JP3745322B2

JP3745322B2 - Gas processing apparatus and method

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Publication number: JP3745322B2
Application number: JP2002243791A
Authority: JP
Inventors: 直記杉田; 伸一今
Original assignee: Midori Anzen Co Ltd
Current assignee: Midori Anzen Co Ltd
Priority date: 2001-09-17
Filing date: 2002-08-23
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2022-08-23
Also published as: JP2003175097A

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、放電極材としての線材と、上記線材の一側面側に対向させた電極板とをそれぞれ複数備え、上記線材を上記電極板に対して相対的陰極として上記線材と上記電極板との間に直流電圧を印加し、上記複数の電極板と上記複数の線材とが、電極板、線材、電極板、線材、電極板、・・・という順番で配置され、各線材の両側に位置する電極板のうち一側面側の電極板の近くに、かつ、他側面側の電極板から遠くに各線材が配置されるようにすることで、上記線材の上記電極板側に偏らせて非対称的にコロナ放電を発生させるとともに、上記線材の長さ方向に平均１．２［個／ｃｍ］以上のコロナスポットを生じさせることを特徴とする。
【０００７】
本発明のガス処理装置の他の態様例では、放電極材としての線材と、上記線材の一側面側に対向させた電極板とをそれぞれ複数備え、上記線材を上記電極板に対して相対的陰極として上記線材と上記電極板との間に直流電圧を印加し、上記線材の上記電極板側に偏らせてコロナ放電を発生させるとともに、上記線材にコロナスポットを生じさせ、上記複数の電極板と複数の線材とが、電極板、線材、線材、電極板、線材、線材、電極板・・・という順番で配置されていることを特徴とする。
【０００８】
本発明のガス処理方法は、放電極材としての線材と、上記線材の一側面側に対向させた電極板とをそれぞれ複数用い、上記線材を上記電極板に対して相対的陰極として上記線材と上記電極板との間に直流電圧を印加し、上記線材の上記電極板側に偏らせてコロナ放電を発生させるとともに、上記線材にコロナスポットを生じさせるガス処理方法であって、上記複数の電極板と複数の線材とが、電極板、線材、線材、電極板、線材、線材、電極板、・・・という順番で配置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、本実施の形態における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、放電極材としての線材５２と、この線材５２の一側面側、換言すれば、一つのラジアル方向側に対向させた電極板５１とを備えている。
【００１２】
電極板５１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、体積抵抗率を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５２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５２を電極板５１の電位に対して相対的陰極（−）として線材５２と電極板５１との間に直流の定電圧を印加し、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５２が電極板５１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５２には、できるだけ多数のコロナスポット、具体的には線材５２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５１と線材５２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】
特に、図１に示すような構成として、線材５２の片側、即ち電極板５１側に偏らせてコロナ放電を発生させることにより、より顕著なガス処理効果が得られることが判明した。
【００１７】
本願出願人は、特願２００１−２５６９１２号において、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ためのガス処理装置及び方法について提案している。以下、図２〜１５を参照して、そのガス処理装置及び方法を、本実施の形態に対する比較例として説明する。
【００１８】
図２に示すように、互いに対向するよう平行に配置した２枚の電極板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。これら電極板１や線材２の材質等については、本実施の形態のものと同様である。
【００１９】
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、気中放電であるコロナ放電を発生させる。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。
【００２０】
このようにしてコロナ放電を発生させると、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。
【００２１】
図３は、図２に示した基本構成を採用した本比較例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。
【００２２】
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２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、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。
【００２３】
ここでは、図４（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。
【００２４】
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４（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。
【００２５】
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４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。
【００２６】
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。
【００２７】
このようにしたガス処理装置では、図３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。
【００２８】
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、線材２と直交する方向（図４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。
【００２９】
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３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。
【００３０】
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、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。
【００３１】
以下では、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５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。
【００３２】
一般的に、ガス処理を評価する場合に、図６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６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６では、初期濃度を1としたグラフを示す。
【００３３】
まず、図７を参照して、本比較例において、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、本比較例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。
【００３４】
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７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＝９．５ｘ^3.0
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。
【００３５】
続いて、図８、９を参照して、本比較例において、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、本比較例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８、９においては、初期のガス濃度を１００％とした。
【００３６】
図８は、本比較例のガス処理装置にオゾン分解触媒１０２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８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。
【００３７】
図９は、本比較例のガス処理装置にオゾン分解触媒１０２（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９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。
【００３８】
次に、本比較例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。
【００３９】
図１０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、本比較例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。
【００４０】
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１０（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１０（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、本比較例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。
【００４１】
また、図１１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、本比較例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。
【００４２】
５分おきのチャンバー２０１内ガス濃度を調べると、図１１（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１１（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、本比較例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。
【００４３】
