JP7055669B2

JP7055669B2 - プラズマリアクター

Info

Publication number: JP7055669B2
Application number: JP2018043578A
Authority: JP
Inventors: 遼一島村; 昌司谷口; 一哉内藤; 和彦間所
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2018-03-09
Filing date: 2018-03-09
Publication date: 2022-04-18
Anticipated expiration: 2038-03-09
Also published as: JP2019157716A

Description

本発明は、プラズマリアクターに関する。

従来、排ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ）などの有害成分を分解する装置として、プラズマリアクターが知られている（例えば、特許文献１参照）。

このプラズマリアクターは、複数の電極パネルを備える。電極パネルは、排ガスが流れる方向に沿って延びる。複数の電極パネルは、互いに間隔を隔てて並んでいる。これら電極パネルに電力を印加し、プラズマを発生させることによって、電極パネル間で粒子状物質（ＰＭ）などの有害成分を分解している。

特開２００４－３６０５５７号公報

しかし、特許文献１に記載されるようなプラズマリアクターでは、粒子状物質（ＰＭ）の分解効率が十分ではなく、残存する粒子状物質（ＰＭ）が、電極パネル間を通過して、外気に放出される場合がある。

このような不具合を解決するため、例えば、電極パネルの拡大、印加電力の増加などにより、粒子状物質（ＰＭ）の分解効率の向上を図ることが検討されるが、このような場合には、消費電力が増加するため、高コスト化を惹起するという不具合がある。

本発明は、高コスト化を抑制しながら粒子状物質（ＰＭ）の分解効率の向上を図ることができるプラズマリアクターである。

本発明［１］は、排ガスが流入する入口と、排ガスが流出する出口とを有するケーシングと、前記ケーシング内に配置され、前記入口から前記出口に向かう第１方向に延び、前記第１方向と直交する第２方向において互いに間隔を隔てて並ぶ複数の電極パネルとを備え、複数の前記電極パネルのそれぞれは、前記第１方向に延びる誘電体層、および、前記誘電体層の内部に配置される導体層を備える放電領域と、前記第１方向における前記放電領域の下流側において、前記誘電体層を備え、前記導体層を備えない捕集領域とを備える、プラズマリアクターを含んでいる。

このようなプラズマリアクターでは、誘電体層および導体層を備える放電領域の下流側に、誘電体層を備え、導体層を備えない捕集領域が形成されている。

このようなプラズマリアクターに粒子状物質（ＰＭ）が供給されると、まず、放電領域において、少なくとも一部の粒子状物質（ＰＭ）がプラズマ分解される。

一方、残部の粒子状物質（ＰＭ）は、帯電状態で放電領域を抜けて、捕集領域に至り、誘電体層に付着する。換言すれば、プラズマ分解されずに残存する粒子状物質（ＰＭ）は、捕集領域において捕集される。

また、このとき、放電領域では、オゾンやラジカルなどの酸化性物質が発生しているため、その酸化性物質が下流側に流れ、捕集領域において捕集された粒子状物質（ＰＭ）に衝突する。その結果、粒子状物質（ＰＭ）が酸化および除去される。

すなわち、このようなプラズマリアクターによれば、放電領域における消費電力の増加を抑制しながら、放電領域を通過する粒子状物質（ＰＭ）を効率よく除去することができる。

本発明［２］は、前記捕集領域の前記第１方向における長さが３～２０ｍｍである、上記［１］に記載のプラズマリアクターである。

このような構成では、捕集領域が十分に確保される。そのため、このようなプラズマリアクターは、粒子状物質（ＰＭ）の捕集効率に優れ、粒子状物質（ＰＭ）をより一層効率よく除去することができる。

本発明のプラズマリアクターによれば、放電領域における消費電力の増加を抑制しながら、放電領域を通過する粒子状物質（ＰＭ）を効率よく除去することができる。

図１は、本発明のプラズマリアクターの一実施形態を備える車両の概略構成図である。図２は、図１に示す電極パネルを示す側面図である。

１．プラズマリアクターの概略
図１に示すように、プラズマリアクター１は、車両１００の排気システム１０３に含まれる。

車両１００は、エンジン１０１と、バッテリー１０２を含む電気システムと、エンジン１０１に吸気するための図示しない吸気システムと、エンジン１０１に燃料を供給するための図示しない燃料噴射システムと、エンジン１０１から排気するための排気システム１０３とを備える。

