JP2004343899A - プラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システム - Google Patents
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Abstract
【課題】複数のプラズマ発生装置に対し、要求される高電圧を印加可能な電源装置および低コストかつコンパクトに構成可能な排ガス浄化システムの提供。
【解決手段】プラズマ発生用電源装置３０は、複数のプラズマリアクタ１０および２０のそれぞれに高電圧を印加するためのものであり、第１トランス３３および第２トランス３８を含む。第１トランス３３の一次コイルは、コントローラ３５により制御されるインバータ回路３２を介して一次電源３１に接続され、トランス３３の二次コイルは、第１プラズマリアクタ１０に接続されている。第２トランス３８の一次コイルは、第１トランス３３の二次コイルに接続され、トランス３８の二次コイルは、第２プラズマリアクタ２０に接続されている。
【選択図】 図１
【解決手段】プラズマ発生用電源装置３０は、複数のプラズマリアクタ１０および２０のそれぞれに高電圧を印加するためのものであり、第１トランス３３および第２トランス３８を含む。第１トランス３３の一次コイルは、コントローラ３５により制御されるインバータ回路３２を介して一次電源３１に接続され、トランス３３の二次コイルは、第１プラズマリアクタ１０に接続されている。第２トランス３８の一次コイルは、第１トランス３３の二次コイルに接続され、トランス３８の二次コイルは、第２プラズマリアクタ２０に接続されている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一対の電極に交流電圧あるいは直流パルス電圧などを印加して電極間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置（プラズマリアクタ）を用いて内燃機関の排ガスを浄化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種のプラズマ発生装置に対しては、通常、交流電圧あるいは直流パルス電圧などを発生可能な高圧電源装置が１台ずつ備えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１４７４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年では、互いに異なる処理を実行する複数のプラズマ発生装置を含む排ガス浄化システムの検討が進められている。このような排ガス浄化システムにおいて、個々のプラズマ発生装置に対して１台ずつ高圧電源装置を備えたのでは、システム全体のコストアップを招くと共に、システムのスペース効率を悪化させてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することができるプラズマ発生用電源装置、および、低コストかつコンパクトに構成可能な排ガス浄化システムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラズマ発生用電源装置は、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置であって、一次電源と、一次電源に接続される一次コイルおよび複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第１トランスと、一次電源と第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように構成される本発明のプラズマ発生用電源装置によれば、それ１台で、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することが可能となる。従って、このプラズマ発生用電源装置を用いれば、複数のプラズマ発生装置を備えた排ガス浄化システムの低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。
【０００８】
この場合、第１トランスと第２トランスとの間に設けられた整流手段と、第２トランスとプラズマ発生装置との間に設けられた整流手段とを更に備えると好ましい。
【０００９】
このような構成を採用すれば、１台のプラズマ発生用電源装置により、交流電源方式のプラズマ発生装置と、直流パルス電源方式のプラズマ発生装置との双方に所望の高電圧を印加することが可能となる。
【００１０】
本発明による排ガス浄化システムは、プラズマを利用して排ガスを浄化する排ガス浄化システムであって、一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第１のプラズマ発生装置と、一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第２のプラズマ発生装置と、第１および第２のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置を備え、プラズマ発生用電源装置は、一次電源と、一次電源に接続される一次コイルおよび第１のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第１トランスと、一次電源と第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび第２のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とする。
【００１１】
