ガス浄化システムおよびガス浄化方法
【課題】放電状態を長期間に渡って安定させることができ、ガス浄化効率を高く維持することが可能であり、さらにエンジンの始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能なガス浄化システムおよびガス浄化方法を提供する。
【解決手段】炭化水素類を含有するガスの流路２上に設けられたガス浄化システム１であり、前記ガス流路２上または流路外に複数の電極から成る放電部３を有し、前記放電部３において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システム１において、前記放電部３を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とする。
【解決手段】炭化水素類を含有するガスの流路２上に設けられたガス浄化システム１であり、前記ガス流路２上または流路外に複数の電極から成る放電部３を有し、前記放電部３において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システム１において、前記放電部３を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車エンジンの排ガス中に含有される炭化水素類（ＨＣ）に放電プラズマの作用を賦課させることにより浄化処理を施すガス浄化システムおよびガス浄化方法に係り、特に放電状態を長期間に渡って安定させることができ、ガス浄化効率を高く維持することが可能であり、さらにエンジンの始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能なガス浄化システムおよびガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車等の内燃機関（エンジン）から排出される排ガスの浄化処理装置としては、三元触媒によって燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に分解除去するガス浄化システムが広く実用化されている。しかしながら、エンジンの冷間始動から数十秒の間は、三元触媒の温度が低いため触媒作用が十分に発現されず、上記分解反応が不十分となる結果、大量のＨＣが排出され環境上の問題としてクロ−ズアップされている。
【０００３】
上記エンジンの始動から６０秒間に排出されるＨＣ（コールドＨＣ）の排出量は、エンジンの排ガス試験モード全体におけるＨＣ排出量の７０％にも達するとも報告されており、地球温暖化対策の観点からこのコールドＨＣの浄化および排出量の低減が重要視されてきている。
【０００４】
上記コールドＨＣの浄化技術として、吸着材に三元触媒を担持した吸着型三元触媒を用いた処理装置が開発されている（例えば非特許文献１参照）。図１１は上記吸着型三元触媒を用いた排ガス浄化システムの構成を示すブロック図であり、エンジンＥの排ガス配管上に吸着型三元触媒を充填した三元触媒層３０を装備して構成される。エンジンＥから排出された排気ガスＸ中のＨＣなどの有害成分は、三元触媒に吸着された後に触媒作用により酸化分解作用を受けて無害化される。
【０００５】
図１２は、上記の浄化システムを運転した時の排ガス浄化特性を示すグラフである。図１２において曲線Ａで示すように、エンジンから排出されたＨＣは、エンジンの始動から数十秒の間に高濃度のピークをもって排出される。一方、曲線Ｂは吸着三元触媒による浄化後における排ガス中のＨＣ濃度を示すものである。吸着材の作用により高濃度の排出ピークは低減している。
【０００６】
また、吸着三元触媒の温度は、図１２の曲線Ｃで示すようにエンジン始動時間と共に上昇し、吸着材からＨＣが解離する脱離温度を経て三元触媒の活性温度に至る。この場合、吸着三元触媒の温度がＨＣ脱離温度に達すると、吸着されていたＨＣが脱離し、浄化後の排ガス中のＨＣ濃度が上昇する。その後、三元触媒が活性温度に達すると、吸着していたＨＣが分解されるため、浄化後の排ガス中のＨＣ濃度は低下する。そのため、結果的に浄化後における排ガス中のＨＣ濃度の変化は、２つの排出濃度ピークを有する特性曲線となる。第１の排出濃度ピークは吸着剤の量を増加させることにより原理的には全量浄化可能である。しかし、第２の排出濃度ピークは、ＨＣの脱離温度が三元触媒の活性温度未満である限り全量浄化することができない。
【０００７】
そこで、ＨＣの脱離温度と三元触媒の活性温度とを接近させるために、三元触媒の昇温を早めるための技術と、昇温までの間ＨＣを吸着保持する吸着技術の開発とが並行して進められている。すなわち、三元触媒の昇温を早めるための技術としては、触媒材料の低熱容量化、触媒の前方配置、エンジン制御の高度化、ヒータによる触媒加熱等が試みられている。また、吸着技術としては、吸着材料や吸着剤構造の開発が進められている。
【非特許文献１】「触媒」第４５巻 第３号（２００３年）ｐ２３０−２３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、触媒の設置スペースの制限や触媒コストの高騰などの観点から上記のような触媒を使用した効率的な排気ガス処理装置の技術開発は限界に近づいており、触媒に依存しない新しい方式のＨＣ浄化技術の開発が望まれている。
【０００９】
すなわち、従来の吸着材と三元触媒とを用いたＨＣ浄化技術は、吸着状態からＨＣが解離する脱離温度が、三元触媒の活性温度より低いため、触媒の昇温過程で脱離したＨＣの放出が不可避であるという根本的な問題を抱えており、そのようなコールドＨＣの放出を防止できるように、触媒に依存しない新しい方式のＨＣ浄化技術の開発が望まれている。
【００１０】
一方、排気ガス中の炭化水素等の有害物質を除去する方法として、放電処理装置による浄化方法が知られている。しかし、従来から採用されてきた放電処理装置の多くは、経済性の観点から放電電極は金属で構成されていた。
【００１１】
しかしながら、上記のように金属製の電極同士間で放電を発生させた場合には、放電入力を増加させていくと放電空間や金属電極の温度が上昇し、アーク放電に至り、放電経路が局所的になり安定した放電作用が得られなくなるために、排ガス浄化処理における処理効率が低下してしまうという問題点があった。安定した放電状態から不安定なアーク放電へ移行する運転条件は排ガスの温度や成分組成によって変化するため、工場排ガスや定置型発電機などの場合は、そのガス性状に合わせて電極間距離や放電入力を設計し、アーク放電への移行を防止することにより安定した運転を実現できる。
【００１２】
