JP3745321B2 - Gas processing apparatus and method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コロナ放電を利用したガス処理装置及び方法に係り、例えば、空気中の有害ガスや悪臭ガスを分解除去するのに用いて好適なものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から、コロナ放電を利用したガス処理については各種の提案がなされている。例えば、特開昭63−242320号公報では、コロナ放電を利用して負イオン形成されたガスを分離除去する技術が開示されている。また、特開平7−213863号公報、特開平9−972号公報、特開平11−319058号公報には、コロナ放電を利用してオゾンを発生させて脱臭を行う技術が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、コロナ放電によるイオン化やオゾン発生によるガス処理効果を認めつつも、その効果がどの程度のものなのかに関心を持ち、コロナ放電を利用したガス処理について実験を重ねた。
【0004】
ところが、各種実験を重ねていくうちに、コロナ放電を発生させることにより、イオン化やオゾン発生によるものではなく、他の要因による絶大なガス処理効果があるという認識に至った。
【0005】
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたものであり、コロナ放電を利用して、イオン化やオゾン発生によるものではないガス処理効果を得ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明のガス処理装置は、放電極材と、上記放電極材に対向させた電極材とを備え、上記放電極材を上記電極材電位に対して相対的陰極として上記放電極材と上記電極材との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、上記放電極材にコロナスポットを生じさせることによりガス処理を行うガス処理装置であって、上記ガス処理されたガスに対してオゾン分解を行うためのオゾン分解触媒を備え、上記オゾン分解触媒が、上記放電極材の電位と相対的に逆極性の電位になるように電気的に接続されていることを特徴とする。
【0007】
本発明のガス処理方法は、放電極材と、上記放電極材に対向させた電極材とを用いて、上記放電極材を上記電極材電位に対して相対的陰極として上記放電極材と上記電極材との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、上記放電極材にコロナスポットを生じさせることによりガス処理を行うガス処理方法であって、上記ガス処理されたガスに対して、オゾン分解触媒を用いてオゾン分解を行う工程を有し、上記オゾン分解触媒が、上記放電極材の電位と相対的に逆極性の電位になるように電気的に接続されていることを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のガス処理装置及び方法の実施の形態について説明する。
【0011】
図1には、ガス処理を行うための基本構成を示す。同図に示すように、互いに対向するよう平行に配置した電極材としての電極板1と、これら電極板1間に配置した放電極材としての線材2とを備えている。
【0012】
電極板1としては、アルミニウム、ステンレス、亜鉛メッキ鋼等の金属材料、或いは、体積抵抗率が107[Ω・cm]以下とした導電性樹脂材料(樹脂に導電処理等を施したもの)、絶縁性樹脂の表面にメッキ等の表面処理を施して表面の体積抵抗率を107[Ω・cm]以下とした導電加工樹脂材等を細長い板状にして用いるのが望ましい。
【0013】
また、線材2としては、線径が90〜200[μm]程度のものが用いられる。その材質は、例えばタングステンが用いられ、本実施の形態ではタングステンを基材にその表面に白金メッキしたものを用いている。白金メッキではなく、金メッキ等したものであってもよい。また、メッキの他には、クラッド加工により白金やニッケルを基材表面に設ける方法等もある。なお、基材としてはステンレスを用いることもできるが、張設状態を長時間維持する機能面で考えるとタングステンが好ましい。
【0014】
上記のような構成において、線材2を電極板1の電位に対して相対的陰極(−)として線材2と電極板1との間に直流の定電圧を印加して、気中放電であるコロナ放電を発生させる(なお、本発明の説明中で特に断りのない場合には、陰極とは、線材2が電極板1の電位に対して相対的にマイナス側の電位にあることを言うものである)。このとき、線材2には、できるだけ多数のコロナスポット、具体的には線材2の長さ方向の単位長さ当り、平均1.2[個/cm]以上の数のコロナスポットを生じさせる。コロナスポットとは、放電極材を陰極として直流電圧を印加したときに、この放電極材の表面或いは近傍(放電極材周囲)に生じる青紫色の点または小さなトゲ状のように見える輝点のことであり、そのコロナスポット数を平均1.2[個/cm]以上とするものである。
【0015】
このようにしてコロナ放電を発生させると、後述する実験結果等からも理解されるように、電極板1と線材2との間の放電空間にあるガスに対してガス処理が行われる。これにより、ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、酢酸、蟻酸等のVOC(揮発性有機化合物)や、アンモニア、メチルメルカプタン等のガスを分解除去することができ、例えば、タバコ臭、トイレ臭、腐敗臭等の脱臭に利用することができる。
【0016】
図2は、本実施の形態のガス処理装置の構成を示す模式図であり、コロナ放電部101と、オゾン分解触媒102と、ファン103とを備えている。なお、これらコロナ放電部101、オゾン分解触媒102、ファン103は、一つのケーシング内に組み付ける構成としてもよいし、すべて若しくは一部を別体としたものを組み合わせる構成としてもよい。
【0017】
コロナ放電部101は、コロナ放電を利用したガス処理を行うためのものであり、図1で説明した基本構成、すなわち、互いに対向するよう平行に配置した電極板1と、これら電極板1間に配置した線材2とを備えている。そして、線材2を陰極として線材2と電極板1との間に直流の定電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、線材2にできるだけ多数のコロナスポットを生じさせることは上述のとおりである。
