JP4258296B2

JP4258296B2 - プラズマリアクター

Info

Publication number: JP4258296B2
Application number: JP2003194333A
Authority: JP
Inventors: 裕人平田; 大垣花; 秀夫矢作
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP2005030254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄化すべき物質を含有する流体、特にエンジン等の内燃機関からの排気に放電プラズマを作用させて、この物質を浄化するプラズマリアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等で使用されるエンジン又は焼却設備から排出される排気には、様々な有害物質が含有されており、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、及び粒状物質（又はパティキュレート、以下では「ＰＭ」という。）の様な有害物質の排出を低減させることが望まれている。
【０００３】
この様な有害物質、特にＰＭの除去のために、従来から電気集塵装置や、バグフィルターが使用されているが、それぞれランニングコスト、耐久性等に関して問題があった。そこで近年では、放電によってプラズマを発生させ、このプラズマの酸化作用によってＰＭを燃焼除去し、且つプラズマの酸化作用と触媒の還元作用によってＮＯ_x等を浄化することが提案されている。
【０００４】
この放電プラズマを用いた排気浄化方法には様々な様式があり、例えば特許文献１でも従来技術として示されているように、絶縁性ハニカム担体の両端面に電極を有するプラズマリアクターが提案されている。このプラズマリアクターにおいては、絶縁性ハニカム担体の両端面に配置された電極間に高電圧を印加し、これら電極間で起こる放電によってプラズマを発生させるとしている。
【０００５】
従来技術のプラズマリアクターとしては、図３に示すようなものを挙げることができる。この図３において、プラズマリアクター３０は、絶縁性ハニカム担体３２、排気流れ上流側電極１４及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６とは、対になるようにして、それぞれ電源１８に電気的に接続されている。またこのプラズマリアクター３０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。このプラズマリアクター３０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２７６５６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この引用文献１でのように絶縁性ハニカム担体の端面に電極を配置する場合、この電極と絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間で誤放電が起こり、エネルギー効率を悪化させる虞がある。すなわち図３で代表される従来技術のプラズマリアクターでは、図４でプラズマリアクターＰとして示すように金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置したときに、プラズマリアクターの電極１４，１６と、ケース４０との間で誤放電が起こる虞がある。
【０００８】
そこで本発明では、プラズマリアクターの絶縁性ハニカム担体の端面に配置された電極と、この絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間の誤放電を防止するプラズマリアクターを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマリアクターは、絶縁性ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、該端面の外周に余肉を残して凹部が設けられており、この凹部内に放電電極が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のプラズマリアクターによれば、凹部が設けられている端面では、電極の外周とリアクターを保持する金属ケースとの間に、絶縁性ハニカム担体の一部が絶縁体として介在することができる。従って両者間の絶縁性を高めて誤放電を抑制できる。また必要に応じて、電極の外周と金属ケースとの間の絶縁性ハニカム担体の一部は、絶縁体としてだけでなく、本来の担体としても機能することができる。
【００１１】
本発明のプラズマリアクターでは、凹部が、ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の両方に設けられており、これら両方の凹部内に放電電極が配置されていてよい。
【００１２】
また本発明のプラズマリアクターでは、凹部が、ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面のいずれか一方に設けられており、この凹部内と凹部が設けられていない端面とに放電電極が配置されており、且つ凹部が設けられていない端面に配置された放電電極が接地されていてよい。
【００１３】
これによれば、凹部が設けられていない端面では電極が接地されているので、この電極とリアクターを保持する金属ケースとの間での誤放電の虞がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、図を用いて本発明を具体的に説明するが、これらの図は本発明のプラズマリアクターの概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。ここで図１（ａ）は本発明の第１の実施形態のプラズマリアクター１０の斜視図であり、図１（ｂ）はこのプラズマリアクター１０の断面図ある。
【００１６】
図１において、プラズマリアクター１０は、絶縁性ハニカム担体１２、排気流れ上流側電極１４、及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６とは、対になるようにして、それぞれ電源１８に電気的に接続されている。このプラズマリアクター１０を流通する排気流れの方向は矢印１９で示す。またこのプラズマリアクター１０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。
【００１７】
この実施形態のプラズマリアクター１０では、ハニカム担体１２の排気流れ上流側端面及び排気流れ下流側端面の両方に、端面の外周に余肉を残すようにして凹部が設けられており、この凹部内に放電電極１４及び１６が配置されている。すなわち、端面の外周の余肉部分（例えば１２ａで示す部分）が、電極１４及び１６とケース４０との間に挟まるようにされている。
【００１８】
