(57)【要約】【課題】  エンジンの排気浄化能力を、その全運転域において良好に発揮できる微粒子除去装置を提供する。【解決手段】  ガス入口２とガス出口３が設けられた容器１内に、粒径１〜１０ｎｍの超微粒子触媒が担持され且つその軸方向の一端側から他端側へ向けて排気ガスが流される触媒担持体５と、発熱部を備え軸方向の一端側から他端側へ向けて流される排気ガスを昇温する励起体６とを、該励起体６が排気ガス流に対して上記触媒担持体５の上流側に位置するように収納する。係る構成とすることで、排気ガスが容器１内をガス入口２側からガス出口３側に向かって流れる際、励起体６で加熱昇温され、そのガス温度は、例え暖機運転時であっても、白金触媒の活性化温度に対応する温度以上に昇温し、白金触媒の燃焼促進作用によって排気ガス中の炭素微粒子が効果的に燃焼除去され、延いては、エンジンの全運転域を通して高い排気浄化効果が得られる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気系に接続されたガス入口（２）と大気開放されるガス出口（３）とが設けられた密閉状の容器（１）内に、粒径１ｎｍ〜１０ｎｍの超微粒子触媒が担持され且つその軸方向の一端側から他端側へ向けて排気ガスが流される触媒担持体（５）と、担持されている触媒の温度を昇温させる発熱部を備えた励起体（６）とを、該励起体（６）が排気ガス流に対して上記触媒担持体（５）の上流側に位置するように収納して構成されたことを特徴とする微粒子除去装置。
【請求項２】
請求項１において、
上記触媒担持体（５）が、多数の微細な切起開口（２４）を備えたステンレス製の薄板材（２１）をロール状に巻回して構成される一方、
該薄板材（２１）の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素がコーティングされるとともに、
該コーティング層の表面には上記超微粒子触媒として白金が担持されていることを特徴とする微粒子除去装置。
【請求項３】
請求項１において、
上記励起体（６）が、多数の微細な切起開口（２４）を備えたステンレス製の第１薄板材（２１）と、平板状のステンレス製の第２薄板材（２２）と、板状の絶縁体（２３）を三層重ね状態でロール状に巻回して構成される一方、
該第１薄板材（２１）及び第２薄板材（２２）の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素がコーティングされ、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持されるとともに、
上記第１薄板材（２１）と第２薄板材（２２）の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしたことを特徴とする微粒子除去装置。
【請求項４】
請求項１において、
上記励起体（６）が、多数の微細な切起開口（２４）を備えたステンレス製の第１薄板材（２１）と、板状の絶縁体（２３）を二層重ね状態でロール状に巻回して構成される一方、
該第１薄板材（２１）の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素がコーティングされ、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持されるとともに、
上記第１薄板材（２１）の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしたことを特徴とする微粒子除去装置。
【請求項５】
請求項１において、
上記励起体（６）が、多数の微細な切起開口（２４）を備えたステンレス製の第１薄板材（２１）を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体（２３）を挟んで三層状とした第１積層材（２７）と、平板状のステンレス製の第２薄板材（２２）を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体（２３）を挟んで三層状とした第２積層材（２８）を、上記第１積層材（２７）の折返し端（２７ａ）と上記第２積層材（２８）の折返し端（２８ａ）側から二枚重ね状態でロール状に巻回して構成される一方、
該第１薄板材（２１）及び第２薄板材（２２）の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素がコーティングされ、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持されるとともに、
上記第１薄板材（２１）と上記第２薄板材（２２）の一端部（２１ａ），（２２ａ）と他端部（２１ｂ），（２２ｂ）の間に通電するようにしたことを特徴とする微粒子除去装置。
【請求項６】
請求項３、４又は５において、
