WO2012127896A1 - パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法 - Google Patents

パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法 Download PDF

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WO2012127896A1
WO2012127896A1 PCT/JP2012/051240 JP2012051240W WO2012127896A1 WO 2012127896 A1 WO2012127896 A1 WO 2012127896A1 JP 2012051240 W JP2012051240 W JP 2012051240W WO 2012127896 A1 WO2012127896 A1 WO 2012127896A1
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branch
conduction path
pulse generator
transmission line
inductor
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PCT/JP2012/051240
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English (en)
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Inventor
寺澤　達矢
Original Assignee
日本碍子株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/42—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal
    • H02M7/44—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/48—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/4807—Conversion of dc power input into ac power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode having a high frequency intermediate AC stage
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism

Definitions

  • the present invention relates to a pulse generator and a method for installing the pulse generator.
  • Patent document 1 is an example.
  • an electrode is provided near the inlet of the intake manifold, and a pulse voltage is applied to the electrode.
  • the electrode When the electrode is moved away from the combustion chamber, the activated intake air is liable to be deactivated. For this reason, the electrode is preferably brought closer to the combustion chamber. When the electrode is brought close to the combustion chamber, the electrode is placed at a high temperature.
  • Patent Documents 2 and 3 are not directed to solving the problems to be solved by the invention of the present application, but disclose matters related to the invention of the present application.
  • Patent Document 2 discloses an inductive energy storage type pulse generation circuit in which an inductor and a primary winding of a transformer are connected in parallel. Patent Document 2 shows that the exciting inductance of the primary winding of the transformer is larger than the exciting inductance of the inductor.
  • Patent Document 3 shows the necessity of heat dissipation of the semiconductor switching element.
  • the pulse generating circuit and the electrode are brought close to each other while the electrode is close to the combustion chamber, the pulse generating circuit approaches the combustion chamber, the semiconductor switching element is installed at a high temperature, and heat dissipation of the semiconductor switching element becomes difficult.
  • An object of the present invention is to provide a pulse generator that efficiently transmits a pulse voltage to a load and easily radiates heat from a semiconductor switching element, and an installation method thereof.
  • the first to third aspects of the present invention are directed to a pulse generator.
  • a conduction path, an inductor, a switch circuit, a transformer, and a transmission line are provided.
  • the conduction path goes from the first DC input end to the second DC input end through the first branch and the second branch in order.
  • An inductor is inserted in a section from the first branch to the second branch of the conduction path, and a switch circuit is inserted in a section other than the section of the conduction path.
  • the switch circuit includes a semiconductor switching element and electrically opens and closes a conduction path.
  • the transformer has a primary winding and a secondary winding.
  • the primary winding has a first input end and a second input end.
  • the secondary winding has a first output end and a second output end.
  • the transformer is magnetically independent from the inductor.
  • the transmission line includes a first transmission line and a second transmission line.
  • the first transmission line electrically connects the first branch and the first input end.
  • the second transmission line electrically connects the second branch and the second input end.
  • the excitation inductance of the primary winding is larger than the excitation inductance of the inductor.
  • the semiconductor switching element is installed in a relatively low temperature environment, and the transformer is installed in a relatively high temperature environment.
  • the second aspect of the present invention adds further matters to the first aspect of the present invention.
  • a cooling mechanism for cooling the semiconductor switching element is provided.
  • the transformer is provided with a magnetic core.
  • the magnetic core includes an incomplete ring and a gap filler.
  • a primary winding and a secondary winding are wound around the incomplete ring.
  • the incomplete ring is made of a ferromagnetic material, and the gap filler is made of a paramagnetic material.
  • the incomplete ring has a gap, and the gap filler fills the gap.
  • the fourth aspect of the present invention is directed to a method for installing a pulse generator.
  • a pulse generator is prepared and installed.
  • the pulse generator includes a conduction path, an inductor, a switch circuit, a transformer, and a transmission line.
  • the conduction path goes from the first DC input end to the second DC input end through the first branch and the second branch in order.
  • An inductor is inserted in a section from the first branch to the second branch of the conduction path, and a switch circuit is inserted in a section other than the section of the conduction path.
  • the switch circuit includes a semiconductor switching element and electrically opens and closes a conduction path.
  • the transformer has a primary winding and a secondary winding.
  • the primary winding has a first input end and a second input end.
  • the secondary winding has a first output end and a second output end.
  • the transformer is magnetically independent from the inductor.
  • the transmission line includes a first transmission line and a second transmission line.
  • the first transmission line electrically connects the first branch and the first input end.
  • the second transmission line electrically connects the second branch and the second input end.
  • the excitation inductance of the primary winding is larger than the excitation inductance of the inductor.
  • the semiconductor switching element When the pulse generator is installed, the semiconductor switching element is installed in a relatively low temperature environment, and the transformer is installed in a relatively high temperature environment.
  • the pulse voltage is efficiently transmitted to the load.
  • the semiconductor switching element is installed in a lower temperature environment than the transformer, so that the semiconductor switching element can easily dissipate heat.
  • the temperature of the semiconductor switching element decreases, and the pulse voltage is stably generated.
  • the hysteresis of the magnetization of the magnetic core decreases, and after the pulse is generated, the magnetic state of the magnetic core returns to a constant state, and a uniform pulse is generated.
  • FIG. 1 shows the engine and its accessories.
  • an intake pipe 1004, an exhaust pipe 1006, an air cleaner 1008, a carburetor 1010, a reformer body 1012, a battery 1014, a power supply wiring 1016, a pulse generator body 1018 and a coaxial cable 1020 are attached to the engine 1002. .
  • a combustion chamber 1022 is formed in the engine 1002.
  • the engine 1002 includes a spark plug 1124.
  • the reformer body 1012 includes a reactor 1024 and a transformer 1026.
  • the engine 1002 is a heat engine that converts thermal energy generated by combustion of the combustible substance in the combustion chamber 1022 into mechanical energy. In the vicinity of the engine 1002, the temperature increases as it approaches the combustion chamber 1022.
  • the engine 1002 is preferably an internal combustion engine, and more preferably a reciprocating engine.
  • the reciprocating engine may be either a 4-cycle engine or a 2-cycle engine. However, the engine may be an external combustion engine.
  • the engine may be an internal combustion engine other than a reciprocating engine. For example, the engine may be a rotary engine.
  • An air cleaner 1008, a carburetor 1010, and a reactor 1024 are inserted into the intake pipe 1004 in order from the intake port 1028 toward the combustion chamber 1022.
  • reactor 1024 is inserted near engine 1002.
  • the reactor 1024 is inserted at the inlet of the intake manifold. Air sucked from the intake port 1028 sequentially passes through the air cleaner 1008, the carburetor 1010, and the reactor 1024 through the intake pipe 1004 and is guided to the combustion chamber 1022.
  • the carburetor 1010 may be replaced with another fuel mixing mechanism such as an electronically controlled fuel injection device.
  • Air activation is a modification process that improves air reactivity, such as exciting chemical species to higher energy levels, generating ions, and generating radicals.
  • the intake pipe 1004 is a structure in which a flow path through which air flows, such as a pipe, a hose, and an intake manifold.
  • the inhalation may be a flammable gas other than air.
  • the intake air may be oxygen.
  • Flammable liquid other than fuel oil may be sprayed into the air in the form of a mist.
  • methanol may be sprayed into the air in the form of a mist.
  • a combustible gas may be mixed with the air.
  • hydrogen gas, propane gas, or the like may be mixed with air.
  • Components other than the air cleaner 1008, the carburetor 1010, and the reactor 1024 may be inserted into the intake pipe 1004.
  • a throttle valve, an air flow meter, or the like may be inserted into the intake pipe 1004.
  • one or both of the air cleaner 1008 and the carburetor 1010 may be omitted.
  • engine 1002 is a diesel engine or a gasoline direct injection engine
  • carburetor 1010 is omitted and fuel oil is injected into combustion chamber 1022.
  • the order of insertion of the air cleaner 1008, the carburetor 1010, and the reactor 1024 may be changed.
  • FIG. 2 shows the electrical system attached to the engine.
  • the DC voltage generated by the battery 1014 is transmitted to the pulse generator body 1018 through the power supply wiring 1016.
