JP2009231182A

JP2009231182A - Plasma generator

Info

Publication number: JP2009231182A
Application number: JP2008077335A
Authority: JP
Inventors: Akira Kato; 亮加藤; Kengo Nakahara; 健吾中原; Kazuya Shimada; 和哉島田; Jun Inagaki; 純稲垣; Fumito Inagaki; 文人稲垣
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2008-03-25
Filing date: 2008-03-25
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2028-03-25
Also published as: JP5593589B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma generator can enlarge a gap between electrodes and be usable at low DC voltage and generate ultraviolet rays with strong light-emitting intensity at a wide area without needs to give high short-circuit prevention performance to a dielectric and surely obtain a large quantity of ozone. <P>SOLUTION: Insulating films 6 with pinholes 5 are respectively arranged on a high-voltage electrode plate 2 and a ground electrode plate 3 arranged to face each other while the gap 4 is arranged between both electrode plates, and surface corona discharge is generated by applying different voltages on the respective electrode plates in order to obtain uniform plasma on the whole surfaces of the electrode plates. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、オゾンおよび紫外線の発生、またオゾンおよび紫外線を利用した有害物質の分解除去を可能とするプラズマ発生技術とその装置構成に関する。 The present invention relates to a plasma generation technique that enables generation of ozone and ultraviolet light, and decomposition and removal of harmful substances using ozone and ultraviolet light, and an apparatus configuration thereof.

従来、この種のプラズマ発生技術を応用したオゾン発生装置として、μｍオーダーの微小空間を空けながら一対の電極を互いに対向させて配置し、前記電極の少なくとも一方に誘電体を設けるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。以下、そのオゾン発生装置について図８を参照しながら説明する。図８に示すように、オゾン発生装置はμｍオーダーの微小な間隔（以下ギャップとする）を空けながら互いに対向させて配置された高圧電極１０１とアース電極１０２からなり、アース電極１０２と対向するように誘電体１０３が高圧電極１０１に設けられている。この構造においてアース電極１０２をアースに接続し、交流高圧電源１０４を用いて高圧電極１０１に交流の高電圧を印加することで誘電体バリア放電が発生し、誘電体１０３の表面の電荷が加減速することで誘電体と接するガス中に含まれる酸素分子を酸素原子に解離し、オゾンを作り出している。ここで誘電体１０３をＣａＴｉＯ₃およびＭｇＴｉＯ₃からなる結晶からなる焼結体とし、粒界層の厚みが２０ｎｍ以下で気孔率が５％以下とすることで粒界や気孔を基点とした絶縁破壊を抑制するという特徴を有している。 Conventionally, as an ozone generator that applies this kind of plasma generation technology, a device in which a pair of electrodes are opposed to each other while providing a micro space on the order of μm and a dielectric is provided on at least one of the electrodes is known. (For example, refer to Patent Document 1). Hereinafter, the ozone generator will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 8, the ozone generator is composed of a high-voltage electrode 101 and a ground electrode 102 that are arranged to face each other with a minute interval (hereinafter referred to as a gap) on the order of μm, and is opposed to the ground electrode 102. A dielectric 103 is provided on the high-voltage electrode 101. In this structure, the earth electrode 102 is connected to the earth, and an AC high voltage is applied to the high voltage electrode 101 using the AC high voltage power source 104 to generate a dielectric barrier discharge, and the charge on the surface of the dielectric 103 is accelerated / decelerated. By doing so, oxygen molecules contained in the gas in contact with the dielectric are dissociated into oxygen atoms, creating ozone. Here, the dielectric 103 is a sintered body made of a crystal made of CaTiO ₃ and MgTiO ₃ , and the dielectric breakdown based on the grain boundaries and pores is achieved by setting the grain boundary layer thickness to 20 nm or less and the porosity to 5% or less. It has the feature of suppressing.

また、この種のプラズマ発生技術を応用したプラズマ電極体が知られている（例えば、特許文献２参照）。以下、そのプラズマ電極体について図９を参照しながら説明する。図９に示すように、プラズマ電極体は２個の電極１０５からなり、電極１０５の表面に誘電体膜１０６を備える。誘電体膜１０６の表面には５μ以上で５０μ以下の高低差と任意の平面パターン形状とを持った凹凸が形成されている。そして対向する電極１０５の板面は、誘電体膜１０６に対して相互に面着固設、あるいは、５μｍ以上で１００μｍ以下の間隔を保持すべく固設されており、２個の電極１０５の間に電力を印加することによりプラズマ放電を生起させている。 A plasma electrode body using this kind of plasma generation technology is also known (for example, see Patent Document 2). Hereinafter, the plasma electrode body will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 9, the plasma electrode body includes two electrodes 105, and a dielectric film 106 is provided on the surface of the electrodes 105. On the surface of the dielectric film 106, irregularities having an elevation difference of 5 μ to 50 μ and an arbitrary planar pattern shape are formed. The plate surfaces of the opposing electrodes 105 are fixed to each other with respect to the dielectric film 106, or fixed so as to maintain an interval of 5 μm or more and 100 μm or less. A plasma discharge is generated by applying electric power to.

また、この種のプラズマ発生技術を応用した光触媒反応装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。以下、その光触媒反応装置について図１０を参照しながら説明する。図１０に示すように、光触媒反応装置は互いに対向させて配置された電極ａ１０７と電極ｂ１０８からなり、電極ａ１０７の表面に誘電体１０９を備える。電極ａ１０７と電極ｂ１０８の間に設けられたギャップにはセラミックス基体に光触媒を担持させた光触媒モジュール１１０が設けられており、電極ａ１０７および電極ｂ１０８の間に高圧電源１１１を用いて電圧を印加して放電光を発生させ、この放電光によって光触媒モジュール１１０に含まれる光触媒を励起させ、光触媒モジュール１１０の中を通過する流体に含まれる分解対象物質を分解する。
特開２００４−９９４００号公報特開２００７−２５０２８４号公報特開２００７−７５７５８号公報 In addition, a photocatalytic reaction apparatus using this kind of plasma generation technology is known (see, for example, Patent Document 3). Hereinafter, the photocatalytic reaction device will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 10, the photocatalytic reaction device is composed of an electrode a107 and an electrode b108 arranged to face each other, and a dielectric 109 is provided on the surface of the electrode a107. A photocatalyst module 110 in which a photocatalyst is supported on a ceramic substrate is provided in a gap provided between the electrode a107 and the electrode b108, and a voltage is applied between the electrode a107 and the electrode b108 using a high voltage power supply 111. Discharge light is generated, the photocatalyst contained in the photocatalyst module 110 is excited by the discharge light, and the decomposition target substance contained in the fluid passing through the photocatalyst module 110 is decomposed.
JP 2004-99400 A JP 2007-250284 A JP 2007-75758 A

特許文献１に記載されるこのような従来のオゾン発生装置や特許文献２に記載されるこのような従来のプラズマ電極では、放電を起こすために電極板の間に設けるギャップを微小なものにする必要があり、構造が複雑になると同時に酸素分子を含むガスを送り込むエネルギーが大きくなるという課題があり、ギャップを大きくしても放電可能とすることが要求されている。 In such a conventional ozone generator described in Patent Document 1 and such a conventional plasma electrode described in Patent Document 2, it is necessary to make the gap provided between the electrode plates minute in order to cause discharge. In addition, there is a problem that the energy for sending a gas containing oxygen molecules becomes large at the same time as the structure becomes complicated, and it is required to be able to discharge even if the gap is enlarged.

また、特許文献３に記載されるような光触媒反応装置においては、光触媒モジュールのような電子の進行を妨げ放電を阻害する固体物質で電極間のギャップ全体を埋めている。そのため放電による発光を得るためには相当な高電圧が必要となり、電源の複雑化や大型化を引き起こす。更には電極の表面全体が発光するような一様な放電を得ることが難しい。そのため光触媒を励起することが可能な強い紫外線を電極の表面全体から発生させるための一様な放電を低い電圧で確実に起こすことが要求されている。 Moreover, in the photocatalytic reaction apparatus as described in Patent Document 3, the entire gap between the electrodes is filled with a solid substance that prevents the progress of electrons and inhibits the discharge as in the photocatalytic module. Therefore, in order to obtain light emission by discharge, a considerably high voltage is required, which causes the power supply to become complicated and large. Furthermore, it is difficult to obtain a uniform discharge in which the entire surface of the electrode emits light. Therefore, it is required to reliably generate a uniform discharge at a low voltage for generating strong ultraviolet rays capable of exciting the photocatalyst from the entire surface of the electrode.

また、特許文献１に記載されるこのような従来のオゾン発生装置において安定的に誘電体バリア放電を起こすためには誘電体の表面の電荷を動かして誘電体と接触するガスと電荷を衝突させる必要があり、すなわち電極間に交流の高電圧を印加する必要がある。交流の高電圧を作り出すにはその波形を作り出して制御する機構が必要で電源の構成が複雑になるという課題がある。また、誘電体バリア放電は一般的に２個の電極で誘電体を挟むかもしくは一方の電極と誘電体との間に微小なギャップを設けて電極間に交流電圧を印加する方法で放電させることになる。すなわち、ギャップがない、もしくは非常に小さいことから電極間の静電容量は大きくなりがちである。交流電圧を印加する際に流れる電流は静電容量、周波数、電圧の振幅の大きさに比例するため、誘電体バリア放電を起こすために交流電圧を印加するためには大きな電流を流すことが必要となる。このことは極端に容量の大きい電源が必要である、もしくはオゾン製造能力を上げるために装置を大型化することが困難であることを意味する。したがって制御が簡単な直流電圧を用いて比較的小さな電流で放電を起こすことが要求されている。 Further, in such a conventional ozone generator described in Patent Document 1, in order to stably generate a dielectric barrier discharge, the charge on the surface of the dielectric is moved to collide the charge with the gas in contact with the dielectric. That is, it is necessary to apply an alternating high voltage between the electrodes. In order to generate an alternating high voltage, a mechanism for generating and controlling the waveform is required, and there is a problem that the configuration of the power source becomes complicated. In general, dielectric barrier discharge is performed by sandwiching a dielectric between two electrodes, or by applying an alternating voltage between the electrodes by providing a minute gap between one electrode and the dielectric. become. That is, the capacitance between the electrodes tends to be large because there is no gap or it is very small. Since the current that flows when applying an AC voltage is proportional to the capacitance, frequency, and amplitude of the voltage, it is necessary to pass a large current to apply the AC voltage to cause dielectric barrier discharge. It becomes. This means that an extremely large capacity power source is necessary, or it is difficult to increase the size of the apparatus in order to increase the ozone production capacity. Therefore, it is required to cause a discharge with a relatively small current using a DC voltage that is easy to control.

