(57)【要約】【課題】排気ガスの流量に拘わらず確実に排気ガスを活性化でき、圧力損失の増加を防止できるプラズマ処理装置の提供。【解決手段】本発明のプラズマ処理装置は、内燃機関の排気経路内に設けられた複数の板状電極と、上記板状電極間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置とを備える。  そして、上記複数の板状電極が、放電面を排気ガスの流通方向に対して垂直になる方向に向け、互いに正面同士になる位置に配置され、  上記複数の板状電極が、それぞれ、その板厚方向に貫通する貫通孔を有し、  隣り合う板状電極の貫通孔が、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けられており、排気ガスの活性化と圧力損失の増大防止とを両立できる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路内に設けられた複数の板状電極と、上記板状電極間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置と、を備えるプラズマ処理装置であって、
上記複数の板状電極が、放電面を排気ガスの流通方向に対して垂直になる方向に向け、互いに正面同士になる位置に配置され、
上記複数の板状電極が、それぞれ、その板厚方向に貫通する貫通孔を有し、
隣り合う板状電極の貫通孔が、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けられていることを特徴とするプラズマ処理装置。
【請求項２】
隣り合う板状電極の一方の板状電極が、他方の板状電極に設けられた貫通孔の中心から等距離の位置に複数の貫通孔を有し、
上記複数の貫通孔が、互いに等間隔に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ処理装置。
【請求項３】
外側の貫通孔の開口径が中心側の貫通孔の開口径よりも大きい板状電極を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のプラズマ処理装置。
【請求項４】
内燃機関の排気経路内に複数の板状電極を有し、該電極間にプラズマを発生させるプラズマ処理装置と、
上記板状電極の下流側に排気浄化触媒と、を備える排気ガス浄化装置であって、
上記プラズマ処理装置が請求項１〜３のいずれか１つの項に記載されたプラズマ処理装置であり、
上記排気浄化触媒の直前に配置された隣り合う２つの板状電極の組み合わせが、
貫通孔の開口径が中心側よりも外側で大きい上流側の板状電極と、
該上流側の板状電極の貫通孔の平均開口径よりも小さい開口径の貫通孔を複数有し、かつ上記複数の貫通孔の合計開口面積が上流側の板状電極よりも大きい下流側の板状電極との組み合わせであることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ処理装置に係り、更に詳細には、内燃機関の排気経路内に設けられ、排気ガスを活性化するプラズマ処理装置及び該プラズマ処理装置を用いた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等において使用される内燃機関から排出される排気ガスには、窒素酸化物（ＮＯｘ）、未燃焼炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）などの有害物質が含まれており、これら有害物質の排出を低減させる必要がある。
【０００３】
上記有害物質は排気浄化触媒により浄化されるが、上記排気浄化触媒の上流側でプラズマを発生させ、生成したラジカル種により排気ガスを活性化して浄化効率を向上させる方法が知られている。
【０００４】
特許文献１の特開２００９−７８２６６号公報には、複数の貫通孔を有する２枚の金属基板を、該貫通孔同士の位置が一致するように平行に配設し、該金属基板間に電圧を印可して放電を発生させ、金属基板に対して直角方向に流体を通過させる流体浄化装置が開示されている。
そして、上記流体浄化装置は、貫通孔同士の位置が一致しているため、流体を淀みなく通過させることができる旨が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−７８２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、排気ガスの活性化は、電極の放電面同士が対向した放電空間で行われるため、特許文献１に記載の流体浄化装置にあっては、排気ガスが上記放電空間内に拡散する必要があり、排気ガスの流量が多くなって流速が速くなると、排気ガスを充分活性化することができない。
【０００７】
つまり、２枚の金属基板の貫通孔同士が一致する位置に配置されていると、排気ガスが放電空間内を通らずに貫通孔をすり抜け、活性化されないまま流体浄化装置を通過し易くなる。
【０００８】
また、排気ガスを拡散によって放電空間を通過させるには、排気ガスの流通方向に多くの放電空間を形成する必要があり、上記金属基板の数が多くなって圧力損失が大きくなってしまう。
【０００９】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、排気ガスの流量に拘わらず確実に排気ガスを活性化でき、圧力損失の増加を防止できるプラズマ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】
【００１０】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、隣り合う板状電極の貫通孔を、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１１】
