(57)【要約】【課題】排ガス中の炭素を主成分とする微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにして、浄化対象ガスを浄化することができるガス浄化装置およびガス浄化方法を提供する。【解決手段】ガス浄化装置１０は、炭素を主成分とする微粒子である粒子状物質（以下、ＰＭという）含む浄化対象ガスＥＧが導入されるガス流路２０を備えている。このガス流路２０には、ＰＭを帯電させるためのプラズマを発生する機構を備えたプラズマ発生部３０と、ＰＭを酸化反応させて分解する機構を備えた酸化分解処理部４０とを備えている。すなわち、ガス流路２０の一部は、プラズマ発生部３０および酸化分解処理部４０で構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭素を主成分とする微粒子を含む浄化対象ガスをガス流路に導入し、前記ガス流路内で前記微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにして、浄化対象ガスを浄化するガス浄化装置であって、
前記ガス流路に設けられ、前記ガス流路の内壁面となる一方の表面にアノード電極を、前記ガス流路の外壁面となる他方の表面にカソード電極を有する固体電解質体を備える酸化分解処理部と、
前記ガス流路に設けられ、放電電極、および前記放電電極と誘電体を介して対向して配置された対向電極を備えるプラズマ発生部と
を具備することを特徴とするガス浄化装置。
【請求項２】
前記酸化分解処理部が、浄化対象ガスの主流方向に亘って、前記ガス流路の側壁の一部を構成し、前記プラズマ発生部が、前記ガス流路を介して前記酸化分解処理部と対向する前記ガス流路の側壁の一部を構成していることを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項３】
前記プラズマ発生部が、前記ガス流路の入口に設けられ、２つの前記酸化分解処理部が、前記プラズマ発生部よりも下流側で、かつ浄化対象ガスの主流方向に亘って、前記ガス流路の対向する側壁を構成していることを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
【請求項４】
前記アノード電極が、銀を主成分をとする部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載のガス浄化装置。
【請求項５】
前記固体電解質体が、ＣｅＯ２系の部材で構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項記載のガス浄化装置。
【請求項６】
前記プラズマ発生部における放電形態が、沿面放電またはコロナ放電であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載のガス浄化装置。
【請求項７】
炭素を主成分とする微粒子を含む浄化対象ガスが導入されるガス流路に設けられ、前記ガス流路の内壁面となる一方の表面にアノード電極を、前記ガス流路の外壁面となる他方の表面にカソード電極を有する固体電解質体を備える酸化分解処理部と、
前記ガス流路に設けられ、放電電極、および前記放電電極と誘電体を介して対向して配置された対向電極を備えるプラズマ発生部と
を備えるガス浄化装置におけるガス浄化方法であって、
前記微粒子を前記プラズマ発生部において発生した荷電粒子と接触させて帯電させ、前記ガス流路に電界を発生させて帯電した前記微粒子を前記固体電解質体の一方の表面に捕捉し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電圧を印加し放電させて捕捉した前記微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにすることを特徴とするガス浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス中の炭素を主成分とする微粒子等の有害物質を除去して浄化するガス浄化装置およびガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン等の排ガス発生源から排出された排ガスから粒子状物質（ＰＭ；Ｐarticulate  Matter）等の有害物質を浄化するためのガス浄化装置として、ＰＭを含む排ガスのガス流路にＰＭフィルタを設け、このＰＭフィルタによりＰＭを捕捉する装置が知られている。このガス浄化装置では、ＰＭフィルタに捕捉されたＰＭに含まれる炭素等の物質が加熱ヒータによって燃焼除去され、ＰＭフィルタの機能が再生される（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、放電プラズマ中のイオンの作用で中性の微粒子を帯電させ、帯電された微粒子を電界の作用で捕捉する、いわゆる電気集塵効果を利用した技術は古くから工業的に実用化されている。この電気集塵効果を利用したガス浄化装置として、例えば、コロナ放電により発生した放電プラズマによって荷電されたＰＭを誘電体や放電電極に捕捉し、加熱せずに除去して、排ガスを浄化する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０６２５５８号公報
