(57)【要約】【課題】低温領域において排ガスを高効率により浄化する排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法を提供する。また、低温領域で排ガスを高効率で浄化して、低コスト化及び装置の長寿命化を実現した排ガス浄化システムを提供する。【解決手段】第一の電極６と、第一の電極６に対向して配置された第二の電極７と、電極対向面側の第一の電極６又は第二の電極７のいずれか一方の面に形成された誘電体８と、電極対向面側に配置された電極６（７）及び誘電体８の少なくとも一方の面に、所定の周期間隔をあけて溝又は細孔１４が形成された微小規則構造体１５と、第一の電極６と第二の電極７との電極間に電圧を印加する電圧印加手段３と、電極間に所定の磁場パターンを生成する磁場生成手段４と、を備え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】
第一の電極と、前記第一の電極に対向して配置された第二の電極と、前記電極対向面側の前記第一の電極又は第二の電極のいずれか一方の面に形成された誘電体と、前記電極対向面側に配置された電極及び誘電体の少なくとも一方の面に、所定の周期間隔をあけて溝又は細孔が形成された微小規則構造体と、前記第一の電極と第二の電極との電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電極間に所定の磁場パターンを生成する磁場生成手段と、を備えることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記電圧印加手段は、高周波電源であることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記磁場生成手段は、鉄心と、この鉄心の外周面に巻かれた電磁コイルと、前記鉄心及び電磁コイルに接続されたヨークから形成される電磁石と、前記電磁石に電流を流すための電源と、を備えることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記磁場生成手段により生成される磁場の強さは、０.０１Ｔ≦磁場の強さ≦１００Ｔの範囲であることを特徴とする請求項１又は３記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記電磁石に電流を流すための電源は、交流電源であることを特徴とする請求項３記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記第一の電極及び第二の電極は、Al、Al酸化物、Ti及びTi酸化物の中から選択される少なくとも１種の材料から形成されることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記微小規則構造体の溝又は細孔は、前記電極又は誘電体を陽極酸化法、ゾルゲル法、エッチング処理法、レーザ照射処理、材料の急冷処理又はこれらを組み合わせて処理して形成されたものであることを特徴とする請求項１記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記誘電体は、ペロブスカイト酸化物、アルミナ及びジルコニアの中から選択される１種又は２種以上を組み合わせた材料から形成されることを特徴とする請求項１又は７記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
対向して配置した電極間に電圧を印加すると共に、前記電極間に磁場を生成しておき、この電極間に排ガスを導入して、前記排ガスの原子又は分子をプラズマ放電し、前記電極対向面側に所定の周期間隔により形成した溝又は細孔から構成される微小規則構造体により、前記電極間のプラズマ放電により発生した光及び電子を含む電磁波を反射させたことを特徴とする排ガス浄化方法。
【請求項１０】
