オゾン生成器
【課題】原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源への負荷を低減することを実現したオゾン生成器を提供することを目的とする。
【解決手段】オゾン生成器２１の生成部２２は、内部に空気が供給されるハウジング２４を備えている。ハウジング２４の内部には一対の接地電極２５ａ及び２５ｂと、これらの間に配置された四つの放電電極３１とが設けられている。各放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄには、空気に含まれる水分を吸着する水分吸着材３１ｅが設けられている。また、水分吸着材３１ｅは、放電電極３１の両端部にある突起部３１ａ及び３１ｂが露出した状態となるように設けられている。
【解決手段】オゾン生成器２１の生成部２２は、内部に空気が供給されるハウジング２４を備えている。ハウジング２４の内部には一対の接地電極２５ａ及び２５ｂと、これらの間に配置された四つの放電電極３１とが設けられている。各放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄには、空気に含まれる水分を吸着する水分吸着材３１ｅが設けられている。また、水分吸着材３１ｅは、放電電極３１の両端部にある突起部３１ａ及び３１ｂが露出した状態となるように設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はオゾン生成器に係り、特に、放電電極と接地電極との間に電圧を印加することによって原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排ガス後処理装置の一例として、例えば特許文献１に記載の尿素選択還元システムが挙げられる。尿素選択還元システムとは、排ガスに尿素水を添加することによって生成されたアンモニア（ＮＨ３）と排ガスに含まれるＮＯｘとをＳＣＲ触媒によって反応させ、ＮＯｘを無害な窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに還元するものである。
【０００３】
ＳＣＲ触媒は低温時における活性が低く、且つ低温時には一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）との比が１：１でないとＮＯｘの浄化を行えないという問題点を有している。また、通常、排ガスに含まれる一酸化窒素の量は二酸化窒素の量より多いため、ＳＣＲ触媒の上流側に酸化触媒を設け、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とすることが一般的である。しかしながら、低温時には酸化触媒自体の活性も低く、活性を上げるためにはプラチナ（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の高価な貴金属を担持させる必要がある。
【０００４】
そこで、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化を低温から効率よく行うため、酸化触媒の代わりにオゾン生成器を設け、オゾン生成器で生成したオゾン（Ｏ３）によって一酸化窒素を酸化することが提案されている。例えば特許文献２に記載のオゾン生成器によれば、電源に接続された放電電極が一対の接地電極の間に配置されており、これらの間を空気等の原料ガスが流通するようになっている。電源が放電電極と接地電極との間に電圧を印加すると、これらの電極の間に放電が発生し、それにより、原料ガスに含まれる酸素分子（Ｏ２）からオゾンが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０５０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、特許文献２に記載のオゾン生成器のように、放電電極と接地電極との間に電圧を印加してオゾンを生成する場合、原料ガスの水分含有量が増加するにしたがって放電が発生しにくくなるため、オゾンの生成効率も低下する。生成効率の低下を防ぐためには、放電電極と接地電極との間により高い電圧を印加することが必要となるが、電源への負荷は大きくなる。また、印加する電圧が高くなることに起因して発生するアーク放電を抑制するため、セラミックや石英等を材料とする誘電板を設けることが一般的であるが、この場合、誘電板の分だけ原料ガスの流通経路が狭くなるため、原料ガスの流通量の低下によりオゾンの生成効率が低下するという悪循環が生じる。原料ガスの流通経路を広げるために放電電極と接地電極との間の距離を広げた場合は、放電電極と接地電極との間に更に高い電圧を印加する必要が生じるため、電源にかかる負荷が更に増加するという問題点が生じる。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源への負荷を低減することを実現したオゾン生成器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るオゾン生成器は、間隔を空けて配置された一対の接地電極と、一対の接地電極の間に配置された放電電極と、放電電極に接続され、放電電極と一対の接地電極との間に電圧を印加する電源とを備え、一対の接地電極の間を流通する原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器において、放電電極には、原料ガスに含まれる水分を吸収する水分吸着材が、放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けられることを特徴とするものである。
【０００９】
放電電極に設けた水分吸着材が原料ガスに含まれる水分を吸収するため、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止される。また、水分吸着材を、放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けたので、露出した部位からの放電が発生しやすくなって電源への負荷が低減される。したがって、オゾン生成器において、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源への負荷を低減することができる。
【００１０】
放電電極は略平板状の部材であって、先端側に向かって先細となる突起部が両側部に形成されており、水分吸着材は、突起部が露出するように設けられてもよい。露出した突起部の先端から放電が発生しやすくなるため、効率よくオゾンの生成を行うことができる。
