プラズマ発生体、プラズマ発生体の製造方法、および反応装置
【課題】中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体を提供する。
【解決手段】一方向に配列された複数の誘電体３と、該各誘電体３の内部に配設された導電体５とを有し、導電体５間に電圧を印加することにより誘電体３間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、誘電体３が４つ以上であり、誘電体３の配列方向における中央部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積は、誘電体３の配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積よりも小さい。
【解決手段】一方向に配列された複数の誘電体３と、該各誘電体３の内部に配設された導電体５とを有し、導電体５間に電圧を印加することにより誘電体３間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、誘電体３が４つ以上であり、誘電体３の配列方向における中央部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積は、誘電体３の配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積よりも小さい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生させたプラズマによって流体の浄化等を行なうプラズマ発生体およびその製造方法、並びにそのプラズマ発生体を用いた反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス等の有害物質を含む流体を浄化する方法として、プラズマを利用するものが知られている。このようなプラズマは、導電体間に電圧を印加することにより発生し、その導電体間を通過する流体の有害物質と反応し、流体を浄化させることができる。
【０００３】
このような導電体を誘電体の内部に配設すると、導電体を直接プラズマに晒すことなく、無声放電によってプラズマを発生させることが可能になる。このようなプラズマ発生体では、誘電体によって囲まれた放電空間が所定の方向に配列され、その放電空間を挟むように導電体が配置されている。
【特許文献１】特開２００４−９２５８９号公報（段落００３０、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、放電空間にプラズマを発生させると、そのプラズマにより放電空間の内部および近傍の温度が上昇する。しかし、放電空間が一定の方向に配列されたプラズマ発生体では、中央部の放電空間は端部の放電空間よりも熱が逃げにくいため、温度が上昇しやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体およびその製造方法、並びにプラズマ発生体を用いた反応装置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】
【０００６】
本発明のプラズマ発生体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記の導電体間に電圧を印加することにより前記の誘電体間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、前記の誘電体が４つ以上であり、前記の誘電体の配列方向における中央部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第１プラズマ発生体」という。
【０００７】
好ましくは、前記の第１プラズマ発生体において、前記の誘電体が偶数個存在する場合、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第２プラズマ発生体」という。
【０００８】
好ましくは、前記の第１プラズマ発生体において、前記の誘電体が奇数個存在する場合、前記の誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記の放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の前記の導電体間の対向面積、又は前記の２つの各放電空間を挟んで対向する２組の前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第３プラズマ発生体」という。
【０００９】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の誘電体の内部に配設された第１導電体と、該第１導電体と隣接する第２導電体との間の対向面積は、前記の第１導電体を挟んで対向する前記の第２導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第４プラズマ発生体」という。
【００１０】
好ましくは、前記の第２プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の放電空間を挟んで対向する２つの前記の導電体のうち少なくとも一方は、平面視したときに、前記の２つの導電体のうち他方の前記の導電体の外縁の内側において貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第５プラズマ発生体」という。
【００１１】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記の放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記の導電体のうち少なくとも１つの導電体は、前記の３つの導電体のうち該少なくとも１つの導電体に隣接する前記の導電体の外縁の内側において貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第６プラズマ発生体」という。
【００１２】
好ましくは、前記の第２プラズマ発生体において、前記の中央の放電空間を挟んで対向する２つの前記の導電体のうち少なくとも一方は、前記の中央の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第７プラズマ発生体」という。
【００１３】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記の導電体のうち少なくとも１つは、前記の２つの放電空間のうち隣接する少なくとも一方の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第８プラズマ発生体」という。
【００１４】
好ましくは、前記の第１乃至第８プラズマ発生体のいずれかにおいて、前記の導電体間の対向面積は、前記の誘電体の配列方向における端部から中央部に向かうにつれて漸次小さくなる。以下、このプラズマ発生体を「第９プラズマ発生体」という。
【００１５】
本発明のプラズマ発生体の製造方法は、前記の第１乃至第９プラズマ発生体のいずれかにおいて、前記の誘電体および該誘電体の内部に配設された前記の導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する。
【００１６】
本発明の反応装置は、前記の第１乃至第９プラズマ発生体のいずれかの前記の導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、前記の誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマ発生体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、導電体間に電圧を印加することにより誘電体間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、誘電体が４つ以上であり、誘電体の配列方向における中央部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積は、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さいことから、誘電体の配列方向における中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
本発明のプラズマ発生体の製造方法は、誘電体および該誘電体の内部に配設された導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成することから、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体を容易に製造することができる。
【００１９】
本発明の反応装置は、プラズマ発生体の導電体間に交流電圧、矩形波電圧、方形波電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備えることから、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体を用いて、安定して動作する反応装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明のプラズマ発生体の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図、図２（ｂ）は、図１のプラズマ発生体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、図３（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。図１乃至図３に示されるように、本実施の形態によるプラズマ発生体１は、基体２を備える。この基体２は、一方向に配列された複数の平板状の誘電体３と、複数の誘電体３を所定の間隔をあけて支持する支持部４とを備える。誘電体３と支持部４は、放電空間となる空洞６を構成する。さらに、誘電体３の内部には、空洞６にプラズマを発生可能な導電体５が配設される。導電体５は、空洞６を挟んで互いに対向するように配置され、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと、上記配列方向における端部の誘電体３の内部に配設された第２導電体５ｂとからなる。さらに、基体２の一方の端面には、外部端子７ａが設けられ、外部端子７ａが設けられた端面に対向する他方の端面には外部端子７ｂがそれぞれ設けられる。図３に示されるように、複数の導電体５は、外部端子７ａおよび外部端子７ｂに交互に接続される。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された導電体５等の他の部品を除いた部分をいい、後述するようにプラズマ発生体２が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面に形成された導電体ペーストとを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００２２】
