JP6448490B2 - ガス処理装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は，電極間に印加された交流高電圧で発生する放電により、大気やプロセス排気ガスに含まれる有害ガスを分解する、ガス処理装置に関する。

生活空間内、冷蔵庫内、倉庫内等の大気ガスやプロセス装置からの排ガスに、有害物質、悪臭物質等が含まれることがある。このような有害物質、悪臭物質等を分解、殺菌等（以下、ガス分解とする）する、高効率で小型のガス分解装置（空気清浄装置、空気清浄エアコン、およびガス浄化装置を含む）が求められている。

一般に、ガス分解装置では、送風機によって分解対象ガス（分解対象となるガスを含む大気やプロセス排気ガス）をガス分解室に導入する。ガス分解室に導入された分解ガスは、放電、分解触媒、光触媒、放電で生成されるオゾン等のラジカルによって、分解、浄化される。

特開２０１０−５３２２５３号公報 特開２００８−２８９８０１号公報

ガス分解装置において、効率的にガスを処理するのは、必ずしも容易ではない。

本発明は，効率的なガスの処理を可能とするガス処理装置を提供することを目的とする。

実施形態のガス処理装置は、離間して並列に配置され、第1、第２の主面を有する、複数の誘電体基板と、前記複数の誘電体基板の第１、第２の主面上に配置される、複数の第１、第２の電極と、前記複数の誘電体基板の内部に配置される、複数の第３の電極と、を有し、間隔を有して配置される、複数の積層体と、前記複数の積層体間に対象ガスを供給するガス流路と、前記複数の第１、第２の電極と前記第３の電極間に交流電圧を印加して、前記複数の誘電体基板の間に前記対象ガスの複数のプラズマ誘起流を生成する交流電源と、前記複数の積層体の下流側に配置され、前記対象ガスの流量を制限する流量制限機構と、を具備する。

第１の実施形態に係るガス分解装置１０の全体構成を示す側面図である。 処理ユニットＵを構成するガス分解素子２０の詳細を表す拡大模式図である。 ガス分解素子２０の動作状態を概念的に表す拡大側面図である。 プラズマ誘起流Ｆｐの流速Ｖの分布を表すグラフである。 プラズマ誘起流Ｆｐの最大流速Ｖｍａｘの印加電圧Ｖｒｆ依存性を表すグラフである。 比較例に係るガス分解装置１０ｘの全体構成を示す側面図である。 処理ユニットＵを用いたトルエンガス分解実験の試験結果を表すグラフである。 第２の実施形態に係るガス分解装置１０ａの全体構成を示す側面図である。 第３の実施形態に係るガス分解装置１０ｂの全体構成を示す側面図である。 ガス分解装置１０ｂの処理ユニットＵｂの構成を示す側面図である。 第４の実施形態に係るガス分解装置１０ｃの全体構成を示す側面図である。 第５の実施形態に係るガス分解装置１０ｄの処理ユニットＵｄの構成を示す側面図である。 比較例２に係るガス分解装置１０ｙの処理ユニットＵｙの構成を示す側面図である。 第６の実施形態に係るガス分解装置１０ｅの処理ユニットＵｅの構成を示す側面図である。 第６の実施形態の変形例に係るガス分解装置１０ｅの構成を示す側面図である。

以下，図面を参照して，実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るガス分解装置１０の全体構成を示す。
ガス分解装置１０では、放電電極と接地電極間に印加された交流高電圧で発生する放電により、大気やプロセス排気ガスに含まれる分解対象ガス（炭素または窒素の少なくともいずれかを含むガス、例えば、ホルムアルデヒド、トルエン、アセトアルデヒド、アンモニアガス）を分解する。ガス分解装置１０は、被処理ガスを処理するガス処理装置として機能する。

ガス分解装置１０は、ガス導入口１１，流路拡大部１２，プレフィルタ１３，ガス分解室１４，オゾン処理室１５，流量調節部１６を有し、これらの内部はガス流通空間となっている。

ガス導入口１１に、分解対象ガスを含む被処理ガスが導入される。
流路拡大部１２は、ガス導入口１１からプレフィルタ１３，ガス分解室１４へと流路を拡大する。流路拡大部１２は、後の図２で示される放電電極２２間（または放電電極２２とガス流隔壁２６の間）に被処理ガスを供給するガス流路である。

プレフィルタ１３は、ガス分解室１４に流入するガス中のダスト、チリ等を除去する。

ガス分解室１４は、複数のガス分解素子２０（１）〜２０（５）を含む処理ユニットＵが配置され、被処理ガスを処理する。なお、処理ユニットＵの詳細は後述する。
オゾン処理室１５は、オゾン処理器（図示せず。例えば、オゾン触媒）を有し、ガス分解室１４で生成した高濃度のオゾンガス、ＮＯｘ、またはＳＯｘを処理、分解する。

流量調節部１６は、オゾン処理室１５の下流側に配置され、被処理ガスの流量を制限する。被処理ガスの流量を制限することで、処理ユニットＵに適切な流量の被処理ガスが供給されるようにして、処理ユニットＵでのガス分解効率の向上を図っている。
流量調節部１６は、複数の積層体の下流側に配置され、前記対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

