JP2019155006A - ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】遅漏オゾンの効率的な処理を図ったガス処理装置を提供する【解決手段】 実施形態のガス処理装置は、ガス処理部、流れ形成部、交流電源、第１、第２のフィルタを具備する。ガス処理部は、複数の積層体を備える。積層体は、誘電体基板、第１、第２の電極、および第３の電極を有し、間隔を有して配置される。第１、第２の電極は、誘電体基板の第１、第２の主面上に配置される。第３の電極は、誘電体基板の内部に配置される。流れ形成部は、ガス処理部に向かう、対象ガスの流れを形成する。交流電源は、第１、第２の電極と第３の電極間に交流電圧を印加して、誘電体基板の間に対象ガスのプラズマ誘起流を生成する。第１のフィルタは、ガス処理部の上流に配置され、オゾンを除去する。第２のフィルタは、ガス処理部の下流に配置され、オゾンを除去する。【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は，放電を用いて、ガスを分解する、ガス処理装置に関する。

生活空間内、冷蔵庫内、倉庫内等の大気ガスやプロセス装置からの排ガスに、有害物質、悪臭物質等が含まれることがある。このような有害物質、悪臭物質等を分解、殺菌等する（以下、ガス分解とする）、高効率で小型のガス分解装置（空気清浄装置、空気清浄エアコン、およびガス浄化装置を含む）が求められている。

プラズマアクチュエータ方式（ＰＡ）のガス分解装置は、放電によって発生したプラズマ、およびイオンの流れを用いてガスを分解する。すなわち、イオンの流れによって対象ガスをプラズマ中に引き込み、プラズマ中のＯＨラジカルによって対象ガスを酸化・分解する。この結果、対象ガス中の臭い分子、菌が処理され、高速な脱臭・除菌が可能となる。
しかし、プラズマは人体に有害なオゾン（Ｏ_３）も含み、ガス処理装置から流出してくる。

特開２０１７−１８９０１号公報

本発明は，遅漏オゾンの効率的な処理を図ったガス処理装置を提供することを目的とする。

実施形態のガス処理装置は、ガス処理部、流れ形成部、交流電源、第１、第２のフィルタを具備する。ガス処理部は、複数の積層体を備える。複数の積層体は、複数の誘電体基板、複数の第１、第２の電極、および複数の第３の電極を有し、間隔を有して配置される。複数の誘電体基板は、離間して並列に配置され、第1、第２の主面を有する。複数の第１、第２の電極は、前記複数の誘電体基板の第１、第２の主面上に配置される。複数の第３の電極は、前記複数の誘電体基板の内部に配置される。流れ形成部は、前記ガス処理部に向かう、対象ガスの流れを形成する。交流電源は、前記複数の第１、第２の電極と前記第３の電極間に交流電圧を印加して、前記複数の誘電体基板の間に前記対象ガスのプラズマ誘起流を生成する。第1のフィルタは、前記ガス処理部の上流に配置され、オゾンを除去する。第２のフィルタは、前記ガス処理部の下流に配置され、オゾンを除去する。

実施形態に係るガス分解装置１０の全体構成を示す側面図である。 処理ユニットＵを構成するガス分解素子２０の詳細を表す拡大模式図である。 風速とガス処理速度の関係を表すグラフである。 風速と遅漏オゾン量の関係を表すグラフである。 遅漏オゾン濃度の時間的変化を表すグラフである。

以下，図面を参照して，実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るガス分解装置１０の全体構成を示す。
ガス分解装置１０は、放電電極と接地電極間に印加された交流高電圧で発生する放電により、処理ガス（大気やプロセス排気ガス）に含まれる分解対象（臭い分子、細菌、ウイルス）を分解する。

ガス分解装置１０は、ガス導入口１１，流路拡大部１２，上流側フィルタ１３，ガス分解室１４，下流側フィルタ１５，送風部１６、ガス検知部１７を有し、これらの内部はガス流通空間となっている。

ガス導入口１１からガス分解装置１０内に分解対象を含む処理ガスが流入する。この流入には、ガス分解室１４および送風部１６が寄与する。後述のように、ガス分解室１４で生成されるプラズマ誘起流Ｆｐと送風部１６での送風が相俟って、適度の処理ガスの流れが形成され、ガス分解室１４での効率的な酸化・分解が容易となる。
流路拡大部１２は、ガス導入口１１から上流側フィルタ１３，ガス分解室１４へと流路を拡大する。

上流側フィルタ１３および下流側フィルタ１５は、処理ガス中のオゾンを除去する。なお、この詳細は後述する。

ガス分解室１４は、複数のガス分解素子２０（１）〜２０（５）を含む処理ユニットＵが配置され、処理ガスを処理する。処理ユニットＵは、複数の積層体を有するガス処理部として機能する。

