JP2004025056A

JP2004025056A - 放電式ガス処理装置

Info

Publication number: JP2004025056A
Application number: JP2002186317A
Authority: JP
Inventors: Yosuke Maeda; 前田　洋輔
Original assignee: Takuma Co Ltd
Current assignee: Takuma Co Ltd
Priority date: 2002-06-26
Filing date: 2002-06-26
Publication date: 2004-01-29

Abstract

【課題】被処理ガスを放電処理するときにＮＯｘの発生濃度をコントロールすることが可能となる放電式ガス処理装置を提供する。
【解決手段】処理対象成分を含有した被処理ガスが流通する流通路Ａに配置した沿面放電電極１ａと、被処理ガスを放電させるために沿面放電電極に交流電圧を印加する交流電圧源１２とを設け、前記被処理ガスの放電に伴って発生するＮＯｘの発生濃度が所定値以下になるように、前記交流電圧の電圧値及び周波数をその電圧値と周波数の積が設定値以下となる範囲に設定する。
【選択図】　　　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、処理対象成分を含有した被処理ガスが流通する流通路に配置した沿面放電電極と、前記被処理ガスを放電させるために前記沿面放電電極に交流電圧を印加する交流電圧源とを設けた放電式ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記放電式ガス処理装置は、処理対象成分として例えば臭気成分を含有した被処理空気（被処理ガス）を放電させて脱臭処理するものである。具体的には、前記被処理空気が流通する流通路に配置した沿面放電電極において、板状誘電体を挟んで一方の面に形成した放電電極と他方の面に形成した放電電極よりも面積が大きい誘導電極との間に交流電圧源から交流電圧を印加すると、被処理空気が放電電極から放出された電子の射突を受けて放電し、この放電で生じたラジカルやオゾンなどの活性ガスにより被処理空気中の臭気成分が酸化分解される。なお、実際のガス処理装置においては、上記沿面放電電極の設置位置よりも下流側の流通路に臭気成分や活性ガスを吸着する触媒を設けて、その触媒上で臭気成分と活性ガスの酸化分解反応を行わせて、効率良く脱臭処理するようにしている。
また、上記放電を発生させるときの交流電圧条件の一例として、例えば特開２００１−３１３１４９号公報に、電圧値を２〜１０ｋＶ（実効値）の範囲、周波数を５０Ｈｚの商用電源周波数や１０〜４０ｋＨｚの範囲に設定することが記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記放電式ガス処理装置において、放電に伴う副生成物としてＮＯｘ（窒素酸化物）が発生する場合があるが、従来ではＮＯｘの発生量と交流電圧条件との関係が明確でなく、ＮＯｘの発生濃度が所定値（許容上限値）を超えないようにコントロールすることが困難であった。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、被処理ガスを放電処理するときに発生するＮＯｘの発生濃度をコントロールすることが可能となる放電式ガス処理装置を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明に係る放電式ガス処理装置は、請求項１に記載した如く、処理対象成分を含有した被処理ガスが流通する流通路に配置した沿面放電電極と、前記被処理ガスを放電させるために前記沿面放電電極に交流電圧を印加する交流電圧源とを設けたものであって、その第一の特徴構成は、前記被処理ガスの放電に伴って発生するＮＯｘの発生濃度が所定値以下になるように、前記交流電圧の電圧値及び周波数をその電圧値と周波数の積が設定値以下となる範囲に設定する点にある。