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１１に示す結果からも明らかなように、本比較例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。
【００４４】
また、図１１（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。
【００４５】
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絶大な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絶大な処理効果が得られると推測される。
【００４６】
以下、他のガスに関しても絶大な処理効果が得られることを実証するために、図１２〜１５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）、本比較例のガス処理装置（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１２〜１５においては、初期のガス濃度を１００％とした。
【００４７】
本比較例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。
【００４８】
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１２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。
【００４９】
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１３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。
【００５０】
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１４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。
【００５１】
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１５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。
【００５２】
上記のように、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、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、絶大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。
【００５３】
以下、本実施の形態に説明を戻し、図１６には、図１に示した本実施の形態の基本構成と、図２に示した比較例の基本構成とにおけるガス処理能力を比較した実験結果を示す。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、チャンバー２０１内で本実施の形態の基本構成と比較例の基本構成とをそれぞれ再現し、各濃度減衰を調べた。
【００５４】
図１７、１８に示すように、本実施の形態の基本構成と比較例の基本構成とにおいて、線材の線径φ（＝９０［μｍ］）、電極板の板幅ｂ（＝３０［ｍｍ］）及び長さｄ（＝５００［ｍｍ］）、線材と電極板との距離ｃ（＝８．５［ｍｍ］）等の諸条件を一致させた上で、線材５２（２）を電極板５１（１）の陰極として線材５２（２）と電極板５１（１）との間に直流の定電圧を印加し、放電電流が同じ値となるようにした。なお、図１７、１８の矢印に示すように、電極板５１（１）と平行に、かつ、線材５２（２）と直交する方向にチャンバー２０１内のアセトアルデヒド単成分ガスが流れるようにした。
【００５５】
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１６に示す結果となった。本実施の形態の基本構成とした場合（図中●のグラフ）と、比較例の基本構成とした場合（図中○のグラフ）とでは、本実施の形態の基本構成とした場合の方が能力が優れており、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。
【００５６】
上記の実験を複数回繰り返し、清浄化能力の平均をとると、結果的に、本実施の形態の基本構成とした場合の清浄化能力は４７．５［Ｌ／ｍｉｎ］となったのに対して、比較例の基本構成とした場合の清浄化能力は２３．０［Ｌ／ｍｉｎ］となった。
【００５７】
このように、線材２の両側、即ち両側面側の電極板１側で対称的にコロナ放電を発生させるよりも、線材５２の片側、即ち一側面側の電極板５１側に偏らせて非対称的にコロナ放電を発生させる方が、より顕著なガス処理効果を得ることができる。現段階においてその理由を特定することはできないが、線材５２の片側に偏らせてコロナ放電を発生させるという構造変化により、線材２の両側で対称的にコロナ放電を発生させる構造に比べて、同じ条件でも、コロナスポット数が増える、電子エネルギー分布が変化して、コロナスポットに起因する科学的活性種の密度が大きくなるといったような理由が考えられる。
【００５８】
さて、図１に示した本実施の形態の基本構成を採用したガス処理装置も、図３に示す模式図のように、コロナ放電部１０１と、オゾン分解触媒１０２と、ファン１０３とを備える構成となる。なお、オゾン分解触媒１０２、ファン１０３については既に述べた通りであり、以下では、コロナ放電部１０１についてのみ説明する。
【００５９】
実用化にあたっては、図４（Ａ）にも示したように、コロナ放電を発生させる放電空間を多く確保するため、複数の電極板と複数の線材とを平行に配置することが行われる。図２に示した比較例の基本構成を採用する場合、図４（Ａ）に示したように、電極板１、線材２、電極板１、線材２、電極板１、・・・という順番で、これら電極板１及び線材２を等間隔に配置すればよい。しかしながら、図１に示した本実施の形態の基本構成を採用する場合は、線材５２の片側に偏らせてコロナ放電を発生させる構造とする必要があるため、等間隔で配置するわけにはいかない。
【００６０】
そこで、コロナ放電部１０１の構成を、図１９、２０に示すような構成とする。なお、図４（Ａ）で説明した薄箱型の金属ケース３、開口部４、及び、図４（Ｂ）で説明した絶縁カバー５については上述の通りであり、ここでは、電極板５１及び線材５２の配置についてのみ説明する。
【００６１】
図１９（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、電極板５１、線材５２、電極板５１、線材５２、電極板５１、・・・という順番で配置することは図４（Ａ）と同様であるが、各線材５２をその両側に位置する電極板のうち側面側の電極板５１（同図（Ｂ）の線材５２に対して左側に位置する電極板５１）の近くに、かつ、他側面側の電極板５１（同図（Ｂ）の線材５２に対して右側に位置する電極板５１）から遠くに配置している。このようにしたコロナ放電部１０１では、線材５２の一側面側の電極板５１側に偏らせて非対称的にコロナ放電を発生させることができる。
【００６２】
また、図２０（Ａ）、（Ｂ）に示す例では、電極板５１、線材５２、線材５２、電極板５１、線材５２、線材５２、電極板５１、・・・という順番で配置している。このようにしたコロナ放電部１０１では、線材５２の電極板５１側に偏らせて非対称的にコロナ放電を発生させることができる。
【００６３】
次に、図２０に示すような構成としたコロナ放電部１０１を採用したガス処理装置（実施品）と、図４（Ａ）に示すような構成としたコロナ放電部１０１を採用したガス処理装置（比較品）とを比較した結果について説明する。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して、実施品と比較品それぞれについての濃度減衰を調べた。
【００６４】
図２１（Ａ）、（Ｂ）に示すように、実施品と比較品との構成において、線材の線径φ（＝９０［μｍ］）、両端の電極板間の距離ａ（＝１００［ｍｍ］）、電極板の板幅ｂ（＝１０［ｍｍ］）及び長さｄ（図１７、１８を参照）（＝１４４０［ｍｍ］）を一致させた。そして、同図（Ａ）に示すように、実施品においては、電極板５１間の距離ｅ₂＝２４［ｍｍ］とするとともに、電極板５１と線材５２との距離ｃ＝６［ｍｍ］とした。一方で、同図（Ｂ）に示すように、比較品においては、電極板１間の距離ｅ₁＝１２［ｍｍ］とするとともに、電極板１と線材２との距離ｃ＝６［ｍｍ］とした。
【００６５】
すなわち、実施品は、比較品から１枚ごとに電極板を除去したような構成となっている。かかる実施品においては、比較品よりも簡単な構成とすることができるので、コストダウン、軽量化を図ることも可能となる。
【００６６】
そして、線材５２（２）を電極板５１（１）に対して陰極として線材５２（２）と電極板５１（１）との間に直流の定電圧を印加し、放電電流が同じ値（＝−２．０［ｍＡ］）となるようにした。なお、本実験では、実施品及び比較品いずれもオゾン分解触媒１０２を設置しない状態とした。
【００６７】
結果的に、実施品の場合、清浄化能力は８８．６［Ｌ／ｍｉｎ］となったのに対して、比較品の場合、清浄化能力は６３．６［Ｌ／ｍｉｎ］となった。この結果からも、線材５２の片側、即ち一側面側の電極板５１側に偏らせて非対称的にコロナ放電を発生させる方が、より顕著なガス処理効果を奏することが明らかとされた。なお、比較品の清浄化能力６３．６［Ｌ／ｍｉｎ］という値は、図８で説明した実験により得られた値と同じである。
【００６８】
上述したように、本実施の形態のガス処理装置の効果は、コロナ放電部１０１でのコロナ放電により２次的に発生するオゾンによるものではないことが確認された。したがって、上述したような線材５２を加熱する手段をコロナ放電部１０１に設けるようにして、コロナ放電部１０１での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。
【００６９】
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。
【００７０】
例えば、上記実施の形態では、電極板５１を平板状としたものについて説明したが、図２２に示すように、電極板５１を湾曲させた板状としてもかまわない。
【００７１】
また、図１８の矢印に示したように、電極板５１と平行に、かつ、線材５２と直交する方向にガスを流すようにしたが、電極板５１と直交し、かつ、線材５２と直交する方向、図１８（Ｂ）でいえば左右方向からガスを流すようにしてもよい。この場合、具体的には図示しないが、ガスの流れを妨げないような措置、例えば電極板５１にガス通過用の穴等を形成したり、電極板５１を網状にしたりするのが望ましい。
【００７３】
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５２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。
【００７４】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、放電極材としての線材を相対的陰極として線材と電極板との間に直流電圧を印加し、コロナ放電を発生させるとともに、線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絶大なガス処理効果を得ることができ、特に、線材の一側面側の電極板側に偏らせてコロナ放電を発生させることにより、より顕著なガス処理効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態における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】比較例におけるガス処理を行うための基本構成を示す模式図である。
【図３】図２に示した基本構成を採用した本比較例のガス処理装置の構成を示す模式図である。
【図４】比較例におけるコロナ放電部１０１の構成を示す模式図である。
【図５】実験の内容を説明するための図である。
【図６】清浄化能力のグラフを示す図である。
【図７】比較例において、平均コロナスポット数［個／ｃｍ］と清浄化能力［Ｌ／ｍｉｎ］との関係についての実験結果を示す図である。
