JP2004337345A

JP2004337345A - Deodorizing apparatus and deodorizing method

Info

Publication number: JP2004337345A
Application number: JP2003137201A
Authority: JP
Inventors: Osamu Oda; 小田　　修; Yuichiro Imanishi; 雄一郎今西
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the occurrence of side reaction and reverse reaction, caused by active species, so as to prevent the generation of other hazardous substances, by adsorbing and stabilizing the active species generated from plasma as early as possible. <P>SOLUTION: A deodorizing apparatus 10A comprises a pulsed power supply 14 which generates a high voltage pulse V<SB>L</SB>(or a high voltage pulse train Pc including the pulse V<SB>L</SB>) by supplying a direct-current input voltage Vin, and a reactor 16 which is connected to the power supply 14, and which makes electricity discharged by the pulse V<SB>L</SB>(or the pulse train Pc including the pulse V<SB>L</SB>) generated by the power supple 14, so as to promote reaction for deodorization. The reactor 16 has a linear electrode 18 which is connected to the power supply 14, and a tubular electrode 20 which is connected to a GND; and the linear electrode 18 is inserted into a hollow part 22 of the tubular electrode 20. A tubular adsorbent 24 is concentrically arranged on an inner wall of the tubular electrode 20. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、におい成分をプラズマにて分解し、該分解されて生成された物質を吸着材にて吸着することによって脱臭を行う脱臭装置及び脱臭方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、プラズマによる脱臭は、他の脱臭方法では除去しにくかった臭気や複合臭気にも有効に働き、安定した脱臭効果を得ることができるという効果を奏する。
【０００３】
従来のプラズマ脱臭装置は、例えば非特許文献１に示すように、放電ユニットと吸着・触媒ユニットで構成されている。放電ユニットでは、臭気中でプラズマを発生させ、発生されたプラズマによって臭気は吸着・触媒剤に吸着されやすい状態に変化（活性化）する。即ち、前記プラズマによって活性種が生成されることになる。
【０００４】
活性種は、吸着・触媒ユニット内で一旦捕らえられ、前記プラズマによって臭気中に発生する酸化力の強い物質（オゾン（Ｏ_３）などの酸化ラジカル類）との化学反応（触媒酸化反応）が起こって、無臭の物質となって除去される。
【０００５】
また、オゾン除去の目的で出口手前に活性炭吸着体を設けており、同時に有毒ガス残渣も吸着させる機能を持たせている。
【０００６】
他の従来例では、例えば非特許文献２に示すように、オゾナイザーによるオゾン脱臭も提案されている。オゾナイザーは、セラミックスに形成された放電電極に適切な高周波・高電圧を印加して、放電電極から沿面放電を発生させ、ここに原料ガス（酸素又は、乾燥空気）を供給することにより、高濃度のオゾンを生成するというものである。この場合も、オゾン除去の目的で出口手前に活性炭吸着体を設けている。
【０００７】
【非特許文献１】
日新電機［ｏｎｌｉｎｅ］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｋａｎｋｙｏｕ．ｎｉｓｓｉｎ．ｃｏ．ｊｐ／＞
【非特許文献２】
三菱電機グループ［ｏｎｌｉｎｅ］、インターネット＜ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｒｙｏｍａｔｅｃ．ｃｏ．ｊｐ／ｊｙｏｋｉｎ．ｈｔｍｌ＞
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のプラズマ脱臭装置は、放電ユニットと吸着・触媒ユニットとが分離して構成されていることから、微量成分である悪臭物質は、プラズマ中でラジカル等の活性種との反応で分解するものの、生成された化学的に活性状態の分子が更に反応して別の化学物質になったり（副反応）、場合によっては逆反応を経て元の悪臭物質に戻るおそれがある。
【０００９】
プラズマで活性化したガス状物質を効率的に処理することを目的としたＰＡＣＴ（ＰｌａｓｍａＡｓｓｉｓｔｅｄＣａｔａｌｙｔｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）では、触媒金属をプラズマ電極としている。従って、電極が触媒活性を発揮するため加熱するか、あるいは紫外光を照射する必要があり、装置が複雑になるという問題がある。
【００１０】
しかも、従来のプラズマ発生装置は、高周波あるいは直流による放電が多いことから、大気圧ではエネルギ効率が悪く、損失による発熱を伴う。
【００１１】
一方、オゾナイザーを用いた脱臭装置においては、沿面放電の放電領域がセラミックスの表面近傍に限られるため、大流量処理には適さないという問題がある。
【００１２】
本発明はこのような問題を考慮してなされたものであり、プラズマから発生した活性種をできるだけ早い時期に吸着安定させることができ、活性種による副反応や逆反応の発生を抑えて、他の有害物質の発生を防止することができる脱臭装置及び脱臭方法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る脱臭装置は、プラズマを発生させるプラズマ発生手段と、発生したプラズマによって臭気物質から分解生成された物質を吸着する吸着材とを有し、前記吸着材が前記プラズマの発生領域に直接接触して設置されていることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る脱臭方法は、発生したプラズマによって生成された物質を吸着する吸着材を、前記プラズマの発生領域に直接接触させて脱臭処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
通常、プラズマから発生した活性種は、その後に、副反応や逆反応によって他の有害物質に変化するおそれがある。しかし、本発明では、吸着材がプラズマの発生領域に直接接触して設置されていることから、活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００１６】
このように、本発明においては、プラズマから発生した活性種をできるだけ早い時期に吸着安定させることができ、活性種による副反応や逆反応の発生を抑えて、他の有害物質の発生を防止することができる。
【００１７】
また、活性種が吸着材に吸着して吸着物として安定化するということは、吸着材付近の活性種の濃度が、プラズマの発生領域における活性種の濃度よりも低くなっていることを示している。この場合、低濃度の領域を高濃度に移行させるように、即ち、化学平衡に向かってプラズマでの分解反応が促進することになる。
【００１８】
また、吸着すべき対象成分は、微量であるため、吸着材の寿命として、実用上問題のない期間を確保することができる。
【００１９】
そして、前記吸着材は前記プラズマの発生領域内に設置してもよい。あるいは前記吸着材は、中空部を有し、前記吸着材の前記中空部内において前記プラズマを発生させるようにしてもよい。
【００２０】
