以下、本発明の好適な実施の形態につい� ��、図面を参照しながら説明する。

 〔ガス処理装置の概要〕
 本発明に係るガス処理装置は、プラズマ、� ��ラズマの熱、及び/またはプラズマより生じ る酸化力の高い活性成分を用いて、ガス中の 芳香族有機化合物、アルデヒド類などの種々 の有機化合物を酸化させ、最終的には、二酸 化炭素と水とに改質するガス処理装置である 。ここで、酸化力の高い活性成分とは、具体 的には、OHラジカル、オゾンなど、空気中の� ��素または水を非平衡状態のプラズマによっ� ��処理することにより生じる成分である。

 本実施形態では、ガス処理に用いるプラ� ��マは、概ね次の2工程によって生成する。す なわち、まず、スパーク放電により小規模の プラズマを生成することにより、処理に用い るプラズマの生成を開始する。そして、生成 されたプラズマにマイクロ波パルスを照射す ることにより、プラズマ中の荷電粒子にエネ ルギを与えて、プラズマの拡大成長をアシス トする。このとき、処理対象となるガス中の 成分、濃度などに応じて、マイクロ波パルス の持続時間の調整と、プラズマを用いた処理 回数の調整とを行う。

 マイクロ波パルスの調整においては、例� ��ば、マイクロ波パルスの持続時間を調整す� ��ことにより、非平衡プラズマ、熱平衡プラ� ��マの選択的な生成またはプラズマの温度条� ��の制御を行う。また、例えば、単位時間当� ��りのマイクロ波パルスの照射回数を調整す� ��ことにより、処理量の調整を行う。

 処理回数の調整においては、例えば、芳� ��族化合物など一般に分解が困難とされる成� ��に対しては、プラズマによるガスの改質処� ��を2回に亘り実行する。すなわち、1回目で� �、六員環の切断を行い、芳香族化合物を含� �素有機化合物に改質する。そして、2回目で� ��、含酸素有機化合物を分解し、二酸化炭素� ��水とに改質する。なお、この処理は、イン� ��ラント、エンドオブパイプのいずれで行っ� ��もよい。

 図1に、本実施形態に係るガス処理装置1� �機能的構成をブロック図形式で示す。

 このガス処理装置1は、図1に示すように� �各々が導入されたガスの改質をプラズマを� �いて行う第1のガス処理ユニット20A及び第2の ガス処理ユニット20Bを有して構成される。

 また、このガス処理装置は、ガスを第1の ガス処理ユニット20Aに導入するガス導入部2� �、第1のガス処理ユニット20Aによる処理済の� ��スを第2のガス処理ユニット20Bに転送するガ ス転送部3と、第2のガス処理ユニット20Bによ� ��処理済のガスを排出するガス排出部4と、ガ ス導入部2を通過するガスの計測を行う第1の� ��ス感知部5Aと、ガス排出部4を通過するガス� ��計測を行う第2のガス感知部5Bと、ガス導入� ��2を介して流通するガスに水分を供給する第 1の水分添加部6Aと、ガス転送部3を介して流� �するガスに水分を供給する第2の水分添加部6 Bとを有している。

 さらに、このガス処理装置は、第1のガス 感知部5A及び第2のガス感知部5Bからの入力に� ��応する指令信号を第1のガス処理ユニット20A 及び第2のガス処理ユニット20B、並びに、水� �添加部6A及び6Bに出力する制御部10を有して� �る。

 制御部10は、第1のガス処理ユニット20A及� ��第2のガス処理ユニット20Bの各々に対して2� �統、水分添加部6A及び6Bの各々に対し1系統の 計6系統の指令信号を与える。

 この制御部10は、ガス感知部5A及び5B、並� ��に、水分添加部6A及び6Bに接続された統合制 御部11と、第1のガス処理ユニット20Aのプラズ マ始動部23A及びマイクロ波照射部24A、並びに 、統合制御部11に接続された第1のユニット制 御部12Aと、第2のガス処理ユニット20Bのプラ� �マ始動部23B及びマイクロ波照射部24B、並び� �、統合制御部11に接続された第2のユニット� �御部12Bとを有している。

 統合制御部11は、ガス感知部5A及び5Bから� ��入力に基づき、稼働させるガス処理ユニッ� ��の数、そのガス処理ユニットにおいて生成� ��れるべきプラズマの諸元及び水分添加の要� ��を決定する。ユニット制御部12A及びユニッ� ��制御部12Bは、統合制御部11により決定され� �諸元のプラズマが生成されるように、プラ� �マ始動部23A及び23B、並びにマイクロ波照射� �24A及び24Bの動作するタイミングを決定する� �これらの決定は、所定の形式の指令信号と� �て授受される。

 第1のガス処理ユニット20Aは、ガス導入部 2及びガス転送部3に連通し、かつ、所定の空� ��21Aを取り囲むキャビティ22Aと、ガス処理ユ� ��ット20に与えられる2系統の指令信号の一方� ��従って動作し、処理に用いるプラズマ生成� ��契機となる状態(以下、この状態を「初期状 態」と称す。)を形成するプラズマ始動部23A� �、制御部10からの2系統の指令信号の他方に� �い動作し、マイクロ波の発振及び照射を行� �マイクロ波照射部24Aとを有している。

 第2のガス処理ユニット20Bは、ガス転送部 3及びガス排出部4に連通する所定の空間21Bを� ��り囲むキャビティ22Bと、第1のガス処理ユニ ット20Aのものとそれぞれ同様のプラズマ始動 部23B及びマイクロ波照射部24Bとを有する。

 キャビティ22A及び22B内の空間21A及び21Bに� ��、処理対象のガスが導入され、プラズマの� ��期状態が形成され、さらに、マイクロ波が� ��射される。すなわち、ガス処理に用いるプ� ��ズマがこの空間で形成され、ガスの処理に� ��せられる。キャビティ22Aは、空間21A内にプ� ��ズマ及びマイクロ波を閉じ込める機能を備� ��る。以下の説明では、これらの空間21A及び2 1Bを「処理室」と呼ぶ。

