JP2010162435A

JP2010162435A - 排ガス処理用パルス放電方法及びその装置

Info

Publication number: JP2010162435A
Application number: JP2009004430A
Authority: JP
Inventors: Shiro Eguchi; 志郎江口; Toshiro Sugimoto; 敏郎杉本; Shigekatsu Sato; 重勝佐藤; Katsunori Miyagi; 克徳宮城; Koichiro Chiba; 公一郎千葉; Ikuro Hirano; 郁郎平野
Original assignee: Japan AE Power Systems Corp
Current assignee: Japan AE Power Systems Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-29

Abstract

【課題】ラジカル発生器の電極間で間欠的にストリーマコロナ放電させ、原料ガスから生成するラジカルにて排気ガスを効果的に脱臭でき、しかも簡単な構成で経済的に製作できる方法及び装置を提供する。
【解決手段】交流電源１と接続する高電圧パルス電源２を、原料ガスからラジカルを生成するラジカル発生器３と接続している。高電圧パルス電源２内のスイッチング回路２ｂの動作を制御するために、間欠パルス発生部５を備える制御回路４を設けている。制御回路４の制御で、スイッチング回路２ｂの動作により、高電圧パルス電源２からラジカル発生器３の電極間に供給する高電圧出力を、高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠高電圧パルス出力にする。これにより、ラジカル発生器３の電極間にストリーマコロナ放電させて間欠的にラジカルを生成し、パルスの休止時間で生成ラジカルによる酸化反応行わせ、排気ガスの脱臭効率を上げる。
【選択図】図１

Description

本発明は排ガス処理用パルス放電方法及びその装置に係り、特に脱臭用途での脱臭効率を向上できる排ガス処理用パルス放電方法及びその装置に関する。

最近、工場等から出る大量の排気ガスは、環境対策の面から排出前に清浄化の処理を行った後、外気中に排出することが望まれている。例えば、臭気を伴う排気ガスは、消臭処理をしてから外気中に排出するようになってきている。

臭気を有するガスを脱臭して外気中に排出するには、電子対を作らない電子（不対電子）を持つ原子や分子等であって、オゾン（Ｏ_３）の如きラジカル（遊離基）を用いることが知られている。この種のラジカルは、生成されると他の原子や分子との間で酸素還元反応を引き起こして、安定分子になる。

通常、ラジカルを生成させるには、オゾン発生器等のラジカル発生器が使用され、これを排ガス処理用として活用することが注目されてきている。排ガス処理用のラジカル発生器は、電極間でストリーマコロナ放電を生じさせ、生成したラジカルを排気ガスの脱臭用として使用し、更には吸着剤を組み合わせて使用することも行われている（例えば、特許文献１参照）。

ラジカル発生器では、酸素や空気等の原料ガスを供給する電極間に、交流電源に連なる高周波の高電圧発生回路が接続され、高電圧発生回路から電極間に一定間隔の繰り返し高電圧パルス出力を印加し、電極間に一定間隔の繰り返しストリーマコロナ放電を起し、ラジカルを生成する。

上記特許文献１のものでは、ラジカル発生器の電極間に高電圧を印加する高電圧発生回路として、連続した高電圧パルス出力を発生する高周波のパルス電源を用いている。そして、パルス電源で発生する連続した単極性の高電圧パルス出力を、電極間に印加する方法によって、電極間にストリーマコロナ放電を生じさせ、原料ガスからラジカルを発生させるようにしている。

上記の如きパルス電源を排ガス処理用ラジカル発生器に用いる場合、図４に示すようにベース周波数が一定間隔のパルス発生周期（ｐｐｓ）である連続した単極性の高電圧パルス出力を、ラジカル発生器の電極間に印加し、ストリーマコロナ放電させるパルス放電方法を使用し、ストリーマコロナ放電によって電極間に供給された原料ガスから、ラジカルを生成させている。

