(57)【要約】【課題】  吸着材に吸着された水分の影響による放電の不均一性を防ぎ、分解性能を低下させることのない放電電極と、これを用いた空気浄化装置を提供することを目的としている。【解決手段】  放電電極１は、管状の接地電極２の管内に管状の高圧電極３が所定の間隙をおいて同心状に配置され、さらに、高圧電極３側には管状の誘電体４が高圧電極３を覆うように設置されており、接地電極２および高圧電極３の両端面は絶縁板５で遮蔽され、また、接地電極２と高圧電極３および絶縁板５で形成される空隙に吸着材６が充填され、接地電極２の側面には被処理ガスの導入口７が設けられ、ガス分散器８が取り付けられており、導入口７の反対面には被処理ガスの排出口９が設けられている。これにより、安定した放電を実現し、効率よく揮発性有機化合物を処理することができる。【選択図】  図１
2009066502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の接地電極と、
前記接地電極の管内に所定の間隙をおいて、前記接地電極と同心状に設置された管状の高圧電極と、
前記高圧電極を覆って設置された管状誘電体と、
前記接地電極および前記高圧電極の両端面に設けられた絶縁板と、
前記接地電極と前記高圧電極および前記絶縁板とで形成される空隙に充填された吸着材と、
前記接地電極の側面に設けられた被処理ガスの導入口と、
前記接地電極の側面に設けられた被処理ガスの排出口と、
前記接地電極の側面に設けられた放電ガスの供給口と、
前記接地電極の側面に設けられた放電ガスの排出口と、
を備えたことを特徴とする空気浄化用の放電電極。
【請求項２】
複数の噴出孔を有するガス供給管により構成されたガス分散器を放電ガスの供給口に備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項３】
被処理ガスの導入口に開閉可能な遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項４】
放電ガスの排出口に一部開口部を残し、開閉可能な遮蔽板が設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項５】
吸着材は、ペレット状のゼオライトであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の空気浄化用の放電電極。
【請求項６】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の放電電極に、
酸素を含有するガスを供給する酸素供給装置と、
接地電極と高圧電極とに電圧を印加する高圧電源と、
を備えたことを特徴とする空気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば塗装工程などから排出される空気に含まれるＶＯＣｓ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ：以下、ＶＯＣｓと称する。）を分解除去する装置に用いられる放電電極およびそれを用いた空気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
塗装工場や半導体工場、あるいは印刷工場などは多量の有機溶剤を使用している。このような工場から大気に排出されるＶＯＣｓは、太陽光やオゾンなどとの反応により炭化水素系微粒子を形成したり、大気中のオゾン濃度を増大させたりするなど大気環境に重大な影響を与えることが知られている。このため、ＶＯＣｓを回収し分解処理することが強く求められている。
２００４年に公布された改正大気汚染防止法では、光化学スモッグ、ＳＰＭ（浮遊粒子状物質）による大気汚染防止のため、その原因物質であるＶＯＣｓの排出及び飛散を抑止することを求めている。この改正大気汚染防止法によりＶＯＣｓの削減の必要性が顕著化し、ＶＯＣｓを分解・除去するさまざまな方法が検討されている。一方、近年労働環境に対する環境改善指向が高まっており、作業環境の改善としてＶＯＣｓなどの化学物質削減のニーズが高まっている。これら、ＶＯＣｓなどの化学物質を除去する方法として、活性炭などの吸着剤等に化学物質を捕集し除去する方法が一般的であった。しかしながら、この方法では長期間の使用により吸着剤が飽和し、浄化能力が低下することからコスト、メンテナンスの点、さらに化学物質が多量に吸着している吸着剤から化学物質が再放出するといった問題があり、新たな除去方法の開発が必要であった。そこで、吸着剤で吸着した化学物質を低エネルギで分解でき、かつメンテナンスが容易で一旦捕集した化学物質の再放出を抑制する浄化方法として放電プラズマと吸着剤を利用したものが注目されている。
