(57)【要約】【課  題】誘電体や金属電極表面に集まったガス中の成分を効率よくプラズマ放電反応で処理することができ、例えばＰＭ含有排ガスを処理する場合には、誘電体や金属電極表面に付着するＰＭを効率よく除去することができ、大容量のガスを工業的に有利に処理することができる加熱機能付プラズマ放電反応器を提供する。【解決手段】２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されたプラズマ放電反応ユニットを具備するプラズマ放電反応器の前記放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に加熱体を備え付ける。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
（Ｉ）２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されたプラズマ放電反応ユニット、（ＩＩ）該金属電極間に高電圧を印加する高電圧電源、（ＩＩＩ）放電空間にガスを供給するガス導入口、および（ＩＶ）放電空間中のプラズマ放電で処理されたガスを排出する排出口を具備するプラズマ放電反応器であって、前記放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に加熱体が備え付けられていることを特徴とする加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項２】
誘電体が、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックまたはシリコンゴムで構成され、かつ板状、管状または球状である請求項１に記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項３】
誘電体が、板状であり、かつ厚さ０．０１〜１０ｍｍである請求項１または２に記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項４】
金属電極が、金、銅、鉄、ニッケル、ステンレスまたはアルミニウムで作られている請求項１〜３のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項５】
放電空間に接する誘電体または金属電極の表面に溝が設けられている請求項１〜４のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項６】
加熱体が、クロム、タングステン、モリブデン、またはクロムとニッケル、アルミニウム、銅もしくは鉄との焼結合金で作られ、かつ粉末、線状または薄膜である請求項１〜５のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項７】
金属電極間に印加する高電圧が、交流電圧、直流電圧またはパルス電圧であり、そのピーク電圧が１００Ｖ〜５０ｋＶである請求項１〜６のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項８】
プラズマ放電反応ユニットが、ステンレス、アルミニウムまたは鉄からなる容器内に収納されており、該容器とプラズマ放電反応ユニットの高電圧を出力する金属電極とが絶縁材料を介して絶縁されている請求項１〜７のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項９】
加熱体上に触媒が備え付けられている請求項１〜８のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器を用いて、高電圧を印加することによって前記放電空間でプラズマ放電を発生させ、かつ加熱体を発熱させながらガスを処理することを特徴とするガスの処理方法。
【請求項１１】
請求項１〜９のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器を用いて、加熱体を発熱させながら、炭素系粒子状物質を含有する排ガスをプラズマ放電で処理して炭素系粒子状物質を除去することにより該排ガスを無害化することを特徴とする排ガスの無害化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高効率でプラズマ放電を発生させることができるプラズマ放電反応器および該プラズマ放電反応器を用いる排ガスの無害化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電圧を印加することによって発生するプラズマ放電は、化学反応、例えば、ディーゼルエンジン排ガス中の炭素系粒子状物質（ＰＭ）処理のような固体粒子及び／又は液体粒子を含むガスの処理、フロンガス処理、ＶＯＣ処理などのようなガスの処理、オゾンなどの有用生成物の生産などにおける有害物質の無害化もしくは有害物質の有用物質への変換に利用することができ、また、物理変化、例えば、電気エネルギーを光エネルギーへ転換すること等に利用できる。プラズマ放電は、通常、プラズマ放電反応器を用いて電圧印加によって発生させる。
