(57)【要約】【課題】  排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持し、触媒による燃焼効率を高め、排出ガスを効率的に浄化することができるように構成した排出ガス浄化装置を提供する。【解決手段】  触媒式の排出ガス浄化装置１００は、上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体１０２と、本体１０２の内部において、上流側に配置され、排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニット１１０と、本体１０２の内部において、案内羽根ユニット１１０の下流側に配置され、かつ、案内羽根ユニット１１０によって螺旋推進された排出ガスの流れを通過させて排出ガスを浄化するための１個又は複数の触媒ユニット１２０とを備える。さらに、加速ノズルユニット１４０が触媒ユニット１２０の下流側に配置されるのが好ましい。【選択図】      図１
2006329083.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒式の排出ガス浄化装置において、
上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体（１０２）と、
前記本体（１０２）の内部において、上流側に配置され、排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニット（１１０）と、
前記本体（１０２）の内部において、前記案内羽根ユニット（１１０）の下流側に配置され、かつ、前記案内羽根ユニット（１１０）によって螺旋推進された前記排出ガスの流れを通過させて前記排出ガスを浄化するための１個又は複数の触媒ユニット（１２０）と、
を備えることを特徴とする排出ガス浄化装置。
【請求項２】
前記案内羽根ユニット（１１０）は、前記本体（１０２）の内部の上流側において、前記本体（１０２）の外径が広がった位置に配置され、プロペラ状に外に広がった複数の羽根（１１２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項３】
前記触媒ユニット（１２０）は、前記排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面が渦巻き状に形成されたパンチプレート（１２２）で構成され、複数の突起（１２４）が前記パンチプレート（１２２）に形成され、触媒効果がある金属が前記パンチプレート（１２２）の表面と、前記複数の突起（１２４）の表面に付着されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項４】
前記案内羽根ユニット（１１０）と前記触媒ユニット（１２０）は同心状に配置され、前記排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、前記パンチプレート（１２２）の断面の渦巻きの方向と逆方向になるように構成されることを特徴とする、請求項３に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項５】
前記複数の突起（１２４）は、上流側が先細るように形成されることを特徴とする、請求項３に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排出ガスの流れを絞るために下流側に向かって先細になるように形成されたノズルを含む加速ノズルユニット（１４０）が前記触媒ユニット（１２０）の下流側に配置され、前記加速ノズルユニット（１４０）は、内側に配置された内側ノズル（１４２）と、前記内側ノズル（１４２）の外側に配置された外側ノズル（１４４）とを含む二重の筒状に構成され、前記内側ノズル（１４２）に中を流れる前記排出ガスの流れの一部を前記外側ノズル（１４４）の中に流出させるための流出口（１４６）が前記内側ノズル（１４２）に形成され、前記排出ガスの流れの一部は、前記流出口（１４６）を通って、前記外側ノズル（１４４）の内面と前記内側ノズル（１４２）の外面との間の空間（１４４ｇ）に流出されるように構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか１項に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項７】
前記流出口（１４６）を通る前記排出ガスの流れは、前記排出ガスの流れの１０％から３０％であることを特徴とする、請求項６に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項８】
前記内側ノズル（１４２）の断面減少率は１０％から３０％であることを特徴とする、請求項６に記載の排出ガス浄化装置。
【請求項９】
前記本体（１０２）は二重の管状に形成され、前記二重の管の中が真空に維持されることを特徴とする、請求項１から７のいずれか１項に記載の排出ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関などが排出する排出ガス（排ガス、排気ガス）を浄化する（清浄化）することができる排出ガス浄化装置に関するものである。特に、本発明は、触媒室に排出ガスを通過させ、触媒反応によって排出ガスを効果的にクリアーすることができる排出ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
（１）従来の一般的な触媒式排出ガス浄化装置
