JP2004076669A

JP2004076669A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2004076669A
Application number: JP2002239438A
Authority: JP
Inventors: Hisashi Kuno; 久野　央志; Masaru Kakihana; 垣花　大; Hiroto Hirata; 平田　裕人
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-08-20
Filing date: 2002-08-20
Publication date: 2004-03-11

Abstract

【課題】内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート（ＰＭ）を捕集し、かつ効率良く燃焼・除去する排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】放電電極、及び電熱材料からなる対向電極を含む放電部、これら電極間の放電を発生させるための放電用電圧印加回路、並びに対向電極を発熱させるための発熱用電圧印加回路を含んで排気ガス浄化装置を構成する。上記両電極間の放電によって排気ガス中のＰＭを帯電して捕集し、さらに上記対向電極を発熱させて、捕集したＰＭを効率よく燃焼・除去する。
さらに、排気ガス流路中にディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を配置し、その排気ガス流れ方向下流に上記放電を利用した排気ガス浄化装置を配置する。これにより、ＤＰＦにより捕集しきれなかった微小なＰＭを排気ガス浄化装置が捕集、燃焼・除去し、排気ガス中のＰＭが著しく低減される。
【選択図】　　　図１

Description

【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ガス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ガス浄化装置に関する。
【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、近年特にその排気ガス中の窒素酸化物、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を低減する技術開発とともに、排気ガス中の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】
ディーゼルエンジンから排出されるＰＭを除去する方法として、従来から、セラミックスハニカム製フィルター、合金製フィルター、及びセラミックス繊維製フィルターが用いられている。しかし、これらのフィルターはそれ自身では、ＰＭを燃焼することはできず、ＰＭの捕集とともに、フィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加することにより、エンジンに負担をかける。また、フィルターの貫通孔より小さな粒子を捕集することはできないという欠点を有している。
【０００４】
また、ディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として、放電を利用した装置が知られている。例えば特許第２６９８８０４号公報には、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ガス中の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。
【０００５】
また、特公平７−２９３２２７号公報には、網状等の放電電極、及び酸化セリウム又は白金属触媒を担持した金属製セル状受電極を対向配置して構成され、排気ガス中の汚染分子である窒素酸化物、炭化水素の除去効率向上を目的とした排気ガス浄化装置が開示されているが、この場合もＰＭ燃焼についての記載も示唆もなく、またこの装置の構成のみではＰＭ燃焼を充分に行えるものではない。
【０００６】
