JP2002542933A - コロナ放電反応器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 流入ダクト（２）と流出ダクト（３）との間に位置決めされ、且つそれらと連通し、各々、円筒形の外側電極構造物（３０３）と軸線方向の内側電極構造物（３０２）とを有する、複数の垂直に取り付けられたコロナ放電反応器チャンバー（４）と、反応器チャンバーの内側電極と垂直整列状態に位置決めされ、内側電極に直接接続され、各々、加工すべきガス媒体が関連した反応器チャンバーの中を通るとき、加工すべきガス媒体にコロナ放電を励起させるのに十分な大きさの電圧パルスを生じさせるようになった高圧パルス電源と、加工すべきガス媒体の、反応器の中を通る流量をバランスさせるための手段と、各高圧パルス電源（８）に接続された低圧電源と、高圧パルス電源をして高圧パルスを所定の時間関係でコロナ放電反応器チャンバーに付与させるために、低圧電源の作用を制御するようになった制御ユニット（１３）と、を有することを特徴とするコロナ放電反応器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、コロナ放電によって気相の中の又は気相によって運ばれる材料の加
工のための反応器に関する。

【０００２】

【従来の技術】

コロナ放電によって活性化された化学種を使用して気相中で加工を行うための
、技術の開発に相当な努力が費やされている。コロナ放電は、物体の近くの局部
電界がガス媒体の電気絶縁破壊電圧を超えるとき、ガス媒体中で起こる。或る既
存のコロナ放電反応器は、ガス媒体用の流入口及び流出口を有するチャンバーと
、軸線方向の内側電極と、内側電極を取り囲む円筒形の外側電極と、からなる。
このような反応器内の電気放電は、内側電極から外側電極に向かって延びるスト
リーマーからなる。反応器の中を通るガス媒体の効果的な加工のために、できる
だけ多くのコロナ放電を生じさせることが必要である。なぜならば、このような
ストリーマーを含まないスペースが、ガス媒体の加工に関するかぎり、デッドス
ペースであるからである。

【０００３】 あるタイプの周知のコロナ放電反応器では、中心電極はワイヤーの形態をとっ
ている。しかしながら、中心ワイヤー電極タイプのコロナ放電反応器における電
界の急速な低下は、ストリーマーの分布がワイヤーの位置に非常に敏感であるこ
とを意味する。この現象は、反応器の中を通るガス媒体を処理することができる
効率を制限する。

【０００４】 既存の中心ワイヤー電極コロナ放電反応器は、数センチの直径及び数十センチ
の長さを有する。合理的な容積のガスを加工するために、大流量が要求され、こ
のことは、加工すべき媒体の反応器チャンバー内の残留時間を短くするばかりで
なく、空力効果により中心電極の機械的不安定性を増す傾向がある。それ故に、
既存のコロナ放電反応器は、その有効性が本質的に制限される。

【０００５】 他のコロナ放電反応器、（例えば、本発明者らによる初期の英国特許第２２８
２７３８号、米国特許第５０４１１４５号、米国特許第５２６８１５１号、又は
米国特許第４９６６６６６号参照）は、より大きな直径を有する中心電極を利用
している。なかんずく、このことは、同じ電圧で中心電極の領域における電界勾
配を減少させるが、有効なコロナ放電を維持するのであれば、内側電極と外側電
極との間の分離についての制限が依然として残る。コロナ放電反応器の長さを単
に増やすだけでは、ガスの流れ抵抗が過大になるので、その問題は解決しない。
また、コロナ放電反応器はパルス方法で作動し、活動するパルスが中心電極の長
さを通り抜けるのに要する時間は、コロナ放電反応器の長さを制限する他の要因
をもたらす。

【０００６】 英国特許第２００８３６９号の明細書は、各々中心ワイヤー電極を有する複数
の並列な電気放電チャンバーを含むオゾン発生器を開示している。ワイヤーは、
その端が二つの格子構造物によって支持され、その構造物一方に共通の給電ワイ
ヤーが接続され、使用中、この給電ワイヤーに直流電圧が加えられる。

