(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに絶縁された一対の電極間に放電空間を介して形成した誘電体で構成された多孔質フィルタ及び稠密な誘電体をそれぞれ挟み込み、該両電極間に交流高電圧又はパルス高電圧を印加することで、放電空間と多孔質フィルタの表面ならびに内部に放電を発生させるとともに、
ディーゼルエンジンから排出される排ガスが該多孔質フィルタを通過する際、排ガス中のカーボンを主成分とする粒子状汚染物質が濾過されるとともに、放電空間、多孔質フィルタの表面に発生する放電及び該多孔質フィルタ内部に発生するボイド放電で生成されたプラズマにより低温酸化し、さらに同時に排ガス中の窒素酸化物をカーボンが酸化する際に還元することを特徴とするガス処理装置。
【請求項２】
互いに絶縁された一対の電極間に放電空間を介して形成した誘電体で構成された多孔質フィルタ及び稠密な誘電体をそれぞれ挟み込み、該両電極間に交流高電圧又はパルス高電圧を印加することで、放電空間と多孔質フィルタの表面ならびに内部に放電を発生させるとともに、
ガス状汚染物質を含む排ガスを該多孔質フィルタを通過するように導入することで、放電空間、多孔質フィルタの表面に発生する放電及び該多孔質フィルタの内部に発生するボイド放電により処理することを特徴とするガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明はディーゼルエンジン、各種ボイラーなどの排気ガス中に含まれる粒子状汚染物質ならびにガス状汚染物質を除去・分解したり、各種有機溶剤や有機塩素剤、悪臭などを含有するガスを浄化するためのコロナ放電素子ならびにそれを用いたガス処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のコロナ放電素子は図９に示すように２つの絶縁された電極１ａ、４ａ間に稠密な誘電体２ａを挟み込み、該両電極間に交流高電圧またはパルス電圧９を印加することにより無声放電と呼ばれる形式の放電を発生させたり、図１０に示すように稠密な誘電体２ａの一側面に誘導電極１ａを、他側面に放電電極４ｂを設け該両電極間に交流高電圧またはパルス電圧を印加することにより沿面放電と呼ばれる形式の放電を発生させていた。
【０００３】
また、ディーゼルエンジンの排気ガス中に含まれる粒子状汚染物質を除去するために図１１に示すような蜂の巣状のセラミックフィルタ１１を用い、処理対象ガス５がガス入口１２から入って多孔質セラミックフィルタ１１を通過ガス１０で示すように通過する際に粒子状汚染物質を分離除去し、ガス出口１３から処理終了ガス６として排出していた。
【０００４】
このような従来の無声放電コロナ放電素子や沿面放電コロナ放電素子ではプラズマを発生させ、プラズマ中に生成されるラジカルと排ガス中のガス状汚染物質との化学反応を発生させることはできたが、粒子状汚染物質は除去することはできなかった。
【０００５】
また、無声放電コロナ放電素子や沿面放電コロナ放電素子で発生するプラズマは放電空間３ａの空隙で疎らに発生する極細いチャネルや稠密な誘電体の表面で形成される結果、ラジカルと排ガス中のガス状汚染物質の分子との衝突確率が小さく処理に時間がかかっていた。
【０００６】
一方、セラミックフィルタではディーゼル排ガス中のカーボンを主成分とする粒子状汚染物質は除去することはできたが、ガス状汚染物質に対しては効果がなかった。
【０００７】
さらに、セラミックフィルタで排ガス中より除去した粒子状汚染物質はフィルタ上に蓄積され目詰りを生じるため、定期的に加熱してカーボンを燃焼させて取り除く作業が必要であった。
【０００８】
その際、局所的に温度が異常上昇してセラミックフィルタが破損する場合があった。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は排ガス中の粒子状汚染物質とガス状汚染物質を同時に除去することで清浄なガスとして外部に放出できるようにすることである。
【００１０】
他の目的はプラズマで生成されるラジカルとガス状汚染物質分子との衝突確率を高めて、そのガス状汚染物質分子を酸化作用と還元作用で分解して安全な分子に変換するために要する時間（処理時間）を短くすることである。
【００１１】