本実施の形態によるプラズマ発生体１では、隣接する導電体５間に高電圧を印加して空洞６内にプラズマを発生させ、この空洞６内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２３】
基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２４】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。このとき、空洞６を形成するために、すくなくとも１つのグリーンシートに貫通孔を形成する。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２５】
第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２内に保持されており、空洞６内にプラズマを発生させるための導電体として機能する。すなわち、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の表面または内部に、空洞６を挟んで互いに対向するようにそれぞれ被着形成されている。なお、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子７ａ，７ｂに直接に、または補助導体を介して電気的に接続される。第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。導電体ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。導電体ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の絶縁基板との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。
【００２６】
なお、図３に示すように、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の内部に空洞６に露出することなく配設することが好ましい。これは、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが空洞６内を通過する流体に直接接触しにくくなるので、流体により第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが腐食し、プラズマの強度が低下することを抑制することができるからである。なお、基体２の表面に形成する場合には、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの露出する表面には、ニッケルおよび金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。また、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、熱により金属同士の拡散が行われやすくなるので、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケルめっき層と金めっき層とを順次被着している場合、高温下の熱によりニッケルと金とが容易に拡散し、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが劣化してプラズマの強度が低下する可能性やプラズマの強度がばらつく可能性がある。このため、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの露出する表面に金めっき層のみを０．１〜１０μｍ程度被着させておいても構わない。
【００２７】
また、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの面積は、必要とするプラズマの強度や導電体５間に印加する電圧等によって適宜決定される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体１における第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの面積は、１００ｍｍ２〜９００００ｍｍ２程度が好ましい。
【００２８】
なお、本実施の形態によるプラズマ発生体１では、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａの間の対向面積は、誘電体３の配列方向における端部の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。これにより、第１導電体５ａ間に発生するプラズマ量は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間に発生するプラズマ量よりも少なくなることから、第１導電体５ａ間のプラズマ強度は、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの間のプラズマ強度よりも小さくなる。
【００２９】
基体２の外表面には、外部端子７ａ，７ｂが被着形成されている。外部端子７ａ，７ｂは、外部電源から導電体５に電圧を印加するための導電路として機能し、基体２の外表面に導出された導電体５のそれぞれに電気的に接続されている。外部端子７ａ，７ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによってプラズマ発生体１の所定の位置に形成することができる。外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストは、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００３０】
なお、外部端子７ａ，７ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂが酸化腐食するのを防止するとともに、外部端子７ａ，７ｂと外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。
【００３１】
あるいは、外部端子７ａ，７ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００３２】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子７ａ，７ｂに電気的に接続し、外部端子７ａ，７ｂを通して第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂに電圧を印加すると、第１導電体５ａと第２導電体５ｂおよび第１導電体５ａと第１導電体５ａとの対向面（平面視して、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとが重畳する領域および第１導電体５ａと第１導電体５ａとが重畳する領域）の間にプラズマを発生させることができる。これにより、空洞６内を通過する流体は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂおよび第１導電体５ａと第１導電体５ａとの間のプラズマを通過することとなるので、反応および分解されて、浄化される。例えば、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて浄化される。
【００３３】
２ＮＯ２ → ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２ → Ｎ２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間および第１導電体５ａと第１導電体５ａとの間にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３４】
また、導電体５間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３５】
本実施の形態によるプラズマ発生体１は、内部に放電空間となる空洞６を備えた基体２を有するプラズマ発生体であって、プラズマの強度は第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの各面積によって適宜選択される。ここでは、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａ間の対向面積が、上記配列方向における端部の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。よって、第１導電体５ａにより挟まれた空洞６のプラズマの強度が、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとによって挟まれた空洞６のプラズマ強度よりも小さくなる。これにより、プラズマ発生体１に電圧を印加してプラズマを発生した際に、プラズマ発生体１の中央部における放電空間の温度上昇を低減することができる。
【００３６】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体１において、空洞６は、一方向に延在した形状であるが、これに限らず、任意の形状であってよい。
【００３７】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体１において、基体２は、複数のセラミック層からなり、そのセラミック層に貫通孔を設けて空洞６としたが、空洞６は、貫通孔から構成されなくともよく、セラミック層の表面に１つの開口を有する穴部により構成されてもよい。
【００３８】
また、図４に示すように、プラズマ発生体は、複数の空洞６Ａ〜６Ｄが厚み方向に形成されたものであっても良い。図４のプラズマ発生体１１では、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟むように配置された誘電体３の内部に第１導電体５ａが配設され、その他の誘電体３の内部に第２導電体５ｂが配設されている。ここで、第１導電体５ａ間の対向面積は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。
【００３９】
