JP4200667B2 - Plasma reactor and air purification device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ストリーマ放電により低温プラズマを生成して空気浄化などのガス処理を行うプラズマ反応器と、このプラズマ反応器を使った空気浄化装置とに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来より、低温プラズマを利用したプラズマ反応器は、例えば空気や排ガスなどに含まれる有害成分や臭気成分をプラズマにより発生する活性種の作用で分解して無害化または無臭化する空気浄化装置やガス処理装置に利用されている。例えば、特開平8−155249号公報及び特開平9−869号公報には、針状の放電電極と面状の対向電極の間でストリーマ放電を起こしてプラズマを生成し、その放電場にガスを導入してガス処理を行う装置が開示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の装置では、被処理流体であるガスの種類などによっては、十分な処理能力が得られない場合があった。
【0004】
また、ストリーマ放電は、一般に、放電電極と対向電極の間の柱状空間で発生し、該柱状空間で低温プラズマを生成できる放電方式であり、放電領域を大きくすれば低温プラズマの発生領域を大きくして処理能力を高めることが可能となるが、その場合には装置が大型化してしまうことになる。
【0005】
以上のことから、プラズマ反応器において装置を大型化せずに処理能力を高めることが望まれる。本発明は、このような問題点に鑑みて創案されたものであり、その目的とするところは、ストリーマ放電により低温プラズマを生成して被処理流体を処理するプラズマ反応器において、大型化を抑えながら被処理流体に対する十分な処理能力が得られるようにすることである。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ストリーマ放電によって低温プラズマを発生させて被処理流体を処理するプラズマ反応器(20)において、触媒や吸着剤などを低温プラズマと併用するようにしたものである。
【0007】
具体的に、本発明が講じた第1の解決手段は、空間的に分離した第1電極(21)及び第2電極(22)と、放電電極である第1電極 (21) と対向電極である第2電極 (22) に放電電圧を印加するように接続された電源手段(24)とを備え、両電極(21,22) が被処理流体の流通空間に配置され、両電極(21,22) 間でストリーマ放電を発生させることにより被処理流体を処理するように構成されたプラズマ反応器(20)を前提としている。そして、このプラズマ反応器(20)は、第1電極 (21) 及び第2電極 (22) が通風可能に構成されるとともに、第2電極 (22) が面状電極 (22) により構成され、被処理流体を処理するための触媒や吸着剤を有する処理部材(23)を備え、該処理部材(23)が、両電極(21,22) の間またはその下流側における上記面状電極 (22) の近傍であってストリーマ放電がフレア状に拡がる位置に配置されていることを特徴としている。この構成において、電源手段(24)には、直流、交流、またはパルスなどの高圧電源を用いることができる。また、処理部材(23)は、第1電極(21)と第2電極(22)の間の放電場(D) から若干離れた配置にしても、その位置がプラズマの作用する範囲であれば、該処理部材(23)による効果を得ることはできる。
【0008】
この第1の解決手段においては、第1電極(21)と第2電極(22)に電源手段(24)から放電電圧を印加するとストリーマ放電が発生する。そして、被処理流体は、ストリーマ放電の放電場(D) においてプラズマ化され、該プラズマにより発生する高速電子やイオン、各種の活性種(例えば、ヒドロキシラジカルなどのラジカルや、励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子などの励起分子)の作用を受けるとともに、放電場(D) を通過する際に触媒や吸着剤などを含む処理部材の作用も受ける。例えば、被処理流体が有害物質や臭気物質などの被処理成分を含む空気である場合、これらの被処理成分は、プラズマにより分解されて無臭化または無害化されるとともに、処理部材によっても処理が行われる。また、ストリーマ放電が広がるところに処理部材 (23) が配置されるので、ストリーマ放電の活性種が処理部材 (23) に対して広い範囲で作用する。また、上記面状電極 (22) を、開口部 (22a) などを設けて面と直交する方向に通風可能とすることにより、被処理流体は、第1電極 (21) と第2電極 (22) の間の放電場 (D) を流れるときに、第2電極 (22) の開口部 (22a) などを通過し、確実にプラズマの作用を受ける。
【0009】
また、本発明が講じた第2の解決手段は、上記第1の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、処理部材 (23) が、両電極 (21,22) の間に配置されていることを特徴としている。
【0010】
この第2の解決手段によれば、処理部材(23)の配置を特定したことにより、被処理流体がプラズマの作用を受けるとともに、処理部材(23)の位置を確実に通る。
【0011】
また、本発明が講じた第3の解決手段は、上記第1または第2の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、処理部材(23)が、被処理流体に対する処理を促進する触媒物質を有することを特徴としている。
【0012】
この第3の解決手段においては、処理部材(23)に触媒物質を含ませるようにしているので、被処理流体は、放電場(D) において、プラズマによる作用に加えて、触媒による作用も受けることとなる。したがって、プラズマと触媒の相乗効果により被処理流体の無臭化や無害化などが促進される。
【0013】
また、本発明が講じた第4の解決手段は、上記第3の解決手段に係るプラズマ反応器において、触媒物質が、Pt(白金),Pd(パラジウム),Ni(ニッケル),Ir(イリジウム),Rh(ロジウム),Co(コバルト),Os(オスミウム),Ru(ルテニウム),Fe(鉄),Re(レニウム),Tc(テクネチウム),Mn(マンガン),Au(金),Ag(銀),Cu(銅),W(タングステン),Mo(モリブデン),Cr(クロム)のうちの少なくとも1種を含んでいることを特徴としている。なお、このうち、FeやMnを始め、一部の物質は酸化物(例えばFe2O3、MnO2 など)の形態で含ませるとよい。
【0014】
この第4の解決手段において特定した触媒物質は、被処理流体に含まれる被処理成分を処理する際に、例えばストリーマ放電により発生する種々の活性種(オゾン、ヒドロキシラジカル、励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子など)をさらに励起する。このため、これら活性種がより活性の高められた状態となって上記被処理成分に作用する。また、触媒の表面に多くの活性種を活性状態のまま吸着する作用も働く。したがって、これらの作用により被処理流体を処理する際の化学反応が促進されるので、被処理流体が例えば有害成分または臭気成分を含む空気である場合、無臭化または無害化が促進される。
【0015】
また、本発明が講じた第5の解決手段は、上記第3の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、触媒物質がマンガン系触媒(MnまたはMn酸化物(MnO2 やMn2O3など))を10〜60質量%含有していることを特徴としており、本発明が講じた第6の解決手段は、上記第5の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、触媒物質がマンガン系触媒を30〜40質量%含有していることを特徴としている。
【0016】
上記第5,第6の解決手段においては、Mn、MnO2 、またはMn2O3などのマンガン系触媒の含有量を特定しているため、プラズマ反応器(20)の処理性能が最適化される。逆に言うと、触媒物質中のMn、MnO2 、またはMn2O3などの含有量が少なすぎると有害物質などの処理能力が不十分となり、含有量が多すぎると触媒の比表面積が逆に小さくなって性能が低下するのに対し、最適な性能が得られる。
【0017】
