WO2008035448A1 - Dispositif d'allumage, moteur à combustion interne, bougie d'allumage, appareil à plasma, appareil de décomposition de gaz d'échappement, appareil de génération/stérilisation/désinfection d'ozone et appareil de désodorisation - Google Patents

Dispositif d'allumage, moteur à combustion interne, bougie d'allumage, appareil à plasma, appareil de décomposition de gaz d'échappement, appareil de génération/stérilisation/désinfection d'ozone et appareil de désodorisation Download PDF

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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Ignition device internal combustion engine, spark plug, plasma device, exhaust gas decomposition device, ozone generation ⁇ sterilization ⁇ disinfection device and deodorization device
  • the present invention relates to an ignition device used in a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine, a gas turbine, or a plasma device, for example.
  • the present invention relates to an internal combustion engine suitable for applying the ignition device according to the present invention.
  • the present invention also relates to a spark plug suitable for application to the ignition device according to the present invention.
  • the present invention provides, for example, harmful emissions (CO, NO, unburned hydrocarbons), volatile
  • the present invention relates to a plasma apparatus used in the medical and hygiene field.
  • the present invention also relates to an exhaust gas decomposition apparatus suitable for applying the plasma apparatus according to the present invention.
  • the present invention relates to an ozone generation / sterilization / disinfection device and a deodorization device suitable for applying the plasma device according to the present invention.
  • a microwave waveguide is connected to the combustion / reaction chamber (inside the cylinder), and a discharge electrode for microwave discharge is provided in the combustion / reaction chamber.
  • An igniter configured as described above is described.
  • the microwave pulse generated by the microwave generator is transmitted through the microwave waveguide into the combustion / reaction chamber, and the discharge electrode is micro-charged.
  • a wave corona discharge is generated to ignite the mixture in the combustion / reaction chamber.
  • Patent Document 5 discloses a high-frequency electric field generator in a combustion / reaction chamber (in a cylinder).
  • a plasma apparatus used in the technical field of environmental countermeasures increases the input energy to plasma generated by discharge under low pressure to generate high-temperature equilibrium plasma, and the heat generates harmful emissions.
  • chemical substances, suspended particulate matter, soot, etc. were heated to a high temperature and decomposed.
  • the generated plasma is a reactive plasma with an electron temperature of tens of thousands of degrees and a gas temperature of room temperature to 1000 ° C. Also, in the medical / hygiene field, utilizing the strong chemical reaction of OH radicals and O (ozone) generated by plasma.
  • a plasma gas is generated by exciting a gas close to atmospheric pressure with microwaves.
  • Patent Document 6 and Patent Document 7 describe a microwave plasma apparatus.
  • a non-metallic pipe for a gas flow path is arranged along the center of the center conductor, and the gas injected from one end is covered with the center conductor, and is not microwaved in a gap.
  • the other end force is turned into plasma and emitted (coaxial resonator type plasma generation)!
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 57-186067
  • Patent Document 2 JP-A-3-31579
  • Patent Document 3 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-230426
  • Patent Document 4 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-73920
  • Patent Document 5 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-274249
  • Patent Document 6 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-035692
  • Patent Document 7 Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2004-172044
  • the ignition device using the microwave corona discharge as described above can improve the fuel consumption rate and improve the stability of the combustion / reaction compared to the ignition method using the conventional spark discharge. N / A. Because of this, it is almost put into practical use.
  • a gasoline internal combustion engine using a high-frequency electric field generator as described above has durability, vibration resistance, restrictions on installation space, and ambient temperature by attaching a magnetron directly to the engine.
  • it has hardly been put to practical use because it causes various troubles such as prevention of malfunction of the control system due to leakage of electromagnetic waves.
  • the present invention is proposed in view of the above circumstances, and in a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine or a gas turbine, or a plasma apparatus, the fuel in the air-fuel mixture is Even when a thin mixture is burned and reacted at a reduced rate, stable and highly efficient combustion and reaction can be performed to improve output, clean exhaust gas, and improve fuel consumption. It is an object to provide an ignition device that can achieve this. [0021] Furthermore, in a gasoline internal combustion engine, by attaching a magnetron directly to the engine, durability, vibration resistance, restrictions on the installation space, ambient temperature (the engine becomes hot), prevention of control system malfunction due to electromagnetic leakage The aim is to provide an internal combustion engine that can solve various problems.
  • the present invention is intended to provide an internal combustion engine suitable for applying the ignition device according to the present invention as described above, and the present invention further relates to the present invention as described above.
  • An object of the present invention is to provide a spark plug suitable for application to an ignition device.
  • the product performance of the same countermeasure technology is, for example, a device cost of 300,000 yen for a VOC small processing device of less than 1 ton per year.
  • low-priced products with Z units and electricity costs of 30,000 yen Z are required (Ministry of Economy, Trade and Industry, 2004; Chemical Risk Reduction Technology Target).
  • the plasma of this system is a microplasma of low temperature, atmospheric pressure, and air, and products generated by the plasma (OH) are not heated to high temperatures such as harmful emissions, chemical substances, suspended particulate matter, and soot. Uses radicals, ozone (O)), chemically oxidizes and reacts to harmful substances, etc.
  • the present invention has been proposed in view of the above-described circumstances, and is intended to provide an inexpensive and small plasma device that can be easily converted to plasma at atmospheric pressure and generates a large amount of radicals. It is a life.
  • the present invention intends to provide a plasma device that can also be used. Improve combustion process without reducing output by enabling stable and highly efficient combustion in various combustors (chemical oxidation and reaction by strong OH radicals, volume ignition, lean fuel combustion) We intend to provide a suitable plasma device that can reduce and reduce harmful emissions due to decomposition of unburned fuel and complete combustion.
  • It aims to provide an exhaust gas decomposition device, ozone generation 'sterilization' disinfection device and deodorization device.
  • an ignition device has one of the following configurations.
  • a heat engine or plasma device there is a mixture of reactive gas and acid gas, and combustion of this mixture ⁇ Combustion in which the reaction takes place ⁇ Water and Z to the reaction zone or exhaust from the combustion ⁇ reaction zone
  • a dielectric constant control means for controlling the dielectric constant of the air-fuel mixture in the combustion / reaction region by introducing exhaust gas, and radiating microwaves in the combustion / reaction region to raise the temperature of the air-fuel mixture in the combustion / reaction region
  • a heat engine or plasma device there is a mixture of reactive gas and acid / oxygen gas. Combustion of this mixture ⁇ Combustion in which the reaction takes place ⁇ Microwave radiation means that emits microwaves in the reaction zone, and combustion 'reaction And a control means for controlling the microwave radiation means and the ignition means. The microwave radiation means and the ignition means are controlled by the control means, so that the microwave radiation is controlled. Means to radiate microwaves into the 'combustion' reaction zone to raise the temperature of the mixture in the 'combustion' reaction zone After that, the ignition means ignites the air-fuel mixture, and then the microwave radiation means radiates microwaves into the combustion / reaction area to promote the combustion / reaction of the air-fuel mixture in the combustion / reaction area. It is characterized by repeating.
  • the microwave radiation antenna serving as the microwave radiation unit and the ignition 'discharge unit serving as the ignition unit are provided, and the microwave radiation antenna and the ignition / discharge unit are integrated. It is characterized in that it is built in the insulator part constructed as shown in FIG.
  • the microwave radiated by the microwave radiating means over the ignition device having any one of the configurations 1 to 3 is one, or two or more controlled intermittent waves. It is.
  • the internal combustion engine according to the present invention has any one of the following configurations.
  • Combustion chamber that is composed of a cylinder and a piston and is supplied with a mixture of reactive gas and acid gas and in which combustion and reaction of the mixture is performed, and microwaves are emitted into the combustion and reaction chamber and at least the Microwave radiation means that raises the temperature of the air-fuel mixture in the combustion chamber, and a recess to prevent microwave leakage is formed on the outer peripheral surface that is in sliding contact with the cylinder inner wall of the piston. It is characterized by this.
  • Combustion that is composed of a cylinder and piston and is supplied with a mixture of reactive gas and acid gas and combustion of this mixture is performed ⁇ Reaction chamber and combustion ⁇ Inlet and exhaust provided in the reaction chamber A valve that opens and closes the opening, and a microwave radiating means that radiates microwaves into the combustion 'reaction chamber and raises the temperature of the mixture in the combustion' reaction chamber.
  • a structure for concentrating the microwaves on the bottom surface of one or two or more bulbs is formed.
  • It consists of a cylinder and a piston cover, and is supplied with a mixture of reactive gas and acid gas.
  • ignition means for discharging and igniting the mixture in the combustion 'reaction chamber, and around the ignition means, or around the cylinder
  • the magnet installed in the combustion 'reaction chamber', or the ion generated in the combustion 'reaction chamber or plasma electrolysis in the direction of the piston, in the flame' reaction zone or behind the flame 'reaction zone Burned 'Ions or plasma in the burned reaction gas is accelerated toward the outer periphery of the cylinder.
  • Combustion / reaction chamber in which a mixture of reactive gas and acid gas is supplied and a combustion or reaction of this mixture or a plasma reaction takes place, and a mixture in the combustion / reaction chamber.
  • Ignition means for discharging and igniting the gas
  • voltage adjusting means for adjusting the voltage supplied to the ignition means.
  • the voltage adjusting means adjusts the voltage supplied to the ignition means to thereby adjust the voltage supplied to the ignition means.
  • Combustion ⁇ Unreacted air-fuel mixture is converted to plasma by discharging below ignition energy, and Z or pre-combusted 'reacted air-fuel mixture is converted to plasma by discharging. It is a feature.
  • plasma can be generated at both stages before and after ignition by applying a conventional spark plug without using microwaves.
  • a stable flame is generated under a wide range of conditions such as load, mixture concentration, rotation speed, and ignition timing by controlling the amplitude and time length of the voltage supplied to the ignition means as an intermittent wave.
  • acceleration of the flame propagation speed can be realized.
  • Combustion / reaction chamber in which a mixture of reactive gas and acid gas is supplied and combustion of this mixture or a plasma reaction is performed, and a reactive gas and an oxidizing gas.
  • a mixture of reactive gas and acid gas is supplied and combustion of this mixture or a plasma reaction is performed
  • a reactive gas and an oxidizing gas By injecting the gas mixture at high pressure, the mixture of reactive gas and oxidant gas is compressed to raise the temperature and self-ignite, and microwave radiation that emits microwaves in the combustion and reaction zone
  • means for controlling self-ignition and control means for controlling the microwave radiation means The microwave radiation means and the ignition means are controlled by the control means.
  • the microwave radiating means radiates microwaves into the combustion / reaction area, and generates a large amount of OH radicals and ozone (O) in the combustion gas mixture in the combustion 'reaction area.
  • the combustion of the mixture of the reactive gas and the acidic gas and the reaction / plasma reaction are performed with respect to the combustion / reaction region.
  • Measuring sensor that measures the concentration of O, NO, CO, and soot in the exhausted gas
  • spark plug according to the present invention has the following configuration.
  • Combustion of a mixture of reactive gas and acid gas in a heat engine or plasma device Combustion of this mixture. Combustion in which reaction takes place.
  • Microwave radiation antenna that emits microwaves in the reaction region, and combustion. 'Ignition to ignite the air-fuel mixture in the reaction region' discharge part, and the microwave radiating antenna and the ignition / discharge part are incorporated in an integrally formed insulator part. .
  • the plasma device according to the present invention has the following configuration.
  • a microwave oscillation device that generates a predetermined microwave band, a microwave resonant cavity that resonates the predetermined microwave band, and a microphone mouth wave radiating unit that radiates a microwave into the microwave resonant cavity.
  • the wave radiating means is a microwave radiating antenna having a shape and dimensions that form a strong electric field by a microwave in a plasma generation region formed by the microwave.
  • the plasma apparatus having the configuration 12 includes plasma ignition means for partial discharge of the gas in the microwave resonant cavity to convert the gas into plasma. It is characterized by this.
  • a measurement unit for measuring the emission intensity, and the microwave radiating means and the Z or plasma ignition means process the results of the measurement part in real time and provide them to the control means. is there.
  • the microwave radiation means includes a microwave radiation means and an ignition / discharge section serving as a plasma ignition means, and the microwave radiation means and the ignition / discharge section include It is characterized in that it is built in an integrally formed insulator.
  • a magnetron for an oscillating household appliance having an oscillation frequency of 2.45 GHz is used as the microwave oscillation device.
  • a plasma ignition means a barrier discharge between the electrodes to insert an insulator such as a dielectric, corona discharge that form a non-uniform electric field, less than 1 mu s It uses a pulse discharge type that applies a short pulse voltage.
  • the plasma apparatus having the configuration 12, the configuration 13, the configuration 15, or the configuration 16 includes a microwave transmission unit.
  • the microwave transmission means is a coaxial cable.
  • the microwave transmission means is a waveguide.
  • a coaxial cable for transmitting microwaves, a directional coupler for branching, isolating, and coupling microwaves, and a regulator for adjusting the impedance of the entire transmission system It is characterized by comprising.
  • the exhaust gas decomposition apparatus according to the present invention has the following configuration.
  • a microwave oscillation device that generates a predetermined microwave band, a microwave resonant cavity that resonates the predetermined microwave band, and a microphone mouth wave radiating unit that radiates a microwave into the microwave resonant cavity.
  • the wave radiation means has a shape and dimensions that are arranged in the circumferential direction on the outer periphery of the flow path through which the exhaust gas flows and the plasma generation region formed by microwaves forms a strong electric field by the microphone mouth wave uniformly in the cross section of the flow path. It is characterized by being a microwave radiation antenna.
  • An exhaust gas decomposition apparatus having configuration 22 is provided with a hollow or solid metal rod or plate for forming a strong electric field by a microwave in the direction of the central axis of the flow path through which the exhaust gas flows Is.
  • the exhaust gas decomposition apparatus having the configuration 22 or the configuration 23 is characterized by comprising plasma ignition means for partially discharging the gas in the microwave resonant cavity to turn the gas into plasma.
  • the plasma ignition means is characterized by performing arc discharge between electrodes arranged opposite to each other in the axial direction in the outer peripheral direction of the flow path through which the exhaust gas flows.
  • microwave A transmission means is provided.
  • the microwave transmission means is a coaxial cable.
  • the microwave transmission means is a waveguide.
  • the ozone generation / sterilization / disinfection apparatus has the following configuration.
  • a microwave oscillation device that generates a predetermined microwave band in the ozone generation region, a microwave resonance cavity provided in the ozone generation region that resonates in the predetermined microwave band, and a microwave in the microwave resonance cavity
  • the microwave radiating means is a microwave radiating antenna having a shape and dimensions that form a strong electric field by the microwave in the ozone generation region formed by the microwave. It is a characteristic.
  • the ozone generating / sterilizing / disinfecting apparatus having the structure 29 is equipped with a plasma ignition means for partially discharging the gas in the microwave resonant cavity to turn the gas into plasma, and the microwave radiating means is a plasma. It is a microwave radiation antenna having a shape and various dimensions that form a strong electric field by microwaves in an ozone generation region formed by an ignition means.
  • the gas in the microwave resonance cavity is air at atmospheric pressure or higher.
  • the gas in the microwave resonant cavity is water vapor at atmospheric pressure or higher.
  • the deodorizing apparatus according to the present invention has the following configuration.
  • a microwave oscillation device that generates a predetermined microwave band, a microwave resonance cavity that resonates in the predetermined microwave band, and a microphone mouth wave radiating means that radiates microwaves in the microwave resonance cavity.
  • the radiating means is a microwave radiating antenna having a shape and dimensions that form a strong electric field by a microwave in a deodorant space inside the microphone mouth resonance cavity formed by the microwave. .
  • the deodorizing apparatus having the structure 33 is characterized in that a deodorizing gas and liquid are circulated in the microwave resonant cavity, and a circulation device and a circulation system are provided.
  • the invention's effect is characterized in that a deodorizing gas and liquid are circulated in the microwave resonant cavity, and a circulation device and a circulation system are provided.
  • the dielectric constant control means controls the dielectric constant of the mixture in the combustion 'reaction region, and the resonance frequency of the mixture is radiated by the microwave radiation means. Since the frequency coincides with the frequency of the microwave, the temperature of the air-fuel mixture can be raised efficiently when the microwave is emitted by the microwave radiation means.
  • the ignition device having Configuration 2 after the microwave radiation means radiates microwaves into the combustion 'reaction region to raise the temperature of the mixture in the combustion / reaction region, the combustion / reaction is performed.
  • the plasma discharge is performed in the region to increase the radical concentration to improve the flame ignition characteristics and promote the flame propagation speed.