上記第１薄板材（２１）は、巻回方向に対して傾斜した方向に延びる折曲線に沿って表裏両面側へ交互に折曲された折曲板構造であることを特徴とする微粒子除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、自動車エンジンなどの燃焼機関(以下エンジンという)から排出される排気ガス中に含まれている炭素微粒子等の微粒子を、触媒作用を利用して分解除去する微粒子除去装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンから排出される排気ガス中には、炭素微粒子を主とする微粒子成分が含まれているが、このような微粒子成分は、これがそのまま大気中に放出されると人の健康に悪害を及ぼすことから、これを大気中に放出させずに除去する微粒子除去装置が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、エンジンの排気系に、金属繊維とかハニカム形状のエレメント等からなるフィルターを配置し、該フィルターを通過する排気ガス中に含まれている炭素微粒子を捕集して除去する装置が提案されている。
【０００４】
また、特許文献２には、その両端にそれぞれガス入口とガス出口を備えた容器内にセラミックヒータと多孔質フィルターと触媒担持フィルターを、この順序で、排気ガスの上流側から下流側に向かって配置し、ガス入口から導入される排気ガスを上記セラミックヒータに接触させて着火燃焼させるとともに、未燃粒子を上記多孔質フィルターで捕捉して着火燃焼させ、さらに排気下流側の温度が低くなった排気ガス中の未燃粒子はこれを上記触媒担持フィルターにおいて触媒作用により燃焼を促進させるように構成したものが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】実開昭６１―５５１１４号公報。
【０００６】
【特許文献２】特開平２―１７３３１０号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、触媒の燃焼促進作用を利用して排気ガス中の微粒子を燃焼させて除去する思想は、上掲特許文献２にも開示されるように周知の手段であるが、この触媒（酸化触媒）は、従来一般には、粒径が０．１μｍ以上の微粒子として用いられているが、係る微粒子触媒は、その触媒の種類毎の物性によって異なる。
【０００８】
一方、ディーゼルエンジンの排気ガス温度は、エンジンの運転状態に応じて変化し、例えば、暖機運転時では８０〜９０℃、通常走行運転時では１８０〜２００℃とされる。
【０００９】
従って、上記触媒は、通常走行運転時には十分に活性化され、炭素微粒子の燃焼促進に寄与するものの、暖機運転時においては活性化温度に至らず、炭素微粒子の燃焼促進には殆ど寄与せず、炭素微粒子の除去機能が発揮できないという問題があった。
【００１０】
このような背景から、エンジンの排気浄化能力を、通常走行運転時のみならず、暖機運転時においても良好に発揮でき、該エンジンの全運転領域を通して高い排気浄化能力が得られるような微粒子除去装置の開発が要請されているところであるが、これに応え得る技術は未だ開発されていないというのが実情である。
【００１１】
そこで、本願発明は、エンジンの排気浄化能力を、その全運転域において良好に発揮できる微粒子除去装置を提供することを目的としてなされたものである。
【００１２】
尚、白金を触媒として用いる場合、上述のように、粒径０．１μｍ以上の微粒子として用いていたが、これは、これ以上に粒径の細かい白金微粒子の製造が困難であった、という背景に基づくものであった。
【００１３】
しかし、近年、微粒子製造技術が進展し、１ｎｍ〜１０ｎｍの微粒子、即ち、超微粒子の製造が可能となった。このような超微粒子の白金においては、その「量子サイズ効果」によって、これを触媒として用いた場合、その触媒表面の活性化温度が、微粒子触媒として用いた場合の「６６０℃程度」から「２３０℃程度」まで低温度化することが、本願発明者の実験によって知見された。
【００１４】
従って、このように触媒として超微粒子白金を用いる場合、その活性化温度が２３０℃程度まで低温化するので、例えば、触媒粒子のみを加熱してこれを２３０℃まで昇温させその活性化を図ることで、暖機運転時においても、上記白金触媒を用いて排気ガス中の炭素微粒子を効果的に燃焼除去させることができることに想到した。
【００１５】
本願発明は、このような技術背景に基づいて想到されたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本願発明では上記課題を解決するために以下のような構成を採用している。
【００１７】
本願の第１の発明では、エンジンの排気系に接続されたガス入口２と大気開放されるガス出口３とが設けられた密閉状の容器１内に、粒径１〜１０ｎｍの超微粒子触媒が担持され且つその軸方向の一端側から他端側へ向けて排気ガスが流される触媒担持体５と、担持されている触媒の温度を昇温させる発熱部を備えた励起体６とを、該ヒータ体６が排気ガス流に対して上記触媒担持体５の上流側に位置するように収納して構成されたことを特徴としている。
【００１８】
