JP2002373760A

JP2002373760A - 沿面コロナ放電素子

Info

Publication number: JP2002373760A
Application number: JP2001179632A
Authority: JP
Inventors: Shunsuke Hosokawa; 俊介細川
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-06-14
Filing date: 2001-06-14
Publication date: 2002-12-26

Abstract

(57)【要約】【課題】放電電極ならびに放電電極が形成されている誘
電体表面上に硝酸アンモニウムなどの塩や酢酸などの酸
等の反応生成物によって形成される固体や液体の膜で沿
面コロナ放電が阻害されることを防止する。【解決手段】誘電体を挟んで誘導電極と放電電極を配置
し、両電極間に交流高電圧もしくはパルス高電圧を印加
して放電電極より沿面コロナ放電を発生させる沿面コロ
ナ放電素子において、放電電極を抵抗体で形成し、放電
電極を加熱することで反応生成物を除去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゴミ焼却施設、ボ
イラー、焼結炉、塗装ブース、排水処理施設等からの排
ガス中に含まれる窒素酸化物、硫黄酸化物、ダイオキシ
ン、揮発性有機物、悪臭等のガス状汚染物質を除去する
ためのプラズマガス処理に用いる沿面コロナ放電素子に
関するものである。

【０００２】また、オゾン生成を目的とする沿面コロナ
放電型オゾナイザとして用いるための沿面コロナ放電素
子に関するものである。

【０００３】さらに、ダクト、ホッパ、サイクロンなど
粒子ハンドリング装置内で帯電する粒子の除電装置とし
て用いるための沿面コロナ放電素子に関するものであ
る。

【０００４】さらに、空気清浄器に用いるマイナスイオ
ンやラジカルを供給するための沿面コロナ放電素子に関
するものである。

【０００５】

【従来の技術】従来の沿面コロナ放電素子では、ガス状
汚染物質を除去するためのプラズマガス処理に用いた場
合、放電電極ならびに放電電極が形成されている誘電体
表面上に硝酸アンモニウムなどの塩や酢酸などの酸等の
反応生成物によって固体や液体の膜が形成され、沿面コ
ロナ放電が阻害される場合がある。その対策として、誘
電体表面の反応生成物の除去を洗浄液で行う方法（特開
平９−１５４９３１）があるが、洗浄装置が必要であ
る。また、硝酸アンモニウムなどを加熱して分解除去す
る方法（特開平５−１６６５７８）が提案されている
が、ヒーターを別途設けて沿面コロナ放電素子全体を１
５０°Ｃから３００°Ｃに加熱する必要があり、沿面コ
ロナ放電素子の構造が複雑になるのと同時に、加熱のた
めの電力が大きくなってしまう。

【０００６】また、従来の沿面コロナ放電素子をオゾン
生成を目的とする沿面コロナ放電型オゾナイザに用いた
場合、オゾン生成のための原料ガスとして環境空気やシ
リカゲルなどを通した除湿空気を用いた場合、硝酸アン
モニウムを主成分とする反応生成物が析出し沿面コロナ
放電が阻害されるため、従来の対策方法では前述と同様
の問題があった。

【０００７】さらに、オゾン発生量は放電注入電力を上
げると増大するが、沿面コロナ放電素子が過熱すると逆
にオゾン発生量が減少してしまうため、冷却フィンを取
り付けて空冷したり、放熱ブロックに取り付けて水冷す
る必要があった。

【０００８】特に、誘電体をファインセラミックで製作
した場合、そのファインセラミック誘電体がオゾン生成
のための原料ガスの水分を吸湿し交流高電圧やパルス高
電圧を印加しても沿面コロナ放電が開始しない場合があ
った。

【０００９】そのため、誘導電極を波形に折り曲げられ
たヒーター線で形成して加熱する方法（実用新案第２５
１１９５３号）もあるが誘導電極を加熱した場合には熱
が前記フィンや放熱ブロックに流入して有効に加熱でき
なかった。

