KR102700140B1 - 전압 인가 장치 및 방전 장치 - Google Patents

Abstract

전압 인가 장치는, 전압 인가 회로를 구비한다. 전압 인가 회로는, 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압(V1)을 인가함으로써, 방전을 발생시킨다. 전압 인가 장치는, 방전의 발생 시에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)를 형성한다. 방전 경로(L1)는, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역(R1)과, 대향 전극(42)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역(R2)을 포함한다.

Description

전압 인가 장치 및 방전 장치

본 개시는, 일반적으로 전압 인가 장치 및 방전 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 방전 전극을 포함하는 부하에 전압을 인가함으로써 방전을 발생시키는 전압 인가 장치 및 방전 장치에 관한 것이다.

특허문헌 1에는, 방전 전극과, 대향 전극과, 전압 인가부를 구비하는 방전 장치가 기재되어 있다. 대향 전극은, 방전 전극과 대향해서 위치한다. 전압 인가부는, 방전 전극에 전압을 인가하고, 코로나 방전으로부터 더욱 진전된 방전을 방전 전극에 발생시킨다. 이 구성에 있어서, 방전 장치의 방전은, 방전 전극과 대향 전극의 사이에서 양자를 연결하도록 절연 파괴된 방전 경로를, 단속적으로 발생시키는 방전이다.

또한, 특허문헌 1에 기재된 방전 장치에서는, 액체 공급부에 의해 방전 전극에 액체가 공급된다. 그 때문에, 방전에 의해, 액체가 정전 안개화되어, 내부에 라디칼을 함유하는 나노미터 사이즈의 대전 미립자액이 생성된다.

특허문헌 1에 기재된 방전 장치의 방전 형태에서는, 코로나 방전에 비교해서 큰 에너지로 유효 성분(라디칼 및 이것을 포함하는 대전 미립자액)이 생성되기 때문에, 코로나 방전과 비교해서 대량의 유효 성분이 생성된다. 게다가, 오존이 생성되는 양은, 코로나 방전의 경우와 동일 정도로 억제된다.

일본 특허 공개 제2018-22574호 공보

그러나, 특허문헌 1에 기재된 방전 장치에서는, 고에너지의 방전에 의해, 생성된 유효 성분의 일부가 소실되어, 유효 성분의 생성 효율의 저하로 이어질 가능성이 있다.

본 개시는, 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있는 전압 인가 장치 및 방전 장치를 제공한다.

본 개시의 일 형태에 따른 전압 인가 장치는, 전압 인가 회로를 구비한다. 전압 인가 회로는, 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극과 대향 전극의 사이에 인가 전압을 인가함으로써, 방전을 발생시킨다. 전압 인가 장치는, 방전의 발생 시에는, 방전 전극과 대향 전극의 사이에, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로를 형성한다. 방전 경로는, 방전 전극의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역과, 대향 전극의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역을 포함한다.

본 개시의 일 형태에 따른 방전 장치는, 방전 전극과, 대향 전극과, 전압 인가 회로를 구비한다. 대향 전극은, 방전 전극과 간극을 통해 대향하도록 배치된다. 전압 인가 회로는, 방전 전극과 대향 전극의 사이에 인가 전압을 인가함으로써 방전을 발생시킨다. 방전 장치는, 방전의 발생 시에는, 방전 전극과 대향 전극의 사이에 있어서, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로를 형성한다. 방전 경로는, 방전 전극의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역과, 대향 전극의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역을 포함한다.

본 개시에 의하면, 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치의 블록도이다.
도 2a는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극에 유지되고 있는 액체가 팽창된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2b는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극에 유지되고 있는 액체가 수축된 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3a는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 구체예를 나타내는 평면도이다.
도 3b는, 도 3a의 3B-3B선 단면도이다.
도 4a는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 주요부를 모식적으로 나타내는 일부 파단한 사시도이다.
도 4b는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 대향 전극의 주요부를 모식적으로 나타내는 평면도이다.
도 4c는, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극의 주요부를 모식적으로 나타내는 정면도이다.
도 5a는, 부분 파괴 방전의 방전 형태를 나타내는 모식도이다.
도 5b는, 코로나 방전의 방전 형태를 나타내는 모식도이다.
도 5c는, 전로 파괴 방전의 방전 형태를 나타내는 모식도이다.
도 6은, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치에 있어서의 전압 인가 장치의 출력 전압을 개략적으로 나타내는 파형도이다.
도 7은, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치로부터 발해지는 소리의 주파수 특성을 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 8a는, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 평면도이다.
도 8b는, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 평면도이다.
도 8c는, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 평면도이다.
도 8d는, 제1 실시 형태의 제1 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 방전 전극 및 대향 전극의 평면도이다.
도 9a는, 제1 실시 형태의 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 전압 인가 장치의 출력 전압을 개략적으로 나타내는 파형도이다.
도 9b는, 제1 실시 형태의 변형예에 따른 방전 장치에 있어서의 전압 인가 장치의 출력 전압을 개략적으로 나타내는 파형도이다.
도 10은, 제2 실시 형태에 따른 방전 장치의 블록도이다.

(제1 실시 형태)

(1) 개요

본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전압 인가 회로(2)와, 제어 회로(3)를 구비하고 있다. 전압 인가 장치(1)는, 방전 전극(41)을 포함하는 부하(4)에 전압을 인가함으로써, 방전 전극(41)에 방전을 발생시킨다.

또한, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전압 인가 장치(1)와, 부하(4)와, 액체 공급부(5)를 구비하고 있다. 부하(4)는, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)을 갖고 있다. 대향 전극(42)은, 방전 전극(41)과 간극을 통해 대향하도록 배치되는 전극이다. 부하(4)는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 전압이 인가됨으로써, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에서 방전을 발생시킨다. 액체 공급부(5)는, 방전 전극(41)에 액체(50)를 공급하는 기능을 갖는다. 즉, 방전 장치(10)는, 전압 인가 회로(2), 제어 회로(3), 액체 공급부(5), 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)을, 구성 요소에 포함하고 있다. 단, 방전 장치(10)는, 전압 인가 장치(1), 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)을 최저한의 구성 요소로서 포함하고 있으면 되며, 액체 공급부(5)는, 방전 장치(10)의 구성 요소에 포함되어 있지 않아도 된다.

본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)는, 예를 들어 방전 전극(41)의 표면에 액체(50)가 부착됨으로써 방전 전극(41)에 액체(50)가 유지되어 있는 상태에 있어서, 방전 전극(41)을 포함하는 부하(4)에 전압 인가 회로(2)로부터 전압을 인가한다. 이에 의해, 적어도 방전 전극(41)에서 방전이 발생하고, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)가, 방전에 의해 정전 안개화된다. 즉, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)는, 소위 정전 안개화 장치를 구성한다. 본 개시에 있어서, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50), 즉 정전 안개화의 대상으로 되는 액체(50)를, 단순히 「액체(50)」라고도 부른다.

전압 인가 회로(2)는, 부하(4)에 인가 전압을 인가함으로써, 적어도 방전 전극(41)에 방전을 발생시킨다. 특히, 본 실시 형태에서는, 전압 인가 회로(2)는, 인가 전압의 크기를 주기적으로 변동시킴으로써, 방전을 간헐적으로 발생시킨다. 인가 전압이 주기적으로 변동함으로써, 액체(50)에는 기계적인 진동이 발생한다. 본 개시에서 말하는 「인가 전압」은, 방전을 발생시키기 위해서 전압 인가 회로(2)가 부하(4)에 인가하는 전압을 의미한다. 본 개시에 있어서는, 방전을 발생시키기 위한 「인가 전압」을, 후술하는 「지속 전압」과는 구별해서 설명한다. 본 실시 형태에서는, 전압 인가 회로(2)는 제어 회로(3)로 제어되므로, 상술한 바와 같은 인가 전압의 크기의 조정은 제어 회로(3)로 실시된다.

상세는 후술하지만, 부하(4)에 전압(인가 전압)이 인가됨으로써, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)는, 도 2a에 도시한 바와 같이, 전계에 의한 힘을 받아서 테일러 콘(Taylor cone)이라고 불리는 원추형의 형상을 이룬다. 그리고, 테일러 콘의 선단부(정점부)에 전계가 집중함으로써, 방전이 발생한다. 이때, 테일러 콘의 선단부가 뾰족할수록, 즉 원추의 꼭지각이 작아질수록(예각으로 될수록), 절연 파괴에 필요한 전계 강도가 작아져서, 방전이 발생하기 쉬워진다. 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)는, 기계적인 진동에 수반하여, 도 2a에 도시한 형상과 도 2b에 도시한 형상으로, 교대로 변형된다. 그 결과, 상술한 바와 같은 테일러 콘이 주기적으로 형성되기 때문에, 도 2a에 도시한 바와 같은 테일러 콘이 형성되는 타이밍에 맞춰서, 방전이 간헐적으로 발생하게 된다.

그런데, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1)에서는, 전압 인가 회로(2)는, 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압 V1(도 5a 참조)을 인가함으로써, 방전을 발생시킨다. 전압 인가 장치(1)는, 방전의 발생 시에는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1을 형성한다. 방전 경로 L1은, 제1 절연 파괴 영역 R1과, 제2 절연 파괴 영역 R2를 포함한다. 제1 절연 파괴 영역 R1은, 방전 전극(41)의 주위에 생성된다. 제2 절연 파괴 영역 R2는, 대향 전극(42)의 주위에 생성된다.

즉, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 전체적으로는 아니지만 부분적(국소적)으로, 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다. 본 개시에서 말하는 「절연 파괴」는, 도체 간을 격리하고 있는 절연체(기체를 포함함)의 전기 절연성이 파괴되어, 절연 상태를 유지할 수 없게 됨을 의미한다. 기체의 절연 파괴는, 예를 들어 이온화된 분자가 전기장에 의해 가속되어 다른 기체 분자에 충돌해서 이온화하고, 이온 농도가 급증해서 기체 방전을 일으키기 때문에 발생한다. 요컨대, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1)에 의한 방전의 발생 시에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)을 연결하는 경로상에 존재하는 기체(공기)에 있어서, 부분적으로, 즉 일부에서만, 절연 파괴가 발생하게 된다. 이와 같이, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 형성되는 방전 경로 L1은, 전로 파괴에는 이르지 않고, 부분적으로 절연 파괴된 경로이다.

그리고, 방전 경로 L1은, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역 R1과, 대향 전극(42)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역 R2를 포함하고 있다. 즉, 제1 절연 파괴 영역 R1은, 방전 전극(41)의 주위의 절연 파괴된 영역이며, 제2 절연 파괴 영역 R2는, 대향 전극(42)의 주위의 절연 파괴된 영역이다. 이들 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2는, 서로 접촉하지 않도록 떨어져 존재하고 있다. 그 때문에, 방전 경로 L1은, 적어도 제1 절연 파괴 영역 R1과 제2 절연 파괴 영역 R2의 사이에 있어서, 절연 파괴되지 않은 영역(절연 영역)을 포함하고 있다. 따라서, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 방전 경로 L1은, 적어도 일부에 절연 영역을 남기면서, 부분적으로 절연 파괴가 발생함으로써 전기적인 절연성이 저하된 상태로 된다.

이상 설명한 바와 같은 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 의하면, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에, 전체적으로는 아니지만 부분적으로, 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다. 이와 같이, 부분적인 절연 파괴가 발생된 방전 경로 L1, 바꿔 말하면, 일부는 절연 파괴되지 않은 방전 경로 L1이어도, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 방전 경로 L1을 통과하여 전류가 흘러, 방전이 발생한다. 이와 같이, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성되는 형태의 방전을, 이하에서는 「부분 파괴 방전」이라고 부른다. 부분 파괴 방전에 대하여 상세하게는, 「(2. 4) 방전 형태」란에서 설명한다.

이와 같은 부분 파괴 방전에 있어서는, 코로나 방전과 비교해서 큰 에너지로 라디칼이 생성되고, 코로나 방전과 비교해서 2 내지 10배 정도의 대량의 라디칼이 생성된다. 이와 같이 하여 생성되는 라디칼은, 제균, 탈취, 보습, 신선 유지, 바이러스의 불활성화에 그치지 않고, 여러 상황에서 유용한 효과를 발휘하는 기(基)로 된다. 여기서, 부분 파괴 방전에 의해 라디칼이 생성될 때에는, 오존도 발생한다. 단, 부분 파괴 방전에서는, 코로나 방전과 비교해서 2 내지 10배 정도의 라디칼이 생성되는 데 반하여, 오존의 발생량은 코로나 방전의 경우와 동일 정도로 억제된다.

