静電気学会誌，37, 1（2013）41-47
静電気学会誌，37, x (2013) 00-00

J. Inst. Electrostat. Jpn.

論 論

文文

ディーゼル排気中の粒子状物質の処理－ 放電プラズマと触媒の相乗効果 －中島 耀二*,1，瀬戸 弘*（2012 年 9 月 13 日受付；2013 年 1 月 8 日受理）

After Treatment of Particulate Matters in Diesel Exhaust－ Synergy of Non-thermal Plasma and Catalyst －Yoji NAKAJIMA*,1 and Hiroshi SETO*(Received September 13, 2012; Accepted January 8, 2013)
An after treatment equipment for the abatement of PM (Particulate Matters) in diesel exhaust gas has been contrived
by using a DBD (Dielectric Barrier Discharge) unit followed by an electrostatic dust collection unit. The electrodeconstruction for DBD was suited to generate the surface plasma. A DC bias was superimposed to the AC driving voltage for
DBD to electrify and to collect solid PM effectively. But it was found that some fraction of PM took gaseous phase atelevated temperatures in the DBD unit; the electrostatic charge could not be imparted to the gaseous components. As a result,the gaseous fraction passed through the electrostatic dust collection unit. Then a PM oxidation catalyst, ceria (CeO2), wassupported on the porous ceramic filter used for the electrostatic dust collection unit. It turned out that the exhaust gas from adiesel generator, for which the emission control was rather lax, was cleaned up to the level of recent Japanese regulations forheavy-duty diesel vehicles, i.e., 0.01 g/kWh. It worked even at low catalyst temperatures, say around 100 degrees Celcius.
１．はじめにあるため，高価な NOx 処理装置が省けるようにエンジンディーゼルエンジンは耐久性と熱効率の点でガソリンを設定すると PM の発生が避けられないことによる．

エンジンよりも優れているため，大型の原動機として広く

現状の DPF はウォールスルータイプのセラミックハニカ

用いられているが，振動や騒音が大きいことの他，排気にムフィルタが主流であり，PM 捕集効率は十分に高い．しか窒素酸化物（NOx）や粒子状物質（PM）などの有害物質

し PM の堆積量が多くなると DPF での圧力損失が大きくなり，を多量に含むことが難点である．このため小型車には敬遠

エンジンの運転効率も低下する．このため，未燃の燃料を供され，重量車ではコモンレールやターボチャージャなどの給するなどして DPF の温度を 600 ℃以上に上げ，蓄積された前 処 理 装 置 ， な ら び に 尿 素 SCR (Selective Catalytic

PM を適宜燃焼する．この操作は燃費を悪くするだけでなく，

Reduction）やセラミック製の DPF（Diesel Particulate Filter）

DPF が熱損傷しないように適切な温度制御も必要になる．
PM の燃焼を比較的低温で行えるようディーゼル排気中のなどの後処理装置を併用して排気を浄化している．
最近ではエンジンおよび排気浄化技術の改良が進み，乗NO を酸化力の強い NO2 に変換し，DPF に蓄積した PM を酸用車にもディーゼルエンジンが利用されるようになって化する，いわゆる連続再生式 DPF が開発されている 1) ．これ

きた．ごく最近，NOx の浄化装置が省略できるほどクリー

では白金などの貴金属触媒を用い，PM の酸化温度を著しくンな小型ディーゼルエンジンが開発され，乗用車に使用さ低下させているが，それでも PM の酸化には 250 ℃以上の温れているが，PM 捕集用の DPF だけは装着されている．一度が必要であるため，とくに発進，停止が繰り返される市街

般に排気中の NOx 量と PM 量にはトレードオフの関係が地走行では排気温度が低いため十分に機能しない．
一方では放電プラズマを利用して低温でのディーゼル排気キーワード：排気浄化，粒子状物質，酸化触媒，放電プラズ
マ，相乗効果* (株)セテック（060-64 札幌市中央区南１条西 6 丁目大正生命ビル 2F）
SETEC Co. Ltd, Taishou Seimei Bld, S1 W6, Chuouku,
Sapporo 060-0064 Japan1
nakajima@setec.jp

