(57)【要約】 【課題】  金属電極材料が放電プラズマによって損耗し、環境中に散逸することなく、寿命の長い放電用電極を得ること、並びに化学反応性を持つガスを放電プラズマ中に導入しても、長期に亘って安定して放電を維持することのできる放電装置を提供する。【解決手段】導電材料からなる電極とセラミック等の耐熱部材の間に水を満たし、電極の表面を水が完全に覆い、電極が放電プラズマに直接接触しないように水を保持し、放電電流が水を通過することによる発熱のために、発生する水蒸気が放電空間に発散できる構成としている。【選択図】  図１
2005050627.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電空間に面した耐熱部材と、放電のために電圧を印加し電流を供給するための電極とを有し、前記電極と放電空間の間には、前記電極と前記耐熱部材の両方に接触するように水を保持し、前記水が前記電極を覆い、前記電極の表面が放電空間に露出しないように、水を連続的に供給して保持するための手段と、且つ前記水及び前記水が蒸発してできる水蒸気が、放電空間に発散する経路を有することを特徴とする放電用電極。
【請求項２】
放電のために電圧を印加し電流を供給するための電極と、水を前記電極に接触せしめ、前記水が前記電極を覆い、前記電極の表面が放電空間に露出することが無いように、前記水を保持できる絶縁材料からなる容器と、前記水に接触し尚且つ放電空間に露出した耐熱部材とからなり、前記容器に水を連続的に供給するための手段を有することを特徴とする、請求項１に記載の放電用電極。
【請求項３】
耐熱部材が粒径２〜１０ｍｍの焼結体から構成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の放電用電極。
【請求項４】
放電のために電圧を印加し電流を供給するための電極に中空部分を設け、水を連続的に供給するための経路としてこれを用いることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の放電用電極。
【請求項５】
水を耐熱部材の懸濁液として供給することを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の放電用電極。
【請求項６】
水を電解質の水溶液として供給することを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の放電用電極。
【請求項７】
耐熱部材がセラミックであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の放電用電極。
【請求項８】
放電空間に水を導入することを特徴とする放電装置であって、請求項１ないし７のいずれかに記載の放電用電極を有することを特徴とする放電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大気圧で放電を起こすための放電用電極、及び大気圧の放電を利用した放電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大気圧で放電を起こす方法には様々の方法があり、また大気圧で放電を起こして得られるプラズマは様々な用途に応用されている。高周波の誘導結合やマイクロ波を用いて、無電極で放電を起こす方法もあるが、直流電圧あるいは比較的低い周波数領域の交流電圧を用いて放電を起こす場合には、一般に電極を用いて放電が行われる。
【０００３】
放電用の電極には、放電のための電圧を印加し電流を供給するために、導電性の材料（主に金属）が用いられる。但し、交流電圧による放電の場合は、例外的に金属電極の表面に、主に石英等からなる絶縁材料の層を設け、金属電極が直接に放電プラズマに接触しない構造の放電（誘導体バリア放電と呼ばれる）が可能である。しかしながらこの場合には、金属電極からの熱電子放出を妨げる目的で絶縁層が挿入されているため、アーク放電を起こし高温の放電プラズマを発生させることはできない。
【０００４】
導電性の材料を電極とし、大気圧下で放電を起こし、放電電流を大きくして行くと、放電はアーク放電に移行し、電極（特に直流放電の場合は陰極）は、激しく加熱されて高温に達し、放電の維持に必要な電子放出が、主に電極からの熱電子放出によって、まかなわれるようになる。
【０００５】
