JP2018122238A - プラズマリアクタ - Google Patents

Abstract

【課題】プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗の低下を抑制できる、プラズマリアクタを提供する。【解決手段】誘電体平板２１は、内蔵電極２２が内蔵される矩形平板状の放電部３１と、放電部３１の両側に放電部３１よりも大きな厚みの非放電部３２とを有している。非放電部３２の一方面３３には、凹部４１が形成され、凹部４１の底面には、第１表面端子４２が設けられている。非放電部３２の他方面３５には、その他方面３５に対向する非放電部３２に形成されている凹部４１に嵌まるように第２表面端子４３が設けられている。また、非放電部３２には、第１表面端子４２と第２表面端子４３とを導通させる電気導通部４４が設けられている。そして、凹部４１内には、第１表面端子４２と第２表面端子４３との間に挟まれて圧縮変形する板ばね４５が設けられている。【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマリアクタに関し、とくに、エンジンから排出される排ガスの浄化に用いられるプラズマリアクタに関する。

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。

排ガスに含まれるＰＭを除去する手法として、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、たとえば、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積層される。互いに対向す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。

特開２００７−１６０２６５号公報

図７に示されるように、電極パネル９１の誘電体９２には、電極９３を内蔵する放電部９４に対して排ガスの流れ方向および電極パネル９１の積層方向の両方向と直交する方向の両側に、一方面が放電部９４よりも一段高い非放電部９５が形成されている。

非放電部９５の一方面および他方面には、メタライズにより、それぞれ金属膜からなる表面端子９６，９７が形成されている。また、非放電部９５には、その一方面上の表面端子９６と他方面上の表面端子９７とを導通させる電気導通部９８が形成されている。たとえば、表面端子９６，９７および電気導通部９８は、互いに間隔を空けた２つの部位に形成されており、積層方向の一方側から奇数番目の電極パネル９１では、一方の部位の電気導通部９８が電極９３と導通し、偶数番目の電極パネル９１では、他方の部位の電気導通部９８が電極９３と導通している。

電極パネル９１が積層された状態において、上側の電極パネル９１の表面端子９７と下側の電極パネル９１の表面端子９６とが重ね合わされることにより、上下の電極パネル９１間での導通が確保される。そして、一方の部位の表面端子９６，９７および電気導通部９８をプラス端子とし、他方の部位の表面端子９６，９７および電気導通部９８をマイナス端子として、プラス端子とマイナス端子との間に電圧が印加されることにより、互いに対向する電極間に電圧を印加することができる。

しかしながら、メタライズにより形成される表面端子９６，９７が１０μｍ程度の厚みを有しているため、上下の電極パネル９１の非放電部９５間に隙間が生じてしまう。この隙間にＰＭが入り込んで堆積すると、堆積したＰＭが導通媒体となって、プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗が低下することにより、放電特性が変化し、ＰＭ除去性能が安定しなくなるおそれがある。また、最悪の場合には、プラス−マイナス端子間がショートし、電源故障等の不具合を誘発するおそれがある。

本発明の目的は、プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗の低下を抑制できる、プラズマリアクタを提供することである。

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、エンジンから排出される排ガスの浄化に用いられるプラズマリアクタであって、排ガスの流通方向と直交する積層方向に積層される複数の電極パネルを含み、電極パネルは、誘電体および電極を備え、誘電体は、電極が内蔵される平板状の放電部と、放電部に対して流通方向および積層方向の両方向に直交する方向の両側に形成され、放電部よりも大きな厚みの非放電部とを有し、非放電部の積層方向の一方面には、当該一方面から一段凹ませた凹部が形成され、凹部の底面には、第１表面端子が設けられ、非放電部の積層方向の他方面には、当該他方面に対向する非放電部に形成されている凹部に嵌まる第２表面端子が設けられ、非放電部には、第１表面端子と第２表面端子とを導通させる（電気的に接続する）電気導通部が設けられており、凹部内に、凹部内で第１表面端子と第２表面端子とに挟まれて圧縮変形する導電性の弾性体が設けられる。

この構成によれば、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積層されている。各電極パネルは、誘電体に電極を内蔵した構成を有している。誘電体は、電極が内蔵される平板状の放電部と、放電部の両側に放電部よりも大きな厚みの非放電部とを有している。そのため、複数の電極パネルの放電部間には、放電部と非放電部との厚さの差による間隔が生じる。互いに対向す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、放電部間にプラズマが発生し、放電部間を流れる排ガスに含まれるＰＭがプラズマの酸化作用により除去される。

