特許 5937986 ガス改質装置、排気浄化システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5937986

(24)【登録日】2016年5月20日

(45)【発行日】2016年6月22日

(54)【発明の名称】ガス改質装置、排気浄化システム

(51)【国際特許分類】

   B01J 19/08 20060101AFI20160609BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20160609BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20160609BHJP

【ＦＩ】

   B01J19/08 E

   F01N3/08 C

   B01D53/92 222

   B01D53/94 222

【請求項の数】10

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2013-46258(P2013-46258)

(22)【出願日】2013年3月8日

(65)【公開番号】特開2014-171960(P2014-171960A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2015年1月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000004260

【氏名又は名称】株式会社デンソー

(73)【特許権者】

【識別番号】000004695

【氏名又は名称】株式会社日本自動車部品総合研究所

(74)【代理人】

【識別番号】100131048

【弁理士】

【氏名又は名称】張川 隆司

(72)【発明者】

【氏名】樽澤 祐季

(72)【発明者】

【氏名】守田 晃児

(72)【発明者】

【氏名】矢羽田 茂人

【審査官】 関根 崇

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２３３５３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０７０７７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−１４４４４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００６／００８７２４３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｊ １９／０８

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｆ０１Ｎ ３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガスが流入する流入口（３０）と、
その流入口から流入したガスが流出する流出口（３１）と、
前記流入口と流出口との間の空間に間隔を置いて配置された少なくとも１対の電極（６０、６０'、６１、６１'）と、
その１対の電極の間の空間内に、一方の電極から他方の電極へ向かう方向に平行な断面において、相対的に誘電率が高い誘電体からなる第１誘電体部（５、５'）と、相対的に誘電率が低い誘電体からなる第２誘電体部（３、３'、４、４'）と、をその第１誘電体部と第２誘電体部とがともに２つ以上の領域となるように交互に備えた誘電体部（３、３'、４、４'、５、５'）と、
前記１対の電極の間の空間における前記誘電体部が配置されていない領域であり、かつガスが流通する領域であるガス流通部（７）と、
を備え、
前記第１誘電体部は粒状に形成され、前記第２誘電体部は板状あるいは筒状に形成され、
前記断面で複数の前記第２誘電体部が間隔を置いて配置され、隣り合う前記第２誘電体部の間に単層の前記第１誘電体部が配置されることを特徴とするガス改質装置。

【請求項2】

一方の電極から他方の電極へ向かう方向に平行な断面において、前記第１誘電体部と第２誘電体部とは層状に配置された請求項１に記載のガス改質装置。

【請求項3】

一方の電極から他方の電極へ向かう方向に平行な断面において、前記ガス流通部が層状に配置された請求項１又は２に記載のガス改質装置。

【請求項4】

前記第１誘電体部の誘電率は５０以上であり、前記第２誘電体部の誘電率は５０未満である請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガス改質装置。

【請求項5】

前記第１誘電体部の誘電体はチタン酸バリウムである請求項４に記載のガス改質装置。

【請求項6】

前記第２誘電体部の誘電体はアルミナである請求項４又は５に記載のガス改質装置。

【請求項7】

前記少なくとも１対の電極は２対以上の電極を含み、個々の対となる電極の間に前記誘電体部と前記ガス流通部とが備えられた請求項１乃至６のいずれか１項に記載のガス改質装置。

【請求項8】

前記第１誘電体部と第２誘電体部の少なくとも一方に、ガス改質能力を向上する触媒が担持された請求項１乃至７のいずれか１項に記載のガス改質装置。

【請求項9】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス改質装置と、
そのガス改質装置の下流に備えられて、ガス改質装置によって改質された還元剤を含むガスが流入してＮＯｘが還元されるＮＯｘ触媒と、
を備えた排気浄化システム。

【請求項10】

請求項１乃至８のいずれか１項に記載のガス改質装置と、
そのガス改質装置の下流に備えられて、ガス改質装置によって改質された酸化剤を含むガスが流入して、堆積した粒子状物質が酸化されるフィルタと、
を備えた排気浄化システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明はガス改質装置、排気浄化システムに関する。

