JP2012018890A - 液中連続プラズマ生成のための電源装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液中連続プラズマを用いて化学反応効率を向上させることが可能な、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを連続印加する電源装置を提供する。
【解決手段】溶液中に配置した電極に、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを連続印加し、電極近傍にプラズマを発生させ、液中の気液界面でのプラズマ化学反応効率を向上させる電源装置である。ＩＧＢＴドライバ１８の分周・位相制御回路３は第１，第２，第３スイッチング信号を各々１／３周期だけ位相をずらして生成する。これらの第１，第２，第３スイッチング信号を各々、第１、第２、第３モジュレータ電源４，５，６の第１、第２、第３スイッチング回路１１，１２，１３に出力して、各スイッチング回路をスイッチング動作させ、電力増幅された第１、第２、第３パルス電圧を発生させる。これらの該第１、第２、第３パルス電圧を結合したパルス電圧をパルストランス１５に入力する。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶液中に配した電極或いは電極間に、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを印加して通電し、電極近傍或いは電極間の溶液をジュール加熱により気化させた後、その気泡内に繰り返し大電力高電圧パルスにより気泡内を絶縁破壊させてプラズマ（コロナ放電・グロー放電・異常グロー放電・アーク放電等の領域）を制御して発生させ、溶液中の気液界面でのプラズマ化学反応効率を向上させる、液中連続プラズマ生成のための電源装置に関する。

金、銀、銅などの銅族元素、白金、パラジウムなどの白金族元素などに属する金属の金属ナノ粒子は、様々な産業分野での有効利用が期待されており、粒径が数百ｎｍ〜数ｎｍの金属ナノ粒子を、金属塩溶液を用いて生成する液中連続プラズマ生成装置が、下記特許文献１などにより提案されている。

特開２００８−１３８１０号公報

この従来の液中連続プラズマ生成装置は、金属塩溶液中に配した１対の電極間に高電圧パルスを印加し、電極間に気中放電または液中放電を発生させ、金属塩から金属ナノ粒子を生成するように構成され、高電圧パルス電圧供給用電源の出力端子を１対の電極に接続し、高周波の高電圧パルスを電極間に印加してプラズマを発生させる。

このような液中連続プラズマ生成装置で使用される高電圧パルス電圧供給用電源は、交流電力を直流に変換する直流コンバータ、直流コンバータから出力される直流電力を一定の周期でスイッチングするインバータ、インバータから出力される交流のパルス電圧を昇圧して出力するパルストランスから構成され、通常、パルス幅約１０μＳ〜２０μＳの矩形波で、周波数約１ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ、約８００Ｖ〜１ｋＶのパルス電圧を、電極に出力するように構成される。

本発明者らは、数多くの実験を繰り返した結果、液中連続プラズマの反応効率を向上させるためには、液中連続プラズマ生成装置の電極間に印加する高電圧パルスのパルス幅を従来より短くし、より早いパルス立ち上がり、さらにそのパルス周波数を従来より高くし、且つパルス電圧を従来より大電力高電圧とすることが有効であることを知見した。

そこで、電極間に印加する高電圧パルスのパルス幅を例えば４μＳ以下に短くし、パルス周波数を１００ｋＨｚ以上とし、且つパルス電圧を２ｋＶ以上とする高電圧パルスを出力可能な大電力高電圧パルス電圧供給用電源の開発を試みたところ、高電圧パルスを出力可能なインバータにおいて、通常使用されるＩＧＢＴのスイッチング素子を用いたＩＧＢＴインバータ回路では、パルス幅を例えば４μＳ以下と短くし、パルス周波数を１００ｋＨｚ以上とすることは、ＩＧＢＴ素子のスイッチング性能の実用的限界（ターンオフ性能・素子発熱・スパイク電圧保護回路・周辺回路等）から難しいことが判明した。

そこで、より短いパルス幅、より高い周波数でのスイッチングが可能なインバータ回路を使用することが検討されたが、高い周波数でスイッチングが可能な通常のパワートランジスタでは、その性能上、最大電流値に制限があり、そのために、パルストランスから昇圧して出力されるパルス電力を例えば数ｋＷ以上の大電力高電圧パルス出力を発生させることは難しい。

