(57)【要約】【課題】  高電圧においても安定な放電を維持するための絶縁構造を有する排ガス浄化プラズマリアクターを提供する。【解決手段】  本発明は、筒状の外周電極２２とこの外周電極２２の中心軸上の中心電極２４とを有する排ガス浄化プラズマリアクターに関する。本発明の排ガス浄化プラズマリアクターは、２枚の環状絶縁性円盤とこの円盤をつなぐ環状の連結部とからなる断面Ｈ型をなす環状絶縁体２７を有し、この環状絶縁体２７が外周電極２２の一部に代わって配置されており、且つ中心電極２４が、環状絶縁体の連結部を通して筒状の外周電極２２内に挿入されていることを特徴とする。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、
２枚の環状絶縁性円盤とこれらの円盤をつなぐ環状の絶縁性連結部とからなる断面Ｈ型をなす環状絶縁体を有し、この環状絶縁体が、前記外周電極の一部に代わって配置されており、且つ前記中心電極が、前記環状絶縁体の連結部を通して前記筒状の外周電極内に挿入されていることを特徴とする、排ガス浄化プラズマリアクター。
【請求項２】
筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、
前記中心電極が前記筒状の外周電極の中心軸に向かう部分において、前記中心電極の排ガス流れ上流側に、前記中心電極と間隔を空けて遮蔽部材が配置されていることを特徴とする、排ガス浄化プラズマリアクター。
【請求項３】
筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、
環状の絶縁体を有し、この環状の絶縁体が、前記外周電極の一部に代わって配置されており、且つ前記中心電極が、前記環状の絶縁体を通して前記筒状の外周電極内に挿入されていることを特徴とする、排ガス浄化プラズマリアクター。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高電圧を利用して内燃機関等からの排ガスを浄化する排ガス浄化プラズマリアクターに関し、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレート：以下「ＰＭ」という。）を除去するための排ガス浄化プラズマリアクターに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境に対する関心の高まりから、内燃機関等からの排ガスの浄化のために様々な浄化装置が検討されている。
【０００３】
ディーゼルエンジンでは、近年特に粒子状物質（パティキュレート、以下では「ＰＭ」とする）の排出を低減することが強く望まれており、ＰＭの除去のためにセラミックハニカムフィルター等のフィルターが用いられている。しかしながらフィルターでは使用時間が経過するにつれ、捕集されたＰＭによりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。
【０００４】
最近ではコロナ放電を利用してプラズマを発生させ、このプラズマによって窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等及び／又はＰＭの浄化を促進する排ガス浄化プラズマリアクターも提案されている。このような排ガス浄化プラズマリアクターは、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭの除去に関して特に有望視されている。
【０００５】
排ガス浄化プラズマリアクターにおいて放電を発生させる機構としては、図１に示すように、筒状の外周電極１２と、この外周電極１２の中心軸上の中心電極１４とを有する機構が考慮される。この排ガス浄化プラズマリアクターの使用においては、これらの電極間にパルス電圧を印加して放電プラズマを発生させ、これらの電極間を流通する排ガス成分を活性化して浄化する。尚、このような排ガス浄化プラズマリアクターにおいては、電極間で安定なバリア放電を発生させるために、外周電極１２上に薄い絶縁性材料を配置することができる。
【０００６】
排ガス浄化プラズマリアクターを実際の車両において使用するために様々な提案がなされており、例えば特許文献１では、装置の異常時又は異常が予想されるときに、電極への給電を遮断し、又は大幅に減少させることが提案されている。