対向して配置された第一の電極及び第二の電極のいずれか一方の電極対向面側に誘電体を形成すると共に、前記電極対向面側の電極及び誘電体の少なくとも一方の面に、所定の周期間隔により溝又は細孔が形成された微小規則構造体を有し、
前記電極間に電圧を印加すると共に前記電極間に生成される磁場領域内に排ガスを導入してプラズマ放電することにより排ガスを浄化処理する排ガス浄化装置と、  
前記排ガス浄化装置の前記電極間に排ガスを供給するガス供給装置と、
を備えることを特徴とする排ガス浄化システム。
【請求項１１】
さらに、前記排ガス浄化装置内に導入した排ガスを浄化する際に、前記排ガス浄化装置内の電極間に印加する電圧と、前記磁場生成手段により生成される磁場パターンと、前記ガス供給装置から前記排ガス浄化装置内に供給するガス流量と、を少なくとも制御する制御装置を備えることを特徴とする請求項１０記載の排ガス浄化システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等の移動体車両から排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置、排ガス浄化方法及び排ガス浄化システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、全世界的な環境意識の高まりにより、自動車等の排ガス規制が強化されており、エンジンシステムを改善すると同時に、排ガスを浄化する自動車触媒の性能向上を図る研究が種々行われている。
【０００３】
従来の排ガス浄化触媒は、安定な基盤であるアルミナ表面上に、ナノメートル程度の貴金属粒子を多量に担持させたものであり、貴金属粒子として、主に、白金（Pt）、パラジウム（Pd）及びロジウム（Rh）を使用していた。しかし、自動車の寿命に応じた触媒性能を確保するためには多量の貴金属が必要となり、これらの貴金属は、非常に高価であると共に資源の枯渇が懸念されているため、多量の貴金属の使用が困難となりつつあった。
【０００４】
そこで、上述の排ガス浄化触媒とは異なる材料を使用して、排ガス中のNOXを分解する排気ガス浄化用リアクターが開示されている（特許文献１参照）。本排気ガス浄化用リアクターは、CeO2-Y２O３やZrO2-Y２O３等の電気化学的な固体酸化物から構成される酸素イオン伝導体の表面上に陽極と陰極とを各々構成し、陽極と陰極とに導線を接続して閉回路を形成すると共に、排ガスを浄化する触媒成分から陽極及び陰極を形成し、陽極及び陰極の表面上で排ガスを浄化している。本技術によれば、高いNOX分解性能を得られるが、一方において、材料製作に高いコストが要求される。また、酸素イオン伝導体中で酸素を伝導して排ガスを浄化するため、排ガスを高温度にする必要があった。
【０００５】
このため、上述した固体酸化物を利用して排ガスを処理する方法とは異なり、プラズマを利用してNOX等を分解処理する排ガス処理装置が各種開発されている。
【０００６】
例えば、第一の平板型電極及び第二の平板型電極を対向して配置し、両電極間に誘電体を介装すると共に、両電極間に電位差を付与する電位差付与手段を備えた構成を有し、両電極の表面上に金属微粒子を分散析出させて、高電圧を印加することにより複合バリア放電を発生させ、プラズマを利用して排ガスを処理するプラズマ分解装置が開示されている（特許文献２参照）。本プラズマ分解装置によれば、分解エネルギが比較的高く、一般的に安定しているＮＯ2、ＣＯ2等の排ガスを効率良く処理することができる。
【０００７】
また、半導体製造の技術分野においても、プラズマ処理装置が使用されており、半導体デバイスの製造プロセス中のエッチングプロセス、ＣＶＤプロセス等の各プロセスにおいて、このプラズマ処理装置が使用されている。より具体的に説明すると、プラズマ処理装置は、反応室の側壁外部に対向する一対の対向電極及び永久磁石を有しており、対向電極は、その間に誘起された電場がウエハ載置台に載置したウエハ平面に対して略平行となるように配置され、永久磁石は、その磁場がウエハ平面に略垂直となるように配置されている（特許文献３参照）。本プラズマ処理装置によれば、対向電極間に高周波電源から高周波を印加して、反応ガスのプラズマを形成すると共に、永久磁石によりプラズマを高密度化して、均一かつ安定に高密度のプラズマを形成することができる。