放電によるＶＯＣｓ処理の場合、高湿度下での処理能力の低下が指摘されている。すなわち、吸着剤を充填したペレット充填型放電では、放電反応部に誘電体物質を充填するが、高湿度下では誘電体物質表面に水分が吸着した状態で高電圧を印加するため、電極間の絶縁性が低下し、電流量が増加する。その結果、吸着剤表面の水によるリーク電流が処理対象物の分解に寄与しない電力消費量の増加をもたらし、放電自体が不安定となりアーク放電の発生を招くこととなる。
【０００３】
特許文献１によるガス処理方法では、処理対象ガスを直接放電で処理する場合には、処理ガスを加温し、相対湿度を下げることで放電を安定化させ、処理効率を向上させている。
【０００４】
また、特許文献２によるガスの分解処理方法では、放電電極間に充填する誘電体物質に誘電率の異なる２種類のものを準備し、誘電率の高い誘電体物質を発熱要素として、誘電率の低い誘電体物質を放電誘起用として利用し、湿度の高いガスにおいても結露を防ぎ放電の安定化を図っている。
【０００５】
さらに、特許文献３によるペレット充填型放電を用いた低濃度ＶＯＣｓの放電分解処理においては、充填する誘電体物質に併せてＶＯＣｓに対する吸着性を持つ吸着剤を混入して、吸着反応により処理ガス中のＶＯＣｓの濃縮を行い、吸着の後に放電期間を設けて分解を行う方式がある。もちろん、誘電体物質そのものがＶＯＣｓ吸着性を持つことでも同様の構成が採れる。この方式では、ガス分解反応時のＶＯＣｓ濃度を上昇させることで処理効率が上げられる。特に大容量のガス処理に対しては、放電処理用の電極サイズや本数を大幅に低減でき、現実的な装置のサイズやコストを実現可能である。この構成での高効率分解を得る条件は、大流量で吸着し、分解時は小流量の酸素を富化したガスで放電を行う条件が有効である。
【特許文献１】特開２００４−２６１７３６号公報
【特許文献２】特開２００５−１５２７６０号公報
【特許文献２】特開２００５−２３０６２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の吸着後に分解を行う方式では、吸着時に吸着剤に吸着された水分が放電分解時に脱着して、高露点のガス雰囲気で放電が行われることとなる。分解電極内で放電ガスの流量分布が生じた場合、相対的に小流量の部分は、より高露点となる。異なる露点下では吸着水分の影響により吸着剤や放電ガスが異なる放電インピーダンスを持つため、放電が不均一、不安定となりやすく、ＶＯＣｓの分解性能を著しく低下させる。吸着剤がＶＯＣｓ及び水分吸着性を持ち、分解電極内で放電ガスのガス流量分布が生じる場合には、均一な放電を維持することができないといった問題があった。
【０００７】
本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、放電吸着部への少ない流量の酸素ガス供給下において均一なガスの流通を実現し、均一な放電により大容量で高効率にＶＯＣｓの処理が可能な放電電極を用いた空気浄化装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の空気浄化用の放電電極は、管状の接地電極と、接地電極の管内に所定の間隙をおいて、接地電極と同心状に設置された管状の高圧電極と、高圧電極を覆って設置された管状誘電体と、接地電極および高圧電極の両端面に設けられた絶縁板と、接地電極と高圧電極および絶縁板とで形成される空隙に充填された吸着材と、接地電極の側面に設けられた被処理ガスの導入口と、接地電極の側面に設けられた被処理ガスの排出口と、接地電極の側面に設けられた放電ガスの供給口と、接地電極の側面に設けられた放電ガスの排出口と、を備えたことを特徴とするものである。この課題解決手段によれば、高圧電極と接地電極との放電で発生されたプラズマにより吸着材に吸着されたＶＯＣｓを効率よく分解処理できる。
【０００９】