【0018】
ここでは、図3(A)に模式的に示すように、開口させた薄箱型の金属ケース3の底部にガスを導入するための開口部4を形成するとともに、この金属ケース3内に複数の電極板1を設けている。例えば、金属ケース3自身をアルミニウム、ステンレス等で形成し、金属ケース3の底部をいくつかに分割してそれぞれを起立させることにより、開口部4を形成するとともに、金属ケース3に一体化された電極板1を形成するようにすればよい。そして、各電極板1の間に、線材2を適当な張力を与えるようにバネ等で張設している。
【0019】
このようにして電極板1及び線材2を設けた金属ケース3は、図3(B)に示すような絶縁カバー5内に組み込んで使用すればよい。絶縁カバー5は、プレート材に金属ケース収納部5aを形成したもので、その底部にはガスを導入するためのメッシュ開口部6を形成しておく。
【0020】
オゾン分解触媒102は、コロナ放電部101でのガス除去を補助し、さらには、コロナ放電部101でのコロナ放電により二次的に発生するオゾンを分解するためのものであり、MnO2系、ZnO系、TiO2系、SiO2系等の金属酸化物系触媒が用いられる。例えば、具体的には図示しないが、ハニカム構造を有する板状とした分解触媒や、ペレット状の分解触媒をケースに充填させたものを、上記図3で説明したようなコロナ放電部101に隣設して使用すればよい。
【0021】
ファン103は吸気を行うものであり、コロナ放電部101からオゾン分解触媒102方向(図中矢印を参照)へと向かう気流を生じさせる。
【0022】
このようにしたガス処理装置では、図2に示すように、ファン103によって、ガス、例えば有害ガスや悪臭ガスを含んだ空気が吸気され、コロナ放電部101へと導入される。
【0023】
コロナ放電部101においては、ファン103によって導入されたガスが、電極板1と平行に、かつ、上記線材2と直交する方向(図3の紙面に垂直な方向で、紙面の奥から手前側)に流れ、電極板1と線材2との間の放電空間を通過するときにコロナ放電によってガス処理される。これにより、空気中の有害ガスや悪臭ガスが分解除去され、清浄化された空気がオゾン分解触媒102を通過してファン103から外部へと放出される。
【0024】
コロナ放電部101の下流に位置するオゾン分解触媒102においては、コロナ放電部101でのコロナ放電により発生したオゾンが分解される。なお、オゾン分解触媒102をコロナ放電部101に隣設する際に、図2に示すように、コロナ放電部101の電極板1をオゾン分解触媒102の表面に電気的に接続して、オゾン分解触媒102を線材2と相対的に逆極性とする。これにより、放電電圧を下げることができ、消費電力を下げたり、電源を小型化したりすることができる。また、オゾン分解触媒102を活性化させるという効果が期待できる。この場合に、オゾン分解触媒102に合わせて、電極板1をMnO2、ZnO、TiO2、SiO2等の金属酸化物で覆うようにしてもよい。
【0025】
ここで、本発明に至った経緯を説明すると、既述したように、本発明者らは、イオン化やオゾン発生によるガス処理効果を認めつつも、その効果の程度に疑問を持ち、鋭意研究を重ねた。その結果、放電極材に多数のコロナスポットを生じさせた場合に、絶大なガス処理効果が得られることを見出した。そこで、放電極材を陰極として放電極材と電極との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、放電極材にできるだけ多数のコロナスポットを生じさせるようにしたものである。
【0026】
以下では、本発明によるガス処理効果を確認するための実験の内容及び結果について説明する。図4に示すように、1000mm×1000mm×1000mm(すなわち、1m3)のチャンバー201内に試験体202となるガス処理装置を設置し、サンプリングポート203からサンプリング用ガスを採取して濃度を検出する手法により、以下に説明する各種実験を行った。なお、チャンバー201内には攪拌用ファン204を設置し、チャンバー201内ガス濃度が均一となるようにした。
【0027】
一般的に、ガス処理を評価する場合に、図5に示すように、C=exp(−αt)といった式で表現されるガスの濃度減衰(時間tと濃度C(自然対数をとったもの)との関係)を捉えることが行われる。但し、式中のαは、減衰時定数の逆数である。濃度減衰は、図5に示すように、右下がりの直線的なものとなり、その傾き具合によって能力が評価され、チャンバー201の大きさV[L]と、濃度が1/eとなる時間τ[min]とを用いたV/τ[L/min]が、清浄化能力(換気相当量)等と称されてガス除去能の評価値として用いられる。図5では、初期濃度を1としたグラフを示す。
【0028】
まず、図6を参照して、平均コロナスポット数[個/cm]と清浄化能力[L/min]との関係を検証するための実験について説明する。ここでは、チャンバー201内にアセトアルデヒド単成分ガスを充填するとともに、本実施の形態のガス処理装置を設置して、諸条件は一致させつつ、平均コロナスポット数を変えた場合の清浄化能力をそれぞれ調べた。
【0029】
コロナスポット数を平均1.2[個/cm]、平均1.6[個/cm]、平均1.9[個/cm]とした場合の清浄化能力[L/min]を算出すると、それぞれ15.9[L/min]、35.3[L/min]、63.6[L/min]といった値が得られた。すなわち、図6に示すように、平均コロナスポット数xが増えると、清浄化能力yは大幅に向上し、ここでは、下式
y=9.5x3.0
で表される関係があることが推測される。したがって、コロナスポット数が平均1.0[個/cm]を超えるようにすれば、清浄化能力[L/min]を向上させることができ、特に平均1.2[個/cm]以上とすれば、絶大な清浄化能力が得られることが分かった。同様の実験を重ねた結果、多少のばらつきはあるものの、おおよそ平均コロナスポット数の約3乗の割合で清浄化能力が向上する結果が得られた。この結果からも、線材2に多数のコロナスポットを生じさせた場合に、顕著なガス処理効果が得られることが確認された。
【0030】
