(57)【要約】【課題】粒子状物質（ＰＭ）を捕集すると共に、窒素酸化物（ＮＯｘ）を触媒反応  および放電により効率良く的確に酸化・還元することができる。【解決手段】高電圧を発生させる高電圧発生装置４と、高電圧発生装置４に接続し高電圧を印加する放電用電極３と、放電電極に接続して内部を放電可能とし内部を流通する排ガスに含まれる粒子状物質を放電して捕集するハニカム７と、ハニカム７の外周を被覆すると共に、接地および／または一定電圧にされている導電層９とからなり、低温時等で触媒による浄化が難しい場合にもパルスストリーマ放電１０を加えてＮＯｘ等の浄化やＰＭの燃焼を効率良く的確に実奏する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧を発生させる高電圧発生装置と、
高電圧発生装置に接続し高電圧を印加する放電電極と、
放電電極に接続して内部を放電可能とし内部を流通する排ガスに含まれる粒子状物質を帯電して捕集する多孔部材からなる捕集装置と、
捕集装置の外周を被覆すると共に、接地および／または一定電圧にされている導電層とを備えて成ることを特徴とする排気浄化装置。
【請求項２】
捕集装置には粒子状物質および／または窒素酸化物を浄化する触媒が担持されていることを特徴とする排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばディーゼルエンジンなどの排ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（以下ＰＭという）を捕集すると共に、窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を触媒反応および放電により酸化・還元することができる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中には、カーボン、ＳＯＦ（Ｓｏｌｕｂｌｅ  Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｆｒａｃｔｉｏｎ）、高分子有機化合物、硫酸ミストなどからなるＰＭが含まれ、このＰＭ排出の抑制が環境改善の観点から強化されている。
【０００３】
従来、ＰＭの排出を抑制するため、帯電装置とフィルタを組み合せた電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置が提案されている（特開２００１−４１０２４号公報）。
また、導電性のディーゼルパティキュレートフィルタを用い、導電性フィルタの間で帯電させ捕集するディーゼルパティキュレートフィルタシステムが提案されている（特開２００１−２０７２１号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、前者の電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置は、捕集部の再生に電気ヒータを用いるため、燃焼させたいＰＭ以外に、捕集部全体を加熱する必要があって、多大なエネルギーを要する。このため、前者の電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置は、燃費損失が大きく実用上解決すべき課題を有する。
【０００５】
また、後者のディーゼルパティキュレートフィルタシステムは、捕集部の再生に内燃機関による排気温上昇を基に制御している。このため、後者のディーゼルパティキュレートフィルタシステムは、捕集部全体を加熱する必要があって多大なエネルギを要し実用上解決すべき問題を有する。
【０００６】
これら従来技術は、いずれも捕集部に触媒が担持されていないため、低温でのＰＭ燃焼が実現することができなく、この観点からも多大なエネルギを必要とする。また、これら従来技術にＰｔ系の酸化触媒を担持した場合であっても、５００℃以上の高温場でなければＰＭが燃焼しないのである。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−４１０２４号公報    ［０００３］
【０００８】
【特許文献２】
特開２００１−２０７２１号公報    ［０００３］
【０００９】
本発明は、以上の課題を解決するために案出されたものである。すなわち、本発明の目的は、例えばディーゼルエンジンなどの排ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（以下ＰＭという）を捕集すると共に、窒素酸化物（以下ＮＯｘという）を触媒反応および放電により酸化・還元することができ、捕集装置を効率良く的確に回復することができる排気浄化装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の排気浄化装置は、高電圧を発生させる高電圧発生装置と、高電圧発生装置に接続し高電圧を印加する放電電極と、放電電極に接続して内部を放電可能とし内部を流通する排ガスに含まれる粒子状物質を帯電して捕集する多孔部材からなる捕集装置と、捕集装置の外周を被覆すると共に、接地および／または一定電圧にされている導電層とを備えて成ることを特徴とする。
【００１１】
