JPH0975671A

JPH0975671A - ガス反応器

Info

Publication number: JPH0975671A
Application number: JP7230457A
Authority: JP
Inventors: Akinori Ishii; 昭典石井; Takeshi Minobe; 剛弥延; Yuji Hayashi; 佑二林
Original assignee: Hokushin Industries Corp; Fujitsu Ltd; Hokushin Industry Co Ltd
Current assignee: Hokushin Industries Corp; Fujitsu Ltd; Hokushin Industry Co Ltd
Priority date: 1995-09-07
Filing date: 1995-09-07
Publication date: 1997-03-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスを効率的に活性化ないし浄化できるガス
反応器を提供する。【解決手段】本発明のガス反応器は、吸気口１４の前
段に脱酸素処理部３０が設けられており、排気ガスが筒
状部材３２内に供給されると、この排気ガス中に存在す
る酸素は、陰極とされた電極３４の表面に化学的な親和
力で吸着される。電極３４に吸着された酸素は、電源３
８から電子の供給を受けて、この電子と、電極３４によ
る触媒活性により酸素イオン（Ｏ^2-）に還元される。酸
素イオンは電極３４、３６間の電位差に従って筒状部材
３２中を移動し、陽極である電極３６まで移動する。酸
素イオンは電極３４で電子を放出し再び酸素分子（Ｏ
₂ ）となって電極３６の外部空間に放出される。ガス中
から酸素が除去されたガスが吸気口１４を介してハウジ
ング１０内へ流入して、ガスの活性化ないし浄化がなさ
れる。この場合、酸素が除去されたガスが活性化ないし
浄化される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガス反応器に関す
るものであって、より詳しくは、工場や自動車などから
排出されるガスを効率よく活性化ないし浄化するための
ガス反応器に関する。

【０００２】

【従来の技術】工業技術の発展に伴って、各種工場から
排出される排気ガス中の有害成分が、地域住民の健康を
害し、ぜんそくなどの呼吸器系の病気を引き起こすばか
りでなく、大気汚染の重要な要因となってきたことは周
知のとおりであり、また、近年、とみに自動車産業の発
展に伴って、自動車、特にディーゼル車から排出される
ＣＯ_X 、ＮＯ_X 、ＳＯ_X などの汚染ガスが、沿道住民の
みならず、これまた大気汚染の原因となっていること
は、全世界的な問題として認識されていることであり、
その対策が急がれているところである。

【０００３】その対策としては、工場排気ガスのように
大規模な対策が必要なものから、自動車のように比較的
コンパクトな装置が要求されるものまで、さまざまな排
気ガス装置が提案されている。これら、従来のガス反応
器では、汚染ガスの浄化性能を上げるためには、複数個
の比較的大きな装置を組み合わせたり、多量の触媒を使
用したりする必要がある。そのため、装置が大型化した
り、装置のコストが高くなるという問題がある。このた
め、装置の小型化、コスト低減を図るための種々の提案
がなされており、その一例として、プラズマ放電を利用
したガス反応器を利用したガス反応器などが有効なもの
として使用されてきている。

【０００４】ところが、これらガス反応器の性能面での
レベルが必ずしも満足できるものではなく、排気ガス対
策が遅々として進まない現状に、行政側もこれを黙認す
ることができず、さらに高いレベルの排気ガス対策を求
めてきている。このような現状にあって、最近になっ
て、触媒を用いたガス浄化方法と、放電プラズマを利用
したガス浄化方法とを組み合わせた効率的にガスを浄化
できるガス反応器が提案された（「信学技報」1993-01
社団法人電子情報通信学会）。この報文によれば、リ
ードスイッチを用いた触媒・プラズマ・リアクタ素子を
用いて、ＮＯ_X 、ＳＯ_X 、ＣＯ_x などの処理対象ガスを
分解することにより、Ｒｎ接点金属の触媒作用とグロー
放電のプラズマ分解作用の両作用を相乗させ、効率的な
ガスの浄化が達成されることが報告されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記報
文は、相乗的にガス浄化を達成しうるシステムの基本的
な理論が説明されているだけで、具体的にどのような装
置が使用されるものであるのかは開示されていない。

【０００６】

【発明の目的】そこで、本発明の目的は、工場や自動車
などから排出されるガスを効率よく活性化ないし浄化で
きるガス反応器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、より効果
的なガス反応器の具体化を試行錯誤により検討した結
果、ハウジング内に導入されたガスに、回転するファン
によって乱流を起こさせると共に、プラズマ発生手段に
より、回転羽根とハウジングとのギャップにグロー放電
を発生させ、このグロー放電に伴うプラズマ作用による
ガスの浄化を行わせるか、および／または、回転羽根の
表面、および／または、ハウジングの内壁に形成された
触媒作用を有する金属層との接触面積を大きくすること
によって、効率的に相乗的なガス浄化作用を達成し得る
ガス反応器を完成するに至った。しかも、吸気口の前段
に、脱酸素機構が設けられ、この脱酸素機構に、ガスを
接触させ、酸素の含量を低くした状態で、前記金属層お
よび／またはプラズマに接触させることにより、著しく
効果的なガス反応を達成できるガス反応器を完成するに
至った。

【０００８】すなわち、本発明によれば、少なくとも１
枚の回転羽根を有するファンと、ガスが流入される吸気
口と該吸気口から流入されたガスを排出するための排出
口を備えると共に前記ファンを前記回転羽根との間にギ
ャップを有した状態で収容するハウジングと、前記ハウ
ジングの内面の前記回転羽根と対向する部位及び回転羽
根の表面の少なくとも一方に形成された触媒作用を有す
る金属層と、前記吸気口よりもガスの流れ方向上流側に
配置された脱酸素機構と、を備えており、前記脱酸素機
構が、固体電解質セラミックスによって形成された筒状
部材と、酸素還元触媒活性及び電子導電性を有する金属
又は金属酸化物セラミックスからなり前記筒状部材の内
面に固着される第１電極と、酸素還元触媒活性及び電子
導電性を有する金属又は金属酸化物セラミックスからな
り前記筒状部材の外面に固着される第２電極と、前記第
１電極と第２電極との間に電流を印加する電流印加手段
と、を備えてなることを特徴とするガス反応器が提供さ
れる。

