JP2007301426A - 放電反応器およびガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 従来の内部に連通空間を有する３次元骨格構造のセラミック多孔体は、連通空間が均質に形成されず、吸着剤を担持して吸着体を形成しても、ガスの分配が不均一となり、反応効率が高い放電反応器を得ることが困難であった。

【解決手段】 放電反応器１は、第１の電極２と、この第１の電極の周囲に設けられた第２の電極３の間に形成された放電空間５に、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体９００を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる筒状の吸着体６を備えた。
【選択図】 図３

Description

この発明は、空気中の有機物を吸着処理して空気を浄化する放電反応器およびそれを備えたガス処理装置に関する。

多量の有機溶剤を使用する場所では、空気中に揮発性の有機化合物（Volatile Organic Compounds：以下VOCと略す）が含まれており、このまま大気中に放出すると環境に重大な影響を与えることが知られている。このため、空気中のＶＯＣを除去し、無害化してから大気に放出する必要がある。そこで、ＶＯＣを含む空気を吸着剤が担持された吸着体に通してＶＯＣ成分を吸着除去すると共に、この吸着体を放電処理により再生し、繰り返し使用できる放電反応器が考案されている。（例えば、特許文献１参照）。
一方、圧力損失が低い内部連通空間を有する３次元骨格構造セラミック多孔体の流体フィルタが示されている。（例えば、特許文献２参照）。

特開2005-230627号公報（第４〜６頁、第１図） 特開2004-223482号公報（第４頁、第２図）

上記のような３次元骨格構造セラミック多孔体の流体フィルタは波板状や円筒状に合成樹脂発泡体を成形した後、セラミックスラリーを付着させ、焼成することで形成されている。そのため、波板状や円筒状の成形体にセラミックスラリーを均一に付着させることは困難であり、形成された連通空間は不均一となる。したがって、このような方法で製造した３次元骨格構造セラミック多孔体に吸着剤を担持して吸着体を形成し、上記の放電反応器に使用しても、ガスの流れが偏ってしまい、吸着体の一部しか機能させることができず、十分な反応効率を得ることが困難であった。

この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたもので、圧力損失が低く、反応効率の高い放電反応器を提供するものである。

この発明に係る放電反応器は、電極間に形成された放電空間に、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる筒状の吸着体を設けたものである。

本発明によれば、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する３次元骨格構造セラミック多孔体からなる筒状の吸着体を用いることにより、連通空間の均一化が可能となり、反応効率が高い放電反応器を得ることができる。

実施の形態１．
図１〜図４はこの発明の実施の形態１における放電反応器を示すもので、図１はその正面図、図２は側面図、図３は図１のIII−III線で切断した断面図、図４は図２のIV−IV線で切断した縦断面図である。図において、放電反応器１は細長い円筒状に形成され、内周面は外側にガラス管製の誘電体２Ａが密着して設けられたＳＵＳ製の高圧電極２すなわち第１の電極と、外周面はこの第１の電極の周りに設けられたＳＵＳ製の接地電極３すなわち第２の電極と、両端部は絶縁性のカバー４とで構成され、密閉構造となっている。前記第１の電極である高圧電極２と第２の電極である接地電極３間に形成された放電空間５には、後述するようにセラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する３次元骨格構造セラミック多孔体からなる筒状の吸着体６が設置されている。そして、この吸着体６は図３に示すように周方向に２分割された半円筒状の吸着板６Ａを有している。

前記接地電極３の一側には、処理ガスを放電空間５内に導入するために処理ガス供給口３Ａが設けられている。また、他側にはこの処理ガス供給口３Ａと対向して処理済のガスを排出するためのガス排出口３Ｂが設けられている。本実施の形態では、処理ガス供給口３Ａ及び、ガス排出口３Ｂは図１に示すように一定の幅の間を互い違いに軸方向に向って規則正しく並ぶ複数列の孔によって構成されている。また、前記カバー４の一方には図２、４に示すように置換ガスを放電反応器１内に導入するための置換ガス供給口４Ａが設けられている。また、高圧電極２は、その内側において軸方向に延びた高圧導線８と接続され、電源からの高電圧を軸方向で均一に印加できるようになっている。

