JPWO2007086430A1

JPWO2007086430A1 - プラズマ放電反応器およびプラズマ放電発生方法

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Publication number: JPWO2007086430A1
Application number: JP2007555979A
Authority: JP
Inventors: 水良姚; 千尋伏見; 和彦間所; 山田　興一; 興一山田; 藤岡　祐一; 祐一藤岡
Original assignee: Research Institute of Innovative Technology for Earth
Current assignee: Research Institute of Innovative Technology for Earth
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2007-01-24
Publication date: 2009-06-18
Also published as: WO2007086430A1

Abstract

電極の材質や形状に対しての制限がほとんどなく、電極が処理ガスと接触せずにプラズマ放電を発生させることができ、さらに、従来のものよりも更に少ない電力で、プラズマ放電を広範囲に亘ってより安定かつ均一に発生させることができ、大容量ガスを工業的に有利に処理することができるプラズマ放電反応器を提供する。２つの誘電体が処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置され、２つの誘電体の空間部に接しない外表面もしくは内部には電極がそれぞれ備え付けられており、少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面に溝が設けられ、該溝により形成されるギャップ部と前記空間部とがプラズマ放電反応部を構成し、該空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設され、該電極に電圧を印加できる電源を備えているプラズマ放電反応器。

Description

本発明は、高効率でプラズマ放電を発生させるプラズマ放電反応器およびプラズマ放電発生方法、詳しくは、電圧を印加することによって、プラズマ放電が発生するプラズマ放電反応器およびプラズマ放電発生方法に関する。

電圧を印加することによって発生するプラズマ放電は、化学反応、例えば、ディーゼルエンジン排ガス中の炭素系粒子状物質（ＰＭ）処理のような固体粒子及び／又は液体粒子を含むガスの処理、フロンガス処理やＶＯＣ処理などのようなガスの処理、オゾンなどの有用生成物の生産などにおける有害物質の無害化もしくは有害物質の有用物質への変換に利用することができ、また、物理変化、例えば、電気エネルギーを光エネルギーへ転換すること等に利用できる。
電圧印加によってプラズマ放電を発生させるプラズマ放電反応器はこれまで２種類、すなわち、（１）直接型プラズマ放電反応器と（２）誘電体を介した間接型プラズマ放電反応器が開発されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。

上記の直接型プラズマ放電反応器では、金属の電極対の間に直接に電圧を印加し、ガスの存在する一部もしくは全部の空間で放電することができる。電極対構造は、図１２に示すような外部電極と内部電極を同軸同心型に設けた構造、図１５に示すような針状電極対針状電極、図１４に示すような針状電極対板状電極、図１３に示すような板状電極対板状電極がある。いずれも、電極の放電できる部分の面積と形状の違いによって分別することができるが、電極対間にプラズマ放電ガスが直接に存在する特徴を有する。また、印加した電圧とプラズマ放電ガスの圧力と温度条件によって、プラズマ放電現象、特にプラズマ放電に伴う発光が異なる。即ち、電極付近に光るコロナ放電或いはグロー放電、電極間が部分的に光るストリーマー放電、電極間が全部光るスパーク放電或いはアーク放電が観察できる。ガスの圧力と温度などの条件によっては、プラズマ放電が電極間の限られた部分のみで発生するので、プラズマ放電エネルギーが限られた部分に流れ込み、高いエネルギー注入密度（単位体積あたりのエネルギー注入量）が得られる。

一方、誘電体を介した間接型プラズマ放電反応器では、電極対の片方或いは両方の電極に誘電体を設置することによって、プラズマ放電を広い範囲に生成できる。電極対構造は、図１６に示すような線状電極対誘電体―円筒状電極、図１７に示すような充填層の内外に電極を設けた充填層型構造、図１９に示すような板状電極対誘電体―板状電極、図１８に示すような板状電極―誘電体対誘電体―板状電極、図２０に示すような誘電体の一面に平板状電極を、他面に鋸歯状電極を設けた沿面型構造が開発されている。誘電体と片方の電極の間、或いは誘電体と誘電体の間で放電させる。印加した電圧、ガスの圧力、温度条件によって、誘電体或いは電極表面に発生するコロナ放電とグロー放電が多く見られる。誘電体によりプラズマ放電エネルギーが分散されるため、エネルギー注入密度が直接型プラズマ放電反応器より低くなる。

直接型プラズマ放電反応器より処理ガス量が大きい間接型プラズマ放電反応器では、ガス全体に対して安定、かつ均一なプラズマ放電が求められている。しかし、従来のプラズマ放電反応器では、プラズマ放電がエッジ化しやすいため、プラズマ放電が部分的に発展する。図１１は、従来の間接型プラズマ放電反応器のプラズマ放電原理を示す。陽極２と陰極４に印加した電圧によって、誘電体１の表面に印加した電圧の極性と逆の電荷が発生する。そして、負電荷と陽極２の間に電場が発生し、プラズマ放電空間３内で放電することができる。しかし、放電空間３と接触している陽極２と誘電体１の表面に存在するエッジの所では、プラズマ放電が不均一になり、誘電体１の表面に生成した負電荷がすべてそのエッジの部分に流れてしまう。印加した電圧が高い場合、誘電体１が破壊され、プラズマ放電が直接型に近い状態になる。

大容量ガスを処理するには、誘電体を介して放電する間接型反応器が適しているが、従来の問題点は、プラズマ放電が安定できない点である。
この問題点を解決するために、第一電極と前記第一電極に対向して配置された第二電極と、前記電極対向面側における前記第一電極又は第二電極のいずれか一方に積層された誘電体とを備え、前記電極対向面の電極及び誘電体の少なくとも一方の表面上に、所定の周期間隔により溝又は細孔を形成した反応器が提案されている（特許文献４参照）。しかしながら、この反応器は一方の電極がプラズマ放電空間に露出しているので、電極が腐食したり、放電の局部化による処理効率の低下が生じ、必ずしも満足し得るものではなかった。
本発明者らは、先に、誘電体の両面に電極を取り付け、該電極の内面又は誘電体の外面に、ガスを通過させるためのギャップを一定間隔に多数設け、一方の側のギャップの存在しない位置に、他方の側のギャップが存在して位置するようにしてなるプラズマ放電反応部を備えたことを特徴とするプラズマ放電反応器の創製に成功した（特許文献５参照）。このプラズマ放電反応器はプラズマ放電を安定かつ均一に発生させ、かつ大容量ガスの処理に適している。また、本発明者らは、さらに特許文献５に記載のプラズマ放電反応器を用いたプラズマ放電発生方法を開発し、既に特許出願している（特願２００５−２６９５４９号）。
しかしながら、このようなプラズマ放電反応器は、電極がガスと接触するので、電極が錆びたり、電極の材質や形状などに制限があったり、さらには電極の構造が単純化できないなどの不都合な点もあり、必ずしも満足のいくものではなかった。
特開平７−１１６４６０号公報（第２頁、図２）特開平４−２４７２１９号公報（第２頁、図２）特開平５−１１５７４６号公報（第２頁、図２）特開２００５−１３８０９８号公報特開２００５−２６８１２９号公報