【特許文献２】特開２００５−３２０８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記したように、従来のエンジン等の排ガス発生源に対するガス浄化装置においては、ＰＭの捕捉に機械的集塵を用いているために排ガスの圧力損失が高く、エンジン等の排ガス発生源に対する負荷が高くなるという問題がある。また、ＰＭフィルタに捕捉されたＰＭに含まれる炭素等の物質を酸素との燃焼反応により除去するため、ガスの温度を６００℃程度に加熱する必要がある。そのため、外部加熱ヒータや逆洗機構などの追設が必要となる。特に排ガス温度が低温（特に２００℃以下）である場合には、ＰＭを効率よく除去することが困難である。
【０００６】
また、電気集塵効果を利用した従来のガス浄化装置では、負荷変動の激しい実エンジンからの排ガスを処理する場合、誘電体や放電電極に捕捉されたＰＭが燃焼しきれずに堆積することがあった。これによって、コロナ放電が不安定となったり、コロナ放電を生じなくなったりすることがあった。さらに、ＰＭが堆積して排ガスが流れる流路断面積が小さくなり、排ガス流路における圧力損失が上昇するなどの問題も生じることがあった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、排ガス中の炭素を主成分とする微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにして、浄化対象ガスを浄化することができるガス浄化装置およびガス浄化方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明の一態様によれば、炭素を主成分とする微粒子を含む浄化対象ガスをガス流路に導入し、前記ガス流路内で前記微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにして、浄化対象ガスを浄化するガス浄化装置であって、前記ガス流路に設けられ、前記ガス流路の内壁面となる一方の表面にアノード電極を、前記ガス流路の外壁面となる他方の表面にカソード電極を有する固体電解質体を備える酸化分解処理部と、前記ガス流路に設けられ、放電電極、および前記放電電極と誘電体を介して対向して配置された対向電極を備えるプラズマ発生部とを具備することを特徴とするガス浄化装置が提供される。
【０００９】
また、本発明の一態様によれば、炭素を主成分とする微粒子を含む浄化対象ガスが導入されるガス流路に設けられ、前記ガス流路の内壁面となる一方の表面にアノード電極を、前記ガス流路の外壁面となる他方の表面にカソード電極を有する固体電解質体を備える酸化分解処理部と、前記ガス流路に設けられ、放電電極、および前記放電電極と誘電体を介して対向して配置された対向電極を備えるプラズマ発生部とを備えるガス浄化装置におけるガス浄化方法であって、前記微粒子を前記プラズマ発生部において発生した荷電粒子と接触させて帯電させ、前記ガス流路に電界を発生させて帯電した前記微粒子を前記固体電解質体の一方の表面に捕捉し、前記アノード電極と前記カソード電極との間に電圧を印加し、放電させて捕捉した前記微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにすることを特徴とするガス浄化方法が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のガス浄化装置およびガス浄化方法によれば、排ガス中の炭素を主成分とする微粒子を捕捉し、捕捉した微粒子を酸化または酸化分解により酸素と結合した無害の低分子ガスにして、浄化対象ガスを浄化することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態のガス浄化装置の断面を模式的に示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態のガス浄化装置の断面を模式的に示す図である。
【図３】ＰＭの捕捉率の結果を示す図である。
【図４】各固体電解質材料におけるイオン導電性の温度依存特性を調べた結果を示す図である。
【図５】酸化反応特性を調べた結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る第１の実施の形態のガス浄化装置１０の断面を模式的に示す図である。
