JPWO2013051730A1 - プラズマ発生装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、活性種の生成量を増やすだけでなく、安全性を向上させるとともに、湿度変化の影響を受け難くするものであり、一対の電極２１、２２の対応する箇所に流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが貫通するように構成されたプラズマ電極部２と、一対の電極２１、２２間に電圧を印加する電源回路部５１と、電源回路部５１を制御する回路制御部５２とを備えるプラズマ発生装置１００であって、電源回路部５１が、入力電圧を昇圧して出力するトランス５１１と、トランス５１１の一次巻線５１１ａに設けられて一次巻線５１１ａの電圧波形をパルス波形とするスイッチング素子５１２とを有し、回路制御部５２が、スイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節する。

Description

本発明は、プラズマ発生装置に関するものである。

近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。

生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。

大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）

（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。

次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。

以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。

また、プラズマ発生部を構成する電極では、電極のプラズマ発生部位に例えば多孔質の誘電体膜を使用する場合が多く、そのため、高湿度下においては、誘電体膜自身の吸湿作用のため電気的特性が変化してしまい、プラズマの発生を阻害してしまう。特に冷蔵庫のような低温かつ湿度が大きく変化する環境においては、電極の誘電体膜自身が結露し易く、プラズマの発生が止まり、殺菌、脱臭性能が低下してしまう。したがって、冷蔵庫の内部が高湿度の状態が続くと殺菌性能を維持することが難しい。また、この問題は、多孔質の誘電体膜を有さない電極を有するプラズマ発生部でも同様に発生し得る。

さらに、プラズマ発生部の電極に高電圧を印加する電源回路部としては、高電圧電源と当該高電圧電源及びプラズマ発生部との間に設けられたスイッチング素子とを有するものが考えられるが、スイッチング素子のオンオフ状態に関わらず高電圧電源により高電圧が生成されており、安全性の観点から望ましくない。特に、冷蔵庫等の家電製品内に用いる場合には、特に避けるべき構成である。

特開２００２−２２４２１１号公報 特開２００３−７９７１４号公報

そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく活性種の生成量を増やすだけでなく、安全性を向上させるとともに、湿度変化の影響を受け難くすることを主たる所期課題とするものである。

すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、一対の電極の間に所定電圧が印加されることでプラズマ放電するものであり、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成されたプラズマ電極部と、前記一対の電極間に電圧を印加する電源回路部と、前記電源回路部を制御する回路制御部とを備えるプラズマ発生装置であって、前記電源回路部が、入力電圧を昇圧して出力するトランスと、当該トランスの一次巻線に設けられて当該一次巻線の電圧波形をパルス波形とするスイッチング素子とを有し、前記回路制御部が、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することを特徴とする。

このようなものであれば、電源回路部をトランス及びトランスの一次巻線にスイッチング素子を設けて、当該スイッチング素子をオンオフさせることにより、トランスの２次巻線の出力電圧を出力しているので、プラズマ発生装置の安全性を向上させることができる。また、湿度上昇により一対の電極の静電容量が増加し、電極間の印加電圧が低下して活性種の発生量が低下してしまうが、このとき回路制御部が、トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することにより、湿度変化に対して変動する一対の電極の印加電圧を一定に保つことができる。これにより、活性種の発生量を一定レベルに維持することができ、脱臭及び殺菌性能を高湿度条件下において維持あるいは向上させることができる。また、本発明は、高湿度下において湿度影響を受けにくいので、冷蔵庫内に配置されるとともに、プラズマを発生させて活性種を生成し、前記冷蔵庫内の脱臭又は殺菌を行う用途に好適に用いることができる。さらに、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するものであれば、対応する各流体貫通孔において発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてｚ軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。

一対の電極の印加電圧と湿度とは相関関係があるため、前記プラズマ電極部における湿度を検出する湿度検出部を有し、前記回路制御部が、前記湿度検出部により得られた検出湿度に応じて、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであることが望ましい。