非放電部の一方面には、凹部が形成され、凹部の底面には、第１表面端子が設けられている。非放電部の他方面には、その他方面に対向する非放電部に形成されている凹部に嵌まるように第２表面端子が設けられている。また、非放電部には、第１表面端子と第２表面端子とを導通させる電気導通部が設けられている。そして、凹部内には、導電性の弾性体が設けられ、その弾性体が第１表面端子と第２表面端子との間に挟まれて圧縮変形することにより、上下の電極パネル間で第１表面端子と第２表面端子とが導通する。

上下の電極パネルにおいて、一方の電極パネルの第２表面端子が他方の電極パネルの凹部に嵌まるので、一方の電極パネルの非放電部の他方面と他方の電極パネルの非放電部の一方面とを密着させることができる。そのため、上下の電極パネルの非放電部間にＰＭが入ることを抑制できる。

よって、非放電部における互いに間隔を空けた２つの部位に第１表面端子、第２表面端子および電気導通部が設けられて、一方の部位の第１表面端子、第２表面端子および電気導通部がプラス端子とされ、他方の部位の第１表面端子、第２表面端子および電気導通部がマイナス端子とされる構成において、プラス端子とマイナス端子との間にＰＭによる導電パスが形成されることを抑制でき、プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。その結果、正常な放電を維持でき、端子間ショートによる電源の故障を防止できる。

本発明によれば、プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗の低下を抑制でき、正常な放電を維持でき、端子間ショートによる電源の故障を防止できる。

プラズマリアクタの構成を図解的に示す断面図である。 電極パネルの積層体の斜視図である。 図２に示される切断面線Ａ−Ａにおける電極パネルの積層体の図解的な断面図である。 図２に示される切断面線Ｂ−Ｂにおける電極パネルの積層体の図解的な断面図である。 電極パネルの他の構成を示す斜視図である。 図５に示される構成の電極パネルの積層体の図解的な断面図である。 本願発明者らが先行して開発したプラズマリアクタの構成を図解的に示す断面図である。

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。

＜プラズマリアクタ＞
図１は、プラズマリアクタ１の構成を図解的に示す断面図である。

プラズマリアクタ１は、車両のエンジン（図示せず）から排出される排ガスからＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）を除去して、排ガスを浄化するために、たとえば、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。プラズマリアクタ１は、リアクタボディ（ケース）３と、リアクタボディ３内に収容された複数の電極パネル４とを備えている。

リアクタボディ３は、金属製であり、筒状（管状）に形成されている。リアクタボディ３の一方の開口は、排ガスを流入させる流入口１１であり、他方の開口は、排ガスを流出させる流出口１２である。エンジンから排気管２に排出される排ガスは、排気管２を流通する途中で、流入口１１からリアクタボディ３内に流入して、リアクタボディ３内を流通し、流出口１２から流出する。

電極パネル４は、誘電体からなる矩形平板状の誘電体平板２１に内蔵電極２２が厚さ方向に挟み込まれた構成を有している。言い換えれば、電極パネル４は、誘電体からなる平板状の誘電体平板２１を厚さ方向に２分割した各分割部分で内蔵電極２２をその両面から挟み込んだ構成を有している。誘電体平板２１の材料である誘電体としては、Ａｌ２Ｏ３（アルミナ）を例示することができる。内蔵電極２２の材料としては、タングステンを例示することができる。内蔵電極２２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。

複数の電極パネル４は、排ガスの流通方向と直交する積層方向に積層されることにより積層体（以下、「電極パネル積層体」という。）を構成している。

＜電極パネル積層体＞
図２は、電極パネル積層体の斜視図である。図３は、図２に示される切断面線Ａ−Ａにおける電極パネル積層体の図解的な断面図である。図４は、図２に示される切断面線Ｂ−Ｂにおける電極パネル積層体の図解的な断面図である。

誘電体平板２１は、内蔵電極が内蔵される矩形平板状の放電部３１を排ガスの流通方向（以下、単に「流通方向」という。）および電極パネル４の積層方向（以下、単に「積層方向」という。）の両方向と直交する幅方向の中央部に有し、その放電部３１に対して幅方向の両側に放電部３１よりも大きな厚みの非放電部３２を有している。非放電部３２の一方面３３は、放電部３１の一方面３４よりも一段高く形成され、放電部３１の一方面３４と非放電部３２の一方面３３との間には、段差が生じている。非放電部３２の他方面３５は、放電部３１の他方面３６と面一に形成されている。