また、本発明が講じた第7の解決手段は、上記第1から第6のいずれか1の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、処理部材(23)が、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着する吸着剤を含んでいることを特徴としている。
【0018】
さらに、本発明が講じた第8の解決手段は、上記第7の解決手段に係るプラズマ反応器(20)において、吸着剤が、多孔質セラミックス、活性炭、活性炭繊維、ゼオライト(アルミノシリケート)、モルデナイト、フェリエライト、シリカライト(シリカゲル)のうちの少なくとも1種であることを特徴としている。
【0019】
上記第7,第8の解決手段において、被処理流体に含まれる被処理成分は、吸着剤に吸着される。そして、このように吸着剤に吸着された被処理成分に対してプラズマによる処理作用が行われる。特に、処理部材(23)に触媒を設けたものにおいて吸着剤も含ませた場合には、吸着した成分を触媒の存在下で分解するので、処理性能が高められる。
【0020】
また、本発明が講じた第9の解決手段は、上記第1から第8のいずれか1の解決手段に係るプラズマ反応器(20)を用いた空気浄化装置に関するものである。この空気浄化装置(1) は、該プラズマ反応器(20)が内部に収納されるケーシング(10)を備え、このケーシング(10)内に被処理空気を導入して第1電極(21)と第2電極(22)の間の放電場(D) 及び処理部材(23)を通過させることにより、該被処理空気中の臭気成分または有害成分を処理するように構成されていることを特徴としている。
【0021】
この第9の解決手段では、被処理空気中の臭気成分または有害成分をストリーマ放電により生成した低温プラズマで処理するとともに、触媒による分解作用や、吸着剤による吸着作用も行われて、被処理空気が浄化される。
【0022】
【発明の効果】
上記第1の解決手段によれば、ストリーマ放電により低温プラズマを生成して発生させた各種の活性種(高速電子、イオン、ラジカル、その他励起分子など)の作用と処理部材(23)の作用とで被処理流体を処理するようにしているので、低温プラズマのみを利用する従来のものと比べて処理性能を大幅に高められる。また、被処理流体の成分に合わせて処理部材(23)の触媒や吸着剤を選定することにより、処理能力をさらに高められる。また、この解決手段によれば処理能力を高めることができるので、装置を大型にしなくても十分な性能を得ることが可能となる。また、ストリーマ放電が面状電極 (22) に向かってフレア状に広がるように電極 (21,22) を構成して、ストリーマ放電が広がるところに処理部材 (23) を配置しているので、処理部材 (23) を広い範囲で活用することができ、効率的な処理を行える。また、被処理流体が面状電極 (22) を通過するようにしたことにより、被処理流体がプラズマの作用を確実に受けるので、処理を確実にすることができる。
【0023】
また、上記第2の解決手段によれば、被処理流体がプラズマの作用を受けるとともに、処理部材(23)の位置を確実に通るので、処理能力をさらに高めることができる。
【0024】
また、上記第3の解決手段によれば、処理部材(23)に被処理流体の処理を促進する触媒物質を含ませて、被処理流体がプラズマによる処理作用と触媒による分解作用を受けるようにしているので、反応器(20)の処理性能を十分に高めることができる。
【0025】
また、上記第4の解決手段によれば、被処理流体に含まれる被処理成分を処理する際に、ストリーマ放電により低温プラズマを生成して発生させた種々の活性種(オゾン、ヒドロキシラジカル、励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子など)を触媒でさらに励起して活性を高めたり、触媒上に活性状態のまま吸着したりして化学反応を促進することができるので、処理性能を確実に高められる。
【0026】
また、上記第5,第6の解決手段によれば、Mn、MnO2 、またはMn2O3などのマンガン系触媒の含有量を最適範囲に特定しているため、プラズマ反応器(20)の処理性能をより高めることができる。
【0027】
上記第7及び第8の解決手段によれば、被処理流体に含まれる被処理成分を吸着剤に吸着して、プラズマによる処理作用を行うようにしているので、処理性能を高められる。特に、処理部材(23)に触媒を設けたものにおいて吸着剤も含ませた場合には、吸着した成分を触媒の存在下で分解するので、より処理性能が高められる。
【0028】
また、上記第9の解決手段によれば、被処理空気中の臭気成分または有害成分を、ストリーマ放電により生成した低温プラズマと触媒や吸着剤を用いて確実に処理することができるので、被処理空気を効率的に浄化できる。
【0029】
【発明の実施の形態1】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【0030】
この実施形態は、被処理空気中の臭気成分または有害成分を酸化分解などにより処理して空気を浄化する空気浄化装置(1) に関するものである。図1は、この空気浄化装置(1) の概略構成を示している。
【0031】
図示するように、この空気浄化装置(1) はケーシング(10)内に各機能部品が収納された構成であり、機能部品として、集塵フィルタ(11)と遠心ファン(12)とプラズマ反応器(20)とがケーシング(10)内に収納されている。なお、図1に符号(13)で示しているのは、プラズマ反応器(20)での放電により発生するオゾンを分解するためのオゾン分解触媒である。
【0032】
ケーシング(10)の一つの側面(図の右側の側面)には、ケーシング(10)内に空気を吸い込むための空気吸込口(15)が形成され、上面には浄化空気を吹き出すための空気吹出口(16)が形成されている。空気吸込口(15)には吸込グリル(15a) が設けられ、空気吹出口(16)には吹出グリル(16a) が設けられている。また、空気吸込口(15)には、吸込グリル(15a) の内側に上記集塵フィルタ(11)を配置して、吸込空気中に含まれる塵埃を捕集するようにしている。
【0033】
空気吹出口(16)は、ケーシング(10)の上面において、空気吸込口(15)とは反対側の縁部(図1の左側の縁部)に形成されている。そして、この空気吹出口(16)に対応して、上記遠心ファン(12)がケーシング(10)内に設けられている。この遠心ファン(12)には、ファン用電源(12a) が接続されている。以上の構成において、ケーシング(10)の内部は、空気吸込口(15)と空気吹出口(16)の間が被処理空気の流通空間となっている。そして、遠心ファン(12)を起動すると、被処理空気が空気吸込口(15)の吸込グリル(15a) 及び集塵フィルタ(11)を通してケーシング(10)内に吸い込まれる。被処理空気は、下記に詳述する反応器(20)での処理後に、空気吹出口(16)の吹出グリル(16a) からケーシング(10)の外に吹き出される。
【0034】
図2はプラズマ反応器(20)の概略構成を示す断面図、図3は斜視図である。このプラズマ反応器(20)は、低温プラズマを発生させるための放電手段としての放電電極(第1電極)(21)及び対向電極(第2電極)(22)と、これらの電極(21,22) の間で対向電極(22)に近接して配置された処理部材(23)とを備えている。つまり、処理部材(23)は放電場(D) 中に配置されている。
【0035】
この処理部材(23)は、空気の流れ方向に沿って貫通する多数の小孔(23b) を有するハニカム形状の基材(23a) から構成され、その表面に触媒物質を担持している。具体的に、この処理部材(23)は、触媒物質として、Mn、MnO2 、またはMn2O3などのマンガン系触媒を30〜40質量%含有している。この含有量は好適な範囲を特定したものであるが、触媒物質には、Mn、MnO2 、またはMn2O3などを10〜60質量%含有するものを用いてもよい。
【0036】
また、上記処理部材(23)の触媒物質は、Pt,Pd,Ni,Ir,Rh,Co,Os,Ru,Fe,Re,Tc,Mn,Au,Ag,Cu,W,Mo,Crのうちの少なくとも1種を含んだものとしてもよい。これらの触媒物質は、被処理空気を処理する際の化学反応を促進するものである。
【0037】
上記処理部材(23)は、基材(23a) の表面に、触媒物質とともに吸着剤も担持している。吸着剤は、被処理空気中に含まれる臭気物質や有害物質などの被処理成分を吸着するものであり、例えば活性炭やゼオライトなどが用いられる。なお、吸着剤には、多孔質セラミックス、活性炭繊維、モルデナイト、フェリエライト、シリカライトなどを使用してもよく、これらのうちの少なくとも1種を用いるとよい。