【図８】比較例において、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９】比較例において、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１０】比較例におい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結果を示す図である。
【図１１】比較例におい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結果を示す図である。
【図１２】比較例においてアンモニアを対象とした実験結果を示す図である。
【図１３】比較例において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１４】比較例において硫化水素を対象とした実験結果を示す図である。
【図１５】比較例において酢酸を対象とした実験結果を示す図である。
【図１６】本実施の形態の基本構成と比較例の基本構成とを比較した実験結果を示す図である。
【図１７】比較例の基本構成における諸条件を説明するための模式図である。
【図１８】本実施の形態の基本構成における諸条件を説明するための模式図である。
【図１９】本実施の形態におけるコロナ放電部１０１の構成例を示す模式図である。
【図２０】本実施の形態におけるコロナ放電部１０１の構成例を示す模式図である。
【図２１】実施品及び比較品における諸条件を説明するための模式図である。
【図２２】電極板５１を湾曲させた板状とした例を示す模式図である。
【符号の説明】
５１電極板
５２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 device of the present invention includes a plurality of wire rods as discharge electrode members and electrode plates facing one side of the wire rods, and the wire rods as relative cathodes with respect to the electrode plates. A direct current voltage is applied between the electrode plates, and the plurality of electrode plates and the plurality of wire rods are arranged in the order of electrode plate, wire rod, electrode plate, wire rod, electrode plate,. By arranging each wire near the electrode plate on one side of the electrode plates located on both sides of the wire and away from the electrode plate on the other side, on the electrode plate side of the wire A corona discharge is generated asymmetrically while being biased, and corona spots having an average of 1.2 [pieces / cm] or more are generated in the length direction of the wire.
[0007]
  In another embodiment of the gas treatment device of the present invention, a plurality of wire rods as discharge electrode members and electrode plates opposed to one side surface of the wire rods are provided, and the wire rods are relative to the electrode plates. A DC voltage is applied between the wire and the electrode plate as a cathode, and the wire is biased toward the electrode plate to generate a corona discharge, and a corona spot is generated in the wire, and the plurality of electrode plates And a plurality of wire rods are arranged in the order of electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate,.
[0008]
  The gas treatment method of the present invention uses a plurality of wire rods as discharge electrode materials and electrode plates opposed to one side of the wire rods, and the wire rods as relative cathodes with respect to the electrode plates. A gas treatment method in which a DC voltage is applied between the electrode plate and biased toward the electrode plate side of the wire to generate a corona discharge, and a corona spot is generated in the wire, wherein the plurality of electrodes The plate and the plurality of wires are arranged in the order of an electrode plate, a wire, a wire, an electrode plate, a wire, a wire, an electrode plate,.
[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 in the present embodiment. As shown in the figure, a wire 52 as a discharge electrode material and an electrode plate 51 opposed to one side of the wire 52, in other words, one radial direction side, are provided.
[0012]
As the electrode plate 51, a metal material such as aluminum, stainless steel, and galvanized steel, or a volume resistivity of 10 is used.⁷[Ω · cm] or less conductive resin material (resin that has been subjected to conductive treatment), surface treatment such as plating is performed on the surface of the insulating resin, and the volume resistivity of the surface is 10⁷It is desirable to use an electrically conductive resin material or the like that is [Ω · cm] or less in the form of an elongated plate.
[0013]
As the wire 52, one having a wire diameter of about 90 to 200 [μm] is used. For example, tungsten is used as the material. In this embodiment, tungsten is used as a base material and the surface thereof is platinum-plated. Instead of platinum plating, gold plating or the like may be used. In addition to plating, there is a method of providing platinum or nickel on the surface of the base material by cladding. In addition, although stainless steel can also be used as a base material, tungsten is preferable when it considers from the functional surface which maintains a tension state for a long time.
[0014]
In the above-described configuration, a corona discharge which is an air discharge is performed by applying a constant DC voltage between the wire 52 and the electrode plate 51 with the wire 52 as a relative cathode (−) with respect to the potential of the electrode plate 51. (Note that, unless otherwise specified in the description of the present invention, the cathode means that the wire 52 is at a negative potential relative to the potential of the electrode plate 51.) ). At this time, as many corona spots as possible on the wire 52, specifically, an average number of 1.2 [pieces / cm] or more corona spots per unit length in the length direction of the wire 52 are generated. A corona spot is a blue-violet spot or a bright spot that looks like a small splinter formed on or near the surface of the discharge electrode material (around the discharge electrode material) when a DC voltage is applied using the discharge electrode material as a cathode. That is, the average number of corona spots is 1.2 [pieces / cm] or more.
