(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理ガス入口ヘッダと出口ヘッダ間に多数のキャピラリー放電管を接続し、一対の針電極を各キャピラリー放電管の出口と入口とをそれぞれ貫通し、電極ギャップが２０ｍｍとなるよう対向して配置すると共に、その針電極間に、ピーク電圧が−１５〜−５０ｋＶのパルス状の直流高圧を印加する直流高圧電源を接続したことを特徴とする放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置。
【請求項２】
キャピラリー放電管は、内径２〜３ｍｍφのガラスあるいはセラミックス製の絶縁円筒細管からなる請求項１記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置。
【請求項３】
出口ヘッダに活性炭フィルタ装置が接続される請求項１又は２記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置。
【請求項４】
活性炭フィルタ装置に、さらにシフトコンバータが接続される請求項３記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気中に含まれる揮発性有機化合物を除去するための放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
空気中に含まれる、トルエン，トリクロロエチレン，トリクロロエタン等揮発性有機化合物（以下ＶＯＣ (Volatile organic compound)という）の処理、例えば新改築後の居住前の室内で建材から揮発するＶＯＣ、クリーンルーム循環空気内に含まれる極微量ＶＯＣ等の処理は、処理対象ガスをプラズマ空間に通して分解して排気するようにしている。
【０００３】
例えば、高温プラズマによるフロン分解では、プラズマトーチなどを用いて高電流、高温場のプラズマを作りフロンガスを分解するようにしている。また低圧プラズマによるプロセスガス処理では、半導体製造プロセスのＣＶＤで用いたプロセスガスを真空ライン中で浄化するようにしている。大気圧低温プラズマによる排気処理では、パルス及び直流コロナまたは交流バリア放電を用いて排気ガス中のＶＯＣを分解するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの処理方法は、高濃度ガス処理、あるいは高温での処理、真空での処理であり、大気圧、常温下での処理は行われていない。また大気圧、常温下で処理を行うと十分なプラズマが得られない問題がある。また、プラズマによる放電生成物には、オゾン、窒素酸化物、一酸化炭素、ホスゲン等有害なものが微量発生するので、その処理が問題となっている。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、大気圧、常温下で、放電を用いてプラズマを発生させ、かつ処理ガスとプラズマを有効に接触させて処理ガスを分解すると同時に、活性炭やシフトコンバータを用いて、放電二次生成物を無害化できる空気中揮発性有機化合物除去装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、処理ガス入口ヘッダと出口ヘッダ間に多数のキャピラリー放電管を接続し、一対の針電極を各キャピラリー放電管の出口と入口とをそれぞれ貫通し、電極ギャップが２０ｍｍとなるよう対向して配置すると共に、その針電極間に、ピーク電圧が−１５〜−５０ｋＶのパルス状の直流高圧を印加する直流高圧電源を接続した放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置である。
【０００７】
請求項２の発明は、キャピラリー放電管は、内径２〜３ｍｍφのガラスあるいはセラミックス製の絶縁円筒細管からなる請求項１記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置である。
【０００８】
請求項３の発明は、出口ヘッダに活性炭フィルタ装置が接続される請求項１又は２記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置である。
【０００９】
請求項４の発明は、活性炭フィルタ装置に、さらにシフトコンバータが接続される請求項３記載の放電プラズマを用いた空気中揮発性有機化合物除去装置である。
【００１０】
上記構成によれば、処理ガスを多数のキャピラリー放電管に導入し、そこで針電極間に形成されるプラズマ領域を通すことで、処理ガス中に含まれるＶＯＣを容易に分解して除去できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１において、１０は、ＶＯＣを含んだ処理ガスを導入してＶＯＣを分解するプラズマ反応器で、入口ヘッダ１１と出口ヘッダ１２間に多数のキャピラリー放電管１３が接続されて反応器本体１４が形成され、そのキャピラリー放電管１３の出口と入口とを貫通する針電極１５，１６が対向して配置されると共に、その針電極１５，１６間に、ピーク電圧が、−１５〜−５０ｋＶのパルス状の直流高電圧を印加する直流高圧電源１７が接続される。