次に、この放電反応器の動作について説明する。
処理ガス供給口３Ａから空気を供給すると、図３の矢印に示すように前記吸着体６内を周方向に分かれて流れ、ガス排気口３Ｂから排出される。このとき、空気は吸着剤が被覆されている吸着体６の連通空間内を流れる。供給する空気に含まれるＶＯＣ成分は、吸着体６の連通空間の表面に被覆された吸着剤に吸着除去され、ガス排気口３ＢからはＶＯＣを含まない清浄な空気が出てくる。これが、ＶＯＣを含む空気を吸着により清浄化するガス処理工程となる。

続いて、処理ガス供給口３Ａからの空気の供給を止め、図１、４に示す置換ガス供給口４Ａから酸素を供給する。酸素が供給された分、吸着体６内に残っていた空気はガス排気口３Ｂから排出され酸素濃度が５０％に達したところで酸素の供給を停止する。ここで、接地電極３と高圧電極２間に数ｋＶの交流の高電圧を印加すると放電空間５内に放電プラズマが発生する。この放電プラズマにより、吸着されていたＶＯＣ成分が吸着体６から脱着し、酸素と反応して水と炭酸ガスに分解される。これにより、吸着体６が再生され、ＶＯＣの吸着除去が可能な状態に戻る。これが、放電反応による吸着体６の再生工程となる。尚、再生工程時は、吸着体６の温度が１００℃程度に上がり、分解された水と炭酸ガスは気体としてガス排気口３Ｂから排出される。

次に、前述した吸着体６の製造方法について説明する。
まず、合成樹脂発泡体にセラミックスラリーを付着させるために、セラミックスラリー中に平板の合成樹脂発泡体を浸漬する。ここでは、この合成樹脂発泡体は、内部に連通空間を有する３次元骨格構造をなした、セル膜のない軟質ポリウレタンフォーム（株式会社ブリヂストン製エバーライトＳＦ，商品名：ＨＲ−３０）の平板を使用する。セラミックスラリーは、アルミナ：９４重量％，蛙目粘土：３重量％，タルク：３重量％に調整したものを用いる。そして、前記合成樹脂発泡体をセラミックスラリー中から引き揚げ、余剰スラリーを除去して所望量のセラミックスラリーが付着した平板状の合成樹脂発泡体の半成形体９を得る。本実施の形態では、２本の円筒状ロール（図示せず）でセラミックスラリー中から引き揚げた平板を両側から挟んで圧搾し、余剰スラリーを除去した後に、圧縮エアーブローによってセラミックスラリーの付着量を所望量に調整する。これにより、セラミックスラリーが平板に均一に付着する。

続いて半乾燥状態の半成形体９を型に入れて乾燥し、成形体９０を形成する。図５はこの工程で使用する第１成形型１０の斜視図、図６は第２成形型１２の斜視図である。第１成形型１０は吸着体６を構成する吸着板６Ａを３個同時に成形するためのもので、前記放電空間５の外径に対応する凹状の曲面からなる３つの設置面１１を有する。また、第２成形型１２は第１成形型１０の設置面１１に対応する凸状の曲面からなる３つの押え面１３を有する。なお、押え面１３の形状は後述する焼成時の収縮を考慮に入れて調整している。半乾燥状態の半成形体９を両端を支持しながら一枚ずつ設置面１１上にのせ、図７に示すように設置面１１に沿わせて第１成形型１０に設置する。このとき、半成形体９は柔軟性が失われない程度に水分が残っているので、自重で設置面１１に沿って変形する。次に、第２成形型１２を用いて半成形体９を両面から挟み、乾燥することによって図８に示すように所定形状に湾曲させた状態で成形体９０が形成される。このとき、第１成形型１０と第２成形型１２の間には図８に示すように後述する焼成時の厚み収縮相当分の間隙がある。尚、第２成形型１２を使用せず乾燥させることも可能であるが、乾燥時の変形を抑えるために両側から押さえることが望ましい。

さらに、成形体９０を焼成し、基体９００を得る。成形体９０を乾燥工程で用いた成形型１０，１２で両側から挟んだままの状態で焼成炉に導入し、焼成する。焼成により、合成樹脂発泡体は焼失し、付着させていたセラミック材料が焼結する。このとき、周方向、厚み方向共に２割程度の収縮が生じるが、外周部分は自重により設置面１１に沿った形で保たれる。また、前述した第１成形型１０と第２成形型１２の隙間は、図９に示すように、焼成時の成型体９０の厚み変化に伴って沈み込み、焼成最終段階で内周部分を規定する。

