JPH0822367B2 - ガス浄化装置 - Google Patents

ガス浄化装置

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JPH0822367B2
JPH0822367B2 JP5080745A JP8074593A JPH0822367B2 JP H0822367 B2 JPH0822367 B2 JP H0822367B2 JP 5080745 A JP5080745 A JP 5080745A JP 8074593 A JP8074593 A JP 8074593A JP H0822367 B2 JPH0822367 B2 JP H0822367B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は大気汚染防止のためのガ
ス浄化装置に関し、さらに詳細には触媒の作用とプラズ
マの作用とを利用したガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】大気汚染防止は重要な社会問題の一つで
ある。工場や自動車から、COx、CmHn、NOx、
SOx等の汚染ガスが大量に排出され、そのような汚染
ガスを浄化することが必要である。さらに、宇宙ステー
ションにおいて、メチルガス等の特定のガスを浄化する
要求がある。
【0003】大気汚染防止のため、工場には、遠心浄化
装置や、放電浄化装置や、脱硫装置等の、大型のガス浄
化装置が取り付けられており、また、自動車には触媒を
利用した排気ガス浄化装置が取り付けられている。しか
し、これらの従来のガス浄化装置は一つの物理的又は化
学的な作用によりガスの浄化を行うものであり、ガスの
浄化性能に限度があった。
【0004】特開昭62─33527号公報は、放電領
域と、この放電領域の後流側に設けられた触媒反応領域
とからなるガス浄化装置を開示している。この公報に記
載の方法では、排気ガスが最初に放電領域に通され、プ
ラズマ含有ガスとなる。それから、プラズマ含有ガスが
後流側の触媒反応領域に通されるようになっている。ま
た、特開昭63─242323号公報は、同様に、被処
理ガスを放電処理した後、触媒を通過させることを特徴
とするガス浄化装置を開示している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特開昭62─33
527号公報では、放電領域は針状電極を含むものであ
り、針状電極には数千ないし数万ボルトの電圧がかけら
れる。また、上記特開昭63─242323号公報で
も、網状電極や棒状電極が使用され、これらの電極に高
電圧発生装置が使用されている。このように、従来のガ
ス浄化装置は、プラズマの作用と触媒の作用とを組合せ
るようにしたものであるが、プラズマの発生のために高
電圧電源を必要としていた。
【0006】さらに、放電領域と触媒反応領域とが別個
のステージとして設けられているために、放電領域にお
いてプラズマ含有ガスとなっても、その次の触媒反応領
域に達するまでにプラズマが低下し、プラズマの作用と
触媒の作用とを組合せる効果が充分に上がらないという
問題があった。
【0007】本発明の目的は、比較的に小型で、比較的
に低電圧でグロー放電を生じさせることができ、かつ、
プラズマの作用と触媒の作用とを相乗的に組合わせるこ
とのできるガス浄化装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明によるガス浄化装
置は、ガスの流れのための少なくとも2つの開口部1
8、20を有するケース12と、該ケース内に配置さ
れ、少なくとも一対の対向する接点部14a、16aを
有する磁気感応リード14、16と、該少なくとも一対
のリードの接点部を互いに開かせあるいは閉じさせるた
めの駆動用コイル22と、該少なくとも一対のリードに
接続された接点負荷用コイル30と、該少なくとも一対
のリードの接点部の少なくとも近傍に担持された触媒2
6、28とを備えることを特徴とするものである。
【0009】
【作用】上記構成においては、少なくとも一対のリード
の接点部の開閉動作中の開離時にグロー放電が生じ、こ
のグロー放電のプラズマ作用により、例えばCOx、C
mHn、NOx等の汚染ガスを構成元素分子、又は無害
ガスの分子に分解する。さらに、これらのリードの接点
部、又はその近傍に担持された触媒が、さらに汚染ガス
を構成元素分子、又は無害ガスの分子に分解する。これ
らのガス浄化作用は相乗的な効果をもたらし、優れたガ
ス浄化作用が得られる。
【0010】また、本発明のもう1つの特徴において
は、ガス浄化装置は、ガスの流れのための少なくとも2
つの開口部(18、20)を有するケース(12)と、
該ケース内に配置された少なくとも一対の対向した電極
(14、16)と、該少なくとも一対の電極にグロー放
電を生じさせる交流電源(80)と、該少なくとも一対
の電極に担持された触媒(26、28、41)とを備え
たことを特徴とする。
【0011】この構成において、該少なくとも一対の電
極が上記の構成の対向する接点部14a、16aを有す
る磁気感応リードと同様に構成されていれば、上記と同
様に、接点部の開閉動作中の開離時にグロー放電が生じ
る。従って、この場合にも、プラズマの作用と触媒の作
用とを相乗的に組合わせたガス浄化作用が得られる。そ
して、この場合には、グローは交流電源により、好まし
くは高周波交流電源により、ほぼ連続的に生じさせられ
る。ただし、電極は、上記磁気感応リード以外に、例え
ば絶縁層に触媒金属を蒸着、あるいはスパッタリングに
より形成した広い電極膜からなる構成としてもよい。
【0012】
【実施例】図1は本発明によるガス浄化装置の原理図兼
第1実施例を示す図である。ガス浄化装置10は、ケー
ス12の内部に電極として一対の磁気感応リード14、
16を挿入したものである。ケース12はガスの入口及
