(57)【要約】【課題】気体を効率よく励起させ、解離やイオン化させて低温プラズマを高効率で発生させることができる気体の励起装置及び励起方法を提供する。【解決手段】気体励起装置１０は、被処理気体の流入用開口部２と処理済み気体の排出用開口部３とを有するハウジング１内に、交流電源と接続する少なくとも１対の電極４Ａ，４Ｂを備え、（１）前記電極の一方が、芯電極と、その芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体とからなり、その絶縁体鞘体の外側表面が被処理気体と接触する保護電極であり、（２）もう一方の電極が露出して、被処理気体と直接に接触する露出電極であり、そして（３）前記露出電極と前記ハウジングとが共にアースされている。励起方法は、前記ハウジング１内に被処理気体を通過させて実施する。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被処理気体の流入用開口部と処理済み気体の排出用開口部とを有するハウジング内に、交流電源と接続する少なくとも１対の電極を備えた気体励起装置であって、
（１）前記電極の一方が、芯電極と、その芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体とからなり、その絶縁体鞘体の外側表面が被処理気体と接触する保護電極であり、
（２）もう一方の電極が露出して、被処理気体と直接に接触する露出電極であり、そして
（３）前記露出電極と前記ハウジングとが共にアースされている
ことを特徴とする、気体の励起装置。
【請求項２】
前記保護電極が、芯電極とその芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体との間隙内に液体を充填した電極である、請求項１に記載の気体の励起装置。
【請求項３】
前記保護電極の芯電極が円柱状又は円筒状であり、前記保護電極の鞘体が円筒状であり、前記露出電極が円柱状又は円筒状電極であり、前記鞘体と前記露出電極とを相互に間隔を隔てて平行に、しかも被処理気体の流れ方向に対して垂直方向に配置した、請求項１又は２に記載の気体の励起装置。
【請求項４】
複数の保護電極からなる保護電極群と複数の露出電極からなる露出電極群とを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の気体の励起装置。
【請求項５】
被処理気体の流入用開口部と処理済み気体の排出用開口部とを有し、交流電源と接続する少なくとも１対の電極を備えたハウジング内に、被処理気体を通過させ、
少なくとも１対の電極に交流電位を印加することにより、被処理気体を励起する方法であって、
（１）前記電極の一方が、芯電極と、その芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体とからなり、その絶縁体鞘体の外側表面が被処理気体と接触する保護電極であり、
（２）もう一方の電極が露出して、被処理気体と直接に接触する露出電極であり、そして
（３）前記露出電極と前記ハウジングとが共にアースされている
ことを特徴とする、気体の励起方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体の励起装置及び励起方法に関する。本発明によれば、気体を効率よく励起させ、解離やイオン化させて低温プラズマを高効率で発生させることができる。
【０００２】
【従来の技術】
交流高圧放電条件下に気体を誘導して気体分子を励起し、低温プラズマを発生させる気体励起装置としては種々の装置が知られており、例えば、特開平９−１９９２６１号公報（特許文献１）や米国特許第５，４８３，１１７号明細書（特許文献２）にも、気体励起装置が記載されている。こうした従来公知の気体励起装置の代表的な態様を図１に示す。図１は、気体励起装置５０のハウジング５１の側壁の一部を切り欠いて示す模式的斜視図である。前記気体励起装置５０は、被処理気体Ｇの流入用開口部５２と処理済み気体Ｃの排出用開口部５３とを備えた大略直方体状のハウジング５１を有し、前記ハウジング５１の内部には、多数の保護電極５４を備えている。前記の保護電極５４は、図２の模式的断面図に示すとおり、芯電極５５と、その芯電極５５の周囲を包囲する円筒状鞘体５６とを含み、前記の円筒状鞘体５６は、絶縁体材料からなる。更に、前記の保護電極５４は、２系列の電極群５４Ａ，５４Ｂに分かれており、それぞれ電線５７Ａ，５７Ｂに接続し、電線５７Ａ，５７Ｂは交流電源５８と接続している。また、一方の系列の電極群５４Ｂに接続する電線５７Ｂは、アースされている。なお、図２に示すとおり、ハウジング５１内部において最も外側に配置され、ハウジング５１の内壁と対向する各保護電極５４Ｂは、それぞれ、ハウジング５１の内壁との間で放電が発生しないように、アースされる電線５７Ｂに接続するのが好ましい。原理的にはハウジング５１それ自体をアースする必要はないが、安全上の観点からハウジング５１それ自体をアースするのが好ましい。
