JP4299019B2 - プラズマリアクタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマリアクタに関する。さらに詳しくは、反応性に優れたノンサーマルプラズマを効率的かつ低電力で発生させることが可能なプラズマリアクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置で発生した燃焼ガスを排気系を経由して排出する際における排気ガスの規制強化に伴い、燃料の組成を改善する等のエンジン側の改良がなされる一方で、上記内燃機関等から排出される排気ガスを、フィルタ等を備えた排気ガス処理装置を用いて浄化することが行われている。特に、自動車のディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中に含まれる煤等の粒子状物質を捕集、除去するために、多孔質のハニカムフィルタを備えた排気ガス処理装置が使用されている。また、ＮＯ_x処理を目的として、ＨＣによりＮＯ_xを還元する選択還元触媒（ＨＣ−ＳＣＲ）や、尿素によってＮＯ_xを還元する選択還元触媒（ＵＲＥＡ−ＳＣＲ）を備えた排気ガス処理装置が用いられている。
【０００３】
このような排気ガス処理としては、例えば、図１９に示すように、ＮＯ_X吸蔵触媒及びＰＭ酸化触媒を担持したハニカムフィルタ６０を備えた排気ガス処理装置６１や、図２０に示すように、自動車の燃料を用いて一酸化窒素を分解するＨＣ−ＳＣＲ型の触媒６２と、ＰＭ酸化触媒を担持したハニカムフィルタ６３とを備えた排気ガス処理装置６４や、図２１に示すように、排気ガスに含まれる炭化水素を酸化するためのＨＣ酸化触媒６５と、ＰＭ酸化触媒を担持したハニカムフィルタ６６と、尿素を用いてＮＯ_Xを分解するＵｒｅａ−ＳＣＲ型ＮＯ_X触媒６７と、Ｕｒｅａ−ＳＣＲ型ＮＯ_X触媒により副産物として生成されるアンモニア（アンモニア）を処理するためのアンモニアスリップ触媒６８とを備えた排気ガス処理装置６９等が用いられている。
【０００４】
図１９〜２１に示した排気ガス処理装置６１，６４，６９においては、ハニカムフィルタ６０，６３，６６の隔壁の表面に粒子状物質が大量に堆積すると、ハニカムフィルタ６０，６３，６６の圧力損失が大きくなり、エンジン６０側の排気系に背圧が掛かることにより、エンジン７０の性能を低下させることがある。このため、定期的に隔壁の表面に堆積した粒子状物質を酸化燃焼除去してハニカムフィルタ６０，６３，６６を再生しなければならない。粒子状物質を酸化燃焼除去するためには、ＰＭ酸化触媒を担持したハニカムフィルタ６０，６３，６６を電気ヒータやアフターバーナ等を用いて６００℃以上に加熱しなければならず、ランニングコストが嵩んでしまうという不都合があった。また、ハニカムフィルタ６０，６３，６６を６００℃以上に加熱しなければならないために、急激な温度変化や局所的な発熱に曝されてハニカムフィルタ６０，６３，６６の内部に不均一な温度分布が生じ易く、それが原因でハニカムフィルタ６０，６３，６６が破損することという不都合があった。
【０００５】
また、図１９に示す排気ガス処理装置６１は、意図的に燃料を排気ガス処理装置６１内に噴出するリッチスパイクを行うために、エンジン７０の燃料消費率が悪化するという不都合があった。また、排気温度を上げるための吸気の絞込みにより、さらに燃料消費率が悪化するという不都合もあった。また、図２０に示す排気ガス処理装置６４は、常温温度範囲でのＮＯ_x浄化効率が約３０％と低く、排気ガスを十分に浄化することができないという不都合があった。また、図２１に示す排気ガス処理装置６９は、装置が大型になりすぎるために乗用車に搭載することが困難であることや、尿素が消耗品であるために充填が必要となること又インフラ設備が必要となる等のメンテナンスに時間がかかるという不都合があった。また、アンモニアスリップ触媒６８に不具合が生じた場合、排気ガスとしてアンモニアを排出してしまうという不都合があった。
【０００６】
このために、排気ガス処理装置に流入する排気ガスに含まれる一酸化窒素を、ハニカムフィルタに流入するより前に、酸化力の高い二酸化窒素に酸化し、得られた二酸化窒素を用いて、ハニカムフィルタの隔壁の表面に堆積した粒子状物質の可燃性物質、例えば、煤等を酸化除去する排気ガス処理装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。また、別の方法として、ＮＯ_x還元触媒の上流側にプラズマリアクタを配置したＮＯをＮＯ₂に酸化させることにより、ＮＯ_x浄化（還元）効率を上げる排気ガス処理装置が提案されている。
【０００７】
具体的には、図２２に示すように、ハニカムフィルタ８３の排気ガス流入側端面８３ａ前方に、正電極８４と負電極８５とから構成されたプラズマ発生電極８６を備えたプラズマリアクタ８１を設置し、プラズマ発生電極により発生したノンサーマルプラズマ内に排気ガスを通気し、排気ガスに含まれる一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成する構成の排気ガス処理装置８０を挙げることができる。
【０００８】
この排気ガス処理装置８０は、煤との反応性の高い二酸化窒素をプラズマリアクタ８１にて大量に生成することができ、比較的低温、例えば、２００℃程度の温度でハニカムフィルタ８３を再生することができる。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００１−２８０１２１号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような排気ガス処理装置に用いられるプラズマリアクタは、正電極と負電極との間に発生するノンサーマルプラズマの安定性が悪いことや、ノンサーマルプラズマの発生領域に偏りがあり、排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する効率が低いために、ハニカムフィルタの再生を十分に行うことができないという問題があった。また、ＮＯ_x浄化を目的として装置では、ＮＯ_xの浄化が不充分であるという問題があった。特に、排気ガス処理装置を自動車に搭載する場合には、自動車内で使用することのできる電力に制限があるために、安定かつ均一なノンサーマルプラズマを発生することがより困難となり問題となっていた。
【００１１】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、反応性に優れたノンサーマルプラズマを効率的かつ低電力で発生させることが可能なプラズマリアクタを提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の排気ガス処理装置を提供するものである。
【００１３】
［１］ 燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタであって、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記セルの内部を前記排気ガスが通過可能な状態で前記ケース体の内部に配置された一以上のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の、前記排気ガスの流入側端面及び流出側端面に対向配置された正電極及び負電極から構成されたプラズマ発生電極とを備え、前記正電極及び前記負電極のうちの少なくとも一方の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストを前記ハニカム構造体の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、前記プラズマ発生電極を構成する前記正電極に電圧を印加することにより前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面に発生する沿面放電によって、前記ハニカム構造体を構成する前記セル内を通過する前記排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とするプラズマリアクタ。
【００１４】
［２］ 前記プラズマ発生電極を構成する前記正電極が、複数の帯状の導電性部材から構成され、前記導電性部材のそれぞれの配列間隔が、前記ハニカム構造体の前記排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍である前記［１］に記載のプラズマリアクタ。
【００１５】
［３］ 前記正電極及び前記負電極の少なくとも一方の表面が、絶縁体によって覆われている前記［１］又は［２］に記載のプラズマリアクタ。
【００１６】
［４］ 前記正電極及び前記負電極の少なくとも一方の表面が、耐腐食性金属によって覆われている前記［１］又は［２］に記載のプラズマリアクタ。
【００１７】
