放電装置

【課題】放電装置において、安定した放電を長時間行えるようにする。
【解決手段】放電装置は、第１電極（２１０）と、第１電極と対向するように離間して配置される第２電極（２２０）と、第１電極の少なくとも第２電極と対向する放電面を覆うと共に、放電面において第１電極を部分的に露出させる開口部（３１０）を有する絶縁体（３２０）と、第１電極及び第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段（１００）とを備える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電空間において放電を行うことで、例えばオゾンの発生や各種ガス処理を行う放電装置の技術分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の放電装置として、例えば対向するように配置された２つの電極間に電圧を印加することで放電を行うものがある。このような装置では、放電が発生する条件となる高電界を形成するために、少なくとも一方の電極が細線や針のような鋭利な形状とされる（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した鋭利な形状の電極は、長時間の放電によって消耗し、破損してしまうおそれがある。電極が破損してしまうと、電極間の距離が変化すること等によって、正常な放電を行うことができなくなる。従って、上述した技術には、安定した放電を長時間行うことが困難であるという技術的問題点がある。
【０００５】
本発明は、例えば上述した問題点に鑑みなされたものであり、安定した放電を長時間行うことが可能な放電装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の放電装置は上記課題を解決するために、第１電極と、前記第１電極と対向するように離間して配置される第２電極と、前記第１電極の少なくとも前記第２電極と対向する放電面を覆うと共に、前記放電面において前記第１電極を部分的に露出させる開口部を有する絶縁体と、前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段とを備える。
【０００７】
本発明の放電装置によれば、その動作時には、例えばパルス電源等の電圧印加手段より、互いに離間して配置される第１電極及び第２電極間に電圧が印加される。これにより、第１電極及び第２電極間において放電が生じる。
【０００８】
第１電極及び第２電極間の放電空間には、例えば酸素ボンベや酸素タンク等の貯留手段から、供給系統（配管、シーリング、減圧弁及び流量調整弁等）を適宜介して酸素を含む原料ガスが供給される。このように構成すれば、原料ガスに含まれる酸素（Ｏ_２）から、一種の活性酸素であるオゾン（Ｏ_３）が生成することができる。尚、本発明の放電装置によって行われる放電は、上述したオゾン生成以外にも、例えば燃焼ガスや排出ガス中のＮＯｘ、ＳＯ_２、ＣＯ_２の処理、フロンガス等の有害物質の分解等に応用できる。
【０００９】
ここで本発明では特に、第１電極は、第２電極と対向する放電面を絶縁体によって覆われている。そして、絶縁体には、放電面において第１電極を部分的に露出させるための開口部を有している。このため、第１電極及び第２電極間の放電は、絶縁体における開口部を介して行われることとなる。
【００１０】
放電を発生させるためには、第１電極及び第２電極間に高電界を形成することが求められる。このため、第１電極の形状は、細線や針のような鋭利な形状とされることが多い。しかしながら、第１電極を鋭利な形状とした場合、第１電極は、長時間の放電によって消耗し、破損してしまうおそれがある。よって、安定した放電を長時間行うことが困難である。
【００１１】
しかるに本発明では、上述したように、第１電極は、放電面において絶縁体の開口部から部分的に露出するように構成されている。このため、第１電極における絶縁体の開口部を介して露出する部分は、模擬的に鋭利な形状の電極となる。即ち、第１電極自体を鋭利な形状とせずとも、絶縁膜の開口部によって模擬的に鋭利な形状の電極となる。
【００１２】
以上の結果、本実施形態の放電装置は、第１電極及び第２電極間に好適に高電界を形成でき、確実に放電を発生させることが可能であると共に、長時間の放電においても電極が消耗することがない。従って、第１電極が消耗や破損することにより、放電を行えなくなってしまうことを防止することができる。
【００１３】
尚、絶縁体における開口部の形状は、装置の使用に合わせて様々な態様をとることが可能であるが、開口部の面積は、上述したように、第１電極を模擬的に鋭利な形状の電極とみなせるまでに小さいものとされる。開口部の面積、電圧印加手段によって印加される電圧、第１電極及び第２電極間の距離等をそれぞれ調整することによって、より好適な放電を実現することができる。
【００１４】
以上説明したように、本発明の放電装置によれば、安定した放電を長時間行うことが可能である。
【００１５】
