JP2019008903A - Plasma generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマ生成装置、特に電磁波を昇圧してプラズマを生成する装置に関し、電磁波を発振するパワーデバイスとして、エネルギ効率の高い半導体材料を用いることにより、従来の半導体電磁波発振器よりも大幅に小型化された電磁波発振器を備えたプラズマ生成装置に関する。 The present invention relates to a plasma generation apparatus, and more particularly to an apparatus for generating plasma by boosting electromagnetic waves, and by using an energy-efficient semiconductor material as a power device that oscillates electromagnetic waves, it is significantly smaller than conventional semiconductor electromagnetic wave oscillators. The present invention relates to a plasma generation apparatus provided with a structured electromagnetic wave oscillator.
プラズマ生成装置によって生成されるプラズマは、有害排出物(CO2、NOX、未燃炭化水素)、揮発性有害化学物質(VOC)、浮遊粒子状物質(PM)、スス等の削減、低減や、タール、汚泥、排水の処理・再利用などの環境(インプラント、エンドオブパイプ)対策分野及び滅菌、殺菌、洗浄技術など、医療・衛生分野で用いられる他、物質例えば被印刷物の表面改質にも用いられる。 Plasma generated by the plasma generator reduces or reduces harmful emissions (CO 2 , NOX, unburned hydrocarbons), volatile hazardous chemicals (VOC), suspended particulate matter (PM), soot, Used in the field of environmental measures (implants, end-of-pipe) such as tar, sludge, wastewater treatment and reuse, as well as in medical and hygiene fields such as sterilization, sterilization, and cleaning technology, as well as for surface modification of substances such as printed materials It is done.
一般に、プラズマを生成する装置として、コロナ放電やバリヤ放電によりプラズマを生成する装置が用いられており、多くの装置が実用化されている。本発明者は、電磁波、特にマイクロ波を、共振回路を用いて昇圧させブレークダウンプラズマを生成させる装置を提案している。このブレークダウンプラズマは、点火装置にも利用され、さらに生成されたプラズマにマイクロ波を照射しブレークダウンプラズマを維持・拡大する技術も提案している。 Generally, as a device for generating plasma, a device for generating plasma by corona discharge or barrier discharge is used, and many devices have been put into practical use. The inventor has proposed a device for generating a breakdown plasma by boosting electromagnetic waves, particularly microwaves, using a resonance circuit. This breakdown plasma is also used in an ignition device, and a technique for maintaining and expanding the breakdown plasma by irradiating the generated plasma with microwaves is also proposed.
電磁波(マイクロ波)を生成するための電磁波発振器は、マグネトロンの利用が一般的である。しかし、マグネトロンには、出力、周波数の安定性に欠け、電磁波の発振モードの細やかな制御をすることができないという問題がある。そのため、近年、半導体デバイスを利用した電磁波発振器が実用化されている。 As an electromagnetic wave oscillator for generating an electromagnetic wave (microwave), a magnetron is generally used. However, the magnetron has a problem that the output and frequency are not stable and the oscillation mode of electromagnetic waves cannot be finely controlled. Therefore, in recent years, an electromagnetic wave oscillator using a semiconductor device has been put into practical use.
これらの半導体デバイスを利用した電磁波発振器として使用される半導体材料は、一般的にシリコンが用いられていた。 In general, silicon is used as a semiconductor material used as an electromagnetic wave oscillator using these semiconductor devices.
本発明者は、電磁波発振器として半導体デバイスを用い、昇圧回路を使って電磁波のみでブレークダウンプラズマを生成するプラズマ生成装置を提案している(例えば、特許文献1参照)。 The present inventor has proposed a plasma generation apparatus that uses a semiconductor device as an electromagnetic wave oscillator and generates a breakdown plasma only with an electromagnetic wave using a booster circuit (see, for example, Patent Document 1).
半導体材料として、シリコンを用いた半導体デバイスは、多くの製品に利用され、入手性もよく比較的安価に製造される。しかし、シリコンを用いた半導体デバイスは、耐圧(降伏電圧)に対するオン抵抗(Ω・m2)が高く、エネルギ効率(エネルギ密度)が低い。エネルギ効率が低いと、電気エネルギが熱に変換されるため、大きな放熱手段が必要となり、電磁波発振器が大きくなり、プラズマ生成装置全体の小型化が困難となるという問題があった。 A semiconductor device using silicon as a semiconductor material is used in many products, has good availability, and is manufactured at a relatively low cost. However, a semiconductor device using silicon has high on-resistance (Ω · m 2 ) with respect to breakdown voltage (breakdown voltage) and low energy efficiency (energy density). If the energy efficiency is low, electric energy is converted into heat, so that a large heat dissipation means is required, the electromagnetic wave oscillator becomes large, and it is difficult to reduce the size of the entire plasma generating apparatus.
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エネルギ効率が高い電磁波発振器を使いることにより、電磁波、特にマイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、小型で人手により手軽に搬送することが可能なプラズマ生成装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such a point, and the object thereof is a plasma generation apparatus that generates plasma using electromagnetic waves, particularly microwaves, by using an electromagnetic wave oscillator with high energy efficiency. The present invention is to provide a plasma generating apparatus that is small and can be easily transported manually.
上記課題を解決するためになされた本第1発明のプラズマ生成装置は、
半導体材料として、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドを使い、エネルギ効率が70%以上であるとともに、電磁波の発振パターンがパルス発振方式である電磁波発振器と、
前記電磁波発振器から供給される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせブレークダウンプラズマを生成する電磁波放電器と、
前記電磁波発振器からの電磁の発振をパルスモードで制御する制御装置とを備える。
The plasma generating apparatus of the first invention made to solve the above problems is as follows.
An electromagnetic wave oscillator that uses silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide or diamond as a semiconductor material, has an energy efficiency of 70% or more, and an electromagnetic wave oscillation pattern is a pulse oscillation system;
An electromagnetic wave discharger that generates a breakdown plasma by increasing a potential difference of a discharge gap by a boosting unit including a resonance circuit that boosts an electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator; and
And a control device that controls electromagnetic oscillation from the electromagnetic wave oscillator in a pulse mode.
本発明のプラズマ生成装置は、電磁波発振器の半導体材料が、シリコンと比べて耐圧に対するオン抵抗が低く、エネルギ効率が高いので、小型で高効率の電磁波発振器が構成され、電磁波のみによってブレークダウンプラズマを生成することができる。 In the plasma generator of the present invention, the semiconductor material of the electromagnetic wave oscillator has a low on-resistance with respect to a withstand voltage and high energy efficiency as compared with silicon, so that a small and highly efficient electromagnetic wave oscillator is formed. Can be generated.
