JP4476685B2 - ガス浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、粒子状物質等の有害物質を含む浄化対象ガスから有害物質を除去して浄化するガス浄化装置に関する。

従来、エンジン等の排ガス発生源から排出された排ガスから粒子状物質（ＰＭ；Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｍａｔｔｅｒ）等の有害物質を浄化するためのガス浄化装置として、ＰＭを含む排ガスのガス流路にＰＭフィルタを設け、このＰＭフィルタによりＰＭを捕捉する装置がある。このガス浄化装置では、ＰＭフィルタに捕捉されたＰＭに含まれる炭素等の物質が加熱ヒータにて燃焼除去され、ＰＭフィルタの機能が再生される（例えば、特許文献１参照）。

このガス浄化装置においては、ＰＭの捕捉に機械的集塵を用いているために排ガスの圧力損失が高く、エンジン等の排ガス発生源に対する負荷が高くなるという問題がある。

また、ＰＭフィルタに捕捉されたＰＭに含まれる炭素等の物質を酸素との燃焼反応により除去するため、ガスの温度を６００℃程度に加熱する必要がある。そのため、外部加熱ヒータの追設が必要となり、特に排ガス温度が低温（特に２００℃以下）である場合にはＰＭを効率良く除去することが困難である。

そこで、排ガスの流れ方向に交差してコロナ放電を行い、コロナ放電により排ガスを活性化した後、触媒の作用により排ガスを浄化するガス浄化装置が提案される（例えば、特許文献２参照）。このガス浄化装置では、排ガスの電子温度を高くして触媒を併用することにより排ガス中の有害物質を分解するため、排ガスを加熱せずに低温のまま浄化することができる。

さらに、コロナ放電を利用したガス浄化装置において、パルス状の電源電力を短パルス高繰返しスイッチング素子を介してコロナ放電管に供給することにより、電源印加時間を短くして浄化効率を高めた技術が提案される（例えば、特許文献２参照）。この技術では、スイッチング素子の構成を工夫することにより装置の小型化も試みられている。
特開平１１−０６２５５８号公報（第３頁−第５頁、図１） 特開平１１−１２８６５８号公報（第３頁−第５頁、図１） 特開平１１−１２８６７４号公報（第３頁−第５頁、図１）

従来のコロナ放電を利用したガス浄化装置では、コロナ放電を発生させて排ガス中の有害物質を活性化する構成であるため、排ガスとコロナ放電との接触領域をより広範囲にすることが重要となる。しかし、コロナ放電が起こる範囲は、通常限定的であり、排ガスが流れるガス流路にコロナ放電が十分に生成されない恐れがある。

このため、排ガス中の有害物質を十分に活性化するためにはガス流路を狭くしたり、ガス流路の形状を複雑にする必要がある。従って、従来のガス浄化装置では、大流量の排ガスを浄化しようとする場合には、圧力損失が上昇する恐れがある。

本発明はかかる従来の事情に対処するためになされたものであり、浄化対象ガスのガス流路をより広く確保し、より大容量の浄化対象ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的に除去して浄化対象ガスを浄化することが可能なガス浄化装置を提供することを目的とする。

本発明に係るガス浄化装置は、上述の目的を達成するために、請求項１に記載したように、浄化対象ガスが流れるガス流路に放電用の電界を形成して放電プラズマを生成し、前記浄化対象ガスに含まれる粒子状物質を前記放電プラズマの作用により荷電するとともに燃焼処理させる第１の電界形成手段と、集塵用の電界を形成することによって電気的集塵機能により前記荷電された粒子状物質を捕捉させる第２の電界形成手段とを備え、前記第２の電界形成手段は、前記集塵用の電界により前記ガス流路の断面積にしめる前記放電プラズマの領域を拡大させるように構成したことを特徴とするものである。

本発明に係るガス浄化装置においては、浄化対象ガスのガス流路をより広く確保し、より大容量の浄化対象ガスから有害物質を加熱することなく低温でより効率的に除去して浄化対象ガスを浄化することができる。

本発明に係るガス浄化装置およびガス浄化装置に使用する放電反応体の実施の形態について添付図面を参照して説明する。

図１は本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す構成図である。

ガス浄化装置１は、例えば自動車から排出される排ガス等の浄化対象ガスＸの流路上に設けられる放電反応部２、放電反応部２と放電用電気系統３ａを介して接続された放電用電源４および放電反応部２と集塵用電気系統３ｂを介して接続された集塵用電源５を備える。

放電反応部２は誘電体６、放電電極７、放電電極７にそれぞれ対向して設けられる放電用対向電極８および集塵用対向電極９を備える。誘電体６は例えば平板あるいは筒状構造であり、例えば自動車から排出される排ガス等の浄化対象ガスＸの流路上に設けられる。このため、誘電体６内部には浄化対象ガスＸが導かれて浄化対象ガスＸのガス流路１０が形成される。

ガス流路１０には例えば線状の放電電極７と平面状の集塵用対向電極９とが互いに対向して設けられる。放電電極７および集塵用対向電極９は、例えば誘電体６のガス流路１０側の任意の部位に接触するようにそれぞれ直接プリントされて設けられる。さらに、放電反応部２の放電用対向電極８は放電電極７と誘電体６を挟んで対向配置される。放電用対向電極８は例えば平面状に形成され、誘電体６のガス流路１０が形成されない側の任意の部位に直接プリントされて設けられる。

また、放電用電源４の一方の極は、放電反応部２の放電電極７と、他方の極は放電用対向電極８と、それぞれ放電用電気系統３ａを介して接続される。放電用電源４は、例えば一次側と二次側の電源で構成される。一次側の電源としては、ＡＣ１００Ｖでφ５０Ｈｚまたはφ６０Ｈｚの交流電源やＤＣ１２ＶまたはＤＣ２４Ｖの直流電源が使用される。また二次側の電源の出力電圧は、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）、交流状（正弦波、断続正弦波）の波形を有する出力電圧とされる。

そして、放電用電源４から放電電極７と放電用対向電極８との間に例えば数ｋＶから数十ｋＶ程度の電圧を印加することにより、ガス流路１０に電界を形成するとともに放電し、ガス流路１０内部に放電プラズマＹを生成できるように構成される。この際、放電電極７と放電用対向電極８との間には誘電体６が存在し、かつ誘電体６は放電電極７と接触して設けられるため、ガス流路１０における放電は、誘電体６に沿って形成される沿面放電となる。

すなわち、放電用電気系統３ａを介して互いに接続された放電用電源４、放電電極７および放電用対向電極８により第１の電界形成手段が形成される。

尚、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の形状は任意であるが、放電電極７の形状を例えば線状、点状、スリット状あるいは網目状にして放電電極７近傍の電気力線が密になるようすると、放電プラズマＹが容易に生成できるため効果的である。また、集塵用対向電極９の形状も平面状に限らず、スリット状や網目状としてもよい。

一方、集塵用電源５の一方の極は、放電反応部２の集塵用対向電極９と、他方の極は、放電反応部２の放電電極７とそれぞれ集塵用電気系統３ｂを介して接続される。集塵用電源５は、例えば一次側と二次側の電源で構成される。一次側の電源としては、ＡＣ１００Ｖでφ５０Ｈｚまたはφ６０Ｈｚの交流電源やＤＣ１２ＶまたはＤＣ２４Ｖの直流電源が使用される。また二次側の電源の出力電圧は、直流状（正極性、負極性、正負の両極性）、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）、整流波形（単波整流波形、両波整流波形）の出力電圧とされる。

そして、集塵用電源５から放電電極７と集塵用対向電極９との間に例えば数ｋＶ程度の電圧を印加することにより、ガス流路１０に電界を形成することができるように構成される。すなわち、集塵用電気系統３ｂを介して互いに接続された集塵用電源５、放電電極７および集塵用対向電極９により第２の電界形成手段が形成される。

