(57)【要約】【課題】  高い放電効果を維持しつつ、被処理ガスとプラズマとの接触効率を向上させることができるガス処理装置等を提供する。【解決手段】  ガス処理装置は、高電圧印加電極２と接地電極３とが互いに対向するように内部に備えられたリアクタ１を有し、被処理ガスを高電圧印加電極２と接地電極３との間に流通させてプラズマ処理するように構成されている。高電圧印加電極２は、平板状電極２ａと、平板状電極２ａの接地電極３に対向する面上に設けられた突起部材５とからなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧印加電極と接地電極とが互いに対向するように内部に備えられたリアクタを有し、処理対象物質を含有する被処理ガスを前記電圧印加電極と前記接地電極との間に流通させてプラズマ処理するガス処理装置において、
前記電圧印加電極は、平板状電極と、該平板状電極の前記接地電極に対向する面上に設けられた突起部材とからなることを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
前記電圧印加電極は、複数の前記突起部材が前記被処理ガスの流通方向に沿って並んだ状態で前記平板状電極の前記面上に設けられている、請求項１に記載のガス処理装置。
【請求項３】
前記電圧印加電極と前記接地電極との間の空間に粒体状の誘電体が充填されている、請求項１または２に記載のガス処理装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のガス処理装置を用いたガス処理方法であって、
前記電圧印加電極と前記接地電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、前記リアクタ内に前記被処理ガスを流入させ、前記被処理ガスを前記電圧印加電極の前記突起部材と前記接地電極との間を通過させることを特徴とするガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被処理ガスに含有されている処理対象物質をプラズマ反応を利用して分解するガス処理装置およびガス処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性化合物などを含有するガスによる大気汚染や、そのようなガスが人体へ及ぼす影響が注目されている。そうした揮発性化合物などを含有するガスを処理する技術が数多く提案されている中で、プラズマ放電、特に非平衡プラズマ放電によりＶＯＣｓ（揮発性有機化合物）等のガスを処理する技術が注目され、研究が進められており、当該技術に基づいたガス処理方法及び装置が提案されている。
【０００３】
それらの中でも、特許文献１に記載されているような、高電圧印加電極と接地電極との間に誘電体粒子を充填し、プラズマを発生させるようにしたパックトベッド式反応装置は、大気圧下で操作でき、装置内を真空にするポンプなどは不要で、さらには室温でプラズマを発生させることができるという利点を有している。
【特許文献１】特開２０００−３４８８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の従来技術では処理能力が装置の状態や処理条件などに影響を受けるため、最大の処理効果を得るために装置の状態、処理条件、処理環境などに工夫がなされてきている。これまで、プラズマ状態を発生させてガス処理を実施する装置に、平板電極、針状電極、棒電極などを用いることが提案されている。
【０００５】
しかしながら、これらの電極構造では、高い放電効果を得ることができても、その高いエネルギー場に処理対象のガスを接触させることが難しく、そのため処理効果が当初の狙いほど得られないという問題があった。
【０００６】
そこで本発明は、高い放電効果を維持しつつ、処理対象物質を含有するガス（被処理ガス）とプラズマとの接触効率を向上させることを可能にするガス処理装置およびガス処理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明のガス処理装置は、電圧印加電極と接地電極とが互いに対向するように内部に備えられたリアクタを有し、処理対象物質を含有する被処理ガスを前記電圧印加電極と前記接地電極との間に流通させてプラズマ処理するガス処理装置において、前記電圧印加電極は、平板状電極と、該平板状電極の前記接地電極に対向する面上に設けられた突起部材とからなることを特徴とする。
【０００８】
