JP2001517546A - コロナ放電反応装置 - Google Patents
コロナ放電反応装置Info
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Abstract
Description
処理する反応装置に関する。
かなりの努力がなされている。コロナ放電は、材料本体(body)の近傍における
局部的電界がガス状媒体の電気的破壊電圧(electrical breakdown voltage)を
超えるときにガス状媒体中に生じる。既存のコロナ放電反応装置は、ガス状媒体
の入口および出口を備えたチャンバと、軸線方向の内側電極と、該内側電極を包
囲する円筒状の外側電極とを有している。このような反応装置内の放電は、内側
電極から外側電極に向かって延びるストリーマからなる。反応装置を通るガス状
媒体の有効処理を行うには、できる限り多くのコロナ放電ストリーマを発生させ
る必要がある。なぜならば、このようなコロナ放電ストリーマが存在しないあら
ゆる空間は、ガス状媒体の処理に関する限りデッドスペースであるからである。
る。しかしながら、中心ワイヤ電極形式のコロナ放電反応装置における電界の急
激な減衰は、コロナ放電ストリーマが中心ワイヤからの短い距離にのみ伝播する
ことを意味する。この現象は、反応装置を通るガス状媒体の処理効率を制限する
。
さを有している。この結果、リーズナブルなガス体積を処理するには高流量が必
要とされ、これにより、エアロダイナミック効果による中心電極の機械的不安定
性の増大並びに処理すべき媒体の反応チャンバ内での滞留時間の短縮化を引き起
こす。従って、既存のコロナ放電反応装置は、これらの有効性の点で特に制限さ
れる。
68 151号および4 966 666号に開示された他のコロナ放電反応装置は、大きい直 径を有する中心電極を使用している。数ある中で、これは、中心電極の領域での
電界勾配を小さくするが、有効コロナ放電を維持する場合に内側電極と外側電極
との間の分離に制限がある。コロナ放電反応装置の長さを単に増大させるだけで
は、この問題に対する答えは得られない。なぜならば、ガス流抵抗が過大になる
からである。また、コロナ放電反応装置はパルス態様で作動し、中心電極の長さ
を横切るための付勢パルスに要する時間が、コロナ放電反応装置の長さを制限す
る他のファクタとなる。
平行な放電チャンバを備えたオゾン発生器が開示されている。ワイヤの両端部は
2つの格子構造により支持されており、一方の格子構造には、使用時に直流電圧
が印加される共通の給電ワイヤが接続されている。
ない。
発生器が開示されている。パルス形直流または交流電位或いは直流と交流とを混
合した電位を発生する単一電源を使用できるが、放電チャンバに供給される電力
を、その大きさまたは供給時間に関して等しくするための試みは全くなされてい
ない。
ゾン発生チャンバは同時的すなわち連続的に作動されないが、パルス形交流モー
ドでは連続的に作動される。各パルスの持続時間は、対応するオゾン発生チャン
バを通るオゾン発生ガスのパルスの通過時間に関連しており、所与のオゾン発生
チャンバに供給されるパルス関の時間間隔は、1つのパルスにより発生されるオ
ゾンが、次の電力パルスがオゾン発生チャンバに供給される前にチャンバから除
去されるように定められる。
バ間の電気的関係に関する問題は全く取り扱われていない。
。1つのオゾン発生チャンバと他のオゾン発生チャンバとの間の電気的関係は全
く論じられていないが、オゾン発生チャンバは連続的な交流モードで作動される
と考えられる。
コロナ放電反応装置の優れた形態を提供することにある。
は気相によって運ばれる微細に分割された固形物質の形態をなしている場合も含
むものである。
、半径方向突出部をもつ中心電極および同心状の外側電極を備え、処理すべきガ
ス状媒体を反応チャンバに導入する手段と、処理されたガス状媒体を反応チャン
バから受け入れる手段と、電気エネルギのパルスを反応チャンバに供給する手段
とを更に有するガス状媒体の処理に使用するコロナ放電反応装置において、反応
チャンバと、これに関連する電力供給線との電気インピーダンスが互いにマッチ
ングされており、電気エネルギのパルスが所定の時間間隔で個々の反応チャンバ
に供給されることを特徴とするコロナ放電反応装置が提供される。
しい。
中空に構成できる。本件出願人に係る以前の英国特許GB 2 282 273 B号に開示さ
れたコロナ放電反応装置におけるように、中心電極をロッドまたはチューブで形
成し、これらの表面上に、ねじまたは、平行フィンのような半径方向突出部を機
械加工により設け、フィン間の空間には絶縁材を充填することもできる。或いは
、中心電極は、中心導体上に組み付けられる金属ディスクの積層体で構成し、こ
れらのディスク間に絶縁材料のディスクを介在させるか、単に隣接ディスク間の
ガスギャップを介して隔てておくこともできる。
積層体として構成し、これらの金属板を他の絶縁材料の板で分離することが好ま
しいが、例えば、金属からなるスペーサで簡単に分離保持することもできる。絶