  • the pulse voltage generated by the pulse generator body 1018 is transmitted to the reformer body 1012 through the coaxial cable 1020.
  • the pulse voltage is boosted by the transformer 1026, and the boosted pulse voltage is supplied to the reactor 1024.
  • the boosted pulse voltage is supplied to the reactor 1024, discharge occurs in the reactor 1024, plasma is generated in the reactor 1024, and air passing through the reactor 1024 is activated.
  • the discharge generated in the reactor 1024 is a dielectric barrier discharge, and is a streamer discharge.
  • the pulse generator body 1018 includes a conduction path 1032, an inductor 1034, a switch circuit 1036, and a capacitor 1038.
  • the reactor 1024 includes an anode 1040 and a cathode 1042.
  • the transformer 1026 includes a primary side winding 1044, a secondary side winding 1046, and a magnetic core 1048.
  • First DC input terminal 1050 of pulse generator body 1018 and positive electrode 1052 of battery 1014 are electrically connected by power supply wiring 1016, and second DC input terminal 1054 of pulse generator body 1018 and negative electrode 1056 of battery 1014. Are electrically connected by a power supply wiring 1016.
  • the DC voltage generated by the battery 1014 is transmitted to the pulse generator body 1018 through the power supply wiring 1016, and the DC voltage is applied between the first DC input terminal 1050 and the second DC input terminal 1054.
  • the battery 1014 may be replaced with another DC source.
  • the power supply wiring 1016 may be omitted, and the first DC input terminal 1050 and the positive electrode 1052 may be directly connected, or the second DC input terminal 1054 and the negative electrode 1056 may be directly connected.
  • a battery 1014 may be built in the pulse generator body 1018.
  • the conduction path 1032 passes from the first DC input terminal 1050 to the second DC input terminal 1054 through the first branch 1060 and the second branch 1062 in order.
  • the conduction path 1032 is made of an electric wire, a pattern on the substrate, or the like.
  • An inductor 1034 is inserted in a section 1064 from the first branch 1060 to the second branch 1062 of the conduction path 1032.
  • a switch circuit 1036 is inserted outside the section 1064 of the conduction path 1032.
  • the first DC input terminal 1050 and one end of the inductor 1034 are electrically connected, the other end of the inductor 1034 and one end of the switch circuit 1036 are electrically connected, and the other end of the switch circuit 1036 and the second DC The input terminal 1054 is electrically connected.
  • a switch circuit 1036 may be inserted in a section from the first DC input terminal 1050 to the first branch 1060. Elements other than the inductor 1034 and the switch circuit 1036 may be inserted into the conduction path 1032. For example, a fuse may be inserted into the conduction path 1032.
  • Capacitor One end of the capacitor 1038 is electrically connected to the first DC input terminal 1050, and the other end of the capacitor 1038 is electrically connected to the second DC input terminal 1054.
  • the switch circuit 1036 electrically opens and closes the conduction path 1032. While the switch circuit 1036 electrically closes the conduction path 1032, current flows through the conduction path 1032 and inductive energy is accumulated in the inductor 1034.
  • the switch circuit 1036 electrically opens the conduction path 1032 in a state where inductive energy is accumulated in the inductor 1034, a pulse voltage is generated at both ends of the inductor 1034 by self-induction, and the first branch 1060 and the second branch A pulse voltage is generated between the first and second terminals 1062.
  • the portions of the reformer main body 1012 and the pulse generator main body 1018 excluding the reactor 1024 serving as a load function as a pulse generating device including an inductive energy storage type pulse generating circuit.
  • the switch circuit 1036 repeatedly opens and closes the conduction path 1032, a pulse voltage string is generated at both ends of the inductor 1034, and a pulse voltage string is generated between the first branch 1060 and the second branch 1062.
  • a pulse voltage train is applied to the secondary winding 1044, a pulse voltage train is output from the secondary winding 1046, and a pulse voltage train is applied between the anode 1040 and the cathode 1042.
  • the switch circuit 1036 includes a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET) 1074 and a drive circuit 1076.
  • MOSFET metal oxide semiconductor field effect transistor
  • the drain of the MOSFET 1074 is electrically connected to the other end of the inductor 1034, and the source of the MOSFET 1074 is electrically connected to the second DC input terminal 1054.
  • a drive signal is input from the drive circuit 1076 between the gate and source of the MOSFET 1074. While the ON signal is input between the gate and the source of the MOSFET 1074, the drain and the source of the MOSFET 1074 are in a conductive state, and the switch circuit 1036 electrically closes the conductive path 1032.
  • MOSFET 1074 may be replaced with other types of semiconductor switching elements.
  • the MOSFET 1074 may be replaced with an insulated gate bipolar transistor (IGBT), an electrostatic induction thyristor (SI thyristor), a bipolar transistor, or the like.
  • IGBT insulated gate bipolar transistor
  • SI thyristor electrostatic induction thyristor
  • the switch circuit 1036 may include two or more semiconductor switching elements. The two or more semiconductor switching elements may be the same kind of elements or different kinds of elements.
  • the first branch 1060 and the first input end 1066 of the primary winding 1044 are electrically connected by the outer conductor 1068 of the coaxial cable 1020.
  • the second branch 1062 and the second input end 1070 of the primary winding 1044 are electrically connected by the inner conductor 1072 of the coaxial cable 1020.
  • the coaxial cable 1020 may be replaced with another type of transmission line.
  • the coaxial cable 1020 may be replaced with a twisted pair cable, a parallel feeder, a shield wire, or the like.
  • the first branch 1060 and the first input end 1066 are electrically connected by a first transmission line of the transmission line.
  • the second branch 1062 and the second input terminal 1070 are electrically connected by a second transmission line of the transmission line. The first transmission line and the second transmission line are brought close to each other, and the relative distance between the first transmission line and the second transmission line is fixed. This reduces the leakage of signals transmitted in the normal mode.
  • the first output end 1078 of the secondary winding 1046 is electrically connected to the anode 1040, and the second output end 1080 of the secondary winding 1046 is electrically connected to the cathode 1042. Accordingly, when a pulse voltage is output from the secondary winding 1046, the pulse voltage is applied between the anode 1040 and the cathode 1042.
  • the transformer 1026 is magnetically independent from the inductor 1034.
  • the transformer 1026 is magnetically independent from the inductor 1034 because the mutual inductance between the winding of the transformer 1026 and the inductor 1034 is negligible with respect to the self-inductance of the winding of the transformer 1026 and the self-inductance of the inductor 1034. It is so small that it is, for example, 1/100 or less. Therefore, a pulse voltage is transmitted exclusively between the transformer 1026 and the inductor 1034 via the coaxial cable 1020.
  • the excitation inductance L2 of the primary winding 1044 is larger than the excitation inductance L1 of the inductor 1034 (L1 ⁇ L2), and is preferably five times or more than the excitation inductance L1 (5 ⁇ L1 ⁇ L2).
  • the coaxial cable 1020 becomes long, the influence of the parasitic capacitance is small, and a pulse voltage with a short pulse width is generated. Further, the induced energy accumulated in the inductor 1034 is larger than the induced energy accumulated in the transformer 1026, and the pulse voltage is efficiently transferred from the inductor 1034 to the transformer 1026.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the positional relationship between the transformer, the semiconductor switching element, and the combustion chamber.
  • the transformer 1026 is installed relatively close to the combustion chamber 1022, and the pulse generator body 1018 is installed relatively far from the combustion chamber 1022.
  • the transformer 1026 is installed relatively close to the combustion chamber 1022, and the switch circuit 1036 and the MOSFET 1074 are installed relatively far from the combustion chamber 1022.
  • a distance D2 from the combustion chamber 1022 to the MOSFET 1074 is longer than a distance D1 from the combustion chamber 1022 to the transformer 1026. Therefore, in the electric system 1030, the MOSFET 1074 is installed in a lower temperature environment than the transformer 1026, and the heat dissipation of the MOSFET 1074 is facilitated. This is made possible by separating the pulse generation function and the boosting function by the coaxial cable.
  • the temperature of the environment in which the transformer 1026 is installed is typically 85 to 150 ° C.
  • the temperature of the environment in which the MOSFET 1074 is installed is desirably maintained at ⁇ 45 ° C. or more and less than 85 ° C., which is lower than the temperature of the environment in which the transformer 1026 is installed.
