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JP6513020B2 - Sterilizer - Google Patents
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Description

本発明は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置に関する。   The present invention relates to a sterilizer for sterilizing at least the surface of an object using plasma generated by discharge by high voltage pulses from a pulse power source.

近時、プラズマ中の活性中性粒子を用いて、農作物や食品等の殺菌を行う試みがなされている(文献:IEEJ Journal,Vol.132 No.10.2012 p.702〜705「プラズマの農業応用−農産物殺菌から植物成長制御まで−」参照)。   Recently, attempts have been made to sterilize agricultural crops and foods using active neutral particles in plasma (literature: IEEJ Journal, Vol. 132 No.10. 2012 p. 702-705 "Agriculture of Plasma" Application-from crop sterilization to plant growth control-").

ラジカルを生成する装置としては、上述した文献に記載された大気圧バリア放電プラズマトーチのほか、国際公開第2011/065171号パンフレット及び国際公開第2012/120928号パンフレットに記載された装置が知られている。   As an apparatus for generating radicals, in addition to the atmospheric pressure barrier discharge plasma torch described in the above-mentioned documents, the apparatuses described in WO 2011/065171 and WO 2012/120928 are known. There is.

国際公開第2011/065171号パンフレットに記載の装置は、第1の電極、第2の電極及び第3の電極からなる電極構成体を、ガスの流路の途中に設置し、第2の電極を第1の電極より上流側に設置し、第3の電極を第1の電極より下流側に設置して構成される。そして、パルス電源の一方の極を第1の電極に接続し、パルス電源の他方の極を第2の電極及び第3の電極に接続する。さらに、第1の電極を、第1のガス通過面を横切り、且つ、第1のガス通過面の一部を占めるように設置し、第2の電極及び第3の電極を、それぞれ第2のガス通過面及び第3のガス通過面を横切り、且つ、第2のガス通過面及び第3のガス通過面の一部を占めるように設置する。これにより、第1の電極より上流側及び下流側にプラズマが発生することとなる。また、第1の電極、第2の電極及び第3の電極の各末端が、放電の始点又は終点とならず、第1の電極、第2の電極及び第3の電極の耐久性が向上する。   In the apparatus described in WO 2011/065171, an electrode assembly composed of a first electrode, a second electrode and a third electrode is disposed in the middle of a gas flow path, and the second electrode is It is installed upstream of the first electrode, and the third electrode is installed downstream of the first electrode. Then, one pole of the pulse power supply is connected to the first electrode, and the other pole of the pulse power supply is connected to the second electrode and the third electrode. Furthermore, the first electrode is disposed so as to cross the first gas passage surface and to occupy a part of the first gas passage surface, and the second electrode and the third electrode are respectively provided for the second The gas passage plane and the third gas passage plane are traversed, and the gas passage plane and the third gas passage plane are partially occupied. As a result, plasma is generated upstream and downstream of the first electrode. In addition, the respective ends of the first electrode, the second electrode and the third electrode do not become the starting point or the end point of the discharge, and the durability of the first electrode, the second electrode and the third electrode is improved. .

国際公開第2012/120928号パンフレットに記載の装置は、導電体で構成された筐体内に、流路形成物、トランス、電極構成体(陽極棒及び陰極板)、陽極側の給電経路及び陰極側の給電経路が収容されて構成される。陽極棒の延在方向と陰極板の延在方向とは非平行とされ、陽極棒及び陰極板はガス流路を横断する。陽極棒と陰極板とはガス流路の延在方向に離間して配置される。陽極棒の給電端とパルス電源の二次側巻線の正出力端とを電気的に接続し、陰極板の給電端と二次側巻線の負出力端とを電気的に接続し、さらに、筐体を陰極側の給電経路に電気的に接続する。これにより、パルス電圧の波形が乱れにくくなる。   In the device described in WO 2012/120928, a flow path forming member, a transformer, an electrode structure (anode rod and cathode plate), a feed path on the anode side, and a cathode side are provided in a housing made of a conductor. The power supply path of The extending direction of the anode bar is not parallel to the extending direction of the cathode plate, and the anode bar and the cathode plate cross the gas flow path. The anode bar and the cathode plate are spaced apart in the extending direction of the gas flow path. Electrically connect the feed end of the anode rod to the positive output end of the secondary winding of the pulse power supply, electrically connect the feed end of the cathode plate to the negative output end of the secondary winding, and And electrically connect the housing to the feed path on the cathode side. Thereby, the waveform of the pulse voltage is less likely to be disturbed.

しかしながら、上述した文献並びに国際公開第2011/065171号パンフレット及び国際公開第2012/120928号パンフレットには、電極構成体に対してガスを均一に流す機構について考慮しておらず、また、電極構成体を構成する陽極及び陰極の各構成部材のパラメータの最適化も検討されていないため、電極構成体で効率よくプラズマを発生させることが困難である。そのため、従来技術では、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌等のプラズマ処理を行う場合に、プラズマ処理の効率化に限界が生じるという問題が内在している。   However, the documents mentioned above and WO 2011/065171 and WO 2012/120928 do not consider the mechanism for uniformly flowing the gas to the electrode assembly, and also the electrode assembly Since optimization of the parameters of the respective constituent members of the anode and the cathode that constitute the above has not been studied, it is difficult to efficiently generate plasma with the electrode assembly. Therefore, in the prior art, there is an inherent problem that the efficiency of plasma processing is limited when performing plasma processing such as sterilization, by indirectly applying an excited substance generated by plasma generation to an object to be treated.

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる殺菌装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of such problems, and it is possible to flow a fluid uniformly to the discharge electrode portion, to efficiently generate plasma in the discharge electrode portion, and to generate plasma. It is an object of the present invention to provide a sterilizing apparatus capable of achieving the efficiency of the sterilizing process when the sterilizing process is performed by indirectly applying the excited substance according to the above to the object to be treated.

[1] 第1の本発明に係る殺菌装置は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置において、陽極と陰極とを有し、前記パルス電源からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部と、前記放電電極部に流体を案内する流体案内部と、前記放電電極部を通過した前記流体を前記対象物に向けて出力するノズルと、を有し、前記放電電極部に前記流体を導入しながら、前記放電電極部において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物に当て、前記流体案内部への前記流体の供給方向が、前記放電電極部への前記流体の流通方向と異なり、前記流体案内部は、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造のベルマウス部を有し、前記ノズルは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有し、前記流体案内部は、前記流体を前記放電電極部に対して均一に供給する整流構造を有し、前記整流構造は、前記ベルマウス部と、前記ベルマウス部の上流側に設置された1以上の整流網と、前記整流網の上流側に設置された流体流入ケースと、を有し、前記流体の供給方向と前記流体の流通方向とのなす角が80°〜100°であることを特徴とする。
[1] A sterilizing apparatus according to the first aspect of the present invention is a sterilizing apparatus for sterilizing at least the surface of an object using plasma generated by discharge by high voltage pulse from a pulse power source, comprising an anode and a cathode. A discharge electrode unit for generating a discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power supply, a fluid guide unit for guiding a fluid to the discharge electrode unit, and the discharge electrode unit And a nozzle for outputting the fluid passing through toward the object, and introducing the fluid into the discharge electrode portion, generating a plasma by the discharge in the discharge electrode portion, and generating an excited matter thereof The fluid is applied to the object together with the fluid, and the supply direction of the fluid to the fluid guiding portion is different from the flowing direction of the fluid to the discharge electrode portion, and the fluid guiding portion has a flow area of the fluid Has a bellmouth portion of the bell mouth structure gradually becomes smaller toward the flow direction of the nozzle flow channel area have a gradually becomes smaller structure toward a direction of flow of the fluid, the fluid guide portion Has a rectifying structure for uniformly supplying the fluid to the discharge electrode part, and the rectifying structure includes the bell mouth part and one or more rectifying nets installed upstream of the bell mouth part A fluid inflow case installed on the upstream side of the rectifying network, and an angle formed by a supply direction of the fluid and a flow direction of the fluid is 80 ° to 100 ° .

これにより、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。   Thereby, the fluid can be uniformly flowed to the discharge electrode portion, and the plasma can be efficiently generated in the discharge electrode portion, and the excited substance by the generation of the plasma is indirectly applied to the object to be disinfected When performing a process, efficiency improvement of a sterilization process can be achieved.

] さらに、前記整流網の開口率が10〜45%であってもよい。
[ 2 ] Furthermore, the aperture ratio of the rectification network may be 10 to 45%.

] また、前記流体流入ケースの前記ベルマウスへの流体導入方向の内寸は、流体流量10リットル/minから20リットル/minにおいて20mm〜100mmであってもよい。
[ 3 ] Further, the inner dimension of the fluid inflow case in the fluid introduction direction to the bell mouth portion may be 20 mm to 100 mm at a fluid flow rate of 10 liters / min to 20 liters / min.

] 第1の本発明において、前記放電電極部は、前記陽極となる第1放電電極と、前記陰極となる第2放電電極とを有し、前記第1放電電極を構成する複数の第1導体と、前記第2放電電極を構成する複数の第2導体とが、互いに離間し、且つ、前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第1導体と前記第2導体とが交差した位置関係にあってもよい。
[ 4 ] In the first aspect of the present invention, the discharge electrode unit has a first discharge electrode to be the anode and a second discharge electrode to be the cathode, and a plurality of the first discharge electrodes are formed. When the first conductor and the plurality of second conductors that constitute the second discharge electrode are separated from each other and viewed from the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion, the first conductor and the second It may be in a positional relationship in which the conductor intersects.

] 第1の本発明において、前記放電電極部は、前記陽極となる第1放電電極と、前記陰極となる第2放電電極とを有し、前記第1放電電極を構成する複数の第1導体と、前記第2放電電極を構成する複数の第2導体とが、ねじれの位置関係にあってもよい。
[ 5 ] In the first aspect of the present invention, the discharge electrode portion has a first discharge electrode to be the anode and a second discharge electrode to be the cathode, and a plurality of first discharge electrodes constituting the first discharge electrode. One conductor and a plurality of second conductors constituting the second discharge electrode may be in a positional relationship of twist.

] 前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第1導体と前記第2導体とで複数の格子が形成されてもよい。
[ 6 ] A plurality of grids may be formed by the first conductor and the second conductor when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion.

] 前記第1導体と前記第2導体との交差部分の配列ピッチが5〜50mmであってもよい。
[ 7 ] The arrangement pitch of the intersection of the first conductor and the second conductor may be 5 to 50 mm.

] また、前記放電電極部に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記放電電極部の開口率が30〜50%であってもよい。
[ 8 ] Further, when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion, the aperture ratio of the discharge electrode portion may be 30 to 50%.

] 前記第1放電電極は、前記第1導体と、該第1導体を被覆する第1セラミック層とを有し、前記第2放電電極は、前記第2導体と、該第2導体を被覆する第2セラミック層とを有してもよい。
[ 9 ] The first discharge electrode includes the first conductor and a first ceramic layer covering the first conductor, and the second discharge electrode includes the second conductor and the second conductor. It may have a 2nd ceramic layer to coat.

