JP2003243200A - レーザー光照射による直流放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法 - Google Patents
レーザー光照射による直流放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法Info
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- JP2003243200A JP2003243200A JP2002036644A JP2002036644A JP2003243200A JP 2003243200 A JP2003243200 A JP 2003243200A JP 2002036644 A JP2002036644 A JP 2002036644A JP 2002036644 A JP2002036644 A JP 2002036644A JP 2003243200 A JP2003243200 A JP 2003243200A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 大気圧での放電を可能とする、新規なレーザ
ー光照射による直流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。 【解決手段】 反応管１内に放電電極となる陽極２と表
面がＺｒでなる陰極３を有し、反応管１に接続した一方
のフランジ４に設けた陽極２の外部端子２ａと気体の流
入口４ａと、他方のフランジ５に設けた陰極３の外部端
子３ａと気体の排出口５ａと、陽極２の外部端子２ａと
直流電源１０の正端子を接続し、陰極３の外部端子３ａ
と直流電源１０の負端子を接続し、紫外線レーザー光源
６から窓部１ａを介して陰極３へ照射する紫外線レーザ
ー光照射７を直流放電の補助的手段として、レーザー光
照射による直放電発生装置２０を構成する。さらに、気
体の流入口４ａにほぼ大気圧の希ガスと環境汚染ガスの
混合気体を導入し、直流放電により環境汚染ガスを無害
な物質へ分解できる処理方法を提供する。
ー光照射による直流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。 【解決手段】 反応管１内に放電電極となる陽極２と表
面がＺｒでなる陰極３を有し、反応管１に接続した一方
のフランジ４に設けた陽極２の外部端子２ａと気体の流
入口４ａと、他方のフランジ５に設けた陰極３の外部端
子３ａと気体の排出口５ａと、陽極２の外部端子２ａと
直流電源１０の正端子を接続し、陰極３の外部端子３ａ
と直流電源１０の負端子を接続し、紫外線レーザー光源
６から窓部１ａを介して陰極３へ照射する紫外線レーザ
ー光照射７を直流放電の補助的手段として、レーザー光
照射による直放電発生装置２０を構成する。さらに、気
体の流入口４ａにほぼ大気圧の希ガスと環境汚染ガスの
混合気体を導入し、直流放電により環境汚染ガスを無害
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、レーザー光照射による
直流放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法に関す
る。
直流放電発生装置及び環境汚染ガスの処理方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】Ｈｅ（ヘリウム）、Ａｒ（アルゴン）等
の希ガスに試料を希釈して放電を行わせ、その放電プラ
ズマ中で試料を化学反応により促進分解させる方法があ
る。この放電は又、放電の安定化等の種々の放電装置へ
の幅広い応用が可能である。上記試料が、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）である場合には、ＮＯｘを無害なＮ
2 とＯ2 への分解処理が可能であり、この方法は、例え
ば車両等からの廃棄ガスに含まれるＮＯｘガスの分解処
理装置として有用である。
の希ガスに試料を希釈して放電を行わせ、その放電プラ
ズマ中で試料を化学反応により促進分解させる方法があ
る。この放電は又、放電の安定化等の種々の放電装置へ
の幅広い応用が可能である。上記試料が、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）である場合には、ＮＯｘを無害なＮ
2 とＯ2 への分解処理が可能であり、この方法は、例え
ば車両等からの廃棄ガスに含まれるＮＯｘガスの分解処
理装置として有用である。
【０００３】プラズマは、気体を電離すなわちイオン化
することで得られるが、その電離手段としては、光電
離、熱電離及び放電電離による方法がある。その中で
も、応用に必要とされる、大面積で安定したプラズマの
生成は、放電電離により達成できる。放電電離によるプ
ラズマは、最初に気体に直流や交流の強い電界を印加
し、電極から二次電子などを放出させることにより出現
するわずかな数の種となる初期電子が、直流や交流の電
界によって加速される。この加速された電子は、気体中
の中性の原子または分子と衝突電離をしてさらに多数の
電子が発生する。このように電子が増倍を繰り返すこと
で、ついには気体放電が開始することによりプラズマが
発生する。
することで得られるが、その電離手段としては、光電
離、熱電離及び放電電離による方法がある。その中で
も、応用に必要とされる、大面積で安定したプラズマの
生成は、放電電離により達成できる。放電電離によるプ
ラズマは、最初に気体に直流や交流の強い電界を印加
し、電極から二次電子などを放出させることにより出現
するわずかな数の種となる初期電子が、直流や交流の電