［５］ 燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタであって、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記セルの内部を前記排気ガスが通過可能な状態で前記ケース体の内部に配置された第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体と、前記第１のハニカム構造体の流入側端面に配置された第１の正（負）電極、前記第２のハニカム構造体の流出側端面に配置された第２の正（負）電極、及び前記第１のハニカム構造体の流出側端面と前記第２のハニカム構造体の流入側端面との間に配置された共有負（正）電極からなるプラズマ発生電極とを備え、前記第１の正（負）電極、前記第２の正（負）電極、及び前記共有負（正）電極のうちの少なくとも一の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストを前記ハニカム構造体の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、前記プラズマ発生電極を構成する前記第１及び第２の正電極、又は共有（正）電極に電圧を印加することにより前記第１及び第２のハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面に発生する沿面放電によって、前記第１及び第２のハニカム構造体を構成する前記セル内を通過する前記排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とするプラズマリアクタ。
【００１８】
［６］ 前記プラズマ発生電極を構成する前記第１及び第２の正（負）電極が、複数の帯状の導電性部材から構成され、前記導電性部材のそれぞれの配列間隔が、前記第１及び第２のハニカム構造体の前記排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍である前記［５］に記載のプラズマリアクタ。
【００１９】
［７］ 前記第１の正（負）電極、前記第２の正電極、及び前記共有負（正）電極から選ばれる少なくとも一の表面が、絶縁体によって覆われている前記［５］又は［６］に記載のプラズマリアクタ。
【００２０】
［８］ 前記第１の正（負）電極、前記第２の正電極、及び前記共有負（正）電極から選ばれる少なくとも一の表面が、耐腐食性金属によって覆われている前記［５］又は［６］に記載のプラズマリアクタ。
【００２１】
［９］ 前記プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えた前記［１］〜［８］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２２】
［１０］ 前記ケース体の、前記排気系の上流側に、前記ケース体に流入する前記排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段をさらに備えた前記［１］〜［９］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２３】
［１１］ 前記ケース体の、前記排気系の下流側に、ＮＯ_X処理手段をさらに備えた前記［１］〜［１０］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２４】
［１２］ 前記ハニカム構造体の、前記排気ガスの流れ方向における幅が、５〜４０ｍｍである前記［１］〜［１１］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２５】
［１３］ 前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の厚さが、０．０５〜２ｍｍである前記［１］〜［１２］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２６】
［１４］ 前記ハニカム構造体のセル密度が、４〜１８６セル／ｃｍ²である前記［１］〜［１３］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２７】
［１５］ 前記ハニカム構造体の材質が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、サイアロン、及びジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる前記［１］〜［１４］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２８】
［１６］ 前記ハニカム構造体が、前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面及び／又は内部に触媒を担持したものである前記［１］〜［１５］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００２９】
［１７］ 前記ハニカム構造体が、ハニカムフィルタである前記［１］〜［１６］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００３０】
［１８］ 前記電源から供給される電圧波形が、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス波形、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ周波数が１以上である交流電圧波形、電圧が３００Ｖ以上の直流波形、または、これらのいずれかを重畳してなる電圧波形である前記［９］〜［１７］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００３１】
［１９］ ディーゼルエンジンの燃焼ガスの排気系中に設置された前記［１］〜［１８］のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明のプラズマリアクタの実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００３３】
まず、本発明（第１の発明）の一の実施の形態のプラズマリアクタについて説明する。本実施の形態のプラズマリアクタは、燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタである。図１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態のプラズマリアクタを模式的に示す説明図であって、（ａ）は、排気ガス流入側の平面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は排気ガス流出側の平面図である。本実施の形態のプラズマリアクタ１は、排気ガスのメーン流路となるケース体２と、電気絶縁性の材料から形成され、隔壁２１によって区画された複数のセル２２を有し、セル２２の内部を排気ガスが通過可能な状態でケース体２の内部に配置されたハニカム構造体３と、ハニカム構造体３の、排気ガスの流入側端面及び流出側端面に対向配置された正電極４及び負電極５から構成されたプラズマ発生電極６とを備え、正電極４及び負電極５のうちの少なくとも一方の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストをハニカム構造体３の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、プラズマ発生電極６を構成する正電極４に電圧を印加することによりハニカム構造体３を構成する隔壁２１の表面に発生するノンサーマルプラズマとしての沿面放電によって、ハニカム構造体３を構成するセル２２内を通過する排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とする。本実施の形態のプラズマリアクタ１は、例えば、排気ガスに含まれる煤等の粒子状物質を捕集するためのフィルタの上流側に設置して用いられ、具体的には、排気ガスに含まれる一酸化窒素を酸化して、フィルタの再生に必要とされる二酸化窒素を生成するために用いられる。あるいは、後流側に触媒コンバータを配置したり、プラズマリアクタ自体に触媒をコートしたりしてＮＯ_x浄化に用いられる。
【００３４】
正電極４に電圧を印加すると、正電極４と負電極５との間にノンサーマルプラズマが発生する。このノンサーマルプラズマは、電気絶縁性の隔壁２１の表面で沿面放電を生じ、隔壁２１の全域にわたって均一に放電する。このために、本実施の形態のプラズマリアクタ１においては、沿面放電が生じている隔壁２１によって区画されたセル２２が、プラズマ領域における流路となり、セル２２を通過する排気ガスに含まれる一酸化窒素を、高い効率で二酸化窒素に酸化することができる。
【００３５】
