JP2003229300A - マイクロ波放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法 - Google Patents
マイクロ波放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大気圧での放電を可能とする新規な、マイク
ロ波放電発生装置及びそれを用いた環境汚染ガスの処理
方法を提供する。 【解決手段】 マイクロ波発振器１と、マイクロ波発振
器１に接続したマイクロ波空洞共振器３と、マイクロ波
空洞共振器３に結合したガス導入口５とガス排出口６を
備えた反応管４と、反応管４のマイクロ波空洞共振器３
中に少なくとも１個以上のマイクロ波吸収体７を有し、
大気圧での放電ができるようにマイクロ波放電装置を構
成する。さらに、ガス導入口５に、ほぼ大気圧の窒素ガ
スと環境汚染ガスの混合ガスを導入し、マイクロ波放電
により、環境汚染ガスを安全な物質へ分解できる処理方
法を提供する。
ロ波放電発生装置及びそれを用いた環境汚染ガスの処理
方法を提供する。 【解決手段】 マイクロ波発振器１と、マイクロ波発振
器１に接続したマイクロ波空洞共振器３と、マイクロ波
空洞共振器３に結合したガス導入口５とガス排出口６を
備えた反応管４と、反応管４のマイクロ波空洞共振器３
中に少なくとも１個以上のマイクロ波吸収体７を有し、
大気圧での放電ができるようにマイクロ波放電装置を構
成する。さらに、ガス導入口５に、ほぼ大気圧の窒素ガ
スと環境汚染ガスの混合ガスを導入し、マイクロ波放電
により、環境汚染ガスを安全な物質へ分解できる処理方
法を提供する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、環境汚染ガスの分解や
マイクロ波プラズマ加工などに利用し得る、マイクロ波
吸収体を用いるマイクロ波放電装置装置及びそれを用い
た環境汚染ガスの処理方法に関する。
マイクロ波プラズマ加工などに利用し得る、マイクロ波
吸収体を用いるマイクロ波放電装置装置及びそれを用い
た環境汚染ガスの処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】マイクロ波放電は無電極でクリーンな放
電として、電子、機械関連技術の分野での広範囲な応用
が行われている。マイクロ波放電を利用したマイクロ波
プラズマによる加工技術に関しては、各種材料のエッチ
ング装置や堆積装置等として半導体製造、光学部品製造
等の多くの産業で、広範囲に使用されている。
電として、電子、機械関連技術の分野での広範囲な応用
が行われている。マイクロ波放電を利用したマイクロ波
プラズマによる加工技術に関しては、各種材料のエッチ
ング装置や堆積装置等として半導体製造、光学部品製造
等の多くの産業で、広範囲に使用されている。
【０００３】近年、マイクロ波放電は、環境汚染ガスの
削減のような環境への応用も注目され、車両などからの
廃棄ガスに含まれる環境汚染ガスの分解への応用が検討
されている。従来は、環境に悪影響を与える環境汚染ガ
スの主成分である窒素酸化物（以下、ＮＯｘと呼ぶ）の
分解にマイクロ波を応用した場合、ＮＯｘのマイクロ波
放電分解に関する研究のほとんどは、ＮＯｘをＨｅやＡ
ｒ等の希ガス中に希釈したガスを使用して行われてい
た。しかしながら、ＨｅやＡｒは、資源が少なくて高価
であるので、実用的ではない。
削減のような環境への応用も注目され、車両などからの
廃棄ガスに含まれる環境汚染ガスの分解への応用が検討
されている。従来は、環境に悪影響を与える環境汚染ガ
スの主成分である窒素酸化物（以下、ＮＯｘと呼ぶ）の
分解にマイクロ波を応用した場合、ＮＯｘのマイクロ波
放電分解に関する研究のほとんどは、ＮＯｘをＨｅやＡ
ｒ等の希ガス中に希釈したガスを使用して行われてい
た。しかしながら、ＨｅやＡｒは、資源が少なくて高価
であるので、実用的ではない。
【０００４】希ガスの代わりに、窒素ガス中でマイクロ
波放電によりＮＯｘの分解ができるようになれば実用的
であるが、未だ実現されていない。窒素中でのマイクロ
波放電を用いたＮＯｘの処理は、Ｍ．Ａ．Ｗｏｊｔｏｗ
ｉｔｚ等により報告されている（Ｊ．Ｈａｚａｒｄｏｕ
ｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、７４巻、ｐｐ．８１−８９、
２０００）。
波放電によりＮＯｘの分解ができるようになれば実用的
であるが、未だ実現されていない。窒素中でのマイクロ
波放電を用いたＮＯｘの処理は、Ｍ．Ａ．Ｗｏｊｔｏｗ
ｉｔｚ等により報告されている（Ｊ．Ｈａｚａｒｄｏｕ
ｓ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ、７４巻、ｐｐ．８１−８９、
２０００）。
【０００５】しかしながら、彼らの実験は最高６０９Ｔ
ｏｒｒで真の大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）には到達してお
らず、またそのときのマイクロ波出力も３００Ｗと高い
ものであった。従来の技術では、マイクロ波出力が１０
０Ｗから２００Ｗでは、放電が維持可能な最大窒素圧力
は約５０Ｔｏｒｒであった。このように従来技術では、
真空排気装置を必要としない窒素大気圧中で、マイクロ