【０００３】
更に、前記の気体励起装置によって発生する低温非平衡プラズマを利用する脱臭装置や空気浄化装置が知られている。例えば、特開２００１−２９３０７９号公報（特許文献３）には、低温プラズマを発生する高圧放電部と、その下流に配置され、酸化促進触媒が充填されている触媒部とを有する低温プラズマ脱臭装置が記載されている。前記高圧放電部では、被処理気体に対して高圧放電により解離エネルギーを与えることによりラジカルを発生させる。すなわち、放電により気体中に放出された電子が、臭気ガス中の気体分子に射突し、分子を活性化させる。その活性分子の一部は解離してラジカルとなり、臭気ガス中の悪臭物質を酸化分解したり、あるいは、オゾンを生成させるものと考えられる。ラジカルにより生成された前記オゾンも、悪臭物質を酸化させ、悪臭物質の処理に貢献するものと考えられる。また、放電そのものの有するエネルギーによっても、悪臭物質の酸化分解が行われる。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−１９９２６１号公報
【特許文献２】
米国特許第５，４８３，１１７号明細書
【特許文献３】
特開２００１−２９３０７９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１及び図２に示すタイプの気体励起装置は、前記筒状ハウジング５１内に設けた保護電極数に依存して、装置全体としての励起能が決定される。しかしながら、一定容積内に配置することができる保護電極数には限界がある。そこで、保護電極数を増加させずに、装置全体としての励起能を向上させる手段が求められていた。
また、図１及び図２に示すタイプの気体励起装置では、消耗品である保護電極の交換が必要であり、保護電極は複雑な構造を有しているための高コストであり電極交換等のランニングコストが高価になると共に、絶縁体鞘体がガラス管などの破損しやすい材質からなる場合には、前記保護電極の取り扱いに注意をはらうことが必要であった。
従って、本発明の課題は、図１及び図２に示すタイプの気体励起装置において、前記筒状ハウジング５１内でのプラズマ発生量を増加させると共に、電極の構造を単純化させ、コスト低減を図ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、本発明により、被処理気体の流入用開口部と処理済み気体の排出用開口部とを有するハウジング内に、交流電源と接続する少なくとも１対の電極を備えた気体励起装置であって、
（１）前記電極の一方が、芯電極と、その芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体とからなり、その絶縁体鞘体の外側表面が被処理気体と接触する保護電極であり、
（２）もう一方の電極が露出して、被処理気体と直接に接触する露出電極であり、そして
（３）前記露出電極と前記ハウジングとが共にアースされている
ことを特徴とする、気体の励起装置によって解決することができる。
【０００７】
本発明装置の好ましい態様によれば、前記保護電極が、芯電極とその芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体との間隙内に液体（例えば、油又は水）を充填した電極であり、前記の液体により、微小間隙が消失する。
本発明装置の別の好ましい態様によれば、前記保護電極の芯電極が円柱状又は円筒状であり、前記保護電極の鞘体が円筒状であり、前記露出電極が円柱状又は円筒状電極であり、前記鞘体と前記露出電極とを相互に間隔を隔てて平行に、しかも被処理気体の流れ方向に対して垂直方向に配置される。
本発明装置の更に別の好ましい態様によれば、複数の保護電極からなる保護電極群と複数の露出電極からなる露出電極群とを含む。
【０００８】
また、本発明は、被処理気体の流入用開口部と処理済み気体の排出用開口部とを有し、交流電源と接続する少なくとも１対の電極を備えたハウジング内に、被処理気体を通過させ、
