JP2001038138A

JP2001038138A - 物質処理方法および装置

Info

Publication number: JP2001038138A
Application number: JP11218866A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Imanishi; 雄一郎今西; Naohiro Shimizu; 尚博清水; Akizo Ishii; 彰三石井
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-08-02
Filing date: 1999-08-02
Publication date: 2001-02-13

Abstract

(57)【要約】【課題】排ガス中に含まれるＮＯ_x，ＳＯ_xやダイオキ
シンなどの有害物質を放電プラズマによって効率よく無
害な物質に分解できる方法および装置を提供する。【解決手段】電気絶縁製のハニカム構造体１１の両端
面に設けたメッシュ電極１３および１４間にパルス電源
１６を接続して貫通孔１２に沿ってパルス放電プラズマ
を発生させ、処理すべき有害物質を含む排ガスを貫通孔
に通す際に、パルス放電プラズマ中に生成される高エネ
ルギー電子やラジカルと反応させて有害物質を分解す
る。放電空間がハニカム構造体の貫通孔によって規定さ
れるので、ハニカム構造体全体に亘って均一に放電プラ
ズマを発生でき、有害物質の分解効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、処理すべき物質を
含む流体に放電プラズマを作用させてこの物質を処理す
る方法および装置に関するものであり、特に焼却設備か
ら排出される排出ガスに含まれるダイオキシンなどの有
害物質を放電プラズマにより無害な物質へ分解するのに
適した物質処理方法および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】都市型のごみ焼却炉や産業廃棄物の焼却
設備の燃焼炉から排出される排気ガス中には種々の有害
物質が含まれているが、ＮＯ_x，ＳＯ_xの他に最近はダイ
オキシンが有害物質して注目されている。これらの有害
物質を安全なレベル以下に減少させた後に大気中へ排出
することが重要であり、そのために種々の処理方法が提
案されている。

【０００３】しかしながら、従来提案されているもの
は何れも設備が大掛かりになったり、処理効率が低かっ
たり、ランニングコストが高かったり、メンテナンスが
面倒であるなどといった欠点があり、実用化の点で多く
の問題がある。例えば、多くの焼却設備では電気集塵装
置が用いられているが、ダイオキシン発生源の一つと考
えらえており、電気集塵装置に代わってバグフィルタが
用いられるようになってきたが、バグフィルタは耐久性
に乏しいと共に保守管理が面倒である。

【０００４】このような欠点を軽減するものとして、
コロナ放電や誘電体バリヤ放電などによって発生させた
電子を上述した有害物質と反応させて無害な物質へ変換
したり捕捉促進を図ったりすることが提案されている。
例えば、図１に示すように、同軸円筒型反応容器と称さ
れる導電性のパイプ１の中心にワイヤ電極２を設け、こ
れらパイプとワイヤ電極との間にパルス電源３を接続し
て、パイプ内にコロナ放電を発生させ、排出ガスをパイ
プ１の一端から他端へ流し、コロナ放電で生成されるラ
ジカルや加速された電子をダイオキシンやＮＯ_x，ＳＯ_x
と反応させて分解し、無害な物質へ変成することが知ら
れている。

【０００５】上述したパルス放電プラズマを利用した
排気ガス処理方法の変形例として図２に示すような誘電
体バリヤ放電を利用したものも提案されている。この方
法では、導電材料より成るパイプ１の内周に誘電体より
なるパイプ４を設け、この誘電体パイプの中心にワイヤ
電極２を配置したものである。また、この場合には、導
電性パイプ１とワイヤ電極２との間に交流電源５を接続
してバリヤ放電を起こすようにしている。

【０００６】また、図３に示すように、複数のプレー
ト電極６を互いに平行に配列し、隣接するプレート電極
の間にワイヤ状の電極７を配置し、これらの電極をパル
ス電源３に接続したものも提案されている。この場合に
は、処理すべき物質を含む排気ガスを順次のプレート電
極６の間を通過させて、プレート電極６とワイヤ電極７
との間に発生されるパルス放電プラズマと反応させるよ
うにしている。このような処理装置は、例えば、電気学
会誌、１１９巻、５号、１９９７年において、安井裕之
により「パルスコロナ放電による排ガス処理技術」とし
て開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の放電プ
ラズマによる物質処理方法では、比較的広い断面積を有
する流体通路の中心にワイヤ電極を配置しているので、
流体が流れる空間に亘って放電プラズマが均一に発生し
ないという問題がある。例えば、図１に示した例では、
図４および５に示すようにワイヤ電極２の周辺にのみ放
電プラズマが集中してしまい、その外側での放電プラズ
マは非常に弱い。このように放電プラズマが流体通路に
おいて局在化していると、流体中に含まれる特定の物質
がプラズマによって生成される電子と反応する確率が低
くなり、処理効率が低いという問題がある。このような
問題は、図３に示したようなプレート電極とワイヤ電極
とを用いる場合でも同様である。

【０００８】また、上述した従来の物質処理方法で
は、２つの電極間にパルス電源や交流電源を接続してい
るが、例えば排気ガス中に含まれるダイオキシンを分解
するために相当高いエネルギーを持った電子と反応させ
る必要があるが、このような高エネルギー電子を効率よ
く生成することについて深く考察されていない。すなわ
ち、単なる交流電圧を電極間に印加しても所望の高エネ
ルギーを持った電子を効率よく発生させることはできな
い。すなわち、交流電源を使用する場合には、図５のグ
ラフの曲線Ａで示すように、１ｅＶ程度のエネルギーを
持った電子が最も多く発生されるが、５ｅＶ前後のエネ
ルギーを持った電子の密度は低くなる。一方、ダイオキ
シンを効率よく分解するには３〜１０ｅＶ程度のエネル
ギーを有する電子の密度は低く、処理効率が低くなる。

