JP2005319357A - プラズマリアクターおよびプラズマガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 誘電体物質の詰め替えを行ってもワイヤー電極を弛ませないプラズマリアクター及びプラズマガス処理装置を提供する。
【解決手段】 ワイヤー状高電圧印加電極の両端または一端に張力調整手段を設けたプラズマリアクター及びプラズマガス処理装置を提供する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、誘電体物質を充填したパックトベッド式及びプラズマガス処理装置に関する。

近年、揮発性化合物などを含有するガスによる大気汚染、人体への影響が注目されている。そうした揮発性化合物などを含有するガスを処理する技術が数多く提案されている中で、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣｓ等のガスを処理する技術が注目され、研究が進められており、当該技術に基づいた方法及び装置が提案されている。それらの中で、特許文献１や特許文献２などに記載される高電圧印加電極をワイヤー状にしたプラズマリアクターは、加工が容易であり、放電開始電圧を抑えることが可能であるといった利点を有している。
特公昭６３−５０００２０号公報 特開平７−２６５６５２号公報

しかしながら、上記従来のワイヤー状高電圧印加電極をパックトベッド式プラズマ放電リアクターに用いると、誘電体を充填または抜き取る際に前記ワイヤー状高電圧印加電極が変形してしまい、前記パックトベッド式プラズマ放電リアクター内の放電にむらが生じるといった問題点があった。

そこで、本発明は上記課題を解決し、ワイヤー状高電圧印加電極の変形を防止し、パックトベッド式プラズマ放電リアクター内の放電を均一にすることができるプラズマリアクターおよびプラズマガス処理装置を提供することを目的とする。

よって本発明は、
接地電極と、ワイヤー状の高電圧印加電極と、前記接地電極と前記高電圧印加電極との間に誘電体物質を収容するための空間とを有し、被処理ガスを前記空間内の前記誘電体物質内あるいは前記誘電体物質間においてプラズマ処理するプラズマリアクターにおいて、
前記ワイヤー状電極の張力を調整するための調整手段を有することを特徴とするプラズマリアクターを提供する。

また本発明は、
接地電極と、ワイヤー状の高電圧印加電極と、前記接地電極と前記高電圧印加電極との間に誘電体物質を収容するための空間とを有し、被処理ガスを前記空間内の前記誘電体物質内あるいは前記誘電体物質間においてプラズマ処理するプラズマリアクターと、
更に前記プラズマリアクターを収容する収容空間を有するプラズマガス処理装置において、
前記ワイヤー状電極の張力を調整するための調整手段を有することを特徴とするプラズマガス処理装置を提供する。

調整手段によりワイヤー状電極のたるみをなくすことが出来る。その結果プラズマリアクター内で良好に放電を行うことが出来る。

本発明によれば、ワイヤー状高電圧印加電極の両端または一端に張力調整手段を設けたことにより、前記ワイヤー状高電圧印加電極の変形を防止し、パックトベッド式プラズマ放電リアクター内の放電を均一にすることができる。その結果、誘電体の交換を何度行ってもガスに含有する処理対象物質の処理効率を一定に保つこともできる。

本実施形態に係るプラズマリアクターとして、カートリッジタイプのものを挙げる。これは本体、即ちプラズマガス処理装置に着脱自在なプラズマリアクターのことである。プラズマガス処理装置は少なくともカートリッジタイプであるプラズマリアクターを収容する空間を有している装置である。カートリッジタイプとすることで、容易にプラズマリアクターを交換することが出来る。

もちろん本発明に係るプラズマリアクターはそのようなカートリッジタイプでなくてもよく、プラズマガス処理装置に交換困難に搭載されている構成でもよい。その場合プラズマ処理装置はプラズマリアクターを収容する空間を有している。

また本実施形態に係るプラズマリアクターにおいて、誘電体物質は粒子を用いている。後述する樹脂製メッシュなどはそのようは粒子がこぼれないようにするために配置されるものである。一方で本発明において誘電体物質はスポンジ状、即ち立体形状を維持しつつ内部に無数の空孔を有する形状でもよい。その場合は樹脂製メッシュなどは不要になることがある。

本発明におけるプラズマ処理とは、そのような誘電体物質が配置されている空間において行われる処理のことである。例えば誘電体物質が粒子の場合、隣り合う粒子間（誘電体物質間）の隙間において生じるプラズマが処理に利用される。また誘電体物質が立体形状を維持しつつ内部に無数の空孔を有する形状の場合、空孔内（誘電体物質内）で生じるプラズマが処理に利用される。

（第１の実施の形態）
本実施の形態に係る処理対象物質を含有しているガスをパックトベッド式プラズマ放電リアクターにより処理するカートリッジは、
ワイヤー状高電圧印加電極の両端または一端に張力調整手段を設けたことを特徴とするカートリッジである。