また、上記課題を解決するために、本発明の空気浄化装置は、放電電極に、酸素を含有するガスを供給する酸素供給装置と、接地電極と高圧電極とに電圧を印加する高圧電源と、を備えたことを特徴とする空気浄化装置。この課題解決手段によれば、被処理ガスからＶＯＣｓを放電により分解除去することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、放電電極全体に対して均一な低露点放電ガス供給が行われることにより、放電電極内の水脱着のばらつきを抑制することができる。その結果、均一な放電が達成されることから、ＶＯＣｓを効率よく分解処理できる空気浄化用の放電電極および空気浄化装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態に係る放電電極および空気浄化装置の構成と動作について、図を参照しながら説明する。
【００１２】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気浄化用の放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。図２は、実施の形態１に係る放電電極に使用するガス分散器を示す外観図である。
図１（ａ）および図１（ｂ）に示すように、放電電極１は、管状の接地電極２の管内に管状の高圧電極３が所定の間隙をおいて同心状に配置され、さらに、高圧電極３側には管状の誘電体４が高圧電極３を覆うように設置されており、接地電極２および高圧電極３の両端面は絶縁板５で遮蔽され、また、接地電極２と高圧電極３および絶縁板５で形成される空隙にペレット状の疎水性ゼオライトの吸着材６が充填され、接地電極２の側面には管の長手方向に沿ってスリット状の被処理ガスの導入口７（実施の形態１では、放電ガスの供給口を兼ねている）が設けられている。この導入口７にはガス分散器８が取り付けられており、導入口７の反対面には被処理ガスの排出口９が設けられ、この排出口９には、吸着材６の流失防止のため着脱可能な金属メッシュ９ａが取り付けられている。さらに、ガス分散器８を構成するガス供給管８ａには、接地電極内部に向けて多数の噴出孔８ｂが設けられ、また、固定具８ｃによりガス供給管８ａは接地電極２に固定され、ガス供給管８ａには、放電ガスを導入する接続口１０が設けられている。
図２に示すように、ガス分散器８は、接続口１０から複数のガス供給管８ａに放電ガスを供給する分配管１１が取り付けられており、ガス供給管８ａには所定の間隔で微細な噴出孔８ｂが設けられており、固定具８ｃにより接地電極２に固定されている。
【００１３】
一般的に吸着材でＶＯＣｓを吸着し、放電による分解方法では、吸着期間には大気雰囲気中の湿度により吸着材中に水分が吸着され、放電分解期間にはそれらが脱着し、放電ガス流量が相対的に少ないために放電電極内の吸着材の水分量は体積比で２〜１０％と極めて高い湿度となることが避けられない。これにより、吸着材を電極間に保持する電極構造においては、高湿度下では吸着材の導電率上昇によるリーク電流の発生、水分吸着量の増加に伴う誘電率の上昇、湿度の増加に伴う気中放電開始電圧の上昇、吸着材表面の電子放出・捕捉特性の変化により、放電ガス露点により放電のインピーダンス特性が大きく影響される。特に、放電電極内の吸着材が被処理ガスの導入口から遠くになるにつれ、吸着する水分量が変化するため、放電時に、放電電極の位置によってインピーダンスが異なり、放電特性が変わり安定した放電が起こらず、充分な分解処理ができない場合がある。
【００１４】
次に、実施の形態１に係る空気浄化用の放電電極の動作について、図１、図２および図３を参照して説明する。図３（ａ）は放電電極内の被処理ガスの流れを、図３（ｂ）は放電ガスの流れを示す。
まず、ＶＯＣｓが含まれる被処理ガスが、導入口７から放電電極１の内部に導入される。被処理ガスは、ＶＯＣｓなどの化学物質が、疎水性ゼオライトの吸着材６により吸着除去された後、排出口９から放出される。吸着材６に所定の量のＶＯＣｓを吸着させた後、被処理ガスの放電電極１への導入を停止し、次に、放電ガスとして酸素含有ガスをガス分散器８の接続口１０に供給し、分配管１１により複数のガス供給管８ａに送る。ガス供給管８ａに所定の間隔で設けられた噴出孔８ｂから接地電極２と高圧電極３の間隙に充填されている吸着材６の接地電極２の円周方向に沿って、放電ガスを排出口９に向かって流す。ここで、ガス分散器８は放電電極１内の圧損より噴出孔８ｂの圧損が大きくなるように設計されているため、供給される酸素富化された加圧放電ガスは、ガス供給管８ａに一様に開けられている噴出孔８ｂより均一に噴出し、導入口７から吸着材６が充填された空間を経由して排出口９から排出される。同時に、高圧電極３と接地電極２の間に高周波高電圧を印加して、無声放電を発生させることにより、プラズマを発生させ、吸着材６に吸着されている有機ガス分子が式（１）から式（６）で示される反応により、酸化され、二酸化炭素と水とに分解処理される。その後、ＶＯＣｓの有機ガス分子が分解除去され、浄化された空気は、排出口９から放電電極１外に排出される。