続いて、図7、8を参照して、放電極材である線材2を陰極(−)とした場合と、線材2を陽極(+)とした場合とを比較するための実験について説明する。ここでは、チャンバー201内にアセトアルデヒド単成分ガスを充填するとともに、本実施の形態のガス処理装置を設置して、諸条件は一致させつつ、線材2を陰極とした場合と、陽極とした場合とにおける濃度減衰をそれぞれ調べた。なお、図7、8においては、初期のガス濃度を100%とした。
【0031】
図7は、本実施の形態のガス処理装置にオゾン分解触媒を設置しない状態での実験結果である。時間0〜60[min]の間で5分おきにチャンバー201内ガス濃度を調べると、図7に示す結果となった。線材2を陰極とした場合(図中●のグラフ)と、陽極とした場合(図中○のグラフ)とでは、線材2を陰極とした場合の方が格段に能力が優れており、特に時間が経過するにつれて能力差が大きくなることが分かる。結果的に、線材2を陰極とした場合のグラフの傾斜度合いが大きい区間の内、40〜60[min]間のデータの平均的傾きから求めた清浄化能力は63.6[L/min]となったのに対して、陽極とした場合の同じ区間の清浄化能力は13.4[L/min]となり、大きな差が確認された。
【0032】
図8は、本実施の形態のガス処理装置にオゾン分解触媒(ペレット状のMnO2の含有率の高いもの)を設置した状態での実験結果である。上記同様に5分おきにチャンバー201内ガス濃度を調べると、図8に示す結果となった。この場合も、線材2を陰極とした場合(図中●のグラフ)と、陽極とした場合(図中○のグラフ)とでは、線材2を陰極とした場合の方が格段に能力が優れており、特に時間が経過するにつれて能力差が大きくなることが分かる。結果的に、線材2を陰極とした場合のグラフの傾斜度合いが最も大きい区間、即ち35〜40[min]間のデータの平均的傾きから求めた清浄化能力は145.5[L/min]であったのに対して、陽極とした場合の同じ区間の清浄化能力は11.0[L/min]であり、大きな差が確認された。
【0033】
次に、本実施の形態のガス処理装置の効果が、上記のように線材2を陰極としてコロナ放電を発生させるとともに、線材2にコロナスポットを生じさせることによるものであって、イオン化によるものやオゾン発生によるものではないことを確認するための実験について説明する。
【0034】
図9を参照して、イオン化によるものではないことを確認するための実験について説明する。ここでは、チャンバー201内にアセトアルデヒド単成分ガスを充填するとともに、本実施の形態のガス処理装置を設置して、諸条件は一致させつつ、イオン化物質の除去対策を行う場合と、イオン化物質の除去対策を行わない場合とでの濃度減衰をそれぞれ調べた。イオン化物質の除去対策としては、チャンバー201内にイオン化物質を除去するためのコレクタ(不平等電界を形成する装置)を設置した。
【0035】
時間0、5、10、15[min]でのチャンバー201内ガス濃度を調べると、図9(A)に示すように、イオン化物質の除去対策を行う(イオン化物質無し)場合(図中●の点線グラフ)と、イオン化物質の除去対策を行わない(イオン化物質有り)場合(図中〇の実線グラフ)とでほとんど相違が見られなかった。結果的に、図9(B)に示すように、イオン化物質の除去対策を行う場合の清浄化能力は、グラフの傾斜度合いが最も大きい区間、即ち10〜15[min]間のデータの平均的傾きから求めた379.2[L/min]となったのに対して、イオン化物質の除去対策を行わない場合の同じ区間の清浄化能力は338.0[L/min]となった。この結果より、本実施の形態のガス処理装置の効果は、イオン化によるトラップ等によるものではないことが確認された。
【0036】
また、図10を参照して、オゾン発生によるものではないことを確認するための実験について説明する。ここでは、チャンバー201内にアセトアルデヒド単成分ガスを充填するとともに、本実施の形態のガス処理装置を設置して、諸条件は一致させつつ、オゾン発生量軽減対策を行う場合と、オゾン発生量軽減対策を行わない場合とでの濃度減衰をそれぞれ調べた。オゾン発生量軽減対策としては、線材2の両端に交流電源を接続し、上記接続した交流電源を用いて線材2に交流電力を供給して線材2を加熱することにより、オゾンが発生するのを抑えるようにした。なお、線材2に供給する交流電力の周波数としては、商用周波数(50/60Hz)または商用周波数より低い周波数が好ましい。また、直流電力を線材2に供給してもよい。また、これらの場合、オゾンが発生するのを抑えられる温度に線材2を加熱できる値の電力を線材2に供給することは言うまでもない。
さらに、オゾン発生量軽減対策は、上述したものに限定されず、例えば特開昭55−075749号公報に記載されている方法等で線材2の温度等を調節することにより、オゾンが発生するのを抑えるようにしてもよい。
【0037】
5分おきのチャンバー201内ガス濃度を調べると、図10(A)に示すように、オゾン発生量軽減対策を行う場合(図中〇の実線グラフ)と、オゾン発生量軽減対策を行わない場合(図中●の点線グラフ)とでほとんど相違が見られなかった。結果的に、図10(B)に示すように、オゾン発生量軽減対策を行う場合の清浄化能力は、グラフの傾斜度合いが大きい区間、即ち25〜40[min]間のデータの平均的傾きから求めた204.6[L/min]となったのに対して、オゾン発生量軽減対策を行わない場合の清浄化能力は、同様区間の25〜30[min]間のデータの平均的傾きから求めた201.7[L/min]となった。この結果より、本実施の形態のガス処理装置の効果は、オゾン発生によるものではないことが確認された。すなわち、上述したような線材2を加熱する手段をガス処理装置に付加してオゾンが発生するのを抑制するようにしても、ガス処理を行えるということが確認された。したがって、上述したようにして線材2を加熱する手段をガス処理装置に設けるようにして、オゾンの発生を抑制しながらガス処理を行うようにしてもよい。この場合、オゾン分解触媒102を併設するようにすれば、オゾンがガス処理装置の外部に放出されてしまうことを確実に防止することができより望ましい。
【0038】
なお、この実験では、具体的な構造等についての説明は省略するが、市販されているオゾン発生によりガス処理を行う装置(オゾン発生器)についても濃度減衰を調べた(図中▲のグラフ)。図10に示す結果からも明らかなように、本実施の形態のガス処理装置とは大きな能力差があり、その清浄化能力は、オゾン発生量軽減対策を行う場合と同じ区間でわずか16.6[L/min]であった。
