JP2004275926A

JP2004275926A - 有害ガス除去装置及び有害ガス除去方法

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Publication number: JP2004275926A
Application number: JP2003072608A
Authority: JP
Inventors: Naoki Sugita; 直記杉田; Tomoyuki Saito; 智之齋藤
Original assignee: Midori Anzen Co Ltd
Current assignee: Midori Anzen Co Ltd
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】一酸化炭素ガスを含む有害ガスを、容易に且つ確実に除去することができるようにする。
【解決手段】準安定準位を有する触媒ガスと、大気中の空気とを加湿装置１４を介して放電装置１５により形成された放電プラズマに供給することにより、上記空気中の一酸化炭素ガスを含む有害ガスが酸素と反応する際の触媒として作用する準安定状態にある原子の濃度を高めるようにして、上記空気中の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを容易に且つ確実に除去することができるようにする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有害ガス除去装置及び有害ガス除去方法に関し、特に、一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去するために用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、室内環境を快適にしたいという要望に応えるために、大気中に存在する有害ガスを除去する技術が提案されている。
【０００３】
例えば、二酸化マンガンやチタン酸バリウムなどの固形分解触媒の作用により、放電によって発生させたオゾンを分解してラジカル酸素を発生させるようにし、この発生させたラジカル酸素を除去対象の有害ガスと反応させ、空気の脱臭を行うようにする技術が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。
【０００４】
この他、二酸化マンガンなどの金属酸化物粒子と、活性炭などの吸着粒子と、熱可塑性樹脂粒子と、繊維状基材とからなるガス除去用ボードに空気を通して、空気の脱臭を行うようにする技術が提案されている（例えば、特許文献３を参照。）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−３１７６３９号公報
【特許文献２】
特開２００１−２４７４８５号公報
【特許文献３】
特開平１１−２１６３３５号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、分煙化が至る所で実施されていること等の理由から、煙草から発せられるガス中に多量に含まれている一酸化炭素ガスを除去するようにする技術が強く求められている。
【０００７】
そこで、本願発明者らは、上述した従来の技術を用いた場合に、一酸化炭素ガスをどの程度除去することができるのかを詳細に調査した。
その結果、上述した従来の技術を用いた場合の一酸化炭素ガスの除去率は、最大でも７［％］程度であり、上述した従来の技術では、一酸化炭素ガスを殆ど除去することができないという知見を得た。
【０００８】
このように、上述した従来の技術では、煙草から多量に発せられる一酸化炭素ガスを、殆ど除去することができないという問題点があった。
【０００９】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、一酸化炭素ガスを含む有害ガスを、容易に且つ確実に除去することができるようにすることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有害ガス除去装置は、放電を起こすことによりプラズマを発生させるようにするための放電電極を有し、上記プラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去装置であって、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度を、所定の範囲内に低下させる酸素濃度調整手段を有することを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、放電を起こすことによりプラズマを発生させるようにするための放電電極を有し、上記プラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去装置であって、上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給手段を有する点にある。
【００１１】
本発明の有害ガス除去方法は、放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去方法であって、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度を、所定の範囲内に低下させる酸素濃度調整処理を行うことを特徴としている。
また、本発明の他の特徴とするところは、放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去方法であって、上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給処理を行う点にある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の有害物質除去装置及び有害物質除去方法の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本実施の形態における有害物質除去装置の構成の一例を示した図である。
