【要約】
【課題】簡易な機構で、水にキャビテーションを効率よく起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加することでプラズマを効率よく発生させることができるキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置を提供すること。
【解決手段】水の流路Ｗに対して直交する方向に設置された立体状物体からなり、この立体状物体の水の流路Ｗの上流側の面が平面形状をしてなるキャビテーション気泡生成体３１を用いたキャビテーション発生機構３によって、流路Ｗを流動する水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極４１ａ、４１ｂ間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置４により、プラズマを発生させる。
【選択図】図１
【解決手段】水の流路Ｗに対して直交する方向に設置された立体状物体からなり、この立体状物体の水の流路Ｗの上流側の面が平面形状をしてなるキャビテーション気泡生成体３１を用いたキャビテーション発生機構３によって、流路Ｗを流動する水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極４１ａ、４１ｂ間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置４により、プラズマを発生させる。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水の流路にキャビテーション気泡生成体を設置したキャビテーション発生機構であって、前記キャビテーション気泡生成体が、水の流路に対して直交する方向に設置された立体状物体からなり、該立体状物体の水の流路の上流側の面が平面形状をしてなることを特徴とするキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構。
【請求項2】
前記立体状物体が、柱状体からなることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構。
【請求項3】
前記キャビテーション気泡生成体の平面形状をした水の流路の上流側の面の面積が、円形断面の水の流路の面積の５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構。
【請求項4】
請求項１、２又は３に記載のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構によって、流路を流動する水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置により、プラズマを発生させるようにしたことを特徴とするキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、キャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置に関するものである。
【背景技術】
【0002】
本件出願人は、先に、水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置によりプラズマを発生させることによって、静置状態で活性酸素種及びナノ粒子触媒を含有する水からなる殺菌用液体を生成することを提案した（特許文献１参照。）
【0003】
ところで、水にキャビテーションを起こさせるキャビテーション発生機構として、従来、回転翼により水を撹拌する方式や、絞り流路から水を噴射する方式や、水の流路に障害物を設置する方式が提案されている（例えば、特許文献２～３参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】ＷＯ２０２１／２４６４３９
【特許文献2】特開２０１７－１７６２０１号公報
【特許文献3】特開２０１５－３２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、水にキャビテーションを起こさせるキャビテーション発生機構として、水の流路に障害物を設置する方式を改良することで、簡易な機構で、水にキャビテーションを効率よく起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加することでプラズマを効率よく発生させることができるキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構は、水の流路にキャビテーション気泡生成体を設置したキャビテーション発生機構であって、前記キャビテーション気泡生成体が、水の流路に対して直交する方向に設置された立体状物体からなり、該立体状物体の水の流路の上流側の面が平面形状をしてなることを特徴とする。
ここで、「キャビテーション気泡生成体」は、水流中に気泡が全く存在しない環境下では、気泡を新たに生成する「生成体」として機能し、水流中に気泡が既に存在する環境下では、気泡を新たに生成する「生成体」及び既に存在する気泡を増加させたり、増大させたりする「促進体」として機能するものであり、両方の形態を含むものである。
ここで、「キャビテーション気泡生成体」は、水流中に気泡が全く存在しない環境下では、気泡を新たに生成する「生成体」として機能し、水流中に気泡が既に存在する環境下では、気泡を新たに生成する「生成体」及び既に存在する気泡を増加させたり、増大させたりする「促進体」として機能するものであり、両方の形態を含むものである。
