JP4036600B2 - プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 - Google Patents
プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4036600B2 JP4036600B2 JP2000140294A JP2000140294A JP4036600B2 JP 4036600 B2 JP4036600 B2 JP 4036600B2 JP 2000140294 A JP2000140294 A JP 2000140294A JP 2000140294 A JP2000140294 A JP 2000140294A JP 4036600 B2 JP4036600 B2 JP 4036600B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fine particles
- metal fine
- plasma
- gas
- metal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Plasma Technology (AREA)
- Treating Waste Gases (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス合成或いはガス分解に用いるガス改質反応器に関し、詳しくはプラズマ発生を利用したCO2、NOX等の有害ガスを改質するプラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
今日の高度に工業化された社会では、様々な汚染物質が人体の健康に害を及ぼしており、例えば汚染物質として自動車等のエンジンより排出されるNOX、COX、SOX等の汚染ガスが特に問題とされている。
【0003】
このようなガスを大気中に放出される前に無害なガスに分解する必要があり、この有害ガスを分解する方法として、従来においては、例えばプラズマ放電等により分解し、ガスを改質している。
【0004】
この改質のために、例えばプラズマ発生を利用してガスを改質するプラズマリアクターであるガス改質器が提案されている。
【0005】
従来のガス改質方法としては、電極間に発生させるプラズマの性質により主に下記(1)及び(2)の方法が一般的に提案されている。
(1)対向する平行金属電極間に電圧を印加して発生させるコロナ放電、グロー放電、アーク放電等の雷状局所集中放電によるガス改質方法。
(2)対向する平行金属電極の少なくとも一方の表面上に誘電体を被覆した後、電圧を印加して発生させる霧状バリア放電によるガス改質方法。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した従来の方法においては、以下のような問題がある。
【0007】
先ず、前者の局所集中放電方法では、プラズマエネルギー密度は高いが、プラズマと反応ガスとの接触確率が低いという問題がある。この結果、反応ガスがプラズマと接触せずに放電部を通過してしまい、改質効率の飛躍的な向上が困難である。
【0008】
また、後者のバリア放電方法では、逆に反応ガスとの接触確率は高いものの、プラズマエネルギー密度が低いという問題がある。
【0009】
この結果、オゾン生成等の比較的改質に要するエネルギーが低い反応ガス等を改質するには有効であるものの、分解エネルギーの高い安定なガスを改質するには、そのプラズマ密度が低いので困難である。
【0010】
このように、従来法においては、比較的分解エネルギーの高い一般的に安定しているNO2、CO2等のガスの改質においては、高効率に改質するプラズマ改質手段が提案されておらず、高効率的なガス改質手法の出現が望まれている。
【0011】
本発明は、このような事情に鑑み、ガス改質効率の向上可能なプラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決する本発明の第1の態様は、相対向する第1の平板型電極及び第2の平板型電極と、これら両電極の間に介装される誘電体と、前記両電極の間に電位差を付与する電位差付与手段とを備え、前記第1の電極の表面に、当該表面を20%〜60%の表面被覆率で覆う金属微粒子を分散析出してなり、高電圧を印加し、複合バリア放電を発生させることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0013】
本発明の第2の態様は、第1の態様において、前記第2の電極の表面に前記誘電体を積層してなることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0014】
本発明の第3の態様は、第1又は2の態様において、前記金属微粒子が熱電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0015】
本発明の第4の態様は、第3の態様において前記金属微粒子がタングステン、白金、タリウム、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、セシウム、バリウムからなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0016】
