JP4020566B2

JP4020566B2 - Plasma reactor and gas plasma decomposition method

Info

Publication number: JP4020566B2
Application number: JP2000140223A
Authority: JP
Inventors: 剛弥延; 秀行藤代; 健児堂坂; 稔鳥居; 和夫安藤; 耕爾小谷
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; Synztec Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; Synztec Co Ltd
Priority date: 2000-05-12
Filing date: 2000-05-12
Publication date: 2007-12-12
Anticipated expiration: 2020-05-12
Also published as: JP2001314750A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ反応容器及びガスプラズマ分解方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、放電を利用して環境中の汚染ガス（例えばＮＯ_x、ＶＯＣ（揮発性有機化合物、Volatile Organic Compound ）、エチレンなどの有害物質）を浄化する方法として、無声放電によるプラズマ処理を行う方法が知られている。
【０００３】
上記無声放電は、対向する平板電極間に絶縁物質である誘電体層を設け、電極間に交流高電圧を印加することにより達成され、常圧付近においても電極間に一様に広がった放電となる。
【０００４】
以下、従来のガスのプラズマ分解処理方法について説明する。
【０００５】
図１０は、従来技術にかかるガスの分解装置の概略構成図である。
【０００６】
図１０に示すように従来のガス反応装置は、対向する平行金属電極０１Ａ，０１Ｂと、一方の電極（図中下面側）０１Ｂの表面に配してなる誘電体０２と、上記電極０１Ａ，０１Ｂの電極中心（Ｘ）で高電圧を印加する高圧電源０３とから構成されている。この装置によれば、電極０１Ａ，０１Ｂの間に高圧電源０３から交流高電圧を印加すると共に、誘電体０２と対向する電極０１Ａとの間の放電空間部０４に分解するガス０５を供給し、プラズマ分解処理がなされている。
【０００７】
ここで、上記無声放電を各種ガス反応に応用するにあたり、それぞれの電極への通電手段をそれぞれの電極０１Ａ，０１Ｂの中心Ｘに設置する方法が一般的であった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のような電極への通電手段を電極０１Ａ，０１Ｂの電極中心（Ｘ）とする場合では、電極０１Ａ，０１Ｂの中心近傍の電界強度がその周辺部に対して高くなる傾向にあるので、電極の端部から供給されるガスが先ず低電界部で分解され、その後高電界部に移行するので、分解されたガスが再び結合してしまうという問題がある。
【０００９】
また、逆に高電界部で分解したガスが下流側の低電界部で再結合を起こす等があり、プラズマガス分解の反応効率が低下するという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑み、電極間の電界強度分布を調整して高効率及び高選択性でガス改質可能なプラズマ反応容器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。
【００１１】
【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、前記両電極間に電位差を付与する電位差付与手段とを備えてなり、前記両電極間に高電圧を印加して導入したガスを分解するプラズマ反応容器において、前記第１の電極及び第２の電極への通電位置が、前記導入ガスの流れ方向の中心より上流側へオフセットして配置され、電界強度分布が上流側で高電界強度、下流側で低電界強度となっていることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様において、前記通電位置が第１の電極と第２の電極とで相対向する同位置に配置されていることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【００１３】
本発明の第３の態様は、請求項１又は２の態様において、導入するガスが解離エネルギーの高いガスと低いガスとを含むものであることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【００１４】
本発明の４の態様は、第３の態様において、導入するガスがＣＯ₂ 、Ｏ ₂ 、及びＮ ₂ が共存するガスであることを特徴とするプラズマ反応容器にある。
【００１５】
本発明の第５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、前記両電極間に電位差を付与する電位差付与手段とを備えてなり、前記両電極間に高電圧を印加して導入したガスを分解するプラズマ反応容器を用いたガスプラズマ分解方法において、前記第１の電極及び第２の電極への通電位置を、前記導入ガスの流れ方向の中心より上流側へオフセットした位置に配置して高電圧を印加し、電界強度分布を上流側で高電界強度、下流側で低電界強度とすることを特徴とするガスプラズマ分解方法にある。
【００１６】
本発明の第６の態様は、第５の態様において、前記通電位置を前記第１の電極と第２の電極とで相対向する同位置に配置して高電圧を印加することを特徴とするガスプラズマ分解方法にある。
【００１７】
本発明の第７の態様は、第５又は６の態様において、導入するガスが解離エネルギーの高いガスと低いガスとを含むものであることを特徴とするガスプラズマ分解方法にある。
【００１８】
本発明の第８の態様は、第７の態様において、導入するガスがＣＯ ₂ 、Ｏ ₂ 、及びＮ ₂ が共存するガスであることを特徴とするガスプラズマ分解方法にある。
