(57)【要約】【課題】  本発明では、粒径が大きい微粒子を含む流体であっても、流体の浄化効率を高効率に維持できる触媒フィルタを備えた触媒装置を提供することを目的とする。【解決手段】  本発明に係る触媒装置は、流体の流れを形成する流体通路に配置される触媒フィルタを有する触媒装置であり、前記触媒フィルタは、前記流体の流入方向に対して略垂直に配置された回転軸と、触媒が担持され前記回転軸からのオフセットの位置で前記流体の流れを受ける複数の羽根が前記回転軸を中心に放射状に配置され前記回転軸の回転と共に回転する羽根車と、を備えることを特徴とする。【選択図】  図３
2006142133.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流れを形成する流体通路に配置される触媒フィルタを有する触媒装置であって、
前記触媒フィルタは、前記流体の流入方向に対して略垂直に配置された回転軸と、触媒が担持され前記回転軸からのオフセットの位置で前記流体の流れを受ける複数の羽根が前記回転軸を中心に放射状に配置され前記回転軸の回転と共に回転する羽根車と、を備えることを特徴とする触媒装置。
【請求項２】
前記羽根は所定のねじれ角で前記流体の流入方向に対してはすに配置されていることを特徴とする請求項１に記載の触媒装置。
【請求項３】
前記触媒フィルタは前記回転軸の軸方向に互いに当接して配置された複数の前記羽根車を有し、前記複数の前記羽根車は前記回転軸の周方向に互いに所定の位相角差を持って配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の触媒装置。
【請求項４】
前記羽根の少なくとも一方の表面は前記回転軸の軸方向に複数の凹凸条を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の触媒装置。
【請求項５】
流体の流れを形成する流体通路に配置される触媒フィルタを有する触媒装置であって、
前記触媒フィルタは、前記流体の流れ方向に対して略垂直に配置された回転軸と、前記回転軸を中心軸とし前記流体の流れを受ける円柱状の側面又は内部に触媒が担持され前記回転軸の回転と共に回転する多孔質フィルタ体と、を備えることを特徴とする触媒装置。
【請求項６】
前記回転軸は前記流体の流れに対するオフセットの位置に配置されていることを特徴とする請求項５に記載の触媒装置。
【請求項７】
回転アクチュエータ又は前記流体通路に配置され前記流体の流れによる反動力により回転するタービンと、前記回転アクチュエータ又は前記タービンの回転力を前記回転軸に伝達して前記回転軸を回転させる駆動力伝達機構と、をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の触媒装置。
【請求項８】
前記触媒フィルタは前記流体の流れ方向に複数配置され、前記複数配置された前記触媒フィルタのうち最前段の前記触媒フィルタの前記回転軸の回転力を後段側の前記触媒フィルタの前記回転軸のそれぞれに伝達して前記後段側の前記触媒フィルタの前記回転軸のそれぞれを回転させる回転力伝達機構をさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の触媒装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体を触媒フィルタにより浄化する触媒装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に多量に含まれているカーボンによる黒煙を主体とするパティキュレートマター（微粒子状物質）（以下、「ＰＭ」という）を除去するために、ディーゼルエンジンの排気ガス系には、ＰＭを捕集するためのパティキュレートフィルタが搭載されている。
【０００３】
このパティキュレートフィルタとしては、ＰＭの捕集効率が高いハニカムフィルタが用いられる。ハニカムフィルタは、多孔質の隔壁によって仕切られ排気ガスの流れ方向に貫通する多数の流通孔を有するハニカム構造体の一方の端面において、一部の流通孔の一方の端部を封止し、他方の端面において残余の流通孔の端部を封止した構造を有している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
排気ガスは、このハニカムフィルタの流入側の端面において封止されていない流通孔に流入し、多孔質の隔壁を通って、流入側端面において封止されていない流通孔に移動して排出される。この際に多孔質の隔壁がフィルタ面となり、ガス中のＰＭが隔壁に捕集される。
【０００５】
そして、捕集されたＰＭが次第にパティキュレートフィルタ内に堆積し、そのまま放置しておくとパティキュレートフィルタの性能が低下するため、ＰＭがある程度堆積した時点で、パティキュレートフィルタを加熱して堆積したＰＭを燃焼除去し、パティキュレートフィルタの機能を回復させるようにしている。また、パティキュレートフィルタでのＰＭの燃焼効率を増加させるためフィルタ面に酸化触媒等の触媒を担持させる場合もある。
【特許文献１】特開２００１−２６９５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、ＰＭを燃焼除去する場合、比較的小さいＰＭ（粒径が０．０２μｍ程度）が燃焼除去されるのみで、炭素粒子が有機物質等の物質と共に凝縮した比較的大きいＰＭ（粒径が２μｍ程度）では、フィルタ面又は触媒が担持されたフィルタ面との接触面積が相対的に小さいため、燃焼せずにパティキュレートフィルタ内に残存してしまう。この燃焼残り分が堆積してパティキュレートフィルタの目詰まりを生じさせ、パティキュレートフィルタの排気ガスの浄化性能が極端に低下するという問題があった。
【０００７】
そこで、本発明では、粒径が大きい微粒子を含む流体であっても、流体の浄化効率を高効率に維持できる触媒フィルタを備えた触媒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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本願の発明では、触媒を担持させた羽根車の羽根の表面において、粒径が大きい微粒子を粉砕して細かくすることとした。
