ES2769350T3 - Dispositivo de generación de plasma para suprimir descargas localizadas - Google Patents

Dispositivo de generación de plasma para suprimir descargas localizadas Download PDF

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Abstract

Un dispositivo de generación de plasma que se dispone con una pluralidad de electrodos (1, 2) que se orientan uno frente al otro, que comprende: una unidad de control de la posición de descarga (3), la cual se dispone entre cada uno de la pluralidad de electrodos (1, 2), y se forma mediante un contenedor (31) formado de un material dieléctrico que se llena con un material de característica inversa (32) compuesto de un fluido que tiene una polarizabilidad y una constante dieléctrica que disminuye con un incremento en la temperatura; en donde el material de característica inversa (32) se separa de cada uno de la pluralidad de electrodos (1, 2).

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo de generación de plasma para suprimir descargas localizadas
Campo técnico
La presente invención se refiere a un dispositivo de generación de plasma para generar plasma de descarga, particularmente a un dispositivo de generación de plasma para generar un gran volumen de plasma atmosférico estable.
Técnica antecedente
El plasma atmosférico es un plasma que se genera con una descarga eléctrica bajo una presión atmosférica. El plasma atmosférico se utiliza en una variedad de tecnologías, tales como la desinfección, la eliminación de bacterias, la antisepsia, la descomposición de gases y la modificación del plasma en la superficie del material, y se usa ampliamente para la generación de ozono para usarse para diversas esterilizaciones, tecnologías de purificación de agua que usan ozono, tecnologías de esterilización que usan plasma de oxígeno en un campo médico, y más. Como dispositivos de generación de plasma para generar plasma atmosférico, se utilizan principalmente un electrodo conductor tal como el metal, y un electrodo dieléctrico en la superficie del cual se lamina con un material dieléctrico. En una variedad de necesidades que incluyen los usos descritos anteriormente se exige una tecnología de generación de plasma atmosférico de alta calidad para generar plasma de manera estable sin localizarse en un área determinada. En cuanto a un dispositivo de generación de plasma convencional, existe una técnica en la cual se proporciona un miembro dieléctrico sólido en al menos una superficie orientada de un par de electrodos que se orientan uno frente al otro para adsorber y fijar un objetivo a tratar, de esta manera se lleva a cabo un tratamiento con plasma uniforme en el objetivo a tratar (se refiere, por ejemplo, el Documento de Patente 1). Y, hay una técnica en la cual se proporciona un hueco que sirve como un espacio para inyectar un material dieléctrico en el mismo en el centro de un electrodo superior para un dispositivo de grabado, y se suministra el material dieléctrico dentro del hueco en dependencia de una distribución en el plano de la intensidad del campo eléctrico del plasma que va a generarse, de esta manera se uniformiza la distribución en el plano de la intensidad del campo eléctrico (se refiere, por ejemplo, el Documento de Patente 2). También, como para un dispositivo de generación de plasma convencional, existe una técnica en la cual un primer electrodo al cual se aplica una tensión de descarga desde una unidad de suministro de energía eléctrica, se proporcionan un material dieléctrico el cual se separa del primer electrodo con un espacio intermedio predeterminado y rodea el primer electrodo, un material dieléctrico líquido para llenarse en el espacio intermedio entre el primer electrodo y el material dieléctrico, y un segundo electrodo dispuesto para separarse del material dieléctrico con un espacio intermedio predeterminado, de esta manera se suprime el exceso de plasma que se genera en áreas tales como espacios entre los electrodos y las regiones límite alrededor de los electrodos (se refiere, por ejemplo, el Documento de Patente 3). Además, hay una técnica en la cual un gas objetivo a tratar y un gas portador se pasan a través del interior de un tubo interno de un material dieléctrico tubular doble, un líquido conductor que se pasa a través entre el tubo interno y un tubo externo se presenta como un electrodo externo, se disponen las partes de la cuchilla, y se presenta una bobina continua conductora que se coloca en un área de circunferencia externa longitudinal de las partes de la cuchilla como un electrodo interno, de esta manera se lleva a cabo el tratamiento del gas objetivo a tratar que pasa a través del interior del tubo interno (se refiere, por ejemplo, el Documento de Patente 4).
Como se describió anteriormente, se han propuesto como dispositivos convencionales de generación de plasma un dispositivo para generar plasma uniforme en un objetivo a tratar, un dispositivo para suprimir la generación de plasma en exceso debido a una configuración en la cual un electrodo se sumerge en un líquido, un dispositivo para generar plasma para llevar a cabo de manera eficiente el tratamiento de un gas objetivo a tratar.
El documento de patente 5 se refiere a evitar el deterioro de la efectividad de la descarga eléctrica debido a un incremento en una pérdida dieléctrica o la disminución de una constante dieléctrica, cuando se cambia la intensidad de un campo eléctrico aplicado en un dispositivo de descarga eléctrica para la descarga eléctrica de barrera. Un dispositivo de descarga eléctrica de acuerdo con este documento comprende un electrodo positivo y un electrodo negativo de los cuales al menos uno se cubre mediante un elemento dieléctrico, una fuente de energía eléctrica que aplica un campo eléctrico de corriente alterna entre esos electrodos y un medio de control del elemento dieléctrico que controla la constante dieléctrica y la pérdida dieléctrica del elemento dieléctrico de acuerdo con el campo eléctrico de corriente alterna aplicado.
El documento de patente 6 describe un aparato para producir agua ozonizada en un sistema de descarga de barrera dieléctrica.
Documento de la técnica relacionada
Documentos de patente
El documento de patente 1:
La publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2005-332784
El documento de patente 2:
La publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2009-212129
El documento de patente 3:
La publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2007-59385
El documento de patente 4:
La publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2010-51941
El documento de patente 5:
La publicación de solicitud de patente japonesa no examinada núm. 2009-121422
El documento de patente 6:
La publicación de solicitud de patente internacional WO 03/022736 A1
Resumen de la invención
Problemas a resolver mediante la invención
Los dispositivos de generación de plasma atmosférico convencionales (que se usan en baja temperatura) requieren una tensión mayor que el del plasma de baja presión que se genera bajo una condición de baja presión debido a una característica del plasma atmosférico de que el plasma se genera bajo una presión atmosférica. En una descarga mediante el uso de una alta tensión, la descarga tiene una tendencia a cambiar fácilmente desde una descarga luminosa, en la cual la descarga no se localiza y el plasma puede usarse a baja temperatura aproximadamente a temperatura ambiente, a una descarga de arco, en la cual la descarga se localiza para provocar luz intensa y un calor de aproximadamente unos pocos miles de grados. En consecuencia, existen problemas que, una vez que ocurre la descarga de arco, el volumen de plasma a generar disminuye por la localización del plasma; y se reducen una región de generación y una región de reacción de plasma, los radicales y similares. Entonces, por consiguiente, la efectividad del tratamiento con plasma se reduciría; y un objetivo a tratar mediante el uso del plasma (por ejemplo, un objetivo a esterilizar cuando el propósito es un tratamiento de esterilización) se dañaría por la alta temperatura.
