JP6061288B2 - Power supply for plasma generator and plasma generator - Google Patents

Power supply for plasma generator and plasma generator Download PDF

Info

Publication number
JP6061288B2
JP6061288B2 JP2012171342A JP2012171342A JP6061288B2 JP 6061288 B2 JP6061288 B2 JP 6061288B2 JP 2012171342 A JP2012171342 A JP 2012171342A JP 2012171342 A JP2012171342 A JP 2012171342A JP 6061288 B2 JP6061288 B2 JP 6061288B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
plasma
transformer
voltage
power supply
high voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012171342A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014032771A (en
Inventor
喜彦 上杉
喜彦 上杉
達夫 石島
達夫 石島
康規 田中
康規 田中
裕次郎 住石
裕次郎 住石
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kanazawa University NUC
Original Assignee
Kanazawa University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kanazawa University NUC filed Critical Kanazawa University NUC
Priority to JP2012171342A priority Critical patent/JP6061288B2/en
Publication of JP2014032771A publication Critical patent/JP2014032771A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6061288B2 publication Critical patent/JP6061288B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Description

本発明は、プラズマ生成装置用の電源及びプラズマ生成装置に関する。   The present invention relates to a power source for a plasma generation apparatus and a plasma generation apparatus.

プラズマジェットは大気圧非平衡プラズマの一種である。大きな特徴として、プラズマジェットは電子温度が数万Kと高温なのに対し、ガス温度は常温程度であるため照射対象に熱負荷をかけずに、化学的に活性なラジカルによるプラズマプロセスを行うことが可能である。近年、大気圧非平衡プラズマの医療、生物分野や、燃料改質、プラズマCVD、ナノチューブ合成など様々な領域への応用が急速に進んでいる。大気圧非平衡プラズマを生成するための装置は、これまでに多数提案されている(例えば、特許文献1〜3)。   The plasma jet is a kind of atmospheric pressure non-equilibrium plasma. As a major feature, the plasma jet has a high electron temperature of several tens of thousands of K, while the gas temperature is about room temperature, so it is possible to perform a plasma process with chemically active radicals without applying a heat load to the irradiation target. It is. In recent years, the application of atmospheric pressure non-equilibrium plasma to various fields such as medical treatment, biological field, fuel reforming, plasma CVD, nanotube synthesis, etc. is rapidly progressing. Many devices for generating atmospheric pressure non-equilibrium plasma have been proposed so far (for example, Patent Documents 1 to 3).

国際公開第2008/072390号International Publication No. 2008/072390 特開2008−10373号公報JP 2008-10373 A 特開2004−14494号公報JP 2004-14494 A

大気圧において効率良くプラズマを生成するための要素として、電源の高周波化、急峻な電圧変化、プラズマ領域の縮小化などが挙げられる。従来の大気圧プラズマ生成装置では、効率良くプラズマを生成するために、一般に、構成が比較的複雑な(つまり高価な)高周波電源を用いて、電源の高周波化、急峻な電圧変化を達成している。   Factors for efficiently generating plasma at atmospheric pressure include high frequency power supply, steep voltage change, reduction of plasma region, and the like. In the conventional atmospheric pressure plasma generation apparatus, in order to generate plasma efficiently, generally, a high frequency power supply with a relatively complicated configuration (that is, an expensive) is used to achieve a high frequency power supply and a steep voltage change. Yes.

このような事情から、プラズマ生成に適した、構成がより簡便な(つまり安価な)電源への要望は大きいが、プラズマ生成装置用の電源として、構成が簡便でしかも効率良くプラズマを生成できる電源は、これまで知られていない。   Under such circumstances, there is a great demand for a power supply suitable for plasma generation and having a simpler configuration (that is, less expensive), but as a power supply for a plasma generator, a power supply that is simple in configuration and can generate plasma efficiently. Is not known so far.

そこで、本発明は、従来よりも構成が簡便でしかも効率良くプラズマを生成できる電源を提供する。   Therefore, the present invention provides a power source that has a simpler configuration than the prior art and that can efficiently generate plasma.

上述の課題を解決するために、開示される電源の1つの態様は、負荷であるプラズマリアクターに電力を供給するための電源であって、昇圧トランスと、前記昇圧トランスと前記負荷との間に直列に接続される複数の高電圧交流用シリコンダイオードとを備える。 In order to solve the above-described problem, one aspect of the disclosed power source is a power source for supplying power to a plasma reactor as a load, and includes a step-up transformer, the step-up transformer, and the load. And a plurality of high voltage AC silicon diodes connected in series.

