JP2003286829A - プラズマ反応器及びその製造方法とプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置 - Google Patents

プラズマ反応器及びその製造方法とプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 粒子状物質及びガス状物質を同時に低減し、
省電力化及びスパークへの遷移防止が可能なプラズマ反
応器及びその製造方法とプラズマ反応器を備えた車両の
排気ガス低減装置とを提供する。 【解決手段】 ギャップスペーサ２３を介して一対の誘
電体２１，２２が対向した形態の単層のプラズマ反応器
セル２０を複数個積層することによって多層のプラズマ
反応器を形成する。前記誘電体には電極部材２４，２５
が挟設され、複数個のプラズマ反応器セルの電極部材は
リードライン部材２６１，２６２に連結され、電源供給
装置で制御される高電圧が高電圧プラグ４０を通して電
極部材に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、プラズマ反応器及
びその製造方法とプラズマ反応器を備えた車両の排気ガ
ス低減装置とに関し、より詳しくは、プラズマ反応を利
用して有害物質を低減させるプラズマ反応器及びその製
造方法と、前記プラズマ反応器を備えることにより車両
から排出される排気ガス内に含まれている有害物質を低
減させて排出するように改善された車両の排気ガス低減
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガソリンエンジンの限界点である熱効率
向上と燃費低減とを達成する代案として、ディーゼルエ
ンジンが強力に推奨されており、使用者の嗜好もまたこ
れに歩調を合せていることから、その需要が急激に増加
している。
【０００３】ところが、ディーゼルエンジンの使用が増
加し続けているため、多くの先進国ではディーゼルエン
ジンの排気ガスの排出許容基準を強化しており、ディー
ゼルエンジンから排出される有害物質を減らすように規
制している。このような規制がヨーロッパ及び米国を中
心に次第に強化されるのに伴い、既存の方式である後処
理装置とは異なる新しい概念の排気浄化装置が要求され
ている。
【０００４】現在は、プラズマ反応を利用した排気浄化
システムがＮＯＸと粒子状物質（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒ
ｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ）とを同時に低減させ
ることができるため、プラズマ反応を利用した排気浄化
システムが重要な技術として認められている（例えば、
特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平６−１０６０２５号公報（第３−
５頁、第１−５図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、プラズマ状態
にするための方法として、プラズマ反応器に高電圧を印
加してストリーマーコロナ（ｓｔｒｅａｍｅｒ ｃｏｒ
ｏｎａ）反応を用いる場合、スパーク（ｓｐａｒｋ）に
遷移（ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）する可能性が高いので、ス
トリーマー自体が持続的に維持される技術が必要であ
る。
【０００７】また、プラズマ反応を利用した現在の排気
浄化システムでは、前記粒子状物質とＮＯＸとの同時低
減効率が低いと報告されている。
【０００８】なお、現在、プラズマを発生させるための
コロナ発生装置としては、色々な種類があるが、実用化
水準の研究は充分には行われていない。
【０００９】そして、これを車両に適用すると電力消費
量が過多になり、電極のスート（ｓｏｏｔ）により汚染
されるとコロナ放電が発生しないなどの問題点がある。
【００１０】本発明は前記のような問題点を解決するた
めになされたものであって、本発明の目的は、粒子状物
質及びガス状物質を同時に低減させることができ、電力
消費を減らすとともに、スパークへの遷移を防止するこ
とが可能なプラズマ反応器及びその製造方法とプラズマ
反応器を備えた車両の排気ガス低減装置とを提供するこ
とにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】前記のような目的を達成
するための本発明のプラズマ反応器は、板状の第１誘電
体と；前記第１誘電体と対向するように配設された板状
の第２誘電体と；前記第１、２誘電体の間にプラズマ領
域が形成されるように第１、２誘電体の間に設置された
ギャップスペーサと；前記第１、２誘電体の互いに対向
する面の各裏面に配設され、コロナ放電を発生させる第
１、２電極部材と；前記第１、２電極部材に各々接して
前記第１、２誘電体に設置され、前記第１、２電極部材
に電気を供給する第１、２リードライン部材と；を具備
することを特徴とする。そして、前記第１、２誘電体及
びギャップスペーサの両端部には、前記第１、２リード
ライン部材が各々嵌合する第１、２結合ホールが形成さ
れることを特徴とする。また、前記第１、２誘電体の有
害物質と接触する面には、酸化触媒又は窒素酸化物還元
触媒がウォッシュコートと共にコーティングされるとと
もに、前記第１、２誘電体の表面には、有害物質の滞留
時間を長くし、プラズマ反応を活性化するための凹凸面
が形成されることを特徴とする。また、前記ギャップス
ペーサは、前記第１、２誘電体の２〜５倍の厚さに形成
されることが望ましい。また、前記第１、２電極部材
は、前記第１、２誘電体の各々にＡｇ、Ｃｕ、又はＡｇ
−Ｃｕ合金をコーティングして形成されるか、又は一定
の厚さのＣｕ板材から形成することができる。また、前
記第１、２電極部材は、それぞれ対応する他側の前記第
２、１リードライン部材とは第１、２電極部材間の距離
の２〜５倍程度離して設けられることが望ましい。ま
た、前記第１、２電極部材は、メッシュ部材又は多孔性