【０００９】さらに、パルス電源を用いる場合でも、
ダイオキシンを効率よく分解するには３〜１０ｅＶ程度
のエネルギーを有する電子の発生のためには、放電電極
間に発生する電圧パルスの立ち上がりを急峻とすること
が重要であると共にパルス幅を短くすることが重要であ
る。このためにはサイラトロンを能動素子として用いた
パルス電源を用いることが考えられる。サイラトロンを
用いたパルス電源では、図７に示すように立ち上がりが
急峻で、パルス幅も短く、放電電流も大きいという特長
があるが、大型になる、電力効率が低い、価格が高価と
なる、寿命が短い、特性が経時的に変化し、保守に手間
が掛かるなどの問題がある。特に、ごみ焼却設備で使用
する場合には、カソードヒータなどでの電力消費が大き
く、交換コスト等の点で高価となり、寿命が短く、保守
に手間が掛かるという点で適当でない。

【００１０】このような問題を解決するためには、電
力効率が高く、寿命が半永久的な半導体素子をスイッチ
ング素子として用いたパルス電源を用いることが望まし
い。この半導体素子としては、ＧＴＯ（Gate Turn-off
Thyristor）やＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Tra
nsistor）などがあるが、ＧＴＯでは図８に示すように
立ち上がりが非常に緩やかであると共にパルス幅も長
く、磁気圧縮回路などの付帯する大掛かりな回路を多段
に設けない限り、所望のエネルギーを持った電子を高い
密度で生成することはできない。また、ＩＧＢＴでも図
９に示すようにＧＴＯよりも立ち上がりが急峻でパルス
幅も短いが、ダイオキシンを効率よく分解するための３
〜１０ｅＶ程度のエネルギーを有する電子を高密度で発
生させるのに十分なパルス立ち上がり特性を実現するこ
とは困難である。

【００１１】本発明の目的は、処理すべき物質を含む
流体を通過させる通路に沿って均一に放電プラズマを発
生させることによって物質を効率よく処理することがで
きる物質処理方法および装置を提供しようとするもので
ある。

【００１２】本発明の他の目的は、所定の物質を効率
よく処理する所定の高いエネルギーを持った電子を高い
密度で生成するパルス放電プラズマによって物質を特に
効率よく処理することができる物質処理方法および装置
を提供しようとするものである。

【００１３】本発明のさらに他の目的は、上述した所
定の高いエネルギーを持った電子を生成するパルス放電
プラズマを半導体素子をスイッチング素子とする高速パ
ルス電源によって発生させることができる物質処理方法
および装置を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の物質処理方法
は、処理すべき物質を含む流体が通過する複数の貫通孔
を有する電気絶縁性のハニカム構造体の内部で放電プラ
ズマを発生させ、貫通孔を通過する流体中の特定物質を
この放電プラズマ中に生成されたラジカルや加速された
電子と反応させて処理することを特徴とするものであ
る。

【００１５】また、本発明による物質処理装置は、処
理すべき物質を含む流体が通過する複数の貫通孔を互い
に平行に形成した電気絶縁性のハニカム構造体と、この
ハニカム構造体の内部で、貫通孔を通過する流体中の特
定物質と反応して処理する電子を加速する放電プラズマ
を発生する電極手段と、この電極手段に接続され、前記
ハニカム構造体の貫通孔内で放電プラズマを発生させる
電界を電極手段に印加する電源と、を具えることを特徴
とするものである。

【００１６】このような本発明による物質処理方法お
よび装置においては、ハニカム構造体の貫通孔に沿って
処理すべき物質を含む気体または液体、すなわち流体を
流し、この貫通孔の内部に放電プラズマを発生させるよ
うにしたので、流体通路の断面全体に亘って放電プラズ
マが均一に発生されるようになり、物質が放電プラズマ
中のラジカルや電子と反応する確率が高くなり、処理効
率が著しく向上することになる。

【００１７】上述した本発明による物質処理方法およ
び装置は、種々の用途に適用することができるが、特に
都市型のごみや産業廃棄物の焼却設備から排出される排
出ガスに含まれるダイオキシンやＮＯ_x，ＳＯ_xなどの有
害物質をハニカム構造体の内部で発生させるプラズマと
の反応によって無害な物質へ分解する用途に適用するの
が好適である。このような用途においては、ハニカム構
造体の内部で発生させる放電プラズマをパルス放電プラ
ズマとし、ダイオキシンなどの有害物質を効率良く分解
する高エネルギー電子を特異的に多量に発生するような
パルス放電を行うのが特に好適である。このパルス放電
はパルスコロナ放電とするが、以下簡単のため単にパル
ス放電と称する。

【００１８】このようなパルス放電プラズマ中に生成
されるダイオキシンなどの有害物質を効率良く分解する
高エネルギー電子のエネルギーは３ｅＶ〜１０ｅＶとす
るのが好適である。このようなエネルギーを有する電子
を高い密度で発生させるためには、パルス放電用パルス
電流立ち上がり特性を、５×１０¹⁰アンペア／秒以上、
好ましくは１×１０¹¹アンペア／秒以上とするのが好適
である。さらに、パルス放電電流の振幅は数千アンペア
とするのが好適である。