電圧印加によってプラズマ放電を発生させるプラズマ放電反応器はこれまで２種類、すなわち、（１）直接型プラズマ放電反応器と（２）誘電体を介した間接型プラズマ放電反応器が開発されている（例えば、特許文献１、２、３参照）。
【０００３】
上記の直接型プラズマ放電反応器では、誘電体を介さずに金属の電極対の間にガスの存在する一部もしくは全部の空間で放電することができる。電極対構造は、図７に示すような外部電極と内部電極を同軸同心型に設けた構造、図１０に示すような針状電極対針状電極、図９に示すような針状電極対板状電極、図８に示すような板状電極対板状電極がある。いずれも、電極の放電できる部分の面積と形状の違いによって分別することができるが、電極対間にプラズマ放電ガスが直接に存在する特徴を有する。また、印加した電圧とプラズマ放電ガスの圧力と温度条件によって、プラズマ放電現象、特にプラズマ放電に伴う発光が異なる。即ち、電極付近に光るコロナ放電或いはグロー放電、電極間が部分的に光るストリーマー放電、電極間が全部光るスパーク放電或いはアーク放電が観察できる。ガスの圧力と温度などの条件によっては、プラズマ放電が電極間の限られた部分のみで発生するので、プラズマ放電エネルギーが限られた部分に流れ込み、高いエネルギー注入密度（単位体積あたりのエネルギー注入量）が得られる。
【０００４】
一方、誘電体を介した間接型プラズマ放電反応器では、電極対の片方或いは両方の電極に誘電体を設置することによって、プラズマ放電を広い範囲に生成できる。電極対構造は、図１１に示すような線状電極対誘電体―円筒状電極、図１２に示すような充填層の内外に電極を設けた充填層型構造、図１４に示すような板状電極対誘電体―板状電極、図１３に示すような板状電極―誘電体対誘電体―板状電極、図１５に示すような誘電体の一面に平板状電極を、他面に鋸歯状電極を設けた沿面型構造が開発されている。誘電体と片方の電極の間、或いは誘電体と誘電体の間で放電させる。印加した電圧、ガスの圧力、温度条件によって、誘電体或いは電極表面に発生するコロナ放電とグロー放電が多く見られる。誘電体により、プラズマ放電エネルギーが分散されるため、エネルギー注入密度が直接型プラズマ放電反応器より低くなる。
【０００５】
直接型プラズマ放電反応器より処理ガス量が大きい間接型プラズマ放電反応器では、ガス全体に対して安定、かつ均一なプラズマ放電が求められている。しかし、従来のプラズマ放電反応器では、プラズマ放電がエッジ化しやすいため、プラズマ放電が部分的に発展する。図６は、従来の間接型プラズマ放電反応器のプラズマ放電原理を示す。陽極２と陰極４に印加した電圧によって、誘電体１の表面に印加した電圧の極性と逆の電荷が発生する。そして、負電荷と陽極２の間に電場が発生し、放電空間３内で放電することができる。しかし、放電空間３と接触している陽極２と誘電体１の表面に存在するエッジの所では、プラズマ放電が不均一になり、誘電体１の表面に生成した負電荷がすべてそのエッジの部分に流れてしまう。印加した電圧が高い場合、誘電体１が破壊され、プラズマ放電が直接型に近い状態になる。
【０００６】
したがって、大容量ガスを処理するには、誘電体を介して放電する間接型反応器が適しているが、従来の問題点は、プラズマ放電が安定できない点である。
本発明者らは、先に、誘電体の両面に電極を取り付け、該電極の内面又は誘電体の外面に、ガスを通過させるためのギャップを一定間隔に多数設け、一方の側のギャップの存在しない位置に、他方の側のギャップが存在して位置するようにしてなるプラズマ放電反応ユニットを備えたことを特徴とするプラズマ放電反応器の創製に成功した（特許文献４）。このプラズマ放電反応器はプラズマ放電を安定かつ均一に発生させ、かつ大容量ガスの処理に適している。また、本発明者らは、さらに特許文献４に記載のプラズマ放電反応器を用いたプラズマ放電発生方法を開発したり、さらに改良したりして、既に特許出願している（特願２００５−２６９５４９号および特願２００６−０１７８３８号）。
しかしながら、前記のプラズマ放電反応器を用いて排ガス中のＰＭを処理する場合、ＰＭが誘電体や金属電極表面に付着し、プラズマ放電を阻害する恐れがあり、誘電体や金属電極表面に付着したＰＭを除去する必要があった。
【特許文献１】特開平７−１１６４６０号公報（第２頁、図２）
【特許文献２】特開平４−２４７２１９号公報（第２頁、図２）
【特許文献３】特開平５−１１５７４６号公報（第２頁、図２）
【特許文献４】特開２００５−２６８１２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、誘電体や金属電極表面に集まったガス中の成分を効率よくプラズマ放電反応で処理することができ、例えばＰＭ含有排ガスを処理する場合には、誘電体や金属電極表面に付着するＰＭを効率よく除去することができ、大容量のガスを工業的に有利に処理することができる加熱機能付プラズマ放電反応器を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討した結果、（Ｉ）２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されたプラズマ放電反応ユニット、（ＩＩ）該金属電極間に高電圧を印加する高電圧電源、（ＩＩＩ）放電空間に排ガスを供給するガス導入口、および（ＩＶ）放電空間中のプラズマ放電で処理されたガスを排出する排出口を具備するプラズマ放電反応器の放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に加熱体を備え付けることによって、加熱体を発熱させながら、誘電体や金属電極表面に集まったガス中の成分を効率よくプラズマ放電で処理することができ、特に、ＰＭを含有する排ガスを処理する場合には、誘電体や金属電極表面に付着するＰＭを効率的に除去することができ、大容量のガスを工業的に有利に処理することができることを見出し、さらに検討を重ねて本発明を完成させるに至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、