この排ガス浄化システムでは、１台のプラズマ発生用電源装置によって、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧が印加される。従って、この排ガス浄化システムでは、個々のプラズマ発生装置に対して１台ずつ高圧電源装置を備える必要がなくなるので、システム全体の低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるプラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システムの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明による排ガス浄化システムを示す概略構成図である。同図に示される排ガス浄化システム１は、車両に適用されると好適なものであり、図示されない内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統に組み込まれる。排ガス浄化システム１は、内燃機関の排気系統を構成する排気管Ｌ１およびＬ２の間に組み込まれる第１プラズマリアクタ１０および第２プラズマリアクタ２０を含む。本実施形態では、第１プラズマリアクタ１０と、第１プラズマリアクタ１０の排ガスの流れ方向下流側に配置される第２プラズマリアクタ２０とは、駆動方式が異なっており、互いに異なる排ガス処理を実行する。
【００１４】
第１プラズマリアクタ１０は、交流電源方式のプラズマ発生装置として構成されており、導電性材料により概ね筒状に形成された浄化容器１１を有する。図１に示されるように、浄化容器１１の一端は、内燃機関の燃焼室に連なる排気管Ｌ１に接続されており、浄化容器１１の内部には、図１において白抜矢印で示されるように内燃機関の排ガスが導入される。また、浄化容器１１の内部には、ハニカム材等からなるセル１２が配置され、浄化容器１１の長手方向軸心上には、細径棒状の放電電極１４が配置される。
【００１５】
本実施形態では、浄化容器１１自体が陽極とされると共に、放電電極１４が陰極とされ、浄化容器１１と放電電極１４とには、交流の高電圧が印加される。これにより、放電電極１４と、受電極としての浄化容器１１との間にプラズマを発生させることが可能となり、発生したプラズマのエネルギを利用して、排ガスに含まれるパーティキュレート物質（ＰＭ）等をセル１２内に捕集することができる。
【００１６】
一方、第２プラズマリアクタ２０は、直流パルス電源方式のプラズマ発生装置として構成されており、導電性材料により概ね筒状に形成された浄化容器２１を有する。浄化容器２１の一端は、接続管Ｌｃを介して第１プラズマリアクタ１０の浄化容器１１の下流端と接続されており、浄化容器２１内には、第１プラズマリアクタ１０の浄化容器１１を通過した流体が導入される。そして、浄化容器２１の他端は、排気管Ｌ１と共に排気系統を構成する排気管Ｌ２に接続されており、浄化容器２１内で浄化された流体は、排気管Ｌ２を介して外部に排出される。
【００１７】
図１に示されるように、浄化容器２１の内部には、絶縁体により概ね筒状に形成された支持部材２２が固定されており、支持部材２２の両端には、メッシュ状の電極２３Ａおよび２３Ｃが固定されている。また、支持部材２２の内部、かつ、電極２３Ａおよび２３Ｃの間には、触媒担体２４が配置されている。本実施形態では、触媒担体２４としてセラミック等からなるハニカム材にアルミナ触媒を担持させたものが用いられる。なお、支持部材２２の内部の触媒担体２４は省略されてもよく、また、触媒を担持していないハニカム材等が支持部材２２の内部に配置されてもよい。更に、ハニカム材等に担持させる触媒としては、任意のものを採用することができる。
【００１８】
浄化容器２１の内部に配置されている電極２３Ａおよび２３Ｃには、それぞれ端子（図示省略）が接続されており、各端子には、例えば上流側の電極２３Ａが陽極となり、下流側の電極２３Ｃが陰極となるようにして直流パルス電圧が印加される。これにより、電極２３Ａおよび２３Ｃの間にプラズマを発生させることが可能となり、発生したプラズマのエネルギを利用して、内燃機関からの排ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった成分やパーティキュレート物質等を排ガス中の酸素と反応させて浄化したり、着火させて焼却したりすることができる。
【００１９】
上述のように構成される第１プラズマリアクタ１０および第２プラズマリアクタ２０のそれぞれには、１台のプラズマ発生用電源装置３０から高電圧が供給される。電源装置３０は、図１に示されるように、一次電源（直流電源）３１、インバータ回路３２、第１トランス３３および第１切換スイッチ３４を含む。本実施形態では、一次電源３１として、車両の補機バッテリが用いられ、一次電源３１は、インバータ回路３２を介して、第１トランス３３の一次コイルに接続されている。また、第１トランス３３の二次コイルは、第１切換スイッチ３４を介して第１プラズマリアクタ１０の浄化容器（受電極）１１および放電電極１４に接続されている。第１切換スイッチ３４は、コントローラ３５によってオン／オフ制御される。
【００２０】
一次電源３１と第１トランス３３との間に設けられているインバータ回路３２は、図１に示されるように、４個のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３およびＴｒ４、並びに、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を保護するためのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３およびＤ４を有するフライバック式フルブリッジ回路として構成されている。このインバータ回路３２のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のぞれぞれには、コントローラ３５からゲート信号（駆動信号）が与えられる。