図１において、有害物質除去装置１０は、送風機１１と、通風路１２と、触媒ガス供給装置１３と、加湿装置１４と、放電装置１５と、オゾン分解装置１６とを有している。
【００１４】
送風機１１は、送風路１２の上流側に配設されており、大気中の空気（気体）を送風路１２の下流側に送るためのものである。
酸素濃度調整手段（触媒ガス供給手段）として配設される触媒ガス供給装置１３は、送風機１１によって通風されている通風路１２に触媒ガスを供給するためのものである。
【００１５】
この触媒ガス供給装置１３により供給される触媒ガスは、例えば、アルゴンガス（Ａｒガス）、ヘリウムガス（Ｈｅガス）、ネオンガス（Ｎｅガス）、キセノンガス（Ｘｅガス）、クリプトンガス（Ｋｒガス）などの希ガス、または窒素ガス（Ｎ_２ガス）である。
【００１６】
水蒸気供給手段として配設される加湿装置１４は、送風機１１によって通風されている通風路１２に水蒸気を供給するためのものであり、送風機１１によって通風路１２に送られた大気中の空気と、触媒ガス供給装置１３によって通風路１２に供給された触媒ガスとを加湿する。
【００１７】
放電装置１５は、バリア放電を起こすことによって、通風路１２内の所定の空間に放電プラズマを形成するためのものである。なお、上記放電プラズマは、非平衡プラズマであり、且つ低温プラズマである。
【００１８】
そして、本実施の形態の有害物質除去装置１０では、加湿装置１４によって加湿された上記大気中の空気及び触媒ガスを、放電装置１５によって形成される上記放電プラズマに供給するようにしている。
【００１９】
このように、加湿装置１４によって加湿された大気中の空気及び触媒ガスを上記放電プラズマに供給すると、大気中の空気に含まれている窒素ガスの原子や、触媒ガスの原子が、エネルギーを受けて準安定準位（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅｌｅｖｅｌ）に励起される。
【００２０】
上記準安定準位に励起された原子は、触媒として作用し、大気中の空気に含まれている一酸化炭素ガスやＶＯＣ（揮発性有機化合物）ガスなどが酸素ガスと反応するのを促進させる。なお、上記ＶＯＣガスは、例えば、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、及びベンゼンなどである。
【００２１】
また、上記放電プラズマに供給した水蒸気は、上記放電プラズマ内でプラズマ化する。これにより、ＯＨラジカルが発生する。そして、大気中の空気に含まれている一酸化炭素ガスやＶＯＣガスなどが酸素ガスと反応するのを、この発生したＯＨラジカルが促進させる。
【００２２】
本実施の形態の有害物質除去装置１０では、このような放電装置１５内で起こる反応により、大気中の空気に含まれている一酸化炭素ガスやＶＯＣガスなどの有害物質を除去する。
【００２３】
オゾン分解装置１６は、放電装置１５で放電が起こることにより発生するオゾンガスを、二酸化マンガン粒子などの固形触媒を用いて分解するためのものである。
このようにしてオゾンガスを分解するとラジカル酸素が発生し、この発生したラジカル酸素が、放電装置１５内で除去しきれなかった有害物質と反応する。
【００２４】
本実施の形態の有害物質除去装置１０では、このようなオゾン分解装置１６内で起こる反応によっても、大気中の空気に含まれている一酸化炭素ガスやＶＯＣガスなどの有害物質を除去するようにしている。
【００２５】
そして、本実施の形態の有害物質除去装置１０では、以上のようにして有害物質が除去された空気が、送風路１２の下流から大気中に放出されるようにしている。
【００２６】
（試験例）
本願発明者らは、上述したようにして構成される有害物質除去装置１０が、大気中の空気に含まれている有害物質をどの程度除去するのかを詳細に調査するとともに、有害物質除去装置１０がどのようなメカニズムにより有害物質を除去するのかを詳細に調査した。以下、これらの結果について述べる。
【００２７】
（試験装置）
図２は、図１に示した有害物質除去装置１０の性能を確認するための試験装置の構成の一例を示した図である。
図２において、試験装置２０は、空気ボンベ２１ａと、触媒ガスボンベ２１ｂと、除去対象ガスボンベ２１ｃと、空気流量調節器２２ａと、触媒ガス流量調節器２２ｂと、除去対象ガス流量調節器２２ｃと、通風路２３と、加湿装置１４と、放電装置１５と、オゾン分解装置１６と、排出流量調節器２４と、排出流量計２５と、ガスクロマトグラフ装置２６とを有している。
【００２８】
空気ボンベ２１ａには、８０［％］の窒素ガスと、２０［％］の酸素ガスとの混合気体が入っている。空気ボンベ２１ａから流出する混合ガスは、空気流量調節器２２ａによって流量が調節されて、通風路２３に供給される。
【００２９】
触媒ガスボンベ２１ｂには、上記触媒ガスが入っている。触媒ガスボンベ２１ｂから流出する触媒ガスは、触媒ガス流量調節器２２ｂによって流量が調節されて、通風路２３に供給される。なお、試験装置２０では、窒素ガスと、アルゴンガスと、ヘリウムガスとを上記触媒ガスとして用いた。
【００３０】
除去対象ガスボンベ２１ｃには、除去対象ガス（上記有害物質）が入っている。除去対象ガスボンベ２１ｃから流出する上記除去対象ガスは、除去対象ガス流量調節器２２ｃによって流量が調節されて、通風路２３に供給される。
【００３１】
なお、試験装置２０では、従来では殆ど除去することができなかった一酸化炭素ガスを上記除去対象ガスとして用いた。また、ＶＯＣガスであるホルムアルデヒドも上記除去対象ガスとして用いた。
【００３２】
