JP2005519446A - 殺菌システムのための殺菌性ガス生成源 - Google Patents

Abstract

本発明は、プラズマ生成システムに関するものであって、本発明によるシステムは、高電圧電源（２０）と、この高電圧電源（２０）に対して接続された少なくとも２つの電極（２６，２８）と、を具備してなるとともに、電極の一方が、大きな曲率半径を有し、かつ、電極の他方が、小さな曲率半径を有し、この場合において、高電圧電源（２０）が、小さな曲率半径を有した少なくとも１つの電極（２６）から大きな曲率半径を有した少なくとも１つの電極（２８）に向けての放電電流の平均発生頻度を一定に維持し得るように、制御されている。

Description

本発明は、大気圧かつ雰囲気温度において動作するプラズマ殺菌システムに関するものである。より詳細には、本発明は、そのようなシステムのためのプラズマによる殺菌性ガス生成源に関するものである。

プラズマガスに由来する殺菌性のガスを原理としているようなある種の消毒・殺菌システムは、現時点において既に存在している。このようなシステムの大部分は、複雑な真空生成デバイスを利用している。

本出願人による国際公開第００／５４８１９号パンフレットにおいて、本発明者らは、排出後方モードにおけるプラズマを使用して大気圧かつ雰囲気温度での新規な殺菌プロセスを提案した。このプロセスは、全体的に満足のいくものであって、非殺菌性ガス（例えば、空気）混合物を原料として、動作する。殺菌は、湿気の存在下において起こる。しかしながら、この構成では、ガスの殺菌効率を評価することが困難である。殺菌効率を知ることは、経時的に一定の殺菌品質を得るに際しては、必須である。

必要であれば、ある特定のガスを対象とした特殊なセンサを開発することができ、これにより、殺菌領域内におけるその対象ガスの存在を観測することができる。これによって、ガスの殺菌効率を間接的に観測することができる。しかしながら、このような特殊なセンサは、高価なものであって、殺菌対象をなすガスの一部しか観測することができない。

また、放電空間内においてあるいはプラズマ発生源の導出部分において、広いスペクトルに関しての化学分析を行うことができる。しかしながら、これを行うためには、Zoran Falkenstein 氏による“Ozone Formation with (V)UV-Enhanced Dielectric Barrier
Dischages in Dry and Humid Gas Mixture of O2, N2/O2, and Ar/O2”と題する Ozone
Science And Engineering, Vol 21, 1999, p. 583-603 という文献に記載されているように、例えば質量分析計（ＭＳ）やガスクロマトグラフ（ＧＣ）といったような複雑で高価な装置を使用する必要がある。しかしながら、この種の装置では、測定速度が遅いことにために、使用がかなり制限されてしまう。

また、プラズマ発生源を流れる電流を高速でデータ取得することができて、平均信号を集積することができる。しかしながら、これには、特に高速でありそのため高価であるようなデータ取得システムと計算システムとが必要である。この理由のために、解析対象となる有効信号は、数ナノ秒の程度であって、５００ＭＨｚ以上のサンプリング速度を有したデータ取得および流速解析を使用する必要がある。これに関しては、O. Motret 氏、
C. Hibert 氏、M. Nikravech 氏、I. Gaurand 氏、R. Viladrosa 氏、J.M. Pouvesle 氏
による“The Dependence of Ozone Generation Efficiency on Parameter Adjustment in
a Triggered Dielectric Barrier Dischage”と題する Ozone Science And Engineering,
Vol 20, 1998, p. 51-66 という文献に記載されている。
国際公開第００／５４８１９号パンフレット Zoran Falkenstein 氏による"Ozone Formation with (V)UV-Enhanced Dielectric Barrier Dischages in Dry and Humid Gas Mixture of O2, N2/O2,and Ar/O2"と題する Ozone Science And Engineering, Vol 21, 1999, p. 583-603 O. Motret 氏、C. Hibert 氏、M. Nikravech 氏、I. Gaurand 氏、R. Viladrosa 氏、J.M. Pouvesle 氏による"The Dependence of Ozone GenerationEfficiency on Parameter Adjustment in a Triggered Dielectric Barrier Dischage"と題する Ozone Science And Engineering, Vol 20, 1998, p. 51-66

