(57)【要約】【課題】燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてアニオン包接結晶を酸化触媒として利用可能にする。【解決手段】燃焼ガスを排気する排気通路２Ａ，２Ｂに、アニオン包接結晶７を含む触媒担体６Ａ〜６Ｅからなる触媒装置４を設ける。そして、アニオン包接結晶７にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置１０を備えるとともに、温度制御手段１６，２０によってアニオン包接結晶７の結晶格子中に活性酸素が再生される再生温度域に触媒装置４の温度を制御する。【選択図】        図１
2004169665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼ガスを排気する排気通路に設けられ、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置と、
上記アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、
上記アニオン包接結晶の結晶格子中に活性酸素が再生される再生温度域に上記触媒装置の温度を制御する温度制御手段とを備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項２】
燃焼ガスを排気する排気通路に設けられ、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置と、
上記アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置と、
上記触媒装置の上流側に設けられたプラズマ発生装置と、
上記マイクロ波発生装置及び上記プラズマ発生装置の作動状態を上記触媒装置の温度に応じて制御する制御手段とを備えたことを特徴とする、排気浄化装置。
【請求項３】
上記制御手段は、上記触媒装置の上流の燃焼ガス温度を検出する温度センサを含み、
上記制御手段は、上記温度センサの検出情報に基づき、燃焼ガス温度が上記アニオン包接結晶の活性酸素の放出温度域の下限である第１所定温度よりも低いときには、上記マイクロ波発生装置を制御するとともに、燃焼ガス温度が上記第１所定温度よりも低く且つ上記アニオン包接結晶の再生温度域の下限である第２所定温度よりも低いときには、上記プラズマ発生装置を制御することを特徴とする、請求項２記載の排気浄化装置。
【請求項４】
上記制御手段は、燃焼ガス温度が上記第２所定温度よりも低いときには、上記アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するように上記マイクロ波発生装置を制御することを特徴とする、請求項３記載の排気浄化装置。
【請求項５】
上記触媒装置は、燃焼ガスの流れ方向に分割された複数の触媒担体からなり、各触媒担体の上流側に夫々アニオン包接結晶が配置されていることを特徴とする、請求項１又は２記載の排気浄化装置。
【請求項６】
上記触媒装置は、上流側の触媒担体が目封じの無いタイプであり、最下流の触媒担体が目封じの有るタイプであることを特徴とする、請求項５記載の排気浄化装置。
【請求項７】
上記触媒装置は、最上流の触媒担体の上流側、及び最下流の触媒担体の下流側に夫々電磁波を遮蔽し且つ燃焼ガスの通過を許容する電磁遮蔽部材を有することを特徴とする、請求項５記載の排気浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置、船舶、車両等の動力源に用いられるエンジンや、発電プラント、産業プラント等に装備されるボイラ等（以下、エンジン等という）から排気される燃焼ガスを浄化する排気浄化装置に関し、特に、活性酸素種（Ｏ２−イオンラジカル及びＯ−イオンラジカル、以下、単に活性酸素という）を高濃度に包接するアニオン包接結晶（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３化合物）を触媒として排気浄化装置に利用するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、活性酸素を極めて大量に発生させることが可能なアニオン包接結晶が注目されている。アニオン包接結晶はＣａとＡｌとＯとで構成されたカゴ状の結晶格子構造（ケージ）を有しており、この結晶格子中に活性酸素を包み込んでいる。そして、アニオン包接結晶には、６５０℃以上の温度域では結晶格子中に包み込んでいる活性酸素を放出し、５００℃付近の温度域では逆に結晶格子中に活性酸素を再生するという特性がある。
