JP6886349B2 - Plasma reactor - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマリアクタに関するものであり、特には、内燃機関(エンジン)の排ガスを浄化するための装置に好適なプラズマリアクタに関するものである。 The present invention relates to a plasma reactor, and more particularly to a plasma reactor suitable for an apparatus for purifying exhaust gas of an internal combustion engine (engine).
従来、エンジンや焼却炉の排ガスをプラズマ場に通すことにより、排ガス中に含まれているCO(一酸化炭素)、HC(炭化水素)、NOx(窒素酸化物)及びPM(Particulate Matter:粒子状物質)などの有害物質を処理するプラズマリアクタが提案されている。 Conventionally, by passing the exhaust gas of an engine or incinerator through a plasma field, CO (carbon monoxide), HC (hydrocarbon), NOx (nitrogen oxide) and PM (Particulate Matter) contained in the exhaust gas are particulate. A plasma reactor that treats harmful substances such as substances) has been proposed.
例えば、誘電体に設けた放電電極を間隔を空けて並列に設け、放電電極間に電圧を印加して誘電体バリア放電による低温プラズマ(非平衡プラズマ)を発生させることにより、放電電極間を流れる排ガス中のPMを酸化して除去する技術が種々提案されている(例えば、特許文献1〜3参照)。詳述すると、特許文献1〜3は、互いに対向する一対の放電電極(導電膜)を備え、両放電電極間に電圧を印加してプラズマを発生させる技術である。なお、特許文献1,2では、それぞれの放電電極に複数の貫通孔が設けられている。特に、特許文献2では、1つの放電電極において、貫通孔が複数種類の配置パターンで配置されている。また、特許文献3では、隣接する放電電極間の距離が領域ごとに異なるように構成されている。
For example, discharge electrodes provided on a dielectric are provided in parallel at intervals, and a voltage is applied between the discharge electrodes to generate low-temperature plasma (non-equilibrium plasma) due to dielectric barrier discharge, thereby flowing between the discharge electrodes. Various techniques for oxidizing and removing PM in the exhaust gas have been proposed (see, for example,
ところで、プラズマリアクタを車両等に搭載して使用する際には、隣接する放電電極間に形成されたガス流路内に、煤(PM)を含んだ排ガスが流入する。なお、排ガス中のPMは、ガス流路の上流側部分、特には、上流側部分において比較的流速が低い側部に堆積しやすい傾向にあるため、堆積したPMが放電電極の上流側の端部や側部側の端部に付着する可能性が高い。 By the way, when the plasma reactor is mounted on a vehicle or the like and used, the exhaust gas containing soot (PM) flows into the gas flow path formed between the adjacent discharge electrodes. It should be noted that the PM in the exhaust gas tends to be deposited on the upstream side portion of the gas flow path, particularly on the side portion where the flow velocity is relatively low in the upstream side portion, so that the deposited PM is the upstream end of the discharge electrode. There is a high possibility that it will adhere to the end of the part or the side.
しかしながら、特許文献1,2に記載の従来技術では、放電の起点となる部位が貫通孔の端縁に存在するものの、放電電極の上流側端部や側部側端部には、放電の起点となる部位が殆ど存在しない。また、特許文献3に記載の従来技術では、上流側端部や側部側端部に放電の起点となる部位が存在しないだけでなく、貫通孔自体も存在していない。よって、これらの場合、上流側端部や側部側端部にプラズマが発生し難いため、堆積したPMをプラズマを用いて除去することは困難である。
However, in the prior art described in
その結果、隣接する放電電極の間がPMを介して導通してしまうため、隣接する放電電極間の絶縁を確保できないという問題がある。また、放電電極を備える電極パネルの積層体をケース内に収容し、積層体を収容したケースを排気管に取り付ける場合には、放電電極とケースとの間がPMを介して導通してしまうため、放電電極とケースとの間の絶縁を確保できないという問題がある。よって、これらの場合には、リーク電流が発生するため、投入電力に対するプラズマの発生量が少なくなり、排ガスの浄化効率が低くなる可能性がある。 As a result, there is a problem that the insulation between the adjacent discharge electrodes cannot be ensured because the adjacent discharge electrodes are electrically connected to each other via the PM. Further, when a laminated body of electrode panels including a discharge electrode is housed in a case and the case containing the laminated body is attached to an exhaust pipe, the discharge electrode and the case are electrically connected via PM. , There is a problem that the insulation between the discharge electrode and the case cannot be secured. Therefore, in these cases, since a leak current is generated, the amount of plasma generated with respect to the input power is reduced, and the purification efficiency of the exhaust gas may be lowered.
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、隣接する放電電極間の絶縁や、放電電極とケースとの間の絶縁を確保することにより、信頼性を向上させることが可能なプラズマリアクタを提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to improve reliability by ensuring insulation between adjacent discharge electrodes and insulation between a discharge electrode and a case. The purpose is to provide a possible plasma reactor.