次にガス浄化装置１の作用について説明する。

まず、自動車から排出される排ガス等の浄化対象ガスＸが放電反応部２に形成されたガス流路１０に導かれ、放電反応部２内に流入する。

ここで、放電反応部２内のガス流路１０において、放電用電源４から放電電極７と放電用対向電極８との間にパルス状（正極性、負極性、正負の両極性）あるいは交流状（正弦波、断続正弦波）の電圧が印加される。このため、放電電極７と放電用対向電極８との間、特に放電電極７の近傍には集中的に電界が形成されて誘電体６に沿う沿面放電が起こり、沿面放電に伴って放電プラズマＹが発生する。

このとき発生する放電プラズマＹは、放電用電源４の２次側の出力電圧として、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）あるいは交流状（正弦波、断続正弦波）の出力電圧のものを使用しているため、誘電性の誘電体６をはさんでいても、誘電体６表面に表面電荷が蓄積して放電を停止させたり、放電がアーク放電に移行したりすることのない、一様で安定な放電プラズマＹとなる。

ただし、アーク放電に移行する恐れがない場合のように、使用目的や環境によっては、誘電体６を設けずに省略し、他の任意の材料を用いてガス流路１０を形成してもよい。

一方、集塵用電源５から放電電極７と集塵用対向電極９との間に直流状（正極性、負極性、正負の両極性）、パルス状（正極性、負極性、正負の両極性）あるいは整流波形（単波整流波形、両波整流波形）の電圧が印加される。

図２は、図１に示す集塵用電源５の出力電圧波形を示す図である。

図２（ａ），（ｂ），（ｃ）において、縦軸は集塵用電源５の出力電圧Ｖを示し、横軸は時間ｔを示す。

集塵用電源５の出力電圧は、例えば図２（ａ）に示すような直流状の出力電圧Ａ１、図２（ｂ）に示すようなパルス状の出力電圧Ａ２、図２（ｃ）に示すような整流波形（両波整流波形）の出力電圧Ａ３とされる。すなわち、時間的に極性が変化しないような電圧が集塵用電源５から放電電極７と集塵用対向電極９との間に印加され、放電電極７と集塵用対向電極９との間には一様な電界が形成される。

この結果、放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成された電界の作用により、放電プラズマＹは放電電極７からガス流路１０内部に大きく引き出される。そして、放電反応部２内のガス流路１０を通流する浄化対象ガスＸに含まれる有害物質であるＰＭは、ガス流路１０内部に大きく引き出されて形成された放電プラズマＹにより生成された電子やイオンの衝突により荷電される。

すなわち、放電電極７と集塵用対向電極９との間に電界を形成することにより、ガス流路１０内部に放電プラズマＹを引き出し、ガス流路１０の断面積にしめる放電プラズマＹの領域を拡大させて、ガス流路１０を通流するＰＭのうち荷電されるＰＭの割合を高めることができる。

また、集塵用電源５の出力電圧特性により、放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成される電界の向きは時間的に変化しないため、ガス流路１０内部に引き出される放電プラズマＹは、プラスあるいはマイナスのうち一方の極性を有する放電プラズマＹとなる。従って、ＰＭの大半もプラスあるいはマイナスに荷電される。

このため、ガス流路１０内で荷電されたＰＭは集塵用電源５の作用で放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成された電界の電気集塵的機能に加え、放電プラズマＹの電気的な力により、放電電極７側に引き寄せられて放電電極７近傍の誘電体６に捕捉される。すなわち、プラスあるいはマイナスのいずれかに荷電されたＰＭは電界および単極性の放電プラズマＹの作用により一様な方向に電気的な力を受けて誘電体６に捕捉される。

つまり集塵用電源５の作用により形成された電界は、放電プラズマＹの引き出し効果によるガス流路１０内におけるＰＭの荷電効率の向上の他、荷電されたＰＭに電気的な力を与えて効率的に誘電体６に捕捉させる役割を有する。

特に、集塵用電源５の出力電圧を図２（ａ）に示すように直流状の出力電圧Ａ１とすれば、電圧印加時間をより長くすることが可能となり、ＰＭの荷電効率および集塵効率を向上させることができる。

その反面、集塵用電源５の出力電圧を直流状として長時間連続的に放電電極７と集塵用対向電極９との間に高い電圧を印加すると、放電電極７と集塵用対向電極９との間に放電が起こる恐れがある。そこで、集塵用電源５の出力電圧を図２（ｂ）に示すようにパルス状の出力電圧Ａ２とすれば、スパークへの移行を防止しつつ、より高い電圧を放電電極７と集塵用対向電極９との間に印加することができる。

また、集塵用電源５の出力電圧を図２（ｃ）に示すように整流波形の出力電圧Ａ３とすれば、交流電源と整流器で簡易に集塵用電源５を構成できるため、集塵用電源５のコストを低減させることができる。

ここで、集塵用電源５の出力電圧Ｖは、放電電極７と集塵用対向電極９との間の距離をＤとして、式（１）の条件を満たすようにすることにより、ＰＭの集塵効率を向上できるということが確認された。

［数１］
１≦Ｖ／Ｄ≦３０（ｋＶ／ｃｍ） ・・・（１）

図３は、図１に示す集塵用電源５の電圧印加により放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成される電界の大きさとＰＭの集塵効率との関係を示す図である。

図３において、縦軸はＰＭの集塵効率ηを示し、横軸は集塵用電源５の電圧印加により放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成される電界Ｅの大きさを示す。

図３に示すように、放電電極７と集塵用対向電極９との間に電圧を印加せずに、放電電極７のみの電気集塵的機能によりＰＭを集塵した場合には、集塵率ηは２０％程度である。そして、徐々に放電電極７と集塵用対向電極９との間の電圧を大きくしていくと、電界Ｅが１ｋＶ／ｃｍ以上となったところで、集塵率ηが比例的に増加し、集塵用電源５の電圧印加による効果が現れることが分かる。

さらに、放電電極７と集塵用対向電極９との間の電圧を大きくしていくと、電界Ｅが３０ｋＶ／ｃｍ程度となったところで集塵率ηは９５％となる。そして、電界Ｅが３０ｋＶ／ｃｍを超えると放電電極７と集塵用対向電極９との間にスパークが起こり、放電プラズマＹの領域が縮まってＰＭの荷電効率、すなわち集塵率ηが低下していくことが分かる。

以上より放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成させる電界Ｅの適切な範囲は、１ｋＶ／ｃｍから３０ｋＶ／ｃｍであり、式（１）を満たすように集塵用電源５の出力電圧Ｖを制御すれば、放電プラズマＹを安定して生成しつつ集塵用電源５の電圧印加による効果を得ることができると考えられる。

そして、このような放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成された電界によりＰＭが荷電されて誘電体６に補足される。

また、放電反応部２内のガス流路１０には、放電プラズマＹによって生じた高エネルギー電子が浄化対象ガスＸと衝突することにより、Ｏ、ＯＨ、Ｏ３等の酸化ラジカルが生成される。そしてこの酸化ラジカルの作用により誘電体６に捕捉されたＰＭに含まれる炭素や炭化水素等の物質は逐次二酸化炭素等に変化し、燃焼処理される。この際、放電電極７の近傍に生じた沿面放電は誘電体６に沿って形成されるため、酸化ラジカルとＰＭとの距離が短いため、より効率的にＰＭに含まれる炭素や炭化水素等の物質を燃焼させることができる。

このため、放電反応部２内のガス流路１０、誘電体６あるいは放電電極７は常に清浄に保たれ、ガス流路１０、誘電体６あるいは放電電極７の汚損による放電プラズマＹの減少や、電気集塵的機能の低下を防ぐことができる。