【０００９】また、本発明によれば、請求項１記載のガ
ス反応器であって、前記筒状部材の前記第１電極及び第
２電極の固着された部位を加熱する加熱手段が設けられ
てなるガス反応器が提供される。

【００１０】また、本発明によれば、請求項１又は２記
載のガス反応器であって、プラズマを前記ギャップに発
生させるプラズマ発生手段を備えてなるガス反応器が提
供される。

【００１１】また、本発明によれば、請求項１ないし３
のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記金属層
が、複数種類の金属を露出状態で固着したものであるガ
ス反応器が提供される。

【００１２】また、本発明によれば、請求項１ないし４
のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記金属層
が、複数種類の金属を積層状態で形成したものであるガ
ス反応器が提供される。

【００１３】また、本発明によれば、請求項１ないし５
のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記金属層
が、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムの少なく
とも１種類の貴金属が固着されたものであるガス反応器
が提供される。

【００１４】また、本発明によれば、少なくとも１枚の
回転羽根を有するファンと、ガスが流入される吸気口と
該吸気口から流入されたガスを排出するための排出口を
備えると共に前記ファンを前記回転羽根との間にギャッ
プを有した状態で収容するハウジングと、プラズマを前
記ギャップに発生させるプラズマ発生手段と、前記吸気
口のガスの流れ方向上流側に配置された脱酸素機構と、
を備えており、前記脱酸素機構が、固体電解質セラミッ
クスによって形成された筒状部材と、酸素還元触媒活性
及び電子導電性を有する金属又は金属酸化物セラミック
スからなり前記筒状部材の内面に固着される第１電極
と、酸素還元触媒活性及び電子導電性を有する金属又は
金属酸化物セラミックスからなり前記筒状部材の外面に
固着される第２電極と、前記第１電極と第２電極との間
に電圧を印加する電圧印加手段と、前記筒状部材の前記
第１電極及び第２電極の固着された部位を加熱する加熱
手段と、を備えてなることを特徴とするガス反応器が提
供される。

【００１５】また、本発明によれば、請求項３又は７記
載のガス反応器であって、前記プラズマ発生手段が、ハ
ウジングの外壁面に設けられた磁石層と、前記ハウジン
グの内壁面に設けられた電極(a) と、前記内壁面と対向
したファンの少なくとも先端部に設けられた電極(b)
と、両電極間に高周波を印加することによって高密度の
プラズマを発生可能な高周波印加手段と、を備えてなる
ガス反応器が提供される。

【００１６】また、本発明によれば、請求項１ないし８
のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ハウジ
ング内の前記ギャップよりもガスの流れ方向上流側に、
ガスの流れ方向へ向けて次第に外径が大きくなるガス流
変更部材が設けられてなるガス反応器が提供される。

【００１７】また、本発明によれば、請求項９記載のガ
ス反応器であって、前記ガス流変更部材が、円すい形状
に設けられているガス反応器が提供される。

【００１８】また、本発明によれば、請求項１ないし１
０のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記回転
羽根が、同一の回転軸に複数設けられ各々が回転軸と一
体となって回転するガス反応器が提供される。

【００１９】また、本発明によれば、請求項１ないし１
０のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記回転
羽根が、同一の回転軸に複数設けられ各々が独立に回転
軸に対して相対回転するガス反応器が提供される。

【００２０】また、本発明によれば、請求項１ないし１
２のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記回転
羽根の回転方向の断面形状が、階段状を形成しているガ
ス反応器が提供される。

【００２１】また、本発明によれば、請求項１ないし１
３のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記回転
羽根の平面形状が、左右非対称であるガス反応器が提供
される。

【００２２】また、本発明によれば、前記回転羽根の長
さが、少なくとも部分的に異なるガス反応器が提供され
る。

【００２３】また、本発明によれば、請求項１ないし１
２のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記回転
羽根が請求項１３ないし１５に記載された少なくとも２
種を併用したものであるガス反応器が提供される。

【００２４】また、本発明によれば、請求項１ないし１
６のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ハウ
ジングの内壁が略円筒形に形成されたものであるガス反
応器が提供される。

【００２５】また、本発明によれば、請求項１ないし１
７のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ハウ
ジングの内壁に凹凸面が形成されているガス反応器が提
供される。

【００２６】また、本発明によれば、請求項１ないし１
８のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ハウ
ジングの内壁が傾斜状に形成されているガス反応器が提
供される。

【００２７】また、本発明によれば、請求項１ないし１
９のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ファ
ンが、吸気口から吹き込まれるガス圧によって回転可能
に構成されたものであるガス反応器が提供される。

【００２８】また、本発明によれば、請求項１ないし２
１のいずれか１項記載のガス反応器であって、前記ファ
ンが、動力源によって回転可能に構成されたものである
ガス反応器が提供される。

【００２９】また、本発明によれば、請求項１ないし２
１記載のガス反応器であって、前記ガス反応器が、産業
用エンジンの吸気系又は排気系に装着されたものである
ガス反応器が提供される。

【００３０】

【発明の実施の形態】請求項１の発明に係るガス反応器
では、吸気口を介してハウジング内に流入されたガス
は、ファンの回転によって乱流とされ、ハウジングの内
面の前記回転羽根と対向する部位及び回転羽根の表面の
少なくとも一方に形成された触媒作用を有する金属層に
きわめて効果的に接触して、効率的な活性化ないし浄化
がなされる。

