JP2001314752A - プラズマ反応容器及びガスプラズマ分解方法 - Google Patents

プラズマ反応容器及びガスプラズマ分解方法

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reaction vessel
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Takeshi Minobe
剛 弥延
Hideyuki Fujishiro
秀行 藤代
Kenji Dousaka
健児 堂坂
Minoru Torii
稔 鳥居
Kazuo Ando
和夫 安藤
Koji Kotani
耕爾 小谷
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Honda Motor Co Ltd
Hokushin Industries Corp
Hokushin Industry Co Ltd
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Honda Motor Co Ltd
Hokushin Industries Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応容器内を通過するガスの流速分布を均一
とし、高流速部(空間中心部)のプラズマ中におけるガ
スの滞在時間を長くすることによって、反応の高効率化
を図る。 【解決手段】 相対向する第1の平板型電極及び第2の
平板型電極と、これら第1及び第2の電極間に介装され
る誘電体と、前記第1及び第2の電極間に電位差を付与
する電位差付与手段とを備えてなり、前記第1及び第2
の電極間に高電圧を印加して導入したガスを電極間のプ
ラズマ分解領域で分解するプラズマ反応容器において、
前記誘電体の表面の両面またはいずれか一方に凸状部を
複数形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高効率でガスをプ
ラズマ処理により改質するプラズマ反応容器及びガスプ
ラズマ分解方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、環境中の汚染ガス(例えばN
X、VOC(揮発性有機化合物、Volatile Organic Co
mpound、エチレンなどの有害物質)を浄化する方法とし
て、例えば放電(無声放電、バリア放電)によるガスプ
ラズマ分解処理方法が知られている。
【0003】以下、この従来のガスのプラズマ処理方法
について説明する。図12は、ガスプラズマ処理を行う
平行平板型ガス反応装置の構成図である。図12に示す
ように従来の平行平板型ガス反応装置は、対向する平行
金属製平板型電極01A,01Bと、一方の電極(図中
下面側)01Bの表面に配してなる誘電体02と、前記
電極間01A,01Bに高電圧を印加する高圧電源03
とから構成されており、電極間に形成される放電空間0
4にプラズマ放電を発生させている。この装置によれ
ば、電極01A,01B間に高圧電源03から交流高電
圧を印加することにより、電極間に微小放電柱の集合体
が形成され、見かけ上平板状に一様に広がった無声放電
が発生し、放電空間04に分解するガス05を供給する
ことで、プラズマ分解処理がなされている。この無声放
電は常圧放電で一般的な雷放電に対してプラズマとガス
との接触確率(ガスの電離、励起確率)を高めることが
でき、反応率の向上がはかれるとされている。
【0004】このように誘電体を電極間に挿入した無声
放電を利用することにより、大気圧付近の比較的高ガス
圧下においても放電体積を拡大することができ、その結
果、流入ガスのプラズマ化確率が高まり、効率的にガス
反応(分解)を行うことができる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術にかかる平行平板型反応容器では、電極を積層構造に
するなどの手法により、反応容器のコンパクト化を図る
ことは容易であるが、図13に示すように、反応容器内
を通過するガス05の流速分布が放電空間部の電極近傍
と中心部分とではガス流速に相違があるので、流速分布
が不均一になる、という問題がある。この結果、高流速
部(空間中心部)のプラズマ中におけるガス05の滞在
時間が短くなり、高効率の反応を行うことができない、
という問題がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決する本発