ワイヤー状高電圧印加電極の両端または一端に張力調整手段を設けたことにより、前記ワイヤー状高電圧印加電極の変形を防止し、パックトベッド式プラズマ放電リアクター内の放電を均一にすることができる。

ここで処理対象物質とは揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、窒素酸化物、悪臭物質などであるがこれに限定されず、あらゆるガス状物質が対象である。

以下に本実施形態に係る処理対象物質を含有しているガスを処理するカートリッジであるパックトベッド式プラズマ放電リアクターについて図を用いて説明する。

図１に本実施形態に係るガス処理としてパックトベッド式プラズマ放電リアクターを図示する。

図１に示す本発明のパックトベッド式プラズマ放電リアクター１においては、ワイヤー状高電圧印加電極２がバリヤ材４を内側に配設した円筒状接地電極３の円心上に設置され、前記ワイヤー状高電圧印加電極２と前記バリヤ材４を内側に配設した前記円筒状接地電極３の間と樹脂製メッシュ７によって囲われた空間に誘電体物質５が充填されている。また、ワイヤー状高電圧印加電極２と前記バリヤ材４を内側に配設した前記円筒状接地電極３の間に電圧を供給する電源６を有する。

図１に示すパックトベッド式プラズマ放電リアクターによる処理対象物質を含有しているガスの処理は、次のようにして行われる。ワイヤー状高電圧印加電極２に電源６より電圧を印加することでバリヤ材４が内側に配設された円筒状接地電極３との間で誘電体物質５を介して非平衡プラズマが発生する。被処理ガスａは、プラズマガス処理装置１の内部に導入された際に処理され、処理ガスｂとして系外へ排出される。

ここで接地電極の内側にバリヤ材が配設されるか配設されないかは特に問わない。たとえば円筒状接地電極３自体を誘電体物質５およびワイヤー状高電圧印加電極２を収容する容器として利用してもよい。

図１に示すワイヤー状高電圧印加電極２の張力を調整する手段として前記樹脂製メッシュ７の外部に突出した前記ワイヤー状高電圧印加電極２の端部に圧着端子９を接続し、前記圧着端子にボルト８を通し、金属製壁面１０にねじ込むことにより前記ワイヤー状高電圧印加電極２の張力を調整する。

（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターは、樹脂製メッシュ７の外部に突出したワイヤー状高電圧印加電極２の端部を金属棒１１に接続し、前記金属棒１１を回転することにより前記ワイヤー状高電圧印加電極２を巻き取り、張力を調整する。それ以外は第１の実施の形態と同様である。

ワイヤーの張力調整手段は第１の実施の形態で説明したようにネジを利用する構成も第２の実施の形態で説明したように金属棒の回転を利用する構成のいずれも好ましいが、余分なワイヤー長さが必要なく張力を用意に調整できるという点では第１の実施の形態で説明したネジを用いたほうが好ましいが、構成が簡易という点では第２の実施の形態で説明した金属棒を用いたほうが好ましい。

この基本構成がプラズマガス処理装置から着脱可能であり、ガス処理装置に搭載された状態でプラズマリアクターとして利用できるカートリッジを構成していてもよい。

また、この基本構成を着脱可能に搭載してガス処理できるプラズマガス処理装置も好ましい。本発明はそのようなプラズマガス処理装置にも適用できるし、プラズマガス処理装置本体に組み込まれたプラズマリアクターとして利用されることも好ましい。

本発明の効果を以下に示す実施例及び参考例により具体的に説明するが、本発明は該実施例により限定されるものではない。

（実施例１：ワイヤー端部をボルトにより引っ張る構成を利用）
図１に示すパックトベッド式プラズマ放電リアクターを用い、誘電体の抜き取り、充填作業を行った後、対象物質の処理効果を求めた。ワイヤー状高電圧印加電極２はφ０．３ｍｍのタングステン線とし、圧着端子９はＭ３用丸型端子を用いて前記ワイヤー状高電圧印加電極端部に接続し、ボルト８はＭ３六角穴付きボルトを使用し、金属壁面１０にねじ込むことにより前記ワイヤー状高電圧印加電極を引っ張った。接地電極３はφ１２ｍｍ、長さ６５ｍｍの円筒状にしたＳＵＳ網を用い、厚さ１ｍｍの石英ガラスをバリヤ材４としてＳＵＳ網の内側に配設した。誘電体物質５としてφ３ｍｍのアルミナ球を電極間に充填した。

