JP7146439B2 - プラズマリアクタ - Google Patents

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。

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。

例えば、放電電極を有する複数の電極パネルを積層し、隣接する電極パネル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、電極パネル間を流れる排ガス中のＰＭを酸化して除去するプラズマリアクタが種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。なお、特許文献１に記載のプラズマリアクタは、電極パネルを積層してなるプラズマパネル積層体を収容するためのケースや、ケース及びプラズマパネル積層体の間に介在されるマットなどを備えている。マットは、プラズマパネル積層体をケースに保持するためのものである。また、マットを用いて収容物をケースに保持する構造として、ケース内に第１排気浄化装置と第２排気浄化装置とを直列に収容し、第１排気浄化装置を、上流側及び下流側のマットで挟み込んだ状態でケースに保持するものも開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特許第３８３２６５４号公報（図４等） 特開２００５－９８１６８号公報（図４等）

ところで、特許文献１に記載の従来技術では、プラズマリアクタを車両等に搭載して使用する際に、プラズマリアクタに高温の排ガスが流れるため、プラズマリアクタの内部は排ガスによって急激に加熱される。その結果、プラズマリアクタの内部にあるプラズマパネル積層体（電極パネル）に排ガスが直接接触し、電極パネルは、温度上昇に伴って膨張する。しかしながら、プラズマパネル積層体を保持するマットは、排ガスが直接接触する訳ではなく、しかもプラズマリアクタの外部を流れる走行風によって冷却されるようになっている。つまり、マットは、電極パネルのようには加熱されないため、電極パネルのように膨張する訳ではない。この場合、熱膨張に起因する電極パネルの変形がマットにより阻害されるため、電極パネルに大きな応力が作用してしまい、電極パネルに割れ等が生じて破損してしまう虞がある。

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、電極パネルの破損を抑制することにより、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。

上記課題を解決するための手段（手段１）としては、ガスが流入する前面、ガスが流出する後面、及び、前記前面と前記後面との間に位置する側面を有し、放電電極を有する複数の電極パネルを積層した構造を有し、前記前面側から前記後面側にガスを流して電圧を印加することによりプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、前記プラズマパネル積層体が収容される筒状のケースと、前記ケース及び前記プラズマパネル積層体の間に介在され、前記プラズマパネル積層体を前記ケースに保持するマットとを備えるプラズマリアクタであって、前記マットは、前記側面に接触する側面側マット部と、前記後面に接触する後面側マット部とを含んで構成され、積層体保持状態において、後押え板により前記後面側マット部を介して前記プラズマパネル積層体の前記後面が前記前面側の方向に押圧されていることを特徴とするプラズマリアクタがある。

従って、上記手段１に記載の発明では、プラズマパネル積層体の後面を後面側マット部を介して前面側の方向に押圧している。この場合、後面側マット部によってプラズマパネル積層体が確実に保持されるため、側面側マット部を介してプラズマパネル積層体の側面に作用する圧力を低減することが可能となる。その結果、熱膨張に起因する電極パネルの変形がマットに阻害されにくくなるため、マットから電極パネルに対して大きな応力が作用しにくくなり、電極パネルの割れ等による破損が抑制される。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。

上記プラズマリアクタを構成するプラズマパネル積層体は、放電電極を有する複数の電極パネルを積層した構造を有する。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（ＲｕＯ_２）、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）などを挙げることができる。また、プラズマパネル積層体は、セラミック材料からなる複数の電極パネルを積層することにより略直方体状に形成されていることが好ましい。このようにすれば、プラズマパネル積層体の外表面に側面側マット部や後面側マット部を接触させやすくなる。なお、セラミック材料としては、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、酸化イットリウム（Ｙ_２Ｏ_３）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。

上記プラズマリアクタを構成するマットは、ケース及びプラズマパネル積層体の間に介在される。ここで、マットの形成材料としては、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挙げることができる。また、マットは、プラズマパネル積層体の側面に接触する側面側マット部と、プラズマパネル積層体の後面に接触する後面側マット部とを含んで構成される。ここで、後面側マット部は後面の外周部を押圧していることが好ましい。このようにした場合、後面側マット部は、後面において外周部よりも内側にあるガスの流出部分を塞ぐことなく、後面を押圧することができる。さらに、後面側マット部は、後面と側面との境界部分に位置するプラズマパネル積層体の角部を覆っていることが好ましい。このようにすれば、プラズマパネル積層体の角部を保護できるため、プラズマリアクタの信頼性がよりいっそう向上する。

