(57)【要約】【課題】  コロナ放電を利用した内燃機関の排気処理装置において、静電凝集した微粒子が捕集時の衝撃で再分散したり、離脱して排出されてしまうのを防止し、静電捕集性能を向上させる。【解決手段】  内燃機関の排気流路１１内の略中心部にコロナ放電電極２を、その下流に集塵電極である静電捕集メタルフィルタ３を対向配設する。静電捕集メタルフィルタ３は中空筒状で、排気流路１１に続く内周流路３２と、その周囲の筒壁部からなる導電性の外周フィルタ部３１からなり、排気流れに含まれる凝集微粒子をクーロン力により外周フィルタ部３１に引き付けて、内周流路３２に開口する多数の区画された捕捉空間部３３内に誘導保持する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気流路内に配設した電極間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより排気微粒子を静電凝集させる排気処理装置であって、
上記排気流路の略中央部に放電部が配置される放電電極と、上記排気流路内壁に沿って配置される中空筒状の集塵電極とを備え、該集塵電極は、筒中空部を排気が通過する内周流路とするとともに、その周囲の導電性の筒壁部を、上記内周流路に開口する多数の区画された捕捉空間部を備える外周フィルタ部とし、上記内周流路の排気流れに含まれる凝集微粒子をクーロン力により外周側へ移動させて、上記外周フィルタ部内周面の開口から上記捕捉空間部内部に誘導保持することを特徴とする内燃機関の排気処理装置。
【請求項２】
上記外周フィルタ部は、上記内周流路の径方向に積層された複数の導電材層からなり、各層に形成した多数の微細な貫通孔が互いに連通して、静電凝集した排気微粒子が通過可能な微細な通路を形成し上記内周流路側から外周側へ延びる上記捕捉空間部を構成する請求項１記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項３】
上記捕捉空間部内の通路は、上記内周流路の径方向に対して傾斜する方向に延びている請求項２記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項４】
上記捕捉空間部内の通路は、上記内周流路に開口する入口部における凝集微粒子の侵入方向に沿うように傾斜している請求項３記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項５】
上記捕捉空間部は、上記内周流路に開口する入口部の大きさが外周側端部の大きさよりも大きく形成される請求項１ないし４のいずれか１項に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項６】
上記捕捉空間部は、上記内周流路に開口する入口部から侵入する凝集微粒子を内部へ誘導するとともに、内部に捕捉された凝集微粒子の移動を規制する保持壁を有する請求項１ないし５のいずれか１項に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項７】
上記保持壁は、上記捕捉空間部内において対向する対向壁と略平行に設けられる請求項５記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項８】
上記外周フィルタ部は、排気流れの上流側の肉厚が下流側の肉厚よりも大きい請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項９】
上記放電電極の上記放電部を、上記集塵電極の上記内周流路内に配置した請求項１ないし８のいずれか１項に記載の内燃機関の排気処理装置。
【請求項１０】
上記外周フィルタ部の内周側に、上記内周流路と上記捕捉空間部を連通する多数の誘導路を凝集微粒子の流れ方向に形成した非導電性の誘導部材を配置した請求項１ないし７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスに含まれる排気微粒子をコロナ放電を利用して捕集する排気処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンから排出される排気微粒子（ＰＭ）を処理するために、種々の装置が提案されている。その一例として、排気流路に多孔質セラミックスからなるパティキュレートフィルタを設置して、排気微粒子を捕集することが行われているが、粒子径がナノミクロン級と小さい微粒子（ナノ微粒子）が捕捉されずに通過してしまうおそれがある。一方、微粒子のすり抜けを防止するために、パティキュレートフィルタの目を細かくすると、排気流路の圧損が増大する不具合がある。
