JP2007307514A - 気体浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で、高流速で被処理対象成分を含む気体を浄化することが可能であり、浄化処理に伴うオゾンの排出量を抑えることが可能な気体浄化装置を提供する。
【解決手段】気体浄化装置１００は、第一の導電体電極１と、第一の導電体電極１に対向する第二の導電体電極２と、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間に配置され、気体中に含まれる被処理対象成分を吸着する多孔質の吸着材３とを備え、吸着材３は、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間を満たしている。
【選択図】図１

Description

この発明は、一般的には気体浄化装置に関し、特定的には高電圧を印加した電極間に被処理対象成分を含む気体を流通させる気体浄化装置に関するものである。

日常の生活空間には、タバコから発生する浮遊成分や自動車の排気ガスなどに含まれる汚染物質が存在している。

一般的に、このような汚染物質の浄化方法としては次の方法が広く行われている。すなわち、吸着材による吸着除去や、酸化触媒やオゾン、プラズマによる分解除去といった方法である。

特開平１１−３４７３４２号公報（特許文献１）には、ＮＯｘ、ＣＯｘ、ＳＯｘ等の汚染物質をプラズマによって分解除去する装置が記載されている。この装置は、一定の間隔で向かい合うように配置されたメッシュ電極を誘電体で被覆し、この誘電体被覆メッシュ電極間に固定材として三次元多孔性を有する触媒担持無機イオン交換体を介挿したものである。この電極間に高圧交番電圧を印加することで、電極間を流通する被処理対象物質をプラズマ化して分解して無害化する。
特開平１１−３４７３４２号公報

しかしながら、特開平１１−３４７３４２号公報（特許文献１）のプラズマ発生装置においては、対向する誘電体被覆メッシュ電極の間隔が広いと、安定なプラズマの発生に困難が生じる。また、電極間に介挿された触媒担持無機イオン交換体とその周囲の空間との間においては、誘電率に大きな差がある。このため、電極と触媒担持無機イオン交換体との間の空隙部分に印加電圧が集中して、空隙部分で放電エネルギーが高くなり、触媒担持無機イオン交換体の内部においては放電エネルギーが乏しくなる。すなわち、誘電率の高い触媒担持無機イオン交換体の内部では放電が生じにくい。したがって、触媒担持無機イオン交換体の内部で分解による浄化作用を高めることが難しい。

触媒担持無機イオン交換体の内部で放電させ、浄化作用を高めるためには、触媒担持無機イオン交換体を介挿しない場合よりも、電極間により高い電圧を印加する必要がある。しかし、電極間の電圧が高ければ高いほど、触媒担持無機イオン交換体の内部での放電だけでなく、触媒担持無機イオン交換体の周囲の空間での放電も増加し、触媒担持無機イオン交換体の表面の劣化につながる。また、電極間に高電圧を印加するために電源容量の大型化が必要となる。

さらに、三次元多孔性を有する触媒担持無機イオン交換体とその周囲の空間とでは、被処理対象成分を含む気体の流れやすさにも大きな差がある。被処理対象成分を含む気体は三次元多孔性を有する触媒担持無機イオン交換体の内部よりも通風抵抗の低い周囲の空間を流れやすい。このため、触媒担持無機イオン交換体の内部には被処理対象成分が入りにくく、触媒担持無機イオン交換体の内部での浄化作用が低くなる。

一方、吸着材を用いた吸着除去の方法では、被処理対象成分の吸着量を高めるためには吸着量を大きくする必要があることや、吸着した成分の脱落による再汚染、浄化作用を保つための吸着材の交換、吸着材による圧力損失などの問題がある。また、酸化触媒、オゾン、プラズマによる分解除去の方法では、浄化作用を高めるためには被処理対象成分を含む気体が浄化作用を受ける領域に留まる時間を長くする必要がある。このため、高流速での分解処理は困難である。オゾン、プラズマによる分解除去の方法では、オゾンが生成されるため、オゾンの排出量や生成したオゾンの処理がさらに問題となる。

そこで、この発明の目的は、小型で、高流速で被処理対象成分を含む気体を浄化することが可能であり、浄化処理に伴うオゾンの排出量を抑えることが可能な気体浄化装置を提供することである。

この発明に従った気体浄化装置は、第一の導電体電極と、第一の導電体電極に対向する第二の導電体電極と、第一と第二の導電体電極の間に配置され、気体中に含まれる被処理対象成分を吸着する多孔質の吸着材とを備え、吸着材は、第一と第二の導電体電極の間を満たしている。

第一の導電体電極と第二の導電体電極との間に高電圧を印加すると、第一と第二の導電体電極間で放電が生じる。被処理対象成分を含む気体が放電領域内にあると、被処理対象成分を含む気体は、放電によって、電子、ラジカル、イオンなどの活性種に分解される。分解によって生じたこれらの粒子は互いに衝突し合い、再結合して無害化する。

