JP2005123034A - Plasma generating electrode and plasma reactor - Google Patents
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Abstract
【課題】安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることが可能なプラズマ発生電極を提供する。
【解決手段】互いに対向する二以上の板状の単位電極2と、単位電極2の両端部6の長手方向の長さに対応した長さを有するとともに互いに対向する一の表面7を有し、単位電極2の両端部6の間に挟持されることによって、単位電極2を所定間隔に隔てて保持する一組以上の保持部材5とを備えたプラズマ発生電極1であって、互いに対向する単位電極2の少なくとも一方が、誘電体となるセラミック体3と、セラミック体3の内部に配設された導電膜4とを有するとともに、一組の保持部材5が、互いに対向する一の表面7上に、一の表面7の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝8を有するプラズマ発生電極1。
【選択図】図1A plasma generating electrode capable of generating a stable and uniform plasma with high efficiency is provided.
Two or more plate-like unit electrodes 2 facing each other, and a surface 7 having a length corresponding to the length in the longitudinal direction of both end portions 6 of the unit electrode 2 and facing each other, A plasma generating electrode 1 including one or more sets of holding members 5 that hold the unit electrode 2 at a predetermined interval by being sandwiched between both end portions 6 of the unit electrode 2, and each unit is opposed to each other. At least one of the electrodes 2 includes a ceramic body 3 serving as a dielectric and a conductive film 4 disposed inside the ceramic body 3, and a pair of holding members 5 are on one surface 7 facing each other. Furthermore, the plasma generating electrode 1 having a groove 8 extending in the longitudinal direction of one surface 7 over the entire length.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、プラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。さらに詳しくは、安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることが可能なプラズマ発生電極及びプラズマ反応器に関する。 The present invention relates to a plasma generating electrode and a plasma reactor. More specifically, the present invention relates to a plasma generating electrode and a plasma reactor capable of generating a stable and uniform plasma with high efficiency.
二枚の両端を固定された電極間に誘電体を配置し高電圧の交流、あるいは周期パルス電圧をかけることにより、無声放電が発生し、これによりできるプラズマ場では活性種、ラジカル、イオンが生成され、気体の反応、分解を促進することが知られており、これをエンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスに含まれる有害成分の除去に利用できることが知られている。 Silent discharge occurs when a dielectric is placed between two fixed electrodes and a high voltage alternating current or periodic pulse voltage is applied. In the resulting plasma field, active species, radicals, and ions are generated. It is known that gas reaction and decomposition are promoted, and it is known that this can be used to remove harmful components contained in exhaust gas discharged from engines and various incinerators.
例えば、エンジンや各種の焼却炉等から排出される排気ガスを、プラズマ場内を通過させることによって、この排気ガス中に含まれる、例えば、NOx、カーボン微粒子、HC、CO等を処理する、プラズマ発生電極を用いたプラズマ反応器等が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
しかしながら、このようなプラズマ反応器に用いられるプラズマ発生電極は、安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることができないという問題があった。特に、各電極の両端部を保持するための保持部材の内表面に沿って沿面放電が起こり、対向する電極相互間に安定したプラズマを効率よく発生させることはできなかった。 However, the plasma generating electrode used in such a plasma reactor has a problem that stable and uniform plasma cannot be generated with high efficiency. In particular, creeping discharge occurs along the inner surface of the holding member for holding both ends of each electrode, and stable plasma cannot be efficiently generated between the opposing electrodes.
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることが可能なプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a plasma generating electrode and a plasma reactor capable of generating a stable and uniform plasma with high efficiency.
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器を提供するものである。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following plasma generating electrode and plasma reactor.
[1] 互いに対向する二以上の板状の単位電極と、前記単位電極の両端部の長手方向の長さに対応した長さを有するとともに互いに対向する一の表面を有し、前記単位電極の両端部の間に挟持されることによって、前記単位電極を所定間隔に隔てて、その相互間に空間を形成するように保持する一組以上の保持部材とを備え、前記単位電極相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極であって、互いに対向する前記単位電極の少なくとも一方が、誘電体となるセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜とを有するとともに、一組の前記保持部材が、互いに対向する前記一の表面上に、前記一の表面の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝を有するプラズマ発生電極。 [1] Two or more plate-like unit electrodes facing each other, and having a length corresponding to the length in the longitudinal direction of both end portions of the unit electrode and having one surface facing each other, And a pair of holding members that hold the unit electrodes so as to form a space between the unit electrodes at a predetermined interval by being sandwiched between both ends, and voltage between the unit electrodes. A plasma generating electrode capable of generating plasma by applying at least one of the unit electrodes facing each other, a ceramic body serving as a dielectric, and a conductive body disposed within the ceramic body And a pair of holding members having a groove extending over the entire length in the longitudinal direction of the one surface on the one surface facing each other. The pole.
[2] 前記凹溝が、二以上の平面もしくは一以上の曲面、又は一以上の平面及び一以上の曲面から構成されたものである前記[1]に記載のプラズマ発生電極。 [2] The plasma generating electrode according to [1], wherein the concave groove is composed of two or more planes or one or more curved surfaces, or one or more planes and one or more curved surfaces.
