(57)【要約】【課題】ＰＭスリップの発生を抑制できる、プラズマリアクタを提供する。【解決手段】プラズマリアクタ４では、排ガスの流通方向の上流側に、複数の第１電極パネル２１Ａが排ガスの流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置されている。排ガスの流通方向の下流側には、複数の第２電極パネル２１Ｂが排ガスの流通方向と直交する方向に第２間隔を空けて並列に配置されている。そして、第２電極パネル２１Ｂ間には、網状のＰＭ捕捉電極２８が介装されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体に電極を内蔵した構成を有する電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に間隔を空けて並列に配置され、前記電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるプラズマリアクタであって、
前記電極パネルは、排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて設けられ、
前記上流側の前記電極パネルは、前記流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置され、
前記下流側の前記電極パネルは、前記流通方向と直交する方向に前記第１間隔よりも大きい第２間隔を空けて並列に配置され、
前記下流側の前記電極パネルの各間に、網状または多孔質状のＰＭ捕捉電極が介装されている、プラズマリアクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマリアクタに関し、とくに、内燃機関（エンジン）からの排ガスに含まれるＰＭ（粒子状物質）を除去するための装置に好適なプラズマリアクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン、とくにディーゼルエンジンから排出される排ガスには、ＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）およびＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）などが含まれる。
【０００３】
排ガスに含まれるＰＭを除去する手法として、たとえば、ＰＭをＤＰＦ（Diesel particulate filter）で捕集し、燃料のポスト噴射または排気管内噴射により排ガスを昇温し、ＤＰＦに捕集されたＰＭを燃焼させる手法が提案されている。しかしながら、この手法は、ＰＭを燃焼させる際に燃料を消費することによる燃費の悪化の問題を有している。また、いわゆる街乗り（市街地走行）では、排ガスの温度がＰＭを燃焼させる高温にならないため、かかる手法は、街乗りに多用される小型車には不向きである。
【０００４】
そこで、プラズマリアクタを用いて、排ガスに含まれるＰＭを除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、複数の電極パネルを備えている。電極パネルは、誘電体に電極を内蔵した構成であり、複数の電極パネルは、排ガスの流れ方向と直交する方向に間隔を空けて対向配置される。電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、電極パネル間に低温プラズマ（非平衡プラズマ）が発生し、電極パネル間を流れる排ガス中のＰＭが酸化により除去される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−９２３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、排ガス中からＰＭを除去しきれずに、ＰＭがプラズマリアクタ（電極パネル間）の下流側に排出される、いわゆるＰＭスリップを生じるおそれがある。
【０００７】
本発明の目的は、ＰＭスリップの発生を抑制できる、プラズマリアクタを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するため、本発明に係るプラズマリアクタは、誘電体に電極を内蔵した構成を有する電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に間隔を空けて並列に配置され、電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるプラズマリアクタであって、電極パネルは、排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて設けられ、上流側の電極パネルは、流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置され、下流側の電極パネルは、流通方向と直交する方向に第１間隔よりも大きい第２間隔を空けて並列に配置され、下流側の電極パネルの各間に、網状または多孔質状のＰＭ捕捉電極が介装されている。
【０００９】
この構成によれば、排ガスの流通方向の上流側には、複数の電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置されている。互いに対向する電極パネルの電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。このプラズマの発生により、電極パネル間を流通する排ガスに含まれるＰＭが酸化されて除去される。
【００１０】