【００３１】しかも、請求項１の発明では、ハウジング
内にガスが流入する前に、ガスは、脱酸素機構に接触し
て、ガス中の酸素濃度が低減される。このため、触媒作
用を有する金属に接触することによるガスの活性化ない
し浄化がより効果的になされる。すなわち、請求項１の
発明では、固体電解質セラミックスからなる筒状部材の
内面及び外面の各々に、酸素還元触媒活性及び電子導電
性を有する金属又は金属酸化物セラミックスからなる第
１電極及び第２電極が固着されている。このため、第１
電極とび第２電極が接する空気中の酸素の濃度差によっ
て、Nernstの式に従って起電力を生じ酸素センサーとな
る。この場合において、第１電極／筒状部材／第２電極
では、第１電極の還元触媒作用による酸素のイオン化、
酸素イオン（Ｏ^2-）の筒状部材中の移動、第２電極での
酸素イオン（Ｏ^2-）の酸化、Ｏ₂ガスの放出が起こる。
さらに、第１電極及び第２電極間に電流印加手段によっ
て、直流電流を印加すると、第１電極／筒状部材／第２
電極を通じて酸素イオン（Ｏ^2-）が移動する酸素ポンプ
となり、移動した酸素イオンが第２電極で酸化されて酸
素となって筒状部材外部へ放出される。

【００３２】また、請求項２の発明に係るガス反応器で
は、請求項１の構成に加えて加熱手段が設けられてお
り、この加熱手段によって、筒状部材の第１電極及び第
２電極の固着された部位が加熱され、顕著な酸素イオン
拡散がなされ、筒状部材中のガスから酸素が極めて効率
的に除去される。

【００３３】請求項３の発明に係るガス反応器は、請求
項１の発明と同様、吸気口を介してハウジング内に流入
されたガスは、ファンの回転によって乱流とされ、触媒
作用を有する金属層にきわめて効果的に接触して、効率
的な活性化ないし浄化がなされる。さらに、請求項３の
発明では、請求項１のガス反応器の構成に加えてプラズ
マを前記ギャップに発生させるプラズマ発生手段が設け
られている。このため、請求項１における金属層の触媒
によるガスの活性化ないし浄化に加えて、プラズマによ
るガスの活性化ないし浄化がなされ、ガスの活性化ない
し浄化がより効率的になされる。請求項３の発明では、
ファンの回転によって、プラズマは、リング状に、か
つ、ガスの流れ方向へ奥行きを持った状態となるので、
ガスとプラズマとの接触時間が充分に確保され、ガスの
活性化ないし浄化力が高められる。

【００３４】請求項４の発明に係るガス反応器では、請
求項１ないし３のいずれか１項記載のガス反応器であっ
て、前記金属層が、複数種類の金属を露出状態で固着し
たものである。このため、ハウジング内に流入されたガ
スが、複数種類の金属層の各々により触媒作用を受け、
ガスの活性化ないし浄化が効率的に行える。

【００３５】請求項５の発明に係るガス反応器では、請
求項１ないし４のいずれか１項記載のガス反応器であっ
て、前記金属層が、複数種類の金属を積層状態で形成さ
れている。これによりガスが異なった種類の金属層に接
触して、効率的に活性化ないし浄化される。

【００３６】請求項６の発明に係るガス反応器は、金属
層が、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムの少な
くとも１種類の貴金属が固着れおり、白金等の貴金属が
ガスの活性化ないし浄化に有効に作用する。

【００３７】請求項７の発明に係るガス反応器は、触媒
を有する金属層を設けてない点を除けば、請求項２の発
明と構成が同一であり、請求項３記載の発明と同様のプ
ラズマによる作用により、効率的にガスの活性化ないし
浄化がなされる。

【００３８】請求項８の発明に係るガス反応器は、ハウ
ジングの外壁面及び内壁面の各々に設けられた磁石層及
び電極(a) と、ハウジングの内壁面と対向したファンの
少なくとも先端部に設けられた電極(b) と、両電極間に
高周波を印加することによって高密度のプラズマを発生
可能な高周波印加手段と、によって高密度のプラズマが
発生可能となっており、高密度のプラズマによってガス
の活性化ないし浄化が効率的に行われる。

【００３９】請求項９の発明に係るガス反応器は、ハウ
ジング内のギャップよりもガスの流れ方向上流側に、ガ
スの流れ方向へ向けて次第に外径が大きくなるガス流変
更部材が設けられている。したがって、ハウジング内へ
流入されたガスは、ガス流変更部材の表面に当たって、
ハウジングの内壁面へ向かうようなガス流とされ、ハウ
ジング内面の回転羽根と対向する部位及び回転羽根の表
面の少なくとも一方に形成され触媒作用を有する金属層
にガスを効率良く接触させることができ、および／又は
プラズマにガスを効率良く接触させることができるた
め、ガスの活性化ないし浄化が効率的になされる。

【００４０】請求項１０の発明に係るガス反応器は、ガ
ス流変更部材が、円すい形状に設けられており、ハウジ
ング内へ流入されたガスは、請求項９の発明と同様の作
用により、効率よく活性化ないし浄化される。

【００４１】請求項１１の発明に係るガス反応器は、回
転羽根が、同一の回転軸に複数設けられ各々が回転軸と
一体となって回転するように構成されている。このた
め、ハウジング内に流入されたガスが、回転軸と一体回
転する回転羽根によって乱流とされ、さらに、この乱流
が、回転軸と一体回転する他の回転羽根によって、さら
に、広領域に拡散するような複雑な乱流となる。これに
より、触媒とガスとの接触、および／またはプラズマと
ガスとの接触がより効率的になって著しく卓越したガス
活性化ないし浄化効果が発揮される。

【００４２】請求項１２の発明に係るガス反応器は、同
一の回転軸に複数設けられ各々が独立に回転軸に対して
相対回転するように構成されている。これによれば、ハ
ウジング内に導入されたガスが、回転軸に対して相対回
転する回転羽根によって乱流とされ、さらに、この乱流
が、回転羽根とは独立かつ回転軸に対して相対回転する
他の回転羽根によって、さらに、広い領域に拡散するよ
うな複雑な乱流となる。これにより、触媒とガスとの接
触、および／またはプラズマとガスとの接触がより効率
的になって著しく卓越したガス活性化ないしガス浄化効
果が発揮される。