[3] 前記凹溝の長手方向に垂直な断面の形状が、四角形以上の多角形、半円形、半楕円形、又は砲弾形である前記[1]又は[2]に記載のプラズマ発生電極。 [3] The plasma generating electrode according to [1] or [2], wherein a shape of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave groove is a quadrilateral or more polygonal shape, a semicircular shape, a semielliptical shape, or a bullet shape.
[4] 前記凹溝の長手方向に垂直な断面の形状が、四角形以上の多角形の場合に、前記断面における、前記保持部材の前記一の表面と前記凹溝の表面、及び前記凹溝の表面同士によって構成される、前記空間側の角度が、90〜270度である前記[1]〜[3]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [4] When the shape of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the concave groove is a quadrilateral or more polygon, the one surface of the holding member, the surface of the concave groove, and the concave groove in the cross section. The plasma generating electrode according to any one of [1] to [3], wherein the space side angle is 90 to 270 degrees.
[5] 前記保持部材の長手方向に垂直な断面における、前記保持部材の前記一の表面の前記凹溝を含む全長が、前記保持部材の前記一の表面の幅の1.3〜10倍である前記[1]〜[4]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [5] The overall length including the concave groove on the one surface of the holding member in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the holding member is 1.3 to 10 times the width of the one surface of the holding member. The plasma generating electrode according to any one of [1] to [4].
[6] 前記保持部材の長手方向に垂直な断面における、前記保持部材の前記一の表面と、前記単位電極の表面とによって構成される、前記空間側の角度が、90度以上である前記[1]〜[5]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [6] The space-side angle formed by the one surface of the holding member and the surface of the unit electrode in a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the holding member is 90 degrees or more. The plasma generating electrode according to any one of [1] to [5].
[7] 前記保持部材が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ムライト、コージェライト、及び結晶化ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む前記[1]〜[6]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [7] The above [1] to [6], wherein the holding member contains at least one compound selected from the group consisting of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, zirconia, mullite, cordierite, and crystallized glass. ] The plasma generating electrode in any one of.
[8] 前記セラミック体が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、コージェライト、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含む前記[1]〜[7]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [8] The ceramic body is made of aluminum oxide, magnesium oxide, silicon oxide, silicon nitride, aluminum nitride, mullite, cordierite, magnesium-calcium-titanium oxide, barium-titanium-zinc oxide, and barium-titanium. The plasma generating electrode according to any one of [1] to [7], which contains at least one compound selected from the group consisting of a system oxide.
[9] 前記導電膜が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニア、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含む前記[1]〜[8]のいずれかに記載のプラズマ発生電極。 [9] The [1] to [1], wherein the conductive film contains at least one metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, manganese, chromium, titanium, zirconia, nickel, iron, silver, copper, platinum, and palladium. 8] The plasma generating electrode according to any one of the above.
[10] 前記[1]〜[9]のいずれかに記載のプラズマ発生電極と、所定の成分を含むガスの流路(ガス流路)を内部に有するケース体とを備え、前記ガスが前記ケース体の前記ガス流路に導入されたときに、前記プラズマ発生電極で発生したプラズマにより前記ガスに含まれる前記所定の成分が反応することが可能なプラズマ反応器。 [10] The plasma generating electrode according to any one of [1] to [9], and a case body having a gas flow path (gas flow path) containing a predetermined component therein, wherein the gas is A plasma reactor capable of causing the predetermined component contained in the gas to react with plasma generated by the plasma generating electrode when introduced into the gas flow path of the case body.
[11] 前記プラズマ発生電極に電圧を印加するためのパルス電源をさらに備えた前記[10]に記載のプラズマ反応器。 [11] The plasma reactor according to [10], further including a pulse power source for applying a voltage to the plasma generating electrode.
[12] 前記パルス電源が、その内部に少なくとも一つのSIサイリスタを有する前記[11]に記載のプラズマ反応器。 [12] The plasma reactor according to [11], wherein the pulse power source includes at least one SI thyristor therein.
本発明のプラプラズマ発生電極は、安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることができる。また、本発明のプラズマ反応器は、このようなプラズマ発生電極を備えてなることから、省エネルギー化を実現させることができるとともに、反応効率を向上させることができる。 The plastic plasma generating electrode of the present invention can generate stable and uniform plasma with high efficiency. In addition, since the plasma reactor of the present invention includes such a plasma generation electrode, energy saving can be realized and reaction efficiency can be improved.
以下、図面を参照して、本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, embodiments of a plasma generating electrode and a plasma reactor according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the present invention is not construed as being limited thereto, and the scope of the present invention is not limited thereto. Various changes, modifications, and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art without departing from the scope.