本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る微粒子除去装置において、上記触媒担持体５を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の薄板材２１をロール状に巻回して構成する一方、該薄板材２１の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングするとともに、該コーティング層の表面には上記超微粒子触媒として白金を担持したことを特徴としている。
【００１９】
本願の第３の発明では、上記第１の発明に係る微粒子除去装置において、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１と、平板状のステンレス製の第２薄板材２２と、触媒をコーティングしたシリカあるいはアルミナ等からなる板状の絶縁体２３を三層重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１及び第２薄板材２２の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持するとともに、上記第１薄板材２１と第２薄板材２２の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしたことを特徴としている。
【００２０】
本願の第４の発明では、上記第１の発明に係る微粒子除去装置において、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１と、板状の絶縁体２３を二層重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持するとともに、上記第１薄板材２１の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしたことを特徴としている。
【００２１】
本願の第５の発明では、上記第１の発明に係る微粒子除去装置において、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体２３を挟んで三層状とした第１積層材２７と、平板状のステンレス製の第２薄板材２２を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体２３を挟んで三層状とした第２積層材２８を、上記第１積層材２７の折返し端２７ａと上記第２積層材２８の折返し端２８ａ側から二枚重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１及び第２薄板材２２の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金を担持するとともに、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の一端部２１ａ，２２ａと他端部２１ｂ，２２ｂの間に通電するようにしたことを特徴としている。
【００２２】
本願の第６の発明では、上記第３、第４又は第５の発明に係る微粒子除去装置において、上記第１薄板材２１を、巻回方向に対して傾斜した方向に延びる折曲線に沿って表裏両面側へ交互に折曲された折曲板構造としたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００２３】
（ａ）本願の第１の発明に係る微粒子除去装置では、上記励起体６への通電により、該励起体６がその発熱部によって加熱されて昇温（即ち、加熱昇温）し、ここに担持されている触媒粒子の表面に化学吸着していた炭素微粒子が燃焼し該触媒表面が清浄化され触媒機能が促進されるとともに、この炭素微粒子の燃焼が発熱反応であることから該燃焼に伴って触媒粒子の近傍が昇温し該触媒粒子も昇温される（即ち、自己発熱昇温）。この加熱昇温と自己発熱昇温の相乗作用によって、触媒粒子の表面温度は炭素微粒子を触媒燃焼させるに必要な温度、約２３０℃以上に昇温する。
【００２４】
従って、この状態で、エンジンからの排気ガスが上記容器１内をそのガス入口２から上記ガス出口３側に向かって流れる場合、該排気ガスは上記励起体６を流れる間に該励起体６側から受熱し、該励起体６からその下流側に位置する上記触媒担持体５側を流れるときには、ガス温度は２３０℃以上となり、該触媒担持体５側に担持された超微粒子触媒の活性化温度に対応することとなり、該超微粒子触媒の燃焼促進作用によって排気ガス中の炭素微粒子が効果的に燃焼除去される。
【００２５】
この結果、排気ガス温度が１８０〜２００℃とされる通常走行運転時は勿論のこと、排気ガス温度が８０〜９０℃とされる暖機運転時においても、上記白金触媒による排気ガス中の炭素微粒子の燃焼除去作用が確保され、エンジンの全運転域を通して排気浄化効果が得られるものである。
【００２６】
