JPWO2012120928A1 - リアクタ構造及びプラズマ処理装置 - Google Patents
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Abstract
パルス電圧の波形が乱れにくくなるリアクタ構造を提供する。流路形成物、トランス、陽極棒、陰極板、陽極側の給電経路及び陰極側の給電経路が筐体に形成された収容空間に収容される。陽極棒の延在方向と陰極板の延在方向とは非平行である。陽極棒及び陰極板は流路を横断する。陽極棒と陰極板とは流路の延在方向に離れる。トランスの２次側巻線の負出力端から陰極板の給電端までの距離は、２次側巻線の正出力端から陽極の給電端までの距離より長い。陽極側の給電経路は陽極棒の給電端と２次側巻線の正出力端とを電気的に接続する。陰極側の給電経路は陰極板の給電端と２次側巻線の負出力端とを電気的に接続する。陰極側の給電経路の経路長は陽極側の給電経路の経路長より長い。筐体は、導電体からなり、陰極側の給電経路に電気的に接続される。陽極側の給電経路に筐体が電気的に接続され、距離及び経路長の関係が反転されてもよい。
Description
本発明は、リアクタ構造及びプラズマ処理装置に関する。
特許文献１のプラズマ処理装置においては、構造物に形成された流路に陽極及び陰極が設けられる。陽極及び陰極は、それぞれ、トランスの２次側巻線の第１の出力端及び第２の出力端に電気的に接続される。陽極と陰極との間にはパルス電圧が印加され、陽極から陰極までの区間において放電が発生し、流路の中でプラズマが生成し、流路を流れるガスがプラズマにより活性化される。
プラズマ処理装置のリアクタには高電圧のパルス電圧が印加される。したがって、安全性の確保、ノイズの拡散の防止等のために、望ましくは、導電体からなる筐体にリアクタの構成物が収容される。
しかし、導電体からなる筐体にリアクタの構成物が収容される場合は、電極、給電経路等と筐体との間に浮遊容量が生じ、陽極と陰極との間に印加されるパルス電圧の波形が乱れやすい。
本発明は、この問題を解決するためになされる。本発明の目的は、パルス電圧の波形が乱れにくくなるプラズマ処理装置のリアクタ構造及びプラズマ処理装置を提供することである。
本発明の第１から第３までの局面は、プラズマ処理装置のリアクタ構造に向けられる。
（１）本発明の第１の局面においては、構造物、トランス、第１の電極、第２の電極、第１の給電経路、第２の給電経路及び筐体が設けられる。
構造物には流路が形成される。
トランスは１次側巻線及び２次側巻線を備える。２次側巻線は第１の出力端及び第２の出力端を有する。
第１の電極は第１の給電端を有する。第２の電極は第２の給電端を有する。第２の出力端から第２の給電端までの距離は、第１の出力端から第１の給電端までの距離より長い。
第１の電極の延在方向と第２の電極の延在方向とは非平行である。第１の電極及び第２の電極は流路を横断する。第１の電極と第２の電極とは流路の延在方向に離れる。
第１の給電経路は、第１の給電端と第１の出力端とを電気的に接続する。第２の給電経路は、第２の給電端と第２の出力端とを電気的に接続する。第２の給電経路の経路長は第１の給電経路の経路長より長い。
筐体には収容空間が形成される。構造物、トランス、第１の電極、第２の電極、第１の給電経路及び第２の給電経路は、収容空間に収容される。筐体は、導電体からなり、第２の給電経路に電気的に接続される。
（２）本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、収容空間に接する筐体の内面から第２の給電端までの距離が当該内面から第１の給電端までの距離より短い。
（３）本発明の第３の局面は、本発明の第１又は第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、２個以上の第１の電極が平行に配列され、２個以上の第２の電極が並列に配列される。第１の給電経路は、第１の集電体及び第１の配線を備える。第１の集電体の第１の結合面には第１の電極が結合される。第１の配線は、第１の出力端及び第１の集電体に結合される。第２の給電経路は、第２の集電体及び第２の配線を備える。第２の集電体の第２の結合面には第２の電極が結合される。第２の配線は、第２の出力端及び第２の集電体に結合される。
本発明の第４の局面は、本発明の第１の局面のリアクタ構造に回路が付加されたプラズマ処理装置に向けられる。
（４）本発明の第４の局面においては、本発明の第１の局面のリアクタ構造に加えて、導通経路、インダクタ、スイッチ回路及び伝送線路が設けられる。１次側巻線は、第１の入力端及び第２の入力端を有する。
導通経路は、第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由し、第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る。
インダクタは、導通経路の第１の分岐から第２の分岐までの間の区間に挿入される。スイッチ回路は、導通経路の当該区間以外に挿入される。スイッチ回路は、導通経路を電気的に開閉する。
伝送線路は、第１の伝送線及び第２の伝送線を備える。第１の伝送線は、第１の分岐と第１の入力端とを電気的に接続する。第２の伝送線は、第２の分岐と第２の入力端とを電気的に接続する。
本発明によれば、相対的に長い第２の給電経路と筐体とが同電位になり、浮遊容量の影響が減少し、第１の電極と第２の電極との間に印加されるパルス電圧の波形が乱れにくくなる。
本発明の第２の局面によれば、第１の給電経路と筐体との間の浮遊容量が減少し、第１の電極と第２の電極との間に印加されるパルス電圧の波形が乱れにくくなる。
本発明の第３の局面によれば、プラズマが生成する領域が広がり、ガスが効率的に活性化される。
これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の本発明の詳細な説明によってより明白となる。
（プラズマ処理装置の概略）
