JP2008194551A - 排ガス処理装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】反応管の径を大きくすることにより、排ガスの処理量を増大させるとともに、水膜を必要とせずにプラズマの発生状態を安定化させ、プラズマ長を伸ばすことで除害性能を高めることができる排ガス処理装置を提供すること。
【解決手段】排ガスＧを導入する反応管１と、反応管１の上部側で気中に配設された上部電極２と、反応管１の下部側に配設された下部電極３と、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する噴霧ノズル４とを備え、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧することにより、電極２、３間に電流の経路を形成して、反応管１内にプラズマＰを発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＰＦＣガス等の排ガス処理装置に関し、特に、電極間に発生するプラズマを利用して排ガスに含まれる有害物質を分解し処理する排ガス処理装置に関するものである。
従来、電極間に発生するプラズマを利用して排ガスに含まれる有害物質を分解、処理する排ガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１〜４参照）。
このうち、特許文献４に記載された排ガス処理装置は、被処理ガスが通過する管状の細長い反応管と、この反応管の上部側に配置される高圧電極と、反応管の下部側に配置される接地電極と、反応管の上部側から前記反応管内に水を供給する給水管と、反応管の下部側から反応管内の水を排出する排出管と、反応管の上部側から反応管内に電解質溶液を供給するノズルとを備え、反応管の軸線方向にプラズマを発生させることによって、特許文献１〜３に記載された排ガス処理装置と比較して、排ガスに含まれる有害物質を効率的に分解し処理できるようにしている。
ところで、この特許文献４に記載された排ガス処理装置では、反応管の内側に水膜を形成し、そこに電解質溶液を流入させることによってプラズマを発生させている。
しかしながら、このような構成によると、電極を必ず反応管の近傍に配設しなければならなくなるため、反応管の径をある一定以上大きくすることができず、排ガスの処理量が限定されるという問題がある。
また、従来の排ガス処理装置では、反応管に水膜を形成するために、水壁のゆれによってプラズマの発生状態が不安定になり、電極間距離（プラズマ長）をある一定以上伸ばすことができず、それによって除害性能が制限されるという問題もある。
特開平５−１５７３７号公報 特開平７−４７２２４号公報 特開平１１−１５６１５６号公報 特開２００４−２０９３７３号公報
本発明は、上記従来の排ガス処理装置の有する問題点に鑑み、反応管の径を大きくすることにより、排ガスの処理量を増大させるとともに、水膜を必要とせずにプラズマの発生状態を安定化させ、プラズマ長を伸ばすことで除害性能を高めることができる排ガス処理装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置は、反応管に導入した排ガスを、反応管内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管の上部側で気中に配設された上部電極と、反応管の下部側に配設された下部電極と、上部電極と下部電極の間に電解質溶液を噴霧する噴霧ノズルとを備えたことを特徴とする。
この場合において、上部電極には、以下の構成のものを採用することができる。
（１）上部電極が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズルを兼ねるようにしたもの
（２）上部電極内部を冷却のための水が流れるようにしたもの
（３）上部電極外部に冷却及び防食のための水を噴霧するようにしたもの
（４）上部電極外部に冷却及び防食のためのシールドガスを流すようにしたもの
また、下部電極には、以下の構成のものを採用することができる。
（５）下部電極を冷却及び防食のための水を噴霧するノズル状に形成するようにしたもの
（６）下部電極を冷却及び防食のための水が溢流する形状に形成するようにしたもの
（７）下部電極内部を冷却のための水が流れるようにしたもの
（８）下部電極外部に冷却及び防食のための水を噴霧するようにしたもの
（９）下部電極を水槽内に水没させるようにしたもの
また、反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつプラズマ停止時に冷却のための水を反応管内部に溢流して洗浄する水冷ジャケットを設けることができる。
さらに、反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつ排ガスを浄化、冷却するための水を噴霧するスプレーノズルを設けることができる。
本発明の排ガス処理装置によれば、反応管に導入した排ガスを、反応管内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管の上部側で気中に配設された上部電極と、反応管の下部側に配設された下部電極と、上部電極と下部電極の間に電解質溶液を噴霧する噴霧ノズルとを備えることから、上部電極と下部電極の間に電解質溶液を噴霧することにより、電極間に電流の経路を形成して、反応管内にプラズマを発生させることができる。
そして、本発明の排ガス処理装置では、従来のように反応管内に水膜を必要としないため、電極との位置関係に拘束されることなく、反応管の径を大きくすることができ、これにより、排ガスの処理量を増大させることができるとともに、プラズマの発生状態を安定化させ、かつ、プラズマ長を伸ばすことによって、除害性能を高めることができる。
