(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電電極(26)と対向電極(27)とが、複数の絶縁壁(25)で囲まれた空間で互いに対向するように平行に並べられて上記絶縁壁(25)に支持され、これら放電電極(26)と対向電極(27)との間で放電電圧を印加して被処理ガス中の被処理成分を低温プラズマにより分解するプラズマ反応器であって、
上記両電極(26,27)間の絶縁壁(25)内面には、凹部(38)が設けられていることを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項２】
放電電極(26)と対向電極(27)とが、複数の絶縁壁(25)で囲まれた空間で互いに対向するように平行に並べられて上記絶縁壁(25)に支持され、これら放電電極(26)と対向電極(27)との間で放電電圧を印加して被処理ガス中の被処理成分を低温プラズマにより分解するプラズマ反応器であって、
高圧端子(30)を有する放電電極(26)寄りの上記絶縁壁(25)外面には、凹部(39)が設けられていることを特徴とするプラズマ反応器。
【請求項３】
放電電極(26)と対向電極(27)とが、複数の絶縁壁(25)で囲まれた空間で互いに対向するように平行に並べられて上記絶縁壁(25)に支持され、これら放電電極(26)と対向電極(27)との間で放電電圧を印加して被処理ガス中の被処理成分を低温プラズマにより分解するプラズマ反応器であって、
上記絶縁壁(25)内面には、複数の位置決め部材(33,34)が上記両電極(26,27)の位置に対応して取り付けられ、
これら両電極(26,27)は、上記位置決め部材(33,34)で所定の間隔を保持するように上記絶縁壁(25)に位置決め固定され、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とは、同一面視で電極並設方向に重ならないように異なる位置に配置されていることを特徴とするプラズマ反応器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、被処理ガス中の被処理成分（臭気成分及び有害成分）を低温プラズマにより分解するプラズマ反応器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、プラズマ反応器では、被処理ガス中の被処理成分（臭気成分及び有害成分）を低温プラズマにより分解するために放電電極と対向電極と間に高電圧が印加されることから、上記両電極は碍子等の絶縁壁で囲まれた空間に配置されて外部と電気的に絶縁されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、プラズマ反応器を長期間使用すると、空気中の様々な汚れがプラズマ反応器の内外に付着して絶縁性が低下する場合がある。例えば、十分な絶縁性を有する碍子でも、導電性の汚れが付着すると電極間の空間よりも汚れ面の方が電気が流れやすくなり、所望の放電を維持できなくなる。また、プラズマ反応器の外部に対する絶縁性が低下すれば、放電部の外周りにある部材や空間へのリークが発生して機器取扱者に対する安全性が低下する。
【０００４】
また、ストリーマ放電を利用したプラズマ反応器の場合、上記の問題は特に重要になる。すなわち、ストリーマ放電を安定して発生させるためには、電極を精度良く構成する必要があり、また、ストリーマ放電は空間に広くプラズマ領域を形成し、その領域内で被処理ガス中の被処理成分（臭気成分及び有害成分）を分解するものであることから、電極間距離をできるだけ広くしてプラズマ領域を広げるのが望ましい。そのため、十分な性能を発揮させるには、ある程度の大きさを持った電極が必要となり、結果として放電電圧が高くなる。
【０００５】
ところで、通常の絶縁設計では、汚れが付着しても支障がないように直流電圧の場合で使用電圧(kV)×４(mm)程度の沿面距離を確保する必要がある。しかし、ストリーマ放電は数＋kVという高い電圧になる場合もあり、十分な沿面距離を確保した電極構造にしようとすると、プラズマ反応器の大型化を招く。
【０００６】
