JP4543603B2

JP4543603B2 - Plasma gas purifier and streamer discharge circuit

Info

Publication number: JP4543603B2
Application number: JP2002121171A
Authority: JP
Inventors: 利夫田中; 完治茂木; 謙吉香川
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2001-05-28
Filing date: 2002-04-23
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2022-04-23
Also published as: JP2003053129A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス中の臭気成分や有害成分等をプラズマ放電を用いて無臭化又は無害化等するプラズマ式ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開２０００−１４０５６２号公報に開示されているように、放電によって低温プラズマを発生させ、この低温プラズマを用いてガス中の臭気成分若しくは有害成分の分解又は吸着を促進する装置が知られている。上記低温プラズマは、空気分子が励起されることによって生じ、その結果、高速の電子と低速の正イオンとが生成される。上記高速電子のエネルギーは非常に高く、この高速電子によって１０ｅＶを越えるエネルギーを得ることができる。一方、正イオンは低速であり、熱力学的温度は殆ど上昇しないという特徴を有している。
【０００３】
上記低温プラズマによる臭気成分又は有害成分の分解は、高速電子の衝突による臭気ガス分子又は有害ガス分子の分解と、反応性の高い活性種（ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）、オゾン（Ｏ_３）、励起酸素分子（Ｏ_２ ^＊）等）による化学反応とによって行われる。このように低温プラズマを用いることにより、燃焼触媒や化学吸収等を利用したいわゆる分解方式のガス浄化装置に比べて、装置を安価に構成することが可能となる。
【０００４】
そのようなプラズマ式のガス浄化装置として、パックドベッド、沿面放電、無声放電、又はストリーマ放電を用いた装置が提案されている。しかし、パックドベッド、沿面放電及び無声放電を用いた装置では、ガス流通路中に配置する電極を絶縁材で被覆する必要がある。そのため、絶縁材の分だけ、ガス流通路の空隙が少なくなり、ガス流通の圧力損失が大きくなるという課題があった。また、絶縁材に導電性の汚れが付着すると、性能劣化を生じやすかった。
【０００５】
これに対して、ストリーマ放電を用いた装置では、ガス流通路内に剥き出しの放電電極とこの放電電極に対向配置された対向電極との２つの電極を設けるだけでよく、この２つの電極によってガス流通路の内部空間全体を励起することができる。したがって、ガス流通の圧力損失が少なく、絶縁劣化による性能低下も起こりにくい。このようなストリーマ放電を用いた装置は、例えば特開平８−３２３１３４号公報及び特開平１１−３３３２４４号公報に開示されている。
【０００６】
上記ストリーマ放電は、放電場において微小なアーク放電が発生したときに、そのアークが進展することによって生じる。そして、このストリーマ放電の生成は、従来では、上記放電電極及び対向電極間に高圧のパルス電圧を印加することによって行うようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パルス電圧を印加するためには、高価なパルス電源が必要となる。そのため、パルス電圧を印加する従来の手法では、装置の大幅なコストダウンを図ることは困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パルス電源を用いることなくストリーマ放電を生成することにより、装置のコストダウンを図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、直流電源を用いてストリーマ放電を生成するようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明では、放電電極と、該放電電極に対向して配置された対向電極と、正極側が上記放電電極に接続され且つ負極側が上記対向電極に接続された電源とを備え、上記放電電極と上記対向電極とが被処理ガスの流通空間に配置され、上記電源により該両電極間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させることによって被処理ガスを浄化するプラズマ式ガス浄化装置を対象として、上記電源は、直流電圧を出力するように構成され、上記電源と上記対向電極との間の接続配線に、該接続配線の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子が設けられているものとする。
【００１１】
このことで、スイッチング素子により放電電極と対向電極との間に印加する電圧を変化させることができ、直流電源を用いても、この印加電圧の変化によりストリーマ放電を安定して発生させることができるとともに、放電状態の制御を容易に行うことができる。
【００１２】
また、上記スイッチング素子は、接続配線の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極及び対向電極間に周期的に変動する電圧を印加するように構成されているものとする。
【００１３】
こうすることで、電圧の変動周期を適切に設定することにより、ストリーマ放電の発生頻度を最適に調整することができ、最大のエネルギー効率が得られるようにすることができる。
【００１４】
また、上記請求項１の発明では、上記スイッチング素子は、電源と対向電極との間の接続配線に設けられているので、スイッチング素子を電源と放電電極との間の接続配線に設ける場合に比べて、スイッチング素子の耐圧をかなり低く抑えることができ、小型で安価な素子を用いることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、スイッチング素子は、半導体素子であるものとする。
【００１６】
このことにより、接続配線の遮断と導通との切換えを電気的に行うので、ノイズの発生を抑えることができるとともに、構成を簡略化することができる。また、スイッチ部の端子消耗がなく、放電電極及び対向電極間に印加する電圧を長期に亘って安定させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、放電電極と、該放電電極に対向して配置された対向電極と、正極側が上記放電電極に接続され且つ負極側が上記対向電極に接続された電源とを備え、上記電源により該両電極間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようにしたストリーマ放電回路の発明であり、この発明では、上記電源は、直流電圧を出力するように構成され、上記電源と上記対向電極との間の接続配線に、該接続配線の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子が設けられているものとする。この発明により、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１８】