【００４３】請求項１３の発明に係るガス反応器は、回
転羽根の回転方向の断面形状が、階段状に構成されてい
る。このため、ガスの流れを、ハウジング内面の回転羽
根と対向する部位及び回転羽根の表面の少なくとも一方
に形成され触媒作用を有する金属層と効率的に接触さ
せ、および／またはガスの流れをプラズマと効率的に接
触させることのできるような流れにでき、ハウジング内
に流入されたガスの活性化ないし浄化が効率的になされ
る。

【００４４】請求項１４の発明に係るガス反応器は、回
転羽根の平面形状が、左右非対称に構成されている。こ
のため、これにより、ガスの流れを、ハウジング内面の
回転羽根と対向する部位及び回転羽根の表面の少なくと
も一方に形成され触媒作用を有する金属層と効率的に接
触、および／またはガスの流れをプラズマと効率的に接
触させることのできるような流れにすることができ、ハ
ウジング内に流入されたガスの活性化ないし浄化が効率
的になされる。

【００４５】請求項１５の発明に係るガス反応器は、回
転羽根の長さが、少なくとも部分的に異なった状態の構
成されている。このため、ガスの流れは、ハウジング内
面の回転羽根と対向する部位及び回転羽根の表面の少な
くとも一方に形成され触媒作用を有する金属層と効率的
に接触、および／またはガスの流れをプラズマと効率的
に接触させることのできるような流れにされ、ハウジン
グ内に流入されたガスの活性化ないし浄化が効率的にな
される。

【００４６】請求項１６の発明に係るガス反応器は、回
転羽根が請求項１３ないし１５に記載された少なくとも
２種を併用して構成されている。このため、ガスの流れ
は、ハウジング内面の回転羽根と対向する部位及び回転
羽根の表面の少なくとも一方に形成され触媒作用を有す
る金属層と効率的に接触、および／またはガスの流れを
プラズマに効率的に接触させることのできるような流れ
にされ、ハウジング内に流入されたガスの活性化ないし
浄化が効率的になされる。

【００４７】請求項１７の発明に係るガス反応器は、ハ
ウジングの内壁が略円筒形に形成されている。これによ
り、プラズマによるガスの反応速度が速くなると共に、
プラズマによる反応により生じた活性種の活性寿命が長
くなり、効率的なガス活性化ないしガス浄化がなされ
る。

【００４８】請求項１８の発明に係るガス反応器は、ハ
ウジングの内壁に凹凸面が形成されている。このため、
プラズマによるガスの反応速度が速くなると共に、プラ
ズマによる反応により生じた活性種の活性寿命が長くな
り、ハウジング内に流入されたガスの活性化ないし浄化
が効率的になされる。

【００４９】請求項１９の発明に係るガス反応器は、ハ
ウジングの内壁が傾斜状に形成されている。このため、
プラズマによるガスの反応速度が速くなると共に、プラ
ズマによる反応により生じた活性種の活性寿命が長くな
り、ハウジング内に流入されたガスの活性化ないし浄化
が効率的になされる。

【００５０】請求項２０の発明に係るガス反応器は、フ
ァンが、吸気口から吹き込まれるガス圧によって回転可
能に構成されている。このため、ファンを駆動するため
の駆動装置が不要となる。

【００５１】請求項２１の発明に係るガス反応器は、フ
ァンが、動力源によって回転可能に構成されている。こ
のため、ファンの回転数を動力源によって、ガスの乱流
状態を高める回転数に調節することにより、効率的なガ
スの活性化ないし浄化がなされる。

【００５２】請求項２２の発明に係るガス反応器は、ガ
ス反応器が、産業用エンジンの吸気系、排気系、及び燃
料系の少なくとも一の系に装着されるものである。本発
明の態様として、ガス反応器を産業用エンジンの排気系
のみに設けた場合には、産業用エンジンから排出される
ガスは、排気系においてガス反応器によって、活性化な
いし浄化されてクリーンな状態とされる。また、ガス反
応器を産業用エンジンの吸気系のみに設けた場合は、予
め活性化ないし浄化されたガスがエンジン内に取り込ま
れるため、エンジンから排出されるガスがクリーンなも
のとなる。なお、本発明において、産業用エンジンと
は、自動車、船舶、トラクター等に設けられるエンジン
を意味している。

【００５３】

【発明の具体的説明】本発明のガス反応器の構成を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明のガス反応器の
一例を示す側断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断
面図である。本発明のガス反応器は、ガス反応部２０及
びこの前段に設けられる脱酸素処理部３０を備えてい
る。ガス反応部２０は、ハウジング１０を備えており、
このハウジング１０に、吸気口１４と排気口１５が形成
されている。ハウジング１０内には、回転羽根１１を有
するファン１２が配置されている。

【００５４】ファン１２は、図１には、ハウジング１０
内に２個設けられているが、３個以上であってもよく、
単一個であってもよい。本発明においては、回転するフ
ァン１２とハウジング１０の内壁１３との微小ギャップ
１９にグロー放電を生じせしめることが重要であるが、
さらに、ハウジング１０内をガスが乱流状態で流通する
ことも、ガス浄化効率の点で好ましいものである。な
お、図１には、図示していないが、ハウジング１０の内
壁１３及び回転羽根１１の前記内壁と対向する部位に
は、各々電極設けられると共に、これらの電極間に高周
波を印加する高周波印加手段が設けられており、微小ギ
ャップ１９にプラズマを発生させることができるように
なっている。

【００５５】本発明では、上記の如く、ガスがハウジン
グ１０内を乱流状態で流通することが望ましく、したが
って、回転状態の回転羽根１１と、ハウジング１０の内
壁１３とが一定の間隔で構成されているもの、つまり、
内壁１３が円筒形状の構成が最も好ましいものであり、
この構成に加えて、さらに内壁面に凹凸を形成したり、
傾斜状に形成したり、あるいはこれらの構成を適宜組み
合わせることによって、より一層効率的なガス浄化効果
が達成される。

【００５６】またファン１２は、少なくとも１枚の回転
羽根１１を有することを基本構成とするものであり、そ
の回転羽根１１は、図３に示すように回転方向の断面形
状が階段状のもの、平面形状が左右非対称であるもの、
羽根の長さが少なくとも部分的に異なるもの、あるい
は、これら回転羽根１１の構成の少なくとも２種を併用
したものを使用することがガス浄化効率の点で一層優れ
ている。

