(57)【要約】  本発明は、活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを同時に実現するものであり、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が異なる位置にあることを特徴とする。
2012063857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けたことを特徴とする請求項1記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記一対の電極のうち一方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズが、他方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記一方の電極に形成された流体流通孔と前記他方の電極に形成された流体流通孔とを同心円状に配置している請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記一対の電極の対応する流体流通孔を、複数個設けている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記流体流通孔が、等断面形状をなすもの又は一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記流体流通孔が、電極の面板方向から視たときに、円形状、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状のうち少なくともいずれか一つの形状をなすものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記各電極に形成された流体流通孔の開口総面積が、当該各電極の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記貫通孔の開口サイズを、前記流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している請求項９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることを特徴とするプラズマ電極装置。
【請求項１４】
前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】
前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上である請求項１５記載のプラズマ発生装置。
【請求項１７】
一対の電極を用いたプラズマ発生方法において、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成して、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１８】
前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を有する請求項１７記載のプラズマ発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ発生装置及びプラズマ発生方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年のアトピー、ぜんそく、アレルギー症状保有者の増大や新型インフルエンザの爆発流行などにみられる感染性のリスク増大などによって、殺菌や脱臭など生活環境の空気質制御ニーズが高まっている。また生活が豊かになるにつれて、保管食品の量の増大や食べ残し食品の保管機会が増加しており、冷蔵庫に代表される保管機器内の環境制御も重要性を増している。【０００３】
生活環境の空気質制御を目的とする従来技術は、フィルターに代表されるような物理的制御が一般的である。物理的制御は、空気中に浮遊する比較的大きな埃や塵、フィルター孔の大きさによっては、細菌やウィルスなども捕獲できる。また、活性炭のように無数の吸着サイトがある場合は、悪臭の臭気分子も捕獲可能である。しかし、捕獲するためには制御対象の空間内の空気を満遍なくフィルターに通す必要があり、装置が大型化し、フィルター交換等の維持コストもかさむという難点があるうえに、付着物に対しては効果が無い。そこで、付着物に対し殺菌や脱臭を可能とする手段として、化学的活性種を殺菌や脱臭を行いたい空間に放出することがあげられる。薬品の散布や芳香剤、消臭剤の放出では、あらかじめ活性種を用意する必要があり、定期的な補充が不可欠である。それに対し、大気中にプラズマを発生させそこで生成される化学的活性種を利用し、殺菌や脱臭を試みる手段が近年増えてきている。【０００４】
大気中にプラズマを放電により発生させ、そこで生成されたイオンやラジカル（以下、活性種）によって殺菌や脱臭を行う技術は、次の２つの形式に分類できる。
（１）大気中に浮遊する菌やウィルス（以下、浮遊菌）、もしくは悪臭物質（以下、臭気）を装置内の限られた容積内で活性種と反応させる、いわゆる受動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献１）