このとき、第一と第二の導電体電極間において気体が自由に流通可能であると、被処理対象成分は放電の作用を受けにくく、分解されないままで下流へと流れてしまう。そこで、被処理対象成分を吸着する多孔質の吸着材を第一と第二の導電体電極間を満たすように配置する。

このようにすることにより、被処理対象成分は吸着材に捕えられ、第一と第二の導電体電極間に滞在する時間が長くなる。放電領域内にある吸着材に捕えられた被処理対象成分は、放電領域内に存在する電子、ラジカル、イオンなどの活性種と接触する機会が多くなり、分解作用、浄化作用を受けやすくなる。また、多孔質の吸着材の内部では流路が不規則に形成されているので、吸着材の内部を通過する気流が乱れるため、活性種と被処理対象成分とを含む気体が激しく撹拌され、被処理対象成分と活性種との接触がさらに増え、被処理対象成分がさらに分解されやすくなる。さらにまた、被処理対象成分が吸着材によって放電領域内に捕えられることで、活性種は吸着材に吸着されずに流れ過ぎる酸素よりも被処理対象成分と反応しやすくなる。このため、活性種と酸素が反応して生成するオゾンの量が減少する。

吸着材を第一と第二の導電体電極間に配置するとき、従来のように吸着材と電極の間に空間が設けられていると、電極間に配置された吸着材とその周囲の空間との間で誘電率に大きな差があることから、誘電率の高い吸着材の内部では放電が生じにくく、周囲の空間と吸着材の表面で放電が生じやすい。したがって吸着材の内部で放電による浄化作用を高めることが難しい。さらに、吸着材とその周囲の空間とでは、被処理対象成分を含む気体の流れやすさにも大きな差がある。被処理対象成分を含む気体は吸着材の内部よりも通風抵抗の低い周囲の空間を多く流れ、吸着材の内部を流れる被処理対象成分の量が少なくなり、浄化作用を高めることが難しい。そこで、電極と吸着材との間に空間が生じないように、吸着材を電極間に満たす。

このようにすることにより、吸着材の内部で放電が生じやすくなり、吸着材の内部に捕えられた被処理対象成分を効率よく分解し浄化することができる。また、吸着材の内部で放電させるために従来のように電圧を高くする必要がないので、気体浄化装置を小型化することができる。

吸着材を第一と第二の導電体電極間に配置するとき、吸着材と各導電体電極との間に空間が無い場合、被処理対象成分を含む気体の圧力損失が大きくなる恐れがある。そこで、通気性を有する多孔質の吸着材を第一と第二の導電体電極間に満たす。

このようにすることにより、高流速の気体に対しても、効率よく浄化処理を行うことができる。

このように、放電による浄化作用と吸着材による浄化作用とを合わせもつ気体浄化装置としたことで、小型で、高流速で被処理対象成分を含む気体を浄化することが可能であり、また、浄化処理に伴うオゾンの排出量を抑えることが可能となる。

この発明に従った気体浄化装置においては、第一と第二の導電体電極の間隔は１０ｍｍ以下であることが好ましい。

第一と第二の導電体電極の間隔が広いとき、安定な放電が生じにくい。電極間の距離が大きい場合には電極間の電位傾斜が緩やかになるために、吸着材の内部で安定した放電を生じさせるためには、電圧をより高くする必要がある。しかし、電極間に印加する電圧が高くなると、電極と吸着材との間で発生する放電によって吸着材の表面が劣化しやすくなる。また、高電圧を印加するために、電源を大型にする必要がある。

以上を考慮して、第一と第二の導電体電極の間隔を１０ｍｍ以下とすることで、吸着材の内部に安定な放電を発生させることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、第一と第二の導電体電極は、それぞれ内径の異なる円筒状に形成され、同心円状に配置されていることが好ましい。

このようにすることにより、気体の流量に対する電極の面積を大きくすることができるので、浄化処理の効率が上がり、気体浄化装置をコンパクトにすることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、複数組の第一と第二の導電体電極は、被処理対象成分を含む気体の流れる方向と垂直な方向に互いに向かい合って、吸着材を介して積み重ねられていることが好ましい。

このようにすることにより、浄化処理量を増やすことができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、複数組の第一と第二の導電体電極は、被処理対象成分を含む気体が流れる方向と平行な方向に、互いに間隔をあけて並べて配置されていることが好ましい。

このようにすることにより、各組の導電体電極間に電圧を印加するタイミングを変えることにより、連続運転可能な気体浄化装置となる。また、浄化処理量を増やすことができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、第一と第二の導電体電極の対向する少なくとも一方の面には誘電体層が形成されていることが好ましい。

このようにすることにより、第一と第二の導電体電極間に均一な電界を形成し、安定な放電を発生させることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、第一と第二の導電体電極の対向する一方の面に誘電体層が形成され、他方の面は無機材料で被覆されていることが好ましい。

このようにすることにより、放電によって生じた電子などの活性種が導電体電極に衝突して電極を消耗することを防ぐことができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、無機材料は、アルミナまたはガラスを含むことが好ましい。

このようにすることにより、製造の費用を抑えることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、誘電体層は、アルミナを含むことが好ましい。

