プラズマ電極
【課題】流体とプラズマの接触性とエネルギー消費の低減とを両立させることが困難であり、プラズマ生成の機械的構成も微細部材の複合化が必要であり、民生用用途向けなどでのプラズマ応用の大きな制約となっている。
【解決手段】金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成されて、誘電体膜の表面は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成された対向金属板の板面が相互に固設されて、両金属板間にマイクロプラズマ放電を生起させる。
【解決手段】金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成されて、誘電体膜の表面は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成された対向金属板の板面が相互に固設されて、両金属板間にマイクロプラズマ放電を生起させる。
【発明の詳細な説明】
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、室内空気清浄、オゾン生成、除菌・殺菌、排ガス浄化、水浄化、水中の殺菌のためのプラズマ放電を生起せしめる電極の構成に関する。
【技術背景】
【０００３】
産業分野から民生分野まで、さまざま適用分野が期待されるプラズマを生起させるための放電電極は、それぞれの用途に適応したものの研究開発が各方面で進められている。
【０００４】
とりわけ、プラズマにより大気中の酸素からオゾンを生成せしめ、もって空気浄化を図ろうとする利用分野では、民生用需要に適応させるべくさまざまな放電電極が開発されてきている（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１９０７０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３１９号公報
【０００５】
しかし、従来技術では、空気などの流体をプラズマと接触させ処理するために十分な流通性を確保するがゆえに、放電電極間のギャップが数ｍｍ程度となり、そのためにプラズマを生起せしめるための印加電圧を数ｋV以上とすることが必要となり、消費電力の大きなものとなっている。
【０００６】
また電極間のギャップをμｍオーダーとし無声放電又は沿面放電を生起せしめ、低電圧で効率的なプラズマ生成を実現する技術（マイクロプラズマ技術）も開発が進められているが、反面そのプラズマ放電範囲が狭小化するために、空気などの流体を流通させるときに非常に大きな圧力差損が生じ、そのための特段の圧入手段等が必要とされている。また、電極がセラミック基材中に埋め込まれている為、長時間運転では熱を持ち、オゾン生成効率が低下する、表面電極に有害ガスなどによる塩基生成により放電持続が出来なくなるなどの問題点があり課題とされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、流体とプラズマの接触性とエネルギー消費の低減とを両立させることが困難であり、また、マイクロプラズマ技術ではプラズマ生成の機械的構成も微細部材の複合化が必要となっているため、民生用用途向けなどでのプラズマ応用の大きな制約となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、前記従来発明の課題に鑑みて、μｍオーダーでの電極間のギャップにより消費電力を低減するとともに、流体流通性を向上させることができ、かつ機械的構成も簡使かつ耐久性のあるプラズマ電極を発明するに至った。長時間運転でも影響を及ぼさないような冷却構造を持ち、電極表面が汚染されることによる放電持続低下を抑制したマイクロプラズマ・フィルタによる長時間運転を可能とする室内空気清浄化を提供することを目的とする。
本願請求項１の発明は板面に対して垂直方向に流体を流通させるための１つ以上の流通口が形成された一対の金属板からなるプラズマ電極であって、金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成されて、誘電体膜の表面は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成されて、対向する金属板の板面は、相互に面着固設されて、両金属板間に電圧が印加されてプラズマ放電を生起させることを特徴とするプラズマ電極である。
【０００９】
本願請求項２の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に形成された誘電体膜の表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形したものであることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ電極である。
【００１０】
本願請求項３の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５５μｍ以上５５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形し、そののち金属板表面に誘電体膜を形成したものであることを特徴とする上記請求項１又は請求項２に記載のプラズマ電極である。
【００１１】
本願請求項４の発明は、誘電体膜は、チタン酸バリウム及びアルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする上記請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１２】
本願請求項５の発明は、金属板表面に形成される誘電体膜の膜厚は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする上記請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１３】
本願請求頂６の発明は、誘電体膜表面には、さらに四フッ化エチレン樹脂又はシリコーン樹脂による樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１４】
本願請求項７の発明は、流体を流通させるための流通ロは、誘電体膜が形成されたプラズマ電極表面上での横方向又は縦方向の口径が１００μｍ以上１０ｍｍ以下、望ましくは２００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする上記請求頂１から６のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１５】
