JP2012084396A

JP2012084396A - パルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置

Info

Publication number: JP2012084396A
Application number: JP2010229863A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Ishibashi; 和生石橋
Original assignee: FUSION TECHS CORP
Current assignee: FUSION TECHS CORP
Priority date: 2010-10-12
Filing date: 2010-10-12
Publication date: 2012-04-26

Abstract

【課題】パルス幅が非常に短い大電力であるパルスパワーを利用した低温の大気圧空気プラズマジェットを提供する。
【解決手段】大気圧空気流を用いたパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置は、図1に示されるように、パルスパワー電源１の出力を導線９に接続し、ポンプ２によって生成された大気圧空気流を通路８に通したのち、９に接続された細いタングステンワイヤ５を細いセラミックス管6に挿入し、アース電極７の先端の穴の表面との間で放電を起こし、大気圧空気流で低温のプラズマを噴射する。
【選択図】図１

Description

本発明は、大気圧空気流による低温のプラズマジェットを生成するためのパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置に関するものである。

直流や交流アーク放電を用いたプラズマジェットは、大気圧空気流を用いても生成可能であるが、プラズマ及び空気流が高温となる。（例えば、特許文献１参照）

円筒誘電体の外部に置かれた電極間にパルスや高周波電界を印加してプラズマを作り、大気圧気体流により低温のプラズマジェットを生成する方法では、気体流として絶縁破壊電圧の高い空気は使えず、希ガスが使われる。（例えば、特許文献２参照）

特開2010-52973 特開2010-51557

しかしながら、大気圧希ガス中のプラズマはその化学的活性度が低く、また高温のプラズマや空気流は対象物へ熱的ダメージを与えるため、殺菌による歯や皮膚の治療や半導体と物質の高効率表面洗浄は難しいという問題点がある。

この発明は、上記のような課題に鑑み、その課題を解決すべく創案されたものであって、その目的とするところは、冷却機能を兼ねた二つの電極間にパルス幅が非常に短い大電力であるパルスパワーを印加して放電プラズマを生成し、この放電プラズマに大気圧空気流を吹き付けて低温で活性度の高い大気圧空気プラズマジェットを提供することである。

パルス幅の非常に短い大電力を高繰り返しで発生するパルスパワー発生部と、高電圧電極と冷却機能を兼ねたアース電極の二つの電極からなるプラズマ生成部とプラズマ生成部に大気圧空気流を吹き付けるポンプとを備えたパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置である。パルスパワー発生部からデューティー比の小さいパルスパワーを用いることにより低温プラズマジェットが発生可能となり、同時に大気圧空気流を用いることにより活性度の高いプラズマジェットが発生可能となる。

パルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置のポンプの代わりに、空気ボンベにより大気圧空気流を生成してもよい。

パルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置のアース電極表面に溝をつけて表面積を増やし冷却機能を増強してもよい。

本発明によれば、パルス幅が非常に短い高繰り返し大電力であるパルスパワーを利用して、線状の導体先端と冷却機能を持つ細い穴の開いたアース電極間で放電させ、セラミックス管内を通ってきた大気圧空気流を放電部に吹き付けて低温の大気圧空気プラズマジェットが生成される。

化学的活性度が高い大気圧空気プラズマジェット、かつ低温のプラズマジェットにより、歯や皮膚の治療や物質の高効率表面洗浄が効率的に可能となる。

本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１に、本発明に係る大気圧空気流を用いたパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置の実施形態を示す。図1において、パルスパワー発生部１の出力をプラズマジェット発生部3に接続する。また、大気圧空気流を作るポンプ２をプラズマジェット発生部３につなぐ。

充電電源４によって駆動された磁気パルス圧縮方式の高繰り返しパルスパワー発生部１の出力を導線９につなぎ、細いタングステンワイヤ５が導線９に接続される。タングステンワイヤ５は細いセラミックス管6に挿入され、アース電極７の先端の穴の表面との間で放電が起こる。１０は絶縁物である。

ポンプ２からの大気圧空気流は、通路８とセラミックス管６内を通り、放電領域に照射され、低温で活性度の高いプラズマジェット１１が噴出される。アース電極表面は溝を付けて表面積を増やして冷却効果を強めている。

アース電極には、セラミックス管内径と同じ程度の細い穴をあけ、電線先端とアース電極の細い穴の内面との間で放電させる。アース電極は放熱のため、表面には溝を掘るなど、外部の空気と接触する面積を大きくする。導線の直径は、例えば0.1から2ｍｍであり、セラミックス管の内径は0.1から2ｍｍ、アース電極の穴の直径は0.1から2ｍｍとし、穴の長さは0.3から5ｍｍとする。

細い導線電極とアース電極間に、パルスパワーを高繰り返しで印加して、プラズマを生成する。パルス幅が非常に短い大電力であるパルスパワーを発生するパルスパワー電源は、パワーエレクトロニクスを駆使して製作される。例えば、磁性体の飽和現象をスイッチに用いる磁気パルス圧縮方式、同様であるが磁性体を使わない方式、パルス形成回路の先にトランスを用いた方式等多くのパルスパワー電源があるが、いずれの方式でもよく、パルスパワー電源の出力は、出力電圧は4から15ｋV、パルス幅は100から1000ナノ秒、繰り返し周波数は10から500Hzが望ましい。

セラミックス管を通して大気圧空気流を流し、放電領域に照射して、アース電極の小さい穴からプラズマと大気圧空気流を噴出させる。大気圧空気流はボンベやポンプを用いて流す。

図２に、直流電源を用いた場合と、パルスパワー電源を用いた場合のアース電極先端部の温度変化を示す。直流電源を用いた場合８０°Cに達しているが、パルスパワー電源を用いた場合ほとんど室温に保たれている。

本発明にかかるパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置の外観図である。直流電源とパルスパワー電源を用いた場合の温度変化を示す図である。

１・・・パルスパワー発生部
２・・・ポンプ
３・・・プラズマジェット発生部
４・・・充電電源
５・・・タングステンワイヤ
６・・・セラミックス管
７・・・アース電極
８・・・通路
９・・・導線
１０・・絶縁物
１１・・プラズマジェット

Claims

パルス幅の非常に短い大電力を高繰り返しで発生するパルスパワー発生部と、高電圧電極と冷却機能を兼ねたアース電極の二つの電極からなるプラズマ生成部とプラズマ生成部に大気圧空気流を吹き付けるポンプとを備えたパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置。
空気ボンベにより前記大気圧空気流を生成する請求項１記載のパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置。
アース電極表面に溝をつけて表面積を増やし冷却機能を増強した請求項１記載のパルスパワー方式低温プラズマジェット発生装置。