び出口となる2つの開口部18、20を有し、ガスが例
えば矢印Gで示されるように流される。なお、図1で
は、開口部18がガスの入口、開口部20がガスの出口
になっているが、これらの開口部18、20をガスの入
口及び出口と特定する必要はない。ケース12は浄化す
べきガスに侵されない金属やガラス等で作られる。
【0013】リード14、16は互いに反対方向からケ
ース12を貫通し、ケース12の外部から内部に延び、
先端部にわずかの隙間で対向した接点部14a、16a
を有する。ケース12が金属で形成されるときには、ケ
ース12とリード14、16との間に絶縁層(図示せ
ず)が挿入される。これらのリード14、16はパーマ
ロイ等の磁気感応性の材料で作られる。
【0014】ケース12の外周には駆動用コイル22が
巻かれている。駆動用コイル22は両端子a、bを有す
る。図2の(A)に示されるように、駆動用コイル22
の一端子aは例えば5から12ボルトの電源に接続さ
れ、駆動用コイル22の他端子bはパルスジェネレータ
24に接続される。パルスジェネレータ24は例えば矩
形状のパルスを発生する。パルスジェネレータ24がパ
ルスオンの状態のときに、駆動用コイル22が励磁さ
れ、リード14、16の接点部14a、16aが互いに
閉じる。従って、このときに、リード14、16間に電
流が流れる。パルスジェネレータ24がパルスオフの状
態のときには、駆動用コイル22が消磁され、リード1
4、16の接点部14a、16aが互いに開いて、これ
らのリード14、16間の電流が遮断される。
【0015】リード14、16の接点部14a、16a
には、触媒層26、28ががメッキにより担持されてい
る。触媒層26、28は、触媒作用を有する金属(例え
ば、21種類の遷移d- 金属、Hf,Ta,Zr、Nb,
W,Ti,V,Mn,Cr,Mn,Re,Ni,Co,
Te,Cs,Ir,Ru,Pt,Rh,Pd)から選ば
れる。好ましくは、触媒層26、28は、白金(P
t)、パラジウウム(Pd)、ロジウム(Rh)、又は
ルテニウム(Ru)の貴金属のうちの少なくとも1つか
らなる。なお、パーマロイからなるリード14、16に
は予め金メッキが施され、その上に触媒層26、28が
メッキされる。
【0016】図1においては、駆動用コイル22の上に
さらに接点負荷用コイル30が巻かれている。図2の
(B)に示されるように、接点負荷用コイル30の一端
子cは例えば12から24ボルトの直流電源に接続さ
れ、接点負荷用コイル30の他端子dはリード14、1
6の接点部14a、16aにより形成されるスイッチS
に接続される。接点負荷用コイル30はインダクタンス
Lを有し、リード14、16はインダクタンスLを含む
回路に接続されることになる。
【0017】従って、パルスオフによりリード14、1
6の接点部14a、16aが開離するときに、インダク
タンスLによる逆起電力e(e=L(di/dt))が
接点部14a、16aに生じる。図3に示されるよう
に、本願の発明者は、このような逆起電力eがあると、
スイッチ開離直後にグロー放電が生じることに気がつい
た。この場合、グロー放電は比較的に低い印加電圧で生
じる。さらに、本願の発明者は、グロー放電電圧及びグ
ロー継続時間tg は、インダクタンスLの大きさと、ケ
ース12内のガスの種類により異なることに気がつい
た。従って、浄化したいガスの種類に応じて、電源電圧
及び接点負荷用コイル30のインダクタンスLの大きさ
を選び、かつ所望の触媒層26、28を選ぶのが好まし
い。
【0018】例えば、窒素成分の多いガスを浄化する場
合、接点負荷用コイル30の電源電圧を12V、インダ
クタンスLを1ヘンリー、かつ触媒層26、28をロジ
ウムとした。この場合、グロー放電によるプラズマ作用
により、次の反応が進むとものと思われる。 e+2NO → N2 +O2 +e 2e+2NO2 → N2 +2O2 +2e
【0019】このようなプラズマ作用とともに、ガスが
触媒層26、28、例えばロジウムに接触することによ
り、従来の自動車の排気ガス浄化装置において知られて
いるような触媒によるガス浄化作用が生じる。これらの
2つのガス浄化作用は同時に進行し、相乗的な効果をも
たらし、優れたガス浄化作用が得られる。
【0020】図5及び図6はそれぞれ本発明の第2実施
例及び第3実施例を示す図である。これらの図は、図1
に示すような一対のリード14、16を装着した2つの
ケース12が外側ハウジング32に収納される例を示す
図である。外側ハウジング32はガスの入口34及び出
口36を有し、上記した駆動用コイル22と接点負荷用
コイル30と同様のコイルが図2の外側ハウジング32
の外周に巻かれている。図5においては、駆動用コイル
22aと接点負荷用コイル30aがそれぞれに接続され
た2つずつからなり、外側ハウジング32の外周に並べ
て配置されている。コイルは外側ハウジング32の中央
部にはなく、外側ハウジング32がガラスで形成されて
いると、リード14、16の接点部14a、16aにお
いて(特にはマイナス側の接点部において)生じるグロ
ー放電を観察できる。図6においては、図1の場合と同
様に駆動用コイル22の上に接点負荷用コイル30が巻
かれている。その他の特徴は、図5及び図6で同じであ
るので、以下は図5を参照して説明する。
【0021】図5において、各リード14、16は各ケ
ース12を貫通して外側に延び、かつ該ケース12の外
側に延びる同極性の複数のリード14(又は16)が外
側ハウジング32内において共通の支持板38に取り付
けられる。そして、ロッド状端子部材40が共通の支持
板38に取り付けられるとともに、外側ハウジング32
を貫通して外側ハウジング32の外部に延びる。Π型の
端子部材40及び共通の支持板38は機械的に2つのケ
ース12を支持している。共通の支持板40は導電性の
ものであり、従って、接点負荷用コイル30は、端子部