部材からなることが望ましい。また、前記第１、２リー
ドライン部材は、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金のい
ずれか一つからなることが望ましい。また、前記第１、
２リードライン部材は、インキングラインに形成されて
もよく、第１、２誘電体にボルト結合されることも可能
である。さらに、前記リードライン部材との接触安定性
のために、前記第１、２誘電体及びギャップスペーサの
前記第１又は第２結合ホールと同軸状に形成された所定
の深さの穴に球状の金属網又はスプリングが設けられる
ことが望ましい。
【００１２】また、前記のような目的を達成するための
本発明のプラズマ反応器の製造方法は、（ａ）板状の第
１誘電体と、前記第１誘電体と対向するように設置され
た板状の第２誘電体と、前記第１、２誘電体の間を絶縁
するギャップスペーサとをそれぞれ複数個準備する段階
と；（ｂ）前記第１、２誘電体とギャップスペーサとに
設置されて電源が印加される第１、２リードライン部材
が各々嵌合する第１、２結合ホールを前記第１、２誘電
体とギャップスペーサとに形成する段階と；（ｃ）前記
第１、２誘電体を対向するように設置し、その間に前記
ギャップスペーサを設置して有害物質が通過する空間を
形成し、前記第１、２誘電体の互いに対向する面の各裏
面に第１、２電極部材を各々形成する段階と；（ｄ）前
記第１、２電極部材と各々接するように第１、２リード
ライン部材を前記第１、２結合ホールに各々嵌合して単
層のプラズマ反応器セルを完成する段階と；を有するこ
とを特徴とする。そして、前記単層のプラズマ反応器セ
ルを複数個積層し、前記第１、２結合ホールに伝導性物
質を注入する段階をさらに有することを特徴とする。ま
た、前記第１、２誘電体の有害物質と接触する面には、
酸化触媒又は窒素酸化物還元触媒がウォッシュコートと
共にコーティングされ、前記第１、２誘電体の有害物質
と接触する表面には、有害物質の滞留時間を長くし、プ
ラズマ反応を活性化するための凹凸面を形成する段階を
さらに有することを特徴とする。また、前記ギャップス
ペーサは、前記第１、２誘電体の２〜５倍の厚さに形成
されることを特徴とする。また、前記第１、２電極部材
は、前記第１、２誘電体の各々にＡｇ、Ｃｕ、又はＡｇ
−Ｃｕ合金をコーティングして形成されるか、又は一定
の厚さのＣｕ板材からなることを特徴とする。また、前
記第１、２電極部材は、それぞれ対応する他側の前記第
２、１リードライン部材とは第１、２電極部材間の距離
の２〜５倍程度離して形成されることを特徴とする。ま
た、前記第１、２電極部材は、メッシュ部材又は多孔性
部材からなることを特徴とする。また、前記第１、２リ
ードライン部材は、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金の
いずれか一つからなることを特徴とする。また、前記第
１、２リードライン部材は、インキングラインに形成さ
れるか、又は、第１、２誘電体にボルト結合されること
を特徴とする。
【００１３】さらに、前記のような目的を達成するため
の本発明のプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減
装置は、排気ガスが排出される車両のエンジンの一側に
設置されて排気ガスがその内部を流動するハウジング
と；前記ハウジング内に設置され、コロナ放電が形成さ
れるプラズマ領域が設けられ、前記プラズマ領域に排気
ガスが流動する請求項１に記載のプラズマ反応器と；前
記プラズマ反応器とハウジングとの間に設置されたマッ
トと；所定の電圧の電源、前記電源の電圧を１００〜１
０００Ｈｚ、１〜１００ｋＶのＡＣ電圧に変換するパワ
ーモジュール、及び変換された電圧を出力するためのテ
ンションコードを備えた電源供給装置と；前記ハウジン
グに装着され、前記テンションコードを通して前記電源
供給装置から変換された電圧を前記プラズマ反応器に供
給する高電圧プラグと；を具備することを特徴とする。
そして、前記パワーモジュールは、前記電源からの電圧
を受ける入力部と；コロナ放電のための周波数−電圧制
御信号を発生する制御部と；前記制御信号により前記電
源の電圧を１００〜１０００Ｈｚの間の正弦波電圧に変
換する関数発生部と；前記制御信号により前記電源の電
圧を１〜１００ｋＶに高圧変換するトランス部と；前記
関数発生部で変換され前記トランス部で高圧変換された
電圧を出力する出力部と；から構成される。また、前記
高電圧プラグは、前記テンションコードに連結される外
部プラグと；前記外部プラグの底部に設けられ、排気ガ
スが漏れないように気密性が維持されて前記ハウジング
の一側に装着される締結部と；前記締結部の底部に設け
られ、スパークを防止するセラミック絶縁部と；前記セ
ラミック絶縁部の底部に設けられ、プラズマ反応器に電
力を供給する内部プラグと；前記テンションコードに連
結される外部プラグから内部プラグまで貫通して内部プ
ラグ底面に突出した電極部と；から構成される。また、
前記セラミック絶縁部は、所定の周波数の範囲で前記電
源供給装置から印加された電圧の１．５倍以上の絶縁耐
力を有することを特徴とする。また、前記セラミック絶
縁部は、前記プラズマ反応器内部に装着され、所定の半
径を有する円筒形からなることが望ましい。また、前記
プラズマ反応器に設けられるリードライン部材との接触
安定性のために、前記高電圧プラグの電極部には弾性部
材が設けられることが望ましい。また、前記ハウジング
は、一定の厚さのステンレススチールからなることを特
徴とする。また、前記高電圧プラグが設置される周囲に
は、アルミナが含まれたセラミック絶縁部材を挿入する
ことが望ましい。また、前記マットは、アルミナが９０
％以上であり、厚さが３〜５ｍｍであることが望まし
い。さらに、前記マットの各面の厚さは、前記プラズマ
反応器内部に設置された第１、２電極部材間の距離の２
倍以上であることが望ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施の形
