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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2021-126633(P2021-126633A)
(43)【公開日】2021年9月2日
(54)【発明の名称】プラズマ処理装置
(51)【国際特許分類】
B01D 53/72 20060101AFI20210806BHJP
B01D 53/56 20060101ALI20210806BHJP
B01D 53/48 20060101ALI20210806BHJP
B01D 53/76 20060101ALI20210806BHJP
B01J 19/08 20060101ALI20210806BHJP
B01D 53/58 20060101ALI20210806BHJP
H05H 1/24 20060101ALI20210806BHJP
【ＦＩ】
B01D53/72
B01D53/56ZAB
B01D53/48 100
B01D53/76
B01J19/08 E
B01D53/58
H05H1/24
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】15
(21)【出願番号】特願2020-24229(P2020-24229)
(22)【出願日】2020年2月17日
(71)【出願人】
【識別番号】517204298
【氏名又は名称】株式会社ロブス
(74)【代理人】
【識別番号】100130513
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 直也
(74)【代理人】
【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
(74)【代理人】
【識別番号】100130177
【弁理士】
【氏名又は名称】中谷 弥一郎
(74)【代理人】
【識別番号】100127340
【弁理士】
【氏名又は名称】飛永 充啓
(72)【発明者】
【氏名】宮川 健
【テーマコード（参考）】
2G084
4D002
4G075
【Ｆターム（参考）】
2G084AA18
2G084BB07
2G084BB11
2G084BB23
2G084BB31
2G084DD18
2G084DD22
2G084FF14
2G084FF22
2G084FF39
4D002AA05
4D002AA12
4D002AA13
4D002AA32
4D002AA33
4D002AA40
4D002AB02
4D002AC04
4D002AC10
4D002BA07
4D002CA20
4G075AA03
4G075AA37
4G075BA05
4G075BD08
4G075BD09
4G075CA47
4G075EB21
4G075EB31
4G075EC06
4G075EC09
4G075EC11
4G075EC21
4G075FA08
4G075FA12
4G075FB02
4G075FB03
4G075FB12
(57)【要約】
【課題】筒状電極と軸状電極間のプラズマ処理空間に被処理ガスを螺旋流化して流入させるプラズマ処理装置において処理性能の更なる向上を図る。【解決手段】筒状電極１１と軸状電極１２とで形成されたプラズマ処理空間１４に連通するガス導入路１５が、プラズマ処理空間１４に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部１５ａと、ガイドベーン部１５ａとプラズマ処理空間１４との間で螺旋流に後流渦を発生させる障害部１５ｄを有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
筒状電極と、前記筒状電極の内側に同軸状に配置された軸状電極と、前記筒状電極と前記軸状電極とで形成されたプラズマ処理空間に連通するガス導入路と、を備え、
前記ガス導入路が、前記プラズマ処理空間に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部を有し、
前記被処理ガスの螺旋流が前記プラズマ処理空間のガス導入路側に流入し、当該プラズマ処理空間の反ガス導入路側から当該被処理ガスが流出するように設けられているプラズマ処理装置において、
前記ガス導入路が、前記ガイドベーン部と前記プラズマ処理空間との間で前記螺旋流に後流渦を発生させる障害部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
前記ガス導入路が、前記プラズマ処理空間に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部を有し、
