(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極（21）と、該放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、正極側が上記放電電極（21）に接続され且つ負極側が上記対向電極（22）に接続された電源（24）とを備え、
上記放電電極（21）と上記対向電極（22）とが被処理ガスの流通空間に配置され、上記電源（24）により該両電極（21,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させることによって被処理ガスを浄化するプラズマ式ガス浄化装置であって、
上記電源（24）は、直流電圧を出力するように構成され、
上記電源（24）と上記対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）が設けられ、
上記スイッチング素子（45）は、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に周期的に変動するパルス電圧を印加するように構成されていることを特徴とするプラズマ式ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１記載のプラズマ式ガス浄化装置において、
スイッチング素子（45）は、半導体素子であることを特徴とするプラズマ式ガス浄化装置。
【請求項３】
放電電極（21）と、該放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、正極側が上記放電電極（21）に接続され且つ負極側が上記対向電極（22）に接続された電源（24）とを備え、
上記電源（24）により上記両電極（21,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようにしたストリーマ放電回路であって、
上記電源（24）は、直流電圧を出力するように構成され、
上記電源（24）と上記対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）が設けられ、
上記スイッチング素子（45）は、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に周期的に変動するパルス電圧を印加するように構成されていることを特徴とするストリーマ放電回路。
【請求項４】
請求項３記載のストリーマ放電回路において、
スイッチング素子（45）は、半導体素子であることを特徴とするストリーマ放電回路。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス中の臭気成分や有害成分等をプラズマ放電を用いて無臭化又は無害化等するプラズマ式ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、特開２０００−１４０５６２号公報に開示されているように、放電によって低温プラズマを発生させ、この低温プラズマを用いてガス中の臭気成分若しくは有害成分の分解又は吸着を促進する装置が知られている。上記低温プラズマは、空気分子が励起されることによって生じ、その結果、高速の電子と低速の正イオンとが生成される。上記高速電子のエネルギーは非常に高く、この高速電子によって１０ｅＶを越えるエネルギーを得ることができる。一方、正イオンは低速であり、熱力学的温度は殆ど上昇しないという特徴を有している。
【０００３】
上記低温プラズマによる臭気成分又は有害成分の分解は、高速電子の衝突による臭気ガス分子又は有害ガス分子の分解と、反応性の高い活性種（ヒドロキシルラジカル（ＯＨ）、オゾン（Ｏ３）、励起酸素分子（Ｏ２＊）等）による化学反応とによって行われる。このように低温プラズマを用いることにより、燃焼触媒や化学吸収等を利用したいわゆる分解方式のガス浄化装置に比べて、装置を安価に構成することが可能となる。
【０００４】
そのようなプラズマ式のガス浄化装置として、パックドベッド、沿面放電、無声放電、又はストリーマ放電を用いた装置が提案されている。しかし、パックドベッド、沿面放電及び無声放電を用いた装置では、ガス流通路中に配置する電極を絶縁材で被覆する必要がある。そのため、絶縁材の分だけ、ガス流通路の空隙が少なくなり、ガス流通の圧力損失が大きくなるという課題があった。また、絶縁材に導電性の汚れが付着すると、性能劣化を生じやすかった。
【０００５】
これに対して、ストリーマ放電を用いた装置では、ガス流通路内に剥き出しの放電電極とこの放電電極に対向配置された対向電極との２つの電極を設けるだけでよく、この２つの電極によってガス流通路の内部空間全体を励起することができる。したがって、ガス流通の圧力損失が少なく、絶縁劣化による性能低下も起こりにくい。このようなストリーマ放電を用いた装置は、例えば特開平８−３２３１３４号公報及び特開平１１−３３３２４４号公報に開示されている。
【０００６】