【0039】
また、図10(B)に示す表の右欄には、60分経過後のチャンバー201内オゾン濃度を記載した。この数値からも、0.872[ppm]と4.774[ppm]との差があり、オゾン発生量軽減対策がなされていることが理解される。一方、オゾン発生器では、清浄化能力が低いだけでなく、オゾンを発生させるため、60分経過後のチャンバー201内オゾン濃度が37.9[ppm]と高くなってしまっている。
【0040】
ここまでは、アセトアルデヒドを対象とした各種実験の結果を示した。アセトアルデヒドは、異臭原因の主な成分で、タバコ煙に含まれる異臭ガスの代表格であり、アンモニア等の他のガスに比べて分解除去しにくい。このようなアセトアルデヒドは、ガス処理効果を評価する上での指標ガスとして用いられるが、そのアセトアルデヒドに関して上述したように効果的なガス処理効果を得ることができたことから、他のガスに関しても同様に効果的なガス処理効果が得られると推測される。
【0041】
以下、他のガスに関しても効果的なガス処理効果が得られることを実証するために、図11〜14を参照して、他のガス、具体的には、アンモニア単成分ガス、メチルメルカプタン単成分ガス、硫化水素単成分ガス、酢酸単成分ガスを対象として(それぞれをチャンバー201内に充填)、本実施の形態のガス処理装置(本品)を設置した場合と、市販されているコロナ放電を利用したガス処理装置(市販品)を設置した場合と、自然減衰の場合とを比較した実験について説明する。なお、図11〜14においては、初期のガス濃度を100%とした。
【0042】
本実施の形態のガス処理装置では、放電電流(線材2を流れ、放電空間を流れる電流)を−2.0[mA]とし、ハニカム構造を有する有効表面面積が51.3[cm2/cm3]のオゾン分解触媒を使用した。一方、市販されているコロナ放電を利用したガス処理装置として、円筒形絶縁物(ガラス)を外側と内側とから金網で包んだ構造を有し、交流の電源仕様として沿面放電を行うものを使用した。
【0043】
アンモニア単成分ガスの場合、チャンバー201内ガス濃度を調べると、図11に示す結果となった。アンモニアの場合、点線で示す自然減衰でも濃度減衰(漏れではなく、自然分解によるもの)が観察されるが、細い実線で示す市販品によるガス処理効果は自然減衰と変わらない程度のものであった。それに対して、太い実線で示す本品によるガス処理効果は、非常に顕著であり、大きな差が確認された。
【0044】
メチルメルカプタン単成分ガスの場合、チャンバー201内ガス濃度を調べると、図12に示す結果となった。メチルメルカプタンの場合も、細い実線で示す市販品によるガス処理効果に比べて、太い実線で示す本品によるガス処理効果は非常に顕著であり、大きな差が確認された。
【0045】
硫化水素単成分ガスの場合、チャンバー201内ガス濃度を調べると、図13に示す結果となった。硫化水素の場合も、細い実線で示す市販品によるガス処理効果に比べて、太い実線で示す本品によるガス処理効果は非常に顕著であり、大きな差が確認された。
【0046】
酢酸単成分ガスの場合、チャンバー201内ガス濃度を調べると、図14に示す結果となった。酢酸の場合も、細い実線で示す市販品によるガス処理効果はほとんど効果がなく、それに比べて、太い実線で示す本品によるガス処理効果は非常に顕著であり、大きな差が確認された。
【0047】
以上述べたように、線材2を陰極として線材2と電極板1との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、線材2にコロナスポットを生じさせることにより、イオン化やオゾン発生によるものではない、効果的なガス処理効果を得ることができる。上述したように、コロナスポット数の約3乗の割合で清浄化能力を向上させることができるが、その理由は、コロナスポットを生じさせることにより反応性に富んだなんらかの化学的活性種が発生し、コロナスポット数に応じてその化学的活性種の発生量が異なるためだと考えられる。
【0048】
なお、上記実施の形態において示した各部の形状及び構造は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならない。すなわち、本発明はその精神、又はその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【0049】
例えば、上記実施の形態では、放電極材として線材2を用いた線式について説明したが、図15に示すように、放電極材として針部12aを形成した長板材12を用いた針式としてもよい。かかる針式の場合、各針12aの位置にコロナスポットが生じることになる。
【0050】
ただし、線式と針式とを比較した場合、同じコロナスポット数を生じさせたときでも、線式の方が針式よりも数倍程度高いガス処理効果が得られることが確認された。これは、放電極材を陰極として直流の定電圧を印加したとき、図16(A)、(B)に示すように、コロナスポットに関係する放電電流はパルス状に現れるが、その時間的な変化が線式では針式に比べて急峻となることから、その放電電流の違いによるものと考えられる。
【0051】
また、本発明は、ガス処理装置単体として実施してもよいが、コロナ放電を利用した各種装置に適用することも可能である。一例を挙げれば、コロナ放電により空気中の粉塵等の微粒子に電化を与えた後、所定電圧を印加した電極により発生させた電界を通過させることにより当該微粒子を捕集する構成とした電気集塵機(静電式集塵装置)が知られているが、かかる電気集塵機のコロナ放電部に本発明を応用することもできる。これにより、集塵だけでなく、ガス処理による脱臭等の効果を発揮させることが可能となる。
【0052】
なお、電気集塵機等では、放電極材を陽極として電圧を印加するのが一般的である。これは、放電極材を陽極とした方が、陰極とするのに比べてコロナ放電によるオゾン発生が抑えられるためである。したがって、本発明を電気集塵機等に適用する場合には、放電極材を陰極とした上で、オゾン分解触媒を併設する等の措置を採ることが望ましい。また、線材2を加熱する手段を設けるようにして、オゾンの発生を抑制しながらガス処理を行うようにすることが望ましい。さらに、線材2を加熱する手段とオゾン分解触媒とを併用してオゾンが外部に放出されてしまうことを確実に防止することができるようにするのがより望ましい。