態について、図面に基づき詳細に説明する。本発明の実
施の形態によるプラズマ反応器は、図１、２に示すよう
に、板状の第１誘電体２１と、第１誘電体２１と対向す
るように設置された板状の第２誘電体２２と、第１、２
誘電体２１、２２の間にプラズマ領域（Ｐ）が形成され
るように第１、２誘電体２１、２２の間に設置されたギ
ャップスペーサ（ｇａｐ ｓｐａｃｅｒ）２３と、第
１、２誘電体２１、２２のプラズマ領域（Ｐ）でコロナ
放電を発生させるため、第１、２誘電体２１、２２の互
いに対向する面の各裏面に配設された第１、２電極部材
２４、２５と、第１、２電極部材２４、２５に電気を供
給するために第１、２電極部材２４、２５に各々接して
第１、２誘電体２１、２２に設置された第１、２リード
ライン部材２６１、２６２とから構成される。
【００１５】このように構成された単層のプラズマ反応
器セル（ｃｅｌｌ）を複数個積層して多層セルのプラズ
マ反応器２０を形成する。
【００１６】前記のように構成されたプラズマ反応器２
０の第１、２誘電体２１、２２及びギャップスペーサ２
３の左右両側には、第１、２リードライン部材２６１、
２６２が結合（嵌挿）する第１、２結合ホール２７１、
２７２が形成される。
【００１７】また、前記第１、２誘電体２１、２２の有
害物質（又は排気ガス）と接触する面には、酸化触媒又
は窒素酸化物還元触媒がウォッシュコートと共にコーテ
ィングされ、第１、２誘電体２１、２２の表面には、有
害物質の滞留時間を長くするとともにプラズマ反応を活
性化するための凹凸面（Ｅ）（ｅｍｂｏｓｓｉｎｇ）が
形成される。
【００１８】そして、ギャップスペーサ２３は、第２リ
ードライン部材２６２と第１電極部材２４とのスパー
ク、及び第１リードライン部材２６１と第２電極部材２
５とのスパークを防止するために、第１、２誘電体２
１、２２の各厚さ“ｄ”の２〜５倍の厚さに形成され
る。
【００１９】したがって、各単層のプラズマ反応器セル
（ｃｅｌｌ）と第１、２電極部材２４、２５との間の距
離は、第１、２誘電体２１、２２の厚さの４倍以上とな
る。
【００２０】電極部材２４、２５は、第１、２誘電体２
１、２２の互いに対向する面の各裏面にＡｇ、Ｃｕ、又
はＡｇ−Ｃｕ合金をコーティングして形成されるのが好
ましく、他の実施の形態としてはＣｕ板材から形成され
ることも可能である。
【００２１】前記で、前記ギャップスペーサ２３を第
１、２誘電体２１、２２の２〜５倍の厚さに形成した根
拠は、次の通りである。前記の数値限定は、スパークの
防止とともに電力消費の減少を可能にするものとして実
験的に得られたものである。
【００２２】より詳しくは、前記厚さは、第１、２電極
部材２４、２５間の適切な距離の維持、第１、２リード
ライン部材２６１、２６２とそれぞれ対応する第２、１
電極部材２５、２４との間のスパークの防止というギャ
ップスペーサ２３の機能の前者の機能を最適化するため
に限定されたものである。
【００２３】第１、２電極部材２４、２５の各々は、ス
パークへの遷移の可能性を防止するために、それぞれ対
応する他側の第２、１リードライン部材２６２、２６１
とは電極部材２４、２５間の距離の２〜５倍程度離して
設けられる。
【００２４】第１、２電極部材２４、２５は、四角形の
メッシュ（ｍｅｓｈ）部材又は多孔性（ｐｏｒｏｕｓ）
部材にすることにより、電圧印加時に開始電圧の下降を
図り、コロナ放電の強度を高めて、プラズマ反応の活性
化を図ることができる。
【００２５】前記で、第１、２電極部材２４、２５とそ
れぞれ対応する他側の第２、１リードライン部材２６
２、２６１との間の間隔は、前記したスパークへの遷移
の可能性を防止するための、実験から得られたデータで
ある。
【００２６】 そして、第１、２リードライン部材２６
１、２６２は、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金のいず
れか一つの素材でインキングライン（ｉｎｋｉｎｇ ｌ
ｉｎｅ）に形成されるか、又はボルト結合によりそれぞ
れ対応するする結合ホール２７１、２７２に結合される
ことが可能である。
【００２７】一方、図１（ａ）に示すように、後述する
高電圧プラグ４０の電極部４５と例えば第１リードライ
ン部材２６１との接触安定性のために、ギャップスペー
サ２３に第１結合ホール２７１と同軸状に形成された所
定の深さの（貫通された）穴２９に球状の金属網（ｗｉ
ｒｅ ｍｅｓｈ）２８１が設けられる。
【００２８】また、他の実施の形態として、図１（ｂ）
に示すように、例えば第１リードライン部材２６１との
接触安定性のために、後述する高電圧プラグ４０の電極
部４５（穴２９内）には、例えばスプリングなどの弾性
部材２８２が設置される。つまり、第１リードライン部
材２６１には高電圧が印加され、第２リードライン部材
２６２は接地されるのである。
【００２９】前記のように構成された本発明の実施の形
態によるプラズマ反応器２０は、第１リードライン部材
２６１を通して外部から高電圧が印加されると、プラズ
マ領域（Ｐ）でコロナ放電が形成される。
【００３０】このように形成されたコロナは、このコロ
ナに存在する電子のエネルギーが高いために排気ガス中
の酸素、窒素、水蒸気などと衝突して各種のラジカルを
形成する。このように形成されたラジカルは、有害物質
と反応して他の物質に変換されることにより有害物質を
除去する。
【００３１】次に、本発明の実施の形態によるプラズマ
反応器の製造方法について、図１乃至３を各々参照し説
明する。まず、板状の第１誘電体２１と、第１誘電体２
１と対向するように設置される板状の第２誘電体２２
と、第１、２誘電体２１、２２の間を絶縁するためのギ
ャップスペーサ２３とをそれぞれ複数個準備する（段階
Ｓ１１０）。
【００３２】次に、第１、２誘電体２１、２２とギャッ
プスペーサ２３とに設置されてプラズマ反応器に電圧が
印加される第１、２リードライン部材２６１、２６２を
各々嵌挿する第１、２結合ホール２７１、２７２を第
１、２誘電体２１、２２及びギャップスペーサ２３に形
成する（段階Ｓ１２０）。
