(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を有する第１の平板電極と、
この第１の平板電極に対向して配設され複数の貫通する空隙を設けた第２の平板電極と、
この第１の平板電極と第２の平板電極との間に排ガスを流す排ガス供給手段と、
前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に交流電圧を印加して放電させて前記第１の平板電極と第２の平板電極との間を流れる排ガスを処理する電源装置と、
を有し、
前記第２の平板電極に複数の楕円又は長方形の長穴を開け、この長穴の長軸方向が前記排ガスの流れ方向に略平行になるように配置されること、
を特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記第１の平板電極と第２の平板電極が、対向して多段に積み重ねられて構成されることを特徴とする請求項１に記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
誘電体を有する第１の平板電極に対向して複数の貫通する空隙を設けた第２の平板電極を用いた排ガス処理方法であって、
前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に排ガスを流し、
前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に交流電圧を印加して放電させ、前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に供給された排ガスを処理し、
前記第２の平板電極に設けられた空隙は、複数の楕円又は長方形の長穴であって、かつこの長穴の長軸方向は前記排ガスの流れ方向に略平行に配置されていることを特徴とする排ガス処理方法。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の排ガス処理装置を備えてなる自動車。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電により排気ガス中に含まれる有害物質等を処理する排ガス処理装置とその処理方法、および自動車に関する。
【背景技術】
【０００２】
環境保全の観点から、自動車の排気ガス中に含まれる有害物質を分解したり、工場から排出されるガス中の有害物質を分解したり又は悪臭成分を含むガスの脱臭を処理することが強く求められている。
【０００３】
この種の装置としては、ガス中の有害物質を取り除いたり、脱臭を行う方式の一つとして、活性炭等による吸着方式が知られている。
【０００４】
また、放電を利用する方式が最近注目を浴びてきている（例えば、特許文献１及び２参照）。この放電を利用する方法は、吸着方式に比較して、吸着剤を交換する必要がなく、処理コストも低減できるという利点がある。
【０００５】
しかし、排ガス中には各種の成分が含まれていたり、ガス温度が高温になったりして、放電が不安定になり易いという欠点がある。この課題を解決する一つの手段として、バリヤ放電（誘電体障壁放電）と呼ばれる放電方式がある。このバリヤ放電方式の典型的な電極構成を図６に示す。２枚の平板電極３、５には、高周波数電源４から交流電圧が印加されて、２枚の電極３、５の間で放電を発生させる。この放電により、平板電極３、５の間を流れる排ガス６を処理するものである。
【特許文献１】特開平２−２５８０１４号公報
【特許文献１】特開平６−１７８９１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した従来のバリヤ放電方式においては、２枚の平板電極３、５の間で印加電圧を下げるためには、２枚の電極３、５の間隔を狭くする必要がある。一方で、対向する２枚の電極３、５の間隔を狭くすると、対向する電極間の静電容量が大きくなる。静電容量が大きくなると、電源から流れる無効電流が増えることになり、電源装置が大型化しコスト高になる、という課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、放電が不安定になり易いガス条件でも安定に放電を持続して、放電の印加電圧を下げ且つ電極間の静電容量を下げることにより電源の小型化及び低コスト化を図れる排ガス処理装置とその処理方法、および自動車を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明の排ガス処理装置においては、誘電体を有する第１の平板電極と、この第１の平板電極に対向して配設され複数の貫通する空隙が設けられた第２の平板電極と、この第１の平板電極と第２の平板電極との間に排ガスを流す排ガス供給手段と、前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に交流電圧を印加して放電させて前記第１の平板電極と第２の平板電極との間を流れる排ガスを処理する電源装置と、を有し、前記第２の平板電極に複数の楕円又は長方形の長穴を開け、この長穴の長軸方向が前記排ガスの流れ方向に略平行になるように配置されること、を特徴とするものである。