一対の電極の印加電圧が湿度影響を受けることにより生じる活性種の発生量の低下は、７０％ＲＨ以上１００％ＲＨ以下の範囲において特に顕著となることが分かった。このため、前記回路制御部が、前記湿度検出部により得られた検出湿度が７０％ＲＨ以上１００％ＲＨ以下の範囲内において、その検出湿度に応じて、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであることが望ましい。

検出湿度が７０％ＲＨ以上１００％ＲＨ以下の範囲内において、前記回路制御部が、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のパルス幅を１μ秒以上１００μ秒以下の範囲内で調節するものであることが望ましい。この範囲において特に入力電圧のパルス幅を５０μ秒以上１００μ秒以下の範囲内で調節することが特に望ましい。このように入力電圧のパルス幅を１μ秒以上１００μ秒以下の範囲内で調節することにより、オゾンの発生を抑えながらも活性種の発生量を可及的に多くすることができる。

前記一対の電極間に印加される電圧を検出する電圧検出部を有し、前記回路制御部が、前記電圧検出部により得られた検出電圧に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであることが望ましい。これならば、におい強度、ほこり量又は温度等の湿度以外の要因に応じて一対の電極に印加される印加電圧を調節することができる。

前記プラズマ電極部におけるオゾン量を検出するオゾン量検出部を有し、前記回路制御部が、前記オゾン量検出部により得られた検出オゾン量に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであることが望ましい。これならば、過剰なオゾンが発生しないように一対の電極に印加される印加電圧を調節することができ、低オゾン動作を可能にすることができる。

前記プラズマ電極部におけるイオン量を検出するイオン量検出部を有し、前記回路制御部が、前記イオン量検出部により得られた検出イオン量に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであることが望ましい。これならば、十分なイオン量を放出するように一対の電極に印加される印加電圧を調節することができる。

前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることが望ましい。これならば、前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることにより、各電極間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としながらも、対向面間に空隙が形成することができる。

前記誘電体膜が多孔質である場合には、高湿度下において誘電体膜自身の吸湿作用のため電気的特性が変化してしまい、プラズマの発生を阻害してしまう。特に冷蔵庫のような低温かつ湿度が大きく変化する環境においては、電極の誘電体膜自身が結露し易く、プラズマの発生が止まり、殺菌、脱臭性能が低下してしまう。本発明では、このような問題をトランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することにより好適に解決することができる。

前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下であることが望ましい。これならば、一対の電極に対しスペーサを用いずに積層した場合であっても、その表面粗さに依ってプラズマが生成される空間を形成することができる。

流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。

ここで、前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内としていることが望ましい。

流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。

このように構成した本発明によれば、活性種の生成量を増やすだけでなく、安全性を向上させるとともに、湿度変化の影響を受け難くすることができる。

本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。 プラズマ発生装置の作用を示す模式図。 電極部を示す平面図。 電極部及び防爆機構を示す断面図。 電極部の対向面の構成を示す拡大断面図。 流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。 イオン数密度とオゾン濃度とのパルス幅依存性を示す図。 プラズマ発生装置の定電圧駆動の具体的構成を示す模式図。 従来のプラズマ発生装置の印加電圧及びイオン数の湿度変化特性を示す図。 本実施形態のプラズマ発生装置の印加電圧及びイオン数の湿度変化特性を示す図。 従来及び本実施形態のプラズマ発生装置の脱臭性能を示す図。 従来及び本実施形態のプラズマ発生装置の殺菌性能を示す図。 湿度８５％ＲＨにおける出力電圧のパルス幅に対する脱臭時間の変化を示す図。 変形実施形態における湿度検出部及び電源構成を示す図。 変形実施形態におけるオゾン量検出部及び電源構成を示す図。

１００・・・プラズマ発生装置
２・・・プラズマ電極部
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
３・・・送風機構
５・・・電源
５１・・・電源回路部
５１１・・・トランス
５１１ａ・・・一次巻線
５１１ｂ・・・二次巻線
５１２・・・スイッチング素子
５２・・・回路制御部
６・・・電圧検出部
７・・・湿度検出部
８・・・オゾン量検出部

