(57)【要約】【課題】誘電体により表面を絶縁被覆された通気構造の電極を容易に製作し得るようにしてバリア放電によるプラズマアシスト型の排気浄化装置を実現する。【解決手段】通気構造の平板電極１５（電極板）と、該平板電極１５の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間１６を挟んで配列され且つ表面を誘電体１７により絶縁被覆された複数本の電極棒１８と、平板電極１５自体に構成したフィルタ手段とを備え、排気ガス８を電極棒１８の列群の隙間からプラズマ発生空間１６及び平板電極１５を通過させるように流し且つ各平板電極１５と各電極棒１８との間に放電に必要な電圧を印加し得るようにしたプラズマアシスト型の排気浄化装置に関し、管状を成すように形成した誘電体１７の中に電極棒１８を挿入することで該電極棒１８に絶縁被覆を施す。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通気構造の電極板と、該電極板の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間を挟んで配列され且つ表面を誘電体により絶縁被覆された複数本の電極棒と、電極板及びプラズマ発生空間の少なくとも何れか一方に構成されたフィルタ手段とを備え、排気ガスを電極棒の列群の隙間からプラズマ発生空間及び電極板を通過させるように流し且つ各電極板と各電極棒との間に放電に必要な電圧を印加し得るようにしたプラズマアシスト型の排気浄化装置であって、表面を絶縁被覆された電極棒を構成するにあたり、管状を成すように形成した誘電体の中に電極棒を挿入したことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
通気構造の電極板と、該電極板の面に対しプラズマ発生空間を挟んで平行に配列され且つ表面を誘電体により絶縁被覆された複数本の電極棒と、電極板及びプラズマ発生空間の少なくとも何れか一方に構成されたフィルタ手段とを備え、排気ガスを電極棒の列群の隙間からプラズマ発生空間及び電極板を通過させるように流し且つ各電極板と各電極棒との間に放電に必要な電圧を印加し得るようにしたプラズマアシスト型の排気浄化装置であって、表面を絶縁被覆された電極棒を構成するにあたり、管状を成すように形成した誘電体の内周面に電極材料をコーティングして電極棒としたことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項３】
管状の誘電体の表面に多数のエッジ部を形成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中からパティキュレートを除去する排気浄化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート（Particulate Matter：粒子状物質）は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るＳＯＦ分（Soluble Organic Fraction：可溶性有機成分）とを主成分とし、更に微量のサルフェート（ミスト状硫酸成分）を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
【０００３】
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
【０００４】
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積し、排気温度が高い運転領域に移行した際に自然燃焼して除去されるようになっているが、例えば都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような車両では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、パティキュレートの処理量よりも堆積量の方が上まわり、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こす虞れがあった。
【０００５】
このため、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去し得るようプラズマアシスト型の排気浄化装置の開発が進められており、この種の排気浄化装置で排気ガス中に放電してプラズマを発生させれば、排気ガスが励起してＯラディカルやＯＨラディカル等の活性のラディカルが発生し、これらの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去（酸化処理）することが可能となる。