このような構成において、隣接する導電体５間に電圧を印加して各空洞６Ａ〜６Ｄにそれぞれプラズマを発生させ、それぞれの空洞６Ａ〜６Ｄ内を通過する流体を反応および分解させることにより、その流体を浄化することができる。
【００４０】
上述の構成によれば、プラズマ発生体１１に電圧を印加してプラズマを発生した際に、プラズマ発生体１１の中央部における放電空間のプラズマの強度が小さくなるため、プラズマ発生体１１の中央部における放電空間の温度上昇を低減することができる。
【００４１】
また、上述のように、プラズマ発生体１１に複数の空洞６Ａ〜６Ｄを設けることにより、複数の空洞６Ａ〜６Ｄで流体を反応および分解させることができるので、流体を効率よく浄化することができる。
【００４２】
なお、図４のプラズマ発生体１１では、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟む誘電体３の内部に第１導電体５ａを配設したが、空洞６Ｂと空洞６Ｃとの間の誘電体３の内部に第１導電体５ａを配設し、その他の誘電体３の内部に第２導電体５ｂを配設してもよい。そのような場合であっても、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟む導電体５間の対向面積が小さくなるため、該空洞６Ｂ，６Ｃ内に発生するプラズマの強度は小さくなる。
【００４３】
ここで、本明細書でいうプラズマ発生体の中央部の放電空間とは、誘電体の配列方向における中央部の放電空間をいい、プラズマ発生体が奇数個の放電空間を有する場合には、誘電体の配列方向における中央の放電空間であり、プラズマ発生体が偶数個の放電空間を有する場合には、誘電体の配列方向の中央において隣接する２つの放電空間のうち少なくとも一方である。
【００４４】
そして、本実施の形態によるプラズマ発生体では、このようなプラズマ発生体の中央部の放電空間のプラズマの強度を小さくするために、その中央部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積を、端部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積よりも小さくしている。
【００４５】
すなわち、誘電体が偶数個存在する場合には、誘電体の配列方向における中央の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積を、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さくし、誘電体が奇数個存在する場合には、誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の導電体間の対向面積、又は２つの各放電空間を挟んで対向する２組の導電体間の対向面積を、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さくする。
【００４６】
なお、誘電体の配列方向における端部の放電空間とは、誘電体の配列方向において両端の放電空間である。
【００４７】
また、誘電体の配列方向における中央部の放電空間および端部の放電空間以外の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積は、上記中央部の放電空間を挟んで対向する導電体間（以下、「中央部の導電体間」という。）の対向面積と等しくても、中央部の導電体間の対向面積より大きくてもよく、さらには、電体の配列方向の端部から中央部に向けて漸次対向面積が小さくなってもよい。このように、導電体間の対向面積が、誘電体の配列方向の端部から中央部に向けて漸次小さくなる場合には、プラズマ発生体の端部から中央部に向けてプラズマの強度が徐々に弱くなるため、隣接する放電空間の間でプラズマの強度が急激に変化することがなく、またこれにより隣接する放電空間の間で温度が急激に変化することがないことから、誘電体に発生する応力が小さくなり、より都合がよい。
【００４８】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体では、全ての導電体を矩形状としたが、中央部の導電体間の対向面積を端部の導電体間の対向面積よりも小さくできれば、各導電体の形状、および各導電体の誘電体内部における配置は任意である。
【００４９】
例えば、誘電体が偶数個存在する場合に、誘電体の配列方向における中央の放電空間を挟んで対向する２つの導電体のうち少なくとも一方が、平面視したときに、それらの２つの導電体のうち他方の導電体の外縁の内側において貫通孔を有してもよい。この場合、図３でいうと、２つの第１導電体５ａのうち一方が、他方の第１導電体５ａの外縁の内側において貫通孔を有している、若しくは２つの各第１導電体５ａが、ともに他方の第１導電体５ａの外縁の内側において貫通孔を有する。
【００５０】
また、誘電体が奇数個存在する場合に、誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの導電体のうち少なくとも１つは、それらの３つの誘電体のうち隣接する少なくとも１つの導電体の外縁の内側領域において貫通孔を有してもよい。この場合、図４でいうと、３つの第１導電体５ａのうち中央の第１導電体５ａが、隣接する２つの第１導電体５ａのうち少なくとも１つの外縁の内側領域において貫通孔を有する、若しくは、３つの第１導電体５ａのうち端部の第１導電体５ａが、中央の第１導電体５ａの外縁の内側領域において貫通孔を有する。
【００５１】
また、上述のように導電体に貫通孔を設ける場合には、その導電体に隣接する１つの放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を設けることが好ましい。このように、放電空間の中央部の対応する位置に、貫通孔を設ける構成にすれば、放電空間の端部と異なり熱の逃げ場がなく、特に温度上昇が大きい放電空間の中央部分にプラズマが発生しないことになるため、プラズマ発生体の中央部における放電空間の温度上昇をより低減することができる。
【００５２】
また、導電体に複数の貫通孔を設けることにより、その導電体を例えば格子形状等の形状にすると、導電体と基体との熱膨張係数の差によって発生する応力を低減することができる。
【００５３】
なお、プラズマ発生体１，１１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１導電体５ａ、第２導電体５ｂ、および外部端子７ａ，７ｂが、導電体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、プラズマ発生体はセラミックスと導電体ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、プラズマ発生体の変形を小さなものとし、空洞６の形状を安定したものとすることができる。従って、空洞６内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたって安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００５４】
なお、プラズマ発生体単独ではなく、他の排気ガスの浄化機構をともに用いてもよい。例えば、プラズマ発生体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１を備え、プラズマ発生体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞６（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが分解される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、放電空間６における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、プラズマ発生体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５７】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３からプラズマ発生体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、プラズマ発生体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１からプラズマ発生体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、プラズマ発生体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５８】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００５９】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に連通している。供給管１０５のプラズマ発生体１側は、放電空間６の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。
【００６０】
排出管１０７は、一端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７のプラズマ発生体１側は、放電空間３の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が放電空間６から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００６１】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、放電空間６との接続は、例えば、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａの端部を、基体２における放電空間６の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａや分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを放電空間６に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を放電空間６の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａや分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００６２】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６３】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００６４】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６５】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６６】