波放電を１００Ｗから２００Ｗという低電力のマイクロ
波で得ることは、困難であった。
ｏｒｒで真の大気圧（７６０Ｔｏｒｒ）には到達してお
らず、またそのときのマイクロ波出力も３００Ｗと高い
ものであった。従来の技術では、マイクロ波出力が１０
０Ｗから２００Ｗでは、放電が維持可能な最大窒素圧力
は約５０Ｔｏｒｒであった。このように従来技術では、
真空排気装置を必要としない窒素大気圧中で、マイクロ
波放電を１００Ｗから２００Ｗという低電力のマイクロ
波で得ることは、困難であった。
【０００６】大気圧窒素中で放電が維持できないのは、
圧力の増加に伴い電子の平均自由行程が短くなり、電子
がマイクロ波電場により十分に加速されないためであ
る。また窒素は希ガスと異なり、振動回転運動や解離が
あるために電子のエネルギーが吸収され、同じマイクロ
波電場においては、希ガスほど効率よく電離されないか
らである。
圧力の増加に伴い電子の平均自由行程が短くなり、電子
がマイクロ波電場により十分に加速されないためであ
る。また窒素は希ガスと異なり、振動回転運動や解離が
あるために電子のエネルギーが吸収され、同じマイクロ
波電場においては、希ガスほど効率よく電離されないか
らである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、大気
圧での放電を可能とする新規な、マイクロ波放電発生装
置及びそれを利用した環境汚染ガスの処理方法を提供す
ることにある。
圧での放電を可能とする新規な、マイクロ波放電発生装
置及びそれを利用した環境汚染ガスの処理方法を提供す
ることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、この発明は次のような構成をとる。すなわち、請求
項１に記載の発明は、マイクロ波発振器と、このマイク
ロ波発振器に接続されたマイクロ波空洞共振器と、この
マイクロ波空洞共振器に結合されたガス導入口とガス排
出口とを備えた反応管と、この反応管のマイクロ波空洞
共振器中に少なくとも１個以上のマイクロ波吸収体を設
置する構成としたマイクロ波放電装置を提供するもので
ある。
め、この発明は次のような構成をとる。すなわち、請求
項１に記載の発明は、マイクロ波発振器と、このマイク
ロ波発振器に接続されたマイクロ波空洞共振器と、この
マイクロ波空洞共振器に結合されたガス導入口とガス排
出口とを備えた反応管と、この反応管のマイクロ波空洞
共振器中に少なくとも１個以上のマイクロ波吸収体を設
置する構成としたマイクロ波放電装置を提供するもので
ある。
【０００９】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
マイクロ波放電発生装置において、前記マイクロ波吸収
体が複数個、所定の間隔をおいて直列に連続的に設置さ
れていることを特徴とするものである。請求項３に記載
の発明は、請求項１又は２に記載のマイクロ波放電発生
装置において、前記マイクロ波吸収体が、少なくともＺ
ｒ、Ｗ、Ｃの何れかによることを特徴とするものであ
る。
マイクロ波放電発生装置において、前記マイクロ波吸収
体が複数個、所定の間隔をおいて直列に連続的に設置さ
れていることを特徴とするものである。請求項３に記載
の発明は、請求項１又は２に記載のマイクロ波放電発生
装置において、前記マイクロ波吸収体が、少なくともＺ
ｒ、Ｗ、Ｃの何れかによることを特徴とするものであ
る。
【００１０】請求項４に記載の発明は、マイクロ波発振
器と、このマイクロ波発振器に接続されたマイクロ波空
洞共振器と、このマイクロ波空洞共振器に結合されたガ
ス導入口とガス排出口とを備えた反応管に、ほぼ大気圧
の窒素と環境汚染ガスの混合ガスを導入し、上記反応管
のマイクロ波空洞共振器中に少なくとも１個以上のマイ
クロ波吸収体を設置してマイクロ波放電させることを特
徴とする、環境汚染ガスの処理方法を提供する。請求項
５に記載の発明は、請求項４記載の環境汚染ガスの処理
方法において、前記混合ガスが、ほぼ大気圧の窒素と窒
素酸化物であることを特徴とするものである。
器と、このマイクロ波発振器に接続されたマイクロ波空
洞共振器と、このマイクロ波空洞共振器に結合されたガ
ス導入口とガス排出口とを備えた反応管に、ほぼ大気圧
の窒素と環境汚染ガスの混合ガスを導入し、上記反応管
のマイクロ波空洞共振器中に少なくとも１個以上のマイ
クロ波吸収体を設置してマイクロ波放電させることを特
徴とする、環境汚染ガスの処理方法を提供する。請求項
５に記載の発明は、請求項４記載の環境汚染ガスの処理
方法において、前記混合ガスが、ほぼ大気圧の窒素と窒
素酸化物であることを特徴とするものである。
【００１１】請求項１に記載の発明の作用は、次のとお
りである。このように構成されるマイクロ波放電発生装
置では、反応管のマイクロ波空洞共振器に結合した領域
内に１個以上のマイクロ波吸収体を設置したことによ
り、主として熱電子と二次電子が、マイクロ波吸収体か
ら放出される。熱電子は、マイクロ波吸収体表面がマイ
クロ波によって加熱されることにより生じる。また、二
次電子は、マイクロ波吸収体がプラズマ中の電子衝突に
よって加熱されることにより発生する。この作用によ
り、例えば窒素ガスを圧力の比較的高い状態で低マイク