또한, 부분 파괴 방전과는 별도로, 코로나 방전으로부터 진전되어 절연 파괴(전로 파괴)에 이른다고 하는 현상이 간헐적으로 반복되는 형태의 방전이 있다. 이와 같은 형태의 방전을, 이하에서는 「전로 파괴 방전」이라고 부른다. 전로 파괴 방전에서는, 코로나 방전으로부터 진전되어 절연 파괴(전로 파괴)에 이르면 비교적 큰 방전 전류가 순간적으로 흘러, 그 직후에 인가 전압이 저하되어 방전 전류가 차단되고, 또한 인가 전압이 상승해서 절연 파괴에 이른다고 하는 현상이 반복된다. 전로 파괴 방전에 있어서는, 부분 파괴 방전과 마찬가지로, 코로나 방전과 비교해서 큰 에너지로 라디칼이 생성되고, 코로나 방전과 비교해서 2 내지 10배 정도의 대량의 라디칼이 생성된다. 단, 전로 파괴 방전의 에너지는, 부분 파괴 방전의 에너지에 비해서도 더욱 크다. 그 때문에, 에너지 준위가 「중」인 상태에서, 오존이 소실하여 라디칼이 증가됨으로써, 라디칼이 대량으로 발생하였다고 해도, 그 후의 반응 경로에 있어서 에너지 준위가 「고」로 됨으로써, 라디칼의 일부가 소실될 가능성이 있다.

바꿔 말하면, 전로 파괴 방전에서는, 그 방전에 따른 에너지가 너무 높기 때문에, 생성된 라디칼 등의 유효 성분(공기 이온, 라디칼 및 이것을 포함하는 대전 미립자액 등)의 일부가 소실되어, 유효 성분의 생성 효율의 저하로 이어질 가능성이 있다. 결과적으로, 부분 파괴 방전을 채용한 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 의하면, 전로 파괴 방전과 비교해도, 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에서는, 코로나 방전 및 전로 파괴 방전 중 어느 방전 형태와 비교해도, 라디칼 등의 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다는 이점이 있다.

(2) 상세

이하, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 대하여, 보다 상세히 설명한다.

(2. 1) 전체 구성

본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 전압 인가 회로(2)와, 제어 회로(3)와, 부하(4)와, 액체 공급부(5)를 구비하고 있다. 부하(4)는, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)을 갖고 있다. 액체 공급부(5)는, 방전 전극(41)에 액체(50)를 공급한다. 도 1에서는, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)의 형상을 모식적으로 나타내고 있다.

방전 전극(41)은, 막대 형상의 전극이다. 방전 전극(41)은, 길이 방향의 일단부에 선단부(411)(도 3b 참조)를 갖고, 길이 방향의 타단부(선단부와는 반대측의 단부)에 기단부(412)(도 3b 참조)를 갖는다. 방전 전극(41)은, 적어도 선단부(411)가 끝이 가는 형상으로 형성된 바늘 전극이다. 여기에서 말하는 「끝이 가는 형상」이란, 선단이 날카롭고 뾰족한 형상에 한정되지 않고, 도 2a 등에 도시한 바와 같이, 선단이 둥그스름한 형상을 포함한다.

대향 전극(42)은, 방전 전극(41)의 선단부에 대향하도록 배치되어 있다. 대향 전극(42)은, 예를 들어 판형상이며, 중앙부에 개구부(421)를 갖는다. 개구부(421)는, 대향 전극(42)을 대향 전극(42)의 두께 방향으로 관통한다. 여기서, 대향 전극(42)의 두께 방향(개구부(421)의 관통 방향)이 방전 전극(41)의 길이 방향에 일치하며, 또한 방전 전극(41)의 선단부가 대향 전극(42)의 개구부(421)의 중심 부근에 위치하도록, 대향 전극(42)과 방전 전극(41)의 위치 관계가 정해져 있다. 즉, 대향 전극(42)과 방전 전극(41)의 사이에는, 적어도 대향 전극(42)의 개구부(421)에 의해 간극(공간)이 확보된다. 바꿔 말하면, 대향 전극(42)은, 방전 전극(41)에 대하여 간극을 통해 대향하도록 배치되고, 방전 전극(41)과는 전기적으로 절연되어 있다.

보다 상세하게는, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)은, 일례로서, 도 3a 및 도 3b에 도시한 바와 같은 형상으로 형성된다. 즉, 대향 전극(42)은, 지지부(422)와, 복수(여기서는 4개)의 돌출부(423)를 갖고 있다. 복수의 돌출부(423)의 각각은, 지지부(422)로부터 방전 전극(41)을 향해서 돌출된다. 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)은, 전기 절연성을 갖는 합성 수지제의 하우징(40)에 유지되어 있다. 지지부(422)는, 평판 형상이며, 원 형상으로 개구하는 개구부(421)가 형성되어 있다. 도 3a에서는, 개구부(421)의 내주연을 상상선(이점쇄선)으로 나타내고 있다. 또한, 후술하는 도 4a 및 도 4b에서도 개구부(421)를 상상선(이점쇄선)으로 나타내고 있다.

4개의 돌출부(423)는, 개구부(421)의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 배치되어 있다. 각 돌출부(423)는, 지지부(422)에 있어서의 개구부(421)의 내주연으로부터, 개구부(421)의 중심을 향해서 돌출된다. 각 돌출부(423)는, 길이 방향의 선단부(개구부(421)의 중심측의 단부)에 끝이 가는 형상의 연장 돌출부(424)를 갖는다. 본 실시 형태에서는, 대향 전극(42)은, 지지부(422) 및 복수의 돌출부(423)가 전체적으로 평판 형상으로 형성되어 있다. 즉, 각 돌출부(423)는, 평판 형상의 지지부(422)의 두께 방향의 양면 간에 수용되도록, 지지부(422)에 형성된 개구부(421)의 내주연으로부터, 지지부(422)의 두께 방향으로 기울지 않고, 개구부(421)의 중심을 향해서 뚝바로 돌출되어 있다. 각 돌출부(423)가 이와 같은 형상으로 형성됨으로써, 각 돌출부(423)의 연장 돌출부(424)에서 전계 집중이 발생하기 쉬워진다. 그 결과, 각 돌출부(423)의 연장 돌출부(424)와 방전 전극(41)의 선단부(411)의 사이에서, 부분 파괴 방전이 안정적으로 발생하기 쉬워진다.

또한, 방전 전극(41)은, 도 3a에 도시한 바와 같이, 평면에서 볼 때, 즉 방전 전극(41)의 길이 방향의 한쪽에서 보아, 개구부(421)의 중심에 위치한다. 바꿔 말하면, 방전 전극(41)은, 평면에서 볼 때, 개구부(421)의 내주연의 중심점상에 위치한다. 또한, 도 3b에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)은, 방전 전극(41)의 길이 방향(대향 전극(42)의 두께 방향)에 있어서도, 서로 떨어진 위치 관계에 있다. 즉, 방전 전극(41)의 길이 방향에 있어서, 기단부(412)와 대향 전극(42)의 사이에, 선단부(411)가 위치하고 있다.

방전 전극(41) 및 대향 전극(42)의 보다 구체적인 형상에 대해서는, 「(2. 3) 전극 형상」란에서 설명한다.

액체 공급부(5)는, 방전 전극(41)에 대하여 정전 안개화용의 액체(50)를 공급한다. 액체 공급부(5)는, 일례로서, 방전 전극(41)을 냉각시켜, 방전 전극(41)에 결로수를 발생시키는 냉각 장치(51)를 사용해서 실현된다. 구체적으로는, 액체 공급부(5)인 냉각 장치(51)는, 일례로서, 도 3b에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 펠티에 소자(511)와, 한 쌍의 방열판(512)을 구비하고 있다. 한 쌍의 펠티에 소자(511)는, 한 쌍의 방열판(512)에 유지되어 있다. 냉각 장치(51)는, 한 쌍의 펠티에 소자(511)에 대한 통전에 의해 방전 전극(41)을 냉각한다. 각 방열판(512)의 일부가 하우징(40)에 매립됨으로써, 한 쌍의 방열판(512)은 하우징(40)에 유지되고 있다. 한 쌍의 방열판(512) 중 적어도 펠티에 소자(511)를 유지하는 부위는, 하우징(40)으로부터 노출되어 있다.

한 쌍의 펠티에 소자(511)는, 방전 전극(41)의 기단부(412)에 대하여, 예를 들어 땜납으로 기계적이고 또한 전기적으로 접속되어 있다. 한 쌍의 펠티에 소자(511)는, 한 쌍의 방열판(512)에 대하여, 예를 들어 땜납으로 기계적이고 또한 전기적으로 접속되어 있다. 한 쌍의 펠티에 소자(511)에 대한 통전은, 한 쌍의 방열판(512) 및 방전 전극(41)을 통과하여 행해진다. 따라서, 액체 공급부(5)를 구성하는 냉각 장치(51)는, 기단부(412)를 통과하여 방전 전극(41)의 전체를 냉각시킨다. 이에 의해, 공기 중의 수분이 응결해서 방전 전극(41)의 표면에 결로수로서 부착된다. 즉, 액체 공급부(5)는, 방전 전극(41)을 냉각시켜 방전 전극(41)의 표면에 액체(50)로서의 결로수를 생성하도록 구성되어 있다. 이 구성에서는, 액체 공급부(5)는, 공기 중의 수분을 이용하여, 방전 전극(41)에 액체(50)(결로수)를 공급할 수 있기 때문에, 방전 장치(10)에 대한 액체의 공급 및 보급이 불필요해진다.

전압 인가 회로(2)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 구동 회로(21)와, 전압 발생 회로(22)를 갖고 있다. 구동 회로(21)는, 전압 발생 회로(22)를 구동하는 회로이다. 전압 발생 회로(22)는, 입력부(6)로부터의 전력 공급을 받아서, 부하(4)에 인가하는 전압(인가 전압 및 지속 전압)을 생성하는 회로이다. 입력부(6)는, 수 V 내지 수십 V 정도의 직류 전압을 발생하는 전원 회로이다. 본 실시 형태에서는, 입력부(6)는 전압 인가 장치(1)의 구성 요소에 포함하지 않는 것으로서 설명하지만, 입력부(6)는 전압 인가 장치(1)의 구성 요소에 포함되어 있어도 된다.

전압 인가 회로(2)는, 예를 들어 절연형의 DC/DC 컨버터이며, 입력부(6)로부터의 입력 전압 Vin(예를 들어 13.8V)을 승압하고, 승압 후의 전압을 출력 전압으로서 출력한다. 전압 인가 회로(2)의 출력 전압은, 인가 전압 및 지속 전압의 적어도 한쪽 전압으로서 부하(4)(방전 전극(41) 및 대향 전극(42))에 인가된다.

전압 인가 회로(2)는, 부하(4)(방전 전극(41) 및 대향 전극(42))에 대하여 전기적으로 접속되어 있다. 전압 인가 회로(2)는, 부하(4)에 대하여 고전압을 인가한다. 여기에서는, 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)을 부극(접지), 대향 전극(42)을 정극(플러스)으로 하여, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 고전압을 인가하도록 구성되어 있다. 바꿔 말하면, 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 고전압이 인가된 상태에서는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에, 대향 전극(42)측을 고전위, 방전 전극(41)측을 저전위로 하는 전위차가 발생하게 된다. 여기에서 말하는 「고전압」이란, 방전 전극(41)에 부분 파괴 방전이 발생하도록 설정된 전압이면 되며, 일례로서, 피크가 5.0㎸ 정도로 되는 전압이다. 단, 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 인가되는 고전압은, 5.0㎸ 정도로 한정되지 않고, 예를 들어 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)의 형상, 또는 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 거리 등에 따라서 적절히 설정된다.

여기서, 전압 인가 회로(2)의 동작 모드에는, 제1 모드와, 제2 모드의 2개의 모드가 포함되어 있다. 제1 모드는, 인가 전압 V1을 시간 경과에 수반해서 상승시켜, 코로나 방전으로부터 진전되어 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1을 형성해서 방전 전류를 발생시키기 위한 모드이다. 제2 모드는, 부하(4)를 과전류 상태로 하여, 제어 회로(3) 등에 의해 방전 전류를 차단하기 위한 모드이다. 본 개시에서 말하는 「방전 전류」는, 방전 경로 L1을 통과하여 흐르는 비교적 큰 전류를 의미하고 있으며, 방전 경로 L1이 형성되기 전의 코로나 방전에 있어서 발생하는 수 ㎂ 정도의 미소 전류를 포함하지 않는다. 본 개시에서 말하는 「과전류 상태」란, 방전에 의해 부하가 저하되어, 상정값 이상의 전류가 부하(4)에 흐르는 상태를 의미한다.