【０００３】
そこで、コロナ放電を利用して微粒子を静電凝集させる装置が検討されている。この装置では、排気流路内に放電電極と集塵電極を対向配設させて、両電極間に高電圧を印加し、発生したコロナ放電によって排気中の微粒子を帯電させる。帯電した微粒子は静電力で集塵電極側へ移動して凝集するので、その下流にパティキュレートフィルタを設置することで回収が容易になる（例えば、特許文献１等）。
【特許文献１】特開２００５−３２０９５５号公報
【０００４】
図１５（ａ）は、微粒子を静電凝集させるＰＭ凝集装置１００とＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）２００を組み合わせたディーゼルエンジン用排気処理装置の構成例である。ＰＭ凝集装置１００はエンジンの排気流路の途中に設置され、コロナ放電電極１０１はその下流に流路を横切って配置される静電凝集部１０２に対向している。静電凝集部１０２は、導電網状に構成されて集塵電極として機能するもので、両電極間に高電圧を印加すると、コロナ放電によって排気中の微粒子が帯電し、静電凝集部１０２側へ移動しながら凝集する。凝集粒子は静電凝集部１０２の網目を通過して、下流のＤＰＦ２００にて捕集され、定期的に燃焼除去される。
【０００５】
一方、下記特許文献２には、排気流路の中央部に高電圧電極を、その外周に低電圧電極を配置し、コロナ放電を発生させて帯電した排気微粒子を外周側に移動させることにより、微粒子の空間密度分布が高い外周側と空間密度分布が低い中央部とに分流し、それぞれに適したフィルタを下流に配置して微粒子を捕集する装置が開示されている。
【特許文献２】特開２００５−７６４９７号公報
【０００６】
図１６は、特許文献２に示される装置構成の例で、高電圧電極３０１の外周に配した低電圧電極３０２に透過部３０３を設け、マイナスに帯電させた微粒子を静電凝集させるとともに、排ガスの流れによって透過部３０３を通過させてその外側のフィルタ３０４にて捕集するようになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、静電凝集した微粒子は結合力が弱いため、次のような問題があった。図１５（ａ）の構成では、図１５（ｂ）に示すようにＰＭ凝集装置１００下流に配置したＤＰＦ２００内に多数のセル流路２０１が形成され、凝集微粒子はセル流路２０１間を流通する間に、流路を区画するセル壁部２０２に捕集されるようになっている。ところが、セル流路２０１における排気流速が非常に速いため、セル壁部２０２部の拡大図に示すように凝集微粒子が壁面への衝突により再分散し、壁面から離脱してセル壁部２０２をすり抜けてしまうおそれがある。
【０００８】
図１６の構成においても、フィルタ３０４を収容する外筒３０５の排出口３０６へ向かう排気流れがあるために、凝集微粒子がフィルタ３０４内で衝突により再分散、離脱する同様の問題が生じる。フィルタ３０４は粗大化した粒子を捕捉するための目の粗いものであるため、離脱した微粒子が捕集されずに排出口３０６から排出されるおそれがある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、コロナ放電を利用した内燃機関の排気処理装置において、静電凝集した微粒子が捕集時の衝撃で再分散したり、離脱して排出されてしまうのを防止し、静電捕集性能を大幅に向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明請求項１の排気処理装置は、内燃機関の排気流路内に配設した電極間に高電圧を印加してコロナ放電を発生させることにより排気微粒子を静電凝集させるもので、上記排気流路の略中心部に配置される放電電極と、排気流路内壁に沿って配置される中空筒状の集塵電極を備える。この集塵電極は、筒中空部を排気が通過する内周流路とし、その周囲の筒壁部を導電性の外周フィルタ部として、上記内周流路に開口する多数の区画された捕捉空間部を有する構造とし、排気流れに含まれる凝集微粒子をクーロン力により外周側へ移動させて、外周フィルタ部内周面の開口から捕捉空間部の内部に誘導保持する。
【００１１】
