JP2004270467A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のパティキュレートの捕集効率及び燃焼除去効率を改良する排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】絶縁性ハニカム構造体（１０）及び少なくとも一対の平面電極（２０〜２４）を含む、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、一対の平面電極（２０〜２４）が、ハニカム構造体（１０）の対面する２つの外側表面のそれぞれに配置されたパティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置とする。
【選択図】 図１
【解決手段】絶縁性ハニカム構造体（１０）及び少なくとも一対の平面電極（２０〜２４）を含む、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、一対の平面電極（２０〜２４）が、ハニカム構造体（１０）の対面する２つの外側表面のそれぞれに配置されたパティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置とする。
【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】
排気ガス中のＰＭの除去のためには一般に、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場合がある。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】
更にディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として、従来から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を通電燃焼させることができないからである。
【０００５】
また同様に、例えば特許文献２では、電極間に絶縁性のペレットを配置した装置も開示されている。しかしこの装置では、単に安全性のために反応炉ヘッドと電源装置とを近接させ、好ましくは接地した導電室に納めることを意図しているのみであり、電界の方向と排気ガスの流通方向との関係による効果、及び排ガスを流通させる絶縁体の形状による効果を認識していない。
【０００６】
【特許文献１】
特許２６９８８０４号公報
【特許文献２】
特公表２００１−５１１４９３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ガス浄化装置は、ＰＭの捕集のための電界の利用について充分には認識しておらず、又はＰＭの燃焼除去に関してはきわめて不充分である。従ってディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭの捕集効率及び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、絶縁性ハニカム構造体及び一対の平面電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、ハニカム構造体が、対面する外側表面を有し、且つ一対の平面電極が、ハニカム構造体の対面する外側表面のそれぞれに配置されており、それによってこの一対の平面電極が、ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の電界、特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の電界、より特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して垂直な電界を、ハニカム構造体内に作るようにされていることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置に関する。
【０００９】
本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去させる。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、ハニカム構造体とその対面する外側表面に配置された一対の平面電極との組み合わせを複数組有する。この場合には、ハニカム構造体と一対の平面電極との１つの組み合わせは、ハニカム構造体と一対の平面電極との１又は複数の他の組み合せに対して互いに平行に配置することができ、またこれら２つの隣接するハニカム構造体の間の平面電極は共通の平面電極とすることができる。この実施形態によれば、それぞれの対となる平面電極間の距離を短くすることができ、それによって比較的低い電圧で強い電界を作ることが可能になる。具体的には、平面電極間の電界の強さは平面電極間の電圧に比例し、且つ平面電極間の距離に反比例するので、電極間の距離を半分にすると、所定の電界の強さを得るために必要とされる電圧は半分で済む。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、平面電極が交流電源によって電圧を印加される。この実施形態によれば、ＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電している場合に、ＰＭを引き寄せる方向を異なる方向に切り替えることによって、ハニカム構造体のハニカム壁面を有効に活用することができる。すなわちこの実施形態によれば、一方のハニカム壁面にＰＭを堆積させている間に、他方のハニカム壁面に堆積したＰＭを燃焼除去することができ、より長期間にわたってＰＭによるハニカム構造体の目詰まりを防ぐことができる。
【００１２】
また本発明は、絶縁性ハニカム構造体及び電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、ハニカム構造体が、２組の対面する外周平面を有し、特に直方体形であり、電極が、２組の対面する平面電極を含み、且つこの対面する平面電極のそれぞれが、ハニカム構造体の対面する外周平面、特に排気ガスの流れに対して平行な面にそれぞれ配置されており、それによって２組の対面する平面電極が、ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の２方向の電界、特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の２方向の電界、より特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して垂直な２方向の電界を、ハニカム構造体内に切り換えて作れることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置に関する。
【００１３】
本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去する。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。
【００１４】