【0007】
この場合において、前記立体状物体が、柱状体からなることができる。
【0008】
また、前記キャビテーション気泡生成体の平面形状をした水の流路の上流側の面の面積が、円形断面の水の流路の面積の５０％以上であることができる。
【0009】
また、本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構を備え
たプラズマ発生装置は、上記キャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構によって、流路を流動する水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置により、プラズマを発生させるようにしたことを特徴とする。
たプラズマ発生装置は、上記キャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構によって、流路を流動する水にキャビテーションを起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加するようにしたプラズマ発生装置により、プラズマを発生させるようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置によれば、簡易な機構で、水にキャビテーションを効率よく起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加することでプラズマを効率よく発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置の一実施例を示す概念図である。
【図2】キャビテーション発生機構（試験条件（１））の説明図である。
【図3】各試料毎のプラズマ発生率を示す図である。
【図4】プラズマ発生装置内の気泡生成の様子を高速度カメラで撮影した写真である。
【図5】キャビテーション発生機構（試験条件（２））の説明図と、各試料毎のプラズマ発生率を示す図である。
【図6】キャビテーション発生機構（試験条件（３））の説明図と、各流出部からの位置毎のプラズマ発生率を示す図である。
【図7】キャビテーション発生機構（試験条件（４））の説明図と、各試料毎のプラズマ発生率を示す図である。
【図8】キャビテーション発生機構（試験条件（４））の説明図と、各試料毎のプラズマ発生率を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置の実施の形態を説明する。
【0013】
図１に、本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置の一実施例を示す。
この装置は、水を貯留するタンク１と、タンク１から供給される水に水流を生じさせるモータによって回転駆動されるロータ２と、ロータ２に連なる水の流路Ｗにキャビテーション気泡生成体３１を設置したキャビテーション発生機構３と、キャビテーション発生機構３によって生成される水蒸気を主成分とする気泡（キャビテーション気泡）を含む水中で、電極４１ａ、４１ｂ間にパルス電圧を印加してプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生装置４と、これらの機構を接続して水を循環させる管路５とを備えて構成されている。
ところで、この装置の場合、キャビテーション気泡生成体３１は、水流中にロータ２によって生成されたキャビテーション気泡が既に存在する環境下で、気泡を新たに生成する「生成体」及び既に存在する気泡を増加させたり、増大させたりする「促進体」として機能する。このほか、例えば、ロータ２が、キャビテーション気泡を生成する機能を有さず、水流のみを発生するものの場合は、水流中に気泡が全く存在しない環境下で、気泡を新たに生成する「生成体」として機能する。
この装置は、水を貯留するタンク１と、タンク１から供給される水に水流を生じさせるモータによって回転駆動されるロータ２と、ロータ２に連なる水の流路Ｗにキャビテーション気泡生成体３１を設置したキャビテーション発生機構３と、キャビテーション発生機構３によって生成される水蒸気を主成分とする気泡（キャビテーション気泡）を含む水中で、電極４１ａ、４１ｂ間にパルス電圧を印加してプラズマを発生させるようにしたプラズマ発生装置４と、これらの機構を接続して水を循環させる管路５とを備えて構成されている。
ところで、この装置の場合、キャビテーション気泡生成体３１は、水流中にロータ２によって生成されたキャビテーション気泡が既に存在する環境下で、気泡を新たに生成する「生成体」及び既に存在する気泡を増加させたり、増大させたりする「促進体」として機能する。このほか、例えば、ロータ２が、キャビテーション気泡を生成する機能を有さず、水流のみを発生するものの場合は、水流中に気泡が全く存在しない環境下で、気泡を新たに生成する「生成体」として機能する。
【0014】
また、プラズマ発生装置４は、導体からなる電極４１ａ、４１ｂと、電極４１ａ、４１ｂ間に、例えば、放電開始電圧以上の電圧、パルス幅１．５μｓ以下、繰り返し周波数１
００ｋＨｚ以上のパルス電圧を印加するパルス電源４２等を備えて構成され、絶縁性の気泡領域で、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により気化物が電離（プラズマ化）して液中プラズマ（キャビテーションプラズマ。本明細書において、「ＣＢＰ（Cavitation bubble plasma）」という場合がある。）を発生させるものである。