本開示に係る電源の態様によれば、昇圧トランス(例えばネオントランス)で、数十Hz、100V〜200V程度の低周波数かつ低電圧の商用電源から高電圧を生成し、生成された高電圧に、高電圧交流用シリコンダイオードの非線形特性による波形歪(つまり高周波成分)を与えることができる。これにより、プラズマ生成に適した、急峻な電圧変化を含んだ高電圧が得られる。昇圧トランス及び高電圧交流用シリコンダイオードは何れも安価でかつ入手が容易なため、前記電源は非常に簡便に構成できる。発明者らによる実験によって、このような簡便な電源を用いて、プラズマジェットが効率良く生成できることが確かめられている。 According to the aspect of the power supply according to the present disclosure, a step-up transformer (for example, a neon transformer) generates a high voltage from a commercial power supply having a low frequency of about several tens Hz and about 100 V to 200 V, and the generated high voltage In addition, waveform distortion (that is, high-frequency component) due to the non-linear characteristics of the high-voltage AC silicon diode can be applied. Thereby, a high voltage including a steep voltage change suitable for plasma generation can be obtained. Since the step-up transformer and the high-voltage AC silicon diode are both inexpensive and readily available, the power supply can be configured very simply. Experiments by the inventors have confirmed that a plasma jet can be generated efficiently using such a simple power source.

実施の形態に係るプラズマ生成装置の構成の一例を示す模式図The schematic diagram which shows an example of the structure of the plasma production apparatus which concerns on embodiment 実施の形態に係る電圧波形及び電流波形の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the voltage waveform and current waveform which concern on embodiment 実施の形態に係る電圧波形及び電流波形の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the voltage waveform and current waveform which concern on embodiment 実施の形態に係る電圧波形及び電流波形の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the voltage waveform and current waveform which concern on embodiment 実施の形態に係る電圧波形及び電流波形の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the voltage waveform and current waveform which concern on embodiment 実施の形態に係るArプラズマジェットの生成状況の一例を示す画像The image which shows an example of the production | generation condition of Ar plasma jet which concerns on embodiment 実施の形態に係るArプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the result of spectroscopic analysis of Ar plasma jet concerning an embodiment 実施の形態に係るArプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the result of spectroscopic analysis of Ar plasma jet concerning an embodiment 実施の形態に係るHeプラズマジェットの生成状況の一例を示す画像The image which shows an example of the production | generation state of He plasma jet which concerns on embodiment 実施の形態に係るHeプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the result of the spectroscopic analysis of He plasma jet concerning an embodiment 実施の形態に係るHeプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the result of the spectroscopic analysis of He plasma jet concerning an embodiment 実施の形態に係るプラズマ照射対象の表面温度の変化の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the change of the surface temperature of the plasma irradiation object which concerns on embodiment 実施の形態に係るプラズマ照射対象の表面温度の変化の一例を示すグラフThe graph which shows an example of the change of the surface temperature of the plasma irradiation object which concerns on embodiment

開示される電源の1つの態様は、負荷であるプラズマリアクターに電力を供給するための電源であって、昇圧トランスと、前記昇圧トランスと前記負荷との間に直列に接続される複数の高電圧交流用シリコンダイオードとを備える。 One aspect of the disclosed power source is a power source for supplying power to a plasma reactor as a load, and includes a step-up transformer and a plurality of high voltages connected in series between the step-up transformer and the load. And an AC silicon diode .

本態様によれば、昇圧トランス(例えばネオントランス)で、数十Hz、100V〜200V程度の低周波数かつ低電圧の商用電源から高電圧を生成し、生成された高電圧に、高電圧交流用シリコンダイオードの非線形特性による波形歪(つまり高周波成分)を与えることができる。これにより、プラズマ生成に適した、急峻な電圧変化を含んだ高電圧が得られる。昇圧トランス及び高電圧交流用シリコンダイオードは何れも安価でかつ入手が容易なため、前記電源は非常に簡便に構成できる。発明者らによる実験によって、このような簡便な電源を用いて、プラズマジェットが効率良く生成できることが確かめられている。 According to this aspect, with a step-up transformer (for example, a neon transformer), a high voltage is generated from a commercial power source having a low frequency of about several tens Hz and about 100 V to 200 V, and the generated high voltage is used for high voltage AC. Waveform distortion (that is, high-frequency components) due to the nonlinear characteristics of the silicon diode can be given. Thereby, a high voltage including a steep voltage change suitable for plasma generation can be obtained. Since the step-up transformer and the high-voltage AC silicon diode are both inexpensive and readily available, the power supply can be configured very simply. Experiments by the inventors have confirmed that a plasma jet can be generated efficiently using such a simple power source.

また、前記電源は、さらに、前記昇圧トランスと前記負荷との間に直列に接続される高電圧交流用シリコンダイオードの個数を切り替えるためのスイッチを備えてもよい。 The power supply may further include a switch for switching the number of high-voltage AC silicon diodes connected in series between the step-up transformer and the load.

本態様によれば、高電圧交流用シリコンダイオードの個数を切り替えることで、プラズマの発光強度を調整することができる。 According to this aspect, the emission intensity of plasma can be adjusted by switching the number of high-voltage AC silicon diodes .