（ｂ）本願の第２の発明に係る微粒子除去装置では、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記触媒担持体５を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の薄板材２１をロール状に巻回して構成する一方、該薄板材２１の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングするとともに、該コーティング層の表面には上記超微粒子触媒として白金を担持しているので、上記薄板材２１に設けられた上記切起開口２４の切起片２５によって、該薄板材２１をロール状に巻回した際における層間隙間２６が形成され、この層間隙間２６と該層間隙間２６に臨んで開口する上記切起開口２４が三次元的に交差する排気ガス通路が構成され、該通路を流れる排気ガスは、上記薄板材２１の表面に担持された上記超微粒子触媒と高効率に接触し、該排気ガス中の炭素微粒子は該超微粒子触媒の燃焼促進作用を受けて燃焼（酸化分解）し、排気ガスの清浄化が促進される。
【００２７】
（ｃ）本願の第３の発明に係る微粒子除去装置では、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１と、平板状のステンレス製の第２薄板材２２と、触媒をコーティングしたシリカあるいはアルミナ等からなる板状の絶縁体２３を三層重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１及び第２薄板材２２の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持するとともに、上記第１薄板材２１と第２薄板材２２の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしている。
【００２８】
従って、上記第１薄板材２１に設けられた上記切起開口２４の切起片２５によって、該第１薄板材２１と上記第２薄板材２２をロール状に巻回した際における層間隙間２６が形成され、この層間隙間２６と該層間隙間２６に臨んで開口する上記切起開口２４が三次元的に交差する排気ガス通路が構成され、該通路を流れる排気ガスは、上記第１薄板材２１及び第２薄板材２２の加熱昇温と触媒粒子表面側における自己発熱昇温の影響を受けてさらに昇温され、高温状態で上記触媒担持体５側へ流入することから、例え暖機運転時であっても、該触媒担持体５側における上記超微粒子触媒による燃焼促進作用を受けて燃焼し、排気ガスの清浄化が促進される。
【００２９】
（ｄ）本願の第４の発明に係る微粒子除去装置では、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１と、板状の絶縁体２３を二層重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持するとともに、上記第１薄板材２１の巻回始端と巻回終端との間に通電するようにしている。
【００３０】
従って、上記第１薄板材２１に設けられた上記切起開口２４の切起片２５によって、該第１薄板材２１と上記絶縁体２３をロール状に巻回した際における層間隙間２６が形成され、この層間隙間２６と該層間隙間２６に臨んで開口する上記切起開口２４が三次元的に交差する排気ガス通路が構成され、該通路を流れる排気ガスは、上記第１薄板材２１の加熱昇温と触媒粒子表面側における自己発熱昇温の影響を受けてさらに昇温され、高温状態で上記触媒担持体５側へ流入することから、例え暖機運転時であっても、該触媒担持体５側における上記超微粒子触媒による燃焼促進作用を受けて燃焼し、排気ガスの清浄化が促進される。
【００３１】
（ｅ）本願の第５の発明に係る微粒子除去装置では、上記（ａ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記励起体６を、多数の微細な切起開口２４を備えたステンレス製の第１薄板材２１を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体２３を挟んで三層状とした第１積層材２７と、平板状のステンレス製の第２薄板材２２を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体２３を挟んで三層状とした第２積層材２８を、上記第１積層材２７の折返し端２７ａと上記第２積層材２８の折返し端２８ａ側から二枚重ね状態でロール状に巻回して構成する一方、該第１薄板材２１及び第２薄板材２２の表面に酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金を担持するとともに、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の一端部２１ａ，２２ａと他端部２１ｂ，２２ｂの間に通電するようにしている。
【００３２】