しかしながら、自動車の排気ガスはその温度や成分が、運転状態によって大きく変化し、特に始動時には室温から数百度への急激なガス温度変化があるだけではなく、冷えた排気配管表面では発生した大量の凝縮水を含むなど、ガス成分も大きく変化するため。アーク放電への移行を防止して安定的に高い処理効率を維持できる放電部の構造が必要となっていた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題に対処するためになされたものであり、ＨＣを含む排ガスを効率的に浄化可能であり、特にコールドＨＣについては原理的には全量浄化が可能であり、さらに放電状態を長期間に渡って安定させることができ、ガス浄化効率を高く維持することが可能であり、さらにエンジンの始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能なガス浄化システムおよびガス浄化方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係るガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
上記ガス浄化システムによれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。
【００１６】
また、放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されているために、対向する電極間に形成される放電空間には、誘電体が介在することとなり、放電は大気圧放電をアーク放電に至らしめずに安定的に維持することが可能な誘電体バリア放電となる。したがって、自動車の排気ガスのように、その温度や成分が運転状態によって大きく変化した場合においても、アーク放電への移行を防止して安定的に高い浄化処理効率を維持することができる。
【００１７】
また本発明に係る他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置したことを特徴とする。
【００１８】
上記ガス浄化システムによれば、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置しているために、放電部での水蒸気濃度が高められることにより、ＯＨラジカルの生成量を増加させる効果が発揮される。そのため、より効果的に化学的な反応活性種を生成して、ＨＣをより効果的に酸化除去することが可能になる。また、ＨＣとＨ２Ｏとの加水分解反応がより促進されてＨＣ量をさらに低減させることもできる。
【００１９】
また本発明に係るその他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記ガス流路上の前記反応活性種の供給位置より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層を配置したことを特徴とする。
【００２０】
放電による反応生成物（反応活性種）のうち、オゾンＯ３は酸化活性が高く有害成分の酸化分解に有効に作用する反面、寿命が長く人体に有害なため、未反応のオゾンが排気管から系外に排出される可能性がある。オゾンは人体に有害なため、系外に排出される前に分解しておく必要がある。そこで上記ガス浄化システムのように、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層をガス流路上の反応活性種の供給位置より下流側に配置することにより、未反応のオゾンはオゾン分解触媒によって効果的に分解される結果、排気管から系外に排出される可能性が無くなり、排気ガスが無害化される。さらに、オゾンは分解されると寿命が短いＯラジカルを発生する。このＯラジカルはＨＣに対して高い酸化分解能力を備えるために、ＨＣの分解に再利用が可能である。つまり、後段にオゾン分解触媒層を配置することによりＨＣの酸化効率をさらに高める一方で、反応活性種を放電作用で生成するための消費電力を低減することができる。
【００２１】
さらに本発明に係るその他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであって、前記ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置すると共に、前記ガス流路外に放電部を配置し、炭化水素類を吸着した前記吸着材充填層を順次ガス流路から切り離して前記放電部に接続し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を吸着した吸着剤充填層に前記反応活性種を供給し、この反応活性種と吸着した物質との分解反応により前記吸着剤充填層に充填された吸着剤の再生処理を実施するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
上記ガス浄化システムによれば、ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置し各吸着剤充填塔に接続する排ガス流路が切替弁によって順次切り替わるように構成されているため、ＨＣの吸着能力が低下した吸着剤充填塔は他の吸着能力が高い吸着剤充填塔に切り替えることが可能であり、常に高い吸着能力が発揮されＨＣの吸着効率を高く維持できる。
【００２３】
一方、吸着能力が低下した吸着剤充填塔には、放電部で生成した反応活性種が導入されて吸着したＨＣが効果的に反応活性種によって分解されるため、充填された吸着剤は迅速に再生される。そして、これらの吸着操作および再生操作は、ガス浄化システムを稼動している場合であっても同時に実施することが可能であり、ガス浄化システムの運転保守管理が容易である。
【００２４】
本発明に係るガス浄化方法は、上記各発明システムに共通して採用される炭化水素類の分解によるガスの浄化方法であり、炭化水素類を含有するガスの流路上または流路外に配置した放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法によれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。つまり、炭化水素（ＨＣ）を含有する排ガスを効率的に浄化することが可能であり、特にコールドＨＣについては原理的には全量浄化が可能になるという従来にない顕著な作用効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照してより具体的に説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は本発明に係るガス浄化システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【００２８】
このガス浄化システム１は、炭化水素類（ＨＣ）を含有する排ガスＸが流れるガス排出路２上に設けられる。ガス浄化システム１はガス排出路２上に放電反応部３を備え、放電反応部３には電力を供給するための放電用電源４がリード線５を介して接続される。
【００２９】
上記放電反応部３は、放電処理により反応活性種（Ｏラジカル、Ｏ３、ＯＨラジカル、ＮＯ２、ＨＣの部分酸化体等）を生成する機能を有する。また、放電用電源４は、パルス状電圧や交流電圧を放電反応部３にリード線５を介して印加することにより、放電反応部３が放電処理を行う際の電力供給を行う機能を有する。
【００３０】
図２は図１に示すガス浄化システム１の放電反応部３の構成例を示す詳細斜視図である。上記放電反応部３は、導体電極２０と対向電極２１とを対向配置して構成される。対向電極２１は、板状あるいは箔状に形成することができる。また、好適には、少なくとも導体電極２０側が誘電体２２により被覆されることにより、導体電極２０と対向電極２１とが誘電体２２を介さずに直接対向する部位が存在しないように構成される。例えば、対向電極２１は薄板状とされ、補強材を兼ねる２枚の板状の誘電体２２に挟持される。
