(57)【要約】【課題】  放電リアクタ内での放電状態に応じて、適切に電圧を印加できる放電リアクタ用電源の制御方法を提供する。【解決手段】  放電リアクタ（Ｒ）に印加される電圧（１４）及び放電リアクタに流れる電流（１６）から、放電リアクタＲのインピーダンスを求め、このインピーダンスが所定インピーダンスになるように、放電リアクタに印加する電圧を変化させる、放電リアクタ用電源（１２）の制御方法とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電リアクタに印加される電圧及び前記放電リアクタに流れる電流から、前記放電リアクタのインピーダンスを算出し、このインピーダンスが所定の範囲になるように、前記放電リアクタに印加する電圧を変化させる、放電リアクタ用電源の制御方法。
【請求項２】
算出される前記インピーダンスの大きさが所定の値よりも小さくなった場合に、前記放電リアクタに印加する電圧を小さくする、請求項１に記載の制御方法。
【請求項３】
算出される前記インピーダンスの位相が所定の位相よりも遅れている場合に、前記放電リアクタに印加する電圧を大きくする、請求項１又は２に記載の制御方法。
【請求項４】
算出される前記インピーダンスの位相が所定の位相よりも進んでいる場合に、前記放電リアクタに印加する電圧を小さくする、請求項１〜３のいずれかに記載の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電リアクタ、特に内燃機関等からの排ガスを浄化する放電リアクタのための電源の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在では、自動車の排ガス浄化、ゴミ焼却プラントの排ガス浄化、並びに殺菌及び脱臭用オゾン発生等のために、放電を利用した様々な浄化システムが提案されている。特に自動車の排ガス浄化の分野では、放電を排ガス浄化触媒と組み合わせて使用して、ＮＯx、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素成分）及びＰＭ（パティキュレート）を浄化することが知られている。
【０００３】
自動車のような移動媒体で放電リアクタを使用する場合、放電リアクタ自体の性能も重要であるが、どのようにして電源装置を制御するかが、信頼性及びエネルギー効率の観点から重要になってくる。従って従来から、放電リアクタへの給電のための様々な様式及び電源回路が提案されている。
【０００４】
例えば特許文献１では車両走行用動力源としてのエンジンによって、制御用低電圧電力と、放電（プラズマ）リアクタ用高電圧電力とをそれぞれ発生させている。このようなパルス電源を自動車の排ガス浄化のための放電リアクタと組み合わせて使用する場合、特許文献１でも示されるように、排ガス浄化触媒及び／又はエンジンの暖機状態に応じて、給電を断続させ及び／又は調節することが知られている。
【０００５】
また、自家発電装置のような固定式燃焼装置からの排ガスの浄化のための放電リアクタについては、例えば特許文献２及び３で示されている。特に特許文献２では、排ガス中のＮＯx濃度、ＣＯ・ＨＣ濃度及びＯ2濃度、排ガス流量、排ガス温度等に基づいて、放電リアクタに印加する電圧の有無、大きさ、周波数などを決定することを開示している（段落００１６）。
【０００６】
【特許文献１】特開平７−２５３０１４号公報
【特許文献２】特開平７−１３９３３８号公報
【特許文献３】特開平９−２９９７６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来公知のパルス電源を排ガス浄化のための放電リアクタと組み合わせて使用する場合、例えば特許文献１及び２でも示されるように、排ガス浄化触媒及びエンジンの暖機状態、排ガス中のＮＯx濃度、ＣＯ・ＨＣ濃度及びＯ2濃度、排ガス流量、排ガス温度等に基づいて、放電リアクタに印加する電圧の有無、大きさ、周波数などを決定することが知られている。
【０００８】
上記のように排ガス等の状態に応じて放電リアクタに印加する電圧を調節することは、放電による排ガス浄化を良好に行うために好ましい。しかしながらこれらの方法では、放電リアクタ内の状態を検知しておらず、従って放電リアクタや電源の劣化、排ガス条件の変化に応じた最適な印加電圧制御が行えないことがある。
【０００９】