ところで、高電圧パルスの放電によるプラズマにより、脱臭、殺菌、成膜、有害ガスの分解等を行う技術が適応されるようになってきている（例えば特許第２６４９３４０号公報（第８欄第３行〜第４１行）、応用物理，第６１巻，第１０号，１９９２，第１０３９頁〜第１０４３頁「高電圧パルス放電化学気相成長法によるアモルファスシリコン系薄膜の作製」参照）。また、プラズマによる処理を効率よく行うためには、高電圧の極めて幅の狭いパルスを供給することが必要であることがわかってきている（例えば文献「ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＰＬＡＳＭＩＣＳＣＩＥＮＣＥ」，ＶＯＬ．２８，Ｎｏ．２，ＡＰＲＩＬ２０００，ｐ．４３４〜４４２「ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＮＯｘＲｅｍｏｖａｌＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＵｓｉｎｇＳｈｏｒｔ−ＷｉｄｔｈＰｕｌｓｅｄＰｏｗｅｒ」参照）。
【００２１】
そこで、本発明に係る脱臭装置は、前記プラズマ発生手段において、パルス電界によって前記プラズマを発生させるようにしてもよい。
【００２２】
この場合、前記プラズマ発生手段は、大気圧下において前記プラズマを発生させるようにしてもよい。そして、前記プラズマ発生手段にて生成される前記パルス電界は、パルス半値幅が１０〜１０００ｎｓであることが好ましく、更に好ましくは、パルス半値幅が５０〜１００ｎｓであるとよい。
【００２３】
また、前記プラズマ発生手段にて生成される前記パルス電界は、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^９（Ｖ／ｓ）以上であることが好ましく、更に好ましくは１０^１１（Ｖ／ｓ）以上であるとよい。
【００２４】
前記プラズマ発生手段は、非化石エネルギ源（太陽電池、風力、波力、潮汐、温度差発電、燃料電池、地熱発電等）からの電力供給によって前記パルス電界を発生するようにしてもよい。非化石エネルギ源を使用することにより、本発明に係る脱臭装置の動力源からの二酸化炭素の排出を抑えることができ、環境面でも有効な脱臭装置となる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る脱臭装置及び脱臭方法の実施の形態例について図１〜図１２を参照しながら説明する。
【００２６】
まず、第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａは、図１及び図２に示すように、直流入力電圧Ｖｉｎの供給によって高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）を発生するパルス電源１４と、該パルス電源１４に接続され、該パルス電源１４にて発生された高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）によって放電を発生し、脱臭のための反応を促進させるリアクタ１６とを有する。
【００２７】
リアクタ１６は、パルス電源１４に接続された線状電極１８と、ＧＮＤに接続された筒状電極２０とを有し、該筒状電極２０の中空部２２に線状電極１８が挿入されて構成されている。
【００２８】
線状電極１８は、径が約１ｍｍ、長さが約３００ｍｍであり、材質はステンレスである。材質としては、その他、インコネル等の耐蝕性導電材料を使用することができる。
【００２９】
筒状電極２０は、内径が約３０ｍｍ、外径が約３３ｍｍ、長さが約３００ｍｍであり、材質はステンレスである。材質としては、その他、インコネル等の耐蝕性導電材料を使用することができる。
【００３０】
更に、筒状電極２０の内壁に筒状の吸着材２４が同心円状に配置されている。この吸着材２４としては、例えばアルミナやコージェライト等の多孔質セラミックスや、吸着すべき対象成分のみ吸着できるゼオライト、あるいは大きな比表面積を有するγ−Ａｌ_２Ｏ_３などが好ましく採用される。吸着材２４は、筒状電極２０の内壁に対して接着剤によって固着するようにしてもよいし、その他、焼き付けるようにしてもよい。もちろん、金属製の筒状電極２０の内壁にガラス質のうわ薬を高温で焼きつけたホーローを用いるようにしてもよい。
【００３１】
そして、パルス電源１４から出力される高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）としては、図３に示すように、パルス半値幅Ｔｐが１０〜１０００ｎｓで、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^９（Ｖ／ｓ）以上であることが好ましく、更に好ましくは、パルス半値幅Ｔｐが５０〜１００ｎｓで、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^１１（Ｖ／ｓ）以上であるとよい。
【００３２】
ここで、この第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａの作用について説明する。まず、例えば大気中において臭気成分を含むガスがリアクタ１６に導入される。このとき、リアクタ１６の線状電極１８にパルス電源１４から高電圧パルスＶ_Ｌが供給されることによって、筒状電極２０の内壁と線状電極１８との間で放電が発生し、これによって、臭気成分が導入されている中空部２２内でプラズマが発生することになる。このプラズマの発生によって、臭気成分は吸着材２４に吸着されやすい状態に変化（活性化）する。即ち、前記プラズマによって活性種が生成されることになる。
【００３３】
通常、プラズマから発生した活性種は、その後に、副反応や逆反応によって他の有害物質に変化するおそれがある。
【００３４】
しかし、この第１の実施の形態では、内壁に吸着材２４が設置された筒状電極２０の中空部２２に線状電極１８を挿入してリアクタ１６を構成するようにしているため、吸着材２４がプラズマの発生領域２６に直接接触して設置された形となる。従って、プラズマによって発生した活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材２４に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００３５】
また、活性種が吸着材２４に吸着されて吸着物として安定化するということは、吸着材２４付近の活性種の濃度が、プラズマの発生領域２６における活性種の濃度よりも低くなっていることを示している。この場合、低濃度の領域を高濃度に移行させるように、即ち、化学平衡に向かってプラズマでの分解反応が促進することになる。
【００３６】
また、リアクタ１６に導入されるガス中に含まれる臭気成分は微量である。そのため、臭気成分が活性種として分解されて、吸着材２４に吸着された場合、吸着時の凝縮によってその量は更に微量になる。このことから、吸着材２４の寿命としては、脱臭装置１０Ａの実用上問題のない耐久期間を見越すことができ、頻繁に取り替える必要がなくなる。
【００３７】
ところで、前出の文献（「ＩＥＥＥＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＯＮＰＬＡＳＭＩＣＳＣＩＥＮＣＥ」，ＶＯＬ．２８，Ｎｏ．２，ＡＰＲＩＬ２０００，ｐ．４３４〜４４２「ＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＮＯｘＲｅｍｏｖａｌＥｆｆｉｃｉｅｎｃｙＵｓｉｎｇＳｈｏｒｔ−ＷｉｄｔｈＰｕｌｓｅｄＰｏｗｅｒ」）からもわかるように、プラズマによる処理を効率よく行うためには、高電圧の極めて幅の狭いパルスを供給することが必要である。
【００３８】
この第１の実施の形態では、パルス半値幅Ｔｐが１０〜１０００ｎｓで、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^９（Ｖ／ｓ）以上の高電圧パルスによる放電によってプラズマを発生させていることから、臭気成分の分解を高効率に行うことができ、大容量処理も可能となる。
【００３９】
この場合、この第１の実施の形態のように、大気圧下において放電を行っても損失が少ないため、ジュール熱の発生が少ない。そのため、高電圧パルス列Ｐｃによって連続的に運転させてもリアクタ１６が過熱されることが回避され、安定した状態で稼動することができる。
【００４０】
次に、パルス半値幅Ｔｐが１０〜１０００ｎｓで、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^９（Ｖ／ｓ）以上の高電圧パルスを発生させるパルス電源１４の具体的な構成について図４〜図５Ｅを参照しながら説明する。
【００４１】
パルス電源１４は、図４に示すように、高電圧パルス発生回路３０と、駆動信号発生回路３２とを有する。
【００４２】
