(57)【要約】【課題】ガス中の分解対象物質を効率的に分解できるガス処理装置を提供する。【解決手段】ガス通過方向に沿って放電密度を変化させる構造のガス処理装置を提供する。【選択図】      図３
2004267863.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向する一対の電極を有し、放電する電極間領域に分解対象物質を含むガスを通過させることで前記分解対象物質を分解するガス処理装置において、
一方の電極は他方の電極を囲むように配置され、
前記電極間領域のガス入口からガス出口にかけて放電密度が変化する構造を有することを特徴とするガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス処理装置に関する。特に有害あるいは有臭な有機化合物を含有するガスに対し、その有害な有機化合物を分解処理することで無害化あるいは無臭化を達成することができる装置に関するものである。例えば、塗布、塗装、メッキなどの工程や、化学プラント、あるいは職品工場、肥料、飼料などの取り扱い場所などより発生する、臭気、有機化合物、有害性分などに対し無害化あるいは無臭化をはかることで、作業者や周囲の環境への影響を低減することができる装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、大気圧状態あるいはそれに近い圧力状態において放電を発生させ、その放電により有機化合物の分解処理を実施するガス処理装置は、無声放電やパルス放電あるいは部分放電などの方法に分類される。これらの方法はいずれも、大気圧あるいはそれに近い圧力状態にある所定の空間に対し、その空間の近傍に位置する電極に電圧を加えることで所定の空間をプラズマ状態にする。その時、そのプラズマ状態の空間に有機化合物を導入することで、有機化合物の分解処理が行われるものである。
【０００３】
これらの装置はそれぞれに特徴があり、目的、環境、コストなどに応じた選択をすることができる。例えば、どのような放電技術が最適であるか、あるいは、どのような電極、どのようなリアクターを用いるか、そして全体のプロセスとしてどのようにするか、などの決定を行い、全体の装置仕様を決定する。具体的には、処理流量、処理対象物質、対象物質の濃度、および処理目標、などの基礎要素項目を決定し、その決定した計画に基づき装置全体の仕様が決定される。
【０００４】
ただし、いずれの処理方法を選択した場合においても、処理装置の選択・設計においては、それぞれの長所、短所を考慮した上で、方法、装置仕様についての決定をしていく必要がある。例えばパルス放電法の場合、放電を発生させるための電源を決定する場合には、パルス波形、立ち上がり時間などにより放電が異なり、あるいは無声放電で考えれば、リアクターの電極間距離などにより放電状態が異なってくる。また、粒状誘電体を利用した部分放電法では、例えば特許文献１で開示されているように、誘電体の比誘電率などにより放電状態、処理効率が異なる。
【０００５】
このように、それぞれの特徴を鑑みて装置を決めなければいけないが、いずれの方法を用いる場合においても、その処理効率は高いほうが望ましい。すなわち、処理にかかわるコスト、処理時間、装置の大きさ、などの点から考えれば、一定時間あたり、あるいは一定コストあたりの処理効率が高いほうがいいことは処理方法によらない。言い換えれば最小の装置により最大量の処理ができることが装置に求められる要素である。
【０００６】
【特許文献１】
特開２０００−３４８８９６号公報（第５〜７頁）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこれまでの技術に係るガス処理装置は、リアクター内部では均一に放電状態が発生する構造を有するため、いずれの装置のおいても、リアクター内部のガス状態と投入されるエネルギーは関連付けされていない構造であった。すなわち、ガス入り口付近とガス出口付近では、ガス処理進行によって、ガス中に含有される成分が変化していても、いずれに対しても同じエネルギーが投入されているため、消費されるエネルギーに注目するとエネルギー効率を向上させるだけの余地が残されていた。具体的に例を挙げて言えば、入口付近でガス中の成分濃度が１００ｐｐｍで、それがリアクター出口で１０ｐｐｍまで分解処理されている場合、１００ｐｐｍと１０ｐｐｍに対して同じ放電密度によるエネルギーが投入されるため、エネルギー効率から見れば改善の余地があると言える。
【０００８】
本発明は、上記課題を解決し、高いエネルギー効率を得ることができるガス処理装置を提案するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
よって本発明は、