また、特開平７−２６５６５２号公報には、プラズマ法を利用した、ＮＯｘ、ＳＯｘをＮＯ_２、ＳＯ_３へ酸化し、捕集しやすい形態に変化させるための、ワイヤ型放電電極とハニカム状の対向電極からなる排気ガス浄化装置が開示されている。また、特開平５−５９９３４号公報には、直線状のタングステン材からなる放電電極と、円筒状の受電極からなる排気ガス浄化装置が開示されている。しかし、これらの技術も、ＰＭ燃焼除去を目的としたものではなく、ＰＭ燃焼についての記載も示唆もなく、またその効果もＰＭを充分に燃焼できるものではなかった。
【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ガス浄化装置は、ＰＭの燃焼除去に関してはきわめて不充分であり、ディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭを捕集するとともに、ＰＭの燃焼除去効率を高める必要があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点を解決して排気ガス中のＰＭの燃焼・除去を実現するため、放電電極、及び電熱材料からなる対向電極を含む放電部、前記放電電極及び対向電極の間に放電を発生させるための放電用電圧印加回路、並びに前記対向電極を発熱させるための発熱用電圧印加回路を含んで構成された、放電を利用した排気ガス浄化装置であって、前記放電用電圧印加回路によって放電用電圧を印加して、前記放電電極及び前記対向電極間に放電を発生させることにより、排気ガス中のパティキュレートを帯電させて前記対向電極表面に捕集するとともに、前記発熱用電圧印加回路によって発熱用電圧を印加することにより、前記対向電極を発熱させて、前記捕集したパティキュレートを燃焼させることを特徴とする。
【０００９】
さらに、本発明のもう一つの排気ガス浄化装置は、ディーゼルパティキュレートフィルター（以下「ＤＰＦ」ともいう。）、及び上記排気ガス浄化装置を含み、ＤＰＦに対してディーゼルエンジンからの排気ガス流れ方向の下流位置に上記の放電を利用した排気ガス浄化装置を配置することを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明は、放電電極、対向電極、放電電極と対向電極との間に放電を発生させるための放電用電圧印加回路、及び、対向電極を発熱させるための発熱用電圧印加回路を含んで構成された排気ガス浄化装置とし、排気ガス流路中に配置した排気ガス浄化装置内部の放電電極と対向電極との間の放電によってＰＭを帯電させることにより、ＰＭを対向電極に捕集するとともに、この対向電極を加熱することによって捕集したＰＭを良好に燃焼除去できることを見出し完成したものである。
【００１１】
さらに、本発明のもう一つの排気ガス浄化装置は、排気ガスの流れ方向の上流位置にＤＰＦを配置し、かつＤＰＦに対して、排気ガス流れ方向の下流位置に配置された上記排気ガス浄化装置を含む構成とし、排気ガス中のＰＭをまずＤＰＦによって捕集し、ＤＰＦに捕集されずに通過したＰＭを上記排気ガス浄化装置内部の放電電極及び対向電極間の放電により帯電させ、さらに帯電したＰＭを対向電極へ捕集するとともに、対向電極に捕集したＰＭを対向電極の発熱によって燃焼除去することによって、内燃機関、特にディーゼルエンジンから排出されるＰＭを効率よく除去できることを見出し完成したものである。
【００１２】
以下、本発明を図１及び図２に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、図１及び図２は本発明を構成する排気ガス浄化装置の例を示す概念図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１３】
以下、図１と図２に分けて説明する。
図１において、２０は放電電極であり、３０は対向電極である。放電電極２０と非接触の状態に、対向電極３０を配置する。対向電極３０は、外筒４０に内接する螺旋形状を有する。放電電極２０、対向電極３０、及び外筒４０を含んで放電部１０を構成する。ここで、放電電極２０及び対向電極３０を固定するための固定具等は図示していない。放電用電圧発生器５０から、放電電極２０及び対向電極３０に放電用電圧を印加するための放電用電圧印加回路６０が、切替スイッチ９０を含んで設けられている。さらに、電流を通じることによって発熱する電熱材料からなる対向電極３０に、発熱用電源７０から発熱用電圧を印加するための発熱用電圧印加回路８０が切替スイッチ９０を含んで設けられている。