この発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、プラズマ反応器の大型化を最小限に留めつつ、絶縁距離を十分に確保して絶縁性に万全を期そうとすることである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、この発明は、放電電極及び対向電極の端子の位置関係や、両電極を囲む絶縁壁の構造、さらには、電極の位置決め部材の位置関係等を適切に設定したことを特徴とする。
【０００８】
具体的には、この発明は、放電電極(26)と対向電極(27)とが、複数の絶縁壁(25)で囲まれた空間で互いに対向するように平行に並べられて上記絶縁壁(25)に支持され、これら放電電極(26)と対向電極(27)との間で放電電圧を印加して被処理ガス中の被処理成分を低温プラズマにより分解するプラズマ反応器を前提とし、次のような解決手段を講じた。
【０００９】
すなわち、請求項１に記載の発明は、上記前提において、上記両電極(26,27)間の絶縁壁(25)内面には、凹部(38)が設けられていることを特徴とする。
【００１０】
上記の構成により、請求項１に記載の発明では、両電極(26,27)間の沿面距離が凹部(38)の凹形状分だけ長くなり、絶縁距離が確保される。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記前提において、高圧端子(30)を有する放電電極(26)寄りの上記絶縁壁(25)外面には、凹部(39)が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
上記の構成により、請求項２に記載の発明では、プラズマ反応器の外周りにある部材や空間に対する沿面距離が凹部(39)の凹形状分だけ長くなり、機器取扱者に対する安全性が保証される。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、上記前提において、上記絶縁壁(25)内面には、複数の位置決め部材(33,34)が上記両電極(26,27)の位置に対応して取り付けられ、これら両電極(26,27)は、上記位置決め部材(33,34)で所定の間隔を保持するように上記絶縁壁(25)に位置決め固定され、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とは、同一面視で電極並設方向に重ならないように異なる位置に配置されていることを特徴とする。
【００１４】
上記の構成により、請求項３に記載の発明では、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とが位置ずれしていることにより、両電極(26,27)間の沿面距離が長くなり、絶縁距離が確保される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面に基づいて説明する。
【００１６】
図５及び図６はガス処理装置を示す。同図中、(1)は箱形の移動式密閉ケーシングであり、該ケーシング(1)下端の四隅にはキャスタ(2)が取り付けられている。上記ケーシング(1)内には、吸着ロータ(3)が下側蓋部材(4a)と上側蓋部材(4b)とで上下方向から挟まれて鉛直軸心回りに回転可能に配置されている。上記吸着ロータ(3)は、被処理ガスの流通方向である上下方向に沿って貫通する多数の小孔（図示せず）を有するハニカム形状の円板状基材で構成され、基材の表面に吸着剤を担持して被処理ガスが小孔を通過する際に被処理成分（臭気成分及び有害成分）を吸着剤に吸着することで、被処理成分を被処理ガスから除去するようになっている。吸着剤には、例えば活性炭やゼオライトなどが用いられるが、多孔質セラミックス、活性炭繊維、モルデナイト、フェリエライト、シリカライトなどを用いてもよい。
【００１７】
上記下側蓋部材(4a)及び上側蓋部材(4b)の内部は、Ｖ字形の仕切壁（図示せず）で仕切られて扇形の小領域に対応する吸着ロータ部分を脱離部にし、他の大領域に対応する吸着ロータ部分を吸着部にしている。
【００１８】
