JP2008240647A - プラズマ発生体およびプラズマ発生体を備えた反応装置 - Google Patents

Abstract

【課題】急激な温度変化にさらされた場合であってもクラックの発生等により損傷を受けることを抑制することができるプラズマ発生体を提供する。
【解決手段】プラズマ発生体は、内部に放電空間となる空洞を備えている。この空洞は、空洞は、基体の外表面に沿って一方向に延在した形状であり、基体における空洞の端部に隣接した部位は、他の部位よりも弾性率が大きい。基体は、例えば、アルミナセラミックス等であり、空洞の端部に隣接した部位は、例えば、銅等からなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば窒素酸化物（ＮＯｘ）のような酸化性成分を含む気体の浄化等に用いられるプラズマ発生体およびそのプラズマ発生体を備えた反応装置に関するものである。

ディーゼルエンジンの排気ガス中には、カーボン、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｆｒａｃｔｉｏｎ）、高分子有機化合物、硫酸ミスト等の粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ：以下「ＰＭ」という。）、窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）の酸化性成分、並びに炭化水素（ＨＣ）等の流体が含まれている。近年、環境や人体への影響から排ガス中に含まれるＰＭや酸化性成分等の排出を抑制しようとする動きが高まってきている。このようなＰＭや酸化性成分を抑制する方法として、プラズマ反応を利用してＰＭや酸化性物質を浄化するという技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

プラズマ反応による浄化は、対向する一対の電極間に高電圧を印加させてプラズマ場を発生させ、このプラズマ場内にＰＭや酸化性成分、ＨＣ等の流体を通過させることにより、ＰＭや酸化性成分等の流体を反応および分解させるものである。このようなプラズマ反応により流体を浄化させるためのプラズマ発生体は、流体を流す空洞とその空洞を挟むように配置された一対の電極とを内部に備えた基体を有している。また、基体の外表面には外部端子が形成されている。一対の電極は、基体の外表面まで導出され、外部端子に接合されることにより電気的に接続されている。そして、この外部端子に外部の電源端子を圧接させた状態で、外部端子を介して電極に電圧を印加させて一対の電極間にプラズマ場を発生させることにより、一対の電極間を通過するＰＭや酸化性成分の流体を反応および分解させて浄化することができる。
特開２００４−９２５８９号公報

しかしながら、プラズマ発生体を自動車等のディーゼルエンジンの排ガスの浄化に使用する場合、プラズマ発生体は高温の環境下において使用される。そして、エンジンの始動時に排ガスが急激に流れ込む場合等、プラズマ発生体が急激な温度変化にさらされる場合には、熱衝撃に起因した基体の熱膨張により、基体にクラックが発生し、プラズマ発生体が十分に機能を発揮しなくなる恐れがある。

例えば、図７に示されたプラズマ発生体が急に高温の環境下に置かれて、基体の外表面（以下、「面Ａ」）と空洞の内面（以下、「面Ｂ」）との間に温度差が生じる、すなわち、面Ａが高温となる一方、面Ｂがいまだ温度上昇せずに比較的常温に近い温度であると、面Ａと面Ｂとの間に熱膨張差が生じて基体が変形し、Ｃの箇所、すなわち空洞の端部近傍に引っ張りの最大応力が発生する。これにより、Ｃの箇所でクラックが発生し、プラズマ発生体が損傷を受ける恐れがある。

本発明は、上記想定に鑑み案出されたもので、その目的は、急激な温度変化にさらされた場合であってもクラックの発生等により損傷を受けることを抑制することができるプラズマ発生体、およびそのようなプラズマ発生体を備えた反応装置を提供することにある。

本発明のプラズマ発生体は、内部に放電空間となる空洞を備えた基体を有するプラズマ発生体であって、前記の空洞は、前記の基体の外表面に沿って一方向に延在した形状であり、前記の基体における前記の空洞の端部に隣接した部位は、他の部位よりも弾性率が大きい。

また、好ましくは、前記の基体は、複数の誘電体層が積層されてなり、少なくとも１つの前記の誘電体層は、一部が前記の空洞を構成する第１穴部を有し、前記の第１穴部を有する前記の誘電体層において、前記の第１穴部の前記の空洞を構成する部分に隣接する部位に前記の誘電体層よりも弾性率の高い材料が充填されている。

