(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
接地電極と、該接地電極を包囲する絶縁体と、該絶縁体を挟持するように対向して積層された一対の表面電極とを備えた沿面放電電極であって、
該沿面放電電極には、複数の貫通孔が形成されていることを特徴とする沿面放電電極。
【請求項２】
請求項１記載の沿面放電電極が前記貫通孔の長手方向に複数並列に配列された電極集合体を備えたことを特徴とするガス処理装置。
【請求項３】
前記電極集合体を構成する任意の連続する２列の沿面放電電極において、１の沿面放電電極の貫通孔と２の沿面放電電極の貫通孔が、異なる位置に配置されていることを特徴とする請求項２記載のガス処理装置。
【請求項４】
前記電極集合体において、前記貫通孔の長手方向が、該電極集合体で処理されるガスの進行方向と角度０°〜６０°をなして傾いていることを特徴とする請求項２または３記載のガス処理装置。
【請求項５】
請求項２ないし４のいずれかに記載のガス処理装置を用いたガス処理方法であって、
前記沿面放電電極の表面電極の表面および貫通孔内に非平衡プラズマを発生させ、被処理ガスを前記表面電極の表面および前記貫通孔内に沿って流し、該被処理ガスを非平衡プラズマと反応させて処理することを特徴とするガス処理方法。
【請求項６】
請求項５記載のガス処理方法において、
１の沿面放電電極の貫通孔を通過した被処理ガスを、２の沿面放電電極の表面電極の表面に衝突させることを特徴とするガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非平衡プラズマによるガス処理を効率的に行なうことができる沿面放電電極およびこれを用いたガス処理装置、ガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般廃棄物や産業廃棄物の焼却炉から排出される排気ガス中には、ＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシンなどの種々の有害化学物質が含まれている。環境保全や、人体への悪影響を低減するためには、このような有害化学物質を含むガスを処理して無害化した後に、大気中へ排出しなければならない。そのために、種々のガス処理方法が提案されている。
中でも、排気ガス、有害ガスなどの処理方法として、近年、放電を利用する方法が検討されている。この方法は、ガス処理に伴なう後処理が必要でない、処理装置を小型化することができるなどの種々の利点がある。
【０００３】
放電を利用する方法としては、熱プラズマを利用する方法と、非平衡プラズマ（低温プラズマ）を利用する方法とが挙げられる。特に、非平衡プラズマを利用する方法では、電子のエネルギー（電子温度）のみが高く、イオンおよび分子のエネルギー（イオン温度および分子温度）は低い。したがって、非平衡プラズマを利用する方法では、処理されるガスの温度自体は常温であるにもかかわらず、電子温度が高いので、高温に適さない材料や条件に適用できる上に、非平衡プラズマを発生する装置の設置が容易で、熱プラズマでは生成困難なラジカルを生成して、特異な化学反応を引き起こすことができるなどの利点がある。
【０００４】
このような非平衡プラズマを発生する放電としては、コロナ放電、無声放電、部分放電（パックドベッド型）、沿面放電、パルスストリーマ放電（高圧パルス電源を必要とする）などが挙げられる。
これらの中でも、大気圧下における非平衡プラズマの発生には、主に、無声放電、沿面放電などが利用されている。特に、沿面放電が、ここで用いられる沿面放電電極の形状の自由度の高さなどから、多く利用されている。
【０００５】
図５は、従来の沿面放電電極を示す概略構成図である。
この沿面放電電極は、外形がパイプ状の電極であり、接地電極１と、接地電極１を包囲している誘電体２と、誘電体２の表面近傍に設けられた表面電極３とから概略構成されている。また、接地電極１と表面電極３が、導線４を介して電源５に接続されている。
この沿面放電電極では、電源５から、接地電極１および表面電極３に電圧を印可すると、図６に示すように、表面電極３の表面に非平衡プラズマが発生し、プラズマ層６を形成するようになっている。
【０００６】
また、非平衡プラズマを発生する電極として、特開２００１−３８１３８号公報には、ガスを通過させる複数の貫通孔を互いに平行に形成した電気絶縁性のハニカム構造体と、放電プラズマを発生する電極と、この電極に接続され、この電極に放電プラズマを発生させる電界を印加する電源とを備えた物質処理装置が提案されている。この物質処理装置では、貫通孔と電極が平行に配置されているものと、貫通孔と電極が垂直に配置されているものがある。また、電極は、筒状、平板状、ワイヤー状のものが用いられている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図５および図６に示す従来の沿面放電電極では、表面電極３の表面上の非常に薄い層にプラズマ層６が形成される。したがって、図６に示すように、表面電極３の表面に沿ってガスが流れる構造のガス処理装置では、表面電極３の表面上のプラズマの効果が得られているガスの層に遮られて、表面電極３の表面から離れた位置にあるガスと、表面電極３の表面近傍のプラズマとの接触効率が悪いという問題があった。そのため、ガスの処理効率を上げることが非常に難しかった。
