JPH0838881A - プラズマ化学反応装置 - Google Patents
プラズマ化学反応装置Info
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- JPH0838881A JPH0838881A JP18028294A JP18028294A JPH0838881A JP H0838881 A JPH0838881 A JP H0838881A JP 18028294 A JP18028294 A JP 18028294A JP 18028294 A JP18028294 A JP 18028294A JP H0838881 A JPH0838881 A JP H0838881A
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
- B01J2219/00—Chemical, physical or physico-chemical processes in general; Their relevant apparatus
- B01J2219/08—Processes employing the direct application of electric or wave energy, or particle radiation; Apparatus therefor
- B01J2219/0894—Processes carried out in the presence of a plasma
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- Oxygen, Ozone, And Oxides In General (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 多孔質体の放電ギャップ長を小さくして電子
エネルギーを高めることにより、高効率のプラズマ化学
反応を生じさせる。 【構成】 一対の電極８，９に電源１０から高電圧が印
加され、この一対の電極８，９間の間隙にガス送風装置
１３から原料ガス１１が送り込まれる。一対の電極８，
９間の間隙に、セラミック体６が設けられ、セラミック
体６の気孔７はセラミック体６を貫通する。気孔７にお
いて放電が発生し、この放電により原料ガス１１がプラ
ズマ反応に処理され、処理ガス１２として排出される。
エネルギーを高めることにより、高効率のプラズマ化学
反応を生じさせる。 【構成】 一対の電極８，９に電源１０から高電圧が印
加され、この一対の電極８，９間の間隙にガス送風装置
１３から原料ガス１１が送り込まれる。一対の電極８，
９間の間隙に、セラミック体６が設けられ、セラミック
体６の気孔７はセラミック体６を貫通する。気孔７にお
いて放電が発生し、この放電により原料ガス１１がプラ
ズマ反応に処理され、処理ガス１２として排出される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、上下水道の殺菌・消臭
・脱色、工業排水処理の脱臭・脱色、パルプの脱色およ
び医療機器の殺菌を行うため、プラズマ化学反応により
空気あるいは酸素ガス等からオゾンまたは過酸化水素を
発生させるプラズマ化学反応装置、またはプラズマ化学
反応により排煙の脱硝・脱硫を行うプラズマ化学反応装
置に関する。
・脱色、工業排水処理の脱臭・脱色、パルプの脱色およ
び医療機器の殺菌を行うため、プラズマ化学反応により
空気あるいは酸素ガス等からオゾンまたは過酸化水素を
発生させるプラズマ化学反応装置、またはプラズマ化学
反応により排煙の脱硝・脱硫を行うプラズマ化学反応装
置に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来のプラズマ化学反応装置として、無
声放電式オゾン発生装置を図３を用いて説明する。図３
に示すように、無声放電式オゾン発生装置は円筒状の金
属管１内に、円筒状の誘電体管２を同芯状に挿入して構
成される。誘電体管２の内面には、金属コート３が施さ
れる。この金属コート３に図示しない交流電源から高電
圧が印加され、誘電体管２と金属管１との間の放電ギャ
ップにおいて無声放電が発生する。このような放電ギャ
ップの距離は、一般に１mm程度となっており、この放電
ギャップ間には、原料ガス４として乾燥空気あるいは酸
素ガスが送られ、このガスの一部が無声放電によりオゾ
ン化されて、オゾン化ガス５として取り出される。
声放電式オゾン発生装置を図３を用いて説明する。図３
に示すように、無声放電式オゾン発生装置は円筒状の金
属管１内に、円筒状の誘電体管２を同芯状に挿入して構
成される。誘電体管２の内面には、金属コート３が施さ
れる。この金属コート３に図示しない交流電源から高電
圧が印加され、誘電体管２と金属管１との間の放電ギャ
ップにおいて無声放電が発生する。このような放電ギャ
