(57)【要約】【課題】装置構成要素の簡略化をはかり、複雑な制御を必要とせず、有害成分を含む排ガスを無害な物質に分解できる排ガス処理装置を提供する。【解決手段】排ガスが送風される排気管７内に配置され、排ガスを流通させる複数の細流路８ａを備えたハニカム構造を有し、細流路８ａ内壁に光触媒が担持されてなる光触媒担体８と、光触媒担体８の送風方向の上流側と下流側とにそれぞれ配置され、排ガスの送風を許容する構造を有する放電電極９、１０と、放電電極９、１０間にプラズマ放電を発生させる高電圧を印加する電源部３と、放電電極９、１０間の電気的要素を検知する電圧検出部４と、電流検出部５と、検出データに基づいて電源部３の出力電圧を制御する制御部６と、を備える。【選択図】　　　図１
2004068613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガスが送風される送風経路内に配置され、排ガスを流通させる複数の細流路を備えたハニカム構造を有し、前記細流路内壁に光触媒が担持されてなる光触媒担体と、
前記光触媒担体の送風方向の上流側と下流側とにそれぞれ配置され、排ガスの送風を許容する構造を有する放電電極と、
前記放電電極間にプラズマ放電を発生させる高電圧を印加する電源部と、
前記放電電極間の電気的要素を検知する変動検出部と、
前記変動検出部での検出データに基づいて前記電源部の出力電圧を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
前記変動検出部は、前記放電電極間の抵抗値、キャパシタンス値、インダクタンス値、インピーダンス値の少なくともいずれかを検出することを特徴とする請求項１記載の排ガス処理装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記放電電極間の電気的要素の検出データに応じた前記電源部の最適電圧出力データが格納されたテーブルもしくは電子回路を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された排ガス処理装置。
【請求項４】
前記テーブルもしくは電子回路は、前記送風経路への流入ガス条件と電気的条件とに対応して電圧出力値を規定していることを特徴とする請求項３記載の排ガス処理装置。
【請求項５】
前記流入ガス条件は、ガス種類、流速、ガス濃度、ガス湿度の要素の組み合わせに対応することを特徴とする請求項４記載の排ガス処理装置。
【請求項６】
前記電気的条件は、抵抗値、キャパシタンス値、インダクタンス値、インピーダンス値からの組み合わせに対応することを特徴とする請求項４の記載された排ガス処理装置。
【請求項７】
前記送風経路は、内燃機関の排ガス排出経路であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された排ガス処理装置。
【請求項８】
前記放電電極は、前記光触媒担体の排ガス流通方向に沿って、複数が互いに間隔を隔てて平行に配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された排ガス処理装置。
【請求項９】
前記送風経路内における前記光触媒担体の送風方向の下流側に吸着材層が配置されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された排ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は排ガス処理装置に関し、さらに詳しくは、光触媒材料を用いた排ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、排ガス中の窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）、ハイドロカーボン（ＨＣ）、ダイオキシンなどの有害成分やアンモニア、メチルメルカプタン、硫化水素などの臭気成分を浄化する触媒として、二酸化チタン（ＴｉＯ２）などの光触媒を主成分としたものが提案されている。ガス中の有害成分や臭気成分を除去するには、酸化還元電位の高い触媒反応が必要である。二酸化チタンなどを主成分とする光触媒を用いれば、光触媒作用により排ガス中の有害成分や臭気成分の完全な除去や無害化が可能である。この光触媒は、排ガスを流通させることができる構造の担体に担持される。
【０００３】
この排ガス処理装置では、電極間に高電圧を印加することにより、プラズマ放電で発生する紫外線による光触媒作用によって有害成分や臭気成分を分解、除去するようになっている。このようなプラズマ放電を用いた排ガス処理装置では、最適な稼働を行うために、送風経路に流されるガスの流量、濃度、排ガス中の水分（湿度）を流量計、濃度センサ、湿度センサなどでモニターし、その検出結果に基づいて印加電圧を制御することが必要となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した排ガス処理装置では、印加電圧の制御が複雑かつ高価になる問題があった。すなわち、光触媒作用には水が必要とされ、加湿器により発生させた水分や空気中の湿度を光触媒ユニットに水として投入しているが、気象（晴れ・雨）や気温の変動などにより流入ガス中の水分の量は大きく変化し、適切な水分を得るための加湿制御が複雑になる問題があった。
