排气净化装置.pdf

本发明提供一种可以抑制等离子体放电部所必需的作为还原剂起作用的烃在等离子体放电部的上游被消耗，在等离子体放电部，通过自上游送来的还原剂，有效还原净化NOx的排气净化装置。本发明涉及的排气净化装置，在含有氮氧化物、烃以及比与该烃的理论反应量多的氧的燃烧排气所流过的排气通路上，从上游依次具有第1氮氧化物选择还原催化剂部、等离子体放电部、第2氮氧化物选择还原催化剂部及还原剂净化催化剂部。另外，第1氮氧化物选择还原催化剂部及第2氮氧化物选择还原催化剂部的温度，设定为比流通的燃烧排气中的氮氧化物的净化率达到最高值时的温度低的温度。

1.  排气净化装置，其特征在于，该装置在含有氮氧化物、烃以及比与该烃的理论反应量多的氧的燃烧排气所流过的排气通路上，从上游依次具有第1氮氧化物选择还原催化剂部、等离子体放电部、第2氮氧化物选择还原催化剂部及还原剂净化催化剂部。

2.  权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，第1氮氧化物选择还原催化剂部及第2氮氧化物选择还原催化剂部的温度，设定为比流通的燃烧排气中的氮氧化物的净化率达到最高值时的温度低的温度。

3.  权利要求1所述的排气净化装置，其特征在于，等离子体放电部具有温度传感器，根据由该温度传感器检测的温度来控制供给上述等离子体放电部的电力，使上述等离子体放电部的温度保持在规定的温度范围内。

4.  权利要求2所述的排气净化装置，其特征在于，将第1氮氧化物选择还原催化剂部及第2氮氧化物选择还原催化剂部的至少1个与等离子体放电部一体化而构成催化剂等离子体一体部；
该催化剂等离子体一体部的温度设定为比流通的氮氧化物的净化率达到最高值时的温度低的温度。

5.  权利要求4所述的排气净化装置，其特征在于，催化剂等离子体一体部具有由相对的2个电极与电介体构成的放电电极，在上述电介体表面附着有氮氧化物选择还原催化剂，通过在该2个电极间施加电压产生等离子体。

6.  权利要求4所述的排气净化装置，其特征在于，催化剂等离子体一体部具有温度传感器，根据由该温度传感器检测的温度控制供给上述催化剂等离子体一体部的电力，把上述催化剂等离子体一体部的温度保持在规定的温度范围内。

排气净化装置
技术领城
本发明涉及净化从内燃机及燃烧设备等排出的排气中的有害成分的排气净化装置。
背景技术
从发动机等内燃机及燃烧设备排出的排气中，作为有害成分，一般含有氮氧化物(NOx)、一氧化碳(CO)、烃(HC)等。作为净化排气中的残留氧(O₂)极微量的由化学计量燃烧产生的排气的以往的排气净化装置，采用三元催化剂的装置己实用化。通过使从发动机排出的排气与该三元催化剂接触，排气中含有的有害成分被转化成水(H₂O)、二氧化碳(CO₂)、氮气(N₂)等无害成分。
近年来，在汽车发动机中，为了节省燃料消耗，具有以比通常要少的汽油量进行燃烧的系统的稀薄混合气发动机正受到人们的关注。所谓稀薄混合气燃烧是指稀薄燃烧，从该稀薄混合气发动机或柴油机等内燃机排出的排气或者来自工厂的燃烧设备、家用暖风机等的排气中，含有大量的氧，利用上述采用三元催化剂的方法，难以净化有害成分之一的氮氧化物(NOx)。
作为净化这种含大量氧的排气的方法，例如，公开的有从排气通路的上游依次具有第1三元催化剂部、等离子体放电部、第2三元催化剂部的排气净化装置(例如，参见专利文献1)。另外，作为别的方法，己公开有从排气通路的上游依次具有氧化催化剂部、等离子体放电部、NOx吸留还原催化剂部的排气净化装置(例如，参见专利文献2)。另外，还有从排气通路的上游依次具有等离子体放电部、第1还原净化催化剂部、第2还原净化催化剂部的排气净化装置(例如，参见专利文献3)。
[专利文献1]特开平7-317535号公报(第3～4页、图1)
