WO2012063857A1 - プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法 - Google Patents

プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2012063857A1
WO2012063857A1 PCT/JP2011/075820 JP2011075820W WO2012063857A1 WO 2012063857 A1 WO2012063857 A1 WO 2012063857A1 JP 2011075820 W JP2011075820 W JP 2011075820W WO 2012063857 A1 WO2012063857 A1 WO 2012063857A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrodes
plasma
electrode
fluid
fluid flow
Prior art date
Application number
PCT/JP2011/075820
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
宮本　誠
一利 竹之下
悠紀 熊谷
中山　陽子
野島　秀雄
Original Assignee
株式会社サムスン横浜研究所
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 株式会社サムスン横浜研究所 filed Critical 株式会社サムスン横浜研究所
Priority to JP2012542951A priority Critical patent/JPWO2012063857A1/ja
Priority to US13/884,457 priority patent/US20140010708A1/en
Priority to EP11839310.7A priority patent/EP2638959A4/en
Priority to CN201180064583.9A priority patent/CN103492064A/zh
Priority to KR1020137014824A priority patent/KR101572156B1/ko
Publication of WO2012063857A1 publication Critical patent/WO2012063857A1/ja

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J19/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
    • B01J19/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
    • B01J19/12—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor employing electromagnetic waves
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
    • H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
    • H05H1/24—Generating plasma
    • H05H1/2406—Generating plasma using dielectric barrier discharges, i.e. with a dielectric interposed between the electrodes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor
    • A61L2/02—Methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects other than foodstuffs or contact lenses; Accessories therefor using physical phenomena
    • A61L2/14—Plasma, i.e. ionised gases
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L9/00—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air
    • A61L9/16—Disinfection, sterilisation or deodorisation of air using physical phenomena
    • A61L9/22—Ionisation
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2202/00—Aspects relating to methods or apparatus for disinfecting or sterilising materials or objects
    • A61L2202/20—Targets to be treated
    • A61L2202/23—Containers, e.g. vials, bottles, syringes, mail
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/12—Inflammable refrigerants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25D—REFRIGERATORS; COLD ROOMS; ICE-BOXES; COOLING OR FREEZING APPARATUS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F25D2317/00—Details or arrangements for circulating cooling fluids; Details or arrangements for circulating gas, e.g. air, within refrigerated spaces, not provided for in other groups of this subclass
    • F25D2317/04—Treating air flowing to refrigeration compartments
    • F25D2317/041—Treating air flowing to refrigeration compartments by purification
    • F25D2317/0415—Treating air flowing to refrigeration compartments by purification by deodorizing

