JP2012187225A - Plasma generating apparatus and plasma generating method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。 The present invention relates to a plasma generation apparatus and a plasma generation method.
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。 The need for air quality control in the living environment, such as sterilization and deodorization, is increasing due to the increase in infectious risk seen in the recent epidemic of atopy, asthma and allergy symptoms and the outbreak of new influenza. In addition, as the life becomes richer, the amount of stored foods has increased and the chances of storing uneaten foods have increased, and environmental control in storage devices represented by refrigerators has also become more important.
生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。 As for the prior art aiming at air quality control of living environment, physical control represented by a filter is generally used. Physical control can capture relatively large dust and dirt floating in the air and bacteria and viruses depending on the size of the filter hole. Moreover, when there are innumerable adsorption sites such as activated carbon, malodorous odor molecules can be captured. However, in order to capture it, it is necessary to pass the air in the controlled space evenly through the filter, which increases the size of the device and increases maintenance costs such as filter replacement. There is no. Therefore, as a means for enabling sterilization and deodorization of the deposit, it is possible to release chemically active species to a space where sterilization and deodorization are desired. In the spraying of chemicals and the release of fragrances and deodorants, it is necessary to prepare active species in advance, and regular replenishment is essential. On the other hand, means for attempting to sterilize and deodorize by generating plasma in the atmosphere and using chemically active species generated there has been increasing in recent years.
大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル(以下、活性種)によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の2つの形式に分類できる。
(1)大気中に浮遊する菌やウィルス(以下、浮遊菌)、もしくは悪臭物質(以下、臭気)を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置(例えば、特許文献1)
(2)プラズマ発生部で生成された活性種を(1)よりも容積の大きな閉空間(例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等)へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置(例えば、特許文献2)
Technologies for generating plasma in the atmosphere by discharge and performing sterilization and deodorization with ions or radicals (hereinafter referred to as active species) generated therein can be classified into the following two types.
(1) A so-called passive plasma generator that reacts bacteria and viruses floating in the atmosphere (hereinafter referred to as floating bacteria) or malodorous substances (hereinafter referred to as odor) with active species within a limited volume in the device ( For example, Patent Document 1)
(2) The active species generated in the plasma generator are discharged into a closed space (for example, a living room, a toilet, a passenger car, etc.) having a volume larger than that of (1), and the active species, airborne bacteria and odors in the atmosphere So-called active-type plasma generator that reacts by collision with the plasma
(1)の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。 The advantage of the passive plasma generator of (1) is that a high concentration of active species is generated by generating plasma in a small volume, so that a high sterilizing effect and deodorizing effect are expected. On the other hand, since it is necessary to introduce airborne bacteria and odors into the device, the size of the device is increased, and ozone is likely to be generated as a by-product from the generation of plasma. Alternatively, it is necessary to install a separate filter for disassembly.
次に、(2)の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌(以下、付着菌)の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間(活性種濃度に対して1万倍程度高い濃度)においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。 Next, the advantage of the active plasma generator of (2) is that the device can be made relatively small. In addition to sterilization of airborne bacteria and decomposition of odors in the air, bacteria attached to the surface of clothing and household goods (hereinafter referred to as In addition, sterilization of adhering bacteria) and decomposition of odor adsorbed on the surface can be expected. On the other hand, the disadvantage is that active species are diffused in a very large closed space compared to the volume of the device, so the concentration is low, so that only active species with a long life expectation of sterilization and deodorizing effects can be expected. It is a point that cannot be obtained. As a result, a deodorizing effect can hardly be expected in a space with a high odor concentration (a concentration about 10,000 times higher than the active species concentration).
以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。 From the above, in the passive plasma generator, the effect is limited only to airborne bacteria and odors contained in the air flow flowing into the apparatus, and in the active plasma generator, low concentration of airborne bacteria and adhesion You can only expect effects on bacteria and odors. That is, what can be realized by using the prior art is limited to either “sterilization and deodorization of airborne bacteria” or “sterilization of airborne bacteria with low concentration, adhesion bacteria, and deodorization of adhesion odor”.