また、好ましくは、前記の基体は、複数の誘電体層が積層されてなり、少なくとも１つの前記の誘電体層は、前記の空洞を構成する第１穴部を有し、前記の空洞に隣接する誘電体層は、前記の空洞の端部に隣接した部位に前記の空洞に通じる第２穴部を有し、該第２穴部に前記の誘電体層よりも弾性率の高い材料が充填されている。

また、好ましくは、前記の基体は、アルミナセラミックス若しくはコーディライトセラミックスであることを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記の基体における前記の空洞の端部に隣接した部位の少なくとも一部は、金、銀、パラジウムおよび銅のいずれかであることを特徴とするものである。

また、好ましくは、前記記載のプラズマ発生体を備え、前記のプラズマ発生体の前記の基体は、前記の放電空間にプラズマを発生可能な電極を有し、前記の放電空間に被処理流体を供給可能な供給部と、前記の放電空間でプラズマを発生させて前記の被処理流体を化学変化させるように前記電極に電圧を印加可能な電極制御部とを具備する。

本発明のプラズマ発生体は、内部に放電空間となる空洞を備えた基体を有するプラズマ発生体であって、空洞は、基体の外表面に沿って一方向に延在した形状であり、基体における空洞の端部に隣接した部位は、他の部位よりも弾性率が大きいことから、急激な温度変化にさらされた場合であってもクラック等の損傷を受けることを抑制することができる。

また、本発明の反応装置は、上記プラズマ発生体を備え、該プラズマ発生体を収容するとともに、前記放電空間におけるプラズマ発生により発せられる光を放出可能な透光部を有する筐体とを具備することを特徴とすることにより流路内を流れるＰＭや酸化成分等の流体を効率良く反応、分解させて浄化させることができる。

以下に、本発明のプラズマ発生体の実施の形態について詳細に説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図であり、図２（ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図、図２（ｂ）は、図１のプラズマ発生体の側面図である。また、図３（ａ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図、図３（ｂ）は、図１（ｂ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。図１乃至図３に示されるように、本実施の形態によるプラズマ発生体１は、基体２を備える。この基体２の内部には、放電空間となる空洞３と、空洞３にプラズマを発生可能な電極４とが設けられている。電極４は、空洞３を挟んで対向する平板状の第１電極４ａと第２電極４ｂとからなる。さらに、基体２の一方の端面は、第１電極４ａに電気的に接続された外部端子５ａと第２電極４ｂに電気的に接続された外部端子５ｂ（以下、外部端子５ａ，５ｂを区別せずに外部端子５という場合がある。）がそれぞれ設けられる。また、空洞３は、基体２の外表面に沿って一方向に延在した形状であり、基体２における空洞３の端部に隣接した部位６は、他の部位よりも弾性率が大きい。なお、本明細書で基体２とは、内部に形成された電極４および表面に形成された外部端子５を除いた部分をいう。

本実施の形態によるプラズマ発生体１では、対向する一対の電極４ａ，４ｂ間に高電圧を印加して空洞３内にプラズマ場を発生させ、この空洞３内に例えば排気ガス等の流体を通過させることにより、流体中の化学物質を反応および分解させる。

基体２は、電気絶縁材料から成り、例えば、セラミックスから成る。具体的に、基体２を製造する場合には、セラミックグリーンシート（セラミック生シート）を準備し、次にその準備したセラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに必要に応じて複数枚積層し、高温（約１５００〜１８００℃）で焼成する。このようなセラミックスの材料としては、例えば、酸化アルミニウム焼結体（アルミナセラミックス）、またはコーディライトセラミックスがある。例えば酸化アルミニウム質焼結体から成るグリーンシートは、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、およびマグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤および溶媒を添加混合して泥漿状となすとともにこれを従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法等を採用し、シート状に成形することによって得られる。

また、基体２における空洞３の端部に隣接した部位６は、銅または金等の金属により形成される。これは、セラミックグリーンシートにうち抜き加工等をして穴部を形成した後、空洞３となる部分を残して、その穴部の一部に銅等の導電性ペーストを塗布し、焼成することによって形成することができる。また、セラミックグリーンシートに穴部を形成してその穴部に導電性ペーストを充填して焼成した後、その導電性ペーストの一部を除去して、空洞３を形成してもよい。なお、上記金属は、銅または金に限らず、銀またはパラジウム等の金属であってもよい。