Definitions

  • the present invention relates to a plasma generating apparatus and a plasma generating method.
  • Prior art for controlling air quality of living environment generally uses physical control as represented by a filter.
  • Physical control can capture relatively large dust and dirt suspended in the air, bacteria and viruses depending on the size of the filter pores. Also, when there are innumerable adsorption sites like activated carbon, odorous odor molecules can also be captured.
  • odorous odor molecules can also be captured.
  • it is necessary to pass the air in the space to be controlled evenly through the filter the device becomes large, maintenance costs such as filter replacement also increase, and it is effective against deposits There is no Then, releasing chemically active species to a space where sterilization or deodorization is desired can be mentioned as a means for enabling sterilization or deodorization of attached matter.
  • a so-called passive-type plasma generator that allows bacteria and viruses (hereinafter, suspended bacteria) or malodorous substances (hereinafter, odor) suspended in the air to react with active species within a limited volume of the device (for example, Patent Document 1)
  • the active species generated in the plasma generation unit is released to a closed space (for example, a room, a toilet, the interior of a passenger car, etc.) having a larger volume than in (1).
  • So-called active plasma generator which is made to react by collision with gas (for example, patent document 2)
  • the advantage of the passive plasma generator of (1) is that a high bactericidal effect and a deodorizing effect are expected because a high concentration of active species is generated by generating plasma in a small volume.
  • the apparatus since it is necessary to introduce floating bacteria and odor into the apparatus as a drawback, the apparatus becomes large in size, ozone is easily generated as a by-product from plasma generation, and ozone is not leaked out of the apparatus. Alternatively, it is necessary to separately install a filter to be disassembled.
  • the advantage of the active plasma generator of (2) is that the device can be made relatively small, and in addition to sterilization of suspended bacteria and decomposition of odor in the air, bacteria attached to the surface of clothing and household goods And sterilization of attached bacteria) and decomposition of the odor adsorbed on the surface can also be expected.
  • the disadvantage is that the concentration is lowered because the active species is diffused in a very large closed space compared to the volume of the device, so the effect of sterilization and deodorization can only be expected for active species with a long life. It is an impossible point. As a result, almost no deodorizing effect can be expected in a space where the odor concentration is high (a concentration about 10,000 times higher than the concentration of active species).
  • the present invention is a technology that realizes both sterilization and deodorization of attached bacteria at the same time, a passive function of generating plasma and performing deodorization by active species, and releasing the active species from the outside of the device for adhesion.
  • the main objective is to increase the amount of active species produced in order to simultaneously combine two active functions to kill bacteria.
  • the plasma generating apparatus has a pair of electrodes, and when a predetermined voltage is applied between the electrodes to cause plasma discharge, fluid flow holes are provided at corresponding portions of the respective electrodes, and these penetrate It is characterized in that at least a part of the contours of the corresponding fluid through holes are in different positions when viewed from the direction of the face plate of the electrode.
  • the corresponding location as referred to in the present specification means that the fluid flow holes formed in both electrodes are substantially at the same position when viewed from the face plate direction of the electrodes, and the z axis in the orthogonal coordinate system When looking at a pair of electrodes in the xy planar shape from the direction, it means that they are at substantially the same (x, y) coordinate position in both electrodes.
  • the contact area between the fluid flowing through the fluid passage and the plasma can be increased as much as possible. it can.
  • the generation amount of active species such as ions and radicals can be increased, and the function of deodorizing by the active species and the function of releasing the active species to the outside of the device to kill suspended bacteria and attached bacteria are sufficient.
  • a spacer for forming a gap for plasma formation between the electrodes 21 and 22 is not necessary, but between the opposing surfaces. An air gap can be formed.
  • the opening size of the fluid passage hole formed in one of the pair of electrodes is the same as that of the other electrode. It is desirable that the opening size of the formed fluid passage holes be 10 ⁇ m or more smaller. In addition, fluid through holes having the same opening size may be arranged such that their opening centers are offset.
  • the respective fluid passage holes have a circular shape, and It is desirable that the fluid passage holes formed in the electrode and the fluid passage holes formed in the other electrode be arranged concentrically.
  • the deodorizing function of the active species and the bactericidal function of suspended bacteria and attached bacteria can be increased.
  • the total opening area of the fluid passage holes formed in each of the electrodes is Preferably, the total area of the electrodes is in the range of 2% to 90%.
  • one electrode separately from the fluid passage hole It is desirable that a through hole be provided so that the opening on the opposite surface side of the through hole is closed by the other electrode. In this case, the fluid after passing through the fluid flow hole flows into the through hole and contacts the plasma, or the fluid before passing through the fluid flow hole flows into the through hole and contacts the plasma. Can be made more remarkable.
  • the opening size of the through hole is smaller than the opening size of the fluid passage hole by 10 ⁇ m or more.
  • the surface roughness of the dielectric film be 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less. In this case, even when the pair of electrodes is stacked without using a spacer, a space in which plasma is generated can be formed depending on the surface roughness.
  • the flow velocity of the wind that passes the fluid flow holes by the air blowing mechanism be in the range of 0.1 m / s to 10 m / s.
  • Another plasma generator according to the present invention for simultaneously achieving both sterilization and deodorization of attached bacteria comprises a pair of electrodes, and in which a predetermined voltage is applied between the electrodes to cause plasma discharge, each electrode A fluid passage hole is provided at a corresponding position of each of them so as to penetrate them, and a through hole is provided in one electrode separately from the fluid passage hole, and this through hole is opposed to the opposite surface by the other electrode It is characterized in that the side opening is closed.
  • the fluid having passed through the fluid passage can be further brought into contact with the plasma through the through hole, or the fluid before passing through the fluid passage can be caused through the plasma through the through hole Can be contacted in advance.
  • the generation amount of active species such as ions and radicals can be increased, and the function of deodorizing by the active species and the function of releasing the active species to the outside of the device to kill suspended bacteria and attached bacteria are sufficient.
  • the voltage applied to each of the electrodes is formed into a pulse shape, and its peak value Is preferably in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is preferably in the range of 0.1 ⁇ sec to 300 ⁇ sec.
  • the protective cover has a metal mesh disposed outside the pair of electrodes, and the wire diameter of the metal mesh is 1.5 mm. It is desirable that the opening ratio of the metal mesh be 30% or more, within the following range.
  • fluid flow holes are provided at corresponding portions of the respective electrodes so that they pass through, and from the face plate direction of the electrodes When viewed, at least a part of the contours of the corresponding fluid through holes are at different positions, and a predetermined voltage is applied between the electrodes to cause plasma discharge.
