JP6726865B2

JP6726865B2 - プラズマ生成装置

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Publication number: JP6726865B2
Application number: JP2016050203A
Authority: JP
Inventors: 義弘坂口; 今井　伸一; 伸一今井
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-06-05
Filing date: 2016-03-14
Publication date: 2020-07-22
Anticipated expiration: 2036-03-14
Also published as: JP2017004930A; US20160358752A1; CN106255305A; CN106255305B; US9928992B2

Description

本開示は、プラズマ生成装置に関する。

特許文献１は、液中で連続的にプラズマを生成するために大電流高電圧パルスを高速に連続印加する電源装置を開示している。

特開２０１２−１８８９０号公報

本開示は、電源の小型化、コスト低減、及び低消費電力化からなる群から選択される少なくとも一つを実現しうるプラズマ生成装置を提供する。

本開示の一態様に係るプラズマ生成装置は、電圧が電極対間に印加されることにより大気圧中でプラズマを発生させる電極対と、電源とを備えている。前記電源は、０．９以上０．９９９９以下の結合係数を有し前記電極対間に印加する前記電圧を生成する昇圧トランスを含む。

また、本開示の他の一態様に係るプラズマ生成装置は、電圧が電極対間に印加されることにより大気圧中でプラズマを発生させる電極対と、電源とを備えている。前記電源は、前記電極対間に印加する前記電圧を生成する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの２次側と前記電極対との間に配置され、前記昇圧トランスの前記２次側のインダクタンス値に対して０．０１％以上１０％以下のインダクタンス値を有するインダクタとを含む。

本開示に係るプラズマ生成装置によれば、電源の小型化、コスト低減、消費電力抑制からなる群から選択される少なくとも一つを実現できる。

図１は、実施の形態１におけるプラズマ生成装置の構成例を示すブロック図である。図２は、実施の形態１における電源の構成例および容量性負荷を示す回路図である。図３は、実施の形態１における電極対間に発生する電圧の波形例を示す図である。図４は、実施の形態１における電極対間に発生する電圧の波形例およびスイッチ制御信号を示す図である。図５は、実施の形態１における漏れインダクタンスと、電極対間に印加される最大電圧とを示す図である。図６は、実施の形態２における電源の構成例および容量性負荷を示す回路図である。図７は、図６の電極対間に発生する電圧の波形例を示す図である。図８は、実施の形態３における電源の構成例および容量性負荷を示す回路図である。図９は、図８の電極対間に発生する電圧の波形例を示す図である。図１０は、実施の形態１における昇圧トランスの結合係数とプラズマ生成装置の消費電力との関係を示すグラフである。図１１は、実施の形態１における昇圧トランスの結合係数とプラズマ生成装置の消費電力との関係を示す図表である。

（本開示の基礎となった知見）
従来、パルス放電によりプラズマを生成するためには、放電を生起する空間に大電流高電圧パルスを印加する必要があった。また、放電空間の状態（液種やガス種）によって放電開始電圧が高くなると、当該放電開始電圧を維持し放電し続けるには消費電力の増大や装置の大型化を招いていた。また、従来のプラズマ生成のための電源装置は、放電を生起させる放電開始電圧を変圧器によって昇圧することにより生成する必要があり、装置が大型化していた。

そこで、本発明者らは、昇圧トランスの昇圧比の低減による電源の小型化、コスト低減、及び低消費電力化からなる群から選択される少なくとも一つを実現しうるプラズマ生成装置を提供すべく、鋭意研究した。以下、本開示の基礎となった知見について、さらに詳しく説明する。

本発明者らは、「背景技術」の欄において記載した、プラズマ生成装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。

従来のプラズマ生成装置では、プラズマ放電が発生しうる電源電圧を生成する為には、昇圧比が大きくなる為に大きな昇圧トランスが必要となり、電源システムが大きくなる。また、高電圧を持続させると発熱や電力増大の問題があり、放電時間を延ばす為には大型化する必要があった。