【００３１】
一方、導体電極２１は、複数の棒状の電極である棒状電極２０ａを固定用電極２０ｂに固定して構成される。棒状電極２０ａは丸棒や角材で構成することができる。そして、２つの固定用電極２０ｂと誘電体２２とで仕切られた空間が排ガスＸの流路として構成される。
【００３２】
さらに、上記のように構成された導体電極２０の固定用電極２０ｂと対向電極２１とは、それぞれリード線５を介して放電用電源４に接続され、導体電極２０と対向電極２１との間に放電用電源４から所要の電圧を印加することにより放電を行うことができるように構成される。
【００３３】
ここで、上記放電反応部３は、電極間における放電により生成した反応活性種を排ガスＸに供給することを目的としているため、その機能を発揮する限りにおいては、必ずしもガス流路２上に設置される必要はなく、図３に示すようにガス流路（ガス排出路）２外に設置し、放電反応部３で生成した反応活性種を、ダクト６を経由して排ガスＸに供給するように構成してもよい。この場合、反応活性種を発生させるための原料ガスはガス排出路２から分取し、排ガスＸを図３に示すように分流管７を経由して分流して放電反応部３に供給しても良い。または、反応活性種の生成に適したガスを別途ボンベやファンで放電反応部３に供給するように構成しても良い。
【００３４】
次に、上記図１〜図３に示すガス浄化システム１の作用について説明する。
【００３５】
例えば、エンジンＥの始動時には、大量のＨＣを含有する排ガスＸが生成され、ガス排出路２上の放電反応部３の上流側に導入される。
【００３６】
ガス排出路２内に導入されたＨＣを含有する排ガスＸは、放電反応部３内に導かれる。このとき、放電反応部３の各棒状電極２０ａと対向電極２１との間に放電用電源４からパルス状電圧や交流電圧が印加される。このため、各棒状電極２０ａと対向電極２１との間に放電が起こり、放電に伴って排ガスＸの流路には放電プラズマが生成される。ここで、対向電極２１は誘電体２２によって被覆されているため、導体電極２０と対向電極２１とで挟まれた放電空間には、誘電体２２が介在することとなり、放電は大気圧放電をアーク放電に至らしめず、電極全体にわたる放電状態を安定に維持することが可能な誘電体バリア放電となる。したがって、自動車の排気ガスのように、その温度や成分が運転状態によって大きく変化した場合においても、アーク放電への移行を防止して安定的に高い浄化処理効率を維持することができる。
【００３７】
また、導体電極２０の放電発生部分の形状が棒状構造とされる一方、対向電極２１は平面状に形成されているため、放電発生部分である各棒状電極２０ａでは電気力線がより密となるように電界が形成される。このため、より低い電圧印加で高エネルギーの放電を開始させることが可能であり、エネルギー効率を大幅に改善できる。
【００３８】
そして、放電の電気エネルギーにより、排ガスＸからオゾンＯ３、Ｏ、ＯＨ、ＨＯ２ラジカル、ＮＯ２、ＨＣの部分酸化体等の反応活性種が効率良く生成される。
【００３９】
図４は、図１〜図２に示すガス浄化システム１の放電反応部３におけるラジカルの代表的な生成反応式を示す図である。図４に示すように、放電反応部３では、排ガスＸ中の母ガス成分であるＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２ガス分子等の分子に誘電体バリア放電によって生成される高速電子（ｅ）が衝突し、高速電子衝突作用によって、オゾンＯ３、Ｏ、ＯＨ、ＨＯ２ラジカル等のラジカルが効率的に生成される。また、これらのラジカルがガス分子と衝突することによって、別のラジカルを生成する反応も起こる。
【００４０】
図５は、図１〜図２に示すガス浄化システム１内における各種ラジカルによるＨＣの酸化分解反応式を示す図である。図５に示すように、これらのラジカルは、排ガスＸ中で炭化水素を完全に直接酸化分解してＣＯ２等の物質を生成する。また、ＮＯをＮＯ２に酸化処理すると共に、炭化水素類（ＨＣ）の一部を部分酸化して反応活性種［ＨＣＯ］を生成し、これら生成物同士の反応によりＨＣを酸化分解してＣＯ２等の物質を生成する。
【００４１】
図５に示すように放電反応部３において、排ガスＸ中のＨＣは、ラジカルを含む反応活性種の作用による酸化により除去される。すなわち、排ガスＸは、反応活性種の作用によって効率的に浄化される。
【００４２】
図６は放電部における排ガスＸの滞留時間と、生成するラジカルの量（数）との関係を示すグラフである。図６に示すように放電部における滞留時間により生成するラジカル量が変化する。したがって、除去対象である目的のＨＣ種を効率よく分解するために最適なラジカル種の濃度が最も高くなるように、放電反応部３における排ガスＸの滞留時間を制御することが望ましい。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るガス浄化システムにおいては、温度によって活性が変化し易い従来の酸化触媒を使用せずに、放電作用で生成した化学的反応活性種の作用によって炭化水素等（ＨＣ）を効率的に浄化できる。しかも、上記化学的反応活性種は放電による高速電子によって生成するため、排ガスが低温である場合でも効率的に生成させることができる。その結果、触媒では到底活性化しない低温度域においても効果的なＨＣ浄化が可能となる。
【００４４】
図７は本実施形態に係るガス浄化システムを用いて、実排ガスを模擬した混合ガスを浄化処理した結果を示すグラフである。このうち、２００℃以下の領域は、通常の酸化触媒では活性化しない温度領域であるが、温度依存が少ない本システムにおいて、三元触媒が活性化しない温度領域においても、全体のＴＨＣを低減できることが判明した。
【００４５】
［第２実施形態］
図８は本発明に係るガス浄化システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、放電反応部３を通流する排ガスＸに対して、供給器１１から水または水蒸気を含有する添加ガスＺが添加される。ここで上記供給器１１は、例えば加圧ボンベまたはボイラや噴霧器や加湿器等で構成される。
【００４６】
上記第２実施形態に係るガス浄化システム１においては、供給器１１から水または水蒸気を含有する添加ガスＺが、放電反応部３の上流側のガス排出路２に添加されるため、放電反応部３での水蒸気濃度を高めることが可能になり、ＯＨラジカルの生成量を増加させる効果があり、より効果的に化学的活性種を生成して、ＨＣを効率的に酸化することができる。また、ＨＣとＨ２Ｏとの加水分解反応を、より促進してＨＣを低減させる顕著な効果も発揮される。
【００４７】
［第３実施形態］
図９は、本発明に係るガス浄化システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。第８実施形態に係るガス浄化システム１は、ガス排出路２上において、前記反応活性種の供給位置、すなわち放電反応部３より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層１６が配置されて構成される。オゾン分解触媒は、オゾンを分解する能力を有する材料で構成されており、具体的なオゾン分解触媒としては酸化マンガンやガンマアルミナ等が採用される。
