JP2010240534A - 排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置 - Google Patents
排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法及びそれを用いた排ガス処理装置 Download PDFInfo
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Abstract
【解決手段】反応管1内に導入した排ガスを、反応管1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1内に磁場を発生させることにより、反応管1内に発生したプラズマの状態を制御する。
【選択図】図1
Description
また、(2)の反応管の径を小さくする方法は、プラズマと排ガスの接触効率が上がるため処理効率は上がる反面、処理の絶対量が減少し、また、反応管の管壁とプラズマが接近するため反応管が損傷を受けやすく、装置の耐久性の点で問題があった。
また、(3)の排ガスを反応管に対して接線方向から導入する方法は、プラズマと排ガスの接触効率が上がるため処理効率は上がるが、反応管の排ガスの導入部の構造が複雑になるという問題があった。
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。
(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(本実施例)
(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。
(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(本実施例)
(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。
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。
ここで、磁場発生手段7としてのコイル71は、プラズマ放電部を構成する反応管1及び水冷ジャケット11のいずれか一方の外周部に配設するようにすることもできる。
これにより、プラズマ放電部を構成する反応管1内に発生したプラズマPの状態を制御することによって、より具体的には、磁場の作用によってプラズマPを形成している荷電粒子にローレンツ力が働き、また、電子や荷電粒子の散乱を防止して、プラズマPの状態を制御することができ、有効に使用されずに消費されるプラズマPのロスを減少させ、エネルギの消費量を著しく増大させたり、処理の絶対量を低下させることなく、プラズマPによって行う排ガスの処理効率を向上することができる。
磁力線と電子の流れ方向との角度をθとすると、電子及び反応管1内の粒子(中性粒子以外)にローレンツ力が働き、その力Fは下記の式(1)で表される。
F=q(E+v×Bsinθ) ・・・ (1)
ここで、Eは電界、qは電荷量、vは粒子の速度である。
θ=0°の領域(反応管1の中央領域)では、F=0となり、ローレンツ力は働かないが、電子やその他の荷電粒子が図6の垂直方向(反応管1内の中心)からずれて散乱しようとすると、Fが働くため、散乱が抑制されます。
これにより、この領域では、反応管1へ衝突して消失するプラズマのロスを最小限にすることができる。
一方、θ≠0°の領域(反応管1の端部領域)では、ローレンツ力がvとBの両方に垂直力方向(ベクトルでいえばvとBの外積)に働く結果、垂直方向の運動エネルギは、これを保持したまま荷電粒子のサイクロトロン運動(スピン運動)へ変化する。
これにより、この領域では、プラズマ密度が高く、この領域を通過する排ガスGは、磁場がない状態に比べて、熱電子や励起された荷電粒子への衝突確率が高くなるため、処理効率(分解効率)が向上することとなる。
その結果を、表1に示す。
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
7 磁場発生手段
71 コイル
72 電源装置
73 磁石
74 磁石
G 排ガス
D 電解質溶液
P プラズマ
H 水
Claims (6)
- 排ガス処理装置のプラズマ放電部に磁場を発生させることにより、プラズマ放電部に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
- プラズマ放電部の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
- プラズマ放電部の外周部に磁石を配設することによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項1記載の排ガス処理装置における磁場によるプラズマの制御方法。
- 反応管内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、反応管内に磁場を発生させることにより、反応管内に発生したプラズマの状態を制御するようにしたことを特徴とする排ガス処理装置。
- 反応管の外周部にコイルを配設し、該コイルに電流を流すことによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項4記載の排ガス処理装置。
- 反応管の外周部に磁石を配設することによって磁場を発生させるようにしたことを特徴とする請求項4記載の排ガス処理装置。
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