JP4258296B2

JP4258296B2 - Plasma reactor

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Publication number: JP4258296B2
Application number: JP2003194333A
Authority: JP
Inventors: 裕人平田; 大垣花; 秀夫矢作
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-07-09
Filing date: 2003-07-09
Publication date: 2009-04-30
Anticipated expiration: 2023-07-09
Also published as: JP2005030254A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、浄化すべき物質を含有する流体、特にエンジン等の内燃機関からの排気に放電プラズマを作用させて、この物質を浄化するプラズマリアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等で使用されるエンジン又は焼却設備から排出される排気には、様々な有害物質が含有されており、特にＮＯ_x、ＳＯ_x、及び粒状物質（又はパティキュレート、以下では「ＰＭ」という。）の様な有害物質の排出を低減させることが望まれている。
【０００３】
この様な有害物質、特にＰＭの除去のために、従来から電気集塵装置や、バグフィルターが使用されているが、それぞれランニングコスト、耐久性等に関して問題があった。そこで近年では、放電によってプラズマを発生させ、このプラズマの酸化作用によってＰＭを燃焼除去し、且つプラズマの酸化作用と触媒の還元作用によってＮＯ_x等を浄化することが提案されている。
【０００４】
この放電プラズマを用いた排気浄化方法には様々な様式があり、例えば特許文献１でも従来技術として示されているように、絶縁性ハニカム担体の両端面に電極を有するプラズマリアクターが提案されている。このプラズマリアクターにおいては、絶縁性ハニカム担体の両端面に配置された電極間に高電圧を印加し、これら電極間で起こる放電によってプラズマを発生させるとしている。
【０００５】
従来技術のプラズマリアクターとしては、図３に示すようなものを挙げることができる。この図３において、プラズマリアクター３０は、絶縁性ハニカム担体３２、排気流れ上流側電極１４及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６とは、対になるようにして、それぞれ電源１８に電気的に接続されている。またこのプラズマリアクター３０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。このプラズマリアクター３０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２７６５６１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この引用文献１でのように絶縁性ハニカム担体の端面に電極を配置する場合、この電極と絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間で誤放電が起こり、エネルギー効率を悪化させる虞がある。すなわち図３で代表される従来技術のプラズマリアクターでは、図４でプラズマリアクターＰとして示すように金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置したときに、プラズマリアクターの電極１４，１６と、ケース４０との間で誤放電が起こる虞がある。
【０００８】
そこで本発明では、プラズマリアクターの絶縁性ハニカム担体の端面に配置された電極と、この絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間の誤放電を防止するプラズマリアクターを提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明のプラズマリアクターは、絶縁性ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の少なくとも一方に、該端面の外周に余肉を残して凹部が設けられており、この凹部内に放電電極が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明のプラズマリアクターによれば、凹部が設けられている端面では、電極の外周とリアクターを保持する金属ケースとの間に、絶縁性ハニカム担体の一部が絶縁体として介在することができる。従って両者間の絶縁性を高めて誤放電を抑制できる。また必要に応じて、電極の外周と金属ケースとの間の絶縁性ハニカム担体の一部は、絶縁体としてだけでなく、本来の担体としても機能することができる。
【００１１】
本発明のプラズマリアクターでは、凹部が、ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面の両方に設けられており、これら両方の凹部内に放電電極が配置されていてよい。
【００１２】
また本発明のプラズマリアクターでは、凹部が、ハニカム担体の排気流れ上流側端面及び下流側端面のいずれか一方に設けられており、この凹部内と凹部が設けられていない端面とに放電電極が配置されており、且つ凹部が設けられていない端面に配置された放電電極が接地されていてよい。
【００１３】
これによれば、凹部が設けられていない端面では電極が接地されているので、この電極とリアクターを保持する金属ケースとの間での誤放電の虞がない。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下では、図を用いて本発明を具体的に説明するが、これらの図は本発明のプラズマリアクターの概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。ここで図１（ａ）は本発明の第１の実施形態のプラズマリアクター１０の斜視図であり、図１（ｂ）はこのプラズマリアクター１０の断面図ある。
【００１６】
図１において、プラズマリアクター１０は、絶縁性ハニカム担体１２、排気流れ上流側電極１４、及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６とは、対になるようにして、それぞれ電源１８に電気的に接続されている。このプラズマリアクター１０を流通する排気流れの方向は矢印１９で示す。またこのプラズマリアクター１０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。
【００１７】
この実施形態のプラズマリアクター１０では、ハニカム担体１２の排気流れ上流側端面及び排気流れ下流側端面の両方に、端面の外周に余肉を残すようにして凹部が設けられており、この凹部内に放電電極１４及び１６が配置されている。すなわち、端面の外周の余肉部分（例えば１２ａで示す部分）が、電極１４及び１６とケース４０との間に挟まるようにされている。
