JPWO2007139020A1 - プラズマ反応器用電極およびプラズマ反応器 - Google Patents
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Abstract
【課題】より低い電圧によって放電を開始する、すなわちより低い電圧によってプラズマの発生を開始させるとともに、より高いプラズマの発光輝度を示す特性を有することにより、ＰＭ（粒子状物質）の除去性能を向上させたプラズマ反応器用電極を提供する。【解決手段】プラズマ反応器用電極１は、電極本体１０と、当該電極本体１０を被覆する酸素欠陥を有するＴｉＯ2からなる高電流密度層１１２を面方向に複数点在させた表層部１１とを具備することを特徴とする。【選択図】図５
Description
本発明は、工場、プラント、内燃機関などから排出される排煙に含まれて環境に悪影響を与える成分を除去するための装置などに用いられるプラズマ反応器用電極およびプラズマ反応器に関するものである。
従来、例えば自動車のエンジン、特にはディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれるＣＯ（一酸化炭素）、ＨＣ（炭化水素）、ＮＯｘ（窒素酸化物）、及びＰＭ（粒子状物質）の排出量を低減する方法として、一般的に、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘに対しては触媒（ＳＣＲを含む）、ＰＭに対してはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が用いられている。しかしながら、このＤＰＦでは、ＰＭを捕集率が増加すると、排気ガスの流通が悪い、すなわち排圧が高い状態となり、エンジン出力の低下を引き起こす。これを回避する為、ＤＰＦでは排気ガスを高温化することにより堆積したＰＭを強制的に燃焼除去する方法（強制燃焼）が用いられる。一般的に排気ガスを高温化するには、ポスト噴射若しくはインジェクタ噴射により触媒上に燃料を故意的に送り込み、その際発生する反応熱を利用する為エンジン燃焼で用いる以外の過剰な燃料が必要となり、結果的に燃費悪化を引き起こすこととなる。
このようなＤＰＦで見られる課題を回避できるシステムの一つとして、触媒を含む排気ガス浄化装置において、プラズマ反応器を用いるものが知られている。例えば、特許文献１に記載のプラズマ反応器は、プラズマを発生させるプラズマ誘起体を有している。そして当該プラズマを排気ガスに接触させた後、フィルタを通過させて排気ガス中の煤粒子すなわちＰＭをフィルタ内に保留させ、プラズマによりＰＭを燃焼させる構成を有している。
他方、電極に電位が集中する部位として、突出部位を複数形成することにより、当該突出部位から効率良くプラズマを発生させるという技術も開発されている（例えば、特願２００５―２９２９９７号明細書並びに特願２００５―２９２９９８号明細書）。
特開２００２−３３９７３１号公報
ここで、ＰＭをより確実に酸化するために、消費電力を低下し効率よくプラズマを発生させる電極が望まれている。
そのためには、まずより低い電圧によって放電を開始する、すなわちより低い電圧によってプラズマの発生を開始させる電極が望まれている。具体的には、１２ボルトの電源を用いる自動車などでは高い電圧を発生させることが不利となるため、仮に自動車に適用することを考えた場合においても、より低い電圧でプラズマを発生させることが有利となる。
また、電極からプラズマが発生する際にはプラズマが発光することが知られており、今回我々は電極からプラズマが発生する際の発光輝度が高い程プラズマ発生時とプラズマ未発生時におけるＰＭ除去率の差が大きく、プラズマ発生効率が高いことを見出した。すなわち、同じ電圧を印加しても、より高い発光輝度を示す電極が望ましいこととなる。
本発明は、このような点に着目したものであり、効率よくプラズマを発生させることでＰＭの除去性能を向上させたプラズマ反応器用電極を提供する。
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち、本発明に係るプラズマ反応器用電極は、電極本体と、当該電極本体を被覆し複数の高電流密度層（低仕事関数を示す物質）を面方向に点在させた表層部とを具備することを特徴とする。