縁板により互いに分離された金属板間の電気的接続は、外側電極組立体の構成部
品を位置決めしかつ一体的にクランプすべく機能する多数のロッドにより行われ
る。この構成は、金属板の孔の縁部にテーパを付して、各反応チャンバ内でのコ
ロナ放電の発生を容易にする鋭い縁部を形成できる長所を有する。或いは、絶縁
板または金属スペーサの孔の直径を、金属板の孔の直径より大きくして、一枚の
板の鋭い縁部が1つではなく2つになるように構成できる。
成するのが好ましい。
は絶縁材、好ましくは耐熱材料が挿入された絶縁材からなる円筒体で構成できる
。
つの通路が設けられる。この構成の長所は、単一の電力入力を六角形の中心に供
給し、次に6つの同じ導体を介して個々の反応チャンバに供給できるため、エネ
ルギのパルスを各反応チャンバに同時に供給するという好ましい基準を容易に満
たすことができることである。他の数の通路、従って反応チャンバを使用するこ
とができ、好ましい基準は、反応チャンバの中心電極を1つの円の円周上に配置
することである。このような構成では、単一電源により給電されるときに、個々
の反応チャンバがマッチングした電気特性を有することが重要である。
この場合には、電源に対して各反応チャンバをマッチングさせ、各反応チャンバ
に等しいエネルギパルスを同時に供給することがより困難になる。
2を有し、該電極組立体内には6つの平行な長手方向ガス通路103が設けられ
ている。ガス通路103は、同じ直径の円筒状断面を有している。各ガス通路1
03内には、中心電極105が、上下のスパイダ104により軸線方向に配置さ
れている。外側電極組立体102内の通路103と中心電極105との組合せが
、6つの別々の反応チャンバ106を構成している。
107および出口プレナムチャンバ108が設けられており、これにより、装置
101内でコロナ放電により処理すべきガス媒体が、各反応チャンバ106を通
って平行に流れる。正六角形の頂点には、別々の反応チャンバ106の中心が配
置されており、中心電極105の電力入力端は、同一コネクタ110を介して中
心入力ターミナル109に接続されている。同様に、中心電極105の出力端は
、コネクタ112を介して中心の接地ターミナル111に接続されている。外側
電極組立体も接地されている。パルス形電源113が、コロナ放電反応装置10
1の中心入力ターミナル109に接続されている。
置におけるように、別々のコロナ放電反応装置106の中心電極105は、一連
の半径方向突出部115を備えた中心ロッド114を有している。本発明には、
上記英国特許GB 2 282 738に開示された任意の形式の中心電極を使用できるが、
それらの中でも、半径方向突出部が平行フィンであるものが好ましい。
よび腐食に耐える金属で作られている。それぞれの金属板116およびセラミッ
ク板117には適当な孔118が設けられており、組み立てられたときに平行な
ガス通路106が形成されるようになっている。金属板116間の電気的接続は
、板116,117を一体にクランプして外側電極組立体102を形成するタイ
ロッド119により行われている。セラミック板117の厚さは、金属板116
が、中心電極105の半径方向突出部115に対向して配置されるような厚さで
ある。所望ならば、コロナ放電流の発生効率を高めるため、金属板115の孔1
18の縁部は、参照20で示すような鋭い縁部を形成するように、図1に示すよ
うにテーパ状にすることができる。或いはセラミック板116の孔118の直径
を金属板115の直径より大きくして、金属板115の孔118の両縁部を露出
させることができる。
る。従って、コロナ放電を、正極から開始される「正」放電にすべき場合には、
鋭い露出縁部の方がより満足できることが判明している。これに対し、コロナ放
電を、負極から開始される「負」放電にすべき場合には、金属ディスクの縁部を
、これらの間の介在絶縁ディスクの端面と同一面にする方がより効率的であるこ
とが判明している。
保するには、電源113により供給される電力パルスが、ナノ秒のオーダの速い
立上り時間を有することが好ましい。また、偽放電効果を回避するには、連続制
御により、別々の各反応チャンバ106内にコロナ放電を励起させることが重要
である。放電は同時に励起させるのが好ましい。これを達成するには、各反応チ
ャンバ106のインピーダンスをマッチングさせて、各反応チャンバ106の中
心電極105に入力電力パルスが同時に印加されることを確保する必要がある。
反応チャンバ106の六角形配列はこれを容易にする。なぜならば、各コネクタ
110が同じインピーダンスを有しているからである。一般に、1つの円周上に
中心が分散された任意数の反応チャンバ106に、単一の電力入力点を使用でき
る。例えば、図3は本発明の他の実施形態の電極構造を概略的に示し、この実施
形態では、8つの反応チャンバ106が中心の電力入力点301の周りの1つの
円内に規則的に配置されている。装置の残部の構成は、図1および図2に関して
説明したものと同じである。