このように、試験装置２０では、空気ボンベ２１ａと、空気流量調節器２２ａと、除去対象ガスボンベ２１ｃと、除去対象ガス流量調節器２２ｃとによって、図１に示した通風路１２の上流側から下流側に通風される空気に相当する構成が得られるようにしている。
【００３３】
また、触媒ガスボンベ２１ｂと、触媒ガス流量調節器２２ｂとによって、図１に示した触媒ガス供給装置１３から通風路１２に供給される触媒ガスに相当する構成が得られるようにしている。
【００３４】
加湿装置１４、放電装置１５、及びオゾン分解装置１６は、それぞれ図１に示したものと同じものである。
【００３５】
ここで、図３を参照しながら、本実施の形態の放電装置１５の構成について説明する。
図３は、本実施の形態の放電装置１５の具体的な構成例を示した断面図である。
図３（ａ）に示すように、放電装置１５は、ガラス管３０と、金属棒電極３１ａと、箔電極３２と、ゴム栓３３ａ、３３ｂとからなるプラズマ反応器２７ａと、高圧電源３４とを有している。
【００３６】
ガラス管３０は、概ね中空円筒形状を有している。また、ガラス管３０の側面には、上記除去対象ガスを含む空気を通風路５３からガラス管３０内に流入させるための気体流入口３０ａと、上記除去対象ガスが除去された空気をガラス管３０から通風路５３に流出させるための気体流出口３０ｂとが形成されている。このように、本実施の形態では、ガラス管３０が通風路の一部を形成するようにしている。
【００３７】
ゴム栓３３ａ、３３ｂは、ガラス管３０の両端部を塞ぐためのものである。また、ゴム栓３３ａ、３３ｂの中央部には、金属棒電極３１を貫挿するための孔が形成されている。
【００３８】
金属棒電極３１ａは、螺子状の金属棒であり、ゴム栓３３ａ、３３ｂの中央部に形成された孔に貫挿されることにより、ガラス管３０の円筒軸上付近に配設される。
箔電極３２は、金属製のテープであり、ガラス管３０の側面に巻き付けられている。
【００３９】
このように、本実施の形態の放電装置１５では、金属棒電極３１ａと、箔電極３２とが、ガラス管３０を介して対向するようにしている。
【００４０】
高圧電源３４は、金属棒電極３１ａと、箔電極３２に接続され、周波数が５０Ｈｚ（商用周波数）、実効値が３０［ｋＶ］の交流電圧を金属棒電極３１ａと、箔電極３２との間に印加するためのものである。
【００４１】
なお、金属棒電極３１ａと、箔電極３２との間に印加する交流電圧の値は、ガラス管３０内に上記放電プラズマを形成することができれば、上述した値に限定されるものではないということは言うまでもない。
【００４２】
また、試験装置２０では、放電電極として螺子状の金属棒電極３１ａを用いるようにしたが、図３（ｂ）に示すように、螺子状でない金属棒電極（単なる棒形状の電極）３１ｂを用いるようにしてもよい。また、図３（ｃ）に示すように、ガラス管３０の円筒軸から内壁に向かって放射状に延設された針形状の電極３１ｃを放電電極として用いるようにしてもよい。
【００４３】
以上のような形状を有する電極３１ａ〜３１ｃを放電電極として用いれば、電極３１ａ〜３１ｃと、箔電極３２との間に交流高電圧を印加した際に、ガラス管３０内に略一様な放電プラズマを形成することができ好ましいが、図３（ｄ）に示すようなコイル形状の電極３１ｄを放電電極として用いたり、図３（ｅ）に示すような網形状の電極３１ｅを放電電極として用いたりしてもよい。
【００４４】
また、図３に示した例では、電極３１ａ〜３１ｅと、箔電極３２とを、ガラス管３０を介して対向させるようにしてバリア放電を起こすようにしているが、バリア放電を起こすことができる構成であれば、必ずしもガラス管３０を介してこれらを対向させるようにする必要はない。
【００４５】
例えば、図４に示すように、板形状の電極４２の上に誘電体シート４３を配設し、棒形状の電極４１と、板形状の電極４２とを誘電体シート４３を介して対向させるようにしてもよい。
【００４６】
また、図３及び図４に示した例では、バリア放電を起こすことにより放電プラズマを形成する構成を放電装置１５が有するようにしたが、放電プラズマを形成することができれば、必ずしもバリア放電を起こす必要はない。
【００４７】
例えば、コロナ放電、沿面放電、またはグロー放電を起こすことにより放電プラズマを形成するようにしてもよい。この場合、高圧電源３４は、必ずしも交流電源を用いる必要はなく、直流電源を用いるようにしてもよい。
また、交流または直流の何れかを選択することができる構成を高圧電源３４が有するようにしてもよい。
さらに、上述したようにして放電プラズマを形成することができれば、電極３１、３２、４１、４２の材質は、金属に限定されない。例えば、導電性または半導電性の樹脂を用いて電極３１、４１を形成するようにしてもよい。
【００４８】
図２に説明を戻し、以上のようにして構成された放電装置１５と、オゾン分解装置１６により浄化された空気は、２つの経路に分かれて大気中に放出される。この２つの経路のうちの１つには、排出流量計２５が配設されている。試験装置２０では、大気中に放出される上記浄化された空気の流量を、排出流量計２５により監視するようにしている。
【００４９】
また、もう１つの経路には、排出流量調節器２４とガスクロマトグラフ装置２６とが配設されている。
排出流量調節器２４は、上記浄化された空気の流量を所定の値にしてガスクロマトグラフ装置２６に供給するためのものである。
【００５０】
ガスクロマトグラフ装置２６は、排出流量調整器２４により所定の値に流量が調節された空気の成分を、ガスクロマトグラフィー（ｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ）により分析するためのものである。
【００５１】
このように、試験装置２０では、除去対象ガスボンベ２２ｂから通風路２３に供給された上記除去対象ガスが、どの程度除去されたのかを、このガスクロマトグラフ装置２６を用いて計測するようにしている。
そして、本願発明者らは、以上のような構成を有する試験装置２０を種々の条件で動作させて、上記除去対象ガスの除去率を調査した。