図1は、本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態における、単位電極の両端部の長手方向に垂直な断面を示す断面図である。また、図2は、本実施の形態のプラズマ発生電極を構成する保持部材の一例を示す斜視図である。また、図3は、図1に示すプラズマ発生電極の保持部材を拡大した拡大図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of both end portions of a unit electrode in one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention. FIG. 2 is a perspective view showing an example of a holding member constituting the plasma generating electrode of the present embodiment. FIG. 3 is an enlarged view of the plasma generating electrode holding member shown in FIG.
図1〜図3に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極1は、互いに対向する二以上の板状の単位電極2と、単位電極2の両端部6の長手方向の長さに対応した長さを有するとともに互いに対向する一の表面7を有し、単位電極2の両端部6の間に挟持されることによって、単位電極2を所定間隔に隔てて、その相互間に空間14を形成するように保持する一組以上の保持部材5とを備え、単位電極2相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極1であって、互いに対向する単位電極2の少なくとも一方(図1においては、両方)が、誘電体となるセラミック体3と、セラミック体3の内部に配設された導電膜4とを有するとともに、一組の保持部材5が、互いに対向する一の表面7上に、一の表面7の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝8を有するものである。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
上述したように、本実施の形態のプラズマ発生電極1に用いられる単位電極2は、誘電体としてのセラミック体3と導電膜4とを有する、所謂、バリア放電型の電極であり、導電膜4単独で放電を行う場合と比較して、スパーク等の片寄った放電を減少させることができるとともに、単位電極2相互間に小さな放電を複数の箇所で起こすことができる。このような複数の小さな放電は、スパーク等の放電に比して流れる電流が少ないために、消費電力を削減することができ、さらに、誘電体が存在することによりイオンの移動開始以前に放電が停止し、単位電極2相互間では電子の移動が優位となり、温度上昇を伴わないノンサーマルプラズマを発生させることができる。本実施の形態のプラズマ発生電極1は、所定の成分を含むガスを反応させるプラズマ反応器、例えば、排気ガスを処理する排気ガス処理装置や空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に用いることができる。
As described above, the
また、本実施の形態においては、単位電極2を保持する一組以上の保持部材5が、互いに対向する一の表面7上に、一の表面7の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝8を有するものであるために、上述した放電を行う際に、保持部材5の一の表面7上を経由して起こる沿面放電を有効に防止することができ、単位電極2相互間に、安定かつ均一なプラズマを発生させることができる。図4(a)に示すように、プラズマ発生電極31を構成する保持部材35の一の表面37が平坦な場合は、安定かつ均一なプラズマを発生させることができないだけでなく、単位電極32相互間に電圧を印加した際に、保持部材35の一の表面37に沿って沿面放電39が起こるため、そのエネルギー効率が低下する。このような沿面放電39は、図4(b)に示すように、単位電極32の内部に配設した導電膜34の外縁部38を、保持部材35の一の表面37よりも空間側(内側)に位置した状態でセラミック体33の内部に配設することによって防止することができるが、このように構成すると、単位電極32の全表面の面積に対する、プラズマを発生し得る部分の面積の割合が小さくなり、結果としてプラズマ発生電極31が大型化して好ましくない。図1に示すように、本実施の形態においては、単位電極2の内部に配設した導電膜4の外縁部が、保持部材5の一の表面7と略同じ位置、又は一の表面7より外側に位置するような(図1においては、保持部材5の一の表面7より外側に位置している)構成としても、保持部材5の一の表面7に起こる沿面放電を有効に防止することができ、単位電極2の、保持部材5によって保持された部位を除いた全域から有効にプラズマ発生させることができる。
Further, in the present embodiment, one or more sets of holding
本実施の形態に用いられる保持部材5においては、凹溝8が、二以上の平面もしくは一以上の曲面、又は一以上の平面及び一以上の曲面から構成されたものであるこのが好ましい。また、凹溝8の長手方向に垂直な断面の形状については、特に限定されることはないが、図2に示すようなコの字形(四角形)、図5に示すような楕円形、図6に示すような、凹溝8の表面9と保持部材5の一の表面7とが連続した曲面で構成された半円形や、また、図示は省略するが、上述したコの字形以外の四角形以上の多角形や、砲弾形等を好適例として挙げることができる。このような断面形状とすることによって、保持部材5の一の表面7に沿って起こる沿面放電を有効に防止することができる。なお、以下、本実施の形態において、単に「凹溝の断面」というときは、「凹溝の長手方向に垂直な断面」を意味するものとする。また、本実施の形態に用いられる保持部材5は、図7に示すように、保持部材5の一の表面7と凹溝8の表面9とが連続又は不連続な曲面から構成されたものであってもよい。
In the