[专利文献2]特开2002-256853号公报(第3页、图1)
[专利文献3]特开2004-305841号公报(第3页、图1)
发明内容
但是，在从排气通路的上游依次具有第1三元催化剂部、等离子体放电部、第2三元催化剂部的以往的排气净化装置中，当排气中含有大量氧时，在采用铂或铑作为催化剂的第1三元催化剂部中，还原剂与O₂的氧化反应比NOx的还原反应优先进行，故在等离子体放电部的NOx净化中作为必要还原剂的烃大部分被消耗。结果是，由于不能向处在这些催化剂部下游的等离子体放电部供给作为还原剂的烃，在等离子体放电部，通过排气中的氧或水蒸汽的等离子体反应而生成氧化力强的OH^*(OH自由基)及O^*(O自由基)，难以仅通过等离子体反应还原净化NOx(式中^*表示原子或分子处于激发状态)，这是存在的课题。
另外，在从排气通路的上游依次具有氧化催化剂部、等离子体放电部、NOx吸留还原催化剂部的以往的排气净化装置中，在最上游部的氧化催化剂部，烃被氧化而消耗，无法向处于其下游的等离子体处理部供给作为还原剂的烃，在等离子体放电部，通过排气中的氧或水蒸汽的等离子体反应而生成氧化力强的OH^*(OH自由基)及O^*(O自由基)，难以仅通过等离子体反应还原净化NOx，这是存在的课题。
本发明是为了解决上述课题而提出的，本发明的目的在于提供一种在等离子体放电部作为还原剂而必需的烃在等离子体放电部的上游的消耗被抑制，并且等离子体放电部，通过从上游送来的还原剂可有效还原净化NOx的排气净化装置。
本发明涉及的排气净化装置，在含有氮氧化物、烃及比对上述烃的理论反应量多的氧的燃烧排气所流通的排气通路上，从排气通路的上游依次具有第1氮氧化物选择还原催化剂部、等离子体放电部、第2氮氧化物选择还原催化剂部及还原剂净化催化剂部。
另外，第1氮氧化物选择还原催化剂部及第2氮氧化物选择还原催化剂部的温度，设定为比流通的氮氧化物的净化率达到最高值时的温度低的温度。
本发明的排气净化装置中，由于在最上游部配置有第1氮氧化物选择还原催化剂部，故排气中的烃中反应性高的烃(例如，甲醛及乙醛等)，最初可被有效用于NOx的还原。
另外，该第1氮氧化物选择还原催化剂部的温度设定为比流通的氮氧化物的净化率达到最高值时的温度低，即设定为比燃烧排气中的烃被全部氧化时的温度低的温度，故在第1氮氧化物选择还原催化剂部中，可抑制在下游的等离子体放电部为还原NOx加以净化所必需的烃被全部消耗。结果是，在等离子体放电部，从上游送来的反应性低的烃(例如，丙烯等饱和烃或芳香烃)通过在等离子体反应中产生的自由基，进一步转变成反应性高的烃，在等离子体放电部下游配置第2氮氧化物选择还原催化剂部，该第2氮氧化物选择还原催化剂部的温度设定为比流通的燃烧排气中的烃被全部氧化的温度低的温度，所以，在第2氮氧化物选择还原催化剂部，NOx可被有效还原净化。进一步在其下游的还原剂净化催化剂部，使残留的HC及NOx反应，可使燃烧排气中的有害成分以高比例净化。
附图说明
图1是本发明实施方案1的排气净化装置构成图。
图2是本发明实施方案1的等离子体放电部的示意图。
图3是本发明实施方案1的催化剂部的特性图。
图4是本发明实施方案1的催化剂部的特性图。
图5是本发明实施方案1的等离子体放电部的特性图。
图6是本发明实施方案2的排气净化装置构成图。
图7是本发明实施方案2的等离子体放电部的示意图。
图8是本发明实施方案4的排气净化装置构成图。
符号的说明
1         发动机
2         排气歧管
3         排气通路
4         第1氮氧化物选择还原催化剂部
5         等离子体放电部
6         第2氮氧化物选择还原催化剂部
7         还原剂净化催化剂部
8         等离子体控制装置
9         高电压电极
