WO2013051730A1 - プラズマ発生装置 - Google Patents

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WO2013051730A1
WO2013051730A1 PCT/JP2012/076144 JP2012076144W WO2013051730A1 WO 2013051730 A1 WO2013051730 A1 WO 2013051730A1 JP 2012076144 W JP2012076144 W JP 2012076144W WO 2013051730 A1 WO2013051730 A1 WO 2013051730A1
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plasma
voltage
transformer
humidity
unit
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一利 竹之下
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株式会社サムスン横浜研究所
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    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22—Ionisation
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • H05H1/2441—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes characterised by the physical-chemical properties of the dielectric, e.g. porous dielectric
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • F25D17/04—Arrangements for circulating cooling fluids; Arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces for circulating air, e.g. by convection
    • F25D17/042—Air treating means within refrigerated spaces
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
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    • C01B2201/20—Electrodes used for obtaining electrical discharge
    • C01B2201/22—Constructional details of the electrodes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
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    • F25D2317/04—Treating air flowing to refrigeration compartments
    • F25D2317/041—Treating air flowing to refrigeration compartments by purification
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    • H05H2242/00—Auxiliary systems
    • H05H2242/20—Power circuits
    • H05H2242/22—DC, AC or pulsed generators

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generator.
  • the conventional technology aiming at air quality control in the living environment is generally physical control represented by a filter.
  • Physical control can capture relatively large dust and dirt floating in the air and bacteria and viruses depending on the size of the filter hole.
  • innumerable adsorption sites such as activated carbon
  • malodorous odor molecules can be captured.
  • a so-called passive plasma generator that reacts bacteria and viruses floating in the atmosphere (hereinafter referred to as floating bacteria) or malodorous substances (hereinafter referred to as odor) with active species within a limited volume in the device For example, Patent Document 1
  • the active species generated in the plasma generator are discharged into a closed space (for example, a living room, a toilet, a passenger car, etc.) with a volume larger than that of (1), and the active species in the atmosphere and floating bacteria and odors
  • So-called active-type plasma generator that reacts by collision with the plasma for example, Patent Document 2
  • the advantage of the passive plasma generator (1) is that high concentration of active species is generated by generating plasma in a small volume, so that a high bactericidal effect and deodorizing effect are expected.
  • the size of the device is increased, and ozone is likely to be generated as a by-product from the generation of plasma, so that ozone does not leak out of the device.
  • the advantage of the active plasma generator of (2) is that the device can be made relatively small.
  • bacteria attached to the surface of clothing and household goods hereinafter referred to as
  • sterilization of adhering bacteria and decomposition of odor adsorbed on the surface can be expected.
  • the disadvantage is that active species are diffused in a very large closed space compared to the volume of the device, so the concentration is low, so that only active species with a long life expectation of sterilization and deodorizing effects can be expected. It is a point that cannot be obtained. As a result, a deodorizing effect can hardly be expected in a space with a high odor concentration (a concentration about 10,000 times higher than the active species concentration).
  • a porous dielectric film is often used at the plasma generation site of the electrode, and therefore, under high humidity, the dielectric film itself absorbs moisture due to its hygroscopic action. The characteristics change, and the generation of plasma is hindered.
  • the dielectric film itself of the electrode tends to condense, the generation of plasma stops, and the sterilization and deodorization performance deteriorates. Therefore, it is difficult to maintain sterilization performance when the inside of the refrigerator remains in a high humidity state. This problem can also occur in a plasma generating part having an electrode that does not have a porous dielectric film.
  • a power supply circuit unit for applying a high voltage to the electrode of the plasma generating unit a circuit having a high voltage power source and a switching element provided between the high voltage power source and the plasma generating unit can be considered.
  • a high voltage is generated by a high voltage power source regardless of the on / off state of the element, which is not desirable from the viewpoint of safety.
  • it is a configuration that should be avoided when used in a home appliance such as a refrigerator.
  • the present invention is a technology that realizes both sterilization and deodorization of attached bacteria at the same time, and generates a plasma to generate a passive type function that deodorizes with active species and releases the active species to the outside of the device.
