JPH11347342A

JPH11347342A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH11347342A
Application number: JP10161605A
Authority: JP
Inventors: Takashi Hirose; 尚広瀬
Original assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Meidensha Corp; Meidensha Electric Manufacturing Co Ltd
Priority date: 1998-06-10
Filing date: 1998-06-10
Publication date: 1999-12-21

Abstract

(57)【要約】【課題】広範囲において均一かつ高密度なプラズマを
発生させることができる。【解決手段】一定の間隔を隔てて対向配置されたメッ
シュ電極１１ａ，１１ｂには、高圧交番電界印加電源１
２が接続される。メッシュ電極１１ａ，１１ｂは、誘電
体１３ａ，１３ｂにより被覆されて、プラズマ発生部が
構成される。誘電体１３ａ，１３ｂは、触媒担持無機イ
オン交換体であるゼオライト１４ａ，１４ｂにより被覆
される。高圧交番電界印加電源１２としては、交流ある
いはパルス高電圧電源が使用される。このように構成さ
れたプラズマ発生装置において、メッシュ電極１１ａ，
１１ｂを被覆している誘電体１３ａ，１３ｂは、交番高
電圧を受けて、分極し、プラズマ発生部間に交番高電界
を発生する。この高電界により加速、励起された電子
は、プラズマ発生部間中の処理対象ガス（環境汚染物
質）をプラズマ化し、ガスは酸化、還元、分解等の作用
を受ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、重質油やＮ
Ｏ_X、ＣＯ_X等の環境汚染物質を処理するプラズマ発生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】重油、廃プラスチックの熱分解ワックス
等Ｃ１２＋からなる高級炭化水素の重質油や石油、石炭
等化石燃料の燃焼時に発生するＮＯ_X，ＣＯ_X，ＳＯ_X等
の有害ガスおよびベンゼン、トリクロロエチレン、ダイ
オキシン等の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）からなる、所
謂、環境汚染物質が近年問題になっている。このため、
化学的や電気的な処理方法などにより、上記環境汚染物
質を処理することが行われるようになってきた。化学的
な処理方法には、脱硫や脱硝法があり、電気的な処理方
法としては電気集塵法やプラズマ法等がある。これらの
中でも、最近プラズマ法が注目されるようになってき
た。このプラズマ法には、特開平６−２６９６３５号公
報に示すような方法がある。この公報に示されているプ
ラズマ排ガス処理は、脱硝装置を通ったガスをプラズマ
排ガス処理装置に導入して、排ガスをプラズマ化し、そ
の後、吸着剤装置に導入する手段を採用したものであ
る。

【０００３】ここで、プラズマ排ガス処理装置で使用さ
れるプラズマ発生用のリアクタ構成について述べる。図
１６（ａ）は大流量、低圧力損失、低消費電力、高密度
でのプラズマ発生を目的とするプラズマ発生用のリアク
タ構成図である。図１６（ａ）において、櫛形電極１
ａ，１ｂおよび３ａ，３ｂ（１ａ，３ａは電極の歯部）
が誘電体隔壁２を介して対向される。電極１ａ，１ｂと
３ａ，３ｂ間には、交番電圧が印加され、電極１ａ，１
ｂおよび３ａ、３ｂに接する誘電体表面は、課電され分
極し、電界を生じて、プラズマが発生する。

【０００４】但し、発生する電界の形状は、電極の櫛の
歯部１ａ，３ａを中心とした一点集中型（二次元断面に
おいて）、非均一電界場形状である（図１６（ｂ）参
照）。従って、高密度電界の集中によって実現するプラ
ズマの発生は、実際は櫛の歯部電極近傍にのみ限られ、
リアクタ全面における均一高密度プラズマの発生は得ら
れない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このため、大流量、低
圧力損失、低消費電力、高密度でのプラズマ発生を実現
するリアクタ構成は、極力、対向電極全領域において、
均一に高密度電界場が得られる電極および誘電体の配置
が必要となる。また、圧力損失の軽減の観点から、リア
クタ断面積に占める電極及び誘電体断面積は、対向電極
間断面積を同一として、最小であることが望ましい。そ
こで、以上のような条件を満足するプラズマ発生用リア
クタの設計が必要となる問題がある。