また、上記スイッチング素子は、接続配線の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極及び対向電極間に周期的に変動する電圧を印加するように構成されているものとする。このことで、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１９】
また、上記スイッチング素子は、電源と対向電極との間の接続配線に設けられているので、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、スイッチング素子は、半導体素子であるものとする。このことにより、請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明の前提技術を説明した後に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
〈前提技術〉
この前提技術に係るプラズマ式ガス浄化装置は、被処理空気に含まれる臭気成分又は有害成分を酸化分解して空気を浄化する空気浄化装置（1）である。図１は、この空気浄化装置（1）の概略構成を示している。
【００２３】
上記空気浄化装置（1）は、集塵フィルタ（11）、遠心ファン（12）、プラズマ反応器（20）等の各機能部品がケーシング（10）内に収納された構成を有している。
【００２４】
上記ケーシング（10）の一つの側面（図の右側の側面）には、ケーシング（10）内に空気を吸い込むための空気吸込口（15）が形成され、上面には浄化空気を吹き出すための空気吹出口（16）が形成されている。上記空気吸込口（15）には吸込グリル（15a）が設けられ、空気吹出口（16）には吹出グリル（16a）が設けられている。また、空気吸込口（15）には、吸込グリル（15a）の内側に上記集塵フィルタ（11）が配置され、この集塵フィルタ（11）により吸込空気中に含まれる塵埃が捕集されるようになっている。
【００２５】
上記空気吹出口（16）は、ケーシング（10）の上面において、空気吸込口（15）とは反対側の縁部（図１の左側の縁部）に形成されている。そして、この空気吹出口（16）に対応して、上記遠心ファン（12）がケーシング（10）内に設けられている。この遠心ファン（12）には、ファン用電源（12a）が接続されている。以上の構成において、ケーシング（10）の内部は、空気吸込口（15）と空気吹出口（16）との間が被処理空気の流通空間（被処理ガスの流通路）となっている。そして、遠心ファン（12）を起動すると、被処理空気が空気吸込口（15）の吸込グリル（15a）及び集塵フィルタ（11）を通してケーシング（10）内に吸い込まれる。被処理空気は、後述するプラズマ反応器（20）での処理後に、空気吹出口（16）の吹出グリル（16a）からケーシング（10）の外側に吹き出される。
【００２６】
図２はプラズマ反応器（20）の概略構成を示す断面図であり、図３は斜視図である。このプラズマ反応器（20）は、低温プラズマを発生させるための放電手段としての放電電極（21）と、この放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、これら両電極（21,22）の間で対向電極（22）に近接して配置された処理部材（23）とを備えている。つまり、この処理部材（23）は放電場（D）中に配置されている。
【００２７】
上記処理部材（23）は、空気の流れ方向に沿って貫通する多数の小孔（23b）が形成されたハニカム形状の基材（23a）と、この基材（23a）に担持された触媒及び吸着剤とから構成されている。
【００２８】
上記基材（23a）に担持される触媒物質としては、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｏ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｆｅ，Ｒｅ，Ｔｃ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒのうちの少なくとも１種を含んでいる触媒物質を好適に用いることができる。これらの触媒物質は、被処理空気を処理する際の化学反応を促進するものである。
【００２９】
一方、上記吸着剤は、被処理空気中に含まれる臭気物質や有害物質等の被処理成分を吸着するものであり、例えば活性炭やゼオライト等を好適に用いることができる。尚、吸着剤には、多孔質セラミックス、活性炭繊維、モルデナイト、フェリエライト、シリカライト等を使用してもよく、これらのうちの少なくとも１種を用いるとよい。このように、基材（23a）は空気中の臭気成分及び有害成分を分解する機能材料となっている。
【００３０】
上記放電電極（21）は、電極板（21b）と、この電極板（21b）にほぼ直交するように固定された、針状の放電電極としての複数の針電極（21c）とから構成されている。上記電極板（21b）は、メッシュ材やパンチングメタル等からなり、その面直角方向に空気が通過する多数の開口部（21d）を有している。また、対向電極（22）にも、放電電極（21）と同様に、メッシュ材やパンチングメタル等からなりかつ面直角方向に空気が通過する多数の開口部（22a）を有する電極板が用いられている。
【００３１】
上記放電電極（21）は、上記対向電極（22）に対し、電極板（21b）がほぼ平行で且つ針電極（21c）がほぼ直角になるように配置されている。つまり、対向電極（22）は、針電極（21c）に略直交する状態で対向して配置されていることになる。上記針電極（21c）は、対向電極（22）側の先端部（21a）が尖端部として形成され、その尖端角度（θ）が６０°（３０°〜９０°の範囲であればよい）に設定されている。また、針電極（21c）の先端は、アール加工により小さな丸みが付けられて球面状に形成されている。さらに、図４に示すように、針電極（21c）の先端部（21a）（この前提技術では先端）には、該針電極（21c）よりも微細な１つの針状突起（31）が設けられている（尚、図１〜図３においては、この針状突起（31）の図示は省略している）。この針状突起（31）は導電性材料からなり、放電電極（21）の一部を形成している。
【００３２】