第1電極４ａおよび第２電極４ｂは、基体２内に保持されており、空洞３内にプラズマ場を発生させるための電極として機能する。すなわち、第1電極４ａおよび第２電極４ｂは、基体２の表面または内部に、空洞３を挟んで互いに対向するようにそれぞれ被着形成されている。なお、第1電極４ａおよび第２電極４ｂは、その端部が基体２の外表面近傍まで導出されており、外部端子５ａ，５ｂに直接に、または補助導体を介して電気的に接続される。第1電極４ａおよび第２電極４ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末メタライズからなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に第1電極４ａおよび第２電極４ｂ用のメタライズペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによって基体２の内部に所定のパターンに形成することができる。メタライズペーストは、主成分の金属粉末に有機バインダーおよび有機溶剤、並びに必要に応じて分散剤等を加えて、ボールミル、三本ロールミル、またはプラネタリーミキサー等の混練手段により混合および混練することで製作される。メタライズペーストには、セラミックグリーンシートの焼結挙動に合わせたり、焼結後の絶縁基板との接合強度を高めたりするためにガラスやセラミックスの粉末を添加しても良い。

なお、図３に示すように、第1電極４ａおよび第２電極４ｂは、基体２の内部に空洞３に露出することなく配設することが好ましい。これは、第1電極４ａおよび第２電極４ｂが空洞３内を通過する流体に直接接触しにくくなるので、流体により第1電極４ａおよび第２電極４ｂが腐食し、プラズマ場の強度が低下する可能性を抑制することができるからである。なお、基体２の表面に形成する場合には、第1電極４ａおよび第２電極４ｂの露出する表面には、ニッケルおよび金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。また、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、熱により金属同士の拡散が行われやすくなるので、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケルめっき層と金めっき層とを順次被着している場合、高温下の熱によりニッケルと金とが容易に拡散し、第1電極４ａおよび第２電極４ｂが劣化してプラズマ場の強度が低下する可能性やプラズマ場の強度がばらつく可能性がある。このため、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、第1電極４ａおよび第２電極４ｂの露出する表面に金めっき層のみを０．１〜１０μｍ程度被着させておいても構わない。

また、第1電極４ａと第２電極４ｂとの間隔は、必要とするプラズマ場の強度や第1電極４ａおよび第２電極４ｂに印加する電圧等によって適宜決定される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体１における第1電極４ａと第２電極４ｂとの間隔は、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が好ましい。

基体２の外表面には、外部端子５ａ，５ｂが被着形成されている。外部端子５ａ，５ｂは、外部電源から第1電極４ａおよび第２電極４ｂに電圧を印加するための導電路として機能し、基体２の外表面に導出された第1電極４ａおよび第２電極４ｂのそれぞれに電気的に接続されている。外部端子５ａ，５ｂは、タングステン、モリブデン、銅、または銀等の金属粉末メタライズからなり、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、基体２用のセラミックグリーンシートの所定の位置に外部端子５ａ，５ｂ用のメタライズペーストを印刷塗布し、基体２用のセラミックグリーンシートと同時焼成することによってプラズマ発生体１の所定の位置に形成することができる。外部端子５ａ，５ｂ用のメタライズペーストは、第1電極４ａおよび第２電極４ｂ用のメタライズペーストと同様にして作製されるが、有機バインダーおよび有機溶剤の量により印刷に適した粘度に調製される。

なお、外部端子５ａ，５ｂの露出する表面には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。なお、外部端子５ａ，５ｂが酸化腐食するのを防止するとともに、外部端子５ａ，５ｂと外部電源の電源端子との接合を強固なものとするために、厚みが１〜１０μｍ程度のニッケルめっき層と厚みが０．１〜３μｍ程度の金めっき層とが順次被着されていることが好ましい。なお、外部端子５ａ，５ｂにおいても、上述と同様に、高温下にて使用する場合には、ニッケルまたは金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。

