JP3227635B2 - プラズマ法排ガス浄化装置 - Google Patents

プラズマ法排ガス浄化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、発電用ボイラ、各種燃
焼機関、燃焼炉等から排出される排ガス中に含まれる有
害物質を浄化する手段の１つであるプラズマ法排ガス浄
化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】プラズマ法排ガス浄化装置は、公知のも
のであり（公表特許公報昭６３−５０００２０号公報参
照）、この原理を図５を参照して説明する。
【０００３】図５において、(1) はプラズマを発生させ
るための高電圧パルス発生電源を示し、(2) はワイヤ型
放電電極、(3) はプレート型対向電極を示す。この両電
極(2)(3)間にパルスピーク電圧１ｋＶ〜５００Ｋｖ、パ
ルス周波数１０ＨＺ〜２５０ＨＺ、パルス幅１ナノ秒〜
１０マイクロ秒、立ち上がり時間１００ｋＶ／ナノ秒〜
１００Ｖ／ナノ秒の高電圧パルスを連続的に印加する
と、電極間に非平衡プラズマ(4) が発生する。このよう
な場に有害ガス成分を含む排ガス(5) を通じるとプラズ
マ(4) によって各種ラジカルが発生する。
【０００４】排ガス中の有害成分はこのラジカルとの反
応によりＣＯはＣＯ2 に、ＳＯｘはＳＯ3 に、ＮＯｘは
ＮＯ2 に酸化され、無害な形態あるいは捕集されやすい
形態に変化する。また、被処理ガスがごみ焼却炉からの
排ガスの場合、ガス中に含まれるダイオキシンなどは分
解されて無害化される。これらの反応が生じている反応
器内、あるいは反応器後流にアンモニア、石灰等を吹き
込むとＳＯｘ成分およびＮＯｘ成分はそれぞれ硫酸アン
モニウムおよび硝酸アンモニウムまたは硫酸カルシウム
および硝酸カルシウム等の固体に変化するので、後流に
電気集塵器あるいはバグフィルターを設けてこれらを捕
集することにより排ガス浄化が達成される。
【０００５】図６は、電極の変形例を示すもので、高電
圧パルス発生電源(6) から、ワイヤ放電電極(7) とシリ
ンダー電極(8) に高電圧パルスを連続的に印加して、両
電極(7)(8)間にプラズマ(9) を発生させるタイプのもの
である。排ガス(5) はワイヤ放電電極(7) とシリンダー
電極(8) との間に流される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記の図５に示したワ
イヤ型放電電極とプレート型対向電極とを使用するもの
では、排ガスの通過方向にプレートを長くするとともに
ワイヤを多数本設置することにより１つの電極ユニット
を形成し、この電極ユニットを通過方向と直角方向に複
数配置することによりスケールアップが可能であり、大
量の排ガス処理ができるという利点を有しているが、ワ
イヤの長さ方向に間欠的にプラズマが発生する特徴を持
つので、発生するプラズマに疎の部分ができてプラズマ
と排ガスとの接触効率が良くないと言う問題を有してい
る。
【０００７】また、上記の図６に示したワイヤ型放電電
極とシリンダー型対向電極とを使用するものでは、プラ
ズマと排ガスとの接触効率は良いが、電界強度が小さい
ため、大量の排ガスを処理するためには、小口径のシリ
ンダーを多数本配置する方法を取らなければならず、各
電極の配線と絶縁が複雑化するのでスケールアップに適
していないという問題がある。
【０００８】本発明の目的は、プラズマと排ガスとの接
触効率の問題と、スケールアップの問題とを同時に解決
したプラズマ法排ガス浄化装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマ法
排ガス浄化装置は、煙道の内部に放電電極および対向電
極が設けられてなる反応器と、両電極に接続された高電
圧パルス発生電源とを備え、両電極間に高電圧パルスを
連続的に印加することにより非平衡プラズマを発生さ
せ、被処理排ガスが反応器中を通過する間に排ガス中の
有害ガス成分を捕集しやすい形態もしくは無害な形態に
転換するプラズマ法排ガス浄化装置において、放電電極
が、板状支持体と、板状支持体に設けられた複数の先端
が尖った放電針とよりなり、板状支持体に被処理排ガス
の流入孔が設けられ、排ガスがプラズマの進展方向に流
されており、板状支持体上における放電針の存在密度
が、０．１〜１０本／平方ｃｍであり、放電針の長さ
が、０．１ｃｍ〜１０ｃｍであり、板状支持体に設ける
排ガスの流入孔の大きさおよび数は、流入孔の面積の和
が排ガス導入パイプの断面積以上となるように決められ
ていることを特徴とするものである。
【００１０】板状支持体上における放電針の存在密度