本発明は、電極の材質や形状に対しての制限がほとんどなく、電極が処理ガスと接触せずにプラズマ放電を発生させることができ、さらに、従来のものよりも更に少ない電力で、プラズマ放電を広範囲に亘ってより安定かつ均一に発生させることができ、大容量ガスを工業的に有利に処理して有害物質の無害化および／または有用物質の生成を行うことができるプラズマ放電反応器を提供することを目的とする。また、本発明は、電極が処理ガスと接触せずにプラズマ放電を発生させることができ、さらに、従来のものよりも更に少ない電力で、プラズマ放電を広範囲に亘ってより安定かつ均一に発生させることができ、大容量ガスを工業的に有利に処理することが可能なプラズマ放電発生方法を提供すること、および従来より更に少ない電力で、長期に亘り、大容量ガスを工業的に有利に処理して有害物質の無害化および／または有用物質の生成を行うことができるガスの処理方法、特に、従来より更に少ない電力で、長期に亘り大量のディーゼルエンジン排ガスに含まれている、ＰＭなどの有害物質をより高い除去率で除去することができる排ガスの無害化方法を提供することをも目的とする。

本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、図２４に示すように２つの誘電体が処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置され、２つの誘電体の空間部に接しない外表面もしくは内部には電極がそれぞれ備え付けられており、少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面に溝が設けられており、該溝により形成されるギャップ部と前記空間部とがプラズマ放電反応部を構成し、該空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設され、該電極に電圧を印加できる電源が備え付けられているプラズマ放電反応器の創製に成功し、このようなプラズマ放電反応器を用いることにより、電極を処理ガスと接触することなくプラズマ放電を発生させることができるだけでなく、従来のプラズマ放電反応器よりも更に小さい電力で、従来よりも広範囲に亘ってより安定かつ均一にプラズマ放電を発生させることができ、より大容量のガスを長期に亘って処理できることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明は、
［１］２つの誘電体が処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置され、２つの誘電体の空間部に接しない外表面もしくは内部には電極がそれぞれ備え付けられており、少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面に溝が設けられ、該溝により形成されるギャップ部と前記空間部とがプラズマ放電反応部を構成し、該空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設され、該電極に電圧を印加できる電源が備え付けられていることを特徴とするプラズマ放電反応器、
［２］誘電体が、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックまたはシリコンゴムで構成され、かつ板状、管状または球状である前記［１］に記載のプラズマ放電反応器、
［３］誘電体が、板状であり、かつ厚さ０．０１〜１０ｍｍである前記［１］または［２］に記載のプラズマ放電反応器、
［４］溝が、誘電体の空間部側の外表面を連続的な凹凸とすることにより設けられており、凹部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凸部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．００１ｍｍ以上１０ｍｍ未満である前記［１］または［２］に記載のプラズマ放電反応器、
［５］凹凸が、凹部および凸部の幅、深さおよび長さの少なくとも１つが異なる単位区間を有している前記［４］に記載のプラズマ放電反応器、
［６］２つの誘電体間の空間部での距離が０．０５〜２０ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプラズマ放電反応器、
［７］電極が、１種または２種以上の導電性物質で構成されている前記［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ放電反応器、
［８］電極へ電圧を印加するためのリード部分の導電性物質の一部もしくは全部が処理ガスと接触しないような構造を持つ前記［１］〜［７］のいずれかに記載のプラズマ放電反応器、
［９］前記［１］〜［８］のいずれかに記載のプラズマ放電反応器の電極間に電源を用いて電圧を印加することによって、プラズマ放電を発生させることを特徴とするプラズマ放電発生方法、
［１０］電圧が、交流電圧またはパルス電圧である前記［９］に記載のプラズマ放電発生方法、
［１１］電圧のピーク値が１００Ｖ〜５０ｋＶである前記［１０］に記載のプラズマ放電発生方法、
［１２］前記［１］〜［８］のいずれかに記載のプラズマ放電反応器を用いて、前記プラズマ放電反応器のプラズマ放電反応部に処理ガスを供給し、前記プラズマ放電反応器の電極間に電圧を印加することにより該プラズマ放電反応部にプラズマ放電を発生させて、処理ガス中でプラズマ反応が起こることにより処理ガスの無害化および／または有用物質の生成を行うことを特徴とするガスの処理方法、
［１３］処理されるガスが排ガスであり、排ガスに炭素系粒子状物質が含まれ、炭素系粒子状物質が除去されることを特徴とする前記［１２］に記載の方法、および
［１４］プラズマ放電反応部に供給されるガスが酸素または酸素と他のガスの混合ガスであり、前記酸素からオゾンを生成させることを特徴とする前記［１２］に記載の方法
に関する。

本発明のプラズマ放電反応器は、電極の材質や形状に対しての制限がほとんどなく、電極がガスと接触せずにプラズマ放電を効率よく発生させることができ、さらに、従来のものよりも更に少ない電力で、広範囲に亘ってより安定かつ均一にプラズマ放電を発生させることができ、大容量ガスを工業的に有利に処理して有害物質の無害化および／または有用物質の生成を行うことができる。従って、本発明のプラズマ放電反応器は、例えば、ディーゼルエンジン排ガス中に含まれるＰＭを炭酸ガスに効率よく変換して除去することができ、公害、大気汚染の解消に極めて有用である。
また、本発明のプラズマ放電発生方法は、電極が処理ガスと接触せずにプラズマ放電を発生させることができるので、電極が錆びるという従来の問題を解消でき、さらに、従来のものよりも更に少ない電力で、プラズマ放電を広範囲に亘ってより安定かつ均一に発生させることができ、大容量ガスを工業的に有利に処理することができる。
本発明のガスの処理方法は、従来より更に少ない電力で、長期に亘り、大容量ガスを工業的に有利に処理して有害物質の無害化および／または有用物質の生成を行うことができ、特に、本発明の排ガスの無害化方法は、従来より更に少ない電力で、長期に亘りＰＭなどの有害物質をより高い除去率で除去することができる。