［１］  （Ｉ）２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されたプラズマ放電反応ユニット、（ＩＩ）該金属電極間に高電圧を印加する高電圧電源、（ＩＩＩ）放電空間にガスを供給するガス導入口、および（ＩＶ）放電空間中のプラズマ放電で処理されたガスを排出する排出口を具備するプラズマ放電反応器であって、前記放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に加熱体が備え付けられていることを特徴とする加熱機能付プラズマ放電反応器、
［２］  誘電体が、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックまたはシリコンゴムで構成され、かつ板状、管状または球状である前記［１］に記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［３］  誘電体が、板状であり、かつ厚さ０．０１〜１０ｍｍである前記［１］または［２］に記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［４］  金属電極が、金、銅、鉄、ニッケル、ステンレスまたはアルミニウムで作られている前記［１］〜［３］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［５］  放電空間に接する誘電体または金属電極の表面に溝が設けられている前記［１］〜［４］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［６］  加熱体が、クロム、タングステン、モリブデン、またはクロムとニッケル、アルミニウム、銅もしくは鉄との焼結合金で作られ、かつ粉末、線状または薄膜である前記［１］〜［５］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［７］  金属電極間に印加する高電圧が、交流電圧、直流電圧またはパルス電圧であり、そのピーク電圧が１００Ｖ〜５０ｋＶである前記［１］〜［６］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［８］  プラズマ放電反応ユニットが、ステンレス、アルミニウムまたは鉄からなる容器内に収納されており、該容器とプラズマ放電反応ユニットの高電圧を出力する金属電極とが絶縁材料を介して絶縁されている前記［１］〜［７］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［９］  加熱体上に触媒が備え付けられている前記［１］〜［８］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器、
［１０］  前記［１］〜［９］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器を用いて、高電圧を印加することによって前記放電空間でプラズマ放電を発生させ、かつ加熱体を発熱させながらガスを処理することを特徴とするガスの処理方法、および
［１１］  前記［１］〜［９］のいずれかに記載の加熱機能付プラズマ放電反応器を用いて、加熱体を発熱させながら、炭素系粒子状物質を含有する排ガスをプラズマ放電で処理して炭素系粒子状物質を除去することにより該排ガスを無害化することを特徴とする排ガスの無害化方法、
に関する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器は、誘電体や金属電極表面に集まるガス中の成分を効率よくプラズマ放電反応で処理することができ、大容量のガスを工業的に有利に処理することができるという効果を奏する。特に、ガスとしてＰＭを含有する排ガスを用いる場合には、誘電体や金属電極表面に付着するＰＭを効率よく除去することができ、より具体的には例えば、ディーゼルエンジン排ガス中に含まれるＰＭを炭酸ガスに効率よく変換して除去することができ、公害、大気汚染の解消に極めて有用である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器は、（Ｉ）２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されたプラズマ放電反応ユニット、（ＩＩ）該金属電極間に高電圧を印加する高電圧電源、（ＩＩＩ）放電空間にガスを供給するガス導入口、および（ＩＶ）放電空間中のプラズマ放電で処理されたガスを排出する排出口を具備するプラズマ放電反応器であって、前記放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に加熱体が備え付けられていることを特徴とする。