10] 前記第1セラミック層及び前記第2セラミック層の内部に50μm以上の気孔を有しないことが好ましい。
[ 10 ] It is preferable that the first ceramic layer and the second ceramic layer do not have pores of 50 μm or more.

11] 前記第1導体と前記第1セラミック層を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第1導体の面積をAa1、前記第1セラミック層の面積をAb1とし、前記第2導体と前記第2セラミック層を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第2導体の面積をAa2、前記第2セラミック層の面積をAb2としたとき、
0.1<Aa1/Ab1<1.0
0.08<Aa2/Ab2<2.0
であることが好ましい。
[ 11 ] In a cross section obtained by cutting the first conductor and the first ceramic layer in the direction orthogonal to the axial direction, the area of the first conductor is Aa1, the area of the first ceramic layer is Ab1, and the second In a cross section obtained by cutting the conductor and the second ceramic layer in the direction orthogonal to the axial direction, the area of the second conductor is Aa2, and the area of the second ceramic layer is Ab2,
0.1 <Aa1 / Ab1 <1.0
0.08 <Aa2 / Ab2 <2.0
Is preferred.

12] この場合、前記第1導体及び前記第2導体の各直径が200〜1000μmであることが好ましい。
[ 12 ] In this case, each diameter of the first conductor and the second conductor is preferably 200 to 1000 μm.

13] 第1の本発明において、前記パルス電源は、前記陽極及び前記陰極間に前記高電圧パルスを印加するパルス発生部と、前記陽極及び前記陰極間に放電を発生させるように前記パルス発生部を制御するパルス制御部とを有し、前記パルス発生部は、直流電源部の両端に直列接続されたトランス及びスイッチを有し、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオン制御によって前記トランスへの誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部の前記スイッチに対するオフ制御によって前記トランスの二次側での前記高電圧パルスの発生を行うパルス発生回路を有してもよい。
[ 13 ] In the first aspect of the present invention, the pulse power supply generates a pulse so as to generate a discharge between the anode and the cathode, and a pulse generator for applying the high voltage pulse between the anode and the cathode. And a pulse control unit for controlling the unit, the pulse generation unit having a transformer and a switch serially connected at both ends of the DC power supply unit, and the on control to the switch of the pulse control unit is performed to the transformer. A pulse generation circuit may be provided which stores inductive energy and generates the high voltage pulse on the secondary side of the transformer by off control of the switch of the pulse control unit.

14] 第2の本発明に係るプラズマ処理装置は、パルス電源からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物の少なくとも表面を処理するプラズマ処理装置において、陽極と陰極とを有し、前記パルス電源からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部と、前記放電電極部に流体を案内する流体案内部と、前記放電電極部を通過した前記流体を前記対象物に向けて出力するノズルと、を有し、前記放電電極部に前記流体を導入しながら、前記放電電極部において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物に当て、前記流体案内部及び前記ノズルのうち、少なくとも1つは、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有することを特徴とする。
[ 14 ] A plasma processing apparatus according to a second aspect of the present invention is a plasma processing apparatus for processing at least the surface of an object using plasma generated by discharge by a high voltage pulse from a pulse power source. A discharge electrode unit for generating a discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power supply, a fluid guide unit for guiding a fluid to the discharge electrode unit, and the discharge electrode A nozzle for outputting the fluid having passed through the part toward the target object, generating a plasma by the discharge in the discharge electrode unit while introducing the fluid into the discharge electrode unit, and generating an excited product thereof Together with the fluid, and at least one of the fluid guiding portion and the nozzle has a flow passage area gradually smaller in the flow direction of the fluid It characterized by having a made structure.

これにより、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて、少なくとも被処理物の表面処理を行う場合に、表面処理の効率化を図ることができる。もちろん、上述した殺菌装置やその他の装置に適用させることができ、汎用性に富む。   Thus, the fluid can be uniformly flowed to the discharge electrode portion, and plasma can be efficiently generated in the discharge electrode portion, and an excited substance caused by the generation of the plasma is indirectly applied to the object to be treated, When at least the surface treatment of the object to be treated is performed, the surface treatment can be made more efficient. Of course, it can be applied to the sterilizer described above and other devices, and is versatile.

以上説明したように、本発明に係る殺菌装置によれば、放電電極部に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部において効率よくプラズマを発生させることができ、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。   As described above, according to the sterilizer according to the present invention, the fluid can be uniformly flowed to the discharge electrode portion, and plasma can be efficiently generated in the discharge electrode portion, and the generation of plasma is caused. In the case where the excited material is indirectly applied to the object to be subjected to the sterilization treatment, the efficiency of the sterilization treatment can be enhanced.

本実施の形態に係る殺菌装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the sterilizer which concerns on this Embodiment. 殺菌装置に設置される放電電極部の構成と、第1放電電極と第2放電電極間でプラズマが発生している状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the discharge electrode part installed in a sterilizer, and the state which the plasma has generate | occur | produced between a 1st discharge electrode and a 2nd discharge electrode. 放電電極部の第1放電電極及び第2放電電極の構成の一例を示す正面図である。It is a front view which shows an example of a structure of the 1st discharge electrode of a discharge electrode part, and a 2nd discharge electrode. 図4Aは図3におけるIVA−IVA線上の断面図であり、図4Bは図3におけるIVB−IVB線上の断面図である。4A is a cross-sectional view taken along line IVA-IVA in FIG. 3, and FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line IVB-IVB in FIG. パルス電源の構成を示す回路図である。It is a circuit diagram showing composition of pulse power supply. 殺菌装置の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of a sterilizer. 放電電極部の第1放電電極及び第2放電電極の構成の第1変形例を示す正面図である。It is a front view which shows the 1st modification of a structure of the 1st discharge electrode of a discharge electrode part, and a 2nd discharge electrode. 放電電極部の第1放電電極及び第2放電電極の構成の第2変形例を示す正面図である。It is a front view showing the 2nd modification of composition of the 1st electric discharge electrode of a electric discharge electrode part, and the 2nd electric discharge electrode. 放電電極部の第1放電電極及び第2放電電極の構成の第3変形例を示す正面図である。It is a front view which shows the 3rd modification of a structure of the 1st discharge electrode of a discharge electrode part, and a 2nd discharge electrode. 図10Aは窒素の発光領域(N2発光領域)が100%の場合の撮影画像を示し、図10BはN2発光領域が50%の場合の撮影画像を示す。Figure 10A is a nitrogen of the light emitting area (N 2 emission region) represents a photographed image in the case of 100%, FIG. 10B shows the captured image when N 2 emission region is 50%. 第1セラミック層中に径が50μmの気孔が存在している状態を示す非破壊観察画像(X線CTによる)である。It is a nondestructive observation image (by X-ray CT) which shows the state which the pore of 50 micrometers in diameter exists in a 1st ceramic layer.

以下、本発明に係る殺菌装置の実施の形態例を図1〜図11を参照しながら説明する。なお、本明細書において数値範囲を示す「〜」は、その前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味として使用される。   Hereinafter, an embodiment of a sterilizer according to the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, "-" which shows a numerical range in this specification is used as a meaning which includes the numerical value described before and after that as a lower limit and an upper limit.

本実施の形態に係る殺菌装置10は、図1に示すプラズマ処理装置12を殺菌装置10に適用したものである。このプラズマ処理装置12は、高電圧パルスを発生するパルス電源14と、パルス電源14からの高電圧パルスの印加によってプラズマを発生するリアクタ16とを有する。   The sterilizer 10 which concerns on this Embodiment applies the plasma processing apparatus 12 shown in FIG. 1 to the sterilizer 10. As shown in FIG. The plasma processing apparatus 12 has a pulse power supply 14 for generating high voltage pulses, and a reactor 16 for generating plasma by application of high voltage pulses from the pulse power supply 14.

リアクタ16は、陽極と陰極とを有し、且つ、パルス電源14からの高電圧パルスの供給に基づいて陽極と陰極間に放電を発生させる放電電極部18と、放電電極部18に流体を案内する流体案内部20と、放電電極部18を通過した流体を被処理物22に向けて出力するノズル24とを有する。   The reactor 16 has an anode and a cathode, and guides a fluid to the discharge electrode unit 18 which generates a discharge between the anode and the cathode based on the supply of high voltage pulses from the pulse power supply 14, and a fluid to the discharge electrode unit 18. And a nozzle 24 for outputting the fluid that has passed through the discharge electrode unit 18 toward the object 22 to be treated.

そして、このプラズマ処理装置12は、放電電極部18に流体を導入しながら、放電電極部18において放電によりプラズマを発生させ、その励起物を流体と共に被処理物22に当てて、該被処理物22の少なくとも表面を処理する。従って、このプラズマ処理装置12を殺菌処理に適用して殺菌装置10とすることで、被処理物22の殺菌を行うことができる。流体案内部20及びノズル24のうち、少なくとも1つは、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有する。「励起物」は、ラジカル(化学活性種)、励起種(分子が、高速な電子の衝突により、形態は変わらず内部のエネルギー状態が変化(励起状態)したもの)、イオン、発光種、さらに励起物が流体分子と反応して生成した分子(例えばオゾン)等を指す。   Then, the plasma processing apparatus 12 generates a plasma by a discharge in the discharge electrode unit 18 while introducing the fluid into the discharge electrode unit 18, and applies the excited substance to the object to be processed 22 together with the fluid to process the object to be processed. Treat at least 22 surfaces. Therefore, the object to be treated 22 can be sterilized by applying the plasma processing device 12 to the sterilization treatment to form the sterilization device 10. At least one of the fluid guiding portion 20 and the nozzle 24 has a structure in which the flow passage area gradually decreases in the fluid flow direction. The “excitable substance” is a radical (chemically active species), an excited species (a molecule whose internal energy state has been changed (excited state) without changing its form by high-speed electron collision), an ion, a luminescent species, It refers to a molecule (eg, ozone) or the like generated by reaction of an exciter with a fluid molecule.

放電電極部18は、図2に示すように、陽極となる第1放電電極26Aと、陰極となる第2放電電極26Bと、これら第1放電電極26A及び第2放電電極26Bを所定の位置関係で保持するケース28(図1、図6参照)とを有する。   As shown in FIG. 2, the discharge electrode unit 18 has a predetermined positional relationship between a first discharge electrode 26A serving as an anode, a second discharge electrode 26B serving as a cathode, and the first discharge electrode 26A and the second discharge electrode 26B. And a case 28 (see FIGS. 1 and 6) for holding the

図3に示すように、第1放電電極26Aは、第1方向(x方向)に延び、且つ、第1方向と直交する第2方向(y方向)に配列した棒状の複数の第1導体30Aと、複数の第1導体30Aをつなぐ第1共通導体32Aと、少なくとも第1導体30Aを被覆する第1セラミック層34Aとを有する。第1導体30Aと該第1導体30Aを被覆する第1セラミック層34Aの部分を第1電極部36Aと記す。   As shown in FIG. 3, the first discharge electrodes 26A extend in a first direction (x direction), and are arranged in a second direction (y direction) orthogonal to the first direction, and have a plurality of rod-like first conductors 30A. , A first common conductor 32A connecting the plurality of first conductors 30A, and a first ceramic layer 34A covering at least the first conductor 30A. The portion of the first conductor 30A and the portion of the first ceramic layer 34A covering the first conductor 30A will be referred to as a first electrode portion 36A.