【００１４】
ＰＭを含む排気ガスは、図１の左方向から右方向に流れ、外筒４０が取り囲む空間内を通過する。そして、切替スイッチ９０の端子１及び２を短絡させることで、放電用電圧発生器５０により発生させた放電用電圧を、放電用電圧印加回路６０を通じて放電電極２０及び対向電極３０に印加して、放電部１０において放電を発生させる。この放電によって排気ガス中のＰＭは帯電し、対向電極３０に捕集される。さらに、切替スイッチ９０の端子１及び端子３を短絡させることで、発熱用電圧印加回路８０を通じて、発熱用電源７０から発熱用電圧を対向電極３０に印加して、対向電極３０を発熱させる。対向電極３０に捕集されたＰＭは、その熱によって燃焼され除去される。
【００１５】
放電電極２０は、この電極と対向電極３０との間に電圧を印加することによって放電を起こすことができる材料で製造することができる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、なかでも金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等を使用することが好ましく、ステンレスがコスト及び耐久性の点から特に好ましい。本発明で使用できる放電電極２０は、金属製ワイヤーが一般的であるが、中空の線状電極を使用することもできる。
【００１６】
本発明の排気ガス浄化装置では、放電電極２０の表面にＰＭ燃焼触媒を担持してもよい。このＰＭ燃焼触媒としては、ＰＭ燃焼を促進する作用を有することが知られている金属酸化物をあげることができる。具体的には、例えばＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等から選択したものを放電電極２０の表面にコートすることができ、特にＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２を担持することがＰＭ燃焼促進の点から好ましい。これらの金属酸化物のうちから１種又は２種以上を組み合わせたものを放電電極表面にコートすることができる。金属酸化物を放電電極２０の表面にコートするための方法として、たとえばウォッシュコート等の公知の方法を使用することができる。放電電極２０の表面にコートする金属酸化物の量は、コート可能な範囲内で任意に選択できる。放電電極２０の表面に、ウォッシュコートによって金属酸化物をコートした場合には、さらに放電電極２０を焼成することが好ましい。焼成条件は、当業者により公知の条件が使用できるが、例えば４５０〜５５０℃が好ましい。
【００１７】
金属酸化物をコートした放電電極２０の表面に、さらに遷移金属及び／又は貴金属を担持することができる。そのために用いることができる遷移金属及び／又は貴金属としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｃｕ等の遷移金属、Ｐｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ等の貴金属が好ましい。ＰＭ燃焼効率の向上の点から、特に好ましい金属は、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉであり、最も好ましくはＭｎである。放電電極２０に担持する金属の量は、金属酸化物に対して０．０１〜１０質量％であり、特に好ましくは１〜５質量％である。これらの遷移金属及び／又は貴金属は、１種又は２種以上を組み合わせて用いることができる。複数の金属を電極表面に担持する場合は、例えば電極表面に一種の金属を担持した後に別の金属を担持して、異なる金属を多層状に担持することもできる。電極表面への金属の担持は、例えば、その金属の金属塩又は錯塩の水溶液を用いて吸水担持させたのち、乾燥、焼成する方法によって行うことができる。金属酸化物をコートした放電電極２０の表面に、これらの遷移金属及び／又は貴金属を担持することにより、ＰＭ燃焼効率が金属酸化物のみをコートした場合よりも、さらに向上するという効果が得られる。放電電極２０にＰＭ燃焼触媒を担持することによって、本発明の排気ガス処理装置を長時間運転した後でも、放電電極２０へのＰＭの堆積を防止することができ、それにより、放電電極２０と対向電極３０の間に安定した放電を継続して起こさせることができる。
