(57)【要約】  【課題】ＰＭ（粒子状物質）を有効に除去しつつ、排気ガスの排圧の上昇を抑え得るプラズマ反応器用電極を提供する。  【解決手段】排気ガスが通過する排気ガス流路Ｈに配置されるプラズマ反応器Ｐに設けるものであって、排気ガス流路Ｈにおける低比表面積領域１ａと、低比表面積領域の比表面積よりも大きい比表面積を有する高比表面積領域１ｂとを少なくとも具備す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】
排気ガスが通過する排気ガス流路に配置されるプラズマ反応器に設けるプラズマ反応器用電極であって、第１比表面積を持つ第１領域と、前記第１比表面積よりも大きい第２比表面積を有する第２領域とを具備する。
【請求項２】
前記第１領域は前記排気ガス流路において前記第２領域よりも上流に位置する請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項３】
前記第１領域の比表面積を、１０００ｍ２／ｍ３以下としている請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項４】
前記第２領域は多孔質構造を有する請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項５】
前記第１領域は表面に電荷の集中する突出部位を複数形成した構造を有する請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項６】
排気ガスが通過する排気ガス流路に配置されるプラズマ反応器に設けるプラズマ反応器用電極であって、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域と、前記領域とは異なる比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域とを含んでいる。
【請求項７】
多孔質構造をなす領域を含む請求項６記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項８】
表面に電荷の集中する突出部位を複数形成した構造を有する領域を含む請求項６記載のプラズマ反応器用電極。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工場、プラント、内燃機関などから排出される排煙に含まれて環境に悪影響を与える成分を除去するための装置などに用いられるプラズマ反応器用電極に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば自動車のエンジン、特にはディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、及びＰＭ（粒子状物質）の排出量を低減する方法として、一般的に、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘに対しては触媒（ＳＣＲを含む）、ＰＭに対してはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が用いられている。しかしながら、このＤＰＦでは、ＰＭの捕集率が増加すると、排気ガスの流通が悪い、すなわち排圧が高い状態となり、エンジン出力の低下を引き起こす。これを回避する為、ＤＰＦでは排気ガスを高温化することにより堆積したＰＭを強制的に燃焼除去する方法（強制燃焼）が用いられる。一般的に排気ガスを高温化するには、ポスト噴射若しくはインジェクタ噴射により触媒上に燃料を故意的に送り込み、その際発生する反応熱を利用する為エンジン燃焼で用いる以外の過剰な燃料が必要となり、結果的に燃費悪化を引き起こすこととなる。【０００３】
このようなＤＰＦで見られる課題を回避できるシステムの一つとして、触媒を含む排気ガス浄化装置において、プラズマ反応器を用いるものが知られている。例えば、特許文献１に記載のプラズマ反応器は、プラズマを発生させるプラズマ誘起体を有している。そして当該プラズマを排気ガス中に接触させた後、フィルタを通過させて排気ガス中の煤粒子すなわちＰＭをフィルタ内に保留させ、プラズマによりＰＭを燃焼させる構成を有している。【０００４】
また一方、多孔質構造を有する多孔質電極を採用し、孔内においてプラズマを発生させることによって、プラズマによってＰＭを燃焼させる作用と、多孔質構造内を排気ガスが迂回したり、孔内にＰＭを捕集することによりＰＭの滞留時間を稼いで燃焼を向上させる作用を併せて奏するようにする技術も開発されている（例えば、特願２００５―２９２９９８号明細書）。
【特許文献１】特開２００２−３３９７３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述の文献のように、電極に多孔質構造をなすフィルタを隣接させた構成、或いは多孔質構造をなす多孔質電極を採用すれば、ＰＭとの接触面積を増やすことができるためＰＭを捕捉し且つＰＭを燃焼させることが容易となるが、電極から発生するプラズマがＰＭに対して十分に作用し得ない場合においては、ＰＭは除去されずに反応器内につまるか、そのまま排出されてしまうこととなる。【０００６】
また、ＰＭを捕捉する性能を上昇させるためには、より孔径の小さい、言い換えれば高比表面積フィルタ又は多孔質電極を用いることが考えられるが、多孔質構造において比表面積が大きい形状のものを選択すると、排気ガスの排圧を上昇させてしまうという課題が生じることとなる。加えて、ＰＭがフィルタや多孔質電極の孔内に捕捉されたままの状態となってしまい、フィルタが目詰まりを起こしてさらに排圧が上がってしまうこととなってしまう。【０００７】
本発明は、ＰＭ（粒子状物質）を有効に除去しつつ、排気ガスの排圧の上昇を抑え得るプラズマ反応器用電極を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明の第１態様のプラズマ反応器用電極は、排気ガスが通過する排気ガス流路に配置されるプラズマ反応器に設けるものであって、第１比表面積を持つ第１領域（低比表面積領域）と、前記第１比表面積よりも大きい第２比表面積（高比表面積領域）を有する第２領域とを具備することを特徴とする。【０００９】
ここで、今回、我々は電極の比表面積が小さいほど、前記発光輝度が高くなることを確認した（図５）。加えて、電極からプラズマが発生する際の発光輝度が高い程、プラズマ発生時とプラズマ未発生時におけるＰＭ除去率の差が大きいことを見出した（図５）。
それゆえ、本発明の第１態様のプラズマ反応器用電極において、前記低比表面積領域は前記排気ガス流路において前記高比表面積領域よりも上流に位置することが好ましい。【００１０】
このような構成のプラズマ反応器用電極によれば、排気ガス流路における上流側に低比表面積領域を設けることによって、当該上流側においてプラズマを多く発生させるとともに、下流側にはＰＭの捕捉性能が高い高比表面積領域を設けてＰＭを確実に捕捉しつつ、当該高比表面積領域において発生するプラズマと、上流側の低比表面積領域によって発生し排気ガスとともに下流側へ移動したプラズマ若しくはプラズマにより活性化された排ガス成分とを作用させて好適にＰＭを酸化すなわち燃焼させることが可能となる。【００１１】
ここで、低比表面積領域と高比表面積領域とを一体に設けた態様のみに限定されることはなく、それぞれ別体のものであっても良い。また、低比表面積領域と高比表面積領域とをそれぞれ離間して設けたものであってもよい。【００１２】
そして、比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下の領域は、プラズマの発光輝度が有効に高いことが確認されているが、この比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下の領域を、排気ガス流路において上流側に位置する低比表面積領域に配置することにより、高い発光輝度を示すプラズマを、当該低比表面積領域のみならず、排気ガス流路に沿ってプラズマが移動する下流側の高比表面積領域においてもＰＭに作用させることができる。すなわちＰＭを十分に捕捉し得る高比表面積において好適にプラズマを作用させ得る構成となる。【００１３】
また、本発明の第２態様のプラズマ反応器用電極は、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域と、前記領域とは異なる比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域とを含んでいることを特徴としている。【００１４】
このようなものであれば、比表面積１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域により、上述の通り高い発光輝度を示すプラズマによりＰＭ除去性能を有効に向上させるとともに、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域によりＰＭの捕捉性能を有効に向上させることによって、ＰＭを高い確率で捕捉しながら当該捕捉したプラズマに対して発光輝度が高い状態で発生させたプラズマを反応させ得る電極とすることができる。【００１５】
そしてＰＭをさらに捕捉し易くするためには、多孔質構造をなす領域を含んでいることが望ましい。【００１６】
さらに好適にプラズマの発光輝度を高くするための構成として、表面に電荷の集中する突出部位を複数形成した構造を有する領域を含んでいるものとしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
排気ガス流路に低比表面積領域と、前記低比表面積領域の比表面積よりも大きい比表面積を有する高比表面積領域とを具備する本発明の第１態様によれば、高比表面積領域を具備することによりＰＭの捕捉性能を有効に向上させることによって、ＰＭを高い確率で捕捉しながら、低比表面積領域を具備することにより排気ガスの排圧の上昇を抑えることができる。
また、排気ガス流路において、当該低比表面積領域の下流側に高比表面積領域を設けることで、当該上流側においてプラズマを多く発生させるとともに、下流側にはＰＭの捕捉性能が高い高比表面積領域を設けてＰＭを確実に捕捉しつつ、当該高比表面積領域において発生するプラズマと、上流側の低比表面積領域によって発生したプラズマ場を通過した排気ガスとともに下流側へ移動したプラズマとを作用させて好適にＰＭを酸化すなわち燃焼させることが可能となる。【００１８】
また、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域と、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域とを含んでなる本発明の第２の態様によれば、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域によりＰＭの捕捉性能を有効に向上させることによって、ＰＭを高い確率で捕捉しながら、比表面積１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域を具備することにより排気ガスの排圧の上昇を抑えることができる。【００１９】
よって、ＰＭ（粒子状物質）を有効に除去しつつ、排気ガスの排圧の上昇を抑え得るプラズマ反応器用電極を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は本発明の一実施形態に係るプラズマ反応器を示す模式的な図。
【図２】図２は同実施形態に係る要部説明図。
【図３】図３は同実施形態の変形例に係る電極を示す構成説明図。
【図４】図４は同実施形態の他の変形例に係る電極を示す構成説明図。
【図５】図５は電極の比表面積とプラズマ発光輝度の関係を示す図。
【図６】図６は電極の比表面積とＰＭ除去率の関係を示す図。
【図７】図７は多孔質電極とウェーブフォイル電極のプラズマ発光時の写真を示す図。
【図８】図８は電極の比表面積とＰＭ除去率および最高排気圧の関係を示す図。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。【００２２】
本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐは、図１及び図２に示すように、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関Ｅから排出される排気ガスが通過する排気ガス流路Ｈに設置されるものであり、プラズマ反応器Ｐの筐体Ｐ１の内部に、電極１と、誘電体２とを交互に積層させた構造を有してなるものである。そして排気ガスは、当該電極１、誘電体２が伸びる図中矢印で示す方向に沿って通過するものとなっている。なお図２において、ＰＭたる粒子状物質ＰＭを模式的に図示している。【００２３】
そして誘電体２は、図２に示すように、２つの電極１の間に配置しているもので、本実施形態ではアルミナからなる板材を採用しているが、本発明は当該誘電体２の構成によって限定されるものではなく、種々の形状のものを採用することができる。【００２４】
ここで、本実施形態に係るプラズマ反応器用電極１は、排気ガスが通過する排気ガス流路Ｈに配置されるプラズマ反応器Ｐに設けるものであって、前記排気ガス流路Ｈにおける上流側に位置する低比表面積領域（第１領域）１ａと、低比表面積領域１ａよりも大きい比表面積を有する高比表面積領域（第２領域）１ｂとを少なくとも具備することを特徴とするものである。【００２５】
また本実施形態に係る電極１は、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以下としている領域、言い換えれば一定寸法以上の孔径の開口を有する領域である低比表面積領域１ａと、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上としている領域、言い換えれば一定寸法以下の孔径の開口を有する領域であるである高比表面積領域１ｂとを含んでなることを特徴としている。
なお、比表面積はＩＳＯ９２７７に則って測定することができる。【００２６】
以下、電極１の具体的な構成について具体的に説明する。【００２７】
電極１は、本実施形態において、例えばニッケル或いは銅からなるものとしている。そして図２に示すように、低比表面積領域１ａ及び高比表面積領域１ｂを、多孔質構造をなすものとしている。また本実施形態では、当該低比表面積領域１ａ及び高比表面積領域１ｂを図示しないが例えば炉付けによって接続しているが、当該接続には、耐熱性を有する種々の導電性材を採用することができるとともに、その接続方法は炉付けに限定されることはなく既存の種々の接続方法を採用することができる。【００２８】
そして電極１は、低比表面積領域１ａにおいても高比表面積領域１ｂにおいても同様に、図２に具体的に示す多孔質構造を有している。すなわち、それぞれの表面が平坦な部分がほぼ存在しない形状をしており、少なくとも一方の表面から他方の表面に貫通する多数の貫通孔１０ａ、１０ｂと、それぞれの表面において陥没する貫通していない多数の凹部１１ａ、１１ｂと、多数の凸部１２ａ、１２ｂを有している。それぞれの表面は、そのほぼ全域にわたって凹凸形状をして高低差が形成されており、凸部１２ａ、１２ｂは、電極１に電圧が印加された場合に、電荷が集中する部位となり、プラズマ放電の効率を向上させるのに寄与する。なお、凹部１１ａ、１１ｂは必ずしも必要ではなく、凸部１２ａ、１２ｂが形成されることにより凸部１２ａ、１２ｂより低い部分として形成されるものであってよい。貫通孔１０ａ、１０ｂは、必ずしも一方の表面から他方の表面に直接貫通している必要はない。プラズマ反応器Ｐに組み込まれた場合において、排気ガスが上流から下流まで通過することができるものであればよい。この場合、貫通孔１０ａ、１０ｂは必ずしもまっすぐなものである必要はなく、曲がっていたり二股や三ツ股などに分岐したりしていてよい。また貫通孔１０ａ、１０ｂは、その内壁においても表面同様に凹凸形状を有しており、その凹部分において、あるいは内壁間において、排気ガスに含まれる粒子状物質ＰＭなどの物質の移動を有効に阻害し、場合によっては一時的に粒子状物質ＰＭを捕捉することにより、粒子状物質ＰＭが電極１を通過するのに掛かる時間が、プラズマが粒子状物質を燃焼させるために必要な時間を超えるようにし得るものである。【００２９】
低比表面積領域１ａは、図２に示すように、比表面積を、１０００ｍ２／ｍ３以下として一定寸法以上の開口たる貫通孔１０ａを具備することによってプラズマの発光輝度が高くなるように設定し、当該低比表面積領域１ａ内の排気ガスが活性化、すなわち高いエネルギーを有するようにし得るものである。なお本実施形態において、例えば、５００ｍ２／ｍ３を示し、約１．９ｍｍ径の開口を有しているものを採用している。【００３０】
高比表面積領域１ｂは、図２に示すように、粒子状物質ＰＭを捕捉する性能を向上させるために低比表面積領域１ａよりも比表面積を大きくなるように設定している。なお本実施形態では、例えば１２５０ｍ２／ｍ３を示し、約０．９ｍｍ径の貫通孔１０ｂを有しているものを採用している。このように比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上として一定寸法以下の開口を具備することで、当該高比表面積領域１ｂにおいて、貫通孔１０ｂの内径もしくは内側寸法を貫通孔３を特に通り抜けにくい寸法に設定することとなる。そうすることにより、粒子状物質ＰＭが貫通孔１０ｂ内を通過する速度を低下させ、粒子状物質ＰＭをプラズマにより燃焼させ得る所定時間以上に電極１内に滞留させ得るようにするものである。しかしながら、ＤＰＦのように交互に閉鎖されていないため、圧力損失を低くすることができる。凹部１１ｂについては、その大きさや形状は限定されるものではないが、粒子状物質ＰＭが拡散メカニズムによって吸着容易な大きさが好ましい。【００３１】
このような構成において、図２に示すように、排気ガスは上流側から電極１の低比表面積領域１ａの貫通孔１０ａへ流入し、貫通孔１０ａを通過して下流側の高比表面積領域１ｂの貫通孔１０ｂに移動して行くものである。【００３２】
排気ガスが電極１を通過する場合に、排気ガスに含まれるほぼ全ての粒子状物質ＰＭは、それぞれの電極１の貫通孔１０ａ、１０ｂ内に沿って場合によっては一時的に捕捉されるなど移動を阻害され迂回しながら下流へ流れる。つまり、それぞれの電極１は、粒子状物質ＰＭに対してフィルタとしても機能するものである。粒子状物質ＰＭの主元素は炭素粒子であるので、捕捉された粒子状物質ＰＭは電極１の一部としても機能する。このため、電極１に電圧が印加された場合に、電極１自体から電子が放出されるとともに捕捉された粒子状物質ＰＭからも電子１が放出されてプラズマ放電が開始される。したがって、粒子状物質ＰＭを捕集しても放電効率の低下なくプラズマを発生することができる。【００３３】
特に、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以下として１．９ｍｍ径の開口たる貫通孔１０ａを有する低比表面積領域１ａから発光輝度が高い状態でプラズマが発生することによりプラズマ反応器Ｐ内の排気ガスが高いエネルギーを持つようになるため、高い比率で粒子状物質ＰＭを除去し得る状態としながら、比表面積を１０００ｍ２／ｍ３以上として０．９ｍｍ径の開口たる貫通孔１０ｂを有している高比表面積領域１ｂによって粒子状物質ＰＭ滞留時間を確実に確保することができるので、図２に模式的に示すように、貫通孔１０ａ、１０ｂに捕捉された粒子状物質ＰＭはその表面から順次燃焼してその径が小さくなり、最終的には全て酸化されることによって除去される。そのため、電極１の貫通孔１０ａ、１０ｂが目詰まりすることがなく、連続して排気ガスがプラズマ反応器Ｐに供給されても電極１の排圧が上昇することがない。したがって、貫通孔１０ａ、１０ｂが詰まることによるＤＰＦにおいて起こるような排圧の上昇を防止することができ、ひいてはディーゼルエンジンに採用すれば、燃費悪化と出力の低下を有効に防止することができる。
なお、多孔質体作成方法としては公知の方法、例えば、特開昭５３−６５２０６、特開昭６２−２６３９７４又は特開平１１−２１７６０２を使用することができる。【００３４】
＜変形例＞
以下、本実施形態に係る変形例について図３を参照して説明する。当該変形例において上記実施形態と同様の構成を示すものについては同様の符合を付して、その詳細な説明を省略するものとする。【００３５】
本実施形態の変形例に係るプラズマ反応器用電極Ａ１は、低比表面積領域１ａとして、表面に電荷の集中する突出部位たる切断面Ａ１４を複数形成した構造を有する金属板Ａ１を採用したものとしている。【００３６】
この金属板Ａ１は、例えばニッケル、銅、鉄、ステンレス、タングステンなどの金属のものが挙げられる。この電極Ａ１の厚みは例えば、２００×１０−６ｍ（メートル）で、上述したほぼ波形状を維持するに十分な強度を得られるものであれば、この値に限定されるものではない。【００３７】
金属板Ａ１は、図３に示すように、その横方向に、隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２とを交互に連続して備えている。また金属板Ａ１は、縦方向においても、隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２とを交互に連続して備えている。ここで縦方向（図３において矢印により示す方向）とは、排気ガスが流れる方向を指すものである。これに対して、横方向とは、この縦方向にほぼ直交する方向を指すものである。なお当該金属板Ａ１の比表面積は、上記実施形態同様に１０００ｍ２／ｍ３以下となっている。【００３８】
金属板Ａ１の縦方向において、隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２との間に陥没部Ａ１２が交互に連続することにより、金属板Ａ１の縦方向の端面Ａ１３と同様に、隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２との境界に縦方向に向いて露出する切断面Ａ１４が複数つまり多数形成されている。そして当該切断面Ａ１４によって直径５ｍｍの開口を形成している。電極１に電圧を印加した場合に生じる電荷が集中する部位であるこの切断面Ａ１４は例えば、縦方向に連続する隆起部Ａ１１を所定の間隔で凹ませる場合に、隆起部Ａ１１が切断されることによって形成されるものであってよい。なお、この変形例にあっては、横方向において部分的に隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２とが交互に連続し、部分的に隆起部Ａ１１及び陥没部Ａ１２が連続する形状であるが、本発明にあってはこのような形状をも含むもので、図示しないが、同じ長さの隆起部Ａ１１と陥没部Ａ１２とが横方向において交互に連続する構造を含むことは言うまでもない。【００３９】
このような金属板Ａ１は例えば、凹凸を有する二つの回転体の間に金属板材料を圧しながら通すことにより製作することが可能である。したがって、所定幅の金属板材料を連続的に加工することで、容易に同一形状の金属板Ａ１を製作することが可能で、製造コストを低減することを可能にしている。しかも、この第一の実施形態のもののように、板厚の薄い金属板材料を使用することにより軽量化および圧力損失を低下させることができる。【００４０】
＜他の変形例＞
当該他の変形例においては、図４に示すように、上記変形例と同様に低比表面積領域１ａとして、平らな金属板材料の一方の表面から突出するように、切り起こしにより電荷の集中する部位を複数形成した金属板Ｂ１を採用している。すなわち、金属板Ｂ１は、切り起こしにより形成された三角錐形状からなる突出部Ｂ１０を、所定の距離を離間させ、つまり所定のピッチで縦方向と横方向とに設けてある。なお、縦方向及び横方向については上述の変形例と同様である。なお当該金属板Ｂ１の比表面積は、上記実施形態並びに変形例同様に１０００ｍ２／ｍ３以下となっている。【００４１】
突出部Ｂ１０は、その三角錐形状の底面が貫通孔になっており、その貫通孔を覆うようにして側面Ｂ１１が形成されている。二枚の側面Ｂ１１は、縦方向の前側で離れており、縦方向の後側で連結している。これによって、突出部Ｂ１０の縦方向の前側には三角形状の開口Ｂ１２が形成されており、その開口Ｂ１２の周囲に金属板材料の板厚にほぼ等しい切断面Ｂ１３が形成される。この実施形態においては、突出部Ｂ１０は、縦方向において、前列のものと重なり合わないように、前列の突出部Ｂ１０の間の中間の位置に来るように配置されるものである。つまり、三角形状の網目のそれぞれの頂点を中心にして、各突出部Ｂ１０が配置されるものである。【００４２】
この突出部Ｂ１０においては、それぞれの側面Ｂ１１により形成される後側の嶺部Ｂ１４、及び開口Ｂ１２の上に位置する頂部Ｂ１５が、尖った形状になるので、切断面Ｂ１３を形成する縁部を含めて、電荷の集中が顕著となるものである。【００４３】
このような構成の金属板Ｂ１にあっても、切断面Ｂ１３が多数突出して配置されるので、上述の実施形態と同様の効果を発揮するものである。【００４４】
なお、突出部Ｂ１０は、必ずしも所定のピッチで設ける必要はなく、無作為に又は任意にそれぞれを配置するものであってもよい。また、突出部Ｂ１０は、切り起こしの加工をする場合、同じ高さのものの製造が容易であるが、必ずしも同じ高さでなくともよく、明確な切断面Ｂ１３を、さらには尖った頂部Ｂ１５を備えておればよい。【００４５】
以上のように、本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐ用の電極１は、プラズマの発光輝度が高いすなわちプラズマによる粒子状物質ＰＭの除去性能が高い比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下であり且つ孔径が一定寸法以上の開口を有する低比表面積領域１ａと、粒子状物質ＰＭの捕捉率が高い比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以上であり且つ孔径が一定寸法以下の開口を有する高比表面積領域１ｂとを併せて含んでいることにより、電極１全体として排気ガスを活性化させることによって、プラズマによる粒子状物質ＰＭの除去性能が高く、且つ粒子状物質ＰＭが電極１内を滞留してプラズマと反応しうる時間も有効に確保し得たものとなっている。しかも低比表面積領域１ａにおいてプラズマを高い輝度で発生させて排気ガスが高いエネルギーを持つようになった状態で、高比表面積領域１ｂによって粒子状物質ＰＭを含む排気ガスを十分な時間において滞留或いは一時的に捕捉させることができる。そのため、粒子状物質ＰＭに対して十分な活性且つ反応時間をもってプラズマを好適に反応させることが可能なものとなっている。【００４６】
また当該電極１は、排気ガス流路Ｈにおける上流側に位置する低比表面積領域１ａと、下流側に位置し前記低比表面積領域１ａよりも大きい比表面積を有する高比表面積領域１ｂとを具備しているので、当該上流側において発光輝度が高い状態でプラズマを発生させる構成とするとともに、下流側には粒子状物質ＰＭの通過阻害性能が高い高比表面積領域１ｂを設けて粒子状物質ＰＭを確実に十分な時間をもって電極１内に確保しつつ、当該高比表面積領域１ｂにおいて発生するプラズマと、上流側の低比表面積領域１ａによって発生し活性化した排気ガスとともに下流側へ移動したプラズマとを作用させて好適に粒子状物質ＰＭを酸化すなわち燃焼させ得る構成となっている。【００４７】
そして、プラズマの発光輝度が高い比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下の領域を、上流側に位置する低比表面積領域１ａに配置することにより、排気ガスを高い発光輝度を示すプラズマにより活性化させ、排気ガス流路Ｈに沿って当該排気ガスが移動すれば下流側の高比表面積領域１ｂにおいてもさらに排気ガスをプラズマにより活性化させつつ一定時間滞留することで粒子状物質ＰＭを十分な時間活性化させた排気ガス中に位置させることによって酸化・燃焼させることができる。すなわち粒子状物質ＰＭを十分に滞留させ得る高比表面積において排ガスをプラズマにより活性化させた状態で且つ十分な時間プラズマを作用させ得る構成となっている。【００４８】
そして上記実施形態では、低比表面積領域１ａ及び高比表面積領域１ｂを多孔質構造をなすものとしているので、電極１としての役割を果たしつつ、好適に粒子状物質ＰＭを滞留或いは一時的に捕捉しうるものとなっている。【００４９】
さらに、上述の各変形例では、低比表面積領域１ａを、表面に電荷の集中する突出部位である切断面Ａ１４や切断面Ｂ１３を複数形成した構造を有するものとして、好適にプラズマの発光輝度を高く排気ガスを活性化させ易くしたものとして、プラズマによる粒子状物質ＰＭ除去性能を、さらに向上させている。【００５０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。【００５１】
例えば、上記実施形態では低比表面積領域及び高比表面積領域を排気ガス流路が延びる方向すなわち排気ガスが流れる方向に沿って設ける構成としたが、当該低比表面積領域及び高比表面積領域を、排気ガスが流れる方向に直交させた方向に設けても良い。具体的には、それぞれ異なる均一な比表面積を有する電極をそれぞれ積層させることによって排気ガスが流れる方向に直交する方向に比表面積を変化させても良く、一枚の電極において前記直交する方向に比表面積を変化させてもよい。【００５２】
さらに、排気ガスがプラズマ発生器を流れる際には排気ガス流路内中央に排気ガスが集中する傾向に有ることを考慮して、排気ガス流路中央に優先的にプラズマを発生させ得るようにそれぞれ比表面積が異なる電極を配置する構成としてもよい。また、排気ガスを排気ガス流路内に均一に流れる様にそれぞれ比表面積が異なる電極を配置するような構成であっても良い。【００５３】
そして、低比表面積領域及び高比表面積領域とを２種類の比表面積を有する電極によって構成したが当該構成に限られるものでない。すなわち、電極の構成を３種類以上の異なる比表面積を有する領域によって構成してもよく、例えば上流から下流にかけて多段階で比表面積が大きくなるような構造を採用しても良い。【００５４】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【実施例】
【００５５】
以下に本発明に係る一実施例を示すが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。【００５６】
１．多孔質電極のプラズマ発光輝度測定試験
４種類の比表面積を有する多孔質電極におけるプラズマ発光輝度を測定した。
１．１＜試験材料＞
以下の多孔質電極を供試した。
♯５    ：比表面積５００ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約１．９ｍｍ）
♯８    ：比表面積８５０ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約１．３ｍｍ）
♯１２：比表面積１２５０ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約０．９ｍｍ）
♯５８：比表面積５８００ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約０．４５ｍｍ）
１．２＜試験方法＞
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、６００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、６００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生により発光した際の発光輝度を測定した。なお、プラズマ発生用の電源は直流５００Ｖまで昇圧する１次電源と１０ｋＶまで昇圧するパルス電源の２段階で構成されている。
１．３＜試験結果＞
試験結果を図５にグラフとして示す。同図に示すように、比表面積が小さい、換言すれば孔径が大きい電極ほどプラズマの発光輝度が高いことが判明した。特に比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下である＃５並びに＃８においてはプラズマの発光輝度が特に高いことが判明した。【００５７】
２．多孔質電極のＰＭ除去率測定試験。
上記プラズマ発光輝度測定試験において供試した多孔質電極を、動力計を用いたモード評価に供試した。それぞれの電極を採用した場合のＰＭ除去率をそれぞれ測定した。
２．１＜試験材料＞
上記多孔質電極のプラズマ発光輝度測定試験に同じ多孔質電極を供試した。
２．２＜試験方法＞
動力計を用いた１０．１５モード評価におけるＰＭ除去率の評価に際して、高電圧パルス電源を用いて１次側として４００Ｖ、６００Ｈｚ、昇圧後の２次側は８ｋＶ、６００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマを発生させた状態でのＰＭ除去率（プラズマｏｎ）と、前記電圧を印加しなかった際のＰＭ除去率（プラズマｏｆｆ）とをそれぞれ測定した。
２．３＜試験結果＞
試験結果を図６にグラフとして示す。図中矢印は同じ電極における電圧印加の有無による差を模式的に示しているものである。同図に示すように、電圧印加の有無に拘わらず比表面積が大きくなるに従ってＰＭをトラップし易くなるため、ＰＭ除去率は上昇する傾向にある。しかし、それぞれの電極において電流印加によるＰＭ除去率の差は、比表面積が小さいほど、言い換えれば上記プラズマ発光輝度測定試験において発光輝度が高いものほど大きくなっている。【００５８】
すなわちこれらの結果から、プラズマの発光輝度と、プラズマによるＰＭ除去率との間には高い相関関係があるということができる。すなわち、比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以下である＃５並びに＃８においては、プラズマ発生時とプラズマ未発生時におけるＰＭ除去率の差が大きく、プラズマによるＰＭ除去を効果的に行なうことができることが判明した。比表面積が１０００ｍ２／ｍ３以上である＃１２並びに＃５８においてはＰＭの除去率が特に高いことが判明した。【００５９】
３．変形例に係る金属板と多孔質電極とのプラズマ発光輝度比較測定試験
３．１＜試験材料＞
上記実施形態において低比表面積領域に採用した図２に係る多孔質電極と、同実施形態の変形例において採用した図３に示す金属板Ａ１ものと同様の構成を有する金属板（以下、図中ともにウェーブフォイル電極と記す）とを供試した。なお当該ウェーブフォイル電極は、直径約５ｍｍの開口を有するものとなっている。
３．２＜試験方法＞
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、６００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、６００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生によって発光した際の発光輝度を測定した。
３．３＜試験結果＞
各電極のプラズマ発光を図７に写真として示す。同図に係る写真右下に示すように、５８．１という相対値を示した多孔質電極（♯５）に対して、比表面積がさらに小さく且つより大きな開口を有しているウェーブフォイル電極は７３．３という相対値を示しており、ウェーブフォイル電極のプラズマの発光輝度がより高いことが判明した。
４．多孔質電極のＰＭ除去率と排気圧測定試験
３種類の電極におけるプラズマ発光輝度を測定した。
４．１＜試験材料＞
以下の多孔質電極を供試した。
♯５    ：比表面積５００ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約１．９ｍｍ）
♯１２：比表面積１２５０ｍ２／ｍ３を示す多孔質電極（孔径約０．９ｍｍ）
♯５＋♯１２：排気ガス流路の上流側に♯５の多孔質電極、下流側に♯１２の多孔質電極を備えた電極（以下、図中ともにマルチステージ電極と記す。）
４．２＜試験方法＞
動力計を用いた１０．１５モード評価におけるＰＭ除去率および排気圧の評価に際して、高電圧パルス電源を用いて１次側として４００Ｖ、２００Ｈｚ、昇圧後の２次側は８ｋＶ、２００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマを発生させた状態でのＰＭ除去率と、モード試験中における各電極における最高排気圧をそれぞれ測定した。
４．３＜試験結果＞
試験結果を図８にグラフとして示す。図８（ａ）からわかるように本発明のマルチステージ電極においては♯１２と同様に高い除去率を示した。一方、図８（ｂ）からわかるように本発明のマルチステージ電極においては♯５よりは高い最高排気圧を示すものの、実質的に同じＰＭ除去率を示す♯１２と比較して、大幅に低い最高排気圧を示すことが判明した。
すなわちこれらの結果から、本発明のマルチステージ電極においては、高いＰＭ除去率を維持しつつ、排気ガスの排圧の上昇を抑え得ることができることが判明した。
【産業上の利用の可能性】
【００６０】
本発明のプラズマ反応器用電極は、工場、プラント、内燃機関などから排出される排煙に含まれて環境に悪影響を与える成分を除去するための装置などに用いられる。
【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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【国際調査報告】
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