また、特許文献１に記載されるこのような従来のオゾン発生装置や特許文献２に記載されるようなプラズマ電極体、また、特許文献３に記載されるような光触媒反応装置において、長時間安定して放電を起こすには誘電体の絶縁破壊による異常放電を防ぐ必要がある。すなわち誘電体に高い短絡防止性能を付与する必要があるという課題があり、誘電体の高い短絡防止性能を必要とせずに安定して長時間放電させることを可能とすることが要求されている。 Moreover, in such a conventional ozone generator described in Patent Document 1, a plasma electrode body as described in Patent Document 2, and a photocatalytic reaction apparatus as described in Patent Document 3, it is stable for a long time. In order to cause discharge, it is necessary to prevent abnormal discharge due to dielectric breakdown of the dielectric. That is, there is a problem that it is necessary to impart high short-circuit prevention performance to the dielectric, and it is required to enable stable discharge for a long time without requiring high dielectric short-circuit prevention performance.

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、ギャップを大きくすることができ、低い直流電圧で放電させることが可能で、また、誘電体の高い短絡防止性能を必要とせずに広い面積で強い紫外線を発生し、また多量のオゾンが確実に得られるプラズマ発生装置を提供することを目的としている。 The present invention solves such a conventional problem, can increase the gap, can be discharged at a low DC voltage, and does not require the high short-circuit prevention performance of the dielectric. An object of the present invention is to provide a plasma generator capable of generating strong ultraviolet rays over a wide area and reliably obtaining a large amount of ozone.

本発明のプラズマ発生装置は上記目的を達成するために、電極の表面に設けられた膜の表面に荷電粒子を生じさせ、大気圧下においても膜の表面全体で放電を起こすことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the plasma generator of the present invention is characterized in that charged particles are generated on the surface of the film provided on the surface of the electrode, and discharge is generated on the entire surface of the film even under atmospheric pressure. Is.

本発明によればギャップを大きくすることができ、低い直流電圧が使用可能で、また、誘電体に高い短絡防止性能を付与する必要がないプラズマ発生装置を提供できる。ここで前述したとおりギャップとは互いに対向させて配置された２個の電極の間に設けられた空間のことを意味する。 According to the present invention, it is possible to provide a plasma generator that can increase the gap, use a low DC voltage, and does not need to provide a dielectric with high short-circuit prevention performance. As described above, the gap means a space provided between two electrodes arranged to face each other.

本発明の請求項１記載のプラズマ発生装置は、電極の表面に設けられた膜の表面に荷電粒子を生じさせ、膜の表面全体で放電を起こすことを特徴とするものである。荷電粒子が電子である場合、電極にマイナスの電圧を印加して膜の表面に電子を生じさせる。膜の表面に生じた電子のいくつかが膜と接するガス中に大きな速度で飛び出し、ガス中の気体分子と衝突して気体分子をプラスイオンと電子とに電離する。この作用をα作用という。α作用によって生じたプラスイオンは膜の表面に生じた電子によって引き付けられ、ある程度大きな速度を持って膜に衝突し、その衝突によって膜の表面に生じた電子がガス中にたたき出される。この作用をγ作用という。γ作用によってガス中にたたき出された電子はα作用によってガス中の気体分子を電離させ、プラスイオンと電子を生じさせる。この一連の現象が連続的に起こることによって膜の表面全体と接するガス領域ではプラスイオンや電子、または電子が気体分子と結合したマイナスイオンなどの電荷を有する粒子がある一定以上の速度を有しながら多く存在するようになる。この状態をプラズマといい、また、α作用やγ作用による荷電粒子の発生と電極への吸収のことを放電とする。プラズマ中ではα作用やγ作用が連続的に高い頻度および密度で起こった状態になっているが、この状態においてガス中の気体分子は励起され、高いエネルギーを持つ状態になる。そしてエネルギー的に基底の状態に戻る際に気体分子ごとに特有な波長の光を放出する。これをプラズマ発光と呼ぶ。窒素や酸素などの気体分子のプラズマ発光による光は波長領域が４００ｎｍ以下の紫外線である。本発明においては膜の表面全体がプラズマ発光を起こして目視可能なほどの強い紫外線を発生する。また、大きな速度を有する電子が酸素分子に衝突すると酸素分子が解離して酸素原子になり、酸素原子が酸素分子と結合してオゾンとなる。膜の表面と接するガス領域はプラズマ状態となっており、電子が加速されて大きな速度を有する状態となっているためオゾンも発生している。このように膜の表面に荷電粒子を発生させることで放電を起こし、膜の表面とガスとの接触領域全体をプラズマ状態とすることで膜表面に一様に広がる強い紫外線および多量のオゾンを得ることができる。 The plasma generator according to claim 1 of the present invention is characterized in that charged particles are generated on the surface of the film provided on the surface of the electrode, and discharge is generated on the entire surface of the film. When the charged particles are electrons, a negative voltage is applied to the electrode to generate electrons on the surface of the film. Some of the electrons generated on the surface of the film jump out into the gas in contact with the film at a high speed, collide with gas molecules in the gas, and ionize the gas molecules into positive ions and electrons. This action is called α action. The positive ions generated by the α action are attracted by the electrons generated on the surface of the film and collide with the film at a certain speed, and the electrons generated on the surface of the film by the collision are knocked out into the gas. This action is called γ action. Electrons knocked into the gas by the γ action ionize gas molecules in the gas by the α action, generating positive ions and electrons. As this series of phenomena occurs continuously, in the gas region in contact with the entire surface of the film, there is a certain rate of charge particles such as positive ions, electrons, or negative ions in which electrons are combined with gas molecules. However, many will come to exist. This state is called plasma, and the generation of charged particles by the α action and γ action and the absorption to the electrode is called discharge. In the plasma, the α action and the γ action are continuously generated at a high frequency and density. In this state, the gas molecules in the gas are excited and have a high energy state. When returning to the ground state in terms of energy, light of a specific wavelength is emitted for each gas molecule. This is called plasma emission. Light from plasma emission of gas molecules such as nitrogen and oxygen is ultraviolet light having a wavelength region of 400 nm or less. In the present invention, the entire surface of the film generates plasma emission and generates ultraviolet rays that are strong enough to be visually observed. Further, when an electron having a large velocity collides with an oxygen molecule, the oxygen molecule is dissociated to become an oxygen atom, and the oxygen atom is combined with the oxygen molecule to become ozone. The gas region in contact with the surface of the film is in a plasma state, and since electrons are accelerated and have a large velocity, ozone is also generated. In this way, discharge is generated by generating charged particles on the surface of the film, and strong ultraviolet rays and a large amount of ozone that uniformly spread on the film surface are obtained by bringing the entire contact region between the film surface and gas into a plasma state. be able to.

膜の表面とガスとの接触領域全体で起こるプラズマ状態はただ単に電極の表面に膜を設けるだけで得ることはできず、特定の構成および条件を満たす必要がある。本発明者は検討を重ねた結果その構成および条件を見出すことに成功した。それは請求項２に記載するとおり、ピンホールを有する絶縁性の膜が設けられた２個の電極を、ギャップを設けながら対面させ、それぞれの電極に異なる電圧を印加することを特徴とするものである。絶縁性の膜とガスとの接触領域全体にプラズマを起こすためには２個の電極の両方ともにピンホールを有する絶縁性の膜を設ける必要があり、例えば片方の電極のみにピンホールを有する絶縁性の膜を設けた場合には膜の一部で局部的に火花放電が発生するのみである。２個の電極両方に設けられた絶縁性の膜にはピンホール、すなわち小さな孔を有しており、このピンホールによって絶縁性の膜の表面に荷電粒子を発生させると同時に放電によって失った荷電粒子を補充することが可能となる。そしてガス中に飛び出す荷電粒子の量を適切に制御し、片方の電極から飛び出した荷電粒子がもう一方の電極へ吸収される速度を適切に制御することをも可能とする。ここで荷電粒子が吸収される速度が高すぎる場合、飛び出した電子が即座にもう一方の電極へ吸収されて荷電粒子密度の高い放電路を形成する。この放電路によって局部的な火花放電が起こり、その一点でのみ荷電粒子の飛び出しと吸収が断続的に起こるため、膜とガスとの接触領域全体で一様なプラズマを長時間安定して発生させることができない。すなわち絶縁性の膜は荷電粒子の吸収速度を抑制する役割を果たし、また、ピンホールはギャップを渡る荷電粒子の電極間の移動を可能とするという役割を果たす。すなわち荷電粒子が飛び出す電極および荷電粒子が吸収される電極の両方にピンホールを有する絶縁性の膜を設けることで、局部的な火花放電ではなく、膜とガスとの接触領域全体に一様なプラズマを長時間安定して起こすことが可能となる。ちなみにピンホールを有する絶縁性の膜の表面に何らかの方法で更に絶縁性の膜を設けてピンホールを塞いでしまった場合、大幅に高い電圧を電極に印加しても一様なプラズマを発生させることができないことが判明しており、ピンホールを設けることはプラズマを起こすための必要条件であることがわかっている。 The plasma state that occurs in the entire contact area between the surface of the film and the gas cannot be obtained simply by providing a film on the surface of the electrode, and it is necessary to satisfy specific configurations and conditions. As a result of repeated studies, the present inventor succeeded in finding out the configuration and conditions. As described in claim 2, it is characterized in that two electrodes provided with an insulating film having pinholes face each other while providing a gap, and different voltages are applied to the respective electrodes. is there. In order to generate plasma in the entire contact region between the insulating film and the gas, it is necessary to provide an insulating film having a pinhole in both of the two electrodes. For example, an insulating film having a pinhole only in one electrode When a conductive film is provided, only a spark discharge is locally generated in a part of the film. The insulating film provided on both of the two electrodes has pinholes, that is, small holes, which generate charged particles on the surface of the insulating film and at the same time charge lost by the discharge. It becomes possible to replenish the particles. It is also possible to appropriately control the amount of charged particles that jump out into the gas, and to appropriately control the speed at which charged particles that jump out from one electrode are absorbed by the other electrode. Here, when the speed at which the charged particles are absorbed is too high, the emitted electrons are immediately absorbed by the other electrode to form a discharge path having a high charged particle density. This discharge path causes a local spark discharge, and the discharge and absorption of charged particles occur intermittently only at one point, so that a uniform plasma is stably generated over a long period of time across the contact area between the film and the gas. I can't. That is, the insulating film plays a role of suppressing the absorption rate of charged particles, and the pinhole plays a role of enabling movement of charged particles between the electrodes across the gap. In other words, by providing an insulating film having pinholes on both the electrode from which charged particles jump out and the electrode from which charged particles are absorbed, it is uniform over the entire contact area between the film and gas, rather than a local spark discharge. Plasma can be generated stably for a long time. By the way, if an insulating film is provided on the surface of an insulating film having pinholes by some method to block the pinhole, a uniform plasma is generated even if a very high voltage is applied to the electrode. It has been found that this is not possible and the provision of pinholes has been found to be a necessary condition for generating plasma.