図６は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に導電体５に電圧を印加するための導電体用端子１１７、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６７】
反応装置本体部１０１は、導電体用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側導電体用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。プラズマ発生体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６８】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００６９】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側導電体用端子１４１及び導電体用端子１１７を介して導電体５に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。導電体５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００７０】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００７１】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用導電体１４５及びヒータ用導電体１１９を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００７２】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００７３】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００７４】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００７５】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、導電体５への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、導電体５への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７６】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、導電体５へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、導電体５へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７７】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７８】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００７９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００８０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００８１】
以上の第２の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１と、放電空間３に被処理流体を供給する供給管１０５と、放電空間３でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１の耐久性の向上やプラズマ発生体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００８２】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの浄化について説明を行っているが、その他の用途に使用されるプラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載されるプラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により空洞内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の図１のプラズマ発生体の側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のプラズマ発生体のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図６】図５の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１１・・・プラズマ発生体
２・・・・・・基体
３・・・・・・誘電体
４・・・・・・支持部
６・・・・・・空洞
５ａ，５ｂ・・・導電体
７ａ，７ｂ・・・外部端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発生させたプラズマによって流体の浄化等を行なうプラズマ発生体およびその製造方法、並びにそのプラズマ発生体を用いた反応装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、排気ガス等の有害物質を含む流体を浄化する方法として、プラズマを利用するものが知られている。このようなプラズマは、導電体間に電圧を印加することにより発生し、その導電体間を通過する流体の有害物質と反応し、流体を浄化させることができる。
【０００３】
このような導電体を誘電体の内部に配設すると、導電体を直接プラズマに晒すことなく、無声放電によってプラズマを発生させることが可能になる。このようなプラズマ発生体では、誘電体によって囲まれた放電空間が所定の方向に配列され、その放電空間を挟むように導電体が配置されている。
【特許文献１】特開２００４−９２５８９号公報（段落００３０、図７）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般に、放電空間にプラズマを発生させると、そのプラズマにより放電空間の内部および近傍の温度が上昇する。しかし、放電空間が一定の方向に配列されたプラズマ発生体では、中央部の放電空間は端部の放電空間よりも熱が逃げにくいため、温度が上昇しやすいという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体およびその製造方法、並びにプラズマ発生体を用いた反応装置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】
【０００６】
本発明のプラズマ発生体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記の導電体間に電圧を印加することにより前記の誘電体間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、前記の誘電体が４つ以上であり、前記の誘電体の配列方向における中央部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第１プラズマ発生体」という。
【０００７】
好ましくは、前記の第１プラズマ発生体において、前記の誘電体が偶数個存在する場合、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第２プラズマ発生体」という。
【０００８】
好ましくは、前記の第１プラズマ発生体において、前記の誘電体が奇数個存在する場合、前記の誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記の放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の前記の導電体間の対向面積、又は前記の２つの各放電空間を挟んで対向する２組の前記の導電体間の対向面積は、前記の配列方向における端部の前記の放電空間を挟んで対向する前記の導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第３プラズマ発生体」という。
【０００９】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の誘電体の内部に配設された第１導電体と、該第１導電体と隣接する第２導電体との間の対向面積は、前記の第１導電体を挟んで対向する前記の第２導電体間の対向面積よりも小さい。以下、このプラズマ発生体を「第４プラズマ発生体」という。
【００１０】
好ましくは、前記の第２プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向における中央の前記の放電空間を挟んで対向する２つの前記の導電体のうち少なくとも一方は、平面視したときに、前記の２つの導電体のうち他方の前記の導電体の外縁の内側において貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第５プラズマ発生体」という。
【００１１】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記の放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記の導電体のうち少なくとも１つの導電体は、前記の３つの導電体のうち該少なくとも１つの導電体に隣接する前記の導電体の外縁の内側において貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第６プラズマ発生体」という。
【００１２】
好ましくは、前記の第２プラズマ発生体において、前記の中央の放電空間を挟んで対向する２つの前記の導電体のうち少なくとも一方は、前記の中央の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第７プラズマ発生体」という。
【００１３】
好ましくは、前記の第３プラズマ発生体において、前記の隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記の導電体のうち少なくとも１つは、前記の２つの放電空間のうち隣接する少なくとも一方の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する。以下、このプラズマ発生体を「第８プラズマ発生体」という。