【００４８】
放電による反応生成物のうち、オゾンＯ３は寿命が長いため、未反応のオゾンが排気管から系外に排出される可能性がある。オゾンは人体に有害なため、系外に排出される前に分解しておく必要がある。そこで第７の実施形態においてはオゾン分解触媒を充填したオゾン分解層１６を設置しているために、未反応の余剰オゾンの分解を効果的に進行させることができる。ここで、オゾンは分解されると、寿命が短いＯラジカルを発生する。このＯラジカルはＨＣの酸化分解能力が高いため、ＨＣの分解剤として有効に利用できる。つまり、排ガスの流れの後段にオゾン分解層１６を配置することにより、ＨＣの酸化効率をさらに高め、浄化システムを稼動するための消費電力を低減することができる。
【００４９】
［第４実施形態］
図１０は本発明に係るガス浄化システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。この第４実施形態に係るガス浄化システム１では、ガス排出路２に沿って複数個（図１０では２個）の吸着材層１９ａ、１９ｂをガス排出路２に並列に配置し、各吸着材層１９ａ、１９ｂを流れる排ガスの流路は、切替弁２３，２３によって切り替えられるように構成される。
【００５０】
上記浄化システムにおいて、まず第１の吸着材層１９ａに排ガスが流通し、吸着剤により排ガス中のＨＣが吸着される。第１の吸着材層１９ａを通過してＨＣを吸着された排ガスは、通流側流路２５を通り後工程または系外に排出される。第１の吸着材層１９ａにおけるＨＣの吸着能力が低下する前に第２の吸着材層１９ｂに排ガスの流路が切り替えられる。
【００５１】
そして、第２の吸着材層１９ｂを使用している間に、第１の吸着材層１９ａ中に充填された吸着材の再生処理が実行される。この再生処理は放電反応部３にて生成した反応活性種を、再生側流路２４を経て第２の吸着材層１９ｂに導入して実施される。
【００５２】
この第２の吸着材層１９ｂの吸着材を再生処理する際には、吸着材層１９ｂ内の雰囲気が、吸着したＨＣを分解し易い反応活性種に富むように、放電反応部３内の雰囲気が調整される。具体的には、ガス供給器２６によって好適な添加ガスＱを放電反応部３に供給するなどの対策を講じて、反応活性種の生成に最適なガス条件（成分・温度）に調整することが望ましい。上記第１の吸着材層１９ａ中の吸着材の再生処理が終了した時点で流路は再び切り替えられ、第１の吸着材１９ａが排ガス処理に使用され、代わって第２の吸着材層１９ｂの再生処理を行う。
【００５３】
上記第４実施形態に係るガス浄化システム１によれば、ガス排出路２に沿って並列に複数個の吸着剤充填塔１９ａ、１９ｂを配置し各吸着剤充填塔に接続する排ガス流路が切替弁２３，２３によって順次切り替わるように構成されているため、ＨＣの吸着能力が低下した一方の吸着剤充填塔は他の吸着能力が高い吸着剤充填塔に切り替えることが可能であり、常に高い吸着能力が発揮されＨＣの吸着効率を高く維持できる。
【００５４】
以上説明の通り、各実施形態に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法によれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るガス浄化システムの第１実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すガス浄化システムの放電反応部の詳細な構成例を示す斜視図。
【図３】本発明に係るガス浄化システムの別の実施形態を示すブロック図。
【図４】図１に示すガス浄化システムの放電反応部におけるラジカルの生成反応式を示す図。
【図５】図１に示すガス浄化システムの放電反応部における炭化水素（ＨＣ）の反応活性種による酸化反応式を示す図。
【図６】放電反応部の滞留時間と生成するラジカル量との関係示すグラフ。
【図７】図１に示すガス浄化システムに模擬ガスを用いて放電によるＴＨＣ低減効率の温度依存性を測定した結果を示すグラフ。
【図８】本発明に係るガス浄化システムの第２実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係るガス浄化システムの第３実施形態の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明に係るガス浄化システムの第４実施形態の構成を示すブロック図を示す構成図。
【図１１】吸着型三元触媒を用いた従来の排ガス浄化システムの構成を示すブロック図。
【図１２】吸着型三元触媒の排ガス浄化特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１…ガス浄化システム、２…ガス排出路（ガス流路）、３…放電部（放電反応部）、４…放電用電源（交流電源）、５…リード線、６…ダクト、７…分流管、１１…供給器、１６…オゾン分解触媒層、１９ａ…第１の吸着材層、１９ｂ…第２の吸着材層、２０…導体電極、２０ａ…棒状電極、２０ｂ…固定用電極、２１…対向電極、２２…誘電体、２３…切替弁、２４…再生側流路、２５…通流側流路、２６…ガス供給器、３０…三元触媒層、Ｅ…内燃機関（エンジン）、Ｘ…排ガス。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車エンジンの排ガス中に含有される炭化水素類（ＨＣ）に放電プラズマの作用を賦課させることにより浄化処理を施すガス浄化システムおよびガス浄化方法に係り、特に放電状態を長期間に渡って安定させることができ、ガス浄化効率を高く維持することが可能であり、さらにエンジンの始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能なガス浄化システムおよびガス浄化方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から自動車等の内燃機関（エンジン）から排出される排ガスの浄化処理装置としては、三元触媒によって燃焼排ガスに含まれるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯを同時に分解除去するガス浄化システムが広く実用化されている。しかしながら、エンジンの冷間始動から数十秒の間は、三元触媒の温度が低いため触媒作用が十分に発現されず、上記分解反応が不十分となる結果、大量のＨＣが排出され環境上の問題としてクロ−ズアップされている。
【０００３】
上記エンジンの始動から６０秒間に排出されるＨＣ（コールドＨＣ）の排出量は、エンジンの排ガス試験モード全体におけるＨＣ排出量の７０％にも達するとも報告されており、地球温暖化対策の観点からこのコールドＨＣの浄化および排出量の低減が重要視されてきている。
【０００４】