処理を狙った研究が進められてきた 213) ．それらは電気集塵機を VOC の処理などに利用することから始まったようであるが 14)，最近ではプラズマと触媒を併用して PM を酸化する方式も提案されている 7)．筆者らはこのような放電プラズマの応用に興味を持っていたところ，鉄道・運輸機構の基礎的- 1 -静電気学会誌 第37巻 第 1 号（2013）
ランニングタイトル（著者名，ただし複数の場合先頭著者＋ら）

42

研究推進制度の支援を受けることができ，遅ればせながら

2,2 バリア放電管

PM の捕集と低温酸化を目指した３年間の研究を実施できた．

ディーゼルエンジンの排気は高温になるため，放電管に使用する絶縁体は十分な耐熱特性を有する材料でなければなら

本報ではその最終的な結果について報告する．

ない．予備的な試験では厚さ 7 mm のムライト管を用いたが，2. PM 処理装置の構成

250℃程度の雰囲気温度で管壁に目視できる大きさの放電孔

2.1 PM 処理装置の機能の概要ができてしまった．これはムライトの組成にムラがあり，いまず，図１にしたがって処理装置全体の機能を説明する．

わゆるトラッキング放電が起きた結果と思われる．
そのため，排気入口 A に流入したディーゼル排ガスはバリア放電管 B の

ここでは外径 160 mm，肉厚 6 mm，長さ 400 mm のアルミナ

更に内側にある 50A の鋼管を通って，バリア放電管 B の右端

管（純度 99.6 %）を使用した．この管の外周部には直径 0.5位置から放電管の内部に噴出する．50A 鋼管の外周にはスクmmのステンレス線をピッチ約 5 mm で 45 周巻きつけ（巻リューが取付けられており，
排気は放電管 B の内側を旋回し，線区間幅約 250 mm），内壁には同じステンレス線を管軸に平荷電室 C に流入する．放電管の内壁には 50 本のステンレス

行に等間隔で 50 本貼り付けた．放電管の外周両端にできる線を管軸方向に等間隔で張り付け接地電極とした．一方，放75 mm ずつの絶縁区間をスライディング放電ギャップとして電管の外周にはステンレス線を巻きつけ，これには 15 kHz

有効利用するため，放電管内面のそれに対応する区間全面にの交流高電圧に高圧の直流を重畳した電圧がかけられる．こステンレステープの電極を貼り付け，
前述の 50 本の線電極とのため放電管内外のステンレス線の周りに放電プラズマが生ともに接地電極とした．図２に実物の写真を示す．

じ，PM の酸化に寄与する．交流に重畳した直流成分はバリ

この電極は放電プラズマがガス流路を横切るようになってア放電には関与しないが，バリア放電管の外周部から単極性おらず，主として表面プラズマを発生する構造をとっている．

のイオンを放出することが目的で，これにより荷電室を通過

表面プラズマは通常のプラズマリアクタで生じる体積プラズ

する PM に電荷を与える．また，この直流成分は荷電室 C をマよりプラズマリアクタに適しているとの報告がある 15) ．

電気集塵機として機能させる作用もある．帯電した PM を荷図２のGで示された部分はバリア放電では単なる絶縁区間と電室の外壁に捕集し，バリア放電のプラズマから発生した化して機能するだけであるが，この電極では放電間隔 65 mm の学的な活性種（例えば NO2）によって酸化する．

スライディング放電ギャップとして利用し，G の部分が表面

荷電室で捕集できなかった PM は電界集塵層 D に流入する．

プラズマによって覆われることを期待した．

集塵層は平均孔径約 2 mm の屈曲した貫通孔を持つ多孔質

ここでスライディング放電について簡単に説明する．スラセラミック板に PM 酸化触媒としてセリア（CeO2）を担持しイディング放電はもともとレーザ励起用に開発されたものでたものである．この集塵層には帯電粒子の捕集性能を向上するために直流電界がかけられるようになっている．

ＡＣ＋ＤＣ

ＤＣ

Ｂ

Ａ

Ｄ
Ｃ

図２ バリア放電管（BH: 高圧側バリア放電電極
Ex: 励起電極
BG: 接地側バリア放電電極
G: スライディングギャプ S: スライディング
電極 Sub: 下層電極）