【００１２】
前記のプラズマ放電反応ユニットは、２つの金属電極間に少なくとも１つの誘電体が設けられ、さらに、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に放電空間が設けられており、該金属電極間に高電圧を印加することによって、該放電空間にプラズマ放電が発生するように構成されている。
【００１３】
また、前記のプラズマ放電反応ユニットにおける２つの金属電極は、前記の誘電体および放電空間を介して対向するようにしてそれぞれ設けられる。
前記の金属電極の種類としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、好適には例えば、金、銀、コバルト、ニッケル、亜鉛、鉄、銅、ステンレス、アルミニウム、これらの合金などが挙げられる。なお、２つの金属電極は互いに同種のものであってもよいし、互いに異なる種類のものであってもよい。また、前記の電極は、本発明の目的を阻害しない限り特定の形状に限定されることはなく、種々の形状を有することができる。
【００１４】
前記のプラズマ放電反応ユニットには、金属電極間に放電空間とともに少なくとも１つの誘電体が設けられる。前記の誘電体の種類は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、例えば、無機材料やプラスチックなどが挙げられ、そのうち処理する排ガスによって酸化しにくいものが好ましい。このような好ましい誘電体の具体例としては、例えば、金属酸化物、セラミックス、ガラス、プラスチックおよびシリコンゴムなどが挙げられる。なお、複数の誘電体をプラズマ放電反応ユニットに設ける場合には、複数の誘電体は互いに同種のものであってもよいし、互いに異なる種類のものであってもよい。また、前記誘電体の形状は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、具体的な形状としては、例えば、板状、管状、球状などが挙げられるが、中でも板状が好ましく、厚さが０．０１〜１０ｍｍの薄板状が最も好ましい。
【００１５】
前記放電空間は、金属電極と誘電体との間または誘電体と誘電体との間に設けられるプラズマ放電の発生可能な空間であればよく、前記放電空間の距離となる金属電極表面から誘電体表面までの距離または誘電体表面から誘電体表面までの距離は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは０．０５〜２０ｍｍ、より好ましくは０．５〜５ｍｍである。
【００１６】
前記のプラズマ放電反応ユニットの放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面には、溝が設けられているのが好ましい。溝を設けることにより、安定かつ均一にプラズマ放電を生成することができる。前記の溝の数は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、前記の溝は複数設けられているのがよい。このような複数の溝は、放電空間側の金属電極および／または誘電体の表面を連続的な凹凸とすることにより設けることができる。前記の連続的な凹凸は、凹部の幅が０．００１ｍｍ〜１ｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凸部の幅が０．００１ｍｍ〜１ｍおよび長さが０．００１ｍｍ〜１０ｍであり、凹部の深さまたは凸部の高さが０．００１〜１０ｍｍであるのが好ましい。
前記の連続的な凹凸は、凹部および凸部の幅および長さならびに凹部の深さもしくは凸部の高さの少なくとも１つが異なる単位区間を有しているのが好ましい。例えば、２つの誘電体の空間部側の凹部の幅および深さがそれぞれガス流通方向に応じて変化する凹凸などが挙げられる。このような異なる単位区間とすることで、より安定かつ均一なプラズマ放電を発生させることができる。
なお、本発明では、前記の放電空間側ではない金属電極および／または誘電体の表面に溝が設けられていてもよい。
【００１７】
前記のプラズマ放電反応ユニットには、放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面の一部または全部に加熱体が備え付けられている。
加熱体は、通常、電気が通ることによって発熱できるものであり、好ましくはクロム、タングステン、モリブデン、またはクロムとニッケル、銅、アルミニウムもしくは鉄との焼結合金である。加熱体の形状としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、粉末、線状、薄膜などが挙げられる。なお、放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面に溝が設けられている場合には、加熱体を溝にあわせて備え付けることができる。
