プラズマ生成装置
【課題】排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置において、プラズマ領域から活性種を拡散させて、活性種の効果が得られる範囲を拡大する。
【解決手段】プラズマ生成装置２０は、排気通路３０に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極２３及び第２電極２４を有する電極部２１と、電極部２１に高周波を出力する高周波発生器２２と、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与するプラズマ側電源２９とを備えている。プラズマ生成装置２０は、高周波発生器２２が電極部２１へ高周波を出力して電極部２１の近傍にプラズマを生成し、電極部２１の近傍にプラズマが形成されている期間に、プラズマ側電源２９が第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与する。
【解決手段】プラズマ生成装置２０は、排気通路３０に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極２３及び第２電極２４を有する電極部２１と、電極部２１に高周波を出力する高周波発生器２２と、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与するプラズマ側電源２９とを備えている。プラズマ生成装置２０は、高周波発生器２２が電極部２１へ高周波を出力して電極部２１の近傍にプラズマを生成し、電極部２１の近傍にプラズマが形成されている期間に、プラズマ側電源２９が第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置が知られている。特許文献１には、この種のプラズマ生成装置として、ガス処理装置が記載されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１のガス処理装置は、複数のガス処理ユニットを備えている。各ガス処理ユニットは、アンテナとスパークプラグとが設けられたキャビティを備えている。キャビティでは、スパーク放電が行われて小規模のプラズマが生成され、そのプラズマがマイクロ波のエネルギーを受けて拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３４６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のプラズマ生成装置では、プラズマが形成されているプラズマ領域で活性種が生成される。しかし、活性種にはＯＨラジカルなど生存期間（ライフタイム）が短いものがあり、従来のプラズマ生成装置では、それほど広い範囲で活性種の効果が期待できない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置において、プラズマ領域から活性種を拡散させて、活性種の効果が得られる範囲を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置を対象とし、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、前記電極部に高周波を出力する高周波発生器と、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与するプラズマ側電源とを備え、前記高周波発生器が前記電極部へ高周波を出力して前記電極部の近傍にプラズマを生成し、プラズマが形成されている期間に、前記プラズマ側電源が前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与する。
【０００８】
第１の発明では、高周波発生器から出力された高周波により電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、第１電極と第２電極との間に電位差が付与される。電極部では、第１電極及び第２電極の何れかが、プラスかマイナスの電位となる。プラズマ領域の活性種は、プラスの極性を有するものと、マイナスの極性を有するものがある。プラズマ領域の活性種のうち、電極部の第１電極又は第２電極の電位と極性が同じ活性種は、電気的に反発し、電極部から離れて拡散する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１電極及び前記第２電極が配置された表側の電極配置面に沿って排気ガスが流れるように前記排気通路に配置された板状絶縁体を備えている。
【００１０】
第２の発明では、板状絶縁体の表側が、第１電極及び第２電極が設けられた電極配置面となっている。電極配置面に沿って流れる排気ガスは、電極部の近傍や電極部の近傍から拡散した活性種と反応する。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記板状絶縁体が、前記排気ガスを浄化する浄化触媒の上流に配置されている。
【００１２】
第３の発明では、浄化触媒の上流で排気ガスがプラズマ処理される。排気ガス中の一部の分子は、酸化しやすい分子に分解される。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記高周波発生器は、前記電極部へ電磁波を出力する一方、前記板状絶縁体と前記浄化触媒との間には、排気ガスを通過させつつ、前記電極部から放射された電磁波が前記浄化触媒側へ漏れることを阻止する漏洩阻止用導体が設けられている。
【００１４】
第４の発明では、電極部から放射された電磁波により、浄化触媒の上流にプラズマが生成される。漏洩阻止用導体は、電磁波が浄化触媒側へ漏れることを阻止する。漏洩阻止用導体は、電磁波が浄化触媒に吸収されることを阻止する。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、プラズマが形成されている期間に、前記漏洩阻止用導体と、前記浄化触媒自体または前記浄化触媒の周囲に設けられた触媒側導体との間に電位差を付与する触媒側電源を備えている。
【００１６】
第５の発明では、電極部から放射された電磁波によりプラズマが形成されている期間に、漏洩阻止用導体と触媒側導体との間に電位差が付与される。この電位差により、板状絶縁体近傍の活性種は浄化触媒側へ引き寄せられる。
【００１７】
第６の発明は、第２の発明において、前記板状絶縁体では、前記電極配置面の裏面に排気ガスを浄化する触媒層が設けられ、前記板状絶縁体は、前記排気通路に複数設けられ、複数の板状絶縁体は、隣り合う板状絶縁体において前記電極設置面と前記触媒層とが間隔を隔てて対面するように設けられている。
【００１８】
第６の発明では、電極部が設けられた板状絶縁体の裏面を利用して、浄化触媒が構成されている。浄化触媒を構成する触媒層は、プラズマが生成される電極配置面に対向している。
【００１９】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記第１電極及び前記第２電極が、共に櫛状に形成され、間隔を隔てて噛み合わされている。
【００２０】
第７の発明では、櫛状の第１電極と櫛状の第２電極が噛み合わされた領域でプラズマが生成される。プラズマは比較的広範囲に生成される。
【００２１】
第８の発明は、排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置を対象とし、前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、前記電極部に高周波を出力する高周波発生器とを備え、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれが櫛状に形成され、前記排気通路において一方が他方の上流に位置して互いに対面するように配置され、前記高周波発生器から前記電極部へ高周波が供給されると、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマが生成される。