【０００６】また、上記リアクタの設計に際しては、再
酸化反応の防止が必要になる。すなわち、プラズマによ
る大気中での脱ＮＯ_X，脱ＣＯ_X反応においては、脱ＮＯ_X：２ＮＯ＋ｅ → Ｎ₂＋Ｏ₂＋ｅ２ｅ＋２ＮＯ₂ → Ｎ₂＋２Ｏ₂＋２ｅ脱ＣＯ_X：２ｅ＋２ＣＯ₂＋ → ２ＣＯ＋Ｏ₂＋２ｅＣＯ＋２Ｈ₂ → ＣＨ₃ＯＨ（水素添加によるメテノー
ル化）なる還元反応が進行する反面、発生するＯ₂を放
置すると、Ｎ₂，ＣＯは再酸化されて、ＮＯ₂，ＣＯ₂を
生じ、脱ＮＯ_X，脱ＣＯ_Xの進行が阻害されることにな
る。従って、通常、脱ＮＯ_Xにおいては、ＮＯ₂の活性
炭による吸着・除去、あるいはＮＯ₂→ＮＯ₃酸化、亜硝
酸化（ＨＮＯ₃）処理による除去等の二次処理を必要と
する問題がある。また、このような二次処理のために活
性炭による吸着剤装置を使用すると全体装置が大型化し
てしまう問題も生じてしまう。

【０００７】この発明は上記の事情に鑑みてなされたも
ので、広範囲において均一かつ高密度なプラズマを発生
させることができるとともに、二次処理を必要としない
プラズマ発生装置を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を達成するために、第１発明は、環境汚染物質が導入さ
れ、この物質をプラズマ処理するプラズマ発生部が備え
られたプラズマ発生装置において、前記プラズマ発生部
を担持体で被覆したことを特徴とするものである。

【０００９】第２発明は、前記プラズマ発生部が、高圧
交番電圧が印加される少なくとも一対の電極と、この一
対の電極をそれぞれ各別に被覆する誘電体とからなり、
これら誘電体を担持体でさらに、それぞれ各別に被覆し
たことを特徴とするものである。

【００１０】第３発明は、前記担持体が、触媒担持イオ
ン交換体、イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、固体
塩基、三次元多孔性からなること特徴とするものであ
る。

【００１１】第４発明は、前記電極が、平行平板形状か
らなることを特徴とするものである。

【００１２】第５発明は、前記電極が、櫛形形状を組み
合わせて電極有効反応面積を増大させるようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１３】第６発明は、環境汚染物質が導入され、こ
の物質をプラズマ処理するプラズマ発生部が備えられた
プラズマ発生装置において、一定の間隔を隔てて配置さ
れ、高圧交番電圧が印加された一対のプラズマ発生部
と、この一対のプラズマ発生部の間に介挿された担持体
とからなるものである。第７発明は、前記プラズマ発
生部が、高圧交番電圧が印加される一対の電極と、この
一対の電極を被覆する一対の誘電体とからなり、この一
対の誘電体間に介挿された触媒担持無機イオン交換体と
からなることを特徴とするものである。

【００１４】第８発明は、前記担持体が、触媒担持イオ
ン交換体、イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、固体
塩基、三次元多孔性からなるものである。

【００１５】第９発明は、前記電極が、平行平板形状か
らなることを特徴とするものである。

【００１６】第１０発明は、前記電極が、櫛形形状を組
み合わせて電極有効反応面積を増大させるようにしたこ
とを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下この発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の第１形態
を示すプラズマ発生装置の概略構成説明図で、図１にお
いて、１１ａ，１１ｂは、一定の間隔を隔てて、対向配
置されたメッシュ電極で、このメッシュ電極１１ａ，１
１ｂには、高圧交番電界印加電源１２が接続される。メ
ッシュ電極１１ａ，１１ｂは、チタン酸バリウム（BaTi
O₃）等からなる誘電体１３ａ，１３ｂにより被覆され
て、プラズマ発生部が構成される。誘電体１３ａ，１３
ｂ、すなわちプラズマ発生部は、さらに触媒担持無機イ
オン交換体である例えばゼオライト１４ａ，１４ｂによ
り被覆される。図中Ｅ₁は誘電体間電界強度、Ｅ₂は触媒
担持ゼオライト間電界強度で、Ｅ₂≦Ｅ₁の関係を持って
いる。なお、高圧交番電界印加電源１２としては、交流
あるいはパルス高電圧電源が使用される。

【００１８】上記のように構成されたプラズマ発生装置
において、メッシュ電極１１ａ，１１ｂを被覆している
誘電体１３ａ，１３ｂは、交番高電圧を受けて、分極
し、プラズマ発生部間に交番高電界を発生する。この高
電界により加速、励起された電子は、プラズマ発生部間
中の処理対象ガス（環境汚染物質）をプラズマ化し、ガ
スは酸化、還元、分解等の作用を受ける。このため、従
来は二次処理を行うようにしているが、この発明の実施
の第１形態では、二次処理を必要としないようにするた
めに、脱ＮＯ_X，脱ＣＯ_Xにおいては、再酸化を防止する
に、Ｎ₂，ＣＯを保持するためのＯ₂固定剤を、またＶＯ
Ｃ（揮発性有機化合物）の無害化処理においては、
Ｏ₂、ハロゲン等の固定剤を、更に、重質油の低級炭化
水素への軽質化を行うためには、ケトン化、アルコール
化等への防止のためのＯ₂固定剤をそれぞれ設けてい
る。この固定剤が上述した触媒担持無機イオン交換体で
ある。