【０００９】
即ち、本願の触媒装置は、流体の流れを形成する流体通路に配置される触媒フィルタを有する触媒装置であって、前記触媒フィルタは、前記流体の流入方向に対して略垂直に配置された回転軸と、触媒が担持され前記回転軸からのオフセットの位置で前記流体の流れを受ける複数の羽根が前記回転軸を中心に放射状に配置され前記回転軸の回転と共に回転する羽根車と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
羽根車の羽根の表面に粒子を衝突させることにより、粒経の大きな微粒子が粉砕され細かくなるため、触媒と微粒子との接触機会を増加させることができる。また、羽根車の羽根の表面に粒子を衝突させる構成としたことにより「フィルタの目詰まり」という問題も生じることがない。従って、流体の浄化効率を高効率に維持することができる。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭの燃焼効率を高効率に維持することができる。
【００１１】
上記触媒装置において、前記羽根は所定のねじれ角で前記流体の流入方向に対してはすに配置されていることが望ましい。
【００１２】
羽根車の羽根を流体の流入方向に対してはすにして配置することにより、流体が羽根の表面に沿って流れるため、流体と羽根との接触時間を長くすることができる。そのため、触媒による流体の浄化時間が長くなり浄化効率を向上させることができる。
【００１３】
また、上記触媒装置において、前記触媒フィルタは前記回転軸の軸方向に互いに当接して配置された複数の前記羽根車を有し、前記複数の前記羽根車は前記回転軸の周方向に互いに所定の位相角差を持って配置されていることが望ましい。
【００１４】
羽根車のそれぞれを所定の位相格差で配置することにより、隣り合う羽根車の羽根同士に段差が生じる。この段差により流体の流れを乱流とすることができる。そのため、流体が攪拌され、流体と触媒との接触機会を増加させることができる。従って、流体の浄化効率を向上させることができる。
【００１５】
また、上記触媒装置において、前記羽根の少なくとも一方の表面は前記回転軸の軸方向に複数の凹凸条を有することが望ましい。
【００１６】
羽根の少なくとも一方の表面に凹凸条を設けることにより、凹凸部分で流体の流れを乱流とすることができる。そのため、流体が攪拌され、流体と触媒との接触機会を増加させることができる。従って、流体の浄化効率を向上させることができる。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本願の発明では、円柱状の多孔質フィルタ体の側面において、粒径が大きい微粒子を粉砕して細かくすることとした。
【００１８】
即ち、本願の触媒装置は、流体の流れを形成する流体通路に配置される触媒フィルタを有する触媒装置であって、前記触媒フィルタは、前記流体の流れ方向に対して略垂直に配置された回転軸と、前記回転軸を中心軸とし前記流体の流れを受ける円柱状の側面又は内部に触媒が担持され前記回転軸の回転と共に回転する多孔質フィルタ体と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
多孔質フィルタ体の側面に粒子を衝突させることにより、粒経の大きな微粒子が粉砕されて細かくなるため、触媒と微粒子との接触機会を増加させることができる。また、回転軸と共に多孔質フィルタ体が回転すると、多孔質フィルタ体において流体の流れを受けていた側面への流体の流れが、多孔質フィルタ体の回転と共に逆となる。そして、流体の流れが逆になることで、当該側面に残留した粒子が流体の流れによる圧力で押し出される。そのため、「フィルタの目詰まり」を防止することができる。従って、流体の浄化効率を高効率に維持することができる。例えば、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭの燃焼効率を高効率に維持することができる。
【００２０】
上記触媒装置において、前記回転軸は前記流体の流れに対するオフセットの位置に配置されていることが望ましい。
【００２１】
回転軸を流体の流れに対するオフセットの位置に配置することにより、多孔質フィルタ体は流体の流れを多孔質フィルタ体の上部側面で受けることとなる。そのため、流体の流れの圧力により多孔質フィルタ体が回転するため、触媒フィルタの回転のための動力源を別途設ける必要がない。
【００２２】
また、上記触媒装置において、回転アクチュエータ又は前記流体通路に配置され前記流体の流れによる反動力により回転するタービンと、前記回転アクチュエータ又は前記タービンの回転力を前記回転軸に伝達して前記回転軸を回転させる駆動力伝達機構と、をさらに有することが望ましい。
【００２３】
回転軸をタービン又は回転アクチュエータと駆動力伝達機構とにより回転させることにより、流体の流速に応じて回転軸の回転方向及び回転数を調節することができる。そのため、常に最適な流体の浄化効率を維持することができる。
【００２４】
上記触媒装置において、前記触媒フィルタは前記流体の流れ方向に複数配置され、前記複数配置された前記触媒フィルタのうち最前段の前記触媒フィルタの前記回転軸の回転力を後段側の前記触媒フィルタの前記回転軸のそれぞれに伝達して前記後段側の前記触媒フィルタの前記回転軸のそれぞれを回転させる回転力伝達機構をさらに有することが望ましい。
【００２５】
回転軸を最前段の触媒フィルタと回転力伝達機構とにより回転させることにより、流体の流速に応じて回転軸の回転方向及び回転数を調節することができる。そのため、常に最適な流体の浄化効率を維持することができる。また、別途触媒フィルタの回転のための動力源を設ける必要がない。
【発明の効果】
【００２６】