【０００３】
特許文献１には、このような特性を有するアニオン包接結晶の製造方法が開示されるとともに、その好適な用途についても言及されている。特許文献１で示されたアニオン包接結晶の用途の一つに酸化触媒があり、これは活性酸素の酸化作用を利用したものである。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−３２１８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、確かにアニオン包接結晶は優れた酸化触媒としての機能を有するものの、アニオン包接結晶をエンジン等で発生する燃焼ガスの浄化のための排気浄化装置に利用する場合、排気通路にそのままアニオン包接結晶を配置するだけでは十分な効果を得ることはできない。エンジン等では燃焼ガスは連続して排気されるため、その排気浄化装置には連続的な浄化能力が要求される。ところが、アニオン包接結晶は結晶格子中に包み込んでいた活性酸素を放出することで、燃焼ガス中の有害物質〔ＣＯ，ＨＣ，ＰＭ（粒子状物質）等〕を酸化させるものであるため、結晶格子中の活性酸素が全て放出されたときには酸化能力を失い、もはや排気浄化装置として機能しなくなってしまうのである。
【０００６】
したがって、エンジン等の排気通路に設けられる排気浄化装置のように、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においては、アニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を維持或いは回復するための何らかの工夫が必要となる。
本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてアニオン包接結晶を酸化触媒として利用可能にした、排気浄化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の第１の排気浄化装置は、燃焼ガスを排気する排気通路に、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置を設けている。そして、アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置を備えるとともに、温度制御手段によってアニオン包接結晶の結晶格子中に活性酸素が再生される再生温度域に触媒装置の温度を制御するようにしたことを特徴としている。
【０００８】
これによれば、マイクロ波の照射によりケージ（結晶格子）中の活性酸素を振動させ、活性酸素とケージとの摩擦熱によってケージを膨張させてケージから活性酸素を放出させて燃焼ガスを浄化することができる。また、触媒装置は温度制御手段によって再生温度域に制御されているため、放出が進みアニオン包接結晶内の活性酸素が減少してきたときには、マイクロ波の照射を停止することで結晶格子内に活性酸素が再生されるので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。また、アニオン包接結晶そのものだけではなくアニオン包接結晶を含む触媒担体を用いることで、アニオン包接結晶が活性酸素の再生中は触媒担体の他の組成に燃焼ガスの浄化を担わせることができるので、燃焼ガスの浄化を連続して行うことができる。
【０００９】
温度制御手段としては、燃焼ガスの温度が高く自然状態で触媒装置が再生温度域を超える場合には、触媒温度を再生温度域まで強制的に低下させる手段を設ければよい。逆に燃焼ガスの温度が低く自然状態で触媒装置が再生温度域に満たない場合には、温度制御手段として、触媒温度を再生温度域まで強制的に昇温する手段を設ければよい。
【００１０】
触媒温度を強制的に低下させる手段としては、排気通路内に新気を導入し、新気によって触媒装置を冷却して再生温度域まで触媒装置の温度を低下させる新気導入手段が好ましい。新気の導入によって燃焼ガスの温度を低下させて触媒装置を冷却することができる。また、燃焼ガス中の水蒸気は活性酸素との反応によってＯＨ−を形成し遊離酸素を減少させるため、アニオン包接結晶内での活性酸素の再生を妨げるが、新気は燃焼ガスに比較して水蒸気量が少ないので、新気の導入によって水蒸気分圧を減少させてアニオン包接結晶内での活性酸素の再生を促進することできる。
【００１１】
