JP4095620B2 - ガス処理装置 - Google Patents

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Description

本発明は大気圧状態で放電により発生させたプラズマにより、臭気物質やウイルスあるいは細菌のような生物系物質、花粉を含有するガスを処理するガス処理装置に関する。
大気圧中に含有されるガス処理対象物質を処理する技術として電極間に無機誘電体を充填し、前記電極間に交流電圧またはパルス電圧を加えることにより発生するプラズマを利用している技術がある（特許文献１）。
また脱臭装置の放電手段とし、多孔質状のセラミックス基体の表面に酸化チタン等の光触媒が焼結結合された光触媒モジュールを一対の網目状電極により挟み込むように構成された脱臭装置が記載されている（特許文献２）。
特開２００２−５０５００号公報 特開２００２−３４５９３８号公報
前記電極間に無機誘電体を充填し電極間に交流電圧またはパルス電圧を加えることにより発生するプラズマを利用してガスを処理する特許文献１に記載の技術は効果的である。また、前記無機誘電体を充填する構造に於いて無機誘電体を充填する従来技術と比べ圧力損失に対しても良好な構造であり一定の評価はあるものの大気中ガスの処理効率をさげずに圧力損失の低減およびプラズマリアクタを小型化する場合は更なる改善の余地が残されている。
また圧力損失を低減させ、プラズマリアクタを小型化するためには電極間に充填する無機誘電体の空隙率を大きくしかつ高電圧電極と接地電極を出来る限り接近させる工夫が求められている。そこで薄い空隙率の大きい多孔質状の無機誘電体を用意し高圧電極と接地電極で挟み込むように構成し、前記電極間に電圧を加える事によってプラズマを発生する可能性がある。
特許文献２に記載されているような多孔質状の光触媒モジュールを一対の網目状電極により挟み込むように構成されている例がある。しかし、この構成であると特許文献１に記載のプラズマを利用してガス処理対象物質を処理することは困難であり、プラズマ発光を光源とした光触媒反応のみのガス処理効果しか得られず、薄い多孔質状の無機誘電体の空隙率を大きくすれば高電圧電極と接地電極の無機誘電体が存在しない部分で火花放電が発生する可能性があり、火花放電を防ごうとすると最適なプラズマ反応を使う電圧がかけられない問題が発生する。もともと特許文献２に記載の脱臭装置は、プラズマ発光を光源とした光触媒反応とプラズマを発生することで生じるオゾンを使って脱臭する技術である。
そこで、対向する電極間に高圧交流電圧またはパルス電圧を加え電極間に電位差を設けることで、電極間に充填された無機誘電体はその内部で分極が起きることでパルス状のマイクロディスチャージを発生させ、そのマイクロディスチャージによってガス処理対象物質を処理する無機誘電体充填式プラズマ技術において、大気中ガスを高速処理する時に問題となる圧力損失の低減を可能とし、プラズマリアクタを小型化する発想はだされていなかった。
本発明は、プラズマリアクタを有するプラズマガス処理装置において、
前記プラズマガス処理装置はガス導入口とガス排出口を有し、
前記プラズマリアクタ内には、複数の線状の接地電極と、複数の線状の高圧電極と、第１の無機誘電体と第２の無機誘電体が設けられており、
前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極が直交するように配置されており、
前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極の両方または一方は前記第１の無機誘電体で全面が覆われており、
前記複数の線状の接地電極は前記第２の無機誘電体の第１の面上に互いに平行に配置され、前記複数の線状の高圧電極は前記第１の面と平行であって、前記第２の無機誘電体の第２の面上に互いに平行に配置され、
前記第２の無機誘電体は、空隙を有するプラズマガス処理装置を提供することを目的とする。
また、前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極が直交するように配置されていることが好ましい。
さらに、前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極を被覆する無機誘電体は絶縁物質であることが好ましい。
さらに、前記複数の線状の接地電極と、前記複数の線状の高圧電極と、前記空隙を有する無機誘電体層が、装置本体に対して出し入れ自在であるカートリッジを構成していることが好ましい。
