JP2008251516A - プラズマ発生体、プラズマ発生装置、オゾン発生装置、排ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 周囲の雰囲気や稼動時の熱に起因する熱応力によっても、破損する可能性が低減できる構造体及びこれを用いた装置を提供すること。
【解決手段】 本発明のプラズマ発生体１は、平板状の第１電極２と、主面が、第１電極２の主面に対向して配置される平板状の第２電極３と、平面視でこれら電極２，３同士の対向領域の両端に設けられ、第１電極２及び第２電極３を一定の距離だけ離間させて支持する一対の側部６と、一対の側部６に設けられたヒータ８とを備えている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、空間を挟む一対の電極間にプラズマを発生させるためのプラズマ発生体およびこれをもちいた各種装置に関するものである。

一般家庭で使用されている湯沸かし器の不完全燃焼時に排出されるＣＯガスやディーゼルエンジン、ガソリンエンジンからの排ガス、或いは焼却炉から出される排ガス等の流体中には、ＣＯ、カーボン等のＰＭ、ＮＯｘ等が含まれている。このようなＣＯやＰＭ等の排出を抑制する方法として、プラズマ反応を利用してＣＯやＰＭ等を浄化する技術が提案されている。

このようなプラズマ反応により流体を浄化するための装置は、一対の電極を一定の距離だけ離間して対向させた構造を有している。そして、プラズマ反応による浄化は、対向する一対の電極間に高電圧を印加させてプラズマ場を発生させ、このプラズマ場内に上述した流体を通過させることにより、流体中の上記物質を浄化するものである。なお、一対の電極は、それぞれ絶縁体により覆われており、この絶縁体の両端を一対の側部が支持している。
特開２００４−０９２５８９号公報 特開２００５−０９３１０７号公報 特開２００３−２８６８２９号公報 ＷＯ２００４／０７２４４５号公報 ＷＯ２００５−０００４５０号公報 ＷＯ２００５−００１２５０号公報

しかしながら、処理される流体が高温である場合には、装置は、流体の通過に伴って、作動直後に高温の状態へと急激に昇温される。或いは、装置を稼動した際、電極から発生した熱により、装置の側部に大きな熱応力がかかってしまう。そして、この熱応力が対向領域を形成する絶縁部と側部との内壁面の端部等に集中して、この集中した部分を起点として装置にクラックを発生させることが懸念される。その結果、装置が破損すると、電極間にプラズマ場が良好に発生しなくなり、対向領域内を通過するＰＭやＮＯｘ、ＣＯ等の流体を良好に浄化することができないということが想定される。

本発明は、上記想定に鑑み案出されたもので、その目的は、周囲の雰囲気や稼動時の熱に起因する熱応力によっても、破損する可能性が低減できる構造体及びこれを用いた装置を提供することにある。

本発明のプラズマ発生体は、平板状の第１電極と、主面が、該第１電極の主面に対向して配置される平板状の第２電極と、平面視でこれら電極同士の対向領域の両端に設けられ、前記第１電極及び第２電極を一定の距離だけ離間させて支持する一対の側部と、前記一対の側部に設けられたヒータとを備えている。

また、好ましくは、前記ヒータは、前記第１電極に電気的に接続されている。

また、好ましくは、前記ヒータは、前記第１電極と、該第１電極に電気的に接続される外部端子との間に配置されている。

また、好ましくは、前記第１電極に接続された前記ヒータは、前記第１電極よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ前記第１電極よりも体積固有抵抗率の高い材料からなる。

また、好ましくは、前記第１電極に接続された前記ヒータは、前記第１電極よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ前記第１電極と実質的に同じ体積固有抵抗率を有する材料からなる。

また、好ましくは、前記ヒータは、前記第１電極に接続された第１のヒータと、前記第２電極に接続された第２のヒータとを含み、前記第１のヒータは、前記一対の側部の一方側に、前記第２のヒータは、前記一対の側部の他方側に、それぞれに配置されている。

また、好ましくは、前記一対の側部に接し、且つ前記第１電極を支持する第１絶縁部、及び前記一対の側部前記一対の側部に接し、且つ前記第２電極を支持する第２絶縁部を更に備えるとともに、前記第１絶縁部、前記第２絶縁部、前記一対の側部が、同一の材料からなる。