第2放電電極26Bは、第2方向(y方向)に延び、且つ、第1方向(x方向)に配列した棒状の複数の第2導体30Bと、複数の第2導体30Bをつなぐ第2共通導体32Bと、少なくとも第2導体30Bを被覆する第2セラミック層34Bとを有する。第2導体30Bと該第2導体30Bを被覆する第2セラミック層34Bの部分を第2電極部36Bと記す。   The second discharge electrode 26B extends in the second direction (y direction), and connects the plurality of rod-like second conductors 30B arranged in the first direction (x direction) with the plurality of second conductors 30B. It has a conductor 32B and a second ceramic layer 34B covering at least a second conductor 30B. The portion of the second conductor 30B and the portion of the second ceramic layer 34B covering the second conductor 30B will be referred to as a second electrode portion 36B.

第1導体30A及び第2導体30Bとしては、銅、鉄、タングステン、ステンレス、白金等を用いることができる。第1セラミック層34A及び第2セラミック層34Bとしては、アルミナ、シリカ、チタニア、ジルコニア等を用いることができる。   Copper, iron, tungsten, stainless steel, platinum or the like can be used as the first conductor 30A and the second conductor 30B. Alumina, silica, titania, zirconia or the like can be used as the first ceramic layer 34A and the second ceramic layer 34B.

図4A及び図4Bに示すように、第1導体30A及び第2導体30Bの各直径d1及びd2は200〜1000μmである。また、第1導体30Aを被覆する第1セラミック層34A及び第2導体30Bを被覆する第2セラミック層34Bは共に、内部に50μm以上の気孔を有しない。なお、パーセンテージで表されるくらいに気孔率が大きいとセラミックスにかかる電圧でたちまち絶縁破壊するおそれがある。全体で1個でも50μmの閉気孔があるだけで、該閉気孔の部分から絶縁破壊し、アークプラズマとなりセラミックスが溶解するおそれがある。理想的には閉気孔は存在せず、材料中に分散する閉気孔の径が全て10μm未満であることが望ましい。   As shown in FIGS. 4A and 4B, the diameters d1 and d2 of the first conductor 30A and the second conductor 30B are 200 to 1000 μm. Further, the first ceramic layer 34A covering the first conductor 30A and the second ceramic layer 34B covering the second conductor 30B both have no pores of 50 μm or more inside. If the porosity is large enough to be expressed as a percentage, the voltage applied to the ceramic may cause dielectric breakdown immediately. If there is only one closed pore of 50 μm in total, dielectric breakdown may occur from the closed pore, resulting in arc plasma and melting of the ceramic. Ideally, closed pores do not exist, and it is desirable that the diameter of the closed pores dispersed in the material be all less than 10 μm.

第1電極部36Aを軸方向に直交する方向に切断した断面において、第1導体30Aの面積をAa1、第1セラミック層34Aの面積をAb1とし、第2電極部36Bを軸方向に直交する方向に切断した断面において、第2導体30Bの面積をAa2、第2セラミック層34Bの面積をAb2としたとき、
0.1<Aa1/Ab1<1.0
0.08<Aa2/Ab2<2.0
である。
In a cross section obtained by cutting the first electrode portion 36A in the direction orthogonal to the axial direction, the area of the first conductor 30A is Aa1, the area of the first ceramic layer 34A is Ab1, and the direction in which the second electrode portion 36B is orthogonal to the axial direction When the area of the second conductor 30B is Aa2 and the area of the second ceramic layer 34B is Ab2 in the cross section cut into
0.1 <Aa1 / Ab1 <1.0
0.08 <Aa2 / Ab2 <2.0
It is.

第1セラミック層34A及び第2セラミック層34Bが厚いと電界強度が低下し、電子に与えるエネルギーが下がり、ラジカルの発生が少なくなる。これは、第1導体30Aと第2導体30B間の誘電体が増えることに相当するため、見かけ上、容量成分が増加し、急峻な電圧上昇率(dV/dt)を得難くなる。そこで、上述した範囲であることが望ましい。   When the first ceramic layer 34A and the second ceramic layer 34B are thick, the electric field strength is reduced, the energy given to the electrons is reduced, and the generation of radicals is reduced. This corresponds to an increase in the dielectric between the first conductor 30A and the second conductor 30B, so the capacitance component apparently increases, making it difficult to obtain a steep voltage increase rate (dV / dt). Then, it is desirable that it is the range mentioned above.

第1導体30A及び第2導体30Bの各直径d1及びd2は電界強度に影響を与える。特に、高電圧がかかる陽極(第1導体30A)は直径d1が小さいほどその表面の電界強度は高くなる。従って、第1導体30A及び第2導体30Bは細い方が好ましいが、強度及び形状を保つためには限界がある。そこで、第1導体30Aの直径d1は、0.2〜0.5mm、第1セラミック層34Aの厚みt1は0.25〜0.65mmが好ましい。また、第2導体30Bの直径d2は、0.5〜1.0mm、第2セラミック層34Bの厚みt2は0.25〜1.25mmが好ましい。   The diameters d1 and d2 of the first conductor 30A and the second conductor 30B affect the electric field strength. In particular, the smaller the diameter d1, the higher the electric field strength of the surface of the anode (first conductor 30A) to which a high voltage is applied. Therefore, although it is preferable that the first conductor 30A and the second conductor 30B be thin, there is a limit to maintain the strength and the shape. Therefore, the diameter d1 of the first conductor 30A is preferably 0.2 to 0.5 mm, and the thickness t1 of the first ceramic layer 34A is preferably 0.25 to 0.65 mm. The diameter d2 of the second conductor 30B is preferably 0.5 to 1.0 mm, and the thickness t2 of the second ceramic layer 34B is preferably 0.25 to 1.25 mm.

ケース28は、中央に流体が流通する例えば円形の貫通孔が設けられ、外周部の内部には、第1共通導体32A(図3参照)とパルス電源14からの正極側配線40A(図1参照)との接続部分と、第2共通導体32B(図3参照)とパルス電源14からの負極側配線40B(図1参照)との接続部分とが収容されている。   The case 28 is provided with, for example, a circular through hole through which fluid flows in the center, and the first common conductor 32A (see FIG. 3) and the positive side wiring 40A from the pulse power supply 14 (see FIG. 1) And a connection portion between the second common conductor 32B (see FIG. 3) and the negative electrode side wiring 40B (see FIG. 1) from the pulse power supply 14.

そして、第1放電電極26Aと第2放電電極26Bをケース28内に取り付けた際に、複数の第1電極部36Aと複数の第2電極部36Bとが互いに対向し、且つ、放電電極部18に対する流体の流通方向から見たときに、第1電極部36Aと第2電極部36B(図3参照)とが交差した位置関係(ねじれの位置関係)で保持される。すなわち、第1導体30Aと第2導体30Bとが交差した位置関係(ねじれの位置関係)で保持される。このとき、第1電極部36Aと第2電極部36Bとが交差した部分がケース28の貫通孔を通じて露出した状態となる。   When the first discharge electrode 26A and the second discharge electrode 26B are mounted in the case 28, the plurality of first electrode portions 36A and the plurality of second electrode portions 36B face each other, and the discharge electrode portion 18 When viewed in the flow direction of the fluid, the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B (see FIG. 3) are held in an intersecting positional relationship (positional relationship of twist). That is, the first conductor 30A and the second conductor 30B are held in a positional relationship (a positional relationship of twisting) in which the first conductor 30A and the second conductor 30B intersect. At this time, a portion where the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B intersect is exposed through the through hole of the case 28.

放電電極部18に対する流体の流通方向から見たときに、図3に示すように、第1電極部36A(第1導体30A)と第2電極部36B(第2導体30B)とで複数の格子が形成される。この場合、第1電極部36A(第1導体30A)と第2電極部36B(第2導体30B)との交差部分の配列ピッチが5〜50mmである。また、放電電極部18に対する流体の流通方向から見たときに、放電電極部18の開口率は30〜50%である。   When viewed from the flow direction of the fluid to the discharge electrode portion 18, as shown in FIG. 3, a plurality of grids are formed by the first electrode portion 36A (first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (second conductor 30B) Is formed. In this case, the arrangement pitch of the intersection of the first electrode portion 36A (first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (second conductor 30B) is 5 to 50 mm. Further, when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion 18, the aperture ratio of the discharge electrode portion 18 is 30 to 50%.

陰極である第2電極部36Bの配列ピッチPbは、例えば1〜10mm程度に小さくてもよいが、陽極である第1電極部36Aの配列ピッチPaは、第2電極部36Bとの離間距離dc(間隙:図4A及び図4B参照)と正の相関をとるように設定することが好ましい。すなわち、第2電極部36Bとの離間距離dcが大きくなるに従って第1電極部36Aの配列ピッチPaを広げる。例えば離間距離dcが5mmのとき、第1電極部36Aの配列ピッチPaを5mm以上に設定し、離間距離dcが40mmのとき、第1電極部36Aの配列ピッチPaを30mm以上に設定し、離間距離dcが100mmのとき、第1電極部36Aの配列ピッチPaを50mm以上に設定する。但し、第1電極部36Aの配列ピッチPaが離れすぎると、放電領域が少なくなるため、第1電極部36Aの配列ピッチPaは、離間距離dcの50〜100%にすることが望ましい。   The arrangement pitch Pb of the second electrode portion 36B which is a cathode may be as small as, for example, 1 to 10 mm, but the arrangement pitch Pa of the first electrode portion 36A which is an anode is a distance dc from the second electrode portion 36B. The gap is preferably set to be positively correlated with (the gap: see FIGS. 4A and 4B). That is, as the separation distance dc from the second electrode portion 36B is increased, the arrangement pitch Pa of the first electrode portion 36A is widened. For example, when the separation distance dc is 5 mm, the array pitch Pa of the first electrode portions 36A is set to 5 mm or more, and when the separation distance dc is 40 mm, the array pitch Pa of the first electrode portions 36A is set to 30 mm or more, separation When the distance dc is 100 mm, the arrangement pitch Pa of the first electrode portion 36A is set to 50 mm or more. However, if the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is too far away, the discharge region is reduced, so the arrangement pitch Pa of the first electrode portions 36A is desirably 50 to 100% of the separation distance dc.

