(57)【要約】【課題】捕集した排ガス中の粒子状物質を、新規な構成で処理する。【解決手段】本発明の排ガス浄化装置１０は、流れ発生装置１６と、処理装置１８とを備える。流れ発生装置１６は、粒子状物質を含む排ガスの流路を形成する筒状の外殻１２の内側に配置される放電用電極２０を備え、この放電用電極２０は、電圧印加により、該放電用電極側から前記外殻側への流れを生じさせるように構成されている。処理装置１８は、該流れ発生装置１６の放電用電極２０と外殻１２との間に放電部材３０を備える。放電部材３０は、誘電体３０ｅに少なくとも一部が覆われた第１電極３０ｄを備える。処理装置１８は、第１電極３０ｄに対する電圧印加により、外殻１２内の誘電体３０ｅの外側でオゾンなどの酸化促進成分を生じさせることができる。【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を形成する筒状の外殻の内側に配置される放電用電極を備え、該放電用電極は、電圧印加により、該放電用電極側から前記外殻側への流れを生じさせるように構成されている、流れ発生装置と、
該流れ発生装置の前記放電用電極と前記外殻との間に配置される放電部材を備えた処理装置であって、該放電部材は、誘電体に少なくとも一部が覆われた第１電極を備え、該処理装置は、前記第１電極に対する電圧印加により、前記外殻内の前記誘電体の外側で酸化促進成分を生じさせるように構成されている、処理装置と
を備えた排ガス浄化装置。
【請求項２】
前記外殻の少なくとも一部は導電性であり、
前記流れ発生装置は、電圧印加により、前記放電用電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されていて、
前記処理装置は、電圧印加により、前記第１電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されている、
請求項１に記載の排ガス浄化装置。
【請求項３】
前記処理装置は、複数の処理部を含み、各処理部は少なくとも１つの前記放電部材を含み、
該複数の処理部のうちの第１処理部における前記放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第２処理部における前記放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行される、
請求項１または２に記載の排ガス浄化装置。
【請求項４】
前記放電部材は、前記誘電体の外側に、水分保持機能およびＰＭ捕捉機能の少なくとも一方を有する部材を含む、請求項１から３のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項５】
前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含む、請求項１から４のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有している、請求項５に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記処理装置の前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含み、
前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有していて、
前記第１処理部の前記繊維状体は、該第１処理部での電圧印加により、該第１処理部の隣りの前記第２処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成され、
該第２処理部の前記繊維状体は、該第２処理部での電圧印加により、前記第１処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成されている、
請求項３に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記処理装置における電圧印加を制御する制御部は、
前記流れ発生装置の作用により前記外殻の内側に集まった粒子状物質の量を見積もる見積もり部と、
該見積もり部により見積もられた粒子状物質の量が閾値を超えたとき、前記電圧印加を行う実行部と
を含む、
請求項１から７のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置。
【請求項９】
前記排ガス浄化装置は内燃機関に適用されていて、
前記制御部は、排ガスの流速が所定速度より遅く、かつ、排ガス中の粒子状物質の濃度が所定濃度よりも低いとき、前記電圧印加を実行する、
請求項８に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粒子状物質を含むガスが流れる通路において、その粒子状物質を処理する排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場ガス、自動車、機械（内燃機関を含む）等の排ガスに含まれる粒子状物質（パティキュレート・マター（ＰＭ））を処理するための排ガス浄化装置の一例が特許文献１に開示されている。特許文献１の排ガス浄化装置は、筒形状をなす外殻と、外殻の内側に沿って配置される集塵極と集塵フィルタ層とから構成されている集塵フィルタ装置と、この集塵フィルタ装置の内側に設けられて粒子状物質を含む排ガスの流路の中央部に配置される放電極とを有する。放電極は、外殻の中心軸線に沿って延在する主部と、この主部から各々が外殻のその中心軸線に直交する方向に突き出る複数の突出部とを有している。また、集塵極は導電性であり、外殻を介してアースに接するように構成されている。特許文献１の記載によれば、放電極に高電圧を印加することで、放電極の突出部の周りにコロナ放電が生じ、このコロナ放電により排ガス中の粒子状物質は帯電される。帯電された粒子状物質はクーロン力により対向する電極である集塵極に向けて流れることができる。その結果、排ガスの流れ方向に直交する方向にイオン風が形成され、集塵フィルタ装置で粒子状物質が捕集される。なお、特許文献１の一実施形態では、集塵フィルタ装置を蛇腹形状とし、それにより、集塵極の表面積を増して粒子状物質の捕集率を高めている。