放電電極は、突起部が先細となる方向が、原料ガスが流通する方向に対して平行となるように配置されてもよい。原料ガスが流通しやすくなるため、原料ガスを流通させるために用いるポンプ等の機器への負荷を低減することができる。
放電電極を複数備え、複数の放電電極は、原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置されてもよい。複数の放電電極から放電が発生するため、効率よくオゾンを生成することができる。また、原料ガスが流れやすいため、原料ガスを流通させるために用いるポンプ等の機器への負荷も低減される。
水分吸着材は、接地電極の表面の一部が露出した状態となるように、接地電極にも設けられてよい。原料ガスに含まれる水分が接地電極側の水分吸着材にも吸収されるため、オゾン生成効率の低下がより確実に防止される。また、接地電極の表面の一部は露出しているため、放電が発生しにくくなって電源への負荷が増大することもない。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、オゾン生成器において、原料ガスに含まれる水分に起因するオゾンの生成効率の低下を防止するとともに、電源への負荷を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るオゾン生成器を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るオゾン生成器の構成を概略的に示す断面側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った平面を含む断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るオゾン生成器の構成を概略的に示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係るオゾン生成器を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置を概略的に示す。ディーゼルエンジン１には排気管２が接続されており、ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが、排気管２の内部を矢印Ａで示す方向に流通するようになっている。排気管２の途中には、排ガスに含まれるＮＯｘを浄化するための尿素選択還元触媒３（以下、ＳＣＲ触媒３とする）が設けられており、矢印Ａで示す方向におけるＳＣＲ触媒３の下流側には、酸化触媒４が設けられている。また、酸化触媒４の下流側にはマフラ５が接続されており、ＳＣＲ触媒３及び酸化触媒４を順次通過した排ガスが、マフラ５から大気中に放出されるようになっている。
【００１４】
ＳＣＲ触媒３の上流側には、排気管２の内部に尿素水を噴射するための噴射ノズル６が設けられており、噴射ノズル６には、内部に尿素水を貯留する尿素水タンク７が接続管８を介して接続されている。また、接続管８の途中には、尿素水タンク７内の尿素水を噴射ノズル６に供給する尿素水添加システム９が設けられている。尿素水添加システム９は、ディーゼルエンジン１及び排ガス後処理装置の制御装置であるＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０から尿素水添加システム９に出力される指令信号に基づいて、噴射ノズル６による尿素水の噴射が制御される。
【００１５】
また、排気管２において、ディーゼルエンジン１とＳＣＲ触媒３との間に位置する部位にはオゾン供給管１１の一端が接続されており、オゾン供給管１１の他端には、原料ガスである空気からオゾンを生成するオゾン生成器２１が接続されている。オゾン生成器２１は、内部でオゾンを生成する生成部２２と、オゾンを生成するための電圧を生成部２２に供給する電源２３とを備えている。生成部２２には、接続管１２を介してポンプ１３が接続されている。ポンプ１３は、ＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０から出力される指令信号に基づいてポンプ１３が作動すると、生成部２２の内部に空気が供給されるようになっている。また、電源２３もＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０からの出力信号に基づいて電源２３の動作が制御されるようになっている。
【００１６】
ここで、オゾン生成器２１の構成について、図２、３を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、オゾン生成器２１の生成部２２は中空のハウジング２４を備えており、このハウジング２４の両端部にオゾン供給管１１及び接続管１２がそれぞれ接続されている。ハウジング２４の内部には、平板形状をそれぞれ有する一対の接地電極２５ａ及び２５ｂが間隔を空けた状態で配置されている。ポンプ１３（図１参照）から接続管１２を介して供給される空気は、矢印Ｂ１、Ｂ２で方向を示すように、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通してオゾン供給管１１に流出するようになっている。
【００１７】
接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間には、電源２３にそれぞれ接続された四つの放電電極３１が、矢印Ｂ１、Ｂ２で示す空気の流通方向に沿って直列に配置されるように設けられている。また、各放電電極３１は、接地電極２５ａと放電電極３１との間、及び接地電極２５ｂと放電電極３１との間に等しい隙間が形成されるようにそれぞれ配置されている。放電電極３１は略平板状の部材であって、先端側に向かって厚さが先細となる突起部３１ａ及び３１ｂが両側部に形成されている。放電電極３１の上部表面３１ｃと下部表面３１ｄとには、例えばシリカゲル、ゼオライト及びモレキュラシーブ等のように水分を吸収する多孔質素材からなる水分吸着材３１ｅが、上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄに沿ってほぼ平坦となるように設けられている。すなわち、水分吸着材３１ｅは、放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄを覆うとともに、突起部３１ａ及び突起部３１ｂが露出した状態となるように設けられている。
【００１８】