上記ストリーマ放電は、放電場において微小なアーク放電が発生したときに、そのアークが進展することによって生じる。そして、このストリーマ放電の生成は、従来では、上記放電電極及び対向電極間に高圧のパルス電圧を印加することによって行うようにしていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パルス電圧を印加するためには、高価なパルス電源が必要となる。そのため、パルス電圧を印加する従来の手法では、装置の大幅なコストダウンを図ることは困難であった。
【０００８】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、パルス電源を用いることなくストリーマ放電を生成することにより、装置のコストダウンを図ることにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、直流電源を用いてストリーマ放電を生成するようにした。
【００１０】
具体的には、請求項１の発明では、放電電極と、該放電電極に対向して配置された対向電極と、正極側が上記放電電極に接続され且つ負極側が上記対向電極に接続された電源とを備え、上記放電電極と上記対向電極とが被処理ガスの流通空間に配置され、上記電源により該両電極間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させることによって被処理ガスを浄化するプラズマ式ガス浄化装置を対象として、上記電源は、直流電圧を出力するように構成され、上記電源と上記対向電極との間の接続配線に、該接続配線の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子が設けられているものとする。
【００１１】
このことで、スイッチング素子により放電電極と対向電極との間に印加する電圧を変化させることができ、直流電源を用いても、この印加電圧の変化によりストリーマ放電を安定して発生させることができるとともに、放電状態の制御を容易に行うことができる。
【００１２】
また、上記スイッチング素子は、接続配線の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極及び対向電極間に周期的に変動する電圧を印加するように構成されているものとする。
【００１３】
こうすることで、電圧の変動周期を適切に設定することにより、ストリーマ放電の発生頻度を最適に調整することができ、最大のエネルギー効率が得られるようにすることができる。
【００１４】
また、上記請求項１の発明では、上記スイッチング素子は、電源と対向電極との間の接続配線に設けられているので、スイッチング素子を電源と放電電極との間の接続配線に設ける場合に比べて、スイッチング素子の耐圧をかなり低く抑えることができ、小型で安価な素子を用いることができる。
【００１５】
請求項２の発明では、請求項１の発明において、スイッチング素子は、半導体素子であるものとする。
【００１６】
このことにより、接続配線の遮断と導通との切換えを電気的に行うので、ノイズの発生を抑えることができるとともに、構成を簡略化することができる。また、スイッチ部の端子消耗がなく、放電電極及び対向電極間に印加する電圧を長期に亘って安定させることができる。
【００１７】
請求項３の発明は、放電電極と、該放電電極に対向して配置された対向電極と、正極側が上記放電電極に接続され且つ負極側が上記対向電極に接続された電源とを備え、上記電源により該両電極間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようにしたストリーマ放電回路の発明であり、この発明では、上記電源は、直流電圧を出力するように構成され、上記電源と上記対向電極との間の接続配線に、該接続配線の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子が設けられているものとする。この発明により、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１８】
また、上記スイッチング素子は、接続配線の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極及び対向電極間に周期的に変動する電圧を印加するように構成されているものとする。このことで、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００１９】
また、上記スイッチング素子は、電源と対向電極との間の接続配線に設けられているので、請求項１の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２０】
請求項４の発明では、請求項３の発明において、スイッチング素子は、半導体素子であるものとする。このことにより、請求項２の発明と同様の作用効果が得られる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。尚、本発明の前提技術を説明した後に、本発明の実施の形態を説明する。
【００２２】
