(57)【要約】【課題】電極パネル（誘電体平板）の表面におけるＰＭの堆積を抑制できる、プラズマリアクタを提供する。【解決手段】プラズマリアクタでは、複数の電極パネル４が積層方向に間隔を空けて互いに平行をなして配置されており、エンジンから排出される排ガスは、各電極パネル４間を積層方向と直交する方向に流通する。複数の電極パネル４は、積層方向に交互に正極または負極となる。そして、負極となる電極パネル４−では、誘電体平板３１に内蔵電極３２が内蔵されることにより、内蔵電極３２の表面が誘電体平板３１に被覆されている。一方、正極となる電極パネル４＋では、誘電体平板４１における積層方向の一方面４３および他方面４４上に電極４２が配置されることにより、電極４２が誘電体平板４１から露出している。【選択図】図２
2018003605.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンから排出される排ガスを浄化するためのプラズマリアクタであって、
誘電体からなる平板状の誘電体平板および電極を備え、排ガスの流通方向と直交する積層方向に間隔を空けて互いに平行をなして配置され、前記積層方向に交互に正極または負極となる複数の電極パネルを含み、
正極または負極の一方となる前記電極パネルでは、前記誘電体平板に前記電極が内蔵され、正極または負極の他方となる前記電極パネルでは、前記誘電体平板における前記積層方向の一方面および他方面上に前記電極が配置されている、プラズマリアクタ。
【請求項２】
前記他方となる前記電極パネルは、前記電極の酸化を防止するために前記電極の表面を被覆するコート層を有している、請求項１に記載のプラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマリアクタに関し、とくに、エンジンから排出される排ガスの浄化に用いられるプラズマリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、とくにディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）およびＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）などが含まれる。
【０００３】
排ガスに含まれるＰＭを除去する手法として、たとえば、ＰＭをＤＰＦ（Diesel particulate filter）で捕集し、燃料のポスト噴射または排気管内噴射により排ガスを昇温し、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させる手法が提案されている。しかしながら、この手法は、ＰＭを燃焼させる際に燃料を消費することによる燃費の悪化の問題を有している。また、いわゆる街乗り（市街地走行）では、排ガスの温度がＰＭを燃焼させる高温にならないため、かかる手法は、街乗りに多用される小型車には不向きである。
【０００４】
そこで、排ガス浄化用のプラズマリアクタを用いて、排ガスに含まれるＰＭを除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、図３に示されるように、複数の電極パネルを備えている。電極パネルは、たとえば、平板状の誘電体（誘電体平板）に電極を内蔵した構成であり、複数の電極パネルは、排ガスの流通方向と直交する積層方向に間隔を空けて対向配置される。積層方向に互いに隣り合う内蔵電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、電極パネル間に低温プラズマ（非平衡プラズマ）が発生し、電極パネル間を流れる排ガス中のＰＭが酸化により除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１３２２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、電極パネル間に発生するプラズマの強度が弱い場合、排ガス中からＰＭを除去しきれずに、ＰＭがプラズマリアクタ（電極パネル間）の下流側に排出される、いわゆるＰＭスリップを生じるおそれがある。