（２）プラズマ発生部で生成された活性種を（１）よりも容積の大きな閉空間（例えば、居室、トイレ、乗用車の車内等）へ放出し、大気中での活性種と浮遊菌や臭気との衝突により反応させる、いわゆる能動型のプラズマ発生装置（例えば、特許文献２）【０００５】
（１）の受動型のプラズマ発生装置の利点は、小容積内でプラズマを発生させて高濃度の活性種が生成されるため、高い殺菌効果及び脱臭効果が期待される。一方、欠点としては浮遊菌や臭気を装置内に導入する必要があるため、装置が大型化し、またプラズマ発生から副生成物としてオゾンが発生しやすく、オゾンを装置外に漏洩させないために、吸着もしくは分解するフィルターを別途設置する必要がある。【０００６】
次に、（２）の能動型のプラズマ発生装置の利点は、装置を比較的小さくでき、浮遊菌の殺菌や空気中の臭気の分解に加え、衣類や生活用品の表面に付着した菌（以下、付着菌）の殺菌や表面に吸着した臭気の分解も期待できる点である。一方、欠点としては、活性種が装置の体積に比べて非常に大きな閉空間内に拡散されることから濃度が低くなるため、寿命の長い活性種のみに殺菌や脱臭の効果を期待せざるを得ない点である。その結果、臭気濃度の高い空間（活性種濃度に対して１万倍程度高い濃度）においてはほとんど脱臭効果が期待できないことになる。【０００７】
以上のことから、受動型のプラズマ発生装置では、当該装置に流入する空気流に含まれる浮遊菌や臭気に対してのみ効果が限定され、能動型のプラズマ発生装置では濃度の低い浮遊菌、付着菌、臭気に対しての効果しか期待できない。即ち、従来技術を利用し実現できることは、「浮遊菌の殺菌と脱臭」、あるいは「濃度の低い浮遊菌、付着菌の殺菌および付着臭気の脱臭」のどちらかに限定されることになる。【０００８】
ところが、日常生活環境内で高濃度の付着菌の殺菌と高濃度臭気の脱臭を同時に行いたい状況がいくつかある。最も典型的な例は冷蔵庫の冷蔵室内であり、食品表面や保管容器等の表面に付着した菌が多く存在し、食品そのものや腐敗した食べ残し等から発生する臭気も同時に存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２４２１１号公報
【特許文献２】特開２００３−７９７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
そこで本発明は、付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現する技術であり、プラズマを発生させて活性種により脱臭する受動型の機能と、その活性種を装置の外に対し放出し、付着菌を殺菌する能動型の機能の二つを同時に兼ね備えさせるべく、活性種の生成量を増やすことを主たる所期課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
すなわち本発明に係るプラズマ発生装置は、一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることを特徴とする。なお、本明細書でいう対応する箇所とは、電極の面板方向から視て、双方の電極に形成された各流体流通孔が実質的に同じ位置にあることをいい、直交座標系においてz軸方向よりｘｙ平面状の一対の電極を見たときに、双方の電極において略同じ（ｘ、ｙ）の座標位置であることをいう。【００１２】
このようなものであれば、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることから、流体流通孔を流れる流体とプラズマとの接触面積を可及的に大きくすることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
ここで、前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けていることにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としながらも、対向面間に空隙が形成することができる。【００１３】
対応する各流体貫通孔の輪郭を互いに異なる位置にするための具体的な実施の態様としては、前記一対の電極のうち一方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズが、他方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成されていることが望ましい。その他、同一の開口サイズを有する流体貫通孔をそれらの開口中心がずれるように配置しても良い。【００１４】
対応する各流体貫通孔の輪郭を互いに異なる位置にする上で、プラズマと流体との接触面積を最大限大きくするためには、前記各流体流通孔が円形状をなすものであり、前記一方の電極に形成された流体流通孔と前記他方の電極に形成された流体流通孔とを同心円状に配置していることが望ましい。【００１５】
前記一対の電極の対応する流体流通孔を、複数個設けているものであれば、活性種の脱臭機能及び浮遊菌と付着菌の殺菌機能を増大させることができる。【００１６】