明の第1の態様は、相対向する第1の平板型電極及び第
2の平板型電極と、これら第1及び第2の電極間に介装
される誘電体と、前記第1及び第2の電極間に電位差を
付与する電位差付与手段とを備えてなり、前記第1及び
第2の電極間に高電圧を印加して、導入したガスを電極
間のプラズマ分解領域で分解するプラズマ反応容器にお
いて、前記誘電体の表面の両面またはいずれか一方に凸
状部を複数形成してなることを特徴とするプラズマ反応
容器にある。
【0007】本発明の第2の態様は、第1の態様におい
て、前記誘電体を介装した第1及び第2の電極を1ユニ
ットとし、該ユニットを複数個積層してなることを特徴
とするプラズマ反応容器にある。
【0008】本発明の第3の態様は、第2の態様におい
て、隣接するユニットの少なくとも一方の電極が共有さ
れていることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【0009】本発明の第4の態様は、第1〜3の態様の
何れかにおいて、前記誘電体の表面に形成した凸状部の
平面形状が菱形、多角形、円、長円、楕円形状のいずれ
かであることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【0010】本発明の第5の態様は、第1〜4の態様の
何れかにおいて、前記誘電体の表面に形成した凸状部の
高さが一部異なることを特徴とするプラズマ反応容器に
ある。
【0011】本発明の第6の態様は、第1〜5の態様の
何れかにおいて、前記誘電体は、前記第1及び第2の電
極の少なくとも一方と非接触状態であることを特徴とす
るプラズマ反応容器にある。
【0012】本発明の第7の態様は、第1〜5の何れか
の態様において、前記誘電体と前記第1及び第2の電極
とが接触していることを特徴とするプラズマ反応容器に
ある。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0014】(第1の実施の形態)図1に本実施の形態
にかかるガス反応器の概略図を示す。図2は凸状部の種
類を示す概略図である。
【0015】図1に示すように、本実施の形態にかかる
ガス反応器は、相対向する金属製平板型である第1の電
極11A及び第2の電極11Bと、これら電極11A及
び11B間に介装されると共に表面に凸状部12を有す
る誘電体13とから構成されている。本実施形態では、
誘電体13の凸状部12は、第1及び第2の電極11A
及び11Bと接触した状態となっている。
【0016】また、前記電極11A及び11Bの間に
は、図示しない電源ユニットとから交流電圧を印加する
ことで放電空間14内にプラズマ放電が生成されるよう
になっており、導入されたガス15は、放電空間部14
内でプラズマ処理がなされてガスが改質され、改質され
たガスが排出される。
【0017】この装置によれば、凸状部が形成されてい
るので、導入されたガスが該凸状部12に衝突すること
になり、その結果ガス流速が減速され、ガス流速が均一
となる結果、放電空間14内における滞留時間が平滑面
の場合よりも全体として伸び、プラズマ処理効率が向上
する。また、凸状部の電界強度が高まり、バリア放電中
に光量の強い局所集中放電に似た複数の放電中が混在す
る複合バリア放電が形成され易く、反応が促進される。
【0018】ここで、誘電体13に設けられた凸状部1
2を両面に形成する必要がない場合には、片側のみに形
成するようにしてもよい。
【0019】なお、凸状部12の形状は特に限定される
ものではなく、ガス衝突頻度を高めることができるよう
な形状、例えば、図2(a)に示すような円形状の凸状
部12Aの他に星形状、三角形状の凸状部や、図2
(b)に示すような楕円形の凸状部12Bを斜めに配置
したものや、図2(c)に示すようなS字形状の凸状部
12Cを例示することができる。また、菱形形状、多角
形状、楕円形状などの適宜任意の凸状形状としてもよ
い。
【0020】(第2の実施の形態)図3に本実施の形態
にかかるガス反応器の概略図を示す。
【0021】図3に示すように、本実施の形態にかかる
ガス反応器は、誘電体表面に形成された凸状部12の片
側(図中下側)のみが第2の電極11Bに当接している
ものである。それ以外は第1の実施形態と同様であるの
で、同符号を付して部材の説明は省略する。
【0022】本実施形態によって、導入されたガス分子
の衝突頻度が高められ、これにより、反応効率の向上を