 以下の説明では、統合制御部11が第1のユ� ��ット制御部12Aまたは第2のユニット制御部12B に与える指令信号を「ユニット指令信号」と 呼び、統合制御部11が水分添加部6Aまたは6Bに 与える指令信号を「水分添加信号」と呼ぶ。 また、ユニット制御部12Aまたは12Bがプラズマ 始動部23Aまたは23Bに与える指令信号を「始動 信号」と呼び、ユニット制御部12Aまたは12Bが マイクロ波照射部24Aまたは24Bに与える指令信 号を「アシスト信号」と呼ぶ。

 〔各機能部の詳細構成〕
 ガス導入部2、ガス転送部3及びガス排出部4� ��、具体的には、ガスの流路となるダクトと� ��ダクト上に設けられたファンなどからなる� ��ガスの流路の上流と下流との圧力差によっ� ��ガスの流れを形成し、もってキャビティ22A� ��び22Bに対しガスの導入及び排出を行う。フ� ��ンなどは、一連のガスの流路上にガスの流� ��を生じさせるよう配置されていれば、上流� ��、下流側のいずれに設けてもよい。なお、� ��ス導入部2、ガス転送部3及びガス排出部4の� ��々がファンなどを必ずしも備えなくてもよ� ��。例えば、ガスが予め十分な流速でガス処� ��装置1に導入されるものであれば、ファンな どを備えていなくてもよい。

 図2に、ガス処理ユニット20Aのハードウェ ア構成を示す。

 ガス処理ユニット20Aのキャビティ22Aは、� ��2に示すように、一端が開放され他端に開口 の設けられた円筒状の金網30と、金網30の開� �端側に接合される導電体の蓋体31とを有する 。金網30の開口部には、プラズマ始動部23Aが� ��合される。蓋体31には開口が設けられてお� �、この開口には、マイクロ波照射部24Aが接� �される。金網30及び蓋体31に囲まれた空間が� ��理室21Aとなる。

 プラズマ始動部23Aは、制御部10から始動� �号を受けるように接続されたスパークプラ� �用の点火信号発生器32と、点火信号発生器32� ��接続されたイグニッションコイル33と、イ� �ニッションコイル33に接続されたスパークプ ラグ34とを有する。スパークプラグ34は、そ� �電極部分が処理室21A内に配置されるように� �その電極部分が金網30の開口より挿入された 状態で金網30と接合される。

 マイクロ波照射部24Aは、制御部10からア� �スト信号を受けるように接続された直流パ� �ス電源装置35と、直流パルス電源装置35に接� ��されたマグネトロン36と、導波管37、同軸導 波管変換器38及び同軸ケーブル39からなるマ� �クロ波伝送路と、同軸ケーブル39に接続され たアンテナ40とを有する。直流パルス電源装� ��35は、具体的には、インバータ電源装置で� �ってよい。アンテナ40は、その放射端が処理 室21A内に配置されるよう、蓋体31の開口より� ��入される。アンテナ40の形状は、マグネト� �ン36の発振周波数及びキャビティ22Aの特性に 応じて適宜選択される。マグネトロン36は、� ��庭用電子レンジなどに用いられる2.45GHz発振 のものであってよい。

 キャビティ22Aの形状は、マグネトロン36� �発振周波数に対応する空洞共振室を形成す� �よう選ばれることが望ましい。マイクロ波� �、処理室21A内で共振して定在波となる。ス� �ークプラグ34は、電極部分がこの定在波の腹 の位置に配置されるように金網30と接合され� ��ことが望ましい。

 なお、第2のガス処理ユニット20Bは、ガス 処理ユニット20Aと同様に構成されている。

 図3に、ダクト上でのキャビティ22A及び22B の配置例を示す。

 この配置例においては、キャビティ22A及� ��22Bは、図3に示すように、この順でダクト41� ��に配置される。キャビティ22A及び22Bの側面� ��金網であるため、ダクト41の上流から流れ� �きたガスは、処理室21Aと21Bとの両方を通過� �る。

 図4に、第1のガス感知部5Aの機能的構成を 示す。

 第1のガス感知部5Aは、図4に示すように、 ガス導入部2に接続された流量計51と、成分別 の濃度計52と、温度計53と、湿度計54とを有し 、これら流量計51、濃度計52、温度計53及び湿 度計54の出力を制御部10に出力する出力部55を 有する。濃度計52は、例えば、芳香族炭化水� ��化合物(ベンゼン、トルエン、キシレンなど )の濃度及び含酸素有機化合物(アルデヒド、� ��ルコール、カルボン酸、エーテル、ケトン� ��ど)の濃度に応じた信号を出力する。以下の 説明では、濃度計52は、少なくとも芳香族炭� ��水素化合物の濃度、含酸素有機化合物の濃� ��及び脂肪族炭化水素の濃度に応じた信号を� ��力するものとする。

 なお、第2のガス感知部5Bは、ガス排出部4 に接続されることを除いて、第1のガス感知� �5Aと同様の構成及び機能を有している。

 図5に、水分添加部6Aの概略構成を示す。

 水分添加部6Aは、図5に示すように、加湿� ��61と、マスフローコントローラ62とを有する 。水分添加信号は、これらの両方に与えられ る。加湿器61は、水分添加信号に応答して起� ��し、マスフローコントローラ62は、水分添� �信号に応じた流量で、加湿器61により加湿さ れた空気を排出する。加湿器61は、例えば、� ��ブライザであってもよい。また、加熱式の� ��湿器であってもよい。