10        叠层体
11        高电压电极
12        接地电极
11a、12a  凹部
11b、12b  凸部
13        电介体
14        间隔部
15        支柱
16        固定板
17        隔热材料
18        压紧板
20        催化剂等离子体一体部
21        催化剂层
具体实施方式
实施方案1
图1是用于实施本发明的实施方案1的排气净化装置的结构图，表示例如与汽车用发动机连接的状态。作为汽车用发动机，例如，有汽油用稀薄混合气发动机等。在图1中，在发动机1的内部有多个汽缸(未图示)，在该汽缸内部燃料燃烧产生的排气，从与汽缸连接的排气歧管2排出至一根排气管的排气通路3。在该排气通路3上设置了冷却排气通路3的冷却装置(未图示)，例如，设置冷却风扇及行驰风导入装置等。另外，在该排气通路3上，从上游依次设置构成本实施方案的排气净化装置的第1氮氧化物选择还原催化剂部4、等离子体放电部5、第2氮氧化物选择还原催化剂部6及还原剂净化催化剂部7。在等离子体放电部5上，连接等离子体控制装置8及高电压电源9。等离子体控制装置8，在监测等离子体放电部5的等离子体生成状况的同时，根据发动机1的转数及排气温度等信息，控制高电压电源9等，控制等离子体放电部5的等离子体生成量。
在本实施方案中，第1氮氧化物选择还原催化剂部4、第2氮氧化物选择还原催化剂部6及还原剂净化催化剂部7，例如，可以采用例如蜂巢状的蜂窝状陶瓷基材上负载了催化剂的材料。作为第1氮氧化物选择还原催化剂部4及第2氮氧化物选择还原催化剂部6中使用的催化剂，例如对于陶瓷基材，有对氮氧化物的净化反应有效的氧化铝上负载的银催化剂或在沸石上负载的银催化剂等。这些催化剂，只要具有选择性还原氮氧化物功能即可，不限于银催化剂，例如，也可以采用铂、钯、铱、钌及金等贵金属，或多孔氧化铝、沸石、氧化钛等多孔催化剂等。另外，作为还原剂净化催化剂部7中使用的催化剂，在氧化铝或沸石等上负载有对烃的氧化能力优良的铂、钯、铱及钌等贵金属的催化剂是有效的。
图2是本实施方案中等离子体放电部5的截面示意图。等离子体放电部5由叠层体10构成。叠层体10具有由高电压电极11、接地电极12、和平板陶瓷构成的板状电介体13交叉叠层的结构。由一对高电压电极11与接地电极12构成放电电极。高电压电极11与接地电极12，例如，可以采用不锈钢制造的冲孔金属板(形成细小开孔的板状金属)。在高电压电极11与接地电极12上，交替形成由凹部11a、12a、凸部11b、12b构成的凹凸。凹部11a、12a形成平坦状。通过这些电极的凹部11a、12a与凸部11b、12b，在相邻的电介体13彼此间形成流通排气的间隙部14。在四方形的固定板16的角部附近，各垂直设置1根共4根固定支持的支柱15。在与4根支柱15垂直相交的方向设置电介体13，在其上层叠高电压电极11，使面前的支柱15插入高电压电极11的贯通孔(未图示)，然后，把电介体13设置在高电压电极11的凸部11b上后，层叠接地电极12，使远处的支柱15插入在接地电极12上设置的同样的贯通孔(未图示)中。其后同样地把高电压电极11与接地电极12通过电介体13交替层叠，在所需数目的叠层上，隔着隔热材料17设置压紧板18，构成叠层体10。
如上所述，利用固定板16与压紧板18，隔着电介体13压紧层叠的放电电极组，可使所有的部件固定。例如，通过在四方圆筒中插入该叠层体10，把层叠的放电电极组固定的同时，可用作排气配管的一部分。固定板16与压紧板18的材质，金属、绝缘物都可以。另外，作为隔热材料17，例如，可以采用玻璃棉或石英棉等，另外，可以使用成为棉状的具有弹性、通气性不好的材料等。另外，也可以使用钢丝棉或弹簧等密集排列的材料等。