【００１４】
好ましくは、前記の第１乃至第８プラズマ発生体のいずれかにおいて、前記の導電体間の対向面積は、前記の誘電体の配列方向における端部から中央部に向かうにつれて漸次小さくなる。以下、このプラズマ発生体を「第９プラズマ発生体」という。
【００１５】
本発明のプラズマ発生体の製造方法は、前記の第１乃至第９プラズマ発生体のいずれかにおいて、前記の誘電体および該誘電体の内部に配設された前記の導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成する。
【００１６】
本発明の反応装置は、前記の第１乃至第９プラズマ発生体のいずれかの前記の導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、前記の誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のプラズマ発生体は、一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、導電体間に電圧を印加することにより誘電体間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、誘電体が４つ以上であり、誘電体の配列方向における中央部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積は、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さいことから、誘電体の配列方向における中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができる。
【００１８】
本発明のプラズマ発生体の製造方法は、誘電体および該誘電体の内部に配設された導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成することから、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体を容易に製造することができる。
【００１９】
本発明の反応装置は、プラズマ発生体の導電体間に交流電圧、矩形波電圧、方形波電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、誘電体間に流体を供給可能な供給部とを備えることから、中央部の放電空間における温度上昇を抑制することができるプラズマ発生体を用いて、安定して動作する反応装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明のプラズマ発生体の実施の形態について詳細に説明する。
【００２１】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図、図２（ｂ）は、図１のプラズマ発生体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図３（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、図３（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。図１乃至図３に示されるように、本実施の形態によるプラズマ発生体１は、基体２を備える。この基体２は、一方向に配列された複数の平板状の誘電体３と、複数の誘電体３を所定の間隔をあけて支持する支持部４とを備える。誘電体３と支持部４は、放電空間となる空洞６を構成する。さらに、誘電体３の内部には、空洞６にプラズマを発生可能な導電体５が配設される。導電体５は、空洞６を挟んで互いに対向するように配置され、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと、上記配列方向における端部の誘電体３の内部に配設された第２導電体５ｂとからなる。さらに、基体２の一方の端面には、外部端子７ａが設けられ、外部端子７ａが設けられた端面に対向する他方の端面には外部端子７ｂがそれぞれ設けられる。図３に示されるように、複数の導電体５は、外部端子７ａおよび外部端子７ｂに交互に接続される。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された導電体５等の他の部品を除いた部分をいい、後述するようにプラズマ発生体２が複数のセラミックグリーンシートの積層体とその各セラミックグリーンシートの表面に形成された導電体ペーストとを同時焼成して得られる場合には、その積層体のみをいう。
【００２２】
本実施の形態によるプラズマ発生体１では、隣接する導電体５間に高電圧を印加して空洞６内にプラズマを発生させ、この空洞６内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。
【００２３】
基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシートを準備し、次に準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１３００〜１８００℃）で焼成することによって製作される。電気絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）がある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、シリカ（ＳｉＯ２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。
【００２４】
セラミックグリーンシートの積層体を作製する場合には、セラミックグリーンシートを積層した後圧着を行なう。圧着は３．０〜８．０ＭＰａ程度の圧力を加えて行ない、必要に応じて３５〜８０℃で加熱を行なう。このとき、空洞６を形成するために、すくなくとも１つのグリーンシートに貫通孔を形成する。また、セラミックグリーンシート同士の十分な接着性を得るために、溶剤と樹脂バインダーを混合するなどして作製した接着剤を用いてもよい。なお、誘電体材料としては、酸化アルミニウム質焼結体以外にも、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、コーディライト質焼結体、または炭化珪素質焼結体等が挙げられる。
【００２５】
第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２内に保持されており、空洞６内にプラズマを発生させるための導電体として機能する。すなわち、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の表面または内部に、空洞６を挟んで互いに対向するようにそれぞれ被着形成されている。なお、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子７ａ，７ｂに直接に、または補助導体を介して電気的に接続される。第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。導電体ペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。導電体ペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の絶縁基板との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。
【００２６】
なお、図３に示すように、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂは、基体２の内部に空洞６に露出することなく配設することが好ましい。これは、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが空洞６内を通過する流体に直接接触しにくくなるので、流体により第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが腐食し、プラズマの強度が低下することを抑制することができるからである。なお、基体２の表面に形成する場合には、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの露出する表面には、ニッケルおよび金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。また、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、熱により金属同士の拡散が行われやすくなるので、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケルめっき層と金めっき層とを順次被着している場合、高温下の熱によりニッケルと金とが容易に拡散し、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂが劣化してプラズマの強度が低下する可能性やプラズマの強度がばらつく可能性がある。このため、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの露出する表面に金めっき層のみを０．１〜１０μｍ程度被着させておいても構わない。
【００２７】
また、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの面積は、必要とするプラズマの強度や導電体５間に印加する電圧等によって適宜決定される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体１における第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの面積は、１００ｍｍ２〜９００００ｍｍ２程度が好ましい。
【００２８】
なお、本実施の形態によるプラズマ発生体１では、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａの間の対向面積は、誘電体３の配列方向における端部の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。これにより、第１導電体５ａ間に発生するプラズマ量は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間に発生するプラズマ量よりも少なくなることから、第１導電体５ａ間のプラズマ強度は、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの間のプラズマ強度よりも小さくなる。