本発明のプラズマ発生装置は、本発明のプラズマ発生体と、前記プラズマ発生体の前記第１電極と前記第２電極とに交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加することにより、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマを発生させる電圧印加手段とを備えている。

また、好ましくは、前記第１電極と前記第２電極との間に前記交流電圧或いは前記直流電圧もしくは前記直流パルス電圧を印加することによりプラズマが発生するのと同時に、或いはそれよりも前に、前記ヒータへ電流を流すことを開始するものである。

本発明のオゾン発生装置は、本発明のプラズマ発生体の前記対向領域内に、酸素を流入させる第1の流路と、前記プラズマ発生体の前記第１電極と、前記第２電極とに接続され、これら電極間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源外部電源に接続される電圧印加手段と、前記プラズマ発生体の前記対向領域から排出されるオゾンを、前記対向領域内から流出させる第２の流路とを備えている。

本発明の排ガス処理装置は、本発明のプラズマ発生体の前記対向領域内に、内燃機関もしくは焼却炉からの排ガスを流入させる第1の流路と、前記プラズマ発生体の前記第１電極と、前記第２電極とに接続され、これら電極間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源に接続される電圧印加手段と、前記プラズマ発生体の前記対向領域から排出される被処理ガスを、前記対向領域内から流出させる第２の流路とを備えている。

本発明によれば、側部の外面側と高温の排ガスにさらされる側部の内面側との間に生じる大きな熱応力の発生を緩和することができる。

以下、本発明のプラズマ発生体の一例について説明する。図１（ａ）は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ方向から見た側面図である。図２（ａ）は、図１（ａ）のＢ−Ｂ’線における断面図である。図２（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図である。図２（ｃ）は、図１（ｂ）のＤ−Ｄ’線における断面図である。これらの図において、１はプラズマ発生体、２は第１電極、３は第２電極、４は第１絶縁部、５は第２絶縁部、６は側部、７は反応流路、８はヒータ、９は外部端子である。

この一例にかかるプラズマ発生体１は、平板状の第１電極２と、主面が、第１電極２の主面に対向して配置される平板状の第２電極３と、を備えている。また平面視でこれら電極２，３同士の対向領域の両端に設けられ、第１電極２及び第２電極３を一定の距離だけ離間させて支持する一対の側部６を備えている。さらに一対の側部６に設けられたヒータ８を備えている。

更に、プラズマ発生体１は、第１電極２を支持する支持体である第１絶縁部４と、第２電極３を支持する支持体である第２絶縁部５とを備えている。また、一対の側部６は、第１絶縁部４および第２絶縁体５よりも外周部に設けられ、第１絶縁部４と第２絶縁部５とを支持することにより、第１電極２と第２電極３との間に一定の間隔を形成する。そして、これらの第１絶縁部４と第２絶縁部５と一対の側部６とにより、流体が流れる領域となる反応流路７が形成される。

第１絶縁部４、第２絶縁部５、側部６は、例えば、セラミックスから成る場合、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、炭化珪素質焼結体、コーディエライト等の電気絶縁材料から成る。第１絶縁部４、第２絶縁部５、側部６が、酸化アルミニウム質焼結体から成る場合には、まず、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリカ（ＳｉＯ_２）、カルシア（ＣａＯ）、マグネシア（ＭｇＯ）等の原料粉末に適当な有機溶剤、溶媒を添加混合して泥漿状物を作製する。次に、この泥漿状物が、従来周知のドクターブレード法やカレンダーロール法、粉体加圧成形法、射出成形法等により、例えばシート状やブロック状に成形されて、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体が得られる。次に、これらのセラミック生成形体に適当な打ち抜き加工が施される。その際、これらのセラミック生成形体を複数枚積層する。最後に、高温（約１５００〜１８００℃）で焼成することによって、第１絶縁部４と、第２絶縁部５と、側部６とが製作される。この場合、これらのセラミック生成形体はともに一体焼成されることから、第１絶縁部４、第２絶縁部５、側部６は互いに焼結していることとなる。

