JP7018283B2

JP7018283B2 - プラズマリアクター

Info

Publication number: JP7018283B2
Application number: JP2017187428A
Authority: JP
Inventors: 昌司谷口; 一哉内藤; 和彦間所; 純人藤崎; 慎介和田; 史和河尻; 伸介伊藤; 茂仁坂井; 紀彦灘浪
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd; Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2037-09-28
Also published as: JP2019060316A

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。

特開２０１７－１４９４８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、排ガスが流れる方向における上流側において、電極パネルの表面に粒子状物質（ＰＭ）が付着し、蓄積する場合がある。

そこで、本発明の目的は、粒子状物質（ＰＭ）が電極パネルの表面に蓄積することを抑制できるプラズマリアクターを提供することにある。

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が、前記第１方向に延び、前記第２方向における一方側の表面である第１表面と、前記第２方向における他方側の表面である第２表面とを有する誘電体層と、前記誘電体層の内部に配置され、前記第１方向に延びる導体層とを備え、複数の前記電極パネルのうち、２つの前記電極パネルの間に配置される前記電極パネルの前記導体層が、前記第１方向における前記誘電体層の下流部分内に配置される第１導体層と、前記第１方向における前記誘電体層の上流部分内に配置され、前記第２方向において互いに間隔を隔てて並ぶ第２導体層および第３導体層とを有し、前記第２導体層が、前記第２方向において、前記誘電体層の中央に対して前記第１表面の近くに配置され、前記第３導体層が、前記第２方向において、前記誘電体層の中央に対して前記第２表面の近くに配置され、前記第２導体層と前記第１表面との前記第２方向における距離が、前記第１導体層と前記第１表面との前記第２方向における距離よりも短い、プラズマリアクターを含む。

このような構成によれば、第２導体層と第１表面との第２方向における距離が、第１導体層と第１表面との第２方向における距離よりも短いので、第２導体層における放電の強度を、第１導体層における放電の強度に対して強化することができる。すなわち、第１方向における上流側において、第１方向における下流側よりも放電を強化することができる。

そのため、第１方向における上流側において、粒子状物質（ＰＭ）を確実に分解することができる。

その結果、粒子状物質（ＰＭ）が電極パネルの表面に蓄積することを抑制できる。

本発明［２］は、前記第１導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離が、前記第３導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離と同じである、上記［１］のプラズマリアクターを含む。

このような構成によれば、電極パネルを容易に製造することができる。

本発明によれば、粒子状物質（ＰＭ）が電極パネルの表面に蓄積することを抑制できる。

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。図３は、プラズマリアクターの変形例を説明するための説明図であって、第１導体層が誘電体層の中央に配置された変形例を示す。図４は、プラズマリアクターの変形例を説明するための説明図であって、正極パネルの構造と負極パネルの構造とが異なる変形例を示す。図５は、プラズマリアクターの変形例を説明するための説明図であって、第２導体層が、誘電体層の第１方向上流側端部と幅方向両端部とに配置された変形例を示す。

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。具体的には、互いに隣接する２つの電極パネル３の間隔は、０．５０ｍｍ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。具体的には、誘電体層４の厚みは、０．４５ｍｍである。

導体層５は、誘電体層４の内部に配置される。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。導体層５は、第１方向に延びる。導体層５は、例えば、タングステンなどの金属からなる。導体層５は、第１導体層５Ａと、第２導体層５Ｂと、第３導体層５Ｃとを有する。

第１導体層５Ａは、第１方向における誘電体層４の下流部分内に配置される。第１導体層５Ａは、第２方向において、誘電体層４の中央に対して第２表面Ｓ２の近くに配置される。第１導体層５Ａは、第１方向に延びる。第１導体層５Ａは、シート形状を有する。第１導体層５Ａは、電源配線１０５（図１参照）に電気的に接続される。

第２導体層５Ｂは、第１方向における誘電体層４の上流部分内に配置される。第２導体層５Ｂは、第２方向において、誘電体層４の中央に対して第１表面Ｓ１の近くに配置される。第２導体層５Ｂは、第１方向に延びる。第２導体層５Ｂは、シート形状を有する。第２導体層５Ｂは、第１導体層５Ａに電気的に接続される。

第２導体層５Ｂと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ１は、第１導体層５Ａと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ２よりも短い。これにより、第２導体層５Ｂにおける放電（誘電体バリア放電）の強度を、第１導体層５Ａにおける放電の強度に対して強化することができる。