  • the perspective view which shows one Embodiment of the plasma generator of this invention.
  • the schematic diagram which shows the effect
  • the top view which shows an electrode part.
  • Sectional drawing which shows an electrode part and an explosion-proof mechanism.
  • the expanded sectional view which shows the structure of the opposing surface of an electrode part.
  • the partial enlarged plan view and sectional drawing which show a fluid communication hole and a through-hole typically.
  • Plasma generator 21 One electrode 22: Other electrode 21a, 22a: Dielectric film 21b, 22b: Fluid flow hole 21c: Through hole 3: Air flow Mechanism 4 ... explosion-proof mechanism 41 ... protective cover 411 ... metal mesh
  • the plasma generating apparatus 100 is used for home appliances such as, for example, a refrigerator, a washing machine, a clothes dryer, a vacuum cleaner, an air conditioner or an air cleaner, and the inside or the outside of the home appliance Deodorizing air and disinfecting floating or adhering bacteria inside or outside the product.
  • home appliances such as, for example, a refrigerator, a washing machine, a clothes dryer, a vacuum cleaner, an air conditioner or an air cleaner, and the inside or the outside of the home appliance Deodorizing air and disinfecting floating or adhering bacteria inside or outside the product.
  • the plasma electrode unit 2 generates active species such as ions and radicals by micro gap plasma (Micro Gap Plasma), and the plasma electrode unit 2 is A blower mechanism 3 provided for forcibly sending air (air flow) to the plasma electrode unit 2 and provided outside the plasma electrode unit 2 so that flames generated in the plasma electrode unit 2 do not propagate to the outside
  • An explosion-proof mechanism 4 and a power source 5 for applying a high voltage to the electrode portion are provided.
  • the plasma electrode unit 2 has a pair of electrodes 21 and 22 provided with dielectric films 21a and 22a on opposite surfaces, and a predetermined voltage is applied between the electrodes 21 and 22. Plasma discharge.
  • Each of the electrodes 21 and 22 has a substantially rectangular shape in plan view (when viewed from the direction of the face plate of the electrodes 21 and 22), as particularly shown in FIG. There is.
  • the application terminal 2T to which the voltage from the power supply 5 is applied is formed in the edge part of the electrodes 21 and 22 of the electrode part 2 (refer FIG. 3).
  • the voltage application method to the plasma electrode unit 2 by the power supply 5 is such that the voltage applied to each of the electrodes 21 and 22 has a pulse shape, the peak value thereof is in the range of 100 V to 5000 V, and the pulse width is 0.1 ⁇ m. It is in the range of not less than seconds and not more than 300 ⁇ s.
  • a dielectric such as barium titanate is applied to the facing surfaces of the electrodes 21 and 22 to form dielectric films 21a and 22a.
  • the surface roughness (in this embodiment, the calculated average roughness Ra) of the dielectric films 21a and 22a is 0.1 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • the other surface roughness may be defined using the maximum height Ry and the ten-point average roughness Rz.
  • the surface roughness of the dielectric films 21a and 22a may be controlled by a thermal spraying method.
  • a dielectric to be applied to the electrode aluminum oxide, titanium oxide, magnesium oxide, strontium titanate, silicon oxide, silver phosphate, lead zirconate titanate, silicon carbide, indium oxide, cadmium oxide, bismuth oxide, zinc oxide , Iron oxide, carbon nanotubes, etc. may be used.
  • fluid flow holes 21b and 22b are provided at corresponding portions of the electrodes 21 and 22, respectively, and they are communicated and penetrated.
  • the plan view shape of the fluid flow hole 21 b formed in one electrode 21 and the plan view shape of the fluid flow hole 22 b formed in the other electrode 22 are configured to be different from each other.
  • the fluid flow holes 21b and 22b respectively formed in corresponding portions of the electrodes 21 and 22 have a substantially circular shape in plan view (see FIGS. 3 and 6), and one of the electrodes
  • the opening size (opening diameter) of the fluid communication hole 21b formed in 21 is smaller than the opening size (opening diameter) of the fluid communication hole 22b formed in the other electrode 22 (for example, the opening diameter is smaller than 10 ⁇ m) It is done.
  • the fluid passage holes 21b formed in one of the electrodes 21 and the fluid passage holes 22b formed in the other electrode 22 are formed concentrically.
  • the plurality of fluid flow holes 21b formed in one electrode 21 all have the same shape, and the plurality of fluid flow holes 22b formed in the other electrode 22 also all have the same shape
  • the fluid passage holes 21 b formed in one of the electrodes 21 are all smaller than the fluid passage holes 22 b formed in the other electrode 22.
  • the effect is shown as a substantially circular shape, but the openings are not limited to circular but may have any shape, and at least a part of the contours of the corresponding fluid through holes in different positions in plan view are different from each other It should just be comprised.
  • the total opening area of the fluid flow holes 21 b and 22 b formed in each of the electrodes 21 and 22 is in the range of 2% to 90% of the total area of each of the electrodes 21 and 22.
  • the total opening area of the fluid flow holes 22 b formed in the other electrode 22 is in the range of 2% to 90% of the total area of the electrode 22.
  • the total opening area of the fluid flow holes 21 b formed in one of the electrodes 21 may be in the range of 2% to 90%.
  • a through hole 21c is provided in one electrode 21 separately from the fluid flow holes 21b and 22b, and the through hole 21c is the other.
  • the electrode 22 is configured to close the opening on the opposing surface side.
  • fluid distribution holes 21b and 22b formed in each said electrodes 21 and 22 may be hereafter called a perfect opening part, the thing formed of the through-hole 21c in comparison with this is a half opening part It is said.
  • the opening size of the through hole 21c is smaller than the opening size of the fluid passage hole 21b by 10 ⁇ m or more.
  • the through hole 21c is formed by replacing a part of the fluid passage hole 21b provided regularly, and the through hole 21c is provided around the fluid passage hole 21b (see FIG. 3).
  • the blower mechanism 3 is disposed on the side of the other electrode 22 of the plasma electrode unit 2 and forces the wind toward the fluid flow holes 21 b and 22 b (full openings) formed in the plasma electrode unit 2. It has a blower fan. Specifically, the blowing mechanism 3 sets the flow velocity of the wind passing through the fluid flow holes 21 b and 22 b in the range of 0.1 m / s or more and 10 m / s or less.
  • the explosion-proof mechanism 4 has a protective cover 41 disposed outside the pair of electrodes 21 and 22, and a flammable gas flows into the fluid flow holes 21 b and 22 b to generate a flame generated by plasma. However, they are configured not to propagate outside the protective cover 41.
  • the protective cover 41 has a metal mesh 411 disposed outside the pair of electrodes 21 and 22, and the wire diameter of the metal mesh 411 is in the range of 1.5 mm or less. And the aperture ratio of the metal mesh 411 is 30% or more.
  • Plasma is generated in the gap between the two opposed electrodes 21 and 22 by the plasma generator 100 configured as described above, air is sent to the fluid flow holes 21 b and 22 b, deodorization is performed in the vicinity of the electrodes 21 and 22, and plasma is generated.
  • the active species generated in the inside are released into a closed space to kill attached bacteria.
  • the parameters such as the structure of the complete opening of the electrodes 21 and 22 of the present embodiment, the addition of the half opening, the shape of the opening, the voltage control, the wind speed, etc. The coexistence of sterilization can be made possible.
  • this closed space is filled with a flammable gas, it is also provided with an explosion-proof mechanism 4 that can be operated safely, and the performance of deodorization and sterilization due to the explosion-proof mechanism 4 is reduced.
  • Air ion measurement is an indirect but simple method of measurement, and among the active species generated by plasma, it has a particularly charge and long-lived ions are the object of measurement, but under certain plasma generation conditions There is a correlation between the density of air ions and the density of active species.
