(57)【要約】【課題】大気圧プラズマ法により、湿度の高いガスを分解処理する場合において、安定した放電を得る。【解決手段】大気圧プラズマ放電によるガスの分解処理方法において、放電空間内に２種以上の誘電体物質が充填されており、そのうち１種目の誘電体物質は比誘電率が１００以下、２種目は比誘電率が５００以上であることを特徴とするガスの分解処理方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
大気圧プラズマ放電による気体状のガスの分解処理方法において、
放電空間内にガスが通過可能な誘電体物質が充填されており、前記誘電体物質は少なくとも２種あり、そのうち１種目の誘電体物質は比誘電率が１００以下、２種目の誘電体物質は比誘電率が５００以上であることを特徴とするガスの分解処理方法。
【請求項２】
放電空間内に充填されている１種目の誘電体物質の比率が９０体積％以下であることを特徴とする請求項１記載のガスの分解処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、湿度の高い気体に含まれる物質を大気圧プラズマ法により分解処理方法に関するものであり、特に湿度の高い空気中に含まれる揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）やＮＯｘ等を放電により処理する場合、安定して処理することができるガスの分解処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、窒素酸化物（ＮＯｘ）や揮発性有機化合物（ＶＳＯｓ）等の環境負荷物質を処理する方法として、膜処理法、吸着処理法、触媒法、大気圧プラズマ処理法等の方法が提案されている（特許文献１）。これらの方法はそれぞれに特徴があるため、用途に応じて使い分けることが一般的になされている。このうち大気圧プラズマ処理法は、大気圧下で電極に高電圧を掛け、電極間の空間に放電によるプラズマ状態を発生させ、そのプラズマのエネルギーにより環境負荷物質を分解処理する方法である。この方法は長所として、装置が薬品等を使用しないこと、機械駆動部分がないこと、処理投入エネルギーが可変であること、等が挙げられ、仕様用途が拡大してきている。この大気圧プラズマ法は、装置構成及び放電形態の違い等により、沿面放電、無声放電、ペレット充填型放電（部分放電）等に分類することができ、処理量、装置規模等に応じて方法を決定すれば良い。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２６６８５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、大気圧プラズマ法でガス処理を実施する場合、何れの放電方法においても処理対象ガス中に水分が含まれていると、放電が影響を受け放電の安定性を阻害する要因となる。特に、ペレット充填型放電の場合、反応リアクター内に誘電体物質を充填するが、その誘電体表面に水分が結露することで異常放電が発生する原因となるため、特に湿度の高いガスを処理する場合は条件の選定が困難である。即ち、誘電体表面に水分が結露して付着した状態で高電圧を印加した場合、電極間の絶縁性が下がり電流量が増加する。この電流は、放電に起因する電流ではないため、消費電力量は莫大となるがガス処理効果は小さい。又、結露により部分的にアーク放電が発生する可能性も生じる。
【０００５】
これまで水分含有の多いガスを大気圧プラズマ法で処理する場合には、その前処理として水分分離等の装置を設け、ガス中の水分を除去する方法が一般的に採られている。具体的な方法としては、膜分離や冷却トラップ、或は吸着材による吸水除去等が挙げられる。しかし、これらの方法は何れもプラズマ工程の前処理として水分除去を実施するため、新規の工程を付加することになり、余分な装置スペースが必要になり、新たな処理システムの設計が求められる。特に、処理ガス中の水分量が変動する可能性のある場合には、これらの水分除去工程の付加では、処理システムの設計が困難になることやメンテナンスが増加する。
【０００６】
そこで本発明は、これらの従来の課題を解決し、処理対象ガス中に水分が含まれている場合においても安定的に放電を発生させ、それにより効率的にガス処理を実施することが可能なガスの分解処理方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、大気圧プラズマ放電による気体状のガスの分解処理方法において、放電空間内にガスが通過可能な誘電体物質が充填されており、前記誘電体物質は少なくとも２種あり、そのうち１種目の誘電体物質は比誘電率が１００以下、２種目の誘電体物質は比誘電率が５００以上であることを特徴とする。
【０００８】
又、請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、放電空間内に充填されている１種目の誘電体物質の比率が９０体積％以下であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、以下の効果が得られた。
【００１０】
１．大気圧プラズマ法により、湿度の高いガスを分解処理する場合において、安定した放電を得ることがきる。
【００１１】
２．その結果、湿度の高いガスを効率良く分解処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれに限定するものではない。
【００１３】
図１及び図２はリアクター内部に誘電体を充填し、誘電体の両側の電極に交流電源或はパルス電源により電圧を印加することで、誘電体が充填されている空間にプラズマを発生させ、そのプラズマでガス処理を行う大気圧プラズマ発生装置のリアクターの一例を示している。この図は、円筒型リアクターで、円筒型外部電極１と中心電極２の間には、ガスが通過可能な状態の２種の誘電体が充填されている。中心電極はバリアーガラス管３の内部に設置されている状態で、外部電極と中心電極はこのバリアーガラス管で絶縁された状態となっている。
【００１４】