触媒温度を強制的に昇温する手段としては、触媒装置に導入される燃焼ガスを加熱し、触媒装置の温度を再生温度域まで昇温させる加熱手段や、触媒装置自体を加熱し、触媒装置の温度を再生温度域まで昇温させる加熱手段が好ましい。このような加熱手段を設けることで、燃焼ガスの温度が低い場合でも、アニオン包接結晶の酸化触媒として機能させることができる。より好ましくは、上記の加熱手段を設けるとともに、触媒装置を断熱材で囲んで保温するようにする。
【００１２】
また、上記目的を達成するために、本発明の第２の排気浄化装置は、燃焼ガスを排気する排気通路に、アニオン包接結晶を含む触媒担体からなる触媒装置を設けている。そして、アニオン包接結晶にマイクロ波を照射するマイクロ波発生装置を備えるとともに、触媒装置の上流側にはプラズマ発生装置を設け、これらマイクロ波発生装置及びプラズマ発生装置の作動状態を制御手段によって触媒装置の温度に応じて制御するようにしたことを特徴としている。
【００１３】
アニオン包接結晶からの活性酸素の放出速度や結晶中での活性酸素の再生速度は触媒装置の温度により変化するので、上記のようにマイクロ波発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量を適宜に調整することができる。また、プラズマ発生装置によれば、プラズマ放電によって空気中に活性酸素を生成することができるので、プラズマ発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、燃焼ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
制御手段による制御方法としては、具体的には以下のような制御方法を採ることができる。まず、温度センサにより触媒装置の上流の燃焼ガス温度を検出する。そして、その検出情報に基づき、燃焼ガス温度がアニオン包接結晶の活性酸素の放出温度域の下限である第１所定温度よりも低いときには、マイクロ波発生装置を制御する。また、燃焼ガス温度が上記第１所定温度よりも低く且つアニオン包接結晶の再生温度域の下限である第２所定温度よりも低いときには、さらにプラズマ発生装置を制御する。
【００１５】
燃焼ガス温度が第１所定温度以上のときには、マイクロ波発生装置によらずともアニオン包接結晶から活性酸素が自然放出され、燃焼ガスの浄化が行われる。そして、第１所定温度より低いときには、マイクロ波発生装置を制御することで、アニオン包接結晶内から活性酸素を強制的に放出させて燃焼ガスの浄化を行うことができる。さらに、第２所定温度より低いときには、プラズマ発生装置を制御することで、プラズマ放電により活性酸素を生成して燃焼ガスを浄化することができ、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができる。
【００１６】
この場合、より好ましくは、燃焼ガス温度が上記第２所定温度よりも低いときには、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するようにマイクロ波発生装置を制御するようにする。これにより、アニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を持続させることができる。なお、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制するための制御方法としては、マイクロ波の照射時間を短くして且つマイクロ波の照射を間欠的に行うような制御方法や、電流又は電圧の少なくとも一方を制御することでワット数を抑制する方法が挙げられる。
【００１７】
上記の第１の排気浄化装置、第２の排気浄化装置において、ともに好ましくは、触媒装置は、燃焼ガスの流れ方向に分割された複数の触媒担体からなるものとし、各触媒担体の上流側に夫々アニオン包接結晶を配置する。活性酸素は反応性が高いためにアニオン包接結晶から距離が遠いと活性酸素が行き届かなくなるが、触媒担体を燃焼ガスの流れ方向に複数配置して夫々の上流側にアニオン包接結晶を含ませることで、触媒装置内の全体に活性酸素を供給することができ、高い浄化効率を得ることができる。
【００１８】
この場合、より好ましくは、触媒装置は、上流側の触媒担体を目封じの無いタイプとし、最下流の触媒担体を目封じの有るタイプとする。最下流の触媒担体を目封じタイプとすることで、上流側の触媒担体において浄化できなかったＰＭを最終的に捕集し、活性酸素によって浄化することができる。