本実施の形態において、上述した沿面放電をより効率的に発生させるためには、プラズマ発生電極６を構成する正電極４が、図２に示すように、所定の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材９から構成され、導電性部材９のそれぞれの配列間隔が、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）の排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍であることが好ましい。さらに、導電性部材９の、排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるそれぞれの幅ｘが、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）を構成する隔壁２１（図１（ｂ）参照）の厚さの２倍以下であることが好ましい。
【００３６】
正電極４を構成する導電性部材９の幅が、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）を構成する隔壁２１（図１（ｂ）参照）の厚さの２倍を超えると、隔壁２１（図１（ｂ）参照）の表面で沿面放電するだけでなく、セル２２（図１（ｂ）参照）の内部にもノンサーマルプラズマが発生することがある。セル２２（図１（ｂ）参照）の内部に発生した沿面放電以外のノンサーマルプラズマは不均一かつ不安定なことから、一酸化窒素の酸化には不適であり、結果としてエネルギーロスの原因となることがある。
【００３７】
また、導電性部材９のそれぞれの配列間隔が、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）の排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２倍未満であると、沿面放電の効率が低下することがある、具体的には、十分な電界集中が得られず、より高電圧を必要としてしますため実用困難となることがある。また、導電性部材９のそれぞれの配列間隔が、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）の排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２０倍を超えると、導電性部材９のそれぞれの配列間隔が疎らになりすぎることから、ノンサーマルプラズマの発生も疎らになり、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）を構成する隔壁２１（図１（ｂ）参照）の全域に沿面放電が発生しないことがある。
【００３８】
また、正電極４の厚さとしては、正電極４自体の抵抗を低減することや、製造コストを低減すること等の理由から０．３〜２ｍｍであることが好ましい。また、本実施の形態においては、電源と電気的に接続するための接続端子１０が正電極４の外周部分に配置されている。
【００３９】
正電極４の材料としては、導電性の高い金属を用いることが好ましく、例えば、鉄、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含む金属又は合金を好適例として挙げることができる。本実施の形態の正電極４は、導電性の高い金属又は合金板等を、上述した形状となるように、打ちぬき成形又はエッチング等を行うことによって容易に製造することができる。なお、正電極４及び負電極５のうちの少なくとも一方の電極は、ハニカム構造体３（図１（ｂ）参照）の端面に上述した金属又は合金のペースト、例えば、銀ペーストを塗布して焼きつける、又は上述した金属又は合金のペーストを印刷して焼きつけることによって形成されている。また、正電極４の形状は、これまでに説明した形状に限定されることはなく、例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すような、櫛歯型形状であってもよく、正電極４の外周部分が繋がっていなくともよい。また、正電極４の形状が、櫛歯型形状等の場合には、櫛歯の先端に相当する部分が丸みを帯びた半球状であることが好ましい。このように構成することによって、櫛歯の先端に相当するに電界が集中し、局所的なアーク放電を生じることを有効に防止することができる。
【００４０】
図１（ｂ）に示す負電極５の材料としては、例えば、鉄、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含む金属又は合金を好適例として挙げることができる。
【００４１】
また、負電極５の厚さとしては０．３〜２ｍｍであることが好ましい。また、本実施の形態においては、自動車等のアースと電気的に接続するための接続端子が負電極５の外周部分に配置されている。
【００４２】
また、負電極５の形状としては、排気ガスの通過抵抗を高めないような形状であることが好ましく、特に限定されることがないが、例えば、図４（ａ）に示すようなストライプ状（縞状）にスリットを有する負電極５や、図４（ｂ）に示すような格子状に形成された負電極５や、図４（ｃ）に示すようなワイヤメッシュ状に形成された負電極５等を好適例として挙げることができる。
【００４３】
また、本実施の形態においては、正電極４と負電極５との少なくとも一方の表面が、腐食防止用の表面処理が施されていることが好ましい。具体的には、正電極４と負電極５との少なくとも一方の表面に、耐腐食性に優れた、例えば、金、白金、銀等の金属からなる保護層を、蒸着やメッキ等により形成することが好ましい。また、正電極４と負電極５との少なくとも一方の表面が、絶縁性のバリア層によって覆われていてもよい。このように構成することによって、均一な放電が可能となるとともに、耐腐食性が向上する。
【００４４】
また、図５及び６に示すように、正電極４を構成する導電性部材９によって形成される空隙部分１１の形状は、電界の局所集中を防止するために、長円又は楕円等の丸みを帯びた形状であることが好ましい。特に、図６に示すように、空隙部分１１の形状が楕円で、正電極４の中央部分から外周部分に向けて空隙部分１１の幅が狭くなるように構成することが好ましく、外周部分に放電が片寄ることを有効に防止することができる。
【００４５】
また、図７に示すように、正電極４（図１参照）を構成する導電性部材９の、その長手方向の断面形状が、長円又は楕円等の丸みを帯びた形状であることが好ましい。特に、導電性部材９の長手方向の断面における角部分に相当する部位の曲率半径Ｒが、０．２ｍｍ以下であることが好ましい。このように構成することによって、導電性部材９の一部分、例えば、角に相当する部分に電界が集中し、局所的なアーク放電を生じることを有効に防止することができる。さらに、正電極４を構成する導電性部材９の角部分に相当する部位の曲率半径Ｒが、正電極４の中央部分に近づくにつれて小さくなるように構成されてなることが好ましい。このように構成することによって、電界集中が正電極４の中央部分でより多く起こり、反応性に優れたプラズマを発生させることができる。
【００４６】
また、本実施の形態においては、図８に示すように、正電極４とハニカム構造体３との間に所定の隙間Ａを有していてもよい。また、負電極５とハニカム構造体３との間に所定の隙間Ｂを有していてもよい。具体的には、前述した隙間Ａ或いは隙間Ｂの間隔が０．１〜５ｍｍであることが好ましい。また、この際、一つの隙間Ａ，Ｂにおける間隔の相対ばらつきは、５０％以下であることが好ましい。
【００４７】
また、本実施の形態においては、図９に示すように、正電極４とハニカム構造体３との間に所定の隙間Ａを有し、この隙間Ａの外周部分の間隔Ｗ１が、隙間Ａの中央部分の間隔Ｗ２よりも大きいことが好ましい。この際、上述したように、一つの隙間Ａにおける間隔の相対ばらつきは、５０％以下であることが好ましい。同様に、負電極５とハニカム構造体３との間に所定の隙間Ｂを有し、この隙間Ｂの外周部分の間隔Ｗ３が、隙間Ｂの中央部分の間隔Ｗ４よりも大きいことが好ましい。この際、上述したように、一つの隙間Ｂにおける間隔の相対ばらつきは、５０％以下であることが好ましい。
【００４８】
また、本実施の形態においては、導電性部材のそれぞれの配列間隔Ｐと、正電極４と負電極との間の間隔Ｌとが、０．５Ｌ＜Ｐとなるように構成されてなることが好ましい。このように構成することによって、電界集中が十分に行われ、反応性に優れたプラズマを発生させることができる。
【００４９】
また、本実施の形態においては、図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、正電極４が、所定の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成されてなることが好ましい。また、負電極５と正電極を構成する帯状の導電性部材とは、任意の交差角度を設定することができるが、平行でないことが好ましい。このように構成することによって、ノンサーマルプラズマをより均一に発生させることができる。
【００５０】
本実施の形態に用いられるケース体２の材料としては、特に制限はないが、導電性を有する金属又は合金、例えば、ステンレス等であることが好ましい。また、ケース体２と負電極５とを電気的に接続し、ケース体２が自動車等のアースに接続した構成としてもよい。
