(57)【要約】【課題】排気中のＰＭの通電酸化による除去を促進するための排気浄化装置を提供する。【解決手段】電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター１２、及びリアクター１２の両方の排気流通口から交互に排気を流通させる切替式排気流路１６を有する、排気浄化装置とする。また電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター１２を排気流れ中に配置し、そしてこのリアクター１２の両方の排気流通口から交互に、ＰＭを含有する排気を流通させ、且つ電極によって絶縁性担体に電圧を印加する、排気浄化方法とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター、及び
前記リアクターの両方の排気流通口から交互に、ＰＭを含有する排気を前記リアクターに流通させる切替式排気流路、
を有する、排気浄化装置。
【請求項２】
前記電極が、前記絶縁性担体の両端に配置されたメッシュ状電極を含む、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項３】
前記電極が、前記絶縁性担体の一方の端部に配置されたメッシュ状電極と、前記絶縁性担体の外周面に配置された外周電極とを２組含む、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項４】
前記電極が、前記絶縁性担体の中心軸に配置された棒状電極と、前記絶縁性担体の外周に配置された外周電極を含む、請求項１に記載の排気浄化装置。
【請求項５】
電極を具備する絶縁性担体を有するリアクターを、排気流れ中に配置し、そして
前記リアクターの両方の排気流通口から交互に、ＰＭを含有する排気を前記リアクターに流通させ、且つ前記電極によって絶縁性担体に電圧を印加する、
排気浄化方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関等からの排気の浄化装置に関するものであって、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレート：以下「ＰＭ」という。）を除去するための排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されているが、近年ではその排気中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、ＰＭの排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にＰＭ発生を低減する技術開発とともに、排気中のＰＭを効率的に除去するための技術の確立が望まれている。
【０００３】
排気中のＰＭの除去のためには一般に、セラミックハニカムフィルター、合金製フィルター及びセラミック繊維製フィルターが用いられている。しかしながらこれらの手法では使用時間が経過するにつれ、捕集された粒状物質によりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。また、ナノサイズＰＭは基材連通孔での物理的衝突捕集を逃れて捕集されない確率が高い。また、従来のフィルターでＰＭを捕集した場合であっても、排気熱のみの作用によってはＰＭの充分な酸化除去は期待できない。
【０００４】
近年ではディーゼルエンジンの排気浄化装置として、放電を利用した装置が知られている。例えば特許文献１には、ニードル電極と偏向電極とを囲んで配置した捕集電極を備え、電極間の放電によりディーゼルエンジン排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを捕集電極に捕集する装置が開示されている。しかし、この装置は、ＰＭの捕集を行うのみであって、ＰＭを積極的に燃焼除去する装置ではなく、捕集したＰＭの処理が別途必要であり、この装置にＰＭの燃焼除去効果を期待することはできない。これは、金属捕集電極上にＰＭを堆積させた場合には、捕集部自体の高い導電性によりＰＭに電流が流れず、ＰＭを通電酸化させることができないからである。
【０００５】
また特許文献２では、コロナ放電によりＰＭを燃焼除去する排気浄化装置が開示されているが、ＰＭの通電酸化による除去を考慮していない。
【０００６】
【特許文献１】
特許２６９８８０４号公報
【特許文献２】
特公平９−３２９０１５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、従来公知の放電を利用した排気浄化装置は、ＰＭの通電酸化による除去を考慮しておらず、またこのための改良はなされていなかった。そこで本発明では、上記問題点を解決して捕集されたＰＭの通電酸化を促進するための排気浄化装置を提供する。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気浄化装置は、電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター、及びリアクターの両方の排気流通口から交互に、ＰＭを含有する排気をリアクターに流通させる切替式排気流路、例えば排気流路切替弁を備えた流路を有する。
【０００９】
本発明によれば、絶縁性である担体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れ、また一方向にのみ排気を流通させる従来技術と比較してＰＭが均一に堆積するので、担体に電圧を印加したときのＰＭの通電酸化を促進できる。
【００１０】