【０００５】
同第二の特徴構成は、請求項２に記載した如く、上記第一の特徴構成に加えて、前記沿面放電電極が、板状誘電体を挟んで一方の面に形成した放電電極と、他方の面に形成した前記放電電極よりも面積が大きい誘導電極とによって構成されている点にある。
【０００６】
同第三の特徴構成は、請求項３に記載した如く、上記第二の特徴構成に加えて、前記ＮＯｘの発生濃度が０．５ｐｐｍ以下になるように、前記交流電圧の電圧値と周波数の積が１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚ以下となる範囲に設定する点にある。
【０００７】
同第四の特徴構成は、請求項４に記載した如く、上記第一から第三のいずれかの特徴構成に加えて、前記被処理ガスが、前記処理対象成分として臭気成分を含有した空気である点にある。
【０００８】
以下に作用並びに効果を説明する。
本発明に係る放電式ガス処理装置の第一の特徴構成によれば、処理対象成分を含有した被処理ガスの流通路に配置した沿面放電電極に交流電圧源から交流電圧が印加されると、流通路を流通する被処理ガスが放電し、被処理ガス中の処理対象成分が放電によって生じた活性ガスと反応して分解処理される。このとき、上記被処理ガスの放電に伴って発生するＮＯｘの発生濃度が所定値以下になるように、上記交流電圧の電圧値及び周波数をその電圧値と周波数の積が設定値以下となる範囲に設定する。
すなわち、沿面放電電極に印加する交流電圧の電圧値と周波数の積が大きいほど、ＮＯｘ濃度が大きくなるので、電圧値と周波数の積が設定値以下となるように交流電圧の条件を設定することで、被処理ガスを放電処理する際に発生するＮＯｘの濃度を所定値以下に維持することができる。
従って、被処理ガスを放電処理するときにＮＯｘの発生濃度をコントロールすることが可能となる放電式ガス処理装置が提供される。
【０００９】
同第二の特徴構成によれば、板状誘電体を挟んで一方の面に形成した放電電極と、他方の面に放電電極よりも大面積に形成した誘導電極の間に交流電圧が印加され、放電電極に沿って被処理ガスの放電が発生する。
すなわち、板状誘電体上に形成した放電電極に沿って放電を発生させて被処理ガスを処理するので、板状誘電体の面積を広くして放電電極による放電の発生領域を広げることにより、流通路を流れる被処理ガスの流量が多くして多量の被処理ガスを処理することが可能となる。
従って、ＮＯｘの発生濃度をコントロールしながら、多量の被処理ガスを効率良く処理することが可能となる放電式ガス処理装置が提供される。
【００１０】
同第三の特徴構成によれば、ＮＯｘの発生濃度が０．５ｐｐｍ以下になるように、前記板状誘電体の両面に形成した放電電極と誘導電極の間に印加する交流電圧の電圧値と周波数の積が１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚ以下となる範囲に設定する。すなわち、ＮＯｘの発生濃度として許容される上限値に相当する所定値を０．５ｐｐｍに定めた場合に、前記沿面放電電極において放電電極と誘導電極の間に印加する交流電圧の電圧値と周波数の積が１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚ以下となる範囲に設定することにより、ＮＯｘの発生濃度を上記許容上限値０．５ｐｐｍ以下にすることが可能となる。
従って、ＮＯｘの発生濃度を許容上限値０．５ｐｐｍ以下にコントロールするための放電式ガス処理装置の好適な実施形態が提供される。
【００１１】