またこの特徴によれば、２組の対面する平面電極が、２方向の電界をハニカム構造体内に切り換えて作るようにすることによって、ＰＭを堆積させるハニカム壁面を交互に切り替えてハニカム壁面を有効に活用することができる。
【００１５】
また本発明の１つの実施形態では、平面電極が交流電源によって電圧を印加される。この実施形態によれば、ＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電している場合に、ＰＭを引き寄せる方向を異なる方向に切り替えることによって、ハニカム構造体のハニカム壁面を有効に活用することができる。すなわちこの実施形態によれば、一方のハニカム壁面にＰＭを堆積させている間に、他方のハニカム壁面に堆積したＰＭを燃焼除去することができ、より長期間にわたってＰＭによるハニカム構造体の目詰まりを防ぐことができる。
【００１６】
本発明で使用する絶縁性ハニカム構造体は、ハニカム壁面上の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。このように絶縁性ハニカム構造体のハニカム壁面上に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がハニカム壁面上に堆積したときに、ＰＭの通電燃焼が促進される。
【００１７】
本発明の装置を使用して放電を行う場合、ＰＭをハニカム構造体上に捕集するだけでなく、放電によって排気ガス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、捕集した排気ガス中の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。
【００１８】
【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ガス浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の第１の実施形態について図１及び２を用いて説明する。ここで図１は本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図であり、図２は図１の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【００２０】
図１及び図２において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２０〜２４はメッシュ状電極である平面電極であり、４０は電圧発生器であり、且つ６０及び６１はハニカム構造体１０内に作られる電界の方向を示す矢印である。平面電極２０〜２４のうち、２１及び２３で示される平面電極は、電圧発生器４０に接続されており、残りの２０、２２及び２４で示される平面電極はアースされている。平面電極２０〜２４は、間に絶縁性ハニカム構造体１０が配置されることにより隣接する平面電極と電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように平面電極２０〜２４でサンドイッチ状に挟まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。尚、ここでは絶縁性ハニカム構造体とその対面する外側表面に配置された一対の平面電極との組み合せを複数組有する態様を説明しているが、絶縁性ハニカム構造体とその平面電極とが一組のみ存在する態様では、例えば電圧発生器４０に接続された平面電極２０及びアースされた平面電極２１と、これらの平面電極の間に挟まれた１つの絶縁性ハニカム構造体のみが存在し、このハニカム構造体内を排気ガス流れが流通することになる。
【００２１】
図１で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより平面電極２０、２２及び２４と、それぞれ隣接する平面電極２１及び２３と間に電界を作る。例えば平面電極２１及び２３をアノードとし、平面電極２０、２２及び２４をカソードとして、図２（ａ）の矢印６０で示す方向の電界をハニカム構造体１０内に作る。またカソード／アノードを切り替えると、図２（ｂ）の矢印６１で示す方向の電界がハニカム構造体１０内に作られる。すなわち、ハニカム構造体１０の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界を作る。この電界６０又は６１によるクーロン力によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。
【００２２】
以下に図１及び図２に示した本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００２３】
絶縁性ハニカム構造体１０は、セラミックハニカム構造体、例えばコージェライト製ハニカム構造体でよい。またハニカム構造体はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、通電のためのＰＭのパスができやすくするためにはウォールフロー型が望ましい。また通気抵抗に関してはストレートフロー型が望ましい。ここでこのハニカム構造体１０は十分な絶縁性を有し、それによってＰＭよりも導電性が低いようにし、電圧を印可したときにＰＭ自体に電流が流れてＰＭが通電燃焼されることを確実にすべきである。
【００２４】
平面電極２０〜２４は、これらの電極間に電圧を印加することができる材料で製造できる。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 等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。またここでは平面電極としてメッシュ状電極を使用しているが、金属板電極、箔電極の使用を考慮することもでき、また導電性ペーストをハニカム構造体１０の側面に適用して作ることもできる。
【００２５】
電圧発生器４０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。また図では平面電極２０、２２及び２４はアースされているが、電圧発生器４０に接続されて平面電極２１及び２３と反対の電圧を印可されるようにしてもよい。平面電極間の印加電圧としては、一般的には５ｋＶ以上、好ましくは１０ｋＶ以上の電圧を使用する。印加電圧のパルス周期は、１０ｍｓ以下、１ｍｓ以下が好ましい。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を電極間に印加することができるが、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に好ましい。直流パルス電圧を用いる場合、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。印加電圧の電圧等については、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、高電圧且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。
【００２６】
またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上に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、又はＰｔ／Ａｌ２Ｏ３を挙げることができる。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。この金属酸化物をハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に担持するために、例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。ハニカム構造体１０に担持する金属酸化物の量は、担持することができる範囲内で任意に選択できる。ウォッシュコートによりハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に金属酸化物を担持した場合は、その後ハニカム構造体１０を焼成することが好ましい。焼成する時の条件は、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。金属酸化物を担持した後に焼成した場合は、金属酸化物を担持し焼成していない場合と比較してＰＭ燃焼効率が向上するという効果が得られる。
【００２７】
本発明の第２の実施形態について図３〜５を用いて説明する。ここで図３は本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図であり、図４はこの形態の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図であり、図５は、この形態の排気ガス浄化装置のハニカム構造体のハニカムセルのうちの１つハニカムセルの拡大図である。
【００２８】
図３及び４において、１５はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２５〜２８はメッシュ状電極である平面電極であり、且つ４５及び４７は電圧発生器である。平面電極２５〜２８は、間に絶縁性ハニカム構造体１５が配置されることにより互いに電気的に絶縁されている。平面電極２５〜２８のうち、２５及び２７で示される平面電極は、それぞれ電圧発生器４５及び４７に接続されており、残りの２６及び２８で示される平面電極はアースされている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５５で示すように平面電極２０〜２４で囲まれた絶縁性ハニカム構造体１５内の流路を通過する。また図５において、７０はハニカムセルのハニカム壁面であり、８０はハニカム壁面７０に堆積したＰＭである。
【００２９】
図３〜５で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４５を作用させることにより平面電極２５とそれに対面する平面電極２６との間に電界を作り、また電圧発生器４７を作用させることにより平面電極２７とそれに対面する平面電極２８との間に電界を作る。例えば平面電極２５をアノードとし、平面電極２６をカソードとして、図４（ａ）の矢印６５で示す方向の電界をハニカム構造体１５内に作り、また平面電極２７をアノードとし、平面電極２８をカソードとして、図４（ｃ）の矢印６７で示す方向の電界をハニカム構造体１５内に作る。これらのそれぞれの場合においてアノードとカソードとを反対にすると、図４（ｂ）及び（ｄ）においてそれぞれ矢印６６及び６８で示す方向の電界が作られる。すなわち、いずれの場合においても、ハニカム構造体１５の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界を作る。この電界によってＰＭはハニカム構造体１５のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）で示すように電界の方向を切り替えることの効果は、１つのセルの拡大図を示す図５で示されている。ここで７０はハニカムセルのハニカム壁面であり、８０はハニカム壁面７０に堆積したＰＭである。図４（ａ）又は（ｂ）で示すように平面電極２５から平面電極２６に向かう方向６５又はその反対向きの方向６６に電界を作る場合、図５（ａ）で示すように、ＰＭがハニカム壁面７０の上側及び下側に優先的に堆積する。このようにＰＭがハニカム壁面の上側及び下側に優先的に堆積している間に、ハニカム壁面７０の横側に堆積したＰＭを通電及び排気熱の効果により燃焼除去し、次の堆積に備えるようにすることができる。また図４（ｃ）又（ｄ）で示す方向６７又は６８の電界を作る場合には、図５（ｂ）で示すようにＰＭがハニカム壁面７０の右側及び左側に優先的に堆積し、この間にハニカム壁面７０の上側及び下側に堆積したＰＭを燃焼除去することができる。このように、ハニカムセルの壁面を交互に使用することにより、ハニカムセルのハニカム壁面７０を有効に利用することができる。また特にＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電し、上側面と下側面のいずれか一方又は左右の面のいずれか一方にのみ優先的にＰＭが堆積する場合には、更に電界の方向を図４の（ａ）及び（ｂ）で示すように又は（ｃ）及び（ｄ）で示すように切り変えることによって、より均等にハニカム壁面を利用することができる。
【００３１】
以下に、図３〜５に示した排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００３２】
平面電極２５〜２８は、第１の実施形態において平面電極２０〜２４に関して示したのと同様な材料で製造できる。絶縁性ハニカム構造体１５、電圧発生器４５及び４７、並びに絶縁性ハニカム構造体１５の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。
【００３３】
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。
【００３４】
【実施例】
〔実施例１〜６〕
実施例１
図１に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図６の（ａ）に示すように、直方体型ストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ、縦１５セル、横５セル、奥行き５０ｍｍ）と、金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２４ｍｍ、奥行き４５ｍｍ）の３００メッシュ品又は３０メッシュ品をサンドイッチ型に交互に挟んだ構造にして、本発明の排気ガス浄化装置を形成した。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。電源には直流電源（ＤＣ）を用いて極性を＋とグランドとで交互にした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３５】
実施例２
実施例１のハニカムにＣｅＯ２ 粉末１．５ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ３ ）３ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ２ 粉末に対して２ｗｔ％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した。その後、実施例１と同じようにメッシュ電極とサンドイッチ構造にして排気ガス浄化装置を作成した。実施例１と同様にして電源にはＤＣを用いて極性を＋とグランドと交互とした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３６】