また、図４に示されるように、ＰＭが誘電体平板の表面、とりわけ排ガスの流通方向の上流側の端部にＰＭが多く付着して堆積し、ＰＭ除去性能が低下するおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、電極パネル（誘電体平板）の表面におけるＰＭの堆積を抑制できる、プラズマリアクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係るプラズマリアクタは、エンジンから排出される排ガスを浄化するためのプラズマリアクタであって、誘電体からなる平板状の誘電体平板および電極を備え、排ガスの流通方向と直交する積層方向に間隔を空けて互いに平行をなして配置され、積層方向に交互に正極または負極となる複数の電極パネルを含み、正極または負極の一方となる電極パネルでは、誘電体平板に電極が内蔵され、正極または負極の他方となる電極パネルでは、誘電体平板における積層方向の一方面および他方面上に電極が配置されている。
【０００９】
この構成によれば、複数の電極パネルが積層方向に間隔を空けて互いに平行をなして配置されており、エンジンから排出される排ガスは、各電極パネル間を積層方向と直交する方向に流通する。複数の電極パネルは、積層方向に交互に正極または負極となる。各電極パネルは、平板状の誘電体である誘電体平板と、導電性材料からなる電極とを備えている。
【００１０】
そして、正極または負極の一方となる電極パネルでは、誘電体平板に電極が内蔵されることにより、電極の表面が誘電体平板に被覆され、その他方となる電極パネルでは、誘電体平板における積層方向の一方面および他方面上に電極が配置されることにより、電極が誘電体平板から露出している。この構成では、すべての電極パネルが誘電体平板および誘電体平板に内蔵された電極を有する構成と比較して、各電極パネル間に生じる空間（ギャップ）の積層方向の距離（寸法）が同じであっても、正極となる電極パネルの電極と負極となる電極パネルの電極との間に介在する誘電体の厚さが小さくなることにより静電容量が増加し、かつ、正極となる電極パネルの電極と負極となる電極パネルの電極との間の距離が短縮される。そのため、電極パネル間に発生する誘電体バリア放電の強度の増大、ひいてはプラズマの強度の増大を図ることができる。その結果、ＰＭの除去効率および除去性能を向上させることができ、電極パネルの表面におけるＰＭの堆積を抑制することができる。
【００１１】
正極または負極の他方となる電極パネル（誘電体平板における積層方向の一方面および他方面上に電極が配置される構造の電極パネル）は、電極の酸化を防止するために電極の表面を被覆するコート層を有していることが好ましい。
【００１２】
これにより、電極の酸化による劣化を抑制することができる。
【００１３】
また、正極または負極の一方となる電極パネル（誘電体平板に電極が内蔵される構造の電極パネル）では、電極と誘電体平板の外表面との間に、誘電体平板に絶縁破壊が生じない必要かつ十分な距離が設けられ、正極または負極の他方となる電極パネルの誘電体平板は、正極または負極の一方となる電極パネルの誘電体平板の厚さ（電極の厚さを除く。）と同等の厚さを有していることが好ましい。
【００１４】
この構成によれば、正極または負極の一方となる電極パネルでは、誘電体平板に絶縁破壊が生じることを抑制でき、正極または負極の他方となる電極パネルでは、正極または負極の一方となる電極パネルと同等の機械的強度を確保することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、各電極パネル間に生じる空間の積層方向の距離を短縮せずに、電極間の距離を短縮することができ、その電極間の距離の短縮により、電極パネル間に発生するプラズマの強度の増大を図ることができる。その結果、電極パネルの表面におけるＰＭの堆積を抑制することができる。また、各電極パネルの誘電体平板の厚さを確保することにより、各電極パネルの機械的強度の確保を図ることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】プラズマリアクタの構成を図解的に示す断面図である。
【図２】電極パネルの構造を図解的に示す断面図である。
【図３】従来のプラズマリアクタの電極パネルの構造を図解的に示す断面図である。
【図４】電極パネルにおけるＰＭの付着状況を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１８】
＜プラズマリアクタ＞
図１は、プラズマリアクタ１の構成を図解的に示す断面図である。
【００１９】