以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。

本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。

具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部２に高電圧を印加するための電源５とを備えている。

以下、各部２〜５について各図を参照して説明する。

プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ３０４といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。

ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。図７に示すように、パルス幅が３００μ秒以下において、イオン数密度が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。

また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。

さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。

具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。

また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。

さらに、各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口総面積が、当該各電極２１、２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である。具体的には、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積を、電極２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内としている。なお、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口総面積を２％以上９０％以下の範囲内としても良い。

そして本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。

貫通孔２１ｃの開口サイズを、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。

送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。

防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。

しかして本実施形態の電源５は、図８に示すように、一対の電極２１、２２間に電圧を印加する電源回路部５１と、電源回路部５１を制御する回路制御部５２とを備えている。

電源回路部５１は、入力電圧（電源電圧（例えば１２Ｖ））を昇圧して出力する昇圧トランス（昇圧変圧器）５１１と、当該昇圧トランス５１１の一次巻線５１１ａに設けられて当該一次巻線５１１ａの電圧波形をパルス波形とするスイッチング素子５１２とを有する。具体的に一次巻線５１１ａの一端が１２Ｖ電源が接続されるとともに、一次巻線５１１ａの他端がアースに接続されている。また、スイッチング素子５１２は、ＦＥＴ等のトランジスタといった半導体スイッチであり、一次巻線５１１ａの他端側において一次巻線５１１ａの巻回部とアースとの間に設けられている。

回路制御部５２は、プラズマ電極部２の一対の電極２１、２２間に印加される印加電圧を検出する電圧検出部６からの検出電圧に応じて、スイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、昇圧トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節する。つまり、回路制御部５２は、電圧検出部６からの検出電圧と目標値（予め定めた設定値）との偏差に基づいてスイッチング素子５１２のオンオフ信号を生成してスイッチング素子５１２をパルス幅変調方式（ＰＷＭ）のフィードバック制御を行う。なお、回路制御部５２は、ＣＰＵ、メモリ、ＡＤＣ等の入出力インターフェース等を有する専用乃至汎用のコンピュータであり、メモリに格納した制御プログラムに従ってＣＰＵ及び周辺機器が協働して動作することにより、スイッチング素子５１２等を制御する。なお、図８に示す電圧検出部６の回路構成は一例であり、その他適宜変更可能である。

次に、本従来のプラズマ発生装置及び実施形態のプラズマ発生装置の印加電圧及びイオン数の湿度変化特性を図９及び図１０に示す。なお、従来のプラズマ発生装置は、本実施形態のプラズマ発生装置と基本構成は同じであり、プラズマ電極部の駆動方式が異なる。つまり、本実施形態のプラズマ発生装置は定電圧駆動方式であり、従来のプラズマ発生装置は定電力駆動方式である。

図９に示すように、従来のプラズマ発生装置では、高湿度条件下においては、電極間の静電容量が増加することによって印加電圧が低下（７４０Ｖ→６６０Ｖ）するとともに、それに伴いイオン数も低下していることが分かる。一方、図１０に示すように、本実施形態のプラズマ発生装置では、高湿度条件下においても印加電圧をほぼ一定（７４０Ｖ）に制御することができており、イオン数も一定レベルに保つことができている。

次に、本実施形態のプラズマ発生装置と、従来のプラズマ発生装置との脱臭性能についての実験結果を図１１に示し、殺菌性能についての実験結果を図１２に示す。

図１１に示す脱臭性能の評価手順は、１００Ｌの容器内にメチルメルカプタン（ＭＭＰ）を注入し、初期濃度０．４ｐｐｍからプラズマ発生装置を２時間稼働させて、初期濃度に対する残留濃度の比により脱臭率（％）を求めた。図１１に示すように、湿度４０％ＲＨにおいては、本実施形態のプラズマ発生装置の脱臭率が約５０％であり、従来のプラズマ発生装置の脱臭率が約４７％であり、大きな変化はない。ところが、湿度が高くなるに従って、従来のプラズマ発生装置の脱臭率が低下する一方で、本実施形態のプラズマ発生装置の脱臭率が上昇する。そして、湿度８５％ＲＨにおいては、従来のプラズマ発生装置の脱臭率が約１６％であるにもかかわらず、本実施形態のプラズマ発生装置の脱臭率が約９７％である。このように、本実施形態のプラズマ発生装置により、従来では困難であった高湿度条件下での脱臭性能維持が確保できるだけでなく、高湿度条件下において脱臭性能が向上している。