本発明者らは、プラズマ生成装置の電源が結合係数０．９以上０．９９９９以下の値を有する昇圧トランスを備えることにより昇圧比で定まる電圧よりも大きな電圧を生成できることを見出した。

言い換えれば、電源が結合係数０．９以上０．９９９９以下（即ち、９０％以上９９．９９％以下）の値を有する昇圧トランスを備えることによって、昇圧トランスの２次側と放電させる電極対との間に、昇圧トランスの２次側のＬ値（インダクタンス値）に対して０．０１％以上１０％以下のＬ値を有するインダクタが存在することと等価な状態を実現できる。このインダクタは物理的な素子でもよいし、２次巻き線の漏れインダクタンスによるものでもよい。そして、放電させる電極間を容量性の負荷とみなして、２次巻き線の抵抗成分と当該インダクタと電極対間の容量性負荷とをＲＬＣ直列回路と見れば、その共振作用によって容量性負荷の両端には、昇圧トランスの昇圧比で定まる電圧より大きい電圧が生成される。一般にＲＬＣ直列回路の共振時において容量Ｃには、電源電圧（ここでは昇圧トランスの２次巻き線に発生する電圧）のＱ倍の大きな電圧が発生する。Ｑは、Ｑ値、Ｑファクタ（Quality factor）とも呼ばれ、共振の鋭さを示すパラメータであり、（１／Ｒ）√（Ｌ／Ｃ）で表される。ただし、Ｒは２次巻き線の抵抗成分、Ｌはインダクタのインダクタンスまたは２次巻き線の漏れインダクタンス、Ｃは電極間の静電容量とする。

このように、昇圧トランスの昇圧比により定まる電圧よりも大きい電圧を、ＬＣ共振の作用によって電極対間に発生させて、電極対間に放電を生起できる。

そこで、本開示の一態様に係るプラズマ生成装置は、電圧が電極対間に印加されることにより大気圧中でプラズマを発生させる電極対と、電源とを備えている。前記電源ｎは、０．９以上０．９９９９以下の結合係数を有し前記電極対間に印加する前記電圧を生成する昇圧トランスを含む。

これによれば、昇圧トランスの出力側（つまり２次巻き線側）のインダクタと電極対間の容量性負荷とのＬＣ共振によって昇圧トランスの昇圧比で定まる電圧よりも大きな電圧が電極対間に生成される。この大きな電圧を用いて電極対間に放電を生起できる。したがって、放電を生起するために、昇圧比そのものを大きくする必要が無いため、小型化や消費電力抑制を実現できる。前記昇圧トランスの結合係数は、０．９以上０．９９以下であってもよい。

本開示の一態様に係るプラズマ生成装置は、電圧が電極対間に印加されることにより大気圧中でプラズマを発生させる電極対と、電源と、を備えている。前記電源は、前記電極対間に印加する前記電圧を生成する昇圧トランスと、前記昇圧トランスの２次側と前記電極対との間に配置され、前記昇圧トランスの前記２次側のインダクタンス値に対して０．０１％以上１０％以下のインダクタンス値を有するインダクタとを含む。

これによれば、インダクタと電極対間の容量性負荷とのＬＣ共振によって、昇圧トランスの昇圧比で定まる電圧よりも大きい電圧が電極対間に生成される。この電圧を用いて電極対間に放電を生起できる。したがって、放電を生起するために、昇圧比そのものを大きくする必要が無いため、小型化や消費電力抑制を実現できる。

ここで、前記電源が前記電極対に印加する電圧は、前記電極対間に放電を生起する電圧値を有する第１電圧と、前記第１電圧の電圧値よりも低く、かつ生起した前記放電を持続させる電圧値を有する第２電圧と、を各周期に有する周期的な電圧波形を有していてもよい。

これによれば、放電を生起する第１電圧と、前記第１電圧の電圧値よりも低く、かつ生起した前記放電を持続させる電圧値を有する第２電圧とを有することで、高電圧の第１電圧を持続する必要がなく消費電力抑制を実現できる。