第１電極２および第２電極３は、これらの電極２，３同士の対向領域に位置する反応流路７内にプラズマ場を発生させるための一対の電極である。第１電極２および第２電極３は、プラズマ発生体１の表面または内部、具体的には、第１絶縁部４や第２絶縁部５の表面または内部に形成されている。そして、第１電極２および第２電極３は、互いに一定の距離だけ離間して対向して配設されている。なお、第１電極２および第２電極３は、プラズマ発生体１の外表面、例えば側部６の外表面に形成された後述する外部端子９に電気的に接続される。第１電極２および第２電極３は、以下のように作製される。まず、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末を含む従来周知のメタライズペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体の第１絶縁部４或いは第２絶縁部５となる所定の位置に、第１電極２および第２電極３用のメタライズペーストを塗布する。その後、これらのセラミック生成形体と同時に焼成することによって、第１電極２および第２電極３をプラズマ発生体１の所定のパターンに形成することができる。

なお、図２に示すように、第１電極２および第２電極３は、第１絶縁部４および第２絶縁部５の内部に形成しているとよい。これにより、第１電極２および第２電極３が反応流路７内を通過する、例えば、酸化性の流体に直接接触しにくくなる。従って、第１電極２および第２電極３がこの流体により腐食されにくくなる。従って、プラズマ場の強度の低下を抑制することができるため好ましい。そして、第１絶縁部４、第２絶縁部５が、例えばコージェライトからなる場合は、それぞれの絶縁部４，５の表面から第１電極２或いは第２電極３までの最短距離が１００μｍ以上となる位置に形成しておくことが好ましい。

また、第１電極２や第２電極３が第１絶縁部４および第２絶縁部５の表面に露出して形成される場合には、これら電極２，３の露出する表面には、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。特に第１電極２および第２電極３が、酸化性の流体等に直接曝される場合は特に好ましい。

また、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を単層で被着しておいても構わない。例えば、ニッケル層を形成せずに金層だけを被着している場合には、熱によりニッケルが金層内部の粒界に沿って、金層の表面まで拡散してしまうことがない。従って、領域ごとのニッケルの拡散のバラツキが生じにくいため、各領域における導電特性にばらつきが生じてにくくできる。このため、プラズマ発生体１を高温下の環境にて使用する場合は、第１電極２および第２電極３の露出する表面に金層のみを０．１〜１０μｍ程度、例えばめっき法等により被着させておくとよい。

また、第１電極２と第２電極３との間隔は、酸素を流入させてオゾンを発生させる場合は、０．７ｍｍ〜３．０ｍｍ、ディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭや酸化成分等の流体を反応させて分解する場合には、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍ程度が好ましい。但し、必要とするプラズマ場の強度や第１電極２および第２電極３に印加する電圧等によって変更してもよい。

また、外部端子９が、プラズマ発生体１の外表面、例えば、一対の側部６の外表面に形成されている。外部端子９は、外部電源から第１電極２および第２電極３に電圧を印加するための導電路として機能する。外部端子９は、第１電極２および第２電極３のそれぞれに電気的に接続されている。外部端子９は、第１電極２および第２電極３と同様の手法により作製できる。また、外部端子９の露出する表面には、第１電極２および第２電極３の場合と同様に、ニッケルや金等の耐蝕性に優れる金属を被着しておくことが好ましい。

そして、外部電源の電源端子が、圧接や接合等の手段により外部端子９に電気的に接続される。この外部端子９を通して第１電極２と第２電極３とに電圧を印加することにより第１電極２と第２電極３との対向領域（平面視で第１電極２と第２電極３とが重畳する領域）にプラズマ場を発生させることができる。そして、プラズマ発生体の反応流路７内を通過する流体は、第１電極２と第２電極３との間の対向領域内のプラズマ場を通過することにより分解されて浄化される。例えば、ＮＯ_Ｘ（窒素酸化物）は、下記の反応（１）および（２）により分解して、Ｎ_２およびＯ_２が生成されて浄化される。