  • the schematic diagram of FIG. 4 shows a desirable cooling mode of the switch circuit preferably employed in the pulse generator.
  • the MOSFET 1074 is cooled by a cooling mechanism 1078 as shown in FIG. As a result, the temperature of the MOSFET 1074 decreases, and the electric system 1030 operates stably.
  • the MOSFET 1074 may be cooled by air cooling or water cooling.
  • the cooling water of engine 1002 may be used as the cooling water of MOSFET 1074, or the cooling water of MOSFET 1074 is prepared separately from the cooling water of engine 1002. May be.
  • FIG. 5 shows a cross section of the reformer body.
  • the schematic diagram of FIG. 6 is a perspective view of an anode and a cathode.
  • the reformer body 1012 includes an anode-side power supply path 1081, a cathode-side power supply path 1082, a positive electrode connection terminal 1084, a negative electrode connection terminal 1086, and a transformer chamber formation.
  • the reactor 1024 includes a flow path formation 1094 in addition to the anode 1040 and the cathode 1042.
  • a flow path 1096 is formed in the flow path formation 1094. The inlet and outlet of the channel 1096 are connected to the intake pipe 1004. Air passing through the reactor 1024 flows through the flow path 1096.
  • the components of the reactor 1024 are accommodated in an accommodation space 1152 formed in the housing 1094.
  • a boosted pulse voltage may be supplied to the spark plug 1124, and a pulse generator may be used for ignition of the air-fuel mixture instead of air activation.
  • the magnetic core 1048 Primary winding 1044 and secondary winding 1046 are magnetically coupled by magnetic core 1048.
  • the magnetic core 1048 forms a magnetic circuit that passes through the primary winding 1044 and the secondary winding 1048.
  • the magnetic core 1048 has a ring shape.
  • the magnetic core 1048 has a shape such as a toroidal core or a UI core.
  • the magnetic core 1048 may be a plurality of ring-shaped composite shapes.
  • the magnetic core 1048 may have a shape such as an eyeglass core or an EI core.
  • the magnetic core 1048 preferably includes an incomplete ring body 1098 made of a ferromagnetic material and a gap filler 1100 made of a paramagnetic material.
  • the incomplete ring body 1098 is made of ferrite or the like.
  • the gap filler 1100 is made of epoxy resin, silicon resin, or the like.
  • the incomplete ring 1098 has a short gap.
  • the gap filler 1100 fills the gap.
  • the primary side winding 1044 and the secondary side winding 1046 are wound around the incomplete ring body 1098. Thereby, the hysteresis of the magnetization of the magnetic core 1048 is reduced, and after the pulse is generated, the magnetization state of the magnetic core 1048 returns to a constant state, and a uniform pulse is generated.
  • the gap filler 1100 is preferably made of an insulator. However, the entire magnetic core 1048 may be made of a ferromagnetic material.
  • the anode 1040 includes an anode rod array 1102.
  • anode rods 1104 are arranged in the anode rod array 1102.
  • the cathode 1042 includes a first cathode plate array 1106 and a second cathode plate array 1108.
  • the cathode plates 1110 are arranged in the first cathode plate array 1106 and the second cathode plate array 1108, the cathode plates 1110 are arranged.
  • the electrode structure shown in FIG. 6 may be replaced with another electrode structure.
  • the electrode structure shown in FIG. 6 may be replaced with a parallel plate type, a coaxial cylindrical type, or the like.
  • the first output end 1078 and the power supply end 1112 of the anode rod 1104 are electrically connected by a power supply path 1081 on the anode side.
  • the power supply path 1081 on the anode side may be omitted, and the first output end 1078 and the power supply end 1112 of the anode rod 1104 may be directly connected.
  • the second output end 1080 and the power supply end 1114 of the cathode plate 1110 are electrically connected by a power supply path 1082 on the cathode side.
  • the cathode side power supply path 1082 may be omitted, and the second output end 1080 and the power supply end 1114 of the cathode plate 1110 may be directly connected.
  • anode rod array structure In the anode rod array 1102, two or more anode rods 1104 are arranged. Thereby, the area
  • the anode bar array 1102 may be replaced with one anode bar 1104.
  • Two or more anode rods 1104 are sparsely arranged.
  • the arrangement of the anode rods 1104 is “sparse” means that the two or more anode rods 1104 are not in contact with each other, and the first anode rod 1104 and the second anode adjacent to the first anode rod 1104 are adjacent to each other.
  • the two or more anode rods 1104 are desirably arranged in parallel at equal intervals. As a result, the gaps are evenly distributed in the cross section of the flow path 1096, the air flows uniformly in the flow path 1096, and the discharge is generated uniformly. These things contribute to the efficient activation of air.
  • the anode rod 1104 traverses the flow path 1096. “Transverse” of the flow path 1096 means exiting from the first position on the inner surface of the flow path 1096, passing through the flow path 1096, and entering the second position on the inner surface of the flow path 1096.
  • both ends of the anode rod 1104 that are susceptible to damage are located outside the flow path 1096 and do not face the cathode 1042, and do not become the starting point or end point of discharge. This contributes to suppressing damage to the anode rod 1104.
  • the power feeding end 1112 of the anode rod 1104 is located outside the flow path 1096, and power feeding to the anode rod 1104 is facilitated.
  • the anode rod 1104 includes a conductor rod 1116 and an insulator film 1118. Except for the vicinity of one end of the anode rod 1104, the surface of the conductor rod 1116 is covered with an insulator film 1118. In the vicinity of one end of the anode rod 1104, the surface of the conductor rod 1116 is not covered with the insulator film 1118, and the surface of the conductor rod 1116 is exposed. A portion of the anode rod 1104 where the surface of the conductor rod 1116 is exposed serves as a power feeding end 1112 of the anode rod 1104. As a result, the surface of the conductor rod 1116 is not or hardly exposed in the flow path 1096, arc discharge is suppressed, and air is efficiently activated.
  • the number of arrangement of the cathode plates 1110 is increased or decreased as necessary.
  • One or both of the first cathode plate array 1106 and the second cathode plate array 1108 may be replaced with one cathode plate 1110.
  • Two or more cathode plates 1110 are sparsely arranged.
  • each of the two or more cathode plates 1110 does not contact each other, and the second cathode adjacent to the first cathode plate 1110 and the first cathode plate 1110.
  • the two or more cathode plates 1110 are desirably arranged in parallel at equal intervals. As a result, the gaps are evenly distributed in the cross section of the flow path 1096, the air flows uniformly in the flow path 1096, and the discharge is generated uniformly. These contribute to efficient reforming of air.
  • the main surface of the cathode plate 1110 is parallel to the extending direction of the flow path 1096. Thus, the air flow is not obstructed by the cathode plate 1110, the air flows uniformly through the flow path 1096, and the discharge is generated uniformly.
  • the cathode plate 1110 traverses the flow path 1096.
  • both ends of the cathode plate 1110 that are easily damaged are located outside the flow path 1096 and do not face the anode 1040, and do not become the starting point or the ending point of the discharge. This contributes to suppressing damage to the cathode plate 1110.
  • the power feeding end 1114 of the cathode plate 1110 is located outside the flow path 1096, so that power feeding to the cathode plate 1110 is facilitated.
  • the cathode plate 1110 includes a conductor plate 1120 and an insulator film 1122. Except for the vicinity of one end of the cathode plate 1110, the surface of the conductor plate 1120 is covered with an insulator film 1122. In the vicinity of one end of the cathode plate 1110, the surface of the conductor plate 1120 is not covered with the insulator film 1122, and the surface of the conductor plate 1120 is exposed. A portion of the cathode plate 1110 where the surface of the conductor plate 1120 is exposed serves as a feeding end 1114 of the cathode plate 1110. As a result, the surface of the conductor plate 1120 is not or hardly exposed in the flow path 1096, arc discharge is suppressed, and air is efficiently reformed.
  • the cathode plate 1110 is an elongated object having an elongated planar shape whose long side is significantly longer than the short side.
  • the extending direction of the long side of the cathode plate 1110 is the extending direction of the cathode plate 1110.