図２は、処理ユニットＵを構成するガス分解素子（ＤＢＤ方式プラズマアクチェータ）２０の詳細を拡大して表す。
処理ユニットＵは、ガス分解素子２０（２０（１）〜２０（５））、ガス流隔壁２６を有する。ここでは、処理ユニットＵに含まれるガス分解素子２０の個数を５としているが、これは適宜に変更でき、例えば、１０個とできる。

ガス分解素子２０は、誘電体基板２１（２１ａ，２１ｂ）、放電電極２２（２２ａ，２２ｂ）、接地電極２３，絶縁封止層２４、光触媒層２５（２５ａ，２５ｂ）、ガス流隔壁２６を有する。

１つのガス分解素子２０の誘電体基板２１ａ，２１ｂ、放電電極２２ａ，２２ｂ（第１、第２の電極）、接地電極２３（第３の電極），絶縁封止層２４、光触媒層２５ａ，２５ｂは、積層体として機能する。

誘電体基板２１は、誘電体材料（例えば、石英、シリコンゴム、ポリイミド）の基板である。誘電体基板２１として、例えば、厚さ１ｍｍの石英板を用いることができる。
放電電極２２、接地電極２３は、金属等の導電体から構成される。例えば、スパッタリングまたはメッキを用いて、誘電体基板２１上に金（Ａｕ）の薄膜を形成し、放電電極２２、接地電極２３とすることができる。

放電電極２２（２２ａ、２２ｂ）、接地電極２３のサイズは、例えば、処理ガスの流れ方向（Ｘ方向）、奥行き方向（Ｚ方向）で前者が５ｍｍｘ１５０ｍｍ、後者が１０ｍｍｘ１５０ｍｍである。すなわち、前者のＸ方向長さＬは後者よりも大きい。後述のように、放電電極２２側の長さＬの範囲でプラズマＰおよびプラズマ誘起流Ｆｐが生成され、酸化・分解処理が行われる。
放電電極２２（２２ａ、２２ｂ）、接地電極２３は、Ｘ方向（後述のプラズマ誘起流Ｆｐの流れ方向）にずらして配置される。

隣接するガス分解素子２０の誘電体基板２１は、２ｍｍ以上、６ｍｍ以下（例えば、２ｍｍ）の間隔Ｇ１を有して配置される。
最上部（および最下部）のガス分解素子２０の誘電体基板２１は、ガス流隔壁２６と、１ｍｍ以上、３ｍｍ以下（例えば、２ｍｍ）の間隔Ｇ２を有して配置される。なお、ここでは、間隔Ｇ１、Ｇ２に対して、放電電極２２の厚さや光触媒層２５の厚さは無視できるとしている。間隔Ｇ１、Ｇ２をこのように設定することで、プラズマＰ中の酸素ラジカル、特にＯＨラジカルを有効に活用し、分解対象を効率的に分解できる。

絶縁封止層２４は、接地電極２３での逆放電を抑制するための誘電体膜である。絶縁封止層２４として、例えば、ガラス膜、シリコン酸化膜、またはシリコーン剤を利用できる。接地電極２３に処理ガスが接触して不要な放電が発生することで、プラズマＰでの酸化・分解処理を阻害することを防止するためである。

光触媒層２５ａ，２５ｂは、光触媒材料（例えば、ＴｉＯ_２）の層であり、誘電体基板２１上の、プラズマＰ付近、あるいはプラズマＰ内に配置される。光触媒層２５ａ，２５ｂは、例えば、光触媒材料の塗布によって形成できる。

光触媒層２５ａ，２５ｂは、プラズマＰからの発光によって活性化され、プラズマＰ中に含まれるＮＯｘ等を除去する。即ち、プラズマＰおよび光触媒が相俟って、より効率的な対象物の除去が可能となる。

なお、ガス分解素子２０は、光触媒層２５を有しなくても良い。但し、ガス分解素子２０が光触媒層２５を有すると、対象物をより効率的な除去が可能となる。

高電圧交流電源３０は、放電電極２２ａ，２２ｂと、接地電極２３との間に交流高電圧（周波数が５ｋＨｚ〜７０ｋＨｚ（例えば、１０ｋＨｚ）、電圧（振幅）が３ｋＶ〜１０ｋＶ（例えば、５ｋＶ）の正弦波電圧）を印加する。このとき、ガス分解装置１０内は、略大気圧である。

