WO2018047271A1 - パルス放電電源およびパルス放電発生方法 - Google Patents

パルス放電電源およびパルス放電発生方法 Download PDF

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稲永　康隆
皓貴 内藤
学 生沼
江　偉華
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三菱電機株式会社
国立大学法人長岡技術科学大学
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Definitions

  • the present invention relates to a pulse discharge power source and a pulse discharge generation method used for generating a pulse discharge.
  • Patent Document 1 proposes a water treatment apparatus using a discharge treatment technique.
  • the water treatment apparatus disclosed in Patent Document 1 has a hierarchical structure that includes a reaction vessel having an inclined plate that causes the water to be treated to flow down, and an electrode that generates a discharge for performing discharge active species treatment on the water to be treated. Means, and pulse discharge power supply means for applying a short pulse high voltage to the electrodes.
  • the active species generated by the streamer discharge is used, and the hardly decomposable substance dissolved in water can be decomposed.
  • Patent Document 2 proposes an exhaust gas treatment apparatus using a discharge treatment technique.
  • the purification device of Patent Document 2 includes a casing having an electrode that generates a discharge for performing a discharge active species treatment on a gas to be treated, and a high-voltage ultrashort pulse power source that applies a high voltage to the electrode.
  • gaseous pollutants can be decomposed by corona discharge.
  • a discharge is generated by applying a voltage between electrodes using a pulse discharge power source.
  • active species such as ozone (O 3 ) or hydroxyl radical (OH radical) are generated.
  • O 3 ozone
  • OH radical hydroxyl radical
  • a process for decomposing the substance to be treated is executed.
  • it is considered to increase the voltage applied from the pulse discharge power source and increase the input power in order to increase the amount of active species supplied to the substance to be treated. It is done.
  • compatibility which raises the repetition frequency of pulse discharge and increases the input electric power can be considered.
  • the discharge power density can be increased.
  • the discharge power density rises it becomes easy to shift from uniform discharge such as streamer discharge and corona discharge to local discharge such as arc discharge and spark discharge.
  • a local discharge occurs due to the transition of the discharge, a substantially uniform discharge cannot be formed in the entire desired space, so that there is a possibility that the number of substances to be processed that are not processed increases.
  • the voltage applied from the pulse discharge power source or the pulse repetition frequency is increased to increase the power, the transition to local discharge is likely to occur, and the target substance may not be processed and the processing efficiency may be reduced.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a pulse discharge power source and a pulse discharge generation method that suppress the occurrence of local discharge.
  • a pulse discharge power source is a pulse discharge power source that outputs a voltage pulse a plurality of times to a discharge load that is a target of pulse discharge to guide pulse discharge, and outputs a first voltage pulse,
  • a pulse generator that outputs a second voltage pulse after the voltage pulse;
  • a control circuit that controls the output of the second voltage pulse based on an integral value of the current flowing through the discharge load with respect to the first voltage pulse; Is provided.
  • a pulse discharge generation method is a pulse discharge generation method for generating a pulse discharge by outputting a voltage pulse from a pulse discharge power supply a plurality of times to a discharge load that is a target of pulse discharge.
  • the pulse discharge power supply and the pulse discharge generation method it is possible to suppress the occurrence of local discharge in the discharge treatment technique.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a pulse discharge power supply according to Embodiment 1.
  • FIG. It is a current-voltage waveform diagram which shows an example of the relationship between the electric current value with respect to the discharge load which concerns on Embodiment 1, and a voltage value.
  • FIG. 5 is a current waveform diagram showing an example of a change in current value between normal discharge and arc transition in the discharge load according to the first embodiment. It is explanatory drawing which shows the relationship between the electric current integrated value in case arc transition arises, and time. It is a block diagram which shows the other example of a structure of the pulse discharge power supply which concerns on Embodiment 1.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining local discharge suppression processing in the control circuit according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a control method of the control circuit according to the first embodiment.
  • 6 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a pulse discharge power supply according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 10 is an explanatory diagram for explaining integration timing of an integration circuit according to the second embodiment. It is explanatory drawing which shows an example of the arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply which concerns on Embodiment 2.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply which concerns on Embodiment 3.
  • FIG. It is explanatory drawing which shows an example of the arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply which concerns on Embodiment 4.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a pulse discharge power supply according to a fifth embodiment. It is a current-voltage waveform diagram which shows an example of the relationship between the electric current value with respect to the water treatment reactor which concerns on Embodiment 5, and a voltage value.
  • FIG. 10 is a block diagram illustrating an example of a configuration of a pulse discharge power supply according to a sixth embodiment.
  • the pulse discharge power source in the present application includes four main components, that is, a pulse generation unit, a control circuit, a current detection unit, and a discharge signal processing unit, and is connected to an external discharge load.
  • the following embodiments are merely examples, and the present invention is not limited to these embodiments.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of the pulse discharge power supply 1 according to the first embodiment.
  • a pulse discharge power source 1 shown in FIG. 1 includes a pulse generation unit 2, a control circuit 3, a current detection unit 4, and a discharge signal processing unit 5.
  • the pulse discharge power source 1 is connected to an external discharge load 6. Has been.
  • the pulse generator 2 is connected to the control circuit 3 and the discharge load 6 and generates a pulse.
  • the pulse generator 2 receives the pulse ON signal 110 generated by the control circuit 3, generates a high voltage pulse 101 based on the received pulse ON signal 110, and outputs the generated high voltage pulse 101 to the discharge load 6.
  • the pulse generator 2 is, for example, a capacitor discharge circuit connected with a switch, a pulse shaping line, a capacity transfer type circuit, a magnetic pulse compression circuit, a Marx circuit, or the like.
  • the control circuit 3 controls the components of the pulse discharge power source 1 including the pulse generator 2, the current detector 4, and the discharge signal processor 5, and realizes the function of the pulse discharge power source 1 suppressing the occurrence of local discharge. Contribute.
  • the control circuit 3 is connected to the pulse generator 2 and the discharge signal processor 5 and controls the pulse discharge power supply 1.
  • the control circuit 3 generates a first pulse ON signal 110 for generating a pulse and outputs it to the pulse generator 2. Further, prior to the generation of the first pulse ON signal 110, the control circuit 3 generates an initial integration preparation command 105 for starting preparation for executing integration, and outputs it to the discharge signal processing unit 5.
  • the control circuit 3 After outputting the first pulse ON signal 110, the control circuit 3 receives from the discharge signal processing unit 5 an arc detection signal 104 related to arc transition detection, which is an example of local discharge.
  • the control circuit 3 When receiving the arc detection signal 104 from the discharge signal processing unit 5, the control circuit 3 generates the next pulse ON signal 110 based on the received arc detection signal 104 and pulses the generated next pulse ON signal 110. Output to the generator 2. Further, prior to the generation of the next pulse ON signal 110, the control circuit 3 generates the next integration preparation command 105 and outputs the generated next integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5. With the configuration as described above, the control circuit 3 can continuously output the pulse ON signal 110 a plurality of times.
  • control circuit 3 changes the output state of the pulse ON signal 110 based on the arc detection signal 104 from the discharge signal processing unit 5 and suppresses the occurrence of local discharge such as arc. Specifically, the voltage applied to the discharge load 6 is decreased to suppress the occurrence of local discharge.
  • the control circuit 3 can be composed of, for example, an analog circuit or a general-purpose logic IC, but more desirably is composed of a digital signal processing circuit such as an ASIC, FPGA, DSP, or the like.
  • the current detector 4 is connected between the pulse generator 2 and the discharge load 6 and detects the current flowing through the discharge load 6.
  • the current detection unit 4 is also connected to the discharge signal processing unit 5. Specifically, a current flowing between the pulse generator 2 and the discharge load 6 is detected, and a current monitor signal 102 indicating a current value is output to the discharge signal processor 5 based on the detection result.
  • the current detection unit 4 is capable of output corresponding to the frequency band of the current of the high voltage pulse, such as a current transducer or a Rogowski coil, and performs output according to a change in current.
  • the discharge signal processing unit 5 includes an integration circuit 51 and a comparator 52, and is connected to the control circuit 3 and the current detection unit 4.
  • the discharge signal processing unit 5 performs integration on the current detected by the current detection unit 4.
  • the integration circuit 51 receives the integration preparation command 105 from the control circuit 3
  • the integration circuit 51 resets the previous integration result and prepares to execute a new integration process.
  • the integration circuit 51 receives the current monitor signal 102 from the current detection unit 4
  • the integration circuit 51 integrates the current based on the received current monitor signal 102, and uses the integration result as the integration output 103 for the comparator 52. Output to.
  • the comparator 52 receives the integral output 103
  • the comparator 52 outputs an arc detection signal 104 relating to arc transition detection to the control circuit 3 based on the received integral output 103.
  • the discharge load 6 is connected to the pulse generator 2 and executes processing by discharge. Specifically, discharging is performed based on the high voltage pulse 101 received from the pulse generator 2.
  • the discharge load 6 generates active species through discharge.
  • the generated active species are used for water treatment, exhaust gas treatment, and the like.
  • the discharge load 6 is, for example, a reactor for treating harmful gases using radicals generated by gas discharge, or a reactor for purifying water by introducing treated water into the system and acting on the radicals. Or the reactor etc. which make the said gas react with the gas, liquid, and solid component in a reactor, and utilize the product by chemical reaction with them are also contained.
  • the discharge load 6 increases the discharge power density, and from arc discharge and spark discharge from substantially uniform discharge such as streamer discharge and corona discharge. It becomes easy to transfer to local discharge.
  • substantially uniform discharge means that the power density per electrode area is substantially uniform for one or a plurality of discharge electrodes installed in a discharge load.
  • the frequency of transition to local discharge refers to the rate at which transition to local discharge occurs for a plurality of high voltage pulses within a predetermined time.
  • FIG. 2 is a current and voltage waveform diagram showing an example of the relationship between the current value and the voltage value (particularly the temporal relationship) for the discharge load 6 according to the first embodiment. Specifically, an example of the fluctuation of the current value and the voltage value with respect to the passage of time after the pulse discharge power supply 1 starts driving is shown.
  • a broken line indicates a voltage value applied to the discharge load 6
  • a solid line indicates a current value flowing through the discharge load 6.
  • a current between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds is referred to as a displacement current Ic.
  • the displacement current Ic includes a first peak of current accompanying application of the high voltage pulse 101. After the displacement current Ic corresponding to the capacity of the discharge load 6 flows, the second peak and the third peak accompanying the discharge of the discharge load 6 appear.
  • a current between about 180 nanoseconds and about 350 nanoseconds including the second peak and the third peak is referred to as a discharge current Id.
  • the discharge current Id is a current accompanying a normal discharge in the discharge load 6 and means a current accompanying a substantially uniform and uniform discharge such as a streamer discharge and a corona discharge.
  • FIG. 3 is a current waveform diagram showing an example of a change in the current value when the arc transition shown in the discharge load 6 according to the first embodiment is made in comparison with the case of the normal discharge.
  • FIG. 3 shows an example of current value transition in normal discharge over time for reference. Three examples of current value transition when arc transition is shown in addition to the current value transition example in the normal discharge.
  • one first peak due to increase / decrease of the current value of the discharge load 6 appears between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds, and the displacement current Ic is It can be seen.
  • a second peak due to increase or decrease in the current value of the discharge load 6 appears between about 200 nanoseconds to about 250 nanoseconds, and about 250 nanoseconds to about 250 nanoseconds.
  • a gentle third peak appears within 350 nanoseconds.
  • the current value decreases to about 0 A in the vicinity of about 350 nanoseconds. Between about 180 nanoseconds and about 300 nanoseconds, a streamer discharge that is a uniform discharge is generated, and a discharge current (streamer discharge current Ids) appears.
  • one first peak due to increase / decrease of the current value of the discharge load 6 between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds. Appears in the same manner, and the displacement current Ic is seen.
  • the second peak due to increase / decrease in the current value of the discharge load 6 is about 250 nanoseconds to about 350 nanoseconds between about 200 nanoseconds to about 250 nanoseconds.
  • a gentle third peak appears in the same manner.
  • a fourth peak exceeding about 200 A appears between about 250 nanoseconds and about 350 nanoseconds.
  • an arc transition occurs between about 250 to about 300 nanoseconds, and an arc is generated.
  • the current after the arc transition has occurred and the arc discharge is generated is called an arc current (arc discharge current Ida).
  • arc discharge current Ida arc discharge current
  • most of the current after about 300 nanoseconds consists of arc current.
  • one first peak due to increase / decrease in the current value of the discharge load 6 is about 150 nanoseconds to about 200 nanoseconds. The same appears and the displacement current Ic is seen.
  • the second peak due to increase / decrease in the current value of the discharge load 6 is about 250 nanoseconds to about 350 nanoseconds between about 200 nanoseconds to about 250 nanoseconds.
  • a gentle third peak appears in the same manner.
  • a fourth peak exceeding about 300 A appears between about 250 nanoseconds and about 350 nanoseconds.