排気処理装置内に流入した排気微粒子は、コロナ放電によって発生するイオンによって帯電し、凝集しながらクーロン力によって集塵電極に引き寄せられて外周側へ移動する。中空の集塵電極はその導電性筒壁部を外周フィルタ部としており、凝集微粒子は外周フィルタ部の内周表面に達すると、多数の開口からこれに連なる捕捉空間部に侵入する。排気流路の外周側、すなわち外周フィルタ部の近傍では排気は低流速域となっているので、凝集微粒子が入口部で衝突により再分散するのが回避され、低速で捕捉空間部内を移動する。また、外周フィルタ部の外周側は閉鎖端となっているので、捕捉された凝集微粒子は、捕捉空間部内に保持される。排気微粒子が分離された排気は、集塵電極内の内周流路を通過して排出される。
【００１２】
よって、凝集微粒子を容易に静電捕集し、再分散や離脱を回避しながら外周フィルタ部に永久捕集させることができる。また、集塵電極の中空部を排気の流路としているので、捕集に伴う圧損増加の問題が生じず、静電凝集部とフィルタ部とを一体構造とした高性能な排気処理装置を実現できる。
【００１３】
請求項２の発明において、上記外周フィルタ部は、上記内周流路の径方向に積層された複数の導電材層からなる。各層には多数の貫通孔が形成され、これら多数の貫通孔が互いに連通して、静電凝集した排気微粒子が通過可能な通路径を有し上記内周流路側から外周側へ延びる捕捉空間部を構成している。
【００１４】
具体的には、外周フィルタ部を積層構造とし、各層に設けた多数の貫通孔が連通するように配置することにより、区画された多数の捕捉空間部を形成することができる。
【００１５】
請求項３の発明において、上記捕捉空間部の内部に形成される通路は、上記内周流路の径方向に対して傾斜する方向に延びている。
【００１６】
捕捉空間部内の通路を傾斜させて形成すると、上記内周流路に開口する入口部から侵入する凝集微粒子をその内部に留め置いて、離脱を防止する効果が高くなる。
【００１７】
請求項４の発明において、上記捕捉空間部内の通路は、上記内周流路に開口する入口部における凝集微粒子の侵入方向に沿うように傾斜している。
【００１８】
好適には、捕捉空間部内の入口部から外周側へ向かう通路が、侵入する凝集微粒子の流れ方向に形成されていると、凝集微粒子の衝突を抑制しつつ内部へ移動させ、捕捉した凝集微粒子を内部に留めた状態を保持する効果が高くなる。
【００１９】
請求項５の発明において、上記捕捉空間部は、上記内周流路に開口する入口部の大きさが外周側端部よりも大きく形成される。
【００２０】
好適には、捕捉空間部内の入口部を大きく形成すると、凝集微粒子が捕捉空間部内に侵入しやすくなる。また、外周側端部における通路径が小さくなるように形成すると、侵入した凝集微粒子を保持しやすくなる。
【００２１】
請求項６の発明において、上記捕捉空間部は、上記内周流路に開口する入口部から侵入する凝集微粒子を内部へ誘導するとともに、内部に捕捉された凝集微粒子の移動を規制する保持壁を有する。
【００２２】
好適には、捕捉空間部を区画形成する通路壁を、凝集微粒子の移動方向に形成され、内部へ誘導した凝集微粒子を保持する保持壁として構成すると、凝集微粒子の捕捉を容易にし、かつその移動を規制して確実に捕集できる。
【００２３】
請求項７の発明において、上記保持壁は、上記捕捉空間部内において対向する対向壁と略平行に設けられる。
【００２４】
略平行に配置した通路壁により捕捉空間部を容易に区画形成し、捕捉空間部内に流入する排気微粒子を内部に誘導して容易に捕集できる。
【００２５】
請求項８の発明において、上記外周フィルタ部は、排気流れの上流側の肉厚が下流側の肉厚よりも大きくなるように形成する。
【００２６】
ガス流入直後の排気には、帯電凝集した排気微粒子が多量に含まれるので、ガス流入側の外周フィルタ部の肉厚を増して捕集スペースを増大することで、排気微粒子の捕集効率を向上させることができる。
【００２７】
請求項９の発明において、上記放電電極の上記放電部は、上記集塵電極の上記内周流路内に配置してある。
【００２８】
集塵電極内部の排気流路である内周流路に、放電電極の放電部を配置することもできる。帯電した排気微粒子は、凝集しながら速やかに外周側へ引き寄せられ、外周フィルタ部の捕捉空間部に容易に捕集される。
【００２９】
請求項１０の発明において、上記外周フィルタ部の内周側には、上記内周流路と上記捕捉空間部を連通する多数の誘導路を凝集微粒子の流れ方向に形成した非導電性の誘導部材を配置する。