【0038】
上記放電電極(21)は、電極板(21b) と、この電極板(21b) にほぼ直交するように固定された複数の針電極(21a) とから構成されている。電極板(21b) は、メッシュ材やパンチングメタルなどからなり、その面直角方向に空気が通過する多数の開口部(21c) を有している。また、対向電極(22)にもメッシュ材やパンチングメタルなどのように面直角方向に空気が通過する多数の開口部(22a) を有する電極板が用いられている。そして、放電電極(21)は、電極板(21b) が対向電極(22)とほぼ平行で、針電極(21a) が対向電極(22)とほぼ直角になるように配置されている。
【0039】
両電極(21,22) には、高電圧パルス電源(電源手段)(24)が接続されており、放電電極(21)と対向電極(22)の間でストリーマ放電が生じるようにしている。このストリーマ放電により、放電場(D) には低温プラズマが発生する。低温プラズマにより、活性種(被処理空気中に含まれる臭気物質や有害物質などの被処理成分に作用する因子)として、高速電子、イオン、オゾン、ヒドロキシラジカルなどのラジカルや、その他励起分子(励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子など)などが生成される。
【0040】
本実施形態では、パルス高電圧を用いて各針電極(21c) についての放電領域を広くするようにしており、このことにより、針電極(21c) の本数を比較的少なくしてもプラズマ発生領域を広げられるようにしている。具体的には、パルスの立ち上がり時間が100ns以下程度と短く、パルス幅が1μs以下程度の急峻なパルス高電圧を両電極間に印加して、フレア状に広がった比較的広い範囲をプラズマ化するようにしている。このようにパルス波形を特定するとストリーマ放電が広い領域で生成される理由としては、(1)電圧の印加時間が短いために、通常の放電ではスパークに至ってしまうような高い電圧を瞬間的に印加できること、(2)印加電圧を高くすると全ての場所で放電が起きやすくなること、(3)電圧立ち上がりが急峻なために空間電荷効果による放電の抑制が少ないこと、(4)立ち上がり時間が短いために一様な放電が起きやすいことなどを挙げることができる。
【0041】
なお、この実施形態では、電源としてパルス高電圧電源を使用しているが、電源には、直流や交流の高圧電源を用いてもよい。
【0042】
−運転動作−
次に、この空気浄化装置(1) の運転動作について説明する。
【0043】
この空気浄化装置(1) の運転を開始し、遠心ファン(12)が起動すると、まず、空気吸込口(15)から被処理空気が吸い込まれて、この空気に含まれる塵埃が集塵フィルタ(11)によって捕集される。装置(1) の運転時は、プラズマ反応器(20)の放電電極(21)と対向電極(22)の間でストリーマ放電が生じており、集塵フィルタ(11)で塵埃が除去された空気は、両電極(21,22) の間の放電場(D) を通過する。
【0044】
上記被処理空気は、放電場(D) を通過すると、ストリーマ放電の作用によりプラズマ化し、低温プラズマが生成される。そして、この放電によって生成される各種の活性種は、処理部材(23)の触媒と接触することによりさらに高度に励起されて活性が高められ、有害物質や臭気物質と効率よく反応して、これらの物質を分解除去する。このため、空気中の有害物質や臭気物質は、プラズマと触媒の相乗効果によって素早く分解される。
【0045】
具体的には、例えば、触媒に含まれているMn、MnO2 、またはMn2O3などのマンガン系触媒は、低温プラズマにより発生したオゾンを酸素と活性酸素に分解し、オゾンよりも反応性の高い活性酸素が被処理空気中の有害物質や臭気物質と反応する。同様に、上述した他の触媒物質を含ませた場合、これらの触媒物質は活性酸素を始めとして低温プラズマの各種活性種をさらに励起して活性をより高くしたり、活性種を活性状態のまま吸着する働きがあるので、空気中の有害物質や臭気物質がプラズマと触媒の相乗効果によって素早く分解されることになる。
【0046】
さらに、処理部材(23)には吸着剤も含まれているため、被処理空気中の有害物質や臭気物質が吸着剤に吸着され、低温プラズマの活性種がこれらの成分に確実に作用して、分解処理を促進する。つまり、触媒と吸着剤とを一つの処理部材(23)に含ませるようにしたことによって、より安定した処理が行われる。
【0047】
−実施形態1の効果−
本実施形態1によれば、ストリーマ放電により低温プラズマを生成して発生させた各種の活性種の作用と触媒及び吸着剤の作用とで被処理流体を処理するようにしているので、低温プラズマのみを利用する従来のプラズマ反応器(20)と比べて処理性能を大幅に高められる。また、このプラズマ反応器(20)では、被処理流体の成分に合わせた触媒を選定して処理を行えるので、大型化しなくても処理能力を十分に高めることが容易である。
【0048】
また、処理部材(23)を放電場中で対向電極の近傍に配置して、被処理流体がプラズマの作用を受けるときに処理部材(23)を確実に通過するようにしているので、処理能力を確実に高めることができる。
【0049】
さらに、図4には本反応器(20)によるトルエン分解効率を縦軸に、MnO2 の含有率を横軸にとったグラフを示しているが、このグラフから明らかなように、MnO2 を10〜60質量%含有する触媒であれば比較的高い分解効率を得ることができ、特にMnO2 を30〜40質量%含有する触媒であれば、極めて高い分解効率を得ることができるので、プラズマ反応器(20)の処理性能をより高めることができる。
【0050】
【発明の実施の形態2】
上記実施形態1は、ストリーマ放電により生成される低温プラズマに触媒及び吸着剤を組み合わせたプラズマ反応器(20)を用いて、被処理空気中の臭気成分または有害成分を酸化分解などにより処理して空気を浄化する空気浄化装置(1) を構成したものであるが、このプラズマ反応器(20)は、被処理ガス中の窒素酸化物を還元分解などにより処理する窒素酸化物浄化装置(2) に適用することもできる。この場合、触媒には、実施形態1で説明した元素の中から、窒素酸化物の処理に適したものが選定される。
【0051】
図5には、窒素酸化物浄化装置(2) の断面構造を模式的に示している。この窒素酸化物浄化装置(2) は、ケーシング(10)の一対の側壁にガス導入口(実施形態1の空気吸込口に相当する)(15)とガス排出口(同じく空気吹出口に相当する)(16)とが対向して設けられ、ケーシング(10)内にはガス導入口(15)に沿って集塵フィルタ(11)が配置されている。また、プラズマ反応器(20)は、電極(21,22) の構造が実施形態1と同じであり、放電電極(21)と対向電極(22)の間には、触媒物質や吸着剤を担持したハニカム状の処理部材(23)が配置されている。
【0052】
この装置(2) では、ケーシング(10)内にファンが設けられていない。そして、この装置(2) では、被処理成分として窒素酸化物を含有する被処理ガスの流路に上記ガス導入口(15)とガス排出口(16)の向きを合わせてケーシング(10)を配置することで、被処理ガスが放電場(D) を通過するようにしている。
【0053】
この窒素酸化物浄化装置(2) では、窒素酸化物を含有する被処理ガスがガス導入口(15)からケーシング(10)内に導入され、ストリーマ放電による放電場(D) を通過する。したがって、被処理ガスがプラズマ化され、そのガス中に含まれる活性種が処理部材(23)を通過するときにさらに励起されて、窒素酸化物を窒素ガスに還元する。
【0054】
この実施形態2においても、ストリーマ放電により発生したプラズマの作用と触媒及び吸着剤の作用を組み合わせて被処理流体を処理するようにしているので、低温プラズマにより発生した種々の活性種が処理に有効に利用され、化学反応を飛躍的に促進することができる。したがって、プラズマ反応器(20)の処理能力を高めることができるため、窒素酸化物浄化装置(2) としての能力も大幅に高めることができ、大型化も防止できる。
【0055】
−実施形態2の変形例−
(変形例1)
上記実施形態2は、ストリーマ放電による低温プラズマを用いたプラズマ反応器(20)を窒素酸化物浄化装置(2) に適用した例であるが、このプラズマ反応器(20)は、燃焼排ガス浄化装置(3) に適用することもできる。燃焼排ガス浄化装置(3) は、燃焼排ガス中の窒素酸化物を還元分解などにより処理するとともに、未燃燃料及びハイドロカーボンを酸化分解などにより処理するものである。この場合、触媒には、実施形態1で説明した触媒物質の中から、窒素酸化物の処理と未燃燃料及びハイドロカーボンの処理に適したものが選定される。