このようにすることにより、製造の費用を抑えることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、誘電体層は、厚みが０．１〜１．０ｍｍであることが好ましい。

電極間に配置される誘電体層が厚ければ厚いほど、放電に必要な電圧が高くなる。また、誘電体層が薄ければ、安定な電界を形成することができない。このことを考慮して、誘電体は、厚みが０．１〜１．０ｍｍにすることにより、比較的低い電圧で安定な放電を得ることができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、吸着材は疎水性であることが好ましい。

このようにすることにより、被処理対象成分を含む気体中に存在する水分による電極間の短絡や火花の発生を防ぐことができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、吸着材はハニカム構造を有することが好ましい。

このようにすることにより、通気性も良く、機械的強度にも優れた吸着材を形成することができる。

この発明に従った気体浄化装置においては、吸着材は、被処理対象成分を含む気体が流れる開口部を有し、開口部の面積は、被処理対象成分を含む気体が流れる方向に交差する吸着材の面積に対して２０〜８０％であることが好ましい。

このようにすることにより、吸着材の強度を保ったままで、気体の流量を確保することができる。

以上のように、この発明によれば、小型で、高流速で被処理対象成分を含む気体を浄化することが可能であり、浄化処理に伴うオゾンの排出量を抑えることが可能な気体浄化装置を提供することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、この発明の一つの実施の形態として、気体浄化装置を概略的に示す図である。

図１に示すように、気体浄化装置１００は、第一の導電体電極１と、第二の導電体電極２と、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間を満たす多孔質の吸着材３と、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間に高電圧を印加するための電源４を備える。吸着材３には、被処理対象成分を含む気体５が吸着材３の内部に流れ込むための多数の開口部３１が形成されている。ここで、多孔質の吸着材３とは、ハニカム構造を有するように形成された吸着材を含む。

気体浄化装置１００においては、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間に、電源４によって交流、パルスなどの高電圧を印加し、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間で放電させる。気体５は第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間を満たす吸着材３の開口部３１から吸着材３の内部へと進入する。吸着材３は被処理対象成分を吸着するので、被処理対象成分を含む気体５中の被処理対象成分は吸着材３中に比較的長い時間滞留するが、一方、酸素や窒素などの被処理対象成分以外の気体は吸着材３中に留まりにくく、無害な気体６として外部へ流れ出る。吸着材３中に留まった被処理対象成分は、放電によって分解されて無害化され、無害な気体６となって気体浄化装置１００から外部へ出て行く。

吸着材３が単に電極間に各電極から距離を置いて配置されている場合、吸着材３は周りの空間に比べて誘電率や通風抵抗が大きいため、吸着材３の内部には気体が流入しにくく、また吸着材２の内部では放電がおこりにくい。これを避けるために、吸着材３は、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間を満たすようにする。熱や振動によって時間とともに吸着材３と電極間に空隙が生じないよう、絶縁体のシール材（図示しない）で電極と吸着材３との界面部に対してシール処理を行う。

このようにすることにより、被処理対象成分は吸着材３に捕えられ、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間に滞在する時間が長くなる。放電領域内にある吸着材３に捕えられた被処理対象成分は、放電領域内に存在する電子、ラジカル、イオンなどの活性種と接触する機会が多くなり、分解作用、浄化作用を受けやすくなる。また、多孔質の吸着材３の内部では、流路が不規則に形成されているので、吸着材内部を通過する気流が乱れるため、活性種と被処理対象成分とを含む気体が激しく撹拌され、被処理対象成分と活性種との接触がさらに増え、被処理対象成分がさらに分解されやすくなる。

また、吸着材３と各電極との間に空間が設けられていると、電極間に配置された吸着材３とその周囲の空間との間で誘電率に大きな差があることから、誘電率の高い吸着材３の内部では放電が生じにくく、周囲の空間と吸着材３の表面で放電が生じやすい。したがって、吸着材３の内部で放電による浄化作用を高めることが難しい。さらに、吸着材３とその周囲の空間とでは、気体の流れやすさにも大きな差がある。被処理対象成分を含む気体は吸着材の内部よりも通風抵抗の低い周囲の空間を多く流れ、吸着材３の内部を流れる被処理対象成分の量が少なくなり、浄化作用を高めることが難しい。そこで、電極と吸着材３との間に空間が生じないように、吸着材３を電極間に満たす。

このようにすることにより、吸着材３と電極との界面よりも吸着材３の内部で放電が生じやすくなり、また被処理対象成分が吸着材３の内部に滞留しやすくなるため、吸着材３中に捕えられた被処理対象成分を効率よく分解し浄化することができる。また、吸着材３が電極間を満たしているので、吸着材３の内部で放電させるために従来のように電圧を高める必要がなく、気体浄化装置１００を小型化することができる。さらに、被処理対象成分が吸着材によって放電領域内に捕えられることで、放電によって生じた電子、ラジカル、イオンなどの活性種は吸着材に吸着されずに流れ過ぎる酸素よりも被処理対象成分と反応しやすくなる。このため、活性種と酸素が反応して生成するオゾンの量が減少する。