【００３３】一方、第１、２結合ホール２７１、２７２
が絶縁性を有する誘電体である第１、２誘電体２１、２
２と絶縁体であるギャップスペーサ２３とに形成される
ので、絶縁性が優れている。
【００３４】そして、第１、２誘電体２１、２２を対向
するように設置し、その間にギャップスペーサ２３を設
置して、有害物質が通過する空間、つまりプラズマ領域
（Ｐ）を形成し、第１、２誘電体２１、２２の互いに対
向する面の各裏面に第１、２電極部材２４、２５を各々
配設する（段階Ｓ１３０）。
【００３５】また、第１、２電極部材２４、２５と各々
接して設置されるように第１、２リードライン部材２６
１、２６２を第１、２結合ホール２７１、２７２に各々
嵌挿して単層のプラズマ反応器セル（Ｃｅｌｌ）を完成
する（段階Ｓ１４０）。
【００３６】そして、前記単層のプラズマ反応器セルを
複数個積層して多層のプラズマ反応器２０を形成し、第
１、２電極部材２４、２５に電圧を印加するように、第
１、２結合ホール２７１、２７２の各々に第１、２リー
ドライン部材２６１、２６２と共に伝導性物質（図示せ
ず）を注入する（段階Ｓ１５０）。
【００３７】この時、積層される単層プラズマ反応器セ
ルは、同じ第１、２電極部材２４、２５が同じ方向に位
置するように積層される。
【００３８】このように製造された多層のプラズマ反応
器２０は、後述する図４に示すように、ハウジング３０
に装着される。
【００３９】第１、２誘電体２１、２２の有害物質と接
触する面には、酸化触媒又は窒素酸化物還元触媒をウォ
ッシュコートと共にコーティングするとともに、図１に
示すように、有害物質の滞留時間を長くし、プラズマ反
応を活性化するための凹凸面を形成する。
【００４０】そして、ギャップスペーサ２３は、第１、
２リードライン部材２６１、２６２とそれぞれ第２、１
電極部材２５、２４とのスパークの防止のために、第
１、２誘電体２１、２２の２〜５倍の厚さに形成され
る。
【００４１】第１、２電極部材２４、２５は、第１、２
誘電体２１、２２の互いに対向する面の各裏面にＡｇ、
Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金をコーティングして各々形成
されるのが好ましく、他の実施の形態としてはＣｕ板材
で形成されてもよい。
【００４２】第１、２電極部材２４、２５の各々は、ス
パークへの遷移の可能性を防止するために、それぞれ対
応する他側の第２、１リードライン部材２６２、２６１
とは第１、２電極部材２４、２５間の距離の２〜５倍程
度離して設置される。
【００４３】第１、２電極部材２４、２５は、四角形の
メッシュ部材又は多孔性部材で形成することにより、電
源印加時に開始電圧の下降を図り、コロナ放電の強度を
高めて、プラズマ反応の活性化を図る。
【００４４】前記のようなプラズマ反応器２０の製造方
法における数値限定の根拠は、前述したプラズマ反応器
２０の構成について説明した根拠と同一である。
【００４５】そして、第１、２リードライン部材２６
１、２６２は、Ａｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金のいず
れか一つの素材によりインキングラインに形成される
か、又はボルト結合により各々対応する結合ホール２７
１、２７２に結合される。
【００４６】一方、第１、２電極部材２４、２５が設置
又は形成される第１、２誘電体２１、２２の面には、補
強剤及び絶縁材を追加的に設置する。この時の設置は、
通常の接着により行われる。
【００４７】前記のように製造されたプラズマ反応器を
備えた車両の排気ガス低減装置の構成が、図４に示され
ている。
【００４８】まず、本発明によるプラズマ反応器を備え
た車両の排気ガス低減装置は、図４に示すように、例え
ばガソリン又はディーゼルを燃料とする車両のエンジン
に備えられた排気システムの後端一側に設置され、この
排気システムから排気される有害物質、例えば粒子状物
質、ＮＯＸ及び未燃炭化水素（ＨＣ）を、高電圧による
コロナ放電を利用して低減させるためのものであり、以
下にその構成を詳述する。
【００４９】本発明の実施の形態によるプラズマ反応器
を備えた車両の排気ガス低減装置は、所定の電気伝導性
金属からなるハウジング３０と、ハウジング３０内に設
置され、コロナ放電が形成されるプラズマ領域（Ｐ）に
車両の排気ガスが流動して排気ガス内の有害物質を低減
させる図１、２の構成を有し、図３のフローチャートに
よる方法により製造されたプラズマ反応器２０と、プラ
ズマ反応器２０とハウジング３０との間に設置されてプ
ラズマ反応器を保護するためのマット５０と、プラズマ
反応を発生させるためのコロナ放電を形成するように、
プラズマ反応器２０に高電圧を印加する電源供給装置１
０と、電源供給装置１０とプラズマ反応器２０との間に
位置して、電源供給装置１０で発生した高電圧を安定的
にプラズマ反応器２０に供給するために、ハウジング３
０とのスパークを防止するようにハウジング３０上に設
置された少なくとも一つ以上の高電圧プラグ４０とから
構成される。
【００５０】図５には、図４の電源供給装置１０の構成
がブロック図で示されている。
【００５１】電源供給装置１０は、図５に示すように、
所定の電圧を発生させる電源１１と、電源１１に連結設
置され、電源１１の電圧を１００〜１０００Ｈｚ、１〜
１００ｋＶのＡＣ電圧に高圧変換してプラズマ反応器２
０に供給するパワーモジュール１２０と、パワーモジュ
ール１２０と高電圧プラグ４０とに連結され、前記高圧
変換された正弦波高電圧をプラズマ反応器２０に供給す
るテンションコード１３とから構成される。
【００５２】電源１１は、例えば１２Ｖ又は２４ＶのＤ
Ｃ電圧を発生する車両のバッテリー、又は所定のボルト
のＡＣ電圧を発生させる１次オルタネーターや２次オル
タネーターから構成される。
【００５３】そして、パワーモジュール１２０は、電源
１１からの電圧を受ける入力部１２１と、例えば車両の
各センサから信号を受けて制御するように備えられたコ
ンピュータからなる電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４か