このプラズマリアクター１０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【００１９】
上述のように、絶縁性ハニカム担体の外周の一部が、電極１４及び１６とケース４０との間に挟まるようにされているので、電極１４及び１６とケース４０との間の絶縁性が改良されている。
【００２０】
以下に、図１に示した本発明の第１の実施形態のプラズマリアクターを構成する各部について更に具体的に説明する。
【００２１】
セラミックハニカム担体のような絶縁性ハニカム担体１２は、排気を流通させることができ、且つ電極１４と電極１６との間に電圧を印加したときにそれらの間で放電プラズマを発生させることができる任意の材料で製造できる。この絶縁性ハニカム担体は例えば、コージェライト製ハニカム担体であってよく、またこの担体にはＮＯ_x吸蔵還元触媒のような排気浄化触媒、及びＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃のような捕集したＰＭの燃焼を促進する触媒を担持することもできる。
【００２２】
この絶縁性ハニカム担体は、円柱形に成形された通常のハニカム担体の端面を研削して成型すること、又は円柱形に成形された通常のハニカム担体を、端面の余肉厚さに対応する厚さの筒形ハニカム担体に挿入して得ることができるが、所望の形状が得られるのであれば任意の他の方法で製造できる。
【００２３】
電極１４及び１６は、排気を流通させることができ、且つこれらの電極間に電界を作ることができる任意の電極、例えばメッシュ状電極でよい。またこれらの電極は、これらの電極間に電界を作ることができる任意の材料で製造できる。従ってこれらの電極は導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。このメッシュ状電極は、ワイヤを組み合わせること、金属板に打ち抜き加工又はケミカルエッチングを行うこと等によって作製できる。
【００２４】
電源１８は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧５０ｋＶ及びパルス周期２，０００Ｈｚを使用できる。尚、このプラズマリアクター１０では、排気流れ上流側電極１４と、排気流れ下流側電極１６との両方を、電源１８に接続しているが、いずれか一方の電極を接地することもできる。
【００２５】
電極１４と電極１６との間で放電を起こさせるために、直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【００２６】
本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。ここで図２（ａ）は本発明の第２の実施形態のプラズマリアクター２０の斜視図であり、図２（ｂ）はこのプラズマリアクター２０の断面図ある。
【００２７】
図２において、プラズマリアクター２０は、絶縁性ハニカム担体２２、排気流れ上流側電極１４、及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４は電源１８に電気的に接続されており、排気流れ下流側電極１６は接地されていて、対になるようにされている。このプラズマリアクター２０を流通する排気流れの方向は矢印１９で示す。またこのプラズマリアクター２０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。
【００２８】
この実施形態のプラズマリアクター２０では、ハニカム担体２２の排気流れ上流側端面に、端面の外周に余肉を残して凹部が設けられており、この凹部内に放電電極１４が配置されている。すなわち、端面の外周の余肉部分が、電極１４とケース４０との間に挟まるようにされている。
【００２９】
このプラズマリアクター２０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【００３０】
上述のように、絶縁性ハニカム担体２２の外周の一部が、排気流れ上流側電極１４と金属製ケース４０との間に挟まるようにされているので、電極１４とケース４０との間の絶縁性が改良されている。排気流れ下流側電極１６とケース４０との間には絶縁性担体の一部が挟まるようにされていないが、排気流れ下流側電極１６は接地されており、ケースと同じ電位であるのでこれらの間での誤放電の虞はない。
【００３１】
図２に示した本発明の第２の実施形態のプラズマリアクターを構成する各部の詳細については、図１に関して示したものを参照できる。
【００３２】
ここまでで本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、これらは本発明のプラズマリアクターの概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマリアクターの絶縁性ハニカム担体の端面に配置された電極と、この絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間での誤放電を防止するプラズマリアクターを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施態様のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施態様のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図３】図３は、従来技術のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図４】図４は、金属製ケース内に配置されたプラズマリアクターを示す断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０…プラズマリアクター
１２，２２，３２…絶縁性ハニカム担体
１２ａ…絶縁性ハニカム担体の端面の外周に設けられた余肉部分
１４…排気流れ上流側電極
１６…排気流れ下流側電極
１８…電源
１９…排気流れ方向
４０…ケース
Ｐ…プラズマリアクター

Claims

絶縁性ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、該端面の外周に余肉を残して凹部が設けられており、この凹部内に放電電極が配置されていることを特徴とする、プラズマリアクター。
前記凹部が、前記ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の両方に設けられており、これら両方の凹部内に放電電極が配置されている、請求項１に記載のプラズマリアクター。
前記凹部が、前記ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面のいずれか一方に設けられており、この凹部内と凹部が設けられていない端面とに放電電極が配置されており、且つ凹部が設けられていない端面に配置された前記放電電極が接地されている、請求項１に記載のプラズマリアクター。