(57)【要約】【課題】  通気性フィルタの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減することができ、しかも装置の大型化およびコスト上昇を抑えることができるようにする。【解決手段】  フィルタユニット１０内の通気性フィルタ２２ａ、２２ｂのヒータ要素による加熱領域を二つの加熱領域に区分し、ヒータ要素を、各加熱領域にそれぞれ設けられていて各加熱領域をそれぞれ独立して加熱可能な二つの電気ヒータ２８ａ、２８ｂによって構成している。更に、フィルタユニット１０の入口の開閉弁３８が開状態の時は全ての電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を切り、開閉弁３８が閉状態の時は各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに順次切り換えて通電して前記各加熱領域を順次切り換えて加熱する制御を行う制御装置４２を備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒子状物質を含む排ガスの流路に設けられて当該粒子状物質を捕集するものであって断熱性を有するセラミック繊維から成る通気性フィルタと、当該通気性フィルタの上流側の面に沿って配置されていて当該通気性フィルタを加熱してそれに捕集されている粒子状物質を燃焼除去するヒータ要素とを有するフィルタユニットと、当該フィルタユニットの上流側に配置されていて前記通気性フィルタへの排ガス流入を操作する開閉弁とを備えており、かつ前記フィルタユニットの内部には二つ以上の前記通気性フィルタがその上流側の面を対向させて配置されていて、当該対向配置された通気性フィルタの上流側の面の間に前記ヒータ要素が配置されている粒子状物質除去装置において、
前記ヒータ要素による前記通気性フィルタの加熱領域を二つ以上の加熱領域に区分し、
前記ヒータ要素を、前記各加熱領域にそれぞれ設けられていて前記各加熱領域をそれぞれ独立して加熱可能な二つ以上の電気ヒータによって構成し、
更に、前記開閉弁の開閉動作および前記各電気ヒータへの通電を制御するものであって、前記開閉弁が開状態の時は全ての前記電気ヒータへの通電を切り、前記開閉弁が閉状態の時は前記各電気ヒータに順次切り換えて通電して前記各加熱領域を順次切り換えて加熱する制御を行う制御装置を備えている、ことを特徴とする粒子状物質除去装置。
【請求項２】
前記フィルタユニットは、前記各通気性フィルタと前記電気ヒータとの間にそれぞれ設けられていて、前記排ガス中の粒子状物質を捕集するものであって前記通気性フィルタよりも目が粗くかつ前記通気性フィルタよりも断熱性能の低い通気性のプレフィルタを更に備えている請求項１記載の粒子状物質除去装置。
【請求項３】
前記フィルタユニットと前記開閉弁の組み合わせを二つ以上備えており、
前記制御装置は、排ガスが供給されている間は、少なくとも一つの開閉弁が開状態となるように、前記各開閉弁の開閉動作を制御する機能を更に有している請求項１または２記載の粒子状物質除去装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ディーゼルエンジンなどから排出される排ガス中に含まれている粒子状物質（Particulate Matter。略称ＰＭ）を捕集し、除去する粒子状物質除去装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の粒子状物質除去装置の一例として、特許文献１には、次のような装置が開示されている。当該粒子状物質除去装置は、粒子状物質を含む排ガスの流路に設けられて当該粒子状物質を捕集するものであって断熱性を有するセラミック繊維から成る通気性フィルタと、当該通気性フィルタの上流側の面に沿って配置されていて当該通気性フィルタを加熱してそれに捕集されている粒子状物質を燃焼除去するヒータ要素とを有するフィルタユニットと、当該フィルタユニットの上流側に配置されていて前記通気性フィルタへの排ガス流入を操作する開閉弁とを備えている。そして前記フィルタユニットの内部には二つ以上の前記通気性フィルタがその上流側の面を対向させて配置されていて、当該対向配置された通気性フィルタの上流側の面の間に前記ヒータ要素が配置されている。
【０００３】
この出願において、上流側または下流側というのは、それぞれ、排ガスの流れから見て上流側または下流側のことである。
【０００４】
この粒子状物質除去装置においては、開閉弁が開状態の時はヒータ要素による通気性フィルタの加熱を行わず、通気性フィルタに排ガス中の粒子状物質を捕集させる。この場合、排ガス中の粒子状物質は通気性フィルタの上流側の面付近に集中して捕集されて堆積するので、当該上流側の面は、粒子状物質捕集面と呼ぶこともできる。
【０００５】
開閉弁が閉状態となって通気性フィルタへの排ガス流入が抑制されている時にヒータ要素によって通気性フィルタを加熱することによって、通気性フィルタに捕集されている粒子状物質を効率良く燃焼除去することができる。これによって通気性フィルタを再生することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０２３５１４号公報（段落００１６−００１７、０１６８−０１７７、図９、図１０）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のような粒子状物質除去装置の適用例として、車両などに搭載することが挙げられる。その場合は、上記ヒータ要素を電気ヒータにして、それを車両用バッテリを利用して駆動（通電加熱）することになる。
