JP6104486B1 - パルス放電電源およびパルス放電発生方法 - Google Patents

パルス放電電源およびパルス放電発生方法 Download PDF

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Abstract

パルス放電の発生に用いるパルス放電電源を提供することを目的の１つとする。パルス放電電源は、パルス発生部と制御回路と電流検出部と電流信号処理部とを備える。パルス発生部は第１のパルスを発生し、パルス放電を発生するための放電負荷に印加する。電流検出部は、パルスの印加によって放電負荷に流れる電流を検出する。電流信号処理部は、検出された電流の積分結果に基づいて信号を制御回路に出力する。制御回路は、受信した信号に基づいて、パルス発生部における第２のパルスの発生を制御する。

Description

本発明は、パルス放電の発生に用いるパルス放電電源およびパルス放電発生方法に関する。
所定の空間内に放電を発生させて化学物質を処理する放電処理技術が知られている。水処理の分野では、放電で発生させたＯＨ活性種を被処理水に直接作用させて難分解性物質を高効率に除去する放電処理技術が検討されている。
特許文献１は、放電処理技術を用いた水処理装置を提案している。特許文献１の水処理装置は、処理対象水を流下させる傾斜板を持つ反応容器と、処理対象水に対して放電活性種処理を行うための放電を発生する電極をそれぞれ有する階層化構成の処理手段と、電極に対して短パルス高電圧を印加するパルス放電電源手段とを備える。特許文献１の水処理装置を用いたシステムでは、ストリーマ放電によって生成した活性種を使用し、水中に溶存する難分解性物質の分解が可能となる。
特許文献２は、放電処理技術を用いた排ガス処理装置を提案している。特許文献２の浄化装置は、処理対象ガスに対して放電活性種処理を行うための放電を発生する電極を有するケーシングと、電極に対して高電圧を印加する高圧極短パルス電源とを備える。特許文献２の浄化装置を用いたシステムでは、コロナ放電によってガス状汚染物質の分解が可能となる。
上述したような放電処理技術では、パルス放電電源を用いて電極間に電圧を印加して放電を発生させる。発生した放電によって、オゾン（Ｏ３）またはヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）などの活性種が生成される。生成した活性種を被処理物質と反応させることによって、被処理物質を分解する処理が実行される。放電処理技術を用いた被処理物質の処理効率を高める場合、被処理物質への活性種の供給量を増加させるべく、パルス放電電源から印加する電圧を上昇させ投入する電力を増加する対応が考えられる。あるいは、パルス放電の繰返し周波数を上昇させ投入する電力を増加する対応が考えられる。
特許５８１９０３１号公報 特開２００２−１７７７３４号公報
しかしながら、パルス放電電源から投入する電力を増加させた場合、放電電力密度の上昇が生じ得る。放電電力密度が上昇した場合、ストリーマ放電およびコロナ放電等の均一放電からアーク放電およびスパーク放電等の局所放電に転移し易くなる。放電の転移によって局所放電が発生した場合、所望の空間全体に略均一な放電を形成することができないため、処理されない被処理物質が増加する虞がある。つまり、パルス放電電源から印加する電圧やパルス繰返し周波数を上昇させ電力を増加させた場合、局所放電への転移が生じ易くなり、被処理物質が処理されず処理効率が低下する虞がある。
一定の頻度を超える局所放電が発生した場合、更なる局所放電の発生を回避して略均一な均一放電を回復させるため、放電停止が必要となる。放電が停止している期間は、被処理物質を処理することができない。そのため、局所放電の発生は、処理効率の更なる低下を招き得る。
本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、局所放電の発生を抑制するパルス放電電源およびパルス放電発生方法を提供することを目的とする。
本発明の一側面に係るパルス放電電源は、パルス放電の対象となる放電負荷に電圧パルスを複数回出力してパルス放電を導くパルス放電電源であり、第１の電圧パルスを出力し、第１の電圧パルスの後に第２の電圧パルスを出力するパルス発生部と、第１の電圧パルスに対して放電負荷に流れる電流の積分値に基づいて第２の電圧パルスの出力を制御する制御回路とを備える。
本発明の一側面に係るパルス放電発生方法は、パルス放電の対象となる放電負荷にパルス放電電源から電圧パルスを複数回出力してパルス放電を発生させるパルス放電発生方法であり、パルス放電電源から放電負荷へ第１の電圧パルスを出力するステップと、第１の電圧パルスの後に、パルス放電電源から放電負荷へ第２の電圧パルスを出力するステップと、第１の電圧パルスに対して放電負荷に流れる電流の積分値を算出するステップと、積分値に基づいて、第２の電圧パルスの出力を制御するステップとを備える。
本発明の一側面に係るパルス放電電源およびパルス放電発生方法によれば、放電処理技術における局所放電の発生を抑制することができる。
実施の形態１に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る放電負荷に対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流電圧波形図である。 実施の形態１に係る放電負荷において、通常放電の場合とアーク転移した場合との電流値の変化の一例を示す電流波形図である。 アーク転移が生じる場合の電流積分値と時間との関係を示す説明図である。 実施の形態１に係るパルス放電電源の構成の他の例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る制御回路における局所放電抑制処理を説明する説明図である。 実施の形態１に係る制御回路の制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る積分回路の積分タイミングを説明する説明図である。 実施の形態２に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態３に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態４に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態５に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態５に係る水処理反応器に対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流電圧波形図である。 実施の形態６に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。
以下、図面を参照して、本願が開示するパルス放電電源およびパルス放電発生方法の実施の形態を詳細に説明する。本願におけるパルス放電電源は、パルス発生部と、制御回路と、電流検出部と、放電信号処理部の４種類の主要構成要素を備え、外部の放電負荷に接続されている。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すパルス放電電源１は、パルス発生部２と、制御回路３と、電流検出部４と、放電信号処理部５とを備え、このパルス放電電源１は、外部の放電負荷６に接続されている。
パルス発生部２は、制御回路３と放電負荷６とに接続してあり、パルスを発生する。パルス発生部２は、制御回路３が発生するパルスＯＮ信号１１０を受信し、受信したパルスＯＮ信号１１０に基づく高電圧パルス１０１を発生し、発生した高電圧パルス１０１を放電負荷６へ出力する。パルス発生部２は、例えば、スイッチを接続したコンデンサ放電回路、パルス成形線路、容量移行型回路、磁気パルス圧縮回路、マルクス回路等である。
制御回路３は、パルス発生部２と電流検出部４と放電信号処理部５とを含むパルス放電電源１の構成要素を制御し、パルス放電電源１が局所放電の発生を抑制する機能の実現に寄与する。例えば制御回路３は、パルス発生部２および放電信号処理部５に接続してあり、パルス放電電源１の制御を行う。制御回路３は、パルスを発生させる最初のパルスＯＮ信号１１０を発生してパルス発生部２に出力する。
また、制御回路３は、最初のパルスＯＮ信号１１０の発生に先行して、積分を実行する準備を開始させる最初の積分準備指令１０５を発生し、放電信号処理部５へ出力する。最初のパルスＯＮ信号１１０を出力した後、制御回路３は、局所放電の一例であるアークの転移検知に関するアーク検知信号１０４を放電信号処理部５から受信する。放電信号処理部５からアーク検知信号１０４を受信した場合、制御回路３は、受信したアーク検知信号１０４に基づいて、次のパルスＯＮ信号１１０を発生し、発生した次のパルスＯＮ信号１１０をパルス発生部２に出力する。