このように構成された本発明のガス処理装置によれば、突起部材の先端部領域において電圧印加電極と接地電極との間の間隔が比較的狭くなるので、少なくともその領域において比較的高い放電効果を維持することが可能になる。また、電圧印加電極と接地電極との間の間隔が比較的狭くなる突起部材の先端部付近に発生するプラズマのエネルギーは比較的高くなるため、突起部材が設けられた構成のガス処理装置では、リアクタ内に導入された被処理ガスがプラズマのエネルギーが比較的高い当該領域を通過することになり、被処理ガスとプラズマとの接触効率が向上し、その結果、被処理ガスの処理効率が向上する。
【０００９】
また、本発明のガス処理方法は、上記本発明のガス処理装置を用いたガス処理方法であって、前記電圧印加電極と前記接地電極との間に電圧を印加してプラズマを発生させ、前記リアクタ内に前記被処理ガスを流入させ、前記被処理ガスを前記電圧印加電極の前記突起部材と前記接地電極との間を通過させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように、本発明によれば、電圧印加電極が、平板状電極と、平板状電極の接地電極に対向する面上に設けられた突起部材とを有していることにより、高い放電効果を維持しつつ、処理対象物質を含有するガス（被処理ガス）とプラズマとの接触効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係るガス処理装置を示す概略構成図である。図１では、リアクタ１の内部構造を透視した状態で示している。
【００１３】
図１に示すように、本実施形態のガス処理装置は、リアクタ１内に、平板状電極２ａとその両面上にリアクタ１内を流通する被処理ガスの流れ方向に沿って等間隔に配設された複数の板状の突起部材５とからなる高電圧印加電極２と、高電圧印加電極２の両面にそれぞれ対向する位置に高電圧印加電極２と平行に配設された平板状の接地電極３とを有している。各接地電極３の高電圧印加電極２に対向する面には、各接地電極３のその面を保護するためのバリヤ材４が設けられている。さらに、ガス処理装置は、高電圧印加電極２と接地電極３との間に高電圧を供給する電源６を有している。
【００１４】
高電圧印加電極２をなす平板状電極２ａおよび突起部材５と接地電極３とは、導電体からなる。その材料としては、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、真鍮、鉄、アルミニウム、タングステン、ニッケル等を用いることができる。
【００１５】
図１に示すガス処理装置では、高電圧印加電極２と接地電極３との間に電源６から高電圧を印加することで、バリヤ材４を間に置いて配設された各平板状接地電極３と高電圧印加電極２との間に大気圧プラズマが発生する。処理対象物質を含有するガスである被処理ガスは、図１の矢印ａ方向からガス処理装置のリアクタ１内に導入され、そのリアクタ１内で大気圧プラズマによって処理され、処理済ガスとしてリアクタ１から図１の矢印ｂ方向に排出される。本実施形態のガス処理装置による被処理ガスの処理は、以上のようにして行われる。
【００１６】
本実施形態のガス処理装置は、高電圧印加電極２が、平板状電極２ａと、平板状電極２ａの接地電極３に対向する面上に設けられた突起部材５とからなることを特徴としている。このような構成では、突起部材５の先端部領域付近において高電圧印加電極２と接地電極３との間の間隔が比較的狭くなるので、少なくともその領域において比較的高い放電効果を維持することが可能になる。
【００１７】
また、高電圧印加電極２と接地電極３との間の間隔が比較的狭くなる突起部材５の先端部領域に発生するプラズマのエネルギーは比較的高くなる。そのため、突起部材５が設けられた構成のガス処理装置では、リアクタ１内に導入された被処理ガスがプラズマのエネルギーが比較的高いその領域を通過することになり、被処理ガスとプラズマとの接触効率が向上する。その結果、被処理ガスの処理効率を向上させることができる。
【００１８】
突起部材５は、図１に示すように、平板状電極２ａの両面にそれぞれ複数設けられていることが好ましい。複数の突起部材５を平板状電極２ａの両面にそれぞれ設けることで、放電効果の維持と、被処理ガスとプラズマとの接触効率とをさらに向上させることができる。
【００１９】
ここで、上記の処理対象物質は、例えば揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、窒素酸化物、悪臭物質等である。しかし、本実施形態のガス処理装置で処理可能な物質はこれらに限らず、ガス状のあらゆる物質が処理対象に含まれる。