【０００８】
バッテリ駆動の場合は、電気ヒータの駆動に使用可能な瞬時最大電力に限りがあるので、当該瞬時最大電力を小さくしたいという要望がある。しかし、簡単に言えば、通気性フィルタの濾過面積に応じて、当該フィルタの濾過面積全体の昇温に必要な加熱パワー＝ヒータ電力が決まる。従って、通気性フィルタの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減するには、特別な工夫が必要になる。
【０００９】
その工夫の一例として、上記特許文献１にも記載されているように（例えば図１６、図１７およびその説明参照）、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けて全体として所定の濾過面積を確保すれば、組み合わせの数だけ、順次切り換えてフィルタユニットの加熱再生を行うことができるので、その分、瞬時最大電力を低減することができる。
【００１０】
しかし、複数のフィルタユニットを設けると、フィルタユニットごとにある程度のデッドスペースが発生するのが避けられないために、フィルタユニットの数を多くするに従って、デッドスペースが大きくなり装置のコンパクト化が難しくなる。複数のフィルタユニットを設けることによってコスト上昇も大きくなる。
【００１１】
また、開閉弁は可動部でありそれのコンパクト化には限界があるので、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けると、開閉弁の観点からも装置のコンパクト化が難しくなる。複数の開閉弁を設けることによってコスト上昇も大きくなる。
【００１２】
従って、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けることによって瞬時最大電力を低減させるという工夫には、装置のコンパクト化が難しくなると共にコスト上昇も大きくなるという課題がある。
【００１３】
そこでこの発明は、通気性フィルタの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減することができ、しかも装置の大型化およびコスト上昇を抑えることができる粒子状物質除去装置を提供することを主たる目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
この発明に係る粒子状物質除去装置は、粒子状物質を含む排ガスの流路に設けられて当該粒子状物質を捕集するものであって断熱性を有するセラミック繊維から成る通気性フィルタと、当該通気性フィルタの上流側の面に沿って配置されていて当該通気性フィルタを加熱してそれに捕集されている粒子状物質を燃焼除去するヒータ要素とを有するフィルタユニットと、当該フィルタユニットの上流側に配置されていて前記通気性フィルタへの排ガス流入を操作する開閉弁とを備えており、かつ前記フィルタユニットの内部には二つ以上の前記通気性フィルタがその上流側の面を対向させて配置されていて、当該対向配置された通気性フィルタの上流側の面の間に前記ヒータ要素が配置されている粒子状物質除去装置において、前記ヒータ要素による前記通気性フィルタの加熱領域を二つ以上の加熱領域に区分し、前記ヒータ要素を、前記各加熱領域にそれぞれ設けられていて前記各加熱領域をそれぞれ独立して加熱可能な二つ以上の電気ヒータによって構成し、更に、前記開閉弁の開閉動作および前記各電気ヒータへの通電を制御するものであって、前記開閉弁が開状態の時は全ての前記電気ヒータへの通電を切り、前記開閉弁が閉状態の時は前記各電気ヒータに順次切り換えて通電して前記各加熱領域を順次切り換えて加熱する制御を行う制御装置を備えている、ことを特徴としている。
【００１５】
この粒子状物質除去装置によれば、通気性フィルタの加熱再生を行う時は、二つ以上に区分された各加熱領域にそれぞれ設けられた二つ以上の電気ヒータに、一斉にではなく順次切り換えて通電して、各加熱領域を順次切り換えて加熱するので、通気性フィルタの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減することができる。
【００１６】
しかも、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けることによって瞬時最大電力を低減させる場合と違って、デッドスペースの増大、複数の開閉弁が必要などの問題が生じないので、装置の大型化およびコスト上昇を抑えることができる。
【００１７】
前記フィルタユニットは、前記各通気性フィルタと前記電気ヒータとの間にそれぞれ設けられていて、前記排ガス中の粒子状物質を捕集するものであって前記通気性フィルタよりも目が粗くかつ前記通気性フィルタよりも断熱性能の低い通気性のプレフィルタを更に備えていても良い。
【００１８】