【０００７】 装置を直流モードで作動するとき、交流の電流分布の作用を考慮する必要はな
い。

【０００８】 英国特許第１５８９３９４号は、多数の並列のコロナ放電チャンバーを有する
オゾン発生器を開示し、パルスの直流、交流、或いは両電位の混合を生じさせる
単一の電源が使用されるが、放電チャンバーに供給される電力の分布を、大きさ
か時間のいずれかの点で等しくする試みがなされていない。

【０００９】 米国特許第４４９５０４３号は、単一のパルス交流電源に接続される複数のオ
ゾン発生チャンバーがあるオゾン発生器を開示している。しかしながら、オゾン
発生チャンバーは同時に、或いは連続的に作動されないが、パルス交流モードで
連続的に作動され、各パルスの持続時間は、オゾン発生チャンバーの中を通るオ
ゾン発生ガスのパルスの通過時間と関連し、所定のオゾン発生チャンバーに付与
されたパルス間の間隔は、１つの電力パルスによって発生されたオゾンが、次ぎ
の電力パルスがそのオゾン発生チャンバーに付与される前にチャンバーから離さ
れるような間隔である。

【００１０】 その特許は、主として、電源の設計と関係する。オゾン発生チャンバー間の電
気的な関係の問題は、全く扱われていない。

【００１１】 米国特許第５００９８５８号は、共通の電源から並列に作動される多数のチャ
ンバー内に無声電気放電によってオゾンを発生させるオゾン発生器を開示してい
る。１つのオゾン発生チャンバーともう一つのオゾン発生チャンバーとの間の電
気的な関係は、全く論じられていないが、オゾン発生チャンバーが連続的な交流
モードで作動されることは明らかである。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】

本発明の目的は、電気的に活性化された化学種によるガス媒体の加工用のコロ
ナ放電反応器の改良形態を提供することにある。

【００１３】 用語ガス媒体は、媒体の１つ又は２つ以上の成分が、エーロゾル、又は気相に
よって運ばれる微粉砕固形物の形態をなしている場合を含む。

【００１４】

【課題を解決するための手段】

本発明によれば、流入ダクト及び流出ダクトと、流入ダクトと流出ダクトとの
間に位置決めされ、且つそれらと連通し、各々、円筒形の外側電極構造物と軸線
方向の内側電極構造物とを有する複数の垂直に取り付けられたコロナ放電反応器
チャンバーと、反応器チャンバーの内側電極と近接した垂直整列状態に位置決め
され、内側電極に直接接続され、各々加工すべきガス媒体が関連した反応器チャ
ンバーの中を通るとき、加工すべきガス媒体にコロナ放電を励起させるのに十分
な大きさの電圧パルスを生じさせるようになった高圧パルス電源と、加工すべき
ガス媒体の、反応器の中を通る流量をバランスさせるための手段と、各高圧パル
ス電源に接続された低圧電源と、高圧パルス電源をして高圧パルスを所定の時間
関係でコロナ放電反応器チャンバーに付与させるために、低圧電源の作用を制御
するようになった制御ユニットと、を有する、ガス媒体の加工用のモジュールコ
ロナ放電反応器を提供する。

【００１５】 本発明の特定な実施形態では、反応器は、流入ダクトと流出ダクトとの間に連
続して２つの反応器の群に配置され、加工すべきガス媒体の、反応器チャンバー
のを通る流量をバランスさせるための手段は、各対の反応器チャンバー間に位置
する流量制御装置からなる。