  • the ignition means ignites the mixture, and then the microphone mouth wave radiation means enters the combustion and reaction area. Since the mixture is burned and the reaction is promoted by radiating microwaves, even when a thin or heterogeneous mixture is burned and reacted by reducing the fuel ratio in the mixture, it is stable and high. An efficient combustion 'reaction takes place.
  • the microwave radiation antenna serving as the microwave radiation means and the ignition / discharge portion serving as the ignition means are incorporated in the integrally configured insulator portion. Therefore, these can be used interchangeably with the conventional spark plug.
  • the microwave radiated by the microwave radiation means is one or two or more controlled intermittent waves, discharge can be realized at a plurality of locations.
  • plasma using microwaves is generated instantaneously without increasing power consumption. Can be made.
  • the microwave is concentrated on one or two or more valve bottom surfaces on the surface facing the combustion / reaction chamber of the valve (with a wavelength used as the electrical length). 1Z4 length structure) is formed, and by supplying microwaves to the bulb using the above-described ignition device, energy such as discharge is generated in the combustion 'reaction region due to microwave resonance. Radiation can be performed.
  • the ion generated in the combustion 'reaction chamber or the electric field of the plasma is in the direction of the piston, and in the flame' reaction zone or in the flame ⁇ reaction Burned behind the belt 'Ions or plasma in the burned reaction gas is accelerated toward the outer periphery of the cylinder, so the ignition characteristics and flame propagation speed due to the plasma generated by microwaves on the flame surface and behind it Acceleration can be promoted.
  • the uncombusted / unreacted air-fuel mixture in the combustion 'reaction chamber is discharged at an ignition energy or lower. It is turned into plasma by Z, or it is turned into plasma by discharging the Z or already burned 'reacted gas mixture, so that it can be ignited by applying a conventional spark plug without using microwaves. Plasma can be generated at both the front and rear stages.
  • the voltage supplied to the ignition means is an intermittent wave, and the amplitude and time length are controlled, so that a wide range of conditions such as load, mixture concentration, rotation speed, ignition timing, etc. In this case, stable flame generation and acceleration of flame propagation speed can be realized.
  • the air-fuel mixture of the reactive gas and the oxidizing gas is injected into the combustion / reaction region at a high pressure, thereby compressing the air-fuel mixture and increasing the temperature.
  • microwaves are radiated into the combustion / reaction zone in advance, so that low temperature plasma can be generated by using the self-ignition.
  • This low temperature plasma generation The water power in the aeration can also generate a large amount of OH radicals and ozone (O) continuously.
  • Combustion of the air-fuel mixture in the combustion 'reaction region can be promoted.
  • the internal combustion engine having the configuration 10 includes the measurement sensor group for measuring the concentration of O, NO, CO, and soot in the exhaust gas exhausted from the combustion 'reaction region, and therefore, combustion.
  • the spark plug having the structure 11 since the microwave radiation antenna and the ignition / discharge part force are built in the integrally formed insulator part, a plasma source such as a conventional spark plug or a glow plug is used.
  • a plasma source such as a conventional spark plug or a glow plug is used.
  • the above-described ignition device can be configured while being used interchangeably.
  • the microphone mouth wave oscillation device that generates a predetermined microwave band, the microwave resonance cavity (cavity) that resonates the predetermined microwave band, and the microwave in the cavity. It is equipped with a microwave radiation means (microwave radiation antenna) that radiates, and has a microwave radiation antenna with a shape and size that forms a strong electric field by microwaves in the plasma generation region, so that efficient low-temperature plasma can be produced. It can occur.
  • a microwave radiation means microwave radiation antenna
  • the plasma apparatus having the structure 13 includes plasma ignition means for partially discharging the gas in the cavity to turn the gas into plasma, and forms a strong electric field by a microwave in the plasma generation region.
  • plasma ignition means for partially discharging the gas in the cavity to turn the gas into plasma, and forms a strong electric field by a microwave in the plasma generation region.
  • the microwave radiation antenna and the ignition 'discharge portion are built in the integrally formed insulator portion, and are inexpensive, compact, easy to handle, and flexible. High equipment can be provided.
  • the plasma device having configuration 16 uses a magnetron for home appliances with an oscillation frequency of 2.45 GHz, so it is inexpensive, can be readily obtained, repaired and replaced easily, and is legally restricted in use. On top of that, there is no problem! A plasma device can be provided.
  • the plasma ignition means applies a barrier discharge in which an insulator such as a dielectric is inserted between the electrodes, a corona discharge that forms an unequal electric field, and a short pulse voltage of less than 1 s.
  • an insulator such as a dielectric
  • corona discharge that forms an unequal electric field
  • a short pulse voltage of less than 1 s.
  • the plasma apparatus having the configuration 18 includes the microwave transmission means, it is possible to provide flexibility in the installation location of the generator while maintaining the same effect.
  • the microwave transmission means is a waveguide, it is possible to expect transmission with higher efficiency than that of the coaxial cable.
  • a coaxial cable that transmits microwaves a coaxial cable that transmits microwaves, a directional coupler that branches, separates, and couples microwaves, and a regulator (stub) that adjusts the impedance of the entire transmission system, By improving the microwave transmission efficiency of the transmission system, it can be adjusted optimally.
  • a regulator stub
  • a microphone mouth wave oscillating device that generates a predetermined microwave band, a microwave resonant cavity (cavity) that resonates the predetermined microwave band, and the cavity
  • a microwave radiating means for radiating microwaves microwave radiating antenna
  • the microwave radiating means is arranged in the circumferential direction on the outer periphery of the flow path through which the exhaust gas flows, and a plasma generation region formed by microwaves
  • microwave radiating antenna microwave radiating antenna
  • a hollow or solid metal rod for forming a strong electric field by microwaves in the direction of the central axis (flow) of the flow path through which the exhaust gas flows Alternatively, by providing a plate, it is possible to generate a high-temperature, low-temperature plasma that is uniform over the entire cross-section of the flow path through which the exhaust gas flows and in the flow direction.
  • the exhaust gas decomposing apparatus having the configuration 24, by providing a plasma ignition means for partial discharge of the gas in the cavity to turn the gas into plasma, plasma by microwaves is generated in the cavity efficiently and efficiently.
  • the exhaust gas can be decomposed efficiently.
  • the plasma ignition means is caused by arc discharge between electrodes arranged in the axial direction (flow) direction in the outer peripheral direction of the flow path through which the exhaust gas flows. By doing so, it is possible to generate plasma in an arbitrary interval in the axial direction in the flow path cross section.
  • the exhaust gas decomposition apparatus having the configuration 26 is provided with a microwave transmission means, and therefore, the plasma apparatus can be installed on-line regardless of the installation place of the microwave oscillation apparatus. It becomes possible, and installation restrictions are eliminated.
  • the microwave transmission means is a coaxial cable
  • the plasma apparatus can be installed online regardless of the installation location of the microwave oscillator, and transmission in the middle Eliminates space and structural installation restrictions.
  • the microwave transmission means is a waveguide, it is possible to expect transmission with higher efficiency than that of the coaxial cable.
  • a microwave oscillation device that generates a predetermined microwave band in the ozone generation region and the ozone generation region that resonates a predetermined microwave band.
  • a microwave resonant cavity (cavity) provided and a microwave radiation means (microwave radiation antenna) that radiates a mic mouth wave in the cavity.
  • the microwave radiation antenna is a strong microwave-based region in the ozone generation region. Because it has a shape and dimensions that form an electric field, it is possible to generate a large amount of ozone.
  • the ozone generating / sterilizing / disinfecting apparatus having the configuration 30 includes plasma ignition means for partial discharge of the gas in the cavity to turn the gas into plasma, and the microwave radiation antenna is a plasma ignition means.
  • Ozone generation, sterilization, and disinfection equipment having configuration 31 can be generated inexpensively, easily, and in large quantities without having a special structure because the gas in the cavity is air above atmospheric pressure .
  • Ozone generation, sterilization, and disinfection equipment having configuration 32 can be generated easily and in large quantities at low cost without having a special structure by using water vapor in the cavity at atmospheric pressure or higher. be able to.
  • a microwave oscillation apparatus that generates a predetermined microwave band, a microwave resonance cavity (cavity) that resonates the predetermined microwave band, and a microwave in the cavity. Since the microwave radiation means (microwave radiation antenna) to radiate and the microwave radiation antenna have a shape and dimensions that form a strong electric field by microwaves in the cavity deodorant space formed by microwaves It can generate a large amount of ozone and enhance the deodorizing effect.
  • the deodorizing apparatus having the configuration 34 provides a deodorizing apparatus with a further improved deodorizing effect by including a circulation device and a circulation system for circulating gas and liquid to be deodorized in the cavity. it can.
  • the present invention is a case where a thin air-fuel mixture is burned and reacted by reducing the ratio of fuel in the air-fuel mixture in a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine or a gas turbine, or a plasma device.
  • a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine or a gas turbine, or a plasma device.
  • An ignition device can be provided.
  • the present invention can provide an internal combustion engine suitable for applying the ignition device according to the present invention as described above, and the present invention further provides the present invention as described above.
  • An ignition plug suitable for application to such an ignition device can be provided.
  • This spark plug can be used not only as an internal combustion engine but also as an ignition device for a combustion reaction device. You can. This makes it possible to improve flame stability, fuel efficiency, and combustion / reaction efficiency.
  • the present invention provides, for example, harmful emissions (CO, NO, unburned hydrocarbons), volatile
  • the present invention can be applied not only to the end-of-pipe countermeasure technology but also to the implant countermeasure technology.
  • various combustors such as gas turbines, furnaces, industrial waste incinerators, and pyrolysis furnaces, it is possible to perform stable and highly efficient combustion, improving the combustion process without reducing the output (lean fuel) It is possible to provide a suitable plasma device that can reduce energy consumption by expanding the combustion limit) and decompose unburned fuel to reduce 'reducing harmful emissions by complete combustion'.
  • FIG. 1 is a graph showing the relationship between the temperature of an air-fuel mixture and the dielectric constant in an internal combustion engine to which the ignition device according to the present invention is applied.
  • FIG. 2 is a graph showing the pulse width of the microwave in the ignition device according to the present invention.
  • FIG. 3 is a side view showing a configuration of a combustion 'reaction chamber in the internal combustion engine.
  • FIG. 4 is a graph showing the microwave pulse width and the microwave output of the four-stage multi-ignition according to the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a spark plug according to the present invention.
  • FIG. 6 is a side view showing a configuration of a spark plug according to the present invention.
  • FIG. 7 is a side view showing the configuration of the main part of the first embodiment of the internal combustion engine according to the present invention. It is a top view.
  • ⁇ 8 A cross-sectional view showing the configuration of the main part of the second embodiment of the internal combustion engine according to the present invention.
  • ⁇ 9 Side view showing another example of the configuration of the internal combustion engine according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing still another example of the configuration of the internal combustion engine according to the present invention.
  • FIG. 11 is a side view showing the configuration of the main part of the first embodiment of the plasma apparatus according to the present invention.
  • FIG. 12 is a side view showing the configuration of the main part of the second embodiment of the plasma apparatus according to the present invention.
  • FIG. 3 is a side view showing the configuration of the main part of the first embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
  • FIG. 13 A side view showing the configuration of the main part of the third embodiment of the plasma apparatus according to the present invention.
  • FIG. 14 A side view showing the configuration of the main part of the fourth embodiment of the plasma apparatus according to the present invention.
  • FIG. 5 is a side view showing the configuration of the main part of a second embodiment of the exhaust gas treatment apparatus according to the present invention.
  • Microwave radiation means microwave radiation antenna
  • the resonance frequency of the combustion 'reaction chamber can be matched to this frequency (2.45 GHz), for example, a magnetron with a oscillation frequency of 2.45 GHz that is distributed in large quantities and is inexpensive. It is also desirable to have the viewpoint of facilitating device manufacturing and low manufacturing cost.
  • the shape of the combustion / reaction chamber which is determined by the internal shape of the cylinder and the shape of the piston, is determined by various factors other than the resonance frequency, so that the resonance frequency is constant in all engines. It is difficult to do.
  • the ignition device by introducing water and Z or exhaust gas into the combustion / reaction chamber, the dielectric constant ( ⁇ ) of the air-fuel mixture is controlled, and the mixing in the combustion 'reaction chamber is performed.
  • the resonance frequency of Qi is made to match the frequency of the microwave.
  • the ignition device has a dielectric constant control means.
  • This dielectric constant control means is a combustion reaction region (combustion reaction chamber) in which a mixture of a reactive gas and an acid gas exists in a heat engine or a plasma apparatus, and combustion of the mixture is performed. Etc.), water and soot or exhaust gas exhausted from the combustion / reaction zone is introduced to control the dielectric constant of the air-fuel mixture in the combustion / reaction zone.
  • the dielectric constant ( ⁇ ) of the air-fuel mixture in the combustion 'reaction chamber varies with the change in the air-fuel ratio (AZF value) due to the change in the amount of gasoline injected into the combustion / reaction chamber.
  • ZAF value air-fuel ratio
  • the dielectric constant of the air-fuel mixture in the combustion 'reaction region can be controlled by introducing water into the combustion' reaction chamber by the dielectric constant control means. Introducing water into the combustion chamber can be accomplished, for example, by pumping water stored in a tank into the combustion chamber.
  • the dielectric constant control means controls the water vapor amount and temperature in the combustion 'reaction chamber by introducing these water and Z or exhaust gas into the combustion' reaction chamber, and the dielectric constant ( ⁇ ) is controlled.
  • This dielectric constant control means sets the resonance frequency of the mixture in the combustion 'reaction chamber to the frequency of the microwave radiated by the microwave radiation means described later. Match.
  • the ignition device includes microwave radiation means for radiating microwaves into the combustion / reaction region and increasing the temperature of the air-fuel mixture in the combustion / reaction region.
  • microwave radiation means a general magnetron with an oscillation frequency of 2.45 GHz can be used.
  • the magnetron with an oscillation frequency of 2.45 GHz is used in so-called “microwave ovens” and is produced and distributed in large quantities.
  • not only a magnetron but also a high frequency band transmitter used for a mobile phone or the like may be used. In this case, a smaller and more portable device can be provided.
  • the microwave radiating means is preferably configured to radiate a microwave as a microsecond pulse, or one or two or more intermittently. By making microwaves intermittent, plasma can be generated by microwaves of high power instantaneously without increasing power consumption.
  • the duration (pulse width) of intermittent microwaves can be optimized as appropriate by the respective heat engine or plasma device. For example, as shown in FIG. If the range mechanism is applied, microwaves with a pulse width of about 3 sec to 18 sec can be emitted with a period of about 16 msec.
  • the amplitude and period of the intermittent microphone mouth wave can be set arbitrarily.
  • the microwaves emitted from the microwave radiation means are transmitted into the combustion / reaction chamber via a coaxial cable!
  • this ignition device has ignition means for igniting the air-fuel mixture in the combustion 'reaction chamber.
  • ignition means it is possible to use a spark plug that is generally used in a gasoline engine and a spark plug that is generally used in a diesel engine, such as a glow plug. it can.
  • the microwave radiation means without using a spark plug or a glow plug may serve as the ignition means as the ignition means.
  • an ignition means for facilitating the generation of plasma by microwaves laser light
  • the electron may be supplied thermally using means such as a flame such as a burner, heater heating, or a high-temperature metal piece.
  • the dielectric constant control means controls the dielectric constant ( ⁇ ) of the air-fuel mixture before the combustion 'combustion of the air-fuel mixture in the reaction chamber' reaction is performed.
  • the resonant frequency of the air-fuel mixture in the room is matched with the frequency of the microphone mouth wave radiated by the microwave radiation means. In this state, when microwaves are radiated by the microwave radiation means, the combustion and the reaction chamber as a whole resonate, and the mixture in the combustion and reaction chamber is efficiently heated, so that ignition is easy.
  • this ignition device is a system capable of generating plasma by microwaves before ignition, during ignition, and after ignition.
  • the ignition is the time when the piston reaches top dead center and the volume of the reaction chamber is reduced to the minimum. It is desirable to do it before a predetermined time. By optimizing the fuel concentration (air-fuel ratio) and ignition timing with each heat engine or plasma device, the maximum output can be obtained.
  • the dielectric constant of the air-fuel mixture is accurately determined by optimizing the amount of water introduced into the combustion / reaction chamber, the amount of exhaust gas to be recirculated, the amount of fuel, and the like as appropriate. Can be controlled. These optimizations can be made appropriately by taking into account the effects of the oxygen concentration in the combustion / reaction chamber, the temperature of the mixture, and the concentration of residual gas.
  • this ignition device is in a state where the concentration of the air-fuel mixture is uneven even when the ratio of the fuel in the air-fuel mixture is low compared to the ignition device in the conventional heat engine or plasma device. Even so, stable combustion and reaction can be realized.
  • This ignition device can also be used in a jet engine that does not have a combustion / reaction chamber closed as a combustion / reaction zone.
