JPH08323134A - プラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置 - Google Patents

プラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置

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JPH08323134A
JPH08323134A JP7131250A JP13125095A JPH08323134A JP H08323134 A JPH08323134 A JP H08323134A JP 7131250 A JP7131250 A JP 7131250A JP 13125095 A JP13125095 A JP 13125095A JP H08323134 A JPH08323134 A JP H08323134A
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JP
Japan
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exhaust gas
voltage
plasma
electrodes
voltage pulse
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Withdrawn
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JP7131250A
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English (en)
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Hiroyuki Daiku
博之 大工
Hiroshige Arai
浩成 荒井
Tetsuya Inoue
鉄也 井上
Hidehiko Maehata
英彦 前畑
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Kanadevia Corp
Original Assignee
Hitachi Zosen Corp
Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 パルスの繰返し数を大きくすることができ、
しかも、スイッチでの電力損失が小さい高電圧パルス発
生装置を提供する。 【構成】 高圧直流電源31に接続された高電圧蓄積コン
デンサCと、コンデンサCと両電極との間をスイッチン
グする半導体スイッチ32と、両電極と並列に設けられた
抵抗R2とを備えている。

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
化装置において使用される高電圧パルス発生装置に関す
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)、これを図8および図9を参照して説明する。
【0003】図8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装置を示し、(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9は、従来のプラズマ法排ガス浄化装置
における高電圧パルス発生装置(1)の構成を示すもの
で、同図に示すように、高電圧パルス発生装置(1) は、
高圧直流電源(6) と、これと両電極との間をスイッチン
グする火花ギャップスイッチ(7) とよりなる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記従来のプラズマ法
排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置におい
て、火花ギャップスイッチは、機械的回転機構であるた
め、パルスの繰返し数は、250Hz程度が限界であ
り、また、スイッチ内に火花放電が生じるために、スイ
ッチでの電力損失が大きいという問題があった。
【0007】本発明の目的は、パルスの繰返し数を大き
くすることができ、しかも、スイッチでの電力損失が小
さいプラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発
生装置を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマ法
排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置は、放電
電極と対向電極との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、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使用される高電圧パルス発生装置で
あって、高圧直流電源に接続された高電圧蓄積コンデン
サと、コンデンサと両電極との間をスイッチングする半
導体スイッチと、両電極と並列に設けられた抵抗とを備
えていることを特徴とするものである。
【0009】両電極間に非平衡プラズマ発生開始電圧以
下の一定の電圧を常に印加するベース電圧用電源を備え
ていることが好ましい。
【0010】
【作用】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置におけ
る高電圧パルス発生装置は、高圧直流電源に接続された
高電圧蓄積コンデンサと、コンデンサと両電極との間を
スイッチングする半導体スイッチと、両電極と並列に設
けられた抵抗とを備えているものであるから、高圧直流
電源により高電圧蓄積コンデンサが高圧に充電され、半
導体スイッチをオンにすると、コンデンサに蓄積された
電荷によって両電極間に立上りの速い電圧が印加されて
パルスストリーマが生じる。ストリーマ放電によって放
出されなかった残エネルギーは、両電極と並列に設けら
れた抵抗を通して放出される。
【0011】両電極間に非平衡プラズマ発生開始電圧以
下の一定の電圧を常に印加するベース電圧用電源を備え
ているものでは、両電極間が電離しやすい状態に維持さ
れ、次のパルスストリーマの発生が容易になる。
【0012】
【実施例】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置にお
ける高電圧パルス発生装置は、図8および図7に示した