なお、マットは、前面に接触する前面側マット部をさらに含んで構成され、積層体保持状態において、前面側マット部を介してプラズマパネル積層体の前面が後面側の方向に押圧されていてもよい。このようにすれば、プラズマパネル積層体が前面側マット部と後面側マット部とに挟み込まれた状態で保持されるため、プラズマパネル積層体をより確実に保持できるとともに、側面側マット部を介してプラズマパネル積層体の側面に作用する圧力をよりいっそう小さくすることができる。その結果、電極パネルの破損を確実に防止できるため、プラズマリアクタの信頼性がよりいっそう向上する。なお、前面側マット部は前面の外周部を押圧していることが好ましい。このようにした場合、前面側マット部は、前面において外周部よりも内側にあるガスの流入部分を塞ぐことなく、前面を押圧することができる。

さらに、マットは、側面側マット部、前面側マット部及び後面側マット部を一体形成することにより構成されていることが好ましい。このようにすれば、側面側マット部、前面側マット部及び後面側マット部を接合することによりマットを構成する場合に比べて、マットを容易に作製することができる。また、プラズマパネル積層体が後面側の方向に押圧される際において、後面側マット部が後面を押圧する力だけでなく、側面側マット部とプラズマパネル積層体の側面との間に生じる摩擦力によっても、プラズマパネル積層体が保持される。このため、プラズマパネル積層体の後面側への位置ずれを確実に防止することができる。

また、側面側マット部の一部に突片が突設され、突片は、折り返されて後面に接触することにより、後面側マット部を構成するものであってもよい。このようにすれば、突片によってもプラズマパネル積層体の後面が押圧されるため、プラズマパネル積層体の後面側への位置ずれをより確実に防止できる。また、側面側マット部に突片を接合する場合に比べて、後面側マット部を容易に形成することができる。しかも、突片の折り返し部分によって、プラズマパネル積層体の後面と側面との境界部分に位置する角部を保護することができる。

第１実施形態におけるプラズマリアクタを示す概略断面図。 プラズマパネル積層体、マット及び後押え板の配置態様を示す概略断面図。 プラズマリアクタを示す斜視図。 プラズマパネル積層体、クランプ、電源供給端子、マット及び後押え板を示す斜視図。 プラズマパネル積層体、クランプ及びマットを示す斜視図。 プラズマパネル積層体、電源供給端子及びマットを示す後面図。 プラズマパネル積層体、クランプ及び電源供給端子を示す斜視図。 電極パネルを示す斜視図。 第２実施形態において、プラズマパネル積層体、マット、前押え板及び後押え板の配置態様を示す概略断面図。 プラズマパネル積層体、クランプ、電源供給端子、マット、前押え板及び後押え板を示す斜視図。 他の実施形態において、マットを示す展開図。 マットの取付方法を示す説明図。 マットの取付方法を示す説明図。 他の実施形態において、マットの固定態様を示す断面図。

［第１実施形態］
以下、本発明のプラズマリアクタ１を具体化した第１実施形態を図面に基づき詳細に説明する。

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。

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，図２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，図２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。

図１，図２，図４～図７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、排ガスが流入する前面２１と、排ガスが流出する後面２２と、４つの側面２３，２４，２５，２６とを有する略直方体状を成している。前面２１及び後面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。各側面２３～２６は、前面２１と後面２２との間に位置している。詳述すると、側面２３は、前面２１側から後面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）から見たときに、上面となる面である（図４，図７参照）。同様に、側面２４は、通過方向Ｆ１から見たときに右面となる面であり、側面２５は、通過方向Ｆ１から見たときに下面となる面であり、側面２６は、通過方向Ｆ１から見たときに左面となる面である。

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、通過方向Ｆ１と平行に配置されており、互いに隙間（本実施形態では、０．５ｍｍの隙間）を有するように配置されている。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，図２参照）を有している。そして、ガス流路２７は、前面２１及び後面２２において開口する開口部２８を備えている。