各非放電部３２の一方面３３には、流通方向に互いに離れた２つの部位のそれぞれに、矩形状の凹部４１が形成されている。凹部４１の深さは、たとえば、放電部３１の一方面３４と非放電部３２の一方面３３との間の段差とほぼ同じである。この段差とほぼ同じ深さの凹部４１は、たとえば、誘電体平板２１と同じ外形および放電部３１と同じ厚みを有する誘電体からなる平板の幅方向の両端部上に、非放電部３２と同じ外形および放電部３１の一方面３４と非放電部３２の一方面３３との間の段差と同じ厚みを有し、かつ、凹部４１に対応する開口がパンチング加工などの打ち抜き加工により形成された誘電体からなる平板を重ね合わせて、それらを焼成することにより形成することができる。

各凹部４１の底面には、図３および図４に示されるように、金属膜からなる第１表面端子４２が設けられている。また、非放電部３２の他方面３５には、各第１表面端子４２と積層方向に重なる位置に、第１表面端子４２と同じ形状の金属膜からなる第２表面端子４３が設けられている。さらに、非放電部３２には、第１表面端子４２と第２表面端子４３とを導通させる金属製の電気導通部４４が凹部４１の底面と他方面３５との間を貫通して設けられている。第１表面端子４２、第２表面端子４３および電気導通部４４は、たとえば、メタライズにより形成される。

そして、各凹部４１内には、金属薄板を屈曲させることにより形成された板ばね４５が設けられている。板ばね４５には、耐熱性が求められるため、その材料としては、たとえば、インコネル（登録商標）などのニッケル基の超合金が挙げられる。

電極パネル積層体の互いに対向する２個の電極パネル４において、積層方向の一方側（上側）の電極パネル４の第２表面端子４３が積層方向の他方側（下側）の電極パネル４の凹部４１に嵌まる。そして、凹部４１内において、第１表面端子４２と第２表面端子４３との間に板ばね４５が挟まれて、板ばね４５が圧縮変形することにより、板ばね４５が第１表面端子４２および第２表面端子４３に確実に当接する。これにより、２個の電極パネル４間で第１表面端子４２と第２表面端子４３とが導通し、電極パネル積層体の各電極パネル４間での導通が確保される。そして、各電極パネル４の非放電部３２は、隙間なく密着し、各電極パネル４の放電部３１間には、放電部３１の一方面３４と非放電部３２の一方面３３との間の段差による間隔が生じる。

積層方向の一方側から奇数番目の電極パネル４では、一方の部位の電気導通部４４が内蔵電極２２と導通し、偶数番目の電極パネル４では、他方の部位の電気導通部４４が内蔵電極２２と導通している。一方の部位の第１表面端子４２、第２表面端子４３および電気導通部４４をプラス端子とし、他方の部位の第１表面端子４２、第２表面端子４３および電気導通部４４をマイナス端子として、プラス端子およびマイナス端子には、プラズマリアクタ用電源装置５（図１参照）から出力される高電圧が印加される。高電圧は、直流、交流、パルス波などが挙げられる。これにより、積層方向に互いに隣り合う電極パネル４の内蔵電極２２間に高電圧が印加され、電極パネル４の放電部３１間に誘電体バリア放電が生じ、その誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。一方、電極パネル４の放電部３１間には、流入口１１側の端部から排ガスが流入し、その排ガスが流出口１２側の端部に向けて流通する。放電部３１間に発生するプラズマの酸化作用により、放電部３１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。

＜作用効果＞
以上のように、複数の電極パネル４が積層方向に積層されている。各電極パネル４は、誘電体平板２１に内蔵電極２２を内蔵した構成を有している。誘電体平板２１は、内蔵電極２２が内蔵される矩形平板状の放電部３１と、放電部３１の両側に放電部３１よりも大きな厚みの非放電部３２とを有している。そのため、複数の電極パネル４の放電部３１間には、放電部３１と非放電部３２との厚さの差による間隔が生じる。互いに対向する内蔵電極２２間に電圧が印加されると、誘電体バリア放電が生じて、放電部３１間にプラズマが発生し、放電部３１間を流れる排ガスに含まれるＰＭがプラズマの酸化作用により除去される。

非放電部３２の一方面３３には、凹部４１が形成され、凹部４１の底面には、第１表面端子４２が設けられている。非放電部３２の他方面３５には、その他方面３５に対向する非放電部３２に形成されている凹部４１に嵌まるように第２表面端子４３が設けられている。また、非放電部３２には、第１表面端子４２と第２表面端子４３とを導通させる電気導通部４４が設けられている。そして、凹部４１内には、板ばね４５が設けられ、その板ばね４５が第１表面端子４２と第２表面端子４３との間に挟まれて圧縮変形することにより、上下の電極パネル４間で第１表面端子４２と第２表面端子４３とが導通する。