【００５７】また、ファン１２の他の態様として、ファ
ン１２にガス流変更部材２５が固着されたものを挙げる
ことができる（図４参照）。すなわち、図４に示す如
く、ファン１２における回転羽根１１よりも吸気口１４
側には、円すい形状のガス流変更部材２５が設けられて
いる。このガス流変更部材２５は、吸気口１４側から排
気口１５側へ向けて外径が次第に大きくなるように配置
されている。このように、ファン１２にガス流変更部材
２５を設けることにより、吸気口１４を介して、ハウジ
ング１０内に流入したガスは、ガス流変更部材２５の外
周面２５Ａに当たって、この外周面２５Ａにガイドされ
て、ハウジング１０の内壁１３へ向かう流れとなる。し
たがって、ガスは、ファン１２と内壁１３との微小ギャ
ップ１９に確実に供給されるようになり、グロー放電に
よるガスの浄化が極めて有効に行える。

【００５８】上記では、ガス流変更手段２５を円すい形
状にしているが、ガス流変更手段２５は、外周が、吸気
口１４側から排気口１５側へ向けて外形が次第に大きく
なるようなものであればよく、例えば、三角すい形状、
四角すい形状、円すい台形状等であってもよい。また、
ファン１２としては、回転軸（図示せず）に２枚の回転
羽根を固着させる態様を挙げることができる。なお、回
転軸は、動力源に連結して構成することができ、この動
力源によって、回転軸が回転すると、２枚の回転羽根も
回転軸と共に回転する。

【００５９】この構成によれば、ハウジング１０内に導
入されたガスは、回転軸と一体回転する回転羽根によっ
て乱流とされ、さらに、この乱流が、回転軸と一体回転
する他方の回転羽根によって、さらに、広領域に拡散す
るような複雑な乱流となるため、その分触媒との接触面
積が大となるので分解効率が高くなり、ガス浄化効率の
点で好ましい。なお、上記では、回転軸に固着する回転
羽根を２枚としているが、３枚以上固着しても、ガス浄
化に好適な乱流を形成する効果を十分に発揮できること
は言うまでもない。

【００６０】また、ファン１２は、２枚の回転羽根を、
回転軸に、回転可能に支持させて、各々の回転羽根が各
々別個独立に、回転軸に対して相対回転するように構成
できる。この場合、動力源との接続はあってもよいが、
動力源がなくても、ガス圧によって回転羽根を各々別個
独立に回転させることができる。この構成によれば、ハ
ウジング１０内に導入されたガスが回転軸に対して相対
回転する回転羽根によって乱流とされ、さらに、この乱
流が、この回転羽根とは別個独立にかつ回転軸に対して
相対回転する他の回転羽根によって、さらに、広領域に
拡散するような複雑な乱流となるため、ガス浄化効率の
点で好ましい。なお、上記では、回転軸に対して相対回
転可能な回転羽根を２枚設けているが、３枚以上設けて
も、ガス浄化に好適な乱流を形成する効果を十分に発揮
し得るのは言うまでもない。

【００６１】前記吸気口１４、及び排気口１５は、ハウ
ジング１０の対向する面にそれぞれ設けられていること
が好ましく、その形状は、必ずしも図１に示したように
ハウジング１０の中央部分に形成されている必要はな
く、例えば、ガスの進入方向および排出方向の壁面に、
少なくとも部分的にすのこ状または格子状などの任意の
形状の開口が形成されていれば良い。またその構成部位
は、図１に示したように横方向の両サイドに形成するば
かりでなく、図５に示すように、上下方向に形成しても
良いことはもちろんであり、その際には、入口と出口
は、ハウジング１０の一方の端部から他方の端部にガス
が流通するように設けることが浄化効率の点で好まし
い。

【００６２】本発明においては、該ファン１２の回転羽
根１１面、及びハウジング１０の内壁１３の少なくとも
一方に、触媒作用を有する金属層を形成しておくことに
技術的な特徴を有している。触媒作用を有する金属は、
従来、知られており、例えば、遷移金属として分類され
るイリジウム、クロム、コバルト、ジルコニウム、セシ
ウム、タングステン、タンタル、チタン、鉄、テルル、
ニオブ、ニッケル、白金、バナジウム、ハフニウム、パ
ラジウム、マンガン、モリブデン、ルテニウム、レニウ
ム、ロジウムなどが例示される。これらの中でも、白
金、パラジウム、ルテニウム、ロジウムの貴金属が最も
好ましく使用される。

【００６３】これらの金属層を形成するには、自体公知
の電気メッキ方法または化学メッキ方法によるメッキ法
が好ましく採用されるが、該金属を箔状にして接着剤で
固着するなどの任意の方法も採用できる。メッキ法にて
金属層を形成する場合には、使用する金属の種類によっ
ても相違するが、通常、室温ないし５０℃で２０分ない
し２時間の条件でメッキ層を構成することができる。金
属層の厚みは特に限定されるわけではないが、通常、３
ないし１０μｍ程度に形成されることが好ましい。

【００６４】上記に例示した触媒作用を有する金属は、
ＮＯ_X 等の大気汚染物質の浄化に効果を発揮できるが、
パラジウムは、特に、Ｃ_m Ｈ_n （ＣＨ₄ 、Ｃ₂ Ｈ₄ 等）
の浄化に極めて優れていることが判明した。

【００６５】ハウジング１０を構成する材質は、金属、
ガラス、セラミックス、あるいはメッキ等によって金属
層の形成が可能なポリフェニレンエーテルなどの機能性
高分子材料で構成することができる。本発明のファン１
２は、羽根に金属層を形成することが必要であると共
に、プラズマ発生手段によって微小ギャップ１９にグロ
ー放電が生じることが必要であり、その要求に応えるた
めに、金属によって構成されていることが好ましい。