四つの放電電極３１は同じ構成を有しており、各放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄに、水分吸着材３１ｅがそれぞれ設けられている。また、各放電電極３１は、突起部３１ａ及び突起部３１ｂが先細となる方向が、空気が流通する方向、すなわち矢印Ｂ１、Ｂ２で示す方向に対して平行となるように配置されている。したがって、例えば放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄが矢印Ｂ１、Ｂ２で示す方向に対して直行するように配置した場合と比較すると、空気が流れやすい状態となっており、それにより、ハウジング２４の内部の圧力が上昇してポンプ１３への負荷が増大することがないようになっている。
【００１９】
尚、図３に示すように、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間において、これらの両端部に位置する部位には、セラミックや樹脂等の絶縁材料から形成された一対の側板２６ａ及び２６ｂが設けられている。接地電極２５ａ及び２５ｂと、各放電電極３１とは、これらの側板２６ａ及び２６ｂによって支持されている。
【００２０】
図１に戻って、排気管２の内部において、ディーゼルエンジン１の直後に位置する部位には、ＮＯｘセンサ１４が設けられている。ＮＯｘセンサ１４はＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ディーゼルエンジン１が排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出してＥＣＵ１０に出力する。また、ディーゼルエンジン１は、機関回転数等の運転状態を検出してＥＣＵ１０に出力する図示しないセンサを有している。ＥＣＵ１０は、ディーゼルエンジン１の運転状態や、ＮＯｘセンサ１４が検出したＮＯｘの濃度に基づいて、排ガスに含まれるＮＯｘの量や、ＮＯｘ中における一酸化窒素と二酸化窒素との比を推定可能となっており、この推定結果に基づいて、尿素水添加システム９やオゾン生成器２１の動作が制御されるようになっている。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態１に係るオゾン生成器の動作について、ディーゼルエンジン１の排ガス後処理装置の動作と併せて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１の運転が開始されると、ＥＣＵ１０はポンプ１３を作動させる。ポンプ１３が作動すると、図２の矢印Ｂ１で示すように、生成部２２の内部に空気が供給されて接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する。また、ＥＣＵ１０は、オゾン生成器２１の電源２３を作動させており、それにより、四つの放電電極３１と接地電極２５ａ及び２５ｂとの間に電圧が印加される。電圧が印加され、各放電電極３１と接地電極２５ａ及び２５ｂとの間で放電が発生することによって空気に含まれる酸素分子（Ｏ２）が二つの酸素原子（Ｏ）に分解され、分解された酸素原子が他の酸素分子と結合することによってオゾンが生成される。
【００２２】
ここで、接続管１２からハウジング２４内に流入し、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する空気の流れは、空気の流通方向における最も上流側に位置する放電電極３１の突起部３１ａによって、上部表面３１ｃ側と下部表面３１ｄ側とに分断された状態で流通する。その際、各放電電極３１の上部表面３１ｃと下部表面３１ｄとには水分吸着材３１ｅがそれぞれ設けられているため、空気に含まれる水分は水分吸着材３１ｅによって順次吸収される。すなわち、オゾン生成器２１によるオゾンの生成は、空気の水分含有量が少ない状態で行われるようになっているため、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止されている。また、各放電電極３１の突起部３１ａ及び突起部３１ｂは、露出した状態となっているため、これらの部位から放電が発生しやすくなっており、電源２３への負荷が低減されている。さらに、放電は、四つの放電電極３１のそれぞれで発生するため、オゾンの生成が効率よく行われている状態となっている。
【００２３】
図１に戻って、以上のように生成されたオゾンは、ハウジング２４（生成部２２）からオゾン供給管１１に流出し、オゾン供給管１１を介して排気管２の内部に供給されてディーゼルエンジン１から排出される排ガスに添加される。添加されたオゾンが、排ガスに含まれるＮＯｘ中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とすることにより、排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比が徐々に１：１となる。尚、ＥＣＵ１０は、機関回転数、機関トルク及び燃料噴射量等のディーゼルエンジン１の運転状態やＮＯｘセンサ１４からの出力に基づいて排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比を推定しており、この推定結果に基づいて、オゾン生成器２１の動作が制御されている。
【００２４】
また、ディーゼルエンジン１の運転時、ＥＣＵ１０は、尿素水添加システム９を作動させる。尿素水タンク７内の尿素水は、尿素水添加システム９によって噴射ノズル６に供給され、噴射ノズル６から排気管２の内部に噴射される。噴射された尿素水が排気管２の内部で加水分解されることにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。ＳＣＲ触媒３がアンモニアとＮＯｘとを反応させて窒素と水とに還元することにより、排ガス中のＮＯｘが浄化される。ここで、排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比は、オゾンが一酸化窒素を酸化したことによって１：１となっている。通常、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの浄化は、一酸化窒素と二酸化窒素との比が１：１となった場合に低温から且つ効率よく行えるようになっているため、排ガスにオゾンを添加しない場合と比較すると、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの浄化効率が向上した状態となっている。ＳＣＲ触媒３によってＮＯｘを浄化された排ガスは、酸化触媒４を通過する。酸化触媒４は、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの還元時において余剰分となり、未反応のまま残留したアンモニアを酸化して除去する。このようにして浄化された排ガスは、排気管２からマフラ５の内部に流入して大気中に放出される。