従って、上記励起体６においては、電極取付端となる上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の一端部２１ａ，２２ａと、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の他端部２１ｂ，２２ｂが、共に上記励起体６の巻回最外周側に位置し、電極線の取付けを該巻回最外周側においてのみで行なうことができ、例えば、電極取付端が上記励起体６の巻回中心側と巻回最外周側に離間してそれぞれ位置しこれら両者間に通電する構成の場合に比して、電極線の取り回しが容易となり、延いては上記上記励起体６の製造コストの低減が可能となる。
（ｆ）本願の第６の発明に係る微粒子除去装置では、上記（ｃ）、（ｄ）又は（ｅ）に記載の効果に加えて、以下のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記第１薄板材２１を、巻回方向に対して傾斜した方向に延びる折曲線に沿って表裏両面側へ交互に折曲された折曲板構造としているので、上記励起体６において巻回層間に形成される排気ガス通路は螺旋状通路となる。従って、この螺旋状の排気ガス通路を流れる排気ガスは、旋回成分をもって該励起体６から上記触媒担持体５に流入し、該触媒担持体５側においてミキシング作用を受けることから、該触媒担持体５の径方向における温度勾配が可及的に解消され、該触媒担持体５における炭素微粒子の燃焼作用が促進され、それだけ排気ガスの浄化能力が向上することになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
Ｉ：第１の実施形態
図１には、本願発明の第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚを示している。この微粒子除去装置Ｚは、エンジンの排気系に配設されて、該エンジンから排出される排気ガスＧａ中の炭素微粒子を触媒の酸化分解作用により燃焼除去し、清浄な排気ガスＧｂとして排出するようにしたものであって、次述する容器１内に触媒担持体５と励起体６を収納して構成される。
【００３４】
上記容器１は、筒状の密閉容器であって、所定径及び所定長さもつ収納室１ａを備えるとともに、該収納室１ａの一端側及び他端側には、それぞれコーン状の前室１ｂ、後室１ｃを連設している。そして、上記前室１ｂの先端側には、エンジンの排気マニホールド側に接続されるガス入口２が、上記後室１ｃの後端側には大気に開放されるガス出口３が、それぞれ設けられている。
【００３５】
この場合、上記前室１ｂのコーン形状は、上記ガス入口２から導入される未処理排気ガスＧａが上記前室１ｂ内を流れる間に径方向へ拡散し、且つ上記励起体６の上流側面に到達したときには、該上流側面の全域に可及的に均等に分布するように、該前室１ｂの流入側径と流出側径、及び流入側端から流出側端までの軸長が相対的に設定されている。
【００３６】
この実施形態の微粒子除去装置Ｚでは、上記容器１内に、５個の触媒担持体５と１個の励起体６を収納しているが、その場合の収納順序は以下の通りである。
【００３７】
即ち、図１及び図２に示すように、上記前室１ｂに臨んで上記励起体６が収納される。また、この励起体６の排気ガス下流側には、スペーサ７を挟んで該励起体６に対向させた状態で一番目の触媒担持体５から５番目の触媒担持体５まで、合計５個の触媒担持体５が、順次配置される。そして、排気ガス最下流に位置する触媒担持体５の下流側面を、スペーサ８で構成される空間部を介して上記後室１ｃに臨ませている。
【００３８】
従って、これら触媒担持体５と励起体６を上記容器１の収納室１ａ内に収納した状態では、上記ガス入口２から導入される未処理排気ガスＧａは、上記前室１ｂに流入した後、上記励起体６をその上流側面から下流側面に向けて通過した後、さらにその下流側に列設された上記各触媒担持体５を順次通過し、上記後室１ｃを経て上記ガス出口３から処理済排気ガスＧｂとして排出される。
【００３９】
即ち、未処理排気ガスＧａは、それ自身が保有するガス温度に加えて、上記励起体６側の加熱昇温及び自己発熱昇温の影響を受けて、さらに昇温される。そして、この昇温された未処理排気ガスＧａは、上記各触媒担持体５を順次通過する間に、該未処理排気ガスＧａに含まれている炭素微粒子が触媒による酸化分解作用を受けて分解除去され、炭素微粒子の殆ど無い清浄な処理済排気ガスＧｂとして大気側へ排出されるものである。係る作用効果は、上記触媒担持体５及び励起体６の構造に起因するものであり、以下、これらの構造等を具体的に説明する。
Ａ：上記触媒担持体５の構造等
上記触媒担持体５は、図３に示すように、第１薄板材２１を所定径のロール状に巻回して構成されるものであって、全体として厚円板状形体とされる。
【００４０】
上記第１薄板材２１は、図６に示すように、この実施形態では、０．０５ｍｍの板厚をもつステンレス薄帯板を基材とし、この基材に約１．２ｍｍ四方の大きさをもつ切起開口２４を所定間隔で無数に形成して構成される。この場合、上記切起開口２４の一側縁に立ち上がる切起片２５が、上記第１薄板材２１の巻回方向（図５の矢印ａ−ｂ方向）と略平行となるように、該基材に対する上記切起開口２４の形成方向が設定されている。
【００４１】