また、開示されるプラズマ生成装置の1つの態様は、昇圧トランスと、プラズマリアクターと、前記昇圧トランスと前記プラズマリアクターとの間に直列に接続されている複数の高電圧交流用シリコンダイオードと、を備え、前記プラズマリアクターは、前記昇圧トランスから前記複数の高電圧交流用シリコンダイオードを介して供給される高電圧を用いてプラズマを生成する。前記プラズマリアクターは、石英管と、ソースガスを前記石英管へ導くガス導入部と、前記石英管の内部に通された内部電極と、前記石英管の外周を覆う外部電極と、で構成され、前記内部電極と前記外部電極との間に前記高電圧を印加することで生じる誘電体バリア放電によってプラズマを生成してもよい。 Further, one aspect of the disclosed plasma generating apparatus, a step-up transformer, and the plasma reactor, and a plurality of high-voltage AC silicon diode connected in series between the step-up transformer and the plasma reactor The plasma reactor generates plasma using a high voltage supplied from the step-up transformer via the plurality of high-voltage AC silicon diodes . The plasma reactor is composed of a quartz tube, a gas introduction part that guides a source gas to the quartz tube, an internal electrode that is passed through the quartz tube, and an external electrode that covers the outer periphery of the quartz tube, Plasma may be generated by a dielectric barrier discharge generated by applying the high voltage between the internal electrode and the external electrode .

この態様によれば、昇圧トランスと高電圧交流用シリコンダイオードとで構成される簡便な電源を用いて、プラズマを効率よく生成できるプラズマ生成装置が得られる。 According to this aspect, it is possible to obtain a plasma generation apparatus that can efficiently generate plasma by using a simple power source including a step-up transformer and a high-voltage AC silicon diode .

以下、本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, a plasma generation apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。   The embodiment described below shows a specific example of the present invention. Numerical values, shapes, materials, constituent elements, arrangement positions and connection forms of constituent elements, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.

(実施の形態)
図1は、本発明の実施の形態に係るプラズマ生成装置の構造の一例を示す模式図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the structure of a plasma generation apparatus according to an embodiment of the present invention.

プラズマ生成装置1は、電源10及びプラズマリアクター20で構成されている。   The plasma generation apparatus 1 includes a power supply 10 and a plasma reactor 20.

電源10は、商用電源11から、プラズマ生成に適した急峻な電圧変化を含んだ高電圧を生成する電源であり、トランス12及び複数の高電圧交流用シリコンダイオード13を備える。複数の高電圧交流用シリコンダイオード13は、トランス12と負荷であるプラズマリアクター20との間に直列に接続される。ここで、トランス12は、昇圧トランスの一例である。 The power supply 10 is a power supply that generates a high voltage including a steep voltage change suitable for plasma generation from a commercial power supply 11, and includes a transformer 12 and a plurality of high-voltage AC silicon diodes 13. The plurality of high-voltage AC silicon diodes 13 are connected in series between the transformer 12 and the plasma reactor 20 as a load. Here, the transformer 12 is an example of a step-up transformer.

電源10は、さらに、トランス12とプラズマリアクター20との間に接続される高電圧交流用シリコンダイオード13の個数を切り替えるためのスイッチ14を備えてもよい。スイッチ14は、トランス12とプラズマリアクター20とを、高電圧交流用シリコンダイオード13を介さずに直結できてもよい。 The power supply 10 may further include a switch 14 for switching the number of high-voltage AC silicon diodes 13 connected between the transformer 12 and the plasma reactor 20. The switch 14 may be capable of directly connecting the transformer 12 and the plasma reactor 20 without using the high-voltage AC silicon diode 13.

トランス12は、例えばネオントランスであってもよい。ネオントランスは、ネオン管を点灯させるために一般的に用いられる、磁器漏れ変圧器やインバーター回路を用いて構成される昇圧トランスであり、入力電圧が100V又は200Vに対し、出力電圧は6000V〜15000Vなどの種類がある。ネオントランスは、通常、数千円〜数万円程度で入手できる。   The transformer 12 may be a neon transformer, for example. The neon transformer is a step-up transformer that is generally used to light a neon tube and is configured by using a porcelain leakage transformer or an inverter circuit. The input voltage is 100V or 200V, and the output voltage is 6000V to 15000V. There are such types. Neon transformers are usually available for several thousands to tens of thousands of yen.

高電圧交流用シリコンダイオード13には、一例として、SIDAC(Silicon Diode for Alternating Current)(登録商標)を用いてもよい。SIDACは、規定のしきい値以上の電圧印加にて通電する双方向電圧トリガー型の半導体素子であり、スイッチ素子やパルス生成素子として広く利用されている。SIDACは、通常、数百円/個程度で入手できる。 As an example, SIDAC (Silicon Diode for Alternating Current) (registered trademark) may be used for the high-voltage AC silicon diode 13. SIDAC is a bidirectional voltage trigger type semiconductor element that is energized by applying a voltage that exceeds a specified threshold, and is widely used as a switch element or a pulse generation element. SIDAC is usually available for several hundred yen / piece.

