JP2015002064A

JP2015002064A - 予備電離を用いたパルスストリーマ状放電プラズマ発生装置

Info

Publication number: JP2015002064A
Application number: JP2013125641A
Authority: JP
Inventors: 貴志佐久川; Takashi Sakukawa; 秋山　秀典; Shusuke Akiyama; 秀典秋山
Original assignee: Kumamoto University NUC
Current assignee: Kumamoto University NUC
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2015-01-05

Abstract

【課題】予備電離を用いて複数の線電極を用いたストリーマ放電生成で線電極間隔を短くしてもまんべんなく各線電極でストリーマ状放電が生成出来るようにし、放電領域を広くすることの出来る予備電離装置を有するストリーマ状放電発生装置を提供する。【解決手段】予備電離装置を有するストリーマ状放電発生装置は、図１に示されるように、線電極１と予備電離用平板電極３で挟むように誘電体２を配置して高繰り返しパルスパワー発生部５の出力電圧を線電極１と予備電離用平板電極３に印加する。予備電離用平板電極に印加する電圧は線電極に印加する電圧より低い電圧を印加する。【選択図】図１

Description

本発明は、予備電離を用いた放電プラズマ発生装置に関するものである。

予備電離を用いた放電プラズマ発生装置エキシマレーザーやＴＥＡＣＯ_２レーザー等の放電励起レーザー等がある。
（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４参照）。

誘電体を用いて沿面放電を発生させる装置は、主にオゾナイザーに利用されている。

特開平4-350982 特開平1-143370 特開昭61-245588 特開昭61-116888

パルスパワーを利用したストリーマ放電の非熱平衡プラズマの応用としてはオゾン生成やNOx処理等の研究がある。しかしながら、放電領域を広くするには限界があった。線対平板電極を用いたストリーマ放電生成では複数の線電極を配置することでストリーマ放電領域を拡張するが線電極の間隔を短くして密にストリーマ放電を得ようとしても両端の線電極にのみストリーマ放電が発生し、中間の線電極領域ではストリーマ放電が発生せず、ストリーマ放電が均一に発生しないという問題があった。

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、線電極の間隔を短くしても同様の効果のあるストリーマ状放電が生成出来る装置を提供する。

誘電体と第3の電極を用いた予備電離装置を用いて電極間にパルス電圧を印加し主放電の前に予備電離沿面放電を発生させる。

パルス電源の出力端コンデンサを直列接続し、その中間電圧を予備電離電極間に印加し、一方主放電電極間には直列接続したコンデンサの両端の電圧すなわちパルス電源の出力電圧を印加することで効果的なストリーマ状の主放電を生成する。それにより線電極の間隔を短くして均一にストリーマ状放電を生成する。

本発明によれば、線電極の間隔を短くして均一にストリーマ状放電を生成することが出来る。

本発明の予備電離を用いたストリーマ状放電では高繰り返しパルス発生動作時において安定的に放電を維持できる。予備電離を用いない場合には高繰り返し動作時にアーク放電に転移しやすいが本発明ではアーク放電への転移を防止できる。

本発明では予備電離を用いることで従来のストリーマ放電に比べ放電領域が広がり放電時のインピーダンスが低く放電エネルギーが増加する。オゾン生成に用いる場合、従来のストリーマ放電よりオゾン生成量の向上が実現できる。

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、本発明に係るストリーマ状放電発生部の電極構成を示す。図1において、線電極１を誘電体２の表面に複数配置する。誘電体２を線電極１と予備電離用平板電極３で挟むように配置する。接地電極４を予備電離平板電極３の反対側に配置する。接地電極４は接地する。パルスパワー電源５から高速な立ち上がりの高電圧を線電極１と電離平板電極３に印加出来るようにする。同時に線電極１と接地電極４に予備電離用平板電極３に印加した電圧以上の高速な立ち上がりの高電圧を印加出来るように接続する。

パルスパワー電源５は高繰り返しパルス発生動作可能な磁気パルス圧縮方式のパルスパワー発生部である。

パルスパワー電源５は出力電圧と繰り返しパルス発生周波数を任意に制御できる。

誘電体２は放電耐性のあるセラミック板でセラミック板に一定の間隔で線電極１が設置できるように溝をつけている。

図２は、予備電離を用いたストリーマ状放電発生装置の放電部の構成例を示す。パルスパワー電源５の出力端に直列接続したコンデンサ（高電圧側）６とコンデンサ（接地側）７を図のように高電圧側を線電極１に、６，７のコンデンサの中間電圧を予備電離用平板電極３に、接地側に接地電極４を接続する。パルス電圧を出力するとストリーマ状放電が生成する。

図３に、図２の構成で線電極１の間隔を5mmとして前記線電極１と接地電極４の主放電電極間隔を10mmとし、誘電体３に厚さ1.5mmで比誘電率ε_r＝１０のアルミナセラミックを用い、パルスパワー電源の出力を２８ｋＶで出力した場合のストリーマ状放電の写真を示す。

図４は各電極間の典型的な電圧波形と電流波形である。

前記図２で示す誘電体２の適正な厚さと高い比誘電率を持つ材料を選択することで予備電離を起こすバリア放電の予備電離電流を調整でき、さらに主放電電極間隔およびパルスパワー電源の出力電圧を適正な値に調整することでオゾン生成等に効果的なストリーマ状放電が生成出来る。

本発明にかかる予備電離大気圧ストリーマ状発生装置の構成図である。本発明にかかる放電発生部の主放電及び予備電離電極へのパルスパワー高電圧印加部の構成を示す実施例である。線電極間隔を5mm、主放電電極間隔を10mmにし、２８ｋＶのパルスパワー電圧を印加した場合の大気圧ストリーマ状放電の写真である。予備電離電流電圧と主放電電流電圧の典型的な波形である。

１・・・線電極
２・・・誘電体
３・・・予備電離用平板電極
４・・・接地電極
５・・・パルスパワー電源
６・・・コンデンサ（高電圧側）
７・・・コンデンサ（接地側）
８・・・予備電離電流
９・・・主放電電流
１０・・・予備電離電圧
１１・・・主放電電圧

Claims

パルス電圧印加による予備電離を用いた主放電に線対平板電極を有するストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記予備電離のために平板電極と線電極の間に誘電体を挟んだ予備電離用放電装置を有し、線電極は主放電電極として兼用する請求項１に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記予備電離用放電装置の線電極を複数用いて予備電離放電領域を拡大させ、併せて主放電領域を拡大させる請求項１又は請求項２に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記予備電離用放電装置を用いて線対平板に生ずるストリーマ状放電の前に線電極近傍に予備電離のための沿面放電を発生させる請求項２に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記プラズマ発生装置の予備電離電極と主放電電極にパルス電圧の印加周波数、パルス数、出力電圧を設定できる請求項１〜４のいずれか１項に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記プラズマ発生装置で予備電離電極間に主放電印加電圧より低い電圧を印加する請求項１〜５のいずれか１項に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記プラズマ発生装置でパルス電圧発生電源の出力端コンデンサを複数直列に接続し、直列接続コンデンサの中間電圧を予備電離電極間に印加し主放電印加電圧より低い予備電離電圧を印加する請求項６に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記プラズマ発生装置の主放電電極間に空気あるいは酸素を通過させてオゾンの生成を行うことの出来る請求項１〜7のいずれか１項に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。
前記プラズマ発生装置の主放電電極間に窒素酸化物や有害ガスを通過させて分解促進の出来る請求項１〜7のいずれか１項に記載のストリーマ状放電プラズマ発生装置。