其次，对本实施方案中的排气净化装置的运转加以说明。
首先，对第1氮氧化物选择还原催化剂部4的运转加以说明。向第1氮氧化物选择还原催化剂部4导入来自发动机1的排气，排气中含有的氮氧化物(下面用NOx表示)与同样在排气中含有的烃(下面用HC表示)尤其是与氮氧化物的反应性优良的醛类、醇类等HC反应，进行净化处理，NOx与HC的一部分转化成N₂、CO₂及H₂O。
图3及图4为显示在本实施方案的排气净化装置的第1氮氧化物选择还原催化剂部4中，催化剂温度与NOx净化率及HC净化率的关系的特性图。在图3及图4中，NOx净化率及HC净化率为用下式表示的值：
NOx净化率(％)＝(催化剂部入口NOx浓度-催化剂部出口NOx浓度)/(催化剂部入口NOx浓度)
HC净化率(％)＝(催化剂部入口HC浓度-催化剂部出口HC浓度)/(催化剂部入口HC浓度)
图3及图4是采用在氧化铝上负载的银催化剂作为第1氮氧化物选择还原催化剂部4中使用的催化剂时的净化率。图中用a表示的特性曲线，是流入NO₂作为NOx，仅流入乙醛作为还原剂的HC时的特性曲线，从图3可知，第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度在约320℃时，NOx得到有效净化。而从图4可见，作为HC的乙醛，当达到约400℃时，几乎全部被氧化。因此，当达到HC几乎全部被氧化的高温时，作为反应性高的HC的乙醛等的还原剂，与NOx+HC的选择还原反应相比，O₂+HC的氧化反应优先进行。结果是，由于作为还原剂的HC通过与O₂的氧化反应而被消耗，故NOx的净化率降低。因此，通过将第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度设定为HC未被全部氧化的温度，即比图3的NOx净化率显示最高值时的温度低的温度，可以不发生还原剂HC的无效消耗地达到高的NOx净化率。当第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度比NOx净化率显示最高值时的温度高时，使排气通路3中设置的冷却装置运转，冷却排气通路3及排气，使其达到比NOx净化率显示最高值时的温度低的温度。
另一方面，图3的曲线b、图4的曲线b及曲线b′表示的特性曲线，是来自发动机1的排气流至第1氮氧化物选择还原催化剂部4时的特性。图4的曲线b表示发动机的排气中乙醛的净化率，曲线b′表示发动机的排气中含有的总烃(HC)的净化率。在来自发动机1的排气的场合，于约300℃，由于排气中含有的乙醛以外的HC，特别是与NOx的反应性低的HC吸附在催化剂表面，产生碳析出，使催化剂的反应性恶化，因此与仅流入乙醛时(特性曲线a)相比，NOx净化率变低。如曲线b′所示，在约300℃，由于总HC净化率低，故反应性低的HC不易被氧化，吸附在催化剂表面，阻碍反应。实际上，在300℃左右，流过发动机排气的第1氮氧化物选择还原催化剂部4的催化剂表面，有时附着碳，变为茶色。对于由于该与NOx反应性低的HC的作用而造成的碳在催化剂表面的析出，通过把催化剂部的温度提高至约430℃，适度促进反应性低的HC的氧化反应，可以防止碳的析出，使NOx的净化率达到最高。该温度下的乙醛净化率为约90％，总HC净化率(曲线b′)为约20％。虽然在430℃不是全部的HC被氧化，但在300℃催化剂表面吸附的HC被氧化，故在430℃看不到催化剂变为茶色。
因此，当来自发动机1的排气流至第1氮氧化物选择还原催化剂部4，第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度设定在430℃，在催化剂部出口测定排气成分时，HC中尤其是反应性高的烃即醛类及醇类通过催化剂反应而几乎消失，但可以检测出这些烃以外的HC。即便在反应性高的HC几乎全被氧化时，这些以外的HC仍残留，可以供给下游侧的等离子体放电部5而利用。