【背景技術】

【0002】

周知のとおり、例えばディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジン等の内燃機関の排気には粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）が含まれており、これらの浄化のための多数の提案がある。そうした提案においては、排気管中にＰＭの除去のためのフィルタやＮＯｘの浄化機能を有する触媒などを配置する形態が代表的である。

【0003】

環境保護の潮流のなかで内燃機関からの二酸化炭素の排出量を今後さらに厳しく規制する方向に向かうと見られている。そのためには燃費をさらに改善させることが重要となる。燃費改善のための技術開発は、燃焼の効率化や内燃機関の軽量化を促し、ひいては排気ガスの温度を低下させると考えられる。上記のような排気後処理のためのフィルタや触媒には、排気浄化機能を適切に機能させるために高い排気温度（例えば摂氏２００度以上）を必要とするものがある。

【0004】

したがって排気ガスの低温度化が想定される状況においては、高い排気温度を必要としない排気浄化方法の開発が必要となる。その一手法として、フィルタや触媒の上流の排気ガス内で放電を起こしてプラズマ化によりガスを改質して、低温度での排気浄化を可能とする手法の提案がある。

【0005】

例えば下記特許文献１には、排ガスに大気圧低温非平衡プラズマを生成する乾式の工程を備え、低温非平衡プラズマの生成によって、ガス中のＮＯが酸化されてＮＯ_２が最大値となる値を基準値として印加電圧を設定し、ガス中に含まれるＮＯを効率的にＮＯ_２に酸化させた後、排ガスを還元剤溶液と反応させる湿式の工程を備えた浄化方法及び浄化装置としてのプラズマリアクタが開示されている。この浄化装置はＮＯｘ浄化のための触媒の上流に配置されて、排ガス中の窒素酸化物・硫黄酸化物が除去される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第３８３８６１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

具体的に特許文献１に開示されたプラズマリアクタは、チタン酸バリウムからなるペレット状の強誘電体を収納した容器と、その容器の内部に配線された内部電極と、容器の外周に設けられた外部電極とを備え、内部電極及び外部電極がＡＣ電源に接続された構造を有する。こうした構造によって高い排気浄化機能が達成されると主張されている。

【0008】

しかし同文献では、内部電極の寸法（直径）にのみ設計の注目が集まっており、誘電体の配置構造を含めたリアクタのそれ以外の部位の構造をどのようにすべきかについてはほとんど関心が払われていない。しかし、より高性能な排気浄化を目指すためには、リアクタ全体の構造についてより詳細な検討を加える必要があると思われる。

【0009】

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記に鑑み、低温度でも高性能の排気浄化性能に寄与する誘電体の配置構造を備えたガス改質装置、排気浄化システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を達成するために、本発明に係るガス改質装置は、ガスが流入する流入口（３０）と、その流入口から流入したガスが流出する流出口（３１）と、前記流入口と流出口との間の空間に間隔を置いて配置された少なくとも１対の電極（６０、６０'、６１、６１'）と、その１対の電極の間の空間内に、一方の電極から他方の電極へ向かう方向に平行な断面において、相対的に誘電率が高い誘電体からなる第１誘電体部（５、５'）と、相対的に誘電率が低い誘電体からなる第２誘電体部（３、３'、４、４'）と、をその第１誘電体部と第２誘電体部とがともに２つ以上の領域となるように交互に備えた誘電体部（３、３'、４、４'、５、５'）と、前記１対の電極の間の空間における前記誘電体部が配置されていない領域であり、かつガスが流通する領域であるガス流通部（７）と、を備え、前記第１誘電体部は粒状に形成され、前記第２誘電体部は板状あるいは筒状に形成され、前記断面で複数の前記第２誘電体部が間隔を置いて配置され、隣り合う前記第２誘電体部の間に単層の前記第１誘電体部が配置されることを特徴とする。本発明に係るガス改質装置は、こうした構成により、電極間に電圧が印加されると２つの誘電体部の間で効果的に放電領域が広がって、広領域のプラズマによる高いガス改質機能を実現し、ひいては高い排気浄化性能に寄与する。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明におけるガス改質装置の第１実施例の構成図。

