(57)【要約】　　　（修正有）【課題】パックトべッド式反応装置の内側壁面と該リアクタ内に充填された誘電体粒子の層との間に空隙が生じ、前記空隙を通過する被処理ガスは分解作用を受けることなく流れ系外に排出されてしまう問題を解決できるガス処理装置を提供する。【解決手段】ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には誘電体粒子１３が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタはその上部に誘電体充填口１６’を有し、前記誘電体充填口には該充填口を封止するための蓋３０が配置され、前記蓋は前記被処理ガスが前記誘電体粒子の間を通過するように誘導する前記誘電体粒子間に挿入される突起物を有し、前記突起物は絶縁物質で形成されていることを特徴とするガス処理装置。【選択図】　　　　　　図１
2004050040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタはその上部に誘電体充填口を有し、前記誘電体充填口には該充填口を封止するための蓋が配置され、前記蓋は前記被処理ガスが前記誘電体粒子の間を通過するように誘導する前記誘電体粒子間に挿入される突起物を有し、前記突起物は絶縁性物質で形成されていることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体である請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
前記蓋は前記突起物を複数個有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
前記蓋の突起物は、くし型形状を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３にいずれかに記載のガス処理装置。
【請求項５】
前記蓋の突起物は、のこぎり刃型形状を有するものであることを特徴とする請求項１乃至請求項３にいずれかに記載のガス処理装置。
【請求項６】
前記蓋の突起物を構成する絶縁性物質は、絶縁性のプラスチックであることを特徴とする請求項１乃至請求項５にいずれかに記載のガス処理装置。
【請求項７】
前記蓋の突起物は、モールドにより成型されたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６にいずれかに記載のガス処理装置。
【請求項８】
前記突起物を有する蓋は、１つの材料を分割加工して得られたものであることを特徴とする請求項１乃至請求項６にいずれかに記載のガス処理装置。
【請求項９】
請求項１に記載のガス処理装置に被処理ガスを前記ガス導入部から導入し、該被処理ガスを誘電体粒子が充填された前記リアクタ内に流入させ、その際前記誘電体充填口に配置された前記蓋の突起物により前記被処理ガスを前記誘電体粒子の間を通過するように誘導し、前記被処理ガスを前記誘電体粒子と接触させながら前記リアクタ内を流し、その過程で該被処理ガスをプラズマ処理することを特徴とするガス処理方法。
【請求項１０】
前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体である請求項９に記載のガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス分解処理装置に関し、特に各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物を（ＶＯＣ）　［ｖｏｌａｔｉｌｅ　ｏｒｇａｎｉｃ　ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ］を含有する気体をプラズマ反応を利用して分解するガス処理装置及びガス処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、各種の工業的処理工程などから排出される揮発性有機化合物（ＶＯＣ）の大気への放散による大気汚染等の環境破壊が深刻な問題となっている。そうした揮発性有機化合物を含有するガスを分解処理して無害化する技術が数多く提案されている。それらの技術は、吸着回収法によるガス分解処理技術、燃焼処理法（熱分解法、触媒分解法等）によるガス分解処理技術、スクラバー処理によるガス分解処理技術、生物学的処理によるガス分解処理技術などを包含する。これらのガス分解処理技術は、其れなりの利点はあるものの、解決すべき問題点があり、十分なものであるとは言い難い。