流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に形成された流体流通孔の開口総面積が、当該各電極の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内であることが望ましい。【００１７】
前記流体貫通孔を通過する流体又は通過した流体の脱臭及びそれらに含まれる浮遊菌の殺菌又は放出される活性種の量を多くするためには、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることが望ましい。これならば、流体流通孔を通過した後の流体が貫通孔に流入してプラズマと接触し、或いは、流体流通孔を通過する前の流体が貫通孔に流入してプラズマと接触することにより発明の効果を一層顕著にすることができる。【００１８】
貫通孔の具体的な実施の態様としては、前記貫通孔の開口サイズを、前記流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成していることが望ましい。【００１９】
前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下としていることが望ましい。これならば、一対の電極に対しスペーサを用いずに積層した場合であっても、その表面粗さに依ってプラズマが生成される空間を形成することができる。【００２０】
流体が効率的に流体流通孔を通過するようにして活性種の発生を促進すると共に、脱臭効果を増大させるためには、前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有することが望ましい。【００２１】
ここで、前記送風機構により前記流体流通孔を通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内としていることが望ましい。【００２２】
また付着菌の殺菌と脱臭の両方を同時に実現するための別の本発明に係るプラズマ発生装置は、一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることを特徴とする。【００２３】
このようなものであれば、流体流通孔を通過した流体を、貫通孔を介してプラズマにさらに接触させることができ、或いは、流体流通孔を通過する前の流体を、貫通孔を介してプラズマに予め接触させることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。【００２４】
流体貫通孔を通過した流体に含まれる活性種の数を可及的に増大させると共に、発生するオゾンの濃度を抑制するためには、前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上３００μ秒以下の範囲内としていることが望ましい。【００２５】
また、脱フロン対応の冷蔵庫には冷媒として可燃性ガスを使用している場合があり、従来技術に見られるような高電圧を必要とするプラズマ発生させる装置類を、そのような可燃性ガスが使用された冷蔵庫に適用することは、安全性に問題がある。使用されている可燃性冷媒が冷蔵庫内に漏洩する可能性があり、その雰囲気中で高電圧が原因となるスパークが発生すると着火し、爆発事故を招きかねない。そこで、前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有することが望ましい。【００２６】
脱臭及び殺菌の能力を低下させることなく安全性を確保するためには、前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上であることが望ましい。【００２７】
また本発明に係るプラズマ発生方法は、一対の電極を用いたプラズマ発生方法において、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成して、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２８】
このように構成した本発明によれば、活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを同時に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明のプラズマ発生装置の一実施形態を示す斜視図。
【図２】プラズマ発生装置の作用を示す模式図。
【図３】電極部を示す平面図。
【図４】電極部及び防爆機構を示す断面図。
【図５】電極部の対向面の構成を示す拡大断面図。
【図６】流体流通孔及び貫通孔を模式的に示す部分拡大平面図及び断面図。
【図７】イオン数密度及びオゾン濃度の開口率依存性を示す図。
【図８】電極形状による単位周長当たりのイオン数密度（対称形に対する比）を示す図。
【図９】電極構造変更によるイオン数密度増加を示す図。
【図１０】電極形状による殺菌効果の違いを示す図。
【図１１】電極形状による脱臭効果の違いを示す図。
【図１２】プラズマ生成と脱臭反応場の概略図。
【図１３】放出された活性種による付着菌殺菌の概略図。
【図１４】本実施形態の流体流通孔による脱臭効率向上の概略図。
【図１５】本実施形態の流体流通孔による活性種放出の概略図。