ここで、前記電源は、さらに、前記電極対間に印加される電圧を整流する整流回路を備えてもよい。

これによれば、整流回路を備えることで、設置経路を変更すること（例えば、昇圧トランスと電極対との接続を入れ替えること）で順電圧または逆電圧に放電を起こす切り替えが可能となり、消費電力抑制を実現できる。また、順電圧および逆電圧の両方でプラズマを発生する場合と、順方向または逆方向の一方のみでプラズマを発生させる場合とで、プラズマにより生じる活性種の種類を異なることから、活性種の種類を制御することが可能である。

ここで、前記電極対は液体内に配置され、前記液体内の気相空間で放電しプラズマを生成してもよい。

これによれば、電極対間が液体内配置されるとき電極対は抵抗性負荷となり、正極が液体内の気相空間にあるとき電極対は容量性負荷となる。正極が液体内の気相空間にあるとき、インダクタと電極対間の容量性負荷とのＬＣ共振によって昇圧トランスの昇圧比で定まる電圧よりも大きい電圧が生成される。この電圧を用いて電極対間に放電を生起できる。したがって、放電を生起するために、昇圧比そのものを大きくする必要が無いため、小型化や消費電力抑制を実現できる。なお、本明細書において、大気圧とは、９１３ｈＰａ以上かつ１１１３ｈＰａ以下の気圧であり、液体内の気相空間の気圧も含む。前記電極対は、９６３ｈＰａ以上かつ１０６３ｈＰａ以下の大気圧中において前記プラズマを生成してもよい。

以下、本開示の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本開示の一具体例を示す。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態等は、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本開示の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より望ましい形態を構成する任意の構成要素として説明する。また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密な寸法を表すものではない。

（実施の形態１）
［１．１プラズマ生成装置の構成］
まず、プラズマ生成装置１００の構成について説明する。

図１は、実施の形態１におけるプラズマ生成装置の構成例を示すブロック図である。

同図のように、プラズマ生成装置１００は、第１の金属電極１０１、第２の金属電極１０２、絶縁体１０３、電源１０４、供給ポンプ１０５、反応槽１０６、処理槽１０７、循環ポンプ１０８、配管１０９、制御回路１１９を備える。

第１の金属電極１０１は、被処理液１１０を入れる反応槽１０６内に少なくとも一部が露出するように配置される、例えば棒状の電極である。被処理液１１０は、例えば、純水または処理対象の液体である。被処理液１１０が純水である場合は、プラズマ生成装置１００は、プラズマ液を生成する。被処理液１１０が処理対象の液体である場合は、プラズマ生成装置１００は、当該液体に殺菌作用を及ぼす。

第２の金属電極１０２は、反応槽１０６内に少なくとも一部が露出するように配置され、例えば棒状の電極である。

絶縁体１０３は、第１の金属電極１０１の外周に通気用の空隙を設けるように形成され、反応槽１０６の開口に取り付けられる。

電源１０４は、第１の金属電極１０１と第２の金属電極１０２とからなる電極対の間に電圧を印加する昇圧トランスを有する。昇圧トランスから電極対の間に電圧を印加することによって、電極対間にプラズマ１１５を発生させる。プラズマ１１５の発生により被処理液１１０中にＯＨラジカルなどの種々の活性種が発生する。

供給ポンプ１０５は、第１の金属電極１０１と絶縁体１０３との間の空隙に気体を供給する。これにより、絶縁体１０３および第１の金属電極１０１の先端部分に気泡１１６を連続的に発生させる。この気泡１１６がなくても電極対の間にはプラズマ１１５が発生するが、気泡１１６が存在することによってプラズマ１１５による活性種の発生効率を高めることができる。また、第１の金属電極１０１および第２の金属電極１０２からなる電極対の間が液体内に配置されるとき電極対は抵抗性負荷となり、第１の金属電極１０１および第２の金属電極１０２の少なくとも一方が液体内の気相空間にあるとき電極対は容量性負荷となる。

