(57)【要約】【課題】  高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、装置の耐久性・信頼性を長期間維持できるような構造を提供する。【解決手段】  各放電管４ａが一対の支持ブロック１５，１６の間に設置されており、且つ放電管４ａの長手方向の端面が、通孔１５ａ，１６ａの口縁に形成された環状の取付用段部２５，２６と接合している。放電管４ａと支持ブロック１５，１６との間のシール性を向上でき、これによって装置の耐久性・信頼性を長期間維持できる。【選択図】  図１
2006029212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の放電管と、当該放電管の内側を通って延びる内部電極と、を備え、前記内部電極と前記放電管との間の放電により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
前記放電管は、前記放電管と連通するための通孔をそれぞれ有する一対の支持ブロックの間に設置されており、且つ前記放電管の長手方向の端面は、前記通孔の口縁に形成された環状の取付用段部と接合していることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
複数の前記放電管を備え、前記複数の放電管の間には、可撓性のある導電体が挿入され、該導電体の接触によって前記複数の放電管が互いに導通されることを特徴とする排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排ガスを高電圧の印加によって処理する排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両などの内燃機関の排ガスを浄化するための技術として、近年、円筒形の外周電極と、この外周電極の軸線に沿って排ガスの流れ方向に延びる棒状の内部電極とを有し、両電極間に高電圧を印加してプラズマ状態を生じさせ、通過する排ガスを浄化するような、いわば透過型またはストレートフロー型の排ガス浄化装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような装置では、通過する排ガス中のＮＯｘなどの物質がＮ２等に変換されると共に、排ガス中のＰＭ（particulate matter; 粒子状物質）が内部電極からの放電により帯電され、その電荷と内外の電極間の電界との相互作用によってＰＭが外周電極側に吸着され、または、後方に設けた捕集装置に捕捉され、放電により発生した活性ガス（ＮＯ２、Ｏ３、ＯＨ等）により低温で焼却処理される。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１の装置における放電管５０は、図６に示されるように金属製の小径かつ円筒状の外周電極５１の両端部に大径の絶縁筒５２を固定してなる。この放電管５０をケーシング５３に固定するために取付け枠５４，５５が設けられており、放電管は、この取付け枠５４，５５に設けられた孔に挿通されると共に、当該孔と絶縁筒５２との係合によって支持される。放電管５０の軸心には、図中二点鎖線で示される位置に、線材からなる内部電極が張られる。
【０００５】
しかし、この特許文献１の構造では、装置に振動が加わった場合に外周電極５１と絶縁筒５２との固定部分に剥離方向の力が働くため、ケーシング５３の上流側から放電管５０の外側への排ガスの漏れが生じて、浄化性能の低下や、内部圧力の変化による他の密閉箇所の劣化が生じるおそれがある。
【０００６】
また、特許文献１の構造では、複数の放電管５０のそれぞれに結線する必要があって組立工程が煩雑である上、結線部分の耐久性にも問題が生じうる。
【０００７】
そこで本発明の目的は、高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、装置の耐久性・信頼性を長期間維持できるような構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、筒状の放電管と、当該放電管の内側を通って延びる内部電極と、を備え、前記内部電極と前記放電管との間の放電により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、前記放電管は、前記放電管と連通するための通孔をそれぞれ有する一対の支持ブロックの間に設置されており、且つ前記放電管の長手方向の端面は、前記通孔の口縁に形成された環状の取付用段部と接合していることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００９】