本発明の目的は、簡単かつ安価な測定によってガス殺菌効率を保証し得るようなプラズマ生成システムである。

本発明は、プラズマ生成システムであって、高電圧電源と、この高電圧電源に対して接続された少なくとも２つの電極と、を具備してなるとともに、電極の一方が、大きな曲率半径（好ましくは、平面形状）を有し、かつ、電極の他方が、小さな曲率半径を有し、この場合において、高電圧電源が、小さな曲率半径を有した少なくとも１つの電極から大きな曲率半径を有した少なくとも１つの電極に向けての放電電流の平均発生頻度を一定に維持し得るように、制御されていることを特徴としている。

高電圧電源が、正弦波交流電源またはパルス型交流電源とされている場合には、プラズマ生成システムは、有利には、電極どうしの間に介装された誘電性絶縁体を具備している。電源のタイプに応じて、高電圧電源は、高ゲイン型の変圧器と、この変圧器を駆動するものであるとともにスイッチングモードで動作するトランジスタと、このトランジスタを制御するとともに特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源と、を備えることができる（正弦波交流高電圧電源の場合）。あるいは、高電圧電源は、高電圧チョッパを備えることができ、この高電圧チョッパは、特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源による制御の下に、小さな曲率半径を有した少なくとも１つの電極に対して、正の連続的な高電圧と負の連続的な高電圧とを交互的に供給することができる（パルス型の高電圧電源の場合）。

高電圧電源が、連続型の（すなわち、直流の）電圧源とされている場合には、高電圧電源は、整流回路を備えることができ、この整流回路は、高ゲイン型の変圧器の出力ポートに対して接続され、この変圧器は、スイッチングモードで動作するトランジスタによって駆動され、このトランジスタは、特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源によって制御されることができる。

小さな曲率半径を有した少なくとも１つの電極から大きな曲率半径を有した少なくとも１つの電極に向けての放電電流を代理する信号に関する測定の実施態様に応じて、本発明によるシステムは、アース電位と大きな曲率半径を有した電極との間に接続された抵抗を具備することも、また、両電極に対して電力を供給している電気回路内に接続された変流器を具備することも、できる。

好ましくは、本発明によるプラズマ生成システムは、ハイパスフィルタまたはローパスフィルタを具備することができ、これにより、両電極間において発生する放電を代理する測定信号の一部だけを通過させることができる。測定されさらに濾過された信号は、その後、特定の固定された時間にわたって、放電電流の平均発生回数を代理する特定の連続型電圧へと、変換システムによって変換することができる。平均回数は、制御システムによって、特定の設定値に適合するように、維持される。

本発明は、また、湿気の存在下においてかつ大気圧においてかつ雰囲気温度においてプラズマ殺菌を行うための任意のシステムに関するものであって、上述したようなプラズマ生成システムを具備していることを特徴としている。

本発明は、添付図面を参照しつつ、本発明を何ら限定するものではなく単なる例示としての以下の詳細な説明を読むことにより、明瞭に理解されるであろう。

図１は、プラズマ殺菌システムを概略的に示している。このシステムにおいては、非殺菌性ガスの供給源（１０）が、プラズマ生成システム（１２）内へとガスを供給し、プラズマ生成システム（１２）が、非殺菌性ガスを原料として殺菌性プラズマを生成するとともに、生成された殺菌性ガスを、殺菌対象をなす１つまたは複数の対象物（１６）を収容している処理領域（１４）内へと、供給する。処理領域（１５）から導出されるガスは、外部へと排出される。好ましくは、有害残留物を濾過するためのシステム（１８）を通過させた後に排出される。処理領域（１４）は、シールされているとともに、雰囲気温度かつ大気圧とされている。処理領域（１４）内の殺菌性ガスは、５０％よりも大きな相対湿度を有していなければならない。これは、殺菌性ガスの生成時に殺菌性ガスを湿潤することによって、あるいは、処理領域（１４）内へと直接的に湿潤ガス（有利には、同一の非殺菌性ガス）を供給することによって、達成することができる。プラズマ生成システム（１２）は、処理領域（１４）から隔離することも（全体的にまたは部分的に）、また、処理領域（１４）から隔離しないことも、できる。