あるいは、外部端子５ａ，５ｂは、基体２用のセラミックグリーンシートの焼成後に、所定の位置に貼り付けられた金属板でもよい。

そして、外部電源の電源端子を圧接または接合等の手段により外部端子５ａ，５ｂに電気的に接続し、外部端子５ａ，５ｂを通して第1電極４ａおよび第２電極４ｂに電圧を印加すると、第1電極４ａと第２電極４ｂとの対向面（平面視して、第1電極４ａおよび第２電極４ｂとが重畳する領域）の間にプラズマ場を発生させることができる。これにより、プラズマ発生体１の一方側面から他方側面にかけて形成された空洞３内を通過する流体は、第１電極４ａおよび第２電極４ｂとの間のプラズマ場を通過することとなるので、反応および分解されて、浄化される。例えば、ＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）は、下記の式（１）および（２）に示された反応より分解して、Ｎ_２およびＯ_２が生成されて浄化される。

２ＮＯ_２ → ２ＮＯ＋Ｏ_２・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ_２ → Ｎ_２＋２Ｏ_２・・・・・・・・・・（２）
なお、第1電極４ａおよび第２電極４ｂとの間にプラズマ場を発生させるために、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマ場の強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を浄化するプラズマ発生体において印加される交流電圧の周波数は、例えば、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚである。

本実施の形態によるプラズマ発生体１は、内部に放電空間となる空洞３を備えた基体２を有するプラズマ発生体であって、空洞３は、基体２の外表面に沿って存在し、その形状は、一方向に延在する形状である。そして、基体２における空洞３の端部に隣接した部位６は、他の部位よりも弾性率が大きい。

通常、上記構成の空洞を有するプラズマ発生体が急に高温の環境下に置かれて、プラズマ発生体の外部と空洞の内部との間に温度差が生じると、すなわち、プラズマ発生体の外部が高温となる一方、空洞内部の温度上昇が追いつかずに比較的常温に近い温度のままであると、プラズマ発生体の外表面と空洞の内面との間に熱膨張差が生じて基体が変形し、空洞の端部近傍で大きな引っ張り応力が発生する。

しかし、本実施の形態１によるプラズマ発生体では、空洞３の端部に隣接した部位６は、他の部位よりも弾性率が大きいことから、プラズマ発生体１の外部と空洞３内との間に温度差が生じても、空洞３の端部に隣接した部位６が弾性変形し、その部位６にかかる引っ張り応力を低減することができる。よって、プラズマ発生体１にクラックが発生する可能性を低減することができる。

なお、本実施の形態によるプラズマ発生体１において、基体２は、複数のセラミック層からなり、そのセラミック層の１つに貫通孔を設けて空洞３としたが、空洞３は、貫通孔から構成されなくともよく、セラミック層の表面に１つの開口を有する穴部により構成されてもよい。また、本実施の形態によるプラズマ発生体１の基体２において、他の部位よりも弾性率の大きい部位は、穴部を設けたセラミック層におけるその穴部に隣接した部位であるが、その穴部を設けたセラミック層に隣接するセラミック層に設けられてもよく、その両方に設けられてもよい。

ここで、基体２の弾性率は、例えば、超音波パルス法を用いて測定することができる。

具体的には、プラズマ発生体１の所望の箇所から小片（厚さ：３ｍｍ以上、面積：１０ｍｍ^２以上）を切り出して測定試料とし、パルスレシーバから振動子を通して数ＭＨｚの縦波および横波信号を試料に入射し、試料底面からの反射波を検出する。そして、超音波が試料中を伝搬する時間から縦波および横波音速を求めることにより、弾性率を算出することができる。その他、曲げ共振法、振り共振法、歪みゲージ法等によっても基体２の弾性率を測定することができる。

また、図４に示すように、プラズマ発生体は、複数の空洞３Ａ〜３Ｃが厚み方向に形成されたものであっても良い。図４のプラズマ発生体１１では、各空洞３Ａ〜３Ｃを挟むように第1電極４ａおよび第２電極４ｂがそれぞれ配置されている。上記構成により、第1電極４ａと第２電極４ｂとの間の各空洞３Ａ〜３Ｃにそれぞれプラズマ場を発生させ、それぞれの空洞３Ａ〜３Ｃ内を通過する流体を反応および分解させることにより、その流体を浄化することができる。このように、プラズマ発生体に複数の空洞３Ａ〜３Ｃを設けることにより、複数の空洞３Ａ〜３Ｃで流体を反応および分解させることができるので、流体を効率よく浄化することができる。