上記課題を解決するためになされた本第2発明のプラズマ生成装置は、
半導体材料として、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム又はダイヤモンドを使い、エネルギ効率が70%以上であるとともに、電磁波の発振パターンがパルス発振方式である電磁波発振器と、
ブレークダウンプラズマを生成する前記電磁波発振器から供給される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせる電磁波放電器、高電圧供給手段からの高電圧によって放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせる高電圧放電器又はレーザ照射器からなるブレークダウンプラズマ生成器と、
前記電磁波発振器から供給される電磁波を、前記ブレークダウンプラズマ生成器によって生成されたプラズマに照射する電磁波照射器と、
前記電磁波発振器からの電磁の発振をパルスモードで制御する制御装置とを備える。
The plasma generating apparatus of the second invention made to solve the above problems is as follows.
An electromagnetic wave oscillator that uses silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide or diamond as a semiconductor material, has an energy efficiency of 70% or more, and an electromagnetic wave oscillation pattern is a pulse oscillation system;
An electromagnetic wave discharger that raises the potential difference of the discharge gap by a boosting means comprising a resonance circuit that boosts the electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator that generates the breakdown plasma, and generates a discharge. A breakdown plasma generator composed of a high voltage discharger or a laser irradiator that raises the potential difference and generates discharge;
An electromagnetic wave irradiator that irradiates the plasma generated by the breakdown plasma generator with an electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator;
And a control device that controls electromagnetic oscillation from the electromagnetic wave oscillator in a pulse mode.
本発明のプラズマ生成装置は、生成したブレークダウンプラズマに電磁波(マイクロ波)エネルギを注入することにより、生成されたブレークダウンプラズマを維持拡大することができる。 The plasma generating apparatus of the present invention can maintain and expand the generated breakdown plasma by injecting electromagnetic wave (microwave) energy into the generated breakdown plasma.
この場合において、ブレークダウンプラズマ生成領域の圧力及び/又は温度の検出機構を備え、前記制御装置は、前記検出機構によって検出された圧力及び/又は温度に応じて、電磁波照射器の電磁波発振パターンを変動させ、プラズマを維持するようにすることができる。 In this case, a mechanism for detecting the pressure and / or temperature of the breakdown plasma generation region is provided, and the control device changes the electromagnetic wave oscillation pattern of the electromagnetic wave irradiation device in accordance with the pressure and / or temperature detected by the detection mechanism. It can be varied to maintain the plasma.
さらに、これらの場合において、前記電磁波発振器を、可般式とすることができる。 Further, in these cases, the electromagnetic wave oscillator can be a general type.
本発明は、エネルギ効率が高い電磁波発振器を使いることにより、電磁波、特にマイクロ波を用いてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、小型で人手により手軽に搬送することが可能なプラズマ生成装置を提供することができる。 The present invention relates to a plasma generating apparatus that generates plasma using electromagnetic waves, particularly microwaves, by using an electromagnetic wave oscillator with high energy efficiency, and is small and can be easily transported by hand Can be provided.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
<実施形態1>プラズマ装置
本実施形態1は、図1(a)に示すように、本第1発明に係るプラズマ生成装置である。電磁波を昇圧してブレークダウンプラズマを生成するプラズマ生成装置は、その主要構成要素として、電磁波を生成する電磁波発振器MWが必要となる。電磁波発振器MWは、電磁波用電源Pから電源供給され、制御装置4によって制御されて動作する。電磁波発振器MWが発した電磁波は、昇圧回路(高電圧供給手段)及び放電電極からなる電磁波放電器5に送られ、放電電極と接地電極間でプラズマが生成される。
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本実施形態2は、図1(b)に示すように、本第2発明に係るプラズマ生成装置である。電磁波発振器MWは、電磁波用電源Pから電源供給され、制御装置4によって制御されて動作する。電磁波発振器MWが発した電磁波は、昇圧回路(高電圧供給手段)及び放電電極、電磁波照射器からなる電磁波放電器3,9に送られ、放電電極と接地電極間でプラズマが生成され、さらに放電によりインピーダンスの不整合が生じた後、電磁波放電器3のアンテナ部31a、電磁波放電器9のアンテナ部92aは電磁波照射器となって生成されたプラズマを維持拡大する。
The second embodiment is a plasma generating apparatus according to the second invention as shown in FIG. The electromagnetic wave oscillator MW is supplied with power from the electromagnetic wave power source P and is controlled by the
実施形態1及び2のプラズマ生成装置は、上述した電磁波放電器3、5、9の他、高電圧放電器又はレーザ照射器が、ブレークダウンプラズマ生成器として機能する。高電圧放電器は、例えば、高電圧用電源及び点火コイル(高電圧供給手段)から高電圧を供給される点火プラグ(図7(a)参照)である。また、レーザ照射器は、例えば、レーザ光源、光ファイバ及びレーザ用プローブを備えたレーザ発振装置(図7(b)参照)である。レーザ光源は、特に限定するものではないが、Nd−YAG(Neodymium−Yttrium Aluminum Garnet)レーザ光源等を用いることができる。レーザ照射器を用いる場合、対象物表面にレーザを照射し、当該対象物表面でブレークダウンプラズマを生成させる。
In the plasma generators of the first and second embodiments, in addition to the
この電磁波発振器MWとしては、マグネトロンの利用が一般的であったが、近年半導体デバイスを利用した電磁波発振器が実用化されている。半導体デバイスとして一般的に使用される半導体材料は、シリコン(ケイ素(Si))である。シリコンを使った半導体デバイスは、酸化物SiO2を還元、清留させて製造される高純度のシリコンにさらに加工を加えて作ったシリコンウェーハから製造される。このシリコンウェーハの製造方法は確立しており、大量生産が可能なことから半導体材料として汎用されている。 As this electromagnetic wave oscillator MW, a magnetron is generally used, but in recent years, an electromagnetic wave oscillator using a semiconductor device has been put into practical use. A semiconductor material commonly used as a semiconductor device is silicon (silicon (Si)). A semiconductor device using silicon is manufactured from a silicon wafer made by further processing a high-purity silicon manufactured by reducing and scavenging oxide SiO 2 . A manufacturing method of this silicon wafer has been established and is widely used as a semiconductor material because it can be mass-produced.