前記被処理ガスの螺旋流が前記プラズマ処理空間のガス導入路側に流入し、当該プラズマ処理空間の反ガス導入路側から当該被処理ガスが流出するように設けられているプラズマ処理装置において、
前記ガス導入路が、前記ガイドベーン部と前記プラズマ処理空間との間で前記螺旋流に後流渦を発生させる障害部を有することを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項2】
軸方向に並ぶ複数の仮想円周上にそれぞれ二以上の前記障害部が配置されており、前記複数の仮想円周上に配置された前記障害部が、前記螺旋流の巻き方向と逆方向に巻いた螺旋状に分布している請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項3】
前記ガス導入路が、前記筒状電極に軸方向に連続する円管状部と、前記ガイドベーン部と前記軸状電極の間で前記円管状部の内側に同軸状に配置された円柱状部と、を有し、
前記障害部が、前記円管状部と前記円柱状部との間に配置されている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
前記障害部が、前記円管状部と前記円柱状部との間に配置されている請求項２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項4】
前記筒状電極と前記軸状電極の間に印加される電圧が、これら両電極間で火花放電を発生させない電圧に設定されている請求項１から３のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【請求項5】
インレット管と、アウトレット管と、をさらに備え、
前記プラズマ処理空間と前記ガス導入路が連通する処理ユニット部として、前記インレット管と前記アウトレット管の間に二以上の処理ユニット部が配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
前記プラズマ処理空間と前記ガス導入路が連通する処理ユニット部として、前記インレット管と前記アウトレット管の間に二以上の処理ユニット部が配置されている請求項１から４のいずれか１項に記載のプラズマ処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、ＶＯＣ（Volatile Organic Compound:揮発性有機化合物）、窒素酸化物、臭気性ガスなどの分解、脱臭を行うプラズマ処理装置に関する。
【背景技術】
【0002】
食品加工施設、食品保管施設、下水処理施設、ゴミ処理施設などの業務施設から発生する有害ガスを処理するためにプラズマ処理装置が利用されている。従来、業務施設用のプラズマ処理装置として、内周面を放電面とする筒状電極と、筒状電極の内側に同心状に配置された軸状電極とを備え、これら電極間の環状のプラズマ処理空間に被処理ガスを流入させ、これら電極間に所定電圧を印加することで発生させたプラズマによって被処理ガス中のＶＯＣ、ＮＯｘ等の被処理物質を分解するものが知られている（特許文献１、２）。
【0003】
特に、特許文献２に記載されたプラズマ処理装置では、プラズマ処理空間に被処理ガスを導入する経路上において被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部が設けられていることにより、プラズマ処理空間の通過に要する被処理ガスの移動距離が直線的な軸方向の流れで通過する場合の移動距離に比べて大きくなる。このため、プラズマ処理空間の軸方向長さを延長することなく、被処理物質を分解する処理性能が向上させられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６−７５５１号公報
【特許文献2】特開２００４−１８１２８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかし、特許文献２に記載されたプラズマ処理装置のようにガイドベーン部で被処理ガスを螺旋流化する場合、プラズマ処理空間を通過する間の螺旋巻き数を多くすることに限界があり、このため、処理性能を螺旋流化だけで更に向上させることが困難である。
【0006】