そこで本発明では、放電リアクタの状態、特に放電リアクタ内での放電状態に応じて、適切に電圧を印加できる放電リアクタ用電源の制御方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の放電リアクタ用電源の制御方法は、放電リアクタに印加される電圧及び放電リアクタに流れる電流から、放電リアクタのインピーダンスを算出し、このインピーダンスが所定の範囲になるように、放電リアクタに印加する電圧、例えば電圧の大きさ、パルス幅、パルス周波数を変化させる。
【００１１】
放電リアクタのインピーダンスは、リアクタの状態、特にリアクタ内での放電状態を表すことができる。従って、このインピーダンスが所定インピーダンスになるように放電リアクタに印加する電圧を変化させることによって、放電リアクタや電源の劣化、排ガス条件の変化などに応じて、放電リアクタ内での放電を最適化できる。
【００１２】
本発明の方法の１つの態様では、算出されるインピーダンスの大きさが所定の値よりも小さくなった場合、特に算出されるインピーダンスの大きさが所定の頻度よりも高い頻度で所定の値よりも小さくなった場合に、放電リアクタに印加する電圧を小さくする。
【００１３】
放電リアクタ内での放電がコロナ放電からに火花放電やアーク放電に移行すると、放電リアクタのインピーダンスの値は小さくなる。従って火花放電やアーク放電の発生を示すインピーダンスの値を予め定めておき、放電リアクタのインピーダンスがこの値よりも小さくなったときに放電リアクタに印加する電圧を小さくすると、火花放電やアーク放電の発生によって放電リアクタが劣化することを抑制できる。排ガス温度が低温、例えば１００℃以下のときには、排ガス中の水分が凝集して水となり、リアクタに付着するので、この火花放電やアーク放電の発生が促進されることがある。また、インピーダンス低下の許容頻度又は期間を定めておくと、より適切な制御を達成できることがある。
【００１４】
但し、インピーダンスの低下は、放電リアクタに印加される電圧が小さく、それによってインピーダンスの位相が遅れることによっても起こりうる。従って、必要に応じて、この態様の制御方法を他の制御方法と組み合わせることが好ましい場合もある。
【００１５】
本発明の他の１つの態様では、算出されるインピーダンスの位相が所定の位相よりも遅れている場合に、放電リアクタに印加する電圧を大きくする。本発明の更に他の１つの態様では、算出されるインピーダンスの位相が所定の位相よりも進んでいる場合に、放電リアクタに印加する電圧を小さくする。またこれらの態様を合わせて行って、算出されるインピーダンスの位相が第１の所定の位相よりも遅れている場合に、放電リアクタに印加する電圧を大きくし、また算出されるインピーダンスの位相が第２の所定の位相よりも進んでいる場合に、放電リアクタに印加する電圧を小さくすることもできる。
【００１６】
放電リアクタに印加される電圧が大きいとインピーダンスの位相が進み、また放電リアクタに印加される電圧が小さいとインピーダンスの位相が遅れる。従って、放電リアクタ内での望ましい放電状態に対応するインピーダンス位相として所定のインピーダンス位相又は位相範囲を設定しておき、算出されるインピーダンス位相が所定の位相範囲内に入るように放電リアクタに印加する電圧を調整することによって、放電リアクタに適切な電圧を印加し、放電リアクタでの効率の低下及び／又は放電リアクタの劣化を抑制できる。
【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の制御方法のために使用できる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】
本発明の制御方法に用いることができる装置について、図１を用いて説明する。
【００１９】
図１で示されるように、２点破線で囲まれている本発明の制御方法のために用いることができる装置１０は、放電リアクタＲに印加される電圧を測定する電圧測定部１４、放電リアクタＲに流れる電流を測定する電流測定部１６、高電圧電源１２を制御する制御手段１８を有する。ここで、電圧測定部１４と制御手段１８とは、信号線１５で結ばれており、電流測定部１６と制御手段１８とは、信号線１７で結ばれており、且つ制御手段１８と高電圧電源１２とは、信号線１９で結ばれている。制御手段１８は、電圧測定部１４及び電流測定部１６での測定値から放電リアクタＲのインピーダンスを算出し、これに基づいて、特にインピーダンスの大きさ及び／又は位相に基づいて、放電リアクタＲに適切な電圧が印加されるように高電圧電源１２を制御する。
【００２０】
この放電リアクタのインピーダンスは、放電リアクタＲに印加される電圧及び電流をゲート信号で定められる間にわたって検知し、電圧値を電流値で割って算出することができる。
【００２１】
放電リアクタのインピーダンスの大きさに基づく制御