吸着材３を第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間に配置するとき、吸着材３と各導電体電極との間に空間が無い場合、被処理対象成分を含む気体５の圧力損失が大きくなる恐れがある。そこで、通気性を有する多孔質の吸着材３を第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間に満たす。

このようにすることにより、高流速の気体に対しても、効率よく浄化処理を行うことができる。

第一の導電体電極１と第二の導電体電極２は板状であり、ほぼ平行に配置されている。第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間隔は１０ｍｍ以下とする。

第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間隔を広くすると、電極の枚数を減らすことができ製造性が向上する。しかし、電極の間隔が広いと、電極間の電位傾斜が緩やかになるため、安定な放電が生じにくい。また、電極と吸着材３の界面付近に電界が集中し、電極と吸着材３の界面での放電エネルギーが高くなるため、部分的な放電が起こりやすくなる。その結果、吸着材３の内部では放電が生じにくくなる。このように、吸着材３が厚くなると、吸着材内部においては放電による浄化作用が低下する。厚い吸着材を使用する場合に浄化作用を低下させないためには、より高い電圧を印加することが必要となる。しかし、印加する電圧を高くすると、電極と吸着材３との界面付近での放電エネルギーが高くなり、電極と吸着材３の表面で放電するため、吸着材３の表面が劣化しやすい。また、高電圧を印加するために、電源４を大型にする必要がある。

このことを考慮して、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２との間隔は１０ｍｍ以下とすることにより、吸着材３の内部に放電を安定に発生させることができる。

第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間を満たす吸着材３は、例えばアンモニア、アセトアルデヒド、酢酸、窒素化合物などのような被処理対象成分を吸着する。吸着材３は、シリカゲル、シリカライト、ゼオライトなどを単独または複合的に用いた非導電性材料から構成されている。吸着材３としてゼオライトを用いる場合には、ゼオライト中に含まれる水素原子あるいはナトリウム原子の一部を他の金属に置換したＭ交換ゼオライトを用いてもよい。ここで、Ｍ＝Ｃｕ，Ａｇ，Ｆｅ，Ｃｏ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ａｕ，Ｓｂなどとする。すなわち、水素原子あるいはナトリウム原子を置換する金属としては、銅、銀、鉄、コバルト、白金、ニッケル、パラジウム、金、アンチモンなどがある。

また、吸着材３は疎水性を有する。このようにすることにより、被処理対象成分を含む気体５中に存在する水分による第一の導電体電極１と第二の導電体電極２の間の短絡や火花の発生を防ぐことができる。

吸着材３は、ハニカム構造を有し、また被処理対象成分を含む気体５が吸着材３の内部に流れ込む開口部３１を有し、開口部３１の面積は、被処理対象成分を含む気体５の流れる方向に交差する吸着材３の面積に対して２０〜８０％とする。開口部３１の形状は、矩形やその他の形状でも構わない。通気性を有する多孔質の吸着材３は、オープンセル構造の発泡体として作成することが可能であるが、その他の製造方法でも構わない。

このようにすることにより、吸着材３の強度を保ったままで、気体の流量を確保することができる。このように開口部３１の面積比率を限定するのは、試作評価試験の結果、開口部３１の面積が被処理対象成分を含む気体５の流れる方向に交差する吸着材３の面積に対して２０％以下であれば圧力損失が問題となり、開口部３１の面積が被処理対象成分を含む気体５の流れる方向に交差する吸着材３の面積に対して８０％以上であれば吸着材３の強度と吸着能力が低下したからである。

図１においては、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２とはどちらも板状で、ほぼ平行に配置されているが、波板状など平板以外の形状でもよく、第一の導電体電極１と第二の導電体電極２とがほぼ一定の間隔であれば、平行に配置されていなくてもよい。

以上のように、放電による浄化作用と吸着材による浄化作用とを合わせもつ気体浄化装置としたことで、小型で、高流速で被処理対象成分を含む気体を浄化することが可能であり、また、浄化処理に伴うオゾンの排出量を抑えることが可能となる。

図２は、この発明のもう一つの実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。

図２に示すように、気体浄化装置２００は、被処理対象成分を含む気体５の流れる方向と垂直な方向に図１に示す気体浄化装置１００を積層したものである。図１に示す気体浄化装置１００と異なる点として、気体浄化装置２００は、第一の導電体電極として一層目の導電体電極１１と三層目の導電体電極１３、第二の導電体電極として二層目の導電体電極１２と四層目の導電体電極１４とを備え、各電極は、電極間に満たされた吸着材３を介して積層している。一層目の導電体電極１１と二層目の導電体電極１２との間、二層目の導電体電極１２と三層目の導電体電極１３、三層目の導電体電極１３と四層目の導電体電極１４との間にはそれぞれ同じ高電圧が電源４によって印加されている。吸着材３はハニカム構造を有し、また被処理対象成分を含む気体５が吸着材３の内部に流れ込む開口部３１を有する。被処理対象成分を含む気体５は、開口部３１を通って吸着材３の内部へと進入し、浄化され、無害な気体６として外部へ出される。