上記課題を解決するための手段(手段1)としては、誘電体と放電電極とを備える複数の電極パネルが間隔を空けて並列に設けられ、前記複数の電極パネル間にガスを流して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、前記放電電極の外周部は、ガスが流入する側に位置する上流側端部と、ガスが流出する側に位置する下流側端部と、前記上流側端部及び前記下流側端部の間に位置する側部側端部とを含んで構成され、前記上流側端部が、平面視で角部を有する形状を成しており、前記放電電極の外周部における放電開始電圧は、前記放電電極の中央部における放電開始電圧よりも低いことを特徴とするプラズマリアクタがある。 As a means (means 1) for solving the above-mentioned problems, a plurality of electrode panels including a dielectric and a discharge electrode are provided in parallel at intervals, and a gas is passed between the plurality of electrode panels to form a dielectric. A plasma reactor that generates plasma by barrier discharge, the outer peripheral portion of the discharge electrode includes an upstream end portion located on the gas inflow side, a downstream end portion located on the gas outflow side, and the above. It is configured to include an upstream side end portion and a side portion side end portion located between the downstream side end portions, and the upstream side end portion has a shape having a corner portion in a plan view, and the discharge Some plasma reactors are characterized in that the discharge start voltage at the outer peripheral portion of the electrode is lower than the discharge start voltage at the central portion of the discharge electrode.
従って、上記手段1に記載の発明では、放電電極の上流側端部が、平面視で角部を有する形状を成している。この角部は放電の起点となりやすいため、角部を有する上流側端部の多くの箇所で放電が生じ、プラズマが確実に発生するようになる。ゆえに、上流側端部に堆積した排ガス中のPMをプラズマを用いて酸化して除去する場合に、PMの除去を効率良く行うことができる。その結果、PMを介した隣接する放電電極間の導通や、同じくPMを介した放電電極−(電極パネルの積層体が収容される)ケース間の導通が防止されるため、隣接する放電電極間の絶縁や、放電電極とケースとの間の絶縁を確保することができる。ゆえに、プラズマリアクタの信頼性を向上させることができる。
Therefore, in the invention described in the
上記プラズマリアクタは、誘電体と放電電極とを備える複数の電極パネルが間隔を空けて並列に設けられた構造を有する。ここで、誘電体の形成材料としては、例えば、アルミナ(Al2O3)、窒化アルミニウム(AlN)、酸化イットリウム(Y2O3)等のセラミックやそれらの混合物を挙げることができる。また、放電電極の形成材料としては、例えば、タングステン(W)、モリブデン(Mo)、酸化ルテニウム(RuO2)、銀(Ag)、銅(Cu)、白金(Pt)などを挙げることができる。 The plasma reactor has a structure in which a plurality of electrode panels including a dielectric and a discharge electrode are provided in parallel at intervals. Here, examples of the material for forming the dielectric include ceramics such as alumina (Al 2 O 3 ), aluminum nitride (AlN), and yttrium oxide (Y 2 O 3 ), and mixtures thereof. Examples of the material for forming the discharge electrode include tungsten (W), molybdenum (Mo), ruthenium oxide (RuO 2 ), silver (Ag), copper (Cu), and platinum (Pt).
なお、放電電極は、上流側端部及び側部側端部の両方が、平面視で角部を有する形状を成していることが好ましい。このようにすれば、角部を有する上流側端部に加えて、同じく角部を有する側部側端部でも多くの箇所で放電が生じ、プラズマが確実に発生するようになる。よって、上流側端部及び側部側端部に堆積したPMを、プラズマを用いて効率良く除去することができる。ゆえに、上流側端部及び側部側端部へのPMの堆積に起因する、隣接する放電電極間の導通や、放電電極−ケース間の導通を防止することができる。 The discharge electrode preferably has a shape in which both the upstream side end portion and the side portion side end portion have corner portions in a plan view. By doing so, in addition to the upstream side end portion having the corner portion, the discharge is generated at many points at the side portion side end portion having the corner portion, and the plasma is surely generated. Therefore, PM accumulated on the upstream side end portion and the side side end portion can be efficiently removed by using plasma. Therefore, it is possible to prevent the conduction between the adjacent discharge electrodes and the conduction between the discharge electrodes and the case due to the accumulation of PM on the upstream side end portion and the side side end portion.
ところで、側部側端部に堆積するPMは、特に、上流側端部寄りの領域に堆積しやすい傾向にある。よって、側部側端部は、上流側端部寄りの領域が、平面視で角部を有する形状を成していればよく、それ以外の領域は、平面視で角部を有する形状を成していなくてもよい。即ち、側部側端部の一部の領域のみに角部を設ければよいため、製造コストを低く抑えることができる。 By the way, PM deposited on the side end portion tends to be particularly likely to be deposited in the region near the upstream side end portion. Therefore, the side end portion may have a shape in which the region near the upstream end portion has a corner portion in a plan view, and the other region has a shape having a corner portion in a plan view. You don't have to. That is, since it is sufficient to provide the corner portion only in a part of the side end portion, the manufacturing cost can be suppressed low.
また、放電電極は、上流側端部及び側部側端部の少なくとも一方が、平面視で凸部を有する形状を成していることが好ましい。この凸部は放電の起点となりやすいため、凸部を有する端部の多くの箇所で放電が生じ、プラズマが確実に発生するようになる。よって、端部に堆積したPMを、プラズマを用いて効率良く除去することができる。ゆえに、端部へのPMの堆積に起因する、隣接する放電電極間の導通や、放電電極−ケース間の導通を防止することができる。 Further, it is preferable that at least one of the upstream side end portion and the side portion side end portion of the discharge electrode has a shape having a convex portion in a plan view. Since this convex portion tends to be the starting point of electric discharge, electric discharge is generated at many points of the end portion having the convex portion, and plasma is surely generated. Therefore, the PM deposited on the end portion can be efficiently removed by using plasma. Therefore, it is possible to prevent the conduction between the adjacent discharge electrodes and the conduction between the discharge electrodes and the case due to the accumulation of PM on the end portion.
