JP2017014977A - Plasma reactor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プラズマリアクタに関し、とくに、内燃機関(エンジン)からの排ガスに含まれるPM(粒子状物質)を除去するための装置に好適なプラズマリアクタに関する。 The present invention relates to a plasma reactor, and more particularly to a plasma reactor suitable for an apparatus for removing PM (particulate matter) contained in exhaust gas from an internal combustion engine (engine).
エンジン、とくにディーゼルエンジンから排出される排ガスには、CO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)およびPM(Particulate Matter:粒子状物質)などが含まれる。 Exhaust gas discharged from an engine, particularly a diesel engine, includes CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide), PM (particulate matter), and the like.
排ガスに含まれるPMを除去する手法として、たとえば、PMをDPF(Diesel particulate filter)で捕集し、燃料のポスト噴射または排気管内噴射により排ガスを昇温し、DPFに捕集されたPMを燃焼させる手法が提案されている。しかしながら、この手法は、PMを燃焼させる際に燃料を消費することによる燃費の悪化の問題を有している。また、いわゆる街乗り(市街地走行)では、排ガスの温度がPMを燃焼させる高温にならないため、かかる手法は、街乗りに多用される小型車には不向きである。 As a method for removing PM contained in exhaust gas, for example, PM is collected by DPF (Diesel particulate filter), the temperature of exhaust gas is raised by fuel post injection or exhaust pipe injection, and the PM collected in DPF is burned A technique to make it has been proposed. However, this method has a problem of deterioration in fuel consumption due to consumption of fuel when burning PM. Further, in so-called city riding (city driving), the temperature of exhaust gas does not reach a high temperature for burning PM, so that this method is not suitable for small cars frequently used for city riding.
そこで、プラズマリアクタを用いて、排ガスに含まれるPMを除去する手法が提案されている。プラズマリアクタは、複数の電極パネルを備えている。電極パネルは、誘電体に電極を内蔵した構成であり、複数の電極パネルは、排ガスの流れ方向と直交する方向に間隔を空けて対向配置される。電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、電極パネル間に低温プラズマ(非平衡プラズマ)が発生し、電極パネル間を流れる排ガス中のPMが酸化により除去される。 Therefore, a method for removing PM contained in exhaust gas using a plasma reactor has been proposed. The plasma reactor includes a plurality of electrode panels. The electrode panel has a configuration in which an electrode is built in a dielectric, and the plurality of electrode panels are arranged to face each other with a gap in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas. When a voltage is applied between the electrodes, dielectric barrier discharge occurs, low temperature plasma (non-equilibrium plasma) is generated between the electrode panels, and PM in the exhaust gas flowing between the electrode panels is removed by oxidation.
ところが、排ガス中からPMを除去しきれずに、PMがプラズマリアクタ(電極パネル間)の下流側に排出される、いわゆるPMスリップを生じるおそれがある。 However, PM may not be completely removed from the exhaust gas, and PM may be discharged to the downstream side of the plasma reactor (between electrode panels).
本発明の目的は、PMスリップの発生を抑制できる、プラズマリアクタを提供することである。 The objective of this invention is providing the plasma reactor which can suppress generation | occurrence | production of PM slip.
前記の目的を達成するため、本発明に係るプラズマリアクタは、誘電体に電極を内蔵した構成を有する電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に間隔を空けて並列に配置され、電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマを発生させるプラズマリアクタであって、電極パネルは、排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて設けられ、上流側の電極パネルは、流通方向と直交する方向に第1間隔を空けて並列に配置され、下流側の電極パネルは、流通方向と直交する方向に第1間隔よりも大きい第2間隔を空けて並列に配置され、下流側の電極パネルの各間に、網状または多孔質状のPM捕捉電極が介装されている。 In order to achieve the above object, a plasma reactor according to the present invention includes an electrode panel having a configuration in which an electrode is incorporated in a dielectric, and is arranged in parallel at intervals in a direction perpendicular to the flow direction of exhaust gas. A plasma reactor for generating plasma by dielectric barrier discharge, wherein the electrode panels are provided separately on the upstream side and the downstream side in the exhaust gas flow direction, and the upstream electrode panel is orthogonal to the flow direction The downstream electrode panel is arranged in parallel with a second interval larger than the first interval in the direction orthogonal to the flow direction, and the downstream electrode panel is arranged in parallel with a first interval in the direction. A mesh-like or porous PM trapping electrode is interposed between each.