本明細書中で複数の線状の接地電極と複数の線状の高圧電極がなす角を、複数の線状の接地電極が配置されている面（第１の面）および複数の線状の高圧電極が配置されている面（第２の面）に平行な平面に、複数の線状の接地電極と複数の線状の高圧電極を垂直投影した場合の投影がなす角（０度〜９０度）と考え、該なす角が９０度のときに前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極が直交すると記載する。
本発明により従来の無機誘電体充填式プラズマ技術にたいして、大気中ガスの処理効率をさげずに圧力損失の低減および火花放電を防止した安定したプラズマ放電を供給することが可能となり、かつプラズマリアクタを小型化することができる。
本実施の形態は、プラズマガス処理装置において、プラズマリアクタ内に、互いに直交に離間した面内に配置されている複数の線状の接地電極と、前記複数の線状の接地電極に対向して互いに直交に離間した面内に配置されている複数の線状の高電圧電極とを有し、互いに対向しあう前記複数の線状の高電圧電極と複数の線状の接地電極との間には、空隙を有する無機誘電体層が挟み込まれた構成から成り、前記複数の線状の接地電極あるいは複数の線状の高電圧電極の両方または一方は別の無機誘電体で全面覆われていることを特徴とする形態である。
本発明の実施内容として、空気中にアンモニアガスを５ＰＰＭ混入させた臭気ガスをガス導入口よりプラズマリアクタ後段に配置した吸気ファンにて強制的に毎分１ｍ３で吸気を行い、臭気ガス濃度およびガス処理空間移動条件を同等にし、かつ臭気ガスをワンパス処理したときの高電圧電極に印加した電圧と、処理効率をそれぞれ図１、図２、図３、図４に示したプラズマリアクタ構成にて確認を行った結果を図５に示す。また図１〜４で示した内容はあくまでプラズマリアクタの各電極および空隙を有する無機誘電体の構成のみであり、実際には各電極周りおよび空隙を有する無機誘電体周りはガスのリークがしないような形状で構成し、ガスが流れる箇所は無機誘電体の空隙部のみである。
先ず図１に示すプラズマリアクタ構成は、符号１に互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のステンレス材料を使用した接地電極、符号２はチタン酸バリウムとアルミナの混合体からなる空隙を有する無機誘電体、符号３は前記符号１に記載された複数の線状の接地電極に対向して互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のタングステン材料を使用した高電圧電極である。分解の目的に応じて、接地電極、高圧電極、接地電極、高圧電極‥と、電極を複数設ける構造とすることもできる。
図２に示すプラズマリアクタ構成は、符号４に互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のステンレス材料を使用した接地電極、符号５は前記符号４を無機誘電体で全面を覆った状態であり実験ではアルミナのチューブを使用しチューブ内径に符号４の接地電極の外径と勘合させている、符号６はチタン酸バリウムとアルミナの混合体からなる空隙を有する無機誘電体、符号７は前記符号４に記載された複数の線状の接地電極に対向して互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のタングステン材料を使用した高電圧電極である。
図３に示すプラズマリアクタ構成は、符号８に互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のステンレス材料を使用した接地電極、符号９はチタン酸バリウムとアルミナの混合体からなる空隙を有する無機誘電体、符号１０は前記符号８に記載された複数の線状の接地電極に対向して互いに直交に離間した面内に配置されている複数の線状のタングステン材料を使用した高電圧電極である。
図４に示すプラズマリアクタ構成は、符号１１に互いに平行に離間した面内に配置されている複数の線状のステンレス材料を使用した接地電極、符号１２は前記符号１１を無機誘電体で全面を覆った状態であり実験ではアルミナのチューブを使用しチューブ内径に符号１１の接地電極の外径と勘合させている、符号１３はチタン酸バリウムとアルミナの混合体からなる空隙を有する無機誘電体、符号１４は前記符号１１に記載された複数の線状の接地電極に対向して互いに直交に離間した面内に配置されている複数の線状のタングステン材料を使用した高電圧電極である。