本来、放電電極部18の開口率が30%よりも小さくても、流体分子にとっては十分に広く、ほとんど影響を受けない。しかし、ラジカルの発生効率に最も影響するのが陽極表面の電界強度と電圧上昇速度(dV/dt)である。上述したように、陽極である第1電極部36Aの配列ピッチPaを、離間距離dcに応じて広げるのは、電界強度を高く維持するためである。   Naturally, even if the aperture ratio of the discharge electrode portion 18 is smaller than 30%, the fluid molecules are sufficiently wide and hardly affected. However, the electric field strength of the surface of the anode and the rate of voltage rise (dV / dt) most affect the generation efficiency of radicals. As described above, the reason why the arrangement pitch Pa of the first electrode portion 36A which is the anode is expanded according to the separation distance dc is to maintain the electric field strength high.

そして、パルス電源14の正極が第1放電電極26A(陽極)に接続され、パルス電源14の負極が第2放電電極26B(陰極)に接続される。これにより、第1放電電極26Aから第2放電電極26Bに向かう電界が第1電極部36Aと第2電極部36Bとの間隙に印加される。その結果、第2電極部36Bのうち、第1電極部36Aと対向する面の近傍にイオンシース層(イオンがたくさん集まった状態)が形成され、第1電極部36Aと第2電極部36Bとの間隙にプラズマが発生する。図2に第1放電電極26Aの第1電極部36Aと第2放電電極26Bの第2電極部36B間でプラズマが発生している状態を示す。   The positive electrode of the pulse power supply 14 is connected to the first discharge electrode 26A (anode), and the negative electrode of the pulse power supply 14 is connected to the second discharge electrode 26B (cathode). As a result, an electric field from the first discharge electrode 26A to the second discharge electrode 26B is applied to the gap between the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B. As a result, an ion sheath layer (in a state in which a large amount of ions are collected) is formed in the vicinity of the surface facing the first electrode portion 36A in the second electrode portion 36B, and the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B Plasma is generated in the gap between FIG. 2 shows a state in which plasma is generated between the first electrode portion 36A of the first discharge electrode 26A and the second electrode portion 36B of the second discharge electrode 26B.

ここで、パルス電源14の構成について図5を参照しながら説明する。   Here, the configuration of the pulse power supply 14 will be described with reference to FIG.

パルス電源14は、図5に示すように、陽極及び陰極間に高電圧パルスを印加するパルス発生部41と、陽極と陰極間に放電を発生させるようにパルス発生部41を制御するパルス制御部42とを有する。   As shown in FIG. 5, the pulse power supply 14 controls a pulse generator 41 that applies a high voltage pulse between the anode and the cathode, and a pulse controller that controls the pulse generator 41 to generate a discharge between the anode and the cathode. And 42.

パルス発生部41は、例えば下記構成を有するパルス発生回路43を有する。すなわち、このパルス発生回路43は、直流を供給する直流電源44と直流電源44からの直流の供給を安定させるキャパシタ45とを有する直流電源部46と、誘導エネルギーを蓄積するトランス47と、トランス47の一次巻線48への直流の供給経路50と、供給経路50を開閉するMOSFET(酸化金属半導体電界効果トランジスタ)52及びSIサイリスタ54と、SIサイリスタ54のゲートへのバイアス付与経路56と、SIサイリスタ54のゲートへ電流が流入することを抑制し、SIサイリスタ54のゲートから電流が流出することを許容するダイオード58と、トランス47の二次巻線60からのパルス電圧の出力経路62とを有する。一方、パルス制御部42は、MOSFET52を駆動する駆動回路64を有する。   The pulse generation unit 41 has a pulse generation circuit 43 having the following configuration, for example. That is, this pulse generation circuit 43 includes a DC power supply unit 46 having a DC power supply 44 for supplying DC and a capacitor 45 for stabilizing the supply of DC from the DC power supply 44, a transformer 47 for storing inductive energy, and a transformer 47. DC supply path 50 to primary winding 48, MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) 52 and SI thyristor 54 for opening and closing supply path 50, bias application path 56 to the gate of SI thyristor 54, SI The diode 58 which suppresses the flow of current to the gate of the thyristor 54 and which allows the current to flow out of the gate of the SI thyristor 54, and the output path 62 of the pulse voltage from the secondary winding 60 of the transformer 47 Have. On the other hand, the pulse control unit 42 has a drive circuit 64 that drives the MOSFET 52.

SIサイリスタ54及びMOSFET52は、ターンオンしたときに供給経路50を閉じ、ターンオフしたときに供給経路50を開くように、供給経路50に直列に挿入される。一次巻線48の一端66aは、直流電源44の正極及びキャパシタ45の一端に接続され、SIサイリスタ54のアノードは一次巻線48の他端66bに接続され、SIサイリスタ54のカソードはMOSFET52のドレインに接続され、MOSFET52のソースは直流電源44の負極及びキャパシタ45の他端に接続される。SIサイリスタ54のゲートは、バイアス付与経路56によりダイオード58を経由して一次巻線48の一端66aに接続される。ダイオード58のカソードは、一次巻線48の一端66aに接続され、ダイオード58のアノードは、SIサイリスタ54のゲートに接続される。ダイオード58により、SIサイリスタ54が電圧駆動により正バイアスされ、電流駆動により負バイアスされる。トランス47に代えて単一の巻線を備えるインダクタを使用し、インダクタから直接的にパルス電圧を出力してもよい。   The SI thyristor 54 and the MOSFET 52 are inserted in series in the supply path 50 so as to close the supply path 50 when turned on and open the supply path 50 when turned off. One end 66a of primary winding 48 is connected to the positive electrode of DC power supply 44 and one end of capacitor 45, the anode of SI thyristor 54 is connected to the other end 66b of primary winding 48, and the cathode of SI thyristor 54 is the drain of MOSFET 52 The source of the MOSFET 52 is connected to the negative electrode of the DC power supply 44 and the other end of the capacitor 45. The gate of SI thyristor 54 is connected to one end 66 a of primary winding 48 via diode 58 by bias application path 56. The cathode of the diode 58 is connected to one end 66 a of the primary winding 48, and the anode of the diode 58 is connected to the gate of the SI thyristor 54. The diode 58 causes the SI thyristor 54 to be positively biased by voltage drive and negatively biased by current drive. Instead of the transformer 47, an inductor having a single winding may be used to output a pulse voltage directly from the inductor.

そして、駆動回路64からMOSFET52へのオン信号の入力が始まり、MOSFET52がターンオンすると、SIサイリスタ54のゲートが正バイアスされ、SIサイリスタ54もターンオンする。これにより、供給経路50が閉じられる。供給経路50が閉じられると、一次巻線48への直流の供給が始まり、トランス47への誘導エネルギーの蓄積が始まる。   Then, the input of the on signal from the drive circuit 64 to the MOSFET 52 starts, and when the MOSFET 52 is turned on, the gate of the SI thyristor 54 is positively biased, and the SI thyristor 54 is also turned on. Thereby, the supply path 50 is closed. When the supply path 50 is closed, direct current supply to the primary winding 48 is started, and accumulation of inductive energy in the transformer 47 is started.

駆動回路64からMOSFET52へのオン信号の入力が終わり、MOSFET52がターンオフすると、一次巻線48に発生した誘導起電力により、SIサイリスタ54のゲートが負バイアスされ、SIサイリスタ54も高速にターンオフする。これにより、供給経路50が高速に開かれる。供給経路50が高速に開かれると、相互誘導により二次巻線60に誘導起電力が発生し、二次巻線60から正極68と負極70との間に立ち上がり時の電圧Vの時間上昇率dV/dtが著しく大きいパルス電圧が出力される。   When the input of the on signal from the drive circuit 64 to the MOSFET 52 is finished and the MOSFET 52 is turned off, the induced electromotive force generated in the primary winding 48 negatively biases the gate of the SI thyristor 54 and the SI thyristor 54 is also rapidly turned off. Thus, the supply path 50 is rapidly opened. When supply path 50 is rapidly opened, an induced electromotive force is generated in secondary winding 60 due to mutual induction, and the rate of increase in time of voltage V at the time of rising between secondary winding 60 and positive electrode 68 and negative electrode 70 A pulse voltage with a significantly large dV / dt is output.

パルス電圧のパルス幅は、概ね、半値全幅(FWHM)で10〜1000nsであることが望ましく、立ち上がり時の電圧Vの時間上昇率dV/dtは、概ね、30〜3000kV/μsであることが望ましく、単位時間当たりの繰り返し数は、概ね、100pps〜数100kppsであることが望ましい。望ましい範囲について、「概ね」と述べているのは、リアクタ16の構造、材質、流体の圧力、流体の流量によっては、望ましい範囲が上述の範囲よりも広くなる場合もあり得るからである。   The pulse width of the pulse voltage is preferably approximately 10 to 1000 ns in full width at half maximum (FWHM), and the time increase rate dV / dt of the voltage V at the time of rising is preferably approximately 30 to 3000 kV / μs The number of repetitions per unit time is preferably about 100 pps to several hundreds kpps. The desirable range is described as “generally” because the desirable range may be wider than the above range depending on the structure of the reactor 16, the material, the pressure of the fluid, and the flow rate of the fluid.

パルス電源14のより詳細な動作原理は、例えば飯田克二、佐久間健:「SIサイリスタによる極短パルス発生回路(IES回路)」、SIデバイスシンポジウム講演論文集(2002)に記載されている。   A more detailed operation principle of the pulse power supply 14 is described in, for example, Katsuji Iida, Ken Sakuma: "Ultrashort pulse generation circuit (IES circuit) using SI thyristor", Proceedings of SI device symposium (2002).

一方、流体案内部20は、図1及び図6に示すように、流体を放電電極部18に対して均一に供給する整流構造を有する。整流構造は、ベルマウス部72と、整流網部74と、流体流入ケース76とを有する。   On the other hand, as shown in FIGS. 1 and 6, the fluid guiding portion 20 has a rectifying structure for uniformly supplying the fluid to the discharge electrode portion 18. The rectifying structure has a bell mouth portion 72, a rectifying mesh portion 74, and a fluid inflow case 76.

ベルマウス部72は、放電電極部18の上流側に設置され、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造を有する。   The bell mouth portion 72 is disposed upstream of the discharge electrode portion 18 and has a bell mouth structure in which the flow passage area gradually decreases in the fluid flow direction.

整流網部74は、ベルマウス部72の上流側に設置され、1以上の整流網78と、整流網78を両側(上流側及び下流側)から押さえる押さえ枠80とを有する。整流網78の開口率は10〜45%が望ましいが、ベルマウス部72の開口面積によっては、それよりも開口率が低くてもよい。その理由は、整流網部74は流体流入ケース76に入ってくるさまざまな速度ベクトルを有する流体を均一にベルマウス部72に送り込む役割を果たす。メッシュ数が大きく、開口率が低い方が望ましい。但し、ベルマウス部72の開口径が例えば30mmと大きな場合は、市販されているメッシュであれば、どれほど開口率が低くても問題はない。後述する導管82の内径が例えば6mmであれば、ベルマウス部72の開口径が30mmであれば、ベルマウス部72の開口面積は、導管82の開口面積の25倍になる。従って、開口率4%としても圧損は生じない。   The rectifying mesh portion 74 is installed on the upstream side of the bell mouth portion 72, and has one or more rectifying mesh 78 and a pressing frame 80 for pressing the rectifying mesh 78 from both sides (upstream and downstream). The aperture ratio of the rectifying net 78 is desirably 10 to 45%, but depending on the aperture area of the bell mouth portion 72, the aperture ratio may be lower. The reason is that the rectifying mesh 74 functions to uniformly feed the fluid having various velocity vectors entering the fluid inflow case 76 to the bell mouth 72. It is desirable that the mesh number be large and the aperture ratio be low. However, when the opening diameter of the bell mouth portion 72 is as large as, for example, 30 mm, there is no problem no matter how low the opening ratio, as long as it is a commercially available mesh. If the inner diameter of the conduit 82 described later is 6 mm, for example, and the opening diameter of the bell mouth portion 72 is 30 mm, the opening area of the bell mouth portion 72 will be 25 times the opening area of the conduit 82. Therefore, no pressure loss occurs even if the aperture ratio is 4%.

