JP5495219B2 - 排ガス浄化装置 - Google Patents
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Description
また、自動車のガソリンエンジンジンなどの内燃機関から排出される排ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NOX)、未燃焼の炭化水素(HC)を二酸化炭素、窒素、水に変換することにより排ガスを浄化するための三元触媒として、貴金属系触媒を酸化物担体に担持させた種々の担持触媒が知られている。
このハニカムは電気絶縁性であり、平均細孔径が約15〜25μm程度の細孔を有する多孔質基材である。
例えば、コージェライトハニカムなどの基体と触媒を担持する担体層との間にチタニア、アルミナ、ジルコニアなどの緻密層を設けることによって、排ガス浄化触媒の浄化性能が向上することが知られている(特許文献1)。
しかし、地球温暖化防止の観点からの燃費向上の要求および環境基準は益々厳しくなる傾向にあり、内燃機関の排ガス浄化性能について更なる改良が求められている。
このため、排ガス浄化性能を向上させることを目的として種々の提案がされている(特許文献2〜4)。
これは、現在一般的に用いられているプラズマ放電、例えばバリア放電や沿面放電を排ガス浄化ハニカムに適用して、多数の微小空間に均一な放電を得るために放電を発生させるためには各々の空間に対して一対の電極が必要となり、結局ハニカム内の多くの微小空間の内部に均一に放プラズマ電を発生させることが難しいためである。
この発明において同一方向とは、ハニカム内の中空管を流れるガス流れの方向にほぼ平行であることを意味し、ハニカム構造の微小空間の内部にプラズマ放電を得ることができれば必ずしも平行でなくても構わない。
1)ハニカムの内部が担持触媒からなる前記の排ガス浄化装置。
2)電極が負極性の電圧を印加される前記の排ガス浄化装置。
3)電界が高電圧による直流電界である前記の排ガス浄化装置。
4)複数の装置を直列に配置してなる前記の排ガス浄化装置。
図1において、排ガス浄化装置1は、プラズマ発生部2と、装置内で発生したプラズマを電界によってプラズマ発生部外に引き出す電極3および、プラズマ発生部と電極との間にハニカム4を有し、排ガス流れ方向5とプラズマ発生部および電極を結ぶ方向とが同一方向となるように配置してなり、排ガスは排ガス入口(図示せず)から入ってハニカム内の中空管を通り排ガス出口(図示せず)から出る。
この発明におけるプラズマは、非熱平衡プラズマであり、熱損失がないものである。
図1においてはプラズマとして交流放電を示すが、交流放電に限らず浴面放電、パックベット放電のいずれであってもよい。
前記のプラズマ放電のスライドに使用する高電圧は、直流高電圧には限らない。
また、前記のハニカム4は、耐熱性多孔質基材であって断面が四角形(例えば、正方形)、六角形あるいは円形で直線状中空を有するものであればよく、好適には内部が担持触媒からなるものである。
前記の耐熱性多孔質基材としては、コージェライトが挙げられる。
前記の触媒としては、排ガス処理用の任意の触媒を使用することができる。また、触媒とともに任意のアルカリなどの触媒補助剤を使用することができる。
また、ハニカムの機能を強化するために、前記のチタニア、アルミナ、ジルコニアなどの緻密層を適用することもできる。
この反応によって、排ガス中の対象成分を処理することが可能となるが、処理対象ガスは排ガスに限らず、室内空気なども考えられる。
この発明の排ガス浄化装置を実際の装置に適用する場合には、必要であれば前記の図1に示す装置をそのまま適用してもよく、あるいは図3、4に示すようにプラズマ発生部と電極との少なくとも一方を2つの装置が併用するように配置してもよく、この場合接続管(図示せず)によって前の装置での処理排ガスを順次に次の装置内に流通させることが好ましい。
この発明の排ガス浄化装置において、放電状態を観察するために、不透明な浄化ハニカムに代えて透明ガラス管を用いて図5に示す装置を使用してプラズマ放電を観察し評価を行った。
図5において、ハニカムの前段にパックトベット放電を採用している。装置を模した内径26mmの石英ガラス管内にγAl2O3ペレットを充填し、外周に設けたアルミテープを外部電極として中心にステンレスロッド(直径6mm)を設置して放電電極としている。パックトベット放電空間は20mmとしている。ここではハニカムの微細空間として細いガラス管を束ねたものを用いた。使用したガラス管は内径(直径)1mm、2mmm、3mmの三種類を長さ20mm、30mmにして行った。ガラス管の上部に16メッシュのステンレスメッシュを設置し、直流高電圧を印加して放電空間をスライドさせるための電極とした。パックトベット放電によりペレット接点に強い放電プラズマを形成し、その放電プラズマをステンレスメッシュ電極に印加した直流高電圧によってガラス管内にスライドさせた。
図6(b)は交流高電圧を印加したパックトベット放電部でのみ放電が行なわれ、そこからの紫色の発光が確認できる。パックトベット放電に加えて直流高電圧を印加すると、図6(c)に示すように、ガラス管内が全体的に紫色に発光し均一に放電していることが確認できた。直流電圧を徐々に増加させると、パックトベット放電部で発生している放電がガラス管内部にまで広がっている様子が確認された。これらのことより、パックトベット放電部で発生した放電プラズマがガラス管内に導入したことが確認された。
図7〜図14にガラス管全体に放電プラズマが発生するために必要な交流高電圧と直流高電圧の関係を示す。ここでは交流高電圧の値を固定し直流高電圧の値を徐々に変化させ、パックトベット放電部で発生した放電プラズマがガラス管内にまで広がり始める電圧とスパーク放電が発生し、直流高電圧が印加できなくなるときの電圧を計測した。また、交流高電圧の周波数による変化も計測した。印加する直流高電圧を正極性の場合と負極性の場合において比較を行い、さらにガラス管の径と長さも変えて測定を行った。
各図において、スライド開始電圧とは、図6(b)の状態から放電がスライドして図6(c)の状態になる電圧をいう。
また、スライド限界電圧とは、放電による電気エネルギーが火花に変わってしまう状態になって火花が発生する電圧をいう。
次に、直流高電圧を正極性の場合と負極性の場合において比較を行った場合、負極性の直流高電圧を印加した場合の方が開始電圧と限界電圧の幅が広く、ガラス管内に安定的な放電を行えることが確認された。また負極性の直流高電圧を印加した方が、ガラス管内により強い放電プラズマが発生することが確認された。
正極性の直流高電圧を印加した場合も、負極性の直流高電圧を印加した場合も、どちらの場合でもパックトベット放電に印加する交流電圧の周波数が低い方が、ガラス管内により強い放電プラズマを発生することが確認された。
Claims (2)
- 交流高電圧を印加する交流高電圧電源を有しハニカムの一端に設けたプラズマ発生部と、該プラズマ発生部内で発生したプラズマを、直流高電圧を印加する直流高電圧電源に接続された電極の電界によってプラズマ発生部外に引き出すためのハニカムの他端に設けたプラズマ引き出し用の電極および、プラズマ発生部と前記プラズマ引き出し用の電極との間に触媒を担持したハニカムを有し、ハニカム内の中空管を通る排ガス流れ方向とプラズマ発生部および前記プラズマ引き出し用の電極を結ぶ方向とが同一方向となるように配置してなる排ガス浄化装置。
- 前記プラズマ引き出し用の電極が負極性の電圧を印加される請求項1に記載の排ガス浄化装置。
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