【００６６】本発明において、前記金属層は、前述した
ファン１２の羽根の枚数や形状と共にさまざまな組み合
わせによって、より効率的なガス浄化が達成されるもの
である。すなわち、ファン１２の回転羽根１１の枚数お
よび形状は、回転によってグロー放電が一層生じ易いよ
うに構成されることが好ましく、図６に示すように、回
転方向に対して隙間（ｇａｐ）が小から大へ広がるよう
な形状に構成することが好ましい。また、回転羽根１１
およびハウジング内壁に形成される金属層は、単独の金
属ばかりでなく、同時に複数の金属を固着して、よりす
ぐれたガスの浄化効率を高めることができる。

【００６７】その一例として、回転羽根１１の表面に複
数の金属、例えば、白金とパラジウムが露出した状態で
任意の形状に組み合わせて金属層を形成する態様が挙げ
られる。また、少なくとも２枚の羽根にそれぞれ異なる
金属層を形成する態様、つまり、１枚の羽根の表面に白
金層を形成し、他の羽根の表面にパラジウム層を形成す
るものも、ガス浄化効率を効率的に達成するために有効
である。さらに、少なくとも１枚の羽根に複数の金属を
積層状態で形成する態様、つまり、例えば、羽根の表面
に第１層として白金の層を形勢し、その上からパラジウ
ムの層を形成する例が挙げられる。この場合は、表面層
を構成する金属が摩耗等によって消耗したとしても、第
２層を形成する金属層が、新たにガス浄化機能を発揮す
ることができるようになる。

【００６８】また、かかる金属層の形成は、ハウジング
内壁についても当然あて嵌まり、複数の金属を露出状態
で組み合わせたり、積層状態で形成することは回転羽根
１１の場合と同様に有効である。これらの態様におい
て、金属の種類を任意に変更したり、各態様を任意に組
み合わせて用いることは当然本発明の技術思想に包含さ
れるものであることが理解されるであろう。

【００６９】本発明のガス反応器におけるファン１２
は、動力源のＯＮ／ＯＦＦで、始動／停止するように構
成した場合は、回転速度の調整が任意にできることか
ら、一層有効なガス浄化効率が挙げられるが、あえて動
力源を使用しなくとも、装置内に吹き込まれるガスの流
体圧によってもファン１２を始動させることができ、そ
れによって、回転する回転羽根１１からグロー放電が発
生し、これに伴うプラズマ作用によりガス浄化の達成を
可能にする。この際、ハウジング１０内のガスは乱流状
態で流動していることから、プラズマ作用によるガスの
浄化は一層効率的に達成される。

【００７０】ハウジング１０内のガスの状態を乱流状態
にすることのメリットは、前記ファン１２の回転羽根１
１に形成された触媒作用を有する金属層と有効に接触す
ることによっても認められ、これらの作用が併用された
場合には、著しく優れた相乗的なガス浄化効果が得られ
ることになる。

【００７１】本発明において、より有効なガスの浄化効
果を達成するためには、ガスと金属層との接触面積を大
きくすることが重要であり、そのためには、金属層の形
成面積を大きくし、かつ、前記ファン１２の回転力を上
げることが好ましいのであるが、通常、経費や装置の大
きさ等の制限もあり、実用的なものとしては、１分間当
りの金属層に対するガスの接触面積は、３０ｃｃ／ｍｉ
ｎ前後であることが好ましい。また、ファン１２の始動
を動力源によって行う時は、装置内のファン１２と連結
した自体公知のスイッチ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦに
よって行う。その際、ファン１２の回転数はスイッチに
連結した制御機構によって適宜に調整することができ
る。

【００７２】なお、本発明のガス反応器は、減圧条件下
で作動させることが、グロー放電の安定化ならびに維持
を行う上で好ましく、したがって、ガス反応器を密閉系
において作動させることが推奨される。

【００７３】本発明のガス反応器の好ましい他の態様
は、回転するファン１２とハウジング内壁との間に高密
度のプラズマを生起させることにより、ガスの分解効率
を著しく高めることである。回転するファン１２とハウ
ジング内壁との間に高密度のプラズマを生起させるため
に、本発明においては、図７に側断面図で示すように、
ハウジング１０の外壁面に磁石層１７、内壁面に電極１
９(a) を設けるとともに、内壁面と対向したファン１１
の少なくとも先端部にも電極１９(b) を設け、該電極間
に、例えばＥＣＲ（４０．６８ＭＨ_Z ）程度の高周波を
印加することによって、電極間には、電子密度で１０²⁰
／ｍ² 以上という高密度のプラズマ１８が発生し、これ
によってＮｏ_x などのガスを効率的に分解することがで
きる。

【００７４】前記電極間に高密度のプラズマを生起させ
る原理は、モデル的に図解した図８に示したＥＣＲ（Ｅ
ｌｅｃｔｏｒｏｎＣｙｃｌｏｔｒｏｎＲｅｓｏｎａ
ｎｃｅ）効果によって説明される。つまり、前記電極１
９(a),１９(b) 間に高周波を印加することによって、図
８におけるＡ→Ｂ→Ｃの変化が起こり、Ｃ状態になった
段階で、１９(a),１９(b)間に高密度のプラスズマが生
起し、このプラズマの生起がガス中のＮｏ_x 等の分解を
高めるものである。

【００７５】電極としては、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄなどの貴
金属が使用されるが、Ｒｈが最も好ましく用いられる。

【００７６】本発明のガス反応器は、吸気口１４から吹
き込まれるガスを、ファン１２に接触する前段で脱酸素
処理部と接触させて、酸素の含量を、例えば、ｐｐｍオ
ーダーまで低下させておき、この状態でファン１２に接
触させることによって、ガス浄化効率は著しく向上す
る。

【００７７】排ガス中に酸素が共存していると、ＮＯｘ
が有効に除去することができないばかりでなく、反応が
ＮＯ生成方向になることが知られており、最近では、炭
化水素類を用いて触媒を適切に選択することによってＮ
Ｏｘ選択還元が可能になるという報告がなされている。

【００７８】以下に、脱酸素処理部３０を説明する。脱
酸素処理部３０は、図１に示す如く、固体電解質セラミ
ックスによって形成された筒状部材３２を備えている。
この筒状部材３２の材料としては、固体電解質セラミッ
クスである、安定化ジルコニアに代表される蛍石型酸化
物セラミックスを使用している。