【００２０】
また、平板状電極２ａに対する突起部材５の突出角度αは任意である。ただし、リアクタ１内を流通する被処理ガスの流れ方向を考慮すれば、図１に示す角度αは、０°＜α＜９０°の範囲であることが好ましい。
【００２１】
なお、本実施形態ではプラズマによる接地電極３の腐蝕防止等の目的で各接地電極３の高電圧印加電極２に対向する面にバリヤ材４が設けられているが、被処理ガスを上記のように処理することに関してはバリヤ材４の有無はほとんど影響を与えない。
【００２２】
（第２の実施形態）
図２は、本発明の第２の実施形態に係るガス処理装置を示す概略構成図である。図２では、リアクタ１１の内部構造を透視した状態で示している。
【００２３】
本実施形態のガス処理装置は、リアクタ１１内の、平板状電極１２ａの両面に複数の板状の突起部材１５が等間隔に並んで配設された高電圧印加電極１２と、各接地電極１３の高電圧印加電極１２に対向する面に各接地電極１３のその面を保護するために設けられたバリヤ材１４との間の空間に、粒体状の誘電体１７が充填されている。誘電体１７の粒体形状は図２に示す例では球状であるが、この粒体形状はその他にも柱状や多面体形状等であってもよい。この誘電体１７の材料としては、例えばチタン酸バリウムを主成分とする無機材料を用いることができる。
【００２４】
誘電体１７はこのように粒体形状を有しているので、リアクタ１１内に充填されている誘電体１７同士の間に空隙が生じる。そのため、リアクタ１１内に誘電体１７が充填されていても、被処理ガスはその処理空間内を通って流れることができる。
【００２５】
なお、本実施形態のガス処理装置のその他の構成は第１の実施形態と同様であるので、それらに関する詳しい説明は省略する。
【００２６】
本実施形態のガス処理装置のリアクタ１１内に誘電体１７が充填されており、それらの誘電体１７同士の間に生じている空隙は非常に小さいことから、空気中においても極めて小さい印加電力でプラズマを発生させることができる。また、プラズマは粒体状の誘電体１７間の空隙各々において発生するので、リアクタ１１内に生じるプラズマは安定かつ均一化される。
【００２７】
このように、本実施形態によればリアクタ１１内に誘電体１７を介してプラズマを広範囲に安定かつ均一に発生させることができるので、リアクタ１１内を図示矢印ａ方向からｂ方向に通過する被処理ガスの処理効率をより高めることができる。
【００２８】
なお、本実施形態においても第１の実施形態と同様に、高電圧印加電極１２と接地電極１３との間の間隔が比較的狭い領域である各突起部材１５の先端部付近において比較的高い放電効果を維持することができ、かつ、そのような突起部材１５を備えていることで被処理ガスとプラズマとの接触効率を向上させ、被処理ガスの処理効率を高めることができる。
【実施例】
【００２９】
本発明による効果を以下に示す実施例及び比較例を参照して具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。
【００３０】
（実施例１）
本実施例では、図１に示すガス処理装置、すなわち、高電圧印加電極２が平板状電極２ａとその両面に等間隔に並んで配設された複数の板状の突起部材５とからなる構成のガス処理装置を用いて、対象物質の処理効果を求めた。
【００３１】
本実施例における２枚の接地電極３は、幅６０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス鋼平板（以下、「ＳＵＳ平板」という。）からなる。各接地電極３の高電圧印加電極２に対向する面には、幅と高さが接地電極３と同じで厚さが１ｍｍのアルミナ板をバリヤ材４として設けた。高電圧印加電極２は、幅６０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ平板からなる平板状電極２ａの各面に、平面部の面積が３６０ｍｍ2のＳＵＳ平板からなる突起部材５を平板状電極２ａに対する突出角度αが４５°になるようにそれぞれ３枚ずつ、合計で６枚設けて構成した。また、平板状電極２ａとバリヤ材４との距離を１０ｍｍとした。
【００３２】
このように構成されたガス処理装置のリアクタ１内に、１００ｐｐｍのＮＯを含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素とを主成分とする空気。以下同じ。）ベースガスを被処理ガスとして、１０Ｌ／ｍｉｎで流通させた。次いで、高電圧印加電極２と接地電極３との間に電源６から１５ｋＶｐ−ｐの電圧を印加してリアクタ１内にプラズマ放電を生起させて、そのＡｉｒベースガスの処理を行った。リアクタ１から排出された処理済ガスをＮＯx分析器によって分析した結果、ＮＯ濃度は０ｐｐｍであり、Ａｉｒベースガス中のＮＯの処理率は１００％であった。