本発明の触媒装置では、粒径が大きい微粒子を含む流体であっても、流体の浄化効率を高効率に維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の触媒装置をディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置に適用した場合（即ち、本発明の「流体」は、実施形態において「排気ガス」に該当する。）を示して本発明の触媒装置について詳細に説明するが、本願の発明は以下の記載に限定して解釈されない。
【００２８】
（第１実施形態）
図１に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略構成図を示す。図１において、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。なお、（ｄ）では、チャンバー１０のみ切断面を示している。
【００２９】
本実施形態に係る排気ガス浄化装置１００は、排気ガス浄化装置本体（チャンバー１０）と、チャンバー１０に収容された触媒フィルタ２０と、を有している。
【００３０】
チャンバー１０は、流体としての排気ガスが流入（排気ガスの流れ７０ａ）する流入口２４と、触媒フィルタ２０により浄化された浄化排気ガスが吐出（排気ガスの流れ７０ｂ）する吐出口２５と、を有し、流入口２４から流入した排気ガスが流入口２４から吐出口２５に向かって流れを形成する空気通路となる。
【００３１】
また、触媒フィルタ２０は、チャンバー１０の内部に配置されており、排気ガスの流入方向（排気ガスの流れ７０ａ）に対して略垂直に配置された回転軸２２と、回転軸２２を中心に放射状に配置され回転軸２２の回転と共に回転する羽根車２１と、を備えている。
【００３２】
羽根車２１は、図１（ｅ）に示す複数の羽根２３のそれぞれの少なくとも一方の表面には触媒が担持されていて、回転軸２２からのオフセットの位置で羽根２３の表面により排気ガスの流れ７０ａを受ける。ここで、羽根車２１は、例えば、鉄、ジュラルミン等の金属やセラミックスを適用することができる。また、触媒は、白金、パラジウム等の酸化触媒、銀、インジウム、錫、酸化マンガン等の還元触媒、酸化チタン等の光触媒又はこれらを組み合わせたもの等の触媒を適用することができる。例えば酸化触媒を担持させた場合は、排気ガス中のＰＭの燃焼を促進することができる。また、還元触媒は、排気ガス中のＮＯ２をＮ２、Ｎ２Ｏ、ＮＯへの還元を行うことができる。また、光触媒を担持させた場合は、排気ガス中のＣＯ２からメタンやＣＯへの光還元を行うことができる。また、特に浄化対象がＰＭである場合は、触媒として「スス触媒」を羽根２２に担持させると、ＰＭの燃焼促進に有効である。
【００３３】
また、図１（ｅ）に示すように回転軸２２からのオフセットの位置で触媒が担持された羽根２３が排気ガスの流れ７０ａを受ける（即ち、流入口２４が回転軸２２からオフセットの位置に設けられている。）ことにより羽根２３の表面に、粒径が２μｍと大きいフィルタの目詰まりの原因となっていたＰＭが衝突することとなる。そのため、羽根２３表面での衝突による衝撃力でＰＭが粉砕され細かくなり、触媒とＰＭとの接触機会を増加させることができる。そのため、排気ガスに含まれるＰＭの燃焼効率を向上させることができる。また、羽根車２１の羽根２３の表面にＰＭを衝突させる構成としたことにより「フィルタの目詰まり」という問題も生じることがない。従って、排気ガスの浄化効率を高効率に維持することができる。
【００３４】
また、羽根車２１は、排気ガスの羽根２３への圧力により、回転軸２２の回転と共に図１（ｅ）において反時計回りに回転する。そのため、排気ガスを同じ羽根２３の表面で受けることがないため、排気ガスと触媒との接触機会が増加し、排気ガスの浄化効率を向上させることができる。例えば、排気ガス中のＰＭの燃焼効率を向上させることができる。
【００３５】
触媒フィルタ２０の羽根車２１の羽根２３に衝突した排気ガスは、羽根２３の表面に沿って何れかの方向に排気ガスの流れ７０ｉを形成して下流側へと流れる。そして、触媒フィルタ２０により浄化された排気ガスは、浄化排気ガスの流れ７０ｂとして吐出口２５から吐出される。
【００３６】
ここで、図１に示すように流入口２４の面積を小さくすると、高圧の排気ガスを羽根２３に当てることができる。そのため、排気ガス中のＰＭへの衝撃力が増加し、より細かくＰＭを粉砕することができる。
【００３７】
また、吐出口２５の面積は、排気ガスの流れ７０ｉを滞らせないために、流入口２４の面積よりも大きくしておくことがよい。チャンバー１０内での排気ガスの流れを円滑にすることにより、排気ガス中に含まれる粒子物質をチャンバー１０内に残すことがない。そのため、排気ガス浄化装置１００のメンテナンスが容易となる。
【００３８】
なお、流入口２４の面積及びオフセットの長さは、ＰＭの粉砕状況から適宜変更して適用することとする。また、吐出口２５の回転軸２２周りの位置に関しては、排気ガスの流れ７０ｃの触媒フィルタ２０から噴出される位置に従って、適宜変更して適用することとする。このことは、以下の実施形態において同じである。
【００３９】
ここで、触媒フィルタの別の形態について説明する。
【００４０】
図２に他の形態の触媒フィルタを備えた触媒装置としての排気ガス浄化装置の概略構成図を示す。図２において、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、（ｆ）は右側面図（一部、断面図を含む）を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。なお、（ｄ）では、チャンバー１１のみ切断面を示している。
【００４１】
図２に示す触媒フィルタ２８は、回転軸２２を中心に回転する羽根車２９の羽根３０が所定のねじれ角で排気ガスの流入方向（排気ガスの流れ７０ａ）に対してはすに配置されている。
【００４２】
羽根車２９の羽根３０を排気ガスの流入方向に対してはすにして配置することにより、排気ガスが羽根３０の表面に沿って流れる（排気ガスの流れ７０ｃ）ため排気ガスと羽根３０との接触時間を長くすることができる。また、上記効果と共に排気ガスの流れ７０ｃ方向の羽根３０の長さを長くすることができるため、排気ガスと触媒との接触面積を大きくすることができる。そのため、触媒による排気ガスの浄化時間を長くして排気ガスの浄化効率を向上させることができる。例えば、排気ガス中のＰＭの燃焼効率を向上させることができる。