【０００７】
【特許文献１】特開平２００２−２１５４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上述のように、排ガス浄化プラズマリアクターはその実現が待望されているが、実際の使用のためには長期間にわたって安定な放電が維持されることが必要である。従って本発明では、高電圧においても安定な放電を維持するための絶縁構造を有する排ガス浄化プラズマリアクターを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の排ガス浄化プラズマリアクターは、筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、２枚の環状絶縁性円盤とこれらの円盤をつなぐ環状の絶縁性連結部とからなる断面Ｈ型をなす環状絶縁体を有し、この環状絶縁体が、外周電極の一部に代わって、すなわち例えば環状絶縁体の少なくとも一方の円盤に外周電極が接するようにして配置されており、且つ中心電極が、環状絶縁体の連結部を通して筒状の外周電極内に挿入されていることを特徴とする。
【００１０】
この本発明の排ガス浄化プラズマリアクターによれば、排ガス流れ上流側の環状絶縁性円盤によって、中心電極上へのＰＭの堆積を防ぐことができる。これは、堆積したＰＭに通電して中心電極と外周電極又は排気管との間で短絡が起こることを抑制する。
【００１１】
またこの本発明の排ガス浄化プラズマリアクターによれば、中心電極が外周電極内に挿入される箇所において絶縁性材料が環状に存在することによって、中心電極と外周電極とが比較的近い部分及び／又は中心電極の屈折部と外周電極との間の過剰な放電を防止できる。
【００１２】
また本発明の他の排ガス浄化プラズマリアクターは、筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、中心電極が筒状の外周電極の中心軸に向かう部分において、中心電極の排ガス流れ上流側に、中心電極と間隔を空けて遮蔽部材が配置されていることを特徴とする。
【００１３】
この本発明の排ガス浄化プラズマリアクターによれば、遮蔽部材によって、中心電極上へのＰＭの堆積を防ぐことができる。これは、堆積したＰＭに通電して中心電極と外周電極又は排気管との間で短絡が起こることを抑制する。
【００１４】
また本発明の更に他の排ガス浄化プラズマリアクターは、筒状の外周電極とこの外周電極の中心軸上の中心電極とを有する排ガス浄化プラズマリアクターであって、環状の絶縁体を有し、この環状の絶縁体が、外周電極の一部に代わってすなわち例えば環状の絶縁体の少なくとも一方の端面が外周電極と接するようにして配置されており、且つ中心電極が、環状の絶縁体を通して筒状の外周電極内に挿入されていることを特徴とする。
【００１５】
この本発明の排ガス浄化プラズマリアクターによれば、中心電極が外周電極内に挿入される箇所において絶縁性材料が環状に存在することによって、中心電極と外周電極とが比較的近い部分及び／又は中心電極の屈折部と外周電極との間の過剰な放電を防止できる。
【発明の効果】
【００１６】
高電圧においても安定な放電を維持するための絶縁構造を有する排ガス浄化プラズマリアクターを提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排ガス浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１８】
始めに、従来の排ガス浄化プラズマリアクターについて図１を用いて説明する。ここで図１（ａ）は従来の排ガス浄化プラズマリアクターの斜視図であり、図１（ｂ）はこの排ガス浄化プラズマリアクターの横断面図である。
【００１９】
上述のように、従来の排ガス浄化プラズマリアクターでは、筒状の外周電極１２と、この外周電極１２の中心軸上の中心電極１４との間で放電を起こさせ、それによって放電プラズマを発生させている。ここでは、外周電極１２内に中心電極１４を挿入する箇所において、中心電極１４を絶縁材料１６で覆って中心電極１４と外周電極１２とを絶縁することが考えられる。
【００２０】