最後に、ＶＯＣの吸着剤を担持させる。ＶＯＣの吸着剤である疎水性ゼオライトの微粒子をスラリーにして前記基体９００に含浸し、乾燥させた後に焼成する。疎水性ゼオライトは基体９００の焼成温度より低い温度で焼成され、基体９００に形成された内部連通空間の壁面に薄く付着する。これにより、基体９００の形状を保ったまま吸着剤で被覆した吸着板６Ａが形成される。

上記方法で製造した吸着体６の性能を確認するため、放電反応器１に所定量の処理ガスを流し、圧力損失（処理ガス供給口３Ａとガス排気口３Ｂの圧力差）と吸着速度（濃度基準の総括物質移動容量係数を吸着速度のパラメータとする）を測定した。測定条件は、処理ガスとしてトルエンを１０ｐｐｍ含む空気を放電空間５内で１ｍ／ｓの線速度になるよう処理ガス供給口３Ａから供給した。また、比較例として２種類の吸着体を準備し、同じ試験条件で測定した。比較例１は、一般に入手可能な吸着材料に粘土などの結合剤を加えて押し出し成形したペレットを用いた場合、比較例２は、従来の製法により、合成樹脂発泡体を円筒状に成形した後にセラミックスラリーを付着させて形成したセラミック多孔体に吸着剤を担持した場合である。尚、比較例２では、セラミックスラリーの付着時や焼成時の変形を抑えられず、放電空間５内に設置するために吸着体の削り込みを行なっている。

上記の測定によれば、圧力損失については、比較例１の圧力損失が１３．０Ｐａであったのに対し、本実施の形態および比較例２では５．０Ｐａとなり、内部に連通空間を有するセラミック多孔体を吸着体として使用することで、圧力損失を大きく低減できることがわかった。

また、吸着速度については、本実施の形態では、比較例１の３．８倍に増加し、吸着効率を向上させる効果も高いことがわかった。一方、比較例２では本実施の形態のように高い吸着速度を得ることができなかった。比較例２では、従来の方法により、筒状に成形した合成樹脂発泡体にセラミックスラリーを付着させたので、均一にスラリーを付着させることができず、内部連通空間を均一に形成することが困難となる。そのため、ガスの流れが偏って吸着体の一部しか機能せず、実質的な吸着効率が低下する。また、従来の方法では、製造工程での変形を制御することが困難である。そのため、寸法精度を要求される放電反応器１に適用するためには、硬くて脆いセラミック多孔体を研削する必要が生じ、コストの上昇を招く。

一方、本実施の形態では、平板の合成樹脂発泡体にセラミックスラリーを付着させるようにしたので、圧搾やエアーブロー等の方法で余剰分を除去することにより、付着量を均一にすることができる。そのため、連通空間が均一に形成されるので、ガスが連通空間内を均等に流れ、連通空間内に担持された吸着剤が吸着体６全体で機能して、吸着性能が向上する。つまり、セラミックスラリーを含浸した平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する３次元骨格構造のセラミック多孔体からなる筒状の吸着体６を形成することにより、連通空間が均一に形成され、圧力損失を低減できると共に吸着体６の全体が機能して反応効率を向上させることができる。

尚、本実施の形態の放電反応器１の放電空間５は外径５ｃｍ、長さ１ｍの細長い筒状をなし、図３で示す接地電極３と誘電体２Ａ間のギャップ５Ａは約１０ｍｍであった。そのため、前述する製造工程においては、半成形体９の厚みをギャップ５Ａの２５％増しにし、収縮したときの厚みがギャップ５Ａに一致するように調整した。しかも、型１０，１２で両面から挟んだ状態で焼成したので、基体９の外周面と内周面は設置面１１と押え面１２に規定され、軸方向全面にわたり前記接地電極３の内周面と誘電体２Ａの外周面に一致させることができる。周方向長さについても収縮を考慮したので、基体９の形状は前記放電空間５を周方向に２分割した形状とほぼ一致する。これにより基体９の形状を保って形成される吸着板６Ａは、削り込み等の後加工を要せず、前記放電空間５のギャップ５Ａを埋めて設置され、容易に筒状の吸着体６を形成することができる。

さらに、吸着体６の軸方向に垂直な断面形状を円形にしたので、セラミックスラリーが均一に付着した平板を同じ曲率で湾曲させることになり、周方向にわたり均質な連通空間を形成することが容易になる。つまり、吸着体６の軸方向に垂直な断面形状を略円形に形成したので、周方向にわたり均質な連通空間が形成され、反応効率が高い放電反応器１を得ることができる。
しかも、吸着体６を周方向に分割したので、基体９は開方向にテーパをもった形状になる。そのため、基体９を成形型１０，１１から取り出す際にも無理な力がかからず、歩留まりが向上する。また、放電反応器１内への吸着体６の設置方向の自由度が増し、作業効率が向上する。つまり、吸着体６を周方向に分割したので、歩留まりが向上するとともに、作業効率が向上する。