流体流入ケース76は、整流網部74の上流側に設置され、ベルマウス部72への流体導出方向の内寸Daが、流体流量と正の相関関係を有する。内寸Daは、流体流量が10〜20リットル/minの範囲において、20mm〜100mmである。   The fluid inflow case 76 is disposed on the upstream side of the rectifying net portion 74, and the inner dimension Da in the fluid lead-out direction to the bell mouth portion 72 has a positive correlation with the fluid flow rate. The inner dimension Da is 20 mm to 100 mm when the fluid flow rate is in the range of 10 to 20 liters / min.

流体流入ケース76への流体の供給方向は、ベルマウス部72への流体導出方向と異なる。すなわち、流体流入ケース76への流体の供給は、流体流入ケース76の1つの面に設けられた導管82を通じて行われ、流体の供給方向mと流体導出方向nとのなす角は80°〜100°である。図6の例では、流体流入ケース76の複数の面のうち、ベルマウス部72への流体導出方向nと平行な面(例えば上面)に導管82が設けられ、流体の供給方向mと流体導出方向nとのなす角は略90°である。   The fluid supply direction to the fluid inflow case 76 is different from the fluid discharge direction to the bell mouth portion 72. That is, the fluid supply to the fluid inflow case 76 is performed through the conduit 82 provided on one surface of the fluid inflow case 76, and the angle between the fluid supply direction m and the fluid discharge direction n is 80 ° to 100 °. ° In the example of FIG. 6, the conduit 82 is provided on a surface (for example, the upper surface) parallel to the fluid discharge direction n to the bell mouth portion 72 among the plurality of surfaces of the fluid inflow case 76, and the fluid supply direction m and the fluid discharge The angle with the direction n is approximately 90 °.

ノズル24は、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造を有する第1ノズル24Aを用いてもよいし、角筒状の第2ノズル24Bを用いてもよい。第1ノズル24Aを用いることで、放電電極部18にて生成された励起物を含む流体を均一に被処理物22(図1参照)に当てることができる。   The nozzle 24 may use a first nozzle 24A having a bell mouth structure in which the flow passage area gradually decreases in the flow direction of the fluid, or may use a rectangular cylindrical second nozzle 24B. By using the first nozzle 24A, the fluid containing the excited substance generated in the discharge electrode unit 18 can be uniformly applied to the object 22 (see FIG. 1).

このように、本実施の形態に係るプラズマ処理装置12は、陽極と陰極とを有し、パルス電源14からの高電圧パルスの供給に基づいて陽極と陰極間に放電を発生させる放電電極部18と、放電電極部18に流体を案内する流体案内部20と、放電電極部18での放電によって流体内に発生した少なくとも励起種を被処理物22に噴射するノズル24と、を有し、流体案内部20及びノズル24のうち、少なくとも1つは、流路面積が流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有するようにしたので、放電電極部18に対して流体を均一に流すことが可能で、放電電極部18において効率よくプラズマを発生させることができる。従って、プラズマの発生による励起物を間接的に被処理物22に当てて殺菌処理を行う場合に、殺菌処理の効率化を図ることができる。   As described above, the plasma processing apparatus 12 according to the present embodiment has the anode and the cathode, and generates the discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power supply 14. And a fluid guide portion 20 for guiding the fluid to the discharge electrode portion 18; and a nozzle 24 for jetting at least excited species generated in the fluid by the discharge in the discharge electrode portion 18 to the object 22; At least one of the guide portion 20 and the nozzle 24 has a structure in which the flow passage area gradually decreases in the fluid flow direction, so that the fluid flows uniformly to the discharge electrode portion 18 It is possible to generate plasma efficiently in the discharge electrode portion 18. Therefore, when performing the sterilizing process indirectly applying the excited substance by generation | occurrence | production of a plasma to the to-be-processed object 22, the efficiency improvement of a sterilizing process can be achieved.

ところで、第1放電電極26A及び第2放電電極26Bを作製する場合は、ゲルキャスト法を用いることが好ましい。ゲルキャスト法では、金型内に、第1導体30Aをセットし、セラミック粉末、分散媒、及びゲル化剤を含むスラリーを注型した後に、このスラリーを温度条件や架橋剤の添加等によりゲル化させることにより固化し、成形して、その後、焼成することで、第1放電電極26Aを作製する。第2放電電極26Bも同様の方法により、作製することができる。このゲルキャスト法によれば、スラリーの低粘度状態を介して第1導体30Aと混合させるため、混合後に空隙が残存しにくい。そのため、成形後に、焼成を行って第1放電電極26Aを作製しても、第1セラミック層34Aは緻密な状態が保たれる。第2セラミック層34Bにおいても同様である。   When the first discharge electrode 26A and the second discharge electrode 26B are manufactured, it is preferable to use a gel cast method. In the gel casting method, after the first conductor 30A is set in a mold and a slurry containing a ceramic powder, a dispersion medium, and a gelling agent is cast, the slurry is subjected to temperature conditions, addition of a crosslinking agent, etc. Is solidified to form a first discharge electrode 26A by firing and thereafter forming the first discharge electrode 26A. The second discharge electrode 26B can also be manufactured by the same method. According to this gel casting method, since the slurry is mixed with the first conductor 30A via the low viscosity state of the slurry, voids are unlikely to remain after mixing. Therefore, even if the first discharge electrode 26A is produced by firing after molding, the first ceramic layer 34A is maintained in a dense state. The same applies to the second ceramic layer 34B.

上述の例では、第1電極部36A及び第2電極部36Bをそれぞれくし歯状にした例を示したが、その他、図7の第1変形例に示すように、それぞれ格子状にし、第1導体30A及び第2導体30Bを共に格子状に形成してもよい。この場合、放電電極部18に対する流体の流通方向から見たときに、第1電極部36A(第1導体30A)と第2電極部36B(第2導体30B)とが交差した状態、すなわち、第1電極部36Aの開口に第2電極部36Bの交差部が位置する状態に設置する。   In the above-mentioned example, although the example which made the 1st electrode part 36A and the 2nd electrode part 36B into the shape of a comb tooth was shown, in addition, as shown in the 1st modification of FIG. Both the conductor 30A and the second conductor 30B may be formed in a grid shape. In this case, the first electrode portion 36A (the first conductor 30A) and the second electrode portion 36B (the second conductor 30B) intersect when viewed from the flow direction of the fluid to the discharge electrode portion 18, ie, the first electrode portion 36A (the second conductor 30B). The intersection of the second electrode portion 36B is installed at the opening of the first electrode portion 36A.

また、図8の第2変形例に示すように、第1電極部36A及び第2電極部36Bをそれぞれ格子状とし、第1電極部36A内の第1導体30Aと第2電極部36B内の第2導体30Bとをそれぞれくし歯状にしてもよい。   Further, as shown in the second modified example of FIG. 8, the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B are respectively formed in a lattice shape, and the first conductor 30A in the first electrode portion 36A and the second electrode portion 36B are formed. The second conductors 30B may be respectively in the form of teeth.

すなわち、第1電極部36Aの第1セラミック層34Aを格子状に構成し、第1セラミック層34A内の第1導体30Aを例えばx方向に延ばし、且つ、y方向に配列する。第2電極部36Bの第2セラミック層34Bを格子状に構成し、第2セラミック層34B内の第2導体30Bを例えばy方向に延ばし、且つ、x方向に配列する。   That is, the first ceramic layer 34A of the first electrode portion 36A is formed in a lattice, and the first conductors 30A in the first ceramic layer 34A are extended, for example, in the x direction and arranged in the y direction. The second ceramic layer 34B of the second electrode portion 36B is formed in a lattice, and the second conductors 30B in the second ceramic layer 34B are extended, for example, in the y direction and arranged in the x direction.

この場合、第1導体30A及び第2導体30Bを共に格子状にした場合と比して、電界強度の低下を抑制することができる。   In this case, compared to the case where both the first conductor 30A and the second conductor 30B are formed in a lattice, the reduction in electric field strength can be suppressed.

上述した第2変形例において、第1セラミック層34Aのうち、第1導体30Aが内層されていない第1部分84A(y方向に延び、且つ、x方向に配列された部分)は、第1導体30Aと第1セラミック層34Aとからなる第1電極部36A間の強度を維持できる程度でよい。同様に、第2セラミック層34Bのうち、第2導体30Bが内層されていない第2部分84B(x方向に延び、且つ、y方向に配列された部分)は、第2導体30Bと第2セラミック層34Bとからなる第2電極部36B間の強度を維持できる程度でよい。   In the second modification described above, of the first ceramic layer 34A, the first portion 84A (a portion extending in the y direction and arranged in the x direction) in which the first conductor 30A is not inner layer is a first conductor It is sufficient that the strength between the first electrode portion 36A consisting of 30A and the first ceramic layer 34A can be maintained. Similarly, of the second ceramic layer 34B, the second portion 84B (a portion extending in the x direction and arranged in the y direction) in which the second conductor 30B is not inner layer is the second conductor 30B and the second ceramic It is sufficient to maintain the strength between the second electrode portion 36B composed of the layer 34B.

従って、図9の第3変形例に示すように、第1セラミック層34Aのうち、第1導体30Aが内層されていない第1部分84Aを間引きし、同様に、第2セラミック層34Bのうち、第2導体30Bが内層されていない第2部分84Bを間引きしてもよい。図9の例では上述の第1部分84A及び第2部分84Bをそれぞれ1本ずつ間引きした場合を示す。もちろん、第1電極部36A間の強度及び第2電極部36B間の強度を維持できる程度であれば、2本ずつ〜数本ずつ間引きしてもよい。   Therefore, as shown in the third modification of FIG. 9, the first portion 84A of the first ceramic layer 34A not having the inner layer of the first conductor 30A is thinned out, and similarly, of the second ceramic layer 34B, You may thin-out the 2nd part 84B in which the 2nd conductor 30B is not inner layer. The example of FIG. 9 shows the case where one each of the first portion 84A and the second portion 84B described above is thinned out. Of course, as long as the strength between the first electrode portions 36A and the strength between the second electrode portions 36B can be maintained, thinning may be performed by two to several.