本発明の放電装置の一態様では、前記開口部は、線状である。
【００１６】
この態様によれば、絶縁体における開口部が線状とされるため、開口部から露出される第１電極を模擬的に鋭利な形状の電極とすることができる。開口部は、例えば０．１ｍｍ程度の幅になるように形成される。
【００１７】
上述した開口部が線状である態様では、前記開口部は、前記線状の延びる方向と交わる方向に複数配列されてもよい。
【００１８】
このように構成すれば、開口部は、線状の延びる方向と交わる方向に配列されるため、限られたスペースにおいて、複数の開口部を効率的に配置することができる。開口部の配置される間隔は、例えば電圧印加手段によって印加される電圧等に応じて適宜調整される。
【００１９】
本発明の放電装置の他の態様では、前記開口部は、点状である。
【００２０】
この態様によれば、絶縁体における開口部が点状とされるため、開口部から露出される第１電極を模擬的に鋭利な形状の電極とすることができる。開口部は、例えば直径が０．１ｍｍ程度になるように形成される。
【００２１】
本発明の作用及び他の利得は次に説明する発明を実施するための形態から明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る放電装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【図４】比較例に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図（その１）である。
【図５】図４のＢ−Ｂ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【図６】比較例に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフ（その１）である。
【図７】第１実施形態に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフである。
【図８】第２実施形態に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図である。
【図９】図８のＣ−Ｃ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【図１０】比較例に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図（その２）である。
【図１１】図１０のＤ−Ｄ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【図１２】比較例に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフ（その２）である。
【図１３】第２実施形態に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下では、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
【００２４】
＜第１実施形態＞
先ず、第１実施形態に係る放電装置の全体構成について、図１を参照して説明する。ここに図１は、第１実施形態に係る放電装置の全体構成を示すブロック図である。
【００２５】
図１において、本実施形態に係る放電装置は、ナノパルス電源１００と、放電反応器２００とを備えて構成されている。
【００２６】
ナノパルス電源１００は、本発明の「電圧印加手段」の一例であり、後述する放電反応器２００における第１電極２１０及び第２電極２２０間にパルス電圧を印加可能に構成されている。ナノパルス電源１００は、例えば家庭用１００Ｖ電源、工業用２００Ｖ電源、可搬型バッテリ或いは車載用バッテリ等に昇圧回路等の付帯回路を適宜接続してなる電源装置等に電気的に接続されている。
【００２７】
放電反応器２００は、パルス電源１００を介して印加されるパルス電圧により、所定の放電空間に放電を生じるように構成されている。具体的には、放電反応器２００は、互いに離間されて配置される第１電極２１０及び第２電極２２０を有している。第１電極２１０及び第２電極２００は、金属等を含んでなる電極であり、放電空間を形成している。
【００２８】
放電反応器２００は、例えば、放電の作用により放電空間内で原料ガスからオゾンを生成できるような構成となっている。より具体的には、本実施形態に係る放電装置は、例えば車両に搭載され、排気浄化に供されるものとして利用される場合がある。この場合、放電反応器２００には、車両のボディに形成された外気導入口と接続される外気導入管、この外気導入管に設置されたガスコンプレッサ等から原料ガスである外気（空気）が供給される。
【００２９】
また、本実施形態に係る放電装置は、上述した用途以外にも多様な用途に適用可能である。この際、その適用用途に応じて放電装置の構成は変化してよい。例えば、放電装置が移動体でなく各種施設に設置される構成を採る場合、酸素ボンベや酸素タンク等、比較的高濃度の酸素ガスを貯留する然るべき貯留手段を含む構成、或いは当該貯留手段から放電反応器２００へ酸素ガスを供給可能な構成を有していてもよい。より具体的には、ガス配管、減圧弁、圧力調整弁、流量調整弁及び気密を保ちつつこれらを適宜に連結する各種連結部材等を備える構成を採ってもよい。
