(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、放電管の固定構造を簡素化して組立て工程を簡略化する。【解決手段】  外周電極４ｂの外周面にセパレータ９を気密に固定し、該セパレータ９の外周面を中間ケース３内に配置されたアルミナマット３２の内周面に圧接させることで組立てを行う。容器内の気密性を付与しつつ組立て工程を簡略化することができる。外周電極４ｂは内部電極５の長手方向の端部から所定長さａ以上離間され、異常放電が抑制される。【選択図】  図１
2006029213.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放電管の外周面に形成された外周電極と、当該外周電極の内側に配置される内部電極と、を容器内に備え、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、
前記外周電極の外周面に、導電体からなるセパレータが気密に固定され、該セパレータの外周面は、耐熱性クッション材を挟んで前記容器の内周面に圧接させられ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、
前記外周電極は、前記放電管における前記内部電極の長手方向の端部に近接する端部から所定長さ以上離間した領域に形成されてい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の装置では、金属製の放電管の前端部および後端部に絶縁筒を固定し、この絶縁筒を更に絶縁性の取付け枠を介して容器に固定していたため、構造が複雑で組立て工程が煩雑であるという欠点があった。
【０００５】
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、放電管の固定構造を簡素化して組立て工程を簡略化することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の本発明は、放電管の外周面に形成された外周電極と、当該外周電極の内側に配置される内部電極と、を容器内に備え、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、前記外周電極の外周面に、導電体からなるセパレータが気密に固定され、該セパレータの外周面は、耐熱性クッション材を挟んで前記容器の内周面に圧接させられていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００７】
第１の本発明では、外周電極の外周面にセパレータを気密に固定し、該セパレータの外周面を、耐熱性クッション材を挟んで容器の内周面に圧接させることで組立てを行うことができるので、容器内の気密性を付与しつつ放電管の固定構造を簡素化でき組立て工程を簡略化することができる。
【０００８】
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、前記外周電極は、前記放電管における前記内部電極の長手方向の端部に近接する端部から所定長さ以上離間した領域に形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。
【０００９】
第２の本発明では、上記第１の本発明による効果に加え、外周電極が内部電極の長手方向の端部から所定長さ以上離間されるので、異常放電の抑制によって浄化性能の低下を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【００１２】
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を有し、これらケース２ａ，２ｂ，３は本発明における容器を構成する。ケース２ａ，２ｂ，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。
【００１３】
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とを有する。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。
【００１４】
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、外部フレーム７ａ，７ｂがアルミナマット３１を介して固定されている。外部フレーム７ａ，７ｂはアルミナなどの絶縁体からなる。
【００１５】
中間ケース３の内側に、複数（本実施形態では、２４体）の処理ユニット６が互いに平行に保持されている。各処理ユニット６は、碍子からなる円筒形の放電管４ａ、放電管４ａの外周面に形成された外周電極４ｂ、および細径の直円柱棒状の内部電極５からなる。各放電管４ａは、その中間部を３体のセパレータ９にそれぞれ固定されている。
【００１６】
放電管４ａは碍子などの高耐熱絶縁材料からなる。外周電極４ｂは、放電管４ａの外周面へのＮｉメッキにより形成されている。外周電極４ｂは、放電管４ａにおける内部電極５の長手方向の端部に近接する端部、すなわち放電管４ａの上流側および下流側の端部から、それぞれ所定長さａ以上離間した領域に形成されている。この所定長さａは、動作の際に内部電極５の上流側および下流側の端部または電極支持フレーム８，１８から外周電極４ｂへの意図しない空中放電などの異常放電が生じないような長さに設定される。
【００１７】
セパレータ９はＳＵＳの板材をプレス加工してなり、放電管４ａの外径にほぼ等しい内径を有する２４個の円筒形の内側ボス部９ａと、セパレータ９の外周に形成された外側ボス部９ｂとを備えている。内側ボス部９ａは、各放電管４ａの外周電極４ｂに固定されている。外側ボス部９ｂは、中間ケース３の内周面に接着されたアルミナマット３２に圧接している。アルミナマット３２は、本発明における耐熱性クッション材であり、アルミナ繊維をマット状に成形してなるものであって、耐熱性・断熱性および電気絶縁性を有する。
【００１８】
放電管４ａ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個の放電管４ａ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個の放電管４ａからなるセットが一列ずつ計４列配置される。各縦列の放電管４ａは隣接する縦列の放電管４ａに対して上下方向位置を放電管４ａ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。セパレータ９によって、全ての外周電極４ｂが互いに導通されている。なお図２においては、セパレータ９の内側ボス部９ａは図中最も左上および最も右下の放電管４ａについてのもののみを図示し、外側ボス部９ｂは図示を省略している。