このようなものであれば、面方向に高電流密度層を点在させた表層部を設けることにより、電圧が印加された際に、複数の高電流密度層の位置において電子が飛びやすいことになる。当該複数の高電流密度層において電子が飛びやすくなることにより、それぞれの部位においてプラズマ放電効率を高くすることが可能になる。具体的には、電極本体のみの構成に比べて、より低い電圧において放電を開始し得るものとすることができるとともに、より発光輝度の高い電極とすることができる。
さらに、高電流密度層により電子を飛ばしやすくするためには、表層部を、通電し得ない誘電体層と、前記複数の高電流密度層とを有するものとすることが望ましい。具体的には、誘電体層を、高電流密度を有する酸化物としたものを挙げることができる。
そして、プラズマを発生させ易い部位を好適に増加させるとともにＰＭを燃焼させ得る一定時間、電極内に排気ガスに含まれるＰＭを滞留させてＰＭを好適に燃焼させるための構成として、電極本体が、多孔質構造であるものを挙げることができる。
そして、表層部に高電流密度層を好適に設けるために、表層部を、前記電極本体に対して加熱環境で被覆させた後に冷却することにより設けたものとすることが好ましい。
さらに本発明に係るプラズマ反応器は、電極本体と当該電極本体を被覆し複数の高電流密度層を面方向に点在させた表層部とを具備するプラズマ反応器用電極と、誘電体を備え、誘電体は多孔質構造を構成するフィルタ本体と、当該フィルタ本体の表面を被覆する強誘電体表層とを具備していることを特徴とする。
ここで本明細書において強誘電体とは、形状に拘わらず強い絶縁性を示す物質を総じて示すものとする。そして強誘電体として、例えば、ＢＴ系：ＢａＴｉＯ3、ＳＴ系：ＳｒＴｉＯ3、ＢＳＴ系：Ｂａ（Ｓｒ）ＴｉＯ3の他に、ＣａＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、ＢａＣｅＯ3等といったペロブスカイト型結晶構造を有するもの、また、ＰＴ系ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ系：（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ3、ＰＺＴ系：Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＴＢ系：ＰｂＮｂ2Ｏ6、ＫＮ系：ＫＮＢＯ3、ＢＳＬＦ（ビスマス層状構造）系：Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＢＩＮＴ系：Ｂｉ（Ｎｉ、Ｔｉ）Ｏ3、ＢＩＮＴ−ＢＴ固溶体系、ＢＩＮＴ−ＢＴ―ＳＴ固溶体系等、高い誘電率を示す様々のものを挙げることができる。
このようなものであれば、多孔質構造を実現しながら高い誘電率を示すことが可能である。そうすることにより電子は孔内を貫通して通電してしまうことなく強い誘電性によってフィルタ内に留まることができ、ひいてはプラズマ発光輝度を維持しながら、内部に排気ガスを通過させても排圧の上昇を抑えることが可能となる。
そして、上に挙げたもののうち、強誘電体表層として具体的には、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3を採用したものを挙げることができる。これらのものを採用すれば、フィルタ本体への通電を有効に回避し得ることに加え、発生したプラズマがこれらのものに衝突すると、連鎖的・相乗的に電子が放出されるという２次電子放出効果を誘発すると考えられている。そして当該２次電子放出効果によりさらにプラズマの発光輝度を高めることにより、排気ガスをより活性化させた状態でＰＭを有効に除去することが可能である。
本発明のプラズマ反応器用電極によれば、当該複数の高電流密度層において電子が飛びやすくなることにより、それぞれの部位においてプラズマ放電効率を高くすることが可能になる。具体的には、電極本体のみの構成に比べて、より低い電圧において放電を開始し得るものとすることができるとともに、より発光輝度の高い電極とすることができる。すなわち、ＰＭ除去性能をより向上させた電極を提供することができる。
さらに、本発明のプラズマ反応器によれば、誘電体において多孔質構造を実現しながら高い誘電率を示すことが可能である。ひいてはプラズマ発光輝度を維持しながら、内部に排気ガスを通過させてプラズマ反応器自体の排圧を低減させることが可能となる。そうすることにより、ＰＭの捕捉性能が高いプラズマ反応器とすることが可能である。