本発明は、上述の点に鑑み、より短いパルス幅、より早いパルス立ち上がり、より高い周波数、より高いパルス電圧の大電力高電圧パルスを出力して、液中連続プラズマの反応効率を向上させることが可能な液中連続プラズマ生成のための電源装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る液中連続プラズマ生成装置の電源装置は、
液中連続プラズマ生成装置の電極に、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを印加する液中連続プラズマ生成のための電源装置において、
交流電力を直流電力に変換する直流コンバータと、
基本の高周波数信号を生成し出力する発振器と、
該発振器から出力される基本高周波信号をｎ個に分配し（ここでｎは３以上の奇数）、且つ各々１／ｎに分周し、同時に位相を１／ｎ周期ずつずらして、ｎ個のスイッチング信号として出力する分周・位相制御回路と、
該分周・位相制御回路から出力された該ｎ個の出力されたスイッチング信号と前記直流コンバータから出力された直流電力を入力し、該ｎ個のスイッチング信号により該直流電力を各々スイッチングし、パルス電圧を電力増幅して出力するｎ台のスイッチング回路と、
を備え、該ｎ台のスイッチング回路で電力増幅したパルス電圧を相互に結合して１台のパルストランスに入力し、該パルストランスで昇圧された元の基本周波数の高電圧パルスを前記電極に印加することを特徴とする。

この発明の液中連続プラズマ生成のための電源装置によれば、発振器で基本周波数の基本の高周波信号を発生させ、それを分周・位相制御回路で、基本高周波信号をｎ個に分配し（ここでｎは３以上の奇数）、且つ各々１／ｎに分周し、同時に位相を１／ｎ周期ずつずらして、ｎ個のスイッチング信号を各スイッチング回路に出力し、各スイッチング回路は、分周・位相制御回路から出力された各々のスイッチング信号と直流コンバータから出力された直流電力を入力し、スイッチング信号により直流電力をスイッチングして、各々のパルス電圧を生成して出力し、各パルス電圧は結合してパルストランスに入力され、パルストランスで昇圧された高電圧パルスを電極に印加する。このため、各パルス電圧を合成したパルス電圧の周波数は上記基本周波数と同じ周波数の高周波となり、例えばＩＧＢＴ素子のスイッチング回路を有するＩＧＢＴインバータであっても、十分に高い高周波の大電力の高電圧パルスを電極に印加し、液中連続プラズマによる反応効率を向上させることができる。

本発明の請求項２に係る液中連続プラズマ生成のための電源装置は、
液中連続プラズマ生成装置の電極に高電圧パルスを印加する液中連続プラズマ生成のための電源装置において、
交流電力を直流電力に変換する直流コンバータと、
基本の高周波数信号を生成し出力する発振器と、
該発振器から出力される基本高周波信号を３個に分配し、且つ各々１／３に分周し、同時に位相を１／３周期ずつずらして、第１スイッチング信号、該第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第２スイッチング信号、及び該第２スイッチング信号からさらに１／３周期だけ位相をずらした第３スイッチング信号を、出力する分周・位相制御回路と、
該分周・位相制御回路から出力された該第１スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第１パルス電圧として出力する第１スイッチング回路と、
該分周・位相制御回路から出力された該第２スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第２パルス電圧として出力する第２スイッチング回路と、
該分周・位相制御回路から出力された該第３スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第３パルス電圧として出力する第３スイッチング回路と、
を備え、該第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧を結合して一台のパルストランスに入力し、該パルストランスで昇圧された元の基本高周波信号の大電力高電圧パルスを前記電極に印加することを特徴とする。

この発明の液中連続プラズマ生成のための電源装置によれば、発振器で基本周波数として例えば３００ｋＨｚの基本高周波信号を発生させた場合、それを１／３に分周して１００ｋＨｚの第１，第２，第３スイッチング信号を各々生成すると共に、それらの第１，第２，第３スイッチング信号を各々１／３周期だけ位相をずらして生成し、第１，第２，第３スイッチング信号を各々、第１、第２、第３スイッチング回路に出力して、各スイッチング回路において直流電力をスイッチングし、これにより、電力増幅した第１、第２、第３パルス電圧を生成し、これらの第１、第２、第３パルス電圧を結合したパルス電圧を、パルストランスに入力し、パルストランスにより昇圧された大電力・高電圧パルスを出力して電極に印加するので、第１、第２、第３パルス電圧を合成した合成パルス電圧の周波数は上記基本周波数と同じ例えば３００ｋＨｚに高周波となり、例えばＩＧＢＴ素子のスイッチング回路を有するＩＧＢＴインバータであっても、十分に高い高周波の大電力高電圧パルスを電極間に印加し、液中連続プラズマの反応効率を向上させることができる。