実施例３
実施例１のハニカムにＡｌ２ Ｏ３ 粉末１．５ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ２ Ｏ３ 粉末に対して２ｗｔ％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。実施例１と同様にして電源にはＤＣを用いて極性を＋とグランドと交互とした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３７】
実施例４
図６（ａ）で示した排気ガス浄化装置と同様に、コージェライト製ハニカム及び金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２４ｍｍ、奥行き４５ｍｍ）を図のようにサンドイッチ型に交互に挟んだ構造にして、本発明の排気ガス浄化装置を形成した。但し、ここではメッシュ電極として全て３００メッシュ品を使用し、また電源には交流電源（ＡＣ）を用いて極性が＋と−との間で交互に切り替わるようにした。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。
【００３８】
実施例５
実施例２と同様にしてＦｅ／ＣｅＯ２をコートした以外は、実施例４と同じである。
【００３９】
実施例６
実施例３と同様にしてＰｔ／Ａｌ２Ｏ３をコートした以外は、実施例４と同じである。
【００４０】
性能評価 ＰＭ捕集
断面３４×４８ｍｍのアクリル管の内部に実施例１〜６のハニカムをアルミナマットを巻いて保持する。ここに、排気量２４００ｃｃの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、実施例１〜３まではＤＣ電源を用いて４ｋＶの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。また実施例４〜６まではＡＣ電源を用いて４ｋＶ、６０Ｈｚの電圧を印加した。このハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をエレクトリカル・ロー・プレッシャー・インパクター（ＥＬＰＩ）を用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００ｒｐｍ）である。
【００４１】
性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１〜６のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様にアクリル管内部に保持し（雰囲気は空気）、１０ｋＶの電圧を２０分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０ｋＪ／ｇである。
【００４２】
【表１】
ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。
〔実施例７及び８〕
実施例７
図３に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図６の（ｂ）に示すように、直方体型ストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ、縦１５セル、横１５セル、奥行き５０ｍｍ）と、金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２０ｍｍ、奥行き４０ｍｍ）の３００メッシュ品及び３０メッシュ品を、ハニカム構造体の４面に配置した構造の本発明の排気ガス浄化装置を形成した。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。電源には直流電源（ＤＣ）を用いて極性を＋とグランドにした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００４３】
実施例８
全ての電極を３００メッシュ品（ＳＵＳ３０４製、縦２０ｍｍ、奥行き４０ｍｍ）としたハニカムに対して、電源として交流電源（ＡＣ）を用いて極性が＋と−との間で交互に切り替わるようにして実験を行った。
【００４４】
性能評価 ＰＭ捕集
断面３４×４８ｍｍのアクリル管の内部に実施例７及び８のハニカムをアルミナマットを巻いて保持する。ここに、排気量２４００ｃｃの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、実施例７はＤＣ電源を用いて１０ｋＶの電圧を印加し（投入電力約７．５Ｗ）、１０秒毎に電界の向きをｘ方向とｙ方向とで切り替えた。また実施例８ではＡＣ電源を用いて１０ｋＶ、６０Ｈｚの電圧を印加した。このハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００ｒｐｍ）である。
【００４５】
性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例７及び８のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様にアクリル管内部に保持し（雰囲気は空気）、１０ｋＶの電圧を２０分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０ｋＪ／ｇである。
【００４６】
【表２】
ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。
【００４７】
【発明の効果】
本発明の装置の構成によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つ絶縁性ハニカム構造体内に作られた電界によって堆積させたＰＭを燃焼除去する。すなわち絶縁性ハニカム構造体を使用することによって小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受けつつ、排気ガスの流通方向とは異なる方向にＰＭを引き寄せることによって高い捕集効率の利益を受ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【図４】図４は、図３の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【図５】図５は、図３の排気ガス浄化装置のハニカム構造体のハニカムセルのうちの１つハニカムセルの拡大図である。
【図６】図６は、実施例において使用した本発明の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０、１５…絶縁体ハニカム構造体
２０〜２８…メッシュ電極
４０、４５、４６…電圧発生器
５０、５５…ＰＭ含有排気ガス流れの方向
６０、６１、６５〜６８…電界の方向
７０…ハニカムセル
８０…堆積したＰＭ
【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】
