JP5340031B2 - 活性粒子発生装置 - Google Patents
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Description
一般的な活性粒子発生装置では、一対の電極の少なくとも一方をガラスやセラミック等の誘電体で覆い、電極間に交流の高電圧やパルス状の高電圧を印加することにより、放電を生じさせる。このとき、放電空隙長や誘電体の厚さは一定の値に設定され、単位電極面積に供給される放電電力(以下、「放電電力密度」と称する)は、電極面内でほぼ均一に設定されている。
これにより、オゾンの熱分解を抑制し、オゾンの発生効率を向上させることができる。
特許文献1に記載された活性粒子発生装置では、オゾンのように寿命が長く、かつ熱分解性を有する活性粒子種を発生させる場合には、放電電力密度を放電空間の上流側から下流側に向けて減少させることにより、その発生効率を向上させることができる。
これにより、誘電体バリア放電によって発生する活性粒子の飽和密度を、原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加させることができる。
そのため、オゾンよりも短い所定の寿命を有する活性粒子の発生密度および発生効率を向上させることができる活性粒子発生装置を得ることができる。
図1は、この発明の実施の形態1に係る活性粒子発生装置を示す構成図である。なお、図1において、原料ガス8は、図の左側から供給されるとする。
図1において、導電体からなる接地電極1(第1電極)と高圧電極2(第2電極)とが、空隙を介して互いに対向して配置され、一対の平行平板型の放電電極を形成している。接地電極1の空隙側表面は、誘電体3で覆われ、高圧電極2は、その全体が誘電体4によって被覆されている。
まず、誘電体バリア放電における放電電力Pは、一般に次式(1)で表される。
この結果、電極面内の全領域を均一の放電電力密度で放電させる場合と比較して、供給する合計電力が同一であっても、活性粒子の発生密度を向上させることができる。
図2において、発生するN原子の密度は、1014(cm−3)のオーダーであり、放電電力の増加とともにN原子の飽和密度が増加した。また、実測結果(図中の黒丸)と解析結果(図中の曲線)とは互いによく一致しており、解析モデルの妥当性が示された。
以下、この発明の実施の形態1に係る活性粒子発生装置が適用可能となる条件について説明する。
このことから、この発明の実施の形態1が効果を発揮するのは、この中間領域、すなわち活性粒子の飽和時間が平均ガス滞在時間と同程度の場合である。
これにより、誘電体バリア放電によって発生する活性粒子の飽和密度を、原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加させることができる。そのため、電極面内の全領域を均一の放電電力密度で放電させる場合と比較して、供給する合計電力が同一であっても、活性粒子の発生密度および発生効率を向上させることができる。
したがって、オゾンよりも短い所定の寿命を有する活性粒子の発生密度および発生効率を向上させることができる活性粒子発生装置を得ることができる。
また、外部に接続する容量性負荷の静電容量を調節することで、所望の放電電力密度の分布を形成することができ、発生対象とする活性粒子種に適した放電条件を実現することができる。
図7は、この発明の実施の形態2に係る活性粒子発生装置を示す図である。
図7において、導電体からなる接地電極1(第1電極)と高圧電極2(第2電極)とが、空隙を介して互いに対向して配置され、一対の平行平板型の放電電極を形成している。接地電極1の空隙側表面は、誘電体3で覆われ、高圧電極2は、その全体が誘電体4によって被覆されている。
また、外部に接続する容量性負荷の静電容量を選択することで、所望の放電電力密度の分布を形成することができ、発生対象とする活性粒子種に適した放電条件を実現することができる。
さらに、原料ガス流の最下流に位置する局所電極のみを電源に接続することにより、構造を簡素化することができる。
図8は、この発明の実施の形態3に係る活性粒子発生装置を示す図である。
図8において、導電体からなる接地電極1(第1電極)と高圧電極2(第2電極)とが、空隙を介して互いに対向して配置され、一対の平行平板型の放電電極を形成している。接地電極1の空隙側表面は、誘電体3で覆われ、高圧電極2は、その全体が誘電体4によって被覆されている。
また、実施の形態3は、実施の形態1または2と比較して電源が複数必要になるという欠点があるが、外部に容量性負荷を接続する必要がなくなり、かつ電源の出力を調節することのみで、所望の放電電力密度の分布を形成することができる。