【００１９】本発明においては、このようなパルスを
発生させるパルス電源として静電誘導サイリスタを能動
素子とするパルス発生回路を有利に使用することができ
る。このような静電誘導サイリスタによれば、上述した
サイラトロンを用いるパルス発生回路に比べて小型にで
きると共に消費電力も低く抑えることができ、寿命も半
永久的であり、保守も容易であり、コストも下げること
ができる。また、上述したＧＴＯやＩＧＢＴなどに比べ
て立ち上がりが非常に急峻であると共に導通時の電流容
量も大きくすることができる。このように、急峻に電荷
を電極に注入することで、放電電極間に急峻な電圧上昇
率（ｄｖ／ｄｔ）のパルス電圧が得られ、所望の放電プ
ラズマを発生させることができる。

【００２０】本発明によれば、前記ハニカム構造体の
内部でプラズマを発生させるための放電は、ハニカム構
造体の貫通孔と平行な方向に発生させたり、貫通孔の延
在方向と直交する方向に発生させたりすることができ
る。

【００２１】例えば、貫通孔の延在方向と平行な方向
に放電プラズマを発生させる場合には、ハニカム構造体
の一方の端面に設けられた第１の電極と、ハニカム構造
体の他方の端面に設けられた第２の電極との間に放電用
電圧を印加することができる。また、これら第１および
第２の電極のそれぞれは、前記ハニカム構造体の端面に
固着された導電性メッシュで構成したり、ハニカム構造
体の端面に被着された導電層で構成することができる。
また、これらの電極を絶縁物で被覆することもできる。

【００２２】また、ハニカム構造体の貫通孔の延在方
向と直交する方向に放電プラズマを発生させる場合に
は、ハニカム構造体のほぼ中央の貫通孔に挿通された第
１の電極と、ハニカム構造体の外周面に被着された導電
層より成る第２の電極との間に放電用電圧を印加した
り、ハニカム構造体の複数の貫通孔の各々の内壁に、互
いに絶縁分離されるように被着した導電層より成る第１
および第２の電極の間に放電用電圧を印加したりするこ
とができる。

【００２３】さらに、ハニカム構造体の１本または複
数本の貫通孔に挿通された第１の電極と、ハニカム構造
体の１本または複数本の他の貫通孔に挿通された第２の
電極との間に放電用電圧を印加することもできる。この
場合には、これらの第１および第２の電極は、貫通孔に
通した導電線を以て構成したり、貫通孔の内壁に被着し
た導電層または貫通孔内に充填した導体を以て構成する
ことができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】図１０および１１は本発明による
物質処理方法の第１の基本的な構成を示す線図である。
本発明の特長の１つは、処理すべき物質を通す通路を構
成すると共にプラズマを発生させる放電空間を構成する
部材として電気絶縁材料より成るハニカム構造体１１を
用いるものであるが、第１の基本構成においては、この
ハニカム構造体に形成した複数の貫通孔１２の延在方向
と平行な方向に放電プラズマ用の電界を印加する。本例
では、この目的のためにハニカム構造体１１の端面にそ
れぞれステンレス製のメッシュ電極１３および１４を取
り付け、これらのメッシュ電極を交流電源１５に接続す
る。本発明においては、これらのメッシュ電極１３およ
び１４を絶縁物で被覆することもできる。

【００２５】本例では、都市型ごみ焼却炉から排出さ
れる排ガス中に含まれる有害物質、特にダイオキシンや
ＮＯ_x，ＳＯ_xなどを放電プラズマ中に生成されるラジカ
ルや、加速された電子と反応させて無害な物質に分解す
るものである。ハニカム構造体１１をコージエライトセ
ラミックスで形成し、１平方センチ当たりほぼ５個の割
合で貫通孔１２を形成する。また、メッシュ電極１３お
よび１４は４０メッシュのメッシュサイズを有するもの
とする。さらに、交流電源１５は、最高７０ＫＶまでの
電圧を出力することができる可変型とし、周波数は数Ｋ
Ｈｚ、例えば５ＫＨｚとする。

【００２６】これらのハニカム構造体１１の貫通孔１
２の単位面積当たりの個数やメッシュ電極１３、１４の
メッシュサイズや高周波電源１５の出力電圧は、貫通孔
１２の断面積や、ハニカム構造体１１の長さおよび直径
などと共に処理すべき物質を含む排ガスの流量、排ガス
中の物質の濃度、処理した後の排ガスに残留する物質の
濃度などを考慮して決めることができるが、主として製
造上の理由からハニカム構造体の長さおよび直径は、そ
れぞれ１〜１００ｃｍおよび５〜２０ｃｍとするのが好
適である。また、貫通孔１２の内接円の直径は、５〜１
０ｍｍの間で選定できる。

【００２７】図１１は本発明による物質処理方法の第
１の基本的な構成を有する第２の実施例を示す線図であ
り、前例と同様の部分には前例と同じ符号を付けて示
し、その詳細な説明は省略する。図１０に示した第１の
実施例ではメッシュ電極１３および１４を交流電源１５
に接続したが、本例ではパルス電源１６に接続する。こ
のようなパルス電源１６を用いることによりハニカム構
造体１１の貫通孔１２ではパルス放電プラズマが発生さ
れるが、本発明ではこのパルス電源１６を、パルス放電
プラズマ中に、ダイオキシンを有効に分解することがで
きる高いエネルギーを有する高エネルギー電子およびラ
ジカルを特異的に高い密度で生成するようなものに設定
する。