また他の目的は、ディーゼル排ガス中のカーボンを主成分とする粒子状汚染物質を分解する場合、プラズマにより低温で二酸化炭素として除去し、前記セラミックフィルタの局所加熱による破損などを防止することである。
【００１２】
さらに他の目的は、ディーゼル排ガス中のカーボンを主成分とする粒子状汚染物質を排ガス中の窒素酸化物の還元剤として作用させ、窒素酸化物を窒素に変換して処理することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
この発明のコロナ放電素子およびそれを用いた処理装置は金属や半導体などで作製された互に絶縁された一対の電極間に、セラミックなどの誘電体で作製した多孔質フィルタとアルミナなどのセラミックや、石英ガラスなどのガラスで作製した稠密な誘電体を夫々少なくとも１つずつ挟み込んでコロナ放電素子を構成し、該両電極間に交流高電圧もしくはパルス高電圧を印加して沿面放電、無声放電、ボイド放電の少なくとも１つの放電形態を有するコロナ放電を発生させ、非平衡プラズマを発生させるものである。
【００１４】
この時、排ガスなどの処理対象ガスを該多孔質フィルタを通過させる過程で粒子状汚染物質を多孔質フィルタ上に堆積して排ガスから分離するものである。
【００１５】
同時に、多孔質フィルタ表面上では沿面放電が、内部の微小空隙状の細孔内ではボイド放電が、多孔質フィルタの両側もしくは片側では無声放電が、それらの各放電の少なくとも１つが発生しており、放電プラズマで生成されるラジカルとガス状汚染物質が多孔質フィルタの表面及び内部の細孔内で衝突するために、従来の放電空間におけるガス中のみで衝突する場合と比較して衝突確率が大きくなり、ガス状汚染物質の酸化・還元反応が促進され処理時間が低減できる。
【００１６】
特に、ディーゼルエンジンから排出される排ガスでは、排ガス中のカーボンを主成分とする粒子状汚染物質は多孔質フィルタで濾過される際、そのフィルタ上に堆積するが、そこに存在する放電プラズマ中の酸化性ラジカルの作用で二酸化炭素に酸化され、ガス状物質となって前記フィルタ上から除去される。
【００１７】
この時、カーボンを主成分とする粒子状汚染物質の二酸化炭素への酸化反応は低温で進行するため、セラミックフィルタの損傷につながる局所加熱などの問題は発生しない。
【００１８】
また、ディーゼルエンジンから排出される排ガスは酸素濃度が高いため、放電生成プラズマだけでは排ガス中の窒素酸化物は一層高次の酸化物、例えば一酸化窒素は二酸化窒素に酸化されるのみで、排ガス中の窒素酸化物を除去することが難しいが、カーボン状粒子の共存で、特に、セラミックフィルタの表面で放電生成プラズマの作用を受けると窒素酸化物は窒素にまで還元されるため、排ガス中の窒素酸化物を除去することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
金属や半導体などで作製された互に絶縁された一対の電極間にアルミナセラミックなどの誘電体で作製した多孔質フィルタと、アルミナなどのセラミックや石英ガラスなどのガラスで作製した稠密な誘電体を、少なくとも１つずつ挟み込んだコロナ放電素子を構成し、両電極間に交流高電圧もしくはパルス高電圧を印加することで沿面放電、無声放電、ボイド放電の少なくとも１つの放電形態を有するコロナ放電を発生させ非平衡プラズマを発生させる。
【００２０】
処理対象排ガスを上記コロナ放電素子の多孔質フィルタを通過させて浄化する場合は、該多孔質フィルタの内部にそこを通過させるためのガス流路を設ける。
【００２１】
処理対象排ガス中の粒子状汚染物質は多孔質フィルタにより濾過される際、除去され、ガス状汚染物質は放電プラズマで生成されるラジカルにより安全なガスに分解して除去される。
【００２２】
特に、処理対象排ガスがディーゼルエンジンの排ガスの場合、カーボンを主成分とする粒子状汚染物質は多孔質フィルタで濾過される際、放電プラズマの作用で低温酸化して二酸化炭素に変換されて放出されるため、多孔質フィルタは常に目詰まりのない状態が保持されるうえに、排ガス中のガス状汚染物質の窒素酸化物を放電プラズマの作用の下で還元して安全な窒素ガスとして放出できる。
【００２３】
【実施例】
この発明のコロナ放電素子の実施例を添付の図面で説明すると図１に示すように、アルミナなどのセラミックや石英などのガラスで作製した稠密な誘電体２ａに密着して、導体または半導体の板、網、蒸着膜などで作製した誘導電極１ａと、これに平行して放電極４ａを配置して、誘電体２ａ、放電極４ａの間にセラミックなどの誘電体で構成された板状の多孔質フィルタ１４ａを置いて放電空間３ａ、３ｂを形成する。