反応槽１０６は、当初はプラズマ液の原液としての純水を被処理液１１０として貯め、プラズマ１１５の発生後はプラズマ液を貯める。

処理槽１０７は、反応槽１０６と配管で接続され、プラズマ１１５の発生時に、反応槽１０６と間で水（後のプラズマ液）が循環ポンプ１０８によって循環される。

制御回路１１９は、例えばメモリに記録されたプログラムを実行することにより、プラズマ生成装置１００全体を制御する。制御回路１１９は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）またはマイクロコンピュータ（マイコン）等の集積回路であり得る。

［１．２電源の構成］
次に電源１０４の構成例について説明する。

図２は、実施の形態１における電源１０４の構成例および容量性負荷２４を示す回路図である。同図のように、電源１０４は、昇圧トランス２０、インダクタ２０Ｌ、スイッチ２１、ダイオード２２、ダイオード２３を備える。また、同図の容量性負荷２４は、図１の第１の金属電極１０１および第２の金属電極１０２からなる電極対を表している。

昇圧トランス２０は、１次巻き線と２次巻き線とコア（例えば鉄心）とを有する。１次巻き線と２次巻き線とはコアを介して電磁的に結合されている。昇圧トランス２０の結合係数は０．９以上０．９９９９以下の値を有する。１次巻き線は、１端ａ、中間タップｂ、他端ｃの３端子を有する。昇圧トランス２０の巻き線比は、例えば１：１：４０である。この巻き線比は、１次巻き線の１端ａから中間タップｂまでの巻き数、１次巻き線の中間タップｂから他端ｃまでの巻き数、２次巻き線の巻き数の３つの比である。昇圧トランス２０の２次巻き線は、電極対間にインダクタ２０Ｌを介して電圧を印加する。

図１０及び１１は、実施の形態１における昇圧トランス２０の結合係数と電源１０４の消費電力との関係を示すグラフ及び図表である。図１０および１１に示すように、昇圧トランス２０の結合係数が０．９以上０．９９以下の場合に、特に消費電力の低減を図ることができる。後述する実施形態２及び３においても同じく０．９以上０．９９以下の場合に、特に消費電力の低減を図ることができる。

インダクタ２０Ｌは、２次巻き線のインダクタンス値に対して０．０１％以上１０％以下のインダクタンス値を有する。インダクタ２０Ｌは、昇圧トランス２０の２次巻き線の漏れインダクタンスであってもよいし、２次巻き線とは別個のインダクタ素子であってもよい。２次巻き線の抵抗成分Ｒ、インダクタ２０ＬのインダクタンスＬおよび容量性負荷２４の静電容量Ｃは、ＲＬＣ直列共振回路を形成している。あるいは、インダクタ２０ＬのインダクタンスＬおよび容量性負荷２４の静電容量Ｃは、ＬＣ直列共振回路を形成している。既に説明したように、ＲＬＣ直列回路の共振時において容量性負荷２４に印加される第１電圧は、電源電圧（ここでは２次巻き線に発生する電圧または抵抗成分Ｒに発生する電圧）の２倍の大きさ電圧が発生し、Ｖｃ＝−Ｖｃｏｓωｔ＋Ｖで表される。また、その周波数はｆ＝１／２π√ＬＣで表される。そのため、昇圧トランス２０の昇圧比で定まる電圧よりも大きい電圧が容量性負荷２４に発生する。したがって、昇圧トランス２０は、昇圧比そのものが大きい昇圧トランスである必要が無いため、電源１０４の小型化や消費電力抑制を実現することができる。

スイッチ２１は、スイッチトランジスタであり、１次巻き線の中間タップｂと他端ｃとの間に直流電圧ＤＣを印加するかしないかを切り替える。スイッチ２１のオンおよびオフは、制御回路１１９からのスイッチ制御信号ｃｏｎｔによって制御される。

ダイオード２２は、スイッチ２１がオフの間、中間タップｂから他端ｃへの電流を阻止する。

ダイオード２３は、スイッチ２１がオフの間、１端ａから他端ｂへの電流を阻止し、中間タップｂから１端ａへの電流を阻止する。

容量性負荷２４は、第１の金属電極１０１および第２の金属電極１０２からなる電極対を表している。なお、昇圧トランス２０の１次巻き線（より正確には中間タップｂと上記の他端ｃとの間）には、直流電圧ＤＣをスイッチングすることにより交流として入力しているが、商用電源等の正弦波を入力してもよい。