La presente invención se ha hecho para resolver los problemas anteriores y un objetivo de la presente invención es proporcionar un dispositivo de generación de plasma capaz de generar plasma de descarga atmosférica de manera estable suprimiendo una descarga de arco que es una descarga que se localiza espacialmente, con una efectividad de generación mayor que la de un método convencional.
Medios para resolver problemas
La presente invención define un dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la reivindicación 1. Dicho dispositivo de generación de plasma se dispone con una pluralidad de electrodos que se orientan uno frente al otro, y comprende una unidad de control de la posición de descarga, la cual se dispone entre cada uno de la pluralidad de electrodos, y se forma mediante un contenedor formado de un material dieléctrico lleno con un material de característica inversa compuesto de un fluido que tiene una polarizabilidad y una constante dieléctrica que disminuye con un incremento en la temperatura; en donde el material de característica inversa se separa de cada uno de la pluralidad de electrodos. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma de la invención, se proporciona la unidad de control de la posición de descarga formada del material de característica inversa en el cual la constante dieléctrica disminuye con el incremento en la temperatura, y el material de característica inversa se separa de cada uno de la pluralidad de electrodos. Por lo tanto, la constante dieléctrica en una región en la vecindad de un electrodo donde se ha generado plasma disminuye debido al incremento en la temperatura, y se suprime la descarga en la región; mientras que el plasma se induce dentro de una región adyacente (una región donde aún no se ha generado plasma) que tiene una constante dieléctrica mayor que la de la región actual. En consecuencia, la posición de descarga se movería de manera secuencial a otras regiones, lo que permite de esta manera que se genere plasma no localizado espacialmente, en el cual se suprime una descarga de arco.
En la presente invención, la unidad de control de la posición de descarga se forma conteniendo un material de característica inversa compuesto de un fluido que tiene polarizabilidad, en un contenedor formado de un material dieléctrico. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma que se describe en esta invención, la unidad de control de la posición de descarga se forma conteniendo el material de característica inversa que tiene una polarizabilidad, en el contenedor formado de material dieléctrico. Por lo tanto, el contenedor puede formarse dentro de una forma complicada. Además, el fluido que tiene polarizabilidad tiene una constante dieléctrica alta particularmente en comparación con otras sustancias, y la tasa de incremento en la temperatura que acompaña a la aplicación de un campo eléctrico de AC es alta. En consecuencia, la constante dieléctrica disminuiría rápidamente con el incremento en la temperatura en una región donde se ha generado el plasma, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado espacialmente, en el cual se suprime una descarga de arco. En cuanto a la polarizabilidad, un momento dipolar eléctrico [unidad: debye (D), D = 3,33564 x 10'3° C m] que posee el material de característica inversa puede usarse como indicador. Cuando el momento dipolar eléctrico es mayor que 0 D, se indica que posee polarizabilidad.
En una modalidad preferida de la presente invención, la conductividad térmica del fluido no puede ser más de 4 W/(mK). Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma de la presente invención, la conductividad térmica del fluido es relativamente baja, no más de4W /(m K). Por lo tanto, el incremento en la temperatura en una región del fluido donde se ha generado plasma se vuelve más localizado, y surge una distribución de temperatura que tiene una diferencia de temperatura notable. En consecuencia, la posición de descarga se movería más probablemente a otras regiones, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado espacialmente, en el cual se suprime además una descarga de arco.
En una modalidad preferida de la presente invención, la unidad de control de la posición de descarga puede incluir un área dividida que se dispone para dividir pluralmente el material de característica inversa que se orienta a uno de la pluralidad de electrodos. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma que se describe en esta solicitud, puede proporcionarse el área dividida que se dispone a lo largo de la dirección que se orienta a uno de la pluralidad de electrodos. Por lo tanto, en el material de característica inversa, se produce un incremento en la temperatura debido a que la generación de plasma ocurre división por división, en el área dividida, y el incremento en la temperatura se vuelve más localizado, y entonces surge la distribución de temperatura que tiene la diferencia de temperatura notable. En consecuencia, la posición de descarga se movería más probablemente a una región dividida adyacente, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado espacialmente, en el cual se suprime además una descarga de arco. Y, debido a la presencia del área dividida, cuando el material de característica inversa es un fluido, como en la presente invención, se suprimiría la convección la cual disminuye la diferencia de temperatura en el fluido; por otra parte, cuando el material de característica inversa es un sólido, un ejemplo que no cae dentro del alcance de la presente invención, la distribución de temperatura se facilitaría en el sólido mediante el aislamiento de temperatura en el sólido. Por lo tanto, en ambos casos, la distribución de temperatura en el material de característica inversa puede generarse de manera confiable mediante la generación de plasma, y puede ampliarse una variedad de materiales de característica inversa disponibles. Por ejemplo, cuando cada uno de la pluralidad de electrodos tiene una forma plana, el área dividida se establece en la dirección perpendicular a la superficie del electrodo de cada uno de la pluralidad de electrodos, y se dispone en una dirección horizontal a lo largo de la superficie del electrodo, lo que permite de esta manera que el material de característica inversa se divida pluralmente.
En una modalidad preferida de la presente invención, un electrodo de la pluralidad de electrodos puede formarse de un conductor de forma lineal; la unidad de control de la posición de descarga formada en una forma cilíndrica puede disponerse a lo largo de una circunferencia externa en una dirección axial de dicho electrodo a través de un área de generación de plasma formada de un espacio; otro electrodo de la pluralidad de electrodos puede disponerse alrededor de la circunferencia externa de la unidad de control de la posición de descarga; y puede suministrarse un gas generador de plasma dentro del área generadora de plasma para generar plasma. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma que se describe en esta solicitud, la unidad de control de la posición de descarga puede formarse en una forma cilíndrica. Por lo tanto, se generaría el plasma radial no solo en una dirección axial sino también en un plano perpendicular a la dirección axial de la forma cilíndrica, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado tridimensionalmente.
En una modalidad preferida de la presente invención, la pluralidad de electrodos puede disponerse a lo largo de una periferia externa de la unidad de control de la posición de descarga a intervalos iguales; y la unidad de control de la posición de descarga puede incluir un espacio de tratamiento, en el interior del cual se almacena un objetivo de tratamiento con plasma. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma que se divulga en esta solicitud, la pluralidad de electrodos puede disponerse a lo largo de la periferia externa de la unidad de control de la posición de descarga a intervalos iguales; y la unidad de control de la posición de descarga puede incluir el espacio de tratamiento, en el interior del cual se almacena el objetivo de tratamiento con plasma. Por lo tanto, el plasma se generaría para rodear tridimensionalmente el espacio de tratamiento que se forma rodeándose mediante la pluralidad de electrodos. En consecuencia, el tratamiento con plasma puede llevarse a cabo con efectividad en el objetivo de tratamiento con plasma mediante el plasma no desviado tridimensionalmente que se genera en el espacio de tratamiento.