上記吸着ロータ(3)の側方にはロータ回転モータ(5)が据え付けられ、該ロータ回転モータ(5)の下方に延びる出力軸(5a)には、プーリ(6)が固着され、このプーリ(6)と上記吸着ロータ(3)にはエンドレスベルト(7)が巻き掛けられ、上記ロータ回転モータ(5)の回転トルクをプーリ(6)及びエンドレスベルト(7)を介して吸着ロータ(3)に伝え、該吸着ロータ(3)を回転させるようになっている。そして、この吸着ロータ(3)を回転させた状態で、上記吸着部で被処理成分の吸着を行うとともに、上記脱離部で被処理成分の脱離を行う。すなわち、吸着ロータ(3)を再生することにより、被処理ガスを連続的に処理するようになっている。
【００１９】
上記下側蓋部材(4a)上面の一端（図５，６で左端）側には主流ファン(8)が設置され、該主流ファン(8)はケーシング(1)外に開口する吸込ダクト(9)に接続され、被処理ガスを吸込ダクト(9)から下側蓋部材(4a)内の吸着ロータ(3)の吸着部下方に導入するようになっている。一方、上記下側蓋部材(4a)上面の他端（図５，６で右端）側には再生ファン(10)が設置され、該再生ファン(10)はケーシング(1)内のガスを下側蓋部材(4a)内の吸着ロータ(3)の脱離部下方に導入するようになっている。また、上記吸着ロータ(3)の下方には、該吸着ロータ(3)から被処理成分を脱離させる脱離ヒータ(11)が設けられている。
【００２０】
上記吸着ロータ(3)の上方には、１つの密閉容器(12)が設置され、該密閉容器(12)内には熱交換器(13)が配置されている。該熱交換器(13)の上端はダクト(14)で上側蓋部材(4b)の脱離部側に接続されているとともに、下端はダクト(15)で下側蓋部材(4a)の脱離部側に接続されている。そして、図５に破線矢印で示すように、ケーシング(1)内の空気を再生ファン(10)により下側蓋部材(4a)内の脱離部側に導入し、該脱離部の残留熱を取り除いて吸着ロータ(3)を冷却し、これにより暖められた空気をダクト(14)を経て熱交換器(13)に導入し、ここで、後述するプラズマ反応器(16)からのガスと熱交換して温度上昇した空気をダクト(15)を経て下側蓋部材(4a)の脱離部側に導入するようになっている。
【００２１】
上記熱交換器(13)の背面側にはプラズマ反応器(16)が並設されている。該プラズマ反応器(16)の一側面（図５右側面）はダクト(17)で上側蓋部材(4b)の脱離部側に接続され、上記吸着ロータ(3)から脱離した被処理成分を低温プラズマにより分解するようになっている。また、上記プラズマ反応器(16)の一側面（図５左側面）はダクト(18)で上記密閉容器(12)の一側面（図５左側面）に接続され、熱交換器(13)の他側面（図５右側面）はダクト(19)で吐出ダクト(20)に接続され、図５に白抜き矢印で示すように、上記熱交換器(13)でガスを熱交換されて冷却されたプラズマ反応器(16)を経たガスをダクト(19)を経て吐出ダクト(20)からケーシング(1)外に吐出するようになっている。
【００２２】
上記プラズマ反応器(16)の下流側である密閉容器(12)内には、触媒分解器(21)が設置され、上記プラズマ反応器(16)を通過した被処理成分を触媒分解器(21)の触媒作用でさらに分解するようになっている。また、上記触媒分解器(21)の上流側には触媒活性ヒータ(22)が設置され、この触媒活性ヒータ(22)により上記触媒分解器(21)の触媒を加熱して活性化させるようになっている。
【００２３】
上記プラズマ反応器(16)は図１及び図２のような構成になっている。つまり、このプラズマ反応器(16)では、碍子等の絶縁材からなる４枚の絶縁壁(25)で囲まれた空間内に６つの放電電極(26)が２つずつ組をなして互いに対向するように接近して配置されている。上記絶縁壁(25)で囲まれた空間は、図３に示すように、４枚の絶縁壁(25)の端部同士を互いに突き合わせ、各々の端部に形成されたネジ孔(25a)にネジ(23)を螺合させることで断面矩形の筒形状に構成されている。これら放電電極(26)は、メッシュ材やパンチングメタル等からなる基板(26a)に多数の針電極(26b)がベース部材(26c)によって固定され、一方の放電電極(26)の針電極(26b)を他方の放電電極(26)の基板(26a)から突出させている。また、上記プラズマ反応器(16)内には、上記放電電極組を挟むように４つの対向電極(27)が配置され、中程の２つの対向電極(27)の両面には後で詳述する処理部材(28)がそれぞれボルト(29)で固定されており、両端の２つの対向電極(27)の内側の片面にも処理部材(28)がボルト(29)で固定されている。この対向電極(27)も上記放電電極(26)と同様にメッシュ材やパンチングメタル等からなる基板で構成されている。これにより、上記両電極(26,27)は、絶縁壁(25)で囲まれた空間に互いに対向するように平行に並べられて上記絶縁壁(25)に支持されて複数組直列に配置されている。