前記フィルタユニットと前記開閉弁の組み合わせを二つ以上備えており、前記制御装置は、排ガスが供給されている間は、少なくとも一つの開閉弁が開状態となるように、前記各開閉弁の開閉動作を制御する機能を更に有している、という構成を採用しても良い。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１に記載の発明によれば、通気性フィルタの加熱再生を行う時は、二つ以上に区分された各加熱領域にそれぞれ設けられた二つ以上の電気ヒータに、一斉にではなく順次切り換えて通電して、各加熱領域を順次切り換えて加熱するので、通気性フィルタの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減することができる。
【００２０】
しかも、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けることによって瞬時最大電力を低減させる場合と違って、デッドスペースの増大、複数の開閉弁が必要などの問題が生じないので、装置の大型化およびコスト上昇を抑えることができる。
【００２１】
請求項２に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。
（ａ）プレフィルタは、通気性フィルタと電気ヒータとの間に設けられているので、電気ヒータによって加熱再生することができる。しかも、プレフィルタは相対的に断熱性能が低いので、電気ヒータからの熱を通気性フィルタに伝えて通気性フィルタも加熱再生することができる。従って、フィルタの加熱再生に支障はない。
【００２２】
（ｂ）プレフィルタは相対的に目が粗いので目詰まりしにくい。しかも、プレフィルタで排ガス中の粒子状物質が粗く除去されるから通気性フィルタも目詰まりしにくい。従って、フィルタ全体として目詰まりしにくくなるので、フィルタの加熱再生の頻度を低減することができる。
【００２３】
（ｃ）通気性フィルタは相対的に断熱性能が高いので、フィルタ全体としては断熱性能が高い。従って、電気ヒータによるフィルタの加熱効率が高いので、省電力化が可能である。
【００２４】
請求項３に記載の発明によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二つ以上あるフィルタユニットを順次切り換えて再生することができると共に、二つ以上あるフィルタユニットの内のどれか一つは排ガスを通して当該フィルタユニット内のフィルタによって粒子状物質を除去することができるので、連続的に排ガスの浄化を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係る粒子状物質除去装置の一実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１中のフィルタユニットの拡大斜視図であり、図１はこの図におけるＹＺ平面に平行な面における断面図である。
【図３】図２に示すフィルタユニットのＸＹ平面に平行な面における概略断面図である。
【図４】図２に示すフィルタユニットのＸＺ平面に平行な面における概略断面図である。
【図５】図１に示す実施形態中の制御装置による制御動作の一例を示す図である。
【図６】図４に示す電気ヒータと同様の電気ヒータの配置で、粒子状物質を捕集した通気性フィルタの加熱実験を行った結果の一例を模式的に示す図であり、（Ａ）は加熱前を示し、（Ｂ）は電気ヒータ２８ａのみを通電加熱した後を示す。
【図７】この発明に係る粒子状物質除去装置の他の実施形態を示す概略断面図である。
【図８】この発明に係る粒子状物質除去装置の更に他の実施形態を示す概略断面図である。
【図９】図８に示す実施形態中の制御装置による制御動作の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
この発明に係る粒子状物質除去装置の一実施形態を図１に示し、そのフィルタユニットを抜き出して図２〜図４に示す。
【００２７】
この粒子状物質除去装置は、粒子状物質を含む排ガス２の流路に配置されたフィルタユニット１０を一つ有している。フィルタユニット１０の上流側には、フィルタユニット１０内への（より具体的にはその通気性フィルタ２２ａ、２２ｂへの）排ガス２の流入を操作する（より具体的には排ガス２を流入させたり止めたりする）開閉弁３８が設けられている。
【００２８】
より具体的には、上記排ガス２が導入される断面四角形の筒状（箱状とも言える）の筐体６内に、上記フィルタユニット１０および開閉弁３８を収納している。
【００２９】
筐体６内は隔壁７によって前室８と後室９とに仕切られており、フィルタユニット１０は隔壁７の下流側に、即ち後室９内に設けられている。隔壁７には開口が設けられていて、それがフィルタユニット１０の入口１４になっている。上記開閉弁３８はこの入口１４を開閉する。
【００３０】
フィルタユニット１０は、上記排ガス２の流路に設けられて排ガス２中の粒子状物質を捕集するものであって断熱性を有するセラミック繊維から成る通気性フィルタ２２ａ、２２ｂと、当該通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの上流側の面（換言すれば粒子状物質捕集面。以下同様）２４ａ、２４ｂに沿って配置されていて当該通気性フィルタ２２ａ、２２ｂを加熱してそれに捕集されている粒子状物質を燃焼除去するヒータ要素とを有している。即ち、フィルタユニット１０の内部には、この実施形態では二つの通気性フィルタ２２ａ、２２ｂがその上流側の面２４ａ、２４ｂを対向させて配置されていて、当該対向配置された通気性フィルタの上流側の面２４ａ、２４ｂの間に上記ヒータ要素が配置されている。ヒータ要素は、具体的には電気ヒータ２８ａ、２８ｂである。
