平成14年度 電気関係学会北海道支部連合大会 北見工業大学 12 October 2002 No.82 弱電離気体プラズマの解析(XLIX) 交流コロナ放電によるベンゼンの分解 Studies on weakly ionized gas plasmas (XLIX) Destruction of benzene using AC corona discharge ○吉澤 宣幸 佐藤 孝紀 伊藤 秀範 田頭 博昭(室蘭工業大学) 下妻 光夫(北海道大学) ○N.Yoshizawa, K.Satoh, H.Itoh and H.Tagashira (Muroran Institute of Technology) M.Shimozuma (Hokkaido University) ① ② ③ ④ はじめに 実験装置・条件 実験結果 まとめ MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 目的 近年,工場や自動車の排ガスに含まれるベンゼンによる環境破壊が問題となっている ○汚染ガス分解に使用される放電 コロナ放電・誘電体バリア放電 パックドベット放電・沿面放電 ○コロナ放電の利点 放電領域を大きくとることができ,大量の ガス流の処理に適用できる (吉岡 芳夫 :電学論A ,Vol.122-A pp.676682(2002)) GD2002(2-6 Sep. 2002) S.Pekarek MULTI HOLLOW NEEDLE TO PLATE ELECTRICAL DISCHARGE IN MIXTURE OF AIR WITH N-HEPTANE ○目的 交流コロナ放電を用いてベンゼンの分解特性を調査し,この結果を直流コロナ 放電によるベンゼン分解特性と比較・検討する MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 実験装置 放電チェンバー (ステンレス製) 内径:f197mm 高さ:300mm DC or AC Power Supply 平板電極(ステンレス製) 直径:f80mm 厚さ:10mm グランド側 GASTEC社製 NO.121 GASTEC 測定範囲 : 2.5~312ppm 島津製作所製 FTIR-8900 干渉計 Capsule Dial Gauge FTIR EDWARDS CG16K フルスケールレンジ 精度 光学系 波数範囲 波数精度 S/N データサンプリング :30°入射マイケルソン 干渉計 :シングルビーム方式 :7800cm-1~350cm-1 :±0.125 :20000:1 :He-Neレーザー :1040mbar :±2% 針電極形状 Baratron Manometer 日本MKS(株)製 622A12TCE フルスケールレンジ 分解能 精度 :1.33×104Pa :1×10-5F.S. :0.25% Diffusion Pump Rotary Pump O2 N2 エア・ウォーター(株)製 純度:99.5% 純度:99.999% 針電極数:13本 針電極 台座 針密度 高圧側 :ステンレス製 直径f4mm :真鍮製 直径f50mm :0.66本/cm2 C6H6 関東化学(株)製 純度:99% MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 放電回路構成 Digital multimeter AC ADVANTEST製 R6441 測定範囲 :ACV200mV~700V ,ACI200mA,10A 精度 :ACV±0.25%,ACI±0.8% サンプリングレート :2.5~90回/秒 1:500 A AC100V 50Hz V cosf Slidac 東芝製 TYPE 110-A 入力:100V 50/60Hz 出力:1kVA 0~130V MAX10A DC マクセレック(株)製 LS40-10R1 Testing Transformer 東京変圧器(株)製 TYPE T-G-50 入力電圧:100V 周波数:50/60Hz 出力電圧:50kV 出力電流:0.06A 容量:3kVA Vmax±40kV, Imax±10mA *電圧・電流測定 電源の電圧・電流出力モニタ用端子を使用 (電圧:1/4000倍 電流:1000倍) MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 実験条件と測定内容 ○実験条件 ガス圧: 全圧 1013hPa 窒素分圧 813hPa 酸素分圧 200hPa ベンゼン分圧 0.01~0.31hPa 針電極極性 負極性 (3) (2) (1) ベンゼン濃度[ppm] 実効値17(50Hz) 交流 正極性 放電電圧[kV] 電極間隔 [cm] ガス封入順序 (約1.7~1.8mA ストリーマコロナが発生) 3 24 約 40 (約200~600mA ストリーマコロナが発生) 24 (約200~300mA グローコロナが発生) ○測定内容 放電電流の時間変化 ベンゼンの分解率(ガス検知管) 放電後のベンゼン濃度 = 1- 初期ベンゼン濃度 ×100[%] MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 放電電流の時間変化 2.0 83% I [mA] 1.5 AC DC(positive) DC(negative) 1.0 数値は分解率 0.5 60% 95% 0.0 0 5 10 15 20 25 30 35 time [min] 交流コロナ放電は直流コロナ放電に比べ放電電流が大きい MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 分解率の時間変化 30 25 80 20 60 40 20 0 -4 15 Decomposition rate (AC) Decomposition rate (DC positive) Voltage (AC) Voltage (DC positive) 10 5 ストリーマコロナが発生し始める -2 0 5 10 15 20 V[kV] Decompositon rate [%] 100 25 30 0 time [min] ベンゼンはストリーマコロナ発生と同時に分解されはじめる 交流コロナ放電のほうがベンゼン分解率が低い エネルギー効率(10minまで) 交流:1.3×109 J/mol 直流:2.9×108 J/mol 交流コロナ放電の方が直流コロナ 放電より分解の効率が悪い (低気圧直流グロー放電[1]:1.4×107 J/mol) [1]佐藤 他 :電学論A ,Vol.122-A pp.479-484 (2002) MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 放電回路構成の変更 P1 Digital multimeter 1:500 A AC100V 50Hz V Slidac cosf Testing Transformer P2 変更点 Digital Storage Scope 1kW GND 岩津通信機(株)製 DS-8710 電流波形及び電圧波形の観測を試みた 分解能 最高サンプリングレート レンジ 帯域制限 :8bit ::20Mサンプル/sec :2mV~5v/div 10nsec~50sec/div :DC~10MHz MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 交流コロナ放電の電流波形 3.0 0.5min 30 2.5 交流:電圧17kV(実効値) ベンゼン分圧 40ppm 3.0 10min 2.5 5msec/div 2.0 20 20 1.5 10 1.0 0.5 -0.5 -1.0 -10 -1.5 電流値 0.24mA 0.0 0 V[kV] 0 V[kV] 0.0 10 0.5 I[mA] 1.0 I[mA] 5msec/div 2.0 1.5 電流値 0.34mA 30 -0.5 -1.0 -10 -1.5 -2.0 -20 -2.5 -2.0 -20 -2.5 -3.0 0 5 10 15 -30 20 正の半周期においてスト リーマパルスが発生した エネルギー効率(10minまで) -3.0 0 5 10 15 -30 20 時間の経過とともにストリーマ パルスの大きさは減少した 交流:2.3×108 J/mol (交流1次側:1.3×109 J/mol ) MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY ストリーマパルスの電流波形 40ppm 0.5min 2.0 3 拡大 10 0 0 -1 -10 -2 -20 -3 0 5 10 I[mA] 1 パルス間隔が ほぼ同じ 1.0 1.5 1.0 0.5 0.5 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 パルス間隔 0.38msec -30 20 15 0.5min 2.0 0.2msec/div 1.5 20 40ppm 0.2msec/div 30 2 直流 I[mA] 交流 交流:電圧17kV(実効 値) 直流:電圧+24kV 1.2 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 パルス間隔 0.37msec time[usec] 1.0 直流 0ppm 0.5min 255ppm 0.5min 2.0 2.5 0.2msec/div 0.2msec/div 2.0 I[mA] I[mA] 1.5 1.0 0.5 0.0 0.0 1.5 1.0 0.5 0.2 0.4 0.6 パルス間隔 0.31msec 0.8 1.0 0.0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 針電極形状 電極の各針か ら発生するスト リーマパルスの 位相が揃ってい る パルス間隔 0.48msec パルス間隔が増加 MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY 堆積物の調査 交流:針36本電極 電圧18.5kV(実効値) 直流:針36本電極 電圧26kV 赤外吸収スペクトル 堆積例 NH CO2 HOH SiO,OH2 CO2 =CH2(C2H4) 108 106 104 102 100 正極性 ベンゼン濃度 260ppm 負極性 ベンゼン濃度 257ppm 112 110 %T 108 106 104 102 100 104 103 針電極の真下に堆積物が 観測された ベンゼンの分解生成物 と考えられる 102 101 100 99 交流50Hz ベンゼン濃度 255ppm 98 4000 3000 2000 1000 -1 cm MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY まとめ 針対平板間に交流コロナ放電を発生させ,ベンゼンの分解を試みた 分解率と放電電流の時間変化 ベンゼンはストリーマコロナの発生と同時に分解され始める 交流コロナ放電のベンゼン分解率は直流コロナ放電に比べ低い 交流コロナ放電と直流コロナ放電のベンゼン分解に要するエネル ギー効率はほぼ同じであった 放電電流波形の観測 ストリーマコロナの発生に由来するストリーマパルスが観測された ストリーマパルスのパルス間隔はベンゼンの初期濃度の増加に伴 い長くなった 電極の各針から発生するストリーマパルスの位相が揃う事が観測 された MURORAN INSTITUTE OF TECHNOLOGY
© Copyright 2024 ExpyDoc