界によって加速される。この加速された電子は、気体中
の中性の原子または分子と衝突電離をしてさらに多数の
電子が発生する。このように電子が増倍を繰り返すこと
で、ついには気体放電が開始することによりプラズマが
発生する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、放電開始電
圧は、気体の種類とその圧力、電極の材質と表面状態、
電極間隔等の数多くのパラメータに依存する。放電開始
電圧を低下させるために従来行われてきた補助手段に
は、以下の課題がある。 （１）高電圧を別に印加して予備電離を起こさせる方法
は、放電電源よりも電圧の高い電源がさらに必要とな
り、より高価になる。 （２）熱電子放出を補助手段とする方法は、熱電子放出
用のフィラメントを別に取り付けることを要し、そのた
めには、フィラメント用電源が別に必要となることや、
フィラメントの寿命が短いなどの真空管と同様な課題が
生じる。
圧は、気体の種類とその圧力、電極の材質と表面状態、
電極間隔等の数多くのパラメータに依存する。放電開始
電圧を低下させるために従来行われてきた補助手段に
は、以下の課題がある。 （１）高電圧を別に印加して予備電離を起こさせる方法
は、放電電源よりも電圧の高い電源がさらに必要とな
り、より高価になる。 （２）熱電子放出を補助手段とする方法は、熱電子放出
用のフィラメントを別に取り付けることを要し、そのた
めには、フィラメント用電源が別に必要となることや、
フィラメントの寿命が短いなどの真空管と同様な課題が
生じる。
【０００５】環境汚染ガスの主成分であるＮＯｘの分解
処理に気体放電によるプラズマを使用する際に、気体放
電によるプラズマを、大気圧において発生させることが
できれば、放電装置に真空装置が不要となり、安価に製
造できる。しかし、大気圧での気体放電は、低電圧では
発生させることは困難であった。大気圧における気体放
電が低電圧で得られないのは、圧力の増加に伴い電子の
平均自由行程が短くなり、電子が加えられる直流電場に
より十分に加速されないために、電子の増倍効果が低下
し直流放電に到らないためである。このように、従来の
直流放電電圧を低下させる補助手段では、大気圧中で気
体を低電圧で直流放電させることは困難であった。
処理に気体放電によるプラズマを使用する際に、気体放
電によるプラズマを、大気圧において発生させることが
できれば、放電装置に真空装置が不要となり、安価に製
造できる。しかし、大気圧での気体放電は、低電圧では
発生させることは困難であった。大気圧における気体放
電が低電圧で得られないのは、圧力の増加に伴い電子の
平均自由行程が短くなり、電子が加えられる直流電場に
より十分に加速されないために、電子の増倍効果が低下
し直流放電に到らないためである。このように、従来の
直流放電電圧を低下させる補助手段では、大気圧中で気
体を低電圧で直流放電させることは困難であった。
【０００６】本発明の目的は、上記課題に鑑み、気体の
放電開始電圧を低下できる、新規なレーザー光照射によ
る直流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を目的とする。
放電開始電圧を低下できる、新規なレーザー光照射によ
る直流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を目的とする。
【０００７】
【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、所定圧力の気体を有する反応管
と、この反応管内に設けられた陽極及び陰極と、陽極及
び陰極に電力を印加する直流電源と、上記気体の放電開
始電圧を低下させるレーザー光源とからなる直流放電発
生装置において、上記陰極は少なくとも表面がＺｒ（ジ
ルコニウム）からなり、かつ、上記レーザー光源が紫外
線レーザー光源であることを特徴とする。
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、所定圧力の気体を有する反応管
と、この反応管内に設けられた陽極及び陰極と、陽極及
び陰極に電力を印加する直流電源と、上記気体の放電開
始電圧を低下させるレーザー光源とからなる直流放電発
生装置において、上記陰極は少なくとも表面がＺｒ（ジ
ルコニウム）からなり、かつ、上記レーザー光源が紫外
線レーザー光源であることを特徴とする。
【０００８】請求項２に記載の発明は、請求項１記載の
レーザー照射による直流放電発生装置において、前記紫
外線レーザー光源を、紫外線パルスレーザー光源とした
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に記載のレーザー照射による直流放電発生
装置において、前記気体が大気圧のＨｅ（ヘリウム）も
しくはＡｒ（アルゴン）であることを特徴とするもので
ある。
レーザー照射による直流放電発生装置において、前記紫
外線レーザー光源を、紫外線パルスレーザー光源とした
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に記載のレーザー照射による直流放電発生
装置において、前記気体が大気圧のＨｅ（ヘリウム）も
しくはＡｒ（アルゴン）であることを特徴とするもので
ある。
【０００９】請求項４に記載の発明は、請求項１に記載
のレーザー光照射による直流放電発生装置を用い、希ガ
スと環境汚染ガスとを混合して大気圧で放電し、環境汚
染ガスを無害なガスに分解す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ものである。請求項５に
記載の発明は、請求項４に記載の環境汚染ガスの処理方
法において、前記希ガスがＨｅ（ヘリウム）またはＡｒ