【００２１】
【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。
【００２２】
（参考実施形態）
図１に本参考実施形態にかかるガス反応器の概略図を示す。
【００２３】
図１に示すように、本参考実施形態にかかるガス反応器は、相対向する第１の金属製平板型電極１１Ａ及び第２の金属製平板型電極１１Ｂと、該第２の電極１１Ｂの表面を被覆してなる誘電体１２と、上記電極１１Ａ及び電極１１Ｂ間に交流電圧を印加することで放電空間１３内にプラズマ放電を生成する電源ユニット１４とから構成されており、電圧印加位置を第１の電極１１Ａではガス流れ方向の下流側の位置とすると共に、誘電体１２を被覆した第２の電極１１Ｂではガス１５のガス流れ方向の前流側の位置とするようにし、電源ユニット１４からの高電圧の印加位置を各々の電極で異なる配置としている。
【００２４】
すなわち、本参考実施形態では電極と平行な二次元平面上において異なるような印加配置としたので、電界強度が平均化し、図２の電界強度分布図に示すように、比較的低密度なプラズマが一様に生成されることになる。
【００２５】
よって、例えばＮＯ_xガスの分解反応のように比較的解離エネルギーが低く、低密度のプラズマでガス分解反応が進行する反応の場合には、ガスの分解効率が良好なものとなる。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図３に本実施の形態にかかるガス反応器の概略図を示す。
【００２７】
図３に示すように、本実施の形態にかかるガス反応器は、相対向する第１の金属製平板型電極１１Ａ及び第２の金属製平板型電極１１Ｂと、該第２の電極１１Ｂの表面を被覆してなる誘電体１２と、上記第１の電極１１Ａ及び第２の電極１１Ｂ間に交流電圧を印加することで放電空間１３内でプラズマ放電を生成する電源ユニット１４とから構成されており、第１の金属製平板電極１１Ａと第２の金属板電極１１Ｂとの通電位置を相対向すると共に、ガス１５の流れ方向の前流側の位置へオフセット配置としている。
【００２８】
すなわち、本実施の形態では電極と平行な二次元平面上において同位置の印加配置としたので、通電手段の設置位置に近いところが高電界強度となり、遠いところが低電界強度となり、図４の電界強度分布図に示すように、電界強度分布が徐々に広がり、高密度のプラズマがガス上流側に集中して生成されることになる。
【００２９】
よって、例えばＣＯ₂ ガスの分解反応のように解離エネルギーが高く、高密度のプラズマ部分が存在しないと反応が進行しないような場合には、分解効率が良好なものとなる。
【００３０】
また、本実施の形態では電極中心（Ｘ）よりガス流入方向の前流側へオフセットした位置に通電位置を設置することが好ましく、これにより、反応に要するエネルギーの異なる反応を一つの反応器で達成することが可能となる。
【００３１】
これは、通電位置をガス流れ方向の前流側へ設置した場合、ガスの流れ方向の前流側で高エネルギーを要するガスが反応し、下流側では低エネルギーで十分なガスが反応することになる。
【００３２】
例えば、ＣＯ₂ 、Ｏ₂ 、Ｎ₂共存ガスの反応の場合には、通電位置をガス流れ方向の前流側へ設置した場合、前流側でＣＯ₂ の分解反応と同時にＮＯ_xの生成反応が生じてしまうが、下流側でＮＯ_xの分解反応が進むので、総合した反応では、有害なＮＯ_xを生成することなく、ＣＯ₂ の分解反応のみが進行することになる。
【００３３】
よって、分解するガスの種類、組成、目的反応によって、通電位置を適宜選択することにより、高反応効率、高反応選択率を達成することができる。
【００３４】
このように、図３のようなガス混合器を用い、種々のガスを混合した場合でも、プラズマ反応器の通電位置を適宜変更することにより、ガス分解が可能となる。
【００３５】
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。
【００３６】
（実施例１）
図５に示すような装置を用い、電極への通電位置の相違によるガスの分解効率を測定した。
【００３７】
本試験装置は、図５に示すように、複数のガス２１を混合するガス混合器２２と、混合ガスを供給しプラズマ分解処理を施すプラズマ反応器２３と、該プラズマ反応器に高電圧を印加する高圧電源２４と、分解されたガスを測定するガス分析装置２５とから構成されている。
【００３８】
通電位置は下記(1)〜(5)に示すように種々変化させ、ＮＯ_xガスの分解試験を行った。
【００３９】
(1) 図６（ａ）に示すように、電極への通電位置を相対向させ、電極中心からガス流れ方向の上前流側へａ＝１０ｍｍ位置だけオフセットしたものである。
【００４０】
(2) 図６（ｂ）に示すように、電極への通電位置を相対向させ、電極中心からガス流れ方向の上流側へａ＝２０ｍｍ位置だけオフセットしたものである。
【００４１】
(3) 図６（ｃ）に示すように、電極への通電位置を相対向位置から若干ずらし、高電圧側電極１１Ａへの通電位置１６Ａを上流側へａ＝２０ｍｍ、接地側の電極１１Ｂへの通電位置１６Ｂを上流側へａ＝１５ｍｍだけオフセットしとしたものである。
【００４２】
(4) 参考実施形態と同様に、図６（ｄ）に示すように、電極への通電位置を相対向位置から若干ずらし、高電圧側電極１１Ａへの通電位置１６Ａを異なる位置（中心Ｘを中心として点対象の位置）とし、電極間をｄ＝４０ｍｍとしたものである。
【００４３】
(5) 図１０に示す従来技術にかかり、電極の通電位置を相対向させ、且つ電極中心（ａ＝０ｍｍ）Ｘとしたものである。
【００４４】
以下に本実施例にかかるＮＯ_xガス分解条件を以下に示す。
【００４５】
ガス組成：ＮＯ（５００ｐｐｍ）＋Ｏ₂ （１０％）／Ｎ₂ （バランス）
ガス流量：２００ｃｃ／分
目的反応：ＮＯの分解反応（ＮＯ→Ｎ₂ ＋Ｏ₂ ）
電源電圧：２．８ｋＶ（ピーク値）
電源周波数：１０ｋＨｚ
誘電体材質：Ａｌ₂ Ｏ₃ （接地側電極側へ配設）
誘電体厚さ：0.５ｍｍ
電極材質：ＳＵＳ
電極寸法：５０ｍｍ×２０ｍｍ（長手方向がガス流れ方向）
放電間隔：0.５ｍｍ
【００４６】
各々のガス分解結果を表１及び図７に示す。
【００４７】
【表１】