【０００３】
また、特許文献２も、排ガス中の粒子状物質を捕集して処理するための排ガス浄化装置を開示する。特許文献２の排ガス浄化装置は、集塵フィルタ装置が蛇腹形状ではないが特許文献１の排ガス浄化装置と同様の構成を備え、さらに酸化触媒が表面に塗布されたヒータを備える。特許文献２の排ガス浄化装置では、ヒータを加熱することにより、集塵フィルタ装置で捕集したＰＭを燃焼除去するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１１２９１６号公報
【特許文献２】特開２００９−１２７４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の排ガス浄化装置では、排ガス中の粒子状物質の捕集量がある程度以上にまで達すると、捕集した粒子状物質を外殻の外に取り除く必要がある。また、特許文献２の排ガス浄化装置では、粒子状物質の燃焼用にヒータを加熱する必要がある。
【０００６】
本発明は、新規な構成により、粒子状物質を処理することができる排ガス浄化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
粒子状物質を含む排ガスの流路を形成する筒状の外殻の内側に配置される放電用電極を備え、該放電用電極は、電圧印加により、該放電用電極側から前記外殻側への流れを生じさせるように構成されている、流れ発生装置と、
該流れ発生装置の前記放電用電極と前記外殻との間に配置される放電部材を備えた処理装置であって、該放電部材は、誘電体に少なくとも一部が覆われた第１電極を備え、該処理装置は、前記第１電極に対する電圧印加により、前記外殻内の前記誘電体の外側で酸化促進成分を生じさせるように構成されている、処理装置と
を備えた排ガス浄化装置、
が提供される。
【０００８】
好ましくは、前記外殻の少なくとも一部は導電性である。この場合、前記流れ発生装置は、電圧印加により、前記放電用電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されているとよい。また、外殻の少なくとも一部は導電性である場合、前記処理装置は、電圧印加により、前記第１電極と前記外殻との間に電位差を生じさせるように構成されているとよい。なお、このような場合、外殻はアースされているとよい。
【０００９】
前記処理装置は、複数の処理部を含み、各処理部は少なくとも１つの前記放電部材を含むとよい。この場合、該複数の処理部のうちの第１処理部における前記放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第２処理部における前記放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行されるとよい。
【００１０】
好ましくは、前記放電部材は、前記誘電体の外側に、水分保持機能を有する部材を含む。これに加えてあるいはこれに代えて、前記放電部材は、前記誘電体の外側に、ＰＭ捕捉機能を有する部材を有してもよい。前記放電部材は、前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含むとよい。この繊維状体は、水分保持機能およびＰＭ捕捉機能の少なくとも一方を有するとよい。好ましくは、前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有している。
【００１１】
好ましくは、前記処理装置の前記放電部材は前記誘電体の外面に設けられた繊維状体を含み、前記繊維状体は、前記処理装置における電圧印加により前記誘電体の外側で生じるイオン風を所定の方向に指向するように方向性を有しているとき、前記第１処理部の前記繊維状体は、該第１処理部での電圧印加により、該第１処理部の隣りの前記第２処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成され、該第２処理部の前記繊維状体は、該第２処理部での電圧印加により、前記第１処理部側にイオン風を少なくとも方向付けるように構成されているとよい。
【００１２】
前記処理装置における前記電圧印加を制御する制御部は、所望のときに、その電圧印加を実行するとよい。前記処理装置の前記制御部は、前記流れ発生装置の作用により前記外殻の内側に集まった粒子状物質の量を見積もる見積もり部と、該見積もり部により見積もられた粒子状物質の量が閾値を超えたとき、前記電圧印加を行う実行部とを含むことができる。前記排ガス浄化装置は内燃機関に適用されていて、前記制御部は、排ガスの流速が所定速より遅く、かつ、排ガス中の粒子状物質の濃度が所定濃度よりも低いとき、前記電圧印加を実行するとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の上記一態様によれば、流れ発生装置の作用により外殻側に粒子状物質を方向付けて集めることができ、処理装置において、放電部材の第１電極に対する電圧印加により、外殻内の誘電体の外側で酸化促進成分を生じさせることができる。したがって、本発明の上記一態様の排ガス浄化装置によれば、処理装置で、粒子状物質を、オゾン、活性酸素などの酸化促進成分の作用により、酸化処理することができる、という優れた効果が発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置の概略構成図である。