【０００８】
さらに、プラズマ発生装置と再結合防止装置とを備えた有害ガスの分解除去装置が開示されている（特許文献４参照）。有害ガスの分解除去装置は、プラズマ発生装置内の一対の電極に、交流電圧や直流電圧を印加してプラズマを発生させて、発生させたプラズマ中において有害ガスを実質的に原子状分解成分に分解し、磁界を付与する再結合防止装置により、プラズマ中の原子状分解成分同士の再結合を防止している。上記プラズマ発生装置として、例えば、プラズマを極性化する直流電圧印加用の電極又は電磁石を備えた装置が使用されている。本有害ガスの分解除去装置によれば、有害ガスを効率良く分解し、除去することができる。
【特許文献１】特開平２００３−１８１２４６号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平２００１−３１４７５３号公報（第３頁、第１図）
【特許文献３】特開平５−１３３７３号公報（第３頁、第１図）
【特許文献４】特開平２００３−７１２７６号公報（第３頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前述した特許文献２に記載のプラズマ分解装置は、一般的に安定しているＮＯ2、ＣＯ2等の排ガスを効率良く処理できるという利点を有するが、依然として、分子の解離及び結合までを制御することは難しいので、大幅な排ガス処理の効率向上は望めなかった。
【００１０】
また、前述した特許文献３記載のプラズマ処理装置では、電極間に磁場を生成してプラズマ中の電子とガス分子との衝突回数を増大させてプラズマを高密度化できたが、依然として、大幅なガスの処理効率向上は望めなかった。
【００１１】
さらに、前述した特許文献４に記載のプラズマ処理装置では、プラズマ発生装置により有害ガスを分解して原子状分解成分を生成し、磁界を付与する再結合防止装置により原子状分解成分の再結合を抑制及び防止できたが、前述したように、大幅なガスの処理効率向上は望めなかった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、対向して配置した電極間に電圧を印加して、電極間に導入した被反応分子からプラズマを発生させて、電極間に磁場パターンを形成することによりプラズマを高密度化することができる。また、プラズマ放電により発生したプラズマ光及び電子を含む電磁波を、溝又は細孔を形成した微小規則構造体で回折反射あるいは散乱反射させて、位相の揃った電磁波をガス流路に導入することにより、回折反射あるいは散乱反射光により分子の励起を起こすだけでなく、原子及び分子の衝突状況を変化させて終状態に到る反応過程の遷移状態への経路を制御することができる。この結果、被反応分子の解離を促進し、発生したイオンや電子間の衝突及び再結合の効率を向上させて、排ガス浄化の処理効率を高めたものである。
【００１３】
すなわち、第１の発明である排ガス浄化装置は、第一の電極と、前記第一の電極に対向して配置された第二の電極と、前記電極対向面側の前記第一の電極又は第二の電極のいずれか一方の面に形成された誘電体と、前記電極対向面側に配置された電極及び誘電体の少なくとも一方の面に、所定の周期間隔をあけて溝又は細孔が形成された微小規則構造体と、前記第一の電極と第二の電極との電極間に電圧を印加する電圧印加手段と、前記電極間に所定の磁場パターンを生成する磁場生成手段と、を備えることを要旨とする。
【００１４】
また、第２の発明である排ガス浄化方法は、対向して配置した電極間に電圧を印加すると共に、前記電極間に磁場を生成しておき、この電極間に排ガスを導入して、前記排ガスの原子又は分子をプラズマ放電し、前記電極対向面側に所定の周期間隔により形成した溝又は細孔から構成される微小規則構造体により、前記電極間のプラズマ放電により発生した光及び電子を含む電磁波を反射させたことを要旨とする。