実施例１におけるＰＭ（炭素系粒子状物質）発生及び測定装置のシステム図である。一例としてディーゼルエンジンの排ガスを処理するためのプラズマ放電反応器を示している。なお、電源は図示されていない。図２に示すプラズマ放電反応器の基本ユニット（要部）を示す模式的斜視図である。正のパルス電圧波形および負のパルス電圧波形の両パルス波形間の時間間隔が１．１２ミリ秒である正負パルス電圧波形の一例を示す図であって、縦軸が電圧（ｋＶ）であり、かつ横軸が時間（ミリ秒）であるグラフを示す。正のパルス電圧波形および負のパルス電圧波形の両パルス波形間の時間間隔が１．１２ミリ秒である正負パルス電圧を図２に示した反応器に印加した時の正負パルス電流波形の一例を示す図であって、縦軸が電流（Ａ）であり、かつ横軸が時間（ミリ秒）であるグラフを示す。実施例１の実験結果を示す図であって、縦軸がＰＭ（炭素系粒子状物質）除去率（％）であり、かつ横軸が排ガス流量（Ｎｍ^３／時）であるグラフである。なお、図中の電力は電源の消費電力である。実施例１において用いたプラズマ放電反応器の構造を示す説明図である。なお、誘電体の溝は示されていない。ディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭ（炭素系粒子状物質）の除去機構を示す説明図である。本発明の実施の形態（１）におけるプラズマ放電反応器の要部（基本ユニット）の概略構成図である。本発明の実施の形態（２）におけるプラズマ放電反応器の要部の概略構成図である。従来の間接型プラズマ放電反応器の要部の一例を示す概略構成図である。従来の直接型プラズマ放電反応器の一例を示す構成説明図である。従来の直接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。従来の直接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。従来の直接型プラズマ放電反応器のさらに他の例を示す構成説明図である。従来の間接型プラズマ放電反応器の一例を示す構成説明図である。従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。従来の間接型プラズマ放電反応器のさらに他の例を示す構成説明図である。正負パルス電圧波形の一例を示す図であって、縦軸が電圧（ｋＶ）であり、かつ横軸が時間（μ秒）であるグラフを示す。負正パルス電圧波形の一例を示す図であって、縦軸が電圧（ｋＶ）であり、かつ横軸が時間（μ秒）であるグラフを示す。正のパルス電圧波形および負のパルス電圧波形の両パルス波形間の時間間隔が０．００３４秒である正負パルス電圧波形の一例を示す図であって、縦軸が電圧（ｋＶ）であり、かつ横軸が時間（秒）であるグラフを示す。本発明の基本概念図を示す。ディーゼルエンジンの排ガスを処理するためのプラズマ放電反応器の一例を示している。なお、電源は図示されていない。図２５に示すプラズマ放電反応器の基本ユニット（要部）を示す模式的斜視図の一例である。図２５に示すプラズマ放電反応器の基本ユニット（要部）を示す模式的斜視図の一例である。実施例２、３および５の実験結果を示す図であって、縦軸がＰＭ（炭素系粒子状物質）除去率（％）であり、かつ横軸が放電電力（Ｗ）であるグラフである。実施例２および３の実験結果を示す図であって、縦軸がＰＭ（炭素系粒子状物質）除去率（％）であり、かつ横軸が排ガス流量（Ｎｍ^３／時）であるグラフである。従来型反応器と実施例２の実験結果を示す図であって、縦軸が圧力損失（ｋＰａ）であり、横軸が実験開始後の経過時間（分）であるグラフである。実施例４におけるオゾン発生装置のシステム図（上）とプラズマ反応器構成図（下）である。実施例４における放電の電圧・電流波形の一例を示す図であって、左縦軸が電圧（ｋＶ）であり、右縦軸が電流（Ａ）であり、かつ横軸が時間（μ秒）であるグラフである。実施例４における反応器温度が常温で各々の酸素濃度の時の実験結果を示す図であって、縦軸が生成オゾン濃度（ｇ／Ｎｍ^３）であり、かつ横軸がピーク電圧（ｋＶ）であるグラフである。実施例４における反応器温度が常温の時の実験結果を示す図であって、縦軸がオゾン生成効率（ｇ／ｋＷｈ）であり、かつ横軸が酸素濃度（％）であるグラフである。実施例４における反応器温度が１００℃で各々の酸素濃度の時の実験結果を示す図であって、縦軸が生成オゾン濃度（ｇ／Ｎｍ^３）であり、かつ横軸がピーク電圧（ｋＶ）であるグラフである。実施例４における反応器温度が１００℃の時の実験結果を示す図であって、縦軸がオゾン生成効率（ｇ／ｋＷｈ）であり、かつ横軸が酸素濃度（％）であるグラフである。ディーゼルエンジンの排ガスを処理するためのプラズマ放電反応器の一例を示す。なお、電源は示されていない。図３７に示すプラズマ放電反応器の基本ユニット（要部）を示す模式的斜視図の一例である。

符号の説明

１誘電体
２陽極
３放電空間
４陰極
８充填層
９、９ａ誘電体
１０、１０ａ誘電体
１１、１１ａ電極
１２、１２ａ電極
１５基本ユニット
１６付着ＰＭ（炭素系粒子状物質）
２０反応器本体
２１処理ガス導入口
２２処理ガス排出口
２３パルス電源に接続された第１電極
２４アースに接続された第２電極
２５アルミナ絶縁管
３０アルミナ板
３１溝
３３排気管
３４プラズマ放電反応器
３５金属電極（高圧極側の第一電極）
３６アルミナスペーサー
３８板状アルミナ充填層
３９アルミナ絶縁管
４０金属電極（接地極側の第二電極）
４１空間中のＰＭ（炭素系粒子状物質）
４２シリカテープ
４３シリコンガスケット
４４高圧極端子
４５接地極端子

本発明のプラズマ放電反応器は、２つの誘電体が処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置され、２つの誘電体が、空間部には接しない外表面もしくは内部に電極をそれぞれ備え、少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面に溝が設けられており、該溝により形成されるギャップ部と前記空間部とがプラズマ放電反応部を構成し、該空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設され、該電極に電圧を印加できる電源が備え付けられていることを特徴とする。

前記の誘電体としては、少なくとも第１誘電体と第２誘電体との２つの誘電体があり、本発明では、２つの誘電体のそれぞれに電極が設けられる。なお、前記の第１誘電体および第２誘電体は、それぞれ同種または異種の別個の誘電体であり、例えば、図９中の誘電体（９）および誘電体（１０）、図１０中の誘電体（９ａ）および誘電体（１０ａ）である。前記の誘電体の構成材料の種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、例えば、無機材料やプラスチックなどが挙げられ、そのうち処理するガスによって酸化しにくいものが好ましく、好適な例としては、例えば、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックおよびシリコンゴムなどが挙げられる。第１誘電体および第２誘電体はともに同種の材料で構成されていてもよいし、互いに異なる材料で構成されていてもよい。また、前記誘電体の形状は、第１誘電体および第２誘電体のうち少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面にギャップ部を形成する溝が設けられていれば特に限定されない。前記誘電体の具体的な形状としては、例えば、板状、管状、球状などが挙げられるが、中でも板状が好ましく、特に厚さが０．０１〜１０ｍｍの薄板状が好ましい。