【図２】図１の排ガス浄化装置のうちの処理装置の模式図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った処理装置の一部の断面模式図である。
【図４】（ａ）は図３の１つの放電部材およびその周囲の断面模式図であり、（ｂ）はその放電部材の周囲に水分が保持されているところを模式的に表した図である。
【図５】第１実施形態の処理装置の処理部の変形例を示す概念図であり、（ａ）は第１変形例を示し、（ｂ）は第２変形例を示す。
【図６】本発明の第２実施形態に係る排ガス浄化装置の概略構成図であり、内燃機関に適用された図である。
【図７】ＰＭ堆積量の変化を概念的に表したグラフである。
【図８】第２実施形態における、処理装置の電圧印加制御用フローチャートである。
【図９】第２実施形態における、切替装置の切替制御用フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
【００１６】
まず、本発明の第１実施形態における排ガス浄化装置１０に関して説明する。図１は本発明の第１実施形態に係る排ガス浄化装置１０の模式的な断面図である。排ガス浄化装置１０は、工場設備の排ガス処理に適用されている。図１中左側が排ガスの流れ方向において上流側であり、図１中右側が排ガス流れ方向において下流側である。排ガスの流れが図１において矢印Ｆ１、Ｆ２により表されている。
【００１７】
図１において、排ガス浄化装置１０は、排ガスが流れる流路となる、筒状の外殻１２によって区画形成されている排気通路１４に対して適用されている。排気通路１４には、排ガスが流れることができる。排ガスは、粒子状物質（以下、ＰＭ、という。）を含み得る。排気通路１４には、流れ発生装置１６と、処理装置１８とが備えられている。
【００１８】
流れ発生装置１６は、排ガスからＰＭを捕集するように設けられているので、捕集装置と称されてもよい。流れ発生装置１６は、放電用電極２０を備える。放電用電極２０は、ここでは、排気通路１４の長手方向に沿って延びるように配置された主部２０ａと、該主部２０ａから径方向（排気通路の長手方向に直交する方向）に延びるように各々が突き出る複数の放電突出部２０ｂとを有する。複数の放電突出部２０ｂは、図１に示すように、排ガスの流れ方向において上流側から下流側にかけて、主部２０ａの軸線方向に沿って略一定の間隔をおいて設けられている。また、主部２０ａの軸線方向に沿って同一位置では、突出部２０ｂは複数（ここでは３つ）設けられ、略等間隔（ここでは略１２０°間隔）で設けられている。なお、主部２０ａの軸線方向に沿った同一位置での突出部２０ｂの数は１つでも、２つでも、３つより多くても（例えば４つ）よい。例えば、主部２０ａの軸線方向に沿った同一位置での突出部２０ｂの数が４つの場合、主部２０ａの周りに、略９０°間隔で、突出部２０ｂは略径方向に延在する。
【００１９】
流れ発生装置１６は、放電用電極２０と対になる電極２２として、ここでは、排気管としての外殻１２を含む。外殻１２は導電性であり、電極２２の機能を担う。ここでは、外殻１２の全体が導電性であり、電極２２として機能し得る。しかし、外殻１２のうちの一部のみが導電性であってもよい。外殻１２はその少なくとも一部が導電性であるとよく、導電性部分は放電用電極２０の突出部２０ｂの先端が方向付けられた位置に位置するとよい。なお、外殻１２のうちの一部のみを導電性として電極２２とする場合、電極２２に相当する部分は外殻１２の鉛直方向下方の部分に少なくとも位置するとよい。
【００２０】
流れ発生装置１６は、放電用電極２０と外殻１２との間に電圧を印加するために、第１電圧発生装置２４をさらに有する。第１電圧発生装置２４は、ここでは、直流電圧を発生するように構成されている。なお、電圧の大きさは、実験により定められる。例えば、第１電圧発生装置２４による電圧は、排ガス中のＰＭを負に帯電させるように設定され、その大きさは７．５ｋＶ以上であるとよい（つまり、好ましくは−７．５Ｖ以下）。しかし、本発明は、この範囲に限定されない。
【００２１】
第１電圧発生装置２４は、導線２４ａおよび碍子２４ｂを介して放電用電極２０に接続され、一方で（図示しないが）アースされている。なお、図１では、シリコーン栓２４ｃで碍子２４ｂは外殻１２に固定されている。しかし、シリコーン栓以外の種々の絶縁性部材によって碍子２４ｂは固定されることができる。また、碍子２４ｂはセラミックまたはガラス製であり、種々の絶縁材で構成されることができる。
【００２２】
第１電圧発生装置２４がアースされている一方で、外殻１２もアースされている。したがって、第１電圧発生装置２４による高電圧印加で、放電用電極２０と外殻１２との間に電位差を確実に生じさせることができる。なお、放電用電極２０と外殻１２との間に、（外殻１２の内面に接してあるいは外殻１２から離れて）電極２２が設けられてもよい。この場合、電極２２に第１電圧発生装置２４の一方の接続部が接続されてもよく、あるいは、第１電圧発生装置２４の一方の接続部は上記のごとくアースされてもよい。
【００２３】
処理装置１８は、処理装置１８に至ったＰＭを処理するように構成されている。ここでは、処理装置１８は、外殻１２のうちの鉛直方向下方の部分に対して設けられている。処理装置１８は、排気通路１４の長手方向に沿った方向において、前述の複数の突出部２０ｂが配置された領域を少なくともカバーするように設けられている。なお、処理装置１８に至るＰＭは排ガスの流れの影響を受けて下流側に流される傾向を有し得るので、処理装置１８は最下流側の突出部２０ｂ´よりもさらに下流側にまで延長されるとよい。