【００５２】
なお、試験装置２０で測定される一酸化炭素ガスの除去率は、放電装置１５だけでなく、オゾン分解装置１６における除去効果も含んだ値となるが、上述したように、オゾン分解装置１６における一酸化炭素ガスの除去率は、最大でも７［％］程度である。したがって、放電装置１５における一酸化炭素ガスの除去率は、このことを考慮して求めるようにすればよい。
【００５３】
（第１の試験例）
本試験例では、上記触媒ガスを窒素ガスとし、上記除去対象ガスを一酸化炭素ガスとした。
【００５４】
具体的に説明すると、１０００［ｐｐｍ］（＝０．１［％］）の濃度の一酸化炭素ガスを上記放電プラズマ（ガラス管３０）に供給するようにした。
ここで、１０００［ｐｐｍ］の濃度の一酸化炭素ガスとは、上記放電プラズマに供給される気体に含まれる単位体積当たりの一酸化炭素ガスの量が０．１［％］であるということである。
【００５５】
したがって、この一酸化炭素ガスの濃度は、上記放電プラズマに供給される気体に含まれる一酸化炭素ガス以外のガスの量によって相対的に定まるものである。このことは、以下の説明における一酸化炭素ガス以外のガスの濃度についても同様である。
【００５６】
そして、本試験例では、上記窒素ガスの流量を調節することにより、上記放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度を変えて上記一酸化炭素ガスの除去率を測定した。
また、１００００［ｐｐｍ］（＝１［％］）の濃度の水蒸気を、通風路２３に供給して、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿した場合と、水蒸気を供給しないようにして、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿しない場合（すなわち、乾燥ガスを用いた場合）との２つ場合で上記一酸化炭素ガスの除去率を測定した。
【００５７】
このような条件で試験装置２０を動作させたときの一酸化炭素ガスの除去率の測定結果を図５と図６に示す。
図５は、上記放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示したグラフである。
【００５８】
図５において、符号５１は、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿しない場合のグラフである。また、符号５２は、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿した場合のグラフである。
【００５９】
図６は、上記放電プラズマに供給する窒素ガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示したグラフである。
図６において、符号６１は、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿しない場合のグラフである。また、符号６２は、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿した場合のグラフである。
【００６０】
図５から分かるように、酸素ガスの濃度と一酸化炭素ガスの除去率との関係を示すグラフ５１、５２は、酸素ガスの濃度が０．５［％］程度のところでピークを持つ特性を有する。
【００６１】
具体的に説明すると、酸素ガスの濃度が０．５［％］程度になるまでは、酸素ガスの濃度の低下とともに、一酸化炭素ガスの除去率は大きくなるが、酸素ガスの濃度が０．５［％］程度よりも低くなると、酸素ガスの濃度の低下とともに、一酸化炭素ガスの除去率は逆に小さくなる。
【００６２】
また、図６から分かるように、窒素ガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示すグラフ６１、６２は、窒素ガスの濃度が９９．５［％］程度のところでピークを持つ特性を有する。
【００６３】
具体的に説明すると、窒素ガスの濃度が９９．５［％］程度になるまでは、窒素ガスの濃度の増加とともに、一酸化炭素ガスの除去率は大きくなるが、窒素ガスの濃度が９９．５［％］程度よりも増加すると、窒素ガスの濃度の増加とともに、一酸化炭素ガスの除去率は逆に小さくなる。
【００６４】
このように図５のグラフ５１、５２と、図６のグラフ６１、６２とがピークを持つ特性を有するのは、以下のような理由によると考えられる。
図７に示すように、空気ガスボンベ２１ａや触媒ガスボンベ２１ｂからガラス管３０内に供給された窒素原子は、ガラス管３０内に形成された上記放電プラズマ内でエネルギーを受けて、基底状態から所定のエネルギー準位Ｅ_１に励起する。
【００６５】
このようにしてエネルギー準位Ｅ_１に励起された窒素原子は、不安定な状態にあり、１０^−８［秒］くらいしかこのエネルギー準位Ｅ_１に留まることができず、すぐに光子を放出して基底状態（または、低いエネルギー準位）に転移してしまう。
【００６６】
ところが、本試験例で触媒ガスとして使用した窒素は、準安定準位（ｍｅｔａｓｔａｂｌｅｌｅｖｅｌ）Ｅ_２を有する。この準安定準位Ｅ_２に励起された窒素原子は、他のエネルギー準位Ｅ_１に励起された窒素原子に比較して格段に高い安定度を持っている。
【００６７】
このため、準安定準位Ｅ_２に励起された窒素原子は、準安定準位Ｅ_２に留まることができ、数十秒以上の長い間、活性化された状態（準安定状態）となり、上記放電プラズマに供給された一酸化炭素ガスが酸化する際の触媒として作用する。
【００６８】
すなわち、除去対象ガスボンベ２１ｃから上記放電プラズマに供給された一酸化炭素ガスが、酸素ガスと反応して二酸化炭素ガスになるのを、上記準安定状態となった窒素原子が促進させる。
このように、気体を触媒として作用させることで、固体を触媒として作用させた場合よりも流動性の高い反応性に富んだ状態を得ることができる。