【００１６】 簡単な形態の流量制御装置は、較正されたオリフィス板である。

【００１７】 コロナ放電反応器は磁気的にやかましい装置であるから、好ましくは少なくと
もコロナ放電反応器チャンバーには、磁気遮蔽が設けられる。

【００１８】 今、本発明を、例示として、添付図面を参照して説明する。

【００１９】

【発明の実施の形態】

図１及び図２を参照すると、モジュールコロナ放電反応器１が流入ダクト２及
び流出ダクト３からなる。１０個のコロナ放電反応器チャンバー４（以下に記載
）が流入ダクト２と流出ダクト３との間に位置決めされ、これらのチャンバー４
は、流入ダクト２と流出ダクト３との間に連続して、反応器チャンバー４の５対
群に配置される。一対の各反応器チャンバー４は、継手フランジ６で終わる所定
長さのダクト５によって結合される。オリフィス板７が継手フランジ６の間に挟
まれ、このオリフィス７は、継手フランジ６間のガスケットとして作用する。オ
リフィス板７の孔は、反応器１の最初の組立の際に、反応器１内で加工すべきガ
ス媒体の、反応器チャンバー４の中を通る流量を等しくするように形成されてい
る。所望ならば、オリフィス板７を、ゲートバルブのような、調節可能なバルブ
で置き替えてもよく、そのようにすると、各対の反応器チャンバー４の中を通る
ガス流量及び又は反応器チャンバー４の加工効率をモニターし、且つ反応器チャ
ンバー４の中を通る流量を、反応器１によるガス媒体の加工を全体として最適に
するように変化させるための能力を与える。各反応器チャンバー４の中心電極の
延長部９に直接接続された高圧パルス電源８が、各反応器チャンバー４の下に取
付けられている。反応器チャンバー４と高圧パルス電源８との間の接続延長部９
は、シールカラー１０によってダクト２及び３内に適所に保持された絶縁スリー
ブの中で流入ダクト２及び流出ダクト３の中をそれぞれ通る。反応器チャンバー
４及び高圧パルス電源８は、反応器１が作動しているときに、反応器１からの磁
気雑音の放出を最小にするために、金属遮蔽体１１で包囲されている。説明した
本発明の実施形態では、金属遮蔽体１１は、フレーム１２に取り付けられ、且つ
シールされた金属のダイヤモンド型のシートである。

【００２０】 高圧パルス電源８は制御ユニット１３に接続され、この制御ユニット１３は、
高圧パルス電源８をして高圧パルスを接続延長部９を経て反応器チャンバー４の
中心電極に所定の時間関係で（普通は同時に）付与させるために、低圧電源から
の活性化パルスを高圧パルス電源８に加えるように構成されている。

【００２１】 図面の図３を参照すると、各反応器チャンバー４は外側円筒ケーシング３０１
からなり、該ケーシング内に軸線方向の中心電極組立体３０２及び同軸の外側電
極組立体３０３がある。反応器チャンバー４のケーシング３０１は、上フランジ
３０４と下フランジ３０５とをそれぞれ有する。上フランジ３０４は、反応器チ
ャンバー４をフランジ３０６と共に、各対の反応器チャンバー４をつなぐダクト
５に連結するのに使用される。下フランジ３０５は、反応器チャンバー４をフラ
ンジ３０７に連結するのに使用され、このフランジ３０７によって、反応器チャ
ンバー４をダクト２又は３のどちらか適当であるものに取り付けることができる
。上中心電極支持体３０８及び下中心電極支持体３０９が、フランジ３０４とフ
ランジ３０６との間及びフランジ３０５とフランジ３０７との間にそれぞれ位置
決めされる。

【００２２】 下中心電極支持体３０９はまた、外側電極組立体３０３を位置決めするのに役
立つ。上電極支持体３０８及び下電極支持体３０９には、流れ整流孔３１０が形
成され、これら支持体は、適当な対のフランジ３０４とフランジ３０６との間、
及びフランジ３０５とフランジ３０７との間のガスケットとしても作用するよう
に、絶縁性であり且つ十分に変形可能である材料で作られる。約３００℃までの
気体温度で電極支持体３０８，３０９として使用するのに適した材料は、ポリテ
トラフルオロエチレンである。

【００２３】 内側電極組立体３０２は、ハステロイＣとして知られている合金で作られた管
３１１からなり、所定長さの管３１３によって分離されたディスク３１２のスタ
ックが取り付けられ、管３１３及びディスク３１２の双方ともハステロイＣで作
られている。ディスク３１２は、分離管３１３の直径よりも大きな直径を有する
。最も下のディスク３１２は、内側電極組立体３０２の延長部９がダクト２又は
３の中を通るので、内側電極組立体３０２の延長部９を取り囲む絶縁スリーブ３
１５の上端に形成されたカラー３１４の上に位置する。内側電極組立体３０２の
上端は、ポリテトラフルオロエチレンで作られた位置決めスピゴット３１６によ
って上電極支持体３０８に位置決めされる。

【００２４】 外側電極組立体３０３は、１２本の等間隔をなしたロッド３１９及びナット３
２０に取り付けられ、且つこれらによって一緒に締め付けられた管３１８によっ
て分離されたたくさんのディスク３１７のスタックで作られている。外側電極組
立体全体３０１もまた、合金ハステロイＣで作られている。

