特許 7385519 排気ガス浄化用プラズマリアクタ

(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】

(24)【登録日】2023-11-14

(45)【発行日】2023-11-22

(54)【発明の名称】排気ガス浄化用プラズマリアクタ

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/01 20060101AFI20231115BHJP

   F01N 3/08 20060101ALI20231115BHJP

   B01D 53/92 20060101ALI20231115BHJP

【ＦＩ】

F01N3/01

F01N3/08 C

B01D53/92 280

B01D53/92 ZAB

B01D53/92 320

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020060493

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021156275

(43)【公開日】2021-10-07

【審査請求日】2023-02-09

(73)【特許権者】

【識別番号】000002967

【氏名又は名称】ダイハツ工業株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100099966

【弁理士】

【氏名又は名称】西 博幸

(74)【代理人】

【識別番号】100134751

【弁理士】

【氏名又は名称】渡辺 隆一

(72)【発明者】

【氏名】間所 和彦

(72)【発明者】

【氏名】内藤 一哉

(72)【発明者】

【氏名】島村 遼一

(72)【発明者】

【氏名】松田 千尋

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 鉄也

(72)【発明者】

【氏名】西山 寛幸

(72)【発明者】

【氏名】服部 洋一

(72)【発明者】

【氏名】今泉 潤哉

【審査官】前田 浩

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１８－００３６０４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｎ ３／０１

Ｆ０１Ｎ ３／０８

Ｂ０１Ｄ ５３／９２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

排気ガスが一方から他方に流れるケーシング内に、表裏の平面を有すると共に電極を設けた多数枚の放電パネルが放電ギャップを介して積層状に並列配置されており、
前記各放電パネルには、排気ガスの流れ方向に向かって後端の部位に、排気ガスを前記放電ギャップに誘い込むガイド面を形成している排気ガス浄化用プラズマリアクタであって、
前記ガイド面は、前記放電パネルにおける表裏両面のうち一方の面の後端を他方の面の後端よりも排気ガスの流れ方向の前方側にずらすことによって形成されており、前記ガイド面の後端と前記他方の面の後端とが同じ前後位置に揃っている、
排気ガス浄化用プラズマリアクタ。

【請求項2】

前記ガイド面は、前記放電パネルの表裏両面と平行な面とこれと直交した面とからなるＬ形に形成されている、
請求項１に記載した排気ガス浄化用プラズマリアクタ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、自動車用等のエンジンに付設して排気ガスからＰＭ（粒子状物質）を除去することに使用するプラズマリアクタに関するものである。

【背景技術】

【0002】

エンジンから排出される排気ガスには、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘと並んでＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）が含まれている。このＰＭはディーゼルエンジンにおいて多く発生しており、そこで、ディーゼルエンジンではＰＭの除去手段としてＤＰＦが使用されているが、ＰＭを燃焼させるための燃料噴射制御を要する点や、ＤＰＦ内に堆積したＰＭやアッシュ（燃料中の硫黄成分による未燃灰分）による圧損増大等、課題が多い。

【0003】

他方、ガソリンエンジンはディーゼルエンジンに比べてＰＭの発生量は少ないため、排気ガスの浄化手段として従来は、ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘを対象にした三元触媒が使用されてきたが、ＰＭの規制が強化されて個数管理（ＰＮ）に移行するに至り、ガソリンエンジンにおいてもＧＰＦを採用するなどＰＭの除去は重要な課題として浮上している。しかし、ＧＰＦもＤＰＦと同様の問題が懸念される。

【0004】

そこで、ＤＰＦやＧＰＦに代わるＰＭの除去手段が要請されているのであるが、このＰＭ除去手段としてプラズマリアクタが注目されている。プラズマリアクタは、ケーシング内に、多数枚の放電パネルが放電ギャップを介して並列配置されたもので、隣り合った放電パネルの電極に高電圧を印加して放電ギャップにプラズマを発生させることにより、放電ギャップを流れる排気ガスに含まれているＰＭを酸化して（燃焼させて）無害化している（例えば特許文献１）。

【0005】

特許文献１において、放電パネルは四角板の形態を成しており、排気ガスの流れ方向の上流側に向いた後端面（すなわち排気ガスが最初に当たる面）は、排気ガスの流れと直交した平坦面になっている。従って、放電パネルのうち排気ガスが当たる部位は角張っている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開２０１８－３６０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

