(57)【要約】【課題】  自動車から排気される有毒ガス等の被処理ガスを効率的に処理することができるプラズマガス処理用カートリッジおよび装置を提供する。【解決手段】  前記放電電極がチタン電極であり、前記接地電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆されており、前記多孔質の誘電体が三次元網目構造を有し、前記多孔質の誘電体より強誘電率である誘電体被膜及び吸着材に被覆され、光電効果を有する触媒を担持している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極と接地電極の間に多孔質の誘電体が配置され、前記放電電極と前記接地電極の間に電圧を印加することにより前記多孔質の誘電体内でプラズマ放電を発生させて前記多孔質の誘電体内を通過する処理対象ガスを処理する装置であって、
前記放電電極がチタン電極であり、
前記接地電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆されており、
前記多孔質の誘電体が三次元網目構造を有し、前記多孔質の誘電体より強誘電率である誘電体被膜及び吸着材に被覆され、光電効果を有する触媒を担持していることを特徴とするプラズマガス処理用装置。
【請求項２】
多孔質の誘電体内でプラズマ放電を発生させて前記多孔質の誘電体内を通過する処理対象ガスを処理する装置に用いられるプラズマ処理用カートリッジであって、
放電電極と接地電極の間に多孔質の誘電体が配置され、
前記放電電極がチタン電極であり、
前記接地電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆されており、
前記多孔質の誘電体が三次元網目構造を有し、前記多孔質の誘電体より強誘電率である誘電体被膜及び吸着材に被覆され、光電効果を有する触媒を担持していることを特徴とするプラズマガス処理用カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場や自動車から排気される有毒ガスや窒素酸化物、ゴミ処理場または廃棄物処理場などで発生する臭気ガス、ならびに、医療施設や介護施設などで発生するアンモニア臭気または硫黄形臭気ガスをプラズマ反応を利用して処理をするプラズマガス装置およびプラズマガス処理用カートリッジに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のプラズマガス処理装置では前記一対の電極には、主にカーボンやタングステン、またはステンレスが使用されている特許が多く、特許文献１もその代表的な特許例である。また、チタン電極を用いた装置では、特許文献２のようにチタン電極と光触媒性誘電体を組み合わせたものがある。更に、光触媒を担持した誘電体を用いた装置では、特許文献３のように誘電体に被覆された金属電極間に配置された光触媒性誘電体に多孔質を使用しているものがある。
【特許文献１】特開昭６１−２１５２０２号公報
【特許文献２】特開２００１−１２９４３０号公報
【特許文献３】特開２００４−１０５８１１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来例の特許文献１などの多くは、プラズマ放電時に発生する高温の耐熱金属として電極にタングステン電極やカーボン電極が多く、中には他の金属電極の一例としてチタン電極を挙げているが、チタン電極が誘電体で被膜されているため光触媒として有効に活用されていない。
【０００４】
また、上記従来例の特許文献２では、前記装置の形態は平板状のチタン電極と同じく平板状の光触媒性誘電体、または光触媒性誘電体を被覆した平板状の金電極を一定の間隔で平行に配置している。そのため処置対象ガスは前記一定の間隔に発生した光触媒効果を利用するだけで、前記光触媒性誘電体の表面しか利用されていない。よって、前記一定の間隔を通過する処理対象ガスの流速を上げて前記処理対象ガスの処理量を増加させようとすると、実際には処理対象ガスの処理率が減少する。しかも、前記装置の形態では更に高電圧を前記チタン電極に印加することで処理能力を増加させようとすると、実際にはプラズマ放電からアーク放電に変化して前記光触媒性誘電体、ならびに前記金属電極に被覆された前記光触媒性誘電体を破損させる。
【０００５】
更に、上記従来例の特許文献３では、三次元網目構造の光触媒モジュールに光触媒が担持されていて光触媒効果を利用しているが、前記光触媒モジュールに担持された光触媒の下に吸着材を付加していないため、前記三次元網目構造の利点であるガス透過性を利用してのガス処理量は増しているが、前記光触媒モジュールにガスを吸着させて光触媒とプラズマの２種類の処理技術での処理時間を延ばすことができず、ガスの処理率は下がるかあるいは変らない。
【０００６】