的破壊の発生を防止するため、パルス長さは充分に短い長さ(通常は数十ナノ秒
)が選択される。ピーク電圧として100kVを超える電圧が使用されているが、
適当なピーク電圧は数十キロボルトのオーダである。パルス反復速度は、100
〜3,000回/秒が適している。
に示されている。この例では、9個の反応チャンバ106が正方形配列に配置さ
れているが、接続の簡単さおよびインピーダンスマッチングは損なわれる。
102の各通路内に、絶縁材、好ましくは耐熱性絶縁材で作られたライナを挿入
することができる。
を示す。
いに平行に延びかつ適当な間隔を隔てるようにして、たL形またはT形断面のス
テンレス鋼ストリップの縁と縁とを突き合わせるか、または別の平シート上に、
より真直に溶接することにより形成される。次に、ウェブ502が半径方向に延
びかつ円筒体の長手方向軸線に対して横方向に配置されるようにしてシート50
1を円筒体に巻き上げ、衝合縁部を一体にシーム溶接する。
れており、外側電極604(図6に破断状態で示されている)については、ウェ
ブがチューブの内面に配置されている。内側電極602および外側電極604が
それぞれ組み立てられるときに両者の突出部の必要な対向を達成するため、内側
電極602となるように定められたシート上のウェブの間隔は、外側電極504
上のウェブ間の間隔と同じである。
処理されたガス状媒体の共通出口を備えたケーシング内に、適当数の個々の電極
組立体602、604が取り付けられる。前述のように、共通の電源を使用でき
かつ個々の各電極組立体602、604の電気パラメータは、個々の電極組立体
が同時にかつ同じ電力レベルで作動できるようにマッチングされる。
、これは満足できるものである。しかしながら、例えば直径500mmを超える大
形反応装置の場合には、共通電源から個々の反応チャンバまでの接続線の長さに
よって、許容できない電圧降下が引き起こされる。このような事態が生じる状況
では、個々の各反応チャンバに、個々の反応装置の内側電極に直接接続される、
個々の反応チャンバの高電圧電源を設けることができる。
状媒体の温度の如何に係わらず作動できなくてはならないか、電源ユニットを冷
却する何らかの手段を設けなければならない。また、電源の調和作動を確保する
何らかの手段を設けることが望まれる。
応チャンバ701は内側電極702および外側電極703を有し、これらの電極
は、図1〜図4に関連して説明した形態、すなわち材料本体(body of material
)内の円筒状通路により形成される形態、または図5および図6に関連して説明
した本発明の実施形態の場合のチューブとして形成できる。外側電極703の入
口端704には、100kVより高い電圧を発生できる高電圧電源705が配置さ
れており、該電源は、内側電極に直接取り付けられている。電源705は、他の
個々の反応チャンバ701に関連する同様な電源と一緒に、共通のパルス形低電
圧電源(図示せず)から供給される。かくして、高電圧電源705は、個々の反
応チャンバに調和して作動する。
々の反応チャンバの個数を変えたい場合には変えられることである。また、1つ
の高電圧電源が故障するようなことがあっても、他の個々の反応チャンバの作動
に影響を与えない。
しての予想される休止時間は、単一の高電圧電源を備えたシステムの休止時間に
比べて短縮される。
々の反応装置に、同時ではなく定時シーケンスで供給するように構成することも
できる。図1〜図4の構成においては、適当なディストリビュータ(内燃機関の
点火システムのディストリビュータと原理的に同じもの)を備えた単一電源を用
いて行うことができる。図7の構成に対しては、別々の各電源705の制御によ
り、適当な連続点火を行うことができる。しかしながら、複数の反応装置の組立
体を通る同時放電が好ましいと考えられている。電極組立体は高温耐食性金属で
作るのが好ましいが、当該反応装置が予定されている特定のガス処理に対して最
適でかつ最も経済的な材料を選択できる。
口端に設けることもできる。
ある。
Claims (16)
- 【請求項1】 複数の個々の円筒状反応チャンバ(106)を有し、各反応
チャンバ(106)が、半径方向突出部(115)をもつ中心電極(105)お
よび同心状の外側電極を備え、処理すべきガス状媒体を反応チャンバに導入する
手段(107)と、処理されたガス状媒体を反応チャンバ(106)から受け入
れる手段と、電気エネルギのパルスを反応チャンバ(106)に供給する手段(
113)とを更に有する、ガス状媒体の処理に使用するコロナ放電反応装置にお
いて、反応チャンバ(106)と、これに関連する電力供給線(110)との電
気インピーダンスが互いにマッチングされており、電気エネルギのパルスが所定
の時間間隔で個々の反応チャンバに供給されることを特徴とするコロナ放電反応
装置。 - 【請求項2】 前記電気エネルギのパルスが、反応チャンバ(106)に同
時に供給されることを特徴とする請求項1記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項3】 前記内側電極(105)の半径方向突出部(115)は反応