このような状態の放電を工業用途に用いる場合、電極は高温に耐える材質であることが先ず必要な前提条件である。このため一般に、タングステン等に代表される高融点金属、カーボンあるいは水銀等が電極材料として用いられてきた。
因みに、水銀は元々液体であるので、高温になって溶融するということを重ねて意識する必要がないため、様々なところで電極材料として用いられているが、水銀を電極とするアーク放電には、学術的にも未だ明らかにされていない点が多い。
【０００６】
上記のように、電極は超高温の極端な条件下で用いられるため、一般には消耗品として認識されている。ところが消耗品であるということは、すなわち、その材料が使用につれて変質するか、あるいは環境中に散逸して行くかの、どちらかであるということを意味している。しかし、例えば水銀の場合、これは環境問題上、その散逸は忌避されている材料であって、そもそも汎用的な材料としては、使用は好ましくないものである。他の金属材料であっても、これらが電極の消耗に伴い、環境中に何らかの形で散逸して行くことは、地球環境保護の観点からは極力避けるべきであり、このために英知を絞るべきことは人類にとっての重要課題である。
【０００７】
ところで、大気圧下の放電プラズマを用いて、何らかの工業プロセスを行う場合、多くの場合において、プラズマを発生させる元となるガスに、アルゴン等の不活性ガス以外のガスを用いる。不活性ガス以外のガスの場合、プラズマ中でガス分子が分解され、イオンやラジカル等の化学的に活性な粒子種が必ず発生する。
これらの化学活性種が放電用電極に接触すると、電極材料と反応を起こし、電極表面の変質・損耗を引き起こすことになる。
【０００８】
その端的な例として、例えば地球環境問題でその排出が規制されつつある。ＰＦＣやフロンガス等のハロゲン系の元素を含むガスの分解プロセスを考えた場合、これらのガスが分解されると、フッ素や塩素などのハロゲン元素が発生する。これらの元素は化学反応性が極めて活発であるため、これらが金属電極に接触すると忽ち電極材料と反応を引き起こし、電極を腐食してしまう。そのため電極の寿命が損なわれ、安定して装置の性能を長期に亘って維持することが極めて困難である。
【０００９】
特許文献１は、セラミックスコーティング方法に関するもので、炭素棒の周囲に螺旋状に巻き付けた噴水装置のスプレーガンから噴出する水を、電極間に通過させて水プラズマを生成し、この水プラズマにセラミックスパウダー混合し、水プラズマ溶射によって被溶射体にセラミックスコーティング層を形成し、セラミックスのコーティング作業を容易に行う方法が開示されている。
特許文献２は、セラミック製放電ランプに関するもので、バルブ内に取り込まれる水分子の量が少なくても所期のランプ特定を有し、しかも製造コストの小さいセラミック製放電ランプを提供することを目的としている。
特許文献３は、放電灯の太さ、長さを小さくし、且つ有効発光長を長くすることができ、且つ寿命を延ばすことができる構成の放電灯用電極とその製造方法に関する。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−４７５５１公報
【特許文献２】特開平１１−２１３９４９公報
【特許文献３】特開平１１−２１３９４４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
上述したように、従来の大気圧下で用いる放電用電極では、金属やカーボン等の電極を構成する導電材料がそのまま放電プラズマに接触しているため、放電に伴い電極の表面が変質したり、金属電極材料が環境中に散逸したりして損耗し易く、これが電極の寿命を制限してしまう、という問題点があった。
また、これらの放電用電極を用いた従来の放電装置では、化学的に反応性の高いガスを放電プラズマ中に導入した場合、放電用電極の劣化・損耗が著しく激しくなり、電極の寿命が損なわれ、安定して装置性能を長期に亘って維持することが極めて困難であるなどの問題点があった。
【００１２】
本発明は、これらの問題点を解決するためになされたものであって、電極に用いられている導電材料の損耗が少なく、有害な成分が環境中に散逸することがなく、しかも長期に亘って安定な放電を維持することが可能な放電用電極を提供することを目的としている。また、この放電用電極を用いることにより、化学的に反応性の高いガスを放電プラズマ中に導入しても、安定して装置の性能を長期間維持することが可能な放電装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明者は前記の課題を解決するために、放電用電極は、放電のために電圧を印加し電流を供給するための導電性の材料（主に金属）からなる電極とは別に、セラミック等の耐熱部材を設けてこれを放電空間に面して配置し、電極と耐熱部材との間の空間に、両者に接触するように水を保持し、放電の電流が電極から水を介して伝導するように構成している。
