プラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置
【課題】この排気ガス浄化装置は，プラズマ放電を用いて排気ガス中に含まれる粒子状物質等の有害物質を酸化反応焼却させて消失するものであり，構造が簡単で安価に製造できるプラズマ反応手段を簡単に装置内に組み込むことができる。
【解決手段】この排気ガス浄化装置は，セラミック等の絶縁材料から成る平板２，３とそのほぼ中央部に導電性材料から成る電極１が挟み込んで封止して平らな板状の電極構造体５を形成する。電極構造体５がその間に所定の空間である排気ガス通路１０を形成して２枚以上の積層されている。平板２，３に封止された隣り合う電極１は，互いに電気的に絶縁され，電極構造体５間に高電圧を印加することによって排気ガス通路１０にプラズマ放電を発生でき，プラズマ放電を利用して排気ガス中の粒子状物質を吸着し燃焼させる。
【解決手段】この排気ガス浄化装置は，セラミック等の絶縁材料から成る平板２，３とそのほぼ中央部に導電性材料から成る電極１が挟み込んで封止して平らな板状の電極構造体５を形成する。電極構造体５がその間に所定の空間である排気ガス通路１０を形成して２枚以上の積層されている。平板２，３に封止された隣り合う電極１は，互いに電気的に絶縁され，電極構造体５間に高電圧を印加することによって排気ガス通路１０にプラズマ放電を発生でき，プラズマ放電を利用して排気ガス中の粒子状物質を吸着し燃焼させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は，ディーゼルエンジン等の原動機，又はバーナ，ボイラ等の燃焼機器から排出される排気ガスに含有される粒子状物質等の有害物質を吸着し酸化反応燃焼させて消失させるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは，高い熱効率を有することから，結果的にディーゼル車の普及は地球温暖化防止に寄与することになる。また，ディーゼルエンジンから排出される炭素系の粒子状物質（ＰＭ），ＮＯｘ，有機化合物等の有害物質は，人体に有害であることから，近年，その排出量を益々低減するように規制されている。ディーゼル車から排出される排気ガスの温度が低いため，プラズマ反応による有害物質低減の技術は，ＰＭの除去に有効であるとされている。従来，排気ガス浄化装置について，エンジンや燃焼機から排出されるＰＭをプラズマ反応を利用して低減することが有効であることが知られている。
【０００３】
排気浄化装置として，効率的にＰＭを含む排気ガスを浄化するものが知られている。該排気浄化装置は，内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を帯電させる帯電手段と，前記帯電手段より排気下流側に設けられた接地極と，前記帯電手段と前記接地極との間で帯電された粒子状物質を捕集するフイルタを備えているものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
従来知られているプラズマ反応器は，プラズマ発生電極と所定の成分を含むガスの流路を内部に有するケース体を有し，ガスがケース体のガス流路に導入されたときに，プラズマ反応器発生電極で発生したプラズマによりガスに含まれる所定の成分が反応するものである。前記プラズマ発生電極は，互いに対向する２つ以上の板状の単位電極を備え，単位電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能であり，単位電極が誘電体となるセラミック体と，該セラミック体の一方の表面に配設された導電膜と，該導電膜の露出面を被覆するように配設された金属膜から構成された第１の保護膜とを有するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
排ガス浄化装置として，ＰＭ堆積を検知することができるプラズマ放電を利用したものが知られている。該排ガス浄化装置は，絶縁性ハニカム構造体，その外周部に配置され外周電極として機能するケース，ケースの中心軸上に保持されている棒状の放電電極，及び粒子状物質検出用電極を有し，粒子状物質検出用電極がケースと回路を形成し，電極上に粒子状物質が堆積することによってケースとの間に電気的導通が形成され，電気的導通を検知することにより粒子状物質が堆積していることを把握することができるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
プラズマ電極の製作方法として，電極本体及び誘電体を有し，電圧の印加によってプラズマを発生させるためのプラズマ電極を作製するものであって，ディップコーティングによってガラスを電極本体に被覆して誘電体を形成するものである（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６９１３４号公報
【特許文献２】特開２００５−９３１０７号公報
【特許文献３】特開２００７−９０２５５号公報
【特許文献４】特開２００９−１１７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，排気ガス浄化装置について，プラズマ反応を利用して排気ガスに含まれるＰＭを除去するのには，プラズマで生成した活性酸素種をＰＭと効率的に接触させ，反応させる必要があった。また，プラズマ反応器では，放電空間でプラズマ放電を所定の場所で発生させる必要があった。これまで開発された排気ガス浄化装置は，プラズマ反応を利用して排気ガス中のＰＭを除去するにあたり，排気ガス浄化装置にプラズマ反応器を組み込んでいるが，その構造は複雑であり，有効にプラズマ反応を利用できず，実用的でないものが大半であった。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，プラズマ放電を発生させる手段を排気ガス通路に組み込んで，排気ガス通路を放電空間に構成し，電極に高電圧やそのパルスを印加してプラズマ放電を発生させ，プラズマ放電で発生するオゾンや活性酸素で排気ガスに含まれる粒子状物質を酸化焼却して消失させるものであり，放電空間にプラズマ放電を所定の場所で安定して発生させることができ，しかも電極の加工が印刷により極めて容易に所望の形状に形成でき，安価に簡素に作製でき，著しく低コスト化できる排気ガス浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機又はボイラー，バーナ等の燃焼機器からの排気ガスを排出する排気通路に配置され，前記排気ガス中に含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて酸化焼却して消失させる排気ガス浄化装置において， セラミック等の絶縁材料から成る平板と前記平板の平面に沿って前記平板のほぼ中央部に導電性材料から成る電極が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体を有し，