 制御部10は、実質的には、一般的なコン� �ュータ、すなわちコンピュータハードウェ� �と、コンピュータハードウェアにより実行� �れるプログラムと、コンピュータハードウ� �アに格納されるデータとにより実現される� �コンピュータを制御部10として動作させるプ ログラムは、リムーバブルメディア、ハード ディスク、ROM(Read Only Memory)などの記憶装置� ��格納され、実行の際にRAM(Random Access Memory)� ��ロードされる。なお、このプログラムは、� ��ットワークなどを通じてコンピュータに送� ��されてもよい。このプログラムは、コンピ� ��ータに制御部10の動作を実行させる複数の� �令を含む。これら動作の命令に必要な基本� �機能のいくつかは、コンピュータに予めイ� �ストールされ、コンピュータ上で動作する� �ペレーティングシステム(OS)、サードパーテ� ��のプログラムまたは各種ツールキットのモ� ��ュールにより提供される。したがって、こ� ��プログラムは、制御部10に必要な機能全て� �含んでいる必要はなく、所望の結果が得ら� �るように制御された手法で適切な機能、ツ� �ルなどを呼出すことによって制御部10の動作 を実現する命令のみを含んでいればよい。コ ンピュータ自体の動作は周知であるので、こ こでは説明を繰返さない。

 図6に、統合制御部11による制御構造例を� ��す。

 統合制御部11が制御を開始すると、図6に� ��すように、ステップ101において、第1のガス 感知部5Aからの流量及び濃度の信号に基づき� ��ガス処理ユニット20Aの上流におけるガス中� ��処理されるべき成分の量が排出の許容量以� ��であるか否かを判定する。判定結果がYESで� ��ればステップ106に進む。さもなければステ� ��プ102に進む。ステップ106では、第1のガス処 理ユニット20A及び第2のガス処理ユニット20B� �両方を休止状態にし、ステップ101に戻る。

 ステップ102では、ガス処理ユニット20Aの� ��流における芳香族有機化合物の濃度が排出� ��許容される濃度以下であるか否かを判定す� ��。判定結果がYESであればステップ103に移行� ��る。さもなければステップ105に移行する。

 ステップ103では、第1のガス処理ユニット 20Aのみを用いた1段処理の制御を実行する。� �テップ104では、第2のガス感知部5Bからの信� �に基づき、ガス処理ユニット20Bの下流での� �ス中の有機化合物の濃度が予め定められた� �標濃度以下であるか否かを判定する。判定� �YESであれば、ステップ101に戻る。さもなけ� �ばステップ105に移行する。

 ステップ105では、第1のガス処理ユニット 20A及び第2のガス処理ユニット20Bの両方を用� �た2段処理の制御を実行し、ステップ101に戻� ��。

 図7に、1段処理103の制御構造を示す。

 1段処理103が開始されると、図7に示すよ� �に、ステップ131において、第2のガス感知部5 Bからの信号を読出し、その信号に含まれる� �ス中の化学物質の種類及び濃度の情報から� �1のガス処理ユニット20Aにける投入エネルギ� ��設定を行う。ステップ132では、第2のガス感 知部5Bからの信号に含まれるガス流量に基づ� ��、プラズマ生成周期の設定を行う。さらに� ��投入エネルギとプラズマ生成周期とから1回 のプラズマ持続時間を定める。ステップ133で は、ステップ131及びステップ132での処理の結 果を指令信号の形式に変換することにより、 第1のユニット指令信号の設定を行う。ステ� �プ134では、第2のユニット指令信号を、第2の ガス処理ユニット20Bの休止状態に対応する値 に設定する。

 ステップ135では、第1のガス感知部5Aから� ��信号に含まれる温度及び湿度の情報に基づ� ��、ガス中の水分量が適切であるか否かを判� ��する。例えば、温度と湿度とから水蒸気量� ��求め、その値がその温度での飽和水蒸気量� ��達しているか否かを判定する。飽和水蒸気� ��に達していればステップ137に進む。さもな� ��ればステップ136に進む。

 ステップ136では、水蒸気量と飽和水蒸気� ��とに基づき、ガスに添加する水分量を求め� ��その水分量に対応する値に水分添加信号の� ��を変更する。ステップ137では、水分添加信� ��、第1のユニット指令信号及び第2のユニッ� �指令信号を対応の機能部に対し発行する。

 図8に、2段処理105の制御構造を示す。

 2段処理105が開始されると、図8に示すよ� �に、ステップ151で、図7のステップ131と同様� ��方法で、ガス中の化学物質の種類及び濃度� ��ら投入エネルギの設定を行う。ただし、本� ��テップ151においては、ガスがプラズマで2回 処理されることを前提とし、第1のガス処理� �ニット20A及び第2のガス処理ユニット20Bの両� ��の投入エネルギの設定を行う。ステップ152� ��は、ガス流量に基づき第1のガス処理ユニッ ト20A及び第2のガス処理ユニット20Bにおける� �ラズマ生成周期を設定する。

 ステップ153では、ステップ151及びステッ� ��152での処理の結果を指令信号の形式に変換� ��ることにより、第1のユニット指令信号及び 第2のユニット指令信号の設定を行う。ステ� �プ154では、ガス感知部5A及び/または5Bからの 信号に基づき、ガスの流量からガスの流速へ の換算を行う。ステップ155では、ステップ154 で求めた流速に基づき第2のユニット指令信� �にプラズマ始動のタイミングの補正値の情� �を追加する。ステップ156及びステップ157で� �、それぞれ図7に示すステップ135及びステッ� ��136と同様の処理を実行する。ステップ158で� ��、水分添加信号、第1のユニット指令信号及 び第2のユニット指令信号を対応の機能部に� �行する。