以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐは、図１及び図２に示すように、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関Ｅから排出される排気ガスが通過する排気ガス流路Ｈに設置されるものであり、プラズマ反応器Ｐの筐体Ｐ１の内部に、電極１と、誘電体２とを交互に積層させた構造を有してなるものである。そして排気ガスは、当該電極１、誘電体２が伸びる図中矢印で示す方向に沿って通過するものとなっている。
本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐは、図１及び図２に示すように、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関Ｅから排出される排気ガスが通過する排気ガス流路Ｈに設置されるものであり、プラズマ反応器Ｐの筐体Ｐ１の内部に、電極１と、誘電体２とを交互に積層させた構造を有してなるものである。そして排気ガスは、当該電極１、誘電体２が伸びる図中矢印で示す方向に沿って通過するものとなっている。
そして誘電体２は、図１に示すように、２つの電極１の間に介在させて設けている。
なお、第１実施形態において、例えばアルミナからなる板材によって構成された誘電体２Ａを用いる。
なお、第１実施形態において、例えばアルミナからなる板材によって構成された誘電体２Ａを用いる。
ここで、本実施形態に係るプラズマ反応器用電極１は、電極本体１０と、当該電極本体１０を被覆する後述する高電流密度層１１２（低仕事関数を示す物質）を面方向に複数点在させた表層部１１とを具備することを特徴としている。
以下、電極１の具体的な構成について具体的に説明する。
本実施形態に係る電極１は、上述の通り電極本体１０と、表層部１１とによって構成しているものである。
電極本体１０は、図２に示すように、いわゆる多孔質構造をなすものとしている。すなわち、それぞれの表面が平坦な部分がほぼ存在しない形状をしており、少なくとも一方の表面から他方の表面に貫通する多数の貫通孔１０ａと、それぞれの表面において陥没する貫通していない多数の凹部１０ｂと、多数の凸部１０ｃを有している。この場合、貫通孔１０ａは必ずしもまっすぐなものである必要はなく、曲がっていたり二股や三ツ股などに分岐したりしていてよい。貫通孔１０ａは、必ずしも一方の表面から他方の表面に直接貫通している必要はない。プラズマ反応器Ｐに組み込まれた場合において、排気ガスが電極１の上流から下流まで、プラズマをＰＭに対して十分に反応し得る時間をかけて通過することができるものであればよい。具体的には、電極１を通過するＰＭが滞留、又は一時的に捕捉されながら下流へと移動する時間が、プラズマがＰＭを酸化・燃焼させる時間を超えるように設定することが望ましい。
しかして本実施形態に係る電極１は、図２及び図３に示すように、上述の電極本体１０に、表層部１１を被覆した構造を有しているものである。
表層部１１は、図２に示すように、電極本体１０を被覆しているため、表層部１１の表面１１ａにおいて上述した凹部１０ｂに対応する箇所が表層凹部１１ｂ、凸部１０ｃに対応する箇所が表層凸部１１ｃとなる。そして表面１１ａは、そのほぼ全域にわたって凹凸形状をして高低差が形成されており、表層凸部１１ｃは、電極１に電圧が印加された場合に電子が飛びやすい部位となり、プラズマ放電の効率を向上させるのに寄与し得る箇所となっている。
さらに表層部１１は、図３に示すように、Ａｌ2ＴｉＯ5からなる誘電体層たる誘電体基層１１０と、当該誘電体基層１１０の間に点在している別の誘電体層であるアルミナ層１１１と、酸素欠陥を有するＴｉＯ2からなる高電流密度層１１２とによって構成している。具体的には、強誘電体であるＡｌ2ＴｉＯ5を加熱環境で電極本体１０に被覆させ、しかる後に冷却することによって、当該誘電体基層１１０の間にアルミナ層１１１と高電流密度層１１２とを点在させた構成をなすように表層部１１を設けているものである。つまり、表層部１１の略全面に亘って高電流密度層１１２を点在させた構成をなしている。