【００２２】
第８の発明では、櫛状の第１電極と櫛状の第２電極とが互いに近接した状態で対面している。第１電極と第２電極とは、櫛歯が並ぶ面同士が対面している。第１電極及び第２電極を有する電極部に高周波が供給されると、互いに近接する両電極の間にプラズマが生成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、第１電極と第２電極との間に電位差を付与することで、電極部の第１電極又は第２電極の電位と極性が同じプラズマ領域の活性種を電極部の近傍から拡散させている。そのため、多くの排気ガスが活性種と反応する。従って、活性種の効果が得られる範囲を拡大させて、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００２４】
また、第２の発明では、電極配置面に沿って流れる排気ガスは、電極部の近傍や電極部の近傍から拡散した活性種と反応する。ここで、排気ガスは、周囲に比べて圧力が高くなるプラズマ領域を避けようとするため、排気ガスの流速は、電極設置面から離れるほど速くなる。そのため、第１電極と第２電極との間に電位差を付与しない場合は、多くの排気ガスが流れる領域にそれほど活性種を供給することができない。それに対して、第２の発明では、多くの排気ガスが流れる領域に向けて活性種を拡散できるので、排気ガスの浄化効率を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、第３の発明では、浄化触媒の上流で、排気ガス中の一部の分子が酸化しやすい分子に分解される。従って、浄化触媒では酸化反応が起きやすくなり、有害成分を容易に分解することができる。浄化触媒が活性温度に達する前であれば、浄化触媒の活性温度（ライトオフ温度）が低下し、浄化触媒を活性化させるのに要する時間を短縮することができる。
【００２６】
また、第６の発明では、浄化触媒を構成する触媒層が、近傍でプラズマが生成される電極配置面に対向している。触媒層には、近傍で生成された活性種が供給される。従って、多くの活性種を浄化触媒へ接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係る排気通路における浄化触媒近傍の概略構成図である。
【図２】実施形態１に係るプラズマ生成装置のブロック図である。
【図３】実施形態１の変形例１に係る排気通路における浄化触媒近傍の概略構成図である。
【図４】実施形態２に係る浄化触媒の断面図である。
【図５】実施形態３に係るプラズマ生成装置の要部の概略構成図である。
【図６】実施形態３に係る電極部を上流側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《実施形態１》
【００２９】
本実施形態１は、エンジン１０の排気通路３０においてプラズマを生成するプラズマ生成装置２０である。プラズマ生成装置２０は、図１に示すように、排気通路３０の一部を構成する収容部材３２に、排気ガスを浄化する浄化触媒３１（三元触媒）と共に設けられている。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１の直上流に設けられている。
【００３０】
プラズマ生成装置２０は、図２に示すように、第１電極２３及び第２電極２４を有する電極部２１と、電極部２１に高周波を出力する高周波発生器２２と、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与するプラズマ側電源２９を備えている。本実施形態１では、高周波発生器２２が、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器（例えば、マグネトロンや半導体発振器）を有し、マイクロ波発振器で発生させたマイクロ波を第１電極２３へ出力する。第１電極２３は、マイクロ波の放射アンテナ（輻射アンテナ）として機能する。また、プラズマ側電源２９は直流電源である。
【００３１】
プラズマ生成装置２０は、複数の電極部２１を備えている。また、プラズマ生成装置２０は、複数の電極部２１の第１電極２３の間でマイクロ波の供給先を切り替える分配器１５を備えている。
【００３２】
電極部２１では、第１電極２３及び第２電極２４が、互いに近接した状態で間隔を隔てて配置されている。第１電極２３及び第２電極２４は、長方形の板状絶縁体２５の片面に設けられた導電パターンにより構成されている。板状絶縁体２５では、第１電極２３及び第２電極２４が配置された表側の面が電極配置面を構成している。第１電極２３は、接地されている。
【００３３】
第１電極２３及び第２電極２４は、共に櫛状に形成され、互いに近接した状態で間隔を隔てて噛み合わされている。第１電極２３及び第２電極２４は、複数の櫛歯部２３ａ，２４ａと、各櫛歯部２３ａ，２４ａの基端に接続された接続部２３ｂ，２４ｂとを備えている。各櫛歯部２３ａ，２４ａは、板状絶縁体２５の短手方向に延びている。
【００３４】
第１電極２３には、マイクロ波入力端子２６と第１直流入力端子２７とが接続されている。第１電極２３では、板状絶縁体２５の長手方向の一端側の櫛歯部２３ａの外側に、マイクロ波入力端子２６と第１直流入力端子２７とが接続されている。マイクロ波入力端子２６には、高周波発生器２２から出力されたマイクロ波を伝送する伝送線路５１が接続されている。第１直流入力端子２７には、プラズマ側電源２９の第１端子から延びるリード線５２が接続されている。第１直流入力端子２７は、第１ローパスフィルタ４１を介して、第１電極２３に接続されている。
【００３５】
第２電極２４には、第２直流入力端子２８が接続されている。第２電極２４では、板状絶縁体２５の長手方向の他端側の櫛歯部２４ａの外側に、第２直流入力端子２８が接続されている。第２直流入力端子２８は、第２ローパスフィルタ４２を介して、第２電極２４に接続されている。第２直流入力端子２８には、プラズマ側電源２９の第２端子から延びるリード線５３が接続されている。
【００３６】
プラズマ生成装置２０は、図１及び図２に示すように、それぞれに電極部２１が設けられた複数の板状絶縁体２５を備えている。複数の板状絶縁体２５は、図１において上下に隣り合う板状絶縁体２５において、表面（電極設置面２５ａ）と裏面（電極非設置面２５ｂ）とが間隔を隔てて対面するように設けられている。複数の板状絶縁体２５は、各板状絶縁体２５の長手方向が排気通路３０の延伸方向に一致するように配置されている。複数の板状絶縁体２５では、隣り合う板状絶縁体２５の間を、電極設置面２５ａ及び電極非設置面２５ｂに沿って排気ガスが流れる。
【００３７】
複数の板状絶縁体２５は、収容部材３２に固定された第１支持部材４３及び第２支持部材４４に支持されている。第１支持部材４３は、複数の板状絶縁体２５の上流側を支持している。第１支持部材４３には、マイクロ波入力端子２６と分配器１５とを接続するマイクロ波の伝送線路５１と、プラズマ側電源２９の第１端子と第１直流入力端子２７とを接続するリード線５２とが配設されている（図示省略）。
【００３８】
一方、第２支持部材４４は、複数の板状絶縁体２５と浄化触媒３１との間に設けられ、複数の板状絶縁体２５の下流側を支持している。第２支持部材４４は、第１電極２３から放射されたマイクロ波を透過しない金属製の網状部材により構成されている。第２支持部材４４は、漏洩阻止用導体を構成している。第２支持部材４４には、プラズマ側電源２９の第２端子と第２直流入力端子２８とを接続するリード線５３が配設されている（図示省略）。