また、プラズマ発生部を構成する電極では、電極のプラズマ発生部位に例えば多孔質の誘電体膜を使用する場合が多く、そのため、高湿度下においては、誘電体膜自身の吸湿作用のため電気的特性が変化してしまい、プラズマの発生を阻害してしまう。特に冷蔵庫のような低温かつ湿度が大きく変化する環境においては、電極の誘電体膜自身が結露し易く、プラズマの発生が止まり、殺菌、脱臭性能が低下してしまう。したがって、冷蔵庫の内部が高湿度の状態が続くと殺菌性能を維持することが難しい。 In addition, in the electrode constituting the plasma generation unit, for example, a porous dielectric film is often used at the plasma generation site of the electrode, and therefore, under high humidity, the dielectric film itself absorbs moisture due to its hygroscopic action. The characteristics change, and the generation of plasma is hindered. In particular, in an environment where the temperature and humidity change greatly, such as in a refrigerator, the dielectric film itself of the electrode tends to condense, the generation of plasma stops, and the sterilization and deodorization performance deteriorates. Therefore, it is difficult to maintain sterilization performance when the inside of the refrigerator remains in a high humidity state.
そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく活性種の生成量を増やすとともに誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくすることを主たる所期課題とするものである。 Therefore, the present invention is a technology that realizes both sterilization and deodorization of attached bacteria at the same time, and generates a plasma to generate a passive type function that deodorizes with active species and releases the active species to the outside of the device. The main objective is to increase the amount of active species generated and to make it difficult for condensation and moisture to occur on the dielectric film in order to simultaneously have two active functions for sterilizing bacteria.
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記誘電体膜の表面にコーティング層が設けられている。 That is, the plasma generator according to the present invention has a pair of electrodes provided with a dielectric film on at least one of the opposing surfaces, and a plasma discharge is performed by applying a predetermined voltage between the electrodes. A coating layer is provided on the surface.
このようなものであれば、誘電体膜の表面にコーティング膜を設けていることから、誘電体膜に結露及び水分付着が起こりにくくなり、例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。また、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するものであれば、対応する各流体貫通孔において発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてz軸方向よりxy平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ(x、y)の座標位置であることをいう。 In such a case, since the coating film is provided on the surface of the dielectric film, it is difficult for condensation and moisture to occur on the dielectric film. For example, the sterilization performance is reduced even under high humidity in the refrigerator. This can prevent sterilization performance for a long time. In addition, if the fluid flow holes are provided at the corresponding positions of the electrodes so that they can penetrate, the amount of plasma generated in the corresponding fluid through holes can be increased as much as possible. The contact area between the plasma and the fluid can be increased as much as possible. As a result, the production amount of active species such as ions and radicals can be increased, and the function of deodorizing with the active species and the function of releasing the active species outside the apparatus to sterilize the floating bacteria and attached bacteria are sufficient. Will be able to demonstrate. Note that the corresponding part in this specification means that each fluid flow hole formed in both electrodes is substantially at the same position when viewed from the direction of the face plate of the electrode. When a pair of electrodes having an xy plane shape is seen from the direction, it means that the coordinate positions are substantially the same (x, y) in both electrodes.
前記誘電体膜が、溶射法によって成膜されたものである場合、その成膜された誘電体膜は、多孔質又は微細な凹凸構造を有することから湿度影響を受けやすく、本発明のようにコーティング膜を設けることの効果が一層顕著となる。 When the dielectric film is formed by a thermal spraying method, the formed dielectric film is easily affected by humidity because it has a porous or fine concavo-convex structure, as in the present invention. The effect of providing the coating film becomes more remarkable.
プラズマ発生部位での結露及び水分付着をより一層防止するためには、前記コーティング膜が、撥水性を有するものであることが望ましい。 In order to further prevent dew condensation and moisture adhesion at the plasma generation site, it is desirable that the coating film has water repellency.
前記コーティング膜の厚さが、0.01μm以上100μm以下であることが望ましい。ここでコーティング膜を100μm以上にすると、誘電体膜自身の物性が損なわれてしまうこと、また、誘電体膜の表面に形成された凹凸が埋没してしまい、プラズマ発生効果が低下してしまう。 It is desirable that the thickness of the coating film is 0.01 μm or more and 100 μm or less. Here, if the coating film is 100 μm or more, the physical properties of the dielectric film itself are impaired, and the unevenness formed on the surface of the dielectric film is buried, so that the plasma generation effect is lowered.