  • the engine In the continuous space inside, the force at which intake, mixing, combustion 'reaction and exhaust are continuously performed.
  • This ignition device controls the dielectric constant of the mixture as described above in the region where the combustion and reaction are performed. , Microwave radiation and ignition continuously or intermittently.
  • the microwave radiation means is not limited to a magnetron having an oscillation frequency of 2.45 GHz, but resonates with hydrocarbon molecules, carbon molecules, hydrogen molecules, or the like in the fuel.
  • a magnetron that oscillates at a frequency may be used. In this case, it is not necessary to introduce water into the combustion / reaction zone.
  • the ignition device in this embodiment has a microwave radiation means and an ignition means, like the ignition device in the first embodiment described above.
  • the ignition device includes control means for controlling V, microwave radiation means and ignition means.
  • the control means controls the microwave radiation means and the ignition means, and radiates microwaves into the combustion 'reaction chamber 8 by the microphone mouth wave radiation means as shown in FIG. After the temperature of the air-fuel mixture is raised or radicals are generated, the air-fuel mixture is ignited by the ignition means, and then microwaves are radiated into the combustion / reaction chamber by the microwave radiation means. Combustion ⁇ Combustion of the air-fuel mixture in the reaction chamber ⁇ Repeat the cycle of promoting the reaction.
  • this ignition device by controlling the microwave generation timing and the microwave output (input energy), the combustion 'reaction such as the temperature rise of the gas mixture, radical generation, ignition, and flame propagation promotion is achieved. Realize the cycle. At this time, water and Z or exhaust gas may be introduced into the air-fuel mixture before the combustion 'reaction as in the first embodiment.
  • the temperature of water in the mixture is raised by radiating microwaves to the mixture before ignition.
  • microwaves are emitted to the air-fuel mixture before ignition, causing plasma discharge in the combustion 'reaction region and increasing the radical concentration.
  • These first and second stages improve the ignition characteristics of the mixture and make it easier to ignite.
  • the mixture in the combustion 'reaction zone is discharged and ignited. At this time, ignition using an existing spark plug may be used.
  • microwaves are radiated to the air-fuel mixture after ignition, causing plasma discharge in the combustion / reaction zone, increasing the radical concentration, or radiating microwaves to determine from the microwaves. Promotes flame propagation by generating standing waves.
  • microwave pulse width and microwave output (input energy) in the four-stage multi-ignition are shown in FIG.
  • the maximum output can be obtained.
  • this microwave radiation can increase the temperature of the gas mixture, generate radicals such as OH radicals, ignite and promote flame propagation! Can also be done.
  • combustion and reaction are promoted in this way, so that when a conventional ignition device is used, a lean mixture of fuel that cannot be burned and reacted is generated.
  • the combustion can be reacted efficiently, and while maintaining the output, the consumption rate of the combustion can be improved, the combustion chamber can be downsized, the output can be improved, and the exhaust gas can be purified.
  • incomplete combustion / reaction is prevented and complete combustion / reaction is realized, so that generation of air pollutants can be suppressed, which contributes to environmental protection.
  • the spark plug according to the present invention includes a microwave radiation antenna 1 serving as microwave radiation means and an ignition / discharge section 2 serving as ignition means.
  • the mouth-wave radiating antenna and the ignition / discharge part are built in the integrally formed insulator part.
  • This spark plug is generally used in conventional gasoline engines and diesel engines!
  • the spark plug interchangeably with a spark plug or a glow plug the above-described ignition device according to the present invention can be used. It can be configured.
  • microwaves are transmitted to the microwave radiating antenna 1 through a coaxial cable 3 from a magnetron (not shown).
  • the spark plug has a cylindrical ground terminal portion 4 so as to surround the microphone mouth wave radiating antenna 1. point
  • the fire discharge part 2 is formed between the tip part of the anode terminal 5 to which a voltage is applied from a power source (not shown) and the tip part of the cylindrical ground terminal part 4.
  • this spark plug has a microwave radiating antenna 1 formed in a cylindrical shape, and an anode terminal 5 is arranged in the microwave radiating antenna 1. May be configured.
  • the ground terminal portion 4 is formed in a rod shape and disposed outside the microwave radiating antenna 1.
  • the ignition / discharge portion 2 is formed between the tip end portion of the anode terminal 5 and the tip end portion of the ground terminal portion 4.
  • the microwave radiating antenna 1 and the ignition / discharge section 2 are integrally configured as a shape compatible with a conventional general spark plug, as shown in Fig. 6.
  • spark discharge
  • microwave radiation microwave radiation means
  • Each of the spark plugs shown in FIG. 5 and FIG. 6 has a structure capable of four-stage multi-ignition, which is the second embodiment of the ignition device described above.
  • the internal combustion engine comprises a cylinder 6 and a piston 7 and has a combustion chamber 8 in which a mixture of fuel and air is supplied and a combustion reaction of the mixture is performed.
  • the microwave radiation antenna 1 in the above-described embodiment is provided as an ignition device.
  • a concave portion 9 for preventing leakage of microwaves is formed on the outer peripheral surface of the piston 7 that is in sliding contact with the inner wall of the cylinder 6.
  • the recess 9 is formed on the outer peripheral surface of the cylindrical piston 7 in a shape in which an annular groove surrounding the outer peripheral surface is intermittent.
  • the width (groove width) L of the recess 9 is preferably 8D or more and ⁇ 8 or less, where D is the gap between the inner wall of the cylinder 6 and the piston and the wavelength of the microwave is taken.
  • the depth (groove depth) of the recess 9 is ⁇ 4.
  • the recess 9 has a range of about 80% of the entire circumference (360 degrees) of the outer peripheral surface of the piston 7 when the wavelength of the microwave is not disturbed. This microwave can be prevented from leaking from the cylinder 6. Then, as shown in FIG. 7 (b), the recess 9 is allowed to pass when there is a disturbance in the wavelength of the microwave. It is possible to selectively trap microwaves of a specific frequency and stabilize the inside of the chamber.
  • the internal combustion engine comprises a cylinder and a piston cover, and is supplied with a mixture of fuel and air, and a combustion chamber 8 in which a combustion reaction of the mixture is performed.
  • the combustion / reaction chamber 8 has an intake port 10 and a valve 12 that opens and closes the exhaust port 11.
  • the ignition device includes the microwave radiation means in the above-described embodiment. As described above, this microwave radiation means radiates a microphone mouth wave into the combustion / reaction chamber 8 and at least raises the temperature of the air-fuel mixture in the combustion / reaction chamber 8.
  • each valve 12 facing the combustion 'reaction chamber 8 resonates with microwaves, and the microwaves are one or two or more valve bottom surfaces, that is, the engine.
  • a periodic structure (for example, rim bone, vane strap, corrugate) 13 concentrated on the gin combustion chamber side is formed.
  • This periodic structure 13 is formed as a protrusion having the same shape as the resonator in the magnetron by nitride or the like.
  • the concave portion between the protrusions forming the periodic structure 13 is filled with an insulating material such as ceramic, and the surface of each valve 12 facing the combustion chamber 8 is made flat. ing.
  • the microwave from the magnetron is transmitted through the shaft portion 14 of each valve 12 to the surface facing the combustion / reaction chamber 8 of each valve 12.
  • the microwave resonates in the periodic structure 13 of each valve 12 and is converted into a current. Therefore, when a microwave is transmitted to the periodic structure 13 of each valve 12, a spark is generated in the periodic structure 13. That is, in this internal combustion engine, ignition of the air-fuel mixture can be performed without using a spark plug.
  • the shaft portion 14 of each valve 12 is preferably 8 mm or less in diameter in order to prevent microwave leakage.
  • the intake port 10 and the exhaust port 11 can be enlarged to improve the combustion and reaction efficiency.
  • multi-point ignition can be performed over almost the entire surface facing the combustion 'reaction chamber 8 of each valve 12 to achieve stable combustion and reaction. be able to.
  • a magnet 15 is provided around the shaft portion 14 of the solenoid 12 through which microwaves are transmitted to generate a magnetic field and an electric field, thereby generating plasma. It is possible to promote combustion and reaction by promoting generation and flame propagation.
  • a periodic structure 13 that resonates with microwaves is formed on the inner wall portion of the combustion / reaction chamber 8 (with the same shape as the resonator in the magnetron due to nitride or the like).
  • a microwave may be generated in the periodic structure 13 by providing a current to the periodic structure 13.
  • the plasma device emits a microwave oscillation device 17, a microwave resonance cavity (cavity) 18 that resonates a predetermined microwave band, and a microwave mouth wave in the cavity.
  • a microwave radiation means (microwave radiation antenna) 19 and a plasma ignition means 20 for partial discharge of the gas in the cavity to turn the gas into plasma are provided.
  • a strong electric field is generated in the plasma generation region 21 by a microwave.
  • a non-equilibrium plasma in a high-pressure field (atmospheric pressure or 0.2 MPa or more) is generated in the fluid 22 in the chrominance cavity (cavity).
  • the greatest merit of atmospheric pressure and non-equilibrium plasma is that the reaction rate and the raw material conversion rate can be controlled almost independently of temperature and pressure by avoiding the limitation of thermal equilibrium.
  • the reactor (reactor) to be reacted with the generated plasma has a high degree of freedom in design, and a lightweight, compact, and responsive reactor can be constructed.
  • Atmospheric pressure non-equilibrium plasma can be used, for example, for direct synthesis of methanol from methane, steam reforming of natural gas, The use of cetylene synthesis and natural gas for liquids is also considered.
  • the pressure of the generated plasma is set by the line pressure of the processing fluid such as harmful emission, chemical substance, suspended particulate matter, soot, etc. to be rendered harmless.
  • the amount of processing is determined by the flow rate flowing through the line.
  • bra Zuma ignition means 4 barrier discharge to insert an insulator such as a dielectric between the electrodes, corona discharge to form a non-uniform electric field, either pulsed discharge electricity to apply a short pulse voltage of less than 1 mu s
  • a local plasma is ignited by using an ignition plug or a glow plug discharge for a gasoline vehicle.
  • a strong electric field is formed in the plasma generation region 21 in the vicinity of the discharge location of the spark plug or glow plug using the microwave transmitted from the microwave transmission device 1 (microwave). To do.
  • microwave energy is absorbed by the non-equilibrium plasma, and the plasma grows (volume ignition).
  • radicals and strong oxidizing power that cause active chemical reactions increase in large quantities on the order of several hundred times.
  • the microwave radiation means has an oscillation frequency of 2.
  • the magnetron is not limited to a 45 GHz magnetron, and a magnetron that oscillates at a frequency that resonates with hydrocarbon molecules, carbon molecules, hydrogen molecules, or the like in the fuel may be used. In this case, it is not necessary to introduce water into the combustion zone.
  • the plasma apparatus includes a microwave oscillator 17 and a predetermined unit.
  • a microwave resonance cavity (cavity) 18 that resonates in the microwave band
  • a microwave radiation means (microwave radiation antenna) 19 that radiates microwaves to the plasma generation region 21 in the cavity
  • a gas 22 in the cavity 22 The plasma ignition means 20 that turns the gas into a plasma by partial discharge with respect to OH radicals generated by plasma generation, the amount of O generated,
  • a measuring section 23 for measuring the emission intensity
  • a control means 24 for controlling the input energy and pattern of the microwave radiation means and the plasma ignition means.
  • the arrows shown in the figure indicate the flow direction of the fluid 25 to be processed or burned by plasma.
  • the components of the fluid detoxified by the generation of plasma, or oxidized and chemically reacted with OH radicals are converted into OH in the measurement unit 23 provided on the downstream side.
  • the measurement result is calculated, and the processing amount of harmful substances flowing through the plasma apparatus is controlled by controlling the microwave radiation means 19 and the plasma ignition means 20 to arbitrary values within a certain control range.
  • the plasma apparatus according to the present invention is performed in order to make the microwave radiation means 19 small, compact, and inexpensive in the first or second embodiment of the present invention.
  • This can be achieved by inserting the antenna 19 into a spark plug or glow plug, which has been used in the past.
  • a strong electric field is created by branching the tip of the antenna 19 so as to surround the ignition / discharge part.
  • the plasma apparatus has a coaxial cable 26 for transmitting microwaves and a directionality for branching, isolating and coupling the microwaves. It comprises a coupler 27 and a regulator 28 that adjusts the impedance of the entire transmission system.
  • the microwave transmission device 17 is installed in a place where the vibration and temperature do not fluctuate more than the microwave transmission device 17 is installed in an engine portion where vibration is large. Durability and reliability can be improved.
  • the energy from the microwave transmitter can be transferred to the combustion chamber or online reactor (harmless to harmful substances such as plasma). Therefore, it is possible to realize a device free from processing unevenness by branching to multiple points.
  • the plasma apparatus has a coaxial cable 26 for transmitting microwaves and a directionality for branching, isolating and coupling the microwaves. It comprises a coupler 27 and a regulator 28 that adjusts the impedance of the entire transmission system.
  • the microwave transmission device 17 is installed in a place where the vibration and temperature do not fluctuate more than the microwave transmission device 17 is installed in an engine portion where vibration is large. Durability and reliability can be improved.
  • the energy from the microwave transmission device is branched into multiple points in the combustion chamber and on-line reactor (where detoxification of harmful substances by plasma) occurs, resulting in uneven processing. Can be realized.
  • the exhaust gas decomposition apparatus has the same basic configuration as FIG. 12 or FIG. As shown in FIG. 12 or FIG. 14, a microwave oscillator 17, a microwave resonant cavity (cavity) 18 that resonates in a predetermined microwave band, and microwave radiation that radiates microwaves to the intracavity plasma generation region Means (microwave radiation antenna) 19, plasma ignition means 20 for partial gas discharge to gas 22 in the cavity to turn the gas into plasma, OH radicals generated by plasma generation, O generation amount, or emission intensity Measure
  • control unit 24 for controlling the input energy pattern of the microwave radiating unit and the plasma ignition unit.
  • the arrows shown in the figure indicate the flow direction of the exhaust gas fluid 25 to be treated or combusted by plasma.
  • Exhaust gas breaks down the carbon-carbon bond and carbon-hydrogen bond by the strong acidity of ozone and OH radicals generated by plasma generation, and oxidizes and reacts with NO, C by chemical reaction with OH radicals.
  • the digit measuring unit 6 uses OH sensors and O sensors to detect OH radicals in real time.
  • the microwave radiation means 19 and the plasma ignition means 20 should be controlled to arbitrary values. Thus, it is possible to control the amount of harmful substances flowing through the plasma apparatus.
  • OH radicals are generated by non-equilibrium plasma generated in the apparatus by high-pressure steam containing moisture by installing the apparatus in the vicinity of the jet engine exhaust cone. , O can be converted.
  • a large amount of o can be generated to repair the stratospheric ozone layer.
  • the amount of harmful substances generated can be controlled by combustion control in the combustion chamber. Can do.
  • Chemical reaction can be promoted by using strong oxidizing power, and in the case of a normal gas engine, it is possible to improve the power output and power generation efficiency just by making it possible to burn the power that cannot be burned with additional gas. Can also be expected.
  • the device of the present invention is installed in a corner of a building at a building site and operates in a state where the building is hermetically sealed, thereby removing sick house materials and generating various off-flavors such as painting, adhesive paste, and preservatives. Deodorizing, sterilizing and disinfecting bacteria, germs, and allergens. In this case, harmless air after-treatment can be exhausted by installing the apparatus of the present invention after the simple exhaust apparatus at a construction site or the like. Alternatively, by incorporating this device into a vacuum cleaner that is a general household appliance, it is possible to decompose harmful substances on the cleaning surface with OH radicals and O generated by this device while cleaning.
  • the object is a building (public facility
  • the same effect can be achieved by sterilizing and deodorizing objects with any enclosed space such as cars, trains, cargo, airplanes, ships, submarines, tanks, etc. This effect can be maximized by applying it to disinfection. Furthermore, by adding H20 (moisture) at the time of plasma generation, more OH radicals can be generated and the effect can be increased.
  • H20 moisture
  • the present invention can be used as, for example, an ignition device used in a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine, a gas turbine, or a plasma device.
  • a heat engine such as a reciprocating engine, a rotary engine, a jet engine, a gas turbine, or a plasma device.
  • the present invention can be used for an internal combustion engine suitable for applying the ignition device according to the present invention.
  • the present invention can be used for a spark plug suitable for application to the ignition device according to the present invention.
  • the present invention provides, for example, harmful emissions (CO, NO, unburned hydrocarbons), volatile
  • VOC hazardous chemical substances
  • PM suspended particulate matter
  • soot etc.