  • the short side of the conductor plate 1120 may be extended or shortened, and may be approximately the same as the plate thickness of the conductor plate 1120. That is, the cathode plate 1110 may have a shape that does not belong to the category of the plate.
  • the first cathode plate array 1106 and the second cathode plate array 1108 are separated from the anode rod array 1102 in the direction in which the flow path 1096 extends.
  • the air flowing through the flow path 1096 sequentially passes through the gap of the first cathode plate array 1106, the gap of the anode rod array 1102, and the gap of the second cathode plate array 1108.
  • the air flowing through the flow path 1096 is activated by the plasma generated in the section from the first cathode plate array 1106 to the anode rod array 1102, and the section from the anode rod array 1102 to the second cathode plate array 1108. It is further activated by the generated plasma.
  • One of the first cathode plate array 1106 and the second cathode plate array 1108 may be omitted.
  • a cathode plate array other than the first cathode plate array 1106 and the second cathode plate array 1108 may be added.
  • An anode bar array other than the anode bar array 1102 may be added.
  • the extending direction of the anode rod 1104 and the extending direction of the cathode plate 1110 are non-parallel and desirably orthogonal.
  • the anode rod 1104 and the cathode plate 1110 intersect with each other when viewed from the axial direction of the flow path 1096, and discharge is likely to occur at the intersection between the anode rod 1104 and the cathode plate 1110 viewed from the axial direction of the flow path 1096.
  • the air is activated efficiently.
  • the anode rod 1104 and the cathode plate 1110 extend linearly.
  • the flow path formation 1094 is a structure in which a flow path 1096 is formed.
  • the cross-sectional shape of the channel 1096 is circular. However, the cross-sectional shape of the channel 1096 may be other than circular.
  • the channel 1096 desirably extends linearly.
  • the conductor rod 1116, the conductor plate 1120, the anode side feeding path 1081 and the cathode side feeding path 1082 are made of stainless steel. However, it is allowed that these components are made of a conductor other than stainless steel. For example, these constituents are allowed to be made of a metal such as copper, aluminum, nickel, or an alloy containing these metals as a main component.
  • the flow path formation 1094 is made of polyetheretherketone (PEEK) resin.
  • PEEK polyetheretherketone
  • these constituents are allowed to be made of an insulator other than the polyether ether ketone resin.
  • these components are made of an epoxy resin.
  • the insulator film 1118 and the insulator film 1122 are made of alumina ceramics. However, the insulator film 1118 and the insulator film 1122 may be made of an insulator other than alumina ceramics. For example, the insulator film 1118 and the insulator film 1122 may be made of zirconia ceramics, fluorine resin, or the like.
  • the engine 1002 is typically incorporated in an automobile and serves as a power source. However, the engine 1002 may be incorporated in a transport machine other than an automobile. For example, the engine 1002 may be incorporated in a railway vehicle, an industrial vehicle, a ship, an aircraft, a spacecraft, or the like. The engine 1002 may be incorporated in a machine other than the transport machine. For example, the engine 1002 may be incorporated in a tool, a farm tool, a generator, or the like.
  • the pulse generator may be an accessory of a device different from the engine 1002.

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Abstract

　パルス電圧が効率よく負荷へ伝達され半導体スイッチング素子の放熱が容易なパルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法を提供する。スイッチ回路の半導体スイッチング素子が相対的に低温の環境に設置され、トランスが相対的に高温の環境に設置される。導通経路は第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る。導通経路の第１の分岐から第２の分岐までの区間にインダクタが挿入され、導通経路の当該区間以外にスイッチ回路が挿入される。伝送線路の第１の伝送線は第１の分岐と１次側巻線の第１の入力端とを電気的に接続する。伝送線路の第２の伝送線は第２の分岐と１次側巻線の第２の入力端とを電気的に接続する。インダクタの励磁インダクタンスより１次側巻線の励磁インダクタンスが大きい。

