(57)【要約】【課題】プラズマ放電リアクター及びガス処理装置において、高電圧印加電極の突起先端の耐久性を向上させることである。【解決手段】プラズマ放電リアクター及びガス処理装置は、複数の突起３を有する高電圧印加電極２と、高電圧印加電極２に対して空間を隔てて配置された接地電極５と、接地電極５と高電圧印加電極２の間に位置しプラズマが励起される空間部１０と、高電圧印加電極２と接地電極５の間に電圧を供給する電源部６を備える。被処理ガスａはプラズマ空間部１０内でプラズマ処理される。高電圧印加電極２に配設された突起３は絶縁材４で被覆されている。【選択図】  図１
2007061723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を持つ複数の突起を有する高電圧印加電極と、前記高電圧印加電極と対向する接地電極と、両電極の間でプラズマが励起される空間部とを備え、被処理ガスが前記空間部内に導入されてプラズマ処理されるように構成され、前記導電性を持つ複数の突起を有する高電圧印加電極は、少なくとも突起の先端部が絶縁物質により被覆されていることを特徴とするプラズマ放電リアクター。
【請求項２】
前記高電圧印加電極と前記接地電極に設けた被処理ガスを通過させるガス流路を被処理ガスが通過して前記空間部内でプラズマ処理されるように構成されている請求項１に記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項３】
前記高電圧印加電極と前記接地電極との間に設けられたプラズマが励起される空間部の少なくとも一部に、誘電体が充填されている請求項１または２に記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項４】
前記高電圧印加電極と前記誘電体との間に空隙を設ける請求項３に記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項５】
前記接地電極と前記誘電体の一側面が当接している請求項３または４に記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項６】
前記高電圧印加電極の突起は、被処理ガスの流れの方向にほぼ沿った方向に伸びている請求項１乃至５のいずれかに記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項７】
ガス処理装置が有する装着部に着脱可能に装着されるカートリッジの形態となっている請求項１乃至６のいずれかに記載のプラズマ放電リアクター。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載のプラズマ放電リアクターと、該プラズマ放電リアクターが装着される装着部とを備えることを特徴とするガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマによって処理対象物質を含有する被処理ガスを処理するためのプラズマ放電リアクター及びガス処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、揮発性化合物等を含有するガスによる大気汚染、人体への影響が注目されている。そうした揮発性化合物等を含有する被処理ガスを処理する技術が数多く提案されている。その中で、プラズマ放電、特に、放電により生起する高速電子を利用する非平衡プラズマ放電によって揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）等のガスを処理する技術に基づいたガス処理方法及びガス処理装置が提案されている。
【０００３】
このような従来のガス処理装置としては、高電圧印加電極を突起形状とし、それに対向する接地電極を平面状とするプラズマ放電リアクターを備える構成が開示されている（特許文献１，２参照。）。このプラズマ放電リアクターでは、このように構成することで、放電開始電圧を抑え、突起の配置形態を適切にして電極間に均一な放電を発生させることが可能となり、ガス処理能力が向上されるといった利点を有している。
【特許文献１】特許３３６４６６８号公報