第１の本発明では、放電管が一対の支持ブロックの間に設置されており、且つ前記放電管の長手方向の端面が、通孔の口縁に形成された環状の取付用段部と接合しているので、放電管と支持ブロックの間のシール性を向上でき、これによって装置の耐久性・信頼性を長期間維持できる。
【００１０】
第２の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、複数の前記放電管を備え、前記複数の放電管の間には、可撓性のある板状の導電板が挿入され、該導電板の接触によって前記複数の放電管が互いに導通されることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【００１１】
第２の本発明では、可撓性のある導電体の接触によって複数の放電管が互いに導通されるので、複数の放電管相互間の位置ずれがあっても導通を維持でき、また動作において振動が加わった場合にも導電体の弾発力により各放電管の変位が抑制されるので、これによって装置の耐久性・信頼性を長期間維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図１において、本発明の実施形態の排ガス浄化装置１は、車両に適用されると好適なものであり、プラズマリアクタまたはコロナリアクタとして構成されている。この排ガス浄化装置１は、図示されない内燃機関の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統を構成する排気管に組み込まれる。
【００１４】
排ガス浄化装置１は、上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂ、および中間ケース３を有する。上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂおよび中間ケース３は、金属とくにＳＵＳ等の耐熱材料により形成されている。上流側ケース２ａの内部には、図１において白抜矢印で示される方向に、内燃機関の燃焼室から排出される排ガスが導入される。そして、中間ケース３の内部で浄化された排ガスは、下流側ケース２ｂから不図示の排気管を介して外部に排出される。
【００１５】
上流側ケース２ａおよび下流側ケース２ｂは、排気管と概ね同径かつ概ね円筒形の端部２１ａ，２１ｂと、排気管よりも大径の概ねレーストラック形の断面形状を有する大径部２２ａ，２２ｂと、端部２１ａと大径部２２ａとの間および端部２１ｂと大径部２２ｂとの間に形成されたコーン部２４ａ，２４ｂとを含む。端部２１ａ，２１ｂは、排気管に接続するための入口または出口を構成する。
【００１６】
このような上流側ケース２ａと下流側ケース２ｂとの間に、概ねレーストラック形の断面形状を有する筒型の中間ケース３が気密に結合されている。中間ケース３の上流側および下流側の開口部には、支持ブロック１５，１６が、アルミナマット１７を介して気密に固定されている。支持ブロック１５，１６はアルミナなどの絶縁体からそれぞれ一体的に形成されている。
【００１７】
本実施形態では、放電管４ａ、外周電極４ｂおよび内部電極５により、処理ユニット６が構成されている。支持ブロック１５，１６の間に、複数（本実施形態では、２４体）の放電管４ａが互いに平行に固定されている。各放電管４ａは円筒形であり、その外周面には円筒形の外周電極４ｂが設けられている。放電管４ａの長手方向の両端部、すなわち上流側および下流側の端部には、その軸方向に直交する平坦な環状の端面がそれぞれ形成されている。放電管４ａには碍子などのセラミックやアルミナなどの絶縁体を用いるのが好適である。外周電極４ｂにはＳＵＳなどの耐熱性および耐腐食性を有する導電体を用いるのが好適である。
【００１８】
支持ブロック１５，１６には円形の通孔１５ａ，１６ａが多数設けられており、これら通孔１５ａ，１６ａの装置内方側の口縁部には、取付用段部２５，２６がそれぞれ形成されている。取付用段部２５，２６は放電管４ａの端部形状と相補的な形状（本実施形態では円筒形）の環状をなしている。各放電管４ａの上流端および下流端は、支持ブロック１５，１６の取付用段部２５，２６に、それぞれ耐熱性および弾性を有する平板状かつ環状のガスケット２７（図４参照）を挟んで固定されている。ガスケット２７の材料としては、石綿、耐熱性樹脂、耐熱性ゴム、金属などを用いることができる。放電管４ａの内径と通孔１５ａ，１６ａの孔径とは等しくされており、且つ放電管４ａの軸心は、通孔１５ａ，１６ａの軸心に合致させられている。
【００１９】