２ＮＯ_２ → ２ＮＯ＋Ｏ_２ ・・・・・・・・・・（１）
２ＮＯ＋Ｏ_２ → Ｎ_２＋２Ｏ_２・・・・・・・・・（２）
なお、第１電極２と第２電極３との間にプラズマ場を発生させるために、例えば、周波数の高い交流電圧が印加される。印加される交流電圧は、必要とされるプラズマ場の強度等によって適宜選択される。例えば、ディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭ等の酸化成分等の流体を反応させて分解するプラズマ発生体において、印加される交流電圧およびその周波数は、例えば、１ｋＶ〜１００ｋＶ、１０ＭＨｚ〜１００ＭＨｚが好ましい。

そして、本発明においては、ヒータ８が一対の側部６に備えられている。このヒータ８は、例えば、外部電源に電気的に接続されている。そして、この外部電源によりヒータ８に電流を流して一対の側部６を加熱することで、反応流路７内を通過する高温の流体や第１電極２或いは第２電極３等の発熱により加熱される第１絶縁部４或いは第２絶縁部５と、側部６との熱膨張差を低減することができる。従って、側部６にクラックが発生することが抑制できる。これにより、反応流路７内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を良好に反応、分解させて浄化することができる。

このようなヒータ８は、例えばメタライズペーストを焼成して作製する場合、以下のようにして作製される。まず、タングステンやモリブデン、銅、銀等の金属粉末を含むメタライズペーストを準備する。そして、スクリーン印刷法等の印刷手段を用いて、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体の側部６となる所定の位置に、ヒータ８用のメタライズペーストを塗布する。その後、プラズマ発生体１のセラミック生成形体と同時に焼成することによって、ヒータ８をプラズマ発生体１の一対の側部６に所定のパターンに形成することができる。

あるいは、従来周知のスパッタリング法やＣＶＤ法等の薄膜形成技術により、例えばＴａＳｉＯやＴｉＳｉＯ等の抵抗体材料を、プラズマ発生体１の側部６の外表面に被着することにより形成してもよい。

なお、このようなヒータ８は、例えばディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭ等の酸化成分等の流体を反応させて分解するプラズマ発生体においては、１００〜３００℃程度に発熱することが好ましい。

また、ヒータ８は、第１電極２或いは第２電極３に電気的に接続されていてもよい。これにより、プラズマ発生体１の第１電極２および第２電極３に電圧を印加させるのと実質的に同時に、ヒータ８に電流が流れることにより側部６を加熱することができる。

例えば、ヒータ８は、第１電極２或いは第２電極３のどちらか一方に電気的に接続され、且つ、これら電極２，３に電圧を印加するための外部端子９とも電気的に接続されていてもよい。これにより、第１電極２或いは第２電極３に接続される外部端子９との間で、ヒータ８とは別に、第１電極２或いは第２電極３と外部端子９とを電気的に接続するための接続電極を別途設ける必要がなく、プラズマ発生体１を小型化しやすくなる。

尚、例えば第１電極２或いは第２電極３と外部端子９との間で、ヒータ８とともに並列回路を構成する接続電極を、別途設けてもよい。

このようなヒータ８は、ヒータ８に接続されている第１電極２或いは第２電極３よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ第１電極２或いは第２電極３よりも体積固有抵抗率の高い材料から形成すればよい。例えば、ヒータ８をモリブデンシリサイド〔ＭｏＳｉ_２（ＳｉＯ_２，Ａｌ２Ｏ_３）〕やジルコニア〔ＺｒＯ_２（Ｙ_２Ｏ_３，ＣａＯ）〕、第１電極２或いは第２電極３をモリブデン〔Ｍｏ〕やタングステン〔Ｗ〕から形成すればよい。

或いは、ヒータ８は、ヒータ８用のメタライズペーストにガラスや金属酸化物などの非導電性の粉末を、第１電極２用或いは第２電極３用のメタライズペーストよりも多く添加しておくことにより、第１電極２或いは第２電極３よりもヒータ８の電気抵抗率が高くなるようにしてもよい。そして、ヒータ８用のメタライズペーストには、一対の側部６と同一材料からなる材料を添加しておくことが好ましい。例えば、一対の側部６が酸化アルミニウム質焼結体からなる場合、このヒータ８に添加される非導電性の粉末としては、酸化アルミニウムが添加されることが好ましい。これにより、ヒータ８と一対の側部６との界面接続強度を良好なものとすることができる。