【図2】図１のＡ−Ａ断面図。

【図3】ガス改質装置の第２実施例を示す図。

【図4】ガス改質装置の第３実施例を示す図。

【図5】ガス改質装置の第４実施例を示す図。

【図6】ガス改質装置の第５実施例を示す図。

【図7】ガス改質装置の第６実施例を示す図。

【図8】ガス改質装置の第７実施例を示す図。

【図9】ガス改質装置の第８実施例を示す図。

【図10】ガス改質装置の第９実施例を示す図。

【図11】触媒担持の例を示す図。

【図12】排気浄化装置の配置例を示す図。

【図13】従来技術における放電範囲の例を示す図。

【図14】本発明における放電範囲の例を示す図。

【図15】本発明における放電範囲の別の例を示す図。

【図16】排気浄化性能の第１の比較結果を示す図。

【図17】排気浄化性能の第２の比較結果を示す図。

【図18】排気浄化性能の第３の比較結果を示す図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１および図２は、本発明に係るガス改質装置としてのプラズマリアクタ１ａ（以下、リアクタ）の第１実施例における構成図である。図１は排気流通方向に平行な断面図である。

【0013】

リアクタ１ａは、断面矩形の排気管２内に配置され、筒部３、板状誘電体４、球状誘電体５、１対の板状電極６０、６１（電極）、電源６２を備える。筒部３は、断面矩形の筒形状を有して、その２つの開口部３０、３１の一方が排気管２の上流側、他方が下流側に位置するように排気管２内に配置される（図１では開口部３０が上流側、開口部３１が下流側）。筒部３の内部には、それぞれ複数の板状誘電体４と球状誘電体５とが収容される。筒部３自身も誘電体によって形成されているとする。

【0014】

板状誘電体４は、誘電体により平板形状に形成されて、図示のとおり、筒部３内に間隔を置いて、筒部３の図示上下の面と平行に複数配置される。球状誘電体５は、誘電体により球形状に形成されて、図示のとおり、隣り合う板状誘電体４の間、あるいは板状誘電体４と筒部３の間に複数配置される。図１、図２のとおり、板状誘電体４と球状誘電体５の間、筒部３と球状誘電体５の間、隣り合う球状誘電体５の間は接する（点接触）ように配置すればよい。球状誘電体５の形状は完全な球でなくともよく、略球状、楕円球状やペレット状などを含むとすればよい。

【0015】

１対の電極６０、６１は、筒部３、板状誘電体４、球状誘電体５の配置された空間を挟むように、それぞれ筒部３の図示上下に配置されている。電源６２は、１対の電極６０、６１間に所定の交流電圧を供給するように配置される。上述のとおり筒部３の開口部３０から改質されるガスが流入し、開口部３１からガスが流出する。筒部３内においてガスが流通する領域（ガス流通域７）は、筒部３の内部における誘電体４、５以外の領域となる。

【0016】

リアクタ１ａにおいては、筒部３と板状誘電体４とは同じ誘電体から形成してよい。そして、球状誘電体５を形成する誘電体（以下、第１誘電体）と、筒部３と板状誘電体４とを形成する誘電体（以下、第２誘電体）とでは、例えば第１誘電体の方が第２誘電体よりも誘電率が高いとすればよい。具体的に誘電率の例としては、第１誘電体の誘電率が５０以上、第２誘電体の誘電率を５０未満、あるいは第２誘電体の誘電率を２０未満などとすればよい。