【００１８】
図１に示した対向電極３０は、放電電極２０との間に電圧を印加して放電することができる材料であって、かつ、通電により発熱することが知られている電熱材料で製造する。そのような電熱材料として、電熱合金として知られる金属材料を用いることが好ましい。電熱合金は、さらに具体的には、ＪＩＳ　Ｃ　２５２０の電熱線及び帯に記載されている材料が好ましく、ニッケルクロム電熱線又は電熱帯、鉄クロム電熱線又は電熱帯が例示でき、特に耐ＳＯｘ腐食性に優れることから、ニッケルクロム電熱線又は電熱帯を用いることが好ましい。
【００１９】
図１において、対向電極３０は、線状又は帯状の電熱合金を螺旋状に成形し、放電電極２０の周囲を取り囲むように配置している。電熱合金は、通電によって発熱するが、電熱合金の太さ及び長さによって、通電開始からＰＭを燃焼するのに充分な温度まで昇温するために必要な時間が異なる。すなわち、対向電極３０として、長い電熱合金を使用するほど、また太い電熱合金を使用するほど、同一電圧を印加した場合の昇温速度は遅くなる。短時間にＰＭを燃焼させるためには、電熱合金の昇温速度は速いほうが好ましい。一方、対向電極３０及び放電電極２０の間で放電させ、対向電極３０の表面にＰＭを捕集するためには、ＰＭ捕集のための電極表面積は大きいほうが好ましいことから、ＰＭ捕集効率を高くするためには対向電極３０の長さは長い方が好ましい。すなわち、図１の実施形態においては、対向電極３０として用いる電熱材料の長さ、太さは、対向電極３０の放電時のＰＭの捕集効率、及び対向電極３０の発熱時の昇温速度を考慮して、最適なものを選ぶことができる。
【００２０】
図１の外筒４０は、ガラス、絶縁性のセラミックス材料等の公知の絶縁性材料を用いることができ、特に耐熱性に優れるセラミックス製円筒が好ましい。この外筒４０に囲まれた空間内を排気ガスが通過する。
【００２１】
本発明は、対向電極３０に通電することによって発生する熱エネルギーによって、対向電極３０の表面に捕集されたＰＭを燃焼するものであるため、対向電極３０の表面にさらにＰＭの燃焼促進作用を有することが知られている金属酸化物をコートすること、さらにその金属酸化物に貴金属又は遷移金属を担持することは特に必要がない。しかし、所望により、対向電極３０の表面に上記金属酸化物をコートし、さらにその金属酸化物に貴金属又は遷移金属を担持してもよい。ＰＭ燃焼触媒作用を有することが知られている金属酸化物としては、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２等を用いることができる。これらの金属酸化物の１種又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。対向電極３０の表面に金属酸化物をコートした場合は、その金属酸化物に、さらに遷移金属及び／又は貴金属を担持することができる。この遷移金属及び／又は貴金属としては、Ｆｅ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｏ等の遷移金属及び／又はＰｔ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ａｇ等の貴金属を用いることができる。
【００２２】
