JP2004181402A - プラズマ反応を利用したガス処理装置及び該ガス処理装置を使用するガス処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電極抑えの下側に空隙部分を発生させることなく、強誘電体粒子を隈なく充填することができるガス処理装置を提供する。
【解決手段】ガスの流通が可能な構造を有する、強誘電体粒子（１３）が充填されたリアクタ筐体（Ａ）を備えたリアクタを有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタ筐体内の平板電極（２１）を抑えるための部材（３１）を角の無い形状にし、前記強誘電体粒子が充填されない空隙部分の生起を防ぐようにしたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分解処理装置に関し、特に各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ） ［ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］を含有する排ガス等の被処理ガスをプラズマ反応を利用して分解し無害化するガス処理装置及びガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の大気への放散による大気汚染等の環境破壊が深刻な問題となっている。そうした揮発性有機化合物を含有するガスを分解処理して無害化する技術が数多く提案されている。それらの技術は、吸着回収法によるガス分解処理技術、燃焼処理法（熱分解法、触媒分解法等）によるガス分解処理技術、スクラバー処理によるガス分解処理技術、生物学的処理によるガス分解処理技術などを包含する。これらのガス分解処理技術は、其れなりの利点はあるものの、解決すべき問題点があり、十分なものであるとは言い難い。即ち、（１）使用する装置のコストが割高である、（２）被処理ガスの吸着及び脱着という２段階の処理が必要である、（３）使用する設置の容積が大きく、処理条件によってはダイオキシン類発生の懸念がある、（４）給水―排水量が大きく、排水処理が困難である、（５）反応処理に長時間かかる、といった問題点がある。
【０００３】
こうした問題点を有するガス分解処理技術に代わる技術として、近年、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣ等の排ガスを分解する技術が注目され研究が進められており、当該技術に基いた方法及び装置が提案されている。例えば、特開２００２−２９２２７３号公報には、装置内に外部電極と内部電極を有し、電極間にペレット状或いは球状の強誘電体を充填し、プラズマを発生させるようにしたパックトべッド式反応装置が記載されている。こうしたパックトべッド式反応装置は、大気圧下で操作でき、装置内を真空にするポンプなどは必要でなく、また室温でプラズマを発生させることができ、更に装置構成が簡単で低コストで設置できる、といった利点を有する。
【０００４】
以下に、図３及び図４を用いて、そうしたパックトべッド式反応装置の説明を行う。図４は、パックトべッド式反応装置の一例の内部構造を示す断面図であり、図３は、図４に示すパックトべッド式反応装置のリアクタ筐体部の外観を示す概略図である。図３には、リアクタ筐体部に付随するリアクタ内蓋１７、上蓋２０、平板電極２１が示されている。リアクタ内蓋１７にはリアクタ筐体部の内部に充填された誘電体粒子が外に出ない範囲で最大限ガスが流れるように無数の穴が開いており、平板電極２１は、交流高電圧が印加される電極と接地電極が交互に配されており、その電極間には誘電体粒子が充填されている。また、該誘電体粒子は図の上方から充填され、上蓋２０を閉めることでリアクタ筐体部はシールドされることになる。
【０００５】
図４に示すように、パックトべッド式反応装置は、リアクタ筐体部Ａを備えたリアクタを有する。リアクタ筐体部Ａは、上蓋２０と絶縁性物質で形成された二つのリアクタ内蓋１７−１及び１７−２とを有する。リアクタ筐体部Ａの内部には、平板電極２１（点線で示してある）が配設けられ、誘電体粒子１３が充填されている。尚、平板電極２１は、決められた電極間距離に平板電極２１が配置されるように切り込みを設けた電極板抑え３１（図５参照）で保持されている。リアクタ筐体部Ａのガス導入側のリアクタ内蓋１７−１には、ガスがリアクタ内に流れ込むようにする為の無数のガス流路孔が開けられている。また、リアクタ筐体部Ａのガス排出側のリアクタ内蓋１７−２には、リアクタ内で処理されたガスが流れ出るようにする為の無数のガス流路孔が開けられている。ガス導入側のリアクタ内蓋１７−１の外側には、該リアクタ内蓋を外側から覆う絶縁性物質で形成されたリアクタ外カバー１１−１が、該リアクタ外カバーとリアクタ内蓋１７−１の外側との間に緩衝空間を形成するように設けられている。リアクタ外カバー１１−１は、被処理ガスを導入するためのガス導入口１２を有し、ガス導入口１２は前記緩衝空間に連通している。ガス排出側のリアクタ内蓋１７−２の外側には、該リアクタ内蓋を外側から覆う絶縁性物質で形成されたリアクタ外カバー１１−２が、該リアクタ外カバーとリアクタ内蓋１７−２の外側との間に緩衝空間を形成するように設けられている。リアクタ外カバー１１−２は、リアクタ内蓋１７−２の無数のガス流路孔から前記緩衝空間に流れ出る処理されたガスを排出するためのガス排出口１４を有し、ガス排出口１４は前記緩衝空間に連通している。