前記電極構造体間に所定の空間を形成して２枚以上の前記電極構造体が積層され又は前記電極構造体間に所定の空間を形成する支柱を介して２枚以上の前記電極構造体が積層されており，
前記平板の中に封止された隣り合う前記導電性材料の前記電極は，互いに電気的に絶縁され，前記電極構造体間に高電圧又は高電圧パスルを印加することによって前記電極構造体間の前記空間にプラズマ放電を発生させることができ，
前記電極構造体の間の前記空間の排気ガス通路に前記排気ガスを流して前記粒子状物質を吸着し燃焼させることを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
【００１１】
前記支柱は，前記平板と同一材料で構成され，２枚以上の前記平板と前記支柱とは一体焼成されている。
【００１２】
前記平板と前記支柱を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有するアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料である。
【００１３】
前記電極構造体内に封止された前記導電性材料は，前記平板を構成する第１セラミック板に印刷され，前記第１セラミック板の上に前記平板を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成されている。
【００１４】
前記導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されている。
【００１５】
前記電極構造体の表面は，凹凸面に形成されている。また，前記電極構造体の表面には，化学反応を促進するための酸化触媒が担持されている。
【００１６】
この排気ガス浄化装置において，前記電極構造体間に形成された前記所定の空間は，０．６〜３ｍｍに設定され，前記排気ガス通路を前記排気ガスが通過することによって，前記電極構造体の表面に吸着されたり前記排気ガス通路に浮遊する前記排気ガスに含まれた粒子状物質がプラズマ放電で発生したＯラジカルやオゾンにより酸化焼却される。
【００１７】
この排気ガス浄化装置において，前記電極構造体の積層状態は，互いに対向する前記電極構造体における前記電極が同一方向又は交差方向に延びるように積層されているものである。
【発明の効果】
【００１８】
この排気ガス浄化装置は，上記のように，セラミック未焼成のセラミック板に導電性材料で電極になる予め決められた所定の形状を印刷し，印刷されたセラミック板にセラミック未焼成の他のセラミック板を重ね，これを一体焼成することで，セラミック平板内に所定の形状の電極が封入された電極構造体を構成し，電極構造体を排気ガス通路で放電空間となる空間を形成するように隔置状態に所定の数だけ積層し，或いは積層にあたって電極構造体間に空間を適正に形成させるためスペーサとなる支柱を介在させて一体焼成したものであり，構造そのものを簡素化すると共に電極間に確実にプラズマ放電を発生させ，製造コストを低減したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置を構成する電極である導電性材料が封止された平板を示す平面図である。
【図２】図１の平板の縦断面図である。
【図３】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の一実施例を示し，複数の平板を平板間に空間を形成する状態で支柱を介在させて積層した構造体を断熱材を介してケースに収容し，平板に封止された電極を高圧電源に接続した状態を示し，電極端子の位置で断面した断面図である。
【図４】図３に示す排気ガス浄化装置を立体的に示すものであり，電極端子が位置していない位置で断面した斜視図である。
【図５】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の別の実施例を示し，複数の平板と平板間に介在した支柱とを一体焼成した構造体を示す断面図である。
【図６】図５に示す構造体を断熱材を介してケース内に収容したプラズマ反応機能を備えた排気ガス浄化装置を示し，電極端子の位置で断面した断面図である。
【図７】図６に示すプラズマ反応機能を備えた排気ガス浄化装置を立体的に示すものであり，電極端子が位置していない位置で断面した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，図面を参照して，この発明によるププラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の実施例を説明する。
このプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置は，概して，ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機，ボイラー等の燃焼機器から排出される粒子状物質を有する排気ガスＧの排気通路に配置され，排気ガスＧに含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて消失させるものである。
【００２１】
図１〜図４を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の一実施例を説明する。
この排気ガス浄化装置は，特に，誘電体を構成するセラミック等の絶縁材料から成る平板２，３と，平板２，３の平面に沿って平板２，３のほぼ中央部に電極１を構成する導電性材料が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体５を有し，電極構造体５間に所定の空間１０を形成して２枚以上の電極構造体５が積層され又は電極構造体５間に所定の空間１０を形成する支柱６を介して２枚以上の電極構造体５が積層されており，平板２，３の中に封止された隣り合う導電性材料の電極１は，互いに電気的に絶縁され，電極構造体５間に高電圧を印加することによって電極構造体５間の放電空間である排気ガス通路１０にプラズマ放電を発生させることができ，電極構造体５の間の放電空間に排気ガスＧを流して粒子状物質ＰＭの吸着及び燃焼を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