前記加熱体は、通常、外部電源により通電されると発熱するように構成されており、かかる発熱温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好ましくは２００℃〜８００℃である。
前記加熱体の備え付けは、放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面の一部または全部に加熱体を常法に従い固定することにより行うことができる。
【００１８】
前記の加熱体の固定量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。表面において加熱体は、放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面の表面積に対して０．０１〜９０％の面積割合となるようにするのがよい。
【００１９】
前記加熱体上には触媒が備え付けられているのが好ましい。触媒を加熱体上に備え付けることによって、触媒活性に優れた温度に制御することができ、加熱体上の触媒に集まったガス中の成分に効率よく触媒を作用させることができる。
前記の触媒は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、種々の公知の触媒であってよいが、通常、ガス中の成分などを考慮して適宜に選択される。前記触媒としては、例えば金属や金属酸化物などが挙げられるが、中でも酸化分解を促進することができる金属酸化物が好ましい。前記金属としては、例えば白金、金、銀、銅、鉄、ニッケルなどが挙げられる。前記金属酸化物としては、例えば、ＣｕＯ、ＮｉＯ、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｍｎ３Ｏ４、ＳｎＯ２、Ｓｍ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４、Ｖ２Ｏ５、Ｃｏ３Ｏ４、ＺｎＯ、Ｇａ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３、ＺｒＯ２、Ｌａ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、ＭｏＯ３などが挙げられるが、とりわけＭｎ３Ｏ４、Ｍｎ２Ｏ３、ＭｎＯ２、Ｖ２Ｏ５、Ｆｅ２Ｏ３、ＦｅＯ、Ｆｅ３Ｏ４、ＴｉＯ２、ＳｎＯ２、ＺｎＯ、ＭｏＯ３、ＮｉＯ、Ｃｏ３Ｏ４、Ｙ２Ｏ３またはＺｒＯ２が好ましい。
また、前記の触媒は、さらにアルカリ性物質を助触媒として含んでいるのが好ましい。前記アルカリ性物質としては、例えば、ＫＯＨ、ＫＨＣＯ３、Ｋ２ＣＯ３、ＮａＯＨ、ＮａＨＣＯ３、Ｎａ２ＣＯ３、ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３などが挙げられる。
前記の触媒の形状は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、粒状、粉状、球状、板状などの種々の形状であってよい。
なお、前記触媒は、酸化還元反応を容易に生じせしめるものが好ましく、より具体的には例えば、触媒がＭｎを含む場合には、Ｍｎ３＋の活性を有する触媒であるのが好ましい。なお、このＭｎの活性は、金属酸化物（ＭｎＯｘ）であれば、プラズマ放電によって調節することが可能である。また、触媒が金属酸化物である場合には、金属酸化物表面には、Ｏ２−、Ｏ−、Ｏ３−、Ｏ４−、Ｏ２２−などの活性酸素種が存在することが考えられるが、触媒活性の観点から好ましい順に、Ｏ−、Ｏ３−およびＯ２−となる。なお、表面の活性酸素種は温度条件によっても変化するが、例えば、Ｖ２Ｏ５の場合、昇温すると、反応性の高いＯ−の存在率が高くなる。そのため、本発明の加熱体を用いて触媒付近の温度を制御することにより、触媒表面の活性酸素種を変更することができ、本発明において優れた触媒活性を奏することができる。
【００２０】
前記触媒は前記の放電空間に接する加熱体上に備え付けられ、より具体的には加熱体表面の一部または全部に備え付けられるが、その方法としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、例えば、前記触媒を前記の加熱体の表面の一部または全部に直接固定して備え付ける方法、担体などを介して前記触媒を前記の加熱体の表面の一部または全部に固定して備え付ける方法などが挙げられる。より具体的には例えば、前記の加熱体の表面の一部または全部に触媒を担持させることにより備え付ける方法、前記の加熱体の表面の一部または全部に触媒からなる触媒層を設けることにより備え付ける方法、前記の加熱体の表面の一部または全部に、前記触媒を担持している担体を担持させることにより備え付ける方法などが挙げられる。これらの方法はいずれも公知の手段を用いて行うことができる。
前記の担体としては、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、好適にはＡｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＺｒＯ２、Ｖ２Ｏ５、ＭｇＯなどが挙げられる。
【００２１】
