(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】上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとに導電性材料が含浸されて、電圧印加用の第１の電極３１および第２の電極３２が形成されたハニカム構造体２０を配置し、ハニカム構造体２０の上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとを除く領域２０Ｂの少なくとも一部の外周部に外周電極３３を配置した。上記第２の電極３２と外周電極３３とは同電位であり、第１の電極３１は負電極であるのが好ましい。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側端部領域と下流側端部領域とに導電性材料が含浸されて電圧印加用の第１および第２の電極が形成されたハニカム構造体を配置し、
前記ハニカム構造体の前記上流側端部領域と下流側端部領域とを除く領域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】
前記ハニカム構造体は、前記上流側端部領域と下流側端部領域とにそれぞれ対応する上流側端部体と下流側端部体と、本体との分離体で構成されてい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。
【請求項４】
前記本体および前記上流側端部体と下流側端部体とが同一の気孔率基材で形成されていることを特徴とする請求項３に記載のＰＭ浄化リアクター。
【請求項５】
前記本体は高気孔率基材で形成され、前記上流側端部体と下流側端部体は低気孔率基材で形成されていることを特徴とする請求項３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の端面に貼着等により配置され、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、それらのハニカム構造体の端面からの剥離が生じたり、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、上流側端部領域と下流側端部領域とに導電性材料が含浸されて電圧印加用の第１および第２の電極が形成されたハニカム構造体を配置し、前記ハニカム構造体の前記上流側端部領域と下流側端部領域とを除く領域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、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の電極やそれらの近傍で起こる。しかし、第１および第２の電極はハニカム構造体に含浸により形成されており、その剥離等のおそれががなく、確実にＰＭの通電燃焼を行うことができる。
【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】
なお、前記ハニカム構造体は、前記上流側端部領域と下流側端部領域とにそれぞれ対応する上流側端部体と下流側端部体と、本体との分離体で構成されていてもよい。
【００１３】
このようにすると、上流側端部体と下流側端部体とへの導電性材料の含浸が容易となり、製造が簡単となる。
【００１４】
ここで、前記本体および前記上流側端部体と下流側端部体とが同一の気孔率基材で形成されていてもよい。
【００１５】
このようにすると、本体および上流側端部体と下流側端部体との熱膨張率が同じであるので、配置が容易であり、耐久性に優れる。
【００１６】
また、前記本体は高気孔率基材で形成され、前記上流側端部体と下流側端部体は低気孔率基材で形成されていてもよい。
【００１７】
このようにすると、所定のＰＭ捕集量を確保しつつ、ＰＭ燃焼による上流側端部体と下流側端部体の破損を確実に防止することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るＰＭ浄化リアクターの実施の形態を添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１９】
図１は、本発明に係るＰＭ浄化リアクター１０の第一の実施の形態の概略構成を示す断面図である。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。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）により支持されたハニカム構造体２０を有している。
【００２０】
本発明に係るハニカム構造体２０は、セラミックス基材（例えば、コージュライト、シリカ、アルミナ等）で形成された多孔質ハニカム構造体である。本実施の形態では、コージュライト製基材のいわゆるストレートフロー型を用いているが、いわゆるウォールフロー型であってもよい。ここで、ハニカム構造体２０は、上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃと、これらの上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとを除く中央領域２０Ｂとを有しており、上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとに、導電性材料が含浸されて電圧印加用の第１および第２の電極が形成されている。
【００２１】
導電性材料としては、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ａｇ等を用いることができ、これらのペーストをシンナー等の溶剤に溶かした溶液中に、上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとをそれぞれ浸漬して、導電性材料を含浸させた後、加熱乾燥することにより、上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃの外周部、およびそれらの領域内の貫通路および気孔の内表面に導電性材料がコーティングされた形態の第１の電極３１および第２の電極３２として形成する。
【００２２】