【００２８】本発明ではこのようなパルス電源１６を
用いことによって、パルス放電プラズマ中に生成される
電子のエネルギーと密度との関係を表す図６の曲線Ｂに
示すように、ダイオキシンを効率よく分解できるほぼ３
〜１０ｅＶの高いエネルギーを持った電子を高い密度で
発生させることができ、したがって処理能率を著しく向
上することができる。

【００２９】このようにダイオキシンを効率よく分解
できるほぼ３〜１０ｅＶの高いエネルギーを持った電子
を高い密度で発生させるパルス電源１６としては、パル
ス電流立ち上がり特性が、５×１０¹⁰アンペア／秒以
上、好ましくは１×１０¹¹アンペア／秒以上の急峻な特
性を有し、エネルギー消費が少なく、１０〜７０ＫＶの
高電圧を有し、導通時の電流を数千アンペアとすること
ができるパルス電源を用いるのが好適である。このよう
な電源により放電電極間に発生するパルス電圧の電圧上
昇率は、１×１０¹²Ｖ／ｓ程度である。また、パルス幅
は、数ナノ秒から数百ナノ秒とするのが好適である。こ
のようなパルス放電を出力することができるパルス電源
としては、サイラトロンをスイッチングデバイスとして
用いた電源が考えられるが、大型になり、消費電力が大
きく、コストが高く、寿命が短く、取り替えなどの保守
も面倒である。

【００３０】本発明においては、このような欠点を解
消するために、パルス電源１６として、静電誘導サイリ
スタをスイッチング素子とするパルス電源を用いる。図
１２は、静電誘導サイリスタの特性を示すグラフである
が、立ち上がりが急峻であり、大きな電流を流すことが
できるものである。勿論、静電誘導サイリスタは半導体
素子であるので、小型化でき、消費電力も非常に小さ
く、コストも低く、寿命も半永久的で、保守の手間も掛
からないものである。したがって、静電誘導サイリスタ
を能動素子とするパルス電源は本発明による物質処理装
置のパルス電源として最適である。本発明においては、
パルスの電圧振幅は１０〜７０ＫＶ程度が好適である。
パルスの繰り返し周波数については数ＫＨｚから１０Ｋ
Ｈｚ程度とすることができる。

【００３１】図１３および１４は、上述した第１およ
び第２の実施例と同様にメッシュ電極を用いた第３およ
び第４の実施例の一部分を拡大して示す斜視図である。
図１３に示す第３の実施例ではハニカム構造体１１の貫
通孔１２の断面形状を６角形とし、メッシュ電極１３の
メッシュの形状を矩形とし、図１４に示す第４の実施例
ではハニカム構造体１１の貫通孔１２の断面形状を方形
とし、メッシュ電極１３のメッシュの形状を対応する方
形とし、メッシュ電極で貫通孔の開口部を塞がないよう
に構成する矩形とする。本発明においては、このように
メッシュ電極１３のメッシュのサイズおよび形状並びに
ハニカム構造体１１の貫通孔１２の断面形状およびメッ
シュとの相対位置関係などを一致させる必要はなく、メ
ッシュ電極はハニカム構造体１１の全体に亘ってできる
だけ均一に放電プラズマが発生するようなものであれば
良い。

【００３２】図１５は、本発明の第１の基本構成に基
づく物質処理装置の第５の実施例の構成を示すものであ
り、図１６はメッシュ電極部分を拡大して示す斜視図で
ある。本例では、パルス電源１６に接続したメッシュ電
極１７および１８をハニカム構造体１１の互いに対向す
る両端面に被着した導電層を以て形成したものである。
このようにメッシュ電極１７および１８をハニカム構造
体１１の端面に被着した導電層で形成することにより、
貫通孔１２の開口部を塞がないメッシュ電極を容易に得
ることができる。

【００３３】図１７および１８は、パルス電源１６か
らパルスを印加したときにハニカム構造体１１の貫通孔
１２に沿って発生されるパルス放電プラズマの状況を示
す横断面図および縱断面図である。これらの図面に示す
ように、本発明においてはハニカム構造体１１の貫通孔
１２に沿って放電プラズマが発生されており、したがっ
てパルス放電プラズマ中に生成される高エネルギー電子
および生成ラジカルと排ガス中に含まれるダイオキシン
との反応がきわめて効率よく行われ、ダイオキシンを効
率よく分解することができる。また、本発明において
は、放電プラズマはハニカム構造体１１の貫通孔１２の
内面に沿って発生する沿面放電となっていることが確認
された。

【００３４】上述した第１〜第５の実施例において
は、放電プラズマをハニカム構造体１１の貫通孔１２の
延在方向と平行な方向に放電電界を与えるようにした
が、本発明の第２の基本的な構成においてはハニカム構
造体１１の貫通孔１２の延在方向と直交する方向に放電
電界を与えるものである。図１９はこのような第２の基
本的な構成に基づく本発明による物質処理装置の第６の
実施例を示す斜視図である。本例では、ハニカム構造体
１１のほぼ中心に、貫通孔１２と平行にワイヤ電極２１
を設けると共にハニカム構造体の外周面に被着した導電
層より成る電極２２を設け、これらの電極をパルス電源
１６に接続したものである。本例においても、ハニカム
構造体１１の貫通孔１２の内部に均一にパルス放電プラ
ズマが発生され、貫通孔を通る排ガス中に含まれる有害
物質とプラズマ中の高エネルギー電子との反応が効率よ
く行われることになる。