そして、この第１薄板材２１は、これを上記触媒担持体５の素材として用いる場合には、図５に符号２１Ａで示すように、平板状態のまま用いる。
【００４２】
上述の如き構成をもつ平板状の第１薄板材２１を、図３に示すように、その一端側から順次ロール状に所定径まで巻回して、上記触媒担持体５を得る。この触媒担持体５の断面構造を図７に拡大図示している。この図７から解るように、上記触媒担持体５においては、上記第１薄板材２１に設けられた上記切起開口２４の上記切起片２５が層間間隔保持用スペーサの役を為し、径方向に積層される上記第１薄板材２１同士の層間隙間２６が排気ガス通路として機能するようになっている。
【００４３】
さらに、この触媒担持体５には、触媒が担持される。即ち、上記触媒担持体５の上記第１薄板材２１の表面に、例えば、ウォッシュコート等の手法によって、酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、さらに、この酸化チタン等のコーティング層の表面上に、酸化触媒としての白金を、約１０〜１００μｍ厚に担持させる。この場合、上記白金としては、粒径１ｎｍ〜１０ｎｍの超微粒子白金が用いられる。この超微粒子白金は、これを酸化触媒として用いた場合、従来一般的に用いられている微粒子白金（粒径  ０．１μｍ以上）に比して、その活性が高く、約１２０℃程度で酸化分解作用を発揮する。この超微粒子白金の高水準の活性を有効に利用して、エンジンの暖機運転時においても炭素微粒子を効果的に除去しようとするのが本願発明である。
Ｂ：励起体６の構造等
上記励起体６は、図４に示すように、第１薄板材２１と第２薄板材２２と絶縁体２３を順次重ね合わせた三層状態で、図５に示すように、これらの一端側から所定径のロール状に巻回して構成されるものであって、全体として厚円板状形体とされる。
【００４４】
上記第１薄板材２１は、図６に示すように、この実施形態では、０．０５ｍｍの板厚をもつステンレス薄帯板を基材とし、この基材に約１．２ｍｍ四方の大きさをもつ切起開口２４を所定間隔で無数に形成して構成される。この場合、上記切起開口２４の一側縁に立ち上がる切起片２５が、上記第１薄板材２１の巻回方向（図５の矢印ａ−ｂ方向）と略平行となるように、該基材に対する上記切起開口２４の形成方向が設定されている。
【００４５】
そして、この第１薄板材２１は、上記触媒担持体５の素材として用いる場合とは異なって、図６に符号２１Ｂで示すように、これを表裏両面側へ交互に折曲させた折曲板として用いる。この場合、図６に示すように、その折曲線Ｌａは、上記巻回方向（矢印ａ−ｂ方向）に対して角度「α」の交差角をもった傾斜線とされる。
【００４６】
一方、上記第２薄板材２２は、図６において符号２１Ａで示すように、この実施形態では、０．０５ｍｍの板厚をもつステンレス薄帯板を基材とし、これを無加工の平板状態のまま用いるようにしている。
【００４７】
また、上記絶縁体２３は、シリカあるいは繊維を用いてシート状に成形したものであって、ここでは絶縁材として用いられる。
【００４８】
上述の如き構成をもつ折曲板状のと上記絶縁体２３を、図５に示すように、順次重ね合わせた三層状態で、これらの一端側から所定径のロール状に巻回するとともに、その中心側の巻回始端に位置する上記第１、第２薄板材２１、２２の一端と、外周側の巻回終端に位置する上記第１、第２薄板材２１、２２の他端とに、それぞれ電極線９Ａ，９Ｂを取付けて、上記励起体６を得る。
【００４９】
この励起体６の断面構造を図８に拡大図示している。この図８から解るように、上記励起体６においては、上記第１薄板材２１に設けられた上記切起開口２４の上記切起片２５と該第１薄板材２１の折曲構造とが協働して層間間隔保持用スペーサの役を為し、径方向に積層される上記第１薄板材２１同士の層間隙間２６が排気ガス通路として機能するようになっている。
【００５０】
この場合、上記第１薄板材２１の折曲高さ寸法が上記切起開口２４の切起片２５の高さ寸法よりも格段に大きい（図８では、説明の都合上、上記切起開口２４を実際よりも拡大図示している）ことから、上記層間隙間２６は主として上記第１薄板材２１の折曲部分で構成される。この場合、上述のように、上記第１薄板材２１の折曲線Ｌａが、その巻回方向に対して角度「α」の交差角をもった傾斜線（図６参照）とされていることから、この折曲部分で構成され、排気ガス通路として機能する上記層間隙間２６は、上記励起体６内において螺旋状に延びることになる。
【００５１】
このように、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２及び上記絶縁体２３を三層状態でロール状に巻回して構成される上記励起体６には、さらに、触媒が担持される。
【００５２】
即ち、上記触媒担持体５の場合と同様に、上記励起体６の上記第１、第２薄板材２１、２２の表面、及び上記絶縁体２３の表面に、例えば、ウォッシュコート等の手法によって、酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素をコーティングし、さらに、この酸化チタン等のコーティング層の表面上に、酸化触媒としての白金を、約１０〜１００μｍ厚に担持させる。この場合、上記白金としては、粒径１ｎｍ〜１０ｎｍの超微粒子白金が用いられる。