前記の触媒の固定量は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されない。表面において、触媒は、放電空間に接する金属電極および／または誘電体の表面の表面積に対して１０〜１００％の面積割合となるようにするのがよい。
【００２２】
なお、前記の触媒は、加熱体上に限らず、放電空間に接する金属電極または誘電体の表面に直接備え付けられてもよい。
【００２３】
加熱機能付プラズマ放電反応器を構成する場合は、常法に従い、一方にガス導入口を有し、他方に排出口を有する容器本体内に、前記のプラズマ放電反応ユニットを多段に積層して収納するのがよい。より具体的には例えば、電極を交互に配置することにより、図２の局部断面図に示すように（ａ）電極／誘電体／放電空間／誘電体／電極／誘電体／放電空間／誘電体／電極としたり、図１６の局部断面図に示すように（ｂ）電極／放電空間／誘電体／電極／放電空間／誘電体／電極としたりするなどして、プラズマ放電反応ユニットを多段に積層するのがよい。
【００２４】
前記の容器本体は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されないが、ステンレス、アルミニウムまたは鉄からなる容器であるのが好ましく、本発明では、前記の容器とプラズマ放電反応ユニットの金属電極とが絶縁材料を介して絶縁されている。
前記の絶縁材料は、公知のものであってよく、高電圧出力端子と接続している金属電極が容器と接触しないように、高電圧金属電極と容器の間に設置される。
【００２５】
なお、ガス導入口および排出口の大きさなどは、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、前記の基本ユニットの容量や積層構成によって適宜に選択されるものであるが、本発明では、ガスが放電空間を連続的または断続的に流通できればそれでよい。
なお、いうまでもないことであるが、本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器には、電極に高電圧を印加できる高電圧電源が備え付けられている。
【００２６】
本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器は、前記の２つの金属電極間に、高電圧電源を用いて高電圧を印加することによって、放電空間にプラズマ放電を引き起こすようになっている。この場合、印加する電圧の種類は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、交流電圧、正直流電圧、負直流電圧およびパルス電圧のいずれであってもよいが、交流電圧またはパルス電圧が好ましく、パルス電圧がより好ましい。好ましいパルス電圧の種類は、特に限定されず、正パルス電圧、負パルス電圧、正および負のパルス電圧波形を有するパルス電圧のいずれであってもよいが、とりわけ、正および負のパルス電圧波形を有するパルス電圧が好ましく、正負パルスまたは負正パルスがより好ましく、正負パルスが最も好ましい。ピーク電圧は１００Ｖ〜５０ｋＶの範囲とすることが好ましく、パルス電圧（絶対値）の立ち上がり時間は１０ナノ秒〜０．０１秒であるのが好ましい。また、パルス電圧の半値幅は０．０１μ秒〜１秒であるのが好ましく、パルス電圧の周波数は１Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲内であるのが好ましい。
金属電極間に印加する高電圧は、プラズマ放電を発生させる程度に高い電圧であれば特に限定されないが、好ましくは１００Ｖ〜５０ｋＶである。
【００２７】
放電空間内にガスの存在する前記金属電極間に高電圧を印加することによってプラズマ放電が放電空間内に発生する。このプラズマ放電によって、放電空間を通過するガスもしくは放電空間に溜まっているガスに化学反応が生じる。
また、ガス温度は、本発明の目的を阻害しない限り特に限定されず、ガスから液体や固体の生成が生じるような低温域から常温ないし数百度程度の高温域までのいずれの温度であってもよいが、ガスから液体や固体の生成が生じない範囲とするのが好ましい。また反応器本体に導入されるガス圧力は、好ましくは０．１ｔｏｒｒ〜１０気圧である。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態（１）についてより具体的に説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定されるものではなく、適宜変更して実施されるものである。
図４および図５は、一例としてプラズマ放電反応ユニットにおいてディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭが除去される作用機構を示している。第１電極（１１）および第２電極（１２）の間に電圧を印加することによってプラズマ放電を発生させ、排ガスが加熱機能付プラズマ放電反応器のガス導入口から加熱機能付プラズマ放電反応器の放電空間（１３）に導入されると、プラズマ放電により生成した酸素ラジカル等により排ガス中の一部のＰＭ（１４）が酸化されて炭酸ガスとなって反応器の排出口から排出され、有害排ガスが清浄化される。また、排ガス中に浮遊していた一部のＰＭ（１４）が加熱体（９９）および触媒（１００）上に付着する。プラズマ放電によって加熱体（９９）が発熱して触媒上に付着するＰＭ（１６）と触媒とを加熱することにより、付着したＰＭ（１６）を効率的に除去することができる。さらに、加熱体を用いて触媒の温度を制御することにより加熱体上の触媒を活性化させることができる。