【０００６】
例えば、下記の特許文献１や特許文献２には、穿孔処理された円筒状ステンレススチールから成る外側電極と内側電極との間に誘電体を成すセラミックスのペレットを充填し、該ペレットの充填層を通過するように排気ガスを流して該排気ガス中のパティキュレートを捕集する一方、外側電極と内側電極との間で放電してプラズマを発生させるようにしたプラズマアシスト型の排気浄化装置が提案されている。
【特許文献１】特表２００２−５０１８１３号公報
【特許文献２】特表２００２−５１１３３２号公報
【０００７】
尚、これら特許文献１，２には特に明確な記述が成されていないが、特許文献１，２の如きプラズマアシスト型の排気浄化装置においては、外側電極と内側電極の何れか一方（若しくは両方）を誘電体で絶縁被覆し、これによりバリア放電を起こして低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）を発生させ、該低温プラズマを用いてパティキュレートの燃焼除去をより安全に助勢する必要があると考えられている。
【０００８】
即ち、外側電極と内側電極の何れか一方（若しくは両方）を誘電体で絶縁被覆してバリア放電を起こさせるようにすれば、一方の電極から他方の電極へ向け直接的に電子が飛ばなくなるため、アーク放電への移行を防ぎつつ低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）を安定して発生させることが可能となり、しかも、外側電極や内側電極へのパティキュレートの付着堆積による予期しない短絡を未然に回避できるからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、このような従来提案されているプラズマアシスト型の排気浄化装置にあっては、ペレットの充填層を電極ごと横断させて排気ガス中のパティキュレートを捕集するようになっていて、各電極が金属メッシュやパンチングメタル等で構成された通気構造を成していたため、このような電極を誘電体で絶縁被覆することが技術的に難しいという問題があった。
【００１０】
例えば、金属メッシュやパンチングメタル等で構成された各電極に誘電体で絶縁被覆する場合、各電極に対しセラミックコーティング等の手段を採ることができるが、金属メッシュやパンチングメタル等の細いものにコーティングすると、熱膨張差によりひびや割れ等の問題を招いてしまう。
【００１１】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、誘電体により表面を絶縁被覆された通気構造の電極を容易に製作し得るようにしてバリア放電によるプラズマアシスト型の排気浄化装置を実現することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、通気構造の電極板と、該電極板の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間を挟んで配列され且つ表面を誘電体により絶縁被覆された複数本の電極棒と、電極板及びプラズマ発生空間の少なくとも何れか一方に構成されたフィルタ手段とを備え、排気ガスを電極棒の列群の隙間からプラズマ発生空間及び電極板を通過させるように流し且つ各電極板と各電極棒との間に放電に必要な電圧を印加し得るようにしたプラズマアシスト型の排気浄化装置であって、表面を絶縁被覆された電極棒を構成するにあたり、管状を成すように形成した誘電体の中に電極棒を挿入したことを特徴とするものである。
【００１３】
このようにすれば、管状を成すように形成した誘電体の中に電極棒を挿入するだけで簡単に表面を絶縁被覆された電極棒が製作されることになり、しかも、この電極棒を電極板の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間を挟んで複数本配列することで電極平面が形成され且つその列群の隙間を通すことで通気構造も実現されることになる。
【００１４】
更に、管状の誘電体の中に電極棒を挿入した構造によれば、管状の誘電体の中で電極棒が熱膨張しても、外側の誘電体とは独立して膨張することになるため、外側の誘電体に割れやひび等が発生せず、絶縁性が失われる虞れが未然に回避される。
【００１５】