 図9に、ユニット制御部12A及び12Bの機能を 実現するユニット制御処理プログラム170の制 御構造を示す。

 このプログラム170が開始されると、図9に 示すように、ユニット指令信号に基づき、ス テップ171で、マイクロ波の各パルス発振の開 始時刻及び終了時刻を設定し、その設定値を アシスト信号の形式に変換する。ステップ172 では、ステップ171で設定された開始時刻及び 終了時刻をもとに、プラズマの初期状態の形 成を開始する時刻及び終了する時刻を設定し 、その設定値を始動信号の形式に変換する。 ステップ173では、始動信号及びアシスト信号 をそれぞれ対応の機能部に発行する。

 以上のように構成された本実施形態に係� ��ガス処理装置1は、以下のように動作する。 すなわち、図1に示すように、ガスが到達す� �と、ガス導入部2がそのガスを処理室21へ導� �する。導入されたガスは、ガス転送部3及び� ��ス排出部4により順次後段へ輸送される。同 時に、第1のガス感知部5Aが流量、各成分の濃 度、温度及び湿度を計測する。計測の結果は 所定の信号形式で統合制御部11に与えられる� ��

 統合制御部11は、第1のガス感知部5Aによ� �計測の結果をもとに、以下の動作例1乃至動� ��例3に示す動作のうちからいずれか一を選択 する。このガス処理装置1は、その選択に従� �た動作を実行する。

 〔動作例1〕
 ガス導入部2を通過するガス中の処理対象と なる成分の濃度が許容値以下である場合には 、統合制御部11は、ガス処理ユニット20A及び2 0Bのいずれも休止する動作を選択する。この� ��択に従い、ユニット制御部12A及び12B、並び� ��ガス処理ユニット20A及び20B、並びに水分添� ��部6A及び6Bは、動作を休止する。ガス導入部 2により処理室21Aに導入されたガスは、処理� �21Aからガス転送部3、処理室21B及びガス排出� ��4を介してそのまま排出される。

 〔動作例2〕
 芳香族化合物の濃度が許容値以内であり、� ��つ、他の成分の濃度が許容値を超える場合� ��は、まず、第1のガス処理ユニット20Aを稼働 させ、その後に、第2のガス感知部5Bからの信 号に基づいて第2のガス処理ユニット20Bの稼� �の要否を決定する動作を選択する。

 この選択がなされた場合、統合制御部11� �、第2のガス感知部5Bの出力を読んで、第1の� ��ス処理ユニット20Aにおける投入エネルギと� ��ラズマの生成周期を定める。

 投入エネルギについては、処理すべき成� ��の濃度が高いほど、投入エネルギが多くな� ��ように定める。プラズマ生成周期について� ��、処理すべきガスの流量が多いほど短くな� ��ように定める。さらに、投入エネルギとプ� ��ズマの生成周期とから、1回のプラズマ持続 時間を定める。このプラズマの持続時間は、 窒素酸化物の生成量の低減を要するならば、 1マイクロ秒程度とすればよい。非平衡プラ� �マにおけるOHラジカルの酸化作用を用いた処 理を行うならば、プラズマ中の電子とイオン との熱緩和時間に応じて、プラズマの持続時 間を設定すればよい。この場合、プラズマの 持続時間は、大気圧下では、概ね数ナノ秒か ら数百ナノ秒程度であればよい。

 統合制御部11は、ユニット制御部12Aに投� �エネルギ、プラズマの発生周期及びプラズ� �持続時間の情報をユニット指令信号として� �える。ユニット指令信号を受けたユニット� �御部12Aは、投入エネルギ、プラズマの発生� �期及びプラズマ持続時間の情報をもとに、� �ラズマの発生の開始時刻及び終了時刻を決� �する。そして、マイクロ波照射部24Aへの信� �伝達の遅れ、マイクロ波照射部24Aの立ち上� �り、立ち下がりに要する時間などに基づき� �これらの時刻を補正し、マイクロ波発振の� �始時刻及び終了時刻を設定する。その後、� �ニット制御部12Aは、プラズマの発生開始時� �にプラズマ始動部23Aが小規模なプラズマの� �成を行うよう、プラズマ始動部23Aの動作開� �時刻及び終了時刻を設定する。そして、ユ� �ット制御部12Aは、上述のように設定した時� �に、プラズマ始動部23A及びマイクロ波照射� �24Aが動作するよう、始動信号及びアシスト� �号を出力する。

 そして、図2に示すように、プラズマ始動 部23Aの点火信号発生器32は、始動信号に従い� ��イグニッションコイルの一次側に通電しス� ��ークプラグ34の電極部に高電圧を印加する� �スパークプラグ34の電極部分では、スパーク 放電が行われ、小規模なプラズマが発生する 。マイクロ波照射部24Aの直流パルス電源装置 35は、アシスト信号に従い、マグネトロン36� �給電を行う。マグネトロン36は、給電を受け てマイクロ波を発振する。そのマイクロ波は 、マイクロ波伝送路を介してアンテナ40に伝� ��される。その結果、マイクロ波発振の開始� ��刻から終了時刻までの期間、マイクロ波が� ��ャビティ22A内に照射される。スパーク放電� ��より生じたプラズマは、マイクロ波のエネ� ��ギを受けて処理室21A内で拡大成長する。

 第1のガス処理ユニット20Aのこれら一連の 動作により、スパークプラグによる放電を契 機にプラズマが生じ、マイクロ波の照射終了 を契機にプラズマの生成が終了する。結果と して、統合制御部11により設定されたプラズ� ��の生成周期及び持続時間でプラズマの生成� ��繰返し行われる。

 このようにしてプラズマが生成された第1 の処理室21Aにガスが導入されると、ガスに含 まれる処理対象の成分がプラズマ、プラズマ の熱またはプラズマより生じる活性成分によ り分解、処理される。例えば、ホルムアルデ ヒドは、90%以上の高い分解率で分解される。 処理されたガスは、図1に示すガス転送部3、� ��2の処理室21B及びガス排出部4を介して排出� �れる。