特開２００４−３３７３４５号公報

生成したラジカルを用いての排気ガスを脱臭する作用は、ラジカル発生器で生じる加速電子による直接的作用と、原料ガスで生成されるラジカルの酸化による間接作用とによって、複合的に行われることが知られている。そして、排気ガスの脱臭効果は、ガスに作用する放電エネルギー量によって直接作用の効果が大きくなる。

このため、エネルギー密度である単位時間当りの発生パルス数が多くなることが望ましいが、高電圧のパルス出力が高繰り返しパルスの出力となる。このことから、生成ラジカルの酸化による間接的作用の低下と残留電荷の影響により、運転（エネルギー）効率つまり脱臭効率が低下する。

また、ラジカル発生器では、空気等の原料ガス中での放電によって、放電エネルギーに比例した副生のオゾンが発生してしまうから、副生するオゾンの後処理を行わなければならなくなり、オゾンの後処理装置が大掛かりとなってしまうことになる。

上記特許文献１のように、パルス電源から供給される一定間隔で連続した高電圧パルス出力を、ラジカル発生器の電極間に印加する排ガス処理用パルス放電方法でラジカルを生成させ、排気ガスの脱臭に使用する場合、下記のような問題が生ずることになる。

つまり、排気ガスの脱臭効率を上げるために、電極間のストリーマコロナ放電の繰り返し数を多くすると、生成ラジカルが逆にストリーマコロナ放電の影響を受けてしまうため、エネルギー効率が悪くなる問題が生ずる。

また逆に、ストリーマコロナ放電の繰り返し数を少なくすると、パルスが単発的になって加速電子の数が少なくなり、加速電子による直接的作用、及び生成量が少ないラジカルによる間接作用の双方による排気ガスの脱臭の効果が大幅に低下することになってしまう問題があった。

本発明の目的は、ラジカル発生器の電極間で間欠的にストリーマコロナ放電させ、原料ガスから生成するラジカルにて排気ガスを効果的に脱臭できる排ガス処理用パルス放電方法を提供することにある。

また、本発明の他の目的は、高電圧パルス電源からラジカル発生器へのパルス出力を、連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止時間を繰り返す出力にできる間欠パルス発生回路を備える制御回路を設けることにより、簡単な構成で経済的に製作できる排ガス処理用パルス放電装置を提供することにある。

本発明の排ガス処理用パルス放電方法では、原料ガスを供給するラジカル発生器の電極間に、高電圧パルス出力を印加してストリーマのコロナ放電させ、前記コロナ放電により前記原料ガスからラジカルを生成する際に、前記高電圧パルス出力は、パルス発生周期が連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力とし、前記間欠パルス出力の印加で前記電極間にストリーマコロナ放電させて間欠的にラジカルを生成し、間欠パルス出力の休止時間で生成ラジカルの酸化作用を促進することを特徴としている。

また、本発明の排ガス処理用パルス放電装置は、交流電源と接続する高電圧パルス電源と、前記高電圧パルス電源に接続して原料ガスからラジカルを生成するラジカル発生器とを備え、前記高電圧パルス電源に有するスイッチング回路に、間欠パルス発生部を備える制御回路を設け、前記制御回路の間欠パルス制御により、前記高電圧パルス電源の出力から前記ラジカル発生器への高電圧のパルス出力を、連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力としたことを特徴としている。

本発明の排ガス処理用パルス放電方法によれば、パルス発生周期が連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力を、ラジカル発生器の電極間に印加し、間欠的にストリーマコロナ放電させてラジカルを生成するようにしたため、生成したラジカルによる酸化反応を、間欠パルス出力の休止時間で有効に利用することができ、脱臭効率を大幅に向上させることができる利点がある。

本発明のように排ガス処理用パルス放電装置を構成すれば、高電圧パルス電源からラジカル発生器へのパルス出力を、連続した高繰り返し高電圧パルスの発生と高電圧パルスの休止がある間欠パルス出力にできる間欠パルス発生部を備える制御回路を設けるようにしたため、脱臭効率の良い排ガス処理装置全体を簡素化した簡単な構成にできるから、経済的に製作することが可能になる。