パルス電圧によって生起される放電形態は、グロー放電であることが好ましく、電極４１ａ、４１ｂの消耗成分に起因する金属や金属酸化物、液中プラズマによって生成される水に含まれる不純物に起因する硫化物、塩化物等の無機化合物等からなる、結晶、準結晶、アモルファス等の形態のナノ粒子触媒の合成を、低温で、かつ、エネルギ効率よく行うことができる。すなわち、ナノ粒子触媒は、電極４１ａ、４１ｂの成分のナノ粒子であり、電極が金属の場合、ナノ粒子ができた瞬間は金属ナノ粒子となり、金属の種類によって、そのナノ粒子が酸化されたり、水に塩素や硫黄が含まれているとナノ粒子が塩化されたり硫化されたりする（不純物に含まれる物質によってその物質との化合物になる場合がある。）。
このようにして生成されるナノ粒子触媒は、殺菌の用途に活用することができる（特許文献１参照。）。
電極４１ａ、４１ｂは、水の流れに対して直交方向に、対向させて配置することが好ましいが、プラズマが生成できる限りにおいて、ハの字等の配置形態を採用することができる。
電極４１ａ、４１ｂの材料には、タングステン、銅、鉄、銀、金、白金のほか、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、ランタノイド、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、タリウム、ビスマス、ポロニウム等の金属、カーボン、導電性ダイヤモンド、それらの合金や複合材料（メッキやドライコーティング等の手法で薄膜で被覆したものを含む。）や酸化物（電極４１ａ、４１ｂの表面が水と反応したものを含む。）等の導体材料を、用途に応じて、任意に選択することができる。対向させて配置する電極４１ａ、４１ｂで、金と銀など、用いる材料や電極サイズを異ならせることもできる。
なお、電極４１ａ、４１ｂの消耗成分に起因する金属や金属酸化物等のナノ粒子触媒は、ナノ粒子が凝集して二次粒子になっているものを含むほか、電極４１ａ、４１ｂの材料によっては、液中プラズマによってナノ粒子と同時に生成される過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等によって、最終的にそのほとんどが水に溶解してしまっている場合（例えば、タングステン。）があるが、本発明は、これを排除しないものとする。
電極４１ａ、４１ｂの形状は、円柱のほか、角柱、楕円柱、円錐、角錘であってもよい。電極４１ａ、４１ｂは、１対あれば問題ないが、より処理効率を上げるために２対以上設置してもよい。また、プラズマ発生装置４は１セットあれば問題ないが、より処理効率を上げるために２セット以上設置してもよい。
パルス電圧の極性は、両極性でも正極性でも負極性でもよい。
００ｋＨｚ以上のパルス電圧を印加するパルス電源４２等を備えて構成され、絶縁性の気泡領域で、パルス電圧による高電圧絶縁破壊放電により気化物が電離（プラズマ化）して液中プラズマ（キャビテーションプラズマ。本明細書において、「ＣＢＰ（Cavitation bubble plasma）」という場合がある。）を発生させるものである。
パルス電圧によって生起される放電形態は、グロー放電であることが好ましく、電極４１ａ、４１ｂの消耗成分に起因する金属や金属酸化物、液中プラズマによって生成される水に含まれる不純物に起因する硫化物、塩化物等の無機化合物等からなる、結晶、準結晶、アモルファス等の形態のナノ粒子触媒の合成を、低温で、かつ、エネルギ効率よく行うことができる。すなわち、ナノ粒子触媒は、電極４１ａ、４１ｂの成分のナノ粒子であり、電極が金属の場合、ナノ粒子ができた瞬間は金属ナノ粒子となり、金属の種類によって、そのナノ粒子が酸化されたり、水に塩素や硫黄が含まれているとナノ粒子が塩化されたり硫化されたりする（不純物に含まれる物質によってその物質との化合物になる場合がある。）。
このようにして生成されるナノ粒子触媒は、殺菌の用途に活用することができる（特許文献１参照。）。
電極４１ａ、４１ｂは、水の流れに対して直交方向に、対向させて配置することが好ましいが、プラズマが生成できる限りにおいて、ハの字等の配置形態を採用することができる。
電極４１ａ、４１ｂの材料には、タングステン、銅、鉄、銀、金、白金のほか、アルミニウム、スカンジウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケル、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、テクネチウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、カドミウム、インジウム、錫、アンチモン、ランタノイド、ハフニウム、タンタル、レニウム、オスミウム、イリジウム、タリウム、ビスマス、ポロニウム等の金属、カーボン、導電性ダイヤモンド、それらの合金や複合材料（メッキやドライコーティング等の手法で薄膜で被覆したものを含む。）や酸化物（電極４１ａ、４１ｂの表面が水と反応したものを含む。）等の導体材料を、用途に応じて、任意に選択することができる。対向させて配置する電極４１ａ、４１ｂで、金と銀など、用いる材料や電極サイズを異ならせることもできる。
なお、電極４１ａ、４１ｂの消耗成分に起因する金属や金属酸化物等のナノ粒子触媒は、ナノ粒子が凝集して二次粒子になっているものを含むほか、電極４１ａ、４１ｂの材料によっては、液中プラズマによってナノ粒子と同時に生成される過酸化水素（Ｈ２Ｏ２）等によって、最終的にそのほとんどが水に溶解してしまっている場合（例えば、タングステン。）があるが、本発明は、これを排除しないものとする。