【００３５】図２０は上述した図１９に示した実施例
を変形した本発明による物質処理装置の第７の実施例を
示すものである。図１９に示した実施例では、ハニカム
構造体１１のほぼ中心に貫通孔１２の延在方向に一本の
ワイヤ電極２１を設けたが、本例では複数のワイヤ電極
２１を貫通孔１２に通し、これらワイヤ電極の一端を導
電プレート２３に固定し、他端を導電プレート２４に固
定し、これらの導電プレートをパルス電源１６に接続し
たものである。この場合、ワイヤ電極２１は全ての貫通
孔１２に通す必要はないが、多数の貫通孔の全体に亘っ
て均等に分布させるのが好適である。

【００３６】図２１は本発明による第２の基本的な構
成に基づく物質処理装置の第８の実施例を示すものであ
る。上述した図１９および２０に示した実施例において
は、電極２２をハニカム構造体１１の外周面に被着した
導電層で形成したが、本例においては、全ての電極をワ
イヤ電極を以て構成し、これらをハニカム構造体の貫通
孔１２に通したものである。この場合貫通孔全体に亘っ
て均一に放電プラズマが発生するように第１群のワイヤ
電極２５と、第２群のワイヤ電極２６とが均等に分散す
るように配列するのが好適である。

【００３７】図２２は図２１に示した第８の実施例を
変形した第９の実施例を示すものである。第８の実施例
ではワイヤ電極２５および２６をハニカム構造体１１の
貫通孔１２に通したが、本例ではこれらの電極を貫通孔
に導電材料を充填して形成したロッド電極２７および２
８を以て形成する。このような構成では、ロッド電極２
７および２８を配設した貫通孔１２は完全に塞がれるの
で、図２２に示すようにかなり粗く分散して設ける方が
良い。

【００３８】図２３は、本発明による第２の基本構成
に基づく物質処理装置の第１０の実施例を示すものであ
る。本例では、ハニカム構造体１１の貫通孔１２の内壁
に第１および第２のストリップ電極３１および３２を設
け、これらのストリップ電極の間にパルス電源１６を接
続したものである。このようなストリップ電極３１およ
び３２は、例えば適当なマスクを内壁に被着した後、導
電材料を蒸着することによって形成するか、貫通孔の内
壁全体に導電材料層を形成した後、その一部分をマスク
を介して選択的に除去して形成することができる。この
ようなストリップ電極３１および２３は、全ての貫通孔
１２に設けるのが好ましいが、必ずしもそのようにする
必要はない。

【００３９】上述した実施例では、１個のハニカム構
造体１１のみを用いるものとしたが、多量の排ガスを処
理する場合には貫通孔１２の開口部分の合計面積が不足
することもある。このような場合には、図２４に示す第
１１実施例のように複数のハニカム構造体１１を上下左
右に配列し、全体として大きな開口面積が得られるよう
にすることもできる。本例では、これらのハニカム構造
体１１の一方の端面に設けたメッシュ電極３５をパルス
電源１６の一方の出力端子に共通に接続し、他方の端面
に設けたメッシュ電極３６をパルス電源１６の他方の出
力端子に共通に接続する。したがって、これらのハニカ
ム構造体１１は処理すべき排ガスの流れの方向に見て並
列に配列されていると共に電気的にも並列に接続されて
いる。

【００４０】さらに、排ガス中の有害物質の含有量が
多い場合や、処理後の排ガス中の有害物質の残存量の許
容値が著しく小さい場合には、１個のハニカム構造体で
はこのような要求を十分満足しないこともある。このよ
うな場合には、長さの長いハニカム構造体を用いれば良
いが、長くなると放電電圧が高くなり、実用上の問題が
ある。そこで本発明の第１２実施例においては、図２５
に示すように複数のハニカム構造体１１ａ、１１ｂ、１
１ｃ、１１ｄを直列に連結する。このようなタンデム配
列においては、各ハニカム構造体の端面に設けられたメ
ッシュ電極を交互にパルス電源１６の一方の出力端子お
よび他方の出力端子に接続する。

【００４１】図２６は、複数のハニカム構造体１１ａ〜
１１ｆをタンデムに配列した本発明による物質処理装置
の第１３実施例を示すものである。図２６に示した実施
例ではタンデムに配列した全てのハニカム構造体を同一
の構造、寸法を有するものとし、各ハニカム構造体の端
面間には同じ電圧が印加されるようにしたが、本例で
は、ハニカム構造体の長さを相違させると共に端面間に
印加される電圧も相違させる。すなわち、排ガスの流れ
方向に見て、最初の２個のハニカム構造体１１ａおよび
１１ｂは長さが短いものとし、その両端面に設けたメッ
シュ電極を第１のパルス電源１６ａに接続し、次の２つ
のハニカム構造体１１ｃおよび１１ｄの長さを長くし、
メッシュ電極を第２のパルス電源１６ｂに接続し、残り
の２個のハニカム構造体１１ｅおよび１１ｆの長さは短
くし、その両端のメッシュ電極を第３のパルス電源１６
ｃに接続する。

【００４２】第１のパルス電源１６ａに接続されるハ
ニカム構造体１１ａおよび１１ｂは、予備励起領域を構
成し、排ガス中に含まれる有害物質を予備的に励起する
ものである。次のパルス電源１６ｂに接続されたハニカ
ム構造体１１ｃおよび１１ｄは本励起領域を構成するも
のであり、予備励起領域で励起された有害物質を分解す
るものである。残りの２つのハニカム構造体１１ｅおよ
び１１ｆは後励起領域を構成するものであり、本励起に
よって分解されない有害物質を分解するものである。こ
のような機能を考慮し、第１〜第３のパルス電源１６
ａ、１６ｂ、１６ｃの出力ピーク電圧は、それぞれ１５
ＫＶ、２０ＫＶおよび３０ＫＶとすることができる。ハ
ニカム構造体としては、例えばメッシュ幅が６ｍｍ角の
ものを使用することができる。ハニカム構造体の寸法、
パルス電圧の振幅、パルス幅を調整することにより、各
反応に最適な放電条件を実現できる。