  • the fact that the ion number density is high means that the density of the active species effective for sterilization and deodorization is high.
  • ozone which is a by-product of plasma, has a much longer life (several tens of minutes or more) than ions, there is no significant difference between the concentration near the plasma and the concentration at a distant downstream location. Even so, in order to increase the absolute value of the measured value and grasp a slight change in the amount of generated ozone, the sampling inlet of the measuring instrument is installed 1 cm downstream of the electrode 21. In such a measurement system, maximizing the ion number density based on the ozone concentration directly leads to optimization of the electrode shape.
  • the measurement results of the ion number density and the ozone concentration when the aperture ratio of the fluid flow hole 22b (fluid flow hole 21b) is changed are shown in FIG.
  • the aperture ratio increases, the ion number density increases, while the ozone concentration decreases.
  • the ratio of the total opening area of the fluid flow holes 22b formed in the electrode 22 (aperture ratio) to the total area of the electrode 22 is preferably in the range of 40% to 90%, more preferably The range of 40% to 80% is preferable.
  • the increase in ion production due to the asymmetric structure of the electrode and the half opening was confirmed as follows.
  • Prepare three types of electrodes with equal aperture ratio as follows, 1) An electrode having only a basic symmetrical complete opening (the fluid passage holes 21b and the fluid passage holes 22b have the same shape), 2) An electrode in which the complete opening is changed to an asymmetric structure (the configuration of the present embodiment), 3) electrode with half opening in addition to symmetrical complete opening,
  • the applied voltage was adjusted so that the ozone concentration became constant for each electrode, and the ion number density generated under the conditions was measured as described above.
  • the total extension of the circumferential length of the opening on the electrode is obtained, and the ion number density per unit circumferential length is calculated from the measured ion number density.
  • FIG. 8 shows the ratio of the amount of ions generated to the symmetric complete aperture. As shown in FIG. 8, it has been found that the ion generation amount from the half opening increases by three times or more than that of the symmetrical form by changing it to the asymmetrical form (full opening part of the present embodiment). Furthermore, as shown in FIG. 9, the generation amount of active species can be increased up to about 100 times by devising the arrangement of these electrodes and the arrangement of the asymmetric full openings and the half openings on the electrodes. did it.
  • the result of having realized the improvement of the bactericidal ability by changing an electrode structure and increasing the production amount of active species is shown in FIG.
  • the target of sterilization was E. coli, and the active species was released for 6 hours to the medium coated with E. coli in a 100 L container at room temperature, and then the bacteria on the medium were cultured, and the number of formed colonies was counted.
  • the sterilization rate was increased by more than an order of magnitude by the addition of the half-opening from the electrode of the control-only opening only.
  • the time to achieve almost complete sterilization (99.9%) is expected to be within 8 hours. This sterilizing ability may be sufficient, for example, to completely kill attached bacteria in the refrigerator while the refrigerator is operated overnight.
  • TMA trimethylamine
  • the deodorizing reaction performed in the vicinity of the electrode is considered as follows. Consider first the concentration difference between the concentration of active species produced by the plasma and the odor concentration carried by the air stream. As shown in FIG. 12, a part of the plasma generated in the air gap formed by the dielectrics on the electrode surface spreads to the inside of the hole of the complete opening, so the generated active species is supplied from the air blower. It interacts with the flow. At atmospheric pressure, the electron density of plasma generated in the space between dielectrics is about 10 15 / cm 3 , and the density of generated ions and radicals is considered to be equal, and very high density active species Exists.
  • the molecular number density assumed when the molecule of the odorant is carried there is 10 13 / cm 3 even in the ppm order, which is several orders of magnitude smaller than the density of the active species. That is, a space in which a sufficient number of active species are generated to decompose odor molecules is generated inside the complete opening, and how to feed it into the deodorization reaction site shown in FIG. 12 to promote decomposition. Is the key.
  • the difference between the density of the released active species and the density of the attached bacteria determines the sterilization efficiency.
  • active species generated in the plasma and discharged downstream along the air flow return to stable molecules through recombination etc. according to their lifetimes.
  • ions present in such air are measured by an air ion measuring instrument or the like, and about 10 6 / cm 3 or so is observed near the plasma.
  • Adherent bacteria are several hundred to several thousand per unit area, that is, 10 2 to 10 3 / cm 2 , and sterilization can be carried out by continuously contacting with air containing an active species for a fixed time.
  • the reaction between the active species and the odor can be promoted by devising the structure of the complete opening.
  • Asymmetry of the hole shape of the two electrodes can be expected to have two effects to accelerate the reaction of active species and odor and to increase the transfer efficiency to the air flow.
  • a shape in which the size of the hole decreases along the upstream to the downstream of the air flow (the fluid flow hole 22 b of the other electrode 22 is larger than the fluid flow hole 21 b of the one electrode 21)
  • the air flow interacts with the plasma for a longer time, and the efficiency of deodorization is increased.
  • the concentration of the active species is high in the region where there is no air flow, even when the air flow is only opened downstream.
  • the active species are released downstream, raising the ion number density in the air and enhancing the sterilization efficiency.
  • the explosion-proof mechanism 4 is required, for example, when installing the present apparatus in a refrigerator using a flammable refrigerant.
  • a metal mesh is disposed around the plasma electrode portion 2, and a spark such as an arc discharge is generated on the electrode in the unlikely event that a flame is a metal mesh even if ignited in a flammable refrigerant atmosphere. It does not extend beyond the entire cold room.
  • the wire diameter of the metal mesh 411 is in the range of 1.5 mm or less and the aperture ratio is 30% or more, the generation amount of the active species increased by the above electrode structure Can be operated without loss of safety, that is, safety can be ensured without reducing the deodorizing and sterilizing ability.
  • the present invention is not limited to the above embodiment.
  • the plurality of fluid flow holes 21b of the electrode 21 have the same shape
  • the plurality of fluid flow holes 22b of the electrode 22 have the same shape, but they have different shapes. It is good.
  • all the fluid flow holes 21b of the electrode 21 are formed smaller or larger than the plurality of fluid flow holes 22b of the electrode 22, but some of the fluid flow holes 21b of the electrode 21
  • the other fluid flow holes 21 b may be formed larger than the fluid flow holes 22 b of the electrode 22.
  • through holes are formed in either the one electrode 21 or the other electrode 22 in the embodiment, through holes (half openings) may be formed in both of them.
  • the fluid flow holes are of equal cross-sectional shape, but in addition, the fluid flow holes formed in each electrode have a tapered surface, a mortar-like or bowl-like shape, that is, one The diameter may be reduced or increased as it goes from the opening of one to the other opening.
  • fluid flow holes may be oval, rectangular, linear slits, concentric slits, corrugated slits, crescents, combs, honeycombs or stars, as well as circular. .
  • the generation amount of ozone can be suppressed while increasing the generation amount of the active species.