排気ガス中のＰＭの除去のためには一般に、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場合がある。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】
更にディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として、従来から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を通電燃焼させることができないからである。
【０００５】
また同様に、例えば特許文献２では、電極間に絶縁性のペレットを配置した装置も開示されている。しかしこの装置では、単に安全性のために反応炉ヘッドと電源装置とを近接させ、好ましくは接地した導電室に納めることを意図しているのみであり、電界の方向と排気ガスの流通方向との関係による効果、及び排ガスを流通させる絶縁体の形状による効果を認識していない。
【０００６】
【特許文献１】
特許２６９８８０４号公報
【特許文献２】
特公表２００１−５１１４９３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ガス浄化装置は、ＰＭの捕集のための電界の利用について充分には認識しておらず、又はＰＭの燃焼除去に関してはきわめて不充分である。従ってディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭの捕集効率及び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、絶縁性ハニカム構造体及び一対の平面電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、ハニカム構造体が、対面する外側表面を有し、且つ一対の平面電極が、ハニカム構造体の対面する外側表面のそれぞれに配置されており、それによってこの一対の平面電極が、ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の電界、特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の電界、より特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して垂直な電界を、ハニカム構造体内に作るようにされていることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置に関する。
【０００９】
本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去させる。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。
【００１０】
本発明の１つの実施形態では、ハニカム構造体とその対面する外側表面に配置された一対の平面電極との組み合わせを複数組有する。この場合には、ハニカム構造体と一対の平面電極との１つの組み合わせは、ハニカム構造体と一対の平面電極との１又は複数の他の組み合せに対して互いに平行に配置することができ、またこれら２つの隣接するハニカム構造体の間の平面電極は共通の平面電極とすることができる。この実施形態によれば、それぞれの対となる平面電極間の距離を短くすることができ、それによって比較的低い電圧で強い電界を作ることが可能になる。具体的には、平面電極間の電界の強さは平面電極間の電圧に比例し、且つ平面電極間の距離に反比例するので、電極間の距離を半分にすると、所定の電界の強さを得るために必要とされる電圧は半分で済む。
【００１１】
本発明の１つの実施形態では、平面電極が交流電源によって電圧を印加される。この実施形態によれば、ＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電している場合に、ＰＭを引き寄せる方向を異なる方向に切り替えることによって、ハニカム構造体のハニカム壁面を有効に活用することができる。すなわちこの実施形態によれば、一方のハニカム壁面にＰＭを堆積させている間に、他方のハニカム壁面に堆積したＰＭを燃焼除去することができ、より長期間にわたってＰＭによるハニカム構造体の目詰まりを防ぐことができる。
【００１２】
また本発明は、絶縁性ハニカム構造体及び電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、ハニカム構造体が、２組の対面する外周平面を有し、特に直方体形であり、電極が、２組の対面する平面電極を含み、且つこの対面する平面電極のそれぞれが、ハニカム構造体の対面する外周平面、特に排気ガスの流れに対して平行な面にそれぞれ配置されており、それによって２組の対面する平面電極が、ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の２方向の電界、特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の２方向の電界、より特にハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して垂直な２方向の電界を、ハニカム構造体内に切り換えて作れることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置に関する。
【００１３】
本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去する。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。
【００１４】
またこの特徴によれば、２組の対面する平面電極が、２方向の電界をハニカム構造体内に切り換えて作るようにすることによって、ＰＭを堆積させるハニカム壁面を交互に切り替えてハニカム壁面を有効に活用することができる。
【００１５】
また本発明の１つの実施形態では、平面電極が交流電源によって電圧を印加される。この実施形態によれば、ＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電している場合に、ＰＭを引き寄せる方向を異なる方向に切り替えることによって、ハニカム構造体のハニカム壁面を有効に活用することができる。すなわちこの実施形態によれば、一方のハニカム壁面にＰＭを堆積させている間に、他方のハニカム壁面に堆積したＰＭを燃焼除去することができ、より長期間にわたってＰＭによるハニカム構造体の目詰まりを防ぐことができる。
【００１６】
本発明で使用する絶縁性ハニカム構造体は、ハニカム壁面上の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。このように絶縁性ハニカム構造体のハニカム壁面上に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がハニカム壁面上に堆積したときに、ＰＭの通電燃焼が促進される。
【００１７】