【００１９】この触媒担持無機イオン交換体からなるゼ
オライト１４ａ，１４ｂが対向電極１１ａ，１１ｂ間に
介在される。このため、プラズマ化され、酸化、還元、
分解、作用を受けた処理対象ガスは、更にゼオライト１
４ａ，１４ｂによる担持触媒の作用を受ける。この作用
により、重質油における軽質化、脱ＮＯ_X，脱ＣＯ_X，Ｖ
ＯＣの分解除去等を、大流量、高処理率（転化率）、低
圧力損失、低消費電力において達成できるようになる。
その際、ゼオライト１４ａ，１４ｂは、その処理目的に
応じて、例えば活性点の大、中、小、による（Ｙ，Ａ
型）、（モルデナイト型）、（ＺＳＭ−５、ＺＳＭ−１
１型）等が選択され、かつ、担持する触媒についても同
様に選択される。

【００２０】なお、上記触媒担持無機イオン交換体にゼ
オライトを使用した場合について述べて来たが、ゼオラ
イトに代えて、イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、
固体塩基、三次元多孔性等のいずれかの機能を持つ担持
体、具体的には、シリカ、アルミナ単体、メソポーラス
・モレキュラーシーブ、ペロブスカイト型複合酸化物、
ヘテロポリ酸、各種錯体等の担体への担持も同様に可能
である。

【００２１】具体的な触媒例として、重質油の軽質化に
ついては遷移金属の硫化物、Ｎｉ等、また、脱ＮＯ_X，
脱ＣＯ_Xには遷移金属ないし、その酸化物、炭化水素
等、更に、ＶＯＣの分解については、８族遷移金属等が
選択される。これらにより、重質油の軽質化、脱Ｎ
Ｏ_X，脱ＣＯ_X，ＶＯＣの分解除去が同一装置構成におい
て、大流量、高処理率（転化率）、低圧力損失、低消費
電力での処理が達成される。

【００２２】上記のように構成されたプラズマ発生装置
における「プラズマ発生部と触媒担持ゼオライト」を使
用することにより、重質油は軽質化（Ｃ1-4：ガス成
分、Ｃ5-11：ガソリン成分等の低級炭素化）される。

【００２３】重質油の軽質化により、炭素数1-5程度の
ガス状炭化水素（ＣＨ₄，Ｃ₂Ｈ₆，Ｃ₃Ｈ₈，Ｃ₄Ｈ₁₀，Ｃ
₅Ｈ₁₂等）は、良好な還元剤となり、このため、脱硝反
応等におけるアンモニア、尿素等の還元剤の代替となり
うる。具体的には、重油を燃料とするディーゼル原動機
設備の排煙脱硝等において、燃料重油の一部をガス化
し、「プラズマ発生部と触媒担持ゼオライト」で、炭素
数1-5程度のガス状炭化水素に効率よく軽質化できれ
ば、それを還元剤に活用したアンモニア、尿素等が不要
となり、安価な脱硝システムが構築できることになる。

【００２４】また、上記と同様に「プラズマ発生部と触
媒担持ゼオライト」を使用することにより、脱ＮＯ_X，
脱ＣＯ_Xが可能になる。すなわち、石油、石炭、ＬＮ
Ｇ、等化石燃料の燃焼時、ＮＯ_X，ＳＯ_X，ＣＯ_X等の有
害ガスが発生するため、その無害化処理が必要とされ
る。また、最近は、地球環境保護の観点から無害であっ
ても、多量の排出に対する規制が検討されているＣＯ₂
等の温室効果ガスの分解処理も必要とされてきている。
脱ＮＯ_Xに関しては、化石燃料燃焼を伴う製鉄・鉄鋼、
非鉄金属、紙・パルプ、窯業・セメント、電力、石油・
化学、廃棄物焼却場、原動機等、産業のあらゆる分野に
おいて、主としてアンモニア接触還元法（ＳＣＲ法≒３
５０℃）が確立した手法として適用されている。

【００２５】しかし今後、高温排煙中（＞３００℃）で
合成されるベンゼン、ダイオキシン類等有害ＶＯＣ（揮
発性有機化合物）の抑制対策上、排煙の低温（≦２００
℃）領域での処理技術の開発が必要とされる。その意味
で「プラズマ発生部と触媒担持ゼオライト」による脱Ｎ
Ｏ_X、は、その要求を満足する技術として今後の適用が
期待される。脱ＣＯ_Xに関しては特に、ＣＯ₂のメタノー
ル化による燃料化が提唱され、各種の手法が検討されて
いる。「プラズマ発生部と触媒担持ゼオライト」による
脱ＣＯ_XもＣＯ₂のＣＯ還元、ＣＯ＋２Ｈ₂ガスの低温
（以下２００℃）、常圧レベルでのメタノール化を達成
する技術として今後の適用が期待される。