請求項２に記載の排気浄化装置は、捕集装置に粒子状物質および／または窒素酸化物を浄化する触媒が担持されていることを特徴とする。
【００１２】
【発明の作用・効果】
上記構成からなる本発明の排気浄化装置は、排ガスに含まれるＰＭとＮＯｘ等の浄化率を向上すると共に、低温時等で触媒による浄化が難しい場合にも放電を加えてＮＯｘ等の浄化やＰＭの燃焼を効率良く的確に実奏する作用、効果を実奏する。
【００１３】
〔作用：効果が生じる理由〕
具体的には、上記構成からなる本発明の排気浄化装置は、導電層により捕集装置の外周を隙間なく被覆することにより、当該隙間で生じ易い放電を抑制することができ、捕集装置を構成する多孔部材の内部にプラズマを的確に発生できる。このため、排ガス中のＮＯをＮＯ２に酸化すると共に、Ｏ２をラジカル化して効率良くＰＭを浄化することができる。また、Ｎ２のラジカル化や還元剤の部分酸化による活性化により効率良くＮＯｘを浄化することができる。高電圧発生装置により数百ｎｓｅｃ以下のパルスを用いることにより、アーク放電に至る前に高電圧を止めることができ、低温からアーク放電が生じ易い高温まで高電圧を印加してプラズマを発生させることができる。また、高電圧発生装置により直流高電圧（ＤＣ）を印加した場合にも、放電および通電によりＰＭを燃焼させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の発明の実施形態における排気浄化装置は、図１、図５に示すように、ディーゼルエンジンＥの排気管１内に設けた捕集処理装置２の放電用電極３が高電圧発生装置４に導電性良好に接続されている。放電用電極３は、棒状の導電体で構成され、その開放端が排ガスの流れ方向と平行に配設されている。放電用電極３は、その支持端が碍子５によって捕集処理装置２に固定され、排気の流れに対して軸方向が直交するように構成されている。放電用電極３は、高電圧発生装置４のパルス高電圧電源装置６の負電極側に接続されている。放電用電極３は、碍子５により接続されているので捕集処理装置２のケースに絶縁された状態に構成されている。
【００１５】
放電用電極３の外周には、放電用電極３を中心として捕集装置の多孔部材であるハニカム７が排ガスを流通可能に排ガスの流れ方向と平行に配設されている。ハニカム７の内部には、放電用電極３にパルス高電圧が印加されると、図１、図２に示すように、パルスストリーマー放電１０が排気の流れに対して直交する方向に生じるように構成されている。ハニカム７には、触媒が担持されている。ハニカム７の外周には、接地を司り、クッション性を有する導電層９が気密性良好に被覆されている。
【００１６】
上記構成からなる本発明の実施形態の排気浄化装置は、図１、図２に示すように、放電用電極３にパルス高電圧が印加されると、パルスストリーマー放電１０がハニカム７を貫く形で発生される。このパルスストリーマーによって生じる現象は図２に示すとおりである。ディーゼルエジンからの排気は、本発明の実施の形態の排気浄化装置に入ると、パルスストリーマー放電１０によりＯ３の生成、Ｏのラジカル化、Ｎのラジカル化が生じるのである。また、ＰＭは帯電し、ハニカム７に付き易くなる。そして、Ｏ３の生成、Ｏのラジカル化、Ｎのラジカル化により、ＰＭ酸化、ＮＯｘ還元反応メカニズムを図３に示すように、反応が進むのである。
【００１７】
帯電し、付着したＰＭは、Ｏ３の酸化作用により、燃焼するのである。また、ＮＯｘはＮラジカルにより分解されるのである。さらに、ＮＯの一部は、Ｏラジカルにより酸化されてＮＯ２となり、ＮＯ２はＰＭを酸化するのである。これら一連の反応により、ＰＭは酸化して消滅し、ＮＯｘは還元されるのである。また、これらの酸化・還元反応を生じさせるパルスストリーマー放電１０の生成に対し、ハニカム７の外周に配設された導電層９が重要な役割を果たすのである。
【００１８】
ここで、図４に導電層を設けない場合に生じる現象を示す。すなわち、ハニカム７を捕集処理装置２のケースに保持する場合、ハニカム７とケースとは絶縁性の保持材１１を用いて保持される。この場合、ハニカム７と保持材１１、保持材１１とケースの間には隙間が生じるのである。この隙間が生じた状態でパルス高電圧を印加すると、ハニカム７では放電が生じなく、絶縁保持材１１との隙間で部分放電が生じるのである。これは、空気層があることで、ハニカム７の内部よりも外周の空気層の方が放電がし易いことによる。この結果、ハニカム７内にパルスストリーマー放電１０が生じなく、図２の反応、図３の反応を生じない。このため、図４に示す装置にあっては、ＰＭ、ＮＯｘを浄化することできないのである。
【００１９】
これに対して、本発明の実施形態の排気浄化装置では、空気層が生じないようにハニカム７の外周に気密性良好に導電層９を設けることにより、ハニカム７内で確実にパルスストリーマー放電１０が生じ、ＰＭ、ＮＯｘを的確に浄化することできるのである。ここで、図６のＰＭの浄化率を比較する線図によれば、本発明の実施の形態の排気浄化装置では、パルスストリーマー放電１０により、ＰＭが効率良く的確に浄化されるのに対し、図４に示す装置にあっては、パルスストリーマー放電が発生しないことにより、ＰＭを浄化することができないのである。
【００２０】
【その他の実施の形態】
