(57)【要約】【課題】効率よくパティキュレート物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の提供を目的とする。【解決手段】プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置１は、排気管Ｌ１およびＬ２の間に組み込まれて排気ガスが導入される浄化容器２と、ハニカム構造体４、当該ハニカム構造体４の中心に配置されて排気ガスの流れ方向に延びる棒状電極５、および、ハニカム構造体４の外周に配置された外周電極６をそれぞれ含む複数の処理ユニット７とを備え、各処理ユニット７は、浄化容器２の内部に並設されている。【選択図】        図１
2004353491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
排気ガスが導入される浄化容器と、
ハニカム構造体、当該ハニカム構造体の中心に配置されて排気ガスの流れ方向に延びる棒状電極、および、前記ハニカム構造体の外周に配置された外周電極をそれぞれ含む複数の処理ユニットとを備え、前記処理ユニットが前記浄化容器内に並設されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記複数の処理ユニットの何れか１体は、前記浄化容器の中心に位置する中心電極を含み、この中心電極は、前記浄化容器の排気ガス入口に向けて前記ハニカム構造体から突出しており、その先端に複数の放電突起を有していることを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、車両用内燃機関の排気系統に組み込まれて当該内燃機関の排気ガスを浄化する装置として、相対する電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置（プラズマリアクタ）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この排ガス浄化装置は、いわゆるウォールフロー型の浄化装置として構成されており、排気系統に組み込まれるケーシング（浄化容器）と、排気ガス中のパティキュレート物質（以下、「ＰＭ物質」という）を捕集するセラミック製フィルタとを有している。フィルタは、ケーシングの内部に配置され、その外周部に上流側排気ガス通路を画成すると共に、その中心部に下流側排気ガス通路を画成する。
【０００３】
この排ガス浄化装置のケーシング内に導入された排気ガスは、ケーシングの内周面付近の上流側排ガス通路に流れ込み、セラミック製フィルタの襞状に折り曲げられた部分を流通した後、下流側排気ガス通路を介してケーシングから流出する。そして、排気ガスがセラミック製フィルタを流通する間に、排気ガス中のＰＭ物質がフィルタにより捕集される。更に、フィルタによって捕集されたＰＭ物質は、プラズマによって反応消滅または焼却される。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２９５６２９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のように構成される従来の排ガス浄化装置では、基本的に、排気ガス中のＰＭ物質を帯電させる領域（電界が形成される領域）と、ＰＭ物質を捕集するための領域とが、セラミック製フィルタの襞状に折り曲げられた部分に限られる。このため、上述の従来の排ガス浄化装置では、ＰＭ物質の捕集効率や処理効率を更に向上させることは困難であり、より効率よくＰＭ物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の出現が求められている。
【０００６】
そこで、本発明は、効率よくパティキュレート物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による排ガス浄化装置は、プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置において、排気ガスが導入される浄化容器と、ハニカム構造体、当該ハニカム構造体の中心に配置されて排気ガスの流れ方向に延びる棒状電極、および、ハニカム構造体の外周に配置された外周電極をそれぞれ含む複数の処理ユニットとを備え、処理ユニットが浄化容器内に並設されていることを特徴とする。
【０００８】
