(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質を大幅に低減することが可能な方法を提供する。【解決手段】この方法は，粒子状物質を含む排気ガス中にてプラズマを発生させることにより，複数のＯ（１  Ｄ）ラジカルの生成，それに次ぐ複数のパーハイドロオキサイド励起種の生成を惹起させ，それらパーハイドロオキサイド励起種によって粒子状物質を酸化させることにより連続的に低減させる，といった手段を採用する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
リーンバーンエンジン等から排出された，粒子状物質を含む排気ガス中にてプラズマを発生させることにより，複数のＯ（１  Ｄ）ラジカルの生成，それに次ぐ複数のパーハイドロオキサイド励起種の生成を惹起させ，それらパーハイドロオキサイド励起種により前記粒子状物質を酸化させることを特徴とする，リーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法。
【請求項２】
プラズマ発生条件において，電界の強さＥをＥ≧３．０ｋＶ／ｍｍに設定し，また電力密度ＤｗをＤｗ≧１Ｗ／ｃｍ３  に設定する，請求項１記載のリーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法。
【請求項３】
相対向する両電極（１４１  ，１４２  ；１４２  ，１４３  ；１４３  ，１４４  ；１４４  ，１４５  ；１４５  ，１４６  ）の少なくとも一方（１４２  〜１４６  ）において，他方の前記電極（１４１  〜１４５  ）との対向面が誘電体（１６）によって覆われている，請求項１または２記載のリーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，リーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法に関する。
【０００２】
この種の粒子状物質は，炭素系固形分（ｓｏｏｔ）と，それを覆う有機溶剤可溶分（ＳＯＦ：Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）とよりなる二重構造を有することが知られている。
【０００３】
【従来の技術】
従来，例えばディーゼルエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質を低減する方法としては，セラミックフィルタ（ディーゼル微粒子フィルタ）を排気管内に設置してそのフィルタに粒子状物質を捕集させ，その粒子樹物質の捕集量が所定値になったとき，エンジン制御等により排気ガス温度を上昇させて粒子状物質を燃焼させる，といった方法が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら従来法によると，セラミックフィルタによって排気抵抗が大となるためエンジン出力を十分に生かせなくなり，また排気ガス温度を上昇させるためのエンジン制御が煩雑であり，その上，粒子状物質の燃焼中にフィルタ温度が１０００℃を超えることもあってセラミックフィルタの損傷を招く，といった問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，粒子状物質を酸化により連続的に浄化して大幅に低減することが可能であると共に排気抵抗の上昇を低く抑え得る前記粒子状物質の低減方法を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば，リーンバーンエンジン等から排出された，粒子状物質を含む排気ガス中にてプラズマを発生させることにより，複数のＯ（１  Ｄ）ラジカルの生成，それに次ぐ複数のパーハイドロオキサイド励起種の生成を惹起させ，それらパーハイドロオキサイド励起種により前記粒子状物質を酸化させる，リーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法が提供される。
【０００７】
排気ガス中にてプラズマを発生させると，電極からの放出電子と酸素分子との衝突によるＯ（１  Ｄ）ラジカルおよびオゾン励起種の生成→それらと水分との反応によるハイドロオキサイド励起種の生成→そのハイドロオキサイド励起種と酸素との反応による，酸化力の強いパーハイドロオキサイド励起種ＨＯＯ＊  の生成，が惹き起される。このパーハイドロオキサイド励起種の生成は排気ガス温度に依存することなく行われる。そして，粒子状物質はパーハイドロオキサイド励起種により酸化され浄化される。この粒子状物質の酸化による浄化は連続的に，しかも比較的低温にて行われる。
【０００８】
またプラズマ発生装置はフィルタに比べれば通気性が良いので，そのプラズマ発生装置を排気管内に組込んでも，排気抵抗の上昇は低く抑えられ，したがってエンジン出力に影響を与えるようなことはない。
【０００９】