【００３０】
外周フィルタ部と内周流路の間に、凝集微粒子の誘導路を有する誘導部材を配置することもできる。誘導部材は非導電性で凝集微粒子の流れ方向に延びているので、凝集微粒子の移動を妨げることなく、外周フィルタ部の捕捉空間部へ誘導し、捕集効率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明をディーゼルエンジンの排気処理装置に適用した第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は、排気処理装置１の全体構成を示すもので、エンジンの排気管に接続されるハウジングＨ内に、放電電極であるコロナ放電電極２と、集塵電極となる静電捕集メタルフィルタ３が対向配設されている。ハウジングＨは排気管より大径の円筒管状で、その内部は円形断面の排気流路１１となり、両端小径部にて排気管の直線部に接続されるようになっている。
【００３２】
コロナ放電電極２は、ハウジングＨの管壁に設けた開口部を閉鎖する保持プレート１２にこれを貫通して取り付けられる。コロナ放電電極２は碍子部２３外周に設けた雄ねじ部が、保持プレート１２に設けた雌ねじ部に螺合され、ナット１３にて締付け固定される。
【００３３】
コロナ放電電極２は、外周が碍子部２３に保持される導電部２１と、その先端（図の下端側）に設けられる放電部２２とからなる。導電部２１は、ハウジングＨ外に突出する基端側（図の上端側）が図示しない直流高電圧電源と接続され、先端側は碍子部２３から露出してＬ字状に排気流路１１の軸線に沿って延び、先端の放電部２２へ高電圧を導くようになっている。放電部２２は、例えば、放射状に多数の突起を有する平板からなる。このように、突起を設けることで放電率を高めるとともに、排気流路１１内に均等にコロナ放電を発生させて、凝集効果を高めることができる。
【００３４】
排気流路１１の略中央部に位置する放電部２２の下流側には、中空円筒状の静電捕集メタルフィルタ３が設置してある。静電捕集メタルフィルタ３は、筒中空部内が排気流路１１に続く排気の内周流路３２となるとともに、その周囲を取り囲む厚肉の筒壁部が、微粒子捕集用の外周フィルタ部３１となっている。外周フィルタ部３１は、導電性基材、例えばパンチングメタルやメタルワイヤ等を用いて全体がフィルタ状に成形されており、その外周面を接地電位としたハウジングＨの内周面に密接配置させることにより、接地電極として機能するようになっている。
【００３５】
図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、外周フィルタ部３１の詳細構造を示す。図示するように、外周フィルタ部３１は、内周流路３２の径方向に積層された複数の導電材層からなる積層体構造となっている。積層体を構成する各層は、全面に多数の微細な貫通孔が形成されており、これら貫通孔が隣合う層間で互いに連通するように積層することで、内周流路３２に一端側が開口し外周方向に延びる多数の区画された捕捉空間部３３が形成される。具体的には、例えばミクロンオーダの微細孔を所定間隔で多数配置したパンチングメタルを用い、筒状に成形したものを径方向に積層焼結して、多数の捕捉空間部３３にフィルタ機能を持たせることで外周フィルタ部３１とすることができる。
【００３６】
図２は図１（ａ）のＢ部拡大断面図であり、図に模式的に示すように、帯電凝集した排気微粒子は、集塵電極である静電捕集メタルフィルタ３に引き寄せられ、内周流路３２内の排気ガス流れから離れて外周側へ移動する。外周フィルタ部３１に達すると、通路３２に開口する入口部３３１から捕捉空間部３３内部の通路に侵入し、捕捉される。
【００３７】
ここで、排気微粒子は、通常、０．０１μｍから数μｍ程度の粒径であり、凝集した微粒子は、通常、１μｍから１０μｍ程度の粒径の粗大粒子となる。捕捉空間部３３は、凝集微粒子が流入を妨げない程度の大きさを有し、入口部３３１から内部に延びる微細な通路は、凝集微粒子を保持する十分な空間を有することが望ましく、所望の捕集効果が得られるように大きさを適宜調整するとよい。一例として図２（ｂ）に示す外周フィルタ部３１では、捕捉空間部３３を構成する各層の貫通孔の大きさ（正方形の一辺の長さＬ）を５０μｍ程度としている。
【００３８】