【００２４】
そして、両電極１ａ、４ａは互に絶縁して保持し、該両電極１ａ、４ａ間にリード線７、８を介して交流高圧電源もしくは高圧パルス電源９を接続するものである。
【００２５】
該電極間に交流高電圧もしくは高圧パルス電圧を印加すると図２に示す如く放電空間３ａ、３ｂで無声放電３ｄが、また、多孔質フィルタ１４ａの表面１４ｓで、並びに稠密な誘電体２ａの放電空間３ａに接した表面２ｓで沿面放電１４ｓｄおよび２ｓｄがさらに、多孔質フィルタ１４ａ内部の細孔１４ｖではボイド放電１４ｖｄが発生する。
【００２６】
これらの無声放電３ｄ、沿面放電１４ｓｄ、２ｓｄ、ボイド放電１４ｖｄでプラズマを生成し、放電空間３ａ、３ｂもしくは多孔質フィルタ１４ａ内部の細孔１４ｖに存在するガス分子を励起し、反応性に富むラジカル例えば図示してないが、酸化性ラジカルとしてＮＯ*、Ｏ2*、ＯＨなど、還元性ラジカルとしてＮ*、Ｎ2*、ＣＯ*などやオゾンを大量に生成する。
【００２７】
また上述のコロナ放電素子を用いたガス処理装置の実施例も図１に示す通りの装置であって、その装置の作用状況を示す図２において、ディーゼルエンジン、各種ボイラーなどの排ガスや、有機溶剤、有機塩素剤、悪臭などを含む空気などの処理対象ガス５を多孔質フィルタ１４ａの一側の放電空間３ａ内に、その多孔質フィルタ１４を通過ガス１０として多孔質フィルタ１４ａの他側の放電空間３ｂを通過するように導入すると、その際、処理対象ガス５中のガス状汚染物質は放電生成プラズマ中の電子の射突を直接受けると同時に、プラズマで生成されるラジカルやオゾン分子と衝突して酸化・還元反応し、無害化され処理終了ガス６としてガス処理装置の外部に放出される。
【００２８】
同時に多孔質フィルタ１４ａは処理対象ガス５を瀘過する際、その中に含まれる粒子状汚染物質をその表面１４ｓ上に堆積するので、前述の処理対象ガス５のガス状汚染物質と粒子状汚染物質を同時に除去できる。
【００２９】
特に、処理対象ガス５がディーゼルエンジン排ガスの場合には粒子状汚染物質はカーボンを主成分としており、多孔質フィルタ１４ａ上にカーボンが濾過堆積するが、放電生成プラズマの作用により、低温酸化され二酸化炭素として無害化されガスとなって放出される。
【００３０】
また、処理対象ガス５がディーゼルエンジン排ガスの場合には図２に示すように一酸化窒素ＮＯを主とする窒素酸化物がガス状汚染物質として多く含有されているが、多孔質フィルタ１４ａの表面１４ｓ上に濾過堆積されたカーボンＣが同図の楕円内の放電プラズマ中での反応状況に示す如く放電生成プラズマ下では還元剤として作用し、カーボンＣが低温酸化されて二酸化炭素ＣＯ2となる反応に付随して、窒素酸化物は還元反応により窒素Ｎ2となって無害化され処理終了ガス６となって外部に排出される。
【００３１】
この発明のコロナ放電素子及びそれを用いたガス処理装置実施例は図１に示すものに限定されるものでなく、この発明の範囲内で部分的に変更したり、付加して実施することができる。例えば図１の実施例のようにする代りに、図３のように稠密な誘電体２ｂに密着して導体または半導体の板、網、蒸着膜などで作製した放電極４ａを誘導電極１ａに平行に絶縁配置してもよい。
【００３２】
また、図４のように多孔質フィルタ１４ａ上に直接、スリット状、網状、パンチング状などガスが通過できるように導体または半導体の板、網、蒸着膜などで作製したコロナ放電極４ｂを誘導電極１ａに平行に絶縁配置してもよい。
【００３３】
さらに図１の実施例のように、誘導電極１ａ、板状稠密誘電体２ａ、放電空間５、板状誘電体製セラミックフィルタ１４ａでコロナ放電素子を形成する代りに、平行電極構造のみならず、図５に示すように円筒状誘導電極４ｃ、放電空間３ａ、３ｂ、円筒状誘電体製セラミックフィルタ１４ｂ、円筒状稠密誘電体２ｃ、誘導電極１ｂで同心的に形成してもよい。
【００３４】
或は、図６の実施例のように前記図５の実施例における、円筒状誘電体円筒状誘導電極４ｃの内面に稠密な円筒状誘電体２ｄを配置することもできる。
【００３５】
また或は図７に示すように、前記図５の実施例における円筒状誘導電極４ｃを設ける代りに、円筒状誘電体製セラミックフィルタ１４ｂの外周に接触してリング状、若しくは螺旋状コロナ放電極４ｄを配置することもできる。