〈前提技術〉
この前提技術に係るプラズマ式ガス浄化装置は、被処理空気に含まれる臭気成分又は有害成分を酸化分解して空気を浄化する空気浄化装置（1）である。図１は、この空気浄化装置（1）の概略構成を示している。
【００２３】
上記空気浄化装置（1）は、集塵フィルタ（11）、遠心ファン（12）、プラズマ反応器（20）等の各機能部品がケーシング（10）内に収納された構成を有している。
【００２４】
上記ケーシング（10）の一つの側面（図の右側の側面）には、ケーシング（10）内に空気を吸い込むための空気吸込口（15）が形成され、上面には浄化空気を吹き出すための空気吹出口（16）が形成されている。上記空気吸込口（15）には吸込グリル（15a）が設けられ、空気吹出口（16）には吹出グリル（16a）が設けられている。また、空気吸込口（15）には、吸込グリル（15a）の内側に上記集塵フィルタ（11）が配置され、この集塵フィルタ（11）により吸込空気中に含まれる塵埃が捕集されるようになっている。
【００２５】
上記空気吹出口（16）は、ケーシング（10）の上面において、空気吸込口（15）とは反対側の縁部（図１の左側の縁部）に形成されている。そして、この空気吹出口（16）に対応して、上記遠心ファン（12）がケーシング（10）内に設けられている。この遠心ファン（12）には、ファン用電源（12a）が接続されている。以上の構成において、ケーシング（10）の内部は、空気吸込口（15）と空気吹出口（16）との間が被処理空気の流通空間（被処理ガスの流通路）となっている。そして、遠心ファン（12）を起動すると、被処理空気が空気吸込口（15）の吸込グリル（15a）及び集塵フィルタ（11）を通してケーシング（10）内に吸い込まれる。被処理空気は、後述するプラズマ反応器（20）での処理後に、空気吹出口（16）の吹出グリル（16a）からケーシング（10）の外側に吹き出される。
【００２６】
図２はプラズマ反応器（20）の概略構成を示す断面図であり、図３は斜視図である。このプラズマ反応器（20）は、低温プラズマを発生させるための放電手段としての放電電極（21）と、この放電電極（21）に対向して配置された対向電極（22）と、これら両電極（21,22）の間で対向電極（22）に近接して配置された処理部材（23）とを備えている。つまり、この処理部材（23）は放電場（D）中に配置されている。
【００２７】
上記処理部材（23）は、空気の流れ方向に沿って貫通する多数の小孔（23b）が形成されたハニカム形状の基材（23a）と、この基材（23a）に担持された触媒及び吸着剤とから構成されている。
【００２８】
上記基材（23a）に担持される触媒物質としては、例えば、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｏ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｆｅ，Ｒｅ，Ｔｃ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒのうちの少なくとも１種を含んでいる触媒物質を好適に用いることができる。これらの触媒物質は、被処理空気を処理する際の化学反応を促進するものである。
【００２９】
一方、上記吸着剤は、被処理空気中に含まれる臭気物質や有害物質等の被処理成分を吸着するものであり、例えば活性炭やゼオライト等を好適に用いることができる。尚、吸着剤には、多孔質セラミックス、活性炭繊維、モルデナイト、フェリエライト、シリカライト等を使用してもよく、これらのうちの少なくとも１種を用いるとよい。このように、基材（23a）は空気中の臭気成分及び有害成分を分解する機能材料となっている。
【００３０】
上記放電電極（21）は、電極板（21b）と、この電極板（21b）にほぼ直交するように固定された、針状の放電電極としての複数の針電極（21c）とから構成されている。上記電極板（21b）は、メッシュ材やパンチングメタル等からなり、その面直角方向に空気が通過する多数の開口部（21d）を有している。また、対向電極（22）にも、放電電極（21）と同様に、メッシュ材やパンチングメタル等からなりかつ面直角方向に空気が通過する多数の開口部（22a）を有する電極板が用いられている。
【００３１】
上記放電電極（21）は、上記対向電極（22）に対し、電極板（21b）がほぼ平行で且つ針電極（21c）がほぼ直角になるように配置されている。つまり、対向電極（22）は、針電極（21c）に略直交する状態で対向して配置されていることになる。上記針電極（21c）は、対向電極（22）側の先端部（21a）が尖端部として形成され、その尖端角度（θ）が６０°（３０°〜９０°の範囲であればよい）に設定されている。また、針電極（21c）の先端は、アール加工により小さな丸みが付けられて球面状に形成されている。さらに、図４に示すように、針電極（21c）の先端部（21a）（この前提技術では先端）には、該針電極（21c）よりも微細な１つの針状突起（31）が設けられている（尚、図１〜図３においては、この針状突起（31）の図示は省略している）。この針状突起（31）は導電性材料からなり、放電電極（21）の一部を形成している。
