(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスを導入する手段、外部電極からなるかあるいは誘電体とその外面に配設された外部電極とからなる矩形状筒体と、該矩形状筒体の内部空間の中心部に配設された板状内部電極と、該内部電極を該矩形状筒体内に固定保持する支持体とからなる放電ユニットであって、該矩形状筒体と該内部電極との間の空間部を排ガス通路とした排ガス放電処理手段、各電極に通電することにより放電させる電源、及び放電処理された排ガスを排出する手段を備え、該矩形状筒体と該内部電極との間の空間部に炭素質粒体からなる導電性発熱体を充填するとともに、該支持体を、該矩形状筒体の両開放口側の各端縁部において、その内面に密着して配設された端板であって、しかも排ガスを通すに十分な孔隙が設けられているととともに、その中央部に内部電極を構成する板状体の各端部を嵌挿あるいは嵌入しうるように適当な穴が設けられているものとしたことを特徴とする放電式排ガス処理装置。
【請求項２】
矩形状筒体が上面開放矩形型樋状部材と蓋状部材とからなるかあるいは上下に等分される分割材からなる請求項１記載の放電式排ガス処理装置。
【請求項３】
さらに放電により発生させたプラズマを排ガス放電処理手段内に閉じ込める磁界発生手段を備えてなる請求項１又は２記載の放電式排ガス処理装置。
【請求項４】
排ガスを導入する手段に、あるいはこの手段と排ガス放電処理手段との間に排ガスを無酸素状態にする手段を設けた請求項１、２又は３記載の放電式排ガス処理装置。
【請求項５】
炭素質粒体が不定形状のものである請求項１ないし４のいずれかに記載の放電式排ガス処理装置。
【請求項６】
導電性発熱体を矩形状筒体と各内部電極との間の空間部で上下に二分する、隔板を付設した請求項項１ないし５のいずれかに記載の放電式排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、放電式排ガス処理装置に関するものである。さらに詳しくいえば、本発明は、焼却炉、ボイラー、内燃機関等の燃焼装置や熱機関から排出された排煙、排気ガス等を放電処理してダイオキシン等の有害物質を熱分解して無害化する排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ごみや産業廃棄物の焼却施設や、ボイラー、内燃機関等の熱機関から出る排煙や排ガス中にはダイオキシン、一酸化炭素、窒素酸化物、硫黄酸化物等各種有害物質が含まれ、これが大気汚染や環境破壊の原因となっている。
【０００３】
このような有害物質を除去するため、種々の燃焼炉が用いられ、例えば灯油や重油等の石油燃料と空気との混合気を供給して廃棄物と共に８００℃程度以下の温度で燃焼させるものが知られている。このような燃焼炉では燃焼温度がまだ低く、廃棄物に含有される塩化ビニル樹脂を始めとする種々の含塩素化合物等の含ハロゲン物質による種々の化学反応等でダイオキシン等のポリハロゲン化有機化合物のような有害物質が生じやすくなるし、また排煙や排ガス中にはこのような有害物質がもともと存在するため、より高温下で初めて無害化される有害物質、例えば１４００℃以上の高温で分解されるダイオキシン等を無害化することはできない。
【０００４】
他方、高温での燃焼を可能とするものとしてアーク炉が知られている。しかしながら、アーク炉はエネルギー効率等の効率が良好でなく、コスト高となるのを免れない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような事情の下、排ガス中の有害物質の高温熱分解を、効率よく、コストを抑制して、行うことを可能とする排ガス処理装置を提供することを目的としてなされたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、前記した好ましい排ガス処理装置を開発するために種々研究を重ねた結果、特定形状の放電ユニットを採択することにより、その目的を達成しうることを見出し、この知見に基づいて本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、排ガスを導入する手段、外部電極からなるかあるいは誘電体とその外面に配設された外部電極とからなる矩形状筒体と、該矩形状筒体の