(57)【要約】  【課題】  排気ガス中に含まれる浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素を無害化することができ、安価で量産に適する排気ガス処理用セラミック部材および排気ガス処理装置を提供すること。  【解決手段】  排気ガス処理用セラミック部材２は、セラミック基板の上下主面に排気ガスの流路としての断面が四角形状の溝２ａが形成されている。また、排気ガス処理装置１は、上記の排気ガス処理用セラミック部材２と、排気ガス処理用セラミック部材２の上下主面にそれぞれ当接するように配置された高圧の直流パルス電圧または高圧の交流電圧印加用の導体板３とを具備している。導体板３間の溝２ａにプラズマを発生させることにより、排気ガスを無害化することができる。【選択図】  図１
2006063893.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
セラミック基板の上下主面に排気ガスの流路としての断面が四角形状の溝が形成されていることを特徴とする排気ガス処理用セラミック部材。
【請求項２】
前記溝は、前記セラミック基板の上側主面に形成されたものの中心軸と下側主面に形成されたものの中心軸とが平面視で重ならないようにして互いに平行に設けられていることを特徴とする請求項１記載の排気ガス処理用セラミック部材。
【請求項３】
前記溝は、直線状に設けられていることを特徴とする請求項２記載の排気ガス処理用セラミック部材。
【請求項４】
前記溝は、前記セラミック基板に研削加工を施すことによって形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の排気ガス処理用セラミック部材。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の排気ガス処理用セラミック部材と、該排気ガス処理用セラミック部材の上下主面にそれぞれ当接するように配置された高圧の直流パルス電圧または高圧の交流電圧印加用の導体板とを具備していることを特徴とする排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関や外燃機関の排気ガス処理装置に関するものであり、特に排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素等を処理するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジン，ガスタービン等の内燃機関や発電機，ボイラ等の外燃機関の燃料として軽油や重油が使用されているが、燃焼時に浮遊粒子物質（以下、ＳＰＭともいう），窒素酸化物（以下、ＮＯＸともいう）および炭化水素（以下、ＨＣともいう）が発生するという問題があった。ＳＰＭは発ガン性などの健康被害を及ぼすことが懸念されており、ＮＯＸは酸性雨や光化学スモッグなどを引き起こす原因になっており、ＨＣも人体への悪影響や動植物への悪影響が報告されている。そのため、ＳＰＭとＮＯxとＨＣとを無害なものに処理可能な排気ガス処理装置が開発されてきた。この従来の排気ガス処理装置を図２に示す。この図において、12は絶縁部材、13は電極を示し、これら絶縁部材12と電極13とで、排気ガス処理装置11が基本的に構成される。
【０００３】
絶縁部材12はセラミックシートなどの耐熱性の材料よりなるコルゲート（波付け）シートであり、電極13を所定間隔に保持する機能も有する。電極13はアルミニウム（Ａｌ）やステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導体板より成る。
【０００４】
以上の絶縁部材12、電極13は複数段積層されて排気ガス処理装置11が構成される。そして、電極13を電源装置14に接続して電極13に高圧の交流電圧を印加することによって、電極13間にプラズマを発生させるとともに、内燃機関や外燃機関の排気ガスを絶縁部材12と電極13の間を通過させる（例えば、下記の特許文献１参照）。
【０００５】
このプラズマによって、短時間のうちに、排気ガス中に含まれるＮＯxが分解され、ＳＰＭが酸化され、ＨＣが分解されてＣＯ２になり、無害な排気物質となって大気に放出される。
【特許文献１】特開2003−336519号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来の構成においては、絶縁部材12を所定のコルゲート状に加工するのが困難であり、絶縁部材12の波面の高さ寸法がばらついたり、絶縁部材12に厚みの薄い箇所が生じてクラック等の破損が生じる場合があった。絶縁部材12の高さ寸法がばらつく、または絶縁部材12がクラック等によって破損してしまうと、電極13間の間隔を所定の間隔に保持することができなくなり、電極13間においてプラズマを安定的に発生させるのが困難となる場合があった。その結果、排気ガス中に含まれるＳＰＭとＮＯxとＨＣとを完全に処理することができなくなってしまうという問題点が発生していた。
【０００７】
また、絶縁部材12の加工に要するコストが高く量産に適さないという問題点もあった。
【０００８】