高電圧交流電源３０からの交流高電圧によって、誘電体基板２１ａの上面および誘電体基板２１ｂの下面（放電電極２２側）の接地電極２３と対応する領域（長さＬに対応する範囲）に誘電体バリア放電のプラズマＰが生成される。
プラズマＰは、正イオンと電子を含む。正イオンと電子の質量と電気特性の差異により、プラズマＰに接する誘電体基板２１の表面は負に帯電し、プラズマＰにセルフバイアスが発生する。誘電体基板２１上、接地電極２３のみ配置される（放電電極２２は配置されない）箇所でのセルフバイアスによって、正イオンはＸ軸正方向に移動し、処理ガスの分子と衝突し、これを巻き込んで進む。この結果、イオンとガスの双方を含む流れ（プラズマ誘起流Ｆｐ）が発生する。
このプラズマ誘起流Ｆｐは、処理ガスをプラズマＰ中に引き込み、ガスの効率的な処理（対象物の効率的な酸化・分解）に寄与する。

プラズマＰは、水蒸気を含む処理ガス（大気）の放電により生成された酸素ラジカル（Ｏ、Ｏ^＊、Ｏ_２ ^＊、ＯＨ、ＨＯ_２）、オゾン（Ｏ_３）を含む（式（１）参照）。
Ｏ_２ ＋ 放電 → Ｏ、Ｏ^＊、Ｏ_２ ^＊、ＯＨ、ＨＯ_２、Ｏ_３ （１）

酸素ラジカルは、例えば、Ｏ（酸素原子ラジカル）やＯ^＊（励起酸素原子ラジカル）、Ｏ_２ ^＊（励起酸素分子ラジカル）、ＯＨ（ＯＨラジカル）、ＨＯ_２（ヒドロペルオキシルラジカル）である。酸素ラジカルは酸化力が強く、処理ガスに含まれる分解対象（臭い分子、細菌、ウイルス）を強力に酸化・分解（脱臭、除菌）する。酸素ラジカル中、ＯＨラジカルの酸化力（脱臭・除菌作用）は特に強い。このため、プラズマＰ中のＯＨラジカルが特に脱臭・除菌に寄与する。

しかし、ＯＨラジカルはその反応性が強いために、Ｏ_２分子やＮ_２分子と反応して、失活し易い（式（２）、（３）、（４）参照）。
ＯＨ ＋ Ｏ_２ → ＨＯ_２ ＋ Ｏ （２）
ＯＨ ＋ Ｎ_２ → ＮＯ ＋ ＮＨ （３）
ＯＨ ＋ Ｎ_２ → ＮＯ_２ ＋ Ｎ （４）

大気圧中でのＯＨラジカルの寿命は１ｍｓ以下であり、例えば、ガスの流速が１ｍ／ｓとすると、このときの移動距離は１ｍｍとなる。即ち、ＯＨラジカルは、プラズマＰから１ｍｍ以内の範囲（実質的にプラズマＰ内）にのみ存在することになり、人体等に直接影響を与えることはない。

対象物の酸化・分解は、プラズマＰ内で連続的に生成される一定量のＯＨラジカルによって起きる。この分解反応は、分解対象分子に対する１次反応とみなせる。そのため、処理ユニットＵから流出する分解対象の濃度Ｃは式（５）で表せる。
Ｃ＝ Ｃ０・ｅｘｐ（−ｋτ） （５）
Ｃ０： 処理ユニットＵに流入する分解対象の濃度
ｋ： 速度定数（ｋ＝ｖｔ＊Ｃｔ）
ｖｔ： 分解対象の分子とＯＨラジカルの反応速度
Ｃｔ： ＯＨラジカルの濃度（単位長さあたりの投入電力に依存）
τ： ＯＨラジカルが存在する領域（長さＬ）を通過する時間（秒）

プラズマＰ中で生成されるオゾン（Ｏ_３）は寿命が長いため（常温では時間オーダ）、ガス分解装置１０（処理ユニットＵ）から流れ出て室内に拡散する。後述のように、ガス分解装置１０は、流出するオゾンの濃度が許容濃度を超えないようになっている。なお、オゾンの許容濃度は、０．１ｐｐｍ（日本産業衛生学会）である。

送風部１６は、例えば、送風機、排風機であり、ここではモータで駆動されるファン１６１を用いている。送風部１６は、処理ユニットＵ（ガス処理部）に向かう、対象ガスの流れを形成する流れ形成部として機能する。

ここでは、送風部１６は、ガス分解室１４の下流に配置され、ガス分解室１４から対象ガスを吸い出している。但し、送風部１６をガス分解室１４の上流に配置して、ガス分解室１４に対象ガスを押し出してもよい。
送風部１６をガス分解室１４の下流に配置する場合、下流側フィルタ１５よりも下流であることが好ましい。後述のように、下流側フィルタ１５は、処理ユニットＵに近接していることが好ましいからである。