【００６９】
したがって、上記放電プラズマに供給される窒素ガスの濃度を増加させれば、上記準安定状態となる窒素原子の濃度も増加し、一酸化炭素ガスの酸化反応がより一層促進される。これにより、図６に示すように、一酸化炭素ガスの除去率は、窒素ガスの濃度の増加とともに増大する。
【００７０】
また、図５及び図６に示すように、一酸化炭素ガスの除去率は、酸素ガスの濃度の低下（窒素ガスの濃度の増加）に伴って単調に大きくならない。
具体的に説明すると、図５に示すように、例えば、酸素ガスの濃度を３［％］程度に低下させても、一酸化炭素ガスの除去率は、大きく変化しない。これに対して、酸素ガスの濃度を３［％］程度から０．５［％］程度に低下させると、一酸化炭素ガスの除去率は、大きく変化する。
【００７１】
これは、一酸化炭素ガスが酸化反応を起こすのに必要となる濃度よりも高濃度の酸素ガスが上記放電プラズマに供給されると、一酸化炭素ガスの酸化反応が抑制されてしまうからであると考えられる。
【００７２】
すなわち、上記放電プラズマでエネルギーを受けて準安定準位Ｅ_２に励起された窒素原子が上記準安定状態にあること（準安定準位Ｅ_２に留まっていること）を、余分な酸素原子が妨害することにより、一酸化炭素ガスの酸化反応が抑制されてしまうと考えられる。
【００７３】
これに対し、一酸化炭素ガスが酸化反応を起こすのに必要となる適切な濃度の酸素ガスが上記放電プラズマに供給されるように、窒素ガスを上記放電プラズマに供給すれば、一酸化炭素ガスの酸化反応が抑制されることがなくなり、一酸化炭素ガスの酸化反応が上述したようにして急激に促進されるようになると考えられる。
【００７４】
一方、一酸化炭素ガスを除去する際には、ある一定量の酸素ガスが必要になる。
したがって、図５に示すように、酸素ガスの濃度がある値よりも低くなると、一酸化炭素ガスが酸化できず、一酸化炭素ガスの除去率は逆に低下する。
【００７５】
このように、本試験例では、上記放電プラズマに供給する窒素ガスの濃度を増大させて、酸素ガスの濃度を所定の範囲内に低下させることにより、一酸化炭素ガスを従来の装置よりも大幅に除去することができるということが検証された。
【００７６】
そして、本試験例のように、１０００［ｐｐｍ］の濃度の一酸化炭素ガスを除去する場合には、酸素ガスの濃度を１０［％］以下、好ましくは、０．０１［％］以上１［％］以下の範囲にするのがよいということが図５及び図６の測定結果から検証された。
【００７７】
また、図５及び図６に示すように、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿しない場合よりも（符号５１、６１）、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿した場合の方が（符号５２、６２）、一酸化炭素ガスの除去率が高くなった。
【００７８】
これは、上記放電プラズマ内に水蒸気が供給されると、上記水蒸気が上記放電プラズマ内でプラズマ化して、反応性に富んだＯＨラジカルが発生し、この発生したＯＨラジカルが一酸化炭素ガスの酸化反応を促進させるためであると考えられる。
【００７９】
このように、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿することによっても、一酸化炭素ガスの除去率を向上させることができるということが、図５及び図６の測定結果から検証された。
【００８０】
（第２の試験例）
上記第１の試験例で説明したように、上記準安定準位を有する窒素ガスの濃度を増大させることにより、酸素ガスの濃度を所定の範囲内に低下させれば、一酸化炭素ガスの除去率が向上する。
【００８１】
そこで、本願発明者らは、上記放電プラズマに供給される酸素ガスの濃度をどの程度にすれば、一酸化炭素ガスを適切に除去することができるのかをより詳細に調査した。具体的に、本試験例では、一酸化炭素ガスの濃度を変えて上述した第１の試験例と同様の試験を行った。その結果を図８及び図９に示す。
【００８２】
図８は、上記放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度と、一酸化炭素の除去率との関係を示したグラフである。
なお、図８では、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿しない場合の測定結果を示している。
【００８３】
図８に示すように、一酸化炭素ガスの濃度が約２００［ｐｐｍ］（＝０．０２［％］）の場合の最適酸素濃度範囲は、４００［ｐｐｍ］（＝０．０４［％］）以上２０００［ｐｐｍ］（＝０．２［％］）以下であることが検証された。
【００８４】
また、一酸化炭素ガスの濃度が約２０００［ｐｐｍ］（＝０．２［％］）の場合の最適酸素濃度範囲は、４０００［ｐｐｍ］（＝０．４［％］）以上２００００［ｐｐｍ］（＝２［％］）以下であることが検証された。
【００８５】
これらのことから、最適酸素濃度は、図９に示す領域９０の範囲内であるという結果が得られた。
すなわち、図９に示すように、上記放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度を、一酸化炭素ガスの濃度の２倍以上１０倍以下にすると、一酸化炭素ガスを従来よりも大幅に除去することができるということが検証された。
【００８６】
（第３の試験例）
上記第１の試験例で説明したように、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを加湿することも一酸化炭素ガスの除去率の向上に寄与している。
【００８７】
そこで、本願発明者らは、上記放電プラズマに供給する水蒸気（ガラス管３０内の湿度）をどの程度にすれば、一酸化炭素ガスを適切に除去することができるのかをより詳細に調査した。具体的に、本試験例では、加湿装置１４から供給する水蒸気の量を変えて上述した第１の試験例と同様の試験を行った。その結果を図１０に示す。