ロ波電力により放電を持続的に行わせることができる。
りである。このように構成されるマイクロ波放電発生装
置では、反応管のマイクロ波空洞共振器に結合した領域
内に１個以上のマイクロ波吸収体を設置したことによ
り、主として熱電子と二次電子が、マイクロ波吸収体か
ら放出される。熱電子は、マイクロ波吸収体表面がマイ
クロ波によって加熱されることにより生じる。また、二
次電子は、マイクロ波吸収体がプラズマ中の電子衝突に
よって加熱されることにより発生する。この作用によ
り、例えば窒素ガスを圧力の比較的高い状態で低マイク
ロ波電力により放電を持続的に行わせることができる。
【００１２】請求項２に記載の発明によれば、マイクロ
波吸収体が複数個、所定の間隔をおいて直列に連続的に
設置されているので、より多数の電子がガス中に供給さ
れることにより、本発明のマイクロ波放電発生装置は、
さらに圧力の高いガスでマイクロ波放電を効率良く発生
できる。請求項３に記載の発明によれば、マイクロ波吸
収体が、少なくともＺｒ、Ｗ、Ｃの何れかによるので、
本発明のマイクロ波放電発生装置は、さらにマイクロ波
放電を効率良く発生できる。
波吸収体が複数個、所定の間隔をおいて直列に連続的に
設置されているので、より多数の電子がガス中に供給さ
れることにより、本発明のマイクロ波放電発生装置は、
さらに圧力の高いガスでマイクロ波放電を効率良く発生
できる。請求項３に記載の発明によれば、マイクロ波吸
収体が、少なくともＺｒ、Ｗ、Ｃの何れかによるので、
本発明のマイクロ波放電発生装置は、さらにマイクロ波
放電を効率良く発生できる。
【００１３】請求項４に記載の環境汚染ガスの処理方法
によれば、ほぼ大気圧の窒素と環境汚染ガスの混合ガス
を導入することにより、マイクロ波放電により環境汚染
ガスを安全な成分に分解し、排出することができる。請
求項５に記載の発明によれば、ほぼ大気圧の窒素と窒素
酸化物を窒素と酸素に分解することができる。
によれば、ほぼ大気圧の窒素と環境汚染ガスの混合ガス
を導入することにより、マイクロ波放電により環境汚染
ガスを安全な成分に分解し、排出することができる。請
求項５に記載の発明によれば、ほぼ大気圧の窒素と窒素
酸化物を窒素と酸素に分解することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面により詳細に説明する。図１は、本発明のマイクロ波
放電発生装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
図において、１はマイクロ波発振器で、伝送線路２によ
りマイクロ波空洞共振器３に接続されている。石英のよ
うな耐熱材で造られた反応管４は、マイクロ波空洞共振
器３に挿入された部分がマイクロ波と結合することによ
り、マイクロ波電力が供給される。反応管４は、ガスの
流入口５とガスの排出口６を有する。なお、反応管４の
外側に記載した矢印は、ガスの流れを示している。
面により詳細に説明する。図１は、本発明のマイクロ波
放電発生装置の第１の実施の形態を示す構成図である。
図において、１はマイクロ波発振器で、伝送線路２によ
りマイクロ波空洞共振器３に接続されている。石英のよ
うな耐熱材で造られた反応管４は、マイクロ波空洞共振
器３に挿入された部分がマイクロ波と結合することによ
り、マイクロ波電力が供給される。反応管４は、ガスの
流入口５とガスの排出口６を有する。なお、反応管４の
外側に記載した矢印は、ガスの流れを示している。
【００１５】マイクロ波吸収体７は、反応管４のマイク
ロ波と結合する領域に設置される。マイクロ波吸収体７
は、図１に示す実施の形態では、ガス流に沿って直列に
２個配置されているが、３個以上としても良い。８は放
電領域、９は反応管を塞ぐ形状としたガラスウールであ
る。上記のマイクロ波放電発生装置構成により、ガスが
流され、マイクロ波空洞共振器３に結合された反応管４
内に設置されたマイクロ波吸収体７に、マイクロ波発振
器１からマイクロ波電力が印加されることにより電子が
発生し、マイクロ波の放電８が発生する。前述の動作原
理からマイクロ波吸収体７が備える好ましい条件として
は、例えば次のことが挙げられる。 （１）マイクロ波により加熱され熱電子の放出が生起し
易く、また二次電子が放出し易い材料が好ましい。 （２）導電率は高い方がマイクロ波加熱させやすい。 （３）材料の仕事関数は低い方が電子を放出させやす
い。 （４）マイクロ波吸収体７は非常に高温になるので、材
料の融点は２０００℃以上が好ましい。
ロ波と結合する領域に設置される。マイクロ波吸収体７
は、図１に示す実施の形態では、ガス流に沿って直列に
２個配置されているが、３個以上としても良い。８は放
電領域、９は反応管を塞ぐ形状としたガラスウールであ
る。上記のマイクロ波放電発生装置構成により、ガスが
流され、マイクロ波空洞共振器３に結合された反応管４
内に設置されたマイクロ波吸収体７に、マイクロ波発振
器１からマイクロ波電力が印加されることにより電子が
発生し、マイクロ波の放電８が発生する。前述の動作原
理からマイクロ波吸収体７が備える好ましい条件として
は、例えば次のことが挙げられる。 （１）マイクロ波により加熱され熱電子の放出が生起し
易く、また二次電子が放出し易い材料が好ましい。 （２）導電率は高い方がマイクロ波加熱させやすい。 （３）材料の仕事関数は低い方が電子を放出させやす