【0017】

具体的な材質の例としては、例えば第１誘電体はチタン酸バリウムなど、第２誘電体はアルミナ、アクリル、ガラス（石英ガラス）などとすれば上記条件が満たされる。また各部のサイズは、例えば筒部３、３’内部の反応室の容積を５０ｃｃ、筒部３、３’の厚さを１から２ｍｍ、球状誘電体の直径を２から３ｍｍ、板状誘電体４、筒状誘電体４’の厚さを１から２ｍｍなどとしてもよい。また電源６２から供給される電圧は例えば、電極間の距離１ｍｍあたり１から５ｋＶの交流電圧とすればよい。これらの数値は後述の実施例でも同様に採用してよい。ただしこれらの数値は例示であり、本発明では各部の寸法や電圧値には何ら限定はない。

【0018】

図１、図２は本発明のリアクタの一例に過ぎず、図３から図１０までを含む多様な変形が許容されるので、以下で説明する。なお異なる図で同符号の部位は同じ部材であるので、重複する説明は省略する。

【0019】

図３のリアクタ１ｂでは板状誘電体４の枚数が１枚となっている。このように本発明のリアクタでは板状誘電体（あるいは後述の筒状誘電体）の枚数は何ら限定されない。また図４のリアクタ１ｃは円柱形状として形成されている。具体的にリアクタ１ｃは、円筒形状の筒部３’の内部にやはり円筒形状の複数枚の筒状誘電体４’が間隔を置いて同心円状に配置され、それらの間に球状誘電体５が互いに当接して配置される。そして外部に筒状電極６０’、内部に棒状電極６１’が配置されて、電圧が供給される。

【0020】

リアクタ１ｃにおいても、筒部３’と筒状誘電体４’とは同じ誘電体から形成してよい。そして、球状誘電体５を形成する誘電体（以下、第１誘電体）と、筒部３’と筒状誘電体４’とを形成する誘電体（以下、第２誘電体）とでは、例えば第１誘電体の方が第２誘電体よりも誘電率が高いとすればよい。具体的に誘電率の例としては、第１誘電体の誘電率が５０以上、第２誘電体の誘電率を５０未満、あるいは第２誘電体の誘電率を２０未満などとすればよい。

【0021】

以上のようにリアクタ１ａ、１ｂ、１ｃでは、電極６０（６０’）と６１（６１’）との間の領域で、一方の電極から他方の電極に向かう方向の断面（図１から図４は全てその断面）において、異なる誘電率の誘電体の領域がそれぞれ２つ以上となるように誘電体が配置されている。さらに一方の誘電体は板形状あるいは筒形状で上記断面において複数の層を形成するように配置され、その間の層に他方の誘電体が球形状などで配列されている。これらの誘電体以外の領域がガス流通域７とされている。球状誘電体５と板状誘電体４あるいは筒状誘電体４’とが、そして隣り合う球状誘電体５が当接するように配置されている。

【0022】

図１から図４に例示されたリアクタの効果を以下で説明する。図１３と図１４にはそれぞれ上記特許文献１（従来例）のリアクタと本発明のリアクタ１ａ、１ｂ、１ｃにおける放電の様子の例が示されている（図１４では板状誘電体４が１層だが、これは例示に過ぎない）。リアクタの両電極間に電圧が供給されると、図示縦方向に電界がかかり、十分に高い電圧ならば気体の部分の絶縁性が崩れて電流が流れ、ガス流通域で放電（誘電体バリア放電）が発生する。

【0023】

この放電領域をガスが通過するとプラズマ化され、電子や各種のイオン、ラジカルなどが発生し、発生した電子、イオン、ラジカルなどがさらに連鎖反応的に多様な反応を発生させる。このようにリアクタは、プラズマ化やそれに続く多様な反応によりガスを改質する。改質されたガスは排気浄化のための好適な機能を有する。

【0024】

図１３、図１４を比較すると、図１３の従来例では１対の電極間に筒部と球状の誘電体とがそれぞれ１ずつ配列されているのに対して、図１４の本発明では３層の板状の誘電体（１層の板状誘電体４と２層の筒部３）と２層の球状誘電体５とが交互に配置されている。このような誘電体の配置状態に対して電圧を印加すると、従来例では、球状の誘電体の点接触する領域の近傍のみが放電が発生する領域（放電領域Ｄ）となることが観測された。