特に、上流側端部が有する凸部は、平面視で先尖りとなる形状を成していることが好ましい。このようにした場合、凸部が確実に放電の起点となるため、凸部を有する上流側端部により多くの箇所で放電が生じ、プラズマが確実に発生するようになる。よって、上流側端部に堆積したPMをプラズマを用いてより効率良く除去できるため、PMの堆積に起因する、隣接する放電電極間の導通や、放電電極−ケース間の導通を確実に防止できる。 In particular, it is preferable that the convex portion of the upstream end portion has a sharpened shape in a plan view. In this case, since the convex portion is surely the starting point of the discharge, the discharge is generated at more places on the upstream end portion having the convex portion, and the plasma is surely generated. Therefore, the PM accumulated at the upstream end can be removed more efficiently by using plasma, so that the conduction between the adjacent discharge electrodes and the conduction between the discharge electrodes and the case due to the accumulation of PM can be reliably prevented. ..
なお、複数の放電電極が、第1の電極と、第1の電極に隣接する第2の電極とからなる場合、第1の電極に設けられた角部の少なくとも一部と、第2の電極に設けられた角部の少なくとも一部とが、互いに重ならないように配置されていてもよい。このようにすれば、第1の電極の角部と、その斜め下方に存在する第2の電極の角部との間で、誘電体バリア放電が発生する。その結果、角部を有する上流側端部(や側部側端部)において、より広い範囲でプラズマを発生させることができる。ゆえに、上流側端部(や側部側端部)に堆積したPMを確実に除去することができる。 When the plurality of discharge electrodes are composed of the first electrode and the second electrode adjacent to the first electrode, at least a part of the corner portion provided on the first electrode and the second electrode At least a part of the corner portions provided in the above may be arranged so as not to overlap each other. In this way, a dielectric barrier discharge is generated between the corner portion of the first electrode and the corner portion of the second electrode existing obliquely below the corner portion. As a result, plasma can be generated in a wider range at the upstream side end portion (or the side portion side end portion) having the corner portion. Therefore, PM accumulated on the upstream side end portion (or the side side end portion) can be reliably removed.
以下、本発明のプラズマリアクタ1を具体化した一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
Hereinafter, an embodiment embodying the
図1〜図3に示されるように、本実施形態のプラズマリアクタ1は、自動車のエンジン(図示略)の排ガスに含まれているPMを除去する装置であり、排気管2に取り付けられている。プラズマリアクタ1は、電源3、ケース10及びプラズマパネル積層体20を備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
ケース10は、例えばステンレス鋼を用いて矩形筒状に形成されている。ケース10の第1端部(図1では左端部)には第1コーン部11が接続され、ケース10の第2端部(図1では右端部)には第2コーン部12が接続されている。さらに、第1コーン部11は、排気管2の上流側部分4(エンジン側の部分)に接続され、第2コーン部12は、排気管2の下流側部分5(エンジン側とは反対側の部分)に接続されている。なお、エンジンからの排ガスは、排気管2の上流側部分4から第1コーン部11を介してケース10内に流入し、ケース10内を通過した後、第2コーン部12を介して排気管2の下流側部分5に流出する。
The
図1,図4,図5に示されるように、プラズマパネル積層体20は、ケース10内に収容されており、排ガスが流入する上流側端面21と、排ガスが流出する下流側端面22と、4つのガス非通過面23,24,25,26とを有する略直方体状を成している。上流側端面21及び下流側端面22は、プラズマパネル積層体20において互いに反対側に位置している。各ガス非通過面23〜26は、上流側端面21と下流側端面22との間に位置している。
As shown in FIGS. 1, 4, and 5, the
また、プラズマパネル積層体20は、複数の電極パネル30を積層した構造を有している。各電極パネル30は、上流側端面21側から下流側端面22側に流れる排ガスの通過方向F1(第1コーン部11から第2コーン部12に向かう方向)と平行に配置されており、互いに等間隔(本実施形態では0.5mm)を空けて並列に設けられている。詳述すると、プラズマパネル積層体20は、隣接する電極パネル30間に、排ガスが通過するガス流路27(図1参照)を有している。そして、ガス流路27は、上流側端面21及び下流側端面22において開口する開口部28を備えている。
Further, the plasma panel laminated
図1に示されるように、各電極パネル30には、プラズマパネル積層体20の厚さ方向に沿って第1の配線6及び第2の配線7が交互に電気的に接続されている。第1の配線6は、電源3の第1の端子に電気的に接続され、第2の配線7は、電源3の第2の端子に電気的に接続されている。