−プラズマ生成装置の動作−
【００３９】
プラズマ生成装置２０がマイクロ波プラズマを生成するプラズマ生成動作について説明する。プラズマ生成装置２０は、エンジン１０を制御する電子制御装置１１により制御される。
【００４０】
なお、エンジン１０は、エンジン１０だけを駆動源とする自動車に搭載されるものであってもよいし、エンジン１０とモータを駆動源とするハイブリッド自動車に搭載されるものであってもよい。ハイブリッド自動車は、例えば低負荷から高負荷へ変化する際に、モータからエンジン１０への駆動源の切り替えによりエンジン１０が始動される。
【００４１】
電子制御装置１１は、エンジン１０の始動時に浄化触媒３１を活性化させる時間（ライトオフタイム）を短縮するために、プラズマ生成装置２０にプラズマ生成動作の実行を指示する。電子制御装置１１は、プラズマ生成動作を開始する際に、高周波発生器２２へマイクロ波駆動信号を出力すると共に、プラズマ側電源２９へ電圧印加信号を出力する。
【００４２】
高周波発生器２２は、マイクロ波駆動信号を受けると、所定の設定時間（例えば５秒間）に亘って、所定のデューティーでマイクロ波パルスを繰り返し発振する。マイクロ波パルスは、分配器１５に入力される。分配器１５は、高周波発生器２２がマイクロを発振している期間に亘って、複数の電極部２１の第１電極２３の間でマイクロ波の供給先を順番に切り替える。分配器１５は、例えば数ミリ秒毎にマイクロ波の供給先を切り替える。また、プラズマ側電源２９は、電圧印加信号を受けると、高周波発生器２２がマイクロ波を発振している期間に亘って、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与し、第２電極２４の電位をマイナスの高電位にする。
【００４３】
各板状絶縁体２５では、分配器１５から出力されたマイクロ波パルスが第１電極２３から放射される。板状絶縁体２５の電極設置面２５ａの近傍では、第１電極２３の櫛歯部２３ａと第２電極２４の櫛歯部２４ａとの間の電界が強くなる。その結果、板状絶縁体２５の長手方向の一端側の第１電極２３の櫛歯部２３ａから、板状絶縁体２５の長手方向の他端側の第２電極２４の櫛歯部２４ａに至るまでの広範囲の領域で、マイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマが形成されているプラズマ領域では、ＯＨラジカル等の活性種が生成される。
【００４４】
なお、実施形態１では、プラズマ生成装置２０が、マイクロ波プラズマを生成する際にスパーク放電を発生させる放電器を備えている（図示省略）。放電器は例えば点火プラグである。放電器には、第１電極２３からのマイクロ波パルスの放射と同時、またはマイクロ波パルスの放射の開始直後に、高電圧パルスが供給される。放電器の放電ギャップでは放電が生じ、排気ガスの成分から自由電子が放出される。マイクロ波プラズマは、自由電子をトリガーとして生成される。このようにすることで、放電を行わない場合に比べて、マイクロ波プラズマを安定的に生成することができる。なお、後述する実施形態２や実施形態３においても、プラズマ生成装置２０が、マイクロ波プラズマを生成する際にスパーク放電を発生させる放電器を備えている。
【００４５】
本実施形態１では、マイクロ波プラズマが形成されている期間に、第２電極２４がマイナスの高電位になる。そのため、ププラズマ領域の活性種のうち、第２電極２４の電位と極性が同じマイナスの活性種（例えば、ＯＨラジカル）が、電気的に反発し、電極部２１から離れて拡散する。
【００４６】
プラズマ生成動作中は、マイクロ波プラズマが形成されている板状絶縁体２５の間を通過する排気ガスの有害成分が分解される。本実施形態１では、板状絶縁体２５の間において、活性種が電極設置面２５ａから離れて拡散されているので、多くの有害成分が分解される。排気ガスの有害成分は、酸化しやすい成分に分解される。
【００４７】
浄化触媒３１には、分解された成分が活性種と共に流入する。その結果、浄化触媒３１に流入する排気ガスをマイクロ波プラズマに接触させない場合に比べて、浄化触媒３１の活性温度は低下する。本実施形態１では、エンジン１０の電子制御装置１１がエンジン１０の始動時にプラズマ生成動作を実行するので、エンジン１０の始動時の浄化触媒３１の活性化に要する時間が短縮される。
−実施形態１の効果−
【００４８】
実施形態１では、電極部２１の近傍にマイクロ波プラズマが形成されている期間に、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与することで、第２電極２４の電位と極性が同じマイナスの活性種を電極部２１の近傍から拡散させている。排気ガスの有害成分の多くは、活性種と反応する。従って、活性種の効果が得られる範囲を拡大させて、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００４９】
また、実施形態１では、電極配置面２５ａに沿って流れる排気ガスは、電極部２１の近傍や電極部２１の近傍から拡散した活性種と反応する。ここで、排気ガスは、周囲に比べて圧力が高くなるプラズマ領域を避けようとするため、排気ガスの流速は、電極設置面２５ａから離れるほど速くなる。そのため、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与しない場合は、多くの排気ガスが流れる領域にそれほど活性種を供給することができない。それに対して、本実施形態１では、多くの排気ガスが流れる領域に向けて活性種を拡散できるので、排気ガスの浄化効率を大幅に向上させることができる。
【００５０】
また、本実施形態１では、浄化触媒３１の上流で、排気ガス中の一部の分子が酸化しやすい分子に分解される。浄化触媒３１では酸化反応が起きやすくなり、浄化触媒３１の活性温度（ライトオフ温度）が低下する。従って、浄化触媒３１を活性化させるのに要する時間を短縮することができる。
−実施形態１の変形例１−
【００５１】
実施形態１の変形例１では、図３に示すように、プラズマ生成装置２０が、第２支持部材４４と収容部材３２における浄化触媒３１の外側部分との間に電位差を与える触媒側電源４６（直流電源）を備えている。第２支持部材４４には、触媒側電源４６からプラスの高電圧が印加される。収容部材３２は接地されている。収容部材３２における浄化触媒３１の外側部分は、触媒側導体を構成している。
なお、第２支持部材４４と収容部材３２は共に金属製である。第２支持部材４４は、絶縁体（図示省略）を介して収容部材３２から電気的に絶縁されている。
【００５２】
実施形態１の変形例１において、浄化触媒３１自体に触媒側導体を設けて、触媒側電源４６により第２支持部材４４と触媒側導体との間に電位差を付与してもよい。また、触媒側電源４６として交流電源を使用してもよい。
《実施形態２》
【００５３】
実施形態２では、複数の板状絶縁体２５により浄化触媒３１が構成されている。図４に示すように、複数の板状絶縁体２５は、支持部材４５を介して収容部材３２に支持されている。各板状絶縁体２５では、電極部２１が設けられた電極配置面２５ａの裏面２５ｂに、一定間隔で凸部４９が形成されている。電極設置面２５ａの裏面２５ｂ上には、ほぼ全面に亘って、排気ガスを浄化する触媒層４８が積層されている。触媒層４８は、電極部２１が設けられた電極設置面２５ａに間隔を隔てて対面している。
【００５４】
なお、電極設置面２５ａにおいて、導電パターンが存在しない領域にも触媒層４８を形成してもよい。
−実施形態２の効果−
【００５５】
実施形態２では、浄化触媒３１を構成する触媒層４８が、近傍でマイクロ波プラズマが生成される電極配置面２５ａに対向している。触媒層４８には、マイクロ波プラズマを接触させて、そのプラズマ領域で生成された活性種が供給される。従って、多くの活性種を浄化触媒３１へ接触させることができる。