【００１５】
放電により発生されたプラズマによる被処理空気中に含まれる炭化水素やアルデヒドなどのＶＯＣｓの分解に関わる主な反応は、式（１）から式（６）で表される。具体的には、有機ガス分子の分解は、放電により生成されたオゾン（Ｏ３）による分解、酸素原子（Ｏ）による分解、およびペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解とに分けられる。
まず、式（１）から式（３）で示すオゾンによる分解では、式（１）で示されるように、酸素分子（Ｏ２）が電子（ｅ）により酸素原子（Ｏ）に分解される。次に、式（２）で示されるように、酸素原子（Ｏ）と酸素分子（Ｏ２）とによりオゾン（Ｏ３）が生成される。続いて、式（３）に示されるように、このオゾン（Ｏ３）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ、ここで、ｋ、ｍ、ｎは整数）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解される。式（４）で示す酸素原子（Ｏ）による分解では、式（１）で示される酸素原子（Ｏ）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）に分解される。また、式（５）と式（６）に示すペルオキシドラジカル（ＯＨ）による分解では、式（５）で示されるように、水（Ｈ２Ｏ）と酸素分子（Ｏ２）が反応してペルオキシドラジカル（ＯＨ）が生成され、次に、式（６）で示されるように、このペルオキシドラジカル（ＯＨ）により有機ガス分子（ＣｋＨｍＯｎ）は二酸化炭素（ＣＯ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに分解される。
ｅ＋Ｏ２  →  ｅ＋Ｏ＋Ｏ                                                （１）
ここで、ｅは電子を表し、電子は放電により生じる。
Ｏ＋Ｏ２  →  Ｏ３                                                      （２）
ＣｋＨｍＯｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ３  →  ｋＣＯ２＋（ｍ／２）Ｈ２Ｏ
＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ２  （３）
ＣｋＨｎＯｎ＋（２ｋ＋ｍ／２−ｎ）Ｏ  →  ｋＣＯ２＋（ｍ／２）Ｈ２Ｏ    （４）
Ｈ２Ｏ＋１／２Ｏ２  →  ２ＯＨ                                          （５）
ＣｋＨｍＯｎ＋（４ｋ＋ｍ−２ｎ）ＯＨ  →  ｋＣＯ２＋（２ｋ＋ｍ−ｎ）Ｈ２Ｏ    （６）
【００１６】
ここで、接地電極２と高圧電極３との間の放電ギャップは、３から１５ｍｍ程度であればよく、印加電圧は、５から２５ｋＶ、周波数は、５００から１００ｋＨｚであれば放電分解処理が可能である。さらに、放電ギャップは、望ましくは７から１０ｍｍである。これは、放電の均一性を図るため、１から２ｍｍ径大のペレット状の吸着材を使用した場合に、放電ギャップに３層以上のペレットを充填しておく必要性からくるものである。接地電極２と高圧電極３の材質としては、ＳＵＳ３０４など金属材料が使用できる。印加電圧は２５ｋＶ以上でもよいが、絶縁性に注意を払う必要がある。放電ギャップも印加電圧との兼ね合いで決定する。吸着材にペレット状のゼオライトを使用することにより、電極間の空隙に隙間なく充填することができるので、被処理ガスからＶＯＣｓを効率よく吸着するとともに、放電ガスが吸着材の隅々まで行き渡るので、効率よくＶＯＣｓを分解することができる。
【００１７】