上記参考文献に例示されているようなこのようなプラズマ殺菌システムにおいては、放電は、電極どうしの間において生成されなければならず、なおかつ、殺菌性ガスの生成のためには、電気アーク状況に到達してはならない。

このような放電の生成は、電極間に高電圧を供給しているプラズマ電源の関数である。プラズマ電源は、また、放電によって生じる殺菌性ガスの品質を確保するという役割も、有している。電極の自然的に摩耗した場合や、たとえ程度は小さなものあったとしても、一方の電極と他方の電極との間において形状が変化した場合には、殺菌効率は、大きく変化することがあり得る。したがって、一定の殺菌効率を確保するためには、プラズマ電源のパラメータを、そのような現象に無関係であるように固定することが重要であり、また、例えば、不満足な制御パラメータであることが判明している電極間高電圧値に無関係であるように固定することが重要である。

このため、本発明者らは、電極間放電の際にプラズマ電源からガスに対して伝達されるエネルギーの量を固定することを提案する。しかしながら、このエネルギー量を直接的に測定することが容易ではないため、本発明者らは、電極に対しての電源供給回路を通して流れる放電電流量を、２つの電流放電間の平均時間よりもずっと長い期間にわたってカウントすることを提案する。

このため、所定時間内において電極間において発生する電気放電の電荷量の平均値を、一定とする。また、このような放電の発生は、電極間電圧が一定であれば、経時的には、規則的なものである。この着想は、図１０に示すように、本発明者らが作製した殺菌システムの試作品において電極間スペースを通して流れる電荷量の分布の測定に関する実験結果によって、実証されている。

試験は、７０回の放電にわたって行われた。言い換えれば、我々の実験では、５００μｓという期間にわたって行われた。大部分の放電電流量が、０．３０ｎＣ〜０．６０ｎＣであることがわかった。

これにより、２つの放電間の平均時間よりもずっと長い時間にわたって放電電流量をカウントすることで、同じ時間にわたって電極間スペースを通過する合計電荷量を、十分に評価することができ、この結果、この時間にわたってガスに対して伝達される電極を十分に評価することができる、ということを結論づけることができる。このため、Ｃｔを、単位時間あたりの合計放電電荷量とし、Ｎｂを、単位時間あたりの放電回数とし、Ｃｍを、平均放電電荷量とした場合、 Ｃｔ＝Ｎｂ×Ｃｍ という式を利用することができる。

以上を例示するために、以下の表は、枯草菌の胞子の殺菌に関しての、本発明の原理によって動作する試作的殺菌システムにおける殺菌特性を示している。

『放電回数』という用語は、電極間に印加された交流の高電圧信号の一単位に関しての平均放電回数を意味している。効率は、１０分の１減少時間によって表されている。すなわち、効率は、胞子数が１０分の１にまで減少するのに要する時間によって表されている。

この実験結果は、殺菌システムに関する様々な動作条件において得られたものである。すなわち、条件１：ガス流量２ｌ／ｍｉｎ、電極間間隔２ｍｍ。条件２：ガス流量８ｌ／ｍｉｎ、電極間間隔２ｍｍ。条件３：ガス流量４ｌ／ｍｉｎ、電極間間隔０．６ｍｍ。

よって、各動作条件において、放電回数が増加するにつれて、殺菌速度が増加することがわかった。また、連続して行われた複数回の試験によって得られたこのような実験例において、試験どうしの間にわたっての再現性が許容可能な範囲内であることが実証されたことに、注意されたい。