図１の模式図は、プラズマ処理装置の望ましい実施形態を示す斜視図である。
図１の模式図は、プラズマ処理装置の望ましい実施形態を示す斜視図である。
図１に示すように、プラズマ処理装置１０００は、リアクタ１００２、パルス発生器本体１００４及び同軸ケーブル１００６を備える。リアクタ１００２の内部には流路１００８がある。リアクタ１００２の表面には吸気口１０１０及び排気口１０１２が開口する。流路１００８は、吸気口１０１０から排気口１０１２へ向かって延在する。
吸気口１０１０から排気口１０１２へ流路１００８を経由してガスが流れている状態においてパルス発生器本体１００４がパルス電圧を発生させると、同軸ケーブル１００６によりパルス発生器本体１００４からリアクタ１００２へパルス電圧が伝送され、流路１００８の中で放電が発生する。流路１００８の中で放電が発生すると、流路１００８の中でプラズマが生成し、流路１００８を流れるガスがプラズマで活性化される。ガスの活性化は、化学種をより高いエネルギー準位へ励起すること、イオンを生成すること、ラジカルを生成すること等のガスの反応性を向上する処理である。流路１００８の中で発生する放電は、望ましくは、ストリーマ放電である。
（リアクタの構造の概略）
図２及び図３の模式図は、リアクタの断面を示す。図４の模式図は、陽極及び陰極の斜視図である。
図２及び図３の模式図は、リアクタの断面を示す。図４の模式図は、陽極及び陰極の斜視図である。
図２から図４までに示すように、リアクタ１００２は、流路形成物１１００、トランス室形成物１１０２、陽極１１０４、陰極１１０６、陽極側の給電経路１１０８、陰極側の給電経路１１１０、トランス１１１２、トランス保持体１１１４、正極の接続端子１１１６、負極の接続端子１１１８、吸気配管の取り付け座１１２０、排気配管の取り付け座１１２２及び筐体１１２４を備える。
陽極１１０４は陽極棒アレイ１１２６を備える。陽極棒アレイ１１２６においては陽極棒１１２８が配列される。陰極１１０６は第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２を備える。第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２においては陰極板１１３４が配列される。トランス１１１２は１次側巻線１１３６及び２次側巻線１１３８を備える。
２次側巻線１１３８の正出力端１１４２と陽極棒１１２８の給電端１１４０とは陽極側の給電経路１１０８により電気的に接続される。２次側巻線１１３８の負出力端１１４６と陰極板１１３４の給電端１１４４とは陰極側の給電経路１１１０により電気的に接続される。１次側巻線１１３６の正入力端１１４８は正極の接続端子１１１６に電気的に接続される。１次側巻線１１３６の負入力端１１５０は負極の接続端子１１１８に電気的に接続される。正極の接続端子１１１６と負極の接続端子１１１８との間にパルス電圧が印加されると、パルス電圧がトランス１１１２により昇圧され、陽極１１０４と陰極１１０６との間に昇圧されたパルス電圧が印加される。陽極１１０４と陰極１１０６との間に昇圧されたパルス電圧が印加されると、流路１００８の中で陽極１１０４と陰極１１０６との間に放電が発生し、流路１００８の中でプラズマが生成し、流路１００８を流れるガスが活性化される。
流路形成物１１００、トランス室形成物１１０２、陽極１１０４、陰極１１０６、陽極側の給電経路１１０８、陰極側の給電経路１１１０、トランス１１１２及びトランス保持体１１１４は、筐体１１２４に形成された収容空間１１５２に収容される。筐体１１２４の内面１１５４は、収容空間１１５２に接し、収容空間１１５２を規定する。
陽極棒１１２８の給電端１１４０から２次側巻線１１３８の正出力端１１４２までの距離Ｄ１が陰極板１１３４の給電端１１４４から２次側巻線１１３８の負出力端１１４６までの距離Ｄ２よりも短くなるようにトランス１１１２、陽極棒１１２８及び陰極板１１３４は配置される。また、陽極側の給電経路１１０８の経路長Ｌ１は陰極側の給電経路１１１０の経路長Ｌ２より短くされる。さらに、陰極側の給電経路１１１０は筐体１１２４に電気的に接続され、望ましくは接地される。これにより、相対的に長い陰極側の給電経路１１１０と筐体１１２４とが同電位になり、浮遊容量の影響が減少し、陽極１１０４と陰極１１０６との間に印加されるパルス電圧の波形が乱れにくくなる。
距離Ｄ１は、陽極棒１１２８の給電端１１４０の表面から２次側巻線１１３８の正出力端１１４２の表面までの最短の直線距離として定義される。２本以上の陽極棒１１２８が存在する場合は、２本以上の陽極棒１１２８の各々についての最短の直線距離の平均値が距離Ｄ１とみなされる。
距離Ｄ２は、陰極板１１３４の給電端１１４４の表面から２次側巻線１１３８の負出力端１１４６の表面までの最短の直線距離として定義される。２枚以上の陰極板１１３４が存在する場合は、２枚以上の陰極板１１３４の各々についての最短の直線距離の平均値が距離Ｄ２とみなされる。
経路長Ｌ１は、陽極棒１１２８の給電端１１４０の表面から２次側巻線１１３８の正出力端１１４２の表面まで陽極側の給電経路１１０８の内部を経由して到達するのに必要な最短の長さである。２本以上の陽極棒１１２８が存在する場合は、２本以上の陽極棒１１２８の各々についての最短の長さの平均値が経路長Ｌ１とみなされる。
経路長Ｌ２は、陰極板１１３４の給電端１１４４の表面から２次側巻線１１３８の負出力端１１４６の表面まで陰極側の給電経路１１１０の内部を経由して到達するのに必要な最短の長さである。２枚以上の陰極板１１３４が存在する場合は、２枚以上の陰極板１１３４の各々についての最短の長さの平均値が経路長Ｌ２とみなされる。
陰極側の給電経路１１１０に代えて陽極側の給電経路１１０８が筐体１１２４に電気的に接続されてもよい。この場合は、距離Ｄ２が距離Ｄ１よりも短くなるようにトランス１１１２、陽極棒１１２８及び陰極板１１３４が配置される。また、経路長Ｌ２は経路長Ｌ１より短くされる。