このため、放電に伴って水部分の電気抵抗によるジュール熱が発生することによって、水は沸騰・蒸発し水蒸気となるが、発生した水蒸気は放電空間に発散させ、蒸発して失われるだけの水を、常に電極と耐熱部材の間に連続的に供給して保持することにより、導電性の材料からなる電極が常に水で覆われ、放電空間に露出することの無い状態で、放電を維持することができるように構成したものである。
【００１４】
また、本発明による放電装置は、上記の耐熱部材と水及び導電性材料の電極からなる放電用電極を用いて構成したものであって、放電プラズマ中に化学反応性のガスを導入しても、これによって放電用電極の寿命が損なわれることが無く、長期に亘って安定して性能を維持することができるように構成されている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、放電用電極を、放電のための電圧を印加して、電流を供給するための導電性材料からなる電極１とセラミック部材３などの耐熱部材の間に水５を満たすように構成しているので、電極１が放電プラズマに直接接触することなく、放電プラズマによって電極１の材料が損耗し、環境中に散逸することなく、これによって電極の寿命が制限されることないので、極めて長寿命の放電用電極が得られる効果がある。
【００１６】
また、本発明による放電装置は、上記の放電用電極を放電プラズマの生成のために用いるように構成したので、放電プラズマ中に化学的に反応性の高いガスを導入しても、これが放電用電極の寿命を制限することなく、安定して装置性能を長期間維持することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を具体的に説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための放電用電極及び放電装置を例示するものであって、本発明は放電用電極及び放電装置を下記のものに限定するものではない。
【００１８】
図１は、本発明による放電用電極の実施形態の一例を示す断面図である。図において、１は導電性の材料（金属）からなる電極、２は容器、３はセラミック部材である。図中４は容器２の側面に設けられた水供給口で、５は水供給口４から供給され、容器２に蓄えられた水である。
【００１９】
容器２は、例えばテフロン（登録商標）等のフッ素樹脂からなり、電気的には絶縁性の材料で構成されている。金属からなる電極１は、容器２の底部に配置されており、電極１の上、容器２によって囲まれた、内径３０ｍｍ、深さ３０ｍｍの空間に、水５が蓄えられている。
容器２の底部及び電極１の中央部に設けられた貫通孔を通して、下部よりセラミック部材３が、その先端が水５の水面より上部に突き出すように、容器２内に挿入されている。セラミック部材３は、例えば、アルミナ（酸化アルミニウム）の棒であり、絶縁物である。電極１の材料は、本発明の放電用電極の機能としては問題ではなく、どのような導電性材料であっても基本的には構わない。但し水５に接触する構成上、例えばステンレスのように、水分による腐食が進み難い材料が望ましい。
【００２０】
電源１には、容器２の底部を貫通する導線６を介して電源供給される。放電用の電源は直流電源であり、電極１には負の直流高電圧が印加される。電源の正極側は、セラミック部材３の上部に配置された陽極（図示せず）に接続される。水５は、通常の水道水であって、所謂、純水と呼ばれるような比抵抗の大きい水ではなく、ある程度の導電性を持っているもので、このため、電極１に負の高電圧が加えられることによって、水５全体の電位が大きく負になる。従って、供給された高電圧は、その大部分が水５の水面と陽極の間の間隙にかかることになる。
これによって、水面と陽極との間に放電が始まり、電流が流れ始める。この電流は水５を通じて流れるため、この際に水５の電気抵抗のため、ここでジュール熱を生じ、水５が加熱される。水５の加熱によって、水５の水面から水蒸気が発生する。
【００２１】
