JP7007936B2 - プラズマリアクター用電源システム - Google Patents

Description

本発明は、プラズマリアクター用電源システムに関する。

従来、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）などの有害成分を分解する装置として、プラズマリアクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１７－１５２３４１号公報

ここで、特許文献１に記載されるようなプラズマリアクターを製造する場合など、プラズマリアクターの品質を効率よく検査することが望まれる。

そこで、本発明の目的は、プラズマリアクターを効率よく検査して、プラズマリアクターの品質を管理できるプラズマリアクター用電源システムを提供することにある。

本発明［１］は、フライバックコンバータとスイッチング素子とを備え、プラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、前記スイッチング素子を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記スイッチング素子をオンからオフに切り替える切替ステップと、前記プラズマリアクターに供給される電力の電流積算値および電圧値を取得する第１取得ステップであって、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替えられたときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第１取得ステップと、前記プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第２取得ステップと、前記第１取得ステップで取得した前記電流積算値と、前記第２取得ステップで取得した前記電流積算値との差を、前記第１取得ステップで取得した前記電圧値と、前記第２取得ステップで取得した前記電圧値との差で除することにより、変化量を計算する計算ステップとを実行する、プラズマリアクター用電源システムを含む。

このような構成によれば、スイッチング素子がオンからオフに切り替えられてプラズマリアクターに電力が供給されてから、プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークになるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量を計算する。

そのため、変化量に基づいて、プラズマリアクターが所望の品質であるか否か、容易に判定することができる。

その結果、プラズマリアクターを効率よく検査して、プラズマリアクターの品質を管理できる。

また、本発明［２］は、フライバックコンバータとスイッチング素子とを備え、プラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、前記スイッチング素子を制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、前記スイッチング素子をオンからオフに切り替える切替ステップと、前記プラズマリアクターに供給される電力の電流積算値および電圧値を取得する第１取得ステップであって、前記プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第１取得ステップと、前記プラズマリアクターに供給される電力の電圧値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第２取得ステップと、前記第１取得ステップで取得した前記電流積算値と、前記第２取得ステップで取得した前記電流積算値との差を、前記第１取得ステップで取得した前記電圧値と、前記第２取得ステップで取得した前記電圧値との差で除することにより、変化量を計算する計算ステップとを実行する、プラズマリアクター用電源システムを含む。

このような構成によれば、プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークになってから、プラズマリアクターに供給される電力の電圧値がピークになるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量を計算する。

そのため、変化量に基づいて、プラズマリアクターが所望の品質であるか否か、容易に判定することができる。

その結果、プラズマリアクターを効率よく検査して、プラズマリアクターの品質を管理できる。

本発明によれば、プラズマリアクターを効率よく検査して、プラズマリアクターの品質を管理できる。

図１は、本発明のプラズマリアクター用電源システムの第１実施形態を示す回路図である。 図２は、プラズマリアクターの概略構成図である。 図３は、プラズマリアクター用電源システムの制御を示すフローチャートである。 図４は、スイッチング素子を切り替えた後の放電電流およびリアクタ印加電圧の変動を示す相関図である。 図５は、電流積算値と電圧値との相関図（リサジュー図）である。 図６は、第２実施形態のプラズマリアクター用電源システムの制御を示すフローチャートである。

１．プラズマリアクター用電源システム
図１に示すプラズマリアクター用電源システム１は、プラズマリアクター１０１（図２参照）を検査するときに用いられる。具体的には、プラズマリアクター用電源システム１は、プラズマリアクター１０１の製造において、製造されたプラズマリアクター１０１を検査するときに用いられる。プラズマリアクター用電源システム１は、電源１００からプラズマリアクター１０１に電力を供給し、プラズマリアクター１０１に供給される電力の値（電流値および電圧値）の変化に基づいて、プラズマリアクター１０１の品質を検査する。プラズマリアクター用電源システム１は、電源装置２と、制御装置３とを備える。

（１）電源装置
電源装置２は、プラズマリアクター１０１に電力を供給する。電源装置２は、フライバックコンバータ５と、ＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子６とを備える。制御装置３がスイッチング素子６を制御することにより、電源装置２は、プラズマリアクター１０１に電力を供給する。詳しくは、制御装置３がスイッチング素子６をオンしているときに、一次コイル７に電流が流れてコアが磁化される。その後、制御装置３がスイッチング素子６をオフすると、二次コイル８に誘導起電力が生じる。二次コイル８は、プラス配線１０２を介して、プラズマリアクター１０１の正極パネルに電気的に接続され、マイナス配線１０３を介して、プラズマリアクター１０１の負極パネルに電気的に接続される。そのため、二次コイル８に生じた誘導起電力により、プラズマリアクター１０１に電力が供給される。