尚、本実施の形態では導電性の高圧電極２の周りに絶縁性の誘電体２Ａを設けたが、誘電体２Ａを省略することも可能である。
また、電極２、３は板材をつなぎ合わせて管形状にすることも可能である。例えば、接地電極３を規則正しく穴が配置された所定幅のパンチングメタルと無垢の板材を周方向につなぎ合わせて形成した場合、パンチングメタルに該当する部分を処理ガス供給口３Ａ、ガス排気口３Ｂとして使用することができる。
また、再生処理工程において、窒素酸化物の発生を抑えるため、放電空間５内の酸素濃度を上げられるよう置換ガス供給口４Ａを設けたが、再生処理工程に必須のものではなく、省略することも可能である。

一方、本実施の形態で用いた製造方法は円形以外にも適用できる。例えば、放電反応器が矩形の場合には、その放電空間の形状に合わせて、図９に示すように屈曲形状を有するように平板を湾曲させてコ字状の吸着板１６Ａを製作し、軸方向に垂直な断面形状が略矩形の吸着体１６を形成することも可能である。この場合、放電反応器の外形も矩形に形成できるので、多数の放電反応器を束ねて用いるときに設置面積を低減することが容易となる。つまり、吸着体１６を軸方向に垂直な断面形状が略矩形に形成した場合には、設置面積の小さな放電反応器を得ることができる。

実施の形態２．
図１１は本実施の形態における放電反応器１の断面図（図１におけるIII−III線で切断した部分に相当）、図１２は縦断面図（図２におけるVI−VI線で切断した部分に相当）である。吸着体２６は、厚さ方向に２分された内側の第１層２７と外側の第２層２８からなる。第１層２７は半円筒状の吸着板２７Ａを周方向に２個、軸方向に５列並べて形成されている。第２層２８は、第１層と周方向に９０度角度をずらし、半円筒状の吸着板２８Ａを周方向に２個、軸方向に４列並べて形成されている。前記吸着板２７Ａは内径が誘電体２Ａの外径に一致し、厚さは前記ギャップ５Ａの半分である５ｍｍ、長さ２０ｃｍ、吸着板２８Ａは外径が接地電極３の内径に一致し、厚さ５ｍｍ、長さ２５ｃｍである。これにより、吸着体２６は厚さ方向、周方向、軸方向に分割されているが、実施の形態１の吸着体６と同様に長さ１ｍ、ギャップ１０ｍｍの円筒状に形成される。

次に、その動作について述べる。
ガス処理工程においては、ガス供給口３Ａから空気を供給すると、前記吸着体２６内を周方向に分かれて流れ、ガス排気口３Ｂから排出される。このとき、空気は吸着体２６の分割に影響されず、実施の形態１と同様に吸着材料が被覆されている吸着体２６の連通空間内を流れ、空気に含まれるＶＯＣ成分は吸着体２６に吸着除去され、ガス排気口３ＢからはＶＯＣを含まない清浄な空気が出てくる。

続いて、処理ガス供給口３Ａからの空気の供給を止め、実施の形態１と同様に酸素による置換を行い、放電処理を行なう。これにより、吸着体２６が再生され、ＶＯＣの吸着除去が可能な状態に戻る。

上記再生処理工程において、吸着体２６に高圧電極２と接地電極３間を直接結ぶ空間があると、そこに空間放電が生じる。本実施の形態では、吸着体２６の第１層２７では軸方向を走る継目２７Ｂと周方向を走る継目２７Ｃが、第２層２８では軸方向を走る継目２８Ｂと周方向を走る継目２８Ｃがある。しかし、内側にある第１層２７の周方向での分割位置と外側にある第２層２８の周方向での分割位置を９０度変えて設置したので、軸方向を走る継目２７Ｂと２８Ｂの位置がずれ、高圧電極２と接地電極３の間は軸方向を走る継目２７Ｂと２８Ｂによって直接結ばれることがない。また、軸方向についても、長さの異なる吸着板２７Ａと２８Ａによって、第１層２７と第２層２８の分割数を変えたので、周方向を走る継目２７Ｃと２８Ｃの位置もずれ、高圧電極２と接地電極３の間は周方向を走る継目２７Ｃと２８Ｃによって直接結ばれることがない。そのため、吸着体２６の継目に沿った、反応に寄与しない無駄な空間放電が抑制され、放電効率の低下を防止することができる。つまり、厚さ方向に分割された吸着体２６は各層２７、２８の周方向又は軸方向の継目位置をずらして配置されたので、空間放電を防止し、効率よく放電処理することができる。

