(57)【要約】【課題】ハニカムフィルタの隔壁の表面に堆積したスートを、簡便かつ低エネルギーで除去することが可能なハニカムフィルタの再生装置を提供する。【解決手段】排気系８に接続されたケース体２と、ケース体２の内部に配設された、隔壁によって区画された複数のセルを有するハニカムフィルタ３と、ハニカムフィルタ３を互いに挟むように対向配置されたプラズマ発生電極６とを備え、排気ガス中に含まれる粒子状物質をハニカムフィルタ３によって捕集するとともに、プラズマ発生電極６を構成するパルス電極４とアース電極５との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた二酸化窒素によって隔壁の表面に捕集されて堆積した粒子状物質のうちの可燃性物質を酸化除去して、ハニカムフィルタ３を再生することが可能なことを特徴とする排気ガス処理装置１。【選択図】　図１
2004068684.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスの排気系中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置であって、
前記排気系に接続された、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、前記ケース体の内部に前記メーン流路を遮断するように配設された、前記排気ガスのフィルタ流路となる隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記排気ガスに含まれる前記粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、前記ハニカムフィルタを互いに挟むように対向配置されたパルス電極及びアース電極から構成され、前記パルス電極と前記アース電極との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極とを備え、
前記ケース体に流入した前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を、前記ハニカムフィルタによって捕集するとともに、前記プラズマ発生電極を構成する前記パルス電極と前記アース電極との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、前記排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた前記二酸化窒素によって前記隔壁の表面に捕集されて堆積した前記粒子状物質のうちの可燃性物質を酸化除去して、前記ハニカムフィルタを再生することが可能なことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項２】
燃焼ガスの排気系中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置であって、
前記排気系に接続された、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、前記ケース体の内部に前記メーン流路を遮断するように配設された、前記排気ガスのフィルタ流路となる、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記排気ガスに含まれる前記粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、少なくとも一方が前記ハニカムフィルタと接するように配設されたパルス電極及びアース電極から構成され、前記パルス電極と前記アース電極との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極とを備え、
前記ケース体に流入した前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を、前記ハニカムフィルタによって捕集するとともに、前記プラズマ発生電極を構成する前記パルス電極と前記アース電極との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、前記排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた前記二酸化窒素によって前記隔壁の表面に捕集されて堆積した前記粒子状物質のうちの可燃性物質を酸化除去して、前記ハニカムフィルタを再生することが可能なことを特徴とする排気ガス処理装置。
【請求項３】
前記パルス電極に電圧を印可するための電源をさらに備えた請求項１又は２に記載の排気ガス処理装置。
【請求項４】
前記プラズマ発生電極が、金属ペーストによるプリント法によって、前記ハニカムフィルタの外周面に配設された請求項１〜３のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項５】
前記ハニカムフィルタの材質が、コージェライト、炭化珪素、サイアロン、及び窒化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる請求項１〜４のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項６】
前記ハニカムフィルタのセル密度が１５〜６０セル／ｃｍ２であり、前記隔壁の厚さが０．２〜０．５ｍｍであり、前記ハニカムフィルタの端面の目封じ深さが１〜２０ｍｍである請求項１〜５のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項７】
前記ケース体の、前記排気系の上流側に、前記ケース体に流入する前記排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段をさらに備えた請求項１〜６のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項８】
前記ハニカムフィルタの前記隔壁の表面及び／又は内部に、触媒が担持された請求項１〜７のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項９】
前記ケース体の、前記排気系の下流側に、ＮＯＸ処理手段をさらに備えた請求項１〜８のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１０】