排気システム１０３は、排気管１０４と、プラズマリアクター１とを備える。

排気管１０４は、エンジン１０１から排出される排ガスを排気するための配管である。排気管１０４は、エンジン１０１に接続される。

プラズマリアクター１は、排気管１０４の途中に介在される。プラズマリアクター１は、電源配線１０５を介して、バッテリー１０２に電気的に接続される。プラズマリアクター１は、後で詳しく説明するが、バッテリー１０２から電源配線１０５を介して電力が供給されることにより、プラズマを発生させ、排ガスに含まれる有害成分を分解する。プラズマリアクター１を通過した排ガスは、排気管１０４を介して、車外に排出される。

２．プラズマリアクターの詳細
図１に示すように、プラズマリアクター１は、ケーシング２と、複数の電極パネル３とを備える。

（１）ケーシング
ケーシング２は、中空の筒形状を有する。ケーシング２は、入口２Ａと、出口２Ｂとを有する。エンジン１０１から排出された排ガスは、排気管１０４を通って、入口２Ａからケーシング２の内部に流入する。ケーシング２の内部を通過した排ガスは、出口２Ｂから排出される。

（２）電極パネル
複数の電極パネル３は、ケーシング２内に配置される。

複数の電極パネル３のそれぞれは、入口２Ａから出口２Ｂに向かう第１方向に延びる。複数の電極パネル３のそれぞれは、平板形状を有する。複数の電極パネル３は、第１方向と直交する第２方向において互いに間隔を隔てて並ぶ。

互いに隣接する２つの電極パネル３の間隔は、例えば、０．１０ｍｍ以上、好ましくは、０．３０ｍｍ以上であり、例えば、１．００ｍｍ以下、好ましくは、０．８０ｍｍ以下である。

図２に示すように、複数の電極パネル３は、正極パネル３Ａと、負極パネル３Ｂとを含む。正極パネル３Ａは、バッテリー１０２（図１参照）の正極に電気的に接続される電極パネル３である。負極パネル３Ｂは、バッテリー１０２の負極に電気的に接続される電極パネル３である。正極パネル３Ａと負極パネル３Ｂとは、対向配置される。正極パネル３Ａと負極パネル３Ｂとは、交互に並ぶ。正極パネル３Ａと負極パネル３Ｂとは、同じ構造を有する。すなわち、複数の電極パネル３のそれぞれは、同じ構造を有する。詳しくは、複数の電極パネル３のそれぞれは、誘電体層４と、導体層５とを備える。

誘電体層４は、第１方向に延びる。誘電体層４は、平板形状を有する。誘電体層４は、例えば、酸化アルミニウムなどのセラミックスからなる。誘電体層４は、第１表面Ｓ１と、第２表面Ｓ２とを有する。第１表面Ｓ１は、第２方向における一方側の表面である。第２表面Ｓ２は、第２方向における他方側の表面である。

誘電体層４の厚み（第２方向における長さ）は、例えば、０．２０ｍｍ以上、好ましくは、０．３０ｍｍ以上であり、例えば、３．００ｍｍ以下、好ましくは、２．００ｍｍ以下である。

導体層５は、例えば、タングステンなどの金属からなり、電源配線１０５（図１参照）に電気的に接続されている。

導体層５は、第１方向に延びるシート形状を有する。また、導電層５は、第１方向における誘電体層４の上流側（後述する排ガスの流れ方向上流側（以下同様））において、誘電体層４の内部に配置される。

具体的には、導体層５は、第１方向における誘電体層４の上流側において、誘電体層４の第２方向略中央に配置される。これにより、誘電体層４による導体層５の被覆厚み（導体層５から誘電体層４の表面までの厚み）を確保して、電極パネル３の耐久性を確保することができる。

また、導体層５は、第１方向における誘電体層４の下流側（後述する排ガスの流れ方向下流側（以下同様））には、配置されない。

換言すれば、複数の電極パネル３のそれぞれは、第１方向において、誘電体層４およびその内部に配置される導体層５を備える領域（以下、放電領域と称する。）αと、第１方向における放電領域αの下流側において、誘電体層４を備え、導体層５を備えない領域（以下、捕集領域と称する。）βとを備えている。

放電領域αは、電極パネル３の第１方向における上流部分および中流部分であって、後述するように導体層５に電力が供給されたときに、電極パネル３間に放電を生じる領域である。

放電領域αの第１方向における長さは、例えば、５０ｍｍ以上、好ましくは、６０ｍｍ以上であり、例えば、１５０ｍｍ以下、好ましくは、１００ｍｍ以下である。

放電領域αの第１方向における長さが上記範囲であれば、放電領域αにおいて、優れた効率で、粒子状物質（ＰＭ）をプラズマ分解することができる。

捕集領域βは、電極パネル３の第１方向における下流部分であって、後述するように導体層５に電力が供給されたときに、電極パネル３間に放電を生じない領域である。これにより、捕集領域βは、放電領域αにおいて分解されずに残存する粒子状物質（ＰＭ）を、誘電体層４の表面に吸着可能としている。