プラズマリアクタ１は、車両のエンジン（図示せず）から排出される排ガスからＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を除去して、排ガスを浄化するために、たとえば、エキゾーストパイプなどの排気管２の途中部に介装される。プラズマリアクタ１は、ケース（ボディ）３と、ケース３内に収容された複数の電極パネル４とを備えている。
【００２０】
ケース３は、金属製であり、管状（筒状）に形成されている。ケース３の一方の開口は、排ガスを流入させる流入口１１であり、他方の開口は、排ガスを流出させる流出口１２である。エンジンから排気管２に排出される排ガスは、排気管２を流通する途中で、流入口１１からケース３内に流入して、ケース３内を流通し、流出口１２から流出する。
【００２１】
各電極パネル４は、平板状をなしている。複数の電極パネル４は、たとえば、ケース３の中心軸線と直交する方向に間隔を空けて、互いに平行をなして（それぞれケース３の中心軸線方向に延びるように）配置されている。
【００２２】
電極パネル４（内蔵電極３２）には、電極パネル４の積層方向の一方側から順に、プラス配線２１およびマイナス配線２２が交互に接続されている。プラス配線２１およびマイナス配線２２は、それぞれパルス発生電源５のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。これにより、電極パネル４は、積層方向に交互に正極または負極となる。すなわち、電極パネル４には、正極となる電極パネル（以下、「正極パネル」という。）４＋と負極となる電極パネル（以下、「負極パネル」という。）４−とが含まれ、正極パネル４＋と負極パネル４−とが積層方向に交互に配置されている。
【００２３】
正極パネル４＋と負極パネル４−との間には、パルス発生電源５から出力されるパルス波状の高電圧が印加される。この高電圧の印加により、正極パネル４＋と負極パネル４−との間に誘電体バリア放電が生じ、その誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。一方、正極パネル４＋と負極パネル４−との間には、流入口１１側の端部から排ガスが流入し、その排ガスが流出口１２側の端部に向けて流通する。正極パネル４＋と負極パネル４−との間におけるプラズマの発生によって、正極パネル４＋と負極パネル４−との間を流通する排ガスに含まれるＰＭが酸化（燃焼）されて除去される。
【００２４】
＜電極パネル＞
図２は、電極パネル４の構造を図解的に示す断面図である。
【００２５】
負極パネル４−は、誘電体からなる平板状の誘電体平板３１に電極（内蔵電極）３２が内蔵された構造を有している。言い換えれば、負極パネル４−は、誘電体からなる平板状の誘電体平板３１を厚さ方向に２分割した各分割部分で内蔵電極３２をその両面から挟み込んだ構造を有している。
【００２６】
誘電体平板３１の材料である誘電体としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）を例示することができる。
【００２７】
内蔵電極３２の材料としては、タングステンを例示することができる。内蔵電極３２は、たとえば、縦方向に延びる複数の線状部および縦方向と直交する横方向に延びる複数の線状部からなる格子状をなし、四角形状の網目を多数有している。
【００２８】
負極パネル４−では、誘電体平板３１の外表面（周端面および積層方向の両面）と内蔵電極３２との間の距離が誘電体平板３１に絶縁破壊が生じない必要かつ十分な距離以上に設定されている。
【００２９】
誘電体平板３１に絶縁破壊が生じない必要かつ十分な距離は、誘電体平板３１の材料である誘電体の種類、正極パネル４＋と負極パネル４−との間に印加される電圧によって定まる。たとえば、誘電体平板３１の材料がアルミナである場合、絶縁破壊が生じる印加電圧は、１５ｋＶ／ｍｍ以上である。正極パネル４＋と負極パネル４−との間に印加される電圧が３ｋＶである場合、誘電体平板３１に絶縁破壊が生じない必要かつ十分な距離は、０．２ｍｍ以上である。
【００３０】
正極パネル４＋は、誘電体からなる平板状の誘電体平板４１の表面に電極４２が配置された構造を有している。具体的には、電極４２は、誘電体平板４１における積層方向の一方面４３および他方面４４上にそれぞれ配置されている。
【００３１】
誘電体平板４１の材料である誘電体としては、アルミナを例示することができる。誘電体平板４１の厚さ（積層方向の寸法）は、たとえば、負極パネル４−の厚さから内蔵電極３２の厚さを引いた厚さ、つまり誘電体平板３１単体の厚さと同一に設定されている。
【００３２】