この排ガス浄化装置では、それぞれハニカム構造体、棒状電極および外周電極を含む処理ユニットが複数用いられている。従って、この排ガス浄化装置では、１体の処理ユニットを用いる場合と比較して、各処理ユニットにおける棒状電極と外周電極との間の距離を短くすることができるので、電源の容量を必要以上に増加させることなく、棒状電極と外周電極との間に形成される電界を強めると共に、当該電界を応答性よく良好に制御することが可能となる。この結果、この排ガス浄化装置によれば、各処理ユニットごとに、排気ガス中のＰＭ物質を効率よく帯電させてハニカム構造体に捕集すると共に、各処理ユニットごとに捕集されたＰＭ物質を効率よく処理することが可能となる。
【０００９】
この場合、複数の処理ユニットの何れか１体は、浄化容器の中心に位置する中心電極を含み、この中心電極は、浄化容器の排気ガス入口に向けてハニカム構造体から突出しており、その先端に複数の放電突起を有していると好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面と共に本発明による排ガス浄化装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００１１】
図１は、本発明による排ガス浄化装置の一実施形態を示す断面図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線についての断面図である。これらの図面に示される排ガス浄化装置１は、車両に適用されると好適なものであり、図示されない内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統を構成する排気管Ｌ１と排気管Ｌ２との間に組み込まれる。図１および図２に示されるように、排ガス浄化装置１は、浄化容器２を有し、この浄化容器２の内部には、排気管Ｌ１を介して内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスが導入される。そして、浄化容器２の内部で浄化された排気ガスは、排気管Ｌ２を介して外部に排出される。
【００１２】
浄化容器２は、金属等により概ね円筒状に形成されており、排気管Ｌ１またはＬ２に接続される入口端部２１および出口端部２２と、排気管Ｌ１，Ｌ２よりも大きな内径を有する拡径部２３と、入口端部２１と拡径部２３との間および出口端部２２と拡径部２３との間に形成されたコーン部２４とを含む。また、浄化容器２の拡径部２３の内周面には、円筒状に形成された絶縁部材３が固定されている。
【００１３】
このような浄化容器２の内部には、図１および図２に示されるように、ハニカム構造体４、棒状電極５および外周電極６をそれぞれ含む処理ユニット７が複数（本実施形態では、７体）並設されている。本実施形態では、浄化容器２内の絶縁部材３の内周面上に、６体の処理ユニット７が等間隔に配置されると共に、これら６体の処理ユニット７の中心、すなわち、浄化容器２の中心に位置するように１体の処理ユニット７が配置されている。上記６体の処理ユニット７の外周電極６のうち、互いに隣り合う外周電極６同士は、図２に示されるように互いに接し合っている。また、上記１体の処理ユニット７の外周電極６は、上記６体の処理ユニット７の外周電極６と接している。
【００１４】
各処理ユニット７のハニカム構造体４は、浄化容器２の内部に流れ込んだ排気ガス中のＰＭ物質を捕集するために用いられるものである。各ハニカム構造体４は、セラミック（例えば、コージェライトやアルミナ）等により形成されており、排気ガスの流通方向（浄化容器２の延在方向）に延びる多数のセルを有している。また、ハニカム構造体４には、例えば、Ｐｔ／ＣｅＯ２，Ｍｎ／ＣｅＯ２，Ｆｅ／ＣｅＯ２，Ｎｉ／ＣｅＯ２，Ｃｕ／ＣｅＯ２等の酸化触媒が担持されている。本実施形態では、各処理ユニット７のハニカム構造体４は、同一の素材により同一の寸法に形成されている。
【００１５】
各処理ユニット７の棒状電極５は、ハニカム構造体４の中心に配置されて排気ガスの流れ方向（ハニカム構造体４のセルの延在方向）に延びる。本実施形態において、各棒状電極５は、何れも排気ガスの出口（排気管Ｌ２）に向けてハニカム構造体４から突出している。そして、各棒状電極５は、各ハニカム構造体４の下流側（排気管Ｌ２側）において合流し、給電端子８等を介して高圧電源１０に接続されている。これにより、各棒状電極５に対する給電部によってＰＭ物質の捕集が妨げられてしまうことを防止することができる。なお、高圧電源１０としては、直流高圧電源、交流高圧電源および直流パルス電源の何れかを用いることができる。