同第四の特徴構成によれば、処理対象成分として臭気成分を含有した空気が放電処理される。
すなわち、各種の原因で生じる臭気ガスを含有した被処理ガス中の臭気成分が放電によって分解して脱臭処理される。
従って、ＮＯｘの発生を抑制しながら、臭気成分を含有した被処理ガスを脱臭処理することが可能となる放電式ガス処理装置の好適な実施形態が提供される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る放電式ガス処理装置の実施形態について、放電式脱臭装置に適用した場合を例に説明する。
図１に示すように、放電式脱臭装置は、処理対象成分として臭気成分を含有した被処理ガスとしての空気（以下、被処理空気という）が流通するガス流通路Ａに、ガス流通方向に沿って、被処理空気に対して放電を行う放電部１と、放電部１で放電された被処理空気中の臭気成分を吸着してその臭気成分に放電部１での放電により生じた活性ガスを反応させる触媒部２とを順次設けている。なお、上記臭気成分は、例えば硫化水素やメチルメルカプタン、硫化メチル等の硫黄化合物である。
【００１３】
上記ガス流通路Ａの放電部１よりも上流側には、被処理空気を導入するための被処理空気導入路Ａ１と、清浄空気を導入するための清浄空気導入路Ａ２が接続され、各導入路Ａ１，Ａ２の入口側には開閉ダンパ３，４が備えられている。また、上記ガス流通路Ａの触媒部２よりも下流側には、処理済の被処理空気を排気路Ａ３によって外部に排気するための誘引ファン５が接続されている。
【００１４】
図２及び図３に示すように、上記放電部１には、前記流通路Ａに配置した沿面放電電極１ａと、前記被処理空気を放電させるために前記沿面放電電極１ａに交流電圧を印加する交流電圧源１２とが設けられている。
沿面放電電極１ａは、有機性の絶縁材からなる板状誘電体９を挟んで一方の面に形成した櫛状の放電電極１０と、他方の面に形成した前記放電電極１０よりも面積が大きい誘導電極１１とによって構成されている。板状誘電体９の材料は、例えばＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）を主材として、ＰＰＳにガラス繊維等を加えたコンポジット材料で構成され、また、板状誘電体９の厚さは０．３〜３．０ｍｍ程度、大きさは例えば長辺が３０〜４０ｃｍ程度、短辺が１５ｍｍ程度に形成される。そして、電極板の静電容量値として、５００ｐＦ程度の値を得ている。
【００１５】
なお、上記沿面放電電極１ａは、放電電極１０が表側に位置する状態で２枚が背中合わせに配置され、さらに各沿面放電電極１ａの電極表面を洗浄するための水洗ノズル７が、電極表面に対向する状態で流通路Ａの内壁に設置されている。
【００１６】
前記交流電圧源１２から印加される交流電圧については、前記被処理空気の放電に伴って発生するＮＯｘの発生濃度が所定値（許容上限値に相当する）以下になるように、前記交流電圧の電圧値及び周波数をその電圧値と周波数の積が設定値以下となる範囲に設定している。なお、ＮＯｘの発生濃度は、前記排気路Ａ３から排出される処理済の被処理空気を一定量採取して、例えばザルツマン吸光光度法によって測定する。
【００１７】
具体的には、流通路Ａを流れる被処理空気の流量が２０００ｍ^３／ｈ（１枚の沿面放電電極１ａ当たり１０００ｍ^３／ｈ）の条件で、図４に、横軸を周波数（ｋＨｚ）、縦軸を電圧値（ｋＶｐｐ）にとり、いくつかの放電条件でＮＯｘ濃度（ｐｐｍ）を測定した結果を示す。図より、電圧値と周波数の積が大きいほど、ＮＯｘ濃度が大きくなる傾向が確認でき、例えばＮＯｘの発生濃度が０．５ｐｐｍ以下になるように、前記交流電圧の電圧値と周波数の積が１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚ以下となる範囲に設定することができる。なお、ＮＯｘの発生濃度に対する所定値が異なれば、交流電圧の電圧値と周波数の積に対する設定値も異なる。例えば、ＮＯｘの発生濃度を１ｐｐｍ以下にする場合であれば、交流電圧の電圧値と周波数の積の設定値は上記１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚよりも大きい値になる。