実施の形態１では、接地電極２と高圧電極３の間に誘電体４を設けているが、これは、放電により生成された電荷が誘電体４上に蓄積して、印加電圧と逆方向の電界が発生することにより、大気圧下で放電しても、電流が集中せず(アーク放電化せず)に放電空間に均一にエネルギを投入することができるようにするためである。また、放電ギャップに貯まった電荷をキャンセルするために、直流でなく、交流で駆動を行う。ここで、誘電体４としては、誘電率が３以上あることが望ましく、高周波で駆動されるため誘電損の少ないものが望ましい。さらに、誘電体４には、放電の集中を招く空孔がなく、放電により生成されるオゾンなどに対する耐食性が要求される。このため、誘電体４の材質としては、ガラス、特にアルカリ含有率の少ない硼珪酸ガラスまたはアルミナセラミックス等であればよい。厚みとしては、放電期間に放電電圧に対して絶縁破壊しないことが必要で、また、誘電体による放電電圧の分圧分は極力少ないほうが望ましいため、ガラスで２から３ｍｍ、アルミナで１ｍｍ程度が必要である。
【００１８】
図４に、酸素濃度と分解効率との関係の例を示す。試験条件は、放電電極長８００ｍｍ、放電ギャップを５ｍｍｍとし、空隙に１／１６インチ径の疎水性ゼオライトペレットを充填、総ガス流量は４０ｓｌｍ、トルエン濃度は１００ｐｐｍ、露点１５℃の処理ガスで、吸着材がトルエンで１００％破過するまで吸着させる。次に、露点−２０℃以下の酸素含有ガスを放電電極１に１５ｓｌｍ導入し、放電周波数１ｋＨｚで高電圧１７ｋＶを印加、放電電力密度は０．３３Ｗ／ｃｍ２で放電させた。酸素濃度は高ければ高いほど分解効率はよいが、酸素濃度８０％で分解効率は空気の２倍以上となる。分解処理を効率良く行うためには、酸素濃度は８０％以上であることが望ましい。この理由は酸素富化には電力が必要であり、酸素富化にかかる電力を十分上回るだけの、ＶＯＣｓを分解する電力の低減を見込む必要があるためである。
【００１９】
図５は、ガス分散器８の別の構成を示すもので、分配管１１を使用せず、一本のガス供給管８ａをＳ字状に折り曲げたもので、図２の分配管１１により複数のガス供給管８ａに放電ガスを供給する場合と同様な効果を有する。
【００２０】
このように、実施の形態１に係る放電電極によれば、放電ガスを放電電極の円周方向にかつ吸着材に均一に流すことにより、放電インピーダンスのばらつきを低減し、安定した放電を実現し、効率よくＶＯＣｓを処理することができる効果を有する。
【００２１】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２に係る空気浄化用の放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。
図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、放電電極１の接地電極２の側面に設けられたスリット状の被処理ガスの導入口７にも、吸着材６の流失防止のため着脱可能な金属メッシュ１４が取り付けられ、さらにこの導入口７に取り付けられている放電ガス分散器８には遮蔽板１５が取り付けられている。この金属メッシュ１４と遮蔽板１５と追加されていることを除けば、実施の形態１の図１と同じであるので他の符号の説明を省略する。金属メッシュ１４は、導入口７が下向けに設置される場合があるためである。
【００２２】
次に、実施の形態２に係る空気浄化用の放電電極の動作について、図６を参照して説明する。被処理ガス導入時には遮蔽板１５を開けた状態にし、被処理ガスが吸着材６に流れるようにする。吸着材６がＶＯＣｓを吸着し、破過した段階で、遮蔽板１５を閉じ、放電動作に移る。ガス供給管８ａから接地電極２と高圧電極３間に放電ガスを流し、高周波高電圧を印加して放電を開始するが、導入口７を遮蔽することで図上方への放電ガスの放散を抑制する。放電により分解処理された被処理ガスは、排出口９から外部へ放出される。これにより、少ない放電ガス流量でＶＯＣｓを効率よく分解処理することができる。