【００８８】
図１０は、ガラス管３０内の絶対湿度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示したグラフである。また、図１０では、上記ガラス管３０内の絶対湿度と、オゾンガスの濃度との関係についても併せて示している。
【００８９】
図１０において、符号１０１は、ガラス管３０内の絶対湿度と、一酸化炭素ガスの除去率の関係を示したグラフである。このグラフ１０１から、ガラス管３０内の絶対湿度を０．０１［ｋｇ／ｋｇ］以上にすると、一酸化炭素ガスの除去率を従来よりも大幅に向上させることができるということが検証された。
【００９０】
また、符号１０２は、ガラス管３０内の絶対湿度と、オゾンガスの濃度との関係を示したグラフである。このグラフ１０２から、オゾンガスの濃度が低下しても一酸化炭素ガスの除去率が低下しないことが検証された。このことは、放電装置１５によって有害物質を除去する際のメカニズムが、オゾンガスの分解を利用した装置とは全く異なることを裏付けている。
【００９１】
このように、本試験例では、上記放電プラズマに供給される気体の絶対湿度を高くすることにより、オゾンガスの発生を抑制させることができ、周囲の環境を害すことなく一酸化炭素ガスを除去することができるということが検証された。
【００９２】
（第４の試験例）
上述した第１〜第３の試験例では、触媒ガスとして窒素ガスを用いるようにしたが、本試験例では、上記準安定準位を有するアルゴンガス（Ａｒガス）を上記触媒ガスとして用いた。なお、その他の測定条件は上述した第１の試験例と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００９３】
本試験例における一酸化炭素ガスの除去率の測定結果を図１１に示す。
図１１は、上記放電プラズマに供給するアルゴンガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示したグラフである。
なお、本試験例では、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを、上述した第１の試験例と同じの条件で加湿して測定を行った。
【００９４】
図１１のグラフ１１１に示すように、上記放電プラズマに供給するアルゴンガスの濃度を９０［％］程度にすると、一酸化炭素ガスを略１００［％］除去することができ、アルゴンガスを供給すると、一酸化炭素ガスを略完全に除去することができるということが検証された。
【００９５】
（第５の試験例）
本試験例では、上記準安定準位を有するヘリウムガス（Ｈｅガス）を上記触媒ガスとして用いた。なお、その他の測定条件は上述した第１の試験例と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００９６】
本試験例における一酸化炭素ガスの除去率の測定結果を図１２に示す。
図１２は、上記放電プラズマに供給するヘリウムガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示したグラフである。
なお、本試験例では、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを、上述した第１の試験例と同じの条件で加湿して測定を行った。
【００９７】
図１２のグラフ１２１に示すように、上記放電プラズマにヘリウムガスを供給しても、一酸化炭素ガスの除去率を向上させることができるということが検証された。
【００９８】
（第６の試験例）
本願発明者らは、上記一酸化炭素ガス以外の有害物質についても確実に除去することかできるかどうかを調査した。その結果を図１３に示す。
本試験例では、上記除去対象ガスをホルムアルデヒドとした。具体的に説明すると、７．５［ｐｐｍ］（＝０．０００７５［％］）の濃度のホルムアルデヒドをガラス管３０内に形成された放電プラズマに供給するようにした。その他の測定条件は上述した第１の試験例と同じであるので詳細な説明を省略する。
【００９９】
図１３は、放電装置１５の入側と出側におけるホルムアルデヒドの濃度を測定した結果を表形式で示した図である。
なお、本試験例では、ガスボンベ２１ａ〜２１ｃから供給されたガスを、上述した第１の試験例と同じの条件で加湿して測定を行った。
【０１００】
図１３に示すように、放電装置１５の出側におけるホルムアルデヒドの濃度は０．０［ｐｐｍ］であり、ホルムアルデヒドなどのＶＯＣガスについても、試験装置２０により確実に除去することができることが検証された。
【０１０１】
以上のように、本実施の形態では、放電により形成される放電プラズマに大気中の空気を通して、上記大気中の空気に含まれる一酸化炭素ガスなどの有害物質を除去する際に、上記放電プラズマを通る空気中の酸素ガスの濃度を、上記一酸化炭素ガスの濃度の２倍以上１０倍以下にしたので、余分な酸素原子が上記放電プラズマ内に存在することを防止することができ、上記放電プラズマ内でエネルギーを受けて準安定状態になっている（空気中の）窒素原子を、活性化状態（上記準安定状態）に留めることができる。これにより、一酸化炭素ガスが酸化反応する際の触媒として上記準安定状態にある窒素原子を作用させることができ、従来では殆ど除去することができなかった一酸化炭素ガスを始めとする有害物質を容易に且つ確実に除去することができる。
【０１０２】
また、準安定準位を有する窒素ガスや希ガスを上記放電プラズマに供給することにより、上記放電プラズマを通る空気中の酸素ガスの濃度を低下させるようにすれば、上記準安定状態にある原子の濃度をより高くすることができる。これにより、一酸化炭素ガスを始めとする有害物質の除去率をより向上させることができる。
【０１０３】
