(57)【要約】【課題】  排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる排気ガス処理方法および排気ガス処理装置を得る。【解決手段】  排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施する排気ガス処理方法。排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置３と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置４と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置５とを、排気ガスの排気経路に順に備えた排気ガス処理装置。【選択図】        図１
2005105925.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施することを特徴とする排気ガス処理方法。
【請求項２】
ブローバイガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施することを特徴とする排気ガス処理方法。
【請求項３】
燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施することを特徴とする排気ガス処理方法。
【請求項４】
排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置とを、排気ガスの排気経路に順に備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項５】
排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置とを、排気経路に順に備え、かつ、ブローバイガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、上記炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスを上記排気ガスに添加する手段とを備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項６】
排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置とを、排気経路に順に備え、かつ、燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、上記炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質された燃料蒸発ガスを上記排気ガスに添加する手段とを備えたことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項７】
炭化水素改質装置は第１の放電プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項４ないし６の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項８】
第１の放電プラズマ処理装置の処理温度は４００℃より大きく６５０℃以下の範囲であることを特徴とする請求項７記載の排気ガス処理装置。
【請求項９】
排気ガス活性化装置は第２の放電プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１０】
排気ガス活性化装置の処理温度は４００℃以下であることを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１１】
第１の放電プラズマ処理装置は充填層型放電プラズマ処理装置であることを特徴とする請求項７記載の排気ガス処理装置。
【請求項１２】
炭化水素改質装置は触媒式改質装置であることを特徴とする請求項４ないし６の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１３】
触媒式改質装置の処理温度は６００℃以上であることを特徴とする請求項１２記載の排気ガス処理装置。
【請求項１４】
排気ガス活性化装置は排気ガスにオゾンを噴射する手段を有するものであることを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１５】
排気ガス活性化装置は排気ガスに紫外線を照射する手段を有するものであることを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１６】
排気ガス活性化装置は排気ガスに紫外線を照射する手段と光触媒とを有するものであることを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１７】
排気ガス活性化装置に導入される排気ガスを冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１８】
炭化水素改質装置に加熱手段を備えたことを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１９】
炭化水素改質装置の上段に早期活性化触媒式浄化装置を備えたことを特徴とする請求項４ないし７の何れかに記載の排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば内燃機関等から排気される排気ガス中の有害成分を清浄化する排気ガス処理方法および排気ガス処理装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車エンジンから排出される排気ガス中には、有害成分として窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ），炭化水素（ＨＣ）が含まれている。これらの有害ガスを浄化する従来の装置として、次の３つが挙げられる。
１．現在、実用化されている浄化装置の例として三元触媒がある。この触媒にエンジンからの排気ガスを通すことで、有害ガス成分をＨ２Ｏ、ＣＯ２、Ｎ２の清浄なガスに転化する。
２．三元触媒を用いることが困難なガソリン使用のリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンの浄化装置においては、エンジンの排気ラインにプラズマ処理装置を挿入し、該プラズマ処理装置の下流側に触媒式浄化装置を接続した自動車用排ガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
３．放電処理装置の放電電極間に三元触媒やＺＳＭ−５触媒を充填し、放電処理と触媒処理を併用している（例えば、非特許文献１参照）。さらに、放電処理および触媒処理する手前で軽油やガソリン等のタンクから炭化水素を排気ガスに噴射し、炭化水素と排気ガスの混合ガスを放電処理および触媒処理するようにしたディーゼル機関の排気ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
現在、三元触媒を用いることが困難なガソリン使用のリーンバーンエンジンやディーゼルエンジンから排出される有害ガスを低減する浄化装置が望まれている。その浄化装置の例として、上記のように、従来の触媒式浄化装置にプラズマ処理装置を加えたものが公知となっている。
【０００４】
次に、プラズマ処理装置および触媒式浄化装置による清浄化メカニズムについて説明する（例えば、非特許文献２、３参照）。
プラズマ処理装置は放電電極を備えており、この放電電極の間を排気ガスが通過する構造となっている。この排気ガスを放電プラズマ処理することで、排気ガスが次のような放電化学反応の作用を受ける。
まず、排気ガス中の酸素分子や水分子が放電されると次のような解離が生じる。
Ｏ２→２Ｏ＊
Ｈ２Ｏ→Ｈ＊＋ＯＨ＊
このＯ＊とＯＨ＊は有害ガスである炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）と反応して、最終的にホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、二酸化窒素（ＮＯ２）、一酸化炭素（ＣＯ）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）が生じる。
ＨＣ＋Ｏ＊（またはＯＨ＊）→ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ
ＮＯ＋Ｏ＊→ＮＯ２
【０００５】
この放電化学反応で発生したアルデヒド類やＣＯは還元性ガスであり、ＮＯ２は酸化性ガスである。この還元性ガスと酸化性ガスを次段の触媒式浄化装置に通すと、触媒表面で還元性ガスと酸化性ガスが反応して、チッ素（Ｎ２）、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）を生成して清浄化する。
アルデヒド類（またはＣＯ）＋ＮＯ２→Ｎ２、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ（触媒表面）
【０００６】
このように、酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを、反応性の高い還元性ガスと酸化性ガスに転化し、さらに触媒を用いることで排気ガスを清浄化することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平６−３３５６２１号公報（第２頁、第１図）
【特許文献２】特開平６−１０６５１号公報（第３頁、第１、２図）
【非特許文献１】清水一男，小田哲治:「非熱平衡プラズマによる排ガス処理における触媒作用の基礎研究」，静電気学会全国大会講演論文集‘９７（JP），1997，ｐ．２３９−２４２
【非特許文献２】Steven J. Schmieg, Byong K. Cho and Se H. Oh : “Hydrocarbon Reactivity in a Plasma-Catalyst System: Thermal Versus  Plasma-Assisted Lean NOx  Reduction“, SAE  Technical  Paper  Series（EN），2001， 2001-01-3565
【非特許文献３】E A Filimonova, Ytong ho Kim, Sang Hee Hong and Young-Hoon Song : "Multiparametric investigation on NOx removal from simulated diesel exhaust with hydrocarbons by pulsed corona discharge" , Journal of Physics D: Applied Physics（EN）， 2002， vol.35 p.2795-2807