【0053】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、放電極材を陰極として放電極材と電極板との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、放電極材にコロナスポットを生じさせることにより、イオン化やオゾン発生によるものではない、効果的なガス処理を行うことができる。そして、このようなガス処理を行ったガスに対して、上記放電極材の電位と相対的に逆極性の電位になるように電気的に接続されたオゾン分解触媒を用いてオゾン分解を行うことにより、放電電圧を下げることができ、ガス処理を行う際の消費電力を下げたり、電源を小型化したりすることができるとともに、上記オゾン分解触媒を活性化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガス処理を行うための基本構成を示す模式図である。
【図2】本実施の形態のガス処理装置の構成を示す模式図である。
【図3】コロナ放電部101の構成を示す模式図である。
【図4】実験の内容を説明するための図である。
【図5】清浄化能力のグラフを示す図である。
【図6】平均コロナスポット数[個/cm]と清浄化能力[L/min]との関係についての実験結果を示す図である。
【図7】線材2を陰極とした場合と、線材2を陽極とした場合とを比較した実験結果を示す図である。
【図8】線材2を陰極とした場合と、線材2を陽極とした場合とを比較した他の実験結果を示す図である。
【図9】イオン化によるものではないことを確認するための実験結果を示す図である。
【図10】オゾン発生によるものではないことを確認するための実験結果を示す図である。
【図11】アンモニアを対象とした実験結果を示す図である。
【図12】メチルメルカプタンを対象とした実験結果を示す図である。
【図13】硫化水素を対象とした実験結果を示す図である。
【図14】酢酸を対象とした実験結果を示す図である。
【図15】ガス処理を行うための他の基本構成例を示す模式図である。
【図16】時間と放電電流との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 電極板
2 線材
3 金属ケース
4 開口部
5 絶縁カバー
5a 金属ケース収納部
6 メッシュ開口部
101 コロナ放電部
102 オゾン分解触媒
103 ファン[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a gas processing apparatus and method using corona discharge, and is suitable, for example, for decomposing and removing harmful gases and malodorous gases in the air.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various proposals have been made on gas treatment using corona discharge. For example, Japanese Patent Laid-Open No. 63-242320 discloses a technique for separating and removing a negative ion formed gas using corona discharge. JP-A-7-213863, JP-A-9-972, and JP-A-11-319058 disclose techniques for deodorizing by generating ozone using corona discharge.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
While the present inventors have recognized the effect of gas treatment by ionization and ozone generation by corona discharge, they have been interested in how much the effect is, and conducted experiments on gas treatment using corona discharge.
[0004]
However, as the various experiments were repeated, by generating corona discharge, it was recognized that there was a great gas treatment effect due to other factors, not due to ionization or ozone generation.
[0005]
This invention is made | formed in view of the above points, and it aims at obtaining the gas treatment effect which is not based on ionization or ozone generation using corona discharge.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