【００２５】
このように、各放電電極３１に設けた水分吸着材３１ｅが空気に含まれる水分を吸収するため、空気の水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止される。また、水分吸着材３１ｅを、放電電極３１の表面の一部である突起部３１ａ及び突起部３１ｂが露出した状態となるように設けたので、露出した部位からの放電が発生しやすくなって電源２３への負荷が低減される。したがって、オゾン生成器２１において、空気の水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源２３への負荷を低減することができる。
【００２６】
また、各放電電極３１において、先端側に向かって先細となる突起部３１ａ及び突起部３１ｂを露出させたので、これらの突起部の先端から放電が発生しやすくなり、効率よくオゾンが生成される。
さらに、各放電電極３１を、これらの突起部３１ａ及び突起部３１ｂが先細となる方向が、空気が流通する方向、すなわち図２の矢印Ｂ１、Ｂ２で示される方向に対して平行となるように配置したので、空気が流れやすくなってハウジング２４内の圧力が所定の圧力以上に高まることがなく、ポンプ１３への負荷を低減することができる。
また、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間に四つの放電電極３１を設け、これらが空気の流通方向に沿って直列に並ぶように配置したので、各放電電極３１がそれぞれ放電を発生するようになって効率よくオゾンが生成されるとともに、空気が流れやすくなってポンプ１３への負荷が低減される。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るオゾン生成器について説明する。
この実施の形態２に係るオゾン生成器は、実施の形態１に対し、水分吸着材を接地電極と放電電極との両方に設けるように構成したものである。尚、この実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図４に示すように、オゾン生成器４１の生成部２２の内部に設けられた接地電極２５ａ及び２５ｂには、各放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂに対向する部位４２が露出した状態となるように、水分吸着材４３が設けられている。したがって、オゾン生成器４１の作動時に接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する空気に含まれる水分は、各放電電極３１の水分吸着材３１ｅと、水分吸着材４３とに吸収されるようになっている。また、各放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂと、接地電極２５ａ及び２５ｂ上において放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂに対向する部位４２とは、それぞれ露出した状態となっているため、これらの部位４２と突起部３１ａ及び３１ｂとの間には、放電が発生しやすい状態となっている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００２８】
このように、接地電極２５ａ及び接地電極２５ｂの表面の一部（部位４２）が露出するように水分吸着材４３を設けたので、空気に含まれる水分が水分吸着材４３にも吸収され、オゾンの生成効率の低下がより確実に防止される。また、接地電極２５ａ及び２５ｂの表面の一部は露出しているため、放電が発生しにくくなって電源２３への負荷が増大することもない。
【００２９】
実施の形態１、２において、放電電極は両端部に突起部を有するように構成されたが、放電電極の形状を限定するものではない。放電電極の一部が露出するように水分吸着材を設ければ、オゾンの生成効率の低下の防止、及び電源への負荷の低減は可能であるため、例えば放電電極を丸い断面を有するワイヤ状の部材によって構成することも可能である。また、水分吸着材を、放電電極の上部表面及び下部表面に沿ってほぼ平坦となるように形成したが、例えば翼のような形状となるように水分吸着材を設け、放電電極を通過する際の原料ガスの流れを改善することも可能である。
実施の形態１、２において、四つの放電電極を、原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置したが、放電電極の構成を限定するものではない。オゾンを生成可能であればよく、放電電極の数や配置等を適宜変更することが可能である。
【００３０】
実施の形態１、２において、オゾン生成器の構成及び動作を、ＳＣＲ触媒を備えた排ガス後処理装置に適用した場合の例として説明したが、排ガス後処理装置の構成を限定するものではない。例えば、ＮＯｘの一時的な吸蔵及び浄化を行うＮＯｘ吸蔵還元触媒や、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタをＳＣＲ触媒の代わりに用いることが可能であり、これらを組み合わせた構成とすることも可能である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いた場合、排ガスに含まれるＮＯｘをオゾンで酸化してより高次のＮＯｘとすることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒によるＮＯｘの吸蔵効率を向上することが可能となる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを用い、補修した粒子状物質をオゾンによって酸化して除去することも可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
２１ オゾン生成器、２３ 電源、２５ａ，２５ｂ 接地電極、３１ 放電電極、３１ａ，３１ｂ 突起部（放電電極の表面の一部）、３１ｅ，４３ 水分吸着材、４２ 部位（接地電極の表面の一部）。
【技術分野】
【０００１】
この発明はオゾン生成器に係り、特に、放電電極と接地電極との間に電圧を印加することによって原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する排ガス後処理装置の一例として、例えば特許文献１に記載の尿素選択還元システムが挙げられる。尿素選択還元システムとは、排ガスに尿素水を添加することによって生成されたアンモニア（ＮＨ３）と排ガスに含まれるＮＯｘとをＳＣＲ触媒によって反応させ、ＮＯｘを無害な窒素（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とに還元するものである。