ら信号を受信してコロナ放電電圧の制御を行う制御部１
２２と、制御部１２２で選定した１００〜１０００Ｈｚ
の間の正弦波関数に変換する関数発生部１２３と、制御
部１２２で選定した１〜１００ｋＶに高圧変換するトラ
ンス部１２４と、プラズマ反応器２０に前記高圧変換さ
れた正弦波高電圧を供給する出力部１２５とから構成さ
れる。
【００５４】一方、図面には示していないが、入力部１
２１は、適切なＡＣ電圧を固定的に受信することができ
るように、フィルター（ｆｉｌｔｅｒ）を別途備えるこ
とができる。
【００５５】そして図６には、図４の高電圧プラグ４０
の構成がより詳細に示されている。
【００５６】本発明によるプラズマ反応器を備えた車両
の排気ガス低減装置に適用される高電圧プラグ４０は、
図６に示すように、電源供給装置１０のテンションコー
ド１３と直接連結される外部プラグ４１と、外部プラグ
４１の底部に設けられ、排気ガスが漏れないように気密
性が維持されて前記ハウジング３０の一側に装着される
（例えば、ボルト方式などで締結できるように設けられ
た）締結部４２と、締結部４２の底部に設けられ、スパ
ークを防止するセラミック絶縁部４３と、セラミック絶
縁部４３の底部に設けられ、プラズマ反応器２０に安定
した高電圧を伝達する内部プラグ４４と、テンションコ
ード１３に連結される外部プラグ４１から内部プラグ４
４まで貫通して、内部プラグ４４底面に突出した電極部
４５とから構成される。
【００５７】そして、テンションコード１３と高電圧プ
ラグ４０の外部プラグ４１との締結は、一般的なスパー
クプラグとハイテンションコードとの締結方式と同一で
あり、締結部４２は、ハウジング３０の締結ホール３２
５を雌ねじに、高電圧プラグ４０の締結部４２を雄ねじ
に形成してハウジング３０と高電圧プラグ４０との締結
を行う。これらのねじ部は、気密及び耐久に適するよう
に設計されることは言うまでもない。
【００５８】また、セラミック絶縁部４３は、電源供給
装置１０で印加した電圧の１．５〜３．５倍の範囲及び
印加した周波数の範囲で絶縁耐力を有するアルミナ（Ａ
ｌ２Ｏ３）などの絶縁セラミックにより絶縁される。
【００５９】前記セラミック絶縁部の説明における数値
限定の根拠は、次の通りである。ＡＣ電圧は、一般に定
格電圧と最大電圧とで表示されるが、通常、定格電圧の
１．４倍程度の最大電圧を有する。
【００６０】したがって、印加電圧の１．５〜３．５倍
の最大電圧が印加される場合を考慮して絶縁耐力を有す
るように設定された値である。
【００６１】また、前記値は、電源１１の誤差の範囲を
考慮し、電源供給装置１０の初期始動時の周波数変動及
び周波数発生によるその他の車両電子装置への影響を最
小化するために、適宜選択し限定されたものである。
【００６２】また、セラミック絶縁部４３は、プラズマ
反応器２０内部に装着され、スパークへの遷移を防止す
るために、一定の半径を有する円筒形からなる。
【００６３】高電圧プラグ４０が設置される周囲には、
絶縁耐力を最大化するためにアルミナ９０％以上のセラ
ミック絶縁部材を挿入する。高電圧プラグ４０は、接地
部を持たず、第１リードライン部材２６１に電圧を伝達
する役割を果たす。
【００６４】そして、ハウジング３０は、多層のプラズ
マ反応器２０の前、後部に設置されて排気ガスが流入及
び排出される連通部材３１１、３１２と、多層のプラズ
マ反応器２０の上部及び底部に設置されてプラズマ反応
器２０を収納する缶部材３２１、３２２とからなる。特
に、上部の缶部材３２には、高電圧プラグ４０が設置さ
れる締結ホール３２５が形成される。このようなハウジ
ング３０の構造は、耐食性と耐久性を備えたステンレス
スチールからなるが、これに限定されるものではない。
【００６５】マット５０は、プラズマ反応器２０の損傷
を防止するとともに、プラズマ反応器２０とハウジング
３０との間の絶縁性を確実に保障するように、アルミナ
９０％以上の絶縁材が用いられる。また、マット５０
は、プラズマ反応器２０がハウジング３０に正確に装着
されるように厚さが約３〜５ｍｍに設定される。
【００６６】マット５０の各面の厚さは、絶縁性を確実
に保障するために、プラズマ反応器２０内部に設置され
た第１、２電極部材２４、２５間の距離の２倍以上に算
定されたものである。
【００６７】一方、プラズマ反応器２０の最上／最下面
には、ハウジング３０へのスパーク遷移を防止するよう
に、接地電極とセラミック絶縁板とが順次設置される。
【００６８】以下に、上述した構成を有する本発明によ
るプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置の作
用について説明する。
【００６９】本発明の実施の形態によるプラズマ反応器
を備えた車両の排気ガス低減装置は、図４に示すよう
に、多層セルの誘電体障壁型であるプラズマ反応器２０
に電源が供給され、排気ガス内の有害物質を高電圧によ
るコロナ放電を利用して低減させる作用を行う。
【００７０】より具体的に説明すると、コロナ放電を発
生させるための電源供給装置１０のパワーモジュール１
２０は、電源１１から電圧を受信し、ＥＣＵ１４から伝
達されるスロットル開度センサ（ＴＰＳ：Ｔｈｒｏｔｔ
ｌｅ Ｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｓｅｎｓｏｒ）、エンジン回
転数（ＲＰＭ：Ｒｅｖｏｌｕｔｉｏｎ Ｐｅｒ Ｍｉｎ
ｕｔｅ）、及び電子制御パワーステアリング（ＥＰＳ：
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｃｏｎｔｒｏｌ Ｐｏｗｅｒ Ｓ
ｔｅｅｒｉｎｇ）信号により適切なコロナ放電電圧に制
御する。
【００７１】そして、関数発生部１２３は、電源１１か
らの電圧を制御部１２２で選定した１００〜１、０００
Ｈｚの間の正弦波関数に変換し、トランス部１２４は、
この電圧を制御部１２２で設定した１〜１００ｋＶに高
圧変換する。出力部１２５は、プラズマ反応器２０に高
圧正弦波電圧を供給する。また、車両のＥＣＵ１４で