また、制御回路３は、次のパルスＯＮ信号１１０の発生に先行して、次の積分準備指令１０５を発生し、発生した次の積分準備指令１０５を放電信号処理部５に出力する。上記のような構成によって、制御回路３は、連続的に複数回のパルスＯＮ信号１１０を出力し得る。
また、制御回路３は、放電信号処理部５からのアーク検知信号１０４に基づいて、パルスＯＮ信号１１０の出力状況を変化させ、アーク等の局所放電の発生を抑制する。具体的には、放電負荷６に印加する電圧を減少させ、局所放電の発生を抑制する。制御回路３は、例えば、アナログ回路や汎用ロジックＩＣで構成することも可能であるが、より望ましくはＡＳＩＣ、ＦＰＧＡやＤＳＰ等のデジタル信号処理回路から構成される。
電流検出部４は、パルス発生部２と放電負荷６との間に接続してあり、放電負荷６に流れる電流の検出を行う。また電流検出部４は、放電信号処理部５にも接続してある。具体的には、パルス発生部２と放電負荷６との間に流れる電流の検出を行い、検出結果に基づいて、電流値を示す電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。電流検出部４は、例えば、カレントトランスデューサ、ロゴスキコイル等、高電圧パルスの電流の周波数帯域に対応した出力が可能で、電流の変化に応じた出力を行う。
放電信号処理部５は、積分回路５１と比較器５２とを備え、制御回路３および電流検出部４に接続してある。放電信号処理部５は、電流検出部４が検出した電流に対する積分を行う。制御回路３からの積分準備指令１０５を積分回路５１が受信した場合、積分回路５１は、これまでの積分結果をリセットし、新たな積分処理を実行する準備を行う。電流検出部４からの電流モニタ信号１０２を積分回路５１が受信した場合に、積分回路５１は、受信した電流モニタ信号１０２に基づいて電流の積分を行い、積分結果を積分出力１０３として比較器５２に出力する。比較器５２は、積分出力１０３を受信した場合、受信した積分出力１０３に基づいて、アーク転移の検知に関するアーク検知信号１０４を制御回路３に出力する。
放電負荷６は、パルス発生部２に接続してあり、放電による処理を実行する。具体的には、パルス発生部２から受信した高電圧パルス１０１に基づいて放電を行う。放電負荷６は、放電を介して活性種を発生させる。発生した活性種は、水処理、排ガス処理等の処理に用いられる。放電負荷６は、例えば、ガス放電により発生させたラジカルを用いて有害ガスの処理を行う反応器や系内に被処理水を導入して上記ラジカルと作用させることで水の浄化を行う反応器、あるいは上記ラジカルと反応器内の気体、液体、固体成分とを作用させ、それらとの化学反応による生成物を利用する反応器等も含まれる。
放電負荷６は、パルス放電電源から印加される電圧が増加した場合、またはパルス繰返し周波数が増加した場合、放電電力密度が上昇し、ストリーマ放電およびコロナ放電等の略均一放電からアーク放電およびスパーク放電等の局所放電に転移し易くなる。局所放電への転移が発生した場合、放電負荷６の放電を用いた処理効率が低下する虞がある。
ここで、略均一放電とは、放電負荷中に設置される、一つまたは複数の放電電極について、電極の面積あたりの電力密度が略均一であることを言う。
また、一定の頻度を超える局所放電への転移が発生した場合、更なる局所放電の発生を回避して略均一な均一放電を回復させるために放電停止を招く虞がある。放電停止が生じた場合には、処理効率が更に低下する。局所放電への転移の頻度とは、所定時間内の複数の高電圧パルスに関して、局所放電への転移が発生する割合を言う。
図２は、実施の形態１に係る放電負荷６に対する電流値と電圧値との関係（特に時間的な関係）の一例を示す電流および電圧の波形図である。具体的には、パルス放電電源１が駆動開始してからの時間経過に対する電流値と電圧値との変動の一例を示している。図２において、破線は放電負荷６へ印加される電圧値を示し、実線は放電負荷６に流れる電流値を示す。
図２の一例では、局所放電への転移が発生していない。パルス放電電源１が駆動を開始してから約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の時期に、パルス発生部２から出力された高電圧パルス１０１の放電負荷６に対する印加が開始されている。高電圧パルス１０１が放電負荷６に印加されることによって、放電負荷６の電圧値は、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間で約０Ｖから約２００００Ｖまで急激に増加している。急激に増加した後、増加した電圧値は、約２００００Ｖの状態が約３００ナノ秒まで続き、約３００ナノ秒〜約４００ナノ秒の間に急激に減少して約０Ｖになっている。
一方、電流値は、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間に増減による１つの第１ピークが現れている。第１ピーク後に電流値が約０Ａへ下がったあと、電流値は、約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間に、増減による第２ピークが現れている。第２ピーク後に電流値が約１００Ａへ下がったあと、電流値は、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間にゆるやかな第３ピークをともないつつ減少して約０Ａに至っている。
図２の一例においては、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間の電流を変位電流Ｉｃと呼ぶ。変位電流Ｉｃには、高電圧パルス１０１の印加に伴う電流の第１ピークが含まれている。放電負荷６の容量分に相当する変位電流Ｉｃが流れた後、放電負荷６の放電に伴う第２ピークおよび第３ピークが現れている。第２ピークおよび第３ピークを含む約１８０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間の電流を放電電流Ｉｄと呼ぶ。放電電流Ｉｄとは、放電負荷６における通常放電に伴う電流であり、ストリーマ放電およびコロナ放電等の略均一な均一放電に伴う電流を意味する。
通常放電を用いた場合、略均一な活性種照射を実現することが可能となる。そのため、通常放電を用いた構成は、均一な処理が求められる水処理に対しても有効となる。
図３は、実施の形態１に係る放電負荷６において、通常放電の場合と比較して示したアーク転移した場合の電流値の変化の一例を示す電流波形図である。図３には、時間経過に伴った通常放電での電流値推移例が参照用として示してある。そして、その通常放電での電流値推移例に重ねて、アーク転移した場合の電流値推移の３つの例を示してある。
図３では、通常放電の場合、図２の場合と同様に、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが現れ、変位電流Ｉｃが見られる。この第１ピーク後に電流値が約０Ａへ下がったあと、約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが現れて、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間に、緩やかな第３ピークが現れている。電流値は、約３５０ナノ秒付近では約０Ａまで減少している。約１８０ナノ秒〜約３００ナノ秒の間、均一放電であるストリーマ放電が発生しており、放電電流（ストリーマ放電電流Ｉｄｓ）が現れている。
一方、局所放電であるアークに転移した一例のアーク１の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間に緩やかな第３ピークが同様に現れている。
しかしながら、第３ピーク後に電流値が約０Ａまで下がる前に、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間で約２００Ａを超える第４ピークが現れている。すなわち、アーク１では、約２５０〜約３００ナノ秒の間にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク転移が生じた後であってアーク放電が発生している電流をアーク電流（アーク放電電流Ｉｄａ）と呼ぶ。アーク１の場合、約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
