JP5127763B2

JP5127763B2 - ガス処理装置

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Publication number: JP5127763B2
Application number: JP2009084823A
Authority: JP
Inventors: 康裕大矢; 昌之岩田; 俊丸井口
Original assignee: Azbil Corp
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Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2029-03-31
Also published as: JP2010234261A

Description

この発明は、処理対象ガスに含まれる有害ガスを浄化するガス処理装置に関するものである。

従来より、排気ガス中で高電圧放電を行ってプラズマ状態を作ることで、排気ガスに含まれる有害ガスの浄化を行う技術が知られている。近年、この技術は、脱臭を目的として、工場の排気を浄化する浄化装置や室内の空気を浄化する空気清浄機に応用されつつある。

熱的に非平衡な状態、つまり気体の温度やイオン温度に比べ、電子温度が非常に高い状態のプラズマ（非平衡プラズマ（以下、単にプラズマと言う））は、電子衝突でつくられるイオンやラジカルが常温では起こらない化学反応を促進させるので、有害ガスを効率的に除去あるいは分解することが可能な媒体として有害ガス処理において有用であると考えられている。実用化で肝心なことは、処理時のエネルギーの効率の向上と、プラズマで処理した後に完全に安全な生成物質へと変換されることである。

一般に、大気圧でのプラズマは気体放電や電子ビームなどによって生成される。現在において、適用が考えられているものに、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、フロン、ＣＯ₂，揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）などがある。中でもＮＯｘは車の排ガスなどに含まれているので早急な実用化が必要となっている。

ＮＯｘ除去における放電プラズマ（気体放電によって生成されたプラズマ）内の現象は、電子衝突によって１次的に生成されたイオンやラジカルが最初の反応を起こし、その後の反応を通してＮ₂，Ｈ₂Ｏ，ＮＨ₄ＮＯ₃などの各粒子に変換されて行くものと考えられている。

また、有害ガスを例えばアセトアルデヒドやホルムアルデヒドとした場合、この有害ガスをプラズマを通すことによって、ＣＯ₂とＨ₂Ｏに変換される。この場合、副生成物として、オゾン（Ｏ₃）が発生する。

図５に放電プラズマを利用した従来のガス処理装置の要部を例示する（例えば、特許文献１参照）。同図において、１は処理対象ガス（有害ガスを含む空気）ＧＳが流れるダクト（通風路）であり、ダクト１内には、処理対象ガスＧＳの通過方向に沿ってハニカム構造体２が間隔を設けて配置されている。この例では、ハニカム構造体２−１と２−２との間に間隔Ｇ１を設けて、ハニカム構造体２−３と２−４との間に間隔Ｇ２を設けて、ハニカム構造体２−１〜２−４がダクト１内に配置されている。ハニカム構造体２はセルと呼ばれる多数の貫通孔２ａを有している。

また、ダクト１内の複数のハニカム構造体２のうち隣り合うハニカム構造体２−１と２−２が第１のハニカム構造体群２Ａとされ、この第１のハニカム構造体群２Ａの両端に位置するハニカム構造体２−１および２−２の外側に、第１の電極として電極３が、第２の電極として電極４が配置されている。

同様にして、ダクト１内の複数のハニカム構造体２のうち隣り合うハニカム構造体２−３と２−４が第２のハニカム構造体群２Ｂとされ、この第２のハニカム構造体群２Ｂの両端に位置するハニカム構造体２−３および２−４の外側に、第１の電極として電極４が、第２の電極として電極５が配置されている。

電極３，４および５は、処理対象ガスＧＳが通過するように、金属製メッシュとされている。６は高電圧源である。高電圧源６は、電圧値が異なる第１の高電圧電源６−１と第２の高電圧電源６−２とから構成され、電極３が導線７によって高電圧電源６−１の＋極に接続され、電極４が導線８によって高電圧電源６−１の−極および高電圧電源６−２の＋極に接続され、電極５が導線９によって高電圧電源６−２の−極に接続されている。

このガス処理装置において、電極３と４との間には高電圧電源６−１より電圧値ＶＬの高電圧Ｖ１が印加され、電極４と電極５との間には高電圧電源６−２より電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ２が印加される。これにより、ハニカム構造体２の貫通孔（セル）２ａとハニカム構造体２間の空間ギャップ１０（１０−１，１０−２）にプラズマが発生し、このプラズマ中に生成されるイオンやラジカルによって、処理対象ガスＧＳに含まれる有害ガスが無害な物質に分解される。なお、ハニカム構造体２はセラミックス等の絶縁体で形成されており、特許文献２にもその使用例がある。