次に、図２により、静電捕集のメカニズムと本実施形態の排気処理装置１の作用効果について説明する。図１（ａ）に示したコロナ放電電極２の導電部２１に接続する図示しない直流高電圧電源から負の直流高電圧（例えば、−２０ＫＶ）を印加すると、放電部２２先端の突起２ａ近傍においてコロナ放電が発生する。図２に示すように、コロナ放電により放射される電子は（図中１）、電子親和性の高い気体分子（酸素）をマイナスイオン化し（図中２）、付近の排気微粒子（図中ＰＭ）に付着してこれを負に帯電させる（図中３）。
【００３９】
帯電した排気微粒子（ＰＭ）は、クーロン力によって接地電位となっている静電捕集メタルフィルタ３に引き寄せられ、内周流路３２中央を下流へ向かうガス流（例えば、流速２０ｍ／ｓｅｃ）から徐々に離脱して、凝集しながら外周側へ移動する（図中４）。静電捕集メタルフィルタ３の外周フィルタ部３１に達すると、凝集した排気微粒子は、通路３２に開口する入口部３３１から捕捉空間部３３の内部に侵入し、静電捕集される（図中５）。排気微粒子が捕捉空間部３３に捕捉されると、これを負に帯電させていた電子が通路壁を構成するパンチングメタルを介して放出される（図中６）。
【００４０】
上記構成によれば、静電捕集メタルフィルタ３を中空円筒状として、排気ガスが通過する内周流路３２の周囲に外周フィルタ部３１を配置したので、凝集した排気微粒子を排気ガスから分離して、外周フィルタ部３１へ移動させて容易に捕集でき、圧損低減も実現できる。外周側はガス流れが遅いので、引き寄せられた凝集微粒子がその場に留まりやすく、外周フィルタ部３１内周面に達した排気微粒子の移動速度も遅くなっているので、入口部３３１に衝突することなく、捕捉空間部３３の通路壁に沿って内部へ移動する。捕捉空間部３３は外周側が閉鎖されており、捕捉された排気微粒子は捕捉空間部３３内に確実に保持され、再分散したり、飛散して静電捕集メタルフィルタ３を通過してしまうのを防止できる。
【００４１】
図３（ａ）〜（ｃ）に第２の実施形態として示すように、パンチングメタルに代えてメタルワイヤＷを用いることもできる。具体的には、例えばミクロンオーダのステンレス鋼繊維を用いて立体メッシュ状に成形加工し、均一焼結させて、多数の捕捉空間部３３にフィルタ機能を持たせた外周フィルタ部３１とすることもできる。なお、本実施形態においては、このステンレス鋼繊維として太陽金網（株）製の金網メッシュ、線番Ｎｏ．＃４８を用いて立体メッシュ状に成形加工した。一例として図３（ｂ）、（ｃ）に、外周フィルタ部３１の一部を拡大して模式的にその構成を示す。この例では、メタルワイヤＷ線径ｔを５０μｍ程度、捕捉空間部３３を構成する貫通孔は一辺の長さＬが５０μｍ程度の正方形としている。
【００４２】
図４（ａ）に示すように、上記第１、２の実施形態では、コロナ放電電極２を、電子を受け取る電極となる静電捕集メタルフィルタ３の上流側に配置し、コロナ放電電極２近傍でイオンを付着させた排気微粒子（ＰＭ）を、下流の静電捕集メタルフィルタ３に導入し、クーロン力によって外周フィルタ部３１に引き付ける構成としている。このように、本発明では、静電凝集部位の直下流に、捕集用の外周フィルタ部３１が位置しているので、速やかに外周へ移動して外周フィルタ部３１に捕集される。なお、帯電した凝集微粒子は、最大流速２０ｍ／ｓｅｃという排気流れでも、数ｍｍ下流で静電捕集可能である。
【００４３】
図４（ｂ）に示すように、コロナ放電電極２を複数とし、上流側の放電電極２Ａに加えて、静電捕集メタルフィルタ３の内部にも放電電極２Ｂを設けることもできる。この構成によれば、上流側の放電電極２Ａにおいてイオン付着できなかった排気微粒子があった場合でも、静電捕集メタルフィルタ３内の放電電極２Ｂにおいてイオン付着させることで、クーロン力によって排気微粒子を外周フィルタ部３１に引き付けることができる。よって、排気微粒子が、静電捕集メタルフィルタ３を通過して放出されるのを防止する効果をより高めることができる。
【００４４】
図４（ｃ）に示すように、好適には、所望の捕集性能が得られるように静電捕集メタルフィルタ３の外周フィルタ部３１の大きさを適切に設定し、凝集した排気微粒子を外周フィルタ部３１に確実に捕捉できるようにする。図中、Ｓ０は静電捕集メタルフィルタ３の断面積、Ｓ１は内周流路３２となる中央部の断面積であり、例えば外周フィルタ部３１の軸方向長６０ｍｍの時に、中央部断面積Ｓ１と外周フィルタ部３１断面積Ｓ２（Ｓ０−Ｓ１）との断面積比Ｓ１／Ｓ２＝４．２６程度に設定する。
【００４５】