上記両電極（21,22）には、直流電圧を出力するように構成された直流電源（24）が接続されており、この電源（24）により該両電極（21c,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようになっている。詳しくは、上記放電電極（21）は直流電源（24）の正極側に接続され、対向電極（22）は直流電源（24）の負極側に接続されている。上記ストリーマ放電により、放電場（D）には低温プラズマが発生する。この低温プラズマには、活性種として、電子、イオン、オゾンや、その他のラジカル（ヒドロキシラジカル、励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子等）が含まれる。
【００３３】
尚、図１に符号（13）で示しているものは、放電により発生するオゾンを分解するためのオゾン分解触媒である。
【００３４】
−運転動作−
次に、この空気浄化装置（1）の運転動作について説明する。
【００３５】
空気浄化装置（1）の運転を開始し、遠心ファン（12）が起動すると、まず、空気吸込口（15）から被処理空気が吸い込まれて、この空気に含まれる塵埃が集塵フィルタ（11）によって捕集される。装置（1）の運転時は、プラズマ反応器（20）の放電電極（21）（針電極（21c））と対向電極（22）との間に高電圧（例えば２０〜３０ｋＶ）の直流電圧が印加され、両電極（21,22）間でストリーマ放電が生じる。そして、集塵フィルタ（11）で塵埃が除去された空気は、両電極（21,22）の間の放電場（D）を通過する。
【００３６】
ここで、ストリーマ放電は、針電極（21c）の先端の針状突起（31）から微小アークが発生し、この微小アークが対向電極（22）まで進展することにより、発光を伴ったプラズマ柱として形成されるものである。この微小アークは、放電電極（21）と対向電極（22）との間において等電位面の間隔が狭いところで連なって進展しやすい。尚、本前提技術では、放電電極（21）の針電極（21c）の尖端角度（θ）を６０°（３０°〜９０°）に特定するとともに、その尖端に微細な丸みを付けているので、針状突起（31）で生じた微小アークは広範囲に広がりながら進展しやすくなる。このため、本前提技術のプラズマ反応器（20）においては、ストリーマ放電が従来よりも広範囲で生じることとなる。
【００３７】
上記被処理空気は、放電場（D）を通過すると、ストリーマ放電の作用によりプラズマ化し、低温プラズマとなる。そして、この放電によって生成される各種の活性種は、処理部材（23）の触媒と接触することによりさらに高度に励起されて活性が高められ、有害物質や臭気成分と効率よく反応して、これらの物質を分解除去する。このため、空気中の有害物質や臭気物質は、プラズマと触媒の相乗効果によって素早く分解される。
【００３８】
さらに、処理部材（23）には吸着剤も含まれているため、被処理空気中の有害物質や臭気物質が吸着剤に吸着され、低温プラズマの活性種がこれらの成分に確実に作用して、分解処理を促進する。つまり、触媒と吸着剤とを一つの処理部材（23）に含ませるようにしたことによって、より安定した処理が行われる。
【００３９】
−前提技術の効果−
本前提技術によれば、針電極（21c）の先端部（21a）に微細な針状突起（31）を設けることとしたので、放電電極（21）から微小アークが発生しやすくなり、ストリーマ放電が生成されやすくなる。したがって、従来のようにパルス幅の狭い急峻なパルス高電圧を印加するパルス電源を用いる必要はなく、放電電極（21）（針電極（21c））と対向電極（22）との間に直流電圧を印加するだけで、ストリーマ放電を生成することができる。このように、電源として高価なパルス電源を用いる必要がなく、安価な直流電源（24）で足りるので、装置（1）のコストダウンを図ることができる。
【００４０】
−前提技術の変形例−
上記前提技術は、針電極（21c）の先端部（21a）に針状突起（31）を１つ設けたものであったが、図５に示すように、針状突起（31）を２つ又は３つ以上設けるようにしてもよい。このように針電極（21c）の先端部（21a）に複数の針状突起（31）を設けることによって、該先端部（21a）において微小アークが発生しやすくなり、ストリーマ放電をより一層容易に生成することができる。
【００４１】
また、前提技術と同様の構成を参考例として記載しておくと、図６に示すように、針電極（21c）の代わりに複数の平板状の突出電極（21e）を備え、それら突出電極（21e）の先端面に複数の微小針状突起（31）を設けるようにすることも可能である。
【００４２】
〈実施形態〉
次に、本願発明の実施形態について説明する。
【００４３】
図７に示すように、実施形態に係る空気浄化装置（1）は、直流電源（24）の負極側出力端子と対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）を設けるようにしたものである。
【００４４】
上記スイッチング素子（45）は、本実施形態では、半導体素子としてのトランジスタからなっていて、図外のコントローラからこのトランジスタのベースに切換信号（Ｌｏ信号及びＨｉ信号）を入力することで、上記接続配線（39）の遮断と導通との切換えを行うようになっている。そして、このスイッチング素子（45）は、上記接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に、図８に示すように、周期的に変動する電圧（直流電源（24）の出力電圧Ｖに比べて振幅電圧が小さい振動電圧）を印加するように構成されている。つまり、スイッチング素子（45）は、接続配線（39）を導通状態から遮断状態に切り換えた後において印加電圧が０になる前に、導通状態に切り換え、その直後に導通状態から遮断状態に切り換えるようになっている。
【００４５】
したがって、本実施形態では、スイッチング素子（45）により放電電極（21）と対向電極（22）との間に、パルス電圧と同様の変動電圧を印加することができるとともに、この印加する変動電圧をスイッチング素子（45）により制御することができる。この結果、直流電源（24）を用いても、このスイッチング素子（45）による電圧制御によりストリーマ放電を安定して発生させることができるとともに、放電状態の制御を容易に行うことができる。しかも、電圧の変動周期を適切に設定することにより、ストリーマ放電の発生頻度を最適に調整することができ、最大のエネルギー効率が得られるようにすることができる。よって、簡単な構成で、ストリーマ放電を生成することができ、装置（1）のコストダウンを図ることができる。
【００４６】
また、上記スイッチング素子（45）を、直流電源（24）と対向電極（22）との間の接続配線（39）に設ける方が、直流電源（24）と放電電極（21）との間の接続配線（42）に設ける場合に比べて、スイッチング素子（45）の耐圧をかなり低く抑えることができ、小型で安価な素子を用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態の放電電極（21）は、必ずしも針電極（21c）や針状突起（31）を備えたものである必要はない。
【００４８】