なお、このようなヒータ８は、例えば、ヒータ８の発熱量を大きくしたい場合に有効に使用することができ、非導電性粉末を添加する量により、発熱量を大きく変化させることができる。また、第１電極２或いは第２電極３の断面積とヒータ８の断面積とを同程度にすることも可能なので、ヒータ８の断線を発生しにくくすることも可能となる。

或いは、第１電極２または第２電極３に接続されたヒータ８は、第１電極２或いは第２電極３よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ第１電極２或いは第２電極３と実質的に同じ体積固有抵抗率を有する材料からなっていてもよい。この場合、第１電極２或いは第２電極３とヒータ８とを同一の材料で作製することができ、その結果、両者の熱的特性を近くすることができることから、プラズマ発生体１の変形や反り、物性値の部分的な変化等への影響が抑制される。このようなヒータ８は、例えば、ヒータ８の断面積を、第１電極２或いは第２電極３の断面積よりも小さくなせばよい。ヒータ８の断面積を、第１電極２或いは第２電極３の断面積よりも小さくなすには、例えば、図３に示すように、ヒータ８が、第１電極２或いは第２電極３よりも単位長さ当りの抵抗値が高くなるように、ヒータ８の厚みを第１電極２或いは第２電極３の厚みよりも小さくなせばよい。このようなヒータ８の作製方法としては、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体にヒータ８用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等により塗布する際、ヒータ８用のメタライズペーストの厚みを、第１電極２或いは第２電極３用のメタライズペーストの厚みよりも薄くなるように塗布したり、ヒータ８用のメタライズペーストに対して平面方向に圧力を印加してより薄くするなどして形成することができる。

また、第１電極２或いは第２電極３とは異なる高さ位置にヒータ８を配設しても構わない。例えば、図４に示すように、ヒータ８の一部となる貫通導体８ａにより配設すれば良い。この貫通導体８ａにより、一対の側部６の高さ方向（図４では、反応流路７の両側部における側部）においても、一対の側部６を加熱することができるようになる。

なお、このような貫通導体８ａは、以下のようにして作製される。すなわち、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体の側部６となる領域に打ち抜き金型による打ち抜き手段等により貫通穴を形成しておく。次に、この貫通穴内にスクリーン印刷法等の印刷手段により貫通導体８ａ用のメタライズペーストを充填する。次にプラズマ発生体１用のセラミック生成形体と同時に焼成することによってプラズマ発生体１の一対の側部６となる所定の位置に、貫通導体８ａを形成することができる。なお、貫通導体８ａ用のメタライズペーストは、上述のヒータ８と同様にして製作されるが、有機バインダーや有機溶剤の量により貫通穴への充填に適した粘度に調製される。

また、ヒータ８は、第１電極２に接続された第１のヒータと、第２電極３に接続された第２のヒータとを含み、第１のヒータは、一対の側部６の一方側に、第２のヒータは、一対の側部の他方側に、それぞれに配置されているとよい。このように、一対の側部６のそれぞれに配置されたヒータ８により、一対の側部６のそれぞれを加熱することができ、一対の側部６の各々にクラックが発生することを抑制できる。

また、ヒータ８の厚みを第１電極２或いは第２電極３の厚みよりも小さくなす場合、図５に示すように、第１電極２或いは第２電極３と、ヒータ８との接続部において、これらの厚みが漸次変化するようにしても構わない。これにより、第１電極２或いは第２電極３と、ヒータ８との接続部において生じる発熱量の差がゆるやかとなり、より耐熱性にすぐれたものとすることができる。また、接続部に急激な段差を設けていないので、発熱して熱膨張した際の応力も緩和される。

また、ヒータ８の断面積を第１電極２或いは第２電極３の断面積よりも小さくなすには、図６に示すように、ヒータ８の幅が、ヒータ８に接続された第１電極２の厚み或いは第２電極３の幅よりも狭くなしていても構わない。この場合も同様に、単位長さ当りの電気抵抗値を高くすることができる。