【００３１】
より具体的には、フィルタユニット１０の内部には二つの通気性フィルタ２２ａ、２２ｂが、その上流側の面２４ａ、２４ｂを互いに対向させかつ近接させて配置されている。両上流側の面２４ａ、２４ｂ間の間隔Ｄ（図３参照）は、近い方が好ましい。ヒータ要素からの輻射熱による通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの部分加熱効果を高めることができるからである。間隔Ｄは、例えば１ｃｍ〜５ｃｍ程度である。両通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの間の周縁部にはスペーサ２６が設けられている。そして上記のように対向配置された通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの上流側の面２４ａ、２４ｂの間に挟まれる形で、ヒータ要素としての電気ヒータ２８ａ、２８ｂが、両上流側の面２４ａ、２４ｂに沿いかつ近接して配置されている。
【００３２】
フィルタユニット１０において、上記通気性フィルタ２２ａ、２２ｂ、スペーサ２６および電気ヒータ２８ａ、２８ｂは、ユニットケース１２内に収納されている。ユニットケース１２は、その上流側の面に、排ガス２の入口１４を有しており、上下両面に、排ガス２を通気性フィルタ２２ａ、２２ｂによって浄化（即ち粒子状物質を捕集除去）した後の浄化ガス４の出口１６を有している。フィルタユニット１０は、この入口１４および出口１６を除いて気密構造になっている。
【００３３】
この実施形態では、ユニットケース１２の上下両面の殆どの領域が出口１６となっており、この出口１６には、浄化ガス４を通す開口を有しておりかつ通気性フィルタ２２ａ、２２ｂを支持する多孔体１８が設けられている。多孔体１８は、例えば、パンチングメタル、金網、格子などである。
【００３４】
各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂは、セラミック繊維から成る高温用耐火断熱繊維が有用である。例えば、アルミナ（Ａl2Ｏ3 ）およびシリカ（二酸化ケイ素：ＳiＯ2 ）を主成分とするアルミナシリカ繊維シートを用いることができる。より具体的には、各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂには、例えば、新日化サーマルセラミックス株式会社の商品名ＳＣブランケット１２６０（主成分はアルミナおよびシリカ、最高使用温度１２６０℃、平均繊維径３μｍ、比熱１．０５ｋＪ／ｋｇＫ、嵩密度１３０ｋｇ／ｍ3 、平均温度６００℃における熱伝導率０．１２Ｗ／ｍＫ）等を用いることができる。
【００３５】
各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂには、その他、同社の他のセラミック繊維ブランケットであるＳＣブランケットＳＣ１４００やＳＣ１６００Ｍ、イソライト工業株式会社のセラミック繊維ブランケットであるイソウール１２６０ブランケット、イソウール１５００エースブランケット、イソウールウエットフェルトなどを用いても良い。これらは１０００℃以上の耐熱性を持ち、平均繊維径は３μｍ〜５μｍ程度、熱伝導率は０．０５Ｗ／ｍＫ〜０．６Ｗ／ｍＫで、嵩密度は７０ｋｇ／ｍ3 〜１６０ｋｇ／ｍ3 程度である。
【００３６】
各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂには、その他、三菱樹脂株式会社の商品名ＭＡＦＴＥＣなどのアルミナ繊維を用いても良い。
【００３７】
アルミナ繊維などのように代表的な熱伝導率が０．３Ｗ／ｍＫ程度以下なら、繊維の厚さが６ｍｍ以上、好ましくは１２ｍｍ以上で、実用的な断熱効果が期待できる。
【００３８】
上記のような断熱性を有するセラミック繊維から成る通気性フィルタ２２ａ、２２ｂを用いれば、フィルタ濾過面積当たり、おおよそ１０ｋＷ／ｍ2 程度以上の電力密度を投入することで、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの表面温度を７００℃程度以上に加熱することができる。排ガス２中の粒子状物質は、通常、５５０℃程度以上で酸化燃焼しやすくなり、更に高温に加熱することで酸化速度が上昇する。特に７００℃以上では、数分間程度で燃焼除去が可能になる。
【００３９】
各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの形状は、この実施形態では平板状であるが、これに限られるものではない。例えば、両通気性フィルタ２２ａ、２２ｂを互いに直径の異なる円筒状のものにして、両者を同軸円筒構造にし、その両者間に電気ヒータ２８ａ、２８ｂを挟む形で配置しても良い。この場合は、ユニットケース１２も円筒状になり、フィルタユニット１０は円筒構造をしていると言うことができる。
【００４０】
更にこの実施形態では、ヒータ要素による通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの（具体的にはその各上流側の面２４ａ、２４ｂの）加熱領域を二つの加熱領域（図１、図４に示す例では入口１４に近い側の半分とその反対側の半分）に区分し、当該ヒータ要素を、各加熱領域にそれぞれ設けられていて各加熱領域をそれぞれ独立して加熱可能な二つの電気ヒータ２８ａ、２８ｂによって構成している。但し加熱領域の区分数および電気ヒータの数は、三つ以上にしても良い。
