JP2007029896A - Plasma reactor and gas treatment apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent dielectric breakdowns of a voltage-impressed electrode and a ground electrode by restraining a creeping discharge along the wall surface of an insulator. <P>SOLUTION: The plasma reactor is provided with: a pair of the high-voltage-impressed electrode 13 and the ground electrode 14 which are arranged to be opposed to each other; the insulator 15 for holding the high-voltage-impressed electrode 13 and the ground electrode 14 while leaving an opposed space between them; and an inorganic dielectric layer 17 which is arranged in a discharge space between the high-voltage-impressed electrode 13 and the ground electrode 14, through which the gas to be treated is made to pass and which is composed of a granular inorganic dielectric 17a. A creeping distance extending part 20 having a recessed part 20a on the inner wall surface 15a abutted on the inorganic dielectric layer 17 is formed on the insulator 15. The shortest distance from the high-voltage-impressed electrode 13 to the ground electrode 14 via the creeping distance extending part 20 is made longer than the shortest distance from the high-voltage-impressed electrode 13 to the ground electrode 14 via the inorganic dielectric layer 17. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、放電によって被処理ガスを処理するためのプラズマリアクタおよびガス処理装置に関する。   The present invention relates to a plasma reactor and a gas processing apparatus for processing a gas to be processed by electric discharge.

従来のプラズマリアクタには、対向して配置された高電圧印加電極と接地電極の間で非平衡放電を生じさせて、導入された被処理ガスに含有される物質を分解処理するものがある。例えば揮発性有機化合物や臭気物質あるいはウイルスや細菌のような生物系物質、花粉等を分解処理するものである。   In some conventional plasma reactors, a non-equilibrium discharge is generated between a high-voltage applying electrode and a ground electrode arranged opposite to each other, and a substance contained in the introduced gas to be treated is decomposed. For example, volatile organic compounds, odorous substances, biological substances such as viruses and bacteria, pollen and the like are decomposed.

この非平衡放電には、対向して配置された高電圧印加電極と接地電極を保持する保持部材である絶縁体が必要となる。   This non-equilibrium discharge requires an insulator that is a holding member that holds the high-voltage applying electrode and the ground electrode that are arranged to face each other.

前記の絶縁体においては、高電圧印加電極に高電圧を印加した際に、高電圧印加電極と接触する前記の絶縁体の壁面を通り対向に配置された前記の絶縁体と接触する接地電極に向かって、沿面放電が発生することがある。また、印加電圧が高くなるのに従って、この沿面放電の発生率は高くなる。その結果、高電圧印加電極と接地電極との絶縁状態が良好に保たれなくなり、放電が発生し難くなる。   In the insulator, when a high voltage is applied to the high voltage application electrode, the ground electrode that is in contact with the insulator disposed through the wall surface of the insulator that is in contact with the high voltage application electrode. On the other hand, creeping discharge may occur. Further, as the applied voltage increases, the occurrence rate of the creeping discharge increases. As a result, the insulation state between the high voltage application electrode and the ground electrode cannot be maintained satisfactorily, and discharge is less likely to occur.

このような沿面放電によって高電圧印加電極と接地電極の絶縁破壊が生じることを防止するために、種々の構成が提案されている。   Various configurations have been proposed in order to prevent dielectric breakdown between the high voltage application electrode and the ground electrode due to such creeping discharge.

従来の絶縁体の構成としては、真空中で一対の電極を支持する絶縁スペーサにおける沿面放電を防止する構成が開示されている（特許文献１参照。）。   As a configuration of a conventional insulator, a configuration that prevents creeping discharge in an insulating spacer that supports a pair of electrodes in a vacuum is disclosed (see Patent Document 1).

特許文献１に開示されている構成では、陰極と陽極とによって挟まれた真空用絶縁スペーサの壁面に少なくとも１つの突起が形成され、これら突起のうち最も陰極寄りに位置する突起の厚みの中心が、陰極と陽極との間の中央よりも陰極側に位置されている。   In the configuration disclosed in Patent Document 1, at least one protrusion is formed on the wall surface of the vacuum insulating spacer sandwiched between the cathode and the anode, and the center of the thickness of the protrusion located closest to the cathode among these protrusions is the center. , Located on the cathode side of the center between the cathode and the anode.

また、最も陰極寄り突起における陰極側の面から陰極までの距離と、突起の突出長さとの関係を特徴づけることで、絶縁破壊を防止する構成が開示されている。
特開平８−３２１２６１号公報 In addition, a configuration is disclosed in which the dielectric breakdown is prevented by characterizing the relationship between the distance from the cathode-side surface to the cathode in the most cathode-side protrusion and the protrusion length of the protrusion.
JP-A-8-322611

しかしながら、上述した特許文献１に開示された構成では、汚染物質含有ガスの処理を行う無機誘電体充填方式のプラズマ技術への適用が困難である。   However, the configuration disclosed in Patent Document 1 described above is difficult to apply to the plasma technology of the inorganic dielectric filling method for processing the pollutant-containing gas.

上述の無機誘電体充填方式のプラズマ技術は、対向する電極間に高圧交流電圧またはパルス電圧を印加して各電極間に電位差を生じさせる。そして、各電極間に充填された無機誘電体の内部で分極を起こすことで、パルス状のマイクロディスチャージを発生させる。そのマイクロディスチャージによって汚染物質含有ガスの処理を行う技術である。   In the above-described inorganic dielectric filling type plasma technology, a high-voltage AC voltage or a pulse voltage is applied between opposing electrodes to generate a potential difference between the electrodes. Then, by causing polarization inside the inorganic dielectric filled between the electrodes, a pulsed microdischarge is generated. This is a technology for processing pollutant-containing gas by microdischarge.

なぜ特許文献１の構成では、含有ガスの処理を行う無機誘電体充填方式のプラズマ技術への適用が困難であるかは、各電極間に充填された無機誘電体層を伝わる放電の経路に対する関係が考慮されていないからである。   The reason why the configuration of Patent Document 1 is difficult to apply to the plasma technology of the inorganic dielectric filling method for processing the contained gas is related to the path of the discharge that travels through the inorganic dielectric layer filled between the electrodes. This is because is not considered.