この構成によれば、排ガスの流通方向の上流側には、複数の電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に第1間隔を空けて並列に配置されている。互いに対向する電極パネルの電極間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、電極パネル間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。このプラズマの発生により、電極パネル間を流通する排ガスに含まれるPMが酸化されて除去される。 According to this configuration, the plurality of electrode panels are arranged in parallel at a first interval in a direction orthogonal to the flow direction of the exhaust gas, upstream of the flow direction of the exhaust gas. When a voltage is applied between the electrodes of the electrode panels facing each other, a dielectric barrier discharge occurs, and plasma due to the dielectric barrier discharge is generated between the electrode panels. Due to the generation of this plasma, PM contained in the exhaust gas flowing between the electrode panels is oxidized and removed.
排ガスの流通方向の下流側には、複数の電極パネルが排ガスの流通方向と直交する方向に第2間隔を空けて並列に配置されている。そして、その電極パネル間には、網状または多孔質状のPM捕捉電極が介装されている。互いに対向する電極パネルの電極間に電圧が印加されると、電極パネル間に誘電体バリア放電が生じる。そのため、PMが上流側の電極パネル間で除去されずに下流側に排出されても、下流側の電極パネル間のPM捕捉電極により、そのPMを静電気的あるいは物理的に捕捉することができる。その結果、PMがプラズマリアクタの下流側に排出される、いわゆるPMスリップの発生を抑制することができる。 On the downstream side of the exhaust gas flow direction, a plurality of electrode panels are arranged in parallel at a second interval in a direction orthogonal to the exhaust gas flow direction. A net-like or porous PM trapping electrode is interposed between the electrode panels. When a voltage is applied between the electrodes of the electrode panels facing each other, a dielectric barrier discharge is generated between the electrode panels. Therefore, even if PM is discharged downstream without being removed between the upstream electrode panels, the PM can be electrostatically or physically captured by the PM capturing electrodes between the downstream electrode panels. As a result, the occurrence of so-called PM slip, in which PM is discharged to the downstream side of the plasma reactor, can be suppressed.
下流側の電極パネル間には、誘電体バリア放電によるプラズマが発生し、また、上流側の電極パネル間から活性種(ラジカル、オゾンなど)が流下してくる。そのため、PM捕捉電極に捕捉されたPMは、プラズマにより酸化されて除去されるか、または、上流側から流下してくる活性種との酸化反応により除去される。その結果、PM捕捉電極にPMが堆積することを抑制でき、PM捕捉電極によるPM除去性能を良好に維持することができる。 Plasma due to dielectric barrier discharge is generated between the electrode panels on the downstream side, and active species (radicals, ozone, etc.) flow down between the electrode panels on the upstream side. Therefore, the PM trapped by the PM trapping electrode is oxidized and removed by plasma or removed by an oxidation reaction with active species flowing down from the upstream side. As a result, accumulation of PM on the PM trapping electrode can be suppressed, and the PM removal performance by the PM trapping electrode can be favorably maintained.
本発明によれば、PMスリップの発生を抑制することができる。 According to the present invention, the occurrence of PM slip can be suppressed.
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<PM除去装置> <PM removal device>
図1は、本発明の一実施形態に係るプラズマリアクタ4が備えられたPM除去装置1の構成を図解的に示す断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration of a PM removal apparatus 1 provided with a
PM除去装置1は、たとえば、自動車のエンジン(図示せず)から排出される排ガスに含まれるPMを除去するための装置であり、エキゾーストパイプなどの排気管2の途中部に介装される。PM除去装置1は、流通管3、プラズマリアクタ4および高電圧パルス発生電源5を備えている。