しかしながらこの場合には、図１（ｂ）で示すように、この絶縁材料１６上にＰＭが堆積すると、外周電極１２と中心電極１４との間にＰＭの経路１８ができ、このＰＭの経路１８を通じて外周電極１２と中心電極１４とが短絡するおそれがある。
【００２１】
本発明の第１の実施形態について図２を用いて説明する。ここで図２（ａ）は本発明の第１の実施形態の斜視図であり、図２（ｂ）はこの第１の実施形態の横断面図である。また図２（ｃ）は、この第１の実施形態の排ガス浄化プラズマリアクターを、矢印１００で示す排ガス流れ方向から見た縦断面図である。
【００２２】
この第１の実施形態の排ガス浄化プラズマリアクターは、２枚の環状の絶縁性円盤とこの円盤をつなぐ環状の絶縁性連結部とからなる断面Ｈ型をなす環状絶縁体２７を有する。またこの環状絶縁体２７は外周電極２２と同軸で接するようにして配置されており、中心電極２４は、連結部を通して外周電極に挿入されている。
【００２３】
この実施形態では、矢印１００で示す方向で導入される排ガス流れに含有されるＰＭは、２８で示すように、断面Ｈ型の環状絶縁体２７の排ガス流れ上流側の絶縁性円盤上に堆積する。従って外周電極２２と、断面Ｈ型の環状絶縁体２７の凹部に位置する中心電極２４との間にはＰＭの経路ができにくく、従ってこれらの電極間の短絡は抑制される。
【００２４】
また外周電極２２内に挿入される中心電極２４は、外周電極２２の中心軸に配置される部分以外を絶縁性材料で被覆することもできる。この実施形態では、環状絶縁体２７によって、中心電極２４の外周電極２２に近い部分２４ａと外周電極２２との間の放電を防止できる。また特に中心電極２４を、環状絶縁体２７と同一の面内において屈折させる場合には、放電を起こしやすい中心電極２４の屈折部２４ｂと、この屈折部２４ｂに比較的近い外周電極２２との間の過剰な放電を防ぐことができる。
【００２５】
本発明の第２の実施形態について図３を用いて説明する。ここで図３（ａ）は本発明の第２の実施形態の斜視図であり、図３（ｂ）はこの第２の実施形態の横断面図である。
【００２６】
この第２の実施形態の排ガス浄化プラズマリアクターでは、中心電極３４が外周電極３２の中心軸に向けて排ガス流路を横断する部分において、中心電極３４の排ガス流れ上流側に、中心電極３４と間隔を空けて遮蔽部材３７が配置されている。ここでは、中心電極３４は随意の絶縁材料３６で被覆されている。
【００２７】
この実施形態では、矢印１００で示す方向で導入される排ガス流れに含有されるＰＭは、３８で示すように、中心電極３４の上流側において遮蔽部材３７に堆積する。従って外周電極３２と、中心電極３４との間にはＰＭ３８の経路ができにくく、従ってこれらの電極間の短絡は抑制される。尚、中心電極３４の上流側において遮蔽部材３７に堆積したＰＭは、定期的にプラズマリアクターを加熱して、及び／又は下記に述べるＰＭ酸化触媒等によって燃焼除去することができる。
【００２８】
尚、この遮蔽部材３７は、中心電極３４上にＰＭが堆積するのを防ぐための任意の形状を有することができ、例えば図４の（ａ）〜（ｄ）の３７ａ〜ｄのような形状を有することができる。すなわち、平板状（３７ａ）であっても、Ｌ字断面を有する形状（３７ｂ）であっても、半円筒状（３７ｃ）であっても、また筒型、特に円筒状（３７ｄ）であってもよい。特に中心電極を囲む筒状の形状（３７ｄ）を有する遮蔽部材は、中心電極へのＰＭの堆積を確実に防ぐために好ましい。
【００２９】
本発明の第３の実施形態について図５を用いて説明する。ここで図５（ａ）は本発明の第３の実施形態の斜視図であり、図５（ｂ）はこの第３の実施形態の横断面図である。また図５（ｃ）は、この第３の実施形態の排ガス浄化プラズマリアクターを、矢印１００で示す排ガス流れ方向から見た縦断面図である。
【００３０】
この第３の実施形態の排ガス浄化プラズマリアクターでは、中心電極５４が外周電極５２の中心軸に向けて外周電極５２内に挿入される部分において、環状の絶縁体５７を有し、この環状の絶縁体５７が、外周電極５２と同軸に配置されている。
【００３１】
中心電極５４は、外周電極５２の中心軸上に配置される部分以外を絶縁性材料で被覆することもできる。しかしながらこの実施形態では、環状の絶縁体５７によって、中心電極５４の外周電極５２に近い部分５４ａと外周電極５２との間の放電を防止できる。また中心電極５４を、環状の絶縁体５７と同一の面内において屈折させる場合には、放電を起こしやすい中心電極５４の屈折部５４ｂと、この屈折部５４ｂに比較的近い外周電極５２の部分との間の過剰な放電を防ぐことができる。