また、図４のプラズマ発生体１１では、各空洞３Ａ〜３Ｃの端部に隣接した部位６ａ，６ｂの弾性率を他の部位の弾性率よりも大きくしたが、各空洞３Ａ〜３Ｃに隣接した部位６ａ，６ｂのうち少なくとも基体２の外表面に最も近い部位６ａの弾性率が他の部位の弾性率よりも大きければ、高温環境下において、プラズマ発生体１１にクラックが発生する可能性を低減することができる。

なお、プラズマ発生体１，１１は、基体２が、セラミックグリーンシートを同時焼成することにより形成され、第1電極４ａ、第２電極４ｂ、および外部端子５ａ，５ｂが、メタライズペーストをセラミックグリーンシートと同時に焼成することにより形成されることが好ましい。このことにより、プラズマ発生体はセラミックスとメタライズペーストを同時焼成することにより一体化されているので、高温、高振動等の環境下で長期間使用される場合にも、プラズマ発生体の変形を小さなものとし、空洞３の形状を安定したものとすることができる。従って、空洞３内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を長期間にわたって安定して反応させ、分解させて良好に浄化することができる。

なお、プラズマ発生体単独ではなく、他の排気ガスの浄化機構をともに用いてもよい。例えば、プラズマ発生体の前後にフィルターや触媒を付着しておいても良く、これにより排気ガス中のＰＭや酸化成分等の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。

（第２の実施形態）
図５は、本発明の第２の実施形態に係る反応装置１００の構造的な構成を示す概念図である。なお、第１の実施形態と同様の構成については、第１の実施形態と同一符号を付して説明を省略する。

反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１１を備え、プラズマ発生体１１により被処理流体を処理して排出する装置として構成されている。被処理流体は、例えば、自動車の内燃機関の排気ガスであり、空洞３（以下、「放電空間」ともいう。）における化学変化によりＮＯｘが分解される。また、例えば、被処理流体は、冷蔵庫やエアコンに冷却媒体として使用されたフロンであり、放電空間３における化学変化によりフロンが分解される。なお、以下では、反応装置１００のうち、プラズマ発生体１１以外の部分を、反応装置本体部１０１ということがある。

反応装置本体部１０１は、被処理流体を供給する流体源１０３と、流体源１０３からプラズマ発生体１１に被処理流体を導く供給管１０５（供給部の一例）と、プラズマ発生体１１により処理された被処理流体を排出する排出管１０７と、被処理流体の流動を制御するための被処理流体用ポンプ１０９と、冷却媒体を供給する冷媒源１１１と、冷媒源１１１からプラズマ発生体１１に冷却媒体を導く供給用流動管５０Ａ（冷却部の一例）と、プラズマ発生体１１から冷媒源１１１に冷却媒体を導く排出用流動管５０Ｂと、冷却媒体の流動を制御するための冷却媒体用ポンプ１１３（冷却部の一例）とを備えている。

流体源１０３は、被処理流体としての排気ガスを排出する自動車の内燃機関等、被処理流体を生成するものである。あるいは、流体源１０３は、使用済みの冷蔵庫やエアコンの冷却媒体を保持したタンク等、被処理流体を保持するものである。

供給管１０５は、一端側が、流体源１０３の被処理流体を生成又は保持する空間に連通し、他端側が、プラズマ発生体１１の放電空間３に連通している。供給管１０５のプラズマ発生体１１側は、放電空間３の数に対応して第１分岐部１０５ａＡ、第２分岐部１０５ａＢ、第３分岐部１０５ａＣ（以下、単に「分岐部１０５ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０５ａＡ〜第３分岐部１０５ａＣは、それぞれ第１放電空間３Ａ〜第３放電空間３Ｃに連通している。