図１に示すように，電極構造体５は，平板２，３に電極１となる導電性材料を印刷して一体焼成した印刷電極であり，電極１は，図２に示すように，セラミック平板２，３に内蔵された構造に構成されている。電極１は，同一幅で平行に延びる複数（図では９本）の帯体と，それらの両端で集合させた集合部から成り，一方の集合部の中央に外部の配線９（図３）に接続される電極端子４を平板２，３から露出させた形状に形成されている。電極１の形状は，上記の形状に限ることなく，平板２，３に適宜に最適の形状に印刷形成することができるものである。図３に示すように，ディスタンスである支柱６は，電極構造体５を予め決められた適正な間隔に隔置させる機能を有し，対向する電極構造体５間に排気ガス通路１０で放電空間となる空間を形成する機能を有している。支柱６は，平板２，３と同一材料で構成され，２枚以上の平板２，３と支柱６とは一体焼成され，プラズマ放電では誘電体として機能している。
【００２３】
この排気ガス浄化装置の組立は，電極構造体５内に封止された電極１を構成する導電性材料を一方の平板２（又は３）を構成する第１セラミック板に印刷し，第１セラミック板の上に他方の平板３（又は２）を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成し，それによって電極構造体５を形成し，次いで，電極構造体５を支柱６を介して複数積層し，電極構造体５と支柱６とを接合又は連結して積層構造体を構成し，その積層構造体の外周を断熱材１１で覆ってケース７に収容し，或いは積層構造体をケース７に収容して積層構造体とケース７との間に断熱材１１を充填して完成させることができる。即ち，第１実施例では，平板２，３と支柱６とは一体焼成するが，支柱６は一体焼成していない実施例である。
【００２４】
また，電極構造体５の表面は，凹凸面に形成されており，排気ガス温度が低温時には排気ガスＣ中の粒子状物質が吸着し易い表面に形成されている。電極構造体５の表面に吸着された粒子状物質は，電極１に高電圧又は高電圧パスルを印加してプラズマ放電を発生させることによって容易に酸化反応して焼却され，また，排気ガス温度が高温時にはプラズマ放電を発生させなくても粒子状物質は焼却される。また，電極構造体５の排気ガスＣに晒される表面には，粒子状物質に対する化学反応を促進するための酸化触媒が担持されており，粒子状物質の酸化反応焼却に貢献させることができる。
【００２５】
この排気ガス浄化装置において，電極構造体５間に形成された放電空間である排気ガス通路１０であって放電空間となる所定の空間は，隔置距離が０．６〜３ｍｍに設定，好ましくは０，６〜１．７ｍｍに設定されることが良く，その空間の排気ガス通路１０を排気ガスＧが通過することによって，電極構造体５の表面に吸着されたり，排気ガス通路１０に浮遊する排気ガスＧに含まれた粒子状物質は，プラズマ放電で発生した活性酸素（Ｏラジカル）やオゾンにより容易に酸化焼却される。
【００２６】
図１及び図２には，平らな板状の電極構造体５が示されている。電極１は，導電性材料を含むペースト剤を，平板２，３を構成するセラミックス板上に印刷等で転写されている。平板２，３は，同一の材料で形成され，平板２，３を構成するセラミック板と電極１を構成する導電性材料とは，一体にして焼成され，電極構造体５に形成されている。電極構造体５には，その一端に外部の配線９に接続するための電極端子４が設けられている。
【００２７】
平板２，３と支柱６を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有する緻密質のセラミックスであるアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料である。また，この排気ガス浄化装置について，エンジン等の温度変動が大きい領域に配設される場合には，コージライト等の低線膨張材料を用いることが望ましい。また，電極１を構成する導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されている。
【００２８】
図３及び図４には，この排気ガス浄化装置の一実施例が示されており，電極構造体５をディスタンスとなる支柱６を挟んで複数個（図３では８個）積層した積層体が示されている。電極構造体５が複数個の積層された積層体は，ケース７内に収容されており，その周囲には断熱材１１で覆われている。また，電極構造体における電極１の一端に設けた電極端子４は，碍子即ちガイシ８に絶縁されて配線９に接続されている。即ち，ガイシ８は，ケース２と，電極端子４及び配線９とを絶縁している。電極構造体５間には，所定の空間が形成され，該空間はプラズマ発生領域として機能すると共に，同時に排気ガス通路１０として機能する。排気ガスＧに含まれる粒子状物質ＰＭは，電極構造体５の表面に吸着し，プラズマ放電により活性した酸素即ちＯラジカル又はオゾンと酸化燃焼してＣＯ2 になり，消失する。断熱材１１は，プラズマ反応器として機能する積層体の外周を断熱するものである。電極１に接続された配線９は，高圧電源１２，又は高電圧のパルス電源１２に接続されている。この排気ガス浄化装置は，配線９が高圧電源１２に接続される電極構造体５と，配線９がアース２２に接続される電極構造体５とは交互に配設されているものである。
【００２９】
図５〜図７を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の別の実施例を説明する。