【特許文献２】特開２００２−３３６６５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来のガス処理装置が備えるプラズマ放電リアクターでは、特許文献１のように処理対象物質を含有するガスの流れとほぼ直交して放電させるので、突起状の高電圧印加電極同士の間に無放電部が生じ、処理能力の低下が起こる懸念がある。
【０００５】
また、特許文献２のようにガスの流れとほぼ平行に放電を発生する従来のプラズマ放電リアクターでは、高電圧印加電極と接地電極のどちらにも絶縁物質で被覆されていない。そのため、高エネルギーの非平衡プラズマを保ち、火花放電に変化しない電圧制御を行うことが困難である。火花放電が起こると、電力を浪費する上にガス処理効率も芳しくなくなる。
【０００６】
さらに、上記２つの従来のガス処理装置が備えるプラズマ放電リアクターでは、突起状の高電圧印加電極の先端が放電により劣化し、耐久性の点でも懸念がある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題に鑑み、本発明のプラズマ放電リアクターは、導電性を持つ複数の突起を有する高電圧印加電極と、高電圧印加電極と対向する接地電極と、両電極の間でプラズマが励起される空間部とを備える。そして、被処理ガスが前記空間部内に導入されてプラズマ処理されるように構成され、前記導電性を持つ複数の突起を有する高電圧印加電極は、少なくとも突起の先端部が絶縁物質により被覆されている。
【０００８】
また、上記課題に鑑み、本発明のガス処理装置は、上記のプラズマ放電リアクターと、プラズマ放電リアクターが装着される装着部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明のプラズマ放電リアクター及びガス処理装置によれば、高電圧印加電極の突起の少なくとも先端部が絶縁物質で被覆されているので、突起先端の耐久性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】
【００１０】
以下、本発明に係る具体的な実施形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
実施形態に係るプラズマ放電リアクターとしては、カートリッジタイプの構成が挙げられる。これは、ガス処理装置の装着部に対して着脱自在に構成されたプラズマ放電リアクターを指している。ガス処理装置は、カートリッジタイプであるプラズマ放電リアクターが装着される装着部を少なくとも備えているガス処理装置である。カートリッジタイプとすることで、必要に応じてプラズマ放電リアクターを容易に交換することが可能になる。
【００１２】
もちろん、本発明に係るプラズマ放電リアクターは、上述のカートリッジタイプでなくてもよく、ガス処理装置に交換困難すなわち半ば固定的に搭載されている構成でもよい。この構成の場合でも同様に、ガス処理装置は、プラズマ放電リアクターが装着される装着部を有している。
【００１３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態について詳細に説明する。本実施形態に係るプラズマ放電リアクターは、処理対象物質を含有している被処理ガスをプラズマによってガス処理（プラズマ処理）するカートリッジである。そして、被処理ガスが流通する流通口を有し、対向電極に向かって設けられた突起に絶縁物質が被覆されている高電圧印加電極を備えている。
【００１４】
高電圧印加電極は、被処理ガスが流通する流通口を有し、対向電極に向かって設けられた突起に絶縁物質が被覆されていることによって、高エネルギーの非平衡プラズマを容易に制御できる。かつ、突起先端の耐久性が向上され、処理能力の向上及びメンテナンス頻度の低減が可能になる。
【００１５】
ここで、処理対象物質としては、例えば、揮発性有機化合物（ＶＯＣｓ）、窒素酸化物、悪臭物質等が挙げられるが、これらの物質に限定されず、あらゆるガス状物質を対象としている。
【００１６】
以下、本実施形態に係るプラズマ放電リアクターについて、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態に係るガス処理用のプラズマ放電リアクターの断面図を示す。
【００１７】
図１に示すように、本実施形態のプラズマ放電リアクター１は、処理対象物質を含有している被処理ガスを処理するカートリッジであって、被処理ガスのプラズマ処理を行うための反応容器７を備えている。この反応容器７には、被処理ガスａが導入される導入口８と、プラズマ処理された処理ガスｂが排気される排気口９とが対向する位置にそれぞれ設けられている。