筐体１１２４の内面１１５４から陽極棒１１２８の給電端１１４０までの距離Ｄ３が筐体１１２４の内面１１５４から陰極板１１３４の給電端１１４４までの距離Ｄ４より長くなるように陽極棒１１２８及び陰極板１１３４は配置される。これにより、陽極側の給電経路１１０８と筐体１１２４との間の浮遊容量が減少し、陽極１１０４と陰極１１０６との間に印加されるパルス電圧の波形が乱れにくくなる。
距離Ｄ３は、筐体１１２４の内面１１５４から陽極棒１１２８の給電端１１４０の表面までの最短の直線距離である。２本以上の陽極棒１１２８が存在する場合は、２本以上の陽極棒１１２８の各々についての最短の直線距離の平均値が距離Ｄ３とみなされる。
距離Ｄ４は、筐体１１２４の内面１１５４から陰極板１１３４の給電端１１４４の表面までの最短の直線距離である。２本以上の陰極板１１３４が存在する場合は、２本以上の陰極板１１３４の各々についての最短の直線距離の平均値が距離Ｄ４とみなされる。
陰極側の給電経路１１１０に代えて陽極側の給電経路１１０８が筐体１１２４に電気的に接続される場合は、距離Ｄ４が距離Ｄ３より長くなるように陽極棒１１２８及び陰極板１１３４が配置される。
（陽極棒アレイの構造）
陽極棒アレイ１１２６においては、２本以上の陽極棒１１２８が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、ガスが効率的に改質される。陽極棒１１２８の配列数は必要に応じて増減される。陽極棒アレイ１１２６が１本の陽極棒１１２８に置き換えられてもよい。
陽極棒アレイ１１２６においては、２本以上の陽極棒１１２８が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、ガスが効率的に改質される。陽極棒１１２８の配列数は必要に応じて増減される。陽極棒アレイ１１２６が１本の陽極棒１１２８に置き換えられてもよい。
２本以上の陽極棒１１２８は、疎らに配列される。陽極棒１１２８の配列が「疎ら」であるとは、２本以上の陽極棒１１２８の各々が相互に接触せず、第１の陽極棒１１２８と第１の陽極棒１１２８に隣接する第２の陽極棒１１２８との間に間隙が存在することである。これにより、ガスが間隙を通過し、プラズマが生成する領域の近くをガスが流れ、ガスが効率的に活性化される。
２本以上の陽極棒１１２８は、望ましくは、平行に等間隔で配列される。これにより、間隙が流路１００８の断面に均一に分布し、ガスが流路１００８を均一に流れ、放電が均一に発生する。これらのことは、ガスの効率的な活性化に寄与する。
（陽極棒の配置）
陽極棒１１２８は、流路１００８を横断する。流路１００８の「横断」とは、流路１００８の内面の第１の位置から出て流路１００８を通り流路１００８の内面の第２の位置へ入ることである。これにより、陽極棒１１２８の損傷しやすい両端は、流路１００８の外部に位置し、陰極１１０６と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陽極棒１１２８の損傷を抑制することに寄与する。また、陽極棒１１２８の給電端１１４０が流路１００８の外部に位置し、陽極棒１１２８への給電が容易になる。
陽極棒１１２８は、流路１００８を横断する。流路１００８の「横断」とは、流路１００８の内面の第１の位置から出て流路１００８を通り流路１００８の内面の第２の位置へ入ることである。これにより、陽極棒１１２８の損傷しやすい両端は、流路１００８の外部に位置し、陰極１１０６と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陽極棒１１２８の損傷を抑制することに寄与する。また、陽極棒１１２８の給電端１１４０が流路１００８の外部に位置し、陽極棒１１２８への給電が容易になる。
（陽極棒の構造）
陽極棒１１２８は、導電体棒１１５６及び絶縁体膜１１５８を備える。陽極棒１１２８の一端の近傍以外においては、導電体棒１１５６の表面は絶縁体膜１１５８で被覆される。陽極棒１１２８の一端の近傍においては、導電体棒１１５６の表面は絶縁体膜１１５８で被覆されず、導電体棒１１５６の表面は露出する。陽極棒１１２８のうち導電体棒１１５６の表面が露出している部分は陽極棒１１２８の給電端１１４０となる。これにより、流路１００８の中において導電体棒１１５６の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、ガスが効率的に活性化される。
陽極棒１１２８は、導電体棒１１５６及び絶縁体膜１１５８を備える。陽極棒１１２８の一端の近傍以外においては、導電体棒１１５６の表面は絶縁体膜１１５８で被覆される。陽極棒１１２８の一端の近傍においては、導電体棒１１５６の表面は絶縁体膜１１５８で被覆されず、導電体棒１１５６の表面は露出する。陽極棒１１２８のうち導電体棒１１５６の表面が露出している部分は陽極棒１１２８の給電端１１４０となる。これにより、流路１００８の中において導電体棒１１５６の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、ガスが効率的に活性化される。
（陽極と２次側巻線の正出力端との接続）
陽極側の給電経路１１０８は、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２を備える。陽極側の給電経路１１０８が、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２以外の構成物を備えてもよい。陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２が一体物であってもよく、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２の両方又は片方が多体物であってもよい。
陽極側の給電経路１１０８は、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２を備える。陽極側の給電経路１１０８が、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２以外の構成物を備えてもよい。陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２が一体物であってもよく、陽極集電体１１６０及び陽極配線１１６２の両方又は片方が多体物であってもよい。
