JP2007144244A - 放電プラズマ処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン直下の高温場においても誘電体バリア放電を維持することができ、しかもその誘電体バリアが高温と高電界で破損することのない信頼性が向上された放電プラズマ処理装置を提供する。
【解決手段】放電電極９と誘電体１０とが交互に積層された積層体の中に処理ガスが通流する流路を有する放電プラズマ処理装置において、上記放電電極は、その表面及び裏面が凹凸に形成されてなり、上記誘電体は、積層方向に隣接する放電電極の間に保持され、かつ一つの誘電体における隣接する一方の放電電極の、該誘電体の側から見て凸部８が当接している部分の反対側の面は、隣接する他方の放電電極の、該誘電体の側から見て凹部７に位置するように積層したものである。
【選択図】図１

Description

この発明は例えば自動車の排気ガス中の有害成分の清浄化などに好ましく用いることができる放電プラズマ処理装置に関する。

自動車などの動力源として使用される内燃機関の排気ガス中には、窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）などの有害成分が含まれている。これら排気ガス中の有害ガスを浄化する従来の技術としては、例えば内燃機関の排気ガスを、少なくとも１対の放電電極間に形成された流路に流し、該放電電極間に高電圧を印加して放電を発生させることで、排気ガスを浄化する排気浄化装置において、前記放電電極間の流路内に補助電極を配置して該放電電極と該補助電極との間で放電を発生させるようにしたものがある（例えば特許文献１参照。）。

特開２００１−９２３２号公報（第１頁、図１）

上記のような従来技術による放電プラズマ処理装置においては、処理ガス（排気ガス）の流路抵抗が減少され、放電電極間のショートによる電源装置の故障を防止できるなどの効果を得ることができるというものの、エンジン直下の高温場では、波型（山型）の放電電極の先端部と平板電極で挟まれた誘電体に、極めて高い電界が印加され絶縁破壊しやすい状態である上、さらに高温場であるため室温と比べてさらに数倍絶縁破壊しやすい状態にあり、このためエンジン直下の高温場における誘電体バリア放電の維持、その誘電体バリアが高温と高電界で破損しないこと、という技術的な要求に応えることは難しいという課題があった。

この発明は上記のような従来技術の課題を解消するためになされたもので、エンジン直下の高温場においても誘電体バリア放電を維持することができ、しかもその誘電体バリアが高温と高電界で破損することのない信頼性が向上された放電プラズマ処理装置を提供することを目的としている。

この発明による放電プラズマ処理装置は、放電電極と誘電体とが交互に積層された積層体の中に処理ガスが通流する流路を有する放電プラズマ処理装置において、上記放電電極は、その表面及び裏面が凹凸に形成されてなり、上記誘電体は、積層方向に隣接する放電電極の間に保持され、かつ一つの誘電体における隣接する一方の放電電極の、該誘電体の側から見て凸部が当接している部分の反対側の面は、隣接する他方の放電電極の、該誘電体の側から見て凹部に位置するように積層されてなるものである。

この発明においては、誘電体における隣接する一方の放電電極の凸部が当接している部分の反対側は、隣接する他方の放電電極の凹部に位置するように積層したことにより、放電電極の凸部が誘電体に当接した部分に電界が集中しない構造となった。これにより、高温場でも誘電体バリア放電が維持され、絶縁破壊することがなくなり、信頼性が向上するという効果が得られる。

実施の形態１．
図１、図２はこの発明の実施の形態１による放電プラズマ処理装置を説明するもので、図１は放電プラズマ処理装置の積層体の一部を模式的に示す透視図、図２は自動車の排気ガス処理装置に適用した場合の全体構成を概略的に示すブロック図である。図において、エンジン１のシリンダ内部で燃焼したガスは、排気マニホールド２からエンジン１外部に放出され、管路によって順次接続された放電プラズマ処理装置３、触媒式浄化装置４、及び消音器５を通過し、消音器５を経たガスは排気ガス出口６から大気中に放出される。なお、排気マニホールド２は、図示省略している複数のシリンダから排気される排気ガスを１本にまとめる排気ガス管である。

放電プラズマ処理装置３は、図１に示すように、表面及び裏面に、一点鎖線の矢印Ａで示す処理ガスの通流方向に交差する方向にそれぞれ凹部７、凸部８からなる凹凸が交互に形成された板状の放電電極９（９Ｈは高電圧電極、９Ｅは接地電極）と、平板セラミックスからなる板状の誘電体１０とが交互に積層され、上記放電電極９の凹部７、凸部８からなる凹凸によって隣り合う誘電体１０相互の間に上記処理ガスを通流する間隙部１１が形成された積層体１２を備え、上記放電電極９を積層方向に交互に高電圧電極９Ｈ及び接地電極９Ｅとして構成されている。上記凹部７は、平坦状に形成されている。