プラズマ発生条件において，電界の強さＥをＥ≧３．０ｋＶ／ｍｍに設定し，また電力密度ＤｗをＤｗ≧１Ｗ／ｃｍ３  に設定すると，プラズマ中における高エネルギの放出電子の存在量が増大するためパーハイドロオキサイド励起種の生成が効率良く行われ，これにより粒子状物質の酸化による浄化を高めることが可能である。ただし，Ｅ≧３．０ｋＶ／ｍｍおよびＤｗ≧１Ｗ／ｃｍ３  の少なくとも一方の要件が欠如すると，前記効果を得ることはできない。
【００１０】
さらに，プラズマ発生装置の相対向する両電極の少なくとも一方において，他方の電極との対向面を誘電体により覆うと，電圧印加時に誘電体の表面全体が一様に荷電されるため，誘電体およびそれと対向する他方の電極間の空間全体がプラズマ空間となり，これにより粒子状物質とパーハイドロオキサイド励起種との邂逅頻度を高めて，粒子状物質の酸化による浄化を高めることが可能である。両電極の相対向する両面をそれぞれ誘電体により覆った場合には，インピーダンスの増加に伴い印加電圧の増大を招くが，プラズマ発生条件を前記のように設定することによって，片面のときと同等の浄化性能を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１に示す粒子状物質低減テスト用設備１において，粒子状物質を含む排気ガスの発生源として市販のディーゼル発電機２が選定され，そのディーゼル発電機２の排気管３に第１流量調節弁４１  が装置される。排気管３において，ディーゼル発電機２と第１流量調節弁４１  との間に導管５の一端が接続され，その導管５に排気管３側から順次，第２流量調節弁４２  ，ヒータ６，プラズマ発生装置ＰＧおよび流量計８が装置される。導管５の他端は大気に開放されている。
【００１２】
導管５において，ヒータ６とプラズマ発生装置ＰＧとの間に第１分岐管９１  の一端が接続され，その他端は三方弁１０の第１ポートｐ１に接続される。また導管５において，プラズマ発生装置ＰＧと流量計８との間に第２分岐管９２  の一端が接続され，その他端は三方弁１０の第２ポートｐ２に接続される。三方弁１０の第３ポートｐ３に別の導管１１の一端が接続され，その他端は吸引ポンプ１２の吸引口に接続される。その導管１１にはフィルタ１３が装置されている。
【００１３】
ディーゼル発電機２は本田技研工業社製，ＥＸＴ１２Ｄであって，その諸元は次の通りである。エンジン形式：水冷３気筒４サイクルディーゼルエンジン；総排気量：１０６１ｃｃ；使用燃料：ディーゼル軽油；定格出力：１２ｋＶＡ．フィルタ１３はゲルマンラボラトリー社製，ＰＴＦＥコーティングフィルタであって，網目の大きさは０．３μｍメッシュである。
【００１４】
図２において，プラズマ発生装置ＰＧは，複数，実施例では板状をなす金属製第１〜第６電極１４１  〜１４６  を備え，それら第１〜第６電極１４１  〜１４６  は排気ガス流通方向Ａと平行に，且つ相隣る両電極１４１  ，１４２  ；１４２  ，１４３  ；１４３  ，１４４  ；１４４  ，１４５  ；１４５  ，１４６  が相対向するようにハウジング１５（図１参照）内に設置される。一端側に存する第１電極１４１  の第２電極１４２  との対向面は被覆無しの金属面であるが，第２電極１４２  の第１電極１４１  との対向面はその全体を誘電体１６により覆われている。この第１，第２電極１４１  ，１４２  における対向面の構成関係は，第２，第３電極１４２  ，１４３  ；第３，第４電極１４３  ，１４４  ；第４，第５電極１４４  ，１４５  ；および第５，第６電極１４５  ，１４６  について同じである。そして，第１，第３，第５電極１４１  ，１４３  ，１４５  がリード線１７を介して電源１８に接続され，一方，第２，第４，第６電極１４２  ，１４４  ，１４６  がリード線１９を介して接地される。
【００１５】
このように構成すると，電圧印加時に各誘電体１６の表面全体が一様に荷電されるため，各誘電体１６およびそれと対向する他方の電極１４１  〜１４５  間の空間全体がプラズマ空間Ｐｐとなる，つまり第１，第２電極１４１  ，１４２  間，第２，第３電極１４２  ，１４３  間，第３，第４電極１４３  ，１４４  間，第４，第５電極１４４  ，１４５  間および第５，第６電極１４５  ，１４６  間にそれぞれ相対向する両電極により規定されたプラズマ空間Ｐｐが形成される。
【００１６】
第１〜第６電極１４１  〜１４６  はステンレス鋼（例えば，ＪＩＳ  ＳＵＳ３１６）より構成され，その寸法は縦２０ｍｍ，横５０ｍｍ，厚さ１．０ｍｍであって，その横辺が排気ガス流通方向Ａに沿っている。各誘電体１６は厚さ０．５ｍｍのアルミナ（Ａｌ２  Ｏ３  ）層よりなり，そのアルミナ層は機械的押付けにより第２〜第６電極１４２  〜１４６  に接合されている。この接合には接着剤による接着，溶射等も適用される。また各プラズマ空間Ｐｐのギャップｇ，つまり相隣る，電極１４１  〜１４５  と誘電体１６との間の距離は０．５ｍｍである。
【００１７】
前記設備１を用いて，粒子状物質低減テストを次のような手順で行った。
【００１８】
（１）ディーゼル発電機２を運転し，そのディーゼル発電機２から排出された排気ガスを排気管３および導管５を通じて流通させた。