【００２９】
基体２の外表面には、外部端子７ａ，７ｂが被着形成されている。外部端子７ａ，７ｂは、外部電源から導電体５に電圧を印加するための導電路として機能し、基体２の外表面に導出された導電体５のそれぞれに電気的に接続されている。外部端子７ａ，７ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末導電体からなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによってプラズマ発生体１の所定の位置に形成することができる。外部端子７ａ，７ｂ用の導電体ペーストは、第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂ用の導電体ペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。
【００３０】
なお、外部端子７ａ，７ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂが酸化腐食するのを防止するとともに、外部端子７ａ，７ｂと外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。なお、外部端子７ａ，７ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。
【００３１】
あるいは、外部端子７ａ，７ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。
【００３２】
そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子７ａ，７ｂに電気的に接続し、外部端子７ａ，７ｂを通して第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂに電圧を印加すると、第１導電体５ａと第２導電体５ｂおよび第１導電体５ａと第１導電体５ａとの対向面（平面視して、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとが重畳する領域および第１導電体５ａと第１導電体５ａとが重畳する領域）の間にプラズマを発生させることができる。これにより、空洞６内を通過する流体は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂおよび第１導電体５ａと第１導電体５ａとの間のプラズマを通過することとなるので、反応および分解されて、浄化される。例えば、ＮＯＸ（窒素酸化物）は、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ２およびＯ２が生成されて浄化される。
【００３３】
２ＮＯ２ → ２ＮＯ＋Ｏ２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ２ → Ｎ２＋２Ｏ２・・・・・・・・・・（２）
なお、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間および第１導電体５ａと第１導電体５ａとの間にプラズマを発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマの強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ｋＨｚ〜１００ＭＨｚである。
【００３４】
また、導電体５間に印加する電圧は、交流電圧以外に、パルス電圧であってもよい。なお、交流電圧は、正弦波電圧に限らず、矩形波電圧若しくは方形波電圧等であってよい。
【００３５】
本実施の形態によるプラズマ発生体１は、内部に放電空間となる空洞６を備えた基体２を有するプラズマ発生体であって、プラズマの強度は第１導電体５ａおよび第２導電体５ｂの各面積によって適宜選択される。ここでは、誘電体３の配列方向における中央の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａ間の対向面積が、上記配列方向における端部の空洞６を挟んで対向する第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。よって、第１導電体５ａにより挟まれた空洞６のプラズマの強度が、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとによって挟まれた空洞６のプラズマ強度よりも小さくなる。これにより、プラズマ発生体１に電圧を印加してプラズマを発生した際に、プラズマ発生体１の中央部における放電空間の温度上昇を低減することができる。
【００３６】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体１において、空洞６は、一方向に延在した形状であるが、これに限らず、任意の形状であってよい。
【００３７】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体１において、基体２は、複数のセラミック層からなり、そのセラミック層に貫通孔を設けて空洞６としたが、空洞６は、貫通孔から構成されなくともよく、セラミック層の表面に１つの開口を有する穴部により構成されてもよい。
【００３８】
また、図４に示すように、プラズマ発生体は、複数の空洞６Ａ〜６Ｄが厚み方向に形成されたものであっても良い。図４のプラズマ発生体１１では、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟むように配置された誘電体３の内部に第１導電体５ａが配設され、その他の誘電体３の内部に第２導電体５ｂが配設されている。ここで、第１導電体５ａ間の対向面積は、第１導電体５ａと第２導電体５ｂとの間の対向面積よりも小さい。
【００３９】
このような構成において、隣接する導電体５間に電圧を印加して各空洞６Ａ〜６Ｄにそれぞれプラズマを発生させ、それぞれの空洞６Ａ〜６Ｄ内を通過する流体を反応および分解させることにより、その流体を浄化することができる。
【００４０】
上述の構成によれば、プラズマ発生体１１に電圧を印加してプラズマを発生した際に、プラズマ発生体１１の中央部における放電空間のプラズマの強度が小さくなるため、プラズマ発生体１１の中央部における放電空間の温度上昇を低減することができる。
【００４１】
また、上述のように、プラズマ発生体１１に複数の空洞６Ａ〜６Ｄを設けることにより、複数の空洞６Ａ〜６Ｄで流体を反応および分解させることができるので、流体を効率よく浄化することができる。
【００４２】
なお、図４のプラズマ発生体１１では、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟む誘電体３の内部に第１導電体５ａを配設したが、空洞６Ｂと空洞６Ｃとの間の誘電体３の内部に第１導電体５ａを配設し、その他の誘電体３の内部に第２導電体５ｂを配設してもよい。そのような場合であっても、各空洞６Ｂ，６Ｃを挟む導電体５間の対向面積が小さくなるため、該空洞６Ｂ，６Ｃ内に発生するプラズマの強度は小さくなる。
【００４３】
ここで、本明細書でいうプラズマ発生体の中央部の放電空間とは、誘電体の配列方向における中央部の放電空間をいい、プラズマ発生体が奇数個の放電空間を有する場合には、誘電体の配列方向における中央の放電空間であり、プラズマ発生体が偶数個の放電空間を有する場合には、誘電体の配列方向の中央において隣接する２つの放電空間のうち少なくとも一方である。
【００４４】
そして、本実施の形態によるプラズマ発生体では、このようなプラズマ発生体の中央部の放電空間のプラズマの強度を小さくするために、その中央部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積を、端部の放電空間を挟んで対向する導電体５間の対向面積よりも小さくしている。
【００４５】
すなわち、誘電体が偶数個存在する場合には、誘電体の配列方向における中央の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積を、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さくし、誘電体が奇数個存在する場合には、誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の導電体間の対向面積、又は２つの各放電空間を挟んで対向する２組の導電体間の対向面積を、配列方向における端部の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積よりも小さくする。
【００４６】
なお、誘電体の配列方向における端部の放電空間とは、誘電体の配列方向において両端の放電空間である。
【００４７】
また、誘電体の配列方向における中央部の放電空間および端部の放電空間以外の放電空間を挟んで対向する導電体間の対向面積は、上記中央部の放電空間を挟んで対向する導電体間（以下、「中央部の導電体間」という。）の対向面積と等しくても、中央部の導電体間の対向面積より大きくてもよく、さらには、電体の配列方向の端部から中央部に向けて漸次対向面積が小さくなってもよい。このように、導電体間の対向面積が、誘電体の配列方向の端部から中央部に向けて漸次小さくなる場合には、プラズマ発生体の端部から中央部に向けてプラズマの強度が徐々に弱くなるため、隣接する放電空間の間でプラズマの強度が急激に変化することがなく、またこれにより隣接する放電空間の間で温度が急激に変化することがないことから、誘電体に発生する応力が小さくなり、より都合がよい。
【００４８】
また、本実施の形態によるプラズマ発生体では、全ての導電体を矩形状としたが、中央部の導電体間の対向面積を端部の導電体間の対向面積よりも小さくできれば、各導電体の形状、および各導電体の誘電体内部における配置は任意である。
【００４９】
例えば、誘電体が偶数個存在する場合に、誘電体の配列方向における中央の放電空間を挟んで対向する２つの導電体のうち少なくとも一方が、平面視したときに、それらの２つの導電体のうち他方の導電体の外縁の内側において貫通孔を有してもよい。この場合、図３でいうと、２つの第１導電体５ａのうち一方が、他方の第１導電体５ａの外縁の内側において貫通孔を有している、若しくは２つの各第１導電体５ａが、ともに他方の第１導電体５ａの外縁の内側において貫通孔を有する。
【００５０】