【００１０】また、除電器やマイナスイオン発生器、あ
るいは空気清浄器に従来の沿面コロナ放電素子を用いた
場合は大量のオゾンが生成し、オゾン分解処理を行う必
要があった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】この発明の目的は、簡
単な構成で効率良く沿面コロナ放電素子を加熱すること
で硝酸アンモニウム等の放電生成反応物が沿面コロナ放
電素子の表面へ付着することを防止し、例え付着しても
硝酸アンモニウム等の放電生成物を加熱して分解除去す
ることで安定な沿面コロナ放電が発生するような沿面コ
ロナ素子を提供することである。

【００１２】他の目的は、特にファンセラミックで誘電
体を作製した沿面コロナ放電素子を冷却手段を有するオ
ゾナイザとして用いた場合に、誘電体が吸湿する場合に
放電電極近傍の誘電体を効果的に加熱して湿気を追い出
し、沿面コロナ放電が開始できるようにすることであ
る。

【００１３】又、他の目的は、沿面コロナ放電を発生さ
せ、イオンやラジカルのみを利用する除電器やマイナス
イオン発生器もしくは空気清浄器などの場合に不要なオ
ゾンの発生を防止するための手段を提供することであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】この発明の沿面コロナ放
電素子は、誘電体を挟んで誘導電極と放電電極を配置
し、両電極間に交流高電圧もしくはパルス高電圧を印加
して放電電極より沿面コロナ放電を発生させる沿面コロ
ナ放電素子において、該放電電極を抵抗体で形成するも
のである。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１乃至図５に示す如く、誘電体
９を挟んでその表面に放電電極５を形成し、また背面に
面状の誘導電極６を形成した沿面コロナ放電素子におい
て、該放電電極５を抵抗体で形成するものである。

【００１６】誘電体９自体また、さらに母材８をファイ
ンセラミックで製作し、誘導電極６および放電電極５
を、タングステンなどセラミックと一体焼結するとメタ
ライズ層を形成する金属を含有するペーストを用いて、
スクリーン印刷で形成すると複雑なパターンでも作製で
きる。

【００１７】放電電極５を抵抗体とする場合、ペースト
の調合、放電電極５の厚さや巾などの形状で抵抗値を調
整できる。さらに、放電電極５が発熱する場合でもファ
インセラミックとメタライズ層の組み合わせでは５００
°Ｃ以上の高温としても熱的にも丈夫で、温度サイクル
にも耐久性がある。

【００１８】放電電極５が沿面コロナ放電によるスパッ
タリングによって損耗したり、空気中の酸素や活性ガス
と反応し酸化やハロゲン化され脆弱化することなどから
保護するために表面保護層１０を設けると良い。表面保
護層１０としては、誘電体９自体や母材８と同様にファ
インセラミックとしても良いし、ガラスなどの釉薬を用
いても良い。

【００１９】この時、放電電極５の電極長１ｃｍ当た
り、平均して０．０５乃至２０Ｗのエネルギーが注入さ
れるようにして、放電電極５を加熱する。

【００２０】エネルギーの注入方法として、放電電極５
に交流または直流の電流を流して抵抗加熱する方法があ
る。すなわち、図１に示すが如く放電電極５をその両端
に放電電極ターミナル１と放電電極ターミナル２を持つ
ような２端子電極５ａを構成する。

【００２１】また、図４に示すように沿面コロナ放電を
発生させるため交流高電圧もしくはパルス高電圧を印加
する駆動電源１１を放電電極ターミナル１もしくは２の
いずれかと誘導電極ターミナル７で接続する。さらに、
２端子放電電極５ａを通電加熱するための直流もしくは
交流の加熱電源１２を放電電極ターミナル１、２間に接
続する。