[第1実施例]
実施例1〜6、参考例1及び2について、整流網部74の開口率の違いによる放電電極部18での窒素の発光領域の変化を確認した。
[First embodiment]
About Examples 1-6 and the reference examples 1 and 2, the change of the light emission area | region of nitrogen in the discharge electrode part 18 by the difference in the aperture ratio of the rectification | straightening mesh | network part 74 was confirmed.

<測定条件>
流体(窒素N2)の供給流量、プラズマ処理装置12の寸法は以下の通りである。
流体(窒素N2)の供給流量:10リットル/min
プラズマ処理装置12の寸法(図6参照):
導管82の内径:6mm
流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Da:100mm
整流網78の枚数:2枚
ベルマウス部72:
軸方向の長さLa:104〜124mm
整流網部74側の開口の一辺の長さLb:217mm
ノズル24側の開口の一辺の長さLc:61mm
パルス電源14:
パルス波形:DBD(誘電体バリア放電)タイプ
パルス周波数:2kpps
ピーク電圧値:16kV
ピーク電流値:3A
<Measurement conditions>
The flow rate of the fluid (nitrogen N 2 ) and the dimensions of the plasma processing apparatus 12 are as follows.
Supply flow rate of fluid (nitrogen N 2 ): 10 liters / min
Dimensions of plasma processing apparatus 12 (see FIG. 6):
Inner diameter of conduit 82: 6 mm
Internal dimension Da of the fluid lead-out direction of the fluid inflow case 76: 100 mm
Number of rectifying networks 78: 2
Bellmouth 72:
Axial length La: 104 to 124 mm
Length Lb of one side of the opening on the rectifying mesh 74 side: 217 mm
Length Lc of one side of the opening on the nozzle 24 side: 61 mm
Pulse power supply 14:
Pulse waveform: DBD (dielectric barrier discharge) type
Pulse frequency: 2kpps
Peak voltage value: 16kV
Peak current value: 3A

<発光領域の確認>
発光領域の確認は、ノズル24に向かってCCDカメラを設置し、露出する放電電極部18での放電の発生状態を撮像した。撮像した画像のうち、第1電極部36Aと第2電極部36Bが交差している部分全域に対する窒素の発光領域(N2発光領域と記す)の割合をパーセンテージで求めた。比較のために、図10Aに、N2発光領域100%の状態を示し、図10Bに、N2発光領域50%の状態を示す。
<Confirmation of light emitting area>
In the confirmation of the light emitting area, a CCD camera was installed toward the nozzle 24 and an occurrence of discharge at the exposed discharge electrode portion 18 was imaged. Of the captured image to determine the ratio of the emission region of nitrogen to parts throughout the first electrode portion 36A and the second electrode portions 36B intersects (referred to as N 2 emission region) in percentage. For comparison, FIG. 10A shows the state of 100% of the N 2 light emitting region, and FIG. 10B shows the state of 50% of the N 2 light emitting region.

(実施例1〜6)
実施例1、2、3、4、5、6は、整流網部74の開口率をそれぞれ16%、21%、23%、28%、37%、41%とした。
(Examples 1 to 6)
In Examples 1, 2, 3, 4, 5, and 6, the aperture ratio of the rectifying mesh portion 74 was 16%, 21%, 23%, 28%, 37%, and 41%, respectively.

(参考例1及び2)
参考例1、2は、整流網部74の開口率をそれぞれ5%、52%とした。
(Reference Examples 1 and 2)
In the reference examples 1 and 2, the aperture ratio of the rectifying mesh portion 74 was 5% and 52%, respectively.

<評価>
評価結果を下記表1に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 1 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表1から、参考例1及び2のN2発光領域は50%であったが、実施例1〜6は、いずれもN2発光領域が70%以上であり、良好であった。特に、実施例1〜3は、N2発光領域は100%であった。このことから、整流網部74の開口率が小さいほど、流体の整流性が向上し、放電電極部18全域にわたって放電が安定に行われていることがわかる。但し、参考例1のように、極端に開口率が小さくなると、流体の整流性が悪くなり、放電が不安定になる。従って、整流網部74の開口率の好ましい範囲として、16%〜41%が好ましく、さらに好ましくは16%〜23%であることがわかる。From Table 1, the N 2 light emitting region of Reference Examples 1 and 2 was 50%, but in each of Examples 1 to 6, the N 2 light emitting region was 70% or more and was good. In particular, in Examples 1 to 3, the N 2 emission region was 100%. From this, it can be seen that as the aperture ratio of the rectifying net portion 74 is smaller, the rectifying property of the fluid is improved, and the discharge is stably performed over the entire area of the discharge electrode portion 18. However, as in the first embodiment, when the aperture ratio is extremely small, the flowability of the fluid is deteriorated, and the discharge becomes unstable. Therefore, it is understood that the preferable range of the aperture ratio of the rectifying net portion 74 is 16% to 41%, and more preferably 16% to 23%.

[第2実施例]
実施例11〜15、参考例11〜13について、流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daの違いによる放電電極部18での窒素の発光領域の変化を確認した。
Second Embodiment
About Example 11-15 and the reference examples 11-13, the change of the light emission area | region of the nitrogen in the discharge electrode part 18 by the difference of the internal dimension Da of the fluid derivation | leading-out direction of the fluid inflow case 76 was confirmed.

測定条件及び発光領域の確認は、上述した第1実施例と同じであるが、整流網部74の開口率を23%とした。   The measurement conditions and the confirmation of the light emitting area are the same as in the first embodiment described above, but the aperture ratio of the rectifying net portion 74 is 23%.

(実施例11〜13)
実施例11、12、13は、流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daをそれぞれ30mm、60mm、100mmとし、流体流量をそれぞれ10(リットル/min)とした。
(Examples 11 to 13)
In Examples 11, 12, and 13, the inner dimensions Da in the fluid lead-out direction of the fluid inflow case 76 were 30 mm, 60 mm, and 100 mm, respectively, and the fluid flow rate was 10 (liter / min).

(実施例14、15)
実施例14、15は、流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daをそれぞれ60mm、100mmとし、流体流量をそれぞれ20(リットル/min)とした。
(Examples 14 and 15)
In Examples 14 and 15, the inner dimensions Da in the fluid lead-out direction of the fluid inflow case 76 were 60 mm and 100 mm, respectively, and the fluid flow rate was 20 (liters / min).

(参考例11、12、13)
参考例11、12、13は、流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daをそれぞれ10mm、10mm、30mmとし、流体流量をそれぞれ10(リットル/min)、20(リットル/min)、20(リットル/min)とした。
(Reference Examples 11, 12, 13)
In the reference examples 11, 12 and 13, the inner dimensions Da of the fluid inflow direction of the fluid inflow case 76 are 10 mm, 10 mm and 30 mm, respectively, and the fluid flow rates are 10 (liters / min), 20 (liters / min) and 20 (liters / min). Liter / min).

<評価>
評価結果を下記表2に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 2 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表2から、参考例12のN2発光領域は30%、参考例11及び13のN2発光領域は50%であったが、実施例11〜15は、いずれもN2発光領域が100%であり、良好であった。このことから、流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daは大きい方が流体の整流性が良好になり、流量が大きいと内寸Daも大きくする必要があることがわかる。従って、流量毎に流体流入ケース76の流体導出方向の内寸Daの下限値が存在し、10リットル/minでは30mm、20リットル/minでは60mmが下限値である。From Table 2, the N 2 light emitting region of Reference Example 12 was 30%, and the N 2 light emitting region of Reference Examples 11 and 13 was 50%, but in each of Examples 11 to 15, the N 2 light emitting region was 100% It was good. From this, it can be understood that the larger the inner size Da in the fluid lead-out direction of the fluid inflow case 76, the better the fluid flowability, and the larger the flow size, the larger the inner size Da needs to be. Therefore, the lower limit value of the inner size Da in the fluid lead-out direction of the fluid inflow case 76 exists for each flow rate, and the lower limit value is 30 mm at 10 liters / min and 60 mm at 20 liters / min.

[第3実施例]
実施例21〜28、参考例21〜24について、放電電極部18を構成する陽極(第1電極部36A)の配列ピッチPaの違いによる放電電極部18での窒素の発光領域の変化を確認した。
Third Embodiment
In Examples 21 to 28 and Reference Examples 21 to 24, changes in the light emission region of nitrogen at the discharge electrode portion 18 due to the difference in arrangement pitch Pa of the anodes (first electrode portion 36A) constituting the discharge electrode portion 18 were confirmed. .

測定条件及び発光領域の確認は、上述した第1実施例と同じであるが、整流網部74の開口率を23%とした。   The measurement conditions and the confirmation of the light emitting area are the same as in the first embodiment described above, but the aperture ratio of the rectifying net portion 74 is 23%.

(実施例21〜23)
実施例21、22、23は、陽極の配列ピッチPaをそれぞれ3mm、6mm、10mmとし、陽極と陰極間の距離dcをそれぞれ5mmとした。
(Examples 21 to 23)
In Examples 21, 22 and 23, the arrangement pitch Pa of the anodes was 3 mm, 6 mm and 10 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 5 mm.

(実施例24〜26)
実施例24、25、26は、陽極の配列ピッチPaをそれぞれ30mm、40mm、50mmとし、陽極と陰極間の距離dcをそれぞれ40mmとした。
(Examples 24 to 26)
In Examples 24, 25 and 26, the arrangement pitch Pa of the anodes was 30 mm, 40 mm and 50 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 40 mm.

(実施例27、28)
実施例27、28は、陽極の配列ピッチPaをそれぞれ50mm、80mmとし、陽極と陰極間の距離dcをそれぞれ100mmとした。
(Examples 27 and 28)
In Examples 27 and 28, the arrangement pitch Pa of the anodes was 50 mm and 80 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 100 mm.

(参考例21〜24)
参考例21、22、23、24は、陽極の配列ピッチPaをそれぞれ2mm、20mm、40mm、100mmとし、陽極と陰極間の距離dcをそれぞれ5mm、40mm、100mm、100mmとした。
(Reference Examples 21 to 24)
In Reference Examples 21, 22, 23, 24, the arrangement pitch Pa of the anodes was 2 mm, 20 mm, 40 mm, and 100 mm, respectively, and the distance dc between the anode and the cathode was 5 mm, 40 mm, 100 mm, and 100 mm.