本発明の第5の態様は、第1又は2の態様において、前記金属微粒子が二次電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0017】
本発明の第6の態様は、第1又は2の態様において、前記金属微粒子がグロー陰極降下電圧が低く電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0018】
本発明の第7の態様は、第5又は6の態様において、前記金属微粒子がマグネシウム酸化物、セシウム複合物、銅ベリリウム、銀マグネシウム、ルビジウム複合物、カルシウム酸化物からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0019】
本発明の第8の態様は、第1〜7の何れかの態様において前記金属微粒子の分散形態が均一分散又は集中分散であることを特徴とするプラズマ分解装置にある。
【0021】
本発明の第9の態様は、相対向する電極の間に電位差を付与し、プラズマを発生させてなり、ガスを分解するガスプラズマ分解方法において、一方の電極の表面に、当該表面を20%〜60%の表面被覆率で覆う金属微粒子を分散析出させ、高電圧を印加し、複合バリア放電を発生させつつガスを分解することを特徴とするガスプラズマ分解方法にある。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【0023】
(第1の実施の形態)
図1に本実施の形態にかかるガス改質器の概略図を示す。図2は金属微粒子を表面に分散析出させた金属電極の斜視図である。
【0024】
これらの図面に示すように、本実施の形態にかかるガス分解装置は、ガス11を導入し、該ガス11を所定方向に流すセラミックス製の分解容器12と、該分解容器12内に配され、表面に熱電子放出性の高い金属微粒子13を分散析出してなる第1の電極である金属製平板型電極14と、該金属製平板型電極14と所定間隔を有して対向してなり第2の電極である金属製平板型電極15と、該金属製平板型電極15の表面を被覆してなる誘電体16と、金属製平板型電極14と誘電体16との間に交流電圧を印加することでプラズマ放電を生成する電源ユニット17とから構成してなるものである。
【0025】
ここで、金属製平板型電極14の表面に析出分散してなる金属微粒子13は、熱電子放出性の高い金属微粒子であり、例えばタングステン、白金、タリウム、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、セシウム、バリウム等を例示することができる。
【0026】
また、これらの材料を複数用いるようにしてもよい。
【0027】
金属微粒子13の粒径は、500μm以下であれば特に限定されるものではないが、より好適には10μm以下の極微粒子とするのが良い。
【0028】
また、金属製平板型電極14の表面に分散析出する割合としては、60%以下の表面被覆率とするのが好適であり、特に20〜65%の被覆率では改質効率の向上を図ることができ、好ましい。
【0029】
これは、65%を超える場合には、後述する実施例に示すようにプラズマエネルギー密度が偏りすぎるために放電形態が一か所の局所集中放電のみに移行し、ガスとの接触確率が著しく低下し、好ましくなく、一方20%未満では金属微粒子の分散析出割合が低く、本発明の効果を発揮できないからである。
【0030】
このように熱電子放出性の高い金属微粒子13を分散析出した金属製平板型電極14を用い、プラズマ放電をなすことで、金属製平板型電極14の電荷チャージを不均一にさせ、金属微粒子13の分散箇所から局所集中放電に似た放電柱を発生させ、これにより霧状バリア放電と雷状局所集中放電とのシナジー効果に基づいた複合バリア放電を発生させ、プラズマエネルギーレベルの向上を図ることとなる。
【0031】
この結果、比較的分解エネルギーの高い一般的に安定なNO2、CO2等の排ガス中に含有する有害ガスのプラズマによる改質反応においては、該ガスと発生するプラズマの接触頻度をバリア放電と同レベルの高確率に維持しつつ、しかも発生するプラズマの電流密度に代表されるエネルギー指標を局所集中放電と同様に高レベルに保持することが可能となる。
【0032】
また、本実施の形態のように、対向する一方の電極である第2の金属製平板型電極15の表面に誘電体16を一様に被覆することで、より安定した一様なバリア放電を容易に維持することができるとともに、熱電子放出性の高い金属微粒子13を表面に分散析出させた金属製平板型電極14では、該金属微粒子13の分散箇所から対向する誘電体16に向かって局所流量柱放電に似た複数の電流密度の高い放電柱が発生され、複合バリア放電が可能となる。
【0033】
(第2の実施の形態)
また、金属微粒子13として、二次電子放出性の高い金属微粒子を分散析出させることによっても、上述した第1の実施の形態にかかる熱電子放出性の高い金属微粒子を分散析出させた場合と同様の効果を奏することができる。
【0034】
すなわち、金属微粒子13として、二次電子放出性の高い金属微粒子を分散析出させることにより、バリア放電中に局所集中放電に似た複数の電流密度の高い放電柱が発生され、複合バリア放電が実現されることになる。
【0035】
ここで、二次電子放出性の高い金属微粒子としては、例えばマグネシウム酸化物、セシウム複合物、銅ベリリウム、銀マグネシウム、ルビジウム複合物、カルシウム酸化物等の材料が好ましい。