Abstract

　本発明は、活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを同時に実現するものであり、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が異なる位置にあることを特徴とする。

Description

プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
　本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。
　近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。
　生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。
　大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）
　（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。
　次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。
　以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。
　ところが、日常生活環境内で高濃度の付着菌の殺菌と高濃度臭気の脱臭を同時に行いたい状況がいくつかある。最も典型的な例は冷蔵庫の冷蔵室内であり、食品表面や保管容器等の表面に付着した菌が多く存在し、食品そのものや腐敗した食べ残し等から発生する臭気も同時に存在する。
特開２００２－２２４２１１号公報 特開２００３－７９７１４号公報
　そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく、活性種の生成量を増やすことを主たる所期課題とするものである。
　すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることを特徴とする。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてz軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。
　このようなものであれば、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることから、流体流通孔を流れる流体とプラズマとの接触面積を可及的に大きくすることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
　ここで、前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としながらも、対向面間に空隙が形成することができる。
　対応する各流体貫通孔の輪郭を互いに異なる位置にするための具体的な実施の態様としては、前記一対の電極のうち一方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズが、他方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成されていることが望ましい。その他、同一の開口サイズを有する流体貫通孔をそれらの開口中心がずれるように配置しても良い。
　対応する各流体貫通孔の輪郭を互いに異なる位置にする上で、プラズマと流体との接触面積を最大限大きくするためには、前記各流体流通孔が円形状をなすものであり、前記一方の電極に形成された流体流通孔と前記他方の電極に形成された流体流通孔とを同心円状に配置していることが望ましい。
　前記一対の電極の対応する流体流通孔を、複数個設けているものであれば、活性種の脱臭機能及び浮遊菌と付着菌の殺菌機能を増大させることができる。
　流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に形成された流体流通孔の開口総面積が、当該各電極の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内であることが望ましい。
　前記流体貫通孔を通過する流体又は通過した流体の脱臭及びそれらに含まれる浮遊菌の殺菌又は放出される活性種の量を多くするためには、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることが望ましい。これならば、流体流通孔を通過した後の流体が貫通孔に流入してプラズマと接触し、或いは、流体流通孔を通過する前の流体が貫通孔に流入してプラズマと接触することにより発明の効果を一層顕著にすることができる。
　貫通孔の具体的な実施の態様としては、前記貫通孔の開口サイズを、前記流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成していることが望ましい。
　前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下としていることが望ましい。これならば、一対の電極に対しスペーサを用いずに積層した場合であっても、その表面粗さに依ってプラズマが生成される空間を形成することができる。
　流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。
　ここで、前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内としていることが望ましい。
　また付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現するための別の本発明に係るプラズマ発生装置は、一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることを特徴とする。
　このようなものであれば、流体流通孔を通過した流体を、貫通孔を介してプラズマにさらに接触させることができ、或いは、流体流通孔を通過する前の流体を、貫通孔を介してプラズマに予め接触させることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
　流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。
　また、脱フロン対応の冷蔵庫には冷媒として可燃性ガスを使用している場合があり、従来技術に見られるような高電圧を必要とするプラズマ発生させる装置類を、そのような可燃性ガスが使用された冷蔵庫に適用することは、安全性に問題がある。使用されている可燃性冷媒が冷蔵庫内に漏洩する可能性があり、その雰囲気中で高電圧が原因となるスパークが発生すると着火し、爆発事故を招きかねない。そこで、前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有することが望ましい。
　脱臭及び殺菌の能力を低下させることなく安全性を確保するためには、前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上であることが望ましい。
　また本発明に係るプラズマ発生方法は、一対の電極を用いたプラズマ発生方法において、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成して、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電することを特徴とする。
　このように構成した本発明によれば、活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを同時に実現することができる。
本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。 プラズマ発生装置の作用を示す模式図。 電極部を示す平面図。 電極部及び防爆機構を示す断面図。 電極部の対向面の構成を示す拡大断面図。 流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。 イオン数密度及びオゾン濃度の開口率依存性を示す図。 電極形状による単位周長当たりのイオン数密度（対称形に対する比）を示す図。 電極構造変更によるイオン数密度増加を示す図。 電極形状による殺菌効果の違いを示す図。 電極形状による脱臭効果の違いを示す図。 プラズマ生成と脱臭反応場の概略図。 放出された活性種による付着菌殺菌の概略図。 本実施形態の流体流通孔による脱臭効率向上の概略図。 本実施形態の流体流通孔による活性種放出の概略図。 本実施形態の貫通孔の高濃度活性種領域による脱臭効率向上の概略図。 本実施形態の貫通孔における高濃度活性種放出の概略図。 異常時のプラズマによる着火と防爆機器による火炎伝播防止の概略図。 防爆能力とイオン放出性能を満たす金属メッシュのパラメータ領域を示す図。
１００・・・プラズマ発生装置
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２１ｃ・・・貫通孔
３・・・送風機構
４・・・防爆機構
４１・・・保護カバー
４１１・・・金属メッシュ
　以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
　本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。
　具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部に高電圧を印加するための電源５とを備えている。
　以下、各部２～５について各図を参照して説明する。
　プラズマ電極部２は、図２～図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。
　また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。このように誘電体膜２１ａ、２２ａの平面粗さを上記範囲内の値にすることによって、各電極２１、２２を重ね合わせるだけで、対向面間に空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマが発生することになる。これにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としている。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
　さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。
　具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。
　また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。
　さらに、各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口総面積が、当該各電極２１、２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である。具体的には、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積を、電極２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内としている。なお、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口総面積を２％以上９０％以下の範囲内としても良い。