即ち、（１）使用する装置のコストが割高である、（２）被処理ガスの吸着及び脱着という２段階の処理が必要である、（３）使用する設置の容積が大きく、処理条件によってはダイオキシン類発生の懸念がある、（４）給水―排水量が大きく、排水処理が困難である、（５）反応処理に長時間かかる、といった問題点がある。こうした問題点を有するガス分解処理技術に代わる技術として、近年、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣ等の排ガスを分解する技術が注目され研究が進められており、当該技術に基いた方法及び装置が提案されている。それらの中で、円柱状の装置内に外部電極と内部電極を有し、電極間に円柱型ペレット状或いは球状の強誘電体を充填し、プラズマを発生させるようにしたパックトべッド式反応装置は、大気圧下で操作でき、装置内を真空にするポンプなどは必要でなく、また室温でプラズマを発生させることができ、更に装置構成が簡単で低コストで設置できる、といった利点を有することから、特に注目されている。
【０００３】
図５は、前記パックトべッド式反応装置のリアクタの構成の一例を模式的に示す断面図である。図５に示すパックトべッド式反応装置は、リアクタ筐体部Ａを備えたリアクタを有する。リアクタ筐体部Ａは、接地電極を兼ねる外壁１６と絶縁性物質で形成された二つのリアクタ内蓋１７−１及び１７−２とを有する。リアクタ筐体部Ａの内部には、高圧電極１５が設けられ、外壁１６と二つのリアクタ内蓋１７−１及び１７−２と高圧電極１５とで形成された空間には誘電体粒子１３が充填されている。リアクタ筐体部Ａのガス導入側のリアクタ内蓋１７−１には、ガスがリアクタ内に流れ込むようにする為の無数のガス流路孔が開けられている。また、リアクタ筐体部Ａのガス排出側のリアクタ内蓋１７−２には、リアクタ内で処理されたガスが流れ出るようにする為の無数のガス流路孔が開けられている。
【０００４】
ガス導入側のリアクタ内蓋１７−１の外側には、該リアクタ内蓋を外側から覆う絶縁性物質で形成されたリアクタ外カバー１１−１が、該リアクタ外カバーとリアクタ内蓋１７−１の外側との間に緩衝空間を形成するように設けられている。リアクタ外カバー１１−１は、被処理ガスを導入するためのガス導入口１２を有し、ガス導入口１２は前記緩衝空間に連通している。ガス排出側のリアクタ内蓋１７−２の外側には、該リアクタ内蓋を外側から覆う絶縁性物質で形成されたリアクタ外カバー１１−２が、該リアクタ外カバーとリアクタ内蓋１７−２の外側との間に緩衝空間を形成するように設けられている。リアクタ外カバー１１−２は、リアクタ内蓋１７−２の無数のガス流路孔から前記緩衝空間に流れ出る処理されたガスを排出するためのガス排出口１４を有し、ガス排出口１４は前記緩衝空間に連通している。
【０００５】
上記構成のガス処理装置は、ガス導入口１２から導入された被処理ガスはリアクタ内蓋１７−１に設けられた無数の穴を介して誘電体粒子１３の充填されたリアクタ筐体部Ａの内部に入り、該誘電体粒子１３の隙間を通過してリアクタ内蓋１７−２に設けられた無数のガス流路孔から流れ出てガス排出口１４より排出される構造となっている。被処理ガスが前記誘電体粒子１３の隙間を通過する際に、高圧電極１５に交流電圧を印加することで接地電極１６（リアクタ外壁と共通）との間で非平衡プラズマを発生させ、該処理ガスを分解処理する。誘電体粒子１３は、チタン酸バリウムなどの強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成され、高誘電率を有するものである。このような強誘電体物質を主成分とする誘電体材料で形成された誘電体粒子１３は、分極率も高く、プラズマを発生させるのに有利であり、ガスの分解率を向上せしめる。
【０００６】
パックトべッド式反応装置のリアクタ内への誘電体粒子１３の充填は、次のようにして行う。リアクタを、リアクタ内蓋１７−１及びの１７−２の中の一方が上側になるよう縦置きにセットし、該内蓋を開け、該リアクタ内に誘電体粒子１３を一杯になるまで充填し、該内蓋を閉めた後、リアクタを横向きの定常位置に戻す。この方法は、リアクタが比較的小さい容量のものである場合には有効であるが、リアクタが大容量のものである場合は、以下に述べるような問題点があるので、現実的なものではない。即ち、上述したように、リアクタを縦置きにしてリアクタの内部を満たすように誘電体粒子１３を充填した場合、充填した誘電体粒子の荷重がリアクタの下側に位置する無数のガス流路孔を有するリアクタ内蓋にかかってしまい、該リアクタ内蓋はその荷重に耐えられない場合がある。