材40及び共通の支持板38を介して各リード14、1
6に接続される。なお、各側の端子部材40のうちの1
つは不導体とすることができ、また、端子部材40は1
つでもよい。
【0022】図5及び図6の実施例においても、図1の
実施例と同様にプラズマ作用と触媒作用によるガス浄化
作用が得られる。複数のケース12が外側ハウジング3
2内に設けられた構成により、各リード14、16を微
細な構造とすることができ、確実にスイッチ動作を行い
ながらグロー放電を発生させることができ、それととも
に多量のガスを処理することができる。
【0023】図3におけるグロー継続時間tg は、実際
には非常に短い。そこで、図4に示されるように、例え
ば3対のリード14、16を設け、それぞれの対のリー
ド14、16において時間t1 をずらしてカスケード式
にグロー放電(グロー1、グロー2、グロー3)を行う
ようにすると、全体としてのグロー放電の継続時間が長
くなり、ガス浄化性能が向上する。このためには、例え
ば図5において、外側ハウジング32内に3個のケース
12を設け、各ケース12毎に駆動用コイル22を設け
る。あるいは、図1の構成において、ケース1内に3対
のリード14、16を設け、各対のリード14、16を
時間をずらして駆動する。
【0024】図7は本発明の第4実施例を示す図であ
る。この例においては、図5及び図6に示すようなそれ
ぞれにリード14、16を有する複数のケース12を収
容した外側ハウジング32a、32b、32cが3個連
続して設けられる。すなわち、ガスの流れで最初の外側
ハウジング32aのガス出口36aが2番目の外側ハウ
ジング32bのガス入口34bに接続され、2番目の外
側ハウジング32bのガス出口36bが3番目の外側ハ
ウジング32cのガス入口34cに接続される。
【0025】図8は図7の構成における駆動用コイル2
2(1、2、3)と接点負荷用コイル30(1、2、
3)の接続を示す図である。図8の22、30の後の添
字は、図7の3個のエレメントのうちの1つを示す。駆
動用コイル22(1、2、3)は直列に接続し、また接
点負荷用コイル30(1、2、3)は並列に接続すると
よい。
【0026】さらに、リード14、16の接点部14
a、16aの触媒層26、28が、各外側ハウジング3
2a、32b、32c毎に変えてある。最初の外側ハウ
ジング32aにおいては白金が使用され、2番目の外側
ハウジング32bにおいてはロジウムが使用され、3番
目の外側ハウジング32cにおいてはパラジウウムが使
用されている。このようにすることにより、プラズマ作
用に加えて、自動車の三元触媒と同等の触媒作用を行う
ことができる。そして、ロジウムへの被毒作用を緩和す
ることができる。
【0027】図9は本発明の第5実施例を示す図であ
る。この例においては、リード14(16)の接点部1
4a(16a)の触媒層26(28)が、表面側のロジ
ウムの層26aと、ロジウムの層26aの下にあってロ
ジウムの層26aから部分的に露出している白金又はパ
ラジウウムの層26bとからなる。パーマロイからなる
リード14、16には予め金メッキが施され、これらの
触媒の層26a、26bはその上に順次にメッキされ
る。さらに、触媒層26に隣接して、酸化セリウム(C
eO2 )26cが塗布されている。
【0028】このようにすることにより、プラズマ作用
と三元触媒作用によるガス浄化作用とを行うことができ
る。図10は自動車の三元触媒による自動車の排気ガス
浄化性能を説明する図であるが、三元触媒は図10にハ
ッチングで示した理想空燃比(14.7)を含む領域で
働くものであり、この領域から外れるにつれて働きが悪
くなることが公知である。触媒層26に隣接して設けら
れた酸化セリウム26cは、そのまわりに酸素が多い場
合には酸素を吸収し、酸素が少ない場合には酸素を放出
する性質があり、それによって空燃比を理想空燃比に保
持する性質を有するものである。よって、この場合に
は、特に自動車の排気系に設けられるガス浄化装置に適
したものと言える。
【0029】図11は本発明の第6実施例を示す図であ
る。図5の実施例と同様に、この実施例では、リード1
4、16を有するケース12が外側ハウジング32に収
納されている。ケース12はリード14、16の接点部
14a、16aの近傍に、すなわちケース12の中央付
近に開口部18、20を有する。従って、リード14、
16の接点部14a、16aが開離するときに、この開
口部18、20の近傍でグロー放電が発生する。
【0030】この実施例では、触媒41がケース12の
周囲に担持される。すなわち、触媒41がケース12の
周囲の開口部18、20を含む領域に設けられる。触媒
41はコイルスプリング状、あるいはリング状にケース
12に巻かれている。このようにすることにより、触媒
41をグロー放電の生じる領域を含むより広い領域に配
置することができるようになり、ガス浄化性能を向上す
ることができる。なお、リード14、16の接点部14
a、16aにも触媒を担持することができるのは言うま
でもない。
【0031】図12は本発明の第7実施例を示す図であ
る。図11の実施例と同様に、この実施例では、リード
14、16を有するケース12が外側ハウジング32に
収納されている。ケース12はリード14、16の接点
部14a、16aの近傍に、すなわちケース12の中央
付近に開口部18、20を有する。触媒41がケース1
2の周囲に担持されている。この実施例では、リード1
4、16が中空構造の端子部材42に固定されており、
この中空構造の端子部材42がそれぞれ外側ハウジング
32の内部に開口して上記したガスの入口及び出口(3
4、36)を形成している。このようにすることによ
り、外側ハウジング32の加工が容易になる。
【0032】図13は本発明の第8実施例を示す図であ
る。この実施例では、リード14、16を有するケース
12が外側ハウジング32に収納されている。触媒(図