  • the main objective is not only to increase the amount of active species to be produced, but also to improve the safety and make it less susceptible to changes in humidity in order to have two active functions for sterilizing bacteria at the same time. Is.
  • a plasma generating apparatus comprising: a plasma electrode unit configured to: a power circuit unit that applies a voltage between the pair of electrodes; and a circuit control unit that controls the power circuit unit, wherein the power circuit unit includes: A transformer that boosts and outputs an input voltage; and a switching element that is provided in a primary winding of the transformer and uses a voltage waveform of the primary winding as a pulse waveform, and the circuit control unit includes the switching element
  • the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding of the transformer are adjusted by inputting an on / off signal.
  • the power supply circuit unit is provided with a switching element in the transformer and the primary winding of the transformer, and the switching element is turned on and off, the output voltage of the secondary winding of the transformer is output.
  • the safety of the plasma generator can be improved.
  • the capacitance of the pair of electrodes increases due to an increase in humidity, and the applied voltage between the electrodes decreases, resulting in a decrease in the amount of active species generated.
  • the circuit control unit performs the secondary winding of the transformer. By adjusting the peak value and the pulse width of the output voltage, the applied voltage of the pair of electrodes that fluctuates with respect to the change in humidity can be kept constant.
  • the generation amount of active species can be maintained at a certain level, and the deodorization and sterilization performance can be maintained or improved under high humidity conditions.
  • the present invention is not easily affected by humidity under high humidity, it is preferably used for the purpose of generating active species by generating plasma and deodorizing or sterilizing the refrigerator while being placed in the refrigerator. be able to.
  • the fluid circulation holes are provided at the corresponding locations of the electrodes and these are configured to penetrate, the amount of plasma generated in the corresponding fluid through holes can be increased as much as possible. The contact area between the plasma and the fluid can be increased as much as possible.
  • each fluid flow hole formed in both electrodes is substantially at the same position when viewed from the direction of the face plate of the electrode.
  • the coordinate positions are substantially the same (x, y) in both electrodes.
  • a humidity detection unit that detects the humidity in the plasma electrode unit is included, and the circuit control unit responds to the detected humidity obtained by the humidity detection unit. It is desirable that the peak value and the pulse width of the output voltage of the secondary winding of the transformer are adjusted by inputting an on / off signal to the switching element.
  • the circuit control unit inputs an on / off signal to the switching element according to the detected humidity when the detected humidity obtained by the humidity detecting unit is in the range of 70% RH to 100% RH.
  • the circuit control unit When the detected humidity is in the range of 70% RH to 100% RH, the circuit control unit inputs an on / off signal to the switching element, thereby setting the pulse width of the output voltage of the secondary winding of the transformer to 1 ⁇ sec. It is desirable to adjust within a range of 100 ⁇ sec or less. In this range, it is particularly desirable to adjust the pulse width of the input voltage within a range of 50 ⁇ sec to 100 ⁇ sec. Thus, by adjusting the pulse width of the input voltage within the range of 1 ⁇ sec to 100 ⁇ sec, the generation amount of active species can be increased as much as possible while suppressing the generation of ozone.
  • a voltage detection unit configured to detect a voltage applied between the pair of electrodes, wherein the circuit control unit outputs an output voltage of the secondary winding of the transformer according to a detection voltage obtained by the voltage detection unit; It is desirable to adjust the peak value and the pulse width. If it is this, the applied voltage applied to a pair of electrodes can be adjusted according to factors other than humidity, such as odor intensity
  • An ozone amount detection unit for detecting an ozone amount in the plasma electrode unit, wherein the circuit control unit outputs an output voltage of the secondary winding of the transformer according to the detected ozone amount obtained by the ozone amount detection unit; It is desirable to adjust the peak value and the pulse width. In this case, the applied voltage applied to the pair of electrodes can be adjusted so that excessive ozone is not generated, and a low ozone operation can be enabled.
  • An ion amount detection unit that detects an ion amount in the plasma electrode unit, and the circuit control unit outputs an output voltage of the secondary winding of the transformer in accordance with the detected ion amount obtained by the ion amount detection unit; It is desirable to adjust the peak value and the pulse width. In this case, the applied voltage applied to the pair of electrodes can be adjusted so as to release a sufficient amount of ions.