（１）互いに対向する一対の電極を有し、放電する電極間領域に分解対象物質を含むガスを通過させることで前記分解対象物質を分解するガス処理装置において、
一方の電極は他方の電極を囲むように配置され、
前記電極間領域のガス入口からガス出口にかけて放電密度が変化する構造を有することを特徴とするガス処理装置を提供する。
【００１０】
また本発明は、
前記放電密度が変化する構造は、電極間距離が前記ガス入口から前記ガス出口にかけて変化している構造であることを特徴とする（１）に記載のガス処理装置を提供することもできる。
【００１１】
また本発明は、
前記放電密度が変化する構造は、前記ガス入口から前記ガス出口にかけて少なくとも何れか一方の電極の面積が変化している構造であることを特徴とする（１）に記載のガス処理装置を提供することもできる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態に係るガス処理装置は、電極間領域のガス入口からガス出口にかけて放電密度が変化する構造を有することを特徴とするガス処理装置である。より具体的にいえばリアクター内の放電密度を変化させることで、ガス状態に応じたエネルギーを投入し、それにより高いエネルギー効率を得ることができるガス処理装置である。
【００１３】
以下に具体的に図を用いて説明する。
【００１４】
図１乃至図３は本実施形態の１形態を説明する模式図である。また図４乃至図６は別の実施形態を説明する模式図である。また図７乃至９は更に別の実施形態を説明する模式図である。
【００１５】
（第１の実施の形態）
本実施の形態に係るガス処理装置は、電極間領域のガス入口からガス出口にかけて放電密度が変化する構造を有することを特徴とするガス処理装置である。
【００１６】
図１乃至図３は第１の実施の形態を示す模式図である。
【００１７】
図３は本実施形態に係るガス処理装置の断面模式図である。図１および図２はそれぞれ図３のガス処理装置全体の形状を表す斜視模式図とその横模式図である。
【００１８】
図３において、符号１はガス入口、２はガス拡散空間、３は仕切り部材（例えばメッシュ）、４は誘電体粒子、５は中心電極、６は電源（例えば交流高圧電源）、７は外側電極、８はガス出口を示す。
【００１９】
本実施形態において、外側電極７はコーン状中空筒である。この口の小さい方にガス入口１が設けられ、他方の口即ち大きい口径の口にガス出口８が設けられている。
【００２０】
この外側電極７の中空空間には、中心電極５が配置されており、中心電極５を囲むように外側電極７が配置されて、両電極は対向して配置されている。この中心電極５と外側電極７との間の電極間領域において放電が発生できるようにそれぞれの電極が配置されている。中心電極５は一定幅の棒状電極である。図からわかるように、ガス入口側における外側電極７と中心電極５との電極間距離は、ガス出口側における外側電極７と中心電極５との電極間距離よりも短い。ガス通過方向、すなわちガス入口１からガス出口８に向かう方向につれて、電極間距離は大きくなる。
【００２１】
外側電極も中心電極もステンレスを材質としている。
【００２２】
外側電極７はガス通過方向において同じ電圧である。また中心電極５もガス通過方向において同じ電圧である。本実施形態では、一例として交流高圧電源６が外側電極７に接続されており、中心電源５がアース接地された形態を示す。
【００２３】
このように本実施形態では、電極間距離がガス通過方向において変化することで、ガス通過方向において放電密度を異ならせることが出来る。
【００２４】
また本実施形態では、電極間領域の両端、即ちガス入口１からガス出口８に向かう方向における電極間領域の両端には仕切り部材３が設けられている。そしてこの仕切り部材３によって仕切られた領域には誘電体粒子４が充填されている。仕切り部材３はガスを通過できる穴を有しているとともに充填されている誘電体粒子４を保持できる。仕切り部材３はたとえばメッシュである。
【００２５】
ガス拡散空間２はガス入口１と電極間領域との間に設けられている。また別のガス拡散空間は電極間領域とガス出口８との間に設けられている。
【００２６】
誘電体粒子４とは例えば無機の粒子である。誘電体粒子４は電極間に電力が供給されるとその内部間で分極が起こり、例えばｎｓオーダーのパルス状マイクロディスチャージが発生すると考えられる。このマイクロディスチャージによりガスがプラズマ化する。この誘電体粒子４同士の空隙が極めて小さいため、酸素や窒素などの放電開始電圧の大きいガスでも極めて小さい印加電力で放電を発生できる。
【００２７】
誘電体粒子４は高誘電体であり、特に、誘電率が１０００以上のものが望ましいため、その材質としては、例えばＢａｘ  Ｓｒ（１−ｘ）ＴｉＯ３（但し、ｘは、０≦ｘ≦１）で表される物質が特に適している。
【００２８】