第１誘電体および第２誘電体のうち少なくとも１つの誘電体の外表面に設けられる溝は、空間部側となる箇所に設けられていれば特に限定されない。溝を設けることにより、安定かつ均一にプラズマ放電を生成することができる。前記の溝の形状は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、前記の溝は複数設けられているのがよい。このような複数の溝は、誘電体の空間部側の外表面を連続的な凹凸とすることにより設けることができる。前記の凹凸は、本発明の目的を阻害しない限りその寸法など特に限定されないが、凹部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凸部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．００１ｍｍ以上１０ｍｍ未満であるのがよく、凹部の幅が０．５ｍｍ〜５ｃｍおよび長さが５ｍｍ〜５ｍであり、凸部の幅が０．５ｍｍ〜５ｃｍおよび長さが５ｍｍ〜５ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であるのが好ましく、凹部の幅が１ｍｍ〜１ｃｍおよび長さが１０ｍｍ〜１ｍであり、凸部の幅が０．５ｍｍ〜５ｃｍおよび長さが１０ｍｍ〜１ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．１〜０．５ｍｍであるのがより好ましい。なお、誘電体が厚さ０．０１〜１０ｍｍの板状である場合には、凹部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凸部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．００１ｍｍ以上１０ｍｍ未満であるのがよく、凸部の幅が０．５ｍｍ〜５ｃｍおよび長さが５ｍｍ〜５ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．０５ｍｍ以上１０ｍｍ未満であるのが好ましく、凹部の幅が１ｍｍ〜１ｃｍおよび長さが１０ｍｍ〜１ｍであり、凸部の幅が０．５ｍｍ〜０．５ｃｍおよび長さが１０ｍｍ〜１ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．１〜０．５ｍｍであるのがより好ましい。また、凹部の幅と凸部の幅との比は、１：１０〜１０：１であるのが好ましく、１：１〜５：１であるのがより好ましい。凹部の幅と凹部の長さとの比は、１：１００００〜１：１０であるのが好ましく、１：１０００〜１：１であるのがより好ましい。凸部の幅と凸部の長さとの比は、１：１００００〜１：１０であるのが好ましく、１：２０００〜１：２であるのがより好ましい。
前記の連続的な凹凸は、凹部および凸部の幅および長さならびに凹部の深さもしくは凸部の高さの少なくとも１つが異なる単位区間を有しているのが好ましい。例えば、２つの誘電体の空間部側の凹部の幅および深さがそれぞれガス流通方向に応じて変化する凹凸などが挙げられる。このような異なる単位区間とすることで、より安定かつ均一なプラズマ放電を発生させることができる。
なお、前記の誘電体の空間部に接しない側の表面に溝が設けられていてもよい。

本発明では、前記の２つの誘電体は、処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置される。空間部の距離は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、０．０５〜２０ｍｍであるのがよく、０．５〜５ｍｍであるのが好ましい。

前記の電極としては、前記の２つの誘電体のそれぞれに電極が配置されるので、少なくとも第１電極と第２電極との２つの電極がある。前記の電極の構成材料の種類としては、特に限定されず、例えば金属、導電性プラスチックスおよび導電性金属酸化物などの１種または２種以上の導電性物質が挙げられ、金属電極の好適な例としては、金、銀、コバルト、ニッケル、亜鉛、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、これらの合金などが挙げられる。第１電極および第２電極はともに同種の材料で構成されていてもよく、互いに異なる材料で構成されていてもよい。前記の電極の形状などもまた特に限定されず、種々の形状を有していてもよい。電極の表面に溝が設けられていてもよい。

前記の２つの誘電体は、空間部に接しない外表面もしくは内部に電極がそれぞれ備え付けられている。換言すれば、第１誘電体および第２誘電体の外表面もしくは内部に第１電極および第２電極がそれぞれ備え付けられている。なお、前記の第１誘電体および第２誘電体は、それぞれ同種または異種の別個の誘電体であり、例えば、図９中の誘電体（９）および誘電体（１０）、図１０中の誘電体（９ａ）および誘電体（１０ａ）である。誘電体の外表面に電極を備え付ける場合には、該当する誘電体の外表面全てに電極が接するように備え付ける必要はなく、該当する誘電体の外表面の一部でも電極が接するようにすることができればそれでよい。また、誘電体の内部に電極を備え付ける場合には、誘電体の内部に電極を埋め込むようにするのがよい。

このようにして電極が備え付けられた誘電体２つを、処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置することにより、空間部と前記の溝により形成されるギャップ部とがプラズマ放電反応部を構成するようになる。このようにして構成されるプラズマ放電反応部によって、電極が処理ガスに接触することなく、従来の電極の錆びの問題を解消することもでき、さらには、従来よりも少ない電力で広範囲に亘りより安定かつ均一にプラズマ放電を発生させることができ、大量のガスを工業的に有利に処理することができるようになる。なお、本発明では、前記のプラズマ放電反応部は、前記ギャップ部と前記空間部とからなる空間であり、この空間において、プラズマ放電が発生するように構成されている。そのため、本明細書では、プラズマ放電反応部をプラズマ放電空間ともいう。
かくして電極が備え付けられた誘電体２つによって放電反応部が形成された構造は基本ユニットとして本発明の要部となる。

本発明のプラズマ放電反応器には、前記の空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設されている。プラズマ放電反応器に前記の空間部への処理ガス導入口と排出口とを付設するには、例えば、処理ガス導入口と処理ガス排出口とを有する反応器本体内に前記の基本ユニットを収納すればよいが、これに限定されるものではない。
プラズマ放電反応器を構成する場合は、常法に従い、一方に処理ガス導入口を有し、他方に処理ガス排出口を有する反応器本体内に、前記の基本ユニットを多段に積層して収納するのがよい。より具体的には例えば、電極を交互に配置することにより、図２の局部断面図に示すように、電極／誘電体／空間部／誘電体／電極／誘電体／空間部／誘電体／電極とするなどして、基本ユニットを多段に積層するのがよい。
なお、処理ガス導入口および排出口の大きさなどは、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、前記の基本ユニットのプラズマ放電反応部の容量や積層構成によって適宜に選択されるものであるが、本発明では、処理ガスがプラズマ放電反応部を連続的または断続的に流通できればそれでよい。
また、本発明のプラズマ放電反応器には、電極に電圧を印加できる電源が備え付けられている。前記の電源を電極に備え付けるには、常法に従ってよい。前記の電源は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、公知のものであってよい。

プラズマ放電反応器は、前記の２つの誘電体に取り付けられた電極間に、電源を用いて電圧を印加することによって、２つの誘電体間にプラズマ放電を引き起こすようになっている。この場合、印加する電圧は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、交流電圧、正直流電圧、負直流電圧およびパルス電圧のいずれであってもよいが、交流電圧またはパルス電圧が好ましく、パルス電圧がより好ましい。好ましいパルス電圧の種類は、特に限定されず、正パルス電圧、負パルス電圧、正および負のパルス電圧波形を有するパルス電圧のいずれであってもよいが、とりわけ、正および負のパルス電圧波形を有するパルス電圧が好ましく、正負パルスまたは負正パルスがより好ましく、正負パルスが最も好ましい。ピーク電圧は１００Ｖ〜５０ｋＶの範囲とすることが好ましく、パルス電圧（絶対値）の立ち上がり時間は１０ナノ秒〜０．０１秒であるのが好ましい。また、パルス電圧の半値幅は０．０１μ秒〜１秒であるのが好ましく、パルス電圧の周波数は１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲内であるのが好ましい。
上記「正および負のパルス電圧波形」としては、図２１で示される正負パルス電圧波形や、図２２で示される負正パルス電圧波形が挙げられる。正および負のパルス電圧波形は、正のパルス電圧波形および負のパルス電圧波形の両パルス波形間の時間間隔が、０〜１秒の範囲内であるのが好ましい。なお、図２１および図２２は前記の時間間隔が０秒である。また、前記の時間間隔が０．００３４秒である例が図２３に示されている。時間間隔は、隣り合う正のパルスと負のパルスのピークとピークの時間差によって測定される。