  • a dielectric film is provided on at least one of the pair of electrodes.
  • a dielectric film is provided on at least one of the pair of electrodes.
  • the dielectric film When the dielectric film is porous, the electrical characteristics change due to the hygroscopic action of the dielectric film itself under high humidity, thereby inhibiting the generation of plasma.
  • the dielectric film itself of the electrode tends to condense, the generation of plasma stops, and the sterilization and deodorization performance deteriorates.
  • such a problem can be suitably solved by adjusting the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding of the transformer.
  • the surface roughness of the dielectric film is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. In this case, even when the pair of electrodes are stacked without using a spacer, a space in which plasma is generated can be formed depending on the surface roughness.
  • the flow velocity of the wind passing through the fluid circulation hole by the air blowing mechanism is in the range of 0.1 m / s to 30 m / s.
  • the voltage applied to each of the electrodes has a pulse shape, and its peak value Is preferably in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is preferably in the range of 0.1 ⁇ s to 300 ⁇ s.
  • the present invention configured as described above, not only the amount of active species generated can be increased, but also safety can be improved, and it can be made less susceptible to changes in humidity.
  • the perspective view which shows one Embodiment of the plasma generator of this invention.
  • the schematic diagram which shows the effect
  • the top view which shows an electrode part.
  • Sectional drawing which shows an electrode part and an explosion-proof mechanism.
  • the expanded sectional view which shows the structure of the opposing surface of an electrode part.
  • the partial enlarged plan view and sectional view which show a fluid circulation hole and a penetration hole typically.
  • the schematic diagram which shows the specific structure of the constant voltage drive of a plasma generator.
  • the figure which shows the deodorizing performance of the plasma generator of the past and this embodiment The figure which shows the disinfection performance of the plasma generator of the past and this embodiment.
  • DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Plasma generator 2 ... Plasma electrode part 21 ... One electrode 22 ... The other electrode 21a, 22a ... Dielectric film
  • the plasma generator 100 is used for home appliances such as a refrigerator, a washing machine, a clothes dryer, a vacuum cleaner, an air conditioner, or an air cleaner, and the inside or outside of the home appliance. It is intended to sterilize airborne odors and adhering bacteria inside or outside of these products.
  • the plasma electrode unit 2 generates active species such as ions and radicals by using a micro-gap plasma (Micro-Gap-Plasma), and the outside of the plasma electrode unit 2
  • a blower mechanism 3 that is provided and forcibly sends wind (air flow) to the plasma electrode unit 2 and a flame that is provided outside the plasma electrode unit 2 and that is generated in the plasma electrode unit 2 does not propagate to the outside.
  • An explosion-proof mechanism 4 and a power source 5 for applying a high voltage to the electrode unit 2 are provided.
  • the plasma electrode unit 2 has a pair of electrodes 21 and 22 having dielectric films 21 a and 22 a provided on opposite surfaces, and a predetermined voltage is applied between the electrodes 21 and 22. Plasma discharge.
  • each of the electrodes 21 and 22 has a substantially rectangular shape in a plan view (when viewed from the face plate direction of the electrodes 21 and 22), and is made of stainless steel such as SUS304. Yes.
  • the application terminal 2T to which the voltage from the power supply 5 is applied is formed in the edge part of the electrodes 21 and 22 of the electrode part 2 (refer FIG. 3).
  • the voltage application method to the plasma electrode unit 2 by the power source 5 is such that the voltage applied to each of the electrodes 21 and 22 has a pulse shape, the peak value is in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is 0.1 ⁇ m. It is within the range of not less than seconds and not more than 300 ⁇ sec. As shown in FIG. 7, when the pulse width is 300 ⁇ sec or less, the ion number density is measured, and the ozone concentration is decreased. As the pulse width is decreased, the ion number is increased and the ozone concentration is decreased. As a result, the amount of ozone generated is suppressed, and the active species generated in the plasma can be efficiently released without losing it with a filter or the like that is often found in the prior art. Can be realized in a short time.