（アルゴン）であり、前記環境汚染ガスが窒素酸化物で
あることを特徴とするものである。
のレーザー光照射による直流放電発生装置を用い、希ガ
スと環境汚染ガスとを混合して大気圧で放電し、環境汚
染ガスを無害なガスに分解す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ものである。請求項５に
記載の発明は、請求項４に記載の環境汚染ガスの処理方
法において、前記希ガスがＨｅ（ヘリウム）またはＡｒ
（アルゴン）であり、前記環境汚染ガスが窒素酸化物で
あることを特徴とするものである。
【００１０】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レーザー光照射による
直流放電発生装置では、放電開始の補助手段として、陰
極表面に紫外線レーザー光を照射することによって発生
する光電子を利用するものである。そして、放電電極と
なる陰極表面をＺｒを用いれば、その仕事関数である
４．０５ｅＶ以上のエネルギーを有する紫外線レーザー
光を照射することにより多くの電子がガス中に供給され
る。紫外線レーザー光照射により発生する光電子は、直
流電界によって加速され、気体中の中性の原子または分
子と衝突して電離し、さらに多数電子の発生が発生す
る。このように電子が増倍を繰り返すことにより、つい
には気体放電が開始する。この効果により気体の放電開
始に必要な直流電圧を低下させることが可能となる。
りである。このように構成されるレーザー光照射による
直流放電発生装置では、放電開始の補助手段として、陰
極表面に紫外線レーザー光を照射することによって発生
する光電子を利用するものである。そして、放電電極と
なる陰極表面をＺｒを用いれば、その仕事関数である
４．０５ｅＶ以上のエネルギーを有する紫外線レーザー
光を照射することにより多くの電子がガス中に供給され
る。紫外線レーザー光照射により発生する光電子は、直
流電界によって加速され、気体中の中性の原子または分
子と衝突して電離し、さらに多数電子の発生が発生す
る。このように電子が増倍を繰り返すことにより、つい
には気体放電が開始する。この効果により気体の放電開
始に必要な直流電圧を低下させることが可能となる。
【００１１】請求項２に記載の発明によれば、紫外線レ
ーザー光源として瞬時出力の大きい紫外線パルスレーザ
ー光源を用いるので、多くの電子が気体中に供給される
ことになり、本発明のレーザー光照射による直流放電発
生装置は、さらに気体の放電開始の直流電圧を低下させ
ることができる。請求項３に記載の発明によれば、大気
圧のＨｅもしくはＡｒの直流放電電圧を著しく低下させ
ることができる。
ーザー光源として瞬時出力の大きい紫外線パルスレーザ
ー光源を用いるので、多くの電子が気体中に供給される
ことになり、本発明のレーザー光照射による直流放電発
生装置は、さらに気体の放電開始の直流電圧を低下させ
ることができる。請求項３に記載の発明によれば、大気
圧のＨｅもしくはＡｒの直流放電電圧を著しく低下させ
ることができる。
【００１２】請求項４に記載の環境汚染ガスの処理方法
によれば、希ガスと環境汚染ガスを混合して、レーザー
光照射による直流放電発生装置により大気圧で放電さ
せ、環境汚染ガスを無害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、ＨｅまたはＡ
ｒとＮＯｘを混合して大気圧で放電し、Ｎ2 とＯ2 とい
う無害な気体に分解することができる。これらの構成に
よる本発明によれば、レーザー光照射による直流放電発
生装置及び環境汚染ガスの処理方法を実現できる。
によれば、希ガスと環境汚染ガスを混合して、レーザー
光照射による直流放電発生装置により大気圧で放電さ
せ、環境汚染ガスを無害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、ＨｅまたはＡ
ｒとＮＯｘを混合して大気圧で放電し、Ｎ2 とＯ2 とい
う無害な気体に分解することができる。これらの構成に
よる本発明によれば、レーザー光照射による直流放電発
生装置及び環境汚染ガスの処理方法を実現できる。
【００１３】
【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、本発明の第１の実施
の形態の、レーザー光照射による直流放電発生装置２０
の構成を示す図である。レーザー光照射による直流放電
発生装置２０は、所定の圧力の気体が導入されて放電領
域１２となる石英製の反応管１と、この反応管１の内部
の所定位置に隔置された放電電極となる陽極２及び陰極
３と、この放電電極へ電力を供給する直流電源１０と、
直流放電の補助的手段として、陰極３へ照射する紫外線
レーザー光源６とから基本的に構成される。
面により詳細に説明する。図１は、本発明の第１の実施
の形態の、レーザー光照射による直流放電発生装置２０
の構成を示す図である。レーザー光照射による直流放電
発生装置２０は、所定の圧力の気体が導入されて放電領
域１２となる石英製の反応管１と、この反応管１の内部
の所定位置に隔置された放電電極となる陽極２及び陰極
３と、この放電電極へ電力を供給する直流電源１０と、
直流放電の補助的手段として、陰極３へ照射する紫外線
レーザー光源６とから基本的に構成される。
【００１４】反応管１の両端には、ステンレス製のフラ
ンジ４及び５が、それぞれ気体の流入口及び排出口と、
放電電極の端子と、を設置するために設けられている。
図示するように、一方のフランジ４には、陽極２の外部
端子２ａと気体の流入口４ａとが設けられ、また他方の
フランジ５には、陰極３の外部端子３ａと気体の排出口
５ａとが設けられている。反応管１内に導入される気体
の圧力は、圧力計８及び圧力計表示部９により計測され