【００１５】
さらに、第３の発明である排ガス浄化システムは、対向して配置された第一の電極及び第二の電極のいずれか一方の電極対向面側に誘電体を形成すると共に、前記電極対向面側の電極及び誘電体の少なくとも一方の面に、所定の周期間隔により溝又は細孔が形成された微小規則構造体を有し、前記電極間に電圧を印加すると共に前記電極間に生成される磁場領域内に排ガスを導入してプラズマ放電することにより排ガスを浄化処理する排ガス浄化装置と、前記排ガス浄化装置の前記電極間に排ガスを供給するガス供給装置と、を備えることを要旨とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の排ガス浄化装置によれば、対向配置した電極間に存在する排ガスをプラズマ化し、電極間に磁場を生成してプラズマを高密度化しただけでなく、プラズマ化により生成した光及び電子を含む電磁波を微小規則構造体で回折反射あるいは散乱反射させて、電子間の衝突及び再結合を促進したため、排ガスの浄化処理効率を向上することができる。
【００１７】
本発明の排ガス浄化方法によれば、低温領域で排ガスを浄化できるため、高温熱源が不要となり、低コスト化を実現することができる。
【００１８】
本発明の排ガス浄化システムによれば、低温領域で排ガスをプラズマ化して高効率で浄化できるため、低コスト化及び装置の長寿命化を実現することができると共に、高温熱源が不要となり、燃料電池を動力源とする移動体車両等に搭載することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施の形態に係る排ガス浄化装置、排ガス浄化方法及び排ガス浄化システムについて、第１実施形態及び第２実施形態を用いて説明する。
【００２０】
＜第１実施形態（図１、図２）＞
本実施形態では、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化装置及び排ガス浄化方法について、図１及び図２を用いて説明する。
【００２１】
図１は、排ガス浄化装置を概略的に示す構成図である。図１に示すように、排ガス浄化装置１は、導入される排ガスを浄化処理する装置であり、基本的に、対向して配置された電極対２と、電極対２に電圧を印加する電圧印加手段３と、電極対２の間に磁場を生成する磁場生成手段４と、を備えている。また、電圧印加手段３及び磁場生成手段４には、排ガス浄化装置１の外部に設置された制御装置５に接続されている。
【００２２】
図２は、排ガス浄化装置１のより詳細な構成を示す図である。図２に示すように、排ガス浄化装置１は、第一の電極６と、第二の電極７とが対向して配置され、第一の電極６及び第二の電極７に電圧を印加する電圧印加手段３としての高周波電源を接続している。電極６,７間の第二の電極７上に誘電体８を形成し、第一の電極６と誘電体８との間に排ガスを流通させる排ガス流路９を形成している。
【００２３】
図２に示す排ガス浄化装置１には、図１に示した磁場生成手段４として、鉄心と、鉄心に巻かれた電磁コイルと、により構成される磁場発生部１０a,１０bを備えており、磁場発生部１０a,１０bにヨーク１１を接続して電磁石を構成し、さらに図示しない電源を接続して電磁石に電流を流している。電磁コイル内に電流を流すための電源としては、交流電源を使用することが好ましく、交流磁場を生成するための交流電源の周波数は、消費電力を考慮すると、１[Hz]≦周波数≦１[KHz]の領域とすることが好ましい。なお、ここでは、周波数６０[Hz]の交流電源を接続した。
【００２４】
さらに、電圧印加手段３として、低温プラズマ（非平衡プラズマ）を生成するのに最適な高周波電源を使用したが、電圧印加手段３は高周波電源に限定されるものではなく、直流電源又は交流電源を使用しても良い。ここで、電圧印加手段３として高周波電源を使用する場合は、電圧を５００[V]≦電圧≦２０[kV]の範囲の領域とし、周波数を０.１[KHz]≦周波数≦５００[KHz]の領域とすることが好ましい。