本発明の装置を使用して放電を行う場合、ＰＭをハニカム構造体上に捕集するだけでなく、放電によって排気ガス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、捕集した排気ガス中の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。
【００１８】
【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ガス浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００１９】
本発明の第１の実施形態について図１及び２を用いて説明する。ここで図１は本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図であり、図２は図１の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【００２０】
図１及び図２において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２０〜２４はメッシュ状電極である平面電極であり、４０は電圧発生器であり、且つ６０及び６１はハニカム構造体１０内に作られる電界の方向を示す矢印である。平面電極２０〜２４のうち、２１及び２３で示される平面電極は、電圧発生器４０に接続されており、残りの２０、２２及び２４で示される平面電極はアースされている。平面電極２０〜２４は、間に絶縁性ハニカム構造体１０が配置されることにより隣接する平面電極と電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように平面電極２０〜２４でサンドイッチ状に挟まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。尚、ここでは絶縁性ハニカム構造体とその対面する外側表面に配置された一対の平面電極との組み合せを複数組有する態様を説明しているが、絶縁性ハニカム構造体とその平面電極とが一組のみ存在する態様では、例えば電圧発生器４０に接続された平面電極２０及びアースされた平面電極２１と、これらの平面電極の間に挟まれた１つの絶縁性ハニカム構造体のみが存在し、このハニカム構造体内を排気ガス流れが流通することになる。
【００２１】
図１で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより平面電極２０、２２及び２４と、それぞれ隣接する平面電極２１及び２３と間に電界を作る。例えば平面電極２１及び２３をアノードとし、平面電極２０、２２及び２４をカソードとして、図２（ａ）の矢印６０で示す方向の電界をハニカム構造体１０内に作る。またカソード／アノードを切り替えると、図２（ｂ）の矢印６１で示す方向の電界がハニカム構造体１０内に作られる。すなわち、ハニカム構造体１０の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界を作る。この電界６０又は６１によるクーロン力によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。
【００２２】
以下に図１及び図２に示した本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００２３】
絶縁性ハニカム構造体１０は、セラミックハニカム構造体、例えばコージェライト製ハニカム構造体でよい。またハニカム構造体はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、通電のためのＰＭのパスができやすくするためにはウォールフロー型が望ましい。また通気抵抗に関してはストレートフロー型が望ましい。ここでこのハニカム構造体１０は十分な絶縁性を有し、それによってＰＭよりも導電性が低いようにし、電圧を印可したときにＰＭ自体に電流が流れてＰＭが通電燃焼されることを確実にすべきである。
【００２４】
平面電極２０〜２４は、これらの電極間に電圧を印加することができる材料で製造できる。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 等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。またここでは平面電極としてメッシュ状電極を使用しているが、金属板電極、箔電極の使用を考慮することもでき、また導電性ペーストをハニカム構造体１０の側面に適用して作ることもできる。
【００２５】
電圧発生器４０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。また図では平面電極２０、２２及び２４はアースされているが、電圧発生器４０に接続されて平面電極２１及び２３と反対の電圧を印可されるようにしてもよい。平面電極間の印加電圧としては、一般的には５ｋＶ以上、好ましくは１０ｋＶ以上の電圧を使用する。印加電圧のパルス周期は、１０ｍｓ以下、１ｍｓ以下が好ましい。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を電極間に印加することができるが、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に好ましい。直流パルス電圧を用いる場合、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。印加電圧の電圧等については、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、高電圧且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。
【００２６】
またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上に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、又はＰｔ／Ａｌ２Ｏ３を挙げることができる。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。この金属酸化物をハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に担持するために、例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。ハニカム構造体１０に担持する金属酸化物の量は、担持することができる範囲内で任意に選択できる。ウォッシュコートによりハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に金属酸化物を担持した場合は、その後ハニカム構造体１０を焼成することが好ましい。焼成する時の条件は、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。金属酸化物を担持した後に焼成した場合は、金属酸化物を担持し焼成していない場合と比較してＰＭ燃焼効率が向上するという効果が得られる。
【００２７】
本発明の第２の実施形態について図３〜５を用いて説明する。ここで図３は本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図であり、図４はこの形態の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図であり、図５は、この形態の排気ガス浄化装置のハニカム構造体のハニカムセルのうちの１つハニカムセルの拡大図である。
