JP2007056699A

JP2007056699A - 放電リアクター

Info

Publication number: JP2007056699A
Application number: JP2005240091A
Authority: JP
Inventors: Tamotsu Sugimoto; 保杉本
Original assignee: Calsonic Kansei Corp
Current assignee: Marelli Corp
Priority date: 2005-08-22
Filing date: 2005-08-22
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】圧力損失の低減を図ると共に、放電効率及び耐久性の向上を実現する放電リアクターを提供する。
【解決手段】高電圧電極１に接続される中心電極２と、この中心電極２に接続され、ハニカム構造とされた内部電極３と、この内部電極３を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体４と、誘電体４の外周囲に設けられた外部電極５とを備える。内部電極３は、ステンレスからなる波板８と平板９を、外側が波板８、内側が平板９となるように、前記中心電極２に巻き付けてハニカム構造をなす円筒体として形成される。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えば放電リアクターに関し、詳細には、コロナ放電（プラズマ放電）の安定化を図ると共に圧力損失の低減を実現する技術に関する。

バリア放電型リアクターは、例えば図９（Ａ）に示すように、ステンレス製ボルトからなる内部電極１０１と、この内部電極１０１を取り囲むようにしてその周囲に設けられる石英管１０２と、この石英管１０２の外周囲に設けられた外部電極１０３とからなる（例えば、非特許文献１参照）。

かかるバリア放電型リアクターは、内部電極１０１と外部電極１０３との間に高周波交流やパルス電圧を印加させることでリアクター内部にコロナ放電を発生させ、そのコロナ放電によって自動車などから排出される排気ガスを活性化させて浄化するようになっている。

この他、特許文献２には、排気通路にハニカム構造の触媒を設け、排気中のパティキュレートを捕集して浄化処理するディーゼルエンジンの排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
「新版静電気ハンドブック」静電気学会編オーム社Ｐ．３１特開平５−４４４３６号公報

しかし、図９（Ａ）に示すバリア放電型リアクターでは、内部電極１０１が大きいため、リアクター内部を流れる流体の圧力損失が大きい。圧力損失を低減するためには、例えば図９（Ｂ）に示すように内部電極１０１を凹凸の無い丸棒とする、または、図９（Ｃ）に示すように内部電極１０１を細線化する。

しかしながら、内部電極１０１を丸棒とした場合には、コロナ放電は電極端面から発生しやすいから放電効率が悪く、内部電極１０１を細線化した場合には、耐久性が劣ることになる。

そこで、本発明は、上記した課題を解決するために、圧力損失の低減を図ると共に、放電効率及び耐久性の向上を実現する放電リアクターを提供することを目的とする。

本発明の放電リアクターは、高電圧電極に接続される中心電極と、この中心電極に接続され、ハニカム構造とされた内部電極と、この内部電極を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体と、誘電体の外周囲に設けられた外部電極とを備える。

本発明の放電リアクターによれば、内部電極をハニカム構造としているので、リアクター内部を流れる流体がハニカム構造をなす複数の空孔を通して流れることから圧力損失の低減を図ることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は本実施の形態の放電リアクターを自動車用排気管に接続したときの要部拡大斜視図、図２は図１の要部断面図、図３は内部電極を示す図である。

本実施の形態の放電リアクターは、図１及び図２に示すように、高電圧電極１に接続される中心電極２と、この中心電極２に接続され、ハニカム構造とされた内部電極３と、この内部電極３を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体４と、この誘電体４の外周囲に設けられた外部電極５とを備え、例えば自動車等から排出される排ガスを浄化して排出させる自動車用排気管６の中途部に接続されている。

中心電極２は、細長い円柱体として形成されており、ガスの流れ方向（図１中矢印Ｘで示す）にその長手方向を向けて配置されている。この中心電極２には、高電圧電極１が接続されている。リアクター４内に挿入される高電圧電極１の挿入部分には、絶縁材料を巻き付けることで形成される絶縁体７が設けられている。この絶縁体７を設けることで、高電圧電極１への放電を防止している。

内部電極３は、中心電極２の先端に設けられている。かかる内部電極３は、図３に示すように、ステンレスからなる波板８と平板９を、外側が波板８、内側が平板９となるように、前記中心電極２に複数巻き付けてハニカム構造をなす円筒体として形成されている。このように構成された内部電極３は、波板８と平板９とから構成されることから、それらの間に圧力損失を低減させる働きをする空孔１０を複数有する。

本実施の形態では、厚み３０μｍ、幅１０ｍｍ、波ピッチ２．５６ｍｍ、波高さ１．２ｍｍの２０％Ｃｒ−５％Ａｌを含有するステンレス合金からなる波板８と、厚み幅が同じステンレス合金よりなる平板９とを、中心電極２の回りに直径３６ｍｍとなるように巻き付けることで内部電極３を形成した。

誘電体４は、例えばセラミックス、アルミナ、ガラス、石英などによって円筒管として形成されている。この誘電体４は、内部電極３をその内部に収容し、その軸芯方向を排気の流れ方向に向けて配置されている。本実施の形態では、誘電体４には、厚み２ｍｍ、直径５０ｍｍの石英管を使用した。

外部電極５は、誘電体４の外周囲を取り囲むようにしてその周面に巻付けられている。この外部電極５が設けられる位置は、前記内部電極３と対向する位置とされる。本実施の形態では、外部電極５を、厚み１ｍｍ、長さ４０ｍｍの円筒形状とした。なお、本実施の形態では、放電リアクターの静電容量を７ｐＦである。

このように構成された放電リアクターでは、高電圧電極１及び中心電極２を介して内部電極３に高周波交流またはパルス電圧を印加すると、この内部電極３と外部電極５間にコロナ放電（プラズマ）が発生し、そのコロナ放電によって排気ガス中に含まれるＮＯや残留ハイドロカーボンを活性化させ浄化させることができる。