【0025】

一方、本発明のリアクタでは、図１４に示すとおり球状誘電体５から誘電体３、４（３’、４’）の表面（平面、曲面）に向かって広がる形状の領域が放電領域Ｄとなった。実際に本発明では誘電体３、４（３’、４’）の表面に面的に発光領域が広がるのが確認できる。図示からあきらかなように、本発明の放電領域Ｄの方が従来例の放電領域Ｄよりも広い。

【0026】

さらに、ガス流通域７の大きさに対する放電領域の大きさの比率に関しても、従来例よりも本発明の方が大きいことが観測された。放電領域を通過するガスはプラズマ化され改質されるが、放電領域を通過しないガスはプラズマ化されず改質されない。したがって、ガス流通域７の広さに対する放電領域の広さの比率が高いならば、リアクタを流通するガス全体のうちでプラズマ化されるガスの割合が高いと考えられる。したがって図１３と図１４に示された放電の様子は、従来例よりも本発明の方がガス改質の性能が高いことを示している。

【0027】

さらに、浄化電力効率とＮＯｘ浄化率とによって数値的に従来例と本発明とを比較した結果が図１６に示されている。縦軸の浄化電力効率はＮＯｘの単位浄化量を達成するために要する電力量であり、図示上側ほど高い数値である。横軸のＮＯｘ浄化率はリアクタに供給された全ＮＯｘ量に対する浄化されたＮＯｘ量の比であり、図示右側ほど高い数値である。この図では従来例のプロットよりも本発明のプロットの方がより右上にあり、従来例よりも本発明の方が高い排気浄化性能に寄与することが数値的に確認できている。

【0028】

次に図５、図６を説明する。図１から図４では電極間が誘電体で連結されており、誘電体以外の空間であるガス流通域は誘電体の周辺領域となっていた。これに対して図５、図６の実施例では、ガス流通域７を層状に設けている。このようなガス流通域７を設けることはリアクタでの圧力損失（圧損）を低減する効果がある。

【0029】

具体的に図５のリアクタ１ｄでは、板状誘電体４の一方の表面に当接するように球状誘電体５を配置し、その裏側の面には球状誘電体５を当接配置していない。同様に筒部３の図示上側の内面に当接するように球状誘電体５を配置し、筒部３の図示下側の内面には球状誘電体５を当接配置しない。板状誘電体４や筒部３の表面のうち球状誘電体５が当接しない面が層状のガス流通域７となる。

【0030】

図６のリアクタ１ｅにおいても、筒部３’および筒状誘電体４’の内側の表面に当接するように球状誘電体５を配置し、その裏側の面には球状誘電体５を当接配置しない。したがって筒状誘電体４’の表面のうち球状誘電体５が当接しない面が層状のガス流通域７となる。

【0031】

図５、図６の実施例に対する複数回の実験結果のプロットが図１５、図１７に示されている。リアクタ１ｄ、１ｅに対して電圧が印加されると、図１５に示されているように、球状誘電体５から、それと離間し対向した板状あるいは筒状の誘電体へ向けて広がる領域が放電領域Ｄとなることが確認された。図１５の放電領域Ｄは図１４の放電領域Ｄと比較しても広いものであり、層状のガス流通域７のほぼ全体に渡って放電により発光することが視認できる。

【0032】

図５、図６の実施例に対して複数回の実験を行って得た浄化電力効率とＮＯｘ浄化率のプロットが図１７に示されている。なお球状誘電体５の材質として、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）とチタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）とを用いた（板状あるいは筒状誘電体はアクリルとした）。この実験により、図５、図６の実施例に対しても良好な浄化電力効率とＮＯｘ浄化率の数値が得られた。すなわち、これらの実施例のように層状のガス流通域を設ければ、圧損を低減しつつ、良好な排気浄化性能を達成できる。