そして、実際の使用に際し、排気ガスを電極棒の列群の隙間からプラズマ発生空間及び電極板を通過させるように流すと、その排気ガスが電極板及びプラズマ発生空間の少なくとも何れか一方に構成されたフィルタ手段を通過する際にパティキュレートが捕集されていくので、必要時に電極板と各電極棒との間に必要な電圧を印加すると、表面を絶縁被覆された各電極棒と電極板との間でバリア放電が起こり、これによりプラズマ発生空間に低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）が生じる結果、排気ガスが励起してＯラディカルやＯＨラディカル等の活性のラディカルが発生し、これらの排気ガス励起成分による助勢を受けてパティキュレートが効果的に燃焼除去（酸化処理）されることになる。
【００１６】
この際、電極板に対し複数本の電極棒は曲率の小さな曲面形状を成して対向しているので、単純に一対の電極板同士を対向させた場合よりも局所的に強い電場を形成し易く、あまり高い電圧をかけなくても低温プラズマを発生させることが可能となる。
【００１７】
また、同様のプラズマアシスト型の排気浄化装置に関して、表面を絶縁被覆された電極棒を構成するにあたり、管状を成すように形成した誘電体の内周面に電極材料をコーティングして電極棒としても良く、このようにすれば、管状を成すように形成した誘電体の内周面に電極材料をコーティングするだけで簡単に表面を絶縁被覆された電極棒が製作されることになる。
【００１８】
しかも、このように管状の誘電体の内周面に電極材料をコーティングして電極棒とした構造によれば、外側の誘電体と内側の電極棒との間に隙間が全くなくなり、この間で無駄な放電が起こる虞れが未然に回避されることになる。
【００１９】
尚、管状の誘電体の内周面にコーティングした電極棒が熱膨張しても、該電極棒を成すコーティング層が局所的に皺になったりするだけで外側の誘電体に割れやひび等を生じさせるような強い応力は発生しない。
【００２０】
更に、本発明においては、管状の誘電体の表面に多数のエッジ部を形成しておくことが好ましく、このようにすれば、各エッジ部に局所的に強い電場が形成され易くなり、低温プラズマをより一層発生し易くすることが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
上記した本発明の排気浄化装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【００２２】
（Ｉ）本発明の請求項１、２に記載の発明によれば、管状を成すように形成した誘電体の中に電極棒を挿入したり、管状を成すように形成した誘電体の内周面に電極材料をコーティングして電極棒としたりすることによって、誘電体により表面を絶縁被覆された通気構造の電極を複数本の電極棒の列群として容易に製作することができ、バリア放電によるプラズマアシスト型の排気浄化装置の実現を図ることができる。
【００２３】
（ＩＩ）本発明の請求項１に記載の発明によれば、管状の誘電体の中で電極棒が熱膨張しても外側の誘電体に割れやひび等が発生しないので、絶縁性を長期間に亘り安定維持することができる。
【００２４】
（ＩＩＩ）本発明の請求項２に記載の発明によれば、外側の誘電体と内側の電極棒との間の隙間をなくすことができるので、この間で無駄な放電が起こる虞れを未然に回避することができる。
【００２５】
（ＩＶ）本発明の請求項３に記載の発明によれば、管状の誘電体の表面に形成した多数のエッジ部に局所的に強い電場が形成され易くなるので、低温プラズマをより一層発生し易くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１〜図４は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１中における符号の１はターボチャージャ２を搭載したディーゼルエンジン（内燃機関）を示しており、エアクリーナ３から導いた吸気４を吸気管５を通し前記ターボチャージャ２のコンプレッサ２ａへ導いて加圧し、その加圧された吸気４をインタークーラ６を介しディーゼルエンジン１の各気筒に分配して導入するようにしてある。
【００２８】
また、このディーゼルエンジン１の各気筒から排気マニホールド７を介し排出された排気ガス８を前記ターボチャージャ２のタービン２ｂへ送り、該タービン２ｂを駆動した排気ガス８を、排気管９途中のプラズマアシスト型の排気浄化装置１０を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。
【００２９】