  • treatment of tar, sludge, wastewater 'Environmental (implant, end-of-pipe) measures such as reuse, and sterilization, sterilization, and cleaning technologies
  • VOC hazardous chemical substances
  • PM suspended particulate matter
  • wastewater 'Environmental implant, end-of-pipe
  • the present invention can be used for an exhaust gas decomposition apparatus suitable for applying the plasma apparatus according to the present invention.
  • the present invention can be used for an ozone generation, sterilization / disinfection apparatus, and deodorization apparatus suitable for applying the plasma apparatus according to the present invention.

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Description

明 細 書
点火装置、内燃機関、点火プラグ、プラズマ装置、排ガス分解装置、ォゾ ン発生 ·滅菌 ·消毒装置及び消臭装置
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ジェットエンジンやガス タービンなどの熱機関またはプラズマ装置において用いられる点火装置に関する。
[0002] また、本発明は、前記本発明に係る点火装置を適用するに好適な内燃機関に関す る。
[0003] また、本発明は、前記本発明に係る点火装置に適用するに好適な点火プラグに関 する。
[0004] さらに、本発明は、例えば、有害排出物 (CO、 NO、未燃炭化水素）、揮発性有
2 X
害化学物質 (VOC)、浮遊粒子状物質 (PM)、スス等の削減、低減やタール、汚泥、 排水の処理 '再利用などの環境 (インプラント、エンドォブパイプ)対策分野、および 滅菌、殺菌、洗浄技術など医療'衛生分野で用いられるプラズマ装置に関する。
[0005] また、本発明は、前記本発明に係るプラズマ装置を適用するに好適な排ガス分解 装置に関する。
[0006] さらに、本発明は、前記本発明に係るプラズマ装置を適用するに好適なオゾン発生 •滅菌'消毒装置、消臭装置に関する。
背景技術
[0007] 従来、レシプロエンジンやロータリーエンジンなどの内燃機関における混合気の点 火は、火花放電を行う点火プラグを用いて行われている。しかし、火花放電によって 発生する電磁ノイズが車両に搭載されている電子機器の誤動作の原因となることなど から、火花放電によらず、数ギガへルツ (GHz)の周波数を有する電磁波、すなわち、 マイクロ波を用いて点火する点火装置が従来より提案されて 、る。
[0008] 例えば、特許文献 1乃至特許文献 4には、燃焼 ·反応室 (シリンダ内）にマイクロ波 導波管を連結するとともに、この燃焼 ·反応室内にマイクロ波放電のための放電電極 を設けて構成した点火装置が記載されて 、る。 [0009] この点火装置にお!、ては、マイクロ波発生装置 (マグネトロン）により発生されたマイ クロ波パルスをマイクロ波導波管を介して燃焼 ·反応室内に伝送させ、放電電極にお いてマイクロ波コロナ放電を生じさせて、燃焼 ·反応室内の混合気に点火するようにし ている。
[0010] また、例えば、特許文献 5には、燃焼 ·反応室 (シリンダ内）に高周波電界発生装置
(マグネトロン)を設け、機関の圧縮行程中に該高周波電界発生装置により燃焼室内 に高周波電場を形成し、該燃焼室内の混合気を誘電加熱して着火燃焼するようにし たガソリン内燃機関が記載されている。
[0011] また従来、環境対策技術分野で用いられているプラズマ装置は、低圧力下で放電 により発生したプラズマへの入力エネルギーを高めて、高温の平衡プラズマを生成し 、その熱で有害排出物、化学物質、浮遊粒子状物質、スス等を高温状態に加熱して 、酸ィ匕 '分解しているものがほとんどであった。
[0012] 近年、大気圧 ·非平衡のプラズマをマイクロ波放電して発生させる手法（同軸共振 器型プラズマ生成）が研究されている。発生するプラズマの電子温度は数万度、ガス 温度は常温乃至 1000° Cの反応性プラズマである。また、プラズマによって生成さ れた OHラジカルや O (オゾン)等の強 、化学反応作用を利用して医療 ·衛生分野で
3
の減菌 ·殺菌 ·消臭用プラズマ装置の開発もなされて 、る (イノベーションジャパン 20 05年； http://ccr.ccr.tokushima— u.ac.jp/topic/050927— 01.pdf)。
[0013] マイクロ波を用いたプラズマ装置としては、大気圧に近いガスをマイクロ波で励起さ せプラズマガスを発生するものであつた。
[0014] 例えば、特許文献 6及び特許文献 7には、マイクロ波プラズマ装置が記載されて!ヽ る。このマイクロ波プラズマ装置においては、中心導体の中心にそってガス流路用の 非金属パイプを配置しており、一方端から注入されたガスが中心導体で覆われて 、 ないギャップでマイクロ波により励起され他方端力もプラズマ化して放出（同軸共振器 型プラズマ生成)するようにして!/ヽる。
[0015] 特許文献 1 :特開昭 57— 186067号公報
特許文献 2：特開平 3 - 31579号公報
特許文献 3：特開 2000 - 230426公報 特許文献 4：特開 2001— 73920公報
特許文献 5：特開 2000 - 274249公報
特許文献 6：特開 2001— 035692公報
特許文献 7：特開 2004— 172044公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0016] ところで、近年においては、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ジェットエンジン やガスタービンなどの熱機関またはプラズマ装置にぉ 、ては、燃費消費率の改善が 望まれている。燃費消費率の改善を図るためには、混合気中の燃料の割合を下げて 薄い混合気を燃焼'反応させることが考えられる。しかしながら、従来の内燃機関等 において混合気中の燃料の割合を下げると、サイクル変動が生ずるなど、燃焼'反応 の安定性が損なわれ、出力低下等の問題が生ずる。
[0017] したがって、熱機関またはプラズマ装置において燃費消費率の改善を図るために は、混合気中の燃料の割合を下げて薄い混合気を燃焼'反応させる場合においても 、安定、かつ、高効率の燃焼 ·反応が行えるようにする必要がある。
[0018] そして、前述のようなマイクロ波コロナ放電を用いた点火装置は、従来の火花放電 を用いる点火方式に比較して、燃費消費率の改善や燃焼 ·反応の安定性が望めるわ けではな!/、ため、ほとんど実用化されて 、な 、現状にある。
[0019] また、前述のような高周波電界発生装置を用いたガソリン内燃機関は、エンジンに 直接マグネトロンを取り付けることによる、耐久性、耐振動、取り付けスペースに対す る制約、雰囲気温度 (エンジンが高温となる）、電磁波の漏れによる制御系の誤動作 防止などさまざまな支障が生じるため、ほとんど実用化されていない。
[0020] そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、レシプロエンジン 、ロータリーエンジン、ジェットエンジンやガスタービンなどの熱機関またはプラズマ装 置において、混合気中の燃料の割合を下げて薄い混合気を燃焼'反応させる場合に おいても、安定、かつ、高効率の燃焼 ·反応が行えるようにして、出力の向上、排気ガ スの清浄化、燃費消費率の改善を図ることができる点火装置を提供しょうとするもの である。 [0021] さらにガソリン内燃機関において、エンジンに直接マグネトロンを取り付けることによ る、耐久性、耐振動、取り付けスペースに対する制約、雰囲気温度 (エンジンが高温 となる）、電磁波の漏れによる制御系の誤動作防止などさまざまな支障を解決するこ とができる内燃機関を提供しょうとするものである。
[0022] また、本発明は、前述のような本発明に係る点火装置を適用するに好適な内燃機 関を提供しょうとするものであり、さらに、本発明は、前述のような本発明に係る点火 装置に適用するに好適な点火プラグを提供しょうとするものである。
[0023] また、これら従来のプラズマ発生方式にぉ 、ては、高温プラズマを持続的に発生す るために多大のエネルギーを消費し、装置自体も非常に高価（300万円以上)で、運 転コストも割高であり、かつ装置自体も大きなもので運搬が困難であった。また、大気 圧 ·非平衡のプラズマ利用技術は、その研究開発がまだ緒についたば力りであり、プ ラズマ着火に前述した中心導体間の放電を利用するが、持続的に安定したプラズマ を発生するにはまだ大きな出力（数百 W乃至 5kW@度）が必要である。現在、これら プラズマ装置を用いた環境対策技術、医療'衛生分野への適用技術に関し、同様の 対策技術の製品性能としては、例えば、年間 1トン未満の VOC小型処理装置では、 装置費 30万円以下 Z台、電気代 3万円 Z月程度の低価格製品が必要とされている (経済産業省、平成 16年;化学物質リスク削減技術目標)。
[0024] 本方式のプラズマは低温 ·大気圧 ·空気のマイクロプラズマであり、有害排出物、化 学物質、浮遊粒子状物質、スス等を高温に加熱するのではなぐそのプラズマによる 生成物 (OHラジカル、オゾン (O ) )を利用して化学的に酸化、反応させ、有害物等
3
を削減、低減、無害化するものであり、従来の高温プラズマ利用技術とは全く異なる 新規性、有効性を備える。従来、有害物を処理するプラズマを生成させるのに多くの エネルギーと大規模な装置が必要であった。また、大気圧の空気で簡単にプラズマ 化ができ、ラジカルが多量に発生する安価で小型の装置はほとんど無力つた。
[0025] そこで、本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、大気圧で簡単に プラズマ化ができ、ラジカルが多量に発生する安価で小型のプラズマ装置を提供しよ うとするちのである。
[0026] また、これらエンドォブパイプ対策技術のみならず、インプラント対策技術への適用 も可能とするプラズマ装置を提供しょうとするものである。種々の燃焼器においても、 安定、かつ、高効率の燃焼が行えるようにして、出力の低下なぐ燃焼プロセスの改 善 (強い OHラジカルによる化学的に酸化、反応させ、体積着火、希薄燃料の燃焼限 界の拡大による省エネルギー化)、未燃焼燃料の分解'完全燃焼による有害排出物 の削減 ·低減を図る好適なプラズマ装置を提供しょうとするものである。
[0027] さらに、低コストで連続的に活性な OHラジカル、 Oを多量に発生することで、効果
3
的な排ガス分解装置、オゾン発生 '滅菌'消毒装置、消臭装置を提供しょうとするもの である。
課題を解決するための手段
[0028] 前述の課題を解決し、前記目的を達成するため、本発明に係る点火装置は、以下 の構成の 、ずれか一を有するものである。
[0029] 〔構成 1〕
熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスの混合気が存在しこの 混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼 ·反応領域に対し水及び Z又は該燃焼 ·反応領 域から排気された排気ガスを導入し該燃焼 ·反応領域内における混合気の誘電率を 制御する誘電率制御手段と、燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射し該燃焼 ·反応 領域における混合気の温度を上昇させるマイクロ波放射手段と、燃焼 ·反応領域に おける混合気に対し着火する着火手段とを備え、誘電率制御手段は、燃焼'反応領 域内における混合気の燃焼'反応が行われる前に、この混合気の誘電率を制御する ことにより、該燃焼 '反応領域内における混合気の共振周波数をマイクロ波放射手段 によって放射されるマイクロ波の周波数に一致させることを特徴とするものである。
[0030] 〔構成 2〕
熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスの混合気が存在しこの 混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射するマイクロ波 放射手段と、燃焼'反応領域における混合気に対し着火する着火手段と、マイクロ波 放射手段及び着火手段を制御する制御手段とを備え、マイクロ波放射手段及び着 火手段は、制御手段によって制御されることにより、マイクロ波放射手段が燃焼'反応 領域内にマイクロ波を放射して該燃焼 '反応領域における混合気の温度を上昇させ た後に、着火手段が混合気に対し着火し、次にマイクロ波放射手段が燃焼 ·反応領 域内にマイクロ波を放射して該燃焼 ·反応領域における混合気の燃焼 ·反応を促進さ せるというサイクルを繰り返すことを特徴とするものである。
[0031] 〔構成 3〕
構成 または、構成 2を有する点火装置において、マイクロ波放射手段となるマイ クロ波放射アンテナと、着火手段となる点火'放電部とを備え、マイクロ波放射アンテ ナ及び点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内に内蔵されて ヽることを特徴 とするちのである。
[0032] 〔構成 4〕
構成 1乃至構成 3の 、ずれか一を有する点火装置にぉ ヽて、マイクロ波放射手段 が放射するマイクロ波は、一、または、二以上の制御された断続波であることを特徴と するものである。
[0033] また、本発明に係る内燃機関は、以下の構成のいずれか一を有するものである。
[0034] 〔構成 5〕
シリンダ及びピストンカゝら構成され反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこの 混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼室と、燃焼 ·反応室内にマイクロ波を放射し少な くとも該燃焼'反応室内の混合気の温度上昇を行うマイクロ波放射手段とを備え、ピ ストンのシリンダ内壁に摺接する外周面には、マイクロ波の漏洩を防止するための凹 部が形成されて ヽることを特徴とするものである。
[0035] 〔構成 6〕
シリンダ及びピストンカゝら構成され反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこの 混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼 ·反応室と、燃焼 ·反応室に設けられた吸気口 及び排気口を開閉するバルブと、燃焼'反応室内にマイクロ波を放射し少なくとも該 燃焼'反応室内の混合気の温度上昇を行うマイクロ波放射手段とを備え、バルブの 前記燃焼 ·反応室内に臨む面には、前記マイクロ波を一、または、二以上のバルブ 底面に集中させる構造が形成されていることを特徴とするものである。
[0036] 〔構成 7〕
シリンダ及びピストンカゝら構成され反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこの 混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼'反応室と、この燃焼'反 応室における混合気に対し放電させ、着火する着火手段と、着火手段の周り、または 、シリンダの周りに設置された磁石とを備え、磁石が発生する磁界により、燃焼'反応 室内で発生するイオン、または、プラズマの電解をピストン方向とし、火炎'反応帯内 、または、火炎'反応帯の後方の既燃 '既反応ガス中のイオン、または、プラズマをシ リンダの外周側に向けて加速させることを特徴とするものである。
[0037] この内燃機関においては、火炎面及びその後方でマイクロ波により発生されたブラ ズマによる着火特性と火炎伝搬速度の加速が促進される。
[0038] 〔構成 8〕
シリンダ及びピストンカゝら構成され反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこの 混合気の燃焼 '反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、燃焼 ·反応 室における混合気に対し放電させ着火する着火手段と、着火手段に供給する電圧を 調整する電圧調整手段とを備え、電圧調整手段は、着火手段に供給する電圧を調 整することにより、燃焼'反応室内における未燃焼 ·未反応の混合気に対して着火ェ ネルギ以下での放電を行うことによりプラズマ化させ、及び Z又は、既燃焼 '既反応 の混合気に対して放電を行うことによりプラズマ化させることを特徴とするものである。
[0039] この内燃機関においては、マイクロ波を用いることなぐ従来のスパークプラグを応 用することによって、着火前後の両方の段階でプラズマを生成させることができる。す なわち、着火手段に供給する電圧を断続波とし、その振幅及び時間長さを制御する ことにより、負荷、混合気濃度、回転数、着火タイミング等の広い条件下において、安 定火炎の生成と、火炎伝搬速度の加速を実現することができる。
[0040] 〔構成 9〕
シリンダ及びピストンカゝら構成され反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこの 混合気の燃焼 '反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、反応性ガス と酸化ガスとの混合気を高圧で噴射することで反応性ガスと酸化ガスとの混合気を圧 縮して温度を上昇させ、自着火させる手段と、燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射 するマイクロ波放射手段と、自着火させる手段及びマイクロ波放射手段を制御する制 御手段とを備え、マイクロ波放射手段及び着火手段は、制御手段によって制御され ることにより、マイクロ波放射手段が燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射して該燃焼 '反応領域における混合気中の水分力 多量の OHラジカル、オゾン (O )を発生さ
3 せた後に、化学的に酸化、反応させ、自着火させる手段が混合気に対し着火し、多 量の OHラジカル、 Oによって該燃焼'反応領域における混合気の燃焼を促進させ
3
るというサイクルを繰り返すことを特徴とするものである。
[0041] 〔構成 10〕