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のようなプラズマ処理装置および触媒式浄化装置による排気ガス処理装置の技術的課題について説明する。本発明者らが放電プラズマ処理の効果を実証したところ、次の２つのことが判明した。
１つ目に、模擬ガスを用いて、ＨＣを不飽和炭化水素であるプロピレンとした場合と、飽和炭化水素であるプロパンとした場合について、放電プラズマ処理によるＨＣとＮＯｘの転化効果を比較したところ、プロピレンを用いた場合のほうがプロパンを用いた場合よりも少ない放電エネルギーで効率良く反応性の高いガスに転化できることが判明した。
２つ目に、実際にガソリン自動車用エンジンを用いて、様々な運転モードにおける排気ガス成分を測定したところ、プロピレンのような不飽和炭化水素が著しく低濃度であり、飽和炭化水素がＨＣ類の大部分を占める運転モードがあることが判明した。またこの様な排気ガス成分であるとき、放電プラズマ処理の効率が低下し、過大な放電エネルギーを投入する必要性が生じた。
【０００９】
本発明者らは、これらの事実から、エンジンの運転モードによって排気ガス中の不飽和炭化水素量が著しく低下して放電プラズマ処理の効率も著しく低下する場合があり、このとき過大な放電エネルギーを消費する問題があることを見出した。したがってこの問題を解決し、効率良く排気ガスを清浄化するということが技術的な課題である。
【００１０】
上記各従来の装置では、何れにおいても、不飽和炭化水素を用いた場合のほうが飽和炭化水素を用いた場合よりも少ない放電エネルギーで効率良く反応性の高いガスに転化できるという、排気ガス中の不飽和炭化水素の働きについては全く言及されておらず、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時の対策が講じられていないので、その時には、過大な放電エネルギーが必要であり、放電プラズマ処理の効率は依然として低いままである。このため、排気ガスを効率良く清浄化することができなかった。
【００１１】
なお、上記従来の放電プラズマ処理および触媒処理する手前で軽油やガソリン等のタンクから炭化水素を排気ガスに噴射して、炭化水素と排気ガスの混合ガスを放電プラズマ処理および触媒処理するものは、軽油やガソリン等をそのまま排気ガスに添加しており、軽油やガソリン中には不飽和炭化水素量がきわめて少ない製品が多いので、その場合には、過大な放電エネルギーが必要であり、放電プラズマ処理の効率は依然として低いままであるという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記のような従来のものの問題点を解決するためになされたものであり、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる排気ガス処理方法および排気ガス処理装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る排気ガス処理方法は、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施するものである。
【００１４】
また、ブローバイガスまたは燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施するものである。
【００１５】
本発明に係る排気ガス処理装置は、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置とを、排気ガスの排気経路に順に備えたものである。
【００１６】
また、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置と、反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する触媒式浄化装置とを、排気経路に順に備え、かつ、ブローバイガスまたは燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、上記炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスまたは燃料蒸発ガスを上記排気ガスに添加する手段とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る排気ガス処理方法においては、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階を備えているので、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。
【００１８】
また、ブローバイガスまたは燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する段階を備えているので、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。さらに、大気環境汚染ガスとなるブローバイガスや燃料蒸発ガスを清浄化することができる。
【００１９】
本発明に係る排気ガス処理装置においては、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置を備えているので、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。
【００２０】
また、ブローバイガスまたは燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置と、上記炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスまたは燃料蒸発ガスを上記排気ガスに添加する手段とを備えているので、排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、排気ガスを効率良く清浄化することができる。さらに、大気汚染の原因となるブローバイガスや燃料蒸発ガスを清浄化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の基本的な構成を示す構成図である。
図１において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、排気ガス改質装置（炭化水素改質装置）３、排気ガス活性化装置４、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。
【００２２】
エンジン１の内部には、シリンダー（図示せず）が数本備えられており、シリンダー内部で燃焼した排気ガスがエンジン１外部に放出される。排気マニホルド２は、これら複数のシリンダーから排気される排気ガスを１本にまとめる排気ガス管である。
１本にまとめられた排気ガスは排気ガス改質装置３に導入され、改質処理を受ける。ここで言う改質処理とは、排気ガス中に含まれる飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に転化（改質）することである。
この後、改質された不飽和炭化水素を含む排気ガスは、排気管８を通過して排気ガス活性化装置４に導入される。この時、排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却される。したがって、排気ガス改質装置３と排気ガス活性化装置４とで排気ガスの処理温度は異なっている。
【００２３】
排気ガス活性化装置４で排気ガスは活性化処理を受ける。ここで言う活性化処理とは、例えばラジカルをこの排気ガス活性化装置４内で生成し、排気ガス中の有害成分をそのラジカルと反応させることである。このラジカル反応の過程で、一部の排気ガス成分は酸化性ガスや還元性ガスに転化する。また別の一部の排気ガスは清浄なガス成分に転化することもある。
ラジカルと反応した排気ガスは、次の触媒式浄化装置５で清浄化処理される。ここで言う清浄化処理とは、排気ガスに含まれる有害ガス成分が清浄な成分、例えばチッ素（Ｎ２）や酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素ＣＯ２に転化することである。この触媒式浄化装置５としては、例えば、従来使用されているような蜂の巣状のセラミック基材に白金などの貴金属触媒を担持したものを排気管の中に充填したものが挙げられる。
触媒式浄化装置５で清浄化された排気ガスはその後消音器６を通過して排気ガス出口７より外部へ排気される。消音器６は排気に伴う騒音を軽減する装置であり、従来から汎用されている装置を用いることができる。
【００２４】
図２に、図１を具体的な構成としたときの一例を示す。本実施の形態では、図１の排気ガス改質装置３を放電プラズマ改質装置（第１の放電プラズマ処理装置）３１とし、排気ガス活性化装置４を放電プラズマ活性化装置（第２の放電プラズマ処理装置）４１とした。放電プラズマ改質装置３１および放電プラズマ活性化装置３２にはそれぞれプラズマ生成制御装置３２および４２を介して高電圧電源（図示せず）が接続されている。プラズマ制御装置３２および４２は、放電プラズマの生成をモニタしたり、エンジンの回転数や排気ガス温度などの情報に基づいたりして、高電圧電源を制御して放電プラズマ改質装置３１および放電プラズマ活性化装置３２の起動停止とプラズマ生成量を制御する。
【００２５】
図３は放電プラズマ改質装置（第１の放電プラズマ処理装置）３１と放電プラズマ活性化装置（第２の放電プラズマ処理装置）４１をさらに具体的に示す一部破断斜視図である。放電プラズマ改質装置３１と放電プラズマ活性化装置４１には共に同じ構造の放電プラズマ処理装置を用いた。ただし前述したように使用温度が異なるため、これらの装置でそれぞれ異なる効果を得ることができる。
排気管２１内部を排気ガスが通過する構造になっており、例えば図の左から右へ排気ガスを通過させることができる。この排気管２１の両端部は、排気マニホルド２や排気管８が接続できるようにフランジ構造になっている。また、この排気管２２の材質は絶縁物であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。
【００２６】
排気管２１の内部には、メッシュ２３で固定された高電圧電極２２が排気管２１と同軸になるように設置されている。高電圧電極２２に電圧を供給するために、高電圧電極端子２２ａと給電端子２２ｂが高電圧ケーブル２６によって接続されている。この給電端子２２ｂはプラズマ生成制御装置とケーブル（図示せず）で接続することができる。
排気管２１の周囲（外周面）には接地電極２４が接触するように取り付けてある。この接地電極２４は固定ネジ２７で締め付けると同時にプラズマ生成制御装置とケーブル（図示せず）で接続することができる。
なお、メッシュ２３の材質は絶縁体であればよく、一つに限定されるものではないが、例えば酸化アルミニウム等のセラミックを用いることができる。
