JP6255590B2

JP6255590B2 - プラズマガス生成装置

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Publication number: JP6255590B2
Application number: JP2013551734A
Authority: JP
Inventors: 池田　裕二; 裕二池田
Original assignee: Imagineering Inc
Current assignee: Imagineering Inc
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2018-01-10
Anticipated expiration: 2032-12-26
Also published as: JPWO2013099934A1; EP2804447A1; EP2804447A4; US20150010439A1; WO2013099934A1; US9358519B2

Description

本発明は、プラズマガスを生成するプラズマガス生成装置に関するものである。

従来から、プラズマを生成させるプラズマ生成部と、プラズマ生成部が生成したプラズマを希釈する希釈ガスを供給する希釈ガス供給手段と、プラズマを希釈ガスで希釈することにより得られたプラズマガスを噴出させる噴出口とを備えたプラズマ生成装置が知られている。特許文献１には、この種のプラズマ生成装置が記載されている。

特開平１１−６７１１４号公報

ところで、この種のプラズマ生成装置では、プラズマガスを拡大したり、プラズマガスの活性を上げるなどプラズマガスの特性を変更、制御するには、電源からプラズマ生成部へ投入する電力を制御する必要があった。

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、電源からプラズマ生成部へ投入する電力を制御することなく、プラズマガスの特性を変更、制御してプラズマガスを拡大したり、プラズマガスの活性を上げることにある。

第１の発明は、プラズマ発生用ガスとして、アルゴン、ヘリウム、ネオンの少なくとも一つが貯蔵されるプラズマ生成用ガスボンベと、前記プラズマ生成用ガスボンベから供給されるプラズマ発生用ガスに高周波を作用させることでプラズマを生成させるプラズマ生成部と、前記プラズマ生成部が生成した前記プラズマを希釈する希釈ガスを供給する希釈ガス供給手段と、前記プラズマを前記希釈ガスで希釈することにより得られたプラズマガスを噴出させる噴出口とを備えたプラズマ生成装置において、前記プラズマが生成する領域と前記プラズマガスが通過する領域との少なくとも一方に、アンテナから電磁波を照射する電磁波発生装置を備えたことを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第１の発明では、プラズマが生成する領域とプラズマガスが通過する領域との少なくとも一方にアンテナから電磁波を照射することにより、噴出口から噴出させるプラズマガスの特性を変更することができる。

第２の発明は、第１の発明において、前記噴出口は、スリット状に形成されていることを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第３の発明は、第２の発明において、
スリット状の前記噴出口に沿って強電場を移動させることを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第４の発明は、第３の発明において、スリット状の前記噴出口に沿って前記電磁波発生器の前記アンテナを移動させるアンテナ駆動手段を備え、前記アンテナ駆動手段は、前記アンテナを移動させるのにともない、前記強電場を噴出口に沿って移動させることを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第４の発明では、拡大したプラズマガスをスリット状の噴出口に沿って次々に発生させて、プラズマガスが接触可能な領域を拡大することができる。

第５の発明は、第１または第２の発明において、前記電磁波発生装置は、高周波を伝送する伝送路と、高周波を電磁波として空間に放射する複数のアンテナとを備え、前記伝送路は、本線と、本線から枝分かれする複数の支線と、複数の支線と本線との間に設けられ、本線から各支線への高周波をオンオフする分配器とを備えていることを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第５の発明では、支線を切り替えてプラズマを移動させる。

第６の発明は、第１または第２の発明において、前記電磁波発生装置は、前記アンテナから放出する電磁波の周波数を、複数の所定の周波数に変更可能な周波数変更手段を備え、前記アンテナは、本線と、本線から枝分かれする複数の支線を備え、前記周波数変更手段により電磁波の周波数を所定の周波数に変更することにより、特定の前記支線において、所定の周波数に対応して電磁波の振幅が大きくなるように、前記支線の長さが設定されていることを特徴とするプラズマガス生成装置である。