【００２２】この場合、図４では放電電極ターミナル２
が駆動電源１１と加熱電源１２の両方が接続されるてい
るが、この両方が接続される放電電極ターミナルを接地
すると良い。勿論、絶縁トランスなどを用いて加熱電源
１２を接地電位から駆動電源高圧電位に浮かせることで
誘導電極ターミナルを接地し、放電電極ターミナル１、
２を高圧側とすることも可能であるが、別途絶縁トラン
スなどが必要となり構成が複雑となるため、どうしても
誘導電極側を接地する必要がある時以外は、図４に示し
た放電電極側の接地が望ましい。

【００２３】特に、ガス状汚染物質を除去するためプラ
ズマガス処理に本発明の沿面コロナ放電素子を用いる場
合、図１乃至図３に示すようにフランジ４を用いてガス
通路内に放電電極５が形成されている部分を挿入し、放
電電極ターミナル１、２や誘導電極ターミナルをガス通
路の外に設置するとともに、図４に示すように放電電極
５を接地すると高電圧部がガス通路内に露出することが
ないため、アークなどの異常放電や短絡事故の恐れがな
くなる。

【００２４】図１と図２の２端子放電電極５ａに図６の
加熱電源１２を接続すると２端子電極５ａが抵抗体で作
製されているためジュール損が発生し放電電極５が加熱
される。この場合は、加熱電源１２の電圧や印加時間を
制御することによりジュール損の電力量を調整できるた
め、放電電極５ならびに放電電極近傍の誘電体９や表面
保護層１０の温度をそれぞれの目的に応じて調整するこ
とが可能となる。

【００２５】例えば、駆動電源１１の消費電力や有効供
給電力を計測し、ある一定値以下になると放電生成物に
より沿面コロナ放電が阻害されていると判断して加熱電
源１２を稼働させる。この場合、沿面コロナ放電の停止
時間をできるだけ短くするように、加熱電源１２から放
電電極１ｃｍ当たり１Ｗ以上の加熱電力を与え、素早く
放電電極近傍のみを３００°以上の高温とし放電生成物
を加熱除去するが沿面コロナ放電素子自体の過熱を極力
防止することが望ましい。

【００２６】また、沿面コロナ放電素子の稼働終了直後
や直前に加熱電源１２を稼働して放電生成物の除去や誘
電体の水分除去を行う方法もある。

【００２７】加熱電源を用いない方法として図４ならび
に図５に示す如く放電電極５を放電電極ターミナル１側
から先端に向かって並列接続の本数が減少するように接
続した並列接続型電極５ｂや、電極巾を減少させていく
櫛型電極５ｃを構成しても良い。この場合、放電電極タ
ーミナル１側から先端に向かって放電電極の抵抗値が増
大することになる。この場合には、図４に示した加熱電
源１２は用いずに駆動電源１１のみを用いる。

【００２８】沿面コロナ放電素子を駆動するために必要
な無効電流並びに放電電流は放電電極５を流れる。これ
ら全ての電流を合わせてトータル電流ということにす
る。放電電極５を抵抗体で作製した場合には、このトー
タル電流が流れることによりジュール損が発生し、放電
電極５が発熱する。並列接続型電極５ｂや櫛形電極５ｃ
を用いた場合にはトータル電流は放電電極ターミナル２
側から先端に向かって減少するが、抵抗値も大きくなる
ため放電電極５全体が一様に加熱されることになる。

【００２９】勿論本発明は図１乃至図５に示した構成の
放電電極にとどまらず、加熱電源１２を用いる場合も用
いない場合も、放電電極ターミナル１、２が１つの場合
も２つの場合も、全放電電極がほぼ一様に加熱される構
成の放電電極ならばいかなるものであっても良い。

【００３０】いかなる放電電極の構成としても、放電電
極を抵抗体で製作し沿面コロナ放電エネルギーと放電電
極で消費されるジュール損を合わせて放電電極１ｃｍ当
たり平均して０．０５Ｗないし２０Ｗのエネルギーを注
入することで、放電電極は加熱される。