ここでは、流量調節部１６は、複数の流量制限板（板状体）１６１からなるルーバを用いている。流量制限板１６１を上下に配置し、回転軸１６２を中心として傾けることで、被処理ガスの流量を制限できる。

ここでは、流量制限板１６１の上端に回転軸１６２を設置しているが、流量制限板１６１の下端、中間（中央）に回転軸１６２を設置しても良い。

流量制限板１６１が鉛直方向になす角度θを変化することで、被処理ガスの流量を調節できる。角度θをゼロとすると、複数の流量制限板１６１の上下端がほぼ接触し、流量調節部１６は閉じられる（被処理ガスの流量がほぼゼロになる）。角度θを９０°とすると、流量制限板１６１の向きは被処理ガスの流れに沿った状態となり、流量調節部１６は開放される（流量調節部１６は、被処理ガスの流量を殆ど制限しない）。

複数の流量制限板１６１を同時に動作させるために、複数の流量制限板１６１を接続することができる。例えば、流量制限板１６１の下端を棒状体で接続すると、その棒状体を上下に押し引きすることで、複数の流量制限板１６１の角度θを一度に変化させることができる。

また、流量制限板１６１の傾きを変化させるために、駆動装置（例えば、モータ）を用いることができる。駆動装置は、複数の板状体の角度を調節する調節機構として機能する。
この駆動装置は、複数の流量制限板１６１それぞれに設けても良いし、流量制限板１６１を棒状体で接続している場合には、その棒状体を動かしても良い。

ここでは、流量調節部１６の機構にルーバを用いたが、他の機構、例えば、バルブ（弁機構）、送風機を採用することもできる。
バルブを開閉することで、被処理ガスの流量を調節できる。
送風機での送風の方向および送風量を変化させることによって、被処理ガスの流量を調節できる。例えば、送風機での送風方向を被処理ガスの流れ方向と逆にし、送風量をガス導入口１１からの被処理ガスの導入量と対応させることで、これらを拮抗させ、ガス導入口１１からの被処理ガスの導入を停止、制限することができる。また、送風機での送風方向を被処理ガスの流れ方向と同一とし、送風量を小さく、あるいは事実上ゼロとすることで、被処理ガスの流量を制限できる。

ガス流出口１７から、分解された分解対象ガスを含む被処理ガスが流出する。

被処理ガスは、ガス導入口１１から導入され、プレフィルタ１３、ガス分解室１４（処理ユニットＵ）、オゾン処理室１５を通過し、ガス流出口１７から排気される。

検出器Ｓは、被処理ガスの流量を検出する。
制御装置４１は、検出器Ｓの検出結果等に応じて、流量調節部１６を制御して、被処理ガスの流量を制限する。

図２は、処理ユニットＵを構成するガス分解素子（ＤＢＤ方式プラズマアクチェータ）２０の詳細を拡大して表す。
処理ユニットＵは、ガス分解素子２０（２０（１）〜２０（５））、ガス流隔壁２６を有する。ここでは、処理ユニットＵに含まれるガス分解素子２０の個数を５としているが、これは適宜に変更できる。

ガス分解素子２０は、誘電体基板２１（２１ａ，２１ｂ）、放電電極２２（２２ａ，２２ｂ）、接地電極２３，絶縁封止層２４、光触媒層２５（２５ａ，２５ｂ）、ガス流隔壁２６を有する。

１つのガス分解素子２０の誘電体基板２１ａ，２１ｂ、放電電極２２ａ，２２ｂ（第１、第２の電極）、接地電極２３（第３の電極），絶縁封止層２４、光触媒層２５ａ，２５ｂは、積層体として機能する。

誘電体基板２１は、誘電体材料（例えば、石英、シリコンゴム、カプトン(一種のポリイミド））の基板である。誘電体基板２１として、例えば、厚さ１ｍｍの石英板を用いることができる。
放電電極２２、接地電極２３は、金属等の導電体から構成される。例えば、スパッタリングまたはメッキを用いて、誘電体基板２１上に金（Ａｕ）の薄膜を形成し、放電電極２２、接地電極２３とすることができる。

隣接するガス分解素子２０の誘電体基板２１は、間隔Ｇ１を有して配置される。
最上部（および最下部）のガス分解素子２０の誘電体基板２１は、ガス流隔壁２６と、間隔Ｇ２を有して配置される。なお、ここでは、間隔Ｇ１、Ｇ２に対して、放電電極２２の厚さや光触媒層２５の厚さは無視できるとしている。

放電電極２２（２２ａ、２２ｂ）、接地電極２３、誘電体基板２１（２１ａ，２１ｂ）は、例えば、長さ方向（Ｘ方向）、奥行き（Ｚ方向）でそれぞれ２ｍｍｘ３０ｍｍ、１０ｍｍｘ３０ｍｍ、２０ｍｍｘ５０ｍｍである。また、間隔Ｇ（Ｇ１，Ｇ２）は、例えば、２ｍｍである。その結果、ガス分解室１４（処理ユニットＵ）は、例えば、２０ｍｍｘ３０ｍｍｘ５０ｍｍと、小型化できる。