図１ PM 後処理処理装置の概略 （A: 排気入口 B: バリ
ア放電管 C: 荷電室 D: 触媒つき電界集塵層）
Fig.1 Schematic diagram of PM after treatment equipment(A: exhaust gas inlet
B: barrier discharging tube
C: charging section
D: dust collection section withelectric field and catalyst)

Fig.2

- 2 -

Barrier discharge tube (BH: hot barrier electrodeBG: grounded barrier electrode
Ex: exciting
electrode G: sliding gap S: sliding electrode
Sub: substrate electrode)ディーゼル排気中の粒子状物質の処理（中島・瀬戸）
あるが 16)，最近ではそれで発生するイオン風を航空機や風力17)

発電の翼の境界層制御への応用が検討されている

43

利用して発生する．すなわち交流出力電圧 V1 が正の時，22nF のコンデンサが V1 のピーク値まで充電され，V1 が負の時

．この電

17)

極は基本的には図３のような３電極系で構成される ．
最近にには 22 nF に蓄積された電圧が加算されて 11 nF のコンデンなってスライディング放電はプラズマリアクタへの応用も考

サを充電する．この結果，11 nF のコンデンサには V1 の p-p

9, 15,19)

えられている(peak to peak)値の電圧まで充電される．したがって放電管に．なお，本報では説明の都合上，図２，３かかる電圧 VH（=V2 ）は V1 に V1 の p-p 値の直流が重畳されのように各電極に仮の名称を付けた．
励起電極 Ex には高電圧のパルスあるいは高周波交流をかた電圧になる．勿論，PM 荷電のためのイオン電流やスライ

け，励起電極の端部にバリア放電を発生させる．スライディ

ディング放電電流の直流電流が 11 nF のコンデンサを放電す

ング電極 S には直流高電圧をかけるが，スライディング放電

るので直流電圧は若干低くなるが，直流に対する負荷インピ1618)，S に負電位をかけたときにだけーダンスが 100 kであるとしても時定数は 1 ms 程度になる

安定した表面プラズマを発生できる．通常の実験では図２のため，交流の周波数が 15 kHz であることを考えればこの電ように A 点を接地点とするが，その場合スライディング電極

圧低下は無視できる．

には極性効果があってS と下層電極 Sub を接地できず装置の構成上使いにくい．こ2.4 触媒つきの電界集塵層の実験ではバリア放電用の交流電源に正の直流高電圧を重畳

当初の計画では触媒を使わずに，粒子充填層に 15 kV の直することにより，接地点を B 点に移動した．この直流成分は

流高電圧をかけて帯電した PM 粒子を捕集し，蓄積した PM

スライディング放電の駆動と PM 荷電のための単極性イオン

をプラズマで発生された化学的な活性種で酸化することを期の発生，および集塵用の直流電界発生の目的を兼ねている．

待した．ところが PM のうち有機可溶成分（SOF，Soluble

2.3 プラズマ発生用の電源

Organic Fraction) と呼ばれる部分の一部が 150 ℃程度の温度

前述のようにスライディング放電を利用するためには交流

では気体であるため荷電できず，電界集塵層をすり抜けてし電源に直流電圧を重畳する必要がある．ここでは直流電源をまうことが分った．実在のディーゼル排気処理装置では，エ別途に用意することなく，交流電源から直流高電圧を発生さ

ンジン直後に取付けた DOC（Diesel Oxidation Catalyst） によせた．図４にその回路とともに，放電電力を測定するためのって SOF を酸化するようになっているが，この PM 処理装置

付加的な回路を示した．電力測定については後述する．

では DOC を省略したため，電界集塵層に PM 酸化触媒を担

高周波高電圧電源の周波数は固定で 15 kHz，最大出力電圧

持して荷電室を気体状態で通過する SOF を酸化することには 20 kVpp，公称最大出力は 1200 W であるが，これは負荷とした．これまで用いていた粒子充填層に触媒を担持すること

電源の整合状態に依存する．ただしこの電源では負荷の静電ができないため，集塵層は平均径約 2 mm の屈曲した貫通孔

容量と共振用のコンデンサ容量 CR の合計が 800 pF 以下と指をもつ，直径 325 mm，厚さ 40 mm の多孔質セラミック板を定されている．仮に実効的な共振容量を 800 pF とすると共振