【００２４】
処理装置１８は、放電部材３０を有する。また、処理装置１８は、２つの処理部３２Ａ、３２Ｂを有する。２つの処理部のうちの第１処理部３２Ａは、もう１つの処理部である第２処理部３２Ｂと隣り合うように配置されている。処理装置１８の概略図を図２に示す。図２は、図１における処理装置１８の処理部３２を鉛直方向上側からみたところを模式的に表した図である。第１処理部３２Ａは、折れ曲がった１本の帯状部として図２において表されていて、第２処理部３２Ｂも同様である。第１処理部３２Ａと第２処理部３２Ｂとは互いに組み合うようにまたは入り込むように形付けられているが、互いに重ならない。
【００２５】
第１処理部３２Ａおよび第２処理部３２Ｂの各々には、放電部材３０が設けられている。ここでは、各処理部３２Ａ、３２Ｂは、実質的に、排気通路１４に配置された放電部材３０と外殻１２の部分からなる。第１処理部３２Ａの放電部材３０は、本実施形態では、第２処理部３２Ｂの放電部材３０と同じ構成を有する。しかし、これらが異なってもよい。
【００２６】
放電部材３０は、細長く、略円形断面を有し、本実施形態では折れ曲がったように配置または構成されている。放電部材３０は、第１電極としての中心電極３０ｄと、中心電極３０ｄを覆う誘電体３０ｅとを備える。中心電極３０ｄは、放電部材３０の中心軸線に沿って延び、導線部材であり、上記第１電圧発生装置２４とは別に備えられた第２電圧発生装置３４につながれている。誘電体３０ｅはここではセラミックであり、後述する電圧が印加されていないとき絶縁体としてふるまう。ここでは、前述のごとく放電部材３０は略円形断面を有し、誘電体３０ｅの略中心に中心電極３０ｄが延在する。なお、本第１実施形態では、放電部材３０は、図２における折れ曲がり部を除いて、その中心電極３０ｄの軸線方向が排気通路１４の長手方向に概ね平行になるように配置されている。
【００２７】
ここで、処理装置１８の断面模式図を図３に示す。図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った第１処理部３２Ａおよび第２処理部３２Ｂの断面模式図であり、図２における上側の第２処理部３２Ｂの放電部材３０Ｂの１つの断面と、第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａの２つの断面とを含む。
【００２８】
放電部材３０（３０Ａ、３０Ｂ）は、上記中心電極３０ｄおよび上記誘電体３０ｅに加えて、さらに誘電体３０ｅの外側の繊維状体３０ｆを備える。繊維状体３０ｆは、複数の繊維を有して構成され、各繊維はセラミック・ウィスカーからなり、ここでは、ＳｉＣウィスカーであるが、他の材料から構成されてもよい。繊維状体３０ｆは、水分保持機能を有し、水分保持機能部として機能し得る。また、繊維状体３０ｆは、そこに至ったＰＭを捕捉するＰＭ捕捉機能を有し、ＰＭ捕捉機能部としても機能し得る。なお、繊維状体３０ｆは、種々の繊維を材料に用いて形成されることができるが、外殻１２内を流れ得る排ガスの温度、ガス成分に耐え得る材料から作られる。これは、放電部材３０の他の構成要素および上記放電用電極２０に関しても同様である。
【００２９】
繊維状体３０ｆは、中心電極３０ｄを有する誘電体３０ｅの表面（外面）に、所謂静電植毛装置を用いて、方向付けられて取り付けられることができる。図示しないが、電極板上に付着させたい繊維をおき、対象物（つまり誘電体３０ｅ）と電極板との間に高電圧をかける。これにより繊維を静電吸引力により飛昇させ、接着剤を塗布した対象物上に付着させる。これにより、ある程度の方向性を有しつつ、繊維を、誘電体３０ｅの表面に付着させることができ、繊維状体３０ｆが形成される。なお、図３では、ある程度の方向性を有して繊維状体３０ｆが設けられているところを模式的に示している。なお、繊維状体は他の方法で設けられてよく、例えば１本または複数本の繊維を一度に手であるいは機械で所定位置に埋設する方法が採用されてもよい。
【００３０】
上記構成を有する放電部材３０は、その誘電体３０ｅが、外殻１２の内面に接して配置される。外殻１２は上述のごとく導電性であり、処理装置１８の（第１電極と対になる）第２電極として機能する。このように、処理装置１８の第２電極としての外殻１２は、誘電体３０ｅを介して第１電極である中心電極３０ｄに対して配置されている。本実施形態では、流れ発生装置１６の電極２２は、処理装置１８の第２電極でもあるが、これら電極は互いに対して独立してもよい。
【００３１】
処理装置１８は、第２電圧発生装置３４を有する。図１および図２に示すように、第２電圧発生装置３４は、導線３４ａおよび碍子３４ｂを介して中心電極３０ｄに接続されている。なお、図１では、シリコーン栓３４ｃで碍子３４ｂは外殻１２に固定されている。しかし、シリコーン栓以外の種々の絶縁性部材によって碍子３４ｂは固定されることができる。また、碍子３４ｂはセラミックまたはガラス製であり、種々の絶縁材で構成されることができる。
【００３２】
第２電圧発生装置３４は、ここでは、交流電圧を発生するように構成されている。なお、電圧の大きさは、実験により定められる。例えば、第２電圧発生装置３４による電圧は、交流電圧の場合、約１２ｋＶ、周波数１ｋＨｚであり得るが、本発明はこの範囲に限定されない。また、電圧発生装置３４は、第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａと、第２処理部３２Ｂの放電部材３０Ｂとに選択的に接続可能に構成されている。特に図２に模式的に示すように、切替装置３６でその接続を切り替えることで、第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａと、第２処理部３２Ｂの放電部材３０Ｂとは、選択的に、第２電圧発生装置３４に接続される。第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａと第２電圧発生装置３４とが接続されているとき、放電部材３０Ａに電圧を印加することができる。同様に、第２処理部３２Ｂの放電部材３０Ｂと第２電圧発生装置３４とが接続されているとき、放電部材３０Ｂに電圧を印加することができる。なお、第２電圧発生装置３４は、パルス直流電圧を発生するように構成されてもよい。
