(57)【要約】【課題】脱硝に要する消費電力を小さくし、装置本体のコストを削減することができる排気ガス処理装置を提供する。【解決手段】一方端に排気ガス入口１８が設けられ、他方端に排気ガス出口１９を持つ絶縁体製の反応容器２７と、反応容器２７内に配置され、排気ガスＧの流れる方向に沿って形成された面１３ａを持つ平板電極１３と、針電極２０が一列に配置されてなる少なくとも一つの櫛型電極１４であって、針電極１４が、反応容器２７内であって排気ガスＧの流れる方向と略直交する少なくとも一つの面内において配置され、かつその先端部が平板電極１３の面１３ａと対向して設けられている櫛型電極１４と、平板電極１３および櫛型電極１４の間に電流を供給する高圧直流電源１７とを備えた。【選択図】      図１
2005013928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、
該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向に沿って形成された面を持つ平板電極と、
針電極が一列に配置されてなる少なくとも一つの櫛型電極であって、該針電極が、前記反応容器内であって排気ガスの流れる方向と略直交する少なくとも一つの面内において配置され、かつその先端部が前記平板電極の前記面と対向して設けられている櫛型電極と、
上記平板電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、
を備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項２】
一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、
該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向と略直交する面を持つ金属メッシュ電極と、
前記反応容器内に配置され、前記金属メッシュ電極の下流側に位置し、前記金属メッシュ電極の前記面と略平行な面上に針電極が少なくとも一列に配置され、該針電極の先端部が前記金属メッシュ電極の前記面と対向して設けられた櫛型電極と、
上記金属メッシュ電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、
を備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ガス中に含まれるＮＯｘを放電方式により脱硝する排気ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
放電を応用して排気ガス中のＮＯｘを処理するための排気ガス処理装置が開発されている。この装置は、主に、（１）コロナ放電法、（２）パルス放電法、（３）グロー放電法の３つのタイプに区別されている。以下、この３つの方法における排気ガス処理装置の従来技術について説明する。
【０００３】
（１）コロナ放電法
コロナ放電を利用した方法の一例を図４に示す。湿式集塵装置３３の一側部には排気ガス入口３３ａが設けられており、該排気ガス入口３３ａの下方には、排気ガス発生部３１と流量計３２が設けられている。この排気ガス入口３３ａには、排気ガス発生部３１から流量計３２を経て排気ガスＧが導入されるようになっている。湿式集塵装置３３の中心部には、ワイヤー状の放電電極３４が設けられ、この放電電極３４には、保護抵抗３６を介して直流高電圧発生器３５により負極性の電圧が印加されている。なお、図４ではワイヤー状の電極を想定しているが、棒状の電極や平板状の電極が使用される場合もある。
【０００４】
放電電極３４の外周には、外筒電極３７が設けられている。この外筒電極３７は接地されており、放電電極３４との間でコロナ放電が生じるようになっている。このコロナ放電により、酸化したＮＯｘは、湿式集塵装置３３の下方に設けられた循環液タンク３８の液にトラップされることとなる。処理された排気ガスＧは、外筒電極３７の上部に設けられた出口３３ｂから排出されるようになっており、循環液タンク３８の液は、ポンプ３９により循環パイプ４０を介して外筒電極３７の上部に送られて湿式集塵装置３３内を循環するようになっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
（２）パルス放電法
パルス放電法を利用した方法の一例を図５に示す。円筒状の外筒電極４２の一側下部には排気ガス入口４２ａが設けられている。この排気ガス入口４２ａには、上記（１）と同様に、排気ガス発生部３１から流量計３２を経て排気ガスＧが導入されるようになっている。外筒電極４２の中心部には、ワイヤー状の放電電極４１が設けられ、この放電電極４１には、短パルス発生用電源４３によりパルス電圧が印加されている。このパルスは、立上り時間が２０〜１００〔ｎｓ〕、パルス幅の半値幅が１００〜５００〔ｎｓ〕、周波数が数１０〜数１００〔Ｈｚ〕に設定されている。