En una modalidad preferida de la presente invención, la pluralidad de electrodos puede conectarse respectivamente con suministros de energía eléctrica; y los suministros de energía eléctrica pueden controlarse de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difiera respectivamente por un intervalo igual para que sea un total de 360° de diferencia de fase. Como se describió anteriormente, de acuerdo con el dispositivo de generación de plasma que se describe en esta solicitud, la pluralidad de electrodos puede conectarse respectivamente con los suministros de energía eléctrica; y los suministros de energía eléctrica pueden controlarse de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difiera respectivamente por un intervalo igual para que sea un total de 360° de diferencia de fase. Por lo tanto, la descarga se generaría constante y cíclicamente entre los electrodos respectivos. En consecuencia, la descarga rodearía uniformemente el espacio de tratamiento también con el tiempo, y se generaría el plasma tridimensionalmente también en una dirección que atraviese a través de la dirección que se orienta a través del espacio de tratamiento, lo que permite de esta manera que el tratamiento con plasma se lleve a cabo de manera eficiente en un objetivo de tratamiento con plasma.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra diagramas de configuración de un dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Primera Modalidad de la presente invención.
La Figura 2 muestra gráficos de propiedades de temperatura de constante dieléctrica y conductividad térmica de un material de característica inversa en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Primera Modalidad de la presente invención, y diagramas de configuración del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Primera Modalidad de la presente invención.
La Figura 3 muestra un diagrama de configuración del dispositivo de generación de plasma, y un diagrama explicativo que ilustra la generación de plasma de acuerdo con una Segunda Modalidad de la presente invención.
La Figura 4 muestra diagramas explicativos que ilustran configuraciones del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Tercera Modalidad de la presente invención.
La Figura 5 muestra diagramas explicativos que ilustran configuraciones del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Cuarta y Otras Modalidades de la presente invención.
La Figura 6 muestra diagramas explicativos que ilustran gráficos de tiempo de los suministros de energía eléctrica de AC del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con Otras Modalidades de la presente invención.
La Figura 7 muestra resultados experimentales de dependencia temporal de la temperatura del agua (la superficie más externa del vidrio) y el espectro de emisión, y la distribución del espectro de emisión después de un lapso de 30 minutos desde el inicio de una descarga; donde la descarga se llevó a cabo bajo una atmósfera de argón en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención.
La Figura 8 muestra un resultado experimental de dependencia temporal del pico (longitud de onda: 763,511 nm) de emisión desde una unidad de descarga en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención. La Figura 9 muestra un resultado experimental cuando se aplicó una descarga en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención a un gran volumen de contenedor dieléctrico que tiene una forma complicada.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
(Primera modalidad)
De aquí en lo adelante, se describirá un dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Primera Modalidad en base a la Figura 1 y la Figura 2.
La Figura 1 muestra diagramas de configuración del dispositivo de generación de plasma, y diagramas explicativos que ilustran la generación de plasma de acuerdo con la Primera Modalidad de la presente invención; y la Figura 2 muestra gráficos de propiedades de temperatura de constante dieléctrica y conductividad térmica de un material de característica inversa en el dispositivo de generación de plasma de la Figura 1, y diagramas de configuración del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Primera Modalidad de la presente invención.
En la Figura 1 (a), el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad tiene una configuración que incluye: un contraelectrodo 1; un electrodo de contacto 2 que se dispone orientado al contraelectrodo 1; un contenedor dieléctrico 31 formado de un material dieléctrico interpuesto entre la pluralidad de electrodos que sirven como el contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2; una unidad de control de la posición de descarga 3 que se dispone en el contenedor dieléctrico 31, y formado de un material de característica inversa 32 en el cual la constante dieléctrica disminuye con un incremento en la temperatura; y un suministro de energía eléctrica de AC 4 que se configura para aplicar corriente alterna o tensión de pulso entre los electrodos del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2.
Puede usarse un electrodo tal como un electrodo de metal o un electrodo de metal revestido con película aislante para el contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2. Y, puede usarse un metal como platino, aurum, o paladio para el electrodo de metal, y el platino es deseable para facilitar su manejo. El contenedor dieléctrico 31 no se limita particularmente siempre que sea un sólido que tenga una propiedad de un material dieléctrico, y, por ejemplo, puede usarse vidrio de borosilicato o vidrio de silicato de titanio.
La unidad de control de la posición de descarga 3 se forma de un material de característica inversa 32. El material de característica inversa 32 es una sustancia que tiene una característica inversa (una propiedad de que la constante dieléctrica disminuye con un incremento en la temperatura). Debido a la configuración de acuerdo con la Modalidad de que el material de característica inversa 32 se separa de cada uno del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2 (cada uno de la pluralidad de electrodos), el material de característica inversa 32 no se afectaría por el incremento en la temperatura que ocurre en los electrodos respectivos en el tiempo de la descarga. En consecuencia, en el material de característica inversa 32, solo una región donde ha ocurrido la descarga se vuelve una región de alta temperatura. Es decir, dado que la región de alta temperatura se localizaría en una distribución de temperatura que surge en el material de característica inversa 32 en el tiempo de la descarga, la constante dieléctrica en la región donde ha ocurrido la descarga en el material de característica inversa 32 disminuye debido a la característica inversa descrita anteriormente, y entonces cualquier descarga adicional es poco probable que ocurra en la región donde ha ocurrido la descarga, en comparación con otras regiones. Como resultado, la posición de descarga se movería de manera secuencial rápidamente a otras regiones a medida que pasa el tiempo, y se generaría plasma no localizado espacialmente, lo que permitiría de esta manera la supresión confiable de la descarga de arco.
Puede disponerse la unidad de control de la posición de descarga 3 formada conteniendo el material de característica inversa 32 en el contenedor dieléctrico 31, como se muestra en la Figura 1 (a), entre el contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2. Entonces, la unidad de control de la posición de descarga 3 puede configurarse para no contactar ni el contraelectrodo 1 ni el electrodo de contacto 2. Y, como se muestra en la Figura 1 (b), la unidad de control de la posición de descarga 3 puede también disponerse para contactar el electrodo de contacto 2, o puede también disponerse para contactar el contraelectrodo 1.
Y, en cuanto al contenedor dieléctrico 31, el cual constituye la unidad de control de la posición de descarga 3, como se muestra en las Figuras 1 (c) y (d), una pluralidad de contenedores dieléctricos 31 pueden disponerse en la dirección orientada de los electrodos respectivos, y también, como se muestra en las Figuras 1 (e) y (f), una pluralidad de contenedores dieléctricos 31 pueden disponerse en una dirección perpendicular a la dirección orientada de los electrodos respectivos. Como se describió anteriormente, en la unidad de control de la posición de descarga 3, el número y la relación posicional de los contenedores dieléctricos 31 no se limita particularmente. También, cuando se disponen una pluralidad de contenedores dieléctricos 31, los materiales de característica inversa 32 a contener en los contenedores dieléctricos 31 pueden ser del mismo tipo, o pueden también ser de diferentes tipos.