捕集領域βの第１方向における長さは、例えば、３ｍｍ以上、好ましくは、１０ｍｍ以上であり、例えば、２０ｍｍ以下、好ましくは、１５ｍｍ以下である。

捕集領域βの第１方向における長さが上記範囲であれば、捕集領域βが十分に確保される。そのため、このようなプラズマリアクター１は、粒子状物質（ＰＭ）の捕集効率に優れ、粒子状物質（ＰＭ）を、より一層効率よく除去することができる。

また、放電領域αにおける放電の強さ（すなわち、排ガスの浄化効率）にもよるが、捕集領域βの第１方向における長さは、放電領域αの第１方向における長さに対して、例えば、１０％以上、好ましくは、２０％以上であり、例えば、５０％以下、好ましくは、４０％以下である。

捕集領域βの第１方向における長さと、放電領域αの第１方向における長さとの割合が上記範囲であれば、粒子状物質（ＰＭ）を、より一層効率よく除去することができる。

３．排ガス浄化
車両１００では、エンジン１０１から排出される排ガスが、排気管１０４を通過し、プラズマリアクター１に供給される。

このとき、図１に示すように、バッテリー１０２から電源配線１０５を介してプラズマリアクター１に電力が供給されると、各電極パネル３の放電領域αにおいて、第１表面Ｓ１と第２表面Ｓ２との間に、放電が生じる。

これにより、放電領域αにおいて、各電極パネル３の間の気体が、プラズマ状態となる。すなわち、プラズマリアクター１内にプラズマが発生する。

すると、プラズマリアクター１に流入した排ガスに含まれる有害成分（例えば、炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、粒子状物質（ＰＭ）など）は、プラズマリアクター１内のプラズマにより分解（プラズマ分解）される。

４．作用・効果
上記の排ガス浄化では、放電領域αにおける粒子状物質（ＰＭ）の分解効率が十分ではなく、分解されずに残存する粒子状物質（ＰＭ）が、放電領域α間を通過する場合がある。

これに対して、上記のプラズマリアクター１では、誘電体層４および導体層５を備える放電領域αの下流側に、誘電体層４を備え、導体層５を備えない捕集領域βが形成されている。

このようなプラズマリアクター１に粒子状物質（ＰＭ）が供給されると、まず、上記したように、各電極パネル３の放電領域αにおいて、第１表面Ｓ１と第２表面Ｓ２との間にプラズマが発生し、少なくとも一部の粒子状物質（ＰＭ）がプラズマ分解される。

一方、残部の粒子状物質（ＰＭ）は、帯電状態で放電領域αを抜けて、捕集領域βに至り、誘電体層４に付着する。換言すれば、プラズマ分解されずに残存する粒子状物質（ＰＭ）は、捕集領域βにおいて捕集される。

また、このとき、放電領域αでは、オゾンやラジカルなどの酸化性物質が発生しているため、その酸化性物質が第１方向における下流側に流れ、捕集領域βにおいて捕集された粒子状物質（ＰＭ）に衝突する。その結果、捕集領域βにおいて、粒子状物質（ＰＭ）が酸化および除去される。

すなわち、このようなプラズマリアクター１によれば、放電領域αにおける消費電力の増加を抑制しながら、放電領域αを通過する粒子状物質（ＰＭ）を、捕集領域βにおいて、効率よく除去することができる。

さらに、捕集領域βの第１方向長さが上記の範囲であれば、粒子状物質（ＰＭ）の捕集効率に優れ、粒子状物質（ＰＭ）をより一層効率よく除去することができる。

１プラズマリアクター
２ケーシング
２Ａ入口
２Ｂ出口
３電極パネル
４誘電体層
５導体層
α 放電領域
β 捕集領域

Claims

排ガスが流入する入口と、排ガスが流出する出口とを有するケーシングと、
前記ケーシング内に配置され、前記入口から前記出口に向かう第１方向に延び、前記第１方向と直交する第２方向において互いに間隔を隔てて並ぶ複数の電極パネルと
を備え、
複数の前記電極パネルのそれぞれは、
前記第１方向に延びる誘電体層、および、前記誘電体層の内部に配置される導体層を備える放電領域と、
前記第１方向における前記放電領域の下流側において、前記誘電体層を備え、前記導体層を備えない捕集領域と
を備え、
前記捕集領域の前記第１方向における長さが３～２０ｍｍであり、
前記捕集領域の前記第１方向における長さが、前記放電領域の第１方向における長さに対して、２０％以上５０％以下である
ことを特徴とする、プラズマリアクター。
前記捕集領域が、前記放電領域の下流側にのみ備えられる
ことを特徴とする、請求項１に記載のプラズマリアクター。