この発明によれば、より短いパルス幅、より早いパルス立ち上がり、より高い周波数、より高いパルス電圧の大電力高電圧パルスを出力して、液中連続プラズマ生成装置の電極に印加し、効率の高い液中連続プラズマの生成を行ない、溶液中のプラズマ反応性を向上させることができる。

本発明の一実施形態を示す液中連続プラズマ生成のための電源装置のブロック構成図である。 液中連続プラズマ生成装置の概略構成図である。 基本高周波数信号、スイッチング信号、パルストランスの合成出力のタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は液中連続プラズマ生成装置の電源装置のブロック構成図であり、図２は液中連続プラズマ生成装置の概略構成図である。図２において、先ず、液中連続プラズマ生成装置２０の概略を説明すると、液中連続プラズマ生成装置２０は、例えば金属塩溶液を収容する容器２２を有した液中プラズマ反応装置２１を備えて構成され、液中プラズマ反応装置２１の容器２２は、例えば縦型に形成されて左右に１本ずつ配されている。

両側の容器２２内には金属塩溶液が循環するように、１対の容器２２の上端部と下端部は、循環管路２３によりループ状に接続される。また、循環管路２３には循環ポンプ３０が接続され、２本の容器２２内の金属塩溶液は、循環ポンプ３０、循環管路２３を通して循環するようになっている。また、循環管路２３の一部に、金属塩溶液が入るリザーバタンク２９が接続される。

液中プラズマ反応装置２１の２本の容器２２内には、各々、複数対（例えば４対）の放電用電極が上下方向に間隔をおいて配置される。各対の放電用電極は、導電性部材や金属（例えば、タングステン、イリジウム、またはそれらの合金類）から形成された２本の針状電極２４，２５から構成され、針状電極２４，２５は、容器２２内に挿入され、両側からそれらの先端を、約０．５ｍｍ〜約２ｍｍの間隔で対向して配置し、水平に配されている。

各対の針状電極２４，２５は、高電圧絶縁性能を持つセラミックあるいはフッ素樹脂などからなる高電圧絶縁部２６により水平に保持され、電源装置のパルストランス１５から高電圧パルスを針状電極２４，２５間に印加したとき、電極近傍の溶液をジュール加熱で気化させると共に、連続して印加される高電圧パルス電圧で絶縁破壊させることで、針状電極２４，２５間で安定したプラズマを発生させるようになっている。そのために、図２のように、パルストランス１５の出力側が、高電圧絶縁性能を持つ端子接続板２７、２８に接続され、端子接続板２７，２８を通して各対の針状電極２４，２５に接続され、各針状電極２４，２５間に高電圧パルスが印加される。

液中連続プラズマ生成装置の電源装置は、図１に示すように、例えば３００ｋＨｚの基本周波数の基本高周波信号を発生する発振器２と、発振器２から出力される３００ｋＨｚの基本高周波信号を３個に分配すると共に、各々の信号の周波数を１／３に分周し、同時に位相を１／３周期ずつずらして第１スイッチング信号を生成し、さらに第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第２スイッチング信号を生成し、第２スイッチング信号からさらに１／３周期だけ位相をずらして第３スイッチング信号を生成し、出力する分周・位相制御回路３と、を備えて構成される。発振器２、分周・位相制御回路３は、ＩＧＢＴインバータ１０用のＩＧＢＴドライバ１８を構成し、ＩＧＢＴインバータ１０の３台の第１、第２、第３モジュレータ電源４，５，６にスイッチング信号を出力する。

発振器２は、図３のタイミングチャートに示すように、交流パルスの基本高周波信号を発生し、その基本周波数がｆの場合、周期Ｔ₀＝１／ｆの高周波信号を出力するようになっている。

分周・位相制御回路３は、発振器２からこの基本高周波信号を入力すると、図３のタイミングチャートに示すように、基本高周波信号の周波数を１／３に分周する（各周期のパルスを３個に分配する）と共に、各信号を１／３周期ずつ位相をずらして、第１スイッチング信号，第２スイッチング信号，及び第３スイッチング信号を生成するように各パルスを振り分けて、分周と位相制御を同時に行なうように構成される。