距離Ｄ１は、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．０７ｍｍ以上であり、例えば、０．７０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ１は、０．１５ｍｍである。

距離Ｄ２は、例えば、０．１０ｍｍ以上、好ましくは、０．１５ｍｍ以上であり、例えば、０．７０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ２は、０．３０ｍｍである。

距離Ｄ１は、距離Ｄ２を１００％としたときに、例えば、５％以上、好ましくは、１０％以上であり、例えば、９５％以下、好ましくは、９０％以下である。

詳しくは、第２導体層５Ｂと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ１が、第１導体層５Ａと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ２よりも短く、かつ、第２方向における一方側に配置される電極パネル３の導体層５と第２導体層５Ｂとの第２方向における距離Ｄ１１が、第２方向における一方側に配置される電極パネル３の導体層５と第１導体層５Ａとの第２方向における距離Ｄ１２よりも短い。これにより、第２方向における一方側に配置される電極パネル３の導体層５と第２導体層５Ｂとの間における放電の強度を、第２方向における一方側に配置される電極パネル３の導体層５と第１導体層５Ａとの間における放電の強度に対して強化することができる。

距離Ｄ１１は、例えば、０．２０ｍｍ以上、好ましくは、０．４５ｍｍ以上であり、例えば、２．５０ｍｍ以下、好ましくは、２．００ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ１１は、０．８０ｍｍである。

距離Ｄ１２は、例えば、０．３０ｍｍ以上、好ましくは、０．５０ｍｍ以上であり、例えば、３．００ｍｍ以下、好ましくは、２．５０ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ１２は、０．９５ｍｍである。

第３導体層５Ｃは、第１方向における誘電体層４の上流部分内に配置される。第３導体層５Ｃは、第２方向において、第２導体層５Ｂに対して間隔を隔てて並ぶ。第３導体層５Ｃは、第２方向において、誘電体層４の中央に対して第２表面Ｓ２の近くに配置される。第３導体層５Ｃは、第１方向に延びる。第３導体層５Ｃは、シート形状を有する。第３導体層５Ｃは、第１導体層５Ａに電気的に接続される。

第３導体層５Ｃと第２表面Ｓ２との第２方向における距離Ｄ３は、距離Ｄ１と同じである。なお、「同じ」とは、電極パネル３を製造する際に不可避的に発生する寸法誤差を許容する。すなわち、距離Ｄ３と距離Ｄ１とが、寸法誤差程度、異なっていても、距離Ｄ３と距離Ｄ１とは、「同じ」である。

距離Ｄ３は、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．０７ｍｍ以上であり、例えば、０．７０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ３は、０．１５ｍｍである。

正極パネル３Ａの第２導体層５Ｂと負極パネル３Ｂの第３導体層５Ｃとの間の誘電体層４の厚みは、距離Ｄ１と距離Ｄ３との総和であり、例えば、０．１０ｍｍ以上、好ましくは、０．１４ｍｍ以上であり、例えば、１．４０ｍｍ以下、好ましくは、１．００ｍｍ以下であり、具体的には、０．３０ｍｍである。

また、距離Ｄ３は、第１導体層５Ａと第２表面Ｓ２との第２方向における距離Ｄ４と同じである。距離Ｄ３と距離Ｄ４とが同じであると、誘電体と導体とを積層して電極パネル３を製造するプロセスにおいて、第１導体層５Ａと第３導体層５Ｃとを同一工程で作製することができ、積層回数を低減して、電極パネル３を容易に製造することができる。

距離Ｄ４は、例えば、０．０５ｍｍ以上、好ましくは、０．０７ｍｍ以上であり、例えば、０．７０ｍｍ以下、好ましくは、０．５０ｍｍ以下である。具体的には、距離Ｄ４は、０．１５ｍｍである。

正極パネル３Ａの第１導体層５Ａと負極パネル３Ｂの第１導体層５Ａとの間の誘電体層４の厚みは、距離Ｄ２と距離Ｄ４との総和であり、例えば、０．１５ｍｍ以上、好ましくは、０．２２ｍｍ以上であり、例えば、１．４０ｍｍ以下、好ましくは、１．００ｍｍ以下であり、具体的には、０．４５ｍｍである。

つまり、正極パネル３Ａの第２導体層５Ｂと負極パネル３Ｂの第３導体層５Ｃとの間の誘電体層４の厚みは、正極パネル３Ａの第１導体層５Ａと負極パネル３Ｂの第１導体層５Ａとの間の誘電体層４の厚みよりも薄い。