【００２５】
また、上記排ガス浄化装置１には、図１に示した制御装置５が設置されており、制御装置５は、各電極６,７を制御する電極制御手段１２と、電磁石を制御する電磁石制御手段１３と、を備える。プラズマ状態の原子及びイオンの衝突が、目的とする反応生成物や高い反応率を得るために、磁場生成手段４により生成される磁場の強さは、０．０１[T]≦磁場の強さ≦１００[T]の範囲とすることが要求される。なお、磁場生成手段４は、上記構成に限定されるものではなく、永久磁石と上記電磁石とを混合して構成したものであっても良い。
【００２６】
排ガス流路９に面した第一の電極６及び誘電体８の面には、所定の周期間隔により溝１４を形成した微小規則構造体１５を構成している。なお、溝１４ではなく、所定の周期間隔により細孔を形成して微小規則構造体を構成しても良い。微小規則構造体として、所定の周期間隔を変えて溝又は細孔を形成することにより、選択した特定の波長域の光を含む電磁波を回折反射あるいは散乱反射させて、位相の揃った特定の波長域の電磁波をガス流路９内に導入することができる。
【００２７】
上記排ガス浄化装置１の電極対２間に形成した微小規則構造体１５における溝１４又は細孔１４の所定の周期間隔は、１[nm]≦周期間隔≦１０００[μm]を満たす範囲とすることが好ましい。ここで、所定の周期間隔とは、溝１４を形成した微小規則構造体１５の場合には、隣接する溝１４同士の溝幅中央位置までの距離を意味し、細孔１４を形成した微小規則構造体の場合には、隣接した２つの細孔の中心位置からの距離を意味する。所定の周期間隔を本範囲に規定したが、所定の周期間隔が１[nm]未満になると、安定した周期を持つ微小規則構造体１５とすることが困難であり、一方、所定の周期間隔が１０００[μm]を超えると、電極間の電場パターンの周期が大きすぎて局所的に電場が不均一となり、その結果、反応制御が難しくなるからである。より好ましい溝又は細孔の所定の周期間隔は、１０[nm]≦周期間隔≦１０[μm]を満たす範囲である。本範囲に規定することにより、紫外線から近赤外線までの領域の光を所定の周期間隔により形成された細孔又は溝により光を回折反射あるいは散乱反射させて、効率良く排ガスを浄化することができる。なお、ここでは、細孔１４の周期間隔を１００[nm]として、発生したプラズマ光中の紫外線領域に対応する光を回折反射あるいは散乱反射したものである。
【００２８】
また、第一の電極６及び誘電体８の表面に形成する細孔の直径又は溝幅は、各々１[nm]≦細孔の直径≦１０００[μm]、あるいは１[nm]≦溝幅≦１０００[μm]の範囲とすることが好ましい。本範囲に規定したのは、細孔の直径又は溝幅が１[nm]未満になると原子や分子のサイズとなり、表面に形成された細孔又は溝１４の形状を保持することが困難となるからであり、一方、細孔の直径又は溝幅が１０００[μm]を超えると電場パターンの制御が難しく、原子や分子の素反応を制御することができないからである。より好ましい細孔の直径又は溝幅は、１０[nm]≦直径≦１０[μm]、あるいは１０[nm]≦溝幅≦１０[μm]の範囲である。本範囲に規定することにより、金属表面上に形成された微小規則構造体で紫外線から近赤外線までの領域の光を回折反射あるいは散乱反射することができる。
【００２９】
次に、上記排ガス浄化装置１の構成材料について説明する。
【００３０】
第一の電極６及び第２の電極は、Al、Al酸化物、Ti及びTi酸化物の中から選択される一種の材料から形成することが好ましい。例示した材料は、自己組織化により金属表面上に微小規則構造体を容易に形成することができるからである。
【００３１】
誘電体８は、ペロブスカイト酸化物、アルミナ及びジルコニアの中から選択される１種又は２種以上を組み合わせた材料から構成することが好ましい。特に、電源の周波数が低周波領域としても適用できるペロブスカイト酸化物を使用することが好ましく、例えば、BaTiO3,SrTiO3,LiTaO3,YMnO3,PbZrO3/PbTiO3等の酸化物を挙げることができる。例示した材料から誘電体８を構成することにより、耐熱性を高めることができる。