前記電源から供給される電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１以上である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流である請求項３〜９のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【請求項１１】
ディーゼルエンジンの燃焼ガスの排気系中に設置された請求項１〜１０のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガス処理装置に関する。さらに詳しくは、排気ガスに含まれる粒子状物質をハニカムフィルタにて高精度に捕集し、捕集した粒子状物質のうちの可燃性物質を簡便かつ低エネルギーで酸化除去して、ハニカムフィルタを再生することが可能であるとともに、従来のノンサーマルプラズマを用いた排気ガス処理装置と比較して小型化が可能な排気ガス処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置で発生した燃焼ガスを排気系を経由して排出する際における排気ガスの規制強化に伴い、燃料の組成を改善する等のエンジン側の改良がなされる一方で、上記内燃機関等から排出される排気ガスを、フィルタ等を備えた排気ガス処理装置を用いて浄化することが行われている。特に、自動車のディーゼルエンジンにおいては、排気ガス中に含まれるスート等の粒子状物質を捕集、除去するために、多孔質のハニカムフィルタを備えた排気ガス処理装置が使用されている。
【０００３】前述したハニカムフィルタは、図１９に示すように、隔壁８１によって区画された排気ガスのフィルタ流路となる複数のセル８２を有し、このセル８２の排気ガス流入側端面８３及び排気ガス流出側端面８４で互い違いに目封じしたハニカム構造を備え、排気ガスを、排気ガス流入側端面８３に開口するセル８２からハニカムフィルタ８０内に流入し、強制的にハニカムフィルタ８０内の隔壁８１を通過させることにより、排気ガス中の粒子状物質を捕集、除去するものである。
【０００４】このようなハニカムフィルタ８０の隔壁８１の表面に粒子状物質が大量に堆積すると、ハニカムフィルタ８０の圧力損失が大きくなり、エンジン側の排気系に背圧が掛かることにより、エンジンの性能を低下させることがある。このため、定期的に隔壁８１の表面に堆積した粒子状物質を除去して上記ハニカムフィルタ８０を再生しなければならない。
【０００５】ハニカムフィルタ８０を再生する方法としては、例えば、電気ヒータやアフターバーナ等を用いて粒子状物質を燃焼して除去するものを挙げることができるが、この場合、ハニカムフィルタを６００℃以上に加熱しなければならないために、急激な温度変化や局所的な発熱にさらされてハニカムフィルタ８０の内部に不均一な温度分布が生じやすく、それが原因でハニカムフィルタ８０が破損することがあった。
【０００６】このために、排気ガス処理装置に流入する排気ガスに含まれるＮＯを、ハニカムフィルタ８０に流入するより前に、酸化力の高いＮＯ２に酸化し、得られたＮＯ２を用いてハニカムフィルタ８０の隔壁８１の表面に堆積した粒子状物質の可燃性物質、例えば、スート等を酸化除去する排気ガス処理装置が提案されている。
【０００７】具体的には、ハニカムフィルタ８０の排気ガス流入側端面８３より前方に酸化触媒を配設し、ディーゼルエンジン等の排気ガスに含まれるＮＯを、上記酸化触媒にてＮＯ２に酸化し、得られたＮＯ２を用いてハニカムフィルタ８０を再生することが可能な排気ガス処理装置や、ハニカムフィルタ８０の排気ガス流入側端面８３より前方に、前述した酸化触媒の代わりとしてプラズマ発生装置を設置した構成の排気ガス処理装置を挙げることができる。
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】しかしながら、ハニカムフィルタ８０の排気ガス流入側端面８３より前方に酸化触媒が設置された排気ガス処理装置は、酸化触媒の活性化温度が４００〜５００℃と高温であるために、例えば、ディーゼルエンジンが低速、低負荷状態での運転の際には、排気系の温度が低く酸化触媒が活性化されず、ハニカムフィルタ８０を再生することができないという問題があった。また、上述したようなディーゼルエンジンの低速、低負荷状態での運転が長時間続きハニカムフィルタの隔壁の表面に大量に粒子状物質が堆積した場合、酸化触媒が活性化する温度に達した際に、堆積した粒子状物質が一度に酸化燃焼し、排気ガス処理装置内が急激に高温となるために、内部のハニカムフィルタが熱応力により破損するという問題があった。
【０００９】また、ハニカムフィルタ８０の排気ガス流入側端面８３より前方にプラズマ発生装置を設置した排気ガス処理装置は、上記プラズマ発生装置にてノンサーマルプラズマを発生させることによって、３００℃以下の低温で、排気ガス中に含まれるＮＯをＮＯ２に酸化することができるが、排気ガス処理装置自体が大型になりすぎ、自動車等への設置に制約を生ずるという問題があった。
【００１０】また、ハニカムフィルタを再生する際には、ノンサーマルプラズマにより酸化させられたＮＯ２を含む排気ガスが励起状態であると、効果的に粒子状物質を酸化除去することができるが、上述した排気ガス処理装置においては、ノンサーマルプラズマとハニカムフィルタとの距離が離れているために、励起状態が低下してハニカムフィルタの再生効率が悪くなるという問題があった。
【００１１】本発明は、上述の問題に鑑みてなされたものであり、ハニカムフィルタの隔壁の表面に堆積したスートを、簡便かつ低エネルギーで除去することが可能な排気ガス処理装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するため、本発明は、以下の排気ガス処理装置を提供するものである。
【００１３】
［１］　燃焼ガスの排気系中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置であって、前記排気系に接続された、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、前記ケース体の内部に前記メーン流路を遮断するように配設された、前記排気ガスのフィルタ流路となる隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記排気ガスに含まれる前記粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、前記ハニカムフィルタを互いに挟むように対向配置されたパルス電極及びアース電極から構成され、前記パルス電極と前記アース電極との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極とを備え、前記ケース体に流入した前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を、前記ハニカムフィルタによって捕集するとともに、前記プラズマ発生電極を構成する前記パルス電極と前記アース電極との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、前記排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた前記二酸化窒素によって前記隔壁の表面に捕集されて堆積した前記粒子状物質のうちの可燃性物質を酸化除去して、前記ハニカムフィルタを再生することが可能なことを特徴とする排気ガス処理装置（以下、「第一の発明」ということがある）。