従って、本発明は上記従来の問題点に鑑み完成されたものであり、その目的は、排気ガス中に含まれる浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素を無害化することができ、安価で量産に適する排気ガス処理用セラミック部材および排気ガス処理装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材は、セラミック基板の上下主面に排気ガスの流路としての断面が四角形状の溝が形成されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、前記溝は、前記セラミック基板の上側主面に形成されたものの中心軸と下側主面に形成されたものの中心軸とが平面視で重ならないようにして互いに平行に設けられていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、前記溝は、直線状に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、前記溝は、前記セラミック基板に研削加工を施すことによって形成されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明の排気ガス処理装置は、上記本発明の排気ガス処理用セラミック部材と、この排気ガス処理用セラミック部材の上下主面にそれぞれ当接するように配置された高圧の直流パルス電圧または高圧の交流電圧印加用の導体板とを具備していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材は、セラミック基板の上下主面に排気ガスの流路としての断面が四角形状の溝が形成されていることから、排気ガス処理用セラミック部材の上下主面間の厚み寸法を所定の寸法範囲内にばらつきの少ない状態とすることができるとともに、断面が四角形状の溝であることから、この排気ガス処理用セラミック部材を排気ガス処理装置に組み込んで使用した場合、溝内の全ての部位においてプラズマを均一に発生させることが可能となり、内燃機関や外燃機関の排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素を効率良く処理することができる。また、排気ガス処理用セラミック部材の製造が容易となり、安価で量産に適するものとすることができる。
【００１５】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、溝は、セラミック基板の上側主面に形成されたものの中心軸と下側主面に形成されたものの中心軸とが平面視で重ならないようにして互いに平行に設けられていることから、溝内でプラズマがより安定に発生するようになるとともに、溝内に排気ガスが滞留するのを有効に防止することができる。そして、排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素をさらに効率良く処理できる。
【００１６】
さらに、本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、溝は、直線状に設けられていることから、流路抵抗が小さく、大量の排気ガスを澱みなく効率的に処理できる。
【００１７】
また、本発明の排気ガス処理用セラミック部材において、好ましくは、溝は、セラミック基板に研削加工を施すことによって形成されていることにより、溝内面が粗面となり、溝内面に排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素が適度に付着し易くなるとともに、プラズマがさらに発生し易くなる。その結果、排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素をさらに良好に処理できる。
【００１８】
本発明の排気ガス処理装置は、上記本発明の排気ガス処理用セラミック部材と、排気ガス処理用セラミック部材の上下主面にそれぞれ当接するように配置された高圧の直流パルス電圧または高圧の交流電圧印加用の導体板とを具備していることにより、上記本発明の排気ガス処理用セラミック部材を用いた、排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素を効率良く処理することができ、安価で量産に適するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材および排気ガス処理装置について以下に詳細に説明する。図１は本発明の排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す断面図である。この図において、２は排気ガス処理用セラミック部材（以下、セラミック部材ともいう）、３は導体板を示し、これらセラミック部材２と導体板３とで、排気ガス処理装置１が基本的に構成される。
【００２０】
本発明の排気ガス処理用セラミック部材２は、図１に示すように、セラミック基板の上下両主面に排気ガスの流路としての断面が四角形状の溝２ａが複数形成されている。
【００２１】
また、本発明の排気ガス処理装置１は、図１に示すように、上記本発明の排気ガス処理用セラミック部材２と、排気ガス処理用セラミック部材２の上下主面にそれぞれ当接するように配置された高圧の直流パルス電圧または高圧の交流電圧印加用の導体板３とを具備している。