【００４３】
また、図２（ｅ）に示すように羽根３０を排気ガスの流入口２６の方向（排気ガスの流れ７０ａに対向する方向）に湾曲させると、排気ガスの巻き込み効果が高く、隣接する羽根３０の間に排気ガスを留めて流すことができるため、触媒と排気ガスとの接触機会を多くすることができる。
【００４４】
図２に示す形態では、排気ガスが矢印の方向（排気ガスの流れ７０ｃ）へ流れるため、ＰＭを粉砕させるためには図２に示すように流入口２６の面積を小さくして羽根３０の一部分に排気ガスを当てるとよい。なお、当然に羽根３０の全面に排気ガスを当てることでもよい。
【００４５】
流入口２６の面積を小さくすると、高圧の排気ガスを羽根３０の一部に当てることができる。そのため、排気ガス中のＰＭへの衝撃力が増加し、より細かくＰＭを粉砕することができる。また、羽根３０の一部に当たった排気ガスは、羽根３０の表面に沿って流れるため、羽根３０の全面に排気ガスを当てる場合に比べ排気ガスと羽根３０との接触時間をより長くすることができる。
【００４６】
また、羽根３０の排気ガスの流れ７０ａの当たる部分の形状を、図１に示す平板状の羽根２２のように、はすに配置しないことでもよい。羽根３０の排気ガスの流れ７０ａの当たる部分の形状を、排気ガスの流れ７０ａに対して垂直にすると、排気ガスの流れ７０ａと羽根３０との衝突による衝撃力を向上させることができ、排気ガス中のＰＭの粉砕効果が高い。
【００４７】
この場合、羽根３０に当たった排気ガスの流れ７０ａを、不足なく排気ガスの流れ７０ｃとして流すために、流体としての排気ガスの漏れ防止板３９を触媒フィルタ２８の端部に設けるとよい。
【００４８】
また、吐出口２７は、いずれの位置に設けてもよいが、排気ガスの流れ７０ｃを考慮すると、流入口２６と反対の側に設けるとよい。また、吐出口２７の面積は、排気ガスの流れのチャンバー１１内での滞りを軽減させるために、流入口２６の面積よりも大きくしておくことがよい。チャンバー１１内での排気ガスの流れ７０ｃを円滑にすることにより、排気ガス中に含まれる粒子物質をチャンバー１１内に残すことがない。そのため、排気ガス浄化装置１０１のメンテナンスが容易となる。
【００４９】
なお、図２では、流入口２６が図面右上側に、吐出口２７が図面左下側に配置されているが、流入口２６は、当然に左上側に配置してもよい。この場合、羽根３０の「はす」の方向は図面左上から右下への方向となる。また、流出口２７は図面右下側に配置することとなる。このことは、以下の実施形態において同じである。
【００５０】
また、図３に他の形態の触媒フィルタを備えた触媒装置としての排気ガス浄化装置の概略構成図を示す。図３において、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。なお、（ｄ）では、チャンバー１２のみ切断面を示している。また、図４に、図３におけるＣの部分の拡大概略右側面図を示す。図４において、（ａ）は右側面図を示し、（ｂ）は上面図を示す（但し、防止板３９は含まない。）。
【００５１】
図３に示す触媒フィルタ３１は、複数の羽根車３２を有している。そして、複数の羽根車３２は回転軸２２の軸方向に互いに当接して配置されていて、図４に示すように回転軸２２の周方向に互いに所定の位相角差ΔΦを持って配置されている。
【００５２】
また、図４に示す形態では、羽根３３の少なくとも一方の表面に回転軸２２の軸方向に複数の凹凸条（凹条４０と凸条４１との繰返し形状）を有する。なお、図４（ｂ）では、図の見易さの便宜から、凸条４１の部分について網掛けをした。
【００５３】
このように、所定の位相格差ΔΦをもたせて羽根車３２を配置することにより、隣り合う羽根車３２の羽根３３同士に段差６０が生じる。そのため、排気ガスが羽根３３の表面に沿って矢印の方向（排気ガスの流れ７０ｃ）に流れることに加え、段差６０により排気ガスの流れ７０ｃを乱流とすることができる。そのため、排気ガスが攪拌され、排気ガスと触媒との接触機会を増加させることができる。
【００５４】
さらに、羽根３３の少なくとも一方の表面に凹凸条４０、４１を設けることにより、凹凸部分で排気ガスの流れ７０ｃを乱流とすることができる。そのため、排気ガスが攪拌され、排気ガスと触媒との接触機会をさらに増加させることができる。
【００５５】
また、図３に示す形態では、チャンバー１２の吐出口２７を排気ガスの流れ７０ｃと同じ方向に向けて配置している。このように吐出口２７を排気ガスの流れ７０ｃと同じ方向に向けることで、排気ガスの流れ７０ｃがチャンバー１２内での滞りをさらに軽減させることができる。そのため、排気ガス中に含まれる粒子物質をチャンバー１２内に残すことがなく、排気ガス浄化装置１０２のメンテナンスが容易となる。
【００５６】
なお、羽根３３の表面に図４に示す凹凸条４０、４１を設けることは、図１、図２で示した形態の触媒フィルタにも適用することができる。また、図４に示す形態の羽根車３２の羽根３３をはすにして配置してもよい。羽根車３２の羽根３３をはすにして配置することにより、排気ガスの流れ７０ｃ方向の羽根３３の長さを長くすることができるため、排気ガスと触媒との接触面積を大きくすることができる。
【００５７】
また、図１から図３に示す形態の場合、前述したように、排気ガスの流れ７０ｃにより回転軸２２と共に羽根車（例えば、羽根車３２（図３）を参照）が回転する。この場合、羽根車３２の回転慣性の影響を小さくするために、回転軸２２にブレーキ手段を設けることがよい。例えば、ディスクブレーキ等のブレーキ手段を適用することができる。ブレーキ手段により羽根車３２の回転慣性の影響を小さくすることで、排気ガスの羽根３３への衝突による衝撃力を高いまま維持することができる。そのため、排気ガス中のＰＭの粉砕効率を高効率に維持することができる。
【００５８】