既述のように、処理ユニットＵ中のプラズマ誘起流Ｆｐが処理ガスを引き込むことから、送風部１６がなくても、ガス分解装置１０への処理ガスの流入、流出は可能である。しかし、送風部１６によって、処理ガスの流量を増加することで、ガスの処理量をさらに増加できる。すなわち、対象ガスの流速ｖは、式（６）のように、プラズマ誘起流Ｆｐ自体のｖｐと送風部１６に起因する対象ガスの流速ｖｆを加算した値となる。
ｖ＝ｖｐ ＋ ｖｆ （６）

単位時間のガス処理量は流量（流速ｖ）に比例するため、トータルとしての処理量は流速増加とともに増加する。しかし、対象ガスの流速ｖを増加すると、ガス分解装置１０から流出する処理ガス中にある分解対象の濃度Ｃも増加する。このため、この濃度Ｃが適正な範囲で、送風部１６の流量（流速）を増加することが好ましい。

ガス検知部１７は、ガス分解装置１０から排出されるガスを検知する区画であり、オゾンセンサ１７１が設置される。
オゾンセンサ１７１は、ガス分解装置１０から排出されるガス中のオゾン濃度を検知する。後述のように、検知されたオゾン濃度に基づいて、送風部１６での送風量が制御される。
ガス検知部１７を通ったガスは、ガス流出口１８から流出する。

制御装置４１は、例えば、ハードウェア（ＣＰＵ：中央演算装置），ソフトウェア（プログラム）の組み合わせから構成され、ガス分解装置１０を制御する。なお、制御装置４１をハードウェアのみから構成してもよい。
制御装置４１は、後述のＢ〜Ｆの制御（フィルタの加熱制御、流量制御、オゾン逆流防止の制御、稼働状態の切り替え制御、オゾンによる室内クリ−ニング制御）に用いることができる。

（遅漏オゾン濃度の制御）
以下、遅漏（流出）オゾン濃度の制御の詳細を説明する。
Ａ．フィルタによる吸収
上流側フィルタ１３，下流側フィルタ１５は、処理ガスからオゾンを除去するオゾン除去フィルタである。以下、この詳細を説明する。
オゾン除去フィルタは、オゾンを分解するフィルタであり、金属触媒（Ｍ：例えば、Ｍｎ、ＣＯ、Ｎｉの酸化物、例えば、二酸化マンガン：ＭｎＯ_２）、または活性炭を有する。金属触媒は、触媒として働きオゾンの分解を加速する（式（７）〜（９）参照）。活性炭は、オゾンと反応してＣＯ_２となる（式（１０）参照）。

２Ｏ_３ ＋ Ｍ → ３Ｏ_２ ＋ Ｍ （７）
Ｏ_３ ＋ Ｍ → ＭＯ ＋ Ｏ_２ （８）
Ｏ_３ ＋ ＭＯ → Ｍ ＋ Ｏ_２ （９）
２Ｏ_３ ＋ ３Ｃ → ３ＣＯ_２ （１０）

金属触媒はオゾン処理能力が大きい。また、金属触媒には自浄作用があり、寿命が長い（式（８）、（９）に示すように、オゾンとの反応によって、金属状態、酸化物状態が入れ替わる、または、式（７）に示すように、オゾンの処理前後で金属状態が維持される）。但し、金属触媒は、アンモニア、硝酸等の処理には不向きである（触媒の表面が被毒して、触媒作用が低下する）。また、温度依存性が大きく、稼働初期の低温時にはオゾン処理性能が良くない。
一方、活性炭はアンモニア、硝酸等を吸着除去できるが、吸着によって処理能力が低下する。また、オゾンとの反応で燃焼・消耗するため、比較的寿命が短い。

ここでは、上流側フィルタ１３に活性炭を用い、下流側フィルタ１５に金属触媒を用いる。上流側フィルタ１３で比較的少量のオゾンおよびアンモニア、硝酸等を処理し、下流側フィルタ１５で大量のオゾンを処理することで、オゾンの安定的な処理が容易となる。

基本的には、上流側フィルタ１３から処理ユニットＵに向かって処理ガスが流れるため、処理ユニットＵ内で発生したオゾンが上流側フィルタ１３に逆流する可能性は小さい。
しかし、処理ユニットＵ内で発生する高濃度オゾンの一部が処理ガスの流れと逆方向に拡散し、比較的少量のオゾンとして逆流する可能性がある。この逆流は、特に、処理ガスの流れ（ガス分解装置１０内全体での送風状態）が不安定な稼働開始直後に発生し易い。

このようなオゾンの逆流を防止するのに、上流側フィルタ１３は有効に機能する。この比較的低量のオゾンを処理するには、活性炭が適する。稼働開始直後は比較的低温でもあり、活性炭の方が温度依存性の大きい金属触媒より適切となる。