《実施形態３》
【００５６】
実施形態３では、第１電極２３及び第２電極２４が、図５に示すように、全体が排気通路３０に露出した状態で、排気通路３０の浄化触媒３１の上流に１組だけ設けられている。第１電極２３及び第２電極２４は、実施形態１のように板状絶縁体２５に設けない。
【００５７】
第１電極２３及び第２電極２４は、図６に示すように、櫛状に形成されている。第１電極２３は、分波器６２を介して高周波発生器２２に接続されている。第２電極２４は、接地されている。第１電極２３及び第２電極２４では、第１電極２３が第２電極２４の上流に配置されている。第１電極２３と第２電極２４とは、互いに近接した状態で、櫛歯が並ぶ面が対面している。第１電極２３と第２電極２４では、櫛歯の向きが互いに直交している。高周波発生器２２から第２電極２４へマイクロ波が供給されると、第１電極２３と第２電極２４との間の領域では、マイクロ波プラズマが生成される。
【００５８】
なお、実施形態３では、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体（例えば、カーボンマイクロコイル）が、浄化触媒３１に設けられている。マイクロ波吸収体は、ハニカム状の浄化触媒３１の表面に担持されている。高周波発生器２２と第１電極２３との間には、分波器６２が設けられている。分波器６２は、高周波発生器２２が出力するマイクロ波を、第１電極２３と触媒側アンテナ６１とに分波する。なお、第１電極２３と浄化触媒３１との間には、第１電極２３から放射されたマイクロ波が浄化触媒３１側へ漏れることを防止する網状の漏洩防止部材６３が設けられている。
【００５９】
実施形態３では、エンジン１０の始動時に、高周波発生器２２が駆動され、第１電極２３と触媒側アンテナ６１とにそれぞれマイクロ波が供給される。第１電極２３から放射されたマイクロ波により、第１電極２３と第２電極２４との間の領域では、マイクロ波プラズマが生成される。一方、触媒側アンテナ６１から放射されたマイクロ波により、浄化触媒３１に担持されたマイクロ波吸収体が加熱され、浄化触媒３１が温められる。
なお、第１電極２３及び第２電極２４は、排気通路３０の浄化触媒３１を２つに分割した場合に、その間に配置してもよい。
−実施形態３の効果−
【００６０】
実施形態３では、マイクロ波プラズマによる排気ガスの分解及び活性種の生成により、浄化触媒３１の活性時間が短縮されるだけでなく、マイクロ波吸収体のマイクロ波加熱によっても浄化触媒３１の活性時間が短縮される。プラズマの生成と浄化触媒３１の加熱とを行うためのマイクロ波は、１つの高周波発生器２２から出力される。従って、簡素な構造で浄化触媒３１の活性時間を短縮することができる。
−実施形態３の変形例１−
【００６１】
実施形態３の変形例１では、マイクロ波吸収体が浄化触媒３１の一部にだけ設けられている。マイクロ波吸収体は、例えば、円柱状の浄化触媒３１の中央部にだけ設けられている。また、浄化触媒３１の上流には、排気ガスを浄化触媒３１の中央部へ案内する案内機構が設けられている（図示省略）。案内機構は、例えば、収容部材３２の壁面に回動自在に設けられた羽根部材である。案内機構は、収容部材３２の壁面に沿う第１の位置と、第１の位置から傾いて排気ガスを浄化触媒３１の中央部へ案内する第２の位置との間で動かされる。案内機構は、エンジン１０の始動時に第１の位置から第２の位置へ動かされる。
【００６２】
変形例１によれば、エンジン１０の始動時に浄化触媒３１において温度が低い領域へ排気ガスが流れることが抑制される。
《その他の実施形態》
【００６３】
前記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００６４】
前記実施形態において、プラズマ側電源２９が交流電源であってもよい。
【００６５】
また、前記実施形態において、マイクロ波よりも周波数が低い高周波（例えば、キロヘルツ帯やメガヘルツ帯の高周波）を電極部２１へ供給して、電極部２１の近傍にプラズマを生成してもよい。
【００６６】
また、前記実施形態において、浄化触媒３１が、三元触媒以外の他の触媒（例えば、尿素ＳＣＲシステムのＳＣＲ触媒）であってもよい。
【００６７】
また、前記実施形態において、板状絶縁体２５を浄化触媒３１の下流に設けてもよい。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１を通過した排気ガスをプラズマ処理する。
【００６８】
また、前記実施形態において、プラズマ生成装置２０を、例えば燃焼炉の排気通路などエンジン１０の排気通路３０以外に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置について有用である。
【符号の説明】
【００７０】
２０ プラズマ生成装置
２１ 電極部
２３ 第１電極
２４ 第２電極
２２ 高周波発生器
２５ 板状絶縁体
２９ プラズマ側電源
３０ 排気通路
３１ 浄化触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置が知られている。特許文献１には、この種のプラズマ生成装置として、ガス処理装置が記載されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１のガス処理装置は、複数のガス処理ユニットを備えている。各ガス処理ユニットは、アンテナとスパークプラグとが設けられたキャビティを備えている。キャビティでは、スパーク放電が行われて小規模のプラズマが生成され、そのプラズマがマイクロ波のエネルギーを受けて拡大する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３４６７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、この種のプラズマ生成装置では、プラズマが形成されているプラズマ領域で活性種が生成される。しかし、活性種にはＯＨラジカルなど生存期間（ライフタイム）が短いものがあり、従来のプラズマ生成装置では、それほど広い範囲で活性種の効果が期待できない。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置において、プラズマ領域から活性種を拡散させて、活性種の効果が得られる範囲を拡大することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置を対象とし、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、前記電極部に高周波を出力する高周波発生器と、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与するプラズマ側電源とを備え、前記高周波発生器が前記電極部へ高周波を出力して前記電極部の近傍にプラズマを生成し、プラズマが形成されている期間に、前記プラズマ側電源が前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与する。
【０００８】
第１の発明では、高周波発生器から出力された高周波により電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、第１電極と第２電極との間に電位差が付与される。電極部では、第１電極及び第２電極の何れかが、プラスかマイナスの電位となる。プラズマ領域の活性種は、プラスの極性を有するものと、マイナスの極性を有するものがある。プラズマ領域の活性種のうち、電極部の第１電極又は第２電極の電位と極性が同じ活性種は、電気的に反発し、電極部から離れて拡散する。
【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記第１電極及び前記第２電極が配置された表側の電極配置面に沿って排気ガスが流れるように前記排気通路に配置された板状絶縁体を備えている。