【0036】
また、これらの材料を複数用いるようにしてもよい。
【0037】
(第3の実施の形態)
また、ガス改質反応器においては、グロー陰極降下電圧が低く電子放出性の高い金属微粒子を金属製平板型電極表面上に分散析出させることによっても、熱電子放出性の高い金属微粒子を分散させた場合と同様の効果を奏することができる。
【0038】
すなわち、金属微粒子13として、グロー陰極降下電圧が低く電子放出性の高い金属微粒子を分散析出させることにより、バリア放電中に局所集中放電に似た複数の電流密度の高い放電柱が発生され、複合バリア放電が実現できる。
【0039】
ここで、グロー陰極降下電圧が低く電子放出性の高い金属微粒子としては、例えばマグネシウム酸化物、セシウム複合物、銅ベリリウム、銀マグネシウム、ルビジウム複合物、カルシウム酸化物等の材料が好ましい。
【0040】
また、これらの材料を複数用いるようにしてもよい。
【0041】
このようにバリア放電中に光量の強い局所集中放電に似た複数の放電柱が混在する複合バリア放電においては、複数の放電柱に接した反応ガスは高いプラズマエネルギーのために高効率で反応が進行し、またバリア放電に接した反応ガスもその一部は反応し、それ以外のガスも予備励起されてより反応しやすい状態となる。
【0042】
また、金属表面に分散析出させた金属微粒子の粒径、分散密度を制御することでバリア放電中に発生する複数の放電柱の大きさ、数量、すなわち、放電部のプラズマエネルギー密度を制御でき、これを改質目的の反応ガス系に合わせたプラズマエネルギー密度に適宜設置することで、低電力でしかも高効率なプラズマ改質反応を実現することができる。
【0043】
以下、本発明の好適な実施例について説明するが、本発明は何らこれらの実施例に限定されるものではない。
【0044】
(実施例1)
図1に示すような装置を用い、表面に熱電子放出性の高い金属微粒子を分散析出させる比率を変化させ、熱電子放出性の高い金属微粒子の被覆率による複合バリア放電の相違によるNOXガスの分解試験を行った。
【0045】
なお、ここでは、表面に熱電子放出性の高い金属微粒子としては金属粒径5μmのタングステンを用いた。
【0046】
熱電子放出性の高い金属微粒子の表面被覆率とNOXガス分解率との関係を図3に示す。
【0047】
なお、金属微粒子の粒径は5μmとし、被覆率0%の場合は従来の装置のものである。
【0048】
図3に示すように、表面被覆率が20〜65%の範囲であれば、NOXの分解効率が良好であることが判明した。
【0049】
(実施例2)
実施例1におけるNOXのガスの代わりに、分解対象のガスとしてCO2を用いて同様に測定した。
【0050】
その結果を図4に示す。
【0051】
図4に示すように、表面被覆率が20〜65%の範囲であれば、CO2の分解効率が良好であることが判明した。
【0052】
(実施例3)
実施例2におけるCO2の分解の際に、金属微粒子の粒径を種々変化させてガス改質率を測定した。
【0053】
なお、表面被覆率を60%とした。
【0054】
その結果を図5に示す。
【0055】
図5に示すように、表面被覆率が一定のもとでは、金属粒径が小さいほど発生する雷状放電の数量も増加し、CO2ガスとの接触確率が増加するので、ガス改質効率は向上することが判明した。
【0056】
(実施例4)
次に、実施例2におけるCO2の分解の際に、金属微粒子の分散の形態の相違によるガス改質率を測定した。
【0057】
分散の形態としては、金属製平板型電極14の表面に金属微粒子13を集中的に分散させた場合と、均一に分散させた場合とで実施した。
【0058】
なお、金属微粒子を表面に分散析出させた金属電極の分散状態図を図6に示す。
【0059】
なお、金属微粒子の粒径は5μmとした。
【0060】
その結果を図7に示す。
【0061】
図7に示すように、金属微粒子を集中分散させた場合(図6(A)参照)及び金属微粒子を均一分散させた場合(図6(B)参照)共に、放電状態が局所集中放電に移行するまでは被覆率の増加と共に、CO2改質率が増加することが判明した。
【0062】
金属微粒子の分散状態の差は、局所集中放電に移行する表面被覆率の差として現れ、集中分散の場合では35%、均一分散の場合では65%を境として局所集中放電に移行することが判明した。
【0063】
なお、被覆率が低い場合20〜25程度では、集中分散の形態のほうが分解率が高いが、その後の25%以上では均一分散のほうが良好であるので、全体としては均一分散とするのが好ましいことが判明した。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、対向する電極の一方の電極表面に金属微粒子を分散析出してなるので、高電圧を印加すると複合バリア放電が発生し、CO2、NOX等のガスを高効率で分解することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のガス改質器の概略図である。
【図2】金属微粒子を表面に分散析出させた金属電極の斜視図である。
【図3】熱電子放出性の高い金属微粒子の表面被覆率とNOXガス分解率との関係図である。
【図4】熱電子放出性の高い金属微粒子の表面被覆率とCO2ガス分解率との関係図である。
【図5】熱電子放出性の高い金属微粒子の粒径とCO2ガス分解率との関係図である。
【図6】金属微粒子を表面に分散析出させた金属電極の分散状態図である。