【００２２】
本発明のセラミック部材２は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）質焼結体，窒化アルミニウム（ＡｌＮ）質焼結体，窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）質焼結体等のセラミックスから成る。この構成により、セラミック部材２の絶縁耐力が高いので、セラミック部材２に導体板３同士を確実に絶縁させるとともに一定間隔を隔てて導体板３を保持させることができる。そして、セラミック部材２の上下主面にそれぞれ当接するように配置される導体板３同士の間でプラズマを発生させるが、耐熱性の高いセラミックスから成るセラミック部材２を導体板３同士の間に挟むことによって、セラミック部材２がプラズマ発生時の熱によって変形したり劣化したりするということがなく、セラミック部材２の上下主面に当接する導体板３同士の間隔を一定として、プラズマを安定的に発生させることが可能となる。
【００２３】
セラミック部材２は、例えば、Ａｌ２Ｏ３質焼結体から成る場合であれば、Ａｌ２Ｏ３，酸化珪素（ＳｉＯ２），酸化マグネシウム（ＭｇＯ），酸化カルシウム（ＣａＯ）等の原料粉末に適当な有機バインダ，溶剤，可塑剤，分散剤等を混合添加して泥漿状と成すとともに、これにドクターブレード法やカレンダーロール法を採用することによってセラミックグリーンシート（セラミック生シート）を形成し、しかる後に、このセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施し、このセラミックグリーンシートを複数枚積層し、約1600℃の温度で焼成することによって作製される。
【００２４】
溝２ａは、セラミックグリーンシートに打ち抜き加工を施す際に、溝２ａとなる打ち抜きを形成することによって設けられる、または、焼成されたセラミック基板に研削加工を施すことによって断面が四角形状に設けられる。
【００２５】
溝２ａの断面形状は、長方形，正方形，台形等の四角形状であればよいが、好ましくは、長方形，正方形が溝の上面と下面の幅が同じであり、溝の断面のどの部位でも排気ガスの流量が安定し、確実に処理し易い点でよい。
【００２６】
このようにセラミック部材２を加工することにより、セラミック部材２の上下主面間の厚み寸法を所定の寸法範囲内にばらつきの少ない状態とすることができるとともに、溝２ａの寸法を所定の寸法範囲内にばらつきの少ない状態に加工することができる。
【００２７】
好ましくは、セラミック部材２の絶縁耐力は10ｋＶ／ｍｍ以上であるのがよい。セラミック部材２の絶縁耐力が10ｋＶ／ｍｍ未満であると、セラミック部材２の絶縁耐力が小さすぎるため、絶縁破壊し易くなり、溝２ａ内でプラズマを発生させることができなくなる場合がある。
【００２８】
そして、このセラミック部材２を排気ガス処理装置に組み込んで使用することによって、溝２ａ内の全ての部位においてプラズマを均一に発生させることが可能となり、内燃機関や発電機，ボイラ等の外燃機関の排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素を効率良く処理することができる。また、セラミック部材２の製造が容易となり、安価で量産に適するものとすることができる。
【００２９】
セラミック部材２において、好ましくは、溝２ａは、上側主面に形成されたものの中心軸と下側主面に形成されたものの中心軸とが平面視で重ならないようにして互いに平行に複数設けられているのがよい。この構成により、片側主面の溝２ａとそれに隣接する溝２ａとの間の誘電体から成る壁部分が反対側主面の溝２ａの底面部分に対向することになるので、反対側主面の溝２ａのこの底面部分に強い電界がかかることとなり、溝２ａ内でプラズマがより安定に発生するようになるとともに、溝２ａが互いに平行に形成されることによって、それぞれの溝２ａの流路抵抗が同程度になるので、溝２ａ内に排気ガスが滞留するのを有効に防止することができる。そして、排気ガス中のＳＰＭ，ＮＯxおよびＨＣをさらに効率良く処理できる。
【００３０】
上側主面に形成された溝２ａの中心軸と下側主面に形成された溝２ａの中心軸とは、上側主面に形成された溝２ａの中心軸が下側主面に形成された隣接する溝２ａの中心軸の中央となるように溝２ａが配置されるのが好ましい。また、上側主面に形成される溝２ａの幅および中心軸の間隔と下側主面に形成される溝２ａの幅および中心軸の間隔とを同じようにするのが好ましい。これにより、上側主面に形成された溝２ａ内と下側主面に形成された溝２ａ内とに発生する電界が同一となって、上側主面に形成された溝２ａ内と下側主面に形成された溝２ａ内とに発生するプラズマを同一とすることができる。
【００３１】
さらに好ましくは、溝２ａは、上記構成において直線状に設けられているのがよい。これにより、溝２ａを流れる排気ガスに作用する抵抗（流路抵抗）が小さくなるので、大量の排気ガスを澱みなく効率的に処理することができる。
【００３２】