下流側フィルタ１５には、処理ユニットＵ内で発生した大量のオゾンが常時流入することから、金属触媒を用いることが好ましい。上流側フィルタ１３でアンモニア、硝酸等を処理し、下流側フィルタ１５でオゾンを処理することで、金属触媒の被毒を防止しつつ大量のオゾンを処理することができる。

既述のように、活性炭は比較的寿命が短い。このため、上流側フィルタ１３の活性炭は交換容易とすることが好ましい。例えば、上流側フィルタ１３をガス分解装置１０から取り外し容易なカセットとして、このカセットごと活性炭を交換する。
なお、上流側フィルタ１３に加えて、下流側フィルタ１５も交換容易としてもよい。

以上のように、上流側フィルタ１３、下流側フィルタ１５に用いるオゾン除去用の材料を適宜に選択することで、効率的なオゾン除去が可能となる。

Ｂ．フィルタの加熱制御
既述のように金属触媒は温度依存性が大きい。
このため、下流側フィルタ１５は、触媒のみでなく、ヒータ１５１、温度センサ１５２を備える。
ヒータ１５１は、触媒、特に金属触媒の温度を上げ、効率的な処理を可能とする。ヒータ１５１として、例えば、抵抗型電熱ヒータを利用できる。
温度センサ１５２は、下流側フィルタ１５（触媒）の温度をモニタし、適温に保つために用いられる。

即ち、ヒータ１５１によって下流側フィルタ１５を加熱することで、下流側フィルタ１５によるオゾンの効率的な分解が容易となる。また、下流側フィルタ１５の温度をモニタし、その温度に基づいてヒータ１５１による加熱状態を制御し、下流側フィルタ１５の温度を適正な範囲（５０〜８０℃、例えば、６０℃）に保持できる。

ここで、下流側フィルタ１５（金属触媒）の温度がある程度上がったところで、処理ユニットＵを稼働すれば、処理ユニットＵで発生したオゾンを確実に下流側フィルタ１５で除去できる。
例えば、制御部４１がガス分解装置１０を制御し、下流側フィルタ１５の温度が閾値（例えば、５０℃）を越えたときに、処理ユニットＵの駆動を開始する（交流電圧を印加する）。

Ｃ．流量制御
オゾンセンサ１７１によって遅漏オゾン濃度を検出し、この検出結果に基づいて、送風部１６の流量を制御する。例えば、検出されたオゾン濃度が閾値を越えたときに送風部１６の流量を大きくする。このようにすると、排出される処理ガスに対するオゾンの割合が低減し、オゾン濃度が低下する。

Ｄ．オゾン逆流防止の制御
既述のように、稼働開始直後などにオゾンの一部が逆流する可能性がある。これを避けるには、処理ユニットＵの稼働に先んじて、送風部１６を稼働することが考えられる。送風部１６を稼働し、ガス分解装置１０内全体での送風状態が安定化してから、処理ユニットＵを稼働することで、処理ユニットＵ内で発生したオゾンが上流側に逆流することを防止できる。すなわち、時間（１０秒〜１２０秒程度、例えば、３０秒）をおいて、送風部１６、処理ユニットＵを順次に稼働すればよい。
この順次稼働は、制御部４１が制御できる。但し、単なるタイマを用いてもよい。

Ｅ．稼働状態の切り替え制御
後述の実施例３に示すように、ガス分解装置１０（処理ユニットＵ）は稼働の比較的初期（例えば、稼働開始から５分程度まで）において、オゾンが出易い傾向が見られた。

このため、運転の推移に応じて、低稼働状態から通常稼働状態へと稼働状態を切り替えることで、オゾン漏洩の無いガス処理が可能となる。
例えば、制御部４１が、処理ユニットＵ（ガス処理部）または送風部１６（流れ形成部）を第1のモード（低稼働モード）で稼働し、その後、処理ユニットＵ（ガス処理部）または送風部１６が第２のモード（通常稼働モード）で稼働するように制御する。低稼働状態が所定時間（例えば、５分以上）続いたら、低稼働状態から通常稼働状態に切り換える。

処理ユニットＵおよび送風部１６の少なくとも一方のパワーを変更することで、稼働状態の高低を変化できる。例えば、処理ユニットＵに印加する電圧の高低に応じて、通常稼働、低稼働を切り替えられる。また、送風部１６によるガスの風速（風量）の大小に応じて、通常稼働、低稼働を切り替えられる。処理ユニットＵおよび送風部１６の双方のパワーを変更して、通常稼働、低稼働を切り替えてもよい。

Ｆ．オゾンによる室内クリ−ニング制御
以上では、ガス分解装置１０からの遅漏オゾンの濃度を防止し、人間の健康を守ることを目的としている。
これに対して、処理ユニットＵで発生するオゾンを積極的に活用することも考えられる。すなわち、ガス分解装置１０から比較的低濃度のオゾン（例えば、０．１ｐｐｍ程度）を放出し、室内を脱臭することができる。