また、特開２００１−３８１３８号公報記載の物質処理装置では、ガスは貫通孔を流れて処理されるが、貫通孔と電極が離れ過ぎているため、貫通孔を流れるガスがプラズマの効果を得難いため、ガスの処理効率が低かった。
【０００８】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、プラズマとガスとの接触効率を向上し、ガス処理効率に優れる沿面放電電極およびこれを用いたガス処理装置、ガス処理方法を提供することを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、接地電極と、該接地電極を包囲する絶縁体と、該絶縁体を挟持するように対向して積層された一対の表面電極とを備えた沿面放電電極であって、該沿面放電電極には、複数の貫通孔が形成されている沿面放電電極によって解決できる。
また、前記課題は、上記沿面放電電極が前記貫通孔の長手方向に複数並列に配列された電極集合体を備えたガス処理装置によって解決できる。
前記電極集合体を構成する任意の連続する２列の沿面放電電極において、１の沿面放電電極の貫通孔と２の沿面放電電極の貫通孔が、異なる位置に配置されていることが好ましい。
前記電極集合体において、前記貫通孔の長手方向が、該電極集合体で処理されるガスの進行方向と角度０°〜６０°をなして傾いていることが好ましい。
また、前記課題は、上記ガス処理装置を用いたガス処理方法であって、前記沿面放電電極の表面電極の表面および貫通孔内に非平衡プラズマを発生させ、被処理ガスを前記表面電極の表面および前記貫通孔内に沿って流し、該被処理ガスを非平衡プラズマと反応させて処理するガス処理方法によって解決できる。
上記ガス処理方法において、１の沿面放電電極の貫通孔を通過した被処理ガスを、２の沿面放電電極の表面電極の表面に衝突させることが好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳しく説明する。
図１は、本発明の沿面放電電極の一例を示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。また、図２は、本発明の沿面放電電極の一例を示し、図１のＣ―Ｃで切断した状態を示す概略断面図である。
この例の沿面放電電極１０は、外形が矩形状の平板電極であり、接地電極１１と、接地電極１１を包囲する絶縁体１２と、絶縁体１２を挟持するように対向して積層された一対の表面電極１３、１３とから概略構成されており、表面電極１３の表面に対して垂直方向に、複数の貫通孔１４、１４、…が互いに平行に形成されているものである。
なお、本発明の沿面放電電極の外形および大きさは、特に限定されるものではなく、この沿面放電電極を用いて処理するガスの流量や流速などから、必要に応じて適宜決定される。また、本発明の沿面放電電極に形成される貫通孔は、上述のように、表面電極の表面に対して垂直方向に、互いに平行に形成されている必要は無く、表面電極の表面の垂直方向に対して傾いていてもよい。
【００１１】
接地電極１１は、外形が矩形状の平板電極であり、絶縁体１２の断面のほぼ中央に、表面電極１３、１３と平行に配置されており、その厚さは０．０５〜１ｍｍ程度である。また、接地電極１１は、銅、ステンレス、タングステン、銀、Ｘチタンなどで形成されている。
絶縁体１２は、外形が矩形状の平板であり、その厚さは１〜５ｍｍ程度である。また、絶縁体１２は、アルミナ、ガラス、チタン酸バリウム、酸化チタンなどで形成されている。
【００１２】
表面電極１３、１３は、外形が矩形状の平板電極で、接地電極１１と平行になるように絶縁体１２の表面の両面に密着されており、その厚さは０．０５〜１ｍｍ程度である。また、表面電極１３は、銅、ステンレス、タングステン、銀、チタンなどで形成されている。また、表面電極１３は、図１に示すように、網目構造を有しており、その網目１５、１５、…の位置と貫通孔１４、１４、…との位置が一致するようになっている。すなわち、貫通孔１４、１４、…の開口部が表面電極１３で覆い隠されることなく、貫通孔１４、１４、…の開口部の外周が網目１５、１５、…で囲まれている。また、この網目構造の網目の大きさは、貫通孔１４、１４、…の大きさ（開口径）に応じて適宜決定される。
【００１３】
また、複数の貫通孔１４、１４、…の形状は特に限定されるものではないが、貫通孔１４内の位置におけるプラズマとガスの接触効率の差が少ないことから、円形が好ましい。また、複数の貫通孔１４、１４、…の開口径は、０．５〜５ｍｍ程度が好ましい。また、複数の貫通孔１４、１４、…の数は特に限定されるものではなく、貫通孔１４、１４、…が沿面放電電極１０の全体に万遍無く形成されていればよい。さらに、図１および図２には、貫通孔１４、１４、…を整列して配置した状態を示したが、本発明の沿面放電電極では、これに限定されるものではなく、貫通孔１４、１４、…が沿面放電電極１０の全体に万遍無く形成されていればよい。