分解対象物質としてガスに含まれる物質とは、例えば、
炭化水素類としてベンゼン、トルエン、キシレン、メタン、ブタン、ヘキサン、シクロヘキサン、ヘキセン等、
あるいはアルコール類としてイソプロピルアルコール（２−プロパノール）、メタノール等、
あるいはケトン類としてアセトン、メチルエチルケトン（ＭＥＫ）等、
あるいは有機酸類としてギ酸、酢酸等、
あるいはアルデヒド類としてホルムアルデヒド、アセトアルデヒド等、
あるいはフロン類やハロカーボン類としてＣＦＣ−１１３、ＣＦＣ−１２、四塩化炭素、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエチレン、トリクロロエタン等、
あるいはその他としてエチルアセテート、ブチルアセテート、アンモニア等である。
【００２９】
本実施形態では分解対象物質として中でも揮発性の有機物質（ＶＯＣｓ：Ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ）を分解する。
【００３０】
分解対象物質が含まれるガスは、例えば地中に含まれている気相のことで、それは地中から吸引することで得られるガスである。
【００３１】
本発明は、外側電極あるいは中心電極の材質に関して、上記ステンレス（ＳＵＳ）である以外に、銅、真鍮、鉄、アルミニウム、タングステン、ニッケル等からそれぞれ個別に選ばれても良い。
【００３２】
本発明は、電極間領域に配置される誘電体は上記誘電体粒子である以外に例えば格子状、あるいはスポンジ状であっても良い。
【００３３】
本実施形態をより詳述する。
【００３４】
まずＶＯＣｓを含有するガスが入口１より装置内に入る。ガスはまず拡散空間２に導入され、メッシュ状の仕切り３の穴を通過し放電空間に流れ込む。放電空間はペレット（粒子の一態様）状の誘電体４が充填されており、放電空間部分の中心には電極５があり、交流高圧電源６と接続されている。装置の外側部分７はステンレスなどの導電材料であり、アース電極の役割を果たしている。放電空間では交流高圧電源により印加された電圧により分極が生じ、中心電極とアース電極の間に放電が発生する。この放電空間にガスが入り、ガス中のＶＯＣｓが放電により分解処理される。ここで図１乃至図３に示す装置の外側電極は、入口部分と出口部分の内径が異なった構造を有している。すなわち、ガス入口部分は内径が小さく、出口方向に向かうに従い径が大きくなる。入口付近も出口付近も電源から供給される電圧は同じであるため、電極間距離の小さい入口付近では生じる電流が大きくなるため放電が大きくなり、逆に出口付近では放電は小さくなる。それにより、ガス中のＶＯＣｓはまず入口付近で大きなエネルギーを受け高濃度から低濃度へダイナミックな処理がなされる。ガスは出口に近づくにつれ処理が進み濃度が減少するが、同時に電極間距離も大きくなるため、受けるエネルギーも減少し、過度のエネルギーを供給することなく最適の処理効果を得ることができる。処理されたガスは出口８より装置外へ出て行く。
【００３５】
図１乃至図３に示す装置では外側電極を入口が大きく出口が小さいコーン状の形状にしているが、本発明はこれに限定するものではなく、出口付近が小さく入口付近が大きくても構わない。そのような形態の場合はガス入口付近の放電密度は小さくなり、他方出口付近の放電密度は大きくなるが、そのような場合は（・・・）というガス処理を行う上で好ましい形態である。また外側電極の途中が曲線状あるいは段差のあるような状態で放電密度を変化させる形態でもよい。さらに、内側電極についても同様に、太さを任意の形状に選択することができる。これらはその処理の目的、コストや処理時間などの各種必要に応じた設計で構わない。
【００３６】
（第２の実施の形態）
本実施の形態に係るガス処理装置は、誘電体粒子に代えて誘電体板を電極間に配置することを特徴とする。そしてそれ以外は第１の実施の形態と同じである。
【００３７】
図４乃至図６は第２の実施の形態を示す模式図である。
【００３８】
図６は本実施形態に係るガス処理装置の断面模式図である。図４および図５はそれぞれ図６のガス処理装置全体の形状を表す斜視模式図とその横模式図である。
【００３９】
図６において符号９は誘電体板である。本実施形態では誘電体板としてガラス板を挙げる。ガラス板９は電極間に配置されている。より具体的にはガラス板９は外側電極の壁面に沿ってガス入口からガス出口に渡って配置されている。
【００４０】
本実施形態により誘電体粒子に代わり誘電体板を電極間に配置することでガス入口からガス出口に向かって放電密度が変化した状態で放電を行うことが出来、分解対象物質を分解することが出来る。
【００４１】
なお本実施形態では電源としてパルス電源１０を用いたが、ガラス板のような誘電体板を用いる際には、交流高圧電源を用いる場合よりも好ましいからである。もちろん交流高圧電源を用いてもよい。