（２）制御装置
制御装置３は、上記したように、電源装置２のスイッチング素子６を制御する。制御装置３は、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。

２．プラズマリアクター
プラズマリアクター１０１は、図２に示すように、複数の電極パネル１０４と、複数の電極パネル１０４を収容するケーシング１０５と備える。

複数の電極パネル１０４のそれぞれは、所定方向に延びる。複数の電極パネル１０４は、所定方向と交差する方向において、互いに間隔を隔てて並ぶ。複数の電極パネル１０４のうち、プラス配線１０２に電気的に接続される電極パネル１０４が正極パネルであり、マイナス配線１０３に電気的に接続される電極パネル１０４が負極パネルである。プラズマリアクター１０１に電力が供給されると、正極パネルと負極パネルとの間で放電（誘電体バリア放電）が生じる。これにより、正極パネルと負極パネルとの間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター１０１内にプラズマが発生する。プラズマリアクター１０１内に流入した有害成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）など）は、プラズマリアクター１０１内のプラズマにより、分解される。

３．プラズマリアクター用電源システム１の制御
次いで、図３～図５を参照して、プラズマリアクター用電源システム１の制御について説明する。

プラズマリアクター１０１の検査では、制御装置３は、切替ステップ（Ｓ１、Ｓ２）と、第１取得ステップ（Ｓ３）と、第２取得ステップ（Ｓ４、Ｓ５）と、計算ステップ（Ｓ６）とを実行する。

（１）切替ステップ
切替ステップ（Ｓ１、Ｓ２）では、制御装置３は、スイッチング素子６をオンからオフに切り替える。

詳しくは、プラズマリアクター１０１の検査が開始されると、制御装置３は、スイッチング素子６をオンする（Ｓ１）。すると、上記したように、フライバックコンバータ５の一次コイル７に電流が流れてコアが磁化される。

次いで、制御装置３は、所定の時点ｔ１（図４参照）において、スイッチング素子６をオフする（Ｓ２）。すると、上記したように、フライバックコンバータ５の二次コイル８に誘導起電力が生じ、プラズマリアクター１０１の正極パネルと負極パネルとの間で放電が生じる。

ここで、時点ｔ１の後、プラズマリアクター１０１に流れる電流（放電電流）、および、プラズマリアクター１０１に印加される電圧（リアクタ印加電圧）は、図４に示すように変動する。

（２）第１取得ステップ
次いで、図３に示すように、第１取得ステップ（Ｓ３）では、制御装置３は、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流積算値および電圧値を取得する。詳しくは、制御装置３は、時点ｔ１（すなわち、スイッチング素子６がオンからオフに切り替えられたとき、図４参照）の電流積算値および電圧値を取得する。なお、電流積算値は、公知の積算電流計によって測定される。また、電圧値は、公知の電圧計によって測定される。

（３）第２取得ステップ
次いで、第２取得ステップ（Ｓ４、Ｓ５）では、制御装置３は、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークとなったときの電流積算値および電圧値を取得する。

詳しくは、制御装置３は、時点ｔ２（図４参照）において、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークとなった信号（電流ピーク信号）を取得する（Ｓ４）。なお、電流ピーク信号は、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークとなったときにパルス信号を発信するように構成された回路（ピークタイミング検出回路）から発信される。

制御装置３は、電流ピーク信号を取得したとき、すなわち、電流値がピークとなったときの電流積算値および電圧値を取得する（Ｓ５）。

（４）計算ステップ
次いで、計算ステップ（Ｓ６）では、制御装置３は、第１取得ステップ（Ｓ３）で取得した電流積算値と、第２取得ステップ（Ｓ５）で取得した電流積算値との差を、第１取得ステップ（Ｓ３）で取得した電圧値と、第２取得ステップ（Ｓ５）で取得した電圧値との差で除することにより、変化量ΔＣ（電圧値に対する電流積算値の変化量）を計算する。

変化量ΔＣは、図５に示すように、電流積算値と電圧値との相関図（リサジュー図）における部分Ｐ１（非放電期間）の傾きに相当する。

次いで、制御装置３は、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎに対して乖離しているか否か判断する（Ｓ７）。