従来の一般的な触媒式排出ガス浄化装置は、排気管の途中に触媒をおき、排気ガスが通過することによって排気ガス中の有害成分（ＣＯ、ＨＣ、およびＮＯｘ）を触媒反応により低減するように構成している。酸化触媒としては、白金、パラジウムなどの小さな粒の表面に付着させたペレット・タイプと、蜂の巣状のトンネルの表面に付着させたハニカム・タイプとが実用化されている。触媒を配置した触媒室は断熱材を含むシュラウドによって包囲されている。モノリス型触媒コンバータは、上流側に配置されたフロントヘッドと、下流側に配置されたリヤヘッドとを備えている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【０００３】
（２）従来の第１タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第１タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、上流側に前置担体たるハニカム体を有し、下流側にメイン担体たるハニカム体を有している。ハニカム体は耐熱合金製の平箔と波箔とを巻き回し、平箔と波箔との接触部を接合して形成される。ハニカム体は上流側が凸状で、下流側が凹状であるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
（３）従来の第２タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第２タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、ウォールフローハニカム構造部の上流側に近接して、排出ガス流を中心構造部に向かうように整流して誘導する整流誘導部を配置している（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
（４）従来の第３タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第３タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、排気後処理装置の上流側に、突出部およびその連通開口部からなる整流装置を設けている（例えば、特許文献３参照）。
（５）従来の第４タイプの触媒式排出ガス浄化装置
従来の第４タイプの触媒式排出ガス浄化装置は、入口側仕切板を貫通し、多数の細孔からなる整流領域を設けている。さらに、出口側仕切板を貫通し、多数の細孔からなる整流領域を設けている（例えば、特許文献４参照）。
【０００５】
【非特許文献１】社団法人・日本自動車整備振興会連合会・自動車排出ガス対策教材編集委員会編、「自動車排出ガス対策５０年度版」、社団法人・日本自動車整備振興会連合会、昭和５０年１０月１日初版発行、第２６〜２７頁
【非特許文献２】社団法人・自動車技術会編、「新編自動車工学便覧」、図書出版社、昭和５９年１０月１０日第２刷発行、第３−１１〜３−１３頁
【非特許文献３】株式会社グランプリ出版、「自動車のメカはどうなっているか・エンジン系」、図書出版社、１９９３年１月１２日初版発行、第１００〜１０１頁
【特許文献１】特開２０００−５１７１１号公報（第５〜６頁、図２、図７）
【特許文献２】特開２００４−１２４７２３号公報（第７〜８頁、図１）
【特許文献３】特開２００３−７４３３５号公報(第５〜８頁、図１、図９、図１１)
【特許文献４】特開２００１−２７１６２８号公報（第３〜４頁、図１、図８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述したような従来の触媒式排出ガス浄化装置では、下記の課題があった。
（１）排出ガスが排出ガス浄化装置の本体の中心部に当たり、本体の中心部が高熱になるので、本体の中心部が溶融したり、消耗劣化するおそれが高かった。
（２）排出ガスが排出ガス浄化装置の本体の中心部に集中して流れるので、本体の外側部分における排出ガスの浄化が不十分になり、総じて排出ガス浄化装置の浄化能力（清浄化能力）が不足するおそれが高かった。
（３）六角形のハニカム形に構成された触媒部は、触媒の表面積が少なく、触媒を効率よく機能させるには不十分であった。
（４）耐熱合金製の平箔と波箔からなるハニカム体は、構造が複雑であり、製造がむずかしかった。
（５）突出部およびその連通開口部からなる整流装置を備える構造や、多数の細孔からなる整流領域を設ける構造は、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避するのがむずかしく、また、整流装置の構造が複雑であった。
【０００７】
本発明の目的は、内燃機関などにおいて、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持し、触媒による燃焼効率を高め、排出ガスを効率的に浄化することができる排出ガス浄化装置を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、排出ガスが装置の本体の中心部に集中して流れることを回避することができるように構成した排出ガス浄化装置を提供することにある。
さらに、本発明の他の目的は、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い排出ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、触媒式の排出ガス浄化装置において、上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体と、本体の内部において、上流側に配置され、排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニットと、本体の内部において、案内羽根ユニットの下流側に配置され、かつ、案内羽根ユニットによって螺旋推進された排出ガスの流れを通過させて排出ガスを浄化するための１個又は複数の触媒ユニットとを備えるように構成した。この排出ガス浄化装置は、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い。この構成により、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持し、触媒による燃焼効率を高め、排出ガスを効率的に浄化することができる。さらに、この構成により、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避し、排出ガスを一様に満遍なく触媒ユニットに送ることができる。