【図１６】本実施形態の貫通孔の高濃度活性種領域による脱臭効率向上の概略図。
【図１７】本実施形態の貫通孔における高濃度活性種放出の概略図。
【図１８】異常時のプラズマによる着火と防爆機器による火炎伝播防止の概略図。
【図１９】防爆能力とイオン放出性能を満たす金属メッシュのパラメータ領域を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１００・・・プラズマ発生装置
２１・・・一方の電極
２２・・・他方の電極
２１ａ、２２ａ・・・誘電体膜
２１ｂ、２２ｂ・・・流体流通孔
２１ｃ・・・貫通孔
３・・・送風機構
４・・・防爆機構
４１・・・保護カバー
４１１・・・金属メッシュ
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下に本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。
【００３２】
本実施形態に係るプラズマ発生装置１００は、例えば冷蔵庫、洗濯機、衣類乾燥機、掃除機、空調機又は空気清浄機等の家庭電化製品に用いられるものであり、当該家庭電化製品の内部又は外部の空気の脱臭やそれら製品内部又は外部の浮遊菌又は付着菌を殺菌するものである。
【００３３】
具体的にこのものは、図１及び図２に示すように、マイクロギャッププラズマ（Micro Gap Plasma）によりイオンやラジカル等の活性種を生成させるプラズマ電極部２と、当該プラズマ電極部２の外部に設けられて当該プラズマ電極部２に強制的に風（空気流）を送る送風機構３と、前記プラズマ電極部２の外部に設けられてプラズマ電極部２で生じる火炎が外部に伝播しないようにする防爆機構４、および電極部に高電圧を印加するための電源５とを備えている。
【００３４】
以下、各部２〜５について各図を参照して説明する。
【００３５】
プラズマ電極部２は、図２〜図６に示すように、対向面に誘電体膜２１ａ、２２ａを設けた一対の電極２１、２２を有し、それら電極２１、２２間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものである。各電極２１、２２は、特に図３に示すように、平面視において（電極２１、２２の面板方向から見たときに）概略矩形状をなすものであり、例えばＳＵＳ４０３といったステンレス鋼から形成されている。なお、電極部２の電極２１、２２の縁部には、電源５からの電圧が印加される印加端子２Ｔが形成されている（図３参照）。ここで電源５によるプラズマ電極部２への電圧印加方法は、各電極２１、２２に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている。
【００３６】
また、図５に示すように、電極２１、２２の対向面には、例えばチタン酸バリウム等の誘電体が塗布されて誘電体膜２１ａ、２２ａが形成されている。この誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さ（本実施形態では算出平均粗さＲａ）は０．１μｍ以上１００μｍ以下である。この他表面粗さとしては、最大高さＲｙ、十点平均粗さＲｚを用いて規定しても良い。このように誘電体膜２１ａ、２２ａの平面粗さを上記範囲内の値にすることによって、各電極２１、２２を重ね合わせるだけで、対向面間に空隙が形成されて、当該空隙内にプラズマが発生することになる。これにより、各電極２１、２２間にプラズマ形成用の空隙を形成するためのスペーサを不要としている。なお、前記誘電体膜２１ａ、２２ａの表面粗さは、溶射法によって制御することが考えられる。また、電極に塗布する誘電体としては、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化マグネシウム、チタン酸ストロンチウム、酸化シリコン、燐酸銀、チタン酸ジルコン酸鉛、シリコンカーバイド、酸化インジウム、酸化カドミニウム、酸化ビスマス、酸化亜鉛、酸化鉄、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。
【００３７】
さらに図３、図４及び図６に示すように、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔２１ｂ、２２ｂを設けてこれらが連通して貫通するように構成するとともに、電極２１、２２の面板方向から視たときに（平面視において）、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されている。つまり、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの平面視形状と、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの平面視形状とが互いに異なるように構成されている。
【００３８】
具体的には、各電極２１、２２の対応する箇所にそれぞれ形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂは、平面視において概略円形状をなすものであり（図３、図６参照）、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口サイズ（開口径）が、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口サイズ（開口径）よりも小さく（例えば開口径が１０μｍ以上小さく）形成されている。