以上のような問題点から、本出願に係る第１の発明の目的は前記処理対象ガスの処理効率を上げるために、前記三次元網目構造の前記多孔質の誘電体表面および内部の機能化を図り、前記一対の電極の少なくとも一方に光触媒性の誘電体をバリアー被膜する。それによって印加電圧を上げても前記三次元網目構造の多孔質の誘電体が破損せず、前記処理対象ガスの処理量が増えても前記誘電体にガスを吸着させて光触媒とプラズマの処理技術での処理時間と処理能力（密度）を増加させて、前記処理対象ガスの処理率を向上させるようなプラズマガス処理用カートリッジおよび装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、放電電極と接地電極の間に多孔質の誘電体が配置され、前記放電電極と前記接地電極の間に電圧を印加することにより前記多孔質の誘電体内でプラズマ放電を発生させて前記多孔質の誘電体内を通過する処理対象ガスを処理する装置であって、前記放電電極がチタン電極であり、前記接地電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆されており、前記多孔質の誘電体が三次元網目構造を有し、前記多孔質の誘電体より強誘電率である誘電体被膜及び吸着材に被覆され、光電効果を有する触媒を担持していることを特徴とする。
【０００８】
また、本出願に係る第２の発明は、多孔質の誘電体内でプラズマ放電を発生させて前記多孔質の誘電体内を通過する処理対象ガスを処理する装置に用いられるプラズマ処理用カートリッジであって、放電電極と接地電極の間に多孔質の誘電体が配置され、前記放電電極がチタン電極であり、前記接地電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆されており、前記多孔質の誘電体が三次元網目構造を有し、前記多孔質の誘電体より強誘電率である誘電体被膜及び吸着材に被覆され、光電効果を有する触媒を担持していることを特徴とする。
【０００９】
上記構成において、前記チタン電極は前記プラズマ放電中に発生するオゾンや活性酸素によって、前記チタン電極表面が酸化されて光触媒である酸化チタンが形成されて、前記チタン電極も前記光触媒性誘電体で被膜された前記チタン電極とは他方の電極と同様に、前記プラズマ放電により光触媒電極として作用する。
【００１０】
また上記構成において、放電電極と接地電極の間に配置された三次元網目構造であり、基材誘電体より強誘電率である誘電体被膜を備え、更に光電効果を有する触媒と吸着材を備え前記多孔質の誘電体は、前記三次元網目構造内に前記処理対象ガスが透過されることで前記多孔質の誘電体表面を通過させるより、前記処理対象ガスの処理量を増加させて前記処理対象ガスが前記吸着材に吸着されることで、前記処理対象ガスが前記プラズマ放電と前記プラズマ放電による前記光触媒効果で処理される領域に滞留する時間を増加させる作用をする。
【００１１】
更に上記構成において、前記一対の電極の前記チタン電極とは他方の電極が光電効果を有する触媒を備えた誘電体、または絶縁体で被覆された金属電極は、前記プラズマ放電により光触媒電極として作用するだけでなく、前記一対の電極間に印加される高電圧を増加させて前記処理対処ガスの処理率を上げる場合に、前記一対の電極間に配置された前記多孔質の誘電体がアーク放電による破損を防止するバリアー作用を奏する。
【発明の効果】
【００１２】
上記のように構成された本発明のプラズマガス処理用カートリッジおよび装置によれば、プラズマ放電により発生するラジカルでの直接的に処理対象ガスを処理する機能と、プラズマ放電の発光によって発生する光電効果で間接的に処理対象ガスを処理する機能を、より効率良く活用するために吸着材で処理対象ガスを処理領域に存在させる時間を延ばすことで、処理対象ガスの処理能力を飛躍的に向上させることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１および図２に本発明を実施するための最良の形態を示して説明する。図中の放電電極３と接地電極５が互いに離間して配置されて、前記接地電極５はバリアー６で被膜されている。前記放電電極３と前記接地電極５の間に三次元網目構造で吸着材と光触媒を担持した多孔質の誘電体４を挟み込むように配置されて、前記放電電極３に高電圧を供給する高圧電源７が接続されている。ここで、前記高圧電源６から前記放電電極３と前記接地電極５の間に高電圧を印加させることにより、前記多孔質の誘電体４の気孔により形成された放電ギャップ８にプラズマ放電を起こさせて、前記放電ギャップ８に処理前対象ガス１ａを通過させることで前記処理対象ガスを処理して処理後対象ガス１ｂにする。更に、前記多孔質の誘電体４の表面および前記放電ギャップ８で発生するプラズマ放電の発光により光触媒効果として放出電子９が発生して、処理前対象ガス１ａを処理して処理後対象ガス１ｂにする。
【００１４】
本発明の誘電体は、アルミナを材料に用いた三次元網目構造であることが好ましい。チタン酸バリウム、二酸化チタン等が好適に用いられる。大量の処理対照ガスを、圧力損失を低くして透過させるために、ハニカム構造や多孔質、発泡体であることが望ましく、このような観点から、三次元網目構造が特に好ましく用いられる。