【００２８】
図３及び４において、１５はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２５〜２８はメッシュ状電極である平面電極であり、且つ４５及び４７は電圧発生器である。平面電極２５〜２８は、間に絶縁性ハニカム構造体１５が配置されることにより互いに電気的に絶縁されている。平面電極２５〜２８のうち、２５及び２７で示される平面電極は、それぞれ電圧発生器４５及び４７に接続されており、残りの２６及び２８で示される平面電極はアースされている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５５で示すように平面電極２０〜２４で囲まれた絶縁性ハニカム構造体１５内の流路を通過する。また図５において、７０はハニカムセルのハニカム壁面であり、８０はハニカム壁面７０に堆積したＰＭである。
【００２９】
図３〜５で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４５を作用させることにより平面電極２５とそれに対面する平面電極２６との間に電界を作り、また電圧発生器４７を作用させることにより平面電極２７とそれに対面する平面電極２８との間に電界を作る。例えば平面電極２５をアノードとし、平面電極２６をカソードとして、図４（ａ）の矢印６５で示す方向の電界をハニカム構造体１５内に作り、また平面電極２７をアノードとし、平面電極２８をカソードとして、図４（ｃ）の矢印６７で示す方向の電界をハニカム構造体１５内に作る。これらのそれぞれの場合においてアノードとカソードとを反対にすると、図４（ｂ）及び（ｄ）においてそれぞれ矢印６６及び６８で示す方向の電界が作られる。すなわち、いずれの場合においても、ハニカム構造体１５の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界を作る。この電界によってＰＭはハニカム構造体１５のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。
【００３０】
図４（ａ）〜（ｄ）で示すように電界の方向を切り替えることの効果は、１つのセルの拡大図を示す図５で示されている。ここで７０はハニカムセルのハニカム壁面であり、８０はハニカム壁面７０に堆積したＰＭである。図４（ａ）又は（ｂ）で示すように平面電極２５から平面電極２６に向かう方向６５又はその反対向きの方向６６に電界を作る場合、図５（ａ）で示すように、ＰＭがハニカム壁面７０の上側及び下側に優先的に堆積する。このようにＰＭがハニカム壁面の上側及び下側に優先的に堆積している間に、ハニカム壁面７０の横側に堆積したＰＭを通電及び排気熱の効果により燃焼除去し、次の堆積に備えるようにすることができる。また図４（ｃ）又（ｄ）で示す方向６７又は６８の電界を作る場合には、図５（ｂ）で示すようにＰＭがハニカム壁面７０の右側及び左側に優先的に堆積し、この間にハニカム壁面７０の上側及び下側に堆積したＰＭを燃焼除去することができる。このように、ハニカムセルの壁面を交互に使用することにより、ハニカムセルのハニカム壁面７０を有効に利用することができる。また特にＰＭが正と負のいずれか一方に優先的に帯電し、上側面と下側面のいずれか一方又は左右の面のいずれか一方にのみ優先的にＰＭが堆積する場合には、更に電界の方向を図４の（ａ）及び（ｂ）で示すように又は（ｃ）及び（ｄ）で示すように切り変えることによって、より均等にハニカム壁面を利用することができる。
【００３１】
以下に、図３〜５に示した排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。
【００３２】
平面電極２５〜２８は、第１の実施形態において平面電極２０〜２４に関して示したのと同様な材料で製造できる。絶縁性ハニカム構造体１５、電圧発生器４５及び４７、並びに絶縁性ハニカム構造体１５の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。
【００３３】
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。
【００３４】
【実施例】
〔実施例１〜６〕
実施例１
図１に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図６の（ａ）に示すように、直方体型ストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ、縦１５セル、横５セル、奥行き５０ｍｍ）と、金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２４ｍｍ、奥行き４５ｍｍ）の３００メッシュ品又は３０メッシュ品をサンドイッチ型に交互に挟んだ構造にして、本発明の排気ガス浄化装置を形成した。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。電源には直流電源（ＤＣ）を用いて極性を＋とグランドとで交互にした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３５】
実施例２
実施例１のハニカムにＣｅＯ２ 粉末１．５ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ３ ）３ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ２ 粉末に対して２ｗｔ％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した。その後、実施例１と同じようにメッシュ電極とサンドイッチ構造にして排気ガス浄化装置を作成した。実施例１と同様にして電源にはＤＣを用いて極性を＋とグランドと交互とした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３６】
実施例３
実施例１のハニカムにＡｌ２ Ｏ３ 粉末１．５ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ２ Ｏ３ 粉末に対して２ｗｔ％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。実施例１と同様にして電源にはＤＣを用いて極性を＋とグランドと交互とした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００３７】
実施例４
図６（ａ）で示した排気ガス浄化装置と同様に、コージェライト製ハニカム及び金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２４ｍｍ、奥行き４５ｍｍ）を図のようにサンドイッチ型に交互に挟んだ構造にして、本発明の排気ガス浄化装置を形成した。但し、ここではメッシュ電極として全て３００メッシュ品を使用し、また電源には交流電源（ＡＣ）を用いて極性が＋と−との間で交互に切り替わるようにした。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。