ップの距離は、一般に１mm程度となっており、この放電
ギャップ間には、原料ガス４として乾燥空気あるいは酸
素ガスが送られ、このガスの一部が無声放電によりオゾ
ン化されて、オゾン化ガス５として取り出される。
【０００３】オゾン生成の過程は次のようなものであ
る。まず、原料ガス中のガス分子が無声放電により発生
した電子と衝突して、ガス分子が励起状態となる。この
励起状態のエネルギーが解離エネルギー以上になると、
解離してラジカルとなり、このラジカルのうち、原子酸
素（Ｏ）が他の酸素分子（Ｏ2 ）と結合して、オゾン
（Ｏ3 ）が生成する。
る。まず、原料ガス中のガス分子が無声放電により発生
した電子と衝突して、ガス分子が励起状態となる。この
励起状態のエネルギーが解離エネルギー以上になると、
解離してラジカルとなり、このラジカルのうち、原子酸
素（Ｏ）が他の酸素分子（Ｏ2 ）と結合して、オゾン
（Ｏ3 ）が生成する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】無声放電中の電子のエ
ネルギーは、近似的にマクスエル分布を示し、低エネル
ギーから高エネルギーまで分布している。無声放電中の
平均電子エネルギーは、およそ３〜５ｅＶである。これ
に対し、酸素分子（Ｏ2 ）の原子酸素（Ｏ）への解離エ
ネルギーは最低６ｅＶ必要である。したがって、無声放
電中の平均電子エネルギーが高くなると、原子酸素
（Ｏ）を生成する効率が上がり、その結果、オゾン（Ｏ
3 ）生成効率が上がることになる。
ネルギーは、近似的にマクスエル分布を示し、低エネル
ギーから高エネルギーまで分布している。無声放電中の
平均電子エネルギーは、およそ３〜５ｅＶである。これ
に対し、酸素分子（Ｏ2 ）の原子酸素（Ｏ）への解離エ
ネルギーは最低６ｅＶ必要である。したがって、無声放
電中の平均電子エネルギーが高くなると、原子酸素
（Ｏ）を生成する効率が上がり、その結果、オゾン（Ｏ
3 ）生成効率が上がることになる。
【０００５】また、排煙処理の場合、窒素酸化物の解離
エネルギーは１０ｅＶ以上と高いため、さらに高い平均
電子エネルギーが必要となってくる。このように無声放
電中の電子エネルギーを高めることができれば、このよ
うなプラズマ化学反応の効率を高めることが可能にな
る。
エネルギーは１０ｅＶ以上と高いため、さらに高い平均
電子エネルギーが必要となってくる。このように無声放
電中の電子エネルギーを高めることができれば、このよ
うなプラズマ化学反応の効率を高めることが可能にな
る。
【０００６】本発明はこのような点を考慮してなされた
ものであり、電子エネルギーを高めることによりプラズ
マ化学反応の効率を向上させることができるプラズマ化
学反応装置を提供することを目的とする。
ものであり、電子エネルギーを高めることによりプラズ
マ化学反応の効率を向上させることができるプラズマ化
学反応装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、一対の電極
と、この一対の電極に高電圧を印加する電源と、前記一
対の電極間の間隙内に設けられ、貫通する気孔を内部に
有する誘電性多孔質体と、前記一対の電極間の多孔質体
に原料ガスを送り込み、多孔質体の気孔により形成され
た放電ギャップに生じるプラズマ化学反応により原料ガ
スを処理し、処理ガスを排出するガス送風装置と、を備
えたことを特徴とするプラズマ化学反応装置である。
と、この一対の電極に高電圧を印加する電源と、前記一
対の電極間の間隙内に設けられ、貫通する気孔を内部に
有する誘電性多孔質体と、前記一対の電極間の多孔質体
に原料ガスを送り込み、多孔質体の気孔により形成され
た放電ギャップに生じるプラズマ化学反応により原料ガ
スを処理し、処理ガスを排出するガス送風装置と、を備
えたことを特徴とするプラズマ化学反応装置である。
【０００８】
【作用】ガス送風装置により原料ガスを一対の電極間に
送り込み、同時に電源により一対の電極に高電圧を印加
する。この場合、誘電性多孔質体の気孔内で放電が生
じ、この放電により原料ガスがプラズマ化学反応により
処理され、処理ガスとして排出される。多孔質体の気孔
内で放電が生じるため、放電ギャップの距離を小さくし
て電子エネルギーを高くすることができる。
送り込み、同時に電源により一対の電極に高電圧を印加
する。この場合、誘電性多孔質体の気孔内で放電が生
じ、この放電により原料ガスがプラズマ化学反応により
処理され、処理ガスとして排出される。多孔質体の気孔
内で放電が生じるため、放電ギャップの距離を小さくし
て電子エネルギーを高くすることができる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１および図２は本発明によるプラズマ化
学反応装置の一実施例を示す図である。
て説明する。図１および図２は本発明によるプラズマ化
学反応装置の一実施例を示す図である。