また、アークに転移した別の一例であるアーク２の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間に緩やかな第３ピークが同様に現れている。
しかしながら、第３ピーク後に電流値が約０Ａへ下がる前に、約２５０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間に約３００Ａを超える第４ピークが現れている。アーク２では、約２５０〜約３００ナノ秒の間であって、アーク１の場合よりは早い時間帯にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク２の場合も約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
さらに、アークに転移した別の一例であるアーク３の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが同様に現れている。
しかしながら、第２ピーク後に電流値が約０Ａへ下がる前に、約２３０ナノ秒〜約３５０ナノ秒の間に約５００Ａを超える第３ピークが現れている。アーク３では約２３０〜約２６０ナノ秒の間であって、アーク１やアーク２の場合よりは早い時間帯にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク３の場合もアーク１、アーク２と同様に、約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
放電負荷６が行う通常放電は、例えばストリーマ放電の場合、過渡的な放電形成の過程において、コロナを経て形成される。コロナを経てストリーマとなり、通常放電が形成された場合においても、電流値の増加や電力密度の増加等にともなって、ストリーマからアークに転移する可能性が十分にある。
アークへの転移は基本的に、図２および図３で示したように、高電圧パルス１０１が印加された初期には生じない。コロナを介してストリーマを経た後の途中からアークへの転移が生成される。具体的には、第１のピークを含む約１５０ナノ秒から約２００ナノ秒の間の変位電流Ｉｃと第２のピークを含む約２００ナノ秒から約２３０ナノ秒の間の電流とは、通常放電の場合もアーク１〜３の場合も同様となっており、約２３０ナノ秒までにはアーク転移が生じていない。
図３に示したアーク１〜３では、約２３０ナノ秒以降にアーク転移が生成してアーク放電が発生している。略均一な通常放電が局所放電のアーク放電に変化した場合、所望の空間全体に均一な放電を形成することができないため、処理されない被処理物質が増加する虞がある。処理されない被処理物質が増加した場合、処理効率が低下する。アーク転移を抑制するためには、アーク転移とならない印加電圧に電圧を低下させればよい。そこで実施の形態１に係るパルス放電電源１は、電流の積分値に着目したアーク転移の抑制を介して局所放電の発生を抑制する。
ここで、電流の積分値について着目する理由について説明する。一般にアーク転移を生じると、アーク転移を生じた局所での放電のインピーダンスは著しく低下する。一方、たとえば水処理装置のような大規模な放電面積を持つ放電負荷全体を考えた場合、アーク転移をしていない通常放電時の電流値も大きく、負荷全体の放電のインピーダンスは十分小さくなる。そのため、局所でアーク転移が生じインピーダンス低下が生じても、負荷全体の通常の放電インピーダンスが十分低い場合、変化は相対的に小さくなる。パルス発生部から出力される電圧の変化はインピーダンス変化に応じるため、同様に小さいものとなり、電圧値での高精度のアーク転移の検知は困難となる。
電流値についても同様であり、局所でアーク転移して局所の電流密度が上昇しても、負荷全体の通常の放電の電流値が大きいため、電流値の変化が小さくなる。ゆえに、アーク転移検知の精度が低下する。
一方、１００ナノ秒領域のパルス放電においてはパルス印加される最終段階でアーク転移が生じ、電流の積分値にはパルス印加の最終段階での顕著な増加がみられるため、その値の変化を検知する方法によりアーク検知の高精度化を図ることができる。
図４は、アーク転移が生じる場合の電流積分値と時間との関係を示す説明図である。放電信号処理部５は、まず、制御回路３から送られる積分準備指令１０５を受信した場合（図４（ａ）のｔＡより前の時間）、それまで行っていた積分処理をリセットする。放電信号処理部５の積分回路５１は、リセット後に図４（ａ）のｔＡの時間から電流検出部４が検出した電流値を積分し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２へ出力する。なお、図４（ａ）で、縦軸は、電流と電圧のレベルを示し、横軸は時間を示す。また、実線の曲線は電流を、点線の曲線は電圧を示す。
比較器５２は、アーク転移が生じる可能性が高いか否かの基準となるアーク転移判定基準値１０６（図４では、単に、「１０６」と表示）を備える。アーク転移判定基準値１０６は、事前のアーク転移の誘発実験結果等に基づいて設定される。比較器５２は、積分出力１０３が示す電流の積分値とアーク転移判定基準値１０６とを比較し、比較結果をアーク検知信号１０４として制御回路３へ出力する。
実施の形態１に係るパルス放電電源１は、電流検出部４が検出した電流の積分値に基づき、アーク放電を抑制する制御を行う。具体的には、積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えたことを比較器５２が出力するアーク検知信号１０４が示している場合（例えば図４（ｂ）に示すような場合）、制御回路３は、放電負荷６に印加する電圧を減少させる制御を行う。積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えていないことを比較器５２が出力するアーク検知信号１０４が示している場合（例えば図４（ｃ）に示すような場合）、制御回路３は、放電負荷６に印加する電圧を保持し、通常放電を効率的に継続させる制御を行う。
図５は、実施の形態１に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。この図に示すパルス放電電源１ａは、一例として、誘導重畳方式のパルス放電電源である。誘導重畳方式とは、複数のパルス発生器の出力を、磁気コアと中心導体によってトランスを形成することで誘導的に結合して、重畳した電圧出力を行う方式である。図５には、重畳する複数の高電圧パルスとして４つの高電圧パルスを重畳する一例が示してある（以降、この重畳する高電圧パルスの数の単位を「段」と呼ぶ）。
図５の制御回路３は、４段のパルスＯＮ信号１１１〜１１４を発生し、パルス発生部２に出力する。図２のパルス発生部２は、誘導重畳部２０と並列化した４段のパルス発生器２１〜２４を備える。パルス発生器２１〜２４のそれぞれは、パルス発生器出力となる単段パルス１２１〜１２４を誘導重畳部２０に出力する。誘導重畳部２０は、パルス発生器２１〜２４のそれぞれから出力された単段パルス１２１〜１２４を受信して誘導的に重畳する。
図５のパルス放電電源１ａは、電流検出部４としてカレントトランス４ａを使用する。また図５のパルス放電電源１ａは、放電負荷として水処理反応器６ａを使用し、水処理反応器６ａと誘導重畳部２０との間の電流をカレントトランス４ａで検出する。カレントトランス４ａは、検出結果に基づき、電流モニタ信号１０２を生成して放電信号処理部５の積分回路５１へ出力する。
次に、図５のパルス放電電源１ａ（この図は誘導重畳方式パルス放電電源の一例を示す）の動作について説明する。制御回路３は、所定の条件が満たされた場合に、パルス発生器２１に対する最初のパルスＯＮ信号１１１を発生し、パルス発生器２１へ出力する。制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２２に対する最初のパルスＯＮ信号１１２を発生し、パルス発生器２２へ出力する。
制御回路３は、また、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２３に対する最初のパルスＯＮ信号１１３を発生し、パルス発生器２３へ出力する。
制御回路３は、また、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２４に対する最初のパルスＯＮ信号１１４を発生し、パルス発生器２４へ出力する。
制御回路３は、更に、パルスＯＮ信号１１１の発生に先だって、これまでの積分結果をリセットさせる積分準備指令１０５を発生し、積分回路５１へ出力する。