排出管１０７は、一端側が、プラズマ発生体１１の放電空間３に、供給管１０５とは反対側から連通し、他端側が、大気に開放され、又は、処理後の被処理流体を保持若しくは処理後の被処理流体に別の処理を施す不図示の空間に連通している。排出管１０７のプラズマ発生体１1側は、放電空間３の数に対応して第１分岐部１０７ａＡ、第２分岐部１０７ａＢ、第３分岐部１０７ａＣ（以下、単に「分岐部１０７ａ」といい、これらを区別しないことがある。）に分岐し、第１分岐部１０７ａＡ〜第３分岐部１０７ａＣは、それぞれ第１放電空間３Ａ〜第３放電空間３Ｃに連通している。なお、排出管１０７は、省略されてもよい。例えば、処理後の被処理流体が放電空間３から大気へ直接的に排出されてもよい。

供給管１０５及び排出管１０７は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。供給管１０５及び排出管１０７は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。分岐部１０５ａ及び分岐部１０７ａと、放電空間３との接続は、例えば、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａの端部を、基体２における放電空間３の開口を有していない側面に当接させて、接着剤や螺合部材などの適宜な固定部材により分岐部１０５ａや分岐部１０７ａと基体２とを固定することにより行われる。なお、分岐部１０５ａや分岐部１０７ａを放電空間３に嵌合挿入したり、流出用接続管等の突出した環状部分を放電空間３の端部に基体２と一体的に形成し、その突出部分を分岐部１０５ａや分岐部１０７ａに嵌合挿入することにより行われてもよい。

被処理流体用ポンプ１０９は、供給管１０５及び排出管１０７の少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給管１０５に設けられた場合を例示している。なお、流体源１０３が内燃機関である場合など、流体源１０３の動力により被処理流体が流動される場合には、被処理流体用ポンプ１０９は省略されてもよい。また、被処理流体用ポンプ１０９は、プラズマ発生体１１に設けることも可能である。被処理流体用ポンプ１０９は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。

冷媒源１１１は、例えば、熱交換器を含んで構成され、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体の温度を熱交換器により降下させて供給用流動管５０Ａに供給する。なお、冷媒源１１１は、冷却媒体を供給することができればよく、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体を受け入れて冷却媒体を循環させるものでなくてもよい。すなわち、排出用流動管５０Ｂからの冷却媒体は、冷媒源１１１とは異なる場所へ排出されてよい。例えば、冷却媒体として水道水が利用されるような場合に、排出用流動管５０Ｂからの水は、冷媒源１１１としての水源とは異なる場所へ排出されてよい。逆に、冷却媒体が循環される構成である場合には、冷媒源１１１は省略されてもよい。

供給用流動管５０Ａは、一端が冷媒源１１１に連通するとともに、他端が、上述のように、流入用接続管等を介してプラズマ発生体１１の空洞３（流路）に連通している。排出用流動管５０Ｂは、一端が、基体２に一体的に設けられた流出用接続管等を介してプラズマ発生体１１の空洞３に連通するとともに、他端が冷媒源１１１に連通している。流動管５０は、金属や樹脂などの適宜な材料により形成されている。流動管５０は、可撓性を有していてもよいし、有していなくてもよい。

冷却媒体用ポンプ１１３は、供給用流動管５０Ａ及び排出用流動管５０Ｂの少なくともいずれかに設けられている。図５では、供給用流動管５０Ａに設けられた場合を例示している。なお、冷媒源１１１が高位置にあるタンクであり、重力により冷却媒体を流動させることができるなど、適宜に冷却媒体を流動させる動力が得られる場合には、冷却媒体用ポンプ１１３は省略されてもよい。また、冷却媒体用ポンプ１１３は、プラズマ発生体１１に設けることも可能である。冷却媒体用ポンプ１１３は、ロータリーポンプや往復ポンプ等の適宜なポンプにより構成されてよい。

図６は、反応装置１００の電気系の構成を示すブロック図である。ここでは、例として、基体２の内部に基体２の温度を検出するための温度検出素子１１５と、基体２を加熱するためのヒータ１１６とが設けられているものする。また、基体２の表面に電極４に電圧を印加するための電極用端子１１７、温度検出素子１１５からの電気信号を出力ためのセンサ用端子１１８８、ヒータ１１６に電力を供給するためのヒータ用端子１１９がそれぞれ露出しているものとする。