【００４３】図２７は、本発明による物質処理装置の
第１４実施例におけるハニカム構造体１１の貫通孔１２
を画成する内壁の形状を示すものである。上述した実施
例においては、ハニカム構造体の貫通孔の内壁は平坦な
ものとしたが、本例ではこのハニカム構造体の貫通孔の
内壁に凹凸を形成したものである。この凹凸構造は、例
えば貫通孔の内壁に多数の溝をリング状に形成したり、
エンボス加工したり、ランダムな突起を形成するなどし
て容易に形成することができる。また、凹凸構造は貫通
孔の内壁の全面に形成したが、一部分に形成しても良
い。

【００４４】ハニカム構造体１１の貫通孔１２の内壁
に凹凸構造を形成すると、排ガスの流れはこの凹凸によ
って乱されて乱流となり、排ガスが攪拌されることにな
り、有害物質と高エネルギー電子との反応の確率が高く
なり、それだけ処理効率が向上することになる。また、
このような凹凸構造をハニカム構造体１１の貫通孔１２
の内壁に形成しても放電プラズマの発生には殆ど影響は
ない。

【００４５】図２８は本発明による物質処理装置を設
けたゴミ焼却プラントの全体の構成を示すものである。
収集されたゴミは先ず燃焼炉４１において燃焼され、燃
焼炉から排出される排ガスはダクト４２を経て搬送され
る過程において消石灰が加えられた後、集塵室４３へ導
入される。この集塵室４３において排ガス中に分散され
ている微粒子である塵埃が煤塵として除去された後、本
発明による物質処理装置４４を有する有害物質分解室４
５へ搬送される。この有害物質分解室４５においては、
上述したようにハニカム構造体の貫通孔を通る際に、Ｎ
Ｏ_x，ＳＯ_x、ダイオキシンなどの有害物質はここで発生
される放電プラズマと反応して分解される。このように
して有害物質が分解されて無害となった排ガスは煙突４
６を経て大気中へ放出される。

【００４６】本発明は上述した実施例に限定されるも
のではなく、幾多の変更や変形が可能である。例えば、
上述した実施例では、本発明による物質処理技術を都市
型のごみや産業廃棄物の焼却施設において排ガス中に含
まれる有害物質を分解するのに適用したが、本発明によ
る物質処理技術は他の施設での排ガス処理や、有機化合
物のプラズマ合成や、シランの分解によるケイ素の堆積
などにも適用することができる。また、フロン類、トリ
クロールエチレンなどの処理にも適用できる。

【００４７】さらに、上述した実施例では処理すべき
物質を含む気体をハニカム構造体の貫通孔に通すように
したが、処理すべき物質を含む液体を貫通孔に流すよう
にしてもよい。ただし、この場合には液体は絶縁性であ
る必要がある。

【００４８】

【発明の効果】上述したように本発明による物質処理方
法および装置では、ハニカム構造体の貫通孔に処理すべ
き物質を含む流体を通し、この貫通孔の内部で放電プラ
ズマを発生させ、このプラズマ中に生成される電子と所
定の物質とを反応させて物質を分解したり、変成するも
のであるから、ハニカム構造体全体に亘って均一に放電
プラズマを発生させることができ、したがって処理効率
が著しく向上する。

【００４９】また、放電プラズマを発生させる電源と
して所定のパルス電源を用いることによって、排ガス中
のダイオキシンを有効に分解することができる高エネル
ギー電子を選択的に高い密度で生成することができるの
で、従来分解が困難であったダイオキシンを効率よく無
害な物質へ分解することができ、したがって都市型ごみ
や産業廃棄物の焼却施設に適用するのに適している。

【００５０】さらに、このようなパルス電源として、
静電誘導サイリスタをスイッチング素子とするパルス電
源を採用することによって、大電流を急激に立ち上げる
ことができ、しかも小型で、消費電力が小さく、寿命も
半永久的であり、保守が容易であり、イニシャルコスト
だけでなくランニングコストも低くすることができる。

【００５１】また、ハニカム構造体の貫通孔の延在方
向に電界を印加するようにした実施例では、貫通孔の内
壁に沿った沿面放電が発生するので放電領域が拡がり、
放電プラズマ中に生成される電子と所定の物質との反応
が促進され、処理効率が向上する。

【００５２】放電用電極は、絶縁体（例えば、SiO₂,
Al₂O₃, テフロン）を被覆し、放電がアーク放電になる
ことを防ぐことが、ハニカム構造体全体で放電を発生さ
せるのに有効である場合が多い。

【００５３】さらに、本発明による処理装置は、既設
のゴミ焼却施設、火力発電所、溶鉱炉などにも適用可能
であり、環境問題に対する一つの解決策を与えることが
できるので、大きな普及効果が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】パイプ状電極とワイヤ電極とを用いて発生さ
せたコロナ放電を利用した従来の排ガス処理装置の構成
を示す線図である。