このガス処理装置において、処理対象ガスＧＳ中の水分（湿度）に着目すると、処理対象ガスＧＳは上流側のハニカム構造体群２Ａから下流側のハニカム構造体群２Ｂに向かって流れて行く過程で、各ハニカム構造体２の貫通孔２ａやハニカム構造体２間の空間ギャップ１０で発生したプラズマによって処理を受けるが、処理を受ける度に処理対象ガスＧＳ中に含まれる水分が消費されるので、処理対象ガスＧＳは上流側から下流側にかけて湿度が低下することになる。また、プラズマの発生は、処理対象ガス中の水分が多いほど活発に行われ、水分が少なくなるにつれ抑制される特性がある。

ここで、このガス処理装置のハニカム構造体群２Ａ，２Ｂの電極間に印加される高電圧の値に着目すると、上流側に位置するハニカム構造体群２Ａに印加される高電圧Ｖ１の電圧値ＶＬよりも下流側に位置するハニカム構造体２Ｂに印加される高電圧Ｖ２の電圧値ＶＨの方が高くされている。この場合、上流側のハニカム構造体群２Ａでは、印加される高電圧Ｖ１の電圧値ＶＬが低くても、そこを通過する処理対象ガスＧＳ中の湿度が高いので、適度なプラズマが発生し、省エネルギーが図られる。また、下流側のハニカム構造体２Ｂでは、そこを通過する処理対象ガスＧＳ中の湿度が低くても、印加される高電圧Ｖ２の電圧値ＶＨが高いので、適度なプラズマが発生し、未処理のガスが残らないようにすることができる。

特開２００８−１９４６７０号公報特開２００１−２７６５６１号公報特開平２−２２５６４号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示されたガス処理装置では、このガス処理装置を現場に設置する際に、予め想定された上流／下流の方向と現場の設備の上流／下流の方向とが必ず一致するという保証はない。もしも、予め想定された上流／下流の方向と現場の設備の上流／下流の方向とが食い違っていた場合は、上流側のハニカム構造体群に印加される電圧が高くなり、下流側のハニカム構造体群に印加される電圧が低くなる。この場合、上流側のハニカム構造体群に印加される電圧が高すぎて、余計に電力を消費してしまうという問題が生じる虞がある。また、下流側のハニカム構造体群に印加される電圧が低すぎて、発生するプラズマが十分でなく、未処理のガスが残ってしまうという問題が生じる虞がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、現場に設置する際、現場の設備の上流／下流の方向を意識する必要のないガス処理装置を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係るガス処理装置は、通風路内に間隔を設けて配置され処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有する複数のハニカム構造体と、複数のハニカム構造体のうち隣り合う複数のハニカム構造体を１群のハニカム構造体群とし、これらハニカム構造体群毎にその両端に位置するハニカム構造体の外側に配置された第１および第２の電極と、各ハニカム構造体群の第１の電極と第２の電極との間に個別に高電圧を印加しハニカム構造体の貫通孔およびハニカム構造体間の空間にプラズマを発生させる高電圧源と、ハニカム構造体群を通過する処理対象ガスの流れ方向を検出する流れ方向検出手段と、流れ方向検出手段によって検出される処理対象ガスの流れ方向に基づいて、上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を高くするように、高電圧源からの高電圧の出力状況を制御する制御手段とを設けたものである。

この発明によれば、ガス処理装置を現場に設置すると、流れ方向検出手段によってハニカム構造体群を通過する処理対象ガスの流れ方向が検出され、この流れ方向検出手段によって検出される処理対象ガスの流れ方向に基づいて、上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を高くするように、高電圧源からの高電圧の出力状況が制御される。

例えば、本発明において、ハニカム構造体群を第１のハニカム構造体群と第２のハニカム構造体群の２つとし、上流側のハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値をＶＬ、下流側のハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値をＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）とした場合、第１のハニカム構造体群を上流側（第２のハニカム構造体群を下流側）として設置されると、第１のハニカム構造体群に電圧値ＶＬの高電圧が印加され、第２のハニカム構造体群に電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）の高電圧が印加される。これとは逆に、第２のハニカム構造体群を上流側（第１のハニカム構造体群を下流側）として設置されると、第２のハニカム構造体群に電圧値ＶＬの高電圧が印加され、第１のハニカム構造体群に電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）の高電圧が印加される。