また、上部電極に上記（１）〜（４）の構成のものを採用することにより、高温にさらされる上部電極を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、上部電極が消耗することを防止することができるとともに、スクラバーとして排ガスを浄化、冷却することができる。
また、下部電極に上記（５）〜（９）の構成のものを採用することにより、高温にさらされる下部電極を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、下部電極が消耗することを防止することができるとともに、スクラバーとして排ガスを浄化、冷却することができる。
また、反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつプラズマ停止時に水を反応管内部に溢流して洗浄する水冷ジャケットを設けることにより、プラズマ発生時には反応管を冷却し、プラズマ停止時には反応管内を洗浄することができる。
さらに、反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつ排ガスを浄化、冷却するための水を噴霧するスプレーノズルを設けることにより、プラズマ発生時に反応管を冷却するとともに、排ガスを浄化、冷却することができる。
以下、本発明の排ガス処理装置の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１に、本発明の排ガス処理装置の第１実施例を示す。
この排ガス処理装置は、大気圧下で電極間に発生するプラズマを利用して、例えば、ＣＦ４やＳＦ６等のＰＦＣガスのような排ガスに含まれる有害物質を分解し、処理するものである。
そして、この排ガス処理装置は、排ガスＧを導入する反応管１と、反応管１の上部側で気中に配設された上部電極２と、反応管１の下部側に配設された下部電極３と、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する噴霧ノズル４（本実施例においては、上部電極２が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４を兼ねるようにしている。）とを備え、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧することにより、電極２、３間に電流の経路を形成して、反応管１内にプラズマＰを発生させるようにしている。
反応管１は、縦置きされた筒体からなり、アルミナ、ムライト、石英、ジルコニア等のセラミックやその他の耐熱材料で構成されている。
反応管１は空冷でもよいが、本実施例では、プラズマ発生時には反応管１を冷却し、プラズマ停止時には水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する水冷ジャケット１１を反応管１の周囲に設けている。
水冷ジャケット１１の水Ｈは、プラズマ発生時には、水冷ジャケット１１の下部より導入されるとともに、オーバーフローライン１２から水槽６へ流れ、さらに、オーバーフローライン６２より排出される。なお、水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよい。
また、プラズマ停止時は、オーバーフローライン１２のバルブ１３を閉じることにより、水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する。
なお、排ガスＧは、反応管１の上部開口部から導入され、プラズマＰにより有害物質が分解された後、 反応管１の下部開口部から排出される。
上部電極２は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の上部開口部で気中に配設されており、電源装置５から高圧電流が印加される。そして、上部電極２と下部電極３は、どちらがプラスでもマイナスでもよい。
この場合において、上部電極２には、以下の構成のものを採用することができる。
（１）上部電極２が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４を兼ねるようにしたもの（第１実施例）
（１’）上部電極２と、電解質溶液を噴霧する噴霧ノズル４とを個別に配設するようにしたもの（図２（ａ））
（２）上部電極２の内部を冷却のための水Ｈが流れるようにしたもの（図２（ｂ））
（３）上部電極２の外部に冷却及び防食のための水を噴霧する噴霧ノズル４Ａを配設するようにしたもの（図２（ｃ））
（４）上部電極２の外部に冷却及び防食のためのシールドガス（不活性ガス）Ｇａを流すようにしたもの（図２（ｄ））
これにより、高温にさらされる上部電極２を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、上部電極２が消耗することを防止することができるとともに、噴霧した冷却及び防食のための水Ｈは、スクラバーとして、排ガスＧの冷却や溶解、粉体の除去などの目的にも用いることができる。
下部電極３は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の下方で、冷却及び防食のための水を噴霧するスクラバーノズルを兼ねるように形成されている。
下部電極３によって噴霧された冷却及び防食のための水Ｈは、水槽６からオーバーフローライン６２を介して排出される。なお、冷却及び防食のための水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよし、アンモニア水等の薬液を用いてもよい。
この場合において、下部電極３には、以下の構成のものを採用することができる。
（５）下部電極３を冷却及び防食のための水を噴霧するノズル状に形成するようにしたもの（第１実施例）
（６）下部電極３を冷却及び防食のための水Ｈが溢流する形状に形成するようにしたもの（図３（ａ））
（７）下部電極３の内部を冷却のための水Ｈが流れるようにしたもの（図３（ｂ））