る。
ンジ４及び５が、それぞれ気体の流入口及び排出口と、
放電電極の端子と、を設置するために設けられている。
図示するように、一方のフランジ４には、陽極２の外部
端子２ａと気体の流入口４ａとが設けられ、また他方の
フランジ５には、陰極３の外部端子３ａと気体の排出口
５ａとが設けられている。反応管１内に導入される気体
の圧力は、圧力計８及び圧力計表示部９により計測され
る。
【００１５】陰極３は、Ｚｒ（ジルコニウム）で作製さ
れている。Ｚｒへの紫外線レーザー光７の進入距離は極
めて浅いので、陰極３の少なくとも表面だけをＺｒで被
覆する電極構造でもよい。また、直流電源１０の正端子
は、放電の安定化用に抵抗１１を介して陽極の外部端子
２ａと接続し、直流電源１０の負端子は、陰極の外部端
子３ａと接続される。紫外線レーザー光源６から陰極３
へは、反応管１に設けられた窓部１ａを介して、紫外線
レーザー光７が照射される。反応管１に設ける窓部１ａ
は、紫外光をよく透過する材料が用いられる。例えば、
石英、水晶、ＣａＦ2 、ＬｉＦ、ＭｇＦ2 などを使用波
長に応じて選択することが好ましい。
れている。Ｚｒへの紫外線レーザー光７の進入距離は極
めて浅いので、陰極３の少なくとも表面だけをＺｒで被
覆する電極構造でもよい。また、直流電源１０の正端子
は、放電の安定化用に抵抗１１を介して陽極の外部端子
２ａと接続し、直流電源１０の負端子は、陰極の外部端
子３ａと接続される。紫外線レーザー光源６から陰極３
へは、反応管１に設けられた窓部１ａを介して、紫外線
レーザー光７が照射される。反応管１に設ける窓部１ａ
は、紫外光をよく透過する材料が用いられる。例えば、
石英、水晶、ＣａＦ2 、ＬｉＦ、ＭｇＦ2 などを使用波
長に応じて選択することが好ましい。
【００１６】本発明に使用する紫外線レーザー光源６
は、効率良く光電子を発生させるために、放電電極の陰
極３の仕事関数よりも大きなエネルギーを有する紫外線
レーザー光源６を用いると、放電の種となる光電子を多
量に発生できるので、放電を発生し易くするためには好
適である。このような紫外線レーザー光源６としては、
ＹＡＧ（ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎ
ｅｔ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の第
四高調波レーザー光による２６６ｎｍと、ＹＡＧの第五
高調波レーザー光による２１２．８ｎｍの波長が好適に
使用され得る。
は、効率良く光電子を発生させるために、放電電極の陰
極３の仕事関数よりも大きなエネルギーを有する紫外線
レーザー光源６を用いると、放電の種となる光電子を多
量に発生できるので、放電を発生し易くするためには好
適である。このような紫外線レーザー光源６としては、
ＹＡＧ（ｙｔｔｒｉｕｍ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｇａｒｎ
ｅｔ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット）の第
四高調波レーザー光による２６６ｎｍと、ＹＡＧの第五
高調波レーザー光による２１２．８ｎｍの波長が好適に
使用され得る。
【００１７】次に、レーザー光照射による直流放電発生
装置２０による直流放電をさせる手順について説明す
る。先ず、反応管１を窒素などでパージした後に、気体
をその流入口４ａより導入し、所定の圧力に維持する。
次に、電力を供給する直流電源１０を陽極２と陰極３と
に印加し、直流放電の補助的手段となる紫外線レーザー
光源６から、紫外線レーザー光７を陰極３に照射するこ
とにより、放電領域１２を形成することができる。な
お、この直流放電発生装置２０では、上記気体を流入口
４ａから導入して所定の圧力に維持しつつ、同時にその
排出口５ａより排出させながら稼働するようにしてい
る。このようにして一旦、直流放電が開始したら、紫外
線レーザー光７の照射を停止しても放電は持続する。こ
の構成によれば、レーザー光照射が効率のよい補助的手
段として作用し、気体の放電開始電圧を低下させること
ができる。
装置２０による直流放電をさせる手順について説明す
る。先ず、反応管１を窒素などでパージした後に、気体
をその流入口４ａより導入し、所定の圧力に維持する。
次に、電力を供給する直流電源１０を陽極２と陰極３と
に印加し、直流放電の補助的手段となる紫外線レーザー
光源６から、紫外線レーザー光７を陰極３に照射するこ
とにより、放電領域１２を形成することができる。な
お、この直流放電発生装置２０では、上記気体を流入口
４ａから導入して所定の圧力に維持しつつ、同時にその
排出口５ａより排出させながら稼働するようにしてい
る。このようにして一旦、直流放電が開始したら、紫外
線レーザー光７の照射を停止しても放電は持続する。こ
の構成によれば、レーザー光照射が効率のよい補助的手
段として作用し、気体の放電開始電圧を低下させること
ができる。
【００１８】さらに効率良く光電子を発生させるため
に、本発明に使用する紫外線レーザー光源６として、放
電電極の陰極３の仕事関数よりも大きなエネルギーを有
する瞬時電力の大きい紫外線パルスレーザー光源を用い
ると、放電の種となる光電子を瞬時に多量に発生できる
ので、放電を発生し易くするうえで有利である。上記の
紫外線レーザー光をパルス動作させる紫外線パルスレー
ザー光の他に、波長可変ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａ
ｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）レーザー光
と、ＹＡＧレーザーの第二高調波で励起した色素レーザ