本発明において、ハニカム構造体群は、上流側のハニカム構造体群と下流側のハニカム構造体群の２つに限られるものではない。例えば、最上流に位置するハニカム構造体群と最下流に位置するハニカム構造体群との間に、１つ以上の中間に位置するハニカム構造体群を備えた構成としてもよい。この場合、流れ方向検出手段によって検出される処理対象ガスの流れ方向に基づいて、中間に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を最上流に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値よりも高く、かつ、最下流に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値よりも低くするように、高電圧源からの高電圧の出力状況を制御するようにする。これにより、最上流と最下流との間に位置する中間のハニカム構造体群についても、その設置位置に応じて、適正な値の高電圧が印加されるものとなる。この場合、最上流のハニカム構造体群から最下流のハニカム構造体群に向かって順番に電圧値が高くなるような高電圧の出力状況とするようにしてもよいし、中間に位置するハニカム構造体群の数個を１組として、最上流のハニカム構造体群から最下流のハニカム構造体群に向かって各組への電圧値が段階的に高くなるような高電圧の出力状況とするなどとしてもよい。

また、本発明において、流れ方向検出手段は、ハニカム構造体群を通過する処理対象ガスの流れ方向を検出することができればよく、どのようなタイプのものであっても構わない。例えば、流れ方向検出手段を風向センサとし、最上流に位置するハニカム構造体群よりもさらに上流側に設置することが考えられる。湿度センサを上流側と下流側に配置し、これらの湿度センサによって検出される湿度値からハニカム構造体群を通過する処理対象ガスの流れ方向を検出するようにすることも考えられる。しかし、この場合、２台の湿度センサが必要となる。これに対して、風向センサを用いれば、１台で、処理対象ガスの流れ方向を検出して、上流側のハニカム構造体群および下流側のハニカム構造体群を特定することが可能である。また、処理対象ガスはハニカム構造体群を通過する度に発生するプラズマによって昇温されるが、風向センサを最上流に位置するハニカム構造体群よりもさらに上流側に設置することで、処理対象ガスの昇温による風向センサへの熱の影響を低減することが可能となる。

本発明によれば、ハニカム構造体群を通過する処理対象ガスの流れ方向を検出する流れ方向検出手段を設け、この流れ方向検出手段によって検出される処理対象ガスの流れ方向に基づいて、上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を高くするように、高電圧源からの高電圧の出力状況を制御するようにしたので、上流／下流の方向を逆にして現場へ設置したとしても、必ず上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に高い値の高電圧が印加されるものとなり、現場の設備の上流／下流の方向を意識する必要がなくなる。

本発明に係るガス処理装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。実施の形態１のガス処理装置を上流／下流の方向を逆にして設置した状態を示す図である。本発明に係るガス処理装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す図である。実施の形態２のガス処理装置を上流／下流の方向を逆にして設置した状態を示す図である。従来のガス処理装置の要部を例示する図である。

〔実施の形態１〕
図１はこの発明に係るガス処理装置の一実施の形態（実施の形態１）の要部を示す図である。同図において、図５と同一符号は図５を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

本実施の形態では、図５に示された高電圧源６に代えてトランスＴＲ１，ＴＲ２やスイッチング用集積回路ＩＣ１，ＩＣ２を主要構成要素とする高電圧源１１を設け、この高電圧源１１に対してこの高電圧源１１からの高電圧の出力状況を制御する制御部１２を設けている。また、上流側（最上流）に位置するハニカム構造体群２Ａよりもさらに上流側に風向センサ１３を設け、この風向センサ１３が検出する処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１を制御部１２へ送るようにしている。

この実施の形態において、風向センサ１３としては、複数の発熱手段（図示せず）の消費電力の差に基づいて風向きを判断する風向センサを用いる（例えば、特許文献３参照）。この風向センサ１３において、発熱手段は温度変化に応じて電気抵抗が増減することにより温度を略一定に保持する自動温度制御機能を有しており、水平面内に少なくとも３方向に離間して配置されている。また、各々の発熱手段には、それぞれ異なる方向から風が当たるような遮蔽物が設けられている。そして、判別手段（図示せず）において、これら複数の発熱手段の消費電力の差に基づいて、風向きを判断する。

なお、この実施の形態において、風向センサ１３は、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１とは別体とされ、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１を現場に設置する際にこれを処理対象ガスＧＳの流れ方向に対し上流／下流の方向を逆にして取り付けた場合でも、上流側（最上流）に位置するハニカム構造体群よりもさらに上流側に風向センサ１３を取り付けることができる構成とされている。図１に示した例では、ハニカム構造体群２Ａを上流側として設置しているので風向センサ１３がハニカム構造体群２Ａの上流側に位置しているが、ハニカム構造体群２Ｂを上流側として設置された場合には（図２参照）、ハニカム構造体群２Ｂの上流側に位置するように風向センサ１３が取り付けられるものとなる。