【０００６】
印加電圧の極性は、正または負で、ピーク電圧が６０〔ｋＶ〕程度の高電圧が印加されるようになっている。外筒電極４２は接地されているため、放電電極４１との間に立ち上りの速い高電場が発生することとなる。これにより、電子のみが高速に加速され、電子が排気ガスＧと衝突して反応が促進されることによりＮＯｘが除去されるようになっている。処理された排気ガスＧは、外筒電極４２の上部に設けられた出口４２ｂから排出されるようになっている（例えば、特許文献２および３参照）。
【０００７】
（３）グロー放電法
グロー放電法を利用した方法の一例を図６に示す。プラズマ反応装置５１の一側部には排気ガス入口５１ａが設けられている。この排気ガス入口５１ａには、上記（１）と同様に、排気ガス発生部３１から流量計３２を経て排気ガスＧが導入されるようになっている。反応装置５１の放電部には、上下に対向して配置された平行平板電極５２，５３と、他方の電極５３の上に誘電体又は半導体５５が設けられている。一方の電極５２は接地されており、他方の電極５３は高周波電源５４から交流の高電圧が印加されている。
【０００８】
排気ガスＧの中に含まれるＮＯｘは、誘電体５５と電極５２との間で発生するプラズマにより処理されるようになっている。処理された排気ガスＧは、プラズマ反応装置５１の他側部に設けられた出口５１ｂから排出されるようになっている。なお、電極に突起を設けることにより放電し易くする技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２１０４４８号公報
【特許文献２】
特開２００２−０５２３０９号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１３１１８号公報
【特許文献４】
特開平１０−０１５３３６号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術には多くの長所がある反面、個々の方法についてそれぞれ問題点も存在しており、例えば、脱硝に要する消費電力が大きすぎる（数Ｗｈ／Ｎｍ３以上）という点が挙げられる。
【００１１】
特に、パルス放電法ではパルス発生時のエネルギーロスも大きい。又、大気圧グロー放電法は、電極ギャップが２〜３ｍｍと小さいため、処理することのできる排気ガスの量が制限されることとなる。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の有する課題を解決するために、本発明は、一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向に沿って形成された面を持つ平板電極と、針電極が一列に配置されてなる少なくとも一つの櫛型電極であって、該針電極が、前記反応容器内であって排気ガスの流れる方向と略直交する少なくとも一つの面内において配置され、かつその先端部が前記平板電極の前記面と対向して設けられている櫛型電極と、上記平板電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、を備えている。
【００１３】
また、一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向と略直交する面を持つ金属メッシュ電極と、前記反応容器内に配置され、前記金属メッシュ電極の下流側に位置し、前記金属メッシュ電極の前記面と略平行な面上に針電極が少なくとも一列に配置され、該針電極の先端部が前記金属メッシュ電極の前記面と対向して設けられた櫛型電極と、上記金属メッシュ電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、を備えている。
【００１４】
本発明によれば、櫛型電極に正の高圧直流電圧を印加すると、平板電極と櫛型電極間には、シート状のストリーマ放電が発生する。排気ガスは入口から導入され、ストリーマ放電部を交叉して流れるため、放電中の電子と排気ガスとの衝突により分子の解離、酸化反応に必要なＯ３，Ｏ等が生じ、排気ガス中のＮＯｘが効率よく反応して除去される。このようにして、簡単な装置で効率よく排気ガス中のＮＯｘが除去される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排気ガス処理装置の実施の形態について、図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示している。排気ガス処理装置は、排気ガスを吸入するためのブロワ１１と、該ブロワ１１から排気ガスＧが導入される放電処理装置１２が設けられている。放電処理装置１２には、中空形状であって排気ガスＧを通過させる絶縁体製の反応容器２７が備えられ、反応容器２７の一方端（ブロワ側）には排気ガス入口１８が設けられ、この排気ガス入口１８に対向する他方端には排気ガス出口１９が設けられている。反応容器２７内の上部には、平板電極１３が吊り下げられた状態で設けられており、この平板電極１３には、排気ガスＧの流れる方向に沿って形成された面１３ａが設けられている。平板電極１３の中央部の外側には、固定兼端子（図示せず）が設けられ、該固定兼端子はアースに接続されている。