パルス発生器２１は、制御回路３から出力されたパルスＯＮ信号１１１を受信し、パルス発生器出力である単段パルス１２１を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２２は、パルスＯＮ信号１１２を受信し、単段パルス１２２を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２３は、パルスＯＮ信号１１３を受信し、単段パルス１２３を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２４は、パルスＯＮ信号１１４を受信し、単段パルス１２４を発生して誘導重畳部２０へ出力する。つまり、パルス発生器２１〜２４はそれぞれ独立に制御される。
誘導重畳部２０は、パルス発生器２１〜２４から同期して出力された単段パルス１２１〜１２４を加算的に重畳して１つの高電圧パルス１０１を発生する。また、誘導重畳部２０は、発生した１つの高電圧パルス１０１を水処理反応器６ａの電極（図示しない）に印加する。
水処理反応器６ａは、誘導重畳部２０によって印加された高電圧パルス１０１の電圧変化に応じて、中性ガスの電離過程・電子増倍過程を経て荷電粒子密度が上昇し放電を形成する。放電中では電子、ガスの衝突過程により、反応性の高いラジカルが生成される。水処理反応器６ａは、生成されたラジカルを水に施すことによって水処理反応を行う。生じる放電に応じ、水処理反応器６ａの電流値が変化し、誘導重畳部２０と水処理反応器６ａとの間における電流値も変化する。
カレントトランス４ａは、誘導重畳部２０と水処理反応器６ａとの間における電流値をモニタリングしている。カレントトランス４ａは、モニタリング結果に基づいて、水処理反応器６ａの電流値に関する電流モニタ信号１０２を発生する。カレントトランス４ａは、発生した電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。
カレントトランス４ａがモニタリングしている電流値は、水処理反応器６ａにおける放電状況によって変化する。つまり、カレントトランス４ａは、水処理反応器６ａにおける放電状況を示す電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。
前述したように、放電信号処理部５は、制御回路３から出力される積分準備指令１０５を受信した場合、積分処理をリセットする。積分処理がリセットされた放電信号処理部５は、カレントトランス４ａから出力された電流モニタ信号１０２を受信した場合、受信した電流モニタ信号１０２に基づいて電流の積分処理を開始し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２に出力する。
放電信号処理部５の比較器５２が記憶しているアーク転移判定基準値１０６は、事前の実験結果等を参照し、アーク転移が生じていない通常電流での積分信号値のばらつきを考慮した裕度を加算することによって設定されている。
また、アーク転移判定基準値１０６は、パルス発生器２１〜２４の段数を変えて高電圧パルス１０１の電圧値を低減する場合に対応した、異なる（小さな）別のアーク転移判定基準値１０６を記憶して、パルス発生器２１〜２４の動作段数に応じた判定を行うことが、より望ましい。
比較器５２は、積分回路５１から出力される積分出力１０３が示す放電負荷の電流の積分値と、記憶しているアーク転移判定基準値１０６とを比較する。比較器５２は、比較結果に基づいて、アーク検知に関するアーク検知信号１０４を制御回路３へ出力する。
電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった場合、アーク転移が実際に生じたが、アーク放電が一定の頻度を未だ超えておらず放電停止をしなくてもよい状況と、アーク放電が一定の頻度を超えており放電停止が必要となる状況とが考えられる。比較器５２は、電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった場合、受信した電流モニタ信号１０２に基づき、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を制御回路３へ出力する。
ここで制御回路３へ向けて出力されるアーク検知信号１０４は、それぞれのパルス発生器２１〜２４に対して制御回路３が発生した最初のパルスＯＮ信号１１１〜１１４に対応したアーク検知信号１０４となる。
電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６より小さい場合、後続する高電圧パルス１０１においてアーク転移が生じる可能性が低い。そのため比較器５２は、電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６より小さい場合、アーク検知信号１０４を制御回路３へ出力しない。
制御回路３は、最初のパルスＯＮ信号１１１〜１１４に対応したアーク検知信号１０４を受信する。制御回路３は、その時点までアーク検知信号１０４の受信回数を記録しており、所定時間内の受信回数(アーク転移の頻度)が所定値を上回った場合、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するが、次のパルスＯＮ信号１１１〜１１４を出力せずに放電停止を実行する。
一方、所定時間内の受信回数(アーク転移の頻度)が所定値を上回らない場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力し、次のパルスＯＮ信号１１１〜１１４をアーク検知信号１０４に応じて発生してパルス発生器２１〜２４へ同期して出力する。
具体的には、制御回路３は、放電負荷６ａに対してアーク検知信号１０４を受信しない場合、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するとともに、最初のパルスＯＮ信号１１１〜１１４の際と同様の高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１１〜１１４を発生し、パルス発生器２１〜２４へ出力する。
アーク転移の頻度が所定値を上回り、放電停止する場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するが、次のパルスＯＮ信号１１１〜１１４をパルス発生器２１〜２４へ出力しない。
アーク転移の頻度が所定値を上回らず、放電停止までは至らないがアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信した場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するとともに、最初のパルスＯＮ信号１１１〜１１４の際の高電圧パルス１０１よりも電圧値が低下した高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１１〜１１４を発生し、パルス発生器２１〜２４へ出力する。最初のパルスＯＮ信号１１１〜１１４の際の高電圧パルス１０１よりも電圧値が低下した高電圧パルス１０１を導くに際し、制御回路３は、高電圧パルス１０１の波形制御を行い、アーク等の局所放電の発生を抑制する。
図６は、実施の形態１に係る制御回路３における局所放電の抑制処理を説明する説明図である。図６の最上段に示した図において、縦軸は、電流と電圧のレベルを示し、横軸は時間を示す。また、実線の曲線は電流を、点線の曲線は電圧を示す（以下に説明する図９（ａ）、図９（ｃ）、および図１０〜図１２の各最上段の図においても同様である）。
縦軸のかっこ内は対象となる信号を示し、例えば、パルスＯＮ信号（１１１〜１１３）と複数の信号が対象となる場合においては、時間軸に沿って、１１１ａと１つの図しか示されていない場合でも、表示されていない１１２ａ、１１３ａは、１１１ａと同じ形状であることを表している（その表示は省略されている）。
図６の一例では、制御回路３から最初のパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａがパルス発生器２１〜２４に出力され、誘導重畳部２０から最初の高電圧パルス１０１ａが水処理反応器６ａに印加される。高電圧パルス１０１ａの印加に伴って生じる電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えており、比較器５２は、電流の積分値に基づいて、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを制御回路３に出力する。