このように、吸着材を介して電極を積層することにより、浄化処理量を増加させることが可能となる。また、積層させる電極の数を変えることによって、必要に応じた浄化処理量を得ることができる。

図３は、この発明のさらにもう一つの実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。図３（Ａ）は一枚の電極の構成を示し、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の電極を備えた気体浄化装置全体の形態を示す。

図３に示すように、気体浄化装置３００は、図２に示した気体浄化装置２００と異なる点として、一層目の導電体電極１１と三層目の導電体電極１３の両面が誘電体層７で覆われている。

導電体電極上に誘電体層を形成するには、いくつかの方法がある。例えば、焼結前の誘電体、いわゆるグリーンシートの片面に導電体成分を含有した導体ペーストを塗布し、その上に別のグリーンシートを重ね合わせて、所定の温度で焼結させる方法がある。また、先に焼結させた誘電体を二枚用意し、一枚に導電体ペーストを塗ってもう一枚を重ね、導電体が固定される温度で焼成する方法がある。その他、誘電体の表面に導電体を溶射、メッキ、蒸着して導電体層を形成することもできる。緻密かつ高強度の誘電体層と均一な導電体が接合される方法であれば、他のどのような方法でもよい。

導電体ペーストは、銀、タングステン、銅、鉄、パラジウム、アルミニウム、炭素などの導電性材料を単独で、または、これらの元素のうちのいずれかを含む混合材料を用い、熱可塑性樹脂やガラスをバインダー成分としたものである。

誘電体層７は、アルミニウム、ナトリウム、カリウム、チタン、ジルコニウム、バリウム、鉛、ケイ素などの酸化物を単独で用いることができる。また、これらの元素のうちのいずれかを含む複合酸化物を用いてもよい。比較的安価なアルミナ、ガラス、マイカを用いることで製造費用を抑えることができる。

誘電体層７が薄い場合には、比較的低い電圧で誘電体層７に絶縁破壊が生じる。このため、電極間に印加する電圧を低くする必要がある。しかし、電極間に印加する電圧が低いと、吸着材３の内部で生じる放電が不十分になり、浄化作用が低くなる。一方、誘電体層７が厚い場合、放電を発生させ、放電を維持するためにより高い電圧を印加するか、吸着材３の厚みを薄くする必要がある。吸着材３の厚みが薄くなると、被処理対象成分を含む気体５の流れる方向に交差する吸着材３の面積に対する開口部３１の面積が小さくなり、圧力損失が大きくなる。このことを考慮して、誘電体層の厚みは０．１〜１．０ｍｍとする。

図３に示すように、誘電体層７で被覆された導電体電極と、誘電体層７で被覆されていない導電体電極とを交互に積層してもよく、また、すべての導電体電極を誘電体層７で被覆してもよい。

このようにして得られた誘電体層によって被覆された電極（図３（Ａ））を、図２に示す気体浄化装置２００と同様に積層させて、図３（Ｂ）に示す気体浄化装置３００を得る。図３では一例として、一層目の導電体電極１１と三層目の導電体電極１３が誘電体層７で被覆され、二層目の導電体電極１２と四層目の導電体電極１４は誘電体層７で被覆されていない。

このように、厚み０．１〜１．０ｍｍの誘電体層７を向かい合う一方の電極面上に形成することにより、浄化処理量を損なわずに、均一な電界を形成させ安定した放電を得ることができる。

図４は、この発明のさらに別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。図４（Ａ）は一枚の電極の構成を示し、図４（Ｂ）は図４（Ａ）に示す電極を備えた気体浄化装置全体の形態を示す。

図４に示すように、気体浄化装置４００は、図２に示す気体浄化装置２００および図３に示す気体浄化装置３００と異なる点として、一層目の導電体電極１１、二層目の導電体電極１２、三層目の導電体電極１３の片面に誘電体層を形成し、もう一方の面を無機材料で被覆している。

図４（Ａ）に示すように、一層目の導電体電極１１は、一方の面が誘電体層７で被覆され、他方の面は無機材料８で被覆されている。無機材料８としてはガラスやセラミックを用い、厚みは数μ〜数十μとする。

気体浄化装置に誘電体層７と無機材料８とで片面ずつ被覆した導電体電極を用いる場合、全ての導電体電極を誘電体層７と無機材料８とで片面ずつ被覆する。または、図４（Ｂ）に示すように、最端の導電体電極（図４（Ｂ）においては四層目の導電体電極１４）は被覆しなくてもよい。

このように、導電体電極を無機材料８で被覆することにより、放電によって発生した電子などの衝突による導電体電極の消耗を抑制することができる。

図５は、この発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。

図５に示すように、気体浄化装置５００においては、図１に示す気体浄化装置１００と同様の構成である気体浄化装置１０１，１０２，１０３が、被処理成分を含む気体５の流れる方向にほぼ平行に互いに間隔をあけて並べて配置されている。