前記一対の電極の間に500μm以下の厚みを有するスペーサを有することが望ましい。これならば、電極間の距離を大きくすることができ、脱臭反応場を大きくすることができるので、臭気の脱臭効率を向上させることができる。また、スペーサにより電極間の距離を大きくしていることから、水分付着が起こったとしても微細な水滴であり、電極間から外部に抜けやすくすることができる。ここでスペーサの形成方法としては、蒸着法、CVD法(Chemical Vapor Deposition)、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法などが考えられる。 It is desirable to have a spacer having a thickness of 500 μm or less between the pair of electrodes. If it is this, since the distance between electrodes can be enlarged and a deodorization reaction field can be enlarged, the deodorizing efficiency of an odor can be improved. In addition, since the distance between the electrodes is increased by the spacer, even if moisture adheres, the water droplets are fine and can be easily removed from between the electrodes. Here, spacer formation methods include thin film formation methods such as vapor deposition, CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, and ion plating, or plating, thermal spraying, spray coating, spin coating, and coating. And so on.
スペーサにおける結露及び水分付着を防止するためには、前記スペーサの表面にコーティング層が設けられていることが望ましい。 In order to prevent condensation and moisture adhesion in the spacer, it is desirable that a coating layer is provided on the surface of the spacer.
流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。 In order to promote the generation of active species by allowing the fluid to efficiently pass through the fluid circulation hole and to increase the deodorizing effect, it has a blower mechanism that forcibly sends air toward the fluid circulation hole. Is desirable.
ここで、前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速を0.1m/s以上30m/s以下の範囲内としていることが望ましい。 Here, it is desirable that the flow velocity of the wind passing through the fluid circulation hole by the air blowing mechanism is in the range of 0.1 m / s to 30 m / s.
流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を100V以上5000V以下の範囲内とし、且つパルス幅を0.1μ秒以上300μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。 In order to increase the number of active species contained in the fluid that has passed through the fluid through-hole as much as possible, and to suppress the concentration of generated ozone, the voltage applied to each of the electrodes has a pulse shape, and its peak value Is preferably in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is preferably in the range of 0.1 μs to 300 μs.
また本発明に係るプラズマ発生方法は、対向面の少なくとも一方に誘電体膜を設けた一対の電極を用い、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、前記誘電体膜の表面にコーティング層を設けていることを特徴とする。 Further, the plasma generation method according to the present invention uses a pair of electrodes provided with a dielectric film on at least one of the opposing surfaces, and plasma discharge is performed by applying a predetermined voltage between the electrodes. Is provided with a coating layer.
このように構成した本発明によれば、活性種の生成量を増やすことによって付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現することができるとともに、誘電体膜に結露や水分付着が起こりにくくして長期間にわたって殺菌性能の低下を防止することができる。 According to the present invention configured as described above, it is possible to realize both sterilization and deodorization of the attached bacteria at the same time by increasing the generation amount of active species, and it is difficult for condensation and moisture adhesion to occur on the dielectric film. It is possible to prevent a decrease in sterilization performance over a long period of time.
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。 An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
本実施形態に係るプラズマ発生装置100は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。 The plasma generator 100 according to the present embodiment is used for home appliances such as a refrigerator, a washing machine, a clothes dryer, a vacuum cleaner, an air conditioner, or an air cleaner, and the inside or outside of the home appliance. It is intended to sterilize airborne odors and adhering bacteria inside or outside of these products.
具体的にこのものは、図1及び図2に示すように、マイクロギャッププラズマ(Micro Gap Plasma)によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部2と、当該プラズマ電極部2の外部に設けられて当該プラズマ電極部2に強制的に風(空気流)を送る送風機構3と、前記プラズマ電極部2の外部に設けられてプラズマ電極部2で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構4、および電極部に高電圧を印加するための電源5とを備えている。 Specifically, as shown in FIGS. 1 and 2, the plasma electrode unit 2 generates active species such as ions and radicals by micro gap plasma (Micro Gap Plasma), and the outside of the plasma electrode unit 2 A blower mechanism 3 that is provided and forcibly sends wind (air flow) to the plasma electrode unit 2 and a flame that is provided outside the plasma electrode unit 2 and that is generated in the plasma electrode unit 2 does not propagate to the outside. An explosion-proof mechanism 4 and a power source 5 for applying a high voltage to the electrode part are provided.
以下、各部2〜5について各図を参照して説明する。 Hereinafter, each part 2-5 is demonstrated with reference to each figure.