即ち、本発明のプラズマ処理装置は、内燃機関の排気経路内に設けられた複数の板状電極と、上記板状電極間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置とを備える。
そして、上記複数の板状電極が、放電面を排気ガスの流通方向に対して垂直になる方向に向け、互いに正面同士になる位置に配置され、
上記複数の板状電極が、それぞれ、その板厚方向に貫通する貫通孔を有し、
隣り合う板状電極の貫通孔が、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けられていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の排気ガス浄化装置は、プラズマ処理装置と、該プラズマ処理装置の複数の板状電極の下流側に排気浄化触媒を備える。
そして、上記複数の板状電極が、それぞれ、その板厚方向に貫通する貫通孔を有し、
隣り合う板状電極の貫通孔が、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けられ、
上記排気浄化触媒の直前に配置された隣り合う２つの板状電極の組み合わせが、
貫通孔の開口径が中心側よりも外側で大きい上流側の板状電極と、
該上流側の板状電極の貫通孔の平均開口径よりも小さい開口径の貫通孔を複数有し、かつ上記複数の貫通孔の合計開口面積が上流側の板状電極よりも大きい下流側の板状電極との組み合わせであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、隣り合う板状電極の貫通孔を、排気ガスの流通方向において互いに重ならない位置に設けることとしたため、排気ガスの活性化と圧力損失の増大防止とを両立できるプラズマ処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のプラズマ処理装置を排気経路に備える内燃機関の概略図である。
【図２】板状電極に設けられた貫通孔の位置関係を説明する図である。
【図３】排気ガスが放電空間を通過する状態を示す図である。
【図４】２つの板状電極に設けられた貫通孔の位置関係の例を示す図である。
【図５】板状電極の貫通孔の例を示す図である。
【図６】２つの板状電極に設けられた貫通孔の大きさと位置関係を示す図である。
【図７】実施例１と比較例１の貫通孔の位置関係を示す図である。
【図８】実施例１と比較例１の電源出力に対するＨＣ転化率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
＜プラズマ処理装置＞
本発明のプラズマ処理装置について詳細に説明する。
上記プラズマ処理装置１は、図１に示すように、内燃機関４の排気経路３内に設けられた複数の板状電極１１と、上記板状電極間にプラズマが発生する電圧を印加する電源装置１２とを備える。
【００１６】
上記板状電極１１は、金属基板の表面が誘電体で覆われその板厚方向に貫通孔１１１を有しており、複数の板状電極が、図１中、矢印で示す排気ガスの流通方向に対して放電面が垂直方向になるように一定の間隔を開け、互いに正面同士になる位置に配置される。すなわち、板状電極は放電面同士が所定間隔で対向する位置に配置される。
【００１７】
そして、隣り合う板状電極間に放電開始電圧以上の交流電圧をかけて、放電面同士が対向した放電空間１３に誘電体バリア放電を生じさせ、プラズマにより上記放電空間１３を通過する排気ガスを活性化する。
【００１８】
上記板状電極に設けられた貫通孔の配置の一例を図２，３に示す。
図２は、板状電極を排気経路の上流側から見たときの貫通孔の配置を示す図であり、図２中、上流側の貫通孔１１１ａを実線で、下流側の貫通孔１１１ｂを点線で示している。
図３は、図２中のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。
【００１９】
本発明のプラズマ処理装置は、図２、図３に示すように、隣り合う板状電極１１の貫通孔１１１が、図３中、太い矢印で示す排気ガスの流通方向において、互いに重ならない位置に設けられている。上記プラズマ処理装置１を通過する排気ガスは、図３中、細い矢印で示すように、必ず放電空間１３を通過するため確実に排気ガスを活性化できる。
【００２０】
したがって、排気ガスの流量が増加しても排気経路３内に設ける板状電極１１の数を増やす必要がなく、プラズマ処理装置１全体で圧力損失が増加せず、排気ガスの活性化と圧力損失の増大防止とを両立できる。
【００２１】
上記板状電極１１は、隣り合う板状電極の一方の板状電極１１ａが、他方の板状電極１１ｂに設けられた貫通孔１１１ｂの中心から等距離の位置に複数の貫通孔１１１ａを有し、該複数の貫通孔１１１ａが互いに等間隔に配置されていることが好ましい。
【００２２】
図４に、上記の関係で配置された貫通孔の例を示す。
図４中、一方の板状電極の貫通孔を点線で、他方の板状電極の貫通孔を実線で示した。
また、一方の板状電極に設けられた貫通孔からの中心間距離を実線で、他方の電極に設けられた貫通孔間の中心間距離を点線で示した。
【００２３】
上流側の板状電極の貫通孔を通過した排気ガスは、下流側の板状電極に当たり電極面に沿ってあらゆる方向に向かって流れる。
【００２４】
隣り合う一方の板状電極の貫通孔１１１ａが、他方の板状電極に設けられた貫通孔１１１ｂに対して図４に示すように配置されていることで、一方の板状電極の貫通孔１１１ａを通過した排気ガスが滞ることなく流れ、放電空間１３を通る排気ガスが均等化されて排気ガスの活性化効率が向上する。
【００２５】