また、図1〜図3に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極1においては、凹溝8の長手方向に垂直な断面の形状が、四角形以上の多角形(図1〜図3においては四角形)の場合に、その断面における、保持部材5の一の表面7と凹溝8の表面9、及び凹溝8の表面9同士によって構成される、空間14側の角度Aが、90〜270度であることが好ましい。保持部材5の一の表面7と凹溝8の表面9、及び凹溝8の表面9同士によって構成される、空間14側の角度Aが、90度未満、又は270度を超えると、その角に放電が集中して、有効にプラズマを発生させることができない恐れがある。また、例えば、図5に示すように、凹溝8の表面9が曲面から構成されている場合には、保持部材5の一の表面7と、曲面で構成された凹溝8の表面9の接点における接線によって構成される、空間14側の角度Aが、90〜270度であることが好ましい。また、図示は省略するが、保持部材の一の表面が曲面から構成されている場合においても同様に、その接線によって構成される、空間側の角度が、90〜270度であることが好ましい。さらに、保持部材の一の表面が二以上の平面から構成されている場合においては、保持部材の長手方向に垂直な断面における、保持部材の一の表面同士によって構成される、空間側の角度についても、90〜270度であることが好ましい。
Moreover, as shown in FIGS. 1-3, in the
本実施の形態においては、図1及び図3に示すように、保持部材5の長手方向に垂直な断面における、保持部材の一の表面7の凹溝8を含む全長Lが、保持部材5の一の表面の幅D(対向する単位電極2の相互間の距離に相当する長さ)の1.3〜10倍であることが好ましく、2〜5倍であることがさらに好ましい。なお、保持部材5の一の表面7の凹溝8を含む全長Lとは、例えば、図3に示すように、凹溝8の断面の形状がコの字形(四角形)の場合には、凹溝8の側面と底面と、その上面(一の表面7)とに対応する、波線で示した部分の長さのことである(以下、単に「一の表面の全長」ということがある)。保持部材の一の表面7の全長Lが、保持部材5の一の表面7の幅Dの1.3倍より小さいと、十分な沿面距離を確保できないことがある。また、保持部材5の一の表面7の全長Lが、保持部材5の一の表面7の幅Dの10倍より大きいと、異常放電は起こらないが、保持部材5によって形成される空間14が大きくなるため、反応効率が低下することがある。なお、凹溝の断面形状が半円形や半楕円形等の場合には、保持部材の一の表面の全長は、その円弧の長さと両側の直線部の総和となる。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 3, the entire length L including the
また、図1〜図3に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極1においては、保持部材5の一の表面7と、単位電極2の表面とによって構成される、空間14側の角度Bが、90度以上であることが好ましい。このように構成することによって、単位電極2と保持部材5の界面で異常放電を抑えることが可能となる。
In addition, as shown in FIGS. 1 to 3, in the
また、図8に示すように、保持部材5と単位電極2とで構成される保持部材5側の角度が90度以上で、空間14側の角度がいずれも90度以上となることで、効率の高い安定な放電空間を得ることができる。
Moreover, as shown in FIG. 8, the angle on the holding
図3に示すように、本実施の形態のプラズマ発生電極1に用いられる保持部材5は、単位電極2相互間を所定間隔に隔てた状態で、良好にその両端部6を保持することができる程度の機械的強度を有するものであることが好ましく、例えば、保持部材5が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、ジルコニア、ムライト、コージェライト、及び結晶化ガラスからなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含んでなることが好ましい。また、保持部材5は、電圧を印加した単位電極2を保持するものであることから、電気絶縁性を有することが好ましい。具体的には、保持部材5の絶縁破壊電圧が5kV/mm以上であることが好ましい。
As shown in FIG. 3, the holding
保持部材5の一の表面7以外の他の表面の形状や一の表面の幅D等は、用いられる単位電極2等に応じて適宜選択して決定することができる。例えば、保持部材5の一の表面7の幅Dは、対向する単位電極2の相互間の間隔に相当するものであり、必要とするプラズマの強度や電圧を印加する電源等によって決定することが好ましい。具体的には、例えば、排ガス中のNOxのNO2への変換にプラズマ発生電極1を用いる場合には、保持部材の一の表面の幅Dを0.3〜2.0mmにすることが好ましい。
The shape of the surface other than the one
単位電極2を構成するセラミック体3は、誘電体として好適に用いることができるものであれば、その材料については特に限定されることはないが、例えば、セラミック体3が、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化アルミニウム、ムライト、コージェライト、マグネシウム−カルシウム−チタン系酸化物、バリウム−チタン−亜鉛系酸化物、及びバリウム−チタン系酸化物からなる群から選ばれる少なくとも一種の化合物を含むことが好ましい。このような化合物を含むことによって、耐熱衝撃性に優れたセラミック体3とすることができる。本実施の形態に用いられるセラミック体3は、例えば、テープ状のセラミックグリーンシートや、押出成形で得られたシートを用いて形成することができる。また、粉末乾式プレスで作製した平板を用いても形成することができる。なお、セラミック体3の大きさは特に限定されることはなく、使用目的に応じて適宜決定することができる。
The material of the
単位電極2を構成する導電膜4は、単位電極2相互間に電圧を印加することによってプラズマを発生させることが可能なものであればよく、特に限定されることはないが、例えば、導電膜4が、タングステン、モリブデン、マンガン、クロム、チタン、ジルコニア、ニッケル、鉄、銀、銅、白金、及びパラジウムからなる群から選ばれる少なくとも一種の金属を含むことが好ましい。
The
また、導電膜4を配設する方法については特に限定されることはないが、セラミック体3に塗工して形成、配設することが好ましい。具体的な方法としては、例えば、スクリーン印刷、カレンダーロール、スプレー、静電塗装、ディップ、ナイフコータ、化学蒸着、物理蒸着等を好適例として挙げることができる。このような方法によれば、表面の平滑性に優れ、かつ厚さの薄い導電膜4を容易に形成することができる。
Further, the method for disposing the
