(57)【要約】【課題】  従来のガス処理装置では臭気を含んだ空気は強誘電体５を通過せねばならず、空気の流れに圧力損失が生じ、空気が流れにくく、処理量を大きくすることができないと言う問題点があった。【解決手段】  マグネトロン１２のマイクロ波を矩形導波管１５に伝送し、同軸導波管２０に送り込む。同軸導波管２０の内導体１８先端間隙部ではマイクロ波は大気圧プラズマ２１を生成する。この大気圧プラズマ２１をマイクロ波の伝送経路でもある矩形導波管１５と同軸導波管２０を経由した気体流量でもって、臭気ガスが通過するダクト２５内に噴出させる。ポンプ２２に設置された流量計２２ｂはダクト２５内の流速を測定しその情報を制御器３１に送出する。制御器３１は流量計の情報に基づきマグネトロン１２のマイクロ波パワーを自動調整し、ダクト２５内のプラズマ温度を制御する。【選択図】          図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波パワーを発生するマイクロ波源と、マイクロ波パワーを伝送する矩形導波管と、矩形導波管内のマイクロ波パワーを同軸導波管に送り込む変換器と、同軸導波管のマイクロ波パワーを放電によりプラズマに生成する同軸導波管電極先端間隙部と、同軸導波管電極先端間隙部で生じたプラズマを矩形導波管と同軸導波管を経由した気体流量でもってガスが通過する経路を構成するダクト内に押し出す手段と、ダクト内の気体の流量を測定する流量測定手段と、流量測定手段からの情報に基づきマイクロ波源のマイクロ波パワーを調整する制御器とを備えたガス処理装置。
【請求項２】
マイクロ波パワーを発生するマイクロ波源と、マイクロ波パワーを伝送する矩形導波管と、矩形導波管内のマイクロ波パワーを同軸導波管に送り込む変換器と、同軸導波管のマイクロ波パワーを放電によりプラズマに生成する同軸導波管電極先端間隙部と、同軸導波管電極先端間隙部で生じたプラズマを矩形導波管と同軸導波管を経由した気体流量でもってガスが通過する経路を構成するダクト内に押し出す手段と、ダクト内の臭気の成分を測定する臭気測定手段と、臭気測定手段の情報に基づきマイクロ波源のマイクロ波パワーを調整する制御器とを備えたガス処理装置。
【請求項３】
マイクロ波パワーを発生するマイクロ波源と、マイクロ波パワーを伝送する矩形導波管と、矩形導波管内のマイクロ波パワーを同軸導波管に送り込む変換器と、同軸導波管のマイクロ波パワーを放電によりプラズマに生成する同軸導波管電極先端間隙部と、同軸導波管電極先端間隙部で生じたプラズマを矩形導波管と同軸導波管を経由した気体流量でもってガスが通過する経路を構成するダクト内に押し出す手段と、ダクト内の気体の流量と臭気の成分とを測定する流量測定手段と臭気測定手段とを兼ね備え、流量測定手段と臭気測定手段からの情報に基づきマイクロ波源のマイクロ波パワーを調整する制御器とを備えたガス処理装置。
【請求項４】
マイクロ波源のマイクロ波パワーを制御器の制御信号基づき自動掃引させ、ダクト内のプラズマ温度を可変させることを特徴とする請求項１乃至３の１項記載のガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、家庭で発生する悪臭や食品工場で発生する臭気を除去して無臭化するガス処理装置に関するものであり、特にマイクロ波プラズマを利用して臭気成分を直接分解し、脱臭処理を行うものである。
【背景技術】
【０００２】
特開２００１−２０４８０５号公報図１には室内に漂うタバコ臭やペット臭などの悪臭成分、加熱調理調整時に食品から発生する臭気成分を除去して無臭化する脱臭装置が開示されている。図１において、１は本体、２は入り口部、３は出口部、５は粒状の強誘電体、８はメッシュ状の防塵フィルター、９は吹出しファン、１０はメッシュ状のカバー、１１は一対の箱状のガイド、１２はマグネトロン、１３は分岐形の導波管である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２０４８０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来のガス処理装置では臭気を含んだ空気は強誘電体５を通過せねばならず、空気の流れに圧力損失が生じ、空気が流れにくく、処理量を大きくすることができないと言う問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたものであり、臭気を含む空気が流れるダクト内にプラズマを噴出させることにより、空気の流れに圧力損失を生じることなく、コンパクトな装置であっても大容量の処理が可能なガス処理装置を提供することを目的とする。また、ダクト内を流れる臭気や浄化空気の流量変化があってもダクト内のガス処理温度を一定に保つようにし、加えて臭気成分に見合った処理温度にも対応したガス処理装置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】