プラズマ電極部2は、図2〜図6に示すように、対向面に誘電体膜21a、22aを設けた一対の電極21、22を有し、それら電極21、22間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極21、22は、特に図3に示すように、平面視において(電極21、22の面板方向から見たときに)概略矩形状をなすものであり、例えばSUS403といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部2の電極21、22の縁部には、電源5からの電圧が印加される印加端子2Tが形成されている(図3参照)。 As shown in FIGS. 2 to 6, the plasma electrode unit 2 includes a pair of electrodes 21 and 22 having dielectric films 21 a and 22 a provided on opposite surfaces, and a predetermined voltage is applied between the electrodes 21 and 22. Plasma discharge. As shown in FIG. 3 in particular, each of the electrodes 21 and 22 has a substantially rectangular shape in plan view (when viewed from the face plate direction of the electrodes 21 and 22), and is made of stainless steel such as SUS403, for example. Yes. In addition, the application terminal 2T to which the voltage from the power supply 5 is applied is formed in the edge part of the electrodes 21 and 22 of the electrode part 2 (refer FIG. 3).
ここで電源5によるプラズマ電極部2への電圧印加方法は、各電極21、22に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を100V以上5000V以下の範囲内とし、且つパルス幅を0.1μ秒以上かつ300μ秒以下の範囲内としている。図7に示すように、パルス幅が300μ秒以下において、イオン数密度が測定され、かつオゾン濃度が低くなり、パルス幅が小さくなるに従って、イオン数は増加し、オゾン濃度は減少する。これにより、オゾン発生量を抑制し、プラズマで生成された活性種を、従来技術に良く見られるようなフィルター等で失うことなく、効率的に放出することができ、その結果、付着菌の殺菌を短時間で実現することが可能となる。 Here, the voltage application method to the plasma electrode unit 2 by the power source 5 is such that the voltage applied to each of the electrodes 21 and 22 has a pulse shape, the peak value is in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is 0.1 μm. It is within the range of not less than seconds and not more than 300 μsec. As shown in FIG. 7, when the pulse width is 300 μsec or less, the ion number density is measured, and the ozone concentration is decreased. As the pulse width is decreased, the ion number is increased and the ozone concentration is decreased. As a result, the amount of ozone generated is suppressed, and the active species generated in the plasma can be efficiently released without losing it with a filter or the like that is often found in the prior art. Can be realized in a short time.
また、図5に示すように、電極21、22の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜21a、22aが形成されている。この誘電体膜21a、22aの表面粗さ(本実施形態では算出平均粗さRa)は0.1μm以上100μm以下である。この他表面粗さとしては、最大高さRy、十点平均粗さRzを用いて規定しても良い。なお、前記誘電体膜21a、22aの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。 Further, as shown in FIG. 5, dielectric films 21 a and 22 a are formed on the opposing surfaces of the electrodes 21 and 22 by applying a dielectric such as barium titanate. The surface roughness (calculated average roughness Ra in the present embodiment) of the dielectric films 21a and 22a is not less than 0.1 μm and not more than 100 μm. Other surface roughness may be defined using the maximum height Ry and the ten-point average roughness Rz. Note that the surface roughness of the dielectric films 21a and 22a can be controlled by a thermal spraying method. Dielectrics applied to the electrodes include aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, strontium titanate, silicon oxide, silver phosphate, lead zirconate titanate, silicon carbide, indium oxide, cadmium oxide, bismuth oxide, and zinc oxide. Iron oxide, carbon nanotubes, etc. may be used.
さらに図3、図4及び図6に示すように、各電極21、22の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔21b、22bを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極21、22の面板方向から視たときに(平面視において)、対応する各流体貫通孔21b、22bの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極21に形成された流体流通孔21bの平面視形状と、他方の電極22に形成された流体流通孔22bの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。 Further, as shown in FIGS. 3, 4, and 6, fluid flow holes 21 b and 22 b are provided in corresponding portions of the electrodes 21 and 22, respectively, and are configured to communicate with and penetrate the electrodes 21 and 22. When viewed from the direction of the face plate 22 (in plan view), at least a part of the contour of each corresponding fluid through-hole 21b, 22b is configured to be different from each other. That is, the plan view shape of the fluid circulation hole 21 b formed in one electrode 21 and the plan view shape of the fluid circulation hole 22 b formed in the other electrode 22 are different from each other.
具体的には、各電極21、22の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔21b、22bは、平面視において概略円形状をなすものであり(図3、図6参照)、一方の電極21に形成された流体流通孔21bの開口サイズ(開口径)が、他方の電極22に形成された流体流通孔22bの開口サイズ(開口径)よりも小さく(例えば開口径が10μm以上小さく)形成されている。 Specifically, the fluid circulation holes 21b and 22b respectively formed in the corresponding portions of the electrodes 21 and 22 have a substantially circular shape in plan view (see FIGS. 3 and 6). The opening size (opening diameter) of the fluid circulation hole 21b formed in the first electrode 21 is smaller than the opening size (opening diameter) of the fluid circulation hole 22b formed in the other electrode 22 (for example, the opening diameter is 10 μm or more smaller). Has been.