【００１４】
この例の沿面放電電極１０を使用するには、図３に示すように、接地電極１１と表面電極１３、１３を、導線１６を介して電源１７に接続する。そして、電源１７から、接地電極１１および表面電極１３、１３に電圧を印加すると、非平衡プラズマが発生する。
本発明の沿面放電電極では、表面電極１３、１３の表面および貫通孔１４内で、貫通孔１４の長手方向に平衡に、非平衡プラズマを発生することができる。すなわち、本発明の沿面放電電極では、沿面放電電極の３次元方向に非平衡プラズマを発生することができるから、非平衡プラズマの発生する面積が大きくなる。また、貫通孔１４内に発生する非平衡プラズマは、貫通孔１４の径方向にほぼ均一に発生し、かつ貫通孔１４の長手方向に沿ってほぼ均一に発生する。
したがって、本発明の沿面放電電極を用いて、排気ガス、有害ガスなどのガス（以下、「被処理ガス」と記す。）を処理すれば、被処理ガスは、沿面放電電極の表面だけでなく、貫通孔内でも非平衡プラズマと接触することができるから、被処理ガスと非平衡プラズマとの接触面積が増加し、結果として接触効率が向上する。ゆえに、非平衡プラズマ中に生成される高エネルギー電子およびラジカルと、被処理ガス中に含まれるＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシンなどの有害化学物質との反応がきわめて効率よく行われ、有害化学物質を効率よく分解することができる。
【００１５】
図４は、本発明のガス処理装置の一部を例示する概略断面図である。
本発明のガス処理装置は、複数の沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃが貫通孔１４の長手方向に並列に配列された電極集合体２０と、沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃに接続され、表面電極１３、１３、…の表面および貫通孔１４、１４、…内に非平衡プラズマを発生させる電界を沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃに印加する図示略の電源とから概略構成されている。
【００１６】
以下、本発明のガス処理装置の構成を説明しながら、本発明のガス処理方法についても説明する。
電極集合体２０は、一般廃棄物や産業廃棄物の焼却炉に設けられた排気管路２１内などに設置されて用いられるものである。
電極集合体２０を構成する沿面放電電極の数は、特に限定されるものではなく、被処理ガスの流量や流速などから、必要に応じて適宜決定される。沿面放電電極の数が多くなるほど、被処理ガスと非平衡プラズマとの接触効率が向上するので、被処理ガスの量が多い場合や処理時間を短縮したい場合には、沿面放電電極の数を多くすることが好ましい。また、電極集合体２０を、複数の沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃを並列に配列した構造とすることにより、前段の沿面放電電極で分解されなかった被処理ガス中の有害化学物質が、後段の沿面放電電極で分解され、最終的に、大気中に排出される排気ガス中には有害化学物質が含まれなくなる。
また、電極集合体２０を構成する沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、ほぼ等間隔に配置されており、図４（ａ）に示す沿面放電電極１０ａと、沿面放電電極１０ｂとの間隔Ｄは、５〜２０ｍｍ程度が好ましい。間隔Ｄがこの範囲内であれば、前段の沿面放電電極１０ａの貫通孔１４を通過した被処理ガスが、後段の沿面放電電極１０ｂの表面に沿って流れ、続いて沿面放電電極１０ｂの貫通孔１４をスムーズに通過するようになる。
【００１７】
また、この例のガス処理装置では、電極集合体２０を構成する沿面放電電極１０ａの貫通孔１４、１４、…と、沿面放電電極１０ｂの貫通孔１４、１４、…が、異なる位置に配置されていることが好ましい。ここで異なる位置に配置されているとは、沿面放電電極１０ａの貫通孔１４、１４、…の前方には、沿面放電電極１０ｂの貫通孔１４、１４、…が存在しておらず、これらの貫通孔１４、１４、…が一定の間隔をおいて、連続的に連なっていない状態を指している。
このように、本発明のガス処理装置では、電極集合体２０において、沿面放電電極１０ａの貫通孔１４、１４、…と沿面放電電極１０ｂの貫通孔１４、１４、…が、異なる位置に配置されていれば、沿面放電電極１０ａの貫通孔１４、１４、…を通過した被処理ガスが、沿面放電電極１０ｂの表面に衝突し、沿面放電電極１０ｂの表面の境界層を破壊する。これにより、沿面放電電極１０ａの貫通孔１４、１４、…を通過した被処理ガスの沿面放電電極１０ｂの表面への接触効率が上がり、その結果としてガス処理効率が向上する。
【００１８】
さらに、この例のガス処理装置では、図４（ｂ）に示すように、電極集合体２０において、沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃの貫通孔１４、１４、…の長手方向と、被処理ガスの進行方向とのなす角度αが０°〜６０°であることが好ましく、３０°〜６０°がより好ましい。