【００１６】
また、ハニカム構造体４を介して内側の棒状電極５と対をなす外周電極６は、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成され、各ハニカム構造体４の外周面に積層されている。各処理ユニット７の外周電極６は、上述のように互いに接し合っており、端子９を介して接地されている。本実施形態では、高圧電源１０により、各棒状電極５を負極として、各棒状電極５と各外周電極６との間に高電圧が印加される。
【００１７】
また、浄化容器２の中心に位置する処理ユニット７の棒状電極５ｃは、排ガス浄化装置１の中心電極として機能し、浄化容器２の排気ガス入口（排気管Ｌ１）に向けてハニカム構造体４から突出している。そして、中心電極としての棒状電極５ｃの先端には、複数の放電突起５ｄが設けられている。各放電突起５ｄは、棘状に形成されており、棒状電極５ｃの先端から放射状に延出されている。このような構成を採用することにより、浄化容器２の内部に良好に電界を形成して効率よくプラズマを発生させることができる。
【００１８】
更に、図２からわかるように、浄化容器２の内部には、各処理ユニット７同士の隙間や、各処理ユニット７と絶縁部材３との隙間を埋めるように充填材１５が配置されており、これにより、各処理ユニット７が互いに一体化されている。本実施形態では、充填材１５として、セラミック等の多孔質体が用いられている。これにより、排気ガスが何ら処理されることなく浄化容器２を通過してしまうことが防止され、かつ、浄化容器２の内部における誘電率を高めることが可能となる。
【００１９】
さて、上述のように構成される排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動と共に、排気管Ｌ１を介して内燃機関の燃焼室からの排気ガスが浄化容器２の内部に導入される。また、内燃機関の始動に合わせて、各処理ユニット７（各ハニカム構造体４）にてプラズマを発生させるべく、棒状電極５と外周電極６との間に高圧電源１０によって高電圧が印加される。
【００２０】
ここで、排ガス浄化装置１には、上述のように、それぞれハニカム構造体４、棒状電極５および外周電極６を含む処理ユニット７が複数備えられている。従って、排ガス浄化装置１では、１体の処理ユニットを用いる場合と比較して、各処理ユニット７における棒状電極５と外周電極６との間の距離を短くすることができる。これにより、高圧電源１０の容量を必要以上に増加させることなく、棒状電極５と外周電極６との間に形成される電界を強めると共に、各処理ユニット７における電界を応答性よく良好に制御することが可能となる。
【００２１】
この結果、排ガス浄化装置１によれば、各処理ユニット７ごとに、排気ガス中のＰＭ物質を効率よく帯電させてハニカム構造体４に捕集することが可能となる。また、排ガス浄化装置１では、各処理ユニット７における棒状電極５と外周電極６との間の距離が同一とされているので、各処理ユニット７におけるＰＭ物質の吸着性（捕集率）を均等にすることができる。
【００２２】
そして、排ガス浄化装置１では、排気ガスが各処理ユニット７（ハニカム構造体４）を流通する間に、各処理ユニット７において発生させられたプラズマにより、排気ガス中の酸素や一酸化窒素等が活性化（ラジカル化）され、高い酸化活性をもったオゾン（Ｏ３）、活性化酸素（Ｏ２−）、二酸化窒素（ＮＯ２）等が生成される。そして、各処理ユニット７のハニカム構造体４のセル内に捕集されたＰＭ物質は、これらの高酸化活性成分と反応して燃焼、焼却される。更に、排ガス浄化装置１では、各処理ユニット７のハニカム構造体４に担持されている酸化触媒の作用により、ＰＭ物質の燃焼が促進される。これにより、排ガス浄化装置１によれば、各処理ユニット７のハニカム構造体４ごとにＰＭ物質を効率よく処理することが可能となる。そして、浄化容器２の内部で良好に浄化された排気ガスは、排気管Ｌ２を介して外部に排出されることになる。
【００２３】
図３は、本発明による排ガス浄化装置の他の実施形態を示す断面図である。なお、上述の実施形態に関連して説明されたものと同一の要素には同一の参照符号が付され、重複する説明は省略される。
【００２４】