【００１４】
［２］　燃焼ガスの排気系中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置であって、前記排気系に接続された、前記排気ガスのメーン流路となるケース体と、前記ケース体の内部に前記メーン流路を遮断するように配設された、前記排気ガスのフィルタ流路となる、隔壁によって区画された複数のセルを有し、前記排気ガスに含まれる前記粒子状物質を捕集するハニカムフィルタと、少なくとも一方が前記ハニカムフィルタと接するように配設されたパルス電極及びアース電極から構成され、前記パルス電極と前記アース電極との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極とを備え、前記ケース体に流入した前記排気ガス中に含まれる粒子状物質を、前記ハニカムフィルタによって捕集するとともに、前記プラズマ発生電極を構成する前記パルス電極と前記アース電極との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、前記排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた前記二酸化窒素によって前記隔壁の表面に捕集されて堆積した前記粒子状物質のうちの可燃性物質を酸化除去して、前記ハニカムフィルタを再生することが可能なことを特徴とする排気ガス処理装置（以下、「第二の発明」ということがある）。
【００１５】
［３］　前記パルス電極に電圧を印可するための電源をさらに備えた前記［１］又は［２］に記載の排気ガス処理装置。
【００１６】
［４］　前記プラズマ発生電極が、金属ペーストによるプリント法によって、前記ハニカムフィルタの外周面に配設された前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００１７】
［５］　前記ハニカムフィルタの材質が、コージェライト、炭化珪素、サイアロン、及び窒化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなる前記［１］〜［４］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００１８】
［６］　前記ハニカムフィルタのセル密度が１５〜６０セル／ｃｍ２であり、前記隔壁の厚さが０．２〜０．５ｍｍであり、前記ハニカムフィルタの端面の目封じ深さが１〜２０ｍｍである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００１９】
［７］　前記ケース体の、前記排気系の上流側に、前記ケース体に流入する前記排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段をさらに備えた前記［１］〜［６］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００２０】
［８］　前記ハニカムフィルタの前記隔壁の表面及び／又は内部に、触媒が担持された前記［１］〜［７］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００２１】
［９］　前記ケース体の、前記排気系の下流側に、ＮＯＸ処理手段をさらに備えた前記［１］〜［８］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００２２】
［１０］　前記電源から供給される電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１以上である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流である前記［３］〜［９］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００２３】
［１１］　ディーゼルエンジンの燃焼ガスの排気系中に設置された前記［１］〜［１０］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の排気ガス処理装置の実施の形態について詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００２５】まず、本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態について、図１を用いて説明する。本実施の形態の排気ガス処理装置１は、自動車のディーゼルエンジンから排出される排気ガスを清浄化するために用いられる排気ガス処理装置１である。この排気ガス処理装置１は、燃焼ガスの排気系８中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置１であって、排気系８に接続された、排気ガスのメーン流路となるケース体２と、ケース体２の内部にメーン流路を遮断するように配設された、排気ガスのフィルタ流路となる、隔壁によって区画された複数のセルを有し、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するハニカムフィルタ３と、ハニカムフィルタ３を互いに挟むように対向配置されたパルス電極４及びアース電極５から構成され、パルス電極４とアース電極５との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極６とを備え、ケース体２に流入した排気ガス中に含まれる粒子状物質を、ハニカムフィルタ３によって捕集するとともに、プラズマ発生電極６を構成するパルス電極４とアース電極５との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた二酸化窒素によって隔壁の表面に捕集されて堆積した粒子状物質のうちの可燃性物質、例えば、スートを酸化除去して、ハニカムフィルタ３を再生することが可能なことを特徴とする。本実施の形態においては、ハニカムフィルタ３の、排気ガスが流入する側の端面にパルス電極４が配設され、排気ガスが流出する側の端面にアース電極５が配設された構成となっている。