図１２に示す殺菌性能の評価手順は、１００Ｌの容器内に大腸菌を塗布した寒天培地を配置し、プラズマ発生装置を６時間稼働させて、培養させた後のコロニー数をプラズマ発生装置を稼働させない場合と比較して、殺菌率（％）を求めた。図１２に示すように、湿度４０％ＲＨにおいては、本実施形態のプラズマ発生装置及び従来のプラズマ発生装置ともに殺菌率が約９９％である。ところが、湿度が高くなるに従って、従来のプラズマ発生装置の殺菌率が低下する一方、本実施形態のプラズマ発生装置の殺菌率はほぼ一定に保たれている。そして、湿度９５％ＲＨにおいては、従来のプラズマ発生装置の殺菌率が約３％であるにもかかわらず、本実施形態のプラズマ発生装置の殺菌率が約９９％である。このように、本実施形態のプラズマ発生装置により、従来では困難であった高湿度条件下での殺菌性能維持が確保できるだけでなく、低湿度から高湿度に至るまで一定レベルの殺菌性能を奏することが分かる。

最後に、湿度８５％ＲＨにおける出力電圧のパルス幅に対する脱臭時間の変化について図１３を参照して説明する。この脱臭時間の変化を求める実験は、１００Ｌの容器内にメチルメルカプタンを注入して初期濃度０．４ｐｐｍとするとともに、容器内の湿度を８５％ＲＨとし、プラズマ発生装置を稼働させて、１００％脱臭がされるまでに時間を求めた。なお、プラズマ電極部２に印加する電圧を７４０Ｖ、周波数を５００Ｈｚ、送風機構による風速を１ｍ／ｓとした。

図１３に示すように、パルス幅を５μ秒とした場合に脱臭時間は７００分以上であったが、パルス幅を５０μ秒以上とした場合に脱臭時間は約１２０分程度となり、脱臭時間が１／６程度となることが分かる。

＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂにおいて発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。

また、電源回路部５１をトランス５１１及びトランス５１１の一次巻線５１１ａにスイッチング素子５１２を設けて、当該スイッチング素子５１２をオンオフさせることにより、トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧を出力しているので、プラズマ発生装置１００の安全性を向上させることができる。さらに、湿度上昇により一対の電極２１、２２の静電容量が増加し、電極２１、２２間の印加電圧が低下して活性種の発生量が低下してしまうが、このとき回路制御部５２が、トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することにより、湿度変化に対して変動する一対の電極２１、２２の印加電圧を一定に保つことができる。これにより、活性種の発生量を一定レベルに維持することができ、脱臭及び殺菌性能を高湿度条件下において維持あるいは向上させることができる。

＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。

例えば前記実施形態では、電圧検出部６の検出電圧に応じてスイッチング素子５１２を制御するものであったが、図１４に示すように、プラズマ電極部２周辺の湿度を検出する湿度検出部７を設け、当該湿度検出部７の検出湿度に応じてスイッチング素子５１２を制御するものであっても良い。