図１の放電用電圧印加回路６０は、放電電極２０及び対向電極３０の両電極、これら両電極間に放電を起こさせるための放電用電圧発生器５０、並びに切替スイッチ９０を含む回路である。すなわち、放電電極２０をカソードとし、対向電極３０をアノードとして、切替スイッチ９０によって端子１及び端子２を接続することにより、放電用電圧発生器５０から放電のための電圧をこれら両電極間に印加する。放電のための電圧は、直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を用いることができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるため好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧は、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。この印加電圧としては、一般的には１０ｋＶ以上、好ましくは５０ｋＶ以上、さらには１００ｋＶ以上の電圧を使用することが好ましい。印加電圧のパルス周期は、１０ｍｓ以下、１ｍｓ以下が好ましく、０．１ｍｓ以下がさらに好ましい。なお、対向電極３０は、アースすることもできる。
【００２３】
図１の発熱用電圧印加回路８０は、発熱用電源７０を含み、切替スイッチ９０により端子１及び端子３を短絡することにより、発熱用電源７０から、対向電極３０を発熱させるための電圧を印加するための回路である。発熱用電源７０は、直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を用いることができるが、直流電圧又は交流電圧が好ましい。用いる電圧は、電熱合金からなる対向電極３０に付着したＰＭを速やかに燃焼させるために速やかにＰＭ燃焼温度まで対向電極３０の温度を上昇させることができれば、特に制限はなく、例えば１２〜２００Ｖの直流又は交流電圧を用いることができる。
【００２４】
図１の切替スイッチ９０は、端子１及び端子２を短絡させることによって、放電用電圧を放電電極２０及び対向電極３０の間に印加することができ、切替スイッチ９０を切替えて、端子１及び端子３を短絡させることにより、放電電極２０及び対向電極３０への上記放電用電圧の印加を停止し、対向電極３０に発熱用電圧を印加させることができる。切替スイッチ９０の切替は、あらかじめマイコンに設定した一定時間ごとにリレー等の手段を用いて切り替えることも、あるいは、特定のパラメーターをセンサーによって測定し、その値に応じて切り替えるようにすることもでき、任意に選択できる。
【００２５】
放電電極２０をカソードとし、対向電極３０をアノードとして、これら両電極間に放電用電圧を印加して放電させると、放電部１０を通過して帯電したＰＭは、対向電極３０の表面に捕集される。次に、上述したように切替スイッチ９０を切替えて、放電を停止し、対向電極３０に発熱用電圧を印加すると、電熱合金からなる対向電極３０が発熱してＰＭ燃焼温度以上になることで、対向電極３０の表面に捕集されたＰＭが容易に燃焼除去される。対向電極３０の表面に捕集されたＰＭを燃焼除去した後、再び切替スイッチ９０を切替え、放電電極２０と対向電極３０との間に放電用電圧を印加して放電させ、ＰＭを対向電極３０に捕集する。放電を利用したＰＭの対向電極３０の表面への捕集及び対向電極３０の発熱によるＰＭの燃焼除去を交互に行うことにより、継続して排気ガス中のＰＭを除去することができる。
【００２６】
次に図２に示す実施形態に基づいて本発明を説明する。
図２においては、絶縁性材料からなる外筒１３０の内部に、放電電極１１０を排気ガス流路の排気ガス流れ方向上流に配置し、対向電極１２０を排気ガス流路の排気ガス流れ方向下流に配置して放電部１００を構成する。放電電極１１０は、円とそれに内接する十字形電極、及びそれらが形成する平面に垂直に配された５本の針状電極を有する電極であり、対向電極１２０は、電熱合金を平面渦巻き形状に成形した電極である。放電電極１１０の針状電極先端部が、対向電極１２０に向くように配置する。また、対向電極１２０は、その渦巻状平面が排気ガス流路と垂直になるように配置する。放電電極１１０の針状電極先端部と対向電極１２０の渦巻状平面電極の間隔は、放電が安定に継続して起こり、かつ排気ガス中のＰＭを最も良好に捕集できるように、任意に定めることができる。放電電極１１０がカソード、対向電極１２０がアノードになるようにして、放電用電圧発生器１４０及び切替スイッチ１８０を含む放電用電圧印加回路１５０を設ける。さらに、対向電極１２０を発熱させるための、発熱用電源１６０及び切替スイッチ１８０を含む発熱用電圧印加回路１７０を設ける。切替スイッチ１８０により端子４及び端子５を短絡させることにより放電用電圧発生器１４０からの放電用電圧を放電電極１１０と対向電極１２０との間に印加して放電させる。この放電により、排気ガス中のＰＭは帯電し、帯電したＰＭは対向電極１２０に捕集される。次に、切替スイッチ１８０を切替え、端子４及び端子６を短絡させて、電熱合金からなる対向電極１２０に発熱用電圧を印加して発熱させることにより、対向電極１２０の表面に捕集されたＰＭは燃焼・除去される。この放電電極１１０と対向電極１２０との間の放電、及び対向電極１２０の発熱を交互に行うことによって、排気ガス中のＰＭの対向電極１２０表面への捕集、及び捕集したＰＭの燃焼・除去を行うことができる。