高電圧パルス発生回路３０は、直流入力電圧Ｖｉｎが印加される２つの入力端子３４及び３６間にコンデンサ３８が並列に接続され、更に、前記２つの入力端子３４及び３６間に、インダクタ４０、第１の半導体スイッチ４２及び第２の半導体スイッチ４４が直列に接続されている。なお、インダクタ４０の両端のうち、第１の半導体スイッチ４２のアノード端子側を一端４６と記し、前記一方の入力端子（正極）３４側を他端４８と記す。
【００４３】
この高電圧パルス発生回路３０は、また、インダクタ４０の他端４８と、第１の半導体スイッチ４２の制御端子（ゲート）Ｇとの間に制御端子Ｇ側がアノードとなるようにダイオード５０が挿入接続され、更に、高電圧パルスＶ_Ｌを必要とするリアクタ１６がインダクタ４０と並列に接続されている。
【００４４】
図４の例では、第２の半導体スイッチ４４が他方の入力端子（負極）３６側に設けられているが、一方の入力端子（正極）３４側に設けても同じ効果をもたらすことは言うまでもない。また、リアクタ１６もインダクタ４０と並列ではなく、第１の半導体スイッチ４２と並列に接続してもよい。
【００４５】
第２の半導体スイッチ４４は、この図４の例では、アバランシェ形ダイオード５２が内蔵された電力用金属酸化半導体電界効果トランジスタ（以下、パワーＭＯＳＦＥＴと記す）５４を有する。該パワーＭＯＳＦＥＴ５４のゲート端子には、駆動信号発生回路３２から駆動信号Ｖｃが供給される。
【００４６】
第１の半導体スイッチ４２は、この図４の例では、ターンオフ時の電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）耐量が極めて大きく、かつ、電圧定格の高いＳＩサイリスタを用いている。
【００４７】
また、この図４の例では、駆動信号発生回路３２から出力される駆動信号Ｖｃをパルス列とすることで、高電圧パルス発生回路３０からは、複数の高電圧パルスＶ_Ｌが前記駆動信号Ｖｃのパルス列に準じて発生する高電圧パルス列Ｐｃが出力されることになる。
【００４８】
この高電圧パルス発生回路３０から出力される高電圧パルス列Ｐｃは、図３に示すように、パルス半値幅Ｔｐが１０〜１０００ｎｓで、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^９（Ｖ／ｓ）以上の高電圧パルスＶ_Ｌが、一定周期で出力されるパルス列である。この高電圧パルス列Ｐｃの繰り返し周波数ｆｃは１Ｈｚ以上である。更に、この高電圧パルス発生回路３０からは、パルス半値幅Ｔｐが５０〜１００ｎｓで、かつ、立ち上がり時における電圧上昇率（ｄＶ／ｄｔ）が１０^１１（Ｖ／ｓ）以上の高電圧パルスＶ_Ｌが一定周期で出力されるパルス列を出力させることができる。
【００４９】
そして、前記駆動信号Ｖｃの出力タイミング、即ち、第２の半導体スイッチ４４をオンするタイミングを適宜変更することで、高電圧パルス列Ｐｃの繰り返し周波数ｆｃを変えることができる。なお、駆動信号Ｖｃは、第２の半導体スイッチ４４をオンする際には例えば１５Ｖの電圧信号として出力されることになる。
【００５０】
ここで、パルス電源１４における高電圧パルス発生回路３０がリアクタ１６に対して高電圧パルスＶ_Ｌを供給する時間経過について、図４の回路図と図５Ａ〜図５Ｅの動作波形図とを参照しながら説明する。
【００５１】
まず、時点ｔ_０において、駆動信号発生回路３２からパワーＭＯＳＦＥＴ５４のゲート端子に駆動信号Ｖｃ（図５Ｅ参照）が供給され、パワーＭＯＳＦＥＴ５４がオフからオンになる（図５Ｄ参照）。
【００５２】
このとき、ダイオード５０の逆極性の極めて大きなインピーダンスにより、第１の半導体スイッチ４２は、ゲートＧ及びカソードＫ間に正に印加される電界効果によりターンオンする。第１の半導体スイッチ４２のアノード電流の立ち上がりは、インダクタ４０により抑制されるため、電界効果だけでも、正常なターンオンが行われる。なお、ダイオード５０と並列に抵抗を接続するか、あるいは他の電源から抵抗を介して第１の半導体スイッチ４２のゲートＧに積極的にゲート電流を流してもよいことは言うまでもない。
【００５３】
このようにして、時点ｔ_０で第２の半導体スイッチ４４及び第１の半導体スイッチ４２が導通すると、インダクタ４０に、直流入力電圧Ｖｉｎとほぼ同じ電圧が印加され、インダクタ４０のインダクタンスをＬとすると、図５Ａに示すように、インダクタ４０の電流Ｉ_Ｌは勾配Ｖｉｎ／Ｌで時間の経過に伴って直線状に増加する。
【００５４】
前記電流Ｉ_Ｌは、時点ｔ_１で電流がＩｐ（＝ＶｉｎＴ_０／Ｌ）となり、所望の電磁エネルギ（＝ＬＩｐ^２／２）が得られると、駆動信号発生回路３２からの駆動信号Ｖｃの供給を停止し、パワーＭＯＳＦＥＴ５４をターンオフさせる（図５Ｅ参照）。
【００５５】
このとき、前記電流Ｉ_Ｌの通流経路に存在するインダクタ４０以外の図示しない浮遊インダクタンス（主に配線インダクタンス）が大きいと、パワーＭＯＳＦＥＴ５４は瞬時に遮断状態とはならず、若干、電流が流れ続ける時間があり、パワーＭＯＳＦＥＴ５４の出力容量を充電し、ダイオード５２のアバランシェ電圧に達すると、該ダイオード５２がアバランシェ電圧を持ったまま導通し、大きな損失を発生させる。このため、前記浮遊インダクタンスを極力低減させることにより、ダイオード５２がアバランシェまで至らないようにし、ほぼ理想的なターンオフが行われるようにする。
【００５６】
パワーＭＯＳＦＥＴ５４がターンオフすることにより、第１の半導体スイッチ４２のカソードＫからの電流も零、つまり、開放状態となるため、インダクタ４０に流れていた電流Ｉ_Ｌは遮断され、インダクタ４０は残留電磁エネルギによって逆誘起電圧を発生させようとするが、ダイオード５０が作用し、インダクタ４０の電流Ｉ_Ｌは、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ→第１の半導体スイッチ４２のゲートＧ→ダイオード５０のアノード→ダイオード５０のカソードの経路に転流する。
【００５７】
この場合、ダイオード５０が存在する分岐回路の浮遊インダクタンスも極力低くし、転流が短時間で終了するように配慮する必要がある。第１の半導体スイッチ４２は、今まで流れていた電流によって、電荷が蓄積されており、この電荷が零となるまでは（ストレージ期間）、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−ゲートＧ間は導通状態を維持するため、上記経路の電圧降下は少ない。
【００５８】
従って、インダクタ４０の逆誘起電圧Ｖ_Ｌは十分低い値に抑えられるため、時間の短いストレージ期間（図５ＡのＴ_１）内の前記電流Ｉ_Ｌの減少はほとんどないが、該期間Ｔ_１は第１の半導体スイッチ４２のゲートＧから引き抜かれる電荷量により決まる。そのため、できるだけ大きな電流（図３の例の場合は、アノード電流以上は流せない）を急峻に流し、見かけ上のターンオフ利得を１以下として期間Ｔ_１を短縮し、インダクタ４０の電流Ｉ_Ｌの減少を極力抑える必要がある。
【００５９】
時点ｔ_２で第１の半導体スイッチ４２の内部に蓄積されていた電荷の引き抜きを完了し、空乏層がカソードＫ側並びにゲートＧ側からアノードＡ側へ広がり、ターンオフ動作を開始する。空乏層は内蔵電位で決まる量により、接合にかかる電圧が増大し、ターンオフが進行するのに従い拡大し、最終的にアノードＡ近傍に到達する。
【００６０】
従って、空乏層による電気容量は、アクティブな電荷が多数存在する飽和状態（導通状態）から、構造で決まる少量の電気容量まで変化していく。インダクタ４０の電磁エネルギによる電流が引き続きアノードＡ→ゲートＧに流れ、この空乏層の電気容量を充電する。この充電電圧、つまり、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−ゲートＧ間の電圧Ｖ_ＡＧは、初めは大きい電気容量のため、比較的緩やかに上昇するが、空乏層の広がりとともに急速に上昇していく。
【００６１】
時点ｔ_３で電流Ｉ_Ｌが零になると、図５Ｂ及び図５Ｃに示すように、電圧Ｖ_ＡＧ及びＶ_Ｌが最大となり、それぞれＶ_ＡＰ及びＶ_ＬＰとなる。この時点で、インダクタ４０の電磁エネルギが全て第１の半導体スイッチ４２の空乏層の電気容量に移行したことになる。
【００６２】
また、この現象は、インダクタ４０のインダクタンスと第１の半導体スイッチ４２の電気容量とによる共振動作であるため、ほぼインダクタ４０の電流Ｉ_Ｌは余弦波形、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−ゲートＧ間の電圧Ｖ_ＡＧは正弦波形となる。
【００６３】
従って、自由に定数を決められるインダクタ４０のインダクタンスの値を選ぶことにより、インダクタ４０並びに該インダクタ４０と並列のリアクタ１６に発生する高電圧パルスＶ_Ｌのパルス半値幅Ｔｐをコントロールできる。つまり、第１の半導体スイッチ４２の電気容量の等価容量をＣとすると、パルス半値幅Ｔｐは、
【００６４】
【数１】