このようにすることにより、浄化処理量が増大する。また、各気体浄化装置１０１，１０２，１０３に電圧を印加するタイミングを変えてそれぞれの気体浄化装置の運転と運転停止とを切り替え、メンテナンスが必要な気体浄化装置をその気体浄化装置が運転を停止している時間に取り外しても、被処理対象成分を含む気体５の流通路において浄化処理を継続することができるので、連続運転が可能となる。

気体浄化装置５００のそれぞれの電極対は、図５においては図１に示す気体浄化装置１００と同様の構成としているが、図２〜４に示す電極のように、積層した電極や、誘電体や無機材料で被覆した電極であってもよい。

図６は、この発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。図６（Ａ）は、円筒状の導電体電極を用いた気体浄化装置６００の全体的な概略図を示し、図６（Ｂ）には、気体浄化装置６００の断面図を示す。

図６に示すように、気体浄化装置６００は、内側の円筒を形成する第一の円筒状導電体電極１５と、外側の円筒を形成する第二の円筒状導電体電極１６と、第一の円筒状導電体電極１５と第二の円筒状導電体電極１６との間を満たす吸着材３を備える。第一の円筒状導電体電極１５の内側には吸着材３が存在していない。第一の円筒状導電体電極１５と第二の円筒状導電体電極１６とはほぼ同心円状に配置されている。第一の円筒状導電体電極１５と第二の円筒状導電体電極１６との間に高電圧を印加し、吸着材３の内部で放電を発生させる。外側の円筒を形成している第二の円筒状導電体電極１６の一端にはドーム状壁９が接着されている。外部から気体浄化装置６００に流れ込んだ気体は、ドーム状壁９があるために、気体浄化装置６００の内部を直進して通り抜けることができない。

被処理対象成分を含む気体５は、矢印で示すように、内側の円筒を形成している第一の円筒状導電体電極１５の内側を通って気体浄化装置６００内に進入する。第一の円筒状導電体電極１５の内側には吸着材３が配置されておらず、被処理対象成分を含む気体５は抵抗なく、気体浄化装置６００の奥へと進む。図６（Ｂ）に示すように、被処理対象成分を含む気体５は、気体浄化装置６００内の奥に設けられているドーム状壁９によって、矢印で示す方向に進行方向を変え、外側の円筒を形成している第二の円筒状導電体電極１６と第一の円筒状導電体電極との間に満たされた吸着材３の内部を通りながら浄化され、矢印で示すように、無害な気体６となって外部へ出る。

被処理対象成分を含む気体は、まず、第一の円筒状導電体電極１５と第二の円筒状導電体電極１６との間から吸着材３の内部へ入り、浄化され、浄化された無害な気体が第一の円筒状導電体電極１５によって形成された円筒の内側を通って外部へ出てもよい。

このようにすることにより、気体の流量に対する電極の面積を大きくすることができるので、浄化処理の効率が上がり、気体浄化装置をコンパクトにすることができる。また、被処理対象成分を含む気体５の入り口と無害な気体６の出口を気体浄化装置６００の同じ方向に設けることができる。

図７は、この発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。

図７に示すように、気体浄化装置７００は、図６に示す気体浄化装置６００と異なる点として、円筒状の導電体電極を同心円状に積層したものである。最も内側の円筒状導電体電極から外側へ向かって順に、第一の円筒状導電体電極１５、第二の円筒状導電体電極１６、第三の円筒状導電体電極１７が配置され、それぞれの円筒状導電体電極の間には吸着材３が満たされている。最も内側の第一の円筒状導電体電極１５の内側は空洞になっており、被処理対象成分を含む気体５はこの空洞を通って気体浄化装置７００の内部へ進入する。気体浄化装置７００の奥にはドーム状壁９があり、被処理対象成分を含む気体５はこの壁に沿って進路を変え、各円筒状導電体電極の間を満たす吸着材３の内部を通って、浄化され、無害な気体となって外部へ出る。

このようにすることにより、気体の流量に対する電極の面積を大きくすることができるので、浄化処理の効率が上がり、気体浄化装置をコンパクトにすることができる。また、浄化処理量を増やすことができる。気体浄化装置７００を複数並べて配置してもさらに浄化処理量を増やすことができる。

本発明の一つの実施の形態の気体浄化装置を用いて得られた気体清浄効果について説明する。

図３に示す気体浄化装置３００を用いて、以下のようにアンモニア（ＮＨ_３）ガスの分解試験を行った。

乾燥空気とＮＨ_３ガスを含む混合ガス（ＮＨ_３濃度２０ｐｐｍ）を流量５Ｌ／分で気体浄化装置３００に供給した。各電圧間には株式会社三陽電機製作所製ネオントランスを用いてＡＣ６０Ｈｚ、７ｋＶおよび８ｋＶを印加し、混合ガスの浄化処理を行った。気体浄化装置３００を通り抜けた後のＮＨ_３濃度およびオゾン（Ｏ_３）濃度を検知管で測定した。このときのＮＨ_３濃度を処理後のＮＨ_３濃度とし、電圧を印加しない気体浄化装置３００に混合ガスを通過させた後のＮＨ_３濃度を処理前のＮＨ_３濃度とする。ＮＨ_３分解率は、次のようにして求めた。