また、最上流の触媒担体の上流側、及び最下流の触媒担体の下流側に夫々電磁波を遮蔽し且つ燃焼ガスの通過を許容する電磁遮蔽部材を配置するのも好ましい。これによれば、燃焼ガスの流れを妨げることなく電磁波の外部への漏洩を防止することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を説明する。
（Ａ）第１実施形態
図１は、本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる排気浄化装置は、排気管２Ａ，２Ｂに配置された触媒装置４を備えている。排気管２Ａ，２Ｂは、エンジン等の図示しない排気ポートに接続され、エンジン等から排気された燃焼ガス（以下、排気ガスという）の通路（排気通路）になっている。なお、本実施形態では、排気ガスの温度は比較的低く、触媒装置４への流入時の温度が５００℃に満たない場合を想定している。触媒装置４は、排気管２Ａ，２Ｂの途中に介装された円筒形で金属製のケース８を有し、ケース８内には複数の触媒担体６Ａ〜６Ｅが排気ガスの流れ方向に沿って配置されている。各触媒担体６Ａ〜６Ｅの上流側にはアニオン包接結晶（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３化合物）７が設けられている。これら触媒担体６Ａ〜６Ｅのうち最下流の触媒担体６Ｅは目封じタイプであり、他の上流側の触媒担体６Ａ〜６Ｄは目封じの無いタイプになっている。以下、各触媒担体を他と区別する場合のみ符号６Ａ〜６Ｅで示し、各触媒担体を区別しない場合には単に符号６で示すものとする。
【００２０】
また、触媒装置４には、高電圧の印加によりマイクロ波を発生するマグネトロン１０とマグネトロン１０に高電圧をかける高電圧発生器１１が備えられている。これらマグネトロン１０と高電圧発生器１１により、本発明にかかるマイクロ波発生装置が構成されている。マグネトロン１０は温度上昇による効率の低下を防止するためにケース８とは別置きにされており、マグネトロン１０とケース８とはマイクロ波を導く導波管９によって接続されている。導波管９のケース８への接続部は各触媒担体６のアニオン包接結晶層７が設けられている面に近接して設けられている。また、最上流の触媒担体６Ａの上流側、及び、最下流の触媒担体６Ｅの下流側には、ケース８内の触媒担体６を挟むようにパンチングメタル（電磁遮蔽部材）５が夫々設けられている。パンチングメタル５には、電磁波が通過することができない小径の穴が多数設けられており、電磁波はパンチングメタル５によって遮蔽される一方、排気ガスはパンチングメタル５の穴を通ってケース８内を流れるようになっている。
【００２１】
さらに、上流側の排気管２Ａにはヒーター等の加熱装置１６が取り付けられている。加熱装置１６は排気管２Ａ内を流れる排気ガスを加熱して昇温させることで、間接的に触媒装置４の内部温度を昇温させるようになっている。
高電圧発生器１１と加熱装置１６の制御は、本実施形態にかかる排気浄化装置を構成する制御装置２０が行う。図２（ａ）は制御装置２０による高電圧発生器１１の制御内容をタイムチャートで示したものである。図２（ａ）に示すように、制御装置２０は、高電圧発生器１１によるマグネトロン１０への電圧の印加（ＯＮ）と、電圧の印加の停止（ＯＦＦ）とを交互に繰り返し行っている。電圧の印加によりマグネトロン１０はマイクロ波を発生し、電圧の印加の停止によりマグネトロン１０はマイクロ波の発生を停止する。
【００２２】
また、図２（ｂ）は触媒担体６やアニオン包接結晶層７の内部温度（以下、触媒温度）の温度変化を示すグラフである。制御装置２０は、触媒温度が常に５００℃付近になるように、加熱装置１６を制御してケース８内に流入する排気ガスの温度を調整している。排気ガスの流量や温度の変化が小さい定常状態では、触媒担体６やアニオン包接結晶層７の内部温度はケース８内の温度に略等しいとみることができる。なお、図１では省略しているが、排気ガスの温度が一定ではなく変化している場合には、加熱装置１６の上流に温度センサを備えて、排気ガスの温度に応じて加熱装置１６の加熱温度を調整することもできる。本実施形態では、加熱装置１６及び制御装置２０により、本発明にかかる温度制御手段が構成されている。
【００２３】
上記のような制御を行ったとき、アニオン包接結晶７内の結晶は次のような反応を示す。図３はアニオン包接結晶７が示す反応を模式的に示す図である。まず、初期状態として、アニオン包接結晶７は結晶格子（ケージ）内に活性酸素（Ｏ２−）を包み込んでいる。このとき電圧の印加によりマグネトロン１０が作動してマイクロ波が発生すると、マイクロ波は導波管９を通ってケース８内に導入され、ケース８内に導入されたマイクロ波は、金属製のケース８内面やパンチングメタル５で反射しながらケース８内を進行する。マイクロ波がアニオン包接結晶７に照射されたとき、ケージ内の活性酸素はマイクロ波の極性の変化に応じて振動し、マイクロ波の電気的エネルギーは活性酸素の振動に消費される。そして、活性酸素の振動により活性酸素とケージとの間で摩擦が発生し、ケージはその摩擦熱によって膨張する。