【００６５】
となる。
【００６６】
時点ｔ_３で最大値Ｖ_ＡＰに充電された第１の半導体スイッチ４２の空乏層の電気容量に蓄えられた電荷は、共振現象の継続により、インダクタ４０及び蓄積電荷により逆方向に導通状態のダイオード５０の経路で放電が始まり、時点ｔ_４でダイオード５０が逆回復し、非導通になるまで続く。時点ｔ_４でインダクタ４０及び第１の半導体スイッチ４２の空乏層の電気容量にエネルギが残存していれば、このエネルギによる電流は、コンデンサ３８→第２の半導体スイッチ４４のダイオード５２→第１の半導体スイッチ４２のカソードＫ→アノードＡの経路で流れる。
【００６７】
コンデンサ３８に流れる期間Ｔ_４は回生動作となり、インダクタ４０及び第１の半導体スイッチ４２の空乏層の電気容量に残存しているエネルギが回生され、運転効率の向上に大きく寄与する。従って、ダイオード５０の逆回復時間を極力短縮し、期間Ｔ_３を短くすることが重要となる。
【００６８】
以上の説明ではリアクタ１６を抵抗負荷のような線形性のもので説明したが、放電ギャップのような非線形性なものでは、電圧の上昇中に負荷インピーダンスが急減したりして、その後の波形は図５Ａ〜図５Ｅとは違ったものとなる場合もある。
【００６９】
ところで、図４に示すパルス電源１４では、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−カソードＫ間の電圧はインダクタ４０の電圧とほぼ同じであるため、この第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−カソードＫ間の電圧の耐量以上の電圧を、インダクタ４０においてパルス出力させることはできない。
【００７０】
そこで、図６及び図７に示す第１及び第２の変形例に係るパルス電源１４ａ及び１４ｂは、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡ−カソードＫ間電圧の耐量以上の電圧を、インダクタ４０においてパルス出力させたい場合に好適となる。
【００７１】
まず、第１の変形例に係るパルス電源１４ａは、図６に示すように、図４に示すパルス電源１４とほぼ同様の構成を有するが、インダクタ４０が、１次巻線７０と、該１次巻線７０と磁気的に結合され、かつ、１次巻線７０の巻数よりも多い巻数の２次巻線７２とを有する点で異なる。
【００７２】
一方、第２の変形例に係るパルス電源１４ｂは、図７に示すように、インダクタ４０が、１次巻線７０と、該１次巻線７０に対して直流的に絶縁せずに１次巻線７０に加極となるように巻き足した２次巻線７２とを有する点で異なる。
【００７３】
これら第１及び第２の変形例においては、１次巻線７０と２次巻線７２間の磁気結合を密にし、漏れ磁束の発生を抑制するために、磁性体コアに巻きつけることが好ましい。
【００７４】
そして、１次巻線７０の巻数をＮ１、２次巻線７２の巻数をＮ２とすれば、第１の変形例に係るパルス電源１４ａの場合には、Ｖ_ＡＧ×（Ｎ２／Ｎ１）の高電圧パルスＶ_Ｌをリアクタ１６に出力できる。
【００７５】
第２の変形例に係るパルス電源１４ｂの場合には、Ｖ_ＡＧ×｛（Ｎ１＋Ｎ２）／Ｎ１｝の高電圧パルスＶ_Ｌをリアクタ１６に出力できる。
【００７６】
このように、各パルス電源１４、１４ａ、１４ｂは、高電圧が印加される半導体スイッチとして１個の第１の半導体スイッチ４２でよく、しかも、該第１の半導体スイッチ４２のゲート駆動には、通常使用される電子回路によるゲート駆動回路を必要としない。
【００７７】
また、各パルス電源１４、１４ａ、１４ｂは、高電圧が発生又は供給される部分は、第１の半導体スイッチ４２のアノードＡとインダクタ４０の一端４６のみであり、他の回路要素は全て低電圧仕様の回路部品でよい。
【００７８】
このことから、例えば図２に示すように、太陽電池等の非化石エネルギ源２８からの１２Ｖ程度の直流入力電圧Ｖｉｎからでも動作可能であり、部品の電圧定格も数１０Ｖあれば十分である。
【００７９】
そして、リアクタ１６の線状電極１８に高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）が供給されることによって、筒状電極２０の内壁と線状電極１８との間で放電が発生し、筒状電極２０の中空部２２においてプラズマが発生することになる。
【００８０】
その結果、上述したように、前記プラズマの発生によって、臭気成分が分解されて活性種が生成され、該活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材２４に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００８１】
次に、第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａの第１及び第２の変形例について図８及び図９を参照しながら説明する。
【００８２】
まず、第１の変形例に係る脱臭装置１０Ａａは、図８に示すように、上述した第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、リアクタ１６の筒状電極２０と線状電極１８との間であって、かつ、これら筒状電極２０及び線状電極１８に接触しない位置に、中空部２２を有する筒状の吸着材２４が同心円状に配置されている点で異なる。
【００８３】
この場合、線状電極１８に高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）が供給されることによって、筒状電極２０の内壁と線状電極１８との間で放電が発生し、吸着材の中空部２２においてプラズマが発生することになる。
【００８４】
このプラズマの発生によって、臭気成分が分解されて活性種が生成され、該活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材２４に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００８５】
次に、第２の変形例に係る脱臭装置１０Ａｂは、図９に示すように、上述した第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、リアクタ１６の線状電極１８の表面に吸着材２４が付着され、吸着材２４の円周がこれら線状電極１８及び筒状電極２０と同心円状となっている点で異なる。この場合、吸着材２４と筒状電極２０間に中空部６０が形成されることになる。
【００８６】
そして、線状電極１８に高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）が供給されることによって、筒状電極２０の内壁と線状電極１８との間で放電が発生し、筒状電極２０と吸着材２４との間の中空部６０においてプラズマが発生することになる。
【００８７】
このプラズマの発生によって、臭気成分が分解されて活性種が生成され、該活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材２４に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００８８】
このように、第１及び第２の変形例に係る脱臭装置１０Ａａ及び１０Ａｂにおいても、上述した第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａと同様に、プラズマから発生した活性種をできるだけ早い時期に吸着安定させることができ、活性種による副反応や逆反応の発生を抑えて、他の有害物質の発生を防止することができる。
【００８９】
次に、第２の実施の形態に係る脱臭装置１０Ｂについて図１０を参照しながら説明する。
【００９０】
この第２の実施の形態に係る脱臭装置は、図１０に示すように、第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、リアクタ１６が、互いに対向して配置された２つの平板電極（第１及び第２の平板電極６２Ａ及び６２Ｂ）を有する点で異なる。
【００９１】
第１の平板電極６２Ａと第２の平板電極６２Ｂ間にパルス電源１４が接続されている。
【００９２】
更に、第１の平板電極６２Ａのうち、第２の平板電極６２Ｂと対向する面に平板状の第１の吸着材６４Ａが固着され、第２の平板電極６２Ｂのうち、第１の平板電極６２Ａと対向する面に平板状の第２の吸着材６４Ｂが固着されている。
【００９３】
まず、例えば大気中において臭気成分を含むガスが第１の吸着材６４Ａと第２の吸着材６４Ｂとの間の空間６６に導入される。このとき、リアクタ１６の第１の平板電極６２Ａに高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）が供給されることによって、第１の平板電極６２Ａと第２の平板電極６２Ｂとの間で放電が発生し、第１の吸着材６４Ａと第２の吸着材６４Ｂとの間の空間６６においてプラズマが発生することになる。
【００９４】
前記プラズマの発生によって、臭気成分が分解されて活性種が生成され、該活性種は、副反応や逆反応が起こる前に第１及び第２の吸着材６４Ａ及び６４Ｂに吸着され、吸着物として安定化することになる。
【００９５】
次に、第２の実施の形態に係る脱臭装置１０Ｂの変形例について図１１及び図１２を参照しながら説明する。
【００９６】
この変形例に係る脱臭装置１０Ｂａは、第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａとほぼ同様の構成を有するが、リアクタ１６が以下の点で異なる。
【００９７】
即ち、図１１及び図１２に示すように、筒状に形成された吸着材８０の上部開口部にメッシュ状の第１の電極８２Ａがはめ込み固着され、吸着材８０の下部開口部にメッシュ状の第２の電極８２Ｂがはめ込み固着されてリアクタ１６が構成されている。第１の電極８２Ａと第２の電極８２Ｂ間にパルス電源１４が接続されている。
【００９８】
まず、例えば大気中において臭気成分を含むガスがメッシュ状の第１の電極８２Ａや第２の電極８２Ｂを通じて吸着材８０の中空部８４内に導入される。このとき、リアクタ１６の第１の電極８２Ａに高電圧パルスＶ_Ｌ（又は高電圧パルスＶ_Ｌを含む高電圧パルス列Ｐｃ）が供給されることによって、第１の電極８２Ａと第２の電極８２Ｂとの間で放電が発生し、吸着材８０の中空部８４内においてプラズマが発生することになる。
【００９９】
前記プラズマの発生によって、臭気成分が分解されて活性種が生成され、該活性種は、副反応や逆反応が起こる前に吸着材８０に吸着され、吸着物として安定化することになる。
【０１００】
このように、第２の実施の形態に係る脱臭装置１０Ｂ並びに変形例に係る脱臭装置１０Ｂａにおいても、上述した第１の実施の形態に係る脱臭装置１０Ａと同様に、プラズマから発生した活性種をできるだけ早い時期に吸着安定させることができ、活性種による副反応や逆反応の発生を抑えて、他の有害物質の発生を防止することができる。
【０１０１】
なお、本発明に係る脱臭装置及び脱臭方法は、上述の実施の形態に限らず、この発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることは勿論である。
【０１０２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る脱臭装置及び脱臭方法によれば、プラズマから発生した活性種をできるだけ早い時期に吸着安定させることができ、活性種による副反応や逆反応の発生を抑えて、他の有害物質の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る脱臭装置を示す構成図である。
【図２】第１の実施の形態に係る脱臭装置を示す断面図である。
【図３】パルス電源から出力される高電圧パルス列を示す波形図である。
【図４】パルス電源を示す回路図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｅは図４に示すパルス電源の各部の電圧および電流の動作波形を説明する図である。
【図６】パルス電源の第１の変形例を示す回路図である。
【図７】パルス電源の第２の変形例を示す回路図である。
【図８】第１の実施の形態に係る脱臭装置の第１の変形例を示す構成図である。
【図９】第１の実施の形態に係る脱臭装置の第２の変形例を示す構成図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る脱臭装置を示す構成図である。
【図１１】第２の実施の形態に係る脱臭装置の変形例を示す構成図である。
【図１２】第２の実施の形態に係る脱臭装置のリアクタを一部破断して示す構成図である。
【符号の説明】
１０Ａ、１０Ａａ、１０Ａｂ、１０Ｂ、１０Ｂａ…脱臭装置
１４、１４ａ、１４ｂ…パルス電源１６…リアクタ
１８…線状電極２０…筒状電極
２２、８４…中空部２４、８０…吸着材
２６…プラズマの発生領域３０…高電圧パルス発生回路
３２…駆動信号発生回路６２Ａ…第１の平板電極
６２Ｂ…第２の平板電極６４Ａ…第１の吸着材
６４Ｂ…第２の吸着材８２Ａ…第１の電極
８２Ｂ…第２の電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a deodorizing apparatus and a deodorizing method for deodorizing an odor component by decomposing the odor component by plasma and adsorbing the decomposed substance by an adsorbent.
[0002]
[Prior art]
Recently, deodorization by plasma effectively works on odors and complex odors that have been difficult to remove by other deodorization methods, and has an effect that a stable deodorization effect can be obtained.
[0003]
2. Description of the Related Art A conventional plasma deodorizing apparatus includes a discharge unit and an adsorption / catalyst unit, for example, as described in Non-Patent Document 1. In the discharge unit, plasma is generated in the odor, and the generated plasma changes (activates) the odor to a state in which it is easily adsorbed by the adsorption / catalyst agent. That is, active species are generated by the plasma.
[0004]
The active species is once caught in the adsorption / catalyst unit and has a strong oxidizing substance (ozone (O 2) generated in the odor by the plasma. ₃ ) And a chemical reaction (catalytic oxidation reaction), which is removed as an odorless substance.
[0005]
In addition, an activated carbon adsorbent is provided in front of the outlet for the purpose of removing ozone, and at the same time, has a function of adsorbing toxic gas residues.
[0006]
In another conventional example, as described in Non-Patent Document 2, for example, ozone deodorization using an ozonizer has also been proposed. The ozonizer applies a suitable high frequency and high voltage to a discharge electrode formed on a ceramic to generate a creeping discharge from the discharge electrode, and supply a raw material gas (oxygen or dry air) to the discharge electrode to obtain a high concentration. Ozone is generated. Also in this case, an activated carbon adsorbent is provided just before the outlet for the purpose of removing ozone.
[0007]
[Non-patent document 1]
Nissin Electric [online], Internet <http: // kankyou. nissin. co. jp / ＞
[Non-patent document 2]
Mitsubishi Electric Group [online], Internet <http: // www. ryomatec. co. jp / jyokin. html>
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional plasma deodorizing apparatus, since the discharge unit and the adsorption / catalyst unit are separated from each other, the malodorous substance, which is a trace component, is decomposed by reaction with active species such as radicals in plasma. However, the generated molecules in a chemically active state may further react to another chemical substance (side reaction), or may return to the original malodorous substance through a reverse reaction in some cases.
[0009]
In PACT (Plasma Assisted Catalytic Technology) for efficiently treating gaseous substances activated by plasma, a catalytic metal is used as a plasma electrode. Therefore, it is necessary to heat or irradiate ultraviolet light in order for the electrode to exhibit catalytic activity, which causes a problem that the apparatus becomes complicated.
[0010]
In addition, the conventional plasma generator has a large amount of high frequency or direct current discharge, and therefore has poor energy efficiency at atmospheric pressure and generates heat due to loss.
[0011]
On the other hand, in the deodorizing apparatus using the ozonizer, there is a problem that the discharge region of the creeping discharge is limited to the vicinity of the surface of the ceramics, so that it is not suitable for the large flow rate treatment.
[0012]
The present invention has been made in view of such a problem, and can stabilize adsorption of active species generated from plasma as early as possible, suppress generation of side reactions and reverse reactions due to active species, and It is an object of the present invention to provide a deodorizing apparatus and a deodorizing method capable of preventing generation of harmful substances.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
The deodorizing apparatus according to the present invention has a plasma generating means for generating plasma, and an adsorbent for adsorbing a substance decomposed and generated from an odorant by the generated plasma, wherein the adsorbent is directly in a region where the plasma is generated. It is characterized by being installed in contact.
[0014]
Further, the deodorizing method according to the present invention is characterized in that an adsorbent for adsorbing a substance generated by generated plasma is brought into direct contact with the plasma generation region to perform a deodorizing treatment.
[0015]
Usually, the active species generated from the plasma may be changed to another harmful substance by a side reaction or a reverse reaction. However, in the present invention, since the adsorbent is placed in direct contact with the plasma generation region, the active species is adsorbed by the adsorbent before a side reaction or a reverse reaction occurs, and is stabilized as an adsorbate. Will be.
[0016]
Thus, in the present invention, the active species generated from the plasma can be adsorbed and stabilized as early as possible, and the generation of side reactions and reverse reactions due to the active species is suppressed, and the generation of other harmful substances is prevented. be able to.
[0017]
In addition, the fact that the active species is adsorbed on the adsorbent and is stabilized as an adsorbate indicates that the concentration of the active species near the adsorbent is lower than the concentration of the active species in the plasma generation region. I have. In this case, the decomposition reaction in the plasma is promoted so that the low concentration region is shifted to the high concentration, that is, toward the chemical equilibrium.
[0018]
Further, since the amount of the target component to be adsorbed is very small, a period in which there is no practical problem can be secured as the life of the adsorbent.
[0019]
Further, the adsorbent may be provided in a region where the plasma is generated. Alternatively, the adsorbent may have a hollow portion and generate the plasma in the hollow portion of the adsorbent.
[0020]
By the way, techniques for performing deodorization, sterilization, film formation, decomposition of harmful gas, and the like by using plasma generated by discharge of a high-voltage pulse have been applied (for example, Japanese Patent No. 2649340 (column 8, line 3). To 41), Applied Physics, Vol. 61, No. 10, 1992, pp. 1039 to 1043, "Preparation of amorphous silicon-based thin film by high-voltage pulsed discharge chemical vapor deposition"). It has been found that it is necessary to supply a high-voltage pulse having a very narrow width in order to efficiently perform the plasma treatment (for example, the document “IEEE TRANSACTION ON PLASMIC SCIENCE”, VOL. 28, No. 2, APRIL 2000, pp. 434-442, "Improvement of NOx Removal Efficacy Using Short-Width Pulsed Power").
[0021]
Therefore, in the deodorizing apparatus according to the present invention, the plasma may be generated by the plasma generating means by a pulse electric field.
[0022]
In this case, the plasma generation means may generate the plasma under atmospheric pressure. The pulse electric field generated by the plasma generation means preferably has a pulse half width of 10 to 1000 ns, more preferably 50 to 100 ns.
[0023]
The pulse electric field generated by the plasma generation means has a voltage rise rate (dV / dt) of 10 at the time of rising. ⁹ (V / s) or more, more preferably 10 ¹¹ (V / s) or more.
[0024]
The plasma generating means may generate the pulsed electric field by supplying power from a non-fossil energy source (solar cell, wind power, wave power, tide, temperature difference power generation, fuel cell, geothermal power generation, etc.). By using a non-fossil energy source, the emission of carbon dioxide from the power source of the deodorizing device according to the present invention can be suppressed, and the deodorizing device is also effective in terms of environment.
[0025]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a deodorizing apparatus and a deodorizing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
[0026]
First, as shown in FIGS. 1 and 2, the deodorizing device 10A according to the first embodiment supplies a high-voltage pulse V by supplying a DC input voltage Vin. _L (Or high voltage pulse V _L And a high-voltage pulse V connected to the pulse power supply 14 and generated by the pulse power supply 14. _L (Or high voltage pulse V _L And a reactor 16 that generates a discharge by a high-voltage pulse train Pc) and promotes a reaction for deodorization.
[0027]
The reactor 16 has a linear electrode 18 connected to the pulse power supply 14 and a cylindrical electrode 20 connected to GND. The linear electrode 18 is inserted into a hollow portion 22 of the cylindrical electrode 20. Have been.
[0028]
The linear electrode 18 has a diameter of about 1 mm and a length of about 300 mm, and is made of stainless steel. In addition, as the material, a corrosion-resistant conductive material such as Inconel can be used.
[0029]
The cylindrical electrode 20 has an inner diameter of about 30 mm, an outer diameter of about 33 mm, a length of about 300 mm, and is made of stainless steel. In addition, as the material, a corrosion-resistant conductive material such as Inconel can be used.
[0030]
Further, a cylindrical adsorbent 24 is concentrically arranged on the inner wall of the cylindrical electrode 20. Examples of the adsorbent 24 include porous ceramics such as alumina and cordierite, zeolite capable of adsorbing only the target component to be adsorbed, and γ-Al having a large specific surface area. ₂ O ₃ Etc. are preferably adopted. The adsorbent 24 may be fixed to the inner wall of the cylindrical electrode 20 with an adhesive, or may be baked. Of course, an enamel in which a vitreous glaze is baked at a high temperature on the inner wall of the metallic cylindrical electrode 20 may be used.
[0031]
Then, the high voltage pulse V output from the pulse power source 14 _L (Or high voltage pulse V _L As shown in FIG. 3, the pulse half-width Tp is 10 to 1000 ns and the voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising is 10 as shown in FIG. ⁹ (V / s) or more, more preferably, the pulse half width Tp is 50 to 100 ns, and the voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising is 10%. ¹¹ (V / s) or more.
[0032]
Here, the operation of the deodorizing device 10A according to the first embodiment will be described. First, a gas containing an odor component is introduced into the reactor 16 in the atmosphere, for example. At this time, the high voltage pulse V from the pulse power source 14 is applied to the linear electrode 18 of the reactor 16. _L Is supplied, a discharge is generated between the inner wall of the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18, whereby plasma is generated in the hollow portion 22 into which the odor component is introduced. The generation of the plasma changes (activates) the odor component to a state where it is easily adsorbed by the adsorbent 24. That is, active species are generated by the plasma.
[0033]
Usually, the active species generated from the plasma may be changed to another harmful substance by a side reaction or a reverse reaction.
[0034]
However, in the first embodiment, since the linear electrode 18 is inserted into the hollow portion 22 of the cylindrical electrode 20 in which the adsorbent 24 is provided on the inner wall, the reactor 16 is configured. 24 is placed in direct contact with the plasma generation region 26. Therefore, the active species generated by the plasma are adsorbed by the adsorbent 24 before a side reaction or a reverse reaction occurs, and are stabilized as an adsorbate.
[0035]
The fact that the active species is adsorbed by the adsorbent 24 and is stabilized as an adsorbate means that the concentration of the active species near the adsorbent 24 is lower than the concentration of the active species in the plasma generation region 26. Is shown. In this case, the decomposition reaction in the plasma is promoted so that the low concentration region is shifted to the high concentration, that is, toward the chemical equilibrium.
[0036]
Further, the odor component contained in the gas introduced into the reactor 16 is very small. Therefore, when the odor component is decomposed as an active species and is adsorbed by the adsorbent 24, the amount is further reduced by condensation at the time of adsorption. From this, as for the life of the adsorbent 24, it is possible to anticipate a practically durable period of the deodorizing device 10A, and it is not necessary to frequently replace the device.
[0037]
By the way, the above-mentioned document ("IEEE TRANSACTION ON PLASMA SCIENCE", VOL. 28, No. 2, APRIL 2000, pp. 434-442, "Improvement of NOx Removal Efficacy Using Shorty Pow- der is also available from the" Short-hand "as described in the" Short-hand ". In order to perform plasma processing efficiently, it is necessary to supply a high-voltage pulse having a very narrow width.
[0038]
In the first embodiment, the pulse half width Tp is 10 to 1000 ns, and the voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising is 10 ns. ⁹ Since the plasma is generated by the discharge with the high voltage pulse of (V / s) or more, the decomposition of the odor component can be performed with high efficiency, and the large-capacity processing can be performed.
[0039]
In this case, as in the first embodiment, even if the discharge is performed under the atmospheric pressure, the loss is small, and the generation of Joule heat is small. Therefore, even when the reactor 16 is continuously operated by the high-voltage pulse train Pc, the reactor 16 is prevented from being overheated, and can be operated in a stable state.
[0040]
Next, the pulse half width Tp is 10 to 1000 ns, and the voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising is 10 ns. ⁹ A specific configuration of the pulse power supply 14 for generating a high voltage pulse of (V / s) or more will be described with reference to FIGS.
[0041]
The pulse power supply 14 has a high-voltage pulse generation circuit 30 and a drive signal generation circuit 32, as shown in FIG.
[0042]
In the high-voltage pulse generating circuit 30, a capacitor 38 is connected in parallel between two