【００２６】更に、上記と同様に「プラズマ発生部と触
媒担持ゼオライト」を使用することによるＶＯＣ（揮発
性有機化合物）の分解が可能になる。ベンゼン、トリク
ロロエチレン、テトラクロロエチレン、ダイオキシン類
の４物質は、１９９７年４月からの大気汚染防止法・改
正で「排出または飛散を早急に抑制しなければならな
い」指定物質であり、対策が特に必要である。ＶＯＣの
発生は、化石燃料の燃焼時、排煙中に含まれるＮＯ_X，
ＳＯ_X，ＣＯ_X、炭化水素、ハロゲンガス等が成分となっ
て、３５０℃近傍の温度領域において、主にボイラ、電
気集塵機電極等の金属を触媒に合成される。

【００２７】従って、特に廃棄物焼却場排煙において、
対策が急務であり、その他ガソリンの燃焼排煙中にもベ
ンゼン等は含まれており、エンジン（原動機）対策用と
しても重要視される。「プラズマ発生部と触媒担持ゼオ
ライト」によるＶＯＣ（揮発性有機化合物）の分解は、
低温領域無害炭化水素化技術であり、従来の燃焼触媒法
（＞４５０℃）における３５０℃領域での再合成、活性
炭吸着法における吸着物の脱着、再処理等の課題を解決
する手法として今後の適用が期待される。

【００２８】次に、図２により第１形態の具体的なプラ
ズマ発生装置のリアクタ構成について述べる。図２はプ
ラズマ発生装置のリアクタ構成の側面断面図であり、図
３はＡ−Ａ断面図、図４は図３におけるＣ−Ｃ断面図で
ある。なお、各図において、図１と同一部分には同一符
号を付して説明する。

【００２９】図２〜図４において、２１は反応容器で、
この反応容器２１内には、図１に示したメッシュ電極１
１ａ，１１ｂと、このメッシュ電極１１ａ，１１ｂを被
覆した誘電体１３ａ，１３ｂと、この誘電体１３ａ，１
３ｂをさらに被覆した触媒担持無機イオン交換体である
ゼオライト１４ａ，１４ｂとで構成されたプラズマ発生
部が複数組設けられる。プラズマ発生部が設けられた反
応容器２１の図示右方の環境汚染処理対象ガス流入口２
２から処理対象ガスが反応容器２１に流入されると、処
理対象ガスは下記に述べるようにプラズマ発生部で処理
されて無害化された後、排出口２３から排出される。な
お、メッシュ電極１１ａ，１１ｂは、図３に示すように
櫛形形状に形成されて、反応の促進を図るようにしてい
る。櫛形形状のメッシュ電極については、詳細を後述す
る。

【００３０】図２〜図４に示したリアクタは、誘電体、
触媒担持無機イオン交換体（固定層）および電極が一体
化された構成のものである。この図２〜図４の構成によ
れば、櫛形メッシュ電極１１ａ，１１ｂが歯部３１及び
溝部３２が対向して配列され、その極間中を処理対象ガ
スが一定の流速で流れる。対向電極間には、交番高電圧
が印加され、更に、電極表面は互いに誘電性物質により
被覆されている。従って、誘電体１３ａ，１３ｂは印加
電圧による分極を受け、両電極間に交番高電界場が発生
する。

【００３１】交番高電界によって励起され易い自由電子
は加速され、周囲の原子、分子に衝突する。衝突された
周囲の軽量原子、分子の一部は励起され、ラジカルイオ
ン化する。次には、これらが高電界による直接励起を受
けて、より高いエネルギにより周囲構成物質のラジカル
イオン化を促進する。（プラズマの生成）この際、大気
中に混合された処理対象ガス中の処理対象物質もラジカ
ルイオンシャワーのエネルギを受けて、イオン化され、
物質の分解等を生じる。

【００３２】ラジカルイオン化した原子、分子は相互に
酸化、還元、反応をすることで化学結合し、ポテンシャ
ル的に安定化する。但し、物質周囲には絶えず、新たな
ラジカル源が電界によって創製されており、安定化結合
も容易に再分解を受ける状況にある。

【００３３】特に、脱ＮＯ_X，脱ＣＯ_X，ＶＯＣの脱ハロ
ゲン化、重質油（多価パラフィン）の低級炭化水素化等
においては、再酸化反応の防止が、分解結合物質の安定
化に重要であり、固体酸等、陰イオン選択吸着性活性点
を有する機能剤（必要に応じて触媒を併用）による酸化
剤の固定が必要となる。