  • dielectric films 21a and 22a are formed on the opposing surfaces of the electrodes 21 and 22 by applying a dielectric such as barium titanate.
  • the surface roughness (calculated average roughness Ra in the present embodiment) of the dielectric films 21a and 22a is not less than 0.1 ⁇ m and not more than 100 ⁇ m.
  • Other surface roughness may be defined using the maximum height Ry and the ten-point average roughness Rz. Note that the surface roughness of the dielectric films 21a and 22a can be controlled by a thermal spraying method.
  • Dielectrics applied to the electrodes include aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, strontium titanate, silicon oxide, silver phosphate, lead zirconate titanate, silicon carbide, indium oxide, cadmium oxide, bismuth oxide, and zinc oxide. Iron oxide, carbon nanotubes, etc. may be used.
  • fluid flow holes 21 b and 22 b are provided in corresponding portions of the electrodes 21 and 22, respectively, and are configured to communicate with and penetrate the electrodes 21 and 22.
  • at least a part of the contour of each corresponding fluid through-hole 21b, 22b is configured to be different from each other. That is, the plan view shape of the fluid circulation hole 21 b formed in one electrode 21 and the plan view shape of the fluid circulation hole 22 b formed in the other electrode 22 are different from each other.
  • the fluid circulation holes 21b and 22b respectively formed in the corresponding portions of the electrodes 21 and 22 have a substantially circular shape in plan view (see FIGS. 3 and 6).
  • the opening size (opening diameter) of the fluid circulation hole 21b formed in the first electrode 21 is smaller than the opening size (opening diameter) of the fluid circulation hole 22b formed in the other electrode 22 (for example, the opening diameter is 10 ⁇ m or more smaller).
  • the opening diameter is 10 ⁇ m or more smaller.
  • the fluid circulation hole 21 b formed in one electrode 21 and the fluid circulation hole 22 b formed in the other electrode 22 are formed concentrically.
  • the plurality of fluid circulation holes 21b formed in one electrode 21 all have the same shape
  • the plurality of fluid circulation holes 22b formed in the other electrode 22 all have the same shape. All of the fluid circulation holes 21 b formed in one electrode 21 are formed smaller than the fluid circulation holes 22 b formed in the other electrode 22.
  • the effect is shown as a substantially circular shape, but the opening is not limited to a circle, and may have any shape, and at least a part of the contour of each corresponding fluid through-hole is different from each other in plan view. It suffices to be configured.
  • the total opening area of the fluid circulation holes 21b and 22b formed in the electrodes 21 and 22 is in the range of 2% to 90% with respect to the total area of the electrodes 21 and 22, respectively.
  • the total opening area of the fluid circulation holes 22 b formed in the other electrode 22 is in the range of 2% to 90% with respect to the total area of the electrode 22.
  • the total opening area of the fluid circulation holes 21b formed in one electrode 21 may be in the range of 2% to 90%.
  • the plasma electrode portion 2 of the present embodiment is provided with a through hole 21c in one electrode 21 separately from the fluid circulation holes 21b and 22b, and this through hole 21c is the other electrode.
  • the opening on the opposite surface side is closed by 22.
  • what consists of the fluid circulation holes 21b and 22b formed in each said electrodes 21 and 22 may be hereafter called a complete opening, but what is formed by the through-hole 21c in comparison with this is a half opening. That's it.
  • the opening size of the through hole 21c is 10 ⁇ m or more smaller than the opening size of the fluid circulation hole 21b.
  • the through hole 21c is formed by replacing a part of the regularly provided fluid circulation hole 21b, and the through hole 21c is provided around the fluid circulation hole 21b (see FIG. 3).
  • the blower mechanism 3 is disposed on the other electrode 22 side of the plasma electrode unit 2 and forcibly sends air toward the fluid circulation holes 21b and 22b (completely open portions) formed in the plasma electrode unit 2. It has a blower fan. Specifically, in this blower mechanism 3, the flow velocity of the wind passing through the fluid circulation holes 21b and 22b is set in the range of 0.1 m / s to 30 m / s.