【００３９】
また、同じく図３、図６に示すように、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂと他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂとは同心円状に形成されている。なお、本実施形態では、一方の電極２１に形成された複数個の流体流通孔２１ｂは全て同一形状をなし、他方の電極２２に形成された複数個の流体流通孔２２ｂも全て同一形状をなし、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂ全てが、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂよりも小さく形成されている。本実施例では概略円形状として効果を示したが、開口部は円形に限らずどのような形でもよく、平面視において対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成されていればよい。
【００４０】
さらに、各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂの開口総面積が、当該各電極２１、２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内である。具体的には、他方の電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積を、電極２２の総面積に対して２％以上９０％以下の範囲内としている。なお、一方の電極２１に形成された流体流通孔２１ｂの開口総面積を２％以上９０％以下の範囲内としても良い。
【００４１】
しかして本実施形態のプラズマ電極部２は、図３及び図６に示すように、流体流通孔２１ｂ、２２ｂとは別に、一方の電極２１に貫通孔２１ｃを設けてこの貫通孔２１ｃが他方の電極２２によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している。なお、前記各電極２１、２２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂからなるものを以下、完全開口部という場合があるが、これとの比較において貫通孔２１ｃにより形成されるものは半開口部という。
【００４２】
貫通孔２１ｃの開口サイズを、流体流通孔２１ｂの開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している。貫通孔２１ｃは、規則的に設けられた流体流通孔２１ｂの一部を置き換えて形成されており、貫通孔２１ｃは流体流通孔２１ｂの周囲に設けられている（図３参照）。
【００４３】
送風機構３は、前記プラズマ電極部２の他方の電極２２側に配置されており、プラズマ電極部２に形成された流体流通孔２１ｂ、２２ｂ（完全開口部）に向かって強制的に風を送る送風ファンを有するものである。具体的にこの送風機構３は、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを通過させる風の流速を０．１ｍ／ｓ以上１０ｍ／ｓ以下の範囲内としている。
【００４４】
防爆機構４は、図４に示すように、一対の電極２１、２２の外側に配置された保護カバー４１を有し、可燃性ガスが流体流通孔２１ｂ、２２ｂに流入してプラズマによって生じた火炎が、保護カバー４１を越えて外部に伝播しないように構成されたものである。具体的に防爆機構４は、その保護カバー４１が、一対の電極２１、２２の外側に配置された金属メッシュ４１１を有し、当該金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュ４１１の開口率が３０％以上である。
【００４５】
このように構成したプラズマ発生装置１００により、２枚の対向した電極２１、２２の隙間にプラズマを発生させ、流体流通孔２１ｂ、２２ｂに風を送り込み、電極２１、２２近傍で脱臭を行い、プラズマ中で生成された活性種を閉空間に放出し付着菌の殺菌を行う。ここで、プラズマにおいて発生した生成物は全て風により下流へ運ばれることから、人体に有害なオゾンの発生を制限する必要がある。そこで、本実施形態の電極２１、２２の完全開口部の構造、半開口部の追加、開口部の形状、電圧制御、風速、等のパラメータを最適化することにより、オゾン発生を抑え、脱臭と殺菌の両立を可能とすることが出来る。また、この閉空間が、可燃性気体によって満たされていたとしても、安全に動作させることの出来る防爆機構４も備え、かつ、その防爆機構４のために脱臭と殺菌の性能を低下させることの無いよう最適化を行った。
【００４６】
