(57)【要約】【課題】ＰＭ浄化機能は維持したまま、耐久性に優れたＰＭ浄化リアクターを提供する。【解決手段】高気孔率基材の中央ハニカム構造体２０の上下流に第１および第２の低気孔率基材のハニカム構造体２１および２２を配置し、第１のハニカム構造体２１の上流側端面および第２のハニカム構造体２２の下流側端面に電圧印加用の第１および第２の電極３１および３２を配置すると共に、中央ハニカム構造体２０および第２のハニカム構造体２２の少なくとも一部の外周部に外周電極３３を配置した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高気孔率基材の中央ハニカム構造体の上下流に第１および第２の低気孔率基材のハニカム構造体を配置し、
前記第１のハニカム構造体の上流側端面および前記第２のハニカム構造体の下流側端面に電圧印加用の第１および第２の電極を配置すると共に、前記中央ハニカム構造体および前記第２のハニカム構造体の少なくとも一部の外周部に外周電極を配置したことを特徴とするＰＭ浄化リアクター。
【請求項２】
前記第２の電極と前記外周電極とは同電位であり、前記第１の電極は負電極であることを特徴とする請求項１に記載のＰＭ浄化リアクター。
【請求項３】
前記高気孔率基材は気孔率が約５５〜７０％、前記低気孔率基材は気孔率が約３０〜４５％であり、且つ、前記第１および第２のハニカム構造体は前記中央ハニカム構造体の約５〜１０％の厚さであることを特徴とする請求項１または２に記載のＰＭ浄化リアクター。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＰＭ浄化リアクター、特にディーゼルエンジンやリーンバーンエンジンの排気系に設けられ、排気ガス中に含まれる微粒子物質（以下、ＰＭと称す）を捕捉し、燃焼除去して浄化するＰＭ浄化リアクターに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、焼却設備の燃焼炉から排出される排気ガス中の有害物質を減少させる目的で、第１の端面から第２の端面に至る複数の貫通孔を互いに平行に形成した電気絶縁性のハニカム構造体と、このハニカム構造体の第１および第２の端面に配置され、前記貫通孔に沿って放電プラズマを発生させるためのパルス電圧を印加する第１および第２の電極とを具え、放電プラズマによりガス中の有害物質を分解するようにした放電装置を有する処理装置が特許文献１等により知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７６５６１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、かかる処理装置をディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる微粒子物質（ＰＭ）を浄化処理するために用いようとすると、以下のような問題が生ずることが判明した。
【０００５】
すなわち、ＰＭの捕集効率を上げるためには、ハニカム構造体を捕集能力の高い高気孔率の基材で構成する必要があるが、高気孔率基材は機械的強度に乏しく、ＰＭの燃焼に伴い破損が起こる惧れがある。詳述すると、ハニカム構造体の第１および第２の端面に配置された第１および第２の電極間での放電によりＰＭが捕集され、この捕集による堆積の進行に伴い、ＰＭを介しての導通路の形成の結果として、通電燃焼が起こる。この通電燃焼は、電極近傍で生ずるアーク放電に近似した高い温度（約１４００°Ｃ）の瞬間的な燃焼である。このような電極近傍における高温度の燃焼が生ずると、電極そのものは何らかの保護を施すことにより耐えることが可能であるが、機械的強度に乏しい高気孔率基材のハニカム構造体は大きな熱応力を受けることになり、破壊される惧れがある。
【０００６】
この結果、特に、車載用のＰＭ浄化リアクターとして使用するには、その耐久性に不安があり、一層の改善が要求される。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、上述の問題を解決し、ＰＭ浄化機能は維持したまま、耐久性に優れたＰＭ浄化リアクターを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明の一形態に係るＰＭ浄化リアクターは、高気孔率基材の中央ハニカム構造体の上下流に第１および第２の低気孔率基材のハニカム構造体を配置し、前記第１のハニカム構造体の上流側端面および前記第２のハニカム構造体の下流側端面に電圧印加用の第１および第２の電極を配置すると共に、前記中央ハニカム構造体および前記第２のハニカム構造体の少なくとも一部の外周部に外周電極を配置したことを特徴とする。