示せず)はリード14、16の接点部14a、16aに
担持されている。なお、前の実施例と同様に触媒をケー
ス12の周囲に担持させることもできる。この実施例で
は、リード14、16自体が中空構造として形成され、
ケース12の開口部(18,20)を形成している。な
お、リード14、16の先端部の接点部14a、16a
は平坦であり、柔軟に変形し、スイッチ作用を行うこと
ができる。そして、このリード14、16は中空構造の
ままで外側ハウジング32の外側に延びている。従っ
て、リード14、16は上記したガスの入口及び出口
(34、36)をも形成している。ただし、外側ハウジ
ング32には2つの開口部44、46があるが、これは
外側ハウジング32を冷却するためのものである。
【0033】図14及び図15は本発明の第9実施例を
示す図である。この実施例は図1の原理に基づき、リレ
ーを応用した構成のものである。図14に示されるよう
に、このガス浄化装置10はケース12を有し、ケース
12には2つの開口部を形成すべくパイプ18a、20
aが取り付けられている。図15はケース12の上部を
取り外した図であり、ガス浄化装置10は、可動接点リ
ード14と固定リード16とを含む。これらの可動接点
リード14と固定リード16の接点部の少なくとも一方
には、白金族からなる触媒(図示せず)が担持される。
【0034】ガス浄化装置10はさらに、2層に巻かれ
た、一対のリード14、16の接点部を互いに開かせあ
るいは閉じさせるための駆動用コイル22と、一対のリ
ード14、16に接続された接点負荷用コイル30とを
含む。駆動用コイル22は可動接点リード14の接点部
の近くにある磁極片50に磁気吸引力を作用させ、可動
接点リード14を固定リード16に対して開閉する。こ
のガス浄化装置10は図1のガス浄化装置10と基本的
には同様の構成を有し、従って、プラズマ作用と触媒作
用によるガス浄化作用を達成することができる。
【0035】図16及び図17は本発明の第10実施例
を示す図である。図16に示されるように、自動車52
の排気系には排気浄化装置54が設けられる。図17に
示されるように、この排気浄化装置54は、図1等を参
照して説明したガス浄化装置10を自動車の従来型の触
媒排気浄化装置56と直列に装着してなるものである。
従来型の三元触媒排気浄化装置56はペレットや多孔質
の支持体に触媒を担持させたものである。
【0036】好ましい態様において、このガス浄化装置
10が自動車の始動時にのみ活性化される。すなわち、
駆動用コイル22に電気が供給される。図18におい
て、破線CPRで示されるように、ガス浄化装置10は
自動車の始動時からただちに効果を発揮する。これに対
して、従来型の触媒排気浄化装置56は、実線Cで示さ
れるように、エンジンの温度がある程度上昇してから効
果を発揮する。従って、図17の構成によれば、エンジ
ンの始動時からただちに排気ガス浄化を行うことができ
る。
【0037】図19及び図20は本発明の第11実施例
を示す図である。このガス浄化装置10は、図17の排
気浄化装置54に使用されるのに適したものである。図
19及び図20において、ガス浄化装置10は外側金属
管60を含み、上記したように触媒を担持した一対のリ
ード14、16を装着した複数のケース12がスペーサ
62により一体化されて外側金属管60に収納されたも
のである。触媒41がケース12の外周に設けられ、そ
して、駆動用コイル22と、接点負荷用コイル30とが
ケース12を取り囲んでいる。
【0038】外側金属管60の外側にはパルスジェネレ
ータ24が取り付けられている。外側金属管60の内側
には貴金属メッキした有孔円筒66が配置されており、
この有孔円筒66はサポートスプリング68により外側
金属管60に固定される。ケース12は有孔円筒66の
内部にあり、図5の共通の支持部材38及び端子部材4
0を合わせたような絶縁被覆された端子接続部材70
が、外側金属管60及び有孔円筒66を貫通して延び
る。端子接続部材70は軸線方向に離れた位置に2つあ
り、それぞれにリード14、16に接続され且つリード
14、16を含むケース12を外側金属管60に固定す
る。端子接続部材70の外端部は電気装置72に接続さ
れる。
【0039】さらに、貴金属メッキした網状部材74
が、外側金属管60内でケース12の前に配置される。
矢印Gはガスの流れる方向を示しており、網状部材74
は臼の表面状の凹部をガスの流れの上流側へ向けて配置
されている。なお、排気管への接続用のフランジ等は省
略してある。このようにして、従来になかった自動車用
のガス浄化装置を得ることができる。
【0040】以上の実施例においては、磁気感応リード
14、16が直流電源に接続され、かつ、接点負荷用コ
イル30のインダクタンスLにより逆起電力eを生じさ
せることにより、グロー放電を生じさせていたものであ
る。さらに、本発明においては、交流を使用してグロー
放電を生じさせることができる。以下、交流駆動につい
て説明する。
【0041】図21は本発明の第12実施例を示す図で
ある。この実施例のガス浄化装置10は、交流有電源8
0を有し、接点負荷用コイル30を含まない。この点を
除くと、この実施例のガス浄化装置10は、図1から図
8の実施例とほぼ同様の構成部材を含むものである。
【0042】すなわち、ガス浄化装置10は、ケース1
2内に磁気感応リード14、16を挿入してなるもので
あり、磁気感応リード14、16の接点部14a、16
aには触媒層26、28が担持される。複数のケース1
2が外側ハウジング32に収容され、磁気感応リード1
4、16は端子部材40aにより外側ハウジング32の
外側に延長される。ただし、この端子部材40aは中空
形状に形成され、図13の中空のリード14、16と同
様に、ケース12の開口部(18、20)及び外側ハウ
ジング32のガスの入口及び出口(34、36)をも兼