（８）下部電極３の外部に冷却及び防食のための水を噴霧するスクラバーノズル６４を配設するようにしたもの（図３（ｃ））
（９）下部電極３を水槽６内に水没させるようにしたもの（図３（ｄ））
これにより、高温にさらされる下部電極３を効率的に冷却するとともに腐食を防ぎ、下部電極３が消耗することを防止することができるとともに、噴霧した冷却及び防食のための水Ｈは、スクラバーとして、排ガスＧの冷却や溶解、粉体の除去などの目的にも用いることができる。
なお、第１実施例において、上部電極２を兼ねた噴霧ノズル４は、反応管１の上部開口部に配設されており、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する。
この噴霧ノズル４による電解質溶液Ｄの噴霧は、プラズマＰの点火後に止めてもよいし、噴霧し続けてもよい。
電解質溶液Ｄの噴霧は、上部電極２と下部電極３の間に電流の経路を形成することができ、これにより、プラズマＰの発生を容易にすることができる。
なお、電解質溶液Ｄとしては、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ等の電解質を溶解した溶液を用いることができ、特に、アルカリ性の電解質溶液を使用することにより、酸性の排ガスを中和することができる。
図４に、本発明の排ガス処理装置の第２実施例を示す。
この排ガス処理装置は、排ガスＧを導入する反応管１と、反応管１の上部側で気中に配設された上部電極２と、反応管１の下部側に配設された下部電極３と、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する噴霧ノズル４とを備え、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧することにより、電極２、３間に電流の経路を形成して、反応管１内にプラズマＰを発生させるようにしている。
反応管１は、縦置きされた筒体からなり、アルミナ、ムライト、石英、ジルコニア等のセラミックやその他の耐熱材料で構成されている。
反応管１は空冷でもよいが、本実施例では、プラズマ発生時には反応管１を冷却し、プラズマ停止時には水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する水冷ジャケット１１を反応管１の周囲に設けている。
水冷ジャケット１１を冷却するための水Ｈは、プラズマ発生時には、水冷ジャケット１１の下部より導入されるとともに、オーバーフローライン１２から水槽６へ流れ、さらに、オーバーフローライン６２より排出される。なお、水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよい。
また、プラズマ停止時は、オーバーフローライン１２のバルブ１３を閉じることにより、水Ｈを反応管１の内部に溢流して洗浄する。
なお、排ガスＧは、反応管１の上部開口部から導入され、プラズマＰにより有害物質が分解された後、 反応管１の下部開口部から排出される。
上部電極２は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の上部開口部で気中に配設されており、電源装置５から高圧電流が印加される。この場合、上部電極２と下部電極３は、どちらがプラスでもマイナスでもよい。
なお、この冷却及び防食のための水Ｈの噴霧は、排ガスＧの冷却や溶解、粉体の除去などの目的にも用いることができる。
下部電極３は、ステンレス、ハステロイ、タングステン、ＳｉＣ等の導電性材料からなり、反応管１の下方で、冷却及び防食のための水Ｈが溢流する形状、本実施例においては、短円筒状に形成されている。なお、下部電極３の形状は、冷却及び防食のための水Ｈが溢流する形状であればどのような形状でもよく、例えば、耐久性をもたせるためにより肉厚の短円筒状にする等、その形状は任意に設定することができる（以下の第３実施例も同様）。
下部電極３は、反応管１の下に設けられた水槽６の上部で筒状の支持部６１により支持されており、冷却及び防食のための水Ｈがこの下部電極３から溢流するようにされている。
下部電極３から溢流した冷却及び防食のための水Ｈは、水槽６からオーバーフローライン６２を介して排出される。なお、冷却及び防食のための水Ｈとしては、新水を用いてもよいし、排水を循環させてもよい。
また、本実施例では、下部電極３の周囲にスクラバーノズル６４が配設されている。
噴霧ノズル４は、反応管１の上部開口部に配設されており、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する。
この噴霧ノズル４による電解質溶液Ｄの噴霧は、プラズマＰの点火後に止めてもよいし、噴霧し続けてもよい。
電解質溶液Ｄの噴霧は、上部電極２と下部電極３の間に電流の経路を形成することができ、これにより、プラズマＰの発生を容易にすることができる。
なお、電解質溶液Ｄとしては、ＮａＣｌ、ＣａＣｌ２、ＭｇＣｌ２、ＮＨ４Ｃｌ、ＮａＯＨ等の電解質を溶解した溶液を用いることができ、特に、アルカリ性の電解質溶液を使用することにより、酸性の排ガスを中和することができる。
図５に、本発明の排ガス処理装置の第３実施例を示す。
この排ガス処理装置は、下部電極３を有底の筒状に形成し、この下部電極３を給水管７により支持するようにしている。
水槽６の水Ｈは、中心に設けられたオーバーフローライン６５から排出される。
なお、この第３実施例のその他の構成は、上記各実施例の排ガス処理装置と同様であるため、同一部材は同一符号を記すことにより、その説明を省略する。
図６に、本発明の排ガス処理装置の第４実施例を示す。
この排ガス処理装置は、反応管１の周囲に、プラズマ発生時に反応管１を冷却し、かつ排ガスを浄化、冷却するための水を噴霧するスプレーノズル８を設けるようにしている。
なお、この第４実施例のその他の構成は、上記各実施例の排ガス処理装置と同様であるため、同一部材は同一符号を記すことにより、その説明を省略する。