これにより、プラズマリアクター１に電力が供給されたときに、正極パネル３Ａの第２導体層５Ｂと負極パネル３Ｂの第３導体層５Ｃとが、正極パネル３Ａの第１導体層５Ａと負極パネル３Ｂの第１導体層５Ａとよりも先に放電を開始する。そのため、プラズマリアクター１に印加する電圧を制御して、第１方向における上流側のみ放電させることができる。

３．作用効果
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の間で放電が生じる。これにより、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、分解される。

ここで、電極パネル３には、入口２Ａに近い側（すなわち、第１方向における上流側）において、特に、粒子状物質（ＰＭ）が付着しやすい。粒子状物質（ＰＭ）は、排ガスに含まれる有害成分の中で比較的質量が大きいので、第１方向における上流側において、電極パネル３に付着し、分解されずに蓄積する場合がある。

しかし、このプラズマリアクター１では、図２に示すように、第２導体層５Ｂと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ１が、第１導体層５Ａと第１表面Ｓ１との第２方向における距離Ｄ２よりも短いので、第２導体層５Ｂにおける放電の強度を、第１導体層５Ａにおける放電の強度に対して強化することができる。すなわち、第１方向における上流側において、第１方向における下流側よりも放電を強化することができる。

その結果、粒子状物質（ＰＭ）が電極パネル３の表面に蓄積することを抑制できる。

４．変形例
上記した実施形態では、第１導体層５Ａは、第２方向において、誘電体層４の中央に対して第２表面Ｓ２の近くに配置されているが、図３に示すように、第１導体層５Ａは、第２方向において、誘電体層４の中央に配置されてもよい。この変形例では、距離Ｄ２および距離Ｄ４は、０．２２５ｍｍである。

また、上記した実施形態では、複数の電極パネル３の全てが同じ構造を有しているが、複数の電極パネル３の全てが同じ構造を有している必要はない。例えば、図４に示すように、正極パネル３Ａの構造と負極パネル３Ｂの構造とは、異なっていてもよい。正極パネル３Ａは、図３に示す電極パネル３と同じ構造を有し、負極パネル３Ｂは、誘電体層４の第１方向下流側から第１方向上流側まで分岐せずに延びる１つの導体層５を有してもよい。つまり、複数の電極パネル３のうち、２つの電極パネル３（負極パネル３Ｂ）の間に配置される電極パネル３（正極パネル３Ａ）の導体層５が、第１導体層５Ａと、第２導体層５Ｂと、第３導体層５Ｃとを有していればよい。

また、粒子状物質（ＰＭ）は、誘電体層４の第１方向上流端部と、誘電体層４の幅方向（第１方向および第２方向の両方と直交する方向）両端部とに蓄積しやすい。そのため、図５に示すように、第２導体層５Ｂは、誘電体層４の第１方向上流端部と、誘電体層４の幅方向両端部との内部に設けられていればよい。

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
５Ａ第１導体層
５Ｂ第２導体層
５Ｃ第３導体層
Ｓ１第１表面
Ｓ２第２表面

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、前記第２方向における一方側の表面である第１表面と、前記第２方向における他方側の表面である第２表面とを有する誘電体層と、
前記誘電体層の内部に配置され、前記第１方向に延びる導体層と
を備え、
複数の前記電極パネルのうち、２つの前記電極パネルの間に配置される前記電極パネルの前記導体層は、
前記第１方向における前記誘電体層の下流部分内に配置される第１導体層と、
前記第１方向における前記誘電体層の上流端部と幅方向両端部を含む上流部分内に配置され、前記第２方向において互いに間隔を隔てて並ぶ第２導体層および第３導体層と
を有し、
前記第２導体層は、前記第２方向において、前記誘電体層の中央に対して前記第１表面の近くに配置され、
前記第３導体層は、前記第２方向において、前記誘電体層の中央に対して前記第２表面の近くに配置され、
前記第２導体層と前記第１表面との前記第２方向における距離は、前記第１導体層と前記第１表面との前記第２方向における距離よりも短く、
前記第３導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離は、前記第１導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離と同じであるか、または、前記第１導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離よりも短いことを特徴とする、プラズマリアクター。
前記第３導体層は、前記第１導体層に連続して前記第１方向に延び、
前記第３導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離は、前記第１導体層と前記第２表面との前記第２方向における距離と同じであ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。