【００２６】このように構成することによって、排気ガスに含まれる粒子状物質をハニカムフィルタ３にて高精度に捕集し、捕集した粒子状物質のうちのスートを簡便かつ低エネルギーで酸化除去して、ハニカムフィルタを再生することができるとともに、従来のノンサーマルプラズマを用いた排気ガス処理装置と比較して小型化が可能となる。また、本実施の形態においては、ノンサーマルプラズマがハニカムフィルタ３全体を覆うように発生するために、酸化されたＮＯ２を含む排気ガスを励起状態のままスート等と反応させることができ、また、ハニカムフィルタの隔壁に堆積したスート等もノンサーマルプラズマによって反応し易い状態となるために、反応効率を向上させることができる。さらに、ノンサーマルプラズマによって発生したオゾン（Ｏ３）等のラジカルも、エネルギーを失う前にスート等と反応させることができるために、反応効率を向上させ、ハニカムフィルタ３の再生時間を短縮することができる。
【００２７】また、本実施の形態においては、パルス電極４に電圧を印可するための電源７をさらに備えたものであることが好ましい。この排気ガス処理装置１が自動車等に設置される場合は、自動車のバッテリー等の電源を共有することもできるが、このように構成することによって、安定したノンサーマルプラズマを発生することができる。
【００２８】また、本実施の形態においては、電源７から供給される電流が、電圧が１ｋＶ以上の直流電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ１秒あたりのパルス数が１以上であるパルス電流、ピーク電圧が１ｋＶ以上かつ周波数が１以上である交流電流、又はこれらのいずれか二つを重畳してなる電流であることが好ましい。このように構成することによって、ＮＯをＮＯ２に、より効率的に酸化することができるノンサーマルプラズマを発生させることができる。
【００２９】本実施の形態に用いられるケース体２の材料としては、その内部にノンサーマルプラズマを有効に発生させることができるものであれば、特に制限はないが、アルミナを好適例として挙げることができる。また、ケース体２の外周面、及び／又は内部に、ヒーター等を配設して、排気ガス処理装置１内の温度を制御することができる構成としてもよい。
【００３０】ハニカムフィルタ３は、図２に示すように、隔壁２１によって区画された排気ガスのフィルタ流路となる複数のセル２２を有し、このセル２２の排気ガス流入側端面２３ａ及び排気ガス流出側端面２３ｂで互い違いに目封じしたハニカム構造を備えた構成のものである。ハニカムフィルタ３は、排気ガスを、排気ガス流入側端面２３ａに開口するセル２２からハニカムフィルタ３内に流入し、強制的にハニカムフィルタ３内の隔壁２１を通過させることにより、排気ガス中の粒子状物質を捕集、除去するものである。
【００３１】前述したハニカムフィルタ３の材質としては、コージェライト、炭化珪素、サイアロン、及び窒化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一種の材料からなることが好ましい。また、本実施の形態においては、ハニカムフィルタ３のセル密度が１５〜６０セル／ｃｍ２であり、隔壁２１の厚さが０．２〜０．５ｍｍであり、ハニカムフィルタ３の端面２３の目封じ深さが１〜２０ｍｍであることが好ましい。セル密度が１５セル／ｃｍ２未満であると、排気ガス中の粒子状物質の捕集効率が低下することがあり、セル密度が６０セル／ｃｍ２を超えると、ハニカムフィルタ３の背圧が大きくなりディーゼルエンジンに負荷が掛かることがある。また、隔壁２１の厚さが０．２ｍｍ未満であると、ハニカムフィルタ３の機械的強度が低くなり破損等の恐れがあり、隔壁２１の厚さが０．５ｍｍを超えると、ハニカムフィルタ３の背圧が大きくなりディーゼルエンジンに負荷が掛かることがある。さらに、端面２３の目封じ深さが１ｍｍ未満であると、排気ガスを処理する際に、端面２３の目封じ部が破損する恐れがあり、端面２３の目封じ深さが２０ｍｍを超えると、ハニカムフィルタ３の排気ガス中の粒子状物質を実質的に捕集する領域の有効面積が小さくなることがある。
【００３２】図１及び図２においては、ハニカムフィルタ３の形状が円筒状のものを示しているがこれに限定されることはなく、四角柱等の他の形状であってもよい。また、セル２２の形状も四角形に限定されることはなく、円、楕円、三角、略三角、又はその他の多角形であってもよい。
【００３３】パルス電極４及びアース電極５の材料としては、導電性の高い金属を用いることが好ましく、例えば、鉄、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含む金属を好適例して挙げることができる。また、その形状は、排気系８に背圧が掛からないような形状、例えば、網状やストライプ状に形成したものを好適に用いることができる。また、パルス電極４と前述した電源７とは電気的に接続した状態で配設し、アース電極５は接地した状態で配設する。本実施の形態の排気ガス処理装置１を、自動車等に設置する場合は、アース電極５を、自動車等のアースに電気的に接続させた構成としてもよい。
【００３４】図１においては、パルス電極４とアース電極５が、ハニカムフィルタ３の端面から離して配設された構成となっているが、本実施の形態においては、ハニカムフィルタ３を互いに挟むように対向配置されていればよく、一方がハニカムフィルタ３と接していてもよく、また、ハニカムフィルタ３の材料として、コージェライト、サイアロン、及び窒化珪素等からなる群から選ばれる少なくとも一種の電気的絶縁材料を用いた場合は、パルス電極４とアース電極５とがともにハニカムフィルタ３の端面と接している構成としてもよい。
【００３５】パルス電極４とアース電極５の少なくとも一方がハニカムフィルタ３の端面に接するように配設された場合は、金属ペーストによるプリント法によって配設することが好ましい。具体的には、金属ペーストをハニカムフィルタ３の端面上の隔壁断面又は目封じ上に塗布し、乾燥、焼結することによって、ハニカムフィルタ３の端面に配設することができる。