なお当該表層部１１を構成し得るものとしては本実施形態に係るＡｌ2ＴｉＯ5の他に、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3、Ｂａ（Ｓｒ）ＴｉＯ3等のセラミック材料を挙げることができる。そして、これらセラミック材料が分解することによって析出するＢａＯ、ＳｒＯ及び酸素欠陥を有するＴｉＯ2が高い電流密度を示すことにより、本実施形態に係る高電流密度層１１２を構成し得るものとなる。
誘電体基層１１０は、図３に示すように、強誘電体であるＡｌ2ＴｉＯ5から構成されている箇所であるため、当該誘電体基層１１０には電極本体１０に印加された電圧は通電しないものとなっている。
アルミナ層１１１は、図３に示すように、おおむね直径２０μｍ以下の領域であり、Ａｌ2Ｏ3すなわちアルミナからなるものである。そのため当該アルミナ層１１１についても、電極本体１０に印加された電圧は通電しないものとなっている。
高電流密度層１１２は、図３に示すように、酸素欠陥を有するＴｉＯ2から構成されている、おおむね直径２０μｍ以下の領域である。具体的にはＴｉＯ2の表面に酸素原子が欠乏している状態となっている箇所が多く形成されているため、この酸素原子が欠乏している箇所から電子を好適に放電し得る状態となっている。
そして斯かる構成を有するプラズマ反応器Ｐ用の電極１に所要のパルス電圧を印加した場合、電極本体１０から流れる電子は表層部１１における誘電体基層１１０並びにアルミナ層１１１には通電されずに高電流密度層１１２に集中して流れることとなる。そして高電流密度層１１２では電子が飛びやすくなっていることによって、電子の放出が効率良く行われることとなる。さらに電極本体１０は多孔質構造を有しているため、表層凹部１１ｃに該当する箇所からはさらに効率よく電子が放出されることとなる。従って低い放電開始一次昇圧電圧で、且つ、印加する電圧を上げてゆけば高い発光輝度でプラズマを発生させることができる。そうすることにより、排気ガスが活性化されて、効率よく排気ガスに含まれるＰＭを低減することができる。さらに、高電流密度層１１２は表層部１１の略全面に亘って点在しているとともに、表層凸部１１ｃにおいても表層部１１の略全面に亘って存在しているため、プラズマを表層部１１の略全面に亘って略均等に発生させることができ、ＰＭの除去能力を向上させ得るものとなっている。
以上の様な構成とすることにより、本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐ用の電極１は、面方向に高電流密度層たる高電流密度層１１２を点在させた表層部１１を設けることにより、電圧が印加された際に、複数の高電流密度層１１２の位置において電子が飛びやすくなる。そして当該複数の高電流密度層１１２において電子が飛びやすくなることにより、プラズマ放電効率を高くすることが可能になる。具体的には、電極本体１０のみの構成に比べて、より低い電圧を印加した場合でも放電を開始し得るものとすることができる。加えて、同じ高さの電圧を印加しても電極本体１０のみの構成よりもプラズマの発光輝度の高いものとすることができる。具体的には、高電流密度層１１２を、通電し得ない誘電体基層１１０の間に点在させた構成としている。さらに詳細には、高電流密度層を、高電流密度を有する酸化物として、酸素欠陥を有するＴｉＯ2からなる高電流密度層１１２によって構成しているので、好適に電子を飛ばしやすいものとなっている。
そして表層部１１は、電極本体１０に対して加熱状態のＡｌ2ＴｉＯ5を被覆し、しかる後に冷却するという工程を経ることによってＡｌ2ＴｉＯ5を分解させ、Ａｌ2Ｏ3からなるアルミナ層１１１並びにＴｉＯ2からなる高電流密度層１１２を設けている。特に斯かる工程により設けたＴｉＯ2からなる箇所は、表面において酸素が欠乏した状態、すなわち酸素欠陥を有した箇所となっている。そのため、当該箇所を好適に電子を飛ばし得る高電流密度層１１２とすることができるものである。なお、アルミナ層１１１並びに高電流密度層１１２は、それぞれＡｌ2Ｏ3並びにＴｉＯ2のみに限定されず、本発明の効果が得られる限りにおいて他の物質を含んでいてもよい。
加えて電極本体１０を、貫通孔において排気ガスを通過させ得る多孔質構造を有するものとしているので、排気ガスを通過させる際にＰＭを好適に滞留或いは一時的に捕捉することによって排気ガスを一定時間滞留させ得るものとなっているので、プラズマがＰＭを燃焼させることができるとともに、ＰＭを燃焼させるため当該ＰＭが電極内に詰まることがない。その結果として排気ガスの排圧の上昇を抑えることによって排気ガスの圧力損失を有効に回避し、例えばディーゼルエンジン等の内燃機関Ｅに採用すれば、燃費と出力の低下を有効に防止し得るものとなる。
＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、誘電体としてフィルタ２Ｂを用いる。なお、誘電体以外の構成については第１実施形態と同じ構成を採用する。
＜第２実施形態＞
第２実施形態においては、第１実施形態と異なり、誘電体としてフィルタ２Ｂを用いる。なお、誘電体以外の構成については第１実施形態と同じ構成を採用する。
本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐ≡は、図６及び図７に示すように、プラズマ反応器Ｐ‘の筐体Ｐ１’の内部に、電極１と、後述するフィルタ２Ｂとを交互に積層させた構造を有してなるものである。そして排気ガスは、当該電極１、フィルタ２Ｂが伸びる図中矢印で示す方向に沿って通過するものとなっている。
電極１は、図６及び図７に示すように、排気ガス流路Ｈ内においてフィルタ２Ｂとともに複数枚積層している。
ここで本実施形態に係るプラズマ反応器用フィルタ（以下、フィルタと記す）２Ｂは、図７及び図８に示すように、多孔質構造をなすフィルタ本体２０と、当該フィルタ本体２０の表面を被覆する強誘電体表層２１とを具備していることを特徴とするものである。
以下、当該フィルタ２Ｂの具体的な構成について詳述する。
フィルタ本体２０は、図７示すように、例えばアルミナによって構成された多孔質形状を有するものである。具体的には少なくとも一方の表面から他方の表面に貫通する多数の貫通孔２００を有している。そして当該貫通孔２００は、必ずしも一方の表面から他方の表面に直接貫通している必要はない。プラズマ反応器Ｐに組み込まれた場合において、排気ガスが上流から下流まで通過することができるものであればよい。この場合、貫通孔２００は必ずしもまっすぐなものである必要はなく、曲がっていたり二股や三ツ股などに分岐したりしていてよい。また貫通孔２００は、その内壁においても表面同様に凹凸形状を有しており、その凹部分において、あるいは内壁間において、排気ガスに含まれるＰＭなどの物質を滞留或いは一時的に捕捉することにより、プラズマによってＰＭを燃焼させるに足る一定時間、フィルタ２Ｂ内にＰＭを保持することができるものである。
またフィルタ本体２０は図８に示すように、それぞれ別体である３枚の例えば平面視正方形状の第一本体２０ａ、第二本体２０ｂ及び第三本体２０ｃを、図中矢印で示す排気ガスの上流側から下流側へ並べて３枚ずつ計９枚配置することによって、電極１の面積に略対応し得るものとしている。このように計９枚にフィルタ本体２０を分割して構成することによって、衝撃等による機械的破壊の可能性を低減している。換言すれば、フィルタ本体２０全体として有効に破壊し難い構造を実現している。またフィルタ本体２０は、第一本体２０ａ、第二本体２０ｂ、第三本体２０ｃの順に前記上流側から下流側にかけて、その比表面積が大きくなるように構成することにより、ＰＭ捕捉率を有効に確保し得たものとなっている。斯かる構成は、ＰＭがプラズマ反応器Ｐ内を流れる際に、プラズマによって表面が徐々に酸化・燃焼されることによって、上流から下流へ流れるに従ってＰＭの粒径が徐々に小さくなっていくことも考慮したものである。なお、当該フィルタ本体２０の分割枚数や多孔質構造における比表面積は図７並びに図８に係る構成に限定されるものではない。すなわち、ＰＭの粒径や排気ガスの排圧等、種々の条件に適応させて、ＰＭを高い確率で捕捉し当該ＰＭとプラズマとの反応時間を有効に確保するための最適の条件を適宜設定することが可能である。
強誘電体表層２１は、図７に示すように、第一本体２０ａ、第二本体２０ｂ、第三本体２０ｃといったフィルタ本体２０の表面全体を被覆している強誘電体からなるものである。
そして本実施形態において、強誘電体表層２１を構成する強誘電体とは、その形状に拘わらず強い絶縁性を示す物質を総じて示すものとする。そして強誘電体として、例えば、ＢＴ系：ＢａＴｉＯ3、ＳＴ系：ＳｒＴｉＯ3、ＢＳＴ系：Ｂａ（Ｓｒ）ＴｉＯ3の他に、ＣａＴｉＯ3、ＣａＺｒＯ3、ＳｒＺｒＯ3、ＢａＣｅＯ3等といったペロブスカイト型結晶構造を有するもの、また、ＰＴ系ＰｂＴｉＯ3、ＰＬＴ系：（Ｐｂ、Ｌａ）ＴｉＯ3、ＰＺＴ系：Ｐｂ（Ｚｒ、Ｔｉ）Ｏ3、ＴＢ系：ＰｂＮｂ2Ｏ6、ＫＮ系：ＫＮＢＯ3、ＢＳＬＦ（ビスマス層状構造）系：Ｂｉ4Ｔｉ3Ｏ12、ＢＩＮＴ系：Ｂｉ（Ｎｉ、Ｔｉ）Ｏ3、ＢＩＮＴ−ＢＴ固溶体系、ＢＩＮＴ−ＢＴ―ＳＴ固溶体系等、高い誘電率を示す様々のものを挙げることができる。