貫通孔１４、１４、…の長手方向と、被処理ガスの進行方向とのなす角度αが上記の範囲内であれば、電極集合体２０を通過する被処理ガスの流れは、沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃの表面を流れるガス流と、貫通孔１４、１４、…内を流れるガス流が混ざり合う複雑な乱流となる。これにより、沿面放電電極１０ａ、１０ｂ、１０ｃの貫通孔１４、１４、…を通過した被処理ガスが、後段の沿面放電電極の表面へ接触する効率が上がり、その結果としてガス処理効率が向上する。
また、角度αが６０°以上では、電極集合体２０を通過する被処理ガスの流れが乱流とならず、ガス処理効率が向上しない。一方、角度αが３０°未満では、前段の沿面放電電極の貫通孔１４、１４、…を通過した被処理ガスが、後段の沿面放電電極の表面を流れな難くくなり、ガス処理効率が低下する。
【００１９】
このように、本発明のガス処理装置によれば、被処理ガスと沿面放電電極の表面に発生させた非平衡プラズマとの接触効率を上げることができ、その結果としてガス処理効率が向上する。したがって、非平衡プラズマ中に生成される高エネルギー電子およびラジカルと、被処理ガス中に含まれるＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシンなどの有害化学物質との反応がきわめて効率よく行われ、有害化学物質を効率よく分解することができる。
【００２０】
通常のガス処理装置では、非平衡プラズマを発生する放電としては、コロナ放電、無声放電、部分放電（パックドベッド型）、沿面放電、パルスストリーマ放電（高圧パルス電源を必要とする）などが用いられるが、本発明のガス処理装置では、沿面放電が要求される構造を実現させるために好ましく用いられる。
【００２１】
また、本発明のガス処理装置では、放電電流を発生させる電源として、通常用いられるネオン発光用の電源などを有効に使用することができる。
このような一般的な電源を用いることで、本発明のガス処理装置を安価に製造できる。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の沿面放電電極によれば、沿面放電電極の３次元方向に非平衡プラズマを発生することができるから、非平衡プラズマの発生する面積が大きくなる。したがって、本発明の沿面放電電極を用いて、被処理ガスを処理すれば、被処理ガスは、沿面放電電極の表面だけでなく、貫通孔内でも非平衡プラズマと接触することができるから、被処理ガスと非平衡プラズマとの接触面積が増加し、結果として接触効率が向上する。
また、本発明のガス処理装置によれば、被処理ガスと沿面放電電極の表面に発生させた非平衡プラズマとの接触効率を上げることができ、その結果としてガス処理効率が向上する。したがって、非平衡プラズマ中に生成される高エネルギー電子およびラジカルと、被処理ガス中に含まれるＮＯｘ、ＳＯｘ、ダイオキシンなどの有害化学物質との反応がきわめて効率よく行われ、有害化学物質を効率よく分解することができる。
また、本発明のガス処理方法によれば、沿面放電電極の貫通孔を通過した被処理ガスが、沿面放電電極の表面に衝突し、その表面の境界層を破壊する。これにより、沿面放電電極の貫通孔を通過した被処理ガスの沿面放電電極の表面への接触効率が上がり、その結果としてガス処理効率が向上する。また、電極集合体を通過する被処理ガスの流れは、沿面放電電極の表面を流れるガス流と、貫通孔内を流れるガス流が混ざり合う複雑な乱流となり、被処理ガスと沿面放電電極との接触効率が上がり、その結果としてガス処理効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の沿面放電電極の一例を示す概略構成図であり、図１（ａ）は平面図、図１（ｂ）は正面図である。
【図２】本発明の沿面放電電極の一例を示し、図１のＣ―Ｃで切断した状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の沿面放電電極に電源を接続した状態を示す模式図である。
【図４】本発明のガス処理装置の一部を例示する概略断面図であり、図４（ａ）は複数の沿面放電電極を並列に配列した電極集合体を説明する図であり、図４（ｂ）は沿面放電電極の貫通孔がガス流と角度αをなして傾いている状態を説明する図である。
【図５】従来の沿面放電電極を示す概略構成図である。
【図６】従来の沿面放電電極の表面で発生させたプラズマの状態を説明する概略図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ・・・沿面放電電極、１１・・・接地電極、１２・・・絶縁体、１３・・・表面電極、１４・・・貫通孔、１５・・・網目、１６・・・導線、１７・・・電源、２０・・・電極集合体、２１・・・排気管路
【図１】
0003580294.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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