【００１８】
なお、上記交流電圧の周波数や電圧値が大き過ぎると、ＮＯｘの発生濃度が急増するおそれがあるので、周波数は３０ｋＨｚ以下、電圧値は１００００Ｖｐｐ以下の範囲に設定するのが望ましい。また、上記沿面放電電極１ａに交流電圧を印加して放電を発生させるためには、交流電圧の電圧値を放電発生の閾値以上にする必要がある。具体的には、周波数２０ｋＨｚにおいて、電圧値１０００〜２０００Ｖｐｐ以上である。
【００１９】
上記触媒部２に備える触媒は、固体無機物質であるシリカアルミナゲルに活性炭を担持させ、且つ、触媒の全量に対するシリカアルミナゲルの含有割合が４０〜９０重量％の範囲（具体的には８０重量％）であり、そして、上記触媒は、シリカアルミナゲルと活性炭の混合造粒体（ペレット又は球状）に形成している。なお、シリカアルミナゲルは担持性能に優れ、一方、活性炭は有機物の吸着性に優れており、臭気成分を容易に捕捉することができる。
【００２０】
次に、上記放電式脱臭装置によるガス処理について説明する。
通常運転時は、前記被処理空気入口ダンパ３を開放し、前記清浄空気入口ダンパ４を閉じる。臭気成分を含んだ被処理空気が放電部１で電子の射突を受けて、活性ガスとして、励起分子（酸素分子など）、ラジカル（酸素ラジカルなど）、オゾンを発生させ、これらの活性ガスは臭気成分と混在した状態で前記触媒部２に備えた触媒に吸着されて捕捉される。そして、臭気成分は触媒上で上記活性ガスにより酸化分解され、脱臭処理される。
【００２１】
また、上記活性ガスは触媒部２の触媒中の活性炭と下式のように反応する。すなわち、触媒表面の活性炭は酸化され、二酸化炭素として気相中に移行する。式中、Ｏ_２※は励起状態の酸素分子を表わす。そして、この炭素の酸化反応は発熱反応であり、炭素酸化時に発生する熱エネルギにより、活性炭に吸着した有機物（臭気成分や反応生成物）も連鎖的に酸化されることになる。
Ｃ＋２Ｏ⁻　　→　ＣＯ_２
Ｃ＋Ｏ_２※　　→　ＣＯ_２
Ｃ＋２Ｏ_３ ⁻　　→　ＣＯ_２＋２Ｏ_２
【００２２】
上記のように活性炭が活性ガスと反応するときに、シリカ・アルミナゲルの含有割合が４０重量％よりも少なく、活性炭の割合が６０重量％よりも多いと、活性炭の自動酸化（燃焼）反応が発生するおそれがあるが、シリカ・アルミナゲルの含有割合を４０％重量以上とし、活性炭の割合が６０重量％よりも多くならないようにしているので、活性炭の自動酸化反応（燃焼反応）のおそれはない。因みに、活性炭単独（活性炭の含有割合が１００重量％）の触媒では、上記活性炭の自動酸化（燃焼）反応が確認されるが、シリカ・アルミナゲルの含有割合が４０重量％（活性炭の含有割合が６０重量％）の触媒には、上記活性炭の自動酸化（燃焼）反応は確認されない。
【００２３】
また、シリカ・アルミナゲルの含有割合を９０重量％以下としているのは、これ以上シリカ・アルミナゲルの含有割合を多くすると、活性炭の割合が１０重量％以下となり、所定の触媒性能が得られなくなるからである。なお、シリカ・アルミナゲルの含有割合が６０重量％よりも少なくなると、シリカ・アルミナゲルと活性炭の混合造粒体の形状保持性が悪くなるので、造粒性の点では、シリカ・アルミナゲルの含有割合を６０重量％以上とするのが好ましい。
【００２４】