特に本実施形態では上述の強誘電体のうち、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3の何れかを選択したものとしている。
斯かる構成のプラズマ反応器Ｐを、電極１にパルス電圧を印加させることにより作動させると、電極１から放電すなわち放出された電子によってプラズマが発生し、電極１とフィルタ２Ｂとの間並びにフィルタ２Ｂの内部を通過する排気ガスが活性化されることとなる。
ここで、強誘電体表層２１が高い誘電性を保持した状態となっているため、当該強誘電体表層２１において放出された電子が孔を貫通して通電することなく好適にプラズマを生成することとなる。つまり電子が貫通孔２００を通過して他方の電極１へ通電してしまうことによって排気ガス中から失われることを有効に回避し得るものとなっている。
特に、強誘電体表層２１として上述のＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3を採用しているので、さらに前記放出された電子とＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3とが衝突することによって、連鎖的・相乗的にさらに多くの電子が２次的に放出されるという、２次電子放出効果といわれる現象が効率よく起こることとなり、より発光輝度が高くプラズマが発生、言い換えればより排気ガスが活性化されることとなり、排気ガス中のＰＭが好適に燃焼することとなる。
以上のように、本実施形態に係るプラズマ反応器Ｐ‘用のフィルタ２Ｂは、多孔質構造を構成するフィルタ本体２０と、当該フィルタ本体２０の表面を被覆する強誘電体表層２１とを具備していることを特徴としている。
斯かる構成により、多孔質構造を実現しながら高い誘電率を示すことが可能である。具体的に言い換えれば、プラズマ発光輝度を維持しながら、内部に排気ガスを通過させて排圧を低減させる構成とすることが可能となる。すなわち、仮にアルミナからなるフィルタ本体２０のみであれば電極１から放電された電子が貫通孔２００を通過して他の電極１へと通電してしまう箇所を構成してしまうところ、斯かる強誘電体表層２１を設けることによって前記通電を有効に回避し得るものとなっている。
特に、本実施形態に係るフィルタ２Ｂは、上述の通り強誘電体表層２１として上述のＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3を採用しているので、効率よく上述の２次電子放出効果を誘発して高いプラズマ発光輝度を獲得し、プラズマによるＰＭ除去効果を有効に向上させ得るものとなっている。
以上、本発明の第１および第２実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
例えば、上記実施形態において、電極を多孔質構造を有するものとしていたが、電極の構造、形状については多孔質構造のものに限定されることはなく、種々の形状、構造を有する電極を採用することが出来る。加えて誘電体の形状、構造並びに材質は、上述のアルミナに限られるものではなく他の種々の構造をなすもの並びに材質のものを採用することができる。
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
＜実施例＞
＜実施例＞
如何に本発明に係る実施例について記載するが、本発明は当該実施例に限定されるものではない。
プラズマ発光輝度・放電開始電圧比較測定試験
＜実施例１＞
１．＜試験材料＞
実施例： 従来から用いられている平板状電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成、すなわち、平板状電極に対して加熱状態のＡｌ2ＴｉＯ5を被覆し、しかる後に冷却するという工程を経ることによって表層部を設けた構成を有する電極を採用した。
比較例： 上述同様の平板状電極を、そのまま何も被覆しない状態で採用した。
＜実施例１＞
１．＜試験材料＞
実施例： 従来から用いられている平板状電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成、すなわち、平板状電極に対して加熱状態のＡｌ2ＴｉＯ5を被覆し、しかる後に冷却するという工程を経ることによって表層部を設けた構成を有する電極を採用した。