また、図６において、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受信した制御回路３は、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力して積分処理をリセットさせるとともに、最初の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した次の高電圧パルス１０１ｂを導く制御を行い、次の高電圧パルス１０１ｂにおけるアーク転移を抑制する。
図６の一例では、パルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１３ｂを発生させるが、パルスＯＮ信号１１４ｂを発生させない。言い換えると、パルスＯＮ信号１１４ｂの出力値をゼロとしている。誘導重畳部２０はパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１３ｂを受信し、最初の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した次の高電圧パルス１０１ｂを発生し、発生した高電圧パルス１０１ｂを放電負荷６ａに印加する。高電圧パルス１０１ｂの印加に伴って生じる電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えておらず、比較器５２は、電流の積分値に基づいて、今度はアーク検知信号１０４を制御回路３に出力しない。
また、図６において、再度、放電負荷６ａに対してアーク検知信号１０４を受信しなかった制御回路３は、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力して積分処理をリセットさせるとともに、積分結果に基づいて、次の高電圧パルス１０１ｂの電圧値以上となる更に次の高電圧パルス１０１ｃを導く。
図６の一例では、パルスＯＮ信号１１１ｃ〜１１３ｃ（１１２ｃ、１１３ｃは１１１ｃと同形状のパルス）とともにパルスＯＮ信号１１４ｃを発生させ、高電圧パルス１０１ｂの電圧値以上となる高電圧パルス１０１ｃを発生し、発生した高電圧パルス１０１ｃを放電負荷６ａへ印加し、適切な処理を継続する。
また、図６の一例においては、アーク検知信号１０４ａに対してパルスＯＮ信号１１４ｂをゼロに抑制することによって印加電圧を低下させていた。しかしながら、パルスＯＮ信号１１４ｂの出力値を０〜１倍の間で減少させてもよく、更にパルスＯＮ信号１１２ｂを抑制してもよく、更にパルスＯＮ信号１１３ｂを抑制してもよい。このような局所放電抑制処理の実施機構を採用することによって、局所放電抑制処理に基づく放電効率の低下を可及的に回避することが可能となる。
以上は４段を積層した誘導重畳方式の電源について記載したが、段数に限定はなく、数十段程度の複数段のパルス発生部を持つ電源を用いることも可能である。
本実施の形態では、パルス放電電源１の形態として誘導重畳方式を例示したが、パルス放電電源１は、電気的な導通で多段のパルス発生器を結合したマルクス回路を用いた回路構成としてもよい。マルクス回路では負荷との結合に磁気コアを用いないため、コアの損失に伴う電源効率の低下やコアによるコスト上昇を抑えることができる。
上述したように、放電信号処理部５は、積分準備指令１０５を受信して積分処理をリセットした積分回路５１を用い、制御回路３から出力されたパルスＯＮ信号１１１〜１１４に対する積分処理を実行する。そのため、放電信号処理部５は、積分準備指令１０５の受信前の電流に起因した影響を回避し得る。したがって、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、アーク転移に対して比較的ノイズに強く精度の高い判定が可能となる。
図７は、実施の形態１に係る制御回路３の制御方法を示すフローチャートである。図中、Ｎは全パルス発生器段数（パルス発生部を構成するパルス発生器の段数の合計）、Ｎｍｉｎは最小パルス発生器出力段数を示す。ここで、Ｎｍｉｎとは、最低限出力すべき高電圧パルスの電圧レベルを規定する段数のことである。
制御回路３は、所定の条件が整うと（ステップＳ１）、積分準備指令１０５を積分回路５１へ出力し（ステップＳ２）、積分回路５１の積分処理をリセットさせる（ステップＳ３）。引き続いて、所定段数のパルスＯＮ信号１１０をパルス発生部２へ出力し（ステップＳ４）、パルスＯＮ信号１１０に基づく高電圧パルス１０１を放電負荷６に印加させる（ステップＳ５）。
制御回路３は、積分処理リセット後であって高電圧パルス１０１の印加によって生じた放電負荷６の電流を積分回路５１に積分させる（ステップＳ６）。制御回路３は、記憶しているアーク転移判定基準値１０６と積分回路５１の積分結果とを比較器５２に比較させ、積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えたか否かを判断させる（ステップＳ７）。
積分回路５１の積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えた場合（ステップＳ７が「ＹＥＳ」の場合）、制御回路３は、積分結果に基づいて、例えば電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった所定時間内の頻度に基づいて、また例えば、アーク転移判定基準値１０６と積分結果との差分に基づいて、放電停止をすべきか否かを判断する（ステップＳ９）。
放電停止をすべきと判断した場合（ステップＳ９が「ＹＥＳ」の場合）、制御回路３は、次の高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１０を出力せずに処理を終了する。
放電停止をすべきと判断しなかった場合（ステップＳ９が「ＮＯ」の場合）、制御回路３は、ステップＳ５で印加された高電圧パルス１０１よりも値の小さな次の高電圧パルス１０１を導くため、ステップＳ４のパルスＯＮ信号１１０の出力したパルス発生器２１〜２４の段数よりも小さな段数を設定する（ステップＳ１１）。
ただし、最小パルス発生器出力段数Ｎｍｉｎを下回らないように制御を行う（ステップＳ１０）。制御回路３は、ステップＳ１に戻り、以降の処理を繰り返す。
積分回路５１の積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えていない場合（ステップＳ７が「ＮＯ」の場合）、制御回路３は、パルス発生器２１〜２４の全段数Ｎ（ここではＮ＝４）で出力された高電圧パルス１０１を導くため、ステップＳ４で出力されるパルスＯＮ信号１１０の段数ｎを全パルス発生器段数Ｎに設定する（ステップＳ８）。制御回路３は、パルス出力準備（ステップＳ１）に戻り、以降の処理を繰り返す。
上述したように、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、第１の高電圧パルス１０１の印加にともなう放電負荷６の電流の積分値に基づいて、次に印加する第２の高電圧パルス１０１の値を増減させることができる。そのため、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、放電効率低下を抑制しつつも、放電処理技術における局所放電の発生を抑制することが可能となる。
実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。図８のパルス放電電源１ｂは誘導重畳型であり、図５で示した実施の形態１に係る誘導重畳型パルス放電電源と異なり、放電信号処理部５が更に遅延回路５３を備え、積分開始指令１０７を出力する。以下、実施の形態１に係る誘導重畳型パルス放電電源と異なる構成を中心に、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂを説明する。
短時間に大電流が流れるパルス放電では、振動ノイズ成分が電流モニタ信号１０２へ重畳する虞がある。振動ノイズ成分が重畳された場合、振動ノイズ成分の重畳量に応じてアーク転移判定基準値１０６を変更することが好ましい。しかしながら、振動ノイズ成分は変動しやすく、振動ノイズ成分の重畳量を予測してアーク転移判定基準値１０６を適切に変更することは困難である。
上述したように、図３の約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間の第１ピークおよび約１５０ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間の第２のピークは、アーク転移発生との関係があまり強くない。そのような第１のピークを含む約１５０ナノ秒〜約２００ナノ秒の間の電流、および第２ピークを含む約２００ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間の電流に対しても積分を行った場合、振動ノイズ成分の重畳が大きくなる虞がある。そのため、図３の約１５０ナノ秒〜約２５０ナノ秒の間の電流に対応させる場合、アーク転移判定基準値１０６の設定が困難になる虞もある。