本発明のプラズマ放電反応器のプラズマ放電反応部に処理ガスを供給し、ついでプラズマ放電反応器の電極間に電圧を印加することによってプラズマ放電がプラズマ放電反応器のプラズマ放電反応部に発生する。このプラズマ放電によって、プラズマ放電反応部を通過する処理ガスもしくはプラズマ放電反応部に溜まっている処理ガスに化学反応が生じる。
また、処理ガス温度は室温、低温及び高温のいずれかであり、処理ガスから放電場中での液体や固体の生成があってもよいが、ない範囲とするのが好ましい。また反応器本体に導入されるガス圧力は、０．１ｔｏｒｒ〜１０気圧である。

以下、本発明の実施の形態（１）についてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施されるものである。図９は本発明の実施に用いられ得るプラズマ放電反応器の要部（基本ユニット）を示している。
図９において、第１誘電体（９）および第２誘電体（１０）はいずれも厚さがＬ１の板状体であり、第１誘電体（９）および第２誘電体（１０）が、処理ガスの流路となる空間部（Ａ）を介して対向するように設置されている。なお、２つの誘電体間の空間部の距離は、Ｌ２である。第１誘電体（９）の空間部側の表面は連続した凹凸となっており、この連続した凹凸の溝によりギャップ部（Ｂ）が形成されている。なお、凹部の幅はＬ５であり、凸部の幅はＬ４であり、凹部の深さまたは凸部の高さはＬ３である。さらに、第１誘電体（９）の空間部（Ａ）に接しない表面には第１電極（１１）が取付けられており、第２誘電体（１０）の空間部（Ａ）に接しない表面には第２電極（１２）が取付けられている。第１電極（１１）および第２電極（１２）のいずれか一方は、所要電圧を供給するパルス電源と接続されており、他方は、アースと接続されている。空間部（Ａ）について図９を用いて平面的に説明すると、面ＷＸＹＺからなる空間が空間部（Ａ）となり、処理ガスの流路となっている。なお、処理ガスは辺ＸＹから辺ＷＺの方向へ流れている。例えば、第１電極（１１）を陽極、第２電極（１２）を陰極として電圧を印加した場合、第１誘電体（９）の空間部（Ａ）側の外表面にプラス電荷が蓄積し、第２誘電体（１０）の空間部（Ａ）側の外表面にマイナス電荷が蓄積し、空間部（Ａ）とギャップ部（Ｂ）とからなるプラズマ放電反応部において電界が生じ、放電開始電場強度を超えるとプラズマ放電が発生し、化学反応が生じる。

なお、プラズマ放電反応器に導入されるガス温度は室温、低温及び高温のいずれかであり、処理ガスから液体や固体の生成のない範囲とすることが望ましい。また、反応器本体に導入される処理ガス圧力は、ほぼ真空の０．１ｔｏｒｒから１０気圧までが可能であるが、常圧付近の圧力とすることが望ましい。

図８は、一例としてディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭの除去機構を示している。排ガスがプラズマ放電反応器の入口からプラズマ放電反応部に導入されると、第１誘電体（９）および第２誘電体（１０）の例えばアルミナ板の表面に排ガス中のＰＭ（１６）が付着し、第１電極（１１）および第２電極（１２）の間に電圧を印加することによってプラズマ放電を発生させ、プラズマ放電により生成した酸素ラジカル等により排ガス中のＰＭ（１６）と空間中のＰＭ（４１）が酸化されて炭酸ガスとなって反応器の出口から排出され、有害排ガスが清浄化される。
なお、図８の場合では、本発明のプラズマ放電反応器で処理されるガスがＰＭを含む排ガスであり、ＰＭが除去されるわけであるが、処理されるガスは、排ガスに限定されるものではなく、種々のガスが適用可能であり、排ガス以外の他の有害物質を含むガスであってもよいし、有用物質を生成可能なガスであってもよい。

図２は、一例として、ディーゼルエンジンの排ガスを処理するためのプラズマ放電反応器を示しており、電源については省略されている。なお、電源を省略していない反応器の図は図２４に示す。反応器本体（２０）は、一端にガス導入口（２１）を有し、他端にガス排出口（２２）を有している。この反応器本体（２０）内に、図１０に示すプラズマ放電反応器の基本ユニット（１５）を多段に積層して収納し、大容量の排ガスを処理できるように構成したものである。また、このプラズマ放電反応器は、パルス電源に接続された第１電極（２３）、アースに接続された第２電極（２４）、アルミナ絶縁管（２５）、充填層（８）を有している。他の構成は図９の場合と同様である。

本発明で用いられるプラズマ放電反応器においては、図１０のようにプラズマ放電用のギャップ部（Ｂ）を交互に設け、プラズマ放電を効果的に分散することで、スパークのような強く局所的なプラズマ放電を好適に防ぐことができ、さらには空間部（Ａ）においても安定かつ均一なプラズマ放電を発生させることができる。

また、図１０は本発明の他の実施の形態（２）であり、第１誘電体（９ａ）および第２誘電体（１０ａ）の両方の空間部側の表面を凹凸にした場合のプラズマ放電反応器の要部（基本ユニット）を示している。第１電極（１１ａ）および第２電極（１２ａ）間に電圧を印加することによって、第１誘電体（９ａ）および第２誘電体（１０ａ）の空間部（Ａ）側の外表面に電荷が生じ、電荷と印加した電場との作用で、電圧が充分高い条件では、第１誘電体（９ａ）と第２誘電体（１０ａ）との間の空間、すなわちプラズマ放電反応部にあるガス中にプラズマ放電が発生する。他の構成は、図９の場合と同様である。なお、図１０に示した電荷は、第１電極（１１ａ）を陽極、第２電極（１２ａ）を陰極として電圧を印加した場合に発生したものである。

なお、電極へ電圧を印加するためのリード部分の導電性物質の一部もしくは全部が処理が処理ガスと接触しないような構造（図３７参照）とすることにより、該リード部分が処理ガスに接触しないため、反応器に蓄積したＰＭと電極および／または処理ガス導入口（２１）および処理ガス排出口（２２）を構成する金属枠の間からの漏電を防ぐことができる。なお、リード部分の導電性物質の一部もしくは全部が処理ガスと接触しない構造とするには、例えば図３７に示すように高圧極（３５）の端子（４４）の向きを処理ガスの流れと垂直にするとよい。

また、処理ガスとして、排ガスの代わりに、酸素または酸素と他のガス（例えば窒素）との混合ガスを用いることにより、前記酸素からオゾンを生成することができる。図３１は、オゾン発生装置システムの一例である。

以下実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に制限されるものではない。なお、実施例中、ＰＭ除去率（％）は下記式１によって算出される値をいう。

式１

（実施例１）
実施例１として、プラズマ放電反応器を用いるディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理について実験した。プラズマ放電反応器を用いるディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理システムを図１に示す。ディーゼルエンジンの排気管（３３）にプラズマ放電反応器（３４）を取り付け、実験を行った。なお、図１にはエンジン出口からの排ガスの一部を排出する排気管は示されていない。

