(57)【要約】【課題】燃費の悪化やエンジンの故障のおそれがなく、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る排気浄化装置を提供する。【解決手段】排気浄化装置は、排気流れ上流側及び排気流れ下流側に開放端を有する非放電部と、排気流れ上流側に少なくとも酸素の流入を抑制する閉塞端及び排気流れ下流側に開放端を有する放電部とを有し、非放電部と放電部とを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材と、放電部内に配設され、放電部内での放電が可能な一対の電極と、放電部内に配設され、放電部内での排気浄化を促進する触媒とを備え、一対の電極のうちの一方が、酸素流入抑制部材に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極であり、一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極であり、触媒が、一対の電極のうちの少なくとも一方に配設されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気流れ上流側及び排気流れ下流側に開放端を有する非放電部と、
排気流れ上流側に少なくとも酸素の流入を抑制する閉塞端及び排気流れ下流側に開放端を有する放電部とを有し、
上記非放電部と上記放電部とを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材と、
上記放電部内に配設され、該放電部内での放電が可能な一対の電極と、
上記放電部内に配設され、該放電部内での排気浄化を促進する触媒と、を備え、
上記一対の電極のうちの一方が、上記酸素流入抑制部材に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極であり、
上記一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極であり、
上記触媒が、上記一対の電極のうちの少なくとも一方に配設されている
ことを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
上記酸素流入抑制部材が、酸素分離膜及び酸素吸着材のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
上記触媒が、貴金属を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気浄化装置に関する。更に詳細には、本発明は、プラズマ放電を用いて排気ガス中のＮＯｘを浄化する排気浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、酸素を多く含む内燃機関等からの排気ガス中のＮＯｘ及びすすや炭化水素の同時除去を、高効率、低コスト、乾式でアンモニアや尿素を使用せず、触媒を使用しない場合であっても低温で行うことができる小型簡単な排気浄化装置が提案されている（特許文献１参照。）。
【０００３】
この排気浄化装置は、燃焼装置の排気経路上に配設され、ＮＯｘ吸着材及び／又は微粒子フィルタを備えた浄化手段と、前記排気経路上に配設されたプラズマ印加手段とを有するものである。そして、この排気浄化装置は、排気中の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、前記酸素濃度検知手段により検知された酸素濃度が所定値以上である場合は、前記浄化手段により排気浄化を行わせるとともに、前記浄化手段による吸着量が所定値以上になる場合は前記排気中の酸素濃度を低下させ、かつ、前記プラズマ印加手段を作動させる制御手段と、を備えたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１３２４８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、本発明者の検討においては、上記特許文献１に記載された排気浄化装置にあっては、例えば、自動車のディーゼルエンジンからの酸素を多く含む排気ガスに適用した場合には、プラズマを発生させる際の雰囲気を還元雰囲気とするためにエンジン制御が行われたが、燃費が悪化するという問題点があった。また、プラズマを発生させる際の酸素濃度を低下させるために酸素分離膜を用いてプラズマリアクタにおける酸素濃度の低減が行われたが、分離した酸素を逃す機構を備えていないため、背圧が上がり、エンジンが故障するという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、燃費の悪化やエンジンの故障のおそれがなく、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る排気浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。そして、その結果、所定の構造を有する非放電部と、放電部とを有し、非放電部と放電部とを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材と、放電部内に配設され、放電部内での放電が可能な一対の電極と、放電部内に配設され、該放電部内での排気浄化を促進する触媒とを備え、一対の電極のうちの一方が、酸素流入抑制部材に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極であり、一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極であり、触媒が、一対の電極のうちの少なくとも一方に配設されている構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００８】