  • arc transition occurs between about 250 to about 300 nanoseconds and in an earlier time zone than in the case of the arc 1, and the arc is generated.
  • most of the current after about 300 nanoseconds consists of the arc current.
  • one first peak due to increase / decrease of the current value of the discharge load 6 is about 150 nanoseconds to about 200 nanoseconds. The same appears and the displacement current Ic is seen.
  • a second peak due to increase / decrease in the current value of the discharge load 6 appears in the same manner between about 200 nanoseconds and about 250 nanoseconds.
  • a third peak exceeding about 500 A appears between about 230 nanoseconds and about 350 nanoseconds.
  • Arc 3 is between about 230 and about 260 nanoseconds, and arc transition occurs in an earlier time zone than in the case of arc 1 or arc 2, and an arc is generated.
  • Arc 3 like the arcs 1 and 2, most of the current after about 300 nanoseconds is composed of the arc current.
  • the normal discharge performed by the discharge load 6 is formed through a corona in the process of transient discharge formation. Even when a streamer is formed through the corona and a normal discharge is formed, there is a sufficient possibility of transition from the streamer to the arc as the current value increases or the power density increases. Basically, the transition to the arc does not occur in the initial period when the high voltage pulse 101 is applied as shown in FIGS. A transition to the arc is generated midway after passing through the streamer through the corona.
  • the displacement current Ic between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds including the first peak and the current between about 200 nanoseconds and about 230 nanoseconds including the second peak are usually The same applies to the discharge and arcs 1 to 3, and no arc transition occurs by about 230 nanoseconds.
  • arc transition is generated after about 230 nanoseconds and arc discharge is generated.
  • the substantially uniform normal discharge is changed to the arc discharge of the local discharge, the uniform discharge cannot be formed in the entire desired space, so that there is a possibility that the number of substances to be processed that are not processed increases.
  • the processing efficiency decreases.
  • the voltage may be reduced to an applied voltage that does not cause arc transition. Therefore, the pulse discharge power supply 1 according to the first embodiment suppresses the occurrence of local discharge through the suppression of arc transition focusing on the integrated value of current.
  • the reason for paying attention to the integral value of the current will be described.
  • the impedance of the local discharge where the arc transition occurs is significantly reduced.
  • the current value during normal discharge without arc transition is large, and the impedance of the discharge of the entire load is sufficiently small. Therefore, even if arc transition occurs locally and impedance decreases, the change becomes relatively small if the normal discharge impedance of the entire load is sufficiently low. Since the change in the voltage output from the pulse generator corresponds to the change in impedance, it is similarly small, and it is difficult to detect arc transition with high accuracy at the voltage value.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the integrated current value and time when arc transition occurs.
  • Discharge signal processing unit 5 first, (time prior to t A in FIG. 4 (a)) when receiving the integration preparation command 105 sent from the control circuit 3, resets the integration processing has been performed until then.
  • the integration circuit 51 of the discharge signal processing unit 5 integrates the current value detected by the current detection unit 4 from time t A in FIG. 4A after reset, and outputs the integration result to the comparator 52 as the integration output 103.
  • the vertical axis represents current and voltage levels
  • the horizontal axis represents time.
  • a solid curve indicates current
  • a dotted curve indicates voltage.
  • the comparator 52 includes an arc transition determination reference value 106 (simply indicated as “106” in FIG. 4), which is a criterion for determining whether or not there is a high possibility of arc transition.
  • the arc transition determination reference value 106 is set based on a previous arc transition induction experiment result or the like.
  • the comparator 52 compares the integrated value of the current indicated by the integrated output 103 with the arc transition determination reference value 106 and outputs the comparison result to the control circuit 3 as the arc detection signal 104.
  • the pulse discharge power supply 1 performs control to suppress arc discharge based on the integral value of the current detected by the current detection unit 4. Specifically, when the arc detection signal 104 output from the comparator 52 indicates that the integral value exceeds the arc transition determination reference value 106 (for example, as shown in FIG. 4B), the control circuit 3 performs control to reduce the voltage applied to the discharge load 6. When the arc detection signal 104 output from the comparator 52 indicates that the integrated value does not exceed the arc transition determination reference value 106 (for example, as shown in FIG. 4C), the control circuit 3 Control for maintaining the voltage applied to the load 6 and continuing normal discharge efficiently is performed.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of the configuration of the pulse discharge power supply 1 according to the first embodiment.
  • the pulse discharge power supply 1a shown in this figure is an inductive superposition type pulse discharge power supply as an example.
  • the inductive superposition method is a method in which outputs of a plurality of pulse generators are inductively coupled by forming a transformer with a magnetic core and a central conductor, and a superimposed voltage output is performed.
  • FIG. 5 shows an example in which four high voltage pulses are superimposed as a plurality of high voltage pulses to be superimposed (hereinafter, the unit of the number of high voltage pulses to be superimposed is referred to as “stage”).
  • the control circuit 3 in FIG. 5 generates four-stage pulse ON signals 111 to 114 and outputs them to the pulse generator 2.
  • the pulse generator 2 in FIG. 2 includes four-stage pulse generators 21 to 24 in parallel with the induction superimposing unit 20. Each of the pulse generators 21 to 24 outputs single-stage pulses 121 to 124 serving as pulse generator outputs to the induction superimposing unit 20.
  • the induction superimposing unit 20 receives and superimposes the single-stage pulses 121 to 124 output from the pulse generators 21 to 24, respectively.
  • the pulse discharge power source 1a shown in FIG. 5 uses a water treatment reactor 6a as a discharge load, and detects a current between the water treatment reactor 6a and the induction superimposing unit 20 with a current transformer 4a.
  • the current transformer 4 a generates a current monitor signal 102 based on the detection result and outputs the current monitor signal 102 to the integration circuit 51 of the discharge signal processing unit 5.
  • the control circuit 3 generates the first pulse ON signal 111 for the pulse generator 21 and outputs it to the pulse generator 21 when a predetermined condition is satisfied.
  • the control circuit 3 generates the first pulse ON signal 112 for the pulse generator 22 in synchronization with the generation of the pulse ON signal 111 and outputs it to the pulse generator 22.
  • the control circuit 3 also generates the first pulse ON signal 113 for the pulse generator 23 in synchronization with the generation of the pulse ON signal 111 and outputs it to the pulse generator 23.
  • the control circuit 3 also generates the first pulse ON signal 114 for the pulse generator 24 in synchronization with the generation of the pulse ON signal 111 and outputs it to the pulse generator 24. Further, prior to the generation of the pulse ON signal 111, the control circuit 3 generates an integration preparation command 105 for resetting the integration result so far and outputs it to the integration circuit 51.
  • the pulse generator 21 receives the pulse ON signal 111 output from the control circuit 3, generates a single-stage pulse 121 that is a pulse generator output, and outputs it to the induction superimposing unit 20.
  • the pulse generator 22 receives the pulse ON signal 112, generates a single stage pulse 122, and outputs it to the induction superimposing unit 20.
  • the pulse generator 23 receives the pulse ON signal 113, generates a single stage pulse 123, and outputs it to the induction superimposing unit 20.
  • the pulse generator 24 receives the pulse ON signal 114, generates a single stage pulse 124, and outputs it to the induction superimposing unit 20. That is, the pulse generators 21 to 24 are controlled independently.
  • the induction superimposing unit 20 additionally superimposes the single-stage pulses 121 to 124 output in synchronization from the pulse generators 21 to 24 to generate one high voltage pulse 101.
  • the induction superimposing unit 20 applies the generated high voltage pulse 101 to an electrode (not shown) of the water treatment reactor 6a.
  • the charged particle density rises through the ionization process / electron multiplication process of the neutral gas according to the voltage change of the high voltage pulse 101 applied by the induction superimposing unit 20 to form a discharge.
  • highly reactive radicals are generated by the collision process of electrons and gases.
  • the water treatment reactor 6a performs a water treatment reaction by applying the generated radicals to water.
  • the current value of the water treatment reactor 6a changes, and the current value between the induction superposition unit 20 and the water treatment reactor 6a also changes.
  • the current transformer 4a monitors a current value between the induction superposition unit 20 and the water treatment reactor 6a.
  • the current transformer 4a generates a current monitor signal 102 related to the current value of the water treatment reactor 6a based on the monitoring result.
  • the current transformer 4 a outputs the generated current monitor signal 102 to the discharge signal processing unit 5.
  • the current value monitored by the current transformer 4a varies depending on the discharge state in the water treatment reactor 6a. That is, the current transformer 4a outputs a current monitor signal 102 indicating a discharge state in the water treatment reactor 6a to the discharge signal processing unit 5.
  • the discharge signal processing unit 5 when receiving the integration preparation command 105 output from the control circuit 3, the discharge signal processing unit 5 resets the integration processing.
  • the discharge signal processing unit 5 when receiving the current monitor signal 102 output from the current transformer 4a, starts current integration processing based on the received current monitor signal 102 and integrates the integration result.
  • the output 103 is output to the comparator 52.
  • the arc transition determination reference value 106 stored in the comparator 52 of the discharge signal processing unit 5 refers to a prior experimental result or the like, and is a marginal value considering the variation in the integrated signal value at a normal current where no arc transition occurs. It is set by adding degrees.
  • the arc transition determination reference value 106 is stored as a different (small) different arc transition determination reference value 106 corresponding to a case where the voltage value of the high voltage pulse 101 is reduced by changing the number of stages of the pulse generators 21 to 24. Thus, it is more desirable to make a determination according to the number of operating stages of the pulse generators 21 to 24.
  • the comparator 52 compares the integrated value of the discharge load current indicated by the integrated output 103 output from the integrating circuit 51 with the stored arc transition determination reference value 106.
  • the comparator 52 outputs an arc detection signal 104 related to arc detection to the control circuit 3 based on the comparison result.
  • the comparator 52 outputs an arc detection signal 104 for suppressing the arc transition to the control circuit 3 based on the received current monitor signal 102 when the integrated value of the current becomes equal to or greater than the arc transition determination reference value 106.
  • the arc detection signal 104 output to the control circuit 3 is an arc detection signal 104 corresponding to the first pulse ON signals 111 to 114 generated by the control circuit 3 for the respective pulse generators 21 to 24. Become.
  • the comparator 52 does not output the arc detection signal 104 to the control circuit 3 when the integrated value of the current is smaller than the arc transition determination reference value 106.
  • the control circuit 3 receives the arc detection signal 104 corresponding to the first pulse ON signals 111 to 114.
  • the control circuit 3 records the number of times of reception of the arc detection signal 104 until that time, and when the number of receptions within the predetermined time (frequency of arc transition) exceeds a predetermined value, the integration preparation command 105 is issued as a discharge signal processing unit. However, the discharge is stopped without outputting the next pulse ON signals 111 to 114.
  • the control circuit 3 when the number of receptions within the predetermined time (the frequency of arc transition) does not exceed the predetermined value, the control circuit 3 outputs a new integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5, and the next pulse ON signal 111 ⁇ 114 is generated in response to the arc detection signal 104 and output to the pulse generators 21 to 24 in synchronization. Specifically, when the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104 to the discharge load 6a, the control circuit 3 outputs a new integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5 and the first pulse ON signals 111 to 114. The next pulse ON signals 111 to 114 for guiding the high voltage pulse 101 similar to the above are generated and output to the pulse generators 21 to 24.
  • the control circuit 3 When the frequency of arc transition exceeds a predetermined value and the discharge is stopped, the control circuit 3 outputs a new integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5, but outputs the next pulse ON signals 111 to 114 to the pulse generator 21. Do not output to ⁇ 24.
  • the control circuit 3 sends a new integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit. 5, and generates the next pulse ON signals 111 to 114 that lead to the high voltage pulse 101 whose voltage value is lower than that of the high voltage pulse 101 at the time of the first pulse ON signals 111 to 114. Output to ⁇ 24.
  • the control circuit 3 controls the waveform of the high voltage pulse 101 and performs local discharge such as an arc. Suppresses the occurrence of
  • FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining local discharge suppression processing in the control circuit 3 according to the first embodiment.
  • the vertical axis represents current and voltage levels, and the horizontal axis represents time. Further, the solid curve indicates the current, and the dotted curve indicates the voltage (the same applies to the uppermost diagrams of FIGS. 9A and 9C and FIGS. 10 to 12 described below). ).
  • the parentheses on the vertical axis indicate the target signal. For example, in the case where the pulse ON signal (111 to 113) and a plurality of signals are the target, only 111a and one figure are shown along the time axis.
  • the first pulse ON signals 111a to 114a are output from the control circuit 3 to the pulse generators 21 to 24, and the first high voltage pulse 101a is applied from the induction superimposing unit 20 to the water treatment reactor 6a. .
  • the integrated value of the current generated with the application of the high voltage pulse 101a exceeds the arc transition determination reference value 106, and the comparator 52 detects the arc detection signal 104a for suppressing the arc transition based on the integrated value of the current. Is output to the control circuit 3.
  • the control circuit 3 that has received the arc detection signal 104a for suppressing arc transition outputs an integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5 to reset the integration process, and the first high voltage Control for guiding the next high voltage pulse 101b having a voltage value lower than that of the pulse 101a is performed to suppress arc transition in the next high voltage pulse 101b.