図１２および図１３に示すように、従来のプラズマリアクタ１０１，１０２は、対向して配置された一対の高電圧印加電極１１３および接地電極１１４と、これら高電圧印加電極１１３と接地電極１１４を保持する絶縁体１１５とを備えている。   As shown in FIGS. 12 and 13, the conventional plasma reactors 101 and 102 hold a pair of high voltage application electrodes 113 and a ground electrode 114 arranged opposite to each other, and these high voltage application electrodes 113 and the ground electrodes 114. And an insulator 115.

これら高電圧印加電極１１３と接地電極１１４との間には、複数の粒状の無機誘電体１１７ａからなる無機誘電体層１１７、または空隙を有する無機誘電体層１１８が挟み込まれて設けられている。   Between the high voltage application electrode 113 and the ground electrode 114, an inorganic dielectric layer 117 composed of a plurality of granular inorganic dielectrics 117a or an inorganic dielectric layer 118 having a gap is sandwiched.

この無機誘電体層１１７，１１８を保持するために、従来のプラズマリアクタ１０１，１０２の絶縁体１１５には、無機誘電体層１１７，１１８が突き当てられる壁面１１５ａが必要となる。   In order to hold the inorganic dielectric layers 117 and 118, the insulator 115 of the conventional plasma reactors 101 and 102 requires a wall surface 115a against which the inorganic dielectric layers 117 and 118 are abutted.

しかし、図１２〜図１５に示すように、無機誘電体層１１７を保持する絶縁体１１５のストレート形状をなす壁面１１５ａに沿って図１２中矢印Ａで示すように放電が伝わる距離がある。   However, as shown in FIGS. 12 to 15, there is a distance along which discharge is transmitted as indicated by an arrow A in FIG. 12 along the wall surface 115 a forming the straight shape of the insulator 115 holding the inorganic dielectric layer 117.

前記の図１２中矢印Ａで示すように放電が伝わる距離に比較して、無機誘電体層１１７をなす複数の無機誘電体１１７ａの周面に沿って、図１４中矢印Ｂで示すような無機誘電体層１１７を放電が伝わる距離の方が長くなる。   As shown by the arrow A in FIG. 12, the inorganic distance as indicated by the arrow B in FIG. 14 along the peripheral surface of the plurality of inorganic dielectrics 117a forming the inorganic dielectric layer 117, compared to the distance through which the discharge is transmitted. The distance over which the discharge is transmitted through the dielectric layer 117 is longer.

または、無機誘電体層１１８を保持する絶縁体１１５のストレート形状をなす壁面１１５ａに沿って図１３中矢印Ａで示すように放電が伝わる距離がある。   Alternatively, there is a distance at which discharge is transmitted as indicated by an arrow A in FIG. 13 along a wall surface 115a having a straight shape of the insulator 115 holding the inorganic dielectric layer 118.

前記の図１３中矢印Ａで示すように放電が伝わる距離に比較して、空隙を有する無機誘電体層１１８をなす無機誘電体１１８ａの周面に沿って、図１５中矢印Ｂで示すように、空隙を有する無機誘電体層１１８を放電が伝わる距離の方が長くなる。   As shown by the arrow B in FIG. 15, along the peripheral surface of the inorganic dielectric 118a that forms the inorganic dielectric layer 118 having a gap as compared to the distance that the discharge is transmitted as shown by the arrow A in FIG. The distance over which the discharge is transmitted through the inorganic dielectric layer 118 having voids is longer.

また、矢印Ａと矢印Ｂの放電が伝わる距離を比較すると、矢印Ａで示した放電が伝わる距離が短いことが確認できる。   In addition, when the distance over which the discharge indicated by the arrow A and the arrow B is transmitted is compared, it can be confirmed that the distance indicated by the arrow A is short.

このため、高電圧印加電極１１３に高電圧を印加したときに、放電が伝わる距離が短い矢印Ａで示した絶縁体１１５のストレート形状の壁面１１５ａに電界が集中し、ガス処理部である無機誘電体層１１７，１１８の全体に放電を均一にかけることが困難であった。   For this reason, when a high voltage is applied to the high voltage application electrode 113, the electric field concentrates on the straight wall surface 115a of the insulator 115 indicated by the arrow A having a short distance to which the discharge is transmitted, and the inorganic dielectric that is the gas treatment unit It was difficult to uniformly discharge the entire body layers 117 and 118.

また、特許文献１は、真空中での使用に限定された構成を開示するものであって、大気中での放電によって汚染物質を含有する被処理ガスを処理する構成については何ら開示されていない。   Further, Patent Document 1 discloses a configuration limited to use in a vacuum, and does not disclose any configuration for processing a gas to be processed containing a pollutant by discharge in the atmosphere. .

そこで、本発明は、絶縁体の壁面に沿った沿面放電を抑え、電圧印加電極と接地電極の絶縁破壊を防止することができるプラズマリアクタおよびガス処理装置を提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a plasma reactor and a gas processing apparatus that can suppress creeping discharge along a wall surface of an insulator and prevent dielectric breakdown between a voltage application electrode and a ground electrode.

本発明に係るプラズマリアクタは、対向して配置される一対の電圧印加電極および接地電極と、電圧印加電極と接地電極を対向間隔をあけて保持する絶縁体と、電圧印加電極と接地電極との間の放電空間に配置され被処理ガスが通過する無機誘電体層とを備える。また、絶縁体には、無機誘電体層に当接される壁面に、凹部および凸部の少なくとも一方を有する沿面距離延長部が形成される。そして、電圧印加電極から沿面距離延長部を経て接地電極までの最短距離が、電圧印加電極から無機誘電体層を経て接地電極までの最短距離よりも長くされる。   A plasma reactor according to the present invention includes a pair of voltage application electrodes and a ground electrode that are arranged to face each other, an insulator that holds the voltage application electrode and the ground electrode at a distance from each other, and a voltage application electrode and a ground electrode. And an inorganic dielectric layer through which the gas to be processed passes. In addition, a creeping distance extension having at least one of a concave portion and a convex portion is formed on the wall surface of the insulator that is in contact with the inorganic dielectric layer. The shortest distance from the voltage application electrode through the creeping distance extension to the ground electrode is made longer than the shortest distance from the voltage application electrode through the inorganic dielectric layer to the ground electrode.