さらに、図8に示した活性粒子発生装置を複数個積層したり、複数の活性粒子発生装置を同時に稼働させたりする場合には、同一箇所に位置する局所電極を、共通の電源で動作させることができる。そのため、装置毎に独立の電源を使用する構成と比較して、活性粒子の発生密度および発生効率を向上させることができる。
図9は、この発明の実施の形態4に係る活性粒子発生装置を示す図である。
図9において、導電体からなる接地電極1(第1電極)と高圧電極2(第2電極)とが、空隙を介して互いに対向して配置され、一対の平行平板型の放電電極を形成している。接地電極1の空隙側表面は、誘電体3で覆われ、高圧電極2は、その全体が誘電体4によって被覆されている。
まず、平板誘電体の静電容量は、一般に誘電体の厚さd、面積S、真空の誘電率ε0、比誘電率εrから、次式(7)で表される。
また、外部に容量性負荷を接続することなく、かつ単一の電源によって放電電力密度を原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加させることができるので、構造を簡素化することができる。
また、上記実施の形態4では、高圧電極2を階段状にすることで、実効的な誘電体の厚さを、放電空間5a〜5eの上流側から下流側に向けて段階的に変化させているが、高圧電極2を1枚の板とし、誘電体4に対して傾斜をつけて配置した場合であっても、上記実施の形態4と同様の効果を得ることができる。この場合には、実効的な誘電体の厚さが、放電空間5a〜5eの上流側から下流側に向けて連続的に変化することとなる。
図10は、この発明の実施の形態5に係る活性粒子発生装置を示す図である。
図10において、導電体からなる接地電極1(第1電極)と高圧電極2(第2電極)とが、空隙を介して互いに対向して配置され、一対の平行平板型の放電電極を形成している。接地電極1の空隙側表面は、誘電体3で覆われ、高圧電極2は、その全体が誘電体4によって被覆されている。
放電空間5の空隙長を変化させると、式(1)の放電維持電圧V*および空隙の静電容量Cgが変化する。一般に空隙長を大きくすると、放電維持電圧V*は大きくなり、空隙の静電容量Cgは小さくなる。放電電力と印加電圧との関係を、空隙長の大小について比較したものを図11に示す。
また、外部に容量性負荷を接続することなく、かつ一対の放電電極と単一の電源とによって放電電力密度を原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加させることができるので、構造を簡素化することができる。
また、上記実施の形態1〜5では、電極構造を平行平板型としているが、これに限定されず、同軸円筒型の電極構造であっても、この発明の実施の形態1〜5を適用することができる。
Claims (6)
- 第1電極と、空隙を介して前記第1電極と対向し、前記空隙側の表面が誘電体で覆われた第2電極との間に、高電圧を印加して誘電体バリア放電を生じさせるとともに、前記空隙に原料ガスを供給して、前記誘電体バリア放電により活性粒子を発生させる活性粒子発生装置であって、
前記活性粒子の寿命を、前記原料ガスが前記空隙に滞在する平均時間で除した値が0.1以上10以下であり、
前記第1電極および前記第2電極の単位面積に供給される放電電力が、前記原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加され、
前記第2電極は、前記原料ガス流方向に電気的に分割されて、複数の局所電極を形成する
ことを特徴とする活性粒子発生装置。 - 前記複数の局所電極にそれぞれ一端が直列接続され、他端が同一の電源に並列接続された複数の容量性負荷を備え、
前記複数の容量性負荷の静電容量は、前記原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加される
ことを特徴とする請求項1に記載の活性粒子発生装置。 - 前記複数の局所電極のうち、隣り合う局所電極同士を互いに接続する複数の容量性負荷を備え、
前記原料ガス流の最下流に位置する局所電極を電源に接続する
ことを特徴とする請求項1に記載の活性粒子発生装置。 - 前記複数の局所電極の各々に接続された複数の電源を備え、
前記複数の電源の印加電圧は、前記原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加される
ことを特徴とする請求項1に記載の活性粒子発生装置。 - 前記複数の局所電極の各々に接続された複数の電源を備え、
前記複数の電源の電源周波数は、前記原料ガス流の上流側から下流側に向けて増加される
ことを特徴とする請求項1に記載の活性粒子発生装置。 - 前記第2電極から前記誘電体の前記空隙側表面までの距離が、前記原料ガス流の上流側から下流側に向けて短縮される
ことを特徴とする請求項1に記載の活性粒子発生装置。
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