は、放電電圧、電流、排ガス中のダスト濃度、排ガスの
性状等を考慮して決められるが、０．１〜１０本／平方
ｃｍが好ましい。また、放電針の長さも放電電圧、電流
等の諸条件によって任意に設計されるものであるが、
０．１ｃｍから１０ｃｍの間が好ましい。
【００１１】流入孔の形状は、丸孔であっても長孔であ
ってもよい。
【００１２】放電電極および対向電極が交互に複数対設
けられ、各対向電極に処理済み排ガスの流出孔が設けら
れていることが好ましい。排ガス流出孔の大きさおよび
数は、放電電極の支持板に設ける排ガス流入孔の大きさ
および数と同様にして決められる。
【００１３】放電電極および対向電極が交互に複数対設
けられ、各対向電極が網目状の電極よりなるようにして
もよい。
【００１４】
【作用】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置は、放
電電極が、板状支持体と、板状支持体に設けられた複数
の先端が尖った放電針とよりなるものであるから、プラ
ズマに疎の部分ができないように放電針の密度を調整
し、スケールアップするさいは、板状支持体の面積を大
きくする。また、板状支持体に排ガスの流入孔が設けら
れ、排ガスがプラズマの進展方向に流されているから、
発生するプラズマの進展方向が排ガスの流れと平行とな
り、しかも、発生するプラズマの進展速度は排ガスの流
れよりも速いから、排ガスは多段的にプラズマと接触す
る。また、板状支持体上における放電針の存在密度が、
０．１〜１０本／平方ｃｍであり、放電針の長さが、
０．１ｃｍ〜１０ｃｍであり、板状支持体に設ける排ガ
スの流入孔の大きさおよび数は、流入孔の面積の和が排
ガス導入パイプの断面積以上となるように決められてい
るので、適正なプラズマが発生しかつ排ガスが適正に流
れ、プラズマと排ガスとの適正接触が確保される。
【００１５】
【実施例】本発明の実施例を、以下図面を参照して説明
する。
【００１６】図１は、本発明によるプラズマ法排ガス浄
化装置の第１実施例を示し、図２はそのプラズマ発生用
電極の概念を示す。
【００１７】第１実施例のプラズマ法排ガス浄化装置
は、煙道(11)の内部に放電電極(13)および対向電極(14)
が設けられてなる反応器(10)と、両電極(13)(14)に接続
された高電圧パルス電源(12)とを備えている。
【００１８】反応器(10)の左側壁の上端部に被処理排ガ
ス(18)の導入パイプ(19)が、同下端部に処理済み排ガス
(33)の排出パイプ(20)が設けられている。放電電極(13)
は反応器(10)の上部に水平に配置され、放電電極(13)の
上方が排ガス導入空間となされている。対向電極(14)は
反応器(10)の底壁を形成しており、放電電極(13)と反応
器(10)とは、絶縁用セラミック(32)によって電気的に絶
縁されている。
【００１９】対向電極(14)はプレート型であり、放電電
極(13)は、対向電極(14)と同じ面積の板状支持体（以
下、支持板と称す）(15)と、支持板(15)下面に設けられ
た下向きの多数の放電針(16)とよりなる。放電電極(13)
の支持板(15)には、多数の排ガス流入孔(31)が設けられ
ており、これにより、支持板(15)から対向電極(14)に向
かう排ガス流路(30)が形成されている。
【００２０】放電電極(13)は、良好な導電性材料からな
り、放電針(16)の先端部は０．１ｃｍ〜１ｃｍの直径を
有している。放電針(16)の基端部の直径は任意である
が、その先端部は尖っているほうが好ましい。放電針(1
6)の先端部を尖った形状とすることにより、電界強度を
大きくすることができる。支持板(15)上における放電針
(16)の存在密度は、放電電圧、電流、被処理排ガス(18)
中のダスト濃度、被処理排ガス(18)の性状等を考慮して
決められるが、通常、０．１〜１０本／平方ｃｍ程度で
ある。放電針(16)の長さも放電電圧、電流等の諸条件に
よって任意に設計されるものであるが、通常は０．１ｃ
ｍから１０ｃｍの間の値が採用される。
【００２１】支持板(15)に設ける排ガス流入孔(31)の大
きさおよび数は、流入孔(31)の面積の和が排ガス流入パ
イプ(19)の断面積以上となるように決められる。このよ
うにすることにより、排ガス(18)が排ガス流入孔(31)を
通過するさいに抵抗損失が発生することが防止される。
流入孔(31)の形状は、丸孔であっても長孔であってもよ
い。
【００２２】ＮＯｘとＳＯｘを含む被処理排ガス(18)
は、流入パイプ(19)から反応器(10)中に入り、支持板(1
5)の排ガス流入孔(31)を通り、両電極(13)(14)間の排ガ