構成 5、または、構成 9を有する内燃機関において、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合 気の燃焼 '反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応領域に対し、該燃焼 · 反応領域から排気されたガス中の O、 NO、 CO、ススの濃度を計測する計測センサ
2 X
群を備えているため、燃焼状態をリアルタイムで計測しながら排出ガスを低減する燃 焼制御を実現することができる。
[0042] さらに、本発明に係る点火プラグは、以下の構成を有するものである。
[0043] 〔構成 11〕
熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在しこ の混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射するマイクロ 波放射アンテナと、燃焼'反応領域における混合気に対し着火する点火'放電部とを 備え、マイクロ波放射アンテナ及び点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内 に内蔵されていることを特徴とするものである。
[0044] さらに、本発明に係るプラズマ装置は、以下の構成を有するものである。
[0045] 〔構成 12〕
所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を 共振するマイクロ波共振空洞と、マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイク 口波放射手段と、を備え、マイクロ波放射手段は、マイクロ波によって形成されるブラ ズマの生成領域にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ 波放射アンテナであることを特徴とするものである。
[0046] 〔構成 13〕
構成 12を有するプラズマ装置において、マイクロ波共振空洞内の気体に対し部分 放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段とを備えた ことを特徴とするものである。
[0047] 〔構成 14〕
構成 13を有するプラズマ装置にぉ ヽて、マイクロ波放射手段及びプラズマ着火手 段を制御する制御手段と、プラズマ発生によって生成する OHラジカル、 Oの発生量
3
、もしくは発光強度を測定する測定部とを備え、マイクロ波放射手段及び Z又はブラ ズマ着火手段は、測定部の結果をリアルタイムで処理して、その制御手段に供するこ とを特徴とするものである。
[0048] 〔構成 15〕
構成 13、または、構成 14を有するプラズマ装置において、マイクロ波放射手段は、 マイクロ波放射手段と、プラズマ着火手段となる点火 ·放電部とを備え、マイクロ波放 射手段及び点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内に内蔵されて 、ることを 特徴とするものである。
[0049] 〔構成 16〕
構成 12乃至構成 15のいずれか一を有するプラズマ装置において、マイクロ波発振 装置として、発振周波数が 2. 45GHzの発振家電用マグネトロンを用いたことを特徴 とするちのである。
[0050] 〔構成 17〕
構成 13乃至構成 15のいずれか一を有するプラズマ装置において、プラズマ着火 手段は、電極間に誘電体などの絶縁物を挿入するバリア放電、不平等電界を形成す るコロナ放電、 1 μ s未満の短パルス電圧を印加するパルス放電タイプを用いたことを 特徴とするものである。
[0051] 〔構成 18〕
構成 12、構成 13、構成 15、または、構成 16を有するプラズマ装置において、マイ クロ波伝送手段を備えたことを特徴とするものである。
[0052] 〔構成 19〕
構成 18を有するプラズマ装置において、マイクロ波伝送手段は、同軸ケーブルで あることを特徴とするものである。
[0053] 〔構成 20〕 構成 18を有するプラズマ装置において、マイクロ波伝送手段は、導波管であること を特徴とするものである。
[0054] 〔構成 21〕
構成 15乃至構成 17のいずれか一を有するプラズマ装置において、マイクロ波を伝 送する同軸ケーブルと、マイクロ波を分岐、隔離、結合する方向性結合器と、伝送系 全体のインピーダンスを調整する調整器とを備えたことを特徴とするものである。
[0055] さらに、本発明に係る排ガス分解装置は、以下の構成を有するものである。
[0056] 〔構成 22〕
所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を 共振するマイクロ波共振空洞と、マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイク 口波放射手段と、を備え、マイクロ波放射手段は、排ガスが流れる流路外周に周方向 に配置してマイクロ波によって形成されるプラズマの生成領域が流路断面一様にマ イク口波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテナであ ることを特徴とするちのである。
[0057] 〔構成 23〕
構成 22を有する排ガス分解装置において、排ガスが流れる流路中心軸方向にマイ クロ波による強電界場を形成するための中空、または中実の金属製の棒または板を 備えたことを特徴とするものである。
[0058] 〔構成 24〕
構成 22、または、構成 23を有する排ガス分解装置において、マイクロ波共振空洞 内の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段とを備えたこと を特徴とするものである。
[0059] 〔構成 25〕
構成 24を有する排ガス分解装置において、プラズマ着火手段は、排ガスが流れる 流路外周方向で軸方向に対向して配置した電極間のアーク放電によって行うことを 特徴とするものである。
[0060] 〔構成 26〕
構成 22乃至構成 25の 、ずれか一を有する排ガス分解装置にお!、て、マイクロ波 伝送手段を備えたことを特徴とするものである。
[0061] 〔構成 27〕
構成 26を有する排ガス分解装置において、マイクロ波伝送手段は、同軸ケーブル であることを特徴とするものである。
[0062] 〔構成 28〕
構成 26を有する排ガス分解装置において、マイクロ波伝送手段は、導波管である ことを特徴とするものである。
[0063] さらに、本発明に係るオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置は、以下の構成を有するものであ る。
[0064] 〔構成 29〕
オゾンの生成領域に所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定 のマイクロ波帯域を共振する該オゾン生成領域に設けたマイクロ波共振空洞と、マイ クロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段とを備え、マイクロ波放 射手段は、マイクロ波によって形成されるオゾンの生成領域にマイクロ波による強電 界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテナであることを特徴とする ものである。
[0065] 〔構成 30〕
構成 29を有するオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置にお!ヽて、マイクロ波共振空洞内の気 体に対し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段とを備え、マイクロ波 放射手段は、プラズマ着火手段によって形成されるオゾンの生成領域にマイクロ波に よる強電界場を形成する形状、諸寸法を有するマイクロ波放射アンテナであることを 特徴とするものである。
[0066] 〔構成 31〕
構成 29、または、構成 30を有するオゾン発生 ·滅菌'消毒装置において、マイクロ 波共振空洞内の気体が大気圧以上の空気であることを特徴とするものである。
[0067] 〔構成 32〕
構成 29、または、構成 30を有するオゾン発生 ·滅菌'消毒装置において、マイクロ 波共振空洞内の気体が大気圧以上の水蒸気であることを特徴とするものである。 [0068] さらに、本発明に係る消臭装置は、以下の構成を有するものである。
[0069] 〔構成 33〕
所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を 共振するマイクロ波共振空洞と、マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイク 口波放射手段とを備え、マイクロ波放射手段は、マイクロ波によって形成されるマイク 口波共振空洞内消臭空間にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有す るマイクロ波放射アンテナであることを特徴とするものである。
[0070] 〔構成 34〕
構成 33を有する消臭装置において、マイクロ波共振空洞内に消臭する気体、液体 を循環するための循環装置および循環系を備えたことを特徴とするものである。 発明の効果
[0071] 構成 1を有する点火装置においては、誘電率制御手段が、燃焼'反応領域内の混 合気の誘電率を制御し、この混合気の共振周波数をマイクロ波放射手段によって放 射されるマイクロ波の周波数に一致させるので、マイクロ波放射手段によってマイクロ 波が放射されたときに、混合気を効率良く温度上昇させることができる。
[0072] また、構成 2を有する点火装置においては、マイクロ波放射手段が燃焼'反応領域 内にマイクロ波を放射して燃焼 ·反応領域における混合気の温度を上昇させた後に、 該燃焼 ·反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を上昇させて火炎着火特性の 向上及び火炎伝播速度の促進を図り、着火手段が混合気に対し着火し、次にマイク 口波放射手段が燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射して混合気の燃焼 ·反応を促 進させるので、混合気中の燃料の割合を下げて薄い混合気または不均一混合気を 燃焼 ·反応させる場合においても、安定、かつ、高効率の燃焼'反応が行われる。
[0073] 構成 3を有する点火装置においては、マイクロ波放射手段となるマイクロ波放射ァ ンテナと、着火手段となる点火 ·放電部とが、一体的に構成された碍子部内に内蔵さ れているので、これらを従来のスパークプラグと互換的に使用することができる。
[0074] 構成 4を有する点火装置においては、マイクロ波放射手段が放射するマイクロ波が 一、または、二以上の制御された断続波であるので、複数箇所で放電を実現出来る 。また、消費電力を増大させることなぐ瞬間的にはマイクロ波を用いたプラズマを生 成することができる。
[0075] 構成 5を有する内燃機関においては、ピストンのシリンダ内壁に摺接する外周面に 、マイクロ波の漏洩を防止するための凹部が形成されているので、前述の点火装置 を用いた場合においても、マイクロ波の漏洩を防止することができる。
[0076] 構成 6を有する内燃機関においては、バルブの燃焼 ·反応室内に臨む面に、前記 マイクロ波を一、または、二以上のバルブ底面に集中させる構造 (電気長さとして使 用する波長の 1Z4の長さの構造）が形成されているので、前述の点火装置を用いて 、このバルブにマイクロ波を供給することにより、マイクロ波の共振により燃焼'反応領 域に対して放電などのエネルギー放射を行うことができる。
[0077] 構成 7を有する内燃機関においては、磁石が発生する磁界により、燃焼'反応室内 で発生するイオン、または、プラズマの電界をピストン方向とし、火炎'反応帯内、また は、火炎 ·反応帯の後方の既燃 '既反応ガス中のイオン、または、プラズマをシリンダ の外周側に向けて加速させるので、火炎面及びその後方でマイクロ波により発生さ れたプラズマによる着火特性と火炎伝搬速度の加速を促進させることができる。
[0078] 構成 8を有する内燃機関においては、着火手段に供給する電圧を調整することによ り、燃焼'反応室内における未燃焼 ·未反応の混合気に対して着火エネルギ以下で の放電を行うことによりプラズマ化させ、及び Z又は、既燃焼 '既反応の混合気に対 して放電を行うことによりプラズマ化させるので、マイクロ波を用いることなぐ従来のス パークプラグを応用することによって、着火前後の両方の段階でプラズマを生成させ ることがでさる。
[0079] すなわち、この内燃機関においては、着火手段に供給する電圧を断続波とし、その 振幅及び時間長さを制御することにより、負荷、混合気濃度、回転数、着火タイミング 等の広い条件下において、安定火炎の生成と、火炎伝搬速度の加速を実現すること ができる。
[0080] 構成 9を有する内燃機関においては、反応性ガスと酸化ガスとの混合気を高圧で 燃焼 ·反応領域に噴射することで混合気を圧縮して温度を上昇させ、混合気を自着 火させる際、燃焼 ·反応領域内に前もってマイクロ波を放射しているため、その自着 火を利用して低温プラズマを発生させることができる。この低温プラズマ発生により混 合気中の水分力も多量の OHラジカル、オゾン (O )を持続的に生成することができ、
3
該燃焼'反応領域における混合気の燃焼を促進させることができる。
[0081] 構成 10を有する内燃機関においては、燃焼'反応領域から排気された排気ガス中 の O、 NO、 CO、ススの濃度を計測する計測センサ群を備えているため、燃焼.反
2 X
応室内の燃焼 ·反応状態をモニターすることができ、マイクロ波を用いた燃焼改善 · 制御に反映させることが可能となる。
[0082] 構成 11を有する点火プラグにおいては、マイクロ波放射アンテナ及び点火 ·放電部 力 一体的に構成された碍子部内に内蔵されているので、従来のスパークプラグや グロ一プラグ等、プラズマ源と互換的に使用しつつ、前述の点火装置を構成すること ができる。
[0083] 構成 12を有するプラズマ装置においては、所定のマイクロ波帯域を発生するマイク 口波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞 (キヤビティ） と、キヤビティ内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ )とを備えており、プラズマの生成領域にマイクロ波による強電界場を形成する形状、 寸法のマイクロ波放射アンテナを有することで効率のよい低温プラズマを発生するこ とがでさる。
[0084] 構成 13を有するプラズマ装置においては、キヤビティ内の気体に対し部分放電し て気体をプラズマ化するプラズマ着火手段を備えており、プラズマの生成領域にマイ クロ波による強電界場を形成する形状、寸法のマイクロ波放射アンテナを有すること で効率のょ 、低温プラズマを発生することができる。
[0085] 構成 14を有するプラズマ装置においては、マイクロ波放射手段及びプラズマ着火 手段を制御する制御手段と、プラズマ発生によって生成する OHラジカル、 Oの発生
3 量、もしくは発光強度を測定する測定部とを備えており、測定部の結果をリアルタイム で処理して、マイクロ波放射手段及び Zまたはプラズマ着火手段の制御に用いること で OHラジカル、 Oの発生量を電気的に制御することができる。
3
[0086] 構成 15を有するプラズマ装置においては、マイクロ波放射アンテナ及び点火'放電 部は、一体的に構成された碍子部内に内蔵されており、安価、コンパクトで、取り扱い の容易な、融通性の高い装置を提供できる。 [0087] 構成 16を有するプラズマ装置においては、発振周波数が 2. 45GHzの家電用マグ ネトロンを用いているので、安価で、入手しやすぐ修理 ·交換が容易で、かつ使用上 の法的規制上、支障がな!、プラズマ装置を提供できる。
[0088] 構成 17を有するプラズマ装置においては、プラズマ着火手段は、電極間に誘電体 などの絶縁物を挿入するバリア放電、不平等電界を形成するコロナ放電、 1 s未満 の短パルス電圧を印加するパルス放電タイプのいずれを用いても同じ効果を得ること ができ、適用条件によらず融通性の高い装置を提供できる。
[0089] 構成 18を有するプラズマ装置においては、マイクロ波伝送手段を備えているため、 同じ効果を維持しつつ、発生装置の設置場所に融通性を持たせることができる。
[0090] 構成 19を有するプラズマ装置においては、マイクロ波伝送手段にフレキシブルな 同軸ケーブルを用いているため、マイクロ波発振装置の設置に制約がなぐ同じ効果 を得ることができ、融通性の高い装置を提供できる。
[0091] 構成 20を有するプラズマ装置においては、マイクロ波伝送手段は導波管であるた め、同軸ケーブル以上に高効率の伝送が期待できる。
[0092] 構成 21を有するプラズマ装置においては、マイクロ波を伝送する同軸ケーブルと、 マイクロ波を分岐、隔離、結合する方向性結合器と、伝送系全体のインピーダンスを 調整する調整器 (スタブ）とを備えることで伝送系のマイクロ波伝送効率を高め、最適 に調整することができる。またマイクロ波発生装置とプラズマ発生箇所を分離すること ができ、適用箇所に応じたより裕度の高いシステム設計が可能となる。
[0093] 構成 22を有する排ガス分解装置においては、所定のマイクロ波帯域を発生するマ イク口波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞 (キヤビテ ィ）と、キヤビティ内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アン テナ）と、を備え、マイクロ波放射手段は、排ガスが流れる流路外周に周方向に配置 してマイクロ波によって形成されるプラズマの生成領域が流路断面一様にマイクロ波 による強電界場を形成する形状、諸寸法を有しているため、大流量の排ガスを処理 することが可能である。
[0094] 構成 23を有する排ガス分解装置においては、排ガスが流れる流路中心軸 (流れ） 方向にマイクロ波による強電界場を形成するための中空、または中実の金属製の棒 または板を備えることで、排ガスが流れる流路断面全域、流れ方向にわたって一様で 強度の高 、低温プラズマを発生させることができる。
[0095] 構成 24を有する排ガス分解装置においては、キヤビティ内の気体に対し部分放電 して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段を備えることで、キヤビティ内でエネルギ 一効率良くマイクロ波によるプラズマを発生させ、効率よく排ガスの分解を行うことが できる。
[0096] 構成 25を有する排ガス分解装置にぉ ヽては、プラズマ着火手段に、排ガスが流れ る流路外周方向で軸 (流れ)方向に対向して配置した電極間でのアーク放電によつ て行うことで、流路断面内で均一かつ軸方向に任意の区間プラズマを発生させること ができる。
[0097] 構成 26を有する排ガス分解装置にぉ 、ては、マイクロ波伝送手段を備えて 、るた め、マイクロ波発振装置の設置場所にかかわらず、オンライン上にプラズマ装置を据 え付けることが可能となり、設置制約がなくなる。