【００１８】
また、このプラズマ放電リアクター１は、複数の突起３を有する高電圧印加電極２と、この高電圧印加電極２に対して空間を隔てて配置された接地電極５を備える。さらに、接地電極５と高電圧印加電極２との間に位置しプラズマが励起される空間部１０と、高電圧印加電極２と接地電極５との間に電圧を供給する電源部６を備えている。
【００１９】
接地電極５は、被処理ガスを通過させるガス流路（流通口）が形成されるようにメッシュ状に形成されており、外周部が被覆材で被覆されておらず、いわゆる裸電極として剥き出しに構成されている。もちろん、被覆材で被覆してもよい。
【００２０】
高電圧印加電極２は、複数の棒状で形成されている導電性材料に、一定間隔で接地電極５に向けて導電性の突起３が設けられ、突起３の表面が絶縁材４によって被覆されている。各高電圧印加電極２は、被処理ガスを通過させるガス流路（流通口）が形成されるように、間隔を開けて互いに平行に配置されている。高電圧印加電極の突起３は、被処理ガスの流れの方向にほぼ沿った方向（典型的には、平行な方向）に伸びている。もちろん、被処理ガスの流れの方向に対して或る角度をなす方向に伸びていてもよい。
【００２１】
ここで、図２に高電圧印加電極２の一例の模式図を示す。この高電圧印加電極２の例では、平板棒状の金属板２に一定間隔でネジ穴１２が開けられ、ネジ穴１２に、絶縁材４で先端が被覆された先細り突起３であるタッピンネジ１３が挿入されている。突起３全体を絶縁材で被覆してもよいし、さらには高電圧印加電極２全体を絶縁材で被覆してもよい。突起３の形状としては、様々なものがあり得る。比較的尖った突起でもよいし、丸まった先端を持つ突起などでもよい。上記突起の形態、各電極の形態などは、所望される放電開始電圧、形成すべきプラズマ発生領域の形状、被処理ガスの種類などを考慮して選択すればよい。
【００２２】
そして、各高電圧印加電極２及び接地電極５は、電源部６に接続配線を介して電気的に接続されている。
【００２３】
高電圧印加電極２は、一定間隔で接地電極５に向けて突起３が設けられていれば、ワイヤー状やパンチングプレート状等の他の形状に形成されてもよく、接地電極５も、例えば、不織布状やパンチングプレート状等の他の形状に形成されてもよい。これらは、プラズマが励起される空間部１０に対して、ほぼ均一に電圧印加できて均一にプラズマを生じさせる形態が好ましい。ほぼ均一なプラズマ発生領域を効率的に形成するには、突起３間の間隔が、突起３の先端部と接地電極５との距離にほぼ等しくなるように設定するのがよい。
【００２４】
また、高電圧印加電極２に設けられた突起３を被覆する絶縁材４は、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３等の絶縁物質であれば材質は特に問わない。
【００２５】
以上のように構成されたプラズマ放電リアクター１について、処理対象物質を含有している被処理ガスを処理する動作を説明する。
【００２６】
プラズマ放電リアクター１では、絶縁材４で被覆された突起３を配した高電圧印加電極２に、電源部６によって電圧を印加することで、高電圧印加電極２と接地電極５との間に非平衡プラズマが発生する。被処理ガスａは、導入口８から反応容器７内に導入されて、プラズマが励起される空間部１０を通過することで、非平衡プラズマによってプラズマ処理され、排気口９から処理ガスｂとして系外へ排出される。
【００２７】
上述のプラズマ放電リアクター１によれば、高電圧印加電極２は、被処理ガスが流通する流通口を有し、対向する接地電極５に向かって設けられた突起３に絶縁材４が被覆されている。したがって、高エネルギーの非平衡プラズマが容易に制御・発生され、かつ突起３の先端の耐久性が向上され、ガス処理能力の向上及びメンテナンス頻度の低減を図ることができる。さらには、無放電部による処理能力の低下も改善することができる。
【００２８】
ところで、主として、高エネルギーの非平衡プラズマが容易に制御・発生されることと突起３の先端の耐久性の向上を目論むのであれば（突起状の高電圧印加電極同士の間に多少の無放電部が生じるのを厭わないのであれば）、次の様な構成も可能である。すなわち、高電圧印加電極と接地電極には、被処理ガスを通過させるガス流路を設けず、被処理ガスの流れと角度を成して（典型的には、ほぼ直交して）放電させるように高電圧印加電極と接地電極を配する構成にしてもよい。