本実施形態のプラズマ生成装置においては、電磁波発振器MWに用いる半導体材料として、炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)又はダイヤモンドを用いている。電磁波発振器MWは、エネルギ効率が70%以上であるとともに、電磁波の発振パターンがパルス発振方式である。電磁波発振器MWから供給される電磁波は、電磁波放電器5において、共振回路からなる昇圧手段となる昇圧回路により昇圧される。この昇圧により、放電電極において、放電ギャップの電位差が高まり、放電が生じてブレークダウンプラズマが生成される。制御装置4は、電磁波発振器MWの発振をパルスモードで制御する。
In the plasma generating apparatus of this embodiment, silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga 2 O 3 ), or diamond is used as a semiconductor material used for the electromagnetic wave oscillator MW. The electromagnetic wave oscillator MW has an energy efficiency of 70% or more and an electromagnetic wave oscillation pattern is a pulse oscillation system. The electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator MW is boosted in the
電磁波発振器MWを構成する半導体デバイスは、使われる半導体材料(半導体素材)の性能が高ければ、つまりエネルギ効率(エネルギ密度)が高ければ、同出力を発生させる場合に小型化が可能となる。半導体材料の性能指標として、バンドギャップ(Eg)、電子移動速度(μe)、破壊電界強度(Ec)、バリガ性能指数(BFM)が挙げられる(図2(a)参照)。また、バリガ性能指数の逆数をグラフ化した図2(b)からも明らかなように、シリコンと比べて、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム、ダイヤモンドは、同じオン抵抗値(On resistance)での耐圧(降伏電圧(Breakdown voltage))が非常に高い。なお、図2(b)は、耐圧(降伏電圧)に対するオン抵抗を示しており、通常、耐圧を上げると内部抵抗が上がり、発熱量も増す。また、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化ガリウム、ダイヤモンドは、バリガ性能指標でそれぞれシリコンの340倍、870倍、3500倍、54000倍程度という桁違いの性能を有するものである。これら同じオン抵抗値において耐圧が高い半導体材料を電磁波発振器MWに適用すると、例えば、周波数が2.45GHzの電磁波(マイクロ波)を発振するために必要となるλ/4の線路を、より細く小さな間隔で設計することが可能となり、基板サイズを大幅に小型化することが可能となる。 If the performance of the semiconductor material (semiconductor material) used is high, that is, if the energy efficiency (energy density) is high, the semiconductor device constituting the electromagnetic wave oscillator MW can be reduced in size when generating the same output. Examples of the performance index of the semiconductor material include a band gap (Eg), an electron transfer rate (μe), a breakdown electric field strength (Ec), and a barriger performance index (BFM) (see FIG. 2A). Further, as is apparent from FIG. 2B in which the inverse of the bariga performance index is graphed, silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, and diamond have the same on-resistance value compared to silicon. The withstand voltage (breakdown voltage) is very high. Note that FIG. 2B shows the on-resistance with respect to the withstand voltage (breakdown voltage). Normally, when the withstand voltage is increased, the internal resistance increases and the amount of heat generation also increases. Silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide, and diamond have orders of magnitude performance of about 340 times, 870 times, 3500 times, and 54000 times that of silicon, respectively, in terms of the bariga performance index. When a semiconductor material having a high withstand voltage at the same on-resistance value is applied to the electromagnetic wave oscillator MW, for example, a λ / 4 line necessary for oscillating an electromagnetic wave (microwave) having a frequency of 2.45 GHz is thinner and smaller. It becomes possible to design at intervals, and the substrate size can be greatly reduced.
電磁波発振器MWを構成する半導体材料として、バリガ性能指数が高い炭化ケイ素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、酸化ガリウム(Ga2O3)又はダイヤモンドを使うことにより、上述したように、基板サイズの小型化を可能とし、電磁波発振器としての容積を大幅に小型化することが可能となる。これによって電磁波発振器MWを含むプラズマ生成装置を可搬式とすることができる。これによって、本発明のプラズマ生成装置を使用した後述する種々のアプリケーション、例えば、土壌の含有物を測定する光分析装置等を小型軽量の可搬式分析装置として構成することができる。 As described above, by using silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), gallium oxide (Ga 2 O 3 ) or diamond having a high Barriga performance index as a semiconductor material constituting the electromagnetic wave oscillator MW, as described above, The size can be reduced, and the volume as an electromagnetic wave oscillator can be greatly reduced. Thereby, the plasma generating apparatus including the electromagnetic wave oscillator MW can be made portable. As a result, various applications to be described later using the plasma generation apparatus of the present invention, for example, an optical analysis apparatus for measuring soil contents can be configured as a small and light portable analysis apparatus.
このプラズマ生成装置においては、ブレークダウンプラズマ生成器により生成したブレークダウンプラズマに電磁波(マイクロ波)エネルギを注入することにより、生成されたブレークダウンプラズマを維持拡大することができる。この場合において、図8に示すように、ブレークダウンプラズマ生成領域PAの圧力及び/又は温度の検出機構を備え、制御装置4は、検出機構によって検出された圧力及び/又は温度に応じて、電磁波照射器の電磁波発振パターンを変動させ、プラズマを維持するようにすることができる。つまり、ブレークダウンプラズマの圧力や温度が偏位してもブレークダウンプラズマを維持するフィードバック機能を備える。具体的には、プラズマ生成領域の圧力が高くなると、プラズマの維持が困難となる。そのため発振する電磁波の出力を上昇させたり、パルス発振のデューティ比を上げたりする。またブレークダウンプラズマの生成についても、一般には高圧環境より低圧環境での生成が容易であるが、所定の圧力においては高圧の方が低圧よりも生成が容易な圧力帯域も存在する。また、温度に関しても、圧力と同様に高温になるほどブレークダウンプラズマの維持は困難となる。
In this plasma generation apparatus, the generated breakdown plasma can be maintained and expanded by injecting electromagnetic wave (microwave) energy into the breakdown plasma generated by the breakdown plasma generator. In this case, as shown in FIG. 8, the
また、本発明のプラズマ生成装置は、任意のラジカル、電子温度密度を任意に設定することができ、ブレークダウンを任意に作ることができる。ここで、任意とは、温度・圧力・水分、混合ガスの濃度を任意に設定できることである。 Moreover, the plasma generation apparatus of this invention can set arbitrary radicals and electron temperature densities arbitrarily, and can make a breakdown arbitrarily. Here, “arbitrary” means that the temperature, pressure, moisture, and concentration of the mixed gas can be set arbitrarily.
