(57)【要約】【課題】本発明の目的は、誘電体の機械的強度を低下させることなくプラズマ出力を向上させることが可能なプラズマ発生体を提供する。【解決手段】一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、導電体間に電圧を印加することにより誘電体間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、誘電体は３つ以上であり、誘電体の配列方向における端部以外の少なくとも１つの誘電体において、導電体は、その少なくとも一部が誘電体の配列方向に平行に配列された複数の導電体層からなり、複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、他の誘電体に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離は、複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離よりも小さい。【選択図】図３
2009087701.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記導電体間に電圧を印加することにより前記誘電体間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、
前記誘電体は３つ以上であり、
前記誘電体の配列方向における端部以外の少なくとも１つの誘電体において、前記導電体は、その少なくとも一部が前記誘電体の配列方向に平行に配列された複数の導電体層からなり、
前記複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、他の誘電体に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離は、前記複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離よりも小さいプラズマ発生体。
【請求項２】
前記複数の導電体層が内部に形成された誘電体において、該誘電体における他の誘電体に対向する表面と該表面に最も近い前記導電体層との間の領域は、前記誘電体における他の領域よりも比誘電率が高い請求項１に記載のプラズマ発生体。
【請求項３】
前記複数の導電体層が内部に形成された誘電体において、前記複数の導電体層は、前記誘電体における前記導電体層の間の領域を貫通する貫通導電体によって互いに電気的に接続されている請求項１または請求項２に記載のプラズマ発生体。
【請求項４】
前記複数の導電体層が内部に形成された誘電体において、前記導電体は、前記誘電体の中央部のみにおいて前記複数の導電体層からなる、若しくは前記誘電体の端部よりも中央部において前記導電体層の層数が多い請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマ発生体。
【請求項５】
前記複数の誘電体を所定の間隔をあけて支持する支持部を備え、
１つの前記誘電体を挟んで配列された２つの前記誘電体の内部に配設された導電体同士が、前記支持部の内部に設けられた配線導電体を介して電気的に接続されている請求項１から請求項４のいずれかに記載のプラズマ発生体。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生体と、
前記プラズマ発生体の前記導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、
前記誘電体間に流体を供給可能な供給部と
を備えた反応装置。
【請求項７】
請求項１に記載のプラズマ発生体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体および該誘電体の内部に配設された前記導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成するプラズマ発生体の製造方法。
【請求項８】
請求項５に記載のプラズマ発生体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体および該誘電体の内部に配設された前記導電体並びに前記支持部を、複数のセラミックグリーンシート、前記複数のセラミックグリーンシートの間に配置された導電ペースト、および穴部の形成されたグリーンシートを同時に焼成することにより形成するプラズマ発生体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放電によりプラズマを発生させるプラズマ発生体、プラズマ発生体の製造方法、および反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
プラズマ放電技術はオゾン発生器、電気集塵装置、空気清浄機、有害ガス分解装置など幅広い分野において利用されている技術である。
【０００３】
このプラズマ放電技術を用いるためのプラズマ発生体として、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、誘電体間に放電空間を形成し、対向する導電体間に電位差をつけることによりプラズマを発生させるプラズマ発生体が知られている。例えば、導電体は、金属により形成され、誘電体は、セラミックにより形成されている。
【０００４】
このプラズマ発生体には、処理能力向上の観点からプラズマ出力を向上させることが求められている。特許文献１においては、放電空間を挟んで対向する導電体の間に配置されている誘電体の厚みを薄くすることにより、放電空間にかかる電界強度を高めてプラズマ出力を向上させるという手法がとられている。
【特許文献１】特開２００４−２５９４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、３つ以上の誘電体を一方向に配列させてプラズマを発生させる方式のプラズマ発生体では、両端部の２つの誘電体以外の誘電体は、プラズマ出力を向上させるために、その誘電体の内部に配設された導電体の表裏を覆う部分の厚みを小さくすることが求められ、結果として誘電体の機械的強度が低下し、プラズマ放電時に発生する熱による熱応力や、移動の際の振動等による破壊が生じやすくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明の目的は、誘電体の機械的強度を低下させることなくプラズマ出力を向上させることが可能なプラズマ発生体、そのプラズマ発生体の製造方法、およびそのようなプラズマ発生体を用いた反応装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプラズマ発生体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記の導電体間に電圧を印加することにより前記の誘電体間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、前記の誘電体は３つ以上であり、前記の誘電体の配列方向における端部以外の少なくとも１つの誘電体において、前記の導電体は、その少なくとも一部が前記の誘電体の配列方向に平行に配列された複数の導電体層からなり、前記の複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、他の誘電体に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離は、前記の複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を、「第１プラズマ発生体」という。