【００４８】
表１及び図７に示すように、(1)の同位置オフセットａ＝１０ｍｍの場合には、出口濃度が３８０ｐｐｍであり、分解率は２４％であった。また、(2)の同位置オフセットａ＝２０ｍｍの場合には、出口濃度が１４５ｐｐｍであり、分解率は７１％であった。また、(3)の異なる位置のオフセットの場合には、図８の電界強度分布に示すように、電界強度が同位置オフセットより低くなり、出口濃度が９０ｐｐｍであり、分解率が８２％であった。また、(4)の異なる位置の場合には、出口濃度が０ｐｐｍであり、分解率は１００％であった。一方、(5)の同位置で電極中心（ａ＝０ｍｍ）Ｘの場合には、出口濃度が７１０ｐｐｍであり、ガスが分解されず、逆にＮＯ_xが生成した。
【００４９】
（実施例２）
次に、分解ガスとしてＮＯ_xの代わりにＣＯ₂ を用いて分解試験を行った。
【００５０】
図６（ｂ）〜（ｄ）に示すように、(2)から(5)の通電位置を種々変化させ、ＣＯ₂ ガスの分解試験を行った。
【００５１】
ＣＯ₂ ガス分解条件を以下に示す。
ガス組成：ＣＯ₂ （１０％）＋Ｏ₂ （１０％）／Ｎ₂ （バランス）
ガス流量：２００ｃｃ／分
目的反応：ＣＯ₂ の分解反応（ＣＯ₂ →ＣＯ＋１／２Ｏ₂ ）
電源電圧：２．５ｋＶ（ピーク値）
電源周波数：１０ｋＨｚ
誘電体材質：Ｚｒ₂ Ｏ₃ （接地側電極側へ配設）
誘電体厚さ：0.５ｍｍ
電極材質：ＳＵＳ
電極寸法：５０ｍｍ×２０ｍｍ（長手方向がガス流れ方向）
放電間隔：0.５ｍｍ
【００５２】
この結果を表２及び図９に示す。
【００５３】
【表２】