  • the explosion-proof mechanism 4 has a protective cover 41 disposed outside the pair of electrodes 21, 22, and a flame generated by plasma when combustible gas flows into the fluid circulation holes 21 b, 22 b. However, it is configured not to propagate outside the protective cover 41.
  • the explosion-proof mechanism 4 has a protective cover 41 having a metal mesh 411 disposed outside the pair of electrodes 21 and 22, and the wire diameter of the metal mesh 411 is within a range of 1.5 mm or less. And the aperture ratio of the metal mesh 411 is 30% or more.
  • the power supply 5 of this embodiment includes a power supply circuit unit 51 that applies a voltage between the pair of electrodes 21 and 22, and a circuit control unit 52 that controls the power supply circuit unit 51. Yes.
  • the power supply circuit unit 51 is provided in a step-up transformer (step-up transformer) 511 that steps up and outputs an input voltage (power supply voltage (for example, 12V)), and a primary winding 511a of the step-up transformer 511, and the primary winding 511a.
  • Switching element 512 having a pulse waveform as a voltage waveform. Specifically, a 12V power source is connected to one end of the primary winding 511a, and the other end of the primary winding 511a is connected to the ground.
  • the switching element 512 is a semiconductor switch such as a transistor such as an FET, and is provided between the winding portion of the primary winding 511a and the ground on the other end side of the primary winding 511a.
  • the circuit control unit 52 inputs an on / off signal to the switching element 512 in accordance with a detection voltage from the voltage detection unit 6 that detects an applied voltage applied between the pair of electrodes 21 and 22 of the plasma electrode unit 2.
  • the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding 511b of the step-up transformer 511 are adjusted.
  • the circuit control unit 52 generates an on / off signal for the switching element 512 based on the deviation between the detected voltage from the voltage detection unit 6 and the target value (predetermined set value), and makes the switching element 512 a pulse width modulation method. (PWM) feedback control is performed.
  • PWM pulse width modulation method
  • the circuit control unit 52 is a dedicated or general-purpose computer having an input / output interface such as a CPU, a memory, and an ADC, and the CPU and peripheral devices operate in cooperation according to a control program stored in the memory.
  • the switching element 512 and the like are controlled. Note that the circuit configuration of the voltage detection unit 6 shown in FIG. 8 is an example, and can be changed as appropriate.
  • FIG. 9 and FIG. 10 show the humidity change characteristics of the applied voltage and the number of ions of the conventional plasma generator and the plasma generator of the embodiment.
  • the conventional plasma generator has the same basic configuration as the plasma generator of the present embodiment, and the driving method of the plasma electrode unit is different. That is, the plasma generator of this embodiment is a constant voltage drive system, and the conventional plasma generator is a constant power drive system.
  • the applied voltage decreases (740 V ⁇ 660 V) due to an increase in capacitance between the electrodes, and the number of ions decreases accordingly.
  • the applied voltage can be controlled to be substantially constant (740 V) even under high humidity conditions, and the number of ions can be kept at a constant level. is made of.
  • FIG. 11 shows the experimental results of the deodorizing performance of the plasma generator of this embodiment and the conventional plasma generator
  • FIG. 12 shows the experimental results of the sterilizing performance.
  • the deodorization performance evaluation procedure shown in FIG. 11 is performed by injecting methyl mercaptan (MMP) into a 100 L container, operating the plasma generator from an initial concentration of 0.4 ppm for 2 hours, and deodorizing depending on the ratio of the residual concentration to the initial concentration. The rate (%) was determined.
  • MMP methyl mercaptan
  • the deodorization rate of the plasma generator of this embodiment is about 50%
  • the deodorization rate of the conventional plasma generator is about 47%, and there is no significant change.
  • the deodorization rate of the conventional plasma generator decreases, while the deodorization rate of the plasma generator of the present embodiment increases.
  • the deodorization rate of the plasma generator of this embodiment is about 97%, even though the deodorization rate of the conventional plasma generator is about 16%.
  • the plasma generator of the present embodiment can not only maintain the deodorizing performance under the high humidity condition, which has been difficult in the prior art, but also improve the deodorizing performance under the high humidity condition.