排ガスの流通方向の下流側には、複数の電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に第２間隔を空けて並列に配置されている。そして、その電極パネル間には、網状または多孔質状のＰＭ捕捉電極が介装されている。互いに対向する電極パネルの電極間に電圧が印加されると、電極パネル間に誘電体バリア放電が生じる。そのため、ＰＭが上流側の電極パネル間で除去されずに下流側に排出されても、下流側の電極パネル間のＰＭ捕捉電極により、そのＰＭを静電気的あるいは物理的に捕捉することができる。その結果、ＰＭがプラズマリアクタの下流側に排出される、いわゆるＰＭスリップの発生を抑制することができる。
【００１１】
下流側の電極パネル間には、誘電体バリア放電によるプラズマが発生し、また、上流側の電極パネル間から活性種（ラジカル、オゾンなど）が流下してくる。そのため、ＰＭ捕捉電極に捕捉されたＰＭは、プラズマにより酸化されて除去されるか、または、上流側から流下してくる活性種との酸化反応により除去される。その結果、ＰＭ捕捉電極にＰＭが堆積することを抑制でき、ＰＭ捕捉電極によるＰＭ除去性能を良好に維持することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＰＭスリップの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係るプラズマリアクタが備えられたＰＭ除去装置の構成を図解的に示す断面図である。
【図２】網状のＰＭ捕捉電極の構成を図解的に示す斜視図である。
【図３】多孔質状のＰＭ捕捉電極の構成を図解的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
＜ＰＭ除去装置＞
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るプラズマリアクタ４が備えられたＰＭ除去装置１の構成を図解的に示す断面図である。
【００１７】
ＰＭ除去装置１は、たとえば、自動車のエンジン（図示せず）から排出される排ガスに含まれるＰＭを除去するための装置であり、エキゾーストパイプなどの排気管２の途中部に介装される。ＰＭ除去装置１は、流通管３、プラズマリアクタ４および高電圧パルス発生電源５を備えている。
【００１８】
流通管３は、一端部および他端部にそれぞれ排ガス流入口１１および排ガス流出口１２を有する管状（筒状）をなしている。排ガス流入口１１は、排気管２におけるエンジン側の部分２Ａに接続され、排ガス流出口１２は、排気管２におけるエンジン側と反対側の部分２Ｂに接続されている。エンジンから排出される排ガスは、排気管２におけるエンジン側の部分２Ａを流れ、排ガス流入口１１から流通管３に流入して、流通管３を流通し、排ガス流出口１２から排気管２におけるエンジン側と反対側の部分２Ｂに流出する。
【００１９】
＜プラズマリアクタ＞
【００２０】
プラズマリアクタ４は、流通管３内に配置されている。プラズマリアクタ４は、複数の電極パネル２１を備えている。
【００２１】
電極パネル２１は、四角板状をなし、誘電体２２に電極２３を内蔵した構成、言い換えれば、電極２３をその両面から誘電体２２で挟み込んだ構成を有している。誘電体２２の材料としては、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を例示することができる。電極２３の材料としては、タングステンを例示することができる。電極２３は、たとえば、縦方向に延びる複数の線状部および縦方向と直交する横方向に延びる複数の線状部からなる格子状をなし、四角形状の網目を多数有している。
【００２２】
電極パネル２１は、第１電極パネル２１Ａおよび第２電極パネル２１Ｂとして、それぞれ排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて配置されている。
【００２３】
上流側の第１電極パネル２１Ａは、流通管３における排ガスの流通方向（排ガス流入口１１から排ガス流出口１２に向かう方向）に延び、排ガスの流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置されている。第１電極パネル２１Ａの電極２３には、第１電極パネル２１Ａの積層方向の一端側から順に、プラス配線２４およびマイナス配線２５が交互に接続されている。プラス配線２４およびマイナス配線２５は、それぞれ高電圧パルス発生電源５のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。
【００２４】
下流側の第２電極パネル２１Ｂは、排ガスの流通方向に延び、排ガスの流通方向と直交する方向に第１間隔よりも大きい第２間隔を空けて並列に配置されている。第２電極パネル２１Ｂの電極２３には、第２電極パネル２１Ｂの積層方向の一端側から順に、プラス配線２６およびマイナス配線２７が交互に接続されている。プラス配線２６およびマイナス配線２７は、それぞれ高電圧パルス発生電源５のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。
【００２５】
そして、第２電極パネル２１Ｂの各間には、ＰＭ捕捉電極２８が介装されている。ＰＭ捕捉電極２８は、たとえば、図２に示されるように、金属製の線材３１からなる金属網を排ガスの流通方向に起伏が繰り返される正弦波状に折り曲げて形成されている。
【００２６】
＜作用効果＞
【００２７】
以上のように、排ガスの流通方向の上流側には、複数の第１電極パネル２１Ａが排ガスの流通方向と直交する方向に第１間隔を空けて並列に配置されている。高電圧パルス発生電源５から互いに対向する第１電極パネル２１Ａの電極間にパルス電圧（たとえば、８ｋＶｐ、１００Ｈｚ）が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、第１電極パネル２１Ａ間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。このプラズマの発生により、第１電極パネル２１Ａ間を流通する排ガスに含まれるＰＭが酸化（燃焼）されて除去される。
【００２８】