以下、本実施例で用いたプラズマ放電反応器について説明する。
図７はプラズマ放電反応器（３４）の構造を示し、図３はアルミナ板（３０）まわりの基本ユニットを示している。なお、図７では、アルミナ板（３０）と金属電極（３５、４０）の溝は図示されていないが、該アルミナ板と金属電極は図３に示されるように溝を有する構造となっている。この基本ユニットは２枚のアルミナ板（３０）、２枚の金属電極（３５、４０）と１０枚のアルミナスペーサー（３６）から構成される。アルミナ板の表面の溝（３１）はエンジン排ガスの流れ方向に垂直となっている。なお、溝の幅（凹部の幅）を４ｍｍ、深さ（凹部の深さまたは凸部の高さ）を０．２ｍｍ、長さ（凹部の長さ）を１５０ｍｍ、溝と溝との間の距離（凸部の幅）を２ｍｍとした。アルミナ板の裏面にも同様の溝を設けた。また２枚のアルミナ板を一組とし、その間にアルミナスペーサー（３６）を挟んで間隔をあけエンジン排ガスがその間隔を通るようにした。金属電極（３５、４０）（１３０×１３０×０．８ｍｍ^３）はいずれもステンレス製で、表面に排ガスの流れ方向に幅４ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、長さ１３０ｍｍの溝を掘った。溝と溝との間の距離は１ｍｍとした。裏面にも同様の溝を設けた。電気絶縁するために、金属電極（３５、４０）の両側にアルミナスペーサー（３６）（１０×１５０×０．８ｍｍ^３）を取り付けた。一つの金属電極を第１電極、もう一つの金属電極を第２電極とした。また、金属電極の溝はアルミナスペーサーで閉じることにより、エンジン排ガスが、アルミナ板（３０、３０）の間だけを通過するようにした。
得られた基本ユニットをアルミナ板が１６組（３２枚）積層されるようにして製作し、図７に示すように、反応器にセットした。反応器上下の不足空間を板状アルミナ充填層（３８）で充填した。符号３９はアルミナ絶縁管である。

ＰＭ発生源として、４気筒、直噴型、総排気量２Ｌのディーゼルエンジンを用いた。エンジンからの排ガスの一部を１５０℃の空気で希釈した後、ＰＭモニター（ＴＥＯＭ１１０５、Ｒｕｐｐｒｅｃｈｔ＆Ｐａｔａｓｈｎｉｃｋ）を用いて、ＰＭの排出量を測定した。１．２ｋｒｐｍで３．０ｋＷのエンジン運転条件で実験した。この条件では、エンジンから排出される排ガス流量とＰＭの量はそれぞれ８０Ｎｍ^３／時間、約１．３ｇ／時間であった。なお、反応器の前でエンジン出口からの排ガスの一部を排気することにより、反応器への排ガス流量を２０Ｎｍ^３／時間、４０Ｎｍ^３／時間、６０Ｎｍ^３／時間および８０Ｎｍ^３／時間の計４種類に調節した。
次に、図４に示した正負パルス電圧（正パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、負パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、パルス周波数は２１７〜４４５Ｈｚ、正パルス部分と負パルス部分の間隔は１．１２ミリ秒、正パルス部分と負パルス部分のピーク電圧（絶対値）は７〜１０ｋＶに調整した。）と図５に示した正負パルス電流をプラズマＰＭ除去用パルス電源によって発生させた。なお、ピーク電圧波形と電流波形は、それぞれ電圧プローブ（ＥＰ−５０Ｋパルス電子技術）と電流プローブ（ＭＯＤＥＬ２−１．０ＳＴＲＡＮＧＥＮＥＳ）を使って、オシロスコープ（ＴＤＳ−７１０４Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）で測定した。
発生したパルス電圧を図２に示した第１電極と第２電極に印加することによって、プラズマ放電反応器のギャップ空間にプラズマ放電が発生した。なお、それぞれのパルス電圧波形を発生したときのプラズマＰＭ除去用パルス電源の消費電力（電源入力）を計測して、プラズマ放電によるＰＭ除去の効果を調べた。図６に、それぞれの電源入力でのＰＭ除去率と排ガス流量との関係を示す。パルス電圧を印加して、プラズマ放電を発生することにより、ＰＭ除去効果が認められた。

（実施例２）
実施例２として、片面に溝を有したアルミナ板使用したプラズマ放電反応器を用いて、ディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理について実験した。プラズマ放電反応器を用いるディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理システムを図１に示す。ディーゼルエンジンの排気管（３３）にプラズマ放電反応器（３４）を取り付け、実験を行った。なお、図１には、エンジン出口からの排ガスの一部を排出する排気管は示されていない。

以下、本実験例で用いたプラズマ放電反応器について説明する。図２５はプラズマ放電反応器（３４）の構造を示し、図２６はアルミナ板（３０）周りの基本ユニットを示している。この基本ユニットは２枚のアルミナ板（３０）、２枚の金属電極（３５、４０）と６枚のアルミナスペーサー（３６）から構成される。アルミナ板はそれぞれ片面だけ表面に溝を有した凹凸構造になっており、その溝（３１）はエンジン排ガスの流れ方向に垂直になっている。なお、アルミナ板の長さは１４９ｍｍ、溝の幅（凹部の幅）は３ｍｍ、溝と溝との間の距離（凸部の幅）を１ｍｍ、溝の深さ（凹部の深さまたは凸部の高さ）は０．２、０．３、０．４、０．５ｍｍの４段階にし、０．２ｍｍの溝が反応器入口側に来るように設置した。また２枚のアルミナ板を一組として、溝を有した面が向かい合うように置き、２枚のアルミナスペーサー（３６）（１０×１４９×０．５ｍｍ^３）をはさんで間隔をあけ、エンジン排ガスがその間隔を通るようにした。なお、図２６では、アルミナ板の溝（３１）は、端から端までとなっているが、アルミナスペーサー（３６）の上下からの排ガスの漏れを防ぐために、両端には溝がない方が望ましい。金属電極（３５、４０）（１３０×１３０×０．５ｍｍ^３）はいずれもステンレスの平板を用いた。電気絶縁するために、金属電極の両側にアルミナスペーサー（３６）（１０×１４９×０．５ｍｍ^３）を取り付けた。一つの金属電極を第１電極、もう一つの金属電極を第２電極とした。
得られた基本ユニットをアルミナ板が３８組（７６枚）積層されるようにして製作し、図７に示すように、反応器にセットした。反応器上下の不足空間を板状アルミナ充填層（３８）で充填した。なお、符号３９はアルミナ絶縁管である。