陽極棒１１２８の給電端１１４０は陽極集電体１１６０に結合される。これにより、陽極棒１１２８と陽極集電体１１６０とが電気的に接続される。陽極集電体１１６０は平板形状を有する。陽極集電体１１６０の陽極棒結合面１１６４には陽極棒結合孔１１６６が形成される。陽極棒結合孔１１６６の形状は陽極棒１１２８の給電端１１４０の形状に適合する。陽極集電体１１６０の陽極棒結合面１１６４は陽極棒１１２８の延在方向に垂直をなす。陽極棒１１２８の給電端１１４０は陽極集電体１１６０の陽極棒結合孔１１６６に挿入される。
陽極配線１１６２の一端は陽極集電体１１６０に結合され、陽極配線１１６２の他端は２次側巻線１１３８の正出力端１１４２に結合される。これにより、陽極配線１１６２と陽極集電体１１６０とが電気的に接続され、陽極配線１１６２と２次側巻線１１３８の正出力端１１４２とが電気的に接続される。
（陰極板アレイの構造）
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の各々においては、２枚以上の陰極板１１３４が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、ガスが効率的に改質される。陰極板１１３４の配列数は必要に応じて増減される。第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の両方又は片方が１本の陰極板１１３４に置き換えられてもよい。
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の各々においては、２枚以上の陰極板１１３４が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、ガスが効率的に改質される。陰極板１１３４の配列数は必要に応じて増減される。第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の両方又は片方が１本の陰極板１１３４に置き換えられてもよい。
２枚以上の陰極板１１３４は、疎らに配列される。陰極板１１３４の配列が「疎ら」であるとは、２枚以上の陰極板１１３４の各々が相互に接触せず、第１の陰極板１１３４と第１の陰極板１１３４に隣接する第２の陰極板１１３４との間に間隙が存在することである。これにより、ガスが間隙を通過し、プラズマが生成する領域の近くをガスが流れ、ガスが効率的に改質される。
２枚以上の陰極板１１３４は、望ましくは、平行に等間隔で配列される。これにより、間隙が流路１００８の断面に均一に分布し、ガスが流路１００８を均一に流れ、放電が均一に発生する。これらのことは、ガスの効率的な改質に寄与する。
陰極板１１３４の主面は、流路１００８の延在方向と平行をなす。これにより、ガスの流れが陰極板１１３４に妨げられず、ガスが流路１００８を均一に流れ、放電が均一に発生する。流路１００８の延在方向は、吸気口１０１０から排気口１０１２へ向かう方向であり、ガスが流れる方向である。
（陰極板の配置）
陰極板１１３４は、流路１００８を横断する。これにより、陰極板１１３４の損傷しやすい両端は、流路１００８の外部に位置し、陽極１１０４と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陰極板１１３４の損傷を抑制することに寄与する。また、陰極板１１３４の給電端１１４４が流路１００８の外部に位置し、陰極板１１３４への給電が容易になる。
陰極板１１３４は、流路１００８を横断する。これにより、陰極板１１３４の損傷しやすい両端は、流路１００８の外部に位置し、陽極１１０４と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陰極板１１３４の損傷を抑制することに寄与する。また、陰極板１１３４の給電端１１４４が流路１００８の外部に位置し、陰極板１１３４への給電が容易になる。
（陰極板の構造）
陰極板１１３４は、導電体板１１６８及び絶縁体膜１１７０を備える。陰極板１１３４の一端の近傍以外においては、導電体板１１６８の表面は絶縁体膜１１７０で被覆される。陰極板１１３４の一端の近傍においては、導電体板１１６８の表面は絶縁体膜１１７０で被覆されず、導電体板１１６８の表面は露出する。陰極板１１３４のうち導電体板１１６８の表面が露出している部分は陰極板１１３４の給電端１１４４となる。これにより、流路１００８の中において導電体板１１６８の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、ガスが効率的に改質される。
陰極板１１３４は、導電体板１１６８及び絶縁体膜１１７０を備える。陰極板１１３４の一端の近傍以外においては、導電体板１１６８の表面は絶縁体膜１１７０で被覆される。陰極板１１３４の一端の近傍においては、導電体板１１６８の表面は絶縁体膜１１７０で被覆されず、導電体板１１６８の表面は露出する。陰極板１１３４のうち導電体板１１６８の表面が露出している部分は陰極板１１３４の給電端１１４４となる。これにより、流路１００８の中において導電体板１１６８の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、ガスが効率的に改質される。
陰極板１１３４は、長辺が短辺より著しく長い細長の平面形状を有する細長物である。陰極板１１３４の長辺の延在方向が陰極板１１３４の延在方向である。導電体板１１６８の短辺は、延長又は短縮されてもよく、導電体板１１６８の板厚と同程度であってもよい。すなわち、陰極板１１３４は、板の範疇に属さない形状を有してもよい。
（陰極と２次側巻線の負出力端との接続）