上記コールドＨＣの浄化技術として、吸着材に三元触媒を担持した吸着型三元触媒を用いた処理装置が開発されている（例えば非特許文献１参照）。図１１は上記吸着型三元触媒を用いた排ガス浄化システムの構成を示すブロック図であり、エンジンＥの排ガス配管上に吸着型三元触媒を充填した三元触媒層３０を装備して構成される。エンジンＥから排出された排気ガスＸ中のＨＣなどの有害成分は、三元触媒に吸着された後に触媒作用により酸化分解作用を受けて無害化される。
【０００５】
図１２は、上記の浄化システムを運転した時の排ガス浄化特性を示すグラフである。図１２において曲線Ａで示すように、エンジンから排出されたＨＣは、エンジンの始動から数十秒の間に高濃度のピークをもって排出される。一方、曲線Ｂは吸着三元触媒による浄化後における排ガス中のＨＣ濃度を示すものである。吸着材の作用により高濃度の排出ピークは低減している。
【０００６】
また、吸着三元触媒の温度は、図１２の曲線Ｃで示すようにエンジン始動時間と共に上昇し、吸着材からＨＣが解離する脱離温度を経て三元触媒の活性温度に至る。この場合、吸着三元触媒の温度がＨＣ脱離温度に達すると、吸着されていたＨＣが脱離し、浄化後の排ガス中のＨＣ濃度が上昇する。その後、三元触媒が活性温度に達すると、吸着していたＨＣが分解されるため、浄化後の排ガス中のＨＣ濃度は低下する。そのため、結果的に浄化後における排ガス中のＨＣ濃度の変化は、２つの排出濃度ピークを有する特性曲線となる。第１の排出濃度ピークは吸着剤の量を増加させることにより原理的には全量浄化可能である。しかし、第２の排出濃度ピークは、ＨＣの脱離温度が三元触媒の活性温度未満である限り全量浄化することができない。
【０００７】
そこで、ＨＣの脱離温度と三元触媒の活性温度とを接近させるために、三元触媒の昇温を早めるための技術と、昇温までの間ＨＣを吸着保持する吸着技術の開発とが並行して進められている。すなわち、三元触媒の昇温を早めるための技術としては、触媒材料の低熱容量化、触媒の前方配置、エンジン制御の高度化、ヒータによる触媒加熱等が試みられている。また、吸着技術としては、吸着材料や吸着剤構造の開発が進められている。
【非特許文献１】「触媒」第４５巻 第３号（２００３年）ｐ２３０−２３５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、触媒の設置スペースの制限や触媒コストの高騰などの観点から上記のような触媒を使用した効率的な排気ガス処理装置の技術開発は限界に近づいており、触媒に依存しない新しい方式のＨＣ浄化技術の開発が望まれている。
【０００９】
すなわち、従来の吸着材と三元触媒とを用いたＨＣ浄化技術は、吸着状態からＨＣが解離する脱離温度が、三元触媒の活性温度より低いため、触媒の昇温過程で脱離したＨＣの放出が不可避であるという根本的な問題を抱えており、そのようなコールドＨＣの放出を防止できるように、触媒に依存しない新しい方式のＨＣ浄化技術の開発が望まれている。
【００１０】
一方、排気ガス中の炭化水素等の有害物質を除去する方法として、放電処理装置による浄化方法が知られている。しかし、従来から採用されてきた放電処理装置の多くは、経済性の観点から放電電極は金属で構成されていた。
【００１１】
しかしながら、上記のように金属製の電極同士間で放電を発生させた場合には、放電入力を増加させていくと放電空間や金属電極の温度が上昇し、アーク放電に至り、放電経路が局所的になり安定した放電作用が得られなくなるために、排ガス浄化処理における処理効率が低下してしまうという問題点があった。安定した放電状態から不安定なアーク放電へ移行する運転条件は排ガスの温度や成分組成によって変化するため、工場排ガスや定置型発電機などの場合は、そのガス性状に合わせて電極間距離や放電入力を設計し、アーク放電への移行を防止することにより安定した運転を実現できる。
【００１２】
しかしながら、自動車の排気ガスはその温度や成分が、運転状態によって大きく変化し、特に始動時には室温から数百度への急激なガス温度変化があるだけではなく、冷えた排気配管表面では発生した大量の凝縮水を含むなど、ガス成分も大きく変化するため。アーク放電への移行を防止して安定的に高い処理効率を維持できる放電部の構造が必要となっていた。
【００１３】
本発明は上記従来の課題に対処するためになされたものであり、ＨＣを含む排ガスを効率的に浄化可能であり、特にコールドＨＣについては原理的には全量浄化が可能であり、さらに放電状態を長期間に渡って安定させることができ、ガス浄化効率を高く維持することが可能であり、さらにエンジンの始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能なガス浄化システムおよびガス浄化方法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】
【００１４】
上記目的を達成するために本発明に係るガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とする。
【００１５】
上記ガス浄化システムによれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。
【００１６】
また、放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されているために、対向する電極間に形成される放電空間には、誘電体が介在することとなり、放電は大気圧放電をアーク放電に至らしめずに安定的に維持することが可能な誘電体バリア放電となる。したがって、自動車の排気ガスのように、その温度や成分が運転状態によって大きく変化した場合においても、アーク放電への移行を防止して安定的に高い浄化処理効率を維持することができる。
【００１７】
また本発明に係る他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置したことを特徴とする。
【００１８】
上記ガス浄化システムによれば、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置しているために、放電部での水蒸気濃度が高められることにより、ＯＨラジカルの生成量を増加させる効果が発揮される。そのため、より効果的に化学的な反応活性種を生成して、ＨＣをより効果的に酸化除去することが可能になる。また、ＨＣとＨ２Ｏとの加水分解反応がより促進されてＨＣ量をさらに低減させることもできる。
【００１９】
また本発明に係るその他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記ガス流路上の前記反応活性種の供給位置より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層を配置したことを特徴とする。
【００２０】