input terminals

34 and 36 to which the DC input voltage Vin is applied. The first semiconductor switch 42 and the second semiconductor switch 44 are connected in series. Of the two ends of the inductor 40, the anode terminal side of the first semiconductor switch 42 is described as one end 46, and the one input terminal (positive electrode) 34 side is described as the other end 48.
[0043]
In the high-voltage pulse generating circuit 30, a diode 50 is inserted and connected between the other end 48 of the inductor 40 and the control terminal (gate) G of the first semiconductor switch 42 so that the control terminal G side becomes an anode. And the high voltage pulse V _L Are connected in parallel with the inductor 40.
[0044]
In the example of FIG. 4, the second semiconductor switch 44 is provided on the other input terminal (negative electrode) 36 side, but it goes without saying that the same effect can be obtained by providing it on one input terminal (positive electrode) 34 side. . Also, the reactor 16 may be connected in parallel with the first semiconductor switch 42 instead of in parallel with the inductor 40.
[0045]
In the example of FIG. 4, the second semiconductor switch 44 has a power metal oxide semiconductor field effect transistor (hereinafter referred to as a power MOSFET) 54 in which an avalanche diode 52 is built. The drive signal Vc is supplied from the drive signal generation circuit 32 to the gate terminal of the power MOSFET 54.
[0046]
In the example of FIG. 4, the first semiconductor switch 42 uses an SI thyristor having an extremely large withstand voltage (dV / dt) at turn-off and a high voltage rating.
[0047]
In the example of FIG. 4, the drive signal Vc output from the drive signal generation circuit 32 is formed into a pulse train, so that the high voltage pulse generation circuit 30 outputs a plurality of high voltage pulses V _L Output a high-voltage pulse train Pc generated according to the pulse train of the drive signal Vc.
[0048]
As shown in FIG. 3, the high-voltage pulse train Pc output from the high-voltage pulse generation circuit 30 has a pulse half-value width Tp of 10 to 1000 ns and a voltage rise rate (dV / dt) of 10 at the time of rising. ⁹ (V / s) or more high voltage pulse V _L Is a pulse train output at a constant cycle. The repetition frequency fc of the high voltage pulse train Pc is 1 Hz or more. Further, from the high voltage pulse generation circuit 30, the pulse half width Tp is 50 to 100 ns and the voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising is 10 ¹¹ (V / s) or more high voltage pulse V _L Can be output in a fixed cycle.
[0049]
The repetition frequency fc of the high-voltage pulse train Pc can be changed by appropriately changing the output timing of the drive signal Vc, that is, the timing of turning on the second semiconductor switch 44. The drive signal Vc is output as a voltage signal of, for example, 15 V when the second semiconductor switch 44 is turned on.
[0050]
Here, the high voltage pulse generation circuit 30 in the pulse power supply 14 _L Will be described with reference to the circuit diagram of FIG. 4 and the operation waveform diagrams of FIGS. 5A to 5E.
[0051]
First, at time t ₀ 5, the drive signal Vc (see FIG. 5E) is supplied from the drive signal generation circuit 32 to the gate terminal of the power MOSFET 54, and the power MOSFET 54 is turned on from off (see FIG. 5D).
[0052]
At this time, the first semiconductor switch 42 is turned on by the electric field effect applied between the gate G and the cathode K due to the extremely large impedance having the opposite polarity of the diode 50. Since the rise of the anode current of the first semiconductor switch 42 is suppressed by the inductor 40, normal turn-on is performed only by the electric field effect. Needless to say, a resistor may be connected in parallel with the diode 50, or a gate current may be positively applied to the gate G of the first semiconductor switch 42 from another power supply via the resistor.
[0053]
Thus, at time t ₀ When the second semiconductor switch 44 and the first semiconductor switch 42 are turned on, a voltage substantially equal to the DC input voltage Vin is applied to the inductor 40. Assuming that the inductance of the inductor 40 is L, as shown in FIG. Current I of inductor 40 _L Is a gradient Vin / L and increases linearly with time.
[0054]
The current I _L At time t ₁ And the current is Ip (= VinT ₀ / L) and the desired electromagnetic energy (= LIp ² / 2) is obtained, the supply of the drive signal Vc from the drive signal generation circuit 32 is stopped, and the power MOSFET 54 is turned off (see FIG. 5E).
[0055]
At this time, the current I _L If the floating inductance (mainly the wiring inductance) (not shown) other than the inductor 40 existing in the flow path of the power MOSFET 54 is large, the power MOSFET 54 does not instantaneously enter the cutoff state, and there is a time in which the current continues to flow slightly. When the output capacitance is charged and reaches the avalanche voltage of the diode 52, the diode 52 conducts while maintaining the avalanche voltage, causing a large loss. For this reason, by reducing the stray inductance as much as possible, the diode 52 is prevented from reaching the avalanche, and almost ideal turn-off is performed.
[0056]
When the power MOSFET 54 is turned off, the current from the cathode K of the first semiconductor switch 42 also becomes zero, that is, it is in an open state. _L Is cut off, and the inductor 40 tries to generate a counter-induced voltage by the residual electromagnetic energy, but the diode 50 operates and the current I _L Is commutated to the path of the anode A of the first semiconductor switch 42 → the gate G of the first semiconductor switch 42 → the anode of the diode 50 → the cathode of the diode 50.
[0057]
In this case, it is necessary to reduce the stray inductance of the branch circuit in which the diode 50 exists as much as possible, and take care that the commutation is completed in a short time. In the first semiconductor switch 42, electric charge is accumulated by the current that has been flowing so far. Until this electric charge becomes zero (storage period), the charge between the anode A and the gate G of the first semiconductor switch 42 is changed. In order to maintain the conduction state, the voltage drop in the above path is small.
[0058]
Therefore, the back induced voltage V of the inductor 40 _L Can be suppressed to a sufficiently low value, so that a short storage period (T in FIG. 5A) ₁ The current I in _L Is almost not reduced, but the period T ₁ Is determined by the amount of charge extracted from the gate G of the first semiconductor switch 42. Therefore, a current as large as possible (in the example of FIG. 3, a current higher than the anode current cannot flow) is caused to flow steeply, and the apparent turn-off gain is set to 1 or less, and the period T ₁ And the current I of the inductor 40 _L It is necessary to minimize the decrease in
[0059]
Time t ₂ As a result, the extraction of the electric charge stored in the first semiconductor switch 42 is completed, the depletion layer spreads from the cathode K side and the gate G side to the anode A side, and the turn-off operation is started. The depletion layer increases the voltage applied to the junction depending on the amount determined by the built-in potential, expands as the turn-off progresses, and finally reaches the vicinity of the anode A.
[0060]
Therefore, the electric capacity of the depletion layer changes from a saturated state (conductive state) where a large number of active charges exist to a small electric capacity determined by the structure. The current due to the electromagnetic energy of the inductor 40 continuously flows from the anode A to the gate G, and charges the electric capacity of the depletion layer. This charging voltage, that is, the voltage V between the anode A and the gate G of the first semiconductor switch 42 _AG Initially rises relatively slowly due to the large capacitance, but rises rapidly with the expansion of the depletion layer.
[0061]
Time t ₃ And the current I _L Becomes zero, as shown in FIGS. 5B and 5C, _AG And V _L Is maximum, and V _AP And V _LP It becomes. At this point, all the electromagnetic energy of the inductor 40 has been transferred to the electric capacity of the depletion layer of the first semiconductor switch 42.
[0062]
Further, since this phenomenon is a resonance operation due to the inductance of the inductor 40 and the capacitance of the first semiconductor switch 42, the current I _L Is the cosine waveform, and the voltage V between the anode A and the gate G of the first semiconductor switch 42 is _AG Has a sinusoidal waveform.
[0063]
Therefore, by selecting the value of the inductance of the inductor 40 whose constant can be freely determined, the high-voltage pulse V generated in the inductor 40 and the reactor 16 in parallel with the inductor 40 is selected. _L Can be controlled. That is, assuming that the equivalent capacitance of the electric capacitance of the first semiconductor switch 42 is C, the pulse half width Tp is
[0064]
(Equation 1)