なお、凹凸（凹部及び凸部）は、放電電極９を例えば水平方向に置いたときに上または下から見て、手前側（見ている側）に突出している部分を凸部、凹んでいる部分を凹部と、本来の意味で呼ぶものとする。この例では板材を波形状に加工しているので、上記凸部８は、反対側からみれば当然凹部となり、凹部７は同様に凸部となる。但し、説明の便宜上、特定の凹凸を示すときに図１の上方向に突出している部分を凸部８、下方向に突出している部分（即ち上から見て凹んでいる部分）を凹部７と、数字の符号を付して呼ぶことがある。また、その場合、凸部８の背面側の空所、即ち下側から見たときの凹部を便宜上凹所８１と呼ぶ。

上記、高電圧電極９Ｈ及び接地電極９Ｅは、この実施の形態１では同一構造（形状）のものが用いられ、高電圧電極９Ｈは足状の２つの接続部９ａを図の手前側に、接地電極９Ｅは同様の接続部（図に現れていない）を奥側に向けて交互に積層し、最下部及び最上部は接地電極が配設されるように積層され、図示省略している角筒状の保持部材に収容固定されている。そして、高電圧電極９Ｈの接続部９ａを積層方向に順次接続し、同様に接地電極９Ｅの図示されていない接続部を図の奥側で接続し、図示省略している高電圧電源に接続することで、高電圧電極９Ｈ及び接地電極９Ｅが誘電体１０と接した部分、即ち凸部８の上端面、凹部７の下端面と誘電体１０との接触部に沿って沿面放電が形成されるように構成されている。なお、高電圧電極９Ｈ及び接地電極９Ｅの区別を要しないときは、これらをまとめて単に放電電極９と呼ぶこととする。

なお、放電電極９の材質としては、例えばチタン、鉄、アルミニウム、銅、金、白金などの金属、これらの金属を含む例えばステンレス等の合金類、あるいはこれら金属、合金類を用いたクラッド材等の複合材料などは何れも好ましく用いることができるが、これら例示したもののみに限定されるものではない。また、上記誘電体１０および／または放電電極９の表面に触媒を塗布などの方法により設けてもよい。特に誘電体１０の表面に触媒を設けた場合には、触媒が沿面放電と接することができ、触媒が放電により加熱されるのでガス処理が改善される。

該触媒としては、例えば酸化チタン、酸化鉄などの酸化物や、白金、パラジウム、金、銀などの貴金属もしくはゼオライト、シリカゲル、多孔質アルミナ、活性白土、酸性白土のような多孔質触媒などを用いることができるが、触媒の機能として処理ガスを酸化または還元する機能を有したものであれば、これらに限定されるものではない。さらに誘電体１０に疎水性のセラミックスやゼオライトを塗布すると、処理ガス中の水蒸気が誘電体１０の表面で結露することを防止できるので、結露による電極間の異常放電を防止する効果を得ることもできる。上記疎水性のセラミックスとしては、例えばセラミックス表面に多孔質構造を持たないものなどを好ましく用いることができる。また、上記疎水性のゼオライトとしては、ゼオライトを構成するシリコン原子とアルミニウム原子のモル比（Ｓｉ／Ａｌ比）が２以上のものも用いることができるが、触媒としての活性点はアルミニウム原子の数に対応しているため、アルミニウム原子の数が少なすぎない範囲として、Ｓｉ／Ａｌ比が２〜３００の範囲のものを使用することが好ましい。

なお、上記高電圧電源としては、交流高電圧電源および高電圧パルス電源の何れも好ましく用いることができる。また、平板セラミックスからなる誘電体１０としては、例えばアルミナセラミックス、コージェライト、チタン酸バリウム、ガラス、及び石英などを用いることができるが、セラミックスのような不燃の絶縁材料であれば、これら例示したもののみに限定されるものではない。さらに、上記誘電体１０の厚みは特に限定されるものではないが、実用上約０．５〜１．５ｍｍ程度の範囲内に選ぶことは望ましい。誘電体１０の厚みが約０．５ｍｍ以下では薄すぎて破損し易く、約１．５ｍｍ以上では強度は十分であるが重くなるため、何れも好ましくない。従って、実車搭載を考慮すると誘電体１０の厚みは、上記範囲内に選ぶのが望ましい。