【０００６】
この発明のガス処理装置はマイクロ波パワーを発生するマイクロ波源と、マイクロ波パワーを伝送する矩形導波管と、矩形導波管内のマイクロ波パワーを同軸導波管に送り込む変換器と、同軸導波管のマイクロ波パワーを対地放電によりプラズマに生成する同軸導波管電極先端間隙部と、同軸導波管電極先端間隙部で生じたプラズマを矩形導波管と同軸導波管を経由した気体流量でもってガスが通過する経路を構成するダクト内に押し出す手段と、ダクト内の気体の流量を測定する流量測定手段と、流量測定手段からの情報に基づきマイクロ波源のマイクロ波パワーを調整する制御器とを備えたものである。
【０００７】
また、この発明のガス処理装置はマイクロ波パワーを発生するマイクロ波源と、マイクロ波パワーを伝送する矩形導波管と、矩形導波管のマイクロ波パワーを同軸導波管に送り込む変換器と、同軸導波管のマイクロ波パワーを対地放電によりプラズマに生成する同軸導波管電極先端間隙部と、同軸導波管電極先端間隙部で生じたプラズマを矩形導波管と同軸導波管を経由した気体流量でもってガスが通過する経路を構成するダクト内に押し出す手段と、ダクト内の臭気の成分を測定する臭気測定手段と、臭気測定手段の情報に基づきマイクロ波源のマイクロ波パワーを調整する制御器とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
同軸導波管先端部で生じたプラズマ放電による低温プラズマをマイクロ波の伝送経路でもある矩形導波管内と同軸導波管を流れる気体の流量を利用して、ダクト内にプラズマを噴出させる（押し出す）のでダクト内の広範囲にプラズマが行き渡るので大容量のガス処理が可能である。すなわち強誘電体やその他の脱臭剤および反応促進のための触媒をダクト内に設置不要なので小型の装置でありながら大量の無臭の酸化物質を生成することができる。加えて、ダクト内を流れる気体（ガス）や浄化空気の流量をモ二タすることにより、流量変化があってもプラズマ温度を一定に保つようにしたので最適な処理温度条件下におけるガス処理が可能であり、装置の性能や、浄化空気の品質が向上すると言う利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１
図１はこの発明によるガス処理装置の実施の形態１を示す部分断面構成図である。図１において、従来例と同一の符号は、同一または相当部分を示すため、説明を省略する。１５はマイクロ波源１２からのマイクロ波を伝送する矩形導波管、１６はマイクロ波を透過するとともに、気体の流れを遮断するガラス材で構成された仕切り窓、１７はマイクロ波の伝送線路の形状を矩形導波管１５から同軸型導波管に変換するモード変換器、１８は先端を円錐状に形成した同軸導波管の内導体、１９は同軸導波管の外導体、２０はこれら導波管の内導体１８および外導体１９からなる同軸導波管である。２１はマイクロ波により生成される大気圧プラズマ、２２は矩形導波管１５内に気体を送り込むポンプであり、ポンプ吸引口２２ａ、超音波式流量流速計２２ｂ、別の吸引口２２ｄを含む。２３は気体を矩形導波管１５内に送るパイプであり、２５は臭気ガスを含む空気が流れるダクトである。ダクト２５内には大気圧プラズマ生成部分近傍には本体１を構成する筐体ＳＵＳ内側に薄型石英障壁２５ａ及び石英台２５ｂが耐熱用として部分的に設置されている。
【００１０】
なお、２６はマイクロ波源１２に対する反射波をカットするアイソレータ、２７は反射波をジュール熱で消滅させる終端器、２８は矩形導波管内のマイクロ波パワー（電力）や位相を調整する固定式のスタブチューナ、２９は同軸導波管内導体１８の一部でもあり、内導体１８の上下位置を可変する探針可変部、３０はマイクロ波源１２のアノード電流調整用の定電圧電源、３１は流量流速計２２ｂの流量のアナログ情報に基づき、定電圧電源３０の電圧を調整するＣＰＵを搭載した制御器である。３２は制御器制御信号を入出力する制御線である。
【００１１】