【００５４】
表２及び図９に示すように、(2)の同位置オフセットａ＝２０ｍｍの場合には、ＣＯ₂ 分解率が３５．３％であり、出口ＮＯ_x濃度は０ｐｐｍであった。また、(3)の上流側オフセットの場合には、図８の電界強度分布に示すように、電界強度が同位置オフセットより低くなり、ＣＯ₂ 分解率が２６．５％であり、出口ＮＯ_x濃度が０ｐｐｍであった。また、(4)の異なる位置の場合には、ＣＯ₂ 分解率が３．２％であり、出口濃度が０ｐｐｍであり、分解率は１００％であった。一方、(5)の同位置で中心（ａ＝０ｍｍ）の場合には、ＣＯ₂ 分解率が３９．７％であり、出口ＮＯ_x濃度が２２０ｐｐｍであった。
【００５５】
このように、同位置でオフセットした場合には、前流側でＮＯ_xが生成するものの、下流側の低電界部で分解され、総反応としてはＣＯ₂ の分解反応のみとなり、目的反応が高効率かつ選択的に達成することができる。
【００５６】
一方、参考実施形態のように、異なる位置とする場合には、高電界強度部が存在せず、目的反応であるＣＯ₂ 分解反応がほとんど進行しなかった。
【００５７】
また、電極中心の場合では生成したＮＯ_xが下流の低電界部で分解しきれず、ＮＯ_xが残留してしまった。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、高電圧を通電する位置を流れ方向の中心から上流側へオフセットさせることにより、電極間の電界強度分布を上流側で高密度のプラズマが存在するように変化させ、これにより、上流側で高エネルギーを要するガスを反応させると共に下流側で低エネルギーで十分なガスを反応させて、高効率及び高選択的なガス改質が可能となるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】参考実施形態のプラズマ反応容器の概略図である。
【図２】図１の装置の電界強度分布図である。
【図３】第１の実施の形態のプラズマ反応容器の概略図である。
【図４】図３の装置の電界強度分布図である。
【図５】実施例に用いた試験装置の概略図である。
【図６】実施例に用いた通電位置を変化させた反応容器の概略図である。
【図７】実施例１の結果を示し、印加位置とＮＯ_xガス分解率との関係図である。
【図８】図６（ｃ）の装置の電界強度分布図である。
【図９】実施例２の結果を示し、印加位置とＣＯ₂ ガス分解率との関係図である。
【図１０】従来技術にかかる反応容器の概略図である。
【符号の説明】
１１Ａ第１の金属製平板型電極
１１Ｂ第２の金属製平板型電極
１２誘電体
１３放電空間
１４電源ユニット
１５ガス[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma reactor and a gas plasma decomposition method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of purifying environmental pollutant gases (for example, NO _x , VOC (Volatile Organic Compound (Volatile Organic Compound), ethylene, etc.) using discharge), a method of performing plasma treatment by silent discharge It has been known.
[0003]
The silent discharge is achieved by providing a dielectric layer, which is an insulating material, between opposing plate electrodes, and applying an alternating high voltage between the electrodes. Become.
[0004]
A conventional gas plasma decomposition method will be described below.
[0005]
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of a gas decomposition apparatus according to the prior art.
[0006]
As shown in FIG. 10, the conventional gas reaction apparatus includes