上記原理を具現したプラズマ生成システムが、図２に概略的に示されている。このプラズマ生成システムは、高電圧電源（２０）に基づいている。この高電圧電源（２０）は、それぞれ対応する導線（２２，２４）を介して２つの電極に対して電力を供給する。両電極は、それぞれの曲率半径が大きく相違するものとされている。これにより、両電極間において『コロナ』放電と称される放電が起こる。曲率半径が小さな電極（２６）は、典型的には、ワイヤまたはブレードとされ、尖鋭端を有している。曲率半径が大きな電極（２８）は、フラットな表面を有している。

電源が正弦波の交流電源またはパルス型交流電源であるとともに、２つの電極の間に誘電性絶縁体（３０）が介装されている（例えば、図示のように、フラットな電極を被覆するような態様で）場合には、プラズマ放電は、ＤＢＤ（Dielectric Barrier Discharge）型の放電と称される。このようなプラズマ放電構成であれば、連続型電源を使用しかつ絶縁体を使用していない構成（この構成は、図７に図示されている）と比較して、特に、電気アークへの移行を遅らせることができ、ガスに対してのエネルギー伝達を増大させることができる。

電流測定システム（３２）が、高電圧経路内において、電気導線（２４）に対して直列に接続されている。測定される電流値、あるいは、等価な電圧値は、固定された特定の時間にわたって、変換システム（３４）によって、平均電気放電回数へと変換される。その際、制御システム（３６）が、測定されたこの平均放電回数を、使用者が設定した設定値（３８）に対してできるだけ近いものに維持し得るように、また、所望の放電頻度に対応したものに維持し得るように、電圧源（２０）に対する制御信号を計算する。

これにより、放電電流の平均発生頻度を一定に維持し得るような、高電圧値の調節用の制御ループが形成される。コントローラの入力電圧が設定電圧（３８）よりも大きい場合には、平均放電発生頻度が大きくなりすぎる。このため、入力電圧と設定電圧とが同じとなるまで、コントローラの出力電圧が線形的に低減される。入力電圧が設定電圧よりも小さいという逆の場合には、平均放電発生頻度が小さくなりすぎる。このため、入力電圧と設定電圧とが同じとなるまで、コントローラの出力電圧が線形的に増大される。

このタイプの実施態様は、特に好適である。それは、所定時間にわたっての平均放電回数を、電極間に印加する高電圧値を変更することによって制御し得ることがわかっているからである。この場合の制御は、次の法則に従って得られる。すなわち、高電圧値を増大させる→放電回数の増大。高電圧値を減少させる→放電回数の減少。

正弦波交流電圧を原理としたプラズマ生成システムの実施形態に関する好ましい例が、図３に詳細に示されている。交流高電圧電源（２０）は、典型的には高ゲイン型の変圧器とされるような変圧器（４０）と、この変圧器を駆動するものであるとともにスイッチングモードで動作するトランジスタ（４２）と、から構成されている。このトランジスタの制御信号（４４）は、固定された周波数と可変とされたマークスペース比とを有した矩形信号発生源（４６）によって、計算される。この矩形信号発生源（４６）の固定周波数は、変圧器とプラズマ源とからなるアセンブリの共振周波数に一致するように計算されている。矩形信号発生源（４６）のマークスペース比は、制御システム（３６）の出力信号によって制御される。

電極間スペースを通過する電流を測定するための電流測定システム（３２）は、単に抵抗（４８）から構成されている。この抵抗（４８）の端子は、変換システム（３４）の入力信号をなす電流に比例した電圧値を、サンプリングする。この変換システム（３４）は、ハイパスフィルタ（５０）を備えている。このハイパスフィルタ（５０）は、その入力信号からすべての低周波成分を除去するとともに、電極間の放電に起因する高周波成分を維持する。また、信号の有効成分だけを収集し得るよう、特に、発生し得る様々な寄生成分や擾乱を除去し得るよう、所望の選択性を有したバンドパスフィルタを使用することもできることに、注意されたい。