[0015]
When the corona discharge is generated in this way, the gas treatment is performed on the gas in the discharge space between the electrode plate 51 and the wire 52 as understood from the experimental results described later. This makes it possible to decompose and remove VOC (volatile organic compounds) such as formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid and formic acid, and gases such as ammonia and methyl mercaptan. Can be used.
[0016]
In particular, as shown in FIG. 1, it has been found that a more remarkable gas treatment effect can be obtained by generating a corona discharge by being biased toward one side of the wire 52, that is, the electrode plate 51 side.
[0017]
In Japanese Patent Application No. 2001-256912, the applicant of the present application has proposed a gas processing apparatus and method for obtaining a gas processing effect that is not due to ionization or ozone generation using corona discharge. Hereinafter, with reference to FIGS. 2 to 15, the gas processing apparatus and method will be described as a comparative example with respect to the present embodiment.
[0018]
As shown in FIG. 2, two electrode plates 1 arranged in parallel so as to face each other and a wire 2 as a discharge electrode material arranged between these electrode plates 1 are provided. The material of the electrode plate 1 and the wire 2 is the same as that of the present embodiment.
[0019]
In the configuration as described above, a direct current constant voltage is applied between the wire 2 and the electrode plate 1 using the wire 2 as a cathode with respect to the potential of the electrode plate 1 to generate a corona discharge which is an air discharge. At this time, as many corona spots as possible on the wire 2, specifically, an average number of 1.2 or more corona spots per unit length in the length direction of the wire 2 is generated.
[0020]
When corona discharge is generated in this way, gas treatment is performed on the gas in the discharge space between the electrode plate 1 and the wire 2. This makes it possible to decompose and remove VOC (volatile organic compounds) such as formaldehyde, acetaldehyde, acetic acid and formic acid, and gases such as ammonia and methyl mercaptan. Can be used.
[0021]
FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the gas processing apparatus of this comparative example that employs the basic configuration shown in FIG. 2, and includes a corona discharge unit 101, an ozone decomposition catalyst 102, and a fan 103. Note that the corona discharge unit 101, the ozone decomposition catalyst 102, and the fan 103 may be assembled in one casing, or may be a combination of all or part of them.
[0022]
The corona discharge unit 101 is for performing gas treatment using corona discharge, and has the basic configuration described in FIG. 2, that is, the electrode plates 1 arranged in parallel so as to face each other, and between these electrode plates 1. The arranged wire 2 is provided. Then, a constant DC voltage is applied between the wire 2 and the electrode plate 1 using the wire 2 as a cathode to generate corona discharge and to generate as many corona spots as possible on the wire 2.
[0023]
Here, as schematically shown in FIG. 4A, an opening 4 for introducing gas is formed at the bottom of the opened thin box-shaped metal case 3, and a plurality of openings are formed in the metal case 3. The electrode plate 1 is provided. For example, the metal case 3 itself is formed of aluminum, stainless steel or the like, and the bottom portion of the metal case 3 is divided into several parts, and the respective openings are formed to form the opening 4 and the metal case 3 is integrated with the metal case 3 The electrode plate 1 may be formed. The wire 2 is stretched between the electrode plates 1 with a spring or the like so as to give an appropriate tension.
[0024]
The metal case 3 provided with the electrode plate 1 and the wire 2 in this way may be used by being incorporated in an insulating cover 5 as shown in FIG. The insulating cover 5 is formed by forming a metal case storage portion 5a on a plate material, and a mesh opening 6 for introducing gas is formed at the bottom thereof.
[0025]
The ozone decomposition catalyst 102 assists gas removal in the corona discharge unit 101, and further decomposes ozone that is secondarily generated by corona discharge in the corona discharge unit 101.₂, ZnO, TiO₂System, SiO₂A metal oxide catalyst such as a catalyst is used. For example, although not specifically shown, a plate-shaped cracking catalyst having a honeycomb structure or a pellet-shaped cracking catalyst filled in a case is adjacent to the corona discharge part 101 as described in FIG. You can use it.
[0026]
The fan 103 performs intake air, and generates an air flow from the corona discharge unit 101 toward the ozone decomposition catalyst 102 (see an arrow in the figure).
[0027]
In the gas processing apparatus thus configured, as shown in FIG. 3, a gas such as air containing harmful gas or odorous gas is sucked by the fan 103 and introduced into the corona discharge unit 101.
[0028]
In the corona discharge unit 101, the gas introduced by the fan 103 is parallel to the electrode plate 1 and perpendicular to the wire 2 (in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 4 and from the back of the paper surface to the front side). The gas is treated by corona discharge when flowing and passing through the discharge space between the electrode plate 1 and the wire 2. As a result, harmful gases and malodorous gases in the air are decomposed and removed, and the purified air passes through the ozone decomposition catalyst 102 and is released from the fan 103 to the outside.
[0029]
In the ozone decomposition catalyst 102 located downstream of the corona discharge unit 101, ozone generated by the corona discharge in the corona discharge unit 101 is decomposed. When the ozone decomposition catalyst 102 is placed next to the corona discharge unit 101, the electrode plate 1 of the corona discharge unit 101 is electrically connected to the surface of the ozone decomposition catalyst 102 as shown in FIG. The catalyst 102 has a polarity opposite to that of the wire 2. Thereby, the discharge voltage can be lowered, power consumption can be reduced, and the power source can be downsized. Moreover, the effect of activating the ozone decomposition catalyst 102 can be expected. In this case, according to the ozone decomposition catalyst 102, the electrode plate 1 is made of MnO.₂, ZnO, TiO₂, SiO₂You may make it cover with metal oxides, such as.
[0030]
As described above, the present inventors have recognized the gas treatment effect by ionization and ozone generation, but have doubts about the degree of the effect, and have conducted extensive research. 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.