また、膜の表面とガスとの接触領域でα作用およびγ作用による放電を起こすことが本発明のプラズマ発生原理となっているため、この放電は面コロナ放電と呼ぶことも可能である。ここで面コロナ放電ではなく誘電体バリア放電によってプラズマを得ようとする場合、電極間の短絡を防ぐために出来る限りピンホールがなく完全な絶縁性を有する誘電体膜が必要となるがこれは技術的に大きな困難を伴う。本発明では逆にピンホールを積極的に設けることが技術的に重要なポイントとなるため、この技術的困難を克服する必要がないという利点を有する。 In addition, since the plasma generation principle of the present invention is to cause discharge by α action and γ action in the contact region between the surface of the film and the gas, this discharge can also be called surface corona discharge. Here, when plasma is to be obtained by dielectric barrier discharge instead of plane corona discharge, a dielectric film having complete insulation without pinholes as much as possible is required to prevent short circuit between electrodes. With great difficulty. In the present invention, on the contrary, since it is a technically important point to actively provide pinholes, there is an advantage that it is not necessary to overcome this technical difficulty.

また、請求項３記載のプラズマ発生装置は、請求項２記載のプラズマ発生装置において、それぞれの電極に印加する電圧が直流電圧であることを特徴とするものである。本発明のプラズマ発生装置はギャップをある程度大きく取ることができ、かつ直流電圧によってプラズマを起こし、維持することが可能であることが判明している。ギャップを大きくすることで静電容量を小さくすることができる。静電容量が大きく、波形制御が必要で振幅時に大きな電流を伴う交流電圧が必要な誘電体バリア放電装置と異なり、静電容量が小さいため電圧印加時に大きな電流を必要とせず、また制御が簡単な直流電圧を用いることが可能という利点を有する。 A plasma generator according to claim 3 is the plasma generator according to claim 2, wherein the voltage applied to each electrode is a DC voltage. It has been found that the plasma generator of the present invention can take a gap to some extent, and can generate and maintain plasma by a DC voltage. The capacitance can be reduced by increasing the gap. Unlike dielectric barrier discharge devices, which have a large capacitance, require waveform control, and need an AC voltage with a large current at the time of amplitude, the capacitance is small, so a large current is not required when applying voltage, and control is simple Advantageous DC voltage can be used.

また、請求項４記載のプラズマ発生装置は、請求項２または３記載のプラズマ発生装置において、膜がフッ素樹脂からなることを特徴とするものである。フッ素樹脂の例としてはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）などが挙げられる。フッ素樹脂は化学的に非常に安定な特徴をもち、優れた絶縁性、耐熱性、耐薬品性、耐摩耗性を有する。フッ素樹脂からなる絶縁性の膜とすることで膜の表面に放電を起こすのに十分な荷電粒子を生じさせることが可能となる。また、発生した紫外線やオゾンに対して高い耐久性を得ることも可能となる。フッ素樹脂からなる絶縁性の膜を電極に設ける具体的な方法として塗装が挙げられる。フッ素樹脂からなる粉体塗料を静電塗装法などで電極に付着させた後に加熱して焼き付ける方法、または溶剤に可溶となるようにオレフィン系などの樹脂を複合化して変性した液状のフッ素樹脂塗料を浸漬法や噴霧法で電極に塗装した後、乾燥工程を経て加熱して焼き付ける方法などによって電極表面に強固なフッ素樹脂の膜を設けることが可能である。この時塗料の電極への付着量を制御することによって膜厚を制御することが可能である。また、粉体状の塗料を付着させたり液状の塗料を塗布するといった方法では焼付け時に樹脂の膨張収縮が起こるため、製膜後にピンホールが自然と発生する。すなわち塗装と焼付けによって自然とピンホールが得られるという利点を有する。ピンホールの孔径は粉体塗料の粒径や液状塗料に含まれる溶剤の含有率、またはフッ素樹脂自体の分子量などによって制御することが可能である。 A plasma generator according to claim 4 is the plasma generator according to claim 2 or 3, wherein the film is made of a fluororesin. Examples of fluororesins include polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), tetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer Examples include coalescence (PFA). Fluorocarbon resin has very stable characteristics and has excellent insulating properties, heat resistance, chemical resistance, and wear resistance. By using an insulating film made of a fluororesin, it is possible to generate charged particles sufficient to cause discharge on the surface of the film. It is also possible to obtain high durability against the generated ultraviolet rays and ozone. As a specific method of providing an insulating film made of a fluororesin on an electrode, there is coating. A method of heating and baking a powder coating made of fluororesin after it is attached to the electrode by an electrostatic coating method or the like, or a liquid fluororesin modified by combining an olefin-based resin so that it is soluble in a solvent It is possible to provide a strong fluororesin film on the electrode surface by applying a paint to the electrode by a dipping method or a spraying method, and then heating and baking after a drying process. At this time, it is possible to control the film thickness by controlling the amount of paint applied to the electrode. Further, in the method of applying a powdery paint or applying a liquid paint, the resin expands and contracts during baking, so that a pinhole naturally occurs after film formation. That is, it has the advantage that a pinhole can be obtained naturally by painting and baking. The hole diameter of the pinhole can be controlled by the particle size of the powder coating material, the content of the solvent contained in the liquid coating material, the molecular weight of the fluororesin itself, or the like.

また、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）やポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）といった樹脂によって上記フッ素樹脂を変性・複合化することで耐熱性、耐薬品性、寸法安定性を更に向上させた樹脂もまた膜の材料として使用可能である。 Resins that have further improved heat resistance, chemical resistance, and dimensional stability by modifying and compounding the fluororesin with resins such as epoxy (EPOXY), polyamideimide (PAI), and polyethersulfone (PES) Can also be used as membrane material.

また、請求項５記載のプラズマ発生装置は、請求項２から４いずれかに記載のプラズマ発生装置において、膜の厚みが１〜５０μｍ以下であることを特徴とするものである。絶縁性の膜の厚さが厚すぎると膜に存在するピンホールの深さが大きくなってしまう。そのためピンホールを通じて電極から供給される荷電粒子を膜の表面に生じさせたり、放電によってなくなった荷電粒子を電極から補充することがスムーズに行えなくなる。絶縁性の膜の厚みを５０μｍ以下とすることによって荷電粒子を膜の表面に常に存在させ、放電によるプラズマを常に安定して起こすことが可能となる。 A plasma generator according to claim 5 is the plasma generator according to any one of claims 2 to 4, characterized in that the thickness of the film is 1 to 50 μm or less. If the insulating film is too thick, the depth of pinholes existing in the film will increase. For this reason, charged particles supplied from the electrodes through the pinholes are not generated smoothly on the surface of the film, or charged particles that have disappeared due to the discharge cannot be replenished smoothly. By setting the thickness of the insulating film to 50 μm or less, charged particles are always present on the surface of the film, and plasma due to discharge can be always generated stably.

また、請求項６記載のプラズマ発生装置は、請求項２から５いずれかに記載のプラズマ発生装置において、ピンホールが１０個／ｍｍ２以上存在することを特徴とするものである。ピンホールの数や位置的な分布は膜とガスとの接触領域全体に一様なプラズマを起こすために重要である。少なすぎる場合は膜表面に一様に電荷を生じさせることが困難となり、一様なプラズマを起こすことができなくなる。膜全体にピンホールを１０個／ｍｍ２以上存在させることで膜とガスとの接触領域全体に一様なプラズマを起こすことが可能となる。 A plasma generator according to claim 6 is characterized in that in the plasma generator according to any one of claims 2 to 5, there are 10 pinholes / mm 2 or more. The number and positional distribution of pinholes are important for generating a uniform plasma throughout the contact area between the film and the gas. When the amount is too small, it becomes difficult to generate electric charges uniformly on the film surface, and uniform plasma cannot be generated. By having 10 pinholes / mm 2 or more in the entire film, uniform plasma can be generated in the entire contact area between the film and the gas.

また、請求項７記載のプラズマ発生装置は、請求項２から５いずれかに記載のプラズマ発生装置において、ピンホールの孔径が１μｍ以上１００μｍ以下であることを特徴とするものである。ピンホールの孔径は小さすぎる場合には膜表面への荷電粒子の供給が十分に行われなくなり、また大きすぎる場合は電極間で起こりうる局部的な火花放電を誘発し、一様なプラズマを起こすことが出来なくなる。ピンホールの孔径を１μｍ以上１００μｍ以下とすることで、膜表面に荷電粒子を十分かつスムーズに供給すると同時に電極間で起こりうる局部的な火花放電を防いで一様なプラズマを起こすことが可能となる。 A plasma generator according to claim 7 is characterized in that, in the plasma generator according to any one of claims 2 to 5, the hole diameter of the pinhole is not less than 1 μm and not more than 100 μm. If the hole diameter of the pinhole is too small, the charged particles will not be sufficiently supplied to the membrane surface. If it is too large, a local spark discharge that may occur between the electrodes will be induced, and a uniform plasma will be generated. Can not do. By making the hole diameter of the pinhole 1 μm or more and 100 μm or less, charged particles can be sufficiently and smoothly supplied to the film surface, and at the same time, local spark discharge that can occur between the electrodes can be prevented and uniform plasma can be generated. Become.