【０００５】
また、従来の排ガス処理装置では、ガス中の有害成分や臭気成分の濃度および流量、投入される水の量を複雑かつ高価なセンサで検出し、有害ガス成分の分解に最適な電気的なエネルギーを与える必要があった。
【０００６】
さらに、光触媒担体には、有害成分の除去のため、空気中の湿度を含めた水を投入する必要があるが、投入量ならびに形態（湿度・霧状）によりユニットの電気的な安定度が大きく変動し、発生するプラズマの量、紫外線の強度が不安定となる。紫外線の強度が不安定になることにより光触媒材料が適切に励起されず、有害ガスの最適な分解が行われない。
【０００７】
そこで、本発明の主たる目的は、装置構成要素の簡略化をはかり、複雑な制御を必要とせず、有害成分を含む排ガスを無害な物質に分解できる排ガス処理装置を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の主たる他の目的は、装置の稼働電力を低減して、低消費電力な排ガス処理装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、排ガスが送風される送風経路内に配置され、排ガスを流通させる複数の細流路を備えたハニカム構造を有し、前記細流路内壁に光触媒が担持されてなる光触媒担体と、前記光触媒担体の送風方向の上流側と下流側とにそれぞれ配置され、排ガスの送風を許容する構造を有する放電電極と、前記放電電極間にプラズマ放電を発生させる高電圧を印加する電源部と、前記放電電極間の電気的要素を検知する変動検出部と、前記変動検出部での検出データに基づいて前記電源部の出力電圧を制御する制御部とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
このような特徴を有する請求項１記載の発明では、排ガスの流量、濃度、排ガス中の水分（湿度）を流量計、濃度センサ、湿度センサなどでモニターする必要がなく、単に電気的要素を検出するだけでよいため、制御部でこの検出データに基づいた出力電圧を電源にフィードバックすることのみで有害成分や臭気成分の分解に最適な環境を保つことが可能となる。
【００１１】
なお、ハニカム構造体には、有害成分の除去のため、空気中の湿度を含めた水を投入する必要があるが、投入量ならびに形態（粒径、圧力、温度）によりユニットの電気的な安定度が大きく変動し、発生するプラズマの量、紫外線の強度が不安定となる。このように紫外線の強度が不安定になることにより光触媒材料が適切に励起されず、有害ガスの最適な分解が行われない。そこで、変動検出部で印加する電圧の周波数を高くすることにより、投入される水の投入量ならびに形態に拘わらず、電気的な安定度を得ることができ、安定した有害成分の除去が可能になる。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の排ガス処理装置であって、変動検出部が、放電電極間の抵抗値、キャパシタンス値（容量）、インダクタンス値、インピーダンス値の少なくともいずれかを検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載された排ガス処理装置であって、前記制御部は、前記放電電極間の電気的要素の検出データに応じた前記電源部の最適電圧出力データが格納されたテーブルを備えることを特徴とする。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項３記載の排ガス処理装置であって、前記テーブルは、前記送風経路への流入ガス条件と電気的条件とに対応して電圧出力値や周波数を規定していることを特徴とする。
【００１５】
請求項５記載の発明は、請求項４記載の排ガス処理装置であって、前記流入ガス条件は、ガス種類、流速、ガス濃度、ガス湿度の要素の組み合わせに対応することを特徴とする。
【００１６】
請求項６記載の発明は、請求項４又は請求項５に記載された排ガス処理装置であって、前記電気的条件は、抵抗値、キャパシタンス値（容量）、インダクタンス値、インピーダンス値から選ばれることを特徴とする。
【００１７】
請求項７記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載された排ガス処理装置であって、前記送風経路は、内燃機関の排ガス排出経路であることを特徴とする。
【００１８】
請求項８記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載された排ガス処理装置であって、前記放電電極は、前記光触媒担体の排ガス流通方向に沿って、複数が互いに間隔を隔てて平行に配置されていることを特徴とする。
【００１９】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載された排ガス処理装置であって、前記送風経路内における前記光触媒担体の送風方向の下流側に吸着材層が配置されていることを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る排ガス処理装置の詳細を図面に示す実施の形態に基づいて説明する。この実施の形態は、本発明に係る排ガス処理装置を、内燃機関の排ガス排出経路に適用した例である。
【００２１】