そして、このようにしてＰＭが除去された浄化対象ガスＸは、放電反応部２の外部に排出される。

すなわち、以上のようなガス浄化装置１は、浄化対象ガスＸに含まれるＰＭを補足するために、放電用電源４によって放電反応部２内のガス流路１０に放電プラズマＹを形成してＰＭを荷電する一方、荷電されたＰＭを集塵用電源５によって形成された電界による電気集塵的機能により捕捉する構成である。

このため、ガス浄化装置１によれば、浄化対象ガスＸから有害物質であるＰＭを加熱することなく低温でより効率的に除去し、浄化対象ガスＸを浄化することができる。さらに、放電反応部２内のガス流路１０や放電電極７の汚損による放電プラズマＹの減少や、電気集塵的機能の低下を防ぐことができる。

さらに、ＰＭの捕捉に機械的集塵を用いていないため、排ガス等の浄化対象ガスＸの圧力損失の増加を抑制し、エンジン等の排ガス発生源に対する負荷の増加も抑制することができる。

尚、図１に示すガス浄化装置１において、集塵用電源５および集塵用対向電極９を設けずに、放電電極７と放電用対向電極８との間に形成された電界による電気集塵的効果を利用して、ＰＭを補足させるように構成することもできる。

図４は、図１に示すガス浄化装置１において、集塵用電源５および集塵用対向電極９を省略した例を示す構成図である。

図４に示すガス浄化装置１Ａは、放電反応部２、放電反応部２と単一の電気系統３を介して接続された放電用電源４を備える。放電反応部２は例えば平板あるいは筒状構造の誘電体６、放電電極７、放電電極７に対向して設けられる放電用対向電極８を備える。誘電体６内部には浄化対象ガスＸが導かれて浄化対象ガスＸのガス流路１０が形成される。

そして、ガス浄化装置１Ａでは、放電用電源４により放電電極７と放電用対向電極８との間にパルス状、交流状あるいは直流状の両極性の電圧が印加される。このため、放電電極７と放電用対向電極８との間に電界が形成されて沿面放電が起こり、放電プラズマＹが発生する。さらに、浄化対象ガスＸに含まれるＰＭは、放電プラズマＹにより荷電され、放電電極７と放電用対向電極８との間に形成された電界の電気集塵的機能により捕捉される。さらに、補足されたＰＭは、放電プラズマＹの作用により消滅処理される。

このため、ガス浄化装置１Ａによれば、図１に示すガス浄化装置１と同様に浄化対象ガスＸから有害物質であるＰＭを加熱することなく低温でより効率的に捕捉して除去し、かつ、捕捉されたＰＭは放電プラズマＹの作用により燃焼されて消滅せしめられるため、放電反応部２内のガス流路１０や放電電極７の汚損による放電プラズマＹの減少や、電気集塵的機能の低下を防ぐことができる。また、ＰＭの捕捉に機械的集塵を用いていないため、浄化対象ガスＸの圧力損失の増加も抑制することができる。

しかしながら、ガス浄化装置１Ａでは、装置構成を簡易にできる反面、放電電極７に印加される電圧がパルス状あるいは交流状の電圧であるため、電界の形成時間が短くなり、電気集塵的効果も小さくなることとなる。また、ガス浄化装置１Ａでは、図１に示すガス浄化装置１と異なり集塵用対向電極９がなく安定した電界が形成されないため、放電プラズマＹが放電電極７近傍に発生するものの、図４に示すように放電プラズマＹがガス流路１０に引き出されることもない。

このため、浄化対象ガスＸからＰＭを十分に捕捉するためにはガス流路１０を狭くする必要がある。従って、ガス浄化装置１Ａでは、大流量の浄化対象ガスＸを浄化しようとする場合には機械的集塵を用いていないとしても、圧力損失が上昇する恐れがある。

また、ガス浄化装置１Ａでは、放電電極７に直流状の電圧を印加した場合には、発生する放電プラズマＹが不安定になったり局所的になり、広範囲に安定した放電プラズマＹを生成することが困難となる。

逆に、放電電極７に交流状あるいは両極性のパルス状の電圧を印加した場合には、放電電極７と放電用対向電極８との間に形成される電界の向きが時間的に変化し、しかも、放電プラズマＹはプラスの電荷を有するものとマイナスの電荷を有するものとが混在することとなる。このため、マイナスあるいはプラスの一方に荷電したＰＭは図４に示すように電気集塵的効果により進行方向を変化させながら蛇行することとなり、良好な集塵効率を得ることが困難である。

以上のことから、ガス浄化装置１Ａでは、電界形成による電気集塵的効果や放電プラズマＹによる消滅処理といった効果を十分な効率で発揮できない恐れがある。

一方、図１に示すガス浄化装置１は、ガス流路１０内のＰＭを十分に捕捉するために、集塵用電源５によって形成された電界によって、放電プラズマＹをガス流路１０内に引き出し、電界の形成時間が短くとも、ＰＭと放電プラズマＹとの接触確率を高めてＰＭを十分に荷電させるようにしたものである。

このため、ガス浄化装置１によれば、浄化対象ガスＸのガス流路１０をより広く確保し、より大容量の浄化対象ガスに対しても十分な電気集塵的効果を発揮させることができる。

また、ガス浄化装置１では、電気集塵的効果を発揮させ、かつ放電プラズマＹを引き出すための電界形成には、直流状、パルス状、整流状の単極性の電圧を用いる一方、放電プラズマＹを発生させるための電界形成には、安定した放電プラズマＹの生成が可能な交流状、パルス状等の両極性の電圧を用いる構成である。

このため、ガス流路１０には、安定した放電プラズマＹが生成され、かつプラスあるいはマイナスの一方の電荷を有する放電プラズマＹを引き出すことができる。さらに、電気集塵的効果を発揮させるための電界の向きは定時的に一定であるため、荷電したＰＭに一方向に電気的な力を与えることにより、図１に示すように一様な軌跡となるようにし、より効率的にＰＭを捕捉することができる。

図５は本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す構成図である。

図５に示されたガス浄化装置１Ｂでは、誘電体６、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の配置並びに誘電体６の代わりに任意素材の壁材２０でガス流路１０を形成した点が図１に示すガス浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１と実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｂでは、例えば平板あるいは筒状構造の壁材２０によりガス流路１０が形成され、壁材２０のガス流路１０側に放電電極７と放電用対向電極８が互いに離れた状態で設けられる。放電電極７と放電用対向電極８とは、放電用電源４の電圧印加により放電用の電界が浄化対象ガスＸの進行方向を横切るように対向配置される。さらに、放電電極７と放電用対向電極８との間には、集塵用対向電極９が放電電極７に対向して設けられる。放電電極７と放電用対向電極８との間の任意の部位には、必要に応じて誘電体６が設けられる。例えば放電電極７が誘電体６で覆われる。

尚、壁材２０は、誘電体６である必要はなく、ガス流路１０を形成することができれば、例えば金属等の材料で構成してもよい。

そして、ガス浄化装置１Ｂでは、放電電極７と放電用対向電極８との間に電圧印加されるが、放電電極７と放電用対向電極８との間は離れておりガス流路１０が存在するため、放電はガス流路１０側に生じる空間放電となる。このため、放電プラズマＹは、集塵用対向電極９と放電電極７との間に形成される電界によりガス流路１０側に引き出される。さらに、図１に示すガス浄化装置１と同様な原理により浄化対象ガスＸに含まれるＰＭが除去される。