ただし、一時的に高濃度の臭気成分を含む被処理空気が流入したような場合には、触媒部２の触媒に高濃度の臭気成分が吸着して触媒性能が低下する。そのため、前記触媒の触媒性能を回復させるための触媒性能回復用ガスを前記放電部１に供給可能な回復ガス供給部１００が設けられている。具体的には、回復ガス供給部１００は、前記清浄空気導入路Ａ２と清浄空気導入用の開閉ダンパ４によって構成されて、上記触媒性能回復用ガスとして清浄空気を供給している。
なお、図示はしないが、前記被処理空気導入路Ａ１と前記排気路Ａ３の夫々に、被処理空気中の臭気成分の濃度を測定するためのガス検知器が設けられ、この両位置での濃度測定値（導入路での濃度値をＮ１、排気路での濃度値をＮ２とする）から臭気成分除去率ＳＫ（％）を下式のように求めて、例えば、臭気成分除去率が９０％程度に低下したときに触媒性能が許容下限値に達したと判断する。
【００２５】
【数１】
ＳＫ＝〔（Ｎ１−Ｎ２）／Ｎ１〕×１００
【００２６】
触媒性能回復運転では、前記被処理空気入口ダンパ３を閉じ、前記清浄空気入口ダンパ４を開放して、臭気成分を含まない清浄な外気を導入する。外気は放電部１で電子の射突を受けて、活性ガスとして、励起分子（酸素分子など）、ラジカル（酸素ラジカルなど）、オゾンを発生させ、これらの活性ガスを前記触媒部２に備えた触媒に接触させることにより、触媒上に吸着された有機物を酸化して除去し、触媒性能を回復させることができる。すなわち、臭気成分が吸着蓄積して汚染された触媒表面の活性炭は酸化され、二酸化炭素として気相中に移行し、触媒表面がリフレッシュされて触媒性能が回復する。
触媒性能回復運転の実験データの一例として、臭気成分を含む被処理空気に対して脱臭処理運転を長期間（数ヶ月）行い、前記臭気成分除去率ＳＫが９０％程度に低下した触媒に対して、上記触媒性能回復運転を数時間行った結果、臭気成分除去率ＳＫが９７％以上に回復することを確認している。
【００２７】
〔別実施形態〕
次に、本発明に係る放電式ガス処理装置の別実施形態について説明する。
上記実施形態では、本発明に係る放電式ガス処理装置を、処理対象成分として臭気成分を含有した被処理空気を脱臭処理する場合に適用したが、脱臭処理以外に、各種のガス成分を含有する被処理ガスについて、殺菌、漂白などの処理に用いることができる。
【００２８】
上記実施形態では、沿面放電電極１ａを、板状誘電体９の両面に、櫛状の放電電極１０と大面積の誘導電極１１を夫々形成して構成したが、これ以外の形状の電極構成でもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る放電式ガス処理装置の全体構成図
【図２】放電部の構成を示す側面断面図
【図３】沿面放電電極の構成を示す正面断面図と平面図
【図４】本発明に係る放電電圧条件とＮＯｘ濃度との関係を示すグラフ
【符号の説明】
１ａ　　　沿面放電電極
９　　　　板状誘電体
１０　　　放電電極
１１　　　誘導電極
１２　　　交流電圧源
Ａ　　　　流通路

Claims

処理対象成分を含有した被処理ガスが流通する流通路に配置した沿面放電電極と、前記被処理ガスを放電させるために前記沿面放電電極に交流電圧を印加する交流電圧源とを設けた放電式ガス処理装置であって、
前記被処理ガスの放電に伴って発生するＮＯｘの発生濃度が所定値以下になるように、前記交流電圧の電圧値及び周波数をその電圧値と周波数の積が設定値以下となる範囲に設定する放電式ガス処理装置。
前記沿面放電電極が、板状誘電体を挟んで一方の面に形成した放電電極と、他方の面に形成した前記放電電極よりも面積が大きい誘導電極とによって構成されている請求項１記載の放電式ガス処理装置。
前記ＮＯｘの発生濃度が０．５ｐｐｍ以下になるように、前記交流電圧の電圧値と周波数の積が１６０ｋＶｐｐ・ｋＨｚ以下となる範囲に設定する請求項２記載の放電式ガス処理装置。
前記被処理ガスが、前記処理対象成分として臭気成分を含有した空気である請求項１〜３のいずれかに記載の放電式ガス処理装置。