本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、図７に示すように、上記実施の形態とはハニカム７に代えてフィルタ（ＤＰＦ）１７を設けた点が異なり、その他は同様であるので、同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本発明のその他の実施の形態の排気浄化装置は、フィルタ（ＤＰＦ）１７を設けたことにより、ＰＭを効率良く採取することができ、十分に堆積したＰＭに対して図３に示す反応を施すことができ、より一層の浄化効率を向上することができる。
【００２１】
さらに、本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、図８に示すように、上記実施の形態とはハニカム７の外周に導電部材からなる導電コート１８を設け、さらにその外周にクッション性保持部材１９を巻きケース２０に装着した点が異なり、その他は同様であるので、同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、接地用バネ２１によって、導電層９とケース２０を接地している。本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、クッション性保持部材１９を設けたことにより、触媒付きハニカム７の振動等による破損を防止でき、導電コート１８を設けたことにより、図４で示した部分放電の発生を防ぐことができる。
【００２２】
また、本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、図９に示すように、上記実施の形態とはハニカム７に代えてセラミックの発泡フォーム２２を設けた点が異なり、その他は同様であるので、同一部分は同一符号を付して説明を省略する。本発明のその他の実施の形態の排気浄化装置は、発泡フォーム２２にはＰｔ系の触媒が担持され、その外周には導電層９を塗布し、ケース２３に接地されている。また、高電圧発生装置２４は直流の高電圧を発生させるものである。この電圧は＋でも−でも構わないが、−のほうがより好ましい。高電圧発生装置２４で発生された直流高電圧は、碍子５によりケース２３との絶縁を保持し放電用電極３によって、発泡フォーム２２の中央に導かれている。
【００２３】
上記構成よりなる本発明のその他の実施形態における排気浄化装置は、排ガスが排気管１より導入されると、高電圧発生装置２４から直流高電圧が印加された放電用電極３からのコロナ放電により、ＰＭは帯電し、発泡フォーム２２に静電捕集されるのである。温度計２５で計測された発泡フォーム２２の温度がある一定の温度より高い場合には、捕集されたＰＭは担持された触媒の作用で酸化されるのである。しかし、発泡フォーム２２の温度が十分に高くない場合には、ＰＭは発泡フォーム２２内に堆積されるのである。
【００２４】
差圧計２６の値がある一定値を超えた場合は、発泡フォーム２２内のＰＭが堆積しているものと判断して直流高電圧の電圧を上昇させるのである。これにより、発泡フォーム２２内に、パルスストリーマ放電が生じて、堆積されたＰＭは図３に示す反応を介して酸化されるのである。ここでも、発泡フォーム２２の外周に導電層９が塗布されているため、発泡フォーム２２内にパルスストリーマー放電が生じて、効率良くＰＭを酸化することができる。また、同様にＮＯｘをも除去することができる。なお、このときの制御アルゴリズムは図１０に示すとおりである。
【００２５】
本発明の排気浄化装置は、上記実施の形態例におけるディーゼルエンジンに限らず、この他、希薄燃焼を実奏するガソリンエンジンでも良く、また、ガスタービン、加熱用ボイラーの排気ダクトで、ＰＭ、ＮＯｘを浄化する装置等の各種各様の装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の排気浄化装置を示す概要図である。
【図２】本発明の実施形態の放電用電極により放電されたＰＭが捕集される状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の排気浄化装置のＰＭ酸化、ＮＯｘ還元反応メカニズムを示す図である。
【図４】従来の排気浄化装置を示す概要図である。
【図５】本発明の実施形態における排気浄化装置の配設状況を示す概要図である。
【図６】本発明の実施形態における排気浄化装置と従来の排気浄化装置とのＰＭ浄化率の比較状態を示す線図である。
【図７】本発明のその他の実施形態における排気浄化装置を示す概要図である。
【図８】本発明のその他の実施形態における排気浄化装置を示す概要図である。
【図９】本発明のその他の実施形態における排気浄化装置を示す概要図である。
【図１０】図９に示す排気浄化装置の制御アルゴリズムを示す概要図である。
【符号の説明】
１…排気管
２…捕集処理装置
３…放電用電極
４…高電圧発生装置
５…碍子
６…パルス高電圧
７…ハニカム
９…導電層
１０…パルスストリーマー放電
【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】
2004190528.tif 000009
【図８】
2004190528.tif 000010
【図９】
2004190528.tif 000011
【図１０】
2004190528.tif 000012