プラズマリアクター20は、一例として、誘電体バリア放電によってソースガス31からプラズマジェット32を生成するリアクターであり、ガス導入部21、石英管22、ボンド23、内部電極24、及び外部電極25で構成されている。ソースガス31には、例えば、希ガス(Ar、He)が用いられる。   As an example, the plasma reactor 20 is a reactor that generates a plasma jet 32 from a source gas 31 by dielectric barrier discharge, and includes a gas introduction unit 21, a quartz tube 22, a bond 23, an internal electrode 24, and an external electrode 25. ing. For the source gas 31, for example, rare gases (Ar, He) are used.

ガス導入部21は、ソースガス31を石英管22へ導く部材であり、気密性のボンド23によって、石英管22と接合されている。   The gas introduction unit 21 is a member that guides the source gas 31 to the quartz tube 22, and is joined to the quartz tube 22 by an airtight bond 23.

石英管22は、一例として、外径が3.0mm、内径が1.6mmの大きさである。   As an example, the quartz tube 22 has an outer diameter of 3.0 mm and an inner diameter of 1.6 mm.

内部電極24は、石英管22の内部に通された電極であり、例えば銅線であってもよい。   The internal electrode 24 is an electrode passed through the quartz tube 22 and may be, for example, a copper wire.

外部電極25は、石英管22の外周を覆う電極であり、例えばアルミ箔であってもよい。   The external electrode 25 is an electrode that covers the outer periphery of the quartz tube 22, and may be, for example, an aluminum foil.

上述のように構成されたプラズマ生成装置1において、プラズマリアクター20のガス導入部21から石英管22へソースガス31を導入する。そして、電源10から、内部電極24と外部電極25との間に急峻な電圧変化を含んだ高電圧を印加することで、石英管22内のソースガス31中で、内部電極24と外部電極25との間で誘電体バリア放電が起こり、ソースガス31からプラズマジェット32が生成される。   In the plasma generating apparatus 1 configured as described above, the source gas 31 is introduced from the gas introduction part 21 of the plasma reactor 20 into the quartz tube 22. Then, by applying a high voltage including a steep voltage change between the internal electrode 24 and the external electrode 25 from the power supply 10, the internal electrode 24 and the external electrode 25 in the source gas 31 in the quartz tube 22. A dielectric barrier discharge occurs between them and a plasma jet 32 is generated from the source gas 31.

なお、上記では、誘電体バリア放電によってプラズマジェットを生成するプラズマリアクターを例示したが、この他にも例えば、希ガス等の利用を必要としない大気圧プラズマ生成装置が知られている(例えば、特許文献4:特表2003−514114号公報、特許文献5:特表2003−518317号公報)。   In the above, a plasma reactor that generates a plasma jet by dielectric barrier discharge has been illustrated. However, for example, an atmospheric pressure plasma generation apparatus that does not require the use of a rare gas or the like is known (for example, (Patent document 4: Japanese translations of PCT publication No. 2003-514114, Patent document 5: Japanese translations of PCT publication No. 2003-518317).

誘電体バリア放電に限らず、高電圧を用いてプラズマを生成する装置では、一般に、電源のパルス化が重要であり、その周波数を変えることがプラズマ特性を制御する上で重要であると考えられている。従って、電源10によれば、例えば、誘電体バリア放電などの具体的なプラズマ生成方式によって限定されることなく、一般に高電圧を用いてプラズマを生成するプラズマリアクターを、広く、好適に駆動することができる。   In devices that generate plasma using a high voltage, not limited to dielectric barrier discharge, it is generally important to pulse the power supply, and changing the frequency is considered important for controlling plasma characteristics. ing. Therefore, according to the power source 10, for example, a plasma reactor that generates plasma using a high voltage in general is preferably driven widely without being limited by a specific plasma generation method such as dielectric barrier discharge. Can do.

すなわち、電源10によって駆動されるプラズマリアクターは、誘電体バリア放電や熱プラズマ方式など、どのようなプラズマの生成方式を用いてもよく、また、大気圧下、減圧下、水中の何れでプラズマを生成してもよい。典型的には、上述したプラズマリアクター20のように、非平衡大気圧のプラズマジェットを生成してもよい。   That is, the plasma reactor driven by the power supply 10 may use any plasma generation method such as dielectric barrier discharge or thermal plasma method, and can generate plasma in atmospheric pressure, reduced pressure, or water. It may be generated. Typically, a non-equilibrium atmospheric pressure plasma jet may be generated, such as the plasma reactor 20 described above.

発明者らは、プラズマ生成装置1によって、実際にプラズマジェットを生成し、対象に照射する実験を行った。以下、この実験について、詳細に説明する。   The inventors conducted an experiment in which a plasma jet was actually generated by the plasma generator 1 and irradiated on the object. Hereinafter, this experiment will be described in detail.