【００３６】
さらに或は図８に示すように前記図７の実施例におけるリング状若しくは螺旋状コロナ放電極４ｄの代りに、金網状コロナ放電極４ｅを設けることも可能である。
【００３７】
上記図３乃至図８に示した実施例の図面符号中図１及び２に示す図面符号と同一の部分については、その部分の名称及び機能についても同一である。
【００３８】
【発明の効果】
互に絶縁された一対の電極間に放電空間を介して形成した誘電体で構成された多孔質フィルタ及び稠密な誘電体を夫々挟み込んでいることによって処理対象ガスが該多孔質フィルタを通過する際に、単に放電空間を通過させるだけの場合に比較して，該多孔質フィルタの表面や内部細孔で発生する放電生成プラズマの作用（電子の射突やラジカル・オゾンとの衝突）を大幅に向上させることが可能となる。
【００３９】
しかも、多孔質フィルタの表面、内部の細孔の壁面がラジカル・オゾンとガス状有害物質分子との反応の場となり酸化・還元反応が促進される。
【００４０】
これらの結果、単に放電空間を通過させるだけの場合に比較してガス処理時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００４１】
また、処理対象ガスが粒子状有害物質を含有する場合には、ガス状有害物質と粒子状有害物質を同時に除去できる。
【００４２】
特に処理対象ガスがディーゼルエンジン排ガスの場合には多孔質フィルタに濾過・蓄積されたカーボンが放電生成プラズマの作用を受け低温酸化され、同時に窒素酸化物が還元され、それぞれ二酸化炭素、窒素に変換され無害な処理終了ガスとして放出される。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例の断面図である。
【図２】図１の実施例における作用状況を示す拡大断面図である。
【図３】この発明の別の実施例の構造断面図である。
【図４】この発明の他の実施例の構造断面図である。
【図５】図１の放電素子を同心円筒状構造にした実施例である。
【図６】図２の放電素子を同心円筒状構造にした実施例である。
【図７】図４の放電素子を同心円筒状構造にした実施例である。
【図８】図７の実施例を部分的に変更した実施例である。
【図９】従来の放電素子の断面図である。
【図１０】従来の沿面放電コロナ放電素子の構造断面図である。
【図１１】従来のディーゼルエンジン用セラミックフィルタとその内部の部分的拡大断面図である。
【符号の説明】
１ａ、１ｂ      誘導電極
２ａ、２ｂ      板状稠密誘電体
２ｃ、２ｄ      円筒状稠密誘電体
２ｓ            誘電体の放電空間に接した表面
２ｓｄ          沿面放電
３ａ、３ｂ      放電空間
３ｄ            無声放電
４ａ            放電極
４ｂ            コロナ放電極
４ｃ            円筒状誘導電極
４ｄ            リング状または螺旋状コロナ放電極
４ｅ            金網状コロナ放電極
５              処理対象ガス
６              処理終了ガス
７、８          リード線
９              交流高圧電源または高圧パルス電源
１０            通過ガス
１１            多孔質セラミック壁
１２、１３      ガス出入口孔
１４ａ          多孔質フィルタ
１４ｂ          円筒状誘電体製セラミックフィルタ
１４ｖ          細孔
１４ｖｄ        ボイド放電
１４ｓ          多孔質フィルタの表面
１４ｓｄ        沿面放電
【図１】
0004016134.tif 000002
【図２】
0004016134.tif 000003
【図３】
0004016134.tif 000004
【図４】
0004016134.tif 000005
【図５】
0004016134.tif 000006
【図６】
0004016134.tif 000007
【図７】
0004016134.tif 000008
【図８】
0004016134.tif 000009
【図９】
0004016134.tif 000010
【図１０】
0004016134.tif 000011
【図１１】
0004016134.tif 000012