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。

図１，図８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及び第２主面３２を有し、縦１００ｍｍ×横２００ｍｍの略矩形板状を成している。さらに、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（Ａｌ_２Ｏ_３）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。また、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は形成されていない。

そして、図８に示されるように、電極パネル３０における凹部３５の片側部分（具体的には、側面２４側の部分）には、第１主面３１側と第２主面３２側とを導通させる一対の電気取出部４１，４２が設けられている。各電気取出部４１，４２は、ガス流路２７を流れる排ガスの通過方向Ｆ１に沿って離間配置されている。詳述すると、各電気取出部４１，４２は、スルーホール導体４３、第１取出電極４４及び第２取出電極４５を備えている。スルーホール導体４３は、電極パネル３０を厚さ方向に貫通している。そして、一方の電気取出部４１に設けられたスルーホール導体４３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取出電極４４は、第１主面３１に形成されており、スルーホール導体４３の第１主面３１側端部に対して電気的に接続されている。一方、第２取出電極４５は、第２主面３２に形成されており、スルーホール導体４３の第２主面３２側端部に対して電気的に接続されている。なお、第１取出電極４４及び第２取出電極４５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。

図４，図５，図７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）を側面２４側から挟み込んで固定する３つの第１クランプ５１，５２，５３と、各電極パネル３０を側面２６側から挟み込んで固定する３つの第２クランプ５４，５５，５６とを備えている。各クランプ５１～５６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５１～５３は、側面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５４～５６は、側面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。

なお、側面２４の上流側部分に配置された第１クランプ５１、及び、側面２６に配置された第２クランプ５４～５６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、側面２４の中央部分及び下流側部分に配置された第１クランプ５２，５３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。

図４，図５，図７に示されるように、各クランプ５１～５６は、板部材５７及び押え板５８を備えている。板部材５７は、電極パネル３０の積層方向に延びている。押え板５８は、板部材５７と一体に形成され、板部材５７の両端部に配置されている。両押え板５８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、両押え板５８は、プラズマパネル積層体２０の側面２３と側面２５とにそれぞれ圧接している。そして、第１クランプ５２，５３を構成する両押え板５８は、側面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取出電極４４と、側面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取出電極４５とにそれぞれ圧接している。

図３，図４，図６，図７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、片側の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。

また、電源供給端子６１は、基端部（中心軸６３）が第１クランプ５２の板部材５７に電気的に接続され、先端部がケース１０から露出している。同様に、電源供給端子６２は、基端部（中心軸６３）が第１クランプ５３の板部材５７に電気的に接続され、先端部がケース１０から露出している。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。

図１，図２，図４～図６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、排ガスの通過方向Ｆ１から見たときに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の外表面の略全体を覆っている。詳述すると、マット７１は、側面２３に接触する略矩形板状の第１側面側マット部７２と、側面２４に接触する略矩形板状の第２側面側マット部７３と、側面２５に接触する略矩形板状の第３側面側マット部７４と、側面２６に接触する略矩形板状の第４側面側マット部７５とを含んで構成されている。さらに、本実施形態のマット７１は、プラズマパネル積層体２０の後面２２に接触する後面側マット部７６を含んで構成されている。マット７１は、各マット部７２～７６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、マット部７２～７６は、それぞれ同じ材料（本実施形態では、セラミック繊維からなる絶縁材料）を用いて形成されている。

図４，図５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１クランプ５３が位置している。詳述すると、切欠部８１，８２は、第２側面側マット部７３を厚さ方向に貫通する溝部８３と、側面側マット部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側面側マット部７３を分断している。一方、凹部８４は、側面側マット部７２，７４の外周部の一部のみに形成されており、側面側マット部７２，７４を分断しないようになっている。なお、溝部８３内には、第１クランプ５２，５３の板部材５７と電源供給端子６１，６２の中心軸６３とが配置され、凹部８４内には、第１クランプ５２，５３の押え板５８が配置されている。