高電圧源１１は、第１の高電圧電源１１−１と第２の高電圧電源１１−２とから構成され、電極３が導線７によって高電圧電源１１−１からの高電圧Ｖ１の出力端子Ｔ１に接続され、電極５が導線９によって高電圧電源１１−２からの高電圧Ｖ２の出力端子Ｔ２に接続されている。電極４は接地されている。この実施の形態では、電極３および電極４が第１のハニカム構造体群２Ａの第１および第２の電極とされ、電極５および電極４が第２のハニカム構造体群２Ｂの第１および第２の電極とされる。

なお、この実施の形態において、電極４は第１のハニカム構造体群２Ａの第２の電極と第２のハニカム構造体群２Ｂの第２の電極とを兼ねた共通電極とされているが、第１のハニカム構造体群２Ａの第２の電極と第２のハニカム構造体群２Ｂの第２の電極とを独立した電極とするようにしてもよい。

第１の高電圧電源１１−１は、トランスＴＲ１と、ダイオードＤ１と、コンデンサＣ１と、トランジスタＱ１と、抵抗Ｒ１と、スイッチング用集積回路ＩＣ１とを備えている。第１の高電圧電源１１−１において、トランジスタＱ１のコレクタはトランスＴＲ１の１次巻線の一端に接続され、トランジスタＱ１のエミッタは接地されている。トランスＴＲ１の１次巻線の他端には電源電圧Ｖｃが印加されている。トランジスタＱ１のベースはスイッチング用集積回路ＩＣ１を介して制御部１２の駆動パルスＰＳ１の出力端子Ｏ１に接続され、スイッチング用集積回路ＩＣ１とトランジスタＱ１のベースとの接続ラインには抵抗Ｒ１を介して高電位電源が接続されている。トランスＴＲ１の２次巻線の一端と出力端子Ｔ１との間には、そのカソードを出力端子Ｔ１側としてダイオードＤ１が接続されており、ダイオードＤ１のカソードとトランスＴＲ１の２次巻線の他端との間にはコンデンサＣ１が接続されている。コンデンサＣ１とトランスＴＲ１の２次巻線の他端との接続ラインは接地されている。

第２の高電圧電源１１−２は、トランスＴＲ２と、ダイオードＤ２と、コンデンサＣ２と、トランジスタＱ２と、抵抗Ｒ２と、スイッチング用集積回路ＩＣ２とを備えている。第２の高電圧電源１１−２において、トランジスタＱ２のコレクタはトランスＴＲ２の１次巻線の一端に接続され、トランジスタＱ２のエミッタは接地されている。トランスＴＲ２の１次巻線の他端には電源電圧Ｖｃが印加されている。トランジスタＱ２のベースはスイッチング用集積回路ＩＣ２を介して制御部１２の駆動パルスＰＳ２の出力端子Ｏ２に接続され、スイッチング用集積回路ＩＣ２とトランジスタＱ２のベースとの接続ラインには抵抗Ｒ２を介して高電位電源が接続されている。トランスＴＲ２の２次巻線の一端と出力端子Ｔ２との間には、そのカソードを出力端子Ｔ２側としてダイオードＤ２が接続されており、ダイオードＤ２のカソードとトランスＴＲ２の２次巻線の他端との間にはコンデンサＣ２が接続されている。コンデンサＣ２とトランスＴＲ２の２次巻線の他端との接続ラインは接地されている。

このガス処理装置において、制御部１２は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能として駆動パルスＰＳ１およびＰＳ２の出力機能を有している。この例では、出力端子Ｏ１より、パルス幅ＴＷ１の駆動パルスＰＳ１をスイッチング用集積回路ＩＣ１に所定周期で与える。また、出力端子Ｏ２より、パルス幅ＴＷ２の駆動パルスＰＳ２をスイッチング用集積回路ＩＣ２に所定周期で与える。

制御部１２は、この駆動パルスＰＳ１およびＰＳ２の出力に際し、そのパルス幅ＴＷ１およびＴＷ２の大小関係を風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて定める。この例では、処理対象ガスＧＳの流れ方向に基づいて、ハニカム構造体群２Ａが上流側（ハニカム構造体群２Ｂが下流側）に位置していると判断すれば、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１よりも駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を大とする。すなわち、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を小、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を大とする。ハニカム構造体群２Ｂが上流側（ハニカム構造体群２Ａが下流側）に位置していると判断すれば、その大小関係を入れ替えて、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を大とし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を小とする。

なお、この実施の形態において、スイッチング用集積回路ＩＣ１およびＩＣ２は、「４９４」タイプのスイッチングコントロールＩＣを用いている。また、本実施の形態において、制御部１２は、ハニカム構造体群２Ａが上流側に位置していると判断した場合、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を４０％デューティとし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を６０％デューティとするものとする。また、ハニカム構造体群２Ｂが上流側に位置していると判断した場合、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を６０％デューティとし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を４０％デューティとするものとする。

