放電リアクター

【課題】放電リアクターを大型化することなくプラズマ放電の出力アップ並びに浄化性能の向上を実現することのできる放電リアクターを提供する。
【解決手段】高電圧電極１に接続される中心電極２と、この中心電極２に接続されると共に外周部１１に溝部１２が形成された内部電極３Ａ〜３Ｅと、これら内部電極３Ａ〜３Ｅを取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体４と、誘電体４の外周囲に設けられた外部電極５と、を備える。また、複数ある内部電極３のうち一つの内部電極３Ｅの外周部１１を誘電体４の内面４ａに接触させる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば放電リアクターに関し、詳細には、コロナ放電（プラズマ放電）の出力アップ並びに浄化性能の向上を実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
バリア放電型リアクターは、例えば図６に示すように、ステンレス製ボルトからなる内部電極１０１と、この内部電極１０１を取り囲むようにしてその周囲に設けられる石英管１０２と、この石英管１０２の外周囲に設けられた外部電極１０３とからなる（例えば、非特許文献１参照）。図６には、３つのタイプのバリア放電リアクターを例示してある。
【０００３】
かかるバリア放電型リアクターは、内部電極１０１と外部電極１０３との間に高周波交流やパルス電圧を印加させることでリアクター内部にコロナ放電（プラズマ）を発生させ、そのコロナ放電によって自動車などから排出される排気ガスを活性化させて浄化するようになっている。
【０００４】
この他、図７に示すように、高電圧電極１０４に接続される中心電極１０５に円盤形状の内部電極１０６が取り付けられると共に、その内部電極１０６の外周囲に誘電体１０７と外部電極１０８がそれぞれ配置された構造の放電リアクターが知られている。
【０００５】
この放電リアクターの内部電極１０６は、ステンレスからなる波板１０９と平板１１０を、外側が波板１０９、内側が平板１１０となるように、前記中心電極１０５に複数巻き付けてハニカム構造をなす円筒体として形成されている。
【０００６】
図７に示すバリア放電型プラズマリアクターは、自動車用排気管１１１の中途部に接続され、自動車等から排出される排ガスを内部電極１０６から放射されるプラズマで浄化する機能をする。
【非特許文献１】「新版静電気ハンドブック」静電気学会編オーム社Ｐ．３１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
図７に示したバリア放電型プラズマリアクターにおいては、一般的に内部電極１０６の厚み方向における両端部１０６Ａ，１０６Ｂからプラズマが発生しやすい。
【０００８】
浄化性能を高めるためには、出来るだけプラズマを発生させる必要がある。そのためには、プラズマが発生しやすい内部電極１０６の端部１０６Ａ、１０６Ｂを増やす必要がある。内部電極３の数を増やせば、自ずとプラズマが発生しやすい端部の数が増えるが、放電リアクター自体が大型化してしまうという弊害がある。
【０００９】
そこで、本発明は、上記した課題を解決するために、放電リアクターを大型化することなくプラズマ放電（コロナ放電）の出力アップ並びに浄化性能の向上を実現することのできる放電リアクター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】
【００１０】
請求項１に記載の放電リアクターは、高電圧電極に接続される中心電極と、前記中心電極に接続されると共に外周部に溝部が形成された内部電極と、前記内部電極を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体と、前記誘電体の外周囲に設けられた外部電極と、を備える。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放電リアクターであって、前記内部電極を前記中心電極に対して所定間隔で複数個配置し、それら内部電極のうち一つの内部電極の外周部を前記誘電体に接触させたことを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の放電リアクターであって、前記高電圧電極側をガス流れの下流側としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に記載の放電リアクターによれば、内部電極の外周部に溝部が形成されることで、この溝部の両側に端部（エッジ）が形成されることになるから、この溝部両脇の端部からもプラズマが発生することになる。そのため、プラズマ出力が大幅にアップし、放電リアクターを排ガス浄化装置として使用した場合に浄化性能をより一層高めることができる。
【００１４】