図ることができる。
【0023】(第3の実施の形態)図4に本実施の形態
にかかるガス反応器の概略図を示す。
【0024】図4に示すように、本実施の形態にかかる
ガス反応器は、誘電体表面に形成された凸状部12の両
側が相対向する電極表面から離れた非接触状態にしてい
るものである。それ以外は第1の実施形態と同様である
ので、同符号を付して部材の説明は省略する。
【0025】本実施形態によっても、導入されたガス分
子の衝突頻度が高められ、これにより、反応効率の向上
を図ることができる。
【0026】(第4の実施の形態)図5に本実施の形態
にかかるガス反応器の要部概略図を示す。
【0027】図5に示すように、本実施の形態にかかる
ガス反応器は、凸状部12の高さを一部低くしてなる凸
状部17を配設してなり、第1の金属板電極11Aとの
間に強電界部を一部分形成して局所放電を生成させ、無
声放電と共に複合バリア放電を生成するようにすること
もできる。
【0028】このように、本実施形態によれば、複数の
凸状部12に一部高さの低い凸状部17を配設させるこ
とにより、霧状バリア放電と雷状局所集中放電との複合
バリア放電が可能となり、プラズマエネルギーレベルの
向上を図り、ガス分解の存在により導入されたガス分子
の衝突頻度が高められ、これにより、ガス反応効率の向
上を図るようにしている。
【0029】以下、本発明の好適な実施例について説明
するが、本発明は何らこれらの実施例に限定されるもの
ではない。
【0030】(実施例1)図6に示すような装置を用
い、電極への通電位置の相違によるガスの分解効率を測
定した。
【0031】本試験装置は、図6に示すように、複数の
ガス1、2、3を混合するガス混合器22と、混合ガス
を供給しプラズマ分解処理を施すプラズマ反応器23
と、該プラズマ反応器に高電圧を印加する高圧電源24
と、分解されたガスを測定するガス分析装置25とから
構成されている。
【0032】誘電体表面に形成する凸状部12の形状
を、図7〜図9に示すように種々変化させ、それぞれを
用いてCO2の分解試験を行った。本実施例の試験結果
を、表1及び図10に示す。
【0033】本実施例にかかるCO2ガス分解条件を以
下に示す。 ・ガス組成:CO2(10%)+O2(10%)/N
2(バランス) ・ガス流量:200〜1000cc/分 ・目的反応:CO2の分解反応(CO2→CO+1/2O
2) ・反応容器形式 ・電極寸法:20mm×50mm 誘電体材質:AL23 反応容器体積:286cc
【0034】(1)凸状部(片側、円形状)付誘電体(片
側接触)(図7参照) 誘電体厚み:0.5mm 凸状部高さ:0.25mm 凸状部径:2mm
【0035】(2)凸状部(両側、円形状)付誘電体(両
側非接触)(図8参照) 誘電体厚み:0.5mm 凸状部高さ:0.25mm
【0036】(3)凸状部(片側、長円形状)付誘電体
(両側接触)(図9参照] 誘電体厚み:0.5mm 凸状部高さ:0.25mm 凸状部径:2mm(短径)、3mm(長径)
【0037】(4)平滑面誘電体 (図12参照) 誘電体厚み:0.5mm
【0038】
【表1】
【0039】表1及び図10に示すように、(1)から
(3)の凸状部を形成した場合には、(4)の従来のも
のに比較してプラズマガス分解率がいずれも高いもので
あった。
【0040】また、本発明にかかる(3)及び(4)の
反応容器は、(2)の容器よりも放電体積が少ないにも
かかわらず高い反応率を示した。
【0041】(実施例2)上記(1)から(4)の種々
のプラズマ反応容器を用い、NOXの分解試験を行っ
た。
【0042】本実施例にかかるNOXガス分解条件を以
下に示す。 ・ガス組成:NO(500ppm)+O2(10%)/
2(バランス) ・ガス流量:500cc/分 ・電源:電圧(2.8kVp),周波数(10kHz),
波形(矩形波) 誘電体材質:Al23(接地側電極側へ配設) 誘電体厚さ:0.5mm 電極材質:SUS 電極寸法:50mm×20mm(長手方向がガス流れ方
向) 放電間隔:1.5mm
【0043】本実施例の試験結果を、表2及び図11に
示す。
【0044】
【表2】
【0045】表2及び図11に示すように、(1)から
(3)の凸状部を形成した場合には、(4)の従来のも
のに比較してプラズマガス分解率がいずれも高いもので
あった。
【0046】また、本発明にかかる(3)及び(4)の
反応容器は、(2)の容器よりも放電体積が少ないにも
かかわらず高い反応率を示した。