本発明の排ガス処理用パルス放電装置の一実施例を示すブロック図である。（ａ）は本発明の一実施例である排ガス処理用パルス放電方法での間欠パルスの波形図、（ｂ）は電極間に印加する高電圧パルス出力を示す波形図である。（ａ）は、本発明の他の実施例である排ガス処理用パルス放電方法での間欠パルスの波形図、（ｂ）は電極間に印加する高電圧パルス出力を示す波形図である。従来の排ガス処理用パルス放電方法において電極間に印加する高電圧パルス出力を示す波形図である。

本発明では、交流電源と接続する高電圧パルス電源と、前記高電圧パルス電源に接続して原料ガスからラジカルを生成するラジカル発生器とを備えている。前記高電圧パルス電源の内部或いは外部に、間欠パルス発生部を備える制御回路を設けた排ガス処理用パルス放電装置を使用する。ラジカル発生器の電極間に印加する高電圧パルス出力は、パルス発生周期が連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力とし、この間欠パルス出力により電極間で間欠的にストリーマコロナ放電させ、原料ガスからラジカルを生成して排気ガスの脱臭に使用する。

本発明に使用する排ガス処理用パルス放電装置は、図１に示すように電力供給側の交流電源１に高電圧パルス電源２を接続している。高電圧パルス電源２は、直流電源回路２ａとスイッチング回路２ｂと昇圧回路２ｃを含み、後段のラジカル発生器３に高電圧パルスを供給する。

高電圧パルス電源２のスイッチング回路２ｂから間欠パルス出力をラジカル発生器３に供給するため、間欠パルス発生部５を備える制御回路４を設けている。制御回路４は、その一端を高電圧パルス電源２の交流電源側に接続し、他端をスイッチング回路２ｂに接続している。なお、制御回路４は、図１のように高電圧パルス電源２の外部に設けるばかりか、内蔵させることもできる。

制御回路４内の間欠パルス発生部５で、図２（ａ）や図３（ａ）に示す間欠パルスを発生させ、これらの間欠パルスでスイッチング回路２ｂを制御する。そして、高電圧パルス電源２内のスイッチング回路２ｂからラジカル発生器３に供給する高電圧のパルス出力を、図２（ｂ）や図３（ｂ）に示すような連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある高電圧の間欠パルス出力にしている。

より具体的には、図２（ａ）に示す間欠パルスは、二つのパルスの発生後に破線で示す二つのパルスの休止を繰り返しており、また図３（ａ）に示す間欠パルスでは、二つのパルスの発生後に破線で示す二つのパルスの休止を繰り返している。

これらの間欠パルスの制御によって、スイッチング回路２ｂでは、図２（ｂ）に示す如くベース周波数のパルス発生周期（ｐｐｓ）でみると、ベース周波数の時間間隔で２回のパルス発生と、同様に破線で示す２回のパルスの休止とを繰り返す連続した高繰り返し高電圧の間欠パルス出力としている。

また、図３（ｂ）に示すものでは、ベース周波数のパルス発生周期（ｐｐｓ）をより短くし、ベース周波数の時間間隔で３回のパルス発生と、同様に破線で示す３回のパルスの休止とを繰り返す連続した高繰り返し高電圧の間欠パルス出力としている。

なお、制御回路４の制御してのベース周波数の設定は、原料ガスの供給流量（濃度）が多くて、ラジカル発生器３の電極間に印加する電圧が小さいときに、１サイクルの発生パルス数を多く設定する。

スイッチング回路２ｂからの間欠パルス出力の繰り返しパルスの数は、制御回路４内の間欠パルス発生部５に備える発振器により、一定間隔の幅で可変できるから、電極間の放電エネルギー密度を変化させることができる。また、パルスの出力間隔と休止間隔は、例えばＰＬＣ（ＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＬｏｇｉｃＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）等で容易に調整することができる。