【０００９】
本発明の排出ガス浄化装置では、案内羽根ユニットは、本体の内部の上流側において、本体の外径が広がった位置に配置され、プロペラ状に外に広がった複数の羽根を含むのが好ましい。従来の排出ガス浄化装置では、エンジン・マニホールドより排気管を通して流入する排気ガス（排出ガス）は、口径が小さいパイプから口径が大きい排出ガス浄化装置に入ると、直進して触媒の中心部に衝突するおそれがあるが、本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガス浄化装置の上流側に案内羽根ユニットを設けているので、排出ガスを触媒の上流側の面に一様に導くことができる。それによって、本発明の排出ガス浄化装置では、触媒の処理効果を著しく向上させることができる。
【００１０】
本発明の排出ガス浄化装置では、触媒ユニットは、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面が渦巻き状に形成されたパンチプレートで構成され、複数の突起がパンチプレートに形成され、触媒効果がある金属がパンチプレートの表面と、複数の突起の表面に付着されるのが好ましい。この構成により、構造が簡素であり、製造が容易で、しかも、耐久性が高い排出ガス浄化装置を実現することができる。また、この構成によれば、排出ガスの排気通過抵抗を少なくすることができ、さらに、触媒効果を高めることができる。すなわち、拡散されて一層目のセラミック製酸化触媒に導かれた排出ガスは、触媒の前面に接触して酸化反応処理される。セラミック製酸化触媒を通過した排出ガスは、若干の空間を通して、二層目の金属製酸化触媒に導かれる。この段階で、セラミック製酸化触媒の反応処理により温度が上昇し、組成が変化している排出ガスは、さらに、金属製酸化触媒によって酸化反応処理される。この金属製酸化触媒は補集の効果もあるので、一層目をすり抜けてきたＰＭ物質の処理を行うことができる。このような２種類の酸化触媒を組み合わせることによって、排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。
【００１１】
本発明の排出ガス浄化装置では、案内羽根ユニットと触媒ユニットは同心状に配置され、排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレートの断面の渦巻きの方向と逆方向になるように構成されるのが好ましい。この構成により、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、特に顕著な相乗的な浄化効果を期待することができる。本発明の排出ガス浄化装置では、複数の突起は、上流側が先細るように形成されるのが好ましい。この構成により、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持することができる。
【００１２】
本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガスの流れを絞るために下流側に向かって先細になるように形成されたノズルを含む加速ノズルユニットが触媒ユニットの下流側に配置され、加速ノズルユニットは、内側に配置された内側ノズルと、内側ノズルの外側に配置された外側ノズルとを含む二重の筒状に構成され、内側ノズルに中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズルの中に流出させるための流出口が内側ノズルに形成され、前記排出ガスの流れの一部は、前記流出口を通って、外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に流出されるように構成するのが好ましい。この構成により、内側ノズルの外側の排出ガスが粘性によって持ち去られ負圧になるので、流出口を通して外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に排出ガスの一部を導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。
【００１３】
本発明の排出ガス浄化装置では、流出口を通る排出ガスの流れは、排出ガスの流れの１０％から３０％であるのが好ましい。この構成により、流出口を通して外側ノズルの内面と内側ノズルの外面との間の空間に排出ガスの一部を効率的導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。本発明の排出ガス浄化装置では、内側ノズルの断面減少率は１０％から３０％であるのが好ましい。この構成により、排気通過抵抗を少なくすることができる。本発明の排出ガス浄化装置では、本体は二重の管状に形成され、二重の管の中が真空に維持されるのが好ましい。このような中空部を設ける構成により、本体からの射熱を抑えるとともに、本体の内部の温度を維持することができる。さらに、本発明の排出ガス浄化装置は、燃料を改質してエンジンに送る排ガス浄化用燃料改質器を用いると、排出ガスの浄化能力を一層効果的に高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明は、以上説明したように、排出ガス浄化装置において上記の特徴を有する構成としたので、以下に記載するような顕著な効果を発揮することができる。
（１）本発明の排出ガス浄化装置は、排出ガスの排気通過抵抗を少なく維持して、触媒による燃焼効率を高めることができるので、排出ガスを効率的に浄化することができる。
（２）本発明の排出ガス浄化装置は、排出ガスが装置の本体中心部に集中して流れることを回避することができるように構成したので、耐久性が高い。