【００１０】
第２の発明では、板状絶縁体の表側が、第１電極及び第２電極が設けられた電極配置面となっている。電極配置面に沿って流れる排気ガスは、電極部の近傍や電極部の近傍から拡散した活性種と反応する。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記板状絶縁体が、前記排気ガスを浄化する浄化触媒の上流に配置されている。
【００１２】
第３の発明では、浄化触媒の上流で排気ガスがプラズマ処理される。排気ガス中の一部の分子は、酸化しやすい分子に分解される。
【００１３】
第４の発明は、第３の発明において、前記高周波発生器は、前記電極部へ電磁波を出力する一方、前記板状絶縁体と前記浄化触媒との間には、排気ガスを通過させつつ、前記電極部から放射された電磁波が前記浄化触媒側へ漏れることを阻止する漏洩阻止用導体が設けられている。
【００１４】
第４の発明では、電極部から放射された電磁波により、浄化触媒の上流にプラズマが生成される。漏洩阻止用導体は、電磁波が浄化触媒側へ漏れることを阻止する。漏洩阻止用導体は、電磁波が浄化触媒に吸収されることを阻止する。
【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、プラズマが形成されている期間に、前記漏洩阻止用導体と、前記浄化触媒自体または前記浄化触媒の周囲に設けられた触媒側導体との間に電位差を付与する触媒側電源を備えている。
【００１６】
第５の発明では、電極部から放射された電磁波によりプラズマが形成されている期間に、漏洩阻止用導体と触媒側導体との間に電位差が付与される。この電位差により、板状絶縁体近傍の活性種は浄化触媒側へ引き寄せられる。
【００１７】
第６の発明は、第２の発明において、前記板状絶縁体では、前記電極配置面の裏面に排気ガスを浄化する触媒層が設けられ、前記板状絶縁体は、前記排気通路に複数設けられ、複数の板状絶縁体は、隣り合う板状絶縁体において前記電極設置面と前記触媒層とが間隔を隔てて対面するように設けられている。
【００１８】
第６の発明では、電極部が設けられた板状絶縁体の裏面を利用して、浄化触媒が構成されている。浄化触媒を構成する触媒層は、プラズマが生成される電極配置面に対向している。
【００１９】
第７の発明は、第１乃至第６の何れか１つの発明において、前記第１電極及び前記第２電極が、共に櫛状に形成され、間隔を隔てて噛み合わされている。
【００２０】
第７の発明では、櫛状の第１電極と櫛状の第２電極が噛み合わされた領域でプラズマが生成される。プラズマは比較的広範囲に生成される。
【００２１】
第８の発明は、排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置を対象とし、前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、前記電極部に高周波を出力する高周波発生器とを備え、前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれが櫛状に形成され、前記排気通路において一方が他方の上流に位置して互いに対面するように配置され、前記高周波発生器から前記電極部へ高周波が供給されると、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマが生成される。
【００２２】
第８の発明では、櫛状の第１電極と櫛状の第２電極とが互いに近接した状態で対面している。第１電極と第２電極とは、櫛歯が並ぶ面同士が対面している。第１電極及び第２電極を有する電極部に高周波が供給されると、互いに近接する両電極の間にプラズマが生成される。
【発明の効果】
【００２３】
本発明では、電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、第１電極と第２電極との間に電位差を付与することで、電極部の第１電極又は第２電極の電位と極性が同じプラズマ領域の活性種を電極部の近傍から拡散させている。そのため、多くの排気ガスが活性種と反応する。従って、活性種の効果が得られる範囲を拡大させて、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００２４】
また、第２の発明では、電極配置面に沿って流れる排気ガスは、電極部の近傍や電極部の近傍から拡散した活性種と反応する。ここで、排気ガスは、周囲に比べて圧力が高くなるプラズマ領域を避けようとするため、排気ガスの流速は、電極設置面から離れるほど速くなる。そのため、第１電極と第２電極との間に電位差を付与しない場合は、多くの排気ガスが流れる領域にそれほど活性種を供給することができない。それに対して、第２の発明では、多くの排気ガスが流れる領域に向けて活性種を拡散できるので、排気ガスの浄化効率を大幅に向上させることができる。
【００２５】
また、第３の発明では、浄化触媒の上流で、排気ガス中の一部の分子が酸化しやすい分子に分解される。従って、浄化触媒では酸化反応が起きやすくなり、有害成分を容易に分解することができる。浄化触媒が活性温度に達する前であれば、浄化触媒の活性温度（ライトオフ温度）が低下し、浄化触媒を活性化させるのに要する時間を短縮することができる。
【００２６】
また、第６の発明では、浄化触媒を構成する触媒層が、近傍でプラズマが生成される電極配置面に対向している。触媒層には、近傍で生成された活性種が供給される。従って、多くの活性種を浄化触媒へ接触させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施形態１に係る排気通路における浄化触媒近傍の概略構成図である。
【図２】実施形態１に係るプラズマ生成装置のブロック図である。
【図３】実施形態１の変形例１に係る排気通路における浄化触媒近傍の概略構成図である。
【図４】実施形態２に係る浄化触媒の断面図である。
【図５】実施形態３に係るプラズマ生成装置の要部の概略構成図である。
【図６】実施形態３に係る電極部を上流側から見た正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《実施形態１》
【００２９】
本実施形態１は、エンジン１０の排気通路３０においてプラズマを生成するプラズマ生成装置２０である。プラズマ生成装置２０は、図１に示すように、排気通路３０の一部を構成する収容部材３２に、排気ガスを浄化する浄化触媒３１（三元触媒）と共に設けられている。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１の直上流に設けられている。
【００３０】
プラズマ生成装置２０は、図２に示すように、第１電極２３及び第２電極２４を有する電極部２１と、電極部２１に高周波を出力する高周波発生器２２と、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与するプラズマ側電源２９を備えている。本実施形態１では、高周波発生器２２が、マイクロ波を発生するマイクロ波発振器（例えば、マグネトロンや半導体発振器）を有し、マイクロ波発振器で発生させたマイクロ波を第１電極２３へ出力する。第１電極２３は、マイクロ波の放射アンテナ（輻射アンテナ）として機能する。また、プラズマ側電源２９は直流電源である。
【００３１】
プラズマ生成装置２０は、複数の電極部２１を備えている。また、プラズマ生成装置２０は、複数の電極部２１の第１電極２３の間でマイクロ波の供給先を切り替える分配器１５を備えている。
【００３２】