また、上記放電プラズマに水蒸気を供給することにより、上記放電プラズマを通る気体を加湿するようにすれば、上記一酸化炭素ガスを始めとする有害ガスが上記放電プラズマ内で酸素と反応する際に、上記水蒸気を有効に作用させることができる。これにより、一酸化炭素ガスを始めとする有害物質の除去率をより一層向上させることができる。
【０１０４】
さらに、放電装置１５により浄化された空気を、オゾン分解装置１６を用いてさらに浄化するようにすれば、一酸化炭素ガスを始めとする有害物質をより確実に除去することができるとともに、オゾンガスが排出されてしまうことを防止することができる。
【０１０５】
なお、本実施の形態（上述した試験例）では、窒素ガスや希ガスを上記触媒ガスとして用いるようにしたが、上記放電プラズマに供給される酸素ガスの濃度を低下させることができれば、必ずしも窒素ガスや希ガスを上記触媒ガスとして用いる必要はない。
【０１０６】
例えば、異なる希ガスの混合ガスを触媒ガスとして用いるようにしてもよい。このような異なる希ガスの混合ガスを触媒ガスとして用いれば、ペニング効果により、放電開始電圧を低減させることができ、より低い電圧で上記放電プラズマを形成することができるようになる。このような混合ガスの例としては、ヘリウムネオンガス（Ｈｅ−Ｎｅガス）が挙げられる。
【０１０７】
また、本実施の形態では、加湿装置１４を用いて水蒸気を供給するようにしたが、必ずしも水蒸気を供給する装置を独立させて設ける必要はない。
例えば、上記触媒ガスと水蒸気との混合ガスを触媒ガス供給装置で生成し、生成した混合ガスを供給するようにしてもよい。
【０１０８】
さらに、上述したように、上記放電プラズマに水蒸気を供給しなくても、一酸化炭素ガスを除去することができるので（図５の符号５１、図６の符号６１などを参照）、例えば、図１４に示すようにして有害物質除去装置１４０を構成してもよい。
【０１０９】
一方、上述したように、上記放電プラズマに水蒸気を供給するだけでも、一酸化炭素ガスを除去することができるので（図１０などを参照）、例えば、図１５に示すようにして有害物質除去装置１５０を構成してもよい。
なお、図１４及び図１５において、図１と同一の部分については、図１に付した符号と同一の符号を付している。
【０１１０】
さらに、上述したように、オゾン分解装置１６を用いれば一酸化炭素を始めとする有害物質をより確実に除去することができるとともに、オゾンガスが排出されるのを防止することができ好ましいが、上述したように、オゾン分解装置１６を用いなくても、一酸化炭素を始めとする有害物質を充分に除去することができるので、必ずしもオゾン分解装置１６を用いる必要はない。
【０１１１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去するに際し、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度を、所定の範囲内に低下させるようにしたので、余分な酸素原子が上記プラズマ内に存在することを防止することができる。これにより、上記大気中の気体に含まれている窒素原子を、上記プラズマ内で活性化状態（準安定状態）に留めることができる。したがって、上記一酸化炭素ガスを含む有害ガスが上記プラズマ内で酸素と反応する際の触媒として、上記準安定状態にある窒素原子を作用させることができ、従来では殆ど除去することができなかった一酸化炭素ガスを始めとする有害物質を容易に且つ確実に除去することができる。
【０１１２】
また、本発明の他の特徴によれば、準安定準位を有する触媒ガスを上記プラズマに供給するようにしたので、準安定状態にある原子の濃度をより高くすることができ、一酸化炭素ガスを始めとする有害物質の除去率をより向上させることができる。
【０１１３】
また、本発明のその他の特徴によれば、放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去するに際し、上記プラズマに水蒸気を供給するようにしたので、上記一酸化炭素ガスを含む有害ガスが上記プラズマ内で酸素と反応する際に、上記水蒸気を有効に作用させることができる。これにより、オゾンガスの発生を抑制させながら、上記一酸化炭素ガスを含む有害ガスを容易に、且つ確実に除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示し、有害物質除去装置の構成の一例を示した図である。
【図２】本発明の実施の形態における試験例を示し、有害物質除去装置の性能を確認するための試験装置の構成の一例を示した図である。
【図３】本発明の実施の形態を示し、放電装置の具体的な構成例を示した断面図である。
【図４】本発明の実施の形態を示し、放電装置の他の構成例を示した図である。
【図５】本発明の実施の形態における第１の試験例を示し、放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示した図である。
【図６】本発明の実施の形態における第１の試験例を示し、放電プラズマに供給する窒素ガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示した図である。
【図７】本発明の実施の形態を示し、準安定準位を説明するための概念図である。
【図８】本発明の実施の形態における第２の試験例を示し、放電プラズマに供給する酸素ガスの濃度と、一酸化炭素の除去率との関係を示した図である。
【図９】本発明の実施の形態における第２の試験例を示し、最適酸素濃度の範囲を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態における第３の試験例を示し、ガラス管内の絶対湿度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示した図である。