Description

パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法
　本発明は、パルス発生装置及びパルス発生装置の設置方法に関する。
　エンジンが動力を発生するときには、燃焼室へ吸気が導かれ、燃焼室において可燃性物質が燃焼する。可燃性物質の燃焼により発生した熱エネルギーは力学的エネルギーへ変換される。可燃性物質の燃焼により、燃焼室の近くは高温になる。
　一方、可燃性物質の燃焼の促進等のために吸気を放電で活性化することが提案されている。特許文献１は、その一例である。特許文献１においては、吸気マニホールドの入口の近くに電極が設けられ、パルス電圧が電極に印加される。
　電極が燃焼室から遠ざけられると、活性化された吸気が失活しやすくなる。このため、望ましくは、電極は燃焼室へ近づけられる。電極が燃焼室へ近づけられると、電極が高温下に設置される。
　特許文献２及び３は、本願の発明が解決しようとする課題の解決には向けられていないが、本願の発明と関連する事項を開示する。
　特許文献２には、インダクタとトランスの１次側巻線とが並列に接続される誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路が示される。特許文献２には、トランスの１次側巻線の励磁インダクタンスがインダクタの励磁インダクタンスより大きいことが示される。
　特許文献３には、半導体スイッチング素子の放熱の必要性が示される。
特開平７－１１９５６５号公報 特開２００７－１８１３７５号公報 特開平９－２９８４５４号公報
　電極が燃焼室へ近づけられた状態においてパルス発生回路と電極とが近づけられると、パルス発生回路が燃焼室に近づき、半導体スイッチング素子が高温下に設置され、半導体スイッチング素子の放熱が困難になる。
　逆に、パルス発生回路と電極とが遠ざけられると、配線が長くなり、浮遊容量が増加し、ピーク電圧が高くパルス幅が短いパルス幅を電極へ印加することが困難になり、パルス電圧が効率よく負荷へ伝達されない。
　本発明は、これらの問題を解決するためになされる。本発明の目的は、パルス電圧が効率よく負荷へ伝達され、半導体スイッチング素子の放熱が容易なパルス発生装置及びその設置方法を提供することである。
　本発明の第１から第３までの局面は、パルス発生装置に向けられる。
　本発明の第１の局面においては、導通経路、インダクタ、スイッチ回路、トランス及び伝送線路が設けられる。
　導通経路は、第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由して第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る。
　導通経路の第１の分岐から第２の分岐までの区間にインダクタが挿入され、導通経路の当該区間以外にスイッチ回路が挿入される。スイッチ回路は、半導体スイッチング素子を備え、導通経路を電気的に開閉する。
　トランスは１次側巻線及び２次側巻線を備える。１次側巻線は第１の入力端及び第２の入力端を有する。２次側巻線は第１の出力端及び第２の出力端を有する。トランスはインダクタから磁気的に独立する。
　伝送線路は第１の伝送線及び第２の伝送線を備える。第１の伝送線は第１の分岐と第１の入力端とを電気的に接続する。第２の伝送線は第２の分岐と第２の入力端とを電気的に接続する。
　インダクタの励磁インダクタンスより１次側巻線の励磁インダクタンスが大きい。半導体スイッチング素子は相対的に低温の環境に設置され、トランスは相対的に高温の環境に設置される。
　本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第２の局面においては、半導体スイッチング素子を冷却する冷却機構が設けられる。
　本発明の第３の局面は、本発明の第１又は第２の局面にさらなる事項を付加する。本発明の第３の局面においては、トランスに磁心が設けられる。磁心は不完全環体及び間隙充填体を備える。不完全環体には１次側巻線及び２次側巻線が巻かれる。不完全環体は強磁性体からなり、間隙充填体は常磁性体からなる。不完全環体は間隙を有し、間隙充填体は当該間隙を埋める。
　本発明の第４の局面は、パルス発生装置の設置方法に向けられる。
　本発明の第４の局面においては、パルス発生装置が準備され設置される。
　パルス発生装置は、導通経路、インダクタ、スイッチ回路、トランス及び伝送線路を備える。
　導通経路は、第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由して第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る。
　導通経路の第１の分岐から第２の分岐までの区間にインダクタが挿入され、導通経路の当該区間以外にスイッチ回路が挿入される。スイッチ回路は、半導体スイッチング素子を備え、導通経路を電気的に開閉する。
　トランスは１次側巻線及び２次側巻線を備える。１次側巻線は第１の入力端及び第２の入力端を有する。２次側巻線は第１の出力端及び第２の出力端を有する。トランスはインダクタから磁気的に独立する。
　伝送線路は第１の伝送線及び第２の伝送線を備える。第１の伝送線は第１の分岐と第１の入力端とを電気的に接続する。第２の伝送線は第２の分岐と第２の入力端とを電気的に接続する。
　インダクタの励磁インダクタンスより１次側巻線の励磁インダクタンスが大きい。
　パルス発生装置が設置される場合は、半導体スイッチング素子が相対的に低温の環境に設置され、トランスが相対的に高温の環境に設置される。
　本発明の第１及び第４の局面によれば、インダクタに誘導エネルギーが蓄積されるときに伝送線路に大きな電流が流れず、伝送線路が長くなってもインダクタへの誘導エネルギーの蓄積が妨げられず、ピーク電圧が高いパルス電圧が発生する。また、伝送線路が長くなっても寄生キャパシタンスの影響が小さく、パルス幅が短いパルス電圧が発生する。これより、パルス電圧が効率よく負荷へ伝達される。
　また、半導体スイッチング素子がトランスよりも低温の環境に設置され、半導体スイッチング素子の放熱が容易になる。
　本発明の第２の局面によれば、半導体スイッチング素子の温度が低下し、パルス電圧が安定して発生する。
　本発明の第３の局面によれば、磁心の磁化のヒステリシスが減少し、パルスが発生した後に磁心の磁化の状態が一定の状態に戻り、均一なパルスが発生する。
　これらの及びこれら以外の本発明の目的、特徴、局面及び利点は、添付図面とともに考慮されたときに下記の発明の詳細な説明によってより明白となる。
エンジン及びその付属物を示す模式図である。 電気系統の回路図である。 トランス、スイッチ回路及び燃焼室の位置関係を示す模式図である。 半導体スイッチング素子の冷却の望ましい形態を示す模式図である。 リアクタの断面図である。 陽極及び陰極の斜視図である。
　（エンジン及びその付属物の概略）
　図１の模式図は、エンジン及びその付属物を示す。
　図１に示すように、吸気配管１００４、排気配管１００６、エアクリーナー１００８、キャブレター１０１０、改質器本体１０１２、バッテリ１０１４、電源配線１０１６、パルス発生器本体１０１８及び同軸ケーブル１０２０がエンジン１００２に付属する。エンジン１００２には燃焼室１０２２が形成される。エンジン１００２は、点火プラグ１１２４を備える。改質器本体１０１２は、リアクタ１０２４及びトランス１０２６を備える。
　（エンジンの形式）
　エンジン１００２は、燃焼室１０２２における可燃性物質の燃焼により発生した熱エネルギーを力学的エネルギーへ変換する熱機関である。エンジン１００２の周囲においては、燃焼室１０２２に近づくほど温度が高くなる。
　エンジン１００２は、望ましくは内燃機関であり、さらに望ましくはレシプロエンジンである。レシプロエンジンは、４サイクルエンジン及び２サイクルエンジンのいずれであってもよい。ただし、エンジンが外燃機関であってもよい。また、エンジンがレシプロエンジン以外の内燃機関であってもよい。例えば、エンジンがロータリーエンジンであってもよい。
　（吸気系統）
　吸気配管１００４には、吸気口１０２８から燃焼室１０２２へ向かって順に、エアクリーナー１００８、キャブレター１０１０及びリアクタ１０２４が挿入される。望ましくは、リアクタ１０２４は、エンジン１００２の近くに挿入される。例えば、リアクタ１０２４は、吸気マニホールドの入口に挿入される。吸気口１０２８から吸入された空気は、吸気配管１００４により、エアクリーナー１００８、キャブレター１０１０及びリアクタ１０２４を順次に通過し、燃焼室１０２２へ導かれる。キャブレター１０１０が電子制御式燃料噴射装置等の他の燃料混合機構に置き換えられてもよい。
　空気がエアクリーナー１００８を通過するときに、空気に含まれる異物が除去される。空気がキャブレター１０１０を通過するときに、ガソリン等の燃料油が空気中に霧状に噴射され、空気と燃料油との混合気が作られる。空気がリアクタ１０２４を通過するときに、空気が活性化される。空気の活性化は、化学種をより高いエネルギー準位へ励起すること、イオンを生成すること、ラジカルを生成すること等の空気の反応性を向上する改質処理である。
　吸気配管１００４は、パイプ、ホース、吸気マニホールド等の空気が流れる流路が形成された構造物である。