ス流路(30)を放電針(16)と平行に下向きに流れ、無害化
処理される。処理済みの排ガス(33)は流出パイプ(20)よ
り反応器(10)外に排出される。
【００２３】放電電極(13)と対向電極(14)との間には、
高電圧パルスが印加されることにより非平衡プラズマ
（パルスストリーマコロナ）(21)が発生している。被処
理排ガス(18)は反応器(10)中の排ガス流路(30)を通過す
る間にプラズマ(21)と接触し、これにより排ガス中に各
種ラジカルが発生する。このラジカルによって排ガス中
のＮＯｘとＳＯｘは酸化されて、ＮＯ2 とＳＯ3 に変化
する。このように変化した有害ガス成分を含む処理済み
排ガス(33)は流出パイプ(20)を通って後流に設けた捕集
部（図示略）に移動する。発生するプラズマ(21)の進展
方向は、排ガス流路(30)の方向と平行であるから、たえ
ず排ガス(18)とプラズマ(21)とが接触し、処理効率が向
上する。さらに、発生するプラズマ(21)の進展速度は、
排ガス流路(30)における排ガスの流れよりも速いから、
処理される排ガスは多段的にプラズマ(21)と接触して解
離が起こり、より一層処理効率が向上する。
【００２４】図１には図示していないが、ＮＯ2 および
ＳＯ3 などのガスはアルカリ性の物質例えばアンモニア
あるいは消石灰と極めて良く反応するのでダクトを出た
後、捕集部において例えば次のような方法によってガス
中から除去される。
【００２５】ガス中にアンモニアを吹き込むことによ
って、硝酸アンモニウムと硫酸アンモニウムを生成さ
せ、さらに後流に設けた電気集塵機もしくはバグフィル
ターで捕集する。
【００２６】ガス中に消石灰を吹き込むことによっ
て、硝酸カルシウムと硫酸カルシウムを生成させ、さら
に後流に設けた電気集塵機もしくはバグフィルターで捕
集する。
【００２７】湿式洗煙塔に導き、石灰スラリーあるい
は水酸化ナトリウム水溶液で洗浄してガス中から除く。
【００２８】なお、上記において、排ガス中のＮＯｘを
ＮＯ2 とする例について説明したが、条件によりＮＯｘ
はＮ2 となる場合がある。排ガス中にアンモニア、炭化
水素などの還元剤を共存させると、Ｎ2 への転換が著し
くなる。この場合、上記実施例とは逆に還元剤を先に吹
き込んだ後、反応器を通過させることになるが、この場
合でも本発明による効果は変わらない。
【００２９】図３は本発明によるプラズマ法排ガス浄化
装置の第２実施例を示している。第２実施例のプラズマ
法排ガス浄化装置では、反応器(10)内に、放電電極(13)
および対向電極(14)が交互に複数対設けられている。放
電針(16)は放電電極(13)の支持板(15)の両面に設けら
れ、両端の電極はいずれも対向電極(14)となされてい
る。放電電極(13)の支持板(15)には、第１実施例と同じ
く、多数の排ガス流入孔(31)が設けられており、対向電
極(14)には、多数の処理済み排ガス流出孔(32)が設けら
れている。
【００３０】放電電極(13)と反応器(10)外壁とはセラミ
ック製の絶縁体によって電気的に絶縁されている。高圧
パルス電源(12)と各電極(13)(14)とをつなぐ導線(17)も
同様に反応器(10)外壁と絶縁されている。
【００３１】対向電極(14)に設ける流出孔(32)の大きさ
および数は、放電電極(13)の支持板(15)に設ける流入孔
(31)の大きさおよび数と同様にして決められる。
【００３２】第２実施例の装置では、導入パイプ(19)か
ら反応器(10)中に導入された被処理排ガス(18)は、各放
電電極(13)の支持板(15)の排ガス流入孔(31)および各対
向電極(14)の排ガス流出孔(32)を順次通って両電極(13)
(14)間を放電針(16)と平行に流され、すべての電極(13)
(14)間を通る間に無害化処理される。処理済みの排ガス
(33)は排出パイプ(20)より反応器(10)外に排出される。
【００３３】したがって、導入から排出までの間に、被
処理排ガス(18)がプラズマ(21)と接触する時間が非常に
長くなり、排ガスは極めてきれいに無害化処理される。
【００３４】図４は本発明によるプラズマ法排ガス浄化
装置の第３実施例のプラズマ発生用電極の概念を示して
いる。
【００３５】第３実施例のプラズマ法排ガス浄化装置の
プラズマ発生用電極は、第１実施例と同じ放電電極(13)
と、網目状の対向電極(34)とよりなる。そして、放電電
極(13)の支持板(15)から対向電極(34)に向かう排ガス流
路(30)が形成されている。これらの電極(13)(33)は、図
３に示した第２実施例のプラズマ法排ガス浄化装置と同
じく、交互に複数対設けられる。
【００３６】第３実施例の装置では、被処理排ガス(18)