ーの第二高調波のレーザー光と、エキシマレーザー光な
どを紫外線パルスレーザー光として使用することができ
る。エキシマレーザー光では、ＡｒＦ（アルゴン・フッ
素）による１９３ｎｍと、ＫｒＦ（クリプトン・フッ
素）による２４９ｎｍなどの発振波長を利用することが
できる。
に、本発明に使用する紫外線レーザー光源６として、放
電電極の陰極３の仕事関数よりも大きなエネルギーを有
する瞬時電力の大きい紫外線パルスレーザー光源を用い
ると、放電の種となる光電子を瞬時に多量に発生できる
ので、放電を発生し易くするうえで有利である。上記の
紫外線レーザー光をパルス動作させる紫外線パルスレー
ザー光の他に、波長可変ＯＰＯ（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｐａ
ｒａｍｅｔｒｉｃ Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）レーザー光
と、ＹＡＧレーザーの第二高調波で励起した色素レーザ
ーの第二高調波のレーザー光と、エキシマレーザー光な
どを紫外線パルスレーザー光として使用することができ
る。エキシマレーザー光では、ＡｒＦ（アルゴン・フッ
素）による１９３ｎｍと、ＫｒＦ（クリプトン・フッ
素）による２４９ｎｍなどの発振波長を利用することが
できる。
【００１９】また、半導体レーザー光（赤外、赤、青等
の波長）と非線形結晶を組み合わせた高調波発生による
紫外線パルスレーザー光でもよい。この構成によれば、
紫外線パルスレーザー光が、陰極３に瞬時に多量の光電
子を発生させる補助的手段として作用し、気体の放電開
始電圧を、さらに低下させることができる。
の波長）と非線形結晶を組み合わせた高調波発生による
紫外線パルスレーザー光でもよい。この構成によれば、
紫外線パルスレーザー光が、陰極３に瞬時に多量の光電
子を発生させる補助的手段として作用し、気体の放電開
始電圧を、さらに低下させることができる。
【００２０】次に、上述した紫外線パルスレーザー光照
射を用いて、大気圧である７６０ＴｏｒｒでＨｅとＡｒ
を直流放電する場合の例を示す。電極材料としては、陽
極２をステンレス製とし、陰極３は直径５ｍｍのＺｒを
用い、また、陽極２と陰極３との間隔は５ｍｍとした。
放電安定用の抵抗１１は５００ｋΩとした。
射を用いて、大気圧である７６０ＴｏｒｒでＨｅとＡｒ
を直流放電する場合の例を示す。電極材料としては、陽
極２をステンレス製とし、陰極３は直径５ｍｍのＺｒを
用い、また、陽極２と陰極３との間隔は５ｍｍとした。
放電安定用の抵抗１１は５００ｋΩとした。
【００２１】紫外線パルスレーザー光としては、パルス
発振のＹＡＧレーザー光の１０６４ｎｍの基本波を、非
線形結晶を２個直列に使用して発生させた第四高調波レ
ーザー光を用いた。繰り返し周期は１０Ｈｚである。陰
極３へ約４５°の角度で紫外線パルスレーザー光照射を
行った。ただし、この紫外線パルスレーザー光照射の角
度は４５°に限らず、紫外線パルスレーザー光照射が十
分に行われるようにすればよい。このときの紫外線パル
スレーザー光照射７のエネルギーは、３０ｍＪから４０
ｍＪであった。
発振のＹＡＧレーザー光の１０６４ｎｍの基本波を、非
線形結晶を２個直列に使用して発生させた第四高調波レ
ーザー光を用いた。繰り返し周期は１０Ｈｚである。陰
極３へ約４５°の角度で紫外線パルスレーザー光照射を
行った。ただし、この紫外線パルスレーザー光照射の角
度は４５°に限らず、紫外線パルスレーザー光照射が十
分に行われるようにすればよい。このときの紫外線パル
スレーザー光照射７のエネルギーは、３０ｍＪから４０
ｍＪであった。
【００２２】図２は大気圧のＨｅの直流放電の電流電圧
特性を示す図である。図において、横軸は、陽極２と陰
極３間の直流電圧を示し、縦軸は放電電流を示す。ま
た、図中の○（白丸）は紫外線パルスレーザー光照射が
ある場合で、●（黒丸）は紫外線パルスレーザー光照射
がない場合である。図２から明らかなように、気体の放
電開始電圧を低下させる補助的手段として、紫外線パル
スレーザー光を照射することにより、大気圧Ｈｅの放電
開始電圧は５００Ｖとなった。この電圧は、紫外線パル
スレーザー光を照射しない場合の７００Ｖよりも２００
Ｖ低下し、大気圧Ｈｅの放電開始電圧は約３０％低減化
することができた。
特性を示す図である。図において、横軸は、陽極２と陰
極３間の直流電圧を示し、縦軸は放電電流を示す。ま
た、図中の○（白丸）は紫外線パルスレーザー光照射が
ある場合で、●（黒丸）は紫外線パルスレーザー光照射
がない場合である。図２から明らかなように、気体の放
電開始電圧を低下させる補助的手段として、紫外線パル
スレーザー光を照射することにより、大気圧Ｈｅの放電
開始電圧は５００Ｖとなった。この電圧は、紫外線パル
スレーザー光を照射しない場合の７００Ｖよりも２００
Ｖ低下し、大気圧Ｈｅの放電開始電圧は約３０％低減化
することができた。
【００２３】次に、図３は大気圧のＨｅの直流放電の電
流電圧特性を示す図である。図の横軸と縦軸及び○と●
の印は、図２と同一であるので説明は省略する。図３か
ら明らかなように、紫外線パルスレーザー光を照射する
ことにより、大気圧Ａｒの放電開始電圧は２１００Ｖと
なり、紫外線パルスレーザー光照射しない場合には、３
０００Ｖでも放電しなかった。以上の結果から、紫外線
パルスレーザー光を照射することにより、大気圧のＡｒ
の放電開始電圧は、少なくとも約３０％以上は低減する
ことができた。
流電圧特性を示す図である。図の横軸と縦軸及び○と●
の印は、図２と同一であるので説明は省略する。図３か
ら明らかなように、紫外線パルスレーザー光を照射する
ことにより、大気圧Ａｒの放電開始電圧は２１００Ｖと