[0098] 構成 27を有する排ガス分解装置においては、マイクロ波伝送手段が同軸ケーブル であるため、マイクロ波発振装置の設置場所にかかわらず、オンライン上にプラズマ 装置を据え付けることが可能となり、途中の伝送スペースや構造上の据え付け制約 がなくなる。
[0099] 構成 28を有する排ガス分解装置において、マイクロ波伝送手段は導波管であるた め、同軸ケーブル以上に高効率の伝送が期待できる。
[0100] 構成 29を有するオゾン発生 ·滅菌'消毒装置においては、オゾンの生成領域に所 定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を共振 する該オゾン生成領域に設けたマイクロ波共振空洞（キヤビティ）と、キヤビティ内にマ イク口波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ）とを備え、マイクロ 波放射アンテナは、オゾンの生成領域にマイクロ波による強電界場を形成する形状、 寸法を有して 、るため、大流量のオゾンを発生することが可能である。
[0101] 構成 30を有するオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置においては、キヤビティ内の気体に対 し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段とを備え、マイクロ波放射ァ ンテナは、プラズマ着火手段によって形成されるオゾンの生成領域にマイクロ波によ る強電界場を形成する形状、諸寸法を有しているため、キヤビティ内でエネルギー効 率良くマイクロ波によるプラズマを発生させ、効率よく大流量のオゾンを発生させるこ とがでさる。
[0102] 構成 31を有するオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置において、キヤビティ内の気体が大気 圧以上の空気であるため、特殊な構造を有することなく安価で容易に、かつ多量に 発生させることができる。
[0103] 構成 32を有するオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置においては、キヤビティ内の気体が大 気圧以上の水蒸気を用いることでさらに、特殊な構造を有することなく安価で容易に 、かつ多量に発生させることができる。
[0104] 構成 33を有する消臭装置においては、所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ 波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞 (キヤビティ）と、 キヤビティ内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ）と 、マイクロ波放射アンテナは、マイクロ波によって形成されるキヤビティ内消臭空間に マイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有しているため、大量のオゾンを 発生させ消臭効果を高めることができる。
[0105] 構成 34を有する消臭装置においては、キヤビティ内に消臭する気体、液体を循環 するための循環装置および循環系を備えることで、さらに消臭効果を高めた消臭装 置を提供できる。
[0106] すなわち、本発明は、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ジェットエンジンゃガ スタービンなどの熱機関またはプラズマ装置において、混合気中の燃料の割合を下 げて薄い混合気を燃焼'反応させる場合においても、安定、かつ、高効率の燃焼'反 応が行われることを可能とし、着火の安定化、燃焼速度の向上、不均一混合気の燃 焼促進、燃費消費率の改善を図ることができる点火装置を提供することができるもの である。
[0107] また、本発明は、前述のような本発明に係る点火装置を適用するに好適な内燃機 関を提供することができるものであり、さらに、本発明は、前述のような本発明に係る 点火装置に適用するに好適な点火プラグを提供することができるものである。なお、 この点火プラグは、内燃機関のみならず、燃焼'反応機器の点火装置として用いるこ とができる。これにより、火炎の安定ィ匕と燃費向上、燃焼 ·反応効率の向上を図ること ができる。
[0108] さらに、本発明は、例えば、有害排出物 (CO、 NO、未燃炭化水素）、揮発性有
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害化学物質 (VOC)、浮遊粒子状物質 (PM)、スス等の削減、低減のための処理装 置、電気集塵機への応用、およびタール、汚泥、排水の処理 '再利用などの環境 (ィ ンプラント、エンドォブパイプ)対策技術分野、および滅菌、殺菌、洗浄技術など医療 •衛生分野で用いられるプラズマ装置、排ガス分解装置、有害物質処理装置、オゾン 発生 ·滅菌'消毒装置、消臭装置において、大気圧で簡単にプラズマ化ができ、 OH ラジカルや Oが大量に発生する安価で小型の装置を提供することができるものであ
3
る。
[0109] また、エンドォブパイプ対策技術のみならず、インプラント対策技術への適用もでき るものである。ガスタービン、火炉、産業廃棄物焼却炉、熱分解炉など種々の燃焼器 においても、安定、かつ、高効率の燃焼が行えるようにして、出力の低下なぐ燃焼プ 口セスの改善 (希薄燃料の燃焼限界の拡大による省エネルギー化)、未燃焼燃料の 分解'完全燃焼による有害排出物の削減'低減を図る好適なプラズマ装置を提供す ることができるものである。
[0110] また、安価で、容易に、大量の oを高効率、かつ省エネルギーで発生するオゾン
3
発生'滅菌 ·消毒装置、消臭装置を提供することができるものである。
図面の簡単な説明
[0111] [図 1]本発明に係る点火装置が適用される内燃機関における混合気の温度と誘電率 との関係を示すグラフである。
[図 2]本発明に係る点火装置におけるマイクロ波のパルス幅を示すグラフである。
[図 3]前記内燃機関における燃焼'反応室の構成を示す側面図である。
[図 4]本発明に係る 4段階のマルチ着火のマイクロ波のパルス幅およびマイクロ波の 出力を示すグラフである。
[図 5]本発明に係る点火プラグの構成を示す断面図である。
[図 6]本発明に係る点火プラグの構成を示す側面図である。
[図 7]本発明に係る内燃機関の第 1の実施の形態の要部の構成を示す側面図及び 平面図である。
圆 8]本発明に係る内燃機関の第 2の実施の形態の要部の構成を示す断面図である 圆 9]本発明に係る内燃機関の構成の他の例を示す側面図である。
圆 10]本発明に係る内燃機関の構成のさらに他の例を示す断面図である。
圆 11]本発明に係るプラズマ装置の第 1の実施の形態の要部の構成を示す側面図 である。
圆 12]本発明に係るプラズマ装置の第 2の実施の形態の要部の構成を示す側面図 である。また、本発明に係る排ガス処理装置の第 1の実施の形態の要部の構成を示 す側面図である。
圆 13]本発明に係るプラズマ装置の第 3の実施の形態の要部の構成を示す側面図 である。
圆 14]本発明に係るプラズマ装置の第 4の実施の形態の要部の構成を示す側面図 である。また、本発明に係る排ガス処理装置の第 2の実施の形態の要部の構成を示 す側面図である。
符号の説明
1 マイクロ波放射アンテナ
2 点火 ·放電部
3 同軸ケーブル
4 グランド端子部
5 陽極端子
6 シリンダ
7 ピストン
8 燃焼 ·反応室
9 凹部
10 吸気口
11 排気口
12 バルブ 13 周期構造
14 シャフト部
15 磁石
16 絶縁材料
17 マイクロ波発振装置
18 マイクロ波共振空洞（キヤビティ）
19 マイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ)
20 プラズマ着火手段
21 プラズマ生成領域
22 キヤビティ内流体
23 測定部
24 制御手段
25 同軸ケーブル
発明を実施するための最良の形態
[0113] 以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する
[0114] 〔点火装置の第 1の実施の形態〕
熱機関またはプラズマ装置にぉ ヽて、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在しこ の混合気の燃焼'反応が行われる燃焼'反応領域、例えば、エンジンの燃焼'反応室 において、マイクロ波による混合気の昇温や点火を行う場合には、昇温や点火のた めに要するエネルギを燃焼 ·反応室内に効率よく伝送する必要がある。そのため、燃 焼'反応室の形状や混合気の誘電率（ ε )などによって決まる共振周波数と、マイクロ 波の周波数とがー致していることが望ましい。一方、マイクロ波を発生させるマグネト ロンとしては、水分子に共振する発振周波数 2. 45GHzのもの力 すでに家電製品 用として多数生産され使用されている。また、魚群探知機やレーダー用のものとして は、さらに高周波のマグネトロンが実用化されている。
[0115] そこで、燃焼'反応室の共振周波数を、例えば、この周波数（2. 45GHz)に一致さ せることができれば、大量に流通し安価である発振周波数 2. 45GHzのマグネトロン を使用することができ、装置の製造の容易化や製造コストの低廉ィ匕の観点力も望まし い。
[0116] しかし、シリンダの内部形状及びピストンの形状によって決まる燃焼 ·反応室の形状 は、共振周波数以外の様々な要因によって決定されるため、すべての機関において 共振周波数が一定となるような形状とすることは困難である。
[0117] そこで、本発明に係る点火装置においては、燃焼 ·反応室内に水及び Z又は排気 ガスを導入することにより、混合気の誘電率（ ε )を制御して、燃焼'反応室内の混合 気の共振周波数をマイクロ波の周波数に一致させるようにして 、る。
[0118] すなわち、この点火装置は、誘電率制御手段を有している。この誘電率制御手段 は、熱機関またはプラズマ装置にぉ ヽて反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在し この混合気の燃焼'反応が行われる燃焼'反応領域 (燃焼'反応室等）に対して、水 及び Ζ又は該燃焼 ·反応領域から排気された排気ガスを導入して、燃焼 ·反応領域 内における混合気の誘電率を制御するものである。
[0119] 燃焼'反応室内の混合気の誘電率（ ε )は、燃焼 ·反応室内に噴射するガソリン量を 変えること〖こよる空燃比 (AZF値)の変化によっても変化する力 図 1に示すように、 混合気とは別に、燃焼'反応室内に水 (水蒸気)を導入することによつても、変化させ ることができる。そこで、誘電率制御手段によって、燃焼'反応室内に水を導入するこ とにより、燃焼'反応領域内における混合気の誘電率を制御することができる。燃焼' 反応室内に水を導入することは、例えば、タンクに蓄えた水をポンプによって燃焼- 反応室内に送り出すことによって行うことができる。
[0120] また、燃焼'反応室から排気された排気ガスを燃焼'反応室に再導入することは、い わゆる「EGR」（ェキゾースト 'ガス'リタ一ユング）として従来より行われていることであ るので、排気ガスを燃焼'反応室に再導入する具体的な機構としては周知の機構を 使用することができる。
[0121] 誘電率制御手段は、これら水及び Z又は排気ガスを燃焼'反応室内に導入するこ とによって、燃焼'反応室内の水蒸気量や温度を制御し、これらによって混合気の誘 電率（ ε )を制御する。そして、この誘電率制御手段は、燃焼'反応室内の混合気の 共振周波数を、後述するマイクロ波放射手段により放射されるマイクロ波の周波数に 一致させる。
[0122] そして、この点火装置は、燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射し、この燃焼'反応 領域における混合気の温度を上昇させるマイクロ波放射手段を有して 、る。このマイ クロ波放射手段としては、発振周波数が 2. 45GHzの一般的なマグネトロンを使用す ることができる。発振周波数 2. 45GHzのマグネトロンは、いわゆる「電子レンジ」にお いて使用されているものであり、大量に生産され流通しているものである。一方、マグ ネトロンに限らず、携帯電話等に用いられる高周波帯域の発信機等を使用しても良く 、この場合は、より小型で携帯可能な装置を提供できる。そして、このマイクロ波放射 手段は、マイクロ波をマイクロ秒のパルス、あるいは一、または、二以上の断続的とし て放射するものであることが望ましい。マイクロ波を断続的にすることにより、消費電 力を増大させることなぐ瞬間的には大きなパワーのマイクロ波によりプラズマを生成 することができる。
[0123] さらに、本発明の適用対象物に対して、マイクロ波の発振形態をこれらパルス、断 続、連続の組み合わせで最適となるよう構成して制御することもできる。
[0124] なお、断続的なマイクロ波の持続時間（パルス幅）は、それぞれの熱機関またはブラ ズマ装置により適宜最適化することができ、図 2に示すように、例えば、インバータ付 きの電子レンジの機構を応用するのであれば、 16msec程度の周期で 3 sec乃至 1 8 sec程度のパルス幅のマイクロ波を放射することが可能となる。なお、断続的なマ イク口波の振幅及び周期は任意に設定できる。
[0125] この点火装置において、マイクロ波放射手段より発せられるマイクロ波は、同軸ケー ブルを介して、燃焼 ·反応室内に伝送されるようになって!/、る。
[0126] さらに、この点火装置は、燃焼'反応室内の混合気に対して着火する着火手段を有 している。この着火手段は、ガソリンエンジンにおいて一般的に使用されているスパ ークプラグや、ディーゼルエンジンにお 、て一般的に使用されて 、るグロ一プラグな どの点火 ·放電部を有するものを使用することができる。
[0127] なお、この点火装置においては、着火手段として、スパークプラグやグロ一プラグを 使用することなぐマイクロ波放射手段が着火手段をも兼ねるようにしてもよい。さらに マイクロ波によるプラズマ発生を容易にするための着火手段として、レーザ光、ライタ 一 ·バーナーなどの火炎、ヒータ加熱、高温の金属片などの手段を用いて熱的に電 子を供給しても良い。
[0128] この点火装置においては、誘電率制御手段は、燃焼'反応室内における混合気の 燃焼'反応が行われる前に、この混合気の誘電率（ ε )を制御することにより、燃焼' 反応室内における混合気の共振周波数をマイクロ波放射手段によって放射されるマ イク口波の周波数に一致させる。この状態で、マイクロ波放射手段によってマイクロ波 が放射されると、燃焼，反応室全体が共振し、燃焼，反応室内の混合気が効率良く昇 温され、着火が容易な状態となる。
[0129] このように燃焼 ·反応室内の混合気が昇温された状態で、着火手段によって着火を 行うことにより、混合気が良好に燃焼 '反応することになる。この着火においては、マイ クロ波による共振を利用して、いわゆる「体積着火」を行ってもよぐあるいは、局所領 域において「点着火」を行ってもよぐさらに、多段の着火を行ってもよい。すなわち、 この点火装置は、着火前、着火時、着火後に、マイクロ波によるプラズマ生成を行うこ とができるシステムである。
[0130] なお、着火時については、「着火遅れ時間」（イダ-ッシヨン'ディレイ）を考慮して、 着火は、ピストンが上死点に至り燃焼 ·反応室の容積が最も縮小される時点の所定時 間前に行うことが望ましい。燃料の濃度 (空燃比)や着火のタイミングは、それぞれの 熱機関またはプラズマ装置により最適化することにより、最大の出力が得られるように することができる。
[0131] また、この点火装置においては、燃焼 ·反応室内に導入する水の量、再循環する排 気ガスの量、燃料の量などを適宜最適化することにより、混合気の誘電率を的確に制 御することができる。なお、これらの最適化は、燃焼 ·反応室内の酸素濃度、混合気 の温度、残留ガスの濃度などによる影響も考慮して、適切に定めることでできる。
[0132] このようにして、この点火装置は、従来の熱機関またはプラズマ装置における点火 装置に比較して、混合気中の燃料の割合が低い場合であっても混合気濃度が不均 一状態であっても、安定した燃焼 ·反応を実現することができる。
[0133] なお、この点火装置は、燃焼 ·反応領域として閉鎖された燃焼 ·反応室を有さないジ ヱットエンジンなどにおいても使用できる。ジェットエンジンなどにおいては、エンジン 内の連続した空間において、吸気、混合、燃焼'反応及び排気がそれぞれ連続して 行われる力 この点火装置は、燃焼 ·反応が行われる領域において、前述したように 、混合気の誘電率の制御、マイクロ波放射及び着火を連続的に、または、断続的に 行う。
[0134] そして、この点火装置にお!、て、マイクロ波放射手段は、発振周波数 2. 45GHzの マグネトロンに限定されず、燃料中の炭化水素分子、炭素分子、または、水素分子等 に共振する周波数において発振するマグネトロンを用いてもよい。この場合には、燃 焼 ·反応領域内に水を導入する必要はな 、。
[0135] 〔点火装置の第 2の実施の形態〕
この実施形態における点火装置は、前述の第 1の実施の形態における点火装置と 同様に、マイクロ波放射手段と、着火手段とを有している。そして、この点火装置にお V、ては、マイクロ波放射手段及び着火手段を制御する制御手段を備えて 、る。
[0136] 制御手段は、マイクロ波放射手段及び着火手段を制御して、図 3に示すように、マ イク口波放射手段により燃焼'反応室 8内にマイクロ波を放射して燃焼'反応室におけ る混合気の温度を上昇させ、または、ラジカル生成をさせた後に、着火手段により混 合気に対し着火させ、次に、マイクロ波放射手段により燃焼 ·反応室内にマイクロ波を 放射させて燃焼 ·反応室における混合気の燃焼 ·反応を促進させるというサイクルを 繰り返して実行する。
[0137] すなわち、この点火装置においては、マイクロ波発生タイミング及びマイクロ波の出 力（投入エネルギー）をコントロールすることによって、混合気の昇温及びラジカル生 成、着火、火炎伝播促進という燃焼'反応サイクルを実現する。このとき、燃焼'反応 前の混合気に対しては、前述の第 1の実施の形態と同様に、水及び Z又は排気ガス を導入することとしてもよい。
[0138] また、この点火装置においては、例えば、 4段階のマルチ着火を行うことができる。
第 1段階では、着火前の混合気にマイクロ波を放射することにより、混合気における 水の温度を上昇させる。第 2段階では、着火前の混合気にマイクロ波を放射すること により、燃焼'反応領域でプラズマ放電を起こし、ラジカル濃度を上昇させる。これら 第 1段階及び第 2段階により、混合気の着火特性を向上させ、着火が容易な状態と する。第 3段階では、燃焼'反応領域における混合気に対し放電させ、着火を行う。こ のとき、既存のスパークプラグを用いた着火でもよい。第 4段階では、着火後の混合 気にマイクロ波を放射することにより、燃焼 ·反応領域でプラズマ放電を起こし、ラジカ ル濃度を上昇させ、または、マイクロ波を放射することにより、マイクロ波から定在波を 発生させること〖こよって、火炎伝播を促進させる。