（３）本発明の排出ガス浄化装置では、排出ガスがセラミック製酸化触媒、および／または金属製酸化触媒に導かれる構成であるので、種類の酸化触媒を組み合わせることによる排出ガスの相乗的な浄化効果を期待することができる。
（４）本発明の排出ガス浄化装置は、構造が簡素であって、しかも製造が容易である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下に、本発明の排出ガス浄化装置の実施の形態を図面に基づいて説明する。
（１）第１の実施の形態：
（１・１）第１の実施の形態の構造：
最初に、本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施の形態の構造を説明する。図１を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置１００は、触媒式の排出ガス浄化装置で構成されている。排出ガス浄化装置１００は、入口側すなわち上流側から下流側へ排出ガスを通過させるための本体１０２と、本体１０２の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット１１０と、本体１０２の内部において、案内羽根ユニット１１０の下流側に順番に配置された第１触媒ユニット１２０、第２触媒ユニット１３２、第３触媒ユニット１３４、第４触媒ユニット１３６と、第４触媒ユニット１３６の下流側に配置された加速ノズルユニット１４０とを備える。
【００１６】
本体１０２は、排出ガスの流れの方向にそう中心軸線１０２ｘを有する。本体１０２の入口側すなわち上流側は、外周ハウジング１０２ｂから上流側に向かって先細になるように形成された入口テーパ部１０２ｃを形成している。本体１０２の出口側すなわち下流側は、外周ハウジング１０２ｂから下流側に向かって先細になるように形成された出口テーパ部１０２ｄを形成している。本体１０２は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面形状が円形であるのがよい。本体１０２は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面形状が多角形であるように構成してもよい。本体１０２の外周ハウジング１０２ｂは、二重の管状に形成される。この二重の管の中に設けられた中空部１０２ｆは真空に維持するのがよい。このような中空部１０２ｆを設ける構成により、本体１０２からの射熱を抑えるとともに、本体１０２の内部の温度を使用上影響がないような一定の範囲内に維持することができる。
【００１７】
排出ガスの流れを螺旋推進させるための案内羽根ユニット１１０が、本体１０２の内部において、上流側に配置される。排出ガスの流れを通過させて排出ガスを浄化するための４個の触媒ユニットが、本体１０２の内部において、案内羽根ユニット１１０の下流側に順番に配置される。すなわち、第１触媒ユニット１２０、第２触媒ユニット１３２、第３触媒ユニット１３４、第４触媒ユニット１３６は、上流側から下流側に向かって、この順番に並んで同軸上に配置される。４個の触媒ユニット１２０、１３２、１３４、１３６は、排出ガスの流れを螺旋推進させるために設けられる。図１には４個の触媒ユニットを示すけれども、触媒ユニットの数は１個であってもよいし、２個であってもよいし、３個以上であってもよい。４個の触媒ユニット１２０、１３２、１３４、１３６のそれぞれの中心軸線は、本体１０２の中心軸線１０２ｘと一致するように配置するのがよい。４個の触媒ユニット１２０、１３２、１３４、１３６のそれぞれの形状は、同じであるのが好ましい。しかしながら、４個の触媒ユニット１２０、１３２、１３４、１３６のそれぞれの形状は互いに異なるように形成してもよい。
【００１８】
例えば、第１触媒ユニット１２０と第３触媒ユニット１３４がセラミック触媒室を構成し、第２触媒ユニット１３２と第４触媒ユニット１３６が金属触媒室を構成するように配置することができる。或いは、第１触媒ユニット１２０と第３触媒ユニット１３４が金属触媒室を構成し、第２触媒ユニット１３２と第４触媒ユニット１３６がセラミック触媒室を構成するように配置することができる。セラミック触媒室と、金属触媒室は、上流側から下流側に向かって交互に配置されるのがよい。或いは、４個の触媒ユニットのうちの少なくとも１つがセラミック触媒室を構成し、残りの触媒ユニットが金属触媒室を構成するように配置してもよい。或いは、４個の触媒ユニットのうちの少なくとも１つが金属触媒室を構成し、残りの触媒ユニットがセラミック触媒室を構成するように配置してもよい。
この構成により、セラミック触媒室の触媒作用と、金属触媒室の触媒の触媒作用により、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
【００１９】
図２〜図４を参照すると、案内羽根ユニット１１０は、本体１０２の内部において、入口テーパ部１０２ｃの下流側の位置に配置される。案内羽根ユニット１１０は、プロペラ状に外に広がった複数の羽根１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）を含む。図２〜図４には４個の羽根１１２ａ〜１１２ｄを示すけれども、案内羽根ユニット１１０の羽根の数は２個であってもよいし、３個以上であってもよい。案内羽根ユニット１１０の羽根の数は２個から６個であるのが好ましい。このように構成することにより、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができる。案内羽根ユニット１１０の中心軸線は、本体１０２の中心軸線１０２ｘと一致するように配置するのがよい。例えば、それぞれの羽根１１２ａ〜１１２ｄは厚さが１．５ｍｍであるステンレスで形成することができる。それぞれの羽根１１２ａ〜１１２ｄの外周部は、保持用リングに固定される。