【００１３】
キャピラリー放電管１３は、外径約１０ｍｍ，内径が２〜３ｍｍφ、長さ約１００ｍｍの石英ガラスやセラミックス等の絶縁管からなり、管１本当たりコンマ数Ｌ／ｍｉｎ〜数十Ｌ／ｍｉｎの流量の処理ガスが流れるように、処理する処理ガス量に応じてその本数を設定する。
【００１４】
針電極１５，１６は、キャピラリー放電管１３の軸心に位置するように、かつ電極ギャップが約２０ｍｍとなるように対向配置し、その入口側の針電極１５が接地１８され、出口側の針電極１６が安定抵抗１９を介して一方が接地２０された直流高圧電源１７に接続される。
【００１５】
このプラズマ反応器１０の出口ヘッダ１２には活性炭フィルタ装置２１が接続され、活性炭フィルタ装置２１に適宜ＣＯをＣＯ2 に転換するシフトコンバータ２２が接続され、さらにエアフィルタ２３が接続される。
【００１６】
以上において、ＶＯＣを含む処理ガスがプラズマ反応器１０の入口ヘッダ１１に供給され、各キャピラリー放電管１３を通ると、針電極１５，１６間に印加されるパルス状の直流高電圧で電離されてプラズマ化され、そこでＶＯＣは、イオンや発生したオゾンにより分解されて出口ヘッダ１２に流れて活性炭フィルタ装置２１で除去される。また、プラズマ反応器１０で生じたプラズマ二次反応生成物中のＮＯX も除去される。
【００１７】
プラズマ分解により生成した一酸化炭素が多い場合は、シフトコンバータ２２にてＣＯをＣＯ2 に転換し、またダスト等の微粒子の濃度が高い場合には、最終段に設けたエアフィルタ２３にて除去する。
【００１８】
このキャピラリー放電管１３内で発生するプラズマは、キャピラリー放電管１３の内径が小さいため、プラズマ密度が高く、かつキャピラリー放電管１３を通る処理ガスは確実にプラズマと接すると共に滞留時間も長いため、ＶＯＣの分解反応率が高くできる。
【００１９】
次に、図２〜図５により実験例を説明する。
【００２０】
図２は、処理ガス流量（０．５，１，４，１０Ｌ／ｍｉｎ）に対して、プラズマを安定して生成できる平均電流−電圧の関係を示したもので、図３は、電流を１ｍＡとし、処理ガス中のＶＯＣ濃度（サンプル；トルエン，濃度５８０〜１２００ｐｐｍ）での処理ガス流量を変えたときの滞留時間と分解効率の関係を示したものである。
【００２１】
図により、滞留時間が長ければ分解効率も比例して上がり、滞留時間２３ｍｓｅｃ、初期濃度１２００ｐｐｍの処理ガスでは、分解効率を８６％にできた。また、後段の活性炭通過後には、ほぼ１００％の除去率が得られた。
【００２２】
図４，図５，図６は、処理ガスのプラズマ処理の前後及び活性炭フィルタ後の赤外線吸光スペクトルを示したもので、図４は処理前、図５は処理後、図６は活性炭フィルタ後のスペクトルを示している。
【００２３】
図４に示すように、処理ガス中には、ＶＯＣとしてのトルエンの吸光スペクトルが、３０００，７００ｃｍ-1にあるが、図５に示すようにその透過率が上がっており、分解されている。また、図６に示すように、プラズマにより発生したＮＯx や未反応のトルエンは後段の活性炭フィルタにより除去できている。さらに、後工程のシフトコンバータでＣＯを除去する。
【００２４】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、処理ガスを多数のキャピラリー放電管に導入し、そこで針電極間に形成されるプラズマ領域を通すことで、処理ガス中に含まれるＶＯＣを容易に分解して除去できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を説明する図である。
【図２】本発明において、処理ガスの流量に対する平均電流−電圧の関係を示す図である。
【図３】本発明において、処理ガスの濃度に対する流量と分解効率の関係を示す図である。
【図４】図３で、用いた処理ガスのプラズマ処理前の赤外線吸光スペクトルを示す図である。
【図５】図３で、用いた処理ガスのプラズマ処理後の赤外線吸光スペクトルを示す図である。
【図６】図３で、用いた処理ガスのプラズマ処理後のガスの活性炭フィルタ通過後の赤外線吸光スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
１０  プラズマ反応器
１１  入口ヘッダ
１２  出口ヘッダ
１３  キャピラリー放電管
１５，１６  針電極
１７  直流高圧電源
【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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【図６】
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