JP3822141B2

JP3822141B2 - 低電圧パルス放電装置

Info

Publication number: JP3822141B2
Application number: JP2002151703A
Authority: JP
Inventors: 武長澤
Original assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Current assignee: Japan Science and Technology Agency; National Institute of Japan Science and Technology Agency
Priority date: 2002-05-27
Filing date: 2002-05-27
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2022-05-27
Also published as: JP2003339832A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、低電圧パルス放電装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、高電圧放電を利用した殺菌装置は一般に知られており、さらに、これに加湿装置を具備し、湿度制御をしながら放電を発生させ殺菌する方法は、特開平１１−２６７１８３号公報にも開示されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の高電圧放電を利用した殺菌装置では、
（１）大気圧中の高電圧による放電はオゾンや光を発生するが、オゾンは人間や植物に有害であり、また、光はＸ線を発生する。
（２）火花放電による殺菌は高電圧のために危険である。
（３）放電領域が狭く、電子が気体に当たる確率が小さいので放電効果が小さい。
（４）消費電力が大きい。
【０００４】
といった問題があった。
【０００５】
本発明は、上記状況に鑑み、低電圧パルス駆動での放電を可能にし、安全で無害の放電を実施することができる低電圧パルス放電装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔１〕容器内で大気圧中において冷陰極放電を行う放電装置において、パルス電源と、このパルス電源に２極が接続される電圧印加電極とこの電圧印加電極間に配置される複数の浮遊電極とが突設されるとともに、この突設される電極の間に穴が設けられた穴開き電極絶縁体板と、前記電極部分の湿度を高湿度にする加湿器と、前記容器内に外部から強制的に空気を取り入れるエアーポンプとを備え、前記エアーポンプで空気を前記容器内に導入し、該空気を前記加湿器で高湿度にし、前記電極間の静電容量を増ことによって、低電圧で暗流放電を行わせ、暗流放電を受けた空気は、前記穴開き電極絶縁体板の穴を通り抜け、容器の排出口より大気中に放出することを特徴とする。
【０００７】
このように構成したので、
（１）放電部の湿度を高くし、さらに多くの浮遊電極で空間を埋めるために、電極間が狭くなり、低電圧で放電を可能にする。また、放電には大きな電流を必要としない上に、本装置は暗流を用いるのでオゾンや光の発生がない。
（２）低電圧のために安全である。
（３）暗流放電であるので放電路が短絡せず、放電領域が広いため、放電効果が高い。
（４）パルス電源を用いた低電圧下での低電流のために、消費電力が極めて少ない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【０００９】
図１は本発明の実施例を示す低電圧パルス放電方法を用いた空気殺菌装置の模式図である。
【００１０】
この図において、１は容器、２はパルス電源、３はパルス電源２に２極が接続される電圧印加電極５とこの電圧印加電極５間に配置される複数の浮遊電極４を有する穴開き電極設置板（絶縁体板）、５は電圧印加電極、６はその電極４，５部分の湿度を高湿度にする加湿器、７は容器１内に外部から強制的に空気を取り入れるエアーポンプ、８は排出口である。
【００１１】
このように容器１内で大気圧中において冷陰極放電を行う放電装置において、パルス電源２と、その容器１内にパルス電源２に２極が接続される電圧印加電極５と複数の浮遊電極４を有する穴開き電極設置板３を配置し、その電極４，５部分の湿度を高湿度にする加湿器６を配置するとともに、容器１内に外部から強制的に空気を取り入れるエアーポンプ７とを備え、このエアーポンプ７で放電装置内に気体を注入する。
【００１２】
また、加湿器６を用いて放電装置内の湿度を８０％程度にする。複数の浮遊電極４と電圧印加電極５とを穴開き電極設置板３に設置し、電圧印加電極５の２極をパルス電源２に接続する。電極４，５間の静電容量を増すことによって、低電圧で暗流放電を行う。放電を受けた気体は穴開き電極設置板３の穴を通り抜け、排出口８より大気中に放出される。なお、放電中の圧力は大気圧で行う。
【００１３】
以下、暗流状態の放電電圧を減少させるための原理について説明する。
【００１４】
図２は本発明の浮遊電極間の関係を示す図である。
【００１５】
今、２つの円筒（直径ａ）電極１１間をｄとし、長さをＬとする。なお、真空の誘電率をε₀とすると、水は８０ε₀（２０度）、４８ε₀（１００度）であり、湿度が８０％の空気ではかなり大きな誘電率である。
【００１６】
電極間の静電容量Ｃは、
Ｃ＝πεＬ／ｌｏｇ〔（ｄ−ａ）／ａ〕 …（１）
したがって、湿度が高くなると、電極間の静電容量Ｃが大きくなる。
【００１７】
電極間の抵抗を、
Ｒ＝１／ωＣ …（２）