このようなヒータ８は、例えば、プラズマ発生体１用のセラミック生成形体にヒータ８用のメタライズペーストをスクリーン印刷法等により塗布する際、ヒータ８用のメタライズペーストの幅を第１電極２或いは第２電極３用のメタライズペーストの幅よりも狭くなるように塗布することにより形成することができる。

また、第１電極２及び第２電極３は、それぞれ第１絶縁部４及び第２絶縁部５により支持されているととともに、第１絶縁部４、第２絶縁部５、一対の側部６が、同一の材料からなることから、これら各部材の熱に関する特性に差が生じにくい。すなわち、これら部材間の熱膨張率の差が小さい、或いは熱膨張率が実質的に等しくなるので、これら各部材間に熱応力が発生することを抑制でき、反応流路７の形状が熱により変形することを抑制できる。

また、図７に示すように、反応流路７が上下方向に複数並列に積層されていてもよい。なお、図７は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。反応流路７が複数積層される場合、第１電極２および第２電極３は、交互に対向して上下方向に配設されるとよい。これにより、それぞれの反応流路７内でプラズマ場を発生させることで、それぞれの反応流路７内を通過するＰＭや酸化性成分等の流体を反応、分解させることができ、効率良く流体を浄化することができる。

また、図８に示すように、複数の第１電極２，２’，２’’に接続されているヒータ８同士或いは複数の第２電極３，３’，３’’に接続されているヒータ８同士を貫通導体８ａにより接続しても構わない。この貫通導体８ａにより一対の側部６の厚み方向において、一対の側部６を加熱することができるようになる。

さらに、この貫通導体８ａは、上述と同様にヒータ８の一部として用いてもよい。また、図９に示すように、ヒータ８同士を貫通導体８ａに連結した後、ヒータ８の１つを外部端子９に接続するようにしても構わない。これにより、総配線長の短縮が可能となり、ヒータ８に印加する電源電圧を下げることができるようになる。

また、上述のような場合、貫通導体８ａは、異なる高さ位置に形成されたヒータ８同士の間に複数列配設しても構わない。この場合、側部６の熱発生分布を適度に分散させることができ、より耐熱性を向上させることができるようになる。

また、第１電極２と第２電極３との間に印加される電圧は、直流電圧であっても構わない。すなわち、プラズマ発生体１の第１電極２および第２電極３とに直流電圧を印加することによりプラズマ場の発生を開始すると同時に、ヒータ８の加熱を開始する方法を用いることができる。例えば、プラズマ発生体をディーゼルエンジンの排ガス中のＰＭ等の酸化成分等の除去のために用いる場合、印加される直流電圧は、例えば、２５０Ｖ以上が好適である。直流電圧の場合、電源の小型化が可能であるとともに、例えば、プラズマ発生体１が自動車に搭載される場合においては、交流電圧の場合よりも大きな電流を、第１電極２および第２電極３に流すことができる。これにより、反応流路７内におけるプラズマ反応を高め、浄化作用を高めることができる。

また、直流電圧を印加する場合は、該直流電圧が直流パルス電圧でもよい。例えば、パルス周期が、２００Hzから１KHzであればよい。これにより連続的に電界の力を受けて帯電粒子が、常に一方側の電極に衝突することが抑制できる。

次に本発明のプラズマ発生装置について説明する。本発明のプラズマ発生装置は、図１１に例示的に示すように、上述のプラズマ発生体１を用いている。さらにプラズマ発生体１の第１電極３と第２電極４とに接続され、第１電極３と第２電極４との間に交流電圧あるいは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための電圧印加部１１を備えている。これにより、第１電極３と第２電極４との間の対向領域にプラズマ場を発生させることができる。

また、本発明のプラズマ発生装置は、第１電極２と第２電極３との間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加することによりプラズマが発生するのと同時に、或いはそれよりも前に、ヒータ８へ電流を流すことを開始してもよい。ここで、プラズマ反応により発生した帯電粒子は、電界により加速される。交流電圧を印加する場合は、周波数によりイオンの加速方向を交互に変化させることができるので、帯電粒子が第１電極２或いは第２電極３の一方側にのみ衝突し、一方側の絶縁部材或いは電極が、他方側に比してより激しく磨耗されてしまうことを低減でき、プラズマ発生体１を長期間にわたって耐久性に優れたものとすることができる。