The gas treatment apparatus of the present invention includes a discharge electrode material and an electrode material opposed to the discharge electrode material, and the discharge electrode material and the electrode are used with the discharge electrode material as a relative cathode with respect to the electrode material potential. A gas processing apparatus that applies a DC voltage to a material to generate a corona discharge and perform a gas treatment by generating a corona spot on the discharge electrode material. And an ozonolysis catalyst for performing ozonolysis, wherein the ozonolysis catalyst is electrically connected so as to have a potential having a polarity opposite to that of the discharge electrode material.
[0007]
The gas treatment method of the present invention uses a discharge electrode material and an electrode material opposed to the discharge electrode material, and uses the discharge electrode material as a cathode relative to the electrode material potential. A gas treatment method for applying a DC voltage to an electrode material to generate a corona discharge and performing a gas treatment by generating a corona spot on the discharge electrode material, wherein the gas treated gas is applied to the gas-treated gas. On the other hand, it has a step of performing ozonolysis using an ozonolysis catalyst, and the ozonolysis catalyst is electrically connected so as to have a potential of a polarity opposite to that of the discharge electrode material. It is characterized by.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a gas processing apparatus and method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0011]
FIG. 1 shows a basic configuration for performing gas processing. As shown in the figure, an
[0012]
As the
[0013]
As the
[0014]
In the configuration as described above, the
[0015]
When corona discharge is generated in this way, gas treatment is performed on the gas in the discharge space between the
[0016]
FIG. 2 is a schematic diagram showing the configuration of the gas processing apparatus according to the present embodiment, and includes a
[0017]
The
[0018]
Here, as schematically shown in FIG. 3A, an
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
In the gas processing apparatus configured as described above, as shown in FIG. 2, air containing gas, for example, harmful gas or odorous gas, is sucked by the
[0023]
In the
[0024]
In the
[0025]
Here, the background to the present invention will be explained. As described above, the present inventors have recognized the gas treatment effect due to ionization and ozone generation, but have doubts about the degree of the effect, and conducted intensive research. Piled up. As a result, it has been found that when a large number of corona spots are generated in the discharge electrode material, a great gas treatment effect can be obtained. Therefore, a direct voltage is applied between the discharge electrode material and the electrode using the discharge electrode material as a cathode to generate corona discharge and to generate as many corona spots as possible on the discharge electrode material.