【００３２】
上記電極６及び誘電体８の表面上に形成された微小規則構造体１５の溝１４は、陽極酸化法、ゾルゲル法、エッチング処理、レーザ照射処理、材料の急冷処理又はこれらを組み合わせて形成することが好ましい。
【００３３】
上記排ガス浄化装置１に適用される電極６,７及び誘電体８は、以下に示す方法を用いて製造することができる。まず、Al電極の製造方法について説明する。
【００３４】
Al電極を硫酸の電解液中でプラスに分極し、陽極酸化を開始する。陽極酸化すると、Al電極の表面上に多孔性のアルミナの酸化皮膜が形成される。Al電極表面上の酸化皮膜は、シリンダ状の細孔が規則的に形成され、陽極酸化が進むにつれて酸化皮膜は成長する。さらに、酸化皮膜の溶解と酸化皮膜の成長とを繰り返して、シリンダ状の細孔は長く成長する。その後、エッチング処理し、アルミナの規則周期に対応した所定の周期間隔により細孔を形成したAl電極とする。このAl電極を使用して、アルミナに形成された規則周期の微小規則構造体に対応して、バリア放電できるだけでなく、酸化皮膜のシリンダ状の細孔の直径及び細孔の周期間隔に応じて、選択された波長域の電磁波を分子に照射することができる。なお、ここで、エッチング処理により酸化皮膜を全部とるのではなく、細孔の底の部分のみが全部溶けた段階で、エッチング処理を終了させ、酸化皮膜が一部残るようにする。この結果、Al電極は、Alがむき出した部分と酸化皮膜が残った部分とができる。このように酸化皮膜が残ったAl電極とした場合であっても、残った酸化皮膜のシリンダ状である細孔の直径、周期間隔及び酸化皮膜の誘電率の値により、選択された波長域の電磁波を分子に照射することもできる。
【００３５】
次に、誘電体の製造方法について説明する。スパッタ蒸着により形成した誘電体表面(BaTiO３)にゾルゲル法を用いて、細孔が周期的に並んだSiO２メソポーラスを形成し、誘電体表面に微小規則構造体を構成した。なお、表面に形成したSiO２メソポーラス内に銅やニッケル等の遷移金属を吸着させても良い。
【００３６】
なお、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化装置１は、図２に示した排ガス浄化装置の構成に限定されるものではなく、以下に示す本発明の排ガス浄化方法を実現できる構成とすれば良く、他の構成としたものであっても良い。
【００３７】
本発明の排ガス浄化方法は、対向して配置した電極６,７間に電圧を印加すると共に電極６,７間に磁場を生成しておき、電極６,７間に排ガスを導入して、排ガスの原子又は分子をプラズマ放電し、プラズマ放電により発生して電子及び光を含む電磁波を電極対向面側に所定の周期間隔により形成した溝１４又は細孔から構成される微小規則構造体１５で反射させて、排ガスを浄化するものである。
【００３８】
以下、排ガス浄化装置１を使用して、より詳細に排ガスを浄化する方法について説明する。
【００３９】
図２に示す構成を有する排ガス浄化装置１の両電極６,７間の排ガス流路９に排ガスaを流通させて、電圧印加手段３である高周波電源から対向する両電極６,７間に電圧を印加すると、大気圧雰囲気下において、排ガス流路９に存在する排ガスaの分子がプラズマ放電して、非平衡プラズマ化（低温プラズマ化）する。プラズマ放電時の被反応分子や原子の電子励起や電子の捕獲に伴い、発光が生じるが、発生した光を含む電磁波は、通常、熱となり外部に放出されてしまう。しかし、図２に示す排ガス浄化装置１内の電極６及び誘電体８の表面に、所定の周期間隔で溝１４を形成した微小規則構造体１５を構成したため、微小規則構造体１５で特定の波長域の光を含む電磁波を選択的に反射し、位相の揃った反射した光を含む電磁波が、対向する両電極６,７間のガス流路９に再び戻る。このため、両電極２,３間に、特定の波長域の光を含む電磁波が照射され、この電磁波のエネルギーに対応する被反応分子の電子励起、振動や回転運動を起こして分子間の結合を切る反応等が起こる。また、磁場生成手段４により電極６,７間に磁場を印加したため、原子や分子の解離及び衝突の管理ができ、電極６,７間に磁場を生成しない場合と比較して、効率良く排ガスを浄化処理することができる。このため、両電極６,７間に、特定の波長域の光を含む電磁波が照射され、被反応分子の振動や回転運動を起こして分子間の結合を切る反応等が起こる。