 ここで、第2のガス感知部5Bにおいて、ガ� ��中の処理対象の成分の濃度が基準値を超え� ��ことが計測された場合には、統合制御部11� �、第2のガス処理ユニット20Bもプラズマによ� ��処理を実行するよう、第2のユニット制御部 12Bに対し、ユニット指令信号を出力する。第 2のユニット制御部12B及び第2のガス処理ユニ� ��ト20Bは、このユニット指令信号を契機に、� ��1のユニット制御部12A及び第1のガス処理ユ� �ット20Aと同様の動作を実行する。これによ� �、第2の処理室21B内に導入されたガスもまた� ��プラズマにより処理される。これにより、� ��スはさらに分解処理される。

 なお、第2のガス処理ユニット20Bがプラズ マを生成するタイミングについては、次の2� �りの方針が想定される。すなわち、プラズ� �により処理され改質された成分に対し、さ� �にプラズマを作用させるというものと、プ� �ズマの繰返し発振によりプラズマが生成さ� �ていない期間に処理室21Aを通過したガスに� �しプラズマを作用させるというものである� �これらのいずれの場合でも、各ガス処理ユ� �ット20A及び20Bを通過するガスの速度をもと� �、第2のガス処理ユニット20Bにおけるプラズ� ��生成の適切なタイミングを決定することが� ��能である。

 後者の方針は、高温のプラズマでの熱処� ��を行う場合に効果的である。一つのガス処� ��ユニットが連続的にプラズマを生成し続け� ��と、プラズマは極めて高温となるため、熱� ��よる損傷などのリスクが増大する。また、� ��温のプラズマの領域はガスが通りにくくな� ��。後者のタイミングでプラズマを生成する� ��うにすれば、1つのガス処理ユニットで連続 的にプラズマを生成して処理を行うのと同等 の処理効率をより高い流量で得ることができ 、さらに、各ガス処理ユニットにおいて冷却 期間を設けて熱による損傷のリスクを低減さ せることができる。また、後者の方針は、処 理対象から洩れるガスを低減できるため、マ イクロ波パルスの持続時間が短い場合または ガスの流速が速い場合にも有効である。

 〔動作例3〕
 ガス中の芳香族化合物の濃度が許容値を超� ��る場合には、統合制御部11は、各ガス処理� �ニット20A及び20Bの両方を稼働する動作を選� �する。この選択がなされた場合、ガス処理� �置1は、動作例2において各ガス処理ユニット 20A及び20Bの両方が稼働する場合と同様の動作 を実行する。ただし、この場合には、第2の� �ス処理ユニット20Bは、第1のガス処理ユニッ� ��20Aにおいてプラズマにより処理され改質さ� ��た成分に対しさらにプラズマを作用させる� ��イミングでプラズマを生成する。

 芳香族化合物を含有する空気がガスとし� ��第1のガス処理ユニット20Aに導入されると、 第1のガス処理ユニット20Aは、プラズマ、プ� �ズマの熱またはプラズマより生じる活性成� �により、このガス中の芳香族化合物を含酸� �有機化合物に改質する。すなわち、芳香族� �合物の六員環を切断し、分子に酸素原子を� �合させる。

 第1のガス処理ユニット20Aにより処理され たガスがガス転送部3を介して第2のガス処理� ��ニット20Bに導入されると、第2のガス処理ユ ニット20Bは、プラズマ、プラズマの熱または プラズマより生じる活性成分により、含酸素 有機化合物を酸化し分解する。

 〔水の添加〕
 本実施形態に係るガス処理装置1は、上述の 動作例2及び動作例3での処理の際に、水分添� ��部6A及び6Bが、統合制御部11による制御に従� ��て、水分を添加する。添加された水分に非� ��衡プラズマが作用すると、OHラジカルにな� �。酸化力の強い活性成分を用いたガスの処� �を行う場合、このOHラジカルの量が多ければ 、その分処理量及び処理効率が高くなる。そ のため、プラズマの温度条件を非平衡状態と 設定する場合に、水分を添加すると、効果的 にガスを処理することが可能になる。

 なお、プラズマが生成される度に、最初� ��の数ナノ秒乃至数百ナノ秒の期間にプラズ� ��の非平衡状態が生じる。したがって、ガス� ��温度が上昇しない程度にプラズマの発生期� ��を短くすれば、非平衡プラズマを形成する� ��とができる。そのため、OHラジカルが熱に� �って失活することはなく、ガス処理に有効� �作用するOHラジカルの量が増える。したがっ て、1回のプラズマの発生期間を短くするこ� �により、単位時間当たりのガスの処理量を� �やすことが可能になる。このようなプラズ� �生成を行うときに、水を添加するようにし� �もよい。

 〔本実施形態の好ましい作用効果〕
 以上のように、本実施形態に係るガス処理� ��置1は、芳香族化合物に対しプラズマを2回� �用させる。芳香族化合物は、1回目の処理で� ��酸素有機化合物に改質され、2回目の処理で 分解、浄化される。本実施形態の方式で生成 されるプラズマを用いたガス処理では、芳香 族化合物から含酸素有機化合物への改質率は きわめて高い。

 例えば、トルエンを80ppm程度含有する空� �を本実施形態のガス処理装置におけるプラ� �マで1回処理し、その処理ガスをガスクロマ� ��グラフ質量分析により定性分析すると、検� ��される全ての成分が含酸素有機化合物とな� ��ことがある。また、本実施形態のガス処理� ��置で生成されるプラズマを用いたガス処理� ��は、含酸素有機化合物の分解率は高く、ホ� ��ムアルデヒドなどは、1回のプラズマ処理で 90%を超える。このように、プラズマを用いた 処理を2回行うことにより、芳香族化合物に� �し高い分解特性を得ることができる。この� �うなガス処理性能は、ガスの流速が秒速数� �メートルから音速程度であっても得ること� �できる。