い。 （４）マイクロ波吸収体７は非常に高温になるので、材
料の融点は２０００℃以上が好ましい。
【００１６】次に、本発明のマイクロ波放電発生装置の
マイクロ波空洞共振器３と反応管４の結合状態を図２を
用いて説明する。図２は図１の構成図の右側面に相当す
る。本例では、マイクロ波空洞共振器３として、内寸法
が長辺の長さをＡ，短辺の長さをＢとした矩形導波管１
０を用いている。図２は矩形導波管１０の長辺面を示し
ており、共振器の長さがＬ1 で、図示したように長さＬ
2 のＵ字状の切り込み部を形成し、その半円のＬ3 部分
を開口部とすることにより、反応管４にマイクロ波電力
を供給した。１１は同軸−導波管変換器の同軸ケーブル
用コネクタであり、１２は矩形導波管マイクロ波空洞共
振器１０の共振周波数を調整する反射器である。矩形導
波管マイクロ波空洞共振器１０の寸法は一例として、Ａ
＝８６ｍｍ、Ｂ＝４５ｍｍ、共振器の長さは、Ｌ1 が約
２５９ｍｍ、Ｌ2 が約５８ｍｍとしている。
マイクロ波空洞共振器３と反応管４の結合状態を図２を
用いて説明する。図２は図１の構成図の右側面に相当す
る。本例では、マイクロ波空洞共振器３として、内寸法
が長辺の長さをＡ，短辺の長さをＢとした矩形導波管１
０を用いている。図２は矩形導波管１０の長辺面を示し
ており、共振器の長さがＬ1 で、図示したように長さＬ
2 のＵ字状の切り込み部を形成し、その半円のＬ3 部分
を開口部とすることにより、反応管４にマイクロ波電力
を供給した。１１は同軸−導波管変換器の同軸ケーブル
用コネクタであり、１２は矩形導波管マイクロ波空洞共
振器１０の共振周波数を調整する反射器である。矩形導
波管マイクロ波空洞共振器１０の寸法は一例として、Ａ
＝８６ｍｍ、Ｂ＝４５ｍｍ、共振器の長さは、Ｌ1 が約
２５９ｍｍ、Ｌ2 が約５８ｍｍとしている。
【００１７】図３は、図２のＩ−Ｉ線に沿う概略断面図
を示している。反応管４の４ａ，４ｂ部分が、矩形導波
管空洞共振器１０と結合している。４ａを含む反応管の
中心より上側が、誘電体窓となっている。１3 は矩形導
波管マイクロ波共振器１０に設けられたスタブチューナ
で、マイクロ波電力を反応管４の内部に設置されたマイ
クロ波吸収体７へ効率良く伝送する機能を有している。
図３において、その他の図１，図２に示したものと同一
の符号は、図１，図２と同一のものを示すので、説明は
省略する。
を示している。反応管４の４ａ，４ｂ部分が、矩形導波
管空洞共振器１０と結合している。４ａを含む反応管の
中心より上側が、誘電体窓となっている。１3 は矩形導
波管マイクロ波共振器１０に設けられたスタブチューナ
で、マイクロ波電力を反応管４の内部に設置されたマイ
クロ波吸収体７へ効率良く伝送する機能を有している。
図３において、その他の図１，図２に示したものと同一
の符号は、図１，図２と同一のものを示すので、説明は
省略する。
【００１８】マイクロ波発振器１としては、２．４５Ｇ
Ｈｚのマグネトロン、トランジスタ式の微小出力の発振
器と高出力アンプを組み合わせた発振器等が使用され
る。伝送線路２は、マイクロ波発振器１と、マイクロ波
空洞共振器３を接続するための同軸線もしくは導波管な
どで構成される。伝送線路２として、アイソレータやマ
イクロ波空洞共振器３とのインピーダンス整合用の回路
を含むように構成する場合もある。また、伝送線路２中
にマイクロ波の電力測定用の方向性結合器を挿入するこ
とにより、進行波電力と反射波電力の測定を行うことが
好ましい。マイクロ波空洞共振器３としては、矩形導波
管の他に、円形導波管、同軸構造などの空洞共振器が使
用できる。
Ｈｚのマグネトロン、トランジスタ式の微小出力の発振
器と高出力アンプを組み合わせた発振器等が使用され
る。伝送線路２は、マイクロ波発振器１と、マイクロ波
空洞共振器３を接続するための同軸線もしくは導波管な
どで構成される。伝送線路２として、アイソレータやマ
イクロ波空洞共振器３とのインピーダンス整合用の回路
を含むように構成する場合もある。また、伝送線路２中
にマイクロ波の電力測定用の方向性結合器を挿入するこ
とにより、進行波電力と反射波電力の測定を行うことが
好ましい。マイクロ波空洞共振器３としては、矩形導波
管の他に、円形導波管、同軸構造などの空洞共振器が使
用できる。
【００１９】ガスの流入口５及びガスの排出口６は、周
知のガスコネクタである。反応管４とガスコネクタは、
図示してはいないが、周知のステンレス製のフランジな
どを介して接続される。ガラスウール９は、マイクロ波
吸収体７からの蒸発物を外部へ流出させないようにする
ために設けられている。また、ガラスウール９は、マイ
クロ波吸収体７がカーボンのような軽い材料を用いた場
合に、マイクロ波吸収体７がガスにより外部に排出され
ることを防ぐために設けられる。ガラスウール９は、放
電領域８から十分離した排出口６側に設置するのが好ま
しい。装置構成上、必要がない場合は省略できる。
知のガスコネクタである。反応管４とガスコネクタは、
図示してはいないが、周知のステンレス製のフランジな
どを介して接続される。ガラスウール９は、マイクロ波
吸収体７からの蒸発物を外部へ流出させないようにする
ために設けられている。また、ガラスウール９は、マイ