【0033】

なお図１７ではチタン酸バリウムの場合の方がアルミナの場合よりも良好な数値が得られている。この理由として誘電率の違いが関与していると考えられる。周知のとおりチタン酸バリウムの誘電率は約１２００、アルミナの誘電率は６から１０であり、チタン酸バリウムの誘電率の方が高い。一般に誘電体に電圧が印加された場合、誘電率が高いほどその誘電体での電圧降下が小さいことが知られている。

【0034】

したがって図５や図６の構造において球状誘電体５の誘電率を高くするほど、同じ電源電圧でもガス流通域７にかかる電圧が高くなる。ガス流通域７にかかる電圧が高くなるほど、ガス流通域７での放電が発生しやすくなる。つまり球状誘電体５の誘電率が高いほどガス流通域７での放電が発生しやすくなる。放電の発生によってガスが改質され排気が浄化される（詳細は後述）。以上の理由により誘電体５の誘電率が高いほど浄化電力効率が向上すると考えられる。

【0035】

次に図７、図８を説明する。これらの図で示された実施例では、上記実施例よりも球状誘電体５を、より小片化している。さらに形状も球形に限らないこととしている。図７、図８のリアクタ１ｆ、１ｇにおける小片誘電体５’の大きさは、例えば外径１ｍｍ程度などである。図７、図８では小片誘電体５’の形状が略三角形で示されているが、これは一例に過ぎず、形状は任意でよい。さらにまた形状、大きさともに不揃いであってよい。図７、図８のような小片誘電体５’の配置は、例えば小片化されてペースト状となった誘電体を塗布することで行える。なお上記の球状誘電体５も小片誘電体５’も、ともに形状としては粒状の範疇に入る。

【0036】

このような小片化の実験による効果の検証が図１８に示されている。この実験結果は、直径２．５ｍｍの球状誘電体を１ｍｍに小片化することによって浄化電力効率およびＮＯｘ浄化率が全体的に向上する傾向にあることを明確に示している。なお、この実験では、小片誘電体が突起を有する形状の場合に、その突起から放電が発して対向する面に向かって広がる様子が確認できた。突起形状を設けつつ小片化すると、多数の突起が設けられることとなる。したがってこの実験結果は多数の突起形状の効果も示唆していると考えられる。

【0037】

次に図９、図１０を説明する。これらの図で示された実施例では、反応室（対となる電極間のガス改質反応が起きる領域）を複数化している。具体的に図９のリアクタ１ｈでは、電源６２に接続された板状電極６０を２枚、接地された板状電極６１を２枚、交互に配置し、その間に上記実施例と同様に、筒部３、板状誘電体４、小片誘電体５’（球状誘電体５でもよい）、ガス流通域７を配置している。

【0038】

図１０のリアクタ１ｉでも同様に、電源６２に接続された筒状電極６０’と棒状電極６１’、接地された筒状電極６０’を交互に配置し、その間に上記実施例と同様に、筒部３’、筒状誘電体４’、小片誘電体５’（球状誘電体５でもよい）、ガス流通域７を配置している。図９、図１０における各反応室内の構造は上記実施例で示された任意の構造を採用してよい。

【0039】

これらのように反応室を複数化した場合、全体のリアクタの大きさを変更しなければ、対となる電極間の距離は狭められる。したがって電圧が同じならば電極間に発生する電界はより強くなる。電界が強くなれば放電は起こりやすくなる、あるいは低い電圧で放電が発生できる。つまり反応室の複数化により、より低電力でガス改質が行えるようになるとの効果が得られる。

【0040】

次に図１１を説明する。この図の例では、ガス改質性能、排気浄化性能をさらに向上させるために触媒を担持する構造としている。具体的には図１１に示すように、誘電体（誘電体４、４’５、５’や筒部３、３’）の表面に触媒８を担持すればよい。触媒の担持は、（上記実施例で誘電率が低くされた）誘電体４、４’、筒部３、３’と、（誘電率が高くされた）誘電体５、５’とのうちでいずれか一方のみでもよい。触媒８の具体的種類は従来の排気浄化装置で用いられたあらゆる触媒でよい。例えば触媒８として白金を用いると、本発明のリアクタにおける水素の発生量を増やし、ひいてはＮＯｘの還元性能を向上させる効果がある。