セラミック体3及び導電膜4の厚さについては、発生させるプラズマの大きさや強度、単位電極2に印加する電圧等を考慮して適宜決定される。
The thicknesses of the
なお、単位電極2相互間に電圧を印加して放電を行う際には、導電膜4に直接電圧を印加する必要があるために、単位電極2は、両端部6のうちのどちらか一方側において、所定の電源(図示せず)と導電膜4とを通電可能な状態としておくことが好ましい。図1においては、単位電極2が交互に、それぞれ異なる側の端部6において通電可能となるように構成されている。
In addition, when discharging by applying a voltage between the
また、図1に示したプラズマ発生電極1は、全ての単位電極2が、誘電体となるセラミック体3と、セラミック体3の内部に配設された導電膜4とを有するものであるが、本実施の形態においては、少なくとも一方の単位電極2がセラミック体3と導電膜4とを有していればよく、例えば、図9に示すように、プラズマ発生電極1を構成する一方の単位電極2aがセラミック体3と導電膜4とを有し、他方の単位電極2bが、単なる導電性を有する板状の電極から構成されてなるものであってもよい。この場合、他方の単位電極2bの構成については特に限定されることはないが、従来公知の電極、例えば、導電性を有する金属から形成された板状の電極等を好適に用いることができる。また、図1及び図9においては、八枚の単位電極2から構成されたプラズマ発生電極1を示しているが、単位電極2の枚数はこれに限定されることはない。なお、図9においては、図1に示すプラズマ発生電極1と同様の各要素には同一の符号を付してその説明を省略する。
Further, in the
以下、本実施の形態のプラズマ発生電極の製造方法について具体的に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the plasma generating electrode of this Embodiment is demonstrated concretely.
まず、プラズマ発生電極を構成するセラミック体となるテープ状のセラミックグリーンシートを形成するためのスラリー(セラミックグリーンシート製作用スラリー)を調製する。このスラリーは、所定のセラミック粉末に適当なバインダ、焼結助剤、可塑剤、分散剤、有機溶媒等を配合して調製する。上述したセラミック粉末としては、特に限定されることはないが、例えば、アルミナ、ムライト、コージェライト、窒化珪素、窒化アルミニウム等の粉末を好適に用いることができる。また、焼結助剤は、セラミック粉末100質量部に対して、3〜10質量部加えることが好ましく、可塑剤、分散剤及び有機溶媒については、従来公知のセラミックグリーンシートを形成するために用いられるスラリーに使用されている可塑剤、分散剤及び有機溶媒を好適に用いることができる。なお、このセラミックグリーンシート製作用スラリーはペースト状であってもよい。 First, a slurry for forming a tape-shaped ceramic green sheet to be a ceramic body constituting the plasma generating electrode (ceramic green sheet working slurry) is prepared. This slurry is prepared by blending an appropriate binder, a sintering aid, a plasticizer, a dispersant, an organic solvent and the like with a predetermined ceramic powder. Although it does not specifically limit as ceramic powder mentioned above, For example, powders, such as an alumina, mullite, cordierite, silicon nitride, aluminum nitride, can be used conveniently. The sintering aid is preferably added in an amount of 3 to 10 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the ceramic powder. The plasticizer, dispersant and organic solvent are used to form a conventionally known ceramic green sheet. Plasticizers, dispersants and organic solvents used in the resulting slurry can be suitably used. The ceramic green sheet working slurry may be in the form of a paste.
次に、得られたセラミックグリーンシート製作用スラリーを、ドクターブレード法、カレンダー法、印刷法、リバースロールコータ法等の従来公知の手法に従って、所定の厚さとなるように成形してセラミックグリーンシートを形成する。このようにして形成されたセラミックグリーンシートは、切断、切削、打ち抜き、連通孔の形成等の加工を施したり、複数枚のセラミックグリーンシートを積層した状態で熱圧着等によって一体的な積層物として用いてもよい。 Next, the obtained ceramic green sheet working slurry is molded to have a predetermined thickness according to a conventionally known technique such as a doctor blade method, a calendar method, a printing method, a reverse roll coater method, etc. Form. The ceramic green sheets formed in this way are processed as cutting, cutting, punching, formation of communication holes, etc., or as an integrated laminate by thermocompression bonding or the like with a plurality of ceramic green sheets laminated. It may be used.