第２実施例の排気ガス浄化装置は，第１実施例のものとは，組立工程の構成が若干異なっており，電極２，３と電極１と支柱１３とを組み立てて一体焼成し，電極２，３と電極１から成る電極構造体５と支柱１３とを接合部１４で接合した積層構造体を構成したものである。電極構造体５は，電極１及び平板２，３を一体化した構造であり，セラミックスに電極１が内蔵されており，電極構造体５とディスタンスの支柱１３とを積み重ねて，そこで一体焼成した積層体である。この積層体は，図６及び図７に示すように，その外周を断熱材１６で覆ってケース１７内に収容されている。電極構造体５は，ケース１７内にはディスタンスとなる支柱２３で保持されているので，断熱材１６が軟質であってもケース１７内に安定して支持されている。また，電極構造体における電極１の一端に設けた電極端子４は，碍子即ちガイシ１８に絶縁されて配線１９に接続されている。即ち，ガイシ１８は，ケース１７と，電極端子４及び配線１９とを絶縁している。この排気ガス浄化装置は，配線１９が高圧電源１２に接続される電極構造体５と，配線１９がアース２２に接続される電極構造体５とは交互に配設されている。平板２，３を構成するセラミックスと支柱１３を構成するセラミックスとは，同一材料であってこれらを一体焼成しているので，電極構造体５と支柱１３とは一体焼成で接合されて良好な接合部１４となり，電極１と平板２，３と支柱１３は，所定の形状に一体化して，全体として排気ガス通路１５を電極構造体５間に多数有するプラズマ反応器を構成することになる。電極構造体５の平板２，３と支柱１３とは一体化しているので，機械強度が極めて高く，エンジン等の外部からの振動等にきわめて強い構造体が完成する。セラミック平板２，３に内蔵された電極１は，交互にプラスの電極１とアース２２の電極１が重なるよう組み合わされているため，排気ガス通路１５は，排気ガスＧを流す通路であると共に，プラズマ発生領域になる。平板２，３は，第１実施例と同様に，緻密質セラミックのコージライトが望ましいが，アルミナ等で形成することもできる。
【００３０】
また，この排気ガス浄化装置において，電極構造体５の積層状態は，互いに対向する電極構造体５における電極１は，図３又は図４又は図５〜図７に示すように，同一方向に延びるように積層されているが，このような積層状態に限ることなく，互いに対向する電極構造体５における電極１が交差方向に延びるように積層されてもよいことは勿論である。隣接の電極１の交差状態の積層については，図示していないが，図示するとすれば，図３−図７に示す電極構造体５について，積層された１つ置きの電極構造体５における電極１を飛び飛びに断続した数（例えば，図１では９個）の電極１を描けば良いことは勿論である。この場合には，電極端子４は図１に示すように電極構造体５の側方でなく上下方向に設けてもよく，その場合には積層した電極端子４を積層体の一側に並べることができる。対向する隣接の電極１が交差方向に延びるように積層した場合には，対向する電極１の方向が互いに異なって交差しているので，多数の電極１の交差領域で電極同士が最も近接する最短距離の位置となり，電極１間の最短距離でまずプラズマ放電が発生し，電極１の交差領域で確実に安定してプラズマ放電が発生することになり，放電状態が放電空間即ち排気ガス通路１０，１５全体に進展していくことになり，排気ガスＧ中のＰＭ等の有害物質の酸化反応焼却を排気ガス通路１０，１５全体で良好にする。
【００３１】
また，図４と図７に示すように，この排気ガス浄化装置は，エンジン等から排出される粒子状物質，窒素酸化物，有機化合物，硫黄酸化物の有害な物質を含有する排気ガスＧが排気ガス通路１０，１５の排気ガス入口２０から供給され，排気ガスＧ中に含まれる有害物質が放電空間即ち排気ガス通路１０，１５で発生するプラズマ反応によって反応焼却して除去され，排気ガス通路１０，１５の排気ガス出口２１から浄化された排気ガスＧを排出され，排気ガスＧを有効にクリーンにする。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明による排気ガス浄化装置は，ディーゼルエンジン等の原動機やバーナやボウラ等の燃焼機器からの排気ガスに含まれる煤，黒煙等の粒子状物質の有害物質をプラズマ放電で発生したオゾンや活性酸素を用いて酸化させたり燃焼させたりして消滅させるのに好ましいものである。
【符号の説明】
【００３３】
１ 電極
２ セラミック平板（第１セラミック平板）
３ セラミック平板（第２セラミック平板）
４ 電極端子
５ 電極構造体
６，１３ 支柱
７，１７ ケース
８，１８ ガイシ
９，１９ 配線
１０，１５ 排気ガス通路
１１，１６ 断熱材
１２ 高圧電源
２０ ガス入口
２１ ガス出口
２２ アース
２３ 支柱
Ｇ ガス
【技術分野】
【０００１】
この発明は，ディーゼルエンジン等の原動機，又はバーナ，ボイラ等の燃焼機器から排出される排気ガスに含有される粒子状物質等の有害物質を吸着し酸化反応燃焼させて消失させるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは，高い熱効率を有することから，結果的にディーゼル車の普及は地球温暖化防止に寄与することになる。また，ディーゼルエンジンから排出される炭素系の粒子状物質（ＰＭ），ＮＯｘ，有機化合物等の有害物質は，人体に有害であることから，近年，その排出量を益々低減するように規制されている。ディーゼル車から排出される排気ガスの温度が低いため，プラズマ反応による有害物質低減の技術は，ＰＭの除去に有効であるとされている。従来，排気ガス浄化装置について，エンジンや燃焼機から排出されるＰＭをプラズマ反応を利用して低減することが有効であることが知られている。
【０００３】
排気浄化装置として，効率的にＰＭを含む排気ガスを浄化するものが知られている。該排気浄化装置は，内燃機関の排気に含まれる粒子状物質を帯電させる帯電手段と，前記帯電手段より排気下流側に設けられた接地極と，前記帯電手段と前記接地極との間で帯電された粒子状物質を捕集するフイルタを備えているものである（例えば，特許文献１参照）。
【０００４】
従来知られているプラズマ反応器は，プラズマ発生電極と所定の成分を含むガスの流路を内部に有するケース体を有し，ガスがケース体のガス流路に導入されたときに，プラズマ反応器発生電極で発生したプラズマによりガスに含まれる所定の成分が反応するものである。前記プラズマ発生電極は，互いに対向する２つ以上の板状の単位電極を備え，単位電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能であり，単位電極が誘電体となるセラミック体と，該セラミック体の一方の表面に配設された導電膜と，該導電膜の露出面を被覆するように配設された金属膜から構成された第１の保護膜とを有するものである（例えば，特許文献２参照）。
【０００５】
排ガス浄化装置として，ＰＭ堆積を検知することができるプラズマ放電を利用したものが知られている。該排ガス浄化装置は，絶縁性ハニカム構造体，その外周部に配置され外周電極として機能するケース，ケースの中心軸上に保持されている棒状の放電電極，及び粒子状物質検出用電極を有し，粒子状物質検出用電極がケースと回路を形成し，電極上に粒子状物質が堆積することによってケースとの間に電気的導通が形成され，電気的導通を検知することにより粒子状物質が堆積していることを把握することができるものである（例えば，特許文献３参照）。
