JP6671118B2 - ガス処理装置 - Google Patents

Description

この発明は、処理対象ガスを浄化するガス処理装置に関するものである。

大気汚染の原因となる、工場や焼却炉などから排出される排気ガスには、有害ガス、無害ガス、粉塵が含まれる。従来、排気ガスを処理対象ガスとし、処理対象ガスを浄化するガス処理装置には、多数の貫通孔を有するハニカム構造体が通風路内に配置され、ハニカム構造体の両端に配置された電極間に高電圧が印加されると、ハニカム構造体の貫通孔内にプラズマを発生させるものがある。これは、プラズマによって、処理対象ガスに含まれる有害ガスが無害な物質に分解されるものである（例えば、特許文献１参照）。

上述したガス処理装置では、ハニカム構造体内において全体として均一にプラズマを発生させる技術が確立されておらず、ガス処理能力が不安定となる。一方、ハニカム構造体の内部でのプラズマの発生状態は、処理対象ガス中の水分が多いほど活発に行われ、水分が少ないと抑制される特性がある。そこで、特許文献２には、電極とハニカム構造体との間の空間へ加湿装置によって水分を送り込み、処理対象ガス中の水分濃度を高め、プラズマ放電を活性化させてガス浄化能力を高めたガス浄化装置が開示されている。

特開２０００−１４０５６２号公報 特開２００４−０８９７０８号公報

しかしながら、上述した特許文献２に開示された技術では、加湿装置によって送り込む水分量を制御していないため、供給する水分量が過少であればプラズマ放電の発生が不十分でガス処理能力が不足し、供給する水分量が過多であれば放電が激しくなり火花放電のような異常放電が発生するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ハニカム構造体内において均一にプラズマを発生させ、ガス処理能力の安定性を向上させたガス処理装置を提供することを目的とする。

この発明に係るガス処理装置は、通風路に配置され、通風路を流れる処理対象ガスに加湿を行う水処理部と、水処理部より通風路の下流側に設けられ、水処理部によって加湿された処理対象ガスに、水処理部によって加湿を行う前の処理対象ガスを混合して湿度調整を行う混合部と、混合部より通風路の下流側に設けられ、混合部において湿度調整が行われた混合処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有するハニカム構造体、および混合処理対象ガスが通過する方向に対してハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置される電極を有し、ハニカム構造体の貫通孔にプラズマを発生させるプラズマ処理部と、水処理部によって加湿を行う前の処理対象ガスの相対湿度を計測する第１の湿度計測部と、第１の湿度計測部の計測結果に基づいて、混合部に供給する処理対象ガスの供給流量を算出し、処理対象ガスを算出した供給量で混合部に供給する制御を行う制御部とを備えるものである。

この発明によれば、ハニカム構造体に水分濃度が一定となった処理対象ガスを送り込むことができ、プラズマ放電を均一化させ、且つ活性化させることができる。これにより、ガス処理能力の安定性を向上させたガス処理装置を提供することができる。

実施の形態１に係るガス処理装置の構造を示す図である。 実施の形態１に係るガス処理装置のスクラバーユニットの構成を示す概略図である。 実施の形態１に係るガス処理装置のプラズマ処理部の構成を示す概略図である。 実施の形態１に係るガス処理装置の制御部の構成を示すブロック図である。

以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るガス処理装置１は、図１に示すように、通風路Ａに配置された、スクラバーユニット（水処理部）２、ミキシング部（混合部）３およびプラズマ処理部４と、ミキシング部３に供給する処理対象ガスの流量、およびプラズマ処理部４で処理されたガスを循環させる流量を制御する制御部５を備えて構成される。

通風路Ａには２つのダクトＡ´，Ａ´´が接続される。ダクトＡ´は、スクラバーユニット２の上流側からミキシング部３に延びるダクトであり、処理対象ガスＢをミキシング部３に供給する。ダクトＡ´´は、プラズマ処理部４の下流側からスクラバーユニット２の上流側に延びるダクトであり、処理済みガスＥを処理対象ガスＢとして循環させる。ダクトＡ´は処理対象ガスＢの供給流量を調整するための第１の給気弁６を備え、ダクトＡ´´は処理済みガスＥの循環流量を調整するための第２の給気弁７を備える。

処理対象ガスＢに含まれる有害ガスには、窒素酸化物（ＮＯ_ｘ）、硫黄酸化物（ＳＯ_ｘ）、フロン、二酸化炭素（ＣＯ_２）、揮発性有機溶剤（ＶＯＣ）などがある。また、処理対象ガスＢに含まれる粉塵には、金属粉、岩石粉などの無機粉塵、綿埃などの有機粉塵があり、本発明では、物の燃焼に伴い発生する煤塵や、自動車などの排気ガスに含まれる粒子状物質なども粉塵に含むものとする。