【００２９】
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態に係るプラズマ放電リアクターを図３に示す。本実施形態に関わるプラズマ放電リアクター１では、絶縁材４で被覆された突起３が複数配設された高電圧印加電極２と接地電極５の間に誘電体１１が設けられている。この誘電体１１は、プラズマが励起される空間部１０において、一側面が接地電極５と当接し、一側面が突起３と一定の空間を保って充填されている。それ以外の構成は、上述の第１の実施形態と同様である。
【００３０】
プラズマ放電リアクター１は、第１の実施形態で説明したように誘電体充填がない構成も、第２の実施形態で説明したように誘電体が充填された構成のいずれも好ましいが、誘電体が充填された構成の方が、ガス処理率が高いのでより好ましい。処理率が高いのは、誘電体１１を介してプラズマが広範囲に発生するという理由からである。
【００３１】
上述したように、典型的には突起３間の間隔は、突起３の先端と接地電極（誘電体１１を設けるときは、その高電圧印加電極２側の面が接地電極の位置と見なせるようになる）の間隔とほぼ等しく設定されるのが好ましい。したがって、第２の実施形態では、突起３の先端と誘電体１１の高電圧印加電極２側の面が近づくことにより突起３間の間隔を小さくできて、プラズマを広範囲に発生できるようになる。
【００３２】
以上のような基本構成であるプラズマ放電リアクター１は、ガス処理装置が有する装着部に対して着脱可能に構成され、ガス処理装置の装着部に装着された状態でプラズマ放電リアクター１として使用されるカートリッジとして構成されてもよい。
【００３３】
また、上記実施形態のガス処理装置は、図示しないが、上述のプラズマ放電リアクター１が着脱可能に装着される装着部を備えている。このガス処理装置は、装着部にカートリッジタイプのプラズマ放電リアクター１が装着された状態で、プラズマ放電リアクター１によってプラズマ処理を行う。もちろん、ガス処理装置は、内部に上述したプラズマ放電リアクター１が組み付けられる構成にされてもよい。
【実施例】
【００３４】
本発明の効果を、以下に示す実施例及び参考例により具体的に説明する。ただし、本発明の内容、範囲は、下記実施例により限定されるものではない。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、図２に示したように、角棒に一定間隔でネジ穴１２が設けられ、突起３として先端が絶縁材４でコートされたタッピンネジ１３が固定された高電圧印加電極２を使用する。
【００３６】
図１に示したプラズマ放電リアクター１を用いて、突起３の先端の耐久性を求めた。高電圧印加電極２として、３×２ｍｍの角棒を使用し、タッピンネジ１３はＭ２×５ｍｍのステンレス製とし、絶縁材４としてＢａＴｉＯ３をディップコーティングで成膜した。接地電極５としては、見開き１５０μｍ、１００メッシュのステンレス製金網を使用した。
【００３７】
上記条件で、高電圧印加電極２と接地電極５との間に、電源部６によって電圧を印加してプラズマ放電を生起させ、突起３の耐久性評価を行った。このときの初期電力は１．０Ｗとした。
【００３８】
図５の表に、放電時間に対する本実施例の突起３の首下長さを測定した結果を示す。表に示すように、本実施例では、放電時間が１００時間経過しても突起３の首下長さは５ｍｍであって変化はなかった。
【００３９】
（実施例２）
実施例２では、図３に示したプラズマ放電リアクター１を用いて、突起３の先端の耐久性を求めた。誘電体１１として、体積２ｃｍ３、厚さ５ｍｍの３次元網目構造をなすＡｌ２Ｏ３に強誘電体材料として０．２ｇのＢａＴｉＯ３を被覆したものを充填した。それ以外は実施例１と同様である。
【００４０】
図５の表に、放電時間に対する本実施例の突起３の首下長さを測定した結果を示す。本実施例でも、放電時間が１００時間経過しても突起３の首下長さは５ｍｍであって変化はなかった。
【００４１】
（実施例３）
実施例３では、図１に示したプラズマ放電リアクター１を用いて、処理対象物質の処理率を求めた。被処理ガスａとしては、５ｐｐｍのＮＨ３を含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）ベースガスを用い、流速２０リットル／ｍｉｎで反応容器７内に流入させた。それ以外は実施例１と同様である。