ＰＭ発生源として、４気筒、直噴型、総排気量２Ｌのディーゼルエンジンを用いた。エンジンからの排気ガスの一部を希釈器(ＭＤ１９−ＥＭａｔｔｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡＧ)を用いて１５０℃の空気で希釈した後、ＰＭモニター（ＴＥＯＭ１１０５，Ｒｕｐｐｒｅｃｈｔ＆Ｐａｔａｓｈｎｉｃｋ）を用いて、ＰＭの排出量を測定した。１．７ｋｒｐｍで９．４ｋＷのエンジン運転条件で実験した。この条件では、エンジンから排出される排ガス流量とＰＭの量はそれぞれ１１７Ｎｍ^３／時間、約１．９ｇ／時間であった。なお、反応器の前でエンジン出口からの排ガスの一部を排気することにより、反応器への排ガス流量を６０Ｎｍ^３／時間、６９Ｎｍ^３／時間、８６Ｎｍ^３／時間、９６Ｎｍ^３／時間、１１７Ｎｍ^３／時間の計５種類に調節した。
次に図４に示した正負パルス電圧（正パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、負パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、パルス周波数は２１〜１３１Ｈｚ、正パルス部分と負パルス部分の間隔は１．１２ミリ秒、正パルス部分と負パルス部分のピーク電圧（絶対値）は８．５〜９．１ｋＶに調整）と、図５に示した正負パルス電流をプラズマＰＭ除去用パルス電源によって発生させた。なお、電圧波形と電流波形は、それぞれ電圧プローブ（ＥＰ−５０Ｋパルス電子技術）と電流プローブ（ＭＯＤＥＬ２−１．０ＳＴＲＡＮＧＥＮＥＳ）を使って、オシロスコープ（ＴＤＳ−７１０４Ｔｅｋｔｒｏｎｉｘ）で測定した。
発生したパルス電圧を図２５に示した第１電極と第２電極に印加することによって、プラズマ放電反応器のギャップ空間にプラズマ放電が発生した。なお、それぞれのパルス電圧波形を発生した時のプラズマＰＭ除去用パルス電源の消費電力を計測し、また、電圧波形と電流波形から放電電力を計測して、プラズマ放電によるＰＭ除去の効果を調べた。図２８に排ガス流量１１７Ｎｍ^３／時間の時の、放電電力とＰＭ除去率との関係を示す。ここでＰＭ除去率は、上記式１で定義している。パルス電圧を印加して、プラズマ放電を発生することにより、ＰＭ除去効果が認められた。また、放電電力の増加と共にＰＭ除去率は増加し、放電電力３１５Ｗの時でＰＭ除去率は５６％に達した。次に、図２９に電源の消費電力約３００Ｗでの排ガス流量とＰＭ除去率との関係を示す。ガス流量の減少とともにＰＭ除去率が増加し、６０Ｎｍ^３／時間の時で、最大６６％の高いＰＭ除去率が得られた。
また、図３０に示すように、従来型の、誘電体の両面に電極を取り付け、該電極の内面又は誘電体の外面にガスを通過させるためのギャップを一定間隔に多数設け、一方の側のギャップの存在しない位置に、他方の側のギャップが存在して位置するようにしてなるＰＭ除去用凹凸型プラズマ反応器（特許文献５参照）３０組、５０組のものと比べて、圧力損失が大幅に減少した。

（実施例３）
より効率よくＰＭを除去するために、上記実施例２に示した反応器（３４）において、２枚のアルミナ板の間に置くスペーサーをシリカテープ（４２）（１０×１４９×０．３ｍｍ^３）に替えてエンジン排ガスが通る間隔を狭め、同様の実験を行った（図２７）。なお、金属電極固定用のスペーサーは実施例２と同様にアルミナスペーサー（１０×１４９×０．５ｍｍ^３）を用い、その他の反応器形状は、上記実施例２と同じである。
１．７ｋｒｐｍで９．４ｋＷのエンジン運転条件で実験した。この条件では、エンジンから排出される排ガス流量とＰＭの量はそれぞれ１２０Ｎｍ^３／時間、約１．９ｇ／時間であった。また実験例２と同様に図４に示した正負パルス電圧（正パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、負パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、パルス周波数は２１〜１３１Ｈｚ、正パルス部分と負パルス部分の間隔は１．１２ミリ秒、正パルス部分と負パルス部分のピーク電圧（絶対値）は８．５〜９．１ｋＶに調整）と、図５に示した正負パルス電流をプラズマＰＭ除去用パルス電源によって発生させた。電圧波形と電流波形測定用のオシロスコープはＬｅＣｒｏｙｗａｖｅＳｕｒｆｅｒ４４Ｘｓを用いた。

図２８に放電電力とＰＭ除去率との関係を示す。実際に３８組（７６枚）積層した状態での２枚のアルミナ板の間隔は、アルミナ板の両端では０．３ｍｍ、中央部では０．１〜０．２ｍｍであった。２枚のアルミナ板の間隔を０．５ｍｍから０．１〜０．３ｍｍへ小さくすることにより、パルス放電強度が増大し、実施例２の場合よりもさらに高いＰＭ除去効果が認められた。放電電力２１４，２５７Ｗの時でＰＭ除去率は７９％に達した。

（実施例４）
片面加工を施したアルミナ板を使用したプラズマ放電反応器を用いて、プラズマによるオゾン発生の実験を行った。プラズマ放電反応器によるオゾン発生装置システム図を図３１に示す。
プラズマ反応器の入口に供給するガス組成は酸素濃度１０〜１００％（Ｎ２バランス）、ガス流量は１５００ｍｌ／ｍｉｎとした。酸素、窒素のガスは質量流量計を用いて供給した。プラズマ反応器は片面に溝を有したアルミナ板（１４９×１４９×１．２ｍｍ^３（実施例２のアルミナ板と同じ板））を、溝を有した面が向き合うように一定の距離を保って重ね、その両端に電極（１３０×１３０×０．５ｍｍ^３）を取り付けた。電極は一方をパルス電源の高圧側、他方をアースに取り付け、両電極間にパルス電圧を印加することで、アルミナ間のガスを放電させた。反応器出口から排出されたガスをオゾン計へ導入し、ガス中のオゾン濃度を測定した。反応器温度は恒温槽を用いて制御し、常温（２５℃）、１００℃で実験を行った。
パルス電源はパルス電子技術株式会社製のプラズマＰＭ除去用パルス電源を用いた。放電部分のギャップ距離（アルミナ板間距離）は０．５ｍｍとした。電圧と電流の波形はそれぞれ電圧プローブ（Ｐ６０１５Ａ、Ｔｅｋｒｔｏｎｉｘ）と電流プローブ（Ｐ６０２１、Ｔｅｋｒｔｏｎｉｘ）で測定し、オシロスコープ（ＴＤＳ７５４Ｄ、Ｔｅｋｒｔｏｎｉｘ）でデジタル化した後保存し、データ分析に用いた。パルス電源の消費電力は電力計（３１９３、Ｈｉｏｋｉ）から算出し、パルス電源からの放電電力は放電電圧Ｖ、放電電流Ｉ、１パルスの時間ｔより、下記式２により算出した。

式２

パルス電圧はパルス電源のポテンショメータでピーク電圧を４．５ｋＶ〜１０．５ｋＶに制御した。パルス周波数はパルス電源のポテンショメータで５０Ｈｚに固定した。代表的な放電の電圧・電流波形を図３２に示す。
生成したオゾンの濃度の測定はオゾン計（ＰＧ−６２０ＭＡ−Ｆ、荏原実業株式会社）で行った。反応器の入口にガスを導入し、放電を開始して５分間でオゾン濃度の表示値が安定してからオゾン計の数値を読み取った。オゾン生成効率は（生成オゾン濃度×ガス流量）／放電電力により計算した。