さらに、スイッチング素子（45）は、直流電源（24）と対向電極（22）との間の接続配線（39）（又は直流電源（24）と放電電極（21）との間の接続配線（42））の遮断と導通とを切り換えることが可能なものであれば、機械的なものであってもよい。但し、上記のように半導体素子とすることで、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを電気的に行うので、ノイズの発生を抑えることができるとともに、構成を簡略化することができる。また、スイッチ部の端子消耗がなく、放電電極（21）及び対向電極（22）間に印加する電圧を長期に亘って安定させることができる。
【００４９】
加えて、上記放電電極（21）、対向電極（22）、直流電源（24）、接続配線（39,42）及びスイッチング素子（45）で構成されるストリーマ放電回路は、空気浄化装置（1）以外にも、ストリーマ放電を利用するものに好適に用いることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ式ガス浄化装置及びストリーマ放電回路によれば、直流電源を用いて安定したストリーマ放電を発生させることができるので、高価なパルス電源が不要になり、プラズマ式ガス浄化装置やストリーマ放電回路のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】前提技術に係る空気浄化装置の構造図である。
【図２】前提技術に係るプラズマ反応器の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】前提技術に係るプラズマ反応器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】針電極の部分拡大図である。
【図５】前提技術の変形例に係る図４相当図である。
【図６】前提技術と同様の構成の参考例に係る図４相当図である。
【図７】実施形態に係るプラズマ反応器の構成図である。
【図８】スイッチング素子による接続配線の遮断と導通との切換えにより、放電電極及び対向電極間に印加される振動電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
（1）空気浄化装置
（11）集塵フィルタ
（12）遠心フィルタ
（13）オゾン分解触媒
（15）空気吸込口
（16）空気吹出口
（20）プラズマ反応器
（21a）針電極の先端部（針状の放電電極の先端部）
（21c）針電極（針状の放電電極）
（22）対向電極
（23）処理部材
（24）直流電源（電源）
（31）針状突起
（42）直流電源と放電電極との間の接続配線
（45）スイッチング素子[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma-type gas purification apparatus for deodorizing or detoxifying odorous components and harmful components in gas using plasma discharge.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-140562, there is known an apparatus that generates low-temperature plasma by electric discharge and uses this low-temperature plasma to promote decomposition or adsorption of odorous components or harmful components in gas. It has been. The low-temperature plasma is generated by exciting air molecules, and as a result, fast electrons and slow positive ions are generated. The energy of the fast electrons is very high, and energy exceeding 10 eV can be obtained by the fast electrons. On the other hand, positive ions are slow and the thermodynamic temperature hardly increases.
[0003]
Decomposition of odorous components or harmful components by the low-temperature plasma includes decomposition of odorous gas molecules or harmful gas molecules by collision of high-speed electrons, and reactive species (hydroxyl radical (OH), ozone (O ₃ ), excited oxygen having high reactivity. And chemical reaction with molecules (O ₂ ^* ) and the like. By using low-temperature plasma in this way, the apparatus can be configured at a lower cost than a so-called decomposition-type gas purification apparatus using a combustion catalyst or chemical absorption.
[0004]
As such a plasma type gas purification apparatus, an apparatus using a packed bed, creeping discharge, silent discharge, or streamer discharge has been proposed. However, in an apparatus using a packed bed, creeping discharge and silent discharge, it is necessary to cover an electrode disposed in the gas flow passage with an insulating material. For this reason, there is a problem that the gap in the gas flow passage is reduced by the amount of the insulating material, and the pressure loss of the gas flow is increased. Further, when conductive dirt adheres to the insulating material, the performance is likely to deteriorate.