また、本発明の排ガス処理装置においては、前記第２の平板電極は、複数の各々略平行に配設された細線で構成され、さらに前記排ガスの流れ方向に略平行になるように配設されること、を特徴とするものである。
【０００９】
また、上記目的を達成するため、本発明のガス処理方法においては、誘電体を有する第１の平板電極に対向して複数の貫通する空隙を設けた第２の平板電極を用いた排ガス処理方法であって、前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に排ガスを流し、前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に交流電圧を印加して放電させ、前記第１の平板電極と第２の平板電極との間に供給された排ガスを処理し、前記第２の平板電極に設けられた空隙は、複数の楕円又は長方形の長穴であって、かつこの長穴の長軸方向は前記排ガスの流れ方向に略平行に配置されていること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の排ガス処理装置及びその処理方法によれば、放電が不安定になりやすいガス条件でも安定に放電を持続できることにより、放電の印加電圧を下げ且つ電極間の静電容量を下げることにより、電源の小型化及び低コスト化を達成できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る排ガス処理装置及びその処理方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、同一又は類似の部分には共通の符号を付すことにより、重複説明を省略する。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図である。本図に示すように、バリヤ放電（誘電体障壁放電）と呼ばれる放電方式による排ガス処理装置の代表的な実施の形態を示す。この放電方式による排ガス処理装置は、対向する２枚の第１の平板電極１３、第２の平板電極１１から構成される。
【００１３】
一方の第１の平板電極１３は、図２に示すように、例えば、電極板１３ａを誘電体１９、１９で挟んで製作される。ここでは、一方の電極板１３ａを誘電体１９、１９で挟んで製作した平板電極１３を使用したが、放電が安定につくられるならば、必ずしも誘電体１９で挟む必要はない。電極１１、１３の間の静電容量を下げ、かつ、ガスの流れ１５による圧力損失を低下できることが重要である。また、この電極板１３ａには、導線１８が接続される。
【００１４】
これに対向する第２の平板電極１１には、静電容量と圧力損失を下げるために平板電極１１の表面に複数の貫通した空隙である長穴１６が開けられる。この長穴１６の形状は、楕円あるいは長方形等の長穴とし、さらに、長穴１６の長軸方向が電極１１、１３の間を流れる排ガス１５の流れ方向に略平行になるように配置している。
【００１５】
２枚の平板電極１１、１３には、電源装置である高周波数電源１４から導線１８、１８が接続されて交流電圧が印加される。排ガス１５が矢印のように電極１１、１３の間を流れている状態において、この交流電圧が印加されると、放電が発生する。
【００１６】
この電極１１、１３に開ける長穴１６の形状は原理的にはどのような形であってもよく、電極の実質的な面積が小さくなればよい。例えば、丸穴を複数開けてもよいし、角穴を複数開けても良い。要は、電極の実質的な面積が小さくなればよい。しかし、対向する電極１１、１３の間の静電容量を小さくする効果を持たせるためには、穴の径等が、電極間距離よりも十分大きくないと、静電容量が小さくなるという効果は十分得られない。静電容量を小さくするという効果を得るためには、穴の径や大きさは、実用的には、電極間距離の数倍以上は必要である。
【００１７】
また、対向する平板電極１１、１３の間の静電容量を小さくすることだけが目的ならば、穴の形状は原理的にはどのような形であってもよい。しかし、狭い電極１１、１３の間に排ガス１５を流すためには、放電部の圧力損失をできるだけ小さくすることが望ましい。この排ガスの流れによる圧力損失を下げるためには、平板電極１１、１３の間の距離を広くするほうがよいが、放電電圧が高くなり、電源装置１４が大型になってしまう。
【００１８】
このためには、電極の間の距離は小さくする必要がある。上述のように、狭い電極の間の距離であっても排ガス１５の流れによる圧力損失を下げるためには、穴の形状にも工夫が必要である。排ガス１５の流れの中に、棒や板が置かれていると、棒や板の前後で渦が発生して圧力損失の原因となる。このためには、本図に示すように、電極に設けた複数の長穴１６の形状を楕円又は長方形等の長穴とし、長穴１６の長軸方向が電極間を流れるガスの流れ方向にほぼ平行になるようにする。
【００１９】
さらに、この電極１１、１３の構成材料としては、ステンレス鋼、インコネル、ハステロイ等の耐食性の高い金属を用いることが好適である。