【００３２】
上記両電極（21,22）には、直流電圧を出力するように構成された直流電源（24）が接続されており、この電源（24）により該両電極（21c,22）間に電圧を印加してストリーマ放電を発生させるようになっている。詳しくは、上記放電電極（21）は直流電源（24）の正極側に接続され、対向電極（22）は直流電源（24）の負極側に接続されている。上記ストリーマ放電により、放電場（D）には低温プラズマが発生する。この低温プラズマには、活性種として、電子、イオン、オゾンや、その他のラジカル（ヒドロキシラジカル、励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子等）が含まれる。
【００３３】
尚、図１に符号（13）で示しているものは、放電により発生するオゾンを分解するためのオゾン分解触媒である。
【００３４】
−運転動作−
次に、この空気浄化装置（1）の運転動作について説明する。
【００３５】
空気浄化装置（1）の運転を開始し、遠心ファン（12）が起動すると、まず、空気吸込口（15）から被処理空気が吸い込まれて、この空気に含まれる塵埃が集塵フィルタ（11）によって捕集される。装置（1）の運転時は、プラズマ反応器（20）の放電電極（21）（針電極（21c））と対向電極（22）との間に高電圧（例えば２０〜３０ｋＶ）の直流電圧が印加され、両電極（21,22）間でストリーマ放電が生じる。そして、集塵フィルタ（11）で塵埃が除去された空気は、両電極（21,22）の間の放電場（D）を通過する。
【００３６】
ここで、ストリーマ放電は、針電極（21c）の先端の針状突起（31）から微小アークが発生し、この微小アークが対向電極（22）まで進展することにより、発光を伴ったプラズマ柱として形成されるものである。この微小アークは、放電電極（21）と対向電極（22）との間において等電位面の間隔が狭いところで連なって進展しやすい。尚、本前提技術では、放電電極（21）の針電極（21c）の尖端角度（θ）を６０°（３０°〜９０°）に特定するとともに、その尖端に微細な丸みを付けているので、針状突起（31）で生じた微小アークは広範囲に広がりながら進展しやすくなる。このため、本前提技術のプラズマ反応器（20）においては、ストリーマ放電が従来よりも広範囲で生じることとなる。
【００３７】
上記被処理空気は、放電場（D）を通過すると、ストリーマ放電の作用によりプラズマ化し、低温プラズマとなる。そして、この放電によって生成される各種の活性種は、処理部材（23）の触媒と接触することによりさらに高度に励起されて活性が高められ、有害物質や臭気成分と効率よく反応して、これらの物質を分解除去する。このため、空気中の有害物質や臭気物質は、プラズマと触媒の相乗効果によって素早く分解される。
【００３８】
さらに、処理部材（23）には吸着剤も含まれているため、被処理空気中の有害物質や臭気物質が吸着剤に吸着され、低温プラズマの活性種がこれらの成分に確実に作用して、分解処理を促進する。つまり、触媒と吸着剤とを一つの処理部材（23）に含ませるようにしたことによって、より安定した処理が行われる。
【００３９】
−前提技術の効果−
本前提技術によれば、針電極（21c）の先端部（21a）に微細な針状突起（31）を設けることとしたので、放電電極（21）から微小アークが発生しやすくなり、ストリーマ放電が生成されやすくなる。したがって、従来のようにパルス幅の狭い急峻なパルス高電圧を印加するパルス電源を用いる必要はなく、放電電極（21）（針電極（21c））と対向電極（22）との間に直流電圧を印加するだけで、ストリーマ放電を生成することができる。このように、電源として高価なパルス電源を用いる必要がなく、安価な直流電源（24）で足りるので、装置（1）のコストダウンを図ることができる。
【００４０】
−前提技術の変形例−
上記前提技術は、針電極（21c）の先端部（21a）に針状突起（31）を１つ設けたものであったが、図５に示すように、針状突起（31）を２つ又は３つ以上設けるようにしてもよい。このように針電極（21c）の先端部（21a）に複数の針状突起（31）を設けることによって、該先端部（21a）において微小アークが発生しやすくなり、ストリーマ放電をより一層容易に生成することができる。
【００４１】
また、前提技術と同様の構成を参考例として記載しておくと、図６に示すように、針電極（21c）の代わりに複数の平板状の突出電極（21e）を備え、それら突出電極（21e）の先端面に複数の微小針状突起（31）を設けるようにすることも可能である。
【００４２】
〈実施形態〉
次に、本願発明の実施形態について説明する。
【００４３】
図７に示すように、実施形態に係る空気浄化装置（1）は、直流電源（24）の負極側出力端子と対向電極（22）との間の接続配線（39）に、該接続配線（39）の遮断と導通とを切り換えるスイッチング素子（45）を設けるようにしたものである。
【００４４】