[0065]
It becomes.
[0066]
Time t ₃ At the maximum value V _AP The electric charge stored in the depletion layer capacitance of the first semiconductor switch 42 charged in the first semiconductor switch 42 is discharged by the inductor 40 and the accumulated electric charge in the path of the diode 50 conducting in the reverse direction due to the continuation of the resonance phenomenon. Time t ₄ , The diode 50 reversely recovers and continues until it becomes non-conductive. Time t ₄ If energy remains in the electric capacity of the inductor 40 and the depletion layer of the first semiconductor switch 42, the current due to this energy is reduced by the capacitor 38 → the diode 52 of the second semiconductor switch 44 → the first semiconductor switch 42. Flows from the cathode K to the anode A.
[0067]
Period T flowing to capacitor 38 ₄ Is a regenerative operation, and the energy remaining in the electric capacity of the inductor 40 and the depletion layer of the first semiconductor switch 42 is regenerated, which greatly contributes to the improvement of the operation efficiency. Accordingly, the reverse recovery time of the diode 50 is reduced as much as possible, and the period T ₃ Is important.
[0068]
In the above description, the reactor 16 is described as a linear type such as a resistive load. However, in a non-linear type such as a discharge gap, the load impedance suddenly decreases while the voltage is rising, and the subsequent waveform is 5A to 5E may be different.
[0069]
By the way, in the pulse power supply 14 shown in FIG. 4, since the voltage between the anode A and the cathode K of the first semiconductor switch 42 is almost the same as the voltage of the inductor 40, the anode A-cathode of the first semiconductor switch 42 A voltage higher than the withstand voltage of the voltage between K cannot be output as a pulse in the inductor 40.
[0070]
Therefore, the pulse power supplies 14a and 14b according to the first and second modifications shown in FIGS. 6 and 7 apply a voltage equal to or higher than the withstand voltage of the anode A to the cathode K of the first semiconductor switch 42 to the inductor 40. This is suitable when pulse output is desired.
[0071]
First, as shown in FIG. 6, the pulse power supply 14a according to the first modification has substantially the same configuration as the pulse power supply 14 shown in FIG. The difference is that a secondary winding 72 is magnetically coupled to the secondary winding 70 and has a larger number of turns than the number of turns of the primary winding 70.
[0072]
On the other hand, as shown in FIG. 7, the pulse power supply 14b according to the second modification is configured such that the inductor 40 is connected to the primary winding 70 and the primary winding 70 without being insulated from the primary winding 70 in a DC manner. The difference is that a secondary winding 72 is added to the winding 70 so as to be an additional pole.
[0073]
In these first and second modifications, it is preferable to wind the magnetic core around the magnetic core in order to make the magnetic coupling between the primary winding 70 and the secondary winding 72 dense and to suppress the generation of leakage magnetic flux. .
[0074]
If the number of turns of the primary winding 70 is N1 and the number of turns of the secondary winding 72 is N2, then in the case of the pulse power supply 14a according to the first modification, V _AG × (N2 / N1) high voltage pulse V _L Can be output to the reactor 16.
[0075]
In the case of the pulse power supply 14b according to the second modification, V _AG × {(N1 + N2) / N1} high voltage pulse V _L Can be output to the reactor 16.
[0076]
As described above, each of the pulse power supplies 14, 14a, and 14b may be a single first semiconductor switch 42 as a semiconductor switch to which a high voltage is applied. In addition, for driving the gate of the first semiconductor switch 42, There is no need for a gate drive circuit using commonly used electronic circuits.
[0077]
In each of the pulse power supplies 14, 14a, and 14b, a portion where a high voltage is generated or supplied is only the anode A of the first semiconductor switch 42 and one end 46 of the inductor 40, and all other circuit elements have a low voltage. Circuit components of specifications may be used.
[0078]
For this reason, as shown in FIG. 2, for example, it is possible to operate from a DC input voltage Vin of about 12 V from a non-fossil energy source 28 such as a solar cell, and it is sufficient if the voltage rating of parts is several tens of volts.
[0079]
Then, the high voltage pulse V is applied to the linear electrode 18 of the reactor 16. _L (Or high voltage pulse V _L Is supplied, a discharge is generated between the inner wall of the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18, and plasma is generated in the hollow portion 22 of the cylindrical electrode 20. .
[0080]
As a result, as described above, due to the generation of the plasma, the odor component is decomposed to generate active species, and the active species is adsorbed by the adsorbent 24 before a side reaction or a reverse reaction occurs, and as an adsorbate It will be stabilized.
[0081]
Next, first and second modified examples of the deodorizing device 10A according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
[0082]
First, the deodorizing device 10Aa according to the first modification has substantially the same configuration as the deodorizing device 10A according to the above-described first embodiment, as shown in FIG. A cylindrical adsorbent 24 having a hollow portion 22 is concentrically arranged between the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18 and at a position not in contact with the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18. Different.
[0083]
In this case, the high voltage pulse V _L (Or high voltage pulse V _L Is supplied, a discharge is generated between the inner wall of the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18, and a plasma is generated in the hollow portion 22 of the adsorbent.
[0084]
By the generation of the plasma, the odor component is decomposed to generate active species, and the active species is adsorbed by the adsorbent 24 before a side reaction or a reverse reaction occurs, and is stabilized as an adsorbate.
[0085]
Next, the deodorizing device 10Ab according to the second modification has substantially the same configuration as the deodorizing device 10A according to the above-described first embodiment, as shown in FIG. An adsorbent 24 is adhered to the surface of 18, and the circumference of the adsorbent 24 is concentric with the linear electrode 18 and the cylindrical electrode 20. In this case, a hollow portion 60 is formed between the adsorbent 24 and the cylindrical electrode 20.
[0086]
Then, the high voltage pulse V is applied to the linear electrode 18. _L (Or high voltage pulse V _L Is supplied, a discharge is generated between the inner wall of the cylindrical electrode 20 and the linear electrode 18, and a discharge occurs in the hollow portion 60 between the cylindrical electrode 20 and the adsorbent 24. Plasma will be generated.
[0087]
Due to the generation of the plasma, the odor component is decomposed to generate active species, and the active species is adsorbed by the adsorbent 24 before a side reaction or a reverse reaction occurs, and is stabilized as an adsorbate.
[0088]
As described above, also in the deodorizing apparatuses 10Aa and 10Ab according to the first and second modifications, similarly to the deodorizing apparatus 10A according to the above-described first embodiment, the active species generated from the plasma are removed as early as possible. Adsorption can be stabilized, and the occurrence of side reactions and reverse reactions due to active species can be suppressed, thereby preventing the generation of other harmful substances.
[0089]
Next, a deodorizing device 10B according to a second embodiment will be described with reference to FIG.
[0090]
The deodorizing apparatus according to the second embodiment has substantially the same configuration as the deodorizing apparatus 10A according to the first embodiment, as shown in FIG. 10, but the reactors 16 are arranged to face each other. The second embodiment is different from the first embodiment in that two flat electrodes (first and second