【００２４】
ケージの熱膨張によって酸素分子がケージのボトルネックを通過できるようになるため、高電圧発生器１１によりマグネトロン１０に高電圧が印加され、マイクロ波がアニオン包接結晶７に照射されている間、アニオン包接結晶７からは活性酸素が外部に放出され続ける。放出された活性酸素は排気ガス中の有害物質（ＣＯ，ＨＣ，ＰＭ等）と反応する。例えばＰＭと反応する場合にはＰＭを酸化して燃焼させ、ＣＯＸに変換する。或いは、燃焼で発生した排気ガス中のＮＯを酸化してＮＯ２を生成し、このＮＯ２を酸化剤として間接的に有害物質と反応する。
【００２５】
アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出は、マグネトロン１０によるマイクロ波の発生が停止されることで停止する。そして、アニオン包接結晶７の温度が５００℃付近に保たれることで、アニオン包接結晶７は外部から酸素を取り込み、結晶格子内に活性酸素を再生していく。
本実施形態では、図２（ｂ）に示すように触媒温度は、アニオン包接結晶７の結晶格子中に活性酸素が再生される５００℃付近の温度域（再生温度域）に常に保たれている。したがって、図２（ａ）に示すように電圧印加のＯＮ／ＯＦＦを繰り返してアニオン包接結晶７に周期的にマイクロ波を照射することで、ＯＮ時におけるアニオン包接結晶７からの活性酸素の放出と、ＯＦＦ時におけるアニオン包接結晶７内での活性酸素の再生とが交互に繰り返される。
【００２６】
なお、アニオン包接結晶７の結晶格子数は有限であるので、５００℃付近の再生温度域に触媒温度が維持されると、アニオン包接結晶７中の活性酸素はやがて飽和状態になる。同様に、マイクロ波の照射が続くと、アニオン包接結晶７中の活性酸素はやがて失われることになる。そこで、制御装置２０が高電圧発生器１１に電圧を印加させるＯＮ時間（マイクロ波発生時間）Ｔ２は、マグネトロン１０からのマイクロ波の照射に伴いアニオン包接結晶７からの活性酸素の放出が開始され、やがてアニオン包接結晶７中の活性酸素が失われるまでの時間を考慮して設定されている。また、制御装置２０による高電圧発生器１１のＯＮ／ＯＦＦ制御の周期（マイクロ波発生のＯＮ／ＯＦＦ周期）Ｔ１は、上記ＯＮ時間Ｔ２と電圧の印加を停止してからアニオン包接結晶中の活性酸素が飽和状態になるまでの時間とを考慮して設定されている。
【００２７】
以上のような構成により、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出とアニオン包接結晶７内での活性酸素の再生が交互に繰り返し行われるので、排気ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶７の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。また、アニオン包接結晶７を触媒担体６の一部として設けることで、アニオン包接結晶７が活性酸素の再生中は触媒担体６に排気ガスの浄化を担わせることができるので、アニオン包接結晶７の放出／再生状態にかかわらず排気ガスの浄化を連続して行うことができる。
【００２８】
また、活性酸素は反応性が高いためにアニオン包接結晶７からの距離が遠くなるほど活性酸素が行き届かなくなるが、本実施形態のようにアニオン包接結晶７を燃焼ガスの流れ方向に複数配置することで、ケース８内の全体に活性酸素を供給することができる。また、分割配置された触媒担体６の夫々の上流側にアニオン包接結晶７を配置し、その個所ごとに導波管９を接続してマイクロ波を導くことで、マイクロ波をアニオン包接結晶７に効率的に照射することができ、マイクロ波によるアニオン包接結晶７の昇温効率を高めることができる。さらに、本実施形態のように最下流の触媒担体６Ｅを目封じタイプとすることで、上流側の触媒担体６Ａ〜６Ｄにおいて浄化できなかったＰＭを最終的に最下流の触媒担体６Ｅで捕集し、アニオン包接結晶７から供給される活性酸素によって酸化することができる。したがって、本実施形態の排気浄化装置によれば、ケース８内に流入したＰＭ等の有害物質と活性酸素との反応効率を高めることができ、高い浄化効率を得ることができる。
【００２９】