また、請求項８記載のプラズマ発生装置は、請求項２から７いずれかに記載のプラズマ発生装置において、電極の間に設けられたギャップが１．５ｍｍ以上であることを特徴とするものである。本発明のプラズマ発生装置をオゾン生成の目的で使用する場合、空気など、原料となる酸素を含むガスをギャップに送り込むことでオゾンを生成し、また装置の外に送り出すことができる。ギャップをある程度大きく取ることで原料のガスを装置に送り込むことが容易となる。また、本発明のプラズマ発生装置を空気中に存在する菌やウイルスの不活化、または臭気など空気中に含まれる不純物ガスの分解除去といった空気浄化の目的で使用する場合にも、ギャップを大きくとることで処理する空気を送り込み、また送り出すことが容易となる。本発明のプラズマ発生装置はプラズマ発生のためにまず高い直流電圧を印加して火花放電を起こし、この火花放電によってプラズマ発生を開始するのに十分な量の荷電粒子を膜の表面に生じさせることが引き金となって面コロナ放電に移行する過程を経て、膜の表面とガスとの接触領域全体に一様なプラズマが発生する。面コロナ放電に移行した後は電圧が大幅に低下し、放電電流が大幅に上昇する。電流値を固定とした場合、面コロナに移行した後はギャップの増大による電圧の上昇は小さいという特徴を有する。高さ３９０ｍｍ、奥行２４０ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのステンレス製の電極に微小なピンホールを有するフッ素樹脂膜を表面全体に設けたものを２個用意して対向させてプラズマ発生装置を作成した。このプラズマ発生装置の電極間に直流電圧を印加し、ギャップを変えた時の電圧と放電電流の関係を調べた結果、プラズマ発生状態における放電電流が１ｍＡとなる時の電圧はそれぞれ１．５ｍｍのギャップで１．０８ｋＶ、３ｍｍのギャップで１．３２ｋＶ、６ｍｍのギャップで１．６３ｋＶとなり、プラズマ発生状態ではギャップの増大による電圧の増大が小さいことが検討の結果判明した。すなわち本発明におけるプラズマ発生装置は面コロナ放電を起こしており、プラズマを維持するために必要な電圧はギャップの増大に比例した値よりも小さくて済む。そのためギャップを３ｍｍ以上に設定して通気抵抗を低減し、原料ガスや処理空気をギャップ内に通過させやすくすることが可能である。 The plasma generator according to claim 8 is the plasma generator according to any one of claims 2 to 7, wherein a gap provided between the electrodes is 1.5 mm or more. . When the plasma generator of the present invention is used for the purpose of ozone generation, ozone can be generated by sending a gas containing oxygen, which is a raw material, such as air, into the gap, and sent out of the apparatus. By taking a gap to some extent, it becomes easy to feed the raw material gas into the apparatus. Further, when the plasma generator of the present invention is used for the purpose of air purification such as inactivation of bacteria and viruses present in the air, or decomposition and removal of impurity gases contained in the air such as odors, the gap is increased. It becomes easy to send in and send out the air to be processed. The plasma generator of the present invention first generates a spark discharge by applying a high DC voltage to generate plasma, and this spark discharge generates a sufficient amount of charged particles on the surface of the film to start plasma generation. Through the process of triggering and shifting to a plane corona discharge, uniform plasma is generated over the entire contact area between the film surface and the gas. After the transition to surface corona discharge, the voltage is greatly reduced and the discharge current is significantly increased. When the current value is fixed, the voltage rise due to the increase in the gap is small after shifting to the plane corona. A plasma generator was prepared by preparing two stainless steel electrodes having a height of 390 mm, a depth of 240 mm, and a thickness of 0.5 mm provided with a fluororesin film having minute pinholes on the entire surface and facing each other. As a result of investigating the relationship between the voltage and the discharge current when a DC voltage was applied between the electrodes of this plasma generator and the gap was changed, the voltage when the discharge current in the plasma generation state was 1 mA was 1.5 mm each. As a result of the examination, it was found that the gap is 1.08 kV, the gap of 3 mm is 1.32 kV, the gap of 6 mm is 1.63 kV, and the increase in voltage due to the increase of the gap is small in the plasma generation state. That is, the plasma generator according to the present invention causes a surface corona discharge, and the voltage required to maintain the plasma may be smaller than a value proportional to the increase in the gap. Therefore, it is possible to reduce the ventilation resistance by setting the gap to 3 mm or more, and to easily pass the raw material gas and the processing air into the gap.

また、請求項９記載のプラズマ発生装置は、請求項２から８いずれかに記載のプラズマ発生装置において、膜の表面に一様に発生する紫外線によって光触媒の酸化分解作用を得ることを特徴とするものである。光触媒とは光を受けて酸化力を発生する材料のことである。光触媒の種類としては酸化チタンや酸化亜鉛、酸化バナジウムなどが挙げられるが、励起可能な光の波長、強い酸化力および高い化学的安定性および低毒性の観点からアナターゼ型の酸化チタンが最も一般的に用いられている。以下、アナターゼ型の酸化チタンを例にして光触媒の酸化分解作用について説明する。強い光触媒作用を有する酸化チタンは伝導帯と荷電子帯とが適当な幅のバンドギャップで隔てられたバンド構造を有するが、バンドギャップ以上のエネルギーを持つ光を受けると荷電子帯の電子が伝導帯に励起され、その結果として荷電子帯に正孔を、伝導帯に電子を生じる。酸化チタンの表面に酸素や水が存在すると、正孔は水、もしくは水酸化物イオンを酸化してヒドロキシラジカル（ＯＨ・）を作り、励起された電子は酸素分子を還元して過酸化水素ラジカル（ＨＯ₂・）を生成する。これらＯＨ・やＨＯ₂・といった活性基は高い反応性を持っているため、近くに存在する有機化合物を酸化分解する作用を持つ。ちなみに酸化チタンのバンドギャップは３．２ｅＶであり、３８０ｎｍ以下の波長の光を受けて励起反応を起こす。酸化チタンの励起反応機構を以下に示す。 The plasma generator according to claim 9 is characterized in that, in the plasma generator according to any one of claims 2 to 8, an oxidative decomposition action of the photocatalyst is obtained by ultraviolet rays uniformly generated on the surface of the film. Is. A photocatalyst is a material that receives light and generates an oxidizing power. Examples of photocatalysts include titanium oxide, zinc oxide, and vanadium oxide. Anatase-type titanium oxide is the most common from the viewpoint of excitable light wavelength, strong oxidizing power, high chemical stability, and low toxicity. It is used for. Hereinafter, the oxidative decomposition action of the photocatalyst will be described by taking anatase type titanium oxide as an example. Titanium oxide, which has a strong photocatalytic action, has a band structure in which the conduction band and the valence band are separated by a band gap with an appropriate width. However, when light with energy greater than the band gap is received, electrons in the valence band are conducted. Excited in the band, resulting in holes in the valence band and electrons in the conduction band. When oxygen or water is present on the surface of titanium oxide, holes oxidize water or hydroxide ions to form hydroxy radicals (OH.), And excited electrons reduce oxygen molecules to form hydrogen peroxide radicals. (HO _2. ) Is generated. Since these active groups such as OH · and HO ₂ · have high reactivity, they have an action of oxidizing and decomposing organic compounds present in the vicinity. Incidentally, the band gap of titanium oxide is 3.2 eV, and an excitation reaction is caused by receiving light having a wavelength of 380 nm or less. The excitation reaction mechanism of titanium oxide is shown below.

ＴｉＯ₂＋ｈν（光）→ｈ⁺（正孔）＋ｅ^-（電子）
ｈ⁺（正孔）＋Ｈ₂Ｏ→Ｈ⁺＋ＯＨ・
ｅ^-（電子）＋Ｏ₂＋Ｈ⁺→ＨＯ₂・
光触媒材料は受ける光量が大きいほど強く励起されるが、光源と光触媒の間に空気の層が大きな距離をもって存在するほど光は分散するため、発光材料から発光された全ての光を光触媒材料が受けられない。また、光源と光触媒の間に光透過性材料が存在する場合も、光透過性材料の表面で屈折もしくは反射を起こすため、発光材料から発光された全ての光を光触媒材料が受けられない。すなわち光触媒材料と光源が中間層を持たずに隣接している形態が、光触媒材料を最も強く励起させることができる。本発明のプラズマ発生装置では膜の表面全体から一様に目視可能な強い発光強度を有する紫外線が発生しており、この紫外線の直近に光触媒を存在させることで、例えば紫外線ランプの紫外線を光触媒に当てるよりも強い酸化力を得ることができる。具体的には請求項１０に記載してあるように膜の上に光触媒を設ける方法が挙げられる。ここで膜のピンホールを完全に覆わずに光触媒を設けることが膜の表面でプラズマを発生させるためのポイントとなる。例えば膜の表面に光触媒を付着させたり、膜の表面に光触媒を担持したメッシュ状のシートを設けたりする方法である。膜は光触媒の層によって完全に覆われていないため、プラズマの発生および維持が可能となっている。そしてプラズマ発光による紫外線を間に何も挟まずに直近で受けるため、光触媒は強く励起され、そして強い酸化作用を得ることができる。したがって膜表面に付着した空気中の菌やウイルスはその酸化作用を受けて死滅にいたり、また、膜表面に付着した空気中の不純物ガス、特に炭化原子と水素原子および酸素原子などで構成される有機系ガスは光触媒の酸化作用によって最終的に水と二酸化炭素に分解する。不純物ガスの例としてトルエンやホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、酢酸などの有機系ガスが挙げられる。これらのガスは有機溶剤や建材用接着剤などに含まれており、空気中に揮発して人々の健康を害する原因物質とされている。 TiO ₂ + hν (light) → h ⁺ (hole) + e ⁻ (electron)
h ⁺ (hole) + H ₂ O → H ⁺ + OH ·
e ^- _{^{(e) + O 2 + H + →}} HO 2 ·
The greater the amount of light received by the photocatalyst material, the stronger the excitation, but the greater the distance between the light source and the photocatalyst, the more the light is dispersed, so the photocatalyst material receives all the light emitted from the luminescent material. I can't. Even when a light-transmitting material exists between the light source and the photocatalyst, the photocatalytic material cannot receive all the light emitted from the light-emitting material because refraction or reflection occurs on the surface of the light-transmitting material. That is, the photocatalyst material and the light source adjacent to each other without having an intermediate layer can excite the photocatalyst material most strongly. In the plasma generator of the present invention, ultraviolet rays having a strong light emission intensity that can be visually observed uniformly are generated from the entire surface of the film. By making a photocatalyst be present in the immediate vicinity of the ultraviolet ray, for example, the ultraviolet ray of an ultraviolet lamp is used as the photocatalyst. Stronger oxidative power than hitting can be obtained. Specifically, a method of providing a photocatalyst on the film as described in claim 10 can be mentioned. Here, providing a photocatalyst without completely covering the pinholes of the film is a point for generating plasma on the surface of the film. For example, a photocatalyst is attached to the surface of the film, or a mesh-like sheet carrying the photocatalyst is provided on the surface of the film. Since the film is not completely covered by the layer of photocatalyst, plasma can be generated and maintained. And since it receives the ultraviolet-ray by plasma light emission immediately without interposing anything in between, a photocatalyst is strongly excited and can obtain a strong oxidizing action. Therefore, bacteria and viruses in the air attached to the membrane surface are killed by the oxidizing action, and are composed of impurity gases in the air attached to the membrane surface, especially carbon atoms, hydrogen atoms and oxygen atoms. The organic gas is finally decomposed into water and carbon dioxide by the oxidizing action of the photocatalyst. Examples of the impurity gas include organic gases such as toluene, formaldehyde, acetaldehyde, and acetic acid. These gases are contained in organic solvents, adhesives for building materials, and the like, and are volatilized in the air and are considered as causative substances that harm people's health.