<電磁波放電器>
電磁波放電器5は、上述したように、電磁波発振器MWから供給される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧回路により放電ギャップの電位差を高め、放電を生じさせブレークダウンプラズマを生成するようにしている。具体的には、図3に示すように、電磁波発振器MWから発振される電磁波の供給を受ける入力部52と、入力された電磁波を昇圧する昇圧手段50と、放電ギャップGを形成する放電電極55a及び接地電極51aとを備え、昇圧手段50により放電ギャップGの電位差を高め放電を生じさせるようにしている。
<Electromagnetic wave discharger>
As described above, the
放電電極55aは、入力部52から伸びる入力軸部53が挿通される有底の筒状部54から反入力部側に伸びる電極軸部55bの先端に形成されている。入力部52から伸びる入力軸部53は、筒状部54とは絶縁されている。具体的には、筒状部54内周面との間に筒状の絶縁体59が介在している。絶縁体59を介在させるか筒状部54の内周面と接触しないように構成することで、筒状部54と入力軸部53は容量結合となり、後述する等価回路のC1を形成する。また、筒状部54及び電極軸部55bとケーシング51の先端側ケーシング51Aの内周面との間も電気的に絶縁されている。本実施形態においては、筒状部54及び電極軸部55bは筒状の絶縁体59に内包されている。筒状部54の外周面と筒状部54を覆うケーシング51Aの内周面との間によって、後述する等価回路のC2を形成し、電極軸部55bとケーシング51Aの内周面との間で等価回路のコンデンサC3を形成している。絶縁体59の種類によって異なる誘電率によって、共振周波数が調整される。なお、上述したC1は、入力軸部53を筒状部材54と電気的に接続することで省略することもできる。
The
ケーシング51の後端側ケーシング51Bは貫通孔を備え、この貫通孔に、一端に電磁波発振器MWからの電磁波の供給を受ける入力部52を形成し、他端に入力部52から伸びる入力軸部53が突出する筒状の絶縁体59を配設するとともに、放電電極55a、筒状部54及び電極軸部55bとこれらを覆う絶縁体59を内包したケーシング51Aが組み込まれている。入力部52、入力軸部53及びこれらを覆う絶縁体59のケーシング51Aが組み込み方法は特に限定するものではないが、本実施形態においては、絶縁体59の外周面及びケーシング51Bの貫通孔に対応する段差を設け、図中左側から挿通し、絶縁体を段差に係合させ、右側への抜け落ちを防止するとともに、左側からケーシング51Aを挿通して入力部52、入力軸部53及びこれらを覆う絶縁体59の左側への抜け落ちも防止する。ケーシング51Bに対するケーシング51Aの固定方法も特に限定するものではないが、本実施形態においては、貫通孔に刻設した雌ねじ部にケーシング51Aの外周面に刻設した雄ねじ部を螺合することによって固定する。螺合による固定後に溶接等の固定手段を用いてケーシング51Aをケーシング51Bに対して確実に固定することもでき、また、ねじ部を形成することなく溶接等の固定手段を用いて固定することもできる。
The
接地電極51aは、放電電極55aを覆う筒状のケーシング51Aの先端で形成され、この接地電極51aの内面と放電電極55aの外面との間で放電ギャップGを形成する。この放電ギャップGを形成する接地電極51a(ケーシング51Aの先端)は、図3(b)に示すように、スリットsを形成するようにしている。このスリットsによって、放電ギャップG内に混合気を導き燃焼効率を向上させる。なお、放電ギャップGの距離は0.2〜1.2mmの範囲で設定することが好ましい。
The
昇圧手段50は、図6(a)に示す等価回路で構成されている。昇圧手段50は、電極軸部55bをコイルLとして、上述したコンデンサC1、C2及びC3との間の3箇所で共振構造形成し、供給される電磁波を昇圧するようにしている。特に、筒状部54の外周面と筒状部54を覆うケーシング51の内周面との間に形成されるコンデンサC2による第1共振領域及び電極軸部55bと電極軸部55bを覆うケーシング51との間に形成されるコンデンサC3による第2共振領域によって、供給される電磁波を昇圧して、放電電極55aと接地電極51aとの間の電位差を数十kVまで高め放電を生じさせるようにしている。なお、入力軸部53と筒状部54を電気的に接続して容量結合としないことで等価回路のC1を形成しない構成とすることもできる。
The boosting means 50 is constituted by an equivalent circuit shown in FIG. The step-up means 50 uses the
一般に、共振領域、特に第2共振領域での共振周波数から外れた周波数の電磁波を供給しても、電磁波を昇圧して放電電極55aと接地電極51aとの間の電位差高めることができない。共振領域で定まる共振周波数からどの程度外れた周波数を供給しても昇圧することができるかは、所謂Q値によって決定される。Q値とは、
Q=ω0/(ω1−ω2)で表される。
ここで、ω0:共振周波数、ω1及びω2(ω1>ω2):それぞれ周波数ω0のときのエネルギが1/2となる周波数である。従って、ω1及びω2の値がω0に近いほど、共振のピークが鋭く、Q値が大きくなり、大きなエネルギを得ることができ一般的にはQ値が大きくなる設計をすることが望ましい。しかし、Q値が大きい場合、共振させるためには共振領域で定まる共振周波数からのズレを大きくとることはできない。本発明者等の実験によるときは、Q値が50程度のときに±30Hz、より好ましくは±20Hzの範囲の周波数の電磁波であれば共振させて放電させることが可能である。
In general, even if an electromagnetic wave having a frequency deviating from the resonance frequency in the resonance region, particularly the second resonance region, is supplied, the potential difference between the
Q = ω 0 / (ω 1 −ω 2 ).
Here, ω 0 : resonance frequency, ω 1 and ω 2 (ω 1 > ω 2 ): frequencies at which the energy at frequency ω 0 is halved. Therefore, as the values of ω 1 and ω 2 are closer to ω 0 , the resonance peak becomes sharper, the Q value becomes larger, a large energy can be obtained, and it is generally desirable to design the Q value to be larger. . However, when the Q value is large, in order to resonate, the deviation from the resonance frequency determined in the resonance region cannot be made large. According to the experiments by the present inventors, when the Q value is about 50, an electromagnetic wave having a frequency in the range of ± 30 Hz, more preferably ± 20 Hz, can be resonated and discharged.