用している。駆動用コイル22は外側ハウジング32の
外周に設けられている。従って、図1から図20の実施
例も接点負荷用コイル30を除くと交流駆動とすること
ができ、また、図21以降の実施例も、接点負荷用コイ
ル30を設けることにより直流駆動とすることもでき
る。
【0043】図21においては、磁気感応リード14、
16は高周波数の交流電源80に接続される。交流電源
80はインピーダンスを含むので、接点負荷用コイル3
0がなくてもグロー放電を生じさせることができること
が分かった。図22は、交流駆動によるグロー放電を示
す図である。この場合、交流電源80は30KHZ、上
下ピーク間で700Vを発生するものであった。最初
に、駆動用コイル22に通電すると、リード14、16
の接点部14a、16aが閉じ、リード14、16間に
電流が流れ、それから駆動用コイル22への通電オフに
より接点部14a、16aが開き、このときに上記した
ように、グロー放電が誘起される。
【0044】グロー放電が誘起されると、それが火種と
なって、印加交流の電圧の絶対値が所定の放電電圧にな
るとき、グロー放電が生じる。リード14、16の接点
部14a、16aの間の隙間が非常に小さいので、放電
開始電圧は例えば約200Vである。なお、放電開始電
圧は流れているガスの種類及び濃度により変化する。ま
た、交流電源のみでグロー放電を開始できる場合には、
駆動用コイル22を省略することもできる。このように
してグロー放電が継続し、リード14、16の接点部1
4a、16aは、実質的に動くことなく微小な一定の間
隔に維持されていると思われる。
【0045】図23は、NOX 濃度によって、直流駆動
によるガス浄化性能と、交流駆動によるガス浄化性能と
を示す図である。NOX 濃度が低いほどガス浄化性能が
高い。この図から明らかなように、交流駆動によるガス
浄化性能のほうが、直流駆動によるガス浄化性能よりも
かなり優れているという結果が出た。この理由は、図3
を参照して説明したように、直流駆動の場合のグロー継
続時間tg は、実際には非常に短いことによる。直流駆
動の場合には駆動用コイル22のオフ毎に1回ずつグロ
ー放電が生じるのであり、しかも、駆動用コイル22の
作動周波数もそれほど高くすることができない。しか
し、交流駆動によれば、交流の1サイクルに2度ずつグ
ロー放電が生じ、しかも容易に高周波数を使用すること
ができる。従って、図22のグロー放電は、実質的に連
続的に生じていると言える。グロー放電が連続的に生じ
ていれば、ガス浄化性能が優れるのは当然である。
【0046】従って、交流駆動の場合には、50Hzか
ら120KHzの範囲の周波数の交流を使用することが
できる。さらに好ましい周波数は、10KHzから50
KHzである。
【0047】図24及び図25は本発明の第13実施例
を示す図である。ガス浄化装置10は、ケース12内に
磁気感応リード14、16を挿入してなるものであり、
磁気感応リード14、16の接点部には触媒層(図示せ
ず)が担持される。この実施例においては、4個のケー
ス12が管状外側ハウジング32に収容され、磁気感応
リード14、16は中空の端子部材40に接続される。
これらの端子部材40は共通の支持部材38に取り付け
られ、共通の支持部材38が図示しない電源に接続され
る。外側ハウジング32はガスの入口34及び出口、3
6を有する。駆動用コイル22は外側ハウジング32の
内部で4個のケース12の周りに設けられている。4個
のケース12及び駆動用コイル22は共通の支持部材3
8によって封入された空間内にあり、浄化すべきガスに
よって汚染されないようになっている。この実施例の作
用は前の実施例の作用と同様である。
【0048】図26は本発明の第14実施例を示す図で
ある。ガス浄化装置10は、ケース12の内部に一対の
対向する電極膜14、16を挿入したものである。ケー
ス12はガスの入口及び出口となる2つの開口部18、
20を有する。電極膜14、16は交流電源(図示せ
ず)に接続される。この実施例では、電極膜14、16
は波形板状に形成され、波形の山の部分14p、16p
同志が対向してこれらの間に微小な隙間が形成されるよ
うになっている。この微小な隙間において、グロー放電
が生じる。さらに、電極膜14、16はロジウム(R
h)からなる触媒層として形成される。電極膜14、1
6はケース12の内壁面にロジウムを蒸着、あるいはス
パッタリングして形成される。ロジウムの代わりに上記
した触媒金属を使用できることは言うまでもない。こう
して、この電極膜14、16は実質的に2つの開口部1
8、20の間に延びる広い電極膜となる。
【0049】図27は本発明の第15実施例を示す図で
ある。ガス浄化装置10は、ケース12の内部に一対の
対向する電極膜14、16を挿入したものである。ケー
ス12はガスの入口及び出口となる2つの開口部18、
20を有する。電極膜14、16は交流電源(図示せ
ず)に接続される。この実施例では、電極膜14、16
は平板状に形成され、電極膜14、16間に微小な隙間
が形成されるようになっている。この微小な隙間におい
て、グロー放電が生じる。この場合にも、電極膜14、
16は、ロジウム等を蒸着、あるいはスパッタリングし
て形成される。
【0050】図27及び図28は本発明の第16実施例
を示す図である。ガス浄化装置10は、図5の実施例の
ように,外側ハウジング32内にケース12を収容した
ものであり、ケース12の内部に一対の対向する磁気感
応リード14、16が配置されている。ケース12はガ
スの入口及び出口となる2つの開口部18、20を有
し、外側ハウジング32の両端部は開口され、入口34
と出口36とを形成している。
【0051】図27に示されるように、ガス浄化装置1
0は、絶縁支持体82の上面に設けた2個の管状支持部
84、86の間に取り付けられるようになっている。管
状支持部84、86はそれぞれ外側ハウジング32の両