当第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度被设为500℃左右的高温时，与流过乙醛的情况(曲线a)同样，乙醛等反应性高的HC与O₂的氧化反应优先发生，故与NOx反应的HC减少，NOx净化率降低。因此，不能使第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度为500℃左右的高温，而是通过设定为比NOx净化率显示最高值时的温度即约430℃低的温度，可以防止反应性高的HC由于O₂而被无效消耗。当第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度例如达到500℃以上的高温时，使排气通路3上设置的冷却装置运转，将第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度设为比NOx净化率显示最高值时的温度即约430℃低的温度，从而消除还原剂HC的无效耗费。
当使第1氮氧化物选择还原催化剂部4的温度低至约380℃的温度时，乙醛的净化率如曲线b所示，降至60％左右。此时，第1氮氧化物选择还原催化剂部4中未使用的乙醛等反应性高的HC，可被下游的第2氮氧化物选择还原催化剂6再度利用。这样，通过将第1氮氧化物选择还原催化剂部4配置在最上游，将其温度设定为比NOx净化率显示最高值时的温度低的温度，可以有效利用对排气中的NOx还原有效的反应性高的烃。
其次，对等离子体放电部5的运转加以说明。使排气通过等离子体放电部5的放电电极之间，通过放电电极间发生的等离子体进行处理，使排气中的氧分子及水分子发生下式所示的解离。还有，式中*表示原子或分子处于激发状态。
O₂→2O^*
H₂O→H^*+OH^*
如下列反应式所示，O^*和OH^*与反应性低的饱和烃或芳香烃或NO反应，最终转化成反应性高的甲醛、乙醛或NO₂等。
HC+O^*(或OH^*)→醛等
NO+O^*→NO₂
在等离子体放电部5，通过对含有氧及水蒸汽的排气进行放电等离子体处理，通过上式所示的放电化学反应，可使排气中的有害气体(HC、NOx)转化为反应性高的还原性气体(醛)及氧化性气体(NO₂)，提高排气的净化功能。特别是对排气中含有大量氧的发动机排气的净化是有效的。
对单独采用等离子体放电部处理模拟气体的试验结果加以说明。作为模拟气体，使用以氮气作为主成分，含有作为反应性低的烃(HC)的丙烯：3800ppm(以碳浓度换算＝按甲烷换算为11400ppmC)、O₂：1体积％及水分：10体积％的气体。另外，对于该试验中的模拟气体温度及其流量，在等离子体放电部5的入口处，使气体温度为320℃、气体流量为15L/min。
作为高电压电极11与接地电极12，使用不锈钢制冲孔金属板，使凸部11b、12b相对凹部11a、12a的高度达到5mm。作为电介体13，采用致密氧化铝制的平板陶瓷。另外，作为高电压电源9，采用具有2次侧额定电压为15kV的正弦波输出的变压器。使此时正弦波的频率为60Hz。
在该试验中，设由于放电而消耗的电力为W(J/s)、模拟气体的风量为Q(L/s)时，用每1L模拟气体的处理所消耗的放电电力W/Q(J/L)的值进行评价。图5为显示该试验中放电电力与HC分解量的关系的特性图。在图5中显示了将HC的分解量作为ΔTHC(ppmC)的甲烷换算浓度，对W/Q(J/L)的关系。从图5明确可知，W/Q值越增加，ΔTHC的量越增加，越促进HC的分解。W/Q为140J/L时的HC的分解量ΔTHC为约1150ppmC，分解率为约10％左右。另外，在等离子体放电部5的出口处进行气体成分测定的结果确认，检出了反应性高的烃即乙醛，在等离子体放电部5中从丙烯生成了对NOx的催化剂还原反应有效的醛。