【０００８】
好ましくは、第１プラズマ発生体における前記の複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、該誘電体における他の誘電体に対向する表面と該表面に最も近い前記の導電体層との間の領域が、前記の誘電体における他の領域よりも比誘電率が高い。以下、このプラズマ発生体を、「第２プラズマ発生体」という。
【０００９】
好ましくは、第１又は第２プラズマ発生体における前記の複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、前記の複数の導電体層は、前記の誘電体における前記の導電体層の間の領域を貫通する貫通導電体によって互いに電気的に接続されている。以下、このプラズマ発生体を、「第３プラズマ発生体」という。
【００１０】
好ましくは、第１乃至第３プラズマ発生体のいずれかにおける前記の複数の導電体層が内部に配設された誘電体において、前記の導電体は、前記の誘電体の中央部のみにおいて前記の複数の導電体層からなる、若しくは前記の誘電体の端部よりも中央部において前記の導電体層の層数が多い。以下、このプラズマ発生体を、「第４プラズマ発生体」という。
【００１１】
好ましくは、第１乃至第４プラズマ発生体のいずれかは、前記の複数の誘電体を所定の間隔をあけて支持する支持部を備え、１つの前記の誘電体を挟んで配列された２つの前記の誘電体の内部に配設された導電体同士が、前記の支持部の内部に設けられた配線導電体を介して電気的に接続されている。以下、このプラズマ発生体を、「第５プラズマ発生体」という。
【００１２】
本発明の反応装置は、上記いずれか一つのプラズマ発生体と、前記のプラズマ発生体の前記導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、前記誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備える。
【００１３】
本発明の製造方法は、上記いずれか一つのプラズマ発生体を製造する製造方法であって、前記誘電体および該誘電体の内部に配設された前記導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明のプラズマ発生体によれば、誘電体の強度を低下させることなくプラズマ出力を向上させることが出来る。
【００１５】
本発明の反応装置によれば、プラズマ出力が高く、かつ、プラズマ放電時に発生する熱による熱応力や、移動の際の振動等での破壊が生じにくい反応装置を実現することが可能になる。
【００１６】
本発明のプラズマ発生体の製造方法によれば、誘電体の強度を低下させることなくプラズマ出力を向上させることができるプラズマ発生体を製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、添付の図面を参照して、本発明のプラズマ発生体の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図、図２（ｂ）は、図１のプラズマ発生体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、図３（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。図１から図３に示されるように、本実施の形態によるプラズマ発生体１は、基体２を備える。この基体２は、一方向に配列された複数の平板状の誘電体３と、複数の誘電体３を所定の間隔をあけて支持する支持部４とを備える。誘電体３と支持部４は、放電空間となる空洞６を構成する。さらに、誘電体３の内部には、空洞６にプラズマを発生可能な導電体５が配設される。導電体５は、空洞６を挟んで対向する平板状の導電体であり、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとからなる。さらに、基体２の一方の端面は、第１導電体５ａに電気的に接続された外部端子７ａと第２導電体５ｂに電気的に接続された外部端子７ｂがそれぞれ設けられる。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された導電体５等の他の部品を除いた部分をいい、後述するようにプラズマ発生体２が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面に形成された導電体ペーストを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００１９】
本実施の形態によるプラズマ発生体１では、隣接する導電体５間に高電圧を印加して空洞６内にプラズマを発生させ、この空洞６内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２０】
基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２１】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。このとき、空洞６を形成するために、すくなくとも１つのグリーンシートに貫通孔を形成する。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、電気絶縁材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２２】
第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２内に保持されており、空洞６内にプラズマを発生させるための導電体として機能する。すなわち、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の表面または内部に、空洞６を挟んで互いに対向するようにそれぞれ被着形成されている。なお、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子７ａ，７ｂに直接に、または補助導電体を介して電気的に接続される。第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。導電体ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。導電体ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の基体２との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。
【００２３】
なお、図３に示すように、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の内部に空洞６に露出することなく配設するほうがよい。第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂを基体２の内部に配設することにより、誘電体３が放電を妨げるバリヤの働きをし、対向する誘電体３間で発生するプラズマがアーク放電となって誘電体３が過熱されて破壊に至ることを防止できる。
【００２４】