保持用リングは、厚さが１．５ｍｍであるステンレスで形成することができる。図２を参照すると、排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに、右巻き（すなわち、時計回り方向）である。図３を参照すると、例えば、羽根１１２は、外径ＤＨＡが１９８ｍｍであり、下開角ＳＤＮが３０度〜４５度であり、上開角ＳＵＰが１５度〜４５度であるように形成することができる。例えば、上開角ＳＵＰの基準線のシフト量ＳＨＦは１０ｍｍであるように構成することができる。下開角ＳＤＮと上開角ＳＵＰの合計角度（ＳＤＮ＋ＳＵＰ）は、７０度〜９０度の範囲にあるように形成するのが好ましく、８０度〜９０度の範囲にあるように形成するのがなお一層好ましい。合計角度（ＳＤＮ＋ＳＵＰ）をこの範囲内にあるように形成することによって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができる。図４を参照すると、例えば、羽根１１２のひねり角度ＴＷＳは３０度であり、ひねり幅ＴＷＤは５０ｍｍであるように構成することができる。羽根１１２のひねり角度ＴＷＳは１５度から５０度の範囲内にあるように形成するのが好ましい。このように羽根１１２のひねり角度ＴＷＳを構成することにより、排出ガスの流れを一層効果的に螺旋推進させることができる。
【００２０】
図５および図６を参照すると、第１触媒ユニット１２０は、排出ガスの流れの方向に直角な方向の断面が渦巻き状に形成されたパンチプレート１２２で構成される。例えば、それぞれの触媒ユニットを構成する渦巻きの巻き数は３０巻きにすることができる。例えば、触媒ユニット１２０は、外径ＤＳＹが１９８ｍｍである。触媒ユニット１２０の外径ＤＳＹは、羽根１１２の外径ＤＨＡと等しくなるように構成するのがよい。図６を参照すると、上流側から見たときに、羽根１１２によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向が右巻き（すなわち、時計回り方向）であるように構成する場合、パンチプレート１２２の渦巻きの方向は、上流側から見たときに、左巻き（すなわち、反時計回り方向）に形成するのが好ましい。上記の構成では、羽根１１２によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレート１２２の断面の渦巻きの方向と逆方向になるように構成される。
すなわち、パンチプレート１２２の渦巻きの方向が、上流側から見たときに右巻き（すなわち、時計回り方向）になるように構成したとき、案内羽根ユニット１１０によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに左巻き（すなわち、反時計回り方向）に構成するのがよい。或いは、パンチプレート１２２の渦巻きの方向が、上流側から見たときに左巻き（すなわち、反時計回り方向）になるように構成したとき、案内羽根ユニット１１０によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに右巻き（すなわち、時計回り方向）に構成するのがよい。案内羽根ユニット１１０と触媒ユニット１２０は同心状に配置されるのがよい。この構成により、排出ガスの流れの方向を触媒室のところで変えることができ、排出ガスの浄化能力を飛躍的に高めることができる。すなわち、この構成により、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、特に顕著な相乗的な浄化効果を期待することができる。なお、変形例として、羽根１１２によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、パンチプレート１２２の断面の渦巻きの方向と同一方向になるように構成することもできる。この構成においても、案内羽根ユニットの働きによって、排出ガスをセラミック製酸化触媒および金属製酸化触媒に一様に満遍なく導くことができるので、酸化反応処理による排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。
【００２１】
図７から図１０を参照すると、複数の突起１２４がパンチプレート１２２に形成される。複数の突起１２４は、上流側が先細るように形成されるのが好ましい。例えば、突起１２４の平面形状は、底辺ＴＢが３ｍｍであり、高さＴＨが３．６ｍｍであり、頂角ＴＫが４５度である二等辺三角形の形状で形成することができる。突起１２４の平面形状は、上流側が先細るように形成された鋭角三角形であるのが好ましい。突起１２４の断面形状は、上流側が高くなるように形成されるのが好ましい。例えば、パンチプレート１２２は厚さＴＰＡが１ｍｍであるセラミックで形成することができる。例えば、突起１２４の上流側の先端部の高さＨＳが２ｍｍであり、２つの突起１２４の上流側に位置した先端部同士の間隔ＧＴが４ｍｍであり、突起１２４の下流側の底辺部同士の間隔ＧＢが１ｍｍであるように形成することができる。例えば、上流側に位置した突起１２４の底辺部と、下流側に位置した突起１２４の先端部との間の間隔ＧＳが１ｍｍであるように形成することができる。例えば、突起１２４は、排出ガスの流れ方向の１列について、それぞれ１３個形成することができる。それぞれの突起１２４のコーナ部分には、加工上必要とされるアール部を設けることができる。なお、図７に示すように、突起１２４の各列を交互に、いわゆる千鳥状に並べるのが好ましい。突起１２４の各列を千鳥状に並べることによって、排出ガスの流れの螺旋推進を保持することができる。
【００２２】