ＮＨ_３分解率［％］＝（１−処理後のＮＨ_３濃度［ｐｐｍ］／処理前のＮＨ_３濃度［ｐｐｍ］）×１００

気体浄化装置３００においては、各電極１１〜１４の大きさは、２０ｍｍ×８ｍｍとし、この電極を１０枚、各電極の間に吸着材を介して積層させた。各導電体電極の間隔は２ｍｍとした。導電体電極としては厚みが５００μｍのアルミニウム板を用い、誘電体としては厚みが１００μｍのアルミナ基盤を用いた。吸着材としては株式会社環境セラミックリサーチ製ゼオライトハニカムを使用し、吸着材３を配置しない気体浄化装置３００も用意し同様の分解試験を行った。

以上の分解試験の結果を表１に示す。

表１に示すように、吸着材３が無い場合と有る場合とを比較すると、ＮＨ_３の分解率は、吸着材３が有る場合に高くなる。印加電圧が６ｋＶの場合には、吸着材３が無い場合にはＮＨ_３はほとんど分解されないのに対し、吸着材３が有る場合の分解率は２３％であった。また、印加電圧が７ｋＶの場合、吸着材３が無い場合には６％の分解率であったが、吸着材３が有れば分解率は５０％にまで上昇した。また、Ｏ_３の発生濃度についても、吸着材３の有無によって非常に大きな差異が現れた。印加電圧が６ｋＶの場合、吸着材が無ければＯ_３の濃度は１０ｐｐｍであったが、吸着材が有れば５ｐｐｍと半減した。印加電圧が７ｋＶであれば、吸着材が無い場合のＯ_３濃度は８５ｐｐｍであったが、吸着材３があれば、Ｏ_３濃度は１５ｐｐｍに抑えられた。

このように、放電電極間に吸着材３を満たすことで、ＮＨ_３の分解率が上昇し、Ｏ_３の発生を抑えることができた。

次に、気体浄化装置３００を用いて、混合ガスに代えて、密閉容器内でタバコを燃焼させた際に発生したＮＨ_３の分解試験を行った。

タバコ（マイルドセブン５本）を容積が１ｍ^３の密閉容器内で燃焼させた後、密閉容器内の雰囲気に対して気体浄化装置３００で浄化処理を行った。気体浄化装置３００に流入させる被処理対象成分気体の流量を６０Ｌ／分、１２０Ｌ／分、２４０Ｌ／分、４８０Ｌ／分と変えて、表１の場合と同様に、ＮＨ_３分解率とＯ_３濃度を求めた。印加した電圧は７ｋＶであった。

気体浄化装置３００においては、各電極の大きさは、４０ｍｍ×４６ｍｍとし、この電極を１０枚、各電極の間に吸着材を介して積層させた。各導電体電極の間隔を２ｍｍとした。導電体電極としては厚みが５００μｍのアルミ板を用い、誘電体としては厚みが１００μｍのアルミナ基盤を用いた。吸着材としては株式会社環境セラミックリサーチ製ゼオライトハニカムを使用した。

ＮＨ_３濃度およびＯ_３濃度の測定は、それぞれの流量に対して、以下のように行った。まず初めに大気中で放電を行った後、密閉容器内の雰囲気を気体浄化装置３００に流通させ、一定時間毎にＮＨ_３濃度およびＯ_３濃度を測定してＮＨ_３分解率とＯ_３発生濃度とを求めた。測定は、浄化処理開始０分、５分後と浄化処理開始後１０分から１０分毎に３０分後まで行った。その後、再び大気中で一定時間放電させ、新たに密閉容器内の雰囲気を気体浄化装置３００に導入して測定を行った。この測定を２０回繰り返し、浄化処理開始からの経過時間に対してＮＨ_３分解率とＯ_３濃度の平均値を求めた。大気中での放電時間は３０分間とし、流量が６０Ｌ／分の場合には、大気中で１０分間放電した場合についても測定した。この大気中での放電時間を吸着材３の再生時間とする。

図８に得られたＮＨ_３分解率の時間変化を、図９にＯ_３濃度の時間変化を示す。

図８と図９に示すように、流量の増加に伴ってＮＨ_３分解率は上昇し、Ｏ_３濃度は減少した。しかし、流量が２４０Ｌ／分の場合と４８０Ｌ／分の場合とを比較すると、ＮＨ_３分解率において顕著な差が無く、Ｏ_３濃度も２４０Ｌ／分の場合と同様に十分低く保たれることが分かった。

処理気体の流量を上げると、騒音の発生や消費電力の増大などの問題が生じる。このことと分解試験の結果とを考え合わせると、本試験に用いた気体浄化装置３００では流量２４０Ｌ／分が最も好ましいと考えられる。本試験に用いた気体浄化装置３００の大きさを二倍にすることにより、家庭用空気清浄機などへの応用が可能となる。