次に、本実施形態のプラズマ発生装置１００を用いた実験例について説明する。付着菌殺菌と脱臭の両者を両立するための電極形状の最適化を、空気イオン測定とオゾン濃度測定により行う。両測定はプラズマ電極部２より下流へ測定器を設置可能な距離（本件の場合、オゾン濃度は１ｃｍに吸入口を設置、イオン数密度は１０ｃｍに設置）において行う。空気イオン測定は間接的であるが簡便に測定する方法であり、プラズマで発生した活性種の中で特に電荷を持ち、寿命の長いイオンが測定対象であるが、一定のプラズマの発生条件下において空気イオン数密度と活性種の密度との間に相関があることを利用している。つまり、イオン数密度が高いということは、それだけ、殺菌や脱臭に効果のある活性種の密度が高いことを意味する。一方、プラズマの副生成物であるオゾンはイオンに比べはるかに長い寿命（数１０分以上）を持つことから、プラズマ近傍での濃度と下流の離れた地点での濃度とに大きな差は無い。それでも測定値の絶対値を高くし、わずかなオゾンの発生量の変化をつかむために、電極２１より１ｃｍ下流に測定器のサンプリング吸入口を設置している。このような測定系において、オゾン濃度を基準として、イオン数密度を最大化することが、電極形状の最適化に直結する。
【００４７】
流体流通孔２２ｂ（流体流通孔２１ｂ）の開口率を変化させたときのイオン数密度とオゾン濃度の測定結果を図７に示す。開口率の増加とともにイオン数密度は増加し、一方でオゾン濃度は低下する。図７から分かるように、電極２２の総面積に対する、電極２２に形成された流体流通孔２２ｂの開口総面積の比（開口率）は、４０％〜９０％の範囲内が好ましく、より好ましくは４０％〜８０％の範囲内が好ましい。
【００４８】
上記の電極の非対称構造と半開口部によるイオン生成量増加は、以下のように確認した。
次のように開口率の等しい電極を３種類用意し、
１）基本となる対称形完全開口部（流体流通孔２１ｂと流体流通孔２２ｂが同一形状）のみ備えた電極、
２）完全開口部を非対称構造（本実施形態の構成）に変更した電極、
３）対称形完全開口部に加え、半開口部を備えた電極、
それぞれの電極をオゾン濃度が一定になるように印加電圧を調整し、その条件で生成されるイオン数密度を上記の通り測定した。次に、電極上の開口部の周長の総延長を求めておき、測定したイオン数密度より、単位周長当りのイオン数密度を算出する。電極１）と２）は直接比較することで非対称形に変更したことによる増加量が求まり、３）のイオン数密度から１）のイオン数密度を差し引くことで半開口部による増加量が求まる。図８に対称形完全開口部に対するイオン生成量の比を示す。図８に示すように、非対称形（本実施形態の完全開口部）に変更したことにより２倍以上、半開口部からのイオン生成量は対称形の３倍以上増加することが判明した。さらに、これらの電極の構造、非対称の完全開口部の及び半開口部の電極上での配置を工夫することによって、図９に示す通り、活性種の発生量を最大１００倍程度増加させることができた。
【００４９】
電極構造を変更し、活性種の生成量を増加させることによって殺菌能力の向上を実現した結果を図１０に示す。殺菌対象は大腸菌で、室温にて１００Ｌの容器内で大腸菌を塗布した培地に対し、６時間活性種を放出し、その後培地上の菌を培養し、形成されたコロニーの数をカウントした。その結果、対照形開口部のみの電極から半開口部を追加することにより、殺菌率は一桁以上増加した。その活性種生成条件では、ほぼ完全な殺菌（９９．９％）を実現する時間が８時間以内と予測される。この殺菌能力は、例えば冷蔵庫を一晩運転している間に庫内の付着菌を完全に殺菌するのに十分といえる。
【００５０】
同様に電極構造を変更したことによる脱臭能力の変化を図１１に示す。室温において、内容積１００Ｌの樹脂製の容器に、臭気としてトリメチルアミン（ＴＭＡ）を２ｐｐｍ注入し、本件のプラズマ発生装置を２時間動作させたときの残留臭気濃度より求めた。半開口部を追加することにより、脱臭率をほぼ２倍に増加させることができた。
【００５１】
電極近傍で行われる脱臭反応については以下の通りに考えられる。最初にプラズマによって生成された活性種の濃度と空気流により運ばれてきた臭気濃度との濃度差を考える。図１２に示すように、電極表面の誘電体同士で作られる空隙に発生するプラズマの一部は完全開口部の穴の内側にまで広がるため、生成された活性種が送風部から供給される空気流と相互作用を及ぼす。大気圧において、誘電体で挟まれた空間で発生するプラズマの電子密度は、１０１５／ｃｍ３程度であり、生成されるイオンやラジカルの密度も同等と考えられ、非常に高密度の活性種が存在する。そこに臭気物質の分子が運ばれてきたときに想定される分子数密度は仮にｐｐｍオーダーとしても１０１３／ｃｍ３であり、活性種の密度より数桁小さい。つまり、臭気分子を分解するのに十分な数の活性種が生成されている空間が完全開口部の内側に発生し、図１２に示す脱臭反応場にどのように送り込んで分解を促進させるよう工夫するかが鍵となる。
【００５２】
次に電極２１、２２から離れた物体表面で行われる殺菌についてであるが、放出された活性種の密度と付着菌の密度の差が殺菌効率を決定する。図１３に示すように、プラズマで生成され空気流に沿って下流へと放出された活性種はそれぞれの寿命に従い再結合等を経て安定な分子に戻る。通常そのような空気中に存在するイオンは空気イオン測定器などで計測され、プラズマ近傍では１０６／ｃｍ３程度は観察される。そのような数密度では臭気分子を分解するのに長時間が必要となるため脱臭効果は期待できないが、さらに数密度の低い付着菌を殺菌するには有効である。付着菌は単位面積あたり数百から数千個、即ち１０２〜１０３／ｃｍ２であり、一定時間継続的に活性種を含む空気と接触することで殺菌が行える。