【００１５】
本発明の誘電体の被膜は、チタン酸バリウムであることが好ましい。誘電体に印加される高電圧を無駄な発熱エネルギーに変換させず放電エネルギーに用いるために、誘電体基材のアルミナよりも高い誘電率の強誘電体の材料であることが望ましく、チタン酸バリウムが特に好ましく用いられる。
【００１６】
本発明の吸着材は、ゼオライト系の天然鉱物であることが好ましい。放電時の発熱を引き起こす空気中の水分を吸着せず、処理対象ガスのみを吸着できる疎水性の天然鉱物の吸着材であることが望ましく、ハイシリカゼオライト系の天然鉱物が特に好ましく用いられる。
【００１７】
本発明の光電効果を有する触媒は、二酸化チタンであることが好ましい。プラズマの放電光を有効に利用し、大量の処理対照ガスを効率良く処理するために、紫外線や可視光に反応する光触媒であることが望ましく、このような観点から、二酸化チタンが好ましく用いられる。
【実施例】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施例と評価方法について説明する。図１および図２は本発明によるプラズマガス処理用カートリッジおよび装置の特徴を最もよく表すモデル図と拡大図であり、図３は本発明による３次元網目構造の多孔質の誘電体の表面構造をミクロレベルで拡大した図である。同図において放電電極３の外形寸法は長さ１５０ｍｍ、直径φ１ｍｍで材質はチタン、ステンレス、タングステンの３種類で製作したものを使用した。接地電極５の外形寸法は長さ１５０ｍｍ、直径φ１ｍｍのステンレスを使用し、その外周をアーク放電防止用にアルミナで製作した長さ１２０ｍｍ、外径２ｍｍ内径１ｍｍのバリアー６に挿入して使用した。そして、その間に６００ｍｍ四方、５ｍｍ厚のアルミナ１１を骨子構造に持ち、表面に前記アルミナよりも誘電率の高いチタン酸バリウム１２がコーティングされ、更に吸着材のゼオライト系天然鉱物１３が塗布され、その上に光触媒の二酸化チタン１４が担持された３次元網目構造の多孔質の誘電体４、１１が挟まれて配置されている。さらに前記放電電極３と、前記接地電極５の間に高電圧を印加するための高圧電源７が設けられ、プラズマ放電を発生させるために印加された高電圧の値と、印加された高電圧により発生されるプラズマ放電の発生量を記録するための示されていないオシロスコープが前記放電電極３と前記接地電極５の間に前記高圧電源７と並列に設けられている。
【００１９】
次にこのような構成からなる実施例の作用について説明する。まず前記放電電極３をステンレス、タングステン、チタンに変えながら配置して、各々について前記高圧電源７から前記放電電極５に高電圧を供給して、前記放電電極３と前記接地電極５の間に高電圧を印加して前記多孔質の誘電体４の気孔により形成された前記放電ギャップ８内にプラズマ放電を発生させて、前記多孔質の誘電体４の気孔により形成された前記放電ギャップ８内に前記プラズマ放電が発生した電圧と、その前記プラズマ放電の発生量を前記オシロスコープで記録する。その際に、前記放電電極３と前記接地電極５の間に挟まれて配置される多孔質の誘電体４を、３次元網目構造のアルミナ骨子構造１１のみの多孔質の誘電体４と、前記３次元網目構造のアルミナ骨子構造１１にチタン酸バリウム１２をコートした多孔質の誘電体４と、更に光触媒の二酸化チタン１４を担持した多孔質の誘電体４と、前記二酸化チタン１４を担持する前に吸着材のゼオライト系天然鉱物１３を担持した多孔質の誘電体４を配置して、各々について同様に前記多孔質の誘電体４の気孔により形成された前記放電ギャップ８内に、１５ｋＶｐ−ｐの高電圧を前記高圧電源７から前記放電電極３に印加した時に発生した、前記プラズマ放電の発生量を前記オシロスコープで記録する。そして、各々のオシロスコープで記録したプラズマ放電発生量から相対評価を行った。
【００２０】
表１に相対評価の実測結果を示して説明する。前記放電電極３をステンレス、タングステン、チタンに変えながら前記プラズマ発生量を測定した結果、前記放電電極３と前記接地電極５に挟まれて配置される前記多孔質の誘電体４の構成あるいは形態に関わらず、前記放電電極３にチタンを使用した時の前記プラズマ放電発生量が最も大きい結果となった。
【００２１】
【表１】
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【００２２】
また、前記放電電極３と前記接地電極５に挟まれて配置される前記多孔質の誘電体４の構成を変えながら前記プラズマ発生量を測定した結果では、前記３次元網目構造のアルミナ骨子構造１１のみの前記多孔質の誘電体４に比べて、前記３次元網目構造のアルミナ骨子構造１１に強誘電材のチタン酸バリウム１２をコートした多孔質の誘電体４の方が、当然の如く前記プラズマ放電発生量が大きい結果となった。更には、光触媒の二酸化チタン１４を担持した多孔質の誘電体４を前記放電電極３と前記接地電極５に挟んで配置した時に前記プラズマ発生量を測定した結果、前記放電電極３の材質に関わらず前記プラズマ放電発生量が最も大きい結果を得られた。