例えば、容量１ｍ３　のリアクタの場合でも、誘電体粒子のかさ比重が約３であるので、前記リアクタの下側に位置するリアクタ内蓋にかかる荷重は約３ｔとなる。該リアクタ内蓋が、短時間ならば、充填した誘電体粒子のそうした荷重に耐えうる程度の強度を有する場合、上述したようにリアクタを縦置きにセットし、誘電体粒子の充填作業とリアクタを横向きの定常位置に戻す作業を短時間で完了できれば問題は生じないが、このように二つの作業を短時間で完了するのは極めて困難である。また、誘電体粒子を充填した数ｔから数十ｔにもなる重さの大型リアクタの場合、該リアクタを動かすことは、非常に困難で危険を伴う。従って、この方法は現実的なものではない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記問題の解決策として、本発明者らは、図６に示すように、リアクタ（リアクタ筐体部）の上部（リアクタ外壁１６）に誘電体充填口１６’を設け、誘電体充填口１６’には、上蓋２０を配置する構成を考案した。尚、上蓋２０は、リアクタ外壁１６と一体化するように誘電体充填口１６’に嵌合するものである。この構成によれば、リアクタを横向きの定常位置の侭で、誘電体充填口１６’の上蓋２０を開けるだけで、該リアクタの内部に誘電体粒子１３を隅々まで満たされるように充填することができ、その後上蓋２０を閉めて誘電体充填口１６’を封止する。このような単純作業でリアクタへの十分な誘電体粒子の充填を行うことができる。このように、リアクタ上部に誘電体充填口設けるという簡単な装置構成の変更にもかかわらず、リアクタへの誘電体粒子の充填が簡単な方法で確実に行うことを可能にする。これにより、パックトべッド式反応装置のリアクタの大型化を容易に実現することができる。
【０００８】
然しながら、本発明者らが図６に示す構成について検討したところ、解決を要する課題があることが判明した。即ち、リアクタの内側壁面以上に誘電体粒子が存在すると上蓋２０が閉まらなくなってしまう為、誘電体粒子の充填はリアクタの内側壁面以下にとどめる必要がある。この場合、図６に示すように、リアクタ内側壁面と誘電体粒子層の間には空隙ができてしまう。該空隙には誘電体粒子は存在せず、該空隙は抵抗の少ないものである。従って、図６に矢印で示したように、前記空隙を通過する被処理ガスは分解作用を受けることなく流れ系外に排出される。このことは、ガス処理装置のガス分解率を低下させる要因となる。本発明者らは、この点の改善策として、図６に示す構成を一部変更したのものである、図７で示したような誘電体粒子を平板電極２１で挟み込むようにした構成を考案した。この構成は、電極構造が平板であるが故に、リアクタの作製が容易であり、装置コストを低減できるという利点がある。
【０００９】
然しながら、こうした構成を採用しても、実用に価する大型のパックトべッド式反応装置を達成するに当たっては、以下に述べるような改善すべき課題がある。
即ち、パックトべッド式反応装置を大型化するについて、そのリアクタを、上述したように、該リアクタの上部に誘電体充填口を設け、該誘電体充填口には上蓋を配置する構成にしても、該リアクタの内側壁面以上に誘電体粒子が存在すると前記上蓋が閉まらなくなってしまう為、誘電体粒子の充填は該リアクタの内側壁面以下にとどめる必要がある。その場合、前記リアクタの内側壁面と前記誘電体粒子からなる層の間には空隙ができてしまう。　該空隙には誘電体粒子が存在しないので、該空隙は、ガス分解に関与せず、また抵抗が少ない。従って、大量の被処理ガスが分解されることなく前記空隙を通過し、系外に排出されるところとなる。このことは、ガス処理装置のガス分解率を著しく低下してしまうところとなる。
本発明は、こうした問題のないリアクタを有し、大量の被処理ガスを効率的に処理することができ、適度なコストで実現できる大型のガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を達成するものであって、以下に述べる構成を有するガス処理装置及び該装置を使用するガス処理方法を提供する。
本発明のガス処理装置は、ガスの通過が可能な構造を有するリアクタ筐体部を備えたリアクタを有し、前記リアクタ筐体部の内部には誘電体粒子が充填され、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記リアクタのガス導入部から導入した被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタはその上部に誘電体充填口を有し、前記誘電体充填口には該充填口を封止するための蓋が配置され、前記蓋は前記被処理ガスが前記誘電体粒子の間を通過するように誘導する前記誘電体粒子間に挿入される突起物を有し、前記突起物は絶縁性物質で形成されていることを特徴とする。