特に本発明の排気浄化装置によれば、排気流れの上流側ほどＰＭが絶縁性担体に堆積しやすいという問題を解決して、ＰＭを比較的均一に絶縁性担体に堆積させることができる。ＰＭの通電酸化のために重要なＰＭのパス（導電経路）の形成は、ＰＭの比較的均一な堆積によって促進される。
【００１１】
また、リアクターの両方の排気流通口から交互に排気を流通させることによって、絶縁性担体上のＰＭ堆積分布を比較的均一に維持し、絶縁性担体へのＰＭ吸着を促進できる。
【００１２】
本発明の排気浄化装置では、絶縁性担体のための電極が、絶縁性担体の両端に配置されたメッシュ状電極を含むことができる。
【００１３】
これによれば、特に絶縁性担体が絶縁性ハニカム構造体であるときに、排気流れと平行な排気流路壁面上に形成されるＰＭのパスでの通電酸化を促進できる。
【００１４】
また本発明の排気浄化装置では、絶縁性担体のための電極が、絶縁性担体の一方の端部に配置されたメッシュ状電極と、絶縁性担体の外周に配置された外周電極とを２組含むことができる。
【００１５】
これによれば、排気流入側端部のメッシュ状電極及び絶縁性担体内の電界によりＰＭを帯電させ、メッシュ状電極と外周電極とで排気の流通方向と非平行の電界を作り、この電界のクーロン力によって、絶縁性担体への帯電したＰＭの堆積を促進できる。
【００１６】
本発明の排気浄化装置では、絶縁性担体のための電極が、この絶縁性担体の中心軸に配置された棒状電極と、この絶縁性担体の外周に配置された外周電極を含むことができる。
【００１７】
これによれば、棒状電極と外周電極とで排気の流通方向と非平行の電界を作り、この電界のクーロン力によって、絶縁性担体への帯電したＰＭの堆積を促進できる。
【００１８】
本発明の排気浄化方法では、電極を具備する絶縁性担体を有するリアクターを、排気流れ中に配置し、そしてリアクターの両方の排気流通口から交互に、ＰＭを含有する排気をリアクターに流通させ、且つ電極によって絶縁性担体に電圧を印加する。
【００１９】
本発明の排気浄化方法によれば、絶縁性である担体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れ、またＰＭが比較的均一に堆積するので、絶縁性担体に電圧を印加したときのＰＭの通電酸化を促進できる。すなわち、ＰＭの通電酸化のためには、通電のためのＰＭのパス（導電経路）が形成されることが重要であり、本発明の方法によれば、ＰＭを比較的均一に堆積させることによって、このＰＭのパスの形成を促進できる。
【００２０】
また本発明の排気浄化装置及び方法では、リアクター内を流通するガス流れの上流側に、放電を行う放電電極が配置されていてよい。これによれば、放電電極への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、リアクターによるＰＭの捕集効率を更に高めることができる。この放電電極はアンテナ状電極、特に針状電極を有してＰＭの効率的な帯電を促進できる。
【００２１】
本発明で使用する絶縁性担体には、排気流路表面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されていてよい。ここでこの触媒としては、ＣｅＯ２、Ｆｅ／ＣｅＯ２、Ｐｔ／ＣｅＯ２、Ｐｔ／Ａｌ２Ｏ３を挙げることができる。このように絶縁性担体の排気流路表面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されることによって、ＰＭが排気流路表面に堆積したときに、ＰＭの通電酸化が促進される。
【００２２】
本発明のリアクターにおいて放電を行う場合、ＰＭを絶縁性担体上に捕集し、通電酸化させるだけでなく、放電によって排気成分中に発生する活性酸素、オゾン、ＮＯｘ、酸素ラジカル、ＮＯｘラジカル等の酸化力の強いガス成分の作用によって、捕集した排気中のＰＭの燃焼を促進することができる。また高電圧によりプラズマを発生させてＰＭの捕集及び燃焼を促進することもできる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下では本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気浄化装置を例示するものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００２４】
本発明の排気浄化装置は、電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター、及びこのリアクターへの排気流路を切り替える機構を有する任意の排気浄化装置でよく、例えば図１のような排気浄化装置１０でよい。
【００２５】
図１において、本発明の排気浄化装置１０は、電極を具備する絶縁性担体を有するリアクター１２と、このリアクター１２に排気を流通させる流路１４ａ〜１４ｄと、これら流路１４ａ〜１４ｂの流路を切り替える流路切替弁１６とを有する。
【００２６】
この排気浄化装置１０の使用においては、流路切替弁１６を図１（ａ）で示す位置にして、矢印で示すように排気を流路１４ａ、流路１４ｂ、リアクター１２、流路１４ｃ、そして流路１４ｄへと流し、また流路切替弁１６を図１（ｂ）で示す位置にして、矢印で示すように排気を流路１４ａ、流路１４ｃ、リアクター１２、流路１４ｂ、そして流路１４ｄへと流す。このようにリアクター１２に流通する排気流れの方向を交互に切り替えて、ＰＭを絶縁性担体に比較的均一に堆積させることができる。
【００２７】
排気流路切替弁１６は、ステップモータ等によって制御して図１（ａ）又は図１（ｂ）の状態にできるものである。
【００２８】
リアクター１２は、電極によって絶縁性担体に電圧を印加し、それによって絶縁性担体に堆積したＰＭを通電酸化させることができるものである。