なお、所定の変化量Ｎは、電極パネル１０４（図２参照）間の所望の間隔に基づいて、計算により設定される。詳しくは、電極パネル１０４の静電容量をＣｄとし、電極パネル１０４間を所望の間隔とした場合における電極パネル１０４間の静電容量をＣｇとした場合、Ｃｄ×Ｃｇ／（Ｃｄ＋Ｃｇ）として計算される。

そして、制御装置３は、例えば、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎを超えた場合に（Ｓ７：ＹＥＳ）、電極パネル１０４間の間隔が所望の間隔になっておらず、プラズマリアクター１０１が異常であると判定する（Ｓ８）。

なお、検査者は、異常判定がされない場合（Ｓ７：ＮＯ）、プラズマリアクター１０１が正常であると判断する。

４．作用効果
このプラズマリアクター用電源システム１によれば、図３に示すように、スイッチング素子６がオンからオフに切り替えられてプラズマリアクター１０１に電力が供給されてから、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークとなるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量ΔＣを計算する（Ｓ６）。

そのため、変化量ΔＣに基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４間の間隔が所望の間隔になっているか否か、容易に判定することができる。

その結果、プラズマリアクター１０１を効率よく検査して、プラズマリアクター１０１の品質を管理できる。

５．第２実施形態
次いで、図４～図６を参照して、第２実施形態におけるプラズマリアクター用電源システム１の制御について説明する。なお、第２実施形態において、第１実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。

第２実施形態では、図６に示すように、切替ステップ（Ｓ１、Ｓ２）と、第１取得ステップ（Ｓ４、Ｓ５）と、第２取得ステップ（Ｓ１１、Ｓ１２）と、計算ステップ（Ｓ１３）とを実行する。切替ステップ（Ｓ１、Ｓ２）は、第１実施形態の切替ステップと同じであり、第１取得ステップ（Ｓ４、Ｓ５）、第１実施形態の第２取得ステップと同じであるため、その説明を省略する。

（１）第２取得ステップ
第２取得ステップ（Ｓ１１、Ｓ１２）では、制御装置３は、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電圧値がピークとなるタイミングにおいて、電流積算値および電圧値を取得する。

詳しくは、制御装置３は、時点ｔ３（図４参照）において、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電圧値がピークとなった信号（電圧ピーク信号）を取得する（Ｓ１１）。なお、電圧ピーク信号は、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電圧値がピークとなったときにパルス信号を発信するように構成された回路から発信される。

制御装置３は、電圧ピーク信号を取得したとき、すなわち、電圧値がピークとなったときの電流積算値および電圧値を取得する（Ｓ１２）。

（２）計算ステップ
計算ステップ（Ｓ１３）では、制御装置３は、第１取得ステップ（Ｓ５）で取得した電流積算値と、第２取得ステップ（Ｓ１２）で取得した電流積算値との差を、第１取得ステップ（Ｓ５）で取得した電圧値と、第２取得ステップ（Ｓ１２）で取得した電圧値との差で除することにより、変化量ΔＣ（電圧値に対する電流積算値の変化量）を計算する。

変化量ΔＣは、図５に示すように、電流積算値と電圧値との相関図（リサジュー図）における部分Ｐ２（放電期間）の傾きに相当する。

次いで、制御装置３は、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎに対して乖離しているか否か判断する（Ｓ１４）。

なお、第２実施形態では、所定の変化量Ｎは、電極パネル１０４間の所望の放電特性に基づいて設定される。具体的には、所定の変化量Ｎは、電極パネル１０４の静電容量Ｃｄと一致する。

そして、制御装置３は、例えば、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎを超えた場合に（Ｓ１４：ＹＥＳ）、電極パネル１０４の静電容量が所望の静電容量になっておらず、プラズマリアクター１０１が異常であると判定する（Ｓ８）。

なお、検査者は、異常判定がされない場合（Ｓ１４：ＮＯ）、プラズマリアクター１０１が正常であると判断する。

（３）第２実施形態の作用効果
第２実施形態のプラズマリアクター用電源システム１によれば、図６に示すように、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークになってから、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電圧値がピークになるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量ΔＣを計算する（Ｓ１３）。

そのため、変化量ΔＣに基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４の静電容量が所望の静電容量になっているか否か、容易に判定することができる。

その結果、プラズマリアクター１０１を効率よく検査して、プラズマリアクター１０１の品質を管理できる。

６．第３実施形態
次いで、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態において、第１実施形態および第２実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。