発生した水蒸気はセラミック部材３の表面を濡らし、この表面の電気伝導度を高める。この結果、水面より突出したセラミック部材３近傍の電界強度が大きくなり、放電がこの部分に集中し、安定して維持されるようになる。図２はこの状態における放電の様子の一例を示した写真である。
【００２２】
放電が維持されるためには、陰極より放電空間に電子が放出されることがひつようであるが、この場合、水面とセラミック部材３に至近のプラズマ化した水蒸気が、陰極としての働きを果たし、電子はこの部分から放電空間に供給されているものと考えられる。すなわち、放電によって流れる電流は、「陽極」→「放電空間のプラズマ」→「セラミック部材３至近のプラズマ化した水蒸気」→「水５」→「電極１」の経路で流れているものと考えられる。
【００２３】
水５は、放電の電流によって発生するジュール熱のため、激しく沸騰するが、セラミック部材３が水面上に突き出しているため、放電経路は陽極とセラミック部材３の先端を結ぶ経路に安定化し、水５の沸騰による水面の形状の乱れによって、放電経路が不安定となることがなく、水面の乱れが放電に及ぼす悪影響を回避することができる。一方、セラミック部材３がなく、電極１の上に水５のみが存在し、水５の水面から直接放電が行われる場合には、この場合も放電そのものは可能であるものの、水５の沸騰による水面の乱れが、直接的に放電に影響を与え、放電回路は固定せず、放電は極めて不安定な様相を呈する。
【００２４】
セラミック部材３は一般に絶縁物であり、通常では電気を通さず、特に上記に述べた実施形態の一例におけるように、直流の放電の電極として使用することは常識的には不可能であるが、本発明による場合、絶縁物であるセラミック部材３の周囲に水５が存在することにより、表面の濡れによって電気伝導性が付与され、セラミック部材３が放電経路を制御する電極としての機能を果たすことができるのである。すなわち、本発明による放電用電極においては、放電用電極としての放電空間までの電気伝導性が水５によって提供され、且つセラミック部材３によって放電用電極としての形状と、機械強度が提供されていると表現することができる。
【００２５】
また水５は、蒸発によって失われる分が、水供給口４から継続的に供給され、容器２内の水量が一定値に保たれることにより、電極全体の温度を１００℃程度に保ち、過熱を防止するという働きも合わせて持っている。セラミック部材３は、その先端部に放電経路が終端し、電流が集中することにより、相当の発熱を伴う。因みに通常の放電用電極においては、この発熱によって陰極の温度が高まり、熱電子放出が行われることによって、アーク放電が維持されるのである。従って、セラミック部材３の水５に浸されている部分は、水の沸騰温度以上には過熱しないが、放電経路が終端する先端部分は、これ以上の温度になり得る。
【００２６】
このため、セラミック部材３の水５の水面上に出ている部分の長さによっては、セラミック部材３の先端が灼熱状態に至る場合がある。この状態においては、水５の水面からの水蒸気発生と、セラミック部材３の先端近傍の水蒸気のプラズマ化が極めて円滑に進行し、放電がさらに安定になるのである。図３はこの状態における放電の様子の一例を示す写真である。
【００２７】
上記の説明では、容器２の材質としてテフロン（登録商標）を用いた場合について述べたが、容器の材質は、絶縁性及び百数十℃程度以上の耐熱性を持つものであれば何でも良く、同等の効果を奏する。またセラミック部材３についても、その材質は高耐熱性のものであれば何でも良く、同等の効果を奏する。
【００２８】
本発明においては、セラミック部材３がたとえ絶縁性の材質であったとしても、これが水の存在によって電極として機能することができることを開示しているが、一部の高耐熱セラミック材料の中には、例えば、炭化珪素のように、材料そのものがある程度の導電性を有する材料もあり、これらの材料であっても、セラミック材料自身の導電性は、電極としての機能を助けることはあっても阻害することはなく、同等の効果を奏することは言うまでもない。
【００２９】
また本実施形態の場合、セラミック部材３の材質は、多孔質であっても緻密質であっても構わない。セラミック部材３の濡れ性の点からは、多孔質であることが望ましいが、一旦、放電が開始して水蒸気の発生が始まれば、これによってセラミック部材３の全体が濡れることになるので、セラミック部材３の材質の緻密性は問題にならない。
【００３０】