比較例： 上述同様の平板状電極を、そのまま何も被覆しない状態で採用した。
１−２．＜試験方法＞
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、６００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、６００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生により発光した際の発光輝度を測定した。また、それぞれの電極の放電開始２次昇圧電圧を調査した。
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、６００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、６００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生により発光した際の発光輝度を測定した。また、それぞれの電極の放電開始２次昇圧電圧を調査した。
１−３．＜試験結果＞
各電極のプラズマ発光輝度を図４にグラフとして示す。縦軸はシャッタ速度１／３０秒における平均輝度を示し、横軸は２次昇圧電圧を示す。同図に示すように、実施例に係る電極は、比較例に係る電極よりも高い発光輝度を示すものであった。特に２次昇圧電圧として６ｋＶの電圧を印加した場合には実施例は比較例に対して約１．５倍の発光輝度を示すという結果を得た。そして図５において、２次昇圧電圧８ｋＶの電圧を印加した際のプラズマの発光を示す写真を示す。なお同図において比較例に係るプラズマ発光は図中白抜きの点線で囲まれた箇所において、わずかではあるが起こっている。なお写真右下の数字は発光輝度を示す相対値を示している。一方、放電開始２次昇圧電圧については、比較例に係る電極が３．２ｋＶであったのに対し、実施例に係る電極は１．７ｋＶという値を示した。すなわち、上記第１実施形態に係る表層部を設けることにより、放電開始２次昇圧電圧が約４５％低減された。
各電極のプラズマ発光輝度を図４にグラフとして示す。縦軸はシャッタ速度１／３０秒における平均輝度を示し、横軸は２次昇圧電圧を示す。同図に示すように、実施例に係る電極は、比較例に係る電極よりも高い発光輝度を示すものであった。特に２次昇圧電圧として６ｋＶの電圧を印加した場合には実施例は比較例に対して約１．５倍の発光輝度を示すという結果を得た。そして図５において、２次昇圧電圧８ｋＶの電圧を印加した際のプラズマの発光を示す写真を示す。なお同図において比較例に係るプラズマ発光は図中白抜きの点線で囲まれた箇所において、わずかではあるが起こっている。なお写真右下の数字は発光輝度を示す相対値を示している。一方、放電開始２次昇圧電圧については、比較例に係る電極が３．２ｋＶであったのに対し、実施例に係る電極は１．７ｋＶという値を示した。すなわち、上記第１実施形態に係る表層部を設けることにより、放電開始２次昇圧電圧が約４５％低減された。
本試験において実施例に係る電極は、比較例に比べてプラズマ発光輝度が高く、且つ放電開始２次昇圧電圧が低減されるという結果が得られた。当該結果は電極の形状、構造に起因するものではないため、本実施例に係る表層部は種々の形状を有する電極に採用しても同様の効果を獲得し得るものと考えられる。
＜実施例２＞
２−１．＜試験材料＞
多孔質電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成、すなわち、多孔質電極に対して加熱状態のＡｌ2ＴｉＯ5、またはＢａＴＩＯ3を被覆し、しかる後に冷却するという工程を経ることによって表層部を設けた構成を有する電極と、多孔質フィルタを用い上記第２実施形態において採用したＢａＴＩＯ3またはＳｒＴＩＯ3を多孔質フィルタ本体に被覆した誘電体を備えたプラズマ反応器を採用した。
２−２．＜試験方法＞
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、１０００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、１０００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生により発光した際の発光輝度を測定した。また、それぞれの電極の放電開始一次昇圧電圧を調査した。