クロ波吸収体７がカーボンのような軽い材料を用いた場
合に、マイクロ波吸収体７がガスにより外部に排出され
ることを防ぐために設けられる。ガラスウール９は、放
電領域８から十分離した排出口６側に設置するのが好ま
しい。装置構成上、必要がない場合は省略できる。
【００２０】図４は本発明の第１の実施の形態によるマ
イクロ波放電発生装置の反応管４にマイクロ波吸収体７
を２個設けたときに、マイクロ波吸収体７間の距離と窒
素ガスのマイクロ波放電の放電持続圧力の関係を示すも
のである。放電持続圧力とは、放電可能な最高圧力であ
る。従って、窒素ガスは、放電持続圧力が大気圧を越え
ていれば、大気圧で放電する。図１に示すように放電領
域８は、２個のマイクロ波吸収体７の間に発生する。マ
イクロ波吸収体７の材料は、図４（ａ）がＺｒ（ジルコ
ニウム）、図４（ｂ）がＷ（タングステン）、図４
（ｃ）がＣ（カーボン）である。Ｃは、材料としてはグ
ラファイトを使用した。マイクロ波吸収体７の形状は、
各材料とも丸棒である。また、その寸法は直径３ｍｍ
で、長さが１５ｍｍと同一である。
イクロ波放電発生装置の反応管４にマイクロ波吸収体７
を２個設けたときに、マイクロ波吸収体７間の距離と窒
素ガスのマイクロ波放電の放電持続圧力の関係を示すも
のである。放電持続圧力とは、放電可能な最高圧力であ
る。従って、窒素ガスは、放電持続圧力が大気圧を越え
ていれば、大気圧で放電する。図１に示すように放電領
域８は、２個のマイクロ波吸収体７の間に発生する。マ
イクロ波吸収体７の材料は、図４（ａ）がＺｒ（ジルコ
ニウム）、図４（ｂ）がＷ（タングステン）、図４
（ｃ）がＣ（カーボン）である。Ｃは、材料としてはグ
ラファイトを使用した。マイクロ波吸収体７の形状は、
各材料とも丸棒である。また、その寸法は直径３ｍｍ
で、長さが１５ｍｍと同一である。
【００２１】マイクロ波電力と窒素ガス流量は、マイク
ロ波吸収体７に係らず共通で、それぞれ１００Ｗ、１０
００ｃｃｍである。ここで、ｃｃｍはｃｍ3 ／分であり
２５℃において、１０１３ｈＰａに換算した場合の流量
をあらわす単位である。マイクロ波吸収体７がＺｒとＷ
の場合には、マイクロ波吸収体７の間隔が約３ｍｍ以
下、またＣの場合にはマイクロ波吸収体７の間隔が約２
ｍｍ以下のときに、窒素ガスを大気圧でマイクロ波放電
をさせることができた。マイクロ波電力を上げ２００Ｗ
とした場合には、さらに大気圧の窒素ガスのマイクロ波
放電を発生し易くなり、マイクロ波吸収体間隔７を約１
０ｍｍ程度まで広くすることができた。
ロ波吸収体７に係らず共通で、それぞれ１００Ｗ、１０
００ｃｃｍである。ここで、ｃｃｍはｃｍ3 ／分であり
２５℃において、１０１３ｈＰａに換算した場合の流量
をあらわす単位である。マイクロ波吸収体７がＺｒとＷ
の場合には、マイクロ波吸収体７の間隔が約３ｍｍ以
下、またＣの場合にはマイクロ波吸収体７の間隔が約２
ｍｍ以下のときに、窒素ガスを大気圧でマイクロ波放電
をさせることができた。マイクロ波電力を上げ２００Ｗ
とした場合には、さらに大気圧の窒素ガスのマイクロ波
放電を発生し易くなり、マイクロ波吸収体間隔７を約１
０ｍｍ程度まで広くすることができた。
【００２２】窒素ガス流量とマイクロ波電力が同一の場
合には、マイクロ波吸収体７は１個設置したときより
も、２個設けたときのほうが、放電持続圧力が増加し
た。これは、マイクロ波吸収体７が２個のときには、放
電領域８への電子供給数がマイクロ波吸収体７が１個の
ときのおおよそ２倍になるためと推定される。
合には、マイクロ波吸収体７は１個設置したときより
も、２個設けたときのほうが、放電持続圧力が増加し
た。これは、マイクロ波吸収体７が２個のときには、放
電領域８への電子供給数がマイクロ波吸収体７が１個の
ときのおおよそ２倍になるためと推定される。
【００２３】次に、マイクロ波吸収体７を３個、等間隔
に直列に配置した結果を説明する。マイクロ波吸収体７
はＺｒ丸棒（直径３ｍｍで長さが１０ｍｍ）を用い、窒
素ガス流量１０００ｃｃｍ, 出力１００Ｗでマイクロ波
放電を行った。マイクロ波吸収体７の間隔は、１ｍｍと
３ｍｍで、放電持続圧力を測定した。１ｍｍの場合には
７６０Ｔｏｒｒ、3 ｍｍの場合には４３９Ｔｏｒｒにな
った。マイクロ波吸収体７を２個使用した場合と同様
に、マイクロ波吸収体７間の距離が長くなるとプラズマ
８の放電持続圧力は低下した。
に直列に配置した結果を説明する。マイクロ波吸収体７
はＺｒ丸棒（直径３ｍｍで長さが１０ｍｍ）を用い、窒
素ガス流量１０００ｃｃｍ, 出力１００Ｗでマイクロ波
放電を行った。マイクロ波吸収体７の間隔は、１ｍｍと
３ｍｍで、放電持続圧力を測定した。１ｍｍの場合には
７６０Ｔｏｒｒ、3 ｍｍの場合には４３９Ｔｏｒｒにな
った。マイクロ波吸収体７を２個使用した場合と同様
に、マイクロ波吸収体７間の距離が長くなるとプラズマ
８の放電持続圧力は低下した。
【００２４】また同じ寸法のマイクロ波吸収体７を２個
使用し、同一ガス流量と同一マイクロ波電力で比較した
ところ、マイクロ波吸収体７の間隔が１ｍｍのときの放
電持続圧力は９２０Ｔｏｒｒになり、マイクロ波吸収体
７を２つ使用した方が高い放電持続圧力が得られた。
使用し、同一ガス流量と同一マイクロ波電力で比較した
ところ、マイクロ波吸収体７の間隔が１ｍｍのときの放