電極４１ａ、４１ｂの形状は、円柱のほか、角柱、楕円柱、円錐、角錘であってもよい。電極４１ａ、４１ｂは、１対あれば問題ないが、より処理効率を上げるために２対以上設置してもよい。また、プラズマ発生装置４は１セットあれば問題ないが、より処理効率を上げるために２セット以上設置してもよい。
パルス電圧の極性は、両極性でも正極性でも負極性でもよい。
【実施例0015】
次に、この装置（具体的には、日本スピンドル製造社製「キャビテーションプラズマ装置」。）を使用して行ったキャビテーション発生機構のキャビテーション気泡生成体の機能試験について説明する。
【0016】
［装置の稼働条件について］
表１に、装置の稼働条件を示す。
表１に、装置の稼働条件を示す。
【0017】
【表1】
【0018】
ここで、装置の稼働条件は、以下のとおりとした。
・使用する水（溶液）には、試験の再現性をよくするために、導電率が１００ｕＳ／ｃｍの電解質が溶解した液体（本試験では、食塩水。）を使用した。これは、装置を稼働して、連続して複数のデータを取得すると、プラズマの生成に合わせて、溶液の導電率が上昇するため、例えば、導電率が２ｕＳ／ｃｍ以下と極めて小さいイオン交換水を使用すると、導電率のわずかな上昇でもその影響を無視できなくなる。電極間の電圧は電源の出力インピーダンスと負荷のインピーダンス（溶液の導電率）の関係で決まることから、本試験では、試験中に電極間に印加される電圧の変動を抑制するために導電率１００ｕＳ／ｃｍの食塩水を使用した。
・モータ撹拌装置の回転数が７２００ｒｐｍの場合、１秒間に２６０ｍＬの水が装置内を１回循環するようにされている。
・使用する水（溶液）には、試験の再現性をよくするために、導電率が１００ｕＳ／ｃｍの電解質が溶解した液体（本試験では、食塩水。）を使用した。これは、装置を稼働して、連続して複数のデータを取得すると、プラズマの生成に合わせて、溶液の導電率が上昇するため、例えば、導電率が２ｕＳ／ｃｍ以下と極めて小さいイオン交換水を使用すると、導電率のわずかな上昇でもその影響を無視できなくなる。電極間の電圧は電源の出力インピーダンスと負荷のインピーダンス（溶液の導電率）の関係で決まることから、本試験では、試験中に電極間に印加される電圧の変動を抑制するために導電率１００ｕＳ／ｃｍの食塩水を使用した。
・モータ撹拌装置の回転数が７２００ｒｐｍの場合、１秒間に２６０ｍＬの水が装置内を１回循環するようにされている。
【0019】
［キャビテーション気泡生成体の機能試験］
次に、以下の試験条件で、キャビテーション気泡生成体の機能試験を行った。
次に、以下の試験条件で、キャビテーション気泡生成体の機能試験を行った。
【0020】
（１）キャビテーション発生機構（試験条件（１））
図１～図２に示すように、ロータ２に連なる管路５に、水の流路Ｗにキャビテーション気泡生成体３１を設置したキャビテーション発生機構３を装着するようにした。
キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径は、φ１０ｍｍからφ６．２ｍｍに絞った形状とし、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向（径方向）に設置し、キャビテーション気泡生成体３１を通過した水を、流出部から流路の断面積が急拡大する電極４１ａ、４１ｂを配設したプラズマ発生装置４内に導入するようにした。
立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１には、試料として、具体的には、柱状体、より具体的には、角柱、円柱、三角柱、逆三角柱及び六角柱で、水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法が３ｍｍのものを用いた。
図１～図２に示すように、ロータ２に連なる管路５に、水の流路Ｗにキャビテーション気泡生成体３１を設置したキャビテーション発生機構３を装着するようにした。
キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径は、φ１０ｍｍからφ６．２ｍｍに絞った形状とし、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向（径方向）に設置し、キャビテーション気泡生成体３１を通過した水を、流出部から流路の断面積が急拡大する電極４１ａ、４１ｂを配設したプラズマ発生装置４内に導入するようにした。
立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１には、試料として、具体的には、柱状体、より具体的には、角柱、円柱、三角柱、逆三角柱及び六角柱で、水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法が３ｍｍのものを用いた。
【0021】
図３に各試料毎のプラズマ発生率（印加したパルス数に対するプラズマが生成したパルス数の割合。以下、同じ。）を、図４にプラズマ発生装置内の気泡生成の様子を高速度カメラで撮影した写真を示す。
ここで、プラズマ発生率は、電極間に存在する気泡の量と電極間電圧に依存するため、気泡の量を直接測定することに代えて、プラズマ発生率で気泡の発生量を間接的に測定するようにしている。