【００１８】
このプラズマリアクター１０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【００１９】
上述のように、絶縁性ハニカム担体の外周の一部が、電極１４及び１６とケース４０との間に挟まるようにされているので、電極１４及び１６とケース４０との間の絶縁性が改良されている。
【００２０】
以下に、図１に示した本発明の第１の実施形態のプラズマリアクターを構成する各部について更に具体的に説明する。
【００２１】
セラミックハニカム担体のような絶縁性ハニカム担体１２は、排気を流通させることができ、且つ電極１４と電極１６との間に電圧を印加したときにそれらの間で放電プラズマを発生させることができる任意の材料で製造できる。この絶縁性ハニカム担体は例えば、コージェライト製ハニカム担体であってよく、またこの担体にはＮＯ_x吸蔵還元触媒のような排気浄化触媒、及びＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃のような捕集したＰＭの燃焼を促進する触媒を担持することもできる。
【００２２】
この絶縁性ハニカム担体は、円柱形に成形された通常のハニカム担体の端面を研削して成型すること、又は円柱形に成形された通常のハニカム担体を、端面の余肉厚さに対応する厚さの筒形ハニカム担体に挿入して得ることができるが、所望の形状が得られるのであれば任意の他の方法で製造できる。
【００２３】
電極１４及び１６は、排気を流通させることができ、且つこれらの電極間に電界を作ることができる任意の電極、例えばメッシュ状電極でよい。またこれらの電極は、これらの電極間に電界を作ることができる任意の材料で製造できる。従ってこれらの電極は導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。このメッシュ状電極は、ワイヤを組み合わせること、金属板に打ち抜き加工又はケミカルエッチングを行うこと等によって作製できる。
【００２４】
電源１８は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。印加電圧及びパルス周期としては、プラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧５０ｋＶ及びパルス周期２，０００Ｈｚを使用できる。尚、このプラズマリアクター１０では、排気流れ上流側電極１４と、排気流れ下流側電極１６との両方を、電源１８に接続しているが、いずれか一方の電極を接地することもできる。
【００２５】
電極１４と電極１６との間で放電を起こさせるために、直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧の電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。
【００２６】
本発明の第２の実施形態について図２を用いて説明する。ここで図２（ａ）は本発明の第２の実施形態のプラズマリアクター２０の斜視図であり、図２（ｂ）はこのプラズマリアクター２０の断面図ある。
【００２７】
図２において、プラズマリアクター２０は、絶縁性ハニカム担体２２、排気流れ上流側電極１４、及び排気流れ下流側電極１６を有する。排気流れ上流側電極１４は電源１８に電気的に接続されており、排気流れ下流側電極１６は接地されていて、対になるようにされている。このプラズマリアクター２０を流通する排気流れの方向は矢印１９で示す。またこのプラズマリアクター２０は、図４でプラズマリアクターＰとして示すように、金属製ケース４０で保持して処理する排気の流路に配置する。
【００２８】
この実施形態のプラズマリアクター２０では、ハニカム担体２２の排気流れ上流側端面に、端面の外周に余肉を残して凹部が設けられており、この凹部内に放電電極１４が配置されている。すなわち、端面の外周の余肉部分が、電極１４とケース４０との間に挟まるようにされている。
【００２９】
このプラズマリアクター２０の使用においては、電源１８を作用させることにより、排気流れ上流側電極１４と排気流れ下流側電極１６との間で放電を起こさせ、プラズマを発生させる。
【００３０】
上述のように、絶縁性ハニカム担体２２の外周の一部が、排気流れ上流側電極１４と金属製ケース４０との間に挟まるようにされているので、電極１４とケース４０との間の絶縁性が改良されている。排気流れ下流側電極１６とケース４０との間には絶縁性担体の一部が挟まるようにされていないが、排気流れ下流側電極１６は接地されており、ケースと同じ電位であるのでこれらの間での誤放電の虞はない。
【００３１】
図２に示した本発明の第２の実施形態のプラズマリアクターを構成する各部の詳細については、図１に関して示したものを参照できる。
【００３２】
ここまでで本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明してきたが、これらは本発明のプラズマリアクターの概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によれば、プラズマリアクターの絶縁性ハニカム担体の端面に配置された電極と、この絶縁性ハニカム担体を保持する金属製ケースとの間での誤放電を防止するプラズマリアクターを提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施態様のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施態様のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図３】図３は、従来技術のプラズマリアクターを表す斜視図及び断面図である。
【図４】図４は、金属製ケース内に配置されたプラズマリアクターを示す断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０…プラズマリアクター
１２，２２，３２…絶縁性ハニカム担体
１２ａ…絶縁性ハニカム担体の端面の外周に設けられた余肉部分
１４…排気流れ上流側電極
１６…排気流れ下流側電極
１８…電源
１９…排気流れ方向
４０…ケース
Ｐ…プラズマリアクター[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a plasma reactor that purifies a substance containing a substance to be purified by applying discharge plasma to a fluid, particularly exhaust gas from an internal combustion engine such as an engine.
[0002]
[Prior art]