En este aspecto, en cuanto a la unidad de control de la posición de descarga 3, casi toda la región de una región de descarga que surge entre los electrodos respectivos del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2, preferiblemente se protege. Debido a tal configuración, la unidad de control de la posición de descarga 3 cubriría firmemente la región de descarga, y por lo tanto la distribución de temperatura del material de característica inversa 32, el cual constituye la unidad de control de la posición de descarga 3, se formaría en toda la región de descarga de manera exhaustiva. En consecuencia, se genera el plasma no localizado como una consecuencia, lo que permite de esta manera la supresión confiable de la descarga de arco.
De manera similar al caso anterior, como se muestra en la Figura 1 (h), casi toda la región de la región de descarga (la región rodeada por la línea discontinua y las superficies orientadas de los electrodos respectivos en la figura) que surge entre los electrodos respectivos se protege preferiblemente también cuando las superficies orientadas de los electrodos respectivos del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2 son de un tamaño diferente entre sí (la Figura 1 (h) muestra una caso, como un ejemplo de tal tipo, donde el tamaño de la superficie orientada del contraelectrodo 1 es mayor que la del electrodo de contacto 2).
En cuanto al material de característica inversa 32, aunque en un ejemplo, que no cae dentro del alcance de la presente invención, puede usarse un sólido que tenga una característica inversa (una propiedad de que la constante dieléctrica disminuye con un incremento en la temperatura), es preferiblemente un líquido (que incluye una forma de sol y una forma de gel) que tiene una característica inversa alta (notable) (la propiedad de que la constante dieléctrica disminuye con el incremento en la temperatura). Como se muestra en la Figura 2 (a), ejemplos de tal líquido incluyen: agua, nitrobenceno, alcohol metílico (metanol), tolueno, y acetona, que tienen una propiedad de dependencia de la temperatura excelente en la constante dieléctrica del solvente. Su respectivo momento dipolar eléctrico (que sirven como indicador de polarizabilidad) [unidad: debye (D)] los valores son: agua (1,85 D), nitrobenceno (4,22 D), alcohol metílico (1,69 D), acetona (2,88 D), y tolueno (0,36 D). Es preferiblemente un material que tiene un momento dipolar eléctrico mayor que 0,36 D, tal como agua, nitrobenceno, alcohol metílico (metanol), o acetona; y particularmente preferiblemente agua que tiene el momento dipolar eléctrico máximo. Y, como se muestra en las Figuras 2 (b) y (c), es preferiblemente un líquido que tiene una conductividad térmica relativamente baja de no más de 4 W /(m K), y particularmente preferiblemente agua también para facilidad de manejo. En cuanto a la conductividad térmica, cuando la conductividad térmica es mayor que 4 W/(m K), el gradiente de temperatura en la distribución de temperatura no puede obtenerse lo suficiente, y entonces el movimiento de descarga es poco probable que ocurra.
De aquí en lo adelante, se describirá la generación de plasma específica de acuerdo con la Modalidad en base a las configuraciones descritas anteriormente.
En la Modalidad que se muestra en la Figura 2 (d), el agua que sirve como ejemplo del material de característica inversa 32, y el contenedor dieléctrico 31 que se configura para contener el agua se disponen entre los electrodos del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2, como la unidad de control de la posición de descarga 3. Un gas de descarga tal como aire, argón, helio, nitrógeno, y oxígeno, se deja fluir entre los electrodos, y se aplica una tensión de AC desde un suministro de energía eléctrica de AC 4 entre los electrodos. Mediante la aplicación de tensión, se genera el plasma P con la descarga entre los electrodos. Y particularmente, cuando se usan aire y oxígeno para el gas de descarga, se generan ozono y un radical de oxígeno.
Dado que el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad se proporciona con la unidad de control de la posición de descarga 3 formada del material de característica inversa 32, en el cual la constante dieléctrica disminuye con el incremento en la temperatura, una distribución de temperatura T1 se forma en el interior de la unidad de control de la posición de descarga 3, como se muestra en la Figura 2 (e), en el tiempo cuando una descarga ocurre desde el contraelectrodo 1 o el electrodo de contacto 2. Aunque el mecanismo de formación de tal distribución de temperatura T1 aún no se ha dilucidado en detalle, puede inferirse en base a las funciones que se describen a continuación. Primero, aplicando tensión de AC entre el contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2, las moléculas en el material de característica inversa 32 que reciben la tensión de AC vibran de acuerdo con una polarizabilidad inherente de las moléculas individuales. Como resultado de la vibración de las moléculas, el calor se provocaría localmente en el material de característica inversa 32, y entonces surge una distribución de temperatura T1, en la cual una región más fuertemente afectada por un campo eléctrico de AC se vuelve la máxima temperatura. Con el fin de obtener una distribución de temperatura T1 significativa, el material de característica inversa 32 tiene preferiblemente una polarizabilidad, más preferiblemente tiene una alta polarizabilidad. En otras palabras, el material de característica inversa 32 se compone preferiblemente de una molécula que tiene un momento dipolar eléctrico alto, y particularmente preferiblemente una molécula que tiene un momento dipolar eléctrico mayor que 0,36 D.
Cuando la distribución de temperatura T1 se forma en la región interior de la unidad de control de la posición de descarga 3, la constante dieléctrica disminuiría en la región interior de la unidad de control de la posición de descarga 3 próxima a una región localizada donde ha ocurrido una descarga, debido a la propiedad del material de característica inversa 32 que la constante dieléctrica disminuye con el incremento en la temperatura. Por consiguiente, se suprime la descarga en la región localizada donde ha ocurrido previamente una descarga, mientras que la descarga se facilita en las regiones adyacentes circundantes donde la constante dieléctrica es alta, y entonces la región de descarga se movería en las direcciones que se indican mediante las flechas A en la figura. Debido al movimiento de la región de descarga en las direcciones que se indican mediante las flechas A, una distribución de temperatura T2 que tiene un gradiente más plano que el de la distribución de temperatura T1 se forma en la unidad de control de la posición de descarga 3, y la región de descarga se extiende posteriormente para volverse una distribución de temperatura que tiene un gradiente más plano. Como se describió anteriormente, dado que la posición de descarga se mueve secuencialmente, tal descarga, que ocurre intensamente en un punto, se eliminaría, lo que suprime de esta manera el incremento en la temperatura provocado por la descarga intensiva. Por lo tanto, el incremento en la temperatura en el material de característica inversa también se suprimiría.
Mientras tanto, en una configuración de electrodo de un dispositivo de generación de plasma convencional, hay una configuración en la cual un electrodo se sumerge en un líquido (el Documento de Patente 3 descrito anteriormente). Sin embargo, en la configuración, una región de alta temperatura no se localiza en la distribución de temperatura que surge acompañando a la descarga, en el líquido, y la distribución debe extenderse sobre todo el líquido de manera homogénea y suave. Por lo tanto, el dispositivo anterior difiere del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad, no solo en la configuración del electrodo sino también en las funciones. Por una razón, dado que un electrodo es generalmente un conductor, tiene una propiedad conductora eléctricamente. Y en otro punto, también tiene una propiedad conductora térmicamente. Por lo tanto, el electrodo también tiene una característica de alta conductividad térmica, es decir, una propiedad como conductor térmico. En consecuencia, en el dispositivo de generación de plasma convencional, la distribución de temperatura surge en el líquido en el tiempo de la descarga debido a una energía térmica provocada por la descarga, y el movimiento de la energía térmica también ocurre a través de un electrodo que tiene una alta conductividad térmica. En contraste con el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad en la cual se localiza la región de alta temperatura, la región de alta temperatura descrita anteriormente no se localiza en la distribución de temperatura que surge acompañando a la descarga, en el líquido, y la distribución debe extenderse sobre todo el líquido de manera homogénea y suave.