【０００６】
プラズマ電極の製作方法として，電極本体及び誘電体を有し，電圧の印加によってプラズマを発生させるためのプラズマ電極を作製するものであって，ディップコーティングによってガラスを電極本体に被覆して誘電体を形成するものである（例えば，特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６９１３４号公報
【特許文献２】特開２００５−９３１０７号公報
【特許文献３】特開２００７−９０２５５号公報
【特許文献４】特開２００９−１１７１７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで，排気ガス浄化装置について，プラズマ反応を利用して排気ガスに含まれるＰＭを除去するのには，プラズマで生成した活性酸素種をＰＭと効率的に接触させ，反応させる必要があった。また，プラズマ反応器では，放電空間でプラズマ放電を所定の場所で発生させる必要があった。これまで開発された排気ガス浄化装置は，プラズマ反応を利用して排気ガス中のＰＭを除去するにあたり，排気ガス浄化装置にプラズマ反応器を組み込んでいるが，その構造は複雑であり，有効にプラズマ反応を利用できず，実用的でないものが大半であった。
【０００９】
この発明の目的は，上記の問題を解決することであり，プラズマ放電を発生させる手段を排気ガス通路に組み込んで，排気ガス通路を放電空間に構成し，電極に高電圧やそのパルスを印加してプラズマ放電を発生させ，プラズマ放電で発生するオゾンや活性酸素で排気ガスに含まれる粒子状物質を酸化焼却して消失させるものであり，放電空間にプラズマ放電を所定の場所で安定して発生させることができ，しかも電極の加工が印刷により極めて容易に所望の形状に形成でき，安価に簡素に作製でき，著しく低コスト化できる排気ガス浄化装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は，ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機又はボイラー，バーナ等の燃焼機器からの排気ガスを排出する排気通路に配置され，前記排気ガス中に含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて酸化焼却して消失させる排気ガス浄化装置において， セラミック等の絶縁材料から成る平板と前記平板の平面に沿って前記平板のほぼ中央部に導電性材料から成る電極が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体を有し，
前記電極構造体間に所定の空間を形成して２枚以上の前記電極構造体が積層され又は前記電極構造体間に所定の空間を形成する支柱を介して２枚以上の前記電極構造体が積層されており，
前記平板の中に封止された隣り合う前記導電性材料の前記電極は，互いに電気的に絶縁され，前記電極構造体間に高電圧又は高電圧パスルを印加することによって前記電極構造体間の前記空間にプラズマ放電を発生させることができ，
前記電極構造体の間の前記空間の排気ガス通路に前記排気ガスを流して前記粒子状物質を吸着し燃焼させることを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
【００１１】
前記支柱は，前記平板と同一材料で構成され，２枚以上の前記平板と前記支柱とは一体焼成されている。
【００１２】
前記平板と前記支柱を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有するアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料である。
【００１３】
前記電極構造体内に封止された前記導電性材料は，前記平板を構成する第１セラミック板に印刷され，前記第１セラミック板の上に前記平板を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成されている。
【００１４】
前記導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されている。
【００１５】
前記電極構造体の表面は，凹凸面に形成されている。また，前記電極構造体の表面には，化学反応を促進するための酸化触媒が担持されている。
【００１６】
この排気ガス浄化装置において，前記電極構造体間に形成された前記所定の空間は，０．６〜３ｍｍに設定され，前記排気ガス通路を前記排気ガスが通過することによって，前記電極構造体の表面に吸着されたり前記排気ガス通路に浮遊する前記排気ガスに含まれた粒子状物質がプラズマ放電で発生したＯラジカルやオゾンにより酸化焼却される。
【００１７】
この排気ガス浄化装置において，前記電極構造体の積層状態は，互いに対向する前記電極構造体における前記電極が同一方向又は交差方向に延びるように積層されているものである。
【発明の効果】
【００１８】
この排気ガス浄化装置は，上記のように，セラミック未焼成のセラミック板に導電性材料で電極になる予め決められた所定の形状を印刷し，印刷されたセラミック板にセラミック未焼成の他のセラミック板を重ね，これを一体焼成することで，セラミック平板内に所定の形状の電極が封入された電極構造体を構成し，電極構造体を排気ガス通路で放電空間となる空間を形成するように隔置状態に所定の数だけ積層し，或いは積層にあたって電極構造体間に空間を適正に形成させるためスペーサとなる支柱を介在させて一体焼成したものであり，構造そのものを簡素化すると共に電極間に確実にプラズマ放電を発生させ，製造コストを低減したものである。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置を構成する電極である導電性材料が封止された平板を示す平面図である。
【図２】図１の平板の縦断面図である。
【図３】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の一実施例を示し，複数の平板を平板間に空間を形成する状態で支柱を介在させて積層した構造体を断熱材を介してケースに収容し，平板に封止された電極を高圧電源に接続した状態を示し，電極端子の位置で断面した断面図である。
【図４】図３に示す排気ガス浄化装置を立体的に示すものであり，電極端子が位置していない位置で断面した斜視図である。
【図５】この発明によるプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の別の実施例を示し，複数の平板と平板間に介在した支柱とを一体焼成した構造体を示す断面図である。