　吸気が空気以外の示燃性気体であってもよい。例えば、吸気が酸素であってもよい。
　燃料油以外の可燃性液体が空気中に霧状に噴射されてもよい。例えば、メタノールが空気中に霧状に噴射されてもよい。可燃性気体が空気に混合されてもよい。例えば、水素ガス、プロパンガス等が空気に混合されてもよい。
　エアクリーナー１００８、キャブレター１０１０及びリアクタ１０２４以外の構成物が吸気配管１００４に挿入されてもよい。例えば、スロットルバルブ、エアフローメーター等が吸気配管１００４に挿入されてもよい。エアクリーナー１００８及びキャブレター１０１０の両方又は片方が省略される場合もある。例えば、空気が十分に清浄である場合はエアクリーナー１００８が省略される。エンジン１００２がディーゼルエンジン又はガソリン直噴エンジンである場合は、キャブレター１０１０が省略され、燃焼室１０２２へ燃料油が噴射される。
　エアクリーナー１００８、キャブレター１０１０及びリアクタ１０２４の挿入の順序が入れ替えられてもよい。
　（電気系統の概略）
　図２の回路図は、エンジンに付属する電気系統を示す。
　図１及び図２に示すように、電気系統１０３０においては、バッテリ１０１４が発生した直流電圧が電源配線１０１６によりパルス発生器本体１０１８へ伝送される。パルス発生器本体１０１８が発生したパルス電圧は同軸ケーブル１０２０により改質器本体１０１２へ伝送される。改質器本体１０１２へパルス電圧が伝送されると、トランス１０２６によりパルス電圧が昇圧され、昇圧されたパルス電圧がリアクタ１０２４へ供給される。昇圧されたパルス電圧がリアクタ１０２４へ供給されると、リアクタ１０２４で放電が発生し、リアクタ１０２４でプラズマが生成し、リアクタ１０２４を通過する空気が活性化される。望ましくは、リアクタ１０２４で発生する放電は、誘電体バリア放電であり、ストリーマ放電である。
　（パルス発生器本体の概略）
　パルス発生器本体１０１８には、導通経路１０３２、インダクタ１０３４、スイッチ回路１０３６及びキャパシタ１０３８が内蔵される。リアクタ１０２４は、陽極１０４０及び陰極１０４２を備える。トランス１０２６は、１次側巻線１０４４、２次側巻線１０４６及び磁心１０４８を備える。
　パルス発生器本体１０１８の第１の直流入力端１０５０とバッテリ１０１４の正極１０５２とは電源配線１０１６により電気的に接続され、パルス発生器本体１０１８の第２の直流入力端１０５４とバッテリ１０１４の負極１０５６とは電源配線１０１６により電気的に接続される。これにより、バッテリ１０１４が発生した直流電圧が電源配線１０１６によりパルス発生器本体１０１８へ伝送され、第１の直流入力端１０５０と第２の直流入力端１０５４との間に直流電圧が印加される。バッテリ１０１４が他の直流源へ置き換えられてもよい。
　電源配線１０１６が省略され、第１の直流入力端１０５０と正極１０５２とが直結されてもよく、第２の直流入力端１０５４と負極１０５６とが直結されてもよい。バッテリ１０１４がパルス発生器本体１０１８に内蔵されてもよい。
　（導通経路に挿入される素子）
　導通経路１０３２は、第１の分岐１０６０及び第２の分岐１０６２を順次に経由して第１の直流入力端１０５０から第２の直流入力端１０５４へ至る。導通経路１０３２は、電線、基板上のパターン等からなる。導通経路１０３２の第１の分岐１０６０から第２の分岐１０６２までの区間１０６４にはインダクタ１０３４が挿入される。導通経路１０３２の区間１０６４以外にはスイッチ回路１０３６が挿入される。第１の直流入力端１０５０とインダクタ１０３４の一端とは電気的に接続され、インダクタ１０３４の他端とスイッチ回路１０３６の一端とは電気的に接続され、スイッチ回路１０３６の他端と第２の直流入力端１０５４とは電気的に接続される。第１の直流入力端１０５０から第１の分岐１０６０までの区間にスイッチ回路１０３６が挿入されてもよい。インダクタ１０３４及びスイッチ回路１０３６以外の素子が導通経路１０３２に挿入されてもよい。例えば、ヒューズが導通経路１０３２に挿入されてもよい。
　（キャパシタ）
　キャパシタ１０３８の一端は第１の直流入力端１０５０に電気的に接続され、キャパシタ１０３８の他端は第２の直流入力端１０５４に電気的に接続される。
　（スイッチ回路による導通経路の開閉）
　スイッチ回路１０３６は、導通経路１０３２を電気的に開閉する。スイッチ回路１０３６が導通経路１０３２を電気的に閉じている間は、電流が導通経路１０３２を流れ、インダクタ１０３４に誘導エネルギーが蓄積される。インダクタ１０３４に誘導エネルギーが蓄積されている状態においてスイッチ回路１０３６が導通経路１０３２を電気的に開くと、自己誘導によりインダクタ１０３４の両端にパルス電圧が発生し、第１の分岐１０６０と第２の分岐１０６２との間にパルス電圧が発生する。
　改質器本体１０１２及びパルス発生器本体１０１８のうち負荷となるリアクタ１０２４を除く部分は、誘導エネルギー蓄積型のパルス発生回路を備えるパルス発生装置として機能する。スイッチ回路１０３６が導通経路１０３２の開閉を繰り返すと、インダクタ１０３４の両端にパルス電圧の列が発生し、第１の分岐１０６０と第２の分岐１０６２との間にパルス電圧の列が発生し、１次側巻線１０４４にパルス電圧の列が印加され、２次側巻線１０４６からパルス電圧の列が出力され、陽極１０４０と陰極１０４２との間にパルス電圧の列が印加される。
　（スイッチ回路の内部回路）
　スイッチ回路１０３６は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）１０７４及び駆動回路１０７６を備える。ＭＯＳＦＥＴ１０７４のドレインはインダクタ１０３４の他端に電気的に接続され、ＭＯＳＦＥＴ１０７４のソースは第２の直流入力端１０５４に電気的に接続される。ＭＯＳＦＥＴ１０７４のゲートとソースとの間には駆動回路１０７６から駆動信号が入力される。ＭＯＳＦＥＴ１０７４のゲートとソースとの間にオン信号が入力されている間は、ＭＯＳＦＥＴ１０７４のドレインとソースとの間が導通状態になり、スイッチ回路１０３６は導通経路１０３２を電気的に閉じる。ＭＯＳＦＥＴ１０７４のゲートとソースとの間にオフ信号が入力されている間は、ＭＯＳＦＥＴ１０７４のドレインとソースとの間が非導通状態になり、スイッチ回路１０３６は導通経路１０３２を電気的に開く。ＭＯＳＦＥＴ１０７４が他の種類の半導体スイッチング素子に置き換えられてもよい。例えば、ＭＯＳＦＥＴ１０７４が絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）、静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）、バイポーラトランジスタ等に置き換えられてもよい。半導体スイッチング素子が変更される場合は、半導体スイッチング素子に応じて駆動回路が変更され、必要なバイアス回路が付加される。スイッチ回路１０３６が２個以上の半導体スイッチング素子を備えてもよい。２個以上の半導体スイッチング素子は、同種の素子であってもよいし、別種の素子であってもよい。
　（同軸ケーブルによるパルス発生機能と昇圧機能との分離）
　第１の分岐１０６０と１次側巻線１０４４の第１の入力端１０６６とは同軸ケーブル１０２０の外部導体１０６８により電気的に接続される。第２の分岐１０６２と１次側巻線１０４４の第２の入力端１０７０とは同軸ケーブル１０２０の内部導体１０７２により電気的に接続される。第１の分岐１０６０と第２の分岐１０６２との間にパルス電圧が発生すると、同軸ケーブル１０２０によりパルス電圧がパルス発生器本体１０１８から１次側巻線１０４４へ伝送され、１次側巻線１０４４にパルス電圧が入力される。１次側巻線１０４４にパルス電圧が印加されると、２次側巻線１０４６から昇圧されたパルス電圧が出力される。
　同軸ケーブル１０２０が他の種類の伝送線路へ置き換えられてもよい。例えば、同軸ケーブル１０２０がツイストペアケーブル、平行フィーダ、シールド線等へ置きかえられてもよい。より一般的には、第１の分岐１０６０と第１の入力端１０６６とは、伝送線路の第１の伝送線により電気的に接続される。また、第２の分岐１０６２と第２の入力端１０７０とは、伝送線路の第２の伝送線により電気的に接続される。第１の伝送線と第２の伝送線とは接近させられ、第１の伝送線と第２の伝送線との相対的な間隔は固定される。これにより、ノーマルモードで伝送される信号の漏洩が小さくなる。
　（改質器本体の内部接続）
　２次側巻線１０４６の第１の出力端１０７８は陽極１０４０に電気的に接続され、２次側巻線１０４６の第２の出力端１０８０は陰極１０４２に電気的に接続される。これにより、２次側巻線１０４６からパルス電圧が出力されると、陽極１０４０と陰極１０４２との間にパルス電圧が印加される。
　（トランスのインダクタからの独立）
　トランス１０２６はインダクタ１０３４から磁気的に独立している。トランス１０２６がインダクタ１０３４から磁気的に独立しているとは、トランス１０２６の巻線とインダクタ１０３４との間の相互インダクタンスがトランス１０２６の巻線の自己インダクタンス及びインダクタ１０３４の自己インダクタンスに対して無視できるほど小さいこと、例えば、１／１００以下であることである。したがって、トランス１０２６とインダクタ１０３４との間では専ら同軸ケーブル１０２０を経由してパルス電圧が伝送される。
　（インダクタの励磁インダクタンスと１次側巻線の励磁インダクタンスとの関係）