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、筒状電極と軸状電極間のプラズマ処理空間に被処理ガスを螺旋流化して流入させるプラズマ処理装置において処理性能の更なる向上を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記の課題を達成するため、この発明は、筒状電極と、前記筒状電極の内側に同軸状に配置された軸状電極と、前記筒状電極と前記軸状電極とで形成されたプラズマ処理空間に連通するガス導入路と、を備え、前記ガス導入路が、前記プラズマ処理空間に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部を有し、前記被処理ガスの螺旋流が前記プラズマ処理空間のガス導入路側に流入し、当該プラズマ処理空間の反ガス導入路側から当該被処理ガスが流出するように設けられているプラズマ処理装置において、前記ガス導入路が、前記ガイドベーン部と前記プラズマ処理空間との間で前記螺旋流に後流渦を発生させる障害部を有する構成を採用した。
【0008】
上記構成によれば、ガス導入路のガイドベーン部による被処理ガスの螺旋流中に障害部による後流渦が生じ、後流渦を含む螺旋流がプラズマ処理空間に流入することになる。その後流渦中の被処理物質については、渦で流れる分、プラズマ処理空間を長く流れることになり、プラズマによる作用を受ける確率が高まる。このため、螺旋流化だけの場合に比して処理性能が更に向上させられる。そのための障害部は、ガス導入路に配置されるので、プラズマ処理空間でのプラズマ生成自体に悪影響を及ぼさない。
【発明の効果】
【0009】
このように、この発明は、上記構成の採用により、筒状電極と軸状電極間のプラズマ処理空間に被処理ガスを螺旋流化して流入させるプラズマ処理装置において処理性能の更なる向上を図ることができる。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、この発明の一例としての実施形態に係るプラズマ処理装置を添付図面に基づいて説明する。
【0012】
図１、図２に示すこのプラズマ処理装置は、被処理ガスを通過させる際にプラズマ処理を施す二以上の処理ユニット部１０と、これら処理ユニット部１０に対して上流側から被処理ガスを供給するインレット管２０と、これら処理ユニット部１０に対して下流側から被処理ガスを排出するアウトレット管３０と、を備える。
【0013】
このプラズマ処理装置は、前述の食品加工施設や食品保管施設、下水処理施設やゴミ処理施設などの他、半導体製造工場や塗装工場など、様々な業務施設において発生又は使用されるＶＯＣなどの被処理ガスを無臭又は無害な物質に分解処理するために用いられる。そのため、このプラズマ処理装置は、設置される場所や被処理ガスの量などに応じて様々な変形が可能なように処理ユニット部１０等が構成される。
【0014】
処理ユニット部１０は、筒状電極１１と、筒状電極１１の内側に筒状電極１１と同軸状に配置された軸状電極１２と、軸状電極１２を筒状電極１１と同軸状に保持するための複数の絶縁スペーサ１３と、筒状電極１１と軸状電極１２とで形成されたプラズマ処理空間１４に連通するガス導入路１５とで構成されている。
【0015】
このプラズマ処理装置は、インレット管２０とアウトレット管３０との間に二以上の処理ユニット部１０が並列に接続された構造になっている。
【0016】
筒状電極１１は、筒体１６の内周に円筒面状に設けられた陰極になっている。軸状電極１２は、軸体の外周に円筒面状に設けられた陽極になっている。軸状電極１２は、筒状電極１１と径方向に対向する。
【0017】
ここで、軸方向とは、筒状電極１１の筒軸に沿った方向のことをいう。また、径方向とは、その筒軸に対して直角な方向のことをいう。また、周方向とは、その筒軸回りの円周方向のことをいう。
【0018】
筒状電極１１及び軸状電極１２として、継ぎ目のないシームレスパイプを用いることが好ましく、その材料は特に限定されない。例えば、ステンレスパイプであってもよいし、グラファイト、カーボンナノチューブ等のカーボンで強化された導電性樹脂（ＣＦＲＰ：Carbon Fiber Reinforced Plastics）パイプであってもよい。或いは、ステンレスパイプの内周面又は外周面に、グラファイト、カーボンナノチューブ等のカーボンを含む樹脂層をコーティングしたものであってもよい。なお、シームレスのステンレスパイプは高価であり、重量が重いこと、４００℃以上の高温に耐えにくいこと、強酸及び強アルカリによって腐食する可能性があることから、導電性樹脂パイプの方が好ましい。
【0019】
絶縁スペーサ１３は、耐薬品性及び耐熱性に優れた、例えばフッ素系樹脂などで形成されている。絶縁スペーサ１３は、例えば、同軸状に芯だしをするため、軸方向から見て略Ｘ状、あるいは略Ｙ状のものにするとよく、また、被処理ガスの流れを妨げないようにするため、なるべく細いフレームで構成するとよい。
【0020】