なり、紫外線パルスレーザー光照射しない場合には、３
０００Ｖでも放電しなかった。以上の結果から、紫外線
パルスレーザー光を照射することにより、大気圧のＡｒ
の放電開始電圧は、少なくとも約３０％以上は低減する
ことができた。
【００２４】さらに、紫外線パルスレーザー光として
は、上記のＹＡＧの第四高調波レーザー光のほかに、上
記の波長可変ＯＰＯレーザー光を使用しても、大気圧の
ＨｅとＡｒの直流放電が実施できた。
は、上記のＹＡＧの第四高調波レーザー光のほかに、上
記の波長可変ＯＰＯレーザー光を使用しても、大気圧の
ＨｅとＡｒの直流放電が実施できた。
【００２５】ところで、以上説明した本発明のレーザー
光照射による直流放電発生装置２０において、気体に圧
力変動が生じた場合などには、挿入している抵抗１１だ
けでは、放電の安定化が不十分な場合がある。この場合
には、直流電圧や直流電流を監視したり、又は放電領域
１２の発光強度を監視することにより放電不安定を検出
して、再度、補助的手段としての紫外線レーザー光照射
を行うことにより、放電を安定した状態で持続すること
ができる。
光照射による直流放電発生装置２０において、気体に圧
力変動が生じた場合などには、挿入している抵抗１１だ
けでは、放電の安定化が不十分な場合がある。この場合
には、直流電圧や直流電流を監視したり、又は放電領域
１２の発光強度を監視することにより放電不安定を検出
して、再度、補助的手段としての紫外線レーザー光照射
を行うことにより、放電を安定した状態で持続すること
ができる。
【００２６】このような機能は、各種のセンサー、Ｉ
Ｃ、ＬＳＩ、トランジスタ、ダイオードのような能動素
子や、抵抗とコンデンサなどの受動部品を使用した制御
回路を設け、紫外線レーザー光源６や直流電源１０、抵
抗１１を含む本発明のレーザー光照射による直流放電発
生装置２０を制御することによって実現することができ
る。また、簡便な方法としては、補助的手段としての紫
外線レーザー光７を常時陰極３へ照射してもよい。
Ｃ、ＬＳＩ、トランジスタ、ダイオードのような能動素
子や、抵抗とコンデンサなどの受動部品を使用した制御
回路を設け、紫外線レーザー光源６や直流電源１０、抵
抗１１を含む本発明のレーザー光照射による直流放電発
生装置２０を制御することによって実現することができ
る。また、簡便な方法としては、補助的手段としての紫
外線レーザー光７を常時陰極３へ照射してもよい。
【００２７】図１で説明した本発明のレーザー光照射に
よる直流放電発生装置２０の構成において、予め気体を
所定の圧力で反応管１に封じ込んで使用できるような場
合には、レーザー光照射による直流放電発生装置２０の
簡略化や低価格化のために、陽極の外部端子２ａと陰極
の外部端子３ａを直接、反応管１から引き出す構造とす
ることができる。この場合は、本発明のレーザー光照射
による直流放電発生装置２０から、フランジ４及び５
と、気体の流入口４ａと排出口５ａと、圧力計８とその
圧力計表示部９を省略する構成とすることができる。
よる直流放電発生装置２０の構成において、予め気体を
所定の圧力で反応管１に封じ込んで使用できるような場
合には、レーザー光照射による直流放電発生装置２０の
簡略化や低価格化のために、陽極の外部端子２ａと陰極
の外部端子３ａを直接、反応管１から引き出す構造とす
ることができる。この場合は、本発明のレーザー光照射
による直流放電発生装置２０から、フランジ４及び５
と、気体の流入口４ａと排出口５ａと、圧力計８とその
圧力計表示部９を省略する構成とすることができる。
【００２８】つぎに、本発明の別の態様を説明する。こ
れは、上記図１から図３で説明した本発明のレーザー光
照射による直流放電発生装置２０を用いて、希ガスと環
境汚染ガスの気体を含む大気圧の混合気体を放電させ、
環境汚染ガスを無害なガスに分解する処理方法である。
れは、上記図１から図３で説明した本発明のレーザー光
照射による直流放電発生装置２０を用いて、希ガスと環
境汚染ガスの気体を含む大気圧の混合気体を放電させ、
環境汚染ガスを無害なガスに分解する処理方法である。
【００２９】この処理方法は、本発明のレーザー光照射
による直流放電発生装置２０を用いて、以下の方法で行
う。ガス流入口４ａに希ガスと環境汚染ガスの気体を含
む大気圧の混合気体を導入し、直流電源１０を陽極２と
陰極３に印加し、紫外線レーザー光７もしくは紫外線パ
ルスレーザ光を照射することにより、放電領域１２にお
いて環境汚染ガスを分解処理し、排出口５ａより排出す
る。この構成によれば、レーザー光照射による直流放電
発生装置２０により、環境汚染ガスを無害な気体に分解
処理できる作用がある。
による直流放電発生装置２０を用いて、以下の方法で行
う。ガス流入口４ａに希ガスと環境汚染ガスの気体を含
む大気圧の混合気体を導入し、直流電源１０を陽極２と
陰極３に印加し、紫外線レーザー光７もしくは紫外線パ
ルスレーザ光を照射することにより、放電領域１２にお
いて環境汚染ガスを分解処理し、排出口５ａより排出す
る。この構成によれば、レーザー光照射による直流放電
発生装置２０により、環境汚染ガスを無害な気体に分解
処理できる作用がある。
【００３０】以下に、実施例に基づいて、レーザー光照
射による直流放電発生装置２０を使用したときの、Ａｒ
とＮ2 Ｏガスの大気圧の混合気体の分解について説明す
る。レーザー光照射による直流放電装置２０により、直
流電圧は２５００Ｖを印加し、大気圧のＡｒとＮ2 Ｏの
混合気体の放電を発生し、Ｎ2 Ｏを分解させた。また、
Ｎ2 Ｏの分解率は、ガス排出口７ａにガス分析装置とし
て、四重極質量分析計を接続して調べた。
射による直流放電発生装置２０を使用したときの、Ａｒ
とＮ2 Ｏガスの大気圧の混合気体の分解について説明す