 また、本実施形態のガス処理装置では、� ��電体ビーズや吸着剤を必要としない。また� ��アンテナを用いて放射するマイクロ波でプ� ��ズマへエネルギを供給することによって、� ��ラズマを拡大成長させる。このプラズマの� ��大成長により、プラズマの体積が3次元的に 増大する。したがって、平行平板の電極を用 いたガス処理装置のように、広い面積の電極 を用意しなくても、大量のガスを処理するこ とができる。さらに、マイクロ波発振の持続 時間を適宜選択することにより、処理される べき成分の直接的な電離または解離、熱処理 、非平衡プラズマを利用して活性成分を用い た化学的処理のいずれをも行うこともでき、 汎用性が高い。

 加えて、誘電体ビーズ、吸着剤または電� ��などによってガスの流路が妨げられること� ��なく、かつ、マイクロ波によりプラズマを� ��大成長させることができ、さらに、ワンパ� ��で処理が行われるため、高速、大流量の処� ��が可能である。

 さらには、プラズマが発生するたびに反� ��室内面においてアッシングが行われたのと� ��様の状態となるため、自動的に自己洗浄が� ��されることとなる。これによりガスの停留� ��防止できる。また、メンテナンス性が向上� ��る。

 〔変形例〕
 上述の実施形態では、2個のガス処理ユニッ トを用いてガスの処理を行ったが、例えば、 図10に示すように、ガス処理ユニットの組22A ₁ ,22B ₁ 、22A ₂ ,22B ₂ を並列に配置することにより、大風量化する ことができる。

 また、図11に示すように、ガス処理ユニッ� �22A ₁ ,22B ₁ 、22A ₂ ,22B ₂ 、22A ₃ ,22B ₃ を千鳥状に配置してもよい。プラズマの熱を 利用してガスを処理する場合には、プラズマ 及びその近傍領域は高温高圧となり、ガスが 流通しにくくなる。各ガス処理ユニット22A ₁ ,22B ₁ 、22A ₂ ,22B ₂ 、22A ₃ ,22B ₃ をこのような千鳥状の配置にしておけば、高 温高圧の領域を避けるように流れたガスが次 の列のガス処理ユニットに向かって流れるよ うになるため、確実にプラズマによる処理を 行いつつ、ガスの流れを促すことができる。

 高温高圧のプラズマの生成領域にガスを� ��入するための構成としては、この他にも、� ��のようなものも有効である。例えば、ガス� ��流れるダクト上に、邪魔板や羽根を設け、� ��スの流れる方向に制限を与えて、ガス処理� ��ニットの処理室内のプラズマの生成される� ��域に向けてガスを誘導するようにしてもよ� ��。また、ダクトを屈曲させておき、ガスの� ��れる方向の曲率が高い壁面付近のガスをそ� ��壁面から離れる方向に誘導し、その結果生� ��る高圧力の領域(具体的には、屈曲する部分 の外側付近)に処理室を配置するようにして� �よい。

 また、ダクトの断面形状を円形とし、そ� ��内壁にライフリングを施すことにより旋回� ��を形成し、該内壁に近接する位置に処理室� ��配置するようにしてもよい。

 また、ダクトの一部において、断面積に� ��化をつけることにより、処理室へのガスの� ��入を促すようにしてもよい。例えば、ダク� ��の断面積を部分的に狭くし、最も狭くなっ� ��部分またはそのすぐ後段に処理室を配置す� ��ようにしてもよい。この場合には、断面積� ��変化により生じるガスの圧力差を利用して� ��ガスの流通を促すことができる。また、処� ��室の部分での流路断面積を大きくすること� ��より、プラズマの生成領域での圧力の低減� ��図るようにしてもよい。

 また、処理室前段のダクトの壁面付近に� ��気の吹込口を設け、ファンなどによる吹込� ��からガスより速い流速で空気を吹込むよう� ��してもよい。このようにすると、吹込まれ� ��空気がダクトの内壁付近にエアカーテンを� ��成し、ガスの流れを促進する。空気を吹込� ��代わりに、水蒸気など水分を含む気体を吹� ��むようにしてもよい。また、ガス処理ユニ� ��トの後段の壁面付近にガスの吸出口を設け� ��吸出口からポンプなどによりガスを吸出し� ��吹込口にフィードバックさせてもよい。処� ��室内のプラズマがダクトの断面の中央付近� ��生成されるようにしておけば、プラズマに� ��り処理されにくい壁面付近のガスを還流さ� ��て再処理することができる。

 また、高温のプラズマが生じると、その� ��域をガスが流れにくくなることを利用して� ��バッチ処理を行うようにしてもよい。具体� ��には、まず、下流側に配置される第2のガス 処理ユニット20Bを先に稼働させ、プラズマに よるガス処理を行うと共に、プラズマにより 処理室一杯に高温の領域を形成する。すると 、上流からのガスの流れが停滞し、第2のガ� �処理ユニット20Bの直前の部分のガスの密度� �一時的に高くなる。そのタイミングで、上� �側の第1のガス処理ユニット20Aを稼働し、密� ��が高くなった部分のガスを処理するととも� ��、その部分のガスを加熱する。そして、第1 のガス処理ユニット20Aが稼働している間に、 第2のガス処理ユニット20Bを停止する。加熱� �れた処理済のガスは、速やかに下流側へと� �れる。このような稼動を繰返すことにより� �第1のガス処理ユニットと第2のガス処理ユニ ット20Bとの間の空間でのバッチ処理が達成さ れる。