また、放電反応器１では、軸方向の両端部で沿面放電が生じるので、両端部はデッドスペースとなる。このため軸長を長くして、デッドスペースを相対的に小さくすることにより効率を向上させることができる。しかし、吸着板を長尺化すると歩留まりが低下してコスト上昇の原因となる。そこで、本実施の形態のように吸着体２６を軸方向に分割することにより、吸着板２７Ａ、２８Ａの寸法を放電反応器１の軸方向の長さよりも短くして歩留まりを向上させることができる。しかも、上述のように厚さ方向に分割し、各層２７、２８の分割位置をずらしたので、継目（２７Ｂ、２８Ｂ、２７Ｃ、２８Ｃ）に沿う放電を抑制して高い反応効率を維持できる。

尚、上記実施の形態では、第１層２７の吸着板２７Ａと第２層２８の吸着板２８Ａの軸方向の長さを変えたり、周方向の設置角度を変えることで、継目位置をずらしたが、他の方法でも継目位置をずらすことは可能である。例えば、平行四辺形の平板を湾曲させて、吸着板の切断面を斜めに形成することによっても、隣接する層の継目の角度が変わり、継目位置をずらすことができる。

また、上述したように吸着体２６を厚さ方向に分割したことにより、薄い合成樹脂発泡体の平板を使用することができる。板厚が薄くなると、セラミックスラリーや吸着剤の含浸、成形、焼成等の取り扱いが容易となり寸法精度も向上する。また、セラミックスラリーを付着させた平板を湾曲する時に内周になる部分と外周になる部分の密度差が小さくなるなど、厚さ方向の均質化も容易となる。また、分割数を変えることで同じ厚みの平板材料を用いても数種のギャップの放電反応器に対応することが可能となり、製造コストを低減することも容易となる。つまり、吸着体２６を厚さ方向に分割したので、寸法精度が高く、低コストに吸着体２６を製造することができる。

実施の形態３．
図１３は本実施の形態の放電反応器３１の断面図（図１におけるIII−III線で切断した部分に相当）である。放電反応器３１は細長い矩形筒状に形成され、外側に矩形のガラス管からなる誘電体３２Ｂが密着して設けられたＳＵＳの矩形状の高圧電極３２Ａと、この高圧電極３２Ａの周りに設けられたＳＵＳの矩形状の接地電極３３を有している。両極３２Ａ、３３間に形成された矩形の放電空間３５には、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して形成され、内部に連通空間を有する３次元骨格構造セラミック多孔体からなる矩形筒状の吸着体３６が設置されている。そしてこの吸着体３６も厚さ方向に２分割された第１層３７と第２層３８から形成される。そして、各層３７、３８は、断面がコ字状の吸着板３７Ａ、３８Ａを用いて形成されている。

次に、その動作について述べる。
ガス処理工程においては、ガス供給口３３Ａから空気を供給すると、前記吸着体３６内を上下に分かれて流れ、ガス排気口３３Ｂから排出される。このとき、空気はコーナー部と直線部で流速に差は出るものの、実施の形態２と同様に吸着材料が被覆されている吸着体３６の連通空間内を流れ、ＶＯＣ成分は吸着体３６に吸着除去され、ガス排気口３３ＢからはＶＯＣを含まない清浄な空気が出てくる。

続いて、実施の形態２と同様に酸素を供給して、酸素による置換を行い、放電処理を行なう。ここでもコーナー部と直線部で多少の電流密度差は生ずるが、吸着体３６は再生され、ＶＯＣの吸着除去が可能な状態に戻る。

本実施の形態でも、実施の形態２と同様に、第１層３７の周方向での分割位置と第２層３８の周方向での分割位置を９０度ずれるようにしたので、軸方向を走る継目３７Ｂと３８Ｂはずれて重ならない。そのため、高圧電極３２と接地電極３３の間には直接軸方向を走る継目によって結ばれることがなく、上記再生処理工程においても、電極３２、３３間を直結する空間放電が抑制され、放電効率が向上する。