第７の発明は、第１の発明において、前記噴出口は、チューブの端部開口として形成されていることを特徴とするプラズマ生成装置である。

本発明では、プラズマが生成する領域とプラズマガスが通過する領域との少なくとも一方にアンテナから電磁波を照射することにより、噴出口から噴出させるプラズマガスの特性を変更することができる。

第５の発明では、支線を切り替えてプラズマを移動させることができる。

実施形態１に係るプラズマ生成装置の概略構成図である。実施形態２に係るプラズマ生成装置の概略構成図である。実施形態３に係るプラズマ生成装置の概略構成図である。実施形態４に係るプラズマ生成装置の概略構成図である。実施形態１を適用した排ガス処理装置の概略構成図である。実施形態１を適用した静電気防止装置の概略構成図である。

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。
《実施形態１》

実施形態１において、プラズマ生成装置１０は、図１に示すように、プラズマ生成部１と、プラズマ生成用電源２と、プラズマ生成用ガスボンベ３と、空気ブロワ４（希釈ガス供給手段）と、電磁波発生装置５と、電磁波発生用電源６とを備えている。

プラズマ生成部１は、高周波によりプラズマを発生させるスパーク放電器、コロナ放電器、誘電体バリア放電器、ICP装置などで構成される。

プラズマ生成部１は、プラズマ生成用の高周波を発生させるために、プラズマ生成部用電源から電力を得て高周波を発生させる半導体発信器を備えている。

プラズマ生成用ガスボンベ３は、プラズマ生成部１においてプラズマ化するためのプラズマ発生用ガスをプラズマ生成部１に供給するためのボンベである。

プラズマ生成用ガスボンベ３には、プラズマ発生用ガスとして、アルゴン、ヘリウム、ネオンの少なくとも１つが貯蔵される。

空気ブロワ４（希釈ガス供給手段）は、生成したプラズマを希釈してプラズマガスＰＧを得るための空気をプラズマ生成部１に供給するための昇圧装置である。

プラズマ生成部１で生成したプラズマは空気に希釈されてプラズマガスＰＧを形成する。

プラズマガスＰＧは、直方体に形成されたプラズマ生成部１の側面に設けられた噴出口７から噴出される。

噴出口７は、実施形態１では、スリット状に形成されている。

電磁波発生装置５は、プラズマ生成部１で生成したプラズマガスＰＧにマイクロ波を照射して、電磁波発生用電源６から電力を得てマイクロ波を発生させる半導体発信器を備えている。

電磁波発生装置５は、また、半導体発信器からの高周波を伝送する伝送路８と、電磁波として空間に放射する複数のアンテナ９とを備えている。

伝送路８は、本線８ａと、本線８ａから枝分かれする複数の支線８ｂと、複数の支線８ｂと本線８ａとの間に設けられ、本線８ａから各支線８ｂへの高周波をオンオフする分配器８ｃとを備えている。

複数のアンテナ９は、各支線８ｂの先端にそれぞれ取り付けられている。
−プラズマ生成装置１の動作−

プラズマ生成装置１０の動作について説明する。プラズマ生成装置１０において、プラズマ生成部１は、UHF帯の高周波によりプラズマを生成させる。

電磁波発生装置５は、プラズマガスＰＧが通過する領域として、噴出口７から噴出するプラズマガスＰＧの基部に、アンテナ９からマイクロ波を照射し、プラズマガスＰＧを拡大する。

また、分配器８ｃにより、支線８ｂを切り替えて拡大したプラズマガスＰＧをスリットに沿って順次、移動させる。
−実施形態１の効果−

実施形態１では、プラズマガスＰＧが通過する領域にアンテナ９からマイクロ波を照射することにより、噴出口７から噴出させるプラズマガスＰＧを拡大したり、プラズマガスＰＧの活性を上げるなど、プラズマガスＰＧの特性を変更することができる。
プラズマ生成部１は、UHF帯の高周波によりプラズマを生成させるので、低温の安定したプラズマガスＰＧを噴出させることができる。