 上述の実施形態では、キャビティは、一� ��の円筒形の金網であったが、キャビティの� ��状はこのようなものには限定されない。ガ� ��が流通し、かつ、マイクロ波照射部24Aまた� ��24Bが照射するマイクロ波の漏洩を防ぐもの� ��あればよく、共振空洞を形成していればな� ��よい。例えば、ダクトが金属製であれば、� ��の壁面をキャビティの一部として利用して� ��よい。

 マイクロ波の漏洩防止については、例え� ��、図12に示すように、支持板201により支持� �れた複数のパイプ202を束ねた形状の壁をガ� �の流れる方向に向けて配置したキャビティ� �用いてもよい。各パイプ202は、キャビティ� �導入側及び排出側にそれぞれ束ねられた状� �で配置され、それぞれの軸方向をガスの流� �方向としている。支持板201は、各パイプ202� �対応した開口部を有している。

 このようなキャビティの場合、各パイプ2 02の内径をマイクロ波の概ね1/4波長未満とし� ��各パイプ202の長さを概ね1/4波長以上として� ��けば、マイクロ波の漏洩を防ぐことができ� ��。このようなキャビティであれば、ダクト� ��断面方向の開口率を大きく取ることができ� ��ガスの流れを妨げない。さらに、パイプ202� ��径と長さとを適切に選べば、消音効果も期� ��できる。

 上述の各実施形態においては、プラズマ� ��用いたガスの処理を2段に亘り実行したが、 ダイオキシン類などさらに分解が困難な成分 の処理を行う場合またはガス中の処理対象成 分の濃度が極めて高い場合などには、さらに ガス処理ユニットを多段に構成してもよい。

 上述の実施形態では、マイクロ波照射部� ��、2.45GHz発振のマグネトロンによりマイクロ 波を発生したが、本発明はこのようなものに は限定されない。すなわち、LC回路などの発� ��回路と変調器とを組合せた発振器を用いて� ��イクロ波を発生するようにしてもよい。ま� ��、いわゆる半導体発振器を用いてもよい。� ��イクロ波の周波数は2.45GHzに限られたもので はなく、その他の周波数を用いてもよい。ま た、複数の周波数成分を含んだ合成波であっ てもよい。

 また、上述の実施形態では、プラズマ始� ��部にスパークプラグを用いたが、プラズマ� ��始動させる方法は、このような方法には限� ��されない。例えば、スパークプラグに限ら� ��、小規模な放電を行うための電極を用いて� ��よい。さらに、レーザ光などによりプラズ� ��を発生させてもよい。

 また、直列に接続されたガス処理ユニッ� ��の列の途中で、他の流路からガスを集合さ� ��てもよい。また、直列に接続されたガス処� ��ユニットの列の途中で、他の流路へガスを� ��配してもよい。さらには、それら他の流路� ��ガス処理ユニットまたはガス処理装置を配� ��してもよい。それら各流路のガス処理ユニ� ��トを独立にまたは統合的に制御することに� ��り、単純な直列多段処理ばかりでなく、プ� ��ズマを用いて処理したガス同士を混合した� ��、一部を別用途に使用したりできる。特に� ��ンプラントにおいてこのような構成を用い� ��ば、様々な処理による化学成分の改質、生� ��等が可能になる。

 また、導入されるガスの流量、流速、濃� ��、成分の混合割合、圧力及び温度の少なく� ��も一に関する平均、総計、最大値、最小値� ��分散、乱れ、時間変動、空間分布、差異及� ��パターンの少なくとも一に基づき、電磁波� ��周波数分布及び位相、並びに、前記電磁波� ��照射源の位置、方向及び数、並び前記電磁� ��によって生じる電場の強度の乱れ、時間変� ��及び空間分布を選択し、その時間変動及び� ��間分布が実現されるよう、各ガス処理ユニ� ��トを制御し駆動させるようにしてもよい。

 〔ガス処理装置を用いた排気処理システム� ��
 ガス処理装置1を用いて、内燃機関の排気ガ スを浄化処理することも可能である。例えば 、内燃機関の燃焼室から排気管終端までの区 間に、複数のガス処理ユニットを設置すれば よい。内燃機関は、その運転状態によって排 気ガスの成分が異なる。したがって、制御装 置10は、排気の成分をガス感知部5A、5Bによっ てモニタリングしつつ稼働させるガス処理ユ ニットの数量を決定する。または、制御装置 10は、内燃機関の運転状態を参照しつつ稼働� ��せるガス処理ユニットの数量を決定するよ� ��にしてもよい。内燃機関の運転状態は、例� ��ばエンジンコントロールユニット(ECU)から� �転状態に関する情報を受けるようにしても� �い。または、内燃機関に予め備え付けられ� �酸素センサ、温度センサ、圧力センサ、ク� �ンク角検出器等から直接に情報を受けるよ� �にしてもよい。

 各ガス処理ユニットの稼働タイミングに� ��いては、燃焼室からガス処理ユニットまで� ��排気の通過時間差による補正を行えば、ク� ��ンク角、バルブの開閉タイミング等の情報� ��基づき制御装置10により決定できる。

 処理対象の排気ガスの排出源である内燃� ��関は、その形式を問わない。レシプロエン� ��ンであってもよいし、ロータリエンジンで� ��ってもよい。ガスタービン、ラム機関等で� ��ってもよい。着火方式は、火花点火であっ� ��も、自着火または圧縮着火であってもよい� ��予混合火炎による燃焼が行われるものであ� ��てもよく、拡散火炎による燃焼が行われる� ��のであってもよい。

 なお、内燃機関が複数気筒を有する機関� ��あり排気管が集合する構造である場合、ガ� ��処理ユニットは、全て排気管集合部より上� ��に配置されても、全て排気管集合部より下� ��に配置されても、一部が排気管集合部より� ��流に配置され別の一部が排気管集合部より� ��流に配置されてもよい。また、ガス処理ユ� ��ットの上流、または、ガス処理ユニット間� ��別途ガスの導入路を設けてアフタインジェ� ��ションを行ってもよい。