また、同じく図3、図6に示すように、一方の電極21に形成された流体流通孔21bと他方の電極22に形成された流体流通孔22bとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極21に形成された複数個の流体流通孔21bは全て同一形状をなし、他方の電極22に形成された複数個の流体流通孔22bも全て同一形状をなし、一方の電極21に形成された流体流通孔21b全てが、他方の電極22に形成された流体流通孔22bよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。 Similarly, as shown in FIGS. 3 and 6, the fluid circulation hole 21 b formed in one electrode 21 and the fluid circulation hole 22 b formed in the other electrode 22 are formed concentrically. In the present embodiment, the plurality of fluid circulation holes 21b formed in one electrode 21 all have the same shape, and the plurality of fluid circulation holes 22b formed in the other electrode 22 all have the same shape. All of the fluid circulation holes 21 b formed in one electrode 21 are formed smaller than the fluid circulation holes 22 b formed in the other electrode 22. In the present embodiment, the effect is shown as a substantially circular shape, but the opening is not limited to a circle, and may have any shape, and at least a part of the contour of each corresponding fluid through-hole is different from each other in plan view. It suffices to be configured.
さらに、各電極21、22に形成された流体流通孔21b、22bの開口総面積が、当該各電極21、22の総面積に対して2%以上90%以下の範囲内である。具体的には、他方の電極22に形成された流体流通孔22bの開口総面積を、電極22の総面積に対して2%以上90%以下の範囲内としている。なお、一方の電極21に形成された流体流通孔21bの開口総面積を2%以上90%以下の範囲内としても良い。 Furthermore, the total opening area of the fluid circulation holes 21 b and 22 b formed in each electrode 21 and 22 is in the range of 2% to 90% with respect to the total area of each electrode 21 and 22. Specifically, the total opening area of the fluid circulation holes 22 b formed in the other electrode 22 is in the range of 2% to 90% with respect to the total area of the electrode 22. The total opening area of the fluid circulation holes 21b formed in one electrode 21 may be in the range of 2% to 90%.
そして本実施形態のプラズマ電極部2は、図3及び図6に示すように、流体流通孔21b、22bとは別に、一方の電極21に貫通孔21cを設けてこの貫通孔21cが他方の電極22によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極21、22に形成された流体流通孔21b、22bからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔21cにより形成されるものは半開口部という。 As shown in FIGS. 3 and 6, the plasma electrode portion 2 of the present embodiment is provided with a through hole 21c in one electrode 21 separately from the fluid circulation holes 21b and 22b, and this through hole 21c is the other electrode. The opening on the opposite surface side is closed by 22. In addition, what consists of the fluid circulation holes 21b and 22b formed in each said electrodes 21 and 22 may be hereafter called a complete opening, but what is formed by the through-hole 21c in comparison with this is a half opening. That's it.
貫通孔21cの開口サイズを、流体流通孔21bの開口サイズよりも10μm以上小さく形成している。貫通孔21cは、規則的に設けられた流体流通孔21bの一部を置き換えて形成されており、貫通孔21cは流体流通孔21bの周囲に設けられている(図3参照)。 The opening size of the through hole 21c is formed to be 10 μm or more smaller than the opening size of the fluid circulation hole 21b. The through hole 21c is formed by replacing a part of the regularly provided fluid circulation hole 21b, and the through hole 21c is provided around the fluid circulation hole 21b (see FIG. 3).
送風機構3は、前記プラズマ電極部2の他方の電極22側に配置されており、プラズマ電極部2に形成された流体流通孔21b、22b(完全開口部)に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構3は、流体流通孔21b、22bを通過させる風の流速を0.1m/s以上30m/s以下の範囲内としている。 The blower mechanism 3 is disposed on the other electrode 22 side of the plasma electrode unit 2 and forcibly sends air toward the fluid circulation holes 21b and 22b (completely open portions) formed in the plasma electrode unit 2. It has a blower fan. Specifically, in this blower mechanism 3, the flow velocity of the wind passing through the fluid circulation holes 21b and 22b is set in the range of 0.1 m / s to 30 m / s.