この場合、回路制御部５２は、プラズマ電極部２における湿度を検出する湿度検出部７からの検出湿度に応じて、スイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、昇圧トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節する。具体的に回路制御部５２は、湿度検出部７により得られた検出湿度が６０％ＲＨ以上１００％ＲＨ以下の範囲内において、その検出湿度に応じて、スイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のパルス幅を１μ秒以上１００μ秒以下の範囲内で調節する。なお、前記実施形態の電圧検出部５及び湿度検出部６の両方を備えて、回路制御部５２が、それらからの検出電圧及び検出湿度の両方を用いてスイッチング素子５１２を制御するように構成しても良い。図１１及び図１２に示すように、湿度６０％ＲＨ以上において、特に脱臭率の低下が著しくなることから、検出湿度６０％ＲＨ以上においてスイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、昇圧トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することが望ましい。また、図１１及び図１２に示すように、湿度７０％ＲＨ以上において、脱臭率及び殺菌率の低下が著しくなることから、検出湿度７０％ＲＨ以上においてスイッチング素子５１２にオンオフ信号を入力することにより、昇圧トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節することが望ましい。

また、図１５に示すように、プラズマ電極部２におけるオゾン量を検出するオゾン量検出部８を有し、回路制御部５２が、前記オゾン量検出部８により得られた検出オゾン量に応じて、前記トランス５１１の２次巻線５１１ｂの出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであっても良い。同様にして、プラズマ発生装置が、プラズマ電極部におけるイオン量を検出するイオン量検出部を有し、回路制御部が、前記イオン量検出部により得られた検出イオン量に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものであっても良い。

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。

本発明により、活性種の生成量を増やすだけでなく、安全性を向上させるとともに、湿度変化の影響を受け難くすることができる。

Claims (14)

1. 一対の電極の間に所定電圧が印加されることでプラズマ放電するものであり、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成されたプラズマ電極部と、前記一対の電極間に電圧を印加する電源回路部と、前記電源回路部を制御する回路制御部とを備えるプラズマ発生装置であって、
   前記電源回路部が、入力電圧を昇圧して出力するトランスと、当該トランスの一次巻線に設けられて当該一次巻線の電圧波形をパルス波形とするスイッチング素子とを有し、
   前記回路制御部が、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値又はパルス幅、あるいはその両方を調節することを特徴とするプラズマ発生装置。
2. 前記回路制御部が、前記プラズマ電極部の周囲の湿度変化により自動的に前記出力電圧のピーク値又はパルス幅、あるいはその両方を調節するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
3. 前記プラズマ電極部における湿度を検出する湿度検出部を有し、
   前記回路制御部が、前記湿度検出部により得られた検出湿度に応じて、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
4. 前記回路制御部が、前記湿度検出部により得られた検出湿度が６０％ＲＨ以上１００％ＲＨ以下の範囲内において、その検出湿度に応じて、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものである請求項３記載のプラズマ発生装置。
5. 前記回路制御部が、前記スイッチング素子にオンオフ信号を入力することにより、前記トランスの２次巻線の出力電圧のパルス幅を１μ秒以上１００μ秒以下の範囲内で調節するものである請求項４記載のプラズマ発生装置。
6. 前記一対の電極間に印加される電圧を検出する電圧検出部を有し、
   前記回路制御部が、前記電圧検出部により得られた検出電圧に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
7. 前記プラズマ電極部におけるオゾン量を検出するオゾン量検出部を有し、
   前記回路制御部が、前記オゾン量検出部により得られた検出オゾン量に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
8. 前記プラズマ電極部におけるイオン量を検出するイオン量検出部を有し、
   前記回路制御部が、前記イオン量検出部により得られた検出イオン量に応じて、前記トランスの２次巻線の出力電圧のピーク値及びパルス幅を調節するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
9. 前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けている請求項１記載のプラズマ発生装置。
10. 前記誘電体膜が多孔質である請求項９記載のプラズマ発生装置。
11. 前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下である請求項９記載のプラズマ発生装置。
12. 前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
13. 前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速が、０．１ｍ／ｓ以上３０ｍ／ｓ以下の範囲内である請求項１２記載のプラズマ発生装置。
14. 冷蔵庫内に配置されるとともに、プラズマを発生させてオゾン又は活性種を生成し、前記冷蔵庫内の脱臭又は殺菌を行う請求項１記載のプラズマ発生装置。

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