図２は、実施の形態１に係るガス処理装置１のスクラバーユニット２の構成を示す概略図である。
図２に示すように、スクラバーユニット２の槽８の内部は、仕切り板９によって下部が連通した状態の２つの空間に仕切られている。一方の空間には、槽８の内壁と仕切り板９により充填材１０が支持され、充填材１０の上方に、充填材１０に向けて水を霧状に散布する散布部１１が設けられている。また、散布部１１の上方の位置の槽８には、充填材１０を通過した相対湿度１００％の処理対象ガスＣを通風路Ａに排気する排気口１３が設けられている。また、充填材１０が支持されている空間とは他方の空間を形成する槽８には、通風路Ａに接続され、処理対象ガスＢを吸気する吸気口１２が設けられている。また、充填材１０は、繊維状に加工されたポリエステル、ポリプロピレンなどの樹脂により構成され、繊維状の樹脂間には空隙が形成されている。

槽８の底部には、水を貯留する水槽１４が設けられており、水槽１４にはポンプ１５が接続されている。ポンプ１５は、水槽１４の水を散布部１１に揚水する構成である。また、水槽１４の底面には、排水ホース１６が接続されており、排水ホース１６には、排水弁１７が設けられている。また、槽８には、給水口１９が設けられ、給水口１９には給水ホース１８が接続されている。

水槽１４に貯留する水は循環水として利用され、ポンプ１５により揚水され、散布部１１により散布されるサイクルを繰り返す。汚れなどにより、循環水を交換する必要が生じた際には、排水弁１７を開いて排水ホース１６より排水し、給水ホース１８が接続された給水口１９より新たな水を供給する。

上記のように構成されたスクラバーユニット２では、吸気口１２から槽８内に送り込まれた処理対象ガスＢが、充填材１０内の空隙を上昇する際に、散布部１１より散布される霧状の水と気液接触する。処理対象ガスＢを水と気液接触させることにより、流入した処理対象ガスＢの相対湿度を１００％とすることができる。相対湿度１００％の処理対象ガスＣはスクラバーユニット２の排気口１３から排気される。

ミキシング部３は、スクラバーユニット２側から給気された相対湿度１００％の処理対象ガスＣと、スクラバーユニット２の上流側の湿度調整が行われていない処理対象ガスＢとを混合し、相対湿度約９０％の混合処理対象ガスＤを作る。ここで、設定する相対湿度約９０％とは、プラズマ放電の発生に十分な水分量、且つ火花放電のような異常放電の発生を抑制する水分量である。なお、相対湿度約９０％との数値は、一例である。ミキシング部３には、処理対象ガスＢを供給するためのダクトＡ´が接続され、当該ダクトＡ´には処理対象ガスＢの供給量を制御するための第１の給気弁６が設けられている。後述する制御部５のミキシング流量制御部によって第１の給気弁６の開度が制御され、混合処理対象ガスＤの相対湿度が約９０％となるように、処理対象ガスＢの供給流量が調整される。

図３は、実施の形態１に係るガス処理装置１のプラズマ処理部４の構成を示す概略図である。
図３に示すように、混合処理対象ガスＤが通過するハニカム構造体２０、ハニカム構造体２０の上流側に配置される第１の電極２１、ハニカム構造体２０の下流側に配置される第２の電極２２、および第１の電極２１と第２の電極２２の間に高電圧を印加する高電圧電源２３を有する。

ハニカム構造体２０は、通風路Ａを流れる混合処理対象ガスＤを通過させる方向に、蜂の巣状に形成された多数の貫通孔２０ａを有し、セラミックなどで構成される。第１の電極２１は、導線を介して高電圧電源２３のプラス極に接続され、金属製メッシュなどで構成される。また、第２の電極２２は、導線を介して高電圧電源２３のマイナス極に接続され、金属製メッシュなどで構成される。第１の電極２１および第２の電極２２のメッシュ形状は、図２に示すように、ハニカム構造体２０に形成された貫通孔２０ａより粗く形成される。高電圧電源２３は、第１の電極２１と第２の電極２２の間に数ｋＶ〜数１０ｋＶの高電圧を印加する。

上記のように構成されたプラズマ処理部４は、第１の電極２１と第２の電極２２の間に高電圧が印加されると、ハニカム構造体２０の貫通孔２０ａの内部にプラズマを発生させる。これにより、プラズマ中に生成されるイオンやラジカルによって、混合処理対象ガスＤに含まれる有害ガスが無害な物質に分解される。また、上記のように構成されたプラズマ処理部４では、混合処理対象ガスＤに含まれる粉塵が、第１の電極２１および第２の電極２２に帯電付着し、吸着除去される。プラズマ処理部４によって処理されたガスは、処理済みガスＥとして通風路Ａの下流側に排気される。