【０００３】
ＳＣＲ触媒は低温時における活性が低く、且つ低温時には一酸化窒素（ＮＯ）と二酸化窒素（ＮＯ２）との比が１：１でないとＮＯｘの浄化を行えないという問題点を有している。また、通常、排ガスに含まれる一酸化窒素の量は二酸化窒素の量より多いため、ＳＣＲ触媒の上流側に酸化触媒を設け、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とすることが一般的である。しかしながら、低温時には酸化触媒自体の活性も低く、活性を上げるためにはプラチナ（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の高価な貴金属を担持させる必要がある。
【０００４】
そこで、ＳＣＲ触媒によるＮＯｘの浄化を低温から効率よく行うため、酸化触媒の代わりにオゾン生成器を設け、オゾン生成器で生成したオゾン（Ｏ３）によって一酸化窒素を酸化することが提案されている。例えば特許文献２に記載のオゾン生成器によれば、電源に接続された放電電極が一対の接地電極の間に配置されており、これらの間を空気等の原料ガスが流通するようになっている。電源が放電電極と接地電極との間に電圧を印加すると、これらの電極の間に放電が発生し、それにより、原料ガスに含まれる酸素分子（Ｏ２）からオゾンが生成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１０５０１４号公報
【特許文献２】特開２００２−１３７９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
通常、特許文献２に記載のオゾン生成器のように、放電電極と接地電極との間に電圧を印加してオゾンを生成する場合、原料ガスの水分含有量が増加するにしたがって放電が発生しにくくなるため、オゾンの生成効率も低下する。生成効率の低下を防ぐためには、放電電極と接地電極との間により高い電圧を印加することが必要となるが、電源への負荷は大きくなる。また、印加する電圧が高くなることに起因して発生するアーク放電を抑制するため、セラミックや石英等を材料とする誘電板を設けることが一般的であるが、この場合、誘電板の分だけ原料ガスの流通経路が狭くなるため、原料ガスの流通量の低下によりオゾンの生成効率が低下するという悪循環が生じる。原料ガスの流通経路を広げるために放電電極と接地電極との間の距離を広げた場合は、放電電極と接地電極との間に更に高い電圧を印加する必要が生じるため、電源にかかる負荷が更に増加するという問題点が生じる。
【０００７】
この発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源への負荷を低減することを実現したオゾン生成器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明に係るオゾン生成器は、間隔を空けて配置された一対の接地電極と、一対の接地電極の間に配置された放電電極と、放電電極に接続され、放電電極と一対の接地電極との間に電圧を印加する電源とを備え、一対の接地電極の間を流通する原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器において、放電電極には、原料ガスに含まれる水分を吸収する水分吸着材が、放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けられることを特徴とするものである。
【０００９】
放電電極に設けた水分吸着材が原料ガスに含まれる水分を吸収するため、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止される。また、水分吸着材を、放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けたので、露出した部位からの放電が発生しやすくなって電源への負荷が低減される。したがって、オゾン生成器において、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源への負荷を低減することができる。
【００１０】
放電電極は略平板状の部材であって、先端側に向かって先細となる突起部が両側部に形成されており、水分吸着材は、突起部が露出するように設けられてもよい。露出した突起部の先端から放電が発生しやすくなるため、効率よくオゾンの生成を行うことができる。
放電電極は、突起部が先細となる方向が、原料ガスが流通する方向に対して平行となるように配置されてもよい。原料ガスが流通しやすくなるため、原料ガスを流通させるために用いるポンプ等の機器への負荷を低減することができる。
放電電極を複数備え、複数の放電電極は、原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置されてもよい。複数の放電電極から放電が発生するため、効率よくオゾンを生成することができる。また、原料ガスが流れやすいため、原料ガスを流通させるために用いるポンプ等の機器への負荷も低減される。
水分吸着材は、接地電極の表面の一部が露出した状態となるように、接地電極にも設けられてよい。原料ガスに含まれる水分が接地電極側の水分吸着材にも吸収されるため、オゾン生成効率の低下がより確実に防止される。また、接地電極の表面の一部は露出しているため、放電が発生しにくくなって電源への負荷が増大することもない。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、オゾン生成器において、原料ガスに含まれる水分に起因するオゾンの生成効率の低下を防止するとともに、電源への負荷を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１に係るオゾン生成器を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１に係るオゾン生成器の構成を概略的に示す断面側面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿った平面を含む断面図である。