適度なオゾン濃度を確保するには、例えば、処理ユニットＵ、送風部１６双方のパワーを通常より大きくすればよい。処理ユニットＵに印加される電圧を大きくすることで、処理ユニットＵで生成されるオゾンの生成量を増大できる。送風部１６のパワー（流量、流速）を大きくすると、上流側フィルタ１３、下流側フィルタ１５があってもこれらのフィルタで分解されるオゾンの量は少なくなる。この結果、適度な濃度のオゾンをガス分解装置１０から放出できる。

例えば、制御部４１が処理ユニットＵ（ガス処理部）または送風部１６（流れ形成部）が第３のモード（通常稼働モード）で稼働し、第１の濃度（低濃度）のオゾンを排出する第１の状態と、処理ユニットＵまたは送風部１６が第４のモード（高稼働モード）で稼働し、第２の濃度（高濃度）のオゾンを排出する第２の状態とを切り替える。この第３のモード（通常稼働モード）は、「Ｅ．稼働状態の切り替え制御」で説明した第２のモード（通常稼働モード）と同じにすることができる。

ここで、オゾンセンサ１７１を用いて、通常稼働モード、高稼働モードでのオゾンの濃度を制御できる。例えば、オゾンセンサ１７１でオゾン濃度の高低に対応して、処理ユニットＵおよび／または送風部１６のパワーを調節する。

高稼働モードでの動作は、人のいない時間帯（例えば、深夜）とすることが好ましい。例えば、高稼働モードでの動作の開始、終了の時刻を設定し、この設定に基づいて、制御部４１がガス分解装置１０を制御する。室内に放出された、適度な濃度のオゾンを含む大気は建築法に基づく基準（０．５回／ｈ以上）で換気されるため、ガス処理（脱臭。除菌）に用いられた後、徐々に排気される。

以下、実施例を説明する。
（１）実施例１
１０個のガス分解素子２０を各々２ｍｍの間隙（ギャップ）を設けて積み重ね処理ユニットＵとした。ここで、放電電極２２（２２ａ、２２ｂ）、接地電極２３は、長さ方向（Ｘ方向）、奥行き（Ｚ方向）で前者が５ｍｍｘ１５０ｍｍ、後者が１０ｍｍｘ１５０ｍｍとした。

上流側フィルタ１３は、２０ｍｍ厚の活性炭１枚とし、下流側フィルタ１５を１０ｍｍ厚のＭｎＯ_２触媒２枚とした。

送風部１６を作動させ、処理ユニットＵ内の間隔Ｇ１における流速ｖｆを０．４［ｍ／ｓ］とした。

その後、放電電極２２と接地電極２３間に１０ｋＨｚ、振幅５ｋＶの交流電圧を印加する。その結果、放電電極２２の端部から放電電極２２側の誘電体基板２１の面上１０ｍｍにかけて誘電体バリア放電のプラズマが生成し、プラズマ誘起流Ｆｐが発生した。
このとき、プラズマ誘起流Ｆｐ自体の流速ｖｐは、０．３［ｍ／ｓ］程度であった（触媒設置時、すなわち、上流側フィルタ１３、下流側フィルタ１５での圧力損失を含む）。式（６）から処理ガスの流速ｖ（＝ｖｐ＋ｖｆ）は、０．７［ｍ／ｓ］となる。

図３は、風速とガス処理速度の関係を表すグラフである。ここでは、実験で求めたＯＨラジカル濃度を用いて解析を行った。
図３の横軸は、処理ガスの流速ｖであり、縦軸は、分解対象の処理能力（処理量）を換算換気量［ｍ^３／ｓ］（同等性能を示す大気の喚気量）で表す。

グラフｇ１〜ｇ７はそれぞれ、分解対象であるアセトアルデヒド（ＣＨ_３ＣＨＯ）、タバコ臭全体（主成分であるアンモニア、酢酸、アセトアルデヒドを１：１：２の比率で総合したタバコ臭）、酢酸（ＣＨ_３ＣＯＯＨ），アンモニア（ＮＨ_３），エチレン、トルエン、硫化水素（Ｈ_２Ｓ）に対応する。

上流側フィルタ１３の活性炭は、グラフｇ１〜ｇ４での分解対象（酢酸やアンモニア）を吸着除去する力が大きく、グラフｇ５〜ｇ７での分解対象（エチレンなど）を吸着除去する力は比較的小さい。
このため、グラフｇ１〜ｇ４では、流速ｖに略比例して処理量が増加する。一方、グラフｇ５〜ｇ７でも、流速ｖと共に処理量は増加するが、その勾配はグラフｇ１〜ｇ４に比べてずっと小さい。