反応装置本体部１０１は、電極用端子１１７、センサ用端子１１８８、ヒータ用端子１１９に接続される装置側電極用端子１４１、装置側センサ用端子１４３、装置側ヒータ用端子１４５を備えている。プラズマ発生体１１は、これら端子を介して反応装置本体部１０１から電力が供給されて駆動制御される。具体的には、以下のとおりである。

電源部１２１は、例えば、バッテリを含んで構成され、バッテリからの直流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。あるいは、商用周波数の交流電力を適宜な電圧の交流電力又は直流電力に変換して供給する。電源部１２１の電力は、制御部１２３、放電制御部１２５、温度検出部１２７、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９、冷却媒体用ポンプ１１３に供給される。

放電制御部１２５は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力に変換し、その変換後の電力を装置側電極用端子１４１及び電極用端子１１７を介して電極４に供給する。放電制御部１２５は、例えば、インバータや変圧器等の電源回路を含んで構成されている。電極４では、放電制御部１２５により印加された電圧に応じた量の放電が行われる。

温度検出部１２７は、例えば、温度検出素子１１５が温度変化により抵抗値が変化する抵抗体により構成されている場合、電源部１２１から供給される電力を適宜な電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側センサ用端子１４３及びセンサ用端子１１８を介して温度検出素子１１５に供給する。そして、温度検出素子１１５は、温度検出素子１１５の抵抗値を検出し、その検出した抵抗値に応じた信号を制御部１２３に出力する。温度検出素子１１５は、検出した抵抗値に基づいて温度検出素子１１５の温度を算出し、その算出値に応じた信号を制御部１２３に出力してもよい。

ヒータ駆動部１２９は、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の直流電力又は交流電力に変換し、その変換した電力を装置側ヒータ用電極１４５及びヒータ用電極１３を介してヒータ１１６に供給する。ヒータ駆動部１２９は、例えば、整流回路や変圧器等の電源回路を含んで構成されている。ヒータ１１６では、ヒータ駆動部１２９により印加された電圧に応じた量の発熱が行われる。

被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３はそれぞれ、例えば、特に図示しないが、ポンプの駆動源としてのモータと、当該モータを駆動するモータドライバとを含んで構成されており、モータドライバは、電源部１２１から供給される電力を、制御部１２３からの制御信号に応じた電圧の交流電力又は直流電力に変換してモータに印加する。モータは、印加された電圧に応じた回転数で回転し、ひいては、印加された電圧に応じた力が被処理流体や冷却媒体に加えられる。

入力部１３１は、ユーザの操作を受け付け、ユーザの操作に応じた信号を制御部１２３に出力する。例えば、入力部１３１は、反応装置１００の駆動開始操作、駆動停止操作、温度設定や流量制御に係る各種のパラメータの設定操作を受け付け、操作に応じた信号を出力する。入力部１３１は、例えば、各種スイッチを含んだ制御パネルやキーボードにより構成されている。

制御部１２３は、例えば、特に図示しないが、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び外部記憶装置を備えたコンピュータにより構成されている。制御部１２３は、温度検出部１２７や入力部１３１からの信号に基づいて、放電制御部１２５、ヒータ駆動部１２９、被処理流体用ポンプ１０９及び冷却媒体用ポンプ１１３に制御信号を出力する。

例えば、制御部１２３は、入力部１３１から反応装置１００の駆動開始操作に応じた信号が入力された場合には、電極４への電力の供給を開始するように放電制御部１２５に制御信号を出力し、入力部１３１から反応装置１００の駆動停止操作に応じた信号が入力された場合には、電極４への電力の供給を停止するように放電制御部１２５に制御信号を出力する。

また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、電極４へ供給する電力を、通常運転時に供給する電力よりも増加させるように、放電制御部１２５に制御信号を出力し、プラズマ発生体１１が目標温度に到達した場合には、電極４へ供給する電力を通常運転時に供給する電力に維持するように、放電制御部１２５に制御信号を出力する。

また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、ヒータ１１６へ電力を供給し、又は、ヒータ１１６へ供給する電力を増加させるように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。そして、プラズマ発生体１１が目標温度に到達した場合には、ヒータ１１６へ供給する電力を減少させ、又は、ヒータ１１６への電力の供給を停止するように、ヒータ駆動部１２９に制御信号を出力する。