前記図１〜４で示すプラズマリアクタ構成にてアンモニア臭気ガスをワンパス処理した結果は、図５に示した表のように、図４のプラズマリアクタ構成が５５％処理と最も良い結果になった。また本発明は図２で示すプラズマリアクタ構成でも３０％の処理が可能であり、循環用のガス処理装置に用いるときは図２のプラズマリアクタ構成でも構わない。ただし、図４の構成の方が好ましい。
本実施のガス処理装置は、図６に示すような形態により実施することができる模式図である。符号１５は処理対象物質を含むガス、符号１６はガス導入口、符号１７はプレフィルター、符号１８は固定式プラズマリアクタ、符号１９は出し入れ可能なカートリッジ式プラズマリアクタ、符号２０は触媒、符号２１は吸排気式ファンモータ、符号２２はガス排出口、符号２３はガス処理対象成分検知用センサ、符号２４は操作パネルおよび操作基板類、符号２５は放電用高電圧電源、符号２６は処理物質が除去されたガスであり、本発明は図６に示した中の符号１８および符号１９に記載のプラズマリアクタに関する内容である。
そして本発明の符号１８および符号１９を有するガス処理装置は、大気圧状態で放電により発生させたプラズマにより、臭気物質やウイルスあるいは細菌のような生物系物質、花粉を含有するガスを処理するガスを本発明のガス処理装置に通過させることで処理することができる。
例えば本発明のガス処理装置は学校内や家庭居住空間等において建材等から生じる揮発性有機化合物質を処理することができる。また人が集まる集会所あるいは会議室やホテルやオフィスの居住空間内において生じるタバコ臭や体臭、飲食店やマンションのゴミ置き場から発生する臭気を処理することができる。また病院内や家庭居住空間等において空気中に漂うウイルスや細菌、花粉等を処理することができる。
本実施形態に係るプラズマリアクタ構成の概観模式図である。 本実施形態に係るプラズマリアクタ構成の概観模式図である。 本実施形態に係るプラズマリアクタ構成の概観模式図である。 本実施形態に係るプラズマリアクタ構成の概観模式図である。 図１〜４に係るプラズマリアクタ構成の処理結果の表である。 本実施形態に係るガス処理装置の概観模式図である。
符号の説明
１ 接地電極
２ 空隙を有する無機誘電体
３ 高電圧電極
４ 接地電極
５ 無機誘電体
６ 空隙を有する無機誘電体
７ 高電圧電極
８ 接地電極
９ 空隙を有する無機誘電体
１０ 高電圧電極
１１ 接地電極
１２ 無機誘電体
１３ 空隙を有する無機誘電体
１４ 高電圧電極
１５ 処理対象物質を含むガス
１６ ガス導入口
１７ プレフィルター
１８ 固定式プラズマリアクタ
１９ 出し入れ可能なカートリッジ式プラズマリアクタ
２０ 触媒
２１ 吸排気式ファンモータ
２２ ガス排出口
２３ ガス処理対象成分検知用センサ
２４ 操作パネルおよび操作基板類
２５ 放電用高電圧電源
２６ 処理物質が除去されたガス

Claims (3)

  1. プラズマリアクタを有するプラズマガス処理装置において、
    前記プラズマガス処理装置はガス導入口とガス排出口を有し、
    前記プラズマリアクタ内には、複数の線状の接地電極と、複数の線状の高圧電極と、第１の無機誘電体と第２の無機誘電体が設けられており、
    前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極が直交するように配置されており、
    前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極の両方または一方は前記第１の無機誘電体で全面が覆われており、
    前記複数の線状の接地電極は前記第２の無機誘電体の第１の面上に互いに平行に配置され、
    前記複数の線状の高圧電極は前記第１の面と平行であって、前記第２の無機誘電体の第２の面上に互いに平行に配置され、
    前記第２の無機誘電体は、空隙を有することを特徴とするプラズマガス処理装置。
  2. 前記複数の線状の接地電極と前記複数の線状の高電圧電極を被覆する無機誘電体は絶縁物質であることを特徴とする請求項１記載のプラズマガス処理装置。
  3. 前記複数の線状の接地電極と、前記複数の線状の高圧電極と、前記空隙を有する無機誘電体層が、装置本体に対して出し入れ自在であるカートリッジを構成していることを特徴とする請求項１記載のプラズマガス処理装置。
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