次に動作について説明する。マグネトロン１２から放出されたマイクロ波は、矩形導波管１５から仕切り窓１６を透過し、モード変換器１７に入射する。マイクロ波源１２と同軸導波管２０間の矩形導波管１５の伝送線路には仕切り窓１６のほかにアイソレータ２６及びスタブチューナ２８が追加されている。アイソレータ２６はマイクロ波源１２のマイクロ波電力の反射波によるマイクロ波源１２の自己劣化防止用であり、スタブチューナ２８は導波管伝送線路のマイクロ波のインピーダンス整合に用いられ、この場合、矩形導波管内の伝送線路の最適マイクロ波パワーを維持するための固定式調整器である。モード変換器１７は効率よくマイクロ波を同軸導波管モードに変換する。同軸導波管２０は先端部で内導体１８を円錐状の突起形電極とし、外導体１９を突起形電極に接近させることにより両者間の間隙におけるマイクロ波電界強度を大きくする。この強電界の発生により、マイクロ波パワー（電力）は閾値となるマイクロ波電力以上で大気圧プラズマ２１を生成する。
【００１２】
一方、ポンプ２２からパイプ２３を介して送り込まれる気体は、まず矩形導波管１５内に流れ込み、モード変換器１７及び同軸導波管２０内の立体回路の空間を経由して一部開口を設けたダクト２５内へ流入する。この流量により、大気圧プラズマ２１もダクト２５内へ押し出される。
【００１３】
本実施例では大気圧プラズマ２１の初期生成時には内導体１８先端部と外導体１９間の間隙が約４ｍｍの時に対地放電が生じる。この段階で持続放電が始まるので、安定なプラズマ生成を行うために間隙を大きくし、安定放電に移行させる。この操作は装置稼動時の初期段階にのみ必要で探針可変部２９で機械的に行われ、制御装置３１からタイマー指令する。以降、マイクロ波電力はプラズマ放電が継続され、６００〜１５００℃までの低温プラズマがダクト２５内の一部を満たす。
【００１４】
図２はこの発明のガス処理装置の全体図を示すものである。ダクト外界の臭気を含む空気は出口部３付近にある送風（吹出し）ファン９による吸引力で、入り口部２からダクト２５内に流入し、大気圧プラズマ２１の発生領域に送り込まれる。図２ではダクトの入り口部２とダクトの出口部３間にはプラズマ発生装置３３（マイクロ波源１２、矩形導波管１５、同軸導波管２０の総称）に効率よく臭気を通過させるため流入経路案内用の金属板３４が複数箇所設置されている。また、大気圧プラズマ２１の発生領域は高温なのでダクト２５内のこの領域には障壁２５ａや台２５ｂを耐熱性のある石英ガラスで略碗状に構成する。
【００１５】
大気圧プラズマ２１では、酸素ラジカル、オゾンなどの酸化性を持った物質が生成され、これがダクトを流れてくる臭気ガスと混合されることにより、酸化性物質が臭気分子を酸化して臭気の無い分子に変換する。すなわち、臭気物質は正、負の荷電粒子に分解され、回りにある原子と結合するために臭わない物質に変化する。
【００１６】
次にダクト２５内の気体の流れについて説明する。本実施例の臭気を含む空気が流入するダクト２５の内断面積は概３３０ｍｍ（Ｈ）Ｘ３５０ｍｍ（Ｗ）であり、大気圧プラズマ２１の噴出によるガス処理空間は比較的広範にわたるためプラズマ空間における温度差を無視できない。プラズマはダクト２５上部天板から下部に噴出されるが広範なため金属板３４で気体の通路を指定してもプラズマ放射周辺領域の温度差により、処理品質が変わる。また、ダクト２５内を通過する気体の流入流量によっても大きく変化する。
【００１７】
従って、あらかじめダクト２５内を通過する気体流量と処理温度品質（浄化品質）との関係データを採取し、流量のデータに基づきプラズマ温度を最適条件に設定する。具体的には図２に示すようにダクト２５内側面に吸引口２２ａを設けポンプ２２の吸引力でダクト２５内の気体を一部取り込み流量計（流量流速計）２２ｂ指示のデータから最適な大気圧プラズマ２１の温度を設定するためにマイクロ波電力を変更する。すなわち、ポンプ２２に設置された流量計２２ｂにより矩形導波管１５に流れる流量のモニタデータに基づき制御器３１にダクト２５内の流量情報をアナログ入力し、制御器３１ではこのデータに基づきマイクロ波源１２の電力設定するための定電圧電源３０の電位を変化させる。この場合、マグネトロン１２のアノード電流を制御する。
【００１８】