したがって実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂでは、実施の形態１に係るパルス放電電源１ａよりも所定の時間遅延させて積分を開始する。一例として、アーク転移との関係が強くない第１ピークおよび第２ピークを避け、積分の開始時期を図３の約２５０ナノ秒以降となるまで時間遅延させる。
図９は、実施の形態２に係る積分回路５１の積分タイミングを説明する説明図である。図９（ａ）に示すグラフは、高電圧パルス１０１に伴いアーク転移が生じた場合の電流および電圧と時間との関係の一例を示す。図９（ｂ）に示すグラフは、その高電圧パルス１０１に対する電流の積分値と時間との関係の一例を示す。
図９（ａ）、（ｂ）に示す例においては、積分回路５１が、遅延回路５３から出力された積分開始指令１０７をｔＢのタイミングに受信して積分を開始する。高電圧パルス１０１印加の初期に生じる第１ピークおよび第２ピークを避けて積分を開始することによって、積分出力１０３に対するノイズ成分の影響を可及的に回避することが可能となる。そのため、局所放電抑制処理の実行に対してノイズに強いパルス放電電源１を実現することが可能となる。
なお、アーク転移が生じた場合と比較するため、通常電流の場合について、上記図９（ａ）、図９（ｂ）に対応させる形で、図９（ｃ）、図９（ｄ）に同様のグラフを示した。
図３および４で示したように、高電圧パルス１０１印加の後半にアーク転移が発生し、アーク電流が発生する。この発生特性を用い、高電圧パルス１０１の印加時刻より所定の時間遅延させた後、積分を開始する。具体的には、所定の時間遅延させた後に、積分を開始する積分開始指令１０７を積分回路５１に向けて出力する。
制御回路３は、制御回路パルスＯＮ信号１１１〜１１４に先行して積分準備指令１０５を遅延回路５３と積分回路５１に入力する。積分準備指令１０５を受信した遅延回路５３は、積分準備指令１０５を所定の遅延時間保持して積分開始指令１０７とし、所定の遅延時間保持後に積分回路５１に向けて積分開始指令１０７を出力する。
積分準備指令１０５を受信した積分回路５１は、それまで行っていた積分処理をリセットし、さらに、積分開始指令１０７を受信し新たに積分処理を開始する。つまり積分回路５１は、図９のｔＢのタイミングにおいて、新たな積分処理を開始し、図９のｔＢのタイミング以降に検出した電流値に基づいた積分値を算出し、算出結果に基づく信号を積分出力１０３として比較器５２に出力する。
上述したように遅延回路５３を用いることによって、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂは、アーク転移前に生じるノイズ成分の影響を可及的に回避しつつ、局所放電抑制処理を実施するか否かの判断ができるようになる。そのため、局所放電抑制処理の実行に対してノイズに強いパルス放電電源１を実現することが可能となる。
実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂは、積分開始指令１０７を介して出力されたアーク検知信号１０４に基づくアーク抑制出力パターンを保持している。受信したアーク検知信号１０４と保持しているアーク抑制出力パターンとに基づき、制御回路３は、プリセットされた複数の信号から適切なパルスＯＮ信号１１１〜１１４を選択してパルス発生器２１〜２４に出力する。
図１０は、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１０に示す一例では、１番目の高電圧パルス１０１ａに後続する２番目の高電圧パルス１０１ｂ、３番目の高電圧パルス１０１ｃ、４番目の高電圧パルス１０１ｄ、５番目の高電圧パルス１０１ｅを出力する出力パターンを示している。
制御回路３は、１番目の高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受信し、パルスＯＮ信号１１１ｂおよび１１２ｂを発生するが、パルスＯＮ信号１１３ｂおよび１１４ｂを発生しないことによって、１番目の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した２番目の高電圧パルス１０１ｂを出力する制御を行っている。２番目の高電圧パルス１０１ｂを導くに際し、パルス発生器２３、２４の２段分の電圧を減じることによって、２番目の高電圧パルス１０１ｂに基づく放電への電力投入を下げ、アーク転移を抑制し、局所放電を回避することができる。
図１０において制御回路３は、２番目の高電圧パルス１０１ｂに対して、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信しないが、パルスＯＮ信号１１１ｃ、１１２ｃ、および１１３ｃを発生する一方、アーク検知信号１０４ａに応じてパルスＯＮ信号１１４ｃを発生しない。これによって、２番目の高電圧パルス１０１ｂと同程度以上の電圧値を有するが、定常の高電圧パルス１０１ａ以下の電圧値を有する３番目の高電圧パルス１０１ｃを出力する制御を行っている。３番目の高電圧パルス１０１ｃを導くに際し、パルス発生器２４の１段分の電圧を減じることによって、可及的に印加効率を上げつつも、放電への電力投入を下げてアーク転移を抑制し、局所放電を回避することができる。
図１０において制御回路３は、３番目の高電圧パルス１０１ｃに対し、放電負荷６に対してアーク検知信号１０４を受信せず、パルスＯＮ信号１１１ｄ〜１１４ｄを発生することによって、３番目の高電圧パルス１０１ｃよりも大きい電圧値であり定常の高電圧パルス１０１ａと同等の電圧値を有する、４番目の高電圧パルス１０１ｄを出力する制御を行っている。４番目の高電圧パルス１０１ｄを導くに際し、いずれのパルス発生器２１〜２４における電圧も減じないことによって、局所放電を回避しつつも、可及的に印加効率を上げることができる。
実施の形態２に係る比較器５２は、アーク転移判定基準値１０６を設けており、アーク転移判定基準値１０６と積分値とを比較し、差分の大きさに基づいてパルスＯＮ信号の段数を変化させている。しかしながら、値の異なる複数のアーク転移判定基準値１０６を設け、複数のアーク転移判定基準値１０６と積分値とを比較し、パルスＯＮ信号の段数を変化させてもよい。また、パルス発生を抑制するパルス発生器２１〜２４の段数を変化させるだけでなく、各パルス発生器２１〜２４が発生する単段パルス１２１〜１２４の値を変化させてもよい。そのように変化させることによって、放電負荷６に印加する高電圧パルス１０１の抑制程度を柔軟に変化させることが可能となる。
制御回路３は、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信した回数を所定の時間記憶できる。アーク検知信号１０４を受信した回数が所定値以上となった場合、制御回路３は、放電停止を行うためにパルス放電電源１の装置自体の動作停止を行う。このような構成によって、装置の故障による常時のアーク転移や放電以外の理由での短絡事象を回避することができる。
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１１のアーク抑制出力パターンでは、発生するパルスＯＮ信号１１１〜１１４の出力値を変化させていた図１０の実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンと異なり、パルスＯＮ信号１１１〜１１４の持続時間を変化させている。以下、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂと異なる構成を中心に、実施の形態３に係るパルス放電電源１を説明する。
制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａに基づく高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受けた場合、アーク検知信号１０４ａに応答して次のパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１４ｂの少なくとも１つの持続時間をパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａの持続時間よりも短縮して出力する。
少なくとも１つの持続時間が短縮されたパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１４ｂを受信した誘導重畳部２０は、高電圧パルス１０１ａよりも時間幅が狭くなった高電圧パルス１０１ｂを発生して放電負荷６に印加する。