　１次側巻線１０４４の励磁インダクタンスＬ２は、インダクタ１０３４の励磁インダクタンスＬ１より大きく（Ｌ１＜Ｌ２）、望ましくは、励磁インダクタンスＬ１の５倍以上である（５×Ｌ１＜Ｌ２）。これにより、インダクタ１０３４に誘導エネルギーが蓄積されるときに同軸ケーブル１０２０に大きな電流が流れず、同軸ケーブル１０２０が長くなってもインダクタ１０３４への誘導エネルギーの蓄積が妨げられず、ピーク電圧が高いパルス電圧が発生する。また、同軸ケーブル１０２０が長くなっても、寄生キャパシタンスの影響は小さく、パルス幅が短いパルス電圧が発生する。さらに、トランス１０２６に蓄積される誘導エネルギーよりもインダクタ１０３４に蓄積される誘導エネルギーが大きくなり、インダクタ１０３４からトランス１０２６へ効率よくパルス電圧が転送される。
　（トランス、スイッチ回路及び燃焼室の位置関係）
　図３の模式図は、トランス、半導体スイッチング素子及び燃焼室の位置関係を示す模式図である。
　図３に示すように、トランス１０２６は燃焼室１０２２に相対的に近づけて設置され、パルス発生器本体１０１８は燃焼室１０２２から相対的に遠ざけて設置される。これにより、トランス１０２６は燃焼室１０２２に相対的に近づけて設置され、スイッチ回路１０３６及びＭＯＳＦＥＴ１０７４は燃焼室１０２２から相対的に遠ざけて設置される。燃焼室１０２２からＭＯＳＦＥＴ１０７４までの距離Ｄ２は、燃焼室１０２２からトランス１０２６までの距離Ｄ１より長くなる。したがって、電気系統１０３０においては、ＭＯＳＦＥＴ１０７４がトランス１０２６よりも低温の環境に設置され、ＭＯＳＦＥＴ１０７４の放熱が容易になる。このことを可能にするのは、同軸ケーブルによるパルス発生機能と昇圧機能との分離である。トランス１０２６が設置される環境の温度は、典型的には、８５以上１５０℃以下になる。ＭＯＳＦＥＴ１０７４が設置される環境の温度は、望ましくは、トランス１０２６が設置される環境の温度より低い－４５℃以上８５℃未満に維持される。
　図４の模式図は、パルス発生装置において望ましくは採用されるスイッチ回路の望ましい冷却の形態を示す。
　望ましくは、図４に示すように、ＭＯＳＦＥＴ１０７４は、冷却機構１０７８により冷却される。これにより、ＭＯＳＦＥＴ１０７４の温度が低下し、電気系統１０３０が安定して動作する。ＭＯＳＦＥＴ１０７４の冷却は、空冷により行われてもよいし、水冷により行われてもよい。エンジン１００２が自動車に組み込まれＭＯＳＦＥＴ１０７４が水冷により冷却される場合は、エンジン１００２の冷却水がＭＯＳＦＥＴ１０７４の冷却水として援用されてもよいし、エンジン１００２の冷却水とは別にＭＯＳＦＥＴ１０７４の冷却水が準備されてもよい。
　（リアクタの構造の概略）
　図５の模式図は、改質器本体の断面を示す。図６の模式図は、陽極及び陰極の斜視図である。
　図５に示すように、改質器本体１０１２は、リアクタ１０２４及びトランス１０２６に加えて、陽極側の給電経路１０８１、陰極側の給電経路１０８２、正極接続端子１０８４、負極接続端子１０８６、トランス室形成物１０８８、トランス保持体１０９０及び筐体１０９２を備える。リアクタ１０２４は、陽極１０４０及び陰極１０４２に加えて、流路形成物１０９４を備える。流路形成物１０９４には、流路１０９６が形成される。流路１０９６の入口及び出口は吸気配管１００４に接続される。リアクタ１０２４を通過する空気は流路１０９６を流れる。リアクタ１０２４の構成物は、筐体１０９４に形成された収容空間１１５２に収容される。リアクタ１０２４に代えて点火プラグ１１２４へ昇圧されたパルス電圧が供給され、空気の活性化に代えて混合気への点火にパルス発生装置が使用されてもよい。
　（磁心）
　１次側巻線１０４４と２次側巻線１０４６とは磁心１０４８により磁気的に結合される。磁心１０４８は１次側巻線１０４４及び２次側巻線１０４８を通る磁気回路を構成する。磁心１０４８は、環形状を持つ。例えば、磁心１０４８は、トロイダルコア、ＵＩコア等の形状を持つ。磁心１０４８が複数の環形状の複合形状であってもよい。例えば、磁心１０４８がメガネコア、ＥＩコア等の形状を持ってもよい。磁心１０４８は、望ましくは、強磁性体からなる不完全環体１０９８及び常磁性体からなる間隙充填体１１００を備える。例えば、不完全環体１０９８はフェライト等からなる。間隙充填体１１００はエポキシ樹脂、シリコン樹脂等からなる。不完全環体１０９８は短い間隙を有する。間隙充填体１１００は当該間隙を埋める。１次側巻線１０４４及び２次側巻線１０４６は不完全環体１０９８に巻かれる。これにより、磁心１０４８の磁化のヒステリシスが減少し、パルスが発生した後に磁心１０４８の磁化の状態が一定の状態に戻り、均一なパルスが発生する。間隙充填体１１００は、望ましくは、絶縁体からなる。ただし、磁心１０４８の全体が強磁性体からなることも許される。
　（電極の構造の概略）
　図６に示すように、陽極１０４０は陽極棒アレイ１１０２を備える。陽極棒アレイ１１０２においては陽極棒１１０４が配列される。陰極１０４２は第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８を備える。第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８においては陰極板１１１０が配列される。
　図６に示す電極構造が他の電極構造に置き換えられてもよい。例えば、図６に示す電極構造が平行平板型、同軸円筒型等に置き換えられてもよい。
　（トランス、電極及び端子の接続）
　第１の出力端１０７８と陽極棒１１０４の給電端１１１２とは陽極側の給電経路１０８１により電気的に接続される。陽極側の給電経路１０８１が省略され、第１の出力端１０７８と陽極棒１１０４の給電端１１１２とが直結されてもよい。第２の出力端１０８０と陰極板１１１０の給電端１１１４とは陰極側の給電経路１０８２により電気的に接続される。陰極側の給電経路１０８２が省略され、第２の出力端１０８０と陰極板１１１０の給電端１１１４とが直結されてもよい。陽極１０４０と陰極１０４２との間に昇圧されたパルス電圧が印加されると、流路１０９６の中で陽極１０４０と陰極１０４２との間に放電が発生し、流路１０９６の中でプラズマが生成し、流路１０９６を流れる空気が活性化される。リアクタ１０２４に代えて点火プラグ１１２４へ昇圧されたパルス電圧が供給される場合は、第１の出力端１０７８と点火プラグ１１２４の中心電極１１２６とが電気的に接続され、第２の出力端１０８０と点火プラグ１１２４の接地電極１１２８とが電気的に接続される。
　（陽極棒アレイの構造）
　陽極棒アレイ１１０２においては、２本以上の陽極棒１１０４が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、空気が効率的に改質される。陽極棒１１０４の配列数は必要に応じて増減される。陽極棒アレイ１１０２が１本の陽極棒１１０４に置き換えられてもよい。
　２本以上の陽極棒１１０４は、疎らに配列される。陽極棒１１０４の配列が「疎ら」であるとは、２本以上の陽極棒１１０４の各々が相互に接触せず、第１の陽極棒１１０４と第１の陽極棒１１０４に隣接する第２の陽極棒１１０４との間に間隙が存在することである。これにより、空気が間隙を通過し、プラズマが生成する領域の近くを空気が流れ、空気が効率的に活性化される。
　２本以上の陽極棒１１０４は、望ましくは、平行に等間隔で配列される。これにより、間隙が流路１０９６の断面に均一に分布し、空気が流路１０９６を均一に流れ、放電が均一に発生する。これらのことは、空気の効率的な活性化に寄与する。
　（陽極棒の配置）
　陽極棒１１０４は、流路１０９６を横断する。流路１０９６の「横断」とは、流路１０９６の内面の第１の位置から出て流路１０９６を通り流路１０９６の内面の第２の位置へ入ることである。これにより、陽極棒１１０４の損傷しやすい両端は、流路１０９６の外部に位置し、陰極１０４２と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陽極棒１１０４の損傷を抑制することに寄与する。また、陽極棒１１０４の給電端１１１２が流路１０９６の外部に位置し、陽極棒１１０４への給電が容易になる。
　（陽極棒の構造）
　陽極棒１１０４は、導電体棒１１１６及び絶縁体膜１１１８を備える。陽極棒１１０４の一端の近傍以外においては、導電体棒１１１６の表面は絶縁体膜１１１８で被覆される。陽極棒１１０４の一端の近傍においては、導電体棒１１１６の表面は絶縁体膜１１１８で被覆されず、導電体棒１１１６の表面は露出する。陽極棒１１０４のうち導電体棒１１１６の表面が露出している部分は陽極棒１１０４の給電端１１１２となる。これにより、流路１０９６の中において導電体棒１１１６の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、空気が効率的に活性化される。
　（陰極板アレイの構造）
　第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８の各々においては、２枚以上の陰極板１１１０が配列される。これにより、プラズマが生成する領域が広がり、空気が効率的に改質される。陰極板１１１０の配列数は必要に応じて増減される。第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８の両方又は片方が１本の陰極板１１１０に置き換えられてもよい。