前述のように、本試験においては導電体電極の間隔を２ｍｍとした。電極間隔を広くすれば、電極の枚数を減らすことができ、製造性が向上する。一方で、電極の間隔が広いと安定な放電が得られにくい。例えば、電極の間隔を１０ｍｍとすると、電極間の電圧傾度が２ｍｍの場合の５分の１になるため、電極間隔が２ｍｍの場合と同様の安定した放電を継続的に得るためには、高い電圧、たとえば、３５ｋＶ以上の電圧を電極間に印加する必要があり、電源４の大型化が必要となる。また、吸着材が厚くなるため、吸着材内部での放電が生じにくく、吸着材と電極の界面で放電が発生しやすくなり、吸着材の表面が劣化しやすくなる。印加電力を上げる場合には誘電体層７を厚くする必要があるが、電極間の距離を保つためには、その分、被処理対象成分を含む気体５の流れる方向と交差する吸着材３の面積を減らすことになり、気体の圧力損失が大きくなる。したがって、電極の間隔は１０ｍｍ以下とし、より好ましくは２ｍｍ〜４ｍｍとする。

なお、この分解試験において、大気中での放電と、密閉容器内の雰囲気の浄化処理とを交互に２０回行ったが、浄化処理の回数を重ねても、浄化処理の低下は見られなかった。このことから、大気中で放電を行うことにより、吸着材３の再生が可能であることが分かった。したがって、吸着材３の再生を行うための機器構成を追加することなく、気体浄化装置３００に流通させる気体を被処理対象成分を含む気体と大気とで切替可能な配管を追加し、定期的に被処理対象成分を含む気体の浄化処理を停止して３０分間以上大気を流通させながら放電させて吸着材の再生を行うことで、長期間に渡ってメンテナンスフリーな気体浄化装置を低コストで実現できる。

以上に開示された実施の形態や実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態や実施例ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。

本発明の一つの実施の形態として、気体浄化装置を概略的に示す図である。 本発明のもう一つの実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。 本発明のさらにもう一つの実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。（Ａ）は一枚の電極の構成を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す電極を備えた気体浄化装置全体の形態を示す。 本発明のさらに別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図であり、（Ａ）は一枚の電極の構成を示し、（Ｂ）は（Ａ）に示す電極を備えた気体浄化装置全体の形態を示す。 本発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。 本発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図であり、（Ａ）は円筒状の導電体電極を用いた気体浄化装置の全体的な概略図を示し、（Ｂ）は気体浄化装置の断面図を示す。 本発明のさらにまた別の実施の形態として、気体浄化装置の別の形態を示す図である。 ＮＨ_３分解率の時間変化を示す図である。 Ｏ_３濃度の時間変化を示す図である。

符号の説明

１：第一の導電体電極、２：第二の導電体電極、３：吸着材、５：被処理対象成分を含む気体、７：誘電体層、８：無機材料、９：ドーム状壁、１１：一層目の導電体電極、１２：二層目の導電体電極、１３：三層目の導電体電極、１４：四層目の導電体電極、１５：第一の円筒状導電体電極、１６：第二の円筒状導電体電極。

Claims (13)

1. 第一の導電体電極と、
   前記第一の導電体電極に対向する第二の導電体電極と、
   前記第一と第二の導電体電極の間に配置され、気体中に含まれる被処理対象成分を吸着する多孔質の吸着材とを備え、
   前記吸着材は、前記第一と第二の導電体電極の間を満たしている、気体浄化装置。
2. 前記第一と第二の導電体電極の間隔は、１０ｍｍ以下である、請求項１に記載の気体浄化装置。
3. 前記第一と第二の導電体電極は、それぞれ内径の異なる円筒状に形成され、同心円状に配置されている、請求項１または請求項２に記載の気体浄化装置。
4. 複数組の前記第一と第二の導電体電極は、被処理対象成分を含む気体が流れる方向と垂直な方向に互いに向かい合って、前記吸着材を介して積み重ねられている、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
5. 複数組の前記第一と第二の導電体電極は、被処理対象成分を含む気体が流れる方向と平行な方向に、互いに間隔をあけて並べて配置されている、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
6. 前記第一と第二の導電体電極の対向する少なくとも一方の面には誘電体層が形成されている、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
7. 前記第一と第二の導電体電極の対向する一方の面に誘電体層が形成され、他方の面は無機材料で被覆されている、請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
8. 前記無機材料は、アルミナまたはガラスを含む、請求項７に記載の気体浄化装置。
9. 前記誘電体層は、アルミナを含む、請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
10. 前記誘電体層は、厚みが０．１〜１．０ｍｍである、請求項６から請求項９までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
11. 前記吸着材は、疎水性である、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
12. 前記吸着材は、ハニカム構造を有する、請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
13. 前記吸着材は、被処理対象成分を含む気体が流れる開口部を有し、前記開口部の面積は、被処理対象成分を含む気体が流れる方向に交差する前記吸着材の面積に対して２０〜８０％である、請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載の気体浄化装置。
    
    

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