【００３３】
なお、本実施例で用いたＮＯx分析器はＮＯx−Ｏ2測定装置（（株）島津製作所製のＮＯＡ−７０００）である。以下の実施例２および比較例において用いているＮＯx分析器も、このＮＯx−Ｏ2測定装置である。
【００３４】
（実施例２）
本実施例では、図２に示すガス処理装置、すなわち、高電圧印加電極１２が平板状電極１２ａとその両面に等間隔に並んで配設された複数の板状の突起部材１５とからなる構成であることに加え、リアクタ１１内に誘電体１７が充填されているガス処理装置を用いて、対象物質の処理効果を求めた。
【００３５】
誘電体１７として、直径が３ｍｍの球状のγアルミナを用いた。それ以外の各構成の寸法や素材は実施例１と同様であるので、それらに関する説明は省略する。
【００３６】
このように構成されたガス処理装置のリアクタ１１内に、１００ｐｐｍのＮＯを含有するＡｉｒベースガスを被処理ガスとして、１０Ｌ／ｍｉｎで流通させた。次いで、高電圧印加電極１２と接地電極１３との間に電源１６から１２ｋＶｐ−ｐの電圧を印加してリアクタ１１内にプラズマ放電を生起させて、そのＡｉｒベースガスの処理を行った。リアクタ１１から排出された処理済ガスをＮＯx分析器によって分析した結果、ＮＯ濃度は０ｐｐｍであり、Ａｉｒベースガス中のＮＯの処理率は１００％であった。
【００３７】
本実施例によれば、電源１６から電極１２，１３間に印加する電圧が実施例１の場合よりも２０％（３ｋＶｐ−ｐ）低いにもかかわらず、実施例１と同様に１００％のＮＯ処理率を得ることができた。
【００３８】
（比較例）
上記の実施例１，２に対する比較例として、図３に示すガス処理装置、すなわち平板状の高電圧印加電極２２を備え、かつリアクタ２１内に誘電体２７が充填されているガス処理装置を用いて、対象物質の処理効果を求めた。
【００３９】
本比較例における２枚の接地電極２３は、幅６０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのステンレス鋼平板（以下、「ＳＵＳ平板」という。）からなる。各接地電極２３の高電圧印加電極２２に対向する面には、幅と高さが接地電極２３と同じで厚さが１ｍｍのアルミナ板をバリヤ材４として設けた。高電圧印加電極２２は、幅６０ｍｍ、高さ４０ｍｍ、厚さ１ｍｍのＳＵＳ平板からなる。誘電体２７として、直径が３ｍｍの球状のγアルミナを用いた。高電圧印加電極２２とバリヤ材４との距離を１０ｍｍとした。
【００４０】
このように構成されたガス処理装置のリアクタ２１内に、１００ｐｐｍのＮＯを含有するＡｉｒベースガスを被処理ガスとして、１０Ｌ／ｍｉｎで流通させた。次いで、高電圧印加電極２２と接地電極２３との間に電源２６から１６ｋＶｐ−ｐの電圧を印加してリアクタ２１内にプラズマ放電を生起させて、そのＡｉｒベースガスの処理を行った。リアクタ２１から排出された処理済ガスをＮＯx分析器によって分析した結果、ＮＯ濃度は７０ｐｐｍであり、Ａｉｒベースガス中のＮＯの処理率は３０％であった。
【００４１】
本比較例では、電源２６から電極２２，２３間に印加する電圧が実施例１，２よりも高いにもかかわらず、ＮＯの処理率が実施例１，２に比べて著しく低いことがわかった。これにより、実施例１，２のように高電圧印加電極に突起部材を備えることの優位性を確認することができた。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施形態（実施例１）に係るガス処理装置を示す概略構成図である。
【図２】本発明の第２の実施形態（実施例２）に係るガス処理装置を示す概略構成図である。
【図３】比較例に係るガス処理装置を示す概略構成図である。
【符号の説明】
【００４３】
１，１１，２１    リアクタ
２，１２，２２    高電圧印加電極
２ａ，１２ａ    平板状電極
３，１３，２３    接地電極
４，１４，２４    バリヤ材
５，１５    突起部材
６，１６，２６    電源
１７，２７    誘電体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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