少なくとも１対の電極に交流電位を印加することにより、被処理気体を励起する方法であって、
（１）前記電極の一方が、芯電極と、その芯電極の周囲を包囲する絶縁体鞘体とからなり、その絶縁体鞘体の外側表面が被処理気体と接触する保護電極であり、
（２）もう一方の電極が露出して、被処理気体と直接に接触する露出電極であり、そして
（３）前記露出電極と前記ハウジングとが共にアースされている
ことを特徴とする、気体の励起方法にも関する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明装置は、前記図１及び図２に示すタイプの従来型の気体励起装置を改良した気体励起装置である。最初に、本発明装置と前記従来型装置との基本構造の差異を図３及び図４に沿って説明する。
図３は、前記図１及び図２に示す従来型装置の基本的構造を示す模式的断面図である。従来型装置５０は、被処理気体Ｇの流入用開口部５２と処理済み気体Ｃの排出用開口部５３とを備えたハウジング５１を有し、前記ハウジング５１の内部には、保護電極５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｂを備えている。前記の保護電極５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｂは、それぞれ芯電極５５と、その芯電極５５の周囲を包囲する鞘体５６とを含む。前記電極５４Ａは電線５７Ａに接続し、前記電極５４Ｂ，５４Ｂは、それぞれ電線５７Ｂに接続し、電線５７Ａ，５７Ｂは交流電源５８と接続している。また、電極５４Ｂ，５４Ｂは、ハウジング５１内の外側に配置され、ハウジング５１の内壁と対向するので、それらと接続する電線５７Ｂは、アースされている。
【００１０】
一方、図４は、本発明装置の基本的構造を示す模式的断面図である。本発明装置１０は、被処理気体Ｇの流入用開口部２と処理済み気体Ｃの排出用開口部３とを備えたハウジング１を有し、前記ハウジング１の内部には、保護電極４Ａと、露出電極４Ｂ，４Ｂとを備えている。従来型装置５０は、前記のとおり、保護電極５４Ａ，５４Ｂ，５４Ｂを備えているのに対し、本発明装置１０は、保護電極５４Ｂ，５４Ｂの代わりに、露出電極４Ｂ，４Ｂを備えている点で異なる。前記の保護電極４Ａは、従来型装置５０と同様に、芯電極５と、その芯電極５の周囲を包囲する鞘体６とを含む。また、保護電極４Ａは電線７Ａと接続し、露出電極４Ｂ，４Ｂは、それぞれ電線７Ｂに接続し、電線７Ａ，７Ｂは交流電源８と接続している。また、露出電極４Ｂ，４Ｂに接続する電線７Ｂは、アースされている。更に、本発明装置１０では、ハウジング１もアースする必要があり、この点でも従来型装置５０と相違する。なお、本発明装置１０においては、保護電極４Ａ側に高電圧を印可するのが好ましいので、保護電極４Ａをハウジング１内部において最も外側に配置するのは好ましくない。すなわち、図４に示すとおり、露出電極４Ｂ，４Ｂをハウジング１内部において最も外側に配置して、ハウジング１の内壁と対向させるのが好ましい。
【００１１】
図３に示す従来型装置では、保護電極５４Ａ内の芯電極５５と両側の各保護電極５４Ｂ内の芯電極５５との間で放電が起こる。この放電では、１対の芯電極５５，５５の間に、２つの鞘体５６の絶縁体層の２層が介在する。一方、図４に示す本発明装置１０では、保護電極４Ａ内の芯電極５と両側の各露出電極４Ｂとの間で放電が起こる。この放電では、１つの芯電極５と露出電極４Ｂとの間には、１つの鞘体６の絶縁体層の１層のみが介在するだけであり、励起能力が向上するので、オゾン発生量が著しく増大する（後述する実施例参照）。なお、図４に示す本発明装置１０では、ハウジング１と露出電極４Ｂ，４Ｂとがアースされているので、ハウジング１と露出電極４Ｂ，４Ｂとの間で放電が発生しない。
【００１２】
図４に示すとおり、本発明の気体励起装置１０においては、図１及び図２に示す従来型装置における一対の保護電極５４Ａ，５４Ｂの代わりに、保護電極４Ａと露出電極４Ｂとの組み合わせを用いる点が異なるだけある。そこで、本発明による気体励起装置の特定の態様を、図５及び図６に沿って説明する。すなわち、図５は、気体励起装置１０のハウジング１の側壁の一部を切り欠いて示す模式的斜視図であり、図６はその模式的断面図である。
【００１３】