電極４２の材料としては、タングステンを例示することができる。電極４２は、たとえば、縦方向に延びる複数の線状部および縦方向と直交する横方向に延びる複数の線状部からなる格子状をなし、四角形状の網目を多数有している。
【００３３】
また、正極パネル４＋では、電極４２の酸化を防止するため、電極４２の表面がコート層４５で被覆されている。言い換えれば、正極パネル４＋は、電極４２の酸化を防止するために電極４２の表面を被覆するコート層４５を備えている。コート層の材料は、耐熱性、耐食性の理由から、アルミナなどを用いるのが好ましいが、電極４２の酸化を防止可能な材料であれば、たとえば、ガラスが用いられてもよい。
【００３４】
＜作用効果＞
以上のように、プラズマリアクタ１では、複数の電極パネル４が積層方向に間隔を空けて互いに平行をなして配置されており、エンジンから排出される排ガスは、各電極パネル４間を積層方向と直交する方向に流通する。複数の電極パネル４は、積層方向に交互に正極または負極となる。
【００３５】
そして、負極パネル４−では、誘電体平板３１に内蔵電極３２が内蔵されることにより、内蔵電極３２の表面が誘電体平板３１に被覆されている。一方、正極パネル４＋では、誘電体平板４１における積層方向の一方面４３および他方面４４上に電極４２が配置されることにより、電極４２が誘電体平板４１から露出している。この構成では、すべての電極パネルが誘電体平板および誘電体平板に内蔵された内蔵電極を有する構成と比較して、正極パネル４＋と負極パネル４−との間に生じる空間（ギャップ）の積層方向の距離（寸法）が同じであっても、正極パネル４＋の電極４２と負極パネル４−の内蔵電極３２との間に介在する誘電体の厚さが小さくなることにより静電容量が増加し、かつ、正極パネル４＋の電極４２と負極パネル４−の内蔵電極３２との間の距離が短縮される。そのため、正極パネル４＋と負極パネル４−との間に発生する誘電体バリア放電の強度の増大、ひいてはプラズマの強度の増大を図ることができる。その結果、ＰＭの除去効率および除去性能を向上させることができ、電極パネル４の表面におけるＰＭの堆積を抑制することができる。
【００３６】
また、正極パネル４＋は、電極４２の酸化を防止するために電極４２の表面を被覆するコート層４５を有している。これにより、電極４２が誘電体平板４１から露出していても、電極４２の酸化による劣化を抑制することができる。
【００３７】
また、負極パネル４−では、内蔵電極３２と誘電体平板３１の外表面との間に、誘電体平板に絶縁破壊が生じない必要かつ十分な距離が設けられ、正極パネル４＋の誘電体平板４１は、負極パネル４−の誘電体平板３１の厚さ（内蔵電極３２の厚さを除く。）と同一の厚さを有している。これにより、負極パネル４−では、誘電体平板３１に絶縁破壊が生じることを抑制でき、正極パネル４＋では、負極パネル４−と同等の機械的強度を確保することができる。
【００３８】
＜変形例＞
以上、本発明のいくつかの実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００３９】
たとえば、前述の実施形態では、負極パネル４−が誘電体平板３１に内蔵電極３２を内蔵した構造であり、正極パネル４＋が誘電体平板４１における積層方向の一方面４３および他方面４４上に電極４２を配置した構造である場合を取り上げたが、負極パネル４−および正極パネル４＋の構造は逆であってもよい。すなわち、正極パネルが誘電体平板に内蔵電極を内蔵した構造であり、負極パネルが誘電体平板における積層方向の一方面および他方面上に電極を配置した構造であってもよい。
【００４０】
ただし、すべての電極パネル４に誘電体平板における積層方向の一方面および他方面上に電極が配置された構造を採用することはできない。なぜなら、電極の表面がアルミナなどの誘電体からなるコート層で被覆されていても、そのコート層には微細孔が存在するため（緻密体ではないため）、電極パネル４間で火花放電が発生するからである。
【００４１】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１    プラズマリアクタ
４    電極パネル
３１  誘電体平板
３２  内蔵電極
４１  誘電体平板
４２  電極
４３  一方面
４４  他方面
４５  コート層
【図１】
2018003605.tif 000003
【図２】
2018003605.tif 000004
【図３】
2018003605.tif 000005
【図４】
2018003605.tif 000006