電磁波発振器MWは、常時所定電圧、例えば12Vを電磁波用電源Pから供給される。そして、制御装置4から電磁波発振信号を所定のデューティ比、パルス時間等を設定した発振パターンのパルス波として電磁波(例えば、2.45GHzのマイクロ波)を出力する。この際、発振する周波数は、上述した共振周波数ω0に設定して発振されるが、共振周波数は、温度・圧力その他の要因によって変動する。そのため、本実施形態においては、制御装置4によって制御されるモニタリング装置(S11モニタリング)により反射波を検知し、最適な発振周波数となるように制御する。具体的には、反射波の値が閾値以下となるように制御するものである。この制御間隔は、半導体発振器を使用しているから1MHz(1μsec)の間隔で行うことができる。これにより高速なフィードバック制御を可能とした。
The electromagnetic wave oscillator MW is always supplied with a predetermined voltage, for example, 12 V from the electromagnetic wave power source P. Then, an electromagnetic wave (for example, 2.45 GHz microwave) is output from the
<実施形態2>プラズマ生成装置
本実施形態2は、図1(b)に示すように、本第2発明に係るプラズマ生成装置である。
<Embodiment 2> Plasma generator The second embodiment is a plasma generator according to the second invention as shown in FIG.
<電磁波放電器9>
図4に実施形態2のプラズマ生成装置に使用する電磁波放電器の1例を示す。この電磁波放電器9は、複数の絶縁基板に所定のパターンを形成し、積層して構成する。絶縁基板は長方形形状で、一端に入力端子部、多端にプラズマ生成部(放電部)を形成する。
<
FIG. 4 shows an example of an electromagnetic wave discharger used in the plasma generation apparatus of the second embodiment. The
絶縁基板は、セラミックス(例えば、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム、コーディライト、ムライト等)の粉末(以下、セラミックス原料という)を焼成して形成する。本実施形態では単層のセラミックス製の絶縁基板を用いることができる。具体的には、セラミックス原料にバインダ・溶媒を加え混合粉砕して均一なスラリーを製造する。その後、スプレードライ(噴霧乾燥)により造粒して顆粒とする。この顆粒を、CIP成形(冷間等方圧成形)、プレス成形、射出成形等により所望形状のセラミックス成形体を成形した後、焼成炉において焼成する。CIP成形は、顆粒をゴム型に入れて水圧を利用して成型する方法、プレス成形は金型に顆粒を入れて成形する方法で小型の板状体を成形する場合に適しており、本実施形態の絶縁基板を成形する方法として最適である。また、絶縁基板は、上述した材料の他、樹脂製のプレート、例えばフッ素樹脂やガラスエポキシ材を使用したものであっても構わない。 The insulating substrate is formed by firing a powder (hereinafter referred to as a ceramic raw material) of ceramics (for example, alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride, cordierite, mullite, etc.). In this embodiment, a single-layer ceramic insulating substrate can be used. Specifically, a uniform slurry is produced by adding a binder / solvent to the ceramic raw material and mixing and grinding. Thereafter, the mixture is granulated by spray drying (spray drying) to form granules. The granules are formed into a ceramic molded body having a desired shape by CIP molding (cold isostatic pressing), press molding, injection molding or the like, and then fired in a firing furnace. CIP molding is suitable for molding small plate-like bodies by placing granules in a rubber mold and molding using water pressure, and press molding is a process for placing granules in a mold and molding. This is the most suitable method for forming the insulating substrate having the form. Further, the insulating substrate may be a resin plate such as a fluororesin or a glass epoxy material in addition to the above-described materials.
絶縁基板上に形成する中心電極92及び放電電極93aを構成する共振電極93は、金属粉末(例えば、電気抵抗の低い銀、銅、タングステン、モリブデン等)を主成分とする導体ペーストを図4(a)及び(d)に示すような構成となるようにスクリーン印刷等の手法によって絶縁基板上に印刷するようにしているが、これに限られるものではない。
The
この電磁波放電器9は、4枚の基板を積層し、中空角柱状のケース90に収納するように構成しているが、中間基板である基板91B及び91Cは厚みを考慮して1枚の基板で構成することもできる。
The
第1基板91Aは、主面に中心電極92を形成し、短辺の一端に外部の電磁波発振器MWと接続される入力部95(例えばSMAコネクタ)を配設し、多端に所定の厚みと長さを有するアンテナ部92aを備えるようにしている。
The
第2基板91Dは、共振電極93を備える。この共振電極93は放電部93a、共振部93b及び放電部93aと共振部93bを電気的に接続する連結部93cとから構成される。放電部93aは、積層した際に、アンテナ部92aと対向する位置となるように構成されている。そして、放電部93aの両脇は、ケース90に積層した基板を収納したとき、ケース90の端部に形成する接地電極部90aが入り込むように切り欠き部を設けるようにしている。これによって放電部93aが形成される短辺側は凸状となる。
The
上記構成において、外部の電磁波発振器MWから供給される電磁波(本実施形態においては2.45GHzのマイクロ波)は中心電極92のアンテナ部92aから放電部93aを介して共振電極93の共振部93bに到達して昇圧され、共振電極93の放電部93aと接地電極90aとの間の電位差が高められる。その結果、放電部93aと接地電極90aとの間で1次プラズマSP1が生成される。アンテナ部92aと放電部93aは、容量結合されるコンデンサを形成している。
In the above configuration, an electromagnetic wave (2.45 GHz microwave in this embodiment) supplied from the external electromagnetic wave oscillator MW is transmitted from the
1次プラズマSP1が生成されることで、インピーダンスの不整合が生じるが、共振部を介さない中心電極92を通る電磁波は、アンテナ部92aから1次プラズマSP1に供給され、1次プラズマSP1が維持拡大される。このようにして生成されたプラズマは実施形態1と同様、印刷装置のインクカートリッジ2の上流側で被印刷物Tの表面を改質し、インクの付着性を向上させる。
The generation of the primary plasma SP1 causes impedance mismatch, but electromagnetic waves passing through the
図6(b)は、本実施形態の昇圧手段の等価回路である。プラズマが発生していない状態では、抵抗Rp1、Rp2の両端は解放状態と等価であると考える。外部の電磁波発振器MWから電磁波(マイクロ波)が入力されると、まずコンデンサC1に電流が流れる。この供給される電磁波波の周波数に共振して、コンデンサC2、C3及びリアクタンスLで形成されるループ回路に強い共振電流が流れると、特にコンデンサC3の両端に高い電圧が発生する。コンデンサC3の両端で絶縁破壊となり、放電してプラズマが発生する(これは上述の1次プラズマSP1に相当する)。コンデンサC3の両端には、解放状態から抵抗Rp1が並列に接続された状態に変化する。この状態では、図6(a)の実施形態1の昇圧手段と同様、インピーダンスの不整合状態が起きているので、反射波が大くなる。次に、コンデンサC3の両端で発生したプラズマSP1を種火として伝送線との間で放電が発生する。これにより、伝送線とグランド(GND)の間に強い電流が流れる(電気回路的には、解放状態から抵抗Rp2が接続された状態となる)。しかし、伝送線と直結した経路による放電では共振部分(共振電極93の共振部93b)を介さないから、インピーダンス不整合による反射の発生量が大幅に減少する。これにより入力電力を高効率にプラズマに与えることができる。
