JP2003339832A - 低電圧パルス放電方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低電圧パルス駆動での放電を可能にし、安全
で無害の放電を実施することができる低電圧パルス放電
方法及びその装置を提供する。 【解決手段】 容器１内で大気圧中において冷陰極放電
を行う放電装置において、パルス電源２と、このパルス
電源２に２極が接続される電圧印加電極５とこの電圧印
加電極５間に配置される複数の浮遊電極４を備え、前記
電極４，５部分の湿度を高湿度にし、容器１内に外部か
ら強制的にエアーポンプ７より空気を取り入れ、前記電
極４，５間の静電容量を増すことによって、低電圧で暗
流放電を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低電圧パルス放電
方法及びその装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高電圧放電を利用した殺菌装置は
一般に知られており、さらに、これに加湿装置を具備
し、湿度制御をしながら放電を発生させ殺菌する方法
は、特開平１１−２６７１８３号公報にも開示されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の高電圧放電を利用した殺菌装置では、 （１）大気圧中の高電圧による放電はオゾンや光を発生
するが、オゾンは人間や植物に有害であり、また、光は
Ｘ線を発生する。 （２）火花放電による殺菌は高電圧のために危険であ
る。 （３）放電領域が狭く、電子が気体に当たる確率が小さ
いので放電効果が小さい。 （４）消費電力が大きい。

【０００４】といった問題があった。

【０００５】本発明は、上記状況に鑑み、低電圧パルス
駆動での放電を可能にし、安全で無害の放電を実施する
ことができる低電圧パルス放電方法及びその装置を提供
することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】〔１〕容器内で大気圧中
において冷陰極放電を行う放電方法において、パルス電
源に接続される電圧印加電極とこの電圧印加電極間に配
置される複数の浮遊電極を備え、前記電極部分の湿度を
高湿度にし、前記容器内に外部から強制的に空気を取り
入れ、前記電極間の静電容量を増すことによって、低電
圧で暗流放電を行うことを特徴とする。

【０００７】〔２〕上記〔１〕記載の低電圧パルス放電
方法において、前記複数の浮遊電極間の距離を可変にす
ることを特徴とする。

【０００８】〔３〕上記〔１〕又は〔２〕記載の低電圧
パルス放電方法において、光やオゾンを発生させず、低
消費電力で、空気殺菌や気体の分離を行うことを特徴と
する。

【０００９】〔４〕容器内で大気圧中において冷陰極放
電を行う放電装置において、パルス電源と、このパルス
電源に２極が接続される電圧印加電極とこの電圧印加電
極間に配置される複数の浮遊電極を有する穴開き電極設
置板と、前記電極部分の湿度を高湿度にする加湿器と、
前記容器内に外部から強制的に空気を取り入れるエアー
ポンプとを備え、前記電極間の静電容量を増すことによ
って、低電圧で暗流放電を行わせることを特徴とする。

【００１０】このように構成したので、 （１）放電部の湿度を高くし、さらに多くの浮遊電極で
空間を埋めるために、電極間が狭くなり、低電圧で放電
を可能にする。また、放電には大きな電流を必要としな
い上に、本装置は暗流を用いるのでオゾンや光の発生が
ない。 （２）低電圧のために安全である。 （３）暗流放電であるので放電路が短絡せず、放電領域
が広いため、放電効果が高い。 （４）パルス電源を用いた低電圧下での低電流のため
に、消費電力が極めて少ない。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て詳細に説明する。

【００１２】図１は本発明の実施例を示す低電圧パルス
放電方法を用いた空気殺菌装置の模式図である。

【００１３】この図において、１は容器、２はパルス電
源、３はパルス電源２に２極が接続される電圧印加電極
５とこの電圧印加電極５間に配置される複数の浮遊電極
４を有する穴開き電極設置板（絶縁体板）、５は電圧印
加電極、６はその電極４，５部分の湿度を高湿度にする
加湿器、７は容器１内に外部から強制的に空気を取り入
れるエアーポンプ、８は排出口である。