［１．３電圧波形の一例］
次に、容量性負荷２４に印加される電圧について説明する。

図３は、実施の形態１における電極対間（つまり容量性負荷２４）に発生する電圧の波形例を示す図である。同図では、昇圧トランス２０の巻き線比が上記した１：１：４０であり、入力される直流電圧ＤＣが５０Ｖである。

同図のように、電極対間に発生する電圧波形は、第１電圧と第２電圧とを各周期に有する周期的な電圧波形を有する。第１電圧は、電極対間に放電を生起する電圧値を有する。第２電圧は、第１電圧の電圧値よりも低く、かつ生起した放電を持続させる電圧値を有する。第１電圧は第２電圧に対して重畳され、第１電圧から第２電圧にかけてほぼ単調に減少する。

図３では、第１電圧は約４ｋＶ、第２電圧は約２ｋＶである。第２電圧は、昇圧トランス２０の巻き線比で定まる電圧であり、５０Ｖの４０倍である。第１電圧は、インダクタ２０Ｌと電極対間の容量性負荷２４とのＬＣ共振によって発生する電圧であって、昇圧トランス２０の昇圧比で定まる電圧よりも大きな電圧になっている。第１電圧の最大値は第２電圧の２倍以上になっている。

このように、電極対間に印加される電圧波形が、放電を生起する第１電圧と、前記第１電圧の電圧値よりも低く、かつ生起した前記放電を持続させる電圧値を有する第２電圧とを有することで、高電圧の第1電圧を持続する必要がなく消費電力抑制を実現できる。

［１．４電圧波形とスイッチ制御信号の例］
次に、１次巻き線側のスイッチ制御信号および入力電圧について説明する。

図４は、実施の形態１における電極対間に発生する電圧の波形例および１次巻き線側のスイッチ制御信号ｃｏｎｔを示す図である。

同図上段は、図３と同じである。同図下段はスイッチ２１のオンおよびオフを制御するスイッチ制御信号ｃｏｎｔを示している。スイッチ制御信号ｃｏｎｔがＨレベル（つまりハイレベル）のときスイッチ２１はオン状態であり、スイッチ制御信号ｃｏｎｔがＬレベル（つまりローレベル）のときスイッチ２１はオフ状態である。このようなスイッチ制御信号ｃｏｎｔに従ってスイッチ２１がオンおよびオフすることにより、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂと他端ｃの間には、図４下段とほぼ同じ波形で、５０Ｖの振幅をもつ矩形波から構成される交流信号が入力される。

スイッチ制御信号ｃｏｎｔは、制御回路１１９によって生成され、制御回路１１９からスイッチ２１に供給される。スイッチ制御信号ｃｏｎｔの周波数は、例えば約２０ｋＨｚから１００ｋＨｚの範囲で入力される。これにより、２次側の電極対間には、昇圧比の通りに昇圧された第２電圧と、ＬＣ共振により発生する第１電圧とが重畳されて印加される。これを満たす限り図２の１次巻き線側の回路は、他の回路構成であってもよい。

［１．５漏れインダクタンスと、電極対間に印加される最大電圧の例］
次にインダクタ２０Ｌの大きさと第１電圧との示す実験結果（シミュレーション結果）を説明する。

図５は、実施の形態１における漏れインダクタンスと、電極対間に印加される最大電圧とを示す図である。同図では、インダクタ２０Ｌが漏れインダクタンスであるものとする。昇圧トランス２０は、上記の例と同じく１：１：４０の巻き線比を有し、スイッチ制御信号ｃｏｎｔの周波数は２５ｋＨｚとしている。同図の最大値は第１電圧の最大値である。