上述したように、本発明によれば、絶縁体の壁面に沿った沿面放電を抑え、電圧印加電極と接地電極の絶縁破壊を防止することができる。   As described above, according to the present invention, creeping discharge along the wall surface of the insulator can be suppressed, and dielectric breakdown between the voltage application electrode and the ground electrode can be prevented.

以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態のプラズマリアクタは、ガス処理装置内の装着部に対して着脱可能に装着されて、処理対象物質を含有する被処理ガスを通過させてガス処理を行うために用いられる。   The plasma reactor according to the present embodiment is detachably attached to a mounting portion in the gas processing apparatus, and is used for performing gas processing by passing a gas to be processed containing a processing target substance.

図１に示すように、本実施形態のプラズマリアクタ１は、互いに対向して配置される一対の線状の高電圧印加電極１３および接地電極１４と、これら高電圧印加電極１３と接地電極１４を対向間隔をあけて保持する絶縁体１５とを備えている。   As shown in FIG. 1, the plasma reactor 1 of the present embodiment includes a pair of linear high voltage application electrodes 13 and a ground electrode 14 arranged opposite to each other, and the high voltage application electrodes 13 and the ground electrodes 14. And an insulator 15 that is held at an interval.

高電圧印加電極１３と接地電極１４との間の放電空間には、図２に示すように、複数の粒状をなす無機誘電体１７ａからなり被処理ガスが通過する無機誘電体層１７が充填されて設けられている。   As shown in FIG. 2, the discharge space between the high voltage application electrode 13 and the ground electrode 14 is filled with an inorganic dielectric layer 17 made of a plurality of granular inorganic dielectrics 17a through which the gas to be processed passes. Is provided.

あるいは、図３に示すように、高電圧印加電極１３と接地電極１４との間の放電空間には、空隙を有する無機誘電体１８ａからなる無機誘電体層１８が充填されて設けられて、実施形態のプラズマリアクタ２が構成されてもよい。   Alternatively, as shown in FIG. 3, the discharge space between the high-voltage applying electrode 13 and the ground electrode 14 is provided with an inorganic dielectric layer 18 made of an inorganic dielectric 18a having a gap. A plasma reactor 2 of the form may be configured.

絶縁体１５は、四角形をなす枠状に形成されている。絶縁体１５には、一端側に、処理対象物質を含有する被処理ガスが導入されるガス導入口１１が開口して設けられており、他端側に、処理済みガスが排出されるガス排出口１２が開口して設けられている。   The insulator 15 is formed in a rectangular frame shape. The insulator 15 is provided with a gas inlet 11 into which a gas to be processed containing a target substance is opened on one end side, and a gas exhaust for discharging the processed gas on the other end side. An outlet 12 is provided open.

そして、絶縁体１５には、無機誘電体１７ａに当接されて無機誘電体層１７を保持する内壁面１５ａに、１つの凹部２０ａを有する沿面距離延長部２０が形成されている。   The insulator 15 is formed with a creeping distance extension 20 having one recess 20a on an inner wall 15a that is in contact with the inorganic dielectric 17a and holds the inorganic dielectric layer 17.

なお、必要に応じて、例えば図４および図５に示すように、絶縁体１５の内壁面１５ａに形成された凹部２０ａの開口縁に、角部が切り欠かれてなる面取り形状が形成されてもよく、沿面距離延長部２０を良好に延長して形成することが可能になる。   If necessary, for example, as shown in FIGS. 4 and 5, a chamfered shape in which a corner is notched is formed at the opening edge of the recess 20 a formed in the inner wall surface 15 a of the insulator 15. In other words, it is possible to form the creeping distance extension portion 20 with a good extension.

高電圧印加電極１３から沿面距離延長部２０を経て接地電極１４までの最短距離が、高電圧印加電極１３から無機誘電体層１７，１８を経て接地電極１４までの最短距離よりも長くされている。   The shortest distance from the high voltage application electrode 13 through the creeping distance extension 20 to the ground electrode 14 is longer than the shortest distance from the high voltage application electrode 13 through the inorganic dielectric layers 17 and 18 to the ground electrode 14. .

そして、高電圧印加電極１３と接地電極１４との対向間隔をＨ、高電圧印加電極１３から絶縁体１５の沿面距離延長部２０を経て接地電極１４までの最短距離をＬとすれば、
πＨ／２ ＜ Ｌ ・・・式１
を満たしている。 When the opposing distance between the high voltage application electrode 13 and the ground electrode 14 is H, and the shortest distance from the high voltage application electrode 13 through the creeping distance extension 20 of the insulator 15 to the ground electrode 14 is L,
πH / 2 <L (Formula 1)
Meet.

なお、高電圧印加電極１３から無機誘電体層１７，１８内を通って接地電極１４まで伝わる実際の放電の経路をなす形状は、いわゆる三次元網目形状をなしている。但し、本提案では模式的に、高電圧印加電極１３と接地電極１４とに内接する単一の半円の円周に沿った形状として考えることで、式１が立てられている。つまり、式１では、高電圧印加電極１３と接地電極１４とに内接する単一の半円が直径Ｈであることから、半円の円弧の長さがπＨ／２となることに基づいている。三次元網目形状をなす経路は、近似的に、例えば最短距離として円周上の３点を結んだ沿面として捉えることができる。しかし、このような３点を結ぶ三角形状の沿面距離は、この３点を通る周面上の円弧沿面よりも短いので、無機誘電体層１７，１８を通る最短距離として、πＨ／２によって求めた値を近似的に使用しても問題はない。   The shape forming the actual discharge path from the high voltage applying electrode 13 through the inorganic dielectric layers 17 and 18 to the ground electrode 14 is a so-called three-dimensional network shape. However, in this proposal, Equation 1 is established by considering the shape along the circumference of a single semicircle inscribed in the high voltage application electrode 13 and the ground electrode 14 schematically. That is, in Formula 1, since the single semicircle inscribed in the high voltage application electrode 13 and the ground electrode 14 has a diameter H, the length of the arc of the semicircle is πH / 2. . A path having a three-dimensional network shape can be roughly regarded as a creeping surface connecting three points on the circumference as the shortest distance, for example. However, the triangular creepage distance connecting these three points is shorter than the arc creepage on the circumferential surface passing through these three points, so that the shortest distance passing through the inorganic dielectric layers 17 and 18 is obtained by πH / 2. There is no problem even if approximate values are used approximately.

