(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスの流通方向に延在する誘電体を備えるプラズマリアクタに用いられ、誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるためのプラズマ発生用電極であって、
平面内で第１方向に延びる第１線状部と、
前記平面内で前記第１方向と交差する方向に延びる第２線状部と、
前記平面内で前記第１方向および前記第２方向の両方向と交差する方向に延びる第３線状部とを含み、
前記第１線状部、前記第２線状部および前記第３線状部が交差する部分に、前記平面と直交する厚さ方向に貫通する孔が形成されている、プラズマ発生用電極。
【請求項２】
誘電体と、
誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるための電極とを備え、
前記電極として、請求項１に記載のプラズマ発生用電極が用いられている、電極パネル。
【請求項３】
複数の電極パネルが間隔を空けて並列に設けられ、前記電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるプラズマリアクタであって、
前記電極パネルとして、請求項２に記載の電極パネルが用いられている、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、プラズマ発生用電極、電極パネルおよびプラズマリアクタに関し、とくに、内燃機関（エンジン）からの排ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を除去するための装置に好適なプラズマ発生用電極、電極パネルおよび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させて、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、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がある。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、排ガスの流れ方向と平行、かつ、その流れ方向と直交する方向に互いに対向するように配置された複数の平板状の誘電体にそれぞれ電極を内蔵し、電極間に電圧を印加することにより、低温プラズマ（非平衡プラズマ）を発生させて、誘電体間を流れる排ガス中のＰＭを酸化して除去する手法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２２０７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
電極１０１は、たとえば、図５に示されるように、縦方向に延びる複数の縦線状部１０２および横方向に延びる複数の横線状部１０３による格子状をなし、四角形状の網目１０４を多数有している。電極１０１間に電圧が印加されると、放電が生じ、誘電体間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。
【０００７】
放電は、網目１０４を取り囲む縦線状部１０２および横線状部１０３の各エッジ（端縁）が起点となって生じる。図５に示される構成では、放電の起点となるエッジの数が少ないため、プラズマを効率よく発生させることができないという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、プラズマを効率よく発生させることができる、プラズマ発生用電極、電極パネルおよび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】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明の一の局面に係るプラズマ発生用電極は、排ガスの流通方向に延在する誘電体を備えるプラズマリアクタに用いられ、誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるためのプラズマ発生用電極であって、第１方向に延びる第１線状部と、第１方向と交差する方向に延びる第２線状部と、第１方向および第２方向の両方向と交差する方向に延びる第３線状部とを含み、第１線状部、第２線状部および第３線状部が交差する部分に、厚さ方向に貫通する孔が形成されている。
【００１０】
この構成によれば、互いに交差する第１方向、第２方向および第３方向にそれぞれ延びる第１線状部、第２線状部および第３線状部が設けられている。これにより、縦方向および横方向にそれぞれ延びる縦線状部および横線状部を有する格子状の電極と比較して、単位面積当たりのエッジ（第１線状部、第２線状部および第３線状部の各端縁）の数が多く、電極に電圧が印加されたときの放電の起点が多いので、プラズマを効率よく発生させることができる。
【００１１】
また、第１線状部、第２線状部および第３線状部が交差する部分には、プラズマ発生用電極の厚さ方向に貫通する孔が形成されている。これにより、単位面積当たりのエッジの数をさらに増加させることができるので、プラズマを一層効率よく発生させることができる。
【００１２】
その結果、誘電体および電極によって構成される電極パネルの１枚当たりのプラズマ強度が増大するので、電極パネルの積層数を従来より削減しても、排ガスに含まれるＰＭを良好に酸化して除去することができる。電極パネルの積層数を削減することにより、プラズマリアクタのサイズの縮小およびコストの低減を図ることができる。
【００１３】
第１方向および第２方向は、互いに直交する方向であり、第３方向は、第１方向および第２方向のそれぞれに対して４５°の角度で交差する方向であってもよい。この場合、プラズマ発生用電極は、第３方向と直交する第４方向に延びる第４線状部をさらに含むことが好ましい。