　しかして本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。
　貫通孔２１ｃの開口サイズを、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。
　送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。
　防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。
　このように構成したプラズマ発生装置１００により、２枚の対向した電極２１、２２の隙間にプラズマを発生させ、流体流通孔２１ｂ、２２ｂに風を送り込み、電極２１、２２近傍で脱臭を行い、プラズマ中で生成された活性種を閉空間に放出し付着菌の殺菌を行う。ここで、プラズマにおいて発生した生成物は全て風により下流へ運ばれることから、人体に有害なオゾンの発生を制限する必要がある。そこで、本実施形態の電極２１、２２の完全開口部の構造、半開口部の追加、開口部の形状、電圧制御、風速、等のパラメータを最適化することにより、オゾン発生を抑え、脱臭と殺菌の両立を可能とすることが出来る。また、この閉空間が、可燃性気体によって満たされていたとしても、安全に動作させることの出来る防爆機構４も備え、かつ、その防爆機構４のために脱臭と殺菌の性能を低下させることの無いよう最適化を行った。
　次に、本実施形態のプラズマ発生装置１００を用いた実験例について説明する。付着菌殺菌と脱臭の両者を両立するための電極形状の最適化を、空気イオン測定とオゾン濃度測定により行う。両測定はプラズマ電極部２より下流へ測定器を設置可能な距離（本件の場合、オゾン濃度は１ｃｍに吸入口を設置、イオン数密度は１０ｃｍに設置）において行う。空気イオン測定は間接的であるが簡便に測定する方法であり、プラズマで発生した活性種の中で特に電荷を持ち、寿命の長いイオンが測定対象であるが、一定のプラズマの発生条件下において空気イオン数密度と活性種の密度との間に相関があることを利用している。つまり、イオン数密度が高いということは、それだけ、殺菌や脱臭に効果のある活性種の密度が高いことを意味する。一方、プラズマの副生成物であるオゾンはイオンに比べはるかに長い寿命（数１０分以上）を持つことから、プラズマ近傍での濃度と下流の離れた地点での濃度とに大きな差は無い。それでも測定値の絶対値を高くし、わずかなオゾンの発生量の変化をつかむために、電極２１より１ｃｍ下流に測定器のサンプリング吸入口を設置している。このような測定系において、オゾン濃度を基準として、イオン数密度を最大化することが、電極形状の最適化に直結する。
　流体流通孔２２ｂ（流体流通孔２１ｂ）の開口率を変化させたときのイオン数密度とオゾン濃度の測定結果を図７に示す。開口率の増加とともにイオン数密度は増加し、一方でオゾン濃度は低下する。図７から分かるように、電極２２の総面積に対する、電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積の比（開口率）は、４０％～９０％の範囲内が好ましく、より好ましくは４０％～８０％の範囲内が好ましい。
　上記の電極の非対称構造と半開口部によるイオン生成量増加は、以下のように確認した。
　次のように開口率の等しい電極を３種類用意し、
１）基本となる対称形完全開口部（流体流通孔２１ｂと流体流通孔２２ｂが同一形状）のみ備えた電極、
２）完全開口部を非対称構造（本実施形態の構成）に変更した電極、
３）対称形完全開口部に加え、半開口部を備えた電極、
それぞれの電極をオゾン濃度が一定になるように印加電圧を調整し、その条件で生成されるイオン数密度を上記の通り測定した。次に、電極上の開口部の周長の総延長を求めておき、測定したイオン数密度より、単位周長当りのイオン数密度を算出する。電極１）と２）は直接比較することで非対称形に変更したことによる増加量が求まり、３）のイオン数密度から１）のイオン数密度を差し引くことで半開口部による増加量が求まる。図８に対称形完全開口部に対するイオン生成量の比を示す。図８に示すように、非対称形（本実施形態の完全開口部）に変更したことにより２倍以上、半開口部からのイオン生成量は対称形の３倍以上増加することが判明した。さらに、これらの電極の構造、非対称の完全開口部の及び半開口部の電極上での配置を工夫することによって、図９に示す通り、活性種の発生量を最大１００倍程度増加させることができた。
　電極構造を変更し、活性種の生成量を増加させることによって殺菌能力の向上を実現した結果を図１０に示す。殺菌対象は大腸菌で、室温にて１００Ｌの容器内で大腸菌を塗布した培地に対し、６時間活性種を放出し、その後培地上の菌を培養し、形成されたコロニーの数をカウントした。その結果、対照形開口部のみの電極から半開口部を追加することにより、殺菌率は一桁以上増加した。その活性種生成条件では、ほぼ完全な殺菌（９９．９％）を実現する時間が８時間以内と予測される。この殺菌能力は、例えば冷蔵庫を一晩運転している間に庫内の付着菌を完全に殺菌するのに十分といえる。
　同様に電極構造を変更したことによる脱臭能力の変化を図１１に示す。室温において、内容積１００Ｌの樹脂製の容器に、臭気としてトリメチルアミン（ＴＭＡ）を２ｐｐｍ注入し、本件のプラズマ発生装置を２時間動作させたときの残留臭気濃度より求めた。半開口部を追加することにより、脱臭率をほぼ２倍に増加させることができた。
　電極近傍で行われる脱臭反応については以下の通りに考えられる。最初にプラズマによって生成された活性種の濃度と空気流により運ばれてきた臭気濃度との濃度差を考える。図１２に示すように、電極表面の誘電体同士で作られる空隙に発生するプラズマの一部は完全開口部の穴の内側にまで広がるため、生成された活性種が送風部から供給される空気流と相互作用を及ぼす。大気圧において、誘電体で挟まれた空間で発生するプラズマの電子密度は、１０１５／ｃｍ３程度であり、生成されるイオンやラジカルの密度も同等と考えられ、非常に高密度の活性種が存在する。そこに臭気物質の分子が運ばれてきたときに想定される分子数密度は仮にｐｐｍオーダーとしても１０１３／ｃｍ３であり、活性種の密度より数桁小さい。つまり、臭気分子を分解するのに十分な数の活性種が生成されている空間が完全開口部の内側に発生し、図１２に示す脱臭反応場にどのように送り込んで分解を促進させるよう工夫するかが鍵となる。
　次に電極２１、２２から離れた物体表面で行われる殺菌についてであるが、放出された活性種の密度と付着菌の密度の差が殺菌効率を決定する。図１３に示すように、プラズマで生成され空気流に沿って下流へと放出された活性種はそれぞれの寿命に従い再結合等を経て安定な分子に戻る。通常そのような空気中に存在するイオンは空気イオン測定器などで計測され、プラズマ近傍では１０６／ｃｍ３程度は観察される。そのような数密度では臭気分子を分解するのに長時間が必要となるため脱臭効果は期待できないが、さらに数密度の低い付着菌を殺菌するには有効である。付着菌は単位面積あたり数百から数千個、即ち１０２～１０３／ｃｍ２であり、一定時間継続的に活性種を含む空気と接触することで殺菌が行える。
　ここで、上記の完全開口部の構造を工夫することにより、活性種と臭気との反応を促進させることができる。２枚の電極の穴形状を非対称にすることは、活性種と臭気の反応の促進と、空気流への移送効率を上昇させる２つの効果が期待できる。図１４に示すように、空気流の上流から下流に沿って穴の大きさが小さくなるような形状（一方の電極２１の流体流通孔２１ｂよりも他方の電極２２の流体流通孔２２ｂが大きい）の場合、空気流がプラズマと相互作用する時間が長くなり脱臭の効率が高くなる。
　反対に空気流の上流から下流に沿って穴の大きさが大きくなるような形状（一方の電極２１の流体流通孔２１ｂよりも他方の電極２２の流体流通孔２２ｂが小さい）の場合は、図１５に示すように空気流が膨張することにより発生する負圧によって、より効率よく活性種が下流へと移送される。その結果殺菌効率が高くなることが予想される。
　次に、半開口部による活性種と臭気との反応を促進と空気流への移送効率上昇について述べる。最初に図１６に示すように、空気流の上流側に開口している場合を考えると、プラズマで生成された活性種がその近傍に空気流が無いためにより高濃度の活性種が存在する領域を形成する。両方の電極２１、２２が開口した部分へ絞り込まれる空気流がその高濃度活性種の領域と相互作用することにより脱臭効率を高める。
　それに対し、図１７に示すような、空気流の下流側にのみ開口している場合も、空気流の存在しない領域では活性種の濃度が高くなる。その高濃度活性種の領域と空気流との境界上で相互作用することにより活性種が下流へと放出され、空気中イオン数密度を上昇させ殺菌効率を高める。
　防爆機構４は、例えば可燃性冷媒を使用した冷蔵庫に本装置を設置する場合に必要になる。図１８に示すように、プラズマ電極部２の周囲に金属メッシュを配置し、万が一電極上でアーク放電のようなスパークが発生し、可燃性冷媒雰囲気中で着火しても、火炎が金属メッシュを越えて冷蔵室全体に広がることは無い。特に、図１９に示すように、金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内、かつ、開口率が３０％以上のときに上記のような電極構造により増大させた活性種の生成量を損なうことなく動作させることができ、即ち、脱臭と殺菌の能力を低下させずに安全性を確保できる。
　＜本実施形態の効果＞
　このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置としていることから、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを流れる流体とプラズマとの接触面積を可及的に大きくすることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
　＜その他の変形実施形態＞
　なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。
　また、前記実施形態では電極２１の全ての流体流通孔２１ｂが、電極２２の複数の流体流通孔２２ｂよりも小さく又は大きく形成されているが、電極２１の一部の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂにより小さく形成されており、その他の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂよりも大きく形成されていても良い。
　さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。
　その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。
　加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。
　その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
　本発明により、活性種の生成量を増やしながらも、オゾンの発生量を抑えることができる。
 