parallel metal electrodes

01A and 01B facing each other, a dielectric 02 formed on the surface of one electrode (lower surface side in the figure) 01B, and the

electrodes

01A and 01B. And a high-voltage power source 03 that applies a high voltage at the electrode center (X). According to this apparatus, an AC high voltage is applied between the

electrodes

01A and 01B from the high voltage power supply 03, and the gas 05 to be decomposed is supplied to the discharge space 04 between the dielectric 02 and the opposing electrode 01A. Plasma decomposition treatment is performed.
[0007]
Here, when the silent discharge is applied to various gas reactions, a method of installing an energizing means for each electrode at the center X of each

electrode

01A, 01B has been common.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the conventional means for energizing the electrodes is the electrode center (X) of the

electrodes

01A and 01B, the electric field strength in the vicinity of the centers of the

electrodes

01A and 01B tends to be higher with respect to the peripheral portion. The gas supplied from the end of the electrode is first decomposed in the low electric field portion and then moved to the high electric field portion, so that the decomposed gas is combined again.
[0009]
On the other hand, there is a problem that the gas decomposed in the high electric field part recombines in the low electric field part on the downstream side and the reaction efficiency of the plasma gas decomposition is lowered.
[0010]
In view of such circumstances, an object of the present invention is to provide a plasma reaction vessel and a gas plasma decomposition method capable of gas reforming with high efficiency and high selectivity by adjusting the electric field intensity distribution between electrodes.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A first aspect of the present invention that solves the above-described problems includes a first flat plate electrode and a second flat plate electrode facing each other, a dielectric interposed between the two electrodes, and a gap between the two electrodes. A potential difference applying means for applying a potential difference to the first electrode and the second electrode in a plasma reaction vessel for decomposing a gas introduced by applying a high voltage between the electrodes. Is disposed offset from the center of the flow direction of the introduced gas to the upstream side, and the electric field strength distribution has a high electric field strength on the upstream side and a low electric field strength on the downstream side. is there.
[0012]
A second aspect of the present invention, in the first embodiment, in a plasma reactor, characterized in Tei Rukoto arranged in the same position where the energizing position is opposed by the first electrode and the second electrode .
[0013]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the plasma reaction vessel according to the first or second aspect, wherein the gas to be introduced contains a gas having a high dissociation energy and a gas having a low dissociation energy.
[0014]
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the plasma reaction vessel according to the third aspect, wherein the introduced gas is a gas in which CO ₂ , O ₂ and N ₂ coexist .
[0015]
According to a fifth aspect of the present invention, a first plate-type electrode and a second plate-type electrode facing each other, a dielectric interposed between the two electrodes, and a potential difference between the two electrodes are applied. A gas plasma decomposition method using a plasma reaction vessel that decomposes a gas introduced by applying a high voltage between the electrodes, the potential difference applying means being provided to the first electrode and the second electrode. The energization position is arranged at a position offset to the upstream side from the center in the flow direction of the introduced gas, and a high voltage is applied, and the electric field strength distribution is set to a high electric field strength on the upstream side and a low electric field strength on the downstream side. The gas plasma decomposition method is characterized.
[0016]
A sixth aspect of the present invention, a feature that in the fifth aspect, application of a placement to high voltage the energizing position to the peer location which faces between the first electrode and the second electrode There is a gas plasma decomposition method.
[0017]
A seventh aspect of the present invention is the gas plasma decomposition method according to the fifth or sixth aspect, wherein the introduced gas contains a gas having a high dissociation energy and a gas having a low dissociation energy.
[0018]
According to an eighth aspect of the present invention, in the seventh aspect, the gas to be introduced is CO _2. , O ₂ , and N ₂ coexist in the gas plasma decomposition method.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, although embodiment of this invention is described, this invention is not limited to this.
[0022]
( Reference embodiment )
FIG. 1 shows a schematic diagram of a gas reactor according to the present embodiment .
[0023]
As shown in FIG. 1, the gas reactor according to the present embodiment includes a first metal plate electrode 11A and a second metal plate electrode 11B facing each other, and a surface of the second electrode 11B. And a power supply unit 14 that generates a plasma discharge in the discharge space 13 by applying an alternating voltage between the electrode 11A and the electrode 11B. The first electrode 11A is positioned downstream of the gas flow direction, and the second electrode 11B covered with the dielectric 12 is positioned upstream of the gas 15 in the gas flow direction. The high voltage application position is different for each electrode.
[0024]
That is, in the present embodiment , the application arrangement is different on a two-dimensional plane parallel to the electrodes. Therefore, the electric field strength is averaged, and as shown in the electric field strength distribution diagram of FIG. It will be generated uniformly.