この実験では、トランス12の二次電圧を40kVpp、周波数を60Hz、ソースガス31のガス種をAr、Heの2種類で、いずれも流量を4slpmとし、トランス12の二次巻線とプラズマリアクター20の内部電極24との間に直列に接続する高電圧交流用シリコンダイオード13の個数を0、10、20、30の4種類とした場合に、ガス種と高電圧交流用シリコンダイオード13の個数との8通りの組み合わせにおいて、プラズマジェット32を生成した。生成したプラズマジェット32を、人間の皮膚に近いとされる豚肉に照射した。 In this experiment, the secondary voltage of the transformer 12 is 40 kVpp, the frequency is 60 Hz, the gas type of the source gas 31 is Ar and He, and the flow rate is 4 slpm, and the secondary winding of the transformer 12 and the plasma reactor 20 When the number of high-voltage AC silicon diodes 13 connected in series between the internal electrodes 24 is four, 0, 10, 20, and 30, the gas type and the number of high-voltage AC silicon diodes 13 The plasma jet 32 was generated in the eight combinations. The generated plasma jet 32 was irradiated to pork that was supposed to be close to human skin.

図2A〜図2Dは、実施の形態に係る電圧波形及び電流波形の一例を示すグラフである。図2A〜図2Dは、それぞれ、トランス12の二次巻線とプラズマリアクター20の内部電極24とを直結した場合(つまり高電圧交流用シリコンダイオード13が0個)、及びトランス12の二次巻線とプラズマリアクター20の内部電極24との間に10、20、30個の高電圧交流用シリコンダイオード13を直列に接続した場合について、電源10の出力電圧(上段)及び出力電流(下段)を示している。 2A to 2D are graphs showing examples of voltage waveforms and current waveforms according to the embodiment. 2A to 2D respectively show the case where the secondary winding of the transformer 12 and the internal electrode 24 of the plasma reactor 20 are directly connected (that is, zero high-voltage alternating current silicon diodes 13), and the secondary winding of the transformer 12. When 10, 20, and 30 high voltage AC silicon diodes 13 are connected in series between the line and the internal electrode 24 of the plasma reactor 20, the output voltage (upper stage) and output current (lower stage) of the power source 10 are Show.

トランス12の二次巻線とプラズマリアクター20の内部電極24との間に複数の高電圧交流用シリコンダイオード13を直列に接続することにより、電圧波形が階段状の波形に変形し、電流波形に現れるパルスの数が増加するという結果が得られた。 By connecting a plurality of high-voltage alternating current silicon diodes 13 in series between the secondary winding of the transformer 12 and the internal electrode 24 of the plasma reactor 20, the voltage waveform is transformed into a stepped waveform, resulting in a current waveform. The result was that the number of appearing pulses increased.

この波形の変形は、トランス12で生成された高電圧に、高電圧交流用シリコンダイオード13の非線形特性による波形歪(つまり高周波成分)が与えられたことを表している。このように、トランス12と複数の高電圧交流用シリコンダイオード13とで構成される簡便な電源10によって、商用電源11から、プラズマ生成に適した、急峻な電圧変化を含んだ高電圧が得られることが確かめられた。 This deformation of the waveform indicates that the high voltage generated by the transformer 12 is given waveform distortion (that is, a high frequency component) due to the non-linear characteristics of the high voltage AC silicon diode 13. As described above, the simple power source 10 including the transformer 12 and the plurality of high-voltage AC silicon diodes 13 can obtain a high voltage including a steep voltage change suitable for plasma generation from the commercial power source 11. It was confirmed.

図3は、実施の形態に係るArプラズマジェットの生成状況の一例を示す画像である。画像には、左から、放電前のプラズマリアクター20、及び高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数に応じて生成されたArプラズマジェットが表されている。 FIG. 3 is an image showing an example of an Ar plasma jet generation state according to the embodiment. In the image, Ar plasma jets generated in accordance with the number of connected plasma reactors 20 before discharge and high voltage AC silicon diodes 13 are shown from the left.

図4A、図4Bは、実施の形態に係るArプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すスペクトルである。図4A、図4Bには、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数が0、10、20、30個のそれぞれの場合について、石英管22の出口から外へ2mmの地点でArプラズマジェットを観測(分光分析)して得られたスペクトルが示されている。斜線で示した領域は、高電圧交流用シリコンダイオード13を使用しなかった(0個の)場合のスペクトルである。図4A、図4Bから、高電圧交流用シリコンダイオード13を使用したことで、プラズマの発光強度(特にOH、Arに由来する発光強度)が増加していることが分かる。 4A and 4B are spectra showing an example of a result of spectral analysis of the Ar plasma jet according to the embodiment. 4A and 4B, the Ar plasma jet is observed at a point of 2 mm outward from the exit of the quartz tube 22 when the number of high voltage AC silicon diodes 13 connected is 0, 10, 20, and 30, respectively. A spectrum obtained by (spectral analysis) is shown. A hatched area is a spectrum when the high-voltage AC silicon diode 13 is not used (zero). 4A and 4B show that the use of the high-voltage alternating current silicon diode 13 increases the emission intensity of plasma (particularly the emission intensity derived from OH and Ar).