図４は、風速と遅漏オゾン量の関係を表すグラフであり、実施例１の下流側フィルタ１５の２枚のＭｎＯ_２フィルタによるオゾン除去の実験結果を示す。
図４の横軸は、処理ガスの流速ｖであり、縦軸は遅漏オゾンの量（排出量）を［ｐｐｍ・ｍ^３／ｍｉｎ］の単位で表す。
グラフｔ１〜ｔ５はそれぞれ、温度２２，３０，４０，５０，７０℃に対応する。

オゾンを含む処理ガスが下流側フィルタ１５を通過する際、ＭｎＯ_２と接触することによりオゾンが酸化・分解される。図４中の破線に示すように、オゾンの除去能力は滞留時間（長さＬを通過する時間）に比例する（流速に反比例）。すなわち、流速が早くなると、オゾンの除去能力は低下する。

今、８畳間（約３０ｍ^３空間）を想定すると、建築基準法に規定される換気回数０．５［回／ｈ］での流量は０．２５「ｍ^３／ｍｉｎ］である。このとき、オゾンの許容濃度０．１ｐｐｍから、安全基準値Ｓ（室内のオゾン濃度が許容濃度を超えないための上限オゾン生成量）は、０．０２５［ｐｐｍ・ｍ^３／ｍｉｎ］となる。

すなわち、安全基準値Ｓを超えない範囲で送風部１６の流量を調整したときの、最大流速が最大のガス処理能力を示す。図４の例２２℃では、安全基準量Ｓと温度２２℃のグラフｔ１の交点である「基準流速ｖｓ＝０．７［ｍ／ｓ］」が好ましい。
すなわち、処理ガスの流速ｖを基準流速ｖｓ以下とすることで、室内（ここでは、３０畳想定）のオゾン濃度が時間とともに増大したとしても、０．１ｐｐｍ以下が確保される。既述のように、実施例１では処理ガスの流速ｖを０．７［ｍ／ｓ］として、オゾン濃度を許容限度内に抑えつつ、ガスの処理量が最大となるようにしている。

処理ガス中のオゾンは、フィルタを通過する間に、その孔構造内の孔壁面に到達して反応、除去される。そのため、フィルタでのオゾンの除去能力は、フィルタ通過時間Ｔ(＝フィルタの厚みＴ／流速ｖ)に比例する。
下流側フィルタ１５で取り切れずに通過するオゾン量Ｑ［ｐｐｍ・ｍ^３／ｍｉｎ］は式（１１）で表せる（式（１１）は「ｖ０＞Ｕ」の範囲で有効）。
Ｑ＝Ａ・ｖ・６０・Ｃ０・（１−Ｕ／ｖ０） （１１）
Ａ： フィルタ１５の流路面積［ｍ^２］
Ｃ０： フィルタ前面のオゾン濃度［ｐｐｍ］
Ｕ： ガスの流速ｖ＝１［ｍ／ｓ］のときの下流側フィルタ１５のオゾン除去率
ｖ０： 流速ｖの無次元化量（ｖ０＝ｖ［ｍ／ｓ］／１［ｍ／ｓ］）

ここで、前述の安全基準値Ｓ（３０畳の部屋空間では０．０２５［ｐｐｍ・ｍ^３／ｍｉｎ］）を超えないオゾン量Ｑとする（Ｑ≦Ｓ）。この範囲で流速ｖを最大とすると、安全かつオゾンの分解効率が最大となる。式（１１）で表されるオゾン通過量は流速ｖとともに増加するからである。

（２）実施例２
式（１２）に示すように、オゾンは、発熱の３体衝突反応で生成する。そのため、温度が高いほど逆反応でオゾンは分解する。
Ｏ ＋ Ｏ_２ ＋ Ｘ → Ｏ_３ ＋ Ｘ ＋Ｑ （１２）
図４に示すように、温度が高い方が下流側フィルタ１５でのオゾン除去能力が高くなる。特に５０℃以上は有効で、７０℃以上では流量上限制限がなくなる。

このとき、下流側フィルタ１５を処理ユニットＵに近接させることが好ましい。放電する処理ユニットＵからの熱によって、下流側フィルタ１５の温度は時間と供に上昇し、５０℃程度を保つようになる。
処理ユニットＵの下流側に接地電極２３が配置されている。このため、下流側フィルタ１５を処理ユニットＵ（接地電極２３）に接触させることも可能である。但し、下流側フィルタ１５が接地電極２３に近接、接触すると、プラズマＰが不安定になる可能性もある。このため、プラズマＰの安定性を考慮すると、下流側フィルタ１５を電極２３の下流端から１〜５ｍｍ程度離すことが好ましい。このとき、下流側フィルタ１５が処理ユニットＵの誘電体基板２１や絶縁封止層２４に接触してもよい。