一方、導電膜を形成するための導体ペーストを調製する。この導体ペーストは、例えば、モリブデン粉末にバインダ及びテルピネオール等の溶剤を加え、トリロールミルを用いて十分に混錬して得ることができる。なお、上述したセラミックグリーンシートとの密着性及び焼結性を向上させるべく、必要に応じて導体ペーストに添加剤を加えてもよい。 On the other hand, a conductor paste for forming a conductive film is prepared. This conductor paste can be obtained, for example, by adding a solvent such as binder and terpineol to molybdenum powder and kneading sufficiently using a triroll mill. In addition, you may add an additive to a conductor paste as needed in order to improve adhesiveness and sintering property with the ceramic green sheet mentioned above.
このようにして得られた導体ペーストを、セラミックグリーンシートの表面にスクリーン印刷等を用いて印刷して、所定の形状の導電膜を形成する。 The conductive paste thus obtained is printed on the surface of the ceramic green sheet using screen printing or the like to form a conductive film having a predetermined shape.
次に、導電膜を印刷したセラミックグリーンシートと、これとは別のセラミックグリーンシートとを、印刷した導電膜を覆うようにして積層し、導電膜を内部に配設したセラミックグリーンシートを得る。このセラミックグリーンシートを積層する際には、温度100℃、圧力10MPaで押圧しながら積層することが好ましい。 Next, a ceramic green sheet on which a conductive film is printed and a ceramic green sheet different from this are laminated so as to cover the printed conductive film, thereby obtaining a ceramic green sheet in which the conductive film is disposed. When laminating the ceramic green sheets, it is preferable to laminate while pressing at a temperature of 100 ° C. and a pressure of 10 MPa.
次に、導電膜を内部に配設したセラミックグリーンシートを焼成して単位電極を形成する。このようにして、プラズマ発生電極に必要な枚数の単位電極を形成する。 Next, a ceramic green sheet having a conductive film disposed therein is fired to form unit electrodes. In this way, the necessary number of unit electrodes are formed for the plasma generating electrode.
また、別途、単位電極の両端部を保持するための保持部材を作製する。具体的には、例えば、アルミナ粉末と有機バインダの混合粉体を、金型プレス成形後、バインダ仮焼、本焼成して、単位電極の両端部の長手方向の長さに対応した長さを有する一組以上の保持部材を形成する。その後、この保持部材の一の表面上に、一の表面の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝を研削加工等によって形成する。なお、この保持部材の凹溝は、上述したように研削加工等によって形成するのではなく、原料となる混合粉体を金型プレス成形する際に成形して形成してもよい。 Separately, a holding member for holding both end portions of the unit electrode is manufactured. Specifically, for example, a mixed powder of alumina powder and organic binder is subjected to die press molding, binder calcination, and main firing, and the length corresponding to the length in the longitudinal direction of both end portions of the unit electrode is set. One or more holding members are formed. After that, on one surface of the holding member, a concave groove extending in the longitudinal direction of the one surface over the entire length is formed by grinding or the like. Note that the concave groove of the holding member is not formed by grinding or the like as described above, but may be formed by molding a mixed powder as a raw material by die press molding.
次に、このようにして得られた保持部材を用い、所定枚数の単位電極を所定の間隔に保持してプラズマ発生電極を製造する。この際、互いに対向する単位電極の全てに、上述した方法で作製したセラミック体と導電体とを有する電極を用いてもよいし、このような電極は対向する単位電極の一方のみとし、他方の電極にとして、従来公知の金属板等の電極を用いてもよい。なお、本実施の形態のプラズマ発生電極を製造する方法は上記の方法に限定されることはない。 Next, using the holding member thus obtained, a plasma generating electrode is manufactured by holding a predetermined number of unit electrodes at predetermined intervals. At this time, an electrode having a ceramic body and a conductor manufactured by the above-described method may be used for all of the unit electrodes facing each other, and such an electrode is only one of the unit electrodes facing each other, A conventionally known electrode such as a metal plate may be used as the electrode. Note that the method of manufacturing the plasma generating electrode of the present embodiment is not limited to the above method.
次に、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態について具体的に説明する。図10(a)は、本発明のプラズマ反応器の一の実施の形態を、ガスの流れ方向を含む平面で切断した断面図、図10(b)は、図10(a)のA−A線における断面図である。 Next, an embodiment of the plasma reactor of the present invention will be specifically described. 10A is a cross-sectional view of one embodiment of the plasma reactor of the present invention cut along a plane including the gas flow direction, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. It is sectional drawing in a line.