同図において漏れインダクタンス８．５ｍＨでは最大値が５．０２ｋＶになっている。同様に、２８・９ｍＨでは最大値が４．６３ｋＶ、３５．４ｍＨでは最大値が４．４９ｋＶ、４２．１ｍＨでは最大値が４．３６ｋＶ、５５．３ｍＨでは最大値が３．９９ｋＶになっている。何れの測定点でも、第１電圧の最大値は、昇圧比で定まる電圧（第２電圧）の約２倍以上になっている。図５では、漏れインダクタンスが小さい程、電極対間に印加される電圧の周波数と共振周波数との誤差が小さいと考えられる。

以上説明してきたように、本実施の形態におけるプラズマ生成装置１００によれば、昇圧トランス２０の出力側（つまり２次巻き線側）のインダクタ２０Ｌと電極対間の容量性負荷とのＬＣ共振によって昇圧トランスの昇圧比で定まる第２電圧よりも大きな第１電圧が電極対間に生成される。第１電圧は、電極対間に放電を新たに生起できる電圧値を持ち、第２電圧は、放電を持続させる電圧値を持つ。

したがって、放電を生起するために、昇圧比そのものを大きくする必要が無いため、小型化や消費電力抑制を実現できる。

（実施の形態２）
実施の形態１では、電源１０４において、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂを挟んだ片側（つまり中間タップｂと他端ｃとの間）だけにパルスを印加する構成例を説明した。これに対して本実施の形態では、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂを挟んだ両側（つまり中間タップｂと他端ｃとの間と、中間タップｂと１端ａとの間）のそれぞれにパルスを印加する構成例を説明する。

図６は、実施の形態２における電源１０４の構成例および容量性負荷２４を示す回路図である。

同図の電源１０４は、図２と比べて、スイッチ２１ａとインバータ２１ｉとが追加されている点が異なっている。本実施の形態に係る電源１０４の他の構成は実施の形態１に係る電源１０４の構成と同じである。以下異なる点を中心に説明する。

スイッチ２１ａは、スイッチトランジスタであり、１次巻き線の中間タップｂと１端ａとの間に直流電圧ＤＣを印加するかしないかを切り替える。スイッチ２１ａのオンおよびオフは、スイッチ制御信号ｃｏｎｔを反転した信号によって制御される。

インバータ２１ｉは、スイッチ制御信号ｃｏｎｔを反転し、反転したスイッチ制御信号ｃｏｎｔをスイッチ２１ａに供給する。これにより、スイッチ２１ａとスイッチ２１とは排他的にオンになる。

この構成により、図６の電源１０４は、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂを挟んだ両側（つまり中間タップｂと他端ｃとの間と、中間タップｂと１端ａとの間）に交互に排他的にパルスを印加する。

図７は、図６の電極対間に発生する電圧の波形例を示す図である。図７は、図３と比べて、第１電圧と第２電圧を有する区間（図４ではスイッチ制御信号がＨの区間に対応する電圧波形）を反転した電圧波形が、マイナス側にも現れている。マイナス側の電圧波形も、マイナスの第１電圧とマイナスの第２電圧を有する。

実施の形態１では電極対間での放電は、スイッチ制御信号ｃｏｎｔのハイレベル区間だけでなされる。これに対して、実施の形態２では電極対間での放電は、スイッチ制御信号ｃｏｎｔのハイレベル区間においてもローレベル区間においてもなされる。

このように、実施の形態２では、電極対間の放電回数が倍増し、電極対間の放電極性が毎回反転する。放電回数が倍増することにより、放電の高速化できる。電極対間の放電極性が毎回反転することにより、より多くの種類の活性種が発生すると考えられる。

以上のように、本実施の形態におけるプラズマ生成装置１００によれば、実施の形態１と比べて、放電回数を倍増し、電極対間での放電極性を毎回反転することができる。

（実施の形態３）
実施の形態２では、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂを挟んだ両側（つまり中間タップｂと他端ｃとの間と、中間タップｂと１端ａとの間）のそれぞれにパルスを印加し、毎回放電極性が反転する構成例を説明した。実施の形態３では、昇圧トランス２０の１次巻き線の中間タップｂを挟んだ両側のそれぞれにパルスを印加し、放電極性が反転しない構成例について説明する。