【００２０】
このように構成された本実施の形態において、電極１１、１３の内、少なくとも片側の平板電極に複数の長穴１６を開けた電極で構成される。このように形成することにより、排ガス１５による渦の発生が長穴の前後のみとなり、渦の発生量を最小限に抑制することができ、圧力損失を下げることが可能となるからである。こうして、対向する２枚の電極１１、１３の間の距離を狭くしても静電容量を抑制できる電極構成を得ることができる。
【００２１】
本実施の形態によれば、上記の長穴１６の前後のみで渦が発生するようになり、渦の発生量を最小限に抑えることができ、圧力損失を下げることが可能となる。このようにして、電極１１、１３に係る実質的な電極面積が小さくなり、対向する電極間の静電容量を小さくすることができる。こうして、放電が不安定になりやすいガス条件であっても安定に放電を持続できることにより、放電の印加電圧を下げ且つ電極間の静電容量を下げることができる。このようにして、電源の小型化及び低コスト化を達成できる。また、この排ガス処理装置及びその処理方法は、自動車の排ガス処理をはじめ各種分野における排ガス処理や脱臭処理への応用が可能となる。
【００２２】
また、この実施例において、一方の電極板１３ａを誘電体１９、１９で挟んで製作した平板電極１３を使用したが、放電が安定につくならば必ずしも誘電体１９で挟む必要はない。平板電極１１、１３間の静電容量を下げ、且つ圧力損失を下げられることが重要である。
【００２３】
図３は、本発明の他の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図である。本図は、図１の構成の平板電極１１を直線状の細線１７で構成される電極１２に置き換えたもの示し、主に、図１と相違する構成について説明する。
【００２４】
本図に示すように、バリヤ放電方式による排ガス処理装置は、２枚の平板電極１２、１３から構成される。一方の平板電極１３は、図２に示す誘電体１９、１９で挟んで製作される。この２枚の平板電極電極の他方１２は、一例として、静電容量を小さくするために直線状の細線１７又は棒で構成される。この直線状の細線１７は対向する平板電極１３に平行に並設され、さらに細線１７同士がお互いに平行に並設するように構成されている。さらに、細線１７の方向がガスの流れ１５の方向にほぼ平行になるように配置される。
【００２５】
この平板電極１２を細線１７で構成するときも、構成の形状には特に制限はない。要は、電極の実質的な面積が小さくなればよい。例えば、直線状の細線又は細い棒を、複数並べて電極を作っても良いし、メッシュ状金属材料で構成してもよい。
【００２６】
なお、細線１７の並設する間隔やメッシュの粗さ等が、電極１２、１３の間の距離よりも十分大きくないと、静電容量が小さくなるという効果は十分には得られない。具体的には、十分な効果を得るためには、細線１７の並設する間隔等の大きさは、電極１２、１３の間の距離は数倍以上は必要である。
【００２７】
このように構成された本実施の形態において、細線１７の方向が排ガス１５の流れ方向にほぼ平行に並ぶように構成することにより、細線１７を固定する両端の支持部のみで排ガスの流れによる渦が発生するようになる。このようにして、排ガス１５の流れによる渦の発生量を最小限に抑えることができ、圧力損失を下げることが可能となる。また、電極１２、１３の内、少なくとも片側の電極に、細線１７で構成した電極を用いることにより、対向する２枚の電極間距離を狭くしても静電容量を小さくできる。
【００２８】
本実施の形態によれば、電極１２、１３に係る実質的な電極面積が小さくなり、対向する電極間の静電容量を小さくすることができる。このようにして、放電が不安定になり易いガス条件でも安定して放電を持続できることにより、放電の印加電圧を下げ且つ電極間の静電容量を下げることにより、電源の小型化及び低コスト化を達成できる。
【００２９】
図４は、本発明のさらに他の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図である。本図は、図１の構成の平板電極１１、１３を複数段並設して構成される実施の形態を示し、主に、図１と相違する構成について説明する。
【００３０】
図４に示すように、この多段排ガス処理装置は、対向する２枚の平板電極１１、１３から構成される排ガス処理装置を５段併設して構成される。例えば、一方の平板電極１３は、図２に示すように、電極板１３ａを誘電体１９、１９で挟んで製作される。これに対向する平板電極１１は、静電容量と圧力損失を下げるために電極１１に複数の長穴１６を開けて製作される。このように構成された排ガス処理装置は、複数の穴を開けた平板電極１１と誘電体１９、１９の板で平板電極板１３ａを挟んで製作した平板電極１３を互いに交互に対向させるように多段に積み重ねて構成される。それぞれの平板電極１１、１３の間を排ガス１５が流れる。
【００３１】
