JP2003340272A - プラズマ反応装置 - Google Patents

プラズマ反応装置

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JP2003340272A
JP2003340272A JP2002148568A JP2002148568A JP2003340272A JP 2003340272 A JP2003340272 A JP 2003340272A JP 2002148568 A JP2002148568 A JP 2002148568A JP 2002148568 A JP2002148568 A JP 2002148568A JP 2003340272 A JP2003340272 A JP 2003340272A
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ferroelectric
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plasma
reactor
plasma reactor
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Noboru Yamauchi
昇 山内
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】強誘電体充填型プラズマ反応装置において、強
誘電体の空間占有率を低減させることにより電気容量を
減少させ、消費電力を削減する。 【解決手段】強誘電体4をハニカム状若しくはフォーム
状のモノリスとし、空隙率を50%以上に設定する。強
誘電体4には、有害副生成物を処理するための触媒を担
持させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、プラズマ反応装置
に関し、詳細には、強誘電体充填型プラズマ反応装置の
省電力化に関する。
【0002】
【従来の技術】一般的な強誘電体充填型プラズマ反応装
置は、向かい合う一対の電極と、これらの電極で挟まれ
た強誘電体とからなる。具体的には、特開2001−0
74885号公報にあるように、強誘電性セラミックス
をペレット状に成形し、これを電極間に充填して構成さ
れる。
【0003】強誘電体充填型プラズマ反応装置により得
られる非平衡プラズマの発生場を利用して、オゾンを生
成し、メタノール等の燃料を改質し、あるいはエンジン
の排気ガスを処理する研究が進められている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うに構成されるプラズマ反応装置には次のような問題が
ある。強誘電体充填型プラズマ反応装置の構成はコンデ
ンサのものと近似することができるので、その消費電力
(実効電力)Peffはコンデンサにおけると同様に次
式で表される。
【0005】 Peff=C・ω・Veff2 /(√2) ・・・(1) C:コンデンサの電気容量 ω:交流電源の角周波数 Veff:実効電圧 ここで、電気容量Cは、強誘電体の比誘電率が充分に高
い場合に、強誘電体が電極間で占める空間占有率をxと
して概ね次式で表される。
【0006】 C=ε・S/{(1−x)・d} ・・・(2) ε:反応ガスの誘電率 S:電極の面積 d:電極間の距離 (1)及び(2)式から分かるように、強誘電体充填型
プラズマ反応装置の消費電力は強誘電体の空間占有率x
に依存しており、同占有率xが高くなるほど電気容量C
が増大し、その結果消費電力も増大する。従来の強誘電
体充填型プラズマ反応装置では、強誘電体がペレット状
であり、電極間に極めて密に充填されていたため、強誘
電体の空間占有率xが50〜75%と高く、消費電力が
大きいという問題があった。
【0007】 そこで、本発明は、強誘電体充填型プラズ
マ反応装置において、強誘電体の空間占有率xを低減さ
せることにより電気容量Cを減少させ、消費電力を削減
することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】 このため、請求項1に記
載の発明では、プラズマ反応装置を、一対の電極と、こ
れらの電極の間でプラズマを発生させるためにこれらの
電極の間に配置された、空隙率が50%以上の強誘電体
とを含んで構成した。請求項2に記載の発明では、プラ
ズマ反応装置を、一対の電極と、これらの電極の間でプ
ラズマを発生させるためにこれらの電極の間に配置され
た、通気性があるモノリス強誘電体とを含んで構成し
た。
【0009】請求項3に記載の発明では、モノリス強誘
電体の空隙率を50%以上に設定した。請求項4に記載
の発明では、前記強誘電体をハニカム状とした。請求項
5に記載の発明では、前記強誘電体をフォーム状とし
た。請求項6に記載の発明では、前記電極を反応ガスの
流れに対して平行に配置した。
【0010】請求項7に記載の発明では、前記電極を反
応ガスの流れに対して垂直に配置した。請求項8に記載
の発明では、前記強誘電体に触媒を担持させた
【0011】
【発明の効果】 請求項1に係る発明によれば、強誘電体