プラズマ処理空間１４は、筒状電極１１と軸状電極１２が径方向に対向する空間である。このプラズマ処理装置は、大量の被処理ガスを処理するため、例えば、筒状電極１１の内径を１００ｍｍ、軸状電極１２の外径を２０ｍｍ、筒状電極１１と軸状電極１２が径方向に対向する領域の軸方向の長さを１６００ｍｍとしている。この寸法は、一例であって、これに限定されるものではない。軸状電極１２の外径は、１０ｍｍ以上あればよい。一方、筒状電極１１の内径を大きくしすぎると、筒状電極１１と軸状電極１２間の距離が長くなり、放電が起こりにくくなる。このため、筒状電極１１の内径をＤ１、軸状電極１２の外径をＤ２として、３≦Ｄ１／Ｄ２≦６を満足すること、Ｄ１−Ｄ２≧２０ｍｍを満足すること、及びＤ２≧１０ｍｍを満足することが好ましい。
【0021】
また、筒状電極１１と軸状電極１２を軸方向に長くしすぎると、筒状電極１１と軸状電極１２を絶縁スペーサ１３で同心状に保持することが困難となる。そのため、筒状電極１１と軸状電極１２が径方向に対向する領域の軸方向の長さをＬとして、５００ｍｍ≦Ｌ≦２０００ｍｍを満足することが好ましい。
【0022】
筒状電極１１と軸状電極１２の間に１３０００〜２５０００Ｖの電圧を印加し、筒状電極１１と軸状電極１２の間で放電を発生させる。ここで、筒状電極１１及び軸状電極１２に凹凸があると、その箇所で火花放電が発生する。コロナ放電、グロー放電等の火花放電が発生すると、その付近でしかプラズマは生成されず、プラズマ処理の効果が発揮されにくい。また、筒状電極１１と軸状電極１２の間に印加する電圧が高すぎたり、筒状電極１１と軸状電極１２の間の距離が短すぎたりすると、火花放電が発生する可能性がある。電圧２３０００Ｖは、筒状電極１１と軸状電極１２の間の距離を４０ｍｍとした場合の火花放電を発生させないための上限値である。筒状電極１１と軸状電極１２の間に印加する電圧は、火花放電が発生しないように、筒状電極１１と軸状電極１２の寸法に合わせて適宜調節すればよい。なお、筒状電極１１及び軸状電極１２と電源回路との接続点は、特に限定されないが、図に示す構成例では、筒状電極１１と軸状電極１２の軸方向の中央部近傍としている。
【0023】
プラズマによる被処理ガスの分解や脱臭作用は、様々な原理が複合的に作用して行われる。被処理ガスは、空気とＶＯＣなどの混合物であり、様々な物質が含まれている。筒状電極１１と軸状電極１２の間のプラズマ処理空間１４で放電が生じると、被処理ガスに含まれる様々な物質が活性化され、プラズマ化される。すなわち、被処理ガス中に含まれるＶＯＣ等の被処理物質が直接プラズマ化され、他の物質に変換される場合がある。また、空気中の酸素などがプラズマ化され、それによってオゾンが発生され、そのオゾンによって被処理物質が酸化される場合もある。このように、様々な原理によって、被処理ガス中の被処理物質が、臭気性のない二酸化炭素や水分子などの他の物質に変換され、ＶＯＣの分解や臭気ガスの脱臭、被処理物質の分解などが行われる。
【0024】
図１、図３に示すように、ガス導入路１５は、プラズマ処理空間１４に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部１５ａと、軸方向に延びる円管状部１５ｂと、円管状部１５ｂの内側に円管状部１５ｂと同軸状に配置された円柱状部１５ｃと、ガイドベーン部１５ａとプラズマ処理空間１４との間で前述の螺旋流に後流渦を発生させる二以上の障害部１５ｄと、を有する。
【0025】
ガイドベーン部１５ａは、図３、図４に示すように、軸方向に下流側（プラズマ処理空間１４側）に向かって所定径に拡がる円錐状体１５ｅと、円錐状体１５ｅから径方向に突き出た複数（図示例では四枚）の垂直ガイド板１５ｆと、曲線状にねじられた形状の板面を有する複数（図示例では四枚）の曲面ガイド板１５ｇとで構成されている。ガイドベーン部１５ａは、円管状部１５ｂの内側に配置されている。
【0026】
円錐状体１５ｅは、その軸方向の中間で２つに分割したものを嵌合して一体に組立、分離自在に構成されている。円錐状体１５ｅの上流側（プラズマ処理空間１４から遠い側）の分割部分には、垂直ガイド板１５ｆが一体に形成されている。円錐状体１５ｅの下流側（プラズマ処理空間１４から近い側）の分割部分には、曲面ガイド板１５ｇが一体に形成されている。四枚の垂直ガイド板１５ｆは軸方向からの断面視では十字状に交差する向きで径方向に突出している。曲面ガイド板１５ｇの上流側端部は、垂直ガイド板１５ｆに接続するように軸方向に沿っており、曲面ガイド板１５ｇの下流側部は、前述の上流側端部から曲面ガイド板１５ｇの下流側端まで螺旋状に曲面を成すように延びている。
【0027】
図１、図２に示すように、円管状部１５ｂは、筒状電極１１を設けた筒体１６のうち、筒状電極１１よりもガス導入路１５側（プラズマ処理空間１４から遠い側、上流側）の筒部分からなる。このため、円管状部１５ｂの内径と、筒状電極１１の内径Ｄ１は同一に設定されている。