FIG. 6B is an equivalent circuit of the boosting means of this embodiment. When no plasma is generated, both ends of the resistors Rp1 and Rp2 are considered to be equivalent to the released state. When an electromagnetic wave (microwave) is input from the external electromagnetic wave oscillator MW, first, a current flows through the capacitor C1. When a strong resonance current flows through the loop circuit formed by the capacitors C2 and C3 and the reactance L in resonance with the frequency of the supplied electromagnetic wave, a high voltage is generated particularly at both ends of the capacitor C3. Dielectric breakdown occurs at both ends of the capacitor C3, and discharge occurs to generate plasma (this corresponds to the above-described primary plasma SP1). At both ends of the capacitor C3, the resistor Rp1 is changed from the released state to the state connected in parallel. In this state, as in the step-up unit of the first embodiment shown in FIG. 6A, the impedance mismatching occurs, so that the reflected wave becomes large. Next, discharge is generated between the transmission line and the plasma SP1 generated at both ends of the capacitor C3 as a seed. As a result, a strong current flows between the transmission line and the ground (GND) (in terms of electrical circuit, the resistor Rp2 is connected from the open state). However, since the discharge through the path directly connected to the transmission line does not go through the resonance portion (the
<電磁波放電器3>
図5に実施形態2のプラズマ生成装置に使用する電磁波放電器の別の例を示す。この電磁波放電器3は、図5に示すように、中空円筒状のケース30と、ケース30と略同軸状で、一端が外部の電磁波発振器MWと接続される入力部33と連結されるとともに、他端に入力部33から供給される電磁波を放射するアンテナ部31aを形成した中心電極31と、中心電極31のアンテナ部31aと入力部33を連結するアンテナ部31aより小径の軸部31bを覆うシールドパイプ33と、アンテナ部31aを覆う放電部32aとシールドパイプ33を覆う筒状の共振部32bとからなる共振電極32とから構成される。そして、共振部Reで供給される電磁波が昇圧され放電部32aとケース30の先端に形成された接地電極30aとの間の電位差が高められ、1次プラズマSP1が生成される。この1次プラズマSP1が生成されるまでの行程は上述した電磁波放電器9と同様である。
<
FIG. 5 shows another example of the electromagnetic wave discharger used in the plasma generation apparatus of the second embodiment. As shown in FIG. 5, the
共振電極32を構成するアンテナ部31aを覆う放電部32aは、筒状部であっても構わないが、図5(d)に示すように、半円形状となるように構成している。そして、放電部32aと共振部32bは15乃至30°程度の円弧部を残して切り欠いた連結部32cによって連結されている。図より明らかなように、共振電極32は薄肉の円筒状金属材料を切り欠いて製作する。ケース30の先端に形成される接地電極30aは、図5(b)〜(c)に示すように、複数の切り欠き部(スリット)を形成することが好ましく、これにより、生成されるプラズマボールを大きく成長させることができる。
Although the
シールドパイプ33は、軸部31bから共振部32bへ供給される電磁波が容量結合しないためのシールドで、中心電極31及び共振電極32と電気的に絶縁されている。シールドパイプ33は、一端が入力部33と一体に形成し、ケース30の反接地電極側に固定するようにしている。シールドパイプ33の内周面と中心電極31の外周面との間には絶縁体としてセラミックパイプやセラミック粉末等を充填し、絶縁するようにしても構わない。また、シールドパイプ33の外周面と共振部32bの内周面との間にも絶縁パイプを設けることが好ましく、この絶縁パイプは共振電極32の位置決めができるようにケース30内周面の段差とシールドパイプ33の外周面と共振部32bの内周面との隙間形状に沿った絶縁パイプ34を配設することが好ましい。
The
上記構成において、外部の電磁波発振器MWから供給される電磁波(本実施形態においては2.45GHzのマイクロ波)は中心電極31のアンテナ部31aから放電部32aを介して共振電極32の共振部32bの外周面とケース30の内周面との間に形成される共振部Reで昇圧され、共振電極32の放電部32aと接地電極30aとの間の電位差が高められる。その結果、放電部32aと接地電極30aとの間で1次プラズマSPが生成される。アンテナ部31aと放電部32aは、容量結合されるコンデンサを形成している。
In the above configuration, an electromagnetic wave (2.45 GHz microwave in this embodiment) supplied from the external electromagnetic wave oscillator MW is transmitted from the
<表面改質装置>
本発明のプラズマ生成装置は、インクジェットプリンタ等により印字を行う印字面の表面改質を行うことができる。
<Surface modification device>
The plasma generation apparatus of the present invention can perform surface modification of a printing surface on which printing is performed by an inkjet printer or the like.
本発明のプラズマ生成装置は、電磁波(マイクロ波)をナノ秒〜ミリ秒まで任意変更することのできるパルス発振装置であるため、様々なパルス発振パターンを簡単に変更することができる。これによって電離時のエネルギ状態を変更させ発生するラジカルの種類を容易にコントロールすることができる。さらに、印字面が平面ではなく曲面状態であっても、プラズマ生成装置は、インクカートリッジの印字面からの高さを微調整可能に取り付けているから任意の曲率に沿って、かつ、一定のギャップでプラズマを生成し被印刷物表面を良好に改質することができる。 Since the plasma generation apparatus of the present invention is a pulse oscillation apparatus that can arbitrarily change electromagnetic waves (microwaves) from nanoseconds to milliseconds, various pulse oscillation patterns can be easily changed. This makes it possible to easily control the type of radical generated by changing the energy state during ionization. Further, even if the printing surface is not flat but curved, the plasma generator is mounted so that the height from the printing surface of the ink cartridge can be finely adjusted. Thus, plasma can be generated to satisfactorily modify the surface of the substrate.
<光分析装置>
本発明のプラズマ生成装置は、計測手段と組み合わせて、分析装置を構成することができる。この分析装置は、本発明のプラズマ生成装置を備え、このプラズマ生成装置によって生じたブレークダウンプラズマにより分析対象物の一部をプラズマ状態にし、この分析対象物のプラズマ光を集光光学系により集光し、計測手段により計測する。
<Optical analyzer>
The plasma generation apparatus of the present invention can constitute an analysis apparatus in combination with measurement means. This analysis apparatus includes the plasma generation apparatus of the present invention. A part of the analysis object is brought into a plasma state by breakdown plasma generated by the plasma generation apparatus, and the plasma light of the analysis object is collected by a condensing optical system. Light and measure by measuring means.