【００１９】
内部電極５は実質的に剛体であり、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。
【００２０】
各内部電極５の長手方向の端部は、放電管４ａおよび外周電極４ｂの外部で、電極支持フレーム８，１８に固定され且つ導通されている。電極支持フレーム８，１８は金属とくにＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなる。図２に示されるように、電極支持フレーム８は、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。下流側の電極支持フレーム１８は、上流側の電極支持フレーム８と同形、またはこれと鏡面対称に構成されている。
【００２１】
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、放電管４ａの前面の遮蔽を可及的に避けるべく概ね放電管４ａの間の空間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中間ケース３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】
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は容器外で、不図示の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を介して外部フレーム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。
【００２３】
３体のセパレータ９のうち最も上流側のセパレータ９には、導電線１３が接続されており、導電線１３は、中間ケース３に固定された絶縁性のスリーブ１４を通って容器外に引き出され、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。複数の処理ユニット６の外周電極４ｂの間はセパレータ９によって互いに導通されており、これ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。
【００２４】
本実施形態の排ガス浄化装置１の組立ては、以下の手順で行われる。まず、外周面に外周電極４ｂが形成された２４体の放電管４ａを用意し、これら２４体の放電管４ａをセパレータ９の内側ボス部９ａに挿入する。次に外周電極４ｂの外周面に、３体のセパレータ９の内側ボス部９ａの全周を、ロウ付けによって気密に固定する。他方、中間ケース３の内周面に、アルミナマット３２を接着する。そして、先に２４体の放電管４ａが一体的に固定された３体のセパレータ９を、中間ケース３の内側に圧入する。そして中間ケース３の上流側および下流側の端部に、外部フレーム７ａ，７ｂ、内部電極５および電極支持フレーム８，１８を組み付け、最後に上流側ケース２ａおよび下流側ケース２ｂを結合する。
【００２５】
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と放電管４ａ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。
【００２６】
ここで本実施形態では、外周電極４ｂの外周面にセパレータ９を気密に固定し、該セパレータ９の外周面を中間ケース３内に配置されたアルミナマット３２の内周面に圧接させることで組立てを行うことができるので、容器内の気密性を付与しつつ放電管４ａの固定構造を簡素化でき、組立て工程を簡略化することができる。
【００２７】
また、本実施形態では、外周電極４ｂが内部電極５の長手方向の端部から所定長さａ以上離間されるので、異常放電の抑制によって浄化性能の低下を抑制できる。
【００２８】
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、上記実施形態では耐熱性クッション材としてアルミナマット３２を用いたが、本発明における耐熱性クッション材としてはガラス繊維など、耐熱性・電気絶縁性および圧縮性ないしクッション性を有する各種の素材を利用できる。また、上記実施形態ではアルミナマット３２を中間ケース３に接着したが、本発明における耐熱性クッション材は他の手段により固定してもよく、またセパレータ側に接着してもよい。
【００２９】
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。また上記実施形態では外周電極４ｂをメッキによって形成したため、放電管４ａと外周電極４ｂとの間における特に高い気密性を得ることができるが、本発明における外周電極は放電管の外周面へのＳＵＳ管の焼き嵌めなど、他の手段によって形成してもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では電極支持フレーム８をスリーブ１１または保持材１２を介して外部フレーム７ａ，７ｂに固定することとしたが、電極支持フレーム８の固定構造は他の構造であってもよい。また、上記実施形態では内部電極５の支持構造である電極支持フレーム８，１８を処理ユニット６の上流側と下流側とで略対称としたが、両者が略対称である必要はない。また、支持アーム８ａ，１８ａの一部（例えば通孔７ｃ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。
【００３１】
さらに、本発明では単一の内部電極について、周方向や長手方向に互いに分割された複数個の外周電極を設けてもよく、また、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】
【００３２】
【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、電極支持フレーム、セパレータおよび放電管を示す正面図である。
【符号の説明】
【００３３】
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          セパレータ
１０        給電線
３２        アルミナマット
【図１】
2006029213.tif 000003
【図２】
2006029213.tif 000004