【0056】
この燃焼排ガス浄化装置(3) の構成は、上記窒素酸化物浄化装置(2) とともに図5に示しており、構成は同じで適用対象のみが異なっている。このため、燃焼排ガス浄化装置(3) の構成についての具体的な説明は省略するが、この装置(3) においても、ストリーマ放電により発生したプラズマの作用と触媒及び吸着剤の作用を組み合わせて被処理流体を処理することで、低温プラズマにより発生した活性種を有効に利用して化学反応を促進するようにしているので、被処理ガスの処理性能を大幅に高められる。また、装置(3) の大型化も防止できる。
【0057】
(変形例2)
本発明のプラズマ反応器(20)は、空気浄化装置(1) 、窒素酸化物浄化装置(2) 、及び燃焼排ガス浄化装置(3) の他に、ダイオキシン分解装置(4) にも適用することができる。ダイオキシン分解装置(4) は、燃焼排ガス中のダイオキシンを酸化分解などにより処理するものである。この場合、触媒には、実施形態1で説明した触媒物質の中から、ダイオキシンの処理に適したものが採用される。
【0058】
このダイオキシン分解装置(4) も、窒素酸化物浄化装置(2) 等と同様に、両電極(21,22) の間に触媒や吸着剤を含む処理部材(23)を配置した構成としている。したがって、ストリーマ放電に触媒及び吸着剤を組み合わせて被処理流体を処理することで、低温プラズマにより発生した活性種を有効に利用して化学反応を促進することができるので、被処理ガスの処理性能を大幅に高められる。
【0059】
(変形例3)
さらに、本発明のプラズマ反応器(20)は、空気浄化装置(1) 、窒素酸化物浄化装置(2) 、燃焼排ガス浄化装置(3) 、及びダイオキシン分解装置(4) の他に、フロンガス分解装置(5) に適用することもできる。フロンガス分解装置(5) は、フロンガスを第1電極(21)と第2電極(22)の間の放電場(D) 及び処理部材(23)を通過させることにより、該フロンガスを分解するものである。この場合、触媒には、実施形態1で説明した触媒物質の中から、フロンガスの分解に適したものが採用される。
【0060】
このフロンガス分解装置(5) も、窒素酸化物浄化装置(2) 等と同様に、両電極(21,22) の間に触媒や吸着剤を含む処理部材(23)を配置した構成としている。したがって、ストリーマ放電に触媒及び吸着剤を組み合わせて被処理流体を処理することで、低温プラズマにより発生した活性種を有効に利用して化学反応を促進することができるので、被処理ガスの処理性能を大幅に高められる。
【0061】
【発明のその他の実施の形態】
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。
【0062】
例えば、上記実施形態1では、触媒物質と吸着剤とを有する処理部材(23)を、放電電極(21)と対向電極(22)の間に形成される放電場(D) 中で対向電極(22)の近傍に配置しているが、処理部材(23)は、図2に仮想線で示すように放電場(D) の下流側で対向電極(22)の近傍に配置してもよい。
【0063】
また、ハニカム状の処理部材(23)の代わりに、触媒粒子や吸着剤粒子を通気性容器などに充填したものを第1電極(21)と第2電極(22)の間の放電場(D) 中やその下流側に配置してもよい。このようにしても、上記と同様の効果を得ることができる。
【0064】
さらに、上記実施形態では、一つの処理部材(23)で触媒の作用と吸着剤の作用を行うようにしているが、例えば図6に示すように処理部材(23)を二つに分けて、触媒として作用する第1の処理部材と吸着材として作用する第2の処理部材を別々に配置してもよいし、その一方のみを放電場中またはその下流側に配置してもよい(図示せず)。また、図6の例では、対向電極(22)を挟んで両側に放電電極(21)を配置し、対向電極(22)の両側にハニカム状の処理部材(23,23) を配置しているが、このような構成にする場合、処理部材(23)の一方に触媒を含ませ、他方に吸着剤を含ませたり、両方の処理部材(23)にそれぞれ吸着剤と触媒を含ませたりすることができる。また、図6の例では対向電極(22)の両側に処理部材(23)を配置しているが、対向電極(22)の上流側に第1,第2の処理部材(23,23) の両方を配置してもよい。
【0065】
また、上記各実施形態では、プラズマ反応器(20)を空気浄化装置(1) 、窒素酸化物浄化装置(2) 、及び燃焼排ガス浄化装置(3) などに適用した例について説明したが、このプラズマ反応器(20)は、空気調和装置や生ゴミ処理機など、被処理流体を処理する他の装置にも適用することが可能である。
【0066】
また、電極形状も、放電電極(21)を針状に、対向電極(22)を面状にするのに限らず、面状電極同士の組み合わせ、あるいは線状電極などのような他の形態の電極を面状電極などと組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態1に係るプラズマ反応器を備えた空気浄化装置の構造図である。
【図2】 図1の空気浄化装置におけるプラズマ反応器の構成を模式的に示す断面図である。
【図3】 図1の空気浄化装置におけるプラズマ反応器の構成を模式的に示す斜視図である。
【図4】 プラズマ反応器における被処理ガスの分解効率を示すグラフである。
【図5】 実施形態2に係る窒素酸化物浄化装置の構成を模式的に示す図である。
【図6】 処理部材の配置の変形例を示す図である。
【符号の説明】
(1) 空気浄化装置
(2) 窒素酸化物浄化装置
(3) 燃焼排ガス浄化装置
(10) ケーシング
(11) 集塵フィルタ
(12) 遠心ファン
(15) 空気吸込口(ガス導入口)
(16) 空気吹出口(ガス排出口)
(20) プラズマ反応器
(21) 放電電極
(22) 対向電極
(23) 処理部材
(24) 高圧電源[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma reactor that generates a low-temperature plasma by streamer discharge and performs gas treatment such as air purification, and an air purification apparatus that uses this plasma reactor.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, plasma reactors using low-temperature plasma are, for example, air purifiers or gases that decompose or detoxify harmful components and odor components contained in air or exhaust gas by the action of active species generated by the plasma. Used in processing equipment. For example, in Japanese Patent Laid-Open Nos. 8-155249 and 9-869, a streamer discharge is generated between a needle-like discharge electrode and a planar counter electrode to generate plasma, and gas is supplied to the discharge field. An apparatus for introducing and performing gas treatment is disclosed.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the above-described conventional apparatus, sufficient processing capability may not be obtained depending on the type of gas that is the fluid to be processed.