8 枚重ねて用いた．触媒には PM の酸化によく用いられてい周波数は約 30 kHz なので，実際には共振周波数の 1/2 以下でるセリア 2027)（CeO2）を選定した．しかし比表面積が 87 m2/g

運転することになる．図２の放電管の無放電時における静電の触媒用のセリアがうまく担持できなかったため，比表面積

容量は 630 pF であったので，表面プラズマの発生に伴う静電容量の増加も考慮して CR を 80 pF として運転した．
直流バイアスは２段のコッククロフト・ウォルトン回路を

Sliding discharge

S
VG

VH

V2

IT

V1 35mH

T1

11nF
CR =
80pF

15kHz
max
400V

22nF

図３ スライディング放電の基本構造（Ex：励起電極
S：スライディング電極
Sub：下層電極）
Fig.3 Basic setup of sliding discharge electrodes(Ex: exciting electrode
S: sliding electrode
Sub: substrate electrode)T2

図４ プラズマ発生用の電源
Fig.4 Power supply for plasma generation
- 3 -

9k

・・

B

DC bias

1k

～

A

IT

2

Sub

15F

Ex

静電気学会誌 第37巻 第 1 号（2013）
ランニングタイトル（著者名，ただし複数の場合先頭著者＋ら）

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が 10 m2/g のガラス研磨用のセリアを用い，その代わり触媒層の空間速度は約 3200 h1 程度と通常の 1/10 程度にした．まfrom gas
sampling tube

たセリアに例えば銀などを適量添加すると活性が上がること

air
flowmeter
exhaust
20L/minair heater

dilution
40L/minair pump

cooling tubeが報告されているが 2531)，ここでは一切の添加物を加えていcondensed water

ない．これは触媒調製上の技術的な理由からであり，実際にはもっと活性の高い触媒が存在すると考える．
セリアの触媒作用の機構は文献 2325) に提案されている．
それらで共通に指摘されているのは結晶格子中の酸素の作用であり，NO2 の強い酸化作用を利用する通常の連続再生式 D

PTFE filter（PF-050 90）volumetricflowmeteroil-sealed
rotary pump

33)

PF の触媒とは異なる機構のようである ．またプラズマの効

flowrate
60L/min

図６ PM 測定用のフィルタシステム
Fig.6 Filter system for PM measurement

果についても排気中の NO を NO2 に酸化することに注目されているが，排気中の炭化水素由来のラジカルが関与する複雑な反応が起り5)，SOF の浄化にも強く寄与しているものと思

PM の測定法は「道路運送車両の保安基準の細目を定めわれる．このような反応機構の検討にはディーゼル排気のよる告示［2008.03.25］別添 41」などで厳密に規定されていうな複雑かつ不安定な組成のガスを対象にする実験は不適当

るが，ここではそれに則った測定ができないため，簡略な方と考え，
本研究では化学的な検討は当初から意図していない．

法をとったので説明する．図６に PM 測定系の概略を示す．
ガスサンプリング管から導入された排気は冷却管（外径3. 測定法100 mm，長さ 1200 mm のアルミ管）を通過して水分を除去

3.1 PM 濃度測定

し，冷却管の出口で加熱空気により希釈することにより，PM

図５に排気系の流れを示した．排気量 3000 cc のディーゼを捕集する PTFE フィルタ部での結露を防止した．PM 捕集

ルエンジンを動力源とする出力 30 kW (50 Hz) の発電機の排フィルタは 90 mm（有効径 80 mm）であり，油ロータリポ

気を半分に分割して PM 処理装置に供給した．バリア放電用ンプで 60 L/min の流量で吸引する．希釈空気は 40 L/min で供の高周波交流電源を安定して運転するためには公称 1200W給するので，実質の排気吸引量は 20 L/min となる．フィルタの出力を 500 W 程度に 抑える必要があったため，処理量もを通過するガス量を正確に算出するために，油ロータリポン