Exhaust gas discharged from engines or incineration facilities used in automobiles and the like contains various harmful substances, and in particular, NO _x , SO _x , and particulate matter (or particulates, hereinafter referred to as “PM”). It is desirable to reduce the emission of harmful substances such as
[0003]
Conventionally, an electrostatic precipitator and a bag filter have been used to remove such harmful substances, particularly PM, but there have been problems with respect to running cost, durability, and the like. In recent years, therefore, it has been proposed to generate plasma by discharge, to burn and remove PM by the oxidizing action of the plasma, and to purify NO _{x and the} like by the oxidizing action of the plasma and the reducing action of the catalyst.
[0004]
There are various types of exhaust purification methods using this discharge plasma. For example, as disclosed in Patent Document 1 as a prior art, a plasma reactor having electrodes on both end faces of an insulating honeycomb carrier has been proposed. . In this plasma reactor, a high voltage is applied between the electrodes arranged on both end faces of the insulating honeycomb carrier, and plasma is generated by a discharge that occurs between these electrodes.
[0005]
An example of a prior art plasma reactor is shown in FIG. In FIG. 3, the plasma reactor 30 includes an insulating honeycomb carrier 32, an exhaust flow upstream electrode 14, and an exhaust flow downstream electrode 16. The exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 are each electrically connected to a power source 18 in a pair. Further, the plasma reactor 30 is disposed in an exhaust flow path that is held and processed by a metal case 40 as shown as a plasma reactor P in FIG. In the use of the plasma reactor 30, the power source 18 is operated to cause discharge between the exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 to generate plasma.
[0006]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-276561
[Problems to be solved by the invention]
When the electrode is arranged on the end face of the insulating honeycomb carrier as in this cited document 1, there is a possibility that an erroneous discharge occurs between the electrode and the metal case holding the insulating honeycomb carrier, and the energy efficiency is deteriorated. is there. That is, in the conventional plasma reactor represented by FIG. 3, when it is arranged in the exhaust flow path that is held and processed by the metal case 40 as shown as the plasma reactor P in FIG. 16 and the case 40 may cause an erroneous discharge.
[0008]
Therefore, the present invention provides a plasma reactor that prevents erroneous discharge between an electrode disposed on the end face of the insulating honeycomb carrier of the plasma reactor and a metal case that holds the insulating honeycomb carrier.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
In the plasma reactor of the present invention, at least one of the upstream end face and the downstream end face of the exhaust honeycomb flow of the insulating honeycomb carrier is provided with a recess leaving a surplus on the outer periphery of the end face, and a discharge electrode is provided in the recess. It is arranged.