【００３３】
第２電圧発生装置３４は、このように放電部材３０の中心電極３０ｄに接続される一方で、アースされている（図示しない）。また、上記のごとく、外殻１２もアースされている。したがって、第２電圧発生装置３４による電圧印加で、放電部材３０の中心電極３０ｄと外殻１２との間に電位差を生じさせることができる。なお、放電部材３０の誘電体３０ｅと外殻１２との間に、（外殻１２の内面に接してあるいは外殻１２から離れて）第２電極が設けられてもよい。この場合、第２電極に第２電圧発生装置３４の一方の接続部が接続されてもよく、あるいは、第２電圧発生装置３４の一方の接続部は上記のごとくアースされてもよい。
【００３４】
上記構成を有する排ガス浄化装置１０の作用に関して以下説明する。
【００３５】
外殻１２内の排気通路１４にＰＭを含む排ガスが流れているとき、流れ発生装置１６において、第１電圧発生装置２４からの高電圧を、放電用電極２０に印加する。これにより、放電用電極２０、好ましくは突出部２０ｂから外殻１２に向けてイオンが飛び出し、ＰＭが負に帯電する。そして、該イオンに誘起されたイオン風（不図示）が生じ、放電用電極２０側から外殻１２側への流れが生じる。これによって、排ガス中に含まれるＰＭの大部分は排気通路１４において径方向外周側つまり外殻側に向けられて導かれ、好ましくはＰＭの大部分が排ガスから外殻１２の内面に集められる。なお、この原理は、特許文献１および特許文献２に示される通りである。
【００３６】
このようにして集められたＰＭは、好ましくは処理装置１８の処理部３２Ａ、３２Ｂに至る。ＰＭの一部は、重力の影響を受け、鉛直方向下側の処理部に導かれ得る。また、ＰＭの一部は、上記繊維状体３０ｆによって捕捉または保持される。
【００３７】
一方、排ガス中には、（燃料の燃焼などによる）水分が含まれ得る。この水分は、繊維状体３０ｆに毛細管現象により保持され、誘電体３０ｅの表面に広がり得る。ここで、図３の２つの放電部材３０Ａ、３０Ｂの３つの断面のうちの１つ（特に第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａに関する１つの断面）を表す図４を参照する。図４（ａ）は第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａに関する１つの断面を表し、図４（ｂ）は放電部材３０Ａの周囲に水分があるところを模式的に示す。図４（ｂ）では、水分存在領域Ｗが概念的に示されている。
【００３８】
上で述べたように第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａと第２処理部３２Ｂの放電部材３０Ｂとを第２電圧発生装置３４に選択的に接続可能である。ここで、第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａが第２電圧発生装置３４に接続されているときを考える。この場合、第１処理部３２Ａの放電部材３０Ａに交流高電圧が印加され、放電部材３０Ａと外殻１２との間で、特に誘電体３０ｅと外殻１２との接触部近傍において放電現象が生じる。ここで、上で述べたように誘電体３０ｅの周囲には水分があるので、誘電体３０ｅと外殻１２との接触部近傍だけでなく、水分存在領域Ｗに沿ってより広い範囲で放電現象が生じ得るであろう。つまり、水分により、放電領域の拡大がもたらされるであろう。この放電作用により、外殻１２内において誘電体３０ｅ周囲のより広い範囲でオゾンや活性酸素などを生じさせることができる。これらオゾンや活性酸素は酸化を促す酸化促進成分であり、それによりＰＭの酸化（燃焼を含む）が促される。したがって、ＰＭを酸化処理（燃焼処理）することができる。
【００３９】
さらに、このような放電では、イオン流が生じ、図４（ｂ）に矢印で模式的に示すように、放電部材３０Ａから離れる方向にイオン流が生じ得る。本実施形態では、放電部材に繊維状体３０ｆが設けられているので、その繊維状体に沿った方向にイオン流の流れが生じやすい。つまり、図４（ｂ）に示すように、外殻１２の内面に沿ってイオン流が生じやすく、一部のＰＭは充分に酸化せずに、そのようなイオン流に乗って再び浮遊し得る。図２に示すように、処理装置１８では、第１処理部３２Ａに隣りあわせで第２処理部３２Ｂが配置されている。そして、一方の処理部における放電部材の繊維状体３０ｆの少なくとも一部の繊維は、隣りの処理部側に方向付けられている。よって、第１処理部３２Ａでの電圧印加で生じたイオン流に乗って飛散するＰＭは第２処理部３２Ｂに至る可能性が高い。
【００４０】
そこで、第１処理部での電圧印加を所定時間行った後、切替装置３６で、第１処理部の接続を切断し、第２処理部の放電部材を第２電圧発生装置３４に接続するように接続切替を行う。これにより、第２処理部で上記のごとくＰＭの酸化処理を促すことができる。このときの第２処理部での処理は、直接的に排ガスから第２処理部に至ったＰＭと、一旦は第１処理部に至ったが第１処理部での処理で飛散して第２処理部に至ったＰＭとを処理対象に含むことができる。
【００４１】