〔ハニカム構造体群２Ａを上流側（ハニカム構造体群２Ｂを下流側）として設置された場合〕
図１はハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１がハニカム構造体群２Ａを上流側（ハニカム構造体群２Ｂを下流側）として設置された場合を示している。この場合、制御部１２は、風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて、ハニカム構造体群２Ａが上流側（ハニカム構造体群２Ｂが下流側）に位置していると判断し、スイッチング用集積回路ＩＣ１への駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を４０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ２への駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を６０％デューティとする。

スイッチング用集積回路ＩＣ１は、制御部１２の出力端子Ｏ１からの駆動パルスＰＳ１が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ１がオン、オフされ、トランスＴＲ１の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ１の２次巻線側に駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ１によって平滑され、ダイオードＤ１を介してハニカム構造体群２Ａの第１の電極３に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ａの第１の電極３と第２の電極４との間に、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１（４０％デューティ）に応じた電圧値ＶＬの高電圧Ｖ１が印加される。

スイッチング用集積回路ＩＣ２は、制御部１２の出力端子Ｏ２からの駆動パルスＰＳ２が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ２がオン、オフされ、トランスＴＲ２の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ２の２次巻線側に駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ２によって平滑され、ダイオードＤ２を介してハニカム構造体群２Ｂの第１の電極５に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ｂの第１の電極５と第２の電極４との間に、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２（６０％デューティ）に応じた電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ２が印加される。

〔ハニカム構造体群２Ｂを上流側（ハニカム構造体群２Ａを下流側）として設置された場合〕
図２はハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１がハニカム構造体群２Ｂを上流側（ハニカム構造体群２Ａを下流側）として設置された場合を示している。この場合、制御部１２は、風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて、ハニカム構造体群２Ｂが上流側（ハニカム構造体群２Ａが下流側）に位置していると判断し、スイッチング用集積回路ＩＣ１への駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を６０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ２への駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を４０％デューティとする。

スイッチング用集積回路ＩＣ２は、制御部１２の出力端子Ｏ２からの駆動パルスＰＳ２が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ２がオン、オフされ、トランスＴＲ２の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ２の２次巻線側に駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ２によって平滑され、ダイオードＤ２を介してハニカム構造体群２Ｂの第１の電極５に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ｂの第１の電極５と第２の電極４との間に、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２（４０％デューティ）に応じた電圧値ＶＬの高電圧Ｖ２が印加される。

スイッチング用集積回路ＩＣ１は、制御部１２の出力端子Ｏ１からの駆動パルスＰＳ１が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ１がオン、オフされ、トランスＴＲ１の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ１の２次巻線側に駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１に応じた値の高電圧Ｖ１が発生する。この高電圧Ｖ１は、コンデンサＣ１によって平滑され、ダイオードＤ１を介してハニカム構造体群２Ａの第１の電極３に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ａの第１の電極３と第２の電極４との間に、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１（６０％デューティ）に応じた電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ１が印加される。

このようにして、本実施の形態では、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１が上流／下流の方向を逆にして現場へ設置されたとしても、必ず上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に高い値の高電圧が印加されるものとなる。したがって、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１を現場に設置する際に、現場の設備の上流／下流の方向を意識する必要がなくなる。

なお、この実施の形態１において、上流側に位置するハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値ＶＬは例えば８ｋＶ、下流側に位置するハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値ＶＨは例えば１２ｋＶとする。

〔実施の形態２〕
図３はこの発明に係るガス処理装置の他の実施の形態（実施の形態２）の要部を示す図である。同図において、図１と同一符号は図１を参照して説明した構成要素と同一或いは同等構成要素を示し、その説明は省略する。

この実施の形態では、ダクト１内に、４つのハニカム構造体群２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄを設けている。この場合、実施の形態１に示したハニカム構造体群２Ａ，２Ｂに対して、同構成とされたハニカム構造体群２Ｃ，２Ｄを処理対象ガスＧＳの流れ方向に追加した構成とされている。ハニカム構造体群２Ｃには、第１の電極として電極５が、第２の電極として電極１４が設けられている。ハニカム構造体群２Ｄには、第１の電極として電極１５が、第２の電極として電極１４が設けられている。

また、高電圧源１１は、第１の高電圧電源１１−１と第２の高電圧電源１１−２と第３の高電圧電源１１−３とから構成され、電極３が導線７によって高電圧電源１１−１からの高電圧Ｖ１の出力端子Ｔ１に接続され、電極５が導線９によって高電圧電源１１−２からの高電圧Ｖ２の出力端子Ｔ２に接続され、電極１５が導線１６によって高電圧電源１１−３からの高電圧Ｖ３の出力端子Ｔ３に接続されている、電極４および電極１４は接地されている。