  • the pulse ON signals 111b to 113b are generated, but the pulse ON signal 114b is not generated. In other words, the output value of the pulse ON signal 114b is set to zero.
  • the induction superimposing unit 20 receives the pulse ON signals 111b to 113b, generates the next high voltage pulse 101b whose voltage value is lower than that of the first high voltage pulse 101a, and applies the generated high voltage pulse 101b to the discharge load 6a. To do.
  • the integrated value of the current generated as a result of the application of the high voltage pulse 101b does not exceed the arc transition determination reference value 106, and the comparator 52, in turn, sends the arc detection signal 104 to the control circuit 3 based on the integrated value of the current. Is not output.
  • the control circuit 3 that has not received the arc detection signal 104 for the discharge load 6a again outputs the integration preparation command 105 to the discharge signal processing unit 5 to reset the integration process and to integrate the integration process. Based on the result, a further high voltage pulse 101c that is equal to or higher than the voltage value of the next high voltage pulse 101b is derived.
  • the pulse ON signal 114c is generated together with the pulse ON signals 111c to 113c (112c and 113c are pulses having the same shape as 111c), and the high voltage pulse 101c that is equal to or higher than the voltage value of the high voltage pulse 101b is generated.
  • the generated high voltage pulse 101c is applied to the discharge load 6a, and appropriate processing is continued.
  • the applied voltage is reduced by suppressing the pulse ON signal 114b to zero with respect to the arc detection signal 104a.
  • the output value of the pulse ON signal 114b may be decreased between 0 and 1 times, the pulse ON signal 112b may be further suppressed, and the pulse ON signal 113b may be further suppressed.
  • induction superposition type power supply in which four stages are stacked has been described, but the number of stages is not limited, and a power supply having a pulse generation unit of several tens of stages can be used.
  • the inductive superposition method is exemplified as the form of the pulse discharge power supply 1, but the pulse discharge power supply 1 may have a circuit configuration using a Marx circuit in which multistage pulse generators are coupled by electrical conduction. . Since the Marx circuit does not use a magnetic core for coupling with a load, it is possible to suppress a reduction in power supply efficiency and a cost increase due to the core loss.
  • the discharge signal processing unit 5 executes the integration process on the pulse ON signals 111 to 114 output from the control circuit 3 using the integration circuit 51 that has received the integration preparation command 105 and reset the integration process. . Therefore, the discharge signal processing unit 5 can avoid the influence due to the current before receiving the integration preparation command 105. Therefore, the pulse discharge power supply 1 according to the first embodiment can make a highly accurate determination with respect to arc transition that is relatively resistant to noise.
  • FIG. 7 is a flowchart showing a control method of the control circuit 3 according to the first embodiment.
  • N is the total number of pulse generator stages (the total number of pulse generator stages constituting the pulse generator), and N min is the minimum pulse generator output stage number.
  • N min is the number of stages that defines the voltage level of the high voltage pulse to be output at the minimum.
  • the control circuit 3 causes the integrating circuit 51 to integrate the current of the discharge load 6 generated after the integration processing is reset and applied by the application of the high voltage pulse 101 (step S6).
  • the control circuit 3 causes the comparator 52 to compare the stored arc transition determination reference value 106 with the integration result of the integration circuit 51, and determines whether or not the integration result exceeds the stored arc transition determination reference value 106. Determine (step S7).
  • step S7 When the integration result of the integration circuit 51 exceeds the stored arc transition determination reference value 106 (when step S7 is “YES”), the control circuit 3 determines that, for example, the integrated value of the current is an arc based on the integration result. It is determined whether or not to stop the discharge based on the frequency within a predetermined time when the transition determination reference value 106 or more is reached, or based on the difference between the arc transition determination reference value 106 and the integration result (step S9). ).
  • step S9 When it is determined that the discharge should be stopped (when step S9 is “YES”), the control circuit 3 ends the process without outputting the next pulse ON signal 110 for guiding the next high voltage pulse 101.
  • step S9 When it is not determined that the discharge should be stopped (when step S9 is “NO”), the control circuit 3 guides the next high voltage pulse 101 having a value smaller than that of the high voltage pulse 101 applied in step S5. Therefore, the number of stages smaller than the number of stages of the pulse generators 21 to 24 that output the pulse ON signal 110 in step S4 is set (step S11). However, control is performed so as not to fall below the minimum pulse generator output stage number N min (step S10). The control circuit 3 returns to step S1 and repeats the subsequent processing.
  • the pulse discharge power supply 1 according to the first embodiment is configured to apply the second high voltage pulse to be applied next based on the integrated value of the current of the discharge load 6 accompanying the application of the first high voltage pulse 101.
  • the value of 101 can be increased or decreased. Therefore, the pulse discharge power source 1 according to the first embodiment can suppress the occurrence of local discharge in the discharge processing technique while suppressing a decrease in discharge efficiency.
  • FIG. FIG. 8 is a block diagram showing an example of the configuration of the pulse discharge power supply 1 according to the second embodiment.
  • the pulse discharge power supply 1b of FIG. 8 is an induction superposition type, and unlike the induction superposition type pulse discharge power supply according to the first embodiment shown in FIG. 5, the discharge signal processing unit 5 further includes a delay circuit 53, and an integration start command 107 is output.
  • the pulse discharge power source 1b according to the second embodiment will be described focusing on a configuration different from that of the inductively superimposed pulse discharge power source according to the first embodiment.
  • the first peak between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds and the second peak between about 150 nanoseconds and about 250 nanoseconds in FIG. 3 are less related to the occurrence of arc transition. Not strong. Integration was also performed for a current between about 150 nanoseconds and about 200 nanoseconds including such a first peak, and a current between about 200 nanoseconds and about 250 nanoseconds including the second peak. In this case, there is a possibility that the superimposition of vibration noise components becomes large. Therefore, when the current between about 150 nanoseconds and about 250 nanoseconds in FIG. 3 is used, it may be difficult to set the arc transition determination reference value 106.
  • the integration is started with a delay of a predetermined time from the pulse discharge power source 1a according to the first embodiment.
  • the first peak and the second peak that are not strongly related to arc transition are avoided, and the integration start time is delayed until about 250 nanoseconds or more in FIG.
  • FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining the integration timing of the integration circuit 51 according to the second embodiment.
  • the graph shown in FIG. 9A shows an example of the relationship between current and voltage and time when arc transition occurs with the high voltage pulse 101.
  • the graph shown in FIG. 9B shows an example of the relationship between the integrated value of the current with respect to the high voltage pulse 101 and time.
  • FIG. 9 (a) in the example shown in (b), the integration circuit 51 starts integration by receiving integration start command 107 outputted from the delay circuit 53 to the timing of t B. By starting the integration while avoiding the first peak and the second peak that occur at the initial stage of the application of the high voltage pulse 101, it is possible to avoid the influence of the noise component on the integrated output 103 as much as possible.
  • arc transition occurs in the latter half of the application of the high voltage pulse 101, and arc current is generated.
  • integration is started. Specifically, after delaying for a predetermined time, an integration start command 107 for starting integration is output to the integration circuit 51.
  • the control circuit 3 inputs an integration preparation command 105 to the delay circuit 53 and the integration circuit 51 prior to the control circuit pulse ON signals 111 to 114.
  • the delay circuit 53 that has received the integration preparation command 105 holds the integration preparation command 105 as a integration start command 107 by holding a predetermined delay time, and outputs the integration start command 107 toward the integration circuit 51 after holding the predetermined delay time.
  • the integration circuit 51 that has received the integration preparation command 105 resets the integration processing that has been performed so far, and further receives the integration start command 107 and newly starts the integration processing. That integration circuit 51 at the timing of t B of FIG. 9, to start a new integration process, calculates the integral value based on the current value detected after the timing of t B of FIG. 9, a signal based on the calculation result Is output as an integration output 103 to the comparator 52.
  • the pulse discharge power supply 1b performs the local discharge suppression process while avoiding as much as possible the influence of noise components generated before the arc transition. It will be possible to judge whether or not. Therefore, it is possible to realize the pulse discharge power source 1 that is resistant to noise with respect to the execution of the local discharge suppression process.
  • the pulse discharge power supply 1b holds an arc suppression output pattern based on the arc detection signal 104 output via the integration start command 107. Based on the received arc detection signal 104 and the held arc suppression output pattern, the control circuit 3 selects an appropriate pulse ON signal 111 to 114 from a plurality of preset signals and supplies it to the pulse generators 21 to 24. Output.
  • FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of an arc suppression output pattern of the pulse discharge power source 1b according to the second embodiment.
  • the second high voltage pulse 101b following the first high voltage pulse 101a, the third high voltage pulse 101c, the fourth high voltage pulse 101d, and the fifth high voltage pulse 101e are output.
  • the output pattern is shown.
  • the control circuit 3 receives the arc detection signal 104a for suppressing the arc transition for the first high voltage pulse 101a and generates the pulse ON signals 111b and 112b, but does not generate the pulse ON signals 113b and 114b. Thus, control is performed to output the second high voltage pulse 101b having a voltage value lower than that of the first high voltage pulse 101a.
  • the power input to the discharge based on the second high voltage pulse 101b is lowered, and the arc transition is suppressed. Local discharge can be avoided.
  • the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104 for suppressing the arc transition for the second high voltage pulse 101b, but generates the pulse ON signals 111c, 112c and 113c, while The pulse ON signal 114c is not generated in response to the detection signal 104a.
  • control is performed to output a third high voltage pulse 101c having a voltage value equal to or higher than that of the second high voltage pulse 101b but having a voltage value equal to or lower than the steady high voltage pulse 101a.
  • the third high-voltage pulse 101c is derived, the voltage for one stage of the pulse generator 24 is reduced to increase the application efficiency as much as possible while reducing the power input to the discharge to suppress the arc transition. Local discharge can be avoided.
  • the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104 for the discharge load 6 in response to the third high voltage pulse 101c, and generates the pulse ON signals 111d to 114d, thereby generating the third high voltage pulse 101c. Control is performed to output a fourth high voltage pulse 101d having a voltage value larger than that of the pulse 101c and having a voltage value equivalent to that of the steady high voltage pulse 101a. In deriving the fourth high voltage pulse 101d, the voltage in any of the pulse generators 21 to 24 is not reduced, so that the application efficiency can be increased as much as possible while avoiding local discharge.
  • the comparator 52 has an arc transition determination reference value 106, compares the arc transition determination reference value 106 with an integral value, and changes the number of stages of the pulse ON signal based on the magnitude of the difference. I am letting. However, a plurality of arc transition determination reference values 106 having different values may be provided, the plurality of arc transition determination reference values 106 and the integrated values may be compared, and the number of stages of the pulse ON signal may be changed. In addition to changing the number of stages of the pulse generators 21 to 24 for suppressing the generation of pulses, the values of the single stage pulses 121 to 124 generated by the pulse generators 21 to 24 may be changed. By changing in such a manner, the degree of suppression of the high voltage pulse 101 applied to the discharge load 6 can be flexibly changed.
  • the control circuit 3 can store the number of times of receiving the arc detection signal 104 for suppressing arc transition for a predetermined time. When the number of times the arc detection signal 104 is received becomes equal to or greater than a predetermined value, the control circuit 3 stops the operation of the apparatus of the pulse discharge power source 1 in order to stop the discharge. With such a configuration, it is possible to avoid a short-circuit event for reasons other than normal arc transition and discharge due to a failure of the apparatus.
  • FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of an arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply according to the third embodiment.
  • the arc suppression output pattern of FIG. 11 differs from the arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply 1b according to the second embodiment of FIG. 10 in which the output values of the generated pulse ON signals 111 to 114 are changed.
  • the duration of ⁇ 114 is changed.
  • the pulse discharge power supply 1 according to the third embodiment will be described with a focus on a different configuration from the pulse discharge power supply 1b according to the second embodiment.
  • the control circuit 3 When the control circuit 3 receives the arc detection signal 104a for suppressing the arc transition with respect to the high voltage pulse 101a based on the pulse ON signals 111a to 114a, the control circuit 3 responds to the arc detection signal 104a to the next pulse ON signal 111b. At least one duration of .about.114b is shorter than the duration of the pulse ON signals 111a to 114a and outputted.
  • the induction superimposing unit 20 Upon receiving at least one pulse ON signal 111b to 114b whose duration has been shortened, the induction superimposing unit 20 generates a high voltage pulse 101b having a time width narrower than that of the high voltage pulse 101a and applies it to the discharge load 6. .
  • the current value generated in the discharge load 6 is the same as that when the high voltage pulse 101b is applied to the application of the high voltage pulse 101b having a narrow time width, but the voltage application is completed before the arc transition. Therefore, arc transition and local discharge can be suppressed.