図８は、実施の形態３における電源１０４の構成例および容量性負荷を示す回路図である。同図の電源１０４は、図６と比べて、整流回路２５が追加されている点が異なる。本実施の形態に係る電源１０４の他の構成は実施の形態２に係る電源１０４の構成と同じである。以下異なる点を中心に説明する。

整流回路２５は、整流ダイオード２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄを備え、電極対間に印加される電圧を整流する。整流ダイオード２５ａ、２５ｂ、２５ｃ及び２５ｄは、昇圧トランス２０の２次巻き線にブリッジ接続され、２次巻き線から出力される交流電圧を整流し、整流した電圧を電極対間に印加する。

図９は、図８の電極対間に発生する電圧の波形例を示す図である。図９の波形は、図７に示した波形のマイナス側をプラス側に反転した波形になっている。従って、電極対間の放電極性は、常に同じで反転しない。

このように、実施の形態３のプラズマ生成装置１００では、実施の形態１と比べ、放電回数を倍増し、かつ、放電極性を反転させない。放電極性を反転させないので、プラズマにより発生する活性種の種類を絞り込むことができる。

また、電源１０４が整流回路２５を備えることで、設置経路を変更すること（例えば、昇圧トランスと電極対との接続を入れ替えること）で順電圧または逆電圧に放電を起こす切り替えが可能となり、消費電力抑制を実現できる。

また、順電圧および逆電圧の両方でプラズマを発生する場合と、順方向または逆方向の一方のみでプラズマを発生させる場合とで、プラズマにより生じる活性種の種類を異なることから、発生させる活性種の種類を制限することが可能である。

以上、本開示に係るプラズマ生成装置１００について、実施の形態に基づいて説明したが、本開示は、実施の形態に限定されるものではない。本開示の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、実施の形態および変形例における一部の構成要素を任意に組み合わせて構築される別の形態も、本開示の範囲内に含まれる。本開示に係るプラズマ生成装置１００によれば、昇圧トランスの昇圧比そのものを大きくする必要が無いため小型化、コスト低減、消費電力抑制からなる群から選択される少なくとも一つを実現できる。

本開示は、水からプラズマ液を生成するプラズマ生成装置に利用可能である。

１００プラズマ生成装置
１０１第１の金属電極
１０２第２の金属電極
１０３絶縁体
１０４電源
１０５供給ポンプ
１０６反応槽
１０７処理槽
１０８循環ポンプ
１０９配管
１１０被処理液
１１５プラズマ
１１６気泡
１１９制御回路
２０昇圧トランス
２０Ｌインダクタ
２１、２１ａスイッチ
２１ｉインバータ
２２、２３ダイオード
２４容量性負荷
２５整流回路
２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、２５ｄ整流ダイオード
ａ１端
ｂ中間タップ
ｃ他端
ｃｏｎｔスイッチ制御信号
ＤＣ直流電圧

Claims

電圧が電極対間に印加されることにより液体内の気相空間における９６３ｈＰａ以上１０６３ｈＰａ以下の気圧中で放電させてプラズマを発生させ、且つ前記放電を持続させる電極対と、
０．９以上０．９８８以下の結合係数を有し前記電極対間に印加する前記電圧を生成する昇圧トランスを含む電源と、を備え、
前記電源が前記電極対に印加する電圧は、前記電極対間に放電を生起する電圧値を有する第１電圧と、前記第１電圧の電圧値よりも低く、かつ生起した前記放電を持続させる電圧値を有する第２電圧と、を各周期に有する周期的な電圧波形を有する、
プラズマ生成装置。
前記電源は、さらに、前記電極対間に印加される前記電圧を整流する整流回路を備える、請求項１に記載のプラズマ生成装置。
前記電極対は液体内に配置され、前記液体内の気相空間に前記プラズマを発生させる、請求項１または２に記載のプラズマ生成装置。
前記電極対間の放電極性は、常に同じで反転しない、請求項１に記載のプラズマ生成装置。