【００４１】
電気ヒータ２８ａ、２８ｂは、絶縁碍子３６、３７によって、ユニットケース１２や筐体６と電気絶縁を保ちながら、スイッチ３４ａ、３４ｂをそれぞれ介して、ヒータ電源３２に接続されている。なお、図１では、図を見やすくするために、通電の帰路を省略している（後述する図７、図８においても同様）。
【００４２】
各電気ヒータ２８ａ、２８ｂには、例えば、直径が１ｍｍ以上のコイル状の鉄クロムアルミニウム線を用いることができる。これによって良好な耐久性を得ることができる。その他、例えば、ニクロム、タンタル、鉄クロムなどの耐熱性に優れた材質を採用しても良い。
【００４３】
各電気ヒータ２８ａ、２８ｂの形状としては、線材をコイル状に加工したものだけでなく、シート状素材を整形加工したものなどでも良い。
【００４４】
各電気ヒータ２８ａ、２８ｂは、図４に示す例のように、複数の電気ヒータを直列接続したものでも良いし、複数の電気ヒータを並列接続したものでも良いし、複数の電気ヒータを直列および並列接続したものでも良い。必要とする加熱面積やヒータ電源３２の電圧、電流などとの関係で適宜定めれば良い。
【００４５】
スイッチ３４ａ、３４ｂとしては、例えば、リレー、半導体素子など、用途などに応じて適宜選択すれば良い。リレーと半導体素子の組み合わせを使用しても良い。スイッチ３４ａ、３４ｂの挿入位置は、高電圧側でも良いし、低電圧側（アース側）でも良く、用途などに応じて適宜選択すれば良い。図１などの例では、一つのヒータ電源３２によって各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに通電するようにしているが、それぞれの電気ヒータ２８ａ、２８ｂに一つずつヒータ電源を設けても良い。また、スイッチ３４ａ、３４ｂはヒータ電源３２の内部に組み込んでも良い。
【００４６】
開閉弁３８は、例えばメタルシールを有するフラップ弁であるが、他に、スライド弁、バタフライ弁などを用いても良く、形式は問わない。なお、フィルタユニット１０内に断熱空間を形成するためには、開閉弁３８の漏れ流量は小さい方が好ましい。例えば、フィルタ濾過面積当たり、漏れ流量がおおよそ１００（Ｌ／ｍｉｎ）／ｍ2 以下となるような弁を用いるのが好ましい。
【００４７】
この粒子状物質除去装置は、更に、開閉弁３８の開閉動作および各電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を制御するものであって、開閉弁３８が開状態の時は全ての電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を切り、開閉弁３８が閉状態の時は各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに順次切り換えて通電して（換言すれば、各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに択一的に切り換えて順次通電して）前記各加熱領域を順次切り換えて加熱する制御を行う制御装置４２を備えている。各電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電の制御は、具体的には、スイッチ３４ａ、３４ｂのオン／オフによって行う。
【００４８】
図５に、制御装置４２による制御動作の一例を示す。開閉弁３８が開状態の時は、両スイッチ３４ａ、３４ｂをオフにして両電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を切る。この場合は排ガス２は開閉弁３８および入口１４を通ってフィルタユニット１０内に入り、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂ内を横切るように通過する。この時、排ガス２中の粒子状物質は通気性フィルタ２２ａ、２２ｂに捕集される。粒子状物質は、主に、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの上流側部分（即ち上流側の面２４ａ、２４ｂおよびそれに近い部分）に偏在する形で捕集される。これによって、排ガス２は粒子状物質が除去された浄化ガス４となり、フィルタユニット１０の出口１６から出て行く。
【００４９】
フィルタユニット１０における圧力損失などに基づいて、フィルタ再生時期と判断されたら、制御装置４２は開閉弁３８を閉じる。開閉弁３８を閉じることによって、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂは、電気ヒータ２８ａ、２８ｂを挟み込んだ形で断熱空間を形成することができる。通気性フィルタ２２ａ、２２ｂは断熱性を有しており、かつガス流がないからである。この状態で、例えばスイッチ３４ａをオンにすると、ヒータ電源３２から電気ヒータ２８ａに通電されて電気ヒータ２８ａが発熱し、それによって通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの当該電気ヒータ２８ａに対応する加熱領域（入口１４に近い側半分の領域）を加熱して、当該領域に捕集されている粒子状物質を燃焼除去することができる。所要の加熱が終れば、次いで、スイッチ３４ａをオフにした後にスイッチ３４ｂをオンにする。即ち、スイッチ３４ａ、３４ｂを順次切り換えて択一的にオンにする。これによって、電気ヒータ２８ａへの通電が切られた後に電気ヒータ２８ｂにヒータ電源３２から通電されて電気ヒータ２８ｂが発熱し、それによって通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの当該電気ヒータ２８ｂに対応する加熱領域（入口１４とは反対側半分の領域）を加熱して、当該領域に捕集されている粒子状物質を燃焼除去することができる。所要の加熱が終ればスイッチ３４ｂをオフにする。