また、高電圧電極２２および接地電極２４の材質は金属であればよく、一つに限定されるものではないが、例えばステンレスを用いることができる。
【００２７】
このように構成された放電プラズマ処理装置において、高電圧電極２２と接地電極２４間に交流高電圧またはパルス状高電圧を印加することで、高電圧電極２２とセラミック製排気管２１の間の空間に無声放電を生成することができる。無声放電が生じる空間のガス流方向の長さは接地電極２４のガス流方向の長さと同じである。つまり、接地電極２４で囲まれた空間内に無声放電が生じる。この放電プラズマ処理装置に導入された排気ガスはメッシュ２３を通過して無声放電空間を通過する。この通過過程で排気ガスは放電プラズマによって化学反応をする。
【００２８】
次に、図３に示した上述の放電プラズマ改質装置３１を用いて排気ガスを改質した実験結果について述べる。
ガソリンを用いたリーンバーンエンジンの排気ガスを次のように模擬した。
プロパン濃度：５０１ｐｐｍ、
Ｏ２濃度     ：１０％、
水分濃度    ：２０，０００ｐｐｍ
この模擬ガスの温度を４５℃から６５０℃に変化させて放電プラズマ改質装置３１に通したところ、温度によってプロパンの改質結果が異なった。
なお、この実験では、放電によって消費された電力をＷ［Ｊ／ｓ］とし、模擬ガスの処理流量をＱ［Ｌ／ｓ］としたときに、排気ガス１Ｌあたりの処理に消費された放電電力Ｗ／Ｑという値で評価した。
【００２９】
排気ガス温度とＷ／Ｑをそれぞれ変化させて実験を行ったところ、図４のような結果を得た。図４は、放電プラズマ改質処理した前後の排気ガスを赤外線吸光光度計で分析した結果である。図４において、横軸は赤外線の波数［ｃｍ−１］を、縦軸は吸光度をそれぞれ表しており、それぞれの実験条件で得られた吸収スペクトルを重ねて図示している。排気ガス中にプロピレンが存在するとき９１４ｃｍ−１付近に吸収ピークが現れ、エチレンの場合、９４８ｃｍ−１付近に吸収ピークが現れる。吸収ピークの高さが高いほど、ガスの濃度が高いことを示している。
図４より、放電プラズマ改質処理していない、つまりＷ／Ｑが０の時、排気ガス温度が４５℃、６００℃ともにエチレンやプロピレンの生成を認めることができなかった。次に排気ガス温度が４５℃で放電を行い、Ｗ／Ｑが２２６Ｊ／Ｌであるときもエチレンとプロピレンの生成を認めることはできなかった。続いて排気ガス温度を６００℃とし、放電を行い、Ｗ／Ｑが５８．５Ｊ／Ｌおよび１１７Ｊ／Ｌとなった場合、プロピレンとエチレンの生成を確認することができた。
【００３０】
次に、Ｗ／Ｑが１２０Ｊ／Ｌのときの各温度（５０℃、１００℃、２００℃、３００℃、４００℃、５００℃、６００℃、６５０℃）におけるエチレンとプロピレンの生成量を測定し、プロパンからエチレンとプロピレンにどれくらい変換（改質）されたかを調べた。この結果を図５に示す。図５において、横軸は温度Ｔ［℃］、縦軸はエチレンとプロピレンに変換されたプロパンの割合である変換率［％］を示している。
図５より、５００℃を超えたところから急激にエチレンとプロピレンへの変換率が促進し、６００℃の辺りで最も変換率が高くなっていることが判明した。このため、排気ガスを放電プラズマ処理して飽和炭化水素であるプロパンを不飽和炭化水素であるエチレンやプロピレンに変換するには、排気ガス温度が４００℃より大きく６５０℃以下の範囲ならば効果があり、好ましくは５００℃ないし６５０℃の範囲がよく、さらに好ましくは６００℃の辺りがよい。実際のガソリンエンジンから最高で１０００℃程度、ディーゼルエンジンから７００℃程度の排気ガスが排出されることもあり、この高温ガスをなるべく冷却しないように５００℃ないし６５０℃の範囲で排気ガス温度を維持するとよい。
【００３１】
このプロパンがエチレンやプロピレンに変換される過程として、次のような反応過程がある。
まず、排気ガスを放電すると、放電により酸素分子と水分子からＯ＊やＯＨ＊が発生する。このＯ＊やＯＨ＊がプロパンの一部と反応し、反応中間生成物としてＣＨ３−ＣＨ２−ＣＨ２＊（以下、ｎ−Ｃ３Ｈ７と記載する。）が生成する。
Ｃ３Ｈ８＋Ｏ＊→ｎ−Ｃ３Ｈ７＋ＯＨ＊
Ｃ３Ｈ８＋ＯＨ＊→ｎ−Ｃ３Ｈ７＋Ｈ２Ｏ
【００３２】
次にｎ−Ｃ３Ｈ７が再び反応することで、エチレン（ＣＨ２＝ＣＨ２）やプロピレン（ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨ２）が生成する。
ｎ−Ｃ３Ｈ７→ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨ２＋Ｈ
ｎ−Ｃ３Ｈ７→ＣＨ２＝ＣＨ２＋ＣＨ３
ｎ−Ｃ３Ｈ７＋Ｏ２→ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨ２＋ＯＨ＊
ｎ−Ｃ３Ｈ７＋ＯＨ＊→ＣＨ３ＣＨ＝ＣＨ２＋Ｈ２Ｏ
このように放電でＯ＊やＯＨ＊を生成してプロパンに作用させることで、プロピレンやエチレンが生成されることがわかる。
【００３３】
次に、排気ガス中に含まれるブタン、ペンタンの改質について述べる。これらの飽和炭化水素はプロパンと同様にプラズマ処理時の排気ガス温度が上昇するほど、不飽和炭化水素に転化する傾向にある。
ブタンやペンタンが放電プラズマ中にあると、高電圧印加によって形成される高電界で励起された高エネルギー電子（ｅ−）が直接ブタンやペンタンに衝突し、この衝突解離によってｎ−Ｃ３Ｈ７を生成することがある。このｎ−Ｃ３Ｈ７の生成によって前述したようなプロピレンやエチレンへの変換が生じるので、結果としてブタンやペンタンも不飽和炭化水素に変換することができる。
【００３４】
続いて、放電プラズマ改質装置３１におけるＮＯ２生成反応の温度依存性について説明する。ＮＯ２の特徴として、排気ガス温度が５５０℃以上でＮＯ２の自己分解が著しいことがわかっている。高温排気ガス中では熱による自己分解に加え、ステンレス部材やその他の金属による触媒反応で著しく分解する。ステンレスは５５０℃からＮＯ２をＮＯに分解する触媒として働き、例えばモリブデンは３５０℃から同様の触媒として働く。高温排気ガス中においてＮＯはプラズマ処理で生じたＯ＊によってＮＯ２に酸化するが、同時に金属部材によって著しい分解を受ける。このような性質のため、高温の放電プラズマ改質装置３１の内部でＮＯをＮＯ２に酸化することは難しい。したがって、ＮＯ２の生成を効率良く行うためには、排気ガス温度が低下したところでプラズマ処理すると良い。
【００３５】
このように、排気ガス中から不飽和炭化水素を得るためには、放電プラズマ改質装置３１における排気ガス温度が４００℃より大きく６５０℃以下の範囲ならば効果があり、好ましくは５００℃ないし６５０℃の範囲が良く、さらに好ましくは６００℃の辺りが良い。
また、ＮＯ２の生成を促進するためには、放電プラズマ活性化装置４１における排気ガス温度は放電プラズマ改質装置３１における排気ガス温度よりも低い４００℃以下にすることが望ましい。なお、放電プラズマ活性化装置４１における排気ガス温度の下限は、次段の触媒式浄化装置５の触媒が活性化する温度に依存する。すなわち、放電プラズマ活性化装置４１を通過した排気ガスが触媒式浄化装置５の触媒を十分に加熱する温度であることが望ましい。この触媒は次のように一つに限定されるものではないが、例えば触媒が酸化アルミナに担持した白金である場合、水が蒸発する１００℃以上４００℃以下の範囲であることが望ましい。
本実施の形態では、放電プラズマ活性化装置４１における排気ガス温度が１００℃以上４００℃以下の範囲になるように、放電プラズマ改質装置３１と放電プラズマ活性化装置４１との間の排気管８の長さを決めている。
【００３６】
次に、図２に示した本実施の形態による排気ガス処理装置の動作、すなわち、２段階の放電プラズマ処理を行う場合の排気ガス処理方法について説明する。
エンジン１から排気される主な排気ガス成分は、
ＣＯ２、ＣＯ、Ｈ２Ｏ、
ＮＯ、ＮＯ２、
飽和炭化水素、不飽和炭化水素、未燃の燃料成分、
Ｎ２
である。
エンジンの種類は一つに限定されるものではなく、従来のガソリンエンジンに加えてディーゼルエンジンやガソリン用リーンバーンエンジンを対象とすることもできる。ディーゼルエンジンやガソリンリーンバーンエンジンの場合、上記成分に加えて、数％〜１０％程度の酸素が排気ガス中に含まれる。従来のガソリンエンジンの場合は、排気ガス中に含まれる酸素の濃度は極めて薄い。
本実施の形態において前述したように、排気ガス中に酸素が含まれると、放電プラズマ改質装置３１で改質が促進する場合もあるので、従来のエンジンからの排気ガスを処理対象とした場合、放電プラズマ改質装置３１（排気ガス改質装置３）の上流側（前段）で空気を混合してもよい。
【００３７】
エンジンからの排気ガスが排気マニホルド２を通過して放電プラズマ改質装置３１を通過するとき、排気ガスの温度は、スタート時には低温であるが、高速走行するほど高温になり、実質的に外気温から９００℃までの範囲にある。
前述したように、放電プラズマ改質装置３１の処理温度、すなわち放電プラズマ改質装置３１における排気ガスの温度は実質的に４００℃より大きく６５０℃以下の範囲が望ましい。ここでは排気ガス温度が４００℃より大きく６５０℃以下の範囲である場合について説明するが、もし、排気ガスの温度が４００℃以下である場合については、後述する実施の形態で詳細に説明する。
放電プラズマ改質装置３１で排気ガスをプラズマ処理すると、飽和炭化水素の少なくとも一部がプロピレンやエチレンといった不飽和炭化水素に改質される。ＮＯも一部がＮＯ２に転化するが、大部分はＮＯのままである。
【００３８】
次に、放電プラズマ改質装置３１を通過した排気ガスは、排気管８を通過する過程で冷却され、放電プラズマ改質装置３１におけるよりも低温の状態で放電プラズマ活性化装置４１へ入る。放電プラズマ活性化装置４１で排気ガスがプラズマ処理されると、放電により酸素分子からＯ＊やオゾンが生成されＮＯの酸化が促進される。また、プロピレンやエチレンをプラズマ処理すると、それらの分解反応過程でＮＯをＮＯ２に酸化すると同時に、プロピレンやエチレンを還元性ガスであるホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ＣＯに変化する。また、不飽和炭化水素やそれ以外の炭化水素の一部はＣＯ２やＨ２Ｏに転化する、すなわち、清浄化される。
【００３９】
このような、酸化性のＮＯ２や、還元性のホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ＣＯは、触媒表面による反応性に富んでおり、次段の触媒式浄化装置５において酸化還元反応してＣＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２に清浄化される。
【００４０】
続いて、触媒式浄化装置５を通過して清浄化された排気ガスは、消音器６を通過して排気ガス出口７より外部へ排出される。
【００４１】