防爆機構4は、図4に示すように、一対の電極21、22の外側に配置された保護カバー41を有し、可燃性ガスが流体流通孔21b、22bに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー41を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構4は、その保護カバー41が、一対の電極21、22の外側に配置された金属メッシュ411を有し、当該金属メッシュ411の線径が1.5mm以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ411の開口率が30%以上である。 As shown in FIG. 4, the explosion-proof mechanism 4 has a protective cover 41 disposed outside the pair of electrodes 21, 22, and a flame generated by plasma when combustible gas flows into the fluid circulation holes 21 b, 22 b. However, it is configured not to propagate outside the protective cover 41. Specifically, the explosion-proof mechanism 4 has a protective cover 41 having a metal mesh 411 disposed outside the pair of electrodes 21 and 22, and the wire diameter of the metal mesh 411 is within a range of 1.5 mm or less. And the aperture ratio of the metal mesh 411 is 30% or more.
しかして本実施形態では、図5に示すように、各電極21、22の誘電体膜21a、22aの表面に1層のコーティング膜23が設けられている。このコーティング膜23は、撥水性を有するものであり、ガラス、フッ素樹脂、シリコン、ダイヤモンドライクカーボン(DLC)、フッ素含有DLC、SiO2、ZrO2、TiO2、SrO2、MgOのいずれか、又はその組み合わせである。また、コーティング膜23は、誘電体膜21a、22aの上面にほぼ均一に成膜するために、蒸着法、CVD法(Chemical Vapor Deposition)、スパッタ法、イオンプレーティング法などの薄膜形成方法、あるいは、めっき法、溶射法、スプレーコーティング、スピンコート法、塗布法、などで形成される。 Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 5, a single coating film 23 is provided on the surfaces of the dielectric films 21 a and 22 a of the electrodes 21 and 22. This coating film 23 has water repellency and is made of glass, fluororesin, silicon, diamond-like carbon (DLC), fluorine-containing DLC, SiO 2 , ZrO 2 , TiO 2 , SrO 2 , MgO, or That combination. In addition, the coating film 23 is formed almost uniformly on the top surfaces of the dielectric films 21a and 22a, so that a thin film forming method such as a vapor deposition method, a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a sputtering method, or an ion plating method, or , Plating, thermal spraying, spray coating, spin coating, coating, and the like.
ここでコーティング膜23を形成したプラズマ発生装置100(本発明)とコーティング膜23を形成しないプラズマ発生装置(従来品)とにおける結露サイクルとイオン数密度との関係を、図8に示す。この図8から分かるように、従来品においては、結露サイクル2回目から徐々にイオン数密度が低下しているが、本発明においては、結露サイクルに関わらずイオン数密度が低下していないことが分かる。 FIG. 8 shows the relationship between the condensation cycle and the ion number density in the plasma generator 100 (invention) in which the coating film 23 is formed and the plasma generator (conventional product) in which the coating film 23 is not formed. As can be seen from FIG. 8, in the conventional product, the ion number density gradually decreases from the second condensation cycle, but in the present invention, the ion number density does not decrease regardless of the condensation cycle. I understand.
また本実施形態の電極21、22は、絶縁体材料からなるスペーサ24により電極21、22間に所定距離の隙間が形成されている。スペーサ24は、図3に示すように、電極21、22の周縁部の複数個所に設けられている。なお、スペーサの位置は図3に限定されず、例えば周縁部全体に亘って設けても良いし、電極の中央部等、流体流通孔21b、22b及び貫通孔21cを塞がない任意の位置に設けても良い。このスペーサ24の厚みとしては、500μm以下とすることが望ましい。500μmよりも大きくすると、プラズマを発生させるための電圧が大きくなり、オゾンが発生し易くなるためである。また、スペーサ24は、フッ素樹脂、エポキシ、ポリイミド、アルミナ、ガラスのいずれか、又はその組み合わせである。本実施形態のスペーサ24は前記誘電体膜21a、22aと同様に溶射法によって形成される。より具体的には、各電極21、22の誘電体膜21a、22a上にスペーサ24となる部材を例えば250μm以下で形成し、それらを重ね合わせることによって、500μm以下のスペーサ24となるようにしている。その他、一方の電極21(又は電極22)の誘電体膜21a(誘電体膜22a)にスペーサ24を形成しても良い。 Further, in the electrodes 21 and 22 of this embodiment, a gap of a predetermined distance is formed between the electrodes 21 and 22 by a spacer 24 made of an insulating material. As shown in FIG. 3, the spacers 24 are provided at a plurality of locations on the periphery of the electrodes 21 and 22. Note that the position of the spacer is not limited to that shown in FIG. 3. For example, the spacer may be provided over the entire peripheral edge, or may be provided at any position that does not block the fluid circulation holes 21 b and 22 b and the through hole 21 c, such as the center of the electrode. It may be provided. The thickness of the spacer 24 is desirably 500 μm or less. This is because if it is larger than 500 μm, the voltage for generating plasma increases, and ozone is easily generated. Further, the spacer 24 is any one of fluorine resin, epoxy, polyimide, alumina, glass, or a combination thereof. The spacer 24 of the present embodiment is formed by a thermal spraying method in the same manner as the dielectric films 21a and 22a. More specifically, a member that becomes the spacer 24 is formed on the dielectric films 21a and 22a of the electrodes 21 and 22 with a thickness of, for example, 250 μm or less, and the spacers 24 are 500 μm or less by overlapping them. Yes. In addition, the spacer 24 may be formed on the dielectric film 21a (dielectric film 22a) of one electrode 21 (or electrode 22).