[0025]
Therefore, for example, in the case of a reaction in which the dissociation energy is relatively low and the gas decomposition reaction proceeds with low-density plasma, such as the decomposition reaction of NO _x gas, the gas decomposition efficiency is good.
[0026]
( First embodiment)
FIG. 3 shows a schematic diagram of a gas reactor according to the present embodiment.
[0027]
As shown in FIG. 3, the gas reactor according to the present embodiment includes a first metal plate electrode 11A and a second metal plate electrode 11B facing each other, and a surface of the second electrode 11B. And a power supply unit 14 that generates a plasma discharge in the discharge space 13 by applying an AC voltage between the first electrode 11A and the second electrode 11B. The energization positions of the first metal plate electrode 11A and the second metal plate electrode 11B are opposed to each other and offset to the position on the upstream side in the gas 15 flow direction.
[0028]
That is, in the present embodiment, the application arrangement at the same position on a two-dimensional plane parallel to the electrode is used, so that the electric field strength near the installation position of the energizing means is high, the electric field strength far away is low, and the electric field strength of FIG. As shown in the distribution diagram, the electric field strength distribution gradually spreads, and high-density plasma is generated concentrated on the gas upstream side.
[0029]
Therefore, for example, when the dissociation energy is high as in the decomposition reaction of CO ₂ gas and the reaction does not proceed unless a high-density plasma portion is present, the decomposition efficiency is good.
[0030]
In the present embodiment, it is preferable to install the energization position at a position offset from the electrode center (X) to the upstream side in the gas inflow direction, so that the reactions with different energies required for the reaction can be performed in one reactor. Can be achieved.
[0031]
This is because when the energization position is installed on the upstream side in the gas flow direction, a gas requiring high energy reacts on the upstream side in the gas flow direction, and sufficient gas reacts on the downstream side with low energy. Become.
[0032]
For example, in the case of the reaction of CO ₂ , O ₂ , and N ₂ coexisting gas, when the energization position is installed on the upstream side in the gas flow direction, the NO _x generation reaction simultaneously with the CO ₂ decomposition reaction on the upstream side However, since the decomposition reaction of NO _x proceeds on the downstream side, only the decomposition reaction of CO ₂ proceeds without generating harmful NO _x in the combined reaction.
[0033]
Therefore, high reaction efficiency and high reaction selectivity can be achieved by appropriately selecting the energization position according to the type, composition, and target reaction of the gas to be decomposed.
[0034]
As described above, even when various gases are mixed using the gas mixer as shown in FIG. 3, gas decomposition can be performed by appropriately changing the energization position of the plasma reactor.
[0035]
Hereinafter, although the suitable Example of this invention is described, this invention is not limited to these Examples at all.
[0036]
Example 1
Using an apparatus as shown in FIG. 5, the gas decomposition efficiency due to the difference in the energization position to the electrode was measured.
[0037]
As shown in FIG. 5, the test apparatus includes a gas mixer 22 that mixes a plurality of gases 21, a plasma reactor 23 that supplies a mixed gas and performs a plasma decomposition process, and applies a high voltage to the plasma reactor. The high-voltage power supply 24 for measuring the gas and the gas analyzer 25 for measuring the decomposed gas.
[0038]
The energization position was variously changed as shown in the following (1) to (5), and a NO _x gas decomposition test was conducted.
[0039]
(1) As shown in FIG. 6 (a), the energization positions to the electrodes are opposed to each other, and are offset from the center of the electrode by an a = 10 mm position toward the upstream side in the gas flow direction.
[0040]
(2) As shown in FIG. 6 (b), the energization positions to the electrodes are opposed to each other, and are offset from the electrode center to the upstream side in the gas flow direction by a = 20 mm position.
[0041]
(3) As shown in FIG. 6 (c), the energization position to the electrode is slightly shifted from the opposite position, and the energization position 16A to the high voltage side electrode 11A is a upstream to a = 20 mm, to the ground side electrode 11B. The energization position 16B is offset upstream by a = 15 mm.
[0042]
(4) As in the reference embodiment, as shown in FIG. 6 (d), the energization position to the electrodes is slightly shifted from the opposing position, and the energization position 16A to the high voltage side electrode 11A is set to a different position (center X The center is a point target position), and the distance between the electrodes is d = 40 mm.
[0043]
(5) According to the prior art shown in FIG. 10, the energization positions of the electrodes are opposed to each other and the electrode center (a = 0 mm) X is used.
[0044]
The NO _x gas decomposition conditions according to this example are shown below.
[0045]
Gas composition: NO (500 ppm) + O ₂ (10%) / N ₂ (balance)
Gas flow rate: 200 cc / min Objective reaction: NO decomposition reaction (NO → N ₂ + O ₂ )
Power supply voltage: 2.8 kV (peak value)
Power supply frequency: 10 kHz
Dielectric material: Al ₂ O ₃ (located on the ground electrode side)
Dielectric thickness: 0.5mm
Electrode material: SUS
Electrode size: 50 mm x 20 mm (longitudinal direction is the gas flow direction)
Discharge interval: 0.5 mm
[0046]
Each gas decomposition result is shown in Table 1 and FIG.
[0047]
[Table 1]