図３に示される排ガス浄化装置１Ａでは、浄化容器２の内部に配置された絶縁部材３の内周面に、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成された外側電極１１が積層されている。また、外側電極１１の内側には、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成された内側電極１２が同心に配置されている。更に、外側電極１１と内側電極１２との間の領域には、複数（本実施形態では６枚）の仕切電極１４が等間隔かつ放射状に配置されている。各仕切電極１４も金属メッシュあるいは金属ペースト等により形成される。
【００２５】
そして、外側電極１１、内側電極１２および互いに隣り合うの仕切電極１４とにより囲まれる領域には、概ね扇形の断面形状を有するハニカム構造体４ａが配置され、内側電極１２の内部には、概ね円筒状に形成されたハニカム構造体４ｃが配置される。各ハニカム構造体４ａ，４ｃも、セラミック（例えば、コージェライトやアルミナ）等により形成されており、排気ガスの流通方向（浄化容器２の延在方向）に延びる多数のセルを有している。また、各ハニカム構造体４ａ，４ｃにも、例えば、Ｐｔ／ＣｅＯ２，Ｍｎ／ＣｅＯ２，Ｆｅ／ＣｅＯ２，Ｎｉ／ＣｅＯ２，Ｃｕ／ＣｅＯ２等の酸化触媒が担持されている。なお、本実施形態では、ハニカム構造体４ａおよび４ｃは、概ね同一の断面積を有するように形成されている。
【００２６】
更に、各ハニカム構造体４ａのほぼ中心部には、棒状電極５が配置され、ハニカム構造体４ｃの中心には、棒状電極（中心電極）５ｃが配置されている。各棒状電極５，５ｃは、排気ガスの流れ方向（ハニカム構造体４のセルの延在方向）に延びる。そして、各棒状電極５，５ｃは、各ハニカム構造体４ａ，４ｃの下流側において合流し、給電端子等を介して図示されない高圧電源に接続されている。一方、外側電極１１と内側電極１２とは、複数の仕切電極１４を介して電気的に接続され、これらの電極１１，１２および１４は、端子を介して接地される。
【００２７】
このように構成された構成された排ガス浄化装置１Ａでは、外側電極１１、内側電極１２、互いに隣り合う仕切電極１４、ハニカム構造体４ａおよび棒状電極５により複数（６体）処理ユニット７Ａが構成される。この場合、処理ユニット７Ａにおいて、外側電極１１、内側電極１２および互いに隣り合う仕切電極１４は、棒状電極５と対をなす外周電極として機能する。また、これらの処理ユニット７Ａの内側には、外周電極としての機能する内側電極１２、ハニカム構造体４ｃおよび棒状電極５ｃにより処理ユニット７Ｃが構成される。かかる排ガス浄化装置１Ａによれば、ＰＭ物質を吸着させる面積を増加させることが可能となり、各処理ユニット７Ａ，７Ｃごとに、排気ガス中のＰＭ物質を効率よく帯電させてハニカム構造体４ａ，４ｃに捕集すると共に、各処理ユニット７Ａ，７Ｃごとに捕集されたＰＭ物質を効率よく処理することが可能となる。
【００２８】
なお、上述の排ガス浄化装置１および１Ａにおいて、各処理ユニット７ごとに電極対に印加する電圧を変化させてもよい。また、上述の排ガス浄化装置１および１Ａでは、複数の処理ユニットが浄化容器の内部に２重に配置されていたが、これに限られるものではなく、各処理ユニットを小型化して浄化容器の内部に多重（３重以上）に配置してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明されたように、本発明によれば、効率よくパティキュレート物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の実現が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による排ガス浄化装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１におけるＩＩ−ＩＩ線についての断面図である。
【図３】本発明による排ガス浄化装置の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１，１Ａ  排ガス浄化装置
２  浄化容器
３  絶縁部材
４，４ａ，４ｃ  ハニカム構造体
５，５ｃ  棒状電極
５ｄ  放電突起
６  外周電極
７，７Ａ，７Ｃ  処理ユニット
８  給電端子
９  端子
１０  高圧電源
１１  外側電極
１２  内側電極
１４  仕切電極
１５  充填材
２１  入口端部
２２  出口端部
２３  拡径部
２４  コーン部
Ｌ１，Ｌ２  排気管
【図１】
2004353491.tif 000003
【図２】
2004353491.tif 000004
【図３】
2004353491.tif 000005