図１４は実施の形態３の変形例を示す放電反応器３１の断面図（図１におけるIII−III線で切断した部分に相当）である。この変形例では、吸着体３６の第２層３８を左右の辺の長さが異なる吸着板３８Ｃを用いて形成した。これにより、第１層３７と第２層３８は周方向での分割位置を変えなくとも、軸方向を走る継目３７Ｂと３８Ｄの位置をずらすことができる。そのため、実施の形態３と同様に電極３２、３３間を直結する空間放電が抑制され、放電効率が向上する。この場合、吸着体３６の装填方向に制約があり、周方向の分割位置を９０度ずらすことが困難な場合でも分割位置がずれて継目が重なることを防止することが可能となる。

実施の形態４．
図１５は本実施の形態の放電反応器５１（外観は実施の形態１の図１と同じ）の断面図（図１におけるIII−III線で切断した部分に相当）、図１６は縦断面図（図２におけるVI-VI線で切断した部分に相当）である。本実施の形態では、接地電極５３と吸着体５６以外は実施の形態１の放電反応器１で用いたものと同様のものを使用した。吸着体５６は半円筒形の吸着板５６Ａを周方向と軸方向に２列ずつ、計４つ並べて形成され、軸方向を走る継目５６Ｂ、周方向を走る継目５６Ｃが生じる。前記接地電極５３の前記継目５６Ｂに対応する部分として、ガス供給口５３Ａ、ガス排出口５３Ｂの周方向の中央部分に導電性の突起６０Ａが軸方向にわたって設けられており、この突起６０Ａは前記継目５６Ｂに嵌合している。また、前記接地電極５３の前記継目５６Ｃに対応する部分として、軸方向の中央部分に導電性の突起６０Ｂが全周にわたって設けられ、この突起６０Ｂは前記継目５６Ｃに嵌合している。

次に、その動作について述べる。
ガス処理工程においては、ガス供給口５３Ａから空気を供給すると、前記吸着体５６内を周方向に分かれて流れ、ガス排気口５３Ｂから排出される。このとき、突起６０Ａによって邪魔されることなく、空気は、実施の形態１と同様に吸着材料が被覆されている吸着体５６の連通空間内を流れ、空気に含まれるＶＯＣ成分は吸着体５６に吸着除去され、ガス排気口５３ＢからはＶＯＣを含まない清浄な空気が出てくる。

続いて、処理ガス供給口５３Ａからの空気の供給を止め、実施の形態１と同様に酸素による置換を行い、放電処理を行なう。これにより、吸着体５６が再生され、ＶＯＣの吸着除去が可能な状態に戻る。

上記再生処理工程において、本実施の形態の放電反応器５１では、前記継目５６Ｂ、５６Ｃが高圧電極２と接地電極５３の間を直結しているので、継目５６Ｂ、５６Ｃ部分で空間放電が生じる。しかし、接地電極５３に設けられた導電性の突起６０Ａが継目５６Ｂに、突起６０Ｂが継目５６Ｃに嵌合しているため、空間放電は接地電極５３の内周面からではなく、突起６０Ａ、６０Ｂの先端部から発生する。そのため、空間放電が生じる部分の電極間距離５５Ｂ、５５Ｃがギャップ５５Ａより短くなり、空間放電に要する電圧が低くなる。

空間放電に要する電圧が低下すると、空間放電で消費される電力が小さくなって放電効率の低下を防止することができる。つまり、吸着体５６の継目５６Ｂ、５６Ｃに嵌合する突起６０Ａ，６０Ｂを接地電極５３に設けたので、空間放電による電力損失を低減し反応効率を向上させることができる。尚、突起６０Ａ，６０Ｂは少なくとも一方の電極に設ければよく、高圧電極２側に設けても、両極２、５３ともに設けることも可能である。

実施の形態５．
本実施の形態では、触媒である銀を実施の形態１で用いた吸着体６に０．３重量％担持して、触媒機能を持った吸着体６を形成し、放電反応器１に設置した。

本実施の形態での放電反応時のＶＯＣの分解率の測定を行なった。
処理ガスとしてトルエンを１０ｐｐｍ含む空気を放電空間５内に１ｍ／ｓの線速度になる流量で処理ガス供給口３Ａから１５分間供給し、吸着体６に一定量のトルエンを吸着させた。その後、置換ガス供給口４Ａから酸素ガスを供給して、放電反応器１内部を酸素で置換し、高圧電極２と接地電極３間に高電圧を印加して放電を発生させ、吸着体６に吸着したトルエンの分解を行なった。吸着体６の温度を１００℃に保持し、３分間放電処理を行なった後のトルエン分解率を測定した。比較例として実施の形態１における触媒を担持していない吸着体６を用いても同条件で測定を行い、トルエン分解率を比較した。