第３実施形態では、第１実施形態と第２実施形態とを組み合わせて実行する。詳しくは、第１実施形態と同様にして、スイッチング素子６がオンからオフに切り替えられてから、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークとなるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量ΔＣ（第１の変化量）を計算するとともに、第２実施形態と同様にして、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電流値がピークになってから、プラズマリアクター１０１に供給される電力の電圧値がピークになるときまでの、電圧値に対する電流積算値の変化量ΔＣ（第２の変化量）を計算する。

第３実施形態によれば、第１の変化量に基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４間の間隔が所望の間隔になっているか否か、容易に判定することができるとともに、第２の変化量に基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４の静電容量が所望の静電容量になっているか否か、容易に判定することができる。

その結果、プラズマリアクター１０１の品質を、より精密に管理できる。

７．変形例
上記したプラズマリアクター用電源システム１では、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎを超えた場合にプラズマリアクター１０１が異常であると判定するが、変化量ΔＣが所定の変化量Ｎ未満となった場合に、プラズマリアクター１０１が異常であると判定することもできる。

また、上記したプラズマリアクター用電源システム１では、プラズマリアクター１０１が異常であるか否か判定するが（Ｓ８）、プラズマリアクター１０１が異常であるか否かの判定は、検査者がしてもよい。例えば、プラズマリアクター用電源システム１は、計算ステップ（Ｓ６、Ｓ１４）で計算された変化量ΔＣを表示し、検査者は、表示された変化量ΔＣを見て、プラズマリアクター１０１が異常であるか否かの判定をしてもよい。

また、図５に示すように、電流積算値と電圧値との相関図は、放電が正常である場合、部分Ｐ３の傾きと部分Ｐ１の傾きとが同じになり、部分Ｐ４の傾きと部分Ｐ２の傾きとが同じになる。そのため、部分Ｐ３の傾きに基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４間の間隔が所望の間隔になっているか否かを判定し、部分Ｐ４の傾きに基づいて、プラズマリアクター１０１の電極パネル１０４の静電容量が所望の静電容量になっているか否かを判定することもできる。また、部分Ｐ３の傾きと部分Ｐ１の傾きとの比較や、部分Ｐ４の傾きと部分Ｐ２の傾きとの比較により、プラズマリアクター１０１が異常であるか否かを判定することもできる。

また、上記したプラズマリアクター用電源システム１は、車両に搭載することもできる。この場合、例えば、ユーザーがイグニッションスイッチをオンし、ＥＣＵが車両の各部の動作を確認するプログラムを実行するときに、プラズマリアクター１０１が異常であるか否か判定する。

また、上記したように、このプラズマリアクター用電源システム１は、プラズマリアクター１０１（図２参照）の製造に用いられる。すなわち、プラズマリアクター１０１の製造方法は、プラズマリアクター用電源システム１を用いてプラズマリアクター１０１を検査する検査工程を含む。

１ プラズマリアクター用電源システム
２ 電源装置
３ 制御装置
１０１ プラズマリアクター

Claims (2)

1. フライバックコンバータとスイッチング素子とを備え、プラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、
   前記スイッチング素子を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記スイッチング素子をオンからオフに切り替える切替ステップと、
   前記プラズマリアクターに供給される電力の電流積算値および電圧値を取得する第１取得ステップであって、前記スイッチング素子がオンからオフに切り替えられたときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第１取得ステップと、
   前記プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第２取得ステップと、
   前記第１取得ステップで取得した前記電流積算値と、前記第２取得ステップで取得した前記電流積算値との差を、前記第１取得ステップで取得した前記電圧値と、前記第２取得ステップで取得した前記電圧値との差で除することにより、変化量を計算する計算ステップと
   を実行することを特徴とする、プラズマリアクター用電源システム。
2. フライバックコンバータとスイッチング素子とを備え、プラズマリアクターに電力を供給する電源装置と、
   前記スイッチング素子を制御する制御装置と
   を備え、
   前記制御装置は、
   前記スイッチング素子をオンからオフに切り替える切替ステップと、
   前記プラズマリアクターに供給される電力の電流積算値および電圧値を取得する第１取得ステップであって、前記プラズマリアクターに供給される電力の電流値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第１取得ステップと、
   前記プラズマリアクターに供給される電力の電圧値がピークとなったときの前記電流積算値および前記電圧値を取得する第２取得ステップと、
   前記第１取得ステップで取得した前記電流積算値と、前記第２取得ステップで取得した前記電流積算値との差を、前記第１取得ステップで取得した前記電圧値と、前記第２取得ステップで取得した前記電圧値との差で除することにより、変化量を計算する計算ステップと
   を実行することを特徴とする、プラズマリアクター用電源システム。

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