この実施の形態では、内燃機関から排出された排ガスが送風される送風経路内に配置され、排ガスを流通させる複数の細流路を備えたハニカム構造を有し、細流路内壁に光触媒が担持されてなる光触媒担体と、光触媒担体の送風方向の上流側と下流側とにそれぞれ配置され、排ガスの送風を許容する構造を有する放電電極と、これら放電電極間にプラズマ放電を発生させる高電圧を印加する電源部と、放電電極間の電気的要素を検知する変動検出部と、変動検出部での検出データに基づいて電源部の出力電圧を制御する制御部とを備えたことを要旨とする。
【００２２】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、本実施の形態に係る排ガス処理装置１は、排ガスが導入される光触媒モジュール２と、光触媒モジュール２に電圧を印加する電源部３と、光触媒モジュール２に印加される電圧を検出する電圧検出部４と、光触媒モジュール２に流れる電流を検出する電流検出部５と、電圧検出部４および電流検出部５からの検出データが入力され、これら検出データに基づいて電源部３に制御信号を出力する制御部６とを備えて構成されている。
【００２３】
光触媒モジュール２は、図２に示すように、排気管７と、この排気管７内に主用された光触媒担体８と、この光触媒担体８の前後両端面に沿って配置された放電電極９、１０とを備えている。
【００２４】
排気管７は、前端開口部側で自動車のエンジンのエキゾースト・パイプ（図示省略する）に連通すると共に、後端開口部がマフラー（図示省略する）側と連通するように接続されている。
【００２５】
光触媒担体８は、排ガスを流通させる多数の細流路８ａが形成されたハニカム構造の光触媒担体８である。また、光触媒担体８の細流路８ａの内壁には、二酸化チタン（ＴｉＯ２）をはじめとする光触媒が担持されている。具体的には、排気管７および光触媒担体８は、例えば円柱形状に形成され、光触媒担体８の細流路８ａは排気管７の排ガス流通方向に平行をなすように設定されている。
【００２６】
放電電極９は光触媒担体８の前端面に配設され、放電電極１０は光触媒担体８の後端面に配設されている。これら放電電極９、１０は、排ガスを流通させることができるように、網目状になっている。
【００２７】
電源部３は、バッテリ（図示省略する）からの直流電流をインバータ（図示省略する）で変換されて生成された、例えば図４（Ａ）に示すような交流電流が印加される主変圧器１１と、主変圧器１１で変圧された交流電流を、例えば図４（Ｂ）のように整流する整流回路１２とからなる。整流回路１２からの出力電圧は、光触媒モジュール２に印加される。なお、出力電圧は、波形により高周波波形であればあるほど、排ガス処理効果が期待できる。そして、波形は、正弦波のみによらず、パルス波、矩形波、三角波、ノコギリ波などの波形でも同様の効果を期待できる。
【００２８】
電圧検出部４は、光触媒モジュール２に印加される電圧を検出するように、放電電極９、１０に接続されている。また、電流検出部５は、例えば放電電極１０側に接続された抵抗１３の両端に接続されている。これら電圧検出部４および電流検出部５は、制御部６に接続されている。なお、電圧検出部４および電流検出部５は、制御部６へ検出データを出力するようになっている。
【００２９】
制御部６は、図３に示すような、電気的条件の変化に応じて、流入ガス条件である流速、ガス濃度、湿度の要素の変化を判定する比較データが書き込まれたテーブルがメモリに格納されている。このため、制御部６では、このテーブルに書き込まれた比較データに応じて電源部３に電圧出力制御信号を出力するようになっている。この結果、電源部３では、制御部６からの電圧出力制御信号に基づいて出力する電圧が変化して、排気管７内の流入ガス条件に応じた制御を行うことができる。
【００３０】
また、本実施の形態では、図２示すように、排気管７内における光触媒モジュール２の下流側近傍には、吸着材層１４が配置されている。この吸着材層１４は、排気管２内を通過する排ガスの流通抵抗を低下させないように多孔質状に加工されたものや、粒状に加工された吸着材が充填されて形成されている。
【００３１】
上記した排ガス処理装置１によれば、電気的条件の変化を電圧検出部４および電流検出部５で検出することにより、高価なガス濃度センサ、流速計ならびに湿度計を備える必要がないため、排ガス処理装置１を簡単な構成とすることができ、低コスト化および省電力化を達成することができる。
【００３２】
すなわち、本実施の形態の排ガス処理装置１では、制御部６が電圧検出部４および電流検出部５から入力された電気的要素の検出データに基づいて、例えば図３に示すようなテーブルから対応する電気的条件と流入ガス条件とを参照して最適な電圧値にする制御信号を電源部３に出力するようになっている。このように、電気的要素の変動を検出して、電源部３にフィードバックすることのみで、光触媒モジュール２における有害ガスの分解に最適な環境を保つことが可能となる。
【００３３】
この結果、光触媒モジュール２を電気的な負荷と考えた場合、安定度が増すという利点がある。また、光触媒モジュール２を電気的な負荷と考えることにより、スパーク（アーク）などの電気的なロスが発生するのを抑えることができる。特に、スパーク（アーク）などを低減することにより、安全度を向上することができる。本実施の形態に係る排ガス処理装置１では、光触媒を利用するため水を消費するが、水の投入方法が単なる湿度からスプレーガンなどで発生させたような比較的粒径の大きな水滴であっても、電気的要素の変動を見ながら出力電圧を最適に保つことができるため、湿度計などを必要とすることがなく安定した制御を行うことが可能となる。