プラズマ生成部１は、プラズマ発生用ガスの空気、アルゴン、ヘリウム、ネオンの少なくとも１つをプラズマ化するので、拡大したプラズマを得やすい。

また、実施形態１では、分配器８ｃにより、支線８ｂを切り替えて拡大したプラズマガスＰＧをスリットに沿って移動させるので、拡大したプラズマガスＰＧと接触する範囲を広くすることができる。
《実施形態２》

実施形態２では、図２に示すように、アンテナ９は、アンテナ駆動手段１１に搭載され、アンテナ９の先端が本体の外側において、噴出口７の近傍に臨むように設けられている。

アンテナ駆動手段１１は、スリット状の噴出口７に沿って電磁波発生器のアンテナ９を移動させる。

これにより、拡大したプラズマガスＰＧをスリット状の噴出口７に沿って次々に発生させて、拡大したプラズマガスＰＧが接触可能な範囲を広くすることができる。
《実施形態３》

実施形態３では、図３に示すように、電磁波発生装置５は、アンテナ１３から放出するマイクロ波の周波数を、複数の所定の周波数に変更可能な周波数変更手段１２を備えている。

また、アンテナ１３は、本線１３ａと、本線１３ａから枝分かれする複数の支線１３ｂを備えている。

支線１３ｂは、特定の支線１３ｂにおいて所定の周波数に対応してマイクロ波の振幅が大きくなるように、支線１３ｂの長さが設定されている。

そのため、周波数変更手段１２によりマイクロ波の周波数を所定の周波数に変更することにより、特定の支線１３ｂにおいて、所定の周波数に対応してマイクロ波の振幅を大きくすることができる。

そして、マイクロ波の振幅を大きくすることができれば、特定の支線１３ｂにおいて、プラズマガスＰＧを拡大することができる。

このように、拡大したプラズマガスＰＧをスリット状の噴出口７に沿って次々に発生させることにより、プラズマガスＰＧを移動させ、プラズマガスＰＧが接触可能な領域を拡大することができる。
《実施形態４》

実施形態４では、図４に示すように、噴出口７は、チューブ１４の端部開口として形成されている。

また、希釈ガスはボンベ４ａから供給される。

また、電磁波発生装置５は、プラズマが生成した後のプラズマガスＰＧが通過する領域に、アンテナ９からマイクロ波を照射するように構成されている。

そして、プラズマガスＰＧが通過する領域にアンテナ９からマイクロ波を照射することにより、噴出口７から噴出させるプラズマガスＰＧの特性を変更する。

その他の構成は、実施形態１と同じである。
《実施形態５》

実施形態１−４のプラズマ生成装置１０は、様々な用途に用いることができる。例えば、実施形態５は、図５に示すように、実施形態１のプラズマ生成装置１０を排ガス処理装置２０に適用した例である。

この排ガス処理装置２０においては、実施形態１のプラズマ生成装置１０が複数台排ガスＧのダクト２１に設置され、プラズマガスＰＧが生成している領域に排ガスＧが通過するように構成されている。

この排ガス処理装置２０においては、プラズマ生成装置１０から噴出するプラズマガスＰＧにより、排ガスＧ中の有害物質が無害化される。

また、噴出するプラズマガスＰＧにより、排ガスＧ中に含まれる不純物が灰化される。

そして、実施形態５の排ガス処理装置２０によれば、拡大したプラズマガスＰＧをスリット状の噴出口７に沿って次々に発生させることにより、プラズマガスＰＧを移動させ、プラズマガスＰＧの接触時間、接触体積、接触可能な領域を拡大することができる。
《その他の実施形態》

実施形態１−５のプラズマ生成装置１０は、また、噴出するプラズマガスＰＧにより、対象物、例えばエンジン内の汚れなどを炭化、灰化してブローオフすることに用いることが可能である。

また、噴出するプラズマガスＰＧにより、生体の止血に用いることが可能である。

また、プラズマ生成部１において、窒素原子を含むガスと、酸素原子を含むガスとをプラズマ化すると、噴出するプラズマガスＰＧにNOもしくはNOラジカルを発生させることができる。その場合、NOもしくはNOラジカルにより、プラズマガスＰＧが噴出される空間や対象物を除菌することができる。