つまり、分周・位相制御回路３は、図３に示す如く、交流パルスの基本高周波信号の１周期Ｔ₀が、パルスＰ１、パルスＰ２、パルスＰ３から構成される場合、第１スイッチング信号は、パルスＰ１のみのタイミングでパルス波を振り分けて構成され、基本高周波信号の１／３の周波数、周期Ｔ₀の３倍の周期Ｔ₁を有したスイッチング信号として生成される。

また、第２スイッチング信号は、パルスＰ２のみのタイミングで振り分けて構成され、基本高周波信号の１／３の周波数、周期Ｔ₀の３倍の周期Ｔ₂を有し、且つ第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらしたスイッチング信号として生成される。

さらに、第３スイッチング信号は、パルスＰ３のみのタイミングで振り分けて構成され、基本高周波信号の１／３の周波数、周期Ｔ₀の３倍の周期Ｔ₃を有し、且つ第２スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらしたスイッチング信号として生成される。

さらに、この電源装置は、図１に示すように、第１モジュレータ電源４、第２モジュレータ電源５、及び第３モジュレータ電源６からなる３台のモジュレータ電源を備えている。

これらの第１モジュレータ電源４、第２モジュレータ電源５、及び第３モジュレータ電源６は、各々、交流電源１から供給される交流電力を直流電力に変換する直流コンバータ７，８，９を備える一方、分周・位相制御回路３から、１／３周期だけ位相をずらした第１スイッチング信号，第２スイッチング信号，及び第３スイッチング信号を各々入力して、直流電力をスイッチングする第１スイッチング回路１１、第２スイッチング回路１２、第３スイッチング回路１３を備えている。

第１モジュレータ電源４の第１スイッチング回路１１は、例えばＩＧＢＴ素子を用いたスイッチング回路から構成され、分周・位相制御回路３から出力される、基本高周波信号の１／３の周波数に分周された第１スイッチング信号を入力して、直流コンバータ７から出力される直流電力をスイッチングし、電力増幅された第１パルス電圧としてパルストランス１５に出力するように構成される。

第２モジュレータ電源５の第２スイッチング回路１２は、上記と同様にＩＧＢＴ素子を用いたスイッチング回路から構成され、分周・位相制御回路３から出力される第２スイッチング信号、つまり分周され且つ第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第２スイッチング信号を入力して、直流コンバータ８から送られる直流電力をスイッチングし、電力増幅された第２パルス電圧としてパルストランス１５に出力するように構成される。

第３モジュレータ電源６の第３スイッチング回路１３は、上記と同様にＩＧＢＴ素子を用いたスイッチング回路から構成され、分周・位相制御回路３から出力される第３スイッチング信号、つまり分周され且つ第２スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第３スイッチング信号を入力して、直流コンバータ９から送られる直流電力をスイッチングし、電力増幅された第３パルス電圧としてパルストランス１５に出力するように構成される。

第１スイッチング回路１１、第２スイッチング回路１２、及び第３スイッチング回路１３は、各々、ＩＧＢＴ素子をブリッジ接続し、分周・位相制御回路３から、各々所定のタイミング（基本高周波信号の３分の１倍の周期を有し１／３周期だけ位相をずらしたタイミング）でスイッチング信号を入力し、直流コンバータ７，８，９から送られる直流電力をスイッチングし、順に１／３周期ずつ位相のずれた第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧を電力増幅出力するようになっている。

上記のように、発振器２の基本高周波信号の周波数が例えば３００ｋＨｚの場合、第１スイッチング回路１１から出力される第１パルス電圧、第２スイッチング回路１２から出力される第２パルス電圧、及び第３スイッチング回路１３から出力される第３パルス電圧は、基本高周波信号の１／３の周波数で、例えば１００ｋＨｚの交流パルスとなり、また、そのパルス幅は約０．９μＳ〜２μＳと短く、パルストランス１５からは例えば約１６ｋＷの大電力・高電圧パルスが得られることとなる。

電源装置は、図１，２のように、上記第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧を結合したパルス電圧を、パルストランス１５の１次側に入力し、パルストランス１５により昇圧された高電圧パルスを金属塩溶液中に配した電極間に、つまり上記液中プラズマ反応装置２１の容器２２内の各針状電極２４，２５間に印加するように接続される。これにより、液中プラズマ反応装置２１は、針状電極２４，２５間に高電圧パルスによる通電電流が生じて、そこにジュール加熱状態を発生させ、そのジュール熱によって液中の針状電極２４，２５近傍に気化泡領域を生じさせ、気化泡領域内で連続して印加される高電圧パルス電圧にて絶縁破壊させてプラズマを発生させる。