【００３６】また、本実施の形態に用いられるハニカムフィルタ３の隔壁の表面及び／又は内部に、触媒が担持されることが好ましい。このように構成することによって、例えば、ディーゼルエンジンが低速や低負荷状態で運転され、排気系の温度が低い場合は、プラズマ発生電極６にてノンサーマルプラズマを発生させてＮＯをＮＯ２に酸化し、また、ディーゼルエンジンが通常運転となり、排気系の温度が、触媒が活性化する温度、例えば、４００〜５００℃になった場合は、ノンサーマルプラズマと触媒との併用や、ノンサーマルプラズマの発生を停止して触媒のみで酸化反応を行うことができる。このため、排気ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化する効率を向上させることができるとともに、ノンサーマルプラズマを発生するための電力消費を低減させることができる。また、触媒としては、特に限定されることはないが、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｋ、Ｂａ、Ｌｉ、及びＮａからなる群より選択される少なくとも一種を含む触媒を好適例として挙げることができる。
【００３７】また、本実施の形態の排気ガス処理装置１は、図３に示すように、ケース体２の、排気系８の上流側に、ケース体２に流入する排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための脱水手段３０をさらに備えたものであることが好ましい。本実施の形態に用いられた脱水手段３０は、熱交換器により排気ガスを冷却し、液化した水分をドレン３１により排出するものである。本来、ノンサーマルプラズマは、排気ガスに含まれるＮＯ以外の分子をも酸化や励起することから、大量の水分を含んだ排気ガスは、ＮＯをＮＯ２に酸化する効率を低下させることとなる。特に、燃焼による排気ガスには大量の水分を含んでいることが多く、排気ガス処理装置１が脱水手段３０をさらに備えた構成とすることによって、ＮＯをＮＯ２に酸化する効率を向上させるとともに、ノンサーマルプラズマを発生するための電力消費を低減させることができる。
【００３８】図３において、排気ガスを冷却して脱水する脱水手段３０について説明したが、排気ガス中の水分を除去することができるものであれば、例えば、排気ガスを圧縮して水分の分圧を上昇させて脱水する脱水手段や、吸着剤に水分を吸着させる脱水手段であってもよい。また、ケース体２と脱水手段３０とは、脱水手段３０が排気系８の上流側に位置していればどのような位置関係でもよく、ケース体２と脱水手段３０とは接していても離れていてもよい。
【００３９】また、本実施の形態の排気ガス処理装置１は、図４に示すように、ケース体２の、排気系８の下流側に、ＮＯＸ処理手段３２をさらに備えたものであることが好ましい。このように構成することによって、排気ガス処理装置１にて処理したガスを、有害物質であるＮＯＸを含まない状態で外部に排出することができる。ＮＯＸ処理手段３２としては、例えば、ＮＯＸ吸蔵還元触媒を担持したハニカム構造体や、尿素ＳＣＲ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ　Ｃａｔａｌｙｔｉｃ　Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）等を好適例として挙げることができる。また、ケース体２とＮＯＸ処理手段３２とは、ＮＯＸ処理手段３２が排気系８の下流側に位置していればどのような位置関係でもよく、ケース体２とＮＯＸ処理手段３２とは接していても離れていてもよい。
【００４０】また、本実施の形態の排気ガス処理装置１は、図５に示すようにハニカムフィルタ３を通過した後の排気ガスを排気系８の上流側に戻すバイパス３３を設け、排気ガスが処理装置１内を循環する構成としてもよい。ノンサーマルプラズマによって生成したＮＯ２は、ハニカムフィルタ３の隔壁に堆積したスートと反応することによってＮＯに還元されることから、ハニカムフィルタを通過した後の排気ガスを、再度、排気系８の上流側に戻し、再循環させることによってスートを除去する効率を上昇させることができる。
【００４１】次に、本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の他の実施の形態を、図６を用いて説明する。図６に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置４１は、パルス電極４４とアース電極４５が、四角柱のハニカムフィルタ４３の対向する外周面に配設される以外は、図１に示した排気ガス処理装置１と同様に構成されている。図１に示した各要素と共通する要素については、図１と同一の符号を付して説明を省略する。
【００４２】このように構成することによって、排気ガスに含まれる粒子状物質をハニカムフィルタ４３にて高精度に捕集し、捕集した粒子状物質のうちのスート等を簡便かつ低エネルギーで酸化除去して、ハニカムフィルタ４３を再生することが可能であるとともに、従来のノンサーマルプラズマを用いた排気ガス処理装置と比較して小型化が可能となる。
【００４３】また、本実施の形態においては、ハニカムフィルタ４３の材質は、図１に示したハニカムフィルタ３の材料と同様のものを好適に用いることができ、特に、コージェライト、サイアロン、及び窒化珪素からなる群から選ばれる少なくとも一種の電気的絶縁材料からなることが好ましい。また、ハニカムフィルタ４３の外周面を、電気的絶縁材料を用いてコーティングしたハニカムフィルタ４３も好適に用いることができる。
【００４４】プラズマ発生電極４６を構成するパルス電極４４及びアース電極４５の材料としては、図１に示したパルス電極４及びアース電極５の材料と同様のものを好適に用いることができる。パルス電極４４及びアース電極４５は、ハニカムフィルタ４３の外周面に対向配置してハニカムフィルタ４３の全体に渡ってノンサーマルプラズマを発生されることができる形状であればどのような形状であってもよい。また、パルス電極４４と電源７とは電気的に接続した状態で配設し、アース電極４５は接地した状態で配設する。本実施の形態の排気ガス処理装置４１を、自動車等に設置する場合は、アース電極４５を、自動車等のアースに電気的に接続させてもよい。
【００４５】パルス電極４４とアース電極４５とを、ハニカムフィルタ４３の対向する外周面に接して配設する場合は、上述した金属ペーストによるプリント法によって配設することが好ましい。
【００４６】また、本実施の形態の排気ガス処理装置４１は、ケース体２の、排気系８の上流側に、ケース体２に流入する排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための、上述した脱水手段と同様に構成された脱水手段をさらに備えたものであってもよく、また、ケース体２の、排気系８の下流側に、上述したＮＯＸ処理手段と同様に構成されたＮＯＸ処理手段をさらに備えたものであってもよい。また、排気ガス処理装置４１に上述したバイパスと同様に構成されたバイパスを配設し排気ガスが循環する構成としてもよい。