【図６】図５に示す構造体を断熱材を介してケース内に収容したプラズマ反応機能を備えた排気ガス浄化装置を示し，電極端子の位置で断面した断面図である。
【図７】図６に示すプラズマ反応機能を備えた排気ガス浄化装置を立体的に示すものであり，電極端子が位置していない位置で断面した斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下，図面を参照して，この発明によるププラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置の実施例を説明する。
このプラズマ放電を用いた排気ガス浄化装置は，概して，ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機，ボイラー等の燃焼機器から排出される粒子状物質を有する排気ガスＧの排気通路に配置され，排気ガスＧに含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて消失させるものである。
【００２１】
図１〜図４を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の一実施例を説明する。
この排気ガス浄化装置は，特に，誘電体を構成するセラミック等の絶縁材料から成る平板２，３と，平板２，３の平面に沿って平板２，３のほぼ中央部に電極１を構成する導電性材料が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体５を有し，電極構造体５間に所定の空間１０を形成して２枚以上の電極構造体５が積層され又は電極構造体５間に所定の空間１０を形成する支柱６を介して２枚以上の電極構造体５が積層されており，平板２，３の中に封止された隣り合う導電性材料の電極１は，互いに電気的に絶縁され，電極構造体５間に高電圧を印加することによって電極構造体５間の放電空間である排気ガス通路１０にプラズマ放電を発生させることができ，電極構造体５の間の放電空間に排気ガスＧを流して粒子状物質ＰＭの吸着及び燃焼を行うことを特徴とするものである。
【００２２】
図１に示すように，電極構造体５は，平板２，３に電極１となる導電性材料を印刷して一体焼成した印刷電極であり，電極１は，図２に示すように，セラミック平板２，３に内蔵された構造に構成されている。電極１は，同一幅で平行に延びる複数（図では９本）の帯体と，それらの両端で集合させた集合部から成り，一方の集合部の中央に外部の配線９（図３）に接続される電極端子４を平板２，３から露出させた形状に形成されている。電極１の形状は，上記の形状に限ることなく，平板２，３に適宜に最適の形状に印刷形成することができるものである。図３に示すように，ディスタンスである支柱６は，電極構造体５を予め決められた適正な間隔に隔置させる機能を有し，対向する電極構造体５間に排気ガス通路１０で放電空間となる空間を形成する機能を有している。支柱６は，平板２，３と同一材料で構成され，２枚以上の平板２，３と支柱６とは一体焼成され，プラズマ放電では誘電体として機能している。
【００２３】
この排気ガス浄化装置の組立は，電極構造体５内に封止された電極１を構成する導電性材料を一方の平板２（又は３）を構成する第１セラミック板に印刷し，第１セラミック板の上に他方の平板３（又は２）を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成し，それによって電極構造体５を形成し，次いで，電極構造体５を支柱６を介して複数積層し，電極構造体５と支柱６とを接合又は連結して積層構造体を構成し，その積層構造体の外周を断熱材１１で覆ってケース７に収容し，或いは積層構造体をケース７に収容して積層構造体とケース７との間に断熱材１１を充填して完成させることができる。即ち，第１実施例では，平板２，３と支柱６とは一体焼成するが，支柱６は一体焼成していない実施例である。
【００２４】
また，電極構造体５の表面は，凹凸面に形成されており，排気ガス温度が低温時には排気ガスＣ中の粒子状物質が吸着し易い表面に形成されている。電極構造体５の表面に吸着された粒子状物質は，電極１に高電圧又は高電圧パスルを印加してプラズマ放電を発生させることによって容易に酸化反応して焼却され，また，排気ガス温度が高温時にはプラズマ放電を発生させなくても粒子状物質は焼却される。また，電極構造体５の排気ガスＣに晒される表面には，粒子状物質に対する化学反応を促進するための酸化触媒が担持されており，粒子状物質の酸化反応焼却に貢献させることができる。
【００２５】
この排気ガス浄化装置において，電極構造体５間に形成された放電空間である排気ガス通路１０であって放電空間となる所定の空間は，隔置距離が０．６〜３ｍｍに設定，好ましくは０，６〜１．７ｍｍに設定されることが良く，その空間の排気ガス通路１０を排気ガスＧが通過することによって，電極構造体５の表面に吸着されたり，排気ガス通路１０に浮遊する排気ガスＧに含まれた粒子状物質は，プラズマ放電で発生した活性酸素（Ｏラジカル）やオゾンにより容易に酸化焼却される。
【００２６】
図１及び図２には，平らな板状の電極構造体５が示されている。電極１は，導電性材料を含むペースト剤を，平板２，３を構成するセラミックス板上に印刷等で転写されている。平板２，３は，同一の材料で形成され，平板２，３を構成するセラミック板と電極１を構成する導電性材料とは，一体にして焼成され，電極構造体５に形成されている。電極構造体５には，その一端に外部の配線９に接続するための電極端子４が設けられている。
【００２７】
平板２，３と支柱６を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有する緻密質のセラミックスであるアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料である。また，この排気ガス浄化装置について，エンジン等の温度変動が大きい領域に配設される場合には，コージライト等の低線膨張材料を用いることが望ましい。また，電極１を構成する導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されている。
【００２８】