【００３１】

【発明の効果】本発明は上述の通りであり、その結果、
図７に模式的に示すように、放電電極５が加熱されると
放電電極５ならびに放電電極５近傍の表面保護層１０や
誘電体９が加熱され、表面の電極近傍に硝酸アンモニウ
ムを主成分とする反応生成物１３、１４が付着析出する
ことを防止できる。また、万一反応生成物１３、１４が
付着したとしても、放電電極５の近傍は放電電極５の発
熱により反応生成物１３、１４を加熱除去することがで
きる。

【００３２】放電電極５そのものが加熱されるため、ヒ
ーターを別途設けて沿面コロナ放電素子全体を加熱する
方法や誘導電極を波形に折り曲げられたヒーター線で形
成して加熱する方法と比較して、コロナ放電が発生する
放電電極５近傍の表面保護層１０や誘電体９が効果的に
加熱され、反応生成物１３、１４の付着防止や加熱除去
を効率的に行うことができる。その結果、放電電極５近
傍では図７に図示するように反応生成物１４が特に効果
的に除去されるため沿面コロナ放電阻害を防止できる。

【００３３】本発明による沿面コロナ放電素子を沿面コ
ロナ放電型オゾナイザとして用いる場合、例えば図８に
示すが如く円筒状に形成した誘電体９の内面側に放電電
極５を形成し、外面側の母材に冷却フィン１５を巻いた
り、図示してはいないが水冷用冷却ブロックや冷却水通
路を有する沿面コロナ放電型オゾナイザでは、沿面コロ
ナ放電素子素子全体を加熱しようとしても熱が冷却フィ
ン１５等を通して外部に流出してしまい十分加熱できな
かったり、加熱のための電力が非常に大きくなる。そこ
で、本発明のように放電電極５を抵抗体で形成し放電電
極５を加熱することで、沿面コロナ放電を維持する上で
重要な放電電極５近傍のみを効果的に加熱することがで
きる。

【００３４】さらに、加熱電源１２を用いるとオゾン発
生量の制御を行うことができる。すなわち、駆動電源１
１からの投入電力が一定の場合、沿面放電素子の熱的平
衡状態に達するオゾン発生量はほぼ一定となる。ここで
加熱電源１２からの投入電力を増加させていくと図７に
模式的に示すようにオゾン発生量は減少する。

【００３５】特に、オゾン発生量が１ｇ／ｈ程度以下の
小型オゾナイザでは加熱電源１２によってオゾン発生量
を制御する手段としては有効なものとなる。

【００３６】さらに、図７に示すように加熱電源１２か
らの投入電力を増やしていくとオゾン発生量が非常に少
なくできる。その結果、沿面コロナ放電を発生させ、イ
オンのみを利用する除電器やマイナスイオン発生器など
の場合、不要なオゾンの発生を防止することができる。
また、室内空気を脱臭して居住空間に再循環させるよう
な脱臭機でもオゾンの漏洩が問題となる場合があるが、
オゾン発生を防止しつつ沿面コロナ放電で生成する寿命
は短いが脱臭作用に優れるラジカル、例えば、ヒドロキ
シラジカル、酸素ラジカル、窒素ラジカルなどを大量に
供給するがオゾンの発生を防止する沿面コロナ放電素子
を提供することができる。

【００３７】図１乃至図３および図６には円筒状の沿面
コロナ放電素子を示しているが、本発明は円筒状の沿面
コロナ放電素子に限らず、平板状などいかなる形状のも
のでも良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の沿面コロナ放電素子の実施の形態の
正面を示す斜面図である。