【００１４】
これにより、単位面積当たりのエッジの数をさらに増加させることができ、プラズマをより一層効率よく発生させることができる。
【００１５】
本発明は、プラズマ発生用電極の形態のみならず、誘電体および電極を備える電極パネルや、複数の電極パネルを備えるプラズマリアクタの形態で実現することもできる。
【００１６】
すなわち、本発明の他の局面に係る電極パネルは、誘電体と、誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるための電極とを備える電極パネルであって、電極として、前記プラズマ発生用電極を用いたものである。
【００１７】
また、本発明のさらに他の局面に係るプラズマリアクタは、複数の電極パネルが間隔を空けて並列に設けられ、電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるプラズマリアクタであって、電極パネルとして、前記電極パネルを用いたものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、縦方向および横方向にそれぞれ延びる縦線状部および横線状部を有する格子状の電極と比較して、単位面積当たりのエッジの数が多く、電極に電圧が印加されたときの放電の起点が多いので、プラズマを効率よく発生させることができる。その結果、電極パネルの１枚当たりのプラズマ強度が増大するので、電極パネルの積層数を従来より削減しても、排ガスに含まれるＰＭを良好に酸化して除去することができる。電極パネルの積層数を削減することにより、プラズマリアクタのサイズの縮小およびコストの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマ発生用電極、電極パネルおよびプラズマリアクタが用いられたＰＭ除去装置の構成を図解的に示す断面図である。
【図２】プラズマ発生用電極の構成を図解的に示す平面図である。
【図３】プラズマ発生用電極の他の構成を図解的に示す平面図である。
【図４】プラズマ発生用電極のさらに他の構成を図解的に示す平面図である。
【図５】従来のプラズマ発生用電極の構成を図解的に示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
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。
【００２１】
＜ＰＭ除去装置＞
【００２２】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマ発生用電極２３、電極パネル２１およびプラズマリアクタ４が用いられたＰＭ除去装置１の構成を図解的に示す断面図である。
【００２３】
ＰＭ除去装置１は、たとえば、自動車のエンジン（図示せず）から排出される排ガスに含まれるＰＭを除去するための装置であり、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。ＰＭ除去装置１は、流通管３、プラズマリアクタ４およびパルス発生電源５を備えている。
【００２４】
流通管３は、一端部および他端部にそれぞれ排ガス流入口１１および排ガス流出口１２を有する管状（筒状）をなしている。排ガス流入口１１は、排気管２におけるエンジン側の部分２Ａに接続され、排ガス流出口１２は、排気管２におけるエンジン側と反対側の部分２Ｂに接続されている。エンジンから排出される排ガスは、排気管２におけるエンジン側の部分２Ａを流れ、排ガス流入口１１から流通管３に流入して、流通管３を流通し、排ガス流出口１２から排気管２におけるエンジン側と反対側の部分２Ｂに流出する。
【００２５】
プラズマリアクタ４は、流通管３内に配置されている。プラズマリアクタ４は、複数の電極パネル２１を備えている。
【００２６】
電極パネル２１は、四角板状をなし、誘電体２２にプラズマ発生用電極（以下、単に「電極」という。）２３を内蔵した構成、言い換えれば、電極２３をその両面から誘電体２２で挟み込んだ構成を有している。かかる構成の電極パネル２１は、たとえば、誘電体２２の材料からなる１対の四角板状の分割部分の一方上に導電性ペーストをパターン印刷し、その導電性ペーストを１対の分割部分で挟み込むように、一方の分割部分と他方の分割部分とを貼り合わせて、それらを焼成することにより作製される。誘電体２２の材料としては、たとえば、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を用いることができる。導電性ペーストとしては、たとえば、タングステンペーストを用いることができる。複数の電極パネル２１は、それぞれ流通管３における排ガスの流通方向（排ガス流入口１１から排ガス流出口１２に向かう方向）に延在し、流通方向と直交する方向に等間隔を空けて並列に配置（互いに対向して配置）されている。
【００２７】
電極２３には、誘電体２２の積層方向の一端側から順に、プラス配線２４およびマイナス配線２５が交互に接続されている。プラス配線２４およびマイナス配線２５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。
【００２８】
＜電極＞
【００２９】
図２は、電極２３の構成を図解的に示す平面図である。
【００３０】
電極２３は、それぞれ複数の第１線状部３１、第２線状部３２、第３線状部３３および第４線状部３４を備えることにより、多数の直角三角形状の網目３５を有している。
【００３１】
具体的には、複数の第１線状部３１は、それぞれ排ガスの流通方向と平行な第１方向に直線状に延び、第１方向と直交する第２方向に一定間隔を空けて設けられている。
【００３２】