[0031]
Below, the content and result of the experiment for confirming the gas treatment effect will be described. As shown in FIG. 5, 1000 mm × 1000 mm × 1000 mm (ie, 1 m^ThreeThe gas processing apparatus to be the test body 202 was installed in the chamber 201), and various experiments described below were performed by a method of collecting the sampling gas from the sampling port 203 and detecting the concentration. A stirring fan 204 was installed in the chamber 201 so that the gas concentration in the chamber 201 was uniform.
[0032]
In general, when evaluating gas treatment, as shown in FIG. 6, 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. 6, the concentration attenuation is linear to the right. The ability is evaluated according to the inclination, and the size V [L] of the chamber 201 and the time τ [ V / τ [L / min] using min] is referred to as a cleaning ability (equivalent to ventilation) or the like and used as an evaluation value of the gas removal ability. FIG. 6 shows a graph in which the initial density is 1.
[0033]
First, an experiment for verifying the relationship between the average number of corona spots [pieces / cm] and the cleaning ability [L / min] in this comparative example will be described with reference to FIG. Here, the chamber 201 is filled with a single component gas of acetaldehyde, and the gas treatment device of this comparative example is installed, and the cleaning ability when the average number of corona spots is changed while the various conditions are matched is examined. It was.
[0034]
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. 7, when the average number of corona spots x is increased, the cleaning ability y is greatly improved.
y = 9.5x^3.0
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 wire 2, a remarkable gas treatment effect was obtained.
[0035]
Next, an experiment for comparing the case where the wire 2 is a cathode (-) and the case where the wire 2 is an anode (+) in this comparative example will be described with reference to FIGS. Here, the chamber 201 is filled with the acetaldehyde single component gas, and the gas processing apparatus of this comparative example is installed, and the conditions are matched, and the wire 2 is used as the cathode and the anode as the anode. Each concentration decay was examined. 8 and 9, the initial gas concentration is 100%.
[0036]
FIG. 8 shows experimental results in a state where the ozone decomposition catalyst 102 is not installed in the gas treatment apparatus of this comparative example. When the gas concentration in the chamber 201 was examined every 5 minutes between time 0 and 60 [min], the result shown in FIG. 8 was obtained. In the case where the wire 2 is used as a cathode (graph of ● in the figure) and the case where the anode is used (○ graph in the figure), the ability when the wire 2 is used as a cathode is markedly superior. It can be seen that the capacity difference increases as time passes. As a result, the cleaning ability obtained from the average slope of the data between 40 and 60 [min] in the section where the slope of the graph when the wire 2 is the cathode is large is 63.6 [L / min]. In contrast, the cleaning ability in the same section when the anode was used was 13.4 [L / min], confirming a large difference.
[0037]
FIG. 9 shows an ozone decomposition catalyst 102 (pellet-like MnO) in the gas treatment apparatus of this comparative example.₂It is an experimental result in the state which installed the thing with a high content rate. Similarly to the above, when the gas concentration in the chamber 201 was examined every 5 minutes, the result shown in FIG. 9 was obtained. Also in this case, when the wire 2 is a cathode (graph of ● in the figure) and when it is an anode (circle of the graph in the figure), the performance when the wire 2 is a cathode is much better. In particular, it can be seen that the capacity difference increases with time. As a result, the cleaning ability obtained from the average slope of the data in the section where the slope of the graph when the wire 2 is the cathode is the largest, that is, 35 to 40 [min] is 145.5 [L / min]. However, the cleaning ability in the same section when the anode was used was 11.0 [L / min], and a large difference was confirmed.
[0038]
Next, the effect of the gas processing apparatus of this comparative example is that the corona discharge is generated using the wire 2 as a cathode as described above, and a corona spot is generated on the wire 2, which is caused by ionization or ozone. An experiment for confirming that it is not caused by occurrence will be described.
[0039]
With reference to FIG. 10, an experiment for confirming that it is not due to ionization will be described. Here, the chamber 201 is filled with a single component gas of acetaldehyde, and the gas treatment apparatus of this comparative example is installed to take measures for removing the ionized substance while keeping various conditions, and measures for removing the ionized substance. Concentration decay in the case of not performing the measurement was examined. As a countermeasure for removing the ionized substance, a collector (an apparatus for forming an unequal electric field) for removing the ionized substance was installed in the chamber 201.
[0040]
When the gas concentration in the chamber 201 at time 0, 5, 10, 15 [min] is examined, as shown in FIG. 10 (A), when measures for removing ionized substances are taken (without ionized substances), There was almost no difference between the dotted line graph) and the case where no measures were taken to remove the ionized substance (with ionized substance) (solid line graph in the figure). As a result, as shown in FIG. 10B, the cleaning ability in the case of taking measures for removing ionized substances is the average of the data in the section where the inclination of the graph is the largest, that is, 10 to 15 [min]. While it was 379.2 [L / min] obtained from the slope, the cleaning ability in the same section when the countermeasure for removing the ionized substance was not performed was 338.0 [L / min]. From this result, it was confirmed that the effect of the gas treatment apparatus of this comparative example was not due to a trap or the like by ionization.
[0041]
Moreover, with reference to FIG. 11, the experiment for confirming that it is not based on ozone generation is demonstrated. Here, the chamber 201 is filled with acetaldehyde single component gas, and the gas processing apparatus of this comparative example is installed, and the ozone generation amount reduction measures are taken while the various conditions are matched, and the ozone generation amount reduction measures Concentration decay in the case of not performing the measurement was examined. As a measure to reduce the amount of ozone generated, ozone is generated by connecting an AC power supply to both ends of the wire 2 and heating the wire 2 by supplying AC power to the wire 2 using the connected AC power supply. I tried to suppress it. In addition, as a frequency of the alternating current power supplied to the wire 2, a commercial frequency (50/60 Hz) or a frequency lower than a commercial frequency is preferable. Further, DC power may be supplied to the wire 2. In these cases, it is needless to say that electric power having a value capable of heating the wire 2 to a temperature at which generation of ozone is suppressed is supplied to the wire 2.
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 wire 2 by the method described in JP-A-55-075749. You may make it suppress.