は、車両エンジンのＴＰＳ、ＲＰＭ及びＥＰＳ信号をパ
ワーモジュール１２０の制御部１２２から受け、前記電
圧を設定された周波数及び高電圧に変換できるように、
関数発生部１２３及びトランス部１２４に信号を伝達す
る。
【００７２】このように高圧変換されたＡＣ電圧は、ハ
ウジング３０まで連結された高電圧テンションコード１
３を利用してプラズマ反応器２０に正弦波高電圧が供給
され、プラズマ反応を発生させるためのコロナ放電を形
成する。
【００７３】第１、２リードライン部材２６１、２６２
は、第１、２誘電体２１、２２及びギャップスペーサ２
３に形成された第１結合ホール２７１を貫通して設置さ
れ、各々第１、２誘電体２１、２２に設置された第１、
２電極部材２４、２５に安定した電圧を供給する。
【００７４】また、第１、２電極部材２４、２５は、四
角形構造のコーティング材、板、メッシュ又は多孔性形
態に形成され、同一の電源の電圧が印加されるとコロナ
開始電圧の下降を図り、コロナ放電の強度を高めてプラ
ズマ反応の活性化を図る。
【００７５】そして、ギャップスペーサ２３は、排気ガ
スが通過できるように空間を形成している。この空間
は、第１、２リードライン部材２６１、２６２とそれぞ
れ対応する他側の第２、１電極部材２５、２４とのスパ
ークを防止する機能も有している。
【００７６】また、第１、２誘電体２１、２２の排気ガ
スが流れる面に酸化触媒や窒素酸化物還元触媒をウォッ
シュコートと共にコーティングすることにより、プラズ
マ反応による一酸化炭素（ＣＯ）の増加を防止すととも
に窒素酸化物（ＮＯＸ）を低減させることができる。さ
らに、第１、２誘電体２１、２２の排気ガスが流れる面
に凹凸面Ｅを設けることにより、排気ガスの滞留時間を
長くし、プラズマ反応を活性化させる。
【００７７】ハウジング３０は、プラズマ反応器２０を
車両に装着させた場合に外部環境条件から車両を保護す
るためのものである。ハウジング３０とプラズマ反応器
２０との間に設置されたセラミックマット５０は、例え
ば振動からプラズマ反応器２０を保護するとともに、ハ
ウジング３０とプラズマ反応器２０との間のスパークを
防止する。
【００７８】
【発明の効果】以上で説明したように、本発明の実施の
形態によるプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減
装置は、次のような優れた効果を有する。本発明のプラ
ズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置は、単独使
用により粒子状物質及びガス状物質を除去することがで
きる。さらに、この装置の前後に例えばフィルターや触
媒を付着することにより有害物質を一層有効に低減させ
ることができる。
【００７９】また、前述のように、本発明の実施の形態
によれば、電圧によるコロナ放電を利用することにより
粒子状物質及びガス状物質を同時に低減させることがで
きるとともに、低電力を印加することが可能なことから
電力消耗を減らすことができる。
【００８０】さらに、セラミックマットとハウジングと
を設けることによりスパークへの遷移を防止することが
できるとともに、マット及び装置の耐久性を向上させる
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の一実施の形態によるプラズマ
反応器の構成を示した断面図、（ｂ）は本発明の他の実
施の形態によるプラズマ反応器の構成を示した断面図で
ある。
【図２】図１（ａ）のプラズマ反応器の一つの層のプラ
ズマ反応器セルの主要部を示した部分断面斜視図であ
る。
【図３】本発明によるプラズマ反応器の製造方法を順次
示したフローチャートである。
【図４】本発明によるプラズマ反応器を備えた車両の排
気ガス低減装置の構成を示した分解斜視図である。
【図５】図４の電源供給装置の構成を示したブロック図
である。
【図６】図４の高電圧プラグの構成をより詳細に示した
側面図である。
【符号の説明】
１０ 電源供給装置 １１ 電源 １３ テンションコード １４ 電子制御ユニット（ＥＣＵ） ２０ プラズマ反応器 ２１ 第１誘電体 ２２ 第２誘電体 ２３ ギャップスペーサ ２４ 第１電極部材 ２５ 第２電極部材 ２９ 穴 ３０ ハウジング ３２、３２１、３２２ 缶部材 ４０ 高電圧プラグ ４１ 外部プラグ ４２ 締結部 ４３ セラミック絶縁部 ４４ 内部プラグ ４５ 電極部 ５０ マット １２０ パワーモジュール １２２ 制御部 １２３ 関数発生部 １２４ トランス部 １２５ 出力部 ２６１ 第１リードライン部材 ２６２ 第２リードライン部材 ２７１ 第１結合ホール ２７２ 第２結合ホール ２８１ 金属網 ２８２ 弾性部材 ３１１、３１２ 連通部材 ３２５ 締結ホール Ｅ 凹凸面 Ｐ プラズマ領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ０１Ｊ 19/08 (72)発明者 丁 致 榮 大韓民国ソウル市東大門區長安２洞321− 14番地 (72)発明者 洪 恩 基 大韓民国京畿道軍浦市五禁洞漢拏住公アパ ート418棟1204号 Ｆターム(参考） 3G091 AB14 BA01 BA14 BA17 CA01 4D002 AA12 AA40 AC10 BA07 CA07 GA01 GB20 4D048 AA06 AA14 AA18 BA34X BA35X BB04 CC33 CC34 CC36 EA03 4G075 AA03 AA27 AA37 BA05 CA18 CA54 DA02 DA18 EB42 EC21 EE02 EE05 FA01 FA03 FA05 FA12 FA14 FB02 FB04 FC11 FC15 FC17

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 板状の第１誘電体と；前記第１誘電体と
    対向するように配設された板状の第２誘電体と；前記第
    １、２誘電体の間にプラズマ領域が形成されるように第
    １、２誘電体の間に設置されたギャップスペーサと；前