放電による反応生成物（反応活性種）のうち、オゾンＯ３は酸化活性が高く有害成分の酸化分解に有効に作用する反面、寿命が長く人体に有害なため、未反応のオゾンが排気管から系外に排出される可能性がある。オゾンは人体に有害なため、系外に排出される前に分解しておく必要がある。そこで上記ガス浄化システムのように、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層をガス流路上の反応活性種の供給位置より下流側に配置することにより、未反応のオゾンはオゾン分解触媒によって効果的に分解される結果、排気管から系外に排出される可能性が無くなり、排気ガスが無害化される。さらに、オゾンは分解されると寿命が短いＯラジカルを発生する。このＯラジカルはＨＣに対して高い酸化分解能力を備えるために、ＨＣの分解に再利用が可能である。つまり、後段にオゾン分解触媒層を配置することによりＨＣの酸化効率をさらに高める一方で、反応活性種を放電作用で生成するための消費電力を低減することができる。
【００２１】
さらに本発明に係るその他のガス浄化システムは、炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであって、前記ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置すると共に、前記ガス流路外に放電部を配置し、炭化水素類を吸着した前記吸着材充填層を順次ガス流路から切り離して前記放電部に接続し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を吸着した吸着剤充填層に前記反応活性種を供給し、この反応活性種と吸着した物質との分解反応により前記吸着剤充填層に充填された吸着剤の再生処理を実施するように構成したことを特徴とする。
【００２２】
上記ガス浄化システムによれば、ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置し各吸着剤充填塔に接続する排ガス流路が切替弁によって順次切り替わるように構成されているため、ＨＣの吸着能力が低下した吸着剤充填塔は他の吸着能力が高い吸着剤充填塔に切り替えることが可能であり、常に高い吸着能力が発揮されＨＣの吸着効率を高く維持できる。
【００２３】
一方、吸着能力が低下した吸着剤充填塔には、放電部で生成した反応活性種が導入されて吸着したＨＣが効果的に反応活性種によって分解されるため、充填された吸着剤は迅速に再生される。そして、これらの吸着操作および再生操作は、ガス浄化システムを稼動している場合であっても同時に実施することが可能であり、ガス浄化システムの運転保守管理が容易である。
【００２４】
本発明に係るガス浄化方法は、上記各発明システムに共通して採用される炭化水素類の分解によるガスの浄化方法であり、炭化水素類を含有するガスの流路上または流路外に配置した放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解することを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法によれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。つまり、炭化水素（ＨＣ）を含有する排ガスを効率的に浄化することが可能であり、特にコールドＨＣについては原理的には全量浄化が可能になるという従来にない顕著な作用効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に本発明に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法の実施の形態について添付図面を参照してより具体的に説明する。
【００２７】
［第１実施形態］
図１は本発明に係るガス浄化システムの第１実施形態の構成を示すブロック図である。
【００２８】
このガス浄化システム１は、炭化水素類（ＨＣ）を含有する排ガスＸが流れるガス排出路２上に設けられる。ガス浄化システム１はガス排出路２上に放電反応部３を備え、放電反応部３には電力を供給するための放電用電源４がリード線５を介して接続される。
【００２９】
上記放電反応部３は、放電処理により反応活性種（Ｏラジカル、Ｏ３、ＯＨラジカル、ＮＯ２、ＨＣの部分酸化体等）を生成する機能を有する。また、放電用電源４は、パルス状電圧や交流電圧を放電反応部３にリード線５を介して印加することにより、放電反応部３が放電処理を行う際の電力供給を行う機能を有する。
【００３０】
図２は図１に示すガス浄化システム１の放電反応部３の構成例を示す詳細斜視図である。上記放電反応部３は、導体電極２０と対向電極２１とを対向配置して構成される。対向電極２１は、板状あるいは箔状に形成することができる。また、好適には、少なくとも導体電極２０側が誘電体２２により被覆されることにより、導体電極２０と対向電極２１とが誘電体２２を介さずに直接対向する部位が存在しないように構成される。例えば、対向電極２１は薄板状とされ、補強材を兼ねる２枚の板状の誘電体２２に挟持される。
【００３１】
一方、導体電極２１は、複数の棒状の電極である棒状電極２０ａを固定用電極２０ｂに固定して構成される。棒状電極２０ａは丸棒や角材で構成することができる。そして、２つの固定用電極２０ｂと誘電体２２とで仕切られた空間が排ガスＸの流路として構成される。
【００３２】
さらに、上記のように構成された導体電極２０の固定用電極２０ｂと対向電極２１とは、それぞれリード線５を介して放電用電源４に接続され、導体電極２０と対向電極２１との間に放電用電源４から所要の電圧を印加することにより放電を行うことができるように構成される。
【００３３】
ここで、上記放電反応部３は、電極間における放電により生成した反応活性種を排ガスＸに供給することを目的としているため、その機能を発揮する限りにおいては、必ずしもガス流路２上に設置される必要はなく、図３に示すようにガス流路（ガス排出路）２外に設置し、放電反応部３で生成した反応活性種を、ダクト６を経由して排ガスＸに供給するように構成してもよい。この場合、反応活性種を発生させるための原料ガスはガス排出路２から分取し、排ガスＸを図３に示すように分流管７を経由して分流して放電反応部３に供給しても良い。または、反応活性種の生成に適したガスを別途ボンベやファンで放電反応部３に供給するように構成しても良い。
【００３４】
次に、上記図１〜図３に示すガス浄化システム１の作用について説明する。
【００３５】
例えば、エンジンＥの始動時には、大量のＨＣを含有する排ガスＸが生成され、ガス排出路２上の放電反応部３の上流側に導入される。
【００３６】
ガス排出路２内に導入されたＨＣを含有する排ガスＸは、放電反応部３内に導かれる。このとき、放電反応部３の各棒状電極２０ａと対向電極２１との間に放電用電源４からパルス状電圧や交流電圧が印加される。このため、各棒状電極２０ａと対向電極２１との間に放電が起こり、放電に伴って排ガスＸの流路には放電プラズマが生成される。ここで、対向電極２１は誘電体２２によって被覆されているため、導体電極２０と対向電極２１とで挟まれた放電空間には、誘電体２２が介在することとなり、放電は大気圧放電をアーク放電に至らしめず、電極全体にわたる放電状態を安定に維持することが可能な誘電体バリア放電となる。したがって、自動車の排気ガスのように、その温度や成分が運転状態によって大きく変化した場合においても、アーク放電への移行を防止して安定的に高い浄化処理効率を維持することができる。
【００３７】