上述した処理対象ガスＢ、相対湿度１００％の処理対象ガスＣ、混合処理対象ガスＤ、処理済みガスＥは、通風路Ａ、ダクトＡ´およびダクトＡ´´内を図１の矢印の向きに進む。

図４は、実施の形態１に係るガス処理装置１の制御部５の構成を示すブロック図である。
制御部５は、供給流量算出部２４、供給流量制御部２５、フィードバック流量算出部２６およびフィードバック流量制御部２７で構成される。制御部５には、通風路ＡまたはダクトＡ´を流れる処理対象ガスＢの相対湿度を計測する第１の相対湿度センサ２８が接続される。

供給流量算出部２４は、第１の相対湿度センサ２８が計測した処理対象ガスＢの相対湿度に基づいて、混合処理対象ガスＤの相対湿度を約９０％とするために、ミキシング部３に供給すべき処理対象ガスＢの流量を算出する。供給流量の算出では、処理対象ガスＣは相対湿度１００％であり、且つ処理対象ガスＢと相対湿度１００％の処理対象ガスＣの温度が同一であるという条件に基づき、相対湿度１００％の処理対象ガスＣに混合すべき処理対象ガスＢの供給流量が算出される。供給流量制御部２５は、供給流量算出部２４が算出した処理対象ガスＢの供給流量に基づいて、ダクトＡ´の第１の給気弁６の開度を制御する。

また、図４に示したように、第２の相対湿度センサ２９を設けて構成してもよい。第２の相対湿度センサ２９は、ミキシング部３の下流側に配置され、ミキシング部３から排気される混合処理対象ガスＤの相対湿度を計測する。供給流量算出部２４は、当該第２の相対湿度センサ２９が計測した混合処理対象ガスＤの相対湿度を参照し、ミキシング部３において相対湿度約９０％の混合処理対象ガスＤが作られているか確認する。混合処理対象ガスＤの相対湿度が設定された９０％から所定範囲以上ずれている場合には、供給流量算出部２４が第２の相対湿度センサ２９が計測した混合処理対象ガスＤの相対湿度も考慮し、ミキシング部３に供給する処理対象ガスＢの流量を算出する構成としてもよい。

さらに、プラズマ処理部４の下流側に、プラズマ処理後の処理済みガスＥの成分を計測するセンサ、例えばにおいセンサ３０を設け、当該においセンサ３０の計測結果をフィードバック流量算出部２６に入力する。フィードバック流量算出部２６は、においセンサ３０の計測値に基づいて、処理済みガスＥをスクラバーユニット２の上流側に循環させるための流量を算出する。フィードバック流量制御部２７は、フィードバック流量算出部２６が算出した処理済みガスＥを循環させる流量に基づいて、ダクトＡ´´の第２の給気弁７の開度を制御する。具体的には、においセンサ３０の計測値が処理済みガスＥに有害ガスなどが残存していることを示している場合には、より多くの処理済みガスＥをスクラバーユニット２の上流側に循環させるために、第２の給気弁７の開度を大きく調整する。

上述した構成により、相対湿度１００％の処理対象ガスＣに、当該処理対象ガスＣと同一温度の処理対象ガスＢを混合して相対湿度約９０％の混合処理対象ガスＤを調整することにより、相対湿度約９０％に安定した混合処理対象ガスＤが得られる。これにより、プラズマ処理に最適な湿度に調整された処理対象ガスが、プラズマ処理部４に安定して供給される。

また、プラズマ処理部４の下流側において、プラズマ処理後の処理済みガスＥの成分を計測し、計測値に応じて処理済みガスＥをスクラバーユニット２の上流側に循環させて再度プラズマ処理を実施することができる。これにより、ガス処理装置１の分解効率が高まる。

以上のように、この実施の形態１によれば、通風路Ａを流れる処理対象ガスＢの相対湿度を１００％に調整するスクラバーユニット２と、相対湿度１００％の処理対象ガスＣと処理対象ガスＢを混合して設定された相対湿度に調整するミキシング部３を備え、相対湿度が調整された処理対象ガスをプラズマ処理部４に給気するように構成したので、プラズマ処理に最適な湿度に調整された処理対象ガスをプラズマ処理部４に給気させることができ、プラズマ放電を均一化させ、且つ活性化させることができる。これにより、プラズマ処理部４のガス処理能力の安定性を向上させることができる。

また、この実施の形態１によれば、スクラバーユニット２の上流側の処理対象ガスＢの相対湿度を計測する第１の相対湿度センサ２８と、第１の相対湿度センサ２８の計測結果に基づいてミキシング部３に供給する処理対象ガスＢの流量を算出してダクトＡ´に設けられた第１の給気弁６の開度を調整する制御部５を備えるように構成したので、ミキシング部３において設定された相対湿度に調整された混合処理対象ガスＤを安定して作ることができる。
また、温度が同一である処理対象ガスＢと相対湿度１００％の処理対象ガスＣとを混合するように構成したので、混合処理対象ガスＤにおける温度変化による相対湿度の変化を抑制することができる。