【００１４】
ガス浄化装置１０は、図１に示すように、炭素を主成分とする微粒子である粒子状物質（以下、ＰＭという）を含む浄化対象ガスＥＧが導入されるガス流路２０を備えている。このガス流路２０には、ＰＭを帯電させるためのプラズマを発生する機構を備えたプラズマ発生部３０と、ＰＭを酸化反応させて分解する機構を備えた酸化分解処理部４０とを備えている。換言すれば、ガス流路２０の壁部の一部は、プラズマ発生部３０および酸化分解処理部４０で構成され、それぞれがガス流路２０を介して対向するように配置されている。
【００１５】
プラズマ発生部３０は、誘電体３１と、この誘電体３１のガス流路２０側の表面に設けられた放電電極３２と、この放電電極３２に誘電体３１を介して対向して設けられた放電用対向電極３３とを備える。
【００１６】
誘電体３１は、誘電材料からなる、例えば平板あるいは筒体である。誘電体３１は、公知な固体の誘電材料で構成される。誘電体３１を構成する材料として具体的には、電気的絶縁材料である、アルミナやガラスなどの無機絶縁物、ポリイミド、ガラスエポキシ、ゴムなどの有機絶縁物などが挙げられるが、これらに限られるものではなく、使用される環境下に応じて公知の固体の誘電材料から適宜に選択される。
【００１７】
放電電極３２は、例えば、所定の間隔で複数の薄い板状の電極がほぼ平行に配置され、一端側がそれぞれ電気的に接合された櫛状の形状で構成されている。そして、各板状の電極がガス流路２０を流れる浄化対象ガスＥＧの主流方向に対してほぼ垂直になるように、放電電極３２が配置されている。この放電電極３２は、浄化対象ガスＥＧに対して耐腐食性や耐熱性を有する導電材料で構成される。放電電極３２を構成する材料として具体的には、例えば、ステンレス鋼やタングステンなどが用いられる。この放電電極３２は、例えば、ガス流路２０の内壁面となる誘電体３１の一方の表面に、直接プリントして形成されてもよい。
【００１８】
放電用対向電極３３は、誘電体３１を介して放電電極３２と対向配置される。換言すると、放電用対向電極３３は、放電電極３２と誘電体３１を挟むように対向配置される。放電用対向電極３３は、例えば、薄い平板状の導電材料で形成される。放電用対向電極３３は、浄化対象ガスＥＧと接触することがないため、特に材料が限定されることはなく、銅などの公知な導電材料で構成される。また、放電用対向電極３３も放電電極３２と同様に、例えば、放電電極３２と対向する誘電体３１の他方の表面に直接プリントされて設けられてもよい。
【００１９】
なお、放電電極３２および放電用対向電極３３の形状は、上記した形状に限られるものではないが、放電電極３２の形状は、上記した櫛状以外にも、例えば線状、点状、スリット状あるいは網目状にすることが好ましい。放電電極３２の形状をこれらの形状にすることで、放電電極３２近傍の電気力線が密になり、放電プラズマが容易に生成できるため効果的である。
【００２０】
放電電極３２および放電用対向電極３３は、それぞれ電気系統５１を介して放電用電源５０と接続されている。放電用電源５０は、例えば一次側と二次側の電源で構成される。一次側の電源としては、ＡＣ１００Ｖでφ５０Ｈｚまたはφ６０Ｈｚの交流電源やＤＣ１２ＶまたはＤＣ２４Ｖの直流電源が使用される。また、二次側の電源の出力電圧は、例えば、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）、交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する出力電圧とされる。
【００２１】
そして、放電用電源５０によって、放電電極３２と放電用対向電極３３との間に、例えば数ｋＶから数十ｋＶ程度の電圧を印加することにより、ガス流路２０の内部に放電プラズマＰが生成される。この際、放電電極３２と放電用対向電極３３との間には誘電体３１が介在し、かつ誘電体３１は、放電電極３２と接触して設けられるため、ガス流路２０における放電は、誘電体３１に沿って形成される沿面放電となる。この放電プラズマＰの作用により、浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは荷電される。
【００２２】
酸化分解処理部４０は、固体電解質体４１と、この固体電解質体４１のガス流路２０側の表面に設けられたアノード電極４２、このアノード電極４２に固体電解質体４１を介して対向して設けられたカソード電極４３を備える。
【００２３】
固体電解質体４１は、固体中をイオンが移動する固体電解質材料からなる、例えば平板である。固体電解質体４１を構成する材料として、例えば、ＺｒＯ２系固体電解質、ＣｅＯ２系固体電解質、ＬａＧａＯ３系固体電解質などの酸素イオン伝導性セラミックスなどを使用することができる。