【0028】
図３に示すように、円管状部１５ｂの上流側端部（筒体１６のガス導入路１５側の端部は、インレット管２０に接続されている。筒体１６の反ガス導入路１５側（プラズマ処理空間１４に近い側、下流側）の端部は、アウトレット管３０に接続されている。
【0029】
障害部１５ｄは、円管状部１５ｂと円柱状部１５ｃとの間に配置されている。障害部１５ｄは、円柱状部１５ｃから径方向に延びる突起部からなる。軸方向に並ぶ複数の仮想円周上にそれぞれ二以上の障害部１５ｄが配置されている。これら複数の仮想円周上に配置された障害部１５ｄは、前述の螺旋流の巻き方向と逆方向に巻いた螺旋状に分布している。
【0030】
円柱状部１５ｃは、図３、図４に示すように、複数段（図示例では２段）に嵌合、組立自在な短い円柱片１５ｈを嵌合して１つの円柱状部１５ｃを形成し、それぞれの円柱片１５ｈにはその外周に所定の角度ピッチで二以上の障害部１５ｄが円柱片１５ｈから径方向に突出するよう設けられている（図示例では障害部１５ｄが１つの円柱片１５ｈに７個）。
【0031】
障害部１５ｄの断面は三角形状になっている。障害部１５ｄは、その断面三角形状の一辺を径方向に向け、残り二斜辺が交差する稜線を軸方向上流側に向けた姿勢で円管状部１５ｂの近傍まで延びている。障害部１５ｄの形状は、ガイドベーン部１５ａによる被処理ガスの螺旋流が障害部１５ｄにぶつかることによって後流に渦を発生させることが可能なものであればよく、図示例以外にも四角形、五角形・・・多角形、円形、楕円形など種々の断面形状のものを使用できる。
【0032】
ガイドベーン部１５ａの円錐状体１５ｅの下流側端は、円柱状部１５ｃの上流側端に同一径で接続されている。円柱状部１５ｃと円錐状体１５ｅのそれぞれの中心には貫通孔が形成されており、その貫通孔にねじ棒を挿通し、下流端側をナットで締結することにより円柱状部１５ｃとガイドベーン部１５ａが一体に組立てられる。軸状電極１２を成す軸体に形成された雌ねじ部に前述のねじ棒の先端部をねじ込むことにより、ガイドベーン部１５ａ及び円柱状部１５ｃが筒体１６及び円管状部１５ｂと同軸状になるように固定されている。
【0033】
各円柱片１５ｈの中心に設けたボス部とその裏側に設けた凹部、及び円柱片１５ｈの一端面に設けた小突起（図４例では６０度ピッチで６個）と、これに対応して他端面に設けた小孔（小突起と同数）とにより嵌合、組立てできるように形成されている。複数段の円柱片１５ｈを組立てる際には、互いに隣り合う二個の円柱片１５ｈのうち、一方の円柱片１５ｈのボス部を他方の円柱片１５ｈの凹部に対応させ、かつ一方の円柱片１５ｈの小突起を他方の円柱片１５ｈの小孔に周方向の配置ピッチを合せて圧入嵌合し、同様な嵌合を隣接する各円柱片１５ｈ間でそれぞれ実施すると円柱状部１５ｃが形成される。
【0034】
円柱片１５ｈに形成されている二以上の障害部１５ｄと互いの嵌合のための小突起と小孔の配置については、各円柱片１５ｈにおいて同じである。例えば、小突起、小孔と障害部１５ｄを軸線回りの角度で基準となる０度位置に置き、他の小突起、小孔を６０度ピッチで配置し、障害部１５ｄについては５１．４３度のピッチで同じ回転方向に配置されている。そして、このような形状で複数の円柱片１５ｈの全てを同じ配置構成で形成したから、円柱片１５ｈのそれぞれを互いに嵌合させ、組立てる際に、全ての円柱片１５ｈの障害部１５ｄを互いに角度位置がずれた位置として組立てられる。このような角度位置関係とするためには、上記以外にも例えば障害部の数を１１、１３又は１７のような素数とし、円柱片の段数をその素数より１つ少ない数とすれば、ある仮想円周上の障害部と、他の仮想円周上の障害部の位相をずらすことができる。すなわち、複数の仮想円周上に配置された障害部１５ｄを軸方向に向かって周方向に旋回する螺旋状に分布させることができる。
【0035】
その障害部１５ｄの螺旋状分布における螺旋巻き方向は、右回り及び左回りのいずれにも設定可能である。図３に示すように、ガイドベーン部１５ａの曲面ガイド板１５ｇが右ねじの進む方向の螺旋状の板面を有する場合、障害部１５ｄの螺旋状分布における螺旋巻き方向を左向きにすることにより、ガイドベーン部１５ａによる被処理ガスの螺旋流が円柱状部１５ｃに分布する各障害部１５ｄとぶつかり易くなる。
【0036】
なお、複数段の円柱片１５ｈを円柱状部１５ｃに組立てる際に、障害部１５ｄの配置パターンを種々の形態に変更可能であり、例えば、障害部が右ねじの進む方向に螺旋状をなす分布パターン、右ねじの進む方向の螺旋状から左ねじの進む方向の螺旋状に変化する分布パターン等に組み立てることができる。いずれの分布パターンであっても、軸方向に隣り合う二つの仮想円周上の障害部１５ｄのうち、一方の仮想円周上の障害部１５ｄの位相と他方の仮想円周上の障害部１５ｄの位相がずれるので、被処理ガスの螺旋流を効率よく障害部１５ｄに衝突させるのに有利となる。