<評価>
評価結果を下記表3に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 3 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表3から、参考例21、22、24のN2発光領域は50%、参考例23のN2発光領域は30%であったが、実施例21〜28は、いずれもN2発光領域が80%以上であり、良好であった。特に、実施例21、22、24、25、27は、N2発光領域は100%であった。また、実験結果から、陽極と陰極間の距離dcが広くなるほど陽極の配列ピッチPaも広くしないと中央部の放電が弱くなることがわかった。一方、陽極の配列ピッチPaが広すぎてもプラズマにコールドスポット領域ができ、効率が低下することがわかった。従って、陽極の配列ピッチPaは陽極と陰極間の距離dcの50%〜100%にすることが望ましい。From Table 3, N 2 emission region of Reference Example 21, 22 and 24 is 50%, but N 2 emission region of Reference Example 23 was 30% in Example 21 to 28 are all N 2 emission region It was 80% or more and was good. In particular, in Examples 21, 22, 24, 25, and 27, the N 2 emission region was 100%. From the experimental results, it has been found that the discharge in the central portion becomes weak unless the arrangement pitch Pa of the anodes is increased as the distance dc between the anodes and the cathodes is increased. On the other hand, it has been found that if the arrangement pitch Pa of the anodes is too wide, a cold spot region is formed in the plasma and the efficiency is lowered. Therefore, it is desirable that the arrangement pitch Pa of the anodes be 50% to 100% of the distance dc between the anodes and the cathodes.

[第4実施例]
実施例31〜36、参考例31及び32について、放電電極部18を構成する第1セラミック層34Aの気孔寸法の違いによる放電電極部18の耐久時間を確認した。気孔はX線CT(コンピュータ断層撮影)による非破壊観察画像で確認した。耐久時間は、実験の開始時点から絶縁破壊が生じるまでの時間である。図11に、第1セラミック層34A中に径が50μmの気孔が存在している状態を示す。この図11は、X線CTによる非破壊観察画像である。
Fourth Embodiment
About Example 31-36 and the reference examples 31 and 32, the endurance time of the discharge electrode part 18 by the difference in the pore size of the 1st ceramic layer 34A which comprises the discharge electrode part 18 was confirmed. The pores were confirmed by nondestructive observation images by X-ray CT (computed tomography). The endurance time is the time from the start of the experiment to the occurrence of dielectric breakdown. FIG. 11 shows a state in which pores with a diameter of 50 μm are present in the first ceramic layer 34A. This FIG. 11 is a nondestructive observation image by X-ray CT.

(実施例31〜36)
実施例31、32、33、34、35、36は、第1セラミック層34Aに存在する気孔の寸法が30μm、30μm、20μm、15μm、15μm、10μmである。
(Examples 31 to 36)
In Examples 31, 32, 33, 34, 35, and 36, the size of the pores present in the first ceramic layer 34A is 30 μm, 30 μm, 20 μm, 15 μm, 15 μm, and 10 μm.

(参考例31、32)
参考例31、32は、第1セラミック層34Aに存在する気孔の寸法が50μm、70μmである。
(Reference Examples 31 and 32)
In the reference examples 31 and 32, the dimensions of the pores present in the first ceramic layer 34A are 50 μm and 70 μm.

<評価>
評価結果を下記表4に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 4 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表4から、気孔の寸法が小さくなるほど耐久時間が長くなる傾向があることがわかる。また、実験結果から、気孔は大きいものが1個でもあると絶縁破壊はそこから起こり、数値上の気孔率が0%であっても破損することがわかった。セラミック層の厚みが200μmの場合、φ40μmの気孔があると、実質の材料厚みが20%も低下したことに相当する。従って、気孔の大きさを極力小さくすることが重要となり、第1セラミック層34A及び第2セラミック層34Bの内部に50μm以上の気孔を有しないことが望ましいことがわかる。   It can be seen from Table 4 that as the pore size decreases, the endurance time tends to increase. Also, from the experimental results, it was found that when there is even one large pore, dielectric breakdown occurs from there and breakage occurs even if the numerical porosity is 0%. In the case where the thickness of the ceramic layer is 200 μm, the presence of pores having a diameter of 40 μm corresponds to a reduction of the material thickness by 20%. Therefore, it is important to reduce the size of the pores as much as possible, and it is understood that it is desirable not to have pores of 50 μm or more inside the first ceramic layer 34A and the second ceramic layer 34B.

[第5実施例]
実施例41〜46、参考例41及び42について、放電電極部18を構成する第1導体30Aと第1セラミック層34Aの断面積比(第1導体30Aの断面積Aa1/第1セラミック層34Aの断面積Ab1)の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。プラズマ発光強度は電極近傍におけるN2分子からの発光(337.1nm)強度を発光分光計(OES)により測定した。
Fifth Embodiment
In Examples 41 to 46 and Reference Examples 41 and 42, the sectional area ratio of the first conductor 30A and the first ceramic layer 34A constituting the discharge electrode portion 18 (the sectional area Aa1 / the first ceramic layer 34A of the first conductor 30A) Changes in plasma emission intensity due to differences in cross-sectional area Ab1) were confirmed. The plasma emission intensity was measured by using an emission spectrometer (OES) to measure the emission (337.1 nm) intensity from N 2 molecules in the vicinity of the electrode.

(実施例41〜46)
実施例41、42、43、44、45、46は、それぞれ断面積比(Aa1/Ab1)が0.15、0.3、0.5、0.7、0.8、0.9である。
(Examples 41 to 46)
In Examples 41, 42, 43, 44, 45, 46, the cross-sectional area ratio (Aa1 / Ab1) is 0.15, 0.3, 0.5, 0.7, 0.8, 0.9, respectively. .

(参考例41及び42)
参考例41、42は、それぞれ断面積比(Aa1/Ab1)が0.05、1.5である。
(Reference Examples 41 and 42)
The cross-sectional area ratio (Aa1 / Ab1) of the reference examples 41 and 42 is 0.05 and 1.5, respectively.

<評価>
評価結果を下記表5に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 5 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表5から、参考例41のプラズマ発光強度は0.1であったが、実施例41〜46は、いずれもプラズマ発光強度が0.5以上であり、良好であった。特に、実施例44、45、46はプラズマ発光強度が0.9、0.9、1.0であった。一方、参考例42は、プラズマ発光強度が1.0であったが破損していた。このことから、第1セラミック層34Aの断面積が小さいほど第1導体30Aの表面にかかる電圧は高くなり、プラズマ発光強度が大きくなることがわかる。しかし、第1セラミック層34Aを薄くしすぎると、絶縁破壊が起こりやすくなり、小さな気孔でも大きな電界集中を招き破損しやすくなる。従って、断面積比(Aa1/Ab1)は、0.1<Aa1/Ab1<1.0であることがわかる。   From Table 5, the plasma emission intensity of Reference Example 41 was 0.1, but all of Examples 41 to 46 had a plasma emission intensity of 0.5 or more, and were good. In particular, the plasma emission intensities of Examples 44, 45 and 46 were 0.9, 0.9 and 1.0. On the other hand, in Reference Example 42, the plasma emission intensity was 1.0, but it was broken. From this, it is understood that the smaller the cross-sectional area of the first ceramic layer 34A, the higher the voltage applied to the surface of the first conductor 30A, and the higher the plasma emission intensity. However, if the thickness of the first ceramic layer 34A is too thin, dielectric breakdown is likely to occur, and even small pores may cause a large electric field concentration to be easily broken. Therefore, it is understood that the cross-sectional area ratio (Aa1 / Ab1) is 0.1 <Aa1 / Ab1 <1.0.

[第6実施例]
上述した第5実施例と同様に、実施例51〜56、参考例51及び52について、放電電極部18を構成する第2導体30Bと第2セラミック層34Bの断面積比(第2導体30Bの断面積Aa2/第2セラミック層34Bの断面積Ab2)の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。
Sixth Embodiment
Similar to the fifth embodiment described above, the cross-sectional area ratio of the second conductor 30B and the second ceramic layer 34B which constitute the discharge electrode portion 18 in the embodiments 51 to 56 and the reference examples 51 and 52 (the second conductor 30B The change of the plasma emission intensity by the difference of cross-sectional area Ab2 of cross-sectional area Aa2 / 2nd ceramic layer 34B was confirmed.

(実施例51〜56)
実施例51、52、53、54、55、56は、それぞれ断面積比(Aa2/Ab2)が0.1、0.5、1.0、1.3、1.5、1.8である。
(Examples 51 to 56)
Examples 51, 52, 53, 54, 55, 56 have cross-sectional area ratios (Aa2 / Ab2) of 0.1, 0.5, 1.0, 1.3, 1.5, 1.8, respectively. .

(参考例51及び52)
参考例51、52は、それぞれ断面積比(Aa2/Ab2)が0.05、2.5である。
(Reference Examples 51 and 52)
The cross-sectional area ratio (Aa2 / Ab2) of the reference examples 51 and 52 is 0.05 and 2.5, respectively.

<評価>
評価結果を下記表6に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 6 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表6から、参考例51のプラズマ発光強度は0.3であったが、実施例51〜56は、いずれもプラズマ発光強度が0.6以上であり、良好であった。特に、実施例53、54、55、56はプラズマ発光強度が0.9、0.9、0.9、1.0であった。一方、参考例52は、プラズマ発光強度が1.0であったが破損していた。このことから、上述した第5実施例と同様に、第2セラミック層34Bの断面積が小さいほど第2導体30Bの表面にかかる電圧は高くなり、プラズマ発光強度が大きくなることがわかる。しかし、第2セラミック層34Bを薄くしすぎると、絶縁破壊が起こりやすくなり、小さな気孔でも大きな電界集中を招き破損しやすくなる。従って、断面積比(Aa2/Ab2)は、0.08<Aa2/Ab2<2.0であることがわかる。   From Table 6, the plasma emission intensity of Reference Example 51 was 0.3, but in all of Examples 51 to 56, the plasma emission intensity was 0.6 or more, which was good. In particular, Examples 53, 54, 55, 56 had plasma emission intensities of 0.9, 0.9, 0.9, 1.0. On the other hand, in Reference Example 52, although the plasma emission intensity was 1.0, it was broken. From this, it can be understood that the voltage applied to the surface of the second conductor 30B becomes higher and the plasma emission intensity becomes higher as the cross-sectional area of the second ceramic layer 34B becomes smaller, as in the fifth embodiment described above. However, if the thickness of the second ceramic layer 34B is too thin, dielectric breakdown is likely to occur, and even small pores cause large electric field concentration and become prone to breakage. Therefore, it is understood that the cross-sectional area ratio (Aa2 / Ab2) is 0.08 <Aa2 / Ab2 <2.0.

[第7実施例]
実施例61〜66、参考例61及び62について、放電電極部18を構成する第1導体30A(陽極導体)の直径の違いによるプラズマ発光強度の変化を確認した。
Seventh Embodiment
About Example 61-66 and the reference examples 61 and 62, the change of the plasma emission intensity by the difference in the diameter of the 1st conductor 30A (anode conductor) which comprises the discharge electrode part 18 was confirmed.

(実施例61〜66)
実施例61、62、63、64、65、66は、第1導体30Aの直径d1がそれぞれ200μm、300μm、500μm、800μm、900μm、1000μmである。
(Examples 61 to 66)
In Examples 61, 62, 63, 64, 65, 66, the diameter d1 of the first conductor 30A is 200 μm, 300 μm, 500 μm, 800 μm, 900 μm, and 1000 μm, respectively.

(参考例61及び62)
参考例61、62は、第1導体30Aの直径d1がそれぞれ100μm、1200μmである。
(Reference Examples 61 and 62)
In the reference examples 61 and 62, the diameter d1 of the first conductor 30A is 100 μm and 1200 μm, respectively.