【００５３】
ここで、上記励起体６の昇温特性を、図１３を参照して説明する。
【００５４】
上記励起体６の触媒表面温度は、通電開始前においては、室温に維持されている。
【００５５】
時間ｔ１において、上記励起体６への通電が開始されると、該励起体６はその発熱部、即ち、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の発熱によって加熱されて約１２０〜１３０℃程度まで昇温する。この加熱昇温は、上記励起体６内に発熱反応を伴わない流体、例えば、空気がながされる場合には、上記第１、第２薄板材２１、２２の発熱量が一定であることから、同図に曲線Ｌ１で示すように、時間の経過に拘らず、略一定で推移する。
【００５６】
しかし、実際には、上記加熱昇温によって上記第１、第２薄板材２１、２２の表面に担持された触媒粒子の表面に付着している炭素微粒子が触媒燃焼し、該触媒粒子表面が清浄化されるとともに、この炭素微粒子が触媒燃焼は発熱反応であることから、該燃焼に伴って触媒粒子の近傍温度が、上記加熱昇温に上乗せされる状態でさらに昇温し、２３０℃以上となる（曲線Ｌ２の時間ｔ１〜ｔ２の範囲）。
【００５７】
さらに、時間ｔ２以降においては、上記励起体６より排気下流側に位置する上記触媒担持体５側における炭素微粒子の触媒燃焼による発熱を受けてさらに昇温し、時間ｔ３近傍に至って略一定に推移する。
【００５８】
通電による上記加熱昇温は、自己発熱昇温作用のトリガーとなるものであるため、エンジンの運転中は継続的に通電される。
【００５９】
一方、通常走行運転時と暖機運転時のそれぞれにおける、上記励起体６及び上記触媒担持体５を流れる排気ガスの温度変化特性は図１２に示す通りである。
【００６０】
即ち、上記励起体６に通電した状態で、エンジンからの排気ガスが上記容器１内にそのガス入口２から上記ガス出口３側に向かって流される場合、該排気ガスは上記励起体６を流れる間に該励起体６側から受熱するとともに、上記触媒担持体５側における炭素微粒子の触媒燃焼の影響も受ける。
【００６１】
従って、排気ガス量が多く、ガス温度も高い通常走行運転時では、図１２において曲線Ｌｇ１で示すように、１８０〜２００℃で流入した排気ガスは、上記励起体６の通過に伴って昇温し、高いガス温度をもって上記触媒担持体５側を流れ、最下流の触媒担持体５を通過するまでの間に徐々に昇温し、２５０℃程度とされる。このため、この高温の排気ガスＧａが上記各触媒担持体５を順次その下流側に向かって流れる際、該触媒担持体５に担持された白金触媒の燃焼促進作用によって排気ガスＧａ中の炭素微粒子が効果的に燃焼除去される。この結果、エンジンの通常走行運転時においては、排気ガスの高い浄化性能が確保されることになる。
【００６２】
一方、排気ガス量が比較的少なく、ガス温度も低い暖機運転状態では、図１２において曲線Ｌｇ２で示すように、８０〜９０℃で流入した排気ガスは、上記励起体６の通過に伴って昇温し、この昇温状態で上記触媒担持体５側を流れることで、最下流の触媒担持体５を通過する時点では１５０℃程度まで昇温される。このため、上記触媒担持体５側の白金触媒も１５０℃程度に昇温し、十分に活性化された状態となっている。従って、該白金触媒の燃焼促進作用によって排気ガスＧａ中の炭素微粒子が効果的に燃焼し除去される。係る白金触媒の燃焼促進作用がガス流れ方向に列設された上記各触媒担持体５において順次繰り返して実行されることで、上記ガス出口３からは、炭素微粒子が殆ど除去された清浄な排気ガスＧｂが排出されることになる。この結果、エンジンの暖機運転時においても、排気ガスの高い浄化性能が確保されることになる。
ＩＩ：第２の実施形態
図９及び図１０には、本願発明の第２の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚを示している。この微粒子除去装置Ｚは、その基本構成を上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚと同一としており、これと異なる点は、上記励起体６の構成である。従って、ここでは、上記励起体６の構成のみを詳述し、これ以外の構成及び作用効果については上記第１の実施形態の該当説明を援用する。
【００６３】
上記励起体６は、図９に示すように、第１薄板材２１と絶縁体２３を重ね合わせた二層状態で、これらの一端側から所定径のロール状に巻回して構成されるものであって、全体として厚円板状形体とされる。そして、この励起体６は、図１０に示すように、その中心側の巻回始端に位置する上記第１薄板材２１の一端と、外周側の巻回終端に位置する上記第１薄板材２１の他端とに、それぞれ電極線９Ａ，９Ｂを取付けて構成され、該各電極線９Ａ，９Ｂ間に電源３０から電圧を印加し、上記第１薄板材２１を発熱させるようになっている。
【００６４】