突起１２４は、パンチプレート１２２を構成するセラミックが粘性をもっている状態で、三角形のヘッドをもつ工具をパンチプレート１２２の下面から上方向に向けて突き出すことによって形成することができる。突起１２４を形成したパンチプレート１２２を渦巻き状に変形させ、渦巻きの間に「ろう」を入れて焼結することによって第１触媒ユニット１２０を形成することができる。渦巻き状に変形させたパンチプレート１２２の表面に白金（Ｐｔ）をコーティングすることによって、セラミック触媒室を構成することができる。パンチプレート１２２の表面にコーティングする金属は、白金であってもよいし、白金とロジウムであってもよいし、白金とロジウムとパラジウムであってもよい。第１触媒ユニット１２０と同様に、第３触媒ユニット１３４は、セラミック触媒室を構成する。したがって、第３触媒ユニット１３４の材質・寸法形状は、図５に示す触媒ユニット１２０と同様である。
【００２３】
第２触媒ユニット１３２、および、第４触媒ユニット１３６は、金属触媒室を構成する。このように、セラミック触媒室と金属触媒室を設け、２種類の酸化触媒を組み合わせることによって、排出ガスの浄化において、相乗的な浄化効果を期待することができる。第２触媒ユニット１３２の寸法形状は、図５に示す第１触媒ユニット１２０と同様である。
例えば、第２触媒ユニット１３２を形成するのに使用するパンチプレートは厚さＴＰＡが１ｍｍであるステンレス（例えば、ＳＵＳ３０４）で形成することができる。ステンレスのパンチプレートの厚さは、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍにするのがよい。第２触媒ユニット１３２を形成するのに使用するパンチプレートに形成する突起の寸法形状と配置は、図５に示す第１触媒ユニット１２０と同様である。第２触媒ユニット１３２を形成するのに使用するパンチプレートの渦巻きの方向は、図５に示す第１触媒ユニット１２０と同様である。突起を形成したパンチプレートを渦巻き状に変形させる。次に、パンチプレートの表面に一次コーティングとしてアルミナ（Ａｌ２０３）をコーティングし、さらに、二次コーティングとして白金（Ｐｔ）をコーティングすることによって、金属触媒室を構成することができる。第４触媒ユニット１３６の材質・寸法形状とコーティングは、第２触媒ユニット１３２と同様である。４個の触媒ユニットは、上流側から下流側に向かって、上記と異なる順序に配置してもよい。パンチプレートの表面にコーティングする金属は、白金であってもよいし、白金とロジウムであってもよいし、白金とロジウムとパラジウムであってもよい。なお、第２触媒ユニット１３２のパンチプレートの寸法形状は、第１触媒ユニット１２０のパンチプレートの寸法形状と異なっていてもよい。
【００２４】
図１および図１１を参照すると、加速ノズルユニット１４０が第４触媒ユニット１３６の下流側に配置される。加速ノズルユニット１４０は、排出ガスの流れを絞るために下流側に向かって先細になるように形成された２つのノズルを含む。加速ノズルユニット１４０は、中心軸線１０２ｘに近い内側に配置された内側ノズル１４２と、内側ノズル１４２の外側に配置された外側ノズル１４４とを含む同心の二重の筒状に構成される。内側ノズル１４２の中心軸線は、本体１０２の中心軸線１０２ｘと一致するように配置するのがよい。外側ノズル１４４の中心軸線は、本体１０２の中心軸線１０２ｘと一致するように配置するのがよい。内側ノズル１４２の中心軸線は、外側ノズル１４４の中心軸線と一致するように配置するのがよい。
【００２５】
内側ノズル１４２の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル１４４の内面と内側ノズル１４２の外面との間の空間１４４ｇに流出させるための複数の流出口１４６が内側ノズル１４２の上流側に近い方の部分に形成される。図１２および図１３を参照すると、例えば、外側ノズル１４４は、上流側の外径ＤＳＺが１９８ｍｍであり、下流側の内径ＤＫＺが６５ｍｍであるように形成することができる。例えば、内側ノズル１４２は、第１テーパ部の上流側の内径ＤＳＺが１９８ｍｍであり、第１テーパ部の下流側の内径ＤＫＹが７０ｍｍであり、第２テーパ部の下流側の内径ＤＫＮが５０ｍｍであるように形成することができる。内側ノズル１４２の断面は、テーパ率が異なる複数のテーパ部によって下流側に向かって先細になるように構成されるのが好ましい。
【００２６】
例えば、流出口１４６は、直径が２０ｍｍの孔であり、円周方向にそって１２個形成することができる。流出口１４６を通って外側ノズル１４４の内面と内側ノズル１４２の外面との間の空間１４４ｇに流出する排出ガスの流量は、排出ガスの流量の１０％から３０％であるのが好ましい。例えば、内側ノズル１４２の断面減少率は７％から２０％であるのが好ましい。例えば、外側ノズル１４４の断面減少率は１０％から３０％であるのが好ましい。この構成により、内側ノズル１４２の外側の排出ガスが粘性によって持ち去られ負圧になるので、流出口１４６を通して外側ノズル１４４の内面と内側ノズル１４２の外面との間の空間１４４ｇに排出ガスの一部を導くことができ、排気通過抵抗を少なくすることができる。
【００２７】
（１・２）第１の実施の形態の作用：
次に、本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施の形態の作用について説明する。本発明の排出ガス浄化装置を使用するときは、本体１０２の入口を内燃機関の排気管に結合し、本体１０２の吐出口を消音器（マフラー）に結合することによって、内燃機関の排出ガスを清浄化することができる。なお、本体１０２の外側のハウジングを二重の管状に形成する構成により、本体１０２の内部の温度を維持することができる。
【００２８】
図１を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置１００において、本体１０２の入口側すなわち上流側から流入する排出ガスは、入口テーパ部１０２ｃの内部で広げられて、案内羽根ユニット１１０に導入される。次に、排出ガスは、案内羽根ユニット１１０の複数（４個）の羽根１１２によって螺旋推進される。羽根１１２によって排出ガスの流れが螺旋推進される方向は、上流側から見たときに右巻き（すなわち、時計回り方向）になっている。次に、案内羽根ユニット１１０を通った排出ガスは、第１触媒ユニット１２０に導入される。第１触媒ユニット１２０のパンチプレート１２２の渦巻きの方向は、上流側から見たときに左巻き（すなわち、反時計回り方向）である。したがって、複数（４個）の羽根１１２によって排出ガスが螺旋推進される方向は、パンチプレート１２２の断面の渦巻きの方向と逆方向になっている。