【００２４】
ＺｒＯ２系固体電解質として具体的には、例えば、８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）などのイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、１１ＳｃＳＺ（（ＺｒＯ２）０．８９（Ｓｃ２Ｏ３）０．１１）などのスカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）などを使用することができる。ＣｅＯ２系固体電解質として具体的には、例えば、（ＣｅＯ２）０．９（Ｇｄ２Ｏ３）０．１などのセリア系電解質（ＧＤＣ）などを使用することができる。ＬａＧａＯ３系固体電解質として具体的には、例えば、ＬＳＧＭ８２８２（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３）などのランタンガレート（ＬＳＧＭ）などを使用することができる。これらの固体電解質材料の中でも、特に、低い温度においてもイオン導電性に優れるセリア系電解質（ＧＤＣ）を使用することが好ましい。
【００２５】
アノード電極４２は、例えば、所定の間隔で複数の薄い板状の電極がほぼ平行に配置され、一端側がそれぞれ電気的に接合された櫛状の形状で構成されている。そして、各板状の電極がガス流路２０を流れる浄化対象ガスＥＧの主流方向に対してほぼ垂直になるように、アノード電極４２が配置されている。アノード電極４２の形状は、上記した形状に限られるものではないが、多くのＰＭを効率よく捕捉できる形状が好ましい。アノード電極４２の形状は、例えば、上記した櫛状以外にも、スリット状あるいは網目状にすることが好ましい。また、アノード電極４２は、ガス流路２０を介して放電電極３２と対向する位置に設置されている。
【００２６】
このアノード電極４２は、例えば、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）などの導電材料で構成される。これらの導電材料の中でも、特にＰＭの酸化反応を顕著に促進することができるＡｇを用いることが好ましい。また、Ａｇは、Ｐｔなどに比べて安価であるという長所も有している。
【００２７】
カソード電極４３は、固体電解質体４１を介してアノード電極４２と対向配置される。換言すると、カソード電極４３は、アノード電極４２と固体電解質体４１を挟むように対向配置される。カソード電極４３を構成する導電材料は、特に限定されるものではなく、カソード電極４３は、例えば銅などの公知な導電材料で構成される。また、カソード電極４３は、例えば、アノード電極４２と同様に、所定の間隔で複数の薄い板状の電極がほぼ平行に配置され、一端側がそれぞれ電気的に接合された櫛状の形状で構成されてもよい。また、カソード電極４３は、例えば、薄い平板状の形状で構成されてもよい。カソード電極４３は、例えば、アノード電極４２が設けられた固体電解質体４１の一方の表面と対向する固体電解質体４１の他方の表面に直接プリントされて設けられてもよい。
【００２８】
アノード電極４２およびカソード電極４３は、それぞれ電気系統６１を介してバイアス電源６０と接続されている。バイアス電源６０は、アノード電極４２とカソード電極４３との間に、数Ｖ〜数十Ｖの直流電圧を印加するものである。アノード電極４２とカソード電極４３との間に所定の直流電圧を印加することで、Ｏ２−イオンが固体電解質体４１中を移動し、この陰イオンであるＯ２−イオンが流れ込むアノード電極４２側でＰＭとの酸化反応が生じる。
【００２９】
また、アノード電極４２および放電電極３２は、それぞれ電気系統７１を介して直流電源７０と接続されている。この直流電源７０は、アノード電極４２と放電電極３２との間に、０．１ｋＶ／ｍｍ〜１ｋＶ／ｍｍの直流電界を印加するものである。アノード電極４２と放電電極３２との間に所定の直流電圧を印加することで、プラズマ発生部３０によって発生したプラズマ中のイオンがガス流路２０の内部に大きく引き出される。これによって、ＰＭは、イオンと接触して帯電する。この帯電したＰＭの一部は、ガス流路２０の空間中の電界の作用でアノード電極４２の表面に捕捉される。
【００３０】
次に、ガス浄化装置１０の作用について説明する。
【００３１】
まず、放電用電源５０から放電電極３２と放電用対向電極３３との間にパルス状（正極性、負極性、正負の両極性）あるいは交流状（正弦波、断続正弦波）の電圧が印加される。これによって、放電電極３２と放電用対向電極３３との間、特に放電電極３２の近傍には、集中的に電界が形成されて誘電体３１に沿う沿面放電が起こり、沿面放電に伴って放電プラズマＰが発生する。
【００３２】