【０００６】
上記構成のパックトべッド式反応装置は、ガス導入口１２から導入された被処理ガスはリアクタ内蓋１７−１に設けられた無数の穴を介して誘電体粒子１３の充填されたリアクタ筐体部Ａの内部に入り、該誘電体粒子１３の隙間を通過してリアクタ内蓋１７−２に設けられた無数のガス流路孔から流れ出てガス排出口１４より排出される構造となっている。被処理ガスが前記誘電体粒子１３の隙間を通過する際に、平板電極２１に交流電圧を印加することで非平衡プラズマを発生させ、該処理ガスを分解処理する。誘電体粒子１３は、チタン酸バリウムなどの強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成され、高誘電率を有するものである。このような強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成された誘電体粒子１３は、分極率も高く、プラズマを発生させるのに有利であり、ガスの分解率を向上せしめる。リアクタ筐体部Ａ内への誘電体粒子１３の充填は、上蓋２０を開け、リアクタ筐体部Ａの上部一杯まで充填し、その後上蓋２０を閉めるようにして行われる。但し、この充填方法には、誘電体粒子１３がリアクタ筐体部Ａの隅々まで充填されているか否か目視で確認できないという欠点がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上述したパックトべッド式反応装置には、次のような改善すべき問題点がある。
（１）． パックトべッド式反応装置においては、大量の誘電体粒子をリアクタに充填しなければならないが、該装置のリアクタは図４に示すような構成であるので、電極抑え３１の下側に誘電体粒子が充填されていない部分が不可避的に生じてしまう。このような誘電体粒子の存在しない領域はガス分解に関与せず、ガスが未反応のまま通過してしまうため、装置の分解率が低下してしまう。
（２）． このような状態で装置を稼動した場合、装置が振動するため誘電体粒子が下方に移動し、図６に示すような誘電体粒子の充填状態に変化してしまう。即ち、誘電体粒子が充填されていない領域が生ずる。このような状態になると、ガス通過に関し抵抗が少ない誘電体粒子の存在しない領域を大量のガスが未反応のまま通過してしまうところとなり、装置の分解率が著しく低下してしまう。
（３）． 上記問題の発生を防ぐためには、誘電体粒子の充填を慎重に行い、頻繁にリアクタの上蓋を開け、誘電体粒子が完全にリアクタ上面まで詰まっているかを確認するなどの作業を行うことが必要である。このことは、メンテナンス費用の増加につながる。
以上のような問題点を抜本的に解決するためには、最初の誘電体粒子充填作業時に、特別な手間や費用をかけずに、如何にリアクタ内に隈なく誘電体粒子を充填するかが重要なポイントとなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、従来技術における上記問題点を解決し、従来のガス処理装置の構成に対しコスト面等に特別な負担をかけることなく、リアクタ内に隈なく誘電体粒子を充填することが可能となるガス処理装置を提供することを目的とするものである。
上記目的を達成する本発明のガス処理装置の代表的態様は、ガスの流通が可能な構造を有するリアクタ筐体を備えたプラズマリアクタを有し、前記リアクタ筐体の内部には強誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタ筐体の内部の上部隅領域に、前記リアクタ筐体の内部の上部隅に嵌合する形状を有し且つ前記充填された強誘電体粒子に対向する斜面を有する補助部材を配置したことを特徴とする。前記補助部材は、好ましくは前記上部隅に嵌合すると共に前記リアクタの内部の平板電極を固定するよう配置にされる。前記補助部材は、樹脂で成型されたものであることができる。前記強誘電体粒子は、好ましくはチタン酸バリウムからなるものである。前記強誘電体粒子は、円柱型ペレット状、球状等適宜の形状のものであることができる。前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体を包含する。
【０００９】
上記目的を達成する本発明のガス処理装置の別の代表的態様は、ガスの流通が可能な構造を有するリアクタ筐体を備えたプラズマリアクタを有し、前記リアクタ筐体の内部には強誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタ筐体の内部の上部隅領域に、前記前記リアクタ筐体の内部の上部隅に嵌合し且つ前記リアクタ筐体の内部の平板電極を固定する補助部材が配置され、前記補助部材は、該補助部材により固定される前記平板電極と平行な断面において、地面と水平方向の辺の長さＤが、前記強誘電体粒子の平均粒径ｄに対し、Ｄ≦ｄの関係を満たす形態であることを特徴とする。前記補助部材は、樹脂で成型されたものであることができる。前記補助部材は、前記リアクタ筐体若しくは前記リアクタ筐体のガス流路孔を有するリアクタ内蓋と一体成型されていてもよい。前記強誘電体粒子は、好ましくはチタン酸バリウムからなるものである。前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体を包含する。
【００１０】