【００１４】このように容器１内で大気圧中において冷
陰極放電を行う放電装置において、パルス電源２と、そ
の容器１内にパルス電源２に２極が接続される電圧印加
電極５と複数の浮遊電極４を有する穴開き電極設置板３
を配置し、その電極４，５部分の湿度を高湿度にする加
湿器６を配置するとともに、容器１内に外部から強制的
に空気を取り入れるエアーポンプ７とを備え、このエア
ーポンプ７で放電装置内に気体を注入する。

【００１５】また、加湿器６を用いて放電装置内の湿度
を８０％程度にする。複数の浮遊電極４と電圧印加電極
５とを穴開き電極設置板３に設置し、電圧印加電極５の
２極をパルス電源２に接続する。電極４，５間の静電容
量を増すことによって、低電圧で暗流放電を行う。放電
を受けた気体は穴開き電極設置板３の穴を通り抜け、排
出口８より大気中に放出される。なお、放電中の圧力は
大気圧で行う。

【００１６】以下、暗流状態の放電電圧を減少させるた
めの原理について説明する。

【００１７】図２は本発明の浮遊電極間の関係を示す図
である。

【００１８】今、２つの円筒（直径ａ）電極１１間をｄ
とし、長さをＬとする。なお、真空の誘電率をε₀ とす
ると、水は８０ε₀ （２０度）、４８ε₀ （１００度）
であり、湿度が８０％の空気ではかなり大きな誘電率で
ある。

【００１９】電極間の静電容量Ｃは、 Ｃ＝πεＬ／ｌｏｇ〔（ｄ−ａ）／ａ〕 …（１） したがって、湿度が高くなると、電極間の静電容量Ｃが
大きくなる。

【００２０】電極間の抵抗を、 Ｒ＝１／ωＣ …（２） とすると、周波数ｆおよび湿度の増加とともに抵抗Ｒが
減少する。よって、電極間の電流Ｉは、 Ｉ＝Ｖ_d ／Ｒ …（３） となり、高周波では電流が増加するので、暗流としての
効果が減少する。したがって、電流を抑えるためには、
放電電圧を下げる必要がある。

【００２１】図３はその複数の電極とその放電電圧波形
を示す図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）はその電極
の構成図、図３（ｃ）は放電電圧波形を示す図である。

【００２２】この実施例においては、例えば、図３
（ａ）に示すように、１９本の電極を同心円上に等間
隔、各電極間５ｍｍで配置する。ここでは、図３（ａ）
の点線で示すように正三角形の配置になるように等間隔
で配置する。そして、中心の電極Ａと外周に配置される
電極Ｂ間に電圧を印加する。印加電極間には浮遊電極が
配置される。

【００２３】そこで、容器１内にはエアーポンプ７で強
制的に外部から空気を取り入れる。電源はパルス電源２
を用い、５００Ｈｚ、２５０Ｖを電圧印加電極に加え
る。

【００２４】図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、
電圧印加電極Ａ，Ｂに電源を接続すると、その電極Ａと
Ｂ間の浮遊電極Ｃに誘導電荷が蓄積される。したがっ
て、各電極間はコンデンサーとなる。各コンデンサーの
容量は電極の表面積、電極間の誘電率に比例し、電極間
距離に反比例する。

【００２５】蓄積された電荷量Ｑは、電極間の電圧に比
例し、満杯になるまで充電され、時間的な充放電を行
う。

【００２６】そして、図３（ｃ）に示すように、時間と
ともに充電され、放電が開始されて電圧が下がる。その
後、細かい放電が行われる。この細かい振動波形が浮遊
電極間の放電であり、この部分の時間帯が浮遊電極放電
効果を示すものである。

【００２７】電極間の湿度を高くすることで、誘電率が
上がり、電極間の抵抗が下がる。したがって、暗流状態
に必要な電圧を下げることができる。また、抵抗は誘電
率にのみ依存するのでなく、周波数にも強く依存する。
よって、暗流の放電電圧は湿度と周波数に強く依存す
る。

【００２８】図４はその実験結果を示す図である。 （１）低湿度における放電による気体の解離 図４（ａ）は、湿度を４９％にして各周波数で放電を行
い、エチレンガスの分解を行った場合である。横軸は電
極に加えた放電電圧であり、縦軸はエチレンガスの減衰
量を示す。