【００３４】また、誘電体近傍への酸化剤固定層の設置
が反応の即時制御の意図からも重要となる。リアクタ中
への酸化剤固定層の挿入手段として、次の２つがある。電極表面を被覆する誘電体表面に触媒担持ゼオライト
層被膜を重畳被覆する「誘電体・固定層・電極一体化構
成」（図１に示す第１形態）と、誘電体被覆電極と独立に、後述する触媒担持ゼオライ
ト層（板）を対向電極間に挿入する「誘電体電極・固定
層独立配置構成」（後述する第２形態）とに区分され
る。

【００３５】いずれの構成を選択するかは、特に、誘電
体表面への固定層被膜の生成において、選択する誘電体
材料と被膜生成する担持体材料との間の生成条件上の適
・不適による一体化の可・不可による。反応の即時制御
及びリアクタ断面積中に占める電極、誘電体、固定層の
断面比率を最小化し、ガス流通圧力損失を最小化する意
味からは、一体化構成が望ましい。

【００３６】第１形態は、誘電体被覆電極の誘電体表面
を触媒担持ゼオライト層で被覆した平行櫛形組み合わせ
型による誘電体、固定層および電極一体化構成を示すも
のである。図１〜図４に示す第１形態において、メッシ
ュ電極１１ａ，１１ｂは、メッシュ金網等、電子導伝性
物質、多くはCu、Al、SUS等の金属或いは、導伝性金属
酸化物、炭素C等からなる。このメッシュ電極１１ａ，
１１ｂの表面は、誘電体１３ａ，１３ｂからなる誘電体
物質、多くはSiO₂、Al₂O₃，CaO，Na₂O，K₂O等の単独、
或いは、それらの複合酸化物であるガラス、セラミック
ス、望ましくは強誘電体物質、例えば、BaTiO₃，Pb(B2B
2)O₃：B1=Co，Mg，Mn，Ni、B2=Nb，Ta，W、Pb(ZrTi)O
₃(PZT)等で被覆される。更に、その表面は、無機イオン
交換体等、イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、固体
塩基、三次元多孔性等の機能を有する触媒担持用被膜
層、例えば、ゼオライト、シリカ、アルミナ単体、メソ
ポーラス・モレキュラーシーブ、ペロブスカイト型複合
酸化物、ヘテロポリ酸、各種錯体等の機能被膜層で被覆
され、酸化剤（Ｏ₂，Ｏ₃，ＯＨ、ハロゲン、その他）の
固定層とする。

【００３７】プラズマにより処理対象ガスが還元され、
その際、遊離された酸化剤は、電極近傍のプラズマガス
中に存在し、還元ガス成分を容易に再酸化する。従っ
て、誘電体直近へ酸化剤固定層を設置し、反応を即時制
御することは重要となる。かつ、十分な選択的固定を実
現する上では必要に応じて、機能性被膜層中にイオン交
換法等により触媒を担持させる。第１形態による酸化剤
固定層触媒は、例えば、Cu，Co，Ni，Fe、金属酸化物、
金属硫化物等がゼオライト層に担持され、酸化剤は選択
的に活性点に吸着、固定される。

【００３８】従って、処理対象ガス還元成分（重質油軽
質化炭化水素分、N₂，CO，VOC分解炭化水素等）は再酸
化されず回収ないし次工程処理へ投入される。対向櫛形
電極の組み合わせ方法については、櫛の歯部３１が、対
向する電極の櫛の歯部間の谷部と対向するように配列す
ることとし、電極間に発生する交番電界形状を電極に垂
直、均一化する。誘電体層、無機イオン交換体層（固定
層）の「厚さ」は、使用する素材、処理ガス濃度、処理
速度、ガス流量、ガス種、触媒種等々の使用条件によっ
て適宜選択される。また、「櫛部の長さと間隔」、「リ
アクタ長」等も上記のパラメータ及び圧力損失、投入電
力量効率等の仕様によって決定される。また、固定剤活
性点に吸着された酸化剤は適時、還元剤、例えば水素な
いし水素ガスのプラズマ分解による水素イオンラジカル
等による水素化反応によって活性点脱離、固定剤の再活
性化を行う。再活性化された固定剤は再び、酸化剤固定
層として使用、機能する。従って、再活性化時、リアク
タは吸引ポンプ等によって、水素等還元ガスを吸引し、
大気及び処理対象ガスを脱ガスし、リアクター内を還元
ガスプラズマ化することによる固定剤からの酸化剤脱
離、回収を行う。

【００３９】次に第１形態で述べた誘電体被覆メッシュ
電極（プラズマ発生用電極）の種々の構成について述べ
る。図５は平行平板型の誘電体被覆電極の配置構成図、
図６は平行櫛形組み合わせ型の誘電体被覆電極の配置構
成図である。これら電極配置構成は、いずれも低消費電
力、高密度でプラズマ発生を実現するものである。