半減したのである．また，ディーゼル排気の代わりに空気でプで吸引した気体の総体積を容積流量計で計測している．
エンジンに対する負荷装置は 7.5 kW ごとに段階的に切りも実験できるよう，インバータ駆動のブロワを取付けた．
排気は PM 処理装置入口，荷電室出口，PM 処理装置出口替えられる 30 kW の電気ヒータである．それぞれの負荷に対の３ヶ所からサンプリングできるが，測定装置が一組しかな

して触媒集塵層の温度がほぼ一定になるまで暖気運転した後，いので切り替えて測定した．NOx 計は減圧化学発光を利用しPM の濃度に応じ 1.5～3 h フィルタに捕集する．捕集したフた測定器で，NOx および NO の両方が測定できる．O2 計は磁ィルタは少なくとも 1 h 室内環境に放置してから秤量し，PM

気ダンベル式のもので，NOx 計に組み込まれている．

濃度（g/m3）を算出する．その後 150 ℃に設定した乾燥器で3 h 以上乾燥し，再秤量する．これは SOF に含まれる軽い成out door分 32)を揮発させるためである．150 ℃乾燥残渣を更に 230 ℃

gas sampling

Cooling tube（150A,5.2m）

inverterに加熱したときの減量は高々10～15 wt％であったので，SOF

blowergas samplingNOｘ, O2 meters
PM filter system

gas sampling
PM treatment
devicediesel generator
with 3000cc engine

mufflerのかなりの部分が 150 ℃揮発成分であると考えられる．
PM 濃度の測定値 (g/m3) は化学量論的な計算とディーゼ

Two way valve

ル発電機の燃費および排気中の残留酸素濃度から 1 kWh あた

gas
flowmeter

りの PM 排出量に換算した．この際，燃料の平均分子量を207.3 g/mol (C15H27.3)，燃料の平均密度を 0.83 g/cm3 とした．

30 kW electric heater(7.5 kW step)

また燃費はカタログデータに記載の値を使用した．
3.2 放電電力の測定

図５ 排気の流れ
Fig.5 Exhaust gas stream

まずスライディング放電部を付加したことによる特殊な状況を説明する．図７は印加電圧と放電電流を実測した１例で- 4 -ディーゼル排気中の粒子状物質の処理（中島・瀬戸）

45*

またスライディング放電は電圧のピーク値 VH 付近で起るある．ただし電圧波形は図４の V1 であり，実際の印加電圧
VH はこれに V1 の p-p 値に相当する直流成分が重畳される．まのでスライディング放電電流を IS としてた写真はディジタルオシロで 32 フレーム分を平均化したもPS のであるため，電流波形のスパイク状の電流は明瞭でない．
写真 A は電極温度が低く，スライディング放電が起きていな

T

T

1
1
VH I S d t  VH*  I S d t VH* ¯
IT

T 0
T 0

(3)

い状況である．写真 B は 180 ℃まで雰囲気温度を上げてスラとなる．なぜならバリア放電の電流には直流成分を含まない

イディング放電を起こした場合で，電圧波形の最大付近にクので ¯
IT にはスライディング放電の寄与しかないからである．

リップが見られる．これはスライディング放電が印加電圧のなお，PM 粒子を荷電するためのイオン電流は非常に小さい

ピーク値付近でのみ生じることを示している*

のでこの検討では無視した．また VH は V1 の p-p 値の 1.5 倍

17.18)．

と考えれば良い．結局，バリア放電電力 PB は

さて全放電電力 PT はバリア放電電力 PB とスライディング

PB  PT  PS

放電電力 PS の合計である．まず全放電電流を IT，交流の周期を T とし，図４の記号を用いて全電力 PT を求めれば


PT

T

1
VH  VG  I T d t
T 0

となる．

(1)

4. 実験結果と考察
まず，排気温度が低い無負荷の状態での浄化性能を図８に

ここで放電管接地側電圧 VG を高電圧側 VH に対して無視し，~ ~VH と IT を交流成分 VH，IT と直流成分 V¯H，I¯T に分離すると示す．ただし排気源がディーゼル発電機なので，エンジン回
転数は負荷によらず 1500 rpm である．また全放電電力 PT は
全測定にわたり約 500 W に統一した．

1 ~¯H  ~I T  ¯I T  dt
PT   VH  V
T 0
T

1 ~~
¯H¯I T
VH I T d t  V
T 0

(4)