図３及び図４には，この排気ガス浄化装置の一実施例が示されており，電極構造体５をディスタンスとなる支柱６を挟んで複数個（図３では８個）積層した積層体が示されている。電極構造体５が複数個の積層された積層体は，ケース７内に収容されており，その周囲には断熱材１１で覆われている。また，電極構造体における電極１の一端に設けた電極端子４は，碍子即ちガイシ８に絶縁されて配線９に接続されている。即ち，ガイシ８は，ケース２と，電極端子４及び配線９とを絶縁している。電極構造体５間には，所定の空間が形成され，該空間はプラズマ発生領域として機能すると共に，同時に排気ガス通路１０として機能する。排気ガスＧに含まれる粒子状物質ＰＭは，電極構造体５の表面に吸着し，プラズマ放電により活性した酸素即ちＯラジカル又はオゾンと酸化燃焼してＣＯ2 になり，消失する。断熱材１１は，プラズマ反応器として機能する積層体の外周を断熱するものである。電極１に接続された配線９は，高圧電源１２，又は高電圧のパルス電源１２に接続されている。この排気ガス浄化装置は，配線９が高圧電源１２に接続される電極構造体５と，配線９がアース２２に接続される電極構造体５とは交互に配設されているものである。
【００２９】
図５〜図７を参照して，この発明による排気ガス浄化装置の別の実施例を説明する。
第２実施例の排気ガス浄化装置は，第１実施例のものとは，組立工程の構成が若干異なっており，電極２，３と電極１と支柱１３とを組み立てて一体焼成し，電極２，３と電極１から成る電極構造体５と支柱１３とを接合部１４で接合した積層構造体を構成したものである。電極構造体５は，電極１及び平板２，３を一体化した構造であり，セラミックスに電極１が内蔵されており，電極構造体５とディスタンスの支柱１３とを積み重ねて，そこで一体焼成した積層体である。この積層体は，図６及び図７に示すように，その外周を断熱材１６で覆ってケース１７内に収容されている。電極構造体５は，ケース１７内にはディスタンスとなる支柱２３で保持されているので，断熱材１６が軟質であってもケース１７内に安定して支持されている。また，電極構造体における電極１の一端に設けた電極端子４は，碍子即ちガイシ１８に絶縁されて配線１９に接続されている。即ち，ガイシ１８は，ケース１７と，電極端子４及び配線１９とを絶縁している。この排気ガス浄化装置は，配線１９が高圧電源１２に接続される電極構造体５と，配線１９がアース２２に接続される電極構造体５とは交互に配設されている。平板２，３を構成するセラミックスと支柱１３を構成するセラミックスとは，同一材料であってこれらを一体焼成しているので，電極構造体５と支柱１３とは一体焼成で接合されて良好な接合部１４となり，電極１と平板２，３と支柱１３は，所定の形状に一体化して，全体として排気ガス通路１５を電極構造体５間に多数有するプラズマ反応器を構成することになる。電極構造体５の平板２，３と支柱１３とは一体化しているので，機械強度が極めて高く，エンジン等の外部からの振動等にきわめて強い構造体が完成する。セラミック平板２，３に内蔵された電極１は，交互にプラスの電極１とアース２２の電極１が重なるよう組み合わされているため，排気ガス通路１５は，排気ガスＧを流す通路であると共に，プラズマ発生領域になる。平板２，３は，第１実施例と同様に，緻密質セラミックのコージライトが望ましいが，アルミナ等で形成することもできる。
【００３０】
また，この排気ガス浄化装置において，電極構造体５の積層状態は，互いに対向する電極構造体５における電極１は，図３又は図４又は図５〜図７に示すように，同一方向に延びるように積層されているが，このような積層状態に限ることなく，互いに対向する電極構造体５における電極１が交差方向に延びるように積層されてもよいことは勿論である。隣接の電極１の交差状態の積層については，図示していないが，図示するとすれば，図３−図７に示す電極構造体５について，積層された１つ置きの電極構造体５における電極１を飛び飛びに断続した数（例えば，図１では９個）の電極１を描けば良いことは勿論である。この場合には，電極端子４は図１に示すように電極構造体５の側方でなく上下方向に設けてもよく，その場合には積層した電極端子４を積層体の一側に並べることができる。対向する隣接の電極１が交差方向に延びるように積層した場合には，対向する電極１の方向が互いに異なって交差しているので，多数の電極１の交差領域で電極同士が最も近接する最短距離の位置となり，電極１間の最短距離でまずプラズマ放電が発生し，電極１の交差領域で確実に安定してプラズマ放電が発生することになり，放電状態が放電空間即ち排気ガス通路１０，１５全体に進展していくことになり，排気ガスＧ中のＰＭ等の有害物質の酸化反応焼却を排気ガス通路１０，１５全体で良好にする。
【００３１】
また，図４と図７に示すように，この排気ガス浄化装置は，エンジン等から排出される粒子状物質，窒素酸化物，有機化合物，硫黄酸化物の有害な物質を含有する排気ガスＧが排気ガス通路１０，１５の排気ガス入口２０から供給され，排気ガスＧ中に含まれる有害物質が放電空間即ち排気ガス通路１０，１５で発生するプラズマ反応によって反応焼却して除去され，排気ガス通路１０，１５の排気ガス出口２１から浄化された排気ガスＧを排出され，排気ガスＧを有効にクリーンにする。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
この発明による排気ガス浄化装置は，ディーゼルエンジン等の原動機やバーナやボウラ等の燃焼機器からの排気ガスに含まれる煤，黒煙等の粒子状物質の有害物質をプラズマ放電で発生したオゾンや活性酸素を用いて酸化させたり燃焼させたりして消滅させるのに好ましいものである。
【符号の説明】
【００３３】
１ 電極
２ セラミック平板（第１セラミック平板）
３ セラミック平板（第２セラミック平板）
４ 電極端子
５ 電極構造体
６，１３ 支柱
７，１７ ケース
８，１８ ガイシ
９，１９ 配線
１０，１５ 排気ガス通路
１１，１６ 断熱材
１２ 高圧電源
２０ ガス入口
２１ ガス出口
２２ アース
２３ 支柱
Ｇ ガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機又はボイラー，バーナ等の燃焼機器からの排気ガスを排出する排気通路に配置され，前記排気ガス中に含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて酸化焼却して消失させる排気ガス浄化装置において，
セラミック等の絶縁材料から成る平板と前記平板の平面に沿って前記平板のほぼ中央部に導電性材料から成る電極が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体を有し，