【0037】
また、障害部１５ｄは円柱状部にもたせる必要はなく、例えば、円管状部の内周にもたせてもよく、この場合、円柱状部全体を一体に形成し、円管状部を複数のパイプに分割し、これらを小突起と小孔により嵌合して円管状部に組み立てるようにしてもよい。
【0038】
また、障害部１５ｄを径方向に真っすぐ延びる棒状にする必要はなく、例えば、障害部の径方向一端の角度位置に対して当該障害部の径方向他端の角度位置をずらした斜め方向に向けて延びる棒状にしてもよい。
【0039】
円柱片１５ｈ、障害部１５ｄ、ガイドベーン部１５ａは、例えば、硬質の合成樹脂、ステンレス鋼等で形成される。
【0040】
図２に示すように、被処理ガスをインレット管２０からガス導入路１５に供給するためのブロワー４０は、処理ユニット部１０に対して下流側に設けてもよいし、被処理ガスが発生する実験設備やクリーンルームと処理ユニット部１０の間（処理ユニット部１０に対して上流側）に設けてもよい。このようなプラズマ処理装置は、どのような場面で使用されるか想定ができず、被処理物質の中には強酸性のものや強アルカリ性のものが含まれている可能性がある。被処理ガスがブロワーのインペラーなどに衝突することを考慮すると、プラズマ処理済みの被処理ガスを排出するアウトレット管３０にブロワー４０を設けることが好ましい。
【0041】
被処理ガスは、被処理ガスの発生源に連通するインレット管２０を流れ、このインレット管２０から分岐する各ガス導入路１５に流入し、図３に示すガイドベーン部１５ａと円管状部１５ｂ間を通過する際、軸方向に下流側に向かって一方向に旋回する螺旋状の流れ（螺旋流）に変わり、円管状部１５ｂと円柱状部１５ｃの間の環状空間で障害部１５ｄにぶつかることで後流渦を含む螺旋流に変わってから、プラズマ処理空間１４の上流（ガス導入路１５）側の端に流入し、プラズマ処理空間１４を軸方向に下流側に向かって一方向に旋回する螺旋流の状態で通過し、図１に示すプラズマ処理空間１４の下流側の端から図２に示すアウトレット管３０に流出する。アウトレット管３０を流れるプラズマ処理済みの被処理ガスは、やがて外部に排出される。
【0042】
特に、図１に示すガス導入路１５を通過する際の被処理ガスの流れは、図４に示す垂直ガイド板１５ｆで複数列の流れに分割されて曲面ガイド板１５ｇの位置へと進み、この曲面ガイド板１５ｇとその中心部の円錐状体１５ｅの外周とにより径方向へ少しずつ拡がりながらねじられて、前述の螺旋流となる（図３中に矢線で概念的に示す）。このとき、被処理ガスの流速が大きい場合は軸方向の速度成分の影響が強いため、螺旋流となってもそのねじれ率が小さくなる。被処理ガスの流速が小さい場合、軸方向の速度成分の影響よりも曲面ガイド板１５ｇに沿って流れる捩じれ方向の速度成分の影響が強くなり、ねじれ率が大きくなる。被処理ガスの螺旋流が、円管状部１５ｂと円柱状部１５ｃとの間の環状空間内を進む際、多数の障害部１５ｄに衝突して、その後流に渦（後流渦）を生じる（図中に渦巻き線で示す）。
【0043】
ここで、被処理ガスの螺旋流の螺旋巻き方向は、軸方向に下流側に向って右回り（右ねじが進む方向）であるのに対し、複数の仮想円周上に配置された障害部１５ｄ・・・のうち互いに接近して配置された障害部１５ｄ，１５ｄの先端を通るように想像線で結んだ螺旋曲線が左回り（左ねじの進む方向）の螺旋状に分布しているため、螺旋流が多数の障害部と衝突する確率が高く、後流渦を効率よく螺旋流に発生させることができる。
【0044】
なお、円柱状部１５ｃを省いたガス導入路とした場合、障害部を円管状部側に設けることで後流渦を発生させることは可能であるが、円柱状部１５ｃが存在する場合、被処理ガスの螺旋流が中心側へ拡散せず、比較的流速の高い状態で螺旋流を障害部１５ｄに衝突させることになり、効率よく後流渦を発生させることができる。
【0045】
被処理ガスの流速は、図示例の場合、後流渦を含む螺旋流をガス導入路１５で生成することができるように調節すればよく、そのためのブロワー４０の送風能力については、被処理ガスの量や処理ユニット部１０の本数などに応じて適宜調節すればよい。好ましくは、被処理ガスの流速として、被処理ガスがガイドベーン部１５ａを流出してから、プラズマ処理空間１４から流出するまでの間、軸方向に下流側に向かって一方向に旋回する螺旋流の状態を維持することができ、かつ障害部１５ｄに後流渦としてカルマン渦を生じる速度に設定することが好ましい。後流渦としてカルマン渦が発生すると、渦列として多数の渦をプラズマ処理空間１４に流入させることができる。このため、被処理ガス中の被処理物質がプラズマによる作用を受ける確率がより高められる。