端の入口34及び出口36に接続され、ガスが例えば右
側の管状支持部84から外側ハウジング32及びケース
12に流され、左側の管状支持部86から流出するよう
になっている。さらに、管状支持部84、86には磁気
感応リード14、16を固定するための手段、及び磁気
感応リード14、16を電源に接続するための手段(図
示せず)が設けられている。さらに、絶縁支持体82の
下面には流量調節ボダン88が設けられ、流量調節ボダ
ン88に結合される流量調節手段(図示せず)が右側の
管状支持部84から外側ハウジング32へ流れるガスの
流量を調節できるようになっている。さらに、磁気感応
リード14、16はコイル状部分14c、16cを含
み、それによってケース14を弾性的に支持する。磁気
感応リード14、16に触媒が担持されることは言うま
でもない。
【0052】図30は本発明の第17実施例を示す図で
ある。上記した各実施例のガス浄化装置は、COx、C
mHn、NOx、SOx等の汚染ガスを効率よく浄化す
ることができる。最近では、自動車の排気ガスの中のN
Oxを浄化することが特に求められている。NOxは、
上記したように下式に従って反応し、無害なN2 に変化
する。 e+2NO → N2 +O2 +e 2e+2NO2 → N2 +2O2 +2e
【0053】本願の発明者は、NOxをさらに効率よく
浄化できる方法を検討した結果、自動車の排気ガスの中
の酸素成分の存在が上記反応の逆方向の反応を引き起こ
し、NOxの浄化性能を低下させることに気が付いた。
そこで、自動車の排気ガスの中の酸素成分を分離し、主
としてNOx成分を含むガスを上記した各実施例のガス
浄化装置に流すとNOxをさらに効率よく浄化できる。
なお、以下の説明はNOxを浄化する場合を例として説
明するが、NOx以外に、COx、CmHn、SOx等
についても同様である。
【0054】図30は、本発明の上記ガス浄化装置の上
流側に、ガス分離手段としてのガス分離膜モジュール9
0を配置した例を示す。図30は、ガス分離膜モジュー
ル90を図24の実施例と組合せた例を示しているが、
分離膜モジュール90を上記した各実施例と組み合わせ
て使用することができることは言うまでもない。
【0055】図30において、ガス分離膜モジュール9
0はガス選択分離膜91を含み、ガス選択分離膜91は
外筒90aの内部に配置されたものである。外筒90a
は、ガス入口90b、第1ガス出口90c、第2ガス出
口90dを有する。このガス選択分離膜91は、ガスの
種類毎に同膜91を透過する速度が異なる性質を備えた
種々の高分子材料で作られ、例えば酸素富化膜として公
知である。図30のガス選択分離膜91は中空糸と呼ば
れるタイプのものであり、外筒90aとともにモジュー
ル化され、例えば米国パーミア社、及び大同酸素(株)
から販売されている。
【0056】混合ガスは、ガス入口90bから入り、ガ
ス選択分離膜91で分離された主としてNOx成分を含
むガスが第1ガス出口90cから出て、ガス浄化装置の
外側ハウジング32の入口34に流される。そこで、酸
素含有が少なく、除去した汚染成分の多いガスが上記ガ
ス浄化装置のプラズマと触媒の相乗作用により効率よく
除去される。一方、ガス選択分離膜91で分離された主
として酸素を含むガスは第2ガス出口90dから出て、
ガス浄化装置の外側ハウジング32をバイパスし、外側
ハウジング32の下流側の排気管(図示せず)に流され
る。
【0057】図31は、図30の実施例の変形例を示す
図である。この例でも、ガス分離膜モジュール90はガ
ス選択分離膜91を含み、ガス選択分離膜91は外筒9
0aの内部に配置されたものである。外筒90aは、ガ
ス入口90b、第1ガス出口90c、第2ガス出口90
dを有する。このガス選択分離膜91は、ガスの種類毎
に同膜91を透過する速度が異なる性質を備えた種々の
高分子材料で作られ、例えば酸素富化膜として公知であ
る。図31のガス選択分離膜91は平板タイプのもので
ある。図31のガス分離膜モジュール90も図30のガ
ス分離膜モジュール90と同様に、混合ガスはガス入口
90bから入り、ガス選択分離膜91で分離された主と
してNOx成分を含むガスが第1ガス出口90cから出
て、ガス浄化装置の外側ハウジング32の入口34に流
される。ガス選択分離膜91で分離された主として酸素
を含むガスは第2ガス出口90dから出る。第1ガス出
口90cから出たガスは、酸素が少なく、除去した汚染
成分の多いガスが上記ガス浄化装置のプラズマと触媒の
相乗作用により効率よく除去される。
【0058】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
比較的に小型で、比較的に低電圧でグロー放電を生じさ
せることができ、かつ、プラズマの作用と触媒の作用と
を相乗的に組合わせることができ、多種類のガスに対応
できるガス浄化装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例を示す図である。
【図2】図1の駆動用コイルと、接点負荷用コイルの接
続を示す図である。
【図3】接点開離時のグロー放電を示す図である。
【図4】カスケードグロー放電を示す図である。
【図5】本発明の第2実施例を示す図である。
【図6】本発明の第3実施例を示す図である。
【図7】本発明の第4実施例を示す図である。
【図8】図7のコイルの接続を示す図である。
【図9】本発明の第5実施例を示す図である。
【図10】排気ガスの浄化性能を示す図である。
【図11】本発明の第6実施例を示す図である。
【図12】本発明の第7実施例を示す図である。
【図13】本発明の第8実施例を示す図である。
【図14】本発明の第9実施例を示す図である。
【図15】図14の内部を示す図である。
【図16】自動車を示す図である。
【図17】図16の排気系に設けられた本発明の第10
実施例を示す図である。