Claims (18)

  1. 　一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることを特徴とするプラズマ発生装置。
  2. 　前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。
  3. 　前記一対の電極のうち一方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズが、他方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  4. 　前記一方の電極に形成された流体流通孔と前記他方の電極に形成された流体流通孔とを同心円状に配置している請求項１記載のプラズマ発生装置。
  5. 　前記一対の電極の対応する流体流通孔を、複数個設けている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  6. 　前記流体流通孔が、等断面形状をなすもの又は一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
  7. 　前記流体流通孔が、電極の面板方向から視たときに、円形状、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状のうち少なくともいずれか一つの形状をなすものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
  8. 　前記各電極に形成された流体流通孔の開口総面積が、当該各電極の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である請求項１記載のプラズマ発生装置。
  9. 　前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している請求項１記載のプラズマ発生装置。
  10. 　前記貫通孔の開口サイズを、前記流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している請求項９記載のプラズマ発生装置。
  11. 　前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  12. 　前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
  13. 　一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることを特徴とするプラズマ電極装置。
  14. 　前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
  15. 　前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
  16. 　前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上である請求項１５記載のプラズマ発生装置。
  17. 　一対の電極を用いたプラズマ発生方法において、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成して、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電することを特徴とするプラズマ発生方法。
  18. 　前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を有する請求項１７記載のプラズマ発生方法。
PCT/JP2011/075820 2010-11-09 2011-11-09 プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法 WO2012063857A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2012542951A JPWO2012063857A1 (ja) 2010-11-09 2011-11-09 プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
US13/884,457 US20140010708A1 (en) 2010-11-09 2011-11-09 Plasma generator, and plasma generating method
EP11839310.7A EP2638959A4 (en) 2010-11-09 2011-11-09 PLASMA GENERATOR AND METHOD FOR GENERATING PLASMA
CN201180064583.9A CN103492064A (zh) 2010-11-09 2011-11-09 等离子体发生器及等离子体产生方法
KR1020137014824A KR101572156B1 (ko) 2010-11-09 2011-11-09 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010-250924 2010-11-09
JP2010250924 2010-11-09

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012063857A1 true WO2012063857A1 (ja) 2012-05-18

Family

ID=46050998

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2011/075820 WO2012063857A1 (ja) 2010-11-09 2011-11-09 プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140010708A1 (ja)
EP (1) EP2638959A4 (ja)
JP (1) JPWO2012063857A1 (ja)
KR (1) KR101572156B1 (ja)
CN (1) CN103492064A (ja)
WO (1) WO2012063857A1 (ja)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110167249A (zh) * 2014-12-01 2019-08-23 无锡源清天木生物科技有限公司 常压放电冷等离子体发生器
JP2019163701A (ja) * 2018-03-19 2019-09-26 日産自動車株式会社 プラズマ処理装置及び該プラズマ処理装置を用いた排気ガス浄化装置。