【図４】この発明の実施の形態２に係るオゾン生成器の構成を概略的に示す断面側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、この発明の実施の形態について、添付図に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に、この実施の形態１に係るオゾン生成器を備えたディーゼルエンジンの排ガス後処理装置を概略的に示す。ディーゼルエンジン１には排気管２が接続されており、ディーゼルエンジン１から排出された排ガスが、排気管２の内部を矢印Ａで示す方向に流通するようになっている。排気管２の途中には、排ガスに含まれるＮＯｘを浄化するための尿素選択還元触媒３（以下、ＳＣＲ触媒３とする）が設けられており、矢印Ａで示す方向におけるＳＣＲ触媒３の下流側には、酸化触媒４が設けられている。また、酸化触媒４の下流側にはマフラ５が接続されており、ＳＣＲ触媒３及び酸化触媒４を順次通過した排ガスが、マフラ５から大気中に放出されるようになっている。
【００１４】
ＳＣＲ触媒３の上流側には、排気管２の内部に尿素水を噴射するための噴射ノズル６が設けられており、噴射ノズル６には、内部に尿素水を貯留する尿素水タンク７が接続管８を介して接続されている。また、接続管８の途中には、尿素水タンク７内の尿素水を噴射ノズル６に供給する尿素水添加システム９が設けられている。尿素水添加システム９は、ディーゼルエンジン１及び排ガス後処理装置の制御装置であるＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０から尿素水添加システム９に出力される指令信号に基づいて、噴射ノズル６による尿素水の噴射が制御される。
【００１５】
また、排気管２において、ディーゼルエンジン１とＳＣＲ触媒３との間に位置する部位にはオゾン供給管１１の一端が接続されており、オゾン供給管１１の他端には、原料ガスである空気からオゾンを生成するオゾン生成器２１が接続されている。オゾン生成器２１は、内部でオゾンを生成する生成部２２と、オゾンを生成するための電圧を生成部２２に供給する電源２３とを備えている。生成部２２には、接続管１２を介してポンプ１３が接続されている。ポンプ１３は、ＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０から出力される指令信号に基づいてポンプ１３が作動すると、生成部２２の内部に空気が供給されるようになっている。また、電源２３もＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ＥＣＵ１０からの出力信号に基づいて電源２３の動作が制御されるようになっている。
【００１６】
ここで、オゾン生成器２１の構成について、図２、３を用いて詳細に説明する。
図２に示すように、オゾン生成器２１の生成部２２は中空のハウジング２４を備えており、このハウジング２４の両端部にオゾン供給管１１及び接続管１２がそれぞれ接続されている。ハウジング２４の内部には、平板形状をそれぞれ有する一対の接地電極２５ａ及び２５ｂが間隔を空けた状態で配置されている。ポンプ１３（図１参照）から接続管１２を介して供給される空気は、矢印Ｂ１、Ｂ２で方向を示すように、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通してオゾン供給管１１に流出するようになっている。
【００１７】
接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間には、電源２３にそれぞれ接続された四つの放電電極３１が、矢印Ｂ１、Ｂ２で示す空気の流通方向に沿って直列に配置されるように設けられている。また、各放電電極３１は、接地電極２５ａと放電電極３１との間、及び接地電極２５ｂと放電電極３１との間に等しい隙間が形成されるようにそれぞれ配置されている。放電電極３１は略平板状の部材であって、先端側に向かって厚さが先細となる突起部３１ａ及び３１ｂが両側部に形成されている。放電電極３１の上部表面３１ｃと下部表面３１ｄとには、例えばシリカゲル、ゼオライト及びモレキュラシーブ等のように水分を吸収する多孔質素材からなる水分吸着材３１ｅが、上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄに沿ってほぼ平坦となるように設けられている。すなわち、水分吸着材３１ｅは、放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄを覆うとともに、突起部３１ａ及び突起部３１ｂが露出した状態となるように設けられている。
【００１８】
四つの放電電極３１は同じ構成を有しており、各放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄに、水分吸着材３１ｅがそれぞれ設けられている。また、各放電電極３１は、突起部３１ａ及び突起部３１ｂが先細となる方向が、空気が流通する方向、すなわち矢印Ｂ１、Ｂ２で示す方向に対して平行となるように配置されている。したがって、例えば放電電極３１の上部表面３１ｃ及び下部表面３１ｄが矢印Ｂ１、Ｂ２で示す方向に対して直行するように配置した場合と比較すると、空気が流れやすい状態となっており、それにより、ハウジング２４の内部の圧力が上昇してポンプ１３への負荷が増大することがないようになっている。
【００１９】
尚、図３に示すように、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間において、これらの両端部に位置する部位には、セラミックや樹脂等の絶縁材料から形成された一対の側板２６ａ及び２６ｂが設けられている。接地電極２５ａ及び２５ｂと、各放電電極３１とは、これらの側板２６ａ及び２６ｂによって支持されている。
【００２０】
図１に戻って、排気管２の内部において、ディーゼルエンジン１の直後に位置する部位には、ＮＯｘセンサ１４が設けられている。ＮＯｘセンサ１４はＥＣＵ１０に電気的に接続されており、ディーゼルエンジン１が排出した排ガスに含まれるＮＯｘの濃度を検出してＥＣＵ１０に出力する。また、ディーゼルエンジン１は、機関回転数等の運転状態を検出してＥＣＵ１０に出力する図示しないセンサを有している。ＥＣＵ１０は、ディーゼルエンジン１の運転状態や、ＮＯｘセンサ１４が検出したＮＯｘの濃度に基づいて、排ガスに含まれるＮＯｘの量や、ＮＯｘ中における一酸化窒素と二酸化窒素との比を推定可能となっており、この推定結果に基づいて、尿素水添加システム９やオゾン生成器２１の動作が制御されるようになっている。
【００２１】
次に、この発明の実施の形態１に係るオゾン生成器の動作について、ディーゼルエンジン１の排ガス後処理装置の動作と併せて説明する。