因此，将第1氮氧化物选择还原催化剂部4设为约430℃时，乙醛的净化率为约90％，供给等离子体放电部5的乙醛是少量的，但第1氮氧化物选择还原催化剂部4的总HC净化率为约20％，丙烯等HC被供给到等离子体放电部5中。在等离子体放电部5，从该丙烯等可生成反应性高的乙醛等HC。
其次，对第2氮氧化物选择还原催化剂部6的运转加以说明。当向第2氮氧化物选择还原催化剂部6导入在等离子体放电部5被活化的排气，即含有从丙烯等生成的乙醛等的排气时，与第1氮氧化物选择还原催化剂部4同样，排气中含有的NOx与反应性高的醛类等的HC反应，进行净化处理，NOx与HC的一部分有效地转化成N₂、CO₂、H₂O。通过将第2氮氧化物选择还原催化剂部6设为比氮氧化物的净化率显示最高值时的温度低，即设为烃未被全部氧化的温度，可以有效地利用对排气中的NOx还原有效的反应性高的烃，这与第1氮氧化物选择还原催化剂部4的情况是同样的。另外，在上游等离子体放电部5，由于伴随着等离子体反应还有放热，故优选第2氮氧化物选择还原催化剂部6尽可能接近等离子体放电部5配置。这从防止由等离子体反应生成的反应性高的烃被吸附在排气通路3的壁面等的观点考虑也是优选的。在通过第2氮氧化物选择还原催化剂部6的排气中，NOx处于大部分被净化，仅部分残留的状态，几乎没有反应性高的烃(醛类及醇类等)，形成除此以外的HC残留的状态。
最后，对还原剂净化催化剂部7的运转加以说明。供给还原剂净化催化剂部7的排气，是不含上述反应性高的烃(醛类及醇类等)而残留这些烃以外的烃的气体，NOx也稍有残留。为了完全氧化、净化排气中的烃(HC)，作为还原剂净化催化剂部7的催化剂，优选氧化能力优良的铂类金属催化剂。氧化铝上负载的铂催化剂或钯催化剂，对HC与O₂的氧化反应优良，因此是优选的。当采用氧化铝上负载的铂催化剂作为还原剂净化催化剂部7的催化剂时，可以确认通过使温度在300℃以上，HC几乎全部被氧化净化。铂催化剂的NOx净化率，虽不如上述银催化剂那么高，但由于在HC被氧化的过程中若干NOx被净化，故NOx的净化率也多少提高。还有，作为还原剂净化催化剂部7的催化剂，当采用与铂催化剂相比HC的氧化能力弱的银催化剂等时，通过设定为高运转温度，仍可以提高HC的氧化能力而进行净化。
如上所述，如采用本实施方案的排气净化装置，因在最上游配置第1氮氧化物选择还原催化剂部，故排气中的烃，尤其是反应性高的烃(例如甲醛及乙醛等)，最初可有效用于NOx的还原。另外，通过将该第1氮氧化物选择还原催化剂部的温度设定为比氮氧化物的净化率显示最高值时的温度低的温度，即燃烧排气中的烃不被全部氧化的温度，可最大限度地利用反应性高的烃来还原NOx，在接着的等离子体放电部，反应性低的烃转化为反应性高的烃，在接着的第2氮氧化物选择还原催化剂部，反应性高的烃有效地将残留的NOx还原，在最下游的还原剂净化催化剂部使残留的烃全部发生反应，净化有害气体，故可以提高排气中含有的有害成分的净化率。
实施方案2
图6是用于实施本发明的实施方案2的排气净化装置的构成图，表示例如与汽车用发动机连接的状态。在本实施方案中，由实施方案1中说明的第1氮氧化物选择还原催化剂部与等离子体放电部5一体化而成的催化剂等离子体部20变为这样设置在排气通路3上。在排气通路3上从上游依次设置催化剂等离子体一体部20、第2氮氧化物选择还原催化剂部6及还原剂净化催化剂部7。在催化剂等离子体一体部20上连接有等离子体控制装置8及高电压电源9。等离子体控制装置8，在监测催化剂等离子体一体部20的等离子体生成状态的同时，根据发动机1的转数及排气温度等信息，控制高电压电源9等，控制催化剂等离子体一体部20的等离子体生成量。