図5は、実施の形態に係るHeプラズマジェットの生成状況の一例を示す画像である。画像には、左から、放電前のプラズマリアクター20、及び高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数に応じて生成されたHeプラズマジェットが表されている。図5から、ソースガスがHeの場合は、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数を増やすにつれて、ジェット部のみならず内部電極24と外部電極25との間でも、発光の顕著な増加が認められる。 FIG. 5 is an image showing an example of the generation state of the He plasma jet according to the embodiment. In the image, from the left, a He plasma jet generated according to the number of connected plasma reactors 20 before discharge and high voltage AC silicon diodes 13 is shown. From FIG. 5, when the source gas is He, as the number of high voltage AC silicon diodes 13 is increased, a significant increase in light emission is recognized not only in the jet section but also between the internal electrode 24 and the external electrode 25. It is done.

図6A、図6Bは、実施の形態に係るHeプラズマジェットの分光分析の結果の一例を示すスペクトルである。図6A、図6Bには、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数が0、10、20、30個のそれぞれの場合について、石英管22の出口から外へ2mmの地点でHeプラズマジェットを観測(分光分析)して得られたスペクトルが示されている。斜線で示した領域は、高電圧交流用シリコンダイオード13を使用しなかった(0個の)場合のスペクトルである。図6A、図6Bから、Arプラズマジェットの場合と同様、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数が多いほど、プラズマの発光強度(特にN2、He、Oに由来する発光強度)が増加していることが分かる。 6A and 6B are spectra showing an example of a result of spectral analysis of the He plasma jet according to the embodiment. 6A and 6B, the He plasma jet is observed at a point of 2 mm outward from the exit of the quartz tube 22 when the number of high voltage AC silicon diodes 13 connected is 0, 10, 20, and 30, respectively. A spectrum obtained by (spectral analysis) is shown. A hatched area is a spectrum when the high-voltage AC silicon diode 13 is not used (zero). 6A and 6B, as in the case of the Ar plasma jet, as the number of high voltage AC silicon diodes 13 connected is increased, the emission intensity of the plasma (particularly, emission intensity derived from N2, He, O) increases. I understand that.

図7A、図7Bは、実施の形態に係るプラズマ照射対象の表面温度の変化の一例を示すグラフである。高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数が0、10、20、30個のそれぞれの場合について、Arプラズマジェット(図7A)、Heプラズマジェット(図7B)を、対象である豚肉に600秒間連続して照射した場合に、豚肉表面で観測された最高温度の時間変化が示されている。 7A and 7B are graphs showing an example of changes in the surface temperature of the plasma irradiation target according to the embodiment. For each of 0, 10, 20, and 30 high voltage AC silicon diodes 13 connected, Ar plasma jet (FIG. 7A) and He plasma jet (FIG. 7B) were continuously applied to the target pork for 600 seconds. The time change of the maximum temperature observed on the pork surface is shown.

図7Aから、Arプラズマジェットを照射する場合には、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数に応じた対象表面の温度上昇量の顕著な違いは見られない。また、図7Bから、Heプラズマジェットを照射する場合、高電圧交流用シリコンダイオード13の接続個数が多いほど、対象表面の温度上昇量が大きくなる傾向が認められる。 From FIG. 7A, when the Ar plasma jet is irradiated, there is no significant difference in the temperature rise amount on the target surface according to the number of connected high-voltage AC silicon diodes 13. Further, from FIG. 7B, it is recognized that when the He plasma jet is irradiated, the temperature rise amount on the target surface tends to increase as the number of connected high-voltage AC silicon diodes 13 increases.

表1に、対象表面温度の500秒〜600秒の間での平均値を示す。   Table 1 shows the average value of the target surface temperature between 500 seconds and 600 seconds.

表1から、高電圧交流用シリコンダイオードの接続個数の違いによる温度上昇量の違いについては、Arの場合にはほとんど認められず、Heの場合には3℃程度の違いが認められた。 From Table 1, the difference in the temperature rise due to the difference in the number of connected high voltage AC silicon diodes was hardly observed in the case of Ar, and a difference of about 3 ° C. was observed in the case of He.

このデータから、プラズマ生成装置1で生成されるArプラズマジェット、Heプラズマジェットは、許容される熱負荷が比較的小さい対象への直接照射が可能であることが確かめられた。   From this data, it was confirmed that the Ar plasma jet and He plasma jet generated by the plasma generator 1 can directly irradiate an object having a relatively small allowable thermal load.