上述したように、本発明のガス処理装置においては、リアクタ筐体の内部の上部隅に、該上部隅に嵌合する形状を有する補助部材を配置する。これにより、強誘電体粒子（円柱型ペレット状、球状等）をリアクタ内の隅々まで確実に充填することができ、従来のガス処理装置の構成に対しコスト面等に特別な負担をかけることなく、安定して高分解率が得られるガス処理装置を達成することができる。また、本発明のガス処理装置においては、リアクタ筐体の内部の上部隅に、該上部隅に嵌合し且つ前記リアクタの内部の平板電極を固定する補助部材が配置され、前記補助部材は、該補助部材により固定される前記平板電極と平行な断面において、地面と水平方向の辺の長さＤが、前記強誘電体粒子の平均粒径ｄに対し、Ｄ≦ｄの関係を満たす形態にする。これにより、上記の場合と同様に、強誘電体粒子（円柱型ペレット状、球状等）をリアクタ内の隅々まで確実に充填することができ、従来のガス処理装置の構成に対しコスト面等に特別な負担をかけることなく、安定して高分解率が得られるガス処理装置を達成することができる。
【００１１】
【実施例】
以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００１２】
【実施例１】
図１は、本実施例におけるパックトべッド式反応装置の内部構造を示す断面図である。図１に示すパックトべッド式反応装置は、リアクタ筐体Ａ内の上部隅の電極抑え３１の形状を除いて、図４に示す従来のパックトべッド式反応装置の構成と同じである。従って、以下では、変更点であるリアクタ上部隅の電極抑え３１の形状及びその作用を中心に説明することとする。
本実施例におけるパックトべッド式反応装置のリアクタ（リアクタ筐体Ａ）内への誘電体粒子の充填は、図１に示すように、リアクタ上部に設けた誘電体充填口の上蓋２０を開け、一杯まで充填した後、再び上蓋２０を閉めるという単純な作業で行うことができる。比類のない本発明の効果はこの誘電体粒子の充填作業にある。即ち、電極抑え３１を角のない図７に示すような形態にしたことにより誘電体粒子の充填作業を、より確実に実施することができる。
この点は、先に図４を用いて説明した従来のパックトべッド式反応装置のリアクタ内への誘電体粒子の充填方法と比較すると分かりやすい。先に説明したように、図４では、誘電体粒子１３を充填しようとしても電極抑え３１の下側に誘電体粒子が充填されていない部分が発生してしまうことを示しており、このような誘電体粒子の存在しない領域は、ガス分解に関与せず、ガスが未反応のまま通過してしまうため、装置の分解率が低下してしまう。
【００１３】
これに対し本実施例では、図１及び図７に示したように電極抑え３１の形状を角の無い形状のものにしたので、誘電体粒子１３がスムーズに移動することが可能になり、それにより従来技術において発生する電極抑え３１の下側の誘電体粒子が充填されていない部分をなくすことができる。これにより、特別な手間や費用をかけずに、リアクタ内に誘電体粒子を隈なく充填することが可能となり、安定して高分解率が得られるガス処理装置を達成することができる。
以上に説明したように、本実施例では、電極抑え３１の角をなくすという簡単な部材の形状変更で、誘電体粒子の充填が簡単かつ確実に行うことができるため、パックトべッド式反応装置のリアクタの設置及びメンテナンス作業に関し、絶大な効果がある理解される。
尚、本実施例では、電極抑え３１の角を直線的に切った形状の部材を用いているが、図８の（ａ）又は（ｂ）に示すような曲面を有する形状にすることができ、この場合にも上記と同等の効果が得られる。
【００１４】
【実施例２】
本実施例では、実施例１以外の構成によってリアクタ内に誘電体粒子を隈なく充填することができる態様を図２を用いて説明する。図２は、本実施例におけるパックトべッド式反応装置の内部構造を示す断面図である。本実施例における装置構成は、電極抑え３１の形状及びリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の構成部材材以外は、実施例１と同様の構成である。本実施例の特徴点は、電極抑え３１の大きさが誘電体粒子１３がスムーズに移動することが可能なくらいの大きさであること及びリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）が絶縁物質で構成されていることである。例えば、電極抑え３１の形状を、平板電極２１と平行な断面において、地面と水平方向の辺の長さをＤ、誘電体粒子の平均粒径をｄとした時、Ｄ≦ｄの関係（図９参照）を満たす形状にすることにより、誘電体粒子１３がスムーズに移動することが可能になり、実施例１と同様に電極抑え３１の下側の誘電体粒子が充填されていない部分をなくすことができる。
【００１５】
但し、このような構成のリアクタでは、平板電極２１とリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）が近接してしまうため、リアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の材質が絶縁性のものでないと、高電圧をかけた時、平板電極２１とリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の間で異常放電が発生してしまい、所望のプラズマ状態が得られないことがある。このような事態を防ぐため、リアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の材質は絶縁性のものである必要がある。