 また、プラズマによる排気ガスが処理さ� ��る経路に応じて、各気筒での空燃比を変化� ��ることにより、または、燃焼を制御するこ� ��により、排気処理システムに流入するガス� ��成分、温度、圧力等の性状を調整するよう� ��してもよい。

 〔ガス処理装置を燃焼室内に設けた内燃機� ��〕
 ガス処理装置1を、内燃機関の燃焼室内に設 けてもよい。図13は、往復動機関型の内燃機� ��においてこれを実施するために用いられる� ��ストンを示す。図13を参照して、このピス� �ン300は、ピストンヘッドの部分に複数の窪� �が設けられている。ピストン300がシリンダ� �ロックに摺接されると、ピストン300が上死� �付近に位置するときに、ピストン300とシリ� �ダヘッド、及びシリンダブロックにより複� �の副室が規定される。これら複数の副室は� �ずれも、別の副室のうち少なくとも一つと� �通する。この副室内にプラズマ始動部23及び マイクロ波照射部24をそれぞれ配置する。ピ� ��トン300が上死点付近に位置するとき、各副� ��が処理室を規定する。

 制御部10は、プラズマ始動部23及びマイク ロ波照射部24の各々を、副室に対し定められ� ��順序で稼働させる。このプラズマ始動部23� �びマイクロ波照射部24の稼働により、副室内 の作動流体が着火する。ここでの着火はプラ ズマから熱エネルギの供給を受けて着火する 形態であってもよく、また、プラズマの作用 により反応性が高められた作動流体の自着火 であってもよい。副室のうちプラズマ始動部 23及びマイクロ波照射部24の稼働が最初に行� �れたものからは、着火及び燃焼に伴い作動� �体が流出し、他の副室に流入する。流入し� �作動流体と、その副室に予め存在していた� �動流体とが混合し、成分が変化する。次に� �作動流体が流入した副室において、副室内� �成分に応じたやり方でプラズマ始動部23及び マイクロ波照射部24を稼働させる。この副室� ��の作動流体もまた別の副室に流入する。こ� ��副室間での作動流体の授受と作動流体の流� ��順序に応じた逐次的なプラズマの形成によ� ��、燃焼室内の作動流体が隈なく燃焼する。� ��た、燃焼の進展は、副室の連通経路とプラ� ��マの形成順序とにより決定される。そのた� ��、例えば周方向に燃焼を進展させることな� ��も可能になる。これにより、スワール流等� ��形成することが可能になる。また、燃焼室� ��中心から周辺部まで、燃焼のタイミングを� ��御することができるため、ノック等を回避� ��ることが容易になる。さらに、作動流体に� ��し複数回プラズマを作用させることが可能� ��なり、燃え残りを低減できる。これは排気� ��スのクリーン化及び燃料消費の効率化に資� ��る。

 〔その他変形例等〕
 上述の実施形態においては、水分を添加す� ��ことを例示したが、水分が過剰に存在する� ��合、フィルタなどを用いて過剰な水分を除� ��してもよい。また、水分の添加または除去� ��ついては、直接的に水のやり取りを行って� ��よいし、化学反応またはプラズマの作用等� ��より、ガス中の成分から水を生成したり、� ��を除去したりするようにしてもよい。また� ��水分に限らず、流路上で適宜ガスの成分、� ��度、圧力等を調整し、ガス処理において必� ��な成分を添加したり、不要な成分を除去し� ��りしてもよい。また、除去した成分を一時� ��に貯留し、後の処理において貯留した成分� ��再放出するようにしてもよい。

 上述の実施形態においては、束ねたパイ� ��によるキャビティを例示したが、単にガス� ��流路の断面積を絞り、電磁波の漏洩を防ぐ� ��うにしてもよい。

 電磁波の漏洩防止のための構成は、必ず� ��も処理室ごとに設けることを要しない。少� ��くとも最上流のガス処理ユニットの上流、� ��び、最下流のガス処理ユニットの下流にお� ��て電磁波の漏洩を防止または軽減できれば� ��い。

 マトリクス状、または千鳥状にガス処理� ��ニットを配置する場合、または、集合、分� ��を行う場合、ガスの流通経路上でのガス処� ��ユニットの配置に応じて、各ユニット制御� ��がプラズマの始動及びマイクロ波の照射を� ��御するようにしてもよい。ガスの流通経路� ��応じて適切なプラズマ形成が可能となり、� ��ス処理の効率化を図ることができる。

 また、電磁波の照射に用いるアンテナは� ��例えば、ホーンアンテナに代表される開口� ��ンテナであってもよい。ガスの流路の形状� ��び材質について許容されるならば、ガスの� ��路自体が導波管、または、開口アンテナを� ��ねる構成となってもよい。また、アンテナ� ��、電磁波の発生源に接続されたエレメント� ��らなる輻射器と、輻射器からの電磁波を反� ��する反射器とを有する構成であってもよい� ��また、アンテナは、輻射器と輻射器から輻� ��される電磁波の拠りしろとなるベインまた� ��共振エレメントを有する構成であってもよ� ��。

 電磁波の照射目標となる領域の数と、ア� ��テナの数との関係については、種々の組合� ��が想定される。電磁波の照射目標となる一� ��領域の対し、複数アンテナまたはアンテナ� ��複数のエレメントから電磁波を照射するよ� ��にしてもよい。また、例えば3/4波長以上の� ��気長を有するエレメントを備えたアンテナ� ��ように空間上に複数の強電場の領域を形成� ��るものであれば、アンテナに対し電磁波の� ��射目標となる領域を強電場の領域の数に応� ��て複数設定してもよい。さらに、プラズマ� ��契機となる荷電粒子をそれら設定された複� ��の領域において準備するようにし、複数の� ��域で同時にプラズマを形成するようにして� ��よい。