【００５１】
また、本実施の形態のプラズマリアクタ１においては、ハニカム構造体３、正電極４及び負電極５が、ケース体２の内部に絶縁部材８によって所定の位置に固定されている。この絶縁部材８は、排気ガスの流路を妨げないように配置することが好ましい。また、絶縁部材８の材質としては、ガラス、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、コージェライト、サイアロン、及びムライトからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含むことが好ましい。
【００５２】
また、本実施の形態においては、ハニカム構造体３の、排気ガスの流れ方向における幅が、５〜４０ｍｍであることが好ましい。ハニカム構造体３の、排気ガスの流れ方向における幅が５ｍｍ未満であると、沿面放電によるノンサーマルプラズマの発生領域が狭すぎて、例えば、排気ガスに含まれる活性化対象物質である一酸化窒素の大部分が酸化されないままプラズマリアクタ１から流出することがある。また、ハニカム構造体３の排気ガスの流れ方向における幅が４０ｍｍを超えると、ノンサーマルプラズマを発生させるための電力が大量に必要となることや、プラズマリアクタ１自体が大型となり自動車等の排気系中に設置することが困難となる。
【００５３】
また、本実施の形態においては、負電極５が、ハニカム構造体３の流入側端面に配置され、かつ正電極４が、ハニカム構造体３の流出側端面に配置されている構成となっているが、負電極５が流出側端面に配置され、正電極４が流入側端面に配置された構成としてもよい。
【００５４】
また、本実施の形態においては、正電極４に電圧を印加するための電源７をさらに備えたものであることが好ましい。このプラズマリアクタ１を自動車等に設置する場合には、自動車のバッテリー等の電源を共有することもできるが、このように構成することによって安定したノンサーマルプラズマを発生することができる。また、電源７への供給電源として、自動車のオイルネータや自動車のバッテリー等を使用することもできる。
【００５５】
また、本実施の形態においては、電源７から供給される電圧波形が、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス波形、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ周波数が１以上である交流電圧波形、電圧が３００Ｖ以上の直流波形、又は、これらのいずれかを重畳してなる電圧波形であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくノンサーマルプラズマを発生させることができる。
【００５６】
また、正電極４と前述した電源７とは電気的に接続した状態で配置し、負電極５は接地した状態で配置する。本実施の形態のプラズマリアクタ１を自動車等に設置する場合は、負電極５を自動車等のアースに電気的に接続させた構成としてもよい。
【００５７】
ハニカム構造体３は、図１０に示すように、隔壁２１によって区画された排気ガスの流路となる複数のセル２２を有するものであり、その材質が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、サイアロン、及びジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなることが好ましい。
【００５８】
また、本実施の形態に用いられるハニカム構造体３においては、隔壁２１の厚さが０．０５〜２ｍｍであることが好ましく、セル密度が、４〜１８６セル／ｃｍ²であることが好ましい。隔壁２１の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、ハニカム構造体３の機械的強度が低下して衝撃や温度変化による熱応力によって破損することがあり、隔壁２１の厚さが２ｍｍを超えると、ハニカム構造体３に占めるセル２２の体積の割合が低くなり、ハニカム構造体３の背圧抵抗が増加することがある。また、セル密度が、４セル／ｃｍ²未満であると、隔壁２１の表面において沿面放電するノンサーマルプラズマの発生領域が疎らとなり、排気ガスを活性化する効率が低下することがあり、セル密度が、１８６セル／ｃｍ²を超えると、ハニカム構造体３の背圧抵抗が増加することがある。
【００５９】
図１０においては、ハニカム構造体３の形状が円筒状のものを示しているがこれに限定されることはなく、四角柱等の他の形状であってもよい。また、セル２２の形状も四角形に限定されることはなく、セル２２がハニカム構造体３の端面において等間隔に配列する形状であれば、例えば、円、楕円、三角、略三角、又はその他の多角形であってもよい。
【００６０】
また、本実施の形態に用いられるハニカム構造体３は、ハニカム構造体３を構成する隔壁２２の表面及び／又は内部に触媒を担持したものであってもよい。例えば、ディーゼルエンジン等の排気系にプラズマリアクタ１（図１（ｂ）参照）を設置して用いた際に、エンジンが低速や低負荷状態で運転され、排気系の温度が低い領域からノンサーマルプラズマと触媒とによりＮＯ_xを分解してＮ₂とＯ₂にすることができる。このように構成することによって、プラズマリアクタ１（図１（ｂ）参照）の省エネルギー化を実現することができるとともに、反応の効率を向上させることができる。上述した触媒としては、特に限定されることはないが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｋ、Ｂａ、Ｌｉ、Ｖ、及びＮａからなる群より選択される少なくとも一種を含む触媒を好適例として挙げることができる。また、金属触媒成分を担持するコート層成分として、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＣｅＯ₂等を挙げることができる。
【００６１】
また、本実施の形態においては、ハニカム構造体３が、ハニカムフィルタであってもよい。具体的には、ハニカム構造体３が、隔壁２１によって区画された排気ガスのフィルタ流路となる複数のセル２２を有し、このセル２２の排気ガス流入側端面２３ａ及び排気ガス流出側端面２３ｂで互い違いに目封じした構成のハニカムフィルタであることが好ましい。このように構成することによって、プラズマリアクタ１（図１（ｂ）参照）で排気ガスに含まる粒子状物質、例えば、煤等をハニカムフィルタにより捕集することができ、さらに、ハニカムフィルタを構成する隔壁２１の表面に沿面放電したノンサーマルプラズマにより二酸化窒素を生成し、捕集した煤を連続的に酸化燃焼除去することができる。
【００６２】
また、本実施の形態のプラズマリアクタは、図１１に示すように、ケース体２の、排気系の上流側に、ケース体２に流入する排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段３０をさらに備えたものであることが好ましい。本実施の形態に用いられた脱水手段３０は、熱交換器により排気ガスを冷却し、液化した水分をドレン３１により排出するものである。本来、ノンサーマルプラズマは、一酸化窒素を酸化するのに有効な酸素以外の、直に安定化状態に戻ってしまう水等の分子も励起することから、大量の水分を含んだ排気ガスは、一酸化窒素の酸化効率を低下させることとなる。特に、燃焼による排気ガスには大量の水分を含んでいることが多く、プラズマリアクタが脱水手段３０をさらに備えた構成とすることによって、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する効率を大幅に向上させるとともに、ノンサーマルプラズマを発生するための電力消費を低減させることができる。
【００６３】
図１１において、排気ガスを冷却して脱水する脱水手段３０について説明したが、排気ガスに含まれる水分を除去することができるものであれば、例えば、排気ガスを圧縮して水分の分圧を上昇させて脱水する脱水手段や、吸着剤に水分を吸着させる脱水手段であってもよい。また、脱水手段３０は、ケース体より上流側に位置していればどのような位置に配置してもよい。
【００６４】
また、本実施の形態のプラズマリアクタは、図１２に示すように、ケース体２の、排気系の下流側に、ＮＯ_X処理手段３２をさらに備えたものであってもよい。例えば、ハニカム構造体３としてハニカムフィルタを備えたプラズマリアクタ１の場合、このプラズマリアクタ１内で排気ガスに含まれる煤の捕集、及び捕集した煤の酸化燃焼除去を同時に行うことができることから、ＮＯ_X処理手段３２を備えることによって、プラズマリアクタ１内で、ディーゼルエンジン等から排出される排気ガスにおける一連の排気ガス処理操作を行うことができ、プラズマリアクタ１から排出されるガスを浄化した状態で外部にそのまま排出することができる。ＮＯ_X処理手段３２としては、例えば、ＮＯ_X吸蔵還元触媒を担持したハニカム構造体や、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）等を好適例として挙げることができる。また、ケース体２とＮＯ_X処理手段３２とは、ＮＯ_X処理手段３２が排気系の下流側に位置していればどのような位置関係でもよく、ケース体２とＮＯ_X処理手段３２とは接していても離れていてもよい。
【００６５】
また、図１３に示すように、ケース体内に、二以上のプラズマ発生電極６が配置されたハニカム構造体３を連続して配置した構成としてもよい。このように構成することにより、一酸化窒素の酸化効率をさらに向上させることができる。
【００６６】
次に、本発明（第２の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態について具体的に説明する。本実施の形態のプラズマリアクタは、燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタである。図１４（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態のプラズマリアクタを模式的に示す説明図であって、（ａ）は、排気ガス流入側の平面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は排気ガス流出側の平面図である。本実施の形態のプラズマリアクタ４１は、排気ガスのメーン流路となるケース体４２と、隔壁５１によって区画された複数のセル５２を有し、セル５２の内部を排気ガスが通過可能な状態でケース体４２の内部に配置された第１のハニカム構造体４３ａ及び第２のハニカム構造体４３ｂと、第１のハニカム構造体４３ａの流入側端面に配置された第１の正電極４４ａ、第２のハニカム構造体４３ｂの流出側端面に配置された第２の正電極４４ｂ、及び第１のハニカム構造体４３ａの流出側端面と第２のハニカム構造体４３ｂの流入側端面との間に配置された共有負電極４５とからなるプラズマ発生電極４６とを備え、第１の正電極４４ａ、第２の正（負）電極４４ｂ、及び共有負電極４５のうちの少なくとも一の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストを前記ハニカム構造体の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、プラズマ発生電極４６を構成する第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂに電圧を印加することにより第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成する隔壁５１の表面に発生するノンサーマルプラズマとしての沿面放電によって、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成するセル５２内を通過する排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とする。また、本実施の形態においては、二枚の正電極が共有負電極を挟む構成となっているが、二枚の負電極が共有正電極を挟む構成としてもよい。
【００６７】
本実施の形態のプラズマリアクタに用いられる第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂは、図１に示したプラズマリアクタ１に用いられる正電極４と同様に構成されたものを好適に用いることができる。また、本実施の形態のプラズマリアクタ４１に用いられる共有負電極４５も、図１に示したプラズマリアクタ１に用いられる負電極５と同様に構成されたものを好適に用いることができる。さらに、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂも、図１に示したプラズマリアクタ１に用いられるハニカム構造体３と同様に構成されたものを好適に用いることができる。
【００６８】
このように構成することによって、排気ガスを活性化する効率をさらに向上させることができるとともに、省スペース化を実現することができる。
【００６９】
また、本実施の形態においては、プラズマ発生電極４６を構成する第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂが、所定の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成され、導電性部材のそれぞれの配列間隔が、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂの排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍であることが好ましい。さらに、導電性部材の、排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるそれぞれの幅が、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成する隔壁５１の厚さの２倍以下であることが好ましい。
【００７０】
第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂを構成する導電性部材の幅が、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成する隔壁５１の厚さの２倍を超えると、隔壁５１の表面で沿面放電するだけでなく、セル５２の内部にもノンサーマルプラズマが発生することがある。セル５２の内部に発生した沿面放電以外のノンサーマルプラズマは不均一かつ不安定なことから、一酸化窒素の酸化には不適であり、結果としてエネルギーロスの原因となることがある。
【００７１】
また、導電性部材のそれぞれの配列間隔が、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂの排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２倍未満であると、沿面放電の効率が低下することがある、具体的には、十分な電界集中が得られず、より高電圧を必要としてしまうため実用困難となることがある。また、導電性部材のそれぞれの配列間隔が、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂの排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２０倍を超えると、導電性部材のそれぞれの配列間隔が疎らになりすぎることから、ノンサーマルプラズマの発生も疎らになり、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成する隔壁５１の全域に沿面放電が発生しないことがある。
【００７２】
また、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂの厚さとしては、特に限定されることはないが、正電極自体の抵抗を低減することや、製造コストを低減すること等の理由から０．３〜２ｍｍであることが好ましい。また、本実施の形態においては、電源と電気的に接続するための接続端子５０が第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂの外周部分に配置されている。
【００７３】
また、本実施の形態においては、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと共有負電極４５との少なくともいずれかの表面が、腐食防止用の表面処理が施されていることが好ましい。具体的には、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと共有負電極４５との少なくともいずれかの表面に、耐腐食性に優れた、例えば、金、白金、銀等の金属からなる保護層を、蒸着やメッキ等により形成することが好ましい。また、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと共有負電極４５との少なくともいずれかの表面が、絶縁性のバリア層によって覆われていてもよい。このように構成することによって、均一な放電が可能となるとともに、耐腐食性が向上する。
【００７４】
また、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂを構成する導電性部材９によって形成される空隙部分の形状は、図６に示した正電極４と同様に構成されてなることが好ましく、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂを構成する導電性部材９の、その長手方向の断面形状は、図７に示した導電性部材９と同様に構成されてなることが好ましい。
【００７５】