本発明では、静電捕集メタルフィルタ３によって、静電力による凝集と凝集粒子の捕捉の両方を行うので、従来の静電凝集器と捕集用フィルタを併設する構成に比べて、装置構成がコンパクトにできる。また、静電捕集メタルフィルタ３は中央部に排気の内周流路３２を有するので、排気の流れを妨げることがなく、排気流路を横切る捕集用フィルタを設置する装置のように圧損が増大する懸念がない。
【００４６】
好適には、静電捕集メタルフィルタ３の上流側に、通常のＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタを組み合わせた構成とするとよい。この時、ＤＰＦは粒径の大きい排気微粒子を捕集する目の粗いフィルタ構造とし、その下流に静電捕集メタルフィルタ３を配置して、ＤＰＦを通過したナノ微粒子を捕捉することで、低圧損かつ捕集性能の高い排気処理装置とすることができる。
【００４７】
図５に本発明の第３の実施形態を示す。図は静電捕集メタルフィルタ３の外周フィルタ部３１構造を模式的に示すもので、基本構成と静電捕集のメカニズムは上記第１実施形態と同様である。本実施形態では、パンチングメタルの積層体により構成される外周フィルタ部３１の各層を、帯電凝集した排気微粒子の流れに沿う方向に僅かにずらして積層する。これにより、各層に設けた貫通孔を連通させて形成した捕捉空間部３３には、内周流路３２の径方向に対して傾斜し、入口部３３１から外周方向へ凝集粒子の侵入方向に延びる通路が形成される。
【００４８】
このように構成すると、凝集した排気微粒子が、その流れに沿う方向に延びる捕捉空間部３３内にスムーズに流入し、入口部３３１や通路壁に衝突することなく、外周側端部まで導かれて、ハウジングＨとの間に形成される隙間３３２に捕捉される。この時、排気微粒子の流れを誘導し隙間３３２を形成する通路内壁面は、隙間３３２に凝集微粒子を留め置いてその移動を規制する保護壁３３３となる。保護壁３３３は、対向する通路壁と略平行に設けられて、略一定の大きさの微細な通路を形成している。
【００４９】
従って、途中で衝突により再分散するのを防止しながら、凝集微粒子を捕捉空間部３３内に誘導し、外周側端部の隙間３３２に捕捉するので、外周フィルタ部３１の内部空間を効率よく使用して、捕集性能を向上できる。また、保護壁３３３が捕捉された凝集微粒子の移動を規制し離脱が抑止されるので、保持性能が向上する。
【００５０】
図６に本発明の第４の実施形態を示す。図は静電捕集メタルフィルタ３の外周フィルタ部３１構造を模式的に示すもので、基本構成と静電捕集のメカニズムは上記第１実施形態と同様である。本実施形態では、上記第２実施形態と同様に、パンチングメタルの積層体により構成される外周フィルタ部３１の各層を、帯電凝集した排気微粒子の流れに沿う方向にずらして積層するとともに、通路３２側においては捕捉空間部３３を構成する貫通孔の間隔を広くし、外周側においては貫通孔の間隔を狭くする。すなわち、外周側では、捕捉空間部３３内をさらに区画する仕切壁を配置して、捕捉空間部３３内をより狭い捕捉空間部３３’に分割している。保護壁３３３に対向する通路壁は、保護壁３３３と略平行に設けられる。
【００５１】
これにより、捕捉空間部３３の通路を、内周流路３２の径方向に対して傾斜させるとともに、入口部３３１側の通路を外周側より大きくすることができる。このように構成すると、凝集した排気微粒子がより侵入しやすくなり、衝突による再分散を回避できる。また、外周側では保護壁３３３に誘導されて隙間３３２に確実に捕捉し、離脱を抑制する効果を高めることができる。
【００５２】
図７に本発明の第５の実施形態における静電捕集メタルフィルタ３構造を模式的に示す。図は、外周フィルタ部３１構造を模式的に示すもので、基本構成は上記第１実施形態と同様である。本実施形態では、上記第４の実施形態の構成において、外周フィルタ部３１の各層を構成するパンチングメタルの積層構造を変化させ、捕捉空間部３３の最外周部において捕捉空間部３３内を区画する仕切壁を配置していない。これにより、外周側の捕捉空間部３３内に形成されるより狭い捕捉空間部３３’の閉鎖端部に、凝集微粒子を保持する空隙３３４を形成している。
【００５３】
この構成では、捕捉空間部３３へ侵入した凝集微粒子を捕捉空間部３３’に誘導し、最奥部の空隙３３４に捕集することができる。これにより外周フィルタ部３１の外周側に排気微粒子を留めておく空間を確保し、かつその離脱を防止する効果を高めることができる。
【００５４】