また、請求項１１に記載してあるように、これら不純物ガスをより効率よく捕集して無害化するために、例えば膜の表面に吸着剤を付着させたり、膜の表面に吸着剤を担持したメッシュ状のシートを設けたりして吸着剤を膜の表面に設ける方法が有効である。吸着剤は径として１ｎｍ〜１μｍの細孔を有する材料であり、空気中の不純物ガスを捕集する作用を有する。吸着剤を膜の表面に設けることで空気中の不純物ガスを捕集し、捕集した不純物ガスを光触媒やオゾンの酸化作用で効率よく分解することが可能となる。吸着剤の種類としてはアルミナ珪酸塩から作成されるゼオライトや、もしくはシリカゲルなどが挙げられる。特にゼオライトは化学的、物理的に安定な結晶構造を有しており、耐熱性も高いという特徴を有する。 Further, as described in claim 11, in order to more efficiently collect and detoxify these impurity gases, for example, an adsorbent is attached to the surface of the film or an adsorbent is supported on the surface of the film. A method of providing an adsorbent on the surface of the film by providing a mesh-like sheet is effective. The adsorbent is a material having pores having a diameter of 1 nm to 1 μm, and has an action of collecting impurity gas in the air. By providing the adsorbent on the surface of the film, it is possible to collect the impurity gas in the air and efficiently decompose the collected impurity gas by the oxidizing action of the photocatalyst or ozone. Examples of the adsorbent include zeolite made from alumina silicate and silica gel. In particular, zeolite has a characteristic that it has a chemically and physically stable crystal structure and has high heat resistance.

また、他の方法としては請求項１２に記載してあるように膜の中に光触媒を含有させる方法が挙げられる。例えば光触媒を混合したフッ素樹脂などの製膜塗料によって膜を形成する方法である。膜に含まれた光触媒は膜の表面に発生する紫外線を間に何も挟まずに直近で受けることで非常に強い酸化力を得る。電極表面に付着した空気中の菌やウイルスは光触媒の酸化作用によって死滅にいたり、また、空気中の不純物ガスを酸化分解して無害化することが可能である。ここで膜をフッ素樹脂製とすると、膜を形成する高分子鎖において主鎖を取り囲むフッ素原子が光触媒と接触する。そして光触媒の酸化作用で主鎖の炭素結合が分解されることをフッ素原子が防ぐため、膜の高い耐久性を確保することができるという特徴を有する。 Further, as another method, as described in claim 12, there is a method in which a photocatalyst is contained in the film. For example, it is a method of forming a film by a film-forming paint such as a fluororesin mixed with a photocatalyst. The photocatalyst contained in the film obtains a very strong oxidizing power by receiving the ultraviolet rays generated on the surface of the film in the immediate vicinity without interposing anything between them. Bacteria and viruses in the air adhering to the electrode surface can be killed by the oxidizing action of the photocatalyst, or the impurity gas in the air can be oxidatively decomposed and rendered harmless. Here, when the film is made of a fluororesin, the fluorine atoms surrounding the main chain in the polymer chain forming the film come into contact with the photocatalyst. And since a fluorine atom prevents that the carbon bond of a principal chain is decomposed | disassembled by the oxidation action of a photocatalyst, it has the characteristic that the high durability of a film | membrane can be ensured.

また、請求項１３に記載してあるように、不純物ガスをより効率よく捕集して無害化するために、例えば吸着剤を混合したフッ素樹脂などの製膜塗料によって膜を形成することで膜の中に吸着剤を含有させる方法が有効である。膜の中に含有されたゼオライトやシリカゲルなどの吸着剤が空気中の不純物ガスを捕集し、捕集された不純物ガスは光触媒やオゾンの酸化作用によって分解され、効率よく無害化される。 Further, as described in claim 13, in order to collect the impurity gas more efficiently and detoxify, the film is formed by forming a film with a film-forming paint such as a fluororesin mixed with an adsorbent, for example. A method of containing an adsorbent in the inside is effective. Adsorbents such as zeolite and silica gel contained in the membrane collect impurity gas in the air, and the collected impurity gas is decomposed by the oxidizing action of the photocatalyst and ozone, and is made harmless efficiently.

このように本発明のプラズマ発生装置から発生する紫外線によって光触媒から強い酸化作用を引き出すことで、高い空気浄化性能を得ることが可能となる。また、吸着剤を膜の表面や内部に存在させて不純物ガスをプラズマの発生する膜の表面に集め、空気中の不純物ガスを酸化分解する性能を更に高めることが可能となる。 Thus, it is possible to obtain a high air purification performance by drawing out a strong oxidizing action from the photocatalyst by the ultraviolet rays generated from the plasma generator of the present invention. Further, it is possible to further improve the performance of oxidizing and decomposing the impurity gas in the air by collecting the impurity gas on the surface of the film where the plasma is generated by allowing the adsorbent to be present on the surface or inside the film.

また、請求項１４記載のプラズマ発生装置は、請求項２から１３いずれかに記載のプラズマ発生装置において、電極の形状が板状であることを特徴とするものである。電極形状を板状とすることでプラズマを発生する膜の表面積を大きく取ることができ、高いオゾン発生性能および空気浄化性能を得ることができる。また、ギャップを設けながら２個の板状の電極を互いに対向させて配置することでギャップ中に一様な電場が形成され、膜の表面と空気の接触する領域において電子の加速度が均一になり、一様なプラズマを得ることが可能となるという作用を有する。 A plasma generator according to claim 14 is the plasma generator according to any one of claims 2 to 13, wherein the electrode has a plate shape. By making the electrode shape into a plate shape, the surface area of the membrane that generates plasma can be increased, and high ozone generation performance and air purification performance can be obtained. In addition, by arranging two plate-like electrodes facing each other while providing a gap, a uniform electric field is formed in the gap, and the acceleration of electrons becomes uniform in the region where the surface of the film is in contact with air. , It has an effect that a uniform plasma can be obtained.

また、請求項１５記載のプラズマ発生装置は、請求項２から１４いずれかに記載のプラズマ発生装置において、空間を設けながら電極が３個以上積層され、積層ごとに交互に異なる電圧を印加することを特徴とするものである。単純に電極の積層数を増やして交互に異なる電圧を印加するだけで放電領域を増やし、空気の浄化処理能力、またはオゾン含有空気の製造能力を向上させることが可能である。 The plasma generator according to claim 15 is the plasma generator according to any one of claims 2 to 14, wherein three or more electrodes are stacked while providing a space, and different voltages are applied alternately for each stack. It is characterized by. By simply increasing the number of stacked electrodes and applying different voltages alternately, it is possible to increase the discharge region and improve the air purification treatment capacity or the production capacity of ozone-containing air.

また、請求項１６記載のプラズマ発生装置は、請求項２から１５いずれかに記載のプラズマ発生装置において、送風機を電極の上下流側の少なくとも一方の位置に設け、電極の間に設けられた空間にガスを流すことを特徴とするものである。送風機を用いて強制的にギャップに空気を送り込むことで、空気の浄化処理能力およびオゾン含有空気の製造能力を向上させることができる。 A plasma generator according to claim 16 is the plasma generator according to any one of claims 2 to 15, wherein the air blower is provided at at least one position on the upstream and downstream sides of the electrode, and the space provided between the electrodes. It is characterized by flowing a gas through. By forcibly sending air into the gap using a blower, it is possible to improve the air purification treatment capacity and the production capacity of ozone-containing air.

また、請求項１７記載のプラズマ発生装置は、請求項２から１６いずれかに記載のプラズマ発生装置において、電極の下流側にオゾン還元フィルタを設けることを特徴とするものである。空気浄化装置として本発明のプラズマ発生装置を用いる場合、プラズマと同時に発生するオゾンをそのまま人のいる場所に送り込むとオゾンによって人々の健康を損なう。オゾンは酸化作用を有するため、０．０２ｐｐｍ以下ではほとんど害がないが０．１ｐｐｍ以上の濃度では明らかに鼻や喉に刺激を感じるというようにある程度高い濃度になると健康障害を引き起こす有害な物質である。電極の下流側にオゾン還元フィルタを設けることで処理空気中に含まれるオゾンを還元して酸素にし、オゾン濃度を人々の健康障害を引き起こさないまでに低減することができる。 A plasma generator according to claim 17 is the plasma generator according to any of claims 2 to 16, wherein an ozone reduction filter is provided on the downstream side of the electrode. When the plasma generator of the present invention is used as an air purification device, ozone generated at the same time as the plasma is directly sent to a place where a person is present, and the health of people is impaired by the ozone. Since ozone has an oxidizing effect, it is hardly harmful at 0.02 ppm or less, but at a concentration of 0.1 ppm or more, it is a harmful substance that causes health problems when it reaches a certain level, such as clearly feeling irritation in the nose and throat. is there. By providing an ozone reduction filter on the downstream side of the electrode, the ozone contained in the processing air can be reduced to oxygen, and the ozone concentration can be reduced without causing health problems for people.

オゾン還元フィルタとしては、担持基材に二酸化マンガン、酸化コバルトといった遷移金属の酸化物や活性炭を担持したものが挙げられる。担持機材としてはアルミニウムやパルプ紙、ガラス繊維紙やセラミック繊維紙をコルゲート加工してハニカム形状とした通気性を有するものなどが挙げられる。遷移金属の酸化物や活性炭はオゾンを酸素に還元する作用を有しているため、オゾンを還元して酸素にする材料として適している。また、請求項１８記載に記載してあるとおり、オゾン還元フィルタが吸着剤およびオゾン還元触媒を含有する場合においては、空気中の不純物ガスを吸着剤が捕集し、オゾン還元触媒が空気中のオゾンを分解する際に得る酸化作用によって不純物ガスを酸化分解し無害化することが可能となる。吸着剤としてはゼオライトやシリカゲル、活性炭などが挙げられるが、吸着作用のみでなくオゾン還元作用をも有する活性炭を使用するのが好ましい。前述の二酸化マンガンや酸化コバルトといった遷移金属の酸化物はオゾンに電子を与えてオゾンを還元すると同時に自らが電子欠乏状態となることで酸化作用を得、吸着剤が捕集した不純物ガスを酸化分解して無害化するという作用を有するためオゾン還元触媒として適している。 Examples of the ozone reduction filter include those in which an oxide of transition metal such as manganese dioxide or cobalt oxide or activated carbon is supported on a supporting substrate. Examples of the supporting equipment include aluminum, pulp paper, glass fiber paper, and ceramic fiber paper that are corrugated to have a honeycomb shape and have air permeability. Since transition metal oxides and activated carbon have the effect of reducing ozone to oxygen, they are suitable as materials for reducing ozone to oxygen. Further, as described in claim 18, when the ozone reduction filter contains an adsorbent and an ozone reduction catalyst, the adsorbent collects impurity gas in the air, and the ozone reduction catalyst is in the air. Impurity gas can be oxidatively decomposed and rendered harmless by the oxidizing action obtained when decomposing ozone. Examples of the adsorbent include zeolite, silica gel, activated carbon and the like, but it is preferable to use activated carbon having not only an adsorption action but also an ozone reduction action. The oxides of transition metals such as manganese dioxide and cobalt oxide give electrons to ozone and reduce ozone. At the same time, they themselves become deficient in electrons to obtain an oxidizing action, and oxidatively decompose the impurity gas collected by the adsorbent. Therefore, it is suitable as an ozone reduction catalyst because of its detoxifying effect.