【００２４】
上記絶縁壁(25)の内面には、テフロン（Ｒ）等の絶縁材からなる複数の位置決め部材(33,34)が上記両電極(26,27)の位置に対応してネジ(27)で取り付けられている。上記組をなす２つの放電電極(26)は、上記位置決め部材(33)で所定の間隔を保持するように上記絶縁壁(25)に位置決め固定され、上記対向電極(27)も同様に上記位置決め部材(34)で所定の間隔を保持するように上記絶縁壁(25)に位置決め固定されている。そして、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とは、同一面視で電極並設方向に重ならないように三角形の頂点にあたる異なる位置に配置されている。
【００２５】
このように、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とを位置ずれさせているので、両電極(26,27)間の沿面距離を長くすることができて絶縁距離を確保することができる。
【００２６】
上記放電電極(26)上端には高圧端子(30)が２つ設けられ、これら２つの高圧端子(30)は上記絶縁壁(25)上面を貫いて外部に突出している。一方、上記対向電極(27)下端には接地端子(31)が１つ設けられ、この接地端子(31)も上記絶縁壁(25)下面を貫いて外部に突出している。つまり、上記両電極(26,27)の端子(30,31)は、上記絶縁壁(25)の上下に対向する異なる対向面に設けられている。
【００２７】
このように、両電極(26,27)の端子(30,31)を絶縁壁(25)の上下対向面に設けているので、両端子(30,31)間の距離を最大にとることができて絶縁距離を十分に確保することができる。
【００２８】
また、上述の如く絶縁壁(25)で囲まれる空間に複数組直列に配置された両電極(26,27)のうち、接地端子(31)を有する対向電極(27)を被処理ガスの出入口側である図で左右両端に配置して接地端子(31)でアースしているので、別途に絶縁板を被処理ガスの出入口側である左右両端に設ける必要をなくしてその分だけプラズマ反応器(16)を小型化することができる。
【００２９】
上記両電極(26,27)間の絶縁壁(25)内面には、凹部(38)が設けられているとともに、被処理ガスの出入口側である左右両端に対応する絶縁壁(25)外面、つまり左右両端に位置する２つの高圧端子(30)を有する放電電極(26)寄りの上記絶縁壁(25)外面にも、凹部(39)が設けられている。
【００３０】
したがって、上記凹部(38)の凹形状により、両電極(26,27)間の沿面距離を長くすることができて絶縁距離を確保することができる。また、上記凹部(39)の凹形状により、プラズマ反応器(16)の外周りにある部材や空間に対する沿面距離を長くすることができて機器取扱者に対する安全性を確保することができる。
【００３１】
図４に示すように、隣り合う上記絶縁壁(25)のコーナー部は、テフロン（Ｒ）等の絶縁材からなる直角に曲げられた薄板の絶縁板(24)がネジ(32)を絶縁壁(25)のネジ孔(25b)に螺合させることで取り付けられ、隣り合う上記絶縁壁(25)の繋ぎ目が上記絶縁板(24)で覆われている。
【００３２】
このように、隣り合う絶縁壁(25)の繋ぎ目を絶縁板(24)で覆っているので、絶縁壁(25)の繋ぎ目からのリークを防止することができる。
【００３３】
なお、図示しないが、絶縁壁(25)の繋ぎ目を絶縁板(24)で覆う代わりに、絶縁壁(25)を２重構造にすることで繋ぎ目からのリークを防止するようにしてもよい。
【００３４】