本願請求頂８の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極面での流通口の開口部面積割合が電極面外周面積の２％以上６０％以下、望ましくは２０％以上４０％以下となるように１つ以上の流通口が形成されていることを特徴とする上記請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１６】
本願請求項９の発明は、対向する板面の裏面も更に誘電体膜又は樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から８のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本願発明のプラズマ電極は、消費電力を低減して効率的にプラズマを生起せしめるとともに、流体とプラズマの接触流通性を向上させることができるため、民生用用途などでのプラズマ利用を容易化することができる。また、請求項１から請求項9のプラズマ電極は対を為して配置されるが、複数個のプラズマ電極を流体が流通ロを通過するように配置して全体で一つのプラズマ電極として構成することで、室内空気清浄化の効率向上や、オゾン発生濃度の向上を図ることが出来る。さらにこのような用途では、複数個のプラズマ電極の奇数番目同士と偶数番目同士が各々電気的に接続されて電力が供給される構成により各電極が密接して対向する構成も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。
図１は、本願発明のプラズマ電極の断面図及び平面図を模式的に示したものである。開口部の形状は円形、三角形、方形、多角形など任意の形状が可能であり、その他の星型などデザイン性の形状も用いることができる。
【００１９】
図１のごとく、一対の金属板の対向してなるプラズマ電極は、少なくとも一方の表面に誘電体膜が形成され、当該誘電体膜の表面には５μｍ以上５０μｍ以下の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成されて、対向する金属板の複面は、相互に面着固設されている。
【００２０】
また、図２のごとく、プラズマ電極には誘電体膜に任意のパターンで凹凸が形成されている。
【００２１】
図３のごとく任意の高低差が低い場合には低電圧でオゾン生成が行われることが認められる。
【００２２】
図４のごとく誘電体コーティング膜厚は最適値が認められる。本実施例の場合は４００μｍである。
【００２３】
図５のごとく沿面放電と比べて、相対湿度が高い場合でも高いオゾン濃度が得られることが認められる。
【００２４】
図６のごとくホルムアルデヒドを低消費電力で除去することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】プラズマ電極を模式的に示した図
【図２】誘電体膜により任意の高低差を表面上に作成した写真
【図３】電極間距離を変化させてオゾン生成濃度と放電電圧との関係を示す特性図
【図４】誘電体膜厚によるオゾン生成濃度と放電電圧との関係を示す図
【図５】相対湿度と生成オゾン濃度との関係を示す図
【図６】ホルムアルデヒドの除去特性を示す図
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】
【０００２】
本発明は、室内空気清浄、オゾン生成、除菌・殺菌、排ガス浄化、水浄化、水中の殺菌のためのプラズマ放電を生起せしめる電極の構成に関する。
【技術背景】
【０００３】
産業分野から民生分野まで、さまざま適用分野が期待されるプラズマを生起させるための放電電極は、それぞれの用途に適応したものの研究開発が各方面で進められている。
【０００４】
とりわけ、プラズマにより大気中の酸素からオゾンを生成せしめ、もって空気浄化を図ろうとする利用分野では、民生用需要に適応させるべくさまざまな放電電極が開発されてきている（特許文献１、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開昭６３−１９０７０２号公報
【特許文献２】特開２００５−２１３１９号公報
【０００５】
しかし、従来技術では、空気などの流体をプラズマと接触させ処理するために十分な流通性を確保するがゆえに、放電電極間のギャップが数ｍｍ程度となり、そのためにプラズマを生起せしめるための印加電圧を数ｋV以上とすることが必要となり、消費電力の大きなものとなっている。
【０００６】
また電極間のギャップをμｍオーダーとし無声放電又は沿面放電を生起せしめ、低電圧で効率的なプラズマ生成を実現する技術（マイクロプラズマ技術）も開発が進められているが、反面そのプラズマ放電範囲が狭小化するために、空気などの流体を流通させるときに非常に大きな圧力差損が生じ、そのための特段の圧入手段等が必要とされている。また、電極がセラミック基材中に埋め込まれている為、長時間運転では熱を持ち、オゾン生成効率が低下する、表面電極に有害ガスなどによる塩基生成により放電持続が出来なくなるなどの問題点があり課題とされてきた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術では、流体とプラズマの接触性とエネルギー消費の低減とを両立させることが困難であり、また、マイクロプラズマ技術ではプラズマ生成の機械的構成も微細部材の複合化が必要となっているため、民生用用途向けなどでのプラズマ応用の大きな制約となっている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者は、前記従来発明の課題に鑑みて、μｍオーダーでの電極間のギャップにより消費電力を低減するとともに、流体流通性を向上させることができ、かつ機械的構成も簡使かつ耐久性のあるプラズマ電極を発明するに至った。長時間運転でも影響を及ぼさないような冷却構造を持ち、電極表面が汚染されることによる放電持続低下を抑制したマイクロプラズマ・フィルタによる長時間運転を可能とする室内空気清浄化を提供することを目的とする。
本願請求項１の発明は板面に対して垂直方向に流体を流通させるための１つ以上の流通口が形成された一対の金属板からなるプラズマ電極であって、金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成されて、誘電体膜の表面は、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成されて、対向する金属板の板面は、相互に面着固設されて、両金属板間に電圧が印加されてプラズマ放電を生起させることを特徴とするプラズマ電極である。