また、図２，図４～図６に示される後面側マット部７６は、積層体保持状態（即ち、プラズマパネル積層体２０をケース１０に保持している状態）において、プラズマパネル積層体２０の後面２２を前面２１側の方向に押圧するためのものである。後面側マット部７６は、第１側面側マット部７２の後面２２側の端面に接触する第１接触部９１と、第２側面側マット部７３の後面２２側の端面に接触する第２接触部９２と、第３側面側マット部７４の後面２２側の端面に接触する第３接触部９３と、第４側面側マット部７５の後面２２側の端面に接触する第４接触部９４とからなる矩形環状を成している。また、後面側マット部７６には、同後面側マット部７６を厚さ方向に貫通する矩形状の貫通孔９５を有している。後面側マット部７６における貫通孔９５付近の領域は、後述する矩形板状を成す金属製の後押え板１０１によって押圧され、後押え板１０１の形状に沿う形状に変形している。このため、貫通孔９５は、後面２２から離間するのに伴って徐々に内径が大きくなるテーパ状を成している。

図２，図６に示されるように、本実施形態の後面側マット部７６では、第１～第４接触部９１～９４のうち、第２，第４接触部９２，９４のみが後面２２を押圧するようになっている。具体的に言うと、第２接触部９２は、後面２２の外周部のうち、プラズマパネル積層体２０の側面２４寄りの領域であって、開口部２８を有しない領域を押圧するようになっている。第４接触部９４は、後面２２の外周部のうち、プラズマパネル積層体２０の側面２６寄りの領域であって、開口部２８を有しない領域を押圧するようになっている。

さらに、図２に示されるように、後面側マット部７６の第２接触部９２は、後面２２と側面２４との境界部分に位置するプラズマパネル積層体２０の角部９６を覆うようになっている。同様に、後面側マット部７６の第４接触部９４は、後面２２と側面２６との境界部分に位置するプラズマパネル積層体２０の角部９７を覆うようになっている。

なお、本実施形態では、積層体保持状態において、第２側面側マット部７３や第４側面側マット部７５に作用する圧力をＰ１とし、第１側面側マット部７２や第３側面側マット部７４に作用する圧力をＰ２とし、後面側マット部７６に作用する圧力をＰ３としたとき、Ｐ１＋Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たすとともに、Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たすようになっている。また、積層体保持状態において、各側面側マット部７２～７５の厚さは１５ｍｍとなっており、後面側マット部７６の（最大）厚さは１０ｍｍとなっている。さらに、積層体保持状態において、マット部７２～７５の圧縮率は、０％以上５０％以下、具体的には、１０％以上４０％以下（本実施形態では約３２％）となっている。なお、積層体保持状態におけるマット部７６の圧縮率は、部位によって異なるが、０％以上５０％以下、本実施形態では１０％以上４０％以下となっている。

なお、各マット部７２～７６の圧縮率は、互いに等しくなくてもよい。例えば、側面２３，２５を覆うマット部（側面側マット部７２，７４）の圧縮率、側面２４，２６を覆うマット部（側面側マット部７３，７５）の圧縮率、及び、後面２２を覆うマット部（後面側マット部７６）の圧縮率は、互いに等しくなくてもよい。つまり、プラズマパネル積層体２０の耐圧力を考慮したうえで、マット部の圧縮率を設定することにより、破損に強いプラズマリアクタ１を得ることができる。

図２，図４に示されるように、ケース１０内におけるプラズマパネル積層体２０の下流側位置には、矩形板状を成す金属製の後押え板１０１が配置されている。後押え板１０１は、積層体保持状態において、後面側マット部７６を押圧することにより、後面側マット部７６を後押え板１０１とプラズマパネル積層体２０との間に挟み込んだ状態に固定するためのものである。後押え板１０１は、矩形環状を成す押え板本体１０２と、押え板本体１０２の前面１０３からプラズマパネル積層体２０の後面２２側に突出する突出部１０４とを備えている。押え板本体１０２の前面１０３は、後面側マット部７６の後面１０５に面接触するようになっている。また、突出部１０４は、後面２２に接近するのに伴って徐々に外径（幅）が小さくなるテーパ状を成している。そして、突出部１０４の外側面は、後面側マット部７６側の貫通孔９５の内側面（テーパ面）に面接触可能となっている（図２参照）。また、突出部１０４には、後押え板１０１を厚さ方向に貫通する矩形状の貫通孔１０６が設けられている。貫通孔１０６は、後面側マット部７６側の貫通孔９５よりも大きい内側形状（凹部３５で形成される流路の開口部よりも大きい寸法）をなしている。