陰極側の給電経路１１１０は、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４を備える。陰極側の給電経路１１１０が、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４以外の構成物を備えてもよい。陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４が一体物になってもよく、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４の両方又は片方が多体物であってもよい。
陰極側の給電経路１１１０は、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４を備える。陰極側の給電経路１１１０が、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４以外の構成物を備えてもよい。陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４が一体物になってもよく、陰極集電体１１７２及び陰極配線１１７４の両方又は片方が多体物であってもよい。
陰極板１１３４の給電端１１４４は陰極集電体１１７２に結合される。これにより、陰極板１１３４と陰極集電体１１７２とが電気的に接続される。陰極集電体１１７２は平板形状を有する。陰極集電体１１７２の陰極板結合面１１７７には陰極板結合孔１１７９が形成される。陰極集電体１１７２の陰極板結合孔１１７９の形状は陰極板１１３４の給電端１１４４の形状に適合する。陰極集電体１１７２の陰極板結合面１１７７は陰極板１１３４の延在方向に垂直をなす。陰極板１１３４の給電端１１４４は陰極集電体１１７２の陰極板結合孔１１７９に挿入される。
陰極配線１１７４の一端は陰極集電体１１７２に結合され、陰極配線１１７４の他端は２次側巻線１１３８の負出力端１１４６に結合される。これにより、陰極配線１１７４と陰極集電体１１７２とが電気的に接続され、陰極配線１１７４とトランス１１１２の２次側巻線１１３８の負出力端１１４６とが電気的に接続される。
陰極配線１１７４の配線長は陽極配線１１６２の配線長より長くされる。陰極側の給電経路１１１０に代えて陽極側の給電経路１１０８が筐体１１２４に電気的に接続される場合は、陽極配線１１６２の配線長が陰極配線１１７４の配線長より長くされる。
陽極配線１１６２の配線長は、陽極配線１１６２の内部を経由して陽極集電体１１６０との結合位置から２次側巻線１１３８の正出力端１１４２との結合位置へ到達するのに必要な最短距離である。
陰極配線１１７４の配線長は、陰極配線１１７４の内部を経由して陰極集電体１１７２との結合位置から２次側巻線１１３８の負出力端１１４６との結合位置へ到達するのに必要な最短距離である。
（陽極棒アレイ、第１の陰極板アレイ及び第２の陰極板アレイの位置）
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２は陽極棒アレイ１１２６から流路１００８の延在方向に離される。第１の陰極板アレイ１１３０は陽極棒アレイ１１２６より吸気口１０１０寄りにある。第２の陰極板アレイ１１３２は陽極棒アレイ１１２６より排気口１０１２寄りにある。したがって、第１の陰極板アレイ１１３０の陰極板１１３４が横断する流路断面１１７６及び第２の陰極板アレイ１１３２の陰極板１１３４が横断する流路断面１１７８は、陽極棒１１２８が横断する流路断面１１８０から流路１００８の延在方向に離される。
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２は陽極棒アレイ１１２６から流路１００８の延在方向に離される。第１の陰極板アレイ１１３０は陽極棒アレイ１１２６より吸気口１０１０寄りにある。第２の陰極板アレイ１１３２は陽極棒アレイ１１２６より排気口１０１２寄りにある。したがって、第１の陰極板アレイ１１３０の陰極板１１３４が横断する流路断面１１７６及び第２の陰極板アレイ１１３２の陰極板１１３４が横断する流路断面１１７８は、陽極棒１１２８が横断する流路断面１１８０から流路１００８の延在方向に離される。
流路１００８を流れるガスは、第１の陰極板アレイ１１３０の間隙、陽極棒アレイ１１２６の間隙及び第２の陰極板アレイ１１３２の間隙を順次に通過する。これにより、流路１００８を流れるガスは、第１の陰極板アレイ１１３０から陽極棒アレイ１１２６までの区間に生成したプラズマにより活性化され、陽極棒アレイ１１２６から第２の陰極板アレイ１１３２までの区間に生成したプラズマによりさらに活性化される。
望ましくは、流路断面１１７６、１１７８及び１１８０の各々は、流路１００８の延在方向と垂直をなす。また、流路断面１１７６、１１７８及び１１８０は、相互に平行である。これにより、放電が均一に発生し、ガスが均一に活性化される。
（陽極棒アレイ及び陰極板アレイの増減）
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の片方が省略されてもよい。第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２以外の陰極板アレイが追加されてもよい。陽極棒アレイ１１２６以外の陽極棒アレイが追加されてもよい。
第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２の片方が省略されてもよい。第１の陰極板アレイ１１３０及び第２の陰極板アレイ１１３２以外の陰極板アレイが追加されてもよい。陽極棒アレイ１１２６以外の陽極棒アレイが追加されてもよい。
（陽極棒の延在方向と陰極板の延在方向との関係）
陽極棒１１２８の延在方向と陰極板１１３４の延在方向とは、非平行であり、望ましくは直交する。これにより、流路１００８の軸方向から見て陽極棒１１２８と陰極板１１３４とが交差し、流路１００８の軸方向から見た陽極棒１１２８と陰極板１１３４との交点において放電が発生しやすくなり、ガスが効率的に活性化される。