【００２１】
また、第１トランス３３の二次コイルには、第２切換スイッチ３６、ダイオード３７を介して、第２トランス３８の一次コイルが接続されている。第２切換スイッチ３６は、第１切換スイッチ３４と同様に、コントローラ３５によってオン／オフ制御されるものである。そして、第２トランス３８の二次コイルは、ダイオード３９を介して、第２プラズマリアクタ２０の電極２３Ａおよび２３Ｃに接続されている。
【００２２】
なお、コントローラ３５は、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有するものである。そして、コントローラ３５は、所定の制御プラグラム等に従うと共に、内燃機関の排気系統等から取得される各種パラメータ等に基づいて、インバータ回路３２へのゲート信号を生成すると共に、第１切換スイッチ３４および第２切換スイッチ３６をオン／オフ制御する。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、上述の排ガス浄化システム１を構成するプラズマ発生用電源装置３０の動作について説明する。
【００２４】
排ガス浄化システム１の電源装置３０によって、交流電源方式の第１プラズマリアクタ１０と直流パルス電源方式の第２プラズマリアクタ２０とを作動させるに際しては、コントローラ３５から、インバータ回路３２を構成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対して、図２に示されるようなゲート信号Ｑ１〜Ｑ４が与えられる。本実施形態において、ゲート信号Ｑ１〜Ｑ４の周波数ｆは、同一であるが、トランジスタＴｒ１およびＴｒ４に対するゲート信号Ｑ１およびＱ４と、トランジスタＴｒ２およびＴｒ３に対するゲート信号Ｑ２およびＱ３とでは、位相が１８０度異なっている。
【００２５】
上述のようなゲート信号Ｑ１〜Ｑ４がトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に与えられると、インバータ回路３２を介して一次電源３１に接続されている第１トランス３３の一次コイルには、図２に示されるような一次電圧（交流電圧）Ｖｐ１が加えられると共に、一次電流Ｉｐ１が流れる。これにより、第１トランス３３の二次コイルには、図２に示されるように、昇圧された二次電圧（交流電圧）Ｖｓ１および二次電流Ｉｓ１が誘導される。
【００２６】
そして、コントローラ３５は、第１トランス３３と第１プラズマリアクタ１０との間の第１切換スイッチ３４に対し、図２に示されるように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）のオン信号ＳＷ１を与える。これにより、第１プラズマリアクタ１０には、図２に示されるような交流電圧ＡＶ１が印加され、第１プラズマリアクタ１０の放電電極１４と、受電極としての浄化容器１１との間にプラズマを発生させることが可能となる。
【００２７】
一方、コントローラ３５は、第１トランス３３と第２トランス３８との間の第２切換スイッチ３６に対し、図２に示されるように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）を有すると共に第１切換スイッチ３４に対するオン信号ＳＷ１とは位相が１８０度異なるオン信号ＳＷ２を与える。また、第１トランス３３の二次コイルから第２トランス３８へと流れ込む電流は、ダイオード３７によって整流される。従って、第２トランス３８の一次コイルには、図２に示されるような一次電圧（交流電圧）Ｖｐ２が加えられると共に、一次電流Ｉｐ２が流れる。
【００２８】
そして、第２トランス３８の二次コイルに誘導される二次電流Ｉｓ２は、ダイオード３９によって整流され、第２トランス３８の二次コイルには、図２に示されるような片極性の二次電圧（直流パルス電圧）Ｖｓ２が誘導される。この結果、第２プラズマリアクタ２０には、第２トランス３８によって昇圧された直流パルス電圧Ｖｓ２が印加され、第２プラズマリアクタ２０の電極２３Ａおよび２３Ｃの間にプラズマを発生させることが可能となる。
【００２９】
このように、本発明のプラズマ発生用電源装置３０によれば、それ１台で、第１プラズマリアクタ１０に対し、要求される交流電圧を印加すると共に、第２プラズマリアクタ２０に対し、要求される直流パルス電圧を印加することが可能となる。すなわち、排ガス浄化システム１では、１台のプラズマ発生用電源装置３０によって、複数のプラズマリアクタ１０および２０に対し、要求される高電圧が印加される。
【００３０】
従って、プラズマ発生用電源装置３０を用いれば、複数のプラズマリアクタ１０および２０を備えた排ガス浄化システム１の低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。言い換えれば、排ガス浄化システム１では、個々のプラズマリアクタ１０および２０に対して１台ずつ高圧電源装置を備える必要がなくなるので、システム全体の低コスト化を図ると共に、システム全体をコンパクト化して車両への搭載性を向上させることが可能となる。
【００３１】
なお、図２からわかるように、本実施形態では、第１切換スイッチ３４に対するオン信号ＳＷ１と、第２切換スイッチ３６に対するオン信号ＳＷ２とが、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）を有し、かつ、両者の位相が１８０度異なっていることから、第１プラズマリアクタ１０と第２プラズマリアクタ２０とに対して同時に高電圧が印加されることはない。
【００３２】
また、上述の排ガス浄化システム１では、第１トランス３３と第２トランス３８との間にダイオード（整流手段）３７を設けると共に、第２トランス３８と第２プラズマリアクタ２０との間にダイオード（整流手段）３９を設けることにより、プラズマ発生用電源装置３０に交流電圧および直流パルス電圧の双方を発生させているが、これに限られるものではない。
【００３３】
すなわち、ダイオード３７および３９を省略することにより、プラズマ発生用電源装置３０から複数のプラズマリアクタに対してそれぞれに要求される交流電圧が供給されるようにしてもよい。更に、ダイオード３７および３９に加えて、第１トランス３３側にも整流手段としてのダイオードを適宜設けることにより、プラズマ発生用電源装置３０から複数のプラズマリアクタに対し、それぞれに要求される直流パルス電圧が供給されるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することができるプラズマ発生用電源装置、および、低コストかつコンパクトに構成可能な排ガス浄化システムの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排ガス浄化システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の排ガス浄化システムに含まれるプラズマ発生用電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 排ガス浄化システム
１０ 第１プラズマリアクタ
１１，２１ 浄化容器
１４ 放電電極
２０ 第２プラズマリアクタ
２３Ａ，２３Ｃ 電極
３０ プラズマ発生用電源装置
３１ 一次電源
３２ インバータ回路
３３ 第１トランス
３４ 第１切換スイッチ
３５ コントローラ
３６ 第２切換スイッチ
３７，３９ ダイオード
３８ 第２トランス
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ 排気管
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４ トランジスタ
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、一対の電極に交流電圧あるいは直流パルス電圧などを印加して電極間にプラズマを発生させるプラズマ発生装置（プラズマリアクタ）を用いて内燃機関の排ガスを浄化する技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この種のプラズマ発生装置に対しては、通常、交流電圧あるいは直流パルス電圧などを発生可能な高圧電源装置が１台ずつ備えられる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３１４７４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年では、互いに異なる処理を実行する複数のプラズマ発生装置を含む排ガス浄化システムの検討が進められている。このような排ガス浄化システムにおいて、個々のプラズマ発生装置に対して１台ずつ高圧電源装置を備えたのでは、システム全体のコストアップを招くと共に、システムのスペース効率を悪化させてしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することができるプラズマ発生用電源装置、および、低コストかつコンパクトに構成可能な排ガス浄化システムの提供を目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によるプラズマ発生用電源装置は、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置であって、一次電源と、一次電源に接続される一次コイルおよび複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第１トランスと、一次電源と第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とする。
【０００７】
このように構成される本発明のプラズマ発生用電源装置によれば、それ１台で、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することが可能となる。従って、このプラズマ発生用電源装置を用いれば、複数のプラズマ発生装置を備えた排ガス浄化システムの低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。
【０００８】
この場合、第１トランスと第２トランスとの間に設けられた整流手段と、第２トランスとプラズマ発生装置との間に設けられた整流手段とを更に備えると好ましい。
【０００９】
このような構成を採用すれば、１台のプラズマ発生用電源装置により、交流電源方式のプラズマ発生装置と、直流パルス電源方式のプラズマ発生装置との双方に所望の高電圧を印加することが可能となる。
【００１０】
本発明による排ガス浄化システムは、プラズマを利用して排ガスを浄化する排ガス浄化システムであって、一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第１のプラズマ発生装置と、一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第２のプラズマ発生装置と、第１および第２のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置を備え、プラズマ発生用電源装置は、一次電源と、一次電源に接続される一次コイルおよび第１のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第１トランスと、一次電源と第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび第２のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とする。
【００１１】
この排ガス浄化システムでは、１台のプラズマ発生用電源装置によって、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧が印加される。従って、この排ガス浄化システムでは、個々のプラズマ発生装置に対して１台ずつ高圧電源装置を備える必要がなくなるので、システム全体の低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明によるプラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システムの好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明による排ガス浄化システムを示す概略構成図である。同図に示される排ガス浄化システム１は、車両に適用されると好適なものであり、図示されない内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統に組み込まれる。排ガス浄化システム１は、内燃機関の排気系統を構成する排気管Ｌ１およびＬ２の間に組み込まれる第１プラズマリアクタ１０および第２プラズマリアクタ２０を含む。本実施形態では、第１プラズマリアクタ１０と、第１プラズマリアクタ１０の排ガスの流れ方向下流側に配置される第２プラズマリアクタ２０とは、駆動方式が異なっており、互いに異なる排ガス処理を実行する。
【００１４】
第１プラズマリアクタ１０は、交流電源方式のプラズマ発生装置として構成されており、導電性材料により概ね筒状に形成された浄化容器１１を有する。図１に示されるように、浄化容器１１の一端は、内燃機関の燃焼室に連なる排気管Ｌ１に接続されており、浄化容器１１の内部には、図１において白抜矢印で示されるように内燃機関の排ガスが導入される。また、浄化容器１１の内部には、ハニカム材等からなるセル１２が配置され、浄化容器１１の長手方向軸心上には、細径棒状の放電電極１４が配置される。
【００１５】
本実施形態では、浄化容器１１自体が陽極とされると共に、放電電極１４が陰極とされ、浄化容器１１と放電電極１４とには、交流の高電圧が印加される。これにより、放電電極１４と、受電極としての浄化容器１１との間にプラズマを発生させることが可能となり、発生したプラズマのエネルギを利用して、排ガスに含まれるパーティキュレート物質（ＰＭ）等をセル１２内に捕集することができる。
【００１６】
一方、第２プラズマリアクタ２０は、直流パルス電源方式のプラズマ発生装置として構成されており、導電性材料により概ね筒状に形成された浄化容器２１を有する。浄化容器２１の一端は、接続管Ｌｃを介して第１プラズマリアクタ１０の浄化容器１１の下流端と接続されており、浄化容器２１内には、第１プラズマリアクタ１０の浄化容器１１を通過した流体が導入される。そして、浄化容器２１の他端は、排気管Ｌ１と共に排気系統を構成する排気管Ｌ２に接続されており、浄化容器２１内で浄化された流体は、排気管Ｌ２を介して外部に排出される。
【００１７】
図１に示されるように、浄化容器２１の内部には、絶縁体により概ね筒状に形成された支持部材２２が固定されており、支持部材２２の両端には、メッシュ状の電極２３Ａおよび２３Ｃが固定されている。また、支持部材２２の内部、かつ、電極２３Ａおよび２３Ｃの間には、触媒担体２４が配置されている。本実施形態では、触媒担体２４としてセラミック等からなるハニカム材にアルミナ触媒を担持させたものが用いられる。なお、支持部材２２の内部の触媒担体２４は省略されてもよく、また、触媒を担持していないハニカム材等が支持部材２２の内部に配置されてもよい。更に、ハニカム材等に担持させる触媒としては、任意のものを採用することができる。
【００１８】
浄化容器２１の内部に配置されている電極２３Ａおよび２３Ｃには、それぞれ端子（図示省略）が接続されており、各端子には、例えば上流側の電極２３Ａが陽極となり、下流側の電極２３Ｃが陰極となるようにして直流パルス電圧が印加される。これにより、電極２３Ａおよび２３Ｃの間にプラズマを発生させることが可能となり、発生したプラズマのエネルギを利用して、内燃機関からの排ガスに含まれるＨＣ，ＣＯ，ＮＯｘといった成分やパーティキュレート物質等を排ガス中の酸素と反応させて浄化したり、着火させて焼却したりすることができる。
【００１９】
上述のように構成される第１プラズマリアクタ１０および第２プラズマリアクタ２０のそれぞれには、１台のプラズマ発生用電源装置３０から高電圧が供給される。電源装置３０は、図１に示されるように、一次電源（直流電源）３１、インバータ回路３２、第１トランス３３および第１切換スイッチ３４を含む。本実施形態では、一次電源３１として、車両の補機バッテリが用いられ、一次電源３１は、インバータ回路３２を介して、第１トランス３３の一次コイルに接続されている。また、第１トランス３３の二次コイルは、第１切換スイッチ３４を介して第１プラズマリアクタ１０の浄化容器（受電極）１１および放電電極１４に接続されている。第１切換スイッチ３４は、コントローラ３５によってオン／オフ制御される。
【００２０】
一次電源３１と第１トランス３３との間に設けられているインバータ回路３２は、図１に示されるように、４個のトランジスタＴｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３およびＴｒ４、並びに、各トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４を保護するためのダイオードＤ１，Ｄ２，Ｄ３およびＤ４を有するフライバック式フルブリッジ回路として構成されている。このインバータ回路３２のトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４のぞれぞれには、コントローラ３５からゲート信号（駆動信号）が与えられる。
【００２１】
また、第１トランス３３の二次コイルには、第２切換スイッチ３６、ダイオード３７を介して、第２トランス３８の一次コイルが接続されている。第２切換スイッチ３６は、第１切換スイッチ３４と同様に、コントローラ３５によってオン／オフ制御されるものである。そして、第２トランス３８の二次コイルは、ダイオード３９を介して、第２プラズマリアクタ２０の電極２３Ａおよび２３Ｃに接続されている。
【００２２】
なお、コントローラ３５は、図示されないＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ、入出力ポートおよび記憶装置等を有するものである。そして、コントローラ３５は、所定の制御プラグラム等に従うと共に、内燃機関の排気系統等から取得される各種パラメータ等に基づいて、インバータ回路３２へのゲート信号を生成すると共に、第１切換スイッチ３４および第２切換スイッチ３６をオン／オフ制御する。
【００２３】
次に、図２を参照しながら、上述の排ガス浄化システム１を構成するプラズマ発生用電源装置３０の動作について説明する。
【００２４】
排ガス浄化システム１の電源装置３０によって、交流電源方式の第１プラズマリアクタ１０と直流パルス電源方式の第２プラズマリアクタ２０とを作動させるに際しては、コントローラ３５から、インバータ回路３２を構成するトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対して、図２に示されるようなゲート信号Ｑ１〜Ｑ４が与えられる。本実施形態において、ゲート信号Ｑ１〜Ｑ４の周波数ｆは、同一であるが、トランジスタＴｒ１およびＴｒ４に対するゲート信号Ｑ１およびＱ４と、トランジスタＴｒ２およびＴｒ３に対するゲート信号Ｑ２およびＱ３とでは、位相が１８０度異なっている。
【００２５】
上述のようなゲート信号Ｑ１〜Ｑ４がトランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に与えられると、インバータ回路３２を介して一次電源３１に接続されている第１トランス３３の一次コイルには、図２に示されるような一次電圧（交流電圧）Ｖｐ１が加えられると共に、一次電流Ｉｐ１が流れる。これにより、第１トランス３３の二次コイルには、図２に示されるように、昇圧された二次電圧（交流電圧）Ｖｓ１および二次電流Ｉｓ１が誘導される。
【００２６】
そして、コントローラ３５は、第１トランス３３と第１プラズマリアクタ１０との間の第１切換スイッチ３４に対し、図２に示されるように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）のオン信号ＳＷ１を与える。これにより、第１プラズマリアクタ１０には、図２に示されるような交流電圧ＡＶ１が印加され、第１プラズマリアクタ１０の放電電極１４と、受電極としての浄化容器１１との間にプラズマを発生させることが可能となる。
【００２７】
一方、コントローラ３５は、第１トランス３３と第２トランス３８との間の第２切換スイッチ３６に対し、図２に示されるように、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）を有すると共に第１切換スイッチ３４に対するオン信号ＳＷ１とは位相が１８０度異なるオン信号ＳＷ２を与える。また、第１トランス３３の二次コイルから第２トランス３８へと流れ込む電流は、ダイオード３７によって整流される。従って、第２トランス３８の一次コイルには、図２に示されるような一次電圧（交流電圧）Ｖｐ２が加えられると共に、一次電流Ｉｐ２が流れる。
【００２８】
そして、第２トランス３８の二次コイルに誘導される二次電流Ｉｓ２は、ダイオード３９によって整流され、第２トランス３８の二次コイルには、図２に示されるような片極性の二次電圧（直流パルス電圧）Ｖｓ２が誘導される。この結果、第２プラズマリアクタ２０には、第２トランス３８によって昇圧された直流パルス電圧Ｖｓ２が印加され、第２プラズマリアクタ２０の電極２３Ａおよび２３Ｃの間にプラズマを発生させることが可能となる。
【００２９】
このように、本発明のプラズマ発生用電源装置３０によれば、それ１台で、第１プラズマリアクタ１０に対し、要求される交流電圧を印加すると共に、第２プラズマリアクタ２０に対し、要求される直流パルス電圧を印加することが可能となる。すなわち、排ガス浄化システム１では、１台のプラズマ発生用電源装置３０によって、複数のプラズマリアクタ１０および２０に対し、要求される高電圧が印加される。
【００３０】
従って、プラズマ発生用電源装置３０を用いれば、複数のプラズマリアクタ１０および２０を備えた排ガス浄化システム１の低コスト化およびコンパクト化を容易に達成することが可能となる。言い換えれば、排ガス浄化システム１では、個々のプラズマリアクタ１０および２０に対して１台ずつ高圧電源装置を備える必要がなくなるので、システム全体の低コスト化を図ると共に、システム全体をコンパクト化して車両への搭載性を向上させることが可能となる。
【００３１】
なお、図２からわかるように、本実施形態では、第１切換スイッチ３４に対するオン信号ＳＷ１と、第２切換スイッチ３６に対するオン信号ＳＷ２とが、トランジスタＴｒ１〜Ｔｒ４に対するゲート信号の２分の１の周波数（ｆ／２）を有し、かつ、両者の位相が１８０度異なっていることから、第１プラズマリアクタ１０と第２プラズマリアクタ２０とに対して同時に高電圧が印加されることはない。
【００３２】
また、上述の排ガス浄化システム１では、第１トランス３３と第２トランス３８との間にダイオード（整流手段）３７を設けると共に、第２トランス３８と第２プラズマリアクタ２０との間にダイオード（整流手段）３９を設けることにより、プラズマ発生用電源装置３０に交流電圧および直流パルス電圧の双方を発生させているが、これに限られるものではない。
【００３３】
すなわち、ダイオード３７および３９を省略することにより、プラズマ発生用電源装置３０から複数のプラズマリアクタに対してそれぞれに要求される交流電圧が供給されるようにしてもよい。更に、ダイオード３７および３９に加えて、第１トランス３３側にも整流手段としてのダイオードを適宜設けることにより、プラズマ発生用電源装置３０から複数のプラズマリアクタに対し、それぞれに要求される直流パルス電圧が供給されるようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、複数のプラズマ発生装置のそれぞれに対し、要求される高電圧を印加することができるプラズマ発生用電源装置、および、低コストかつコンパクトに構成可能な排ガス浄化システムの実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排ガス浄化システムを示す概略構成図である。
【図２】図１の排ガス浄化システムに含まれるプラズマ発生用電源装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ 排ガス浄化システム
１０ 第１プラズマリアクタ
１１，２１ 浄化容器
１４ 放電電極
２０ 第２プラズマリアクタ
２３Ａ，２３Ｃ 電極
３０ プラズマ発生用電源装置
３１ 一次電源
３２ インバータ回路
３３ 第１トランス
３４ 第１切換スイッチ
３５ コントローラ
３６ 第２切換スイッチ
３７，３９ ダイオード
３８ 第２トランス
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４ ダイオード
Ｌ１，Ｌ２ 排気管
Ｔｒ１，Ｔｒ２，Ｔｒ３，Ｔｒ４ トランジスタ
Claims (3)
- 複数のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置であって、
一次電源と、
前記一次電源に接続される一次コイルおよび前記複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第１トランスと、
前記一次電源と前記第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、
前記インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、
前記第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび前記複数のプラズマ発生装置の何れか一体に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とするプラズマ発生用電源装置。 - 前記第１トランスと前記第２トランスとの間に設けられた整流手段と、前記第２トランスと前記プラズマ発生装置との間に設けられた整流手段とを更に備えることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生用電源装置。
- プラズマを利用して排ガスを浄化する排ガス浄化システムであって、
一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第１のプラズマ発生装置と、
一対の電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排ガスを処理する第２のプラズマ発生装置と、
前記第１および第２のプラズマ発生装置のそれぞれに高電圧を印加するためのプラズマ発生用電源装置を備え、
前記プラズマ発生用電源装置は、
一次電源と、
前記一次電源に接続される一次コイルおよび前記第１のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第１トランスと、
前記一次電源と前記第１トランスの間に設けられたインバータ回路と、
前記インバータ回路を作動させるための駆動信号を生成するコントローラと、
前記第１トランスの二次コイルに接続される一次コイルおよび前記第２のプラズマ発生装置に接続される二次コイルを含む第２トランスとを備えることを特徴とする排ガス浄化システム。
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| JP2003137920A JP2004343899A (ja) | 2003-05-15 | 2003-05-15 | プラズマ発生用電源装置および排ガス浄化システム |
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-
2003
- 2003-05-15 JP JP2003137920A patent/JP2004343899A/ja not_active Withdrawn
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