本実施の形態において、大量の排ガス１５を処理することが可能となる。図１に示すように、各排ガス処理装置は、高周波数電源１４からの導線１８が接続されて交流電圧が印加される。このため、排ガス１５が矢印のように電極１１、１３の間を流れている状態で、複数の穴を開けた平板電極１１をすべて同一電位となる。また、誘電体１９で挟んで形成した平板電極１３も同一電位となる。
【００３２】
また、電源の容量が小さいときは、複数の穴を開けた平板電極１１と誘電体１９で挟んで形成した平板電極１３を互いに交互に対向させるように多段に積み重ねたものの一部を1組のブロックとして電源に接続して、別のブロックを別の電源に接続してもよい。または、複数の穴を開けた平板電極１１と誘電体１９で挟んで形成した平板電極１３の１組毎に別々の電源に接続してもよい。
【００３３】
また、本実施の形態において、図１に示す複数の長穴１６を開けて構成する平板電極１１の代わりに、図３に示す細線１７で構成された平板電極１２を適用して、誘電体１９で挟んで構成しで平板電極１３を互いに交互に対向させるように多段に積み重ねて構成することもできる。この場合も、それぞれの平板電極１２、１３の間を排ガスが流れる構成とする。
【００３４】
このような構成とすることにより、排ガスを大量に処理することが可能となる。
【００３５】
また、排ガス１５の処理量を増加するには、放電部における放電入力を大きくする必要がある。このためには、放電電流を大きくとることが必要とされる。この放電電流を大きくするためには、１つの手段として、電源の周波数を高くして対応することが挙げられる。しかし、周波数を高くすると、プラズマの特性が変化してしまい、排ガスの処理性能が変化してしまう恐れがある。最適な周波数の値は数百Ｈｚ〜数十ｋＨｚと考えられる。
【００３６】
周波数を固定した場合に、放電電流は、平板電極１１を構成する誘電体１９で挟まれた電極板１３ａの面積の大きさによりほぼ決定される。誘電体１９で覆われていない平板電極１１の面積はあまり影響を与えない。すなわち、誘電体１９で電流密度が制限されるためである。
【００３７】
この観点からも、誘電体１９で覆われていない平板電極１１の実質的な面積を軽減し、誘電体１９で挟まれた平板電極１３の面積を軽減しないような構造とすることが望ましい。
【００３８】
また、電極に複数の長穴１６を開けて構成した平板電極１１又は細線１７で構成した平板電極１２を採用することにより、電極全体の大きさを変更せずに、実質的な電極面積を軽減することができる。この電極面積を軽減することにより、平板電極１１、１２と平板電極１３との間の静電容量を軽減することができる。
【００３９】
図５は、図３の平板電極近傍に係る電界強度の計算結果を示すグラフである。
【００４０】
電源を小型化するためには、放電電圧を下げることが効果的である。電極間の距離一定のときに、放電電圧を降下するための一つの方法として、電極近傍の電界を高める方法がある。この電極近傍の電界について検討する。
【００４１】
本図において、○印は、細線１７を並設して構成した平板電極１２に係る細線１７近傍の電界強度の計算例を示す。比較例として、●は、従来の平板電極と平板電極との組み合わせに係る電界強度の計算例を示す。本図から、細線１７を並設して構成した平板電極１２に係る電界強度の方が、従来の平板電極と平板電極との組み合わせに係る電界強度より２倍以上の高電界が得られることが分かる。
【００４２】
本実施の形態によれば、バリヤ放電方式に係り放電型排ガス処理装置において、電極近傍の電界を高めることにより、放電が不安定になり易いガス条件でも安定して放電が持続される。さらに、放電に係る印加電圧を下げ且つ平板電極の間の静電容量を下げることにより電源の小型化と低コスト化を達成できる。このため、自動車の排ガス処理をはじめさまざまな排ガス処理や脱臭処理への応用が可能となる。
【００４３】
さらに、本発明は、上述したような各実施の形態に何ら限定されるものではなく、第２の平板電極１２を構成する細線をステンレス鋼製の金網に変更してもよく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図。
【図２】図１の平板電極を誘電体で挟んで製作した構成を示す斜視図。
【図３】本発明の他の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態の排ガス処理装置の構成を示す斜視図。
【図５】図３の細線による平板電極近傍に係る電界強度の計算結果を示すグラフ。
【図６】従来の排ガス処理装置の構成を示す斜視図。
【符号の説明】
【００４５】
１１、１２…第２の平板電極、１３…第１の平板電極、１３ａ…電極板、１４…高周波電源、１５…排ガス、１６…長穴、１７…細線、１８…導線、１９…誘電体。
【図１】
0004703309.tif 000002
【図２】
0004703309.tif 000003
【図３】
0004703309.tif 000004
【図４】
0004703309.tif 000005
【図５】
0004703309.tif 000006
【図６】
0004703309.tif 000007