【００１７】
反応容器２７の下部には、排気ガスＧの流れる方向と直交する面内に、櫛型電極１４が設けられている。この櫛型電極１４は、図２（ａ）、および図２（ｂ）に示すように、針電極２０が等間隔に一列に並べて構成されている。この櫛型電極１４の針の先端は、平板電極１３の面１３ａと対向するように、上方向に向けて配置されている。櫛型電極１４の下部は、絶縁スペーサ１５で周囲を固められており、櫛型電極１４の先端部が絶縁スペーサ１５の上端から突出するように露出して配置されている。この絶縁スペーサ１５は、適切に接地されることにより、排気ガスＧが放電部のみを通過するように機能している。櫛型電極１４は、保護抵抗１６を介して高圧直流電源１７の正極につながれている。
【００１８】
なお、本実施の形態では、櫛型電極１４の針電極２０の太さおよびピッチ長さを０．８ｍｍ、櫛型電極１４の針状部の長さ（図１の紙面奥行き方向の長さ）を約１００ｍｍ、櫛型電極１４の針状部の先端と平板電極１３の間隔を約１０ｍｍとしている。そして、放電面積を２０×１ｃｍ２、電極段数を４段にして排気ガス処理装置を構成している。ここで、放電面積とは、櫛型電極から発生した放電が平板電極に到達した際の平板電極における放電が生じている部分の面積をいい、電極段数とは、櫛形電極の数（セット数）をいう。
また、処理する排気ガスＧの種類を［空気＋ＮＯ（３ｐｐｍ）＋Ｈ２Ｏ（１％）］、排気ガスＧの流量を２２．８Ｎｍ３／ｈ、放電部での排気ガスＧの流速を３．１７ｍ／ｓとしている。
【００１９】
上述の構成において、高圧直流電源１７から約１０ｋＶの正極性の直流高電圧を印加すると、櫛型電極１４には、個々の針状先端部と平板電極１３との間に、ストリーマ放電が発生するようになる。このストリーマ放電が櫛型電極１４の針状先端部から平板電極１３に達して電子を放出すると、電界が弱くなるため、結果として数ｋＨｚのパルス状の放電が生じることとなる。
【００２０】
ブロア１１により供給された排気ガスＧは、シート状のストリーマ放電部と交叉して流れるようになっている。放電中の電子と排気ガスＧとが衝突すると、分子の解離、酸化反応に必要なＯ３，Ｏ等が生じ、排気ガスＧの中のＮＯｘが効率よく酸化分解されるようになる。
【００２１】
本実施の形態における消費電力と脱硝率の関係を従来技術のものと比較すると、従来に比べて低消費電力であるにもかかわらず、高い脱硝性能を示していることがわかった。
【００２２】
図３は、本発明の第２の実施の形態を示している。排気ガスＧは、ブロワ１１で吸入され、放電処理装置２１に導入されている。放電処理装置２１には、中空形状であって排気ガスＧを通過させる絶縁体製の反応容器２７が備えられ、反応容器２７の一方端（ブロワ側）には排気ガス入口２４が設けられ、この排気ガス入口２４に対向する他方端には排気ガス出口２５が設けられている。反応容器２７の内部には、金属メッシュ電極２２が設けられており、この金属メッシュ電極には、排気ガスＧの流れる方向と略直交する面２２ａが形成されている。さらに、反応容器２７の内部には、金属メッシュ電極２２よりも下流側に、面２２ａと略平行な面上に設けられた櫛型電極２３が配置されている。この櫛型電極２３は、先端を排気ガスＧの上流方向（面２２ａと対向する方向）に向けて等間隔に並べられた針状の針電極２０を一列に配置して構成されている。金属メッシュ電極２２は、固定端子（図示せず）を経てアースに接続されている。
【００２３】
排気ガス入り口２４から流入した排気ガスＧは、金属メッシュ電極２２のメッシュを通過し、金属メッシュ電極２２の面２２ａと櫛型電極２３との間の空間に導かれた後に、該空間を上方または下方に流れて放電部を通過することとなる。そして、排気ガスＧは、反応容器２７の後部を覆うフード２６によって排気ガス出口２５に導かれ、排出されるようになっている。
【００２４】
櫛型電極２３は、図３の紙面垂直方向（装置の左右方向）に針電極２０を等間隔に並べて構成している。この櫛型電極２３は、保護抵抗１６を介して高圧直流電源１７の正極につながれている。なお、本実施の形態では、櫛型電極２３の針状部の長さ（図３の紙面奥行き方向の長さ）を約１０００ｍｍ、櫛型電極２３の先端と金属メッシュ電極２２の間隔を約１０ｍｍとしている。
【００２５】
上述の構成において、高圧直流電源１７から約１０ｋＶの正極性の直流高電圧を印加すると、櫛型電極２３には、個々の針状先端部と金属メッシュ電極２２の間に、ストリーマ放電が発生するようになる。このストリーマ放電が針状先端部から金属メッシュ電極２２に達して電子を放出すると、電界が弱くなるため、結果として数ｋＨｚのパルス状の放電が生じることとなる。
【００２６】