また、誘電体が奇数個存在する場合に、誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの導電体のうち少なくとも１つは、それらの３つの誘電体のうち隣接する少なくとも１つの導電体の外縁の内側領域において貫通孔を有してもよい。この場合、図４でいうと、３つの第１導電体５ａのうち中央の第１導電体５ａが、隣接する２つの第１導電体５ａのうち少なくとも１つの外縁の内側領域において貫通孔を有する、若しくは、３つの第１導電体５ａのうち端部の第１導電体５ａが、中央の第１導電体５ａの外縁の内側領域において貫通孔を有する。
【００５１】
また、上述のように導電体に貫通孔を設ける場合には、その導電体に隣接する１つの放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を設けることが好ましい。このように、放電空間の中央部の対応する位置に、貫通孔を設ける構成にすれば、放電空間の端部と異なり熱の逃げ場がなく、特に温度上昇が大きい放電空間の中央部分にプラズマが発生しないことになるため、プラズマ発生体の中央部における放電空間の温度上昇をより低減することができる。
【００５２】
また、導電体に複数の貫通孔を設けることにより、その導電体を例えば格子形状等の形状にすると、導電体と基体との熱膨張係数の差によって発生する応力を低減することができる。
【００５３】
なお、プラズマ発生体１，１１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第１導電体５ａ、第２導電体５ｂ、および外部端子７ａ，７ｂが、導電体ペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、プラズマ発生体はセラミックスと導電体ペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、プラズマ発生体の変形を小さなものとし、空洞６の形状を安定したものとすることができる。従って、空洞６内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたって安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。
【００５４】
なお、プラズマ発生体単独ではなく、他の排気ガスの浄化機構をともに用いてもよい。例えば、プラズマ発生体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。
【００５５】
（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。
【００５６】
反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１を備え、プラズマ発生体１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞６（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが分解される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、放電空間６における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、プラズマ発生体１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。
【００５７】
反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３からプラズマ発生体１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、プラズマ発生体１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１からプラズマ発生体１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、プラズマ発生体１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。
【００５８】
流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。
【００５９】
供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に連通している。供給管１０５のプラズマ発生体１側は、放電空間６の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。
【００６０】
排出管１０７は、一端側が、プラズマ発生体１の放電空間６に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７のプラズマ発生体１側は、放電空間３の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ第１放電空間６Ａ〜第３放電空間６Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が放電空間６から大気へ直接的に排出されてもよい。
【００６１】
供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、放電空間６との接続は、例えば、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａの端部を、基体２における放電空間６の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａや分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを放電空間６に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を放電空間６の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａや分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。
【００６２】
被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６３】
冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。
【００６４】
供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介してプラズマ発生体１の空洞６に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。
【００６５】
冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、プラズマ発生体１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。
【００６６】
図６は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に導電体５に電圧を印加するための導電体用端子１１７、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。
【００６７】
反応装置本体部１０１は、導電体用端子１１７、センサ用端子１１８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側導電体用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。プラズマ発生体１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。
【００６８】
電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。
【００６９】
放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側導電体用端子１４１及び導電体用端子１１７を介して導電体５に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。導電体５では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。
【００７０】
温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。
【００７１】
ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用導電体１４５及びヒータ用導電体１１９を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。
【００７２】
被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。
【００７３】
入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。
【００７４】
制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。
【００７５】
例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、導電体５への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、導電体５への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７６】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、導電体５へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、導電体５へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。
【００７７】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、プラズマ発生体１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。
【００７８】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。
【００７９】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。
【００８０】
また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。
【００８１】