【0041】

次に、以上で述べたリアクタを排気浄化システム内に組み込む構成について説明する。図１２にその配置例が示されている。同図の例では、排気管２におけるリアクタ１ａ（あるいは１ｂから１ｉ）の下流にＬＮＴ１０ａ（あるいはＳＣＲ触媒１０ｂ、ＤＰＦ１０ｃ）を配置している。リアクタの上流にはエンジン（例えばディーゼルエンジン、リーンバーンエンジン等）を配置すればよい。なおリアクタの下流に、上流側から順にＤＰＦ１０ｃ、ＬＮＴ１０ａ（あるいはＳＣＲ触媒１０ｂ）を直列に配置する形態でもよい。

【0042】

周知のとおりＬＮＴ１０ａ（Lean Nox Trap）はＮＯｘの浄化（還元）のための排気後処理装置であり、基材の上に適当な吸蔵剤と触媒とが担持された構造を有する。そしてリッチ雰囲気において吸蔵剤がＮＯｘを吸蔵し、吸蔵されたＮＯｘがリーン雰囲気において触媒の作用もあって窒素に還元されて放出される。

【0043】

ＳＣＲ（Selective Catalytic Reduction）触媒１０ｂもＮＯｘの浄化（還元）のための排気後処理装置であり、基材の表面に例えば金属などの触媒が担持された構造を有する。例えば尿素ＳＣＲ触媒の場合、アンモニアを還元剤としてＮＯｘを還元する。具体的には、排気管の上流で例えば添加弁から排気管内に尿素水が添加されると、加水分解してアンモニアが生成され、そのアンモニアがＳＣＲ触媒に吸着し貯蔵される。この貯蔵されたアンモニアが排気中のＮＯｘを窒素と水に還元して浄化する。

【0044】

炭化水素ＳＣＲ触媒の場合は、炭化水素を還元剤としてＮＯｘを還元する。つまり、例えば添加弁から排気管中の添加されて上流から流通してきた炭化水素によって、炭化水素ＳＣＲ触媒内でＮＯｘが窒素に還元され浄化される。

【0045】

またＤＰＦ１０ｃ（Diesel Particulate Filter）は排気中のＰＭ（粒子状物質）を捕集し除去するためのフィルタである。エンジンの運転中に排気中のＰＭがＤＰＦ１０ｃに徐々に捕集されていき、ＰＭ堆積量が所定量を超えたと判断された毎に、ＰＭを酸化燃焼して除去するフィルタ再生処理を行う。

【0046】

当該分野でこれまでに得られている知見や本発明者が得た知見によれば、上記のようなＬＮＴ１０ａ、ＳＣＲ触媒１０ｂ、ＤＰＦ１０ｃに本発明のリアクタが図１２のように組み合わせられると、以下に例示されるガス改質や排気浄化に係る反応が連鎖反応的に起こる。

【0047】

まずリアクタにおいて、プラズマにより排気中に含まれる酸素分子（Ｏ２）、水分子（Ｈ２０）から下記（Ｅ１）、（Ｅ２）のようにＯラジカル、ＯＨラジカルなどが生成される。さらにＯラジカルが酸素分子と結合して（Ｅ３）のようにオゾン（Ｏ３）が生成される。
Ｏ２→Ｏ＋Ｏ （Ｅ１）
Ｈ２Ｏ→Ｈ＋ＯＨ （Ｅ２）
Ｏ２＋Ｏ→Ｏ３ （Ｅ３）