【００５０】
上記のようにして、二つの電気ヒータ２８ａ、２８ｂを順次切り換えてオン／オフすることによって、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂ全体の加熱再生が完了する。その後は、開閉弁３８を開状態にすることによって、粒子状物質の捕集除去を再開することができる。
【００５１】
通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの加熱再生のタイミングは用途に応じて、例えばタイマー制御で所定の時間で自動的に加熱再生を行うようにしても良いし、あるいはフィルタの圧力損失やフィルタの上流側の圧力を検出し、その値が設定値以上になれば再生するようにしても良い。更には、浄化ガス４中に残存する粒子状物質濃度が所定値以上になれば再生するようにしても良い。これらを組み合わせて再生のタイミングを制御するようにしても良い。
【００５２】
また加熱時間は、排ガス温度と粒子状物質の堆積量や燃焼温度に応じて適宜選定すれば良い。フィルタ温度やガス温度を検出して加熱時間を制御するようにしても良い。
【００５３】
この粒子状物質除去装置によれば、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの加熱再生を行う時は、二つに区分された各加熱領域にそれぞれ設けられた二つの電気ヒータ２８ａ、２８ｂに、一斉にではなく順次切り換えて通電して、各加熱領域を順次切り換えて加熱するので、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの所定の濾過面積を確保しつつ、それの加熱に必要な瞬時最大電力を低減することができる。例えば、上記のように二つの加熱領域に区分して加熱することにより、所定の濾過面積を確保しつつ、区分加熱しない場合に比べて加熱に必要な瞬時最大電力を半分に減らすことができる。
【００５４】
また、この粒子状物質除去装置を例えば車両などに搭載して、電気ヒータ２８ａ、２８ｂをバッテリで駆動（通電加熱）する場合、バッテリ電圧は通常１２Ｖまたは２４Ｖ程度であるので、上記のようにして瞬時最大電力を低減することができると、ヒータ電流を小さくすることができ、バッテリの負担軽減だけでなく、電気ヒータへの配線用の電線サイズを小さくすることができるという効果も得られる。
【００５５】
しかも、この粒子状物質除去装置によれば、前述したようなフィルタユニットと開閉弁の組み合わせを複数設けることによって瞬時最大電力を低減させる場合と違って、デッドスペースの増大、複数の開閉弁が必要などの問題が生じないので、装置の大型化およびコスト上昇を抑えることができる。
【００５６】
次に、図４に示す電気ヒータと同様の電気ヒータ２８ａ、２８ｂの配置で、粒子状物質を捕集した通気性フィルタ２２の加熱実験を行った結果の一例を図６を参照して説明する。
【００５７】
この実験では、電気ヒータ２８ａ、２８ｂは抵抗値がそれぞれ約０．４Ωのものとした。通気性フィルタ２２として、厚さが１２ｍｍのアルミナシリカ繊維ブランケットを使用した。フィルタ濾過面積は約０．０６ｍ2 とした。この通気性フィルタ２２の加熱領域を二つの加熱領域Ａ1 、Ａ2 に区分し、各加熱領域Ａ1 、Ａ2 に電気ヒータ２８ａ、２８ｂをそれぞれ配置した。これを図示しないユニットケース内に収納してフィルタユニットとした。図６中の符号１３は、フィルタユニットのフレームである。
【００５８】
そしてまず、フィルタユニット１０の上流側の面の全体に粒子状物質を捕集させた。これが加熱前の状態であり、それを模式的に図６（Ａ）に示す。粒子状物質が捕集され堆積しているので、通気性フィルタ２２の表面は全体が黒ずんでいる。
【００５９】
次いで、電気ヒータ２８ａのみに１１Ｖの電圧を印加して、電気ヒータ２８ａのみに６分間、約３００Ｗの加熱電力を投入した。その結果、電気ヒータ２８ａを配置した加熱領域Ａ1 の粒子状物質を燃焼除去することができた。それを模式的に図６（Ｂ）に示す。加熱領域Ａ1 は白くなって地の通気性フィルタ２２が見えている。この電気ヒータ２８ａを配置した加熱領域Ａ1 については、電気ヒータ２８ａと電気ヒータ２８ｂの両方とも加熱した時と同等の粒子状物質除去特性を示すことが確かめられた。加熱時間と粒子状物質の除去特性から、電気ヒータ２８ａを配置した加熱領域Ａ1 については、通気性フィルタ２２の表面が７００℃以上に達していると考えられる。
【００６０】