【図１１】本発明の実施の形態における第４の試験例を示し、放電プラズマに供給するアルゴンガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示した図である。
【図１２】本発明の実施の形態における第５の試験例を示し、放電プラズマに供給するヘリウムガスの濃度と、一酸化炭素ガスの除去率との関係を示した図である。
【図１３】本発明の実施の形態における第６の試験例を示し、ホルムアルデヒドの除去効果を表形式に示した図である。
【図１４】本発明の実施の形態を示し、有害物質除去装置の構成の他の例を示した図である。
【図１５】本発明の実施の形態を示し、有害物質除去装置の構成のその他の例を示した図である。
【符号の説明】
１０、１４０、１５０有害物質除去装置
１１送風機
１２、５３通風路
１３触媒ガス供給装置
１４加湿装置
１５放電装置
２０試験装置
２１ボンベ
２２流量調節器
３０ガラス管
３１電極
３２箔電極
３４高圧電源

Claims

放電を起こすことによりプラズマを発生させるようにするための放電電極を有し、
上記プラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去装置であって、
上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度を、所定の範囲内に低下させる酸素濃度調整手段を有することを特徴とする有害ガス除去装置。
上記酸素濃度調整手段は、準安定準位を有する触媒ガスを上記プラズマに供給する触媒ガス供給手段を有することを特徴とする請求項１に記載の有害ガス除去装置。
上記触媒ガスは、希ガスまたは窒素ガスであることを特徴とする請求項２に記載の有害ガス除去装置。
上記触媒ガス供給手段は、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度が、上記プラズマを通る大気中の一酸化炭素ガスの濃度の２倍以上１０倍以下となるように、上記プラズマに触媒ガスを供給することを特徴とする請求項２または３に記載の有害ガス除去装置。
上記触媒ガス供給手段は、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度が、０．０１［％］以上１［％］以下となるように、上記プラズマに触媒ガスを供給することを特徴とする請求項２または３に記載の有害ガス除去装置。
上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給手段を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載の有害ガス除去装置。
上記水蒸気供給手段は、上記プラズマを通る気体の絶対湿度を、０．０１［ｋｇ／ｋｇ］以上にすることを特徴とする請求項６に記載の有害ガス除去装置。
上記触媒ガス供給手段は、上記放電電極よりも上流側から上記触媒ガスを供給することを特徴とする請求項２〜７の何れか１項に記載の有害ガス除去装置。
放電を起こすことによりプラズマを発生させるようにするための放電電極を有し、
上記プラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去装置であって、
上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給手段を有することを特徴とする有害ガス除去装置。
上記水蒸気供給手段は、上記プラズマを通る気体の絶対湿度を、０．０１［ｋｇ／ｋｇ］以上にすることを特徴とする請求項９に記載の有害ガス除去装置。
交流電力又は直流電力のうち、少なくとも何れか一方の電力を上記放電電極に供給する電源を有することを特徴とする請求項１〜１０の何れか１項に記載の有害ガス除去装置。
放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去方法であって、
上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度を、所定の範囲内に低下させる酸素濃度調整処理を行うことを特徴とする有害ガス除去方法。
上記酸素濃度調整処理は、準安定準位を有する触媒ガスを上記プラズマに供給することを特徴とする請求項１２に記載の有害ガス除去方法。
上記触媒ガスは、希ガスまたは窒素ガスであることを特徴とする請求項１３に記載の有害ガス除去方法。
上記触媒ガス供給処理は、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度が、上記プラズマを通る大気中の一酸化炭素ガスの濃度の２倍以上１０倍以下となるように、上記プラズマに触媒ガスを供給することを特徴とする請求項１３または１４に記載の有害ガス除去方法。
上記触媒ガス供給処理は、上記プラズマを通る大気中の酸素ガスの濃度が、０．０１［％］以上１［％］以下となるように、上記プラズマに触媒ガスを供給することを特徴とする請求項１３または１４に記載の有害ガス除去方法。
上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給処理を行うことを特徴とする請求項１２〜１６の何れか１項に記載の有害ガス除去方法。
上記水蒸気供給処理は、上記プラズマを通る気体の絶対湿度を、０．０１［ｋｇ／ｋｇ］以上にすることを特徴とする請求項１７に記載の有害ガス除去方法。
上記触媒ガス供給処理は、上記放電電極よりも上流側から上記触媒ガスを供給することを特徴とする請求項１３〜１８の何れか１項に記載の有害ガス除去方法。
放電を起こすことによりプラズマを発生させ、上記発生させたプラズマに大気中の気体を通して上記気体内の一酸化炭素ガスを含む有害ガスを除去する有害ガス除去方法であって、
上記プラズマに水蒸気を供給する水蒸気供給処理を行うことを特徴とする有害ガス除去方法。
上記水蒸気供給処理は、上記プラズマを通る気体の絶対湿度を、０．０１［ｋｇ／ｋｇ］以上にすることを特徴とする請求項２０に記載の有害ガス除去方法。