また、この実施の形態１によれば、ミキシング部３の下流側の混合処理対象ガスＤの相対湿度を計測する第２の相対湿度センサ２９を備え、制御部５が第１の相対湿度センサ２８に加えて第２の相対湿度センサ２９の計測結果に基づいて、ミキシング部３に供給する処理対象ガスＢの流量を算出してダクトＡ´に設けられた第１の給気弁６の開度を調整するように構成したので、ミキシング部３において設定された相対湿度に調整された混合処理対象ガスＤを確実に作ることができる。

また、この実施の形態１によれば、プラズマ処理部４を通過した処理済みガスＥの成分を検出するセンサ、例えばにおいセンサ３０を備え、制御部５が当該センサの検出結果に基づいて処理済みガスＥをスクラバーユニット２の上流側に処理対象ガスＢとして循環させる流量を算出し、ダクトＡ´´に設けられた第２の給気弁７の開度を調整するように構成したので、ガス処理装置１の分解効率を高めることができる。

なお、上述した実施の形態１において、ミキシング部３において相対湿度を約９０％に設定する構成を示したが、９０％との数値は一例であり限定されるものではない。プラズマ放電の発生に十分な水分量、且つ火花放電のような異常放電の発生を抑制する水分量であれば、設定値は適宜変更可能である。

なお、上述した実施の形態１において、スクラバーユニット２が処理対象ガスＢの相対湿度を１００％に調整する場合を例に示したが、スクラバーユニット２が調整する相対湿度は１００％に限定されるものではなく、安定した相対湿度の処理対象ガスを得ることができれば、スクラバーユニット２が調整する相対湿度の設定値は適宜設定可能である。その場合、ミキシング部３は、設定された相対湿度の処理対象ガスＣに混合すべき処理対象ガスＢの供給流量を算出すればよい。

なお、本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。

１ ガス処理装置
２ スクラバーユニット
３ ミキシング部
４ プラズマ処理部
５ 制御部
６ 第１の給気弁
７ 第２の給気弁
８ 槽
９ 仕切り板
１０ 充填材
１１ 散布部
１２ 吸気口
１３ 排気口
１４ 水槽
１５ ポンプ
１６ 排水ホース
１７ 排水弁
１８ 給水ホース
１９ 給水口
２０ ハニカム構造体
２０ａ 貫通孔
２１ 第１の電極
２２ 第２の電極
２３ 高電圧電源
２４ 供給流量算出部
２５ 供給流量制御部
２６ フィードバック流量算出部
２７ フィードバック流量制御部
２８ 第１の相対湿度センサ
２９ 第２の相対湿度センサ
３０ においセンサ

Claims (2)

1. 通風路に配置され、前記通風路を流れる処理対象ガスに加湿を行う水処理部と、
   前記水処理部より前記通風路の下流側に設けられ、前記水処理部によって加湿された処理対象ガスに、前記水処理部によって加湿を行う前の処理対象ガスを混合して湿度調整を行う混合部と、
   前記混合部より前記通風路の下流側に設けられ、前記混合部において湿度調整が行われた混合処理対象ガスが通過する多数の貫通孔を有するハニカム構造体、および前記混合処理対象ガスが通過する方向に対して前記ハニカム構造体の上流側と下流側にそれぞれ配置される電極を有し、前記ハニカム構造体の前記貫通孔にプラズマを発生させるプラズマ処理部と、
   前記水処理部によって加湿を行う前の処理対象ガスの相対湿度を計測する第１の湿度計測部と、
   前記混合部において湿度調整が行われた前記混合処理対象ガスの相対湿度を計測する第２の湿度計測部と、
   前記第１の湿度計測部の計測結果、または前記第１の湿度計測部の計測結果および前記第２の湿度計測部の計測結果に基づいて、前記混合部に供給する前記処理対象ガスの供給流量を算出し、前記処理対象ガスを算出した供給流量で前記混合部に供給する制御を行う制御部とを備え、
   前記制御部は、前記第２の湿度計測部の計測結果が設定されている相対湿度から所定範囲以上ずれている場合に、前記第１の湿度計測部の計測結果および前記第２の湿度計測部の計測結果に基づいて、前記供給流量を算出するガス処理装置。
2. 前記プラズマ処理部を通過した処理済みガスの成分を検出するセンサを備え、
   前記制御部は、前記センサの検出結果に基づいて、前記処理済みガスを前記水処理部の上流側の通風路に前記処理対象ガスとして循環させる循環流量を算出し、算出した循環流量で前記処理済みガスの循環を制御することを特徴とする請求項１記載のガス処理装置。

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