絶縁封止層２４は、接地電極２３での逆放電を抑制するための誘電体膜である。絶縁封止層２４として、例えば、シリコン酸化膜、誘起絶縁膜、絶縁シリコーン充填剤、あるいはカプトンテープ被覆を利用することができる。
接地電極２３に気体が接触すると、逆放電による逆流により、後述のプラズマ誘起流Ｆｐの流れが抑制されたり、微小空間で異常放電（過熱）が起きたりする。それらを防止するために、絶縁封止層２４の周辺は、絶縁封止層２４で密着密閉することが望ましい。

光触媒層２５ａ，２５ｂは、光触媒材料（例えば、ＴｉＯ_２）の層であり、誘電体基板２１上の、プラズマＰ付近、あるいはプラズマＰ内に配置される。光触媒層２５ａ，２５ｂは、例えば、光触媒材料の塗布によって形成できる。

光触媒層２５ａ，２５ｂは、プラズマＰからの発光によって活性化され、プラズマＰ中に含まれるＮＯｘ等を除去する。即ち、プラズマＰ自体、および光触媒によるガスの分解が相俟って、ガス分解率を向上できる。

なお、ガス分解素子２０は、光触媒層２５を有しなくても良い。但し、ガス分解素子２０が光触媒層２５を有すると、ガスの分解をより促進できる。

高電圧交流電源３０は、放電電極２２ａ，２２ｂと、接地電極２３との間に交流高電圧（例えば、１０ｋＨｚ、６ｋＶの正弦波電圧）を印加する。

ここで、隣接する誘電体基板２１は、間隔Ｇ１で対向するように配置されている。

また、最上層、最下層の誘電体基板２１と間隔Ｇ２で対向するようにガス流隔壁２６が配置されている。
ガス流隔壁２６は、被処理ガスの流路を制限する隔壁である。ガス流隔壁２６は、処理ユニットＵの最上部、最下部を通過する被処理ガスが、プラズマＰ内を通過し、プラズマＰの外部を素通しないように制限する。

間隔Ｇ１は、後述するように、対向する一対の誘電体基板２１上のプラズマ誘起流Ｆｐの厚さｈの合計の１．３倍以下である（Ｇ１≦１．３＊２ｈ＝２．６ｈ）。具体的には、間隔Ｇ１は、２ｍｍ以上、８ｍｍ以下とすることが好ましい。難分解性ガスの分解効率を上げるため、間隔Ｇ１を２ｍｍ以上、６ｍｍ以下として、「Ｇ１≦１．０＊２ｈ」を満たすことがより好ましい。

間隔Ｇ２は、誘電体基板２１上のプラズマ誘起流Ｆｐの厚さｈの１．３倍以下である（Ｇ２≦１．３＊ｈ）。具体的には、間隔Ｇ２は、１ｍｍ以上、４ｍｍ以下とすることが好ましい。難分解性ガスの分解効率を上げるため、間隔Ｇ２を１ｍｍ以上、３ｍｍ以下として、「Ｇ２≦１．０＊ｈ」を満たすことがより好ましい。

間隔Ｇ１、Ｇ２をこのように設定することで、プラズマＰ中の活性酸素（ＯＨラジカル、Ｏラジカル）を有効に活用し、分解対象ガスを効率的に分解できる。

このように、間隔Ｇ１，Ｇ２を狭くすることで、全ての分解ガスがプラズマＰの内部、または近傍を通過するようにして（素通り防止）、ガス分解効率を向上できる。

図３は、ガス分解素子２０の動作状態を概念的に表す。
高電圧交流電源３０からの交流高電圧によって、誘電体基板２１の表面上、放電電極２２側の接地電極２３方向にプラズマＰが生成される。プラズマＰは、正イオンと電子を含む。この正イオンは放電電極２２から接地電極２３上の誘電体基板２１の表面方向に流れる。この流れは、大気と衝突し、その周囲にガス気流を伴い、プラズマ誘起流Ｆｐが発生する。

プラズマＰに接する誘電体基板２１の表面に電子が蓄積して負にチャージアップする。このため、放電電極２２から接地電極２３に対応する、誘電体基板２１の表面方向に、正イオンが平均的に流れる。生成するプラズマＰが薄い表面プラズマであるため、プラズマ誘起流Ｆｐも誘電体基板２１の近傍を流れる表面流となる。即ち、放電電極２２に対して接地電極２３をＸ方向にずらして配置することで、Ｘ方向に流れるプラズマ誘起流Ｆｐが生成される。

図４は、プラズマ誘起流Ｆｐの流速Ｖの分布を表すグラフである。
横軸は誘電体基板２１の上下方向での位置Ｙであり、Ｙ＝６ｍｍの位置が誘電体基板２１の表面に対応する。熱線流速計を上下に動かして、プラズマ誘起流Ｆｐの流速Ｖの分布を測定した。ここでは、周波数ｆが１０ｋＨｚ、印加電圧Ｖｒｆが６ｋＶの正弦波電圧を印加している。

図４に示す通り、誘電体基板２１の表面近傍（半値幅（厚み）ｈ＝２．４ｍｍ程度）のみにプラズマ誘起流Ｆｐが流れる。即ち、厚さｈが２．４ｍｍのプラズマ誘起流Ｆｐが発生している。