【図18】図17の作用を説明する図である。
【図19】本発明の第11実施例を示す図である。
【図20】図19の右端面図である。
【図21】本発明の第12実施例を示す図である。
【図22】図21の交流駆動によるグロー放電を示す図
である。
【図23】本発明の装置の直流駆動と交流駆動によるガ
ス浄化性能を示す図である。
【図24】本発明の第13実施例を示す図である。
【図25】図24の線XXV ─XXV に沿った断面図であ
る。
【図26】本発明の第14実施例を示す図である。
【図27】本発明の第15実施例を示す図である。
【図28】本発明の第16実施例を示す図である。
【図29】図28のガス浄化装置の拡大断面図である。
【図30】本発明の第17実施例を示す図である。
【図31】図30の実施例の変形例を示す図である。
【符号の説明】
12…ケース 14、16…リード 18、20…開口部 22…駆動用コイル 26、28…触媒層 30…接点負荷用コイル 32…外側ハウジング 34、36…ガス出入口 80…交流電源 90…ガス分離モジュール 91…ガス選択分離膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 B01J 23/40 ZAB A F01N 3/08 C

Claims (35)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ガスの流れのための少なくとも2つの開
    口部(18、20)を有するケース(12)と、該ケー
    ス内に配置され、少なくとも一対の対向する接点部(1
    4a、16a)を有する磁気感応リード(14、16)
    と、該少なくとも一対のリードの接点部を互いに開かせ
    あるいは閉じさせるための駆動用コイル(22)と、該
    少なくとも一対のリードに接続された接点負荷用コイル
    (30)と、該少なくとも一対のリードの接点部の少な
    くとも近傍に担持された触媒(26、28、41)とを
    備えることを特徴とするガス浄化装置。
  2. 【請求項2】 該触媒(26、28)が該少なくとも一
    対のリードの接点部(14a、16a)に担持されるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のガス浄化装置。
  3. 【請求項3】 該触媒(41)が該ケース(12)の周
    囲に担持されることを特徴とする請求項1又は2に記載
    のガス浄化装置。
  4. 【請求項4】 該ケースの少なくとも2つの開口部(1
    8、20)が該少なくとも一対のリードの接点部(14
    a、16a)の近傍に設けられ、該触媒(41)が該ケ
    ース(12)の周囲で該少なくとも2つの開口部を含む
    領域に設けられることを特徴とする請求項3に記載のガ
    ス浄化装置。
  5. 【請求項5】 該触媒が貴金属からなることを特徴とす
    る請求項1に記載のガス浄化装置。
  6. 【請求項6】 該触媒が白金属のうちの少なくとも2つ
    からなることを特徴とする請求項5に記載のガス浄化装
    置。
  7. 【請求項7】 該触媒が該少なくとも一対のリードに担
    持され、かつ白金属のうちの少なくとも2つからなり、
    さらに、該触媒の他に酸化セリウムが付加されることを
    特徴とする請求項6に記載のガス浄化装置。
  8. 【請求項8】 該駆動用コイル(22)と該接点負荷用
    コイル(30)とが、該ケース(12)の周囲に巻かれ
    ていることを特徴とする請求項1に記載のガス浄化装
    置。
  9. 【請求項9】 該駆動用コイル(22)が、矩形波パル
    スにより駆動されることを特徴とする請求項1に記載の
    ガス浄化装置。
  10. 【請求項10】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)が複数の対のリードからなり、該複数の対のリード
    が互いに時間をずらして駆動されることを特徴とする請
    求項1に記載のガス浄化装置。
  11. 【請求項11】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した少なくとも1つの該ケース(12)が外
    側ハウジング(32)に収納され、該外側ハウジングが
    ガスの入口及び出口(34、36)を有することを特徴
    とする請求項1に記載のガス浄化装置。
  12. 【請求項12】 該駆動用コイル(22)と該接点負荷
    用コイル(30)とが、該外側ハウジング(32)の周
    囲に巻かれていることを特徴とする請求項11に記載の
    ガス浄化装置。
  13. 【請求項13】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した該ケース(12)が複数の外側ハウジン
    グ(32a、32b、32c)にそれぞれに収納され、
    該複数の外側ハウジングが、ガスの流れにおいて直列に
    接続されることを特徴とする請求項11に記載のガス浄
    化装置。
  14. 【請求項14】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した複数のケース(12)が1個の外側ハウ
    ジング(32)に収納され、該各リード(14、16)
    が各ケースを貫通して外側に延び、かつ該ケースの外側
    に延びる同極性の複数のリードが該外側ハウジング内に
    おいて共通の支持板(38)に取り付けられ、端子部材
    (40)が該共通の支持板に取り付けられるとともに該
    外側ハウジング(32)を貫通して該外側ハウジングの
    外部に延びることを特徴とする請求項11に記載のガス
    浄化装置。