本実施の形態によるプラズマ発生体１では、誘電体３の配列方向における端部の誘電体３以外の誘電体３の内部に配設された第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、誘電体３の配列方向に平行に配置された複数の導電体層からそれぞれなり、上記端部の誘電体３以外の少なくとも１つの誘電体３において、該誘電体３における他の誘電体３に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離は、複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離よりも小さい。
【００２５】
次に、基体２の外表面には、外部端子７ａ，７ｂが被着形成されている。外部端子７ａ，７ｂは、外部電源から第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂに電圧を印加するための導電路として機能し、基体２の外表面に導出された第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂのそれぞれに電気的に接続されている。外部端子７ａ，７ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによってプラズマ発生体１の所定の位置に形成することができる。外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストは、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００２６】
なお、外部端子７ａ，７ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂが酸化腐食するのを防止するとともに、外部端子７ａ，７ｂと外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。
【００２７】
あるいは、外部端子７ａ，７ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００２８】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子７ａ，７ｂに電気的に接続し、外部端子７ａ，７ｂを通して第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂに電圧を印加すると、第１導電体５ａと第２導電体５ｂおよび第１導電体５ａと第１導電体５ａとの対向面（平面視して、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂとが重畳する領域および第１導電体５ａおよび第１導電体５ａとが重畳する領域）の間にプラズマを発生させることができる。これにより、プラズマ発生体１の一方側面から他方側面にかけて形成された空洞６内を通過する流体は、第１導電体５ａと第１導電体５ａとの間あるいは第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂとの間のプラズマを通過することとなるので、反応および分解されて、浄化される。例えば、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて浄化される。
【００２９】
２ＮＯ２  →  ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２  →  Ｎ２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂとの間および第１導電体５ａおよび第１導電体５ａとの間にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３０】
また、導電体５間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３１】
本実施の形態によるプラズマ発生体１では、誘電体３の配列方向における端部の誘電体３以外の誘電体３の内部に配設された第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、誘電体３の配列方向に平行に配置された複数の導電体層からそれぞれなり、上記端部の誘電体３以外の少なくとも１つの誘電体３において、該誘電体３における他の誘電体３に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離は、複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離よりも小さい。
【００３２】
このように、他の誘電体３に対向する表面と該表面に最も近い導電体層との間の距離を両端の導電体層の間の距離よりも小さくすることにより、誘電体３の厚みを薄くすることなく第１導電体５ａと他の誘電体３に対向する表面との距離を小さくでき、誘電体３が放電を妨げる効果を適切に制御しながら小さくできる。これにより、誘電体３の強度を低下させることなくプラズマ出力を向上させることができる。
【００３３】
なお、誘電体３における他の誘電体３に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離とは、他の誘電体３に対向する表面とその表面に隣接する導電体層の表面との間の距離であり、複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離とは、複数の導電体層のうち配列方向において両端の導電体層の表面間の距離である。図４は、これらの距離を説明するための図であり、２層の導電体層が配設されている誘電体３の断面図、（ｂ）は、４層の導電体層が配設されている誘電体３の断面図である。図４に示されるように、誘電体３における他の誘電体３に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離をＰ１、Ｐ２として表し、複数の導電体層のうち両端の導電体層の間の距離をＱとして表している。本実施の形態によるプラズマ発生体では、Ｐ１，Ｐ２＜Ｑが成り立つ。ここで、距離Ｐ１と距離Ｐ２は、同じであっても異なっていてもよいが、同じである場合には、各空洞６におけるプラズマ密度が均一となるため、より好ましい。
【００３４】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体１では、誘電体３の配列方向における端部の誘電体３以外の誘電体３の少なくとも１つにおいて、該誘電体３における、他の誘電体３に対向する表面と、該表面に隣接する導電体層との間の領域を、該誘電体３における他の領域よりも比誘電率が高くするとよい。
【００３５】
誘電体３における、他の誘電体３に対向する表面と、該表面に隣接する導電体層との間の領域（以下、「第１領域」ともいう。）の比誘電率を、該誘電体３における他の領域の比誘電率よりも高くすることにより、該第１領域のインピーダンスを低下させることができ、放電の際の第１領域での電圧降下を低減できるので、その第１領域に隣接する空洞６に印加される電圧が相対的に高くなり、プラズマ出力を向上させることができる。
【００３６】
また、図５に示すように、端部の誘電体３以外の少なくとも１つの誘電体３において、導電体５を形成する複数の導電体層を、誘電体３における導電体層の間の領域を貫通する貫通導電体８によって互いに電気的に接続してもよい。
【００３７】
誘電体３内の複数の導電体層を誘電体３を貫通する貫通導電体８によって互いに電気的に接続することにより、その導電体層により構成される導電体５をグランドとして用いるときのグランド強化効果が発現し、プラズマ出力をより安定化させることができる。また、グランドとして用いる場合に限らず、複数の導電体５を貫通導電体８を介して接続することにより、各導電体５をより確実に同電位に保持することができるため、プラズマ出力をより安定化させることができる。