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。また、本発明のプラズマ発生装置は形状や構造、電圧の極性など、以下の実施の形態に示したものに限定するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. Further, the plasma generator of the present invention is not limited to the shape, structure, voltage polarity, and the like shown in the following embodiments.

（実施の形態１）
２個の電極板を互いに対向させたプラズマ発生装置の正面図を図１に示す。なお電極板は棒のような形状に見えるが実際には奥行を有する板形状である。図１に示すように高圧電源１によって高電圧が印加される高圧電極板２とアースに接続されるアース電極板３はギャップ４を設けながら互いに対向して設けられており、また、高圧電極板２およびアース電極板３の両方とも表面にはピンホール５を有する絶縁性の膜６が設けられている。ここで図１においてマイナスの高電圧が印加されている高圧電極板２に設けられた膜６の表面にはピンホール５から供給された電子７が存在している。ここで高圧電極板２とアース電極板３との間に火花放電が起こるほどの電圧を高圧電極板２に印加すると、火花放電が起こった膜６の表面から電子７がギャップ４内に飛び出す。ギャップ４に飛び出した電子７は高圧電極板２によってアース電極板３に向かって加速される。そして加速されて大きな速度を有した電子７はギャップ内の気体分子８と衝突して気体分子８を電離する。電離した気体分子８（ｇ）はプラスイオン９（ｇ＋）と電子７（ｅ）とに別れ、プラスイオン９は高圧電極板２に引き寄せられ、電子７は高圧電極板２から反発力を受けてアース電極板３へと向かい、アース電極板３の膜６表面に付着し、ピンホール５を通じてアース電極板３に吸収される。高圧電極板２に引き寄せられたプラスイオン９は高圧電極板２の膜６の表面に衝突し、膜６の表面に存在する電子７を衝撃でたたき出す。そしてたたき出された電子７はまた加速されて大きな速度を持つようになり、気体分子８と衝突して気体分子８をプラスイオン９と電子７に電離する。この繰り返しによって電子７とプラスイオン９が膜６の表面とギャップ４内の空気との接触領域で充満するようになり、電子７の衝突によって高いエネルギーを得たプラスイオン９が再び電子７と結合して基底状態に戻る際に発光し、紫外線を放出する。同時に空気中に含まれる酸素分子は電子７が衝突することにより解離して酸素原子になり、別の酸素分子と結合することでオゾンとなる。この時マイナスの電圧が印加された高圧電極板２の表面全体が紫色に発光し、プラズマが膜６の表面と空気との接触領域全体で発生する。ここで高圧電極板２に一面に発生したプラズマ発光の効果を調べるために以下の条件で試作を作成して実験を行った。高圧電極板２およびアース電極板３はステンレス製であり、大きさは高さ３９０ｍｍ、奥行２４０ｍｍ、厚み０．５ｍｍである。高圧電極板２およびアース電極板３の両方ともポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂を複合化して耐熱性および接着強度を向上させたポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）樹脂塗料を付着させて焼き付け、表面全体に厚さ約２０μｍのフッ素樹脂の膜６を設けた。この膜６を光学顕微鏡で観察したところ、５〜３０μｍの孔径を有するピンホール５が１ｍｍ２あたり１０個以上存在することが確認できた。また、測定プローブおよび超高抵抗微小電流計を用いて３００Ｖの電圧を印加した時の膜６の体積抵抗率および表面抵抗率を測定した結果、体積抵抗率、表面抵抗率とも１０の１６乗以上を示しており、高い絶縁性を有することがわかった。その結果を表１に示す。 (Embodiment 1)
A front view of a plasma generator in which two electrode plates are opposed to each other is shown in FIG. Although the electrode plate looks like a rod, it is actually a plate having a depth. As shown in FIG. 1, a high-voltage electrode plate 2 to which a high voltage is applied by a high-voltage power source 1 and a ground electrode plate 3 connected to the ground are provided facing each other with a gap 4 therebetween. 2 and the ground electrode plate 3 are each provided with an insulating film 6 having a pinhole 5 on the surface thereof. Here, electrons 7 supplied from the pinhole 5 exist on the surface of the film 6 provided on the high voltage electrode plate 2 to which a negative high voltage is applied in FIG. Here, when a voltage is applied to the high voltage electrode plate 2 such that a spark discharge occurs between the high voltage electrode plate 2 and the earth electrode plate 3, electrons 7 jump out of the surface of the film 6 where the spark discharge has occurred into the gap 4. The electrons 7 jumping into the gap 4 are accelerated toward the ground electrode plate 3 by the high voltage electrode plate 2. The accelerated electrons 7 having a large velocity collide with the gas molecules 8 in the gap and ionize the gas molecules 8. The ionized gas molecules 8 (g) are separated into positive ions 9 (g +) and electrons 7 (e), the positive ions 9 are attracted to the high voltage electrode plate 2, and the electrons 7 receive a repulsive force from the high voltage electrode plate 2. It goes to the ground electrode plate 3, adheres to the surface of the film 6 of the ground electrode plate 3, and is absorbed by the ground electrode plate 3 through the pinhole 5. The positive ions 9 attracted to the high-voltage electrode plate 2 collide with the surface of the film 6 of the high-voltage electrode plate 2 and knock out the electrons 7 existing on the surface of the film 6 by impact. The knocked-out electrons 7 are also accelerated and have a large velocity, collide with the gas molecules 8 and ionize the gas molecules 8 into positive ions 9 and electrons 7. By repeating this, the electrons 7 and the positive ions 9 are filled in the contact area between the surface of the film 6 and the air in the gap 4, and the positive ions 9 obtained with high energy by the collision of the electrons 7 are combined with the electrons 7 again. When it returns to the ground state, it emits light and emits ultraviolet rays. At the same time, the oxygen molecules contained in the air are dissociated by the collision of electrons 7 to become oxygen atoms, and become ozone by combining with other oxygen molecules. At this time, the entire surface of the high-voltage electrode plate 2 to which a negative voltage is applied emits purple light, and plasma is generated in the entire contact region between the surface of the film 6 and air. Here, in order to investigate the effect of plasma emission generated on the entire surface of the high-voltage electrode plate 2, an experiment was performed by making a prototype under the following conditions. The high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3 are made of stainless steel and have a height of 390 mm, a depth of 240 mm, and a thickness of 0.5 mm. Both the high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3 are baked by attaching a polytetrafluoroethylene (PTFE) resin paint which is a composite of polyethersulfone (PES) resin to improve heat resistance and adhesive strength. A fluororesin film 6 having a thickness of about 20 μm was provided. When this film 6 was observed with an optical microscope, it was confirmed that 10 or more pinholes 5 having a hole diameter of 5 to 30 μm were present per 1 mm 2. Further, as a result of measuring the volume resistivity and the surface resistivity of the film 6 when a voltage of 300 V was applied using a measurement probe and an ultrahigh resistance microammeter, both the volume resistivity and the surface resistivity were 10 16 or more. It was shown that it has high insulation. The results are shown in Table 1.

ちなみに体積抵抗率を測定するときは電極板の下地であるステンレスに、また、表面抵抗率を測定するときは測定プローブの外側電極に電圧を印加するが、両方の場合において印加電圧を５００Ｖにすると膜６にピンホール５が存在するために短絡を起こした。このようにしてピンホール５を有するフッ素樹脂の膜６が設けられた２個の電極板を、電極板同士の間隔が３ｍｍとなるようにギャップ４を設けながら互いに対向させるように固定した。そしてアース電極板３をアースに接続して０Ｖとし、高圧電極板２にマイナスの電圧を徐々に高くなるよう印加した。高圧電極板２が約−７ｋＶに達したときに火花放電が発生した。火花放電が約１０秒間断続的に発生した後、両電極板の間に流れる電流が増加し、高圧電極板２に印加した電圧が徐々に低下した。電流を２ｍＡに制限したところ電圧は−１．４７ｋＶとなり、この時高圧電極板２の表面全体が紫色に発光しているのを確認した。ここで約２ｍｍ角の無数の穴を有する厚さ約０．２ｍｍのネット状ガラス繊維シートを酸化チタンとコロイダルシリカの溶液に浸して乾燥したもの、およびゼオライトとコロイダルシリカの溶液に浸して乾燥したものをそれぞれ用意し、それぞれにメチレンブルー溶液を浸して乾燥し、青色に着色した。この２種類のシートを装置がプラズマを発生している状態においてギャップ４に１分間挿入したところ、酸化チタンを添着したシートではメチレンブルーの青色が完全に消失したが、ゼオライトを添着したシートは薄くなったものの青色が残る結果となった。結果を表２に示す。 By the way, when measuring volume resistivity, a voltage is applied to the stainless steel that is the base of the electrode plate, and when measuring surface resistivity, a voltage is applied to the outer electrode of the measuring probe. A short circuit occurred due to the presence of the pinhole 5 in the film 6. In this way, the two electrode plates provided with the fluororesin film 6 having the pinholes 5 were fixed so as to face each other while providing the gap 4 so that the distance between the electrode plates was 3 mm. Then, the ground electrode plate 3 was connected to the ground to 0 V, and a negative voltage was applied to the high voltage electrode plate 2 so as to gradually increase. A spark discharge occurred when the high-voltage electrode plate 2 reached about -7 kV. After the spark discharge was intermittently generated for about 10 seconds, the current flowing between the two electrode plates increased, and the voltage applied to the high voltage electrode plate 2 gradually decreased. When the current was limited to 2 mA, the voltage was -1.47 kV. At this time, it was confirmed that the entire surface of the high-voltage electrode plate 2 was emitting purple light. Here, about 0.2 mm thick net-like glass fiber sheet having innumerable holes of about 2 mm square was dipped in a solution of titanium oxide and colloidal silica, and dipped in a solution of zeolite and colloidal silica and dried. Each was prepared, dipped in a methylene blue solution and dried, and colored blue. When these two types of sheets were inserted into the gap 4 for 1 minute while the apparatus was generating plasma, the blue color of methylene blue disappeared completely in the sheet with titanium oxide, but the sheet with zeolite was thinned. The result was a blue color. The results are shown in Table 2.

この結果により、高圧電極板２の表面に一様に発生したプラズマ発光が紫外線を発生しており、紫外線を受けて酸化チタンが酸化作用を得たことを確認することができた。 From this result, it was confirmed that the plasma emission uniformly generated on the surface of the high-voltage electrode plate 2 generated ultraviolet rays, and that the titanium oxide received an ultraviolet ray and obtained an oxidizing action.