  • the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104 for suppressing the arc transition with respect to the high voltage pulse 101 b, but the following control is performed in consideration of the previous arc detection signal 104 a. At least one duration of the pulse ON signals 111c to 114c is shortened and output in the same manner as the duration of the pulse ON signals 111b to 114b. For the high voltage pulse 101c output based on the pulse ON signals 111c to 114c, the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104, and sets the duration of the next pulse ON signals 111d to 114d to the initial pulse ON. The output is returned to the same level as the duration of the signals 111a to 114a.
  • the control circuit 3 In response to the high voltage pulse 101d output based on the pulse ON signals 111d to 114d, the control circuit 3 does not receive the arc detection signal 104 and sets the duration of the next pulse ON signals 111e to 114e to the initial pulse ON. It is output with the same duration as the duration of the signals 111a to 114a.
  • the durations of all the pulse ON signals 111 to 114 are similarly increased or decreased in order to suppress arc transition.
  • the durations of the pulse ON signals 111 to 114 may be increased or decreased independently.
  • only the duration of the pulse ON signal 111 may be increased or decreased.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing an example of an arc suppression output pattern of the pulse discharge power supply according to the fourth embodiment.
  • the arc suppression output pattern of FIG. 12 differs from the arc suppression output pattern of the pulse discharge power source 1b according to the second embodiment of FIG. 10 in which the output values of the generated pulse ON signals 111 to 114 are changed. The period between pulses 114 to 114 is changed.
  • the pulse discharge power source 1 according to the fourth embodiment will be described with a focus on a different configuration from the pulse discharge power source 1b according to the second embodiment.
  • the control circuit 3 When the control circuit 3 receives the arc detection signal 104a for suppressing the arc transition with respect to the high voltage pulse 101a based on the pulse ON signals 111a to 114a, the control circuit 3 responds to the arc detection signal 104a to the next pulse ON signal 111b.
  • the inter-pulse period of .about.114b is output after being extended from the inter-pulse period of the pulse ON signals 111a to 114a and the pulse ON signals 111z to 114z preceding the pulse ON signals 111a to 114a.
  • the induction superimposing unit 20 that has received the pulse ON signals 111b to 114b in which the period between pulses is extended generates the high voltage pulse 101b in which the pulse repetition frequency (reciprocal of the interval between pulses) up to the high voltage pulse 101a is temporarily reduced. And applied to the discharge load 6a.
  • the current value generated in the discharge load 6a is less likely to cause arc transition than in the case where the high voltage pulse 101b is applied.
  • Arc transition is affected by the density of ions and active species formed in the discharge and the rise in discharge gas temperature. The extension of the interval between pulses attenuates the temperature and density, so the probability of arc transition decreases. . Therefore, arc transition and local discharge can be suppressed.
  • a normal discharge process is performed by recovering the interval between pulses of the pulse ON signals 111 to 114 before the high voltage pulse 101a for the subsequent high voltage pulse 101c.
  • the period between pulses is two steps, and the pulse to be extended when the arc detection signal 104a is received is only one subsequent pulse.
  • the control may be performed so that the period between pulses is controlled in three stages or more to further extend the period, or the control is performed over two or more pulses that are followed by the pulse to be extended.
  • FIG. 13 is a block diagram illustrating an example of the configuration of the pulse discharge power supply 1 according to the fifth embodiment.
  • the pulse discharge power supply 1c according to the fifth embodiment includes a voltage detection unit 41, a delay circuit 53, and a voltage comparator 54.
  • the pulse discharge power supply 1c according to the fifth embodiment will be described with a focus on the configuration different from the pulse discharge power supply 1a according to the first embodiment.
  • the voltage detector 41 is connected between the pulse generator 2 and the water treatment reactor (discharge load) 6a, and detects the voltage.
  • the voltage detection unit 41 is also connected to the discharge signal processing unit 5. Specifically, the voltage applied between the pulse generator 2 and the water treatment reactor (discharge load) 6a is detected, and the voltage monitor signal 108 indicating the voltage value is subjected to discharge signal processing based on the detection result. Output to unit 5.
  • the voltage detection unit 41 is, for example, a voltage detection circuit applying a principle of voltage division obtained by combining a high resistance provided between a high voltage probe or a ground and a resistance to be measured in series.
  • the discharge signal processing unit 5 includes a delay circuit 53 and a voltage comparator 54 in addition to the integration circuit 51 and the comparator 52.
  • the voltage comparator 54 stores the determination reference voltage value, and compares the voltage value based on the received voltage monitor signal 108 with the determination reference voltage value. When the voltage value based on the received voltage monitor signal 108 exceeds the determination reference voltage value, the voltage comparator 54 outputs an integration preparation command 105 to the integration circuit 51. When the voltage value based on the received voltage monitor signal 108 becomes equal to or lower than the determination reference voltage value after exceeding the determination reference voltage value, the voltage comparator 54 outputs an integration preparation command 105 to the delay circuit 53.
  • the integration circuit 51 that has received the integration preparation command 105 from the voltage comparator 54 resets the integration processing so far.
  • the delay circuit 53 that has received the integration preparation command 105 from the voltage comparator 54 generates an integration start command 107 and outputs the integration start command 107 to the integration circuit 51 after a predetermined delay time has elapsed.
  • the integration circuit 51 that has received the integration start command 107 from the delay circuit 53 after receiving the integration preparation command 105 from the voltage comparator 54 starts integration processing based on the received current monitor signal 102 and outputs the integration result as an integration output. 103 is output to the comparator 52.
  • FIG. 14 is a current and voltage waveform diagram showing an example of the relationship between the current value and the voltage value for the water treatment reactor 6a according to the fifth embodiment.
  • the voltage detection unit 41 outputs the voltage monitor signal 108 to the voltage comparator 54 of the discharge signal processing unit 5.
  • the voltage value based on the voltage monitor signal 108 exceeds the determination reference voltage value at the timing t A and then becomes equal to or less than the determination reference voltage value at the timing t B.
  • the voltage comparator 54 and outputs the integrated preparation command 105 to the integrating circuit 51 to the timing of t A reset the integration process of the integration circuit 51, t outputs the integrated preparation command 105 to the delay circuit 53 to the timing B Then, the integration process of the integration circuit 51 is newly started.