ブロア１１により供給された排気ガスＧは、反応容器２７内に導入された後に、金属メッシュ電極２２を通過し、櫛型電極２３により生成されたシート状のストリーマ放電部と交叉して流れるようになっている。放電中の電子と排気ガスＧとが衝突すると、分子の解離、酸化反応に必要なＯ３，Ｏ等が生じ、排気ガスＧの中のＮＯｘが効率よく反応して酸化分解されるようになる。
【００２７】
第１の実施の形態と同様に、本実施の形態における消費電力と脱硝率の関係を従来技術のものと比較すると、従来に比べて低消費電力であるにもかかわらず、高い脱硝性能を示していることがわかった。
【００２８】
以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は既述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想に基づいて各種の変形および変更が可能である。
例えば、図１では、櫛型電極１４は排気ガスＧの流れる方向に対して１列に配置しているが、処理する排気ガスの量が増加する場合には、複数列（複数段）に配置することにより、処理能力を向上させる効果を得ることができる。同様に、第２の実施の形態では、櫛型電極２３は１列に配置しているが、処理する排気ガスＧの量が増加する場合には、複数列に配置することにより、同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
上述の如く、本発明に係る排気ガス処理装置は、一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向に沿って形成された面を持つ平板電極と、針電極が一列に配置されてなる少なくとも一つの櫛型電極であって、該針電極が、前記反応容器内であって排気ガスの流れる方向と略直交する少なくとも一つの面内において配置され、かつその先端部が前記平板電極の前記面と対向して設けられている櫛型電極と、上記平板電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、を備えているので、簡単な装置で効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【００３０】
また、一方端に排気ガス入口が設けられ、他方端に排気ガス出口を持つ絶縁体製の反応容器と、該反応容器内に配置され、排気ガスの流れる方向と略直交する面を持つ金属メッシュ電極と、前記反応容器内に配置され、前記金属メッシュ電極の下流側に位置し、前記金属メッシュ電極の前記面と略平行な面上に針電極が少なくとも一列に配置され、該針電極の先端部が前記金属メッシュ電極の前記面と対向して設けられた櫛型電極と、上記金属メッシュ電極および櫛型電極間に電流を供給する直流電源と、を備えているので、同様に、簡単な装置で効率よくＮＯｘを除去することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る排気ガス処理装置を概略的に示す構成断面図である。
【図２】（ａ）は、本発明の実施の形態に係る櫛型電極の正面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＡ部を拡大して示す要部拡大図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る排気ガス処理装置を概略的に示す構成断面図である。
【図４】従来のコロナ放電法に係る排気ガス処理装置を概略的に示す構成断面図である。
【図５】従来のパルス放電法に係る排気ガス処理装置を概略的に示す構成断面図である。
【図６】従来のグロー放電法に係る排気ガス処理装置を概略的に示す構成断面図である。
【符号の説明】
１１  ブロワ
１２  放電処理装置
１３  平板電極
１３ａ  面
１４  櫛型電極
１５  絶縁スペーサ
１６  保護抵抗
１７  高圧直流電源
１８  排気ガス入口
１９  排気ガス出口
２０  針電極
２１  放電処理装置
２２  金属メッシュ電極
２２ａ  面
２３  櫛型電極
２４  排気ガス入口
２５  排気ガス出口
２６  フード
２７  反応容器
３１  排気ガス発生部
３２  流量計
３３  湿式電気集塵装置
３３ａ  排気ガス入口
３３ｂ  排気ガス出口
３４  ワイヤー状放電電極
３５  直流高電圧発生器
３６  保護抵抗
３７  外筒電極
３８  循環液
３９  ポンプ
４０  循環パイプ
４１  ワイヤー状放電電極
４２  外筒電極
４２ａ  排気ガス入口
４２ｂ  排気ガス出口
４３  短パルス発生用電源
５１  プラズマ反応装置
５１ａ  排気ガス入口
５１ｂ  排気ガス出口
５２，５３  平行平板電極
５４  高周波電源
５５  誘電体又は半導体
Ｇ  排気ガス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005013928.tif 000007
【図６】
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