[0004]
Streamer discharge is generally a discharge method that occurs in a columnar space between a discharge electrode and a counter electrode, and can generate low-temperature plasma in the columnar space. If the discharge region is enlarged, the generation region of the low-temperature plasma is enlarged. In this case, the apparatus becomes large.
[0005]
From the above, it is desired to increase the processing capacity without increasing the size of the apparatus in the plasma reactor. The present invention has been made in view of such problems, and its object is to suppress an increase in size in a plasma reactor that generates a low-temperature plasma by a streamer discharge to process a fluid to be processed. However, a sufficient processing capacity for the fluid to be processed is obtained.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a catalyst, an adsorbent, and the like are used in combination with a low temperature plasma in a plasma reactor (20) for generating a low temperature plasma by a streamer discharge to process a fluid to be processed.
[0007]
Specifically, the first solution provided by the present invention includes a first electrode (21) and a second electrode (22) which are spatially separated, and1st electrode which is a discharge electrode (twenty one) And the second electrode which is the counter electrode (twenty two)Power supply means (24) connected so as to apply a discharge voltage to the two electrodes, both electrodes (21, 22) are arranged in the flow space of the fluid to be treated, and streamer discharge is generated between both electrodes (21, 22). It is premised on a plasma reactor (20) configured to treat a fluid to be treated by generating it. And this plasma reactor (20)1st electrode (twenty one) And second electrode (twenty two) Is configured to allow ventilation, and the second electrode (twenty two) Is a planar electrode (twenty two) Composed ofA treatment member (23) having a catalyst and an adsorbent for treating the fluid to be treated, and the treatment member (23) is located between the electrodes (21, 22) or downstream thereofIn the above planar electrode (twenty two) Where the streamer discharge spreads in a flare shapeIt is characterized by being arranged in. In this configuration, the power source means (24) can be a high voltage power source such as a direct current, an alternating current, or a pulse. Further, even if the processing member (23) is disposed a little away from the discharge field (D) between the first electrode (21) and the second electrode (22), the position of the processing member (23) is within the range where the plasma acts. The effect of the processing member (23) can be obtained.
[0008]
In the first solution means, when a discharge voltage is applied from the power supply means (24) to the first electrode (21) and the second electrode (22), streamer discharge is generated. The fluid to be treated is converted into plasma in the discharge field (D) of the streamer discharge, and fast electrons and ions generated by the plasma, various active species (for example, radicals such as hydroxy radicals, excited oxygen molecules, excited nitrogen). Excited molecules such as molecules, excited water molecules, etc.), and when subjected to the discharge field (D), they are also acted on by processing members including catalysts and adsorbents. For example, when the fluid to be treated is air containing components to be treated such as harmful substances and odorous substances, these components to be treated are decomposed by plasma to be made non-brominated or detoxified, and also treated by treatment members. Done.Also, the processing member is where the streamer discharge spreads. (twenty three) Therefore, the active species of streamer discharge is treated member (twenty three) Acts on a wide range. In addition, the planar electrode (twenty two) The opening (22a) Etc., and the fluid to be treated is made to be the first electrode by allowing ventilation in the direction perpendicular to the surface. (twenty one) And second electrode (twenty two) Discharge field during (D) The second electrode when flowing through (twenty two) Opening (22a) Etc., and reliably receives the action of plasma.
[0009]
Further, the second solving means taken by the present invention is the plasma reactor (20) according to the first solving means,Processing member (twenty three) But both electrodes (21,22) BetweenIt is characterized by being arranged.
[0010]
According to the second solving means, by specifying the arrangement of the processing member (23), the fluid to be processed is subjected to the action of plasma, and the position of the processing member (23) is surely secured.Pass through.
[0011]
Further, the third solving means taken by the present invention is a catalyst material in which the processing member (23) promotes the processing of the fluid to be processed in the plasma reactor (20) according to the first or second solving means. It is characterized by having.
[0012]
In this third solution, the treatment member (23) contains a catalyst substance, so that the fluid to be treated is also subjected to the action of the catalyst in addition to the action of the plasma in the discharge field (D). It will be. Therefore, the synergistic effect of the plasma and the catalyst promotes deodorization and detoxification of the fluid to be treated.
[0013]
Further, the fourth solution provided by the present invention is that, in the plasma reactor according to the third solution, the catalyst material is Pt (platinum), Pd (palladium), Ni (nickel), Ir (iridium). , Rh (rhodium), Co (cobalt), Os (osmium), Ru (ruthenium), Fe (iron), Re (rhenium), Tc (technetium), Mn (manganese), Au (gold), Ag (silver) , Cu (copper), W (tungsten), Mo (molybdenum), and Cr (chromium). Of these, some materials such as Fe and Mn are oxides (eg Fe2O3, MnO2 Etc.).
[0014]
The catalyst material specified in the fourth solution means that various active species (ozone, hydroxy radical, excited oxygen molecule, excited nitrogen, etc.) generated by, for example, streamer discharge when processing the component to be processed contained in the fluid to be processed. Molecules, excited water molecules, etc.). For this reason, these active species are in a state of increased activity and act on the component to be treated. In addition, it acts to adsorb many active species on the surface of the catalyst in an active state. Therefore, since the chemical reaction at the time of processing a to-be-processed fluid is accelerated | stimulated by these effect | actions, when a to-be-processed fluid is the air containing a harmful | toxic component or an odorous component, for example, debromination or detoxification is accelerated | stimulated.
[0015]
The fifth solution provided by the present invention is that, in the plasma reactor (20) according to the third solution, the catalyst material is a manganese-based catalyst (Mn or Mn oxide (MnO2 Or Mn2O3Etc.))) is contained in an amount of 10 to 60% by mass, and the sixth solution provided by the present invention is the plasma reactor (20) according to the fifth solution, wherein the catalytic substance is It is characterized by containing 30 to 40% by mass of a manganese-based catalyst.
[0016]
In the fifth and sixth solutions, Mn, MnO2 Or Mn2O3Therefore, the processing performance of the plasma reactor (20) is optimized. Conversely, Mn, MnO in the catalyst material2 Or Mn2O3If the content is too small, the ability to treat harmful substances and the like becomes insufficient, while if the content is too large, the specific surface area of the catalyst becomes smaller and the performance is lowered, while the optimum performance is obtained.
[0017]
Further, according to a seventh solving means of the present invention, in the plasma reactor (20) according to any one of the first to sixth solving means, the processing member (23) is included in the fluid to be processed. It is characterized by containing an adsorbent that adsorbs the component to be treated.
[0018]
Further, the eighth solution provided by the present invention is that, in the plasma reactor (20) according to the seventh solution, the adsorbent is porous ceramic, activated carbon, activated carbon fiber, zeolite (aluminosilicate), mordenite. And at least one of ferrierite and silicalite (silica gel).
[0019]
In the seventh and eighth solving means, the component to be treated contained in the fluid to be treated is adsorbed by the adsorbent. And the processing effect | action by a plasma is performed with respect to the to-be-processed component adsorbed by the adsorbent in this way. In particular, when the treatment member (23) is provided with a catalyst and an adsorbent is also included, the adsorbed components are decomposed in the presence of the catalyst, so that the treatment performance is improved.