さて、プラズマリアクタに要請される機能の一つに、排気ガスの流れのスムース性が挙げられる。自動車用エンジンでは、回転数はアイドリング回転域から高速走行回転域まで広範囲に亙っていることから、プラズマリアクタを通過する排気ガスの流速も広い範囲で変化するため、排気ガスが高速で流れても放電ギャップにスムースに導かれることが必要である。殊に、プラズマリアクタにおいて放電ギャップの間隔は放電を許容するために広げることはできないため、放電を許容しつつ排気ガスのスムースな流れを実現する必要がある。

【0008】

しかるに、特許文献１を初めとして従来の放電パネルは、排気ガスの流れ方向の上流側に向いた後端部が角張っているため、特にエンジンが高速回転域に至って排気ガスの流速が速くなると、放電ギャップへの排気ガスのスムースな流入が阻害されることが懸念される。

【0009】

そして、プラズマリアクタ内での排気ガスのスムースな流れが阻害されると、これがネックになってエンジンの回転が制約を受けて、エンジンを高速回転させることができなくなってしまいかねない。この点については、放電パネルの枚数を多くして放電ギャップの断面積の総和を増大させることにより、高速で流れる排気ガスを多数の放電ギャップに分散させて流速を低下させることが考えられるが、これではプラズマリアクタが大型化してコストが嵩むと共に重量増大による燃費悪化という別の問題が発生する。

【0010】

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本願発明の排気ガス用プラズマリアクタは、
「排気ガスが一方から他方に流れるケーシング内に、表裏の平面を有すると共に電極を設けた多数枚の放電パネルが放電ギャップを介して積層状に並列配置されており、
前記各放電パネルには、排気ガスの流れ方向に向かって後端の部位に、排気ガスを前記放電ギャップに誘い込むガイド面を形成している」
という構成において、
「前記ガイド面は、前記放電パネルにおける表裏両面のうち一方の面の後端を他方の面の後端よりも排気ガスの流れ方向の前方側にずらすことによって形成されており、前記ガイド面の後端と前記他方の面の後端とが同じ前後位置に揃っている」
という特徴を備えている。

【0012】

この場合、ガイド面の態様は様々であり、請求項２では、前記ガイド面は、前記放電パネルの表裏両面と平行な面とこれと直交した面とからなるＬ形に形成されている。

【発明の効果】

【0013】

本願発明では、放電ギャップへの排気ガスの流れ込みがガイド面によって誘い込まれるため、排気ガスが高速で流れていても、圧損を抑制した状態で放電ギャップにスムースに誘い込むことができる。これにより、プラズマリアクタを大型化することなく排気ガスを高速で通過させて、エンジンの高速回転に適応できる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】 （Ａ）はプラズマリアクタの概略縦断側面図、（Ｂ）は第１参考例の部分拡大図である。

【図2】第２参考例の要部の縦断側面図である。

【図3】第１実施形態の要部の縦断側面図である

【図4】第２実施形態の要部の縦断側面図である

【図5】第３参考例を示す図で、（Ａ）は製造途中での中間品の縦断側面図、（Ｂ）は製造後の縦断側面図である。

【図6】第３実施形態を示す図で、（Ａ）は製造途中での中間品の縦断側面図、（Ｂ）は製造後の縦断側面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

次に、本発明の実施形態（及び参考例）を図面に基づいて説明する。本実施形態は、自動車用エンジンの付属品として使用されている。

【0016】

(1).第１実施形態
まず、図１に示す基本構造と第１参考例を説明する。図１のうち（Ａ）ではプラズマリアクタ１の全体を表示している。このプラズマリアクタ１は、自動車のエンジンから排出される排ガスからＰＭを除去するために排気管２の中途部に介挿されており、例えば、触媒式浄化装置の下流側に配置されている。

【0017】

プラズマリアクタ１は、フロントコーン部３ａ及びリアコーン部３ｂを備えたケーシング（ハウジング）３と、ケーシング３のストレート部３ｃに配置された多数枚の負極放電パネル４及び正極放電パネル５の群とを備えている。負極放電パネル４及び正極放電パネル５は、排気ガスの流れ方向に直交した横方向に長い長方形の形態であり、負極放電パネル４と正極放電パネル５とが放電ギャップ（排気ガス通過空間）６を介して交互に並列配置されている。

【0018】

ケーシング３はステンレス鋼板等の金属板で作られており、排気ガスの流れ方向から見て四角形になっている。従って、コーン部３ａ，３ｂは、角錐状の形態になっている。

【0019】

図１（Ｂ）に示すように、放電パネル４，５は、誘電体製の基板７に電極８，９を埋設した構造になっている。基板７は例えばアルミナ等のセラミック製である一方、電極８，９はタングステン等の電気抵抗が小さい金属膜から成っており、基板７の長手方向に長い帯状の形態を成している。なお、基板７は、製造段階では表層と裏層との積層構造になっており、一方の層に電極８，９を印刷してから重ね合わせて焼成することにより、内部に電極８，９が埋設された１枚板製品と成している。