また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度、あるいは、プラズマ発生体１１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の目標温度とを比較し、検出された温度が目標温度よりも高い場合には冷却媒体の流速を高く、低い場合には冷却媒体の流速を低くするように、冷却媒体用ポンプ１１３へ制御信号を出力する。

また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度が、プラズマ発生体１１が効率的にプラズマを発生させることができる温度として設定された所定の目標温度に達していないと判定した場合は、被処理流体の流速を低く、達したと判定した場合は、被処理流体の流速を高くするように、被処理流体用ポンプ１０９へ制御信号を出力する。

また、例えば、制御部１２３は、温度検出部１２７により検出される温度と、プラズマ発生体１１や反応装置本体部１０１が安全に運転される温度として設定された所定の温度範囲とを比較し、検出された温度が設定された温度範囲を超えた場合には、不図示の表示装置やスピーカ等の報知部に、異常の発生を報知するように制御信号を出力する。

以上の第２の実施形態によれば、反応装置１００は、第１の実施形態のプラズマ発生体１１と、放電空間３に被処理流体を供給する供給管１０５と、放電空間３でプラズマ発生を行なって被処理流体を化学変化させた反応流体を排出するための排出管１０７とを備えているから、第１の実施形態と同様に、プラズマ発生体１１の耐久性の向上やプラズマ発生体１１の小型化の効果が得られ、ひいては、反応装置１００の耐久性の向上や小型化の効果が得られる。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排気ガスの浄化について説明を行っているが、その他の用途に使用されるプラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシン分解、花粉分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載されるプラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により空洞内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。

本発明の第1の実施の形態によるプラズマ発生体の構成例を示す斜視図である。 （ａ）は、図１のプラズマ発生体の平面図であり、（ｂ）は、（ａ）の図１のプラズマ発生体の側面図である。 （ａ）は、図２（ａ）のプラズマ発生体のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｂ）は、図２（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。 本発明の第１の実施の形態によるプラズマ発生体の他の構成例を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る反応装置の構造的な構成を示す概念図である。 図５の反応装置の電気系の構成を示すブロック図である。 従来のプラズマ発生体に熱衝撃が加えられた場合の状態を示す図である。

符号の説明

１，１１・・・プラズマ発生体
２・・・・・・基体
３・・・・・・空洞
４ａ，４ｂ・・・電極
５ａ，５ｂ・・・外部端子

Claims (6)

1. 内部に放電空間となる空洞を備えた基体を有するプラズマ発生体であって、
   前記空洞は、前記基体の外表面に沿って一方向に延在した形状であり、
   前記基体における前記空洞の端部に隣接した部位は、他の部位よりも弾性率が大きいことを特徴とするプラズマ発生体。
2. 前記基体は、複数の誘電体層が積層されてなり、
   少なくとも１つの前記誘電体層は、一部が前記空洞を構成する第１穴部を有し、
   前記第１穴部を有する前記誘電体層において、前記第１穴部の前記空洞を構成する部分に隣接する部位に前記誘電体層よりも弾性率の高い材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生体。
3. 前記基体は、複数の誘電体層が積層されてなり、
   少なくとも１つの前記誘電体層は、前記空洞を構成する第１穴部を有し、
   前記空洞に隣接する誘電体層は、前記空洞の端部に隣接した部位に前記空洞に通じる第２穴部を有し、該第２穴部に前記誘電体層よりも弾性率の高い材料が充填されていることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生体。
4. 前記基体は、アルミナセラミックス若しくはコーディライトセラミックスであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のプラズマ発生体。
5. 前記基体における前記空洞の端部に隣接した部位は、金、銀、パラジウムおよび銅のいずれかであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のプラズマ発生体。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生体を備え、
   前記プラズマ発生体の前記基体は、前記放電空間にプラズマを発生可能な電極を有し、
   前記放電空間に被処理流体を供給可能な供給部と、
   前記放電空間でプラズマを発生させて前記被処理流体を化学変化させるように前記電極に電圧を印加可能な電極制御部と
   を具備することを特徴とする反応装置。

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