上記放電電極９と誘電体１０は、接合加工を施さないことが特徴の一つである。放電電極９は、金属の平板をプレス等により波型に折曲加工したものを用いることができる。この波型に加工された放電電極９を用いることによって、隣接する誘電体１０相互の間に排気ガスを流すための間隙部１１を形成することができる。これらの放電電極９と誘電体１０は、例えば自動車の排気量に応じて積層する高さを変えることで、小型の自動車から大型トラックなど大型の自動車に適用可能なものを得ることができる。大型車両向けの大量の排気ガスを処理する目的では、積層高さの増加に加えて図１の横方向の寸法を大きくしてもよい。

さらに、放電電極９の凹凸と誘電体１０によって形成される間隙部１１の高さ（凹凸の高さから放電電極９の板厚を差し引いた寸法）は、特に限定されるものではないが、処理ガスが沿面放電に接触する確率などを考慮すると、例えば約５ｍｍ程度以下とすることが望ましい。また、該間隙部１１の高さが小さすぎると、処理ガスがこの間隙部１１を通過するとき、圧損を生じてエンジン１に負荷をかけてしまうので、実用的には、約１〜５ｍｍ程度の範囲内にすることは望ましい。

また、隣接する凸部８（または凹部７）相互の間隔は特に限定されるものではないが、例えば約１〜２０ｍｍ程度とすることは望ましい。交流高電圧の印加電圧が例えば７ｋＶ程度のとき、沿面放電は誘電体１０の表面に沿って約１ｃｍ程度の幅で伸展するので、上記間隔は２０ｍｍ程度あれば誘電体１０の表面全体を沿面放電が覆うようになる。さらに、交流高電圧の印加電圧も特に限定されるものでないが、例えば誘電体１０として厚さ約１ｍｍのアルミナセラミックスを用いた場合の絶縁破壊電圧は１５ｋＶ程度であるため、該印加電圧を、４（放電を開始する電圧）〜１５ｋＶ程度とすることは望ましく、通常は誘電体１０の絶縁破壊電圧よりも低い電圧で動作させるので４〜１０ｋＶが実質的な印加電圧となる。なお誘電体１０の材質および厚みが上記例と異なる場合、放電を開始する電圧および絶縁破壊電圧も異なり、その特性に合わせた印加電圧となる。

次に上記のように構成された実施の形態１の動作について説明する。エンジン１の複数のシリンダから排出され、排気マニホールド２で１本にまとめられた排気ガスは、放電プラズマ処理装置３に導入され、ここで放電電極９と誘電体１０を積層した積層体１２の間隙部１１を通流するときに、放電プラズマにより処理ガスである排気ガスが次のような放電化学反応の作用を受ける。排気ガス中の酸素分子や水分子が放電プラズマ中にあると次の式（１）、式（２）のような解離が生じる。

Ｏ_２ → ２Ｏ^＊ ――――（式１）
Ｈ_２Ｏ → Ｈ^＊ ＋ ＯＨ^＊ ――――（式２）
このＯ^＊とＯＨ^＊は有害ガスである炭化水素（ＨＣ）や一酸化窒素（ＮＯ）と式（３）、式（４）のように反応して、最終的にホルムアルデヒドやアセトアルデヒド、二酸化窒素、一酸化炭素、二酸化炭素、水が生じる。
ＨＣ＋Ｏ^＊ ｏｒ ＯＨ^＊ → ホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、ＣＯ、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ ――――（式３）
ＮＯ＋Ｏ^＊ → ＮＯ_２ ――――（式４）

この放電化学反応で発生したアルデヒド類やＣＯは還元性ガスであり、ＮＯ_２は酸化性ガスである。この還元性ガスと酸化性ガスを次段の触媒式浄化装置４に通すと、触媒表面で還元性ガスと酸化性ガスが式（５）のように反応して、チッ素、二酸化炭素、水を生成して清浄化する。
アルデヒド類 ｏｒ ＣＯ＋ＮＯ_２ → Ｎ_２、ＣＯ_２、Ｈ_２Ｏ （触媒表面） ――――（式５）
この様に酸素が含まれる排気ガスを放電プラズマ処理して、排気ガス中の有害ガスを還元性ガスと酸化性ガスに転化し、さらに次段の触媒式浄化装置４を用いることで排気ガスを清浄化することができる。