The PM removal device 1 is a device for removing PM contained in exhaust gas discharged from an automobile engine (not shown), for example, and is interposed in the middle of an
流通管3は、一端部および他端部にそれぞれ排ガス流入口11および排ガス流出口12を有する管状(筒状)をなしている。排ガス流入口11は、排気管2におけるエンジン側の部分2Aに接続され、排ガス流出口12は、排気管2におけるエンジン側と反対側の部分2Bに接続されている。エンジンから排出される排ガスは、排気管2におけるエンジン側の部分2Aを流れ、排ガス流入口11から流通管3に流入して、流通管3を流通し、排ガス流出口12から排気管2におけるエンジン側と反対側の部分2Bに流出する。
The
<プラズマリアクタ> <Plasma reactor>
プラズマリアクタ4は、流通管3内に配置されている。プラズマリアクタ4は、複数の電極パネル21を備えている。
The
電極パネル21は、四角板状をなし、誘電体22に電極23を内蔵した構成、言い換えれば、電極23をその両面から誘電体22で挟み込んだ構成を有している。誘電体22の材料としては、Al2O3(アルミナ)を例示することができる。電極23の材料としては、タングステンを例示することができる。電極23は、たとえば、縦方向に延びる複数の線状部および縦方向と直交する横方向に延びる複数の線状部からなる格子状をなし、四角形状の網目を多数有している。
The
電極パネル21は、第1電極パネル21Aおよび第2電極パネル21Bとして、それぞれ排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて配置されている。
As the
上流側の第1電極パネル21Aは、流通管3における排ガスの流通方向(排ガス流入口11から排ガス流出口12に向かう方向)に延び、排ガスの流通方向と直交する方向に第1間隔を空けて並列に配置されている。第1電極パネル21Aの電極23には、第1電極パネル21Aの積層方向の一端側から順に、プラス配線24およびマイナス配線25が交互に接続されている。プラス配線24およびマイナス配線25は、それぞれ高電圧パルス発生電源5のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。
The
下流側の第2電極パネル21Bは、排ガスの流通方向に延び、排ガスの流通方向と直交する方向に第1間隔よりも大きい第2間隔を空けて並列に配置されている。第2電極パネル21Bの電極23には、第2電極パネル21Bの積層方向の一端側から順に、プラス配線26およびマイナス配線27が交互に接続されている。プラス配線26およびマイナス配線27は、それぞれ高電圧パルス発生電源5のプラス端子およびマイナス端子と電気的に接続されている。
The
そして、第2電極パネル21Bの各間には、PM捕捉電極28が介装されている。PM捕捉電極28は、たとえば、図2に示されるように、金属製の線材31からなる金属網を排ガスの流通方向に起伏が繰り返される正弦波状に折り曲げて形成されている。
A
<作用効果> <Effect>
以上のように、排ガスの流通方向の上流側には、複数の第1電極パネル21Aが排ガスの流通方向と直交する方向に第1間隔を空けて並列に配置されている。高電圧パルス発生電源5から互いに対向する第1電極パネル21Aの電極間にパルス電圧(たとえば、8kVp、100Hz)が印加されると、誘電体バリア放電が生じ、第1電極パネル21A間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。このプラズマの発生により、第1電極パネル21A間を流通する排ガスに含まれるPMが酸化(燃焼)されて除去される。
As described above, the plurality of
排ガスの流通方向の下流側には、複数の第2電極パネル21Bが排ガスの流通方向と直交する方向に第2間隔を空けて並列に配置されている。そして、その第2電極パネル21B間には、網状のPM捕捉電極28が介装されている。互いに対向する第2電極パネル21Bの電極間に電圧が印加されると、PM捕捉電極が介装された第2電極パネル21B間に誘電体バリア放電が生じる。そのため、PMが上流側の第1電極パネル21A間で除去されずに下流側に排出されても、下流側の第2電極パネル21B間のPM捕捉電極28により、そのPMを静電気的あるいは物理的に捕捉することができる。その結果、PMがプラズマリアクタの下流側に排出される、いわゆるPMスリップの発生を抑制することができる。
A plurality of
下流側の第2電極パネル21B間には、誘電体バリア放電によるプラズマが発生し、また、上流側の第1電極パネル21A間から活性種(ラジカル、オゾンなど)が流下してくる。そのため、PM捕捉電極28に捕捉されたPMは、プラズマにより酸化されて除去されるか、または、上流側から流下してくる活性種との酸化反応により除去される。その結果、捕捉電極28にPMが堆積することを抑制でき、捕捉電極28によるPM除去性能を良好に維持することができる。
Plasma due to dielectric barrier discharge is generated between the
なお、PM捕捉電極28が第1電極パネル21A間および第2電極パネル21B間の両方に設けられていると、第1電極パネル21A間のPM捕捉電極28によっても、排ガスに含まれるPMが静電気的あるいは物理的に捕捉される。ところが、上流側の第1電極パネル21A間には、その上流側から活性種が流下してこないため、第1電極パネル21A間のPM捕捉電極28に捕捉されたPMを除去しきれず、捕捉電極28にPMが蓄積するおそれがある。プラズマリアクタ4では、第1電極パネル21A間にPM捕捉電極28が設けられていないので、かかる問題を生じるおそれがない。
If the
また、第1電極パネル21A間の間隔(距離)が第2電極パネル21B間の間隔と同じである場合、第1電極パネル21Aと第2電極パネル21Bとに同電圧を印加する条件では、第1電極パネル21A間における放電が相対的に弱く、PM捕捉電極28が設けられている第2電極パネル21B間における放電が相対的に強くなる。そのため、第1電極パネル21A間の間隔が第2電極パネル21B間の第2間隔よりも小さい第1間隔に設定されている。これにより、第1電極パネル21Aと第2電極パネル21Bとに同電圧を印加する条件において、プラズマリアクタ4の全体で均一な放電を得ることができる。
In addition, when the interval (distance) between the
<変形例> <Modification>
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
PM捕捉電極28は、正弦波状に折り曲げられた金属網からなるとしたが、その形状は、正弦波状に限らず、三角波状であってもよいし、波状に起伏していれば、規則的または不規則的に凹凸を有する三次元曲面状であってもよい。