【００７９】筒状部材３２は、開口端面３２Ａがハウジ
ング１０の側壁１０Ａに固着されており、開口３２Ｂが
吸気口１４Ｂに連通されている。筒状部材３２の内面に
は、筒状の電極３４が固着されており、筒状部材３２の
外面には、筒状の電極３６が固着されている。電極３
４、３６の材料としては、酸素還元活性及び電子導電性
を有する金属、酸素還元活性及び電子導電性を有する金
属酸化物セラミックス一般を使用できるが、具体的に
は、プラチナ、銀、金、パラジウム、ルテニウム、銅、
鉄、希土類複合化合物であるＡＢＯ₃ 型の構造を持つペ
ロブスカイト型酸化物等を例示でき、特に、ペロブスカ
イト型酸化物を使用するのが、筒状部材３２に電荷を供
給する点、電極界面での酸素分子の還元反応を促進する
点で好ましい。

【００８０】また、脱酸素処理部３０は、電源３８を備
えており、電極３４と電極３６との間に直流電流を印加
できるようになっている。さらに、脱酸素処理部３０
は、ヒータ３１を備えており、このヒータ３１は電極３
６の周囲に間隔をおいて配置されている。筒状部材３２
の電極３４及び３６の固着された部位が加熱されるよう
になっている。この場合の加熱温度は、３００℃ないし
１０００℃、特に、８００℃ないし１０００℃とするの
が、電源装置の小型化の点で好ましい。また、筒状部材
３２の材料である安定化ジルコニアは、室温ないし３０
０℃では、電気抵抗が非常に高く、酸素イオンを移動さ
せる充分な電流を流すことがでない。なお、安定化ジル
コニアは、３００℃以上で、電気抵抗が１０⁴ Ω以下に
なり、数ミリアンペア程度の電流を流すことが可能とな
る。

【００８１】上記の脱酸素処理部３０における脱酸素処
理は、以下の通りである。すなわち、自動車等からの排
気ガスが、筒状部材３２内に供給されると、この排気ガ
ス中に存在する酸素は、陰極とされた電極３４の表面に
化学的な親和力で吸着される。電極３４に吸着された酸
素は、電源３８から電子の供給を受けて、この電子と、
電極３４による触媒活性により酸素イオン（Ｏ^2-）に還
元される。酸素イオンは電極３４、３６間の電位差に従
って筒状部材３２中を移動し、陽極である電極３６まで
移動する。酸素イオンは電極３４で電子を放出し再び酸
素分子（Ｏ₂ ）となって電極３６の外部空間に放出され
る。

【００８２】そして、ガス中から酸素が除去されたガス
が吸気口１４を介してハウジング１０内へ流入して、ガ
スの活性化ないし浄化がなされる。この場合、酸素が除
去されたガスが活性化ないし浄化されるので、ガスの活
性化ないし浄化が極めて効率的になされる。なお、図１
にのみ脱酸素処理部３０を図示しているが、図４、図
５、図７の実施例においても、ガス反応部の前段に脱酸
素処理部３０が設けられている。

【００８３】

【実施例】以下に実施例によって本発明を説明する。実施例１内径７ｍｍ、外径１０ｍｍ、長さ３００ｍｍの安定化ジ
ルコニアチューブの中央部分（長さ１００ｍｍ）の内外
両面にプラチナを塗布、焼成によって電極を形成した。
チューブには、ガスポンプ、酸素濃度計（東レエンジニ
アリング社製）を、電極には、定電流電源（ケスレー２
３７）を接続した。チューブの電極部分は円筒形電熱ヒ
ータで覆い、６５０℃に保持した。酸素濃度約０．９％
に調整したガスを１００ｍ／ｍｉｎの流速でチューブに
流し内側電極に対して４０ｍＡの定電流を印加して酸素
濃度の変化を酸素濃度系に接続した記録計に記録した。
記録結果を図９に示す。図９より、定電流を印加した、
経過時間１６分から４０分までの間において酸素濃度低
減機能が発揮されることが明らかとなった。

【００８４】実施例２実施例１と同様の装置で、酸素濃度を４％に調節したガ
スを１００ｍｌ／ｍｉｎの流速で流し、チューブの電極
部分を３４０ないし８３０℃に保持して内側電極に１０
ないし４０ｍＡの定電流を印加して酸素濃度変化を読み
取った。その結果を図１０に示す。また、ジルコニアチ
ューブを４５０℃に保温し、酸素濃度を０．２５、２．
３３、４．５５％に調節したガスを１００ｍｌ／ｍｉｎ
の流速で流し、内側電極に対して−１０ないし−４０ｍ
Ａの定電流を印加して酸素濃度を読み取った。その結果
を図１１に示す。図１０及び図１１から、電極を有する
ジルコニアチューブの酸素排出量は４５０℃以上で３〜
４ｍｌｍｉｎ−１Ａ−１であり、電流と電荷粒子の式
（σ＝ＺＦＣＢ）からの計算値３．５ｍｌｍｉｎ−１Ａ
−１とよく一致した。また、酸素の移動した方向は、電
極に印加する電流の極性を変えることで逆転することが
明らかとなった。よって、ジルコニアチューブによる排
気ガスカラの酸素除去作用が実験結果から裏づけられ
た。

【００８５】

【発明の効果】本発明によれば、ガスを効率的に活性化
ないし浄化できるガス反応器を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るガス反応器の断面図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ線における断面図である。