上下の電極パネル４において、一方の電極パネル４の第２表面端子４３が他方の電極パネル４の凹部４１に嵌まるので、一方の電極パネル４の非放電部３２の他方面３５と他方の電極パネル４の非放電部３２の一方面３３とを密着させることができる。そのため、上下の電極パネル４の非放電部３２間にＰＭが入ることを抑制できる。

よって、プラス端子とマイナス端子との間にＰＭによる導電パスが形成されることを抑制でき、プラス端子とマイナス端子との間の絶縁抵抗の低下を抑制できる。その結果、正常な放電を維持でき、端子間ショートによるプラズマリアクタ用電源装置５の故障を防止できる。

また、非放電部３２間に隙間をなくす構成として、非放電部３２の一方面３３に幅方向の端面で開放される切欠を形成し、切欠の底面にメタライズによる金属膜を形成して、その金属膜にろう付けした端子を引き出す構成が考えられる。しかしながら、かかる構成では、ろう付け部分の劣化や腐食などの問題を生じる可能性があるのに加え、ろう付けや各電極パネル４から引き出した端子間の導通に工数を要し、コストの増大を招くおそれがある。

＜変形例＞
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。

たとえば、前述の実施形態では、非放電部３２の一方面３２に矩形状の凹部４１が形成されて、凹部４１の底面およびその反対側の他方面３５にそれぞれ第１表面端子４２および第２表面端子４３が設けられ、凹部４１の底面と他方面３５との間を貫通する電気導通部４４により第１表面端子４２と第２表面端子４３とが導通された構成を取り上げた。しかしながら、この構成に限らず、図５および図６に示されるように、凹部４１が幅方向の外側に開放された切欠として形成され、電気導通部４４が非放電部３２の幅方向の端面に設けられて、その端面上の電気導通部４４により第１表面端子４２と第２表面端子４３とが導通されてもよい。

また、前述の実施形態では、各非放電部３２に２個の凹部４１が形成されている構成を取り上げたが、各非放電部３２に形成される凹部４１の個数は、２個に限らず、図５および図６に示されるように、１個であってもよいし、３個以上であってもよい。各非放電部３２に形成される凹部４１の個数が１個である場合、積層方向の一方側から奇数番目の電極パネル４では、一方の非放電部３２の電気導通部４４が内蔵電極２２と導通され、偶数番目の電極パネル４では、他方の非放電部３２の電気導通部４４が内蔵電極２２と導通されて、一方の非放電部３２の第１表面端子４２、第２表面端子４３および電気導通部４４がプラス端子とされ、他方の非放電部３２の第１表面端子４２、第２表面端子４３および電気導通部４４がマイナス端子とされるとよい。

また、凹部４１内に板ばね４５が設けられているとしたが、板ばね４５に限らず、コイルばね、線ばね、皿ばねなど、導電性を有する材料からなる弾性体が凹部４１内に設けられるとよい。

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。

１：プラズマリアクタ
４：電極パネル
２１：誘電体平板
２２：内蔵電極
３１：放電部
３２：非放電部
３３：一方面
３５：他方面
４１：凹部
４２：第１表面端子
４３：第２表面端子
４４：電気導通部
４５：板ばね（弾性体）

Claims (1)

1. エンジンから排出される排ガスの浄化に用いられるプラズマリアクタであって、
   排ガスの流通方向と直交する積層方向に積層される複数の電極パネルを含み、
   前記電極パネルは、誘電体および電極を備え、
   前記誘電体は、前記電極が内蔵される平板状の放電部と、前記放電部に対して前記流通方向および前記積層方向の両方向に直交する方向の両側に形成され、前記放電部よりも大きな厚みの非放電部とを有し、
   前記非放電部の前記積層方向の一方面には、当該一方面から一段凹ませた凹部が形成され、
   前記凹部の底面には、第１表面端子が設けられ、
   前記非放電部の前記積層方向の他方面には、当該他方面に対向する前記非放電部に形成されている前記凹部に嵌まる第２表面端子が設けられ、
   前記非放電部には、前記第１表面端子と前記第２表面端子との間を電気的に接続する電気導通部が設けられており、
   前記凹部内に、前記凹部内で前記第１表面端子と前記第２表面端子とに挟まれて圧縮変形する導電性の弾性体が設けられる、プラズマリアクタ。

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