Although the
また、PM捕捉電極28は、図3に示されるように、多数の空孔41を有する多孔質金属を用いて、四角板状に形成されていてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the
PM捕捉電極28自体(PM捕捉電極28の素材である金属)がプラズマ雰囲気中で酸化(経年劣化)されるのを抑えるため、PM捕捉電極の表面にAl2O3(アルミナ)等の誘電体粉末(金属酸化物)がコーティングされていてもよい。
In order to prevent the
排ガスの流通方向の上流側の第1電極パネル21Aと下流側の第2電極パネル21Bが共通に構成された例を取り上げたが、たとえば、第1電極パネル21Aのサイズと第2電極パネル21Bのサイズとが異なっていてもよい。具体例としては、プラズマリアクタ4のサイズが相対的に大きい場合には、上流側の第1電極パネル21A間に発生するプラズマで排ガス中のPMを良好に除去できるので、下流側の第2電極パネル21Bのサイズが上流側の第1電極パネル21Aのサイズよりも小さくされるとよい。逆に、プラズマリアクタ4のサイズが相対的に小さい場合には、第2電極パネル21B間を流通する排ガス中のPMをPM捕捉電極28に確実に捕捉されるように、下流側の第2電極パネル21Bのサイズが上流側の第1電極パネル21Aのサイズよりも大きくされるとよい。
The example in which the
また、第1電極パネル21Aの電極23は、排ガスの流通方向に複数の部分に分けられて、その網目が排ガスの流通方向の最上流側の部分で最も小さく(細かく)、排ガスの流通方向の下流側ほど段階的に大きく(荒く)なるように形成されてもよい。最上流側部分の網目が最も小さいので、第1電極パネル21A間における排ガスの流通方向の最上流部分では、最も強い放電が生じ、最も高いプラズマ密度のプラズマが発生する。そのため、第1電極パネル21A間における排ガスの流通方向の最上流側部分において、PMを効率よく除去することができ、誘電体22の表面にPMが堆積することを抑制できる。そして、第1電極パネル21A間における排ガスの流通方向の最上流側部分よりも下流側の部分では、最上流側部分で除去されずに流下したPMが誘電体22の表面に付着しても、そのPMを下流側部分で発生したプラズマまたは最上流側部分から流下した活性種(ラジカル、オゾンなど)により除去することができ、誘電体22の表面にPMが堆積することを抑制できる。その結果、第1電極パネル21A間におけるPM除去性能を良好に維持することができるので、PMを含む排ガスが第2電極パネル21B間に流下することを抑制でき、PMスリップの発生を一層抑制することができる。
The
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made to the above-described configuration within the scope of the matters described in the claims.
4 プラズマリアクタ
21 電極パネル
21A 第1電極パネル(上流側の電極パネル)
21B 第2電極パネル(下流側の電極パネル)
22 誘電体
23 電極
28 PM捕捉電極
4
21B Second electrode panel (downstream electrode panel)
22
Claims (1)
前記電極パネルは、排ガスの流通方向の上流側および下流側に複数ずつ分かれて設けられ、
前記上流側の前記電極パネルは、前記流通方向と直交する方向に第1間隔を空けて並列に配置され、
前記下流側の前記電極パネルは、前記流通方向と直交する方向に前記第1間隔よりも大きい第2間隔を空けて並列に配置され、
前記下流側の前記電極パネルの各間に、網状または多孔質状のPM捕捉電極が介装されている、プラズマリアクタ。 An electrode panel having a configuration in which an electrode is incorporated in a dielectric is arranged in parallel at intervals in a direction perpendicular to the flow direction of exhaust gas, and a plasma reactor that generates plasma by dielectric barrier discharge between the electrode panels. ,
The electrode panel is provided separately on the upstream side and the downstream side in the flow direction of the exhaust gas,
The upstream electrode panel is arranged in parallel at a first interval in a direction perpendicular to the flow direction,
The downstream electrode panel is arranged in parallel with a second interval larger than the first interval in a direction orthogonal to the flow direction,
A plasma reactor in which a net-like or porous PM trapping electrode is interposed between each of the electrode panels on the downstream side.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20190018234A (en) * | 2017-08-14 | 2019-02-22 | 광운대학교 산학협력단 | DBD plasma device with multi-parallel capillaries |
JP7101521B2 (en) | 2018-04-17 | 2022-07-15 | ダイハツ工業株式会社 | Plasma reactor and its control method |
KR102465656B1 (en) * | 2022-05-24 | 2022-11-11 | 울산과학기술원 | Plasma device for surface treatment of powder using horizontal plate electrode |
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2015
- 2015-06-30 JP JP2015131650A patent/JP2017014977A/en active Pending
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