【００２９】
本発明の排気浄化装置１０で使用できるリアクター１２としては、図２で示すものを挙げることができる。ここで図２（ａ）はこのリアクターの側面図であり、図２（ｂ）はこのリアクターの断面図である。
【００３０】
この図２に示すリアクター１２ａでは、ハニカム構造体のような絶縁性担体２２の両端にメッシュ状電極２５及び２７を配置し、これらの電極２５と２７との間に、電源２９によって電圧を印加する。
【００３１】
ここでこれらのメッシュ状電極２５及び２７は、絶縁性担体２２に電圧を印加できる任意の材料で製造でき、例えばＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌのような金属材料、特にステンレスを使用できる。
【００３２】
絶縁性担体２２は、排気を流通させる構造を有する任意の絶縁性担体でよく、ストレートフロー又はウォールフロータイプの絶縁性ハニカム構造体、例えばセラミックハニカム構造体のような任意の担体でよい。またこの絶縁性担体２２は、触媒、例えば上述のようなＰＭの燃焼除去を促進するための触媒を担持することができるが、特に触媒を担持しないものであってもよい。
【００３３】
電源２９は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。メッシュ状電極２５及び２７間の印加電圧及びパルス周期としては、ＰＭの捕集及び燃焼除去に有益な任意の値を使用することができ、例えばプラズマを発生させるのに一般的な値を使用でき、例えばパルス電圧５０ｋＶ及びパルス周期２，０００Ｈｚを使用できる。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができ、直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせるためには好ましい。
【００３４】
また本発明の排気浄化装置１０で使用できるリアクター１２としては、図３で示すものを挙げることができる。ここで図３（ａ）はこのリアクターの側面図であり、図３（ｂ）はこのリアクターの断面図である。
【００３５】
この図３に示すリアクター１２ｂでは、絶縁性担体２２の外周及び中心軸にそれぞれ外周電極３４及び棒状電極３６を有し、これらの電極３４と３６との間に、電源２９によって電圧を印加する。これによれば、半径方向の電界を作ることによって、帯電したＰＭの捕集を促進できる。
【００３６】
針状電極３８ａ及びｂは、これらの電極への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、リアクターによるＰＭの捕集効率を更に高めるものである。
【００３７】
ここでこれらの電極３４、３６、並びに３８ａ及びｂは、図２のメッシュ状電極２５及び２７で示したような材料で製造することができ、また絶縁性担体２２及び電源２９は、図２の排気浄化装置に関して説明している。
【００３８】
また更に本発明の排気浄化装置１０で使用できるリアクター１２としては、図４で示すものを挙げることができる。ここで図４（ａ）はこのリアクターの側面図であり、図４（ｂ）はこのリアクターの断面図である。
【００３９】
この図４に示すリアクター１２ｃでは、絶縁性担体２２の両端にそれぞれ配置された第１及び第２のメッシュ状電極４５及び４７、並びに絶縁性担体２２の外周に配置され且つ互いに絶縁された第１及び第２の外周電極４６及び４８を有する。ここでこれらの電極は、絶縁性担体２２の一方の端部から順番に、第１のメッシュ状電極４５、第１の外周電極４６、第２の外周電極４８、そして第２のメッシュ状電極４７の順で配置されている。このリアクター１２ｃの使用においては、第１のメッシュ状電極４５が配置された端部から排気を流入させるときには、第１のメッシュ状電極４５と第２の外周電極４８との間で電圧を印加し、また第２のメッシュ状電極４７が配置された端部から排気を流入させるときには、第２のメッシュ状電極４７と第１の外周電極４６との間で電圧を印加する。
【００４０】
ここでこれらのメッシュ状電極４５及び４７、並びに外周電極４６及び４８は、図２のメッシュ状電極２５及び２７で示したような材料で製造することができ、また絶縁性担体２２及び電源２９は、図２の排気浄化装置に関して示している。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の排気浄化装置及び方法によれば、リアクター内部にＰＭを満遍なく堆積させることによって、通電のためのＰＭのパス（導電経路）が形成されやすいようにしてＰＭの通電酸化を促進する。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の排気浄化装置の例を示す概略図ある。
【図２】図２は、本発明の排気浄化装置で使用できるリアクターを例示する側面図及び断面図である。
【図３】図３は、本発明の排気浄化装置で使用できる他のリアクターを例示する側面図及び断面図である。
【図４】図４は、本発明の排気浄化装置で使用できる更に他のリアクターを例示する側面図及び断面図である。
【符号の説明】
１０…排気浄化装置
１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ…リアクター
１４ａ〜ｄ…排気流路
１６…流路切替弁
２２…絶縁性担体
２５、２７、４５、４７…メッシュ状電極
２９…電源
３４、４６、４８…外周電極
３６…棒状電極
３８ａ、３８ｂ…針状電極
【図１】
2005009344.tif 000003
【図２】
2005009344.tif 000004
【図３】
2005009344.tif 000005
【図４】
2005009344.tif 000006