（３）実施例３
図５は、ガス分解装置１０から流出するガス中のオゾン濃度の時間変化を表すグラフである。図５の横軸がガス分解装置１０の動作開始からの経過時間であり、縦軸がオゾン濃度である。
図５に示す通り、流出するガス中のオゾン濃度は、ガス分解装置１０の動作開始初期（５分程度）には若干漏れ、その後、事実上漏れなくなる。これはフィルタ５Ｂ中の触媒、特にその表面の温度変化に対応すると考えられる。動作開始直後には触媒の温度は低く、オゾンの漏れが発生する。その後、オゾンの酸化処理により、触媒の温度は高くなり、オゾン漏れはなくなる。
このため、既述のように、運転の推移に応じて、低稼働状態から通常稼働状態へと稼働状態を切り替えることで、オゾン漏洩の無いガス処理が可能となる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

Ｕ 処理ユニット
１０ ガス分解装置
１１ ガス導入口
１２ 流路拡大部
１３ 上流側フィルタ
１４ ガス分解室
１５ 下流側フィルタ
１６ 送風部
１７ ガス検知部
１８ ガス流出口
２０ ガス分解素子
２１（２１ａ，２１ｂ） 誘電体基板
２２（２２ａ，２２ｂ） 放電電極
２３ 接地電極
２４ 絶縁封止層
２５（２５ａ，２５ｂ） 光触媒層
２６ ガス流隔壁
３０ 高電圧交流電源
４１ 制御装置
１５１ ヒータ
１５２ 温度センサ
１６１ ファン
１７１ オゾンセンサ
Ｆｐ プラズマ誘起流
Ｐ プラズマ

Claims (13)

1. 離間して並列に配置され、第1、第２の主面を有する、複数の誘電体基板と、前記複数の誘電体基板の第１、第２の主面上に配置される、複数の第１、第２の電極と、前記複数の誘電体基板の内部に配置される、複数の第３の電極と、を有し、間隔を有して配置される、複数の積層体を有するガス処理部と、
   前記ガス処理部に向かう、対象ガスの流れを形成する流れ形成部と、
   前記複数の第１、第２の電極と前記第３の電極間に交流電圧を印加して、前記複数の誘電体基板の間に前記対象ガスのプラズマ誘起流を生成する交流電源と、
   前記ガス処理部の上流に配置され、オゾンを除去する第1のフィルタと、
   前記ガス処理部の下流に配置され、オゾンを除去する第２のフィルタと、
   を具備するガス処理装置。
2. 前記第1のフィルタが活性炭を含む
   請求項１に記載のガス処理装置。
3. 前記第２のフィルタが、金属触媒を含む
   請求項１に記載のガス処理装置。
4. 前記第２のフィルタが、前記複数の第３の電極の下流側端部から１ｍｍ以上、５ｍｍ以下離間して配置される
   請求項１に記載のガス処理装置。
5. 前記第２のフィルタが、ヒータを有する
   請求項１に記載のガス処理装置。
6. 前記第２のフィルタの温度が閾値を越えたときに、前記複数の積層体に前記交流電圧を印加するように制御する制御部をさらに具備する
   請求項５に記載のガス処理装置。
7. 前記閾値が５０℃である、
   請求項６に記載のガス処理装置。
8. 前記ガス処理部または前記流れ形成部が第1のモードで稼働し、その後、前記ガス処理部または前記流れ形成部が前記第1のモードより高稼働の第２のモードで稼働するように制御する第２の制御部をさらに具備する
   請求項１に記載のガス処理装置。
9. 前記ガス処理部に印加される電圧は、前記第１のモード時より前記第２のモード時の方が大きい
   請求項８に記載のガス処理装置。
10. 前記流れ形成部によって形成される流れの流量は、前記第１のモード時より前記第２のモード時の方が大きい
    請求項８または９に記載のガス処理装置。
11. 前記第２の制御部は、第１のモードから５分間以上経過したときに前記第２のモードに切り替える
    請求項８乃至１０のいずれか１項に記載のガス処理装置。
12. 前記流れ形成部、前記ガス処理部を順次に動作させる第3の制御部
    をさらに具備する請求項１に記載のガス処理装置。
13. 前記ガス処理部または前記流れ形成部が第３のモードで稼働し、第１の濃度のオゾンを排出する第１の状態と、前記ガス処理部または前記流れ形成部が第４のモードで稼働し、前記第１の濃度より大きい第２の濃度のオゾンを排出する第２の状態とを切り替える第３の制御部
    をさらに具備する請求項１に記載のガス処理装置。

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