Como se describió anteriormente, surgiendo la distribución de temperatura y la disminución de la constante dieléctrica de acuerdo con la distribución de temperatura en el interior de la unidad de control de la posición de descarga 3, se suprime la descarga en la región donde se ha generado plasma con la descarga localizada, mientras que se facilita la descarga en regiones adyacentes (una región donde el plasma aún no se ha generado, o una región donde la densidad del plasma es baja) donde la constante dieléctrica es mayor que la de la región donde la descarga localizada ha ocurrido previamente. En consecuencia, la posición de descarga se movería de manera secuencial a otras regiones, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado espacialmente, en el cual se suprime una descarga de arco localizada. Además, puede disponerse un contenedor dieléctrico y una unidad de enfriamiento para enfriar los electrodos respectivos. Por ejemplo, enfriando el material de característica inversa 32 con la unidad de enfriamiento, se facilitaría la formación de una distribución de temperatura significativa, y la unidad de control de la posición de descarga 3 puede mover con precisión la posición de descarga. La operación de enfriamiento puede llevarse a cabo mientras se detiene la descarga, o puede también llevarse a cabo durante la descarga. Dado que el plasma que se obtiene de la manera descrita anteriormente es un plasma que tiene una alta estabilidad, que puede aplicarse en un amplio rango de campos que incluyen la esterilización e inactivación de bacterias y moho, y las toxinas que se producen por ellos, en la superficie de la comida, y también desinfección, destrucción bacteriana, antisepsia, descomposición de gases, modificación del plasma de la superficie del material, y más.
(Segunda modalidad)
De aquí en lo adelante, se describirá el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Segunda Modalidad en base a la Figura 3. La Figura 3 muestra un diagrama de configuración del dispositivo de generación de plasma, y un diagrama explicativo que ilustra la generación de plasma de acuerdo con la Segunda Modalidad de la presente invención.
En la Figura 3, el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad es un modo modificado del dispositivo de generación de plasma que se muestra en la Figura 1, y se define para tener una configuración en la que se proporcionan el contraelectrodo 1 y el suministro de energía eléctrica de AC 4 similares a los de la Primera Modalidad; y el electrodo de contacto 2, el contenedor dieléctrico 31, y la unidad de control de la posición de descarga 3 tienen una forma cilíndrica circular. Además, como se muestra en la Figura 3 (a), se proporciona una trayectoria de flujo de gas 5 que se configura para permitir que un gas de descarga fluya dentro de la vecindad del contraelectrodo 1.
El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad se define que, como se muestra en la Figura 3 (b), el electrodo de contacto 2, el contenedor dieléctrico 31, y la unidad de control de la posición de descarga 3 tienen una forma cilíndrica circular; y el contraelectrodo 1 se forma de un conductor de forma lineal; la unidad de control de la posición de descarga 3 formada en una forma cilíndrica se dispone a lo largo de la circunferencia externa en una dirección axial del contraelectrodo 1 a través de un área de generación de plasma formada de un espacio; el electrodo de contacto 2 se dispone alrededor de la circunferencia externa de la unidad de control de la posición de descarga 3; y el gas de descarga se suministra dentro del área de generación de plasma para generar plasma.
Para el electrodo de contacto 2 que se muestra en la Figura 3, puede usarse una forma tal como un punto, una línea recta 0 un plano. Sin embargo, cuando se usa la forma de un punto o una línea recta, se concentra un campo eléctrico en la región exterior del contenedor dieléctrico 31, y es probable que ocurra una descarga innecesaria. Por lo tanto, se usa preferiblemente una forma plana. El contenedor dieléctrico 31 puede tener parcialmente una conductividad. La unidad de control de la posición de descarga 3 se forma, como se muestra en la Figura 3 (b), en una forma cilíndrica que se dispone a lo largo de la circunferencia externa en una dirección axial del contraelectrodo 1 a través de un área de generación de plasma formada de un espacio. Y, la superficie del contraelectrodo 1 puede revestirse con un revestimiento de película aislante 6 formada de una película aislante, de acuerdo con el uso.
De aquí en lo adelante, se describirá la generación de plasma específica de acuerdo con la Modalidad en base a la configuración descrita anteriormente.
En la Modalidad, el agua, la cual es un ejemplo del material de característica inversa 32, y el contenedor dieléctrico 31 para contener el agua se disponen entre los electrodos del contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2, como la unidad de control de la posición de descarga 3. Un gas de descarga tal como aire, argón, helio, nitrógeno, y oxígeno, se deja fluir dentro de la vecindad del contraelectrodo 1 a través de una trayectoria de flujo de gas 5, y se aplica una tensión de AC desde el suministro de energía eléctrica de AC 4 entre los electrodos. Mediante la aplicación de tensión, se genera el plasma P con la descarga entre los electrodos. Y particularmente, cuando se usan aire y oxígeno para un gas de descarga, se generan ozono y un radical de oxígeno.
Como se describió anteriormente, en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad, dado que la unidad de control de la posición de descarga 3 se forma en una forma cilíndrica, se generaría el plasma radial no solo en una dirección axial sino también con respecto a un plano perpendicular a la dirección axial de la forma cilíndrica, lo que permite de esta manera que se genere de manera estable plasma no desviado tridimensionalmente.
(Tercera modalidad)
La Figura 4 muestra diagramas explicativos que ilustran configuraciones del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Tercera Modalidad de la presente invención. En el dispositivo de generación de plasma de la Modalidad anterior, puede proporcionarse la unidad de control de la posición de descarga con un área dividida 7 que se configura para dividir pluralmente el material de característica inversa 32 que se orienta hacia cualquiera de la pluralidad de electrodos. Como el área dividida 7, puede usarse una placa plana formada de una resina tal como un plástico. El área dividida 7 se forma, como se muestra en la Figura 4 (a), de manera que sus porciones finales respectivas se encuentren en contacto cercano con una superficie de la pared en el lado próximo a una región de descarga (un lado opuesto al electrodo de contacto 2) en la unidad de control de la posición de descarga 3, cuando se dispone el contenedor dieléctrico 31, como se muestra en la Figura presentada previamente 1 (b), para contactar con el electrodo de contacto 2, como se muestra en la Figura 4 (a), y un campo eléctrico (que se muestra mediante las flechas en la figura) emana desde electrodo de contacto 2. Como se muestra en la Figura 4 (a), formando el área dividida 7 para que se encuentre en contacto cercano con la superficie de la pared donde la intensidad del campo eléctrico que emana en la unidad de control de la posición de descarga 3 en el tiempo que una descarga localizada es la mayor, el área dividida 7 dividiría un punto de inicio de descarga con un contacto cercano con una superficie de inicio de descarga. En consecuencia, el incremento en la temperatura que ocurre acompañando la descarga en el material de característica inversa 32 puede generarse más localmente, lo que permite de esta manera obtener una distribución de temperatura que tiene un gradiente de temperatura más notable.