【００４０】
本実施形態によれば、排ガス浄化装置内の電極間で、被反応分子である排ガスの解離やイオン化を起こして、解離した分子、発生したイオン及び電子間の衝突や再結合を促進することにより、排ガスの浄化処理効率を高めることができる。
【００４１】
また、本実施形態によれば、電極及び誘電体の少なくとも一方の面に微小規則構造体を構成して、電極間に導入される排ガスのプラズマ放電により発生する光及び電子を含む電磁波を微小規則構造体で回折反射あるいは散乱反射させて、特定の波長域における位相の揃った電磁波を電極間に照射して、処理効率を高めることができる。
【００４２】
さらに、本実施形態によれば、両電極間の電場パターンを制御し、終状態に到る反応過程の遷移状態（中間状態）へのパスを制御できるため、電極間に形成するプラズマ密度及び電場パターンを最適化し、原子及び分子の解離及び衝突を管理することにより、排ガス浄化の処理効率を飛躍的に向上することができる。
【００４３】
＜第２実施形態（図３、図４）＞
本実施形態では、図３及び図４を用いて、排ガス浄化システムについて説明する。
【００４４】
図３は、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化システム１６の構成を示す図である。図３に示す排ガス浄化システム１６は、排ガス浄化装置１７を設けており、排ガス浄化装置１７に、ガスを供給するガス供給装置１８を接続しており、さらに、排ガス浄化装置１７に供給するガスと電極間に供給する電圧、前記磁場生成手段４により生成される磁場パターンを制御する制御装置１９を備えている。なお、排ガス浄化システム１６内に設けられた排ガス浄化装置１７は、基本的に、第１実施形態の図２に示した構成の排ガス浄化装置１と同様の装置である。なお、図２に示した排ガス浄化装置１と異なる点は、電圧印加手段３として高周波電源ではなく交流電源を適用したことにある。
【００４５】
制御装置１９は、交流電源を制御して、排ガス浄化装置１７内の第一の電極６及び第二の電極８の両電極間に印加する電圧を制御し、磁場生成手段４である電磁石によって生成させる磁場パターンの制御をすると共に、ガス供給装置１８を制御して、排ガス浄化装置１７内に導入するガスの供給量を制御する装置である。例えば、制御装置１９は、１６ビットマイクロコンピュータを使用して、このコンピュータ内に予め制御プログラムを内蔵したものである。そして、排ガス浄化装置１７内で検出される排ガスの濃度や温度等の検出データを制御プログラムで動作させて得られるガス供給量及び電圧領域等の制御情報をガス供給装置１８及び交流電源に送信し、ガスの供給量と印加する電圧を制御する。
【００４６】
上記構成の排ガス浄化システム１６を使用して、排ガス中のＮＯxの分解を行った。なお、比較例として、第一の電極及び誘電体のいずれの表面にも微小規則構造体を形成しない比較例の排ガス浄化システムを使用して、同一の条件下において、排ガス中のＮＯxの分解を行った。
【００４７】
まず、ＮＯと酸素（Ｏ２）とを含有した混合ガスを排ガス浄化装置１７内に導入し、排ガス中のＮＯxを分解した。より詳細には、初期ガス組成を、１０体積[％]ＣＯ２ ＋１０体積[％]Ｏ２ ＋２００[ｐｐｍ]ＮＯ＋残部Ｎ２として、分解を行った。
【００４８】
上記排ガス浄化システム１６においては、上記組成の初期ガスが排ガス浄化装置１７に導入されると、初期ガス中に含まれる空気中の酸素が活性化され、オゾン(Ｏ３)とラジカル（Ｏ・）とが生じる。オゾン(Ｏ３)とラジカル（Ｏ・）は、さらに、初期ガス中のＮＯと反応して、以下の式１及び式２に示す酸化反応が起こる。