본 실시 형태에서는, 제어 회로(3)는, 전압 인가 회로(2)의 제어를 행한다. 제어 회로(3)는, 전압 인가 장치(1)가 구동되는 구동 기간에 있어서, 전압 인가 회로(2)가 제1 모드와 제2 모드를 교대로 반복하도록, 전압 인가 회로(2)를 제어한다. 여기서, 제어 회로(3)는, 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 인가되는 인가 전압 V1의 크기를, 구동 주파수에서 주기적으로 변동시키도록, 구동 주파수에서 제1 모드와 제2 모드의 전환을 행한다. 본 개시에서 말하는 「구동 기간」은, 방전 전극(41)에 방전을 발생시키도록 전압 인가 장치(1)가 구동되는 기간이다.

즉, 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)을 포함하는 부하(4)에 인가하는 전압의 크기를 일정값으로 유지하는 것이 아니라, 소정 범위 내의 구동 주파수에서, 주기적으로 변동시킨다. 전압 인가 회로(2)는, 인가 전압 V1의 크기를 주기적으로 변동시킴으로써, 방전을 간헐적으로 발생시킨다. 즉, 인가 전압 V1의 변동 주기 에 맞춰서, 방전 경로 L1이 주기적으로 형성되고, 방전이 주기적으로 발생한다. 이하에서는, 방전(부분 파괴 방전)이 발생하는 주기를 「방전 주기」라고도 한다. 이에 의해, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)에 작용하는 전기 에너지의 크기가 구동 주파수에서 주기적으로 변동하게 되어, 결과적으로, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)가 구동 주파수에서 기계적으로 진동한다.

여기서, 액체(50)의 변형량을 크게 하기 위해서는, 인가 전압 V1의 변동 주파수인 구동 주파수는, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)의 공진 주파수(고유 진동수)를 포함하는 소정 범위 내, 즉 액체(50)의 공진 주파수 부근의 값으로 설정되는 것이 바람직하다. 본 개시에서 말하는 「소정 범위」는, 그 주파수에서 액체(50)에 가해지는 힘(에너지)을 진동시켰을 때, 액체(50)의 기계적인 진동이 증폭되는 주파수의 범위이며, 액체(50)의 공진 주파수를 기준으로 하여 하한값 및 상한값이 규정된 범위이다. 즉, 구동 주파수는, 액체(50)의 공진 주파수 부근의 값으로 설정된다. 이 경우, 인가 전압 V1의 크기가 변동하는 것에 수반되는 액체(50)의 기계적인 진동의 진폭은, 비교적 커지게 되어, 결과적으로, 액체(50)의 기계적인 진동에 수반하는 액체(50)의 변형량이 커진다. 액체(50)의 공진 주파수는, 예를 들어 액체(50)의 체적(량), 표면 장력 및 점도 등에 의존한다.

즉, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)에서는, 액체(50)는, 그 공진 주파수 부근의 구동 주파수에서 기계적으로 진동함으로써 비교적 큰 진폭으로 진동하기 때문에, 전계가 작용했을 때 발생하는 테일러 콘의 선단부(정점부)가 보다 뾰족한(예각의) 형상으로 된다. 따라서, 액체(50)가, 그 공진 주파수로부터 이격된 주파수에서 기계적으로 진동하는 경우에 비하여, 테일러 콘이 형성된 상태에 있어서 절연 파괴에 필요한 전계 강도가 작아져, 방전이 발생하기 쉬워진다. 따라서, 예를 들어 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 인가되는 전압(인가 전압 V1)의 크기의 변동, 방전 전극(41)의 형상 변동, 또는 방전 전극(41)에 공급되는 액체(50)의 양(체적)의 변동 등이 있어도, 방전(부분 파괴 방전)이 안정적으로 발생 가능하게 된다. 또한, 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)을 포함하는 부하(4)에 인가하는 전압의 크기를 비교적 낮게 억제할 수 있다. 그 때문에, 방전 전극(41) 주변에 있어서의 절연 대책을 위한 구조를 간략화하거나, 전압 인가 회로(2) 등에 사용하는 부품의 내압을 내리거나 할 수 있다.

그런데, 본 실시 형태에서는, 전압 인가 회로(2)는, 방전이 발생하고 다음에 방전이 발생할 때까지의 간헐 기간 T2(도 6 참조)에 있어서, 인가 전압 V1에 더하여, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2(도 6 참조)를 부하(4)에 인가한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 전압 인가 회로(2)가 인가 전압 V1의 크기를 주기적으로 변동시킴으로써, 방전을 간헐적으로 발생시키고 있다. 그 때문에, 방전이 발생하고 다음에 방전이 발생할 때까지의 사이에는, 방전 경로 L1이 형성되지 않고, 방전 전류가 흐르지 않는 간헐 기간 T2가 발생한다. 여기에서는 일례로서, 방전 주기 T1(도 6 참조) 중 전압 인가 회로(2)가 제2 모드에서 동작하는 기간을, 간헐 기간 T2로 한다. 즉, 간헐 기간 T2에 있어서는, 방전을 발생시키기 위해서 전압 인가 회로(2)가 부하(4)에 인가하는 인가 전압 V1에 더하여, 지속 전압 V2가 부하(4)에 인가됨으로써, 지속 전압 V2의 분만큼, 부하(4)에 인가되는 전압이 끌어올려진다. 바꿔 말하면, 부하(4)에는, 인가 전압 V1과 지속 전압 V2의 합계 전압(V1+V2)이 인가되게 된다. 이에 의해, 간헐 기간 T2에 있어서는, 시간 경과에 수반해서 부하(4)에 인가되는 전압은 서서히 저하되지만, 지속 전압 V2의 분만큼 하락폭이 축소되게 된다.

그 결과, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 의하면, 액체(50)의 진동에 기인하는 소리를 저감시킬 수 있다. 지속 전압 V2를 사용한 소리 대책에 대하여 상세는, 「(2. 5) 소리 대책」란에서 설명한다.

상술한 바와 같이, 전압 인가 회로(2)가, 인가 전압 V1에 더하여, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가함으로써, 외관상, 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 인가되는 전압이 커진다. 그 때문에, 지속 전압 V2의 인가는, 전압 인가 회로(2)로부터의 출력 전압의 변경에 의해 실현된다. 구체적으로는, 제어 회로(3)(전압 제어 회로(31)), 구동 회로(21) 및 전압 발생 회로(22)의 회로 상수(저항값 또는 용량값 등)의 조정에 의해, 전압 인가 회로(2)로부터의 출력 전압이 변경되고, 지속 전압 V2의 인가가 실현된다. 또한, 회로 상수를 변화시키는 구성에 한정되지 않고, 예를 들어 제어 회로(3)에 포함되는 마이크로컴퓨터에서 사용하는 파라미터 등의 조정에 의해, 전압 인가 회로(2)로부터의 출력 전압이 변경되고, 지속 전압 V2의 인가가 실현되어도 된다.

본 실시 형태에서는, 제어 회로(3)는, 감시 대상에 기초하여 전압 인가 회로(2)를 제어한다. 여기에서 말하는 「감시 대상」은, 전압 인가 회로(2)의 출력 전류 및 출력 전압의 적어도 한쪽으로 이루어진다.

여기에서는, 제어 회로(3)는, 전압 제어 회로(31)와, 전류 제어 회로(32)를 갖고 있다. 전압 제어 회로(31)는 전압 인가 회로(2)의 출력 전압을 포함하는 감시 대상에 기초하여, 전압 인가 회로(2)의 구동 회로(21)를 제어한다. 제어 회로(3)는, 구동 회로(21)에 대하여 제어 신호 Si1(도 1 참조)을 출력하고 있으며, 제어 신호 Si1에 의해 구동 회로(21)를 제어한다. 전류 제어 회로(32)는, 전압 인가 회로(2)의 출력 전류를 포함하는 감시 대상에 기초하여, 전압 인가 회로(2)의 구동 회로(21)를 제어한다. 즉, 본 실시 형태에서는, 제어 회로(3)는, 전압 인가 회로(2)의 출력 전류, 및 출력 전압의 양쪽을 감시 대상으로 하여, 전압 인가 회로(2)의 제어를 행한다. 단, 전압 인가 회로(2)의 출력 전압(2차측 전압)과, 전압 인가 회로(2)의 1차측 전압의 사이에는 상관 관계가 있으므로, 전압 제어 회로(31)는 전압 인가 회로(2)의 1차측 전압으로부터 간접적으로 전압 인가 회로(2)의 출력 전압을 검출해도 된다. 마찬가지로, 전압 인가 회로(2)의 출력 전류(2차측 전류)와, 전압 인가 회로(2)의 입력 전류(1차측 전류)의 사이에는 상관 관계가 있으므로, 전류 제어 회로(32)는, 전압 인가 회로(2)의 입력 전류로부터 간접적으로 전압 인가 회로(2)의 출력 전류를 검출해도 된다.

제어 회로(3)는, 감시 대상의 크기가 임계값 미만이면 전압 인가 회로(2)를 제1 모드에서 동작시키고, 감시 대상의 크기가 임계값 이상이 되면 전압 인가 회로(2)를 제2 모드에서 동작시키도록 구성되어 있다. 즉, 감시 대상의 크기가 임계값에 도달할 때까지는, 전압 인가 회로(2)는 제1 모드에서 동작하고, 인가 전압 V1이 시간 경과에 수반해서 상승한다. 이때, 방전 전극(41)에 있어서는, 코로나 방전으로부터 진전되어 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성되어 방전 전류가 발생하게 된다. 감시 대상의 크기가 임계값에 도달하면, 전압 인가 회로(2)는 제2 모드에서 동작하고, 인가 전압 V1이 저하된다. 이때, 부하(4)가 과전류 상태로 되고, 제어 회로(3) 등에 의해 방전 전류가 차단되게 된다. 바꿔 말하면, 제어 회로(3) 등이, 전압 인가 회로(2)를 통해 부하(4)의 과전류 상태를 검지하고, 인가 전압을 저하시킴으로써 방전 전류를 소멸(중단)시킨다.

이에 의해, 구동 기간에 있어서, 전압 인가 회로(2)는, 제1 모드와 제2 모드를 교대로 반복하도록 동작하고, 인가 전압 V1의 크기가 구동 주파수에서 주기적으로 변동한다. 그 결과, 방전 전극(41)에 있어서는, 코로나 방전으로부터 진전되어 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다고 하는 현상이 간헐적으로 반복되는 형태의 방전(부분 파괴 방전)이 발생한다. 즉, 방전 장치(10)에 있어서는, 부분 파괴 방전에 의해, 방전 전극(41)의 주위에 방전 경로 L1이 간헐적으로 형성되고, 펄스 형상의 방전 전류가 반복해서 발생한다.

또한, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)는, 방전 전극(41)에 액체(50)(결로수)가 공급(유지)되고 있는 상태에서, 전압 인가 회로(2)로부터 부하(4)에 전압을 인가한다. 이에 의해, 부하(4)에 있어서는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 전위차에 의해, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 방전(부분 파괴 방전)이 발생한다. 이때, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)가, 방전에 의해 정전 안개화된다. 그 결과, 방전 장치(10)에서는, 라디칼을 함유하는 나노미터 사이즈의 대전 미립자액이 생성된다. 생성된 대전 미립자액은, 예를 들어 대향 전극(42)의 개구부(421)를 통과하여, 방전 장치(10)의 주위에 방출된다.

(2. 2) 동작

이상 설명한 구성의 방전 장치(10)는, 제어 회로(3)가 이하와 같이 동작함으로써, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 부분 파괴 방전을 발생시킨다.

즉, 제어 회로(3)는, 방전 경로 L1(도 5a 참조)이 형성될 때까지의 기간에 있어서는, 전압 인가 회로(2)의 출력 전압을 감시 대상으로 하고, 감시 대상(출력 전압)이 최댓값 α(도 6 참조) 이상이 되면, 전압 제어 회로(31)에서, 전압 발생 회로(22)에 투입되는 에너지를 감소시킨다. 한편, 방전 경로 L1의 형성 후에 있어서는, 제어 회로(3)는, 전압 인가 회로(2)의 출력 전류를 감시 대상으로 하고, 감시 대상(출력 전류)이 임계값 이상이 되면, 전류 제어 회로(32)에서, 전압 발생 회로(22)에 투입되는 에너지를 감소시킨다. 이에 의해, 부하(4)에 인가되는 전압을 저하시켜, 부하(4)를 과전류 상태로 하여 방전 전류를 차단하는 제2 모드에서, 전압 인가 회로(2)가 동작한다. 즉, 전압 인가 회로(2)의 동작 모드가, 제1 모드에서 제2 모드로 전환되게 된다.

이때, 전압 인가 회로(2)의 출력 전압 및 출력 전류가 모두 저하하기 때문에, 제어 회로(3)는, 구동 회로(21)의 동작을 재개시킨다. 이에 의해, 부하(4)에 인가되는 전압이 시간 경과에 수반해서 상승하고, 코로나 방전으로부터 진전되어 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다.