る。レーザー光照射による直流放電装置２０により、直
流電圧は２５００Ｖを印加し、大気圧のＡｒとＮ2 Ｏの
混合気体の放電を発生し、Ｎ2 Ｏを分解させた。また、
Ｎ2 Ｏの分解率は、ガス排出口７ａにガス分析装置とし
て、四重極質量分析計を接続して調べた。
【００３１】レーザー光照射による直流放電がある場合
を放電ｏｎとして、また、レーザー光照射による直流放
電がない場合を放電ｏｆｆとして、Ｎ2 Ｏのピーク値を
計測した値により、Ｎ2 Ｏガスの分解率を次式（１）で
算出した。 Ｎ2 Ｏ分解率（％）＝１−｛（放電ｏｎ時のＮ2 Ｏピーク強度） /（放電ｏｆ ｆ時のＮ2 Ｏピーク強度）｝ （１） なお放電ｏｆｆ時のＮ2 Ｏピーク強度は、Ｎ2 Ｏの初期
濃度に比例するものである。
を放電ｏｎとして、また、レーザー光照射による直流放
電がない場合を放電ｏｆｆとして、Ｎ2 Ｏのピーク値を
計測した値により、Ｎ2 Ｏガスの分解率を次式（１）で
算出した。 Ｎ2 Ｏ分解率（％）＝１−｛（放電ｏｎ時のＮ2 Ｏピーク強度） /（放電ｏｆ ｆ時のＮ2 Ｏピーク強度）｝ （１） なお放電ｏｆｆ時のＮ2 Ｏピーク強度は、Ｎ2 Ｏの初期
濃度に比例するものである。
【００３２】図４は、上記のＮ2 Ｏガスの分解率を示す
図である。図において、横軸は約２００ｃｃｍから１０
００ｃｃｍまで変化させたほぼ大気圧Ａｒ流量を示し、
縦軸は上記（１）式で求めたＮ2 Ｏの分解率を示す。Ｎ
2Ｏ流量は、２５ｃｃｍである。ここで、ｃｃｍはｃｍ
3 ／分であり、２５℃において、１０１３ｈＰａに換算
した場合の流量を表す単位である。図から明らかなよう
に、触媒を使用することなく、ほぼ大気圧のＡｒとＮ2
Ｏの混合気体を、無害なＮ2 とＯ2 へと分解処理でき、
Ｎ2 Ｏの分解率としておおよそ１０％から３０％の値が
得られたことがわかる。
図である。図において、横軸は約２００ｃｃｍから１０
００ｃｃｍまで変化させたほぼ大気圧Ａｒ流量を示し、
縦軸は上記（１）式で求めたＮ2 Ｏの分解率を示す。Ｎ
2Ｏ流量は、２５ｃｃｍである。ここで、ｃｃｍはｃｍ
3 ／分であり、２５℃において、１０１３ｈＰａに換算
した場合の流量を表す単位である。図から明らかなよう
に、触媒を使用することなく、ほぼ大気圧のＡｒとＮ2
Ｏの混合気体を、無害なＮ2 とＯ2 へと分解処理でき、
Ｎ2 Ｏの分解率としておおよそ１０％から３０％の値が
得られたことがわかる。
【００３３】
【発明の効果】上記説明から理解されるように、本発明
は以上のように構成することにより、大気圧の希ガスの
放電を可能とする新規なレーザー光照射による直流放電
発生装置を提供することができる。また、この放電を利
用し、大気圧の希ガスと環境汚染ガスの混合気体を無害
な分解物へ処理する方法を提供することができる。
は以上のように構成することにより、大気圧の希ガスの
放電を可能とする新規なレーザー光照射による直流放電
発生装置を提供することができる。また、この放電を利
用し、大気圧の希ガスと環境汚染ガスの混合気体を無害
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の実施の形態の、レーザー光照射
による直流放電発生装置の構成を示す図である。
による直流放電発生装置の構成を示す図である。
【図２】大気圧Ｈｅによる放電の電流電圧特性である。
【図３】大気圧Ａｒによる放電の電流電圧特性である。
【図４】本発明の第２の実施の形態による、Ｎ2 Ｏの分
解率を示す図である。
解率を示す図である。
１ 反応管
１ａ 窓部
２ 陽極
２ａ 陽極の外部端子
３ 陰極
３ａ 陰極の外部端子
４，５ フランジ
４ａ 気体の流入口
５ａ 気体の排出口
６ 紫外線レーザー光源
７ 紫外線レーザー光
８ 圧力計
９ 圧力計表示部
１０ 直流電源
１１ 抵抗
２０ レーザー光照射による直流放電発生装置
─────────────────────────────────────────────────────
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）
Ｂ０１Ｊ 19/08 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ｃ
19/12 ＺＡＢ
Ｈ０１Ｓ 3/00
Ｆターム(参考） 4D002 AA12 BA07 BA09
4G075 AA03 AA37 BA05 CA15 CA36
CA47 CA62 EB01 EC21
5F072 AA06 AB02 QQ02 RR05 SS06
YY20
Claims (5)
- 【請求項１】 所定圧力の気体を有する反応管と、該反
応管内に設けられた陽極及び陰極と、該陽極及び陰極に
電力を印加する直流電源と、上記気体の放電開始電圧を
低下させるレーザー光源とからなる直流放電発生装置に
おいて、 上記陰極は少なくとも表面がＺｒからなり、 かつ、上記レーザー光源が紫外線レーザー光源であるこ
とを特徴とする、レーザー光照射による直流放電発生装
置。 - 【請求項２】 前記紫外線レーザー光源は紫外線パルス
レーザー光源であることを特徴とする、請求項１に記載
のレーザー光照射による直流放電発生装置。 - 【請求項３】 前記気体が、大気圧のＨｅもしくはＡｒ
であることを特徴とする、請求項１に記載のレーザー光
照射による直流放電発生装置。 - 【請求項４】 請求項１に記載のレーザー光照射による
直流放電発生装置において、希ガスと環境汚染ガスを混
合して大気圧で放電し、 環境汚染ガスを無害なガスに分解することを特徴とす
る、環境汚染ガスの処理方法。 - 【請求項５】 前記希ガスがＨｅまたはＡｒであり、前
記環境汚染ガスが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 |