また、本実施の形態によれば、内部電極３をハニカム構造としているので、リアクター内部を流れる流体がハニカム構造をなす複数の空孔１０を通して流れることから圧力損失の低減を図ることができる。

また、本実施の形態によれば、外側を波板８、内側を平板９となるように中心電極２にこれらを巻き付けて円筒体の内部電極３を形成するので、最外周部に複数の波による凹凸が形成され、その各波の先端からそれぞれコロナ放電が発生する。したがって、コロナ放電による放電効率を高めることができる。

また、本実施の形態によれば、放電リアクターを自動車用排気管６に接続しているので、放電リアクターで発生したコロナ放電によって排気ガス中に含まれるＮＯや残留ハイドロカーボンを活性化させ浄化させることができる。

図４は内部電極を中心電極の軸芯方向に沿って複数設けた例を示す斜視図である。本実施の形態では、中心電極２の先端に内部電極３を配置し、その手前に所定距離を置いてもう一つの内部電極３を配置している。

これら２つの内部電極３、３は、何れも直径３６ｍｍの大きさであり、それらの合計の静電容量は１２ｐＦである。

本実施の形態によれば、中心電極２の軸芯方向に沿って内部電極３、３を複数設けたので、波板８による波の数が増えることからコロナ放電が増加し放電効率が高まる。

図５はピッチＰに対する波の高さＨを通常のものから大きくする例を示す波板と平板の関係を示す要部拡大断面図、図６は内部電極の最外周位置における波板の波高さをそれ以外の内側に巻回される波板の波高さよりも高くした例を示す内部電極の平面図である。

本実施の形態では、内部電極３の最外周位置における波板８の波高さを、それ以外の内側に巻回される波板８の波高さよりも高くしている。最外周位置以外の波板８には、図５（Ａ）に示すように、波高さＨよりもピッチＰの方を大きくしたものを使用し、最外周位置の波板８には、図５（Ｂ）に示すように、波高さＨの方がピッチＰよりも大きくしたものを使用する。

この実施の形態では、波板８の高さＨとピッチＰとの比（Ｈ／Ｐ）を約１．５とした。また、内部電極３の直径を２８ｍｍとし、その静電容量を４ｐＦとした。

本実施の形態によれば、内部電極３の最外周位置における波板８の波高さをそれ以外の内側に巻回される波板８の波高さよりも高くしたので、その波先端からコロナ放電がより一層発生しやすくなり放電効果が高まる。

図７は中心電極と内部電極の間に内部誘電体を設けた例を示すリアクターの横断面図、図８は図７の縦断面図である。

本実施の形態では、中心電極２の外周に内部誘電体１１を巻き付け、その中心電極２及び内部誘電体１１に対して非接触となるように内部電極３を支持部材１２で支え、その周囲に前記図２と同様の誘電体４及び外部電極５を配置させている。また、この実施の形態では、外側の誘電体４と内部誘電体１１を共に接続してアースさせている。

このように構成すれば、コロナ放電をより一層発生させることができ、ハニカム内を吹き抜けてしまうコロナ放電に未接触なガスを減少させることができ、これらコロナ放電とガスとの接触を改善することができる。ガスとの接触が改善できるのは、中心部分でコロナ放電があることで、ハニカム内を吹き抜けてしまうコロナと接触するためである。

以上のように構成した放電リアクターによれば、図２の構造、図４の構造、図６の構造の何れも、１０ｋＨｚ立ち上げ時間５μｓ程度の高周波交流パルス１６ｋＶを印加した結果、リアクター内で安定したバリアコロナ放電が発生し、空気を２００Ｌ／ｍｉｎ流通させたときのオゾン濃度が１００ｐｐｍ以上となった。したがって、本実施の形態の放電リアクターを自動車用排気管７に接続すれば、未燃炭化水素の削減に大きな効果を得ることができる。

また、本実施形態のハニカム構造の内部電極は、開口率約９０％となる。同等の強度を有する平板を打ち抜いて造った内部電極においては開口率約５０％となるのに較べ抵抗が大幅に低減さ圧力損出の低減が図れる。

以上、本発明を適用した具体的な実施の形態について説明したが、本発明は、上述の実施の形態に制限されることはない。

上述の実施の形態では、リアクターのタイプをバリア放電型としたが、沿面放電型のものに適用しても同様の作用効果が得られる。

本実施の形態の放電リアクターを自動車用排気管に接続したときの要部拡大斜視図である。図１の要部断面図である。内部電極を示す図である。内部電極を中心電極の軸芯方向に沿って複数設けた例を示す斜視図である。ピッチＰに対する波の高さＨを通常のものから大きくする例を示す波板と平板の関係を示す要部拡大断面図である。内部電極の最外周位置における波板の波高さをそれ以外の内側に巻回される波板の波高さよりも高くした例を示す内部電極の平面図である。中心電極と内部電極の間に内部誘電体を設けた例を示すリアクターの横断面図である。図７の縦断面図である。従来の放電リアクターの概略構成図である。

符号の説明

１…高電圧電極
２…中心電極
３…内部電極
４…誘電体
５…外部電極
６…自動車用排気管
７…絶縁体
８…波板
９…平板
１０…空孔
１１…内部誘電体

Claims

高電圧電極（１）に接続される中心電極（２）と、
前記中心電極（２）に接続され、ハニカム構造とされた内部電極（３）と、
前記内部電極（３）を取り囲むようにしてその周囲に設けられた誘電体（４）と、
前記誘電体（４）の外周囲に設けられた外部電極（５）とを備えた
ことを特徴とする放電リアクター。