【００３８】
実施例５
実施例２と同様にしてＦｅ／ＣｅＯ２をコートした以外は、実施例４と同じである。
【００３９】
実施例６
実施例３と同様にしてＰｔ／Ａｌ２Ｏ３をコートした以外は、実施例４と同じである。
【００４０】
性能評価 ＰＭ捕集
断面３４×４８ｍｍのアクリル管の内部に実施例１〜６のハニカムをアルミナマットを巻いて保持する。ここに、排気量２４００ｃｃの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、実施例１〜３まではＤＣ電源を用いて４ｋＶの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。また実施例４〜６まではＡＣ電源を用いて４ｋＶ、６０Ｈｚの電圧を印加した。このハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をエレクトリカル・ロー・プレッシャー・インパクター（ＥＬＰＩ）を用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００ｒｐｍ）である。
【００４１】
性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１〜６のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様にアクリル管内部に保持し（雰囲気は空気）、１０ｋＶの電圧を２０分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０ｋＪ／ｇである。
【００４２】
【表１】
〔実施例７及び８〕
実施例７
図３に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図６の（ｂ）に示すように、直方体型ストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ、縦１５セル、横１５セル、奥行き５０ｍｍ）と、金属メッシュ（ＳＵＳ３０４製、縦２０ｍｍ、奥行き４０ｍｍ）の３００メッシュ品及び３０メッシュ品を、ハニカム構造体の４面に配置した構造の本発明の排気ガス浄化装置を形成した。実験においては、図の矢印方向にガスが流れるようにこの排気ガス浄化装置を配置した。電源には直流電源（ＤＣ）を用いて極性を＋とグランドにした。すなわち電源に接続された側がアノードとなり、アースされた側がカソードとなるようにした。
【００４３】
実施例８
全ての電極を３００メッシュ品（ＳＵＳ３０４製、縦２０ｍｍ、奥行き４０ｍｍ）としたハニカムに対して、電源として交流電源（ＡＣ）を用いて極性が＋と−との間で交互に切り替わるようにして実験を行った。
【００４４】
性能評価 ＰＭ捕集
断面３４×４８ｍｍのアクリル管の内部に実施例７及び８のハニカムをアルミナマットを巻いて保持する。ここに、排気量２４００ｃｃの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、実施例７はＤＣ電源を用いて１０ｋＶの電圧を印加し（投入電力約７．５Ｗ）、１０秒毎に電界の向きをｘ方向とｙ方向とで切り替えた。また実施例８ではＡＣ電源を用いて１０ｋＶ、６０Ｈｚの電圧を印加した。このハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００ｒｐｍ）である。
【００４５】
性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例７及び８のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様にアクリル管内部に保持し（雰囲気は空気）、１０ｋＶの電圧を２０分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０ｋＪ／ｇである。
【００４６】
【表２】
【００４７】
【発明の効果】
本発明の装置の構成によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つ絶縁性ハニカム構造体内に作られた電界によって堆積させたＰＭを燃焼除去する。すなわち絶縁性ハニカム構造体を使用することによって小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受けつつ、排気ガスの流通方向とは異なる方向にＰＭを引き寄せることによって高い捕集効率の利益を受ける。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【図２】図２は、図１の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【図３】図３は、本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【図４】図４は、図３の排気ガス浄化装置を排気ガス流れの上流方向から見た正面図である。
【図５】図５は、図３の排気ガス浄化装置のハニカム構造体のハニカムセルのうちの１つハニカムセルの拡大図である。
【図６】図６は、実施例において使用した本発明の排気ガス浄化装置の斜視図である。
【符号の説明】
１０、１５…絶縁体ハニカム構造体
２０〜２８…メッシュ電極
４０、４５、４６…電圧発生器
５０、５５…ＰＭ含有排気ガス流れの方向
６０、６１、６５〜６８…電界の方向
７０…ハニカムセル
８０…堆積したＰＭ
Claims (3)
- 絶縁性ハニカム構造体及び一対の平面電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、前記ハニカム構造体が、対面する外側表面を有し、且つ前記一対の平面電極が、前記ハニカム構造体の前記対面する外側表面のそれぞれに配置されており、それによって前記一対の平面電極が、前記ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の電界を、前記ハニカム構造体内に作るようにされていることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置。
- 前記ハニカム構造体とその対面する外側表面に配置された前記一対の平面電極との組み合わせを複数組有する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 絶縁性ハニカム構造体及び電極を有する、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、前記ハニカム構造体が、２組の対面する外周平面を有し、前記電極が、２組の対面する平面電極を含み、且つ前記対面する平面電極のそれぞれが、前記ハニカム構造体の対面する外周平面にそれぞれ配置されており、それによって前記２組の対面する平面電極が、ハニカム構造体内の排気ガス流路の方向に対して非平行の２方向の電界を、ハニカム構造体内に切り換えて作れることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置。
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