陽極棒１１２８の延在方向と陰極板１１３４の延在方向とは、非平行であり、望ましくは直交する。これにより、流路１００８の軸方向から見て陽極棒１１２８と陰極板１１３４とが交差し、流路１００８の軸方向から見た陽極棒１１２８と陰極板１１３４との交点において放電が発生しやすくなり、ガスが効率的に活性化される。
陽極棒１１２８の延在方向と陰極板１１３４の延在方向とが非平行である場合は、陽極棒１１２８の給電端１１４０の位置と陰極板１１３４の給電端１１４４の位置とは流路１００８の周方向にずれる。したがって、距離Ｄ１及びＤ２は陽極棒１１２８の延在方向及び陰極板１１３４の延在方向に依存する。
リアクタ１００２においては、距離Ｄ１が距離Ｄ２よりも短くなるように陽極棒１１２８及び陰極板１１３４の延在方向が選択される。流路断面１１７６、１１７８及び１１８００に平行であって流路１００８の中心軸から２次側巻線１１３８の正出力端１１４２へ向かう第１の方向及び第１の方向に垂直な第２の方向を考えると、陽極棒１１２８の延在方向は、第２の方向よりも第１の方向に近く、陰極板１１３４の延在方向は、第１の方向よりも第２の方向に近い。
望ましくは、陽極棒１１２８及び陰極板１１３４は、直線的に延在する。
（陰極と筐体との電気的な接続）
陰極集電体１１７２及び筐体１１２４とは、導電体からなる接続部材１１８８により電気的に接続される。陰極集電体１１７２に代えて陰極配線１１７４と筐体１１２４とが電気的に接続されてもよい。接続部材１１８８が省略され、陰極集電体１１７２又は陰極配線１１７４と筐体１１２４とが直接的に接触してもよい。
陰極集電体１１７２及び筐体１１２４とは、導電体からなる接続部材１１８８により電気的に接続される。陰極集電体１１７２に代えて陰極配線１１７４と筐体１１２４とが電気的に接続されてもよい。接続部材１１８８が省略され、陰極集電体１１７２又は陰極配線１１７４と筐体１１２４とが直接的に接触してもよい。
（流路形成物及びトランス室形成物の構造）
流路形成物１１００は流路１００８が形成された構造物である。流路１００８の断面形状は円形である。ただし、流路１００８の断面形状が円形以外であってもよい。流路１００８は、望ましくは、直線的に延在する。流路形成物１１００の外面には、陽極集電体１１６０の収容溝１１８２及び陰極集電体１１７２の収容溝１１８４が形成される。陽極集電体１１６０は陽極集電体１１６０の収容溝１１８２に収容され、流路形成物１１００の外面に固定される。陰極集電体１１７２は、陰極集電体１１７２の収容溝１１８４に収容され、流路形成物１１００の外面に固定される。陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２が他の手段によって流路形成物１１００の外面に固定されてもよい。例えば、陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２が流路形成物１１００の外面に接着されてもよい。
流路形成物１１００は流路１００８が形成された構造物である。流路１００８の断面形状は円形である。ただし、流路１００８の断面形状が円形以外であってもよい。流路１００８は、望ましくは、直線的に延在する。流路形成物１１００の外面には、陽極集電体１１６０の収容溝１１８２及び陰極集電体１１７２の収容溝１１８４が形成される。陽極集電体１１６０は陽極集電体１１６０の収容溝１１８２に収容され、流路形成物１１００の外面に固定される。陰極集電体１１７２は、陰極集電体１１７２の収容溝１１８４に収容され、流路形成物１１００の外面に固定される。陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２が他の手段によって流路形成物１１００の外面に固定されてもよい。例えば、陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２が流路形成物１１００の外面に接着されてもよい。
トランス室形成物１１０２にはトランス室１１８３が形成される。トランス室１１８３にはトランス１１１２が収容される。トランス１１１２は、トランス保持体１１１４によりトランス室１１８３の中に保持される。トランス室形成物１１０２が省略され、トランス１１１２が筐体１１２４の内面１１５４又はフレーム等の保持機構に保持されてもよい。
流路形成物１１００、陽極１１０４、陰極１１０６、陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２はトランス室形成物１１０２に埋められる。トランス室形成物１１０２は、筐体１１２４の収容空間１１５２に収容される。ただし、流路形成物１１００、陽極１１０４、陰極１１０６、陽極集電体１１６０及び陰極集電体１１７２がトランス室形成物１１０２に埋められなくてもよい。
陽極配線１１６２の大部分はトランス室形成物１１０２に埋められるが、陽極配線１１６２の一端は２次側巻線１１３８の近傍においてトランス室形成物１１０２から飛び出す。これより、陽極配線１１６２の一端と２次側巻線１１３８の正出力端１１４２とを結合することが容易になる。
陰極配線１１７４の大部分もトランス室形成物１１０２に埋められるが、陰極配線１１７４の一端は２次側巻線１１３８の近傍においてトランス室形成物１１０２から飛び出す。これより、陰極配線１１７４の一端と２次側巻線１１３８の負出力端１１４６とを結合することが容易になる。
（構成物の材質）
導電体棒１１５６、導電体板１１６８、陽極集電体１１６０、陽極配線１１６２、陰極集電体１１７２、陰極配線１１７４及び筐体１１２４はステンレス鋼からなる。ただし、ステンレス鋼以外の導電体からこれらの構成物がなることも許される。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属又はこれらの金属を主成分とする合金からこれらの構成物がなることも許される。