【００４７】また、本実施の形態においては、図７に示すように、ハニカムフィルタ４３を複数（図７においては六個）組み合わせ、パルス電極４４とアース電極４５とを、各ハニカムフィルタ４３の対向する外周面に、複数のハニカムフィルタ４３の全体に渡ってノンサーマルプラズマが発生するような状態で配設した構成としてもよい。このように構成することによって、大型の内燃機関等から排出される排気ガスを処理するための、大容量タイプの排気ガス処理装置であっても、ハニカムフィルタ４３の全体に渡ってノンサーマルプラズマが発生し、効率よく、かつ均一にハニカムフィルタ４３を再生することができる。
【００４８】次に、本発明（第二の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態を、図８を用いて説明する。本実施の形態の排気ガス処理装置５１は、燃焼ガスの排気系５８中に設置されて、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集、除去するために用いられる排気ガス処理装置５１であって、排気系５８に接続された、排気ガスのメーン流路となるケース体５２と、ケース体５２の内部にメーン流路を遮断するように配設された、排気ガスのフィルタ流路となる、隔壁によって区画された複数のセルを有し、排気ガスに含まれる粒子状物質を捕集するハニカムフィルタ５３と、少なくとも一方がハニカムフィルタ５３と接するように配設されたパルス電極５４及びアース電極５５から構成され、パルス電極５４とアース電極５５との間にノンサーマルプラズマを発生させることが可能なプラズマ発生電極５６とを備え、ケース体５２に流入した排気ガス中に含まれる粒子状物質を、ハニカムフィルタによって捕集するとともに、プラズマ発生電極５６を構成するパルス電極５４とアース電極５５との間に発生させたノンサーマルプラズマによって、排気ガスに含まれる一酸化窒素を二酸化窒素に酸化し、得られた二酸化窒素によって隔壁の表面に捕集されて堆積した粒子状物質のうちの可燃性物質、例えば、スート等を酸化除去して、ハニカムフィルタ５３を再生することが可能なことを特徴とする。本実施の形態においては、ハニカムフィルタ５３のセル内に、排気ガスが流入する側の端面から排気ガスが流出する側の端面の近傍まで、棒状のパルス電極５４が挿入された状態で配設され、ハニカムフィルタ５３の外周面にアース電極５５が配設された構成となっている。
【００４９】このように構成することによって、排気ガスに含まれる粒子状物質をハニカムフィルタ５３にて高精度に捕集し、捕集した粒子状物質のうちのスートを簡便かつ低エネルギーで酸化除去して、ハニカムフィルタ５３を再生することができるとともに、従来のノンサーマルプラズマを用いた排気ガス処理装置と比較して小型化が可能となる。また、本実施の形態においては、ノンサーマルプラズマがハニカムフィルタ５３の内部で発生されるために、酸化されたＮＯ２を含む排気ガスを励起状態のままスート等と反応させることができ、また、ハニカムフィルタの隔壁に堆積したスート等もノンサーマルプラズマによって反応し易い状態となるために、反応効率を向上させることができる。さらに、ノンサーマルプラズマによって発生したオゾン（Ｏ３）等のラジカルも、エネルギーを失う前にスート等と反応させて酸化反応を促進させ、ハニカムフィルタ５３の再生時間を短縮することができる。
【００５０】また、本実施の形態においては、パルス電極５４に電圧を印可するための電源５７をさらに備えたものであることが好ましい。この排気ガス処理装置５１が自動車等に設置される場合は、自動車のバッテリー等の電源を共有することもできるが、このように構成することによって、安定したノンサーマルプラズマを発生することができる。
【００５１】また、本実施の形態においては、電源５７から供給される電流が、図１に示した電源７と同様に構成されたものを好適に用いることができる。
【００５２】本実施の形態に用いられるケース体５２の材料としては、その内部にノンサーマルプラズマを有効に発生させることができるものであれば、特に制限はないが、アルミナを好適例として挙げることができる。
【００５３】本実施の形態に用いられるハニカムフィルタ５３は、図１に示した排気ガス処理装置１に用いられるハニカムフィルタ３と同様に構成されたものを好適に用いることができる。また、ハニカムフィルタ５３の形状も、上述したように、円筒状に限定されることはない。
【００５４】パルス電極５４及びアース電極５５の材料としては、導電性の高い金属を用いることが好ましく、例えば、鉄、金、銀、銅、チタン、アルミニウム、ニッケル、及びクロムからなる群から選ばれる少なくとも一種の成分を含む金属を好適例して挙げることができる。本実施の形態においては、パルス電極５４の形状は、ハニカムフィルタ５３と略同一の長さの棒状で、かつハニカムフィルタ５３のセル内に挿入することができる形状のものであり、また、アース電極５５の形状は、ハニカムフィルタ５３の外周面の全域を覆う形状のもので、ハニカムフィルタ５３と接するように構成されている。この際、アース電極５５は、金属ペーストによるプリント法によって配設することが好ましい。
【００５５】本実施の形態においては、パルス電極５４とアース電極５５とのうちの少なくとも一方がハニカムフィルタ５３と接するように構成されていればよく、パルス電極５４及びアース電極５５の形状は、図８に示した形状に限定されることはない。また、パルス電極５４と前述した電源５７とは電気的に接続した状態で配設し、アース電極５５は接地した状態で配設する。本実施の形態の排気ガス処理装置５１を、自動車等に設置する場合は、アース電極５５を、自動車等のアースに電気的に接続させた構成としてもよい。
【００５６】また、本実施の形態に用いられるハニカムフィルタ５３は、上述したように、その隔壁の表面及び／又は内部に、触媒が担持されることが好ましい。このように構成することによって、図１に示した排気ガス処理装置と同様の効果を得ることができる。
【００５７】また、本実施の形態の排気ガス処理装置５１は、ケース体５２の、排気系５８の上流側に、ケース体５２に流入する排気ガスの少なくとも一部に含まれる水分を除去するための、上述した脱水手段と同様に構成された脱水手段をさらに備えたものであってもよく、また、ケース体５２の、排気系５８の下流側に、上述したＮＯＸ処理手段と同様に構成されたＮＯＸ処理手段をさらに備えたものであってもよい。また、排気ガス処理装置５１に上述したバイパスと同様に構成されたバイパスを配設し排気ガスが循環する構成としてもよい。