上記プラズマ処理装置は、外側の貫通孔１１１の開口径が中心側の貫通孔１１１の開口径よりも大きい板状電極を含むことが好ましい。
図５に外側の貫通孔の開口径が中心側の貫通孔の開口径よりも大きい板状電極の例を示す。
【００２６】
排気経路３内を流れる排気ガスは、排気ガスの流通方向に対して垂直方向に流速分布を有する。具体的には、排気経路の壁面に近い外側では排気経路の壁面に曳ずられて流速が遅くなり、中心側ほど流速が速くなる。
【００２７】
本発明のプラズマ処理装置１は、上記板状電極１１が排気ガスの流通方向に対して垂直に配置されており、中心側の貫通孔の開口径が小さいことで、中心側を流れる排気ガスの流量が制限され、大きな開口径を有する外側の貫通孔を通過するようになる。
【００２８】
したがって、排気ガスの流通方向に対して垂直方向の流速分布が均等化され、排気ガスの活性化効率が向上する。
【００２９】
上記板状電極としては、表面に誘電体層を有する金属基板を使用できる。
上記金属基板としては、導電性を有する材料であれば、特に制限はなく、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）や銅などを使用することができる。
【００３０】
また、上記誘電体としては、酸化物セラミックを使用することができ、例えば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）やジルコニア（ＺｒＯ２）、シリカ（ＳｉＯ２）、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）等の単純酸化物や複合酸化物などの酸化物を挙げることができる。
【００３１】
また、上記貫通孔の形状は、角がなければ、直線と曲線で形成されているもよいが、円形や楕円形など、曲線のみで形成されていることが好ましい。貫通孔の形状が円形であることで、均一な誘電バリア放電を長期間発生できる。
【００３２】
＜排気ガス浄化装置＞
次に、本発明の排気ガス浄化装置について詳細に説明する。
上記排気ガス浄化装置は、上記プラズマ処理装置１と排気浄化触媒２とを備え、上記排気浄化触媒２が、複数の板状電極１１の下流に配置されている。
【００３３】
上記排気ガス浄化装置は、上記排気浄化触媒２の直前に配置された隣り合う２つの板状電極の組み合わせが、次の組み合わせであることが好ましい。
貫通孔１１１ａの開口径が中心側よりも外側で大きい上流側の板状電極１１ａと、
該上流側の板状電極の貫通孔１１１ａの平均開口径よりも小さい開口径の貫通孔１１１ｂを複数有し、かつ上記複数の貫通孔１１１ｂの合計開口面積が上流側の板状電極よりも大きい下流側の板状電極１１ｂとの組み合わせであることが好ましい。
上記組み合わせの例を図６に示す。図６中、上流側の板状電極１１ａの貫通孔１１１ａを実線、下流側の板状電極１１ｂの貫通孔１１１ｂを点線で示した。
【００３４】
上流側の板状電極と下流側の板状電極との組み合わせが上記組み合わせであることで、上流側の板状電極１１ａにより排気経路内流れる排気ガスの排気ガスの流通方向に対して垂直方向の流速分布が均一化され、上流側の板状電極１１ａと下流側の板状電極１１ｂとの間に形成される放電空間１３で排気ガスが活性化される。
【００３５】
そして、下流側の板状電極に設けられた複数の貫通孔１１１ｂが、小さくかつ均一な開口径を有し、それらが均等に配置されて貫通孔の合計開口径が大きいため、排気ガスが滑らかに流れて下流側の板状電極により排気ガスの流速分布が変化し難く、均等な流速分布を保ったまま排気浄化触媒に流すことができる。
【００３６】
したがって、排気浄化触媒内を流れる排気ガスの流速が、排気ガスの流通方向に対して垂直方向で均等化して排気ガスの浄化効率が向上する。
【００３７】
上記排気ガス浄化触媒としては、排気ガスの浄化機能を有するものであれば、特に限定されるものではない。具体的には、貴金属などの触媒成分をハニカム担体などの一体構造型担体に担持したものを適用することができる。
上記触媒成分としては、特に限定されるものではないが、自動車の排気ガスの浄化用には、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）などの貴金属が好適である。
【実施例】
【００３８】
以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３９】
２枚の板状電極の貫通孔の位置関係が図７のようになるように配置し、上記板状電極に電力を供給して炭化水素転化率を測定した。図７中、一方の板状電極の貫通孔を実線で、他方の板状電極の貫通孔を点線で示した。測定結果を図８に示す。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
図８より貫通孔が互いに重ならない位置に設けられた実施例１は、貫通孔が重なった比較例１に比して電源出力の増加に対する炭化水素転化率の上昇が大きく、高効率で排気ガスを浄化できることがわかる。
【００４２】
なお、板状電極や各板状電極に設けられる貫通孔の数、大きさあるいは形状は活性化する排気ガスの流量、流速、圧力損失等の条件に応じて適宜変更可能であり、上記実施例に記載及び図示した形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００４３】
１    プラズマ処理装置
１１    板状電極
１１１    貫通孔
１２    電源装置
１３    放電空間
２    排気浄化触媒
３    排気経路
４    内燃機関
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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