これに対して、放電ガスを均一なガス流量分布を形成できるまで十分に流すことも考えられるが、酸素を発生させるための電力が過大になりすぎて現実的でない。例えば、酸素を富化した放電ガス発生に一般的に用いられるＰＳＡ式酸素発生器の場合、酸素発生の電力消費率は１．６ｋＷｈ／ｍ３程度である。例えば、１０，０００ｍ３／ｈ、トルエン濃度５０ｐｐｍ、最低放電ガス流量２３ｍ３／ｈの条件では、放電ガス生成に３７ｋＷの電力が必要となる。この４倍の流量９２ｍ３／ｈと設定した場合には、１４７ｋＷの電力消費となり、トルエンの放電分解で消費される電力（３０〜７５ｋＷ）を大幅に超えるため、装置全体の効率を大きく押し下げてしまう。また、酸素流量の増加に伴って酸素供給装置も大型化・重量化し、装置設置場所も広くとる必要がある。よって、放電時に均一流入をもたらすほどの放電ガス流量の増加は非効率的である。
【００２３】
遮蔽板１５の開閉操作については、例えば、被処理ガスを吸着材に吸着させる時には遮蔽板１５を開、放電ガスを放電電極１に供給する時には閉とするように開閉信号により制御する。
【００２４】
このように、実施の形態２の放電電極によれば、被処理ガスの導入口を遮蔽することで図上方への放電ガスの放散を抑制することにより、少ない放電ガス流量でＶＯＣｓを効率よく分解処理することができる効果がある。
【００２５】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る空気浄化用の放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。図８は、図７（ａ）の放電電極におけるＢ面での断面図である。
図７（ａ）、図７（ｂ）および図８に示すように、放電電極１の接地電極２の側面に設けられたスリット状の被処理ガスの導入口７にも、吸着材６の流失防止のため着脱可能な金属メッシュ１４が取り付けられ、さらに、放電ガスが放電電極１の中央部の供給口１８から供給されるようにガス供給管１７が取り付けられ、導入口７を遮蔽するように、ガス供給管１７上および導入口７上には、それぞれ、遮蔽板１５ａ、１５ｂが取り付けられ、また、放電電極１の接地電極２の側面に設けられたスリット状の排出口９の一部を遮蔽する遮蔽板１６が取り付けられている。放電電極１の中央部から放電ガスが供給される点と、遮蔽板１５ａ、１５ｂ、１６が追加されている点を除けば、実施の形態２の図６と同じであるので他の符号の説明を省略する。ここで、図８（ａ）は、被処理ガス吸着時の遮蔽板１５ａ、１５ｂ、１６の状態と被処理ガスの流れを示す図であり、図８（ｂ）は、放電処理時の遮蔽板１５ａ、１５ｂ、１６の状態と放電ガスの流れを示す図である。
【００２６】
次に、実施の形態３に係る空気浄化用の放電電極の動作について、図７および図８を参照して説明する。被処理ガス導入時には遮蔽板１５ａ、１５ｂ、１６を開けた状態にし、被処理ガスが吸着材６に流れるようにする。吸着材６がＶＯＣｓを吸着し、破過した段階で、遮蔽板１５ａ、１５ｂ、１６を閉じ、放電動作に移る。放電電極１の中央部にガス供給管１７から接地電極２と高圧電極３の間に放電ガスを流し、高周波高電圧を印加して放電を開始するが、導入口７を遮蔽板１５ａ、１５ｂで遮蔽することで図上方への放電ガスの放散を抑制するとともに、遮蔽板１６は、放電電極１の両端部の排出口９が開放されているため、放電ガスは中央部から吸着材６を通って、排出口９の開口部から排出される。これにより、ＶＯＣｓを分解処理することができる。
【００２７】
このように、実施の形態３の放電電極によれば、放電電極の中央部から放電ガスを導入するとともに、放電電極の両端部から放電ガスを排出するようにしていることにより、放電ガスが接地電極２と高圧電極３間で全体に満遍なく行き渡り、放電が均一に起こり、安定して動作し、少ない放電ガス流量でＶＯＣｓを効率よく分解処理することができる効果がある。
【００２８】
なお、上記実施の形態では、高圧電極は管状の金属材としたが、棒状であってもよく、また、高圧電極内に冷却用の冷却管等を取り付けてもよい。
さらに、上記実施の形態では、放電ガス分散器を被処理ガスの導入口に取り付け、被処理ガスの排出口と放電ガスの排出口を同一の排出口で兼ねている場合について説明したが、被処理ガスの導入口とは別に放電ガスの供給口を設け、放電ガス分散器をこの供給口に設けてもよく、また、排出口も被処理ガスと放電ガスの別々に設けてもよい。
【００２９】
実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る放電電極を用いた空気浄化装置の概略を示す構成図である。