複数の第２線状部３２は、それぞれ第２方向に直線状に延び、第１方向に一定間隔を空けて設けられている。これにより、第１線状部３１および第２線状部３２は、正方格子状をなしている。
【００３３】
第３線状部３３は、第１方向および第２方向に対して４５°の角度で交差する第３方向に、第１線状部３１および第２線状部３２がなす正方格子状の対角線上を延びている。
【００３４】
第４線状部３４は、第３方向と直交する第４方向に、第１線状部３１および第２線状部３２がなす正方格子状の対角線上を延びている。
【００３５】
また、電極２３には、第１線状部３１、第２線状部３２、第３線状部３３および第４線状部３４が交差する各部分の中央に、孔３６が厚さ方向に貫通して形成されている。孔３６は、たとえば、第３方向および第４方向に延びる辺を有する正方形状をなしている。
【００３６】
＜作用効果＞
【００３７】
パルス発生電源５から互いに対向する電極２３間にパルス電圧（たとえば、ピーク電圧：８ｋＶ、パルス繰返し周波数：１００Ｈｚ）が印加されると、各網目３５および各孔３６を取り囲むエッジ（端縁）が起点となって誘電体バリア放電が生じ、電極パネル２１間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。そして、プラズマの発生により、電極パネル２１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。
【００３８】
電極２３では、縦方向および横方向にそれぞれ延びる縦線状部および横線状部を有する格子状の電極（図５参照）と比較して、単位面積当たりのエッジの数が多く、電極２３に電圧が印加されたときの放電の起点が多いので、プラズマを効率よく発生させることができる。その結果、電極パネル２１の１枚当たりのプラズマ強度が増大するので、電極パネル２１の積層数を従来より削減しても、排ガスに含まれるＰＭを良好に酸化して除去することができる。電極パネル２１の積層数を削減することにより、プラズマリアクタ４のサイズの縮小およびコストの低減を図ることができ、ひいては、ＰＭ除去装置１のサイズの縮小およびコストの低減を図ることができる。
【００３９】
なお、電極パネル２１間の間隔は、誘電体バリア放電が生じる間隔であればよく、たとえば、０．２〜５．０ｍｍの範囲内で設定される。
【００４０】
＜変形例＞
【００４１】
以上、本発明の一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。
【００４２】
たとえば、第１線状部３１、第２線状部３２、第３線状部３３および第４線状部３４が交差する各部分に孔３６が形成されているとしたが、第１線状部３１、第２線状部３２、第３線状部３３および第４線状部３４が交差する部分の全部ではなく、そのうちの任意に選択される部分に孔３６が形成されていてもよい。
【００４３】
また、電極２３の構成として、図３に示される構成、つまり孔３６を有していない構成が採用されてもよいし、図２または図３に示される構成から第３線状部３３または第４線状部３４を省略した構成が採用されてもよい。
【００４４】
電極２３は、図４に示されるように、排ガスの流通方向の上流側から順に、第１部分４１、第２部分４２および第３部分４３に分けられて、第１部分４１、第２部分４２および第３部分４３がそれぞれ図２、図３および図５に示される構成を有するように形成されていてもよい。
【００４５】
図４に示される構成によれば、第１部分４１では、第２部分４２および第３部分４３と比較して、単位面積当たりのエッジの数が多く、電極２３に電圧が印加されたときの放電の起点が多いので、高いプラズマ密度（プラズマ強度）のプラズマを発生させることができる。そのため、電極パネル２１間における排ガスの流通方向の最上流部分では、ＰＭを効率よく除去することができ、誘電体２２の表面にＰＭが堆積することを抑制できる。そして、電極パネル２１間における排ガスの流通方向の最上流部分よりも下流側の部分（第２部分４２および第３部分４３と対向する部分）では、最上流部分で除去されずに流下したＰＭが誘電体２２の表面に付着しても、そのＰＭを下流側部分で発生したプラズマまたは上流側から流下した活性種（ラジカル、オゾンなど）により除去することができ、誘電体２２の表面にＰＭが堆積することを抑制できる。
【００４６】
よって、誘電体２２の表面の全域において、ＰＭが堆積することを抑制できる。その結果、ＰＭ除去装置１（プラズマリアクタ４）のＰＭ除去性能を良好に維持することができる。
【００４７】
なお、図４に示される構成では、電極２３が第１部分４１、第２部分４２および第３部分４３の３つの部分に等分されているが、電極２３の全体に対する第１部分４１、第２部分４２および第３部分４３の割合が互いに異なっていてもよい。
【００４８】
また、電極２３は、図２に示される構成を有する第１部分４１と、図３に示される構成を有する第２部分４２とによって構成されていてもよいし、図２に示される構成を有する第１部分４１と、図５に示される構成を有する第３部分４３とによって構成されていてもよい。
【００４９】
孔３６の形状は、正方形状に限らず、長方形状、円形、三角形、五角形以上の多角形またはその他の形状であってもよい。
【００５０】
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】
【００５１】
４    プラズマリアクタ
２１  電極パネル
２２  誘電体
２３  電極（プラズマ発生用電極）
３１  第１線状部
３２  第２線状部
３３  第３線状部
３６  孔
【図１】
0006595817.tif 000002
【図２】
0006595817.tif 000003
【図３】
0006595817.tif 000004
【図４】
0006595817.tif 000005
【図５】
0006595817.tif 000006