プラズマ発生のための交流高電圧に重畳する直流の極性が正の時だけにスライディング放電が発生するので，無負荷運T(2)

転での測定では直流バイアスの極性は正のみにした．PM 濃度測定の節で述べたように，PM は 150 ℃揮発成分と不揮発~VH (V1)は図４のV1の電圧を高周波高電圧用の減衰器を経~由した出力を，I は端子T の電圧を，それぞれACカップリン

成分に分けて測定した．図中の棒グラフの全高は全 PM 濃度

グで接続した演算機能付のディジタルオシロに供給して測定

無負荷運転では生排気（A）に 150 ℃揮発成分が多量に含し， (2)式の積分を行なった．またV¯H はV1のp-p値としI¯T は端まれているが，これはエンジン内で燃料等が部分酸化されて子T2の電圧をオシロで更に平均化して求めPTを算出した．

生成した成分が主体と思われる32)．(B)に示したセリア触媒だ

T

0.014

current

PM concentration g/m3

voltageABに，上の白抜き部分は 150 ℃揮発成分の濃度に対応する．

1

power

voltage clipped

0.012

catalyst temperature  90℃

0.010

discharge power PT=500W

0.008

gas flow rate Q  0.81 Nm3/min

0.006

volatile components at 150℃

0.004

non-volatile components at 150℃

0.002
0

A

B

C

E

G

図８ 無負荷状態の PM 排出濃度（A: 生排気 B: 触媒のみ
C: 放電のみ（直流バイアス正） E: 触媒＋放電（直流バイアス正） G: 触媒＋放電（直流バイアス正）+ 集
塵層に直流 15 kV を印加
図７ 放電電圧と電流波形（A:スライディング放電なし
B: スライディング放電あり）

Fig.8 PM concentration with no load (A: raw exhaust gas
B: catalyst only C: plasma only (pos.DC bias) E: catalyst +plasma (pos.DC bias) G: catalyst + plasma (pos.DC bias) +DC15kV applied to dust collection section

Fig.7 Wave forms of applied voltage and current(A: without sliding discharge B: with sliding discharge)- 5 -静電気学会誌 第37巻 第 1 号（2013）
ランニングタイトル（著者名，ただし複数の場合先頭著者＋ら）

46

けの場合でも， 90 ℃という低温で 150 ℃揮発成分が著しくのときより進み，触媒との相乗効果が認められる．特に放電低減されている．ディーゼル排気に含まれるこのような成分用の交流電圧に正の直流バイアスをかけたとき (E) にそのが低温状態の DOC に一旦吸着された後，DOC の温度上昇に効果が顕著に表れる．この結果はスライディング放電の効果

伴い酸化されないまま脱着することが示されているので

32)，とも思われたが，ディーゼル排気中ではスライディング放電が起りにくく，せいぜい 50 W 程度であったのでその寄与が上記の結果は実用的な観点から注目される．
放電プラズマだけの場合（C），PM はかなりの程度浄化さ大きいとは考えにくい．なお 30 kW の負荷をかけると排気温れているが，触媒(B)と比較すると 150 ℃不揮発成分に対す度が上がり，
スライディング放電部でスパークが起こるため，る浄化作用は強いものの揮発成分に対しては弱い．触媒とプ最低２時間を要する実験ができなかった．

ラズマを併用した場合（E），浄化は一層進んでいるが，この触媒集塵層に 15 kV の直流電圧を印加すると浄化率が更に例ではプラズマと触媒の相乗作用はあまり明確でない．また改善されるが，集塵層に 5 mmのムライト粒子で集塵層を形

集塵層に電界を加えても殆ど効果がないことが（E）と(G)の成した場合に比べて効果は小さい．これは多孔質セラミック

比較から分る．これは無負荷の条件で PM に多量に含まれる

では電界の集中が弱いためである．これに加え，触媒を担持

150 ℃揮発成分の多くが荷電室を気体で通り抜けるため荷電すると担体の電気伝導度が上がるため，集塵層に高電圧を印できず，静電気力による集塵効果が働かないためであろう．