本実施形態では、第２電圧発生装置３４への第１処理部３２Ａの接続と、第２電圧発生装置３４への第２処理部３２Ｂの接続とを交互に切り替えて電圧印加を行うように切替装置の制御部の制御機構は設計されているので、捕集したＰＭを第１および第２処理部で段階的に処理していくことができる。加えて、処理装置１８の処理部３２Ａ、３２Ｂは鉛直方向下方側に位置付けられているので、上記流れ発生装置１６（換言するとＰＭ捕集装置）による捕集作用だけで処理装置１８に至らなかったＰＭは、例えば排ガスの流れていない環境下で、重力の作用により処理部３２Ａ、３２Ｂに至り得る。よって、その後の処理装置１８の上記作動によりＰＭを酸化処理することができる。
【００４２】
また、このように複数の処理部を設けて作動する処理部を切り替えることで、作動状態にない処理部における外殻の一部を捕集側電極として、流れ発生装置１６でＰＭの捕集を続けることができる。したがって、流れ発生装置１６でのＰＭの捕集と、処理装置１８でのＰＭの処理とを並行して行うことができる。
【００４３】
なお、本第１実施形態における切替装置３６は、自動的に、所定時間おきに第１処理部への接続と第２処理部への接続とを切り替えるように構成されている。しかし、切替装置３６の制御部は、所望のときにそれらの切り替えを可能に構成されてもよい。
【００４４】
さらに、本第１実施形態では、上記第１電圧発生装置２４の作動は、排ガスが流れているときには絶えず行われる。しかし、所望のときのみに、第１電圧発生装置２４の作動が生じるようにその制御部を備えることも可能である。これは、上記第２電圧発生装置３４に関しても同様である。
【００４５】
以上、本発明の第１実施形態を説明したが、種々の変更が可能である。例えば、第１実施形態では、図３に示すように、繊維状体３０ｆは、誘電体３０ｅの周囲の一部において外殻１２の内面に略平行な方向にのみその繊維が延びるように設けられたが、中心電極３０ｄを概ね覆うように取り囲む誘電体３０ｅのほぼ全周に亘って設けられてもよい。ただし、好ましくは、誘電体３０ｅの一部は電極としての外殻１２に直接的に接する。繊維状体３０ｆは、好ましくは、図３に示すように、誘電体から略直立するように設けられる。しかし、例えば繊維状体３０ｆは不織布のように所定の方向性を有さず、水分保持機能を発揮してもよい。また、繊維状体はメッシュ状部材で代替されてもよい。メッシュ状部材は、水分保持機能を発揮するように構成されてもよく、それに加えてあるいはそれに代えて、イオン流の流れを所定方向に指向するように構成されてもよい。
【００４６】
さらに、本発明の第１実施形態では、処理装置１８は２つの処理部を有したが、１つのみあるいは３つ以上の処理部を有してもよい。複数の処理部を処理装置が有する場合、処理部間の電圧印加期間にはずれがあるとよい。換言すると、上記したように、複数の処理部のうちの第１処理部における放電部材への電圧印加は、該複数の処理部のうちの第２処理部における放電部材に電圧印加が行われていないときに、実行されることができる。これにより、いずれかの処理部で生じたイオン流によって飛ばされたＰＭをも好適に他の処理部で捕捉して処理することが可能になる。
【００４７】
さらに、上記処理装置では、第１処理部３０Ａと第２処理部３０Ｂとは互いに組み合わさるように形作られたが、他の形態で配列されてもよい。例えば、図５（ａ）に示すように第１処理部３２Ａは複数の放電部材を備えて複数の部分から構成され、第２処理部３２Ｂは複数の放電部材を備えて複数の部分から構成され、それらが外殻１２の内面において周方向で交互に配置されてもよい。また、図５（ｂ）に示すように、第１処理部３２Ａの複数の放電部材は一まとまりにして、第２処理部３２Ｂの複数の放電部材に隣り合わせに配置されてもよい。なお、図５では、電圧印加実行中であることをハッチングで示している。
【００４８】
本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置１０は、工場の排ガス浄化に適用されていたが、種々の自動車、機械、トンネルなどの排ガス浄化に用いられることもできる。特に、排ガス浄化装置１０は、内燃機関の排ガス処理に用いられることができる。排ガス浄化装置１０を内燃機関に適用した例を、以下、第２実施形態として説明する。なお、上で述べたような第１実施形態の排ガス浄化装置１０に対する変更は、同様に、第２実施形態の排ガス浄化装置にも適用可能である。
【００４９】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本第２実施形態の排ガス浄化装置１１０は、上記第１実施形態の排ガス浄化装置１０と概ね同じ構成を有するが、第１および第２電圧発生装置２４、３４の各々による電圧印加を制御する制御部をさらに備える。そこで、以下では、第２実施形態における第１実施形態に対する相違点を主に説明し、既に説明した構成要素と同じ（または同等の）構成要素に関しては上で既に用いた符号を用い、それらのさらなる詳細な説明を省略する。
【００５０】
図６に示すように、排ガス浄化装置１１０は、内燃機関（以下、エンジン）１５０の本体１５０Ａに接続された排気通路１４に適用されている。排気通路１４は、外殻１２としての排気管によって区画形成されていて、排気管１２は導電性材料で形成されている。エンジン１５０は火花点火式内燃機関であってもよいが、ここでは圧縮着火式内燃機関（つまりディーゼルエンジン）である。なお、第２実施形態の排ガス浄化装置１１０では、流れ発生装置１６の放電用電極２０の突起部は、流れ方向の同一箇所において、９０°間隔で４つ配置されているが、上記第１実施形態で説明したように変更可能である。  
【００５１】