図８に本発明の第６の実施形態として示すように、本発明の静電捕集メタルフィルタ３は、少なくとも外周フィルタ部３１のガス流入側端面を閉鎖面Ｄとすることが望ましい。このようにすると、外周フィルタ部３１内のガス流れをさらに抑制することができ、排気微粒子の捕集効率が向上する。
【００５５】
図９に本発明の第７の実施形態として示すように、本発明の静電捕集メタルフィルタ３において、外周フィルタ部３１のガス流入側端面およびガス流出側端面の両方を閉鎖面Ｄとすることもできる。あるいは、ガス流出側端面のみを閉鎖することもできる。
【００５６】
図１０に本発明の第８の実施形態として示すように、本発明の静電捕集メタルフィルタ３は、外周フィルタ部３１を構成する筒壁部の肉厚が、上流側で大きく、下流側で小さくなるように構成してもよい。例えば、図示するように外周フィルタ部３１の外周径を一定径とし、内周径がガス流入側の上流側端面から下流側端面へ向けてテーパ状に拡径するように構成する。
【００５７】
ガス流入直後の排気には、帯電凝集した排気微粒子が多量に含まれるので、ガス流入側の外周フィルタ部３１の肉厚を増して捕集スペースを増大することで、排気微粒子の捕集効率を増大させることができる。また、ガス流入側の内周流路３２径を小さくすることで、外周フィルタ部３１へ排気微粒子が移動しやすくなり、内周流路３２を流通する排気微粒子を確実に捕集することができる。
【００５８】
図１１に本発明の第９の実施形態として示すように、本発明の静電捕集メタルフィルタ３を、例えば、図示するように外周フィルタ部３１の内周径を一定径とし、外周径がガス流入側の上流側端面から下流側端面へ向けてテーパ状に縮径するように構成して、外周フィルタ部３１の上流側の肉厚が下流側より大きくなる構成としてもよい。
【００５９】
このようにしても、ガス流入側の外周フィルタ部３１の肉厚を増して捕集スペースを増大し、排気微粒子の捕集効率を増大させる効果が得られる。また、上記図１０の構成とすることで、ガス流入側の圧損が問題になる場合には、この構成により圧損低減効果が得られる。
【００６０】
図１２に本発明の第１０の実施形態として示すように、本発明の静電捕集メタルフィルタ３において、外周フィルタ部３１を、多孔質メタル構造とすることもできる。例えば、糸状メタルを利用した金属ウールやメタルフォーム（発泡メタル）を所定厚さの中空筒状体とし、内周流路３２に開口する多数の微少な捕捉空間部を内部に有することで、同様の捕集効果を得ることができる。
【００６１】
図１３に本発明の第１１の実施形態を示す。本実施形態では、放電電極２を静電捕集メタルフィルタ３に近接させて配し、放電部２２を静電捕集メタルフィルタ３の内周流路３１内部に配置する。好適には内周流路３１の上流部、例えば図示するように入口部に配置するのがよい。また、静電捕集メタルフィルタ３の外径を上流側の排気通路１１より大径に構成し、内周流路３１の流路面積が排気通路１１と同等になるようにする。
【００６２】
上記構成においても、放電部２２近傍で発生するコロナ放電により、排気微粒子が帯電すると、凝集しながら速やかに外周側へ引き寄せられ、外周フィルタ部３１の捕捉空間部３３に捕集される。このように、放電部２２は、静電捕集メタルフィルタ３より上流に配置する必要はなく、放電部２２の配置や外周フィルタ部３１の流路長等を適宜設定することで、外周フィルタ部３１の下流側に設けた多数の捕捉空間部に排気微粒子を捕集し、同様の捕集効果を得ることができる。また、内周流路３１を排気通路１１と同等の大きさとしてので、外周フィルタ部３１が流路の妨げとならず、圧損低減効果が得られる。
【００６３】
図１４に本発明の第１２の実施形態を示す。本実施形態では、上記第１１の実施形態構成に加えて、静電捕集メタルフィルタ３の外周フィルタ部３１内周側に、誘導部材４を設置している。誘導部材４は、所定厚さの筒状体で、その筒壁には、凝集微粒子の流れ方向に延び、内周流路３２と外周フィルタ部３１の捕捉空間部（図略）とを連通する多数の誘導路４１を有している。誘導部材４は、非導電性材、例えばセラミック材よりなるハニカム構造体等よりなり、ハニカム構造体の多数のセルにて誘導路４１が構成される。
【００６４】