図10(a)及び図10(b)に示すように、本実施の形態のプラズマ反応器11は、図1に示したような本発明のプラズマ発生電極の一の実施の形態(プラズマ発生電極1)と、所定の成分を含むガスの流路(ガス流路13)を内部に有するケース体12とを備え、このガスがケース体12のガス流路13に導入されたときに、プラズマ発生電極1によって発生したプラズマによりガスに含まれる所定の成分が反応することが可能なものである。本実施の形態のプラズマ反応器11は、排気ガス処理装置や、空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に好適に用いることができる。特に、プラズマ発生電極1は、これまでに説明したように、その対向する一の表面上に凹溝8を有する一組以上の保持部材5を備えたものであることから、保持部材5の一の表面に沿った沿面放電が有効に防止されており、プラズマ反応器11の省エネルギー化を実現させることができるとともに、反応効率を向上させることができる。
As shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b), the plasma reactor 11 of the present embodiment is one embodiment of the plasma generating electrode of the present invention (plasma generating electrode) as shown in FIG. 1) and a
本実施の形態のプラズマ反応器11を構成するケース体12の材料としては、特に制限はないが、例えば、優れた導電性を有するとともに、軽量かつ安価であり、熱膨張による変形の少ないフェライト系ステンレス等であることが好ましい。
The material of the
また、図示は省略するが、本実施の形態のプラズマ反応器においては、プラズマ発生電極に電圧を印加するための電源をさらに備えていてもよい。この電源については、プラズマを有効に発生させることができる電流を供給することが可能なものであれば、従来公知の電源を好適に用いることができる。また上述した電源としては、パルス電源であることが好ましく、この電源が、その内部に少なくとも1つのSIサイリスタを有することがさらに好ましい。このような電源を用いることによって、さらに効率よくプラズマを発生させることができる。 Although not shown, the plasma reactor of the present embodiment may further include a power source for applying a voltage to the plasma generating electrode. As this power source, a conventionally known power source can be suitably used as long as it can supply a current capable of effectively generating plasma. The power source described above is preferably a pulse power source, and more preferably, the power source has at least one SI thyristor therein. By using such a power source, plasma can be generated more efficiently.
また、本実施の形態のプラズマ反応器においては、上述したように電源を備えた構成とせずに、外部の電源から電流を供給するような構成としてもよい。 In addition, the plasma reactor according to the present embodiment may be configured to supply current from an external power source instead of the configuration including the power source as described above.
プラズマ反応器を構成するプラズマ発生電極に供給する電流については、発生させるプラズマの強度によって適宜選択して決定することができる。例えば、プラズマ反応器を自動車の排気系中に設置する場合には、プラズマ発生電極に供給する電流が、電圧が1kV以上の直流電流、ピーク電圧が1kV以上かつ1秒あたりのパルス数が100以上(100Hz以上)であるパルス電流、ピーク電圧が1kV以上かつ周波数が100以上(100Hz以上)である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流であることが好ましい。このように構成することによって、効率よくプラズマを発生させることができる。 The current supplied to the plasma generating electrode constituting the plasma reactor can be selected and determined as appropriate depending on the intensity of the plasma to be generated. For example, when the plasma reactor is installed in the exhaust system of an automobile, the current supplied to the plasma generating electrode is a direct current with a voltage of 1 kV or more, a peak voltage of 1 kV or more, and the number of pulses per second is 100 or more. A pulse current that is (100 Hz or more), an alternating current that has a peak voltage of 1 kV or more and a frequency of 100 or more (100 Hz or more), or a current obtained by superimposing any two of these is preferable. With this configuration, plasma can be generated efficiently.
以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(実施例1)
互いに対向する三十枚の板状の単位電極と、この単位電極の両端部の間に挟持されることによって単位電極を所定間隔に隔てた状態で保持する保持部材とを備えたプラズマ発生電極を製造した。プラズマ発生電極を構成する単位電極は、誘電体となるセラミック体と、セラミック体の内部に配設された導電膜とを有している。
(Example 1)
A plasma generating electrode comprising thirty plate-shaped unit electrodes facing each other and a holding member that is held between both end portions of the unit electrode to hold the unit electrodes at a predetermined interval. Manufactured. The unit electrode constituting the plasma generating electrode has a ceramic body serving as a dielectric, and a conductive film disposed inside the ceramic body.
単位電極を構成するセラミック体は、アルミナを含むセラミックグリーンシートを用いて形成し、本実施例においては、図11に示すように、セラミック体3の表面の形状を縦90mm、横50mmの長方形とし、その厚さを1mmとした。また、導電膜4は、タングステンを含むペーストを用いて、セラミック体3の略中央の内部に印刷して形成した。導電膜4の大きさは、縦84mm、横45mm、厚さ10μmとした。セラミック体3の縦方向の両端部6には、それぞれ3mmずつ導電膜4の配設されていない部分を有している。
The ceramic body constituting the unit electrode is formed using a ceramic green sheet containing alumina. In the present embodiment, as shown in FIG. 11, the surface shape of the
保持部材5は、その一の表面7の幅Dが1mmで、単位電極2の端部6を保持する部分の長手方向の長さは50mm、短手方向の長さは5mmである。保持部材5には、その一の表面7の長手方向に、その長さ全体に亘って、その断面の形状が、一の表面7からの深さが2mmの半楕円形の凹溝8を配設した。
The holding
このようなプラズマ発生電極を所定のケース体の内部に配設してプラズマ反応器(リアクタ)を製造した。このプラズマ反応器にSIサイリスタを有する電源を接続し、2kHz、6kV、50mJ/パルスの条件でプラズマ発生させた。単位電極の全面に均一な放電が発生し、安定したプラズマを発生させることができた。 A plasma reactor (reactor) was manufactured by arranging such a plasma generating electrode inside a predetermined case body. A power source having an SI thyristor was connected to the plasma reactor, and plasma was generated under conditions of 2 kHz, 6 kV, and 50 mJ / pulse. A uniform discharge was generated on the entire surface of the unit electrode, and a stable plasma could be generated.