[0010]
According to the plasma reactor of the present invention, a part of the insulating honeycomb carrier can intervene as an insulator between the outer periphery of the electrode and the metal case holding the reactor at the end face where the recess is provided. Therefore, the insulating property between the two can be enhanced to suppress erroneous discharge. If necessary, a part of the insulating honeycomb carrier between the outer periphery of the electrode and the metal case can function not only as an insulator but also as an original carrier.
[0011]
In the plasma reactor of the present invention, the recesses are provided on both the upstream end surface and the downstream end surface of the exhaust flow of the honeycomb carrier, and the discharge electrode may be disposed in both of these recesses.
[0012]
Further, in the plasma reactor of the present invention, the recess is provided on either the exhaust gas upstream end face or the downstream end face of the honeycomb carrier, and the discharge electrode is disposed in the recess and the end face where the recess is not provided. The discharge electrode disposed on the end face that is provided with no concave portion may be grounded.
[0013]
According to this, since the electrode is grounded at the end face where no recess is provided, there is no risk of erroneous discharge between the electrode and the metal case holding the reactor.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, these drawings are schematic views of the plasma reactor of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments.
[0015]
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 1A is a perspective view of the plasma reactor 10 of the first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a sectional view of the plasma reactor 10.
[0016]
In FIG. 1, the plasma reactor 10 includes an insulating honeycomb carrier 12, an exhaust flow upstream electrode 14, and an exhaust flow downstream electrode 16. The exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 are each electrically connected to a power source 18 in a pair. The direction of the exhaust flow flowing through the plasma reactor 10 is indicated by an arrow 19. Further, the plasma reactor 10 is disposed in an exhaust flow path that is held and processed by a metal case 40 as shown as a plasma reactor P in FIG.
[0017]
In the plasma reactor 10 of this embodiment, a recess is provided on both the exhaust flow upstream end face and the exhaust flow downstream end face of the honeycomb carrier 12 so as to leave a surplus on the outer periphery of the end face. Discharge electrodes 14 and 16 are arranged. That is, a surplus portion (for example, a portion indicated by 12 a) on the outer periphery of the end face is sandwiched between the electrodes 14 and 16 and the case 40.
[0018]
In the use of the plasma reactor 10, the power source 18 is operated to cause discharge between the exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 to generate plasma.
[0019]
As described above, since a part of the outer periphery of the insulating honeycomb carrier is sandwiched between the electrodes 14 and 16 and the case 40, the insulation between the electrodes 14 and 16 and the case 40 is improved. Has been.
[0020]
Below, each part which comprises the plasma reactor of the 1st Embodiment of this invention shown in FIG. 1 is demonstrated more concretely.
[0021]
The insulating honeycomb carrier 12, such as a ceramic honeycomb carrier, is capable of circulating exhaust gas and capable of generating discharge plasma between the electrodes 14 and 16 when a voltage is applied between them. It can be made of any material. The insulating honeycomb carrier may be, for example, a cordierite honeycomb carrier, and the carrier may be an exhaust purification catalyst such as a NO _x storage reduction catalyst, and a collected PM such as Pt / Al ₂ O ₃ . It is also possible to carry a catalyst that promotes combustion.
[0022]
This insulating honeycomb carrier is formed by grinding and molding an end face of a normal honeycomb carrier formed into a cylindrical shape, or a normal honeycomb carrier formed into a cylindrical shape with a thickness corresponding to the surplus thickness of the end surface. Although it can be obtained by inserting it into a cylindrical honeycomb carrier, it can be produced by any other method as long as a desired shape can be obtained.
[0023]
The electrodes 14 and 16 may be any electrodes capable of circulating exhaust gas and creating an electric field between these electrodes, such as mesh electrodes. Also, these electrodes can be made of any material that can create an electric field between these electrodes. Therefore, although these electrodes can use materials, such as an electroconductive material and a semiconductor, a metal material is preferable. Specifically, Cu, W, stainless steel, Fe, Pt, Al 2 or the like can be used as this metal material, and stainless steel is particularly preferable from the viewpoint of cost and durability. This mesh electrode can be produced by combining wires, punching a metal plate or performing chemical etching.
[0024]
The power source 18 may generate a pulsed or steady DC or AC voltage. As the applied voltage and the pulse period, general values for generating plasma can be used. For example, a pulse voltage of 50 kV and a pulse period of 2,000 Hz can be used. In the plasma reactor 10, both the exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 are connected to the power source 18. However, either one of the electrodes can be grounded.