本発明のガス処理方法は、前記ガス処理装置に被処理ガスを前記ガス導入部から導入し、該被処理ガスを誘電体粒子が充填された前記リアクタ内に流入させ、その際前記誘電体充填口に配置された前記蓋の突起物により前記被処理ガスを前記誘電体粒子の間を通過するように誘導し、前記被処理ガスを前記誘電体粒子と接触させながら前記リアクタ内を流し、その過程で該被処理ガスをプラズマ処理することを特徴とする。
前記被処理ガスは、揮発性有機化合物を含有する気体を包含する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
上述したように、本発明は、ガスの通過が可能な構造を有する誘電体粒子が充填されたリアクタを有し、前記リアクタはその内部に被処理ガスを導入するためのガス導入部を有し、前記ガス導入部から導入した前記被処理ガスをプラズマ処理するガス処理装置であって、前記リアクタはその上部に前記誘電体粒子を前記リアクタ内に充填するための誘電体充填口と該充填口に配置される蓋を有し、前記蓋はその内側に、前記被処理ガスが前記誘電体粒子の間を通過するように誘導するための前記誘電体粒子間に挿入される突起物を有し、前記突起物は絶縁性物質で形成されていることを特徴とするガス処理装置を提供する。
前記蓋の突起物は、複数個形成されているのが好ましい。前記蓋の突起物は、くし型形状或いはのこぎり刃型形状を有するものであることができる。前記蓋の突起物を構成する絶縁性物質は、絶縁性のプラスチックであることができる。更に、前記蓋の突起物は、モールドにより成型されたもの、或いは１つの材料を、例えば、切削加工により分割して成形されたものであることができる。
【００１２】
本発明のガス処理装置は、上述したように、該ガス処理装置のリアクタはその上部に強誘電体粒子を前記リアクタ内に充填するための誘電体充填口と該充填口に配置される蓋を有し、前記蓋はその内側に、被処理ガスが前記誘電体粒子の間を通過するように誘導するための前記誘電体粒子間に挿入される突起物を有するので、前記リアクタ内に充填された誘電体粒子を前記被処理ガスが確実に通過するようにすることができる。これにより、大型化したパックトべッド式反応装置のガス分解率を向上させることが可能となる。
【００１３】
【実施例】
以下の実施例により、本発明を更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
【００１４】
【実施例１】
図１は、本発明のパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を模式的に示す略断面図である。図１に示すリアクタは、その上部に設けられた誘電体充填口１６’に配置される上蓋２０を特定形状を有する上蓋３０にした以外は、図６に示す構成と同じである。よって、図６に示す構成と相違する前記上蓋３０の構成及び作用を中心に本実施例の有効性を説明することとする。
図１には、誘電体充填口１６’に配置されたくし型形状の突起物を有する上蓋３０、誘電体粒子１３、及び被処理ガス流れ（矢印で図示）が示されている。先に、図６に徴して、大型パックトべッド式反応装置のリアクタ内への誘電体粒子の充填方法と、その際にできる空隙の問題について説明したが、本発明では図１に示したように、リアクタの上部に設けた誘電体充填口に配置する上蓋３０にくし型形状の突起物を設けるという構成で被処理ガスが誘電体粒子間を通過するようにし、空隙の影響を軽減している。尚、前記突起物は、その数を増やし、リアクタ全体に配置した方が空隙の影響をより軽減できることは自明であるが、その構成は、達成したい被処理ガスの分解率や装置コスト等の観点から、適宜決定すべきものである。
以上に説明したように、リアクタ上部に設けられた誘電体充填口に配置される上蓋に特定形状の突起物を設け、その突起物をリアクタ内部に充填された誘電体粒子間に挿入するという簡単な構成で、被処理ガスを前記誘電体粒子間を流れるように誘導できる為、大型パックトべッド式反応装置のガス分解率が著しく向上する。
【００１５】
【実施例２】
本実施例では、実施例１以外の上蓋形状とその効果について、図２及び図３
を用いて説明する。図２は、実施例１で用いた上蓋の拡大図であり、図３は、本実施例における上蓋の拡大図である。両者を見比べれば、その形状の違いは一目瞭然であるので、本実施例における、図３に示す「のこぎり刃型形状」の優位性を説明する。図２の「くし型形状」に対し、図３の「のこぎり刃型形状」は、以下の点で優れている。