このように、エンジンから排気された排気ガスを２つの放電プラズマ処理装置で、温度差をつけて処理することで、効率的に排気ガスを清浄化することができる。また、エンジンの運転モードによって排気ガス中に含まれる不飽和炭化水素が極めて少ない時でも、飽和炭化水素から不飽和炭化水素を生成するので高効率に排気ガスを清浄化することができる。
また無声放電による放電プラズマ処理法は、簡便にラジカルを高濃度で生成する方法である。したがって炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）と排気ガス活性化装置４を放電プラズマ処理装置とし、排気ガスを放電プラズマ処理することで、排気ガス中にラジカル（Ｏ＊やＯＨ＊）を簡便にかつ高濃度で生成することができる。
【００４２】
実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、エンジン内部のシリンダー部を模式的に表した断面構成図である。
上記実施の形態１では、放電プラズマ改質装置３１を排気マニホルド２の下流（後段）側に接続したが、本実施の形態では、排気マニホルド２の上流（前段）側、すなわちエンジン直下に接続している。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００４３】
図６において、１３０はピストン、１３１は吸気バルブ、１３２は排気バルブ、１３３は吸気管、１３４は排気管である。
ここでエンジンの動作説明は省略するが、排気ガスの排気経路（排気ガス流路）と放電プラズマ改質装置３１の配置関係について説明する。エンジンが動作することによって排気管１３４を通って高温排気ガスがエンジン外部へ排気される。エンジン出口には、放電プラズマ改質装置３１が接続されており、その後段には排気マニホルド２００が接続されている。なお、この排気マニホルド２００の全てを図示していないが、この排気マニホルド２００は、複数のシリンダーにそれぞれ対応するように備えられた複数の排気ガス改質装置３１からの排気ガスを１本の排気管にまとめる構成となっている。この排気マニホルド２００の後段は、排気管８と接続しており、排気管８より下流は図１または図２と同じ構成となっている。なお、図示していないが、放電プラズマ改質装置３１はプラズマ生成制御装置３２と接続している。
【００４４】
次に動作について説明する。エンジン内の排気管１３４を通過した排気ガスは、放電プラズマ改質装置３１に導入される。この時、エンジンから排気されたばかりの高温状態の排気ガスを放電プラズマ改質装置３１に導入するので、高温の状態で放電プラズマ処理を行うことができる。この改質処理によって、排気ガス中の少なくとも一部の飽和炭化水素を不飽和炭化水素に改質する。改質した後の排気ガスは、排気マニホルド２００で排気管８に１本にまとめられて排気ガス活性化装置４に導入される。
【００４５】
エンジン１の始動時や自動車が低速走行するとき、エンジン１内部の燃焼温度が低下する場合がある。このようなときエンジン１と排気マニホルド２００の間に排気ガス改質装置３１を備えることで、エンジン１から排気される排気ガスがエンジン１外部で冷却される前に利用することができる。これによって放電プラズマ改質装置３１で高温の排気ガスを利用することが可能で、改質が促進するという効果を得る。
【００４６】
実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
上記実施の形態１では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施したが、本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の代わりにブローバイガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する。以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００４７】
図７において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、放電プラズマ活性化装置４１、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは、排気マニホルド２によって一本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは排気管８を通過して放電プラズマ活性化装置４１に導入される。
この時、排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却される。実施の形態１で説明したように、放電プラズマ活性化装置４１における排気ガス温度が４００℃以下であると効率的にＮＯ２が生成されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように排気管８の長さを決めるとよい。
【００４８】
一方、ブローバイガス供給装置５０はエンジン下部のクランクケース内部（図示せず）と接続しており、クランクケース内部のブローバイガスを、放電プラズマ改質装置（炭化水素改質装置）３１へ供給する。ブローバイガス供給装置５０は、例えばエアーポンプで構成されている。
放電プラズマ改質装置３１は加熱手段であるヒータ５１で４００℃より大きく６５０℃以下の範囲になるように加熱されており、ブローバイガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する。放電プラズマ改質装置３１で放電プラズマ処理された、すなわち飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスは、改質ガス供給ノズル５２によって排気管８内部に噴射され、排気ガスに添加され混合される。改質ガス供給ノズル５２は、炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスを排気ガスに添加する手段に相当する。
なお、放電プラズマ改質装置３１がプラズマ生成制御装置３４と接続されているのは実施の形態１と同様である。
続いて、飽和炭化水素の少なくとも一部が改質されたブローバイガスが添加された排気ガスは、放電プラズマ活性化装置４１に導入される。放電プラズマ活性化装置４１より下流の構成は、実施の形態１と同じである。
なお、加熱手段（ヒータ１００）としては、既に公知となっている電熱器などを用いることができる。
【００４９】
エンジン１の作動中にシリンダーからクランクケース内部へ排気ガスが漏れ出し、この中で排気ガスが滞留している。このガスはブローバイガスと呼ばれている。このブローバイガスをブローバイガス供給装置５０によって放電プラズマ改質装置３１へ搬送する。放電プラズマ改質装置３１で、このブローバイガスをプラズマ処理して、ブローバイガスの成分に含まれる飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する。
そして、改質されたガスは改質ガス供給ノズル５２によって、排気管８内部でエンジン１からの排気ガスと混合される。
これによって、排気ガス中の不飽和炭化水素量が増加するので、放電プラズマ活性化装置４１より下流で実施の形態１と同様の動作をすることにより、排気ガスの清浄化の効率が改善される。
【００５０】
ブローバイガスの成分は排気ガスと同様に炭化水素を含み、これを放電プラズマ処理すると、この飽和炭化水素を不飽和炭化水素に改質することができる。
また、ブローバイガスは有害成分である炭化水素を含んでいるので、ブローバイガス自身が自動車から環境中に放出されると大気汚染の原因になるといわれており、対策が必要となっている。
本実施の形態により、大気環境汚染ガスとなるブローバイガスを清浄化すると同時にエンジンからの排気ガスも効率的に清浄化することができる。
【００５１】
実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
上記実施の形態１では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する段階と、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する段階と、少なくとも一部が反応性の高いガスに転化された有害成分を触媒によって清浄化する段階とを順に実施したが、本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の代わりに燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質して排気ガスに添加する。以下では、主に、実施の形態１との相違点について説明する。
【００５２】
図８において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、放電プラズマ活性化装置４１、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは排気管８を通過して放電プラズマ活性化装置４１に導入される。
【００５３】
一方、燃料供給装置６１は燃料タンク６０と接続しており、エンジン１に燃料を供給する。燃料供給装置６１は、例えば液送ポンプで構成されている。燃料蒸発ガス供給装置６２は燃料タンクの上部と放電プラズマ改質装置３５に接続しており、燃料タンク６０内部において気化した燃料蒸発ガスを放電プラズマ改質装置３５に供給する。燃料蒸発ガス供給装置６２は、例えばエアーポンプで構成されている。
放電プラズマ改質装置３１は加熱手段であるヒータ５１で４００℃より大きく６５０℃以下の範囲になるように加熱されており、燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する。放電プラズマ改質装置３１で放電プラズマ処理された、すなわち飽和炭化水素の少なくとも一部が改質された燃料蒸発ガスは、改質ガス供給ノズル６４によって排気管８内部に噴射され、排気ガスに添加され混合される。改質ガス供給ノズル６４は、炭化水素改質装置によって飽和炭化水素の少なくとも一部が改質された燃料蒸発ガスを排気ガスに添加する手段に相当する。
続いて、飽和炭化水素の少なくとも一部が改質された燃料蒸発ガスが添加された排気ガスは、放電プラズマ活性化装置４１に導入される。放電プラズマ活性化装置４１より下流の構成は実施の形態１と同じである。
【００５４】
なお、実施の形態１で説明したように、放電プラズマ活性化装置４１における排気ガス温度が４００℃以下であると効率的にＮＯ２が生成される。エンジン１から排気された高温の排気ガスは、排気管８で放熱され冷却されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように排気管８の長さを決めるとよい。この時、改質ガス供給ノズル６４によって排気管８内部に噴射される、飽和炭化水素の少なくとも一部が改質された燃料蒸発ガスの温度も考慮に入れるとよい。
【００５５】