なお、この実施の形態において、電極５は第２のハニカム構造体群２Ｂの第１の電極と第３のハニカム構造体群２Ｃの第１の電極とを兼ねた共通電極とされているが、第２のハニカム構造体群２Ｂの第１の電極と第３のハニカム構造体群２Ｃの第１の電極とを独立した電極とするようにしてもよい。また、電極１４は第３のハニカム構造体群２Ｃの第２の電極と第４のハニカム構造体群２Ｄの第２の電極とを兼ねた共通電極とされているが、第３のハニカム構造体群２Ｃの第２の電極と第４のハニカム構造体群２Ｄの第２の電極とを独立した電極とするようにしてもよい。

第１の高電圧電源１１−１および第２の第２の高電圧電源１１−２は実施の形態１と同構成とされている。第３の高電圧電源１１−３は、トランスＴＲ３と、ダイオードＤ３と、コンデンサＣ３と、トランジスタＱ３と、抵抗Ｒ３と、スイッチング用集積回路ＩＣ３とを備えている。第３の高電圧電源１３−３において、トランジスタＱ３のコレクタはトランスＴＲ３の１次巻線の一端に接続され、トランジスタＱ３のエミッタは接地されている。トランスＴＲ３の１次巻線の他端には電源電圧Ｖｃが印加されている。トランジスタＱ３のベースはスイッチング用集積回路ＩＣ３を介して制御部１２の駆動パルスＰＳ３の出力端子Ｏ３に接続され、スイッチング用集積回路ＩＣ３とトランジスタＱ３のベースとの接続ラインには抵抗Ｒ３を介して高電位電源が接続されている。トランスＴＲ３の２次巻線の一端と出力端子Ｔ３との間には、そのカソードを出力端子Ｔ３側としてダイオードＤ３が接続されており、ダイオードＤ３のカソードとトランスＴＲ３の２次巻線の他端との間にはコンデンサＣ３が接続されている。コンデンサＣ３とトランスＴＲ３の２次巻線の他端との接続ラインは接地されている。

このガス処理装置において、制御部１２は、プロセッサや記憶装置からなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現され、本実施の形態特有の機能として駆動パルスＰＳ１，ＰＳ２およびＰＳ３の出力機能を有している。この例では、出力端子Ｏ１より、パルス幅ＴＷ１の駆動パルスＰＳ１をスイッチング用集積回路ＩＣ１に所定周期で与える。また、出力端子Ｏ２より、パルス幅ＴＷ２の駆動パルスＰＳ２をスイッチング用集積回路ＩＣ２に所定周期で与える。また、出力端子Ｏ３より、パルス幅ＴＷ３の駆動パルスＰＳ３をスイッチング用集積回路ＩＣ３に所定周期で与える。

制御部１２は、この駆動パルスＰＳ１，ＰＳ２およびＰＳ３の出力に際し、そのパルス幅ＴＷ１，ＴＷ２およびＴＷ３の大小関係を風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて定める。この例では、処理対象ガスＧＳの流れ方向に基づいて、ハニカム構造体群２Ａが上流側（ハニカム構造体群２Ｄが下流側）に位置していると判断すれば、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１よりも駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を大とし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２よりも駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を大とする。すなわち、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を小、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を中、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を大とする。ハニカム構造体群２Ｄが上流側（ハニカム構造体群２Ａが下流側）に位置していると判断すれば、その大小関係を入れ替えて、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を大とし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を中とし、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を小とする。

なお、この実施の形態において、スイッチング用集積回路ＩＣ３もＩＣ２，ＩＣ３と同様、「４９４」タイプのスイッチングコントロールＩＣを用いている。また、本実施の形態において、制御部１２は、ハニカム構造体群２Ａが上流側に位置していると判断した場合、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を４０％デューティとし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を５０％デューティとし、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を６０％デューティとするものとする。また、ハニカム構造体群２Ｄが上流側に位置していると判断した場合、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を６０％デューティとし、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を５０％デューティとし、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ２を４０％デューティとするものとする。

〔ハニカム構造体群２Ａを上流側（ハニカム構造体群２Ｂを下流側）として設置された場合〕
図３はハニカム構造体群２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが組み付けられたダクト１がハニカム構造体群２Ａを上流側（ハニカム構造体群２Ｄを下流側）として設置された場合を示している。この場合、制御部１２は、風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて、ハニカム構造体群２Ａが上流側（ハニカム構造体群２Ｄが下流側）に位置していると判断し、スイッチング用集積回路ＩＣ１への駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を４０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ２への駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を５０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ３への駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を６０％デューティとする。