【００３８】
なお、上述の説明では、誘電体３の配列方向における端部以外の誘電体３の内部に配設された第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの両方が、複数の導電体層からなるとしたが、それらの第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの一方が複数の導電体層からなってもよい。そのような場合でも、他の誘電体３に対向する表面と該表面に最も近い導電体層との間の距離を両端の導電体層の間の距離よりも小さくすることにより、複数の導電体層を内部に有する誘電体３の厚みを薄くすることなく、その誘電体３に隣接した放電空間においてプラズマ出力を向上させることができる。
【００３９】
また、誘電体３の配列方向における端部以外の少なくとも１つの誘電体３において、導電体５の誘電体３の中央部における一部を、複数の導電体層からなるように構成し、他の誘電体３に対向する表面と該表面に隣接する導電体層との間の距離を両端の導電体層間の距離よりも小さくしてもよい。このようにすると、その誘電体３に隣接する空洞６内で発生するプラズマの密度は、誘電体３の端部よりも中央部のほうが高くなる。
【００４０】
なお、この場合には、誘電体の中央部のみにおいて、導電体を複数の導電体層で構成してもよいし、誘電体の端部よりも中央部において導電体層の層数が多くなるように導電体を構成してもよい。
【００４１】
例えば、プラズマ発生体１の一方側面から他方側面にかけて形成された空洞６内を通過する流体は、誘電体３や支持部４との摩擦により空洞６の端部において圧力損失が大きくなることから、その流速が相対的に空洞６の中央部のほうが端部よりも速くなる傾向がある。
【００４２】
よって、誘電体３の中央部における導電体５の一部を複数の導電体層からなるように構成すると、相対的に流速の速い中央部の流体に対しても十分にプラズマによる浄化を行うことができる。
【００４３】
また、図７に示すように、１つの誘電体３を挟んで配列された２つの誘電体３の内部に配設されている導電体５同士が、支持部４の内部に設けられた配線導電体９を介して電気的に接続されていてもよい。
【００４４】
このように、１つの誘電体３を挟んで配列された２つの誘電体３の導電体５同士を支持部４の内部に設けられた配線導電体９を介して電気的に接続することにより、１つの誘電体３を挟んで配列された２つの誘電体３の導電体５同士を接続する経路を、外部端子７と支持部４の内部に設けられた配線導電体９の複数経路とすることができ、より信頼性の高い接続とすることができる。
【００４５】
また、各誘電体３の内部に配設された導電体５を支持部４の内部に設けられた配線導電体９を介して接続し、その配線導電体９と外部端子７とを接続するようにすれば、外部端子７の面積をより小さくすることができる。外部端子７の面積を小さくすると、外部端子７に高電圧が印加される場合であっても、接地電位が供給された端子が周囲に存在したとしても、その端子と外部端子７との間で放電することを抑制することができる。また、外部端子７に耐蝕性に優れる金属等を被着させる場合であっても、被着面積を小さくすることができ、容易にかつ信頼性の優れた外部端子７を形成することが可能になる。
【００４６】
なお、プラズマ発生体１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１導電体５ａ、第２導電体５ｂ、および外部端子７ａ，７ｂが、導電体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、プラズマ発生体はセラミックスと導電体ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、プラズマ発生体の変形を小さなものとし、空洞６の形状を安定したものとすることができる。従って、空洞６内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたって安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００４７】
なお、プラズマ発生体単独ではなく、他の排気ガスの浄化機構をともに用いてもよい。例えば、プラズマ発生体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。
【００４８】
（第２の実施形態）
図８は、本発明の第２の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１を備え、プラズマ発生体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞６（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが分解される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、放電空間６における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、プラズマ発生体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５０】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３からプラズマ発生体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、プラズマ発生体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１からプラズマ発生体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、プラズマ発生体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５１】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００５２】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に連通している。供給管１０５のプラズマ発生体１側は、放電空間６の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。
【００５３】