（１）「のこぎり刃型形状」は先が尖っているので、誘電体粒子間により容易に挿入できる。
（２）モールド成型で「のこぎり刃型形状の突起物」を形成する場合、該形状は型離れし易い形状であるので、その形成が容易にできる。
尚、上蓋の突起物は、一般的にモールド成型で形成する方が安価である。
また「のこぎり刃型形状の突起物」をモールド成型で形成する場合、型離れ性の良さから歩留まりが良い。従って、「のこぎり刃型形状の突起物」は「くし型形状の突起物」に比べてより安価で製造できる。
以上に説明したように、実施例２は実施例１に対して、作業性の良さ、製造コスト低減等、同等以上の効果がある。
【００１６】
【実施例３】
本実施例では、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、１つの部材を切削加工することで、複数の同じ形状の突起物を有する上蓋を形成でき、製造コスト低減を図ることが可能である例を示す。この場合、突起物の形状は、「のこぎり刃型形状」であっても或いは「くし型形状」であっても、形成可能である。具体的には、例えば、所定の突起物と同じ形状をしたカッターを用いて、突起物形成用材料［図４（ａ）参照］を切削加工することで、二つの同じ形状の突起物［図４（ｂ）参照］を一度に形成できる。
【００１７】
尚、本発明におけるリアクタの電極構成及び作用は、リアクタ内の中心部にある高圧電極とリアクタの外側の接地電極との間に交流電圧を印加することで非平衡プラズマを発生させ、被処理ガス、即ち、揮発性有機化合物を含有する気体を分解処理するものであるが、図７に示すように、誘電体粒子を平板電極２１で挟み込む構成にしても良い。その他の電極構成を有するパックトべッド式反応装置であっても、本発明を適用することにより所望の効果を達成することができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明によれば、パックトべッド式反応装置を大型化するについて、そのリアクタの上部に誘電体充填口を設け該充填口に、該リアクタ内への誘電体粒子の充填後該充填口を封止する蓋を配置した場合に、該リアクタの内側壁面と該リアクタ内に充填された誘電体粒子の層との間に空隙が生じ、前記空隙を通過する被処理ガスは分解作用を受けることなく流れ系外に排出されてしまう問題を解決できる。即ち、前記誘電体充填口に配置される前記蓋として、内側に絶縁性物質で構成された所定形状の突起物を有する蓋を使用することにより、該蓋の記所定形状の突起物は前記リアクタ内に充填された誘電体粒子間に挿入され、それにより前記被処理ガスは前記強誘電体粒子の間を通過するように誘導され、分解処理される。これにより、ガス分解率を向上させたガス処理装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を模式的に示す略断面図である。
【図２】図１に示すリアクタの上部に設けられた誘電体充填口に配置するくし型形状の突起物を有する上蓋の拡大図である。
【図３】図１に示すリアクタの上部に設けられた誘電体充填口に配置する上蓋をのこぎり刃型形状の突起物を有する上蓋にした場合の、該上蓋の略断面図である。
【図４】図１に示すリアクタの上部に設けられた誘電体充填口に配置する所定形状の突起物を有する上蓋の形成方法の一例を模式的に示すものである。
【図５】従来のパックトべッド式反応装置のリアクタの一例の構成を模式的に示す略断面図である。
【図６】大型化したパックトべッド式反応装置のリアクタについて該リアクタの上部に誘電体充填口をもうけ、該誘電体充填口に上蓋を配置した構成における問題点を模式的に示す図である。
【図７】図６に示すリアクタについて、誘電体粒子を平板電極２１で挟み込むようにした構成を模式的に示す図である。
【符号の説明】
Ａ　　リアクタ筐体部
１１−１、１１−２　リアクタ外カバー
１２　ガス導入口
１３　誘電体粒子
１４　ガス排出口
１５　高圧電極
１６　リアクタ外壁（接地電極を兼ねる）
１６’　　誘電体充填口
１７−１、１７−２　リアクタ内蓋
２０　誘電体充填口１６’に配置される上蓋
２１　平板電極
３０　誘電体充填口１６’に配置される所定形状の突起物を有する上蓋
【図１】
2004050040.tif 000003
【図２】
2004050040.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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