以上説明したように、トランス12と複数の高電圧交流用シリコンダイオード13とで構成された電源10によって商用電源11から生成した高電圧を用いて、高電圧交流用シリコンダイオード13を用いない場合よりも発光強度が大きなプラズマジェットを生成できることが確かめられた。プラズマジェットの照射対象が受ける熱負荷の、高電圧交流用シリコンダイオード13を用いたための増加量は、ガス種に応じて、ほとんどないか又はわずかである。 As described above, the high voltage generated from the commercial power supply 11 by the power supply 10 constituted by the transformer 12 and the plurality of high voltage AC silicon diodes 13 is used, compared with the case where the high voltage AC silicon diode 13 is not used. It was also confirmed that a plasma jet with high emission intensity can be generated. The amount of increase in heat load received by the plasma jet irradiation object due to the use of the high-voltage alternating current silicon diode 13 is little or slight depending on the gas type.

従って、電源10によれば、プラズマ生成装置用の電源として適した、構成が簡便でしかも効率良くプラズマを生成できる電源が提供できる。   Therefore, the power supply 10 can provide a power supply that is suitable as a power supply for the plasma generation apparatus, has a simple configuration, and can generate plasma efficiently.

以上、本発明の態様に係るプラズマ生成装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。   While the plasma generation apparatus according to the aspect of the present invention has been described based on the embodiment, the present invention is not limited to this embodiment. Unless it deviates from the gist of the present invention, one or more of the present invention may be applied to various modifications that can be conceived by those skilled in the art, or forms constructed by combining components in different embodiments. It may be included within the scope of the embodiments.

例えば、複数のプラズマリアクターでプラズマを生成して対象に照射するプラズマ生成装置が考えられる。このようなプラズマ生成装置では、単一の電源で生成した高電圧を分岐して、複数のプラズマリアクターに供給してもよい。このようなプラズマ生成装置は、大面積の対象を処理する上で好適である。   For example, a plasma generation apparatus that generates plasma in a plurality of plasma reactors and irradiates the target can be considered. In such a plasma generation apparatus, a high voltage generated by a single power source may be branched and supplied to a plurality of plasma reactors. Such a plasma generation apparatus is suitable for processing a large area object.

また、複数のプラズマリアクターのそれぞれに個別に本発明の電源を設けてもよい。その場合でも、個々の電源が簡便かつ安価に構成されているため、大きなコスト上昇は起こりにくい。しかも、個別の電源で個々のプラズマリアクターを独立に駆動できるため、制御性が良く、例えば生産設備におけるプラズマ生成装置に好適である。   Moreover, you may provide the power supply of this invention separately in each of several plasma reactor. Even in such a case, since the individual power supplies are simply and inexpensively configured, a large increase in cost is unlikely to occur. In addition, since each plasma reactor can be independently driven by an individual power source, the controllability is good, and it is suitable for a plasma generation apparatus in a production facility, for example.

本発明は、プラズマ生成装置用の電源に利用できる。とりわけ、簡便で安価な電源によって効率よくプラズマを生成できることから、多くの応用分野に広くプラズマ生成装置を普及させるための大きな利用可能性を有している。   The present invention can be used as a power source for a plasma generation apparatus. In particular, since a plasma can be efficiently generated by a simple and inexpensive power source, it has great applicability to widely spread a plasma generation apparatus in many application fields.

1 プラズマ生成装置
10 電源
11 商用電源
12 トランス
13 高電圧交流用シリコンダイオード
14 スイッチ
20 プラズマリアクター
21 ガス導入部
22 石英管
23 ボンド
24 内部電極
25 外部電極
31 ソースガス
32 プラズマジェット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma generator 10 Power supply 11 Commercial power supply 12 Transformer 13 High voltage alternating current silicon diode 14 Switch 20 Plasma reactor 21 Gas introduction part 22 Quartz tube 23 Bond 24 Internal electrode 25 External electrode 31 Source gas 32 Plasma jet

Claims (5)