また、図１から図３に示す本実施形態に係る排気ガス浄化装置は、回転アクチュエータ又はチャンバー内に配置され排気ガスの流れによる反動力により回転するタービンと、回転アクチュエータ又はタービンの回転力を回転軸に伝達して回転軸を回転させる駆動力伝達機構と、をさらに有することが望ましい。
【００５９】
ここで、図５に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置に、さらに回転アクチュエータ又はタービンと駆動力伝達機構を備えた形態を示す。図５は、回転アクチュエータを備えた形態を示している。
【００６０】
図５に示す排気ガス浄化装置１０３では、排気ガスの流れ７０ｄから７０ｇの方向に３段に配置された触媒フィルタ３４、３５、３６と、回転アクチュエータ５０と、回転アクチュエータ５０の回転力を最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１に伝達させる駆動力伝達機構５１とを有する。本実施形態では、３段の触媒フィルタ３４、３５、３６を配置することで、前段の浄化残りを後段側の触媒フィルタにおいて浄化して、排気ガスの浄化量を大きくしている。
【００６１】
また、本実施形態では、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力を２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２に伝達して回転軸６２を回転させる第１伝達機構５２と、２段目の回転軸６２の回転力を３段目の回転軸６３に伝達して回転軸６３を回転させる第２伝達機構５３、を有している。
【００６２】
回転アクチュエータ５０は、例えば、電気により駆動する電動モータや、エンジンによる駆動力をカム等の機械部品により回転に変換したものを適用することができる。
【００６３】
駆動力伝達機構５１は、回転アクチュエータ５０の回転力をギアや回転軸６１との接続をするシャフト等の機械部品により最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１に伝達させることができる。なお、駆動力伝達機構５１の構成は、周知技術の範囲である。
【００６４】
また、第１伝達機構５２は、駆動力伝達機構５１と同様に、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力をギア等の機械部品により２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２に伝達させることができる。また、同様に第２伝達機構５３は、２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２の回転力をギア等の機械部品により３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３に伝達させることができる。
【００６５】
このように、回転軸６１、６２、６３を回転アクチュエータ５０と駆動力伝達機構５１とにより回転させることにより、流体の流速に応じて回転軸６１、６２、６３の回転方向及び回転数を調節することができる。そのため、常に最適な排気ガスの浄化効率を維持することができる。
【００６６】
例えば、回転アクチュエータ５０により、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１を図面反時計回りに回転させることができる。そのため、排気ガスの流れ７０ｄが羽根６４に当たる際に、排気ガスの圧力（排気ガスの流速）に触媒フィルタ３４の羽根車の羽根６４の接線方向の速度が加わるため、触媒フィルタ３４の羽根車が図面時計回りに回転する場合に比べ排気ガス中のＰＭの羽根６４への衝突による衝撃力を増加させることができる。そのため、ＰＭの粉砕効率が向上する。また、同様に２段目の触媒フィルタ３５においても、第１伝達機構５２により図面時計回りに回転させることができる。また、３段目の触媒フィルタ３６においても、第２伝達機構５３により図面反時計回りに回転させることができ、排気ガス中のＰＭの羽根への衝突による衝撃力を増加させることができる。また、排気ガスの流速（圧力）が下流側に流れるに従って、低下する場合には、第１伝達機構５２、第２伝達機構５３の例えばギア比を変えることで、２段目の触媒フィルタ３５、３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６２、６３の回転数をそれぞれ増加させることができる。そのため、２段目、３段目と排気ガスの下流側の触媒フィルタであっても、ＰＭの羽根への衝突による衝撃力を高いまま維持することができる。
【００６７】
なお、本実施形態では、３段の触媒フィルタ３４、３５、３６を配置しているが、当然に、より多段にして配置してもよい。触媒フィルタの数を増加させるに従って、排気ガスの浄化量を増加させることができる。また、逆に１段の触媒フィルタであってもよい。いずれの場合でも、回転アクチュエータ５０と、駆動力伝達機構５１と、を設けることによる効果（「触媒フィルタ３４の羽根車が図面時計回りに回転する場合に比べ排気ガス中のＰＭの羽根６４への衝突による衝撃力を増加させることができる。」、「ＰＭの羽根への衝突による衝撃力を高いまま維持することができる。」）を得ることができる。また、本実施形態では、第１伝達機構５２により２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２を回転させ、第２伝達機構５３により３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３を回転させる形態を示しているが、１段目の回転軸６１の回転力を直接に２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸６２、６３に駆動力伝達機構を介してそれぞれ伝達してもよい。このようにすることで、何れかの駆動力伝達機構が故障しても、故障した駆動力伝達機構と回転軸との接続を外すことで排気ガス浄化装置１０３を稼動し続けることができる。そのため、残りの触媒フィルタの回転により、排気ガス中のＰＭの粉砕効率が極端に低下することがない。