【００２９】５ｋＨｚの場合は放電電圧が低い場合にエ
チレンの分解効果が大きい。逆に、周波数が低い場合、
５０ｋＨｚでは高電圧の方が効率が良くなる。 （２）高湿度における放電による気体の解離 図４（ｂ）は湿度８０％の場合の放電電圧Ｖ_d とエチレ
ンガスの減衰量Δγの関係を示す図である。

【００３０】この図に示すように、エチレンガスの分解
効果は周波数に依存するとともに、湿度に強く影響され
る。

【００３１】すなわち、湿度を上げることにより低電圧
で放電効果を上げることができる。

【００３２】図５は、本発明による放電による菌の減衰
状態を示す図である。

【００３３】実験条件は９０リットルの容器に放電装置
を入れて、湿度７０％、温度２０度、周波数５００Ｈ
ｚ、放電電圧２５０Ｖ、放電時間１５分で行った。菌は
Ｐｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍ ｅｘｐａｎｓｕｍ（アオカ
ビ）を用いた。

【００３４】図５に示すように、放電時間とともに容器
内の菌の胞子が減少（死滅）していることが分かる。胞
子数は初期値で規格化している。

【００３５】上記したように、本発明によれば、放電部
の湿度を高くできるよう加湿装置を具備するとともに、
さらに放電空間に多数の浮遊電極を配置し、電極間距離
を縮めることにより、低電圧パルス駆動での放電を可能
にした。低電圧での放電（暗流放電）のため、光やオゾ
ンを発生させずに放電ができるので、安全、無害の放電
装置ができ、パルス放電のため低消費電力であり、空気
殺菌や気体の解離に有効な手段となる。

【００３６】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。

【００３７】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。

【００３８】（１）大気圧中でも非常に低電圧の暗流放
電を行うことができ、低電力で安全な広領域の放電が可
能になる。

【００３９】（２）低電圧で光やオゾンを発生させずに
放電ができるので、安全、無害の放電装置ができ、低消
費電力で空気殺菌や気体の解離に有効であり、多くの応
用が考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す低電圧パルス放電方法を
用いた空気殺菌装置の模式図である。

【図２】本発明の空気殺菌装置の浮遊電極間の関係を示
す図である。

【図３】本発明の空気殺菌装置の複数の電極とその放電
電圧波形を示す図である。

【図４】本発明の空気殺菌装置の実験結果を示す図であ
る。

【図５】本発明の空気殺菌装置の放電による菌の減衰状
態を示す図である。

【符号の説明】

１ 容器 ２ パルス電源 ３ 穴開き電極設置板（絶縁体板） ４，Ｃ 浮遊電極 ５，Ａ，Ｂ 電圧印加電極 ６ 加湿器 ７ エアーポンプ ８ 排出口 １１ ２つの円筒電極

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容器内で大気圧中において冷陰極放電を
   行う放電方法において、 パルス電源に接続される電圧印加電極と該電圧印加電極
   間に配置される複数の浮遊電極を備え、前記電極部分の
   湿度を高湿度にし、前記容器内に外部から強制的に空気
   を取り入れ、前記電極間の静電容量を増すことによっ
   て、低電圧で暗流放電を行うことを特徴とする低電圧パ
   ルス放電方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の低電圧パルス放電方法に
   おいて、前記複数の浮遊電極間の距離を可変にすること
   を特徴とする低電圧パルス放電方法。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の低電圧パルス放電
   方法において、光やオゾンを発生させず、低消費電力
   で、空気殺菌や気体の分離を行うことを特徴とする低電
   圧パルス放電方法。
4. 【請求項４】 容器内で大気圧中において冷陰極放電を
   行う放電装置において、（ａ）パルス電源と、（ｂ）該
   パルス電源に２極が接続される電圧印加電極と該電圧印
   加電極間に配置される複数の浮遊電極を有する穴開き電
   極設置板と、（ｃ）前記電極部分の湿度を高湿度にする
   加湿器と、（ｄ）前記容器内に外部から強制的に空気を
   取り入れるエアーポンプとを備え、（ｅ）前記電極間の
   静電容量を増すことによって、低電圧で暗流放電を行わ
   せることを特徴とする低電圧パルス放電装置。