図５は、プラズマ誘起流Ｆｐの最大流速Ｖｍａｘの印加電圧Ｖｒｆ依存性を表すグラフである。
図５に示す通り、プラズマ誘起流Ｆｐは約３ｋＶの印加電圧Ｖｒｆから生成される。印加電圧Ｖｒｆの増加とともにプラズマの密度（イオン密度）が高くなり、引き込み電界も大きくなる。このため、印加電圧Ｖｒｆの増加とともに、プラズマ誘起流Ｆｐの流速Ｖは大きくなる。

ファン等の送風装置を用いて外部からの流れ（圧力）を発生すること無しに、放電電極２２上にプラズマ誘起流Ｆｐが生成される。既述のように、間隙Ｇ１，Ｇ２は小さい。このため、上流から吸い込んだ被処理ガスは、プラズマＰ内を通過する。

周波数ｆ、印加電圧Ｖｒｆは、２ｋＨｚ〜２００ｋＨｚ，３ｋＶ〜１５ｋＶの範囲で適宜に変更できる。特に好ましい範囲として、周波数ｆ、印加電圧Ｖｒｆを５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ，５ｋＶ〜１０ｋＶとすることができる。このように周波数ｆ、印加電圧Ｖｒｆを変更すると、プラズマ誘起流Ｆｐの厚みｈは、１．５〜３ｍｍの範囲で変動する。この結果、間隙Ｇ１，Ｇ２はそれぞれ、例えば、２〜８ｍｍ、１〜４ｍｍの範囲で適宜に設定できる。

次に、ガス分解機構について述べる。大気や分解対象ガスは、放電によって、一部分解される。
大気中の酸素ガス（Ｏ_２）、水分（Ｈ_２Ｏ）、分解対象ガス中の水素、窒素、酸素成分から、活性酸素（ヒドロキシラジカル：ＯＨ、酸素原子ラジカル：Ｏ、オゾン：Ｏ_３等）が生成する。
そして、分解対象ガス（例えば、ホルムアルデヒド、トルエン、アセトアルデヒド、アンモニアガス）は、酸化剤と混合されると、（１）、（２）、（３）に示される反応によって、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ、ＮＯｘ（ＮＯ_２、ＮＯ）等に分解される。
なお、ＮＯｘは後段に設置した光触媒層２５ａ，２５ｂやオゾン処理層１５で除去できる。

分解対象ガス ＋ ＯＨ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＋ＮＯｘ （１）
分解対象ガス ＋ Ｏ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＋ＮＯｘ （２）
分解対象ガス ＋ Ｏ_３ → ＣＯ_２ ＋ Ｈ_２Ｏ ＋ＮＯｘ （３）

以上のように、本実施形態では、流量調節部１６によって、被処理ガスの流量を制限することで、処理ユニットＵによるガス分解の効率向上を図っている。

（比較例）
図６は、比較例に係るガス分解装置１０ｘの全体構成を示す。
ガス分解装置１０ｘは、流量調節部１６を有しない。このため、処理ユニットＵに流入する被処理ガスの流量が大きくなりすぎて、ガス分解の効率が低下し易くなる。

詳しくは、処理ユニットＵに流入する被処理ガスの流量または濃度の増大により、次のような問題（１）〜（３）が生じる。
（１）分解効率の低下
（２）完全酸化率の低下
（３）放電電極２２の汚れの発生
放電電極２２の汚れは、分解効率のさらなる低下、放電の不安定の原因ともなる。

ガス分解効率の印加電圧、流量依存性を説明する。図７は、処理ユニットＵを用いたトルエンガス分解実験の試験結果である。処理ユニットＵにトルエンガスを含む試験ガスを通過させ、通過後のガスのトルエンガス濃度、ガス分解率（％）を計測した。
ここで、処理ユニットＵに印加する電圧を９５００Ｖとした。試験ガス中のトルエンガスの濃度は、約５０ｐｐｍとした。トルエンガス濃度、ガス分解率（％）の計測には、ＦＴ−ＩＲ装置を用いた。

図７の横軸は印加電圧、縦軸はトルエンガス分解率である。印加電圧の増加とともにプラズマが強くなり、分解効率が増大していることが判る。
ここで、試験ガスの流量を６、１２、２５ＬＭ（Ｌ／ｍｉｎ）と増加させるに従い、分解効率は約５０％、３０％、５％と著しく減少する。これは、プラズマＰ中で発生する高活性なＯＨラジカルの生成量が有限であり、供給されるトルエン量に追いつかないためである。

トルエンのＯＨの完全酸化分解反応（トルエン脱臭反応）を式（４）に示す。
Ｃ_６Ｈ_５ＣＨ_３ ＋ １８ＯＨ → ７ＣＯ_２ ＋ ４Ｈ_２Ｏ ＋ ５Ｈ_２ （４）
なお、式（４）の右辺の生成物（ＣＯ_２等)以外に、副生成物として、ＣＯ、ＣＨ_３ＣＨＯ、ＣＨ_３ＣＯＯＨが発生する可能性がある。