電極部２１では、第１電極２３及び第２電極２４が、互いに近接した状態で間隔を隔てて配置されている。第１電極２３及び第２電極２４は、長方形の板状絶縁体２５の片面に設けられた導電パターンにより構成されている。板状絶縁体２５では、第１電極２３及び第２電極２４が配置された表側の面が電極配置面を構成している。第１電極２３は、接地されている。
【００３３】
第１電極２３及び第２電極２４は、共に櫛状に形成され、互いに近接した状態で間隔を隔てて噛み合わされている。第１電極２３及び第２電極２４は、複数の櫛歯部２３ａ，２４ａと、各櫛歯部２３ａ，２４ａの基端に接続された接続部２３ｂ，２４ｂとを備えている。各櫛歯部２３ａ，２４ａは、板状絶縁体２５の短手方向に延びている。
【００３４】
第１電極２３には、マイクロ波入力端子２６と第１直流入力端子２７とが接続されている。第１電極２３では、板状絶縁体２５の長手方向の一端側の櫛歯部２３ａの外側に、マイクロ波入力端子２６と第１直流入力端子２７とが接続されている。マイクロ波入力端子２６には、高周波発生器２２から出力されたマイクロ波を伝送する伝送線路５１が接続されている。第１直流入力端子２７には、プラズマ側電源２９の第１端子から延びるリード線５２が接続されている。第１直流入力端子２７は、第１ローパスフィルタ４１を介して、第１電極２３に接続されている。
【００３５】
第２電極２４には、第２直流入力端子２８が接続されている。第２電極２４では、板状絶縁体２５の長手方向の他端側の櫛歯部２４ａの外側に、第２直流入力端子２８が接続されている。第２直流入力端子２８は、第２ローパスフィルタ４２を介して、第２電極２４に接続されている。第２直流入力端子２８には、プラズマ側電源２９の第２端子から延びるリード線５３が接続されている。
【００３６】
プラズマ生成装置２０は、図１及び図２に示すように、それぞれに電極部２１が設けられた複数の板状絶縁体２５を備えている。複数の板状絶縁体２５は、図１において上下に隣り合う板状絶縁体２５において、表面（電極設置面２５ａ）と裏面（電極非設置面２５ｂ）とが間隔を隔てて対面するように設けられている。複数の板状絶縁体２５は、各板状絶縁体２５の長手方向が排気通路３０の延伸方向に一致するように配置されている。複数の板状絶縁体２５では、隣り合う板状絶縁体２５の間を、電極設置面２５ａ及び電極非設置面２５ｂに沿って排気ガスが流れる。
【００３７】
複数の板状絶縁体２５は、収容部材３２に固定された第１支持部材４３及び第２支持部材４４に支持されている。第１支持部材４３は、複数の板状絶縁体２５の上流側を支持している。第１支持部材４３には、マイクロ波入力端子２６と分配器１５とを接続するマイクロ波の伝送線路５１と、プラズマ側電源２９の第１端子と第１直流入力端子２７とを接続するリード線５２とが配設されている（図示省略）。
【００３８】
一方、第２支持部材４４は、複数の板状絶縁体２５と浄化触媒３１との間に設けられ、複数の板状絶縁体２５の下流側を支持している。第２支持部材４４は、第１電極２３から放射されたマイクロ波を透過しない金属製の網状部材により構成されている。第２支持部材４４は、漏洩阻止用導体を構成している。第２支持部材４４には、プラズマ側電源２９の第２端子と第２直流入力端子２８とを接続するリード線５３が配設されている（図示省略）。
−プラズマ生成装置の動作−
【００３９】
プラズマ生成装置２０がマイクロ波プラズマを生成するプラズマ生成動作について説明する。プラズマ生成装置２０は、エンジン１０を制御する電子制御装置１１により制御される。
【００４０】
なお、エンジン１０は、エンジン１０だけを駆動源とする自動車に搭載されるものであってもよいし、エンジン１０とモータを駆動源とするハイブリッド自動車に搭載されるものであってもよい。ハイブリッド自動車は、例えば低負荷から高負荷へ変化する際に、モータからエンジン１０への駆動源の切り替えによりエンジン１０が始動される。
【００４１】
電子制御装置１１は、エンジン１０の始動時に浄化触媒３１を活性化させる時間（ライトオフタイム）を短縮するために、プラズマ生成装置２０にプラズマ生成動作の実行を指示する。電子制御装置１１は、プラズマ生成動作を開始する際に、高周波発生器２２へマイクロ波駆動信号を出力すると共に、プラズマ側電源２９へ電圧印加信号を出力する。
【００４２】
高周波発生器２２は、マイクロ波駆動信号を受けると、所定の設定時間（例えば５秒間）に亘って、所定のデューティーでマイクロ波パルスを繰り返し発振する。マイクロ波パルスは、分配器１５に入力される。分配器１５は、高周波発生器２２がマイクロを発振している期間に亘って、複数の電極部２１の第１電極２３の間でマイクロ波の供給先を順番に切り替える。分配器１５は、例えば数ミリ秒毎にマイクロ波の供給先を切り替える。また、プラズマ側電源２９は、電圧印加信号を受けると、高周波発生器２２がマイクロ波を発振している期間に亘って、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与し、第２電極２４の電位をマイナスの高電位にする。
【００４３】
各板状絶縁体２５では、分配器１５から出力されたマイクロ波パルスが第１電極２３から放射される。板状絶縁体２５の電極設置面２５ａの近傍では、第１電極２３の櫛歯部２３ａと第２電極２４の櫛歯部２４ａとの間の電界が強くなる。その結果、板状絶縁体２５の長手方向の一端側の第１電極２３の櫛歯部２３ａから、板状絶縁体２５の長手方向の他端側の第２電極２４の櫛歯部２４ａに至るまでの広範囲の領域で、マイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマが形成されているプラズマ領域では、ＯＨラジカル等の活性種が生成される。
【００４４】
なお、実施形態１では、プラズマ生成装置２０が、マイクロ波プラズマを生成する際にスパーク放電を発生させる放電器を備えている（図示省略）。放電器は例えば点火プラグである。放電器には、第１電極２３からのマイクロ波パルスの放射と同時、またはマイクロ波パルスの放射の開始直後に、高電圧パルスが供給される。放電器の放電ギャップでは放電が生じ、排気ガスの成分から自由電子が放出される。マイクロ波プラズマは、自由電子をトリガーとして生成される。このようにすることで、放電を行わない場合に比べて、マイクロ波プラズマを安定的に生成することができる。なお、後述する実施形態２や実施形態３においても、プラズマ生成装置２０が、マイクロ波プラズマを生成する際にスパーク放電を発生させる放電器を備えている。
【００４５】
本実施形態１では、マイクロ波プラズマが形成されている期間に、第２電極２４がマイナスの高電位になる。そのため、ププラズマ領域の活性種のうち、第２電極２４の電位と極性が同じマイナスの活性種（例えば、ＯＨラジカル）が、電気的に反発し、電極部２１から離れて拡散する。
【００４６】
プラズマ生成動作中は、マイクロ波プラズマが形成されている板状絶縁体２５の間を通過する排気ガスの有害成分が分解される。本実施形態１では、板状絶縁体２５の間において、活性種が電極設置面２５ａから離れて拡散されているので、多くの有害成分が分解される。排気ガスの有害成分は、酸化しやすい成分に分解される。
【００４７】
浄化触媒３１には、分解された成分が活性種と共に流入する。その結果、浄化触媒３１に流入する排気ガスをマイクロ波プラズマに接触させない場合に比べて、浄化触媒３１の活性温度は低下する。本実施形態１では、エンジン１０の電子制御装置１１がエンジン１０の始動時にプラズマ生成動作を実行するので、エンジン１０の始動時の浄化触媒３１の活性化に要する時間が短縮される。
−実施形態１の効果−
【００４８】
実施形態１では、電極部２１の近傍にマイクロ波プラズマが形成されている期間に、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与することで、第２電極２４の電位と極性が同じマイナスの活性種を電極部２１の近傍から拡散させている。排気ガスの有害成分の多くは、活性種と反応する。従って、活性種の効果が得られる範囲を拡大させて、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。