【００３０】
次に、第１実施形態に係る放電装置の電極部の具体的な構成について、図２及び図３を参照して説明する。ここに図２は、第１実施形態に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図である。また図３は、図２のＡ−Ａ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【００３１】
図２及び図３において、本実施形態に係る放電装置の第１電極２１０は、周囲を絶縁体３００によって被覆された構造となっている。そして特に、絶縁体３１０には、第１電極２１０を部分的に露出させるための開口部３１０が形成されている。このため、第１電極２１０は、開口部３１０を介して、第２電極２２０と対向することになる。一方で、第２電極２２０は、第１電極２１０と対向しない面に絶縁体３２０が配置されている。
【００３２】
開口部３１０は、図に示すように線状とされており、第１電極２１０における第２電極２２０と対向する面（即ち、放電が行われる放電面）に複数配列されている。開口部３１０の幅（即ち、図２における左右方向の長さ）は、例えば０．１ｍｍ程度とされる。
【００３３】
上述したような構成によれば、第１電極２１０における絶縁体３００の開口部３１０を介して露出する部分は、模擬的に鋭利な形状の電極となる。即ち、細い線状の電極が複数配列されたものとみなすことができる。
【００３４】
放電反応器２００（図１参照）において放電を発生させるためには、第１電極２１０及び第２電極２２０間に高電界を形成することが求められる。本実施形態に係る放電装置によれば、上述したように、第１電極２１０が模擬的に鋭利な形状の電極とされるため、好適に放電を発生させることが可能となる。
【００３５】
次に、第１実施形態に係る放電装置の効果について、図４から図７を参照して説明する。ここに図４は、比較例に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図（その１）であり、図５は、図４のＢ−Ｂ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。また図６は、比較例に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフ（その１）であり、図７は、第１実施形態に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフである。
【００３６】
図４及び図５において、第１電極２１０が、細い線状の電極を複数配列して構成された場合を考える。即ち、上述した本実施形態に係る第１電極２１０のように、絶縁体３００の開口部３１０から第１電極２１０露出されるものとは異なり、第１電極２１０自体が線状に形成されている場合を考える。
【００３７】
このような放電装置では、鋭利な形状とされた第１電極２１０が、長時間の放電によって消耗し、破損してしまうおそれがある。よって、安定した放電を長時間行うことが困難である。
【００３８】
図６において、本願発明者の研究によれば、図４及び図５で示されるような放電装置で連続して放電を行った場合、９．２時間が経過した時点でアーク放電に移行し、その後、放電が停止してしまうという結果が得られている。従って、比較例に係る放電装置では、実際に長時間安定した放電を行うことはできない。尚、図６における電力は、放電によって電流が流れていることを示すものである。
【００３９】
図７において、本実施形態に係る放電装置によれば、上述した比較例に係る放電装置とは異なり、２０時間連続して放電した場合であっても、安定した放電を行うことができるという結果が得られている。これは、第１電極２１０が、実際には鋭利な形状とはされておらず、絶縁体３００の開口部３１０によって、模擬的に鋭利な形状とされているからである。
【００４０】
以上説明したように、第１実施形態に係る放電装置によれば、安定した放電を長時間行うことが可能である。
【００４１】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る放電装置について説明する。尚、第２実施形態は、上述の第１実施形態と比べて、第１電極の構成が一部異なり、その他の構成については概ね同様である。このため第２実施形態では、第１実施形態と異なる部分について詳細に説明し、その他の重複する部分については適宜説明を省略する。
【００４２】
先ず、第２実施形態に係る放電装置の電極部の具体的な構成について、図８及び図９を参照して説明する。ここに図８は、第２実施形態に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図である。また図９は、図２のＣ−Ｃ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。