上記スイッチング素子（45）は、本実施形態では、半導体素子としてのトランジスタからなっていて、図外のコントローラからこのトランジスタのベースに切換信号（Ｌｏ信号及びＨｉ信号）を入力することで、上記接続配線（39）の遮断と導通との切換えを行うようになっている。そして、このスイッチング素子（45）は、上記接続配線（39）の遮断と導通との切換えを繰り返し行うことにより、放電電極（21）及び対向電極（22）間に、図８に示すように、周期的に変動する電圧（直流電源（24）の出力電圧Ｖに比べて振幅電圧が小さい振動電圧）を印加するように構成されている。つまり、スイッチング素子（45）は、接続配線（39）を導通状態から遮断状態に切り換えた後において印加電圧が０になる前に、導通状態に切り換え、その直後に導通状態から遮断状態に切り換えるようになっている。
【００４５】
したがって、本実施形態では、スイッチング素子（45）により放電電極（21）と対向電極（22）との間に、パルス電圧と同様の変動電圧を印加することができるとともに、この印加する変動電圧をスイッチング素子（45）により制御することができる。この結果、直流電源（24）を用いても、このスイッチング素子（45）による電圧制御によりストリーマ放電を安定して発生させることができるとともに、放電状態の制御を容易に行うことができる。しかも、電圧の変動周期を適切に設定することにより、ストリーマ放電の発生頻度を最適に調整することができ、最大のエネルギー効率が得られるようにすることができる。よって、簡単な構成で、ストリーマ放電を生成することができ、装置（1）のコストダウンを図ることができる。
【００４６】
また、上記スイッチング素子（45）を、直流電源（24）と対向電極（22）との間の接続配線（39）に設ける方が、直流電源（24）と放電電極（21）との間の接続配線（42）に設ける場合に比べて、スイッチング素子（45）の耐圧をかなり低く抑えることができ、小型で安価な素子を用いることができる。
【００４７】
また、本実施形態の放電電極（21）は、必ずしも針電極（21c）や針状突起（31）を備えたものである必要はない。
【００４８】
さらに、スイッチング素子（45）は、直流電源（24）と対向電極（22）との間の接続配線（39）（又は直流電源（24）と放電電極（21）との間の接続配線（42））の遮断と導通とを切り換えることが可能なものであれば、機械的なものであってもよい。但し、上記のように半導体素子とすることで、接続配線（39）の遮断と導通との切換えを電気的に行うので、ノイズの発生を抑えることができるとともに、構成を簡略化することができる。また、スイッチ部の端子消耗がなく、放電電極（21）及び対向電極（22）間に印加する電圧を長期に亘って安定させることができる。
【００４９】
加えて、上記放電電極（21）、対向電極（22）、直流電源（24）、接続配線（39,42）及びスイッチング素子（45）で構成されるストリーマ放電回路は、空気浄化装置（1）以外にも、ストリーマ放電を利用するものに好適に用いることができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のプラズマ式ガス浄化装置及びストリーマ放電回路によれば、直流電源を用いて安定したストリーマ放電を発生させることができるので、高価なパルス電源が不要になり、プラズマ式ガス浄化装置やストリーマ放電回路のコストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  前提技術に係る空気浄化装置の構造図である。
【図２】  前提技術に係るプラズマ反応器の要部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】  前提技術に係るプラズマ反応器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４】  針電極の部分拡大図である。
【図５】  前提技術の変形例に係る図４相当図である。
【図６】  前提技術と同様の構成の参考例に係る図４相当図である。
【図７】  実施形態に係るプラズマ反応器の構成図である。
【図８】  スイッチング素子による接続配線の遮断と導通との切換えにより、放電電極及び対向電極間に印加される振動電圧を示す波形図である。
【符号の説明】
（1）   空気浄化装置
（11）   集塵フィルタ
（12）   遠心フィルタ
（13）   オゾン分解触媒
（15）   空気吸込口
（16）   空気吹出口
（20）   プラズマ反応器
（21a）  針電極の先端部（針状の放電電極の先端部）
（21c）  針電極（針状の放電電極）
（22）   対向電極
（23）   処理部材
（24）   直流電源（電源）
（31）   針状突起
（42）   直流電源と放電電極との間の接続配線
（45）   スイッチング素子
【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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