導電体棒１１５６、導電体板１１６８、陽極集電体１１６０、陽極配線１１６２、陰極集電体１１７２、陰極配線１１７４及び筐体１１２４はステンレス鋼からなる。ただし、ステンレス鋼以外の導電体からこれらの構成物がなることも許される。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属又はこれらの金属を主成分とする合金からこれらの構成物がなることも許される。
流路形成物１１００、トランス室形成物１１０２及びトランス保持体１１１４は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる。ただし、ポリエーテルエーテルケトン樹脂以外の絶縁体からこれらの構成物がなることも許される。例えば、エポキシ樹脂からこれらの構成物がなることも許される。
絶縁体膜１１５８及び絶縁体膜１１７０は、アルミナセラミックスからなる。ただし、アルミナセラミックス以外の絶縁体から絶縁体膜１１５８及び絶縁体膜１１７０がなることも許される。例えば、ジルコニアセラミックス、フッ素樹脂等から絶縁体膜１１５８及び絶縁体膜１１７０がなることも許される。
（プラズマ処理装置の電気系統）
図５の回路図は、プラズマ処理装置の電気系統を示す。
図５の回路図は、プラズマ処理装置の電気系統を示す。
図５に示すように、プラズマ処理装置１０００の電気系統１４００は、リアクタ１００２及びパルス発生器本体１００４にまたがる。リアクタ１００２の内部回路１４０２とパルス発生器本体１００４の内部回路１４０４とは同軸ケーブル１００６で接続される。プラズマ処理装置１０００の電気系統１４００の全体がリアクタ１００２に内蔵されてもよい。
パルス発生器本体１００４の内部回路１４０４は、導通経路１４０６、インダクタ１４０８、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１４１０、駆動回路１４１２及びキャパシタ１４１４を備える。
導通経路１４０６は、第１の分岐１４２０及び第２の分岐１４２２を順次に経由し第１の直流入力端１４１６から第２の直流入力端１４１８へ至る。第１の直流入力端１４１６にはバッテリ１４２４の正極１４２６が接続される。第２の直流入力端１４１８にはバッテリ１４２４の負極１４２８が接続される。第１の直流入力端１４１６と第２の直流入力端１４１８との間には直流電圧が印加されればよい。したがって、バッテリ１４２４が他の種類の直流源に置き換えられてもよい。
導通経路１４０６の第１の分岐１４２０から第２の分岐１４２２までの間の区間１４３０にはインダクタ１４０８が挿入され、導通経路１４０６の区間１４３０以外にはＭＯＳＦＥＴ１４１０が挿入される。インダクタ１４０８の一端は第１の直流入力端１４１６に電気的に接続され、インダクタ１４０８の他端はＭＯＳＦＥＴ１４１０のドレインに電気的に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１４１０のソースは第２の直流入力端１４１８に電気的に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１４１０のゲートには駆動回路１４１２から駆動信号が入力される。キャパシタ１４１４の一端は第１の直流入力端１４１６に電気的に接続され、キャパシタ１４１４の他端は第２の直流入力端１４１８に電気的に接続される。
導通経路１４０６の第１の直流入力端１４１６から第１の分岐１４２０までの区間にＭＯＳＦＥＴ１４１０が挿入されてもよい。
導通経路１４０６の第１の分岐１４２０と１次側巻線１１３６の負入力端１１５０とは、同軸ケーブル１００６の外部導体１４３２により電気的に接続される。導通経路１４０６の第２の分岐１４２２と１次側巻線１１３６の正入力端１１４８とは、同軸ケーブル１００６の内部導体１４３４により電気的に接続される。同軸ケーブル１００６がツイストペアケーブル、平行フィーダ等の他の伝送線路へ置きかえられてもよい。より一般的には、導通経路１４０６の第１の分岐１４２０と１次側巻線１１３６の負入力端１１５０とは、伝送線路の第１の伝送線により電気的に接続される。導通経路１４０６の第２の分岐１４２２と１次側巻線１１３６の正入力端１１４８とは、伝送線路の第２の伝送線により電気的に接続される。
ＭＯＳＦＥＴ１４１０及び駆動回路１４１２は、導通経路１４０６を開閉するスイッチ回路１４３６をなす。ＭＯＳＦＥＴ１４１０が、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）、バイポーラトランジスタ等の他の種類のスイッチング素子に置きかえられてもよく、スイッチ回路が他の種類のスイッチ回路に置き換えられてもよい。スイッチ回路が置き換えられる場合は、必要に応じてバイアスを付与するための回路が付加される。
プラズマ処理装置１０００の電気系統１４００は、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路として機能する。スイッチ回路１４０６により導通経路１４０６が閉じられると、導通経路１４０６に電流が流れ、インダクタ１４０８に誘導エネルギーが蓄積される。インダクタ１４０８に誘導エネルギーが蓄積された状態においてスイッチ回路１４０６により導通経路１４０６が開かれると、インダクタ１４０８に誘導起電力が発生し、当該誘導起電力によるパルス電圧が同軸ケーブル１００６により伝送され、１次側巻線１１３６の正入力端１１４８と負入力端１１５０との間にパルス電圧が印加される。したがって、スイッチ回路１４０６により導通経路１４０６の開閉が繰り返されると、１次側巻線１１３６の正入力端１１４８と負入力端１１５０との間にパルス電圧の列が印加される。ただし、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路以外のパルス発生回路が用いられてもよい。
（プラズマ処理装置の使用例）
図６から図８までの模式図は、プラズマ処理装置の使用例を示す。
図６から図８までの模式図は、プラズマ処理装置の使用例を示す。