トルエンを完全に酸化するためには、トルエン５０ｐｐｍに対して、１８倍のＯＨ分子数、すなわち、９００ｐｐｍのＯＨ分子が必要となる。ＯＨラジカルは大きな反応速度を持つが、ＯＨ量が足りない場合には、不完全燃焼反応が生じたり、未分解のトルエンが残ったりする。
なお、トルエンガスの濃度が増大した場合にも、同様に、不完全燃焼反応や未分解のトルエンが発生する。

大気は、約２０％のＯ_２、通常１％〜数％のＨ_２Ｏが含まれ、ＯＨ生成の原料物質として十分に使用可能である。
ここで、大気のプラズマＰ中でＯ_２とＨ_２ＯからＯＨラジカルを生成する速度とＯＨとトルエンが反応する速度の大小関係が、トルエンの分解反応の進行上重要である。
一方、ＯＨラジカルの寿命は７００μ秒程度である。処理ユニットＵ内の気流流速は１〜３ｍ／ｓである。このため、プラズマＰで発生したＯＨラジカルは、プラズマＰから１、２ｍｍまでしか出ることができない（生き残れない）。すなわち、トルエンの分解反応を進めるためには、（プラズマを一定条件では、）反応ガスがプラズマＰに滞留する時間を長くすることが必要となる。

前述の問題（（１）分解効率の低下、（２）完全酸化率の低下、（３）放電電極２２の汚れの発生）は、処理対象ガスの流量または濃度の増大により、プラズマＰ中での分解対象ガスの滞留時間が短くなることが原因である。

本実施形態では、流量調節部１６によって、被処理ガスの流量を制限することで、問題（１）〜（３）を解消できる。この結果、小型のガス分解装置１０を用いて、高効率のガス分解が可能となる。

（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係るガス分解装置１０ａの全体構成を示す。
ガス分解装置１０ａは、ガス導入口１１，流路拡大部１２，プレフィルタ１３，ガス分解室１４，オゾン処理室１５ａ，１５ｂ，流量調節部１６ａ，１６ｂ，ガス流出口１７を有する。
オゾン処理室１５ａ，１５ｂがガス分解室１４の上下流双方に配置される。オゾン処理室１５ａの上流、オゾン処理室１５ｂの下流それぞれに、流量調節部１６ａ，１６ｂが配置される。

（実施形態１、２の変形例）
流量調節部１６を用いて、被処理ガスの流量を調節して、滞留時間を変更することができる。

（１）ガス種に応じた調節
処理するガス種に応じて、流量調節部１６の開閉度を調節してもよい。
例えば、難分解性ガス（例えば、トルエン）の場合には、開閉度を小さくして流速少（滞留時間大）として分解率を上げる。易分解ガス（例えば、ホルムアルデヒド）の場合には、開閉度を大きくして流速大（滞留時間小）とする。
この場合、検出器Ｓとして、ガス分析装置を備え、ガス種、あるいは濃度を検出する。そして、制御部４１は、この検出結果に応じて流量調節部１６の開閉度を調整する。

（２）ガス濃度に応じた調節
制御部４１は、ガス濃度が高いときは、開閉度を小さくして流速少（滞留時間大）として分解率を上げる。それにより、放電電極２２の汚れを防止する。
制御部４１は、ガス濃度が低いときは、開閉度を大きくして流速大（滞留時間小）として分解率を下げる。
ここで、ガス種およびガス濃度の双方を考慮して、流量調節部１６の開閉度を調節してもよい。

（３）定期的調節
・制御部４１は、流量調節部１６を定期的に閉塞して、クリーニングしても良い。
被処理ガスを流さない場合は、ＯＨラジカルにより、放電電極２２をクリーニングできる。
・定期的に、開閉度を小さくして流速少（滞留時間大）としてＯＨラジカル濃度を上げて、放電電極２２をクリーニングする。そのことにより、分解効率は復活する。
また、その際には被処理ガスの導入を停止して、クリーニングすることがさらに有効である。

（４）汚れ検出
放電電極２２の汚れを検出し、この検出結果に応じて、制御部４１は、流量調節部１６の開閉度を調節しても良い。次のように、センサーを用いて、放電電極２２の汚れを検出できる。
例えば、放電電極２２の上方あるいは下流側に光センサーを設置して、放電電極２２の放電部でのプラズマの発光強度を測定する。発光強度の減少により、放電電極２２が汚れ、放電が弱くなったことを検知できる。
また、高電圧交流電源３０に電流計または電力計を設置し、放電電流あるいは放電電力を測定しても良い。放電電流、放電電力の減少により、放電電極２２が汚れ、放電が弱くなったことを検知できる。
さらに、放電電極２２の下流側にガスセンサーを設置し、分解対象ガスの濃度を測定しても良い。分解対象ガスの濃度の増加（放電によるガス分解能力の低下）により、放電電極２２が汚れ、放電が弱くなったことを検知できる。

（実施形態３）
図９は、第３の実施形態に係るガス分解装置１０ｂの全体構成を示す側面図である。図１０は、ガス分解装置１０ｂの処理ユニットＵｂの構成を示す側面図である。