式１を満たすように構成されたプラズマリアクタ１，２では、図６および図７中矢印Ｄ方向で示すように、絶縁体１５の内壁面１５ａに形成された沿面距離延長部２０に沿って放電が伝わる最短距離がある。この沿面距離延長部２０に沿って放電が伝わる最短距離が図４および図５中矢印Ｃで示すように、無機誘電体層１７，１８を放電が伝わる最短距離よりも長くされている。   In the plasma reactors 1 and 2 configured to satisfy Equation 1, discharge is performed along the creeping distance extension 20 formed on the inner wall surface 15a of the insulator 15, as shown by the arrow D direction in FIGS. There is the shortest distance that can be transmitted. As shown by an arrow C in FIGS. 4 and 5, the shortest distance along which the discharge is transmitted along the creeping distance extension 20 is made longer than the shortest distance through which the discharge is transmitted through the inorganic dielectric layers 17 and 18.

また、絶縁体１５の内壁面に形成される沿面距離延長部２０は、凹凸形状である溝や突起を少なくとも１つ有していればよく、内壁面に複数の凹凸形状が形成される構成にされても良い。   Further, the creeping distance extension 20 formed on the inner wall surface of the insulator 15 only needs to have at least one groove or protrusion having a concavo-convex shape, and has a configuration in which a plurality of concavo-convex shapes are formed on the inner wall surface. May be.

例えば図８に示すように、他の実施形態のプラズマリアクタ３が備える絶縁体１９の内壁面１９ａには、２つの凹部２０ａ，２０ｂが、対向間隔に沿ってそれぞれ設けられている。   For example, as shown in FIG. 8, two concave portions 20 a and 20 b are respectively provided along the facing interval on the inner wall surface 19 a of the insulator 19 provided in the plasma reactor 3 of another embodiment.

また、上述した実施形態の沿面距離延長部２０では、絶縁体１５の内壁面１５ａに凹部２０ａが形成される構成が採られたが、内壁面に沿った沿面距離を延長させる凹凸形状であればよく、凸部が設けられる構成にされてよいことは勿論である。   Moreover, in the creeping distance extension part 20 of embodiment mentioned above, although the structure in which the recessed part 20a was formed in the inner wall surface 15a of the insulator 15 was taken, if it is an uneven | corrugated shape which extends the creeping distance along an inner wall surface Of course, it may be configured to be provided with a convex portion.

また、無機誘電体層に当接される絶縁体の内壁面に形成される沿面距離延長部が有する凹凸形状をなす溝の深さや突起の突出量は、大きければ大きいほどに、沿面放電を防止する効果が大きい。   In addition, the larger the depth of the concave and convex grooves formed on the inner surface of the insulator that is in contact with the inorganic dielectric layer and the protrusion amount of the protrusion, the greater the creeping discharge is prevented. Great effect.

上述したように、本実施形態のプラズマリアクタ１，２によれば、絶縁体１５の内壁面１５ａに沿面距離延長部２０が形成されたことによって、高電圧印加電極１３から無機誘電体層１７，１８を経て接地電極１４に放電を良好に伝わらせることができる。   As described above, according to the plasma reactors 1 and 2 of the present embodiment, the creeping distance extension 20 is formed on the inner wall surface 15 a of the insulator 15, so that the inorganic dielectric layer 17, Through 18, the discharge can be satisfactorily transmitted to the ground electrode 14.

したがって、このプラズマリアクタ１，２は、対向する一組の高電圧印加電極１３と接地電極１４との間に、高圧交流電圧またはパルス電圧を加え、各電極１３，１４間に電位差を生じさせることができる。その電位差によって、これら電極１３，１４間に充填された無機誘電体１７，１８が、その内部で分極を起こすことことで、パルス状のマイクロディスチャージが発生する。発生したパルス状のマイクロディスチャージによって被処理ガスの処理に有効な高圧交流電圧またはパルス電圧を高いレンジで安定的にかけることができる。   Therefore, the plasma reactors 1 and 2 generate a potential difference between the electrodes 13 and 14 by applying a high-voltage AC voltage or a pulse voltage between the pair of opposed high-voltage applying electrodes 13 and the ground electrode 14. Can do. Due to the potential difference, the inorganic dielectrics 17 and 18 filled between the electrodes 13 and 14 are polarized in the interior, thereby generating a pulsed microdischarge. The generated pulsed micro-discharge can stably apply a high-voltage AC voltage or pulse voltage effective for processing the gas to be processed in a high range.

すなわち、このプラズマリアクタ１，２によれば、絶縁体１５の内壁面１５ａに形成された沿面距離延長部２０に沿って放電が伝わる、いわゆる沿面放電の発生が防止できる。この絶縁体１５の内壁面１５ａに形成された沿面距離延長部２０の沿面放電が防止できれば、被処理ガスの処理に寄与しない放電の削減につながり、消費電力を大幅に削減することができる。また、無機誘電体充填方式のプラズマ技術において、沿面放電による高電圧印加電極１３と接地電極１４の絶縁破壊を防止することができる。   That is, according to the plasma reactors 1 and 2, it is possible to prevent the occurrence of so-called creeping discharge in which discharge is transmitted along the creeping distance extension 20 formed on the inner wall surface 15 a of the insulator 15. If the creeping discharge of the creeping distance extension 20 formed on the inner wall surface 15a of the insulator 15 can be prevented, the discharge that does not contribute to the treatment of the gas to be treated can be reduced, and the power consumption can be greatly reduced. In addition, in the dielectric dielectric filling type plasma technology, it is possible to prevent dielectric breakdown between the high voltage application electrode 13 and the ground electrode 14 due to creeping discharge.