なお、液中プラズマの反応効率を向上させるためには、パルストランス１５から出力される高電圧パルスの立ち上がり時間を最少にすることが有効であるが、この電源装置で使用されるパルストランス１５は、コア鉄心の形状、巻線の巻装状態の工夫改善による最適化設計によって、１次コイルと２次コイルの密結合化及び、漏洩フラックスを最少として漏洩インダクタンスの極小化を図り、これにより高電圧パルスの立ち上がり時間を例えば１００ナノ秒〜７００ナノ秒と最少にしている。上記最適化設計は、より早いパルスの立ち上がり時間と相関し、ＩＧＢＴインバータの等価的性能向上に寄与するものである。

次に、上記液中連続プラズマ生成のための電源装置の動作をさらに詳しく説明すると、図１に示すように、交流電源１の交流電力は、３台の第１モジュレータ電源４、第２モジュレータ電源５、及び第３モジュレータ電源６の直流コンバータ７，８，９に供給されて、各々、直流に変換され、第１モジュレータ電源４の第１スイッチング回路１１では、図３に示す第１スイッチング信号により直流電力がスイッチングされ、第２モジュレータ電源５の第２スイッチング回路１２では図３の第２スイッチング信号により直流電力がスイッチングされ、さらに、第３モジュレータ電源６の第３スイッチング回路１３では第３スイッチング信号により直流電力がスイッチングされる。

ＩＧＢＴドライバ１８では、分周・位相制御回路３が、発振器２から出力される例えば３００ｋＨｚの基本高周波信号を３個に分配すると共に、各々を１／３に分周し、同時に位相を１／３周期ずつずらして、図３に示すように、第１スイッチング信号を生成し、さらに第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第２スイッチング信号を生成し、第２スイッチング信号からさらに１／３周期だけ位相をずらした第３スイッチング信号を生成し、出力する。

この分周・位相制御回路３から出力される第１スイッチング信号は第１モジュレータ電源４の第１スイッチング回路１１に印加され、第２スイッチング信号は第２モジュレータ電源５の第２スイッチング回路１２に印加され、第３スイッチング信号は第３モジュレータ電源６の第３スイッチング回路１３に印加される。

これにより、第１スイッチング回路１１は直流電力を第１スイッチング信号に基づきスイッチング動作し、第２スイッチング回路１２は直流電力を第２スイッチング信号に基づきスイッチング動作し、第３スイッチング回路１３は直流電力を第３スイッチング信号に基づきスイッチング動作する。これにより、第１モジュレータ電源４の第１スイッチング回路１１、第２モジュレータ電源５の第２スイッチング回路１２、及び第３モジュレータ電源６の第３スイッチング回路１３からは、同じ周波数で順に１／３周期ずつ位相のずれた交流パルスの第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧が出力され、それらは合成結合されてパルストランス１５に入力される。

つまり、発振器２の基本周波数が３００ｋＨｚの場合、１／３の周波数で１００ｋＨｚの周波数を持ち且つ１／３周期ずつ位相のずれた第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧が合成され、これらがパルストランス１５を通して出力されるので、図３に示すように、パルストランス１５からは、発振器２の基本周波数と同じく３００ｋＨｚの高電圧パルスが出力されることとなる。

液中連続プラズマ生成装置において、例えば、金ナノ粒子を生成する場合、容器２２、循環管路２３、及びリザーバタンク２９内には、塩化金酸の水溶液が入れられ、塩化金酸溶液を、循環ポンプ３０により容器２２、循環管路２３、及びリザーバタンク２９内で循環させながら、電源装置を動作させ、液中グロー放電発生装置２１の容器２２内の針状電極２４，２５間に、パルストランス１５を介して、上記のような高電圧パルスを印加し、針状電極２４，２５間でプラズマ（アーク放電に移行させない手前の異常グロー放電領域まで）を発生させ、塩化金酸溶液を還元して金ナノ粒子を生成する。