図１で示す装置１０を使用して、算出されるインピーダンスが所定の値よりも低下したときに放電リアクタに印加する電圧を小さくする場合、図２のフローチャートで示すようにして行うことができる。
【００２２】
ここでは、始めに、放電リアクタＲに印加する電圧の初期値を決定し（Ｓ１０１）、この電圧を放電リアクタに印加する（Ｓ１０３）。この初期電圧の決定においては、排ガス流量、排気管内の温度、湿度等を参照することができる。また、排ガス温度が一定温度以上のときには、放電がなくても排ガスの浄化が達成できるとして電圧を印加しないこともできる。また反対に、排ガス温度が一定温度以下、例えば１００℃以下のときには、排ガス中の水分が凝集して水になり、アーク放電を発生させ、リアクタを劣化させやすいとして、電圧を印加しないこともできる。
【００２３】
次に、電圧測定部１４及び電流測定部１６によって、放電リアクタＲにかかる電圧及び放電リアクタに流れる電流を測定し、これらの値に基づいて、放電リアクタＲのインピーダンスを算出する（Ｓ１０５）。
【００２４】
このステップＳ１０５で得られたインピーダンスの大きさを観察し、この値がコロナ放電ではなく、火花放電やアーク放電の発生を示唆しているか否かを判断する（Ｓ１０７）。このインピーダンスの大きさに基づく放電状態の判断においては、火花放電やアーク放電に対応するインピーダンスの大きさを設定しておき、算出されるインピーダンスがこれよりも小さくなったときに、火花放電やアーク放電が発生していると判断することができる。火花放電やアーク放電に対応するインピーダンスの大きさの設定においては、排ガス中の飽和水蒸気量、排ガス温度、排ガス流量を考慮することもできる。尚、放電リアクタのインピーダンスは、放電がコロナ放電から火花放電やアーク放電に移行すると小さくなるものである。
【００２５】
ステップＳ１０７において、放電リアクタＲ内において火花放電やアーク放電が発生していると判断された場合、更にこの火花放電やアーク放電が許容範囲内であるか否かを判断する（Ｓ１０９）。この火花放電やアーク放電が許容範囲内である場合には、放電リアクタへの電圧の印加を継続する（Ｓ１０３）。また、この火花放電やアーク放電が許容範囲を超える場合には、放電リアクタに印加される電圧を下げて、火花放電やアーク放電を防ぎ、放電リアクタの劣化を抑制し（Ｓ１１１）、その後、低下させた電圧を放電リアクタに印加する（Ｓ１０３）。
【００２６】
放電リアクタのインピーダンス位相に基づく制御
図１で示す装置１０を使用して、測定されるインピーダンスの位相が第１の所定の位相よりも遅れているときに、放電リアクタに印加する電圧を大きくし、またこのインピーダンスの位相が第２の所定の位相よりも進んでいるときに、放電リアクタに印加する電圧を小さくする場合、図３のフローチャートで示すようにして行うことができる。
【００２７】
ここでは始めに、放電リアクタＲに印加する電圧の初期値を決定し（Ｓ２０１）、この電圧を印加する（Ｓ２０３）。この初期電圧の決定は図２のフローチャートのステップＳ１０１に関して示したようにして行うことができる。
【００２８】
次に、電圧測定部１４及び電流測定部１６によって、放電リアクタＲにかかる電圧及び放電リアクタに流れる電流を測定し、これらの値に基づいて、放電リアクタＲのインピーダンスを算出する（Ｓ２０５）。
【００２９】
このステップＳ２０５で得られたインピーダンスの位相を観察し、この位相が所定の位相範囲内、すなわち第１の所定の位相と第２の所定の位相の間にあるかどうかを調べる（Ｓ２０７）。このインピーダンス位相は、放電リアクタ内への適切な電圧印加に対応する位相として設定できる。
【００３０】
算出されるインピーダンス位相が所定の位相範囲内にある場合には、放電リアクタ内において適切な放電が行われていると判断して、放電リアクタへの電圧印加を継続する（Ｓ２０３）。またインピーダンスの位相が第１の所定の位相よりも遅れている場合、放電リアクタに印加される電圧が不足していると判断して、放電リアクタに印加する電圧を大きくし（Ｓ２０９）、増大させた電圧を放電リアクタに印加する（Ｓ２０３）。また更にインピーダンスの位相が第２の所定の位相よりも進んでいる場合、放電リアクタに印加される電圧が過剰であると判断して、放電リアクタに印加する電圧を小さくし（Ｓ２１１）、低下させた電圧を放電リアクタに印加する（Ｓ２０３）。
【００３１】
以下では、図１に示した装置を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００３２】