プラズマ法排ガス浄化装置において、図3または図5に
示した高電圧パルス発生装置(12)(30)を用いることを特
徴とするもので、以下図面を参照して説明する。
【0013】図8に示したワイヤ型放電電極(2) とプレ
ート型放電電極(3) との間に発生するプラズマ(4) は、
非対称な電極(2)(3)間におけるパルスストリーマコロナ
放電形式であり、電流の大部分は電子によるものであ
る。ストリーマコロナ放電は、平等電界、不平等電界の
いずれの場合においても比較的電極間隙が長い範囲で発
生する。その発生機構は、電子なだれの前方で中性分子
の光電離によって電子が作り出され、これが核となって
新しい電子なだれを起こし、前の電子なだれと次々と合
体しつつ全体として著しい高速でなだれが進行すること
にある。
【0014】電極(2)(3)間の電界は、図1に示すよう
に、ワイヤ電極(2) 付近に著しい電界の集中があるた
め、両電極(2)(3)間に印加される電圧が十分であれば、
その部分での電離数密度は非常に大きくなり、電子なだ
れで多量の正イオンと光量子が作り出される。通常ワイ
ヤ電極(2) を正とするが、この場合ワイヤ電極(2) 近傍
付近では前述の多量の光量子があらゆる方向に放出さ
れ、近傍の中性分子に吸収されてこれを電離していくた
めに、次々とワイヤ電極(2) に向かう多数の電子なだれ
が形成され、新たな電子なだれが先行なだれの残した正
イオン中に流入して、やはりプラズマ柱を形成する。こ
の場合プラズマ前縁には陰極に向かう正イオンが高い密
度を持って密集するから、この先端部分ではワイヤ電極
の張り出しに対応する電界集中のほかに、その空間電荷
と飛来する新しいなだれ電子群の空間電荷との間に特に
強力な電界が形成され、それによって電離発光がさらに
促進される。その結果図2に示すようにその前方に光電
離による電子の発生、それによるなだれの再生が強力に
繰り返され、やはりストリーマ前縁は光電子によって正
イオンよりもはるかに速くリレー式に前進する正ストリ
ーマとなる。
【0015】ところで、上記の図8に示した電極を使用
するプラズマ法排ガス浄化装置では、排ガス(5) の通過
方向にプレート(3) を長くするとともにワイヤ(2) 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排ガス(5) の通過方向と直角の方向
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(2) の長さ方向に間欠的にプラズマ(4) が発
生する特徴を持つので、発生するプラズマ(4) に疎の部
分ができてプラズマ(4) と排ガス(5) との接触効率が良
くないと言う問題を有している。
【0016】図7は、本願発明者らにより提案されたプ
ラズマ法排ガス浄化装置(特願平7−43746)を示
すもので、支持板(15)および支持板(15)上に設けられた
複数の先端が尖った放電針(16)よりなる放電電極(13)
と、プレート型対向電極(14)と、両電極(13)(14)間に高
電圧パルスを連続的に印加する高電圧パルス発生装置(1
2)とを備えている。このプラズマ法排ガス浄化装置は、
プラズマ(21)に疎の部分ができないように放電針(16)の
密度が調整できるので、プラズマ(21)と排ガス(18)との
接触効率が良く、スケールアップするさいは、支持板(1
5)の面積を大きくすればよいので、容易にスケールアッ
プができるという利点を有している。
【0017】図7および図8に示した電極(2)(3)(13)(1
4)は、反応器内に納められて煙道途中に設けられ、NO
xとSOxを含む被処理排ガス(18)は、ダクトから反応
器中に入れられる。高電圧パルス発生装置により、放電
電極(2)(13) と対向電極(3)(14) との間に高電圧パルス
が印加され、これにより両電極(2)(13)(3)(14)間に非平
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)は反応器中を通過する間にプラ
ズマ(21)と接触し、これにより排ガス(18)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(18)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排ガス(18)
はダクトを通って後流に設けた捕集部(図示略)に移動
する。
【0018】図3に示すように、高電圧パルス発生装置
(12)は、高圧直流電源(31)に制限抵抗(R1)を介して接続
された高電圧蓄積コンデンサ(C) と、コンデンサ(C) と
両電極との間をスイッチングする半導体スイッチ(32)
と、両電極と並列に設けられた波形成形用抵抗(R2)とを
備えている。
【0019】図3に示す高電圧パルス発生装置(12)にお
ける回路動作は以下のとおりである。
【0020】高圧直流電源(31)より制限抵抗(R1)を通
してコンデンサ(C) に高圧充電する。ここで、コンデン
サ(C) の容量×制限抵抗(R1)の抵抗値<1/設定周波数
fとすることで、1周期中にコンデンサ(C) にフル充電
が可能となる。
【0021】半導体スイッチ(32)をONすると半導体
スイッチ(32)の2次側の寄生容量(CS)に対し、コンデン
サ(C) に蓄積された電荷がインパルス的に与えられ、電
極間には立上りの速い電圧が印加されて、ストリーマが
発生する。
【0022】波形成形用抵抗(R2)は、半導体スイッチ
(32)の2次側の寄生容量(CS)に蓄積されたエネルギーの
うちストリーマ放電によって放出されなかった残エネル
ギーを放出するためのものである。
【0023】この波形成形用抵抗(R2)は、ストリーマ消
滅後の電極間電圧がストリーマ(非平衡プラズマ)発生
開始電圧VL 以上であるときに付加する。この時波形成
形用抵抗(R2)の抵抗値が高いほど、次の半導体スイッチ
(32)ON時の残電圧が高くなることから、この電圧がV
L 以下となるように波形成形用抵抗(R2)の抵抗値を調整
する。
【0024】図4に動作タイムチャートを示す。
【0025】図3に示した高電圧パルス発生装置(12)で
は、印加する電圧は0−ピーク(1kv〜500kv)
のパルス波形であり、この電圧の立上り時にストリーマ
コロナを発生させている。しかし、電圧を0vにすると
いうことは、電離していた電極間を電離前の状態に戻す
ことであり、次のストリーマ発生には、再び始めからの
電離過程を経ることになる。
【0026】図5に示す高電圧パルス発生装置(30)は、
印加する電圧にストリーマ発生開始電圧VL 以下の直流
ベースを常に与えておくことで、ストリーマは消滅する