電持続圧力は９２０Ｔｏｒｒになり、マイクロ波吸収体
７を２つ使用した方が高い放電持続圧力が得られた。
【００２５】本発明の第２の実施の形態は、図１〜図３
に示す本発明のマイクロ波放電発生装置を用いて、ガス
流入口５に、ほぼ大気圧の窒素と環境汚染ガスの混合ガ
スを導入し、マイクロ波の放電領域８により環境汚染ガ
スを分解処理し、排出口６より排出する環境汚染ガスの
処理方法である。混合ガスがほぼ大気圧の窒素と窒素酸
化物であるときには、窒素酸化物をＮ2とＯ2 という安
全なガスに分解することができる。
に示す本発明のマイクロ波放電発生装置を用いて、ガス
流入口５に、ほぼ大気圧の窒素と環境汚染ガスの混合ガ
スを導入し、マイクロ波の放電領域８により環境汚染ガ
スを分解処理し、排出口６より排出する環境汚染ガスの
処理方法である。混合ガスがほぼ大気圧の窒素と窒素酸
化物であるときには、窒素酸化物をＮ2とＯ2 という安
全なガスに分解することができる。
【００２６】以下に、実施例に基づいて、マイクロ波放
電発生装置を使用したときの、ＮＯガスとＮ2 Ｏガスの
分解について説明する。図５は７６０ＴｏｒｒのＮ2 ガ
ス（９００ｃｃｍ）に、ＮＯガスを１０ｃｃｍ混合し、
マイクロ波吸収体は、Ｚｒ丸棒（３ｍｍ直径で長さ１５
ｍｍ）を２個配置し、マイクロ波電力を２００Ｗとした
ときに、ガス排出口６にガス分析装置として、四重極質
量分析計を接続して、ＮＯガスの分解を調べたものであ
る。
電発生装置を使用したときの、ＮＯガスとＮ2 Ｏガスの
分解について説明する。図５は７６０ＴｏｒｒのＮ2 ガ
ス（９００ｃｃｍ）に、ＮＯガスを１０ｃｃｍ混合し、
マイクロ波吸収体は、Ｚｒ丸棒（３ｍｍ直径で長さ１５
ｍｍ）を２個配置し、マイクロ波電力を２００Ｗとした
ときに、ガス排出口６にガス分析装置として、四重極質
量分析計を接続して、ＮＯガスの分解を調べたものであ
る。
【００２７】四重極質量分析計により、各化学種の主ピ
ーク値を計測した。マイクロ波放電がある場合を放電ｏ
ｎとして、又マイクロ放電がない場合を放電ｏｆｆとし
て、各化学種の主ピーク値のそれぞれを計測した。ＮＯ
ガスの分解率とＯ2 ガスの生成率を以下の式で算出し
た。なお、放電ｏｆｆ時のＮＯピーク強度は、ＮＯの初
期濃度に比例するものである。 ＮＯ分解率（％）＝１−｛（放電ｏｎ時のＮＯピーク強度） /（放電ｏｆｆ 時のＮＯピーク強度）｝・・・・・・・・（１式） Ｏ2 の生成率（％）＝｛（放電ｏｎ時のＯ2 のピーク強度）−（放電ｏｆｆ 時のＯ2 のピーク強度）｝/ （放電ｏｆｆ時のＮＯピーク強度）・・・（２式）
ーク値を計測した。マイクロ波放電がある場合を放電ｏ
ｎとして、又マイクロ放電がない場合を放電ｏｆｆとし
て、各化学種の主ピーク値のそれぞれを計測した。ＮＯ
ガスの分解率とＯ2 ガスの生成率を以下の式で算出し
た。なお、放電ｏｆｆ時のＮＯピーク強度は、ＮＯの初
期濃度に比例するものである。 ＮＯ分解率（％）＝１−｛（放電ｏｎ時のＮＯピーク強度） /（放電ｏｆｆ 時のＮＯピーク強度）｝・・・・・・・・（１式） Ｏ2 の生成率（％）＝｛（放電ｏｎ時のＯ2 のピーク強度）−（放電ｏｆｆ 時のＯ2 のピーク強度）｝/ （放電ｏｆｆ時のＮＯピーク強度）・・・（２式）
【００２８】図５において、マイクロ波吸収体７の間隔
が大きくなると、ＮＯの分解率が上昇し、またそれにつ
れて、Ｏ2 の生成率が向上し、ＮＯガスが分解する。マ
イクロ波吸収体７の間隔が８ｍｍから１２ｍｍでＮＯの
分解率は飽和し、約８０％の分解率が得られた。
が大きくなると、ＮＯの分解率が上昇し、またそれにつ
れて、Ｏ2 の生成率が向上し、ＮＯガスが分解する。マ
イクロ波吸収体７の間隔が８ｍｍから１２ｍｍでＮＯの
分解率は飽和し、約８０％の分解率が得られた。
【００２９】図５は、マイクロ波吸収体７がＺｒの場合
であるが、マイクロ波吸収体７がＷあるいはＣでも、同
様にＮＯガスの分解ができた。Ｚｒと同様に２個のマイ
クロ波吸収体７の間隔が大きくなると、ＮＯの分解率は
向上し、Ｃでは９０％以上、またＷでは約６０％の分解
ができた。ＮＯの分解率は、Ｃ＞Ｚｒ＞Ｗとなり、Ｃが
一番高いものであった。Ｃの場合には、ＺｒやＷの場合
とは異なり、反応生成物として、Ｎ2 やＯ2 のほかに、
ＣＯ2 が発生した。
であるが、マイクロ波吸収体７がＷあるいはＣでも、同
様にＮＯガスの分解ができた。Ｚｒと同様に２個のマイ
クロ波吸収体７の間隔が大きくなると、ＮＯの分解率は
向上し、Ｃでは９０％以上、またＷでは約６０％の分解
ができた。ＮＯの分解率は、Ｃ＞Ｚｒ＞Ｗとなり、Ｃが
一番高いものであった。Ｃの場合には、ＺｒやＷの場合
とは異なり、反応生成物として、Ｎ2 やＯ2 のほかに、
ＣＯ2 が発生した。
【００３０】次に、Ｎ2 Ｏガスの分解について述べる。
図６は、７６０ＴｏｒｒのＮ2 ガス（１００ｃｃｍから
１０００ｃｃｍ）に、Ｎ2 Ｏガスを２５ｃｃｍ混合し、
マイクロ波吸収体７は、Ｚｒ丸棒（３ｍｍ直径で長さ１
５ｍｍ）を２個配置（間隔は１０ｍｍ）し、マイクロ波
電力を２００Ｗ印加したときに、ガス排出口６にガス分
析装置として、四重極質量分析計を接続して、Ｎ2 Ｏガ
スの分解を調べたものである。Ｎ2 Ｏガス流量（最大２
５モル％）を変化させても、いずれの場合にもほぼ９０
％以上の非常に高い確率で、Ｎ2 Ｏを分解させることが
できた。
図６は、７６０ＴｏｒｒのＮ2 ガス（１００ｃｃｍから
１０００ｃｃｍ）に、Ｎ2 Ｏガスを２５ｃｃｍ混合し、
マイクロ波吸収体７は、Ｚｒ丸棒（３ｍｍ直径で長さ１
５ｍｍ）を２個配置（間隔は１０ｍｍ）し、マイクロ波
電力を２００Ｗ印加したときに、ガス排出口６にガス分
析装置として、四重極質量分析計を接続して、Ｎ2 Ｏガ
スの分解を調べたものである。Ｎ2 Ｏガス流量（最大２
５モル％）を変化させても、いずれの場合にもほぼ９０
％以上の非常に高い確率で、Ｎ2 Ｏを分解させることが
できた。
【００３１】
【発明の効果】この発明は、以上のように構成すること
により、大気圧での放電を可能とする新規なマイクロ波
放電発生装置を提供することができる。また、大気圧で
のマイクロ波放電が容易に行うことができるので、この
マイクロ波放電を利用し、環境汚染ガスを安全な分解物
へ処理する方法を提供することができる。
により、大気圧での放電を可能とする新規なマイクロ波
放電発生装置を提供することができる。また、大気圧で
のマイクロ波放電が容易に行うことができるので、この
マイクロ波放電を利用し、環境汚染ガスを安全な分解物
へ処理する方法を提供することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成図であ
る。
る。
【図２】第１の実施の形態に使用する矩形導波管マイク
ロ波空洞共振器と反応管の結合状態を示す図である。
ロ波空洞共振器と反応管の結合状態を示す図である。
【図３】図２のＩ−Ｉ線に沿う概略断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるマイクロ波放
電発生装置の反応管に、マイクロ波吸収体を２個設けた
ときの、マイクロ波吸収体間隔と窒素ガスのマイクロ波
放電の放電持続圧力を示す。
電発生装置の反応管に、マイクロ波吸収体を２個設けた
ときの、マイクロ波吸収体間隔と窒素ガスのマイクロ波
放電の放電持続圧力を示す。
【図５】本発明の第２の実施の形態による、マイクロ波
吸収体としてＺｒを用いた場合の、ＮＯの大気圧窒素中
のマイクロ波放電による分解結果を示す。
吸収体としてＺｒを用いた場合の、ＮＯの大気圧窒素中
のマイクロ波放電による分解結果を示す。
【図６】本発明の実施の第２の形態による、マイクロ波
吸収体としてＺｒを用いた場合の、Ｎ2 Ｏの大気圧窒素
中のマイクロ波放電による分解結果を示す。
吸収体としてＺｒを用いた場合の、Ｎ2 Ｏの大気圧窒素
中のマイクロ波放電による分解結果を示す。
１ マイクロ波発振器
２ 伝送線路
３ マイクロ波空洞共振器
４ 反応管
５ ガスの流入口
６ ガスの排出口
７ マイクロ波吸収体
８ 放電領域
９ ガラスウール
１０ 矩形導波管マイクロ波空洞共振器
１１ コネクタ
１２ 反射器
１３ スタブチューナ
Claims (5)
- 【請求項１】 マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振
器に接続されたマイクロ波空洞共振器と、該マイクロ波
空洞共振器に結合されたガス導入口とガス排出口を備え
た反応管と、該反応管のマイクロ波空洞共振器中に少な
くとも１個以上のマイクロ波吸収体を設置したことを特
徴とする、マイクロ波放電発生装置。 - 【請求項２】 前記マイクロ波吸収体が複数個、所定の
間隔をおいて直列に連続的に設置されていることを特徴
とする、請求項１に記載のマイクロ波放電発生装置。 - 【請求項３】 前記マイクロ波吸収体が、少なくともＺ
ｒ、Ｗ、Ｃの何れかによることを特徴とする、請求項１
又は２に記載のマイクロ波放電発生装置。 - 【請求項４】 マイクロ波発振器と、該マイクロ波発振
器に接続されたマイクロ波空洞共振器と、該マイクロ波
空洞共振器に結合されたガス導入口とガス排出口を備え
た反応管に、ほぼ大気圧の窒素と環境汚染ガスの混合ガ
スを導入し、上記反応管のマイクロ波空洞共振器中に少
なくとも１個以上のマイクロ波吸収体を設置しマイクロ
波放電させることを特徴とする、環境汚染ガスの処理方
法。 - 【請求項５】 前記混合ガスが、ほぼ大気圧の窒素と窒
素酸化物であることを特徴とする、請求項４に記載の環
境汚染ガスの処理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028749A JP3806752B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | マイクロ波放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002028749A JP3806752B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | マイクロ波放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003229300A true JP2003229300A (ja) | 2003-08-15 |
| JP3806752B2 JP3806752B2 (ja) | 2006-08-09 |
Family
ID=27749830