【００２７】
図２に示す排気ガス浄化装置及び図１に示す排気ガス浄化装置は、その形態は異なるが、作動原理を同じくし、図２における放電電極１１０、対向電極１２０、外筒１３０は、それぞれ、図１における放電電極２０、対向電極３０、外筒４０について先に記載した好ましい材料を用いることができる。また、図２の放電電極１１０及び対向電極１２０の表面へのＰＭ燃焼触媒のコート及び担持に関しても、図１の放電電極２０及び対向電極３０へのＰＭ燃焼触媒のコート及び担持について先に記載した態様をとることができる。さらに、図２における放電用電圧発生器１４０によって印加される放電用電圧は、図１における放電用電圧発生器５０によって印加される放電用電圧について先に記載した態様を適用することができ、図２における発熱用電圧発生器１６０によって印加される発熱用電圧は、図１における発熱用電圧発生器７０によって印加される発熱用電圧について先に記載した態様を適用することができる。図２における切替スイッチ１８０の切替えの態様も図１における切替スイッチ７０について説明した態様を適用できる。
【００２８】
以上図１及び図２に基づいて本発明を具体的に説明したが、本発明は、放電電極及び対向電極間の放電によりＰＭを帯電させ、ＰＭを対向電極に捕集し、対向電極を加熱させることでＰＭを燃焼・除去するという考え方に基づく装置であり、図１及び図２に示した具体的形態に限定されるものではない。
【００２９】
本発明の排気ガス浄化装置は、単独で使用することもできるが、排気ガスの流路中に複数の装置を直列に配置して使用することができる。例えば排気ガス流路中に直列に２つの排気ガス浄化装置を使用する場合には、これら２つの排気ガス浄化装置のうち、常に一方の排気ガス浄化装置が放電してＰＭを捕集している状態になるように、２つの装置の各対向電極に発熱用電圧を印加するタイミングをずらすことが、ＰＭの捕集・燃焼除去のために好ましい。
【００３０】
また、本発明の排気ガス浄化装置は、複数の装置を並列に使用することもできる。例えば２つの排気ガス浄化装置を並列に使用する場合、一方の排気ガス浄化装置では、放電電極及び対向電極に放電用電圧を印加し、排気ガスを通過させて、ＰＭを対向電極に捕集させるとともに、他方の排気ガス浄化装置の対向電極には発熱用電圧を印加して捕集されたＰＭを燃焼させる。このＰＭの捕集及び燃焼を２つの排気ガス浄化装置で交互に行うことによって常に排気ガス中のＰＭの捕集・燃焼除去を行うことができる。
【００３１】
さらに本発明は、排気ガス流路中にディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）を配置し、その排気ガス流れ方向下流に配置した、上記放電を利用した排気ガス浄化装置を含む、排気ガス浄化装置を提供するものである。
【００３２】
従来から、ＤＰＦを使用して、ディーゼルエンジンからの排気ガス中のＰＭを除去する方法が知られている。ＤＰＦには、多孔質セラミックス製ハニカム、多孔質金属製フィルター、セラミックス繊維又は金属製繊維型フィルター等が知られている。ＤＰＦは、ＰＭを捕集することはできるが、それ自身がＰＭを燃焼する能力は有しない。さらに、非常に粒径の小さなＰＭは、ＤＰＦに捕集されずに通過してしまう。これに対して、本発明の上記放電を利用した排気ガス浄化装置は、電極間の放電を利用して静電的に捕集するため、ＰＭの粒径の大小にかかわらず捕集することができる。すなわち、ＤＰＦで捕集しきれずに通過する極めて微小なＰＭを、本発明の上記排気ガス浄化装置を使用して捕集し、かつ燃焼除去することによって、排気ガス中に含まれるＰＭの除去率をよりいっそう高めることができる。