【００２５】 反応器チャンバー４及び直接接続された高圧パルス電源８の垂直な配列は、電
気的に効率がよいばかりではなく、曲げ応力が反応器チャンバー４に、特に反応
器チャンバー４の中心電極３０２に加えられないようにし、その結果、それぞれ
内側電極組立体３０２のディスク３１２と外側電極組立体３０３のディスク３１
７との間の間隙が、変わらないことを保証する。

【００２６】 連続した対の反応器チャンバー４は、反応器によって占有される床面積を減ら
し、流入ダクト２及び流出ダクト３を共に近くに配置することを可能にし、この
ことは操作上便利である。

【００２７】 本発明は、前述の例示の詳細に限定されない。一例として、１０個のコロナ放
電反応器チャンバー４の配列を説明している。１０個より多い或いは少ないコロ
ナ放電反応器チャンバーを、要求される運転性能に従って採用してもよいことが
明らかである。内側電極３０２についてのハステロイＣの使用を記述しているが
、他の金属又は金属合金を、電極が作動するのに必要とされるガス環境に応じて
採用してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の概略的な斜視図である。

【図２】 図１に示す本発明の実施形態の正面図である。

【図３】 図１の実施形態に含まれる、コロナ放電反応器チャンバーの縦断面図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 ハート マーティン イギリス エスエヌ７ ８ビーエイ オッ クスフォードシャー ファーリンドン セ ダー ロード ４ (72)発明者 ジョーゲンセン ノーマン イギリス アールジー６ ４ユーユー バ ークシャー リーディング ロウワー ア ーリー カットブッシュ レーン プラン ターズ ロッジ (72)発明者 キング ロバート フランシス イギリス オーエックス14 ５ディーエッ クス オックスフォードシャー アービン ドン メドウサイド 51 (72)発明者 マクアダムス ロイ イギリス オーエックス11 ７エスティー オックスフォードシャー ディドコット アッパー ウェイ ファーロング ７ (72)発明者 ウィンターボトム フィオナ イギリス アールジー４ ７エスイー バ ークシャー リーディング ケイヴァーシ ャム プライオリー アヴェニュー 20 Ｆターム(参考） 4G075 AA03 AA07 AA61 BA01 CA18 DA02 EB01 EC21 EE02 EE04 EE31 FC20

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流入ダクト（２）と流出ダクト（３）とを有するガス媒体の
   加工用のモジュールコロナ放電反応器であって、 流入ダクト（２）と流出ダクト（３）との間に位置決めされ、且つそれらと連
   通し、各々、円筒形の外側電極構造物（３０３）と軸線方向の内側電極構造物（
   ３０２）とを有する、複数の垂直に取り付けられたコロナ放電反応器チャンバー
   （４）と、 反応器チャンバーの内側電極と垂直整列状態に位置決めされ、内側電極に直接
   接続され、各々、加工すべきガス媒体が関連した反応器チャンバーの中を通ると
   き、加工すべきガス媒体にコロナ放電を励起させるのに十分な大きさの電圧パル
   スを生じさせるようになった高圧パルス電源と、 加工すべきガス媒体の、反応器の中を通る流量をバランスさせるための手段と
   、 各高圧パルス電源（８）に接続された低圧電源と、 高圧パルス電源をして高圧パルスを所定の時間関係でコロナ放電反応器チャン
   バーに付与させるために、低圧電源の作用を制御するようになった制御ユニット
   （１３）と、 を有することを特徴とするコロナ放電反応器。
2. 【請求項２】 反応器チャンバーは連続的な対で位置決めされ、ガス媒体の
   反応器チャンバーを通る流量をバランスさせるための手段（７）は、各対の反応
   器チャンバー間に位置する流量制御装置からなる、請求項１に記載のコロナ放電
   反応器。
3. 【請求項３】 流量制御装置は、較正されたオリフィス板からなる、請求項
   ２に記載のコロナ放電反応器。
4. 【請求項４】 流量制御装置は調節可能なバルブからなる、請求項２に記載
   のコロナ放電反応器。
5. 【請求項５】 少なくとも反応器チャンバー及びそれと関連した高圧パルス
   電源（８）は磁気遮蔽されている請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のコ
   ロナ放電反応器。