여기에서, 전류 제어 회로(32)가 작동한 이후에는, 전류 제어 회로(32)의 영향에 의해, 전압 인가 회로(2)의 출력 전압의 상승률이 결정된다. 요컨대, 도 6의 예에 있어서, 방전 주기 T1에 있어서의 단위 시간당 전압 인가 회로(2)의 출력 전압의 변화량은, 전류 제어 회로(32)에 있어서의 적분 회로의 시상수 등에 의해 결정된다. 최댓값 α는 고정값이므로, 바꿔 말하면, 방전 주기 T1은, 전류 제어 회로(32)의 회로 상수 등에 의해 결정된다.

구동 기간에 있어서는, 제어 회로(3)가 상술한 동작을 반복함으로써, 전압 인가 회로(2)는, 제1 모드와, 제2 모드를 교대로 반복하도록 동작한다. 이에 의해, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)에 작용하는 전기 에너지의 크기가 구동 주파수에서 주기적으로 변동하게 되어, 액체(50)는 구동 주파수에서 기계적으로 진동한다.

요컨대, 전압 인가 회로(2)로부터, 방전 전극(41)을 포함하는 부하(4)에 전압이 인가됨으로써, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)에는, 전계에 의한 힘이 작용해서 액체(50)가 변형된다. 이때, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)에 작용하는 힘 F1은, 액체(50)에 포함되는 전하량 q1과 전계 E1의 곱에 의해 표시된다(F1=q1×E1). 특히, 본 실시 형태에서는, 방전 전극(41)의 선단부(411)과 대향하는 대향 전극(42)과 방전 전극(41)의 사이에 전압이 인가되므로, 액체(50)에는, 전계에 의해 대향 전극(42)측으로 당겨지는 방향의 힘이 작용한다. 그 결과, 도 2a에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41)의 선단부(411)에 유지되고 있는 액체(50)는, 전계에 의한 힘을 받아서, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 대향 방향에 있어서 대향 전극(42)측으로 팽창되어, 테일러 콘이라고 불리는 원추형의 형상을 이룬다. 도 2a에 도시한 상태로부터, 부하(4)에 인가되는 전압이 작아지면, 전계의 영향에 의해 액체(50)에 작용하는 힘도 작아져, 액체(50)가 변형된다. 그 결과, 도 2b에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41)의 선단부(411)에 유지되고 있는 액체(50)는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 대향 방향에 있어서 수축되게 된다.

그리고, 부하(4)에 인가되는 전압의 크기가 구동 주파수에서 주기적으로 변동함으로서, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)는, 도 2a에 도시한 형상과 도 2b에 도시한 형상으로, 교대로 변형된다. 테일러 콘의 선단부(정점부)에 전계가 집중됨으로써 방전이 발생하므로, 도 2a에 도시한 바와 같이 테일러 콘의 선단부가 뾰족한 상태에서 절연 파괴가 발생한다. 따라서, 구동 주파수에 맞춰서 방전(부분 파괴 방전)이 간헐적으로 발생한다.

그런데, 구동 주파수가 높아지면, 즉 방전 주기 T1이 짧아지면, 부분 파괴 방전에 의해 라디칼이 생성될 때 발생하는 오존의 발생량이 증가할 가능성이 있다. 즉, 구동 주파수가 높아지면, 방전이 발생하는 시간 간격이 짧아져, 단위 시간(예를 들어 1초)당, 방전의 발생 횟수가 증가하고, 단위 시간당 라디칼 및 오존의 발생량을 증가시키는 경우가 있다. 구동 주파수가 높아지는 것에 수반되는 단위 시간당 오존의 발생량의 증가를 억제하기 위한 수단으로서는, 이하의 2개의 수단이 있다.

첫 번째 수단은, 인가 전압 V1의 최댓값 α를 내리는 것이다. 즉, 구동 기간에 방전 전극(41)에 발생하는 방전에 의한 단위 시간당 오존의 발생량이 규정값 이하로 되도록, 구동 기간에 있어서의 인가 전압의 최댓값 α가 규정 전압값 이하로 조정된다. 인가 전압 V1의 최댓값 α를 규정 전압값 이하로 내림으로써, 부분 파괴 방전에 의해 라디칼이 생성되는 때에 발생하는 오존의 발생량은 억제된다. 이에 의해, 구동 주파수가 높아지는 것에 수반되는 오존의 발생량의 증가를, 억제하는 것이 가능하다.

두 번째 수단은, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)의 체적을 증가시키는 것이다. 즉, 구동 기간에 방전 전극(41)에 발생하는 방전에 의한 단위 시간당 오존의 발생량이 규정값 이하로 되도록, 구동 기간에 있어서의 액체(50)의 체적이 규정 체적 이상으로 조정된다. 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)의 체적이 늘어남으로서, 부분 파괴 방전에 의해 라디칼이 생성될 때 발생하는 오존의 발생량은 억제된다. 이에 의해, 구동 주파수가 높아지는 것에 수반하는 오존의 발생량의 증가를, 억제하는 것이 가능하다.

본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)에서는, 첫 번째 수단, 즉 구동 기간에 있어서의 인가 전압의 최댓값 α를 내림으로써, 단위 시간당 오존의 발생량의 증가를 억제하고 있다. 이에 의해, 방전 장치(10)에서는, 예를 들어 오존 농도를 0.02ppm 정도로 억제하는 것이 가능하다. 단, 방전 장치(10)는, 두 번째 수단을 채용해도 되고, 또한 첫 번째 수단과 두 번째 수단의 양쪽을 채용해도 된다.

(2. 3) 전극 형상

다음으로, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)에서 사용하고 있는 전극인 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의, 보다 상세한 형상에 대하여, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한다. 도 4a 내지 도 4c에서는, 부하(4)를 구성하는 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)의 주요부를 모식적으로 도시하고 있으며, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42) 이외의 구성에 대해서는 적절히 도시를 생략하였다.

즉, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 대향 전극(42)은, 지지부(422)와, 지지부(422)로부터 방전 전극(41)을 향해서 돌출되는 1 이상(여기에서는 4개)의 돌출부(423)를 갖고 있다. 여기서, 도 4a에 도시한 바와 같이, 지지부(422)로부터의 돌출부(423)의 돌출량 D1은, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 거리 D2에 비하여 작은 것이 바람직하다. 나아가, 돌출부(423)의 돌출량 D1은, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 거리 D2의 2/3 이하인 것이, 보다 바람직하다. 즉, 「D1≤D2×2/3」의 관계식을 충족하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「돌출량 D1」은, 돌출부(423)의 길이 방향에 있어서의 개구부(421)의 내주연으로부터 돌출부(423)의 선단까지의 거리 중, 최장 거리를 의미한다(도 4b 참조). 또한, 여기서 말하는 「거리 D2」는, 방전 전극(41)의 선단부(411)로부터 대향 전극(42)의 돌출부(423)까지의 거리 중, 최단 거리(공간 거리)를 의미한다. 바꿔 말하면, 「거리 D2」는, 돌출부(423)의 연장 돌출부(424)로부터 방전 전극(41)까지의 최단 거리이다.

일례로서, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 거리 D2가 3.0㎜ 이상 4.0㎜ 미만인 경우, 지지부(422)로부터의 돌출부(423)의 돌출량 D1은 2.0㎜ 이하이면 상기 관계식을 충족하게 된다. 이와 같이, 돌출부(423)의 돌출량 D1이, 방전 전극(41)과 대향 전극(42) 사이의 거리 D2에 비하여 상대적으로 작음으로써, 돌출부(423)에서의 전계의 집중을 완화시킬 수 있어, 부분 파괴 방전이 발생하기 쉬워진다.

본 실시 형태에서는, 돌출량 D1 및 거리 D2의 각각은, 복수(여기서는 4개)의 돌출부(423) 전부에서, 균등하다. 즉, 복수의 돌출부(423) 중 하나의 돌출부(423)는, 다른 3개 중 어느 돌출부(423)와도, 돌출량 D1이 동일하다. 또한, 복수의 돌출부(423) 중 하나의 돌출부(423)는, 다른 3개 중 어느 돌출부(423)와도, 방전 전극(41)까지의 거리 D2가 동일하다. 즉, 각 돌출부(423)로부터 방전 전극(41)까지의 거리는, 복수의 돌출부(423)에 있어서 균등하다.

또한, 돌출부(423)의 선단면은, 도 4b에 도시한 바와 같이, 곡면을 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 돌출부(423)가 끝이 가는 형상의 연장 돌출부(424)를 갖고 있으므로, 연장 돌출부(424)의 선단면, 즉 개구부(421)의 중심측을 향한 면이, 곡면을 포함하고 있다. 여기에서는, 돌출부(423)의 선단면은, 평면에서 볼 때, 돌출부(423)의 측면으로부터 연속적으로 연결되는 반원호 형상으로 형성되어 있으며, 모서리를 포함하지 않는다. 즉, 돌출부(423)의 선단면은 전체가 곡면(만곡면)이다.

한편, 방전 전극(41)의 선단면도 또한, 도 4c에 도시한 바와 같이, 곡면을 포함하고 있다. 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이 방전 전극(41)은 끝이 가는 형상의 선단부(411)를 갖고 있으므로, 선단부(411)의 선단면, 즉 대향 전극(42)의 개구부(421)측을 향한 면이, 곡면을 포함하고 있다. 여기에서는, 방전 전극(41)의 선단면은, 방전 전극(41)의 중심축을 포함하는 단면 형상이, 선단부(411)의 측면으로부터 연속적으로 연결되는 호 형상으로 형성되어 있고, 모서리를 포함하지 않는다. 즉, 방전 전극(41)의 선단면은 전체가 곡면(만곡면)이다.

일례로서, 방전 전극(41)의 선단면의 곡률 반경 r2(도 4c 참조)는, 0.2㎜ 이상인 것이 바람직하다. 이와 같이, 방전 전극(41)의 선단부(411)가 아르 형상(rounded shape)을 가짐으로써, 방전 전극(41)의 선단부(411)가 뾰족한 경우에 비하여, 방전 전극(41)의 선단부(411)에서의 전계의 집중을 완화시킬 수 있어, 부분 파괴 방전이 발생하기 쉬워진다.

여기서, 대향 전극(42)의 돌출부(423)의 선단면에 있어서의 곡률 반경 r1(도 4b 참조)은, 방전 전극(41)의 선단면에 있어서의 곡률 반경 r2(도 4c 참조)의 1/2 이상인 것이 바람직하다. 즉, 「r1≥r2×1/2」의 관계식을 충족하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「곡률 반경」은, 돌출부(423)의 선단면 및 방전 전극(41)의 선단면 중 어느 것에 대해서도, 최솟값, 즉 곡률이 최대가 되는 부위의 곡률 반경을 의미한다. 단, 도 4b와 도 4c는 축척이 다르기 때문에, 도 4b 중의 「r1」과 도 4c 중의 「r2」가, 바로 「r1」과 「r2」의 비를 나타내는 것은 아니다.

일례로서, 방전 전극(41)의 선단면의 곡률 반경 r2가 0.6㎜인 경우, 돌출부(423)의 선단면의 곡률 반경 r1은 0.3㎜ 이상이면, 상기 관계식을 충족하게 된다. 또한, 돌출부(423)의 선단면의 곡률 반경 r1은, 방전 전극(41)의 선단면의 곡률 반경 r2보다도 큰 것이 보다 바람직하다. 이와 같이, 돌출부(423)의 선단면의 곡률 반경 r1이, 방전 전극(41)의 선단면의 곡률 반경 r2에 비하여 상대적으로 큼으로써, 부분 파괴 방전이 발생하기 쉬워진다.

(2.4) 방전 형태

이하, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압 V1을 인가한 경우에 발생하는 방전 형태의 상세에 대하여, 도 5a 내지 도 5c를 참조하여 설명한다. 도 5a 내지 도 5c는, 방전 형태를 설명하기 위한 개념도이며, 도 5a 내지 도 5c에서는, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)을 모식적으로 나타내고 있다. 또한, 본 실시 형태에 따른 방전 장치(10)에서는, 실제로는, 방전 전극(41)에는 액체(50)가 유지되고 있으며, 이 액체(50)와 대향 전극(42)의 사이에서 방전이 발생하지만, 도 5a 내지 도 5c에서는, 액체(50)의 도시를 생략하였다. 또한, 이하에서는, 방전 전극(41)의 선단부(411)(도 4c 참조)에 액체(50)가 없는 경우를 상정하여 설명하지만, 액체(50)가 있는 경우에는, 방전의 발생 개소 등에 대하여 「방전 전극(41)의 선단부(411)」를 「방전 전극(41)에 유지된 액체(50)」로 대체하면 된다.