プラズマ処理装置１０００がガスを活性化するために使用される場合は、図６に示すように、流路１００８にガスが流され、流路１００８の中でプラズマが生成させられる。流路１００８の中で活性化されたガスは、リアクタ１００２から供給先へ送られる。供給先には、焼却炉、焼成炉等がある。活性化されたガスが焼却炉へ供給される場合、活性化されたガスは燃焼効率の向上等に寄与し、活性化されたガスが焼成炉へ供給される場合、活性化されたガスは、熱処理の促進等に寄与する。活性化の対象となるガスは、特に制限されないが、例えば、窒素（Ｎ2）、水（Ｈ2Ｏ）、過酸化水素（Ｈ2Ｏ2）、テトラフルオロメタン（ＣＦ4）、トリフルオロメタン（ＣＨＦ3）等である。
プラズマ処理装置１０００が固体からなる対象物の表面を処理するために使用される場合は、図７に示すように、流路１００８の中に対象物Ｗが収容され、流路１００８にガスが流され、流路１００８の中でプラズマが生成させられる。これにより、対象物Ｗの表面にプラズマが作用し、対象物Ｗの表面が処理される。表面の処理には、表面のぬれ性を向上する処理（改質）、表面に付着した微生物を死滅させる処理（滅菌又は殺菌）等がある。
プラズマ処理装置１０００が固体からなる対象物の表面を処理するために使用される場合であっても、流路１００８の中に対象物Ｗが収容されることは必須ではない。したがって、図８に示すように、流路１００８の外にある対象物Ｗに活性化されたガスが吹きつけられてもよい。
本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。
１０００ プラズマ処理装置
１００２ リアクタ
１００４ パルス発生器本体
１００６ 同軸ケーブル
１００８ 流路
１１００ 流路形成物
１１０８ 陽極側の給電経路
１１１０ 陰極側の給電経路
１１１２ トランス
１１２８ 陽極棒
１１３４ 陰極板
１１３８ ２次側巻線
１１４０ 給電端
１１４２ 正出力端
１１４４ 給電端
１１４６ 負出力端
１００２ リアクタ
１００４ パルス発生器本体
１００６ 同軸ケーブル
１００８ 流路
１１００ 流路形成物
１１０８ 陽極側の給電経路
１１１０ 陰極側の給電経路
１１１２ トランス
１１２８ 陽極棒
１１３４ 陰極板
１１３８ ２次側巻線
１１４０ 給電端
１１４２ 正出力端
１１４４ 給電端
１１４６ 負出力端
Claims (4)
- プラズマ処理装置のリアクタ構造であって、
流路が形成された構造物と、
１次側巻線並びに第１の出力端及び第２の出力端を有する２次側巻線を備えるトランスと、
第１の距離だけ前記第１の出力端から離れた第１の給電端を有し、第１の方向に延在し、前記流路を横断する第１の電極と、
前記第１の距離より長い第２の距離だけ前記第２の出力端から離れた第２の給電端を有し、前記第１の方向に非平行な第２の方向に延在し、前記流路の延在方向に前記第１の電極から離れ、前記流路を横断する第２の電極と、
前記第１の出力端と前記第１の給電端とを電気的に接続し、第１の経路長を持つ第１の給電経路と、
前記第２の出力端と前記第２の給電端とを電気的に接続し、前記第１の経路長より長い第２の経路長を持つ第２の給電経路と、
前記構造物、前記トランス、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第１の給電経路及び前記第２の給電経路を収容する収容空間が形成され、導電体からなり、前記第２の給電経路に電気的に接続される筐体と、
を備えるリアクタ構造。 - 請求項１のリアクタ構造において、
前記筐体は前記収容空間に接する内面を有し、
前記第１の給電端は第３の距離だけ前記内面から離れ、
前記第２の給電端は前記第３の距離より短い第４の距離だけ前記内面から離れる
リアクタ構造。 - 請求項１又は請求項２のリアクタ構造において、
２個以上の前記第１の電極が平行に配列され、
２個以上の前記第２の電極が平行に配列され、
前記第１の給電経路は、
前記第１の電極が結合される第１の結合面を有する第１の集電体と、
前記第１の出力端及び前記第１の集電体に結合され、第１の配線長を持つ第１の配線と、
を備え、
前記第２の給電経路は、
前記第２の電極が結合される第２の結合面を有する第２の集電体と、
前記第２の出力端及び前記第２の集電体に結合され、前記第１の配線長より長い第２の配線長を持つ第２の配線と、
を備えるリアクタ構造。 - プラズマ処理装置であって、
流路が形成された構造物と、
第１の入力端及び第２の入力端を有する１次側巻線並びに第１の出力端及び第２の出力端を有する２次側巻線を備えるトランスと、
第１の距離だけ前記第１の出力端から離れた第１の給電端を有し、第１の方向に延在し、前記流路を横断する第１の電極と、
前記第１の距離より長い第２の距離だけ前記第２の出力端から離れた第２の給電端を有し、前記第１の方向に非平行な第２の方向に延在し、前記流路の延在方向に前記第１の電極から離れ、前記流路を横断する第２の電極と、
前記第１の出力端と前記第１の給電端とを電気的に接続し、第１の経路長を持つ第１の給電経路と、
前記第２の出力端と前記第２の給電端とを電気的に接続し、前記第１の経路長より長い第２の経路長を持つ第２の給電経路と、
前記構造物、前記トランス、前記第１の電極、前記第２の電極、前記第１の給電経路及び前記第２の給電経路を収容する収容空間が形成され、導電体からなり、前記第２の給電経路に電気的に接続される筐体と、
第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由し第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る導通経路と、
前記導通経路の前記第１の分岐から前記第２の分岐までの間の区間に挿入されるインダクタと、
前記導通経路の前記区間以外に挿入され、前記導通経路を電気的に開閉するスイッチ回路と、
前記第１の分岐と前記第１の入力端とを電気的に接続する第１の伝送線及び前記第２の分岐と第２の入力端とを電気的に接続する第２の伝送線を備える伝送線路と、
を備えるプラズマ処理装置。
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