【図7】熱電子放出性の高い金属微粒子の表面分散状態とCO2ガス分解率との関係図である。
【符号の説明】
11 ガス
12 分解容器
13 金属微粒子
14 金属製平板型電極
15 金属製平板型電極
16 誘電体
17 電源ユニット
Claims (9)
- 相対向する第1の平板型電極及び第2の平板型電極と、これら両電極の間に介装される誘電体と、前記両電極の間に電位差を付与する電位差付与手段とを備え、
前記第1の電極の表面に、当該表面を20%〜60%の表面被覆率で覆う金属微粒子を分散析出してなり、高電圧を印加し、複合バリア放電を発生させることを特徴とするプラズマ分解装置。 - 請求項1において、前記第2の電極の表面に前記誘電体を積層してなることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項1又は2において、前記金属微粒子が熱電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項3において、前記金属微粒子がタングステン、白金、タリウム、ニオブ、ニッケル、ジルコニウム、セシウム、バリウムからなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項1又は2において、前記金属微粒子が二次電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項1又は2において、前記金属微粒子がグロー陰極降下電圧が低く電子放出性の高い金属微粒子であることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項5又は6において、前記金属微粒子がマグネシウム酸化物、セシウム複合物、銅ベリリウム、銀マグネシウム、ルビジウム複合物、カルシウム酸化物からなる群から選択される少なくとも一つであることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 請求項1〜7の何れかにおいて、前記金属微粒子の分散形態が均一分散又は集中分散であることを特徴とするプラズマ分解装置。
- 相対向する電極の間に電位差を付与し、プラズマを発生させてなり、ガスを分解するガスプラズマ分解方法において、
一方の電極の表面に、当該表面を20%〜60%の表面被覆率で覆う金属微粒子を分散析出させ、高電圧を印加し、複合バリア放電を発生させつつガスを分解することを特徴とするガスプラズマ分解方法。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000140294A JP4036600B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 |
US09/849,340 US6774335B2 (en) | 2000-05-12 | 2001-05-07 | Plasma reactor and gas modification method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000140294A JP4036600B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2001314753A JP2001314753A (ja) | 2001-11-13 |
JP4036600B2 true JP4036600B2 (ja) | 2008-01-23 |
Family
ID=18647614
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2000140294A Expired - Fee Related JP4036600B2 (ja) | 2000-05-12 | 2000-05-12 | プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4036600B2 (ja) |
Families Citing this family (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7488889B2 (en) | 2005-02-22 | 2009-02-10 | Medusa Special Projects, Llc | Layered nuclear-cored battery |
US7491881B2 (en) | 2005-02-22 | 2009-02-17 | Medusa Special Projects, Llc | Method of manufacturing a nuclear-cored battery |
US7482533B2 (en) | 2005-02-22 | 2009-01-27 | Medusa Special Projects, Llc | Nuclear-cored battery |
US7491882B2 (en) | 2005-02-22 | 2009-02-17 | Medusa Special Projects, Llc | Super electromagnet |
US7438789B2 (en) | 2005-02-22 | 2008-10-21 | Medusa Special Projects, Llc | Decomposition cell |