【００４０】図中において、リアクタの断面積Sは、同
一でS=(17(d+g)+d)×(5d+4g)としてある。また、誘電体
被覆電極間距離はｇ、誘電体被覆電極厚みはｄも共通と
している。リアクタの長さ方向（紙面に垂直）の寸法L
を共通とすれば、両配置型リアクタは、同一断面積、同
一体積での比較となる。以下、誘電体被覆電極を単に電
極と呼称する。従って、電極は誘電体厚みを含むものと
する。

【００４１】本例の比較は、平行２対３対向電極構成に
対する同断面積空間に構成する１対１対向平行櫛形組み
合わせ電極構成との有効電極断面積比較であるが、図
５、図６より明らかの如く、平行ｎ対ｎ＋１対向電極構
成に対する比較への拡張は、１対１対向平行櫛形組み合
わせ電極構成図の縦方向への積み重ねによって可能であ
ることは容易に想像される。従って、本例は、平行ｎ対
ｎ＋１対向電極構成に対しても拡張される。

【００４２】電極有効反応面積、電界均一性の比較本例比較によれば、図６に示す「平行櫛形組み合わせ
型」電極配置構成は、図５に示す「平行平板型」電極配
置構成より電極有効反応面積において、(136d+136g)/(1
34d+126g)だけ大きく、例えばｇ＝3ｄの場合、＋6.25
％、ｇ＝5ｄの場合、＋6.81％、ｇ＝7ｄの場合、＋7.09
％の増加を示し、更に、ｇ＞＞ｄの場合において、＋7.
94％、従って、図６の電極配置構成は図５の電極配置構
成）に比較して、同一断面積、同一体積のリアクタ条件
において、最大＋7.94％の高密度プラズマ発生の要件を
満たすことになる。

【００４３】次に、電極配置においては、対向電極は相
互に平行であることから、それらの表面に配置される誘
電体を介して電極空間に発生する電界は、端部を除いて
電極全領域において水平かつ平行である。従って、リア
クタの広い範囲において均一、高密度なプラズマの発生
が可能となる。

【００４４】上記図５、図６の比較から明らかなよう
に、「平行櫛形組み合わせ電極配置構成」は、「電極有
効反応面積の増大」にとって有効である。従って、その
延長線上に考えられるその他の例として、「平行変形櫛
形組み合わせ型」、「平行櫛形斜交組み合わせ型」の例
を図７、図８に示す。これらにおける、「平行平板型」
電極配置構成に対する電極有効反応面積増加割合は、＞
＋7.94％であることが想定される。また、これらはいず
れも、櫛の歯部の有効長の増加策例であり、本例以外に
も、同様な主旨からなる例を種々、容易に例示出来る事
は言を待たない。断面積中の空間占有率、圧力損失の比較図５、図６におけるリアクタ断面積中の電極断面の空間
占有率比較は、図６／図５＝((69d+68g)/(72d+68g))の
割合である。従って、図６は図５に比較して、例えばｇ
＝3ｄの場合、−1.09％、ｇ＝5ｄの場合、−0.73％、ｇ
＝7ｄの場合、−0.55％の減少を示す。しかし、電極有
効反応面積の増加に比較して、リアクタ断面積中の空間
占有率の減少割合は小さく、特にｇ＞＞ｄの場合は０％
（同等）である。従って、圧力損失においては、図５、
図６は、十分に無視でき得、略同等の性能を保有すると
評価される。

【００４５】ここで、ｇ＞＞ｄ条件の実用上の実施形態
は、ｇの拡張は電界強度の確保上制限され、むしろ、ｄ
における電極導体及び被覆誘電体被膜厚みを最小とする
構成により達成される。従って、「平行櫛形、変形櫛形
の垂直、あるいは、斜交、組み合わせ型」電極配置構成
は、「平行平板型」電極配置構成に比較して、ガス透過
圧力損失を増加させることなく電極有効反応面積を増加
させ、均一、高密度、プラズマ発生を可能とするリアク
タ構成と言える。なお、図９はメッシュ電極１１を誘電
体１３で被覆したときの構成図である。

【００４６】次に実施の第２形態を図１０により述べる
に、図１の第１形態と同一部分には同一符号を付して説
明する。図１０に示す第２形態は、誘電体１３ａ，１３
ｂで被覆したメッシュ電極１１ａ，１１ｂ間に、触媒担
持無機イオン交換体であるゼオライト層（板）１４を挿
入配置したもので、前述した「誘電体電極・固定層独立
配置構成」を示すものである。図１１は図１０の第２形
態の具体的なプラズマ発生装置のリアクタ構成を示す側
面断面図であり、図１２はＡ−Ａ断面図、図１３は図１
２におけるＣ−Ｃ断面図である。

【００４７】図１１〜図１３は「平行櫛形組み合わせ
型」による「誘電体電極・固定層独立配置構成」を示
し、この第２形態において示される誘電体１３ａ，１３
ｂで被覆されたメッシュ電極１１ａ，１１ｂを、第１形
態と同様に配置し、それら対向するメッシュ電極１１
ａ，１１ｂ間に、触媒担持無機イオン交換体層（固定
層）１４を複数組配置したものである。

【００４８】上記第２形態に示される対向誘電体被覆電
極１１ａ，１１ｂによって発生する交番電界により、大
気及び大気中に混合された処理対象ガス中の処理対象物
質はプラズマ化され、ラジカルイオン化し、酸化、還元
反応を行う。プラズマにより処理対象ガスが還元され、
その際、遊離された酸化剤は、電極近傍のプラズマガス
中に存在し、還元ガス成分を容易に再酸化する。従っ
て、誘電体近傍へ酸化剤固定層を設置し、反応を即時制
御することは重要となる。

【００４９】第２形態において、酸化剤固定層である触
媒担持無機イオン交換体層１４は、誘電体被覆電極とは
独立して、プラズマガス中に存在し、触媒担持無機イオ
ン交換体層１４が多孔体であることから、プラズマ中に
設置することにより、より十分な酸化剤固定、脱離、機
能を発揮させるものである。

【００５０】電子伝導体、誘電体、無機イオン交換体、
担持触媒の例は第１形態で例示した通りであるが、独立
配置の場合、誘電体表面への固定層被膜の生成におい
て、選択する誘電体材料と被膜生成する担持体材料との
間の、生成条件上の適・不適による一体化の可・不可に
束縛されることなく機能素材の選定が可能となる。

【００５１】また、誘電体層、無機イオン交換体層（固
定層）の「厚さ」は、使用する素材、処理ガス濃度、処
理速度、ガス流量、ガス種、触媒種等々の使用条件によ
って適宜選択され、「櫛部の長さと間隔」、「リアクタ
長」等も上記のパラメータ及び圧力損失、投入電力量効
率等の仕様によって決定される。但し、対向電極間に挿
入される無機イオン交換体層（固定層）の形状について
は、第２形態はその一例であって、必ずしも本形状であ
る必要はなく、対向電極間にあって、酸化剤を吸着・固
定する機能を果たすものであれば、連続体である必要も
なく、従って、その選択は適宜・自由である。固定剤の
再活性化処理については、第１形態で示したプロセスに
従って行い、リアクタの繰り返し使用を計る。

【００５２】図１４は、誘電体被覆電極の誘電体表面を
触媒担持ゼオライト層で被覆した「平行櫛形斜交組み合
わせ型」による「誘電体・固定層・電極一体化構成」の
実施の第３形態を示す。この第３形態は、櫛形メッシュ
電極１１ａ，１１ｂの配置構成を垂直平行型より、有効
反応面積の増加を目的として、斜平行型に変形し、それ
らメッシュ電極１１ａ，１１ｂの表面を誘電体１３ａ，
１３ｂで被覆し、更に、触媒担持無機イオン交換体（ゼ
オライト等）１４で被覆して、対向組み合わせたもので
ある。

【００５３】第３形態において、電子伝導体、誘電体、
無機イオン交換体、担持触媒等の例は第１形態で例示し
た通りである。また、誘電体層、触媒担持無機イオン交
換体層（固定層）の「厚さ」は、使用する素材、処理ガ
ス濃度、処理速度、ガス流量、ガス種、触媒種等々の使
用条件によって適宜選択され、「櫛部の長さと間隔」、
「リアクタ長」等も上記のパラメータ及び圧力損失、投
入電力量効率等の仕様によって決定される。固定剤の再
活性化処理については、第１形態で示したプロセスに従
って行い、リアクタの繰り返し使用を計る。

【００５４】図１５は、誘電体被覆電極対間に、触媒担
持ゼオライト層（板）を挿入した「平行櫛形斜交組み合
わせ型」による「誘電体電極・固定層独立配置構成」の
実施の第４形態を示す。この第４形態は、櫛形メッシュ
電極１１ａ，１１ｂの配置構成を垂直平行型より、有効
反応面積の増加を目的として、斜平行型に変形し、それ
らメッシュ電極１１ａ，１１ｂの表面を誘電体１３ａ，
１３ｂで被覆し電極対を構成し、それら電極対間に、触
媒担持無機イオン交換体板（ゼオライト板等）１４を挿
入し、組み合わせたものである。