さらに、NOもしくはNOラジカルにより、対象物が生体皮膚の場合、傷の治癒を促進したり、美容効果を高めたりすることができる。
《ミスト生成装置３０への適用例》

実施形態１−５のプラズマ生成装置１０は、ミストの特性を変更することにも適用可能である。

例えば、図６は、実施形態１のプラズマ生成装置１０をミスト生成装置３０に適用し、た例である。

ミスト生成装置３０は、それぞれ圧力により液滴を射出する少なくとも２つのノズル３１と実施形態１のプラズマ生成装置１０とを備えている。

ノズル３１は、ノズル３１から射出された液滴同士を衝突させるように配置されている。そのため、粒子径の小さいミストを発生させることができる。

また、プラズマ生成装置１０は、ノズル３１から射出された液滴同士が衝突する領域に、プラズマガスを生成するように構成されている。

そして、プラズマガスの生成する領域に、電磁波発生装置５のアンテナ９からマイクロ波を照射することにより、ミストの粒子径等の特性をより多様に変更することができるように構成されている。

このように、液滴同士を衝突させている領域にプラズマを生成させることにより、表面張力等の特性を変化させ、ミストの粒子径等の特性をコントロールできる。

また、特に、粒子径を小さくして、液滴の表面張力を大きくすることにより、衣服や物に付着してこれらを濡らすようなことがないドライミストを作ることができる。

また、空気中の電荷をこのミスト粒子に補足させて空気中の静電気の帯電を防止することができる。
《静電気防止装置への適用例》

図６は、また、ミスト生成装置３０を静電気防止装置４０として用いることを示している。

静電気防止装置４０は、ミスト生成装置３０と、電極４１と、排気手段４２とを備えている。

また、液滴は、蒸発性の低い液体で構成されている。

電極４１は、空気中の電荷を補足したミスト粒子に対して電気的な引力を発生させる。

排気手段４２は、電極４１の周辺に集められた空気中の電荷を補足したミスト粒子を排気する。

このように、空気中の電荷を補足したミスト粒子を電極４１側に集めることにより、空気中から静電気を除去することができる。そのため、空気中の静電気の帯電を防止することができる。

特に、液滴を蒸発性の低い液体で構成しているので、液滴が、蒸発しきるまでの時間が長い。そのため、空気中の静電気除去の効果が高い。

以上説明したように、本発明は、プラズマを生成するプラズマ生成装置について有用である。

１プラズマ生成部
４希釈ガス供給手段
５電磁波発生装置
８伝送路
８ａ本線
８ｂ支線
８ｃ分配器
９アンテナ
１０プラズマ生成装置
１１アンテナ駆動手段
１２周波数変更手段

Claims

プラズマ発生用ガスとして、アルゴン、ヘリウム、ネオンの少なくとも一つが貯蔵されるプラズマ生成用ガスボンベと、
前記プラズマ生成用ガスボンベからプラズマ発生用ガスを供給し、高周波によってプラズマを生成させるプラズマ生成部と、
前記プラズマ生成部が生成した前記プラズマを希釈する希釈ガスを供給する希釈ガス供給手段と、
前記プラズマを前記希釈ガスで希釈することにより得られたプラズマガスを噴出させる噴出口とを備えたプラズマガス生成装置において、
前記噴出口から噴出されるプラズマガスに、本線と、該本線から枝分かれする複数の支線を備えたアンテナから電磁波を照射し、該アンテナから放出する電磁波の周波数を複数の所定の周波数に変更可能な周波数変更手段を有する電磁波発生装置を備え、
前記複数の支線のうち特定の支線の長さが、前記周波数変更手段により変更された所定の周波数に対応して電磁波の振幅が大きくなるような長さに設定されることを特徴とするプラズマガス生成装置。
請求項１において、
前記噴出口は、チューブの端部開口として形成されていることを特徴とするプラズマ生成装置。