上記のようにラジカル反応の過程で、一部の排気ガス成分は酸化性ガスや還元性ガスに転化する。また一部の排気ガスは清浄なガス成分に転化することもある。ラジカルと反応した排気ガスは、次の触媒式浄化装置４で清浄化処理される。ここで清浄化処理とは、排気ガスに含まれる有害ガス成分が清浄な成分、例えばチッ素や酸素、水、ＣＯ_２に転化することである。この触媒式浄化装置４とは、従来使用されているような蜂の巣状のセラミック基材に白金などの貴金属触媒を担持したものを排気管の中に充填したものである。触媒式浄化装置４で清浄化された排気ガスはその後、消音器５を通過して排気ガス出口６より外部へ排気される。

上記のように、この実施の形態１によれば、接地電極９Ｅと高電圧電極９Ｈを板材を加工した同一の波型形状とし、隣接する放電電極９の凹凸の位置を積層方向に合致させたことで、接地電極９Ｅの凸部８が誘電体１０と接した沿面放電を生じる部分の反対側の高電圧電極９Ｈは凸部８の背面側の凹所８１となっているために、接地電極９Ｅの先端（凸部８）で形成される電界が高電圧電極９Ｈ側では集中しない構造になっている。また、凹部７の近傍でも同様の理由で電界が集中しない構造となっている。このため、絶縁破壊現象が回避される。なお、隣接する放電電極９の凸部８と凹部７（下側から見れば凸部となる）が誘電体１０を介して向かいあっていた場合には、電界が一点に集中して、平板セラミックスからなる誘電体１０を絶縁破壊し易くなるので、放電電極９の凹凸の位置はこの実施の形態１の場合、積層方向に合致させることが必要である。

上記のように、誘電体１０に電界が集中しないので高温場でも十分に放電エネルギーを放電電極９に投入することができるようになった。また、高温で用いても破損しないので、エンジン直下に設置できるようになった。さらに、誘電体１０と放電電極９は接合等の加工を要せず、単に積層した構成としているので、製造が容易であると共に、高温による材料の体積膨張が生じても接合部がないので、破損しない効果も同時に得た。また、波型の放電電極９に平坦な部分（凹部７）を設けてあるので、凸部８などの突起部（山型部）で生じた沿面放電が、平坦部に向かって伸展するので処理ガスが沿面放電に接触し易くなる効果も得られた。

さらにまた、平板を波型に加工した放電電極９を用いているので、弾性力があり、高温で放電電極９が膨張しても膨張分を緩和して、装置の変形を小さく抑える効果がある。また、エンジン１が一般的なレシプロ型である場合、排気ガスの圧力は常に変動したものとなるが、この排気ガスの圧力変動で生じる振動や、エンジン１自体の機械的な振動、車両走行による振動も上記弾性力によって緩和することができ、これら振動による誘電体１０の破損や放電電極９に付随するネジ部の脱落を抑制する効果なども得られる。

加えて、上記誘電体１０および／または放電電極９の表面に触媒を設けた場合には、処理ガスが触媒の作用によっても分解促進される効果が得られ、沿面放電が金属触媒を加熱して、触媒による分解を促進させる効果が得られる。さらに、誘電体１０の表面に疎水性素材を塗布した場合には、誘電体１０の表面が結露しにくくなり、例えば冬季のエンジンスタート時など、異常な沿面放電を抑制する効果が得られる。

実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を示す斜視図である。図において、放電電極９は、複数の貫通孔９ｂが開いたパンチングメタルを用い、実施の形態１と同様の波型に折曲加工して凹部７及び凸部８を処理ガスの通流方向に交差する方向に形成したものである。また、接続部９ａの基部に設けられた貫通孔９ｃは、放電電極９を図示していない誘電体と交互に積層するときの固定用の孔、貫通孔９ｄは積層後に放電電極同士を電気的に接続するための孔である。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。なお、各図を通じて同一符号は同一もしくは相当部分を示すものとする。

上記のように構成された実施の形態２においては、放電電極９としてパンチングメタルを使用したことにより、装置の軽量化が図られ、また、図示省略している積層体の中を排気ガスが通過するときに乱流が形成され、処理ガスとプラズマとの接触確率が高まり処理効率が向上する。さらに、平板セラミックスからなる誘電体の表面に触媒を塗布した場合には、その触媒が露出して、処理ガスが触媒に接触する確率を改善する等の利点がある。