フィルタ（５０）の出力部分において得られた信号は、次に、比較器（５２）へと導入される。比較器（５２）は、しきい値ポテンショメータ（５４）によって決定された特定の可変しきい値を超えている成分を検出するとともに、しきい値を超えたこのような放電電流を対数の形態で送出する。この対数信号は、２進カウンタ（あるいは、頻度メータ５６）へと導入される。２進カウンタは、トランジスタ制御信号（４４）と同期がとられているとともに、（サンプルホールドユニットを使用して）連続電圧の態様で、測定時間にわたってのカウント値を貯蔵する。同期がとられることにより、平均放電発生頻度を、制御信号時間の複数倍（例えば、１６倍）に対応した特定の固定時間に関して、計算することができる。頻度メータの出力電圧は、放電発生頻度を表しているものであって、制御システム（３６）内へと導入される。制御システム（３６）は、比較器（５８）から構成されている。この比較器（５８）は、出力電圧と、設定値調整用ポテンショメータ（６０）によって提供された設定電圧値と、を比較する。比較器（５８）からの出力は、矩形信号発生源（４６）のマークスペース比の制御のための制御信号として作用する。したがって、（スイッチングトランジスタ（４２）を介することによって）変圧器（４０）のところにおける高電圧の調整を行うことができる。

高電圧の大きさを調整するために使用されるこの制御信号の関数としてのマークスペース比の制御は、図４の曲線（６２）に示すように、線形的である。この信号は、０％というマークスペース比において最小となり、１００％というマークスペース比において最大となる。これに加えて、曲線（６４）は、マークスペース比と、電極間において発生する信号の１サイクルあたりにおける平均放電回数と、の関係を示している。これは、コントローラの開ループゲインが、かなり大きいことを示しており、制御値が、平均放電回数によるものであって、高電圧の大きさによらないことを示している。

次に、様々なマークスペース比を有した制御信号に関してプラズマ生成システム内の電圧および電流の変動を示している図５Ａ〜図５Ｄを参照して、プラズマ生成システムの動作について説明する。

図５Ａのオシログラムにおいては、トランジスタ（４２）の制御信号（４４）は、２５％に固定されたマークスペース比を有している。変圧器（４０）の一次側に誘起される電流は、従来通り、誘導の法則 Ｕ＝−Ｌｄｉ／ｄｔ に従う。したがって、トランジスタが飽和している場合には、トランジスタの出力ポート（７０）においては、電流の線形的な増加が観測される。その後、電圧信号（４４）がゼロに戻ったときには、トランジスタが、ロック状態へとスイッチングされ、電流値は、ゼロへと急激に減少する。この急激な電流減少により、トランジスタの出力ポート（７０）における電圧値が急激に増加する。この電圧値は、数十Ｖ（例えば、３０Ｖ）という供給電圧に対して、１００Ｖに到達することもあり得る。変圧器の一次側におけるこの電圧ピークは、変圧器の二次側の出力ポート（７２）に、高電圧を誘起する。二次側の電圧値は、上述した状況においては、変圧器のゲインに依存し、５ｋＶというピークツーピーク電圧へと到達し得る。

最後に、制御信号（４４）の周波数を、変圧器とプラズマ源とからなるアセンブリの共振周波数と等しくなるように選択したことにより、擬似正弦波形状をなす高電圧出力信号（７２）を得ることができることに、注意されたい。抵抗（４８）の端子を介しての電圧（７４）の測定は、プラズマ源の振舞いが容量的であることのために、位相が９０°だけシフトした正弦波となる。この正弦波は、フィルタ（５０）を通過した後において、比較器（５２）の入力ポート（７６）のところに現れる。しかしながら、このマークスペース比においては、変圧器の出力電圧は、放電を形成し得るほども大きくはない。比較器は、何を検出することもなく、出力ポート（７８）のところにおいてゼロ電圧を供給する。