すなわち、本発明の排気浄化装置は、排気流れ上流側及び排気流れ下流側に開放端を有する非放電部と、排気流れ上流側に少なくとも酸素の流入を抑制する閉塞端及び排気流れ下流側に開放端を有する放電部とを有するものである。そして、本発明の排気浄化装置は、非放電部と放電部とを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材と、放電部内に配設され、放電部内での放電が可能な一対の電極と、放電部内に配設され、放電部内での排気浄化を促進する触媒とを備えるものである。また、本発明の排気浄化装置においては、一対の電極のうちの一方が、酸素流入抑制部材に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極であり、一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極であり、触媒が、一対の電極のうちの少なくとも一方に配設されているものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、排気流れ上流側及び排気流れ下流側に開放端を有する非放電部と、排気流れ上流側に少なくとも酸素の流入を抑制する閉塞端及び排気流れ下流側に開放端を有する放電部とを有し、非放電部と放電部とを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材と、放電部内に配設され、放電部内での放電が可能な一対の電極と、放電部内に配設され、放電部内での排気浄化を促進する触媒とを備え、一対の電極のうちの一方が、酸素流入抑制部材に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極であり、一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極であり、触媒が、一対の電極のうちの少なくとも一方に配設されている構成とした。そのため、燃費の悪化やエンジンの故障のおそれがなく、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る排気浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一形態に係る排気浄化装置の構成図である。
【図２】図２は、図１に示した排気浄化装置のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。
【図３】図３は、第１の形態に係る排気浄化装置の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。
【図４】図４は、第２の形態に係る排気浄化装置の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。
【図５】図５は、第３の形態に係る排気浄化装置の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。
【図６】図６は、第４の形態に係る排気浄化装置の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の実施形態で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
【００１２】
（排気浄化装置の構成）
図１は、本発明の一形態に係る排気浄化装置の構成図である。また、図２は、図１に示した排気浄化装置のＡ−Ａ線に沿った模式的な断面図である。図１及び図２に示すように、本形態の排気浄化装置１は、排気流れ上流側（図中左側）及び排気流れ下流側（図中右側）に開放端δを有する非放電部αと、排気流れ上流側に少なくとも酸素の流入を抑制する閉塞端γ及び排気流れ下流側に開放端δを有する放電部βとを有する構造体１０を有するものである。ここで、図中においては、構造体として、いわゆる円柱形のハニカム構造体を例示したが、これに限定されるものではなく、直方体や立方体などの形態であってもよい。また、図中においては、構造体の開放端の断面形状として、矩形であるものを例示したが、これに限定されるものではなく、三角形や六角形であってもよい。なお、図示しないが、構造体は、非放電部と放電部とが排気流れ方向に対して垂直な一方向に交互にされた形態とすることもできる。また、本発明においては、詳しくは後述するように、排気浄化装置において、放電を行うため、構造体は、絶縁性を有するコージェライト製や炭化珪素製、ムライト製、チタン酸アルミニウム製などのセラミック製のものを適用することが好ましい。これらは、プラズマ放電に対しても耐久性が有る。更に、閉塞端γは、詳しくは後述する酸素流入抑制部材で予め形成しても良いが、酸素以外の気体の流入も抑制する、従来公知のセラミックス材料等の封止材を適用することもできる。
【００１３】
そして、図２に示すように、本形態の排気浄化装置１は、非放電部αと放電部βとを画設すると共に、ＮＯｘを透過し、かつ、酸素の流入を抑制する酸素流入抑制部材１１と、放電部β内に配設され、放電部β内での放電が可能な一対の電極１２ａ，１２ｂと、放電部β内に配設され、放電部β内での排気浄化を促進する触媒１３とを備えるものである。ここで、一対の電極１２ａ及び１２ｂは、放電部β内での放電が可能なように電圧印加手段２０に接続されている。本形態の排気浄化装置は、電圧印加手段によって、例えば、常時印加を行い、プラズマを発生させることにより、ＮＯｘを高率で浄化させることができる。もちろん、本形態の排気浄化装置は、電圧印加手段によって、断続的に印加を行い、プラズマを発生させてもよい。プラズマとしては、コロナ放電、グロー放電、バリア放電、パルス放電などで、形成される、省エネルギーでかつ、いわゆる非熱非平衡低温プラズマが好ましいが、特に限定されるものではない。また、酸素流入抑制部材は、ＮＯｘを透過し、酸素の流入を抑制し得れば、特に限定されるものではないが、窒素（Ｎ２）を透過するものであることが好ましい。窒素が透過できると、放電部から非放電部に窒素が移動し、放電部の分子の数が減るため、非放電部から放電部へＮＯｘが移動しやすくなり、ＮＯｘ浄化がより促進される。
【００１４】
また、本形態の排気浄化装置１においては、一対の電極のうちの一方が、酸素流入抑制部材１１に配設されると共に、ＮＯｘが透過可能な構造を有する電極１２ａであり、一対の電極のうちの他方が、ＮＯｘが不透過な構造を有する電極１２ｂであり、触媒１３が、電極１２ｂに配設されている。ここで、ＮＯｘが透過可能な構造としては、多孔質構造である電極を挙げることができるが、これに限定されるものではなく、ＮＯｘが透過可能であれば、従来公知の構造を適用することができる。また、ＮＯｘが不透過な構造としては、忠実構造である電極を好適例として挙げることができる。特に、酸素流入抑制部材１１に配設されない電極は、ＮＯｘの透過性を考慮する必要がなく、プラズマ放電を行うに当たっては、導電性が高いことが好ましいためである。触媒としては、特に限定されるものではないが、白金、ロジウム、パラジウムなどの貴金属を含むことが好ましい。また、触媒には、ＮＯｘ吸着材としてのバリウムなどが含まれていてもよい。これにより、プラズマ放電を断続的に行うことによって、高率でＮＯｘを浄化することができる。