かくして、本実施例の排ガス処理装置は、反応管１に導入した排ガスＧを、反応管１内に発生させたプラズマＰにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管１の上部側で気中に配設された上部電極２と、反応管１の下部側に配設された下部電極３と、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧する噴霧ノズル４とを備えることから、上部電極２と下部電極３の間に電解質溶液Ｄを噴霧することにより、電極２、３間に電流の経路を形成して、反応管１内にプラズマＰを発生させることができる。
そして、本発明の排ガス処理装置では、従来のように反応管１内に水膜を必要としないため、電極との位置関係に拘束されることなく、反応管１の径を大きくすることができ、これにより、排ガスの処理量を増大させることができるとともに、プラズマの発生状態を安定化させ、かつ、プラズマ長を伸ばすことによって、除害性能を高めることができる。
また、反応管１の周囲に、プラズマ発生時に反応管１を冷却し、かつプラズマ停止時に水Ｈを反応管１内部に溢流して洗浄する水冷ジャケット１１を設けることにより、プラズマ発生時には反応管１を冷却し、プラズマ停止時には反応管１内を洗浄することができる。
さらに、反応管１の周囲に、プラズマ発生時に反応管１を冷却し、かつ排ガスを浄化、冷却するための水を噴霧するスプレーノズル８を設けることにより、プラズマ発生時に反応管を冷却するとともに、排ガスを浄化、冷却することができる。
以上、本発明の排ガス処理装置について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、実施例に記載した構成を適宜組み合わせる等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができる。
本発明の排ガス処理装置は、反応管の径を大きくすることにより、排ガスの処理量を増大させるとともに、水膜を必要とせずにプラズマの発生状態を安定化させ、プラズマ長を伸ばすことで除害性能を高めることができるという特性を有し、このことから、大量又は迅速に排ガスを処理する排ガス処理装置として広く好適に用いることができる。
本発明の排ガス処理装置の第１実施例を示す断面図である。 上部電極の変形実施例を示す断面図である。 下部電極の変形実施例を示す断面図である。 本発明の排ガス処理装置の第２実施例を示す断面図である。 本発明の排ガス処理装置の第３実施例を示す断面図である。 本発明の排ガス処理装置の第４実施例を示す断面図である。
符号の説明
１ 反応管
１１ 水冷ジャケット
１２ オーバーフローライン
１３ バルブ
２ 上部電極
３ 下部電極
４ 噴霧ノズル
５ 電源装置
６ 水槽
６１ 支持部
６２ オーバーフローライン
６４ スクラバーノズル
６５ オーバーフローライン
７ 給水管
８ スプレーノズル
Ｇ 排ガス
Ｇａ シールドガス
Ｄ 電解質溶液
Ｐ プラズマ
Ｈ 水

Claims (12)

  1. 反応管に導入した排ガスを、反応管内に発生させたプラズマにより分解し処理する排ガス処理装置において、反応管の上部側で気中に配設された上部電極と、反応管の下部側に配設された下部電極と、上部電極と下部電極の間に電解質溶液を噴霧する噴霧ノズルとを備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
  2. 上部電極が電解質溶液を噴霧する噴霧ノズルを兼ねることを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  3. 上部電極内部を冷却のための水が流れることを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  4. 上部電極外部に冷却及び防食のための水を噴霧することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  5. 上部電極外部に冷却及び防食のためのシールドガスを流すことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  6. 下部電極を冷却及び防食のための水を噴霧するノズル状に形成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  7. 下部電極を冷却及び防食のための水が溢流する形状に形成したことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  8. 下部電極内部を冷却のための水が流れることを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  9. 下部電極外部に冷却及び防食のための水を噴霧することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  10. 下部電極を水槽内に水没させたことを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
  11. 反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつプラズマ停止時に水を反応管内部に溢流して洗浄する水冷ジャケットを設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載の排ガス処理装置。
  12. 反応管の周囲に、プラズマ発生時に反応管を冷却し、かつ排ガスを浄化、冷却するための水を噴霧するスプレーノズルを設けたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９又は１０記載の排ガス処理装置。
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