  • the sterilization performance evaluation procedure shown in FIG. 12 is that the agar medium coated with E. coli is placed in a 100 L container, the plasma generator is operated for 6 hours, and the number of colonies after culturing is not operated. Compared to the case, the sterilization rate (%) was determined.
  • both the plasma generator of this embodiment and the conventional plasma generator have a sterilization rate of about 99%.
  • the sterilization rate of the conventional plasma generator decreases, while the sterilization rate of the plasma generator of the present embodiment is kept substantially constant.
  • the sterilization rate of the plasma generator of this embodiment is about 99%, even though the sterilization rate of the conventional plasma generator is about 3%.
  • the plasma generator according to the present embodiment can not only maintain the sterilization performance under high humidity conditions, which has been difficult in the past, but also achieve a certain level of sterilization performance from low humidity to high humidity. I understand.
  • the experiment for determining the change in the deodorization time was carried out by injecting methyl mercaptan into a 100 L container to obtain an initial concentration of 0.4 ppm, setting the humidity in the container to 85% RH, operating the plasma generator, and 100% Time was taken until deodorization was done.
  • the voltage applied to the plasma electrode unit 2 was 740 V, the frequency was 500 Hz, and the wind speed by the air blowing mechanism was 1 m / s.
  • the deodorization time was 700 minutes or more, but when the pulse width was 50 ⁇ s or more, the deodorization time was about 120 minutes, and the deodorization time was 1 It turns out that it becomes about / 6.
  • the power supply circuit unit 51 is provided with a switching element 512 in the primary winding 511a of the transformer 511 and the transformer 511, and the switching element 512 is turned on and off to output the output voltage of the secondary winding 511b of the transformer 511. Therefore, the safety of the plasma generator 100 can be improved. Furthermore, the capacitance of the pair of electrodes 21 and 22 increases due to an increase in humidity, and the applied voltage between the electrodes 21 and 22 decreases to reduce the amount of active species generated. At this time, the circuit control unit 52 By adjusting the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding 511b of the transformer 511, the applied voltage of the pair of electrodes 21 and 22 that fluctuates with respect to the change in humidity can be kept constant. Thereby, the generation amount of active species can be maintained at a certain level, and the deodorization and sterilization performance can be maintained or improved under high humidity conditions.
  • the switching element 512 is controlled according to the detection voltage of the voltage detection unit 6, but as shown in FIG. 14, the humidity detection unit 7 that detects the humidity around the plasma electrode unit 2 is provided.
  • the switching element 512 may be controlled in accordance with the humidity detected by the humidity detector 7.
  • the circuit control unit 52 inputs an on / off signal to the switching element 512 in accordance with the detected humidity from the humidity detecting unit 7 that detects the humidity in the plasma electrode unit 2, whereby the secondary winding of the step-up transformer 511.
  • the peak value and pulse width of the output voltage of 511b are adjusted.
  • the circuit controller 52 inputs an on / off signal to the switching element 512 according to the detected humidity when the detected humidity obtained by the humidity detector 7 is in the range of 60% RH to 100% RH.
  • the pulse width of the output voltage of the secondary winding 511b of the transformer 511 is adjusted within a range of 1 ⁇ sec to 100 ⁇ sec.
  • the circuit control part 52 may control the switching element 512 using both the detection voltage and detection humidity from them. May be.
  • the step-up transformer 511 is input by inputting an on / off signal to the switching element 512 when the detected humidity is 60% RH or higher. It is desirable to adjust the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding 511b. Further, as shown in FIGS.
  • FIG. 15 it has an ozone amount detection unit 8 that detects the ozone amount in the plasma electrode unit 2, and the circuit control unit 52 responds to the detected ozone amount obtained by the ozone amount detection unit 8.
  • the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding 511b of the transformer 511 may be adjusted.
  • the plasma generator has an ion amount detection unit that detects the amount of ions in the plasma electrode unit, and the circuit control unit detects the amount of ions obtained by the ion amount detection unit according to the detected ion amount.
  • the peak value and pulse width of the output voltage of the secondary winding may be adjusted.
  • the amount of active species generated can be increased, but also safety can be improved and the influence of humidity change can be reduced.

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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

プラズマ発生装置
　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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