このようなプラズマ発生装置は、例えば、ヒータ８が、第１電極２或いは第２電極３に電気的に接続されていていない場合、外部電源によりヒータ８に電流を流すのと同時、或いは電流を流した後、第1電極２と第２電極３との間に電圧を印加するようにしておけばよい。

また、ヒータ８が、第１電極２或いは第２電極３に電気的に接続されている場合、第１電極２と第２電極３との間に電圧を印加すると同時に、ヒータ８にも電流が流れ、側部６を加熱することとなる。また、この場合、第１電極２と第２電極３との間に印加する電圧をプラズマ場が発生しない程度としておき、ヒータ８に電流を流して側部６を加熱させた後、印加する電圧を高くして第１電極２および第２電極３との間にプラズマ場を発生させても構わない。

このようなプラズマ発生装置は、具体的には、例えば、流体が酸素であり、プラズマ反応により、この酸素をオゾンに良好に変化させることができるオゾン発生装置に使用することができる。このようなオゾン発生装置は、例えば、図１２に示すように、上述のプラズマ発生体１の対向領域である反応流路７内に、酸素を流入させる第1の流路１２と、プラズマ発生体１の第１電極２と、第２電極３とに接続され、これら電極２，３間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源に接続される電圧印加手段１１と、プラズマ発生体１の対向領域に位置する反応流路７から排出されるオゾンを、対向領域に位置する反応流路７内から流出させる第２の流路とを備えているものが挙げられる。

或いは、このようなプラズマ発生装置は、例えば、流体が自動車、船舶、発電機等に使用されるエンジン等の内燃機関から排出される排ガスや焼却炉等から排出される排ガスであり、プラズマ反応によりこの排ガスを良好に浄化することができる排ガス処理装置に使用することができる。このような排ガス処理装置は、例えば、上述のプラズマ発生体１の対向領域に位置する反応流路７内に、内燃機関もしくは焼却炉からの排ガスを流入させる第1の流路１２、プラズマ発生体１の第１電極２と、第２電極３とに接続され、これら電極２，３間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源に接続される電圧印加手段１１と、プラズマ発生体の対向領域に位置する反応流路７から排出される被処理ガスを、対向領域に位置する反応流路７内から流出させる第２の流路１２とを備えているものが挙げられる。

なお、上述の排ガス処理装置にプラズマ発生体１以外の排ガスの浄化機構を併設しておいて良い。例えば、プラズマ発生体１の前後にフィルターや触媒を付着しても良く、これにより排ガス中のＰＭや酸化成分等の流体の排出をさらに低減させることができる。このようなフィルターとして、セラミック製のＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）等があり、触媒として白金等を用いることができる。

また、このようなプラズマ発生装置は、流体がタバコの煙やカビ、埃等を含んだ空気であり、プラズマ反応により良好に空気を浄化することができる空気洗浄機に使用することができる。このような空気洗浄機は、例えば、上述と同様に、少なくとも電圧印加手段１１、任意的に第１の流路１２、第２の流路１３等を備えたものが挙げられる。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述の実施例以外の用途に使用されプラズマ発生体やプラズマ発生装置、またこれらを用いた装置に適用しても良い。

なお、本発明は、本発明の要旨を逸脱しない範囲であれば種々の変更は可能である。例えば、上述においては、自動車、船舶、発電機等に使用されるディーゼルエンジン等の排ガスの浄化について説明を行っているが、その他の用途に使用されるプラズマ発生体およびその反応装置に適用しても良い。例えば、消臭、ダイオキシンの分解、花粉の分解等に使用される空気洗浄機器やプラズマエッチング、薄膜装置等に搭載されるプラズマ発生体および反応装置等に適用することができる。また、プラズマ反応により反応流路７内を通過する流体を反応または分解させるためのプラズマ発生体およびその反応装置に適用することが可能である。

また、図１０に示すように、外部端子９と第１電極２或いは第２電極３との間のヒータ８をスネーク状に配設して、ヒータ８の断面積を狭くして、ヒータ８の発熱性を高めるとともに、ヒータ８の経路を長くし、側部６の発熱性を向上させるようにしても構わない。