処理ユニットＵｂは、ガス分解素子２０ｂ（１）〜２０ｂ（５）を有し、プラズマ誘起流Ｆｐが交互に逆方向へ流れる。すなわち、ガス流隔壁２６とガス分解素子２０ｂ（５）の間、ガス分解素子２０ｂ（４）、２０ｂ（３）間、ガス分解素子２０ｂ（２）、２０ｂ（１）間は、図面右方向（順方向）にプラズマ誘起流Ｆｐ（第１のプラズマ誘起流）が流れる。また、ガス分解素子２０ｂ（５）、２０ｂ（４）間、ガス分解素子２０ｂ（３）、２０ｂ（２）間、ガス分解素子２０ｂ（１）とガス流隔壁２６の間（以下、ガス分解素子２０ｂ（５）、２０ｂ（４）間等という）は、図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐ（第２のプラズマ誘起流）が流れる。

このために、処理ユニットＵｂのガス分解素子２０ｂは、処理ユニットＵのガス分解素子２０と、次のように異なる。すなわち、ガス分解素子２０ｂの誘電体基板２１ｂ側の放電電極２２ｂおよび光触媒層２５ｂを誘電体基板２１ａ側の放電電極２２ａおよび光触媒層２５ａとは、紙面の左右逆向きとしている。

プラズマ誘起流Ｆｐが順方向に出にくいように、圧力障壁（じゃま板）２７が設置されている。このため、ガス分解装置１０ｂでは、図９に示すように、流量調節部１６を省略することができる。圧力障壁（じゃま板）２７は、複数の積層体の下流側に配置され、前記対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。また、図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐを流れるガス分解素子２０ｂ（５）、２０ｂ（４）間等の電極２２ｂも、ガス分解素子２０ｂ（積層体）の下流側に配置され、対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

処理ユニットＵｂは、共用の接地電極２３を用いるため、コンパクトとすることができる。

（実施形態４）
図１１は、第４の実施形態に係るガス分解装置１０ｃの処理ユニットＵｃの構成を示す側面図である。

処理ユニットＵｃの上下流双方にオゾン処理室１５ａ，１５ｂ（オゾン触媒）が配置されている。

処理ユニットＵｃは、圧力障壁（じゃま板）２７を有しない点を除き、処理ユニットＵｂと同様の構成を有する。被処理ガスは、処理ユニットＵｃの紙面左右双方から処理ユニットＵｃに流入、流出する。
既述のように、図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れるガス分解素子２０ｂ（５）、２０ｂ（４）間等の電極２２ｂは、ガス分解素子２０ｂ（積層体）の下流側に配置され、対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

この結果、処理ユニットＵｃ内での被処理ガスの滞留時間が長くなる。この結果、被処理ガスの効率的な分解が可能となる。

（実施形態５）
図１２は、第５の実施形態に係るガス分解装置１０ｄの処理ユニットＵｄの構成を示す側面図である。
処理ユニットＵｄはガス分解素子２０ｄ（１）〜２０ｄ（６）を有し、プラズマ誘起流Ｆｐが交互に逆方向へ流れる。すなわち、ガス分解素子２０ｃ（６）、２０ｃ（５）間、ガス分解素子２０ｄ（４）、２０ｄ（３）間、ガス分解素子２０ｄ（２）、２０ｄ（１）間は、図面右方向（順方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる。また、ガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間、ガス分解素子２０ｄ（３）、２０ｄ（２）間（以下、ガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間等という）は、図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる。

ここで、ガス分解素子２０ｄ（６）、２０ｄ（５）間のプラズマ誘起流Ｆｐが、ガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間に入るように、これらの間がガス分解素子２０ｃ（６）、２０ｃ（４）、およびガス流隔壁２８ｂで形成される空間により接続されている。また、ガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間のプラズマ誘起流Ｆｐが、ガス分解素子２０ｄ（４）、２０ｄ（３）間に入るように、これらの間がガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（３）、およびガス流隔壁２８ａで形成される空間により接続されている。

すなわち、上下一対のガス分解素子２０ｄとガス流隔壁２８（２８ａ，２８ｂ）は、処理ユニットＵｄ（複数の積層体）から出射した順方向の第１のプラズマ誘起流を逆方向の第２のプラズマ誘起流へと誘導するガイドとして機能する。

以下、同様に、ガス分解素子２０ｄ（４）、２０ｄ（３）間のプラズマ誘起流Ｆｐが、ガス分解素子２０ｄ（３）、２０ｄ（２）間に入り、ガス分解素子２０ｄ（３）、２０ｄ（２）間のプラズマ誘起流Ｆｐが、ガス分解素子２０ｄ（２）、２０ｄ（１）間に入る。

このように、処理ユニットＵｄの上流からガス分解素子２０ｄ（６）、２０ｄ（５）間に流入した被処理ガスは、ガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間、ガス分解素子２０ｄ（４）、２０ｄ（３）間、ガス分解素子２０ｄ（３）、２０ｄ（２）間、ガス分解素子２０ｄ（２）、２０ｄ（１）間を経由して、処理ユニットＵｄの下流へと流出する。

図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れるガス分解素子２０ｄ（５）、２０ｄ（４）間等の電極２２ｂ、およびガス流隔壁２８ｂは、ガス分解素子２０ｄ（積層体）の下流側に配置され、対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