なお、図４、図５では、加熱体上に触媒を用いた場合を示しているが、加熱された付着ＰＭ（１６）の温度が十分高い場合には、触媒を用いなくても効率的に付着したＰＭ（１６）を除去することができる。
図４および図５の場合では、本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器で処理されるガスがＰＭを含む排ガスであり、ＰＭが除去されるわけであるが、処理されるガスは、排ガスに限定されるものではなく、種々のガスが適用可能であり、排ガス以外の他の有害物質（例えばＳＯ２など）を含むガスであってもよいし、有用物質を生成可能なガスであってもよい。なお、好適なガスは排ガスであり、より好適には、炭化水素化合物および／または炭素系粒子状物質、および／または一酸化窒素および／または一酸化窒素と炭化水素と反応させてなるニトロ化合物を含有する排ガスである。
【００２９】
図２は、一例として、ディーゼルエンジンの排ガスを処理するための加熱機能付プラズマ放電反応器を示している。反応器本体（２０）は、一端にガス導入口（２１）を有し、他端にガス排出口（２２）を有している。この反応器本体（２０）内に、局部断面図に示す加熱機能付プラズマ放電反応器の基本ユニット（１５）を多段に積層して収納し、大容量の排ガスを処理できるように構成したものである。また、この加熱機能付プラズマ放電反応器は、高電圧パルス電源に接続された第１電極（１１）、アースに接続された第２電極（１２）、アルミナ絶縁管（２５）、余分な空間を充填する絶縁性の充填層（８）を有している。加熱体（９９）は、放電空間（１３）で発生するプラズマ放電電流・電圧により通電されると発熱するようになっている。例えば、第１電極（１１）を陽極、第２電極（１２）を陰極として電圧を印加した場合は、第１誘電体（９）および加熱体（９９）の放電空間側の外表面にプラス電荷が蓄積し、第２誘電体（１０）および加熱体（９９）の放電空間側の外表面にマイナス電荷が蓄積し、放電空間（１３）において電界が生じ、放電開始電場強度を超えるとプラズマ放電が放電空間（１３）で発生する。同時に、放電空間（１３）で発生するプラズマ放電電流・電圧により加熱体（９９）が発熱する。この状態でガス中の成分が加熱体（９９）および触媒（１００）上に付着し、効率よく化学反応が生じる。
【００３０】
なお、本発明で用いられる加熱機能付プラズマ放電反応器においては、図２の局部断面図のようにプラズマ放電用の誘電体（９、１０）表面に連続的な凸凹を設け、プラズマ放電を効果的に分散することで、スパークのような強いプラズマ放電を好適に防ぐことができ、さらには放電空間においても安定かつ均一なプラズマ放電を発生させることができる。
【００３１】
また、図１６に、ディーゼルエンジンの排ガスを処理するための加熱機能付プラズマ放電反応器の他の例を示す。本発明で用いられる加熱機能付プラズマ放電反応器においては、図１６の局部断面図のようにプラズマ放電用の誘電体（１０）と電極（１１、１２）の表面に連続的な凸凹を設け、加熱体（９９）および触媒（１００）を図１６の局部断面図のように構成することにより、誘電体の凹凸をガス流れ方向に垂直に、電極の凹凸をガス流れに平行になるように誘電体と電極を交互に置き、プラズマ放電を効果的に分散することで、スパークのような強いプラズマ放電を好適に防ぐことができ、さらには放電空間においても安定かつ均一なプラズマ放電を発生させることができる。
【実施例】
【００３２】
実施例１として、加熱機能付プラズマ放電反応器を用いるディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理について具体的に説明する。図１は、加熱機能付プラズマ放電反応器を用いるディーゼルエンジン排ガスＰＭ処理システムを示している。ディーゼルエンジンの排気管（３３）に加熱機能付プラズマ放電反応器（３４）を取り付ける。図３はプラズマ放電反応器（３４）内の基本ユニットを示している。この基本ユニットは２枚のアルミナ板（３０）、２枚の金属電極（３５）、（４０）と１０枚のアルミナスペーサー（３６）から構成される。アルミナ板の表面の溝（３１）はエンジン排ガスの流れ方向に垂直となっている。なお、溝の幅（凹部の幅）を４ｍｍ、深さ（凹部の深さまたは凸部の高さ）を０．２ｍｍ、長さ（凹部の長さ）を１５０ｍｍ、溝と溝との間の距離（凸部の幅）を２ｍｍとする。アルミナ板の裏面にも同様の溝を設ける。また２枚のアルミナ板を一組とし、その間にアルミナスペーサー（３６）を挟んで間隔をあけエンジン排ガスがその間隔を通るようにする。さらに、アルミナ板（３０、３０）のそれぞれの放電空間に接する側の表面に球状粉末（５μｍ外径）の加熱体（９９）約５ｍｇを常法に従い固定する。また、さらに、加熱体（９９）上に図示しない触媒（金属酸化物）を常法に従い担持させる。金属電極（３５、４０）（１３０ｘ１３０ｘ０．８ｍｍ３）はいずれもステンレス製で、表面に排ガスの流れ方向に沿って幅４ｍｍ、深さ０．２ｍｍ、長さ１３０ｍｍの溝が掘られている。溝と溝との間の距離は１ｍｍとする。裏面にも同様の溝を設ける。電気絶縁するために、金属電極（３５、４０）の両側にアルミナスペーサー（３６）（１０ｘ１５０ｘ０．８ｍｍ３）を取り付ける。一つの金属電極を第１電極、もう一つの金属電極を第２電極とする。また、金属電極の溝の端はアルミナスペーサーで閉じることにより、また、該電極およびアルミナスペーサーは直近のアルミナ板と密接（凹部を除く）しているので、エンジン排ガスが、アルミナ板（３０、３０）の間だけを通過する。