内部のガスが通過可能な２種の誘電体は、１種目の物質として比誘電率が１００以下の物質４、２種目の物質として比誘電率が５００以上の物質５が充填されており、例えば１種目の物質として比誘電率が１０である粒径２〜４ｍｍのアルミナと、２種目の物質として比誘電率が１０００である粒径２〜４ｍｍのチタン酸バリウムを主材料とした誘電体の２種の誘電体を無作為に混在させた状態をその一例として挙げることができる。
【００１５】
本発明における充填された誘電体は、上記の数値に限定される訳ではなく、発明の本質として、高電圧を印加することにより、主に分解を行うために放電を行う誘電体と、主に発熱により結露を防止する誘電体で存在することが重要であり、そのためには１種目の誘電体は比誘電率が１００以下で、２種目の誘電体は比誘電率が５００以上であることが重要である。
【００１６】
又、この誘電体の形状は特に制限はなく、球形、円柱状、発泡体形状、不定形状等、何れでも構わず、充填された内部をほぼ均一にガスが通過できることが重要である。誘電体の形状は例えば直径１〜５ｍｍ程度のペットが一例として挙げられるが、目的に応じて選択することができる。
【００１７】
図１に示すリアクターに充填されている誘電体は、１種目の物質及び２種目の物質が混在した状態であり、その混合比率は１種目の誘電体が多いと放電効果が高くなり、
２種目の誘電体が多くなれば発熱効果が高くなり、その比率は任意であるが、２種目の誘電率が１０体積％より下がると、水分量が多いガスの場合結露の可能性が生じる。そのため、絶対湿度が１０ｍｇ／リットルを超えるような場合には１０体積％以上の割合で２種目の誘電体が存在することが望ましい。
【００１８】
又、誘電体の充填状態は、２種類が混在している状態でも構わないし、上流のガス入り口付近に比誘電率の高い２種目の誘電体、下流のガス出口付近に比誘電率の低い１種目の誘電体が配置されていても構わない。これは、入り口付近で発熱量を多くすることで水分を除去し、下流の１種目の誘電体へ水分を持ち込まないことが可能となるためである。但し、その逆の、上流側に１種目の誘電体を配置した場合には、本発明の効果を得にくくなるため望ましくない。
【００１９】
図３はガス処理装置全体を示す図で、この図で示すように、リアクター６に交流電源７を用いて電圧を印加する。電圧の印加に伴い、リアクター内部には主に２種目の誘電体により発熱が生じるが、２種類の物質は混在しているため熱はリアクター内に均等に発生する。この状態で装置へ図３に示すように装置入り口より処理対象ガスを送り込む。この処理対象ガス中に含まれる水分は、その一部はプラズマ放電によりイオン化等で処理されるが、含まれる水分量が多くなると処理し切れずに誘電体表面に到達する。このとき、誘電体の表面温度が低ければ、到達した水分により表面が結露する可能性があり、又、誘電体表面が発熱により温度が高くなっている場合には、水分が蒸発し結露を防止できる。発熱により結露が防止されれば、安定した放電が可能となり、異常電流の発生が防止できる。それにより、電力ロスが小さくなり、必要に応じた放電電力の投入が可能となるため、効果的なガス分解処理が達成される。
【００２０】
又、本発明は、リアクター形状に特に制限はなく、図１及び図２に示すような円筒型のリアクターのみではなく、図４及び図５に示すような平行平板型リアクターでも同様に効果を得ることが可能である。
【実施例１】
【００２１】
図１に示すリアクターと同じ円筒型形状のリアクターでガス処理を行う。本実施例で使用するリアクターは、全長３００ｍｍ、外部電極内径２０ｍｍ、中心電極径１ｍｍ、２つの電極間の距離は１０ｍｍで、設地側電極周囲には０．５ｍｍ厚さのガラスがバリアーとして配置されている。このリアクターに、それぞれ２〜４ｍｍ径で比誘電率１０の誘電体と比誘電率１０００の２種類の誘電体を５０体積％ずつ充填した。ガスを流さない状態で、周波数５ｋＨｚ、１６ｋＶp-p の交流電源で電圧を印加したところ、安定した放電が得られた。３０分間この状態で放電した後、リアクターに処理対象ガスとして温度３０℃、相対湿度８０％の空気を流したところ、安定した放電が引き続き得られた。３０分間ガス処理を実施した後、放電を止めリアクター内部を見たところ、誘電体表面に結露は見られなかった。
【００２２】
＜比較例＞
内部に充填している誘電体が実施例１に記した１種目の物質のである誘電率１０の誘電体を１００％使用している以外は、実施例１と同様に条件でテストを行った。ガスを流さない状態で、周波数５ｋＨｚ、１６ｋＶp-p の条件により電圧を印加したところ、実施例１と同様に安定した放電が得られたが、実施例１と同様に放電開始３０分後、処理対象ガスとして温度３０℃、相対湿度８０％の空気を流したところ、電流量が増加し安定したプラズマ放電ではない異常放電が発生した。放電を止めリアクター内部を見たところ、誘電体表面には結露が見られた。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
本発明は、湿度の高い気体に含まれる物質を大気圧プラズマ法により分解処理する方法に対して適用してガス処理を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】円筒型リアクターによる本発明の実施例のガス流れ方向での断面図である。
【図２】円筒型リアクターによる本発明の実施例のガス流れ方向と垂直の断面図である。
【図３】本発明のガス処理装置の全体図である。
【図４】並行平板型リアクターによる本発明の実施例の外観図である。
【図５】並行平板型リアクターによる本発明の実施例の上部からの図である。
【符号の説明】
【００２５】
１    円筒型リアクター外側電極
２   円筒型リアクター中心電極
３   バリアーガラス
４   比誘電率が１００以下の誘電体
５    比誘電率が５００以上の誘電体
６   プラズマリアクター
７   交流電源
【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】
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