図３はマイクロ波電力とダクト２５内のプラズマ温度との関係を示したもので、ダクト２５から分岐され矩形導波管１５に流れる流量をモニタ値とした。矩形導波管１５に流れる流速が０．１ｍ／Ｓ（流量換算３０l／ｍｉｎ）時のダクト２５内のプラズマ温度と最大流速となる１ｍ／Ｓ時のダクト２５内のそれとを示したものである。本実施例では７５０℃のプラズマ温度を維持するためには矩形導波管１５を流れる流速により、マイクロ波電力は１、５ＫＷから２、１ＫＷになるように制御器３１でパワー制御する。なおダクト２５内の流速を常時モニタしても良いが、ポンプ２２の役目は大気圧プラズマ２１を噴出することも目的としており、ポンプ２２の別の吸引口２２ｄから外部大気を吸引し、矩形導波管１５に流入できるように切替式となっている。また、ポンプ２２は本実施例では２個を設置し、臭気を含んだ入り口部２側と浄化された出口部３側空気の流量を測定する。なお、入り口部２側のポンプ２２のダクト２５内側壁に設置された吸引口２２ａは出口部３側のそれよりも大きい口径とした。このようにすることにより、特に小型のガス処理装置においては処理量が多くなり効果が高い。
【００１９】
また、本実施例ではパイプ２３に両ポンプ２２の吹出し口をまとめて接続したが別々に矩形導波管１５に接続しても良い。また、ポンプ２２内の流量測定には気体専用の超音波式流量流速計を用いたがピトー管式の流速計を用いても良い。また、ポンプ２２と流量計２２ｂとは個別に分離し、流量計はパイプ２３部分に設置しても良く、出口部３側の流量計２２ｂは吹出しファン９と連動させ、ダクト２５内の流量（風速）制御するため、吹出しファン９の回転制御用に使用しても良い。もしくは制御器３１と連動させ、異常流量に対する警報信号として利用しても良い。この場合は制御装置３１はプラズマ温度の上昇を防止するため運転を中止する。逆に家庭などの安定した使用環境下では精度を許す限り流量計２２ｂは入り口部２側に１個だけに設置しても良い。また、本実施例はマイクロ波源１２として周波数が２．４５ＧＨzのマグネトロン１２を使用したが、価格や容積的問題が無ければクライストロンのようなマイクロ波源１２を使用しても良い。
【００２０】
なお、上記実施の形態１ではポンプ２２の別の吸引口２２ｄから流入する気体を外部大気としたが臭気を一部含んだ臭気ガスや不活性ガスであっても良く、腐食防止用ガスなど本体１の性能維持に対応した気体をポンプ２２を用いて流入させても良く、プラズマ反応を促進させるために酸素ガスを利用すると処理効率は向上する。
【００２１】
以上のように構成することによりダクト２５内にプラズマを噴出させる（押し出す）のでダクト内の広範囲にわたり、プラズマが行き渡り大容量のガス処理が可能である。また、ダクト２５内に大きな流量変化があってもプラズマ温度を一定に保つようにしたので最適な処理温度条件下におけるガス処理が可能であり、浄化品質の高いガス処理装置となる。
【００２２】
実施の形態２
実施の形態１では、流量変化によるマイクロ波パワーの制御を制御器３１を用いてプラズマの最適温度維持を行ったが、臭気成分によってはマクロ的な温度設定では不充分な場合がある。通常、臭気は機器の設置環境から見た場合、１種類に特定される場合が多いので、その臭気にあったプラズマによる臭気分解温度を設定するとさらに高精度の空気の浄化が可能になる。臭気にはアンモニアやメチルメルカプタン、硫化水素などが有り，分光機器（分光光度計、ガスクロマトグラフ）で濃度を求めることができる。例えば家庭内での代表的な臭気であるアンモニア（ＮＨ3）では２０ｐｐｍ、硫化水素（Ｈ2Ｓ）については０．０６ｐｐｍ以下の濃度に浄化後の臭気を抑えることが重要である。本実施の形態２では特定された臭気成分についてのマイクロ波パワーの制御を制御器３１を用いて行う。
【００２３】
実施の形態２で述べるポンプ２２には流量計２２ｂと共にガス検知器２２ｃが付加されている。ガス検知器２２ｃにはその種類として臭気検知管や半導体ガスセンサがあるが、半導体ガスセンサは小型である上、半導体薄膜の電気抵抗の変化を電気信号に置き換えることができるので適当である。また濃度的にも２０ｐｐｍ程度の濃度測定は充分可能である。
【００２４】
図３のグラフには臭気Ａ成分と臭気Ｂ成分における最適なプラズマ分解温度範囲も示している。すなわち、臭気Ａ成分では最適なプラズマ分解温度範囲は概８２５〜１０００℃までであるのに対して臭気Ｂ成分では概６５０〜７５０℃が最適温度範囲である。実施の形態１ではプラズマ温度を７５０℃で設定しているため、どちらの臭気成分も分解するが個々の臭気成分に着目すればどちらの臭気成分も最適温度では分解されていないことになる。ダクト２５内の臭気を特定するためには２種類の半導体ガスセンサをポンプ２２のダクト２５からの吸引口２２ａ近傍に設置し、その情報を制御器３１に入力する。この場合、検知情報は電気出力とその時間的応答特性をアナログ出力として送出する。または制御器３１側でパルス情報としてサンプリング抽出しても良い。
【００２５】