さらに、上述した式１を満たすように沿面距離延長部２０が形成されることで、沿面放電を防止するために必要な最小限の凹凸形状が求められるので、最小の沿面距離延長部２０を形成することが可能になり、プラズマリアクタの小型化を実現できる。   Further, since the creepage distance extension 20 is formed so as to satisfy the above-described formula 1, a minimum uneven shape necessary for preventing creeping discharge is required, so the minimum creepage distance extension 20 is formed. This makes it possible to reduce the size of the plasma reactor.

また、本発明に係るプラズマリアクタ１，２は、使用環境として真空中か大気中かに拘わらずに使用することができる。   Further, the plasma reactors 1 and 2 according to the present invention can be used regardless of whether they are used in a vacuum or in the atmosphere.

次に、上述した実施形態のプラズマリアクタ１，２を備えるガス処理装置について簡単に説明する。   Next, a gas processing apparatus including the plasma reactors 1 and 2 according to the above-described embodiments will be briefly described.

図９に示すように、実施形態のガス処理装置５は、処理対象物質を含む被処理ガス２２を吸気する吸気口２３と、この吸気口２３近傍に設けられ塵埃等を濾過するプレフィルタ２４とを備えている。   As shown in FIG. 9, the gas processing apparatus 5 according to the embodiment includes an intake port 23 that sucks in a gas 22 to be processed containing a processing target substance, and a prefilter 24 that is provided near the intake port 23 and filters dust and the like. It has.

また、このガス処理装置５は、上述したプラズマリアクタ１，２が着脱可能に装着される装着部２５と、プラズマリアクタ１，２で処理されなかった処理対象物質およびプラズマによる副生成物を除去するための後段処理部２７とを備えている。この後段処理部２７は、例えば二酸化マンガン、酸化チタン等の触媒やアブセンツ、活性炭あるいはアルカリ添着活性炭、カーボン等からなるハニカム構造や不織布の形態をなしている。   Further, the gas processing apparatus 5 removes the mounting portion 25 to which the above-described plasma reactors 1 and 2 are detachably mounted, the processing target substance that has not been processed in the plasma reactors 1 and 2, and plasma by-products. And a post-processing unit 27. The post-processing unit 27 has a honeycomb structure or a non-woven fabric made of, for example, a catalyst such as manganese dioxide or titanium oxide, an absent, activated carbon, alkali-added activated carbon, carbon, or the like.

また、このガス処理装置５は、ガス流を発生させる吸排気式ファンモータ２８と、処理対象物質が除去された処理済みガス３３を排気する排気口２９とを備えている。   In addition, the gas processing apparatus 5 includes an intake / exhaust fan motor 28 that generates a gas flow, and an exhaust port 29 that exhausts the processed gas 33 from which a target substance has been removed.

また、このガス処理装置５は、ガス処理対象成分の検知用センサ３０と、操作パネルおよび操作用回路基板を有する操作部３１と、プラズマリアクタ１，２の高電圧印加電極１３に電圧する印加するための放電用高電圧電源部３２とを備えている。   In addition, the gas processing apparatus 5 applies a voltage to the gas processing target component detection sensor 30, the operation unit 31 having an operation panel and an operation circuit board, and the high voltage application electrode 13 of the plasma reactors 1 and 2. And a high voltage power supply unit 32 for discharge.

本実施形態のガス処理装置５では、装着部２５に対して着脱可能にされたカートリッジ方式のプラズマリアクタ１，２が採用されたが、必要に応じて、装置内に固定方式のプラズマリアクタ１，２が固定される構成が採られてもよい。   In the gas processing apparatus 5 of the present embodiment, the cartridge type plasma reactors 1 and 2 that are detachable from the mounting portion 25 are employed. However, if necessary, the fixed type plasma reactors 1 and 2 are installed in the apparatus. The structure by which 2 is fixed may be taken.

そして、カートリッジ方式のプラズマリアクタ１，２を備えるガス処理装置５によれば、大気圧中での放電で発生させたプラズマによって、被処理ガスを良好に処理することができる。例えば、揮発性有機化合物や臭気物質あるいはウイルスや細菌の如き生物系物質、花粉等の処理対象物質を含有する被処理ガスを処理することを目的とし、被処理ガスがプラズマリアクタ１，２を通過することで、処理対象物質が分解されて良好に処理することができる。   According to the gas processing apparatus 5 including the cartridge type plasma reactors 1 and 2, the gas to be processed can be satisfactorily processed by the plasma generated by the discharge in the atmospheric pressure. For example, the gas to be processed passes through the plasma reactors 1 and 2 for the purpose of processing a gas to be processed containing volatile organic compounds, odorous substances, biological substances such as viruses and bacteria, and substances to be processed such as pollen. By doing so, the substance to be treated is decomposed and can be treated well.

具体的には、ガス処理装置は、例えば学校等の公共施設内や家庭の居住空間等で、建材等から生じる揮発性有機化合物質を処理することができる。   Specifically, the gas treatment apparatus can treat volatile organic compound substances generated from building materials or the like in public facilities such as schools or in residential living spaces.

また、このガス処理装置は、例えば塗装や印刷で使用する塗料やインクから生じる揮発性有機化合物質や臭気を処理することができる。   Moreover, this gas processing apparatus can process the volatile organic compound substance and odor which arise from the coating material and ink which are used, for example by painting and printing.

また、このガス処理装置は、例えば人が集まる集会所、会議室、ホテルやオフィスの居住空間内で生じるタバコ臭や体臭等の臭気、飲食店や集合住宅のゴミ置き場から発生する臭気を処理することができる。   In addition, this gas treatment device treats odors such as cigarette odors and body odors that occur in, for example, meeting places, meeting rooms, hotels and offices where people gather, and odors generated from garbage places in restaurants and apartment houses. be able to.

また、このガス処理装置は、医療施設内や家庭居住空間等で、空気中に漂うウイルスや細菌、花粉等を処理することができる。   Moreover, this gas processing apparatus can process viruses, bacteria, pollen, etc. drifting in the air in a medical facility or a home living space.