【００４３】
図８及び図９において、第２実施形態に係る放電装置の第１電極２１０は、第１実施形態と同様に、周囲を絶縁体３００によって被覆された構造となっており、絶縁体３１０には、第１電極２１０を部分的に露出させるための開口部３１０が形成されている。このため、第１電極２１０は、開口部３１０を介して、第２電極２２０と対向することになる。一方で、第２電極２２０は、第１電極２１０と対向しない面に絶縁体３２０が配置されている。
【００４４】
開口部３１０は、図に示すように点状とされており、第１電極２１０における第２電極２２０と対向する面（即ち、放電が行われる放電面）に複数配列されている。開口部３１０の直径は、例えば０．１ｍｍ程度とされる。
【００４５】
上述したような構成によれば、第１電極２１０における絶縁体３００の開口部３１０を介して露出する部分は、模擬的に鋭利な形状の電極となる。即ち、小さな点状の電極が複数配列されたものとみなすことができる。従って、第２実施形態に係る放電装置によれば、好適に放電を発生させることが可能となる。
【００４６】
次に、第２実施形態に係る放電装置の効果について、図１０から図１３を参照して説明する。ここに図１０は、比較例に係る放電装置の第１電極の構成を示す平面図（その２）であり、図１１は、図１０のＤ−Ｄ’線断面を第２電極と共に示す断面図である。また図１２は、比較例に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフ（その２）であり、図１３は、第２実施形態に係る放電装置における放電時間と電力との関係を示すグラフである。
【００４７】
図１０及び図１１において、第１電極２１０が、小さな針状の電極を複数配列して構成された場合を考える。即ち、上述した第２実施形態に係る第１電極２１０のように、絶縁体３００の開口部３１０から第１電極２１０露出されるものとは異なり、第１電極２１０自体が鋭利な形状に形成されている場合を考える。
【００４８】
このような放電装置では、鋭利な形状とされた第１電極２１０が、長時間の放電によって消耗し、破損してしまうおそれがある。よって、安定した放電を長時間行うことが困難である。
【００４９】
図１２において、本願発明者の研究によれば、図１０及び図１１で示されるような放電装置で連続して放電を行った場合、先ず放電開始と共に、第１電極２１０先端の消耗によって、第１電極２１０及び第２電極２２０間の距離が伸長され、徐々に電力が低下することが判明している。更に、放電時間が２０時間に近づくと、放電が間欠的で不安定になり（図中の破線部分）、２０時間経過した時点で放電が停止してしまうという結果が得られている。従って、比較例に係る放電装置では、実際に長時間安定した放電を行うことはできない。
【００５０】
図１３において、第２実施形態に係る放電装置によれば、上述した比較例に係る放電装置とは異なり、１００時間連続して放電した場合であっても、安定した放電を行うことができるという結果が得られている。これは、第１電極２１０が、実際には鋭利な形状とはされておらず、絶縁体３００の開口部３１０によって、模擬的に鋭利な形状とされているからである。
【００５１】
以上説明したように、第２実施形態に係る放電装置によれば、第１実施形態と同様に、安定した放電を長時間行うことが可能である。
【００５２】
尚、上述した第１及び第２実施形態では、絶縁体３００における開口部３１０が、線状である場合及び点状である場合について説明したが、開口部３１０の形状は、第１電極２１０を模擬的に鋭利な形状とできるものである限り様々な態様をとり得る。また、開口部の大きさや数、配列、位置等についても、装置の使用に応じて適宜設定することが可能である。
【００５３】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う放電装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００５４】
１００…ナノパルス電源、２００…放電反応器、２１０…第１電極、２２０…第２電極、３００…絶縁体、３１０…開口部、３２０…絶縁体

【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と、
前記第１電極と対向するように離間して配置される第２電極と、
前記第１電極の少なくとも前記第２電極と対向する放電面を覆うと共に、前記放電面において前記第１電極を部分的に露出させる開口部を有する絶縁体と、
前記第１電極及び前記第２電極間に電圧を印加する電圧印加手段と
を備えることを特徴とする放電装置。
【請求項２】
前記開口部は、線状であることを特徴とする請求項１に記載の放電装置。
【請求項３】
前記開口部は、前記線状の延びる方向と交わる方向に複数配列されていることを特徴とする請求項２に記載の放電装置。
【請求項４】
前記開口部は、点状であることを特徴とする請求項１に記載の放電装置。

【図１】