【００１５】
（排気浄化装置の作用）
本発明者は、プラズマ放電を用いてＮＯｘ浄化を行う場合に、雰囲気中の活性酸素種の量が少ないほど、ＮＯｘ浄化率が向上することを見出した。酸素濃度を５体積％以下、更に２体積％以下とすると、ＮＯｘ浄化率が特に向上する。現時点においては、以下のようなメカニズムにより、その効果が得られていると考えている。
【００１６】
まず、排気ガス中のＮＯｘ種は放電によって窒素ラジカル（Ｎ＊）等へ変換される。一方で、排気ガス中には、酸素（Ｏ２）、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）等の種々の成分が含まれており、これらの成分を含む排気ガス中でプラズマ放電を行うと、酸素ラジカル（Ｏ＊）やヒドロキシルラジカル（ＯＨ＊）といった非常に酸化活性の高い活性酸素種が生成される。そして、活性酸素種と窒素ラジカルとが反応してしまうと、再びＮＯｘ種へと戻ってしまう。そこで、雰囲気中の活性酸素種の量を少なくすることによって、活性酸素種と窒素ラジカルとの反応が起こりにくくなり、ＮＯｘの浄化が阻害されず、ＮＯｘ浄化効率が向上することとなる。
【００１７】
但し、上記のメカニズムはあくまでも推測に基づくものである。従って、上記のメカニズム以外のメカニズムにより上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。
【００１８】
本発明の排気浄化装置においては、上述のように、放電部にＯ２が流入しないように酸素流入抑制部材を備え、ＮＯｘ濃度が高くなった放電部においてプラズマを発生させるため、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る。
【００１９】
（第１の形態）
次に、本発明の第１の形態に係る排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上述の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２０】
図３は、第１の形態に係る排気浄化装置１の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。図３に示すように、本形態の排気浄化装置は、酸素流入抑制部材として酸素分離膜１１ａを適用しているという相違点を有している。このような構成においても、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る。また、酸素分離膜としては、従来公知の高分子材料からなるものやセラミックス材料からなるものを適用することができるが、排気の高温雰囲気での使用を考慮すると、セラミックス材料からなるものを適用することが好ましい。
【００２１】
（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態に係る排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上述の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２２】
図４は、第２の形態に係る排気浄化装置１の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。図４に示すように、本形態の排気浄化装置は、酸素流入抑制部材として酸素分離膜１１ａを適用し、触媒が電極１２ａに配設されているという相違点を有している。このような構成においても、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る。
【００２３】
（第３の形態）
次に、本発明の第３の形態に係る排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上述の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２４】
図５は、第３の形態に係る排気浄化装置１の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。図５に示すように、本形態の排気浄化装置は、酸素流入抑制部材として酸素吸着材１１ｂを適用しているという相違点を有している。このような構成においても、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る。また、酸素吸着材としては、従来公知のものを適用することができる。
【００２５】
（第４の形態）
次に、本発明の第４の形態に係る排気浄化装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、上述の形態において説明したものと同等のものについては、それらと同一の符号を付して説明を省略する。
【００２６】
図６は、第５の形態に係る排気浄化装置１の図１のＡ−Ａ線と同様の位置の線に沿った模式的な断面図である。図６に示すように、本形態の排気浄化装置は、酸素流入抑制部材として酸素吸着材１１ｂを適用し、触媒が電極１２ａに配設されているという相違点を有している。このような構成においても、高いＮＯｘ浄化性能を発揮し得る。
【００２７】
以上、本発明を若干の形態によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。
【００２８】
例えば、上述した各形態の排気浄化装置に記載した構成は、各形態毎に限定されるものではなく、例えば、各形態の構成を上述した各形態以外の組み合わせにしたり、構成の細部を変更したりすることができる。
【００２９】
また、例えば、酸素流入抑制部材としては、ＮＯｘのみを選択的に透過する部材を適用してもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  排気浄化装置
１０  構造体
１１  酸素流入抑制部材
１１ａ  酸素分離膜
１１ｂ  酸素吸着材
１２ａ、１２ｂ  電極
１３  触媒
２０  電圧印加手段
α  非放電部
β  放電部
γ  閉塞端
δ  開放端
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2014159755.tif 000006
【図５】
2014159755.tif 000007
【図６】
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