ここで、プラズマ発生率は、電極間に存在する気泡の量と電極間電圧に依存するため、気泡の量を直接測定することに代えて、プラズマ発生率で気泡の発生量を間接的に測定するようにしている。
【0022】
（２）キャビテーション発生機構（試験条件（２））
図５に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱及び円柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：２ｍｍ及び３ｍｍ）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図５に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
図５に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱及び円柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：２ｍｍ及び３ｍｍ）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図５に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
【0023】
（３）キャビテーション発生機構（試験条件（３））
図６に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４～２２．０ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図６に各流出部からの位置（Ｌ：１．４～２２．０ｍｍ）毎のプラズマ発生率を示す。
図６に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４～２２．０ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図６に各流出部からの位置（Ｌ：１．４～２２．０ｍｍ）毎のプラズマ発生率を示す。
【0024】
（４）キャビテーション発生機構（試験条件（４））
図７に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ、非多孔質素材及び多孔質素材（濾過径１００μｍの金属焼結フィルタ））からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図７に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
図７に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ、非多孔質素材及び多孔質素材（濾過径１００μｍの金属焼結フィルタ））からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図７に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
【0025】
（５）キャビテーション発生機構（試験条件（５））
図８に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ、背面に種々の角度の凹みを形成）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図８に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
図８に示すように、キャビテーション気泡生成体３１を装着する水の流路Ｗの径はφ６．２ｍｍで、流出部からＬ：１．４ｍｍの位置に、角柱（水の流路Ｗに対して直交する方向の寸法：３ｍｍ、背面に種々の角度の凹みを形成）からなるキャビテーション気泡生成体３１を、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置するようにした。
図８に各試料毎のプラズマ発生率を示す。
【0026】
試験条件（１）～（５）の結果から、以下のことが分かった。
・プラズマ発生率は、角柱及び三角柱の試料が高く、円柱、逆三角柱及び六角柱の試料が低い（試験条件（１）、図３及び図４）。このことから、プラズマ発生率を高めるためには、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置された柱状体の水の流路の上流側の面が平面形状（のみ）である（円柱のように曲面や逆三角柱及び六角柱のように傾斜面を有していない。）ことが重要であることが分かった。ここで、立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１の形状は、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置されたキャビテーション気泡生成体３１の水の流路の上流側の面が平面形状（のみ）である限り、柱状体に限定されず、例えば、平面形状が十字形状、星形状、格子形状、中心点から放射状に伸びる数本の線分で構成される形状（アスタリスク形状）、同アスタリスク形状の中心が円形や多角形の形状等でも同等の効果が得られると考えられ、これらを排除しないものとする。・プラズマ発生率を高めるためには、同じ角柱の試料でも、ある一定の大きさが必要である（試験条件（２）、図５）。具体的には、キャビテーション気泡生成体３１の平面形状をした水の流路の上流側の面の幅寸法が、円形断面の水の流路Ｗの直径の４０％以上（３