【図２】誘電体バリア放電を利用した従来の排ガス処
理装置の構成を示す線図である。

【図３】プレート電極とワイヤ電極とを用いて発生さ
せたコロナ放電を利用した従来の排ガス処理装置の構成
を示す線図である。

【図４】図１に示した従来の排ガス処理装置における
コロナ放電の発生状況を示す横断面図である。

【図５】図１に示した従来の排ガス処理装置における
コロナ放電の発生状況を示す縦断面図である。

【図６】従来の高周波プラズマ中に生成される電子の
エネルギーと密度との関係を示すグラフである。

【図７】サイラトロンを用いたパルス電源から発生さ
れるパルス波形を示すグラフである。

【図８】ＧＴＯを用いたパルス電源から発生されるパ
ルス波形を示す線図である。

【図９】ＩＧＢＴを用いたパルス電源から発生される
パルス波形を示す線図である。

【図１０】本発明による第１の基本的な構成に基づく
物質処理装置の第１の実施例を示す線図である。

【図１１】同じく本発明の第１の基本的な構成に基づ
く物質処理装置の第２の実施例を示す線図である。

【図１２】図１２は、静電誘導サイリスタを用いたパル
ス電源から発生されるパルスを示すグラフである。

【図１３】メッシュ電極を用いる本発明による第３の
実施例の一部分を拡大して示す斜視図である。

【図１４】同じくメッシュ電極を用いる本発明による
第４の実施例の一部分を拡大して示す斜視図である。

【図１５】ハニカム構造体の端面に被着した導電層よ
り成るメッシュ電極を用いる本発明による物質処理装置
の第５の実施例を示す線図である。

【図１６】同じくそのメッシュ電極部分を拡大して示
す斜視図である。

【図１７】同じくその実施例におけるパルス放電プラ
ズマの発生状況を線図的に示す横断面図である。

【図１８】同じくパルス放電プラズマの発生状況を線
図的に示す縦断面図である。

【図１９】本発明による第２の基本的な構成に基づく
物質処理装置の第６の実施例を示す線図である。

【図２０】同じく本発明の第２の基本的な構成に基づ
く物質処理装置の第７の実施例を示す線図である。

【図２１】同じく本発明の第２の基本的な構成に基づ
く物質処理装置の第８の実施例を示す線図である。

【図２２】同じく本発明の第２の基本的な構成に基づ
く物質処理装置の第９の実施例を示す線図である。

【図２３】同じく本発明の第２の基本的な構成に基づ
く物質処理装置の第１０の実施例を示す線図である。

【図２４】複数のハニカム構造体を並列に配列した本
発明の物質処理装置の第１１実施例を示す線図である。

【図２５】複数のハニカム構造体をタンデムに配列し
た本発明の物質処理装置の第１２実施例を示す線図であ
る。

【図２６】複数のハニカム構造体をタンデムに配列し
た本発明の物質処理装置の第１３実施例を示す線図であ
る。

【図２７】本発明によるハニカム構造体の貫通孔の内
壁に凹凸を形成した実施例を示す断面図である。

【図２８】本発明の物質処理装置を適用したごみ焼却
施設の全体の構成を示す線図である。

【符号の説明】

１１ハニカム構造体、１２貫通孔、１３、１４
メッシュ電極、１５高周波電源、１６パルス電
源、１７、１８導電層より成るメッシュ電極、２
１ワイヤ電極、２２外周電極、２３、２４導
電プレート、２５、２６ワイヤ電極、２７、２８
ロッド電極、３１、３２ストリップ電極、４１
焼却炉、４２ダクト、４３集塵室、４４物
質処理装置、４５有害物質分解室、４６煙突