【０００９】
本願請求項２の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に形成された誘電体膜の表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形したものであることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ電極である。
【００１０】
本願請求項３の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５５μｍ以上５５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形し、そののち金属板表面に誘電体膜を形成したものであることを特徴とする上記請求項１又は請求項２に記載のプラズマ電極である。
【００１１】
本願請求項４の発明は、誘電体膜は、チタン酸バリウム及びアルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする上記請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１２】
本願請求項５の発明は、金属板表面に形成される誘電体膜の膜厚は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする上記請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１３】
本願請求頂６の発明は、誘電体膜表面には、さらに四フッ化エチレン樹脂又はシリコーン樹脂による樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１４】
本願請求項７の発明は、流体を流通させるための流通ロは、誘電体膜が形成されたプラズマ電極表面上での横方向又は縦方向の口径が１００μｍ以上１０ｍｍ以下、望ましくは２００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする上記請求頂１から６のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１５】
本願請求頂８の発明は、誘電体膜が形成されたプラズマ電極面での流通口の開口部面積割合が電極面外周面積の２％以上６０％以下、望ましくは２０％以上４０％以下となるように１つ以上の流通口が形成されていることを特徴とする上記請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【００１６】
本願請求項９の発明は、対向する板面の裏面も更に誘電体膜又は樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から８のいずれかに記載のプラズマ電極である。
【発明の効果】
【００１７】
上述したように、本願発明のプラズマ電極は、消費電力を低減して効率的にプラズマを生起せしめるとともに、流体とプラズマの接触流通性を向上させることができるため、民生用用途などでのプラズマ利用を容易化することができる。また、請求項１から請求項9のプラズマ電極は対を為して配置されるが、複数個のプラズマ電極を流体が流通ロを通過するように配置して全体で一つのプラズマ電極として構成することで、室内空気清浄化の効率向上や、オゾン発生濃度の向上を図ることが出来る。さらにこのような用途では、複数個のプラズマ電極の奇数番目同士と偶数番目同士が各々電気的に接続されて電力が供給される構成により各電極が密接して対向する構成も可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。
図１は、本願発明のプラズマ電極の断面図及び平面図を模式的に示したものである。開口部の形状は円形、三角形、方形、多角形など任意の形状が可能であり、その他の星型などデザイン性の形状も用いることができる。
【００１９】
図１のごとく、一対の金属板の対向してなるプラズマ電極は、少なくとも一方の表面に誘電体膜が形成され、当該誘電体膜の表面には５μｍ以上５０μｍ以下の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成されて、対向する金属板の複面は、相互に面着固設されている。
【００２０】
また、図２のごとく、プラズマ電極には誘電体膜に任意のパターンで凹凸が形成されている。
【００２１】
図３のごとく任意の高低差が低い場合には低電圧でオゾン生成が行われることが認められる。
【００２２】
図４のごとく誘電体コーティング膜厚は最適値が認められる。本実施例の場合は４００μｍである。
【００２３】
図５のごとく沿面放電と比べて、相対湿度が高い場合でも高いオゾン濃度が得られることが認められる。
【００２４】
図６のごとくホルムアルデヒドを低消費電力で除去することが認められる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】プラズマ電極を模式的に示した図
【図２】誘電体膜により任意の高低差を表面上に作成した写真
【図３】電極間距離を変化させてオゾン生成濃度と放電電圧との関係を示す特性図
【図４】誘電体膜厚によるオゾン生成濃度と放電電圧との関係を示す図
【図５】相対湿度と生成オゾン濃度との関係を示す図
【図６】ホルムアルデヒドの除去特性を示す図
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の流通口が形成された金属板が相対してして配置されたプラズマ電極であって、金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成され、誘電体膜の表面は５μｍ以上で５０μｍ以下の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成され、対向する金属板の板面は、相互に面着固設されるか、あるいは、５μｍ以上で１００μｍ以下の間隔を保持すべく固設されて、両金属板間にプラズマ放電を生起させる電力が印加される構造を特徴とするプラズマ電極。