このように、この実施形態の励起体６は、発熱部が上記第１薄板材２１のみで構成されていることから、例えば、上記第１の実施形態における励起体６のように発熱部を上記第１及び第２薄板材２１、２２で構成したものに比して、その発熱量は低い。従って、排気ガス量が比較的少ない小形エンジンの排気系に適用するのに好都合なものである。
ＩＩＩ：第３の実施形態
図１１には、本願発明の第３の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚを示している。この微粒子除去装置Ｚは、その基本構成を上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚと同一としており、これと異なる点は、上記励起体６の構成である。従って、ここでは、上記励起体６の構成のみを詳述し、これ以外の構成及び作用効果については上記第１の実施形態の該当説明を援用する。
【００６５】
上記励起体６は、図１１示すように、上記第１薄板材２１を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の上記絶縁体２３を挟んで三層状とした第１積層材２７と、上記第２薄板材２２を二枚重ね状態に折り返してその内側に板状の絶縁体２３を挟んで三層状とした第２積層材２８を、上記第１積層材２７の折返し端（２７ａと上記第２積層材２８の折返し端２８ａ側から二枚重ね状態でロール状に巻回して構成される。
【００６６】
そして、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の一端部２１ａ，２２ａと、他端部２１ｂ，２２ｂをそれぞれ接合固定し、これら両者間に電極線９Ａ，９Ｂを介して通電するようにしている。
【００６７】
尚、上記第１薄板材２１及び第２薄板材２２の表面には、酸化チタン又は酸化アルミニウム又は酸化ケイ素がコーティングされ、且つ該コーティング層の表面には上記超微粒触媒として白金が担持されている。
【００６８】
このように構成された上記励起体６においては、電極取付端となる上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の一端部２１ａ，２２ａと、上記第１薄板材２１と上記第２薄板材２２の他端部２１ｂ，２２ｂが、共に上記励起体６の巻回最外周側に位置し、上記電極線９Ａ，９Ｂの取付けを、該巻回最外周側においてのみで行なうことができ、例えば、電極取付端が上記励起体６の巻回中心側と巻回最外周側に離間してそれぞれ位置しこれら両者間に通電する構成の場合に比して、電極線の取り回しが容易となり、延いては上記上記励起体６の製造コストの低減が可能となる。
ＩＶ：その他
（１）上記各実施形態では、上記励起体６を、暖機運転時のみならず、通常走行運転時においても通電状態とすることを基本とするが、他の実施形態においては暖機運転時においてのみ通電するように構成することもできる。
（２）上記励起体６へ給電する電源としては、交流電源と直流電源のいずれも適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本願発明の第１の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。
【図２】図１に示した微粒子除去装置の要部分解斜視図である。
【図３】図２に示した触媒担持体の製造過程説明図である。
【図４】図２に示した励起体の製造過程説明図である。
【図５】図２に示した励起体の給電構造説明図である。
【図６】触媒担持体及び励起体を構成する薄板材の構造説明図である。
【図７】触媒担持体の断面拡大図である。
【図８】励起体の断面拡大図である。
【図９】本願発明の第２の実施形態に係る微粒子除去装置に適用される励起体の製造過程説明図である。
【図１０】図９に示した励起体の給電構造説明図である。
【図１１】本願発明の第３の実施形態に係る微粒子除去装置に適用される励起体の給電構造説明図である。
【図１２】微粒子除去装置内における排気ガスの温度変化説明図である。
【図１３】励起体における触媒表面温度の変化説明図である。
【符号の説明】
【００７０】
１  容器
２  ガス入口
３  ガス出口
５  触媒担持体
６  励起体
７  スペーサ
８  スペーサ
２１  第１薄板材
２２  第２薄板材
２３  絶縁体
２４  切起開口
２５  切起片
２６  層間隙間
【図１】
2007278159.tif 000003
【図２】
2007278159.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007278159.tif 000009
【図８】
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【図９】
2007278159.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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