制御装置は、ブレイクダウンプラズマと電磁波とを同期的に制御して、プラズマの生成タイミングと電磁波の放射タイミングとを制御するとともに、生成されたプラズマが短時間で消滅しないようにマイクロ波の放射時間を制御することにより、プラズマの維持時間を制御する。計測手段は、LIBS(レーザ励起ブレークダウン分光法)の計測系と同様の計測手段であり、プラズマから発せられた光を分光する分光器と、分光器により分光された光を受ける光センサとを有し、光センサが出力する電気信号に基づいて演算処理を行うように構成されている。 The control device controls the breakdown plasma and electromagnetic wave synchronously to control the generation timing of the plasma and the emission timing of the electromagnetic wave, and the microwave emission time so that the generated plasma does not disappear in a short time. By controlling the above, the plasma maintenance time is controlled. The measurement means is a measurement means similar to the measurement system of LIBS (Laser Excitation Breakdown Spectroscopy), and includes a spectroscope that splits light emitted from plasma and an optical sensor that receives light split by the spectroscope. And is configured to perform arithmetic processing based on an electrical signal output from the optical sensor.
この光分析装置は、ファイバなどを用いて受光するシステムとして構成できる。受光はレンズであってもファイバであっても直接であってもよい。受光システムをファイバ等でパラレルにするとき、順番に受光を分析することにより、スキャンしていることと同じになる。つまり1個の分析器で多点を同時に分析することが可能である。これを計測系に導けば、1点ではなく多点(体積的なもの)を分析するスキャニング装置となる。これを可搬式(ハンドキャリー方式)に構成することができる。 This optical analyzer can be configured as a system that receives light using a fiber or the like. The received light may be a lens, fiber, or direct. When the light receiving system is made parallel by a fiber or the like, it is the same as scanning by sequentially analyzing the light received. That is, it is possible to analyze multiple points simultaneously with one analyzer. If this is introduced to a measurement system, it becomes a scanning device that analyzes not a single point but a multipoint (volumetric). This can be configured to be portable (hand carry method).
この応用として、前にある物質を分析し、そこに流れている物質又は分子、原子、温度、圧力等を同定する計測制御装置を構成することができる。例えば、アルミのリサイクル装置、蒸籠、車の部品の全数検査、半導体部品検査、郵便物の異物検査等を行うことができ、また、車・熱機関の後ろに付ければガス分析装置として使用でき、人間の皮膚をスキャンすることで皮膚に付着するオイル・ウィルス検査を行うことができる。 As this application, it is possible to configure a measurement control device that analyzes a substance in front and identifies a substance or molecule, atom, temperature, pressure, etc. flowing there. For example, aluminum recycling equipment, steam, 100% inspection of car parts, semiconductor parts inspection, foreign matter inspection of postal items, etc. In addition, it can be used as a gas analyzer if attached to the back of a car / heat engine, By scanning human skin, it is possible to test for oils and viruses attached to the skin.
なお、本発明の装置は、計測したデータをネットワークでビックデータに移して解析することが可能である。本発明の装置では、計測したデータだけを蓄積し、大きなデータを持たない。この計測データを携帯電話やパソコンを通じてビックデータに移し、解析、過去の類似したデータからの推測等を行うことができる。計測データは、プラズマの温度・濃度、計測したアルミニウム、セシウム等のデータだけだが、このデータを使って次に予測される、例えばセシウムが多い場合、そこは危険である旨の警告。それが魚からのデータなら食用に不適である旨の警告や、類推・注意喚起をすることができる。工場ラインにおいては、ラインの中のスキャニングのところで、異物混入検知のシステムとして使用できる。ハンドキャリーであるから、聴診器のようにハンディーなものとして使うことができるが、ビックデータを用いて結果を分析し、類推しワーニングを行うシステムを構成することができる。 In addition, the apparatus of this invention can transfer the measured data to big data with a network, and can analyze it. In the apparatus of the present invention, only measured data is accumulated, and there is no large data. This measurement data can be transferred to big data through a mobile phone or a personal computer, and can be analyzed, inferred from past similar data, and the like. Measurement data is only data such as plasma temperature and concentration, measured aluminum, cesium, etc., but this data is used to predict the next, for example, when there is a lot of cesium, a warning that it is dangerous. If it is data from fish, it can give a warning that it is not suitable for food, and analogy and alert. In the factory line, it can be used as a foreign matter detection system at the scanning in the line. Since it is a hand carry, it can be used as a handy device like a stethoscope, but it is possible to configure a system that analyzes the result using big data and performs an analogy warning.
故障診断を行うこともできる。ハンドキャリーのプラズマ発生装置であるから、あらゆる装置に取り付けて使うことができる。携帯電話に付帯させることで、携帯電話に触れている人間の体温であったり、手の汚れ、菌の有無を検知できる。例えば、菌がO157であることが分かるので、日本中でO157を測れという指示を出せば、現在のO157の存在する地域を判定することが可能となる。その他の災害やウィルス対策にも使うことができる。同様に、子供の中に持っているのなら風邪の蔓延についてどういう風に風邪が拡がっていくかの調査に使うことが可能となる。 Fault diagnosis can also be performed. Since it is a hand-carried plasma generator, it can be used by attaching to any device. By attaching to a mobile phone, it is possible to detect the temperature of a human touching the mobile phone, the presence of dirt on the hands, and the presence of bacteria. For example, since it is known that the bacterium is O157, it is possible to determine the region where the current O157 exists by issuing an instruction to measure O157 throughout Japan. It can also be used for other disasters and virus countermeasures. Similarly, if you have it in your child, you can use it to investigate how the cold spreads about the spread of the cold.
自動車の排ガス検査もでき、自動車自体をモニタリング装置として、例えば、中国を走ればPMが増えてくるといったことが分かる。つまり、移動物体自体がセンサの役割を果たす。1個のデータではなくして、地域全体、社会全体、工場の中のラインの現在の物質とその物質から予測される次の現象事象をコントロールすることができる。フィードバックのための制御関数を得ることができるので、そこから予測される次のアクションンを起こすことができる。そのような例としては、アルミニウムの純度の違いによる選別、医療アプリケーション、工場のラインに携帯機器を持ち込むことで、ラインで流れてきたものの検査などである。 Car exhaust emission inspection can also be performed, and it can be seen that, for example, PM increases when driving in China using the car itself as a monitoring device. That is, the moving object itself serves as a sensor. Instead of a single piece of data, it is possible to control the current material of the entire region, society as a whole, the line in the factory, and the next phenomenon event predicted from that material. Since a control function for feedback can be obtained, the next action can be predicted. Examples include sorting by aluminum purity, medical applications, and inspection of what has flowed through the line by bringing portable devices into the factory line.