【００４９】
また、実施形態１では、電極配置面２５ａに沿って流れる排気ガスは、電極部２１の近傍や電極部２１の近傍から拡散した活性種と反応する。ここで、排気ガスは、周囲に比べて圧力が高くなるプラズマ領域を避けようとするため、排気ガスの流速は、電極設置面２５ａから離れるほど速くなる。そのため、第１電極２３と第２電極２４との間に電位差を付与しない場合は、多くの排気ガスが流れる領域にそれほど活性種を供給することができない。それに対して、本実施形態１では、多くの排気ガスが流れる領域に向けて活性種を拡散できるので、排気ガスの浄化効率を大幅に向上させることができる。
【００５０】
また、本実施形態１では、浄化触媒３１の上流で、排気ガス中の一部の分子が酸化しやすい分子に分解される。浄化触媒３１では酸化反応が起きやすくなり、浄化触媒３１の活性温度（ライトオフ温度）が低下する。従って、浄化触媒３１を活性化させるのに要する時間を短縮することができる。
−実施形態１の変形例１−
【００５１】
実施形態１の変形例１では、図３に示すように、プラズマ生成装置２０が、第２支持部材４４と収容部材３２における浄化触媒３１の外側部分との間に電位差を与える触媒側電源４６（直流電源）を備えている。第２支持部材４４には、触媒側電源４６からプラスの高電圧が印加される。収容部材３２は接地されている。収容部材３２における浄化触媒３１の外側部分は、触媒側導体を構成している。
なお、第２支持部材４４と収容部材３２は共に金属製である。第２支持部材４４は、絶縁体（図示省略）を介して収容部材３２から電気的に絶縁されている。
【００５２】
実施形態１の変形例１において、浄化触媒３１自体に触媒側導体を設けて、触媒側電源４６により第２支持部材４４と触媒側導体との間に電位差を付与してもよい。また、触媒側電源４６として交流電源を使用してもよい。
《実施形態２》
【００５３】
実施形態２では、複数の板状絶縁体２５により浄化触媒３１が構成されている。図４に示すように、複数の板状絶縁体２５は、支持部材４５を介して収容部材３２に支持されている。各板状絶縁体２５では、電極部２１が設けられた電極配置面２５ａの裏面２５ｂに、一定間隔で凸部４９が形成されている。電極設置面２５ａの裏面２５ｂ上には、ほぼ全面に亘って、排気ガスを浄化する触媒層４８が積層されている。触媒層４８は、電極部２１が設けられた電極設置面２５ａに間隔を隔てて対面している。
【００５４】
なお、電極設置面２５ａにおいて、導電パターンが存在しない領域にも触媒層４８を形成してもよい。
−実施形態２の効果−
【００５５】
実施形態２では、浄化触媒３１を構成する触媒層４８が、近傍でマイクロ波プラズマが生成される電極配置面２５ａに対向している。触媒層４８には、マイクロ波プラズマを接触させて、そのプラズマ領域で生成された活性種が供給される。従って、多くの活性種を浄化触媒３１へ接触させることができる。
《実施形態３》
【００５６】
実施形態３では、第１電極２３及び第２電極２４が、図５に示すように、全体が排気通路３０に露出した状態で、排気通路３０の浄化触媒３１の上流に１組だけ設けられている。第１電極２３及び第２電極２４は、実施形態１のように板状絶縁体２５に設けない。
【００５７】
第１電極２３及び第２電極２４は、図６に示すように、櫛状に形成されている。第１電極２３は、分波器６２を介して高周波発生器２２に接続されている。第２電極２４は、接地されている。第１電極２３及び第２電極２４では、第１電極２３が第２電極２４の上流に配置されている。第１電極２３と第２電極２４とは、互いに近接した状態で、櫛歯が並ぶ面が対面している。第１電極２３と第２電極２４では、櫛歯の向きが互いに直交している。高周波発生器２２から第２電極２４へマイクロ波が供給されると、第１電極２３と第２電極２４との間の領域では、マイクロ波プラズマが生成される。
【００５８】
なお、実施形態３では、マイクロ波を吸収するマイクロ波吸収体（例えば、カーボンマイクロコイル）が、浄化触媒３１に設けられている。マイクロ波吸収体は、ハニカム状の浄化触媒３１の表面に担持されている。高周波発生器２２と第１電極２３との間には、分波器６２が設けられている。分波器６２は、高周波発生器２２が出力するマイクロ波を、第１電極２３と触媒側アンテナ６１とに分波する。なお、第１電極２３と浄化触媒３１との間には、第１電極２３から放射されたマイクロ波が浄化触媒３１側へ漏れることを防止する網状の漏洩防止部材６３が設けられている。
【００５９】
実施形態３では、エンジン１０の始動時に、高周波発生器２２が駆動され、第１電極２３と触媒側アンテナ６１とにそれぞれマイクロ波が供給される。第１電極２３から放射されたマイクロ波により、第１電極２３と第２電極２４との間の領域では、マイクロ波プラズマが生成される。一方、触媒側アンテナ６１から放射されたマイクロ波により、浄化触媒３１に担持されたマイクロ波吸収体が加熱され、浄化触媒３１が温められる。
なお、第１電極２３及び第２電極２４は、排気通路３０の浄化触媒３１を２つに分割した場合に、その間に配置してもよい。
−実施形態３の効果−
【００６０】
実施形態３では、マイクロ波プラズマによる排気ガスの分解及び活性種の生成により、浄化触媒３１の活性時間が短縮されるだけでなく、マイクロ波吸収体のマイクロ波加熱によっても浄化触媒３１の活性時間が短縮される。プラズマの生成と浄化触媒３１の加熱とを行うためのマイクロ波は、１つの高周波発生器２２から出力される。従って、簡素な構造で浄化触媒３１の活性時間を短縮することができる。
−実施形態３の変形例１−
【００６１】
実施形態３の変形例１では、マイクロ波吸収体が浄化触媒３１の一部にだけ設けられている。マイクロ波吸収体は、例えば、円柱状の浄化触媒３１の中央部にだけ設けられている。また、浄化触媒３１の上流には、排気ガスを浄化触媒３１の中央部へ案内する案内機構が設けられている（図示省略）。案内機構は、例えば、収容部材３２の壁面に回動自在に設けられた羽根部材である。案内機構は、収容部材３２の壁面に沿う第１の位置と、第１の位置から傾いて排気ガスを浄化触媒３１の中央部へ案内する第２の位置との間で動かされる。案内機構は、エンジン１０の始動時に第１の位置から第２の位置へ動かされる。
【００６２】
変形例１によれば、エンジン１０の始動時に浄化触媒３１において温度が低い領域へ排気ガスが流れることが抑制される。
《その他の実施形態》
【００６３】
前記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【００６４】
前記実施形態において、プラズマ側電源２９が交流電源であってもよい。
【００６５】
また、前記実施形態において、マイクロ波よりも周波数が低い高周波（例えば、キロヘルツ帯やメガヘルツ帯の高周波）を電極部２１へ供給して、電極部２１の近傍にプラズマを生成してもよい。
【００６６】
また、前記実施形態において、浄化触媒３１が、三元触媒以外の他の触媒（例えば、尿素ＳＣＲシステムのＳＣＲ触媒）であってもよい。
【００６７】
また、前記実施形態において、板状絶縁体２５を浄化触媒３１の下流に設けてもよい。プラズマ生成装置２０は、浄化触媒３１を通過した排気ガスをプラズマ処理する。
【００６８】
また、前記実施形態において、プラズマ生成装置２０を、例えば燃焼炉の排気通路などエンジン１０の排気通路３０以外に適用してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
以上説明したように、本発明は、排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置について有用である。
【符号の説明】