【請求項２】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に形成された誘電体膜の表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形したものであることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ電極。
【請求項３】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５５μｍ以上５５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形し、該金属板表面に誘電体膜を形成したものであることを特徴とする上記請求項１又は請求項２に記載のプラズマ電極。
【請求項４】
誘電体膜は、チタン酸バリウム及びアルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする上記請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項５】
金属板表面に形成される誘電体膜の膜厚は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする上記請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項６】
誘電体膜表面には、さらに四フッ化エチレン樹脂又はシリコーン樹脂による樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項７】
流体を流通させるための流通ロは、誘電体膜が形成されたプラズマ電極表面上での横方向又は縦方向の口径が１００μｍ以上１０ｍｍ以下、望ましくは２００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする上記請求頂１から６のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項８】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極面での流通口の開口部面積割合が電極面外周面積の２％以上６０％以下、望ましくは２０％以上４０％以下となるように１つ以上の流通口が形成されていることを特徴とする上記請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項９】
対向する板面の裏面も更に誘電体膜又は樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から８のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項１】
１つ以上の流通口が形成された金属板が相対してして配置されたプラズマ電極であって、金属板の対向する板面の少なくとも一方の表面は誘電体膜が形成され、誘電体膜の表面は５μｍ以上で５０μｍ以下の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸が形成され、対向する金属板の板面は、相互に面着固設されるか、あるいは、５μｍ以上で１００μｍ以下の間隔を保持すべく固設されて、両金属板間にプラズマ放電を生起させる電力が印加される構造を特徴とするプラズマ電極。
【請求項２】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に形成された誘電体膜の表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５μｍ以上５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形したものであることを特徴とする上記請求項１に記載のプラズマ電極。
【請求項３】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極は、予め金属板表面に、化学的或いは機械的な除去手段により、５５μｍ以上５５０μｍ以下の範囲の高低差と任意の平面パターン形状とをもった凹凸を成形し、該金属板表面に誘電体膜を形成したものであることを特徴とする上記請求項１又は請求項２に記載のプラズマ電極。
【請求項４】
誘電体膜は、チタン酸バリウム及びアルミナを主成分とする材料からなることを特徴とする上記請求項１から３のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項５】
金属板表面に形成される誘電体膜の膜厚は、５０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする上記請求項１から４のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項６】
誘電体膜表面には、さらに四フッ化エチレン樹脂又はシリコーン樹脂による樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から５のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項７】
流体を流通させるための流通ロは、誘電体膜が形成されたプラズマ電極表面上での横方向又は縦方向の口径が１００μｍ以上１０ｍｍ以下、望ましくは２００μｍ以上４００μｍ以下であることを特徴とする上記請求頂１から６のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項８】
誘電体膜が形成されたプラズマ電極面での流通口の開口部面積割合が電極面外周面積の２％以上６０％以下、望ましくは２０％以上４０％以下となるように１つ以上の流通口が形成されていることを特徴とする上記請求項１から７のいずれかに記載のプラズマ電極。
【請求項９】
対向する板面の裏面も更に誘電体膜又は樹脂皮膜が形成されていることを特徴とする上記請求項１から８のいずれかに記載のプラズマ電極。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００７−２５０２８４（Ｐ２００７−２５０２８４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７００４５（Ｐ２００６−７００４５）
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１４日（２００６．３．１４）
【出願人】（３０４０２３３１８）国立大学法人静岡大学 (416)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]