【００５８】また、本実施の形態においては、図９に示すように、ハニカムフィルタ５３を複数（図９においては六個）組み合わせ、パルス電極５４とアース電極５５とを、各ハニカムフィルタ５３の対向する外周面に、複数のハニカムフィルタ５３の全体に渡ってノンサーマルプラズマが発生するような状態で配設した構成としてもよい。このように構成することによって、大型の内燃機関等の排気系に設置する場合であっても、ハニカムフィルタ５３の全体に渡ってノンサーマルプラズマが発生し、効率よく、かつ均一にハニカムフィルタ５３を再生することができる。
【００５９】次に、本発明（第二の発明）の排気ガス処理装置の他の実施の形態を、図１０を用いて説明する。図１０に示すように、本実施の形態の排気ガス処理装置６１は、パルス電極６４が、網状の絶縁板６９に金属製の針７０を複数配設して形成されたものである以外は、図８に示した排気ガス処理装置５１と同様に構成されている。図８に示した各要素と共通する要素については、図８と同一の符号を付して説明を省略する。
【００６０】このように構成することによって、ノンサーマルプラズマがハニカムフィルタ５３の排気ガス入口側端面の近傍で発生し、ノンサーマルプラズマによって酸化されたＮＯ２を含む排気ガスを励起状態のままスート等と反応させることができ、これまでに説明した排気ガス処理装置と同様の効果を得ることができる。
【００６１】
【実施例】以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６２】（実施例１）
本実施例においては、図６に示すような、排気ガスのメーン流路となるアクリル樹脂製のケース体２の内部に、このメーン流路を遮断するように、電気絶縁性の高いコージェライトを用いて形成したハニカムフィルタ４３を配設し、このハニカムフィルタ４３の対向する外周面上に、メッシュサイズが２．６ｍｍ×２．６ｍｍのステンレス製のパルス電極４４と、メッシュサイズが２．６ｍｍ×２．６ｍｍのステンレスにフッ素樹脂をコーティングしたアース電極４５を配設した排気ガス処理装置４１を製作した。
【００６３】ハニカムフィルタ４３の形状は、排気ガスの流れ方向の長さが１５２ｍｍで、端面が、幅４８ｍｍ×高さ２４ｍｍの四角柱で、セル密度が１６セル／ｃｍ２、隔壁の厚さが０．４３ｍｍであり、金属製の口金を用いて押し出し成形して形成した。
【００６４】また、電源としては、スイッチング素子としてＳＩサイリスタを用いた高電圧パルス電源（日本ガイシ（株）製）を用いた。この高電圧パルス電源は、定格負荷に最大約４５ｋＶ電圧を印加することができ、周波数は８０〜５００Ｈｚの範囲で変化させることができる。
【００６５】上述したように製作した排気ガス処理装置４１に、図１１に示すように、外部空気をコンプレッサ７１にて圧縮し、フィルタ７２にて微粒子を除去し、乾燥剤にて水分を除去した乾燥空気と、２％のＮＯ混合ガスが充填されたガスボンベ７３から供給されたＮＯガスとを、各々マスフローコントローラ７４を用いて所定の濃度及び流量となるようにして調整したＮＯ混合ガスを導入して、印加電圧と電流とを、オシロスコープ（横河電気（株）製：ＤＬ１７４０−１ＧＳ／ｓ）７５と、高電圧プローブ（ソニー　テクトロニクス（株）製：Ｐ６０１５Ａ）と、電流プローブ（ソニー　テクトロニクス（株）製：Ｐ６０２１）とを用いて測定した。測定結果を図１２に示す。放電電力は、オシロスコープ７５で電圧と電流波形の積の波形の正の面積にパルス周波数をかけることで求めた。
【００６６】次に、高電圧パルス電源で電圧を印加してプラズマ処理を行い、オゾン除去用ヒータ７６に通した後の処理ガス中の、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯＸ、及びＮ２Ｏの濃度を、ガス分析器を用いて測定した。測定結果を図１３に示す。ＮＯの最大減少量は１９７ｐｐｍで、約７０％のＮＯをＮＯ２に酸化することができた。
【００６７】次に、排気ガス処理装置４１のハニカムフィルタ４３に２．１ｇ／Ｌのスートを付着させ、ハニカムフィルタ４３の端面での温度を２５０℃に維持した状態で、ＮＯ濃度を３１０ｐｐｍに調整したＮＯ混合ガスを導入し、パルス電極とアース電極間にノンサーマルプラズマを発生させた際のハニカムフィルタ４３の圧力損失を測定した。時間経過によるハニカムフィルタ４３の圧力損失の測定結果を図１４に示す。また、同時に、排気ガス処理装置４１（図１１参照）で処理された排気ガスの、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯＸ、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、及びＯ２の濃度を、ガス分析器７７（図１１参照）を用いて測定した。測定結果を図１５に示す。
【００６８】図１４に示したグラフから、ノンサーマルプラズマ発生時にハニカムフィルタ４３（図１１参照）の圧力損失が低下し、ハニカムフィルタ４３（図１１参照）の再生が行われていることがわかる。
【００６９】また、図１５に示したグラフから、図１３に示したようなノンサーマルプラズマ発生時におけるＮＯ２の濃度増加が確認されず、ＣＯ２及びＣＯの濃度が増加していることから、ノンサーマルプラズマによって酸化されたＮＯ２の大部分がスートと反応していることがわかる。
【００７０】上述した測定を終えた後、ハニカムフィルタ４３（図１１参照）を排気ガス処理装置４１（図１１参照）から取り出して、ハニカムフィルタ４３（図１１参照）の内面及び外面を目視にて確認したところ、スートが除去されていることが確認できた。
【００７１】（実施例２）
本実施例においては、排気ガスのメーン流路となる石英ガラス製のケース体の内部に、このメーン流路を遮断するように、電気絶縁性の高いコージェライトを用いて形成したハニカムフィルタを配設し、このハニカムフィルタの各端面から８ｍｍの位置に、網状のステンレス板に長さ７ｍｍのステンレス製針を複数設置して構成されたパルス電極とアース電極とを配設した排気ガス処理装置を製作した。本実施例においては、ハニカムフィルタに４．１ｇ／Ｌのスートを付着させ、ハニカムフィルタの質量は５５．２５２５ｇであった。