【0046】
プラズマ処理空間１４の軸方向の長さＬは、被処理ガスの螺旋流の移動距離を長くするため、１０００ｍｍ以上にすることが好ましい。
【0047】
図１〜図４に示すこのプラズマ処理装置は、上述のようなものであり、筒状電極１１と、筒状電極１１の内側に同軸状に配置された軸状電極１２と、筒状電極１１と軸状電極１２とで形成されたプラズマ処理空間１４に連通するガス導入路１５と、を備え、ガス導入路１５が、プラズマ処理空間１４に向かう被処理ガスの流れを螺旋流に変えるガイドベーン部１５ａと、このガイドベーン部１５ａとプラズマ処理空間１４との間で前記螺旋流に後流渦を発生させる障害部１５ｄと、を有し、その後流渦を含む螺旋流がプラズマ処理空間１４のガス導入路１５側に流入し、プラズマ処理空間１４の反ガス導入路１５側から被処理ガスが流出するように設けられていることにより、その後流渦中の被処理物質については、渦で流れる分、プラズマ処理空間１４を長く流れることになり、プラズマによる作用を受ける確率が高まる。そのための障害部１５ｄは、ガス導入路１５に配置されるので、プラズマ処理空間１４でのプラズマ生成自体に悪影響を及ぼさない。
【0048】
したがって、このプラズマ処理装置は、筒状電極１１と軸状電極１２間のプラズマ処理空間１４に被処理ガスを螺旋流化して流入させることで被処理ガス中の被処理物質を分解する処理性能を向上させ、その螺旋流中に後流渦を発生させることで処理性能の更なる向上を図ることができる。
【0049】
また、このプラズマ処理装置は、軸方向に並ぶ複数の仮想円周上にそれぞれ二以上の障害部１５ｄが配置されており、複数の仮想円周上に配置された障害部１５ｄ，１５ｄ・・・が、螺旋流の巻き方向と逆方向に巻いた螺旋状に分布していることにより、被処理ガスの螺旋流の巻き方向と同じ巻き方向の螺旋状に障害部１５ｄ，１５ｄ・・・が分布している場合に比して、螺旋流が多数の障害部１５ｄにぶつかり易くなるので、多くの後流渦を発生させることができる。
【0050】
また、このプラズマ処理装置は、ガス導入路１５が、筒状電極１１に軸方向に連続する円管状部１５ｂと、ガイドベーン部１５ａと軸状電極１２の間で円管状部１５ｂの内側に同軸状に配置された円柱状部１５ｃと、を有し、障害部１５ｄが、円管状部１５ｂと円柱状部１５ｃとの間に配置されていることにより、比較的圧力の高い状態で螺旋流を多数の障害部１５ｄに衝突させて効率よく後流渦を発生させることができる。
【0051】
また、このプラズマ処理装置は、筒状電極１１と軸状電極１２の間に印加される電圧が、これら両電極１１，１２間で火花放電を発生させない電圧に設定されていることにより、プラズマ処理空間１４の広い範囲で後流渦を含む螺旋流として流れる被処理ガス中の電子を筒状電極１１と軸状電極１２の間に生じる電界で励起してプラズマを発生させることができるため、大量に被処理ガスを処理するのに好適である。
【0052】
また、このプラズマ処理装置は、インレット管２０と、アウトレット管３０と、をさらに備え、プラズマ処理空間１４とガス導入路１５が連通する処理ユニット部１０として、インレット管２０とアウトレット管３０の間に二以上の処理ユニット部１０が配置されていることにより、被処理ガスがインレット管２０からアウトレット管３０まで流れる間に二か所以上において処理性能を更に向上させたプラズマ処理を行えるので、被処理ガスの大量処理や被処理物質の高削減率を達成するのに好適である。なお、インレット管とアウトレット管との間に二以上の処理ユニット部１０を直列に組み込んでもよい。
【0053】
図１〜図４に示すプラズマ処理装置を用いて様々な被処理ガスを処理した実験結果を実施例として示す。以下の各実施例において、個々の処理ユニット部１０の寸法は、筒状電極１１の内径を１０８ｍｍ、軸状電極１２の外径を２５ｍｍ、筒状電極１１と軸状電極１２が径方向に対向するプラズマ処理空間１４の軸方向の長さを１０００ｍｍとしている。また、処理ユニット部１０の並列数は、１２本である。また、ブロワー４０の送風能力は、１２本の処理ユニット部１０全体に対して１．０ｍ３／分である。電源の消費電力は４０Ｗであり、電源回路において２３０００Ｖに昇圧して筒状電極１１と軸状電極１２に印加している。
【0054】
インレット管２０の全処理ユニット部１０よりも上流側の位置で被処理ガス中の被処理物質濃度（ｐｐｍ）を測定し（原臭濃度）、アウトレット管３０の全処理ユニット部１０よりも下流側の位置でプラズマ処理済みの被処理ガス（処理済みガス）中の被処理物質濃度（ｐｐｍ）を測定した（残留濃度）。なお、被処理ガスの種類に応じて、異なる実験設備や異なる検出装置を使用した。
【0055】