|---|---|---|---|
| JP2002036644A JP3911625B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | レーザー光照射による環境汚染ガスの処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002036644A JP3911625B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | レーザー光照射による環境汚染ガスの処理方法 |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003243200A true JP2003243200A (ja) | 2003-08-29 |
| JP2003243200A5 JP2003243200A5 (ja) | 2004-11-25 |
| JP3911625B2 JP3911625B2 (ja) | 2007-05-09 |
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Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002036644A Expired - Fee Related JP3911625B2 (ja) | 2002-02-14 | 2002-02-14 | レーザー光照射による環境汚染ガスの処理方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3911625B2 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103736365A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 赵根 | 一种高压电场预电离-激光诱导电离脱硫脱硝方法 |
| JP2020194720A (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | ダイキン工業株式会社 | 放電ユニット、及び空気清浄機 |
| EP4175736A4 (en) * | 2020-07-01 | 2024-01-10 | Keren Oxi Ltd. | DEVICE FOR TREATMENT OF WASTE FLUIDS AND ITS IMPLEMENTATION METHOD |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62102533A (ja) * | 1985-10-28 | 1987-05-13 | インタ−ナショナル ビジネス マシ−ンズ コ−ポレ−ション | プラズマ装置 |
| JPH08229345A (ja) * | 1995-02-28 | 1996-09-10 | Mitsubishi Electric Corp | ガス処理装置 |
| JPH09141051A (ja) * | 1995-11-20 | 1997-06-03 | Toshiba Corp | ＮＯｘ除去装置 |
| JPH1033976A (ja) * | 1996-05-24 | 1998-02-10 | Sekisui Chem Co Ltd | 放電プラズマ処理方法及びその装置 |
| JP2000167336A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-20 | Fuji Electric Co Ltd | パルスコロナ放電による排ガス中の有機物分解方法とその装置 |
-
2002
- 2002-02-14 JP JP2002036644A patent/JP3911625B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| JP2000167336A (ja) * | 1998-12-04 | 2000-06-20 | Fuji Electric Co Ltd | パルスコロナ放電による排ガス中の有機物分解方法とその装置 |
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|---|---|---|---|---|
| CN103736365A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-04-23 | 赵根 | 一种高压电场预电离-激光诱导电离脱硫脱硝方法 |
| CN103736365B (zh) * | 2013-12-31 | 2015-11-11 | 赵根 | 一种高压电场预电离-激光诱导电离脱硫脱硝方法 |
| JP2020194720A (ja) * | 2019-05-29 | 2020-12-03 | ダイキン工業株式会社 | 放電ユニット、及び空気清浄機 |
| JP7475115B2 (ja) | 2019-05-29 | 2024-04-26 | ダイキン工業株式会社 | 放電ユニット、及び空気清浄機 |
| EP4175736A4 (en) * | 2020-07-01 | 2024-01-10 | Keren Oxi Ltd. | DEVICE FOR TREATMENT OF WASTE FLUIDS AND ITS IMPLEMENTATION METHOD |
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|---|---|
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