【００４９】
[化学式]
ＮＯ+Ｏ３ →ＮＯ２ +Ｏ２    …（式１）
ＮＯ+Ｏ・→ＮＯ２              …（式２）
上記化学式に示す反応が進行すると、初期ガス中のＮＯは次第に酸化されて、ＮＯ２となる。時間の経過に伴いＮＯとＮＯ２とのガスの割合が変化するが、ガスの割合の変化を観察して、ＮＯとＮＯ２とのガスの割合と、時間遷移との関係を図３に示した。図３に示すように、最初は、ＮＯの割合が多かったが、上記化学式に示す酸化反応が進行するにつれて、ＮＯとＮＯ２との濃度の割合が変化し、次第にＮＯ２ガスの割合が増加していた。
【００５０】
そして、本発明の実施の形態に係る排ガス浄化システム１６の排ガス浄化装置１７内に、初期ガスを導入することにより、ＮＯの９０[％]をＮＯ２に酸化することができた。これに対し、第一の電極及び誘電体のいずれの表面にも微小規則構造体を形成していない比較例の排ガス浄化システムを使用した場合は、ＮＯの７０[％]程度がＮＯ２に酸化されたにすぎず、排ガスの浄化を効率良く行うことができなかった。
【００５１】
なお、本実施形態では使用していないが、ＨＣの活性種とＮＯ２とがAg上で選択的に反応し、ＮＯ２はＮ２に効率よく還元浄化される。このため、Ag触媒を使用して、本発明の実施の形態に係るガス浄化システム１６と組み合わせて使用することにより、効率良くＮＯxを分解することができる。
【００５２】
また、本実施形態では、排ガス浄化システム１６を使用してＮＯxを分解した例を示したが、ＮＯxの分解に限定されず、排ガス中に含有されるＣＯ２等を浄化することも可能であり、本実施形態に係る排ガス浄化システムを適用することにより、効率良く排ガスを浄化することができる。
【００５３】
さらに、本実施形態によれば、非平衡プラズマ（低温プラズマ）を利用して、低温度域で排ガスの浄化ができるため、排ガス浄化装置の構成材料として使用できる材料の選択の自由度が広がる。この結果、排ガス浄化システムの低コスト化を図れると共に、耐久性を確保できるため、自動車等の移動体車両に本排ガス浄化システムを搭載することが可能となる。
【００５４】
なお、上述した第１実施形態及び第２実施形態では、排ガスを浄化する排ガス浄化装置及びこの排ガス浄化装置を適用した排ガス浄化システムとして使用しているが、本発明の排ガス浄化装置は、これに限定されるものではなく、燃料電池車両の燃料となる水素ガスや酸素ガスを得るためのガス改質装置として使用してガスを改質することも可能である。さらに、本発明の排ガス浄化装置を適用して、車室内の脱臭分解装置、有害物質の分解処理装置に代表される各種材料の廃棄処理装置としても適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の第１実施形態における排ガス浄化装置の構成を概略的に示す図である。
【図２】図１に示す排ガス浄化装置の構成を詳細に示す図である。
【図３】本発明の第２実施形態における排ガス浄化システムの構成を概略的に示す図である。
【図４】図３に示す排ガス浄化システムを使用して、ＮＯxを分解した場合の、ＮＯ及びＮＯ２のガス割合における時間遷移図である。
【符号の説明】
【００５６】
１…排ガス浄化装置,
２…電極対, 
３…電圧印加手段, 
４…磁場生成手段, 
５…制御装置
６…第一の電極,
７…第二の電極,   
８…誘電体, 
９…排ガス流路,
１０a,１０b…磁場発生部,
１１…ヨーク
１２…電極制御手段
１３…電磁石制御手段, 
１４…溝又は細孔
１５…微小規則構造体
１６…排ガス浄化システム, 
１７…排ガス浄化装置, 
１８…ガス供給装置, 
１９…制御装置, 
【図１】
2005138055.tif 000003
【図２】
2005138055.tif 000004
【図３】
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【図４】
2005138055.tif 000006