  15. 【請求項15】 該共通の支持板(38)が導電性のも
    のであることを特徴とする請求項14に記載のガス浄化
    装置。
  16. 【請求項16】 該端子部材(42)が中空構造のもの
    であり、かつ該外側ハウジングの該ガスの入口及び出口
    をそれぞれに形成することを特徴とする請求項15に記
    載のガス浄化装置。
  17. 【請求項17】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)が中空構造のものであり、かつ該ケースの該少なく
    とも2つの開口部をそれぞれに形成することを特徴とす
    る請求項1又は11に記載のガス浄化装置。
  18. 【請求項18】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した複数のケース(12)が1個の外側ハウ
    ジング(32)に収納され、該各リード(14、16)
    が各ケース及び該外側ハウジングを貫通して該外側ハウ
    ジングの外側に延び、該各リード(14、16)が中空
    構造のものであり、かつ該外側ハウジングの該ガスの入
    口及び出口及び該ケースの少なくとも2つの開口部を形
    成することを特徴とする請求項11に記載のガス浄化装
    置。
  19. 【請求項19】 該ガス浄化装置が自動車の排気系に装
    着されることを特徴とする請求項1に記載のガス浄化装
    置。
  20. 【請求項20】 該ガス浄化装置が自動車の排気系に自
    動車の触媒排気浄化装置(56)と直列に装着されるこ
    とを特徴とする請求項19に記載のガス浄化装置。
  21. 【請求項21】 該ガス浄化装置(10)が自動車の始
    動時にのみ活性化されることを特徴とする請求項20に
    記載のガス浄化装置。
  22. 【請求項22】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した複数のケース(12)が一体化されて外
    側金属管(60)に収納され、該外側金属管が自動車の
    排気系に装着されることを特徴とする請求項19に記載
    のガス浄化装置。
  23. 【請求項23】 該外側金属管(60)に該駆動用コイ
    ルを駆動するバルスジェネレータ(24)が取り付けら
    れていることを特徴とする請求項22に記載のガス浄化
    装置。
  24. 【請求項24】 貴金属メッキした有孔円筒(66)
    が、該複数のケース(12)と該外側金属管(60)と
    の間に挿入されることを特徴とする請求項22に記載の
    ガス浄化装置。
  25. 【請求項25】 貴金属メッキした網状部材(74)
    が、該外側金属管(60)内で該少なくとも一対のリー
    ドを装着したケース(12)の前に配置されることを特
    徴とする請求項22に記載のガス浄化装置。
  26. 【請求項26】 ガスの流れのための少なくとも2つの
    開口部(18、20)を有するケース(12)と、該ケ
    ース内に配置された少なくとも一対の対向した電極(1
    4、16)と、該少なくとも一対の電極にグロー放電を
    生じさせる交流電源(80)と、該少なくとも一対の電
    極に担持された触媒(26、28、41)とを備えたこ
    とを特徴とするガス浄化装置。
  27. 【請求項27】 該少なくとも一対の電極が対向した接
    点部(14a、16a)を有する磁気感応リード(1
    4、16)からなることを特徴とする請求項26に記載
    のガス浄化装置。
  28. 【請求項28】 該少なくとも一対のリードの接点部を
    互いに開かせあるいは閉じさせるための駆動用コイル
    (22)を備えることを特徴とする請求項27に記載の
    ガス浄化装置。
  29. 【請求項29】 該少なくとも一対の電極が実質的に該
    少なくとも2つの開口部の間に延びる広い電極膜からな
    ることを特徴とする請求項26に記載のガス浄化装置。
  30. 【請求項30】 該触媒が貴金属からなることを特徴と
    する請求項26に記載のガス浄化装置。
  31. 【請求項31】 該少なくとも一対の電極を装着した少
    なくとも1つの該ケース(12)が外側ハウジング(3
    2)に収納され、該外側ハウジングがガスの入口及び出
    口(34、36)を有することを特徴とする請求項26
    に記載のガス浄化装置。
  32. 【請求項32】 該少なくとも2つの開口部(18、2
    0)と、前記少なくとも一対の対向した電極(14、1
    6)と、前記触媒(26、28、41)とを有するケー
    ス(12)の上流側に、浄化すべきガスを選択的に分離
    するガス分離手段(90)を設けたことを特徴とする請
    求項1又は26に記載のガス浄化装置。
  33. 【請求項33】 該少なくとも一対のリード(14、1
    6)を装着した少なくとも1つの該ケース(12)が外
    側ハウジング(32)に収納され、該外側ハウジングの
    上流側に、浄化すべきガスを選択的に分離するガス分離
    手段(90)を設けたことを特徴とする請求項32に記
    載のガス浄化装置。
  34. 【請求項34】 該ガス分離手段(90)がガス選択分
    離膜(91)を含むことを特徴とする請求項33に記載
    のガス浄化装置。
  35. 【請求項35】 該ガス選択分離膜(91)が主として
    酸素と窒化化合物とを分離し、分離された窒化化合物を
    該ケース(12)内に流すようにしたことを特徴とする
    請求項34に記載のガス浄化装置。
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