【００３４】
また、本実施の形態では、光触媒モジュール２の下流側近傍に吸着材層１４を配置したことにより、光触媒モジュール２で処理しきれなかったガスを吸着材でトラップすることができる。特に、光触媒モジュール２が未稼働時において、吸着材層１４が光触媒モジュール２に変わって排ガス中の有害ガスを吸着することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明に係る排ガス処理装置の第２の実施の形態を示す回路図である。図５に示すように、本実施の形態の排ガス処理装置１は、電源部３の構成が上記した第１の実施の形態と相違する。
【００３６】
本実施の形態では、電源部３を主変圧器１１と、整流回路１２と、主変圧器１１に直列に接続されたスイッチング回路１５とを備えている。
【００３７】
制御部６は、電圧検出部４および電流検出部５からの検出データが入力され、これら電気的要素の検出データに基づいて電圧制御信号および周波数制御信号がスイッチング回路１５に出力されるように設定されている。例えば、制御部６からは、電圧検出部４および電流検出部５からの電気的要素の検出データに基づいて、メモリに格納されたテーブルに書き込まれた制御データを読み出し、この制御データに応じて、図６（Ａ）に示すような周期Ｔ１やＴ２などの任意の周期のパルスを発生するようになっている。
【００３８】
スイッチング回路１５では、制御部６からの制御信号の周期に応じて直流電源を、同周期の矩形波に変換する。そして、主変圧器１１で変圧された電圧波形は、図６（Ｂ）のような波形に変圧される。主変圧器１１で変圧された電圧は、整流回路１２の整流作用により、図６（Ｃ）に示すような三角波形になる。
【００３９】
このように本実施の形態に係る排ガス処理装置１では、電気的要素に応じて周波数の制御を行うことが可能となる。なお、この第２の実施の形態においては、流入条件に応じて電圧制御ができる点は、上記した第１の実施の形態と同様である。
【００４０】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、上記の実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
【００４１】
例えば、上記した第１および第２の実施の形態に係る排ガス処理装置１では、放電電極９、１０を一対としたが、光触媒担体８の中間に放電電極を介在させて３枚以上の放電電極を備える構成としても勿論よい。
【００４２】
また、上記した第１および第２の実施の形態では、電圧検出部４および電流検出部５を用いて電気的要素の変動の検出を行ったが、放電電極間の抵抗値、容量、インダクタンス値など電気的要素の変動を検知できるものであれば、他の構成のものを用いてもよい。さらに、上記した第１および第２の実施の形態では、電源部３の電圧を主に制御するが、電源部３を定電圧電源とし、電流を制御してもよい。
【００４３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、排ガスのガス種類、流量、濃度、排ガス中の水分（湿度）を流量計、濃度センサ、湿度センサなどでモニターする必要がなく、単に電気的要素を検出するだけでよいため、制御部でこの検出データに基づいた出力電圧を電源にフィードバックすることのみで有害ガスの分解に最適な環境を保つことが可能となる。この結果、この発明によれば、装置の稼働電力を低減して、低消費電力な排ガス処理装置の実現を可能にする効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る排ガス処理装置の第１の実施の形態のを示す回路図である。
【図２】第１の実施の形態で用いた光触媒モジュール部分の断面説明図である。
【図３】第１の実施の形態に係る排ガス処理装置の制御部に格納されたテーブルの例を示す説明図である。
【図４】（Ａ）および（Ｂ）は、第１の実施の形態における電圧波形を示す波形図である。
【図５】本発明に係る排ガス処理装置の第２の実施の形態を示す回路図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は図５に示した（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）での電圧波形を示す波形図である。
【符号の説明】
１　排ガス処理装置
２　光触媒モジュール
３　電源部
４　電圧検出部
５　電流検出部
６　制御部
７　排気管
８　光触媒担体
９、１０　放電電極
１１　主変圧器
１２　整流回路
１３　抵抗
１４　吸着材層
１５　スイッチング回路
【図１】
2004068613.tif 000003
【図２】
2004068613.tif 000004
【図３】
2004068613.tif 000005
【図４】
2004068613.tif 000006
【図５】
2004068613.tif 000007
【図６】
2004068613.tif 000008