誘電体物質５の抜き取り、充填作業として樹脂製メッシュ７の片側を外し、リアクター全体を傾けて抜き取り、次に樹脂製メッシュをはずした側を上に向け誘電体物質を充填した。前記作業を５回繰り返した後、被処理ガスａとして１０ｐｐｍのアンモニアを含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）ベースガスを用い、１０Ｌ／ｍｉｎで反応容器に流通した。次いでワイヤー状高電圧印加電極２と円筒接地電極３との間に電源６より電圧を印加して非平衡プラズマ放電を生起させることにより電力を１〜５Ｗとし該Ａｉｒベースガスの処理を行った。パックトベッド式プラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。図６は本実施例及び実施例２、比較例１の実験データを示すグラフである。横軸はパックトベッド式プラズマ放電リアクターで消費される電力をあらわし、処理率である分解率は検知管により測定した結果である。電力５Ｗの処理率は８２．５％であった。また、ワイヤー状高電圧印加電極２の弛みは発生しなかった。

（実施例２：ワイヤー端部を金属棒に巻きつけて引っ張る構成を利用）
図２に示すパックトベッド式プラズマ放電リアクターを用い、誘電体の抜き取り、充填作業を行った後、対象物質の処理効果を求めた。金属棒１１はφ３ｍｍのＳＵＳ棒とし、ワイヤー状高電圧印加電極２を巻き取ることにより引っ張った。それ以外は実施例１と同じである。

パックトベッド式プラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。電力５Ｗの処理率は８０％であった。また、ワイヤー状高電圧印加電極２の弛みは実施例１同様発生しなかった。

（比較例１：ワイヤー端部を固定しない構成を利用）
図４に示すパックトベッド式プラズマ放電リアクターを用い、誘電体の抜き取り、充填作業を行った後、対象物質の処理効果を求めた。ワイヤー状高電圧印加電極２は樹脂製メッシュ７で装置中央に固定されているのみで前記ワイヤー状高電圧印加電極の端部は固定されていない。それ以外は第１の実施の形態と同じである。

パックトベッド式プラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管により測定した結果を図６に示す。電力５Ｗの処理率は５０％であった。また、ワイヤー状高電圧印加電極２の弛みは中心より１．８ｍｍ発生していた。

このように実施例１、２では分解率にほとんど差がなく、電力を上げることにより処理率が向上し、５Ｗ時の処理率は高い値を示した。また、誘電体の詰め替えを行ってもワイヤーに弛みは発生しなかったことから、張力調整手段が良好な形態であることがわかった。

一方比較例１に注目すると、２Ｗのときの処理率は実施例１、２とほとんど差はなかったが電力が上がると処理率の差が大きくなり、５Ｗ時では３０％以上の差を示した。また、誘電体の詰め替えによって、ワイヤーに弛みが発生することがわかった。

本発明の第１の実施の形態に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターの模式的に表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターの模式的に表す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターのワイヤー張力調整手段を表す断面模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターのワイヤー張力調整手段を表す断面模式図である。 本発明の比較例１に係るパックトベッド式プラズマ放電リアクターの模式的に表す断面図である。 実施例１、２および比較例１に係る電力に対する分解率の変化を表したグラフである。

符号の説明

１ パックトベッド式プラズマリアクター
２ ワイヤー状高電圧印加電極
３ 円筒接地電極
４ バリヤ材
５ 誘電体物質
６ 電源
７ 樹脂製メッシュ
８ ボルト
９ 圧着端子
１０ 金属壁
１１ 金属棒
ａ 被処理ガス
ｂ 処理ガス

Claims (7)

1. 接地電極と、ワイヤー状の高電圧印加電極と、前記接地電極と前記高電圧印加電極との間に誘電体物質を収容するための空間とを有し、被処理ガスを前記空間内の前記誘電体物質内あるいは前記誘電体物質間においてプラズマ処理するプラズマリアクターにおいて、
   前記ワイヤー状電極の張力を調整するための調整手段を有することを特徴とするプラズマリアクタ−。
2. 前記プラズマリアクターはカートリッジであり、
   前記カートリッジを収容する収容空間を有するプラズマガス処理装置に、
   前記カートリッジは着脱可能に収容されることを特徴とする請求項１に記載のプラズマリアクター。
3. 前記調整手段は前記ワイヤー状電極の両端に配置されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載のプラズマリアクター。
4. 前記調整手段は前記ワイヤー状電極のいずれか一方の端部に配置されていることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか一項に記載のプラズマリアクター。
5. 接地電極と、ワイヤー状の高電圧印加電極と、前記接地電極と前記高電圧印加電極との間に誘電体物質を収容するための空間とを有し、被処理ガスを前記空間内の前記誘電体物質内あるいは前記誘電体物質間においてプラズマ処理するプラズマリアクターと、
   更に前記プラズマリアクターを収容する収容空間を有するプラズマガス処理装置において、
   前記ワイヤー状電極の張力を調整するための調整手段を有することを特徴とするプラズマガス処理装置。
6. 前記調整手段は前記ワイヤー状電極の両端に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマガス処理装置。
7. 前記調整手段は前記ワイヤー状電極のいずれか一方の端部に配置されていることを特徴とする請求項５に記載のプラズマガス処理装置。

Images