図４は制御器３１のブロック図を示したものである。ポンプ２２で検知された臭気Ａ成分のアナログ情報は制御線３２を介して制御器３１のアナログデジタル変換器（Ａ／Ｄ）に送られＣＰＵで処理される。同様に臭気Ｂ成分も制御器３１に送られる。ＣＰＵではこの２種のガス検知器２２ｃの情報に基づき、あらかじめ実験的に求めたＲＯＭに書き込んだ設定温度データと比較し、最適な制御電圧を定電圧電源３０に指示する。
【００２６】
本実施例では流量情報を基準としてプラズマ温度の最適温度設定を７５０℃として運転していた時点で、臭気成分に特徴があった場合、例えば臭気Ａ成分が主体のガスに対しては設定温度が９５０℃になるように制御器３１は定電圧電源３０に＋２００の指示をデジタル信号として送出し、臭気Ｂ成分が主体のガスに対しては７００℃に設定するように−５０の指示をデジタル信号として送出する。臭気Ａ成分と臭気Ｂ成分の混合ガスの場合は初期の７５０℃設定を維持するか、−５０〜＋２００の範囲の自動掃引指示をデジタル信号で送出する。ＣＰＵの指示に基づきデジタルアナログ変換器（Ｄ／Ａ）ではアナログ信号で定電圧電源３０の電位を調整する。
【００２７】
自動掃引によるプラズマ温度の制御では本装置の本体１の耐熱上限は１５００℃迄であるのでその温度以上の掃引はおこなわれない。また、１５００℃を超える温度では窒素酸化物（ＮＯｘ）などが再分解して有毒性も持つ場合があるので注意が必要である。また、プラズマ開始温度は本実施例では３００〜３８０℃であり、不安定であるため、自動掃引の下限温度は３８０℃以上とする。図３では１、１ＫＷ以上のマイクロ波電力に相当する。
【００２８】
制御器３１のＲＯＭ内容としては、流量データを加味した上で、２種の異なるガス検知器２２ｃからの絶対出力とその応答時間とのマトリックスデータから臭気Ａ、臭気Ｂを特定し、最適温度設定条件データもしくは掃引温度設定条件データを決めＣＰＵに送る。なお本実施例では出口部３側のガス検知器２２ｃは本来浄化空気であるため浄化品質の判定目安または警報信号として利用できる。
【００２９】
以上のようにこの発明の実施の形態２に示すガス処理装置では個々の臭気成分に見合った大気圧プラズマ２１の温度を設定できるため、空気の浄化品質がさらに高まり、処理効率の高いガス処理装置となる。
【００３０】
実施の形態３
なお、実施の形態１及び２ではマイクロ波源１２は連続通電で行われたが、省エネ対策としてその尖頭電力はそのまま維持した間欠通電を行っても良い。特に家庭用機器においては１５ＫＷ・ｈ以下の消費電力量に抑えることが好ましい。そのため、吹出しファン９はマイクロファンとし、ダクト２５内を流量は無風に近い微弱風量とすることにより低い電力での制御が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
この発明では、室内に漂うペット臭などの悪臭成分、あるいは食品工場等で発生する臭気成分を除去して無臭化する一般家庭・簡易作業場用の空気清浄機あるいは建設現場の汚染防止や半導体工場の化学処理時に発生する臭気などの除去を目的とする業務用のガス処理装置に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】この発明の実施の形態１によるガス処理装置の部分断面構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるガス処理装置の全体構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１、２によるマイクロ波電力とプラズマ温度との関係を説明する図である。
【図４】この発明の実施の形態１、２による制御器のブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  本体、  ２  入り口部、  ３  出口部、９  吹出しファン、  １２  マグネトロン、  １５  矩形導波管、  １６  仕切り窓、  １７  変換器、  １８  内導体、  １９  外導体、  ２０同軸導波管、  ２１  大気圧プラズマ、  ２２  ポンプ、  ２２ａ  吸引口、  ２２ｂ  流量計、  ２２ｃ  ガス検知器、  ２２ｄ  別の吸引口、  ２３  パイプ、  ２５  ダクト、  ２９  探針可変部、  ３０  定電圧電源、  ３１  制御器、  ３２制御線、  ３４  金属板。
【図１】
2005058586.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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