スイッチング用集積回路ＩＣ２は、制御部１２の出力端子Ｏ２からの駆動パルスＰＳ２が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ２がオン、オフされ、トランスＴＲ２の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ２の２次巻線側に駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ２によって平滑され、ダイオードＤ２を介してハニカム構造体群２Ｂおよび２Ｃの第１の電極５に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ｂの第１の電極５と第２の電極４との間およびハニカム構造体群２Ｃの第１の電極５と第２の電極１４との間に、駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２（５０％デューティ）に応じた電圧値ＶＭ（ＶＭ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ２が印加される。

スイッチング用集積回路ＩＣ３は、制御部１２の出力端子Ｏ３からの駆動パルスＰＳ３が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ３がオン、オフされ、トランスＴＲ３の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ３の２次巻線側に駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ３によって平滑され、ダイオードＤ３を介してハニカム構造体群２Ｄの第１の電極１５に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ｄの第１の電極１５と第２の電極１４との間に、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３（６０％デューティ）に応じた電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＭ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ３が印加される。

〔ハニカム構造体群２Ｄを上流側（ハニカム構造体群２Ａを下流側）として設置された場合〕
図４はハニカム構造体群２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが組み付けられたダクト１がハニカム構造体群２Ｄを上流側（ハニカム構造体群２Ａを下流側）として設置された場合を示している。この場合、制御部１２は、風向センサ１３からの処理対象ガスＧＳの流れ方向を示す信号Ｓ１に基づいて、ハニカム構造体群２Ｄが上流側（ハニカム構造体群２Ａが下流側）に位置していると判断し、スイッチング用集積回路ＩＣ１への駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１を６０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ２への駆動パルスＰＳ２のパルス幅ＴＷ２を５０％デューティ、スイッチング用集積回路ＩＣ３への駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３を４０％デューティとする。

スイッチング用集積回路ＩＣ３は、制御部１２の出力端子Ｏ３からの駆動パルスＰＳ３が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ３がオン、オフされ、トランスＴＲ３の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ３の２次巻線側に駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ３によって平滑され、ダイオードＤ３を介してハニカム構造体群２Ｄの第１の電極１５に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ｄの第１の電極１５と第２の電極１４との間に、駆動パルスＰＳ３のパルス幅ＴＷ３（４０％デューティ）に応じた電圧値ＶＬの高電圧Ｖ３が印加される。

スイッチング用集積回路ＩＣ１は、制御部１２の出力端子Ｏ１からの駆動パルスＰＳ１が「Ｈ」レベルとなっている間、高周波スイッチングパルスを出力する。この高周波スイッチングパルスによりトランジスタＱ１がオン、オフされ、トランスＴＲ１の１次巻線に電流が流れる。これにより、トランスＴＲ１の２次巻線側に駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１に応じた値の高電圧が発生する。この高電圧は、コンデンサＣ１によって平滑され、ダイオードＤ１を介してハニカム構造体群２Ａの第１の電極３に印加される。これにより、ハニカム構造体群２Ａの第１の電極３と第２の電極４との間に、駆動パルスＰＳ１のパルス幅ＴＷ１（６０％デューティ）に応じた電圧値ＶＨ（ＶＨ＞ＶＭ＞ＶＬ）の高電圧Ｖ１が印加される。

このようにして、本実施の形態では、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが組み付けられたダクト１が上流／下流の方向を逆にして現場へ設置されたとしても、必ず上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に高い値の高電圧が印加されるものとなる。これにより、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂ，２Ｃ，２Ｄが組み付けられたダクト１を現場に設置する際に、現場の設備の上流／下流の方向を意識する必要がなくなる。

なお、この実施の形態２において、上流側（最上流）に位置するハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値ＶＬは例えば８ｋＶ、中間に位置するハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値ＶＭは例えば１０ｋＶ、下流側（最下流）に位置するハニカム構造体群に印加する高電圧の電圧値ＶＨは例えば１２ｋＶとする。

また、この実施の形態２では、中間に位置するハニカム構造体群２Ｂ，２Ｃに同じ電圧値ＶＭの高電圧を印加するようにしたが、異なる値の高電圧を印加するようにしてもよい。この場合、中間に位置するハニカム構造体群２Ｂ，２Ｃのうち、下流側に位置するハニカム構造体群への電圧値を高くするようにする。