As shown in FIG. 1, the first wiring 6 and the
図1,図6〜図9に示されるように、本実施形態の電極パネル30は、第1主面31、第2主面32、第1端面37及び第2端面38を有し、縦100mm×横200mmの略矩形板状を成している。第1主面31及び第2主面32は、電極パネル30の厚さ方向において互いに反対側に位置している。また、第1端面37及び第2端面38は、面方向においてガス流路27を挟んで互いに反対側に位置している。さらに、電極パネル30は、プラズマパネル積層体20の上流側端面21を構成する上流側面115と、プラズマパネル積層体20の下流側端面22を構成する下流側面116とを有している。また、電極パネル30は、矩形板状の誘電体33に放電電極34(厚さ10μm)を内蔵してなる構造を有している。本実施形態において、誘電体33はアルミナ(Al2O3)等のセラミックからなり、放電電極34はタングステン(W)からなる。
As shown in FIGS. 1, 6 to 9, the
図6,図7に示されるように、誘電体33は、第2主面32にて開口する凹部35を有している。凹部35は、電極パネル30の横方向に延びており、電極パネル30の両端面にて開口している。本実施形態のプラズマパネル積層体20では、凹部35の内側面と下層側に隣接する電極パネル30の第1主面31との間に、上記したガス流路27が構成される。なお、プラズマパネル積層体20を構成する最下層の電極パネル30には、下層側に電極パネル30が存在しないため、凹部35が形成されていない。
As shown in FIGS. 6 and 7, the dielectric 33 has a
図7,図8に示されるように、電極パネル30における凹部35の両側部分には、第1主面31側と第2主面側32側とを導通させる導通構造40がそれぞれ1つずつ設けられている。各導通構造40は、スルーホール導体41、第1パッド42及び第2パッド43を備えている。スルーホール導体41は、電極パネル30を厚さ方向に貫通している。そして、一方の導通構造40に設けられたスルーホール導体41は、放電電極34から外周側に延出する延出部36を貫通している。また、第1パッド42は、第1主面31に形成されており、スルーホール導体41の第1主面31側端部に電気的に接続されている。一方、第2パッド43は、第2主面32に形成されており、スルーホール導体41の第2主面32側端部に電気的に接続されている。なお、第1パッド42及び第2パッド43は、それぞれ長方形状を成しており、表面にNi等のめっきが施されている。
As shown in FIGS. 7 and 8, on both side portions of the
図4,図5に示されるように、プラズマリアクタ1は、各電極パネル30(プラズマパネル積層体20)をガス非通過面24側から挟み込んで固定する3つの第1クランプ50,51,52と、各電極パネル30をガス非通過面26側から挟み込んで固定する3つの第2クランプ53,54,55とを備えている。各クランプ50〜55は、金属板(例えば、SUS430等の材料からなるステンレス板)を折り曲げることによって形成されている。また、第1クランプ50〜52は、ガス非通過面24において、排ガスの通過方向F1に沿って等間隔に配置され、第2クランプ53〜55は、ガス非通過面26において、排ガスの通過方向F1に沿って等間隔に配置されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
なお、ガス非通過面24の上流側部分及び中央部分に配置された第1クランプ50,51、及び、ガス非通過面26の上流側部分及び中央部分に配置された第2クランプ53,54は、各電極パネル30を積層方向に挟み込む機能のみを有している。一方、ガス非通過面24の下流側部分に配置された第1クランプ52、及び、ガス非通過面26の下流側部分に配置された第2クランプ55は、各電極パネル30を積層方向に挟み込む機能に加えて、放電電極34に電気的に接続する機能を有している。
The first clamps 50 and 51 arranged on the upstream side portion and the central portion of the
また、図4,図5に示されるように、各クランプ50〜55は、クランプ本体56及び押さえ板57を備えている。クランプ本体56は、電極パネル30の積層方向に延びている。押さえ板57は、クランプ本体56と一体に形成され、クランプ本体56の両端部に配置されている。各押さえ板57は、弾性を有しており、折り返し構造を有する板ばねである。なお、各押さえ板57は、プラズマパネル積層体20のガス非通過面23とガス非通過面25とにそれぞれ圧接している。そして、クランプ52,55を構成する両押さえ板57は、ガス非通過面23(最上層の電極パネル30の第1主面31)に形成された第1パッド42と、ガス非通過面25(最下層の電極パネル30の第2主面32)に形成された第2パッド43とに圧接している。なお、クランプ52,55を構成する押さえ板57のクランプ本体56からの突出長さは、他のクランプ50,51,53,54を構成する押さえ板57のクランプ本体56からの突出長さよりも長くなっている。
Further, as shown in FIGS. 4 and 5, each
図2〜図5に示されるように、プラズマリアクタ1は、一対の電源供給端子61,62を備えている。本実施形態の電源供給端子61,62は、スパークプラグと同様の構造を有している。詳述すると、電源供給端子61,62は、外部接続部、金属粉末を含む導電性シール、絶縁体、主体金具、滑石、パッキン類等を備えている。外部接続部は、導電性シールを介して中心軸63に接続されている。中心軸63は、先端部が絶縁体内に配置されている。なお、電源供給端子は、本実施形態のものに限定される訳ではなく、絶縁体によって外部接続部とケース10との間が絶縁されている構造であれば、他の構造であってもよい。
As shown in FIGS. 2 to 5, the
また、電源供給端子61は、先端部がケース10から露出するとともに、基端部(中心軸63)が、第1クランプ52の押さえ板57(具体的には、ガス非通過面23に圧接する押さえ板57)に電気的に接続されるようになっている。同様に、電源供給端子62は、先端部がケース10から露出するとともに、基端部(中心軸63)が、第2クランプ55の押さえ板57(具体的には、ガス非通過面23に圧接する押さえ板57)に電気的に接続されるようになっている。そして、各電源供給端子61,62は、互いに同一方向に突出している。なお、本実施形態では、電源供給端子61の先端部が第1の配線6(図1参照)に接続されるとともに、電源供給端子62の先端部が第2の配線7(図1参照)に接続されるようになっている。
The tip of the