【０００９】
かかる構成のＰＭ浄化リアクターによれば、第１の電極と外周電極との間の電圧印加によりＰＭが帯電され、主に高気孔率基材の中央ハニカム構造体に捕集される。そして、この捕集による堆積が進行すると、ＰＭを介して第１および第２の電極間に導通路が形成され、アーク放電に近似した通電燃焼が第１および第２の電極近傍で起こる。しかし、第１および第２の電極近傍には機械的強度の大きい第１および第２の低気孔率基材のハニカム構造体が配置されており、大きな熱応力を受けることがあっても破壊を避けることができる。
【００１０】
ここで、前記第２の電極と前記外周電極とは同電位であり、前記第１の電極は負電極であることが好ましい。
【００１１】
このようにすると、負に帯電され易いＰＭへの帯電が容易となり、同一捕集率に対するエネルギー効率を上げることができる。
【００１２】
また、前記高気孔率基材は気孔率が約５５〜７０％、前記低気孔率基材は気孔率が約３０〜４５％であり、且つ、前記第１および第２のハニカム構造体は前記中央ハニカム構造体の約５〜１０％の厚さであることが好ましい。
【００１３】
このようにすると、所定のＰＭ捕集量を確保しつつ、中央ハニカム構造体と、第１および第２の電極近傍での第１および第２のハニカム構造体の破損を防止することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＰＭ浄化リアクターの一実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明に係るＰＭ浄化リアクター１０の概略構成を示す断面図であり、図２はその内部構成を示す斜視図である。ＰＭ浄化リアクター１０は、不図示のエンジン（ディーゼルまたはリーンバーンガソリンエンジン等）の排気系に設けられる。
【００１６】
本実施の形態に係るＰＭ浄化リアクター１０は、両側に截頭円錐状の連結部１２を有するほぼ円筒形の金属製外筒部１４を備え、この外筒部１４に対し、絶縁性、耐熱性、緩衝性等を備える支持部材１６、例えば、アルミナマットにより支持された中央ハニカム構造体２０、その上下流の第１および第２のハニカム構造体２１および２２を有している。これらの中央ハニカム構造体２０、第１および第２のハニカム構造体２１および２２は、コージュライト、シリカ、アルミナ等のセラミックスで形成された多孔質ハニカム構造体である。
【００１７】
ここで、中央ハニカム構造体２０は、その貫通路を除く基材部（壁部）の気孔率が約５５〜７０％である高気孔率基材により形成され、一方、その上下流の第１および第２のハニカム構造体２１および２２は、気孔率が約３０〜４５％である低気孔率基材から形成されている。なお、中央ハニカム構造体２０はその厚さ（長さ）が約２００ｍｍ前後であるのに対し、第１および第２のハニカム構造体２１および２２は、中央ハニカム構造体２０の厚さの約５〜１０％の厚さ、すなわち、１０から２０ｍｍ程度の厚さを有している。
【００１８】
また、上記第１のハニカム構造体２１の上流側端面には、第１の電極３１としてのメッシュ電極、上記第２のハニカム構造体２２の下流側端面には、第２の電極３２としてのメッシュ電極が配置されている。さらに、中央ハニカム構造体２０および第２のハニカム構造体２２の外周部には外周電極３３が配置されている。
【００１９】
本実施の形態では、この第１の電極３１は、図２に示すように、複数の電極素子３１ａ、３１ｂが、第１のハニカム構造体２１の貫通路のピッチとほぼ等しいピッチで互いに平行に配列された格子状のメッシュ電極として構成されている。そして、この第１の電極３１は、第１のハニカム構造体２１の貫通路を規定する壁の端面に対し回転方向にずらされて存在し、貫通路を跨ぐように配置されている。また、第２のハニカム構造体２２の下流側端面にも第１の電極３１と同様のメッシュ電極の形態で、貫通路を跨ぐように第２の電極３２が配置されている（図２には表されていない）。なお、ここで、第１および第２の電極３１および３２の格子のピッチは互いに異なるのが好ましい。このようにすると、第１および第２の電極３１および３２間での放電が起こり易く、後述するＰＭの通電燃焼に加えて、排気ガスのプラズマ化によるＰＭ燃焼も期待できるからである。さらに、第１および第２の電極３１および３２は、耐腐食性に優れたクロム鋼（例えば、１０Ｃｒ５Ａｌ）で形成できるが、それにのみ限定されるものではなく、他の耐腐食性を有する金属を用いることができる。また、これらの第１および第２の電極３１および３２は、セラミックボンド等で、第１のハニカム構造体２１の上流側端面および第２のハニカム構造体２２の下流側端面にそれぞれ貼着されている。