<点火装置>
本発明のプラズマ生成装置は、点火装置を構成することができる。この点火装置は、可燃性の混合気に、最小放電エネルギよりも高いエネルギを与えて点火させる装置である。最小放電エネルギ以下なら点火しないので、所謂防爆性対応が可能である。高温高圧混合気の濃度、付着性、煤に対応して、適切な点火をすることができる
<Ignition device>
The plasma generator of the present invention can constitute an ignition device. This ignition device is a device that ignites a combustible air-fuel mixture by applying energy higher than the minimum discharge energy. Since it is not ignited if it is less than the minimum discharge energy, so-called explosion-proof measures can be taken. Appropriate ignition is possible according to the concentration, adhesion, and soot of the high-temperature / high-pressure mixture
<乾燥装置>
本発明のプラズマ生成装置は、乾燥装置を構成することができる。この乾燥装置は、水分に電磁波を放射し、プラズマ生成装置によって生じたブレークダウンプラズマによりエネルギを与えて蒸発させる装置である。
<Drying device>
The plasma generation apparatus of the present invention can constitute a drying apparatus. This drying device is a device that radiates electromagnetic waves to moisture and evaporates by applying energy by breakdown plasma generated by the plasma generation device.
<浄化装置>
本発明のプラズマ生成装置は、浄化装置を構成することができる。この浄化装置は、廃棄物等に含まれる不純物に電磁波を放射し、プラズマ生成装置によって生じたブレークダウンプラズマによりエネルギを与えて蒸発させる装置である。
<Purification device>
The plasma generator of the present invention can constitute a purification device. This purification device is a device that radiates electromagnetic waves to impurities contained in waste or the like, and gives energy by the breakdown plasma generated by the plasma generation device to evaporate.
<除菌殺菌滅菌装置>
本発明のプラズマ生成装置は、除菌殺菌滅菌装置を構成することができる。この除菌殺菌滅菌装置は、種々の細菌及びウィルスに電磁波を放射し、プラズマ生成装置によって生じたブレークダウンプラズマにより死滅させる装置である。
<Bacteria sterilization sterilizer>
The plasma generation apparatus of the present invention can constitute a sterilization sterilization apparatus. This sterilization sterilization apparatus is an apparatus that radiates electromagnetic waves to various bacteria and viruses and kills them by breakdown plasma generated by the plasma generation apparatus.
以上説明したように、本発明は、プラズマ生成装置、特に電磁波を昇圧してプラズマを生成する装置に適用され、電磁波を発振するパワーデバイスとして、エネルギ効率の高い半導体材料を用いることにより、従来の半導体電磁波発振器よりも大幅に小型化された電磁波発振器を備えたプラズマ生成装置に適用される。 As described above, the present invention is applied to a plasma generation device, in particular, a device for generating plasma by boosting electromagnetic waves, and by using a semiconductor material with high energy efficiency as a power device that oscillates electromagnetic waves, The present invention is applied to a plasma generating apparatus including an electromagnetic wave oscillator that is significantly smaller than a semiconductor electromagnetic wave oscillator.
3 電磁波放電器(第3の例)
4 制御装置
5 電磁波放電器(第1の例)
9 電磁波放電器(第2の例)
MW 電磁波発振器
P 電磁波用電源
3 Electromagnetic wave discharger (third example)
4
9 Electromagnetic wave discharger (second example)
MW electromagnetic wave oscillator
P Electromagnetic power supply
Claims (4)
前記電磁波発振器から供給される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせブレークダウンプラズマを生成する電磁波放電器と、
前記電磁波発振器からの電磁の発振をパルスモードで制御する制御装置と、
を備えたプラズマ生成装置。 An electromagnetic wave oscillator that uses silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide or diamond as a semiconductor material, has an energy efficiency of 70% or more, and an electromagnetic wave oscillation pattern is a pulse oscillation system;
An electromagnetic wave discharger that generates a breakdown plasma by increasing a potential difference of a discharge gap by a boosting unit including a resonance circuit that boosts an electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator; and
A control device for controlling electromagnetic oscillation from the electromagnetic wave oscillator in a pulse mode;
A plasma generation apparatus comprising:
ブレークダウンプラズマを生成する前記電磁波発振器から供給される電磁波を昇圧する共振回路からなる昇圧手段により放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせる電磁波放電器、高電圧供給手段からの高電圧によって放電ギャップの電位差を高め放電を生じさせる高電圧放電器又はレーザ照射器からなるブレークダウンプラズマ生成器と、
前記電磁波発振器から供給される電磁波を、前記ブレークダウンプラズマ生成器によって生成されたプラズマに照射する電磁波照射器と、
前記電磁波発振器からの電磁の発振をパルスモードで制御する制御装置と、
を備えたプラズマ生成装置。 An electromagnetic wave oscillator that uses silicon carbide, gallium nitride, gallium oxide or diamond as a semiconductor material, has an energy efficiency of 70% or more, and an electromagnetic wave oscillation pattern is a pulse oscillation system;
An electromagnetic wave discharger that raises the potential difference of the discharge gap by a boosting means comprising a resonance circuit that boosts the electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator that generates the breakdown plasma, and generates a discharge. A breakdown plasma generator composed of a high voltage discharger or a laser irradiator that raises the potential difference and generates discharge;
An electromagnetic wave irradiator that irradiates the plasma generated by the breakdown plasma generator with an electromagnetic wave supplied from the electromagnetic wave oscillator;
A control device for controlling electromagnetic oscillation from the electromagnetic wave oscillator in a pulse mode;
A plasma generation apparatus comprising:
前記制御装置は、前記検出機構によって検出された圧力及び/又は温度に応じて、電磁波照射器の電磁波発振パターンを変動させ、プラズマを維持するようにした請求項2に記載のプラズマ生成装置。 A mechanism for detecting pressure and / or temperature in the breakdown plasma generation region;
The plasma generation device according to claim 2, wherein the control device maintains the plasma by changing an electromagnetic wave oscillation pattern of the electromagnetic wave irradiator in accordance with the pressure and / or temperature detected by the detection mechanism.
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