時間幅が狭くなった高電圧パルス１０１ｂの印加に対し、放電負荷６で発生する電流値は高電圧パルス１０１ｂが印加された場合と同様であるが、アーク転移する前に電圧印加が終了する。したがって、アーク転移および局所放電を抑制することができる。
図１１の一例において、制御回路３は、高電圧パルス１０１ｂに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信しないが、１つ前のアーク検知信号１０４ａを考慮する制御により、次のパルスＯＮ信号１１１ｃ〜１１４ｃの少なくとも１つの持続時間をパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１４ｂの持続時間と同様に短縮して出力する。
パルスＯＮ信号１１１ｃ〜１１４ｃに基づいて出力された高電圧パルス１０１ｃに対して、制御回路３は、アーク検知信号１０４を受信せず、次のパルスＯＮ信号１１１ｄ〜１１４ｄの持続時間を当初のパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａの持続時間と同程度に戻して出力する。
パルスＯＮ信号１１１ｄ〜１１４ｄに基づいて出力された高電圧パルス１０１ｄに対して、制御回路３は、アーク検知信号１０４を受信せず、次のパルスＯＮ信号１１１ｅ〜１１４ｅの持続時間を当初のパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａの持続時間と同程度にして出力する。
図１１では、アーク転移を抑制すべく、パルスＯＮ信号１１１〜１１４全ての持続時間を同様に増減させていた。しかしながら、パルスＯＮ信号１１１〜１１４の持続時間それぞれを独立的に増減させてもよい。例えば、パルスＯＮ信号１１１の持続時間のみを増減させてもよい。このような構成を採用することによって、高電圧パルス１０１の時間幅を柔軟に増減させ、放電負荷６における局所放電の抑制程度を柔軟に変化させることが可能となる。
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１２のアーク抑制出力パターンでは、発生するパルスＯＮ信号１１１〜１１４の出力値を変化させていた図１０の実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンと異なり、パルスＯＮ信号１１１〜１１４のパルス間周期を変化させている。実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂと異なる構成を中心に、実施の形態４に係るパルス放電電源１を説明する。
制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａに基づく高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受けた場合、アーク検知信号１０４ａに応答して次のパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１４ｂのパルス間周期をパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａとパルスＯＮ信号１１１ａ〜１１４ａに先行するパルスＯＮ信号１１１ｚ〜１１４ｚとのパルス間周期よりも延長して出力する。
パルス間周期が延長されたパルスＯＮ信号１１１ｂ〜１１４ｂを受信した誘導重畳部２０は、高電圧パルス１０１ａまでのパルス繰返し周波数（パルス間間隔の逆数）が一時的に低下した高電圧パルス１０１ｂを発生して放電負荷６ａに印加する。
パルス間間隔が延長された高電圧パルス１０１ｂの印加に対し、放電負荷６ａで発生する電流値は高電圧パルス１０１ｂが印加された場合よりもアーク転移が生じにくくなる。アーク転移には、放電で形成されたイオンや活性種の密度や放電ガス温度の上昇が影響しており、パルス間間隔の延長により、温度や密度が減衰するため、アーク転移する確率が低下する。したがって、アーク転移および局所放電を抑制することができる。
さらに、アーク検知信号１０４を受信しない場合は、後続する高電圧パルスを１０１ｃに対しては、パルスＯＮ信号１１１〜１１４のパルス間間隔を高電圧パルス１０１ａ以前に回復させることで、通常の放電処理に戻す。
図１２ではパルス間周期は２段階、アーク検知信号１０４ａを受けた場合の延長対象となるパルスは後続する１パルスのみとなる例示を行ったが、連続するパルスにおいてアーク検知信号１０４ａを受けた場合に、パルス間周期を３段階以上で制御し周期をさらに延長する制御を行なってもよいし、延長対象となるパルスが後続する２つ以上の複数パルスにまたがる制御を行なってもよい。
実施の形態５．
図１３は、実施の形態５に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態５に係るパルス放電電源１ｃは、実施の形態１に係る図５で示したパルス放電電源１ａと異なり、電圧検出部４１と遅延回路５３と電圧比較器５４とが追加してある。実施の形態１に係るパルス放電電源１ａと異なる構成を中心に、実施の形態５に係るパルス放電電源１ｃを説明する。
電圧検出部４１は、パルス発生部２と水処理反応器（放電負荷）６ａとの間に接続してあり、電圧の検出を行う。また電圧検出部４１は、放電信号処理部５にも接続してある。具体的には、パルス発生部２と水処理反応器（放電負荷）６ａとの間に印加される電圧の検出を行い、検出結果に基づいて、電圧値を示す電圧モニタ信号１０８を放電信号処理部５へ出力する。電圧検出部４１は、例えば、高電圧プローブや接地との間に設けた高抵抗体と測定対象の抵抗体を直列に組み合わせた分圧の原理を応用した電圧検出回路、等である。
放電信号処理部５は、積分回路５１および比較器５２に加え、遅延回路５３と電圧比較器５４とを備える。電圧比較器５４は、判定基準電圧値を記憶しており、受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値と判定基準電圧値とを比較する。受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値が判定基準電圧値を超えた場合、電圧比較器５４は、積分準備指令１０５を積分回路５１に出力する。受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値が判定基準電圧値を超えた後に判定基準電圧値以下になった場合、電圧比較器５４は、積分準備指令１０５を遅延回路５３に出力する。
電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した積分回路５１は、これまでの積分処理をリセットする。電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した遅延回路５３は、積分開始指令１０７を発生し、所定の遅延時間経過後に積分開始指令１０７を積分回路５１に出力する。電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した後に遅延回路５３から積分開始指令１０７を受信した積分回路５１は、その後に受信した電流モニタ信号１０２に基づく積分処理を開始し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２へ出力する。
図１４は、実施の形態５に係る水処理反応器６ａに対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流及び電圧波形図である。高電圧パルス１０１が水処理反応器へ印加された場合、電圧検出部４１は、電圧モニタ信号１０８を放電信号処理部５の電圧比較器５４へ出力する。
図１４の一例では、電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値がｔＡのタイミングに判定基準電圧値を超え、その後ｔＢのタイミングに判定基準電圧値以下になっている。そのため、電圧比較器５４は、ｔＡのタイミングに積分準備指令１０５を積分回路５１に出力して積分回路５１の積分処理をリセットし、ｔＢのタイミングに積分準備指令１０５を遅延回路５３に出力して積分回路５１の積分処理を新たに開始させる。
リセット後に積分処理を新たに開始させた積分回路５１は、積分処理に基づいた積分出力１０３を比較器５２に出力する。比較器５２は、積分出力１０３とアーク転移判定基準値１０６とを比較し、比較結果に基づいたアーク検知信号１０４を制御回路３に出力する。上記のような構成によって、アーク転移との関係が小さい電流変化を除外した積分処理を行うことが可能となる。そのため、アーク転移発生の可能性の判断精度を高めることができる。