なお、処理ユニットＵｄの最上、最下端のガス分解素子２０ｄ（１）、２０ｄ（６）は、片側のみに放電電極２２ａ、光触媒層２５ａが配置されている。その逆側の誘電体基板２１ｃには放電電極２２、光触媒層２５は配置されていない。この結果、ガス流隔壁２６が省略可能となる。

このように、被処理ガスは、処理ユニットＵｄ内をジグザグに移動することから、処理ユニットＵｄ内での被処理ガスの滞留時間が長くなる。すなわち、流路を長くすることで、滞留時間が長くなる。
この結果、被処理ガスの効率的な分解が可能となる。

（比較例２）
図１３は、比較例２に係るガス分解装置１０ｙの処理ユニットＵｙの構成を示す側面図である。
処理ユニットＵｙは、２つの処理ユニットＵを流れ方向に沿って接続した構造を有する。すなわち、ガス分解素子２０ｙの誘電体基板２１ａには、２組の放電電極２２ａ，光触媒層２５ａが間隔Ｌ隔てて配置されている。同様に、誘電体基板２１ｂには、２組の放電電極２２ｂ，光触媒層２５ｂが間隔Ｌ隔てて配置されている。

このように、２組の放電電極２２，光触媒層２５を配置することで、ガスの分解効率の向上を図ることができる。

しかし、この一方、逆放電を避けるために、間隔Ｌをある程度長くすることが必要となり、処理ユニットＵｙの小型化が困難となる。
これに対して、第５の実施形態に係るガス分解装置１０ｄの処理ユニットＵｄは、間隔Ｌを必要とせず、接地電極２３を放電電極２２ａ、２２ｂで共有するため、処理ユニットＵｄの小型化を図れる。

（実施形態６）
図１４は、第６の実施形態に係るガス分解装置１０ｅの処理ユニットＵｅの構成を示す側面図である。
処理ユニットＵｅのガス分解素子２０ｅ（１）〜２０ｅ（５）は、上下それぞれに２組の放電電極２２ａ（２２ａ１、２２ａ２（第１，第４の電極））、放電電極２２ｂ（２２ｂ１、２２ｂ２（第２，第５の電極））を有する。

このため、放電電極２２ａ１、２２ａ２、放電電極２２ｂ１、２２ｂ２への高電圧印加、アースの変更により、流路を変更できる。例えば、放電電極２２ａ１、２２ｂ１に電圧を印加し、放電電極２２ａ２、２２ｂ２に電圧を印加しないと、図１４に示すように、紙面左から右方向にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる。一方、放電電極２２ａ２、２２ｂ２に電圧を印加し、放電電極２２ａ１、２２ｂ１に電圧を印加しないと、紙面右から左方向にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる（図示せず）。

すなわち、切り替え機構を用い、放電電極２２ａ１、２２ａ２（第１、第２の電極）と放電電極２２ｂ１、２２ｂ２（第４、第５の電極）を切り替えて、高電圧交流電源３０からの交流電圧を印加することで、プラズマ誘起流Ｆｐが流れる方向を切り替えることができる。

このとき、電圧を印加したときに図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる放電電極２２ａ２、２２ｂ２は、ガス分解素子２０ｅ（積層体）の下流側に配置され、対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

このようにして、ガス分解室１４内での被処理ガスの流路、滞留時間を変更できる。

ここで、ガス種、分解量に応じて流路、滞留時間を変更しても良い。
例えば、容分解性ガス（例えば、ホルムアルデヒド）の場合、ガス分解素子２０ｅ（１）〜２０ｅ（５）の放電電極２２ａ１、２２ｂ１に電圧を印加し、放電電極２２ａ２、２２ｂ２に電圧を印加しないことが考えられる。この場合、紙面左から右方向にのみプラズマ誘起流Ｆｐが流れ、流量が増大し、分解処理量が大きくなる。

一方、難分解性ガス（例えば、トルエン）の場合、ガス分解素子２０ｅ（２）、２０ｅ（４）の放電電極２２ａ２、２２ｂ２に電圧を印加し、放電電極２２ａ１、２２ｂ１に電圧を印加しないことが考えられる。この場合、紙面右から左方向にプラズマ誘起流Ｆｐが流れ、処理ユニットＵｃと同様、全体として滞留時間が長くなり、分解効率が上がる。

このように、ガス種、ガス濃度に応じて、プラズマ誘起流Ｆｐの方向を選ぶ（例えば、１段ごと交互に左右の流方向を切り替える）ことにより、流路、滞留時間を変えることが可能となり、分解効率を向上できる。

さらに、放電電極２２ａ１、２２ｂ１、２２ａ２、２２ｂ２に電圧を印加して、紙面左右からプラズマ誘起流Ｆｐが流すことにより、ＯＨラジカル生成量を増大させ、放電電極２２の汚れを効率よくクリーニングできる。

また、図１５に示すように、２つの処理ユニットＵｅを対向して配置し、上下に交互かつ、左右に逆となるように被処理ガスが流れるようにすると、被処理ガスの流量が減少し、放電電極２２ａ、２２ｂの隅々まで、クリーニングがなされる。