<評価>
評価結果を下記表7に示す。
<Evaluation>
The evaluation results are shown in Table 7 below.

Figure 0006513020
Figure 0006513020

表7から、第1導体30Aの直径d1は小さいほど高い電界強度がかかり、高エネルギー電子の割合が増え、プラズマからの活性種発生数が増大することがわかる。反面、線材が切れ易くなりプラズマ処理装置の信頼性が低下する。参考例61は、プラズマ発光強度が1.0であったが、信頼性の点で不安がある。従って、第1導体30Aの直径d1は、200〜1000μmが好ましく、さらに好ましくは300〜500μmである。   It is understood from Table 7 that as the diameter d1 of the first conductor 30A is smaller, higher electric field strength is applied, the ratio of high energy electrons is increased, and the number of active species generation from plasma is increased. On the other hand, the wire rod is easily cut and the reliability of the plasma processing apparatus is lowered. Reference Example 61 has a plasma emission intensity of 1.0, but is unreliable in terms of reliability. Accordingly, the diameter d1 of the first conductor 30A is preferably 200 to 1000 μm, and more preferably 300 to 500 μm.

なお、本発明に係る殺菌装置は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。   In addition, the sterilizer according to the present invention is not limited to the embodiment described above, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the scope of the present invention.

Claims (13)

パルス電源(14)からの高電圧パルスによる放電によって発生したプラズマを利用して対象物(22)の少なくとも表面を殺菌する殺菌装置において、
陽極と陰極とを有し、前記パルス電源(14)からの前記高電圧パルスの供給に基づいて前記陽極と前記陰極間に放電を発生させる放電電極部(18)と、
前記放電電極部(18)に流体を案内する流体案内部(20)と、
前記放電電極部(18)を通過した前記流体を前記対象物(22)に向けて出力するノズル(24)と、を有し、
前記放電電極部(18)に前記流体を導入しながら、前記放電電極部(18)において前記放電によりプラズマを発生させ、その励起物を前記流体と共に前記対象物(22)に当て、
前記流体案内部(20)への前記流体の供給方向が、前記放電電極部(18)への前記流体の流通方向と異なり、
前記流体案内部(20)は、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなるベルマウス構造のベルマウス部(72)を有し、
前記ノズル(24)は、流路面積が前記流体の流通方向に向かって徐々に小さくなる構造を有し、
前記流体案内部は、前記流体を前記放電電極部に対して均一に供給する整流構造を有し、前記整流構造は、前記ベルマウス部と、前記ベルマウス部の上流側に設置された1以上の整流網と、前記整流網の上流側に設置された流体流入ケースと、を有し、前記流体の供給方向と前記流体の流通方向とのなす角が80°〜100°であることを特徴とする殺菌装置。
In a sterilizer for sterilizing at least the surface of an object (22) using plasma generated by discharge by high voltage pulse from a pulse power source (14)
A discharge electrode unit (18) having an anode and a cathode and generating a discharge between the anode and the cathode based on the supply of the high voltage pulse from the pulse power supply (14);
A fluid guiding portion (20) for guiding a fluid to the discharge electrode portion (18);
A nozzle (24) for outputting the fluid having passed through the discharge electrode portion (18) toward the object (22);
The plasma is generated by the discharge in the discharge electrode portion (18) while introducing the fluid into the discharge electrode portion (18), and the excited substance is applied to the object (22) together with the fluid;
The supply direction of the fluid to the fluid guiding portion (20) is different from the flow direction of the fluid to the discharge electrode portion (18),
The fluid guiding portion (20) has a bell mouth portion (72) of a bell mouth structure in which a flow passage area gradually decreases in the flow direction of the fluid,
Said nozzle (24) has a passage area to have a gradually becomes smaller structure toward a direction of flow of the fluid,
The fluid guiding portion has a rectifying structure for uniformly supplying the fluid to the discharge electrode portion, and the rectifying structure includes the bell mouth portion and one or more installed upstream of the bell mouth portion And a fluid inflow case installed on the upstream side of the rectification network, and an angle between the supply direction of the fluid and the flow direction of the fluid is 80.degree. To 100.degree .. And sterilizer.
請求項記載の殺菌装置において、
前記整流網(78)の開口率が10〜45%であることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 1 ,
The sterilizer characterized in that the aperture ratio of the rectification net (78) is 10 to 45%.
請求項記載の殺菌装置において、
前記流体流入ケース(76)の前記ベルマウス部(72)への流体導入方向の内寸は、流体流量10リットル/minから20リットル/minにおいて20mm〜100mmであることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 1 ,
An inside dimension in a fluid introduction direction to the bell mouth portion (72) of the fluid inflow case (76) is 20 mm to 100 mm at a fluid flow rate of 10 liters / min to 20 liters / min.
請求項1記載の殺菌装置において、
前記放電電極部(18)は、前記陽極となる第1放電電極(26A)と、前記陰極となる第2放電電極(26B)とを有し、
前記第1放電電極(26A)を構成する複数の第1導体(30A)と、前記第2放電電極(26B)を構成する複数の第2導体(30B)とが、互いに離間し、且つ、前記放電電極部(18)に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第1導体(30A)と前記第2導体(30B)とが交差した位置関係にあることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 1,
The discharge electrode portion (18) has a first discharge electrode (26A) to be the anode, and a second discharge electrode (26B) to be the cathode.
The plurality of first conductors (30A) constituting the first discharge electrode (26A) and the plurality of second conductors (30B) constituting the second discharge electrode (26B) are mutually separated from each other, and A sterilizer characterized in that the first conductor (30A) and the second conductor (30B) cross each other when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion (18).
請求項1記載の殺菌装置において、
前記放電電極部(18)は、前記陽極となる第1放電電極(26A)と、前記陰極となる第2放電電極(26B)とを有し、
前記第1放電電極(26A)を構成する複数の第1導体(30A)と、前記第2放電電極(26B)を構成する複数の第2導体(30B)とが、ねじれの位置関係にあることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 1,
The discharge electrode portion (18) has a first discharge electrode (26A) to be the anode, and a second discharge electrode (26B) to be the cathode.
The plurality of first conductors (30A) constituting the first discharge electrode (26A) and the plurality of second conductors (30B) constituting the second discharge electrode (26B) are in a positional relationship of twist. A sterilizer characterized by
請求項記載の殺菌装置において、
前記放電電極部(18)に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記第1導体(30A)と前記第2導体(30B)とで複数の格子が形成されることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 5 ,
A plurality of grids are formed by the first conductor (30A) and the second conductor (30B) when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion (18). .
請求項記載の殺菌装置において、
前記第1導体(30A)と前記第2導体(30B)との交差部分の配列ピッチが5〜50mmであることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 5 ,
The sterilizer characterized in that the arrangement pitch of the crossing part of said 1st conductor (30A) and said 2nd conductor (30B) is 5-50 mm.
請求項記載の殺菌装置において、
前記放電電極部(18)に対する前記流体の流通方向から見たときに、前記放電電極部(18)の開口率が30〜50%であることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 5 ,
The sterilizing apparatus characterized in that the aperture ratio of the discharge electrode portion (18) is 30 to 50% when viewed in the flow direction of the fluid with respect to the discharge electrode portion (18).
請求項記載の殺菌装置において、
前記第1放電電極(26A)は、前記第1導体(30A)と、該第1導体(30A)を被覆する第1セラミック層(34A)とを有し、
前記第2放電電極(26B)は、前記第2導体(30B)と、該第2導体(30B)を被覆する第2セラミック層(34B)とを有することを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 5 ,
The first discharge electrode (26A) has the first conductor (30A) and a first ceramic layer (34A) covering the first conductor (30A),
The sterilizing apparatus characterized in that the second discharge electrode (26B) has the second conductor (30B) and a second ceramic layer (34B) covering the second conductor (30B).
請求項記載の殺菌装置において、
前記第1セラミック層(34A)及び前記第2セラミック層(34B)の内部に50μm以上の気孔を有しないことを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 9 ,
A sterilizer characterized by having no pores of 50 μm or more inside the first ceramic layer (34A) and the second ceramic layer (34B).
請求項記載の殺菌装置において、
前記第1導体(30A)と前記第1セラミック層(34A)を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第1導体(30A)の面積をAa1、前記第1セラミック層(34A)の面積をAb1とし、
前記第2導体(30B)と前記第2セラミック層(34B)を、軸方向に直交する方向に切断した断面において、前記第2導体(30B)の面積をAa2、前記第2セラミック層(34B)の面積をAb2としたとき、
0.1<Aa1/Ab1<1.0
0.08<Aa2/Ab2<2.0
であることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 9 ,
In a cross section obtained by cutting the first conductor (30A) and the first ceramic layer (34A) in the direction orthogonal to the axial direction, the area of the first conductor (30A) is Aa1, and the first ceramic layer (34A) Let the area of be Ab1
In a cross section obtained by cutting the second conductor (30B) and the second ceramic layer (34B) in the direction orthogonal to the axial direction, the area of the second conductor (30B) is Aa2, and the second ceramic layer (34B) When the area of
0.1 <Aa1 / Ab1 <1.0
0.08 <Aa2 / Ab2 <2.0
A sterilizer characterized by being.
請求項11記載の殺菌装置において、
前記第1導体(30A)及び前記第2導体(30B)の各直径が200〜1000μmであることを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 11 ,
Each diameter of said 1st conductor (30A) and said 2nd conductor (30B) is 200-1000 micrometers, The sterilizer characterized by the above-mentioned.
請求項1記載の殺菌装置において、
前記パルス電源(14)は、前記陽極及び前記陰極間に前記高電圧パルスを印加するパルス発生部(41)と、前記陽極及び前記陰極間に放電を発生させるように前記パルス発生部(41)を制御するパルス制御部(42)とを有し、
前記パルス発生部(41)は、直流電源部(46)の両端に直列接続されたトランス(47)及びスイッチ(54)を有し、前記パルス制御部(42)の前記スイッチ(54)に対するオン制御によって前記トランス(47)への誘導エネルギーの蓄積を行い、前記パルス制御部(42)の前記スイッチ(54)に対するオフ制御によって前記トランス(47)の二次側での前記高電圧パルスの発生を行うパルス発生回路(43)を有することを特徴とする殺菌装置。
In the sterilizer according to claim 1,
The pulse power supply (14) is a pulse generation unit (41) for applying the high voltage pulse between the anode and the cathode, and the pulse generation unit (41) so as to generate a discharge between the anode and the cathode. And a pulse control unit (42) for controlling
The pulse generation unit (41) has a transformer (47) and a switch (54) connected in series at both ends of the DC power supply unit (46), and turns on the switch (54) of the pulse control unit (42). The induced energy is accumulated in the transformer (47) by control, and the high voltage pulse is generated on the secondary side of the transformer (47) by the off control of the switch (54) of the pulse control unit (42). And a pulse generating circuit (43) for performing the processing.
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