以上の第２の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１と、放電空間３に被処理流体を供給する供給管１０５と、放電空間３でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１の耐久性の向上やプラズマ発生体１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。
【００８２】
なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの浄化について説明を行っているが、その他の用途に使用されるプラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載されるプラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により空洞内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の図１のプラズマ発生体の側面図である。
【図３】（ａ）は、図２（ａ）のプラズマ発生体のＡ−Ａ’線における断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｃ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ‘線における断面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。
【図６】図５の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００８４】
１，１１・・・プラズマ発生体
２・・・・・・基体
３・・・・・・誘電体
４・・・・・・支持部
６・・・・・・空洞
５ａ，５ｂ・・・導電体
７ａ，７ｂ・・・外部端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記導電体間に電圧を印加することにより前記誘電体の間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、
前記誘電体が４つ以上であり、
前記誘電体の配列方向における中央部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積は、前記配列方向における端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さいプラズマ発生体。
【請求項２】
前記誘電体が偶数個存在する場合、前記誘電体の配列方向における中央の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積は、前記端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さい請求項１に記載のプラズマ発生体。
【請求項３】
前記誘電体が奇数個存在する場合、前記誘電体の配列方向の中央において隣接する２つの前記放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の前記導電体間の対向面積、又は前記２つの各放電空間を挟んで対向する２組の前記導電体間の対向面積は、前記端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さい請求項１に記載のプラズマ発生体。
【請求項４】
前記中央において隣接する２つの前記放電空間の間の誘電体の内部に配設された第１導電体と、該第１導電体と隣接する第２導電体との間の対向面積は、前記第１導電体を挟んで対向する前記第２導電体間の対向面積よりも小さい請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項５】
前記中央の前記放電空間を挟んで対向する２つの前記導電体のうち少なくとも一方は、平面視したときに、前記２つの導電体のうち他方の前記導電体の外縁の内側において貫通孔を有する請求項２に記載のプラズマ発生体。
【請求項６】
前記誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記導電体のうち少なくとも１つの前記導電体は、前記３つの導電体のうち該少なくとも１つの導電体に隣接する前記導電体の外縁の内側において貫通孔を有する請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項７】
前記中央の放電空間を挟んで対向する２つの前記導電体のうち少なくとも一方は、前記中央の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する請求項２に記載のプラズマ発生体。
【請求項８】
前記隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記導電体のうち少なくとも１つは、前記２つの放電空間のうち隣接する少なくとも一方の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項９】
前記導電体間の対向面積は、前記誘電体の配列方向における端部から中央部に向かうにつれて漸次小さくなる請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ発生体。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマ発生体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体および該誘電体の内部に配設された前記導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成するプラズマ発生体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマ発生体と、
前記プラズマ発生体の前記導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、
前記誘電体間に流体を供給可能な供給部と
を備えた反応装置。
【請求項１】
一方向に配列された複数の誘電体と、該各誘電体の内部に配設された導電体とを有し、前記導電体間に電圧を印加することにより前記誘電体の間の放電空間にプラズマを発生可能なプラズマ発生体であって、
前記誘電体が４つ以上であり、
前記誘電体の配列方向における中央部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積は、前記配列方向における端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さいプラズマ発生体。
【請求項２】
前記誘電体が偶数個存在する場合、前記誘電体の配列方向における中央の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積は、前記端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さい請求項１に記載のプラズマ発生体。
【請求項３】
前記誘電体が奇数個存在する場合、前記誘電体の配列方向の中央において隣接する２つの前記放電空間のうち一方を挟んで対向する１組の前記導電体間の対向面積、又は前記２つの各放電空間を挟んで対向する２組の前記導電体間の対向面積は、前記端部の前記放電空間を挟んで対向する前記導電体間の対向面積よりも小さい請求項１に記載のプラズマ発生体。
【請求項４】
前記中央において隣接する２つの前記放電空間の間の誘電体の内部に配設された第１導電体と、該第１導電体と隣接する第２導電体との間の対向面積は、前記第１導電体を挟んで対向する前記第２導電体間の対向面積よりも小さい請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項５】
前記中央の前記放電空間を挟んで対向する２つの前記導電体のうち少なくとも一方は、平面視したときに、前記２つの導電体のうち他方の前記導電体の外縁の内側において貫通孔を有する請求項２に記載のプラズマ発生体。
【請求項６】
前記誘電体の配列方向の中央部において隣接する２つの前記放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記導電体のうち少なくとも１つの前記導電体は、前記３つの導電体のうち該少なくとも１つの導電体に隣接する前記導電体の外縁の内側において貫通孔を有する請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項７】
前記中央の放電空間を挟んで対向する２つの前記導電体のうち少なくとも一方は、前記中央の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する請求項２に記載のプラズマ発生体。
【請求項８】
前記隣接する２つの放電空間をそれぞれ挟んで対向する３つの前記導電体のうち少なくとも１つは、前記２つの放電空間のうち隣接する少なくとも一方の放電空間の中央部に対応する位置に貫通孔を有する請求項３に記載のプラズマ発生体。
【請求項９】
前記導電体間の対向面積は、前記誘電体の配列方向における端部から中央部に向かうにつれて漸次小さくなる請求項１から請求項８のいずれかに記載のプラズマ発生体。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマ発生体を製造するための製造方法であって、
前記誘電体および該誘電体の内部に配設された前記導電体を、複数のセラミックグリーンシートと該セラミックグリーンシートの間に配置された導電ペーストを同時に焼成することにより形成するプラズマ発生体の製造方法。
【請求項１１】
請求項１から請求項９のいずれかに記載のプラズマ発生体と、
前記プラズマ発生体の前記導電体間に交流電圧、若しくはパルス電圧を印加するための電源と、
前記誘電体間に流体を供給可能な供給部と
を備えた反応装置。
【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２００９−８７７００（Ｐ２００９−８７７００Ａ）
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２５５３４０（Ｐ２００７−２５５３４０）
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月２３日（２００９．４．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年９月２８日（２００７．９．２８）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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