なお、本実施形態では加熱した排気ガスによって間接的にアニオン包接結晶７を加熱して昇温させるようにしているが、触媒装置４内にヒーター等の加熱手段を設けて、直接、アニオン包接結晶７を加熱するようにしてもよい。また、また、追加燃料を触媒装置４の上流に設けられた酸化触媒上で燃焼させることによってアニオン包接結晶７を加熱し、アニオン包接結晶７の温度を上昇させるようにしてもよい。
【００３０】
（Ｂ）第２実施形態
図４は、本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。本実施形態では、排気ガスの温度が比較的高くて、そのまま排気ガスが触媒装置４へ流入すると触媒温度が５００℃付近の再生温度域を超える場合を想定している。
【００３１】
図４に示すように、本実施形態では、上流側の排気管２Ａに二次エア導入管２６が取り付けられている。二次エア導入管２６は、その先端部が排気管２Ａの内部で開口しており、後端部はコンプレッサ２２に接続されている。コンプレッサ２２は新気（外気）を取り込んで圧縮し、二次エアとして二次エア導入管２６に送り出すようになっている。また、二次エア導入管２６の途中には電磁弁２４が介装されており、電磁弁２４のデューティ制御によってコンプレッサ２２から排気管２Ａ内へ導入される二次エアの導入量を制御できるようになっている。
【００３２】
二次エア導入管２６から排気管２Ａ内に導入された二次エアは、排気ガスと混合して触媒装置４に導入される。このとき、高温の燃焼ガスである排気ガスに対して新気である二次エアは低温であるので、その混合ガスの温度は排気ガスそのものの温度よりも低くなる。そして、排気ガスよりも低温の混合ガスは、排気ガスにより加温されていた触媒担体６やアニオン包接結晶７を冷却する冷却空気として作用する。混合ガスの排気ガスに対する温度低下幅は二次エアの導入量によって制御することができ、これは電磁弁２４のデューティ比によって制御することができる。
【００３３】
電磁弁２４の制御は、本実施形態にかかる排気浄化装置を構成する制御装置３０が行う。制御装置３０は、第１実施形態と同様、触媒温度が常に５００℃付近になるように、電磁弁２４を制御して二次空気の導入量を調整し、ケース８内に流入する排気ガスの温度を調整している。なお、図４では省略しているが、排気ガスの温度が一定ではなく変化している場合には、二次エア導入管２６の上流に温度センサを備えて、排気ガスの温度に応じて電磁弁２４のデューティ比を調整することもできる。本実施形態では、コンプレッサ２２，電磁弁２４，二次エア導入管２６及び制御装置３０により、本発明にかかる温度制御手段が構成されている。また、制御装置３０は高電圧発生器１４も制御しており、第１実施形態と同様、高電圧発生器１４による内外電極１０，１２間への高電圧の印加（ＯＮ）と、電圧の印加の停止（ＯＦＦ）とを交互に繰り返し行っている。
【００３４】
以上のような構成により、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、排気ガスの温度が高い場合でも触媒温度を５００℃付近の再生温度域に維持することができる。したがって、第１実施形態と同様に、高電圧発生器１４のＯＮ／ＯＦＦ制御によってアニオン包接結晶７からの活性酸素の放出とアニオン包接結晶７内での活性酸素の再生が交互に繰り返し行われるので、排気ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶７の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができる。
【００３５】
さらに、排気ガス中には多量の水蒸気が含まれるが、水蒸気は活性酸素との反応によってＯＨ−を形成し、アニオン包接結晶７内での活性酸素の再生に必要な遊離酸素を減少させてしまう。したがって、単に触媒温度を再生温度域に維持しても排気ガス雰囲気中では活性酸素の再生が進まない虞がある。このような虞に対し、本実施形態にかかる排気浄化装置によれば、冷却用の二次エアとして排気ガスに比較して水蒸気量が少ない新気（外気）を導入するので、新気の導入によってアニオン包接結晶７の周囲雰囲気中の水蒸気分圧を減少させることができ、アニオン包接結晶７内での活性酸素の再生を促進することできる。なお、新気の水蒸気量をより低減する手法としては、例えば、コンプレッサ２２と電磁弁２４との間に、シリカゲル（ＳｉＯ２・２Ｈ２Ｏ）等の乾燥・脱水剤を配置すればよい。
【００３６】
（Ｃ）第３実施形態