【００２０】
また、中央ハニカム構造体２０および第２のハニカム構造体２２の外周部に配置された外周電極３３は、図２に示すように、メッシュ状電極としてもよいが、導電性の金属ペーストを外周部に塗布することにより形成してもよい。なお、外周電極３３は、中央ハニカム構造体２０および第２のハニカム構造体２２の少なくとも一部の外周部に存在すれば足りる。但し、ＰＭの捕集率をさらに上げる場合には、第２のハニカム構造体２２のみならず、中央ハニカム構造体２０の外周部全域を覆うように形成するのが好ましい。
【００２１】
第１のハニカム構造体２１の上流側端面に配置された第１の電極３１および第２のハニカム構造体２２の下流側端面に配置された第２の電極３２は、それぞれ、直流電源３４に接続されている。本実施の形態では、第２の電極３２および外周電極３３は、金属製の外筒部１４を貫通して設置されている絶縁碍子１８を通して接地され、第１の電極３１は同じく絶縁碍子１８を通して直流電源３４の負側に接続されている。なお、この直流電源３４の電圧は５ｋＶ以上である。
【００２２】
上述の実施形態に係るＰＭ浄化リアクター１０においては、エンジンの始動と同時に、電源３４がオンされ、第１の電極３１と外周電極３３との間、および第１の電極３１と第２の電極３２との間に高電圧が印加される。エンジンから排出されたＰＭを含む排気ガスは、排気管を通ってＰＭ浄化リアクター１０に導かれる。そこで、第１の電極３１と外周電極３３との間に形成されている高電圧電界中のコロナ放電により、ＰＭは帯電され、電気的吸引力により外周電極３３に向けて吸引される。この結果、第１のハニカム構造体２１、中央ハニカム構造体２０および第２のハニカム構造体２２を流通する経路が偏向され、ＰＭはそれらの壁部の気孔内に捕捉または捕集される。
【００２３】
一方、この捕集によるＰＭの堆積が進行すると、ＰＭを介して第１および第２の電極間に導通路が形成され、アーク放電に近似した通電燃焼が第１および第２の電極３１および３２の近傍で起こり、ＰＭが燃焼されて排気ガスが浄化される。ところで、第１および第２の電極３１および３２の近傍には、機械的強度の大きい、すなわち、低気孔率基材から形成された第１および第２のハニカム構造体２１および２２がそれぞれ配置されており、このような高温燃焼による大きな熱応力を受けることがあっても破壊されることはない。
【００２４】
なお、上述の実施形態においては、第１の電極３１を負極に、第２の電極３２および外周電極３３を接地する例につき説明したが、これらは、両者間に所定の高電圧が印加される形態であれば足り、逆の極性であってもよく、必ずしも接地させる必要もない。また、その電源の形態は、直流のみならず、パルス電源や交流電源であってもよい。さらに、それらの電圧印加の形態も上述の常時印加に限られず、ＰＭの捕集要求や燃焼処理要求の必要性に応じて、所望の時期に行うようにしてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ＰＭ浄化機能は維持したまま、耐久性に優れたＰＭ浄化リアクターを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るＰＭ浄化リアクターの一実施の形態を示す断面図である。
【図２】図１のＰＭ浄化リアクターの内部構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０    ＰＭ浄化リアクター
２０    中央ハニカム構造体
２１    第１のハニカム構造体
２２    第２のハニカム構造体
３１    第１の電極
３２    第２の電極
３３    外周電極
３４    電源
【図１】
2004308569.tif 000003
【図２】
2004308569.tif 000004