実施の形態６．
図１５は、実施の形態６に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態６に係るパルス放電電源１ｄは、実施の形態１に係る図５で示したパルス放電電源１ａと異なり、アークイベント加算部３１が追加してある。実施の形態１に係るパルス放電電源１ａと異なる構成を中心に、実施の形態６に係るパルス放電電源１ｄを説明する。
実施の形態６に係る制御回路３は、アークイベント加算部３１を備える。アークイベント加算部３１は、高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４が制御回路３に入力された回数をアークイベント数としてカウントする要素であり、例えばカウンタである。
アークイベント加算部３１は、アーク検知信号１０４が制御回路３に入力された場合、アークイベント数を加算し、加算したアークイベント数を所定のリセット動作を受けるまで保持する。アークイベント加算部３１が加算したアークイベント数は、図示しない液晶パネル等の表示器に表示する。このパルス放電電源１ｄでは、所定のアークイベント数を超えた場合にアークイベント数に基づいた警告を表示部に表示する。
アーク転移は、装置寿命を決定する電極の損耗量に大きく影響する事象である。そのため、表示部を備えることによって、電極交換のタイミングを知らせることができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ パルス放電電源、２、２ａ パルス発生部、３、３ａ 制御回路、４ 電流検出部、４ａ カレントトランス、５ 放電信号処理部、２０ 誘導重畳部、２１〜２４ パルス発生器、３１ アークイベント加算部、４１ 電圧検出部、５１ 積分回路、５２ 比較器、５３ 遅延回路、５４ 電圧比較器、６ 放電負荷、６ａ 水処理反応器（放電負荷）、１０１ 高電圧パルス、１０２ 電流モニタ信号、１０３ 積分出力、１０４ アーク検知信号、１０５ 積分準備指令、１０６ アーク転移判定基準値、１０７ 積分開始指令、１０８ 電圧モニタ信号、１１０〜１１４ パルスＯＮ信号、１２１〜１２４ 単段パルス(パルス発生器出力)。

Claims (14)

  1. パルス放電の対象となる放電負荷に電圧パルスを複数回出力して前記パルス放電を導くパルス放電電源において、
    第１の電圧パルスを出力し、前記第１の電圧パルスの後に第２の電圧パルスを出力するパルス発生部と、
    前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流の積分値に基づいて、前記第２の電圧パルスの出力を制御する制御回路と、
    を備えることを特徴とするパルス放電電源。
  2. 前記パルス発生部は、
    前記第１の電圧パルスに対する第１の単段パルスおよび前記第２の電圧パルスに対する第２の単段パルスを発生する第１のパルス発生器と、
    前記第１の電圧パルスに対する第３の単段パルスおよび前記第２の電圧パルスに対する第４の単段パルスを発生する第２のパルス発生器と、
    前記第１の単段パルスと前記第３の単段パルスとを重畳して前記第１の電圧パルスを発生し、前記第２の単段パルスと前記第４の単段パルスとを重畳して前記第２の電圧パルスを発生するパルス誘導重畳部とを備える
    ことを特徴とする請求項１に記載のパルス放電電源。
  3. 前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第２の単段パルスの電圧値を前記第１のパルスの電圧値よりも減少させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス放電電源。
  4. 前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第４の単段パルスの電圧値を前記第３のパルスの電圧値よりも減少させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項３に記載のパルス放電電源。
  5. 前記制御回路は、前記積分値のリセットを促す積分準備指令を出力し、
    前記積分準備指令を受信した前記積分器は、前記積分値をリセットした後に、前記第２の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流に関する他の積分値の算出を開始する
    ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のパルス放電電源。
  6. 前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる前記電流を検出する電流検出部と、
    前記積分準備指令を受信して前記他の積分値の算出を開始させる積分開始指令を発生する遅延回路とを備え、
    前記積分器は、前記積分準備指令を受信して前記積分値をリセットした後であって前記電流検出部が所定の時間検出を行った後に前記積分開始指令を受信し、前記他の積分値の算出を開始する
    ことを特徴とする請求項５に記載のパルス放電電源。
  7. 前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に生じる電圧波形を検出する電圧検出部を備え、
    前記積分器は、前記電圧波形の立ち上がりまたは立下がりにおいて前記放電負荷の電圧値が所定の電圧値となった場合に前記他の積分値の算出を開始させる
    ことを特徴とする請求項５または６に記載のパルス放電電源。
  8. 基準値を有し、前記基準値と前記積分値とを比較し、比較結果を出力する比較器を備え、
    前記制御回路は、前記積分値が前記基準値を超えることを前記比較結果が示す場合に前記第２の電圧パルスの出力を制御する
    ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  9. 前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第２の単段パルスの持続時間を前記第１のパルスの持続時間よりも減少させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス放電電源。
  10. 前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第４の単段パルスの持続時間を前記第３のパルスの持続時間よりも減少させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項９に記載のパルス放電電源。
  11. 前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第１および３の単段パルスと前記第２および４の単段パルスとのパルス間周期を前記第１および３以前のパルスのパルス間周期よりも延長させる制御を行う
    ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  12. 複数回出力される前記電圧パルスに対して前記制御回路が出力制御を行った回数をカウントするカウント部と、
    前記カウント部がカウントした回数に基づいた表示を行う表示部と、を備える
    ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  13. 前記パルス発生部は、電気的な導通により電圧重畳を行うマルクス回路である
    ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  14. パルス放電の対象となる放電負荷にパルス放電電源から電圧パルスを複数回出力して前記パルス放電を発生させるパルス放電発生方法において、
    前記パルス放電電源から前記放電負荷へ第１の電圧パルスを出力するステップと、
    前記第１の電圧パルスの後に、前記パルス放電電源から前記放電負荷へ第２の電圧パルスを出力するステップと、
    前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流の積分値を算出するステップと、
    前記積分値に基づいて、前記第２の電圧パルスの出力を制御するステップと、を備える ことを特徴とするパルス放電発生方法。
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