燃料供給装置６１によって燃料をエンジン１に供給する過程で、燃料タンク６０内部では燃料が蒸発して滞留している。この燃料蒸発ガスを、燃料蒸発ガス供給装置６１を用いて放電プラズマ改質装置３５へ搬送する。放電プラズマ改質装置３１でこの燃料蒸発ガスを放電プラズマ処理することによって、燃料蒸発ガスの一成分である飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する。
そして改質されたガスは改質ガス供給ノズル６４によって、排気管８内部でエンジン１からの排気ガスと混合される。
これによって、排気ガス中の不飽和炭化水素量が増加するので、放電プラズマ活性化装置４１より下流で実施の形態１と同様の動作をすることにより、排気ガスの清浄化の効率が改善される。
【００５６】
燃料蒸発ガスの成分は燃料と同様に炭化水素を含み、放電プラズマ処理するとこの飽和炭化水素を不飽和炭化水素に改質することができる。
また、燃料蒸発ガスは有害成分である炭化水素を含んでいるので、燃料蒸発ガス自身が自動車から環境中に放出されると大気汚染の原因になるといわれており、対策が必要となっている。
本実施の形態により、大気環境汚染ガスとなる燃料蒸発ガスを清浄化すると同時にエンジンからの排気ガスも効率的に清浄化できる効果を得る。
【００５７】
実施の形態５．
図９は、本発明の実施の形態５による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置として、充填層型放電プラズマ改質装置３７を用いている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００５８】
充填層型放電プラズマ改質装置３７は無声放電を発生する装置であり、図１０にその具体的な一構成例を示す。充填層型放電プラズマ改質装置３７は、図３に示した放電プラズマ処理装置の放電空間にチタン酸バリウムビーズ７０を充填した構成となっている。チタン酸バリウムビーズとは、チタン酸バリウムを球状に固めたセラミック状のものである。なお、充填層型放電プラズマ改質装置３７は、図１０に示したような形態のみならず、既に公知となっているチタン酸バリウムを用いた様々な形態の充填層型放電プラズマ処理装置を用いてもよい。
【００５９】
また、放電空間内部の温度、すなわち充填層型放電プラズマ改質装置３７内部の排気ガスの温度を測定するための温度センサ７１も備えられている。温度センサ７１は温度調節器７２に接続されており、温度調節器７２はプラズマ生成制御装置３２に接続されている。温度調節器７２は、充填層型放電プラズマ改質装置３７内部の排気ガスの温度が設定温度より低い場合、プラズマ生成制御装置３２を介して高電圧電源（図示せず）の出力電圧を増加させて、充填層型放電プラズマ改質装置３７内部で消費する電力を増加させる機能を持つ。
また、この加熱の工程で排気ガスの温度が設定上限温度より高くなった場合、排気ガス中の不飽和炭化水素を改質するのに十分な放電電力を充填層型放電プラズマ改質装置３７に供給すればよいので、出力電圧を低下させる機能も持つ。
なお、充填層型放電プラズマ改質装置３７に印加する電圧は、交流高電圧またはパルス状高電圧のいずれでもよい。
続いて、充填層型放電プラズマ改質装置３７で飽和炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に改質された改質された排気ガスは、排気管８を通過して放電プラズマ活性化装置４１に導入される。放電プラズマ活性化装置４１より下流の構成は、実施の形態１と同じである。
【００６０】
次に、充填層型放電プラズマ改質装置３７内部の排気ガスの温度調節について、より詳細に説明する。
温度センサ７１によって検出された充填層型放電プラズマ改質装置３７の排気ガス温度が４００℃以下であるとき、温度調節器７２はプラズマ生成制御装置３８を介して高電圧電源（図示せず）の出力電圧を増加する。
充填層型放電プラズマ装置３７の内部で高電圧電極２２と接地電極２４に高電圧が印加されると、チタン酸バリウムビーズ７０同士が接触している箇所で無声放電が生じる。この時、チタン酸バリウムビーズ７０自身は、誘電損失が大きい素材であり、放電の発生に伴ってチタン酸バリウムビーズ７０自身が発熱体となる。この誘電損失で発生する熱は排気ガスを加熱する。よって、充填層型放電プラズマ改質装置３７に印加する電圧を増加して誘電損失分の消費電力を増加させることにより、排気ガス温度を設定温度の４００℃より高温に加熱することができる。
【００６１】
エンジン１の動作によってはエンジン１から排気される排気ガス温度が低く、排気マニホルド２ですぐに冷却されて４００℃以下になる場合がある。例えば、エンジンのスタート時や自動車が低速走行するときに排気ガスはすぐに冷却される。このように排気ガスの温度が低い場合、充填層型放電プラズマ改質装置３７で消費電力量を増加させることで排気ガスを加熱でき、これによって排気ガス温度を４００℃より大きく６５０℃以下の範囲とすれば十分な改質効果を得る。またこの場合、充填層型放電プラズマ改質装置３７だけで、放電処理と加熱処理が同時に行えるので、電熱器（ヒータ）のような構成部品が不要となり、装置が簡便になるという効果がある。
【００６２】
なお、図５に示したように、充填層型放電プラズマ改質装置３７における排気ガス温度が６００℃程度で飽和炭化水素から不飽和炭化水素への変換率が最も高い。そこで、温度センサ７１によって検出された充填層型放電プラズマ改質装置３７の排気ガス温度が上限（例えば６１０℃）を超えた場合、温度調節器７２はプラズマ生成制御装置３８を介して高電圧電源（図示せず）の出力電圧を低減するように構成してもよい。この上限温度は、一つに限定されるものではなく、エンジン１の状況によりこの上限温度を超えた排気ガスを排出することや、排気ガス成分が異なることもあるので、エンジン１のそれぞれの状況に応じ、最も改質効率のよい上限温度に設定するとよい。
【００６３】
また、温度センサ７１および温度調節器７２を備えることにより確実に排気ガスの温度を調節することができるが、高電圧電極２２と接地電極２４に高電圧が印加されると、チタン酸バリウムビーズ７０同士が接触している箇所で無声放電が生じて発熱し、排気ガスを加熱することができるので、温度センサ７１および温度調節器７２は必ずしも無くてもよい。
【００６４】
なお、実施の形態３および４では、ブローバイガス中または燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置として、実施の形態１で説明した放電プラズマ改質装置３１を用いた場合について説明したが、本実施の形態で説明したのと同様の充填層型放電プラズマ改質装置３７を用いてもよく、ヒータ５１が不要となり、装置が簡便になるという効果が得られる。
【００６５】
実施の形態６．
図１１は、本発明の実施の形態６による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置として、触媒式改質装置３９を用いている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００６６】
例えば文献（K.Wakui, K. Satoh, G. Sawada, K. Shiozawa, K. Matano, K. Suzuki, T. Hayakawa, Y. Yoshimura, K. Murata and F. Mizukami : "Cracking of n-butane over alkaline earth-containing HZSM-5 catalysts", Catalysis Letters（EN），2002, Vol.84, No.3-4, p.259-264）には、触媒としてＺＳＭ−５と呼ばれるゼオライトを用いて不飽和炭化水素であるブタンを６００℃以上でプロピレンやエチレンに改質する手法が記載されている。また、特公昭４６−１００６４号公報には、ＺＳＭ−５の調整法が記載されている。
【００６７】
本実施の形態による触媒式改質装置３９は、内部に上記のＺＳＭ−５型触媒が充填されており、ここを排気ガスが通過するように構成されている。ＺＳＭ−５型触媒の形状としては、例えば、球状、円柱状に固めたものを多数用いて排気管に充填したものや、コージェライトの蜂の巣型基材の表面に、ＺＳＭ−５を膜状にコートしたもの等を用いることができる。
【００６８】
エンジン１から排気された高温の排気ガスは、排気マニホルド２を通過して触媒式改質装置３９に入る。排気ガスが高温であるため触媒式改質装置３９は加熱され、装置内部のＺＳＭ−５は６００℃以上に加熱されると、飽和炭化水素を不飽和炭化水素に改質する触媒として働く。例えば、排気ガス中に含まれる飽和炭化水素であるブタンをプロピレンやエチレンに改質することができる。その後、改質された排気ガスは、排気管８を通過して放電プラズマ活性化装置４１に導入される。放電プラズマ活性化装置４１では、プロピレンによって効果的にプラズマ処理が促進される。放電プラズマ活性化装置４１より下流の構成は、実施の形態１と同じである。
【００６９】
このように、本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置として、触媒式改質装置３９を用いているので、実施の形態１のように放電プラズマ改質装置３１を用いるのに比べて装置が簡便になるという効果が得られる。
【００７０】
なお、飽和炭化水素を不飽和炭化水素に改質する触媒としては、ＺＳＭ−５に限るものではない。また、触媒式改質装置３９の処理温度も６００℃以上に限るものではなく、用いる触媒によって異なる。
【００７１】
なお、実施の形態３および４では、ブローバイガス中または燃料蒸発ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置として、実施の形態１で説明した放電プラズマ改質装置３１を用いた場合について説明したが、本実施の形態で説明したのと同様の触媒式改質装置３９を用いてもよく、装置が簡便になるという効果が得られる。
【００７２】
実施の形態７．
図１２は、本発明の実施の形態７による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
実施の形態１では、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置４として放電プラズマ改質装置４１を用いたが、本実施の形態では、エアーポンプ８１、オゾン発生器８２、オゾン注入ノズル８４が順に接続されたオゾン供給ライン（排気ガスにオゾンを噴射する手段を有するものに相当する。）を用いている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００７３】
図１２において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、放電プラズマ改質装置３１、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは、放電プラズマ改質装置３１から排気管８を通過して触媒式浄化装置５に導入される。