支持ブロック１５における通孔１５ａの配置は、図２に示されるとおりである。すなわち、縦一列４個の通孔１５ａからなるセットが３列互いに平行に配置されると共に、これらの縦列の間および両側方に、縦一列３個の通孔１５ａからなるセットが一列ずつ計４列配置される。各縦列の通孔１５ａは隣接する縦列の通孔１５ａに対して上下方向位置を外周電極４ｂの略半径分シフトして配置され、これにより各縦列間の距離の縮小ひいては装置全体の幅方向寸法の縮小が図られている。このように配置された通孔１５ａのそれぞれに放電管４ａが固定される。
【００２０】
内部電極５は実質的に剛体であり、放電管４ａの中心軸上ならびに外周電極４ｂの中心軸上に配置されて、排ガスの流れ方向に延びる。各内部電極５には、放電特性の良好なタングステンのプレス焼成品あるいはＳＵＳを用いるのが好適である。
【００２１】
各内部電極５の上流側の端部は、放電管４ａおよび外周電極４ｂの外部で、図１および図２に示されるような電極支持フレーム８に固定され、これによって両者間が導通されている。電極支持フレーム８は、金属とくにＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなり、図２に示されるように、概ね鉛直方向を長手とする７本の支持アーム８ａと、これら７本の支持アーム８ａを横切るように斜行して設けられた２本の支持アーム８ａとを組み合わせて構成されている。なお、本実施形態では斜行して設けられた２本の支持アーム８ａが、支持ブロック７ａの通孔１５ａの前面の遮蔽を可及的に避けるべく、概ね通孔１５ａの間の境界部の前面に配置されている。また、流体力学的な理由からＰＭの堆積は排ガス流路の中心部に集中する傾向があるため、これら斜行する２本の支持アーム８ａは、ＰＭの通過量が比較的多いと考えられる支持ブロック７ａの中央部を避けるように上下にシフトして配置されており、これによってＰＭの堆積に起因する漏電の抑制が図られている。
【００２２】
各内部電極５の下流側は、放電管４ａおよび外周電極４ｂの外部で、電極支持フレーム１８に固定されている。なお、内部電極５の一方または両方の端部と、電極支持フレーム８，１８のうちの一方または両方との結合を摺動自在とすることにより、内部電極５の伸びに起因する曲がりを抑制できる。
【００２３】
図３に示されるとおり、複数の外周電極４ｂ，４ｂの間には、網状のＳＵＳからなる電気連結メッシュ９が蛇行状に挿入されている。電気連結メッシュ９は本発明における可撓性のある導電体であり、自らの弾発力により、外周電極４ｂ，４ｂの間から脱落しないように保持されている。この電気連結メッシュ９の接触によって、各外周電極４ｂが互いに導通されている。
【００２４】
再び図１において、電極支持フレーム８には給電線１０が接続されており、給電線１０は図示されない電源ユニットに接続されている。また電極支持フレーム８には、給電線１０を被覆するスリーブ１１、および保持材１２が固定されており、電極支持フレーム８はこれらスリーブ１１および保持材１２を介して支持ブロック７ａに固定されている。スリーブ１１及び保持材１２は、碍子などの絶縁材からなる。
【００２５】
２４体の外周電極４ｂのうちの一つには、導電線１３が接続されており、導電線１３は不図示の車体の適宜のボディアース点に接続されることで電気的に接地されている。導電線１３は、碍子などの絶縁体からなるスリーブ１４に被覆されており、スリーブ１４は中間ケース３に固定されている。複数の外周電極４ｂの間は電気連結メッシュ９によって互いに導通されているため、導電線１３によって全ての処理ユニット６の外周電極４ｂが接地されることになる。なお、電源ユニットとしては、直流高圧電源、交流高圧電源、直流パルス電源、および直流とパルスとの重畳電源の何れかを用いることができる。
【００２６】
以上のとおり構成される排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動に合わせて、電源ユニットによって、各処理ユニット６の外周電極４ｂと内部電極５との間に、内部電極５を陽極として高電圧が印加される。そして、始動した内燃機関の燃焼室からの排ガスが、上流側ケース２ａから放電管４ａの内部へと導入されると、各処理ユニット６の内部電極５と外周電極４ｂとの間の空中放電によってプラズマ状態が生じ、排ガス中のＮＯｘなどの所定物質が活性化され、反応が促進されてＮ２等の物質に変換させられる。また、供給される排ガス中のＰＭが内部電極５からの放電により帯電され、内部電極５と外周電極４ｂとの間における電界との相互作用によって放電管４ａの内周面に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する活性ガスにより、その燃焼ないし酸化が促進されることになる。
【００２７】
ここで本実施形態では、各放電管４ａが一対の支持ブロック１５，１６の間に設置されており、且つ放電管４ａの長手方向の端面が、通孔１５ａ，１６ａの口縁に形成された環状の取付用段部２５，２６と接合しているので、放電管４ａと支持ブロック１５，１６との間のシール性を向上でき、これによって装置の耐久性・信頼性を長期間維持できる。