得られる基本ユニットをアルミナ板が１６組（３２枚）積層されるようにして製作し、図２に示すように、反応器にセットする。なお、反応器上下の余分な空間が生じた場合には板状アルミナ充填層（８）などで充填する。
この反応器を用いて、プラズマ放電を５００Ｗの条件で行った場合、加熱体の温度が排ガスの温度より約２７０℃高くなることが分かった。したがって、排ガスの温度が２３０℃以上となる場合、加熱体の温度は炭素系粒子状物質の酸化燃焼温度（５００℃）以上となるので、加熱体表面に集まった炭素系粒子状物質が十分に酸化燃焼して除去される。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明の加熱機能付プラズマ放電反応器は、誘電体や金属電極表面に集まったガス中の成分を効率よくプラズマ放電反応で処理することができ、大容量のガスを工業的に有利に処理することができるという効果を奏するので、特に、ガスとしてＰＭを含有する排ガスを用いる場合には、誘電体や金属電極表面に付着するＰＭを効率よく除去することができ、公害、大気汚染の解消に極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】実施例１におけるＰＭ（炭素系粒子状物質）発生及び測定装置のシステム図である。
【図２】一例としてディーゼルエンジンの排ガスを処理するための加熱機能付プラズマ放電反応器を示している。
【図３】実施例としての加熱機能付プラズマ放電反応器の基本ユニット（要部）を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明における加熱機能付プラズマ放電反応器の要部（基本ユニット）の概略構成図である。
【図５】本発明における加熱機能付プラズマ放電反応器の要部（基本ユニット）の概略構成図である。
【図６】従来の間接型プラズマ放電反応器の要部の一例を示す概略構成図である。
【図７】従来の直接型プラズマ放電反応器の一例を示す構成説明図である。
【図８】従来の直接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。
【図９】従来の直接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。
【図１０】従来の直接型プラズマ放電反応器のさらに他の例を示す構成説明図である。
【図１１】従来の間接型プラズマ放電反応器の一例を示す構成説明図である。
【図１２】従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。
【図１３】従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。
【図１４】従来の間接型プラズマ放電反応器の他の例を示す構成説明図である。
【図１５】従来の間接型プラズマ放電反応器のさらに他の例を示す構成説明図である。
【図１６】一例としてディーゼルエンジンの排ガスを処理するための加熱機能付プラズマ放電反応器を示している。
【符号の説明】
【００３５】
１  誘電体
２  陽極
３  放電空間
４  陰極
８  充填層
９  誘電体
１０  誘電体
１１  金属電極（第１）
１２  金属電極（第２）
１３  放電空間
１４  放電空間中のＰＭ（炭素系粒子状物質）
１５  プラズマ放電反応ユニット（基本ユニット）
１６  付着ＰＭ（炭素系粒子状物質）
２０  反応器本体
２１  ガス導入口
２２  ガス排出口
２５  アルミナ絶縁管
３０  アルミナ板
３１  溝
３３  排気管
３４  加熱機能付プラズマ放電反応器
３５  金属電極
３６  アルミナスペーサー
４０  金属電極
９９  加熱体
１００  触媒
【図１】
2007216193.tif 000002
【図７】
2007216193.tif 000003
【図８】
2007216193.tif 000004
【図９】
2007216193.tif 000005
【図１０】
2007216193.tif 000006
【図２】
2007216193.tif 000007
【図３】
2007216193.tif 000008
【図４】
2007216193.tif 000009
【図５】
2007216193.tif 000010
【図６】
2007216193.tif 000011
【図１１】
2007216193.tif 000012
【図１２】
2007216193.tif 000013
【図１３】
2007216193.tif 000014
【図１４】
2007216193.tif 000015
【図１５】
2007216193.tif 000016
【図１６】
2007216193.tif 000017