[0020]
The ninth solving means taken by the present invention relates to an air purification apparatus using the plasma reactor (20) according to any one of the first to eighth solving means. The air purification device (1) includes a casing (10) in which the plasma reactor (20) is housed, and air to be treated is introduced into the casing (10) to form a first electrode (21). It is configured to treat odorous components or harmful components in the air to be treated by passing the discharge field (D) between the second electrodes (22) and the treatment member (23). Yes.
[0021]
In the ninth solution, the odor component or harmful component in the air to be treated is treated with the low temperature plasma generated by the streamer discharge, and the decomposition action by the catalyst and the adsorption action by the adsorbent are also performed. Is purified.
[0022]
【The invention's effect】
According to the first solution, the action of various active species (fast electrons, ions, radicals, other excited molecules, etc.) generated by generating low temperature plasma by streamer discharge and the action of the processing member (23) Since the fluid to be processed is processed by the above, the processing performance can be greatly improved as compared with the conventional one using only low temperature plasma. Further, by selecting the catalyst and adsorbent of the processing member (23) according to the component of the fluid to be processed, the processing capacity can be further enhanced. In addition, according to this solution, the processing capability can be increased, so that sufficient performance can be obtained without increasing the size of the apparatus.In addition, streamer discharge is a planar electrode (twenty two) Electrodes to spread in a flare toward (21,22) The processing member where the streamer discharge spreads (twenty three) Because the processing member (twenty three) Can be used in a wide range, and efficient processing can be performed. The fluid to be treated is a planar electrode (twenty two) Since the fluid to be processed is reliably subjected to the action of plasma, the processing can be ensured.
[0023]
Further, according to the second solution means, the processing fluid is subjected to the action of plasma and reliably passes through the position of the processing member (23).it can.
[0024]
Further, according to the third solution means, the processing member (23) includes a catalytic substance that promotes the processing of the fluid to be processed so that the fluid to be processed is subjected to the plasma processing action and the catalyst decomposition action. Therefore, the processing performance of the reactor (20) can be sufficiently enhanced.
[0025]
Further, according to the fourth solution, various active species (ozone, hydroxy radical, excitation, etc.) generated by generating low temperature plasma by streamer discharge when processing the component to be processed contained in the fluid to be processed. Oxygen molecules, excited nitrogen molecules, excited water molecules, etc.) can be further excited with a catalyst to increase the activity or adsorbed in an active state on the catalyst to promote the chemical reaction, ensuring reliable processing performance. Enhanced.
[0026]
Further, according to the fifth and sixth solving means, Mn, MnO2 Or Mn2O3Since the content of the manganese-based catalyst such as is specified in the optimum range, the processing performance of the plasma reactor (20) can be further enhanced.
[0027]
According to the seventh and eighth solving means, the component to be treated contained in the fluid to be treated is adsorbed to the adsorbent and the treatment action by the plasma is performed, so that the treatment performance can be improved. In particular, when the treatment member (23) is provided with a catalyst and an adsorbent is also included, the adsorbed components are decomposed in the presence of the catalyst, so that the treatment performance is further improved.
[0028]
Further, according to the ninth solution means, the odor component or harmful component in the air to be treated can be reliably treated using the low temperature plasma generated by the streamer discharge and the catalyst or the adsorbent. Air can be purified efficiently.
[0029]
DESCRIPTION OF THE
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0030]
This embodiment relates to an air purification device (1) that purifies air by treating odorous components or harmful components in air to be treated by oxidative decomposition or the like. FIG. 1 shows a schematic configuration of the air purification device (1).
[0031]
As shown in the figure, this air purification device (1) has a configuration in which each functional component is housed in a casing (10). As the functional components, a dust collection filter (11), a centrifugal fan (12), and a plasma reactor are included. (20) is housed in the casing (10). In addition, what is shown by the code | symbol (13) in FIG. 1 is an ozone decomposition catalyst for decomposing | disassembling ozone generated by the discharge in a plasma reactor (20).
[0032]
An air suction port (15) for sucking air into the casing (10) is formed on one side surface (the right side surface in the figure) of the casing (10), and an air blowing port for blowing out purified air on the upper surface. An outlet (16) is formed. The air inlet (15) is provided with a suction grill (15a), and the air outlet (16) is provided with an outlet grill (16a). Further, the dust collection filter (11) is disposed inside the suction grille (15a) at the air suction port (15) so as to collect dust contained in the suction air.
[0033]
The air blower outlet (16) is formed on the edge of the upper surface of the casing (10) opposite to the air suction opening (15) (the edge on the left side in FIG. 1). The centrifugal fan (12) is provided in the casing (10) corresponding to the air outlet (16). A fan power source (12a) is connected to the centrifugal fan (12). In the above configuration, in the casing (10), the space between the air inlet (15) and the air outlet (16) serves as a circulation space for the air to be treated. When the centrifugal fan (12) is activated, the air to be treated is sucked into the casing (10) through the suction grille (15a) of the air suction port (15) and the dust collection filter (11). The air to be treated is blown out of the casing (10) from the blowout grill (16a) of the air blowout opening (16) after the treatment in the reactor (20) described in detail below.
[0034]
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a schematic configuration of the plasma reactor (20), and FIG. 3 is a perspective view. The plasma reactor (20) includes a discharge electrode (first electrode) (21) and a counter electrode (second electrode) (22) as discharge means for generating low temperature plasma, and these electrodes (21, 22). ), And a processing member (23) disposed close to the counter electrode (22). That is, the processing member (23) is disposed in the discharge field (D).
[0035]
The processing member (23) is composed of a honeycomb-shaped substrate (23a) having a large number of small holes (23b) penetrating along the air flow direction, and a catalytic substance is supported on the surface thereof. Specifically, this processing member (23) has Mn, MnO as catalyst materials.2 Or Mn2O330 to 40% by mass of a manganese-based catalyst such as This content specifies a suitable range, but the catalyst material includes Mn, MnO.2 Or Mn2O3What contains 10-60 mass% etc. may be used.
[0036]
Further, the catalyst material of the processing member (23) is Pt, Pd, Ni, Ir, Rh, Co, Os, Ru, Fe, Re, Tc, Mn, Au, Ag, Cu, W, Mo, or Cr. It is good also as a thing containing at least 1 sort (s) of these. These catalytic substances promote chemical reactions when treating the air to be treated.
[0037]
The treatment member (23) carries an adsorbent along with the catalyst substance on the surface of the substrate (23a). The adsorbent adsorbs components to be treated such as odorous substances and harmful substances contained in the air to be treated. For example, activated carbon or zeolite is used. As the adsorbent, porous ceramics, activated carbon fiber, mordenite, ferrierite, silicalite or the like may be used, and at least one of these may be used.
[0038]
The discharge electrode (21) includes an electrode plate (21b) and a plurality of needle electrodes (21a) fixed so as to be substantially orthogonal to the electrode plate (21b). The electrode plate (21b) is made of a mesh material, punching metal, or the like, and has a large number of openings (21c) through which air passes in the direction perpendicular to the surface. Further, an electrode plate having a large number of openings (22a) through which air passes in a direction perpendicular to the surface, such as a mesh material or a punching metal, is also used for the counter electrode (22). The discharge electrode (21) is arranged so that the electrode plate (21b) is substantially parallel to the counter electrode (22) and the needle electrode (21a) is substantially perpendicular to the counter electrode (22).