なお、図１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、プラズマパネル積層体２０の前面２１側から後面２２側に排ガスが流れている状態で、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：２００～１０００Ｈｚ）が印加されると、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。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。

次に、プラズマリアクタ１の製造方法を説明する。

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４３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。

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４３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４３となる未焼成のスルーホール導体部を形成する。

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。

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取出電極４４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取出電極４５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。

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、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４３、取出電極４４，４５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。

その後、積層工程を行い、得られた電極パネル３０を積層して、プラズマパネル積層体２０を形成する。次に、クランプ５１～５６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、第１クランプ５２，５３を構成する一対の押え板５８が、第１取出電極４４と第２取出電極４５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を構成する板部材５７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１クランプ５３を構成する板部材５７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を取り付ける。具体的には、側面２３を覆うように第１側面側マット部７２を取り付け、側面２４を覆うように第２側面側マット部７３を取り付け、側面２５を覆うように第３側面側マット部７４を取り付け、側面２６を覆うように第４側面側マット部７５を取り付ける。また、プラズマパネル積層体２０の後面２２を覆うように後面側マット部７６を取り付ける。次に、各側面側マット部７２～７５の外表面を覆うようにケース１０を取り付ける。さらに、ケース１０内に後押え板１０１を挿入し、挿入した後押え板１０１を後面側マット部７６に接触させる。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。

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。

（１）ところで、プラズマパネル積層体２０は、ガス流路２７を通過方向Ｆ１に沿って流れる排ガスの圧力により、通常、後面２２側の方向に押圧される。そこで、本実施形態のプラズマリアクタ１では、プラズマパネル積層体２０の後面２２を後面側マット部７６を介して前面２１側の方向に押圧している。この場合、後面側マット部７６によってプラズマパネル積層体２０の後面２２側への移動が抑制されるため、側面側マット部７２～７５を介してプラズマパネル積層体２０の側面２３～２６に作用する圧力を小さくすることも可能となる。その結果、高温の排ガスの流入時において、熱膨張に起因する電極パネル３０の変形が生じたとしても、電極パネル３０の変形がマット７１に阻害されにくくなる。従って、マット７１から電極パネル３０に対して大きな応力が作用しにくくなるため、電極パネル３０の割れ等による破損が抑制される。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。

（２）さらに、本実施形態では、後面側マット部７６だけでなく、後押え板１０１によっても、プラズマパネル積層体２０の後面２２が押圧されている。この場合、プラズマパネル積層体２０の後面２２側への移動がより確実に抑制されるため、側面側マット部７２～７５を介してプラズマパネル積層体２０の側面２３～２６に作用する圧力をよりいっそう小さくすることができる。その結果、電極パネル３０に作用する応力がいっそう小さくなるため、プラズマリアクタ１の信頼性がよりいっそう向上する。

（３）本実施形態の後押え板１０１では、押え板本体１０２の前面１０３が後面側マット部７６（後面１０５）に面接触するだけでなく、突出部１０４の外側面も後面側マット部７６（貫通孔９５の内側面）に面接触するようになっている。その結果、後押え板１０１と後面側マット部７６との接触面積が大きくなるため、後押え板１０１によって後面側マット部７６を安定的に保持することができる。

（４）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。

［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に基づいて説明する。ここでは、前記第１実施形態と相違する部分を中心に説明する。本実施形態は、プラズマパネル積層体の保持構造が前記第１実施形態とは異なる形態である。

図９，図１０に示されるように、本実施形態のプラズマリアクタ１１１が備えるマット１１２は、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４に接触する前面側マット部１１５をさらに含んで構成されている。マット１１２は、第１側面側マット部７２、第２側面側マット部７３、第３側面側マット部（図示略）、第４側面側マット部７５、後面側マット部７６及び前面側マット部１１５を、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。

また、前面側マット部１１５は、積層体保持状態において、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４を後面１２０側の方向に押圧するためのものである。前面側マット部１１５は、後面側マット部７６と略同様の構成を有している。即ち、前面側マット部１１５は、第１側面側マット部７２の前面１１４側の端面に接触する第１接触部１２１と、第２側面側マット部７３の前面１１４側の端面に接触する第２接触部１２２と、第３側面側マット部の前面１１４側の端面に接触する第３接触部１２３と、第４側面側マット部７５の前面１１４側の端面に接触する第４接触部１２４とからなる矩形環状を成している。また、前面側マット部１１５には、同前面側マット部１１５を厚さ方向に貫通する矩形状の貫通孔１２５を有している。前面側マット部１１５における貫通孔１２５付近の領域は、後述する矩形板状を成す金属製の前押え板１３１によって押圧され、前押え板１３１の形状に沿う形状に変形している。このため、貫通孔１２５は、前面１１４から離間するのに伴って徐々に内径が大きくなるテーパ状を成している。