は、各放電電極(13)の支持板(15)の排ガス流入孔(31)お
よび各対向電極(33)の網目の間を順次通って両電極(13)
(33)間を放電針(16)と平行に流され、すべての電極(13)
(33)間を通った後、排出される。したがって、導入から
排出までの間に、排ガス(18)がプラズマ(21)と接触する
時間が非常に長くなり、排ガスは極めてきれいに無害化
処理される。
【００３７】
【発明の効果】本発明のプラズマ法排ガス浄化装置によ
ると、プラズマに疎の部分ができないように放電針の密
度が調整できるので、プラズマと排ガスとの接触効率が
良い。しかも、発生するプラズマの進展方向が排ガスの
流れと平行でかつ排ガスは多段的にプラズマと接触する
ので、排ガスとプラズマとの接触時間が十分得られ、処
理効率が向上する。また、スケールアップするさいは、
板状支持体の面積を大きくすればよいので、容易にスケ
ールアップができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置を概略
的に示す垂直断面図である。
【図２】同装置におけるプラズマ発生用の電極の概念を
示す斜視図である。
【図３】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置の他の
実施例を概略的に示す一部を切欠いた斜視図である。
【図４】プラズマ発生用の電極の他の実施例の概念を示
す斜視図である。
【図５】従来のプラズマ法排ガス浄化装置におけるプラ
ズマ発生用の電極の概念を示す斜視図である。
【図６】従来のプラズマ法排ガス浄化装置におけるプラ
ズマ発生用の電極の概念を示す斜視図である。
【符号の説明】
(10) 反応器 (11) 煙道 (12) 高圧パルス電源 (13) 放電電極 (14)(34) 対向電極 (15) 支持板（板状支持体） (16) 放電針 (18) 排ガス (21) プラズマ (30) 排ガス流路 (31) 排ガス流入孔 (32) 排ガス流出孔
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平５−57130（ＪＰ，Ａ) 実開 平３−72289（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B01D 53/32 B01D 53/34 ZAB B01D 53/60 B01D 53/74

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 煙道の内部に放電電極および対向電極が
    設けられてなる反応器と、両電極に接続された高電圧パ
    ルス発生電源とを備え、両電極間に高電圧パルスを連続
    的に印加することにより非平衡プラズマを発生させ、被
    処理排ガスが反応器中を通過する間に排ガス中の有害ガ
    ス成分を捕集しやすい形態もしくは無害な形態に転換す
    るプラズマ法排ガス浄化装置において、放電電極が、板
    状支持体と、板状支持体に設けられた複数の先端が尖っ
    た放電針とよりなり、板状支持体に被処理排ガスの流入
    孔が設けられ、排ガスがプラズマの進展方向に流されて
    おり、板状支持体上における放電針の存在密度が、０．
    １〜１０本／平方ｃｍであり、放電針の長さが、０．１
    ｃｍ〜１０ｃｍであり、板状支持体に設ける排ガスの流
    入孔の大きさおよび数は、流入孔の面積の和が排ガス導
    入パイプの断面積以上となるように決められていること
    を特徴とするプラズマ法排ガス浄化装置。
  2. 【請求項２】 放電電極および対向電極が交互に複数対
    設けられ、各対向電極に処理済み排ガスの流出孔が設け
    られている請求項１記載のプラズマ法排ガス浄化装置。
  3. 【請求項３】 放電電極および対向電極が交互に複数対
    設けられ、各対向電極が網目状の電極よりなる請求項１
    記載のプラズマ法排ガス浄化装置。
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US6409300B2 (en) 1994-03-04 2002-06-25 Canon Kabushiki Kaisha Printing head, printing method and apparatus using same, and apparatus and method for correcting said printing head
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