【００５３】
ここで、上記の完全開口部の構造を工夫することにより、活性種と臭気との反応を促進させることができる。２枚の電極の穴形状を非対称にすることは、活性種と臭気の反応の促進と、空気流への移送効率を上昇させる２つの効果が期待できる。図１４に示すように、空気流の上流から下流に沿って穴の大きさが小さくなるような形状（一方の電極２１の流体流通孔２１ｂよりも他方の電極２２の流体流通孔２２ｂが大きい）の場合、空気流がプラズマと相互作用する時間が長くなり脱臭の効率が高くなる。
【００５４】
反対に空気流の上流から下流に沿って穴の大きさが大きくなるような形状（一方の電極２１の流体流通孔２１ｂよりも他方の電極２２の流体流通孔２２ｂが小さい）の場合は、図１５に示すように空気流が膨張することにより発生する負圧によって、より効率よく活性種が下流へと移送される。その結果殺菌効率が高くなることが予想される。
【００５５】
次に、半開口部による活性種と臭気との反応を促進と空気流への移送効率上昇について述べる。最初に図１６に示すように、空気流の上流側に開口している場合を考えると、プラズマで生成された活性種がその近傍に空気流が無いためにより高濃度の活性種が存在する領域を形成する。両方の電極２１、２２が開口した部分へ絞り込まれる空気流がその高濃度活性種の領域と相互作用することにより脱臭効率を高める。
【００５６】
それに対し、図１７に示すような、空気流の下流側にのみ開口している場合も、空気流の存在しない領域では活性種の濃度が高くなる。その高濃度活性種の領域と空気流との境界上で相互作用することにより活性種が下流へと放出され、空気中イオン数密度を上昇させ殺菌効率を高める。
【００５７】
防爆機構４は、例えば可燃性冷媒を使用した冷蔵庫に本装置を設置する場合に必要になる。図１８に示すように、プラズマ電極部２の周囲に金属メッシュを配置し、万が一電極上でアーク放電のようなスパークが発生し、可燃性冷媒雰囲気中で着火しても、火炎が金属メッシュを越えて冷蔵室全体に広がることは無い。特に、図１９に示すように、金属メッシュ４１１の線径が１．５ｍｍ以下の範囲内、かつ、開口率が３０％以上のときに上記のような電極構造により増大させた活性種の生成量を損なうことなく動作させることができ、即ち、脱臭と殺菌の能力を低下させずに安全性を確保できる。
【００５８】
＜本実施形態の効果＞
このように構成した本実施形態に係るプラズマ発生装置１００によれば、対応する各流体貫通孔２１ｂ、２２ｂの輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置としていることから、流体流通孔２１ｂ、２２ｂを流れる流体とプラズマとの接触面積を可及的に大きくすることができる。これにより、イオン及びラジカルといった活性種の生成量を増加させることができ、当該活性種により脱臭する機能と、その活性種を装置外部に放出して浮遊菌及び付着菌を殺菌する機能とを十分に発揮できるようになる。
【００５９】
＜その他の変形実施形態＞
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。例えば、前記実施形態では電極２１の複数の流体流通孔２１ｂが同一形状をなし、また電極２２の複数の流体流通孔２２ｂが同一形状をなすものであったが、それぞれ異なる形状をなすものであっても良い。
【００６０】
また、前記実施形態では電極２１の全ての流体流通孔２１ｂが、電極２２の複数の流体流通孔２２ｂよりも小さく又は大きく形成されているが、電極２１の一部の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂにより小さく形成されており、その他の流体流通孔２１ｂが電極２２の流体流通孔２２ｂよりも大きく形成されていても良い。
【００６１】
さらに、前記実施形態では一方の電極２１又は他方の電極２２のいずれかに貫通孔が形成されているが、両方に貫通孔（半開口部）を形成するようにしても良い。
【００６２】
その上、前記実施形態では流体流通孔は等断面形状をなすものであったが、その他、各電極に形成される流体流通孔にテーパ面を有するもの、すり鉢状またはお椀状の形状、つまり一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものであっても良い。
【００６３】
加えて、流体流通孔は、円形状の他、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状であっても良い。
【００６４】
その他、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００６５】
本発明により、活性種の生成量を増やしながらも、オゾンの発生量を抑えることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年4月19日(2012.4.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極を有し、それら電極間に所定電圧が印加されて前記一対の電極の対向面間にプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置にあることを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】