排ガスの流通方向の下流側には、複数の第２電極パネル２１Ｂが排ガスの流通方向と直交する方向に第２間隔を空けて並列に配置されている。そして、その第２電極パネル２１Ｂ間には、網状のＰＭ捕捉電極２８が介装されている。互いに対向する第２電極パネル２１Ｂの電極間に電圧が印加されると、ＰＭ捕捉電極が介装された第２電極パネル２１Ｂ間に誘電体バリア放電が生じる。そのため、ＰＭが上流側の第１電極パネル２１Ａ間で除去されずに下流側に排出されても、下流側の第２電極パネル２１Ｂ間のＰＭ捕捉電極２８により、そのＰＭを静電気的あるいは物理的に捕捉することができる。その結果、ＰＭがプラズマリアクタの下流側に排出される、いわゆるＰＭスリップの発生を抑制することができる。
【００２９】
下流側の第２電極パネル２１Ｂ間には、誘電体バリア放電によるプラズマが発生し、また、上流側の第１電極パネル２１Ａ間から活性種（ラジカル、オゾンなど）が流下してくる。そのため、ＰＭ捕捉電極２８に捕捉されたＰＭは、プラズマにより酸化されて除去されるか、または、上流側から流下してくる活性種との酸化反応により除去される。その結果、捕捉電極２８にＰＭが堆積することを抑制でき、捕捉電極２８によるＰＭ除去性能を良好に維持することができる。
【００３０】
なお、ＰＭ捕捉電極２８が第１電極パネル２１Ａ間および第２電極パネル２１Ｂ間の両方に設けられていると、第１電極パネル２１Ａ間のＰＭ捕捉電極２８によっても、排ガスに含まれるＰＭが静電気的あるいは物理的に捕捉される。ところが、上流側の第１電極パネル２１Ａ間には、その上流側から活性種が流下してこないため、第１電極パネル２１Ａ間のＰＭ捕捉電極２８に捕捉されたＰＭを除去しきれず、捕捉電極２８にＰＭが蓄積するおそれがある。プラズマリアクタ４では、第１電極パネル２１Ａ間にＰＭ捕捉電極２８が設けられていないので、かかる問題を生じるおそれがない。
【００３１】
また、第１電極パネル２１Ａ間の間隔（距離）が第２電極パネル２１Ｂ間の間隔と同じである場合、第１電極パネル２１Ａと第２電極パネル２１Ｂとに同電圧を印加する条件では、第１電極パネル２１Ａ間における放電が相対的に弱く、ＰＭ捕捉電極２８が設けられている第２電極パネル２１Ｂ間における放電が相対的に強くなる。そのため、第１電極パネル２１Ａ間の間隔が第２電極パネル２１Ｂ間の第２間隔よりも小さい第１間隔に設定されている。これにより、第１電極パネル２１Ａと第２電極パネル２１Ｂとに同電圧を印加する条件において、プラズマリアクタ４の全体で均一な放電を得ることができる。
【００３２】
＜変形例＞
【００３３】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００３４】
ＰＭ捕捉電極２８は、正弦波状に折り曲げられた金属網からなるとしたが、その形状は、正弦波状に限らず、三角波状であってもよいし、波状に起伏していれば、規則的または不規則的に凹凸を有する三次元曲面状であってもよい。
【００３５】
また、ＰＭ捕捉電極２８は、図３に示されるように、多数の空孔４１を有する多孔質金属を用いて、四角板状に形成されていてもよい。
【００３６】
ＰＭ捕捉電極２８自体（ＰＭ捕捉電極２８の素材である金属）がプラズマ雰囲気中で酸化（経年劣化）されるのを抑えるため、ＰＭ捕捉電極の表面にＡｌ２Ｏ３（アルミナ）等の誘電体粉末（金属酸化物）がコーティングされていてもよい。
【００３７】
排ガスの流通方向の上流側の第１電極パネル２１Ａと下流側の第２電極パネル２１Ｂが共通に構成された例を取り上げたが、たとえば、第１電極パネル２１Ａのサイズと第２電極パネル２１Ｂのサイズとが異なっていてもよい。具体例としては、プラズマリアクタ４のサイズが相対的に大きい場合には、上流側の第１電極パネル２１Ａ間に発生するプラズマで排ガス中のＰＭを良好に除去できるので、下流側の第２電極パネル２１Ｂのサイズが上流側の第１電極パネル２１Ａのサイズよりも小さくされるとよい。逆に、プラズマリアクタ４のサイズが相対的に小さい場合には、第２電極パネル２１Ｂ間を流通する排ガス中のＰＭをＰＭ捕捉電極２８に確実に捕捉されるように、下流側の第２電極パネル２１Ｂのサイズが上流側の第１電極パネル２１Ａのサイズよりも大きくされるとよい。
【００３８】
また、第１電極パネル２１Ａの電極２３は、排ガスの流通方向に複数の部分に分けられて、その網目が排ガスの流通方向の最上流側の部分で最も小さく（細かく）、排ガスの流通方向の下流側ほど段階的に大きく（荒く）なるように形成されてもよい。最上流側部分の網目が最も小さいので、第１電極パネル２１Ａ間における排ガスの流通方向の最上流部分では、最も強い放電が生じ、最も高いプラズマ密度のプラズマが発生する。そのため、第１電極パネル２１Ａ間における排ガスの流通方向の最上流側部分において、ＰＭを効率よく除去することができ、誘電体２２の表面にＰＭが堆積することを抑制できる。そして、第１電極パネル２１Ａ間における排ガスの流通方向の最上流側部分よりも下流側の部分では、最上流側部分で除去されずに流下したＰＭが誘電体２２の表面に付着しても、そのＰＭを下流側部分で発生したプラズマまたは最上流側部分から流下した活性種（ラジカル、オゾンなど）により除去することができ、誘電体２２の表面にＰＭが堆積することを抑制できる。その結果、第１電極パネル２１Ａ間におけるＰＭ除去性能を良好に維持することができるので、ＰＭを含む排ガスが第２電極パネル２１Ｂ間に流下することを抑制でき、ＰＭスリップの発生を一層抑制することができる。
【００３９】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００４０】
４      プラズマリアクタ
２１    電極パネル
２１Ａ  第１電極パネル（上流側の電極パネル）
２１Ｂ  第２電極パネル（下流側の電極パネル）
２２    誘電体
２３    電極
２８    ＰＭ捕捉電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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