  • the integration circuit 51 that newly started the integration process after resetting outputs an integration output 103 based on the integration process to the comparator 52.
  • the comparator 52 compares the integrated output 103 with the arc transition determination reference value 106 and outputs an arc detection signal 104 based on the comparison result to the control circuit 3.
  • FIG. FIG. 15 is a block diagram showing an example of the configuration of the pulse discharge power supply 1 according to the sixth embodiment. Unlike the pulse discharge power source 1a shown in FIG. 5 according to the first embodiment, an arc event adding unit 31 is added to the pulse discharge power source 1d according to the sixth embodiment.
  • the pulse discharge power source 1d according to the sixth embodiment will be described focusing on a configuration different from the pulse discharge power source 1a according to the first embodiment.
  • the control circuit 3 includes an arc event adding unit 31.
  • the arc event adding unit 31 is an element that counts the number of times the arc detection signal 104 for suppressing arc transition with respect to the high voltage pulse 101a is input to the control circuit 3 as the number of arc events, and is, for example, a counter.
  • the arc event adding unit 31 adds the number of arc events, and holds the added number of arc events until a predetermined reset operation is received.
  • the number of arc events added by the arc event adding unit 31 is displayed on a display such as a liquid crystal panel (not shown).
  • a warning based on the number of arc events is displayed on the display unit when a predetermined number of arc events is exceeded.
  • Arc transfer is an event that greatly affects the amount of electrode wear that determines device life. Therefore, by providing the display unit, it is possible to notify the timing of electrode replacement. It should be noted that the present invention can be freely combined with each other within the scope of the invention, and each embodiment can be appropriately modified or omitted.

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Abstract

パルス放電の発生に用いるパルス放電電源を提供することを目的の１つとする。パルス放電電源は、パルス発生部と制御回路と電流検出部と電流信号処理部とを備える。パルス発生部は第１のパルスを発生し、パルス放電を発生するための放電負荷に印加する。電流検出部は、パルスの印加によって放電負荷に流れる電流を検出する。電流信号処理部は、検出された電流の積分結果に基づいて信号を制御回路に出力する。制御回路は、受信した信号に基づいて、パルス発生部における第２のパルスの発生を制御する。

Description

パルス放電電源およびパルス放電発生方法
　本発明は、パルス放電の発生に用いるパルス放電電源およびパルス放電発生方法に関する。
　所定の空間内に放電を発生させて化学物質を処理する放電処理技術が知られている。水処理の分野では、放電で発生させたＯＨ活性種を被処理水に直接作用させて難分解性物質を高効率に除去する放電処理技術が検討されている。
　特許文献１は、放電処理技術を用いた水処理装置を提案している。特許文献１の水処理装置は、処理対象水を流下させる傾斜板を持つ反応容器と、処理対象水に対して放電活性種処理を行うための放電を発生する電極をそれぞれ有する階層化構成の処理手段と、電極に対して短パルス高電圧を印加するパルス放電電源手段とを備える。特許文献１の水処理装置を用いたシステムでは、ストリーマ放電によって生成した活性種を使用し、水中に溶存する難分解性物質の分解が可能となる。
　特許文献２は、放電処理技術を用いた排ガス処理装置を提案している。特許文献２の浄化装置は、処理対象ガスに対して放電活性種処理を行うための放電を発生する電極を有するケーシングと、電極に対して高電圧を印加する高圧極短パルス電源とを備える。特許文献２の浄化装置を用いたシステムでは、コロナ放電によってガス状汚染物質の分解が可能となる。
　上述したような放電処理技術では、パルス放電電源を用いて電極間に電圧を印加して放電を発生させる。発生した放電によって、オゾン（Ｏ３）またはヒドロキシルラジカル（ＯＨラジカル）などの活性種が生成される。生成した活性種を被処理物質と反応させることによって、被処理物質を分解する処理が実行される。放電処理技術を用いた被処理物質の処理効率を高める場合、被処理物質への活性種の供給量を増加させるべく、パルス放電電源から印加する電圧を上昇させ投入する電力を増加する対応が考えられる。あるいは、パルス放電の繰返し周波数を上昇させ投入する電力を増加する対応が考えられる。
特許５８１９０３１号公報 特開２００２－１７７７３４号公報
　しかしながら、パルス放電電源から投入する電力を増加させた場合、放電電力密度の上昇が生じ得る。放電電力密度が上昇した場合、ストリーマ放電およびコロナ放電等の均一放電からアーク放電およびスパーク放電等の局所放電に転移し易くなる。放電の転移によって局所放電が発生した場合、所望の空間全体に略均一な放電を形成することができないため、処理されない被処理物質が増加する虞がある。つまり、パルス放電電源から印加する電圧やパルス繰返し周波数を上昇させ電力を増加させた場合、局所放電への転移が生じ易くなり、被処理物質が処理されず処理効率が低下する虞がある。
　一定の頻度を超える局所放電が発生した場合、更なる局所放電の発生を回避して略均一な均一放電を回復させるため、放電停止が必要となる。放電が停止している期間は、被処理物質を処理することができない。そのため、局所放電の発生は、処理効率の更なる低下を招き得る。
　本発明は、上記のような事情を鑑みてなされたものであり、局所放電の発生を抑制するパルス放電電源およびパルス放電発生方法を提供することを目的とする。
　本発明の一側面に係るパルス放電電源は、パルス放電の対象となる放電負荷に電圧パルスを複数回出力してパルス放電を導くパルス放電電源であり、第１の電圧パルスを出力し、第１の電圧パルスの後に第２の電圧パルスを出力するパルス発生部と、第１の電圧パルスに対して放電負荷に流れる電流の積分値に基づいて第２の電圧パルスの出力を制御する制御回路とを備える。
　本発明の一側面に係るパルス放電発生方法は、パルス放電の対象となる放電負荷にパルス放電電源から電圧パルスを複数回出力してパルス放電を発生させるパルス放電発生方法であり、パルス放電電源から放電負荷へ第１の電圧パルスを出力するステップと、第１の電圧パルスの後に、パルス放電電源から放電負荷へ第２の電圧パルスを出力するステップと、第１の電圧パルスに対して放電負荷に流れる電流の積分値を算出するステップと、積分値に基づいて、第２の電圧パルスの出力を制御するステップとを備える。
　本発明の一側面に係るパルス放電電源およびパルス放電発生方法によれば、放電処理技術における局所放電の発生を抑制することができる。
実施の形態１に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る放電負荷に対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流電圧波形図である。 実施の形態１に係る放電負荷において、通常放電の場合とアーク転移した場合との電流値の変化の一例を示す電流波形図である。 アーク転移が生じる場合の電流積分値と時間との関係を示す説明図である。 実施の形態１に係るパルス放電電源の構成の他の例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る制御回路における局所放電抑制処理を説明する説明図である。 実施の形態１に係る制御回路の制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態２に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態２に係る積分回路の積分タイミングを説明する説明図である。 実施の形態２に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態３に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態４に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。 実施の形態５に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。 実施の形態５に係る水処理反応器に対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流電圧波形図である。 実施の形態６に係るパルス放電電源の構成の一例を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本願が開示するパルス放電電源およびパルス放電発生方法の実施の形態を詳細に説明する。本願におけるパルス放電電源は、パルス発生部と、制御回路と、電流検出部と、放電信号処理部の４種類の主要構成要素を備え、外部の放電負荷に接続されている。なお、以下に示す実施の形態は一例であり、これらの実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。図１に示すパルス放電電源１は、パルス発生部２と、制御回路３と、電流検出部４と、放電信号処理部５とを備え、このパルス放電電源１は、外部の放電負荷６に接続されている。
　パルス発生部２は、制御回路３と放電負荷６とに接続してあり、パルスを発生する。パルス発生部２は、制御回路３が発生するパルスＯＮ信号１１０を受信し、受信したパルスＯＮ信号１１０に基づく高電圧パルス１０１を発生し、発生した高電圧パルス１０１を放電負荷６へ出力する。パルス発生部２は、例えば、スイッチを接続したコンデンサ放電回路、パルス成形線路、容量移行型回路、磁気パルス圧縮回路、マルクス回路等である。
　制御回路３は、パルス発生部２と電流検出部４と放電信号処理部５とを含むパルス放電電源１の構成要素を制御し、パルス放電電源１が局所放電の発生を抑制する機能の実現に寄与する。例えば制御回路３は、パルス発生部２および放電信号処理部５に接続してあり、パルス放電電源１の制御を行う。制御回路３は、パルスを発生させる最初のパルスＯＮ信号１１０を発生してパルス発生部２に出力する。
　また、制御回路３は、最初のパルスＯＮ信号１１０の発生に先行して、積分を実行する準備を開始させる最初の積分準備指令１０５を発生し、放電信号処理部５へ出力する。最初のパルスＯＮ信号１１０を出力した後、制御回路３は、局所放電の一例であるアークの転移検知に関するアーク検知信号１０４を放電信号処理部５から受信する。放電信号処理部５からアーク検知信号１０４を受信した場合、制御回路３は、受信したアーク検知信号１０４に基づいて、次のパルスＯＮ信号１１０を発生し、発生した次のパルスＯＮ信号１１０をパルス発生部２に出力する。
　また、制御回路３は、次のパルスＯＮ信号１１０の発生に先行して、次の積分準備指令１０５を発生し、発生した次の積分準備指令１０５を放電信号処理部５に出力する。上記のような構成によって、制御回路３は、連続的に複数回のパルスＯＮ信号１１０を出力し得る。
　また、制御回路３は、放電信号処理部５からのアーク検知信号１０４に基づいて、パルスＯＮ信号１１０の出力状況を変化させ、アーク等の局所放電の発生を抑制する。具体的には、放電負荷６に印加する電圧を減少させ、局所放電の発生を抑制する。制御回路３は、例えば、アナログ回路や汎用ロジックＩＣで構成することも可能であるが、より望ましくはＡＳＩＣ、ＦＰＧＡやＤＳＰ等のデジタル信号処理回路から構成される。
　電流検出部４は、パルス発生部２と放電負荷６との間に接続してあり、放電負荷６に流れる電流の検出を行う。また電流検出部４は、放電信号処理部５にも接続してある。具体的には、パルス発生部２と放電負荷６との間に流れる電流の検出を行い、検出結果に基づいて、電流値を示す電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。電流検出部４は、例えば、カレントトランスデューサ、ロゴスキコイル等、高電圧パルスの電流の周波数帯域に対応した出力が可能で、電流の変化に応じた出力を行う。
　放電信号処理部５は、積分回路５１と比較器５２とを備え、制御回路３および電流検出部４に接続してある。放電信号処理部５は、電流検出部４が検出した電流に対する積分を行う。制御回路３からの積分準備指令１０５を積分回路５１が受信した場合、積分回路５１は、これまでの積分結果をリセットし、新たな積分処理を実行する準備を行う。電流検出部４からの電流モニタ信号１０２を積分回路５１が受信した場合に、積分回路５１は、受信した電流モニタ信号１０２に基づいて電流の積分を行い、積分結果を積分出力１０３として比較器５２に出力する。比較器５２は、積分出力１０３を受信した場合、受信した積分出力１０３に基づいて、アーク転移の検知に関するアーク検知信号１０４を制御回路３に出力する。
　放電負荷６は、パルス発生部２に接続してあり、放電による処理を実行する。具体的には、パルス発生部２から受信した高電圧パルス１０１に基づいて放電を行う。放電負荷６は、放電を介して活性種を発生させる。発生した活性種は、水処理、排ガス処理等の処理に用いられる。放電負荷６は、例えば、ガス放電により発生させたラジカルを用いて有害ガスの処理を行う反応器や系内に被処理水を導入して上記ラジカルと作用させることで水の浄化を行う反応器、あるいは上記ラジカルと反応器内の気体、液体、固体成分とを作用させ、それらとの化学反応による生成物を利用する反応器等も含まれる。
　放電負荷６は、パルス放電電源から印加される電圧が増加した場合、またはパルス繰返し周波数が増加した場合、放電電力密度が上昇し、ストリーマ放電およびコロナ放電等の略均一放電からアーク放電およびスパーク放電等の局所放電に転移し易くなる。局所放電への転移が発生した場合、放電負荷６の放電を用いた処理効率が低下する虞がある。
　ここで、略均一放電とは、放電負荷中に設置される、一つまたは複数の放電電極について、電極の面積あたりの電力密度が略均一であることを言う。
　また、一定の頻度を超える局所放電への転移が発生した場合、更なる局所放電の発生を回避して略均一な均一放電を回復させるために放電停止を招く虞がある。放電停止が生じた場合には、処理効率が更に低下する。局所放電への転移の頻度とは、所定時間内の複数の高電圧パルスに関して、局所放電への転移が発生する割合を言う。
　図２は、実施の形態１に係る放電負荷６に対する電流値と電圧値との関係（特に時間的な関係）の一例を示す電流および電圧の波形図である。具体的には、パルス放電電源１が駆動開始してからの時間経過に対する電流値と電圧値との変動の一例を示している。図２において、破線は放電負荷６へ印加される電圧値を示し、実線は放電負荷６に流れる電流値を示す。
　図２の一例では、局所放電への転移が発生していない。パルス放電電源１が駆動を開始してから約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の時期に、パルス発生部２から出力された高電圧パルス１０１の放電負荷６に対する印加が開始されている。高電圧パルス１０１が放電負荷６に印加されることによって、放電負荷６の電圧値は、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間で約０Ｖから約２００００Ｖまで急激に増加している。急激に増加した後、増加した電圧値は、約２００００Ｖの状態が約３００ナノ秒まで続き、約３００ナノ秒～約４００ナノ秒の間に急激に減少して約０Ｖになっている。
