(57)【要約】【課題】排ガス含有物質供給部で発生したプラズマを観測しつつ、排ガス含有物質の除去状態を観察することができる排ガス含有物質除去観測装置の提供【解決手段】  この排ガス含有物質除去観測装置１０は、排ガス含有物質が供給される排ガス含有物質供給部１１に、パルス電流の供給を受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置１２に対し、プラズマ発生装置１２に供給されるパルス電流を観測するパルス電流観測部１３と、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマを観測するプラズマ観測部１４と、排ガス含有物質供給部１１での排ガス含有物質の除去状況を観測する排ガス含有物質除去状況観測部１５とを設けたものである。【選択図】図１
2007100620.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス含有物質が供給される排ガス含有物質供給部に、パルス電流の供給を受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置に対し、
前記プラズマ発生装置に供給されるパルス電流を観測するパルス電流観測部と、
前記排ガス含有物質供給部に発生したプラズマを観測するプラズマ観測部と、
前記排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質の除去状況を観測する排ガス含有物質除去状況観測部とを設けた排ガス含有物質除去観測装置。
【請求項２】
前記パルス電流観測部は、プラズマ発生装置に供給されたパルス電流の電圧値、電流値、周波数及びパルス波形を観測することを特徴とする請求項１に記載の排ガス含有物質除去観測装置。
【請求項３】
前記プラズマ観測部は、プラズマ光の輝度値を算出する輝度値算出部を備えていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス含有物質除去観測装置。
【請求項４】
前記プラズマ観測部は、プラズマ光の波長毎の発光強度を算出する分光解析部とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の排ガス含有物質除去観測装置。
【請求項５】
前記排ガス含有物質供給部は、排ガス含有物質供給部に排ガス含有物質を含むガスを供給する排ガス含有物質供給配管と、排ガス含有物質供給部を通過後のガスを排気する排気管とを備え、
前記排ガス含有物質除去状況観測部は、排ガス含有物質供給配管を流通する流通する物質を観測する第１観測部と、排気管を流通する物質を分析する第２観測部と、前記第１観測部と第２観測部の観測されたデータに基づいて、排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質の除去状況を観測することを特徴とする請求項１に記載の排ガス含有物質除去観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はプラズマ放電による排ガス含有物質の除去状況を観測する排ガス含有物質除去観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどのエンジンの排ガス中には、パティキュレート（粒子状物質(Particulate Matter)、以下「ＰＭ」という。）や、ＮＯｘ、ＣＯｘなどの環境負荷物質が含まれる。このため、このようなエンジンで走る車には、排ガスから環境負荷物質を除去する排ガス浄化装置を取り付けている。例えば、ディーゼルエンジン車には、排気中に含まれるＰＭを捕集するためパティキュレートフィルタ（Diesel Particulate Filter、以下「ＤＰＦ」という。）を設けている。また、例えば、特開２００１−３４９２１３号には、プラズマ発生装置を設置し、プラズマを発生させてＤＰＦに捕集させたＰＭを燃焼除去することが提案されている。また、特開２００２−２７６３３３号には、排ガス中のＰＭを捕集するセラミック製のＤＰＦの前にプラズマ発生装置を設置し、プラズマを発生させてＤＰＦに導入される排ガスを活性の高いラディカルな状態に励起させ、ＤＰＦで捕集されたＰＭがＤＰＦに導入される排ガスの温度で燃焼されるようにしたものもある。このように、ＤＰＦでのＰＭの燃焼除去を助勢し、ＰＭ除去率を向上させることやＤＰＦの目詰まりを防止することが種々提案されている。
【特許文献１】特開２００１−３４９２１３号公報
【特許文献２】特開２００２−２７６３３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、プラズマ発生装置でプラズマを発生させてＰＭや環境負荷ガスなど排ガス含有物質の除去し、排ガスを浄化する技術を実用化するには、それに最適なプラズマ放電条件を見出し、かつ、最適に制御する必要がある。プラズマ放電条件については、例えば、プラズマ発生装置の電極や誘電体の材質、形状や構造、プラズマ発生装置に供給されるパルス電流の電流値、電圧値、パルス波形や周波数などの種々の条件がある。これらの条件を変えると、プラズマを発生させたことによる排ガス浄化の効果が変化することは、プラズマ放電条件と、排ガスに含まれる成分を管理した結果から分かっている。
【０００４】
しかし、ＰＭの燃焼除去や排ガス成分の除去を助勢する効果を得るのに最適なプラズマ放電条件を見出す方法については未だ確立されていない。例えば、電極形状や電極の間隔が異なれば、発生するプラズマの状態も変化するなど、最適なプラズマ放電条件は個々の装置においても変わるため、簡単に最適なプラズマ放電条件を見出す方法を確立することもできない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者らは、プラズマ発生装置で発生したプラズマの状態を観測し、ＰＭや環境負荷ガスなど排ガス含有物質の除去に最適なプラズマの状態を作り出すプラズマ放電条件を見出すためには、実際にプラズマ発生装置で発生したプラズマを観測しつつ、排ガスの浄化やＰＭ除去の効果を観察することが必要であると考えた。しかし、このような観測を行う装置は存在しない。そこで、本発明者らは、実際にプラズマ発生装置で発生したプラズマを観測しつつ、排ガス含有物質の除去状態を観察することができる排ガス含有物質除去観測装置を開発した。
【０００６】
すなわち、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は、排ガス含有物質が供給される排ガス含有物質供給部に、パルス電流の供給を受けてプラズマを発生させるプラズマ発生装置に対し、プラズマ発生装置に供給されるパルス電流を観測するパルス電流観測部と、排ガス含有物質供給部に発生したプラズマを観測するプラズマ観測部と、排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質の除去状況を観測する排ガス含有物質除去状況観測部とを設けたものである。
【発明の効果】
【０００７】
斯かる排ガス含有物質除去観測装置によれば、プラズマ発生装置に供給したパルス電流と、排ガス含有物質供給部に発生したプラズマと、排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質の除去状況を観測でき、これらの観測結果に基づいて、それぞれ相互の相関関係を観測することができる。この観測結果から排ガス含有物質の除去の効果を得るのに最適なプラズマおよび斯かるプラズマを発生させる最適なプラズマ放電条件を見出すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態に係る排ガス含有物質除去観測装置を図面に基づいて説明する。
【０００９】
この実施形態に係る排ガス含有物質除去観測装置１０は、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置を簡易に構成したもので、例えば、実験室において用いられるのに好適な形態である。すなわち、この排ガス含有物質除去観測装置１０は、図１に示すように、排ガス含有物質供給部１１と、プラズマ発生装置１２と、パルス電流観測部１３と、プラズマ観測部１４と、排ガス含有物質除去状況観測部１５、１６を備えている。
【００１０】
排ガス含有物質供給部１１は排ガス含有物質が供給される部位であり、この実施形態では、ハウジング１７で囲んだ領域で構成している。プラズマ発生装置１２は、排ガス含有物質供給部１１内に収容しており、排ガス含有物質供給部１１のハウジング１７には外部から排ガス含有物質供給部１１でのプラズマの発生状態が観測できように観測窓１８を取り付けている。プラズマ発生装置１２は、図２に示すように、図３に示すように、一対のプラズマ放電用電極２１、２２の形状を断面波型にして誘電体２３を挟んで空隙２４を形成し、この空隙２４に放電し、排ガス含有物質供給部１１内にプラズマを発生させるものである。なお、プラズマ発生装置は、図示は省略するが、プラズマ放電用電極に多孔質材を用いて誘電体を挟んだ構造にしてもよい。また、電極面に筋状の溝を複数形成し、誘電体で被覆した一対のプラズマ放電用電極を重ね合わせ、溝の部分に放電を行う空隙を形成してもよい。
【００１１】
上記したプラズマ発生装置１２は、これを一つの構成単位として複数のプラズマ発生装置を並設して使用するのであるが、この実施形態では、一つのプラズマ発生装置１２を用い、これによりプラズマ発生装置を複数並設する場合の基礎データを採取している。
【００１２】
プラズマ発生装置１２には、図１に示すように、電圧値、電流値、周波数及びパルス波形を制御する制御部３１を備えたパルス電源３２からパルス電流を供給している。図１中の３３、３４は電力線であり、３５はアース線である。また、排ガス含有物質供給部１１に供給される排ガス含有物質は、実際にディーゼルエンジンの排ガスやＤＰＦ装置から捕集したＰＭを用いてもよいし、また、その擬似物質を用いてもよい。例えば、ＰＭの擬似物質としては入手が容易なカーボンナノ粒子などを用いてもよい。
【００１３】
パルス電流観測部１３はプラズマ発生装置１２に供給されるパルス電流を観測するものである。パルス電流については、例えば、電圧値、電流値、周波数及びパルス波形を観測するとよい。この実施形態では、パルス電流観測部１３は、パルス電源３２からプラズマ発生装置１２に供給される電圧値を検出する電圧プローブ３６と、パルス電源３２からプラズマ発生装置１２に供給される電流値を検出する電流プローブ３７と、パルス電流のパルス波形信号および周波数を検出する観測装置３８（例えば、オシロスコープ）で構成している。このパルス電流観測部１３によれば、実際に、プラズマ発生装置１２に供給されたパルス電流の電圧値、電流値、周波数及びパルス波形を観測することができる。
【００１４】
プラズマ観測部１４は排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマを観測するものである。この実施形態では、プラズマ観測部１４はプラズマ光の輝度値を算出する輝度値算出部４１と、プラズマ光の波長毎の発光強度を算出する分光解析部４２とを備え、輝度値と分光解析の両面からプラズマの観測データを得ている。
【００１５】
輝度値算出部４１は、例えば、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマを撮影する撮影装置４３と、撮影装置４３で撮影したプラズマ光の画像データから画像解析により、プラズマ光の輝度値を算出する演算装置４４で構成するとよい。また、分光解析部４２は、例えば、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマ光を波長毎に分光する分光器４５と、分光器４５を通して波長毎に分光された光ついて波長毎の発光強度を算出する演算装置４４で構成するとよい。
【００１６】
撮影装置４３としては、例えば、ＣＣＤカメラを用いることができる。また、プラズマ光は可視光線と紫外線を主成分とするので、上述したプラズマ観測部１４は、可視領域だけでなく、紫外線領域も観測するとよい。紫外線領域については、紫外線領域が撮影可能な別のレンズを用いて撮影するとよい。また、撮影は、排ガス含有物質供給部１１のハウジング１７に設けた観測窓１８を通して行うとよい。
【００１７】
排ガス含有物質除去状況観測部１５は排ガス含有物質供給部１１でのＰＭ除去状況を観測するものである。例えば、排ガス含有物質除去状況観測部１５は、排ガス含有物質供給部１１にガスを流通させ、排ガス含有物質供給部１１の前後のガス成分を観測し、ガス成分の差から排ガス含有物質の除去状況を観測するようにするとよい。例えば、排ガス含有物質のうちＰＭが燃焼除去されると、排ガス含有物質供給部１１を通過したガスにおいて、二酸化炭素濃度が増加する。また、排ガス含有物質供給部１１に排ガスを流通させてもよく、この場合、ＮＯｘやＣＯｘについても排ガス含有物質供給部１１の前後で濃度が変化するので、これらの物質の除去効果も観測することができる。
【００１８】
この排ガス含有物質除去観測装置１０は、上述したように、プラズマを発生させて燃焼除去する際の、プラズマ発生装置１２に供給したパルス電流、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマ、および、排ガス含有物質供給部１１での排ガス含有物質の除去状況を観測することができる。そして、これらの観測結果に基づいて、それぞれ相互の相関関係を観測することができ、さらに、この相関関係から実用的に排ガス含有物質の除去の効果を得るのに、最適なプラズマおよび斯かるプラズマを発生させる最適なプラズマ放電条件を見出すことができる。
【００１９】
また、この排ガス含有物質除去観測装置１０は、パルス電流観測部１３がプラズマ発生装置１２に供給されたパルス電流の電圧値、電流値、周波数及びパルス波形を観測するので、プラズマ発生装置１２に実際に供給されるパルス電流を計測している。このため、パルス電源３２の制御部３１の制御値と、実際に供給されるパルス電流に誤差がある場合でも、正確に、プラズマ発生装置１２に供給されたパルス電流を観測することができる。また、例えば、プラズマ発生装置は、放電開始電圧及び消費電力が低く、発生するプラズマのエネルギが高く、その分布も均一なものが好ましいが、その選定なども容易になる。
【００２０】
また、この排ガス含有物質除去観測装置１０は、プラズマ観測部１４としてプラズマ光の輝度値を算出する輝度値算出部４１を備えている。輝度値によりプラズマの状態を検知することができる。また、上述した実施形態では、撮影装置４３で撮影した画像を基に画像処理により、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマ光の輝度値を観測している。この観測結果によれば、排ガス含有物質供給部１１に発生したプラズマ光の輝度値の分布を解析でき、排ガス含有物質供給部１１に均一なプラズマが発生しているか否かなどを判定することができる。また、撮影装置４３に撮影した画像を基に画像処理で求めているので、排ガス含有物質供給部１１にセンサを設ける必要が無く排ガス含有物質供給部１１に発生するプラズマに影響与えないので、より正確な計測が行える。
【００２１】
また、この排ガス含有物質除去観測装置１０は、プラズマ観測部１４として、さらに、プラズマ光の波長毎の発光強度を算出する分光解析部４２を備えている。この分光解析部４２は、プラズマ光の波長毎の発光強度を算出するので、プラズマ光の波長成分とＰＭ除去率の相関関係を調べることができる。これにより、ＰＭ除去に優れたプラズマ場を判別でき、ＰＭ除去に優れたプラズマ場を発生させるプラズマ放電条件を見出すことができる。
【００２２】
また、斯かる排ガス含有物質除去観測装置１０は、排ガス含有物質供給部１１には、排ガスを模した模擬ガスを流通させるようにしてもよいし、排ガス含有物質供給部１１内に模擬的にＰＭを投入してもよい。また、斯かる模擬ガスや模擬物質は、実験室レベルで用いる簡単な排ガス含有物質の除去観測に好適である。そして、斯かる排ガス含有物質除去観測装置１０は、構造が簡単であるから排ガス除去の基礎データを取るのに好適であり、斯かる基礎データからプラズマ発生装置による排ガスの浄化効果を推測することができる。
【００２３】
次に、他の実施形態に係る排ガス含有物質除去観測装置を説明する。
【００２４】
本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は、排ガス含有物質供給部は排ガス含有物質供給部に排ガス含有物質を含むガスを供給する排ガス含有物質含有ガス供給配管と、排ガス含有物質供給部を通過後のガスを排気する排気管とを備えている場合にも適用できる。
【００２５】
具体的には、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は、図４に示すように、実際にディーゼルエンジン５１から排ガスを導入し、内部でプラズマを発生させることにより、排ガスを浄化する排ガス浄化装置５２にも適用できる。この場合、排ガス浄化装置５２において、排ガスが導入される領域が排ガス含有物質供給部として機能する。そして、排ガス含有物質除去観測装置５０の排ガス含有物質除去状況観測部６０は、ディーゼルエンジン５１から排ガス浄化装置５２に排ガスを送る排気管５３（ＰＭ含有ガス供給配管）を流通するガス成分と、排ガス浄化装置５２を通過した排ガスを排気する排気管５４を流通するガス成分を観測することにより、排ガス浄化装置５２でのＰＭ除去状況を観測するように構成するとよい。
【００２６】
以下、斯かる排ガス含有物質除去観測装置５０の実施形態を説明する。
【００２７】
図３中、５５はディーゼルエンジン５１の制御部、５６はディーゼルエンジン５１から動力を受けて駆動する駆動部、５７はディーゼルエンジン５１から出力される動力を伝達する動力伝達装置、５８は動力伝達装置５７に取り付けたトルクメータ、５９は駆動部に伝達された動力を計測する動力計をそれぞれ示している。
【００２８】
この排ガス浄化装置５２は、ディーゼルエンジン５１から排気管５３を通して排ガスが供給されるものであり、図示は省略するが、内部にプラズマ発生装置を備え、プラズマを発生させて、排気管５３から流入した排ガスを浄化して、排気管５４に排出するものである。この場合、厳密には、排ガス含有物質供給部は、排ガス浄化装置５２内に配設したプラズマ発生装置１２の一対のプラズマ放電用電極間に構成されている。この排ガス浄化装置５２は、内部に、複数のプラズマ発生装置を並設させて、ディーゼルエンジン５１から排出される排ガスを浄化するのに、十分なプラズマを発生させる能力を確保している。
【００２９】
なお、排ガス浄化装置５２内に配設されるプラズマ発生装置、プラズマ発生装置にパルス電流を供給するパルス電源および制御装置、プラズマ発生装置に供給されるパルス電流を観測するパルス電流観測部についてはそれぞれ図示を省略している。また、排ガス含有物質供給部に発生したプラズマを観測するプラズマ観測部は、排ガス浄化装置５２の一側面に、内部のプラズマ発生装置、および、その一対プラズマ放電用電極間に構成される排ガス含有物質供給部を外部から観測可能な観測窓６１を設け、排ガス浄化装置５２の外部に設けた撮影装置６２で、排ガス浄化装置５２内部の排ガス含有物質供給部に発生したプラズマを撮影している。
【００３０】
また、この実施形態では、排ガス含有物質供給部での排ガスの浄化状況を観測するため排ガス含有物質除去状況観測部６０として、排ガス含有物質供給配管としての排気管５３を流通する流通する物質を観測する第１観測部と、排気管５４を流通する物質を分析する第２観測部と、第１観測部と第２観測部の観測されたデータに基づいて、排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質の除去状況を観測するとよい。
【００３１】
例えば、ＰＭの除去状況を観測する場合には、排ガス浄化装置５２の前後の排気管５３、５４に、排ガス中に含まれるＰＭの濃度を計測するＰＭ濃度計６３を取り付け、排ガス浄化装置５２の前後で通過ガス中に含まれるＰＭの濃度を観察している。排ガス浄化装置５２でＰＭが燃焼除去されると、排ガスが排ガス浄化装置５２を通過した後でＰＭの濃度が減るので、その減少量から、排ガス浄化装置５２でのＰＭの燃焼除去量や、ＰＭ除去率を算出することができる。
【００３２】
また、例えば、ガス中のＨＣ、ＮＯｘ、ＣＯｘなどの環境負荷ガスの濃度を観測する場合には、排ガス浄化装置５２の前後の排気管５３、５４に、排ガスの成分を計測するガス成分分析計６５、６６を取り付けて、例えば、これらの環境負荷ガスの濃度を観測するとよい。排ガス浄化装置５２でこれらの環境負荷ガスが除去されると、排ガスが排ガス浄化装置５２を通過した後でこれらの環境負荷ガスの濃度が減るので、排ガス浄化装置５２の通過前後におけるこれらの環境負荷ガスの濃度の減少量から、排ガス浄化装置５２での各種環境負荷ガスの除去率を算出することができる。
【００３３】
ＰＭ濃度計６３およびガス成分分析計６５、６６は、例えば、排気管５３、５４に分岐管を設け、排ガスをサンプリングして、観測するとよい。
【００３４】
この排ガス含有物質除去観測装置５０によれば、排ガス浄化装置５２のプラズマ発生装置に供給したパルス電流と、排ガス浄化装置５２に発生したプラズマと、排ガス浄化装置５２での排ガスの浄化状況を観測でき、これらの観測結果に基づいて、それぞれ相互の相関関係を観測することができる。この観測結果から、斯かる排ガス浄化装置５２で排ガスの浄化の効果を得るのに最適なプラズマおよび斯かるプラズマを発生させる最適なプラズマ放電条件を見出すことができる。
【００３５】
このように、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は、実際に、排ガスを吸気し、内部でプラズマを発生させて排ガスを浄化する排ガス浄化装置に広く適用できる。また、排ガス浄化装置５２は、上述した排ガス浄化装置に限らず、例えば、プラズマを発生させてＰＭを燃焼除去するタイプのものや、ＰＭを捕集するセラミック製のＤＰＦの前にプラズマ発生装置を取り付け、プラズマを発生させて排ガスをラディカルな状態にして、ＤＰＦで捕集したＰＭの燃焼除去するのを助勢し、ＤＰＦの再生を図るものにも適用できる。また、実際のディーゼルエンジンを用いる代わりに、排ガスと同様の成分を含む排ガス模擬ガスを流通させる装置に排ガス浄化装置を取り付けて実験をするような場合にも適用できる。
【００３６】
そして、この場合には、プラズマ観測部は、プラズマが発生する部位に設けるとよく、排ガス含有物質除去状況観測部は、上述した実施形態と同様に、排ガス含有物質含有ガス供給配管を流通するガス成分と、排ガス浄化装置を通過した排ガスが流通する排気管のガス成分を観測するとよい。このように本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は、多様な形態の排ガス浄化装置５２において、プラズマ発生装置に供給したパルス電流と、排ガス含有物質供給部に発生したプラズマと、排ガス含有物質供給部での排ガス含有物質（例えば、環境負荷ガスやＰＭ）の除去状況を観測できるように構成することができる。
【００３７】
以上、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置の実施の形態を説明したが、本発明に係る排ガス含有物質除去観測装置は上述した実施形態に限定されない。
【００３８】
例えば、プラズマ観測部としては、上述したように撮影装置を用いるものだけでなく、プラズマの種々の事象を観測できるものを採用できる。例えば、電磁波観測器を用いてプラズマが発生している部分の電磁波を観測するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施形態に係る排ガス含有物質除去観測装置を示す図。
【図２】プラズマ発生装置の他の構造例を示す断面図。
【図３】本発明の他の実施形態に係る排ガス含有物質除去観測装置を示す図。
【符号の説明】
【００４０】
１０   排ガス含有物質除去観測装置
１１   排ガス含有物質供給部
１２   プラズマ発生装置
１３   パルス電流観測部
１４   プラズマ観測部
１５、１６    排ガス含有物質除去状況観測部
１７   ハウジング
１８   観測窓
２１、２２    プラズマ放電用電極
２３   誘電体
２４   空隙
３１   制御部
３２   パルス電源
３６   電圧プローブ
３７   電流プローブ
３８   観測装置
４１   輝度値算出部
４２   分光解析部
４３   撮影装置
４４   演算装置
４５   分光器
５０   除去観測装置
５１   ディーゼルエンジン
５２   排ガス浄化装置（排ガス含有物質供給部）
５３   排気管
５４   排気管
５７   動力伝達装置
６０   排ガス含有物質除去状況観測部
６１   観測窓
６２   撮影装置
６３   濃度計
６５   ガス成分分析計
【図１】
2007100620.tif 000003
【図２】
2007100620.tif 000004
【図３】
2007100620.tif 000005