実施の形態３．
図４は、この発明の実施の形態３による放電プラズマ処理装置の積層体の固定方法の一例を示す透視図である。図において、支柱１３の内、図の手前側の２本の支柱１３ａは高電圧電極９Ｈの接続部９ａ基部に設けられた貫通孔をそれぞれ貫き、図の奥側の２本の支柱１３ｂは接地電極９Ｅに設けられた同様の接続部（図に表れていない）基部の貫通孔をそれぞれ貫いて放電電極９を手前側と奥側で交互に順次固定している。なお、放電電極９の接続部９ａ基部には支柱１３の直径よりも０．１〜１ｍｍ程度大きな貫通孔（図３の貫通孔９ｃに相当）が設けられている。

また、この支柱１３の側面は２枚の放電電極９相互の間に介装される平板セラミックスからなる誘電体１０の側端面と略接する位置に配設されており、放電電極９と共に積層したときには支柱１３は誘電体１０も同時に図の前後方向に固定している。なお、この支柱１３の材質は、特に限定されるものではないが、例えばアルミナセラミックス、ガラス、石英、コージェライトなどの耐熱性を有する絶縁体は何れも特別な制限なく好ましく用いることができる。

上記のように構成された実施の形態３によれば、組み立てが簡単で容易であり、放電電極９の凹部７及び凸部８の積層方向の位置を容易に合致させることができる。また、支柱１３を挿通させる貫通孔の直径を支柱１３の直径よりも若干大きくして余裕を持たせたことで、放電電極９が熱により膨張して変形したとき、支柱１３および放電電極９の破損および変形を抑制することができる。このため、装置の信頼性も向上するという効果が得られる。

実施の形態４．
図５は、この発明の実施の形態４による放電プラズマ処理装置の積層体を模式的に示す断面図である。図において、支柱１３は、固定板１４の角部近傍に図の前後２本ずつ計４本固定支持されて立設されている。４本の支柱１３の内側に誘電体１０を載置し、その上に、高電圧電極９Ｈの図３に示す貫通孔９ｃに相当する貫通孔の中に手前側の支柱１３を挿通させるようにして該高電圧電極９Ｈを積層し、次に誘電体１０を同様に載置した後、接地電極９Ｅに設けられた同様の貫通孔の中に図の奥側の支柱１３を挿通させるようにして該接地電極９Ｅを積層する。以降同様に放電電極９を誘電体１０を介して交互に積層し、所要数の積層が終わった後、その上に断熱材１５を介して押さえ板１６を載せて積層体１２を構成している。

上記のように、固定板１４と押さえ板１６で、誘電体１０を介して積層された放電電極群を押さえ込むことで、すべての部材を固定することができる。例えば、四角い筒の中にこの積層体１２を挿入することで、積層された放電電極群を固定すると同時に、排気ガス系統の配管の一部として使用することができる。上記固定板１４および押さえ板１６は、金属、絶縁物どちらの材質のものでも構成することができる。断熱材１５は、例えばガラスウールや石英ウールなどが望ましく、その他に綿状になった素材で弾力性があり、通気性の良くないものなどを用いることができる。また、スチールウールや、スプリングを密に並べたものなどでも良い。

次に、上記のように構成された実施の形態４による放電プラズマ処理装置を用いて排気ガスを処理した試験結果について説明する。
ガソリンエンジンの排気ガスを次に示すように模擬したものを処理ガスとして用いた。
ＴＨＣ（プロピレン）： １１，４４０ｐｐｍＣ、
Ｏ_２濃度： １％、
水分濃度： １０％、
接地電極９Ｅおよび高電圧電極９Ｈとしては、ステンレス製のパンチングメタルを使用し、凹凸（突起部（山））の高さを５ｍｍとした。誘電体１０としては、緻密体アルミナ製の平板セラミックスを用い、触媒は使用していない。

この試験における処理ガスの温度および処理風量を次のように設定した。
放電電極９入口の処理ガス温度： ３２０℃、
放電電極９出口の処理ガス温度： １２０℃、
処理ガス流量： １５Ｌ／ｍｉｎ、
また、電源としては、２次側定格電圧１５ｋＶの正弦波出力を持つトランスを用いた。このときの正弦波の周波数は６０Ｈｚとした。

この試験では、放電によって消費された電力をＷ（Ｊ／ｓ）とし、処理ガスの処理風量をＱ（Ｌ／ｓ）したとき、処理ガス１Ｌあたりの処理に消費された放電電力Ｗ／Ｑという値で評価した。図６に上記試験によって測定されたＴＨＣの分解量△ＴＨＣ（ｐｐｍＣ）とＷ／Ｑ（Ｊ／Ｌ）の関係を示す。図６から明らかなように、Ｗ／Ｑが増加するほど△ＴＨＣの量が増加して分解が促進することがわかる。因みに、Ｗ／Ｑが１４０Ｊ／Ｌの時の、ＴＨＣの分解量△ＴＨＣは約１１５０ｐｐｍＣ程度であり、分解率は約１０％程度であった。