　２枚以上の陰極板１１１０は、疎らに配列される。陰極板１１１０の配列が「疎ら」であるとは、２枚以上の陰極板１１１０の各々が相互に接触せず、第１の陰極板１１１０と第１の陰極板１１１０に隣接する第２の陰極板１１１０との間に間隙が存在することである。これにより、空気が間隙を通過し、プラズマが生成する領域の近くを空気が流れ、空気が効率的に改質される。
　２枚以上の陰極板１１１０は、望ましくは、平行に等間隔で配列される。これにより、間隙が流路１０９６の断面に均一に分布し、空気が流路１０９６を均一に流れ、放電が均一に発生する。これらのことは、空気の効率的な改質に寄与する。
　陰極板１１１０の主面は、流路１０９６の延在方向と平行をなす。これにより、空気の流れが陰極板１１１０に妨げられず、空気が流路１０９６を均一に流れ、放電が均一に発生する。
　（陰極板の配置）
　陰極板１１１０は、流路１０９６を横断する。これにより、陰極板１１１０の損傷しやすい両端は、流路１０９６の外部に位置し、陽極１０４０と対向しなくなり、放電の起点又は終点とならなくなる。このことは、陰極板１１１０の損傷を抑制することに寄与する。また、陰極板１１１０の給電端１１１４が流路１０９６の外部に位置し、陰極板１１１０への給電が容易になる。
　（陰極板の構造）
　陰極板１１１０は、導電体板１１２０及び絶縁体膜１１２２を備える。陰極板１１１０の一端の近傍以外においては、導電体板１１２０の表面は絶縁体膜１１２２で被覆される。陰極板１１１０の一端の近傍においては、導電体板１１２０の表面は絶縁体膜１１２２で被覆されず、導電体板１１２０の表面は露出する。陰極板１１１０のうち導電体板１１２０の表面が露出している部分は陰極板１１１０の給電端１１１４となる。これにより、流路１０９６の中において導電体板１１２０の表面が全く又はほとんど露出せず、アーク放電が抑制され、空気が効率的に改質される。
　陰極板１１１０は、長辺が短辺より著しく長い細長の平面形状を有する細長物である。陰極板１１１０の長辺の延在方向が陰極板１１１０の延在方向である。導電体板１１２０の短辺は、延長又は短縮されてもよく、導電体板１１２０の板厚と同程度であってもよい。すなわち、陰極板１１１０は、板の範疇に属さない形状を有してもよい。
　（陽極棒アレイ、第１の陰極板アレイ及び第２の陰極板アレイの位置）
　第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８は陽極棒アレイ１１０２から流路１０９６の延在方向に離される。
　流路１０９６を流れる空気は、第１の陰極板アレイ１１０６の間隙、陽極棒アレイ１１０２の間隙及び第２の陰極板アレイ１１０８の間隙を順次に通過する。これにより、流路１０９６を流れる空気は、第１の陰極板アレイ１１０６から陽極棒アレイ１１０２までの区間に生成したプラズマにより活性化され、陽極棒アレイ１１０２から第２の陰極板アレイ１１０８までの区間に生成したプラズマによりさらに活性化される。
　（陽極棒アレイ及び陰極板アレイの増減）
　第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８の片方が省略されてもよい。第１の陰極板アレイ１１０６及び第２の陰極板アレイ１１０８以外の陰極板アレイが追加されてもよい。陽極棒アレイ１１０２以外の陽極棒アレイが追加されてもよい。
　（陽極棒の延在方向と陰極板の延在方向との関係）
　陽極棒１１０４の延在方向と陰極板１１１０の延在方向とは、非平行であり、望ましくは直交する。これにより、流路１０９６の軸方向から見て陽極棒１１０４と陰極板１１１０とが交差し、流路１０９６の軸方向から見た陽極棒１１０４と陰極板１１１０との交点において放電が発生しやすくなり、空気が効率的に活性化される。
　望ましくは、陽極棒１１０４及び陰極板１１１０は、直線的に延在する。
　（流路形成物及びトランス室形成物の構造）
　流路形成物１０９４は流路１０９６が形成された構造物である。流路１０９６の断面形状は円形である。ただし、流路１０９６の断面形状が円形以外であってもよい。流路１０９６は、望ましくは、直線的に延在する。
　（構成物の材質）
　導電体棒１１１６、導電体板１１２０、陽極側の給電経路１０８１及び陰極側の給電経路１０８２はステンレス鋼からなる。ただし、ステンレス鋼以外の導電体からこれらの構成物がなることも許される。例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等の金属又はこれらの金属を主成分とする合金からこれらの構成物がなることも許される。
　流路形成物１０９４は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂からなる。ただし、ポリエーテルエーテルケトン樹脂以外の絶縁体からこれらの構成物がなることも許される。例えば、エポキシ樹脂からこれらの構成物がなることも許される。
　絶縁体膜１１１８及び絶縁体膜１１２２は、アルミナセラミックスからなる。ただし、アルミナセラミックス以外の絶縁体から絶縁体膜１１１８及び絶縁体膜１１２２がなることも許される。例えば、ジルコニアセラミックス、フッ素樹脂等から絶縁体膜１１１８及び絶縁体膜１１２２がなることも許される。
　（エンジンの用途）
　エンジン１００２は、典型的には、自動車に組み込まれ、動力源となる。ただし、エンジン１００２が自動車以外の輸送機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１００２が鉄道車両、産業車両、船舶、航空機、宇宙船等に組み込まれてもよい。エンジン１００２が輸送機械以外の機械に組み込まれてもよい。例えば、エンジン１００２が工具、農具、発動発電機等に組み込まれてもよい。パルス発生装置がエンジン１００２とは異なる装置の付属物であってもよい。
　本発明は詳細に示され記述されたが、上記の記述は全ての局面において例示であって限定的ではない。しがって、本発明の範囲からはずれることなく無数の修正及び変形が案出されうると解される。
　１００２　エンジン
　１００４　吸気配管
　１０１８　パルス発生器本体
　１０２０　同軸ケーブル
　１０２２　燃焼室
　１０２４　リアクタ
　１０３４　インダクタ
　１０３６　スイッチ回路
　１０２６　トランス
　１０３２　導通経路
　１０６０　第１の分岐
　１０６２　第２の分岐
　１０７４　ＭＯＳＦＥＴ

Claims (4)

  1. 　パルス発生装置であって、
    　第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由して第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至る導通経路と、
    　前記導通経路の前記第１の分岐から前記第２の分岐までの区間に挿入され、第１の励磁インダクタンスを持つインダクタと、
    　前記導通経路の前記区間以外に挿入され、相対的に低温の環境に設置される半導体スイッチング素子を備え、前記導通経路を電気的に開閉するスイッチ回路と、
    　第１の入力端及び第２の入力端を有し前記第１の励磁インダクタンスより大きな第２の励磁インダクタンスを持つ１次側巻線並びに第１の出力端及び第２の出力端を有する２次側巻線を備え、相対的に高温の環境に設置され、前記インダクタから磁気的に独立したトランスと、
    　前記第１の分岐と前記第１の入力端とを電気的に接続する第１の伝送線及び前記第２の分岐と前記第２の入力端とを電気的に接続する第２の伝送線を備える伝送線路と、
    を備えるパルス発生装置。
  2. 　請求項１のパルス発生装置において、
    　前記半導体スイッチング素子を冷却する冷却機構
    をさらに備えるパルス発生装置。
  3. 　請求項１又は請求項２のパルス発生装置において、
    　前記トランスは、
    　前記１次側巻線及び前記２次側巻線が巻かれ間隙を有し強磁性体からなる不完全環体並びに前記間隙を埋め常磁性体からなる間隙充填体を備える磁心
    をさらに備えるパルス発生装置。
  4. 　パルス発生装置の設置方法であって、
    　(a) 導通経路、インダクタ、スイッチ回路、トランス及び伝送線路を備え、前記導通経路が第１の分岐及び第２の分岐を順次に経由して第１の直流入力端から第２の直流入力端へ至り、前記インダクタが前記導通経路の前記第１の分岐から前記第２の分岐までの区間に挿入され第１の励磁インダクタンスを持ち、前記スイッチ回路が前記導通経路の前記区間以外に挿入され半導体スイッチング素子を備え前記導通経路を電気的に開閉し、前記トランスが第１の入力端及び第２の入力端を有し前記第１の励磁インダクタンスより大きな第２の励磁インダクタンスを持つ１次側巻線並びに第１の出力端及び第２の出力端を有する２次側巻線を備え前記インダクタから磁気的に独立し、前記伝送線路が前記第１の分岐と前記第１の入力端とを電気的に接続する第１の伝送線及び前記第２の分岐と前記第２の入力端とを電気的に接続する第２の伝送線を備えるパルス発生装置を準備する工程と、
    　(b) 前記半導体スイッチング素子が相対的に低温の環境に設置され、前記トランスが相対的に高温の環境に設置されるように前記パルス発生装置を設置する工程と、
    を備えるパルス発生装置の設置方法。
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