なお上記の実施形態では、本発明による放電用電極を陰極として用いた場合について記述したが、陽極の場合は放電空間への電子放出の必要がないため、当然のことながら、陰極として機能する限り、同様に陽極として用いることが可能である。従って、放電の形態も直流放電に限らず、交流の放電であっても構わず、本発明による放電用電極は同等の効果を奏することは言うまでもない。
【００３１】
図１に示した実施形態においては、水５を容器２に溜め、セラミック部材３を容器２の底部に設けた貫通孔を通して挿入する構造について述べたが、この構造の利点は、放電によってセラミック部材３の先端が灼熱状態に至って溶融し、使用につれて先端が損耗した場合に、下部よりセラミック部材３を適当量押し込むことにより、常にセラミック部材３の先端の位置を一定に保つようにすることができる点である。電極としての機能を果たすためには、基本的にセラミック部材３の一部が水５に浸され、一部が水面上に適当な長さだけ突き出ておれば良く、他の部分の構造・寸法はどのようでも良く、放電を行うための機能としては同等の効果を奏することは言うまでもない。
【００３２】
本発明による放電用電極の場合、損耗する可能性のあるのはセラミック部材３であって、金属からなる電極１ではない。一般にセラミックス材料は金属に較べて、遥かに化学的に安定な材料であって、特殊な材料を除いて環境中に散逸してもこれが何らかの有害な影響を及ぼすことはない。
【実施例】
【００３３】
本発明による放電用電極においては、電極の使用に伴うセラミック部材３の損耗を補填する手段として、図１に示した実施形態のように、セラミック部材３そのものを動かして補充する方法をとることもできるが、次のようにする方法もある。すなわち、水５を補給する際にセラミック部材３と同じ材質、あるいはこれを含む材質のセラミック粉末を混ぜ、水溶液あるいは懸濁液の形で、水と共に電極に供給する方法である。この方法によれば、セラミック部材３の材料を連続的に電極に供給することができるので、電極の寿命を著しく改善することが可能である。
【００３４】
また、水５に適当な電解質を溶解させて供給するようにすれば、水５の電気伝導性を電解質の濃度によって調節することができるので、これにより水を放電電流が通過することによる熱損失、言い換えればジュール熱の発生量、従って水蒸気の発生量を調節することができ、電極としての機能をより高め、エネルギー効率を改善することができる。
電解質としては、あらゆる材料を使用することができるが、後述のように本発明による放電用電極を、化学反応を伴う放電プラズマプロセスに応用する場合、該化学反応に対してその反応を助ける働きを持つ成分を、この電解質として用いると効率よく放電空間に反応材料を供給することができ、さらに効果的である。
【００３５】
図４は本発明による放電用電極の他の実施形態の構造を示す断面図であり、図において３０はセラミック粒を示し、他の部分は図１と同様である。
本実施形態においては、図１の実施形態におけるセラミック部材３に相当する部分が、セラミック粒３０の集合体に置き換えられている。セラミック粒３０は粒径がおよそ数ｍｍ（２〜１０ｍｍ程度）のもので、これを適当なバインダを用いて結合し、図４に示した形状に成形したものを用いる。セラミック粒３０の集合体によって電極を形成することにより、水５がセラミック粒３０の間隙に浸透し、容易に水蒸気が発散でき、なお且つ電極を構成するセラミック部材３の体積を大きくすることができる。従って、電極の寿命をより長くすることができる。
【００３６】
また、セラミック部材３がセラミック粒３０の集合体であるため、放電により一部のセラミック粒３０が溶融して形状が変化したり損耗しても、セラミック粒３０の集合体全体としての形状は崩れにくく、図１に示した実施形態に比べて、セラミック部分の安定度が高く、より長寿命で信頼性の高い放電用電極を構成することができる。
以上の実施形態は、いずれも放電空間が容器２に満たされた水５よりも上部に配置された場合について示したが、放電空間が容器２に満たされた水５よりも下部に配置された場合についても、同様に本発明による放電用電極を構成することができ、図５はその一例を示している。
【００３７】
本発明形態においては、図４の実施形態と同様に、電極を構成するセラミック部材３が、セラミック粒３０の集合体より構成されている。上部に設けられた水供給口４より導入された水５は、セラミック粒３０の間隙を伝い、重力に従って下部先端へと流れる。これにより電極１とセラミック粒３０の集合体の先端との間に電気伝導性が提供され、セラミック粒３０の集合体の先端から安定して放電が起きる。