本実施形態のコーティング膜23は、誘電体膜21a、22aを溶射法によって成膜し、当該誘電体膜21a、22a上にスペーサ24となる部材を溶射法によって形成した後に成膜される。これにより、スペーサ24もコーティング膜23によって覆われることになり、スペーサ24に生じる結露及び水分付着を防止することができる。なお、誘電体膜21a、22aを成膜してコーティング膜23を成膜した後に、スペーサ24を形成しても良い。 The coating film 23 of this embodiment is formed after the dielectric films 21a and 22a are formed by a thermal spraying method, and a member to be the spacer 24 is formed on the dielectric films 21a and 22a by the thermal spraying method. Thereby, the spacer 24 is also covered with the coating film 23, and the dew condensation and moisture adhesion which occur in the spacer 24 can be prevented. The spacers 24 may be formed after the dielectric films 21a and 22a are formed and the coating film 23 is formed.
このようにスペーサ24を設けることによって、電極間距離をスペーサ24の厚み分大きくすることができ、図9に示すように、脱臭反応場が大きくなり、空気とプラズマとの接触体積が大きくなることから、脱臭効率が向上する。ここで脱臭性能とスペーサ24の厚みの依存性について図10に示す。スペーサ24を設けない場合の脱臭効率が20%であるのに対して、厚み10μmのスペーサ24を設けた場合の脱臭効率は30%、20μmでは32%、50μmでは極大の35%であり、脱臭効率が向上している。また100μmの脱臭効率は30%であり、10μmから100μmでは脱臭率の向上が顕著である。また、スペーサ24の厚みが100μmより大きくなるに従って脱臭効率も悪くなるが、500μmまでは20%以上である。一方、スペーサ24の厚みが500μmを超えると、スペーサ24を設けない場合よりも脱臭効率が悪くなり好ましくない。 By providing the spacer 24 in this way, the distance between the electrodes can be increased by the thickness of the spacer 24, and as shown in FIG. 9, the deodorization reaction field is increased and the contact volume between air and plasma is increased. Therefore, the deodorization efficiency is improved. Here, the dependency of the deodorizing performance and the thickness of the spacer 24 is shown in FIG. The deodorizing efficiency when the spacer 24 is not provided is 20%, whereas the deodorizing efficiency when the spacer 24 having a thickness of 10 μm is provided is 30%, 32% at 20 μm, and 35% of the maximum at 50 μm. Efficiency has improved. Further, the deodorization efficiency at 100 μm is 30%, and the improvement in the deodorization rate is remarkable at 10 μm to 100 μm. In addition, the deodorization efficiency deteriorates as the thickness of the spacer 24 exceeds 100 μm, but it is 20% or more up to 500 μm. On the other hand, when the thickness of the spacer 24 exceeds 500 μm, the deodorizing efficiency is deteriorated as compared with the case where the spacer 24 is not provided.