【００７４】
一方、エアー入口８０、エアーポンプ８１、オゾン発生器８２、オゾン注入ノズル８４が順に接続されたオゾン供給ラインが構成されており、オゾン注入ノズル８４は排気管８の内部に設置されている。また、オゾン発生器８２にオゾン発生用電源８３が接続されている。本実施の形態では、オゾン供給ラインが排気ガス活性化装置に相当する。
なお、オゾン発生器８２およびオゾン発生用電源８３は、既に公知である様々な装置や方法を用いることができる。一例として、オゾン発生器８２を無声放電型オゾナイザとし、オゾン発生用電源８３を高電圧電源とした組み合わせや、オゾン発生器８２を電解型オゾン発生器とし、オゾン発生用電源８３を直流電源とした組み合わせを用いることができる。
【００７５】
ところで、排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却される。オゾン注入ノズル８４の部分で排気ガスの温度が４００℃以下であると効率的にＮＯ２が生成されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように、放電プラズマ改質装置３１からオゾン注入ノズル８４までの排気管８の長さを決めるとよい。
【００７６】
次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。
エンジン１から排気された高温の排気ガスが排気マニホルド２を通過して放電プラズマ改質装置３１に入る。ここで、実施の形態１で説明したように、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に転化する、すなわち改質される。この少なくとも一部が不飽和炭化水素に改質された排気ガスは、排気管８を通過する時に冷却されて４００℃以下となる。
【００７７】
一方、オゾン供給ラインで、エアー入口８０から取り入れられた空気はエアーポンプ８１によってオゾン発生器８２に導入される。ここでオゾン（Ｏ３）を発生させてオゾン化空気を得る。そしてこのオゾン化空気はオゾン注入ノズル８４を介して、排気管８の内部に注入される。排気管８の内部においてオゾン化空気が上記改質された排気ガスと混合する時、一部のオゾンは解離して（Ｏ＊）が発生する。
Ｏ３→Ｏ＊＋Ｏ２
このＯ＊は、排気ガス中の不飽和炭化水素と反応してホルムアルデヒドなどの還元性ガスを生成する。また、一部のオゾンはＮＯガスと直接反応して酸化性ガスであるＮＯ２を生成する。
これによって、還元性ガスと酸化性ガスを得たので、実施の形態１で説明したように、触媒式浄化装置５へこれらのガスを注入することで排気ガスを清浄化できる。
【００７８】
このように、本実施の形態によれば、オゾン化空気を、飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質された排気ガスに注入し混合することで、前述の放電プラズマ処理と同等の排気ガス活性化作用を得ることができ、後段の触媒式浄化装置５で排気ガスを効率良く清浄化することができる。
さらに、オゾン発生器８２が電解式オゾン発生器の場合、無声放電式オゾン発生器と異なり、オゾン化空気の内部にＮＯｘが含まれておらず、触媒式浄化装置５で分解すべきＮＯｘ量が無声放電式よりも少ないので、触媒式浄化装置５で効率的な分解を達成することができる。
【００７９】
なお、上記では、実施の形態１の図２で示した排気ガス処理装置において、放電プラズマ改質装置４１の代わりにオゾン供給ラインを用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２ないし６で説明した何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置４１の代わりにオゾン供給ラインを用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００８０】
実施の形態８．
図１３は、本発明の実施の形態８による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
実施の形態１では、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置４として放電プラズマ改質装置４１を用いたが、本実施の形態では、排気管８の内部に設置された紫外線ランプ９０（排気ガスに紫外線を照射する手段に相当する。）を用いている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００８１】
図１３において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、放電プラズマ改質装置３１、紫外線ランプ９０、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは、放電プラズマ改質装置３１から紫外線ランプ９０が設置された排気管８を通過し、紫外線ランプ９０による紫外線の照射を受ける。そしてここを通過した排気ガスは触媒式浄化装置５に導入される。
【００８２】
なお、排気ガスに紫外線を照射する手段としては、既に公知である何れの紫外線ランプを用いてもよいが、例えば、オゾン発生用の紫外線ランプで低波長の紫外線を発生するもの等が好ましく用いられる。
【００８３】
ところで、排気管８で排気ガスの熱が放熱されて排気ガスは冷却される。紫外線ランプ９０の部分で排気ガスの温度が４００℃以下であると効率的にＮＯ２が生成されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように排気管８の長さを決めるとよい。
【００８４】
次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。
エンジン１から排気された高温の排気ガスが排気マニホルドを通過して放電プラズマ改質装置３１に入る。ここで、実施の形態１で説明したように、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に転化する、すなわち改質される。この少なくとも一部が不飽和炭化水素に改質された排気ガスは、排気管８を通過する時に冷却されて紫外線ランプ９０の辺りで４００℃以下となる。
【００８５】
続いて、この改質された排気ガスが紫外線ランプ９０の近傍を通過するとき、紫外線ランプ９０の低波長の光は、排気ガス中に含まれる酸素の一部を解離してＯ＊を生成する。
Ｏ２＋紫外線→２Ｏ＊
このうち一部のＯ＊は酸素分子と結合してオゾン（Ｏ３）となる。
Ｏ＊＋Ｏ２→Ｏ３
オゾン（Ｏ３）は排気管８の内部を拡散して排気ガスと混合する。混合したオゾンの一部は排気ガスの熱によって再び解離してＯ＊が発生する。
Ｏ３→Ｏ＊＋Ｏ２
このＯ＊は排気ガス中の不飽和炭化水素と反応してホルムアルデヒドなどの還元性ガスを生成する。また、一部のオゾンはＮＯガスと直接反応して酸化性ガスであるＮＯ２を生成する。
これによって、還元性ガスと酸化性ガスを得たので、実施の形態１で説明したように、触媒式浄化装置５へこれらのガスを注入することで排気ガスを清浄化できる。
【００８６】
このように、本実施の形態によれば、改質された排気ガスに紫外線ランプ９０によって紫外線を照射することで、Ｏ＊を生成して前述の放電プラズマ処理と同等の排気ガス活性化作用を得ることができ、後段の触媒式浄化装置５で排気ガスを効率良く清浄化することができる。
さらに、排気管８の内部に紫外線ランプ９０を設置してあるだけであり、構成部品点数が低減して装置全体が簡便になるという効果が得られる。
【００８７】
なお、上記では、実施の形態１の図２で示した排気ガス処理装置において、放電プラズマ改質装置４１の代わりに排気ガスに紫外線を照射する手段を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２ないし６で説明した何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置４１の代わりに排気ガスに紫外線を照射する手段を用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００８８】
実施の形態９．
図１４は、本発明の実施の形態９による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
実施の形態１では、排気ガス中の有害成分の少なくとも一部を反応性の高いガスに転化する排気ガス活性化装置４として放電プラズマ改質装置４１を用いたが、本実施の形態では、排気管８の内部に設置された紫外線ランプ９０（排気ガスに紫外線を照射する手段に相当する。）と排気管８の内壁に設置された光触媒９１とを用いている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００８９】
図１４において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、放電プラズマ改質装置３１、紫外線ランプ９０と光触媒９１、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。
エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは、放電プラズマ改質装置３１から紫外線ランプ９０と光触媒９１とが設置された排気管８を通過し、紫外線ランプ９０による紫外線の照射を受けると同時に、排気ガスの一部が光触媒９１に接触する。そしてここを通過した排気ガスは触媒式浄化装置５に導入される。
【００９０】
なお、排気ガスに紫外線を照射する手段としては、実施の形態８の場合と同様に、例えば、オゾン発生用の紫外線ランプで低波長の紫外線を発生するもの等が好ましく用いられる。また、光触媒９１としては、例えば、既に公知であるＴｉＯ２触媒等を用いることができる。
【００９１】
ところで、排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却される。紫外線ランプ９０の部分で排気ガス温度が４００℃以下であると効果的にＮＯ２が生成されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように、排気管８の長さを決めるとよい。
【００９２】
次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作を説明する。
エンジン１から排気された高温の排気ガスが排気マニホルドを通過して放電プラズマ改質装置３１に入る。ここで、実施の形態１で説明したように、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に転化する、すなわち改質される。この少なくとも一部が不飽和炭化水素に改質された排気ガスは、排気管８を通過する時に冷却されて紫外線ランプ９０および光触媒９１の辺りで４００℃以下となる。