【００３８】
このように、下向きに放電を行なうように放電用電極を構成した場合、水５は重力に従って、自然にセラミック部材３の先端部へと伝わり落ちる。それ故、放電に伴うセラミック部材３の損耗を補うために、セラミック粒３０の材料を成分を水５に水溶液あるいは懸濁液の形で含ませ、水５の供給とともに供給するようにすれば、これが自然にセラミック部材３の先端に導かれるため、効率良くセラミック粒３０の材料を供給することができる。
【００３９】
この場合、水５の供給量の加減によっては、セラミック粒３０の集合体の上部において、セラミック粒の間隙が完全に水５で充満されない部分ができることがある。放電に伴う水５を介しての電気伝導による発熱によって、水５から水蒸気が発生するが、これによってこの部分に残された気体の圧力が増加する。この結果、セラミック粒３０の集合体には、重力以外にこの圧力によって下向きにセラミック粒３０を押し出そうとする力が働くことになる。セラミック粒３０は、適切なバインダによって結合され、電極１あるいは容器２の内壁と接着させ保持しておくことができるが、この水蒸気による下向きの圧力が強い場合、図６に示す実施形態のように、この圧力による負荷を軽減させる構造をとることができる。
【００４０】
図６に示す実施形態においては、セラミック粒３０の集合体からなるセラミック部材３は、容器２の下面に設けられた孔に、周縁部が引っ掛かるようにして保持されており、物理的に下には抜け落ちない構造としている。図中７は通気孔であり、容器２の下面に設けられている。水５の沸騰によって発生した水蒸気を放電領域の方へ逃し、水蒸気が容器２内に閉じ込められ、内部の圧力が増大するのを防止する。
【００４１】
上部に設けられた水供給口４より導入された水５は、セラミック粒３０の間隙を伝い、重力に従って下部先端へと流れる。これにより電極１とセラミック粒３０の集合体の先端との間に電気伝導性が提供され、セラミック粒３０の集合体の先端から安定した放電が起きる。
【００４２】
図６の実施形態では、セラミック粒３０の集合体からなるセラミック部材３は、容器２に引っ掛けることにより保持されていたが、図７に示す実施形態のように、電極１を先端部が膨らみを持つ形状に構成し、この膨らみを取り囲むようにセラミック粒３０を結合させてセラミック部材３を構成すれば、電極１を保持することによって、セラミック粒３０の集合体からセラミック部材３を落下させずに保持することができる。この場合は図６の実施形態のように容器２に通気孔７を設ける必要がなく、放電装置を構成する上での自由度が高くなる。但し、この場合、電極１を内部に取り囲むようにしてセラミック粒３０を結合させる必要があるので、この構成のままでセラミック粒３０を結合させる場合、セラミック粒３０の結合のためには電極１の材質で決まる耐熱温度以上の高温を用いることが出来ず、比較的低温でセラミック粒３０を結合させることができるバインダを用いるか、あるいは電極１の先端の膨らみを、螺旋を持ったネジ状の形状とし、セラミック粒３０の結合の後からセラミック部材３に電極１をねじ込むことができるようにすれば、セラミック粒３０の結合のための温度は、電極１の材料とは関係なく設定することが可能になる。
【００４３】
また、図６の実施形態では、水５をセラミック部材３に供給するために、電極１の一部をパイプ状の中空部分を設けて構成し、パイプの先端または側面に適当な数の孔を設け、水５をこの電極１のパイプを通じて供給し、側面の孔からこれを取り込むセラミック部材３に、その内側から水５が滲出するようにしている。
これにより、水５と電極１との接触が確実に保たれて、水５を介しての電気伝導が確保され、突発的に電極１から放電が起きることを防止するとともに、電極１の冷却をも確保することができる効果がある。
【００４４】
図８は、本発明に係る放電用電極を用いた放電装置の実施形態の一例を示す断面概略図であり、図中２１が本発明に係る放電用電極の図７の実施形態による放電用電極であり、２２は放電容器、２３はガス導入口、２４は排水管、２５は排水管２４内に設けられた電極、２６は放電容器２２への水導入口、２７は放電容器２５に導入された水、２８は放電により発生したプラズマを表している。
【００４５】