２−３．＜試験結果＞
各電極のプラズマ発光輝度を図９（ａ）および（ｂ）にグラフとして示す。縦軸はシャッタ速度１秒における平均輝度を示し、横軸は１次昇圧電圧を示す。同図に示すように、表層部を設けた多孔質電極を用いて、誘電体に強誘電体表層を被覆しない場合には、顕著な効果を得ることができなかったが、これは本測定が常温で行なわれたことに起因するものと考えられる。実際には高温にさらされるため、高温になればＢａＴＩＯ3およびＳｒＴＩＯ3の誘電率が高くなるため発光輝度が高くなることが予想される。
また、誘電体をＢａＴＩＯ3およびＳｒＴＩＯ3で被覆した場合には、被覆しない場合と比べて高い発光輝度を得ることができた。
本試験において誘電体に強誘電体を被覆した反応器は、誘電体に強誘電体を被覆しないものと比べてプラズマ発光輝度が高くなるという結果が得られた。すなわち、電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成に、さらに誘電体に強誘電体表層を被覆した構成を組み合わせることにより、より高い発光輝度を示すプラズマを確認することができた。
＜実施例２＞
２−１．＜試験材料＞
多孔質電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成、すなわち、多孔質電極に対して加熱状態のＡｌ2ＴｉＯ5、またはＢａＴＩＯ3を被覆し、しかる後に冷却するという工程を経ることによって表層部を設けた構成を有する電極と、多孔質フィルタを用い上記第２実施形態において採用したＢａＴＩＯ3またはＳｒＴＩＯ3を多孔質フィルタ本体に被覆した誘電体を備えたプラズマ反応器を採用した。
２−２．＜試験方法＞
高電圧パルス電源を用いて１次側として１００〜３００Ｖ、１０００Ｈｚ、昇圧後の２次側は２〜６ｋＶ、１０００Ｈｚの電圧を各電極に印加し、プラズマの発生により発光した際の発光輝度を測定した。また、それぞれの電極の放電開始一次昇圧電圧を調査した。
２−３．＜試験結果＞
各電極のプラズマ発光輝度を図９（ａ）および（ｂ）にグラフとして示す。縦軸はシャッタ速度１秒における平均輝度を示し、横軸は１次昇圧電圧を示す。同図に示すように、表層部を設けた多孔質電極を用いて、誘電体に強誘電体表層を被覆しない場合には、顕著な効果を得ることができなかったが、これは本測定が常温で行なわれたことに起因するものと考えられる。実際には高温にさらされるため、高温になればＢａＴＩＯ3およびＳｒＴＩＯ3の誘電率が高くなるため発光輝度が高くなることが予想される。
また、誘電体をＢａＴＩＯ3およびＳｒＴＩＯ3で被覆した場合には、被覆しない場合と比べて高い発光輝度を得ることができた。
本試験において誘電体に強誘電体を被覆した反応器は、誘電体に強誘電体を被覆しないものと比べてプラズマ発光輝度が高くなるという結果が得られた。すなわち、電極に上記第１実施形態において採用した表層部を被覆した構成に、さらに誘電体に強誘電体表層を被覆した構成を組み合わせることにより、より高い発光輝度を示すプラズマを確認することができた。
Claims (8)
- 電極本体と、当該電極本体を被覆し複数の高電流密度層を面方向に点在させた表層部とを具備するプラズマ反応器用電極。
- 前記表層部を、誘電体層と、当該誘電体層の間に点在する前記複数の高電流密度層とを有するものとしている請求項１記載のプラズマ反応器用電極。
- 前記高電流密度層を、高電流密度を有する酸化物としている請求項１又は２記載のプラズマ反応器用電極。
- 前記電極本体を、多孔質構造をなすものとしている請求項１、２又は３記載のプラズマ反応器用電極。
- 前記表層部を、前記電極本体に対して加熱環境で被覆させた後に冷却することにより設けたものとしている請求項１、２、３又は４記載のプラズマ反応器用電極。
- 請求項１に記載のプラズマ反応器用電極と誘電体を備えたプラズマ反応器。
- 請求項６に記載のプラズマ反応器であって、
前記誘電体は、多孔質構造をなすフィルタ本体と、当該フィルタ本体の表面を被覆する強誘電体表層からなる。 - 請求項７記載のプラズマ反応器であって、前記強誘電体表層が、ＢａＴｉＯ3、ＳｒＴｉＯ3又はＢａＳｒＴｉＯ3からなる。
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