【0048】

Ｏラジカルは排気中の一酸化窒素（ＮＯ）と反応して（Ｅ４）のように二酸化窒素（ＮＯ２）が生成される。これにより、還元されにくい一酸化窒素が減少し、還元されやすい二酸化窒素が増加する。またＯラジカルは炭化水素（ＨＣ）と反応して（Ｅ５）のようにアルデヒド（Ｒ−ＣＨＯ）を生成する。なおＲはＣＨ３、Ｃ２Ｈ５、Ｃ３Ｈ７等、またＨＣはＣｍＨｎ（ｍ、ｎ＝１，２、・・）である。
ＮＯ＋Ｏ→ＮＯ２ （Ｅ４）
ＨＣ＋Ｏ→Ｒ−ＣＨＯ （Ｅ５）

【0049】

生成されたＯラジカル、ＯＨラジカル、オゾン、二酸化窒素は、ＤＰＦ１０ｃにおいて酸化剤として機能する。例えば二酸化窒素による酸化反応式は以下の（Ｅ６）である。これにより排気温度が低温でも有効にＰＭ（主成分は炭素Ｃ）が酸化除去される。
２ＮＯ２＋Ｃ→２ＮＯ＋ＣＯ２ （Ｅ６）

【0050】

また生成されたアルデヒドはＬＮＴ１０ａやＳＣＲ触媒１０ｂにおいて、（Ｅ７）に示すようにＮＯｘの還元剤として機能する。また、ＳＣＲ触媒１０ｂが炭化水素ＳＣＲ触媒の場合、（Ｅ８）に示すように炭化水素を還元剤としてもＮＯｘは還元される。なお炭化水素は本発明のリアクタで活性化され、還元機能が向上する。
Ｒ−ＣＨＯ＋ＮＯ２＋Ｈ２Ｏ→Ｎ２＋Ｈ２Ｏ＋ＮＨ３ （Ｅ７）
ＨＣ＋ＮＯ２→Ｎ２＋ＣＯ２＋Ｈ２Ｏ （Ｅ８）

【0051】

これらの反応以外にも、尿素ＳＣＲ触媒の場合、リアクタの上流に尿素を添加すると、還元剤としての尿素あるいはアンモニアがリアクタで活性化されて、尿素ＳＣＲ触媒での還元機能が向上する。またＨＣのリアクタでの改質では還元剤としての水素を生成する反応も生じ、この水素はＬＮＴやＳＣＲ触媒でＮＯｘを還元する。

【0052】

本発明のリアクタを用いれば、上述のとおり放電領域が広がるなどの効果が得られるので、上記の様々な反応がより活発に行われることとなり、ガス改質性能、排気浄化性能が向上する。しかも高い排気温度に関係ない放電を用いた反応なので、排気温度が低温であっても良好に反応が進行する。以上が本発明の排気浄化システムの例である。

【0053】

上記実施例は特許請求の範囲に記載された趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更できる。例えば上記実施例では、第１誘電体と第２誘電体とを層状に形成したが、本発明はこれに限定されず、一方の電極から他方の電極へ向かう方向に平行な断面において、相対的に誘電率が高い誘電体からなる第１誘電体部と、相対的に誘電率が低い誘電体からなる第２誘電体部と、をその第１誘電体部と第２誘電体部とがともに２つ以上の領域となるように交互に備えた構造であればよい。

【符号の説明】

【0054】

１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ、１ｆ、１ｇ、１ｈ、１ｉ プラズマリアクタ（ガス改質装置）
３、３’ 筒部（第２誘電体部、誘電体部）
４ 板状誘電体（第２誘電体部、誘電体部）
４’ 筒状誘電体（第２誘電体部、誘電体部）
５ 球状誘電体（第１誘電体部、誘電体部）
５’ 小片誘電体（第１誘電体部、誘電体部）
７ ガス流通域（ガス流通部）
８ 触媒
３０ 開口部（流入部）
３１ 開口部（流出部）
６０、６０’、６１、６１’ 電極
１０ａ、１０ｂ ＮＯｘ触媒
１０ｃ ＤＰＦ（フィルタ）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】