ここで、電気ヒータ２８ａのみに通電した場合を条件１、電気ヒータ２８ａと電気ヒータ２８ｂに同時に通電した場合（これは前記特許文献１に記載の従来技術に相当する）を条件２とする。前述したように開閉弁を閉じた時はフィルタユニットの内部は断熱空間であり、条件１の場合の断熱空間内の熱源は条件２の場合の半分になる。従って、単純に考えれば、条件１では条件２よりもフィルタユニット内部の加熱温度がかなり低下して、期待する粒子状物質燃焼除去性能が得られるとは考えにくい。しかし、実際には、電気ヒータ２８ａを配置した加熱領域Ａ1 を選択的に高温加熱することができたのである。この理由は電気ヒータ２８ａからの輻射熱にあると考えられる。即ち、一般的に電気ヒータからの輻射熱は電気ヒータ自体の温度の４乗に依存する形で上昇するので、電気ヒータ自体の温度が５００℃よりも十分高くなると、通気性フィルタの加熱効果に占める輻射伝熱の割合が顕著に上昇する。このため、図４、図６などのように電気ヒータ２８ａ、２８ｂによる加熱領域を区分して個別に加熱する方式でも、電気ヒータ２８ａ、２８ｂの輻射熱効果によって、通気性フィルタ２２を各加熱領域ごとに選択的に高温加熱することができるのである。
【００６１】
通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの加熱領域を三つ以上の加熱領域に区分し、当該各加熱領域に電気ヒータをそれぞれ配置して、当該電気ヒータに順次切り換えて通電して、三つ以上の加熱領域を順次切り換えて加熱するようにしても良い。加熱領域の区分数を多くすれば、各電気ヒータに流れる電流をより小さくすることができるので、各電気ヒータとヒータ電源３２とを接続する電線のサイズやコネクタ、スイッチなどの定格電流などをより小さくすることができる。従ってこれらのコストを下げることができる。上記区分数は、上記のような点や、粒子状物質除去装置内での配線の引き回しの複雑さ、作業の手間などを勘案して適宜選定すれば良い。
【００６２】
なお、前記特許文献１にも記載されているように、各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂは、その熱伝導率ｋ（単位Ｗ／ｍＫ）と厚さｄ（単位ｍ）の比ｋ／ｄ（熱伝導率を厚さで除したもの；単位Ｗ／ｍ2 Ｋ）が５０Ｗ／ｍ2 Ｋ以下であり、かつ通気性フィルタ材の嵩密度ρ（単位ｋｇ／ｍ3 ）と比熱ｃ（単位Ｊ／ｋｇＫ）と厚さｄ（単位ｍ）の積ρｃｄ（単位Ｊ／ｍ2 Ｋ）が次式を満たすものにするのが好ましい。ｌｎは自然対数である。
【００６３】
［数１］
ρｃｄ≦６００（ｋ／ｄ）／［−ｌｎ｛１−０．０１９（ｋ／ｄ）｝］
【００６４】
更には、ｋ／ｄが２０Ｗ／ｍ2 以下であり、かつ次式を満たすものにするのがより好ましい。
【００６５】
［数２］
ρｃｄ≦６００（ｋ／ｄ）／［−ｌｎ｛１−０．０４７５（ｋ／ｄ）｝］
【００６６】
上記ρｃｄはフィルタ単位面積当たりの熱容量である。ｋ／ｄはフィルタの表裏両面間での伝熱の容易さを示す。断熱性が重要なので伝熱困難な方が良い。具体的には（ｋ／ｄ）≦５０Ｗ／ｍ2 Ｋまたは（ｋ／ｄ）≦２０Ｗ／ｍ2 Ｋが好ましい。フィルタの単位面積当たりの熱容量ρｃｄについても上記のように小さくするのが好ましい。これによってフィルタは伝熱困難性と低熱容量とを兼ね備えることができる。
【００６７】
また、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂを構成するセラミック繊維として、二酸化珪素（シリカ：ＳiＯ2 ）、酸化マグネシウム（マグネシア：ＭgＯ）、酸化カルシウム（カルシア：ＣaＯ）を主成分とする生体溶解性繊維を用いても良い。そのようにすれば、自然環境、人体などへの安全性が高まる。
【００６８】
次に、粒子状物質除去装置の他の実施形態を説明する。前述した実施形態と同一または相当する部分には同一符号を付し、以下においては当該実施形態との相違点を主体に説明する。
【００６９】
図７に示す実施形態のように、フィルタユニット１０は、前述したような各通気性フィルタ２２ａ、２２ｂと電気ヒータ２８ａ、２８ｂとの間にそれぞれ設けられていて、排ガス２中の粒子状物質を捕集するものであって通気性フィルタ２２ａ、２２ｂよりも目が粗くかつ通気性フィルタ２２ａ、２２ｂよりも断熱性能の低い通気性のプレフィルタ４４ａ、４４ｂを更に備えていても良い。
【００７０】
プレフィルタ４４ａ、４４ｂは、例えば、炭化珪素（ＳiＣ）繊維や金属繊維などから成る。
【００７１】
各プレフィルタ４４ａ、４４ｂは、その長軸方向の長さを通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの長さと同程度にしても良いし、図７に示す例のように、長軸方向の長さを通気性フィルタ２２ａ、２２ｂよりも短くして、長軸方向の両端部がユニットケース１２に接しない（具体的には通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの一部分が介在している）ようにしても良い。後者のようにすると、プレフィルタ４４ａ、４４ｂからユニットケース１２への熱の逃げを小さくすることができるので、電気ヒータ２８ａ、２８ｂによるプレフィルタ４４ａ、４４ｂ、更には通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの加熱効率を高めることができる。
【００７２】
この実施形態によれば次の更なる効果を奏する。
（ａ）プレフィルタ４４ａ、４４ｂは、通気性フィルタ２２ａ、２２ｂと電気ヒータ２８ａ、２８ｂとの間に設けられているので、電気ヒータ２８ａ、２８ｂによって加熱再生することができる。しかも、プレフィルタ４４ａ、４４ｂは相対的に断熱性能が低いので、電気ヒータ２８ａ、２８ｂからの熱を通気性フィルタ２２ａ、２２ｂに伝えて通気性フィルタ２２ａ、２２ｂも加熱再生することができる。従って、フィルタの加熱再生に支障はない。