[0042]
When the gas concentration in the chamber 201 every five minutes is examined, as shown in FIG. 11A, when the ozone generation reduction measures are taken (solid line graph in the figure) and when the ozone generation reduction measures are not taken There was almost no difference from the (dotted line graph in the figure). As a result, as shown in FIG. 11 (B), the cleaning ability in the case of taking measures for reducing the amount of generated ozone is the average slope of the data in the section where the slope of the graph is large, that is, 25 to 40 [min]. In contrast to the 204.6 [L / min] obtained from the above, the cleaning ability when the ozone generation reduction measures are not taken is the average slope of the data between 25 and 30 [min] in the same section It was 201.7 [L / min] obtained from the above. From this result, it was confirmed that the effect of the gas treatment apparatus of this comparative example was not due to ozone generation. That is, it was confirmed that gas treatment can be performed even if a means for heating the wire 2 as described above is added to the gas treatment apparatus to suppress generation of ozone.
[0043]
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. 11, there is a large difference in capacity from the gas treatment apparatus of this comparative example, and the cleaning capacity is only 16.6 [ L / min].
[0044]
In the right column of the table shown in FIG. 11B, the ozone concentration in the chamber 201 after 60 minutes has been described. Also from this numerical value, there is a difference between 0.872 [ppm] and 4.774 [ppm], and it is understood that measures for reducing the amount of ozone generation are taken. On the other hand, in the ozone generator, not only the cleaning ability is low, but also ozone is generated. Therefore, the ozone concentration in the chamber 201 after 60 minutes has increased to 37.9 [ppm].
[0045]
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 indicator gas for evaluating the gas treatment effect. However, as described above with respect to the acetaldehyde, a great treatment effect can be obtained. It is speculated that an effective processing effect can be obtained.
[0046]
Hereinafter, in order to demonstrate that a great treatment effect can be obtained with respect to other gases, referring to FIGS. 12 to 15, other gases, specifically, ammonia single component gas, methyl mercaptan single component gas, Targeting hydrogen sulfide single component gas and acetic acid single component gas (each filled into the chamber 201), the gas treatment device (this product) of this comparative example is installed, and a gas using a commercially available corona discharge An experiment comparing a case where a processing apparatus (commercial product) is installed and a case of natural attenuation will be described. 12 to 15, the initial gas concentration is set to 100%.
[0047]
In the gas treatment device of this comparative example, the discharge current (current flowing through the wire 2 and flowing through the discharge space) is −2.0 [mA], and the effective surface area having the honeycomb structure is 51.3 [cm].²/ Cm^ThreeThe ozonolysis catalyst was used. On the other hand, a commercially available gas treatment device that uses corona discharge has a structure in which a cylindrical insulator (glass) is wrapped with a wire mesh from the outside and inside, and it uses creeping discharge as an AC power supply specification. did.
[0048]
In the case of ammonia single component gas, when the gas concentration in the chamber 201 was examined, the result shown in FIG. 12 was obtained. In the case of ammonia, concentration attenuation (due to natural decomposition, not leakage) is observed even with natural attenuation indicated by a dotted line, but the gas treatment effect of a commercial product indicated by a thin solid line is of the same level as natural attenuation. . On the other hand, the gas treatment effect by this product shown by a thick solid line is very remarkable, and the big difference was confirmed.
[0049]
In the case of methyl mercaptan single component gas, when the gas concentration in the chamber 201 was examined, the result shown in FIG. 13 was obtained. Also in the case of methyl mercaptan, the gas treatment effect by this product shown by a thick solid line was very remarkable compared with the gas treatment effect by a commercial product shown by a thin solid line, and a large difference was confirmed.
[0050]
In the case of hydrogen sulfide single component gas, when the gas concentration in the chamber 201 was examined, the result shown in FIG. 14 was obtained. In the case of hydrogen sulfide as well, the gas treatment effect of this product indicated by a thick solid line was very significant compared to the gas treatment effect of a commercial product indicated by a thin solid line, and a large difference was confirmed.
[0051]
In the case of acetic acid single component gas, when the gas concentration in the chamber 201 was examined, the result shown in FIG. 15 was obtained. In the case of acetic acid as well, the gas treatment effect by the commercial product indicated by the thin solid line is almost ineffective, and the gas treatment effect by this product indicated by the thick solid line is very remarkable, and a large difference was confirmed.
[0052]
As described above, by applying a DC voltage between the wire 2 and the electrode plate 1 using the wire 2 as a cathode to generate a corona discharge and generating a corona spot on the wire 2, ionization and ozone generation are caused. It is not, but a great gas treatment effect can be obtained. As described above, the cleaning ability can be improved at a ratio of about the third power of the number of corona spots, because the generation of corona spots generates some chemically active species with high reactivity. This is probably because the amount of chemically active species generated varies depending on the number of corona spots.
[0053]
Hereinafter, the description will be returned to the present embodiment, and FIG. 16 shows the experimental results comparing the gas processing capability in the basic configuration of the present embodiment shown in FIG. 1 and the basic configuration of the comparative example shown in FIG. Indicates. Here, while acetaldehyde single component gas was filled in the chamber 201, the basic configuration of the present embodiment and the basic configuration of the comparative example were reproduced in the chamber 201, and each concentration attenuation was examined.
[0054]
As shown in FIGS. 17 and 18, in the basic configuration of the present embodiment and the basic configuration of the comparative example, the wire diameter φ (= 90 [μm]) of the wire, and the plate width b (= 30 [mm] of the electrode plate). ) And length d (= 500 [mm]), the distance c (= 8.5 [mm]) between the wire and the electrode plate, and the like, and the wire 52 (2) is placed on the electrode plate 51. A constant DC voltage was applied between the wire 52 (2) and the electrode plate 51 (1) as the cathode of (1) so that the discharge current had the same value. As shown by the arrows in FIGS. 17 and 18, the acetaldehyde single component gas in the chamber 201 flows in a direction parallel to the electrode plate 51 (1) and perpendicular to the wire 52 (2).