　一方、電流値は、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間に増減による１つの第１ピークが現れている。第１ピーク後に電流値が約０Ａへ下がったあと、電流値は、約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間に、増減による第２ピークが現れている。第２ピーク後に電流値が約１００Ａへ下がったあと、電流値は、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間にゆるやかな第３ピークをともないつつ減少して約０Ａに至っている。
　図２の一例においては、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間の電流を変位電流Ｉｃと呼ぶ。変位電流Ｉｃには、高電圧パルス１０１の印加に伴う電流の第１ピークが含まれている。放電負荷６の容量分に相当する変位電流Ｉｃが流れた後、放電負荷６の放電に伴う第２ピークおよび第３ピークが現れている。第２ピークおよび第３ピークを含む約１８０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間の電流を放電電流Ｉｄと呼ぶ。放電電流Ｉｄとは、放電負荷６における通常放電に伴う電流であり、ストリーマ放電およびコロナ放電等の略均一な均一放電に伴う電流を意味する。
　通常放電を用いた場合、略均一な活性種照射を実現することが可能となる。そのため、通常放電を用いた構成は、均一な処理が求められる水処理に対しても有効となる。
　図３は、実施の形態１に係る放電負荷６において、通常放電の場合と比較して示したアーク転移した場合の電流値の変化の一例を示す電流波形図である。図３には、時間経過に伴った通常放電での電流値推移例が参照用として示してある。そして、その通常放電での電流値推移例に重ねて、アーク転移した場合の電流値推移の３つの例を示してある。
　図３では、通常放電の場合、図２の場合と同様に、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが現れ、変位電流Ｉｃが見られる。この第１ピーク後に電流値が約０Ａへ下がったあと、約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが現れて、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間に、緩やかな第３ピークが現れている。電流値は、約３５０ナノ秒付近では約０Ａまで減少している。約１８０ナノ秒～約３００ナノ秒の間、均一放電であるストリーマ放電が発生しており、放電電流（ストリーマ放電電流Ｉｄｓ）が現れている。
　一方、局所放電であるアークに転移した一例のアーク１の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間に緩やかな第３ピークが同様に現れている。
　しかしながら、第３ピーク後に電流値が約０Ａまで下がる前に、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間で約２００Ａを超える第４ピークが現れている。すなわち、アーク１では、約２５０～約３００ナノ秒の間にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク転移が生じた後であってアーク放電が発生している電流をアーク電流（アーク放電電流Ｉｄａ）と呼ぶ。アーク１の場合、約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
　また、アークに転移した別の一例であるアーク２の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間に緩やかな第３ピークが同様に現れている。
　しかしながら、第３ピーク後に電流値が約０Ａへ下がる前に、約２５０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間に約３００Ａを超える第４ピークが現れている。アーク２では、約２５０～約３００ナノ秒の間であって、アーク１の場合よりは早い時間帯にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク２の場合も約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
　さらに、アークに転移した別の一例であるアーク３の場合、図３に示すように、約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間に放電負荷６の電流値の増減による１つの第１ピークが同様に現れ、変位電流Ｉｃが見られる。第１ピーク後に電流値が約０Ａまで下がったあと、約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間に、放電負荷６の電流値の増減による第２ピークが同様に現れている。
　しかしながら、第２ピーク後に電流値が約０Ａへ下がる前に、約２３０ナノ秒～約３５０ナノ秒の間に約５００Ａを超える第３ピークが現れている。アーク３では約２３０～約２６０ナノ秒の間であって、アーク１やアーク２の場合よりは早い時間帯にアーク転移が生じ、アークが発生している。アーク３の場合もアーク１、アーク２と同様に、約３００ナノ秒以降の電流のほとんどはアーク電流からなる。
　放電負荷６が行う通常放電は、例えばストリーマ放電の場合、過渡的な放電形成の過程において、コロナを経て形成される。コロナを経てストリーマとなり、通常放電が形成された場合においても、電流値の増加や電力密度の増加等にともなって、ストリーマからアークに転移する可能性が十分にある。
　アークへの転移は基本的に、図２および図３で示したように、高電圧パルス１０１が印加された初期には生じない。コロナを介してストリーマを経た後の途中からアークへの転移が生成される。具体的には、第１のピークを含む約１５０ナノ秒から約２００ナノ秒の間の変位電流Ｉｃと第２のピークを含む約２００ナノ秒から約２３０ナノ秒の間の電流とは、通常放電の場合もアーク１～３の場合も同様となっており、約２３０ナノ秒までにはアーク転移が生じていない。
　図３に示したアーク１～３では、約２３０ナノ秒以降にアーク転移が生成してアーク放電が発生している。略均一な通常放電が局所放電のアーク放電に変化した場合、所望の空間全体に均一な放電を形成することができないため、処理されない被処理物質が増加する虞がある。処理されない被処理物質が増加した場合、処理効率が低下する。アーク転移を抑制するためには、アーク転移とならない印加電圧に電圧を低下させればよい。そこで実施の形態１に係るパルス放電電源１は、電流の積分値に着目したアーク転移の抑制を介して局所放電の発生を抑制する。
　ここで、電流の積分値について着目する理由について説明する。一般にアーク転移を生じると、アーク転移を生じた局所での放電のインピーダンスは著しく低下する。一方、たとえば水処理装置のような大規模な放電面積を持つ放電負荷全体を考えた場合、アーク転移をしていない通常放電時の電流値も大きく、負荷全体の放電のインピーダンスは十分小さくなる。そのため、局所でアーク転移が生じインピーダンス低下が生じても、負荷全体の通常の放電インピーダンスが十分低い場合、変化は相対的に小さくなる。パルス発生部から出力される電圧の変化はインピーダンス変化に応じるため、同様に小さいものとなり、電圧値での高精度のアーク転移の検知は困難となる。
　電流値についても同様であり、局所でアーク転移して局所の電流密度が上昇しても、負荷全体の通常の放電の電流値が大きいため、電流値の変化が小さくなる。ゆえに、アーク転移検知の精度が低下する。
　一方、１００ナノ秒領域のパルス放電においてはパルス印加される最終段階でアーク転移が生じ、電流の積分値にはパルス印加の最終段階での顕著な増加がみられるため、その値の変化を検知する方法によりアーク検知の高精度化を図ることができる。
　図４は、アーク転移が生じる場合の電流積分値と時間との関係を示す説明図である。放電信号処理部５は、まず、制御回路３から送られる積分準備指令１０５を受信した場合（図４（ａ）のｔＡより前の時間）、それまで行っていた積分処理をリセットする。放電信号処理部５の積分回路５１は、リセット後に図４（ａ）のｔＡの時間から電流検出部４が検出した電流値を積分し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２へ出力する。なお、図４（ａ）で、縦軸は、電流と電圧のレベルを示し、横軸は時間を示す。また、実線の曲線は電流を、点線の曲線は電圧を示す。
　比較器５２は、アーク転移が生じる可能性が高いか否かの基準となるアーク転移判定基準値１０６（図４では、単に、「１０６」と表示）を備える。アーク転移判定基準値１０６は、事前のアーク転移の誘発実験結果等に基づいて設定される。比較器５２は、積分出力１０３が示す電流の積分値とアーク転移判定基準値１０６とを比較し、比較結果をアーク検知信号１０４として制御回路３へ出力する。
　実施の形態１に係るパルス放電電源１は、電流検出部４が検出した電流の積分値に基づき、アーク放電を抑制する制御を行う。具体的には、積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えたことを比較器５２が出力するアーク検知信号１０４が示している場合（例えば図４（ｂ）に示すような場合）、制御回路３は、放電負荷６に印加する電圧を減少させる制御を行う。積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えていないことを比較器５２が出力するアーク検知信号１０４が示している場合（例えば図４（ｃ）に示すような場合）、制御回路３は、放電負荷６に印加する電圧を保持し、通常放電を効率的に継続させる制御を行う。
　図５は、実施の形態１に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。この図に示すパルス放電電源１ａは、一例として、誘導重畳方式のパルス放電電源である。誘導重畳方式とは、複数のパルス発生器の出力を、磁気コアと中心導体によってトランスを形成することで誘導的に結合して、重畳した電圧出力を行う方式である。図５には、重畳する複数の高電圧パルスとして４つの高電圧パルスを重畳する一例が示してある（以降、この重畳する高電圧パルスの数の単位を「段」と呼ぶ）。
　図５の制御回路３は、４段のパルスＯＮ信号１１１～１１４を発生し、パルス発生部２に出力する。図２のパルス発生部２は、誘導重畳部２０と並列化した４段のパルス発生器２１～２４を備える。パルス発生器２１～２４のそれぞれは、パルス発生器出力となる単段パルス１２１～１２４を誘導重畳部２０に出力する。誘導重畳部２０は、パルス発生器２１～２４のそれぞれから出力された単段パルス１２１～１２４を受信して誘導的に重畳する。
　図５のパルス放電電源１ａは、電流検出部４としてカレントトランス４ａを使用する。また図５のパルス放電電源１ａは、放電負荷として水処理反応器６ａを使用し、水処理反応器６ａと誘導重畳部２０との間の電流をカレントトランス４ａで検出する。カレントトランス４ａは、検出結果に基づき、電流モニタ信号１０２を生成して放電信号処理部５の積分回路５１へ出力する。
　次に、図５のパルス放電電源１ａ（この図は誘導重畳方式パルス放電電源の一例を示す）の動作について説明する。制御回路３は、所定の条件が満たされた場合に、パルス発生器２１に対する最初のパルスＯＮ信号１１１を発生し、パルス発生器２１へ出力する。制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２２に対する最初のパルスＯＮ信号１１２を発生し、パルス発生器２２へ出力する。
　制御回路３は、また、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２３に対する最初のパルスＯＮ信号１１３を発生し、パルス発生器２３へ出力する。
　制御回路３は、また、パルスＯＮ信号１１１の発生と同期して、パルス発生器２４に対する最初のパルスＯＮ信号１１４を発生し、パルス発生器２４へ出力する。
　制御回路３は、更に、パルスＯＮ信号１１１の発生に先だって、これまでの積分結果をリセットさせる積分準備指令１０５を発生し、積分回路５１へ出力する。
　パルス発生器２１は、制御回路３から出力されたパルスＯＮ信号１１１を受信し、パルス発生器出力である単段パルス１２１を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２２は、パルスＯＮ信号１１２を受信し、単段パルス１２２を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２３は、パルスＯＮ信号１１３を受信し、単段パルス１２３を発生して誘導重畳部２０へ出力する。同様に、パルス発生器２４は、パルスＯＮ信号１１４を受信し、単段パルス１２４を発生して誘導重畳部２０へ出力する。つまり、パルス発生器２１～２４はそれぞれ独立に制御される。
　誘導重畳部２０は、パルス発生器２１～２４から同期して出力された単段パルス１２１～１２４を加算的に重畳して１つの高電圧パルス１０１を発生する。また、誘導重畳部２０は、発生した１つの高電圧パルス１０１を水処理反応器６ａの電極（図示しない）に印加する。
　水処理反応器６ａは、誘導重畳部２０によって印加された高電圧パルス１０１の電圧変化に応じて、中性ガスの電離過程・電子増倍過程を経て荷電粒子密度が上昇し放電を形成する。放電中では電子、ガスの衝突過程により、反応性の高いラジカルが生成される。水処理反応器６ａは、生成されたラジカルを水に施すことによって水処理反応を行う。生じる放電に応じ、水処理反応器６ａの電流値が変化し、誘導重畳部２０と水処理反応器６ａとの間における電流値も変化する。
　カレントトランス４ａは、誘導重畳部２０と水処理反応器６ａとの間における電流値をモニタリングしている。カレントトランス４ａは、モニタリング結果に基づいて、水処理反応器６ａの電流値に関する電流モニタ信号１０２を発生する。カレントトランス４ａは、発生した電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。
　カレントトランス４ａがモニタリングしている電流値は、水処理反応器６ａにおける放電状況によって変化する。つまり、カレントトランス４ａは、水処理反応器６ａにおける放電状況を示す電流モニタ信号１０２を放電信号処理部５へ出力する。
　前述したように、放電信号処理部５は、制御回路３から出力される積分準備指令１０５を受信した場合、積分処理をリセットする。積分処理がリセットされた放電信号処理部５は、カレントトランス４ａから出力された電流モニタ信号１０２を受信した場合、受信した電流モニタ信号１０２に基づいて電流の積分処理を開始し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２に出力する。
　放電信号処理部５の比較器５２が記憶しているアーク転移判定基準値１０６は、事前の実験結果等を参照し、アーク転移が生じていない通常電流での積分信号値のばらつきを考慮した裕度を加算することによって設定されている。
　また、アーク転移判定基準値１０６は、パルス発生器２１～２４の段数を変えて高電圧パルス１０１の電圧値を低減する場合に対応した、異なる（小さな）別のアーク転移判定基準値１０６を記憶して、パルス発生器２１～２４の動作段数に応じた判定を行うことが、より望ましい。
　比較器５２は、積分回路５１から出力される積分出力１０３が示す放電負荷の電流の積分値と、記憶しているアーク転移判定基準値１０６とを比較する。比較器５２は、比較結果に基づいて、アーク検知に関するアーク検知信号１０４を制御回路３へ出力する。
　電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった場合、アーク転移が実際に生じたが、アーク放電が一定の頻度を未だ超えておらず放電停止をしなくてもよい状況と、アーク放電が一定の頻度を超えており放電停止が必要となる状況とが考えられる。比較器５２は、電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった場合、受信した電流モニタ信号１０２に基づき、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を制御回路３へ出力する。
　ここで制御回路３へ向けて出力されるアーク検知信号１０４は、それぞれのパルス発生器２１～２４に対して制御回路３が発生した最初のパルスＯＮ信号１１１～１１４に対応したアーク検知信号１０４となる。
　電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６より小さい場合、後続する高電圧パルス１０１においてアーク転移が生じる可能性が低い。そのため比較器５２は、電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６より小さい場合、アーク検知信号１０４を制御回路３へ出力しない。
　制御回路３は、最初のパルスＯＮ信号１１１～１１４に対応したアーク検知信号１０４を受信する。制御回路３は、その時点までアーク検知信号１０４の受信回数を記録しており、所定時間内の受信回数(アーク転移の頻度)が所定値を上回った場合、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するが、次のパルスＯＮ信号１１１～１１４を出力せずに放電停止を実行する。
　一方、所定時間内の受信回数(アーク転移の頻度)が所定値を上回らない場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力し、次のパルスＯＮ信号１１１～１１４をアーク検知信号１０４に応じて発生してパルス発生器２１～２４へ同期して出力する。
　具体的には、制御回路３は、放電負荷６ａに対してアーク検知信号１０４を受信しない場合、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するとともに、最初のパルスＯＮ信号１１１～１１４の際と同様の高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１１～１１４を発生し、パルス発生器２１～２４へ出力する。