その結果、銀を０．３％担持した吸着体６を用いた場合、触媒を担持していない吸着体６を使用した場合と比較してトルエン分解効率が１０％以上向上した。これは、触媒となる銀が吸着体６の内部連通空間を有する三次元骨格構造のランダムネットワーク上に付与されているため、均一な反応空間を形成し、触媒作用による分解反応が効果的に促進されたためである。つまり、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる吸着体６に触媒が担持されたことにより、反応効率が向上する。尚、触媒担持量は吸着体６にとって体積的に微量であるため、圧力損失に変化は見られず、また吸着速度においても変化はなかった。

実施の形態６．
図１７は、本実施の形態のガス処理装置７０のシステムブロック図である。ガス処理装置７０には、上記各実施の形態によるセラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる吸着体６を用いた複数の放電反応器１が設置されている。それぞれの放電反応器１の高圧電極２と接地電極３には電圧スイッチング機能を有する高電圧発生装置７１が接続され、前記両電極間に高電圧を印加することができる。また、それぞれの放電反応器１の処理ガス供給口３Ａにはガス供給装置７２が接続されている。ガス供給装置７２は、分離設置された流量調節部７２Ａ、排気ファン７２Ｂからなっている。処理ガスは、フィルタ７３、流量調節バルブ７２Ａを経て、各放電反応器１の処理ガス供給口３Ａに導入されるよう配管接続されている。そして、各ガス排出口３Ｂには排気ファン７２Ｂが接続され、出口が大気開放されている。また、各放電反応器１の置換ガス供給口４Ａには置換ガス供給装置７４が接続されている。

次に、その動作について説明する。
排気ファン７２Ｂを駆動させると、その吸引力により、処理ガスはフィルタ７３を通り流量調節バルブ７２Ａを経て処理ガス供給口３Ａから放電反応器１に引き入れられる。各放電反応器１へ流れるガス流量は流量調節バルブ７２Ａにより調節される。導入されたガスは放電空間５に設置された吸着体６の連通空間内を通り、ＶＯＣ成分を吸着除去され、排出口３Ｂを通り、排気ファン７２Ｂから大気へ放出される。

上記処理を続けていると吸着体６には吸着されたＶＯＣ成分が蓄積していく。そのため、ＶＯＣ成分の蓄積量が一定量を超える前に排気ファン７２Ｂを停止して処理ガスの供給を止め、吸着体６の放電反応による再生処理を行なう。放電反応の前に、置換ガス供給装置７４から置換ガス供給口４Ａを通して各放電反応管１に酸素ガスを供給し、各放電反応器１内の酸素濃度が５０％になるまで空気を置換する。次に高電圧発生装置７１により、接地電極３と高圧電極２間に数ｋＶの交流の高電圧を印加して放電空間５内に放電プラズマを発生させる。これにより、ＶＯＣ成分が吸着体６から脱着され、酸素と反応して水と炭酸ガスに分解される。これで、吸着体６に吸着されたＶＯＣ成分が除去され、ガス処理を行なえる状態に戻る。

ガス処理工程の際、放電反応器１にはセラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる吸着体６を用いたので、圧力損失が低くなり、排気ファン７２Ｂに必要な電力が低減され、省電力が可能となる。さらに、均一な連通空間内に吸着剤が担持されているので、吸着体６全体を有効に機能させることができる。そのため、吸着効率が高くなり、同規模の装置を用いた場合に、多量のガスを処理することが可能となる。特に、実施の形態２〜５に示す放電反応器を用いると、放電反応効率が向上し、高電圧発生装置７１の負荷も効果的に軽減される。

尚、放電反応器１を複数収納できる放電反応容器（図示せず）を設け、複数の放電反応器１をまとめて放電反応容器に収納することで、温度管理が容易となる。また、放電反応器１を複数のグループに分け、ガス処理、再生処理等を切替えながら間欠動作させることも可能である。また、本実施の形態では放電反応時に窒素酸化物の発生を防止するため、酸素による置換を行なったが、吸着体６の再生に必須のものではない。別途窒素酸化物の除去装置を設けるなど、放電反応器１内での窒素酸化物の発生が許容されれば、置換ガス供給装置７３を省略することも可能である。ガス供給装置７２の形態についても、放電反応器１に処理ガスを供給できれば、どのような形態をとってもよい。フィルタ７３についても、ペンキカスや油分など高粘着性の物質を分離・除去するために設けたが、必須要素ではなく省略も可能である。