【００７２】上述したように製作した排気ガス処理装置を、図１１に示したものと同様に構成された測定フロー及び測定装置を用いて、ハニカムフィルタの端面での温度を２００℃に維持した状態で、ＮＯ濃度を３２０ｐｐｍに調整したＮＯ混合ガスを流量３Ｌ／ｍｉｎで導入し、消費電力１．３６Ｗでノンサーマルプラズマを発生させて、印加電圧と電流、ノンサーマルプラズマを発生させた際のハニカムフィルタの圧力損失、及び排気ガス処理装置で処理された排気ガスの、ＮＯ、ＮＯＸ、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、及びＣＯ２の濃度を測定した。各測定結果を図１６〜１８に示す。
【００７３】本実施例においても実施例１と同様に、ノンサーマルプラズマ発生時にハニカムフィルタの圧力損失が低下し、同時にＣＯ２及びＣＯの濃度が増加していることから、ハニカムフィルタの再生が行われていることがわかる。また、ノンサーマルプラズマ発生後のハニカムフィルタの質量を測定したところ、質量が０．２４８１ｇ減少して５５．００４４ｇとなっており、ハニカムフィルタに付着させたスートが酸化除去されたことが確認できた。また、図１８に示した測定結果によれば、ＮＯ２の還元量以上にＣＯ２及びＣＯの濃度が増加していることから、ノンサーマルプラズマによって他のラジカル、例えば、Ｏ、ＯＨ、Ｏ３等がスートを酸化し、ハニカムフィルタの再生を促進しているといえる。
【００７４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によって、排気ガスに含まれる粒子状物質をハニカムフィルタにて高精度に捕集し、捕集した粒子状物質のうちの可燃性物質を簡便かつ低エネルギーで酸化除去して、ハニカムフィルタを再生することが可能であるとともに、従来のノンサーマルプラズマを用いた排気ガス処理装置と比較して小型化が可能な排気ガス処理装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態に用いられるハニカムフィルタを示す斜視図である。
【図３】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態が、さらに脱水手段を備えた状態を模式的に示す説明図である。
【図４】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態が、さらにＮＯＸ処理手段を備えた状態を模式的に示す説明図である。
【図５】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態が、バイパスを備えた状態を模式的に示す説明図である。
【図６】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の他の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図７】本発明（第一の発明）の排気ガス処理装置の他の実施の形態における、ハニカムフィルタを複数用いた場合を示す平面図である。
【図８】本発明（第二の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図９】本発明（第二の発明）の排気ガス処理装置の一の実施の形態における、ハニカムフィルタを複数用いた場合を示す平面図である。
【図１０】本発明（第二の発明）の排気ガス処理装置の他の実施の形態を模式的に示す斜視図である。
【図１１】本発明の実施例１における、排気ガス処理装置の各種測定を行うための全体概要構成図である。
【図１２】本発明の実施例１における、排気ガス処理装置内のプラズマ発生電極に掛かる印加電圧と、その際に流れる電流を示したグラフである。
【図１３】本発明の実施例１における、ハニカムフィルタにスート付着していない状態でノンサーマルプラズマを発生させた際の、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯＸ、及びＮ２Ｏの濃度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１４】本発明の実施例１における、ハニカムフィルタにスート付着させた状態でノンサーマルプラズマを発生させた際の、ハニカムフィルタの圧力損失と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１５】本発明の実施例１における、ハニカムフィルタにスート付着させた状態でノンサーマルプラズマを発生させた際の、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯＸ、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、及びＯ２の濃度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の実施例２における、排気ガス処理装置内のプラズマ発生電極に掛かる印加電圧と、その際に流れる電流を示したグラフである。
【図１７】本発明の実施例２における、ハニカムフィルタにスート付着させた状態でノンサーマルプラズマを発生させた際の、ハニカムフィルタの圧力損失と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１８】本発明の実施例２における、ハニカムフィルタにスート付着させた状態でノンサーマルプラズマを発生させた際の、ＮＯ、ＮＯ２、ＮＯＸ、Ｎ２Ｏ、ＣＯ、ＣＯ２、及びＯ２の濃度と経過時間との関係を示すグラフである。
【図１９】従来の排気ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタを示す斜視図である。
【符号の説明】
１…排気ガス処理装置、２…ケース体、３…ハニカムフィルタ、４…パルス電極、５…アース電極、６…プラズマ発生電極、７…電源、８…排気系、２１…隔壁、２２…セル、２３，２３ａ，２３ｂ…端面、３０…脱水手段、３１…ドレン、３２…ＮＯＸ処理手段、３３…バイパス、４１…排気ガス処理装置、４３…ハニカムフィルタ、４４…パルス電極、４５…アース電極、４６…プラズマ発生電極、５２…ケース体、５３…ハニカムフィルタ、５４…パルス電極、５５…アース電極、５６…プラズマ発生電極、５８…排気系、６１…排気ガス処理装置、６４…パルス電極、６５…アース電極、６９…絶縁板、７０…針、７１…コンプレッサ、７２…フィルタ、７３…ガスボンベ、７４…マスフローコントローラ、７５…オシロスコープ、７６…オゾン除去用ヒータ、７７…ガス分析器、８０…ハニカムフィルタ、８１…隔壁、８２…セル、８３…排気ガス流入側端面、８４…排気ガス流出側端面。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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