【００１０】図１において、プラズマ化学反応装置は一
対の金属電極８，９と、この一対の金属電極８，９に高
電圧を印加する交流電源１０とを備えている。また、一
対の金属電極８，９間の間隙内に原料ガス１１を送り込
むため、ガス送風装置１３が設けられている。
対の金属電極８，９と、この一対の金属電極８，９に高
電圧を印加する交流電源１０とを備えている。また、一
対の金属電極８，９間の間隙内に原料ガス１１を送り込
むため、ガス送風装置１３が設けられている。
【００１１】さらに一対の金属電極８，９間の間隙内に
は、多孔質のセラミック体６が配設されている。このセ
ラミック体６は、セラミック粉体６ａを高温で焼結する
ことにより得られ、粉体６ａ間に気孔７が存在する。
は、多孔質のセラミック体６が配設されている。このセ
ラミック体６は、セラミック粉体６ａを高温で焼結する
ことにより得られ、粉体６ａ間に気孔７が存在する。
【００１２】一般の構造材料や電気材料に用いられるセ
ラミックは、この気孔量を小さくして各々の気孔を独立
気孔とし、多数の気孔が連続してセラミック母材を貫通
しないようになっている。これに対して本発明のセラミ
ック体６は気孔率が高くなっており気孔７が連続し、こ
の気孔７がセラミック体６を貫通するようになってい
る。また気孔７の孔径は、およそ数μｍ〜数百μｍの範
囲となっており、この値は無声放電式オゾン発生装置の
放電ギャップの距離（以下、放電ギャップ長）である１
mm程度より１桁から３桁小さくなっている。このため、
気孔７内の放電開始電界は、無声放電式オゾン発生装置
より高くなり、これにより電子エネルギーは無声放電式
オゾン発生装置より高くなる。
ラミックは、この気孔量を小さくして各々の気孔を独立
気孔とし、多数の気孔が連続してセラミック母材を貫通
しないようになっている。これに対して本発明のセラミ
ック体６は気孔率が高くなっており気孔７が連続し、こ
の気孔７がセラミック体６を貫通するようになってい
る。また気孔７の孔径は、およそ数μｍ〜数百μｍの範
囲となっており、この値は無声放電式オゾン発生装置の
放電ギャップの距離（以下、放電ギャップ長）である１
mm程度より１桁から３桁小さくなっている。このため、
気孔７内の放電開始電界は、無声放電式オゾン発生装置
より高くなり、これにより電子エネルギーは無声放電式
オゾン発生装置より高くなる。
【００１３】次にこのような構成からなる本実施例の作
用について説明する。まずガス送風装置１３により、セ
ラミック体６内の気孔７に原料ガス１１を送り込む。同
時に交流電源１０により高電圧を発生させ、一対金属電
極８，９間に高電圧を印加すると、気孔７内に放電が発
生する。この場合、気孔７内では、原料ガス１１がプラ
ズマ化学反応により処理されて処理ガス１２となり、そ
の後、処理ガス１２が排出される。原料ガス１１とし
て、空気あるいは酸素ガス等を選ぶと、処理ガス１２は
オゾン化したガスとなり、プラズマ化学反応装置はオゾ
ン発生装置となる。
用について説明する。まずガス送風装置１３により、セ
ラミック体６内の気孔７に原料ガス１１を送り込む。同
時に交流電源１０により高電圧を発生させ、一対金属電
極８，９間に高電圧を印加すると、気孔７内に放電が発
生する。この場合、気孔７内では、原料ガス１１がプラ
ズマ化学反応により処理されて処理ガス１２となり、そ
の後、処理ガス１２が排出される。原料ガス１１とし
て、空気あるいは酸素ガス等を選ぶと、処理ガス１２は
オゾン化したガスとなり、プラズマ化学反応装置はオゾ
ン発生装置となる。
【００１４】本実施例において、気孔７の気孔率が高く
なって気孔７が連続してセラミック体６を貫通する。こ
のため、気孔７内に原料ガス１１を流すことにより、気
孔７内でプラズマ化学反応を生じさせ、処理したガス１
２をセラミック体６の外方へ取りだすことができる。ま
た、気孔７の孔径は、およそ数μｍ〜数百μｍの範囲と
なっており、この値は無声放電式オゾン発生装置の放電
ギャップ長である１mm程度より１桁から３桁小さい。
なって気孔７が連続してセラミック体６を貫通する。こ
のため、気孔７内に原料ガス１１を流すことにより、気
孔７内でプラズマ化学反応を生じさせ、処理したガス１
２をセラミック体６の外方へ取りだすことができる。ま
た、気孔７の孔径は、およそ数μｍ〜数百μｍの範囲と
なっており、この値は無声放電式オゾン発生装置の放電
ギャップ長である１mm程度より１桁から３桁小さい。
【００１５】次に図２を用いて、本発明と無声放電の電
子エネルギーの関係を説明する。
子エネルギーの関係を説明する。
【００１６】図２に放電開始条件の換算電界Ｅ／ｎと、
放電ギャップ長ｄ（cm）および圧力ｐ（bar ）の関係を
示す。ここで、放電ギャップ長ｄは粉体６ａ間の距離で
あるが、気孔７の孔径に略相当する。また圧力ｐは気孔
７内の原料ガスの圧力である。換算電界Ｅ／ｎは放電ギ
ャップの電界Ｅを中性分子密度ｎで除したもので、放電