前記電極構造体間に所定の空間を形成して２枚以上の前記電極構造体が積層され又は前記電極構造体間に所定の空間を形成する支柱を介して２枚以上の前記電極構造体が積層されており，
前記平板の中に封止された隣り合う前記導電性材料の前記電極は，互いに電気的に絶縁され，前記電極構造体間に高電圧を印加することによって前記電極構造体間の前記空間にプラズマ放電を発生させることができ，
前記電極構造体の間の前記空間の排気ガス通路に前記排気ガスを流して前記粒子状物質を吸着し燃焼させることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記支柱は，前記平板と同一材料で構成され，２枚以上の前記平板と前記支柱とは一体焼成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記平板と前記支柱を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有するアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記電極構造体内に封止された前記導電性材料は，前記平板を構成する第１セラミック板に印刷され，前記第１セラミック板の上に前記平板を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記電極構造体の表面は，凹凸面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記電極構造体の表面には，化学反応を促進するための酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記電極構造体間に形成された前記所定の空間は，０．６〜３ｍｍに設定され，前記排気ガス通路を前記排気ガスが通過することによって，前記電極構造体の表面に吸着されたり前記排気ガス通路に浮遊する前記排気ガスに含まれた粒子状物質がプラズマ放電で発生したＯラジカルやオゾンにより酸化焼却されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
前記電極構造体の積層状態は，互いに対向する前記電極構造体における前記電極が同一方向又は交差方向に延びるように積層されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項１】
ディーゼルエンジン，ガソリンエンジン等の原動機又はボイラー，バーナ等の燃焼機器からの排気ガスを排出する排気通路に配置され，前記排気ガス中に含まれる粒子状物質をプラズマ放電を用いて酸化焼却して消失させる排気ガス浄化装置において，
セラミック等の絶縁材料から成る平板と前記平板の平面に沿って前記平板のほぼ中央部に導電性材料から成る電極が挟み込まれて封止された平らな板状の電極構造体を有し，
前記電極構造体間に所定の空間を形成して２枚以上の前記電極構造体が積層され又は前記電極構造体間に所定の空間を形成する支柱を介して２枚以上の前記電極構造体が積層されており，
前記平板の中に封止された隣り合う前記導電性材料の前記電極は，互いに電気的に絶縁され，前記電極構造体間に高電圧を印加することによって前記電極構造体間の前記空間にプラズマ放電を発生させることができ，
前記電極構造体の間の前記空間の排気ガス通路に前記排気ガスを流して前記粒子状物質を吸着し燃焼させることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】
前記支柱は，前記平板と同一材料で構成され，２枚以上の前記平板と前記支柱とは一体焼成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】
前記平板と前記支柱を構成するセラミックスは，絶縁性と高い誘電率を有するアルミナ，コージライト，窒化アルミ，チタン酸アルミ，及びゼオライトから選択された材料であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】
前記電極構造体内に封止された前記導電性材料は，前記平板を構成する第１セラミック板に印刷され，前記第１セラミック板の上に前記平板を構成する第２セラミック板を重ねて一体焼成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】
前記導電性材料は，タングステン又はモリブデンを５０％以上含有している材料で構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項６】
前記電極構造体の表面は，凹凸面に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項７】
前記電極構造体の表面には，化学反応を促進するための酸化触媒が担持されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項８】
前記電極構造体間に形成された前記所定の空間は，０．６〜３ｍｍに設定され，前記排気ガス通路を前記排気ガスが通過することによって，前記電極構造体の表面に吸着されたり前記排気ガス通路に浮遊する前記排気ガスに含まれた粒子状物質がプラズマ放電で発生したＯラジカルやオゾンにより酸化焼却されることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項９】
前記電極構造体の積層状態は，互いに対向する前記電極構造体における前記電極が同一方向又は交差方向に延びるように積層されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１２５５９（Ｐ２０１１−１２５５９Ａ）
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１５５０７８（Ｐ２００９−１５５０７８）
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（５０９１８５１９２）株式会社 ＡＣＲ (9)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１月２０日（２０１１．１．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月３０日（２００９．６．３０）
【出願人】（５０９１８５１９２）株式会社 ＡＣＲ (9)
【Ｆターム（参考）】
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