が電極間は電離しやすい状態に残しておき、次のストリ
ーマの発生を容易にするものであり、高圧直流電源(31)
に制限抵抗(R1)を介して接続された高電圧蓄積コンデン
サ(C) と、コンデンサ(C) と両電極との間をスイッチン
グする半導体スイッチ(32)と、両電極と並列に設けられ
た波形成形用抵抗(R2)と、ベース電圧用の電源(33)とを
備えている。
【0027】図6は動作タイムチャートを示したもの
で、電極間両端には常にVL の電圧が印加されており、
半導体スイッチ(32)ON時に、高圧直流電源(31)により
高電圧蓄積コンデンサ(C) に印加された電圧Vi が重畳
され、この電圧Vi の立上り時にストリーマが発生し電
流が流れる。ここで、電極間距離が3cm、VL +Vi
が30kV、VL が15kV、周波数を500Hzとす
ると、VL からVL +Vi への立上り時間は100〜2
00nsとなる。
【0028】上記のように、電極間両端にベース電圧用
電源(33)により常にVL の電圧を印加することにより、
効率(=ストリーマ電力/入力電力)の高い高電圧パル
ス発生装置(30)を得ることができる。
【0029】なお、図示は省略したが、図3および図5
に示した高電圧パルス発生装置(12)(30)は、電極が図7
および図8に示したプラズマ発生用電極以外の種々のも
のに対して使用できる。
【0030】
【発明の効果】本発明のプラズマ法排ガス浄化装置にお
ける高電圧パルス発生装置によると、高圧直流電源によ
り高電圧蓄積コンデンサが高圧に充電され、半導体スイ
ッチをオンにすると、コンデンサに蓄積された電荷によ
って両電極間に立上りの速い電圧が印加されてパルスス
トリーマが生じ、ストリーマ放電によって放出されなか
った残エネルギーは、両電極と並列に設けられた抵抗を
通して放出されるから、パルスの繰返し数を大きくする
ことができ、しかも、スイッチでの電力損失を小さくで
きる。
【0031】両電極間に非平衡プラズマ発生開始電圧以
下の一定の電圧を常に印加するベース電圧用電源を備え
ているものでは、両電極間が電離しやすい状態に維持さ
れ、次のパルスストリーマの発生が容易となり、効率よ
くプラズマを発生することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】プラズマ法排ガス浄化装置の電極間の電界の一
例を概略的に示す図である。
【図2】ワイヤ電極からの正ストリーマの進行機構を概
略的に示す図である。
【図3】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置におけ
る高電圧パルス発生装置の1実施例を示す図である。
【図4】同動作タイムチャートを示す図である。
【図5】本発明によるプラズマ法排ガス浄化装置におけ
る高電圧パルス発生装置の他の実施例を示す図である。
【図6】同動作タイムチャートを示す図である。
【図7】プラズマ発生用の電極の1実施例を示す斜視図
である。
【図8】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9】従来のプラズマ法排ガス浄化装置における高電
圧パルス発生装置を示す図である。
【符号の説明】
(12)(30) 高圧パルス発生装置 (31) 高圧直流電源 (32) 半導体スイッチ (C) 高電圧蓄積コンデンサ (R2) 波形成形用抵抗
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前畑 英彦 大阪市此花区西九条5丁目3番28号 日立 造船株式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 放電電極と対向電極との間に高電圧パル
    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、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使用される高電
    圧パルス発生装置であって、高圧直流電源に接続された
    高電圧蓄積コンデンサと、コンデンサと両電極との間を
    スイッチングする半導体スイッチと、両電極と並列に設
    けられた抵抗とを備えていることを特徴とするプラズマ
    法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置。
  2. 【請求項2】 両電極間に非平衡プラズマ発生開始電圧
    以下の一定の電圧を常に印加するベース電圧用電源を備
    えていることを特徴とする請求項1のプラズマ法排ガス
    浄化装置における高電圧パルス発生装置。
JP7131250A 1995-05-30 1995-05-30 プラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置 Withdrawn JPH08323134A (ja)

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JP7131250A JPH08323134A (ja) 1995-05-30 1995-05-30 プラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置

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JP7131250A Withdrawn JPH08323134A (ja) 1995-05-30 1995-05-30 プラズマ法排ガス浄化装置における高電圧パルス発生装置

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053129A (ja) * 2001-05-28 2003-02-25 Daikin Ind Ltd プラズマ式ガス浄化装置及びストリーマ放電回路

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003053129A (ja) * 2001-05-28 2003-02-25 Daikin Ind Ltd プラズマ式ガス浄化装置及びストリーマ放電回路

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Legal Events

Date Code Title Description
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20020806