さらに、ハニカム構造体２０の中央領域２０Ｂの外周部には、電極素線を格子状に配置した、いわゆるメッシュ状の外周電極３３が配置されている。なお、外周電極３３は、上述のように、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。また、外周電極３３は、ハニカム構造体２０の中央領域２０Ｂ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１の電極３１との間に短絡が生じないような所定の間隔をあけて、中央領域２０Ｂの外周部を可能な限り広域に覆うように形成するのが好ましい。
【００２３】
ここで、ハニカム構造体２０は、ＰＭ捕集率を高めるために、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てもよい。なお、ハニカム構造体２０はその全体長さが約２００ｍｍ前後であるのに対し、上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃは、ハニカム構造体２０の全体長さの約５〜１０％、すなわち、１０から２０ｍｍ程度の長さを有している。
【００２４】
ハニカム構造体２０の上流側端部領域２０Ａおよび下流側端部領域２０Ｃにそれぞれ含浸して形成された第１の電極３１および第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、上流側端部領域２０Ａおよび下流側端部領域２０Ｃの外周部に導電性のリード線３５が巻回され、それぞれ、第１の電極３１および第２の電極３２と導通されている。そして、第１の電極３１と導通されたリード線３５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を通して直流電源３４の負側に接続されている。一方、第２の電極３２と導通されたリード線３５および外周電極３３に接続された導電性のリード線３６は、同じく、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、それぞれ、接地されている。なお、この直流電源３４の電圧は５ｋＶ以上である。
【００２５】
上述の第一の実施形態に係る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、ハニカム構造体２０を流通するＰＭの経路が偏向され、ＰＭはそれらの壁部の表面および気孔内に捕捉または捕集される。
【００２６】
一方、この捕集によるＰＭの堆積が進行すると、上流側端部領域２０Ａに形成されている第１の電極３１および下流側端部領域２０Ｃに形成されている第２の電極３２間に導通路がＰＭを介して形成され、アーク放電に近似した通電燃焼が第１の電極３１および第２の電極３２とそれらの近傍で起こり、プラズマによる活性ガスの作用も相俟って、ＰＭが燃焼されて排気ガスが浄化される。
【００２７】
ところで、上流側端部領域２０Ａに形成されている第１の電極３１および下流側端部領域２０Ｃに形成されている第２の電極３２は、ハニカム構造体２０に含浸により形成されているので、その剥離等のおそれがなく、堆積されたＰＭに確実に接触するので、ＰＭの通電燃焼が確実に行われることになる。
【００２８】
次に、本発明に係るＰＭ浄化リアクターの第二の実施形態を、図２を参照して説明する。この第二の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、第一の実施形態における上流側端部領域２０Ａと下流側端部領域２０Ｃとに対応する部位を、それぞれ、上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’として、本体２０Ｂ’と分離して構成した点にある。従って、ハニカム構造体２０’は、上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’と、本体２０Ｂ’との３つの分離体で構成されている。他の構成は第一の実施形態と同じであるから、同一部材には同一符号を付し、前説明を援用する。
【００２９】
この第二の実施形態においては、一体のハニカム構造体の両端部を切断するか、または一端部を２回連続して切断することにより、上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’とを得てもよく、あるいは、それぞれが同じ気孔率基材から形成され、予め所定の寸法を有する３つの分離体として用意してもよい。
【００３０】
この第二の実施形態によれば、上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’とを個別に、導電性材料を溶かした溶液中に浸漬することが可能であり、導電性材料の含浸および加熱乾燥が容易となり、製造が簡単となる。なお、同一の気孔率基材で形成されている本体２０Ｂ’および上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’との熱膨張率が同じであるので、配置が容易であり、耐久性に優れるという効果も有する。
【００３１】
なお、第二の実施形態の変形例として、本体２０Ｂ’および上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’とのセル密度を異ならせる、すなわち、本体２０Ｂ’を前述のように気孔率が約５５〜７０％の高気孔率基材で形成し、上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’とを気孔率が約３０〜４５％である低気孔率基材で形成するようにしてもよい。
【００３２】
このようにすると、高気孔率基材の本体２０Ｂ’で所定のＰＭ捕集量を確保しつつ、機械的強度に優れた低気孔率基材の上流側端部体２０Ａ’と下流側端部体２０Ｃ’とでＰＭ燃焼によるそれらの破損を避けることができ、耐久性に優れるという効果を有する。
【００３３】
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。
【００３４】
【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    ハニカム構造体
２０Ａ    上流側端部領域
２０Ｂ    中央領域
２０Ｃ    下流側端部領域
２０’    ハニカム構造体
２０Ａ’    上流側端部体
２０Ｂ’    本体
２０Ｃ’    下流側端部体
３１    第１の電極
３２    第２の電極
３３    外周電極
３４    電源
【図１】
2004332609.tif 000003
【図２】
2004332609.tif 000004