(比較例1)
図12に示すように、保持部材35を、その一の表面37が平坦で、保持部材35の一の表面37の幅が1mm、単位電極32の端部36を保持する部分の長手方向の長さが50mm、短手方向の長さが3mmとした以外は、実施例1と同様に構成されたプラズマ発生電極31を製造し、このプラズマ発生電極31を用いてプラズマ反応器(図示せず)を製造した。
(Comparative Example 1)
As shown in FIG. 12, the holding member 35 has one
このプラズマ反応器に実施例1で用いた電源と同じ電源を接続し、2kHz、5kVの条件でプラズマ発生させたところ、保持部材の一の表面で沿面放電が起こった。沿面放電を起こさずにプラズマを発生させるには、6.5kV、60mJ/パルスの、実施例1と比較してより大きなエネルギーが必要となった。 When the same power source as that used in Example 1 was connected to this plasma reactor and plasma was generated under conditions of 2 kHz and 5 kV, creeping discharge occurred on one surface of the holding member. In order to generate plasma without causing creeping discharge, 6.5 kV, 60 mJ / pulse of higher energy was required as compared with Example 1.
(比較例2)
図13に示すように、プラズマ発生電極31を構成する単位電極32の導電膜34を、縦80mm、横45mm、厚さ10μmとした以外は、比較例1と同様に構成されたプラズマ発生電極31を製造し、このプラズマ発生電極31を用いてプラズマ反応器(図示せず)を製造した。比較例2に用いたプラズマ発生電極31においては、保持部材35の一の表面37と、導電膜34の外縁部38との間が2mmとなっている。
(Comparative Example 2)
As shown in FIG. 13, the plasma generating electrode 31 configured in the same manner as in Comparative Example 1 except that the conductive film 34 of the unit electrode 32 constituting the plasma generating electrode 31 is 80 mm long, 45 mm wide, and 10 μm thick. A plasma reactor (not shown) was manufactured using the plasma generating electrode 31. In the plasma generating electrode 31 used in Comparative Example 2, the distance between one
このプラズマ反応器に実施例1で用いた電源と同じ電源を接続し、2kHz、6kV、48mJ/パルスの条件でプラズマ発生させたところ、保持部材35の一の表面37と、導電膜34の外縁部38と間の2mmの部分には放電が起こらずに、均一なプラズマを発生させることができなかった。
When the same power source as that used in Example 1 was connected to this plasma reactor and plasma was generated under the conditions of 2 kHz, 6 kV, 48 mJ / pulse, one
本発明のプラズマ発生電極及びプラズマ反応器は、安定かつ均一なプラズマを高効率に発生させることができることから、排気ガスを処理する排気ガス処理装置や空気等に含まれる酸素を反応させてオゾンを精製するオゾナイザ等に好適に用いることができる。 Since the plasma generating electrode and the plasma reactor of the present invention can generate stable and uniform plasma with high efficiency, ozone is produced by reacting oxygen contained in an exhaust gas processing apparatus for processing exhaust gas or air. It can be suitably used for an ozonizer to be purified.
1…プラズマ発生電極、2…単位電極、2a…一方の単位電極、2b…他方の単位電極、3…セラミック体、4…導電膜、5…保持部材、6…端部、7…一の表面、8…凹溝、9…表面、11…プラズマ反応器、12…ケース体、13…ガス流路、14…空間、31…プラズマ発生電極、32…単位電極、33…セラミック体、34…導電膜、35…保持部材、36…端部、37…一の表面、38…外縁部、39…沿面放電、A,B…角度、D…一の表面の幅、L…保持部材の一の表面の凹溝を含む全長。
DESCRIPTION OF
Claims (12)
互いに対向する前記単位電極の少なくとも一方が、誘電体となるセラミック体と、前記セラミック体の内部に配設された導電膜とを有するとともに、
一組の前記保持部材が、互いに対向する前記一の表面上に、前記一の表面の長手方向に、その長さ全体に亘って延設された凹溝を有するプラズマ発生電極。 Two or more plate-like unit electrodes facing each other, and having a length corresponding to the length in the longitudinal direction of both end portions of the unit electrode and having one surface facing each other, of the both end portions of the unit electrode And a pair of holding members that hold the unit electrodes at a predetermined interval so as to form a space therebetween, and apply a voltage between the unit electrodes. A plasma generating electrode capable of generating plasma by
At least one of the unit electrodes facing each other has a ceramic body serving as a dielectric, and a conductive film disposed inside the ceramic body,
A plasma generating electrode in which a set of the holding members has a concave groove extending over the entire length in the longitudinal direction of the one surface on the one surface facing each other.
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