図５は、本発明の第３実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。図５に示すように、本実施形態では、第１，第２実施形態のように加熱装置や二次エア導入装置等の温度制御手段を備える代わりに、排気ガスの温度を検出する温度センサ３２が上流側の排気管２Ａに取り付けられている。
【００３７】
また、本実施形態では、触媒担体６及びアニオン包接結晶７は排気ガスの流れ方向に沿って４組配置され、上流側の２組によって第１グループの触媒装置が形成され、下流側の２組によって第２グループの触媒装置が形成されている。そして、上流の第１グループの触媒装置を挟むようにして、上下流一対のパンチングメタル５，５が設けられ、同様に、下流の第２グループの触媒装置を挟むようにして、上下流一対のパンチングメタル５，５が設けられている。導波管９とケース８との接続部は、これら各パンチングメタル５，５間に設けられている。なお、各グループに属する触媒担体６は、第２グループの最下流の触媒担体６Ｅのみが目封じタイプであり、他の触媒担体６Ａ，６Ｂ，６Ｄは目封じ無しタイプになっている。
【００３８】
各グループの触媒装置の上流、すなわち、最上流のパンチングメタル５の上流と、中央の２つのパンチングメタル５，５間には、多数の放電板を有する内電極（陽極）１２が夫々配置されている。また、ケース８の内周面には、各内電極１２を取り巻くようにして円筒状の外電極（陰極）１３が配設されている。そして、これら内電極１２および外電極１３には高電圧発生器１４が接続されている。高電圧発生器１４により内外電極１２，１３間に高電圧が印加されると、内外電極１２，１３間には放電が生じ、この放電のエネルギーによってケース８内の排気ガスはプラズマ状態となり活性酸素が生成される。なお、ケース８内には導波管９からマイクロ波が導入されているが、内外電極１２，１３はパンチングメタル５，５で規定された空間の外側に配置されているので、内外電極１２，１３間の放電がマイクロ波の影響を受けることはない。
【００３９】
高電圧発生器（以下、プラズマ用高電圧発生器）１４は、マグネトロン１０に高電圧を印加するための高電圧発生器（以下、マイクロ波用高電圧発生器）１１とともに、制御装置４０によって制御される。制御装置４０は、温度センサ３２で検出された排気ガスの温度から各グループの触媒装置の内部温度（触媒温度）、より詳しくはアニオン包接結晶７の内部温度を推定し、触媒温度に応じて各高電圧発生器１１，１４の作動状態を制御している。
【００４０】
例えば、排気ガスの温度変化の範囲が広く、触媒温度が５００℃付近の再生温度域よりも高い温度域から再生温度域よりも低い温度域まで変化しているとする。触媒温度が再生温度域にある場合、具体的には、放出温度域の下限である第１所定温度よりも低く、再生温度域の下限である第２所定温度（第２所定温度＜第１所定温度）以上のときには、アニオン包接結晶７内では活性酸素の再生が行われる状態にあるので、制御装置４０は、マイクロ波用高電圧発生器１１のＯＮ／ＯＦＦ周期Ｔ１に対するマイクロ波発生時間Ｔ２の割合を大きく設定し、活性酸素の放出を促進させる。
【００４１】
これに対し、触媒温度が第２所定温度よりも低い場合には、アニオン包接結晶７内での活性酸素の再生速度は大きく低下する。そこで、制御装置４０は、アニオン包接結晶内の活性酸素が全て消費されてしまわないように、マイクロ波用高電圧発生器１１のＯＮ／ＯＦＦ周期Ｔ１に対するマイクロ波発生時間Ｔ２の割合を小さく設定して、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出を抑制する。同時に、プラズマ用高電圧発生器１４を作動させて内外電極１２，１３間に高電圧を印加することで、ケース８内の排気ガスをプラズマ状態にして活性酸素を生成する。
【００４２】
また、触媒温度が第１所定温度よりも高く６５０℃以上の場合には、アニオン包接結晶７はマイクロ波を照射しなくとも自然に活性酸素を放出する。そこで、制御装置４０は、高電圧発生器１４によるマグネトロンへの高電圧の印加を停止して、アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出を温度上昇にともなう自然放出に委ねる。
【００４３】