[0139] なお、 4段階のマルチ着火におけるマイクロ波のパルス幅及びマイクロ波の出力（ 投入エネルギー）は、図 4に示すように、各段階のマイクロ波の出力及びパルス幅を それぞれの熱機関またはプラズマ装置おいて最適化することにより、最大の出力が 得られるようにすることができる。また、マイクロ波の出力と断続波の振幅及び周期と の制御により、このマイクロ波の放射によって、混合気の昇温、 OHラジカルなどのラ ジカルの生成、着火及び火炎伝播促進の!/、ずれをも行うことができる。
[0140] この点火装置においては、このようにして燃焼.反応が促進されることにより、従来の 点火装置を用いた場合には燃焼'反応させることができな力つた燃料の希薄な混合 気をも効率良く燃焼'反応させることができ、出力を維持したままで、燃焼'反応消費 率の改善、燃焼'反応室の小型化、出力の向上、排気ガスの清浄ィ匕を図ることができ る。また、この点火装置においては、非完全燃焼 ·反応が防止され、完全燃焼 '反応 が実現されるので、大気汚染物が発生を抑制することができ、環境保護にも資するこ とがでさる。
[0141] 〔点火プラグの実施の形態〕
本発明に係る点火プラグは、図 5中の（a)に示すように、マイクロ波放射手段となる マイクロ波放射アンテナ 1と、着火手段となる点火'放電部 2とを備えており、これらマ イク口波放射アンテナ及び点火 ·放電部が、一体的に構成された碍子部内に内蔵さ れているものである。この点火プラグは、従来のガソリンエンジンやディーゼルェンジ ンにお 、て一般的に使用されて!、るスパークプラグやグロ一プラグと互換的に使用 することにより、前述した本発明に係る点火装置を構成することができるものである。
[0142] この点火プラグにおいて、マイクロ波放射アンテナ 1には、同軸ケーブル 3を介して 、図示しないマグネトロンより、マイクロ波が伝送される。そして、この点火プラグは、マ イク口波放射アンテナ 1を囲むようにして、円筒状のグランド端子部 4を有している。点 火'放電部 2は、図示しない電源より電圧を印加される陽極端子 5の先端部と、円筒 状のグランド端子部 4の先端部との間に形成されている。
[0143] また、この点火プラグは、図 5中の（b)に示すように、マイクロ波放射アンテナ 1を円 筒状に形成し、このマイクロ波放射アンテナ 1内に陽極端子 5を配置して構成してもよ い。この場合には、グランド端子部 4は、棒状に形成し、マイクロ波放射アンテナ 1の 外側に配置する。この場合においても、陽極端子 5の先端部とグランド端子部 4の先 端部との間には、点火'放電部 2が形成される。
[0144] この点火プラグにおいては、これらマイクロ波放射アンテナ 1と点火 ·放電部 2とは、 図 6に示すように、従来の一般的なスパークプラグと互換的な形状として一体的に構 成される。そして、この点火プラグにおいては、着火手段としてのスパーク (放電）と、 マイクロ波放射手段としてのマイクロ波の放射とが可能であり、前述した点火装置を 構成することが容易となる。
なお、図 5及び図 6に示した各点火プラグにおいては、前述の点火装置の第 2の実 施の形態である 4段階マルチ着火ができる構造である。
[0145] 〔内燃機関の第 1の実施の形態〕
本発明に係る内燃機関は、図 7に示すように、シリンダ 6及びピストン 7から構成され 燃料と空気との混合気が供給されこの混合気の燃焼'反応が行われる燃焼'反応室 8を有し、また、点火装置として、前述した実施の形態におけるマイクロ波放射アンテ ナ 1を備えている。そして、この内燃機関は、ピストン 7のシリンダ 6内壁に摺接する外 周面に、マイクロ波の漏洩を防止するための凹部 9が形成されているものである。
[0146] この凹部 9は、円柱状のピストン 7の外周面に、この外周面を囲む円環状の溝が断 続した形状として形成されている。この凹部 9の幅 (溝幅) Lは、シリンダ 6の内壁とビス トンの隙間を Dとし、マイクロ波の波長をえとしたとき、 8D以上、 λ Ζ8以下とすること が望ましい。また、この凹部 9の深さ（溝深さ）は、 λ Ζ4とする。
[0147] また、この凹部 9は、図 7 (a)に示すように、マイクロ波の波長に乱れがない場合に は、ピストン 7の外周面の全周（360度）に対する約 80%の範囲に形成することにより 、このマイクロ波がシリンダ 6から漏洩しないようにすることができる。そして、この凹部 9は、図 7 (b)に示すように、マイクロ波の波長に乱れがある場合には通過させるので 、選択的に特定の周波数のマイクロ波をトラップし、チャンバ内を安定させることがで きる。
[0148] 〔内燃機関の第 2の実施の形態〕
本発明に係るこの内燃機関は、図 8に示すように、シリンダ及びピストンカゝら構成さ れ燃料と空気との混合気が供給されこの混合気の燃焼'反応が行われる燃焼'反応 室 8と、この燃焼 ·反応室 8に設けられた吸気口 10及び排気口 11を開閉するバルブ 12とを有し、また、点火装置として、前述した実施の形態におけるマイクロ波放射手 段を備えている。このマイクロ波放射手段は、前述したように、燃焼'反応室 8内にマ イク口波を放射し、少なくとも燃焼 ·反応室 8内の混合気の温度上昇を行う。
[0149] そして、この内燃機関においては、各バルブ 12の燃焼'反応室 8内に臨む面には、 マイクロ波に共振し、マイクロ波を一、または、二以上のバルブ底面、すなわち、ェン ジン燃焼室側に集中させる周期構造 (例えば、リムボーン、ベーンストラップ、コルゲ ート） 13が形成されている。この周期構造 13は、窒化物などによって、マグネトロンに おける共振器と同形状の突条として形成されているものである。なお、この周期構造 13をなす突条間の凹部となる部分は、セラミック等の絶縁材料によって埋められてお り、各バルブ 12の燃焼'反応室 8内に臨む面は、平坦な形状となされている。
[0150] この内燃機関においては、マグネトロンからのマイクロ波は、各バルブ 12のシャフト 部 14を介して、各バルブ 12の燃焼 ·反応室 8内に臨む面に伝送される。そして、この マイクロ波は、各バルブ 12の周期構造 13において共振し、電流に変換される。した がって、各バルブ 12の周期構造 13にマイクロ波が伝送されると、この周期構造 13に おいてスパークを生ずる。すなわち、この内燃機関においては、スパークプラグを使 用しなくとも、スパークによる混合気に対する着火を行うことができる。なお、各バルブ 12のシャフト部 14は、マイクロ波の漏洩を防止するため、直径を 8mm以下とすること が望ましい。
[0151] この内燃機関においては、従来のようなスパークプラグを設ける必要がなぐ空間的 な余裕ができるので、吸気口 10及び排気口 11を大型化して燃焼 ·反応効率の向上 を図ることができる。また、内燃機関においては、各バルブ 12の燃焼'反応室 8内に 臨む面の略全面において多点着火を行うことができ、安定した燃焼 ·反応を実現する ことができる。
[0152] なお、この内燃機関においても、マイクロ波の全てのエネルギーがスパークに消費 されるわけではなぐマイクロ波の出力やパルス幅等を適宜最適化することにより、マ イク口波のうちのスパークとして消費されるエネルギーと、燃焼'反応室 8内にマイクロ 波として放射されるエネルギーとの割合を調整することができ、前述したような点火装 置を構成することが可能である。
[0153] また、この内燃機関においては、図 9に示すように、マイクロ波が伝送されるノ レブ 12のシャフト部 14の回りに磁石 15を設けて、磁界および電界を発生させることにより 、プラズマ生成及び火炎伝播促進による燃焼 ·反応の促進を図ることができる。
[0154] さらに、この内燃機関においては、図 10に示すように、燃焼 ·反応室 8の内壁部に、 マイクロ波に共振する周期構造 13 (窒化物などによってマグネトロンにおける共振器 と同形状の突条として形成したもの）を設け、この周期構造 13に電流を供給すること により、この周期構造 13においてマイクロ波が発生されるようにしてもよい。
[0155] 〔プラズマ装置の第 1の実施の形態〕
本発明に係るプラズマ装置は、図 11に示すように、マイクロ波発振装置 17と、所定 のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞（キヤビティ） 18と、キヤビティ内にマ イク口波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ） 19と、キヤビティ内 の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段 20とを備え、マ イク口波放射アンテナ 19は、プラズマ着火手段 20によるプラズマ生成領域 21にマイ クロ波による強電界場を形成するものである。
[0156] 有害排出物、化学物質、浮遊粒子状物質、スス等をプラズマによる生成物 (OHラ ジカル、オゾン (O ) )を利用して化学的に酸化、反応させ、無害化するために、マイ
3
クロ波共振空洞（キヤビティ）内流体 22に、高圧場 (大気圧、または、 0. 2MPa以上） の非平衡プラズマを発生させる。大気圧 ·非平衡プラズマの最大のメリットは、熱'ィ匕 学平衡の制約を回避して、温度 ·圧力とほぼ独立に反応速度や原料転換率を制御 できる点にある。生成したプラズマと反応させる反応器 (リアクタ）の設計自由度が高く 、軽量'コンパクト、かつ応答性のよいリアクタを構築することもできる。大気圧'非平 衡プラズマは、例えば、メタンからメタノールの直接合成、天然ガスの水蒸気改質、ァ セチレン合成、天然ガスの液ィ匕などへの利用も考えられて 、る。
[0157] この時、発生するプラズマの圧力は、無害化する有害排出物、化学物質、浮遊粒 子状物質、スス等の処理流体のライン圧力で設定される。また、処理量は、ラインを 流れる流量で決まる。
[0158] さて、高圧場のプラズマを生成させるために、発明者は種々の基礎研究を行ってき た。その研究成果力 プラズマの種を何らかの方法で着火させ、それにエネルギー を与えることで安定したプラズマの持続が可能であることが判明した。そのため、ブラ ズマ着火手段 4に関しては、電極間に誘電体などの絶縁物を挿入するバリア放電、 不平等電界を形成するコロナ放電、 1 μ s未満の短パルス電圧を印加するパルス放 電のいずれかを用いて非平衡プラズマを着火する。例えば、ガソリン自動車用点火 プラグやグロ一プラグの放電を用い、局所的なプラズマを着火する。この生成したプ ラズマを成長させるために、マイクロ波発信装置 1から発信するマイクロ波（マイクロ波 )を用いて、点火プラグやグロ一プラグの放電箇所近傍のプラズマ生成領域 21に強 電界場を形成する。これにより、マイクロ波のエネルギーが非平衡プラズマに吸収さ れ、プラズマは成長（体積着火)する。この過程において、活性ィ匕学反応を生じる ΟΗ ラジカルや強い酸化力を有する Οが数百倍のオーダーで多量に増加する。この反
3
応を助長させるには、 ΟΗラジカル、 Οの元となる水分を加えると良い。また、この反
3
応を促進させるためには、水分子が共振する 1GHz以上のマイクロ波を印カロさせるこ とが効果的である。マイクロ波を発生させるマグネトロンとしては、すでに世界中で多 量に生産されている家電製品用（例えば、電子レンジ用の発振周波数 2. 45GHzの もの）を用いることが、装置の製造の容易化、製造コストの低廉ィ匕の観点力 望ましい
[0159] また、有害物質等の処理対象物に応じて、マイクロ波放射手段は、発振周波数 2.
45GHzのマグネトロンに限定されず、燃料中の炭化水素分子、炭素分子、または、 水素分子等に共振する周波数にぉ 、て発振するマグネトロンを用いてもよ 、。この場 合には、燃焼領域内に水を導入する必要はない。
[0160] 〔プラズマ装置の第 2の実施の形態〕
本発明に係るプラズマ装置は、図 12に示すように、マイクロ波発振装置 17と、所定 のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞（キヤビティ） 18と、前記キヤビティ内 プラズマ生成領域 21にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射ァ ンテナ） 19と、前記キヤビティ内の気体 22に対し部分放電して気体をプラズマ化する プラズマ着火手段 20と、プラズマ発生によって生成する OHラジカル、 Oの発生量、
3 もしくは発光強度を測定する測定部 23とマイクロ波放射手段及びプラズマ着火手段 の投入エネルギー ·パターン制御する制御手段 24を備えるものである。図中に示す 矢印は、プラズマによって処理もしくは燃焼させる流体 25の流れ方向を示す。
[0161] 第 1の実施の形態で説明したように、プラズマ発生によって無害化、もしくは酸化、 OHラジカルによる化学反応をした流体の成分は、下流側に設けた測定部 23にお ヽ て、 OHセンサ、 Oセンサによって、リアルタイムで OHラジカル、 Oの発生量、もしく
3 3
は発光強度を測定する。この測定結果を演算し、ある制御範囲のもとで、マイクロ波 放射手段 19及びプラズマ着火手段 20を任意の値に制御することで、プラズマ装置 を貫流する有害物質等の処理量を制御する。
[0162] 〔プラズマ装置の第 3の実施の形態〕
本発明に係るプラズマ装置は、図 13に示すように、本発明の第 1または第 2の実施 の形態においてマイクロ波放射手段 19を小型、コンパクト、低廉ィ匕にするために行う ものである。従来力も用いられている点火プラグやグロ一プラグにアンテナ 19を糸且込 むことで可能となる。この場合、アンテナ 19の先端を分岐して点火 ·放電部を取り囲 むようにして強電界場にする。
[0163] 〔プラズマ装置の第 4の実施の形態〕
本発明に係るプラズマ装置は、図 14に示すように、本発明の第 1及至第 3の実施の 形態において、マイクロ波を伝送する同軸ケーブル 26と、マイクロ波を分岐、隔離、 結合する方向性結合器 27と、伝送系全体のインピーダンスを調整する調整器 (スタ ブ） 28とを備えるものである。例えば、本発明を自動車用エンジンに適用する場合は 、振動が多いエンジン部にマイクロ波発信装置 17を設置するのではなぐ振動や温 度が変動しない箇所に設置することで、マイクロ波発信装置 17の耐久性、信頼性を 向上させることができる。また、方向性結合器を設けることで、マイクロ波発信装置か らのエネルギーを燃焼室やオンラインでの反応炉 (プラズマによる有害物質等の無害 化を行う箇所)で多点に分岐して処理ムラのない装置を実現することができる。
[0164] 〔プラズマ装置の第 4の実施の形態〕
本発明に係るプラズマ装置は、図 13に示すように、本発明の第 1及至第 3の実施の 形態において、マイクロ波を伝送する同軸ケーブル 26と、マイクロ波を分岐、隔離、 結合する方向性結合器 27と、伝送系全体のインピーダンスを調整する調整器 (スタ ブ） 28とを備えるものである。例えば、本発明を自動車用エンジンに適用する場合は 、振動が多いエンジン部にマイクロ波発信装置 17を設置するのではなぐ振動や温 度が変動しない箇所に設置することで、マイクロ波発信装置 17の耐久性、信頼性を 向上させることができる。また、方向性結合器を設けることで、マイクロ波発信装置か らのエネルギーを燃焼室やオンラインでの反応炉 (プラズマによる有害物質等の無害 化を行う箇所)で多点に分岐して処理ムラのない装置を実現することができる。
[0165] 〔排ガス分解装置の第 1の実施の形態〕
本発明に係る排ガス分解装置は、図 12もしくは図 14と基本的構成は同じである。 図 12もしくは図 14に示すように、マイクロ波発振装置 17と、所定のマイクロ波帯域を 共振するマイクロ波共振空洞（キヤビティ） 18と、前記キヤビティ内プラズマ生成領域 にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段 (マイクロ波放射アンテナ） 19と、前記キ ャビティ内の気体 22に対し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段 20 と、プラズマ発生によって生成する OHラジカル、 Oの発生量、もしくは発光強度を測
3
定する測定部 23とマイクロ波放射手段及びプラズマ着火手段の投入エネルギー'パ ターン制御する制御手段 24を備えるものである。図中に示す矢印は、プラズマによつ て処理もしくは燃焼させる排ガス流体 25の流れ方向を示す。
[0166] 第 1の実施の形態で説明したように、燃焼'反応室での未燃ガスやスス、 NO等の
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排ガスは、プラズマ発生に伴うオゾン、 OHラジカルの強酸ィ匕力によって炭素—炭素 結合、炭素一水素結合を切断し、酸化、 OHラジカルによる化学反応により NO、 C
2
Oなどの安定した無害な酸化物や炭素へと排ガス成分を無害化する。下流側に設
2
けた測定部 6において、 OHセンサ、 Oセンサによって、リアルタイムで OHラジカル、
3
oの発生量、もしくは発光強度を測定する。この測定結果を演算し、ある制御範囲の
3
もとで、マイクロ波放射手段 19及びプラズマ着火手段 20を任意の値に制御すること で、プラズマ装置を貫流する有害物質等の処理量を制御することができる。
[0167] 〔オゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置、消臭装置の使用例〕
例えば、本発明を航空機用ジェットエンジンに適用する場合は、本装置をジェットェ ンジン排気コーン近傍に設置することで、水分を含んだ高圧蒸気を本装置で発生す る非平衡プラズマにより多量の OHラジカル、 Oに変換することができる。これにより
3
従来、飛行中の排気ガスにより大気汚染をしていたが、排気ガスを多量の OHラジカ ル、 Oの強力な酸ィ匕カをもって無害なガスに分解するとともに、フロン等で破壊され
3
た成層圏のオゾン層修復のために多量の oを発生させることができる。
3
[0168] また、本装置をジェットエンジン高圧コンプレッサ後段に位置する燃焼室内に設置 することで、圧縮された混合燃料を強力なラジカル反応で燃焼促進することが可能と なる。これにより、大気汚染排出ガスではなくクリーンな排気ガスを放出することで環 境保護に貢献することができる。下流側に設けた測定部 6において、 OHセンサ、 O
3 センサによって、リアルタイムで OHラジカル、 Oの発生量、もしくは発光強度を測定
3
する。この測定結果を演算し、ある制御範囲のもとで、マイクロ波放射手段及びブラ ズマ着火手段を任意の値に制御することで、燃焼室内の燃焼制御により有害物質等 の生成量を制御することができる。
[0169] 〔本発明に係わる内燃機関、プラズマ装置の使用例〕
本発明に係わる内燃機関、プラズマ装置の燃料にバイオガス、超希薄メタンガス、 超低カロリーガスなどを用いても、プラズマ生成によって発生した OHラジカル、 Oの
3 強酸化力を利用して化学的反応を促進させることができ、通常ガスエンジンでは追加 ガスとあわせてし力燃焼できな力つたところを燃焼可能とするだけでなぐ出力向上、 発電効率向上なども期待できる。
[0170] 〔本発明に係わるプラズマ装置の使用例〕