エンジン１５０は、制御装置１５２を有する。制御装置１５２は、所謂電子制御ユニット（ＥＣＵ）であり、種々のセンサが接続されている。制御装置１５２は、演算処理装置（例えばＣＰＵ）、記憶装置（例えばＲＯＭ、ＲＡＭ）、Ａ／Ｄ変換器、入力インタフェース、出力インタフェース等を含むコンピュータで実質的に構成されている。入力インタフェースには、種々のセンサが電気的に接続されている。これら各種センサからの信号に基づき、予め設定されたプログラム等にしたがって円滑なエンジン１５０の運転ないし作動がなされるように、制御装置１５２は出力インタフェースから電気的に作動信号または駆動信号を出力する。こうして、図示しない燃料噴射弁の作動、第１電圧発生装置２４の作動、第２電圧発生装置３４の作動、切替装置３６の作動などが制御される。
【００５２】
ここで、センサの内のいくつかを具体的に説明する。エンジン回転速度を検出するためのエンジン回転速度センサ１５４が備えられている。また、エンジン負荷を検出するためのエンジン負荷センサ１５６が備えられている。なお、エンジン負荷センサ１５６として、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、エアフローメーター、吸気圧センサ等が使用可能である。さらに、排気通路１４における排ガスの流量、つまり流速を検出するための流量センサ１５８が設けられている。流量センサ１５８として、吸気通路に設けられたエアフローメーターが使用可能である。
【００５３】
エンジン１５０では、エンジン１５０が始動されてから停止されるまで、原則、絶えず、流れ発生装置１６において、放電用電極２０に電圧が印加され続ける。この電圧印加は、制御装置１５２の制御部１５２ａが第１電圧発生装置２４を制御することで実行される。これにより、排ガス中のＰＭは排気管１２の内面側に方向付けられ、例えば直接的にまたは排気管１２の内面に沿って処理装置１８に至ることができる。
【００５４】
一方、排気通路１４には、排ガス浄化装置１１０の下流側に酸化装置（酸化触媒を含む）１６０が配置されている。酸化装置１６０は、排ガスが所定温度以上のとき、ＰＭを酸化燃焼させることができる。そこで、エンジン回転速度センサ１５４およびエンジン負荷センサ１５６の各出力に基づいて検出される運転状態が高温の排ガスを生じ得る状態であるとき、流れ発生装置１６の制御部１５２ａは、放電用電極２０への電圧印加を停止する。なお、所定の運転状態のとき、制御部１５２ａは、放電用電極２０への電圧印加を停止してもよい。例えば、燃料カット状態が所定時間を越えたとき、放電用電極への電圧印加は停止され得る。
【００５５】
処理装置１８は、ＰＭ堆積量が所定量ａを超えたとき、ＰＭを酸化処理するように作動する。なお、ここでいうＰＭ堆積量は、流れ発生装置１６の作用により排気管１２の内側に集まった粒子状物質の量に相当する。図７に概念的に示すように、時間の経過とともに、ＰＭの堆積量は通常増す。そして、見積もられるＰＭ堆積量が所定量ａを超えたとき、制御装置１５２の制御部１５２ｂは第２電圧発生装置３４を作動させ、放電部材３０の中心電極３０ｄに電圧を印加する。これにより、ＰＭを酸化処理することができる。図７では、このＰＭ酸化処理によるＰＭ堆積量の増減が表されている。
【００５６】
このＰＭ酸化処理を図８に基づいてさらに説明する。図８のフローチャートは所定時間周期で繰り返される。
【００５７】
ステップＳ８０１では、ＰＭ堆積量が所定量ａを超えているか否かが判定される。ＰＭ堆積量は、エンジン回転速度センサ１５４およびエンジン負荷センサ１５６の各出力に基づいて検出される運転状態の履歴に基づいて見積もられる（検出される）。この見積もりは、制御装置１５２の制御部１５２ｂの見積もり部に相当する部分により実行される。制御部１５２ｂは、図７に示したような傾向に基づいてＰＭ堆積量を見積もる。より具体的には、制御部１５２ｂは、図７に示したような傾向を示すデータまたは演算式を有していて、それらの少なくとも一方と、エンジン回転速度センサ１５４およびエンジン負荷センサ１５６の各出力に基づきＰＭ堆積量を見積もることができる。そして、後述するステップＳ８０９での電圧印加によるＰＭ量の減量をも考慮してＰＭ堆積量は見積もられる。なお、他の方法により、ＰＭ堆積量は見積もられてもよい。ステップＳ８０１でＰＭ堆積量が所定量ａを超えているので肯定判定されると、ステップＳ８０３に進む。一方、ステップＳ８０１で否定判定されると、ステップＳ８０５に進み、処理装置１８でのＰＭ酸化用の電圧印加は行われない。
【００５８】
ステップＳ８０３では、排ガスの流速が所定速度ｂ未満か否かが判定される。排ガスの流速は、流量センサ１５８の出力に基づいて検出される。この流速検出は、制御装置１５２の制御部１５２ｂの流速検出部に相当する部分により実行される。排ガスの流速が所定速度ｂ未満であるのでステップＳ８０３で肯定判定されるとステップＳ８０７へ進み、そうでなければステップＳ８０５へ進む。
【００５９】
ステップＳ８０７では、排ガス中のＰＭの濃度（ＰＭ排出濃度）が所定濃度ｃ未満か否かが判定される。ＰＭ排出濃度は、エンジン回転速度センサ１５４およびエンジン負荷センサ１５６の各出力に基づいて検出される運転状態に基づいて検出される。このＰＭ濃度検出は、制御装置１５２の制御部１５２ｂのＰＭ濃度検出部に相当する部分により実行される。ＰＭ排出濃度が所定濃度ｃ未満であるのでステップＳ８０７で肯定判定されるとステップＳ８０９へ進み、そうでなければステップＳ８０５へ進む。
【００６０】