【００２３】
更には、前記二酸化チタン１４を担持する前に吸着材のゼオライト系天然鉱物１３を担持した多孔質の誘電体４を前記放電電極３と前記接地電極５に挟んで配置した時に前記プラズマ発生量を測定した結果、光触媒の二酸化チタン１４を担持した多孔質の誘電体４を前記放電電極３と前記接地電極５に挟んで配置した時に前記プラズマ発生量を測定した結果と同様な前記プラズマ放電発生量の結果を得られたことから、前記吸着材のゼオライト系天然鉱物１３を担持したことによる弊害がないことも証明された。
【００２４】
以上の評価結果を踏まえて、前記接地電極５のアーク放電防止用にアルミナで製作したバリアー６に光触媒の二酸化チタンを前記多孔質の誘電体４と同様に担持させたものに変えて、前期プラズマ放電発生量を測定した結果、図４の前記放電電極にチタンを使用して前記多孔質の誘電体４に前記３次元網目構造のアルミナ骨子構造１１に強誘電材のチタン酸バリウム１２をコートして前記二酸化チタン１４を担持する前に吸着材のゼオライト系天然鉱物１３を担持した前記多孔質の誘電体４を使用した時に測定した前記プラズマ放電発生量８５０．５ｍＡμｓが９２５．６ｍＡμｓまで増加した。
【００２５】
以上のことから、放電電極と接地電極に挟まれた配置された多孔質の誘電体を使用するプラズマ処理装置において、前記放電電極にチタンを使用して、前記接地電極のアーク放電防止用バリアーに光電効果を有する触媒を担持して、前記多孔質の誘電体が三次元網目構造で、基材誘電体より強誘電率である誘電体被膜を備え、更に光電効果を有する触媒と吸着材が担持された前記多孔質の誘電体を使用すると、前記多孔質の誘電体内部での放電ギャップでプラズマ放電のプラズマ放電発生量が増加して、プラズマ放電によるガス処理が効率的に行われるようになる。
【００２６】
ここで、図中または前述では放電電極と多孔質の誘電体が接しているが、使用する高圧電源で印加電圧を上げられればプラズマ放電は発生するのでギャップを設けても良い。接地電極のバリアーとして本実施例ではアルミナが使用されているが、石英ガラス、酸化チタンや酸化タングステンなどの絶縁体が使用されても良い。更に多孔質の誘電体として本実施例ではアルミナ骨子構造の誘電体にチタン酸バリウムをコートして使用いるが、初めからチタン酸バリウムなどを骨子構造にした強誘電体を使用しても良い。前記放電電極の直径として本実施例ではφ１ｍｍであったが、ワイヤーのようにごく細でも良いし、φ２ｍｍまでなら同様の結果が得られる。
【００２７】
更に、図４は本発明によるプラズマガス処理用カートリッジを搭載したプラズマ処理用装置の特徴を最もよく表すモデル図である。同図において、まず処理対象ガスは、ファンモーター１９で回転させられた吸込みファン１８によって前記プラズマ処理用装置に導入されると、前記プラズマ処理用カートリッジ１５の前段に配置されているプレフィルター１６で、塵や埃など前記プラズマ処理用カートリッジ１５内で発生するプラズマ放電に悪影響を及ぼす浮遊物を除去される。その後に前記プラズマ処理用カートリッジ１５を通過した前記処理対象ガスは、前記プラズマ処理用カートリッジ１５内で電源２０から印加された高電圧によって発生したプラズマ放電によって処理される。更にその後、前記プラズマ処理用カートリッジ１５で処理された前記処理対象ガスは、前記プラズマ処理用カートリッジの後段に配置されている後段処理部１７で、前記プラズマ処理用カートリッジ１５内で発生したプラズマ放電よって発生したオゾンとＮＯｘを除去されて、前記プラズマ処理用装置外に排出される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明のプラズマガス処理用カートリッジを示す概略図である。
【図２】本発明のプラズマガス処理用カートリッジを示す概略図である。
【図３】本発明の３次元網目構造の多孔質の誘電体を示す概略図である。
【図４】本発明のプラズマ処理用カートリッジを搭載したプラズマ処理用装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００２９】
１ａ  処理前対象ガス
１ｂ  処理後対象ガス
３  放電電極
４  多孔質の誘電体
５  接地電極
６  バリアー
７  高圧電源
８  放電ギャップ（空隙）
９  放出電子
１１  アルミナ多孔質の誘電体
１２  チタン酸バリウム
１３  ゼオライト系天然鉱物（吸着材）
１４  二酸化チタン（光触媒）
１５  プラズマ処理用カートリッジ
１６  プレフィルター
１７  後段処理部
１８  吸込みファン
１９  ファンモーター
２０  電源
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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