【００５５】第４形態において、電子伝導体、誘電体、
無機イオン交換体、担持触媒等の例は第１形態で例示し
た通りである。また、誘電体層、無機イオン交換体層
（固定層）の「厚さ」は、使用する素材、処理ガス濃
度、処理速度、ガス流量、ガス種、触媒種等々の使用条
件によって適宜選択され、「櫛部の長さと間隔」、「リ
アクタ長」等も上記のパラメータ及び圧力損失、投入電
力量効率等の仕様によって決定される。固定剤の再活性
化処理については、第１形態で示したプロセスに従って
行い、リアクタの繰り返し使用を計る。

【００５６】

【発明の効果】以上述べたように、この発明によれば、
低消費電力、高密度、低圧力損失および大流量対応のプ
ラズマ発生装置が得られるとともに、リアクタの広い範
囲において均一かつ高密度なプラズマの発生が可能とな
る。また、この発明によれば、平行櫛形、変形櫛形、斜
交、組み合わせ型の電極配置構成にしたので、平行平板
型の電極配置に比較して、ガス透過圧力損失を増加させ
ることなく電極有効反応面積を増加させ、均一かつ高密
度プラズマを発生する効果を有する。さらに、この発明
によれば、重質油の軽質化、排煙処理（脱ＮＯ_X，脱Ｃ
Ｏ_X，ＶＯＣの分解・除去等）の達成が可能となり、し
かもこの達成時に生じるプラズマ還元によって遊離され
るＯ₂，Ｏ₃、ハロゲン等の酸化剤の固定・除去機構がリ
アクタ内に設けられ、従来のように、再酸化された有害
物質を吸着剤等によって回収、無害化する二次処理を行
う必要がなくなるので、装置の小型化が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の第１形態を示す概略構成説明
図。

【図２】第１形態の具体的な構成を示す側面断面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線断面図。

【図４】図３のＢ−Ｂ線断面図。

【図５】平行平板型の電極構成を示す断面図。

【図６】平行櫛形組み合わせ型の電極構成を示す断面
図。

【図７】平行変形櫛形組み合わせ型の電極構成を示す断
面図。

【図８】平行櫛形斜交組み合わせ型の電極構成を示す断
面図。

【図９】メッシュ電極と、誘電体被膜メッシュ電極を示
す構成図。

【図１０】この発明の実施の第２形態を示す概略構成説
明図。

【図１１】第２形態の具体的な構成を示す側面断面図。

【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図。

【図１３】図１２のＢ−Ｂ線断面図。

【図１４】この発明の実施の第３形態を示す正面断面
図。

【図１５】この発明の実施の第４形態を示す正面断面
図。

【図１６】従来のプラズマ発生装置に使用されるリアク
タ構成を示すもので、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は発
生電気力線の説明図。

【符号の説明】

１１ａ，１１ｂ…メッシュ電極１２…高圧交番電界印加電源１３ａ，１３ｂ…誘電体１４、１４ａ，１４ｂ…触媒担持無機イオン交換体２１…反応容器３１…歯部３２…溝部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】環境汚染物質が導入され、この物質をプ
ラズマ処理するプラズマ発生部が備えられたプラズマ発
生装置において、前記プラズマ発生部を担持体で被覆したことを特徴とす
るプラズマ発生装置。
【請求項２】前記プラズマ発生部は、高圧交番電圧が
印加される少なくとも一対の電極と、この一対の電極を
それぞれ各別に被覆する誘電体とからなり、これら誘電
体を担持体でさらに各別に被覆したことを特徴とする請
求項１記載のプラズマ発生装置。
【請求項３】前記担持体は、触媒担持イオン交換体、
イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、固体塩基、三次
元多孔性からなる請求項１又は２記載のプラズマ発生装
置。
【請求項４】前記電極は、平行平板形状からなること
を特徴とする請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項５】前記電極は、櫛形形状を組み合わせて電
極有効反応面積を増大させるようにしたことを特徴とす
る請求項２記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】環境汚染物質が導入され、この物質をプ
ラズマ処理するプラズマ発生部が備えられたプラズマ発
生装置において、一定の間隔を隔てて配置され、高圧交番電圧が印加され
た一対のプラズマ発生部と、この一対のプラズマ発生部
の間に介挿された担持体とからなるプラズマ発生装置。
【請求項７】前記プラズマ発生部は、高圧交番電圧が
印加される一対の電極と、この一対の電極を被覆する一
対の誘電体とからなり、この一対の誘電体間に介挿され
た担持体とからなることを特徴とする請求項６記載のプ
ラズマ発生装置。
【請求項８】前記担持体は、触媒担持イオン交換体、
イオン交換機能、分子篩機能、固体酸、固体塩基、三次
元多孔性からなる請求項６又は７記載のプラズマ発生装
置。
【請求項９】前記電極は、平行平板形状からなること
を特徴とする請求項７記載のプラズマ発生装置。
【請求項１０】前記電極は、櫛形形状を組み合わせて
電極有効反応面積を増大させるようにしたことを特徴と
する請求項７記載のプラズマ発生装置。