図５Ｂのオシログラムにおいては、制御信号（４４）は、５０％に固定されたマークスペース比を有している。明らかなように、この場合には、変圧器（４０）の一次側に誘起される電流（７０）は、上記の場合よりも大きな値へと到達するとともに、一次側の電圧（７０）も、上記の場合よりも大きな値へと到達する。必然的に、変圧器の出力電圧（７２）は、先の場合よりも大きな値へと到達し、この場合には、１０ｋＶというピークツーピーク電圧へと到達する。この場合、抵抗（４８）の端子を介しての電圧測定は、電圧ピークという形態で、放電の発生を示す。フィルタ（５０）を通過した後において、ポテンショメータ（５４）によって固定されたしきい値を超えていることにより、比較器（５２）は、放電の存在を検出する（すなわち、図示の例における単位周期あたりにおいては、約３回）。

最後に、図５Ｃのオシログラムにおいては、制御信号（４４）は、７５％に固定されたマークスペース比を有している。この場合にも、マークスペース比の増大によって、変圧器（４０）の出力電圧（７２）が増大している。例えば、１５ｋＶというピークツーピーク電圧へと増大している。比較器（５２）によって検出された放電回数は、先の場合よりも多くなり、例えば、図示の例における単位周期あたりにおいては、６回となる。

制御システム（３６）の起動時における制御システム（３６）内における各信号の変動具合が、図５Ｄのオシログラムに示されている。オシログラムの読取を容易とするため、変換システム（３４）は、トランジスタ制御信号（４４）の周期の２倍で同期するものとされている。よって、カウントは、この制御信号の２周期が終わるたびごとに、ゼロへとリセットされ、２周期の間における放電発生頻度の平均値をもたらす。設定値信号（８０）は、特定の放電発生頻度（この場合には、１周期あたり６回）に対応した固定電圧に設定されている。制御信号（４４）のマークスペース比が、徐々に増大され、比較器（５２）の出力ポート（７８）において検出される放電回数も増加していく。頻度メータ５６の出力信号（８２）も、しだいに増加し、制御信号の各２周期ごとに、各レベルに対してしだいに増加する。出力信号（８２）が、ポテンショメータ（６０）によって付与される設定値（８０）よりも小さい限りにおいては、コントローラ（５８）の出力（８４）は、増大し続け、制御信号のマークスペース比の増大化を引き起こす。その後、出力信号（８２）が設定電圧に等しくなった時点で、コントローラ（５８）の出力（８４）は、安定化し、システムは、所望放電数へとロックされる。

プラズマ生成システムの第２実施形態が、図６に詳細に示されている。この実施形態においては、電流測定システム（３２）は、単に抵抗（４８）によって構成されているのではなく、変流器の形態として実現されている。この実施形態は、高電圧回路から測定回路を絶縁し得るという利点を有しているとともに、高電圧回路内の任意の所望箇所において測定を行い得るという利点を有している。図６においては、主要部材に関して、図３と同じ符号が付されている。ただし、電流測定システムは、新たな電流測定システム（９０）によって代替されている。この電流測定システム（９０）は、フェライト（９２）から構成されている。このフェライト（９２）を貫通して、高電圧を付帯している導線（２２）が配置されている。フェライト（９２）は、フェライトの周縁部分に沿って巻回されたワイヤ（９４）を備えている。このワイヤ（９４）の２つの端部のうちの一方は、アースに対して接続されている。ワイヤ（９４）の２つの端部のうちの他方は、変換システム（３４）のフィルタ（５０）に対して接続されている。この変換システム（３４）の動作は、図３を参照して上述したものと同じである。