内部空間の中心部に配設された板状内部電極と、該内部電極を該矩形状筒体内に固定保持する支持体とからなる放電ユニットであって、該矩形状筒体と該内部電極との間の空間部を排ガス通路とした排ガス放電処理手段、各電極に通電することにより放電させる電源、及び放電処理された排ガスを排出する手段を備え、該矩形状筒体と該内部電極との間の空間部に炭素質粒体からなる導電性発熱体を充填するとともに、該支持体を、該矩形状筒体の両開放口側の各端縁部において、その内面に密着して配設された端板であって、しかも排ガスを通すに十分な孔隙が設けられているととともに、その中央部に内部電極を構成する板状体の各端部を嵌挿あるいは嵌入しうるように適当な穴が設けられているものとしたことを特徴とする放電式排ガス処理装置を提供するものである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明装置は、排ガス放電処理手段を主体とし、この手段には排ガスを導入する手段及び放電処理された排ガスを排出する手段が接続されている。この排ガス導入手段としては、例えば、その排ガス導入口を、焼却炉や燃焼装置等に接続された排気ダクトの排出側に接続させ、吸込ファンにより排ガスを吸気する形式のものが挙げられる。この排ガス排出手段としては、例えば、その流入口を、排ガス放電処理手段の下流側あるいは流出側に接続させ、吸込ファンにより放電処理された排ガスを吸気する形式のものが挙げられる。この排ガス放電処理手段は、矩形状筒体と、その内部空間の中心部に、該筒体の内側に設けた支持体により固定保持されて配設された板状内部電極と、該支持体とからなる放電ユニットであって、該矩形状筒体と該内部電極との間の空間部を排ガス通路としたものである。この放電エレメントにおける矩形状筒体としては、横長の矩形状角筒が好ましく、中でもその内面における縦横比が０．７以下、特に０．６以下であるものが、内部電極の排ガスとの接触面積を増大しうるので、好ましい。また、矩形状筒体は筒長のものが排ガスとの接触時間を長くしうるので好ましい。また、この矩形状筒体は上面開放矩形型樋状部材と蓋状部材とからなるか、あるいは上下に等分される分割材からなるものであってもよい。このようなものにすると、該樋状部材に内部電極を収容させたのち、該樋状部材上に蓋状部材を被せるか、あるいは上下に等分される分割材のうちの下方の部材に内部電極を収容させたのち、この下方の部材上に該分割材のうちの上方の部材を被せ、次いで適当な手段、例えば溶接等で矩形状に一体化するという簡単な作業で矩形状筒体を容易に作成することができる。そして、上記樋状部材と蓋状部材とに、あるいは上下の各分割材に、互いに嵌合しうる段差を設けるのが、上記被せ作業が簡単かつ容易になるので好ましい。また、矩形状筒体の四隅については、少なくともその内面を丸みをつけてＲに形成するのが好ましい。この矩形状筒体は外部電極だけからなるか、あるいは誘電体とその外面に接して設けた外部電極とからなるものである。外部電極の材料としては金属や炭素質材料が用いられ、金属としてはステンレス鋼やアルミニウムが好ましく、炭素質材料としてはグラファイトや無定形炭素が好ましい。
【０００９】
また、外部電極とともに前記誘電体を用いる場合、これら誘電体と外部電極とは、少なくともいずれか一方、特に少なくとも誘電体が横長の矩形状角筒に形成されているのが好ましく、例えば誘電体をこのような角筒に形成した場合、外部電極は、該角筒状誘電体の外周に金属ペーストを塗布し焼成して被着するかあるいは金属コイルを巻回することにより、あるいは該誘電体をそれよりやや大き目のサイズで横長の金属や炭素質材料製の矩形状角筒で被嵌することにより配設され、また外部電極をこのような角筒に形成した場合、誘電体は該角筒状外部電極の内面にセラミックスペーストを塗布し焼成して被着するか、あるいは外部電極にそれよりやや小さ目のサイズで横長の金属や炭素質材料製の矩形状角筒として内接状態に嵌挿させることにより配設される。該誘電体の材料としては、セラミックス、中でも耐熱性セラミックス、特にアルミナが好ましい。
【００１０】