[0005]
On the other hand, in an apparatus using a streamer discharge, it is only necessary to provide two electrodes, a bare discharge electrode and a counter electrode disposed opposite to the discharge electrode, in the gas flow path. The entire interior space of the flow path can be excited. Therefore, there is little pressure loss of gas distribution, and performance degradation due to insulation deterioration hardly occurs. An apparatus using such streamer discharge is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 8-323134 and 11-333244.
[0006]
The streamer discharge is generated when the arc progresses when a minute arc discharge is generated in the discharge field. The generation of the streamer discharge is conventionally performed by applying a high voltage pulse voltage between the discharge electrode and the counter electrode.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in order to apply the pulse voltage, an expensive pulse power source is required. For this reason, it has been difficult to significantly reduce the cost of the apparatus with the conventional method of applying a pulse voltage.
[0008]
The present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to reduce the cost of the apparatus by generating streamer discharge without using a pulse power supply.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention generates a streamer discharge using a DC power source.
[0010]
Specifically, in the invention of claim 1, the discharge denden electrode, a counter electrode disposed to face the said discharge electrode, a positive electrode side connected to the discharge electrode and the negative electrode side is connected to the counter electrode power supply The discharge electrode and the counter electrode are disposed in the flow space of the gas to be processed, and the plasma purifies the gas to be processed by generating a streamer discharge by applying a voltage between the electrodes by the power source. The power source is configured to output a DC voltage, and a switching element for switching between disconnection and conduction of the connection wiring is provided in the connection wiring between the power source and the counter electrode. It is assumed that
[0011]
Thus, the voltage applied between the discharge electrode and the counter electrode can be changed by the switching element, and the streamer discharge can be stably generated by the change of the applied voltage even when a DC power source is used. At the same time, the discharge state can be easily controlled.
[0012]
In addition, the switching element is configured to apply a periodically varying voltage between the discharge electrode and the counter electrode by repeatedly switching between disconnection and conduction of the connection wiring.
[0013]
Thus, by appropriately setting the voltage fluctuation period, the frequency of occurrence of the streamer discharge can be adjusted optimally, and the maximum energy efficiency can be obtained.
[0014]
In the first aspect of the invention, since the switching element is provided in the connection wiring between the power supply and the counter electrode, the switching element is provided in the connection wiring between the power supply and the discharge electrode. Thus, the withstand voltage of the switching element can be suppressed to a very low level, and a small and inexpensive element can be used.
[0015]
In the invention of claim 2, in the invention of claim 1 , the switching element is a semiconductor element.
[0016]
As a result, since the connection wiring is electrically switched between interruption and conduction, the generation of noise can be suppressed and the configuration can be simplified. Further, there is no terminal depletion of the switch unit, Ru can be stabilized voltage applied between the discharge electrode and the counter electrode for a long time.
[0017]
The invention of claim 3 includes a discharge electrode, a counter electrode disposed opposite to the discharge electrode, and a power source having a positive electrode side connected to the discharge electrode and a negative electrode side connected to the counter electrode. In this invention, a streamer discharge circuit is configured to generate a streamer discharge by applying a voltage between the electrodes. In this invention, the power source is configured to output a DC voltage, and is opposed to the power source. It is assumed that a switching element that switches between disconnection and conduction of the connection wiring is provided in the connection wiring between the electrodes . According to the present invention, the same effect as that attained by the 1st aspect can be attained.
[0018]
In addition, the switching element is configured to apply a periodically varying voltage between the discharge electrode and the counter electrode by repeatedly switching between disconnection and conduction of the connection wiring. Thus, the same effect as that attained by the 1st aspect can be attained.
[0019]
Further, since the switching element is provided in the connection wiring between the power source and the counter electrode, the same effect as that of the invention of claim 1 can be obtained.
[0020]
In the invention of claim 4, in the invention of claim 3 , the switching element is a semiconductor element. Thus, the same effect as that attained by the 2nd aspect can be attained.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. An embodiment of the present invention will be described after the prerequisite technology of the present invention is described.
[0022]
<Prerequisite technology>
The plasma-type gas purification apparatus according to this base technology is an air purification apparatus (1) that purifies air by oxidizing and decomposing odor components or harmful components contained in air to be treated. FIG. 1 shows a schematic configuration of the air purification device (1).
[0023]
The air purification device (1) has a configuration in which functional parts such as a dust collection filter (11), a centrifugal fan (12), and a plasma reactor (20) are housed in a casing (10).
[0024]
An air inlet (15) for sucking air into the casing (10) is formed on one side surface (right side surface in the figure) of the casing (10), and air for blowing out purified air on the upper surface. An air outlet (16) is formed. The air inlet (15) is provided with a suction grill (15a), and the air outlet (16) is provided with an outlet grill (16a). In addition, the dust collection filter (11) is disposed inside the suction grille (15a) at the air suction port (15), and dust contained in the suction air is collected by the dust collection filter (11). It is like that.