請求項２に記載の放電リアクターによれば、複数個設けた内部電極のうちの一つを誘電体にその外周部を接触させたので、接触部に沿面放電（放電電極と誘電体が接触した放電）が発生し、浄化性能がより一層向上する。また、この放電リアクターによれば、誘電体に内部電極が支えられることにより中心電極に取り付けられた内部電極の取り付け状態が安定する。
【００１５】
請求項３に記載の放電リアクターによれば、高電圧電極側をガス流れの下流側とすれば、高電圧電極に生じるススやＳＯＣ（可溶性）などによる汚染を軽微なものとすることができる。なお、ＳＯＣは、soluble organic compoundsの略で可溶性有機物のことである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
図１は本実施の形態の放電リアクターを一部破断して示す要部拡大斜視図、図２は図１の放電リアクターのうち中心電極に取り付けられた内部電極郡の斜視図、図３は図１の放電リアクターのうち内部電極の拡大斜視図である。
【００１８】
本実施の形態の放電リアクターは、図１に示すように、高電圧電極１に接続される中心電極２と、この中心電極２に接続されるハニカム構造とされた内部電極３（３Ａ〜３Ｅ）と、この内部電極３を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体４と、この誘電体４の外周囲に設けられた外部電極５と、を備え、例えば自動車等の内燃機関から排出される排ガスを浄化して排出させる自動車用排気管６の中途部に接続される。
【００１９】
中心電極２は、細長い円柱体として形成されており、排ガスの流れ方向（図１中矢印Ｘで示す方向）にその長手方向を向けて配置されている。この中心電極２には、高電圧電極１が接続されている。リアクター内に挿入される高電圧電極１の挿入部分には、絶縁材料を巻き付けることで形成される絶縁体７が設けられている。この絶縁体７を設けることで、高電圧電極１への放電を防止している。
【００２０】
内部電極３は、図２に示すように、中心電極２の長手方向に沿って所定間隔を置いて複数個設けられている。本実施の形態では、内部電極３は、同一の大きさとされた４つの内部電極３Ａ〜３Ｄと、それよりも大きな直径とされた１つの大径の内部電極３Ｅの合計５つの電極郡からなる。
【００２１】
かかる内部電極３（３Ａ〜３Ｅ）は、図３に示すように、ステンレスからなる波板８と平板９を、外側が波板８、内側が平板９となるように、前記中心電極２に複数巻き付けてハニカム構造をなす円筒体として形成されている。このように構成された内部電極３は、波板８と平板９とから構成されることから、それらの間に圧力損失を低減させる働きをする空孔１０を複数有する。なお、内部電極３の表面に浄化触媒を付着させて浄化性能をさらにアップさせるようにしてもよい。
【００２２】
本実施の形態では、例えば同一の大きさとされた４つの内部電極３Ａ〜３Ｄは、厚みＴを１０ｍｍ、直径Ｄを３２ｍｍとし、大径の内部電極３Ｅは、厚みＴを１０ｍｍ、直径Ｄをそれよりも大きき４６ｍｍとする。これらの大きさは、あくまで一例であり、前記した寸法に限定されるものではない。
【００２３】
そして特に本実施の形態では、これら４つの内部電極３Ａ〜３Ｄには、プラズマの発生をより高めるために、波板８の最外周部１１に溝部１２を形成している。例えば、内部電極３Ａ〜３Ｄの外周部１１には、溝幅Ｗを２ｍｍ程度としたスリットを形成して溝部１２を形成している。溝部１２の深さとしては、例えば、最も外側の波板８の波板高さの1／２程度の深さとすることが好ましい。溝部１２の深さが深すぎると、波板８と平板９が分裂してしまう。そこで、波板８と平板９を重ねて巻回し終わって、外周の複数個所をスポット溶接等により溶接後、カッターにより最外周の波板８の外側頂部を板厚より少し深く切除する。
【００２４】
前記溝部１２が形成されることにより、その溝部１２の両端部には、厚み方向である内部電極３の端部３ａ、３ｂと同じく、プラズマを発生する部位となる端部３ｃ、３ｄが形成される。つまり、一つの内部電極３には、プラズマを発生させやすい端部３ａ〜３ｄであるプラズマ発生部位が合計４つ存在することになる。本実施の形態では、溝部１２を形成した内部電極３が４つあるため、合計１６個の端部３ａ〜３ｄを有したプラズマ発生部位を有していることになる。
【００２５】
なお、大径の内部電極３Ｅには、溝部１２を形成していないが、必要に応じて溝部１２を形成しても構わない。
【００２６】
誘電体４は、例えばセラミックス、アルミナ、ガラス、石英などによって円筒管として形成されている。この誘電体４は、全ての内部電極３Ａ〜３Ｅをその内部に収容する円筒管として形成され、その軸芯方向を排気の流れ方向に向けて配置されている。本実施の形態では、前記した５つの内部電極３Ａ〜３Ｅのうち１つだけ大径とされた内部電極３Ｅの外周部を、誘電体４の内面４ａに接触させている。
【００２７】
例えば、誘電体４には、厚み１．２ｍｍ、内径を前記大径の内部電極３Ｅの外径と同じ４６ｍｍとした石英管を使用した。