（ａ）は、本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ方向から見た側面図である。 （ａ）は、図１（ａ）のプラズマ発生体のＢ−Ｂ’線における断面図、（ｂ）は、図１（ｂ）のＣ−Ｃ’線における断面図、（ｃ）は、図１（ｂ）のＤ−Ｄ’線における断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明のプラズマ発生体の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の装置の一例を示す斜視図である。 本発明の装置の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１・・・プラズマ発生体
２・・・第１電極
３・・・第２電極
４・・・第１絶縁部
５・・・第２絶縁部
６・・・側部
７・・・反応流路
８・・・ヒータ
９・・・外部端子
１０・・・貫通導体
１１・・・電圧印加部
１２・・・第１の流路
１３・・・第２の流路

Claims (11)

1. 平板状の第１電極と、
   主面が、該第１電極の主面に対向して配置される平板状の第２電極と、
   平面視でこれら電極同士の対向領域の両端に設けられ、前記第１電極及び前記第２電極を一定の距離だけ離間させて支持する一対の側部と、
   前記一対の側部に設けられたヒータと、を備えたプラズマ発生体。
2. 前記ヒータは、前記第１電極に電気的に接続されている請求項1に記載のプラズマ発生体。
3. 前記ヒータは、前記第１電極と、該第１電極に電気的に接続される外部端子との間に配置されている請求項２に記載のプラズマ発生体。
4. 前記第１電極に接続された前記ヒータは、前記第１電極よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ前記第１電極よりも体積固有抵抗率の高い材料からなる請求項２または請求項３に記載のプラズマ発生体。
5. 前記第１電極に接続された前記ヒータは、前記第１電極よりも、単位長さ当りの抵抗値が高く、且つ前記第１電極と実質的に同じ体積固有抵抗率を有する材料からなる２または請求項３に記載のプラズマ発生体。
6. 前記ヒータは、前記第１電極に接続された第１のヒータと、前記第２電極に接続された第２のヒータとを含み、
   前記第１のヒータは、前記一対の側部の一方側に、前記第２のヒータは、前記一対の側部の他方側に、それぞれに配置されている請求項２乃至請求項５のいずれかに記載のプラズマ発生体。
7. 前記一対の側部に接し、且つ前記第１電極を支持する第１絶縁部、及び前記一対の側部前記一対の側部に接し、且つ前記第２電極を支持する第２絶縁部を更に備えるとともに、前記第１絶縁部、前記第２絶縁部、前記一対の側部が、同一の材料からなる請求項１乃至請求項６のいずれかに記載のプラズマ発生体。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のプラズマ発生体と、
   前記プラズマ発生体の前記第１電極と前記第２電極とに交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加することにより、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマを発生させる電圧印加手段と、を備えたプラズマ発生装置。
9. 前記第１電極と前記第２電極との間に前記交流電圧或いは前記直流電圧もしくは前記直流パルス電圧を印加することによりプラズマが発生するのと同時に、或いはそれよりも前に、前記ヒータへ電流を流すことを開始する請求項８に記載のプラズマ発生装置。
10. 請求項１乃至請求項７のいずれかに記載のプラズマ発生体の前記対向領域内に、酸素を流入させる第1の流路と、
    前記プラズマ発生体の前記第１電極と、前記第２電極とに接続され、これら電極間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源外部電源に接続される電圧印加手段と、
    前記プラズマ発生体の前記対向領域から排出されるオゾンを、前記対向領域内から流出させる第２の流路とを備えたオゾン発生装置。
11. 請求項1乃至請求項７のいずれかに記載のプラズマ発生体の前記対向領域内に、内燃機関もしくは焼却炉からの排ガスを流入させる第1の流路と、
    前記プラズマ発生体の前記第１電極と、前記第２電極とに接続され、これら電極間に交流電圧或いは直流電圧もしくは直流パルス電圧を印加するための外部電源に接続される電圧印加手段と、
    前記プラズマ発生体の前記対向領域から排出される被処理ガスを、前記対向領域内から流出させる第２の流路とを備えた排ガス処理装置。

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