また、内部電極の材料としては、耐熱性金属や炭素質物質が用いられ、耐熱性金属としてはステンレス鋼のような耐熱鋼が好ましく、炭素質物質としてはグラファイトや無定形炭素が好ましい。内部電極の形態としては板状であれば特に制限はないが、表面積を大きくさせたもの、例えば凹凸部を連続して形成したものが好ましい。凹凸部としては、例えば三角形状、台形状、波面状のものや、エンボス加工したものなどが挙げられる。また、内部電極において、前記矩形状筒体の四隅に対応する両端部は丸みをつけてＲに形成するのが好ましく、この場合、矩形状筒体の四隅の内面にも内部電極に形成させた丸みに対応して丸みをつけてＲに形成するのが好ましい。このような丸みをつけたＲ形成により、丸みをつけなかった場合に生じる、角部にプラズマが集中するという不都合を防止することができる。
【００１１】
この内部電極を前記矩形状筒体内に固定保持する支持体については内部電極を矩形状筒体の内部空間の中心部に配設させるものであれば特に限定されず、好ましくは該矩形状筒体の内部空間にその内面に対し内部電極の表面がほぼ等間隔になるように配設させるものである。このように矩形状筒体−内部電極間を等間隔とすることにより、プラズマをほぼ均等に発生させることができる。この支持体としては、例えば矩形状筒体の両端に内部電極を挟持しうる中央部と、内部電極と矩形状筒体の上下側との間にその間隔を一定に維持するように挿入しうる端部とを有する嵌挿具や、内部電極と矩形状筒体の上下側との間にその間隔を一定に維持するように挿入しうる介在具や矩形状筒体の下側内面に立設した支脚又は支柱などが用いられる。この介在具や支脚や支柱は矩形状筒体が筒長のものである場合には少なくとも両端部と中央部に配設するのが好ましく、またそれよりも多数箇所ほぼ等間隔に配設してもよい。この支持体として特に好ましいのは、矩形状筒体の両開放口側の各端縁部において、その内面に密着して配設された端板であって、しかも排ガスを通すに十分な孔隙が設けられているとともに、その中央部に内部電極を構成する板状体の各端部を嵌挿あるいは嵌入しうるように適当な穴が設けられているものである。上記孔隙はほぼ均一に分布するように設けるのが好ましい。このような支持体を用いると内部電極を矩形構造体の内部空間の中心部に簡単かつ容易に配設することができる。このような支持体としてはさらにその厚さや孔隙寸法をプラズマ処理による高熱の外部への影響を十分防止できる程度に調整したものが好ましい。また、上記内部空間に炭素質材料を存在させる場合、例えば充填させる場合には、上記支持体にはこの炭素質材料をそこでせき止めうるシーリング機能をも兼備させうるように、該炭素質材料が該支持体を通らないように適度に上記孔隙寸法をこの炭素質材料の寸法より小さくするのがよい。
【００１２】
本発明装置においては、排ガス放電処理手段の各電極に通電することにより放電させる電源が配設される。
【００１３】
また、本発明装置においては、放電により発生させたプラズマを排ガス放電処理手段内に閉じ込める磁界発生手段を備えるのが好ましい。それにより、プラズマ、ひいてはそれによる高温部を、磁界により発生させた磁力線で、放電ユニットの上記矩形状筒体のより内部に押し込めることができる。
【００１４】
また、本発明装置においては、排ガスを導入する手段に、あるいはこの手段と排ガス放電処理手段との間に、排ガスを無酸素状態にする手段、例えば脱酸素剤や酸素吸着剤や還元剤を配設した帯域を設けるのが好ましく、さらには放電処理された排ガスを排出する手段に、あるいはこの手段と排ガス放電処理手段との間に、排ガスを無酸素状態にする手段、例えば脱酸素剤や酸素吸着剤や還元剤を配設した帯域を設けるのが好ましい。このようにすると、排ガス放電処理手段内への酸素の流入を、排ガス排出側からの逆流を含め、防止することができ、排ガス放電処理手段内を無酸素状態にすることができるので、高温下で酸素と反応性を示す材料、例えば炭素質材料であっても使用することができる。このように無酸素状態にする手段としては、例えば銀、銅などを素材とし、それを粉粒材や、線材や、箔材や、めっき材などとして、充填カラム、メッシュなどの網状物、ハニカム構造物などの形態で使用することができる。銀を素材として用いる場合には電気加熱等で加熱することにより酸素を取り込めるようになる。無酸素状態にする手段の負担を軽減するため、排ガスに、不活性ガス、例えば窒素や二酸化炭素などを混合することもできる。このようにすると、排ガス中の酸素の濃度を希釈することができ、例えば脱酸素剤の使用量を節減することができる。