【００７０】
２０ プラズマ生成装置
２１ 電極部
２３ 第１電極
２４ 第２電極
２２ 高周波発生器
２５ 板状絶縁体
２９ プラズマ側電源
３０ 排気通路
３１ 浄化触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、
前記電極部に高周波を出力する高周波発生器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与するプラズマ側電源とを備え、
前記高周波発生器が前記電極部へ高周波を出力して前記電極部の近傍にプラズマを生成し、前記電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、前記プラズマ側電源が前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与することを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極及び前記第２電極が表側の電極配置面に設けられ、該電極配置面に沿って排気ガスが流れるように前記排気通路に配置された板状絶縁体を備えていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記板状絶縁体は、前記排気ガスを浄化する浄化触媒の上流に配置されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記高周波発生器は、前記電極部へ電磁波を出力する一方、
前記板状絶縁体と前記浄化触媒との間には、排気ガスを通過させつつ、前記電極部から放射された電磁波が前記浄化触媒側へ漏れることを阻止する漏洩阻止用導体が設けられていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、前記漏洩阻止用導体と、前記浄化触媒自体または前記浄化触媒の周囲に設けられた触媒側導体との間に電位差を付与する触媒側電源を備えていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記板状絶縁体では、前記電極配置面の裏面に排気ガスを浄化する触媒層が設けられ、
前記板状絶縁体は、前記排気通路に複数設けられ、
複数の板状絶縁体は、隣り合う板状絶縁体において前記電極設置面と前記触媒層とが間隔を隔てて対面するように設けられていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
前記第１電極及び前記第２電極は、共に櫛状に形成され、間隔を隔てて噛み合わされていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項８】
排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、
前記電極部に高周波を出力する高周波発生器とを備え、
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれが櫛状に形成され、前記排気通路において一方が他方の上流に位置して互いに対面するように配置され、
前記高周波発生器から前記電極部へ高周波が供給されると、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマが生成されることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項１】
排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、
前記電極部に高周波を出力する高周波発生器と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与するプラズマ側電源とを備え、
前記高周波発生器が前記電極部へ高周波を出力して前記電極部の近傍にプラズマを生成し、前記電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、前記プラズマ側電源が前記第１電極と前記第２電極との間に電位差を付与することを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記第１電極及び前記第２電極が表側の電極配置面に設けられ、該電極配置面に沿って排気ガスが流れるように前記排気通路に配置された板状絶縁体を備えていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記板状絶縁体は、前記排気ガスを浄化する浄化触媒の上流に配置されていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記高周波発生器は、前記電極部へ電磁波を出力する一方、
前記板状絶縁体と前記浄化触媒との間には、排気ガスを通過させつつ、前記電極部から放射された電磁波が前記浄化触媒側へ漏れることを阻止する漏洩阻止用導体が設けられていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項５】
請求項４において、
前記電極部の近傍にプラズマが形成されている期間に、前記漏洩阻止用導体と、前記浄化触媒自体または前記浄化触媒の周囲に設けられた触媒側導体との間に電位差を付与する触媒側電源を備えていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項６】
請求項２において、
前記板状絶縁体では、前記電極配置面の裏面に排気ガスを浄化する触媒層が設けられ、
前記板状絶縁体は、前記排気通路に複数設けられ、
複数の板状絶縁体は、隣り合う板状絶縁体において前記電極設置面と前記触媒層とが間隔を隔てて対面するように設けられていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１つにおいて、
前記第１電極及び前記第２電極は、共に櫛状に形成され、間隔を隔てて噛み合わされていることを特徴とするプラズマ生成装置。
【請求項８】
排気ガスが流れる排気通路においてプラズマを生成するプラズマ生成装置であって、
前記排気通路に露出し、近接した状態で間隔を隔てて配置された第１電極及び第２電極を有する電極部と、
前記電極部に高周波を出力する高周波発生器とを備え、
前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれが櫛状に形成され、前記排気通路において一方が他方の上流に位置して互いに対面するように配置され、
前記高周波発生器から前記電極部へ高周波が供給されると、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマが生成されることを特徴とするプラズマ生成装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−６３６（Ｐ２０１３−６３６Ａ）
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１３２４４２（Ｐ２０１１−１３２４４２）
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（５０４２９３５２８）イマジニアリング株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月７日（２０１３．１．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年６月１４日（２０１１．６．１４）
【出願人】（５０４２９３５２８）イマジニアリング株式会社 (51)
【Ｆターム（参考）】
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