また、本発明者らは、連続型の高電圧供給によっても同じ結果を得ることができることを、見出した。図７は、対応するプラズマ生成システムの回路図である。交流高電圧の場合に対応する図３と同じ部材に関しては、同じ符号が付されている。第１実施形態と比較すると、プラズマ源は、もはや、交流型の場合にのみ使用可能であるような誘電体（３０）を備えていないとともに、変圧器（４０）の出力ポート（７２）が、例えば電圧２倍化タイプのものといったような整流回路（９６）を介して、プラズマ源に対して接続されている。この周知の整流回路は、ｘボルトという交流のピークツーピーク電圧を、２ｘボルトという連続型電圧へと、変換することができる。したがって、プラズマ源の端子に対して印加される電圧（２２）は、連続型であって、変圧器（４０）の出力電圧（７２）に比例している。しかしながら、放電生成回路は、先の実施形態と同じであって、電流測定回路（３２）と、変換システム（３４）と、制御システム（３６）と、を備えている。

パルス型高電圧を使用しているような、本発明の変形例が、図８に示されている。図８は、このような変形例を示す回路図である。図３の回路と同じ部材に関しては、同じ符号が付されている。

この場合には、高電圧は、パルス型の高電圧とされている。言い換えれば、互いに同じ絶対値（例えば、５ｋＶ）を有した、正の高電圧（ＶＨＴ＋）と負の高電圧（ＶＨＴ−）とが、高電圧チョッパ（９８）によって供給されている。高電圧チョッパ（９８）の出力ポートは、導線（２２）を介して、曲率半径が小さな電極（２６）に対して接続されている。このチョッパは、従来技術と同様に、２つの高電圧電子スイッチ（例えば、高電圧光カプラ１００，１０２）と、出力信号（４４）によって一方のスイッチを駆動するための低電圧信号発生源（４６）と、同じ出力信号（４４）の反転信号（１０４）によって他方のスイッチを駆動するための論理ゲート（１０６）と、を備えている。

この変形例において観測され得る様々な電気信号が、制御信号（４４）の様々なマークスペース比に関して、図９Ａ〜図９Ｃに示されている。この場合、電極（２６）に対して交互的に印加される電圧は、ＶＨＴ＋またはＶＨＴ−であり、制御信号（４４）のマークスペース比を有している。ＶＨＴ＋の印加時間が、電極間において起こり得る放電回数を決定する。例えば、５ｋＶというＶＨＴ＋に関しては、以下の関係が見出された。すなわち、
−２５％というマークスペース比の場合には、１周期あたりにつき２回の放電。
−５０％というマークスペース比の場合には、１周期あたりにつき４回の放電。
−７５％というマークスペース比の場合には、１周期あたりにつき６回の放電。

先の実施形態の場合と同様に、放電は、抵抗（４８）の端子において測定され、放電回数が電圧（８２）へと変換され、この電圧（８２）が、図５Ｄのフローチャートに関連して上述したような原理に従って、設定電圧（８０）に対して制御される。

プラズマ殺菌システムを概略的に示す図である。 図１のプラズマ殺菌システムに適用された、本発明によるプラズマ生成システムを概略的に示す図である。 交流の高電圧で動作するような、図２のプラズマ生成システムの第１実施形態を示す図である。 低電圧制御電源のマークスペース比に対して、放電の平均数と、高電圧値と、をそれぞれ示す曲線である。 図３のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 図３のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 図３のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 図３のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 電流測定システムの第２実施形態を示す図であって、変流器を使用している。 高電圧が連続的であるような、図２のプラズマ生成システムの第１変形例を示す図である。 高電圧がパルス型であるような、図２のプラズマ生成システムの第２変形例を示す図である。 図８のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 図８のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 図８のシステムにおける各ポイントにおいて行われた電気測定の結果を示すオシログラムである。 本発明のプラズマ生成システムにおける経時的な電荷量の分布をを示すグラフである。

符号の説明

２０ 高電圧電源
２２ 電気回路
２６ 電極
２８ 電極
３０ 誘電性絶縁体
３４ 変換システム
３６ 制御システム
３８ 特定の設定値
４０ 変圧器
４２ トランジスタ
４６ 低電圧信号発生源
４８ 抵抗
５０ フィルタ
８０ 特定の設定値
９２ 変流器
９６ 整流回路
９８ 高電圧チョッパ

Claims (13)