【００４２】
（第３の実施の形態）
本実施の形態に係るガス処理装置は、外側電極の形状がガス通過方向に沿って異ならせた形状であることを特徴とする。そしてそれ以外は第２の実施の形態と同じである。
【００４３】
図７乃至図９は第３の実施の形態を示す模式図である。
【００４４】
図８は本実施形態に係るガス処理装置の横模式図である。図７および図９はそれぞれ図８のガス処理装置全体の形状を表す斜視模式図とその断面模式図である。
【００４５】
本実施形態において外側電極は先の第１乃至第２の実施の形態と異なり、コーン状ではなく筒径がガス通過方向にかけて同じ径である一方、非電極領域１１がガス通過方向においてその幅が変化している形状である。この外側電極はこの非電極領域１１を複数有している。複数の非電極領域はその長尺方向がガス通過方向に沿っており、それぞれ離間して配置されている。そして非電極領域１１はその幅がガス通過方向に従って広がっており、そのため外側電極はガス通過方向に従ってその幅が狭まっている。このような形態であることで放電密度は外側電極がコーン状（テーパー状）でなくともガス通過方向に従って高い状態から低い状態へと変化する。図９では本実施形態のガス処理装置の断面模式図を示すが、電極間には第２の実施の形態と同様に誘電体板として例えばガラス板を配置した形態である。本発明では、非電極領域１１とは外側電極をくりぬいて設けた領域（穴）であってもよい。あるいは外側電極内部あるいは表面（特に中心電極に対向する側の表面）に貼り付けた別体の部材であっても良い。
【００４６】
また本発明では、誘電体板を電極間に配置する上述以外に第１の実施の形態のように誘電体粒子を電極間に充填しても良い。
【００４７】
また本発明では、外側電極の筒径を一定にしても非電極領域１１の幅がガス通過方向に沿って異なるため放電密度をガス通過方向に沿って異ならせることができるが、上述以外に例えば外側電極の筒径も変化させ且つ非電極領域１１の幅もガス通過方向に沿って変化させる形態でもよい。
【００４８】
（実施例）
実施例を以下に記す。
【００４９】
（実施例１）
図１から図３に示す装置は本実施例１に係る。
【００５０】
図１のリアクター（ガス処理装置）の寸法は次のとおりである。
外側電極：ＳＵＳ３１６製コーン状筒で、入口側内径３０ｍｍ、出口側内径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ。
内側電極：ＳＵＳ３１６製棒で、径１０ｍｍ、有効電極長さ３００ｍｍ。
充填物：チタン酸バリウムを主成分とした強誘電体物質からなる粒、粒径２．２〜２．８ｍｍ、比誘電率２０００。
電源：交流高圧電源、５０Ｈｚ。
【００５１】
この装置を用いて以下の条件でガス処理を実施した。
流量：３Ｌ毎分。
ガス：空気（ガス）中にメタノール（分解対象物質）１００ｐｐｍ含有しているガス。
【００５２】
投入電力のガス通過方向における変化に伴う、出口ガスのメタノール濃度を測定した結果を表１および図１１に記す。図１１は供給電力におけるガス出口をでたガス中に含まれる分解対象物質の濃度をしめすグラフである。比較例と比べてその分解能力が向上していることがグラフからわかる。
【００５３】
（実施例２）
図４から図６に示す装置は実施例２に係る。
【００５４】
図２のリアクターは外側電極の内部にガラス層９が設けられている点と、内部にチタン酸バリウムの充填物がない点が図１と異なっているが、それ以外は実施例１と同様のリアクターである。また、使用する電源はパルス電源１０を用いている点が実施例１と異なっている。
外側電極：ＳＵＳ３１６製コーン状筒で、入口側内径３０ｍｍ、出口側内径５０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、ガラス層厚み１ｍｍ。
内側電極：ＳＵＳ３１６製棒で、径１０ｍｍ、有効電極長さ３００ｍｍ。
電源：パルス電源、パルス幅５μｓ、パルス周波数３０ｋＨｚ。
【００５５】
この装置を用いて以下の条件でガス処理を実施した。
流量：３Ｌ毎分。
ガス：空気中にメタノール１００ｐｐｍ含有しているガス。
【００５６】
投入電力のガス通過方向における変化に伴う、出口ガスのメタノール濃度を測定した結果を表１および図１１に記す。
【００５７】
比較例と比べてその分解能力が向上していることがグラフからわかる。
【００５８】
（実施例３）
図７から図９に示す図は更に別の実施形態を表す図である。
【００５９】