この排気浄化装置１０は、図２及び図３に示す如き概略構造を有し、その必要数を筐体１２（図２に一部のみを図示）によりまとめられて排気管９途中のケーシング１１内に収容されており、より具体的には、所要の隙間を隔てて対向配置された通気構造を成す一対の平板電極１５（電極板）と、該各平板電極１５間に各平板電極１５の夫々の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間１６を挟んで平行に数ｍｍギャップで配列され且つ表面を誘電体１７により絶縁被覆された複数の電極棒１８とを備え、これら各平板電極１５と各電極棒１８の両端部が絶縁構造物１３，１４により支持されたものとなっている。
【００３０】
ここで、図２及び図３に図示している例では、前記平板電極１５自体がフィルタ手段として構成されている場合を例示しており、パティキュレートを捕集可能な金属フィルタにより前記平板電極１５が通気構造を成すようにしてある。
【００３１】
尚、この種の金属フィルタには、ミクロンオーダーの金属繊維を積層焼結したもの、金属粉末の焼結体、金属メッシュを積層焼結したもの、金属メッシュに金属粉末を焼結させたもの等を採用すれば良い。
【００３２】
ただし、プラズマ発生空間１６に、コージェライトハニカムフィルタ、セラミックス繊維フィルタ、セラミックスフォーム、アルミナペレット等をフィルタ手段として介装することも可能であり、このようにした場合には、前記平板電極１５を必ずしもフィルタ手段として構成しなくても良く、金属メッシュやパンチングメタル等により単純な通気構造を有する平板電極１５として構成すれば良い。勿論、高捕集率を得る目的で平板電極１５自体をフィルタ手段として構成した上にプラズマ発生空間１６にフィルタ手段を併用しても良い。
【００３３】
因みに、プラズマ発生空間１６にセラミックペレット等の誘電体の粒状物を充填してフィルタ手段とした場合には、粒状物の夫々の接点に電荷が集中して強い局所電場が形成されることで低温プラズマが発生し易くなり、また、プラズマ発生空間１６に介装したフィルタ手段により平板電極１５と電極棒１８の対向方向に延びる多数の平面を形成させれば、この平面に沿う沿面放電が促されて低温プラズマが発生し易くなる。
【００３４】
他方、前記前側の絶縁構造物１３に、前記電極棒１８の二つの列群により挟まれた導入空間１９に排気ガス８を導き入れるためのガス入口２０が開口されていると共に、前記後側の絶縁構造物１４は排気ガス８の流れを堰き止める閉塞構造となっており、上流側からガス入口２０を介し導入空間１９に導入した排気ガス８が、各電極棒１８の各列群の隙間からプラズマ発生空間１６及び平板電極１５を通過して下流側に流れるようにしてある。
【００３５】
更に、各電極棒１８の後側の端部は、後側の絶縁構造物１４を貫通して該絶縁構造物１４の外側に導体板から成る給電部２２を形成しており、この給電部２２に対し筐体１２を貫通して電源２１が接続され且つ各平板電極１５が接地されていて、各平板電極１５と各電極棒１８との間に放電に必要な交流高電圧（直流パルス高電圧でも可）が印加されるようになっている。
【００３６】
ここで、本形態例においては、表面を絶縁被覆された電極棒１８を構成するにあたり、図４に示す如く、管状を成すように形成した誘電体１７の中に電極棒１８を挿入して該電極棒１８の絶縁被覆を行うようにしている。
【００３７】
このようにすれば、管状を成すように形成した誘電体１７の中に電極棒１８を挿入するだけで簡単に表面を絶縁被覆された電極棒１８が製作されることになり、しかも、この電極棒１８を平板電極１５の面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間１６を挟んで複数本配列することで電極平面が形成され且つその列群の隙間を通すことで通気構造も実現されることになる。
【００３８】
更に、管状の誘電体１７の中に電極棒１８を挿入した構造によれば、管状の誘電体１７の中で電極棒１８が熱膨張しても、外側の誘電体１７とは独立して膨張することになるため、外側の誘電体に割れやひび等が発生せず、絶縁性が失われる虞れが未然に回避される。
【００３９】
そして、実際の使用に際し、ガス入口２０から導入空間１９に導入された排気ガス８を電極棒１８の各列群の隙間からプラズマ発生空間１６及び平板電極１５を通過させるように流すと、この排気ガス８が金属フィルタを成す平板電極１５を通過する際にパティキュレートが捕集されていくので、必要時に各平板電極１５と各電極棒１８との間に直流パルス高電圧（直流パルス高電圧でも可）を印加すると、表面を誘電体１７により絶縁被覆された各電極棒１８と平板電極１５との間でバリア放電が起こり、これによりプラズマ発生空間１６に低温プラズマ（非熱平衡プラズマ）が生じる結果、排気ガス８が励起して活性のラディカルが発生し、これらの排気ガス励起成分による助勢を受けてパティキュレートが効果的に燃焼除去（酸化処理）されることになる。