    記第１、２誘電体の互いに対向する面の各裏面に配設さ
    れ、コロナ放電を発生させる第１、２電極部材と； 前
    記第１、２電極部材に各々接して前記第１、２誘電体に
    設置され、前記第１、２電極部材に電気を供給する第
    １、２リードライン部材と；を具備することを特徴とす
    るプラズマ反応器。
  2. 【請求項２】 前記第１、２誘電体及びギャップスペー
    サの両端部には、前記第１、２リードライン部材が各々
    嵌合する第１、２結合ホールが形成されることを特徴と
    する請求項１に記載のプラズマ反応器。
  3. 【請求項３】 前記第１、２誘電体の有害物質と接触す
    る面には、酸化触媒又は窒素酸化物還元触媒がウォッシ
    ュコートと共にコーティングされることを特徴とする請
    求項１に記載のプラズマ反応器。
  4. 【請求項４】 前記第１、２誘電体の表面には、有害物
    質の滞留時間を長くし、プラズマ反応を活性化するため
    の凹凸面が形成されることを特徴とする請求項１に記載
    のプラズマ反応器。
  5. 【請求項５】 前記ギャップスペーサは、前記第１、２
    誘電体の２〜５倍の厚さに形成されることを特徴とする
    請求項１に記載のプラズマ反応器。
  6. 【請求項６】 前記第１、２電極部材は、前記第１、２
    誘電体の各々にＡｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金をコー
    ティングして形成されることを特徴とする請求項１に記
    載のプラズマ反応器。
  7. 【請求項７】 前記第１、２電極部材は、一定の厚さの
    Ｃｕ板材からなることを特徴とする請求項１に記載のプ
    ラズマ反応器。
  8. 【請求項８】 前記第１、２電極部材は、それぞれ対応
    する他側の前記第２、１リードライン部材とは第１、２
    電極部材間の距離の２〜５倍程度離して設けられること
    を特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
  9. 【請求項９】 前記第１、２電極部材は、メッシュ部材
    又は多孔性部材からなることを特徴とする請求項１に記
    載のプラズマ反応器。
  10. 【請求項１０】 前記第１、２リードライン部材は、Ａ
    ｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金のいずれか一つからなる
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
  11. 【請求項１１】 前記第１、２リードライン部材は、イ
    ンキングラインに形成されることを特徴とする請求項１
    に記載のプラズマ反応器。
  12. 【請求項１２】 前記第１、２リードライン部材は、第
    １、２誘電体にボルト結合されることを特徴とする請求
    項１に記載のプラズマ反応器。
  13. 【請求項１３】 前記リードライン部材との接触安定性
    のために、前記第１、２誘電体及びギャップスペーサの
    前記第１又は第２結合ホールと同軸状に形成された所定
    の深さの穴に球状の金属網又はスプリングが設けられる
    ことを特徴とする請求項１に記載のプラズマ反応器。
  14. 【請求項１４】 （ａ）板状の第１誘電体と、前記第１
    誘電体と対向するように設置された板状の第２誘電体
    と、前記第１、２誘電体の間を絶縁するギャップスペー
    サとをそれぞれ複数個準備する段階と； （ｂ）前記第１、２誘電体とギャップスペーサとに設置
    されて電源が印加される第１、２リードライン部材が各
    々嵌合する第１、２結合ホールを前記第１、２誘電体と
    ギャップスペーサとに形成する段階と； （ｃ）前記第１、２誘電体を対向するように設置し、そ
    の間に前記ギャップスペーサを設置して有害物質が通過
    する空間を形成し、前記第１、２誘電体の互いに対向す
    る面の各裏面に第１、２電極部材を各々形成する段階
    と； （ｄ）前記第１、２電極部材と各々接するように第１、
    ２リードライン部材を前記第１、２結合ホールに各々嵌
    合して単層のプラズマ反応器セルを完成する段階と；を
    有することを特徴とするプラズマ反応器の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記単層のプラズマ反応器セルを複数
    個積層し、前記第１、２結合ホールに伝導性物質を注入
    する段階をさらに有することを特徴とする請求項１４に
    記載のプラズマ反応器の製造方法。
  16. 【請求項１６】 前記第１、２誘電体の有害物質と接触
    する面には、酸化触媒又は窒素酸化物還元触媒がウォッ
    シュコートと共にコーティングされる段階をさらに有す
    ることを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反応器
    の製造方法。
  17. 【請求項１７】 前記第１、２誘電体の有害物質と接触
    する表面には、有害物質の滞留時間を長くし、プラズマ
    反応を活性化するための凹凸面を形成する段階をさらに
    有することを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反
    応器の製造方法。
  18. 【請求項１８】 前記ギャップスペーサは、前記第１、
    ２誘電体の２〜５倍の厚さに形成されることを特徴とす
    る請求項１４に記載のプラズマ反応器の製造方法。
  19. 【請求項１９】 前記第１、２電極部材は、前記第１、
    ２誘電体の各々にＡｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金をコ
    ーティングして形成されることを特徴とする請求項１４
    に記載のプラズマ反応器の製造方法。