[0039]
Both electrodes (21, 22) are connected to a high voltage pulse power source (power source means) (24) so that streamer discharge is generated between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22). Due to this streamer discharge, low temperature plasma is generated in the discharge field (D). Low-temperature plasma causes radicals such as fast electrons, ions, ozone, and hydroxy radicals as active species (factors that affect the components to be treated such as odorous substances and harmful substances contained in the air to be treated) and other excited molecules (excitation) Oxygen molecules, excited nitrogen molecules, excited water molecules, etc.) are generated.
[0040]
In the present embodiment, the discharge region for each needle electrode (21c) is widened by using a pulse high voltage, and thus, even if the number of needle electrodes (21c) is relatively small, the plasma generation region is To be spread. Specifically, a steep pulse high voltage with a short pulse rise time of about 100 ns or less and a pulse width of about 1 μs or less is applied between both electrodes, and a relatively wide range spread in a flare shape is converted into plasma. I am doing so. As the reason why the streamer discharge is generated in a wide area when the pulse waveform is specified in this way,(1)Because the voltage application time is short, it is possible to instantaneously apply a high voltage that would lead to a spark in normal discharge,(2)Increasing the applied voltage makes it easier for discharge to occur in all locations,(3)There is little suppression of discharge due to the space charge effect because the voltage rise is steep.(Four)For example, uniform discharge is likely to occur due to the short rise time.
[0041]
In this embodiment, a pulse high voltage power supply is used as the power supply, but a DC or AC high voltage power supply may be used as the power supply.
[0042]
-Driving action-
Next, the operation of the air purification device (1) will be described.
[0043]
When the operation of the air purification device (1) is started and the centrifugal fan (12) is started, first, air to be treated is sucked from the air suction port (15), and dust contained in the air is collected by the dust collecting filter ( 11) Collected by During the operation of the device (1), streamer discharge occurs between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22) of the plasma reactor (20), and the air from which dust has been removed by the dust collection filter (11) Passes through the discharge field (D) between the electrodes (21, 22).
[0044]
When the air to be treated passes through the discharge field (D), it is turned into plasma by the action of streamer discharge, and low-temperature plasma is generated. The various active species generated by this discharge are excited to a higher degree by contacting with the catalyst of the processing member (23), and the activity is enhanced, and these react efficiently with harmful substances and odorous substances. The material is decomposed and removed. For this reason, harmful substances and odorous substances in the air are quickly decomposed by the synergistic effect of the plasma and the catalyst.
[0045]
Specifically, for example, Mn and MnO contained in the catalyst2 Or Mn2O3Such manganese-based catalysts decompose ozone generated by low-temperature plasma into oxygen and active oxygen, and active oxygen having higher reactivity than ozone reacts with harmful substances and odorous substances in the air to be treated. Similarly, when other catalyst materials described above are included, these catalyst materials further excite various active species of low-temperature plasma including active oxygen to increase the activity or leave the active species in an active state. Because it works to adsorb, harmful substances and odorous substances in the air are quickly decomposed by the synergistic effect of plasma and catalyst.
[0046]
Furthermore, since the treatment member (23) also contains an adsorbent, harmful substances and odorous substances in the air to be treated are adsorbed on the adsorbent, and the active species of the low-temperature plasma reliably act on these components. , Promote the decomposition process. That is, a more stable process is performed by including the catalyst and the adsorbent in one process member (23).
[0047]
-Effect of Embodiment 1-
According to the first embodiment, since the fluid to be treated is treated by the action of various active species generated by generating low temperature plasma by streamer discharge and the action of the catalyst and the adsorbent, only the low temperature plasma is processed. Compared with the conventional plasma reactor (20) that uses, the processing performance can be greatly improved. Further, in the plasma reactor (20), since the treatment can be performed by selecting a catalyst according to the component of the fluid to be treated, it is easy to sufficiently increase the treatment capacity without increasing the size.
[0048]
In addition, the processing member (23) is disposed in the vicinity of the counter electrode in the discharge field, so that the processing member (23) can be surely passed when the fluid to be processed is subjected to the action of plasma. Can be reliably increased.
[0049]
Furthermore, in FIG. 4, the toluene decomposition efficiency by this reactor (20) is shown on the vertical axis, and2 As shown in the graph, the MnO content is shown on the horizontal axis.2 If the catalyst contains 10 to 60% by mass, a relatively high decomposition efficiency can be obtained.2 If it is a catalyst containing 30-40 mass%, since extremely high decomposition efficiency can be obtained, the processing performance of a plasma reactor (20) can be improved more.
[0050]
Second Embodiment of the Invention
In the first embodiment, by using a plasma reactor (20) in which a catalyst and an adsorbent are combined with low temperature plasma generated by streamer discharge, odorous components or harmful components in the air to be treated are treated by oxidative decomposition or the like. An air purification device (1) for purifying air is constructed, and this plasma reactor (20) is a nitrogen oxide purification device (2) for treating nitrogen oxide in a gas to be treated by reductive decomposition or the like. It can also be applied to. In this case, a catalyst suitable for the treatment of nitrogen oxide is selected from the elements described in the first embodiment.
[0051]
FIG. 5 schematically shows a cross-sectional structure of the nitrogen oxide purification device (2). This nitrogen oxide purifying device (2) has a gas inlet (corresponding to the air inlet of Embodiment 1) (15) and a gas outlet (also corresponding to an air outlet) on a pair of side walls of the casing (10). ) (16). The dust collection filter (11) is disposed in the casing (10) along the gas inlet (15). The plasma reactor (20) has the same electrode (21, 22) structure as that of the first embodiment, and a catalytic substance and an adsorbent are supported between the discharge electrode (21) and the counter electrode (22). A honeycomb-shaped processing member (23) is disposed.
[0052]
In this device (2), no fan is provided in the casing (10). In this apparatus (2), the casing (10) is aligned with the direction of the gas inlet (15) and the gas outlet (16) in the flow path of the gas to be processed containing nitrogen oxide as a component to be processed. By arranging, the gas to be processed passes through the discharge field (D).
[0053]
In this nitrogen oxide purification device (2), a gas to be treated containing nitrogen oxide is introduced into the casing (10) from the gas inlet (15) and passes through the discharge field (D) due to the streamer discharge. Therefore, the gas to be treated is turned into plasma, and the active species contained in the gas are further excited when passing through the treatment member (23), thereby reducing the nitrogen oxides to nitrogen gas.
[0054]
Also in the second embodiment, since the fluid to be treated is treated by combining the action of the plasma generated by the streamer discharge and the action of the catalyst and the adsorbent, various active species generated by the low temperature plasma are effective for the treatment. The chemical reaction can be dramatically accelerated. Therefore, since the processing capacity of the plasma reactor (20) can be increased, the capacity as the nitrogen oxide purification device (2) can be greatly increased, and an increase in size can be prevented.
[0055]
-Modification of Embodiment 2-
(Modification 1)
Embodiment 2 is an example in which a plasma reactor (20) using low-temperature plasma by streamer discharge is applied to a nitrogen oxide purification device (2). This plasma reactor (20) is a combustion exhaust gas purification device. It can also be applied to (3). The combustion exhaust gas purification device (3) treats nitrogen oxides in the combustion exhaust gas by reductive decomposition or the like, and treats unburned fuel and hydrocarbon by oxidative decomposition or the like. In this case, a catalyst suitable for the treatment of nitrogen oxides and the treatment of unburned fuel and hydrocarbon is selected from the catalyst materials described in the first embodiment.