上述した実施形態のガス処理装置に、実施例と比較例の各プラズマリアクタを装着して、消費電力、処理効率、絶縁破壊が生じる電圧についてそれぞれ比較した。   Each of the plasma reactors of the example and the comparative example was mounted on the gas processing apparatus of the embodiment described above, and the power consumption, the processing efficiency, and the voltage at which dielectric breakdown occurred were compared.

本実施例では、アンモニアガスが濃度５ＰＰＭで空気中に混合された汚染物質を含有する被処理ガスを作製し、この被処理ガスをガス導入口からプラズマリアクタに通し、後段に配置した吸気ファンで強制的に被処理ガスを毎分１ｍ³程度の流速で吸気を行った。 In this embodiment, a gas to be treated containing a pollutant mixed in the air with ammonia gas at a concentration of 5 PPM is prepared, and the gas to be treated is passed from the gas inlet to the plasma reactor, and an intake fan disposed at the rear stage. The gas to be treated was forcibly sucked at a flow rate of about 1 m ^{3 /} min.

このとき、被処理ガスの濃度およびガス処理空間の移動条件を同等にし、かつ被処理ガスを１回流通させて処理した場合に、プラズマリアクタに印加した消費電力と処理効率とについて比較を行った。具体的には、図１０に示す実施例のプラズマリアクタ６の構成と、図１１に示す比較例のプラズマリアクタ７とで比較を行った。   At this time, the power consumption applied to the plasma reactor and the treatment efficiency were compared when the treatment gas concentration and the gas treatment space moving conditions were made equal and the treatment gas was circulated once. . Specifically, the configuration of the plasma reactor 6 of the example shown in FIG. 10 was compared with the plasma reactor 7 of the comparative example shown in FIG.

まず、実施例と比較例の各プラズマリアクタ６，７の構成が異なる箇所について説明する。なお、実施例と比較例において、同一部材には同一符号を付している。   First, a description will be given of places where the configurations of the plasma reactors 6 and 7 of the example and the comparative example are different. In addition, in the Example and the comparative example, the same code | symbol is attached | subjected to the same member.

図１１に示すように、比較例のプラズマリアクタ７は、内部に対向して配置された高電圧印加電極３３と接地電極３４との間に、空隙を有する無機誘電体層３８が挟まれて設けられている。また、この空隙を有する無機誘電体層３８を保持する機能を有してガス流通路をなす四角枠状の絶縁体４５が設けられている。   As shown in FIG. 11, the plasma reactor 7 of the comparative example is provided with an inorganic dielectric layer 38 having a gap between a high voltage applying electrode 33 and a ground electrode 34 disposed facing each other. It has been. In addition, a rectangular frame-shaped insulator 45 having a function of holding the inorganic dielectric layer 38 having the voids and forming a gas flow path is provided.

絶縁体４５は、無機誘電体層３８に当接する内壁面４５ａがストレート形状に形成されている。   The insulator 45 has an inner wall surface 45a that is in contact with the inorganic dielectric layer 38 formed in a straight shape.

一方、図１０に示すように、実施例のプラズマリアクタ６は、無機誘電体層３８を保持する機能を持ったガス流通路をなす四角枠状の絶縁体３５は、無機誘電体層３８に当接する内壁面３５ａに凹部４０ａを有する沿面距離延長部４０が形成されている。そして、この沿面距離延長部４０の凹部４０ａの表面に沿った最短距離は、高電圧印加電極３３から無機誘電体層３８を経て接地電極３４までの最短距離よりも長くされている。   On the other hand, as shown in FIG. 10, in the plasma reactor 6 of the embodiment, the rectangular frame-shaped insulator 35 that forms a gas flow path having a function of holding the inorganic dielectric layer 38 contacts the inorganic dielectric layer 38. A creeping distance extension 40 having a recess 40a is formed on the inner wall surface 35a in contact therewith. The shortest distance along the surface of the recess 40 a of the creeping distance extension 40 is longer than the shortest distance from the high voltage application electrode 33 through the inorganic dielectric layer 38 to the ground electrode 34.

また、実施例のプラズマリアクタ６では、対向して配置された高電圧印加電極３３と接地電極３４との最小の対向間隔Ｈ［ｍｍ］に、円周率π（３．１４）を乗した結果を２で除した演算結果に約１ｍｍを加えた値を算出した。   Further, in the plasma reactor 6 of the example, the result obtained by multiplying the minimum facing distance H [mm] between the high voltage applying electrode 33 and the ground electrode 34 arranged facing each other by the circumference ratio π (3.14). A value obtained by adding about 1 mm to the calculation result obtained by dividing by 2 was calculated.

この値に、無機誘電体層３８に当接する絶縁体３５の内壁面３５ａに、１つの凹部４０ａを有する沿面距離延長部４０が形成され、かつ高電圧印加電極３３から凹部４０ａ内に沿って通った接地電極３４までの最短距離がほぼ等しく構成されている。   At this value, a creeping distance extension 40 having one recess 40a is formed on the inner wall surface 35a of the insulator 35 in contact with the inorganic dielectric layer 38, and passes along the recess 40a from the high voltage application electrode 33. Further, the shortest distance to the ground electrode 34 is substantially equal.

言い換えれば、高電圧印加電極３３と接地電極３４との対向間隔をＨ［ｍｍ］、高電圧印加電極３３から絶縁体３５の内壁面３５ａに沿って沿面距離延長部４０が有する凹部４０ａを通り接地電極３４までの最短距離がＬ［ｍｍ］となる。したがって、この最短距離Ｌが（πＨ／２）よりも長く設定されたことになる。本実施例では、Ｌ＝（πＨ／２）＋１ｍｍに設定した。   In other words, the opposing distance between the high voltage application electrode 33 and the ground electrode 34 is H [mm], and the ground voltage passes from the high voltage application electrode 33 along the inner wall surface 35a of the insulator 35 through the concave portion 40a of the creeping distance extension 40. The shortest distance to the electrode 34 is L [mm]. Therefore, the shortest distance L is set longer than (πH / 2). In this embodiment, L = (πH / 2) +1 mm.