次にギャップ４の大きさによるプラズマ発生時の電圧と電流の変化を調べた。結果を表３に示す。 Next, changes in voltage and current during plasma generation due to the size of the gap 4 were examined. The results are shown in Table 3.

電流が１ｍＡ一定となるよう電源を制御した場合、表３に示すように、ギャップを１．５ｍｍから３ｍｍおよび６ｍｍと変化させた場合、電圧は２倍、４倍ではなくそれぞれ１．２倍および１．５倍となった。このようにギャップ４を大きくしても電圧の変化は比例して大きくならないため、ギャップ４を大きくして両電極板の間に空気を流す際の通気抵抗を減らすことが容易であることがわかった。 When the power source is controlled so that the current is constant at 1 mA, as shown in Table 3, when the gap is changed from 1.5 mm to 3 mm and 6 mm, the voltage is 1.2 times and not 2 times and 4 times, respectively. 1.5 times. Thus, since the voltage change does not increase proportionally even when the gap 4 is increased, it has been found that it is easy to increase the gap 4 and reduce the ventilation resistance when air flows between both electrode plates.

次に、膜６によるプラズマ発生条件を調べるために、以下の検証を行った。高圧電極板２、アース電極板３の両方において、表面にピンホール５を有する厚さ２０μｍのフッ素樹脂の膜６を設けたもの、前記フッ素樹脂の膜６を設けずステンレスが表面に現れているもの、および中心粒径が約１μｍのゼオライト粉末と中心粒子径約１０ｎｍコロイダルシリカを分散混合した溶液に、フッ素樹脂の膜６を設けた電極板を浸漬して乾燥させたものとを用意した。そしてギャップ４を３ｍｍに設定し、用意したそれぞれの高圧電極板２およびアース電極板３を組み合わせ、互いに対向させて配置した。そしてアース電極板３をアースに接続し、高圧電極板２に直流の高電圧を印加してプラズマが発生するかどうかを検証した。結果を表４に示す。 Next, in order to examine the plasma generation conditions by the film 6, the following verification was performed. Both the high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3 are provided with a fluororesin film 6 having a thickness of 20 μm having pinholes 5 on the surface, and stainless steel appears on the surface without providing the fluororesin film 6. And an electrode plate provided with a fluororesin film 6 immersed in a solution obtained by dispersing and mixing zeolite powder having a center particle diameter of about 1 μm and colloidal silica having a center particle diameter of about 10 nm were prepared. Then, the gap 4 was set to 3 mm, and the prepared high voltage electrode plate 2 and ground electrode plate 3 were combined and arranged to face each other. Then, the earth electrode plate 3 was connected to the earth, and it was verified whether or not plasma was generated by applying a high DC voltage to the high voltage electrode plate 2. The results are shown in Table 4.

表４に示すとおり、高圧電極板２およびアース電極板３の両方ともフッ素樹脂の膜６のない単なる金属板である場合、または高圧電極板２とアース電極板３のどちら一方のみにフッ素樹脂の膜６を設けた場合において、−８ｋＶ以上の高い電圧を印加しても火花放電が断続的に起こるだけで面コロナ放電に移行せず、プラズマが発生しなかった。このことは、火花放電が起こる箇所のみで電子など荷電粒子の電極板間の移動が過大に起こってしまっているためであり、すなわちピンホール５を有するフッ素樹脂の膜６で荷電粒子の移動を最適に制御しないと面コロナ放電が起きないことを示唆している。また、フッ素樹脂の膜６を設けた高圧電極板２およびアース電極板３のどちらか一方を前記ゼオライトでコーティングした場合においても一部の表面が点状に発光するのみで全面での面コロナ放電に移行せず、プラズマが発生しなかった。すなわちピンホール５がゼオライトのコーティングによって塞がれてしまい、荷電粒子の電極板間の移動がスムーズに行われなくなり、面コロナ放電への移行が阻害されたことを示唆している。そして高圧電極板２およびアース電極板３の両方にフッ素樹脂の膜６を設けた組み合わせのみが唯一面コロナ放電に移行し、プラズマ発生を起こした。すなわち高圧電極板２およびアース電極板３の両方にピンホール５を有するフッ素樹脂の膜６を設けることによって荷電粒子の電極板間の移動が最適に制御され、火花放電から面コロナ放電に移行し、膜の表面全体に一様なプラズマを発生することが確認できた。 As shown in Table 4, when both the high-voltage electrode plate 2 and the earth electrode plate 3 are simple metal plates without the fluororesin film 6, or only one of the high-voltage electrode plate 2 and the earth electrode plate 3 is made of fluororesin In the case where the film 6 was provided, even when a high voltage of −8 kV or higher was applied, the spark discharge only occurred intermittently and did not shift to the plane corona discharge, and no plasma was generated. This is because the movement of charged particles such as electrons between the electrode plates occurs excessively only at the location where spark discharge occurs. That is, the movement of charged particles is caused by the fluororesin film 6 having pinholes 5. This suggests that surface corona discharge will not occur unless optimally controlled. Even when either one of the high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3 provided with the fluororesin film 6 is coated with the zeolite, only a part of the surface emits light in the form of dots, and the entire surface corona discharge is generated. No plasma was generated. That is, the pinhole 5 is blocked by the zeolite coating, and the movement of the charged particles between the electrode plates is not performed smoothly, suggesting that the transition to the surface corona discharge is hindered. Only the combination in which the fluororesin film 6 was provided on both the high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3 shifted to the surface corona discharge and caused plasma generation. That is, by providing a fluororesin film 6 having pinholes 5 on both the high-voltage electrode plate 2 and the ground electrode plate 3, the movement of charged particles between the electrode plates is optimally controlled, and the transition from spark discharge to surface corona discharge is performed. It was confirmed that uniform plasma was generated over the entire surface of the film.

（実施の形態２）
図２および図３にあるようなプラズマ発生装置を作成し、本発明のプラズマ発生装置による不純物ガスの浄化性能とオゾン発生性能を調べた。このプラズマ発生装置の正面図を図２に、側面図を図３に示す。不純物ガスの浄化作用を高めるために上記実施の形態１で作成した３ｍｍのギャップ４を有するプラズマ発生装置の試作において、両電極板の膜６の表面に１〜１００μｍの粒径を有する粉末状の酸化チタン１０を振りかけて付着させた。そして両電極板を積層した電極板積層部１１の下流側に送風機１２を設け、約０．３ｍ／ｓの風速で通気方向１３の方向に強制的に空気をギャップ４に流す構造とした。なお、図２には図面の都合上送風機１２を省略してあるが実際には電極板積層部１１の下流側に設けられている。このプラズマ発生装置を容積１ｍ³のアクリル製ボックス（以下１ｍ³ボックスとする）の中に入れた後に密閉し、アセトアルデヒドの溶液を揮発させて約１１ｐｐｍとなるよう１ｍ³ボックスの中にアセトアルデヒドガスを充満させた。この状態で１５分後にプラズマ発生装置にプラズマを発生させて送風機を運転し、ガス検知管を用いてアセトアルデヒドガスの濃度変化およびオゾンの濃度変化を調べた。プラズマは、ギャップ４が３ｍｍ、電圧が直流の−１．７８ｋＶ、電流が５ｍＡとなる条件で発生させた。結果を図４に示す。図４に示すようにプラズマを発生させない状態ではアセトアルデヒドガスの濃度はほとんど変化しないが、プラズマを発生させてから徐々に低下し、プラズマを発生させてから６０分経過した後には３ｐｐｍとなり約７２％のアセトアルデヒドガスが除去された。また、オゾンの濃度はプラズマを発生させてから徐々に増え、６０分後には９５ｐｐｍに達した。この実験の結果、本発明のプラズマ発生装置はアセトアルデヒドガスのような有機系の不純物ガスを高い効率で分解除去し、また、多量のオゾンを発生することが可能であることがわかった。今回の実験ではゼオライトなどの吸着剤を活用した検討を行わなかったが、膜６の表面に酸化チタンと同様に吸着剤を設けることで不純物ガスのより高い除去性能を得ることができるといえる。 (Embodiment 2)
A plasma generator as shown in FIG. 2 and FIG. 3 was prepared, and impurity gas purification performance and ozone generation performance of the plasma generator of the present invention were examined. The front view of this plasma generator is shown in FIG. 2, and the side view is shown in FIG. In the trial production of the plasma generator having the gap 4 of 3 mm prepared in the first embodiment in order to enhance the purifying action of the impurity gas, a powdery powder having a particle diameter of 1 to 100 μm on the surfaces of the films 6 of both electrode plates. Titanium oxide 10 was sprinkled to adhere. And the air blower 12 was provided in the downstream of the electrode plate lamination | stacking part 11 which laminated | stacked both electrode plates, and it was set as the structure which flows air through the gap 4 forcibly in the direction of the ventilation direction 13 with the wind speed of about 0.3 m / s. Although the blower 12 is omitted in FIG. 2 for the sake of illustration, it is actually provided on the downstream side of the electrode plate stacking portion 11. The plasma generator is placed in an acrylic box (hereinafter referred to as a 1 m ³ box) with a volume of 1 m ³ and sealed, and acetaldehyde gas is introduced into the 1 m ³ box so that the acetaldehyde solution is volatilized to about 11 ppm. Charged. After 15 minutes in this state, plasma was generated in the plasma generator and the blower was operated, and changes in acetaldehyde gas concentration and ozone concentration were examined using a gas detector tube. The plasma was generated under the conditions that the gap 4 was 3 mm, the voltage was direct current -1.78 kV, and the current was 5 mA. The results are shown in FIG. As shown in FIG. 4, the concentration of acetaldehyde gas hardly changes in the state in which plasma is not generated, but gradually decreases after the plasma is generated, and becomes 3 ppm after about 60 minutes from the generation of the plasma, and becomes about 72%. Of acetaldehyde gas was removed. The ozone concentration gradually increased after the plasma was generated and reached 95 ppm after 60 minutes. As a result of this experiment, it has been found that the plasma generator of the present invention can decompose and remove organic impurity gas such as acetaldehyde gas with high efficiency and generate a large amount of ozone. In this experiment, examination using an adsorbent such as zeolite was not performed, but it can be said that a higher removal performance of impurity gas can be obtained by providing an adsorbent on the surface of the membrane 6 in the same manner as titanium oxide.