[0048]
As shown in Table 1 and FIG. 7, when the same position offset a = 10 mm in (1), the outlet concentration was 380 ppm and the decomposition rate was 24%. Further, in the case of (2) where the same position offset a = 20 mm, the outlet concentration was 145 ppm and the decomposition rate was 71%. Further, in the case of offsets at different positions (3), as shown in the electric field intensity distribution of FIG. 8, the electric field intensity is lower than the same position offset, the outlet concentration is 90 ppm, and the decomposition rate is 82%. It was. In the case of (4) at different positions, the outlet concentration was 0 ppm and the decomposition rate was 100%. On the other hand, in the case of the electrode center (a = 0 mm) X at the same position of (5), the outlet concentration was 710 ppm, the gas was not decomposed, and NO _x was generated conversely.
[0049]
(Example 2)
Next, a decomposition test was performed using CO ₂ instead of NO _x as the decomposition gas.
[0050]
As shown in FIGS. 6B to 6D, the energization positions (2) to (5) were variously changed, and a CO ₂ gas decomposition test was performed.
[0051]
The CO ₂ gas decomposition conditions are shown below.
Gas composition: CO ₂ (10%) + O ₂ (10%) / N ₂ (balance)
Gas flow rate: 200 cc / min Target reaction: CO ₂ decomposition reaction (CO ₂ → CO + 1 / 2O ₂ )
Power supply voltage: 2.5 kV (peak value)
Power supply frequency: 10 kHz
Dielectric material: Zr ₂ O ₃ (located on the ground side electrode side)
Dielectric thickness: 0.5mm
Electrode material: SUS
Electrode size: 50 mm x 20 mm (longitudinal direction is the gas flow direction)
Discharge interval: 0.5 mm
[0052]
The results are shown in Table 2 and FIG.
[0053]
[Table 2]