ラジカルを生成して排気ガスの脱臭に利用する際には、上記した高電圧の間欠パルス出力を、ラジカル発生器３の電極間に印加して、電極間でストリーマコロナ放電させることにより、原料ガスから間欠的にラジカルを生成する。そして、間欠パルス出力の休止時間を活用し、生成ラジカルによる酸化反応（間接作用）の促進を図り、排気ガスを効果的に脱臭することで、ラジカル発生器３への入力エネルギーが同じものに比較して大幅に脱臭効率を向上させることができる。

間欠的にラジカルを生成するとき、ベース周波数が最大１０００ｐｐｓの高繰り返しパルスを、短時間に間欠出力すると、時間当りのエネルギー密度が大きいから、加速電子による直接的作用が促進される。また、高繰り返しパルス出力の休止時間を、１ｍｓｅｃから１００ｍｓｅｃ程度の適正な時間間隔にすれば、パルスの休止時間で生成ラジカルによる酸化の間接作用を促進できるし、しかもパルス出力の休止時間があるため、ラジカルの生成に悪影響を与えるラジカル発生器３の電極内の残留電荷による影響を軽減することができる。

本発明の排ガス処理用パルス放電方法の運用は、例えば次のようにする。
（ａ）ラジカル発生器の運転立ち上げ段階では、ベース周波数を高繰り返しとして高効率でラジカルを生成する。ただし、１回のパルス発生回数は、残留電荷の影響が少ない回数にし、休止回数は原料ガスの供給量（濃度）が適切になるように休止時間を設定した運転をする。
（ｂ）生成ラジカルの濃度が飽和した段階では、ベース周波数を少しずつ下げていき、休止回数は一定にして１回の繰り返しパルス数を少なくし、ラジカルの生成量を下げる運転をする。
（ｃ）生成ラジカルの濃度が安定した段階では、原料ガスの供給量によって、電極内が残留電荷の影響を受けない安定したベース周波数で、しかも休止回数を変化させながら、必要量のラジカルを供給量させる運転をする。

本発明の方法のように出力制御運転を行うと、高電圧の間欠パルス出力、即ちベース周波数とパルス発生周期の発生周波数を任意に調整できる。このため、パルスの発生とパルスの休止の回数も任意に設定できるから、処理対象物の排気ガスに合わせて１サイクル当りの直接的作用と間接作用を適正に調整し、脱臭能力を制御することができ、またラジカル発生器での副生オゾンの発生を最小限に抑制し、脱臭装置全体も簡素化することができる。

１…交流電源、２…高電圧パルス電源、２ｂ…スイッチング回路、３…ラジカル発生器、４…制御回路、５…間欠パルス発生部。

Claims

原料ガスを供給するラジカル発生器の電極間に、高電圧パルス出力を印加してストリーマコロナ放電させ、前記ストリーマコロナ放電により前記原料ガスからラジカルを生成する排ガス処理用パルス放電方法であって、前記高電圧パルス出力は、パルス発生周期が連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力とし、前記間欠パルス出力の印加で前記電極間にストリーマコロナ放電させて間欠的にラジカルを生成し、前記間欠パルス出力の休止時間で生成ラジカルの酸化作用を促進することを特徴とする排ガス処理用パルス放電方法。
交流電源と接続する高電圧パルス電源と、前記高電圧パルス電源に接続して原料ガスからラジカルを生成するラジカル発生器とを備えた排ガス処理用パルス放電装置において、前記高電圧パルス電源に有するスイッチング回路に、間欠パルス発生部を有する制御回路を設け、前記制御回路の間欠パルス制御により、前記高電圧パルス電源の出力から前記ラジカル発生器への高電圧のパルス出力を、連続した高繰り返しパルスの発生とパルスの休止がある間欠パルス出力としたことを特徴とする排ガス処理用パルス放電装置。