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102259353B1 (ko) * 2014-07-16 2021-06-02 엘지전자 주식회사 살균 탈취 장치
IT201800006094A1 (it) * 2018-06-07 2019-12-07 Metodo di sterilizzazione al plasma
KR102438872B1 (ko) * 2020-09-17 2022-09-01 운해이엔씨(주) 양자에너지가 조사되는 저온 저장 및 숙성고

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5494493A (en) * 1978-01-11 1979-07-26 Hitachi Ltd Electrode for ozonizer
JP2002224211A (ja) 2000-05-18 2002-08-13 Sharp Corp 殺菌方法、イオン発生装置及び空気調節装置
JP2002535542A (ja) * 1999-01-21 2002-10-22 リテックス インコーポレイテッド 操作条件範囲に亘っての効果的な放出物コントロール用の組合せプラズマ反応器触媒系
JP2003001104A (ja) * 2001-06-19 2003-01-07 Daikin Ind Ltd プラズマ反応器
JP2003079714A (ja) 2001-09-14 2003-03-18 Matsushita Electric Works Ltd 空気清浄機
JP2009078266A (ja) * 2007-09-09 2009-04-16 Kazuo Shimizu プラズマを用いた流体浄化方法および流体浄化装置
JP2010149053A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Kyocera Corp 誘電性構造体、誘電性構造体を用いた放電装置、流体改質装置、および反応システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5693376A (en) * 1995-06-23 1997-12-02 Wisconsin Alumni Research Foundation Method for plasma source ion implantation and deposition for cylindrical surfaces
DE10060002B4 (de) * 1999-12-07 2016-01-28 Komatsu Ltd. Vorrichtung zur Oberflächenbehandlung
KR20000036440A (ko) 2000-03-14 2000-07-05 이준상 3차원적인 이온주입에 의한 도전영역 형성방법
EP1629893A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-01 askair Technologies AG Device for the treatment of a gaseous medium with plasma and method of protecting such a device against inflammation and/or explosion
JP2008047869A (ja) * 2006-06-13 2008-02-28 Hokuriku Seikei Kogyo Kk シャワープレート及びその製造方法、並びにそのシャワープレートを用いたプラズマ処理装置、プラズマ処理方法及び電子装置の製造方法
US8101923B2 (en) * 2007-11-12 2012-01-24 Georgia Tech Research Corporation System and method for spatially-resolved chemical analysis using microplasma desorption and ionization of a sample
JP5678883B2 (ja) * 2009-11-02 2015-03-04 東レ株式会社 プラズマｃｖｄ装置、および、シリコン薄膜の製造方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5494493A (en) * 1978-01-11 1979-07-26 Hitachi Ltd Electrode for ozonizer
JP2002535542A (ja) * 1999-01-21 2002-10-22 リテックス インコーポレイテッド 操作条件範囲に亘っての効果的な放出物コントロール用の組合せプラズマ反応器触媒系
JP2002224211A (ja) 2000-05-18 2002-08-13 Sharp Corp 殺菌方法、イオン発生装置及び空気調節装置
JP2003001104A (ja) * 2001-06-19 2003-01-07 Daikin Ind Ltd プラズマ反応器
JP2003079714A (ja) 2001-09-14 2003-03-18 Matsushita Electric Works Ltd 空気清浄機
JP2009078266A (ja) * 2007-09-09 2009-04-16 Kazuo Shimizu プラズマを用いた流体浄化方法および流体浄化装置
JP2010149053A (ja) * 2008-12-25 2010-07-08 Kyocera Corp 誘電性構造体、誘電性構造体を用いた放電装置、流体改質装置、および反応システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2638959A4

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110167249A (zh) * 2014-12-01 2019-08-23 无锡源清天木生物科技有限公司 常压放电冷等离子体发生器
CN110167249B (zh) * 2014-12-01 2022-01-28 无锡源清天木生物科技有限公司 常压放电冷等离子体发生器
JP2019163701A (ja) * 2018-03-19 2019-09-26 日産自動車株式会社 プラズマ処理装置及び該プラズマ処理装置を用いた排気ガス浄化装置。
JP7109947B2 (ja) 2018-03-19 2022-08-01 日産自動車株式会社 プラズマ処理装置及び該プラズマ処理装置を用いた排気ガス浄化装置。

Also Published As

Publication number Publication date
EP2638959A4 (en) 2015-02-11
US20140010708A1 (en) 2014-01-09
KR20130118903A (ko) 2013-10-30
KR101572156B1 (ko) 2015-11-26
JPWO2012063857A1 (ja) 2014-05-12
CN103492064A (zh) 2014-01-01
EP2638959A1 (en) 2013-09-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101860719B1 (ko) 플라즈마 발생방법 및 플라즈마 발생장치
US9717816B2 (en) Deodorization and sterilization apparatus and method
US9117616B2 (en) Dielectric barrier discharge-type electrode structure for generating plasma having conductive body protrusion on electrodes
US9138504B2 (en) Plasma driven catalyst system for disinfection and purification of gases
WO2012063857A1 (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
KR101601654B1 (ko) 플라즈마 발생 장치, 플라즈마 발생 방법, 및 오존 발생 억제 방법
WO2013051730A1 (ja) プラズマ発生装置
WO2020001068A1 (zh) 空气净化器
KR101954850B1 (ko) 플라즈마 발생 장치 및 플라즈마 발생 방법
JP2005226861A (ja) 脱臭装置及びこれを搭載した冷蔵庫
WO2013077396A1 (ja) プラズマ発生装置
JP2004000606A (ja) 殺菌方法、イオン発生装置及び空気調節装置
JP2009233106A (ja) 脱臭装置
JP5409151B2 (ja) 空気の浄化・乾燥方法及びその装置
CN212618790U (zh) 空气净化模块、空调器以及空气消毒机
JP2012187225A (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
KR20170050121A (ko) 측면 유전체 장벽 방전 전극 구조체
JP2012226949A (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法
CN114076378A (zh) 离子发生装置、空气处理模块及电器设备
JP2012190623A (ja) プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11839310

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2012542951

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011839310

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011839310

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20137014824

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13884457

Country of ref document: US