[0055]
When the gas concentration in the chamber 201 was examined every 5 minutes between time 0 and 60 [min], the result shown in FIG. 16 was obtained. In the case of the basic configuration of the present embodiment (graph of ● in the figure) and the case of the basic configuration of the comparative example (graph of ○ in the diagram), the case of using the basic configuration of the present embodiment is better. It can be seen that the ability is excellent, and especially the ability difference increases with time.
[0056]
When the above experiment was repeated a plurality of times and the average of the cleaning ability was taken, as a result, the cleaning ability with the basic configuration of the present embodiment was 47.5 [L / min]. Thus, the cleaning ability in the case of the basic configuration of the comparative example was 23.0 [L / min].
[0057]
Thus, rather than symmetrically generating corona discharge on both sides of the wire 2, that is, on both sides of the electrode plate 1, it is biased toward one side of the wire 52, that is, on the side of the electrode plate 51, and asymmetrical. A more remarkable gas treatment effect can be obtained by generating corona discharge. The reason cannot be specified at this stage, but it is the same as the structure in which the corona discharge is generated symmetrically on both sides of the wire 2 due to the structural change in which the wire 52 is biased to one side to generate the corona discharge. Even under the conditions, the number of corona spots may increase, the electron energy distribution may change, and the density of scientifically active species caused by the corona spots may increase.
[0058]
Now, the gas processing apparatus adopting the basic configuration of the present embodiment shown in FIG. 1 also includes a corona discharge unit 101, an ozone decomposition catalyst 102, and a fan 103 as shown in the schematic diagram of FIG. It becomes. Note that the ozone decomposition catalyst 102 and the fan 103 have already been described, and only the corona discharge unit 101 will be described below.
[0059]
In practical use, as shown in FIG. 4A, a plurality of electrode plates and a plurality of wires are arranged in parallel to secure a large discharge space for generating corona discharge. When the basic configuration of the comparative example shown in FIG. 2 is adopted, as shown in FIG. 4A, in the order of electrode plate 1, wire 2, electrode plate 1, wire 2, electrode plate 1,. The electrode plate 1 and the wire 2 may be arranged at equal intervals. However, when the basic configuration of the present embodiment shown in FIG. 1 is adopted, the wire 52 must be biased to one side to generate a corona discharge. .
[0060]
Therefore, the configuration of the corona discharge unit 101 is as shown in FIGS. Note that the thin box-shaped metal case 3, the opening 4, and the insulating cover 5 described with reference to FIG. 4A are as described above, and here, the electrode plate 51 and Only the arrangement of the wire 52 will be described.
[0061]
In the example shown in FIGS. 19A and 19B, the arrangement of the electrode plate 51, the wire 52, the electrode plate 51, the wire 52, the electrode plate 51,... Is the same as in FIG. Although each wire 52 is located near the electrode plate 51 on the side surface among the electrode plates located on both sides thereof (the electrode plate 51 located on the left side with respect to the wire material 52 in FIG. 5B) and on the other side surface. The electrode plate 51 is arranged far from the electrode plate 51 on the side (the electrode plate 51 located on the right side with respect to the wire 52 in FIG. 5B). In the corona discharge unit 101 configured as described above, the corona discharge can be generated asymmetrically by being biased toward the electrode plate 51 side on one side of the wire 52.
[0062]
20A and 20B, the electrode plate 51, the wire material 52, the wire material 52, the electrode plate 51, the wire material 52, the wire material 52, the electrode plate 51,... . In the corona discharge unit 101 configured as described above, the corona discharge can be generated asymmetrically by being biased toward the electrode plate 51 side of the wire 52.
[0063]
Next, a gas processing apparatus (practical product) that employs the corona discharge unit 101 configured as shown in FIG. 20 and a gas processing apparatus that employs the corona discharge unit 101 configured as shown in FIG. The result of comparison with (comparative product) will be described. Here, the chamber 201 was filled with a single component gas of acetaldehyde, and the concentration attenuation of each of the implemented product and the comparative product was examined.
[0064]
As shown in FIGS. 21 (A) and 21 (B), the wire diameter φ (= 90 [μm]) of the wire rod and the distance a (= 100 [mm] between the electrode plates at both ends in the configuration of the practical product and the comparative product. ], And the plate width b (= 10 [mm]) and length d (see FIGS. 17 and 18) (= 1440 [mm]) of the electrode plate were matched. Then, as shown in FIG. 5A, in the embodiment, the distance e between the electrode plates 51 is used.₂= 24 [mm] and the distance c between the electrode plate 51 and the wire 52 was set to 6 [mm]. On the other hand, as shown in FIG. 5B, in the comparative product, the distance e between the electrode plates 1₁= 12 [mm] and the distance c between the electrode plate 1 and the wire 2 was set to 6 [mm].
[0065]
That is, the implementation product is configured such that the electrode plate is removed from each comparison product. Such a product can have a simpler configuration than the comparative product, so that it is possible to reduce costs and weight.
[0066]
Then, a constant DC voltage is applied between the wire 52 (2) and the electrode plate 51 (1) using the wire 52 (2) as a cathode with respect to the electrode plate 51 (1), and the discharge current has the same value (= −2.0 [mA]). In this experiment, the ozone decomposition catalyst 102 was not installed in any of the implementation product and the comparative product.
[0067]
As a result, in the case of the implementation product, the cleaning capability was 88.6 [L / min], whereas in the case of the comparative product, the cleaning capability was 63.6 [L / min]. Also from this result, it has been clarified that when the corona discharge is generated asymmetrically by being biased toward one side of the wire 52, that is, one side of the electrode plate 51, a more remarkable gas treatment effect can be obtained. Note that the value of the cleaning ability 63.6 [L / min] of the comparative product is the same as the value obtained by the experiment described in FIG.
[0068]
As described above, it was confirmed that the effect of the gas treatment apparatus according to the present embodiment is not due to ozone that is secondarily generated by corona discharge in the corona discharge unit 101. Therefore, a means for heating the wire 52 as described above may be provided in the corona discharge unit 101 to perform gas treatment while suppressing generation of ozone in the corona discharge unit 101. In this case, if the ozone decomposition catalyst 102 is also provided, it is more preferable that ozone can be reliably prevented from being released to the outside of the gas processing apparatus.