【0020】

基板７は、既述のとおり、排気ガスの流れ方向と直交した横方向に長いため、排気ガスの流れ方向である縦方向は幅方向になっている。そして、放電パネル４，５において、横方向に向いた端面は短手側面になっているが、各負極放電パネル４のマイナス電極８は基板７の短手一側面に露出させてこれに負極用側面電極を導通させている一方、正極放電パネル５のプラス電極９は基板７の短手他側面に露出させてこれに正極用側面電極を導通させており、負極用側面電極と正極用側面電極とを電源に接続している。

【0021】

放電ギャップ６は、例えば隣り合った放電パネル４，５の短手側部にスペーサを介在させることによって間隔が規定されている。本実施形態では、電極８，９はその全体が基板７の内部に埋設されているが、排気ガスの流れ方向の下流端を基板７の先端面に露出させたり、排気ガスの流れ方向の上流端を基板７の後端面に露出させたりしてもよい。

【0022】

図１（Ｂ）に明示するように、各放電パネル４，５において排気ガスの流れ方向の上流側に向いた後端部１０に、参考ガイド面として、縦断側面視で湾曲した円弧面１１を形成している。このように円弧面１１を形成することにより、排気ガスが高速でケーシング３に流入しても、排気ガスを放電ギャップ６にスムースにガイドして通過させることができる。従って、エンジンの高速回転を許容しつつＰＭを除去できる。実際に本願発明者たちが実験したところ、圧損を２０％以上低減させることができた。従って、高速回転するエンジンにも対応できる。

【0023】

(2).他の参考例・実施形態
次に、図２以下に示す他の参考例と実施形態を説明する。図２では、参考例として、各放電パネル４，５の後端部１０に、ガイド面として傾斜した一対の傾斜面１２を形成することにより、放電パネル４，５の後端部１０を全体として断面三角形（山形）に形成している。

【0024】

図２の参考例では一対の傾斜面１２を対称に（合掌状に）形成したが、図３に示す第１実施形態では、ガイド面を傾斜した１つの傾斜面１２に形成している。従って、傾斜面１２は、放電パネル４，５における一方の面（下面）の後端を他方の面（上面）の後端よりも排気ガスの流れ方向の前方側にずらすことによって形成されており、傾斜面１２の後端と他方の面（上面）の後端とが同じ前後位置に揃っている。この実施形態でも、排気ガスは放電ギャップ６に誘い込まれるため、排気ガスの流れをスムース化できる。

【0025】

図４に示す第２実施形態では、各放電パネル４，５の後端部１０にＬ形の角形面１３を形成することにより、排気ガスを放電ギャップ６に誘い込むガイド面と成している。この実施形態でも、排気ガスは放電ギャップ６に誘い込まれる。

【0026】

図５に示す第３参考例では、放電パネル４，５の後端部１０を、一対の傾斜面１２を有する台形状に形成している。そして、この放電パネル４，５は、既に触れたように、製造段階では、表層と裏層との中間材（粘土状の中間材）を用意して、一方の中間材に電極８，９を印刷してから重ね合わせて全体を焼成しているが、傾斜面１２が形成された中間材を互いに繋がった状態に製造して、焼成してからブレークして製品化している。つまり、ブレーク溝を利用して傾斜面１２を形成している。

【0027】

図６に示す第３実施形態は第１実施形態の変形例であり、図３のように１つの傾斜面１２を備えている場合において、２つの中間材がＶ溝を介して繋がった状態に形成してから焼成しブレークしている。

【0028】

以上、本願発明の実施形態を説明したが、本願発明は他にも様々に具体化できる。例えば、各放電パネルの表面又は裏面に、ＨＣ等の有害ガスを補集する吸着層を設けることが可能である。また、図３のように片面のみに傾斜面１２を形成する場合、ケーシングの中間高さ位置を挟んだ上下において傾斜方向を逆向きに変えることも可能である。

【産業上の利用可能性】

【0029】

本願発明は、排気ガス用のプラズマリアクタに具体化できる。従って、産業上利用できる。

【符号の説明】

【0030】

１ プラズマリアクタ
２ 排気管
３ ケーシング
４ 負極放電パネル
５ 正極放電パネル
６ 放電ギャップ（排気ガス通過空間）
７ 基板
８，９ 電極
１０ 後端部
１２ ガイド面の一例としての傾斜面
１３ ガイド面の一例としての角形面（Ｌ形面）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】