また、導体電極２０の放電発生部分の形状が棒状構造とされる一方、対向電極２１は平面状に形成されているため、放電発生部分である各棒状電極２０ａでは電気力線がより密となるように電界が形成される。このため、より低い電圧印加で高エネルギーの放電を開始させることが可能であり、エネルギー効率を大幅に改善できる。
【００３８】
そして、放電の電気エネルギーにより、排ガスＸからオゾンＯ３、Ｏ、ＯＨ、ＨＯ２ラジカル、ＮＯ２、ＨＣの部分酸化体等の反応活性種が効率良く生成される。
【００３９】
図４は、図１〜図２に示すガス浄化システム１の放電反応部３におけるラジカルの代表的な生成反応式を示す図である。図４に示すように、放電反応部３では、排ガスＸ中の母ガス成分であるＯ２、Ｈ２Ｏ、Ｎ２ガス分子等の分子に誘電体バリア放電によって生成される高速電子（ｅ）が衝突し、高速電子衝突作用によって、オゾンＯ３、Ｏ、ＯＨ、ＨＯ２ラジカル等のラジカルが効率的に生成される。また、これらのラジカルがガス分子と衝突することによって、別のラジカルを生成する反応も起こる。
【００４０】
図５は、図１〜図２に示すガス浄化システム１内における各種ラジカルによるＨＣの酸化分解反応式を示す図である。図５に示すように、これらのラジカルは、排ガスＸ中で炭化水素を完全に直接酸化分解してＣＯ２等の物質を生成する。また、ＮＯをＮＯ２に酸化処理すると共に、炭化水素類（ＨＣ）の一部を部分酸化して反応活性種［ＨＣＯ］を生成し、これら生成物同士の反応によりＨＣを酸化分解してＣＯ２等の物質を生成する。
【００４１】
図５に示すように放電反応部３において、排ガスＸ中のＨＣは、ラジカルを含む反応活性種の作用による酸化により除去される。すなわち、排ガスＸは、反応活性種の作用によって効率的に浄化される。
【００４２】
図６は放電部における排ガスＸの滞留時間と、生成するラジカルの量（数）との関係を示すグラフである。図６に示すように放電部における滞留時間により生成するラジカル量が変化する。したがって、除去対象である目的のＨＣ種を効率よく分解するために最適なラジカル種の濃度が最も高くなるように、放電反応部３における排ガスＸの滞留時間を制御することが望ましい。
【００４３】
以上のように、本実施形態に係るガス浄化システムにおいては、温度によって活性が変化し易い従来の酸化触媒を使用せずに、放電作用で生成した化学的反応活性種の作用によって炭化水素等（ＨＣ）を効率的に浄化できる。しかも、上記化学的反応活性種は放電による高速電子によって生成するため、排ガスが低温である場合でも効率的に生成させることができる。その結果、触媒では到底活性化しない低温度域においても効果的なＨＣ浄化が可能となる。
【００４４】
図７は本実施形態に係るガス浄化システムを用いて、実排ガスを模擬した混合ガスを浄化処理した結果を示すグラフである。このうち、２００℃以下の領域は、通常の酸化触媒では活性化しない温度領域であるが、温度依存が少ない本システムにおいて、三元触媒が活性化しない温度領域においても、全体のＴＨＣを低減できることが判明した。
【００４５】
［第２実施形態］
図８は本発明に係るガス浄化システムの第２実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態においては、放電反応部３を通流する排ガスＸに対して、供給器１１から水または水蒸気を含有する添加ガスＺが添加される。ここで上記供給器１１は、例えば加圧ボンベまたはボイラや噴霧器や加湿器等で構成される。
【００４６】
上記第２実施形態に係るガス浄化システム１においては、供給器１１から水または水蒸気を含有する添加ガスＺが、放電反応部３の上流側のガス排出路２に添加されるため、放電反応部３での水蒸気濃度を高めることが可能になり、ＯＨラジカルの生成量を増加させる効果があり、より効果的に化学的活性種を生成して、ＨＣを効率的に酸化することができる。また、ＨＣとＨ２Ｏとの加水分解反応を、より促進してＨＣを低減させる顕著な効果も発揮される。
【００４７】
［第３実施形態］
図９は、本発明に係るガス浄化システムの第３実施形態の構成を示すブロック図である。第８実施形態に係るガス浄化システム１は、ガス排出路２上において、前記反応活性種の供給位置、すなわち放電反応部３より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層１６が配置されて構成される。オゾン分解触媒は、オゾンを分解する能力を有する材料で構成されており、具体的なオゾン分解触媒としては酸化マンガンやガンマアルミナ等が採用される。
【００４８】
放電による反応生成物のうち、オゾンＯ３は寿命が長いため、未反応のオゾンが排気管から系外に排出される可能性がある。オゾンは人体に有害なため、系外に排出される前に分解しておく必要がある。そこで第７の実施形態においてはオゾン分解触媒を充填したオゾン分解層１６を設置しているために、未反応の余剰オゾンの分解を効果的に進行させることができる。ここで、オゾンは分解されると、寿命が短いＯラジカルを発生する。このＯラジカルはＨＣの酸化分解能力が高いため、ＨＣの分解剤として有効に利用できる。つまり、排ガスの流れの後段にオゾン分解層１６を配置することにより、ＨＣの酸化効率をさらに高め、浄化システムを稼動するための消費電力を低減することができる。
【００４９】
［第４実施形態］
図１０は本発明に係るガス浄化システムの第４実施形態の構成を示すブロック図である。この第４実施形態に係るガス浄化システム１では、ガス排出路２に沿って複数個（図１０では２個）の吸着材層１９ａ、１９ｂをガス排出路２に並列に配置し、各吸着材層１９ａ、１９ｂを流れる排ガスの流路は、切替弁２３，２３によって切り替えられるように構成される。
【００５０】
上記浄化システムにおいて、まず第１の吸着材層１９ａに排ガスが流通し、吸着剤により排ガス中のＨＣが吸着される。第１の吸着材層１９ａを通過してＨＣを吸着された排ガスは、通流側流路２５を通り後工程または系外に排出される。第１の吸着材層１９ａにおけるＨＣの吸着能力が低下する前に第２の吸着材層１９ｂに排ガスの流路が切り替えられる。
【００５１】
そして、第２の吸着材層１９ｂを使用している間に、第１の吸着材層１９ａ中に充填された吸着材の再生処理が実行される。この再生処理は放電反応部３にて生成した反応活性種を、再生側流路２４を経て第２の吸着材層１９ｂに導入して実施される。
【００５２】
この第２の吸着材層１９ｂの吸着材を再生処理する際には、吸着材層１９ｂ内の雰囲気が、吸着したＨＣを分解し易い反応活性種に富むように、放電反応部３内の雰囲気が調整される。具体的には、ガス供給器２６によって好適な添加ガスＱを放電反応部３に供給するなどの対策を講じて、反応活性種の生成に最適なガス条件（成分・温度）に調整することが望ましい。上記第１の吸着材層１９ａ中の吸着材の再生処理が終了した時点で流路は再び切り替えられ、第１の吸着材１９ａが排ガス処理に使用され、代わって第２の吸着材層１９ｂの再生処理を行う。
【００５３】
上記第４実施形態に係るガス浄化システム１によれば、ガス排出路２に沿って並列に複数個の吸着剤充填塔１９ａ、１９ｂを配置し各吸着剤充填塔に接続する排ガス流路が切替弁２３，２３によって順次切り替わるように構成されているため、ＨＣの吸着能力が低下した一方の吸着剤充填塔は他の吸着能力が高い吸着剤充填塔に切り替えることが可能であり、常に高い吸着能力が発揮されＨＣの吸着効率を高く維持できる。