実施例のプラズマリアクタ６および比較例のプラズマリアクタ７に示す他の構成は同一に構成されている。この構成では、互いに平行に離間された平面上に配置されている複数の線状のステンレス材料からなる高電圧印加電極３３を備えている。また、これら高電圧印加電極３３に対向され離間された平面上に、各高電圧印加電極３３に長さ方向を互いに直交させて配置された複数の線状のタングステン材料からなる接地電極３４を備えている。   Other configurations shown in the plasma reactor 6 of the example and the plasma reactor 7 of the comparative example are the same. In this configuration, there are provided high voltage application electrodes 33 made of a plurality of linear stainless steel materials arranged on planes spaced in parallel to each other. In addition, a ground electrode 34 made of a plurality of linear tungsten materials is provided on the plane facing and spaced apart from the high voltage application electrodes 33, with the length directions orthogonal to each other. ing.

高電圧印加電極３３は、外周部がチューブ３９の内周部に嵌合されており、チューブ３９によって高電圧印加電極３３の周面が全て覆われている。本実施例では、チューブ３９として、アルミナからなるものを使用した。   The outer periphery of the high voltage application electrode 33 is fitted to the inner periphery of the tube 39, and the entire surface of the high voltage application electrode 33 is covered by the tube 39. In this embodiment, the tube 39 is made of alumina.

無機誘電体層３８は、チタン酸バリウムとアルミナとの混合体からなり、空隙を有している。
The inorganic dielectric layer 38 is made of a mixture of barium titanate and alumina and has voids.

実施例と比較例の各プラズマリアクタ６，７の構成で、アンモニアガスを濃度５ＰＰＭで空気中に混合させた汚染物質含有ガスである被処理ガスを１回流通させてガス処理をそれぞれ行った。   In the configuration of each of the plasma reactors 6 and 7 of the example and the comparative example, gas treatment was performed by circulating a gas to be treated which is a pollutant-containing gas in which ammonia gas was mixed in air at a concentration of 5 PPM once.

結果は、表１に示すように、消費電力を５０Ｗとしたときの被処理ガスの処理効率は、比較例のプラズマリアクタ７で１０％、実施例のプラズマリアクタ６で４０％となった。したがって、本実施例では３０％の処理効率の向上が図られた。   As a result, as shown in Table 1, the processing efficiency of the gas to be processed when the power consumption was 50 W was 10% in the plasma reactor 7 of the comparative example and 40% in the plasma reactor 6 of the example. Therefore, in this example, the processing efficiency was improved by 30%.

また、表２に示したように、実施例と比較例の各プラズマリアクタ６，７の構成において、被処理ガスの処理効率を４０％としたときの消費電力は、比較例のプラズマリアクタ７で１００Ｗ、実施例のプラズマリアクタ６で５０Ｗであった。   Further, as shown in Table 2, in the configurations of the plasma reactors 6 and 7 of the example and the comparative example, the power consumption when the processing efficiency of the gas to be processed is 40% is the plasma reactor 7 of the comparative example. 100 W, 50 W in the plasma reactor 6 of the example.

したがって、実施例は、消費電力を大幅に削減することができた。この結果から、実施例のプラズマリアクタ６の構成によれば、ガス処理効率の向上を図り、消費電力の削減に著しい効果が得られる。   Therefore, the power consumption can be significantly reduced in the example. From this result, according to the configuration of the plasma reactor 6 of the embodiment, the gas processing efficiency can be improved and a significant effect can be obtained in reducing the power consumption.

また、表３に示したように、実施例と比較例の各プラズマリアクタ６，７の構成にて、高電圧印加電極３３に高電圧を印加し続けたときに絶縁破壊が生じた電圧は、比較例のプラズマリアクタ７で１３〜１４ＫＶ／Ｐ−Ｐ程度である。   Further, as shown in Table 3, in the configuration of each of the plasma reactors 6 and 7 of the example and the comparative example, the voltage at which dielectric breakdown occurred when the high voltage was continuously applied to the high voltage application electrode 33 is In the plasma reactor 7 of the comparative example, it is about 13 to 14 KV / PP.

比較例のプラズマリアクタ７の絶縁破壊に生じた電圧１３〜１４ＫＶ／Ｐ−Ｐ程度に比し、実施例のプラズマリアクタ６の絶縁破壊に生じた電圧は１８〜２０ＫＶ／Ｐ−Ｐ程度であった。   The voltage generated in the dielectric breakdown of the plasma reactor 6 of the example was about 18-20 KV / P-P, compared to the voltage of about 13-14 KV / P-P generated in the dielectric breakdown of the plasma reactor 7 of the comparative example. .

したがって、実施例は、絶縁破壊に至る電圧の向上が図られた。   Therefore, in the example, the voltage leading to dielectric breakdown was improved.

このことは、絶縁体３５の内壁面３５ａに沿って放電が伝わる沿面放電の発生が防止され、被処理ガスの処理に寄与しない放電の削減につながったことが確認できた。   This confirms that the occurrence of creeping discharge in which discharge is transmitted along the inner wall surface 35a of the insulator 35 is prevented, leading to reduction of discharge that does not contribute to the treatment of the gas to be treated.

また、比較例のプラズマリアクタ７と実施例のプラズマリアクタ６にそれぞれ同じ電圧を印加すると、実施例のプラズマリアクタ６は無機誘電体充填方式のプラズマ技術の沿面放電による高電圧印加電極３３と接地電極３４の絶縁破壊を防止する効果がある。   When the same voltage is applied to the plasma reactor 7 of the comparative example and the plasma reactor 6 of the example, the plasma reactor 6 of the example uses the high voltage application electrode 33 and the ground electrode by creeping discharge of the inorganic dielectric filling type plasma technology. 34 is effective in preventing dielectric breakdown.

さらに、実施例と比較例のプラズマリアクタ６，７の構成で、プラズマ放電に消費される電力をそれぞれ５０Ｗとして、プラズマ放電による発光状態を比較した。   Further, in the configurations of the plasma reactors 6 and 7 of the example and the comparative example, the power consumed by the plasma discharge was set to 50 W, and the light emission state by the plasma discharge was compared.