여기에서는 우선, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에서 채용되고 있는 부분 파괴 방전에 대하여, 도 5a를 참조하여 설명한다.

즉, 방전 장치(10)는, 우선 방전 전극(41)의 선단부(411)에서 국소적인 코로나 방전을 발생시킨다. 본 실시 형태에서는, 방전 전극(41)은 부극(접지)측이기 때문에, 방전 전극(41)의 선단부(411)에 발생하는 코로나 방전은 부극성 코로나이다. 방전 장치(10)는, 방전 전극(41)의 선단부(411)에 발생한 코로나 방전을, 고에너지의 방전으로까지 더 진전시킨다. 이 고에너지의 방전에 의해, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다.

또한, 부분 파괴 방전은, 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이에서의 부분적인 절연 파괴를 수반하지만, 절연 파괴가 계속적으로 발생하는 것이 아니라, 절연 파괴가 간헐적으로 발생하는 방전이다. 그 때문에, 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이에 발생하는 방전 전류에 대해서도, 간헐적으로 발생한다. 즉, 방전 경로 L1을 유지하는 데 필요한 전류 용량을 전원(전압 인가 회로(2))이 갖지 않는 경우 등에 있어서는, 코로나 방전으로부터 부분 파괴 방전으로 진전하자마자 한 쌍의 전극 간에 인가되는 전압이 저하되고, 방전 경로 L1이 도중에 끊어져 방전이 정지된다. 여기에서 말하는 「전류 용량」은, 단위 시간에 방출 가능한 전류의 용량이다. 이와 같은 방전의 발생 및 정지가 반복됨으로써, 방전 전류가 간헐적으로 흐르게 된다. 이와 같이, 부분 파괴 방전은, 방전 에너지의 높은 상태와 방전 에너지의 낮은 상태를 반복하는 점에 있어서, 절연 파괴가 계속적으로 발생하는(즉 방전 전류가 계속적으로 발생하는) 글로우 방전 및 아크 방전은 상이하다.

보다 상세하게는, 전압 인가 장치(1)는, 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압 V1을 인가함으로써, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 방전을 발생시킨다. 그리고, 방전의 발생 시에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다. 이 때 형성되는 방전 경로 L1에는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역 R1과, 대향 전극(42)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역 R2가 포함되어 있다.

즉, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 전체적으로는 아니지만 부분적(국소적)으로, 절연 파괴된 방전 경로 L1이 형성된다. 이와 같이, 부분 파괴 방전에 있어서는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 형성되는 방전 경로 L1은, 전로 파괴에는 이르지 않고, 부분적으로 절연 파괴된 경로이다.

「(2. 3) 전극 형상」란에서도 설명한 바와 같이, 방전 전극(41)의 선단부(411)의 형상(아르 형상), 및 돌출부(423)의 돌출량 D1에 대하여, 전계의 집중을 적절하게 완화시키도록 적절하게 설정됨으로써, 부분 파괴 방전을 실현하기 쉬워진다. 즉, 선단부(411)의 형상 및 돌출량 D1(도 4a 참조)이, 방전 전극(41)의 길이 및 인가 전압 V1 등의 다른 인자와 함께, 전계의 집중을 완화시키도록 적절하게 설정됨으로써, 전계의 집중을 적절하게 완화시킬 수 있다. 그 결과, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 전압이 인가되었을 때, 전로 파괴 방전과 같은 전로 파괴에는 이르지 않고, 부분적인 절연 파괴가 발생할 때까지 그칠 수 있다. 그 결과, 부분 파괴 방전을 실현할 수 있다.

여기서, 방전 경로 L1은, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역 R1과, 대향 전극(42)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역 R2를 포함하고 있다. 즉, 제1 절연 파괴 영역 R1은, 방전 전극(41)의 주위의 절연 파괴된 영역이며, 제2 절연 파괴 영역 R2는, 대향 전극(42)의 주위의 절연 파괴된 영역이다. 여기서, 방전 전극(41)에 액체(50)가 유지되어 있으며, 액체(50)와 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압 V1이 인가되어 있는 경우에는, 제1 절연 파괴 영역 R1은, 방전 전극(41)의 주위 중 특히 액체(50)의 주위에 생성된다.

이들 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2는, 서로 접촉하지 않도록 떨어져서 존재하고 있다. 바꿔 말하면, 방전 경로 L1은, 적어도 제1 절연 파괴 영역 R1과 제2 절연 파괴 영역 R2의 사이에 있어서, 절연 파괴되지 않은 영역(절연 영역)을 포함하고 있다. 그 때문에, 부분 파괴 방전에 있어서는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이의 공간에 대하여, 전로 파괴에는 이르지 않고, 부분적으로 절연 파괴된 상태에서, 방전 경로 L1을 통과하여 방전 전류가 흐르게 된다. 요컨대, 부분적인 절연 파괴가 발생한 방전 경로 L1, 바꿔 말하면, 일부는 절연 파괴되지 않은 방전 경로 L1이어도, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 방전 경로 L1을 통과하여 방전 전류가 흘러, 방전이 발생한다.

여기에서, 제2 절연 파괴 영역 R2는, 기본적으로는, 대향 전극(42) 중, 방전 전극(41)까지의 거리(공간 거리)가 최단이 되는 부위의 주위에 발생한다. 본 실시 형태에서는, 도 4a에 도시한 바와 같이, 대향 전극(42)은, 돌출부(423)의 선단부에 형성된 끝이 가는 형상의 연장 돌출부(424)에 있어서, 방전 전극(41)까지의 거리 D2가 최단이 되므로, 제2 절연 파괴 영역 R2는 연장 돌출부(424)의 주위에 생성된다. 즉, 도 5a에 도시한 대향 전극(42)은, 실제로는 도 4a에 도시한 돌출부(423)의 연장 돌출부(424)에 상당한다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상술한 바와 같이, 대향 전극(42)은, 복수(여기서는 4개)의 돌출부(423)를 갖고 있으며, 각 돌출부(423)로부터 방전 전극(41)까지의 거리 D2(도 4a 참조)는, 복수의 돌출부(423)에 있어서 균등하다. 그 때문에, 제2 절연 파괴 영역 R2는, 복수의 돌출부(423) 중, 어느 하나의 돌출부(423)의 연장 돌출부(424)의 주위에 생성되게 된다. 여기서, 제2 절연 파괴 영역 R2가 생성되는 돌출부(423)는, 특정한 돌출부(423)에는 한정되지 않고, 복수의 돌출부(423) 중에서 랜덤하게 정해지게 된다.

그런데, 부분 파괴 방전에 있어서는, 도 5a에 도시한 바와 같이, 방전 전극(41) 주위의 제1 절연 파괴 영역 R1은, 방전 전극(41)으로부터 상대방으로 되는 대향 전극(42)을 향해서 연장되어 있다. 대향 전극(42)의 주위의 제2 절연 파괴 영역 R2는, 대향 전극(42)으로부터 상대방으로 되는 방전 전극(41)을 향해 연장되어 있다. 바꿔 말하면, 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2는, 각각 방전 전극(41) 및 대향 전극(42)으로부터, 서로 당기는 방향으로 연장되어 있다. 그 때문에, 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2의 각각은, 방전 경로 L1을 따른 길이를 갖게 된다. 이와 같이, 부분 파괴 방전에 있어서는, 부분적으로 절연 파괴된 영역(제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2의 각각)은, 특정한 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다.

다음으로, 코로나 방전에 대하여, 도 5b를 참조하여 설명한다.

일반적으로는, 한 쌍의 전극 간에 에너지를 투입해서 방전을 발생시키면, 투입한 에너지의 양에 따라서, 방전 형태가 코로나 방전으로부터, 글로우 방전, 또는 아크 방전으로 진전된다.

글로우 방전 및 아크 방전은, 한 쌍의 전극 간에서의 절연 파괴를 수반하는 방전이다. 글로우 방전 및 아크 방전에 있어서는, 한 쌍의 전극 간에 에너지가 투입되어 있는 사이에는, 절연 파괴에 의해 형성되는 방전 경로가 유지되어, 한 쌍의 전극 간에 방전 전류가 계속적으로 발생한다. 이에 반하여, 코로나 방전은, 도 5b에 도시한 바와 같이, 한쪽의 전극(방전 전극(41))에서 국소적으로 발생하는 방전이며, 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이의 절연 파괴를 수반하지 않는 방전이다. 요컨대, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 인가 전압 V1이 인가됨으로써, 방전 전극(41)의 선단부(411)에서 국소적인 코로나 방전이 발생한다. 여기서, 방전 전극(41)은 부극(접지)측이기 때문에, 방전 전극(41)의 선단부(411)에 발생하는 코로나 방전은 부극성 코로나이다. 이때, 방전 전극(41)의 선단부(411)의 주위에는, 국소적으로 절연 파괴된 영역 R3이 발생할 수 있다. 이 영역 R3은, 부분 파괴 방전에 있어서의 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2의 각각과 같이, 특정한 방향으로 길게 연장된 형상이 아니라, 점 형상(또는 구 형상)으로 된다.

여기서, 전원(전압 인가 회로(2))으로부터 한 쌍의 전극 간에 대하여 단위 시간당 방출 가능한 전류 용량이 충분히 크면, 한번 형성된 방전 경로는 도중에 끊어지지 않고 유지되어, 상술한 바와 같이 코로나 방전으로부터, 글로우 방전 또는 아크 방전으로 진전된다.

다음으로, 전로 파괴 방전에 대하여, 도 5c를 참조하여 설명한다.

전로 파괴 방전은, 도 5c에 도시한 바와 같이, 코로나 방전으로부터 진전되어 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이의 전로 파괴에 이른다고 하는 현상이 간헐적으로 반복되는 방전 형태이다. 즉, 전로 파괴 방전에 있어서는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 있어서, 전체적으로 절연 파괴된 방전 경로가 발생한다. 이때, 방전 전극(41)의 선단부(411)와, 대향 전극(42)(도 4a에 도시한, 어느 돌출부(423)의 연장 돌출부(424))의 사이에는, 전체적으로 절연 파괴된 영역 R4가 발생할 수 있다. 이 영역 R4는, 부분 파괴 방전에 있어서의 제1 절연 파괴 영역 R1 및 제2 절연 파괴 영역 R2의 각각과 같이, 부분적으로 발생하는 것이 아니라, 방전 전극(41)의 선단부(411)와 대향 전극(42)의 사이를 연결하도록 발생한다.

또한, 전로 파괴 방전은, 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이에서의 절연 파괴(전로 파괴)를 수반하지만, 절연 파괴가 계속적으로 발생하는 것이 아니라, 절연 파괴가 간헐적으로 발생하는 방전이다. 그 때문에, 한 쌍의 전극(방전 전극(41) 및 대향 전극(42)) 사이에 발생하는 방전 전류에 대해서도, 간헐적으로 발생한다. 즉, 상술한 바와 같이 방전 경로를 유지하는 데 필요한 전류 용량을 전원(전압 인가 회로(2))이 갖지 않는 경우 등에 있어서는, 코로나 방전으로부터 전로 파괴로 진전되자마자 한 쌍의 전극 간에 인가되는 전압이 저하되고, 방전 경로가 도중에 끊어져서 방전이 정지한다. 이와 같은 방전의 발생 및 정지가 반복됨으로써, 방전 전류가 간헐적으로 흐르게 된다. 이와 같이, 전로 파괴 방전은, 방전 에너지가 높은 상태와 방전 에너지가 낮은 상태를 반복하는 점에 있어서, 절연 파괴가 계속적으로 발생하는(즉 방전 전류가 계속적으로 발생하는) 글로우 방전 및 아크 방전과는 상이하다.

그리고, 부분 파괴 방전(도 5a 참조)에 있어서는, 코로나 방전(도 5b 참조)과 비교해서 큰 에너지로 라디칼이 생성되고, 코로나 방전과 비교해서 2 내지 10배정도의 대량의 라디칼이 생성된다. 이와 같이 하여 생성되는 라디칼은, 제균, 탈취, 보습, 신선 유지, 바이러스의 불활성화에 그치지 않고, 여러 상황에서 유용한 효과를 발휘하는 기로 된다. 여기서, 부분 파괴 방전에 의해 라디칼이 생성될 때에는, 오존도 발생한다. 단, 부분 파괴 방전에서는, 코로나 방전과 비교해서 2 내지 10배 정도의 라디칼이 생성되는 데 반하여, 오존의 발생량은 코로나 방전의 경우와 동일 정도로 억제된다.