【００３３】
すなわち、ディーゼルエンジン等からのＰＭを含む排気ガス流路にＤＰＦを配置し、さらにその排気ガス流れ方向下流に、上記放電を利用した排気ガス浄化装置を配置する。上記ＰＭを含む排気ガスは、まずＤＰＦを通り、粒径が一定以上の大きさのＰＭはＤＰＦによって捕集される。粒径が小さく、ＤＰＦによって捕集できずに通過したＰＭを含む排気ガスは、次に本発明の上記放電を利用した排気ガス浄化装置に入る。排気ガス中のＰＭは、上記の通り、この排気ガス浄化装置の放電により対向電極に捕集され、さらに対向電極を加熱することによって、燃焼・除去される。これにより、ＤＰＦ単独で排気ガス中のＰＭを除去する場合よりも、ＰＭの除去率を高くすることができる。
【００３４】
以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
【００３５】
【実施例】
［実施例１］
図１に示した実施形態に基づき、以下の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち、図１に示すように、ニッケルクロム電熱線（Ｎｉ：Ｃｒ＝８０：２０、直径１ｍｍ、長さ３００ｍｍ、質量１．９８ｇ）を、コージェライト製セラミック円筒（外径３０ｍｍ、長さ５０ｍｍ）の内壁に接触する螺旋形状に配置した。さらに、セラミック円筒の中心に、白金線（直径１ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を、ニッケルクロム電熱線と非接触の状態で配置した。さらに図１に示すように、放電電極である上記白金線がカソード、対向電極である上記ニッケルクロム電熱線がアノードになるように放電電圧（直流パルス電圧２０ｋＶ、パルス幅１ｍｓ）発生器、並びに放電電圧印加回路と発熱電圧印加回路を切り替えるための切替スイッチを含む放電電圧印加回路を構成した。また、図１に示すように、上記ニッケルクロム電熱線を発熱させるための発熱電圧（２４Ｖ）発生器、ニッケルクロム電熱線、及び切替スイッチを含む発熱電圧印加回路を構成した。以上により排気ガス浄化装置を作成した。
【００３６】
［実施例２］
図２に示した実施形態に基づき、以下の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち、図２に示すように、ニッケルクロム電熱線（Ｎｉ：Ｃｒ＝８０：２０、直径１ｍｍ、長さ２００ｍｍ、質量１．３２ｇ）を平面渦巻状に成形した対向電極を作成した。また、白金線（直径１ｍｍ、長さ５０ｍｍ）を加工し、直径約３５ｍｍ外周円及びその円に内接する平面十字形の白金線上に長さが約５ｍｍの針状電極５本を有する、図２に示した形状の放電電極を作成した。セラミック製円筒中に、上記放電電極を図２に示すように取り付け、さらにこの放電電極の針状電極先端部から３５ｍｍ離れた位置に上記対向電極を、その渦巻形状を含む平面がセラミック製円筒長さ方向に対して垂直になるように取り付けた。さらに図２に示すように、放電電極である上記白金線がカソード、対向電極である上記ニッケルクロム電熱線がアノードになるように放電電圧（直流パルス電圧２０ｋＶ、パルス幅１ｍｓ）発生器、並びに放電電圧印加回路と発熱電圧印加回路を切り替えるための切替スイッチを含む放電電圧印加回路を構成した。また、図２に示すように、上記ニッケルクロム電熱線を発熱させるための発熱電圧（２４Ｖ）発生器、ニッケルクロム電熱線、及び切替スイッチを含む発熱電圧印加回路を構成した。
【００３７】
［排気ガス浄化装置の性能評価］
上記実施例１及び実施例２で作成した排気ガス浄化装置を使用して、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＰＭの除去性能を評価した。
【００３８】
［ＰＭ捕集試験］
台上に設置した排気量２０００ｃｃの直噴ディーゼルエンジンを回転数２０００ｒｐｍ、負荷３０Ｎｍの条件で運転し、そのエンジンからの排気ガスのうちの１／１３を分岐させ、分岐させた排気ガスを上記実施例１又は実施例２の排気ガス浄化装置を通過させるとともに、放電電極及び対向電極間に、電圧２０ｋＶ、パルス幅１ｍｓの直流パルス電圧を、繰り返し周期２００Ｈｚで加えた。その条件下で、上記排気ガス浄化装置を通過した排気ガス中のＰＭの単位時間あたりの積算量（ＰＭ量）をスモークメーターで測定した。また、上記排気ガス浄化装置を放電させない状態で、この浄化装置を通過した排気ガス中のＰＭの単位時間あたりの積算量を測定し、これをＰＭ発生量とした。