実施の形態５．
図７は、この発明の実施の形態５による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を示す透視図である。図において、放電電極９は、複数の貫通孔９ｂが設けられ、互いに離間された複数の長方形の平板９１と、これら平板９１の離間された部分の相互に跨って配設され、平板９１の上端角部相互に溶接によって固定された、平板９１相互の離間間隔よりも直径が大きい金属ロッド９２と、両端部に配設され金属ロッド９２に溶接された接続部９ａを有する端部材９３とからなり、全体が一体化された板状に形成されている。なお、端部材９３には、積層時に固定するための貫通孔９ｃと、電源に接続するための貫通孔９ｄが設けられている。また、上記金属ロッド９２は金属パイプであってもよく、また、断面形状は円形に限定されず、例えば３角形などであっても差し支えない。

上記放電電極９は、金属ロッド９２が平板９１に対して上方へ突き出して、該金属ロッド９２が凸部８を形成し、平板９１部分が凹部７を形成している。そして凸部８を形成する金属ロッド９２の下側には、板材を波型に形成した実施の形態１と同様の凹所８１が形成され、処理ガスの通流方向に交差する方向に凹凸を設けたものと同様の機能を有する谷型構造となっている。このような放電電極９を用いて、実施の形態１と同様に平板セラミックスなどの誘電体（図示省略）と交互に積層すると、放電電極９の凹凸によって誘電体相互の間に隙間ができ、該隙間からなる間隙部が処理ガスの通流部分となる。なお、処理ガスの通流方向に交差する方向に形成された凹凸の位置は、図の上下方向即ち積層方向に一致させるものとする。

上記、平板９１及び金属ロッド９２など、放電電極９の構成材の材質としては、例えばステンレス、チタン、鉄、アルミニウム、銅、金、白金など実施の形態１と同様の金属材は何れも好ましく用いることができるが、これらに限定されるものではない。また金属ロッド９２の直径に制限はないが、処理ガスが沿面放電に接触する確率などを考慮すると、該直径は約５ｍｍ以下が望ましい。また直径が小さすぎると処理ガスがこの隙間を通過するとき、圧損を生じてエンジンに負荷をかけてしまうので、実用的に約１〜５ｍｍ程度の範囲内に選ぶことは望ましい。また、平板９１部をパンチングメタルにすることは望ましく、利点として誘電体の表面に塗布した触媒が露出して、処理ガスが触媒に接触する確率を改善する効果がある。放電電極９の積層及び固定方法は、例えば実施の形態１〜４と同様の方法で装置内に固定することができる。その他の構成は上記実施の形態１と同様であるので説明を省略する。

上記のように構成された実施の形態５においては、実施の形態１のように、金属ロッド９２と板状の誘電体が接したところで沿面放電が形成され、処理ガスが放電プラズマ処理される。また、金属ロッド９２の頂部と誘電体が当接している部分の対向電極側は、谷型部である凹所８１となっているので、金属ロッド９２部で電界が集中せず、絶縁破壊が緩和されるようになっている。

実施の形態６．
図８は、この発明の実施の形態６による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極の積層体の一部を模式的に示す透視図である。この実施の形態６では、放電電極９は、金属の平板にエッチングによって溝を切るようにして凹凸を形成したもので、図の上面部に山形の複数の凸部８、及びエッチングによって削られた複数の凹部７を形成し、図の下面部に上記凸部８に対応する位置にそれぞれエッチングによって削られた複数の凹所８１を形成したものを用いている。なお、８１ａは左右両端部に形成された凹所である。

エッチングによって放電電極９を形成するのに用いる金属平板の材質としては、特に限定されるものではないが、例えばステンレス、チタン、鉄、アルミニウム、銅、金、白金などは何れも好ましく用いることができる。また、上記凹部７を形成する溝の深さに特に制限はないが、処理ガスが沿面放電に接触する確率などを考慮すると、深さを５ｍｍ程度以下とすることは望ましい。また溝が浅すぎると処理ガスがこの隙間を通過するときに、圧損を生じてエンジンに負荷をかけてしまうので、実用的には約１〜５ｍｍ程度の範囲内とすることは望ましい。また、凹部７に貫通孔が開いていることはパンチングメタルを用いる場合と同様の理由で望ましく、特に誘電体１０の表面に触媒を塗布した場合には、該触媒が貫通孔部分で露出して、処理ガスが触媒に接触する確率を改善する利点がある。