【００６８】
また、２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸６２、６３のそれぞれに、回転アクチュエータ５０及び駆動力伝達機構５１を設けてもよい。触媒フィルタのそれぞれに、回転アクチュエータ５０及び駆動力伝達機構５１を設けると、何れかの回転アクチュエータや駆動力伝達機構が故障しても、故障した駆動力伝達機構と回転軸との接続を外すことで排気ガス浄化装置１０３を稼動し続けることができる。そのため、この場合でも、残りの触媒フィルタの回転により、排気ガス中のＰＭの粉砕効率が極端に低下することがない。さらに、回転アクチュエータ５０及び駆動力伝達機構５１をそれぞれの触媒フィルタに設けると、１つの回転アクチュエータで総ての触媒フィルタを回転させることに比べ、１つ当たりの回転アクチュエータの出力を小さくすることができる。そのため、回転アクチュエータの規模が小さくなり、メンテナンスが容易である。
【００６９】
また、図５に示す３段の触媒フィルタ３４、３５、３６のいずれか（例えば、触媒フィルタ３６）を排気ガスの流れ７０ｆによる反動力により回転するタービンとし、第１、第２伝達機構５２、５３をタービンの回転力を回転軸６１、６２に伝達して回転軸６１、６２を回転させる駆動力伝達機構とすることが望ましい。この場合、図５に示す回転アクチュエータ５０は不要である。
【００７０】
タービンの回転力を回転軸に伝達して回転軸を回転させることで、排気ガスの流れ（例えば、排気ガスの流れ７０ｆ）により触媒フィルタ３５、３６の回転軸６１、６２を回転させることができるため、別途動力源を必要としない。そのため、経済的である。
【００７１】
なお、タービンを設ける場合、排気ガス中に含まれる粒子によるタービンの故障を防ぐため、最後段に設けることがよい。
【００７２】
また、図６に、触媒フィルタの駆動手段の他の形態を示す。
【００７３】
図６に示す排気ガス浄化装置１０４では、排気ガスの流れ７０ｄから７０ｇの方向に３段に配置された触媒フィルタ３４、３５、３６と、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力を後段側の触媒フィルタ３５、３６に伝達させる回転力伝達機構とを有する。本実施形態では、３段の触媒フィルタ３４、３５、３６を配置することで、前段の浄化残りを後段側の触媒フィルタにおいて浄化して、排気ガスの浄化量を大きくしている。
【００７４】
また、本実施形態では、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力を２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２に伝達して回転軸６２を回転させる第１回転力伝達機構５４と、２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２の回転力を３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３に伝達して回転軸６３を回転させる第２回転力伝達機構５５、を有している。第１、第２回転力伝達機構５４、５５は、図５に示す形態の第１伝達機構及び第２伝達機構と同様に、ギア等の機械部品により実現することができる。
【００７５】
このように、２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸６２、６３を最前段の触媒フィルタ３４と回転力伝達機構５４、５５とにより回転させることにより、排気ガスの流速に応じて回転軸３５、３６の回転方向及び回転数を調節することができる。そのため、常に最適な流体の浄化効率を維持することができる。
【００７６】
例えば、排気ガス７０ｄの流れにより図面時計回りに回転する最前段の回転軸３４の回転力を２段目、３段目の触媒フィルタ３４、３５の回転軸６２、６３に伝達することにより、２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２を図面時計回りに回転させることができる。また、３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３を図面反時計回りに回転させることができる。そのため、排気ガスの流れ７０ｅ、７０ｆが羽根６５、６６にそれぞれ当たる際に、排気ガスの圧力（排気ガスの流れ７０ｅ、７０ｆの流速）に触媒フィルタ３５、３６の羽根車の羽根６５、６６の接線方向の速度が加わるため、羽根車が図面時計回りに回転する場合に比べ排気ガス中のＰＭの羽根への衝突による衝撃力を増加させることができる。
【００７７】
また、排気ガスの流速（圧力）が下流側に流れるに従って低下する場合には、排気ガスの流れ７０ｄにより図面時計回りに回転する最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力を２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸に伝達することにより、第１回転力伝達機構５４、第２回転力伝達機構５５の例えばギア比を変えることで、２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２の回転数、３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３の回転数をそれぞれ増加させることができる。そのため、２段目、３段目と排気ガスの下流側の触媒フィルタであっても、ＰＭの羽根への衝突による衝撃力を高いまま維持することができる。
【００７８】
さらに、２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸６２、６３を最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力と回転力伝達機構とにより回転させることにより、別途触媒フィルタの回転のための動力源を設ける必要がない。そのため、動力源の故障による排気ガス浄化装置１０４の停止が生じない。