【図２】図１の背面を示す斜面図である。

【図３】図１及び図２のＡ−Ａ’面部の拡大断面図であ
る。

【図４】この発明の沿面コロナ放電素子の実施の形態の
他の例を示す斜面図である。

【図５】この発明の沿面コロナ放電素子の実施の形態の
さらに他の例を示す斜面図である。

【図６】図１、図２、図３に示す沿面コロナ放電素子の
配線図である。

【図７】この発明による反応生成物除去の形態を示す模
式図である。

【図８】この発明の沿面コロナ放電素子の別の実施の形
態の図３に相当する部分の拡大断面図である。

【図９】図１、図２、図３ならびに図６によって示した
沿面コロナ放電素子のオゾン発生量の変化を示した曲線
図である。

【符号の説明】

１放電電極ターミナル１２放電電極ターミナル２３円筒状誘電体４フランジ５放電電極５ａ２端子放電電極５ｂ並列接続型放電電極５ｃ櫛形放電電極６誘導電極７誘導電極ターミナル８母材９誘電体１０表面保護増１１駆動電源１２加熱電源１３反応生成物１４除去された反応生成物１５フィン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０３Ｃ 3/66 Ｂ０３Ｃ 3/66 Ｃ０１Ｂ 13/11 Ｃ０１Ｂ 13/11 ＧＨ０５Ｆ 3/04 Ｈ０５Ｆ 3/04 ＥＦターム(参考） 4C080 AA09 BB02 CC01 MM08 QQ12 QQ16 4D054 AA11 BB09 CA01 CA20 EA01 EA20 4G042 CA01 CC04 CC10 CC16 CC18 4G075 AA03 AA07 AA37 BA05 BB10 BC08 CA02 CA12 CA18 CA47 DA01 EC21 FC15 5G067 AA33 DA01 DA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】誘電体を挟んで誘導電極と放電電極を配
置し、両電極間に交流高電圧もしくはパルス高電圧を印
加して放電電極より沿面コロナ放電を発生させる沿面コ
ロナ放電素子において、該放電電極を抵抗体で形成する
ことを特徴とする沿面コロナ放電素子。
【請求項２】放電電極１ｃｍ当たり平均して０．０５
Ｗないし２０Ｗのエネルギーが注入されることを特徴と
する請求項１記載の沿面コロナ放電素子。
【請求項３】放電用交流高電圧電源もしくは放電用パ
ルス高電圧電源のほかに放電電極を形成する抵抗体を通
電するための直流電源もしくは交流電源を具備すること
を特徴とする請求項１乃至２のいずれかに記載の沿面コ
ロナ放電素子。
【請求項４】放電用交流高電圧電源もしくは放電用パ
ルス高電圧電源のほかに放電電極を形成する抵抗体を通
電するための直流電源もしくは交流電源を交互に稼働さ
せることを特徴とする請求項３記載の沿面コロナ放電素
子。
【請求項５】放電用交流高電圧電源もしくは放電用パ
ルス高電圧電源のほかに放電電極を形成する抵抗体を通
電するための直流電源もしくは交流電源を同時に稼働さ
せることを特徴とする請求項３記載の沿面コロナ放電素
子。
【請求項６】放電用交流高電圧電源もしくは放電用パ
ルス高電圧電源及び／または放電電極を形成する抵抗体
を通電するための直流電源もしくは交流電源からの投入
電力を計測し、所定の投入電力に制御する制御回路を具
備することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記
載の沿面コロナ放電素子。
【請求項７】沿面コロナ放電にガス状汚染物質や粒子
状汚染物質を含有する処理対象ガスが直接接触する様に
配置することを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに
記載の沿面コロナ放電素子。
【請求項８】帯電した粒子状物質を含むガス通路内に
沿面コロナ放電を直接暴露し帯電した粒子状物質を直接
除電できる様に配置することを特徴とする請求項１乃至
６のいずれかに記載の沿面コロナ放電素子。
【請求項９】沿面コロナ放電に清浄ガスを供給し、目
的に応じてイオンやラジカル、オゾンを供給することを
特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の沿面コロ
ナ放電素子。