　アーク転移の頻度が所定値を上回り、放電停止する場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するが、次のパルスＯＮ信号１１１～１１４をパルス発生器２１～２４へ出力しない。
　アーク転移の頻度が所定値を上回らず、放電停止までは至らないがアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信した場合、制御回路３は、新たな積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力するとともに、最初のパルスＯＮ信号１１１～１１４の際の高電圧パルス１０１よりも電圧値が低下した高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１１～１１４を発生し、パルス発生器２１～２４へ出力する。最初のパルスＯＮ信号１１１～１１４の際の高電圧パルス１０１よりも電圧値が低下した高電圧パルス１０１を導くに際し、制御回路３は、高電圧パルス１０１の波形制御を行い、アーク等の局所放電の発生を抑制する。
　図６は、実施の形態１に係る制御回路３における局所放電の抑制処理を説明する説明図である。図６の最上段に示した図において、縦軸は、電流と電圧のレベルを示し、横軸は時間を示す。また、実線の曲線は電流を、点線の曲線は電圧を示す（以下に説明する図９（ａ）、図９（ｃ）、および図１０～図１２の各最上段の図においても同様である）。
縦軸のかっこ内は対象となる信号を示し、例えば、パルスＯＮ信号（１１１～１１３）と複数の信号が対象となる場合においては、時間軸に沿って、１１１ａと１つの図しか示されていない場合でも、表示されていない１１２ａ、１１３ａは、１１１ａと同じ形状であることを表している（その表示は省略されている）。
　図６の一例では、制御回路３から最初のパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａがパルス発生器２１～２４に出力され、誘導重畳部２０から最初の高電圧パルス１０１ａが水処理反応器６ａに印加される。高電圧パルス１０１ａの印加に伴って生じる電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えており、比較器５２は、電流の積分値に基づいて、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを制御回路３に出力する。
　また、図６において、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受信した制御回路３は、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力して積分処理をリセットさせるとともに、最初の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した次の高電圧パルス１０１ｂを導く制御を行い、次の高電圧パルス１０１ｂにおけるアーク転移を抑制する。
　図６の一例では、パルスＯＮ信号１１１ｂ～１１３ｂを発生させるが、パルスＯＮ信号１１４ｂを発生させない。言い換えると、パルスＯＮ信号１１４ｂの出力値をゼロとしている。誘導重畳部２０はパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１３ｂを受信し、最初の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した次の高電圧パルス１０１ｂを発生し、発生した高電圧パルス１０１ｂを放電負荷６ａに印加する。高電圧パルス１０１ｂの印加に伴って生じる電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６を超えておらず、比較器５２は、電流の積分値に基づいて、今度はアーク検知信号１０４を制御回路３に出力しない。
　また、図６において、再度、放電負荷６ａに対してアーク検知信号１０４を受信しなかった制御回路３は、積分準備指令１０５を放電信号処理部５へ出力して積分処理をリセットさせるとともに、積分結果に基づいて、次の高電圧パルス１０１ｂの電圧値以上となる更に次の高電圧パルス１０１ｃを導く。
　図６の一例では、パルスＯＮ信号１１１ｃ～１１３ｃ（１１２ｃ、１１３ｃは１１１ｃと同形状のパルス）とともにパルスＯＮ信号１１４ｃを発生させ、高電圧パルス１０１ｂの電圧値以上となる高電圧パルス１０１ｃを発生し、発生した高電圧パルス１０１ｃを放電負荷６ａへ印加し、適切な処理を継続する。
　また、図６の一例においては、アーク検知信号１０４ａに対してパルスＯＮ信号１１４ｂをゼロに抑制することによって印加電圧を低下させていた。しかしながら、パルスＯＮ信号１１４ｂの出力値を０～１倍の間で減少させてもよく、更にパルスＯＮ信号１１２ｂを抑制してもよく、更にパルスＯＮ信号１１３ｂを抑制してもよい。このような局所放電抑制処理の実施機構を採用することによって、局所放電抑制処理に基づく放電効率の低下を可及的に回避することが可能となる。
　以上は４段を積層した誘導重畳方式の電源について記載したが、段数に限定はなく、数十段程度の複数段のパルス発生部を持つ電源を用いることも可能である。
　本実施の形態では、パルス放電電源１の形態として誘導重畳方式を例示したが、パルス放電電源１は、電気的な導通で多段のパルス発生器を結合したマルクス回路を用いた回路構成としてもよい。マルクス回路では負荷との結合に磁気コアを用いないため、コアの損失に伴う電源効率の低下やコアによるコスト上昇を抑えることができる。
　上述したように、放電信号処理部５は、積分準備指令１０５を受信して積分処理をリセットした積分回路５１を用い、制御回路３から出力されたパルスＯＮ信号１１１～１１４に対する積分処理を実行する。そのため、放電信号処理部５は、積分準備指令１０５の受信前の電流に起因した影響を回避し得る。したがって、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、アーク転移に対して比較的ノイズに強く精度の高い判定が可能となる。
　図７は、実施の形態１に係る制御回路３の制御方法を示すフローチャートである。図中、Ｎは全パルス発生器段数（パルス発生部を構成するパルス発生器の段数の合計）、Ｎｍｉｎは最小パルス発生器出力段数を示す。ここで、Ｎｍｉｎとは、最低限出力すべき高電圧パルスの電圧レベルを規定する段数のことである。
　制御回路３は、所定の条件が整うと（ステップＳ１）、積分準備指令１０５を積分回路５１へ出力し（ステップＳ２）、積分回路５１の積分処理をリセットさせる（ステップＳ３）。引き続いて、所定段数のパルスＯＮ信号１１０をパルス発生部２へ出力し（ステップＳ４）、パルスＯＮ信号１１０に基づく高電圧パルス１０１を放電負荷６に印加させる（ステップＳ５）。
　制御回路３は、積分処理リセット後であって高電圧パルス１０１の印加によって生じた放電負荷６の電流を積分回路５１に積分させる（ステップＳ６）。制御回路３は、記憶しているアーク転移判定基準値１０６と積分回路５１の積分結果とを比較器５２に比較させ、積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えたか否かを判断させる（ステップＳ７）。
　積分回路５１の積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えた場合（ステップＳ７が「ＹＥＳ」の場合）、制御回路３は、積分結果に基づいて、例えば電流の積分値がアーク転移判定基準値１０６以上となった所定時間内の頻度に基づいて、また例えば、アーク転移判定基準値１０６と積分結果との差分に基づいて、放電停止をすべきか否かを判断する（ステップＳ９）。
　放電停止をすべきと判断した場合（ステップＳ９が「ＹＥＳ」の場合）、制御回路３は、次の高電圧パルス１０１を導く次のパルスＯＮ信号１１０を出力せずに処理を終了する。
　放電停止をすべきと判断しなかった場合（ステップＳ９が「ＮＯ」の場合）、制御回路３は、ステップＳ５で印加された高電圧パルス１０１よりも値の小さな次の高電圧パルス１０１を導くため、ステップＳ４のパルスＯＮ信号１１０の出力したパルス発生器２１～２４の段数よりも小さな段数を設定する（ステップＳ１１）。
　ただし、最小パルス発生器出力段数Ｎｍｉｎを下回らないように制御を行う（ステップＳ１０）。制御回路３は、ステップＳ１に戻り、以降の処理を繰り返す。
　積分回路５１の積分結果が記憶しているアーク転移判定基準値１０６を超えていない場合（ステップＳ７が「ＮＯ」の場合）、制御回路３は、パルス発生器２１～２４の全段数Ｎ（ここではＮ＝４）で出力された高電圧パルス１０１を導くため、ステップＳ４で出力されるパルスＯＮ信号１１０の段数ｎを全パルス発生器段数Ｎに設定する（ステップＳ８）。制御回路３は、パルス出力準備（ステップＳ１）に戻り、以降の処理を繰り返す。
　上述したように、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、第１の高電圧パルス１０１の印加にともなう放電負荷６の電流の積分値に基づいて、次に印加する第２の高電圧パルス１０１の値を増減させることができる。そのため、実施の形態１に係るパルス放電電源１は、放電効率低下を抑制しつつも、放電処理技術における局所放電の発生を抑制することが可能となる。
実施の形態２．
　図８は、実施の形態２に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。図８のパルス放電電源１ｂは誘導重畳型であり、図５で示した実施の形態１に係る誘導重畳型パルス放電電源と異なり、放電信号処理部５が更に遅延回路５３を備え、積分開始指令１０７を出力する。以下、実施の形態１に係る誘導重畳型パルス放電電源と異なる構成を中心に、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂを説明する。
　短時間に大電流が流れるパルス放電では、振動ノイズ成分が電流モニタ信号１０２へ重畳する虞がある。振動ノイズ成分が重畳された場合、振動ノイズ成分の重畳量に応じてアーク転移判定基準値１０６を変更することが好ましい。しかしながら、振動ノイズ成分は変動しやすく、振動ノイズ成分の重畳量を予測してアーク転移判定基準値１０６を適切に変更することは困難である。
　上述したように、図３の約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間の第１ピークおよび約１５０ナノ秒～約２５０ナノ秒の間の第２のピークは、アーク転移発生との関係があまり強くない。そのような第１のピークを含む約１５０ナノ秒～約２００ナノ秒の間の電流、および第２ピークを含む約２００ナノ秒～約２５０ナノ秒の間の電流に対しても積分を行った場合、振動ノイズ成分の重畳が大きくなる虞がある。そのため、図３の約１５０ナノ秒～約２５０ナノ秒の間の電流に対応させる場合、アーク転移判定基準値１０６の設定が困難になる虞もある。
　したがって実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂでは、実施の形態１に係るパルス放電電源１ａよりも所定の時間遅延させて積分を開始する。一例として、アーク転移との関係が強くない第１ピークおよび第２ピークを避け、積分の開始時期を図３の約２５０ナノ秒以降となるまで時間遅延させる。
　図９は、実施の形態２に係る積分回路５１の積分タイミングを説明する説明図である。図９（ａ）に示すグラフは、高電圧パルス１０１に伴いアーク転移が生じた場合の電流および電圧と時間との関係の一例を示す。図９（ｂ）に示すグラフは、その高電圧パルス１０１に対する電流の積分値と時間との関係の一例を示す。
　図９（ａ）、（ｂ）に示す例においては、積分回路５１が、遅延回路５３から出力された積分開始指令１０７をｔＢのタイミングに受信して積分を開始する。高電圧パルス１０１印加の初期に生じる第１ピークおよび第２ピークを避けて積分を開始することによって、積分出力１０３に対するノイズ成分の影響を可及的に回避することが可能となる。そのため、局所放電抑制処理の実行に対してノイズに強いパルス放電電源１を実現することが可能となる。
　なお、アーク転移が生じた場合と比較するため、通常電流の場合について、上記図９（ａ）、図９（ｂ）に対応させる形で、図９（ｃ）、図９（ｄ）に同様のグラフを示した。
　図３および４で示したように、高電圧パルス１０１印加の後半にアーク転移が発生し、アーク電流が発生する。この発生特性を用い、高電圧パルス１０１の印加時刻より所定の時間遅延させた後、積分を開始する。具体的には、所定の時間遅延させた後に、積分を開始する積分開始指令１０７を積分回路５１に向けて出力する。
　制御回路３は、制御回路パルスＯＮ信号１１１～１１４に先行して積分準備指令１０５を遅延回路５３と積分回路５１に入力する。積分準備指令１０５を受信した遅延回路５３は、積分準備指令１０５を所定の遅延時間保持して積分開始指令１０７とし、所定の遅延時間保持後に積分回路５１に向けて積分開始指令１０７を出力する。
　積分準備指令１０５を受信した積分回路５１は、それまで行っていた積分処理をリセットし、さらに、積分開始指令１０７を受信し新たに積分処理を開始する。つまり積分回路５１は、図９のｔＢのタイミングにおいて、新たな積分処理を開始し、図９のｔＢのタイミング以降に検出した電流値に基づいた積分値を算出し、算出結果に基づく信号を積分出力１０３として比較器５２に出力する。
　上述したように遅延回路５３を用いることによって、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂは、アーク転移前に生じるノイズ成分の影響を可及的に回避しつつ、局所放電抑制処理を実施するか否かの判断ができるようになる。そのため、局所放電抑制処理の実行に対してノイズに強いパルス放電電源１を実現することが可能となる。
　実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂは、積分開始指令１０７を介して出力されたアーク検知信号１０４に基づくアーク抑制出力パターンを保持している。受信したアーク検知信号１０４と保持しているアーク抑制出力パターンとに基づき、制御回路３は、プリセットされた複数の信号から適切なパルスＯＮ信号１１１～１１４を選択してパルス発生器２１～２４に出力する。
　図１０は、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１０に示す一例では、１番目の高電圧パルス１０１ａに後続する２番目の高電圧パルス１０１ｂ、３番目の高電圧パルス１０１ｃ、４番目の高電圧パルス１０１ｄ、５番目の高電圧パルス１０１ｅを出力する出力パターンを示している。
　制御回路３は、１番目の高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受信し、パルスＯＮ信号１１１ｂおよび１１２ｂを発生するが、パルスＯＮ信号１１３ｂおよび１１４ｂを発生しないことによって、１番目の高電圧パルス１０１ａよりも電圧値が低下した２番目の高電圧パルス１０１ｂを出力する制御を行っている。２番目の高電圧パルス１０１ｂを導くに際し、パルス発生器２３、２４の２段分の電圧を減じることによって、２番目の高電圧パルス１０１ｂに基づく放電への電力投入を下げ、アーク転移を抑制し、局所放電を回避することができる。
　図１０において制御回路３は、２番目の高電圧パルス１０１ｂに対して、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信しないが、パルスＯＮ信号１１１ｃ、１１２ｃ、および１１３ｃを発生する一方、アーク検知信号１０４ａに応じてパルスＯＮ信号１１４ｃを発生しない。これによって、２番目の高電圧パルス１０１ｂと同程度以上の電圧値を有するが、定常の高電圧パルス１０１ａ以下の電圧値を有する３番目の高電圧パルス１０１ｃを出力する制御を行っている。３番目の高電圧パルス１０１ｃを導くに際し、パルス発生器２４の１段分の電圧を減じることによって、可及的に印加効率を上げつつも、放電への電力投入を下げてアーク転移を抑制し、局所放電を回避することができる。
　図１０において制御回路３は、３番目の高電圧パルス１０１ｃに対し、放電負荷６に対してアーク検知信号１０４を受信せず、パルスＯＮ信号１１１ｄ～１１４ｄを発生することによって、３番目の高電圧パルス１０１ｃよりも大きい電圧値であり定常の高電圧パルス１０１ａと同等の電圧値を有する、４番目の高電圧パルス１０１ｄを出力する制御を行っている。４番目の高電圧パルス１０１ｄを導くに際し、いずれのパルス発生器２１～２４における電圧も減じないことによって、局所放電を回避しつつも、可及的に印加効率を上げることができる。
　実施の形態２に係る比較器５２は、アーク転移判定基準値１０６を設けており、アーク転移判定基準値１０６と積分値とを比較し、差分の大きさに基づいてパルスＯＮ信号の段数を変化させている。しかしながら、値の異なる複数のアーク転移判定基準値１０６を設け、複数のアーク転移判定基準値１０６と積分値とを比較し、パルスＯＮ信号の段数を変化させてもよい。また、パルス発生を抑制するパルス発生器２１～２４の段数を変化させるだけでなく、各パルス発生器２１～２４が発生する単段パルス１２１～１２４の値を変化させてもよい。そのように変化させることによって、放電負荷６に印加する高電圧パルス１０１の抑制程度を柔軟に変化させることが可能となる。
　制御回路３は、アーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信した回数を所定の時間記憶できる。アーク検知信号１０４を受信した回数が所定値以上となった場合、制御回路３は、放電停止を行うためにパルス放電電源１の装置自体の動作停止を行う。このような構成によって、装置の故障による常時のアーク転移や放電以外の理由での短絡事象を回避することができる。
実施の形態３．
　図１１は、実施の形態３に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１１のアーク抑制出力パターンでは、発生するパルスＯＮ信号１１１～１１４の出力値を変化させていた図１０の実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンと異なり、パルスＯＮ信号１１１～１１４の持続時間を変化させている。以下、実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂと異なる構成を中心に、実施の形態３に係るパルス放電電源１を説明する。