図９に示されるように、本実施形態の前面側マット部１１５では、第１～第４接触部１２１～１２４のうち、第２，第４接触部１２２，１２４のみが前面１１４を押圧するようになっている。具体的に言うと、第２接触部１２２は、前面１１４の外周部のうち、プラズマパネル積層体１１３の側面１２６寄りの領域であって、開口部１２７（図１０参照）を有しない領域を押圧するようになっている。第４接触部１２４は、前面１１４の外周部のうち、プラズマパネル積層体１１３の側面１２８寄りの領域であって、開口部１２７を有しない領域を押圧するようになっている。

さらに、前面側マット部１１５の第２接触部１２２は、前面１１４と側面１２６との境界部分に位置するプラズマパネル積層体１１３の角部１２９を覆うようになっている。同様に、前面側マット部１１５の第４接触部１２４は、前面１１４と側面１２８との境界部分に位置するプラズマパネル積層体１１３の角部１３０を覆うようになっている。

なお、本実施形態では、積層体保持状態において、第２，第４側面側マット部７３，７５に作用する圧力をＰ１、第１，第３側面側マット部７２に作用する圧力をＰ２、前面側マット部１１５や後面側マット部７６に作用する圧力をＰ３としたとき、Ｐ１＋Ｐ２＞Ｐ３の関係やＰ２＜Ｐ１の関係を満たすようになっている。また、積層体保持状態において、前面側マット部１１５及び後面側マット部７６の（最大）厚さは１０ｍｍ、前面側マット部１１５の圧縮率はマット部７６の圧縮率と等しくなっている。なお、各マット部７２～７６，１１５の圧縮率は、互いに等しくなくてもよい。

図９，図１０に示されるように、ケース１０内におけるプラズマパネル積層体１１３の上流側位置には、矩形板状を成す金属製の前押え板１３１が配置されている。前押え板１３１は、積層体保持状態において、前面側マット部１１５を押圧することにより、前面側マット部１１５を前押え板１３１とプラズマパネル積層体１１３との間に挟み込んだ状態に固定するためのものである。前押え板１３１は、後押え板１０１と略同様の構成を有している。即ち、前押え板１３１は、矩形環状を成す押え板本体１３２と、押え板本体１３２の後面１３３からプラズマパネル積層体１１３の前面１１４側に突出する突出部１３４とを備えている。押え板本体１３２の後面１３３は、前面側マット部１１５の前面１３５に面接触するようになっている。また、突出部１３４は、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４に接近するのに伴って徐々に外径（幅）が小さくなるテーパ状を成している。そして、突出部１３４の外側面は、前面側マット部１１５側の貫通孔１２５の内側面（テーパ面）に面接触可能となっている（図９参照）。また、突出部１３４には、前押え板１３１を厚さ方向に貫通する矩形状の貫通孔１３６（図１０参照）が設けられている。貫通孔１３６は、前面側マット部１１５側の貫通孔１２５よりも大きい内側形状（凹部３５で形成される流路の開口部よりも大きい寸法）をなしている。

従って、本実施形態によれば、上記第１実施形態に記載の効果に加え、さらに以下の効果を得ることができる。

（５）本実施形態のマット１１２は、前面１１４に接触する前面側マット部１１５をさらに含んで構成され、積層体保持状態において、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４が前面側マット部１１５を介して後面１２０側の方向に押圧されている。この場合、プラズマパネル積層体１１３が、前面側マット部１１５と後面側マット部７６とに挟み込まれた状態で保持されるため、プラズマパネル積層体１１３をより確実に保持できるとともに、第１～第４側面側マット部７２～７５を介してプラズマパネル積層体１１３の側面に作用する圧力をよりいっそう小さくすることができる。その結果、熱膨張に起因する電極パネル３０の破損を確実に防止できるため、プラズマリアクタ１１１の信頼性がよりいっそう向上する。