図1,図4に示されるように、ケース10とプラズマパネル積層体20との間には、側面視で矩形環状を成すマット71が介在されている。マット71は、プラズマパネル積層体20をケース10に固定する機能を有している。また、マット71は、プラズマパネル積層体20の外表面を覆っている。詳述すると、マット71は、ガス非通過面23を覆う略矩形板状の第1マット片72と、ガス非通過面24を覆う略矩形板状の第2マット片73と、ガス非通過面25を覆う略矩形板状の第3マット片74と、ガス非通過面26を覆う略矩形板状の第4マット片75とによって構成されている。マット71は、各マット片72〜75を、必要に応じて、接着テープ等を用いて互いに接合することにより構成される。ここで、マット71を構成する材料としては、例えば、セラミック繊維、金属繊維、発泡金属等の絶縁材料を用いることができる。
As shown in FIGS. 1 and 4, a
また、図4に示されるように、本実施形態のマット71には、同マット71を厚さ方向に貫通する2つの切欠部81,82が形成されている。切欠部81の内側領域には第1クランプ52が位置しており、切欠部82の内側領域には第2クランプ55が位置している。詳述すると、切欠部81,82は、第2マット片73を厚さ方向に貫通する溝部83と、マット片72,74をそれぞれ厚さ方向に貫通する一対の凹部84とからなっている。溝部83は、電極パネル30の積層方向に沿って延びており、第2マット片73を分断している。一方、凹部84は、マット片72,74の外周部の一部のみに形成されており、マット片72,74を分断しないようになっている。なお、溝部83内には、クランプ52,55のクランプ本体56が配置され、凹部84内には、クランプ52,55の押さえ板57と電源供給端子61,62の中心軸63とが配置されている。
Further, as shown in FIG. 4, the
図7〜図9に示されるように、放電電極34は、同放電電極34の厚さ方向に貫通し、複数の第1線状部91と複数の第2線状部92とによって構成された複数の貫通孔93を有している。なお、第1線状部91及び第2線状部92の長さ、幅、厚さは、印加電圧等を考慮して適宜決定される。また、放電電極34では、複数の第1線状部91が、排ガスの通過方向F1に沿ってそれぞれ直線的に延びており、通過方向F1に直交する方向(凹部35の幅方向)において一定間隔を空けて設けられている。さらに、放電電極34では、複数の第2線状部92が、凹部35の幅方向に沿ってそれぞれ直線状に延びており、通過方向F1において一定間隔を空けて設けられている。このため、第1線状部91及び第2線状部92は、平面視で0.5mm角の正方形の格子状を成すようになる。これに伴い、第1線状部91と第2線状部92とによって構成された貫通孔93も、平面視で4つの角部94を有する正方形状を成すようになる。
As shown in FIGS. 7 to 9, the
図8,図9に示されるように、放電電極34の外周部101は、排ガスが流入する側に位置する上流側端部102と、排ガスが流出する側に位置する下流側端部103と、2つの側部側端部104,105とを含んで構成されている。上流側端部102及び下流側端部103は、放電電極34において互いに反対側に位置している。各側部側端部104,105は、上流側端部102と下流側端部103との間に位置し、放電電極34において互いに反対側に位置している。
As shown in FIGS. 8 and 9, the outer
図9に示されるように、上流側端部102には、各第1線状部91の上流側端部が位置している。各第1線状部91の上流側端部は、平面視で凸部(上流側凸部106)を有する形状を成している。各上流側凸部106は、最も上流側面115側に位置する第2線状部92の上流側面115側の端縁95から電極パネル30の平面方向に沿って上流側に突出している。そして、各上流側凸部106の先端は、上流側面115から露出しないように配置されている。換言すると、各上流側凸部106は、先端が上流側面115から離間した状態に配置されている。ここで、第2線状部92の端縁95からの各上流側凸部106の突出量は、互いに等しく、本実施形態では0.5mmとなっている。なお、本実施形態の上流側凸部106は、第1線状部91の上流側端部を構成しているが、上流側凸部106は第1線状部91とは別体の構成であってもよい。即ち、上流側凸部106を、第1線状部91とは別工程で形成してもよい。さらに、上流側凸部106及び第1線状部91は、排ガスの通過方向F1に直交する方向(図9では左右方向)にオフセットして配置されていてもよい。また、各上流側凸部106は、平面視五角形状を成しており、先端部が平面視で3つの角部107を有する先尖りの形状を成している。なお、3つの角部107のうち、上流側凸部106の先端に位置する角部107は直角(本実施形態では90°)となっており、残り2つの角部107は鈍角(本実施形態では135°)となっている。
As shown in FIG. 9, the upstream end of each first
また、側部側端部104には、各第2線状部92の第1端面37側の端部が位置しており、側部側端部105には、各第2線状部92の第2端面38側の端部が位置している。各第2線状部92の第1端面37側の端部は、側部側端部104の全体に亘って、平面視で凸部(第1側部側凸部108)を有する形状を成している。また、各第2線状部92の第2端面38側の端部は、側部側端部105の全体に亘って、平面視で凸部(第2側部側凸部109)を有する形状を成している。各第1側部側凸部108は、最も第1端面37側に位置する第1線状部91の第1端面37側の端縁96から電極パネル30の平面方向に沿って側方に突出している。そして、各第1側部側凸部108の先端は、平面視で凹部35の形成領域から僅かに第1端面37側に突出し、第1端面37から露出しないように配置されている。同様に、各第2側部側凸部109は、最も第2端面38側に位置する第1線状部91の第2端面38側の端縁97から突出している。そして、各第2側部側凸部109の先端は、平面視で凹部35の形成領域から僅かに第2端面38側に突出し、第2端面38から露出しないように配置されている。ここで、第1線状部91の端縁96からの各第1側部側凸部108の突出量、及び、第1線状部91の端縁97からの各第2側部側凸部109の突出量は、互いに等しく、本実施形態では0.7mmとなっている。なお、本実施形態の側部側凸部108,109は、第2線状部92の一部を構成しているが、側部側凸部108,109は第2線状部92とは別体の構成であってもよい。即ち、側部側凸部108,109を、第2線状部92とは別工程で形成してもよい。さらに、側部側凸部108,109及び第2線状部92は、排ガスの通過方向F1と平行な方向(図9では上下方向)にオフセットして配置されていてもよい。また、各凸部108,109は、平面視矩形状を成しており、先端部が平面視で2つの角部110を有する形状を成している。なお、各角部110は直角となっている。
Further, the end of each of the second
なお、図1,図9に示されるように、本実施形態のプラズマリアクタ1は、例えば、排ガスに含まれているPMを除去するために用いられる。この場合、電源3から互いに隣接する電極パネル30間にパルス電圧(例えば、ピーク電圧:5kV(5000V)、パルス繰返し周波数:100Hz)が印加されると、各貫通孔93の開口縁や凸部106,108,109の角部107,110が起点となって誘電体バリア放電が生じ、放電電極34間に誘電体バリア放電によるプラズマが発生する。なお、放電電極34の外周部101(具体的には、凸部106,108,109の角部107,110)における放電開始電圧(プラズマを発生させる電圧)は、放電電極34の中央部100(具体的には、貫通孔93の開口縁)における放電開始電圧よりも低くなっている。そして、プラズマの発生により、ガス流路27を流れる排ガスに含まれるPMが酸化(燃焼)されて除去される。
As shown in FIGS. 1 and 9, the
次に、プラズマリアクタ1の製造方法を説明する。
Next, a method for manufacturing the
まず、アルミナ粉末を主成分とするセラミック材料を用いて、誘電体33となる第1〜第3のセラミックグリーンシートを形成する。なお、セラミックグリーンシートの形成方法としては、テープ成形や押出成形などの周知の成形法を用いることができる。そして、各セラミックグリーンシートに対してレーザ加工を行い、スルーホール導体41用の貫通孔を形成する。なお、貫通孔の形成を、パンチング加工、ドリル加工等によって行ってもよい。
First, a first to third ceramic green sheet to be a dielectric 33 is formed by using a ceramic material containing alumina powder as a main component. As a method for forming the ceramic green sheet, a well-known molding method such as tape molding or extrusion molding can be used. Then, each ceramic green sheet is laser-processed to form a through hole for the through-
次に、従来周知のペースト印刷装置(図示略)を用いて、スルーホール導体41用の貫通孔に導電性ペースト(本実施形態では、タングステンペースト)を充填し、スルーホール導体41となる未焼成のスルーホール導体部を形成する。
Next, using a conventionally known paste printing device (not shown), the through holes for the through-
次に、第1のセラミックグリーンシートを支持台(図示略)に載置する。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第1のセラミックグリーンシートの裏面上に導電性ペーストを印刷する。その結果、第1のセラミックグリーンシートの裏面上に、放電電極34となる厚さ10μmの未焼成電極が形成される。なお、第1のセラミックグリーンシートに対する未焼成電極の印刷方法としては、スクリーン印刷などの周知の印刷法を用いることができる。
Next, the first ceramic green sheet is placed on a support base (not shown). Further, a paste printing apparatus is used to print the conductive paste on the back surface of the first ceramic green sheet. As a result, an unfired electrode having a thickness of 10 μm, which serves as a
そして、導電性ペーストの乾燥後、未焼成電極が印刷された第1のセラミックグリーンシートの裏面上に、第2のセラミックグリーンシート及び第3のセラミックグリーンシートを順番に積層し、シート積層方向に押圧力を付与する。その結果、各セラミックグリーンシートが一体化され、セラミック積層体が形成される。さらに、ペースト印刷装置を用いて、第1のセラミックグリーンシートの主面上に導電性ペーストを印刷し、未焼成の第1パッド42を形成するとともに、第3のセラミックグリーンシートの裏面上に導電性ペーストを印刷し、未焼成の第2パッド43を形成する。なお、第3のセラミックグリーンシートは、凹部35の形状に合わせた打抜加工を施した後に積層される。
Then, after the conductive paste is dried, the second ceramic green sheet and the third ceramic green sheet are laminated in order on the back surface of the first ceramic green sheet on which the unfired electrode is printed, and in the sheet laminating direction. Applying pressing force. As a result, each ceramic green sheet is integrated to form a ceramic laminate. Further, a paste printing device is used to print the conductive paste on the main surface of the first ceramic green sheet to form the unfired
次に、周知の手法に従って乾燥工程や脱脂工程などを行った後、セラミックグリーンシート及び未焼成電極をアルミナ及びタングステンが焼結しうる所定の温度(例えば、1400℃〜1600℃程度)に加熱する同時焼成を行う。その結果、第1〜第3のセラミックグリーンシート中のアルミナ、及び、導電性ペースト中のタングステンが同時焼結し、誘電体33、放電電極34、スルーホール導体41、第1パッド42及び第2パッド43が同時焼成によって形成され、第1〜第3のセラミックグリーンシートが電極パネル30となる。このとき、放電電極34の上流側端部102に位置する各第1線状部91の上流側端部が、上流側凸部106を有する形状となる。さらに、放電電極34の側部側端部104に位置する各第2線状部92の第1端面37側の端部が、第1側部側凸部108を有する形状となるとともに、放電電極34の側部側端部105に位置する各第2線状部92の第2端面38側の端部が、第2側部側凸部109を有する形状となる。
Next, after performing a drying step, a degreasing step, etc. according to a well-known method, the ceramic green sheet and the unfired electrode are heated to a predetermined temperature (for example, about 1400 ° C to 1600 ° C) at which alumina and tungsten can be sintered. Perform simultaneous firing. As a result, the alumina in the first to third ceramic green sheets and the tungsten in the conductive paste are simultaneously sintered, and the dielectric 33, the
その後、積層工程を行い、得られた電極パネル30を複数枚積層して、プラズマパネル積層体20を形成する。次に、クランプ50〜55を用いて、複数の電極パネル30を積層方向に挟み込んで固定する。このとき、クランプ52,55を構成する一対の押さえ板57が、第1パッド42と第2パッド43とに圧接する。さらに、溶接等を行うことにより、第1クランプ52を構成する押さえ板57の先端部に電源供給端子61の中心軸63を電気的に接続するとともに、第2クランプ55を構成する押さえ板57の先端部に電源供給端子62の中心軸63を電気的に接続する。次に、プラズマパネル積層体20の外表面を覆うようにマット71を取り付けた後、マット71の外表面を覆うようにケース10を取り付ける。その後、電源供給端子61の先端部に第1の配線6を接続するとともに、電源供給端子62の先端部に第2の配線7を接続する。以上のプロセスを経て、プラズマリアクタ1が完成する。
After that, a laminating step is performed, and a plurality of the obtained
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。 Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
(1)本実施形態のプラズマリアクタ1では、放電電極34の上流側端部102に位置する上流側凸部106が、平面視で角部107を有する形状を成している。この角部107は放電の起点となりやすいため、角部107を有する上流側端部102の多くの箇所で放電が生じ、プラズマが確実に発生するようになる。ゆえに、上流側端部102に堆積した排ガス中のPMを、プラズマを用いて効率良く除去することができる。その結果、PMを介した隣接する放電電極34間の導通や、同じくPMを介した放電電極34−ケース10間の導通が防止されるため、隣接する放電電極34間の絶縁や、放電電極34とケース10との間の絶縁を確保することができる。ゆえに、プラズマリアクタ1の信頼性を向上させることができる。
(1) In the
(2)本実施形態では、放電電極34に電気的に接続されるクランプ52,55が、PMが堆積しやすい箇所である上流側端部102から離れた箇所に配置されるため、堆積したPMのクランプ52,55への付着が防止されるようになる。その結果、PM及びクランプ52,55を介した放電電極34−ケース10間の導通が防止されるため、放電電極34とケース10との間の絶縁がより確実に確保されるようになる。ゆえに、プラズマリアクタ1の信頼性がよりいっそう向上する。
(2) In the present embodiment, the
(3)本実施形態のプラズマリアクタ1は、第1コーン部11及び第2コーン部12を介して排気管2に取り付けられている。その結果、排気管2の上流側部分4→第1コーン部11→プラズマリアクタ1→第2コーン部12→排気管2の下流側部分5の順番に排ガスが流れる排ガス流路内の抵抗が低減されるため、排ガス流路内における圧力損失を抑えることができる。ひいては、圧力損失に伴うエンジンの出力低下も防止することができる。
(3) The
なお、上記実施形態を以下のように変更してもよい。 The above embodiment may be changed as follows.
・上記実施形態では、放電電極34の上流側端部102及び側部側端部108,109の両方が、平面視で角部107,110を有する形状を成していた。しかし、上流側端部102と、側部側端部108,109のいずれか一方とが、平面視で角部を有する形状を成していてもよい。また、図10,図11に示されるように、上流側端部121,131のみが、平面視で角部122,132を有する形状を成していてもよい。なお、放電電極34の下流側端部103が、平面視で角部を有する形状をなしていてもよい。
-In the above embodiment, both the
・上記実施形態では、上流側凸部106の先端部が、平面視で3つの角部107を有する先尖りの形状を成していた。しかし、図11の放電電極130に示されるように、上流側凸部133の先端部は、平面視で2つの角部132を有する形状を成していてもよい。また、図12の放電電極140に示されるように、上流側凸部141は、平面視で1つの角部142を有する先尖りの形状を成していてもよい。なお、上流側端部の先端部は、平面視で4つ以上の角部を有する形状を成していてもよい。
In the above embodiment, the tip of the upstream
・上記実施形態では、上流側端部102が有する上流側凸部106、側部側端部104が有する第1側部側凸部108、及び、側部側端部105が有する第2側部側凸部109のうち、上流側凸部106のみが平面視で先尖りとなる形状を成していた。しかし、第1側部側凸部108及び第2側部側凸部109の少なくとも一方が、平面視で先尖りとなる形状を成していてもよい。また、上流側端部102、第1側部側凸部108及び第2側部側凸部109の全てが、平面視で先尖りとなる形状を成していてもよい。
In the above embodiment, the upstream side
・上記実施形態では、放電電極34の側部側端部104が、側部側端部104の全体に亘って、平面視で角部110を有する形状を成していた。また、上記実施形態では、放電電極34の側部側端部105が、側部側端部105の全体に亘って、平面視で角部110を有する形状を成していた。しかし、側部側端部104,105は、上流側端部102寄りの領域のみが、平面視で角部を有する形状を成していてもよい。この場合、側部側端部104,105の一部の領域のみに角部を設ければよいため、製造コストを低く抑えることができる。
In the above embodiment, the
・図13に示されるように、複数の放電電極は、第1の電極パネル(図示略)に設けられた第1の電極151(放電電極)と、第1の電極パネルに隣接する第2の電極パネル(図示略)に設けられた第2の電極152(放電電極)とからなっていてもよい。そして、第1の電極151に設けられた角部153の少なくとも一部と、第2の電極152に設けられた角部154の少なくとも一部とを、互いに重ならないように配置してもよい。なお、図13では、第1の電極151の上流側端部155に位置する上流側凸部156(角部153)の全てと、第2の電極152の上流側端部157に位置する上流側凸部158(角部154)の全てとが、排ガスの通過方向に直交する方向にオフセットして配置されている。このようにすれば、第1の電極151の角部153と、その斜め下方に存在する第2の電極152の角部154との間で、誘電体バリア放電が発生する。その結果、角部153,154を有する上流側端部155,157において、より広い範囲でプラズマを発生させることができる。ゆえに、上流側端部155,157に堆積したPMを確実に除去することができる。
As shown in FIG. 13, the plurality of discharge electrodes are the first electrode 151 (discharge electrode) provided on the first electrode panel (not shown) and the second electrode panel adjacent to the first electrode panel. It may be composed of a second electrode 152 (discharge electrode) provided on the electrode panel (not shown). Then, at least a part of the
・上記実施形態の放電電極34を構成する第1線状部91及び第2線状部92は、平面視で正方形の格子状を成していたが、平面視で菱形等の格子状を成していてもよい。
The first
・上記実施形態のマット71は、第1〜第4マット片72〜75を互いに接合することによって構成されていた。しかし、マットは、非分割の構造を有していてもよい。
-The
・上記実施形態の電極パネル30は、誘電体33に放電電極34を内蔵することによって構成されていた。しかし、誘電体33の表面に放電電極34を形成することによって電極パネルを形成してもよい。
The
・上記実施形態のプラズマリアクタ1は、自動車のエンジンの排ガス浄化に用いられていたが、例えば、船舶等のエンジンの排ガス浄化に用いてもよい。また、プラズマリアクタ1は、プラズマ処理を行うものであればよく、排ガスの処理を行うものでなくてもよいし、浄化に用いるものでなくてもよい。
-The
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。 Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the above-described embodiments are listed below.
(1)上記手段1において、前記放電電極の外周部からプラズマを発生させる電圧は、前記放電電極の中央部からプラズマを発生させる電圧よりも低いことを特徴とするプラズマリアクタ。
(1) The plasma reactor according to the
(2)上記手段1において、前記電極パネルは、一対の主面及び一対の端面を有し、かつ、前記誘電体に前記放電電極を内蔵してなる構成を有し、前記放電電極の外周縁から前記端面までの距離は、前記放電電極の第1面から前記主面までの距離、または、前記放電電極の第2面から前記主面までの距離よりも大きいことを特徴とするプラズマリアクタ。
(2) In the
1…プラズマリアクタ
30…電極パネル
33…誘電体
34,130,140…放電電極
100…放電電極の中央部
101…放電電極の外周部
102,121,131,155,157…上流側端部
103…下流側端部
104,105…側部側端部
106,133,141,156,158…凸部としての上流側凸部
108…凸部としての第1側部側凸部
109…凸部としての第2側部側凸部
107,110,122,132,142,153,154…角部
151…放電電極としての第1の電極
152…放電電極としての第2の電極
1 ...
Claims (6)
前記放電電極の外周部は、ガスが流入する側に位置する上流側端部と、ガスが流出する側に位置する下流側端部と、前記上流側端部及び前記下流側端部の間に位置する側部側端部とを含んで構成され、
前記上流側端部が、平面視で角部を有する形状を成しており、
前記放電電極の外周部における放電開始電圧は、前記放電電極の中央部における放電開始電圧よりも低い
ことを特徴とするプラズマリアクタ。 A plasma reactor in which a plurality of electrode panels including a dielectric and a discharge electrode are provided in parallel at intervals, and gas is passed between the plurality of electrode panels to generate plasma by dielectric barrier discharge.
The outer peripheral portion of the discharge electrode is located between the upstream side end portion located on the gas inflow side, the downstream side end portion located on the gas outflow side, and the upstream side end portion and the downstream side end portion. Consists of including the side edge to which it is located
The upstream end portion has a shape having a corner portion in a plan view.
A plasma reactor characterized in that the discharge start voltage at the outer peripheral portion of the discharge electrode is lower than the discharge start voltage at the central portion of the discharge electrode.
前記第1の電極に設けられた前記角部の少なくとも一部と、前記第2の電極に設けられた前記角部の少なくとも一部とが、互いに重ならないように配置されている
ことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載のプラズマリアクタ。 The plurality of discharge electrodes consist of a first electrode and a second electrode adjacent to the first electrode.
The feature is that at least a part of the corner portion provided on the first electrode and at least a part of the corner portion provided on the second electrode are arranged so as not to overlap each other. The plasma reactor according to any one of claims 1 to 5.
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