図５及び図６に示すように、本発明の特定の態様の気体励起装置１０は、従来型装置５０と同様に、大略直方体状のハウジング１の上面に相当する部分に被処理気体Ｇの流入用開口部２を備え、前記ハウジング１の底面に相当する部分に処理済み気体Ｃの排出用開口部３を備えている。また、高圧放電処理（励起処理）が実施される前記ハウジング１の内部には、複数の円筒状保護電極４Ａ及び複数の円筒状露出電極４Ｂが、それぞれ相互に間隔を隔てて平行に、しかも被処理気体の流れ方向に対して垂直方向に配置されており、それら各電極の両端部は、それぞれハウジング１の支持壁１Ａ，１Ｂで支持されている。
【００１４】
前記の保護電極４Ａは、従来型装置５０と同様に、芯電極５と、その芯電極５の周囲を包囲する円筒状鞘体６とを含み、前記の円筒状鞘体６は、絶縁体材料からなる。芯電極５５と円筒状鞘体５６の内側表面とは、完全な非接触状態でも、完全な接触状態でも、あるいは一部接触及び一部非接触の状態でもよい。芯電極５５と円筒状鞘体５６の内側表面とが、少なくとも１部分で非接触状態である場合は、その空隙部には空気又は適当な保護ガスを充填するか、あるいは液体を充填して、被処理汚染大気との接触を防止するのが好ましい。
【００１５】
一方、円筒状露出電極４Ｂは、前記保護電極４Ａの円筒状鞘体６とほぼ同様の寸法を有し、電極表面が露出しているので、被処理気体と直接に接触する。複数の保護電極４Ａと複数の露出電極４Ｂとは、それぞれがグループ化されて電線７Ａ，７Ｂに一括して接続し、電線７Ａ，７Ｂは交流電源８と接続している。また、ハウジング１内の最も外側には露出電極４Ｂが配置され、複数の露出電極４Ｂに接続する電線７Ｂは、アースされている。更に、ハウジング１もアースする。
【００１６】
こうした本発明による気体処理装置１０の流入用開口部２から被処理気体Ｇを流入し、２系統の電極群４Ａ，４Ｂに交流電源８によって高電圧を印加すると、２系統の電極群４Ａ，４Ｂ間で放電が起こり、従来型装置よりも高効率で気体分子が励起状態となってラジカルが発生する。これらのラジカルにより、被処理気体中の悪臭物質が酸化分解されたり、あるいは、オゾンを生成させるので、被処理気体は酸化処理される。また、こうして発生したラジカル及びオゾンと共に被処理気体を排出用開口部３から排出し、酸化促進触媒が充填されている触媒部（図示せず）に送付して、ラジカル及びオゾンと被処理気体との反応を更に進行させ、気体の処理を続行することができる。
【００１７】
本発明装置で用いる露出電極は、任意の導電性材料から構成することができ、例えば、アルミニウム若しくはその合金、銅、炭素質材料、鉄若しくはその合金、あるいはタングステンを挙げることができる。なお、前記の露出電極は、被処理気体と直接に接触するので、耐蝕性を有し、清浄操作や取替え操作などのメンテナンスが容易な金属、例えば、ステンレススチール（例えば、ＳＵＳ）を用いるのが好ましい。
また、前記の露出電極の形状も特に限定されるものではないが、棒状体（例えば、筒状体若しくは柱状体、特には、円筒状体若しくは円柱状体）、あるいは、導線を撚って製造した撚り線型電極であることもできる。
【００１８】
本発明装置では、複数の露出電極群と複数の保護電極群との配置は、ハウジング内部で放電がほぼ均等に発生し、各電極間を通過する被処理気体がほぼ均等に処理されるように配置されている限り特に限定されない。しかしながら、複数の露出電極群と複数の保護電極群とを、相互に間隔を隔てて平行に、しかも被処理気体の流れ方向に対して垂直方向に配置すると共に、１つの露出電極が４つの保護電極により包囲され、しかも１つの保護電極が４つの露出電極により包囲される状態で配置するのが好ましい。
【００１９】
例えば、図７に示すように、被処理気体の流れ方向に沿って直列に配置した複数の保護電極群４ａ−１１，４ａ−１２からなる電極列４Ａ−１０と、同様に被処理気体の流れ方向に沿って直列に、前記電極列４Ａ−１０と同様の間隔で配置した別の複数の保護電極群４ａ−２１，４ａ−２２からなる電極列４Ａ−２０との間に、同じく、被処理気体の流れ方向に沿って直列に、しかも、前記電極列４Ａ−１０，４Ａ−２０と同様の間隔で配置した複数の露出電極群４ｂ−１１，４ｂ−１２，４ｂ−１３からなる電極列４Ｂ−１０を配置する。その際に、例えば、露出電極４ｂ−１２が、隣接する４つの保護電極４ａ−１１，４ａ−１２，４ａ−２１，４ａ−２２と同距離になるようにずらすのが好ましい。同様に、電極列４Ａ−２０に含まれる保護電極４ａ−２２も、電極列４Ａ−２０の両側に平行して配置されている電極列４Ｂ−１０，４Ｂ−２０に含まれる隣接する４つの露出電極４ｂ−１２，４ｂ−１３，４ｂ−２２，４ｂ−２３と同距離になるようにずらすのが好ましい。
また、図７に示す態様とは異なるが、保護電極群の電極列及び露出電極の電極列を、被処理気体の流れ方向に対して垂直方向に直列に配置することもできる。