の空隙率を50%以上とすることで、強誘電体が電極間
で占める空間占有率を低減させ、プラズマ反応装置の消
費電力を削減することができる。請求項2,3に係る発
明によれば、電極間にモノリス強誘電体を配置すること
で、ペレット状の粒を充填した場合と比較して、強誘電
体の空間占有率を格段に低減することができる。
【0012】請求項4,5に係る発明によれば、強誘電
体をハニカム状若しくはフォーム状とすることで、強誘
電体の空間占有率を良好に設定し、プラズマ反応装置の
更なる省電力化を図ることができる。請求項6に係る発
明によれば、電極を反応ガスの流れに対して平行に配置
することで、電極間の距離を狭めることができるととも
に、反応ガスとの接触による電極の劣化を抑制すること
ができる。
【0013】請求項7に係る発明によれば、電極を反応
ガスの流れに対して垂直に配置することで、電極の面積
を小さくすることができる。請求項8に係る発明によれ
ば、強誘電体に触媒を担持させることで、生成ガスに含
まれる有害成分をプラズマ反応装置内で処理することが
できる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
の実施の形態について説明する。 図1(a)は、本発明
の一実施形態に係る強誘電体充填型プラズマ反応装置
(以下「リアクタ」という。)1の、反応ガスの流れに
沿う断面を示している。リアクタ1は、前後部において
断面を縮小させた略直方体の筐体2の内部に、一対の電
極3A,3Bを設置するとともに、これらの電極間でプ
ラズマを発生させるために強誘電体4を配置して構成さ
れる。
【0015】電極3A,3Bは、板状であり、筐体2の
内部において反応ガスの流れに沿わせて対向させて配置
し、均一断面の胴部を構成する上壁21及び下壁22に
隣接させて固定している。電極3A,3Bを反応ガスの
流れと平行に配置することで、反応ガスとの接触による
電極の劣化を抑制することができる。ここで、電極3
A,3Bが反応ガスの流路に設置されていると、その前
後端で反応ガスが流れずによどみが形成されるが、両電
極を筐体2に埋め込むことで、このような領域をなくす
ことができる。また、筐体2を円筒状に成形し、電極3
A,3Bをこの筐体2の内部に同心円筒状に配置するこ
ととしてもよい。
【0016】本実施形態では、強誘電体4をハニカム状
のモノリスに成形している。そして、このモノリス強誘
電体4を上下から電極3A,3Bで挟み込んで固定して
いる。従って、ペレット状の粒を充填するリアクタと異
なり、強誘電体4を電極間に保持するための封入部材を
設置する必要がない。強誘電体4の材料には、チタン酸
バリウム(BaTiO3 )を用いることができる。
【0017】図1(b)は、本実施形態に係る強誘電体
4の、同図(a)の直線b−bに沿う断面を示してい
る。 このように構成されるリアクタ1によれば、電源5
により数kHzほどの交流電圧(電圧=数kV)を電極
3A,3Bに印加することで、筐体2の内部において強
誘電体4の向かい合う壁の間に高い電界強度を発生させ
ることができる。そして、この電界強度が一定値以上と
なると、パルス状のマイクロディスチャージが引き起こ
される。こうして発生したプラズマは、気体温度が数千
〜数万℃に及ぶいわゆる熱プラズマとは異なり、電子温
度のみが高く、中性分子やイオンは常温に保たれる非平
衡プラズマ(低温プラズマ)であり、発生場は、筐体2
の内部全体に及ぶ。
【0018】 ここで、リアクタ1にメタノールや天然ガ
ス等の炭化水素系原燃料を供給すると、電子のエネルギ
ーにより原燃料の改質が促進され、水素を多く含む改質
ガスが生成される。メタノールは分子中に酸素原子を含
んでいるため、改質反応において固体炭素が発生するこ
とは殆どない。しかしながら、天然ガス、ガソリン及び
軽油等の非含酸素分子が主成分である原燃料では、原燃
料のみを供給すると固体炭素が発生するので、水や酸素
を同時に供給することが必要である。リアクタ1から得
られた水素は、燃料電池の燃料として使用することがで
きる。
【0019】 本実施形態では、強誘電体4をモノリスと
し、壁部構造をハニカム状としたことで、電極3A,3
Bの間で強誘電体4が占める空間占有率を低減させ、リ
アクタ1の消費電力を削減することができる。それは、
次の理由による。 本実施形態に係るリアクタ1の消費電
力(実効電力)Peffはコンデンサにおけると同様に
次式で表される。
【0020】 Peff=C・ω・Veff2 /(√2) ・・・(3) C:コンデンサの電気容量 ω:交流電源の角周波数 Veff:実効電圧 ここで、電気容量Cは、強誘電体の比誘電率が充分に高
い場合に、この素材が電極間で占める空間占有率をxと
して概ね次式で表される。
【0021】 C=ε・S/{(1−x)・d} ・・・(4) ε:反応ガスの誘電率 S:電極の面積 d:電極間の距離 (4)式は、一対の電極(電極間の距離d)の間に厚さ
x・d及び誘電率ε1の強誘電体を直列に配置するとと
もに、残された空間を反応ガスで満たして構成されるコ
ンデンサの電気容量C(=S/{(1−x)・d/ε+
x・d/ε1})として算出される。
【0022】 本実施形態に係るリアクタ1では、(4)