[0025]
The air outlet (16) is formed at the edge (the left edge in FIG. 1) opposite to the air inlet (15) on the upper surface of the casing (10). And the said centrifugal fan (12) is provided in the casing (10) corresponding to this air blower outlet (16). The centrifugal fan (12) is connected to a fan power supply (12a). In the above configuration, in the casing (10), the space between the air inlet (15) and the air outlet (16) serves as a flow space for the air to be processed (flow path for the gas to be processed). When the centrifugal fan (12) is activated, the air to be treated is sucked into the casing (10) through the suction grille (15a) of the air suction port (15) and the dust collection filter (11). The air to be treated is blown out of the casing (10) from the blowout grill (16a) of the air blowout port (16) after the treatment in the plasma reactor (20) described later.
[0026]
FIG. 2 is a sectional view showing a schematic configuration of the plasma reactor (20), and FIG. 3 is a perspective view. The plasma reactor (20) includes a discharge electrode (21) as a discharge means for generating low temperature plasma, a counter electrode (22) disposed opposite to the discharge electrode (21), and both the electrodes. (21, 22) and a processing member (23) disposed close to the counter electrode (22). That is, the processing member (23) is disposed in the discharge field (D).
[0027]
The treatment member (23) includes a honeycomb-shaped substrate (23a) in which a large number of small holes (23b) penetrating along the air flow direction, a catalyst supported on the substrate (23a), and It consists of an adsorbent.
[0028]
Examples of the catalyst material supported on the substrate (23a) include Pt, Pd, Ni, Ir, Rh, Co, Os, Ru, Fe, Re, Tc, Mn, Au, Ag, Cu, W, and Mo. , A catalyst material containing at least one of Cr can be preferably used. These catalytic substances promote chemical reactions when treating the air to be treated.
[0029]
On the other hand, the adsorbent adsorbs components to be treated such as odorous substances and harmful substances contained in the air to be treated. For example, activated carbon or zeolite can be suitably used. As the adsorbent, porous ceramics, activated carbon fiber, mordenite, ferrierite, silicalite or the like may be used, and at least one of them may be used. Thus, the base material (23a) is a functional material that decomposes odor components and harmful components in the air.
[0030]
The discharge electrode (21) is composed of an electrode plate (21b) and a plurality of needle electrodes (21c) as needle-like discharge electrodes fixed so as to be substantially orthogonal to the electrode plate (21b). Yes. The electrode plate (21b) is made of a mesh material, punching metal, or the like, and has a large number of openings (21d) through which air passes in the direction perpendicular to the surface. Similarly to the discharge electrode (21), the counter electrode (22) is made of an electrode plate made of a mesh material, punching metal, or the like and having a large number of openings (22a) through which air passes in a direction perpendicular to the plane. ing.
[0031]
The discharge electrode (21) is arranged so that the electrode plate (21b) is substantially parallel to the counter electrode (22) and the needle electrode (21c) is substantially perpendicular. That is, the counter electrode (22) is disposed to face the needle electrode (21c) in a state substantially orthogonal to the needle electrode (21c). In the needle electrode (21c), the tip (21a) on the counter electrode (22) side is formed as a tip, and the tip angle (θ) may be 60 ° (which may be in the range of 30 ° to 90 °). Is set. Further, the tip of the needle electrode (21c) is formed into a spherical shape with a small rounded shape by rounding. Furthermore, as shown in FIG. 4, the needle electrode (21c) is provided with one needle-like projection (31) that is finer than the needle electrode (21c) at the tip (21a) (tip in this premise technique). (In FIG. 1 to FIG. 3, the illustration of the needle-like protrusion (31) is omitted). The needle-like projection (31) is made of a conductive material and forms a part of the discharge electrode (21).
[0032]
A DC power source (24) configured to output a DC voltage is connected to both the electrodes (21, 22), and a voltage is applied between the electrodes (21c, 22) by the power source (24). This is applied to generate streamer discharge. Specifically, the discharge electrode (21) is connected to the positive electrode side of the DC power source (24), and the counter electrode (22) is connected to the negative electrode side of the DC power source (24). Due to the streamer discharge, low temperature plasma is generated in the discharge field (D). The low-temperature plasma includes electrons, ions, ozone, and other radicals (hydroxy radicals, excited oxygen molecules, excited nitrogen molecules, excited water molecules, etc.) as active species.
[0033]
In addition, what is shown with the code | symbol (13) in FIG. 1 is an ozone decomposition catalyst for decomposing | disassembling ozone generated by discharge.
[0034]
-Driving action-
Next, the operation of the air purification device (1) will be described.
[0035]
When the operation of the air purification device (1) is started and the centrifugal fan (12) is started, first, the air to be treated is sucked from the air suction port (15), and the dust contained in this air is collected by the dust collecting filter (11 ). During operation of the device (1), a high voltage (for example, 20 to 30 kV) DC voltage is applied between the discharge electrode (21) (needle electrode (21c)) and the counter electrode (22) of the plasma reactor (20). When applied, a streamer discharge occurs between the electrodes (21, 22). The air from which the dust has been removed by the dust collection filter (11) passes through the discharge field (D) between the electrodes (21, 22).
[0036]
Here, the streamer discharge is generated as a plasma column accompanied by light emission when a micro arc is generated from the needle-like protrusion (31) at the tip of the needle electrode (21c), and this micro arc propagates to the counter electrode (22). Is formed. This micro arc tends to progress continuously in a region where the distance between the equipotential surfaces is narrow between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22). In the base technology, the tip angle (θ) of the needle electrode (21c) of the discharge electrode (21) is specified to 60 ° (30 ° to 90 °), and the tip is finely rounded. The micro arc generated at the needle-like protrusion (31) is likely to progress while spreading over a wide range. For this reason, in the plasma reactor (20) of the present prerequisite technology, streamer discharge occurs in a wider range than before.