【００２０】
本発明の気体励起装置においては、前記の露出電極以外は、従来公知の気体励起装置（例えば、前記の特開平９−１９９２６１号公報又は米国特許第５，４８３，１１７号明細書に記載の装置）において使用されている各部品をそのまま使用することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例によって本発明を更に具体的に説明するが、これらは本発明の範囲を限定するものではない。
【実施例１】
図５及び図６に示す本発明の気体励起装置１０と同様の装置を用いて実施した。露出電極としては、円筒状ＳＵＳ電極（外径＝４ｍｍ）を用い、電極１１４個を、図５及び図６に示すように設置した。また、保護電極としては、棒状アルミニウム芯電極（外径＝１．５ｍｍ）と、円筒状ガラス製鞘体（外径＝４ｍｍ）とからなり、ガラス製鞘体内部に空気を充填した保護電極を用い、電極７４個を、図５及び図６に示すように設置した。ハウジングとしては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）製直方体（縦＝４８ｃｍ；横＝４８ｃｍ；奥行き＝１１ｃｍ）を用いた。また、交流電源としては１５ＫＶの電源を用い、露出電極群を一括して接続した電線と、保護電極群を一括して接続した電線とに接続した。また、露出電極群を一括して接続した電線と、ハウジングを共にアースした。この装置に、被処理気体としての空気（常温）を、０．２４ｍ／秒の速度で通過させながら、印加交流電圧を０〜約１４ｋＶまで上昇させた。排出用開口部に設けた紫外線吸収方式測定器によってオゾン生成量を測定した。得られた結果を図７の曲線ａに示す。
【００２２】
【比較例１】
前記実施例１で用いた気体励起装置において、露出電極群の代わりに保護電極群を設置した装置を用いて、前記実施例１と同様の実験を行った。結果を図７の曲線ｂに示す。
【００２３】
【発明の効果】
本発明装置によると、励起効率を従来型装置と比較して増加させることができるので、プラズマ発生量も増加し、従って、同じ印加電圧でより多くの気体を処理するか、あるいは同量の気体を低い印加電圧で処理することができる。しかも、電極群の半分について、その構造を単純化させたので、製造コスト及びメンテナンス費用などを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来型の気体励起装置のハウジングの側壁の一部を切り欠いて示す模式的斜視図である。
【図２】図１の気体励起装置の模式的断面図である。
【図３】従来型装置の基本的構造を示す模式的断面図である。
【図４】本発明装置の基本的構造を示す模式的断面図である。
【図５】本発明による気体励起装置のハウジングの側壁の一部を切り欠いて示す模式的斜視図である。
【図６】図５の気体励起装置の模式的断面図である。
【図７】本発明による気体励起装置における複数の保護電極群及び複数の露出電極群の好ましい配置状態を示す模式的断面図である。
【図８】実施例１及び比較例１で実施した実験結果を示すグラフである。
【符号の説明】
１・・・ハウジング；１Ａ，１Ｂ・・・支持壁；２・・・流入用開口部；
３・・・排出用開口部；４Ａ・・・保護電極；
４Ａ−１０，４Ａ−２０・・・保護電極列；
４ａ−１１，４ａ−１２・・・保護電極群；
４ａ−２１，４ａ−２２・・・保護電極群；
４Ｂ・・・露出電極；４Ｂ−１０，４Ｂ−２０・・・露出電極列；
４ｂ−１１，４ｂ−１２，４ｂ−１３・・・露出電極群；
４ｂ−２１，４ｂ−２２，４ｂ−２３・・・露出電極群；
５・・・芯電極；６・・・円筒状鞘体；７Ａ，７Ｂ・・・電線；
８・・・交流電源；１０・・・気体励起装置；
５０・・・気体励起装置；５１・・・ハウジング；５２・・・流入用開口部；
５３・・・排出用開口部；５４（５４Ａ，５４Ｂ）・・・保護電極；
５５・・・芯電極；５６・・・円筒状鞘体；５７Ａ，５７Ｂ・・・電線；
５８・・・交流電源；Ｇ・・・被処理気体；Ｃ・・・処理済み気体。
【図１】
2004167315.tif 000003
【図２】
2004167315.tif 000004
【図３】
2004167315.tif 000005
【図４】
2004167315.tif 000006
【図５】
2004167315.tif 000007
【図６】
2004167315.tif 000008
【図７】
2004167315.tif 000009
【図８】
2004167315.tif 000010