上記対向電極(27)に固定された処理部材(28)は、空気の流れ方向に沿って貫通する多数の小孔（図示せず）を有するハニカム形状の基材で構成され、その表面に触媒物質を担持している。具体的には、この処理部材(28)は、触媒物質として、Ｐｔ，Ｐｄ，Ｎｉ，Ｉｒ，Ｒｈ，Ｃｏ，Ｏｓ，Ｒｕ，Ｆｅ，Ｒｅ，Ｔｃ，Ｍｎ，Ａｕ，Ａｇ，Ｃｕ，Ｗ，Ｍｏ，Ｃｒのうちの少なくとも１種を含んでいる。これら触媒物質は、被処理ガスを処理する際の化学反応を促進するものである。また、上記処理部材(28)は、基材の表面に触媒物質とともに吸着剤も担持している。この吸着剤は被処理ガス中に含まれる被処理成分（臭気物質や有害物質）を吸着するためのものであり、例えば活性炭やゼオライトなどが用いられるが、多孔質セラミックス、活性炭繊維、モルデナイト、フェリエライト、シリカライトなどを用いてもよく、これらのうちの少なくとも１種を用いるとよい。また、上記触媒分解器(21)も上記処理部材(28)と同様に構成されているものである。
【００３５】
上述の如き構成において、両電極(26,27) に放電電圧を印加すると、放電電極(26)と対向電極(27)との間でストリーマ放電が発生する。このストリーマ放電により高活性のイオンやラジカルなどの活性種が発生して低温プラズマが生成される。具体的には、放電によって高速電子、イオン、オゾン、ヒドロキシラジカルなどのラジカルや、その他励起分子（励起酸素分子、励起窒素分子、励起水分子など）などの活性種が生成され、これらの活性種によって被処理成分が分解される。
【００３６】
ストリーマ放電は、針電極(26b)の先端から対向電極(27)まで微小アークが連続することにより、発光を伴ったプラズマ柱として形成され、微小アークは、針電極(26b)と対向電極(27)との間において等電位面の間隔が狭いところで連なって進展する。本実施形態では、詳細は示していないが、針電極(26b)の先端を３０°以上９０°以下、好ましくは６０°の削り角で削ったものとし、最先端は半径が約０．５mmの球面形状として僅かな丸みを有するものとしている。そして、針電極(26b)の先端角度を上記の角度に特定しているため、微小アークが広範囲に広がりながら進展しやすくなり、ストリーマ放電が広範囲で生じるようにしている。つまり、この場合のストリーマ放電は、針電極(26b)から対向電極(27)に向かってフレア状に広がった領域で発生する。そして、直流高電圧を用いたストリーマ放電において、各針電極(26b)についての放電領域が広くなるようにして、針電極(26b)の本数を比較的少なくしてもプラズマ発生領域を広げられるようにしている。
【００３７】
次に、このガス処理装置の運転動作について説明する。
【００３８】
装置の運転時には、ロータ回転モータ(5)、主流ファン(8)及び再生ファン(10)が駆動していて、吸着ロータ(3)が回転している。まず、図５に黒塗り矢印で示すように、被処理ガスは吸込ダクト(9)から下側蓋部材(4a)の吸着部側に導入され、吸着ロータ(3)を通過する過程で被処理成分が吸着剤に吸着されて、清浄なガスになって吐出ダクト(20)からケーシング(1)外へ吐出される。
【００３９】
吸着ロータ(3)は鉛直軸心回りに回転しているため、被処理ガス中の被処理成分を吸着した部分は、やがて脱離部側へ移動する。一方、再生ファン(10)の駆動によりケーシング(1)内の空気が下側蓋部材(4a)の脱離部側に導入され、吸着ロータ(3)の脱離部を通過する過程で脱離時の残留熱を奪い、吸着ロータ(3)は熱を奪われることで冷却されて再生される。吸着ロータ(3)の脱離部を通過した空気は、図５に破線矢印で示すように、吸着ロータ(3)の熱で加熱されることで発生した上昇気流によりダクト(14)を経て熱交換器(13)に導入され、ここで、プラズマ反応器(16)で発生した熱と合流し、熱交換されてさらに温度上昇する。この空気はダクト(15)を経て再び下側蓋部材(4a)の脱離部側に導入されて脱離ヒータ(11)で加熱され、吸着ロータ(3)から被処理ガス中の被処理成分脱離して濃縮し、この濃縮されたガスは、図５に白抜き矢印で示すように、ダクト(17)を経てプラズマ反応器(16)に導入される。ここで、ガス中の被処理成分がストリーマ放電により生成した低温プラズマの作用により分解される。さらに、上記ガスはダクト(18)を経て密閉容器(12)内に導入される。密閉容器(12)内に導入されたガスは触媒分解器(21)を通過して熱交換器(13)に入る。触媒分解器(21)の触媒は触媒活性ヒータ(22)で加熱されて活性化されているので、スムーズにかつ完全に分解される。上記熱交換器(13)に入ったガスは熱を奪われて冷却され、ダクト(19)から吐出ダクト(20)を経てケーシング(1)外へ吐出される。