排出管１０７は、一端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７のプラズマ発生体1側は、放電空間６の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が放電空間６から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００５４】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、放電空間６との接続は、例えば、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａの端部を、基体２における放電空間６の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａや分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを放電空間６に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を放電空間６の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａや分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００５５】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００５６】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００５７】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００５８】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図８では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００５９】
図９は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に、導電体５に電圧を印加するための外部端子７、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６０】
反応装置本体部１０１は、導電体用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側導電体用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。プラズマ発生体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６１】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００６２】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側導電体用端子１４１及び導電体用端子１１７を介して導電体５に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。導電体５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００６３】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００６４】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用導電体１４５及びヒータ用導電体１３を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００６５】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００６６】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００６７】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００６８】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、導電体用端子１１７への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、導電体５への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００６９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、導電体５へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、導電体５へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７１】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００７２】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００７３】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００７４】
以上の第２の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１と、放電空間６に被処理流体を供給する供給管１０５と、放電空間６でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１の耐久性の向上やプラズマ発生体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００７５】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの浄化について説明を行っているが、その他の用途に使用されるプラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載されるプラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により空洞内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７６】
【図１】本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の図１のプラズマ発生体の側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のプラズマ発生体のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｃ）は図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。
【図４】（ａ）には、２層の導電体層が配設されている誘電体の断面図であり、（ｂ）は、４層の導電体層が配設されている誘電体の断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。
【図８】本発明の第２の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図９】図３の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００７７】
１・・・・・・プラズマ発生体
２・・・・・・基体
３・・・・・・誘電体
４・・・・・・支持部
６・・・・・・空洞
５ａ，５ｂ・・導電体
７ａ，７ｂ・・外部端子
８・・・・・・貫通導電体
９・・・・・・配線導電体
【図１】
2009087701.tif 000003
【図２】
2009087701.tif 000004
【図３】
2009087701.tif 000005
【図４】
2009087701.tif 000006
【図５】
2009087701.tif 000007
【図６】
2009087701.tif 000008
【図７】
2009087701.tif 000009
【図８】
2009087701.tif 000010
【図９】
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