【００７９】
なお、本実施形態では、３段の触媒フィルタ３４、３５、３６を配置しているが、当然に、より多段にして配置してもよい。触媒フィルタの数を増加させるに従って、排気ガスの浄化量を増加させることができる。また、逆に２段の触媒フィルタを配置することであってもよい。いずれの場合でも、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力と回転力伝達機構とにより得られる効果（「羽根車が図面時計回りに回転する場合に比べ排気ガス中のＰＭの羽根への衝突による衝撃力を増加させることができる。」、「ＰＭの羽根への衝突による衝撃力を高いまま維持することができる。」）を得ることができる。また、本実施形態では、第１回転力伝達機構５４により２段目の触媒フィルタ３５の回転軸６２を回転させ、第２回転力伝達機構５５により３段目の触媒フィルタ３６の回転軸６３を回転させる形態を示しているが、最前段の触媒フィルタ３４の回転軸６１の回転力を回転力伝達機構を介して直接に２段目、３段目の触媒フィルタ３５、３６の回転軸６２、６３に伝達してもよい。
【００８０】
この場合、駆動源となる触媒フィルタ（図６では、最前段の触媒フィルタ３４）の回転軸と接続された回転力伝達機構以外の回転力伝達機構が故障しても、故障した回転力伝達機構と回転軸との接続を外すことで排気ガス浄化装置１０４を稼動し続けることができる。そのため、この場合でも、残りの触媒フィルタの回転により、排気ガス中のＰＭの粉砕効率が極端に低下することがない。なお、駆動源となる触媒フィルタ３４の回転軸６１と接続された回転力伝達機構が故障した場合であっても、総ての回転力伝達機構と回転軸との接続を外すことで、排気ガス浄化装置１０４を稼動し続けることはできる。
【００８１】
ここで、本実施形態に係る排気ガス浄化装置が排気ガスを浄化する手順について図３、図５、図６を参照して説明する。
【００８２】
まず、ディーゼルエンジンから排気されＰＭ等の物質を含んだ排気ガスが、図３に示す排気ガス浄化装置１０２の流入口２６から流入する。この排気ガスの流れ７０ａは、触媒フィルタ３１の羽根車３２の触媒が担持された羽根３３に衝突する。このとき、排気ガスは、その圧力による反動力を羽根３３に与えて回転軸２２の回転と共に羽根車３２を回転させる。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、羽根３３との衝突による衝撃力により粉砕され、細かくなる。
【００８３】
羽根３３に衝突した排気ガスは、位相角差をもたせて配置された羽根車３２の羽根３３の表面に沿って、羽根３３の表面に担持された触媒と接触しながら下流側へと流れ７０ｃを形成する。なお、図１に示すように羽根車２１の羽根２３が位相角差をもたずに配置されている場合は、排気ガスは、羽根に衝突した後、羽根２３の表面に沿って何れかの方向に排気ガスの流れ７０ｉを形成して下流側へ流れる。
【００８４】
ここで、図３の羽根車３２の回転軸２２は、図５に示す駆動力伝達機構や図６に示す回転力伝達機構により何れかの方向に回転させてもよい。
【００８５】
触媒と接触した排気ガスの流れ７０ｃは、触媒の作用により排気ガス中のＰＭ、ＮＯ２、ＣＯ２等の物質が酸化或いは還元されて浄化される。そして、浄化排気ガスの流れ７０ｂとして、吐出口２７から吐出されて排気ガスの浄化が完了する。
【００８６】
（第２実施形態）
図７、図８に、本実施形態に係る排気ガス浄化装置の概略構成図を示す。図７及び図８において、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。なお、（ｄ）では、チャンバー１５のみ切断面を示している。
【００８７】
図７に示す排気ガス浄化装置１０５は、排気ガス浄化装置本体（チャンバー１５）と、チャンバー１５に収容された触媒フィルタ３７と、を有している。なお、第１実施形態で説明したものと同様のもの（チャンバー、流入口、吐出口、回転軸）については説明を省略する。
【００８８】
触媒フィルタ３７は、チャンバー１５の内部に配置されており、排気ガスの流入方向（排気ガスの流れ７０ａ）に対して略垂直に配置された回転軸２２と、回転軸２２を中心軸として回転軸２２の回転と共に回転する円柱状の多孔質フィルタ体３８を備えている。この他に多孔質フィルタ体３８を回転軸２２に固定するハウジング５６を設けてもよい。
【００８９】
多孔質フィルタ体３８には、側面又は内部に触媒が担持されている。そして、円柱状の多孔質フィルタ体３８は回転軸２２と共に回転しながら多孔質フィルタ体３８の側面で排気ガスの流れ７０ａを受ける。ここで、触媒は、第１実施形態で説明したものを適用することができる。また、多孔質フィルタ体３８は、例えば、多孔質セラミックのブロック体やエキスパンドメタルを巻いたものを適用することができる。
【００９０】
触媒が担持された多孔質フィルタ体３８の側面で排気ガスの流れ７０ａを受けることにより、多孔質フィルタ体３８の側面に、粒径が２μｍと大きいフィルタの目詰まりの原因となっていたＰＭが衝突することとなる。そのため、多孔質フィルタ体３８の側面へのＰＭの衝突による衝撃力でＰＭが粉砕され細かくなるため、排気ガスが多孔質フィルタ体３８の内部を透過する際に触媒とＰＭとの接触機会を増加させることができる。また、回転軸２２と共に多孔質フィルタ体３８が回転すると、多孔質フィルタ体３８において排気ガスの流れ７０ａを受けていた側面への排気ガスの流れ７０ａが、多孔質フィルタ体３８の回転と共に逆となる。そして、排気ガスの流れ７０ａが逆になることで、当該側面に残留したＰＭが排気ガスの流れ７０ａによる圧力で押し出される。そのため、「フィルタの目詰まり」を防止してＰＭの燃焼効率を高効率に維持することができる。
【００９１】