ここで、放電用電源５０の２次側の出力電圧は、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）あるいは交流状（正弦波、断続正弦波）の出力電圧であるため、誘電性の誘電体３１を介在させても、誘電体３１の表面に表面電荷が蓄積して放電を停止させたり、放電がアーク放電に移行したりすることがないため、一様で安定な放電プラズマＰが発生する。
【００３３】
一方、直流電源７０によって放電電極３２とアノード電極４２との間に電圧が印加され、放電電極３２とアノード電極４２との間には一様な電界が形成される。
【００３４】
この結果、放電電極３２とアノード電極４２との間に形成された電界の作用により、放電プラズマＰは、放電電極３２からガス流路２０の内部に大きく引き出される。そして、ガス流路２０を流動する浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは、ガス流路２０の内部に大きく引き出された放電プラズマＰにより生成された電子やイオンとの衝突により荷電される。また、上記したように、放電プラズマＰは、放電電極３２からガス流路２０の内部に大きく引き出されることによって、ガス流路２０の断面積に亘って広がる。そのため、ガス流路２０を流動する浄化対象ガスＥＧと接触する確率が高まる。これによって、浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭの荷電される割合が高まる。
【００３５】
また、上記したように、直流電源７０の出力電圧特性により、放電電極３２とアノード電極４２との間に形成される電界の向きは時間的に変化しないため、ガス流路２０の内部に引き出される放電プラズマＰは、プラスあるいはマイナスのうち一方の極性を有する放電プラズマＰとなる。これによって、ＰＭの大半もプラスあるいはマイナスに荷電される。このため、荷電されたＰＭは、形成された電界から受けるクーロン力により軌跡が曲げられる。曲げられる方向は、ＰＭの持つ電荷と電界の向きで決まるので、電荷の極性により、放電電極３２側に曲げられるＰＭと、アノード電極４２側に曲げられるＰＭが生じる。
【００３６】
これによって、ガス流路２０内で荷電された一方のＰＭは、直流電源７０の作用で放電電極３２とアノード電極４２との間に形成された電界に作用に加え、放電プラズマＰの電気的な力により放電電極３２側に引き寄せられて、放電電極３２の表面や放電電極３２近傍の誘電体３１の表面に捕捉される。また、一方のＰＭと荷電された極性の異なる他方のＰＭは、アノード電極４２の表面やアノード電極４２近傍の固体電解質体４１の表面に捕捉される。すなわち、プラスあるいはマイナスのいずれかに荷電されたＰＭは、電界および単極性の放電プラズマＰの作用により一様な方向に電気的な力を受けて、放電電極３２側またはアノード電極４２側に捕捉される。
【００３７】
上記したように、ＰＭは、放電プラズマＰによって荷電され、十分な荷電量を有し、電界および単極性の放電プラズマＰの作用により一様な方向に電気的な力を受けて、効率よく放電電極３２側またはアノード電極４２側に捕捉される。このように、直流電源７０の作用により形成された電界は、放電プラズマＰの引き出し効果によるガス流路２０内におけるＰＭの荷電効率の向上の他、荷電されたＰＭに電気的な力を与えて効率的に放電電極３２側またはアノード電極４２側に捕捉させる役割を有する。
【００３８】
酸化分解処理部４０では、バイアス電源６０によって、アノード電極４２とカソード電極４３との間に所定の直流電圧を印加することで、Ｏ２−イオンが固体電解質体４１中を移動し、アノード電極４２側に流れ込む。アノード電極４２側に捕捉されたＰＭは、式（１）に示すように、Ｏ２−イオンと酸化反応する。すなわち、アノード電極４２の表面上において、ＰＭを構成する炭素（Ｃ）は、次に示す式（１）の反応により酸化分解され、無害の低分子ガスである二酸化炭素（ＣＯ２）となる。
Ｃ＋２Ｏ２−→ＣＯ２＋４ｅ−    …式（１）
【００３９】
一方、ガス流路２０には、放電プラズマＰによって生じた高エネルギー電子が浄化対象ガスＥＧと衝突することにより、Ｏ、ＯＨ、Ｏ３、Ｏ２−等の酸化ラジカルやＮＯ２などが生成される。酸化ラジカルは、さらに浄化対象ガスＥＧ中の炭化水素と反応して、別の活性な炭化水素分子を生じさせる。例えば、ＮＯ２は、ＰＭと燃焼反応を生じ、ＰＭを分解および酸化する。放電電極３２側に捕捉されたＰＭは、上記した酸化ラジカルとの反応場に長時間滞留することになり、加熱などの処理を施すことなく、その間に酸化ラジカルの作用により段階的に分解および酸化などの燃焼反応を生じ、最終的には一酸化炭素や二酸化炭素などになる。このようにして放電電極３２側に捕捉されたＰＭも酸化反応により分解される。
【００４０】
このように、ガス流路２０内に流入した浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは、酸化または酸化分解により酸素と結合した二酸化炭素（ＣＯ２）として、ＰＭが除去された浄化対象ガスＥＧとともに外部に排出される。