ギャップ長ｄと圧力ｐの積により決定される。図２に示
すように、従来の無声放電ではその動作点はＡ点とな
り、これに対して本発明の動作点はＢ点より左側、すな
わちｐ×ｄ＜０．０５bar ・cmの範囲となる。換算電界
Ｅ／ｎは電子のエネルギーを一義的に決定する物理量で
あって、換算電界Ｅ／ｎが高いほど、電子のエネルギー
は高くなる。図２に示すように、本発明による換算電界
Ｅ／ｎは、Ｂ点より左側に位置するので、無声放電の場
合のＡ点より高いことが分る。したがって、本発明によ
れば高い電子エネルギーを得ることができる。
放電ギャップ長ｄ（cm）および圧力ｐ（bar ）の関係を
示す。ここで、放電ギャップ長ｄは粉体６ａ間の距離で
あるが、気孔７の孔径に略相当する。また圧力ｐは気孔
７内の原料ガスの圧力である。換算電界Ｅ／ｎは放電ギ
ャップの電界Ｅを中性分子密度ｎで除したもので、放電
ギャップ長ｄと圧力ｐの積により決定される。図２に示
すように、従来の無声放電ではその動作点はＡ点とな
り、これに対して本発明の動作点はＢ点より左側、すな
わちｐ×ｄ＜０．０５bar ・cmの範囲となる。換算電界
Ｅ／ｎは電子のエネルギーを一義的に決定する物理量で
あって、換算電界Ｅ／ｎが高いほど、電子のエネルギー
は高くなる。図２に示すように、本発明による換算電界
Ｅ／ｎは、Ｂ点より左側に位置するので、無声放電の場
合のＡ点より高いことが分る。したがって、本発明によ
れば高い電子エネルギーを得ることができる。
【００１７】このように本実施例によれば、電子エネル
ギーを高めることにより、プラズマ化学反応の効率を高
めることができ、これによって高効率のオゾン発生装置
が得られる。
ギーを高めることにより、プラズマ化学反応の効率を高
めることができ、これによって高効率のオゾン発生装置
が得られる。
【００１８】なお、原料ガス１１として、水分を含む空
気あるいは酸素ガス等を用いると、処理ガス１２は過酸
化水素を含み、プラズマ化学反応装置は過酸化水素発生
装置となる。また、原料ガス１１が排煙の場合、プラズ
マ化学反応装置により排煙中に含まれる窒素酸化物ある
いは硫黄酸化物を除去することができ、処理ガス中に窒
素酸化物または硫黄酸化物は含まれなくなる。この場
合、プラズマ化学反応装置は脱硝、脱硫装置となる。さ
らに他の原料ガスについても、原料ガスの分子の解離エ
ネルギーが数ｅＶ以上と高い場合には、本発明を用いる
ことができる。
気あるいは酸素ガス等を用いると、処理ガス１２は過酸
化水素を含み、プラズマ化学反応装置は過酸化水素発生
装置となる。また、原料ガス１１が排煙の場合、プラズ
マ化学反応装置により排煙中に含まれる窒素酸化物ある
いは硫黄酸化物を除去することができ、処理ガス中に窒
素酸化物または硫黄酸化物は含まれなくなる。この場
合、プラズマ化学反応装置は脱硝、脱硫装置となる。さ
らに他の原料ガスについても、原料ガスの分子の解離エ
ネルギーが数ｅＶ以上と高い場合には、本発明を用いる
ことができる。
【００１９】
【発明の効果】このように本発明によれば、多孔質体の
放電ギャップ長を小さくして電子エネルギーを高めるこ
とができ、これにより高効率のプラズマ化学反応装置を
得ることができる。
放電ギャップ長を小さくして電子エネルギーを高めるこ
とができ、これにより高効率のプラズマ化学反応装置を
得ることができる。
【図１】本発明によるプラズマ化学反応装置の一実施例
を示す概略図。
を示す概略図。
【図２】本発明の作用を示す図。
【図３】従来例である無声放電式オゾン発生装置の構成
を示す図。
を示す図。
６ セラミック体 ７ 気孔 ８，９ 一対の金属電極 １０ 交流電源 １１ 原料ガス １２ 処理ガス １３ 送風装置
Claims (4)
- 【請求項１】一対の電極と、 この一対の電極に高電圧を印加する電源と、 前記一対の電極間の間隙内に設けられ、貫通する気孔を
内部に有する誘電性多孔質体と、 前記一対の電極間の多孔質体に原料ガスを送り込み、多
孔質体の気孔により形成された放電ギャップに生じるプ
ラズマ化学反応により原料ガスを処理し、処理ガスを排
出するガス送風装置と、 を備えたことを特徴とするプラズマ化学反応装置。 - 【請求項２】多孔質体は多孔質のセラミック体であるこ
とを特徴とする請求項１記載のプラズマ化学反応装置。 - 【請求項３】多孔質体の気孔の孔径は数μｍ〜数百μｍ
であることを特徴とする請求項１記載のプラズマ化学反
応装置。 - 【請求項４】多孔質体の気孔により形成される放電ギャ
ップの距離と、その気孔内における原料ガスの圧力との
関係は、 放電ギャップの距離×原料ガスの圧力＜０．０５bar.cm
の条件を満たすことを特徴とする請求項１記載のプラズ