ここで、図８に示すようにチャンバー１６の流入口２４を回転軸２２からオフセットの位置に設ける（即ち、回転軸２２を排気ガスの流れ７０ａに対してオフセットの位置に配置する）ことが望ましい。排気ガスの流れ７０ａが多孔質フィルタ体３８の上部側面に当たることで、多孔質フィルタ体３８は排気ガスの流れ７０ａを多孔質フィルタ体３８の上部側面で受けることとなる。そのため、排気ガスの流れ７０ａの圧力により多孔質フィルタ体３８が回転するため、触媒フィルタ３７の回転のための動力源を別途設ける必要がない。
【００９２】
ここで、図５、図６で示すのと同様に、本実施形態に係る触媒フィルタ３７を多段に配置してもよい。触媒フィルタ３７の増加に伴って、排気ガスの浄化量を多くすることができる。また、触媒フィルタ３７の回転軸２２は、第１実施形態と同様に、図５、図６で説明した回転アクチュエータ又はタービンと、駆動力伝達機構や回転力伝達機構を適用して回転させることができる。回転方向はいずれの方向であってもよい。
【００９３】
多孔質フィルタ体３８を透過して浄化された排気ガスは浄化排気ガスの流れ７０ｂとして吐出口２５から吐出される。
【００９４】
ここで、本実施形態に係る排気ガス浄化装置が排気ガスを浄化する手順について図８、図５、図６を参照して説明する。
【００９５】
まず、ディーゼルエンジンから排気されＰＭ等の物質を含んだ排気ガスが、図８に示す排気ガス浄化装置１０６の流入口２４から流入する。この排気ガスの流れ７０ａは、触媒フィルタ３７の多孔質フィルタ体３８の上部側面に衝突する。このとき、排気ガスは、その圧力による反動力を多孔質フィルタ体３８に与えて回転軸２２の回転と共に多孔質フィルタ体３８を回転させる。そして、排気ガス中に含まれるＰＭは、多孔質フィルタ体の側面との衝突による衝撃力により粉砕され、細かくなる。
【００９６】
多孔質フィルタ体３８の側面に衝突した排気ガスは、多孔質フィルタ体３８の内部を、多孔質フィルタ体３８の内部に担持された触媒と接触しながら透過して下流側へと流れ７０ｈを形成する。なお、図７に示すように触媒フィルタ３７の回転軸２２が排気ガスの流れ７０ａに対してオフセットの位置に設けられていない場合は、当該回転軸２２を図５、図６で説明した回転アクチュエータ又はタービンと、駆動力伝達機構や回転力伝達機構を適用して回転させることが望ましい。
【００９７】
多孔質フィルタ体３８の内部で触媒と接触した排気ガスは、触媒の作用により排気ガス中のＰＭ、ＮＯ２、ＣＯ２等の物質が酸化或いは還元されて浄化される。そして、浄化排気ガスの流れ７０ｂとして、吐出口２５から吐出されて排気ガスの浄化が完了する。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の触媒装置は、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置として適用できる他、水、空気等の流体の消毒、消臭又は殺菌等の浄化を行う浄化装置としても利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】排気ガス浄化装置の実施形態を示した概略構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。
【図２】排気ガス浄化装置の実施形態を示した概略構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、（ｆ）は右側面図（一部、断面図を含む）を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。
【図３】排気ガス浄化装置の実施形態を示した概略構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は左側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。
【図４】図３におけるＣの部分の拡大概略右側面図である。（ａ）は右側面図を示し、（ｂ）は上面図を示す（但し、防止板３９は含まない。）。
【図５】排気ガス浄化装置に、さらに回転アクチュエータ又はタービンと駆動力伝達機構を備えた形態を示した概略構成図である。
【図６】触媒フィルタの駆動手段の他の形態を示した図である。
【図７】排気ガス浄化装置の実施形態を示した概略構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。
【図８】排気ガス浄化装置の実施形態を示した概略構成図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は右側面図、を示し、（ｄ）は、（ｃ）のＡ−Ａ´面での一部切断面を示し、（ｅ）は、（ｄ）のＢ−Ｂ´面での切断面を示している。
【符号の説明】
【０１００】
１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６：チャンバー
２０、２８、３１、３４、３５、３６、３７：触媒フィルタ
２１、２９、３２：羽根車
２２、６１、６２、６３：回転軸
２３、３０、３３、６４、６５、６６：羽根
２４、２６：流入口
２５、２７：吐出口
３８：多孔質フィルタ体
３９：排気ガスの漏れ防止板
４０：凹条
４１：凸条
５０：回転アクチュエータ
５１：駆動力伝達機構
５２：第１伝達機構
５３：第２伝達機構
５４：第１回転力伝達機構
５５：第２回転力伝達機構
５６：ハウジング
６０：段差
７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ、７０ｅ、７０ｆ、７０ｇ、７０ｈ、７０ｉ：排気ガスの流れ
１００、１０１、１０２、１０３、１０４、１０５、１０６：排気ガス浄化装置
【図１】
2006142133.tif 000003
【図２】
2006142133.tif 000004
【図３】
2006142133.tif 000005
【図４】
2006142133.tif 000006
【図５】
2006142133.tif 000007
【図６】
2006142133.tif 000008
【図７】
2006142133.tif 000009
【図８】
2006142133.tif 000010