[0054]
As shown in Table 2 and FIG. 9, when (2) the same position offset a = 20 mm, the CO ₂ decomposition rate was 35.3%, and the outlet NO _x concentration was 0 ppm. Further, in the case of the upstream offset of (3), as shown in the electric field intensity distribution of FIG. 8, the electric field intensity is lower than the same position offset, the CO ₂ decomposition rate is 26.5%, and the outlet NO _x The concentration was 0 ppm. Further, in the case of different positions of (4), the CO ₂ decomposition rate was 3.2%, the outlet concentration was 0 ppm, and the decomposition rate was 100%. On the other hand, in the case of the center (a = 0 mm) at the same position of (5), the CO ₂ decomposition rate was 39.7% and the outlet NO _x concentration was 220 ppm.
[0055]
In this way, when offset is performed at the same position, NO _x is generated on the upstream side, but it is decomposed in the low electric field portion on the downstream side, and the total reaction is only the decomposition reaction of CO ₂ , and the target reaction is high. Can be achieved efficiently and selectively.
[0056]
On the other hand, when the positions are different as in the reference embodiment , the high electric field strength portion does not exist, and the CO ₂ decomposition reaction that is the target reaction hardly progressed.
[0057]
In the case of the electrode center, the generated NO _x could not be decomposed in the downstream low electric field portion, and NO _x remained.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, by offsetting the position where the high voltage is applied from the center in the flow direction to the upstream side, the electric field strength distribution between the electrodes is changed so that high-density plasma exists on the upstream side, thereby In addition, the gas requiring high energy is reacted on the upstream side, and sufficient gas is reacted on the downstream side with low energy, thereby achieving an effect of enabling high-efficiency and highly selective gas reforming.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a plasma reaction vessel according to a reference embodiment .
FIG. 2 is an electric field intensity distribution diagram of the apparatus of FIG.
FIG. 3 is a schematic view of the plasma reaction vessel according to the first embodiment.
4 is an electric field intensity distribution diagram of the apparatus of FIG. 3;
FIG. 5 is a schematic view of a test apparatus used in Examples.
FIG. 6 is a schematic view of a reaction vessel in which the energization position used in the examples is changed.
7 shows the result of Example 1, and is a relationship diagram between the application position and the NO _x gas decomposition rate. FIG.
FIG. 8 is an electric field intensity distribution diagram of the apparatus of FIG.
FIG. 9 shows the results of Example 2 and is a relationship diagram between an application position and a CO ₂ gas decomposition rate.
FIG. 10 is a schematic view of a reaction vessel according to the prior art.
[Explanation of symbols]
11A First metal flat plate electrode 11B Second metal flat plate electrode 12 Dielectric 13 Discharge space 14 Power supply unit 15 Gas

Claims

A first plate electrode and a second plate electrode opposed to each other, a dielectric interposed between the two electrodes, and a potential difference applying means for applying a potential difference between the electrodes; In a plasma reaction vessel for decomposing a gas introduced by applying a high voltage between the electrodes,
The energization position to the first electrode and the second electrode is arranged offset from the center in the flow direction of the introduced gas to the upstream side, and the electric field strength distribution has a high electric field strength on the upstream side and a low electric field on the downstream side. A plasma reaction vessel characterized by strength .

In claim 1, a plasma reactor, characterized in Tei Rukoto arranged in the same position where the energizing position is opposed by the first electrode and the second electrode.

3. The plasma reaction vessel according to claim 1, wherein the introduced gas contains a gas having a high dissociation energy and a gas having a low dissociation energy.

In claim 3, the gas to be introduced CO ₂ , O ₂ , and N ₂ coexisting gas .

A first plate electrode and a second plate electrode opposed to each other, a dielectric interposed between the two electrodes, and a potential difference applying means for applying a potential difference between the electrodes; In a gas plasma decomposition method using a plasma reaction vessel that decomposes a gas introduced by applying a high voltage between the electrodes,
The energization position to the first electrode and the second electrode is arranged at a position offset to the upstream side from the center in the flow direction of the introduced gas, and a high voltage is applied, and the electric field strength distribution is set to a high electric field on the upstream side. A gas plasma decomposition method characterized by low strength of electric field on the downstream side .

In claim 5, the gas plasma decomposition method characterized by applying a placement to high voltage the energizing position to the peer location which faces between the first electrode and the second electrode.

7. The gas plasma decomposition method according to claim 5, wherein the introduced gas includes a gas having a high dissociation energy and a gas having a low dissociation energy.

In Claim 7, the gas to introduce | transduces is CO. ₂₂ , O ₂₂ And N ₂₂ A gas plasma decomposition method characterized in that the gas is a coexisting gas.