JP2006278236A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Ngk Insulators Ltd | プラズマ発生電極及びプラズマ反応器 |
JP5376618B2 (ja) * | 2005-11-30 | 2013-12-25 | 日本碍子株式会社 | プラズマ放電用電極装置 |
JP5008622B2 (ja) * | 2008-08-22 | 2012-08-22 | 株式会社日立国際電気 | プラズマ発生電極及びプラズマ発生方法 |
-
2000
- 2000-05-12 JP JP2000140294A patent/JP4036600B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2001314753A (ja) | 2001-11-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6524538B2 (en) | Method and apparatus for plasma treatment of gas | |
CN109200970A (zh) | 低温等离子双电场辅助气相反应合成化合物的装置和应用 | |
US20050214181A1 (en) | Dielectric, gas treatment apparatus using the same, and plasma generator | |
JP4036600B2 (ja) | プラズマ分解装置及びガスプラズマ分解方法 | |
US20210370273A1 (en) | Method for preparing catalytic nanoparticles, catalyst surfaces, and/or catalysts | |
US7608796B2 (en) | Plasma generating electrode and plasma reactor | |
JP2002151295A (ja) | 放電発生装置 | |
US20230258113A1 (en) | Apparatus and method for electron irradiation scrubbing | |
US6774335B2 (en) | Plasma reactor and gas modification method | |
JP3863701B2 (ja) | プラズマリアクタ | |
EP1479431A2 (en) | An exhaust gas purifying apparatus and method of using the same | |
JPH0881205A (ja) | オゾン発生装置 | |
JP3337473B2 (ja) | 負電荷酸素原子発生方法及びその装置 | |
JP2929768B2 (ja) | 円筒型プラズマ発生装置 | |
Kogelschatz et al. | High pressure plasmas: Dielectric barrier and corona discharges | |
JPH01148329A (ja) | 排ガスの放電処理装置 | |
JP3417037B2 (ja) | オゾン発生装置 | |
JP2005298286A (ja) | 炭化水素分解装置及び炭化水素分解方法 | |
JP2949756B2 (ja) | 脱臭器及び脱臭方法 | |
JP2001314750A (ja) | プラズマ反応容器及びその通電方法 | |
JPH07277707A (ja) | オゾン発生装置 | |
JP2001314729A (ja) | プラズマリアクタ | |
JPH0966221A (ja) | 排煙分解装置 | |
JPH0831547A (ja) | オゾン発生装置 | |
JPS62132706A (ja) | オゾン発生装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20060707 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20060802 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060927 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20070511 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20070912 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20070925 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20071024 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20071030 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20101109 Year of fee payment: 3 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |