JP2005113706A

JP2005113706A - Plasma generating electrode and plasma reactor

Info

Publication number: JP2005113706A
Application number: JP2003345541A
Authority: JP
Inventors: Yukio Miyairi; 由紀夫宮入; Yasumasa Fujioka; 靖昌藤岡; Masaaki Masuda; 昌明桝田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd; NGK Insulators Ltd
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP4342893B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a plasma generating electrode capable of effectively preventing damage due to thermal shock. <P>SOLUTION: The plasma generating electrode 1 equipped with two or more opposing plate-like unit electrodes 2 and a holding member 5 for holding the unit electrodes 2 separated at predetermined intervals is capable of generating plasma by applying voltage between the unit electrodes 2. At least one of the opposing unit electrodes 2 has a ceramic body 3 which is a dielectric body and a dielectric film 4 arranged inside the ceramic body 3. The ratio of the Young's modulus of the holding member 5 in regard to Young's modulus of the ceramic body 3 constructing the unit electrodes 2 is less than 1, and/or the ratio of thermal conductivity of the holding member 5 in regard to the thermal conductivity of the ceramic body 3 constructing the unit electrodes 2 is less than 1. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、プラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。さらに詳しくは、熱衝撃による破損を有効に防止することが可能なプラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。 The present invention relates to a plasma generating electrode and a plasma reactor. More specifically, the present invention relates to a plasma generating electrode and a plasma reactor capable of effectively preventing damage due to thermal shock.

二枚の両端を固定された電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかけることにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、イオンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知られている。 Silent discharge occurs when a dielectric is placed between two fixed electrodes and a high voltage alternating current or periodic pulse voltage is applied. In the resulting plasma field, active species, radicals, and ions are generated. It is known that gas reaction and decomposition are promoted, and it is known that this can be used to remove harmful components contained in exhaust gas discharged from engines and various incinerators.

例えば、エンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスを、プラズマ場内を通過させることによって、この排気ガス中に含まれる、例えば、ＮＯ_x、カーボン微粒子、ＨＣ、ＣＯ等を処理する、プラズマ発生電極を用いたプラズマ反応器等が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−１６４９２５号公報 For example, by passing exhaust gas discharged from an engine or various incinerators through the plasma field, for example, plasma that treats NO _x , carbon particulates, HC, CO, etc. contained in the exhaust gas A plasma reactor using a generation electrode is disclosed (for example, see Patent Document 1).
JP 2001-164925 A

しかしながら、例えば、エンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスを処理する場合に、プラズマ発生電極が熱衝撃により破損するという問題があった。 However, for example, when processing exhaust gas discharged from an engine, various incinerators, or the like, there has been a problem that the plasma generating electrode is damaged by thermal shock.

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、熱衝撃による破損を有効に防止することが可能なプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a plasma generating electrode and a plasma reactor capable of effectively preventing damage due to thermal shock.

上述の目的を達成するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following plasma generating electrode and plasma reactor.

［１］互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極を所定間隔に隔てた状態で保持する保持部材とを備え、前記単位電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する前記単位電極の少なくとも一方が、誘電体となるセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜とを有するとともに、前記単位電極を構成する前記セラミック体のヤング率に対する前記保持部材のヤング率の割合が１より小さい、及び／又は前記単位電極を構成する前記セラミック体の熱伝導率に対する前記保持部材の熱伝導率の割合が１より小さいプラズマ発生電極。 [1] Two or more plate-like unit electrodes facing each other and a holding member that holds the unit electrodes in a state of being spaced apart by a predetermined interval, and generating plasma by applying a voltage between the unit electrodes And at least one of the unit electrodes facing each other has a ceramic body serving as a dielectric and a conductive film disposed inside the ceramic body, and the unit The ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the ceramic body constituting the electrode is less than 1 and / or the ratio of the thermal conductivity of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode Is a plasma generating electrode smaller than 1.

［２］前記保持部材が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ムライト、コージェライト、及び結晶化ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む前記［１］に記載のプラズマ発生電極。 [2] The holding member contains at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, zirconia, mullite, cordierite, and crystallized glass. Plasma generating electrode.

［３］前記セラミック体が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、コージェライト、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む前記［１］又は［２］に記載のプラズマ発生電極。 [3] The ceramic body includes aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite, cordierite, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide, and barium-titanium. The plasma generating electrode according to the above [1] or [2], comprising at least one compound selected from the group consisting of a system oxide.

［４］前記単位電極を構成する前記セラミック体のヤング率に対する前記保持部材のヤング率の割合が０．８以下である前記［１］〜［３］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [4] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [3], wherein a ratio of Young's modulus of the holding member to Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is 0.8 or less.

［５］前記保持部材のヤング率が２５０ＧＰａ以下である前記［１］〜［４］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [5] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [4], wherein the holding member has a Young's modulus of 250 GPa or less.

［６］前記単位電極を構成する前記セラミック体の熱伝導率に対する前記保持部材の熱伝導率の割合が０．５以下である前記［１］〜［５］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [6] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [5], wherein the ratio of the thermal conductivity of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode is 0.5 or less. .

［７］前記保持部材の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以下である前記［１］〜［６］のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [7] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [6], wherein the holding member has a thermal conductivity of 20 W / mK or less.

［８］前記［１］〜［７］のいずれかに記載のプラズマ発生電極と、所定の成分を含むガスの流路（ガス流路）を内部に有するケース体とを備え、前記ガスが前記ケース体の前記ガス流路に導入されたときに、前記プラズマ発生電極で発生したプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分が反応することが可能なプラズマ反応器。 [8] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [7], and a case body having a gas flow path (gas flow path) containing a predetermined component therein, wherein the gas is A plasma reactor capable of causing the predetermined component contained in the gas to react with plasma generated by the plasma generating electrode when introduced into the gas flow path of the case body.

［９］前記プラズマ発生電極に電圧を印加するためのパルス電源をさらに備えた前記［８］に記載のプラズマ反応器。 [9] The plasma reactor according to [8], further including a pulse power source for applying a voltage to the plasma generating electrode.

［１０］前記パルス電源が、その内部に少なくとも一つのＳＩサイリスタを有する前記［９］に記載のプラズマ反応器。 [10] The plasma reactor according to [9], wherein the pulse power source includes at least one SI thyristor therein.

本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器は、熱衝撃による破損を有効に防止することができる。 The plasma generating electrode and the plasma reactor of the present invention can effectively prevent damage due to thermal shock.

以下、図面を参照して、本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of a plasma generating electrode and a plasma reactor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not construed as being limited thereto, and the scope of the present invention is not limited thereto. Various changes, modifications, and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope.

図１は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態における、単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図である。また、図２は、本実施の形態のプラズマ発生電極を構成する単位電極の一例を示す平面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view taken along a plane perpendicular to the surface of a unit electrode in one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention. FIG. 2 is a plan view showing an example of a unit electrode constituting the plasma generating electrode of the present embodiment.

図１及び図２に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１は、互いに対向する二以上の板状の単位電極２と、単位電極２を所定間隔に隔てた状態で保持する保持部材５とを備え、単位電極２相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極１であって、互いに対向する単位電極２の少なくとも一方が、誘電体となるセラミック体３と、セラミック体３の内部に配設された導電膜４とを有するとともに、単位電極２を構成するセラミック体３のヤング率に対する保持部材５のヤング率の割合（以下、単に「ヤング率の割合」ということがある）が１より小さい、及び／又は単位電極２を構成するセラミック体３の熱伝導率に対する保持部材５の熱伝導率の割合（以下、単に「熱伝導率の割合」ということがある）が１より小さいものである。 As shown in FIGS. 1 and 2, the plasma generating electrode 1 of the present embodiment includes two or more plate-like unit electrodes 2 facing each other and a holding member that holds the unit electrodes 2 at a predetermined interval. 5 and a plasma generating electrode 1 capable of generating plasma by applying a voltage between the unit electrodes 2, wherein at least one of the unit electrodes 2 facing each other is a ceramic body. 3 and the conductive film 4 disposed inside the ceramic body 3, and the ratio of the Young's modulus of the holding member 5 to the Young's modulus of the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 (hereinafter simply referred to as "Young's modulus"). The ratio of the thermal conductivity of the holding member 5 to the thermal conductivity of the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 (hereinafter referred to simply as “the ratio of thermal conductivity”) There are Ukoto) are those smaller than 1.

上述したように、本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成する単位電極２は、誘電体としてのセラミック体３と導電膜４とを有する、所謂、バリア放電型の電極であり、対向する単位電極２相互間に、少なくとも一方の単位電極２のセラミック体３を挟んだ状態で放電が行われるために、導電膜４単独で放電を行う場合と比較して、スパーク等の片寄った放電を減少させることができるとともに、単位電極２相互間に小さな放電を複数の箇所で起こすことができる。このような複数の小さな放電は、スパーク等の放電に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電体が存在することによりイオンの移動開始以前に放電が停止し、単位電極２相互間では電子の移動が優位となり、温度上昇を伴わないノンサーマルプラズマを発生させることができる。このようなことから、本実施の形態のプラズマ発生電極１は、所定の成分を含むガスを反応させるプラズマ反応器、例えば、自動車のエンジンや燃焼炉等から排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置や、空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に用いることができる。 As described above, the unit electrode 2 constituting the plasma generating electrode 1 of the present embodiment is a so-called barrier discharge type electrode having a ceramic body 3 as a dielectric and a conductive film 4, and is a unit facing the unit. Since discharge is performed with the ceramic body 3 of at least one unit electrode 2 sandwiched between the electrodes 2, compared to the case where the discharge is performed with the conductive film 4 alone, the amount of discharge such as sparks is reduced. In addition, a small discharge can be generated between the unit electrodes 2 at a plurality of locations. Such a plurality of small discharges can reduce power consumption because less current flows compared to sparks and other discharges. Furthermore, due to the presence of a dielectric, the discharge occurs before the start of ion movement. It stops, electron movement is dominant between the unit electrodes 2, and non-thermal plasma without temperature rise can be generated. For this reason, the plasma generating electrode 1 of the present embodiment is an exhaust gas for treating exhaust gas discharged from a plasma reactor that reacts with a gas containing a predetermined component, for example, an automobile engine or a combustion furnace. It can be used for a processing apparatus, an ozonizer for purifying ozone by reacting oxygen contained in air or the like.

従来、自動車のエンジンから排出される排気ガスの処理にプラズマを用いる場合、プラズマを発生させるための電極の各構成要素が熱衝撃により破損するという問題があった。具体的には、このような電極が、互いに対向する単位電極と、この単位電極を所定の間隔に保持する保持部材とから構成されている場合には、保持部材の引張応力によって単位電極が破損することがあり、特に、単位電極を構成する構成要素のヤング率に対する保持部材のヤング率の割合、及び／又は単位電極を構成する構成要素の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が１以上であると、熱衝撃による保持部材や単位電極の破損が顕著になる。 Conventionally, when plasma is used to process exhaust gas discharged from an automobile engine, there has been a problem that each component of an electrode for generating plasma is damaged by thermal shock. Specifically, when such an electrode is composed of unit electrodes facing each other and a holding member that holds the unit electrodes at a predetermined interval, the unit electrode is damaged by the tensile stress of the holding member. In particular, the ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the component constituting the unit electrode and / or the ratio of the thermal conductivity of the holding member to the thermal conductivity of the component constituting the unit electrode may be When it is 1 or more, damage to the holding member and the unit electrode due to thermal shock becomes significant.

図１に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、単位電極２を構成するセラミック体３のヤング率に対する保持部材５のヤング率の割合が１より小さく、及び／又は単位電極２を構成するセラミック体３の熱伝導率に対する保持部材５の熱伝導率の割合が１より小さくなるように構成されており、熱衝撃による破損、特に、保持部材５によって引き起こされる単位電極２の破損を有効に防止することができる。 As shown in FIG. 1, in the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the ratio of the Young's modulus of the holding member 5 to the Young's modulus of the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 is less than 1, and / or the unit electrode. 2 is configured such that the ratio of the thermal conductivity of the holding member 5 to the thermal conductivity of the ceramic body 3 constituting 2 is smaller than 1, and breakage due to thermal shock, particularly the unit electrode 2 caused by the holding member 5. Damage can be effectively prevented.

ヤング率の割合及び／又は熱伝導率の割合が１より小さいということは、保持部材５と、単位電極２のセラミック体３とが、互いに異なる成分の材料から構成されてなるか、又は、同じ成分の材料から構成されてなる場合には、焼結助剤として含まれる粒界相成分をそれぞれ変えることにより、その気孔率を変化させてヤング率や熱伝導率が互いに異なるように制御した材料、もしくは、気孔径や気孔分布を変化させてヤング率や熱伝導率を互いに異なるように制御した材料から構成されてなるということである。このように、ヤング率の割合及び／又は熱伝導率の割合を１より小さくするためには、セラミック体３と保持部材５の材料を異ならせるだけでなく、それぞれを製造する過程において、例えば、セラミックの高度な焼結技術を用いることによって、そのヤング率や熱伝導率の制御が可能であり、ヤング率の割合及び／又は熱伝導率の割合を１より小さくすることができる。このような材料から構成された保持部材５や単位電極２を用いることにより、プラズマ発生電極１の破損に対する信頼性を向上させることができる。 The fact that the ratio of Young's modulus and / or the ratio of thermal conductivity is smaller than 1 means that the holding member 5 and the ceramic body 3 of the unit electrode 2 are made of materials having different components or the same. In the case of being composed of component materials, by changing the grain boundary phase components included as sintering aids, the porosity is changed to control the Young's modulus and thermal conductivity to be different from each other. Alternatively, it is made of a material whose Young's modulus and thermal conductivity are controlled to be different from each other by changing the pore diameter and pore distribution. Thus, in order to make the ratio of Young's modulus and / or the ratio of thermal conductivity smaller than 1, not only the materials of the ceramic body 3 and the holding member 5 are made different, but also in the process of manufacturing each, for example, By using an advanced ceramic sintering technique, the Young's modulus and thermal conductivity can be controlled, and the Young's modulus ratio and / or the thermal conductivity ratio can be made smaller than 1. By using the holding member 5 and the unit electrode 2 made of such a material, the reliability of the plasma generating electrode 1 against damage can be improved.

単位電極２を構成するセラミック体３は、誘電体として好適に用いることができ、かつそのヤング率を測定することができる程度の強度を有するものを好適に用いることができる。本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、セラミック体３を構成する材料については特に限定されることはないが、例えば、セラミック体３が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、コージェライト、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。このような化合物を含むことによって、耐熱衝撃性に優れたセラミック体３を得ることができる。本実施の形態に用いられるセラミック体３は、例えば、テープ状のセラミックグリーンシート等を用いて形成することができ、また、押出成形で得られたシートを用いても形成することができる。さらに、粉末乾式プレスで作製した平板を用いることも可能である。 The ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 can be suitably used as a dielectric, and a ceramic body having a strength that can measure the Young's modulus can be suitably used. In the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the material constituting the ceramic body 3 is not particularly limited. For example, the ceramic body 3 is made of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, or nitride. It is preferable to include at least one compound selected from the group consisting of aluminum, mullite, cordierite, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide, and barium-titanium oxide. By including such a compound, the ceramic body 3 excellent in thermal shock resistance can be obtained. The ceramic body 3 used in the present embodiment can be formed using, for example, a tape-shaped ceramic green sheet or the like, or can be formed using a sheet obtained by extrusion molding. Furthermore, it is also possible to use a flat plate produced by a powder dry press.

プラズマ発生電極１を構成する保持部材５は、単位電極２相互間を所定間隔に隔てた状態で、単位電極２の少なくとも一方の端部を保持することができ、セラミック体３よりヤング率が小さい、及び／又はセラミック体３より熱伝導率が小さいものであれば、その材料については特に限定されることはないが、例えば、保持部材５が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ムライト、コージェライト、及び結晶化ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。また、保持部材５は、局所的な沿面放電の防止の観点から、電気絶縁性を有することが好ましい。 The holding member 5 constituting the plasma generating electrode 1 can hold at least one end of the unit electrode 2 in a state where the unit electrodes 2 are separated from each other by a predetermined distance, and has a Young's modulus smaller than that of the ceramic body 3. As long as the thermal conductivity is lower than that of the ceramic body 3, the material is not particularly limited. For example, the holding member 5 is made of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, It is preferable to include at least one compound selected from the group consisting of zirconia, mullite, cordierite, and crystallized glass. Moreover, it is preferable that the holding member 5 has electrical insulation from the viewpoint of preventing local creeping discharge.

なお、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、セラミック体３のヤング率に対する保持部材５のヤング率の割合が０．８以下であることが好ましく、０．５以下であることがさらに好ましい。具体的には、例えば、セラミック体３が酸化アルミニウムから構成されている場合には、そのヤング率の割合が０．８以下となる保持部材５の材料として、酸化物セラミック、例えば、ジルコニア（酸化ジルコニウム）を挙げることができ、ヤング率の割合が０．５以下となる保持部材５の材料として、ガラス、結晶化ガラス、気孔径や気孔分布を制御した多孔質酸化アルミニウム等を挙げることができる。 In the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the ratio of the Young's modulus of the holding member 5 to the Young's modulus of the ceramic body 3 is preferably 0.8 or less, and more preferably 0.5 or less. . Specifically, for example, when the ceramic body 3 is made of aluminum oxide, an oxide ceramic such as zirconia (oxidized oxide) is used as the material of the holding member 5 whose Young's modulus ratio is 0.8 or less. Examples of the material of the holding member 5 having a Young's modulus ratio of 0.5 or less include glass, crystallized glass, and porous aluminum oxide with controlled pore diameter and pore distribution. .

また、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、セラミック体３の熱伝導率に対する保持部材５の熱伝導率の割合が０．５以下であることが好ましく、０．１以下であることがさらに好ましい。具体的には、例えば、セラミック体３が酸化アルミニウムから構成されている場合には、その熱伝導率の割合が０．５以下となる保持部材５の材料として、ムライト（３Ａｌ₂Ｏ₃・２ＳｉＯ₂）、フォルステライト（２ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）を挙げることができ、熱伝導率の割合が０．１以下となる保持部材５の材料として、コージェライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂Ｏ₃・５ＳｉＯ₂）、ステアタイト（ＭｇＯ・ＳｉＯ₂）、あるいは、気孔径を制御した多孔質ムライトを挙げることができる。 In the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the ratio of the thermal conductivity of the holding member 5 to the thermal conductivity of the ceramic body 3 is preferably 0.5 or less, and preferably 0.1 or less. Further preferred. Specifically, for example, when the ceramic body 3 is made of aluminum oxide, as a material of the holding member 5 whose thermal conductivity ratio is 0.5 or less, mullite (3Al ₂ O ₃ .2SiO ₂ ), forsterite (2MgO · SiO ₂ ), and as a material of the holding member 5 having a thermal conductivity ratio of 0.1 or less, cordierite (2MgO · 2Al ₂ O ₃ · 5SiO ₂ ), Examples thereof include steatite (MgO.SiO ₂ ) and porous mullite with a controlled pore size.

本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられる保持部材５は、ヤング率の割合及び／又は熱伝導率の割合が、上述した値を満足するものであればよく、そのヤング率の具体的な数値については特に限定されることはないが、例えば、保持部材５のヤング率が２５０ＧＰａ以下であることが好ましく、２００ＧＰａ以下であることがさらに好ましい。保持部材５のヤング率が２５０ＧＰａを超えると、単位電極２を保持する際に、その保持部分に大きな引張応力が発生して、単位電極２が破損する恐れがある。なお、ヤング率の測定方法としては、ＪＩＳＲ１６０２に準じた、静的撓み法で測定するか、共振曲げ法で測定する。単位電極２及び保持部材５から所定の曲げ試験片を切出して測定するが、ＪＩＳＲ１６０２に規定された試験片を切出すことが不可能な場合は、比例寸法の小型曲げ試験片で評価できる。また、単位電極２や保持部材５と同じ工程で作製された素材からＪＩＳＲ１６０２に規定された曲げ試験片を切出して、ヤング率を評価してもよい。 The holding member 5 used in the plasma generating electrode 1 of the present embodiment may be any material as long as the Young's modulus ratio and / or the thermal conductivity ratio satisfy the above-described values. Although the numerical value is not particularly limited, for example, the Young's modulus of the holding member 5 is preferably 250 GPa or less, and more preferably 200 GPa or less. When the Young's modulus of the holding member 5 exceeds 250 GPa, when the unit electrode 2 is held, a large tensile stress is generated in the holding portion, and the unit electrode 2 may be damaged. In addition, as a measuring method of Young's modulus, it measures by the static bending method according to JISR1602, or it measures by the resonance bending method. Although a predetermined bending test piece is cut out from the unit electrode 2 and the holding member 5 and measured, if it is impossible to cut out the test piece specified in JIS R1602, it can be evaluated with a small bending test piece having a proportional dimension. Further, a Young's modulus may be evaluated by cutting out a bending test piece defined in JIS R1602 from a material manufactured in the same process as the unit electrode 2 and the holding member 5.

同様に、本実施の形態のプラズマ発生電極１に用いられる保持部材５の熱伝導率の具体的な数値についても特に限定されることはないが、例えば、保持部材５の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫ以下であることが好ましく、５Ｗ／ｍＫ以下であることがさらに好ましい。保持部材５の熱伝導率が２０Ｗ／ｍＫを超えると、単位電極２を保持する際に、その保持部分の熱引きが大きく、熱衝撃によって単位電極２が破損する恐れがある。なお、熱伝導率の測定は、ＪＩＳＲ１６１１に準じて、レーザーフラッシュ法で行うが、規定の直径及び厚さの円盤試験片を切出すことが不可能な場合は、小型の試験片でデータを得るとともに、単位電極２や保持部材５と同じプロセスで作製したセラミック部材から所定の寸法の試験片を切出し、熱伝導率をレーザーフラッシュ法で測定することができる。 Similarly, the specific numerical value of the thermal conductivity of the holding member 5 used for the plasma generating electrode 1 of the present embodiment is not particularly limited. For example, the thermal conductivity of the holding member 5 is 20 W / It is preferably mK or less, and more preferably 5 W / mK or less. If the thermal conductivity of the holding member 5 exceeds 20 W / mK, when the unit electrode 2 is held, the holding part is greatly heated and the unit electrode 2 may be damaged by thermal shock. The thermal conductivity is measured by the laser flash method in accordance with JIS R1611, but if it is impossible to cut out a disk test piece with the specified diameter and thickness, the data should be obtained with a small test piece. In addition, a test piece having a predetermined size can be cut out from a ceramic member produced by the same process as the unit electrode 2 and the holding member 5 and the thermal conductivity can be measured by a laser flash method.

また、保持部材５のヤング率の下限値については、特に限定されることはないが、ヤング率の割合が０．２以上であることが好ましい。また、保持部材５の曲げ極度は１００ＭＰａ以上であることが好ましい。ヤング率の割合が０．２未満で、かつその曲げ極度が１００ＭＰａ未満であると、単位電極２を有効に保持し得る機械的強度を得ることができない恐れがある。具体的には、例えば、保持部材５が、ヤング率５０ＧＰａ、熱伝導率３Ｗ／ｍＫ、曲げ強度４０ＭＰａのものであり、かつ単位電極２を構成するセラミック体３のヤング率に対する保持部材５のヤング率の割合が０．１９である場合には、単位電極２を構成するセラミック体３の破損を防止することができるが、逆に、保持部材５自体が破損する恐れがある。 Further, the lower limit value of the Young's modulus of the holding member 5 is not particularly limited, but the ratio of Young's modulus is preferably 0.2 or more. Further, the bending extreme of the holding member 5 is preferably 100 MPa or more. If the Young's modulus ratio is less than 0.2 and the bending extreme is less than 100 MPa, the mechanical strength that can effectively hold the unit electrode 2 may not be obtained. Specifically, for example, the holding member 5 has a Young's modulus of 50 GPa, a thermal conductivity of 3 W / mK, a bending strength of 40 MPa, and the Young of the holding member 5 with respect to the Young's modulus of the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2. When the ratio of the rate is 0.19, the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 can be prevented from being damaged, but conversely, the holding member 5 itself may be damaged.

また、セラミック体３が酸化アルミニウムから構成されている場合には、保持部材５の材料として、ジルコニア、ムライト、コージェライト、結晶化ガラス等が適している。また、その気孔率を制御した酸化アルミニウムも好適に用いることができる。気孔率を制御した酸化アルミニウムを用いる場合には、例えば、酸化アルミニウムの気孔率を２５％に制御すると、その熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫで、ヤング率は１５０ＧＰａとなる。このような酸化アルミニウムは、本実施の形態のプラズマ発生電極１を構成する保持部材５の材料としては特に好適なものであり、熱衝撃による破損を有効に防止することができる。本実施の形態における気孔率の値は、アルキメデス法で測定した測定値のことである。 When the ceramic body 3 is made of aluminum oxide, zirconia, mullite, cordierite, crystallized glass, or the like is suitable as the material for the holding member 5. Also, aluminum oxide whose porosity is controlled can be suitably used. When aluminum oxide with controlled porosity is used, for example, when the porosity of aluminum oxide is controlled to 25%, the thermal conductivity is 15 W / mK and the Young's modulus is 150 GPa. Such aluminum oxide is particularly suitable as a material for the holding member 5 constituting the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, and can effectively prevent breakage due to thermal shock. The porosity value in the present embodiment is a measured value measured by Archimedes method.

また、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、単位電極２を構成するセラミック体３の熱膨張率に対する保持部材５の熱膨張率の割合（以下、単に「熱膨張率の割合」ということがある）が０．２〜２であることが好ましく、０．５〜１であることがさらに好ましい。上述した熱膨張率の割合が２を超えると、保持部材５に生じる熱応力が大きくなりすぎて、保持部材５が破損することがある。また、熱膨張率の割合が０．２未満であると、逆に、単位電極２に生じる熱応力が大きくなりすぎて、単位電極２が破損することがある。熱膨張率は、ＪＩＳＲ１６１８に準じて、押し棒示差式で測定するが、単位電極２及び保持部材５から所定の寸法の棒状試験片を切出すことが不可能な場合は、比例寸法の小型試験片で測定できる。 Further, in the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the ratio of the thermal expansion coefficient of the holding member 5 to the thermal expansion coefficient of the ceramic body 3 constituting the unit electrode 2 (hereinafter simply referred to as “thermal expansion coefficient ratio”). Is preferably 0.2 to 2, and more preferably 0.5 to 1. When the ratio of the thermal expansion coefficient mentioned above exceeds 2, the thermal stress generated in the holding member 5 becomes too large, and the holding member 5 may be damaged. On the other hand, if the coefficient of thermal expansion is less than 0.2, the unit electrode 2 may be damaged because the thermal stress generated in the unit electrode 2 becomes too large. The coefficient of thermal expansion is measured by a push rod differential method according to JIS R1618. If it is impossible to cut a bar-shaped test piece of a predetermined size from the unit electrode 2 and the holding member 5, a small proportional size is required. It can be measured with a test piece.

また、保持部材５は、対向する単位電極２を所定間隔に保持するものであることから電気絶縁性を有することが好ましく、その絶縁破壊電圧が５ｋＶ／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。このように構成することによって、対向する単位電極２相互間の電気絶縁性を有効に保つことができる。特に、保持部材５が多孔質材料から構成されている場合には、その絶縁破壊電圧が低くなるために、予め絶縁破壊電圧が比較的に高い材料を用いることが好ましい。 The holding member 5 preferably has electrical insulation properties because it holds the unit electrodes 2 facing each other at a predetermined interval, and more preferably has a dielectric breakdown voltage of 5 kV / mm or more. By comprising in this way, the electrical insulation between the unit electrodes 2 which oppose can be kept effective. In particular, when the holding member 5 is made of a porous material, it is preferable to use a material having a relatively high dielectric breakdown voltage in advance because the dielectric breakdown voltage is low.

単位電極２を構成する導電膜４は、単位電極２相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なものであればよく、特に限定されることはないが、例えば、導電膜４が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニア、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。 The conductive film 4 constituting the unit electrode 2 is not particularly limited as long as it can generate plasma by applying a voltage between the unit electrodes 2. 4 preferably contains at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, manganese, chromium, titanium, zirconia, nickel, iron, silver, copper, platinum, and palladium.

また、導電膜４を配設する方法については特に限定されることはないが、セラミック体３に塗工して形成、配設することが好ましい。具体的な方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、塗工後の導電膜４表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電膜４を容易に形成することができる。 Further, the method for disposing the conductive film 4 is not particularly limited, but it is preferable that the conductive film 4 is formed and disposed by coating the ceramic body 3. Specific examples of suitable methods include screen printing, calendar roll, spray, electrostatic coating, dip, knife coater, chemical vapor deposition, physical vapor deposition, and the like. According to such a method, it is possible to easily form the conductive film 4 which is excellent in the smoothness of the surface of the conductive film 4 after coating and which is thin.

図１に示したプラズマ発生電極１は、十枚の単位電極２が、保持部材５によって、一枚おきに、それぞれ交互に一組の端部の反対側で保持された構成となっているが、図３に示すように、単位電極２が、一組の端部の両方で保持部材５によって保持された構成としてもよい。この場合には、互いに対向する単位電極２において、それぞれ反対側の端部側から電圧を印加することができるように構成されてなることが好ましい。なお、図１及び図３においては、プラズマ発生電極１が十枚の単位電極２から構成されているが、単位電極２の枚数はこれに限定されることはない。 The plasma generating electrode 1 shown in FIG. 1 has a configuration in which ten unit electrodes 2 are alternately held by the holding member 5 on the opposite side of the pair of end portions alternately. As shown in FIG. 3, the unit electrode 2 may be held by the holding member 5 at both ends of the set. In this case, it is preferable that the unit electrodes 2 facing each other be configured so that a voltage can be applied from the opposite end side. 1 and 3, the plasma generating electrode 1 is composed of ten unit electrodes 2, but the number of unit electrodes 2 is not limited to this.

また、図１に示したプラズマ発生電極１は、全ての単位電極２が、誘電体となるセラミック体３と、そのセラミック体３の内部に配設された導電膜４とを有しているが、本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、少なくとも一方の単位電極２がセラミック体３と導電膜４とを有していればよく、例えば、図４に示すように、プラズマ発生電極１を構成する単位電極２において、一方の単位電極２ａがセラミック体３と導電膜４を有し、対向する他方の単位電極２ｂが、単なる導電性を有する板状の電極であってもよい。この場合、対向する他方の単位電極２ｂの構成については特に限定されることはないが、従来公知の電極、例えば、導電性を有する金属から形成された板状の電極等を好適に用いることができる。なお、図３及び図４において、図１に示したプラズマ発生電極１と同様に構成されている各要素については、同一の符号を付して説明を省略する。 Further, in the plasma generating electrode 1 shown in FIG. 1, all the unit electrodes 2 have a ceramic body 3 that is a dielectric, and a conductive film 4 disposed inside the ceramic body 3. In the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, it is sufficient that at least one unit electrode 2 has the ceramic body 3 and the conductive film 4. For example, as shown in FIG. In the unit electrode 2 to be configured, one unit electrode 2a may include the ceramic body 3 and the conductive film 4, and the other unit electrode 2b facing each other may be a plate electrode having simple conductivity. In this case, the configuration of the other unit electrode 2b facing each other is not particularly limited. However, a conventionally known electrode, for example, a plate-like electrode formed from a conductive metal is preferably used. it can. 3 and 4, the same components as those of the plasma generating electrode 1 shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.

本実施の形態のプラズマ発生電極１においては、セラミック体３及び導電膜４の厚さについては、発生させるプラズマの大きさや強度、単位電極２に印可する電圧等を考慮して適宜選択して決定することができる。 In the plasma generating electrode 1 of the present embodiment, the thicknesses of the ceramic body 3 and the conductive film 4 are appropriately selected and determined in consideration of the size and intensity of the generated plasma, the voltage applied to the unit electrode 2, and the like. can do.

単位電極２相互間の間隔については、必要とするプラズマの強度や、電圧を印加する電源等によって適宜選択して決定することが好ましく、例えば、排ガス中のＮＯ_xのＮＯ₂への変換に用いる場合には、単位電極２相互間の間隔を０．３〜２．０ｍｍにすることが好ましい。 The interval between the unit electrodes 2 is preferably selected and determined as appropriate depending on the required plasma intensity, the power source to which the voltage is applied, and the like. For example, it is used for the conversion of NO _{x in} the exhaust gas to NO ₂ . In this case, it is preferable that the distance between the unit electrodes 2 is 0.3 to 2.0 mm.

なお、単位電極２相互間に電圧を印加して放電を行う際には、導電膜４に直接電圧を印可する必要があるために、単位電極２は、その一方の端部において、電源（図示せず）と導電膜４とを通電可能な状態としておくことが好ましい。 Note that when discharging is performed by applying a voltage between the unit electrodes 2, it is necessary to apply a voltage directly to the conductive film 4, so that the unit electrode 2 has a power source (see FIG. (Not shown) and the conductive film 4 are preferably in an energizable state.

以下、本実施の形態のプラズマ発生電極の製造方法について具体的に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the plasma generating electrode of this Embodiment is demonstrated concretely.

まず、プラズマ発生電極を構成するセラミック体となるテープ状のセラミックグリーンシートを形成するためのスラリー（セラミックグリーンシート製作用スラリー）を調製する。このスラリーは、所定のセラミック粉末に適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製する。上述したセラミック粉末としては、例えば、酸化アルミニウム、ムライト、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末を好適に用いることができる。また、焼結助剤は、セラミック粉末１００質量部に対して、３〜１０質量部加えることが好ましく、可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公知のセラミックグリーンシートを形成するためのスラリーに使用されている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用いることができる。なお、このセラミックグリーンシート製作用スラリーはペースト状であってもよい。 First, a slurry for forming a tape-shaped ceramic green sheet to be a ceramic body constituting the plasma generating electrode (ceramic green sheet working slurry) is prepared. This slurry is prepared by blending an appropriate binder, a sintering aid, a plasticizer, a dispersant, an organic solvent and the like with a predetermined ceramic powder. As the above-mentioned ceramic powder, for example, powders such as aluminum oxide, mullite, cordierite, silicon nitride, and aluminum nitride can be suitably used. The sintering aid is preferably added in an amount of 3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder. The plasticizer, the dispersant and the organic solvent are slurries for forming a conventionally known ceramic green sheet. The plasticizers, dispersants and organic solvents used in the above can be suitably used. The ceramic green sheet working slurry may be in the form of a paste.

次に、得られたセラミックグリーンシート製作用スラリーを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形してセラミックグリーンシートを形成する。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のセラミックグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。 Next, the obtained ceramic green sheet working slurry is molded to have a predetermined thickness according to a conventionally known technique such as a doctor blade method, a calendar method, a printing method, a reverse roll coater method, etc. Form. The ceramic green sheets formed in this way are processed as cutting, cutting, punching, formation of communication holes, etc., or as an integrated laminate by thermocompression bonding or the like with a plurality of ceramic green sheets laminated. It may be used.

一方、導電膜を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、モリブデン粉末にバインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混錬して得ることができる。なお、上述したセラミックグリーンシートとの密着性及び焼結性を向上させるべく、必要に応じて導体ペーストに添加剤を加えてもよい。 On the other hand, a conductor paste for forming a conductive film is prepared. This conductor paste can be obtained, for example, by adding a solvent such as binder and terpineol to molybdenum powder and kneading sufficiently using a triroll mill. In addition, you may add an additive to a conductor paste as needed in order to improve adhesiveness and sintering property with the ceramic green sheet mentioned above.

このようにして得られた導体ペーストを、セラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電膜を形成する。 The conductive paste thus obtained is printed on the surface of the ceramic green sheet using screen printing or the like to form a conductive film having a predetermined shape.

次に、導電膜を印刷したセラミックグリーンシートと、これとは別のセラミックグリーンシートとを、印刷した導電膜を覆うようにして積層し、導電膜を内部に配設したセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートを積層する際には、温度１００℃、圧力１０ＭＰａで押圧しながら積層することが好ましい。 Next, a ceramic green sheet on which a conductive film is printed and a ceramic green sheet different from this are laminated so as to cover the printed conductive film, thereby obtaining a ceramic green sheet in which the conductive film is disposed. When laminating the ceramic green sheets, it is preferable to laminate while pressing at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 10 MPa.

次に、導電膜を内部に配設したセラミックグリーンシートを焼成して単位電極を形成する。このようにして、本実施の形態のプラズマ発生電極に必要な枚数の単位電極を形成する。 Next, a ceramic green sheet having a conductive film disposed therein is fired to form unit electrodes. In this manner, the necessary number of unit electrodes are formed in the plasma generating electrode of the present embodiment.

また、別途、単位電極を所定の間隔に保持するための保持部材を形成する。本実施の形態のプラズマ発生電極に用いられる保持部材は、例えば、ジルコニア粉末と有機バインダの混合粉体を金型プレス成形後、バインダ仮焼、本焼成し、必要に応じて研削加工により最終寸法仕上げを行うことによって形成することができる。本実施の形態のプラズマ発生電極においては、単位電極を構成するセラミック体のヤング率に対する保持部材のヤング率の割合が１より小さい、及び／又は単位電極を構成するセラミック体の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が１より小さいものであることから、保持部材を形成する前に、上述した方法によって形成された単位電極を構成するセラミック体のヤング率及び／又は熱伝導率を測定し、その値よりも保持部材のヤング率及び／又は熱伝導率が小さくなるようにするために、保持部材の原料となる混合粉体として、セラミック体を形成するためのスラリーとは異なる材料を用いるか、又は、セラミック体を形成するためのスラリーと同じ材料を用いる場合には、混合紛体の配合の割合等を調節し、得られる保持部材の気孔率や気孔径や気孔分布等をセラミック体と変えることが可能な材料を用いることが好ましい。 Separately, a holding member for holding the unit electrodes at a predetermined interval is formed. The holding member used for the plasma generating electrode of the present embodiment is, for example, a mixed powder of zirconia powder and organic binder, after die press molding, binder calcination, main firing, and final dimensions by grinding if necessary It can be formed by finishing. In the plasma generating electrode of the present embodiment, the ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is less than 1 and / or the holding of the ceramic body constituting the unit electrode with respect to the thermal conductivity. Since the ratio of the thermal conductivity of the member is smaller than 1, the Young's modulus and / or thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode formed by the above-described method is measured before the holding member is formed. In order to make the Young's modulus and / or thermal conductivity of the holding member smaller than that value, a material different from the slurry for forming the ceramic body is used as a mixed powder as a raw material of the holding member. When using the same material as the slurry for forming the ceramic body, the mixing ratio of the mixed powder is adjusted, and the resulting holding member gas is It is preferable to use a material capable of changing the rate or pore diameter, pore distribution, etc. with ceramic body.

次に、二つ以上の単位電極を、得られた保持部材で所定の間隔に保持することにより、本実施の形態のプラズマ発生電極を製造する。この際、互いに対向する単位電極の全てにセラミック体を有する電極を用いてもよいし、セラミック体を有する電極は対向する単位電極の一方のみとし、他方の電極は、従来公知の金属板等の電極を用いてもよい。なお、本実施の形態のプラズマ発生電極を製造する方法は上記の方法に限定されることはない。 Next, the plasma generating electrode of this embodiment is manufactured by holding two or more unit electrodes at a predetermined interval with the obtained holding member. At this time, an electrode having a ceramic body may be used for all of the unit electrodes facing each other, the electrode having the ceramic body is only one of the facing unit electrodes, and the other electrode is a conventionally known metal plate or the like. An electrode may be used. Note that the method of manufacturing the plasma generating electrode of the present embodiment is not limited to the above method.

次に、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態について具体的に説明する。図５（ａ）は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態における、ガスの流れ方向を含む平面で切断した断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。 Next, an embodiment of the plasma reactor of the present invention will be specifically described. FIG. 5 (a) is a cross-sectional view taken along a plane including the gas flow direction in one embodiment of the plasma reactor of the present invention, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 (a). It is sectional drawing in a line.

図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、本実施の形態のプラズマ反応器１１は、図１に示したような本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態（プラズマ発生電極１）と、所定の成分を含むガスの流路（ガス流路１３）を内部に有するケース体１２とを備え、このガスがケース体１２のガス流路１３に導入されたときに、プラズマ発生電極１によって発生したプラズマによりガスに含まれる所定の成分が反応することが可能なものである。本実施の形態のプラズマ反応器１１は、排気ガス処理装置や、空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に好適に用いることができる。特に、本実施の形態のプラズマ反応器１１は、熱衝撃による破損が有効に防止されたプラズマ発生電極１を備えてなることから、自動車や燃焼炉等から排出される高温の排気ガスを処理するための排気ガス処理装置に特に好適に用いることができる。 As shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b), the plasma reactor 11 of the present embodiment is an embodiment of the plasma generating electrode of the present invention (plasma generating electrode) as shown in FIG. 1) and a case body 12 having a gas flow path (gas flow path 13) containing a predetermined component therein, and plasma is generated when the gas is introduced into the gas flow path 13 of the case body 12. Predetermined components contained in the gas can react with the plasma generated by the electrode 1. The plasma reactor 11 of the present embodiment can be suitably used for an exhaust gas treatment device, an ozonizer for purifying ozone by reacting oxygen contained in air or the like. In particular, the plasma reactor 11 of the present embodiment includes the plasma generating electrode 1 that is effectively prevented from being damaged by thermal shock, and thus processes high-temperature exhaust gas discharged from an automobile, a combustion furnace, or the like. Therefore, it can be particularly preferably used for an exhaust gas treatment apparatus.

本実施の形態のプラズマ反応器１１を構成するケース体１２の材料としては、特に制限はないが、例えば、優れた導電性を有するとともに、軽量かつ安価であり、熱膨張による変形の少ないフェライト系ステンレス等であることが好ましい。 The material of the case body 12 constituting the plasma reactor 11 according to the present embodiment is not particularly limited. For example, the ferrite body has excellent conductivity, is light and inexpensive, and has little deformation due to thermal expansion. Stainless steel or the like is preferable.

また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ反応器においては、プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えていてもよい。この電源については、プラズマを有効に発生させることができる電流を供給することが可能なものであれば、従来公知の電源を好適に用いることができる。また上述した電源としては、パルス電源であることが好ましく、この電源が、その内部に少なくとも一つのＳＩサイリスタを有することがさらに好ましい。このような電源を用いることによって、さらに効率よくプラズマを発生させることができる。 Although not shown, the plasma reactor of the present embodiment may further include a power source for applying a voltage to the plasma generating electrode. As this power source, a conventionally known power source can be suitably used as long as it can supply a current capable of effectively generating plasma. The power source described above is preferably a pulse power source, and more preferably, the power source has at least one SI thyristor therein. By using such a power source, plasma can be generated more efficiently.

また、本実施の形態のプラズマ反応器においては、上述したように電源を備えた構成とせずに、外部の電源から電流を供給するような構成としてもよい。 In addition, the plasma reactor according to the present embodiment may be configured to supply current from an external power source instead of the configuration including the power source as described above.

プラズマ反応器を構成するプラズマ発生電極に供給する電流については、発生させるプラズマの強度によって適宜選択して決定することができる。例えば、プラズマ反応器を自動車の排気系中に設置する場合には、プラズマ発生電極に供給する電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１００以上（１００Ｈｚ以上）であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１００以上（１００Ｈｚ以上）である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくプラズマを発生させることができる。 The current supplied to the plasma generating electrode constituting the plasma reactor can be selected and determined as appropriate depending on the intensity of the plasma to be generated. For example, when the plasma reactor is installed in the exhaust system of an automobile, the current supplied to the plasma generating electrode is a direct current with a voltage of 1 kV or more, a peak voltage of 1 kV or more, and the number of pulses per second is 100 or more. A pulse current that is (100 Hz or more), an alternating current that has a peak voltage of 1 kV or more and a frequency of 100 or more (100 Hz or more), or a current obtained by superimposing any two of these is preferable. With this configuration, plasma can be generated efficiently.

以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.

（実施例１）
互いに対向する三十枚の板状の単位電極と、この単位電極を所定間隔に隔てた状態で保持する保持部材とを備えたプラズマ発生電極（実施例１）を製造した。プラズマ発生電極を構成する単位電極は、誘電体となるセラミック体と、セラミック体の内部に配設された導電膜とを有している。 (Example 1)
A plasma generating electrode (Example 1) including thirty plate-shaped unit electrodes facing each other and a holding member that holds the unit electrodes in a state of being spaced apart by a predetermined interval was manufactured. The unit electrode constituting the plasma generating electrode has a ceramic body serving as a dielectric, and a conductive film disposed inside the ceramic body.

単位電極を構成するセラミック体は、酸化アルミニウムを用いて形成し、本実施例においては、セラミック体の表面の形状を、一辺の長さが９０ｍｍ×５０ｍｍの長方形とし、その厚さを１ｍｍとした。また、導電膜は、タングステンを含むペーストを用い、セラミック体の略中央に印刷して形成した。導電膜の厚さは１０μｍとした。また、保持部材は、ジルコニアを用いて、セラミック体と接触する表面の形状が５ｍｍ×５０ｍｍで、対向する単位電極相互間の間隔の長さに相当する保持部材の厚さを１ｍｍとした。なお、本実施例においては、単位電極の片側の端部のみを保持部材で保持することとした。本実施例のプラズマ発生電極においては、単位電極を構成するセラミック体のヤング率に対する保持部材のヤング率の割合が０．６、単位電極を構成するセラミック体の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が０．１５であった。単位電極（セラミック体）及び保持部材を構成する材料と、そのヤング率、熱伝導率及び熱膨張率の値とをそれぞれ表１に示す。 The ceramic body constituting the unit electrode is formed using aluminum oxide, and in this embodiment, the surface shape of the ceramic body is a rectangle with a side length of 90 mm × 50 mm, and the thickness is 1 mm. . In addition, the conductive film was formed by using a paste containing tungsten and printing it at substantially the center of the ceramic body. The thickness of the conductive film was 10 μm. Further, the holding member was made of zirconia, the shape of the surface in contact with the ceramic body was 5 mm × 50 mm, and the thickness of the holding member corresponding to the distance between the opposing unit electrodes was 1 mm. In this embodiment, only one end of the unit electrode is held by the holding member. In the plasma generating electrode of this example, the ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is 0.6, and the heat conduction of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode The rate ratio was 0.15. Table 1 shows the material constituting the unit electrode (ceramic body) and the holding member, and the Young's modulus, thermal conductivity, and thermal expansion coefficient.

本実施例のプラズマ発生電極を、８００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に導入する熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験後に単位電極の損傷は認められなかった。 The plasma generating electrode of this example was subjected to a thermal shock test in which a high-temperature gas at 800 ° C. and a cooling gas at room temperature were alternately introduced. The unit electrode was not damaged after the thermal shock test.

（実施例２）
保持部材が、気孔率が２５％の酸化アルミニウムを切削加工して形成されたものであること以外は、実施例１と同様に構成されたプラズマ発生電極（比較例１）を製造した。本実施例のプラズマ発生電極においては、保持部材の曲げ強度が２５０ＭＰａ、ヤング率が１５０ＧＰａ、熱伝導率が１５Ｗ／ｍＫであり、単位電極を構成するセラミック体のヤング率に対する保持部材のヤング率の割合が０．４７、単位電極を構成するセラミック体の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が０．７５であった。 (Example 2)
A plasma generating electrode (Comparative Example 1) configured in the same manner as in Example 1 was manufactured except that the holding member was formed by cutting aluminum oxide having a porosity of 25%. In the plasma generating electrode of this example, the bending strength of the holding member is 250 MPa, the Young's modulus is 150 GPa, the thermal conductivity is 15 W / mK, and the Young's modulus of the holding member with respect to the Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is The ratio was 0.47, and the ratio of the thermal conductivity of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode was 0.75.

本実施例のプラズマ発生電極を用いて、６００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に導入する熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験後に単位電極の損傷は認められなかった。単位電極（セラミック体）及び保持部材を構成する材料と、そのヤング率、熱伝導率及び熱膨張率の値と、熱衝撃試験の結果とをそれぞれ表１に示す。 Using the plasma generating electrode of this example, a thermal shock test was performed in which a high temperature gas at 600 ° C. and a cooling gas at room temperature were alternately introduced. The unit electrode was not damaged after the thermal shock test. Table 1 shows the material constituting the unit electrode (ceramic body) and the holding member, the Young's modulus, the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion, and the results of the thermal shock test.

（実施例３）
窒化珪素から構成されたセラミック体を有する単位電極と、酸化アルミニウムから構成された保持部材とを用いてプラズマ発生電極（実施例３）を製造した。本実施例のプラズマ発生電極においては、単位電極を構成するセラミック体の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が０．２９であった。 (Example 3)
A plasma generating electrode (Example 3) was manufactured using a unit electrode having a ceramic body made of silicon nitride and a holding member made of aluminum oxide. In the plasma generating electrode of this example, the ratio of the thermal conductivity of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode was 0.29.

本実施例のプラズマ発生電極を用いて、９００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に導入する熱衝撃試験を行った。熱衝撃試験後に単位電極の損傷は認められなかった。単位電極（セラミック体）及び保持部材を構成する材料と、そのヤング率、熱伝導率及び熱膨張率の値と、熱衝撃試験の結果とをそれぞれ表１に示す。 Using the plasma generating electrode of this example, a thermal shock test was performed in which a high-temperature gas at 900 ° C. and a cooling gas at room temperature were alternately introduced. The unit electrode was not damaged after the thermal shock test. Table 1 shows the material constituting the unit electrode (ceramic body) and the holding member, the Young's modulus, the thermal conductivity and the coefficient of thermal expansion, and the results of the thermal shock test.

（比較例１）
保持部材が、実施例１の単位電極を構成するセラミック体と同じ酸化アルミニウムによって形成されたものであること以外は、実施例１と同様に構成されたプラズマ発生電極（比較例１）を製造した。 (Comparative Example 1)
A plasma generating electrode (Comparative Example 1) configured in the same manner as in Example 1 was manufactured, except that the holding member was formed of the same aluminum oxide as the ceramic body constituting the unit electrode of Example 1. .

このプラズマ発生電極を用いて、６００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に導入する熱衝撃試験を行った。三十枚の単位電極のうち、三枚の単位電極が、１００回の熱衝撃試験で破損した。単位電極（セラミック体）及び保持部材を構成する材料と、そのヤング率、熱伝導率及び熱膨張率と、熱衝撃試験の結果とをそれぞれ表１に示す。 Using this plasma generating electrode, a thermal shock test was conducted in which a high-temperature gas at 600 ° C. and a cooling gas at room temperature were alternately introduced. Of the 30 unit electrodes, 3 unit electrodes were damaged in 100 thermal shock tests. Table 1 shows the material constituting the unit electrode (ceramic body) and the holding member, its Young's modulus, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and thermal shock test results.

（比較例２）
保持部材が、実施例１の単位電極を構成するセラミック体よりヤング率が高く、熱伝導率の高い緻密質酸化アルミニウムによって形成されたものであること以外は、実施例１と同様に構成されたプラズマ発生電極（比較例２）を製造した。本比較例のプラズマ発生電極においては、単位電極を構成するセラミック体のヤング率に対する保持部材のヤング率の割合が１．０７、単位電極を構成するセラミック体の熱伝導率に対する保持部材の熱伝導率の割合が１．１であった。 (Comparative Example 2)
The holding member was configured in the same manner as in Example 1 except that the holding member was made of dense aluminum oxide having a higher Young's modulus than that of the ceramic body constituting the unit electrode of Example 1 and high thermal conductivity. A plasma generating electrode (Comparative Example 2) was manufactured. In the plasma generating electrode of this comparative example, the ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is 1.07, and the heat conduction of the holding member to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode The rate ratio was 1.1.

このプラズマ発生電極を用いて、６００℃の高温ガスと室温の冷却ガスを交互に導入する熱衝撃試験を行った。三十枚の単位電極のうち、二枚の単位電極が、１０回の熱衝撃試験で破損した。単位電極（セラミック体）及び保持部材を構成する材料と、そのヤング率、熱伝導率及び熱膨張率と、熱衝撃試験の結果とをそれぞれ表１に示す。 Using this plasma generating electrode, a thermal shock test was conducted in which a high-temperature gas at 600 ° C. and a cooling gas at room temperature were alternately introduced. Of the 30 unit electrodes, 2 unit electrodes were damaged in 10 thermal shock tests. Table 1 shows the material constituting the unit electrode (ceramic body) and the holding member, its Young's modulus, thermal conductivity, thermal expansion coefficient, and thermal shock test results.

本発明のプラズマ発生電極は、熱衝撃による破損を有効に防止することができることから、自動車や燃焼炉等から排出される高温の排気ガスを処理するための排気ガス処理装置に好適に用いることができる。 Since the plasma generating electrode of the present invention can effectively prevent breakage due to thermal shock, it can be suitably used in an exhaust gas processing apparatus for processing high-temperature exhaust gas discharged from an automobile, a combustion furnace, or the like. it can.

本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態における、単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the plane perpendicular | vertical to the surface of the unit electrode in one embodiment of the plasma generation electrode of this invention. 本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態を構成する単位電極の一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the unit electrode which comprises one embodiment of the plasma generation electrode of this invention. 本発明のプラズマ発生電極の他の実施の形態における、単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the plane perpendicular | vertical to the surface of the unit electrode in other embodiment of the plasma generation electrode of this invention. 本発明のプラズマ発生電極の他の実施の形態における、単位電極の表面に垂直な平面で切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by the plane perpendicular | vertical to the surface of the unit electrode in other embodiment of the plasma generation electrode of this invention. 図５（ａ）は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態における、ガスの流れ方向を含む平面で切断した断面図、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ線における断面図である。FIG. 5 (a) is a cross-sectional view taken along a plane including the gas flow direction in one embodiment of the plasma reactor of the present invention, and FIG. 5 (b) is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 5 (a). It is sectional drawing in a line.

Explanation of symbols

１…プラズマ発生電極、２…単位電極、３…セラミック体、４…導電膜、５…保持部材、１１…プラズマ反応器、１２…ケース体、１３…ガス流路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Plasma generating electrode, 2 ... Unit electrode, 3 ... Ceramic body, 4 ... Conductive film, 5 ... Holding member, 11 ... Plasma reactor, 12 ... Case body, 13 ... Gas flow path.

Claims

Two or more plate-like unit electrodes facing each other and a holding member that holds the unit electrodes in a state of being spaced apart by a predetermined distance, and generating a plasma by applying a voltage between the unit electrodes A possible plasma generating electrode,
At least one of the unit electrodes facing each other has a ceramic body serving as a dielectric, and a conductive film disposed inside the ceramic body,
The ratio of the Young's modulus of the holding member to the Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is less than 1 and / or the thermal conductivity of the holding member relative to the thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode. A plasma generating electrode with a ratio of less than 1.

The plasma generating electrode according to claim 1, wherein the holding member includes at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, zirconia, mullite, cordierite, and crystallized glass.

The ceramic body is aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite, cordierite, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide, and barium-titanium oxide. The plasma generating electrode according to claim 1 or 2, comprising at least one compound selected from the group consisting of:

The plasma generating electrode according to any one of claims 1 to 3, wherein a ratio of Young's modulus of the holding member to Young's modulus of the ceramic body constituting the unit electrode is 0.8 or less.

The plasma generating electrode according to any one of claims 1 to 4, wherein the holding member has a Young's modulus of 250 GPa or less.

The plasma generating electrode according to any one of claims 1 to 5, wherein a ratio of a thermal conductivity of the holding member to a thermal conductivity of the ceramic body constituting the unit electrode is 0.5 or less.

The plasma generating electrode according to claim 1, wherein the holding member has a thermal conductivity of 20 W / mK or less.

A plasma generating electrode according to any one of claims 1 to 7, and a case body having therein a gas flow path (gas flow path) containing a predetermined component, wherein the gas flows in the case body. A plasma reactor capable of causing the predetermined component contained in the gas to react with the plasma generated by the plasma generating electrode when introduced into the channel.

The plasma reactor according to claim 8, further comprising a pulse power source for applying a voltage to the plasma generating electrode.

The plasma reactor according to claim 9, wherein the pulse power source has at least one SI thyristor therein.