２％（一辺２ｍｍの角柱）では不可。）、好ましくは、４５％以上（本実施例（一辺３ｍｍの角柱）においては、４８％。）、換言すれば、キャビテーション気泡生成体３１の平面形状をした水の流路の上流側の面の面積が、円形断面の水の流路Ｗの面積の５０％以上（４１％（一辺２ｍｍの角柱）では不可。）、好ましくは、５５％以上（本実施例（一辺３ｍｍの角柱）においては、６２％。）であることが重要であることが分かった。ここで、水の流量：１ｍ３／ｈから算出した水の流路Ｗの流速は、本実施例（一辺３ｍｍの角柱）のキャビテーション気泡生成体３１の前後の位置で９．２ｍ／ｓ、キャビテーション気泡生成体３１の位置で２４．０ｍ／ｓと、高い流速になっている。
・キャビテーション気泡生成体３１を装着する流出部からの位置（Ｌ：１．４～２２．０ｍｍ）は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（３）、図６）。
・キャビテーション気泡生成体３１の表面状態（非多孔質素材及び多孔質素材（濾過径１００μｍの金属焼結フィルタ））は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（４）、図７）。
・キャビテーション気泡生成体３１の背面形状は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（５）、図８）。
・プラズマ発生率は、角柱及び三角柱の試料が高く、円柱、逆三角柱及び六角柱の試料が低い（試験条件（１）、図３及び図４）。このことから、プラズマ発生率を高めるためには、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置された柱状体の水の流路の上流側の面が平面形状（のみ）である（円柱のように曲面や逆三角柱及び六角柱のように傾斜面を有していない。）ことが重要であることが分かった。ここで、立体状物体からなるキャビテーション気泡生成体３１の形状は、水の流路Ｗに対して直交する方向に設置されたキャビテーション気泡生成体３１の水の流路の上流側の面が平面形状（のみ）である限り、柱状体に限定されず、例えば、平面形状が十字形状、星形状、格子形状、中心点から放射状に伸びる数本の線分で構成される形状（アスタリスク形状）、同アスタリスク形状の中心が円形や多角形の形状等でも同等の効果が得られると考えられ、これらを排除しないものとする。・プラズマ発生率を高めるためには、同じ角柱の試料でも、ある一定の大きさが必要である（試験条件（２）、図５）。具体的には、キャビテーション気泡生成体３１の平面形状をした水の流路の上流側の面の幅寸法が、円形断面の水の流路Ｗの直径の４０％以上（３
２％（一辺２ｍｍの角柱）では不可。）、好ましくは、４５％以上（本実施例（一辺３ｍｍの角柱）においては、４８％。）、換言すれば、キャビテーション気泡生成体３１の平面形状をした水の流路の上流側の面の面積が、円形断面の水の流路Ｗの面積の５０％以上（４１％（一辺２ｍｍの角柱）では不可。）、好ましくは、５５％以上（本実施例（一辺３ｍｍの角柱）においては、６２％。）であることが重要であることが分かった。ここで、水の流量：１ｍ３／ｈから算出した水の流路Ｗの流速は、本実施例（一辺３ｍｍの角柱）のキャビテーション気泡生成体３１の前後の位置で９．２ｍ／ｓ、キャビテーション気泡生成体３１の位置で２４．０ｍ／ｓと、高い流速になっている。
・キャビテーション気泡生成体３１を装着する流出部からの位置（Ｌ：１．４～２２．０ｍｍ）は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（３）、図６）。
・キャビテーション気泡生成体３１の表面状態（非多孔質素材及び多孔質素材（濾過径１００μｍの金属焼結フィルタ））は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（４）、図７）。
・キャビテーション気泡生成体３１の背面形状は、プラズマ発生率にほとんど影響しない（試験条件（５）、図８）。
【0027】
以上、本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置について、その実施の形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【産業上の利用可能性】
【0028】
本発明のキャビテーション気泡生成体を用いたキャビテーション発生機構及びそのキャビテーション発生機構を備えたプラズマ発生装置は、簡易な機構で、水にキャビテーションを効率よく起こさせ、それによって発生する水蒸気を主成分とする気泡を含む水中で、電極間にパルス電圧を印加することでプラズマを効率よく発生させることができることから、適用方法や適用対象に制約がなく、プラズマ発生装置の用途、例えば、粉体の分散、ナノ粒子の合成、有機物の分解、種々の植物病原菌（ウイルス、細菌、真菌、原虫等を含む。）等の微生物の殺菌（野菜類、花卉類、果樹類等の収穫後の農産物に発生する貯蔵病害等の予防を含む。）の用途等に広く利用することができる。
【符号の説明】
【0029】
１ タンク
２ ロータ
３ キャビテーション発生機構
３１ キャビテーション気泡生成体
４ プラズマ発生装置
４１ａ 電極
４１ｂ 電極
４２ パルス電源
５ 管路
Ｗ 水の流路
２ ロータ
３ キャビテーション発生機構
３１ キャビテーション気泡生成体
４ プラズマ発生装置
４１ａ 電極
４１ｂ 電極
４２ パルス電源
５ 管路
Ｗ 水の流路
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】