また、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂの構成、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂとの間隔、共有負電極４５と第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂとの間隔、及び第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと共有負電極４５との間隔等は、第一の発明のプラズマリアクタと同様に構成されていることが好ましい。
【００７６】
また、本実施の形態においては、図１５に示すように、排気ガスの流れ方向にプラズマ発生電極を投影した投影面において、第１の正電極４４ａを構成する導電性部材と、第２の正電極４４ｂを構成する導電性部材とが重ならないように配置することが好ましい。このように構成することによって、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂ（図１４参照）において、ノンサーマルプラズマのエネルギー分布に変化を持たせ、ノンサーマルプラズマ内を通過する排気ガスを活性化する効率を向上させることができる。
【００７７】
また、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂが、所定の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成され、かつ、共有負電極４５の形状がストライプ状（縞状）である場合には、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂを、排気ガスの流れ方向にプラズマ発生電極を投影した投影面において、共有負電極４５と第１及び第２の正電極を構成する帯状の導電性部材とは、任意の交差角度を設定することができるが、平行でないことが好ましい。
【００７８】
また、本実施の形態においては、図１４（ｂ）に示すように、第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂ、第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂ及び共有負電極４５が、ケース体２の内部に絶縁部材４８によって所定の位置に固定されている。この絶縁部材４８は、排気ガスの流路を妨げないように配置することが好ましい。また、絶縁部材４８の材質としては、ガラス、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、コージェライト、サイアロン、及びムライトからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含むことが好ましい。
【００７９】
また、本実施の形態においては、正電極４４ａ，４４ｂに電圧を印加するための電源４７をさらに備えたものであることが好ましい。このプラズマリアクタ４１を自動車等に設置する場合には、自動車のバッテリー等の電源を共有することもできるが、このように構成することによって安定したノンサーマルプラズマを発生することができる。また、電源７への供給電源として、自動車のオイルネータや自動車のバッテリー等を使用することもできる。
【００８０】
また、本実施の形態においては、電源４７から供給される電圧波形が、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス波形、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ周波数が１以上である交流電圧波形、電圧が３００Ｖ以上の直流波形、又は、これらのいずれかを重畳してなる電圧波形であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくノンサーマルプラズマを発生させることができる。
【００８１】
また、正電極４４ａ，４４ｂと前述した電源４７とは電気的に接続した状態で配置し、共有負電極４５は接地した状態で配置する。本実施の形態のプラズマリアクタ４１を自動車等に設置する場合は、共有負電極４５を自動車等のアースに電気的に接続させた構成としてもよい。
【００８２】
また、本実施の形態に用いられるハニカム構造体４３ａ，４３ｂは、ハニカム構造体４３ａ，４３ｂを構成する隔壁５１の表面及び／又は内部に触媒を担持したものであってもよい。例えば、ディーゼルエンジン等の排気系にプラズマリアクタ４１を設置して用いた際に、エンジンが低速や低負荷状態で運転され、排気系の温度が低い場合は、プラズマ発生電極４６にて発生したノンサーマルプラズマによって、排気ガスに含まれる一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成し、ディーゼルエンジンが通常運転となり、ケース体４２内の温度がハニカム構造体４３ａ，４３ｂに担持した触媒が活性化する温度、例えば、４００〜５００℃になった場合は、ノンサーマルプラズマと触媒とを併用して二酸化窒素を生成することができる。このように構成することによって、プラズマリアクタ４１の省エネルギー化を実現することができるとともに、反応の効率を向上させることができる。上述した触媒としては、特に限定されることはないが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｋ、Ｂａ、Ｌｉ、及びＮａからなる群より選択される少なくとも一種を含む触媒を好適例として挙げることができる。
【００８３】
また、本実施の形態においては、ハニカム構造体４３ａ，４３ｂが、ハニカムフィルタであってもよい。具体的には、ハニカム構造体４３ａ，４３ｂが、隔壁２１によって区画された排気ガスのフィルタ流路となる複数のセル２２を有し、このセル２２の排気ガス流入側端面及び排気ガス流出側端面で互い違いに目封じした構成のハニカムフィルタであることが好ましい。このように構成することによって、プラズマリアクタ４１で排気ガスに含まる粒子状物質、例えば、煤等をハニカムフィルタにより捕集することができ、さらに、ハニカムフィルタを構成する隔壁５１の表面に沿面放電したノンサーマルプラズマにより二酸化窒素を生成し、捕集した煤を連続的に酸化燃焼除去することができる。
【００８４】
また、本実施の形態のプラズマリアクタ４１は、図１６に示すように、ケース体４２の、排気系の上流側に、ケース体４２に流入する排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段３０をさらに備えたものであることが好ましい。本実施の形態に用いられた脱水手段３０は、熱交換器により排気ガスを冷却し、液化した水分をドレン３１により排出するものである。本来、ノンサーマルプラズマは、一酸化窒素を酸化するのに有効な酸素以外の、直に安定化状態に戻ってしまう水等の分子も励起することから、大量の水分を含んだ排気ガスは、一酸化窒素の酸化効率を低下させることとなる。特に、燃焼による排気ガスには大量の水分を含んでいることが多く、プラズマリアクタが脱水手段３０をさらに備えた構成とすることによって、一酸化窒素を二酸化窒素に酸化する効率を大幅に向上させるとともに、ノンサーマルプラズマを発生するための電力消費を低減させることができる。
【００８５】
図１６において、排気ガスを冷却して脱水する脱水手段３０について説明したが、排気ガスに含まれる水分を除去することができるものであれば、例えば、排気ガスを圧縮して水分の分圧を上昇させて脱水する脱水手段や、吸着剤に水分を吸着させる脱水手段であってもよい。また、脱水手段３０は、ケース体より上流側に位置していればどのような位置に配置してもよい。
【００８６】
また、本実施の形態のプラズマリアクタ４１は、図１７に示すように、ケース体４２の、排気系の下流側に、ＮＯ_X処理手段３２をさらに備えたものであってもよい。例えば、ハニカム構造体４３（図１４（ｂ）参照）としてハニカムフィルタを備えたプラズマリアクタ４１の場合、このプラズマリアクタ４１内で排気ガスに含まれる煤の捕集、及び捕集した煤の酸化燃焼除去を同時に行うことができることから、ＮＯ_X処理手段３２を備えることによって、プラズマリアクタ４１内で、ディーゼルエンジン等から排出される排気ガスにおける一連の排気ガス処理操作を行うことができ、プラズマリアクタ４１から排出されるガスを浄化した状態で外部にそのまま排出することができる。ＮＯ_X処理手段３２としては、例えば、ＮＯ_X吸蔵還元触媒を担持したハニカム構造体や、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ｃａｔａｌｙｔｉｃ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）等を好適例として挙げることができる。また、ケース体４２とＮＯ_X処理手段３２とは、ＮＯ_X処理手段３２が排気系の下流側に位置していればどのような位置関係でもよく、ケース体４２とＮＯ_X処理手段３２とは接していても離れていてもよい。
【００８７】
【実施例】
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００８８】
（実施例１〜９）
図１（ａ）〜（ｃ）に示すような、排気ガスのメーン流路となるケース２体と、隔壁によって区画された複数のセルを有し、セルの内部を排気ガスが通過可能な状態でケース体２の内部に配置されたハニカム構造体３と、ハニカム構造体３の、排気ガスの流入側端面及び流出側端面に対向配置された正電極４及び負電極５から構成されたプラズマ発生電極６とを備えたプラズマリアクタ１（実施例１〜９）を製造した。
【００８９】
実施例１〜９のプラズマリアクタ１に用いたハニカム構造体３は、コージェライトを原料とし、排気ガスの流れ方向の長さが１０ｍｍ、端面の直径が９３ｍｍ、セルピッチが２．５４ｍｍ、隔壁の厚さが０．４３ｍｍとなるように、金属製の口金を用いて押し出し成形して形成した。
【００９０】
実施例１〜３のプラズマリアクタ１に用いた正電極４は、５．０８ｍｍの間隔、即ち、セルピッチの２倍の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成されたものとした。実施例２〜６のプラズマリアクタ１に用いた正電極４は、７．６２ｍｍの間隔、即ち、セルピッチの３倍の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成されたものとした。また、実施例７〜９のプラズマリアクタ１に用いた正電極４は、７．６２ｍｍの間隔、即ち、セルピッチの４倍の間隔で平行に配列された、複数の帯状の導電性部材から構成されたものとした。全ての正電極４は、ステンレス製の板材を打ちぬき加工することにより形成した。
【００９１】
実施例１のプラズマリアクタ１に用いた負電極５は、実施例１と正電極４と同形状及び同材質のものとした。また、実施例２、５及び８のプラズマリアクタ１に用いた負電極５は、メッシュ間隔が１ｍｍのワイヤーメッシュとした。また、実施例３、６及び９のプラズマリアクタ１に用いた負電極５は、５．０８ｍｍの間隔、即ち、セルピッチの２倍の間隔で格子状に形成されたものとした。また、実施例４のプラズマリアクタ１に用いた負電極５は、実施例４と正電極４と同形状及び同材質のものとし、実施例７のプラズマリアクタ１に用いた負電極５は、実施例７と正電極４と同形状及び同材質のものとした。また、実施例１、４及び７のプラズマリアクタ１においては、正電極４の導電性部材と負電極の縞状のスリットとが、流れ方向における投影面において直交する構成とした。
【００９２】
正電極４には、スイッチング素子としてＳＩサイリスタを用いた高電圧パルス電源（日本ガイシ（株）製）を接続し、ピーク電圧１０ｋＶ、パルス数１ｋＨｚで通電した。この状態で、プラズマリアクタ１（実施例１〜９）に、２５０ｐｐｍの一酸化窒素を含み、酸素濃度約２０％、窒素濃度約８０％に調整された室温の混合気体を、流量０．０２ｍ³／ｍｉｎで通気した。
【００９３】
各プラズマリアクタ１（実施例１〜９）から排出されたガスに含まれる一酸化窒素と二酸化窒素の濃度を測定し、プラズマリアクタ１（実施例１〜９）における、一酸化窒素から二酸化窒素への変換率を算出した。結果を表１に示す。また、実施例１のプラズマリアクタ１から排出されたガスに含まれる一酸化窒素の濃度を測定した測定結果チャートを図１８に示す。
【００９４】
【表１】

【００９５】
（実施例１０〜１３）
図１４（ａ）〜（ｃ）に示すような、第１の正電極４４ａ、第１のハニカム構造体４３ａ、共有負電極４５、第２のハニカム構造体４３ｂ、第２の正電極４４ｂの順に配置したプラズマリアクタ４１（実施例１０〜１３）を製造した。実施例１０〜１３のプラズマリアクタ４１に用いた第１及び第２のハニカム構造体４３ａ，４３ｂは、実施例１に用いたハニカム構造体３と同形状及び同材質のものを使用した。
【００９６】
第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂと共有負電極４５とは、実施例１０及び１１においては、実施例５に用いた正電極及び負電極と同形状及び同材質のものを使用し、実施例１２及び１３においては、実施例７に用いた正電極及び負電極と同形状及び同材質のものを使用した。また、実施例１１及び１３においては、第１の正電極４４ａと第２の正電極４４ｂとを１セルピッチ分ずらした状態で配置した。
【００９７】
第１及び第２の正電極４４ａ，４４ｂには、スイッチング素子としてＳＩサイリスタを用いた高電圧パルス電源（日本ガイシ（株）製）を接続し、ピーク電圧１０ｋＶ、パルス数１ｋＨｚで通電した。この状態で、各プラズマリアクタ（実施例１〜９）に、２５０ｐｐｍの一酸化窒素を含み、酸素濃度約２０％、窒素濃度約８０％に調整された室温の混合気体を、流量０．０２ｍ³／ｍｉｎで通気した。
【００９８】
各プラズマリアクタ４１（実施例１０〜１３）から排出されたガスに含まれる一酸化窒素と二酸化窒素の濃度を測定し、プラズマリアクタ４１（実施例１０〜１３）における、一酸化窒素から二酸化窒素への変換率を算出した。結果を表２に示す。
【００９９】
【表２】

【０１００】
表１及び２に示すように、プラズマリアクタ（実施例１〜１３）によって、一酸化窒素が高い割合で二酸化窒素に酸化されていることから、プラズマリアクタ（実施例１〜１３）の内部で、反応性に優れたノンサーマルプラズマが発生していることが分かる。
【０１０１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によって、反応性に優れたノンサーマルプラズマを効率的かつ低電力で発生させることが可能なプラズマリアクタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態を模式的に示す説明図であって、（ａ）は排気ガス流入側の平面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は排気ガス流出側の平面図である。
【図２】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態に用いられる正電極を示す平面図である。
【図３】 （ａ）は、本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態に用いられる正電極を模式的に示す平面図、（ｂ）は、本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態に用いられる正電極を構成する導電性部材の拡大平面図である。
【図４】 図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態に用いられる負電極を模式的に示す平面図である。
【図５】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態に用いられれる正電極を示す平面図である。
【図６】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態に用いられれる正電極を示す平面図である。
【図７】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態に用いられれる正電極を構成する導電性部材を示す断面図である。
【図８】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態を示す断面図である。
【図９】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態を示す断面図である。
【図１０】 本発明（第１の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態に用いられるハニカム構造体を示す斜視図である。
【図１１】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態が、さらに脱水手段を備えた状態を模式的に示す断面図である。
【図１２】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態が、さらにＮＯ_X処理手段を備えた状態を模式的に示す断面図である。
【図１３】 本発明（第１の発明）のプラズマリアクタの他の実施の形態の側面の断面図である。
【図１４】 本発明（第２の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態を模式的に示す説明図であって、（ａ）は排気ガス流入側の平面図、（ｂ）は側面の断面図、（ｃ）は排気ガス流出側の平面図である。
【図１５】 本発明（第２の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態の、排気ガスの流れ方向の投影図である。
【図１６】 本発明（第２の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態が、さらに脱水手段を備えた状態を模式的に示す断面図である。
【図１７】 本発明（第２の発明）のプラズマリアクタの一の実施の形態が、さらにＮＯ_X処理手段を備えた状態を模式的に示す断面図である。
【図１８】 本発明（第２の発明）の実施例１における、プラズマリアクタから排出されたガスに含まれる一酸化窒素の濃度を測定した測定結果チャートである。
【図１９】 従来から用いられる排気ガス処理装置を模式的に示す説明図である。
【図２０】 従来から用いられる排気ガス処理装置を模式的に示す説明図である。
【図２１】 従来から用いられる排気ガス処理装置を模式的に示す説明図である。
【図２２】 従来のプラズマリアクタを備えた排気ガス処理装置を模式的に示す説明図である。
【符号の説明】
１…プラズマリアクタ、２…ケース体、３…ハニカム構造体、４…正電極、５…負電極、６…プラズマ発生電極、７…電源、８…絶縁部材、９…導電性部材、１０…接続端子、２１…隔壁、２２…セル、２３ａ，２３ｂ…端面、３０…脱水手段、３１…ドレン、３２…ＮＯ_X処理手段、４１…プラズマリアクタ、４２…ケース体、４３…ハニカム構造体、４４…正電極、４５…共有負電極、４６…プラズマ発生電極、４７…電源、４８…絶縁部材、４９…導電性部材、５０…接続端子、５１…隔壁、５２…セル、６０…ハニカムフィルタ、６１…排気ガス処理装置、６２…ＨＣ−ＳＣＲ型の触媒、６３…ハニカムフィルタ、６４…排気ガス処理装置、６５…ＨＣ酸化触媒、６６…ハニカムフィルタ、６７…Ｕｒｅａ−ＳＣＲ型ＮＯ_X触媒、６８…アンモニアスリップ触媒、６９…排気ガス処理装置、８０…排気ガス処理装置、８１…プラズマリアクタ、８３…ハニカムフィルタ、８３ａ…端面、８４…正電極、８５…負電極、８６…プラズマ発生電極。

Claims (19)

1. 燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタであって、
   前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記セルの内部を前記排気ガスが通過可能な状態で前記ケース体の内部に配置された一以上のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の、前記排気ガスの流入側端面及び流出側端面に対向配置された正電極及び負電極から構成されたプラズマ発生電極とを備え、
   前記正電極及び前記負電極のうちの少なくとも一方の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストを前記ハニカム構造体の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、
   前記プラズマ発生電極を構成する前記正電極に電圧を印加することにより前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面に発生する沿面放電によって、前記ハニカム構造体を構成する前記セル内を通過する前記排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とするプラズマリアクタ。
2. 前記プラズマ発生電極を構成する前記正電極が、複数の帯状の導電性部材から構成され、
   前記導電性部材のそれぞれの配列間隔が、前記ハニカム構造体の前記排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍である請求項１に記載のプラズマリアクタ。
3. 前記正電極及び前記負電極の少なくとも一方の表面が、絶縁体によって覆われている請求項１又は２に記載のプラズマリアクタ。
4. 前記正電極及び前記負電極の少なくとも一方の表面が、耐腐食性金属によって覆われている請求項１又は２に記載のプラズマリアクタ。
5. 燃焼ガスの排気系中に設置されて、その内部に発生するノンサーマルプラズマによって、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素を生成するために用いられるプラズマリアクタであって、
   前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記セルの内部を前記排気ガスが通過可能な状態で前記ケース体の内部に配置された第１のハニカム構造体及び第２のハニカム構造体と、前記第１のハニカム構造体の流入側端面に配置された第１の正（負）電極、前記第２のハニカム構造体の流出側端面に配置された第２の正（負）電極、及び前記第１のハニカム構造体の流出側端面と前記第２のハニカム構造体の流入側端面との間に配置された共有負（正）電極からなるプラズマ発生電極とを備え、
   前記第１の正（負）電極、前記第２の正（負）電極、及び前記共有負（正）電極のうちの少なくとも一の電極は、導電性を有する金属又は合金のペーストを前記ハニカム構造体の端面に塗布して焼きつけることによって形成されたものであり、
   前記プラズマ発生電極を構成する前記第１及び第２の正電極、又は共有（正）電極に電圧を印加することにより前記第１及び第２のハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面に発生する沿面放電によって、前記第１及び第２のハニカム構造体を構成する前記セル内を通過する前記排気ガスを、処理する前に又は処理すると同時に活性化することが可能なことを特徴とするプラズマリアクタ。
6. 前記プラズマ発生電極を構成する前記第１及び第２の正（負）電極が、複数の帯状の導電性部材から構成され、
   前記導電性部材のそれぞれの配列間隔が、前記第１及び第２のハニカム構造体の前記排気ガスの流れ方向に垂直な断面におけるセルピッチの２〜２０倍である請求項５に記載のプラズマリアクタ。
7. 前記第１の正（負）電極、前記第２の正電極、及び前記共有負（正）電極から選ばれる少なくとも一の表面が、絶縁体によって覆われている請求５又は６に記載のプラズマリアクタ。
8. 前記第１の正（負）電極、前記第２の正電極、及び前記共有負（正）電極から選ばれる少なくとも一の表面が、耐腐食性金属によって覆われている請求項５又は６に記載のプラズマリアクタ。
9. 前記プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えた請求項１〜８のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
10. 前記ケース体の、前記排気系の上流側に、前記ケース体に流入する前記排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段をさらに備えた請求項１〜９のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
11. 前記ケース体の、前記排気系の下流側に、ＮＯ_X処理手段をさらに備えた請求項１〜１０のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
12. 前記ハニカム構造体の、前記排気ガスの流れ方向における幅が、５〜４０ｍｍである請求項１〜１１のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
13. 前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の厚さが、０．０５〜２ｍｍである請求項１〜１２のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
14. 前記ハニカム構造体のセル密度が、４〜１８６セル／ｃｍ²である請求項１〜１３のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
15. 前記ハニカム構造体の材質が、コージェライト、アルミナ、ムライト、窒化珪素、サイアロン、及びジルコニアからなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる請求項１〜１４のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
16. 前記ハニカム構造体が、前記ハニカム構造体を構成する前記隔壁の表面及び／又は内部に触媒を担持したものである請求項１〜１５のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
17. 前記ハニカム構造体が、ハニカムフィルタである請求項１〜１６のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
18. 前記電源から供給される電圧波形が、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス波形、ピーク電圧が３００Ｖ以上かつ周波数が１以上である交流電圧波形、電圧が３００Ｖ以上の直流波形、又は、これらのいずれかを重畳してなる電圧波形である請求項９〜１７のいずれかに記載のプラズマリアクタ。
19. ディーゼルエンジンの燃焼ガスの排気系中に設置された請求項１〜１８のいずれかに記載のプラズマリアクタ。

Images