[0026]
Below, the content and result of the experiment for confirming the gas processing effect by this invention are demonstrated. As shown in FIG. 4, 1000 mm × 1000 mm × 1000 mm (ie, 1 mThreeThe gas processing apparatus to be the
[0027]
In general, when gas treatment is evaluated, as shown in FIG. 5, the gas concentration attenuation represented by the equation C = exp (−αt) (time t and concentration C (natural logarithm)) Relationship). Where α is the reciprocal of the decay time constant. As shown in FIG. 5, the concentration attenuation is linear to the right, and the ability is evaluated according to the inclination, and the size V [L] of the
[0028]
First, an experiment for verifying the relationship between the average number of corona spots [pieces / cm] and the cleaning ability [L / min] will be described with reference to FIG. Here, the
[0029]
When the cleaning capacity [L / min] was calculated when the number of corona spots was 1.2 [pieces / cm] on average, 1.6 [pieces / cm] on average, and 1.9 [pieces / cm] on average, Values of 15.9 [L / min], 35.3 [L / min], and 63.6 [L / min] were obtained. That is, as shown in FIG. 6, as the average number of corona spots x increases, the cleaning ability y is greatly improved.
y = 9.5x3.0
It is assumed that there is a relationship represented by Therefore, if the number of corona spots exceeds 1.0 [piece / cm] on average, the cleaning ability [L / min] can be improved, and the average is 1.2 [piece / cm] or more. As a result, it was found that a great cleaning ability can be obtained. As a result of repeating the same experiment, the cleaning ability was improved at a rate of about the third power of the average number of corona spots although there was some variation. Also from this result, it was confirmed that when a large number of corona spots were generated on the
[0030]
Next, with reference to FIGS. 7 and 8, an experiment for comparing the case where the
[0031]
FIG. 7 shows experimental results in a state where no ozone decomposition catalyst is installed in the gas treatment apparatus of the present embodiment. When the gas concentration in the
[0032]
FIG. 8 shows an ozone decomposition catalyst (pellet-like MnO) in the gas treatment apparatus of this embodiment.2It is an experimental result in the state which installed the thing with a high content rate. As described above, when the gas concentration in the
[0033]
Next, the effect of the gas treatment apparatus according to the present embodiment is that the corona discharge is generated using the
[0034]
With reference to FIG. 9, an experiment for confirming that it is not due to ionization will be described. Here, the
[0035]
When the gas concentration in the
[0036]
Moreover, with reference to FIG. 10, the experiment for confirming that it is not based on ozone generation is demonstrated. Here, the
Furthermore, the ozone generation reduction measures are not limited to those described above. For example, ozone is generated by adjusting the temperature or the like of the
[0037]
When the gas concentration in the
[0038]
In this experiment, explanation of the specific structure and the like is omitted, but concentration attenuation was also examined for a commercially available apparatus (ozone generator) that performs gas treatment by generating ozone (graph of ▲ in the figure). . As is clear from the results shown in FIG. 10, there is a large difference in capacity from the gas processing apparatus of the present embodiment, and the cleaning capacity is only 16.6 in the same section as when the ozone generation reduction measure is taken. [L / min].
[0039]
In the right column of the table shown in FIG. 10B, the ozone concentration in the
[0040]
So far, the results of various experiments on acetaldehyde have been shown. Acetaldehyde is a major component of the cause of off-flavors and is a typical off-flavor gas contained in tobacco smoke, and is difficult to decompose and remove compared to other gases such as ammonia. Such an acetaldehyde is used as an index gas for evaluating the gas treatment effect, but since an effective gas treatment effect can be obtained as described above with respect to the acetaldehyde, the same applies to other gases. It is estimated that an effective gas treatment effect can be obtained.
[0041]
Hereinafter, in order to demonstrate that an effective gas treatment effect can be obtained with respect to other gases, referring to FIGS. 11 to 14, other gases, specifically, ammonia single component gas, methyl mercaptan single component, will be described. For gas, hydrogen sulfide single component gas, and acetic acid single component gas (each filled into the chamber 201), when the gas treatment device (this product) of this embodiment is installed, and commercially available corona discharge An experiment comparing the case of using a gas processing apparatus (commercially available) and the case of natural attenuation will be described. In FIGS. 11 to 14, the initial gas concentration is set to 100%.
[0042]
In the gas treatment apparatus of the present embodiment, the discharge current (current flowing through the
[0043]
In the case of ammonia single component gas, when the gas concentration in the
[0044]
In the case of methyl mercaptan single component gas, when the gas concentration in the
[0045]
In the case of hydrogen sulfide single component gas, when the gas concentration in the
[0046]
In the case of acetic acid single component gas, when the gas concentration in the
[0047]
As described above, a DC voltage is applied between the
[0048]
It should be noted that the shapes and structures of the respective parts shown in the above embodiments are merely examples of implementation in carrying out the present invention, and the technical scope of the present invention is limitedly interpreted by these. Must not be done. That is, the present invention can be implemented in various forms without departing from the spirit or main features thereof.
[0049]
For example, in the above-described embodiment, the wire type using the
[0050]
However, when the linear type and the needle type were compared, it was confirmed that even when the same number of corona spots was generated, the linear type can obtain a gas treatment effect several times higher than the needle type. This is because when a constant DC voltage is applied using the discharge electrode material as a cathode, the discharge current related to the corona spot appears in a pulse shape as shown in FIGS. The change is more steep in the wire type than in the needle type, which is considered to be due to the difference in the discharge current.