図９に示すように、空気浄化装置は、被処理ガスの吸入口２０にエアフィルタ２１を備え、吸入口２０に接続された配管２２は分岐され、それぞれ開閉弁Ｖ１、Ｖ２が取り付けられ、さらに、放電電極２６ａ、２６ｂをそれぞれ複数組み合わせて構成された放電電極群を収納した放電分解容器２７ａ、２７ｂに接続され、放電分解容器２７ａ、２７ｂから開閉弁Ｖ３、Ｖ４を経て合流され、ブロア２８により外部へ放出される。酸素供給装置２３に接続された配管２４は分岐され、開閉弁Ｖ４、Ｖ５を通して、放電ガス供給管２５ａ、２５ｂにて放電分解容器２７ａ、２７ｂ内の放電電極２６ａ、２６ｂのガス供給管に接続されている。また、放電分解容器２７ａ、２７ｂから開閉弁Ｖ８、Ｖ９を通して、連結管２９により導入側の配管２２に接続されている。放電の高周波高電圧は、制御装置３０を通して高圧電源３１から給電線３２により放電電極２６ａあるいは２６ｂに供給される。
【００３０】
次に、空気浄化装置の動作について説明する。最初に被処理ガスを放電分解容器２７ａにて分解処理し、次に放電分解容器２７ｂにて分解処理する場合について述べる。この状態では、開閉弁Ｖ１とＶ６を開とし、他の開閉弁はすべて閉とする。まず、被処理ガスは吸入口２０のフィルタ２１により、塵埃、塗料ミストや油分が除去された後、放電分解容器２７ａに導入される。被処理ガスは、ＶＯＣｓが放電電極２６ａの吸着材で吸着され、破過するまで流され、ＶＯＣｓの漏洩が始まり、漏洩があらかじめ設定された所定の濃度に達した段階で、開閉弁Ｖ６を閉にし、開閉弁Ｖ２、Ｖ８およびＶ７を開にする。次に、開閉弁Ｖ３とＶ４を開にして、酸素供給装置２３から酸素を含有した放電ガスを放電分解容器２７ａの放電電極２６ａに供給する。これと同時に、高圧電源３１から高周波高電圧を印加して、放電を開始し、放電電極２６ａ吸着材に吸着されたＶＯＣｓを分解する。このとき、分解されなかったＶＯＣｓを含む被処理ガスを、開閉弁Ｖ８から連結管２９、配管２２、開閉弁Ｖ２を通して、もう一方の放電分解容器２７ｂの放電電極２６ｂに導入し、新たな被処理ガスからのＶＯＣｓとともに放電電極２６ｂの吸着材に吸着させ、開閉弁Ｖ７を通してブロア２８により外部へ放出する。放電分解容器２７ａでの分解処理が終わると、高周波高電圧の印加を停止し、放電分解容器２７ｂの吸着材が破過した段階で、開閉弁Ｖ２、Ｖ４、Ｖ８およびＶ７を閉として、Ｖ１とＶ９を開として、さらに、Ｖ３とＶ５を開にして、酸素供給装置２３から酸素を含有した放電ガスを放電分解容器２７ｂの放電電極２６ｂに供給する。これと同時に、高圧電源３１から高周波高電圧を印加して、放電を開始し、放電電極２６ｂの吸着材に吸着されたＶＯＣｓを分解する。このとき、分解されなかったＶＯＣｓを含む被処理ガスを、開閉弁Ｖ９から連結管２９、配管２２、開閉弁Ｖ１を通して、もう一方の放電分解容器２７ａの放電電極２６ａに導入し、新たな被処理ガスからのＶＯＣｓとともに放電電極２６ａの吸着材に吸着させ、開閉弁Ｖ６を通してブロア２８により外部へ放出する。放電分解容器２７ａと放電分解容器２７ｂでの分解処理を交互に行い、連続的に被処理ガスからＶＯＣｓの分解処理を行う。高周波高電圧の印加は、高圧電源３１から定電力あるいは定電圧で供給されるよう制御装置３０によりフィードバック制御される。
【００３１】
放電ガスとして供給する酸素含有ガスの酸素富化の条件を考える。放電分解効率を向上させるため、酸素を放電ガスの成分として供給する場合、最低限必要な酸素量は吸着期間において吸着されたＶＯＣｓ量により決定される。例えば、５０ｐｐｍのトルエンを含んだ１０，０００Ｎｍ３／ｈの流量に対しては、吸着材に全量吸着されたとすると、ＣＯ２とＨ２Ｏへの完全酸化に必要な酸素比率はトルエン量の９倍(モル比)であるため、放電分解時のガスには４．５ｍ３／ｈの酸素を含有することが化学量論条件となる。
吸着期間を除く期間が放電分解期間に充てられるが、開閉弁の切替時間や放電分解容器を放電ガスで置換する期間、また、放電処理後に種々の副生成物を含むガスを外部に排出させないために放電分解容器をパージする期間が必要であり、その分だけ放電期間は短くなるため、放電ガス流量を増加させる必要がある。加えて、酸素供給装置も高コストな酸素ボンベや液体酸素による供給でなければ酸素濃度は１００％とはならない。さらに、放電分解により生成されるＣＯ２やＨ２Ｏなどは放電ガスの酸素濃度を低下させるため、放電電極の下流側においても所定の分解効率が得られるよう、相応の酸素濃度を確保できる流量にする必要がある。以上のことから、放電ガス流量は化学量論条件の数倍、例えば５倍以上の流量、上記例では２３ｍ３／ｈ以上の放電ガス流量が放電分解性能を発揮させるために必要となってくる。