【００４０】
この際、平板電極１５に対し複数本の電極棒１８は曲率の小さな曲面形状を成して対向しているので、単純に一対の平板電極１５同士を対向させた場合よりも局所的に強い電場を形成し易く、あまり高い電圧をかけなくても低温プラズマを発生させることが可能となる。
【００４１】
従って、上記形態例によれば、管状を成すように形成した誘電体１７の中に電極棒１８を挿入することによって、誘電体１７により表面を絶縁被覆された通気構造の電極を複数本の電極棒１８の列群として容易に製作することができるので、バリア放電によるプラズマアシスト型の排気浄化装置の実現を図ることができ、しかも、管状の誘電体１７の中で電極棒１８が熱膨張しても外側の誘電体１７に割れやひび等が発生しないので、絶縁性を長期間に亘り安定維持することができる。
【００４２】
図５は本発明の別の形態例を示すもので、表面を絶縁被覆された電極棒１８を構成するにあたり、管状を成すように形成した誘電体１７の内周面に銀等の電極材料をペースト状にしたものをコーティングして電極棒１８としても良く、このようにすれば、管状を成すように形成した誘電体１７の内周面に電極材料をコーティングするだけで簡単に表面を絶縁被覆された電極棒１８が製作されることになる。
【００４３】
しかも、このように管状の誘電体１７の内周面に電極材料をコーティングして電極棒１８とした構造によれば、外側の誘電体１７と内側の電極棒１８との間に隙間が全くなくなり、この間で無駄な放電が起こる虞れを未然に回避することもできる。
【００４４】
尚、管状の誘電体１７の内周面にコーティングした電極棒１８が熱膨張しても、該電極棒１８を成すコーティング層が局所的に皺になったりするだけで外側の誘電体１７に割れやひび等を生じさせるような強い応力は発生しない。
【００４５】
また、先に図４や図５に示した通り、管状を成すように形成した誘電体１７の中に電極棒１８を挿入したり、管状を成すように形成した誘電体１７の内周面に電極材料をコーティングして電極棒１８としたりする場合に、図６に示す如く、管状の誘電体１７の表面に円周方向に溝を彫る等の加工を施して多数のエッジ部１７ａを形成しておくことが好ましく、このようにすれば、各エッジ部１７ａに局所的に強い電場が形成され易くなり、低温プラズマをより一層発生し易くすることができる。
【００４６】
更に、以上に述べた説明では、通気構造の電極板を平面型の平板電極１５とした場合を例示しているが、図７に示す如く、通気構造の電極板として円筒型の円筒電極１５’を採用しても良く、このようにした場合には、該円筒電極１５’の内周面に対し一様な間隔のプラズマ発生空間１６を挟んで複数本の電極棒１８を環状に配列させるようにすれば良い。
【００４７】
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、通気構造の電極板には円筒型以外の曲面形状を付しても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図２】図１の排気浄化装置の概略構造を示す平面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視の断面図である。
【図４】図１の電極棒の詳細を拡大して示す斜視図である。
【図５】本発明の別の形態例を示す斜視図である。
【図６】管状を成すように形成した誘電体の変形例を示す斜視図である。
【図７】通気構造の電極板に円筒型の円筒電極を採用した例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
８  排気ガス
１０  排気浄化装置
１５  平板電極（フィルタ手段）
１５’  円筒電極（フィルタ手段）
１６  プラズマ発生空間
１７  誘電体
１７ａ  エッジ部
１８  電極棒
２１  電源
２２  給電部
【図１】
2006144563.tif 000003
【図２】
2006144563.tif 000004
【図３】
2006144563.tif 000005
【図４】
2006144563.tif 000006
【図５】
2006144563.tif 000007
【図６】
2006144563.tif 000008
【図７】
2006144563.tif 000009