電圧測定部１４としては、任意の電圧計を使用できるが、放電リアクタにかかる高電圧、例えば数ｋＶ〜５０ｋＶの電圧を測定できるものでなければならない。また、電流測定部１６としては、任意の電流計を使用できるが、電流値の瞬間的な変化に対応できるものであることが好ましい。
【００３３】
制御手段１８は、高電圧電源１２の制御をするためのだけの電子機器であっても、自動車の場合のＥＣＵ（電子制御ユニット）のように、他の機能も有するものであってもよい。
【００３４】
高電圧電源１２は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。この印加電圧及びパルス周期としては、放電を発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧１ｋＶ〜５０ｋＶ及びパルス周期数１０Ｈｚ〜２，０００Ｈｚを使用できる。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧且つ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【００３５】
放電リアクタＲは、任意の放電リアクタでよく、例えばゴミ処理プラントからの排ガス、自動車用エンジンのような内燃機関からの排ガスを処理するための放電リアクタを挙げることができる。これは添付の図４で示すようなものであってもよい。ここで図４の（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ放電リアクタの斜視図及び断面図である。
【００３６】
この図４で示される放電リアクタ６０では、高電圧電源１２に接続されたメッシュ状電極６２と６４との間に、放電空間６６が存在し、放電リアクタで処理される流体がこの放電空間６６を流通するようにされている。
【００３７】
ここでメッシュ状電極６２及び６４は、これら電極間に電圧を印加できる任意の材料で製造できる。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、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。
【００３８】
またメッシュ状電極６２及び６４の間の放電空間６６には、セラミックハニカム担体のような絶縁性担体を配置し、この担体上に排ガス浄化触媒、例えばいわゆる三元触媒、ＮＯx吸蔵還元触媒、又は酸化触媒を担持させることができる。また、放電リアクタ内に排ガス浄化触媒を配置するのに代えて又はこれに加えて、放電リアクタの中、排ガス流れ上流側及び／又は排ガス流れ下流側に排ガス浄化触媒を配置することもできる。
【００３９】
放電リアクタＲは、図５で示すようなものであってもよい。ここで図５（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ放電リアクタの斜視図及び断面図である。この図５で示される放電リアクタ７０は、図４の放電リアクタにおいて放電空間６６の両端のメッシュ状電極６２、６４間に電圧を印加する代わりに、放電空間７６の周囲の筒状外周電極７２と、この筒状外周電極７２の中心に配置された中心電極７４との間に電圧を印加することを除いて、図４の放電リアクタと同様である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、本発明の制御方法を実施するための装置の１つの態様を示す回路図である。
【図２】図２は、本発明の制御方法の１つのフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の制御方法の他の１つのフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の制限方法で給電を制御できる放電リアクタの１つの態様を示す斜視図及び断面図である。
【図５】図５は、本発明の放電リアクタ用電源回路で給電を制御できる放電リアクタの他の態様を示す斜視図及び断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｒ…放電リアクタ
１０…本発明の方法で使用される装置
１２…高電圧電源
１４…電圧測定部
１６…電流測定部
１８…制御手段
６０，７０…放電リアクタ
６２，６４…メッシュ状電極
６６，７６…放電空間
７２…筒状外周電極
７４…中心電極
【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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