[0069]
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.
[0070]
For example, in the above embodiment, the electrode plate 51 has been described as having a flat plate shape. However, as shown in FIG. 22, the electrode plate 51 may have a curved plate shape.
[0071]
Further, as shown by the arrows in FIG. 18, the gas is allowed to flow in a direction parallel to the electrode plate 51 and orthogonal to the wire 52, but is orthogonal to the electrode plate 51 and orthogonal to the wire 52. In the direction, in FIG. 18B, the gas may flow from the left and right directions. In this case, although not specifically shown, it is desirable to prevent the gas flow, for example, to form a gas passage hole or the like in the electrode plate 51, or to make the electrode plate 51 mesh.
[0073]
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. Further, it is desirable to provide a means for heating the wire 52 so as to perform gas treatment while suppressing the generation of ozone. Furthermore, it is more desirable that the means for heating the wire 2 and the ozone decomposition catalyst are used in combination to reliably prevent ozone from being released to the outside.
[0074]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a direct current voltage is applied between the wire and the electrode plate using the wire as the discharge electrode material as a relative cathode, thereby generating a corona discharge and generating a corona spot on the wire. Therefore, it is possible to obtain a great gas treatment effect that is not due to ionization or ozone generation. In particular, by generating a corona discharge by biasing to the electrode plate side on one side of the wire, more remarkable gas treatment An effect can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration for performing gas processing in the present embodiment.
FIG. 2 is a schematic diagram showing a basic configuration for performing a gas treatment in a comparative example.
FIG. 3 is a schematic diagram showing a configuration of a gas processing apparatus of this comparative example that employs the basic configuration shown in FIG. 2;
FIG. 4 is a schematic diagram showing a configuration of a corona discharge unit 101 in a comparative example.
FIG. 5 is a diagram for explaining the contents of an experiment.
FIG. 6 is a graph showing cleaning ability.
FIG. 7 is a diagram showing experimental results on the relationship between the average number of corona spots [pieces / cm] and the cleaning ability [L / min] in a comparative example.
FIG. 8 is a diagram showing experimental results comparing a case where the wire 2 is a cathode and a case where the wire 2 is an anode in a comparative example.
FIG. 9 is a diagram showing another experimental result comparing the case where the wire 2 is a cathode and the case where the wire 2 is an anode in a comparative example.
FIG. 10 is a diagram showing an experimental result for confirming that it is not due to ionization in a comparative example.
FIG. 11 is a diagram showing an experimental result for confirming that it is not due to ozone generation in a comparative example.
FIG. 12 is a diagram showing experimental results for ammonia in a comparative example.
FIG. 13 is a diagram showing experimental results for methyl mercaptan in a comparative example.
FIG. 14 is a diagram showing experimental results for hydrogen sulfide in a comparative example.
FIG. 15 is a diagram showing experimental results for acetic acid in a comparative example.
FIG. 16 is a diagram showing experimental results comparing the basic configuration of the present embodiment with the basic configuration of a comparative example.
FIG. 17 is a schematic diagram for explaining various conditions in a basic configuration of a comparative example.
FIG. 18 is a schematic diagram for explaining various conditions in the basic configuration of the present embodiment.
FIG. 19 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a corona discharge unit 101 according to the present embodiment.
FIG. 20 is a schematic diagram illustrating a configuration example of a corona discharge unit 101 according to the present embodiment.
FIG. 21 is a schematic diagram for explaining various conditions in an example product and a comparative product.
FIG. 22 is a schematic view showing an example in which the electrode plate 51 is curved.
[Explanation of symbols]
51 Electrode plate
52 Wire
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

Wire rod as discharge electrode material,
Each comprising a plurality of electrode plates opposed to one side of the wire,
Applying a DC voltage between the wire and the electrode plate, using the wire as a relative cathode with respect to the electrode plate,
The plurality of electrode plates and the plurality of wire rods are arranged in the order of electrode plate, wire rod, electrode plate, wire rod, electrode plate, ...
Of the electrode plates located on both sides of each wire, the electrode plates of the wire are arranged near the electrode plate on one side and far from the electrode plate on the other side. A gas treatment apparatus characterized in that the corona discharge is generated asymmetrically while being biased to the side, and corona spots having an average of 1.2 [pieces / cm] or more are generated in the length direction of the wire.

Wire rod as discharge electrode material,
Each comprising a plurality of electrode plates opposed to one side of the wire,
Applying a DC voltage between the wire and the electrode plate, using the wire as a relative cathode with respect to the electrode plate,
While generating a corona discharge by biasing toward the electrode plate side of the wire, causing a corona spot in the wire,
The gas processing apparatus, wherein the plurality of electrode plates and the plurality of wire rods are arranged in the order of electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate,.

The gas processing apparatus according to claim 2, wherein corona spots having an average of 1.2 [pieces / cm] or more are generated in the length direction of the wire.

The gas treatment apparatus according to any one of claims 1 to 3, further comprising an ozonolysis catalyst for performing ozonolysis on the gas treated gas.

The gas processing apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising a heating unit that heats the wire as the discharge electrode material.

Wire rod as discharge electrode material,
Using a plurality of electrode plates opposed to one side of the wire,
Applying a DC voltage between the wire and the electrode plate, using the wire as a relative cathode with respect to the electrode plate,
A gas treatment method in which a corona discharge is generated by biasing toward the electrode plate side of the wire, and a corona spot is generated in the wire,
The gas processing method, wherein the plurality of electrode plates and the plurality of wire rods are arranged in the order of electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate, wire rod, wire rod, electrode plate,.

The gas treatment method according to claim 6, wherein corona spots having an average of 1.2 [pieces / cm] or more are generated in the length direction of the wire.

The gas treatment method according to claim 6 or 7, wherein the gas treated gas is subjected to ozonolysis using an ozonolysis catalyst.

The gas treatment method according to any one of claims 6 to 8, wherein the wire as the discharge electrode material is heated.