[0037]
When the air to be treated passes through the discharge field (D), it is turned into plasma by the action of streamer discharge and becomes low-temperature plasma. The various active species generated by this discharge are excited to a higher degree by contacting with the catalyst of the processing member (23), and the activity is enhanced, and these react efficiently with harmful substances and odor components. The material is decomposed and removed. For this reason, harmful substances and odorous substances in the air are quickly decomposed by the synergistic effect of the plasma and the catalyst.
[0038]
Furthermore, since the treatment member (23) also contains an adsorbent, harmful substances and odorous substances in the air to be treated are adsorbed on the adsorbent, and the active species of the low-temperature plasma act on these components reliably. , Promote the decomposition process. That is, a more stable process is performed by including the catalyst and the adsorbent in one process member (23).
[0039]
−Effects of prerequisite technologies−
According to this base technology, since the fine needle-like protrusion (31) is provided at the tip (21a) of the needle electrode (21c), a small arc is likely to be generated from the discharge electrode (21), and streamer discharge is caused. Is more likely to be generated. Therefore, there is no need to use a pulse power supply that applies a steep pulse high voltage with a narrow pulse width as in the past, and a direct current voltage between the discharge electrode (21) (needle electrode (21c)) and the counter electrode (22). Streamer discharge can be generated simply by applying. Thus, it is not necessary to use an expensive pulse power source as a power source, and an inexpensive DC power source (24) is sufficient, so that the cost of the device (1) can be reduced.
[0040]
-Modifications of the underlying technology-
In the base technology, one needle-like projection (31) is provided at the tip (21a) of the needle electrode (21c). However, as shown in FIG. 5, two needle-like projections (31) are provided. Alternatively, three or more may be provided. By providing a plurality of needle-like protrusions (31) at the tip end portion (21a) of the needle electrode (21c) in this way, a minute arc is likely to be generated at the tip end portion (21a), making streamer discharge easier. Can be generated.
[0041]
In addition, when a configuration similar to that of the base technology is described as a reference example, as shown in FIG. 6, a plurality of plate-like protruding electrodes (21e) are provided instead of the needle electrodes (21c), and these protruding electrodes ( It is also possible to provide a plurality of microneedle projections (31) on the tip surface of 21e).
[0042]
< Embodiment >
Next, an embodiment of the present invention will be described.
[0043]
As shown in FIG. 7, an air purification device according to Embodiment (1), the connection line between the negative side output terminal and the counter electrode of the dc power supply (24) (22) (39), said connection wiring A switching element (45) for switching between blocking and conduction of (39) is provided.
[0044]
In the present embodiment, the switching element (45) is composed of a transistor as a semiconductor element. By inputting a switching signal (Lo signal and Hi signal) to the base of the transistor from a controller (not shown), the connection is made. The wiring (39) is switched between interruption and conduction. And this switching element (45) repeats switching of interruption | blocking and conduction | electrical_connection of the said connection wiring (39), between a discharge electrode (21) and counter electrodes (22), as shown in FIG. A periodically fluctuating voltage (an oscillating voltage having a smaller amplitude voltage than the output voltage V of the DC power supply (24)) is applied. That is, the switching element (45) switches the connection wiring (39) from the conduction state to the cutoff state before the applied voltage becomes 0 after switching from the conduction state to the cutoff state, and immediately thereafter switches from the conduction state to the cutoff state. It has become.
[0045]
Therefore, in the present embodiment, the switching element (45) can apply a fluctuating voltage similar to the pulse voltage between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22). It can be controlled by the switching element (45). As a result, even when the DC power supply (24) is used, the streamer discharge can be stably generated by the voltage control by the switching element (45), and the discharge state can be easily controlled. In addition, by appropriately setting the voltage fluctuation period, it is possible to optimally adjust the occurrence frequency of the streamer discharge and obtain the maximum energy efficiency. Therefore, streamer discharge can be generated with a simple configuration, and the cost of the device (1) can be reduced.
[0046]
In addition, the switching element (45) is provided between the DC power supply (24) and the discharge electrode (21) in the connection wiring (39) between the DC power supply (24) and the counter electrode (22). Compared with the case where the connection wiring (42) is provided, the breakdown voltage of the switching element (45) can be suppressed to be considerably low, and a small and inexpensive element can be used.
[0047]
Moreover, the discharge electrode (21) of this embodiment does not necessarily need to be provided with a needle electrode (21c) or a needle-like protrusion (31).
[0048]
Further, the switching element (45) includes a connection wiring (39) between the DC power supply (24) and the counter electrode (22) (or a connection wiring (42) between the DC power supply (24) and the discharge electrode (21). As long as it is possible to switch between interruption and conduction in ()), it may be mechanical. However, by using the semiconductor element as described above, the connection wiring (39) is electrically switched between cutoff and conduction, so that generation of noise can be suppressed and the configuration can be simplified. . Further, there is no terminal consumption of the switch part, and the voltage applied between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22) can be stabilized over a long period of time.