El área dividida 7 puede disponerse de manera que todo el material de característica inversa 32 se divide de manera que pueda dividirse en cada sección individual, o puede también disponerse, como se muestra en la Figura 4 (b), solo en la vecindad de la superficie de la pared en el lado próximo a la región de descarga (un lado opuesto al electrodo de contacto 2) en la unidad de control de la posición de descarga 3. Incluso cuando se dispone el área dividida 7 solo en la vecindad de la superficie de la pared en el lado próximo a la región de descarga (el lado opuesto al electrodo de contacto 2) en la unidad de control de la posición de descarga 3, como se muestra en la Figura 4 (c), la formación de una distribución de temperatura T3 que tiene un gradiente de temperatura similar a la Figura 2 (d) presentada previamente puede facilitarse debido al área dividida 7. También, incluso cuando se dispone el contenedor dieléctrico 31, como se muestra en la Figura 1 (b), entre el contraelectrodo 1 y el electrodo de contacto 2, como se muestra en la Figura 4 (d), formando la porción final del área dividida 7 para que se encuentre en contacto cercano con la superficie de la pared en el lado próximo a la región de descarga (un lado próximo al electrodo de contacto 2) en la unidad de control de la posición de descarga 3, el área dividida 7 puede facilitar la formación de la distribución de temperatura T3 de manera similar a la anterior.
En cuanto a la forma del área dividida 7, además de las formas anteriores, pueden aplicarse tales como una forma concéntrica, una forma de matriz, o una forma de lámina. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 4 (e), cuando el área dividida 7 se forma dentro de una forma concéntrica, debe formarse una distribución de temperatura de manera que la temperatura difiere con respecto a cada región rodeada por cada círculo concéntrico adyacente. Después de la primera descarga, la posición de descarga se movería de manera secuencial región por región. O, por ejemplo, como se muestra en la Figura 4 (f), cuando se forma el área dividida 7 dentro de una forma de matriz, la posición de descarga se movería de manera secuencial cuadrícula por cuadrícula, lo cual constituye la matriz. Incluso cuando no se proporciona un área dividida 7, se forma espontáneamente una distribución de temperatura secuencial en el material de característica inversa; por otra parte, cuando se proporciona el área dividida 7, se forma una distribución de temperatura con respecto a cada región que se divide mediante el área dividida 7. Como se describió anteriormente, proporcionando el área dividida 7, la distribución de temperatura puede formarse forzadamente. Por lo tanto, incluso cuando es difícil de obtener una distribución de temperatura suficiente solo mediante el material de característica inversa, puede obtenerse una distribución de temperatura significativa de manera confiable, lo que permite de esta manera que se amplíe una variedad de materiales de característica inversa disponibles.
Como se describió anteriormente, dado que proporcionando el área dividida 7, el incremento en la temperatura provocada por la generación de plasma ocurre división por división, en el material de característica inversa 32, el incremento en la temperatura se vuelve más localizado. Y entonces se genera una distribución de temperatura que tiene una diferencia de temperatura notable, la posición de descarga se movería más probablemente a una región dividida adyacente, lo que permite de esta manera que se genere plasma no desviado espacialmente, en el cual se suprime una descarga de arco. Y, debido a la presencia del área dividida 7, cuando el material de característica inversa 32 es un fluido (tal como un líquido que incluye una forma de sol y una forma de gel), se suprimiría la convección la cual disminuye la diferencia de temperatura en el fluido; por otra parte, cuando el material de característica inversa 32 es un sólido, el cual es un ejemplo que no cae dentro del alcance de la presente invención, se facilitaría la distribución de temperatura en el sólido mediante el aislamiento de temperatura en el sólido. Por lo tanto, en ambos casos, la distribución de temperatura en el material de característica inversa 32 puede generarse de manera confiable mediante la generación de plasma, y puede ampliarse una variedad de materiales de característica inversa 32 disponibles.
(Cuarta modalidad)
La Figura 5 (a) muestra un diagrama explicativo que ilustra una configuración del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con una Cuarta Modalidad de la presente invención. En la Figura 5 (a), el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad es un modo modificado del dispositivo de generación de plasma que se muestra en la Figura 3 (a), y tiene una configuración en la que se proporcionan el contraelectrodo 1 y el suministro de energía eléctrica de AC 4 similares a los de la Segunda Modalidad; y el electrodo de contacto 2, el contenedor dieléctrico 31, y la unidad de control de la posición de descarga 3 tienen una forma cilíndrica circular; se deja fluir (flecha delineada) un gas de descarga (gas generador de plasma) dentro de la vecindad del contraelectrodo 1; y se libera (flecha negra) el gas de descarga (gas generador de plasma) desde una porción de fondo de un espacio de tratamiento 110 en el cual debe almacenarse un objetivo de tratamiento con plasma 100. El objetivo de tratamiento con plasma 100 se coloca en el espacio de tratamiento 110 en el interior de la unidad de control de la posición de descarga 3, y se posiciona en la vecindad del lado interno del electrodo de contacto 2 el cual rodea la unidad de control de la posición de descarga 3. Debido a tal configuración, en el espacio de tratamiento 110 que almacena el objetivo de tratamiento con plasma 100, se llevaría a cabo con efectividad la esterilización mediante plasma completamente lleno dentro de la unidad de control de la posición de descarga 3. Además, el electrodo de contacto 2 puede dividirse en una pluralidad de piezas para disponerse a lo largo de la periferia externa de la unidad de control de la posición de descarga 3, en intervalos iguales. En este caso, la descarga se generaría secuencialmente con respecto a cada electrodo de los electrodos de contacto divididos 2 en la periferia externa del contraelectrodo 1, sobre la base del contraelectrodo 1. Por lo tanto, puede generarse una descarga cíclica en el espacio de tratamiento, en el interior del cual se almacena el objetivo de tratamiento con plasma, lo que permite de esta manera que se lleve a cabo de manera eficiente el tratamiento con plasma en el objetivo de tratamiento con plasma.