すなわち、ガス浄化装置１Ｂは、図１に示すガス浄化装置１が沿面放電を引き起こす構成であるのに対し、空間放電が引き起こされるようにしたものである。このため、ガス浄化装置１Ｂは、図１に示すガス浄化装置１と同等な効果に加え、放電領域が広く放電プラズマＹをより広範囲に発生させることができる。そして、ＰＭと放電プラズマＹの接触確率を高め、ＰＭの荷電効率を向上させて、より効率的にＰＭを捕捉することが可能になる。

また、放電電極７と放電用対向電極８との間に誘電体６を設ければ、放電は誘電体バリア放電となり、スパークに移行することがない。このため、より高い電圧を放電電極７と放電用対向電極８との間に印加することが可能となり、特に浄化対象ガスＸが高温時で流量が多い場合に有利である。逆に、放電電極７と放電用対向電極８との間に誘電体６を設けなければ、より放電領域が広く確保することができる。

図６は本発明に係るガス浄化装置の第３の実施形態を示す構成図である。

図６に示されたガス浄化装置１Ｃでは、誘電体６、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の配置並びに誘電体６でガス流路１０を形成した点が図５に示すガス浄化装置１Ｂと相違する。他の構成および作用については図５に示すガス浄化装置１Ｂと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｃでは、例えば平板あるいは筒状構造の誘電体６によりガス流路１０が形成され、誘電体６のガス流路１０側に放電電極７と集塵用対向電極９とが対向配置される。この結果、放電電極７と集塵用対向電極９との間に集塵用の電界を形成させると、形成された集塵用の電界は浄化対象ガスＸの進行方向を横切る向きとなる。

また、放電電極７と集塵用対向電極９および誘電体６を挟んで、すなわち誘電体６のガス流路１０と逆側に放電用対向電極８が放電電極７と集塵用対向電極９を挟んで対向して設けられる。このため、放電電極７と放電用対向電極８との間に形成された放電用の電界も浄化対象ガスＸの進行方向を横切る向きとなる。

そして、ガス浄化装置１Ｃでは、放電電極７と放電用対向電極８との間に電圧印加されるが、放電電極７と放電用対向電極８との間にはガス流路１０および誘電体６が存在するため、放電はガス流路１０側に生じる安定したコロナ放電による空間放電となる。このため、図５に示すガス浄化装置１Ｂと同様な原理により浄化対象ガスＸに含まれるＰＭを除去することができる。

以上のようなガス浄化装置１Ｃによれば、図５に示すガス浄化装置１Ｂと同等な効果に加え、ガス流路１０を形成する誘電体６で集塵用対向電極９を支持することができるため、製造が容易となる。

図７は本発明に係るガス浄化装置の第４の実施形態を示す構成図である。

図７に示されたガス浄化装置１Ｄでは、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の配置並びに誘電体６が設けられない点が図５に示すガス浄化装置１Ｂと相違する。他の構成および作用については図５に示すガス浄化装置１Ｂと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｄでは、例えば平板あるいは筒状構造の壁材２０によりガス流路１０が形成され、壁材２０のガス流路１０側に放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９が設けられる。放電電極７と放電用対向電極８とは、放電用電源４の電圧印加により形成される電界の少なくとも一部の向きがおよそ浄化対象ガスＸの進行方向となり、浄化対象ガスＸの進行方向成分を有する電界が形成されるように対向配置される。

さらに、集塵用対向電極９が放電電極７に対向して設けられる。この際、集塵用対向電極９は、集塵用電源５の電圧印加により放電電極７と集塵用対向電極９との間に浄化対象ガスＸの進行方向を横切って電界が形成されるような位置に配置される。

尚、壁材２０は、誘電体６である必要はなく、ガス流路１０を形成することができれば、例えば金属等の材料で構成してもよい。

そして、ガス浄化装置１Ｄでは、放電用電源４の電圧印加により放電プラズマＹ発生用の電界がおよそ浄化対象ガスＸの進行方向となるように形成される。このため、ガス浄化装置１Ｄでは、図５に示すガス浄化装置１Ｂと同等な効果に加え、集塵用電源５の電圧印加により浄化対象ガスＸの進行方向を横切って形成される集塵用の電界のひずみを小さくすることができるため、集塵効率を向上させることができる。

図８は本発明に係るガス浄化装置の第５の実施形態を示す構成図である。

図８に示されたガス浄化装置１Ｅでは、放電電極７と放電用対向電極８との間に誘電体６を設けた点が図７に示すガス浄化装置１Ｄと相違する。他の構成および作用については図７に示すガス浄化装置１Ｄと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｅでは、放電電極７と放電用対向電極８との間に誘電体６が設けられる。例えば、放電用対向電極８が誘電体６で覆われる。このため、ガス浄化装置１Ｅでは、図７に示すガス浄化装置１Ｄと同等な効果に加え、放電が誘電体バリア放電となり、スパークに移行することがないため、より高い電圧を放電電極７と放電用対向電極８との間に印加することが可能となる。

図９は本発明に係るガス浄化装置の第６の実施形態を示す構成図である。

図９に示されたガス浄化装置１Ｆでは、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の配置が図６に示すガス浄化装置１Ｃと相違する。他の構成および作用については図６に示すガス浄化装置１Ｃと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｆでは、例えば平板あるいは筒状構造の誘電体６によりガス流路１０が形成され、誘電体６のガス流路１０側に放電電極７と集塵用対向電極９とが対向配置される。この際、放電電極７と集塵用対向電極９との間に形成される集塵用の電界は、浄化対象ガスＸの進行方向を横切る向きとされる。

また、放電電極７と誘電体６を挟んで、すなわち誘電体６のガス流路１０と逆側で、かつ集塵用対向電極９が設けられない側に放電用対向電極８が対向して設けられる。この際、放電電極７は、誘電体６との間に空間が存在するような位置に配置される。この結果、放電電極７と放電用対向電極８との間にコロナ放電による空間放電が起こり、プラスとマイナスの電荷の放電プラズマＹが生成される。また、空間放電に伴って生じた放電プラズマＹのうち、マイナスあるいはプラスの電荷を有する放電プラズマＹは、集塵用の電界の作用により集塵用対向電極９に引き出される。

このため、ガス浄化装置１Ｆでは、図６に示すガス浄化装置１Ｃと同様な効果の他、放電プラズマＹの生成領域を広くすることができる。

図１０は本発明に係るガス浄化装置の第７の実施形態を示す構成図である。

図１０に示されたガス浄化装置１Ｇでは、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の形状が図７に示すガス浄化装置１Ｄと相違する。他の構成および作用については図７に示すガス浄化装置１Ｄと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｇの放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の一方あるいは双方の形状は、それぞれ鋭利な部位のない形状とされ、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９近傍における電気力線の密度が過剰に大きくならないようにされる。望ましくは放電用対向電極８および集塵用対向電極９の双方の形状がそれぞれ鋭利な部位のない形状とされる。つまり電界の局所的な偏りが緩和される。このため、集塵用対向電極９と放電電極７との間および集塵用対向電極９と放電用対向電極８との間におけるコロナ放電の開始電圧をより大きくし、より大きな集塵用の電圧を集塵用対向電極９と放電電極７との間に印加してもコロナ放電が起きないようにすることができる。

これによりガス浄化装置１Ｇでは、図７に示すガス浄化装置１Ｄと同等の効果に加え、より集塵用の電圧を大きくして集塵効率を向上させることができる。

尚、ガス浄化装置１Ｇでは、集塵用対向電極９と放電電極７との間および集塵用対向電極９と放電用対向電極８との間に形成される集塵用の電界により放電電極７および放電用対向電極８から放電が起きなければよいため、少なくとも放電電極７および放電用対向電極８の形状が鋭利な部位のない形状とされれば、集塵用対向電極９の形状は任意である。

図１１は本発明に係るガス浄化装置の第８の実施形態を示す構成図である。

図１１に示されたガス浄化装置１Ｈでは、放電電極７、放電用対向電極８および集塵用対向電極９の形状および数が図１に示すガス浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１と実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｈでは、複数個の放電電極７が浄化対象ガスＸの進行方向に沿って設けられ、放電用対向電極８および集塵用対向電極９が放電電極７の配置に応じて浄化対象ガスＸの進行方向により広い幅で設けられる。

このため、ガス浄化装置１Ｈでは、図１に示すガス浄化装置１の効果と同等な効果に加え、より広範囲に放電用の電界を形成させて放電プラズマＹを生成させるとともに集塵用の電界を形成させることが可能となる。そして、ＰＭの放電プラズマＹ中における滞留時間をより長くし、ＰＭと放電プラズマＹとの接触確率とともにＰＭの低減効率を向上させることができる。

図１２は本発明に係るガス浄化装置の第９の実施形態を示す構成図である。

図１２に示されたガス浄化装置１Ｉでは、放電電極７の構成が図１１に示すガス浄化装置１Ｈと相違する。他の構成および作用については図１１に示すガス浄化装置１Ｈと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｉでは、放電電極７の形状、数および浄化対象ガスＸの進行方向の間隔が調整される。すなわち、浄化対象ガスＸの上流側では、ＰＭの濃度が大きいため、より大量の放電プラズマＹが生成されるように電力が消費される放電電極７の構成とされる一方、浄化対象ガスＸの下流側では、ＰＭの濃度が小さいため、より小量の放電プラズマＹが生成されるように電力が消費される放電電極７の構成とされる。

例えば、浄化対象ガスＸの上流側では、放電電極７の浄化対象ガスＸの進行方向の間隔ｐがより狭く、単位面積当たりの放電電極７の数が多くされる一方、浄化対象ガスＸの下流側では、放電電極７の浄化対象ガスＸの進行方向の間隔ｐがより広く、単位面積当たりの放電電極７の数が少なくされる。また、例えば、浄化対象ガスＸの上流側では、放電電極７の浄化対象ガスＸの進行方向の幅ｂがより短く、より局所的に電気力線が密となるような放電電極７の形状とされる一方、浄化対象ガスＸの下流側では、放電電極７の浄化対象ガスＸの進行方向の幅ｂがより長く、局所的に電気力線がより粗くなるような放電電極７の形状とされる
このため、ガス浄化装置１Ｉでは、図１１に示すガス浄化装置１Ｈと同等な効果に加え、浄化対象ガスＸの流れ方向におけるＰＭの濃度勾配に応じてＰＭの燃焼のために消費される電力を調整することが可能となり、電力消費の効率を向上させることができる。

図１３は本発明に係るガス浄化装置の第１０の実施形態を示す構成図である。

図１３に示されたガス浄化装置１Ｊでは、集塵用対向電極９を設ける代わりに複数組、例えば２組の対向する放電電極７および放電用対向電極８を設けた点が図１に示すガス浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１と実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｊでは、例えば平板あるいは筒状構造の誘電体６によりガス流路１０が形成される。誘電体６のガス流路１０側には、複数組、例えば２組の放電電極７（第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂ）が設けられる一方、誘電体６のガス流路１０と逆側には、２組の放電用対向電極８（第１の放電用対向電極８ａおよび第２の放電用対向電極８ｂ）が設けられる。第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂは、互いにガス流路１０を挟んでそれぞれ誘電体６に接触して設けられる。さらに、第１の放電電極７ａと誘電体６を挟んで対向する位置に第１の放電用対向電極８ａが配置され、第２の放電電極７ｂと誘電体６を挟んで対向する位置に第２の放電用対向電極８ｂが配置される。

また、第１の放電電極７ａおよび第１の放電用対向電極８ａは、第１の放電用電源４ａと放電用電気系統３ａを介して接続され、第１の放電用電源４ａにより第１の放電電極７ａと第１の放電用対向電極８ａとの間にパルス状あるいは交流状の電圧を印加することにより放電用の電界を形成させて放電を起こし、放電プラズマＹを生成できるように構成される。

同様に、第２の放電電極７ｂおよび第２の放電用対向電極８ｂは、第２の放電用電源４ｂと放電用電気系統３ａを介して接続され、第２の放電用電源４ｂにより第２の放電電極７ｂと第２の放電用対向電極８ｂとの間に両極性のパルス状あるいは交流状の電圧を印加することにより放電用の電界を形成させて放電を起こし、放電プラズマＹを生成できるように構成される。

このとき、第１の放電電極７ａと第１の放電用対向電極８ａとの間には誘電体５が存在し、かつ第１の放電電極７ａと誘電体５は密着しているため、引き起こされる放電は安定したコロナ放電であり、第１の放電電極７ａ近傍において誘電体５に沿う沿面放電となる。第２の放電電極７ｂにおいて引き起こされる放電も同様である。

さらに、第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂは、それぞれ集塵用電気系統３ｂを介して集塵用電源５と接続され、集塵用電源５により第１の放電電極７ａと第２の放電電極７ｂとの間に直流状、単極性のパルス状、整流波形状の電圧を印加することにより時間的に向きが一定の集塵用の電界を形成させることができるように構成される。

このため、集塵用の電界の作用により第１の放電電極７ａ近傍および第２の放電電極７ｂ近傍において生成された各放電プラズマＹのうち、マイナスの電荷あるいはプラスの電荷を有する放電プラズマＹがガス流路１０側に引き出される。尚、このとき、集塵用の電界であり、かつ放電プラズマＹの引き出し用にも利用される電界の向きは一定であるため、ガス流路１０側に引き出された各放電プラズマＹの極性は互いに逆となる。

そして、放電プラズマＹにより荷電されたＰＭは、第１の放電電極７ａと第２の放電電極７ｂとの間に形成された集塵用の電界の電気的集塵効果により極性に応じた向きで電気的な力を受けて誘電体６に捕捉され、さらに捕捉されたＰＭは、第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂの近傍に沿面放電により生成された放電プラズマＹにより燃焼処理される。

つまり、ガス浄化装置１Ｊは、２組の放電電極７ａ，７ｂを対向配置させて集塵用の電界を形成させることにより、図１に示すガス浄化装置１における第２の電界形成手段の構成要素である集塵用対向電極９としての機能を放電電極７ａ，７ｂが互いに兼ねた構成である。

このため、ガス浄化装置１Ｊによれば、図１に示すガス浄化装置１における効果の他、誘電体６のガス流路１０側の表面近傍において、より広い範囲で放電プラズマＹを生成させることができる。例えば図１３に示すように放電電極７が２つの場合には、２箇所で放電プラズマＹを生成させることが可能となるため、誘電体２の各所に捕捉されたＰＭをより効率的に燃焼処理することができる。

特に、例えば図１に示すガス浄化装置１のように、放電プラズマＹの電荷が単極性であり、かつ１箇所から生成されるような場合には、放電プラズマＹの極性と同じ極性に荷電されたＰＭは、放電プラズマＹが生成されない側に引き寄せられて捕捉されることとなる。この場合、捕捉されたＰＭを十分に燃焼できない恐れがある。

一方、ガス浄化装置１Ｊによれば、ＰＭがいずれの向きに電気的に力を受けて誘電体６で捕捉されても、放電プラズマＹにより燃焼処理することができる。

さらに、ガス浄化装置１Ｊにおいて、放電用の電界形成のための電圧印加、すなわち第１の放電電極７ａと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加並びに第２の放電電極７ｂと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加を交互に切り換えて断続的に行なうと、より効率的にＰＭを除去することができる。

すなわち、仮に第１の放電電極７ａと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加並びに第２の放電電極７ｂと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加を同時に行なうと、第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂからそれぞれ同時に放電プラズマＹが生成される。しかし、各放電プラズマＹの極性は互いに異なり、ガス流路１０の中心部分では、双方の極性を有する放電プラズマＹが混在することとなる。また、第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂ近傍において、集塵用の電界による影響の小さい部位においても双方の極性を有する放電プラズマＹが混在する。

このため、放電用に大きな電圧が印加され、集塵用の電界による電気的集塵効果に影響を与える程、放電プラズマＹの量が多いような場合には、双方の極性を有する放電プラズマＹが混在する領域において、荷電されたＰＭの移動が阻害される恐れがある。特に第１の放電電極７ａおよび第２の放電電極７ｂの近傍には、双方の極性を有する放電プラズマＹがより大量に生成され、誘電体６付近に引き寄せられたＰＭの移動が阻害される可能性が高い。Ｙそこで、放電を放電電極７ａ，７ｂごとに切り換えて行なえば、放電用により大きな電圧を印加したとしてもこのようなＰＭの集塵阻害を回避することができる。

尚、第１の放電用電源４ａおよび第２の放電用電源４ｂを共通化し、単一の放電用電源４を用いて第１の放電電極７ａと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加並びに第２の放電電極７ｂと第１の放電用対向電極８ａとの間における電圧印加を行なうようにしてもよい。また、第１の放電用電源４ａおよび第２の放電用電源４ｂのそれぞれの出力電圧は、同一であっても異なるものであってもよい。

図１４は本発明に係るガス浄化装置の第１１の実施形態を示す構成図である。

図１４に示されたガス浄化装置１Ｋでは、集塵用対向電極９を設ける代わりに２つの放電用対向電極８を対向させて設けた点および集塵用電源５をバイアス電源３０で構成した点が図１に示すガス浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１と実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｋでは、例えば平板あるいは筒状構造の壁材２０によりガス流路１０が形成される。壁材２０のガス流路１０側には、放電電極７と、この放電電極７に対向する複数の、例えば２つの放電用対向電極８（第１の放電用対向電極８ａおよび第２の放電用対向電極８ｂ）が設けられる。そして、第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間、第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間それぞれにおいて、ガス流路１０を横切って電界が形成されるような位置に、放電電極７、第１の放電用対向電極８ａおよび第２の放電用対向電極８ｂが配置される。

また、第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間、第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間には誘電体６が設けられる。例えば、放電電極７が誘電体６により覆われる。

さらに、放電電極７および第１の放電用対向電極８ａは、第１の放電用電源４ａと放電用電気系統３ａを介して接続され、放電電極７および第２の放電用対向電極８ｂは、第２の放電用電源４ｂと放電用電気系統３ａを介して接続される。また、放電電極７および第１の放電用対向電極８ａは、集塵用電源５を構成する第１のバイアス電源３０ａと集塵用電気系統３ｂを介して接続され、放電電極７および第２の放電用対向電極８ｂは、集塵用電源５を構成する第２のバイアス電源３０ｂと集塵用電気系統３ｂを介して接続される。

そして、第１の放電用電源４ａにより放電電極７と第１の放電用対向電極８ａとの間にパルス状あるいは交流状の電圧が、第１のバイアス電源３０ａにより放電電極７と第１の放電用対向電極８ａとの間にバイアス電圧がそれぞれ印加される。同様に、第２の放電用電源４ｂにより放電電極７と第２の放電用対向電極８ｂとの間にパルス状あるいは交流状の電圧が、第２のバイアス電源３０ｂにより放電電極７と第２の放電用対向電極８ｂとの間にバイアス電圧がそれぞれ印加される。

図１５は図１４に示す各放電用対向電極８ａ，８ｂと放電電極７との間にそれぞれ印加される電圧波形の一例を示す図である。

図１５において、縦軸は、各放電用対向電極８ａ，８ｂと放電電極７との間にそれぞれ印加される電圧Ｅを示し、横軸は時間ｔを示す。また図１５において実線は第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間に印加される電圧Ａ４を示し、点線は第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間に印加される電圧Ａ５を示す。

第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間に印加される電圧Ａ４は、図１５に示すように、例えば第１の放電用電源４ａから印加される交流電圧と、第１のバイアス電源３０ａから印加される正のバイアス電圧Ｖｂ１により、正方向にシフトした交流波形の電圧となる。一方、第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間に印加される電圧Ａ５は、図１５に示すように、例えば第２の放電用電源４ｂから印加される交流電圧と、第２のバイアス電源３０ｂから印加される負のバイアス電圧Ｖｂ２により、負方向にシフトした交流波形の電圧となる。

この結果、実質的には、第１の放電用対向電極８ａと第２の放電用対向電極８ｂとの間には常に一定の電圧Ｖが印加されているのと等価となる。そして、この一定の電圧Ｖにより第１の放電用対向電極８ａと第２の放電用対向電極８ｂとの間には集塵用の電界が形成される一方、第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間に印加される交流波形の電圧Ａ４および第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間に印加される交流波形の電圧Ａ５により、第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間および第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間にそれぞれ放電用の電界が形成されて放電が行なわれる。

このとき、第１の放電用対向電極８ａと放電電極７との間および第２の放電用対向電極８ｂと放電電極７との間には、空間が存在するため、各放電は空間放電となる。

そして、空間放電により生成された放電プラズマＹにより荷電されたＰＭが、第１の放電用対向電極８ａと第２の放電用対向電極８ｂとの間に形成される集塵用の電界の作用により捕捉され、捕捉されたＰＭは放電プラズマＹにより燃焼処理される。

つまり、ガス浄化装置１Ｋは、２つの放電用対向電極８ａ，８ｂを対向配置し、実質的に直流電圧とみなせる電圧を印加して集塵用の電界を形成させることにより、図１に示すガス浄化装置１における第２の電界形成手段の構成要素である集塵用対向電極９としての機能を放電用対向電極８ａ，８ｂが互いに兼ねた構成である。

このため、ガス浄化装置１Ｋでは、図１に示すガス浄化装置１における効果の他、放電プラズマＹとともに集塵用の電界をより広範囲に形成させることができるため、ＰＭの集塵効率を向上させることが可能となる。

図１６は本発明に係るガス浄化装置の第１１の実施形態を示す構成図である。

図１６に示されたガス浄化装置１Ｌでは、放電電極７と２対の放電用対向電極８との間に誘電体６を設けた点が図１４に示すガス浄化装置１Ｋと相違する。他の構成および作用については図１４に示すガス浄化装置１Ｋと実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

ガス浄化装置１Ｌでは、放電電極７と２対の放電用対向電極８との間に誘電体６が設けられる。例えば放電電極７が誘電体６で覆われる。このため、ガス浄化装置１Ｌでは、図１４に示すガス浄化装置１Ｋと同等な効果に加え、放電が誘電体バリア放電となり、スパークに移行することがないため、より高い電圧を放電電極７と各放電用対向電極８との間に印加することが可能となる。

図１７は本発明に係るガス浄化装置の第１２の実施形態を示す構成図である。

図１７に示されたガス浄化装置１Ｍでは、放電反応部２をディーゼル微粒子除去装置（ＤＰＦ：Diesel Particle Filter）４０の上流側に設けた点並びに動作制御部４１とセンサ部４２とを設けた点が図１に示すガス浄化装置１と相違する。他の構成および作用については図１に示すガス浄化装置１と実質的に異ならないため、同一の構成には同じ符号を付して説明を省略する。

トラックやバス等のディーゼルエンジンを備えた車両の多くには、排ガスに含まれるＰＭ等の有害物質を除去するためのＤＰＦ４０が設けられる。そして、このようなＤＰＦ４０が設けられたガス流路１０のＤＰＦ４０よりも上流側にガス浄化装置１Ｍの放電反応部２が設けられる。放電反応部２は放電用電気系統３ａを介して放電用電源４と、集塵用電気系統３ｂを介して集塵用電源５と、それぞれ接続される。

尚、放電反応部２の構成は、図１に示すガス浄化装置１の放電反応部２に限らず、他の実施形態におけるガス浄化装置１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌの放電反応部２であってもよい。このため、ガス浄化装置１Ｍの放電反応部２の詳細構成については図示せず、説明を省略する。

また、ガス流路１０の所要の部位、例えばＤＰＦ４０と放電反応部２との間にはセンサ部４２が設けられる。センサ部４２は、ガス流路１０を流れる浄化対象ガスＸの温度あるいは流量を計測する機能を有する。さらに、センサ部４２、放電用電源４および集塵用電源５は、動作制御部４１と接続される。動作制御部４１は、センサ部４２から浄化対象ガスＸの温度あるいは流量の計測値を入力し、入力した浄化対象ガスＸの温度あるいは流量の計測値に基づいて放電用電源４および集塵用電源５に制御信号を与えることにより、電源のオンオフ動作を切り換える機能を有する。

一方、ＤＰＦ４０は、浄化対象ガスＸに含まれるＰＭを捕捉する機能を有する。また、ＤＰＦ４０の上流側には、酸化触媒部４３が設けられる。そして、ＤＰＦ４０によりＰＭを捕捉し、さらに捕捉されたＰＭを酸化触媒部４３より生成された酸化剤により酸化除去できるように構成される。尚、酸化触媒部４３を設けずに外部熱源によりＤＰＦ４０に捕捉されたＰＭを焼却除去するようにしたものもある。

ここで、酸化触媒部４３は、浄化対象ガスＸの温度が一定以下であると、不活性状態となり十分な量の酸化剤を生成することが困難となる。このため、浄化対象ガスＸの温度が低い場合には、ＤＰＦ４０に捕捉されたＰＭが十分に酸化処理されずに堆積量が増大し、ＤＰＦ４０のフィルタ圧損の増加に繋がる恐れがある。また、ＤＰＦ４０にＰＭが過剰に堆積した状態では、高負荷運転等でＰＭが自己着火し、発熱量が過大となりフィルタが溶損する恐れもある。

逆に、浄化対象ガスＸの温度が十分に高い高温時には、酸化触媒部４３が活性化され、ＤＰＦ４０に捕捉されたＰＭの酸化処理能力を良好に得ることができる。

そこで、ガス浄化装置１Ｍは、浄化対象ガスＸの温度が低く、酸化触媒部４３が不活性状態であるような場合に酸化触媒部４３およびＤＰＦ４０のＰＭ除去を補完する手段として駆動される一方、逆に浄化対象ガスＸの温度が高く、酸化触媒部４３が活性状態であるような場合には動作を停止させて電力消費が低減できるように制御される。

図１８は、図１７に示すガス浄化装置１Ｍと酸化触媒部４３およびＤＰＦ４０との併用の際における電源の制御方法を説明するための理想的なＰＭの除去量および圧損を示す概念図である。

図１８（ａ）は、浄化対象ガスＸの温度と流量との関係を示す概念図であり、縦軸は浄化対象ガスＸの温度Ｔを、横軸は浄化対象ガスＸの流量ｑを示す。一般に車両から排出される排ガスが浄化対象ガスＸである場合には、図１８（ａ）に示すように、浄化対象ガスＸの温度Ｔと流量ｑとは略比例関係にあることが知られている。

そして、酸化触媒部４３は、ある臨界温度Ｔｃを超えると活性化状態となり、ＰＭを酸化除去するための酸化剤を生成することができる。そこで、浄化対象ガスＸの温度Ｔが臨界温度Ｔｃ以上あるいは臨界温度Ｔｃを超える温度となったときには、ガス浄化装置１Ｍの作動を停止させ、浄化対象ガスＸの温度Ｔが臨界温度Ｔｃ未満あるいは臨界温度Ｔｃ以下となったときには、ガス浄化装置１Ｍの作動を開始させることにより、浄化対象ガスＸの温度に依らず、安定してＰＭを捕捉し燃焼処理することができる。

また、浄化対象ガスＸの温度Ｔと流量ｑとは略比例関係にあるため、浄化対象ガスＸの温度Ｔが臨界温度Ｔｃとなるとき浄化対象ガスＸの流量ｑを臨界流量ｑｃとして、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以上であるか否かあるいは超えるか否かによりガス浄化装置１Ｍの作動の停止および開始を切り換えるようにすることもできる。

そこで、センサ部４２により、ガス流路１０中における浄化対象ガスＸの温度Ｔあるいは流量ｑを計測して計測値を動作制御部４１に与える。そして、動作制御部４１は、センサ部４２から受けた浄化対象ガスＸの温度Ｔあるいは流量ｑの計測値と酸化触媒が活性化状態となるときの臨界温度Ｔｃあるいはｑｃとを比較し、酸化触媒が十分に活性化状態であると判定される場合には、放電用電源４および集塵用電源５に作動を停止させるべき旨の制御信号を与える一方、酸化触媒が十分に活性化状態でないと判定される場合には、放電用電源４および集塵用電源５に作動を開始させるべき旨の制御信号を与える。

そして、放電用電源４および集塵用電源５は動作制御部４１から作動を停止させるべき旨の制御信号を受けた場合には、放電反応部２への電圧印加を停止することによりガス浄化装置１Ｍの動作を停止させ、動作制御部４１から作動を開始させるべき旨の制御信号を受けた場合には、放電反応部２に電圧印加することによりガス浄化装置１Ｍの動作を開始させる。

このため、浄化対象ガスＸの温度が低く低流量時である場合において、酸化触媒が不活性状態であっても、ガス浄化装置１Ｍの動作により浄化対象ガスＸ中のＰＭが電気集塵されて燃焼処理される。そして、ＤＰＦ４０の負荷を低減させる。逆に、浄化対象ガスＸの温度が高く高流量時である場合、すなわち酸化触媒が活性状態である場合には、ガス浄化装置１Ｍの動作が停止し浄化対象ガスＸ中のＰＭは酸化触媒部４３およびＤＰＦ４０の作用により集塵されて酸化処理される。

この結果、ＰＭの除去量を浄化対象ガスＸの温度や流量に依らず安定して確保することができる。

図１８（ｂ）において、縦軸はＰＭの除去量Ｖを、横軸は浄化対象ガスＸの流量ｑを示す。仮に、ガス浄化装置１Ｍがない場合には、酸化触媒部４３とＤＰＦ４０との作用のみにより浄化対象ガスＸからＰＭが酸化処理されて除去される。このため、二点鎖線に示すように、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ未満では酸化触媒が不活性化状態であり、ＰＭの除去量Ｖ１は殆ど得られず、逆に浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以上となると、性能に応じたＰＭの除去量Ｖ２が得られる。

一方、ガス浄化装置１Ｍを設けて、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以下であり酸化触媒が不活性化状態である場合に動作させると、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以下であってもＰＭが電気集塵された後、放電プラズマＹにより燃焼処理されるため、実線で示すように浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以上である場合と同等のＰＭの除去量Ｖ２を期待することができる。

換言すれば図１８（ｂ）のように安定したＰＭの除去量Ｖ２が浄化対象ガスの流量ｑないし温度に依らず得られるように動作制御部４１によりガス浄化装置１Ｍの動作が制御される。そして、図１８（ｂ）のように浄化対象ガスＸの流量ｑないし温度に依らずＰＭが安定して除去されると、ＤＰＦ４０におけるＰＭの堆積量の過剰な増加が抑制され、安定して圧損が低い状態となるように維持することができる。

図１８（ｃ）において、縦軸は浄化対象ガスＸに対する圧損Ｄを示し、横軸は浄化対象ガスＸの流量ｑを示す。仮に、ガス浄化装置１Ｍがない場合には、二点鎖線に示すように、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ未満では酸化触媒が不活性化状態でＰＭが十分に酸化処理されないため、ＤＰＦ４０にＰＭが堆積して高い圧損Ｄ１となる。そして、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以上では酸化触媒が活性化状態となり、ＰＭが十分に酸化処理されるため、ＤＰＦ４０に堆積したＰＭが除去されて低い圧損Ｄ２となる。

一方、ガス浄化装置１Ｍを設けて、浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以下であり酸化触媒が不活性化状態である場合に動作させると、酸化触媒が不活性状態であってもＰＭが放電プラズマＹにより燃焼処理されるため、ＰＭのＤＰＦ４０における過剰な堆積を抑制して、実線で示すように浄化対象ガスＸの流量ｑが臨界流量ｑｃ以上である場合と同等の低い圧損Ｄ２を期待することができる。

このため、ガス浄化装置１Ｍによれば、図１に示すガス浄化装置１と同等の効果に加え、ＤＰＦ４０および酸化触媒部４３が設けられるガス流路１０において、ＰＭの除去量や圧損を浄化対象ガスＸの温度や流量に依らず、良好な状態に保つことができる。また、ＤＰＦ４０への過剰なＰＭの堆積を抑制することができる。

尚、ガス浄化装置１Ｍにおいて、動作制御部４１はガス浄化装置１Ｍにおける放電用の電界および集塵用の電界の形成あるいは非形成を切り換える機能を有すれば、放電用電源４や集塵用電源５に接続される必要はなく、例えば放電用電気系統３ａや集塵用電気系統３ｂの遮断および接続を切り換えることができるようにしてもよい。

以上のような各実施形態におけるガス浄化装置１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｉ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌは特徴部分を互いに組み合わせて構成してもよい。例えば、図９に示すガス浄化装置１Ｆの放電電極７の形状を図１０に示すガス浄化装置１Ｇの放電電極７のように鋭利な部分のない形状としてもよい。

尚、放電電極７とは別に電極を集塵用対向電極９に対向して設けることにより集塵用の電界を形成するように構成してもよい。

本発明に係るガス浄化装置の第１の実施形態を示す構成図。 図１に示す集塵用電源の出力電圧波形を示す図。 図１に示す集塵用電源の電圧印加により放電電極と集塵用対向電極との間に形成される電界の大きさとＰＭの集塵効率との関係を示す図。 図１に示すガス浄化装置において、集塵用電源および集塵用対向電極を省略した例を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第２の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第３の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第４の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第５の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第６の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第７の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第８の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第９の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第１０の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第１１の実施形態を示す構成図。 図１４に示す各放電用対向電極と放電電極との間にそれぞれ印加される電圧波形の一例を示す図。 本発明に係るガス浄化装置の第１１の実施形態を示す構成図。 本発明に係るガス浄化装置の第１２の実施形態を示す構成図。 図１７に示すガス浄化装置と酸化触媒部およびＤＰＦとの併用の際における電源の制御方法を説明するための理想的なＰＭの除去量および圧損を示す概念図。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ ガス浄化装置
２ 放電反応部
３ 電気系統
３ａ 放電用電気系統
３ｂ 集塵用電気系統
４，４ａ，４ｂ 放電用電源
５ 集塵用電源
６ 誘電体
７，７ａ，７ｂ 放電電極
８，８ａ，８ｂ 放電用対向電極
９ 集塵用対向電極
１０ ガス流路
２０ 壁材
３０，３０ａ，３０ｂ バイアス電源
４０ ＤＰＦ
４１ 動作制御部
４２ センサ部
４３ 酸化触媒部
Ｘ 浄化対象ガス
Ｙ 放電プラズマ

Claims (19)

1. 浄化対象ガスが流れるガス流路に放電用の電界を形成して放電プラズマを生成し、前記浄化対象ガスに含まれる粒子状物質を前記放電プラズマの作用により荷電するとともに燃焼処理させる第１の電界形成手段と、
   集塵用の電界を形成することによって電気的集塵機能により前記荷電された粒子状物質を捕捉させる第２の電界形成手段とを備え、
   前記第２の電界形成手段は、前記集塵用の電界により前記ガス流路の断面積にしめる前記放電プラズマの領域を拡大させるように構成したことを特徴とするガス浄化装置。
2. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極を備え、この放電電極に誘電体を接触して設けることにより沿面放電により前記放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
3. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する放電用対向電極とを備え、前記放電電極と前記放電用対向電極とを離して設けることにより空間放電により前記放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
4. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極と、この放電電極に対向する放電用対向電極とを備え、前記放電電極と前記放電用対向電極とを離して設け、かつ誘電体を前記放電電極と前記放電用対向電極との間に設けることにより空間放電により前記放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
5. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する放電用対向電極とを備え、前記放電電極と前記放電用対向電極とを前記ガス流路を挟んで離して設けることにより前記浄化対象ガスの進行方向を横切る電界を形成し、空間放電により前記放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
6. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する放電用対向電極とを備え、前記放電電極と前記放電用対向電極とを前記浄化対象ガスの進行方向に離して設けることにより前記浄化対象ガスの進行方向の成分を有する電界を形成し、空間放電により前記放電プラズマを生成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
7. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する放電用対向電極とを備え、前記放電電極および前記放電用対向電極の少なくとも一方の形状を鋭利な部位のない形状としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
8. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する放電用対向電極とを備える一方、前記第２の電界形成手段は前記集塵用の電界を形成するための集塵用対向電極を備え、前記放電電極、前記放電用対向電極および前記集塵用対向電極の少なくとも一つの形状を鋭利な部位のない形状としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
9. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する複数の放電電極を備え、これらの放電電極を互いに対向させることにより前記第２の電界形成手段を構成して前記集塵用の電界を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
10. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを断続的に交互に生成する複数の放電電極を備え、これらの放電電極を互いに対向させることにより前記第２の電界形成手段を構成して前記集塵用の電界を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
11. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する複数の放電電極を前記浄化対象ガスの進行方向に沿って備えることを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
12. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する複数の放電電極を前記浄化対象ガスの進行方向に沿って備え、前記浄化対象ガスの上流側において下流側よりも大量の放電プラズマが生成されるような構成としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
13. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極とこの放電電極に対向する複数の放電用対向電極とを備え、これらの放電用対向電極を互いに対向させて設けるとともに前記放電電極と各放電用対向電極との間にそれぞれバイアス電圧を印加することにより前記第２の電界形成手段を構成し、各放電用対向電極の間に前記集塵用の電界を形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
14. 前記第２の電界形成手段は、直流電圧を出力する集塵用電源を備え、前記集塵用の電界を直流電圧の印加により形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
15. 前記第２の電界形成手段は、パルス状の電圧を出力する集塵用電源を備え、前記集塵用の電界をパルス状の電圧の印加により形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
16. 前記第２の電界形成手段は、整流波形の電圧を出力する集塵用電源を備え、前記集塵用の電界を整流波形の電圧の印加により形成するようにしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
17. 前記集塵用の電界を１ｋＶ／ｃｍ以上３０ｋＶ／ｃｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
18. 前記ガス流路に設けられるディーゼル微粒子除去装置に捕捉された粒子状物質を酸化処理するための酸化剤を生成する酸化触媒部が十分に活性化状態であるか否かに応じて前記放電用の電界および集塵用の電界の形成あるいは非形成を切り換える動作制御部を設けたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。
19. 前記第１の電界形成手段は、前記放電プラズマを生成する放電電極を備え、前記放電電極の形状を前記放電電極近傍の電気力線が密になるような形状にしたことを特徴とする請求項１記載のガス浄化装置。

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