また、この実施の形態２では、最上流のハニカム構造体群と最下流のハニカム構造体群との中間に位置するハニカム構造体群を２Ｂ，２Ｃの２つとしたが、１つとしてもよく、さらに多くのハニカム構造体群を設けるようにしてもよい。この場合、最上流のハニカム構造体群から最下流のハニカム構造体群に向かって順番に電圧値が高くなるような高電圧の出力状況とするようにしてもよいし、中間に位置するハニカム構造体群の数個を１組として、最上流のハニカム構造体群から最下流のハニカム構造体群に向かって各組への電圧値が段階的に高くなるような高電圧の出力状況とするなどとしてもよい。

また、上述した実施の形態１，２では、流れ方向検出手段として風向センサ１３を設けるようにしたが、流れ方向検出手段は必ずしも風向センサでなくてもよい。例えば、ダクト１の上流側と下流側に湿度センサを配置し、これらの湿度センサが検出する湿度値からハニカム構造体群を通過する処理対象ガスＧＳの流れ方向を検出するようにしてもよい。しかし、このようにすると、２台の湿度センサが必要となり、部品点数が多くなる。これに対し、実施の形態１，２のように風向センサ１３を用いれば、１台で、処理対象ガスＧＳの流れ方向を検出して、上流側のハニカム構造体群および下流側のハニカム構造体群を特定することができ、部品点数を少なくすることができる。

また、上述した実施の形態１，２において、処理対象ガスＧＳはハニカム構造体群を通過する度に発生するプラズマによって昇温されるが、風向センサ１３を最上流に位置するハニカム構造体群よりもさらに上流側に設置するようにしているので、処理対象ガスＧＳの昇温による風向センサ１４への熱の影響が低減される。なお、風車の回る方向によって風向を検出するような風向センサなどを用いれば、処理対象ガスＧＳの昇温による熱の影響を受けないので、その風向センサを下流側にも設置することが可能であり、ハニカム構造体群２Ａ，２Ｂが組み付けられたダクト１と風向センサとを一体化することも可能となる。

本発明のガス処理装置は、燃料電池等に用いられる水素を効率的に生成する目的で、炭化水素類等から水素含有ガスを生成する、いわゆる改質にも適用することができる。例えばオクタン（ガソリンの平均分子量に比較的近い物質）Ｃ₈Ｈ₁₈の場合は、本ガス処理装置に供給すると下記（１）式で示される化学反応が促進され、その結果水素ガスを効率よく生成することができる。
Ｃ₈Ｈ₁₈＋８Ｈ₂Ｏ＋４（Ｏ₂＋４Ｎ₂）→８ＣＯ₂＋１７Ｈ₂＋１６Ｎ₂・・・・（１）

１…ダクト（通風路）、２（２−１〜２−８）…ハニカム構造体、２ａ…貫通孔（セル）、２Ａ〜２Ｄ…ハニカム構造体群、３，４，５，１４，１５…電極、１０（１０−１〜１０−４）…空間ギャップ、１１…高電圧原、１１−１…第１の高電圧源、１１−２…第２の高電圧源、１１−３…第３の高電圧源、１２…制御部、１３…風向センサ、、ＧＳ…処理対象ガス。

Claims

通風路内に間隔を設けて配置され処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有する複数のハニカム構造体と、
前記複数のハニカム構造体のうち隣り合う複数のハニカム構造体を１群のハニカム構造体群とし、これらハニカム構造体群毎にその両端に位置するハニカム構造体の外側に配置された第１および第２の電極と、
前記各ハニカム構造体群の第１の電極と第２の電極との間に個別に高電圧を印加し前記ハニカム構造体の貫通孔および前記ハニカム構造体間の空間にプラズマを発生させる高電圧源と、
前記ハニカム構造体群を通過する前記処理対象ガスの流れ方向を検出する流れ方向検出手段と、
前記流れ方向検出手段によって検出される前記処理対象ガスの流れ方向に基づいて、上流側に位置するハニカム構造体群よりも下流側に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を高くするように、前記高電圧源からの高電圧の出力状況を制御する制御手段と
を備えることを特徴とするガス処理装置。
請求項１に記載されたガス処理装置において、
前記ハニカム構造体群は、
最上流に位置するハニカム構造体群と最下流に位置するハニカム構造体群との間に１つ以上の中間に位置するハニカム構造体群を備え、
前記制御手段は、
前記流れ方向検出手段によって検出される前記処理対象ガスの流れ方向に基づいて、前記中間に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値を前記最上流に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値よりも高く、かつ、前記最下流に位置するハニカム構造体群に印加される高電圧の値よりも低くするように、前記高電圧源からの高電圧の出力状況を制御する
ことを特徴とするガス処理装置。
請求項１又は２に記載されたガス処理装置において、
前記流れ方向検出手段は、
最上流に位置するハニカム構造体群よりもさらに上流側に設置された風向センサである
ことを特徴とするガス処理装置。