图7为本实施方案中的催化剂等离子体一体部的截面示意图。由高电压电极11、接地电极12、电介体13等构成的叠层体10，具有与实施方案1同样的结构。在本实施方案中，在催化剂等离子体一体部，电介体13朝下的面上形成催化剂层21。电介体13，例如可采用平板状陶瓷，在该陶瓷表面涂布例如铂、钯、铱、钌、金及银等贵金属催化剂，形成催化剂层21。另外，也可以涂布多孔氧化铝、沸石、氧化钛等多孔催化剂粒子，形成催化剂层21，另外，也可以在这些多孔催化剂上负载上述贵金属催化剂，并用多孔催化剂与贵金属催化剂。高电压电极11与接地电极12与实施方案1同样，可以采用不锈钢制造的冲孔金属板。还有，在本实施方案中，催化剂层21形成在电介体13的整个朝下的面上，但被高电压电极11以及接地电极12的凸部11b、12b和电介体13夹住的部分也可不形成催化剂层21。其原因为，由于电介体14与电极的连接部分与排气不接触，故不必形成催化剂层21，同时，具有可以防止因电介体13与电极的振动而引起的形成催化剂层21的催化剂脱落的效果。
在这样构成的排气净化装置中，在催化剂等离子体一体部20的电介体13一侧的表面上形成催化剂层21，故在排气流过间隙部13时，NOx及反应性高的醛等烃与催化剂层21接触而被净化。此时，虽然一部分醛等被通过等离子体反应从排气中的氧及水蒸汽生成的氧化力强的OH^*(OH自由基)及O^*(O自由基)等所氧化，但另一方面，由于等离子体反应，从饱和烃和芳香烃等反应性低的烃转化为醛等反应性高的烃，该反应性高的烃与处于同一空间的催化剂层21的催化剂立刻进行反应而被净化。
另一方面，如本实施方案那样，当在催化剂等离子体一体部不形成催化剂层时，即在实施方案1中去除第1氮氧化物选择还原催化剂部而将等离子体放电部配置在最上游部时，通过等离子体反应，从排气中的氧及水蒸汽生成的氧化力强的OH^*(OH自由基)及O^*(O自由基)，将排气中含有的反应性高的烃等氧化消耗。结果是，送往第2氮氧化物选择还原催化剂部4的反应性高的烃几乎没有，因此，在第2氮氧化物选择还原催化剂部4中，NOx及HC的一部分不能被转化为N₂、CO₂、H₂O等，净化效率降低。
如本实施方案所示，通过将第1氮氧化物选择还原催化剂部与等离子体放电部一体化而形成催化剂等离子体一体部，与实施方案1同样，在第2氮氧化物选择还原催化剂部中通过反应性高的烃将残留的NOx有效还原，在最下游的还原剂净化催化剂部中使残留的烃全部发生反应，净化有害气体，故可以提高排气中含有的有害成分的净化率。
另外，在本实施方案中，第1氮氧化物选择还原催化剂部与等离子体放电部一体化而构成催化剂等离子体一体部，所以，装置可以小型化，同时由于在催化剂层与等离子体放电部之间不存在气体通路，故也不存在实施方案1中多少发生的排气成分吸附在排气通路的管壁上的情况。
还有，在本实施方案中，仅在电介体13的朝下的面上形成催化剂层21，但也可在电介体13的两面上形成。另外，也可以仅在与催化剂等离子体一体部的上游部的叠层体10的内部的与间隔部14对应的电介体面上形成，或使催化剂层21的催化剂的涂布密度具有分布，从而使上游部的催化剂层的催化剂涂布密度比下游部大。涂布密度的控制，例如，可以使催化剂层的厚度在上游部厚而在下游部薄，或使催化剂层的涂布浓度在上游部高而在下游部低。通过这种构成，排气中的NOx及HC首先在上游部的催化剂层21进行反应、净化。之后，通过使它们流入没有形成催化剂层21的或催化剂层21的厚度比上游部薄的下游部的等离子体空间，由等离子体放电生成的新的反应性高的HC与NOx进行反应的比例上升，进一步促进了NOx的净化。
实施方案3
在实施方案2中，催化剂等离子体一体部的温度未加以特别控制，但对于催化剂层的催化剂温度与NOx净化率，如实施方案1的图3所示，具有最佳的温度区域。在实施方案3中，在催化剂等离子体一体部设置温度传感器，基于通过该温度传感器检测的催化剂等离子体一体部的温度，控制等离子体控制装置及高电压电源。