結果としては、比較例の構成では、絶縁体４５の無機誘電体層３８に当接する内壁面４５ａの発光が強く、被処理ガスの処理層である無機誘電体層３８の発光が弱かった。   As a result, in the configuration of the comparative example, light emission of the inner wall surface 45a in contact with the inorganic dielectric layer 38 of the insulator 45 was strong, and light emission of the inorganic dielectric layer 38, which is a treatment layer of the gas to be treated, was weak.

一方、実施例の構成では、絶縁体３５の無機誘電体層３８に当接する内壁面３５ａの発光と、被処理ガスの処理層である無機誘電体層３８の発光とがほぼ同一であった。   On the other hand, in the configuration of the example, the light emission of the inner wall surface 35a in contact with the inorganic dielectric layer 38 of the insulator 35 and the light emission of the inorganic dielectric layer 38 that is the treatment layer of the gas to be treated were substantially the same.

この結果から、本実施例は、被処理ガスを処理する接地電極３４と高電圧印加電極３３とに挟まれた無機誘電体層３８のプラズマ放電が効率良く安定的に発生していることが確認できた。   From this result, it is confirmed that in this example, plasma discharge of the inorganic dielectric layer 38 sandwiched between the ground electrode 34 and the high voltage application electrode 33 for processing the gas to be processed is generated efficiently and stably. did it.

本実施形態のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasma reactor of this embodiment. プラズマリアクタの沿面距離延長部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the creeping distance extension part of a plasma reactor. プラズマリアクタの沿面距離延長部を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the creeping distance extension part of a plasma reactor. 無機誘電体層を放電が伝わる状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which discharge is transmitted through an inorganic dielectric layer. 無機誘電体層を放電が伝わる状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which discharge is transmitted through an inorganic dielectric layer. 絶縁体の内壁面に沿って放電が伝わる状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which discharge is transmitted along the inner wall surface of an insulator. 絶縁体の内壁面に沿って放電が伝わる状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in which discharge is transmitted along the inner wall surface of an insulator. 沿面距離延長部の他の例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the other example of a creeping distance extension part. 本実施形態のガス処理装置を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the gas processing apparatus of this embodiment. 実施例のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasma reactor of an Example. 比較例のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the plasma reactor of a comparative example. 従来のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional plasma reactor. 従来のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional plasma reactor. 従来のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional plasma reactor. 従来のプラズマリアクタを示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the conventional plasma reactor.

符号の説明Explanation of symbols

１ プラズマリアクタ
５ ガス処理装置
１１ ガス導入口
１２ ガス排出口
１３ 高電圧印加電極
１４ 接地電極
１５ 絶縁体
１５ａ 内壁面
１７ 無機誘電体層
１７ａ 無機誘電体
１８ 無機誘電体層
１８ａ 無機誘電体
２０ 沿面距離延長部
２０ａ 凹部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Plasma reactor 5 Gas processing apparatus 11 Gas inlet 12 Gas outlet 13 High voltage application electrode 14 Ground electrode 15 Insulator 15a Inner wall surface 17 Inorganic dielectric layer 17a Inorganic dielectric 18 Inorganic dielectric layer 18a Inorganic dielectric 20 Creepage distance Extension part 20a Concave part

Claims (6)

対向して配置される一対の電圧印加電極および接地電極と、
前記電圧印加電極と前記接地電極を対向間隔をあけて保持する絶縁体と、
前記電圧印加電極と前記接地電極との間の放電空間に配置され、被処理ガスが通過する無機誘電体層とを備え、
前記絶縁体には、前記無機誘電体層に当接される壁面に、凹部および凸部の少なくとも一方を有する沿面距離延長部が形成され、
前記電圧印加電極から前記沿面距離延長部を経て前記接地電極までの最短距離が、前記電圧印加電極から前記無機誘電体層を経て前記接地電極までの最短距離よりも長くされているプラズマリアクタ。 A pair of voltage application electrode and ground electrode arranged opposite to each other;
An insulator for holding the voltage application electrode and the ground electrode at a distance from each other;
An inorganic dielectric layer disposed in a discharge space between the voltage application electrode and the ground electrode and through which a gas to be treated passes;
In the insulator, a creeping distance extension having at least one of a concave portion and a convex portion is formed on the wall surface in contact with the inorganic dielectric layer,
A plasma reactor in which a shortest distance from the voltage application electrode through the creeping distance extension to the ground electrode is longer than a shortest distance from the voltage application electrode through the inorganic dielectric layer to the ground electrode. 前記無機誘電体層は、粒状をなす無機誘電体からなる無機誘電体層、または空隙を有する無機誘電体層である請求項１に記載のプラズマリアクタ。   The plasma reactor according to claim 1, wherein the inorganic dielectric layer is an inorganic dielectric layer made of a granular inorganic dielectric or an inorganic dielectric layer having a void. 前記電圧印加電極と前記接地電極との対向間隔をＨ、前記電圧印加電極から前記絶縁体の前記沿面距離延長部を経て前記接地電極までの最短距離をＬとすれば、
πＨ／２ ＜ Ｌ
を満たしている請求項１または２に記載のプラズマリアクタ。 When the facing distance between the voltage application electrode and the ground electrode is H, and the shortest distance from the voltage application electrode through the creeping distance extension of the insulator to the ground electrode is L,
πH / 2 <L
The plasma reactor according to claim 1 or 2, wherein: 被処理ガスを処理するガス処理装置が備える装着部に対して着脱可能に設けられている請求項１ないし３のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。   The plasma reactor according to any one of claims 1 to 3, wherein the plasma reactor is detachably provided to a mounting portion provided in a gas processing apparatus for processing a gas to be processed. 前記電圧印加電極および前記接地電極は、直線状に形成され、長さ方向が互いに直交して配置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。   The plasma reactor according to any one of claims 1 to 4, wherein the voltage application electrode and the ground electrode are formed in a straight line and are arranged so that their length directions are orthogonal to each other. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載のプラズマリアクタを備え、前記プラズマリアクタに被処理ガスを流通させるガス処理装置。   A gas processing apparatus comprising the plasma reactor according to claim 1, wherein a gas to be processed is circulated through the plasma reactor.

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