【００４１】
上記したように、第１の実施の形態のガス浄化装置１０によれば、固体電解質体４１を有する酸化分解処理部４０を備え、酸化分解処理部４０に直流電圧を印加することで、Ｏ２−イオンを移動させ、酸化分解処理部４０の表面に捕捉されたＰＭを積極的に酸化反応させることができる。
【００４２】
また、プラズマ発生部３０を備え、放電プラズマＰによって浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭを荷電し、ガス流路２０に電界を発生させることで、ＰＭを放電電極３２側またはアノード電極４２側に確実に捕捉して分解および酸化することができる。
【００４３】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る第２の実施の形態のガス浄化装置１１の断面を模式的に示す図である。なお、第１の実施の形態のガス浄化装置１０の構成と同一部分には同一の符号を付して重複する説明を省略または簡略する。
【００４４】
ガス浄化装置１１は、図２に示すように、炭素を主成分とする微粒子である粒子状物質（以下、ＰＭという）含む浄化対象ガスＥＧが導入されるガス流路２０を備えている。また、ガス浄化装置１１は、ガス流路２０の入口に、ＰＭを帯電させるためのプラズマを発生する機構を有するプラズマ発生部８０、およびプラズマ発生部８０よりも下流側に、ＰＭを酸化反応させて分解する機構を有する酸化分解処理部４０を備えている。また、図２に示すように、２つの酸化分解処理部４０を対向するように配置することで、ガス流路２０の一部が構成されている。
【００４５】
プラズマ発生部８０は、放電電極８１と、この放電電極８１と所定の空隙をあけて配置された放電用対向電極８２とを備える。ここで、放電電極８１と放電用対向電極８２との間は空気層であり、この空気層は誘電体として機能する。
【００４６】
放電電極８１は、例えば、ステンレス鋼などの浄化対象ガスＥＧに対して耐腐食性や耐熱性を有する、棒状の導電部材で構成される。一方、放電用対向電極８２は、例えば、ステンレス鋼などの浄化対象ガスＥＧに対して耐腐食性や耐熱性を有する、平板状の導電部材で構成される。そして、２枚の放電用対向電極８２の間に、それぞれの放電用対向電極８２と所定の空隙をあけて放電電極８１が設置される。これらの電極は、図２に示すように、ガス流路２０の入口において、流路幅方向に亘って設けられる（図２において紙面に鉛直な方向）。なお、放電電極８１および放電用対向電極８２は、この配置構成に限られるものではなく、例えば、ガス流路２０の入口において、流路高さ方向（図２において上下方向）に亘って設けられてもよい。また、上記した放電電極８１と放電用対向電極８２との組み合わせで構成される電極構成を、例えば、ガス流路２０の入口において、流路幅方向または流路高さ方向に亘って複数設けてもよい。
【００４７】
放電電極８１および放電用対向電極８２は、それぞれ電気系統９１を介して放電用電源９０と接続されている。ここでは、放電電極８１と放電用対向電極８２との間でコロナ放電を生じさせ、放電プラズマを発生させるため、放電用電源９０は、例えば、パルス電圧または交流電圧を印加する高圧電源で構成される。そして、放電用電源９０によって、放電電極８１と放電用対向電極８２との間に、例えば３ｋＶ／ｍｍ程度の電界を印加することによりコロナ放電が生じ、プラズマ発生部８０、すなわちガス流路２０の入口に放電プラズマＰが生成される。この放電プラズマＰの作用により、浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは荷電される。
【００４８】
なお、酸化分解処理部４０の構成は、基本的に第１の実施の形態のガス浄化装置１０におけるものと同じ構成を有している。ここでは、ガス流路２０を介して２つの酸化分解処理部４０を対向するように配置し、かつそれぞれの酸化分解処理部４０のアノード電極４２が対向するように配置されている。また、図２に示すように、それぞれのアノード電極４２は、それぞれ電気系統７１を介して直流電源７０と接続されている。
【００４９】
次に、ガス浄化装置１１の作用について説明する。
【００５０】
まず、放電用電源９０から放電電極８１と放電用対向電極８２との間に高圧電圧が印加される。これによって、放電電極８１と放電用対向電極８２との間にコロナ放電が生じ、放電プラズマＰが発生する。
【００５１】
一方、直流電源７０によって、対向配置された酸化分解処理部４０のアノード電極４２間に電圧が印加され、アノード電極４２間には一様な電界が形成される。
【００５２】
浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは、プラズマ発生部８０を通過することで、放電プラズマ中のプラスイオンまたはマイナスイオンとの接触し、プラスあるいはマイナスに荷電される。
【００５３】
プラズマ発生部８０で荷電されたＰＭは、直流電源７０の作用で対向するアノード電極４２との間に形成された電界に作用により、いずれかのアノード電極４２の表面やアノード電極４２近傍の固体電解質体４１の表面に捕捉される。すなわち、プラスあるいはマイナスのいずれかに荷電されたＰＭは、電界および単極性の放電プラズマＰの作用により一様な方向に電気的な力を受けて、いずれかのアノード電極４２側に捕捉される。
【００５４】
上記したように、ＰＭは、放電プラズマＰによって荷電され、十分な荷電量を有し、電界の作用により一様な方向に電気的な力を受けて、いずれかのアノード電極４２側に効率よく捕捉される。このように、直流電源７０の作用により形成された電界は、荷電されたＰＭに電気的な力を与えて、いずれかのアノード電極４２側に効率的に捕捉させる役割を有する。
【００５５】
酸化分解処理部４０では、バイアス電源６０によって、アノード電極４２とカソード電極４３との間に所定の直流電圧を印加することで、Ｏ２−イオンが固体電解質体４１中を移動し、アノード電極４２側に流れ込む。アノード電極４２側に捕捉されたＰＭは、前述した式（１）に示すように、Ｏ２−イオンと酸化反応する。すなわち、アノード電極４２の表面上において、ＰＭを構成する炭素（Ｃ）は、式（１）に示す反応により酸化分解され二酸化炭素（ＣＯ２）となる。
【００５６】
このように、ガス流路２０内に流入した浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭは、酸化または酸化分解により酸素と結合した二酸化炭素（ＣＯ２）として、ＰＭが除去された浄化対象ガスＥＧとともに外部に排出される。
【００５７】
上記したように、第２の実施の形態のガス浄化装置１１によれば、固体電解質体４１を有する酸化分解処理部４０を備え、酸化分解処理部４０に直流電圧を印加することで、Ｏ２−イオンを移動させ、酸化分解処理部４０の表面に捕捉されたＰＭを積極的に酸化反応させることができる。
【００５８】
また、ガス流路２０の入口にプラズマ発生部８０を備え、放電プラズマＰによって浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭを荷電し、ガス流路２０に電界を発生させることで、ＰＭを固体電解質体４１のアノード電極４２側に確実に捕捉して、酸化または酸化分解により酸素と結合した二酸化炭素（ＣＯ２）にすることができる。
【００５９】
次に、本発明に係るガス浄化装置において、優れたＰＭの捕捉率が得られることを説明する。
【００６０】
ここでは、図１に示したガス浄化装置１０を用いてＰＭの捕捉率を調べた。ここでは、固体電解質体４１として、ＧＤＣを使用し、アノード電極４２としてＡｇを使用した。また、酸化分解処理部４０の、アノード電極４２とカソード電極４３との間に印加する電圧値を調整して、イオン電流（Ｉ）を７０ｍＡの一定値とした。また、プラズマ発生部３０におけるプラズマ電力を２Ｗｈ／ｍＮ３とした。
【００６１】
図３は、ＰＭの捕捉率の結果を示す図である。ここで、縦軸のＰＭの捕捉率とは、ガス浄化装置１０の入口における浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭの濃度（Ｃｉｎ）からガス浄化装置１０の出口における浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭの濃度（Ｃｏｕｔ）を減算し（Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ）、その値をガス浄化装置１０の入口における浄化対象ガスＥＧに含まれるＰＭの濃度で除して（（Ｃｉｎ−Ｃｏｕｔ）／（Ｃｉｎ））、百分率で示したものである。また、横軸のプラズマ電力とは、プラズマ発生部３０において発生した放電プラズマの電力である。なお、放電プラズマの電力は、放電用電源の２次側の出力電圧波形および出力電流波形を測定し、その電圧と電流値を乗じた後、時間積分をして電力を求め、その電力を処理ガス流量（ｍＮ３／ｈ）で除した、単位ガス流量当りのプラズマ電力である。
【００６２】
図３に示すように、プラズマ電力を調整することで、９０％以上のＰＭの捕捉率が得られた。また、ここでは示していないが、図３に示すガス浄化装置１１を用いて、上記と同様の試験をしたところ同様の結果が得られた。
【００６３】
次に、固体電解質材料におけるイオン導電性の温度依存特性を調べた。
【００６４】