上記のように形成された放電電極９を、上記実施の形態１〜５と同様にして平板セラミックスからなる誘電体１０と交互に所要の高さ（枚数）積層することにより、隣接する誘電体１０相互の間に処理ガスを通流するための間隙部１１が形成される。そして、放電電極９を交互に高電圧電極、及び接地電極として図示を省略している高電圧電源に接続することで、処理ガスが放電プラズマ処理される。この実施の形態６による放電電極９も実施の形態１のように、溝のふち、即ち凸部８と誘電体１０が接したところで沿面放電が形成され、処理ガスが放電プラズマ処理される。また、溝のふち（突起部）と平板セラミックスの対向電極側が溝（谷型部）となっているので、溝のふち（突起部）で電界が集中せず、絶縁破壊が緩和され、実施の形態１と同様の効果を期待することができる。

実施の形態７．
図９は、この発明の実施の形態７による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を模式的に説明する図であり、図９（ａ）は第１の例を積層した状態を示す部分断面図、図９（ｂ）はその変形例による放電電極の一部を示す透視図である。図９（ａ）に示す第１の例は、放電電極９として、面方向に複数の貫通孔９ｂが開けられた金属の板材からなる中心部材９４の上下両面の略同じ位置に、複数の貫通孔９ｂが開けられた同様の板材からなる棒状で断面Ｌ字形の突起部材９５を例えば抵抗溶接、嵌合等、周知の適宜の係合手段で固定したものを用いている。

上記のように形成された放電電極９においては、突起部材９５の先端部が凸部８を構成し、隣接する突起部材９５、９５相互の間の空間を含む中心部材９４部分が凹部７を構成しており、積層する際には、一つの誘電体１０（例えば図９（ａ）の中央部）における隣接する一方（例えば図の下方）の放電電極９の、該中央部の誘電体１０の側から見て凸部８が当接している部分の反対側の面（この例では上面）は、隣接する他方（この例では上方）の放電電極９の、該中央部の誘電体１０の側から見て凹部７に位置するように交互にずらして積層される。

上記のように構成された放電プラズマ処理装置においては、上記実施の形態２と同様の作用効果が得られる他、積層方向の力に対して変形しにくいので、板厚を薄くしても凹凸のピッチが変わることがなく、組み立ても容易にできるという特長がある。一方、図９（ｂ）に示す変形例は、凸部９を平板から切り起こしによって板面の上下に形成した折曲片９ｅ（上方）、及び折曲片９ｆ（下方）によって処理ガスの通流方向Ａに間隙部９ｇを形成して断続状に設けたものである。なお、図９（ｂ）は放電電極９の一部のみを示している。この変形例では、図９（ａ）に示す第１の例と同様の作用効果が得られる他、折曲片９ｅを切り起こしたときに板面に形成される開口部、及び折曲片９ｅ、または９ｆ相互の間隙部９ｇがそのまま貫通孔９ｂを形成する一方、図９（ａ）に示す第１の例における溶接等の工程も不要にできるので、製造が容易であるという特長がある。

実施の形態８．
図１０は、この発明の実施の形態８による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極の積層体の一部を模式的に説明する図であり、図１０（ａ）は第１の例を示す断面図、図１０（ｂ）はその変形例を示す断面図である。図１０（ａ）に示す第１の例では、放電電極９として、板材を凹凸に加工した形状が図３に示すものと同様の２枚の凹凸パネル９６、９７を、凹部７と凸部８の位置を一致させて背中合わせに接合したものが用いられている。なお、凹凸パネル９６、９７における凹部７及び凸部８の何れの部分にも図３と同様の貫通孔（図示省略）が設けられ、独立した空間が生じないように形成されている。そして、上記放電電極９は組み立ての際に、実施の形態７と同様に凹部７及び凸部８を交互にずらして積層される。

上記のように構成された実施の形態８においては、実施の形態２と同様の作用効果が得られるほか、１枚の放電電極９を２枚の凹凸パネル９６、９７を接合して形成していることにより、積層方向に受ける放電電極９の圧縮の強度を高めることができるという特長がある。なお、放電電極９は２枚の凹凸パネル９６、９７によって形成したが、図１０（ｂ）に示す変形例のように１枚の板材から機械加工、化学的加工等により、凹部７、及び凸部８を形成するようにしても良い。この場合、凹部７に貫通孔を設けても良い。