負荷であるプラズマリアクターに電力を供給するための電源であって、
昇圧トランスと、
前記昇圧トランスと前記負荷との間に直列に接続される複数の高電圧交流用シリコンダイオード
を備える電源。
A power source for supplying power to a plasma reactor as a load,
A step-up transformer,
A power supply comprising a plurality of high-voltage AC silicon diodes connected in series between the step-up transformer and the load.
さらに、前記昇圧トランスと前記負荷との間に直列に接続される高電圧交流用シリコンダイオードの個数を切り替えるためのスイッチを備える
請求項1に記載の電源。
The power supply according to claim 1, further comprising a switch for switching the number of high-voltage AC silicon diodes connected in series between the step-up transformer and the load.
前記昇圧トランスはネオントランスである
請求項1または2に記載の電源。
The power supply according to claim 1, wherein the step-up transformer is a neon transformer.
昇圧トランスと、
プラズマリアクターと、
前記昇圧トランスと前記プラズマリアクターとの間に直列に接続されている複数の高電圧交流用シリコンダイオードと、を備え、
前記プラズマリアクターは、前記昇圧トランスから前記複数の高電圧交流用シリコンダイオードを介して供給される高電圧を用いてプラズマを生成する
プラズマ生成装置。
A step-up transformer,
A plasma reactor,
A plurality of high voltage alternating current silicon diodes connected in series between the step-up transformer and the plasma reactor ,
The plasma reactor generates plasma using a high voltage supplied from the step-up transformer via the plurality of high voltage alternating current silicon diodes .
前記プラズマリアクターは、
石英管と、
ソースガスを前記石英管へ導くガス導入部と、
前記石英管の内部に通された内部電極と、
前記石英管の外周を覆う外部電極と、
で構成され、前記内部電極と前記外部電極との間に前記高電圧を印加することで生じる誘電体バリア放電によってプラズマを生成する
請求項4に記載のプラズマ生成装置。
The plasma reactor is
A quartz tube,
A gas introduction part for introducing a source gas to the quartz tube;
An internal electrode passed through the quartz tube;
An external electrode covering the outer periphery of the quartz tube;
The plasma generation apparatus according to claim 4, wherein plasma is generated by dielectric barrier discharge generated by applying the high voltage between the internal electrode and the external electrode .
JP2012171342A 2012-08-01 2012-08-01 Power supply for plasma generator and plasma generator Expired - Fee Related JP6061288B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012171342A JP6061288B2 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Power supply for plasma generator and plasma generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012171342A JP6061288B2 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Power supply for plasma generator and plasma generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014032771A JP2014032771A (en) 2014-02-20
JP6061288B2 true JP6061288B2 (en) 2017-01-18

Family

ID=50282450

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012171342A Expired - Fee Related JP6061288B2 (en) 2012-08-01 2012-08-01 Power supply for plasma generator and plasma generator

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6061288B2 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7386305B1 (en) 2022-10-13 2023-11-24 日本特殊陶業株式会社 Plasma irradiation device

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0179778B1 (en) * 1984-04-09 1989-03-22 Nigg, Jürg Adapter for releasibly connecting electric lighting apparatuses
JPH0269304A (en) * 1988-08-31 1990-03-08 Masao Iwanaga Ac-driven pulse ozonizer
JP2002093823A (en) * 2000-09-14 2002-03-29 Tohoku Ricoh Co Ltd Thin-film forming device
JP3829127B2 (en) * 2002-06-24 2006-10-04 日本碍子株式会社 Electron emitter
JP2005038616A (en) * 2003-07-15 2005-02-10 Sharp Corp Ion generating device, and electric apparatus equipped with the same
JP4762759B2 (en) * 2006-03-02 2011-08-31 シャープ株式会社 Impulse voltage generating circuit, ion generating device, and electrical equipment
DE102010031568B4 (en) * 2010-07-20 2014-12-11 TRUMPF Hüttinger GmbH + Co. KG Arclöschanordnung and method for erasing arcs

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014032771A (en) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101354355B1 (en) Microwave irradiation device and microwave irradiation method
Lu et al. Atmospheric pressure nonthermal plasma sources
US20140263181A1 (en) Method and apparatus for generating highly repetitive pulsed plasmas
JP2012084396A (en) Pulse-power-type low-temperature plasma jet generating apparatus
JP2014189455A (en) Electric power supply for an ozone generator and ozone generator
Florez et al. Square-shape current-mode supply for parametric control of the DBD excilamp power
Babaeva et al. Production of active species in an argon microwave plasma torch
JP6061288B2 (en) Power supply for plasma generator and plasma generator
Kang et al. Ozone-free portable microwave atmospheric air plasma jet
JP2012018890A (en) Power supply apparatus for generating continuous plasma in liquid
Meißer Resonant behaviour of pulse generators for the efficient drive of optical radiation sources based on dielectric barrier discharges
KR101662160B1 (en) Skin treatment apparatus using plasma
JP2015144982A (en) plasma processing method
Gamaleev et al. Control and Stabilization of Centimeter Scale Glow Discharge in Ambient Air Using Pulse-Width Modulation
Florez et al. Optimizing the operation of DBD excilamps
Gamaleev et al. Generation and diagnostics of ambient air glow discharge in centimeter-order gaps
CN103787278A (en) Ozone generating system based on bipolar pulse power supply
Laroussi et al. Cold atmospheric pressure plasma sources for cancer applications
KR102339970B1 (en) Low temperature microwave plasma generator of hand type
RU188887U1 (en) DEVICE FOR LOW-TEMPERATURE PLASMA GENERATION
Gugin et al. Semiconductor power supply for capacitance copper bromide active filters
JP6486843B2 (en) Ozone generator and power supply
JP2014015376A (en) Ozonizer
Ho et al. Development of a battery-operated plasma device using dielectric barrier discharge plasma in ambient air
JPS632884B2 (en)

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20150722

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160420

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160426

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160623

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20161115

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20161207

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6061288

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees