(57)【要約】  【課題】プラズマ反応器用電極において、溝又は細孔が電極又は誘電体の表面に形成してあるものでは、電極に印加した電圧により溝又は細孔の部分で電界が集中しても、プラズマ放電は溝又は細孔において二次元的つまり平面的に発生するため、排気ガスなどが通る空間つまり電極間のプラズマ放電は均等な状態にすることが難しく、プラズマ発生効率が低い。  【解決手段】金属板からなり、少なくともその一方の表面に、表面から突出して電位の集中する部位を複数形成してなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属板からなり、少なくともその一方の表面に、表面から突出して電位の集中する部位を複数形成してなるプラズマ反応器用電極。
【請求項２】
電位の集中する部位が、縦方向及び横方向に交互に連続して形成される凸部と凹部との縦方向における凸部と凹部との境界に形成された切断面である請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項３】
縦方向が、処理する気体の流れる方向に一致する請求項２記載のプラズマ反応器用電極。
【請求項４】
金属板が、一方の表面に誘電体を備えてなる請求項１、２又は３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ために、触媒及び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、ＤＰＦの場合、ＰＭを捕集することにより内部のＰＭが増加すると、排気ガスの流通が悪くなり、ディーゼルエンジンの排気抵抗が増加し、その結果、燃費と出力が低下することになる。
【０００３】
このような状況に鑑みて、近年では捕集したＰＭを酸化させてガス化（ＣＯ2）にして除去することや、排気ガスを改質してＰＭなどの排出量を低減することが試みられている。このような試みの一つとして、触媒を含む排出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に記載のものにあっては、対向配置される二枚の電極と、その電極のいずれか一方に積層された誘電体とを備えて、電極及び誘電体の少なくとも一方の表面上に、溝又は細孔を所定の周期間隔により形成して、対向配置された電極間にプラズマを発生させ、そのプラズマに排気ガスを接触させることにより、排気ガス中のＰＭなどの排出量を低減するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２のものにあっては、プラズマ発生電極において、対向配置されるうちの少なくとも一方が、板状のセラミック誘電体と、セラミック誘電体内に配設される導電膜とを有してなり、導電膜はその膜厚方向に所定の間隔を隔てた状態で配置される複数からなり、導電膜の少なくとも一枚に、膜厚方向に貫通した複数の貫通孔が形成されているものである。
【特許文献１】特開２００５−１３８０９８号公報
【特許文献２】特開２００５−２０３３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記の構成のものでは、溝、細孔、貫通孔を有するものの、基本的には平板な形状の電極であるために、電極間（導電膜間）にプラズマを効率よく発生させる構造とはならない。すなわち、特許文献１のものでは、溝又は細孔が電極又は誘電体の表面に形成してあるものの、電極に印加した電圧により溝又は細孔の部分で電界が集中しても、プラズマ放電は溝又は細孔において二次元的つまり平面的に発生するものである。このため、排気ガスなどが通る空間つまり電極間のプラズマ放電は均等な状態にはなりがたく、効率よくプラズマを発生させ得るものではない。
【０００６】
同様に、特許文献２のものでは、貫通孔を有する導電膜がセラミック誘電体内に設けられるが、プラズマは貫通孔内において二次元的に発生する傾向にあり、必ずしも導電膜間に効率よくプラズマが発生するものではなかった。
【０００７】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明のプラズマ反応器用電極は、金属板からなり、少なくともその一方の表面に、表面から突出して電位の集中する部位を複数形成してなることを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、電圧が印加された際に、複数の部位において電位が集中することになる。電位が集中することにより、それぞれの部位においてプラズマ放電効率を高くすることが可能になる。このことは、プラズマ反応器において、対向配置される電極間の空間ほぼ全域においてほぼ均等にプラズマを発生させることを可能にするものである。
【００１０】
本発明における電位の集中する部位としては、尖った形状を含む部位であればその形状自体は特に限定されるものではなく、具体的には、縦方向及び横方向に交互に連続して形成される凸部と凹部との縦方向における凸部と凹部との境界に形成された切断面であるものが挙げられる。この場合に、凸部と凹部とは、その断面形状がほぼ半円形のものや、等辺三角形のものなどが挙げられ、全体としては波状の断面形状となるものである。このような波状の断面形状は例えば、金属板をプレス加工することにより得られるので、生産効率を高くすることが可能になる。また、このような凸部と凹部とを有する構成のものにあっては、縦方向が、処理する気体の流れる方向に一致するものが好ましい。このような構成であれば、プラズマ反応器において、処理する気体がプラズマに接触する時間を長くすることが可能になる。
【００１１】
プラズマ反応器の使用時において、プラズマ放電をほぼ均一にするとともに、その初期放電効率を高くするためには、一方の表面に誘電体を備えてなるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、以上説明したような構成であり、電圧が印加された際に、複数の部位において電位が集中することにより、それぞれの部位においてプラズマ放電効率を高くすることができる。したがって、使用時にあっては、これらの部位により効率よくプラズマが発生するので、電極表面のほぼ全域にわたってほぼ均等にプラズマが存在する空間を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜３を参照して説明する。
【００１４】
この第一の実施形態のプラズマ反応器用電極（以下、電極と称する）１００は、断面形状をほぼ波形状にしてなる金属板１とその一方の表面に設けられる板状の誘電体２とからなるものである。電極１００の素材となる金属板１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。この金属板１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。
【００１５】
金属板１は、その横方向に、凸部３と凹部４とを交互に連続して備えている。又、金属板１は、縦方向においても、凸部３と凹部４とを交互に連続して備えている。ここで、縦方向（図２において矢印５により示す方向）とは、この電極１００がプラズマ反応器に取り付けられた場合に、処理する気体、例えば自動車のエンジンの場合に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（図２において矢印６により示す方向）とは、この縦方向にほぼ直交する方向を指すものである。
【００１６】
金属板１の縦方向において、凸部３と凸部４との間に凹部４が交互に連続することにより、金属板１の縦方向の端面７と同様に、凸部３と凹部４との境界に縦方向に向いて露出する切断面８が複数つまり多数形成されている。電極１００に電圧を印加した場合に生じる電位が集中する部位であるこの切断面８は例えば、縦方向に連続する凸部３を所定の間隔で凹ませる場合に、凸部３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、この第一の実施形態にあっては、横方向において部分的に凸部３と凹部４とが交互に連続し、部分的に凸部３及び凹部４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、同じ長さの凸部３と凹部４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。
【００１７】
このような金属板１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１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、電極１００を軽量化することができる。
【００１８】
誘電体２は、平板形状をしており、金属板１の一方の面に取り付けてられる。誘電体２は、プラズマ反応器における電極配置を、誘電体２を備える電極１００とその誘電体２を挟むようにして配置される金属板１のみからなる電極２００とで実現する場合に、所定の電圧を電極１００及び電極２００に印加した場合にプラズマが発生するのに十分な距離に等しい厚みに設定するものである。
【００１９】
このような構成において、プラズマ反応器に電極１００及び電極２００が取り付けられる場合には、電極１００の誘電体２を電極２００で挟んで、プラズマ反応器における１セットの電極部が形成される。この場合に、それぞれの電極１００、２００の金属板１は同じ大きさで同じ形状であり、電極１００の凸部３に対応して電極２００の凸部３が位置するように、それぞれを対向配置するものである。この結果、電極１００の金属板１と電極２００の金属板１との距離は、金属板１の全領域において等しいものとなる。
【００２０】
電極１００及び電極２００には複数の切断面８が縦方向において露出している。このような切断面８を形成することにより、その切断面８が、金属板１の縦方向において凸部３と凹部４との境界から突出した状態になっている。この切断面８には、電極１００、２００に電圧が印加された際に、電位が集中することになる。この電位の集中は、切断面８を形成している縁部において顕著に現れる。そのため、電位が集中した切断面８からの電子放出が、凸部３や凹部４の表面に比較して活発になり、放電開始電圧を低電圧化すること及び低消費電力化することに寄与するものである。したがって、低い放電開始電圧にもかかわらず、電極１００及び電極２００の間に全体にほぼ均等な状態で高いプラズマ光強度のプラズマを発生させることができ、効率よく処理する気体に含まれるＰＭを低減することができるものである。図４にプラズマ発光の状態を示す。
【００２１】
この第一の実施形態の電極１００、２００にあっては、処理する気体が縦方向に流れるものであるので、プラズマ反応器において発生したプラズマに接触している時間を長くすることができる。しかも、縦方向に貫通している凸部３と凹部４とが処理する気体の流路になるため、流路抵抗を小さくすることができ、処理能力を高くすることができる。
【００２２】
なお、上述の第一の実施形態にあっては、金属板１の横方向における断面形状を半円形のほぼ波形としたが、サイン波形状や放物線形状、さらには等辺三角形状、多角形形状などであってもよい。これらの形状は、加工の容易性に押して選択するものであってよい。
【００２３】
また、以上に説明した第一の実施形態では、誘電体２が金属板１の一方の表面側に備えるものを説明したが、プラズマ反応器において、複数の電極を積層する構成では、金属板の両方の表面に誘電体２を備えるものであってもよい。
【００２４】
次に、第二の実施形態について、図５により説明する。
【００２５】
この第二の実施形態にあっては、金属板３０１は、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位の集中する部位を複数形成したものである。すなわち、金属板３０１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３１０を、所定の距離離して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、この第二の実施形態における縦方向及び横方向についても、上述の実施形態と同じである。
【００２６】
突出部３１０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３１２が形成されている。二枚の側面３１２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３１０の縦方向の前側には三角形状の開口３１３が形成されており、その開口３１３の周囲に金属板材料の板厚にほぼ等しい切断面３１４が形成される。この実施形態においては、突出部３１０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３１０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３１０が配置されるものである。
【００２７】
この突出部３１０においては、それぞれの側面３１２により形成される後側の嶺部３１５、及び開口３１３の上に位置する頂部３１６が、尖った形状になるので、切断面３１４を形成する縁部を含めて、電界の集中が顕著となるものである。
【００２８】
このような構成の金属板３１０にあっても、切断面３１４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。
【００２９】
なお、突出部３１０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３１０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３１４を、さらには尖った頂部３１６を備えておればよい。
【００３０】
加えて、上述のそれぞれの実施形態では、平板形状の誘電体２を説明したが、誘電体は金属板１、３０１にコーティング（塗布）することによって設けるものであってもよい。誘電体は、金属板１、３０１の少なくとも一方の表面（第二の実施形態のものにあっては、突出部３１０が設けてある側の表面）にコーティングするものであればよい。又、金属板１、３０１全体を誘電体により被覆するようにコーティングするものであってもよい。このようにコーティングにより誘電体を金属板１、３０１に設けるものにおいて、切断面にも誘電体をコーティングするものであってよい。
【００３１】
その他、各部の具体的構成についても上記それぞれの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。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
本発明の活用例として、自動車の排気ガス浄化装置、プラントなど煙を出す施設における排煙処理装置など、ＰＭを含んだ排煙を排出するものに対して設置される処理装置のプラズマ反応器が挙げられる。又、燃料電池において使用する水素を生成するための改質装置などに用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第一の実施形態の平面図及び正面図。
【図２】同実施形態の拡大した部分を示す斜視図。
【図３】同実施形態の電極をプラズマ反応器に使用する際の組み合わせを示す正面図。
【図４】同実施形態におけるプラズマ発光の状態を示す写真。
【図５】本発明の第二の実施形態の図２相当図。
【符号の説明】
【００３４】
１…金属板
２…誘電体
３…凸部
４…凹部
８…切断面
１００…プラズマ反応器用電極
２００…プラズマ反応器用電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図４】
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