図１に示すように、ディーゼルエンジン１の運転が開始されると、ＥＣＵ１０はポンプ１３を作動させる。ポンプ１３が作動すると、図２の矢印Ｂ１で示すように、生成部２２の内部に空気が供給されて接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する。また、ＥＣＵ１０は、オゾン生成器２１の電源２３を作動させており、それにより、四つの放電電極３１と接地電極２５ａ及び２５ｂとの間に電圧が印加される。電圧が印加され、各放電電極３１と接地電極２５ａ及び２５ｂとの間で放電が発生することによって空気に含まれる酸素分子（Ｏ２）が二つの酸素原子（Ｏ）に分解され、分解された酸素原子が他の酸素分子と結合することによってオゾンが生成される。
【００２２】
ここで、接続管１２からハウジング２４内に流入し、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する空気の流れは、空気の流通方向における最も上流側に位置する放電電極３１の突起部３１ａによって、上部表面３１ｃ側と下部表面３１ｄ側とに分断された状態で流通する。その際、各放電電極３１の上部表面３１ｃと下部表面３１ｄとには水分吸着材３１ｅがそれぞれ設けられているため、空気に含まれる水分は水分吸着材３１ｅによって順次吸収される。すなわち、オゾン生成器２１によるオゾンの生成は、空気の水分含有量が少ない状態で行われるようになっているため、原料ガスの水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止されている。また、各放電電極３１の突起部３１ａ及び突起部３１ｂは、露出した状態となっているため、これらの部位から放電が発生しやすくなっており、電源２３への負荷が低減されている。さらに、放電は、四つの放電電極３１のそれぞれで発生するため、オゾンの生成が効率よく行われている状態となっている。
【００２３】
図１に戻って、以上のように生成されたオゾンは、ハウジング２４（生成部２２）からオゾン供給管１１に流出し、オゾン供給管１１を介して排気管２の内部に供給されてディーゼルエンジン１から排出される排ガスに添加される。添加されたオゾンが、排ガスに含まれるＮＯｘ中の一酸化窒素を酸化して二酸化窒素とすることにより、排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比が徐々に１：１となる。尚、ＥＣＵ１０は、機関回転数、機関トルク及び燃料噴射量等のディーゼルエンジン１の運転状態やＮＯｘセンサ１４からの出力に基づいて排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比を推定しており、この推定結果に基づいて、オゾン生成器２１の動作が制御されている。
【００２４】
また、ディーゼルエンジン１の運転時、ＥＣＵ１０は、尿素水添加システム９を作動させる。尿素水タンク７内の尿素水は、尿素水添加システム９によって噴射ノズル６に供給され、噴射ノズル６から排気管２の内部に噴射される。噴射された尿素水が排気管２の内部で加水分解されることにより、アンモニア（ＮＨ３）が生成される。ＳＣＲ触媒３がアンモニアとＮＯｘとを反応させて窒素と水とに還元することにより、排ガス中のＮＯｘが浄化される。ここで、排ガス中の一酸化窒素と二酸化窒素との比は、オゾンが一酸化窒素を酸化したことによって１：１となっている。通常、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの浄化は、一酸化窒素と二酸化窒素との比が１：１となった場合に低温から且つ効率よく行えるようになっているため、排ガスにオゾンを添加しない場合と比較すると、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの浄化効率が向上した状態となっている。ＳＣＲ触媒３によってＮＯｘを浄化された排ガスは、酸化触媒４を通過する。酸化触媒４は、ＳＣＲ触媒３によるＮＯｘの還元時において余剰分となり、未反応のまま残留したアンモニアを酸化して除去する。このようにして浄化された排ガスは、排気管２からマフラ５の内部に流入して大気中に放出される。
【００２５】
このように、各放電電極３１に設けた水分吸着材３１ｅが空気に含まれる水分を吸収するため、空気の水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することが防止される。また、水分吸着材３１ｅを、放電電極３１の表面の一部である突起部３１ａ及び突起部３１ｂが露出した状態となるように設けたので、露出した部位からの放電が発生しやすくなって電源２３への負荷が低減される。したがって、オゾン生成器２１において、空気の水分含有量に起因してオゾンの生成効率が低下することを防止し、且つ電源２３への負荷を低減することができる。
【００２６】
また、各放電電極３１において、先端側に向かって先細となる突起部３１ａ及び突起部３１ｂを露出させたので、これらの突起部の先端から放電が発生しやすくなり、効率よくオゾンが生成される。
さらに、各放電電極３１を、これらの突起部３１ａ及び突起部３１ｂが先細となる方向が、空気が流通する方向、すなわち図２の矢印Ｂ１、Ｂ２で示される方向に対して平行となるように配置したので、空気が流れやすくなってハウジング２４内の圧力が所定の圧力以上に高まることがなく、ポンプ１３への負荷を低減することができる。
また、接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間に四つの放電電極３１を設け、これらが空気の流通方向に沿って直列に並ぶように配置したので、各放電電極３１がそれぞれ放電を発生するようになって効率よくオゾンが生成されるとともに、空気が流れやすくなってポンプ１３への負荷が低減される。
【００２７】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係るオゾン生成器について説明する。
この実施の形態２に係るオゾン生成器は、実施の形態１に対し、水分吸着材を接地電極と放電電極との両方に設けるように構成したものである。尚、この実施の形態において、図１〜３の参照符号と同一の符号は同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
図４に示すように、オゾン生成器４１の生成部２２の内部に設けられた接地電極２５ａ及び２５ｂには、各放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂに対向する部位４２が露出した状態となるように、水分吸着材４３が設けられている。したがって、オゾン生成器４１の作動時に接地電極２５ａと接地電極２５ｂとの間を流通する空気に含まれる水分は、各放電電極３１の水分吸着材３１ｅと、水分吸着材４３とに吸収されるようになっている。また、各放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂと、接地電極２５ａ及び２５ｂ上において放電電極３１の突起部３１ａ及び３１ｂに対向する部位４２とは、それぞれ露出した状態となっているため、これらの部位４２と突起部３１ａ及び３１ｂとの間には、放電が発生しやすい状態となっている。その他の構成については、実施の形態１と同様である。