とすると、周波数ｆおよび湿度の増加とともに抵抗Ｒが減少する。よって、電極間の電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖ_d／Ｒ …（３）
となり、高周波では電流が増加するので、暗流としての効果が減少する。したがって、電流を抑えるためには、放電電圧を下げる必要がある。
【００１８】
図３はその複数の電極とその放電電圧波形を示す図であり、図３（ａ）及び図３（ｂ）はその電極の構成図、図３（ｃ）は放電電圧波形を示す図である。
【００１９】
この実施例においては、例えば、図３（ａ）に示すように、１９本を電極を同心円上に等間隔、各電極間５ｍｍで配置する。ここでは、図３（ａ）の点線で示すように正三角形の配置になるように等間隔で配置する。そして、中心の電極Ａと外周に配置される電極Ｂ間に電圧を印加する。印加電極間には浮遊電極Ｃが配置される。
【００２０】
そこで、容器１内にはエアーポンプ７で強制的に外部から空気を取り入れる。電源はパルス電源２を用い、５００Ｈｚ、２５０Ｖを電圧印加電極に加える。
【００２１】
図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、電圧印加電極Ａ，Ｂに電源を接続すると、その電極ＡとＢ間の浮遊電極Ｃに誘導電荷が蓄積される。したがって、各電極間はコンデンサーとなる。各コンデンサーの容量は電極の表面積、電極間の誘電率に比例し、電極間距離に反比例する。
【００２２】
蓄積された電荷量Ｑは、電極間の電圧に比例し、満杯になるまで充電され、時間的な充放電を行う。
【００２３】
そして、図３（ｃ）に示すように、時間とともに充電され、放電が開始されて電圧が下がる。その後、細かい放電が行われる。この細かい振動波形が浮遊電極間の放電であり、この部分の時間帯が浮遊電極放電効果を示すものである。
【００２４】
電極間の湿度を高くすることで、誘電率が上がり、電極間の抵抗が下がる。したがって、暗流状態に必要な電圧を下げることができる。また、抵抗は誘電率にのみ依存するのでなく、周波数にも強く依存する。よって、暗流の放電電圧は湿度と周波数に強く依存する。
【００２５】
図４はその実験結果を示す図である。
（１）低湿度における放電による気体の解離
図４（ａ）は、湿度を４９％にして各周波数で放電を行い、エチレンガスの分解を行った場合である。横軸は電極に加えた放電電圧であり、縦軸はエチレンガスの減衰量を示す。
【００２６】
５ｋＨｚの場合は放電電圧が低い場合にエチレンの分解効果が大きい。逆に、周波数が低い場合、５０ｋＨｚでは高電圧の方が効率が良くなる。
（２）高湿度における放電による気体の解離
図４（ｂ）は湿度８０％の場合の放電電圧Ｖ_dとエチレンガスの減衰量Δγの関係を示す図である。
【００２７】
この図に示すように、エチレンガスの分解効果は周波数に依存するとともに、湿度に強く影響される。
【００２８】
すなわち、湿度を上げることにより低電圧で放電効果を上げることができる。
【００２９】
図５は、本発明による放電による菌の減衰状態を示す図である。
【００３０】
実験条件は９０リットルの容器に放電装置を入れて、湿度７０％、温度２０度、周波数５００Ｈｚ、放電電圧２５０Ｖ、放電時間１５分で行った。菌はＰｅｎｉｃｉｌｌｉｕｍｅｘｐａｎｓｕｍ（アオカビ）を用いた。
【００３１】
図５に示すように、放電時間とともに容器内の菌の胞子が減少（死滅）していることが分かる。胞子数は初期値で規格化している。
【００３２】
上記したように、本発明によれば、放電部の湿度を高くできるよう加湿装置を具備するとともに、さらに放電空間に多数の浮遊電極を配置し、電極間距離を縮めることにより、低電圧パルス駆動での放電を可能にした。低電圧での放電（暗流放電）のため、光やオゾンを発生させずに放電ができるので、安全、無害の放電装置ができ、パルス放電のため低消費電力であり、空気殺菌や気体の解離に有効な手段となる。
【００３３】
なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、以下のような効果を奏することができる。
【００３５】
（１）大気圧中でも非常に低電圧の暗流放電を行うことができ、低電力で安全な広領域の放電が可能になる。
【００３６】
（２）低電圧で光やオゾンを発生させずに放電ができるので、安全、無害の放電装置ができ、低消費電力で空気殺菌や気体の解離に有効であり、多くの応用が考えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す低電圧パルス放電方法を用いた空気殺菌装置の模式図である。
【図２】本発明の空気殺菌装置の浮遊電極間の関係を示す図である。
【図３】本発明の空気殺菌装置の複数の電極とその放電電圧波形を示す図である。
【図４】本発明の空気殺菌装置の実験結果を示す図である。
【図５】本発明の空気殺菌装置の放電による菌の減衰状態を示す図である。
【符号の説明】
１容器
２パルス電源
３穴開き電極設置板（絶縁体板）
４，Ｃ浮遊電極
５，Ａ，Ｂ電圧印加電極
６加湿器
７エアーポンプ
８排出口
１１２つの円筒電極

Claims

容器内で大気圧中において冷陰極放電を行う放電装置において、
（ａ）パルス電源と、
（ｂ）該パルス電源に２極が接続される電圧印加電極と該電圧印加電極間に配置される複数の浮遊電極とが突設されるとともに、該突設される電極の間に穴が設けられた穴開き電極絶縁体板と、
（ｃ）前記電極部分の湿度を高湿度にする加湿器と、
（ｄ）前記容器内に外部から強制的に空気を取り入れるエアーポンプとを備え、
（ｅ）前記エアーポンプで前記容器内へ空気を導入し、該空気を前記加湿器で高湿度にし、前記電極間の静電容量を増ことによって、低電圧で暗流放電を行わせ、暗流放電を受けた空気は、前記穴開き電極絶縁体板の穴を通り抜け、容器の排出口より大気中に放出することを特徴とする低電圧パルス放電装置。