（６）さらに、本実施形態では、前面側マット部１１５だけでなく、前押え板１３１によっても、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４が押圧されている。この場合、プラズマパネル積層体１１３の前面１１４側への移動がより確実に抑制されるため、第１～第４側面側マット部７２～７５を介してプラズマパネル積層体１１３の側面に作用する圧力をよりいっそう小さくすることができる。その結果、電極パネル３０に作用する応力がいっそう小さくなるため、プラズマリアクタ１１１の信頼性がよりいっそう向上する。

（７）本実施形態の前押え板１３１では、押え板本体１３２の後面１３３が前面側マット部１１５（前面１３５）に面接触するだけでなく、突出部１３４の外側面も前面側マット部１１５（貫通孔１２５の内側面）に面接触するようになっている。その結果、前押え板１３１と前面側マット部１１５との接触面積が大きくなるため、前押え板１３１によって前面側マット部１１５を安定的に保持することができる。

なお、上記各実施形態を以下のように変更してもよい。

・上記第１実施形態のマット７１は、第１～第４側面側マット部７２～７５及び後面側マット部７６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７１は、第１～第４側面側マット部７２～７５及び後面側マット部７６を一体形成することにより構成されていてもよい。同様に、上記第２実施形態のマット１１２は、第１～第４側面側マット部７２～７５、前面側マット部１１５及び後面側マット部７６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１１２は、第１～第４側面側マット部７２～７５、前面側マット部１１５及び後面側マット部７６を一体形成することにより構成されていてもよい。

なお、マットが、複数のマット部を一体形成することにより構成される場合、マット１４１は、例えば図１１に示されるシート１４０を破線部分で折り曲げた後、第１の端部（図１１では右端部）に形成された凸部１４２を第２の端部（図１１では左端部）に形成された凹部１４３に嵌合させることにより、矩形環状に形成される。なお、破線は、隣接する側面側マット部１４４の境界部分を示している。そして、マット１４１内には、プラズマパネル積層体１４５が収容されるようになる（図１２，図１３参照）。

また、複数の側面側マット部１４４の一部に突片１４６を突設してもよい。なお、突片１４６は、折り返されてプラズマパネル積層体１４５の後面１４７に接触することにより、後面側マット部１４８を構成するようになっている（図１２，図１３参照）。このようにすれば、突片１４６によってプラズマパネル積層体１４５の後面１４７が押圧されるため、プラズマパネル積層体１４５の後面１４７側への位置ずれを確実に防止することができる。また、側面側マット部１４４に突片１４６を接合する場合に比べて、後面側マット部１４８を容易に形成することができる。

・上記各実施形態では、後面側マット部７６が、後押え板１０１に押圧されることにより、後押え板１０１とプラズマパネル積層体２０，１１３との間に挟み込まれた状態に固定されるようになっていた。さらに、上記第２実施形態では、前面側マット部１１５が、前押え板１３１に押圧されることにより、前押え板１３１とプラズマパネル積層体１１３との間に挟み込まれた状態に固定されるようになっていた。しかし、後面側マット部及び前面側マット部は、押え板のような部材を用いずに固定されるものであってもよい。例えば、図１４に示されるように、コーン部１５１の開口端部（ケース１５２との接続部分）に、コーン部１５１の内周側に突出するフランジ１５３を形成し、フランジ１５３によってマット部１５４（後面側マット部または前面側マット部）を押圧することにより、マット部１５４をフランジ１５３とプラズマパネル積層体１５５との間に挟み込んだ状態に固定してもよい。また、フランジ１５３の代わりに突起を形成してもよいし、フランジ１５３や突起をケース１５２側に設けてもよい。即ち、コーン部１５１やケース１５２のような元々ある部材を加工することにより、マット部１５４の固定構造を形成するようにしてもよい。

・上記各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。

・上記各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。

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。

（１）上記手段１において、前記マットは、前記前面に接触する前面側マット部をさらに含んで構成され、前記前面側マット部は、前記前面と前記側面との境界部分に位置する前記プラズマパネル積層体の角部を覆っていることを特徴とするプラズマリアクタ。