チャンバ(106)の軸線に対して直角であることを特徴とする請求項1または
2記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項4】 前記個々の反応チャンバ(106)の外側電極は、単一の材
料本体(102)内の複数の平行ガス通路(103)を備えた外側電極組立体(
102)により形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項記
載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項5】 前記外側電極組立体(102)は、耐熱絶縁材料の板(11
7)により分離された金属板の積層体からなり、前記金属板および絶縁板(11
6、117)の各々はそれぞれ対応する孔(118)を有し、該孔は、組み立て
られたときに前記ガス通路(103)を形成することを特徴とする請求項4記載
のコロナ放電反応装置。 - 【請求項6】 前記外側電極組立体(102)の金属板の1つが、個々の反
応チャンバ(106)の内側電極(105)の各半径方向突出部(115)に対
向する構成を有することを特徴とする請求項3〜5のいずれか1項記載のコロナ
放電反応装置。 - 【請求項7】 前記ガス通路(103)を形成する絶縁板(117)の孔(
118)は、金属板(116)の対応孔(118)より大きい直径を有している
ことを特徴とする請求項5および6記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項8】 前記外側電極組立体(103)の金属板(116)の孔(1
18)の縁部には、鋭い縁部(120)を形成するためのテーパが形成されてい
ることを特徴とする請求項7記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項9】 前記電源(113)は、各反応チャンバ(106)の内側電
極(105)から外側電極(102)まで延びるコロナ放電を発生させるように
接続されていることを特徴とする請求項8記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項10】 前記個々の反応チャンバ(106)の中心は、1つの円の
円周上に規則的に配置されていることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1項
記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項11】 前記円の中心には単一の電力入力ターミナル(109)が
が設けられており、個々の反応チャンバ(106)の内側電極(105)は、互
いにマッチングする電気インピーダンスをもつ導体(110)を介して中心の入
力ターミナル(109)に接続されていることを特徴とする請求項10記載のコ
ロナ放電反応装置。 - 【請求項12】 前記電気エネルギのパルスを個々の反応チャンバ(106
)に供給するための手段(113)が、10ナノ秒より短いパルス立上り時間、
数十ナノ秒のオーダの持続時間、100Hz〜3kHzの範囲内の反復速度、数百kV のオーダのピーク電圧を有する電気エネルギのパルスを発生できることを特徴と
する請求項1〜11のいずれか1項記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項13】 反応チャンバ(701)の各内側電極(702)に直接取
り付けられた、別のマッチングされた高電圧電源(705)と、該高電圧電源(
705)に別々に共通トリガパルスを供給する手段とを有することを特徴とする
請求項1〜12のいずれか1項記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項14】 各反応チャンバ(106)の外側電極は、規則的に間隔を
隔てて平行に配置された複数のウェブ(502)を備えた金属板(501)から
なり、該金属板(501)は、リブ(502)が内方に突出するようにしてチュ
ーブとして巻かれかつシーム溶接されて、気密管状電極を形成していることを特
徴とする請求項1、2、9、10、11、12または13のいずれか1項記載の
コロナ放電反応装置。 - 【請求項15】 各反応チャンバ(106)の中心電極(105)は、規則
的に間隔を隔てて平行に配置された複数のウェブ(602)を備えた金属板から
なり、該金属板は、ウェブ(602)が外方に突出するようにしてチューブとし
て巻かれかつシーム溶接されて、気密管状電極を形成していることを特徴とする
請求項1〜14のいずれか1項記載のコロナ放電反応装置。 - 【請求項16】 各反応表面の外側電極の内面は誘電媒体で被覆されている
ことを特徴とする請求項1〜15のいずれか1項記載のコロナ放電反応装置。
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