上述の如く、電源装置のＩＧＢＴインバータ１０は、第１スイッチング回路１１、第２スイッチング回路１２、第３スイッチング回路１３が、１／３周期ずつ位相をずらして直流電力をスイッチングして、１００ｋＨｚのパルス電圧を発生させ、それらのパルス電圧は合成されて３００ｋＨｚという高い周波数のパルス電圧としてパルストランス１５に入力される。これにより、パルストランス１５からは３００ｋＨｚの高周波で大電力の高電圧パルスが出力する。

そして、この高電圧パルスのパルス幅は約０．１μＳ〜２μＳと非常に短く、第１、第２、第３モジュレータ電源４，５，６の各第１、第２、第３スイッチング回路１１，１２，１３のスイッチング周波数が例えば１００ｋＨｚであっても、それらを合成してパルス電圧を入力したパルストランス１５のパルス出力は、３００ｋＨｚの高周波パルスとなる。しかも、ＩＧＢＴインバータ１０は、３台の第１、第２、第３モジュレータ電源４，５，６の各第１スイッチング回路１１、第２スイッチング回路１２、第３スイッチング回路１３の電力増幅されたパルス電圧を加算合成して出力するため、合算された大電力の高電圧パルスが出力され、電源装置から大電力の高電圧パルスが針状電極２４，２５間に供給され、プラズマを溶液中で安定して発生させることができる。

液中連続プラズマ生成装置では、容器２２内を塩化金酸溶液が通過する間、液中プラズマ反応装置２１の針状電極２４，２５間に高電圧電界が印加され、そこで発生したジュール熱によって針状電極２４，２５間近傍の液中に気化泡領域が生じ、気化泡領域内でプラズマが発生する。そのプラズマにより塩化金酸溶液がプラズマ反応場領域に隣接状態となり、容器２２内の針状電極２４，２５間の塩化金酸溶液がプラズマに曝されて還元されることにより、塩化金酸溶液中に金ナノ粒子が徐々に生成されていく。そして、所定時間の連続運転により、目的とする金ナノ粒子が溶液中に造粒される。

なお、塩化金酸溶液を用いて金ナノ粒子を生成するほか、硝酸銀溶液を用いて銀ナノ粒子を生成し、塩化ロジウム溶液を用いて、ロジウムナノ粒子を生成することもできる。その他の新領域プラズマ反応場（脱色・殺菌・滅菌・表面処理・表面修飾 等）としても、この液中連続プラズマ生成のための電源装置は、応用することができる。

このように、液中連続プラズマ生成のための電源装置によれば、発振器２で基本周波数として例えば３００ｋＨｚの基本高周波信号を発生させた場合、それを１／３に分周して１００ｋＨｚの第１，第２，第３スイッチング信号を各々生成すると共に、それらの第１，第２，第３スイッチング信号を各々１／３周期だけ位相をずらして生成する。そして、第１，第２，第３スイッチング信号を各々、第１、第２、第３モジュレータ電源４，５，６の各第１、第２、第３スイッチング回路１１，１２，１３に入力して、各スイッチング回路をスイッチング動作させ、第１、第２、第３パルス電圧を出力させる。そして、これらの第１、第２、第３パルス電圧を合成したパルス電圧をパルストランス１５に入力し、パルストランス１５により昇圧された高電圧パルスを液中連続プラズマ生成装置の電極に印加するので、第１、第２、第３パルス電圧を合成したパルス電圧の周波数は上記基本高周波信号の周波数と同じ例えば３００ｋＨｚとなり、ＩＧＢＴ素子のスイッチング回路を有するＩＧＢＴインバータ１０であっても、十分に高い周波数で且つ高電圧のパルスを溶液中に配した針状電極２４，２５間に印加し、液中連続プラズマを高い効率で生成することができる。

なお、上記実施形態で使用した発振器２の基本周波数は、３００ｋＨｚとしたが、勿論、それに限定されるものではなく、任意の基本周波数を選択することができる。

さらに、上記実施形態では、ＩＧＢＴインバータ１０において、第１スイッチング回路１１、第２スイッチング回路１２、第３スイッチング回路１３の３個のスイッチング回路を使用し、各々１／３周期だけ位相を順にずらして生成したスイッチング信号を、各々、第１、第２、第３スイッチング回路１１，１２，１３に印加し、それらの回路から出力された第１、第２、第３パルス電圧を合成してパルス電圧を発生させたが、５個のスイッチング回路を使用し、各々、１／５周期だけ位相をずらして生成したスイッチング信号を、５個のスイッチング回路に各々印加し、それらの回路から出力された５系統のパルス電圧を合成することもできる。