또한, 도 5a에 도시한 부분 파괴 방전에 있어서는, 도 5c에 도시한 전로 파괴 방전과 비교해도, 과대한 에너지에 의한 라디칼의 소실을 억제할 수 있어, 전로 파괴 방전과 비교해도 라디칼의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다. 즉, 전로 파괴 방전에서는, 그 방전에 따른 에너지가 너무 높기 때문에, 생성된 라디칼의 일부가 소실되어, 유효 성분의 생성 효율의 저하로 이어질 가능성이 있다. 이에 대해, 부분 파괴 방전에서는, 전로 파괴 방전과 비교해서 방전에 따른 에너지가 작게 억제되기 때문에, 과대한 에너지에 노출됨에 따른 라디칼의 소실량을 저감시켜, 라디칼의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다.

결과적으로, 부분 파괴 방전을 채용한 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 의하면, 코로나 방전 및 전로 파괴 방전과 비교하여, 유효 성분(공기 이온, 라디칼 및 이것을 포함하는 대전 미립자액 등)의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 부분 파괴 방전에서는, 전로 파괴 방전에 비교해서 전계의 집중을 완화시킬 수 있다. 그 때문에, 전로 파괴 방전에서는, 전로 파괴된 방전 경로를 통과하여 방전 전극(41) 및 대향 전극(42) 사이에는, 순간적으로 큰 방전 전류가 흘러, 그 때의 전기 저항은 매우 작아져 있다. 이에 반하여, 부분 파괴 방전에서는, 전계의 집중이 완화됨으로써, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로 L1의 형성 시에, 방전 전극(41) 및 대향 전극(42) 사이에 순간적으로 흐르는 전류의 최댓값이, 전로 파괴 방전에 비하여 작게 억제된다. 이에 의해, 부분 파괴 방전에서는, 전로 파괴 방전에 비교하여 질화산화물(NOx)의 발생이 억제되어, 전기 노이즈가 더욱 작게 억제된다.

(2. 5) 소리 대책

다음으로, 지속 전압 V2를 사용한 소리 대책에 대하여 상세하게는, 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6은, 횡축을 시간축으로 하여, 종축에 전압 인가 회로(2)의 출력 전압(부하(4)에 인가되는 전압)을 나타내는 그래프이다. 도 7은, 횡축을 주파수축으로 하여, 종축에 방전 장치(10)로부터 발하는 소리의 크기(음압)를 나타내는 그래프이다.

상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 도 6에 도시한 바와 같이, 전압 인가 회로(2)는, 인가 전압 V1의 크기를 주기적으로 변동시켜 방전을 간헐적으로 발생시키고 있다. 즉, 인가 전압 V1의 변동 주기를 방전 주기 T1로 한 경우에, 방전 주기 T1에서 방전(부분 파괴 방전)이 발생하게 된다. 여기에서는, 방전이 발생하는 시점을 제1 시점 t1이라고 정의한다.

그리고, 도 6에 도시한 바와 같이, 전압 인가 회로(2)는, 방전이 발생하고 다음에 방전이 발생할 때까지의 간헐 기간 T2에 있어서, 인가 전압 V1에 더하여, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가한다. 본 실시 형태에서는 일례로서, 방전 주기 T1 중, 전압 인가 회로(2)가 제2 모드에서 동작하는 기간을, 간헐 기간 T2로 하고 있다.

즉, 간헐 기간 T2에 있어서는, 방전을 발생시키기 위해서 전압 인가 회로(2)가 부하(4)에 인가하는 인가 전압 V1에 더하여, 지속 전압 V2가 부하(4)에 인가됨으로써, 지속 전압 V2의 분만큼, 부하(4)에 인가되는 전압을 끌어올린다. 바꿔 말하면, 부하(4)에는, 인가 전압 V1과 지속 전압 V2의 합계 전압(V1+V2)이 인가되게 된다. 그 때문에, 도 6에 파선으로 나타낸 바와 같이, 지속 전압 V2가 인가되지 않은 경우(즉 인가 전압 V1만이 인가되는 경우)에 비하면, 방전이 발생하는 제1 시점 t1 후에 있어서, 부하(4)에 인가되는 전압의 강하 정도가 저감된다. 이에 의해, 간헐 기간 T2에 있어서는, 시간 경과에 수반해서 부하(4)에 인가되는 전압은 서서히 저하되지만, 지속 전압 V2의 분만큼 하락폭이 축소되게 된다.

여기에서, 상술한 바와 같이, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 전압이 인가되므로, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)에는, 전계에 의해 대향 전극(42)측으로 당겨지는 방향의 힘이 작용한다. 이때, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)는, 전계에 의한 힘을 받아서, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 대향 방향에 있어서 대향 전극(42)측으로 팽창되어, 테일러 콘이라고 불리는 원추형의 형상을 이룬다. 그리고, 액체(50)가 팽창되어 테일러 콘의 선단부가 뾰족한 상태에서, 테일러 콘의 선단부(정점부)에 전계가 집중함으로써 방전이 발생한다. 제1 시점 t1에서 방전이 개시되면, 전계의 영향이 작아지므로, 테일러 콘(액체(50))을 팽창시키는 방향의 힘이 감소하고, 테일러 콘(액체(50))은 수축된다. 제1 시점 t1로부터 일정 시간이 경과한 후에 전계가 강해지면, 다시, 테일러 콘(액체(50))이 팽창된다. 이와 같이, 부하(4)에 인가되는 전압의 크기가 구동 주파수에서 주기적으로 변동됨으로써, 방전 전극(41)에 유지되고 있는 액체(50)는 주기적으로 신축되고(도 2a 및 도 2b 참조), 액체(50)에는 기계적인 진동이 발생한다.

그런데, 이와 같은 액체(50)의 기계적인 진동 시에, 방전 발생 후의 액체(50)의 수축이 과도해지면, 액체(50)의 기계적인 진동의 진폭이 과도하게 커져서, 액체(50)의 진동에 기인하는 소리가 커질 가능성이 있다. 예를 들어, 도 6에 파선으로 나타낸 바와 같이, 지속 전압 V2가 인가되지 않은 경우, 방전이 발생하는 제1 시점 t1 후에 있어서, 전계의 영향이 너무 작아져서, 테일러 콘(액체(50))은 액체(50)의 표면 장력 등에 의해 급속하게 수축될 가능성이 있다. 이러한 경우에, 액체(50)의 기계적인 진동의 진폭이 과도하게 커져서, 액체(50)의 진동에 기인하는 소리가 커질 가능성이 있다.

본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에서는, 지속 전압 V2를 사용하여, 이와 같은 방전 발생 후의 액체(50)의 과도한 수축의 발생을 억제하고, 결과적으로, 액체(50)의 진동에 기인하는 소리를 발생시키기 어렵게 한다. 즉, 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에서는, 방전이 발생하고 다음에 방전이 발생할 때까지의 간헐 기간 T2에 있어서, 부하(4)에는 인가 전압 V1에 더하여 지속 전압 V2가 인가된다. 지속 전압 V2가 가산됨으로써, 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에서는, 액체(50)의 표면 장력 등에 의한 테일러 콘(액체(50))의 수축을 지연시킬 정도의 전계가, 방전의 발생 시점(제1 시점 t1) 후에도 유지된다. 그 결과, 액체(50)의 기계적인 진동의 진폭이 과도하게 커지는 것을 억제할 수 있고, 결과적으로, 액체(50)의 진동에 기인하는 소리를 저감시키는 것이 가능하다.

보다 상세하게는, 액체(50)는 방전의 주기(방전 주기 T1)에 따라서 기계적으로 진동, 즉 신축을 반복하고 있다. 여기서, 액체(50)가 완전히 팽창된 직후의 제2 시점 t2(도 6 참조)에 있어서 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 β가, 방전이 발생하는 제1 시점 t1에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기(최댓값 α)의 2/3 이상인 것이 바람직하다. 또한, 제2 시점 t2에 있어서 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 β는, 제1 시점 t1에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 α 이하이다. 즉, 「α≥β≥α×2/3」의 관계식을 충족하는 것이 바람직하다. 여기에서 말하는 「직후」는, 액체(50)가 완전히 팽창된 시점 이후에, 완전히 팽창된 액체(50)가 수축을 개시하고나서 잠시동안의 기간을 포함한다. 단, 「직후」는, 액체(50)가 완전히 팽창된 시점 이후에, 완전히 팽창된 액체(50)가 수축하는 방향으로 가속하고 있는 기간인 것이 보다 바람직하다. 또한, 「직후」는, 액체(50)가 완전히 팽창된 시점 이후에, 완전히 팽창된 액체(50)가 수축을 개시할 때까지의 기간인 것이 보다 바람직하다.

즉, 액체(50)가 기계적인 진동을 하고 있는 사이에는 액체(50)에는 관성력도 작용하고 있으므로, 방전이 발생하는 제1 시점 t1에 있어서 액체(50)에 대한 전계의 영향이 작아지더라도, 제1 시점 t1 후에도 잠시동안은, 액체(50)는 팽창되는 방향의 변형을 계속한다. 그리고, 액체(50)를 팽창시키는 방향의 관성력과, 액체(50)를 수축시키는 방향의 표면 장력 등이 균형이 잡힌 시점에서, 액체(50)는 완전히 팽창되게 되고, 이후에, 액체(50)는 표면 장력 등에 의해 수축된다. 이와 같은 액체(50)가 완전히 팽창된 직후의 제2 시점 t2에 있어서의 전압의 크기 β가, 제1 시점 t1에 있어서의 전압의 크기 α에 대하여 상대적으로, 어느 정도의 크기를 가짐으로써, 표면 장력 등에 의한 테일러 콘(액체(50))의 수축을 지연시킬 수 있다.

일례로서, 제1 시점 t1에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 α가 6.0㎸인 경우, 제2 시점 t2에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 β는 4.0㎸ 이상이면, 상기 관계식, 즉 「α≥β≥α×2/3」을 충족하게 된다. 도 6의 예에 있어서, 지속 전압 V2가 인가되지 않은 경우(즉 인가 전압 V1만이 인가되는 경우)에는, 제2 시점 t2에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 γ는, 제1 시점 t1에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기 α의 2/3 미만이다. 즉, 지속 전압 V2가 인가됨으로써, 적어도 제2 시점 t2에 부하(4)에 인가되는 전압의 크기는 「β-γ」의 분만큼 끌어올려지게 되어, 표면 장력 등에 의한 테일러 콘(액체(50))의 수축을 지연시킬 수 있다.

또한, 방전 전극(41)의 방전 주파수는 600㎐ 이상 5000㎐ 이하인 것이 바람직하다. 이 경우, 인가 전압 V1의 변동 주파수(구동 주파수)도 600㎐ 이상 5000㎐ 이하로 된다. 방전의 주파수가 500㎐이면 방전 주기 T1은 0.002초로 되고, 방전의 주파수가 5000㎐이면 방전 주기 T1은 0.0002초로 된다.

또한, 제2 시점 t2는, 제1 시점 t1로부터, 방전의 주기 1/10의 시간이 경과한 시점인 것이 바람직하다. 즉, 제1 시점 t1부터 제2 시점 t2까지의 시간은 방전 주기 T1의 1/10의 시간으로 설정되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 상술한 바와 같이 600㎐ 이상 5000㎐ 이하의 범위에 방전의 주파수(구동 주파수)가 있는 경우에 있어서는, 제1 시점 t1부터 방전 주기 T1의 1/10 정도의 시간이 경과함으로써 액체(50)가 완전히 팽창되는 경우가 많다. 그 때문에, 제2 시점 t2는, 제1 시점 t1로부터, 방전의 주기의 1/10의 시간이 경과한 시점인 것이 보다 바람직하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)는, 인가 전압 V1에 더하여, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가함으로써, 도 7에 도시한 바와 같이, 방전 장치(10)로부터 발하는 소리의 크기(음압)를 저감시킬 수 있다. 도 7에 있어서, 곡선 W1은, 인가 전압 V1에 더하여 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가한 경우의 그래프, 곡선 W2는, 지속 전압 V2가 인가되지 않은 경우(즉 인가 전압 V1만이 인가되는 경우)의 그래프이다.

도 7로부터 명백해진 바와 같이, 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)에 의하면, 인가 전압 V1에 더하여 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가함으로써, 가청역(20㎐ 내지 20000㎐)의 대략 전역에 있어서, 방전 장치(10)로부터 발하는 소리의 크기(음압)를 저감시킬 수 있다. 도 7의 예에서는, 비교적 들리기 쉬운 1000㎐ 내지 2000㎐의 주파수대에 대해서도, 음압은 저감되고 있다. 여기서, 전압 인가 장치(1)는, 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가함으로써, 액체(50)의 기계적인 진동에 수반되는 음압을 1㏈ 이상 저하시키는 것이 바람직하다. 즉, 인가 전압 V1에 더하여 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가한 경우에, 지속 전압 V2가 인가되지 않은 경우(즉 인가 전압 V1만이 인가되는 경우)에 비하여, 방전 장치(10)로부터 발하는 소리가 1㏈ 이상은 저하되는 것이 바람직하다. 1㏈ 이상의 음압의 저하는, 가청역(20㎐ 내지 20000㎐)의 적어도 일부의 주파수대에서 실현되면 된다.