【００１６】
尚、平板電極２１間の距離よりも平板電極２１とリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の距離が大きい場合は、平板電極２１とリアクタ内蓋１７の間で異常放電が起ることはない。よって実施例１の構成におけるリアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）の材質はこの条件を考慮して決定される。但し、リアクタ内蓋（１７−１、 １７−２）を絶縁物質で構成した場合と金網で構成した場合を比較した時、後者の場合の方が安価であるため、金網を使用するのが一般的である。上述したように、実施例２の構成でもリアクタの内部全体に誘電体粒子を充填することができ、実施例１と同等の効果を得ることができるが、現状におけるコスト面を考慮すると実施例１の方がよりメリットがあると云える。
【００１７】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、従来のガス処理装置の構成に対しコスト面等に特別な負担をかけることなく、電極抑えの下側に空隙部分を発生させずにリアクタ内に強誘電体粒子を隈なく充填することが可能となり、安定して高分解率が得られるガス処理装置を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパックトべッド式反応装置のリアクタの一例を示す断面図である。
【図２】本発明のパックトべッド式反応装置のリアクタの他の一例を示す断面図である。
【図３】従来のパックトべッド式反応装置のリアクタの外観図である。
【図４】図３に示す従来のリアクタの内部構造を示す断面図である。
【図５】図４に示す従来のリアクタ内の電極抑えの形状を示す概略図である。
【図６】図３及び図４に示す従来のパックトべッド式反応装置のリアクタにおける問題点を示す図である。
【図７】図１に示すリアクタ内の電極抑えの形状の一例を示す概略図である。
【図８】図１に示すリアクタ内の電極抑えの形状の他の一例を示す概略図である。
【図９】図２に示すリアクタ内の電極抑えの断面と誘電体粒子の断面を示す概略図である。
【符号の説明】
Ａ リアクタ筐体
１１−１、 １１−２ リアクタ外カバー
１２ ガス導入口
１３ 誘電体粒子
１４ ガス排出口
１７−１、 １７−２ リアクタ内蓋
２０ リアクタ上蓋
２１ 平板電極
３１ 電極抑え

Claims (11)

1. ガスの流通が可能な構造を有するリアクタ筐体を備えたプラズマリアクタを有し、前記リアクタ筐体の内部には強誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタ筐体の内部の上部隅領域に、前記リアクタ筐体の内部の上部隅に嵌合する形状を有し且つ前記充填された強誘電体粒子に対向する斜面を有する補助部材を配置したことを特徴とするガス処理装置。
2. 前記補助部材は、前記上部隅に嵌合すると共に前記リアクタの内部の平板電極を固定するよう配置にされている請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記補助部材は、樹脂で成型されたものである請求項１または２に記載のガス処理装置。
4. 前記強誘電体粒子が、チタン酸バリウムからなるものである請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のガス処理装置。
5. 前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体である請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のガス処理装置。
6. ガスの流通が可能な構造を有するリアクタ筐体を備えたプラズマリアクタを有し、前記リアクタ筐体の内部には強誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタ筐体の内部の上部隅領域に、前記前記リアクタ筐体の内部の上部隅に嵌合し且つ前記リアクタ筐体の内部の平板電極を固定する補助部材が配置され、前記補助部材は、該補助部材により固定される前記平板電極と平行な断面において、地面と水平方向の辺の長さＤが、前記強誘電体粒子の平均粒径ｄに対し、Ｄ≦ｄの関係を満たす形態であることを特徴とするガス処理装置。
7. 前記補助部材は、樹脂で成型されたものである請求項６に記載のガス処理装置。
8. 前記補助部材は、前記リアクタ筐体若しくは前記リアクタ筐体の
   ガス流路孔を有するリアクタ内蓋と一体成型されている請求項６または７に記載のガス処理装置。
9. 前記強誘電体粒子が、チタン酸バリウムからなるものである請求項６乃至請求項８のいずれかに記載のガス処理装置。
10. 前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体である請求項６乃至請求項９のいずれかに記載のガス処理装置。
11. 請求項１または６に記載のガス処理装置に被処理ガスを前記ガス導入部から導入し、該被処理ガスを誘電体粒子が充填された前記リアクタ内に流入させ、前記被処理ガスを前記誘電体粒子と接触させながら前記リアクタ内を流し、その過程で該被処理ガスをプラズマ処理することを特徴とするガス処理方法。

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