[0056]
The configuration of the flue gas purification device (3) is shown in FIG. 5 together with the nitrogen oxide purification device (2). The configuration is the same and only the application target is different. For this reason, a detailed description of the configuration of the combustion exhaust gas purification device (3) is omitted, but in this device (3), the action of the plasma generated by the streamer discharge is combined with the action of the catalyst and the adsorbent. By processing the processing fluid, the active species generated by the low-temperature plasma are effectively used to promote the chemical reaction, so that the processing performance of the gas to be processed can be greatly improved. In addition, the size of the device (3) can be prevented.
[0057]
(Modification 2)
The plasma reactor (20) of the present invention is applicable not only to the air purification device (1), the nitrogen oxide purification device (2), and the combustion exhaust gas purification device (3) but also to the dioxin decomposition device (4). Can do. The dioxin decomposition apparatus (4) treats dioxin in combustion exhaust gas by oxidative decomposition or the like. In this case, a catalyst that is suitable for the treatment of dioxin from the catalyst materials described in the first embodiment is employed.
[0058]
The dioxin decomposing apparatus (4) also has a configuration in which a processing member (23) containing a catalyst and an adsorbent is disposed between the electrodes (21, 22), like the nitrogen oxide purifying apparatus (2). Therefore, by treating the fluid to be treated by combining the streamer discharge with the catalyst and the adsorbent, the active species generated by the low-temperature plasma can be effectively used to promote the chemical reaction. Can be greatly increased.
[0059]
(Modification 3)
Further, the plasma reactor (20) of the present invention includes an air purification device (1), a nitrogen oxide purification device (2), a combustion exhaust gas purification device (3), and a dioxin decomposition device (4), as well as a chlorofluorocarbon gas decomposition device. It can also be applied to the device (5). The chlorofluorocarbon decomposition apparatus (5) decomposes the chlorofluorocarbon gas by passing the chlorofluorocarbon gas through the discharge field (D) and the processing member (23) between the first electrode (21) and the second electrode (22). is there. In this case, a catalyst suitable for the decomposition of the chlorofluorocarbon gas from the catalyst materials described in the first embodiment is used.
[0060]
Similarly to the nitrogen oxide purification device (2) and the like, the CFC decomposition device (5) also has a configuration in which a treatment member (23) containing a catalyst and an adsorbent is disposed between the electrodes (21, 22). Therefore, by treating the fluid to be treated by combining the streamer discharge with the catalyst and the adsorbent, the active species generated by the low-temperature plasma can be effectively used to promote the chemical reaction. Can be greatly increased.
[0061]
Other Embodiments of the Invention
The present invention may be configured as follows with respect to the above embodiment.
[0062]
For example, in
[0063]
Further, instead of the honeycomb-shaped processing member (23), a gas-filled container filled with catalyst particles or adsorbent particles is used as a discharge field (D) between the first electrode (21) and the second electrode (22). ) It may be placed inside or downstream. Even if it does in this way, the effect similar to the above can be acquired.
[0064]
Furthermore, in the above embodiment, the action of the catalyst and the action of the adsorbent are performed by one processing member (23). For example, the processing member (23) is divided into two as shown in FIG. The first processing member acting as a catalyst and the second processing member acting as an adsorbent may be separately arranged, or only one of them may be arranged in the discharge field or downstream thereof (not shown). ) In the example of FIG. 6, the discharge electrode (21) is disposed on both sides of the counter electrode (22), and the honeycomb-shaped processing members (23, 23) are disposed on both sides of the counter electrode (22). However, in such a configuration, one of the treatment members (23) contains a catalyst and the other contains an adsorbent, or both treatment members (23) contain an adsorbent and a catalyst, respectively. be able to. In the example of FIG. 6, the processing members (23) are disposed on both sides of the counter electrode (22), but the first and second processing members (23, 23) are disposed upstream of the counter electrode (22). Both may be arranged.
[0065]
Further, in each of the above embodiments, examples in which the plasma reactor (20) is applied to the air purification device (1), the nitrogen oxide purification device (2), the combustion exhaust gas purification device (3), and the like have been described. The plasma reactor (20) can also be applied to other devices that process fluids to be processed, such as air conditioners and garbage processing machines.is there.
[0066]
Also, the electrode shape is such that the discharge electrode (21) is needle-shaped and the counter electrode (22) is planar.Not limited to planarA combination of electrodes, or another form of electrode such as a linear electrode may be combined with a planar electrode.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram of an air purification apparatus including a plasma reactor according to
2 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a plasma reactor in the air purification device of FIG.
3 is a perspective view schematically showing a configuration of a plasma reactor in the air purification device of FIG. 1. FIG.
FIG. 4 is a graph showing the decomposition efficiency of the gas to be processed in the plasma reactor.
FIG. 5 is a diagram schematically showing a configuration of a nitrogen oxide purifying apparatus according to Embodiment 2.
FIG. 6 is a view showing a modified example of the arrangement of the processing members.
[Explanation of symbols]
(1) Air purification device
(2) Nitrogen oxide purification equipment
(3) Combustion exhaust gas purification device
(10) Casing
(11) Dust collection filter
(12) Centrifugal fan
(15) Air inlet (gas inlet)
(16) Air outlet (gas outlet)
(20) Plasma reactor
(21) Discharge electrode
(22) Counter electrode
(23) Processing member
(24) High voltage power supply
Claims (9)
第1電極 (21) 及び第2電極 (22) が通風可能に構成されるとともに、第2電極 (22) が面状電極 (22) により構成され、
被処理流体を処理するための処理部材(23)を備え、
該処理部材(23)が、両電極(21,22) の間またはその下流側における上記面状電極 (22) の近傍であってストリーマ放電がフレア状に拡がる位置に配置されていることを特徴とするプラズマ反応器。Connected so as to apply a first electrode (21) and a second electrode which is spatially separated (22), a discharge voltage to the second electrode and the first electrode is a discharge electrode (21) is a counter electrode (22) Power supply means (24), both electrodes (21, 22) are arranged in the flow space of the fluid to be treated, and a streamer discharge is generated between the electrodes (21, 22) to treat the fluid to be treated. A plasma reactor configured to:
Together with the first electrode (21) and a second electrode (22) is configured to be ventilated, the second electrode (22) is constituted by a planar electrode (22),
A treatment member (23) for treating a fluid to be treated is provided,
The processing member (23) is disposed between the electrodes (21, 22) or in the vicinity of the planar electrode (22) on the downstream side thereof and at a position where the streamer discharge spreads in a flare shape. Plasma reactor.
該プラズマ反応器(20)が内部に収納されるケーシング(10)とを備え、
上記ケーシング(10)内に被処理空気を導入して第1電極(21)と第2電極(22)の間の放電場(D) 及び処理部材(23)を通過させることにより、該被処理空気中の臭気成分または有害成分を処理するように構成されていることを特徴とする空気浄化装置。A plasma reactor (20) according to any one of claims 1 to 8;
A casing (10) in which the plasma reactor (20) is housed,
By introducing the air to be treated into the casing (10) and passing the discharge field (D) and the treatment member (23) between the first electrode (21) and the second electrode (22), the treatment object is obtained. An air purification apparatus configured to process odorous components or harmful components in the air.
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