【００７３】
（ｂ）プレフィルタ４４ａ、４４ｂは相対的に目が粗いので目詰まりしにくい。しかも、プレフィルタ４４ａ、４４ｂで排ガス２中の粒子状物質が粗く除去されるから通気性フィルタ２２ａ、２２ｂも目詰まりしにくい。従って、フィルタ全体として目詰まりしにくくなるので、フィルタの加熱再生の頻度を低減することができる。
【００７４】
（ｃ）通気性フィルタ２２ａ、２２ｂは相対的に断熱性能が高く、このような通気性フィルタ２２ａ、２２ｂをプレフィルタ４４ａ、４４ｂの背後に配置していてこれで断熱することができるので、フィルタ全体としては断熱性能が高い。従って、電気ヒータ２８ａ、２８ｂによるフィルタの加熱効率が高いので、省電力化が可能である。
【００７５】
前述したようなフィルタユニット１０と開閉弁３８の組み合わせを二つ以上備えていても良い。当該組み合わせを二つ備えている実施形態を図８に示す。二つを区分するために、各フィルタユニットには符号１０ａ、１０ｂを付しており、各開閉弁には符号３８ａ、３８ｂを付している。
【００７６】
二つのフィルタユニット１０ａ、１０ｂは、筐体６内の排ガス２の流路内に並列に配置している。各フィルタユニット１０ａ、１０ｂを前述したように円筒構造にする場合は、二つのフィルタユニット１０ａ、１０ｂをまとめて同軸二重円筒構造にしても良い。
【００７７】
各フィルタユニット１０ａ、１０ｂ内の各電気ヒータ２８ａ、２８ｂは、スイッチ３４ａ〜３４ｄをそれぞれ介して、ヒータ電源３２に接続されている。
【００７８】
制御装置４２は、この実施形態では、二つの開閉弁３８ａ、３８ｂの開閉動作および二つのフィルタユニット１０ａ、１０ｂ内の合計四つの電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を制御する。各電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電制御は、具体的には各スイッチ３４ａ〜３４ｄのオン／オフによって行う。制御装置４２による制御動作は、一つのフィルタユニットとその入口の開閉弁の組み合わせに着目すれば、先に図５を参照して説明したものと同様である。それに加えてこの実施形態では、制御装置４２は、排ガス２が当該粒子状物質除去装置に供給されている間は、少なくとも一つの開閉弁が開状態となるように、開閉弁３８ａ、３８ｂの開閉動作を制御する機能を有している。
【００７９】
この制御装置４２による制御動作の一例を図９に示す。
【００８０】
二つの開閉弁３８ａ、３８ｂを順次切り換えて開閉する。しかも排ガス２が供給されている間は、少なくとも一方の開閉弁３８ａまたは３８ｂが開状態になるように制御する。
【００８１】
かつ、開閉弁３８ａが開状態の時は、それに対応するフィルタユニット１０ａ用の両スイッチ３４ａ、３４ｂをオフにして当該フィルタユニット１０ａ内の両電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を切り、開閉弁３８ａが閉状態の時は、それに対応するフィルタユニット１０ａ用の両スイッチ３４ａ、３４ｂを順次切り換えてオンにして当該フィルタユニット１０ａ内の各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに順次切り換えて通電して、フィルタユニット１０ａ内の通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの各加熱領域を順次切り換えて加熱する。
【００８２】
同様に、開閉弁３８ｂが開状態の時は、それに対応するフィルタユニット１０ｂ用の両スイッチ３４ｃ、３４ｄをオフにして当該フィルタユニット１０ｂ内の両電気ヒータ２８ａ、２８ｂへの通電を切り、開閉弁３８ｂが閉状態の時は、それに対応するフィルタユニット１０ｂ用の両スイッチ３４ｃ、３４ｄを順次切り換えてオンにして当該フィルタユニット１０ｂ内の各電気ヒータ２８ａ、２８ｂに順次切り換えて通電して、フィルタユニット１０ｂ内の通気性フィルタ２２ａ、２２ｂの各加熱領域を順次切り換えて加熱する。
【００８３】
この実施形態によれば次の更なる効果を奏する。即ち、二つのフィルタユニット１０ａ、１０ｂを順次切り換えて再生することができると共に、二つのフィルタユニット１０ａ、１０ｂの内のどれか一つは排ガス２を通して当該フィルタユニット内のフィルタによって粒子状物質を除去することができるので、連続的に排ガス２の浄化を行うことができる。
【００８４】
同様の考えで、フィルタユニットと開閉弁の組み合わせを三つ以上にし、制御装置４２によって、排ガス２が供給されている間は、少なくとも一つの開閉弁が開状態となるように各開閉弁の開閉動作を制御するようにしても良い。
【符号の説明】
【００８５】
２  排ガス
４  浄化ガス
１０、１０ａ、１０ｂ  フィルタユニット
２２、２２ａ、２２ｂ  通気性フィルタ
２４ａ、２４ｂ  上流側の面
２８ａ、２８ｂ  電気ヒータ
３８、３８ａ、３８ｂ  開閉弁
４２  制御装置
４４ａ、４４ｂ  プレフィルタ
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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