[0049]
In addition, the streamer discharge circuit composed of the discharge electrode (21), the counter electrode (22), the DC power supply (24), the connection wiring (39, 42) and the switching element (45) includes an air purification device (1). Besides, it can be suitably used for those using streamer discharge.
[0050]
【The invention's effect】
As described above, according to the plasma type gas purification apparatus and streamer discharge circuit of the present invention, a stable streamer discharge can be generated using a DC power source, so that an expensive pulse power source is not required, and the plasma type Cost reduction of the gas purification device and the streamer discharge circuit can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of an air purification device according to a prerequisite technology.
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a main part of the plasma reactor according to the base technology.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing a configuration of a plasma reactor according to the base technology.
FIG. 4 is a partially enlarged view of a needle electrode.
FIG. 5 is a diagram corresponding to FIG. 4 according to a modification of the base technology.
6 is a view corresponding to FIG. 4 according to a reference example having the same configuration as that of the base technology.
7 is a configuration diagram of a plasma reactor according to the embodiment.
FIG. 8 is a waveform diagram showing an oscillating voltage applied between a discharge electrode and a counter electrode by switching between disconnection and conduction of a connection wiring by a switching element.
[Explanation of symbols]
(1) Air purification device (11) Dust collection filter (12) Centrifugal filter (13) Ozone decomposition catalyst (15) Air inlet (16) Air outlet (20) Plasma reactor (21a) Tip of needle electrode ( The tip of the acicular discharge electrode)
(21c) Needle electrode (needle-like discharge electrode)
(22) Counter electrode (23) Processing member (24) DC power supply
(31) Needle-like protrusion
(42) Connection wiring between DC power supply and discharge electrode (45) Switching element

Claims

放電電極（21）と、該放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、正極側が上記放電電極（21）に接続され且つ負極側が上記対向電極（22）に接続された電源（24）とを備え、
上記放電電極（21）と上記対向電極（22）とが被処理ガスの流通空間に配置され、上記電源（24）により該両電極（21,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させることによって被処理ガスを浄化するプラズマ式ガス浄化装置であって、
上記電源（24）は、直流電圧を出力するように構成され、
上記電源（24）と上記対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）が設けられ、
上記スイッチング素子（45）は、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に周期的に変動するパルス電圧を印加するように構成されていることを特徴とするプラズマ式ガス浄化装置。A discharge electrode (21), a counter electrode (22) disposed opposite the discharge electrode (21), a positive electrode side connected to the discharge electrode (21), and a negative electrode side connected to the counter electrode (22) Power supply (24)
The discharge electrode (21) and the counter electrode (22) are arranged in the flow space of the gas to be treated, and a streamer discharge is generated by applying a voltage between the electrodes (21, 22) by the power source (24). A plasma type gas purification device that purifies the gas to be treated by
The power source (24) is configured to output a DC voltage,
The connection wiring (39) between the power source (24) and the counter electrode (22 ) is provided with a switching element (45) for switching between disconnection and conduction of the connection wiring (39) ,
The switching element (45) is configured to apply a periodically varying pulse voltage between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22) by repeatedly switching between disconnection and conduction of the connection wiring (39). It is comprised in the plasma type gas purification apparatus characterized by the above-mentioned.

請求項１記載のプラズマ式ガス浄化装置において、
スイッチング素子（45）は、半導体素子であることを特徴とするプラズマ式ガス浄化装置。 In the plasma type gas purification apparatus according to claim 1 ,
The plasma type gas purification apparatus, wherein the switching element (45) is a semiconductor element.

放電電極（21）と、該放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、正極側が上記放電電極（21）に接続され且つ負極側が上記対向電極（22）に接続された電源（24）とを備え、
上記電源（24）により上記両電極（21,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようにしたストリーマ放電回路であって、
上記電源（24）は、直流電圧を出力するように構成され、
上記電源（24）と上記対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）が設けられ、
上記スイッチング素子（45）は、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に周期的に変動するパルス電圧を印加するように構成されていることを特徴とするストリーマ放電回路。A discharge electrode (21), a counter electrode (22) disposed opposite the discharge electrode (21), a positive electrode side connected to the discharge electrode (21), and a negative electrode side connected to the counter electrode (22) Power supply (24)
A streamer discharge circuit configured to generate a streamer discharge by applying a voltage between the electrodes (21, 22) by the power source (24);
The power source (24) is configured to output a DC voltage,
The connection wiring (39) between the power source (24) and the counter electrode (22 ) is provided with a switching element (45) for switching between disconnection and conduction of the connection wiring (39) ,
The switching element (45) is configured to apply a periodically varying pulse voltage between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22) by repeatedly switching between disconnection and conduction of the connection wiring (39). A streamer discharge circuit comprising:

請求項３記載のストリーマ放電回路において、
スイッチング素子（45）は、半導体素子であることを特徴とするストリーマ放電回路。 In the streamer discharge circuit according to claim 3 ,
The streamer discharge circuit, wherein the switching element (45) is a semiconductor element.