式において強誘電体の空間占有率xが低減され、電気容
量Cが減少する結果、(3)式において消費電力Pef
fが削減されるのである。強誘電体4をハニカム状のモ
ノリスとすることで、空間占有率xを10〜30%(空
隙率で70〜90%)にまで低減することができ、強誘
電体をペレット状とした場合の空間占有率xが50〜7
5%(空隙率で25〜50%)であることと比較する
と、最大で65%の空間占有率の低減が可能である。
【0023】 強誘電体4は、ハニカム状に限らず、フォ
ーム状としてもよい。強誘電体4をフォーム状とした場
合にも、チタン酸バリウムを材料として用いることがで
きる。強誘電体4をフォーム状のモノリスとすること
で、強誘電体4が電極3A,3Bの間で占める空間占有
率xを5〜15%(空隙率で85〜95%)にまで低減
することができるので、リアクタ1の一層の省電力化を
図ることができる。ただし、ハニカム状の強誘電体4に
よれば、フォーム状のものよりも反応ガスの流路抵抗が
低いので、より大量の反応ガスを処理することができ
る。
【0024】 図2は、電極配置を変更したリアクタ10
1の、反応ガスの流れに沿う断面を示している。リアク
タ101では、網状とするなどして通気性を持たせた電
極103A,103Bを、反応ガスの流れに対して垂直
に配置している。このような電極配置とすれば、電極1
03A,103Bの面積を小さくすることができ、また
反応ガスをよどませずに筐体102の内部全体で流通さ
せることができるので、より小型なリアクタ101を実
現することができる。なお、強誘電体104は、ハニカ
ム状及びフォーム状のいずれの形状であってもよい。
【0025】 図3は、触媒を担体させたハニカム状のモ
ノリス強誘電体401の断面を示している。この強誘電
体401は、チタン酸バリウム等をハニカム状に成形し
た基材411の壁面に触媒412を担持させて構成して
いる。触媒は、フォーム状の強誘電体に担持させること
もできる。このような触媒付き強誘電体401によれ
ば、有害副生成物をリアクタ内で処理することが可能と
なる。例えば、リアクタを用いた燃料改質では、燃料電
池の電極触媒を劣化させる一酸化炭素や、改質における
水素選択率を低下させるメタン等の副生成物が発生す
る。強誘電体401を用いることで、一酸化炭素をリア
クタ内で減少させた改質ガスを燃料電池に供給し、また
発生したメタンを減少させながら改質を行うことができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態に係るプラズマ反応装置及
び同装置において使用される強誘電体の断面
【図2】電極配置の変更例
【図3】触媒を担持させた強誘電体の断面
【符号の説明】
1…リアクタ(強誘電体充填型プラズマ反応装置) 2…筐体 3…電極 4…強誘電体 5…交流電源

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一対の電極と、 これらの電極の間でプラズマを発生させるためにこれら
    の電極の間に配置された、空隙率が50%以上の強誘電
    体と、を含んで構成されるプラズマ反応装置。
  2. 【請求項2】一対の電極と、 これらの電極の間でプラズマを発生させるためにこれら
    の電極の間に配置された、通気性があるモノリス強誘電
    体と、を含んで構成されるプラズマ反応装置。
  3. 【請求項3】前記強誘電体の空隙率が50%以上である
    請求項2に記載のプラズマ反応装置。
  4. 【請求項4】前記強誘電体がハニカム状である請求項1
    〜3のいずれかに記載のプラズマ反応装置。
  5. 【請求項5】前記強誘電体がフォーム状である請求項1
    〜3のいずれかに記載のプラズマ反応装置。
  6. 【請求項6】前記電極が反応ガスの流れに対して平行に
    配置された請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマ反
    応装置。
  7. 【請求項7】前記電極が反応ガスの流れに対して垂直に
    配置された請求項1〜5のいずれかに記載のプラズマ反
    応装置。
  8. 【請求項8】前記強誘電体に触媒を担持させた請求項1
    〜7のいずれかに記載のプラズマ反応装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863540B2 (en) 2006-03-30 2011-01-04 Ngk Insulators, Ltd. Plasma reactor
JP2012011380A (ja) * 2010-07-05 2012-01-19 Kun-Liang Hong 均一電場誘電体放電反応器

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7863540B2 (en) 2006-03-30 2011-01-04 Ngk Insulators, Ltd. Plasma reactor
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