このとき、電圧を印加したときに図面左方向（逆方向）にプラズマ誘起流Ｆｐが流れる放電電極２２ａ２、２２ｂ２は、ガス分解素子２０ｅ（積層体）の下流側に配置され、対象ガスの流量を制限する流量制限機構として機能する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが，これらの実施形態は，例として提示したものであり，発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は，その他の様々な形態で実施されることが可能であり，発明の要旨を逸脱しない範囲で，種々の省略，置き換え，変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は，発明の範囲や要旨に含まれるとともに，特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ ガス分解装置
１１ ガス導入口
１２ 流路拡大部
１３ プレフィルタ
１４ ガス分解室
１５ オゾン処理室
１６ 流量調節部
１６１ 流量制限板
１６２ 回転軸
１７ ガス流出口
２０ ガス分解素子
２１ 誘電体基板
２２ 放電電極
２３ 接地電極
２４ 絶縁封止層
２５ 光触媒層
２６ ガス流隔壁
２８ ガス流隔壁
３０ 高電圧交流電源
４１ 制御装置
Ｓ 検出器
Ｕ 処理ユニット

Claims (15)

1. 第１、第２の主面を有する第１の誘電体基板と、
   第３、第４の主面を有する第２の誘電体基板と、
   前記第２の主面と前記第３の主面の間に挟持される接地電極と、
   前記第１の主面に配置される第１の放電電極と、
   前記第４の主面に配置される第２の放電電極と、
   をそれぞれ備え、互いに間隔を有して並列に配置される、複数の積層体と、
   前記複数の積層体間に対象ガスを供給するガス流路と、
   前記第１、第２の放電電極と前記接地電極間に交流電圧を印加して、前記第１、第２の放電電極で放電させることによって、前記複数の積層体間の間隙に前記対象ガスの複数のプラズマ誘起流を生成する交流電源と、
   前記ガス流路から供給されて前記複数の積層体間の間隙を通過した前記対象ガスの流量を制限する流量制限機構と、
   を具備するガス処理装置。
2. 前記複数の積層体間の間隙の厚さが、前記プラズマ誘起流の厚さの１．３倍以下である、
   請求項１記載のガス処理装置。
3. 前記複数の積層体と前記流量制限機構の間に配置されるオゾン処理触媒
   をさらに具備する、請求項１または２に記載のガス処理装置。
4. 前記ガス流路と前記複数の積層体の間に配置される、第２のオゾン処理触媒
   をさらに具備する、請求項３記載のガス処理装置。
5. 前記ガス流路と前記複数の積層体の間に配置され、前記ガス流路から供給されて前記複数の積層体間の間隙に流入する前記対象ガスの流量を制限する第２の流量制限機構
   をさらに具備する、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のガス処理装置。
6. 前記流量制限機構が、
   離間して配置される複数の板状体と、
   前記複数の板状体の角度を調節する調節機構と、を有する、
   請求項１乃至５のいずれか１項に記載のガス処理装置。
7. 前記複数のプラズマ誘起流が、前記ガス流路から前記流量制限機構に向かう方向に流れる第１のプラズマ誘起流と、前記流量制限機構から前記ガス流路に向かう方向に流れる第２のプラズマ誘起流と、を有する
   請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス処理装置。
8. 前記複数の積層体が、順に配置される第１、第２、および第３の積層体を有し、
   前記第１、第２の積層体間の第１の間隙に、前記第１のプラズマ誘起流が生成され、
   前記第２、第３の積層体間の第２の間隙に、前記第２のプラズマ誘起流が生成される、
   請求項７記載のガス処理装置。
9. 前記第１のプラズマ誘起流に対応する前記第１、第２の放電電極が、前記第１、第４の主面上の前記ガス流路側に配置され、
   前記第２のプラズマ誘起流に対応する前記第１、第２の放電電極が、前記第１、第４の主面上の前記流量制限機構側に配置される、
   請求項７または８に記載のガス処理装置。
10. 前記複数の積層体から出射した前記第１のプラズマ誘起流を前記第２のプラズマ誘起流へと誘導するガイド
    をさらに具備する請求項９記載のガス処理装置。
11. 前記複数の積層体がそれぞれ、前記第１、第４の主面上に、前記第１、第２の放電電極と対応して配置される第３、第４の放電電極を有する
    請求項１乃至１０のいずれか１項に記載のガス処理装置。
12. 前記第１、第２の放電電極と前記第３、第４の放電電極を切り替えて、交流電圧を印加する切り替え機構、
    をさらに具備する請求項１１記載のガス処理装置。
13. 前記流量制限機構を制御して、前記対象ガスの流量を周期的に制限する制御部
    をさらに具備する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガス処理装置。
14. 前記第１、第２の放電電極の汚れを検出する汚れ検出部と、
    前記汚れ検出器での検出結果に応じて、前記流量制限機構を制御して、前記対象ガスの流量を制限する制御部と、
    をさらに具備する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガス処理装置。
15. ガスの種別を検知するガス検知器と、
    前記ガス検知器での検知結果に応じて、前記流量制限機構を制御して、前記対象ガスの流量を制限する制御部と、
    をさらに具備する請求項１乃至１２のいずれか１項に記載のガス処理装置。

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