このように排気ガスの温度に応じてマイクロ波用高電圧発生器１１の作動状態を制御することで、アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出量を制御することができ、排気ガスの温度が大きく変化するような状況下においてもアニオン包接結晶７の酸化触媒としての機能を持続させることができる。また、排気ガスの温度に応じてプラズマ用高電圧発生器１４の作動状態を制御し、プラズマ放電によって活性酸素を生成することで、アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、排気ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【００４４】
なお、ここでは、２つの閾値（第１所定温度、第２所定温度）を設定し、触媒温度が再生温度域にある場合、より低い温度域にある場合、及びより高い温度域にある場合の３つの場合に場合分けしているが、触媒温度の温度域をより細かく場合分けして各高電圧発生器１１，１４の作動状態をより細かく制御してもよい。なお、触媒温度は、排気ガスを排出している装置が車両用エンジンである場合には、運転開始からのエンジントルクやエンジ回転速度の履歴に基づいて推定することもできる。
【００４５】
また、本実施形態では、マイクロ波の照射時間によってアニオン包接結晶７からの活性酸素の放出量を制御しているが、マグネトロン１０に供給するワット数の制御、すなわち電流又は電圧の少なくとも一方の制御によって、アニオン包接結晶７からの活性酸素の放出量を制御することもできる。
（Ｄ）その他
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施しうるものである。
【００４６】
例えば、第１，第２実施形態にかかる排気浄化装置の運転方法は、上記の例に限定されるものではない。例えば、常に触媒温度が５００℃付近の再生温度域になるように排気ガスを加熱したり二次空気を導入したりするのではなく、放電による活性酸素の放出時には加熱や二次空気の導入を停止して、放電停止後の活性酸素の再生時にのみ排気ガスを加熱したり二次空気を導入したりしてもよい。また、前回の運転終了時にアニオン包接結晶内に活性酸素を蓄えておき、運転開始後はアニオン包接結晶内に蓄えられている活性酸素を使用し、活性酸素の残存量がなくなったら５００℃付近の再生温度域に触媒温度を上昇或いは低下させてアニオン包接結晶内に活性酸素を再生させるような運転方法も可能である。
【００４７】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の排気浄化装置（第１の排気浄化装置）によれば、マイクロ波の照射によりアニオン包接結晶の結晶格子内から活性酸素を放出させて燃焼ガスを浄化することができ、放出が進み結晶格子内の活性酸素が減少してきたときには、マイクロ波の照射を停止することで結晶格子内に活性酸素が再生されるので、燃焼ガスが連続的に導入される状況下においてもアニオン包接結晶の酸化触媒としての機能を失わせることなく連続して利用することができるという利点がある。
【００４８】
本発明の排気浄化装置（第２の排気浄化装置）によれば、マイクロ波発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量を適宜に調整することができ、また、プラズマ発生装置の作動状態を触媒装置の温度に応じて制御することで、アニオン包接結晶からの活性酸素の放出量の低下を補うことができ、燃焼ガスの浄化効率の低下を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【図２】（ａ）は図１の制御装置による高電圧発生回路の制御内容をタイムチャートで示したものであり、（ｂ）は触媒温度の温度変化を示すグラフである。
【図３】アニオン包接結晶が示す反応を模式的に示す図である。
【図４】本発明の第２実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【図５】本発明の第３実施形態にかかる排気浄化装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
２Ａ，２Ｂ  排気管
４  触媒装置
５  パンチングメタル
６，６Ａ〜６Ｅ  触媒担体
７  アニオン包接結晶
８  ケース
９  導波管
１０  マグネトロン
１１  高電圧発生器
１２  内電極（陽極）
１３  外電極（陰極）
１４  高電圧発生器
１６  加熱装置
２０，３０，４０  制御装置
２２  コンプレッサ
２４  電磁弁
２６  二次エア導入管
３２  温度センサ
【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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