上記各実施の形態では、内部連通空間を有する３次元骨格構造セラミック多孔体からなる吸着体６を形成するための材料として、合成樹脂発泡体には、セル膜の無い軟質ポリウレタンフォームの平板を使用している。吸着体６の製造には、このセル膜の無い構造が好適であるが、内部連通空間を有する３次元骨格構造の板材状合成樹脂発泡体であれば、セル膜を有するものでも使用可能である。
また、セラミックスラリーは、アルミナを主成分としたものを用いたが、ムライト、チタニア、ジルコン、ジルコニア、スピネル、コーディエライト、炭化珪素、窒化珪素なども用いることができる。また、焼結により３次元骨格構造を維持できる程度に強度が得られる材料であれば、その他、いずれのセラミック材料であっても使用可能である。
吸着材料についても、疎水性ゼオライトに限らず、メソポーラスシリケート、脱アルミニウムフォージャサイト、高シリカペンタシルゼオライト、シリカゲル、セピオライトなどであってもよいし、他の材料を用いることもできる。

この発明の実施の形態１を示す放電反応器の正面図である。 この発明の実施の形態１を示す放電反応器の側面図である。 この発明の実施の形態１を示す放電反応器の断面図である。 この発明の実施の形態１を示す放電反応器の縦断面図である。 この発明の実施の形態１の製造工程で使用する成形型の斜視図である。 この発明の実施の形態１の製造工程で使用する成形型の斜視図である。 この発明の実施の形態１の製造工程を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１の製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態１の製造工程を示す図である。 この発明の実施の形態１の変形例を示す成形体を示す断面図である。 この発明の実施の形態２を示す放電反応器の断面図である。 この発明の実施の形態２を示す放電反応器の縦断面図である。 この発明の実施の形態３を示す放電反応器の断面図である。 この発明の実施の形態３の変形例を示す放電反応器の断面図である。 この発明の実施の形態４を示す放電反応器の断面図である。 この発明の実施の形態４を示す放電反応器の縦断面図である。 この発明の実施の形態６を示すガス処理装置のシステムブロック図である。

符号の説明

１、３１、５１ 放電反応器、 ２高圧電極、 ２Ａ誘電体、
３ 接地電極、 ３Ａ 処理ガス供給口、 ３Ｂ ガス排出口、
５ 放電空間、 ５Ａ ギャップ、 ６、１６、２６、３６、５６ 吸着体、
６Ａ、１６Ａ、２７Ａ、２８Ａ、３７Ａ、３８Ａ、３８Ｃ、５６Ａ 吸着板、
２７、２８、３７、３８ 層、
２７Ｂ、２７Ｃ、２８Ｂ、２８Ｃ、３７Ｂ、３７Ｃ、３８Ｂ、３８Ｄ、５６Ｂ 継目、
６０Ａ、６０Ｂ 突起、
７０ ガス処理装置、 ７１ 高電圧発生装置、 ７２ ガス供給装置、
９００ 基体

Claims (8)

1. 第１の電極、この第１の電極の周囲に設けられた第２の電極、前記第１の電極と第２の電極間に形成された放電空間に設けられ、セラミックスラリーを付着させた平板の合成樹脂発泡体を湾曲して成形した後に焼成して得られた基体を吸着材料で被覆した内部に連通空間を有する三次元骨格構造セラミック多孔体からなる筒状の吸着体を備えたことを特徴とする放電反応器。
2. 吸着体は軸方向に垂直な断面形状が略円形または略矩形状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の放電反応器。
3. 吸着体は周方向に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の放電反応器。
4. 吸着体は厚さ方向に分割されていることを特徴とする請求項１に記載の放電反応器。
5. 吸着体は厚さ方向に分割された各層の周方向又は軸方向の継目位置をずらして配置されていることを特徴とする請求項４に記載の放電反応器。
6. 第１の電極および第２の電極の少なくとも一方に、吸着体の継目に嵌合する突起を設けたことを特徴とする請求項１に記載の放電反応器。
7. 吸着体は触媒が担持されていることを特徴とする請求項１に記載の放電反応器。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の放電反応器、この放電反応器の電極間に電圧を印加する高電圧発生装置、この放電反応器へ処理対象ガスを供給するガス供給装置を備えたことを特徴とするガス処理装置。

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