また、各実施例につき、比較例として、図１〜図４に示すプラズマ処理装置から全ての障害部１５ｄ及び円柱状部１５ｃを省略し、ガイドベーン部１５ａを軸状電極１２にねじ止めしたもので同様の実験を行った。
【実施例1】
【0056】
実施例１及び比較例１における被処理対象物質は、硫化ジメチル（（ＣＨ３）２Ｓ）である。
【0057】
実施例１及び比較例１では、気温１３℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に２分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を３度繰り返した後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例１及び比較例１の各３回の実験結果を表１に示す。
【0058】
【表1】
【実施例2】
【0059】
実施例２及び比較例２における被処理対象物質は、アセトアルデヒド（ＣＨ３ＣＨＯ）である。
【0060】
実施例２及び比較例２では、気温１３℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に３分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を１度行った後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例２及び比較例２の各３回の実験結果を表２に示す。
【0061】
【表2】
【実施例3】
【0062】
実施例３及び比較例３における被処理対象物質は、酢酸エチルエーテル（ＣＨ３ＣＯＯＣ２Ｈ５）である。
【0063】
実施例３及び比較例３では、気温１３℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に３分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を２度繰り返した後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例３及び比較例３の各３回の実験結果を表３に示す。
【0064】
【表3】
【実施例4】
【0065】
実施例４及び比較例４における被処理対象物質は、イソプロピルアルコール（Ｃ３Ｈ７ＯＨ）である。
【0066】
実施例４及び比較例４では、気温１３℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に１．５分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を１度行った後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例４及び比較例４の各３回の実験結果を表４に示す。
【0067】
【表4】
【実施例5】
【0068】
実施例５及び比較例５における被処理対象物質は、トルエン（Ｃ６Ｈ５ＣＨ３）である。
【0069】
実施例５及び比較例５では、気温１３℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に１．５分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を２度繰り返した後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例５及び比較例５の各３回の実験結果を表５に示す。
【0070】
【表5】
【実施例6】
【0071】
実施例６及び比較例６における被処理対象物質は、アンモニア（ＣＨ３）である。
【0072】
実施例６及び比較例６では、気温１２℃、被処理ガス及び処理済みガスをそれぞれ検出装置に３分間導入した後にその被処理ガス及び処理済みガスを排出する工程を２度繰り返した後、それぞれの検出装置に被処理ガス及び処理済みガスを再度導入することを１回として、３回の測定を行った。実施例６及び比較例６の各３回の実験結果を表６に示す。
【0073】
【表6】
【0074】
上述の実施例１〜６の実験結果から、このプラズマ処理装置によれば、螺旋流化のみの比較例に比して、硫化ジメチル、アセトアルデヒド、酢酸エチルエーテル、イソプロピルアルコール、トルエン等の様々な被処理物質を一層除去できることが示された。
【0075】
なお、今回開示された実施形態及び実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【0076】
１０ 処理ユニット部１１ 筒状電極
１２ 軸状電極
１４ プラズマ処理空間
１５ ガス導入路
１５ａ ガイドベーン部
１５ｂ 円管状部
１５ｃ 円柱状部
１５ｄ 障害部
２０ インレット管
３０ アウトレット管