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002028749A Expired - Fee Related JP3806752B2 (ja) | 2002-02-05 | 2002-02-05 | マイクロ波放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法 |
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| JP (1) | JP3806752B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2009101367A2 (fr) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | L'air Liquide, Société Anonyme pour l'Étude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Procede de destruction de n2o par plasma micro-ondes a pression atmospherique |
| WO2013042597A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ生成装置、及び内燃機関 |
| JP2016187559A (ja) * | 2005-09-20 | 2016-11-04 | イマジニアリング株式会社 | 処理装置 |
| CN114471148A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-13 | 浙江浩普环保工程有限公司 | 一种热电厂烟气微波加热解离脱硝方法 |
-
2002
- 2002-02-05 JP JP2002028749A patent/JP3806752B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2016187559A (ja) * | 2005-09-20 | 2016-11-04 | イマジニアリング株式会社 | 処理装置 |
| WO2009101367A2 (fr) * | 2008-02-14 | 2009-08-20 | L'air Liquide, Société Anonyme pour l'Étude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Procede de destruction de n2o par plasma micro-ondes a pression atmospherique |
| FR2927547A1 (fr) * | 2008-02-14 | 2009-08-21 | Air Liquide | Procede de destruction de n20 par plasma micro-ondes a pression atmospherique. |
| WO2009101367A3 (fr) * | 2008-02-14 | 2009-10-08 | L'air Liquide, Société Anonyme pour l'Étude et l'Exploitation des Procédés Georges Claude | Procede de destruction de n2o par plasma micro-ondes a pression atmospherique |
| WO2013042597A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ生成装置、及び内燃機関 |
| EP2760259A4 (en) * | 2011-09-22 | 2015-02-25 | Imagineering Inc | PLASMA GENERATOR AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE |
| JPWO2013042597A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2015-03-26 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ生成装置、及び内燃機関 |
| US9860968B2 (en) | 2011-09-22 | 2018-01-02 | Imagineering, Inc. | Plasma generating device, and internal combustion engine |
| CN114471148A (zh) * | 2022-03-01 | 2022-05-13 | 浙江浩普环保工程有限公司 | 一种热电厂烟气微波加热解离脱硝方法 |
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|---|---|
| JP3806752B2 (ja) | 2006-08-09 |
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