1. プラズマ生成システムであって、
   高電圧電源（２０）と、この高電圧電源（２０）に対して接続された少なくとも２つの電極（２６，２８）と、を具備してなるとともに、前記電極の一方が、大きな曲率半径を有し、かつ、前記電極の他方が、小さな曲率半径を有し、
   この場合において、
   前記高電圧電源（２０）が、小さな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極（２６）から大きな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極（２８）に向けての放電電流の平均発生頻度を一定に維持し得るように、制御されていることを特徴とするプラズマ生成システム。
2. 請求項１記載のプラズマ生成システムにおいて、
   大きな曲率半径を有した前記電極が、平面的な形状とされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
3. 請求項１または２記載のプラズマ生成システムにおいて、
   さらに、前記電極どうしの間に介装された誘電性絶縁体（３０）を具備し、
   前記高電圧電源が、正弦波交流電源またはパルス型交流電源（２０）とされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
4. 請求項３記載のプラズマ生成システムにおいて、
   前記高電圧電源が、高ゲイン型の変圧器（４０）と、この変圧器を駆動するものであるとともにスイッチングモードで動作するトランジスタ（４２）と、このトランジスタを制御するとともに特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源（４６）と、を備えていることを特徴とするプラズマ生成システム。
5. 請求項１記載のプラズマ生成システムにおいて、
   さらに、抵抗（４８）を具備し、
   この抵抗が、アース電位と、大きな曲率半径を有した前記電極と、の間に接続され、これにより、小さな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極から大きな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極に向けての放電電流を代理する電圧を測定し得るものとされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
6. 請求項１記載のプラズマ生成システムにおいて、
   さらに、変流器（９２）を具備し、
   この変流器（９２）が、前記両電極に対して電力を供給している電気回路（２２）内に接続され、これにより、小さな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極から大きな曲率半径を有した前記少なくとも１つの電極に向けての放電電流を代理する電流を測定し得るものとされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
7. 請求項５または６記載のプラズマ生成システムにおいて、
   さらに、ハイパスフィルタまたはバンドパスフィルタ（５０）を具備し、これにより、前記両電極間において発生する放電を代理する測定信号（７４）の一部だけを通過させ得るものとされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
8. 請求項７記載のプラズマ生成システムにおいて、
   測定されさらに濾過された前記信号（７６）を、特定の固定された時間にわたって、放電電流の平均発生回数を代理する特定の連続型電圧（８２）へと、変換システム（３４）によって変換し得るものとされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
9. 請求項８記載のプラズマ生成システムにおいて、
   測定された前記平均回数を、制御システム（３６）によって、特定の設定値（３８，８０）に維持し得るものとされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
10. 請求項３記載のプラズマ生成システムにおいて、
    前記高電圧電源が、高電圧チョッパ（９８）を備え、
    この高電圧チョッパ（９８）が、特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源（４６）による制御の下に、小さな曲率半径を有した少なくとも１つの前記電極（２６）に対して、正の連続的な高電圧と負の連続的な高電圧とを交互的に供給することを特徴とするプラズマ生成システム。
11. 請求項１または２記載のプラズマ生成システムにおいて、
    前記高電圧電源が、連続型の電圧源とされていることを特徴とするプラズマ生成システム。
12. 請求項１１記載のプラズマ生成システムにおいて、
    前記高電圧電源が、整流回路（９６）を備え、
    この整流回路（９６）が、高ゲイン型の変圧器（４０）の出力ポートに対して接続され、
    この変圧器が、スイッチングモードで動作するトランジスタ（４２）によって駆動され、
    このトランジスタが、特定の固定周波数と可変的なマークスペース比とを有した低電圧信号発生源（４６）によって制御されていることを特徴とするプラズマ生成システム。
13. 湿気の存在下においてかつ大気圧においてかつ雰囲気温度においてプラズマ殺菌を行うためのシステムであって、
    請求項１〜１２のいずれか１項に記載されたプラズマ生成システムを具備していることを特徴とするシステム。

Images