【００１９】
（２）導管５，したがってプラズマ発生装置ＰＧを流通するテスト用排気ガスの流量を，流量計８により測定しつつ第１，第２流量調節弁４１  ，４２  により調節して７．０Ｌ／ｍｉｎ  とした。
【００２０】
（３）ヒータ６を作動させて約７０℃の排気ガスを１５０℃に昇温させると共に三方弁１０の第１，第３ポートｐ１，ｐ３を連通させ，次いで，吸引量５．０Ｌ／ｍｉｎ  にて吸引ポンプ１２を駆動することにより導管５を流通するテスト用排気ガスを第１分岐管９１  に分流して，１０分間に亘りフィルタ１３を通じ流通させ，そのテスト用排気ガス中の粒子状物質をフィルタ１３によって捕集した。そして，粒子状物質捕集前，後のフィルタ重量から捕集された粒子状物質の重量を求め，これをプラズマ処理前の粒子状物質量とした。
【００２１】
（４）プラズマ発生装置ＰＧを作動させると共に三方弁１０の切換えにより第２，第３ポートｐ２，ｐ３を連通させ，次いで，吸引量５．０Ｌ／ｍｉｎ  にて吸引ポンプ１２を駆動することにより，プラズマ発生装置ＰＧから排出されて導管５を流通するテスト用排気ガスを第２分岐管９２  に分流して，１０分間に亘り新たなフィルタ１３を通じ流通させ，そのテスト用排気ガス中の粒子状物質をフィルタ１３によって捕集した。そして，粒子状物質捕集前，後のフィルタ重量から捕集された粒子状物質の重量を求め，これをプラズマ処理後の粒子状物質量とした。
【００２２】
実施例において，プラズマ発生装置ＰＧ内の排気ガスのプラズマ励起状態として，発光分光光度計（大塚電子製，ＩＭＵＣ−７０００）により排気ガスの励起スペクトルを分析したところ，プラズマ発生によって複数の励起酸素原子の生成が認められ，特に，６ｅＶ以上の励起スペクトルがあることからＯ（１  Ｄ）ラジカルの存在があり，このことから複数のハイドロオキサイド励起種およびパーハイドロオキサイド励起種ＨＯＯ＊  が生成されている，と言える。
【００２３】
表１は，実施例および比較例１，２に関するプラズマ発生条件を示す。
【００２４】
【表１】
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【００２５】
表１において，電界の強さＥは，第１，第２電極１４１  ，１４２  間等の相対向する両電極間に印加される電圧［（ｋＶＰ−Ｐ  ）／２］をギャップｇ（ｍｍ）で除した値であり，また電力密度Ｄｗは，相対向する両電極により規定されたプラズマ空間Ｐｐにおける電力（０．５４Ｗ×５＝２．７Ｗ）をプラズマ空間Ｐｐの体積［（２ｃｍ×５ｃｍ×０．０５ｃｍ）×５＝２．５ｃｍ３  ］で除した値である。
【００２６】
表２は，実施例および比較例１，２に関する粒子状物質のプラズマ処理前，後の量ならびにプラズマ処理による粒子状物質の減少量および減少率を示す。
【００２７】
【表２】
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【００２８】
図３は，表２に基づいて実施例および比較例１，２に関するプラズマ処理前，後の粒子状物質量をグラフ化したものである。表１，２および図３から明らかなように，実施例によれば，電界の強さＥをＥ≧３．０ｋＶ／ｍｍに，また電力密度ＤｗをＤｗ≧１Ｗ／ｃｍ３  にそれぞれ設定することによって，パーハイドロオキサイド励起種ＨＯＯ＊  の生成を効率良く行わせ，これにより粒子状物質の減少率を約８４．６％に高めることができる。
【００２９】
比較例１，２の場合は，前記電界の強さＥおよび前記電力密度Ｄｗの一方が前記要件を満たしていないことから粒子状物質の減少率が低く，実施例のほぼ半分となっている。
【００３０】
本発明は自動車，工場等から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質の低減に適用される。
【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば，前記のような手段を採用することによって，リーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質を酸化により連続的に浄化して大幅に低減することが可能な方法を提供することができる。またこの方法は，排気抵抗を大きく上昇させてエンジン出力に影響を与える，といった不具合を生じることがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】粒子状物質低減テスト用設備の説明図である。
【図２】プラズマ発生装置の説明図である。
【図３】実施例等に関する，プラズマ処理前，後における粒子状物質量を示すグラフである。
【符号の説明】
１…………粒子状物質低減テスト用設備
２…………ディーゼル発電機
１４１  〜１４６  ………第１〜第６電極
１６………誘電体
ＰＧ………プラズマ発生装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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