【００２８】
このように、接地電極２５ａ及び接地電極２５ｂの表面の一部（部位４２）が露出するように水分吸着材４３を設けたので、空気に含まれる水分が水分吸着材４３にも吸収され、オゾンの生成効率の低下がより確実に防止される。また、接地電極２５ａ及び２５ｂの表面の一部は露出しているため、放電が発生しにくくなって電源２３への負荷が増大することもない。
【００２９】
実施の形態１、２において、放電電極は両端部に突起部を有するように構成されたが、放電電極の形状を限定するものではない。放電電極の一部が露出するように水分吸着材を設ければ、オゾンの生成効率の低下の防止、及び電源への負荷の低減は可能であるため、例えば放電電極を丸い断面を有するワイヤ状の部材によって構成することも可能である。また、水分吸着材を、放電電極の上部表面及び下部表面に沿ってほぼ平坦となるように形成したが、例えば翼のような形状となるように水分吸着材を設け、放電電極を通過する際の原料ガスの流れを改善することも可能である。
実施の形態１、２において、四つの放電電極を、原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置したが、放電電極の構成を限定するものではない。オゾンを生成可能であればよく、放電電極の数や配置等を適宜変更することが可能である。
【００３０】
実施の形態１、２において、オゾン生成器の構成及び動作を、ＳＣＲ触媒を備えた排ガス後処理装置に適用した場合の例として説明したが、排ガス後処理装置の構成を限定するものではない。例えば、ＮＯｘの一時的な吸蔵及び浄化を行うＮＯｘ吸蔵還元触媒や、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するディーゼルパティキュレートフィルタをＳＣＲ触媒の代わりに用いることが可能であり、これらを組み合わせた構成とすることも可能である。ＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いた場合、排ガスに含まれるＮＯｘをオゾンで酸化してより高次のＮＯｘとすることにより、ＮＯｘ吸蔵還元触媒によるＮＯｘの吸蔵効率を向上することが可能となる。また、ディーゼルパティキュレートフィルタを用い、補修した粒子状物質をオゾンによって酸化して除去することも可能となる。
【符号の説明】
【００３１】
２１ オゾン生成器、２３ 電源、２５ａ，２５ｂ 接地電極、３１ 放電電極、３１ａ，３１ｂ 突起部（放電電極の表面の一部）、３１ｅ，４３ 水分吸着材、４２ 部位（接地電極の表面の一部）。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を空けて配置された一対の接地電極と、
前記一対の接地電極の間に配置された放電電極と、
前記放電電極に接続され、前記放電電極と前記一対の接地電極との間に電圧を印加する電源と
を備え、前記一対の接地電極の間を流通する原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器において、
前記放電電極には、前記原料ガスに含まれる水分を吸収する水分吸着材が、前記放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けられることを特徴とするオゾン生成器。
【請求項２】
前記放電電極は略平板状の部材であって、先端側に向かって先細となる突起部が両側部に形成されており、
前記水分吸着材は、前記突起部が露出するように設けられる請求項１に記載のオゾン生成器。
【請求項３】
前記放電電極は、前記突起部が先細となる方向が、前記原料ガスが流通する方向に対して平行となるように配置される請求項１または２に記載のオゾン生成器。
【請求項４】
前記放電電極を複数備え、複数の前記放電電極は、前記原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のオゾン生成器。
【請求項５】
前記水分吸着材は、前記接地電極の表面の一部が露出した状態となるように、前記接地電極にも設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン生成器。
【請求項１】
間隔を空けて配置された一対の接地電極と、
前記一対の接地電極の間に配置された放電電極と、
前記放電電極に接続され、前記放電電極と前記一対の接地電極との間に電圧を印加する電源と
を備え、前記一対の接地電極の間を流通する原料ガスからオゾンを生成するオゾン生成器において、
前記放電電極には、前記原料ガスに含まれる水分を吸収する水分吸着材が、前記放電電極の表面の一部が露出した状態となるように設けられることを特徴とするオゾン生成器。
【請求項２】
前記放電電極は略平板状の部材であって、先端側に向かって先細となる突起部が両側部に形成されており、
前記水分吸着材は、前記突起部が露出するように設けられる請求項１に記載のオゾン生成器。
【請求項３】
前記放電電極は、前記突起部が先細となる方向が、前記原料ガスが流通する方向に対して平行となるように配置される請求項１または２に記載のオゾン生成器。
【請求項４】
前記放電電極を複数備え、複数の前記放電電極は、前記原料ガスが流通する方向に沿って直列に並ぶように配置される請求項１〜３のいずれか一項に記載のオゾン生成器。
【請求項５】
前記水分吸着材は、前記接地電極の表面の一部が露出した状態となるように、前記接地電極にも設けられる請求項１〜４のいずれか一項に記載のオゾン生成器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−２５６０８（Ｐ２０１２−２５６０８Ａ）
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１６４５１９（Ｐ２０１０−１６４５１９）
【出願日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年７月２２日（２０１０．７．２２）
【出願人】（０００００３２１８）株式会社豊田自動織機 (4,162)
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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