【００５４】
以上説明の通り、各実施形態に係るガス浄化システムおよびガス浄化方法によれば、温度によって浄化機能が変化する触媒を使用せず、放電作用によって生じた反応活性種によって炭化水素等の有害成分を分解浄化しているため、反応部の温度に関係なく、排ガスの発生源となるエンジン等の始動当初から効果的に炭化水素類を除去することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明に係るガス浄化システムの第１実施形態の構成を示すブロック図。
【図２】図１に示すガス浄化システムの放電反応部の詳細な構成例を示す斜視図。
【図３】本発明に係るガス浄化システムの別の実施形態を示すブロック図。
【図４】図１に示すガス浄化システムの放電反応部におけるラジカルの生成反応式を示す図。
【図５】図１に示すガス浄化システムの放電反応部における炭化水素（ＨＣ）の反応活性種による酸化反応式を示す図。
【図６】放電反応部の滞留時間と生成するラジカル量との関係示すグラフ。
【図７】図１に示すガス浄化システムに模擬ガスを用いて放電によるＴＨＣ低減効率の温度依存性を測定した結果を示すグラフ。
【図８】本発明に係るガス浄化システムの第２実施形態の構成を示すブロック図。
【図９】本発明に係るガス浄化システムの第３実施形態の構成を示すブロック図。
【図１０】本発明に係るガス浄化システムの第４実施形態の構成を示すブロック図を示す構成図。
【図１１】吸着型三元触媒を用いた従来の排ガス浄化システムの構成を示すブロック図。
【図１２】吸着型三元触媒の排ガス浄化特性を示すグラフ。
【符号の説明】
【００５６】
１…ガス浄化システム、２…ガス排出路（ガス流路）、３…放電部（放電反応部）、４…放電用電源（交流電源）、５…リード線、６…ダクト、７…分流管、１１…供給器、１６…オゾン分解触媒層、１９ａ…第１の吸着材層、１９ｂ…第２の吸着材層、２０…導体電極、２０ａ…棒状電極、２０ｂ…固定用電極、２１…対向電極、２２…誘電体、２３…切替弁、２４…再生側流路、２５…通流側流路、２６…ガス供給器、３０…三元触媒層、Ｅ…内燃機関（エンジン）、Ｘ…排ガス。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とするガス浄化システム。
【請求項２】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項３】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記ガス流路上の前記反応活性種の供給位置より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層を配置したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項４】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであって、
前記ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置すると共に、
前記ガス流路外に放電部を配置し、
炭化水素類を吸着した前記吸着材充填層を順次ガス流路から切り離して前記放電部に接続し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、
前記炭化水素類を吸着した吸着剤充填層に前記反応活性種を供給し、
この反応活性種と吸着した物質との分解反応により前記吸着剤充填層に充填された吸着剤の再生処理を実施するように構成したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項５】
炭化水素類を含有するガスの流路上または流路外に配置した放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解することを特徴とするガス浄化方法。
【請求項１】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記放電部を構成する少なくとも一つの電極が誘電体で被覆されていることを特徴とするガス浄化システム。
【請求項２】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、水または水蒸気を含有する添加ガスを前記放電部内に供給する添加ガス供給機を前記ガス流路上または流路外に配置したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項３】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであり、前記ガス流路上または流路外に複数の電極から成る放電部を有し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解するガス浄化システムにおいて、前記ガス流路上の前記反応活性種の供給位置より下流側に、オゾン分解触媒を充填したオゾン分解層を配置したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項４】
炭化水素類を含有するガスの流路上に設けられたガス浄化システムであって、
前記ガス流路上に並列に複数個の吸着剤充填塔を配置すると共に、
前記ガス流路外に放電部を配置し、
炭化水素類を吸着した前記吸着材充填層を順次ガス流路から切り離して前記放電部に接続し、前記放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、
前記炭化水素類を吸着した吸着剤充填層に前記反応活性種を供給し、
この反応活性種と吸着した物質との分解反応により前記吸着剤充填層に充填された吸着剤の再生処理を実施するように構成したことを特徴とするガス浄化システム。
【請求項５】
炭化水素類を含有するガスの流路上または流路外に配置した放電部において放電を発生せしめて反応活性種を生成し、前記炭化水素類を含有するガス中に前記反応活性種を供給し、前記反応活性種により炭化水素類を分解することを特徴とするガス浄化方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００７−３８１２１（Ｐ２００７−３８１２１Ａ）
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２２４６８５（Ｐ２００５−２２４６８５）
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１５日（２００７．２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年８月２日（２００５．８．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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