ところで、上記実施の形態１〜４では、波形を形成する凹凸を三角形状にした場合について例示したが、凹凸の形状は特にこれに限定されるものではなく、例えば曲線状の凹凸あるいは曲線と直線を組み合わせた凹凸などであってもよい。また、パンチングメタルなどからなる板材の貫通孔９ｂの間隔を凹凸の位置と合致させる如く形成した場合を例示しているが、これに限定されるものではなく、例えば凹凸の位置と関係なく細かい穴が複数あけられた板材を用いても差し支えない。その他、この発明の精神の範囲内で種々の変形や変更が可能であることは言うまでもない。さらに、この発明を自動車の排気ガスの浄化に用いる場合について説明したが、これに限定されるものではなく、他の排気ガス等の浄化に用いることができることは当然である。

この発明の実施の形態１による放電プラズマ処理装置の積層体の一部を模式的に示す透視図である。 図１に示す放電プラズマ処理装置を自動車の排気ガス処理装置に適用した場合の全体構成を概略的に示すブロック図である。 この発明の実施の形態２による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３による放電プラズマ処理装置の積層体の固定方法を示す透視図である。 この発明の実施の形態４による放電プラズマ処理装置の積層体を模式的に示す断面図である。 図５に示す放電プラズマ処理装置について測定されたＴＨＣの分解量△ＴＨＣ（ｐｐｍＣ）とＷ／Ｑ（Ｊ／Ｌ）の関係を示す特性図である。 この発明の実施の形態５による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を示す透視図である。 この発明の実施の形態６による放電プラズマ処理装置に用いる積層体の一部を模式的に示す透視図である。 この発明の実施の形態７による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極を模式的に説明する図であり、図９（ａ）は第１の例を積層した状態を示す部分断面図、図９（ｂ）はその変形例による放電電極の一部を示す透視図である。 この発明の実施の形態８による放電プラズマ処理装置に用いる放電電極の積層体の一部を模式的に説明する図であり、図１０（ａ）は第１の例を示す断面図、図１０（ｂ）はその変形例を示す断面図である。

符号の説明

１ エンジン、 ２ 排気マニホールド、 ３ 放電プラズマ処理装置、 ４ 触媒式浄化装置、 ５ 消音器、 ６ 排気ガス出口、 ７ 凹部、 ８ 凸部、 ８１、８１ａ 凹所、 ９ 放電電極、 ９Ｈ 高電圧電極、 ９Ｅ 接地電極、 ９ａ 接続部、 ９ｂ、９ｃ、９ｄ 貫通孔、 ９ｅ （上方）折曲片、 ９ｆ （下方）折曲片、 ９ｇ 間隙部、 １０ 誘電体、 １１ 間隙部、 １２ 積層体、 １３ 支柱、 １４ 固定板、 １５ 断熱材、 １６ 押さえ板、 ９１ 平板、 ９２ 金属ロッド、 ９３ 端部材、 ９４ 中心部材、 ９５ 突起部材、 ９６、９７ 凹凸パネル。

Claims (7)

1. 放電電極と誘電体とが交互に積層された積層体の中に処理ガスが通流する流路を有する放電プラズマ処理装置において、上記放電電極は、その表面及び裏面が凹凸に形成されてなり、上記誘電体は、積層方向に隣接する放電電極の間に保持され、かつ一つの誘電体における隣接する一方の放電電極の、該誘電体の側から見て凸部が当接している部分の反対側の面は、隣接する他方の放電電極の、該誘電体の側から見て凹部に位置するように積層されてなることを特徴とする放電プラズマ処理装置。
2. 上記誘電体は、平板セラミックスからなることを特徴とする請求項１に記載の放電プラズマ処理装置。
3. 上記放電電極は、上記凹部及び凸部が波形状に形成された板材からなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の放電プラズマ処理装置。
4. 上記凹部及び上記凸部の何れか一方を平坦部としてなることを特徴とする請求項１ないし請求項３の何れかに記載の放電プラズマ処理装置。
5. 上記放電電極として、複数の貫通孔が設けられたものを用いてなることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れかに記載の放電プラズマ処理装置。
6. 上記誘電体は、表面に触媒が担持されてなることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れかに記載の放電プラズマ処理装置。
7. 上記誘電体は、表面に疎水性材料が設けられてなることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れかに記載の放電プラズマ処理装置。
   

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