また、溝２ａは、その断面積がセラミック部材２に供給される排気ガスのガス圧が高い部分よりガス圧の低い部分が大きくなるように設けられているのがよい。溝２ａの断面積をこのように調整することにより、ガス圧の高い部分とガス圧の低い部分との溝２ａの流路抵抗を調整することができ、排気ガスの流量をセラミック部材２の全面にわたって同じ程度になるように調整することができる。
【００３３】
また好ましくは、セラミック部材２において、溝２ａは焼成されたセラミック基板に研削加工を施すことによって形成されているのがよい。この構成により、溝２ａの内面が粗面となり、溝２ａの内面に排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素が適度に付着し易くなって、溝２ａ内に滞留する時間が長くなり、溝２ａ内で確実に処理されやすくなるとともに、粗面の突端からプラズマがさらに発生し易くなる。その結果、排気ガス中のＳＰＭ，ＮＯxおよびＨＣをさらに良好に処理できる。
【００３４】
このような溝２ａは、研削加工で形成される場合、その表面粗さは、算術平均粗さ（Ｒａ）が１〜10μｍとなるのが好ましい。この構成により、溝２ａ内面に排気ガス中の浮遊粒子物質，窒素酸化物および炭化水素が適度に付着し易くなるとともに、プラズマをさらに発生し易くすることができる。そして、排気ガス中のＳＰＭ，ＮＯxおよびＨＣをさらに確実に処理できる。Ｒａ＜１μｍであると、溝２ａの表面が滑らかになりすぎるため、ＳＰＭ，ＮＯxおよびＨＣが付着しにくくなり、処理効率が低下する。また、Ｒａ＞10μｍであると、溝２ａの表面が粗くなりすぎるため、溝２ａで発生する放電が不均一となり、排気ガスの処理効率が低下する。溝２ａの研削加工は、平面研削盤等によればよい。
【００３５】
また好ましくは、溝２ａは、その深さは、0.5〜10ｍｍであるのがよい。この構成により、排気ガスを通風させ易くするとともにプラズマを安定的に発生させ易くし、排気ガスの処理効率を極めて効率のよいものとすることができる。溝２ａの深さが0.5ｍｍ未満であると、溝２ａが浅すぎるため、排気ガスの流量が少なくなり排気ガスの処理量が低下する。また、溝２ａの深さが10ｍｍを超えて大きくなると、溝２ａが深すぎるため、電極３同士の距離が長くなりプラズマが発生し難くなる。
【００３６】
また、溝２ａの幅は３ｍｍ以上であるのがよい。溝２ａの幅が３ｍｍ未満であると、溝２ａの幅が狭すぎるため、排気ガスの流量が少なくなり排気ガスの処理量が低下する。
【００３７】
導体板３はＡｌやＳＵＳ等の導体板３から成り、金属のインゴットに圧延加工や打ち抜き加工等の従来周知の金属加工法を施すことによって所定形状に製作される。
【００３８】
また、導体板３の厚さは１〜５ｍｍであるのがよい。導体板３の厚さが１ｍｍ未満であると、導体板３の厚さが薄すぎるため、プラズマ発生時に劣化し易い。また、導体板３の厚さが５ｍｍを超えて大きくなると、導体板３の厚さが厚すぎるため、ユニット自体が重くなり扱いにくくなる。
【００３９】
以上の排気ガス処理装置１は、１枚のセラミック部材２の上下主面にそれぞれ導体板３が当接するように配置されたシングル構造のものに限らず、通常は、導体板３が複数枚積層されてそれら導体板３の間にセラミック部材２が挟持された排気ガス処理装置１として構成される。そして、互いに対向する導体板３同士に電圧が印加されるように電源装置４に接続し、導体板３にプラズマを発生させるための高圧の交流電圧または高圧の直流パルス電圧が印加されることによって、導体板３間にプラズマを発生させるとともに、ディーゼルエンジンやガスタービン等の内燃機関、発電機やボイラ等の外燃機関から発生する排気ガスをセラミック部材２と導体板３の間を通過させる。
【００４０】
そして、このプラズマによって、短時間のうちに、排気ガス中に含まれるＮＯxが分解され、ＳＰＭが酸化され、ＨＣが分解されてＣＯ２になり、生物に無害な排気物質として大気に放出される。
【００４１】
なお、電源装置４はマルチバイブレータ等の電圧発生装置であり、電圧1000〜10000Ｖ、周波数100Ｈｚ〜10ＫＨｚの高圧の交流電圧または高圧の直流パルス電圧を発生する。ここで電源装置４の発生する波形には特に制限がないが、矩形波が好ましい。つまり電源装置４の波形が矩形波であると、整流した場合に波形がパルス状となり電気集塵作用が効果的に発揮される。また電源装置４の波形が矩形波であると電圧の立ち上がりが急峻であるためプラズマが素早く立つという利点がある。
【００４２】
なお、本発明は以上の実施の形態の例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等支障ない。例えば、導体板３の代わりに表面にメタライズ層を形成したセラミック基板を用いてもよい。また、溝２ａの間の壁部の上面にメタライズ層を形成し、セラミック部材２を導体板３にロウ材等を介して接合してもよい。これにより、溝２ａを流れる排気ガスが溝２ａから漏出しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】従来の排気ガス処理装置の例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１：排気ガス処理装置
２：排気ガス処理用セラミック部材
２ａ：溝
３：導体板
【図１】
2006063893.tif 000003
【図２】
2006063893.tif 000004