前記各電極に形成された流体流通孔の開口総面積が、当該各電極の総面積に対して６０％以上９０％以下の範囲内である請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】
前記一対の電極のうち一方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズが、他方の電極に形成された流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成されている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】
前記一方の電極に形成された流体流通孔と前記他方の電極に形成された流体流通孔とを同心円状に配置している請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】
前記一対の電極の対応する流体流通孔を、複数個設けている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】
前記流体流通孔が、等断面形状をなすもの又は一方の開口から他方の開口に行くに従って縮径又は拡径するものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】
前記流体流通孔が、電極の面板方向から視たときに、円形状、楕円形状、矩形状、直線状スリット形状、同心円状スリット形状、波形状スリット形状、三日月形状、櫛形状、ハニカム形状又は星形状のうち少なくともいずれか一つの形状をなすものである請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項８】
前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を設けたことを特徴とする請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項９】
前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成している請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】
前記貫通孔の開口サイズを、前記流体流通孔の開口サイズよりも１０μｍ以上小さく形成している請求項９記載のプラズマ発生装置。
【請求項１１】
前記誘電体膜の表面粗さを０．１μｍ以上１００μｍ以下としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１２】
前記流体流通孔に向かって強制的に風を送る送風機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１３】
一対の電極を有し、電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電するものにおいて、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、前記流体流通孔とは別に、一方の電極に貫通孔を設けてこの貫通孔が他方の電極によってその対向面側の開口が塞がれるように構成していることを特徴とするプラズマ電極装置。
【請求項１４】
前記各電極に印加する電圧をパルス形状とし、そのピーク値を１００Ｖ以上５０００Ｖ以下の範囲内とし、且つパルス幅を０．１μ秒以上かつ３００μ秒以下の範囲内としている請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１５】
前記一対の電極の外側に配置された保護カバーを有し、可燃性ガスが前記流体流通孔に流入してプラズマによって生じた火炎が、前記保護カバーを越えて外部に伝播しないように構成した防爆機構を有する請求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項１６】
前記保護カバーが、前記一対の電極の外側に配置された金属メッシュを有し、当該金属メッシュの線径が１．５ｍｍ以下の範囲内であり、且つ金属メッシュの開口率が３０％以上である請求項１５記載のプラズマ発生装置。
【請求項１７】
一対の電極を用いたプラズマ発生方法において、各電極の対応する箇所にそれぞれ流体流通孔を設けてこれらが貫通するように構成するとともに、電極の面板方向から視たときに、対応する各流体貫通孔の輪郭の少なくとも一部が互いに異なる位置となるように構成して、それら電極間に所定電圧が印加されてプラズマ放電することを特徴とするプラズマ発生方法。
【請求項１８】
前記一対の電極のうち少なくとも一方に誘電体膜を有する請求項１７記載のプラズマ発生方法。
【国際調査報告】
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