このように構成したプラズマ発生装置100は冷蔵庫の庫内において好適に用いることができる。冷蔵庫の庫内は、図11に示すように、除霜運転時において高湿度状態となり、電極間21、22間に結露が生じ易く又は水分が付着し易くなる。これに対して、本実施形態のプラズマ発生装置100は、電極間21、22の誘電体膜21a、22aの表面に撥水性のコーティング膜23を設けていることから、結露や水分付着が生じにくい。また、スペーサ24によって電極21、22間の距離を大きくしていることから、仮に結露が起こったとしても、その結露水が電極21、22間の外部に抜けやすい。 The plasma generator 100 configured as described above can be suitably used in a refrigerator. As shown in FIG. 11, the inside of the refrigerator is in a high humidity state during the defrosting operation, and condensation is likely to occur between the electrodes 21 and 22 or moisture tends to adhere. On the other hand, in the plasma generating apparatus 100 of the present embodiment, the water-repellent coating film 23 is provided on the surfaces of the dielectric films 21a and 22a between the electrodes 21 and 22, so that condensation and moisture adhesion hardly occur. . In addition, since the distance between the electrodes 21 and 22 is increased by the spacer 24, even if condensation occurs, the condensed water easily escapes to the outside between the electrodes 21 and 22.
<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置100によれば、対応する各流体貫通孔21b、22bにおいて発生するプラズマの量を可及的に多くすることができ、このプラズマと流体との接触面積を可及的に大きくできる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。また、誘電体膜21a、22aの表面に撥水性のコーティング膜23を設けていることから、誘電体膜21a、22aに結露及び水分付着が起こりにくくなり、例えば冷蔵庫内の高湿度下においても殺菌性能を低下させることを防止し、殺菌性能を長期間発揮させることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the plasma generating apparatus 100 according to the present embodiment configured as described above, it is possible to increase the amount of plasma generated in the corresponding fluid through holes 21b and 22b as much as possible. The contact area can be increased as much as possible. As a result, the production amount of active species such as ions and radicals can be increased, and the function of deodorizing with the active species and the function of releasing the active species outside the apparatus to sterilize the floating bacteria and attached bacteria are sufficient. Will be able to demonstrate. In addition, since the water-repellent coating film 23 is provided on the surfaces of the dielectric films 21a and 22a, the dielectric films 21a and 22a are less likely to form dew condensation and moisture, and are sterilized even under high humidity in a refrigerator, for example. It is possible to prevent the performance from being lowered and to exhibit the bactericidal performance for a long time.
<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
例えば前記実施形態では、コーティング膜を各電極の誘電体膜に設けたが、いずれか一方の誘電体膜に設けた場合であっても効果を奏する。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.
For example, in the above-described embodiment, the coating film is provided on the dielectric film of each electrode.
また、前記実施形態では電極21の複数の流体流通孔21bが同一形状をなし、また電極22の複数の流体流通孔22bが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。 In the above embodiment, the plurality of fluid circulation holes 21b of the electrode 21 have the same shape, and the plurality of fluid circulation holes 22b of the electrode 22 have the same shape, but each has a different shape. May be.
また、前記実施形態では電極21の全ての流体流通孔21bが、電極22の複数の流体流通孔22bよりも小さく又は大きく形成されているが、電極21の一部の流体流通孔21bが電極22の流体流通孔22bにより小さく形成されており、その他の流体流通孔21bが電極22の流体流通孔22bよりも大きく形成されていても良い。 In the embodiment, all the fluid circulation holes 21 b of the electrode 21 are formed smaller or larger than the plurality of fluid circulation holes 22 b of the electrode 22, but some of the fluid circulation holes 21 b of the electrode 21 are formed in the electrode 22. The other fluid circulation hole 21 b may be formed larger than the fluid circulation hole 22 b of the electrode 22.
さらに、前記実施形態では一方の電極21又は他方の電極22のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔(半開口部)を形成するようにしても良い。 Furthermore, in the embodiment, the through hole is formed in either one of the electrodes 21 or the other electrode 22, but a through hole (half opening) may be formed in both.
その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。 In addition, in the above-described embodiment, the fluid circulation hole has an equal cross-sectional shape, but in addition, the fluid circulation hole formed in each electrode has a tapered surface, a mortar shape or a bowl shape, that is, The diameter may be reduced or increased from one opening to the other opening.
加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。 In addition, the fluid flow hole may be elliptical, rectangular, linear slit, concentric slit, corrugated slit, crescent, comb, honeycomb, or star, in addition to a circular shape. .
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。 In addition, it goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
100・・・プラズマ発生装置
21・・・一方の電極
22・・・他方の電極
21a、22a・・・誘電体膜
21b、22b・・・流体流通孔
23・・・コーティング膜
24・・・スペーサ
3・・・送風機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Plasma generator 21 ... One electrode 22 ... The other electrode 21a, 22a ... Dielectric film | membrane 21b, 22b ... Fluid flow hole 23 ... Coating film 24 ... Spacer 3 ... Blower mechanism
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