【００３２】
以下では、図２、３及び５に示した本発明の排ガス浄化プラズマリアクターを構成する各部について更に具体的に説明する。
【００３３】
中心電極（２４、３４、５４）は、この中心電極と外周電極との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、なかでも金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的には銅、タングステン、ステンレス、鉄、白金、アルミニウム等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。本発明で使用できる中心電極は、金属性ワイヤが一般的であるが、中空の中心電極を使用することもできる。
【００３４】
外周電極（２２、３２、５２）は、中心電極と同様な材料で製造できる。外周電極としては、排気管自体を接地して用いることもできる。また上述のように、この外周電極の内側に絶縁性材料を被覆又は配置して、中心電極と外周電極との間で安定なバリア放電が起こるようにすることもできる。
【００３５】
外周電極と中心電極のいずれかを接地し、他方を電源に接続して、これらの電極間で放電を発生させることができる。また当然に、外周電極を電源の一方の極に接続し、中心電極を電源の他方の極に接続することもできる。尚、ここで使用される電源は、中心電極と外周電極との間で放電を発生させることができる任意のものでよい。但し一般的には、１０ｋＶ以上の電圧で、０．１ｍ秒以下のパルス電圧を印加する電源が、コロナ放電を良好に発生させるためには好ましい。
【００３６】
遮蔽部材（３７）は任意の材料で作ることができるが、絶縁性材料、例えば石英で作ることが、中心電極と外周電極との間の短絡を防ぐために好ましい。また後に述べるＰＭ酸化触媒の担持のためには、遮蔽部材が焼結体のような多孔質部材（焼結アルミナ、焼結シリカ等）であることが好ましい。尚、環状絶縁体（２７、５７）は任意の様式によって外周電極と接合することができるが、例えば金属である外周電極を、石英のようなセラミック材料の環状絶縁体に溶着させて作ることができる。
【００３７】
好ましくは遮蔽部材（３７）には、ＰＭを燃焼させるためのＰＭ酸化触媒が担持されており、それによって暖機が充分なときにはＰＭを燃焼除去する。ここでこのＰＭ酸化触媒としては、ＣｅＯ2、Ｆｅ／ＣｅＯ2、Ｐｔ／ＣｅＯ2、及びＰｔ／Ａｌ2Ｏ3を挙げることができる。これらの金属酸化物の１種又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。この金属酸化物を遮蔽部材の排ガス流路表面に担持するために、例えばウォッシュコート等の公知の方法を使用することができる。ウォッシュコートにより遮蔽部材に金属酸化物を担持した場合は、その後で焼成を行うことが好ましい。焼成する時の条件は、当業者により公知の条件が使用できるが、例えば４５０〜５５０℃にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の排ガス浄化プラズマリアクターを表す図である。
【図２】本発明の排ガス浄化プラズマリアクターの第１の実施態様を表す図である。
【図３】本発明の排ガス浄化プラズマリアクターの第２の実施態様を表す図である。
【図４】本発明の排ガス浄化プラズマリアクターの第２の実施態様で使用できる遮蔽部材を表す斜視図である。
【図５】本発明の排ガス浄化プラズマリアクターの第３の実施態様を表す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１２、２２、３２、５２…外周電極
１４、２４、３４、５４…中心電極
１６…絶縁性被覆
２７、５７…環状絶縁体
３７…遮蔽部材
１８、２８、３８…堆積したＰＭ
１００…排ガス流れ方向を示す矢印
【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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