또한, 인가 전압 V1에 더하여, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2를 부하(4)에 인가함으로써 기대되는 효과로서, 소리의 저감 이외에, 예를 들어 에너지 이용 효율의 향상이 있다. 즉, 지속 전압 V2가 인가되면, 지속 전압 V2가 인가되지 않는 경우(즉 인가 전압 V1만이 인가되는 경우)에 비하면, 방전이 발생하는 제1 시점 t1 후에 있어서, 부하(4)에 인가되는 전압의 하강 정도가 저감된다. 이에 의해, 팽창된 테일러 콘(액체(50))에 축적된 전하의 소실이 억제되고, 이 전하를, 다음 방전에 유효하게 이용함으로써, 부하(4)에 부여된 에너지를 방전에 유효하게 이용 가능하게 된다.

(3) 변형예

제1 실시 형태는, 본 개시의 다양한 실시 형태의 하나에 불과하다. 제1 실시 형태는, 본 개시의 목적을 달성할 수 있으면, 설계 등에 따라서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 본 개시에서 참조하는 도면은, 모두 모식적인 도면이며, 도면 중의 각 구성 요소의 크기 및 두께 각각의 비가, 반드시 실제의 치수비를 반영하고 있다고는 할 수 없다. 이하, 제1 실시 형태의 변형예를 열거한다. 이하에 설명하는 변형예는, 적절히 조합하여 적용 가능하다.

(3. 1) 제1 변형예

제1 변형예에서는, 도 8a 내지 도 8d에 도시한 바와 같이, 대향 전극(42)의 형상이 제1 실시 형태와는 상이하다. 도 8a 내지 도 8d는, 방전 장치(10)의 대향 전극을 포함하는 주요부의 평면도이다.

도 8a의 예에서는, 대향 전극(42A)은, 각 돌출부(423A)의 형상이 대략 삼각 형상이다. 이 돌출부(423A)에 있어서는, 삼각형의 정점이 개구부(421)의 중심을 향해 있다. 이에 의해, 돌출부(423A)의 선단부는 뾰족한(예각의) 형상으로 된다. 도 8b의 예에서는, 대향 전극(42B)은, 지지부(422)로부터 돌출되는 2개의 돌출부(423B)를 갖고 있다. 2개의 돌출부(423B)는, 각각 개구부(421)의 중심을 향해서 돌출되어 있다. 또한, 2개의 돌출부(423B)는, 등간격으로 개구부(421)에 배치되어 있다.

도 8c의 예에서는, 대향 전극(42C)은, 지지부(422)로부터 돌출되는 3개의 돌출부(423C)를 갖고 있다. 3개의 돌출부(423C)는, 각각 개구부(421)의 중심을 향해서 돌출되어 있다. 또한, 3개의 돌출부(423C)는, 등간격으로 개구부(421)에 배치되어 있다. 이와 같이, 돌출부(423C)는, 홀수 개 마련되어 있어도 된다. 도 8d의 예에서는, 대향 전극(42D)은, 지지부(422)로부터 돌출되는 8개의 돌출부(423D)를 갖고 있다. 8개의 돌출부(423D)는, 각각 개구부(421)의 중심측을 향해서 돌출되어 있다. 또한, 8개의 돌출부(423D)는, 등간격으로 개구부(421)에 배치되어 있다.

또한, 도 8a 내지 도 8d의 예에 한정되지 않고, 대향 전극(42) 및 방전 전극(41)의 각각의 형상은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 대향 전극(42)이 갖는 돌출부(423)의 개수는 2 내지 4개, 8개에 한정되지 않고, 예를 들어 1개, 또는 5개 이상이어도 된다. 또한, 복수의 돌출부(423)가 개구부(421)의 둘레 방향에 있어서 등간격으로 배치되는 것은 필수적인 구성이 아니고, 복수의 돌출부(423)는 개구부(421)의 둘레 방향에 있어서 적당한 간격으로 배치되어도 된다.

또한, 대향 전극(42)의 지지부(422)의 형상에 대해서도, 평판 형상으로 한정되지 않고, 예를 들어 방전 전극(41)과의 대향면의 적어도 일부에, 오목 곡면 또는 볼록 곡면을 포함하고 있어도 된다. 대향 전극(42)에 있어서의 방전 전극(41)과의 대향면의 형상에 의하면, 방전 전극(41)의 선단부(411)에서의 전계를 균일하게 높일 수 있다. 또한, 지지부(422)는, 방전 전극(41)을 덮는 돔 형상으로 형성되어 있어도 된다.

(3. 2) 기타 변형예

방전 장치(10)는, 대전 미립자액을 생성하기 위한 액체 공급부(5)가 생략되어 있어도 된다. 이 경우, 방전 장치(10)는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 발생하는 부분 파괴 방전에 의해, 공기 이온을 생성한다.

또한, 액체 공급부(5)는, 제1 실시 형태와 같이 방전 전극(41)을 냉각해서 방전 전극(41)에 결로수를 발생시키는 구성에 한정되지 않는다. 액체 공급부(5)는, 예를 들어 모세관 현상, 또는 펌프 등의 공급 기구를 사용하여, 탱크로부터 방전 전극(41)으로 액체(50)를 공급하는 구성이어도 된다. 또한, 액체(50)는, 물(결로수를 포함함)에 한정되지 않고, 물 이외의 액체여도 된다.

또한, 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)을 정극(플러스), 대향 전극(42)을 부극(접지)으로 하여, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 고전압을 인가하도록 구성되어 있어도 된다. 또한, 방전 전극(41)과 대향 전극(42)의 사이에 전위차(전압)가 발생하면 되므로, 전압 인가 회로(2)는, 고전위측의 전극(정극)을 접지로 하고, 저전위측의 전극(부극)을 마이너스 전위로 함으로써, 부하(4)에 마이너스의 전압을 인가해도 된다. 즉, 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)을 접지로 하고, 대향 전극(42)을 마이너스 전위로 해도 되며, 또는 방전 전극(41)을 마이너스 전위로 하고, 대향 전극(42)을 접지로 해도 된다.

또한, 전압 인가 장치(1)는, 전압 인가 회로(2)와, 부하(4)에 있어서의 방전 전극(41) 또는 대향 전극(42)의 사이에, 제한 저항을 구비하고 있어도 된다. 제한 저항은, 부분 파괴 방전에 있어서, 절연 파괴 후에 흐르는 방전 전류의 피크값을 제한하기 위한 저항기이다. 제한 저항은, 예를 들어 전압 인가 회로(2)와 방전 전극(41)의 사이, 또는 전압 인가 회로(2)와 대향 전극(42)의 사이에 전기적으로 접속된다.

또한, 전압 인가 장치(1)의 구체적인 회로 구성은 적절히 변경 가능하다. 예를 들어, 전압 인가 회로(2)는, 자려식의 컨버터에 한정되지 않고, 타려식의 컨버터여도 된다. 또한, 전압 발생 회로(22)는, 압전 소자를 갖는 변압기(압전 트랜스)로 실현되어도 된다.

또한, 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)가 채용하는 방전 형태는, 제1 실시 형태에서 설명한 형태에 한정되지 않는다. 예를 들어, 전압 인가 장치(1) 및 방전 장치(10)는, 코로나 방전으로부터 진전되어 절연 파괴에 이른다고 하는 현상이 간헐적으로 반복되는 형태의 방전, 즉 「전로 파괴 방전」을 채용해도 된다. 이 경우, 방전 장치(10)에 있어서는, 코로나 방전으로부터 진전되어 절연 파괴에 이르면 비교적 큰 방전 전류가 순간적으로 흐르고, 그 직후에 인가 전압이 저하되어 방전 전류가 차단되며, 또한 인가 전압이 상승해서 절연 파괴에 이른다고 하는 현상이 반복되게 된다.

또한, 대향 전극(42)에 있어서의 지지부(422) 및 복수의 돌출부(423)가 전체적으로 평판 형상으로 형성되어 있는 것은 필수적인 구성이 아니고, 예를 들어 지지부(422)가 지지부(422)의 두께 방향으로 돌출되는 볼록부를 갖는 등, 지지부(422)가 입체적으로 형성되어 있어도 된다. 또한, 각 돌출부(423)는, 예를 들어 선단부(연장 돌출부(424))측일수록, 방전 전극(41)의 길이 방향에 있어서의 방전 전극(41)까지의 거리가 작아지도록, 개구부(421)의 내주연으로부터 비스듬히 돌출되어 있어도 된다.

또한, 전압 인가 회로(2)는, 방전이 발생하고 다음에 방전이 발생할 때까지의 기간에, 액체(50)의 수축을 억제하기 위한 지속 전압 V2를, 인가 전압 V1에 더하여 부하(4)에 인가하면 되며, 부하(4)에 인가되는 전압 파형은 도 6의 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 9a에 도시한 바와 같이, 부하(4)에 인가되는 전압은, 시간 경과에 수반해서 단계적으로 저하되도록, 지속 전압 V2로 끌어올려져도 된다. 이 경우, 부하(4)에 인가되는 전압 파형은, 도 9a에 도시한 바와 같은, 계단 형상의 파형으로 된다. 또한, 기타 예로서, 도 9b에 도시한 바와 같이, 부하(4)에 인가되는 전압은, 시간 경과에 수반해서 직선적으로 저하되는, 즉 대략 선형으로 변화하도록, 지속 전압 V2로 끌어올려져도 된다. 이 경우, 부하(4)에 인가되는 전압 파형은, 도 9b에 도시한 바와 같은, 삼각파 형상의 파형으로 된다.

또한, 제1 실시 형태에 따른 전압 인가 장치(1)와 마찬가지의 기능은, 전압 인가 회로(2)의 제어 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등으로 구현화되어도 된다. 즉, 제어 회로(3)에 대응하는 기능을, 전압 인가 회로(2)의 제어 방법, 컴퓨터 프로그램, 또는 컴퓨터 프로그램을 기록한 기록 매체 등으로 구현화해도 된다.

또한, 2치 간의 비교에 있어서, 「이상」으로 하고 있는 부분은, 2치가 동등한 경우 및 2치의 한쪽이 다른 쪽을 초과한 경우의 양쪽을 포함한다. 단, 이것에 한정하지 않고, 여기에서 말하는 「이상」은, 2치의 한쪽이 다른 쪽을 초과한 경우만을 포함하는 「보다 크다」와 동일한 의미여도 된다. 즉, 2치가 동등한 경우를 포함하는지의 여부는, 임계값 등의 설정대로 임의로 변경할 수 있으므로, 「이상」이거나 「보다 크다」이거나에 기술상의 차이는 없다. 마찬가지로, 「미만」에 있어서도 「이하」와 동일한 의미여도 된다.

(제2 실시 형태)

본 실시 형태에 따른 방전 장치(10A)는, 도 10에 도시한 바와 같이, 온도 및 습도의 적어도 한쪽을 계측하는 센서(7)를 더 구비하는 점에서, 제1 실시 형태에 따른 방전 장치(10)와 상이하다. 이하, 제1 실시 형태와 마찬가지의 구성에 대해서는, 공통의 부호를 붙여 적절히 설명을 생략한다.

센서(7)는, 방전 전극(41)의 주위의 상태를 검출하는 센서이다. 센서(7)는, 적어도 온도 및 습도(상대 습도)의 적어도 한쪽을 포함하는, 방전 전극(41)의 주위의 환경(상태)에 관련된 정보를 검출한다. 센서(7)의 검출 대상으로 되는 방전 전극(41)의 주위 환경(상태)에는, 온도 및 습도 외에, 예를 들어 악취 지수, 조도, 및 사람의 존재/부재 등이 포함된다. 본 실시 형태에서는, 전압 인가 장치(1A)는 센서(7)를 구성 요소에 포함하는 것으로서 설명하지만, 센서(7)는 전압 인가 장치(1A)의 구성 요소에 포함되어 있지 않아도 된다.

본 실시 형태에 따른 방전 장치(10A)는, 공급량 조절부(8)를 더 구비하고 있다. 공급량 조절부(8)는, 센서(7)의 출력에 기초하여, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)(결로수)의 공급량을 조절한다. 본 실시 형태에서는, 전압 인가 장치(1A)는 공급량 조절부(8)를 구성 요소에 포함하는 것으로서 설명하지만, 공급량 조절부(8)는 전압 인가 장치(1A)의 구성 요소에 포함되어 있지 않아도 된다.