　制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａに基づく高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受けた場合、アーク検知信号１０４ａに応答して次のパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１４ｂの少なくとも１つの持続時間をパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａの持続時間よりも短縮して出力する。
　少なくとも１つの持続時間が短縮されたパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１４ｂを受信した誘導重畳部２０は、高電圧パルス１０１ａよりも時間幅が狭くなった高電圧パルス１０１ｂを発生して放電負荷６に印加する。
　時間幅が狭くなった高電圧パルス１０１ｂの印加に対し、放電負荷６で発生する電流値は高電圧パルス１０１ｂが印加された場合と同様であるが、アーク転移する前に電圧印加が終了する。したがって、アーク転移および局所放電を抑制することができる。
　図１１の一例において、制御回路３は、高電圧パルス１０１ｂに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４を受信しないが、１つ前のアーク検知信号１０４ａを考慮する制御により、次のパルスＯＮ信号１１１ｃ～１１４ｃの少なくとも１つの持続時間をパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１４ｂの持続時間と同様に短縮して出力する。
　パルスＯＮ信号１１１ｃ～１１４ｃに基づいて出力された高電圧パルス１０１ｃに対して、制御回路３は、アーク検知信号１０４を受信せず、次のパルスＯＮ信号１１１ｄ～１１４ｄの持続時間を当初のパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａの持続時間と同程度に戻して出力する。
　パルスＯＮ信号１１１ｄ～１１４ｄに基づいて出力された高電圧パルス１０１ｄに対して、制御回路３は、アーク検知信号１０４を受信せず、次のパルスＯＮ信号１１１ｅ～１１４ｅの持続時間を当初のパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａの持続時間と同程度にして出力する。
　図１１では、アーク転移を抑制すべく、パルスＯＮ信号１１１～１１４全ての持続時間を同様に増減させていた。しかしながら、パルスＯＮ信号１１１～１１４の持続時間それぞれを独立的に増減させてもよい。例えば、パルスＯＮ信号１１１の持続時間のみを増減させてもよい。このような構成を採用することによって、高電圧パルス１０１の時間幅を柔軟に増減させ、放電負荷６における局所放電の抑制程度を柔軟に変化させることが可能となる。
実施の形態４．
　図１２は、実施の形態４に係るパルス放電電源のアーク抑制出力パターンの一例を示す説明図である。図１２のアーク抑制出力パターンでは、発生するパルスＯＮ信号１１１～１１４の出力値を変化させていた図１０の実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂのアーク抑制出力パターンと異なり、パルスＯＮ信号１１１～１１４のパルス間周期を変化させている。実施の形態２に係るパルス放電電源１ｂと異なる構成を中心に、実施の形態４に係るパルス放電電源１を説明する。
　制御回路３は、パルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａに基づく高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４ａを受けた場合、アーク検知信号１０４ａに応答して次のパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１４ｂのパルス間周期をパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａとパルスＯＮ信号１１１ａ～１１４ａに先行するパルスＯＮ信号１１１ｚ～１１４ｚとのパルス間周期よりも延長して出力する。
　パルス間周期が延長されたパルスＯＮ信号１１１ｂ～１１４ｂを受信した誘導重畳部２０は、高電圧パルス１０１ａまでのパルス繰返し周波数（パルス間間隔の逆数）が一時的に低下した高電圧パルス１０１ｂを発生して放電負荷６ａに印加する。
　パルス間間隔が延長された高電圧パルス１０１ｂの印加に対し、放電負荷６ａで発生する電流値は高電圧パルス１０１ｂが印加された場合よりもアーク転移が生じにくくなる。アーク転移には、放電で形成されたイオンや活性種の密度や放電ガス温度の上昇が影響しており、パルス間間隔の延長により、温度や密度が減衰するため、アーク転移する確率が低下する。したがって、アーク転移および局所放電を抑制することができる。
　さらに、アーク検知信号１０４を受信しない場合は、後続する高電圧パルスを１０１ｃに対しては、パルスＯＮ信号１１１～１１４のパルス間間隔を高電圧パルス１０１ａ以前に回復させることで、通常の放電処理に戻す。
　図１２ではパルス間周期は２段階、アーク検知信号１０４ａを受けた場合の延長対象となるパルスは後続する１パルスのみとなる例示を行ったが、連続するパルスにおいてアーク検知信号１０４ａを受けた場合に、パルス間周期を３段階以上で制御し周期をさらに延長する制御を行なってもよいし、延長対象となるパルスが後続する２つ以上の複数パルスにまたがる制御を行なってもよい。
実施の形態５．
　図１３は、実施の形態５に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態５に係るパルス放電電源１ｃは、実施の形態１に係る図５で示したパルス放電電源１ａと異なり、電圧検出部４１と遅延回路５３と電圧比較器５４とが追加してある。実施の形態１に係るパルス放電電源１ａと異なる構成を中心に、実施の形態５に係るパルス放電電源１ｃを説明する。
　電圧検出部４１は、パルス発生部２と水処理反応器（放電負荷）６ａとの間に接続してあり、電圧の検出を行う。また電圧検出部４１は、放電信号処理部５にも接続してある。具体的には、パルス発生部２と水処理反応器（放電負荷）６ａとの間に印加される電圧の検出を行い、検出結果に基づいて、電圧値を示す電圧モニタ信号１０８を放電信号処理部５へ出力する。電圧検出部４１は、例えば、高電圧プローブや接地との間に設けた高抵抗体と測定対象の抵抗体を直列に組み合わせた分圧の原理を応用した電圧検出回路、等である。
　放電信号処理部５は、積分回路５１および比較器５２に加え、遅延回路５３と電圧比較器５４とを備える。電圧比較器５４は、判定基準電圧値を記憶しており、受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値と判定基準電圧値とを比較する。受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値が判定基準電圧値を超えた場合、電圧比較器５４は、積分準備指令１０５を積分回路５１に出力する。受信した電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値が判定基準電圧値を超えた後に判定基準電圧値以下になった場合、電圧比較器５４は、積分準備指令１０５を遅延回路５３に出力する。
　電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した積分回路５１は、これまでの積分処理をリセットする。電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した遅延回路５３は、積分開始指令１０７を発生し、所定の遅延時間経過後に積分開始指令１０７を積分回路５１に出力する。電圧比較器５４から積分準備指令１０５を受信した後に遅延回路５３から積分開始指令１０７を受信した積分回路５１は、その後に受信した電流モニタ信号１０２に基づく積分処理を開始し、積分結果を積分出力１０３として比較器５２へ出力する。
　図１４は、実施の形態５に係る水処理反応器６ａに対する電流値と電圧値との関係の一例を示す電流及び電圧波形図である。高電圧パルス１０１が水処理反応器へ印加された場合、電圧検出部４１は、電圧モニタ信号１０８を放電信号処理部５の電圧比較器５４へ出力する。
　図１４の一例では、電圧モニタ信号１０８に基づく電圧値がｔＡのタイミングに判定基準電圧値を超え、その後ｔＢのタイミングに判定基準電圧値以下になっている。そのため、電圧比較器５４は、ｔＡのタイミングに積分準備指令１０５を積分回路５１に出力して積分回路５１の積分処理をリセットし、ｔＢのタイミングに積分準備指令１０５を遅延回路５３に出力して積分回路５１の積分処理を新たに開始させる。
　リセット後に積分処理を新たに開始させた積分回路５１は、積分処理に基づいた積分出力１０３を比較器５２に出力する。比較器５２は、積分出力１０３とアーク転移判定基準値１０６とを比較し、比較結果に基づいたアーク検知信号１０４を制御回路３に出力する。上記のような構成によって、アーク転移との関係が小さい電流変化を除外した積分処理を行うことが可能となる。そのため、アーク転移発生の可能性の判断精度を高めることができる。
実施の形態６．
　図１５は、実施の形態６に係るパルス放電電源１の構成の一例を示すブロック図である。実施の形態６に係るパルス放電電源１ｄは、実施の形態１に係る図５で示したパルス放電電源１ａと異なり、アークイベント加算部３１が追加してある。実施の形態１に係るパルス放電電源１ａと異なる構成を中心に、実施の形態６に係るパルス放電電源１ｄを説明する。
　実施の形態６に係る制御回路３は、アークイベント加算部３１を備える。アークイベント加算部３１は、高電圧パルス１０１ａに対してアーク転移を抑制するためのアーク検知信号１０４が制御回路３に入力された回数をアークイベント数としてカウントする要素であり、例えばカウンタである。
　アークイベント加算部３１は、アーク検知信号１０４が制御回路３に入力された場合、アークイベント数を加算し、加算したアークイベント数を所定のリセット動作を受けるまで保持する。アークイベント加算部３１が加算したアークイベント数は、図示しない液晶パネル等の表示器に表示する。このパルス放電電源１ｄでは、所定のアークイベント数を超えた場合にアークイベント数に基づいた警告を表示部に表示する。
　アーク転移は、装置寿命を決定する電極の損耗量に大きく影響する事象である。そのため、表示部を備えることによって、電極交換のタイミングを知らせることができる。なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
　１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ　パルス放電電源、２、２ａ　パルス発生部、３、３ａ　制御回路、４　電流検出部、４ａ　カレントトランス、５　放電信号処理部、２０　誘導重畳部、２１～２４　パルス発生器、３１　アークイベント加算部、４１　電圧検出部、５１　積分回路、５２　比較器、５３　遅延回路、５４　電圧比較器、６　放電負荷、６ａ　水処理反応器（放電負荷）、１０１　高電圧パルス、１０２　電流モニタ信号、１０３　積分出力、１０４　アーク検知信号、１０５　積分準備指令、１０６　アーク転移判定基準値、１０７　積分開始指令、１０８　電圧モニタ信号、１１０～１１４　パルスＯＮ信号、１２１～１２４　単段パルス(パルス発生器出力)。

Claims (14)

  1. 　パルス放電の対象となる放電負荷に電圧パルスを複数回出力して前記パルス放電を導くパルス放電電源において、
    　第１の電圧パルスを出力し、前記第１の電圧パルスの後に第２の電圧パルスを出力するパルス発生部と、
    　前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流の積分値に基づいて、前記第２の電圧パルスの出力を制御する制御回路と、
    　を備えることを特徴とするパルス放電電源。
  2. 　前記パルス発生部は、
    　前記第１の電圧パルスに対する第１の単段パルスおよび前記第２の電圧パルスに対する第２の単段パルスを発生する第１のパルス発生器と、
    　前記第１の電圧パルスに対する第３の単段パルスおよび前記第２の電圧パルスに対する第４の単段パルスを発生する第２のパルス発生器と、
    　前記第１の単段パルスと前記第３の単段パルスとを重畳して前記第１の電圧パルスを発生し、前記第２の単段パルスと前記第４の単段パルスとを重畳して前記第２の電圧パルスを発生するパルス誘導重畳部とを備える
    　ことを特徴とする請求項１に記載のパルス放電電源。
  3. 　前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    　前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第２の単段パルスの電圧値を前記第１のパルスの電圧値よりも減少させる制御を行う
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス放電電源。
  4. 　前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第４の単段パルスの電圧値を前記第３のパルスの電圧値よりも減少させる制御を行う
    　ことを特徴とする請求項３に記載のパルス放電電源。
  5. 　前記制御回路は、前記積分値のリセットを促す積分準備指令を出力し、
    　前記積分準備指令を受信した前記積分器は、前記積分値をリセットした後に、前記第２の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流に関する他の積分値の算出を開始する
    　ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のパルス放電電源。
  6. 　前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる前記電流を検出する電流検出部と、
    　前記積分準備指令を受信して前記他の積分値の算出を開始させる積分開始指令を発生する遅延回路とを備え、
    　前記積分器は、前記積分準備指令を受信して前記積分値をリセットした後であって前記電流検出部が所定の時間検出を行った後に前記積分開始指令を受信し、前記他の積分値の算出を開始する
    　ことを特徴とする請求項５に記載のパルス放電電源。
  7. 　前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に生じる電圧波形を検出する電圧検出部を備え、
    　前記積分器は、前記電圧波形の立ち上がりまたは立下がりにおいて前記放電負荷の電圧値が所定の電圧値となった場合に前記他の積分値の算出を開始させる
    　ことを特徴とする請求項５または６に記載のパルス放電電源。
  8. 　基準値を有し、前記基準値と前記積分値とを比較し、比較結果を出力する比較器を備え、
    　前記制御回路は、前記積分値が前記基準値を超えることを前記比較結果が示す場合に前記第２の電圧パルスの出力を制御する
    　ことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  9. 　前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    　前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第２の単段パルスの持続時間を前記第１のパルスの持続時間よりも減少させる制御を行う
    　ことを特徴とする請求項１または２に記載のパルス放電電源。
  10. 　前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第４の単段パルスの持続時間を前記第３のパルスの持続時間よりも減少させる制御を行う
    　ことを特徴とする請求項９に記載のパルス放電電源。
  11. 　前記積分値を算出する積分器を更に備え、
    　前記制御回路は、前記積分器が算出した前記積分値に基づいて、前記第１および３の単段パルスと前記第２および４の単段パルスとのパルス間周期を前記第１および３以前のパルスのパルス間周期よりも延長させる制御を行う
    　ことを特徴とする請求項３から１０のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  12. 　複数回出力される前記電圧パルスに対して前記制御回路が出力制御を行った回数をカウントするカウント部と、
    　前記カウント部がカウントした回数に基づいた表示を行う表示部と、を備える
    　ことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  13. 　前記パルス発生部は、電気的な導通により電圧重畳を行うマルクス回路である
    　ことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載のパルス放電電源。
  14. 　パルス放電の対象となる放電負荷にパルス放電電源から電圧パルスを複数回出力して前記パルス放電を発生させるパルス放電発生方法において、
    　前記パルス放電電源から前記放電負荷へ第１の電圧パルスを出力するステップと、
    　前記第１の電圧パルスの後に、前記パルス放電電源から前記放電負荷へ第２の電圧パルスを出力するステップと、
    　前記第１の電圧パルスに対して前記放電負荷に流れる電流の積分値を算出するステップと、
    　前記積分値に基づいて、前記第２の電圧パルスの出力を制御するステップと、を備える　ことを特徴とするパルス放電発生方法。
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