水導入口２６より放電容器２２内に導入された水２７は、放電容器２２とその中心に配置された排水管２４の間の空間に充満し、水面が排水管２４の先端の高さに達すると、水２７は排水管２４の内側へオーバーフローし、排水管２４の内壁を伝い下側へ排出される。排水管２４の下部には、内壁に沿って筒状の電極２５が配置されている。排水管２４先端の上部に配置された本発明に係る放電用電極２１と、排水管２４内の電極２５の間に高電圧を印加し、放電を生ぜしめるプラズマ２８を発生させる。図９はこの状態における実際の放電装置の写真である。
【００４６】
この状態において、放電容器２２上部のガス導入口２３から所定のガスを導入すると、これは放電用電極２１の周囲を流れ、排水管２４を通って水２７と共に排出される。その過程で、排水管２４内に放電により発生したプラズマ２８中を通過するため、導入されたガスはここで超高温状態となり、ガス分子が分解され、分解生成物のうち、水溶性の大きい物質は、そのほとんど全てが水２７に吸収されて排出される。例えば、ＣＦ４やＳＦ６に代表されるＰＦＣガス、あるいはＣＣ１３ＦやＣＣ１２Ｆ２などのＣＦＣガス、またＨＦＣガスなどの地球環境にとって有害なガスを導入した場合、プラズマ２８中を通過することにより、これらが分解されて炭酸ガスとフッ化水素あるいは塩化水素等なる。炭酸ガスは水溶性が低いため、その殆どがガスの状態で排出されるが、フッ化水素や塩化水素は水溶性が極めて大きいため、プラズマ２８中で生じたこれらの成分は、プラズマ２８を取り囲む排水管２４内壁を流下する水２７に直ちに溶解し、水２７と共に排出される。水溶性の分解生成物が直ちに水２７に溶解してプラズマ２８中から排除されることは、プラズマ中の化学反応を分解反応がより促進する向きに加速させることになり、この結果、極めて効率良くこれらの有害ガスを分解することが出来る。
【００４７】
このように、ガスの分解等の目的に放電装置を用いる場合、必然的に分解反応により発生する成分は化学反応性を有しており、多くの場合において、これらの成分は放電装置の内部を腐食し、装置を劣化させる影響を与えるものである。
特に放電用電極は、一般に放電に伴い温度が高くなるため、これらの反応成分が電極に接すると、これらの反応成分は電極の金属と激しく反応し、著しく電極を損耗させ、これが装置寿命を制限してしまう。
【００４８】
然るに、本発明による放電用電極を用いた場合、放電プラズマに直接接しているのはセラミック部材３であって、セラミックは金属に比べると遥かに化学的に安定な物質であるため、放電によって発生する化学反応性の活性種がプラズマ中に存在しても、金属が直接電極となっている場合に比べて、極めて損耗の度合いが小さく、安定で寿命の長い電極を構成することができるのである。またセラミック部材３には、常に内部より水５が浸出しており、セラミック部材３の表面は水５に覆われた状態にあるため、水５によって表面が保護され、これによりセラミック部材３の損耗が抑制される。
【００４９】
放電の状態によっては、セラミック部材３の表面のある部分に局部的に電流が集中し、その部分が過熱して、一部が損耗してしまうこともあり得るが、セラミック部材３は小さなセラミック粒３０の集合体として構成されているため、損耗されるのは、その部分近傍の数個のセラミック粒３０に留まり、セラミック部材全体としては実質的に大きな損傷を受けることがなく、従って電極として長寿命を実現することが出来る。
【００５０】
さらに電極の寿命を改善するためには、水５をセラミック部材３の材質の粉末を懸濁液として導入することができる。例えば、セラミック部材３がアルミナの粒子３０より構成される場合、アルミナの微粉末を水５に混ぜて供給する。この際、微粉末の濃度は水５が電極を構成するアルミナの粒子３０の隙間を通じて、充分に表面まで浸出できるように、一定の濃度に制御すると共に、水５が電極表面に至る以前に微粉末が沈殿してしまうことのないよう、充分に攪拌して供給する。これにより、たといセラミック部材３の表面の一部が放電により損耗しても、常に内側からセラミック粒３０の材料が供給されているため、セラミック部材３の表面にて水５が蒸発することで、セラミック粒３０の微粉末が表面に沈着し、これにより新しくセラミック部材３の表面が形成され、電極としての寿命を半永久的とすることができる。
【００５１】