【００４０】
このように、プラズマ反応器(16)の下流側に触媒分解器(21)を設けているので、プラズマ反応器(16)で分解が不十分な被処理成分を触媒分解器(21)の触媒作用で完全に分解することができる。
【００４１】
また、触媒分解器(21)の上流側に触媒活性ヒータ(22)を設けているので、触媒分解器(21)の触媒を活性化させて触媒作用を十分に発揮させることができる。
【００４２】
さらに、触媒分解器(21)の下流側に熱交換器(13)を設けているので、触媒分解器(21)で発生した熱を吸着ロータ(3)の脱離用の熱として無駄なく活用することができる。
【００４３】
さらにまた、吸着ロータ(3)を鉛直軸心回りに回転させながら吸着、脱離及び再生を連続して行い、しかも、吸着ロータ(3)の下方に設けた脱離ヒータ(11)により上昇気流を発生されてガスを流通させているので、効率良くガス処理を行うことができる。
【００４４】
加えて、プラズマ反応器(16)を吸着ロータ(3)の上方に設けているので、被処理成分の吸着・脱離と分解とを連続して行って被処理ガスの処理スピードを高めることができる。
【００４５】
また、触媒分解器(21)、触媒活性ヒータ(22)及び熱交換器(13)を１つの密閉容器(12)内に配置していることから、これらの熱影響を外部に及ぼさないようにすることができる。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、両電極(26,27)間の絶縁壁(25)内面に凹部(38)を設けたので、凹部(38)の凹形状分だけ沿面距離、ひいては絶縁距離を長く確保することができる。
【００４７】
請求項２に係る発明によれば、高圧端子(30)を有する放電電極(26)寄りの絶縁壁(25)外面に凹部(39)を設けたので、プラズマ反応器の外周りにある部材や空間に対する沿面距離が長くなって機器取扱者の安全を確保することができる。
【００４８】
請求項３に係る発明によれば、絶縁壁(25)内面に複数の位置決め部材(33,34)を両電極(26,27)の位置に対応して取り付け、これら両電極(26,27)を上記位置決め部材(33,34)で所定の間隔を保持するように上記絶縁壁(25)に位置決め固定し、放電電極(26)の位置決め部材(33)と対向電極(27)の位置決め部材(33,34)とを同一面視で電極並設方向に重ならないように異なる位置に配置したので、両電極(26,27)間の沿面距離が長くなった分だけ絶縁距離を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  プラズマ反応器の内部構成を示す斜視図である。
【図２】  プラズマ反応器の内部構成を示す側面図である。
【図３】  絶縁壁の分解斜視図である。
【図４】  絶縁壁の繋ぎ目部分を拡大して示す断面図である。
【図５】  ガス処理装置の正面図である。
【図６】  ガス処理装置の左側面図である。
【符号の説明】
(25)            絶縁壁
(26)            放電電極
(27)            対向電極
(16)            プラズマ反応器
(30)            高圧端子
(31)            接地端子
(38,39)         凹部
(33,34)         位置決め部材
(24)            絶縁板
【図１】
0004670215.tif 000002
【図２】
0004670215.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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