【００２８】
外部電極５は、誘電体４の外周囲を取り囲むようにしてその周面に設けられている。この外部電極５が設けられる位置は、少なくとも前記内部電極３（３Ａ〜３Ｅ）と対向する位置とされる。本実施の形態では、外部電極５にはコバール金属からなる電極管を使用し、その厚みを１ｍｍとした。
【００２９】
このように構成された放電リアクターでは、高電圧電極１及び中心電極２を介して内部電極３（３Ａ〜３Ｅ）に高周波交流またはパルス電圧を印加すると、内部電極３と外部電極５間にプラズマ（コロナ放電）が発生し、そのコロナ放電によって排気ガス中に含まれるＮＯや残留ハイドロカーボンを活性化させ浄化させることができる。特に、プラズマは内部電極３の端部３ａ〜３ｄから発生し易いため、内部電極３の外周部１１に溝部１２を形成して端部３ａ〜３ｄの数を増やすことでプラズマ発生部位の数が増え、プラズマ出力をアップできる。これにより、本実施の形態の放電リアクターによれば、内部電極３の数を増やすことなくプラズマ出力アップが図れ、装置自体を大型化せずに、排気ガスの浄化性能を大幅に向上させることが可能となる。
【００３０】
また、本実施の形態の放電リアクターによれば、複数ある内部電極３の一つの内部電極３Ｅの外周部１１を誘電体４の内面４ａに接触させたので、その接触部に沿面放電を発生させることができ、浄化性能をさらに向上させることができる。また、中心電極２に複数取り付けられることで重量のある内部電極郡が、誘電体４の内面４ａでその一つの内部電極３Ｅが支えられることにより、電極郡が安定して誘電体４との距離を保って保持されることになる。
【００３１】
また、本実施の形態の放電リアクターによれば、排ガスの流れ方向Ｘを図１に示す方向とは逆向きにして高電圧電極１側をガス流れの下流側とすれば、高電圧電極１に生じるススやＳＯＣなどによる汚染を軽微にすることができる。
【００３２】
ここで実際に、本実施の形態の放電リアクターを使用した浄化性能実験を行った。具体的には、１４ｋＶ、４ｋＨｚの直流パルス放電を行って排ガスを浄化させた。図４は浄化性能を示す特性図であり、図５はプラズマ出力特性を示す特性図の結果を示す。
【００３３】
なお、図４の●印は溝部１２を形成した場合の浄化性能、▼印は溝部１２を形成しなかった場合の浄化性能を示してある。図５の●印は溝部１２を形成した場合のプラズマ出力特性、▼印は溝部１２を形成しなかった場合のプラズマ出力特性を示してある。
【００３４】
これらの結果から判るように、内部電極３に溝部１２を形成した場合の方が溝部１２を形成しなかった場合に比べて、ＮＯ浄化性能が４０％向上し、投入電力も２５％向上した。したがって、本実施の形態の放電リアクターにすれば、投入電力当たりの浄化比率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、上述の実施の形態は一例であり、この実施の形態に本発明が限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】図１は本実施の形態の放電リアクターを一部破断して示す要部拡大斜視図である。
【図２】図２は図１の放電リアクターのうち中心電極に取り付けられた内部電極郡の斜視図である。
【図３】図３は図１の放電リアクターのうち内部電極の拡大斜視図である。
【図４】浄化性能を示す特性図である。
【図５】図５はプラズマ出力特性を示す特性図である。
【図６】従来の放電リアクターの概略構成図である。
【図７】従来の他の構造の放電リアクターの概略構成図である。
【符号の説明】
【００３７】
１…高電圧電極
２…中心電極
３（３Ａ〜３Ｅ）…内部電極
３ａ〜３ｄ…プラズマ発生部位となる端部
４…誘電体
５…外部電極
６…自動車用排気管
７…絶縁体
１１…内部電極の外周部
１２…溝部

【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧電極（１）に接続される中心電極（２）と、
前記中心電極（２）に接続されると共に外周部（１１）に溝部（１２）が形成された内部電極（３Ａ〜３Ｅ）と、
前記内部電極（３Ａ〜３Ｅ）を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体（４）と、
前記誘電体（４）の外周囲に設けられた外部電極（５）と、を備えた
ことを特徴とする放電リアクター。
【請求項２】
請求項１に記載の放電リアクターであって、
前記内部電極（３Ａ〜３Ｅ）を前記中心電極（２）に対して所定間隔で複数個配置し、それら内部電極（３Ａ〜３Ｅ）のうち一つの内部電極（３Ｅ）の外周部（１１）を前記誘電体（４）に接触させた
ことを特徴とする放電リアクター。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の放電リアクターであって、
前記高電圧電極（１）側をガス流れの下流側とした
ことを特徴とする放電リアクター。

【図１】