[0051]
Moreover, although this invention may be implemented as a gas processing apparatus single-piece | unit, it is also possible to apply to the various apparatuses using corona discharge. For example, an electrostatic precipitator configured to collect fine particles such as dust in the air by corona discharge and then pass through an electric field generated by an electrode to which a predetermined voltage is applied ( An electrostatic dust collector is known, but the present invention can also be applied to the corona discharge part of such an electrostatic precipitator. Thereby, not only dust collection but also effects such as deodorization by gas treatment can be exhibited.
[0052]
In an electric dust collector or the like, a voltage is generally applied using the discharge electrode material as an anode. This is because generation of ozone due to corona discharge is suppressed when the discharge electrode material is used as the anode, compared to when the discharge electrode material is used as the cathode. Therefore, when the present invention is applied to an electrostatic precipitator or the like, it is desirable to take measures such as providing an ozone decomposition catalyst after using the discharge electrode material as a cathode. Moreover, it is desirable to provide a means for heating the
[0053]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a corona discharge is generated by applying a DC voltage between the discharge electrode material and the electrode plate using the discharge electrode material as a cathode, and a corona spot is generated in the discharge electrode material. Thus, effective gas treatment that is not caused by ionization or ozone generation can be performed. Then, ozonolysis is performed on the gas subjected to such gas treatment using an ozonolysis catalyst electrically connected so as to have a potential of a polarity opposite to that of the discharge electrode material. As a result, the discharge voltage can be lowered, the power consumption during gas treatment can be reduced, the power source can be reduced in size, and the ozone decomposition catalyst can be activated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration for performing gas treatment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration of a gas processing apparatus according to the present embodiment.
3 is a schematic diagram showing a configuration of a
FIG. 4 is a diagram for explaining the contents of an experiment.
FIG. 5 is a graph showing a cleaning ability graph.
FIG. 6 is a diagram showing experimental results on the relationship between the average number of corona spots [pieces / cm] and the cleaning ability [L / min].
FIG. 7 is a diagram showing experimental results comparing a case where the
FIG. 8 is a diagram showing another experimental result comparing the case where the
FIG. 9 is a diagram showing an experimental result for confirming that it is not due to ionization.
FIG. 10 is a diagram showing a result of an experiment for confirming that it is not due to generation of ozone.
FIG. 11 is a diagram showing experimental results for ammonia.
FIG. 12 is a diagram showing experimental results for methyl mercaptan.
FIG. 13 is a diagram showing experimental results for hydrogen sulfide.
FIG. 14 is a diagram showing experimental results for acetic acid.
FIG. 15 is a schematic diagram showing another basic configuration example for performing gas processing.
FIG. 16 is a characteristic diagram showing the relationship between time and discharge current.
[Explanation of symbols]
1 Electrode plate
2 Wire rod
3 Metal case
4 openings
5 Insulation cover
5a Metal case storage
6 Mesh opening
101 Corona discharge section
102 Ozone decomposition catalyst
103 fans
Claims (7)
上記放電極材に対向させた電極材とを備え、
上記放電極材を上記電極材電位に対して相対的陰極として上記放電極材と上記電極材との間に直流電圧を印加して、コロナ放電を発生させるとともに、上記放電極材にコロナスポットを生じさせることによりガス処理を行うガス処理装置であって、
上記ガス処理されたガスに対してオゾン分解を行うためのオゾン分解触媒を備え、
上記オゾン分解触媒が、上記放電極材の電位と相対的に逆極性の電位になるように電気的に接続されていることを特徴とするガス処理装置。A discharge electrode material;
An electrode material facing the discharge electrode material,
Using the discharge electrode material as a relative cathode with respect to the electrode material potential, a DC voltage is applied between the discharge electrode material and the electrode material to generate a corona discharge, and a corona spot is formed on the discharge electrode material. A gas processing apparatus that performs gas processing by generating
An ozonolysis catalyst for performing ozonolysis on the gas treated gas,
The gas treatment apparatus, wherein the ozone decomposition catalyst is electrically connected so as to have a potential having a polarity opposite to that of the discharge electrode material.
上記ガス処理されたガスに対して、オゾン分解触媒を用いてオゾン分解を行う工程を有し、
上記オゾン分解触媒が、上記放電極材の電位と相対的に逆極性の電位になるように電気的に接続されていることを特徴とするガス処理方法。Using a discharge electrode material and an electrode material opposed to the discharge electrode material, the discharge electrode material is used as a relative cathode with respect to the electrode material potential, and a DC voltage is applied between the discharge electrode material and the electrode material. Is a gas treatment method for generating a corona discharge and performing a gas treatment by generating a corona spot in the discharge electrode material,
A step of performing ozonolysis on the gas treated gas using an ozonolysis catalyst,
A gas treatment method, wherein the ozonolysis catalyst is electrically connected so as to have a potential of a polarity opposite to that of the discharge electrode material.
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