ステップＳ８０９では、処理装置１８でのＰＭ酸化用の電圧印加が実行される。これにより、堆積したＰＭを処理することができる。なお、電圧印加実行は、制御装置１５２の制御部１５２ｂの実行部に相当する部分により実行される。このように、本実施形態では、ステップＳ８０３およびステップＳ８０７の両方で肯定判定される所望の運転状態のとき（例えばアイドル運転時）、ＰＭの処理が実行される。なお、ステップＳ８０３およびステップＳ８０７の両方で肯定判定されるとき、処理装置１８の放電部材３０の中心電極３０ｄに電圧を印加してイオン流が生じても、排ガスの流速が低いので、処理部から飛散したＰＭがより下流側に流れるのを概ね回避することができる。さらに、そのようにイオン流が生じても、ＰＭ排出濃度が低いので、電圧印加が実行されていない残りの処理部における集塵によって、より下流側へのＰＭ排出量を十分に少なくすることができる。なお、ステップＳ８０９に至ったときの処理装置１８での電圧印加は、所定時間続けて実行される。図７のＰＭ酸化処理の期間は、この所定時間に対応する。例えばこの所定時間は印加される電圧およびＰＭ堆積量（あるいは所定量ａ）に基づいて設定されることができる。処理装置１８での電圧印加時間は一定であっても、可変であってもよい。
【００６１】
ここで、処理装置１８のうちの２つの処理部の切替制御について図９に基づいて説明する。図９のフローチャートは、図８のフローでステップＳ８０９に至って電圧印加が実行されている間、繰り返される。
【００６２】
ステップＳ９０１では、処理フラグがＯＦＦであるか否かが判定される。処理フラグは、初期状態ではＯＦＦに設定されていて、そのＯＮまたはＯＦＦ状態はエンジン停止後、エンジン始動時まで変わらず保持される。処理フラグがＯＦＦであるので肯定判定されるときステップＳ９０３へ進み、そうでなければステップＳ９０５へ進む。
【００６３】
ステップＳ９０３では、第１処理部３２Ａが選択される。これにより、制御装置１５２の選択部としての制御部１５２ｃは、第１処理部３２Ａを第２電圧発生装置３４に接続するように切替装置３６を作動させる。そして、次ぐステップＳ９０７で所定時間が経過したか否かが判定される。所定時間は、ここでは予め一定の時間として定められているが、可変とされてもよい。なお、ステップＳ９０７での所定時間は、ステップＳ８０９での電圧印加時間よりも短く、当該電圧印加時間の半分以下であるとよい。ステップＳ９０７で所定時間が経過したと判断されると、ステップＳ９０９で処理フラグがＯＮにされて、これにより当該ルーチンは終了する。
【００６４】
ステップＳ９０１で処理フラグがＯＮであるので否定判定されると、ステップＳ９０５で、第２処理部３２Ｂが選択される。これにより、制御装置１５２の選択部は、第２処理部３２Ｂを第２電圧発生装置３４に接続するように切替装置３６を作動させる。そして、次ぐステップＳ９１１で所定時間が経過したか否かが判定される。ステップＳ９１１での所定時間は、ステップＳ９０７の所定時間と同じであるが、異なってもよい。ステップＳ９１１で所定時間が経過したと判断されると、ステップＳ９１３で処理フラグがＯＦＦにされて、これにより当該ルーチンは終了する。
【００６５】
このように、処理部は順次切り替えられる。したがって、処理装置１８での電圧印加が実行されるとき、一方の処理部へのＰＭの集積、および他方の処理部でのＰＭの酸化処理を同時並行して行うことができる。
【００６６】
なお、上記第１および第２実施形態では、第１処理部での電圧印加は第２処理部で電圧印加が実行されていないとき実行され、第２処理部での電圧印加は第１処理部で電圧印加が実行されていないとき実行されるように、切替装置３６を作動させた。しかし、第１処理部での電圧印加が、第２処理部での電圧印加が実行されていないときに実行されるような、他の切替制御パターンを本発明は許容する。例えば、第１処理部での電圧印加時間と第２処理部での電圧印加時間とは部分的に重なってもよい。この場合、このような電圧印加が可能なように第２電圧発生装置３４および切替装置３６は構成される。
【００６７】
なお、第２実施形態では、エンジン１５０の停止時に処理装置１８の作動も停止された。しかし、エンジン１５０の停止後、所定時間の間、処理装置１８は作動されてもよい。これにより、排気通路のＰＭをよりしっかりと処理することができる。例えば、エンジン停止後のこのような処理装置１８の作動時間は、可変とされ、エンジンのバッテリ残量に応じて決定されることができる。
【００６８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はさらなる他の実施形態も可能である。例えば、第１処理部用の電圧発生装置と第２処理部用の電圧発生装置とを独立して備えてもよい。さらに、上で述べたように、処理装置の作動により生じる酸化促進成分でＰＭを処理することに加えて、ＰＭ処理のために特許文献２の装置のようにヒータがさらに用いられてもよい。
【００６９】
上記の各実施形態および各構成は、矛盾が生じない限り任意に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。したがって本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００７０】
１０、１１０  排ガス処理装置
１２  外殻（または排気管）
１４  排気通路  
１６  流れ発生装置
１８  処理装置
２０  放電用電極
２２  捕集側電極
２４  第１電圧発生装置
３０、３０Ａ、３０Ｂ  放電部材
３０ｄ  中心電極
３０ｅ  誘電体
３０ｆ  繊維状体
３２、３２Ａ、３２Ｂ  処理部
３４  第２電圧発生装置
３６  切替装置
【図１】
2016107173.tif 000003
【図２】
2016107173.tif 000004
【図３】
2016107173.tif 000005
【図４】
2016107173.tif 000006
【図５】
2016107173.tif 000007
【図６】
2016107173.tif 000008
【図７】
2016107173.tif 000009
【図８】
2016107173.tif 000010
【図９】
2016107173.tif 000011