本発明のプラズマ装置を大気圧 ·空気中において使用することにより、空気中に含 まれる N2から多量のスペクトル光を発生させることができる。このスペクトル ^^光し、 ファイバ一等で導出することで、従来用いられて 、た高価なレーザ光源の代わりに安 価でコンパクトな N2スペクトル光源、パルス光源を提供することができる。
[0171] 〔本発明に係わるオゾン発生 '滅菌'消毒装置、消臭装置の使用例〕 本発明の装置を建築現場における建築物内の一角に設置し、建築物を密閉にした 状態で動作することによりシックハウス物質の除去や、塗装、接着糊、防腐剤などのさ まざまな異臭の脱臭、細菌、ばい菌、アレルギー物質の除菌、消毒を行うことができる 。この場合、建築現場等での簡易排気装置の後段に本発明の装置を設置することで 後処理した無害の空気を排出できる。あるいは、一般家庭電化製品である掃除機に 本装置を組み込むことで、掃除しながら、清掃表面の有害物質を本装置で発生する OHラジカル、 Oで分解することも可能である。ここでは、対象物を建築物 (公共施設
3
、ビル、体育館、講堂、ショッピングモールなど）として説明したが、同様の効果は、た とえば自動車、電車、貨物、飛行機、船、潜水艦、戦車など任意の密閉空間を有する 対象物に対する滅菌、脱臭、消毒に適用することでこの効果を最大限活用すること ができる。さらにプラズマ発生時に H20 (水分)を添加することで一層、多くの OHラジ カル等を発生させ、効果を増すことができる。
[0172] さらに、公共施設、ビル、体育館、講堂、ショッピングモールや、トンネルなどの施設 での火災時の一酸ィ匕炭素による中毒防止や、空気清浄化にも適用でき、一酸化炭 素から二酸ィ匕炭素への変換による無害化、消煙効果、など人命救助に資することが できる。
産業上の利用可能性
[0173] 本発明は、例えば、レシプロエンジン、ロータリーエンジン、ジェットエンジンやガス タービンなどの熱機関またはプラズマ装置において用いられる点火装置として利用 できる。
[0174] また、本発明は、前記本発明に係る点火装置を適用するに好適な内燃機関に利用 できる。
[0175] また、本発明は、前記本発明に係る点火装置に適用するに好適な点火プラグに利 用できる。。
[0176] さらに、本発明は、例えば、有害排出物 (CO、 NO、未燃炭化水素）、揮発性有
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害化学物質 (VOC)、浮遊粒子状物質 (PM)、スス等の削減、低減やタール、汚泥、 排水の処理 '再利用などの環境 (インプラント、エンドォブパイプ)対策分野、および 滅菌、殺菌、洗浄技術など医療'衛生分野で用いられるプラズマ装置に利用できる。 [0177] また、本発明は、前記本発明に係るプラズマ装置を適用するに好適な排ガス分解 装置に利用できる。
[0178] さらに、本発明は、前記本発明に係るプラズマ装置を適用するに好適なオゾン発生 ，滅菌 ·消毒装置、消臭装置に利用できる。

Claims

請求の範囲
[1] 熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在しこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応領域に対し、水 及び Z又は該燃焼 ·反応領域にお!、て生成された排気ガスを導入し、該燃焼 ·反応 領域内における混合気の誘電率を制御する誘電率制御手段と、
前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射し、該燃焼 ·反応領域における混合気の 温度を上昇させるとともに、該燃焼 ·反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を 上昇させて火炎着火特性の向上及び火炎伝播速度の促進を図るマイクロ波放射手 段と、
前記燃焼'反応領域における混合気に対し放電させ、着火する着火手段と、 既燃焼 '反応領域における混合気に対し放電させ、燃焼 '反応、または、プラズマガ ス中のラジカル濃度を上昇させ火炎着火特性の向上と火炎伝播速度を促進するマイ クロ波放射手段と
を備え、
前記誘電率制御手段は、前記燃焼 ·反応領域内における混合気の燃焼 ·反応が行 われる前に、この混合気の誘電率を制御することにより、該燃焼'反応領域内におけ る混合気の共振周波数を前記マイクロ波放射手段によって放射されるマイクロ波の 周波数と共振させる
ことを特徴とする点火装置。
[2] 熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在しこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応領域に対し、水 及び Z又は該燃焼 ·反応領域にお!、て生成された排気ガスを導入し、該燃焼 ·反応 領域内における混合気の誘電率を制御する誘電率制御手段と、
前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射し、該燃焼 ·反応領域における混合気の 温度を上昇させるとともに、該燃焼 ·反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を 上昇させて火炎着火特性の向上及び火炎伝播速度の促進を図るマイクロ波放射手 段と、
前記燃焼'反応領域における混合気に対し放電させ、着火する着火手段と、 既燃焼'反応領域における該燃焼'反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を 上昇させ火炎着火特性の向上と火炎伝播速度の促進を図るマイクロ波放射手段手 段と、
前記マイクロ波放射手段及び前記着火手段を制御する制御手段と
を備え、
前記マイクロ波放射手段及び前記着火手段は、前記制御手段によって制御される ことにより、前記マイクロ波放射手段が前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射して 該燃焼 ·反応領域における混合気の温度を上昇させるとともに該燃焼 ·反応領域で プラズマ放電をさせラジカル濃度を上昇させ火炎着火特性の向上と火炎伝播速度の 促進させた後、前記着火手段が前記混合気に対し放電、着火し、次に前記マイクロ 波放射手段が前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射して該既燃焼 ·反応領域で プラズマ放電をさせラジカル濃度を上昇させ火炎着火特性の向上と火炎伝播速度の 促進及び既燃焼'反応領域における混合気の燃焼 ·反応を促進させるというサイクル を繰り返す
ことを特徴とする点火装置。
[3] 前記マイクロ波放射手段となるマイクロ波放射アンテナと、
前記着火手段となる点火 ·放電部と
を備え、
前記マイクロ波放射アンテナ及び点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内 に内蔵されている
ことを特徴とする請求項 1、または、請求項 2記載の点火装置。
[4] 前記マイクロ波放射手段が放射するマイクロ波は、一、または、二以上の制御され た断続波である
ことを特徴とする請求項 1乃至請求項 3のいずれか一に記載の点火装置。
[5] シリンダ及びピストンカゝら構成され、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、
前記燃焼'反応室内にマイクロ波を放射し、該燃焼'反応室内の混合気の温度上 昇を行うとともに、該燃焼 ·反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を上昇させ 火炎着火特性の向上と火炎伝播速度の促進を図るマイクロ波放射手段と を備え、
前記ピストンの前記シリンダ内壁に摺接する外周面には、前記マイクロ波の漏洩を 防止するための凹部が形成されている
ことを特徴とする内燃機関。
[6] シリンダ及びピストンカゝら構成され、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、
前記燃焼 ·反応室に設けられた吸気口及び排気口を開閉するバルブと、 前記燃焼'反応室内にマイクロ波を放射し、該燃焼'反応室内の混合気の温度上 昇を行うとともに、該燃焼 ·反応領域でプラズマ放電をさせラジカル濃度を上昇させ 火炎着火特性の向上と火炎伝播速度の促進を図るマイクロ波放射手段と
を備え、
前記バルブの前記燃焼 ·反応室内に臨む面には、前記マイクロ波を一、または、二 以上のバルブ底面に集中させる構造が形成されている
ことを特徴とする内燃機関。
[7] シリンダ及びピストンカゝら構成され、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、
前記燃焼'反応室における混合気に対し放電させ、着火する着火手段と、 前記着火手段の周り、または、前記シリンダの周りに設置された磁石と を備え、
前記磁石が発生する磁界により、前記燃焼 ·反応室内で発生するイオン、または、 プラズマの電界を前記ピストン方向とし、火炎'反応帯内、または、火炎'反応帯の後 方の既燃 '既反応ガス中のイオン、または、プラズマを前記シリンダの外周側に向け て加速させる
ことを特徴とする内燃機関。
[8] シリンダ及びピストンカゝら構成され、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、
前記燃焼'反応室における混合気に対し放電させ、着火する着火手段と、 前記着火手段に供給する電圧を調整する電圧調整手段と
を備え、
前記電圧調整手段は、前記着火手段に供給する電圧を調整することにより、前記 燃焼 ·反応室内における未燃焼 ·未反応の混合気に対して着火エネルギ以下での放 電を行うことによりプラズマ化させ、及び Z又は、既燃焼 '既反応の混合気に対して 放電を行うことによりプラズマ化させる
ことを特徴とする内燃機関。
[9] シリンダ及びピストンカゝら構成され、反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が供給されこ の混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる燃焼 ·反応室と、
反応性ガスと酸化ガスとの混合気を高圧で噴射することで反応性ガスと酸化ガスと の混合気を圧縮して温度を上昇させ、自着火させる手段と、
前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、 前記自着火させる手段及び前記マイクロ波放射手段を制御する制御手段と を備え、
前記マイクロ波放射手段及び前記着火手段は、前記制御手段によって制御される ことにより、前記マイクロ波放射手段が前記燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射して 該燃焼'反応領域における混合気中の水分力も多量のヒドロキシル (OH)ラジカル、 オゾン (O )を発生させた後に、化学的に酸化、反応させ、前記自着火させる手段が
3
前記混合気に対し着火し、多量の OHラジカル、 Oによって該燃焼'反応領域にお
3
ける混合気の燃焼を促進させると ヽぅサイクルを繰り返す
ことを特徴とする内燃機関。
[10] 反応性ガスと酸化ガスとの混合気の燃焼'反応、または、プラズマ反応が行われる 燃焼，反応領域に対し、該燃焼，反応領域から排気されたガス中の O、 NO、 CO、
2 X ススの濃度を計測する計測センサ群を備えて 、る
ことを特徴とする請求項 5、または、請求項 9記載の内燃機関。
[11] 熱機関またはプラズマ装置において反応性ガスと酸ィ匕ガスとの混合気が存在しこ の混合気の燃焼 ·反応が行われる燃焼 ·反応領域内にマイクロ波を放射するマイクロ 波放射アンテナと、 前記燃焼'反応領域における混合気に対し着火する点火'放電部と を備え、
前記マイクロ波放射アンテナ及び点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内 に内蔵されている
ことを特徴とする点火プラグ。
[12] 所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、
所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞と、
前記マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、 を備え、
前記マイクロ波放射手段は、前記マイクロ波によって形成されるプラズマの生成領 域にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテ ナである
ことを特徴とするプラズマ装置。
[13] 前記マイクロ波共振空洞内の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するブラ ズマ着火手段とを備えた
ことを特徴とする請求項 12記載のプラズマ装置。
[14] 前記マイクロ波放射手段及び前記プラズマ着火手段を制御する制御手段と、 プラズマ発生によって生成する OHラジカル、 Oの発生量、もしくは発光強度を測
3
定する測定部とを備え、
前記マイクロ波放射手段及び Z又は前記プラズマ着火手段は、前記測定部の結 果をリアルタイムで処理して、その制御手段に供する
ことを特徴とする請求項 13記載のプラズマ装置。
[15] 前記マイクロ波放射手段は、前記マイクロ波放射手段と、前記プラズマ着火手段と なる点火 ·放電部とを備え、
前記マイクロ波放射手段及び前記点火 ·放電部は、一体的に構成された碍子部内 に内蔵されている
ことを特徴とする請求項 13、または、請求項 14記載のプラズマ装置。
[16] 前記マイクロ波発振装置として、発振周波数が 2. 45GHzの発振家電用マグネトロ ンを用いた
ことを特徴とする請求項 12乃至請求項 15のいずれか一に記載のプラズマ装置。
[17] 前記プラズマ着火手段は、電極間に誘電体などの絶縁物を挿入するバリア放電、 不平等電界を形成するコロナ放電、 1 μ s未満の短パルス電圧を印加するパルス放 電タイプを用いた
ことを特徴とする請求項 13乃至請求項 15のいずれか一に記載のプラズマ装置。
[18] マイクロ波伝送手段を備えた
ことを特徴とする請求項 12、請求項 13、請求項 15、または、請求項 16記載のブラ ズマ装置。
[19] 前記マイクロ波伝送手段は、同軸ケーブルである
ことを特徴とする請求項 18記載のプラズマ装置。
[20] 前記マイクロ波伝送手段は、導波管である
ことを特徴とする請求項 18記載のプラズマ装置。
[21] マイクロ波を伝送する同軸ケーブルと、
マイクロ波を分岐、隔離、結合する方向性結合器と、
伝送系全体のインピーダンスを調整する調整器と
を備えたことを特徴とする請求項 15乃至請求項 17のいずれか一に記載のプラズマ 装置。
[22] 所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、
所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞と、
前記マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、 を備え、
前記マイクロ波放射手段は、排ガスが流れる流路外周に周方向に配置して前記マ イク口波によって形成されるプラズマの生成領域が流路断面一様にマイクロ波による 強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテナである
ことを特徴とする排ガス分解装置。
[23] 排ガスが流れる流路中心軸方向に前記マイクロ波による強電界場を形成するため の中空、または中実の金属製の棒または板を備えた ことを特徴とする請求項 22記載の排ガス分解装置。
[24] 前記マイクロ波共振空洞内の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するブラ ズマ着火手段とを備えた
ことを特徴とする請求項 22、または、請求項 23記載の排ガス分解装置。
[25] 前記プラズマ着火手段は、排ガスが流れる流路外周方向で軸方向に対向して配置 した電極間のアーク放電によって行う
ことを特徴とする請求項 24記載の排ガス分解装置。
[26] マイクロ波伝送手段を備えた
ことを特徴とする請求項 22乃至請求項 25の 、ずれか一に記載の排ガス分解装置
[27] 前記マイクロ波伝送手段は、同軸ケーブルである
ことを特徴とする請求項 26記載の排ガス分解装置。
[28] 前記マイクロ波伝送手段は、導波管である
ことを特徴とする請求項 26記載の排ガス分解装置。
[29] オゾンの生成領域に所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、 所定のマイクロ波帯域を共振する該オゾン生成領域に設けたマイクロ波共振空洞と 前記マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と を備え、
前記マイクロ波放射手段は、前記マイクロ波によって形成されるオゾンの生成領域 にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテナ である
ことを特徴とするオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置。
[30] 前記マイクロ波共振空洞内の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するブラ ズマ着火手段とを備え、
前記マイクロ波放射手段は、前記プラズマ着火手段によって形成されるオゾンの生 成領域にマイクロ波による強電界場を形成する形状、諸寸法を有するマイクロ波放射 アンテナである ことを特徴とする請求項 29記載のオゾン発生 ·滅菌 ·消毒装置。
[31] 前記マイクロ波共振空洞内の気体が大気圧以上の空気である
ことを特徴とする請求項 29、または、請求項 30記載のオゾン発生 '滅菌'消毒装置
[32] 前記マイクロ波共振空洞内の気体が大気圧以上の水蒸気である
ことを特徴とする請求項 29、または、請求項 30記載のオゾン発生 '滅菌'消毒装置
[33] 所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、
所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞と、
前記マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と を備え、
前記マイクロ波放射手段は、前記マイクロ波によって形成されるマイクロ波共振空 洞内消臭空間にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波 放射アンテナである
ことを特徴とする消臭装置。
[34] 前記マイクロ波共振空洞内に消臭する気体、液体を循環するための循環装置およ び循環系を備えた
ことを特徴とする請求項 33記載の消臭装置。
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