反応器温度が常温の場合の、放電のピーク電圧に対する生成オゾン濃度のグラフを図３３に示す。プラズマ放電を発生させることにより、オゾンが生成できることが確認できた。酸素濃度１００％でピーク電圧１０．０ｋＶの時、オゾン濃度は６．８ｇ／Ｎｍ^３に達した。反応器温度が常温の場合の、酸素濃度に対するオゾン生成効率のグラフを図３４に示す。酸素濃度１００％、ピーク電圧４．７ｋＶの時、オゾン生成効率は１８６．６ｇ／ｋＷｈに達した。
また、反応器温度が１００℃の場合の、ピーク電圧に対する生成オゾン濃度のグラフを図３５に、酸素濃度に対するオゾン生成効率のグラフを図３６に示す。オゾン濃度は最大５．４ｇ／Ｎｍ^３、オゾン生成効率は最大１２８．７ｇ／ｋＷｈとなり、高温でのオゾン生成も確認できた。

（実施例５）
反応器に蓄積したＰＭと、高圧極（３５）及び処理ガス導入口（２１）および処理ガス排出口（２２）を構成する金属枠との間での漏電によるＰＭ除去率および効率の低下を防止するために、図３７に示すように、高圧極側の第一電極（３５）の端子（４４）を排ガス流れに垂直な向きになるような構造にし、高圧極の端子（４４）を直接排ガスに接触しないような反応器を作成した。
また、ステンレス電極への排ガスの流入とそれによる電極の腐食を防ぐために、上記実施例３に示した反応器（図２７）において、金属固定用のアルミナスペーサーの替わりにシリコンガスケット（４３）を用いてステンレス板の周りを塞ぎ、さらに二枚のアルミナ板（３０）を、溝のある面が外側になるように張り合わせた反応器を作成した。図３８に基本ユニット図を示す。なお、アルミナ板の間に置くスペーサーは、実施例３の時と同様にシリカテープ（４２）（１０×１４９×０．３ｍｍ^３）を用いた。また、アルミナ板の反りによって排ガス流路が塞がらないように、アルミナ板中央部にも同様のシリカテープ（４２）を置いた。
このようにして得られた基本ユニットをアルミナ板が３６組（７２枚）積層されるようにして製作し、図３７に示すように反応器にセットした。なお、今回は基本ユニットを流路に対して鉛直方向に置き、高圧側の第一電極（３５）の端子（４４）が上部に、接地極側の第二電極（４０）の端子（４５）が排ガス上流部になるようにし、反応器左右の不足空間を板状アルミナ充填層（３８）で充填した。なお、符号３９はアルミナ絶縁管である。
１．７ｋｒｐｍで９．４ｋＷのエンジン運転条件で実験した。この運転条件では、エンジンから排出される排ガス流量とＰＭの量はそれぞれ１２０Ｎｍ^３／時間、約１．５ｇ／時間であった。また実験例２と同様に図４に示したものと同様の正負パルス電圧（正パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、負パルス部分の立ち上がり時間と電圧半値幅はそれぞれ１２μ秒と１４μ秒、パルス周波数は１２４，１４３Ｈｚ、正パルス部分と負パルス部分の間隔はそれぞれ４．０３ミリ秒、３．５０ミリ秒、正パルス部分と負パルス部分のピーク電圧（絶対値）は８．０８−８．２５ｋＶに調整）と、図５に示した正負パルス電流をプラズマＰＭ除去用パルス電源によって発生させた。電圧波形と電流波形測定用のオシロスコープはＬｅＣｒｏｙｗａｖｅＳｕｒｆｅｒ４４Ｘｓを用いた。なお、その他の条件と使用した装置は、上記実施例３の場合と同様とした。
図２８に放電電力とＰＭ除去率との関係を示す。放電電力２３９，２６２Ｗの時でＰＭ除去率はそれぞれ５７．８、５２．３％に達した。また、蓄積したＰＭと高圧極（３５）や処理ガス導入口（２１）および処理ガス排出口（２２）を構成する金属枠の間の漏電は見られなかった。

本発明のプラズマ放電発生方法では高効率でプラズマ放電を発生させることができる。また、本発明により発生したプラズマ放電は、化学反応、例えば、ディーゼルエンジン排ガス中のＰＭ処理のような固体粒子及び／又は液体粒子を含むガスの処理、フロンガス処理やＶＯＣ処理などのようなガスの処理、オゾンなどの有用生成物の生産などの有害物質の無害化および／または有用物質の生成に利用することができ、又は、物理変化、例えば、電気エネルギーを光エネルギーへ転換すること等に利用できる。

Claims

２つの誘電体が処理ガスの流路となる空間部を介して対向するように設置され、２つの誘電体の空間部に接しない外表面もしくは内部には電極がそれぞれ備え付けられており、少なくとも１つの誘電体の空間部側の外表面に溝が設けられ、該溝により形成されるギャップ部と前記空間部とがプラズマ放電反応部を構成し、該空間部への処理ガス導入口と排出口とが付設され、該電極に電圧を印加できる電源が備え付けられていることを特徴とするプラズマ放電反応器。
誘電体が、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックまたはシリコンゴムで構成され、かつ板状、管状または球状である請求の範囲１に記載のプラズマ放電反応器。
誘電体が、板状であり、かつ厚さ０．０１〜１０ｍｍである請求の範囲１または２に記載のプラズマ放電反応器。
溝が、誘電体の空間部側の外表面を連続的な凹凸とすることにより設けられており、凹部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凸部の幅が０．００１ｍｍ〜１０ｃｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．００１ｍｍ以上１０ｍｍ未満である請求の範囲１または２に記載のプラズマ放電反応器。
凹凸が、凹部および凸部の幅、深さおよび長さの少なくとも１つが異なる単位区間を有している請求の範囲４に記載のプラズマ放電反応器。
２つの誘電体間の空間部での距離が０．０５〜２０ｍｍである請求の範囲１〜５のいずれかに記載のプラズマ放電反応器。
電極が、１種または２種以上の導電性物質で構成されている請求の範囲１〜６のいずれかに記載のプラズマ放電反応器。
電極へ電圧を印加するためのリード部分の導電性物質の一部もしくは全部が処理ガスと接触しないような構造を持つ請求の範囲１〜７のいずれかに記載のプラズマ放電反応器。
請求の範囲１〜８のいずれかに記載のプラズマ放電反応器の電極間に電源を用いて電圧を印加することによって、プラズマ放電を発生させることを特徴とするプラズマ放電発生方法。
電圧が、交流電圧またはパルス電圧である請求の範囲９に記載のプラズマ放電発生方法。
電圧のピーク値が１００Ｖ〜５０ｋＶである請求の範囲１０に記載のプラズマ放電発生方法。
請求の範囲１〜８のいずれかに記載のプラズマ放電反応器を用いて、前記プラズマ放電反応器のプラズマ放電反応部に処理ガスを供給し、前記プラズマ放電反応器の電極間に電圧を印加することにより該プラズマ放電反応部にプラズマ放電を発生させて、処理ガス中でプラズマ反応が起こることにより処理ガスの無害化および／または有用物質の生成を行うことを特徴とするガスの処理方法。
処理されるガスが排ガスであり、排ガスに炭素系粒子状物質が含まれ、炭素系粒子状物質が除去されることを特徴とする請求の範囲１２に記載の方法。
プラズマ放電反応部に供給されるガスが酸素または酸素と他のガスの混合ガスであり、前記酸素からオゾンを生成させることを特徴とする請求の範囲１２に記載の方法。