【００２９】
第１触媒ユニット１２０において、セラミック触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第１触媒ユニット１２０を通った排出ガスは、第２触媒ユニット１３２に導入される。第２触媒ユニット１３２において、金属触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第２触媒ユニット１３２を通った排出ガスは、第３触媒ユニット１３４に導入される。第３触媒ユニット１３４において、セラミック触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。第３触媒ユニット１３４を通った排出ガスは、第４触媒ユニット１３６に導入される。第４触媒ユニット１３６において、金属触媒室の触媒作用により、排出ガスを浄化することができる。上述したように、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
【００３０】
図１および図１１を参照すると、第４触媒ユニット１３６を通った排出ガスは、内側ノズル１４２の上流側の入口に導入される。内側ノズル１４２の中を流れる排出ガスの流れの一部は、内側ノズル１４２に設けられた複数の流出口１４６を通って、外側ノズル１４４の内面と内側ノズル１４２の外面との間の空間１４４ｇに流出される。内側ノズル１４２の中を流れる排出ガスの一部は、内側ノズル１４２の下流側の出口から流出し、排出ガスの他の一部は、外側ノズル１４４の内面と内側ノズル１４２の外面との間の空間１４４ｇを通って、外側ノズル１４４の下流側の出口から吐出口に流出する。このように排出ガスを流すことによって、排気通過抵抗を少なくすることができる。さらに、本発明の排出ガス浄化装置は、燃料を改質してエンジンに送る排ガス浄化用燃料改質器を用いると、排出ガスの浄化能力を一層効果的に高めることができる。
【００３１】
（２）他の実施の形態：
次に、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態を説明する。以下の説明は、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施形態が本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態と異なる点を主に述べる。したがって、以下に記載がない個所は、前述した本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態についての説明をここに準用する。
【００３２】
図１４を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第１タイプにおいて、排出ガス浄化装置２２０は、本体２２２と、本体２２２の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット２２４と、本体２２２の内部において、案内羽根ユニット２２４の下流側に配置された第１触媒ユニット２２５と、第１触媒ユニット２２５の下流側に配置された第２触媒ユニット２２６と、第２触媒ユニット２２６の下流側に配置された第３触媒ユニット２２７と、第３触媒ユニット２２７の下流側に配置された第４触媒ユニット２２８とを備える。第１触媒ユニット２２５と第３触媒ユニット２２７がセラミック触媒室を構成するように配置することができる。第２触媒ユニット２２６と第４触媒ユニット２２８が金属触媒室を構成するように配置することができる。或いは、４個の触媒ユニットのうちの少なくとも１つがセラミック触媒室を構成し、残りの触媒ユニットが金属触媒室を構成するように配置してもよい。或いは、４個の触媒ユニットのうちの少なくとも１つが金属触媒室を構成し、残りの触媒ユニットがセラミック触媒室を構成するように配置してもよい。他の実施の形態の第１タイプにおいては、排出ガス浄化装置２２０には、内側ノズルは設けられていない。この構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、さらに、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。
【００３３】
図１５を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第２タイプにおいて、排出ガス浄化装置２３０は、本体２３２と、本体２３２の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット２３３と、本体２３２の内部において、案内羽根ユニット２３３の下流側に配置された１個の触媒ユニット２３４と、２つのノズルを含む加速ノズルユニット２３６とを備える。加速ノズルユニット２３６は、内側ノズル２３７と、内側ノズル２３７の外側に配置された外側ノズル２３８とを含む。内側ノズル２３７の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル２３８の内面と内側ノズル２３７の外面との間の空間に流出させるための複数の流出口２３７ｈが内側ノズル２３７の上流側に近い方の部分に形成される。触媒ユニット２３４は、セラミック触媒室を構成してもよいし、或いは、金属触媒室を構成してもよい。この構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、多孔質の表面をもった触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。さらに、この構成によって、排気通過抵抗を少なくすることができる。