【0047】
【発明の効果】本発明によれば、誘電体の表面に凸状部
が形成されているので、導入されたガスが該凸状部に衝
突することになり、その結果ガス流速が減速されてガス
流速が均一となり、放電空間内の滞留時間が平滑面の場
合よりも全体として伸び、プラズマ処理効率が向上し、
高効率でガスの改質が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態にかかるプラズマ反応容器の
概略図である。
【図2】凸状部の形状を示す概略図である。
【図3】第2の実施の形態にかかるプラズマ反応容器の
概略図である。
【図4】第3の実施の形態にかかるプラズマ反応容器の
概略図である。
【図5】第4の実施の形態にかかるプラズマ反応容器の
概略図である。
【図6】本実施例に試験装置の概略図である。
【図7】本実施例にかかる凸状部の構成を示す図であ
る。
【図8】本実施例にかかる凸状部の構成を示す図であ
る。
【図9】本実施例にかかる凸状部の構成を示す図であ
る。
【図10】実施例にかかるCO2分解率のグラフであ
る。
【図11】実施例にかかるNOXの分解率のグラフであ
る。
【図12】平行平板型反応容器の概略図である。
【図13】平行平板型反応容器内のガスの流速の概略図
である。
【符号の説明】
11A 第1の金属製平板型電極 11B 第2の金属製平板型電極 12 誘電体 13 電源 14 放電空間部 15 ガス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤代 秀行 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 堂坂 健児 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 鳥居 稔 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 安藤 和夫 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 小谷 耕爾 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 Fターム(参考) 4G046 JA04 JB01 JB21 4G075 AA03 BA01 BA05 CA47 EB42 EC21 FA05 FC15

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相対向する第1の平板型電極及び第2の
    平板型電極と、これら第1及び第2の電極間に介装され
    る誘電体と、前記第1及び第2の電極間に電位差を付与
    する電位差付与手段とを備えてなり、前記第1及び第2
    の電極間に高電圧を印加して導入したガスを電極間のプ
    ラズマ分解領域で分解するプラズマ反応容器において、
    前記誘電体の表面の両面またはいずれか一方に凸状部を
    複数形成してなることを特徴とするプラズマ反応容器。
  2. 【請求項2】 請求項1において、前記誘電体を介装し
    た第1及び第2の電極を1ユニットとし、該ユニットを
    複数個積層してなることを特徴とするプラズマ反応容
    器。
  3. 【請求項3】 請求項2において、隣接するユニットの
    少なくとも一方の電極が共有されていることを特徴とす
    るプラズマ反応容器。
  4. 【請求項4】 請求項1〜3の何れかにおいて、前記誘
    電体の表面に形成した凸状部の平面形状が菱形、多角
    形、円、長円、楕円形状のいずれかであることを特徴と
    するプラズマ反応容器。
  5. 【請求項5】 請求項1〜4の何れかにおいて、前記誘
    電体の表面に形成した凸状部の高さが一部異なることを
    特徴とするプラズマ反応容器。
  6. 【請求項6】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記誘
    電体は、前記第1及び第2の電極の少なくとも一方と非
    接触状態であることを特徴とするプラズマ反応容器。
  7. 【請求項7】 請求項1〜5の何れかにおいて、前記誘
    電体と前記第1及び第2の電極とが接触していることを
    特徴とするプラズマ反応容器。
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