【００２８】
また本実施形態では、放電管４ａの上流端および下流端と支持ブロック１５，１６の取付用段部２５，２６との間の密封に、耐熱性を有する平板状かつ環状のガスケット２７（図４参照）を使用したので、当該部分の密封に無機接着剤を用いる場合に比べて高い耐熱性を得ることができる上、運転時の振動が加わった場合にも放電管４ａの軸方向の運動をよく緩衝でき、放電管４ａと支持ブロック１５，１６との対向面における削れ・割れ等のおそれを抑制できる。
【００２９】
また本実施形態では、可撓性のある電気連結メッシュ９の接触によって複数の放電管４ａが互いに導通されるので、複数の放電管４ａ相互間の位置ずれがあっても導通を維持でき、また電気連結メッシュ９の弾発力により各放電管４ａの変位が抑制されるので、これによって装置の耐久性・信頼性を長期間維持できる。
【００３０】
なお、本発明は上記実施形態に記載の態様に限定されず、各種の変形が可能である。例えば、上記実施形態では図４に示されるように、支持ブロック１５，１６の取付用段部２５，２６と放電管４ａの長手方向の端面との間に平板状かつ環状のガスケット２７を挟むこととしたが、本発明における支持ブロックと放電管との間の接合構造はこのようなものに限られず、例えば図５に示すように、支持ブロック１５，１６の取付用段部２５，２６の円筒面と、放電管４ａの外周面との間に、筒状かつ環状のガスケット２８を配置してもよい。この場合には、放電管４ａの放射方向の振動を緩衝できるという利点がある。また、放電管４ａの端部の周面に雄ネジを形成すると共に支持ブロック１５，１６の取付用段部２５，２６の円筒面に雌ネジを形成して、両者をネジ結合してもよい。
【００３１】
また、上記実施形態では放電管４ａや外周電極４ｂを円筒形としたが、角筒形など他の形状としてもよい。また、支持アーム８ａ，１８ａの一部（例えば通孔１５ａの口縁部の近傍）または全部の表面を絶縁層で被覆してもよい。また、外周電極・内部電極や放電管に触媒物質を担持させてもよい。
【００３２】
また、上記実施形態では可撓性のある導電体としてＳＵＳからなる網状の電気連結メッシュ９を用いたが、本発明における導電体としては例えば、金属繊維をランダムに集積してなるマット状または不織布状の繊維体や、エンボス加工された金属薄板など、導通に適した表面構造を備え弾発性を維持しうる他の各種の材料を利用することができる。また、本実施形態では各電気連結メッシュ９が７点で外周電極４ｂに当接することとしたが、本発明における導電体はその弾発力により複数の放電管の間に支持される構造であればその放電管または外周電極への接触点の数は任意の複数とすることができ、特に３点以上とするのが好適である。
【００３３】
さらに、本発明では外周電極４ｂに囲まれた空間にセラミックスなどのハニカム構造体を設置するなど、プラズマの利用の有無やＰＭの濾過如何にかかわらず、電力の作用により排ガスを改質処理しうる各種の構成を用いることができ、いずれも本発明の範疇に属するものである。また本発明は、車両以外の内燃機関について適用できることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置を示す縦断側面図である。
【図２】中間ケース、支持ブロックおよび電極支持フレームを示す正面図である。
【図３】排ガス浄化装置の内部構造を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】支持ブロックと放電管との結合部分の構造を示す要部拡大図である。
【図５】支持ブロックと放電管との結合部分の他の構成例を示す要部拡大図である。
【図６】従来の放電管の支持構造の一例を示す縦断側面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１          排ガス浄化装置
２ａ        上流側ケース
２ｂ        下流側ケース
３          中間ケース
４ａ        放電管
４ｂ        外周電極
５          内部電極
６          処理ユニット
８，１８    電極支持フレーム
９          電気連結メッシュ
１０        給電線
１５，１６  支持ブロック
１５ａ，１６ａ  通孔
２５，２６  取付用段部
２７，２８  ガスケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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