この温度依存特性は、固体電解質材料の両表面間に、バイアス電圧として１８Ｖの電圧を印加し、固体電解質材料の温度を変化させたときのイオン電流（Ｉ）を計測し、その結果に基づいて評価された。イオン電流（Ｉ）は、バイアス電源の出力電流値を計測することで測定した。
【００６５】
ここでは、固体電解質材料として、ＧＤＣ（（ＣｅＯ２）０．９（Ｇｄ２Ｏ３）０．１）、８ＹＳＺ（（ＺｒＯ２）０．９２（Ｙ２Ｏ３）０．０８）、ＬＳＧＭ８２８２（Ｌａ０．８Ｓｒ０．２Ｇａ０．８Ｍｇ０．２Ｏ３）および１１ＳｃＳＺ（（ＺｒＯ２）０．８９（Ｓｃ２Ｏ３）０．１１）を使用した。
【００６６】
図４は、各固体電解質材料におけるイオン導電性の温度依存特性を調べた結果を示す図である。なお、横軸は、試験時の浄化対象ガスＥＧの温度を示している。また、温度は、熱電対を用いて計測した。
【００６７】
図４に示すように、いずれの固体電解質材料においてもイオン電流（Ｉ）が得られているが、その中でも特に、ＧＤＣの場合には、最も低い温度においてイオン導電性の増加、すなわちイオン電流（Ｉ）の増加が発現することがわかった。
【００６８】
同一の温度で比較した場合、イオン電流（Ｉ）が多いほど酸化分解処理部４０のアノード電極４２の表面に供給されるＯ２−イオン量が多くなる。これによって、アノード電極４２の表面におけるＰＭの酸化反応を促進することができる。上記した固体電解質材料は、酸化分解処理部４０の固体電解質体４１として使用することはできるが、その中でもイオン電流（Ｉ）が多いＧＤＣを使用することが好ましいことがわかった。
【００６９】
次に、酸化分解処理部４０のアノード電極４２を構成する導電材料における、酸化反応特性を図１に示したガス浄化装置１０を用いて調べた。
【００７０】
酸化反応特性は、ＣＯ２発生レートを計測し、その結果に基づいて評価された。ＣＯ２発生レートとは、単位時間に発生するＣＯ２の質量である。ＣＯ２発生レートは、ＣＯ２ガス分析計により計測された。
【００７１】
ここでは、酸化分解処理部４０の固体電解質体４１としてＧＤＣ（（ＣｅＯ２）０．９（Ｇｄ２Ｏ３）０．１）を用いた。アノード電極４２を構成する材料として、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）を用いてそれぞれについて評価を行った。なお、Ｐｔは、固体酸化物型燃料電池機器の酸化物固体電解質の電極材料として汎用されている。また、酸化分解処理部４０の、アノード電極４２とカソード電極４３との間に印加する電圧値を調整して、酸化分解処理部４０の温度によらず、イオン電流（Ｉ）を７０ｍＡの一定値とした。また、プラズマ発生部３０におけるプラズマ電力を２Ｗｈ／ｍＮ３とした。
【００７２】
図５は、酸化反応特性を調べた結果を示す図である。なお、横軸は、試験時の浄化対象ガスＥＧの温度を示している。また、温度は、熱電対を用いて計測した。
【００７３】
図５に示すように、Ｐｔを用いた場合よりも、Ａｇを用いた場合の方がＣＯ２発生レートが高く、酸化反応特性に優れていることがわかった。ここで、Ａｇは、Ｐｔよりも安価であるという利点もある。
【００７４】
このＡｇとＰｔにおける上記結果は、次の理由から生じたものと考えられる。Ｐｔの場合とは異なり、Ａｇの場合には、アノード電極４２の表面に移動したＯ２−イオンが、酸素吸着能に優れるＡｇのアノード電極４２の表面上で一旦活性化されたＡｇＯを生成する。そして、このＡｇＯを介した、アノード電極４２の表面上における炭素（Ｃ）との反応が促進されたために、上記結果が得られたものと考えられる。また、ここでは示していないが、図３に示すガス浄化装置１１を用いて、上記と同様の試験をしたところ同様の結果が得られた。
【００７５】
以上、本発明を一実施の形態により具体的に説明したが、本発明はこれらの実施の形態にのみ限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。また、本発明に係るガス浄化装置およびガス浄化方法は、自動車の排気路に適用する以外にも、ＰＭを含む排気ガスを排出する原動機全般、燃焼機器全般、その他工場設備など、炭素を主成分とする微粒子を含む浄化対象ガスを排出する機器などに適用することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１０，１１…ガス浄化装置、２０…ガス流路、３０，８０…プラズマ発生部、３１…誘電体、３２，８１…放電電極、３３，８２…放電用対向電極、４０…酸化分解処理部、４１…固体電解質体、４２…アノード電極、４３…カソード電極、５０，９０…放電用電源、５１，６１，７１，９１…電気系統、６０…バイアス電源、７０…直流電源。
【図１】
2011032872.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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