図７から図９に示すリアクターは図６に示すリアクターと同様に外側電極と内側電極より構成されており、ガラス層（ガラス板）を間にはさんでいる。図７から図９の外側電極は、径が一定であるが電極面に穴があいており、ガス入口からガス出口にかけて電極面積が一定でなく、すなわちガス入口から出口に進むに従い、穴面積が大きくなり電極面積が小さくなる構造を有している。二つの電極の間には図３と同様に強誘電体物質が充填されていてもかまわないし、図６に示す場合と同様に二つの電極の間に絶縁層であるガラス板を設け，電源にパルス電源が接続されていてもかまわない。入口付近は電極面積が大きいため、放電が大きく出口に近づくにつれて放電が小さくなる。
【００６０】
外側電極：ＳＵＳ３１６製穴あき状筒で、ガス入口から５０ｍｍにおける穴面積／全面積＝１／５、ガス出口から５０ｍｍにおける穴面積／全面積＝２／３、内径３０ｍｍ、厚さ１ｍｍ、ガラス層厚み１ｍｍ。
内側電極：ＳＵＳ３１６製棒で、径１０ｍｍ、有効電極長さ３００ｍｍ。
電源：パルス電源、パルス幅５μｓ、パルス周波数３０ｋＨｚ。
【００６１】
この装置を用いて以下の条件でガス処理を実施した。
流量：３Ｌ毎分。
ガス：空気中にメタノール１００ｐｐｍ含有しているガス。
【００６２】
投入電力のガス通過方向における変化に伴う、出口ガスのメタノール濃度を測定した結果を表１および図１１に記す。
【００６３】
比較例と比べてその分解能力が向上していることがグラフからわかる。
【００６４】
（比較例１）
図１０に示す装置は、一般の強誘電体を使用する部分放電によるガス処理装置を示した図である。
外側電極：ＳＵＳ３１６製穴あき状筒で、内径４０ｍｍ、厚さ１ｍｍ。
内側電極：ＳＵＳ３１６製棒で、径１０ｍｍ、有効電極長さ３００ｍｍ。
充填物：チタン酸バリウムを主成分とした強誘電体物質からなる粒、粒径２．２〜２．８ｍｍ、比誘電率２０００。
電源：交流高圧電源、５０Ｈｚ。
【００６５】
この装置を用いて以下の条件でガス処理を実施した。
流量：３Ｌ毎分。
ガス：空気中にメタノール１００ｐｐｍ含有しているガス。
【００６６】
投入電力のガス通過方向における変化に伴う、出口ガスのメタノール濃度を測定した結果を表１および図１１に記す。
【００６７】
【表１】
2004267863.tif 000003
2004267863.tif 000004
【００６８】
【発明の効果】
本発明のガス処理装置によれば以下の効果を得ることができる。
１．ガス処理において投入電力の無駄を低減することができる。
２．処理目的に合った装置を設計することで、目的に合致した処理効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的斜視図である。
【図２】第１の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的横図である。
【図３】第１の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的断面図である。
【図４】第２の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的斜視図である。
【図５】第２の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的横図である。
【図６】第２の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的断面図である。
【図７】第３の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的斜視図である。
【図８】第３の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的横図である。
【図９】第３の実施の形態に係るガス処理装置を示す模式的断面図である。
【図１０】一般のガス処理装置を表す模式的断面図である。
【図１１】供給電力における、ガス出口を出るガス中に含まれる分解対象物質の濃度を表すグラフである。
【符号の説明】
１  ガス入口
２  ガス拡散空間
３  仕切り部材
４  誘電体粒子
５  中心電極
６  交流高圧電源
７  外側電極
８  ガス出口
９  誘電体板
１０  パルス電源
１１  非電極領域
【図１】
2004267863.tif 000005
【図２】
2004267863.tif 000006
【図３】
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【図４】
2004267863.tif 000008
【図５】
2004267863.tif 000009
【図６】
2004267863.tif 000010
【図７】
2004267863.tif 000011
【図８】
2004267863.tif 000012
【図９】
2004267863.tif 000013
【図１０】
2004267863.tif 000014
【図１１】
2004267863.tif 000015