マ化学反応装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18028294A JPH0838881A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | プラズマ化学反応装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18028294A JPH0838881A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | プラズマ化学反応装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0838881A true JPH0838881A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16080497
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18028294A Pending JPH0838881A (ja) | 1994-08-01 | 1994-08-01 | プラズマ化学反応装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0838881A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19739181A1 (de) * | 1997-09-08 | 1999-03-11 | Abb Research Ltd | Entladungsreaktor und Verwendung desselben |
| JP2009195711A (ja) * | 2009-03-30 | 2009-09-03 | Fujitsu Ltd | ダイオキシン含有被処理物質の浄化方法及びダイオキシン含有被処理物質の浄化装置 |
| KR20200046834A (ko) * | 2018-10-25 | 2020-05-07 | 서강대학교산학협력단 | 유전체 입자들 사이의 갭 거리가 조절된 메탄의 비-산화 커플링 반응용 유전체 배리어 방전 플라즈마 반응기 |
| US11633708B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-04-25 | Industry-University Cooperation Foundation Sogang University | Dielectric barrier discharge plasma reactor for non-oxidative coupling of methane having a controlled gap distance between dielectric particles and regeneration method of deactivated bed in the same |
-
1994
- 1994-08-01 JP JP18028294A patent/JPH0838881A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19739181A1 (de) * | 1997-09-08 | 1999-03-11 | Abb Research Ltd | Entladungsreaktor und Verwendung desselben |
| US6136278A (en) * | 1997-09-08 | 2000-10-24 | Abb Research Ltd. | Discharge reactor and uses thereof |
| JP2009195711A (ja) * | 2009-03-30 | 2009-09-03 | Fujitsu Ltd | ダイオキシン含有被処理物質の浄化方法及びダイオキシン含有被処理物質の浄化装置 |
| KR20200046834A (ko) * | 2018-10-25 | 2020-05-07 | 서강대학교산학협력단 | 유전체 입자들 사이의 갭 거리가 조절된 메탄의 비-산화 커플링 반응용 유전체 배리어 방전 플라즈마 반응기 |
| US11633708B2 (en) | 2018-10-25 | 2023-04-25 | Industry-University Cooperation Foundation Sogang University | Dielectric barrier discharge plasma reactor for non-oxidative coupling of methane having a controlled gap distance between dielectric particles and regeneration method of deactivated bed in the same |
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