【００３９】
ＰＭ捕集効率を以下の式によって求めた。
ＰＭ捕集効率（％）＝（（ＰＭ発生量−ＰＭ量）／ＰＭ発生量）×１００
得られた結果を表１に示す。
【００４０】
［ＰＭ燃焼試験］
上記実施例１又は実施例２の排気ガス浄化装置の放電電極及び対向電極間に、電圧２０ｋＶ、パルス幅１ｍｓの直流パルス電圧を、繰り返し周期２００Ｈｚで加えるとともに、台上に設置した排気量２０００ｃｃの直噴ディーゼルエンジンを回転数２０００ｒｐｍ、負荷３０Ｎｍの条件で運転し、そのエンジンからの排気ガスのうちの１／１３を分岐させ、分岐させた排気ガスを６０分間通過させ、排気ガス中のＰＭを上記対向電極に捕集した。次に、上記排気ガス浄化装置の切替スイッチを切替えて放電電圧の印加を停止し、かつ、対向電極に発熱電圧印加回路から２４Ｖの電圧を１分間印加し、対向電極の発熱によって対向電極に捕集したＰＭを燃焼させた。燃焼させたＰＭから発生するＣＯ及びＣＯ_２の合計量をＦＴ−ＩＲで積算して求めた。発生したＣＯ及びＣＯ_２は全て対向電極に捕集されたＰＭ中に含まれる炭素に由来し、かつＰＭは炭素１００％からなるものとして、ＰＭ燃焼率を以下の式によって求めた。
【００４１】
ＰＭ燃焼率（％）＝（ＣＯ及びＣＯ_２の合計量から換算した、対向電極に捕集され燃焼されたＰＭの量）÷（ＰＭ発生量×ＰＭ捕集効率（％）／１００））×１００
【００４２】
得られた結果を上記ＰＭ捕集効率とともに表１に示す。
【００４３】
【表１】

本発明の排気ガス浄化装置は、高いＰＭ捕集効率及びＰＭ燃焼率を示す。
【発明の効果】
本発明の排気ガス浄化装置は、放電電極と電熱材料からなる対向電極との間の放電によって、排気ガス中のＰＭを帯電させ、静電的に対向電極に捕集し、さらに、この対向電極を発熱させることによって、対向電極に捕集されたＰＭを非常に効率的に燃焼・除去することができる。これによって、例えばディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭを効率良く除去することができる。さらに、排気ガス流路の上流にＤＰＦを配置し、その下流に上記排気ガス浄化装置を配置することによって、まずＤＰＦによりＰＭを捕集し、さらにＤＰＦに捕集されずに通過する微粒子状ＰＭを、本発明の排気ガス浄化装置によって捕集し、燃焼除去することによって、排気ガス中のＰＭ含有量を著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様を表す概略図である。
【図２】本発明の別な一実施態様を表す概略図である。
【符号の説明】
１…端子
２…端子
３…端子
４…端子
５…端子
６…端子
１０…放電部
２０…放電電極
３０…対向電極
４０…外筒
５０…放電用電圧発生器
６０…放電用電圧印加回路
７０…発熱用電源
８０…発熱用電圧印加回路
９０…切替スイッチ
１００…放電部
１１０…放電電極
１２０…対向電極
１３０…外筒
１４０…放電用電圧発生器
１５０…放電用電圧印加回路
１６０…発熱用電源
１７０…発熱用電圧印加回路
１８０…切替スイッチ

Claims

放電電極、及び電熱材料からなる対向電極を含む放電部、前記放電電極及び対向電極の間に放電を発生させるための放電用電圧印加回路、並びに前記対向電極を発熱させるための発熱用電圧印加回路を含み、前記放電用電圧印加回路によって放電用電圧を印加して、前記放電電極及び前記対向電極間に放電を発生させることにより、排気ガス中のパティキュレートを帯電させて前記対向電極表面に捕集するとともに、前記発熱用電圧印加回路によって発熱用電圧を印加することにより、前記対向電極を発熱させて、前記捕集したパティキュレートを燃焼させることを特徴とする排気ガス浄化装置。
ディーゼルパティキュレートフィルター、及び前記ディーゼルパティキュレートフィルターに対してディーゼルエンジンからの排気ガス流れ方向下流位置に配置された請求項１記載の排気ガス浄化装置を含むことを特徴とする、排気ガス浄化装置。