【００３２】
大風量のガスを処理するために吸着材が接地電極と高圧電極間に充填された放電電極を複数個組み合わせて使用する場合、放電電極は、吸着性能を確保するため空塔速度が０．３〜２．０ｍ／ｓの範囲で設計される。一方、放電分解時においては上述した分解性能を確保できる放電時流量での空塔速度は１〜１０ｍｍ／ｓとアンバランスになる。このため放電分解時には放電電極での圧損がほとんど発生しないためガス流量に分布が生じ易い。放電電極ごとに流量分布が存在すると、流量の多い放電電極のみの乾燥が進み放電が増強され、放電入力電力に分布が生じることとなる。放電入力電力の高い放電電極は温度上昇し、さらに乾燥が進み放電入力電力が上昇する。このプロセスが正帰還的に進行することで、複数の放電電極の内、一部のみしか放電せず、分解効率の低下をもたらし、吸着材の完全再生の妨げとなる。サイズの大きい一つの放電電極を使用する場合においても、電極内での流量分布により上記と同様の影響がある。
【００３３】
そこで、放電電極毎、および、放電電極内での放電ガス流量分布を抑制するために、実施の形態１あるいは２の放電電極では、放電ガスの供給を、各々の放電電極に設けられたガス分散器を通して行わせる。ガス分散器は管内の圧損より噴出孔の圧損を大きく設計されているため、供給される加圧された酸素富化ガスは、放電電極の導入口に設置されたガス分散器の放電ガス管に一様に開けられている噴出孔により均一に噴出され、吸着材の充填空間を経由して排出口から外部へ排出される。また、実施の形態３の放電電極による場合も上記同様の作用がある。
【００３４】
酸素富化された放電ガスが均一に複数の放電電極内に分散供給されることにより、一台の高周波高圧電源からの電圧印加であっても、放電電極毎、あるいは、放電電極内においても均一な放電が得られ、処理効率の高いガス処理が実現できる。
【００３５】
なお、実施の形態４では、放電分解容器を２組使用した空気浄化装置の場合について説明したが、３組以上の組み合わせであってもよく、放電分解容器を交互に切り替えることで連続的に被処理ガスを浄化することができる。
【００３６】
このように、実施の形態４の空気浄化装置によれば、実施の形態１から３の放電電極を用いた放電電極群を複数組使用し、交互に動作させてＶＯＣｓ処理を行うことにより、少ない放電ガス流量で安定的に連続的して被処理ガスからＶＯＣｓを効率よく分解処理することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】実施の形態１に係る放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。
【図２】実施の形態１に係る放電電極に使用するガス分散器を示す外観図である。
【図３】実施の形態１に係る放電電極内の被処理ガスおよび放電ガスの流れを示す図である。
【図４】酸素濃度と分解効率との関係の例を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る放電電極に使用するガス分散器の別の構成を示す外観図である。
【図６】実施の形態２に係る放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。
【図７】実施の形態３に係る放電電極を示す外観斜視図およびＡ面での断面図である。
【図８】実施の形態３に係る放電電極における図７（ａ）のＢ面での断面図である。
【図９】実施の形態４に係る放電電極を用いた空気浄化装置の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  空気浄化装置
２  接地電極
３  高圧電極
４  誘電体
５  絶縁板
６  吸着材
７  導入口
８  ガス分散器
８ａ、１７  ガス供給管
８ｂ  噴出孔
９  排出口
１５、１５ａ、１５ｂ、１６  遮蔽板
２３  酸素供給装置
３１  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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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