flat electrodes

62A and 62B) are provided.
[0091]
The pulse power source 14 is connected between the first plate electrode 62A and the second plate electrode 62B.
[0092]
Further, a first plate-like adsorbent 64A is fixed to a surface of the first plate electrode 62A facing the second plate electrode 62B, and the first plate electrode 62A of the second plate electrode 62B is fixed. The second adsorbent 64B in the form of a flat plate is fixed to the surface opposite to.
[0093]
First, for example, a gas containing an odor component in the atmosphere is introduced into a space 66 between the first adsorbent 64A and the second adsorbent 64B. At this time, the high voltage pulse V is applied to the first plate electrode 62A of the reactor 16. _L (Or high voltage pulse V _L Is supplied, a discharge is generated between the first plate electrode 62A and the second plate electrode 62B, and the first adsorbent 64A and the second adsorbent 64B are discharged. Plasma will be generated in the space 66 between them.
[0094]
Due to the generation of the plasma, the odor component is decomposed to generate active species. The active species is adsorbed by the first and

second adsorbents

64A and 64B before a side reaction or a reverse reaction occurs, and becomes an adsorbate. It will be stabilized.
[0095]
Next, a modification of the deodorizing device 10B according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
[0096]
The deodorizing device 10Ba according to this modification has substantially the same configuration as the deodorizing device 10A according to the first embodiment, except that the reactor 16 is different in the following points.
[0097]
That is, as shown in FIGS. 11 and 12, a mesh-shaped first electrode 82A is fitted into and fixed to the upper opening of the tubular adsorbent 80, and the mesh-shaped first electrode 82A is fitted to the lower opening of the adsorbent 80. The second electrode 82B is fitted and fixed to form the reactor 16. The pulse power source 14 is connected between the first electrode 82A and the second electrode 82B.
[0098]
First, for example, a gas containing an odor component in the atmosphere is introduced into the hollow portion 84 of the adsorbent 80 through the mesh-shaped first electrode 82A and the second electrode 82B. At this time, the high voltage pulse V is applied to the first electrode 82A of the reactor 16. _L (Or high voltage pulse V _L Is supplied, a discharge is generated between the first electrode 82A and the second electrode 82B, and a plasma is generated in the hollow portion 84 of the adsorbent 80. .
[0099]
The generation of the plasma decomposes the odor component to generate active species, and the active species is adsorbed by the adsorbent 80 before a side reaction or a reverse reaction occurs, and is stabilized as an adsorbate.
[0100]
As described above, in the deodorizing device 10B according to the second embodiment and the deodorizing device 10Ba according to the modification, similarly to the deodorizing device 10A according to the above-described first embodiment, active species generated from plasma are removed. Adsorption can be stabilized as early as possible, and the occurrence of side reactions and reverse reactions due to active species can be suppressed, and the generation of other harmful substances can be prevented.
[0101]
In addition, the deodorizing apparatus and the deodorizing method according to the present invention are not limited to the above-described embodiment, but may adopt various configurations without departing from the gist of the present invention.
[0102]
【The invention's effect】
As described above, according to the deodorizing apparatus and the deodorizing method according to the present invention, it is possible to stabilize the adsorption of active species generated from plasma as early as possible, and to suppress the occurrence of side reactions and reverse reactions due to active species. , The generation of other harmful substances can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a deodorizing device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a sectional view showing a deodorizing device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a waveform diagram showing a high-voltage pulse train output from a pulse power supply.
FIG. 4 is a circuit diagram showing a pulse power supply.
5A to 5E are diagrams illustrating operation waveforms of voltages and currents of respective parts of the pulse power supply shown in FIG.
FIG. 6 is a circuit diagram showing a first modification of the pulse power supply.
FIG. 7 is a circuit diagram showing a second modification of the pulse power supply.
FIG. 8 is a configuration diagram showing a first modified example of the deodorizing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 9 is a configuration diagram showing a second modified example of the deodorizing apparatus according to the first embodiment.
FIG. 10 is a configuration diagram showing a deodorizing device according to a second embodiment.
FIG. 11 is a configuration diagram showing a modified example of the deodorizing device according to the second embodiment.
FIG. 12 is a configuration diagram showing a reactor of a deodorization apparatus according to a second embodiment, partially cut away.
[Explanation of symbols]
10A, 10Aa, 10Ab, 10B, 10Ba ... deodorizer
14, 14a, 14b: pulse power supply 16: reactor
18: Linear electrode 20: Cylindrical electrode
22, 84: hollow portion 24, 80: adsorbent
26 ... plasma generation area 30 ... high voltage pulse generation circuit
32: drive signal generation circuit 62A: first plate electrode
62B: second plate electrode 64A: first adsorbent
64B: second adsorbent 82A: first electrode
82B ... second electrode

Claims

Plasma generating means for generating plasma;
An adsorbent that adsorbs substances generated by decomposition from odorous substances by the generated plasma,
The deodorizing device, wherein the adsorbent is provided in direct contact with the plasma generation region.

The deodorizing device according to claim 1,
A deodorizing device, wherein the adsorbent is provided in a region where the plasma is generated.

The deodorizing device according to claim 1,
The adsorbent has a hollow portion,
The deodorizing device, wherein the plasma is generated in the hollow portion of the adsorbent.

The deodorizing device according to any one of claims 1 to 3,
The plasma generating means generates the plasma by a pulse electric field.

In the deodorizing device according to any one of claims 1 to 4,
The deodorizing apparatus, wherein the plasma generating means generates the plasma under atmospheric pressure.

The deodorizing device according to claim 4 or 5,
The pulse electric field generated by the plasma generating means has a pulse half width of 10 to 1000 ns.

The deodorizing device according to claim 6,
The pulse electric field has a pulse half width of 50 to 100 ns.

The deodorizing device according to any one of claims 4 to 7,
The deodorizing apparatus, wherein the pulse electric field generated by the plasma generating means has a voltage rise rate (dV / dt) at the time of rising of 10 ⁹ (V / s) or more.

The deodorizing device according to claim 8,
The deodorizing device, wherein the voltage rise rate (dV / dt) is 10 ¹¹ (V / s) or more.

The deodorizing device according to any one of claims 4 to 9,
The plasma generating means generates the pulse electric field by supplying power from a non-fossil energy source.

A deodorizing method, wherein an adsorbent for adsorbing a substance generated by generated plasma is brought into direct contact with a plasma generation region to perform a deodorizing treatment.