[0025]
In order to cause a discharge between the electrode 14 and the electrode 16, a DC voltage, an AC voltage, a voltage having a periodic waveform, or the like can be applied between both electrodes. In particular, a DC pulse voltage causes a corona discharge. This is preferable because it can be satisfactorily caused. When a DC pulse voltage is used, the applied voltage, pulse width, and pulse period can be arbitrarily selected as long as corona discharge can occur between both electrodes. The voltage of the applied voltage may be subject to certain restrictions from the design of the device and economy, but a high voltage and a short pulse period voltage are desirable from the viewpoint of generating corona discharge satisfactorily. .
[0026]
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. Here, FIG. 2A is a perspective view of the plasma reactor 20 according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the plasma reactor 20.
[0027]
In FIG. 2, the plasma reactor 20 includes an insulating honeycomb carrier 22, an exhaust flow upstream electrode 14, and an exhaust flow downstream electrode 16. The exhaust flow upstream electrode 14 is electrically connected to a power source 18, and the exhaust flow downstream electrode 16 is grounded so as to be paired. The direction of the exhaust flow flowing through the plasma reactor 20 is indicated by an arrow 19. Further, the plasma reactor 20 is disposed in an exhaust flow path to be held and processed by a metal case 40 as shown as a plasma reactor P in FIG.
[0028]
In the plasma reactor 20 of this embodiment, the exhaust carrier upstream end surface of the honeycomb carrier 22 is provided with a recess leaving a surplus on the outer periphery of the end surface, and the discharge electrode 14 is disposed in the recess. That is, an extra portion on the outer periphery of the end face is sandwiched between the electrode 14 and the case 40.
[0029]
In the use of the plasma reactor 20, the power source 18 is operated to cause discharge between the exhaust flow upstream electrode 14 and the exhaust flow downstream electrode 16 to generate plasma.
[0030]
As described above, since a part of the outer periphery of the insulating honeycomb carrier 22 is sandwiched between the exhaust flow upstream electrode 14 and the metal case 40, the insulation between the electrode 14 and the case 40 is performed. Has been improved. A portion of the insulating carrier is not sandwiched between the exhaust flow downstream electrode 16 and the case 40, but the exhaust flow downstream electrode 16 is grounded and has the same potential as the case, so that these There is no risk of accidental discharge.
[0031]
For details of each part constituting the plasma reactor according to the second embodiment of the present invention shown in FIG. 2, reference can be made to what is shown in FIG.
[0032]
The present invention has been specifically described so far based on the embodiments shown in the drawings. However, these are schematic views of the plasma reactor of the present invention, and the present invention is limited to these embodiments. is not.
[0033]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a plasma reactor that prevents erroneous discharge between an electrode disposed on an end face of an insulating honeycomb carrier of the plasma reactor and a metal case that holds the insulating honeycomb carrier.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view and a cross-sectional view showing a plasma reactor according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view and a sectional view showing a plasma reactor according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view and a cross-sectional view showing a conventional plasma reactor.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a plasma reactor disposed in a metal case.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 20, 30 ... Plasma reactor 12, 22, 32 ... Insulating honeycomb carrier 12a ... Excess part 14 provided in outer periphery of end surface of insulating honeycomb carrier ... Exhaust flow upstream electrode 16 ... Exhaust flow downstream electrode 18 ... Power supply 19 ... Exhaust flow direction 40 ... Case P ... Plasma reactor

Claims

At least one of the upstream end surface and the downstream end surface of the exhaust honeycomb flow of the insulating honeycomb carrier is provided with a recess leaving a surplus on the outer periphery of the end surface, and a discharge electrode is disposed in the recess. A plasma reactor.

2. The plasma reactor according to claim 1, wherein the recesses are provided on both an upstream end surface and a downstream end surface of the exhaust flow of the honeycomb carrier, and a discharge electrode is disposed in both of the recesses.

The recess is provided on either the exhaust flow upstream end face or the downstream end face of the honeycomb carrier, the discharge electrode is disposed in the recess and the end face where the recess is not provided, and the recess The plasma reactor according to claim 1, wherein the discharge electrode disposed on the end face where no is provided is grounded.