加することは実用的でない．

電気ヒータでエンジンに負荷をかけた場合の結果を図９に上記の実験により，放電プラズマとセリア触媒を併用するまとめた．図中の棒グラフの白抜き部分は 150 ℃揮発成分をと相乗効果が現れ，前処理装置を装備していないディーゼル示す．横軸は負荷電力であるが，カッコ内に触媒の平均温度発電機の“汚い”排気を重量車に対するポスト新長期規制の3

レベル(0.01 g/kWh)にまで浄化できることが示された．

を付記した．
また STP 値に換算した処理ガス流量 Q [Nm /min]

この実験中に観察された最大の圧力損失は 0.4 kPa に過ぎを図中に記した．ただし縦軸の単位は規制値との比較のためず，通常の DPF に比較すると無視できるほど小さい．ただし

kWh あたりの PM 排出量に換算してある．
触媒だけの場合（B）でもかなり浄化が進むが，プラズマ

この PM 処理装置の総運転時間は約 150 h 程度であるため，だけの場合（C）より浄化性能が低い．とくに触媒は 150 ℃

スートのような酸化に高温を要する物質がどこかに蓄積され不揮発成分を全く浄化できない．ところが触媒とプラズマをている可能性は否定できないが，現在までのところ再飛散に併用すると（D, E）150 ℃不揮発成分の浄化がプラズマだけ

よる浄化性能の劣化や圧力損失の増加は観測されていない．

PM emission, g/kWh

250
0.25
200
0.20

表面プラズマを発生する構造のバリア放電電極を用いてデ

0.15
150

B

0.0
0

volatile components at 150℃

ィーゼル排気中の粒子状物質（PM）を浄化する装置を製作しnon-volatile components at 150℃

た．この装置ではバリア放電の高周波交流電圧に高圧の直流

A

A

0.10
100
0.05
50

5．おわりにdischarge power PT=500W

A

C

Q=0.87
Nm3/min

D

E

F
G

B

Q=0.92
Nm3/min

CD

F
E

G

B

電圧を重畳して PM を帯電し，後段の電界集塵層で効果的に

Q=0.96
Nm3/minC

捕集できるようにしてある．ところが PM の一部は気体状態
で荷電部を通過するため電界集塵層で捕集できない．そこでE

G

電界集塵層に酸化触媒（セリア）を担持して気体状の PM も

7.5 kW
22.5
kW kW(200℃）15 kW
7.5 (150℃)
kW
15 (175℃)
kW
22.5
electric load (catalyst temperature)

浄化できるようにした．以下に得られた結果をまとめた．
1) セリア触媒あるいは放電プラズマ単独でもかなりの PM

図９ 種々の負荷に対する PM 排出量（A: 生排気 B:
触媒のみ C: 放電のみ（直流バイアス正） D: 触媒＋放電（直流バイアス負） E: 触媒＋放電（直流バイアス正）
F: 触媒＋放電（直流バイアス負）+集塵層に直流 15 kV
を印加 G: 触媒＋放電（直流バイアス正）+ 集塵層に
直流 15 kV を印加浄化作用が認められた．
2) ただし放電プラズマは PM のうち 150 ℃不揮発成分を浄化する能力が高い．
3) これに対しセリア触媒の機能は補完的で，PM のうち
150 ℃揮発成分を効果的に浄化できた．

Fig.9 PM emission for various load (A: raw exhaust gas
B: catalyst only C: plasma only (pos.DC bias) D: catalyst +plasma (neg.DC bias) E: catalyst + plasma (pos.DC bias)
F: catalyst + plasma (neg.DC bias) + DC15kV applied tocollecting section G: catalyst + plasma (pos.DC bias) +DC15kV applied to dust collection section4) セリア触媒だけを使用した場合には 150 ℃不揮発成分に対する浄化能力が殆ど認められなかった．
5) ところが放電プラズマとセリア触媒を併用すると 150 ℃- 6 -ディーゼル排気中の粒子状物質の処理（中島・瀬戸）

不揮発成分の浄化が促進され，相乗効果が認められた．
6) バリア放電駆動用の交流電圧に加える直流バイアスは正極性の方が PM の浄化に有効であった．
謝辞
本研究は鉄道・運輸機構の基礎的研究推進制度による全面的な支援によって行なわれた．付記して謝意を表します．
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