【００３４】
図１６を参照すると、本発明の排出ガス浄化装置の他の実施の形態の第３タイプにおいて、排出ガス浄化装置２４０は、本体２４２と、本体２４２の内部で上流側に配置された案内羽根ユニット２４３と、本体２４２の内部において、案内羽根ユニット２４３の下流側に配置された第１触媒ユニット２４４と、第１触媒ユニット２４４の下流側に配置された第２触媒ユニット２４５と、第２触媒ユニット２４５の下流側に配置されたかつ２つのノズルを含む加速ノズルユニット２４６とを備える。加速ノズルユニット２４６は、内側ノズル２４７と、内側ノズル２４７の外側に配置された外側ノズル２４８とを含む。内側ノズル２４７の中を流れる排出ガスの流れの一部を外側ノズル２４８の内面と内側ノズル２４７の外面との間の空間に流出させるための複数の流出口２４７ｈが内側ノズル２４７の上流側に近い方の部分に形成される。第１触媒ユニット２４４がセラミック触媒室を構成し、第２触媒ユニット２４５が金属触媒室を構成してもよいし、或いは、第１触媒ユニット２４４が金属触媒室を構成し、第２触媒ユニット２４５がセラミック触媒室を構成してもよいこの構成によって、排出ガスの流れを効果的に螺旋推進させることができ、多孔質の表面をもったセラミック触媒室の触媒作用と、多孔質の表面をもった金属触媒室の触媒作用によって、排出ガスの浄化能力を効果的に高めることができる。さらに、この構成によって、排気通過抵抗を少なくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の排出ガス浄化装置は、内燃機関などが排出する排出ガスを浄化するのに利用することができる。特に、本発明の排出ガス浄化装置を用いると、触媒反応により排出ガスを効果的にクリアーすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、装置の構造を示す断面図である。
【図２】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、案内羽根ユニットの構造を示す斜視図である。
【図３】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、上流側から見たときの案内羽根体の構造を示す正面図である。
【図４】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、案内羽根体の構造を示す側面図である。
【図５】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、上流側からの斜め上方から見たときのセラミック触媒ユニットの構造を示す斜視図である。
【図６】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、上流側から見たときのセラミック触媒ユニットの構造を示す正面図である。
【図７】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、セラミック触媒ユニットを構成するためのパンチプレートの巻き込み前の状態を示す上平面図である。
【図８】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、セラミック触媒ユニットを構成するためのパンチプレートに形成した突起部の形状を示す拡大上平面図である。
【図９】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、図７の線９Ａ−９Ａにおけるパンチプレートに形成した突起部の形状を示す拡大部分断面図である。
【図１０】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、図７の線１０Ａ−１０Ａにおけるパンチプレートに形成した突起部の形状を示す拡大部分断面図である。
【図１１】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、加速ノズルユニットの構造と、排気ガスの流れを示す断面図である。
【図１２】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、加速ノズルユニットの構造を示す断面図である。
【図１３】本発明の排出ガス浄化装置の第１の実施形態において、下流側から見たときの内側ノズルの構造を示す背面図である。
【図１４】本発明の排出ガス浄化装置の他の実施形態において、第１タイプの装置の構造を示す断面図である。
【図１５】本発明の排出ガス浄化装置の他の実施形態において、第２タイプの装置の構造を示す断面図である。
【図１６】本発明の排出ガス浄化装置の他の実施形態において、第３タイプの装置の構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１００  排出ガス浄化装置
１０２  本体
１１０  案内羽根ユニット
１１２  羽根
１２０  触媒ユニット
１２２  パンチプレート
１２４  突起
１４０  加速ノズルユニット
１４２  内側ノズル
１４４  外側ノズル
１４６  流出口
２２０  排出ガス浄化装置
２３０  排出ガス浄化装置
２４０  排出ガス浄化装置
【図１】
2006329083.tif 000003
【図２】
2006329083.tif 000004
【図３】
2006329083.tif 000005
【図４】
2006329083.tif 000006
【図５】
2006329083.tif 000007
【図６】
2006329083.tif 000008
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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