具体地对本实施方案的运转加以说明。发动机启动后，排气的温度缓慢上升，伴随于此，催化剂等离子体一体部的温度上升。温度传感器检测的温度，例如达到400℃时，控制高电压电源，使催化剂等离子体一体部的等离子体电力减少，抑制温度上升。反之，降低发动机的转数等，排气的温度降低，伴随于此催化剂等离子体一体部的温度降低时，控制高电压电源使催化剂等离子体一体部的等离子体电力增加，以使催化剂等离子体一体部的温度保持在一定的范围，例如280～400℃(图3的曲线a中NOx净化率达到80％以上的温度范围)的方式进行控制。
在如此控制的排气的净化装置中，催化剂等离子体一体部的催化剂层的温度可以保持在使净化能力高的温度范围内，所以，即使由于发动机的运转状况而使排气的温度发生变化，也可以发挥高的净化能力。
实施方案4
图8是用于实施本发明的实施方案4的排气净化装置的构成图，表示例如与汽车用发动机连接的状态。在本实施方案中，将实施方案1中说明的等离子体放电部与第2氮氧化物选择还原催化剂部一体化形成的催化剂等离子体一体部20变为这样设置在排气通路3上。在排气通路3上从上游依次设置第1氮氧化物选择还原催化剂部4、催化剂等离子体一体部20、及还原剂净化催化剂部7。在催化剂等离子体一体部20上连接有等离子体控制装置8及高电压电源9。等离子体控制装置8在监测催化剂等离子体一体部20的等离子体生成状态的同时，根据发动机1的转数及排气温度等信息，控制高电压电源9等，控制催化剂等离子体一体部20的等离子体生成量。催化剂等离子体一体部20与实施方案2中说明的催化剂等离子体一体部具有同样的构成。
在这样构成的排气净化装置中，来自发动机1的排气以适当的温度导入第1氮氧化物选择还原催化剂部4时，排气中含有的NOx与反应性优良的醛类、醇类等烃反应，进行净化处理，NOx及烃的一部分有效地转化为N₂、CO₂、H₂O。在第1氮氧化物选择还原催化剂部4的出口，成为几乎不存在醛类、醇类，而其他的饱和烃及芳香烃等残留的状态。含这种成分的排气，当导入催化剂等离子体一体部20时，通过等离子体反应，从饱和烃、芳香烃及NO生成甲醛、乙醛或NO₂等。这些成为还原剂的反应性高的烃(甲醛、乙醛)及氧化性气体(NO₂)与处同一空间的催化剂层立刻进行反应而被净化。
如本实施方案那样，通过将第2氮氧化物选择还原催化剂部与等离子体放电部一体化而构成催化剂等离子体一体部，与实施方案1同样，在第1氮氧化物选择还原催化剂部中几乎全部反应性高的烃都用于NOx的还原中，在催化剂等离子体一体部22中这些反应性高的烃未被无效消耗。
另外，在本发明的实施方案中，由于使等离子体放电部与第2氮氧化物选择还原催化剂部一体化而构成催化剂等离子体一体部，装置可以小型化，同时由于在催化剂层与等离子体放电部之间不存在气体通路，故不存在在实施方案1中多少发生的排气成分吸附在排气通路的管壁上的情况。另外，在实施方案1中，排气从气体通路的上游向下游流动期间，排气温度缓慢降低，在第2氮氧化物选择还原催化剂部有时达到比催化剂层净化率高的温度区域低的温度。在本实施方案中，由于使等离子体放电部与第2氮氧化物选择还原催化剂部一体化而构成催化剂等离子体一体部，所以，利用等离子体放电产生的热使催化剂层的温度上升，所以还具有提高催化剂层的净化率的效果。
还有，在催化剂等离子体一体部设置温度传感器，通过该温度传感器检测催化剂等离子体一体部的温度，如实施方案3所述那样，通过以使催化剂等离子体一体部的催化剂层的温度保持在一定范围的方式进行控制，即使由于发动机的运转状况而使排气的温度发生变化，也可以发挥高的净化能力。
还有，对于实施方案1～4的排气净化装置，作为对从汽油用稀薄混合气发动机排出的排气的有害成分进行净化的装置进行了说明，但又不限于此，也可用于柴油发动机及船舶发动机、及其他燃烧装置的排气。