【００４２】
図６に、本実施例のプラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管によって測定した結果を示す。なお、図６において、曲線Ｌ１が実施例３、曲線Ｌ２が下記の実施例４、曲線Ｃ１が下記の比較例２をそれぞれ示している。図６中の曲線Ｌ１で示すように、本実施例では、放電時間が１００時間経過後の処理率が５５％であり、あまり低下しなかった。
【００４３】
（実施例４）
実施例４では、図３に示したプラズマ放電リアクター１を用いて、処理対象物質の処理率を求めた。被処理ガスａとしては、５ｐｐｍのＮＨ３を含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）ベースガスを用い、流速２０リットル／ｍｉｎで反応容器７内に流入させた。それ以外は実施例２と同様である。
【００４４】
図６に、本実施例のプラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管によって測定した結果を示す。図６中の曲線Ｌ２で示すように、本実施例では、放電時間が１００時間経過後の処理率が８０％であり、殆ど変化はなかった。
【００４５】
（比較例１）
比較例１では、図４に示すように、突起３が絶縁材で被覆されておらず、裸電極である高電圧印加電極２を使用して、突起３の先端の耐久性を求めた。それ以外は実施例２と同様である。
【００４６】
図５の表に、放電時間に対する本実施例の突起３の首下長さを測定した結果を示す。比較例１では、放電時間が１００時間経過すると突起３の首下長さは４．６７ｍｍまで短くなった。
【００４７】
上述したように、実施例１、２の突起３の首下長さは５ｍｍから変化しなかったが、比較例１では０．３３ｍｍ短くなってしまった。
【００４８】
（比較例２）
比較例２では、図４に示したプラズマ放電リアクター１を用いて、処理対象物質の処理率を求めた。被処理ガスａとしては、５ｐｐｍのＮＨ３を含有するＡｉｒ（通常の窒素と酸素を主成分とする空気）ベースガスを用い、流速２０リットル／ｍｉｎで反応容器７内に流入させた。それ以外は比較例１と同様である。
【００４９】
図６に、比較例２のプラズマ放電リアクター１から排出された処理ガスｂを検知管によって測定した結果を示す。図６中の曲線Ｃ１で示すように、比較例２では、放電時間が１００時間経過後の処理率が３３％であり、かなり低下した。
【００５０】
上述したように、実施例４の処理率が最も高く、放電時間１００時間経過後も８０％の処理率を得ることができた。実施例３も、放電時間１００時間経過後の処理率が５５％で比較的良好であった。この様な処理率でも不足な場合は、図１や図３の示すような構造をガスの流れの方向に沿って多段に設けて処理率を更に向上させてもよい。
【００５１】
一方、比較例２では、実施例３、４に比較して、放電時間が経過すると３３％程度の処理率まで低下した。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明の実施形態のプラズマ放電リアクターを模式的に示す断面図である。
【図２】第１の実施形態のプラズマ放電リアクターに使用される高電圧印加電極を模式的に示す図である。
【図３】第２の実施形態のプラズマ放電リアクターを模式的に示す断面図である。
【図４】比較例のプラズマ放電リアクターを模式的に示す断面図である。
【図５】実施例１、２及び比較例１について、放電時間に対する突起の長さの変化を示す表の図である。
【図６】実施例３、４及び比較例２について、放電時間と処理率との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５３】
１    プラズマ放電リアクター
２    高電圧印加電極
３    突起
４    絶縁材
５    接地電極
６    電源部
１０  空間部
１１  誘電体
ａ    被処理ガス
ｂ    処理ガス
【図１】
2007061723.tif 000003
【図２】
2007061723.tif 000004
【図３】
2007061723.tif 000005
【図４】
2007061723.tif 000006
【図５】
2007061723.tif 000007
【図６】
2007061723.tif 000008