【００９３】
放電プラズマ改質装置３１で改質された排気ガスが紫外線ランプ９０の近傍を通過するとき、排気ガスに紫外線ランプ９０の光が照射されることによる排気ガス処理と、紫外線ランプ９０の光が照射された光触媒９１に排気ガスが接触することによる排気ガス処理の２つの処理をすることができる。
紫外線ランプ９０の照射により、ホルムアルデヒドなどの還元性ガスと酸化性ガスであるＮＯ２とを生成する排気ガス処理は、実施の形態７と同じであるので説明を省略し、以下では、光触媒９１と紫外線ランプ９０の照射とによる排気ガス処理について説明する。
紫外線ランプ９０の光が光触媒９１を照射すると、光触媒９１の表面で排気ガス中の水が解離されてＯＨ＊が生成する。このＯＨ＊は前述したＯ＊と同様に、改質された排気ガス中の不飽和炭化水素と反応してホルムアルデヒドなどの還元性ガスを生成する。
これによって還元性ガスと酸化性ガスを得ることができたので、実施の形態１で説明したように、触媒式浄化装置５へこれらのガスを注入することで、排気ガスを清浄化できる。
【００９４】
このように、本実施の形態によれば、改質された排気ガスを紫外線ランプ９０からの紫外線照射による処理と光触媒９０による処理を併用することで、紫外線照射単独で処理するよりも効率良く排気ガスを清浄化することができる。
【００９５】
なお、上記では、実施の形態１の図２で示した排気ガス処理装置において、放電プラズマ改質装置４１の代わりに排気ガスに紫外線を照射する手段と光触媒９１とを用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２ないし６で説明した何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置４１の代わりに排気ガスに紫外線を照射する手段と光触媒９１とを用いてもよく、同様の効果が得られる。
【００９６】
実施の形態１０．
図１５は、本発明の実施の形態１０による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、排気ガス活性化装置４（放電プラズマ活性化装置４１）に導入される排気ガスを冷却する冷却手段（冷却装置１００）を備えている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【００９７】
排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却されるが、本実施の形態では、より冷却効果を高めるためにプラズマ処理装置４１の手前に冷却装置１００を備え、排気ガス活性化装置（放電プラズマ活性化装置４１）に導入される排気ガスを冷却するように構成している。
冷却装置１００としては、例えば、放熱板を備えた熱交換器や、冷却水を用いた熱交換器等を用いることができる。
【００９８】
このように、本実施の形態によれば、排気ガス活性化装置に導入される排気ガスを冷却する冷却手段を備えているので、排気ガスの温度を確実かつ十分に低下させることができ、ＮＯを反応性の高い酸化性ガスであるＮＯ２に効率よく転化することができる。この結果、後段の触媒式浄化装置５における排気ガスの清浄化がより促進されるという効果が得られる。
【００９９】
なお、上記では、実施の形態１で説明した排気ガス処理装置において、排気ガス活性化装置４（放電プラズマ活性化装置４１）に導入される排気ガスを冷却する冷却手段（冷却装置１００）を備えた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２ないし９で説明した何れの排気ガス処理装置においても、排気ガス活性化装置４に導入される排気ガスを冷却する冷却手段（冷却装置１００）を備えてもよく、同様の効果が得られる。
【０１００】
実施の形態１１．
図１６は、本発明の実施の形態１１による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）に加熱手段（ヒータ１１０）を備えている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【０１０１】
排気ガス改質装置３には、ヒータ１１０が備えられており、排気ガス改質装置３の内部のガス温度を測定するように温度センサ１１１が備えられている。また、温度センサ１１１とヒータ１１０は温度調節器１１２に接続されており、排気ガス改質装置３内部のガスが設定温度になるように動作する。
加熱手段（ヒータ１００）としては、既に公知となっている電熱器などを用いるとよい。
設定温度としては、排気ガス改質装置３が放電プラズマ改質装置３１である場合、４００℃より高温にするのが好ましい。
【０１０２】
このように構成されたものにおいて、エンジン１と排気マニホルド２を通過した排気ガスを排気ガス改質装置３に導入する。温度センサ１１１によって排気ガス改質装置３に導入された排気ガスの温度を検出する。検出された温度が設定温度以下であるとき、温度調節器１１２はヒータ１１０に電流を通電して排気ガス温度を設定温度まで加熱する。この加熱によって排気ガス改質装置３における排気ガスの改質が促進される。
排気ガス改質装置３によって改質された排気ガスを、排気管８を通して排気ガス活性化装置４へ導入する。
排気ガス活性化装置４より下流の動作は実施の形態１と同じである。
【０１０３】
スタート時や自動車が低速走行する場合など、エンジン１の動作によっては、エンジン１から排気される排気ガスの温度が例えば４００℃以下である場合がある。このように排気ガスの温度が低い場合にも、ヒータ１１０を備えて外部から加熱することで排気ガス温度を４００℃より高温とすることにより、十分な改質効果を得ることができる。
【０１０４】
なお、上記では、実施の形態１で説明した排気ガス処理装置において、炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）に相当する放電プラズマ改質装置３１にヒータ１００を備えた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態７ないし１０の何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置３１にヒータ１００を備えてもよく、同様の効果が得られる。
さらに、実施の形態６で説明した炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）に相当する触媒式改質装置３９にヒータ１００を備えてもよい。この場合、触媒式改質装置３９内部のガス空間が６００℃以上となるようにするのが好ましく、放電プラズマ改質装置３１にヒータ１００を備えた場合と同様の効果が得られる。
【０１０５】
実施の形態１２．
図１７は、本発明の実施の形態１２による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）の上段に早期活性化触媒式浄化装置１２０を備えている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【０１０６】
図１７において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、早期活性触媒式浄化装置１２０、排気ガス改質装置３、排気ガス活性化装置４、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２から排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは、早期活性触媒式浄化装置１２０に導入される。
【０１０７】
早期活性触媒式浄化装置１２０としては、既に公知となっている三元触媒やＰｔを用いた酸化触媒などを、球状または円柱状に成形したものを複数用いて排気管８に充填したり、上記のような触媒を蜂の巣状に成形したコージェライトの基材表面に塗布したものを排気管８に充填したりして構成することができる。
なお、早期活性触媒式浄化装置１２０を直接排気マニホルド２に接続されていることで、エンジン１から排気される高温の排気ガスが、素早く、この触媒に導入される。このため、エンジン始動時に冷えているこの触媒を急速に加熱することができ、短時間で触媒が機能する温度まで上昇させることができる。
【０１０８】
早期活性触媒式浄化装置１２０を通過した排気ガスは、排気ガス改質装置３と排気管８を通過して排気ガス活性化装置４へ導入される。この時、排気管８で排気ガスの熱が放熱されるので排気ガスは冷却される。排気ガス活性化装置４で排気ガス温度が４００℃以下であると効率的にＮＯ２が生成されるので、排気管８によって排気ガスを４００℃以下に冷却するように、排気管８の長さを決めるとよい。
【０１０９】
次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作方法の一例について説明する。
エンジン１および排気マニホルド２を通過した排気ガスが、早期活性触媒式浄化装置１２０へ導入され、早期活性触媒式浄化装置１２０で排気ガスの一部が触媒によって清浄化される。この後、排気ガスは排気ガス改質装置３に導入されて、排気ガスに含まれる飽和炭化水素の少なくとも一部が不飽和炭化水素に改質される。そして、排気ガス改質装置３と排気管８を通過した排気ガスが、排気ガス活性化装置４へ導入される。排気ガス活性化装置４を通過した排気ガスは触媒式浄化装置５へ導入されるが、以後の動作は実施の形態１と同じである。
【０１１０】
早期活性触媒式浄化装置１２０により、排気ガスの一部がＣＯ２、Ｎ２、Ｈ２Ｏに清浄化される。そのため、排気ガス中の有害ガス成分の濃度が低下する。また残部の炭化水素類について注目すると、質量の大きなトルエンやベンゼンなどの炭化水素をこの早期活性触媒式浄化装置１２０で酸化して、質量が小さな炭化水素に転化したり、還元性のあるＣＯに転化したりする。
これによって、排気ガス改質装置３では、質量の小さな炭化水素類を改質することができる。早期活性触媒式浄化装置１２０がない場合、排気ガス改質装置３では、小さな質量の炭化水素を改質するだけでなく、大きな質量の炭化水素を分解して小さな質量の分子にしている。しかし、大きな質量の炭化水素が存在しなければ、少ない改質エネルギーで効率良く改質することができる。
【０１１１】
このように、本実施の形態では、炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）の上段に早期活性化触媒式浄化装置１２０を備えたので、排気ガス改質装置３においては、少ない改質エネルギーで効率良く改質することができる。
【０１１２】
なお、上記では、実施の形態１で説明した排気ガス処理装置において、排気ガス改質装置３（放電プラズマ改質装置３１）の上段に早期活性化触媒式浄化装置１２０を備えた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態７ないし１１の何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置３１の上段に早期活性化触媒式浄化装置１２０を備えてもよく、同様の効果が得られる。
さらに、実施の形態５および６で説明した炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）である充填層型放電プラズマ改質装置３７および触媒式改質装置３９の上段に放電プラズマ改質装置３１の上段に早期活性化触媒式浄化装置１２０を備えてもよい。
【０１１３】
また、実施の形態３および４においても、ブローバイガス供給装置および燃料蒸発ガス供給装置と炭化水素改質装置（排気ガス改質装置３）の間に備えてもよく、同様の効果が得られる。
【０１１４】
実施の形態１３．
図１８は、本発明の実施の形態１３による排気ガス処理装置および排気ガス処理方法を説明するための図であり、より具体的には、排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
本実施の形態では、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部を不飽和炭化水素に改質する炭化水素改質装置（排気ガス改質装置）として、放電空間に触媒が充填され、この触媒が充填された空間中に無声放電を発生するように構成された触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００を備えている。他の構成は、実施の形態１と同様であるので、以下では、主に実施の形態１との相違点について説明する。
【０１１５】
図１８において、エンジン１から排気ガス出口７に至る排気ガスの排気経路に、排気マニホルド２、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００、排気ガス活性化装置４、触媒式浄化装置５、消音器６の順に配置されている。排気マニホルド２排気ガス出口７までは排気管８で接続している。エンジン１から排気される排気ガスは排気マニホルド２によって１本にまとめられる。１本にまとめられた排気ガスは触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００に導入される。
続いて、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００で改質された排気ガスは、排気管８を通過して排気ガス活性化装置４に導入される。排気ガス活性化装置４より下流の構成は実施の形態１と同じである。
【０１１６】
図１９は、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００の具体的構成を一部破断して示す斜視図である。図１９に示すように、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００は、図３に示した放電プラズマ処理装置の放電空間に、触媒としてＺＳＭ−５のビーズ１５０を充填した構成となっている。
また、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００にはプラズマ生成制御装置３１０を介して高電圧電源（図示せず）が接続されている。プラズマ生成制御装置３１０は高電圧電源と放電プラズマの生成をモニタしたり、エンジンの回転数や排気ガス温度などの情報に基づいたりして、高電圧電源を制御して放電プラズマ改質装置３１および放電プラズマ活性化装置３２の起動停止とプラズマ生成量を制御する。なお、排気ガス改質装置３００に印加する電圧は、交流高電圧またはパルス状高電圧のいずれでもよい。
【０１１７】
次に、このように構成された排気ガス処理装置の動作方法の一例について説明する。
エンジン１および排気マニホルド２を通過した排気ガスが、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００へ導入される。ここで、排気ガス中の飽和炭化水素の少なくとも一部が、ＺＳＭ−５触媒の作用と放電プラズマ処理とによって不飽和炭化水素に改質される。このように、ＺＳＭ−５触媒による飽和炭化水素の不飽和炭化水素への改質と放電プラズマ処理による飽和炭化水素の不飽和炭化水素への改質とを、この触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００で同時に行うことができる。
そして、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００と排気管８を通過した排気ガスが、排気ガス活性化装置４へ導入される。活性化装置４を通過した排気ガスは触媒式浄化装置５へ導入されるが、以後の動作は実施の形態１と同じである。
【０１１８】
触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００により、触媒による改質と放電プラズマ処理による改質の両方を同時に１つの装置で行うことができる。これにより放電プラズマ処理単独の場合と比べて、少ない放電電力で排気ガスの改質を達成することができるという効果が得られる。
【０１１９】
なお、本実施の形態では、触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００の処理温度はＺＳＭ−５触媒が有効に作用する６００℃以上とするのが望ましい。
【０１２０】
なお、上記では、実施の形態１で説明した排気ガス処理装置において、放電プラズマ改質装置３１の代わりに触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００を用いた場合について説明したが、これに限るものではなく、実施の形態２ないし４および７ないし１２の何れの排気ガス処理装置においても、放電プラズマ改質装置３１の代わりに触媒充填式の放電プラズマ改質装置３００を用いてもよく、同様の効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【０１２１】
本発明による排気ガス処理装置は、上記各実施の形態で説明した自動車のエンジンからの排気ガスの清浄化処理に限るものではなく、例えば船舶、ディーゼル発電機などの内燃機関から排気される排気ガスや、火力発電などから排気される排気ガスの清浄化処理に適用することができる。さらには、焼却炉等の燃焼装置から排気される排気ガスの清浄化処理に適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１２２】
【図１】本発明の実施の形態１による排気ガス処理装置の基本的な構成を示す構成図である。
【図２】本発明の実施の形態１による排気ガス処理装置の具体的な構成を示す構成図である。
【図３】本発明の実施の形態１に係り、放電プラズマ改質装置と放電プラズマ活性化装置の具体的構成を一部破断して示す斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態１に係り、放電プラズマ改質処理した前後の排気ガスを赤外線吸光光度計で分析した結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施の形態１に係り、温度とエチレンおよびプロピレンの生成量の関係を示すグラフである。
【図６】本発明の実施の形態２による排気ガス処理装置の要部の構成を模式的に示す断面構成図である。
【図７】本発明の実施の形態３による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図８】本発明の実施の形態４による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図９】本発明の実施の形態５による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１０】本発明の実施の形態５に係り、充填層型放電プラズマ改質装置の具体的構成を一部破断して示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態６による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１２】本発明の実施の形態７による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１３】本発明の実施の形態８による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１４】本発明の実施の形態９による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１５】本発明の実施の形態１０による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１６】本発明の実施の形態１１による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１７】本発明の実施の形態１２による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１８】本発明の実施の形態１３による排気ガス処理装置の構成を示す構成図である。
【図１９】本発明の実施の形態１３に係り、排気ガス改質装置の具体的構成を一部破断して示す斜視図である。
【符号の説明】
【０１２３】
１  エンジン、２  排気マニホルド、３  排気ガス改質装置、４  排気ガス活性化装置、５  触媒式浄化装置、６  消音器、７  排気ガス出口、８  排気管、２２  高電圧電極、２３  メッシュ、２４  接地電極、３１  放電プラズマ改質装置、３２  プラズマ生成制御装置、３７  充填層型放電プラズマ改質装置、３９  触媒式改質装置、４１  放電プラズマ活性化装置、４２  プラズマ生成制御装置、５０  ブローバイガス供給装置、５１  ヒータ、５２  改質ガス供給ノズル、６０  燃料タンク、６１  燃料供給装置、６２  燃料蒸発ガス供給装置、６４  改質ガス供給ノズル、７０  チタン酸バリウムビーズ、７１  温度センサ、７２  温度調節器、８１  エアーポンプ、８２  オゾン発生器、８３  オゾン発生用電源、８４  オゾン注入ノズル、９０紫外線ランプ、９１  光触媒、１００  冷却装置、１１０  ヒータ、１１１  温度センサ、１１２  温度調節器、１２０  早期活性触媒式浄化装置、１５０  ＺＳＭ−５のビーズ、２００  排気マニホルド、３００  触媒充填式の放電プラズマ改質装置、３１０  プラズマ生成制御装置。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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