Otras modalidades
La presente invención no se limita a las Modalidades que se describen anteriormente. La Figura 5 (b) muestra un diagrama explicativo que ilustra una configuración del dispositivo de generación de plasma de acuerdo con Otras Modalidades. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la Modalidad tiene una configuración, como se muestra en la Figura 5 (b), que una pluralidad de electrodos 1-1, 1-2, 1-3, y 1-4 se disponen a lo largo de la periferia externa de la unidad de control de la posición de descarga 3 en intervalos iguales; y la unidad de control de la posición de descarga 3 se proporciona con el espacio de tratamiento 110, dentro del cual se almacena un objetivo de tratamiento con plasma 100. En la configuración, como se muestra en la Figura 5 (b), el gas de descarga (gas generador de plasma) se deja fluir (flecha delineada) a través de un espacio entre los electrodos, y se deja salir (flechas negras) a través de otros espacios entre otros electrodos. Además, en cuanto al flujo del gas de descarga (gas generador de plasma), en la Figura 5 (b), puede dejarse que el gas fluya a través de los electrodos respectivos, y puede dejarse salir hacia las direcciones superior e inferior con respecto al plano del papel. Para la pluralidad de electrodos, la corriente eléctrica en la cual se controla la diferencia de fase requerida para la descarga puede suministrarse desde un único suministro de energía eléctrica. En este caso, debido al control de la diferencia de fase, la descarga puede llevarse a cabo moviendo secuencialmente la región de descarga.
Además, como se muestra en la Figura 5 (b), la pluralidad de electrodos se conectan respectivamente con los suministros de energía eléctrica 4-1, 4-2, 4-3, y 4-4, y los suministros de energía eléctrica se controlan de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difieran por un intervalo igual para ser un total de 360° de diferencia de fase (por ejemplo, cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica respectivos difiere por 90° en el ejemplo de la figura). Cada uno de los suministros de energía eléctrica puede disponerse de manera que la diferencia de fase se produzca en sentido horario, o puede también disponerse de manera que la diferencia de fase se produzca en sentido antihorario.
La Figura 6 (a) muestra un gráfico de tiempo de los suministros de energía eléctrica de AC en el caso anterior. Cada tensión a aplicarse mediante los suministros de energía eléctrica 4-1, 4-2, 4-3, y 4-4 se denota respectivamente mediante Vi, V2, V3, y V4 [V] en la Figura 6(a). Debido a la configuración que se describe anteriormente, como se muestra en la Figura 6 (a), cada intervalo X que indica la ocurrencia de descarga se genera constante y cíclicamente entre los electrodos que se orientan a través del espacio de tratamiento 110a medida que pasa el tiempo. Como se describió anteriormente, dado que la pluralidad de electrodos se conecta respectivamente con los suministros de energía eléctrica, y los suministros de energía eléctrica 4-1, 4-2, 4-3, y 4-4 se controlan de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difiera por un intervalo igual para que sea un total de 360° de diferencia de fase, la descarga se generaría constante y cíclicamente entre los electrodos respectivos. En consecuencia, la descarga rodearía uniformemente el espacio de tratamiento 110 también en el tiempo, y el plasma se generaría tridimensionalmente también en una dirección que penetre a través de la dirección que se orienta a través del espacio de tratamiento 110 en el cual se suprimiría la descarga de arco que se describe anteriormente, lo que permite de esta manera que se lleve a cabo de manera eficiente el tratamiento con plasma en el objetivo de tratamiento con plasma 100.
En este aspecto, el número de la pluralidad de electrodos se establece en cuatro en la modalidad anterior. Sin embargo, no se limita a tal número par de piezas, y puede también ser un número impar de piezas. Por ejemplo, como se muestra en la Figura 5 (b), la pluralidad de electrodos es un número impar de piezas, tres aquí, y se conectan respectivamente con los suministros de energía eléctrica 4-1, 4-2, y 4-3, y los suministros de energía eléctrica pueden controlarse de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difiera por un intervalo igual para ser un total de 360° de diferencia de fase (por ejemplo, cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica respectivos difiere por 120° en el ejemplo de la figura). Cada uno de los suministros de energía eléctrica puede disponerse de manera que la diferencia de fase se produzca en sentido horario, o puede también disponerse de manera que la diferencia de fase se produzca en sentido antihorario. En la configuración, como se muestra en la Figura 5 (c), el gas de descarga (gas generador de plasma) se deja fluir (flecha delineada) a través de un espacio entre los electrodos, y se deja salir (flechas negras) a través de otros espacios entre otros electrodos. Además, en cuanto al flujo del gas de descarga (gas generador de plasma), en la Figura 5 (c), puede dejarse que el gas fluya a través de los electrodos respectivos, y puede dejarse salir hacia las direcciones superior e inferior con respecto al plano del papel.
La Figura 6 (b) muestra un gráfico de tiempo de los suministros de energía eléctrica de AC en el caso anterior. Cada tensión a aplicarse mediante los suministros de alimentación 4-1, 4-2, y 4-3 se denota respectivamente mediante Va, Vb, y Vc [V] en la Figura 6(b). Debido a la configuración que se describe anteriormente, como se muestra en la Figura 6 (b), la descarga desde cada uno de la pluralidad de electrodos se generaría constante y cíclicamente sobre el espacio de tratamiento 110, y que permite de esta manera que se lleve a cabo de manera eficiente el tratamiento con plasma en el objetivo de tratamiento con plasma 100.
En este aspecto, se establece en la descripción anterior que una pluralidad de unidades de control de la posición de descarga 3 se disponen con respecto a cada uno de la pluralidad de electrodos. Sin embargo, no se limita a la disposición anterior, y la unidad de control de la posición de descarga puede también establecerse como una unidad, o puede también establecerse como dos unidades.
De aquí en lo adelante, se describirán Ejemplos para mostrar más específicamente las características de la presente invención. Sin embargo, la presente invención no se limita a los siguientes Ejemplos
(Ejemplo 1)
En base a en la configuración de la Tercera Modalidad, se confirmó la estabilidad de la descarga bajo una atmósfera de argón (un termómetro de termopar <Digital Thermometer IT-2200 y K-type Thermocouple fabricados por AS ONE Corporation>; y un espectrómetro <Fastevert S-2431 fabricado por SOMA OPTICS, Ltd>). Se usó agua como material que tiene una propiedad de que la constante dieléctrica disminuye con un incremento en la temperatura. Se dispusieron dos tubos de vidrio de borosilicato que tienen diferentes diámetros (diámetro exterior del tubo interno: 6 mm; diámetro exterior del tubo externo: 18 mm; grosor: 1 mm respectivamente) en una estructura coaxial similar a la Figura 3 (a) para usarse como el contenedor dieléctrico. Se usó una tensión de descarga con una frecuencia de 10 kHz y una magnitud de tensión de 4,5 kV. Se usó argón para el gas de descarga. La Figura 7 (a) muestra los resultados experimentales de dependencia temporal de la temperatura del agua (superficie más externa del vidrio) y el espectro de emisión; y la Figura 7 (b) muestra los resultados experimentales de la distribución del espectro de emisión después de un lapso de 30 minutos desde el inicio de una descarga; donde la descarga se llevó a cabo bajo una atmósfera de argón en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención. De acuerdo con la Figura 7, se reconoce que la temperatura de un material de característica inversa se incrementa acompañando la descarga a medida que pasa el tiempo cuando se midieron longitudes de onda de pico intenso a una longitud de onda de 309,06 nm y a una longitud de onda de 764,03 nm; y se generó el plasma mediante la descarga estable sin la ocurrencia de una descarga de arco.