【００１５】
また、本発明装置においては、上記矩形状筒体と上記内部電極との間の空間部に炭素質粒体からなる導電性発熱体を充填するのが、放電がさらに活発になり、高温化しうるので好ましい。この炭素質粒体としては、不定形状のもの、例えばコークス様のものが挙げられ、これは丸みを帯びたものと、尖鋭なもの例えば棘状物や針状物とを混在させて表面積を増大させたものが、放電領域が広がるので好ましい。
【００１６】
また、本発明装置においては、導電性発熱体を矩形状筒体と各内部電極との間の空間部で上下に二分する、隔板又は仕切り板を付設するのが、該発熱体を該空間部に分散性よく分布させることができるので好ましい。
【００１７】
【実施例】
本発明装置について添付図面によりさらに詳細に説明する。図１は、従来のごみや産業廃棄物の焼却処理設備において、焼却炉に設けた排気ダクトと排気の冷却装置との間に本発明装置の１例を組み込んだ設備の説明図であり、さらに詳しくは焼却炉からの排ガスを排気ダクトを介して冷却装置に通して冷却したのちに煙突から排気する、従来の焼却処理設備において、排気ダクト−冷却装置間に本発明装置例を組み込んだ設備の説明図である。
【００１８】
図１において、Ｘ及びＹは従来の焼却処理設備における上記排気ダクト及び冷却装置をそれぞれ示し、排気ダクトＸの排出側には、本発明の排ガス処理装置の１例が接続されている。この排ガス処理装置においては、排ガス中から酸素を除去して排ガスを無酸素状態とする脱酸素帯域が付設された、排ガスを吸込ファンにより吸気する排ガス導入装置Ａの流出側あるいは下流側に、排ガス放電処理装置Ｂが接続され、排ガス放電処理装置Ｂで放電処理され無害化された排ガスは、排ガス放電処理装置Ｂの流出側あるいは下流側に接続された排ガス排出装置Ｃの吸込ファンにより吸気、排出される。この排ガス排出装置Ｃは、冷却装置Ｙに接続されている。排ガス放電処理装置Ｂにおける、後述する外部電極と内部電極間には通電することにより放電させる電源Ｄが設けられている。排ガス放電処理装置Ｂは、耐火レンガやアルミナのような耐熱性セラミックスなどでその作動時における高温領域を囲い込むのが、熱や電気の面からの安全性が向上するので好ましい。
【００１９】
図２は、この排ガス放電処理装置Ｂにおける放電ユニットの１例の概略図であって、放電ユニット１は、ステンレス鋼やアルミニウムなどの金属製あるいはグラファイト製の外部電極１１１と誘電体１１２とをともに両端開口の横長矩形状角筒に形成し、外部電極１１１を外側に、誘電体１１２を内側にして嵌合一体化させたものである。支持体１３，１３は、この矩形状筒体の両端開口側の各端縁部において、その内面に密着して配設された、耐熱性絶縁材からなる端板であって、しかも排ガスを通すに十分な孔隙が設けられているとともに、その中央部に内部電極を構成する板状体の各端部を嵌挿しうるように適当な穴が設けられている。この穴にグラファイト製の板状内部電極１２が嵌挿され、支持体１３により該内部電極の表面と該矩形状筒体の内面すなわち誘電体内面との間隔が全体にわたり等しくなるように配設して構成されている。ここで、誘電体内面の四隅及びこれに対応する板状内部電極の両端部は丸みをつけてＲに形成されている。
【００２０】
【発明の効果】
本発明の排ガス処理装置は、排ガス中のダイオキシン等の有害物質の高温熱分解を、効率よく、コストを抑制して、行うのを可能とし、例えば既存の焼却炉等の燃焼装置を利用し、その燃焼処理後の排ガス送出部から冷却装置までの間に本発明装置を組み込むことで排ガス処理を経済的に行えるという顕著な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  従来の排ガス処理設備において、排気ダクトと冷却装置との間に本発明装置の１例を組み込んだ設備の説明図。
【図２】  本発明装置の放電ユニットの１例の概略図。
【符号の説明】
Ａ  排ガス導入装置
Ｂ  排ガス放電処理装置
Ｃ  排ガス排出装置
Ｄ  電源
Ｘ  従来の焼却処理設備における排気ダクト
Ｙ  従来の焼却処理設備における冷却装置
１  放電ユニット
１１  矩形状筒体
１１１  外部電極
１１２  誘電体
１２  内部電極
１３  支持体
【図１】
0003731440.tif 000002
【図２】
0003731440.tif 000003