またこの場合、水５とともに供給するのは、セラミック粒３０と同一の材質の微粉末である必要は必ずしも無い。セラミック粒３０の材質よりも融点の低い材質、あるいはセラミック粒の融点よりも低い温度で分解する材質を用いた場合、これが水とともにセラミック部材３の表面に浸出し、水５の蒸発によってセラミック部材の表面に沈殿付着すると、放電プラズマに晒されてこれが溶融あるいは分解する。微粉末が溶融・分解されることにより、プラズマからの電極に対する熱衝撃に対して緩衝効果をもたらし、その結果、セラミック部材３そのものの耐久性を向上させる作用を有している。例えばセラミック粒３０がアルミナからなる場合、微粒子の材質としては、ガラスや石英等を用いることができる。また炭酸カルシウムを用いれば、セラミック部材３の表面でプラズマに晒され高温になると、酸化カルシウムと二酸化炭素とに分解し、熱衝撃の吸収と共に、プラズマ中へのカルシウムと酸素の供給源ともなり、前記実施形態におけるＰＦＣがガスやフロンガスの分解のために放電装置を用いた場合、これらの分解反応によって発生するフッ素成分をカルシウムと結合させ分離回収するために、また炭素原子を酸化させるために効果的に機能する。
【００５２】
水５と共に供給する材料は、水への溶解度が低い材質の場合、上述のように懸濁液の形で導入する必要があるが、水溶性の材料の場合は水溶液の形で導入することもできる。例えば、水酸化カルシウムを水５に溶解させ導入すれば、炭酸カルシウムの場合と同様に、熱衝撃吸収効果を得ると同時に、カルシウムと酸素をプラズマ中に供給することができる。また水溶性の材料を用いる場合、一般に水溶性の材料が溶解する場合、溶液中ではイオンに分離するため、溶液は電気導電性を帯びることになる。このことは、水５に水溶性の材料を混ぜて導入することは、水５の比抵抗を下げることになり、従って、本発明による放電用電極の、電極１からセラミック部材３の表面に至る間の電気抵抗を下げ、この部分の発熱損失を低減し、放電用電極としての電力効率を改善させる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本発明における放電用電極の、第１の実施形態の断面構造を示す図。
【図２】図１の実施形態における放電用電極における放電の状態を示す写真。
【図３】図１の実施形態における放電用電極における放電の状態を示す写真であって、セラミック部材の先端が灼熱している状態の写真。
【図４】本発明における放電用電極の、第２の実施形態の断面構造を示す図。
【図５】本発明における放電用電極の、第３の実施形態の断面構造を示す図。
【図６】本発明における放電用電極の、第４の実施形態の断面構造を示す図。
【図７】本発明における放電用電極の、第５の実施形態の断面構造を示す図。
【図８】本発明における放電装置の実施形態の構造を示す断面図。
【図９】図８の実施形態の放電装置における放電の状態を示す写真。
【符号の説明】
【００５４】
１・・・導電性の材料からなる電極
２・・・容器
３・・・セラミック部材
４・・・容器２の側面に設けられた水供給口
５・・・水供給口４から供給され、容器２に蓄えられた水
７・・・通気孔
２１・・・本発明の実施に適する放電用電極の一例を示す
２２・・・放電容器
２３・・・ガス導入口
２４・・・排水管
２５・・・排水管２４内に設けられた電極
２６・・・放電容器２２への水導入口
２７・・・放電容器２５に導入された水
２８・・・放電により発生したプラズマ
【図１】
2005050627.tif 000003
【図２】
2005050627.tif 000004
【図３】
2005050627.tif 000005
【図４】
2005050627.tif 000006
【図５】
2005050627.tif 000007
【図６】
2005050627.tif 000008
【図７】
2005050627.tif 000009
【図８】
2005050627.tif 000010
【図９】
2005050627.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月10日(2003.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
2005050627.tif 000012
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図３】
2005050627.tif 000013
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2005050627.tif 000014