(Ejemplo 2)
La Figura 8 muestra un resultado experimental de la dependencia temporal del pico de emisión (longitud de onda: 763,511 nm) desde una unidad de descarga en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención (un termómetro de termopar <Digital Thermometer IT-2200 y K-type Thermocouple fabricados por AS ONE Corporation>; y un espectrómetro <Fastevert S-2431 fabricado por SOMA OPTICS, Ltd>). Se dispusieron dos tubos de vidrio de borosilicato que tienen diferentes diámetros (diámetro exterior del tubo interno: 6 mm; diámetro exterior del tubo externo: 18 mm; grosor: 1 mm respectivamente) en una estructura coaxial similar a la Figura 3(a) para usarse como el contenedor dieléctrico. Se usó una tensión de descarga con una frecuencia de 10 kHz y una magnitud de tensión de 4,5 kV. Se usó argón para el gas de descarga. De acuerdo con la Figura 8, se reconoce que incluso cuando se usó metanol (material dieléctrico: pureza 99,8%) como material de característica inversa, la descarga ocurrió de manera similar al agua. Cuando se usó metanol, el metanol llegó a ebullición en el medio debido a su punto de ebullición bajo, y el experimento terminó en cinco minutos. Sin embargo, la temperatura se incrementó a una tasa rápida similar al agua, y la descarga se estabilizó. En los casos de agua y metanol, la intensidad de emisión se incrementa a medida que se incrementa en el tiempo (un incremento en la temperatura), se generó de manera estable una descarga no desviada espacialmente debido al incremento de temperatura promedio del agua y el metanol. En contraste, cuando se usó el tolueno (material dieléctrico: pureza del 99,5%), el cual tiene un momento dipolar eléctrico bajo, como material de característica inversa, no se produjo sustancialmente un incremento en la temperatura, y no pudo obtenerse una descarga estable y densa. Se considera que fue porque no se produjo el cambio en la temperatura, y por lo tanto no ocurrió un cambio en la constante dieléctrica. Como se describió anteriormente, se reconoce que la presente invención puede aplicarse ampliamente a cualquiera de tales materiales siempre que tengan un momento dipolar eléctrico alto, que incluye el agua.
(Ejemplo 3)
La Figura 9 muestra un resultado experimental cuando se aplicó una descarga en el dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la presente invención a un gran volumen de contenedor dieléctrico que tiene una forma complicada. Se llevó a cabo un experimento en una disposición similar a la Figura 3 (a), con el uso de un condensador de bulbo de vidrio de borosilicato (condensador Allihn) (longitud del tubo interno para enfriar: 300 mm; diámetro exterior del tubo interno del condensador: 11-25 mm) como el contenedor dieléctrico que tiene una forma complicada, y se llenó con agua en el lado del refrigerante. Se usó una tensión de descarga con una frecuencia de 10 kHz y una magnitud de tensión de 4,5 kV. La imagen durante la descarga se tomó mediante una cámara digital. En el plasma de descarga atmosférica típico, la intensidad del campo eléctrico en la región de descarga tiene una distribución provocada por la diferencia en el diámetro del tubo interno, en posiciones a lo largo de una dirección axial, y eso puede provocar una desviación espacial del plasma. En contraste, independientemente de la gran variación, de 11 mm a 25 mm, en el diámetro del tubo interno en el dispositivo de generación de plasma presente, el plasma descargado no se volvió una descarga localizada, tal como una descarga de arco, debido a los efectos de la unidad de control de la posición de descarga. Y, también independientemente de la gran región de descarga, 300 mm, se obtuvo plasma estable no desviado espacialmente. Como se describió anteriormente, se reconoce que la presente invención puede aplicarse ampliamente incluso al plasma de descarga atmosférica que usa un electrodo que tiene una forma complicada y una región de descarga grande. Particularmente, como se muestra en la Figura 9, cuando la forma de la superficie del contenedor dieléctrico se forma uniendo las superficies esféricas en forma de perlas, la variación en la temperatura que se genera en el material de característica inversa es poco probable que se transmita alrededor, debido a la forma cóncava-convexa en la superficie del contenedor dieléctrico. En consecuencia, existe la ventaja de que es probable que se forme una distribución de temperatura positiva en el material de característica inversa en el tiempo de la descarga. Además, por ejemplo, un objetivo en el cual se pretende emitir plasma puede confinarse estrechamente en un espacio formado en el interior de las superficies esféricas, 10 que permite de esta manera que se emita de manera eficiente el plasma sobre el objetivo.
Descripción de los números de referencia
1 contraelectrodo
11 electrodo de metal
2 electrodo de contacto
3 unidad de control de la posición de descarga
31 contenedor dieléctrico
32 material de característica inversa
4 suministro de energía eléctrica de ac
5 trayectoria de flujo de gas
6 revestimiento de película aislante
7 área dividida
objetivo de tratamiento con plasma espacio de tratamiento

Claims (6)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Un dispositivo de generación de plasma que se dispone con una pluralidad de electrodos (1, 2) que se orientan uno frente al otro, que comprende:
    una unidad de control de la posición de descarga (3), la cual se dispone entre cada uno de la pluralidad de electrodos (1, 2), y se forma mediante un contenedor (31) formado de un material dieléctrico que se llena con un material de característica inversa (32) compuesto de un fluido que tiene una polarizabilidad y una constante dieléctrica que disminuye con un incremento en la temperatura; en donde
    el material de característica inversa (32) se separa de cada uno de la pluralidad de electrodos (1, 2).
  2. 2. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la
    conductividad térmica del fluido no es más de 4 W/(mK).
  3. 3. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en donde
    la unidad de control de la posición de descarga (3) comprende un área dividida (7) que se dispone para dividir pluralmente el material de característica inversa (32) que se orienta a uno de la pluralidad de electrodos (1, 2).
  4. 4. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde un electrodo (1) de la pluralidad de electrodos (1, 2) se forma de un conductor de forma lineal;
    la unidad de control de la posición de descarga (3) se forma en una forma cilindrica y se dispone a lo largo de la circunferencia externa en una dirección axial de dicho un electrodo (1) a través de un área de generación de plasma formada de un espacio.
    en donde otro electrodo (2) de la pluralidad de electrodos (1,2) se dispone alrededor de la circunferencia externa de la unidad de control de la posición de descarga (3); y
    el área de generación de plasma es para suministrarse con un gas generador de plasma para generar plasma.
  5. 5. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde
    la pluralidad de electrodos (1,2) se dispone a lo largo de una periferia externa de la unidad de control de la posición de descarga (3) en intervalos iguales; y la unidad de control de la posición de descarga (3) comprende un espacio de tratamiento (110), para almacenar un objetivo de tratamiento con plasma (100) en el interior del mismo.
  6. 6. El dispositivo de generación de plasma de acuerdo con la reivindicación 5, en donde
    la pluralidad de electrodos (1, 2) se conecta respectivamente con los suministros de energía eléctrica (4-1; 4-2); y los suministros de energía eléctrica se controlan de manera que cada diferencia de fase entre los suministros de energía eléctrica adyacentes mutuos difiera respectivamente por un intervalo igual para ser un total de 360° de diferencia de fase.
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