（実施の形態３）
膜６に酸化チタン１０および吸着剤１４を含有させたプラズマ発生装置を図５に示す。図５に示すように膜の内部および表面に酸化チタン１０および吸着剤１４が存在しているため、吸着剤１４が空気中の不純物ガスを捕集し、膜６の表面で発生するプラズマ発光を受けて酸化チタン１０が酸化作用を得、不純物ガスを分解することができる。ここで吸着剤１４としてゼオライトやシリカゲルといった無機系の吸着剤１４が挙げられる。膜６の内部に酸化チタン１０および吸着剤１４を含有させる具体的な方法としては、０．１〜１００μｍの粒径を有する酸化チタン１０および吸着剤１４の粉末を膜６の材料となる塗料に混合して電極板に塗布した後焼付けを行うといった方法である。塗料が粉体塗料である場合は粉体塗料、酸化チタン１０の粉末および吸着剤１４の粉末をドラムなどの中に入れて回転させて混合し、電極板に静電塗装などの方法で付着させた後に焼き付ける方法を用いることができる。酸化チタンおよび吸着剤１４が膜６によって固定されているためこぼれ落ちを防止することが可能である。膜６を形成する塗料の材質としては前述したようにポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）といったフッ素樹脂を用いると絶縁性とオゾンや紫外線に対する耐久性を確保できるため好適であり、また、エポキシ（ＥＰＯＸＹ）やポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）といった樹脂によって上記フッ素樹脂を変性・複合化することで耐熱性、耐薬品性、寸法安定性を更に向上させた樹脂もまた膜６の材料として使用可能である。 (Embodiment 3)
FIG. 5 shows a plasma generator in which the film 6 contains the titanium oxide 10 and the adsorbent 14. As shown in FIG. 5, since the titanium oxide 10 and the adsorbent 14 are present inside and on the surface of the film, the adsorbent 14 collects impurity gas in the air and emits plasma emission generated on the surface of the film 6. In response, the titanium oxide 10 obtains an oxidizing action and can decompose the impurity gas. Examples of the adsorbent 14 include inorganic adsorbents 14 such as zeolite and silica gel. As a specific method of incorporating the titanium oxide 10 and the adsorbent 14 into the film 6, the powder of the titanium oxide 10 and the adsorbent 14 having a particle diameter of 0.1 to 100 μm is used as a coating material for the film 6. It is a method of performing baking after mixing and applying to an electrode plate. When the paint is a powder paint, the powder paint, the titanium oxide 10 powder and the adsorbent 14 powder are put in a drum or the like and rotated and mixed to adhere to the electrode plate by a method such as electrostatic coating. After that, a method of baking can be used. Since the titanium oxide and the adsorbent 14 are fixed by the film 6, it is possible to prevent spillage. As described above, the material of the coating material for forming the film 6 is polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene / hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE), tetrafluoro. It is preferable to use a fluororesin such as ethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) because it can secure insulation and durability against ozone and ultraviolet rays. Epoxy (EPOXY), polyamideimide (PAI), polyether A resin whose heat resistance, chemical resistance and dimensional stability are further improved by modifying and combining the fluororesin with a resin such as sulfone (PES) can also be used as the material of the film 6.

（実施の形態４）
電極板積層部１１の下流側にオゾン還元フィルタ１５、送風機１２を有するプラズマ発生装置を図６に示す。図に示すとおり、上流から高圧電極板２とアース電極板３からなる電極板積層部１１、オゾン還元フィルタ１５、送風機１２の順で配置されており、また、図には示していないが両電極板の表面および内部にはピンホール５を有する絶縁性の膜６が、また膜６の表面および内部には酸化チタン１０と吸着剤１４が設けられており、吸着剤１４が不純物ガスを効率よく捕集し、プラズマ発光によって得られる紫外線を受けて酸化作用を得た酸化チタン１０が不純物ガスを分解除去する作用を有する。そして電極板の表面で発生するプラズマによって発生したオゾンを含む空気がオゾン還元フィルタ１５に導入され、オゾンは還元されて酸素になる。オゾン還元フィルタ１５は図７に示すとおり、ハニカム状で通気性を有する基材１６をオゾン還元触媒１７と吸着剤１４の混合溶液に浸漬して乾燥することでオゾン還元触媒１７と吸着剤１４が担持されている。オゾン還元触媒１７としてマンガンやコバルトなどの遷移金属の酸化物を用いることが可能であり、オゾンを還元する際に自らが酸化することで酸化作用を得ることができるため、オゾン還元フィルタ１５に含まれる吸着剤１４が捕集した不純物ガスを酸化分解して除去することが可能である。吸着剤１４としてはゼオライトやシリカゲルなどが使用可能であるが、自らが酸化することでオゾン還元作用を有し、オゾン濃度の低減作用を有する活性炭を用いることが好適である。このように電極板積層部１１のみでなくオゾン還元フィルタ１５でも不純物ガスを分解除去することが可能であり、装置外部に放出するオゾンの濃度を低減しながら高い空気浄化作用を有する空気浄化用プラズマ発生装置として使用可能である。 (Embodiment 4)
A plasma generator having an ozone reduction filter 15 and a blower 12 on the downstream side of the electrode plate laminate 11 is shown in FIG. As shown in the figure, the electrode plate laminated portion 11 composed of the high-voltage electrode plate 2 and the earth electrode plate 3, the ozone reduction filter 15, and the blower 12 are arranged in this order from the upstream, and both electrodes are not shown in the figure. An insulating film 6 having pinholes 5 is provided on the surface and inside of the plate, and titanium oxide 10 and an adsorbent 14 are provided on the surface and inside of the film 6. The adsorbent 14 efficiently removes impurity gas. The titanium oxide 10 that has been collected and received an ultraviolet ray obtained by plasma emission to obtain an oxidizing action has an action of decomposing and removing the impurity gas. Then, air containing ozone generated by the plasma generated on the surface of the electrode plate is introduced into the ozone reduction filter 15, and the ozone is reduced to oxygen. As shown in FIG. 7, the ozone reduction filter 15 is formed by immersing a honeycomb-like base material 16 having air permeability in a mixed solution of the ozone reduction catalyst 17 and the adsorbent 14 to dry the ozone reduction catalyst 17 and the adsorbent 14. It is supported. It is possible to use oxides of transition metals such as manganese and cobalt as the ozone reduction catalyst 17, and since they can oxidize themselves when reducing ozone, they are included in the ozone reduction filter 15. It is possible to remove the impurity gas collected by the adsorbent 14 by oxidative decomposition. As the adsorbent 14, zeolite, silica gel, or the like can be used, but it is preferable to use activated carbon having an ozone reducing action and an ozone concentration reducing action by oxidizing itself. As described above, not only the electrode plate laminated portion 11 but also the ozone reduction filter 15 can decompose and remove the impurity gas, and the air purification plasma having a high air purification action while reducing the concentration of ozone released to the outside of the apparatus. It can be used as a generator.

本発明のプラズマ発生装置は従来に比べて簡単な構造、容易に強度の高いプラズマが広い面積で発生可能であるという利点を有しており、オゾン含有空気およびオゾン含有水の製造のみならず菌やウイルスの不活化および不純物ガスの分解除去といった空気浄化の用途にも適用できる。 The plasma generator of the present invention has an advantage that it has a simple structure and can easily generate high-strength plasma over a wide area compared to the conventional one, and not only the production of ozone-containing air and ozone-containing water but also bacteria. It can also be applied to air purification applications such as inactivation of viruses and decomposition and removal of impurity gases.

本発明の実施の形態１に記載のプラズマ発生装置を示す構成図The block diagram which shows the plasma generator as described in Embodiment 1 of this invention 実施の形態２に記載のプラズマ発生装置の正面を示す構成図The block diagram which shows the front of the plasma generator as described in Embodiment 2 同プラズマ発生装置の側面を示す構成図Configuration diagram showing the side of the plasma generator 同アセトアルデヒドガスおよびオゾンガスの濃度変化を示すグラフGraph showing changes in concentration of acetaldehyde gas and ozone gas 実施の形態３に記載のプラズマ発生装置を示す構成図Configuration diagram showing a plasma generator according to Embodiment 3 実施の形態４に記載のプラズマ発生装置を示す構成図Configuration diagram showing a plasma generator according to Embodiment 4 同オゾン還元フィルタを示す構成図Configuration diagram showing the ozone reduction filter 特許文献１に記載の従来のオゾン発生装置を示す構成図Configuration diagram showing a conventional ozone generator described in Patent Document 1 特許文献２に記載の従来のプラズマ電極体を示す構成図Configuration diagram showing a conventional plasma electrode body described in Patent Document 2 特許文献３に記載の従来の光触媒反応装置を示す構成図Configuration diagram showing a conventional photocatalytic reaction device described in Patent Document 3

Explanation of symbols

１高圧電源
２高圧電極板
３アース電極板
４ギャップ
５ピンホール
６膜
７電子
８気体分子
９プラスイオン
１０酸化チタン
１１電極板積層部
１２送風機
１３通気方向
１４吸着剤
１５オゾン還元フィルタ
１６基材
１７オゾン還元触媒 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 High voltage power supply 2 High voltage electrode plate 3 Ground electrode plate 4 Gap 5 Pinhole 6 Membrane 7 Electron 8 Gas molecule 9 Positive ion 10 Titanium oxide 11 Electrode plate laminated part 12 Blower 13 Air flow direction 14 Adsorbent 15 Ozone reduction filter 16 Base material 17 Ozone reduction catalyst

Claims

A plasma generator characterized in that charged particles are generated on the surface of a film provided on the surface of an electrode, and discharge is caused on the entire surface of the film.

2. The plasma generator according to claim 1, wherein an insulating film having a pinhole is provided on two electrode plates provided to face each other while providing a gap, and different voltages are applied to the respective electrodes. .

3. The plasma generator according to claim 2, wherein the voltage applied to each electrode is a DC voltage.

4. The plasma generator according to claim 2, wherein the film is made of a fluororesin.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 4, wherein the film has a thickness of 1 to 50 µm or less.

6. The plasma generator according to claim 2, wherein there are 10 pinholes / mm 2 or more.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 6, wherein the pinhole has a hole diameter of 1 µm or more and 100 µm or less.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 7, wherein a gap provided between the electrodes is 1.5 mm or more.

9. The plasma generating apparatus according to claim 2, wherein an oxidative decomposition action of the photocatalyst is obtained by ultraviolet rays uniformly generated on the surface of the film.

The plasma generator according to claim 9, wherein a photocatalyst is provided on the film without completely covering the pinholes of the film.

11. The plasma generator according to claim 9, wherein an adsorbent is provided on the film without completely covering the pinholes of the film.

The plasma generator according to claim 9, wherein a photocatalyst is contained in the film.

The plasma generating apparatus according to claim 9, wherein an adsorbent is contained in the film.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 13, wherein the electrode has a plate shape.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 14, wherein three or more electrodes are stacked while providing a space, and different voltages are applied alternately for each stack.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 15, wherein a blower is provided in at least one position on the upstream and downstream sides of the electrodes, and gas is allowed to flow in a space provided between the electrodes.

The plasma generator according to any one of claims 2 to 16, wherein an ozone reduction filter is provided on the downstream side of the electrode.

The plasma generator according to claim 17, wherein the ozone reduction filter contains an adsorbent and an ozone reduction catalyst.