제1 실시 형태에서 설명한 바와 같이, 액체 공급부(5)는, 냉각 장치(51)(도 3b 참조)에서 방전 전극(41)을 냉각하여, 방전 전극(41)에 액체(50)(결로수)를 발생시키므로, 방전 전극(41)의 주위 온도 또는 습도가 변화하면, 액체(50)의 생성량이 변화한다. 따라서, 온도 및 습도의 적어도 한쪽에 기초하여, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)의 생성량의 적어도 한쪽을 조정함으로써, 온도 및 습도에 관계없이, 액체(50)의 생성량을 일정하게 유지하기 쉬워진다.

구체적으로는, 전압 인가 장치(1A)는, 마이크로컴퓨터를 구비하고 있으며, 공급량 조절부(8)는, 이 마이크로컴퓨터로 실현된다. 즉, 공급량 조절부(8)로서의 마이크로컴퓨터는, 센서(7)의 출력(이하, 「센서 출력」이라고도 함)을 취득하고, 센서 출력에 따라서, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)의 생성량을 조정한다.

이 공급량 조절부(8)는, 센서(7)의 출력에 기초하여 액체 공급부(5)에서의 액체(50)(결로수)의 생성량을 조정한다. 공급량 조절부(8)는, 예를 들어 방전 전극(41)의 주위 온도가 높아지거나, 또는 습도가 높아질수록, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)(결로수)의 생성량을 적게 한다. 이에 의해, 예를 들어 습도가 높고 액체(50)(결로수)의 생성량이 증가하는 상황에서는, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)(결로수)의 생성량을 억제함으로써, 액체(50)의 생성량을 일정하게 유지하기 쉬워진다. 액체 공급부(5)에서의 액체(50)(결로수)의 생성량의 조정은, 예를 들어 한 쌍의 펠티에 소자(511)에 대한 통전량(전류값)으로 냉각 장치(51)의 설정 온도를 변화시킴으로써 실현된다.

또한, 제2 실시 형태와 같이, 공급량 조절부(8)가 센서(7)의 출력에 기초하여, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)의 공급량을 조절하는 것은, 방전 장치(10A)에 필수적인 구성이 아니다. 즉, 공급량 조절부(8)는, 액체 공급부(5)에서의 액체(50)의 공급량을 조절하는 기능을 갖고 있으면 된다.

제2 실시 형태에서 설명한 구성(변형예를 포함함)은, 제1 실시 형태에서 설명한 구성(변형예를 포함함)과 적절히 조합하여 적용 가능하다.

(요약)

이상 설명한 바와 같이, 제1 형태에 따른 전압 인가 장치(1, 1A)는, 전압 인가 회로(2)를 구비한다. 전압 인가 회로(2)는, 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 사이에 인가 전압(V1)을 인가함으로써, 방전을 발생시킨다. 전압 인가 장치(1, 1A)는, 방전의 발생 시에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 사이에, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)를 형성한다. 방전 경로(L1)는, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역(R1)과, 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역(R2)을 포함한다.

이 양태에 의하면, 코로나 방전과 비교해서 큰 에너지로 라디칼 등의 유효 성분이 생성되고, 코로나 방전과 비교해서 대량의 라디칼 등의 유효 성분이 생성된다. 또한, 전로 파괴 방전과 비교해도, 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 전압 인가 장치(1, 1A)에 의하면, 코로나 방전 및 전로 파괴 방전 중 어느 방전 형태와 비교해도, 라디칼 등의 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다고 하는 이점이 있다.

제2 형태에 따른 전압 인가 장치(1, 1A)에서는, 제1 양태에 있어서, 방전 전극(41)은 액체(50)를 유지하고 있어, 방전에 의해 액체(50)가 정전 안개화되어도 된다.

이 양태에 의하면, 라디칼을 함유하는 대전 미립자액이 생성된다. 따라서, 라디칼이 단체에서 공기 중에 방출되는 경우에 비하여, 라디칼의 장수명화를 도모할 수 있다. 또한, 대전 미립자액이 예를 들어 나노미터 사이즈임으로써, 비교적 광범위하게 대전 미립자액을 부유시킬 수 있다.

제3 형태에 따른 전압 인가 장치(1, 1A)에서는, 제1 또는 제2 중 어느 하나의 양태에 있어서, 전압 인가 회로(2)는, 인가 전압(V1)의 크기를 주기적으로 변동시켜 방전을 간헐적으로 발생시켜도 된다.

이 양태에 의하면, 방전이 연속적으로 발생하는 경우에 비하여, 방전에 필요한 동일 에너지당 유효 성분의 생성량을 증가시킬 수 있어, 유효 성분의 생성 효율이 향상된다.

제4 형태에 따른 전압 인가 장치(1, 1A)에서는, 제1 내지 제3 중 어느 하나의 양태에 있어서, 제1 절연 파괴 영역(R1)은, 방전 전극(41)으로부터 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)을 향해서 연장되어 있어도 된다. 제2 절연 파괴 영역(R2)은, 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)으로부터 방전 전극(41)을 향해서 연장되어 있어도 된다.

이 양태에 의하면, 제1 절연 파괴 영역(R1) 및 제2 절연 파괴 영역(R2)의 각각이 길이를 가짐으로써, 방전이 발생하기 쉬워진다.

제5 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)는, 방전 전극(41)과, 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)과, 전압 인가 회로(2)를 구비한다. 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)은, 방전 전극(41)과 간극을 통해 대향하도록 배치된다. 전압 인가 회로(2)는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 사이에 인가 전압(V1)을 인가함으로써, 방전을 발생시킨다. 방전 장치(10, 10A)은, 방전의 발생 시에는, 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 사이에 있어서, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)를 형성한다. 방전 경로(L1)는, 방전 전극(41)의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역(R1)과, 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역(R2)을 포함한다.

이 양태에 의하면, 코로나 방전과 비교해서 큰 에너지로 라디칼 등의 유효 성분이 생성되고, 코로나 방전과 비교해서 대량의 라디칼 등의 유효 성분이 생성된다. 또한, 전로 파괴 방전과 비교해도, 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다. 따라서, 방전 장치(10, 10A)에 의하면, 코로나 방전 및 전로 파괴 방전 중 어느 방전 형태와 비교해도, 라디칼 등의 유효 성분의 생성 효율의 향상을 도모할 수 있다는 이점이 있다.

제6 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)는, 제5 양태에 있어서, 방전 전극(41)에 액체(50)를 공급하는 액체 공급부(5)를 더 구비해도 된다.

이 양태에 의하면, 방전 전극(41)에 대하여 액체 공급부(5)에 의해 액체(50)가 자동적으로 공급되므로, 방전 전극(41)에 액체(50)를 공급하는 작업이 불필요하다.

제7 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)에서는, 제5 또는 제6 중 어느 하나의 양태에 있어서, 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)은, 지지부(422)와, 돌출부 (423, 423A, 423B, 423C, 423D)를 가져도 된다. 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)는, 지지부(422)로부터 방전 전극(41)을 향해서 돌출되어도 된다.

이 양태에 의하면, 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)에 전계가 집중되기 쉬워져서, 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D)의 사이에 방전 경로(L1)가 발생하기 쉬워진다.

제8 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)에서는, 제7 양태에 있어서, 돌출부 (423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 선단면은 곡면을 포함해도 된다.

이 양태에 의하면, 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 선단의 전계 집중을 적절하게 완화시킬 수 있어, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)가 발생하기 쉬워진다.

제9 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)에서는, 제8 양태에 있어서, 돌출부 (423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 선단면의 곡률 반경(r1)이, 방전 전극(41)의 선단면의 곡률 반경(r2)의 1/2 이상이어도 된다.

이 양태에 의하면, 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 선단의 전계 집중을 적절하게 완화시킬 수 있어, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)가 발생하기 쉬워진다.

제10 형태에 따른 방전 장치(10, 10A)에서는, 제7 내지 제9 중 어느 하나의 양태에 있어서, 돌출량(D1)은, 방전 전극(41)과 대향 전극(42, 42A, 42B, 42C, 42D) 사이의 거리(D2)의 2/3 이하여도 된다. 여기서, 돌출량(D1)은, 지지부(422)로부터의 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 돌출량이다.

이 양태에 의하면, 돌출부(423, 423A, 423B, 423C, 423D)의 선단의 전계 집중을 적절하게 완화시킬 수 있어, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로(L1)가 발생하기 쉬워진다.

제2 내지 제4 형태에 따른 구성에 대해서는, 전압 인가 장치(1, 1A)에 필수적인 구성이 아니라, 적절히 생략 가능하다. 제6 내지 제10 형태에 따른 구성에 대해서는, 방전 장치(10, 10A)에 필수적인 구성이 아니라, 적절히 생략 가능하다.

전압 인가 장치 및 방전 장치는, 냉장고, 세탁기, 드라이어, 공기 조화기, 선풍기, 공기 청정기, 가습기, 미안기(美顔器) 및 자동차 등이 다양한 용도에 적용할 수 있다.

1, 1A: 전압 인가 장치
2: 전압 인가 회로
4: 부하
5: 액체 공급부
10, 10A: 방전 장치
41: 방전 전극
42, 42A, 42B, 42C, 42D: 대향 전극
422: 지지부
423, 423A, 423B, 423C, 423D: 돌출부
50: 액체
D1: 돌출량
D2: 거리
L1: 방전 경로
R1: 제1 절연 파괴 영역
R2: 제2 절연 파괴 영역
r1, r2: 곡률 반경
V1: 인가 전압

Claims (13)

1. 서로 간극을 통해 대향하도록 배치되는 방전 전극과 대향 전극의 사이에 인가 전압을 인가함으로써, 방전을 발생시키는 전압 인가 회로를 구비하고,
   방전의 발생 시에는, 상기 방전 전극과 상기 대향 전극의 사이에, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로를 형성하고,
   상기 방전 경로는, 상기 방전 전극의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역과, 상기 대향 전극의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역과, 상기 제1 절연 파괴 영역과 상기 제2 절연 파괴 영역 사이의 절연 파괴되지 않은 영역을 포함하는, 전압 인가 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 방전 전극은 액체를 유지하고 있으며,
   방전에 의해 상기 액체가 정전 안개화되는, 전압 인가 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 전압 인가 회로는, 상기 인가 전압의 크기를 주기적으로 변동시켜 방전을 간헐적으로 발생시키는, 전압 인가 장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 전압 인가 회로는, 상기 인가 전압의 크기를 주기적으로 변동시켜 방전을 간헐적으로 발생시키는, 전압 인가 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 절연 파괴 영역은, 상기 방전 전극으로부터 상기 대향 전극을 향해서 연장되어 있으며,
   상기 제2 절연 파괴 영역은, 상기 대향 전극으로부터 상기 방전 전극을 향해서 연장되어 있는, 전압 인가 장치.
6. 방전 전극과,
   상기 방전 전극과 간극을 통해 대향하도록 배치되는 대향 전극과,
   상기 방전 전극과 상기 대향 전극의 사이에 인가 전압을 인가함으로써, 방전을 발생시키는 전압 인가 회로를 구비하고,
   방전의 발생 시에는, 상기 방전 전극과 상기 대향 전극의 사이에 있어서, 부분적으로 절연 파괴된 방전 경로를 형성하고,
   상기 방전 경로는, 상기 방전 전극의 주위에 생성되는 제1 절연 파괴 영역과, 상기 대향 전극의 주위에 생성되는 제2 절연 파괴 영역과, 상기 제1 절연 파괴 영역과 상기 제2 절연 파괴 영역 사이의 절연 파괴되지 않은 영역을 포함하는, 방전 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 방전 전극에 액체를 공급하는 액체 공급부를 더 구비하는, 방전 장치.
8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
   상기 대향 전극은, 지지부와, 상기 지지부로부터 상기 방전 전극을 향해서 돌출되는 돌출부를 갖는, 방전 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 돌출부의 선단면은 곡면을 포함하는, 방전 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 돌출부의 선단면의 곡률 반경은, 상기 방전 전극의 선단면의 곡률 반경의 1/2 이상인, 방전 장치.
11. 제8항에 있어서,
    상기 지지부로부터의 상기 돌출부의 돌출량은, 상기 방전 전극과 상기 대향 전극 사이의 거리의 2/3 이하인, 방전 장치.
12. 제9항에 있어서,
    상기 지지부로부터의 상기 돌출부의 돌출량은, 상기 방전 전극과 상기 대향 전극 사이의 거리의 2/3 이하인, 방전 장치.
13. 제10항에 있어서,
    상기 지지부로부터의 상기 돌출부의 돌출량은, 상기 방전 전극과 상기 대향 전극 사이의 거리의 2/3 이하인, 방전 장치.

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