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水尚博愛知県名古屋市瑞穂区須田町２番56号日本碍子株式会社内 (72)発明者石井彰三神奈川県川崎市川崎区浅田１丁目１番２号Ｆターム(参考） 4D002 AA21 AC04 BA07 CA20 GB20 4G075 AA03 AA37 BA05 CA18 CA47 EB41 EC21 EE33 FA03 FB04 FC15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】処理すべき物質を含む流体が通過する複
数の貫通孔を有する電気絶縁性のハニカム構造体の内部
で放電プラズマを発生させ、貫通孔を通過する流体中の
特定物質を、この放電プラズマと反応させて処理するこ
とを特徴とする物質処理方法。
【請求項２】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるための放電を、パルスコロナ放電とすること
を特徴とする請求項１に記載の物質処理方法。
【請求項３】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるため、ダイオキシンなどの有害物質を効率良
く分解するエネルギーとなるように電子を加速すること
を特徴とする請求項２に記載の物質処理方法。
【請求項４】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるため、パルスコロナ放電により加速された電
子のエネルギーを３ｅＶ〜１０ｅＶとすることを特徴と
する請求項３に記載の物質処理方法。
【請求項５】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるためのパルスコロナ放電用電源のパルス電流
立ち上がり特性を、５×１０¹⁰アンペア／秒以上とする
ことを特徴とする請求項４に記載の物質処理方法。
【請求項６】前記パルスコロナ放電を行わせるパルス
を、静電誘導サイリスタを能動素子とする半導体パルス
発生回路から発生させることを特徴とする請求項２〜５
の何れかに記載の物質処理方法。
【請求項７】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるための放電を、ハニカム構造体の貫通孔と平
行な方向に発生する沿面放電とすることを特徴とする請
求項１〜６の何れかに記載の物質処理方法。
【請求項８】前記ハニカム構造体の内部でプラズマを
発生させるための放電をハニカム構造体の貫通孔と直交
する方向に発生させることを特徴とする請求項１〜６の
何れかに記載の物質処理方法。
【請求項９】前記処理すべき物質を有害物質を含むも
のとし、前記ハニカム構造体の内部で発生させる放電プ
ラズマ中に生成される電子やラジカルとの反応によって
有害物質を無害な物質に分解するか、捕捉可能な他の物
質へ変成することを特徴とする請求項１に記載の物質処
理方法。
【請求項１０】前記処理すべき物質を焼却設備から排
出される排出ガスとし、この排出ガスに含まれるダイオ
キシンなどの有害物質をハニカム構造体内部で発生させ
るプラズマによって無害な物質へ分解することを特徴と
する請求項９に記載の物質処理方法。
【請求項１１】処理すべき物質を含む流体が通過する
複数の貫通孔を互いに平行に形成した電気絶縁性のハニ
カム構造体と、このハニカム構造体の内部で、貫通孔を通過する流体中
の特定物質と反応して処理する電子を生成する放電プラ
ズマを発生する電極手段と、この電極手段に接続され、前記ハニカム構造体の貫通孔
内で放電プラズマを発生させる電界を電極手段に印加す
る電源と、を具えることを特徴とする物質処理装置。
【請求項１２】前記電源手段を、前記ハニカム構造体
の内部でパルス放電プラズマを発生させるパルス電源と
したことを特徴とする請求項１１に記載の物質処理装
置。
【請求項１３】前記ハニカム構造体の内部でパルス放
電プラズマを発生させるためのパルス電源を、ダイオキ
シンなどの有害物質を効率良く分解するエネルギーとな
るように電子を加速するようなパルス幅および振幅を有
するものとしたことを特徴とする請求項１２に記載の物
質処理装置。
【請求項１４】前記ハニカム構造体の内部でプラズマ
を発生させるため、パルス放電により加速される電子の
エネルギーを３ｅＶ〜１０ｅＶとしたことを特徴とする
請求項１３に記載の物質処理装置。
【請求項１５】前記ハニカム構造体の内部でプラズマ
を発生させるためのパルス放電用電源のパルス電流立ち
上がり特性を、５×１０¹⁰アンペア／秒以上としたこと
を特徴とする請求項１４に記載の物質処理装置。
【請求項１６】前記パルス電源を、静電誘導サイリス
タを能動素子とするパルス発生回路で構成したことを特
徴とする請求項１５に記載の物質処理装置。
【請求項１７】前記電極手段に、前記ハニカム構造体
の一方の端面に設けられた第１の電極と、ハニカム構造
体の他方の端面に設けられた第２の電極とを設け、ハニ
カム構造体の貫通孔の延在方向に放電用電界を印加して
貫通孔に沿った沿面放電を発生させるように構成したこ
とを特徴とする請求項１１〜１６の何れかに記載の物質
処理装置。
【請求項１８】前記第１および第２の電極のそれぞれ
を、前記ハニカム構造体の端面に固着された導電性メッ
シュで構成したことを特徴とする請求項１７に記載の物
質処理装置。
【請求項１９】前記第１および第２の電極のそれぞれ
を、前記ハニカム構造体の端面に被着された導電層で構
成したことを特徴とする請求項１７に記載の物質処理装
置。
【請求項２０】前記第１および第２の電極のそれぞれ
を、絶縁体で被覆したことを特徴とする請求項１７〜１
９の何れかに記載の物質処理装置。
【請求項２１】前記電極手段に、前記ハニカム構造体
のほぼ中央の貫通孔に挿通された第１の電極と、ハニカ
ム構造体の外周面に形成された第２の電極とを設け、ハ
ニカム構造体の貫通孔の延在方向と直交する方向に放電
用電界を印加することを特徴とする請求項１１〜１６の
何れかに記載の物質処理装置。
【請求項２２】前記ハニカム構造体の外周面に形成さ
れた第２の電極を、ハニカム構造体の外周面全体に被着
された導電層で構成したことを特徴とする請求項２１に
記載の物質処理装置。
【請求項２３】前記電極手段に、前記ハニカム構造体
の複数の貫通孔の全てまたはその一部の内壁に、互いに
絶縁分離されるように被着された第１および第２の電極
を設け、ハニカム構造体の貫通孔の延在方向と直交する
方向に放電用電界を印加するよう構成したことを特徴と
する請求項１１〜１６の何れかに記載の物質処理装置。
【請求項２４】前記電極手段に、前記ハニカム構造体
の少なくとも１本の貫通孔に挿通された第１の電極と、
ハニカム構造体の少なくとも１本の他の貫通孔に挿通さ
れた第２の電極とを設け、ハニカム構造体の貫通孔の延
在方向と直交する方向に放電プラズマを発生させるよう
にしたことを特徴とする請求項１１〜１６の何れかに記
載の物質処理装置。
【請求項２５】前記ハニカム構造体の貫通孔に挿通さ
れた第１および第２の電極を、貫通孔に通した導電線と
したことを特徴とする請求項２４に記載の物質処理装
置。
【請求項２６】前記ハニカム構造体の貫通孔に挿通さ
れた第１および第２の電極を、貫通孔の内壁に被着した
導電層または貫通孔内に充填した導体としたことを特徴
とする請求項２４に記載の物質処理装置。
【請求項２７】前記ハニカム構造体の貫通孔の内壁に
凹凸構造を形成したことを特徴とする請求項１１〜２６
の何れかに記載の物質処理装置。
【請求項２８】前記ハニカム構造体を複数並列に配列
したことを特徴とする請求項１１〜２７の何れかに記載
の物質処理装置。
【請求項２９】前記ハニカム構造体を複数タンデムに
直列に配列したことを特徴とする請求項１１〜２７の何
れかに記載の物質処理装置。
【請求項３０】前記複数のハニカム構造体の電極間に
異なる放電電圧を印加するように構成したことを特徴と
する請求項２９に記載の物質処理装置。