一方、４個のスイッチング回路を使用し、各々、１／４周期（９０°）だけ位相を順にずらして生成したスイッチング信号を、４個の第１〜第４スイッチング回路に各々印加し、それらの回路から出力された４系統のパルス電圧を合成してパルストランスに入力した場合、第１、第３スイッチング回路から出力されるパルス電圧は、正負を繰り返さず、正のみのパルスとなり、第２、第４スイッチング回路から出力されるパルス電圧は、正負を繰り返さず、負のみのパルスとなる。このため、これらを結合したパルス電圧をパルストランスに入力したとしても合、パルストランスが飽和して、電源としての正常な動作が困難となる。

したがって、本発明の電源装置の分周・位相制御回路では、基本高周波信号をｎ個に分配し、且つ各々１／ｎに分周し、同時に位相を１／ｎ周期ずつずらして、ｎ個のスイッチング信号を各スイッチング回路に出力する構成において、「ｎ」は、「３」以上の奇数とすることが必要となる。

１ 交流電源
２ 発振器
３ 分周・位相制御回路
４ 第１モジュレータ電源
５ 第２モジュレータ電源
６ 第３モジュレータ電源
７ 直流コンバータ
８ 直流コンバータ
９ 直流コンバータ
１０ ＩＧＢＴインバータ
１１ 第１スイッチング回路
１２ 第２スイッチング回路
１３ 第３スイッチング回路
１５ パルストランス
１８ ＩＧＢＴドライバ
２０ 液中連続プラズマ生成装置
２１ 液中プラズマ反応装置
２２ 容器
２３ 循環管路
２４ 針状電極
２６ 高電圧絶縁部
２７ 端子接続板
２９ リザーバタンク
３０ 循環ポンプ

Claims (2)

1. 液中連続プラズマ生成装置の電極に、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを連続印加する液中連続プラズマ生成のための電源装置において、
   交流電力を直流電力に変換する直流コンバータと、
   基本の高周波数信号を生成し出力する発振器と、
   該発振器から出力される基本高周波信号をｎ個に分配し（ここでｎは３以上の奇数）、且つ各々１／ｎに分周し、同時に位相を１／ｎ周期ずつずらして、ｎ個のスイッチング信号として出力する分周・位相制御回路と、
   該分周・位相制御回路から該ｎ個の出力されたスイッチング信号と前記直流コンバータから出力された直流電力を入力し、該ｎ個のスイッチング信号により該直流電力を各々スイッチングし、パルス電圧を電力増幅して出力するｎ台のスイッチング回路と、
   を備え、該ｎ台のスイッチング回路で電力増幅したパルス電圧を相互に結合して１台のパルストランスに入力し、該パルストランスで昇圧された元の基本周波数の大電力高電圧パルスを前記電極に印加することを特徴とする液中連続プラズマ生成のための電源装置。
2. 液中連続プラズマ生成装置の電極に、より高い周波数の繰り返し大電力高電圧パルスを連続印加する液中連続プラズマ生成のための電源装置において、
   交流電力を直流電力に変換する直流コンバータと、
   基本周波数信号を生成し出力する発振器と、
   該発振器から出力される基本高周波信号を３個に分配し、且つ各々１／３に分周し、同時に位相を１／３周期ずつずらして、第１スイッチング信号、該第１スイッチング信号から１／３周期だけ位相をずらした第２スイッチング信号、及び該第２スイッチング信号からさらに１／３周期だけ位相をずらした第３スイッチング信号を、出力する分周・位相制御回路と、
   該分周・位相制御回路から出力された該第１スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第１パルス電圧として出力する第１スイッチング回路と、
   該分周・位相制御回路から出力された該第２スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第２パルス電圧として出力する第２スイッチング回路と、
   該分周・位相制御回路から出力された該第３スイッチング信号と、前記直流コンバータから出力された直流電力とを入力して、該直流電力をスイッチングし、電力増幅した第３パルス電圧として出力する第３スイッチング回路と、
   を備え、該電力増幅した第１パルス電圧、第２パルス電圧、及び第３パルス電圧を結合して一台のパルストランスに入力し、該パルストランスで昇圧された元の基本高周波の大電力高電圧パルスを前記電極に印加することを特徴とする液中連続プラズマ生成のための電源装置。

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