【図３】図１のガス反応器のファンの回転羽根の断面形
状の一例を示す図である。

【図４】本発明の他の実施例に係るガス反応器の断面図
である。

【図５】本発明の他の実施例に係るガス反応器の断面図
である。

【図６】図１のガス反応器のファンの回転羽根の平面形
状の一例を示す図である。

【図７】本発明の他の実施例に係るガス反応器の側断面
図である。

【図８】図８の装置におけるプラズマ発生の状態をモデ
ル化した図である。

【図９】ジルコニアチューブを通過するガスの酸素濃度
測定チャートである。

【図１０】ジルコニアチューブを通過するガスのプラス
電流印加による酸素濃度変化を示すグラスである。

【図１１】ジルコニアチューブを通過するガスのマイナ
ス電流印加による酸素濃度変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１０ハウジング１１回転羽根１２ファン１４吸気口１５排気口３０脱酸素処理部５０金属層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者弥延剛神奈川県横浜市鶴見区尻手２丁目３番６号北辰工業株式会社内 (72)発明者林佑二神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも１枚の回転羽根を有するファ
ンと、ガスが流入される吸気口と該吸気口から流入され
たガスを排出するための排出口を備えると共に前記ファ
ンを前記回転羽根との間にギャップを有した状態で収容
するハウジングと、前記ハウジングの内面の前記回転羽
根と対向する部位及び回転羽根の表面の少なくとも一方
に形成された触媒作用を有する金属層と、前記吸気口よ
りもガスの流れ方向上流側に配置された脱酸素機構と、
を備えており、前記脱酸素機構が、固体電解質セラミッ
クスによって形成された筒状部材と、酸素還元触媒活性
及び電子導電性を有する金属又は金属酸化物セラミック
スからなり前記筒状部材の内面に固着される第１電極
と、酸素還元触媒活性及び電子導電性を有する金属又は
金属酸化物セラミックスからなり前記筒状部材の外面に
固着される第２電極と、前記第１電極と第２電極との間
に電流を印加する電流印加手段と、を備えてなることを
特徴とするガス反応器。
【請求項２】前記筒状部材の前記第１電極及び第２電
極の固着された部位を加熱する加熱手段が設けられてな
る請求項１記載のガス反応器。
【請求項３】プラズマを前記ギャップに発生させるプ
ラズマ発生手段を備えてなる請求項１又は２記載のガス
反応器。
【請求項４】前記金属層が、複数種類の金属を露出状
態で固着したものである請求項１ないし３のいずれか１
項記載のガス反応器。
【請求項５】前記金属層が、複数種類の金属を積層状
態で形成したものである請求項１ないし４のいずれか１
項記載のガス反応器。
【請求項６】前記金属層が、白金、パラジウム、ルテ
ニウム、ロジウムの少なくとも１種類の貴金属が固着さ
れたものである請求項１ないし５のいずれか１項記載の
ガス反応器。
【請求項７】少なくとも１枚の回転羽根を有するファ
ンと、ガスが流入される吸気口と該吸気口から流入され
たガスを排出するための排出口を備えると共に前記ファ
ンを前記回転羽根との間にギャップを有した状態で収容
するハウジングと、プラズマを前記ギャップに発生させ
るプラズマ発生手段と、前記吸気口のガスの流れ方向上
流側に配置された脱酸素機構と、を備えており、前記脱
酸素機構が、固体電解質セラミックスによって形成され
た筒状部材と、酸素還元触媒活性及び電子導電性を有す
る金属又は金属酸化物セラミックスからなり前記筒状部
材の内面に固着される第１電極と、酸素還元触媒活性及
び電子導電性を有する金属又は金属酸化物セラミックス
からなり前記筒状部材の外面に固着される第２電極と、
前記第１電極と第２電極との間に電圧を印加する電圧印
加手段と、前記筒状部材の前記第１電極及び第２電極の
固着された部位を加熱する加熱手段と、を備えてなるこ
とを特徴とするガス反応器。
【請求項８】前記プラズマ発生手段が、ハウジングの
外壁面に設けられた磁石層と、前記ハウジングの内壁面
に設けられた電極(a) と、前記内壁面と対向したファン
の少なくとも先端部に設けられた電極(b) と、両電極間
に高周波を印加することによって高密度のプラズマを発
生可能な高周波印加手段と、を備えてなる請求項３又は
７記載のガス反応器。
【請求項９】前記ハウジング内の前記ギャップよりも
ガスの流れ方向上流側に、ガスの流れ方向へ向けて次第
に外径が大きくなるガス流変更部材が設けられてなる請
求項１ないし８のいずれか１項記載のガス反応器。
【請求項10】前記ガス流変更部材が、円すい形状に設
けられている請求項９記載のガス反応器。
【請求項11】前記回転羽根が、同一の回転軸に複数設
けられ各々が回転軸と一体となって回転する請求項１な
いし１０のいずれか１項記載のガス反応器。
【請求項12】前記回転羽根が、同一の回転軸に複数設
けられ各々が独立に回転軸に対して相対回転する請求項
１ないし１０のいずれか１項記載のガス反応器。
【請求項13】前記回転羽根の回転方向の断面形状が、
階段状を形成している請求項１ないし１２のいずれか１
項記載のガス反応器。
【請求項14】前記回転羽根の平面形状が、左右非対称
である請求項１ないし１３のいずれか１項記載のガス反
応器。
【請求項15】前記回転羽根の長さが、少なくとも部分
的に異なる請求項１ないし１４のいずれか１項記載のガ
ス反応器。
【請求項16】前記回転羽根が請求項１３ないし１５に
記載された少なくとも２種を併用したものである請求項
１ないし１２のいずれか１項記載のガス反応器。
【請求項17】前記ハウジングの内壁が略円筒形に形成
されたものである請求項１ないし１６のいずれか１項記
載のガス反応器。
【請求項18】前記ハウジングの内壁に凹凸面が形成さ
れている請求項１ないし１７のいずれか１項記載のガス
反応器。
【請求項19】前記ハウジングの内壁が傾斜状に形成さ
れている請求項１ないし１８のいずれか１項記載のガス
反応器。
【請求項20】前記ファンが、吸気口から吹き込まれる
ガス圧によって回転可能に構成されたものである請求項
１ないし１９のいずれか１項記載のガス反応器。
【請求項21】前記ファンが、動力源によって回転可能
に構成されたものである請求項１ないし２０のいずれか
１項記載のガス反応器。
【請求項22】前記ガス反応器が、産業用エンジンの吸
気系又は排気系に装着されたものである請求項１ないし
２１のいずれか１項記載のガス反応器。