上記構成において、帯電した排気微粒子が凝集されて凝集微粒子となり、この凝集微粒子が静電捕集メタルフィルタ３に引き寄せられる作用力が働く径方向と、凝集微粒子が排気の流れに沿って移動する軸方向との合成された方向に引き寄せられる。この引き寄せられる方向を凝集微粒子の流れ方向と規定している。すなわち、帯電した排気微粒子が外周側へ引き寄せられると、その流れ方向に形成された誘導部材４の誘導路４１によって、外周フィルタ部３１へ導かれ、捕捉空間部３３に容易に捕集される。このように、内周流路３１の流路径を大きくした構成では、誘導部材４を設置することで、捕集効率をより向上させることができる。この時、誘導部材４は非導電性であるので、凝集微粒子の移動を妨げることなく、凝集微粒子を外周フィルタ部へ速やかに誘導する効果が得られる。
【００６５】
以上のように、本発明によれば、コロナ放電を用いた低圧損で排気微粒子の静電捕集能力の高い装置を実現できる。よって、ディーゼルエンジンやガソリンリーンバーンエンジンの排気後処理装置として、高性能で実用性の高い排気処理装置を実現することができる。
【００６６】
本発明において、静電捕集メタルフィルタ３は、捕集後に定期的に交換する使用形態としても、ヒータ等により定期的に燃焼再生するようにしてもよい。また、上記実施形態では、集塵電極となる静電捕集メタルフィルタ３は接地電極として構成したが、必ずしも接地電位である必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】（ａ）は本発明の第１の実施形態における排気処理装置の全体概略構成図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図で外周フィルタ部の概略形状を示す図である。
【図２】図１（ａ）のＢ部拡大図で、外周フィルタ部構成を模式的に示す図である。
【図３】（ａ）は本発明の第２の実施形態における外周フィルタ部の概略形状を示す図、（ｂ）は外周フィルタ部の一部を部分拡大した模式的な図、（ｃ）は（ｂ）のＣ部拡大図である。
【図４】（ａ）はコロナ放電電極と集塵電極の配置例を説明するための模式的な図、（ｂ）はコロナ放電電極と集塵電極の配置の他の例を説明するための模式的な図、（ｃ）は静電捕集メタルフィルタの構成例を示す全体概略図である。
【図５】本発明の第３の実施形態における外周フィルタ部の要部拡大概略構成図である。
【図６】本発明の第４の実施形態における外周フィルタ部の要部拡大概略構成図である。
【図７】本発明の第５の実施形態における外周フィルタ部の要部拡大概略構成図である。
【図８】本発明の第６の実施形態であり、静電捕集メタルフィルタの他の構成例を示す全体概略図である。
【図９】本発明の第７の実施形態であり、静電捕集メタルフィルタの他の構成例を示す全体概略図である。
【図１０】本発明の第８の実施形態であり、静電捕集メタルフィルタの他の構成例を示す全体概略図である。
【図１１】本発明の第９の実施形態であり、静電捕集メタルフィルタの他の構成例を示す全体概略図である。
【図１２】本発明の第１０の実施形態であり、静電捕集メタルフィルタの他の構成例を示す全体概略図である。
【図１３】本発明の第１１の実施形態であり、コロナ放電電極の配置と、静電捕集メタルフィルタの構成の他の例を示す全体概略図である。
【図１４】本発明の第１２の実施形態であり、コロナ放電電極の配置と、静電捕集メタルフィルタの構成の他の例を示す全体概略図である。
【図１５】（ａ）は従来の排気処理装置の全体概略構成図、（ｂ）はＤＰＦ内のガス流れを説明するための拡大断面図である。
【図１６】従来の排気処理装置の全体概略構成図である。
【符号の説明】
【００６８】
１  排気処置装置
１１  排気流路
２  コロナ放電電極（放電電極）
２１  導電部
２２  放電部
２３  碍子部
２ａ  突起
３  静電捕集メタルフィルタ（集塵電極）
３１  外周フィルタ部
３２  内周流路
３３  捕捉空間部
３３１  入口部
３３２  隙間
３３３  保護壁
３３４  空隙
４  誘導部材
４１  誘導路                                                                      
【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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【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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