  20. 【請求項２０】 前記第１、２電極部材は、一定の厚さ
    のＣｕ板材からなることを特徴とする請求項１４に記載
    のプラズマ反応器の製造方法。
  21. 【請求項２１】 前記第１、２電極部材は、それぞれ対
    応する他側の前記第２、１リードライン部材とは第１、
    ２電極部材間の距離の２〜５倍程度離して形成されるこ
    とを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反応器の製
    造方法。
  22. 【請求項２２】 前記第１、２電極部材は、メッシュ部
    材又は多孔性部材からなることを特徴とする請求項１４
    に記載のプラズマ反応器の製造方法。
  23. 【請求項２３】 前記第１、２リードライン部材は、Ａ
    ｇ、Ｃｕ、又はＡｇ−Ｃｕ合金のいずれか一つからなる
    ことを特徴とする請求項１４に記載のプラズマ反応器の
    製造方法。
  24. 【請求項２４】 前記第１、２リードライン部材は、イ
    ンキングラインに形成されることを特徴とする請求項１
    ４に記載のプラズマ反応器の製造方法。
  25. 【請求項２５】 前記第１、２リードライン部材は、第
    １、２誘電体にボルト結合されることを特徴とする請求
    項１４に記載のプラズマ反応器の製造方法。
  26. 【請求項２６】 排気ガスが排出される車両のエンジン
    の一側に設置されて排気ガスがその内部を流動するハウ
    ジングと；前記ハウジング内に設置され、コロナ放電が
    形成されるプラズマ領域が設けられ、前記プラズマ領域
    に排気ガスが流動する請求項１に記載のプラズマ反応器
    と；前記プラズマ反応器とハウジングとの間に設置され
    たマットと；所定の電圧の電源、前記電源の電圧を１０
    ０〜１０００Ｈｚ、１〜１００ｋＶのＡＣ電圧に変換す
    るパワーモジュール、及び変換された電圧を出力するた
    めのテンションコードを備えた電源供給装置と；前記ハ
    ウジングに装着され、前記テンションコードを通して前
    記電源供給装置から変換された電圧を前記プラズマ反応
    器に供給する高電圧プラグと；を具備することを特徴と
    するプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置。
  27. 【請求項２７】 前記パワーモジュールは、 前記電源からの電圧を受ける入力部と；コロナ放電のた
    めの周波数−電圧制御信号を発生する制御部と；前記制
    御信号により前記電源の電圧を１００〜１０００Ｈｚの
    間の正弦波電圧に変換する関数発生部と；前記制御信号
    により前記電源の電圧を１〜１００ｋＶに高圧変換する
    トランス部と；前記関数発生部で変換され前記トランス
    部で高圧変換された電圧を出力する出力部と；から構成
    されることを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ反
    応器を備えた車両の排気ガス低減装置。
  28. 【請求項２８】 前記高電圧プラグは、 前記テンションコードに連結される外部プラグと；前記
    外部プラグの底部に設けられ、排気ガスが漏れないよう
    に気密性が維持されて前記ハウジングの一側に装着され
    る締結部と；前記締結部の底部に設けられ、スパークを
    防止するセラミック絶縁部と；前記セラミック絶縁部の
    底部に設けられ、プラズマ反応器に電力を供給する内部
    プラグと；前記テンションコードに連結される外部プラ
    グから内部プラグまで貫通して内部プラグ底面に突出し
    た電極部と；から構成されることを特徴とする請求項２
    ６に記載のプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減
    装置。
  29. 【請求項２９】 前記セラミック絶縁部は、所定の周波
    数の範囲で前記電源供給装置から印加された電圧の１．
    ５倍以上の絶縁耐力を有することを特徴とする請求項２
    ８に記載のプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減
    装置。
  30. 【請求項３０】 前記セラミック絶縁部は、前記プラズ
    マ反応器内部に装着され、所定の半径を有する円筒形か
    らなることを特徴とする請求項２８に記載のプラズマ反
    応器を備えた車両の排気ガス低減装置。
  31. 【請求項３１】 前記プラズマ反応器に設けられるリー
    ドライン部材との接触安定性のために、前記高電圧プラ
    グの電極部には弾性部材が設けられることを特徴とする
    請求項２８に記載のプラズマ反応器を備えた車両の排気
    ガス低減装置。
  32. 【請求項３２】 前記ハウジングは、一定の厚さのステ
    ンレススチールからなることを特徴とする請求項２６に
    記載のプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装
    置。
  33. 【請求項３３】 前記高電圧プラグが設置される周囲に
    は、アルミナが含まれたセラミック絶縁部材を挿入する
    ことを特徴とする請求項２６に記載のプラズマ反応器を
    備えた車両の排気ガス低減装置。
  34. 【請求項３４】 前記マットは、アルミナが９０％以上
    であり、厚さが３〜５ｍｍであることを特徴とする請求
    項２６に記載のプラズマ反応器を備えた車両の排気ガス
    低減装置。
  35. 【請求項３５】 前記マットの各面の厚さは、前記プラ
    ズマ反応器内部に設置された第１、２電極部材間の距離
    の２倍以上であることを特徴とする請求項２６に記載の
    プラズマ反応器を備えた車両の排気ガス低減装置。
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