（２）上記手段１において、前記ケース内における前記プラズマパネル積層体の下流側位置に後押え板が配置され、積層体保持状態において、前記後面側マット部が前記後押え板に押圧されることにより、前記後面側マット部が前記後押え板と前記プラズマパネル積層体との間に挟み込まれた状態に保持されることを特徴とするプラズマリアクタ。

（３）上記手段１において、前記マットは、前記前面に接触する前面側マット部をさらに含んで構成され、前記ケース内における前記プラズマパネル積層体の上流側位置に前押え板が配置され、積層体保持状態において、前記前面側マット部が前記前押え板に押圧されることにより、前記前面側マット部が前記前押え板と前記プラズマパネル積層体との間に挟み込まれた状態に保持されることを特徴とするプラズマリアクタ。

（４）上記手段１において、前記プラズマパネル積層体は、セラミック材料からなる前記複数の電極パネルを積層することにより略直方体状に形成され、前記前面側から前記後面側に流れるガスの通過方向から見たときに上面、下面、左面及び右面となる面を、前記側面として有しており、積層体保持状態において、前記左面及び前記右面に接触する前記側面側マット部に作用する圧力をＰ１とし、積層体保持状態において、前記上面及び前記下面に接触する前記側面側マット部に作用する圧力をＰ２とし、積層体保持状態において、前記前面側マット部及び前記後面側マット部に作用する圧力をＰ３としたときに、Ｐ１＋Ｐ２＞Ｐ３の関係を満たすことを特徴とするプラズマリアクタ。

（５）技術的思想（４）において、Ｐ２＜Ｐ１の関係を満たすことを特徴とするプラズマリアクタ。

１，１１１…プラズマリアクタ
１０…ケース
２０，１１３，１４５，１５５…プラズマパネル積層体
２１，１１４…前面
２２，１２０，１４７…後面
２３，２４，２５，２６，１２６，１２８…側面
３０…電極パネル
３４…放電電極
７１，１１２，１４０…マット
７２…側面側マット部としての第１側面側マット部
７３…側面側マット部としての第２側面側マット部
７４…側面側マット部としての第３側面側マット部
７５…側面側マット部としての第４側面側マット部
７６，１４８…後面側マット部
９６，９７…角部
１１５…前面側マット部
１４４…側面側マット部
１４６…突片
１５４…マット部（後面側マット部または前面側マット部）

Claims (8)

1. ガスが流入する前面、ガスが流出する後面、及び、前記前面と前記後面との間に位置する側面を有し、放電電極を有する複数の電極パネルを積層した構造を有し、前記前面側から前記後面側にガスを流して電圧を印加することによりプラズマを発生させるプラズマパネル積層体と、
   前記プラズマパネル積層体が収容される筒状のケースと、
   前記ケース及び前記プラズマパネル積層体の間に介在され、前記プラズマパネル積層体を前記ケースに保持するマットと
   を備えるプラズマリアクタであって、
   前記マットは、前記側面に接触する側面側マット部と、前記後面に接触する後面側マット部とを含んで構成され、
   積層体保持状態において、後押え板により前記後面側マット部を介して前記プラズマパネル積層体の前記後面が前記前面側の方向に押圧されている
   ことを特徴とするプラズマリアクタ。
2. 前記後面側マット部は前記後面の外周部を押圧していることを特徴とする請求項１に記載のプラズマリアクタ。
3. 前記後面側マット部は、前記後面と前記側面との境界部分に位置する前記プラズマパネル積層体の角部を覆っていることを特徴とする請求項１または２に記載のプラズマリアクタ。
4. 前記マットは、前記前面に接触する前面側マット部をさらに含んで構成され、
   前記積層体保持状態において、前記前面側マット部を介して前記プラズマパネル積層体の前記前面が前記後面側の方向に押圧されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
5. 前記前面側マット部は前記前面の外周部を押圧していることを特徴とする請求項４に記載のプラズマリアクタ。
6. 前記マットは、前記側面側マット部、前記前面側マット部及び前記後面側マット部を一体形成することにより構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載のプラズマリアクタ。
7. 前記側面側マット部の一部に突片が突設され、前記突片は、折り返されて前記後面に接触することにより、前記後面側マット部を構成することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。
8. 前記プラズマパネル積層体は、セラミック材料からなる前記複数の電極パネルを積層することにより略直方体状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載のプラズマリアクタ。

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