JP2005307831A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高電圧の印加により排ガスを処理する排ガス浄化装置において、低電圧で安定した放電を実行する。
【解決手段】 浄化容器１０を弧状部１０ａと直行部１０ｂ（非弧状部）から構成する。円筒形の装置に比して浄化容器１０の有効面積が直行部１０ｂの面積だけ拡大され、これによって、電極１０，２０間の距離を拡大することなく処理能力を増大させることができる。内部電極２０は排気方向に直交する断面において浄化容器１０からの最短距離が一定にされているので、放電経路の偏りを抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、高電圧の印加により内燃機関の排ガスを処理する排ガス浄化装置に関する。

車両などの内燃機関の排ガスを浄化するための技術として、近年、排ガスの流路中に設置された複数の電極間に高電圧を印加して排ガス中のＮＯｘなどの所定物質を活性化させ、反応を促進してＮ_２等の物質に変換させる排ガス浄化装置が提案されている。例えば特許文献１は、平板電極間にハニカム担体触媒を配置して高電圧処理部を構成すると共に、バッテリから供給される直流電圧を高圧電源発生部によって高圧交流電圧に変換し、この高圧交流電圧を高電圧処理部の平板電極間に印加することによってコロナ放電を生じさせ、ＮＯｘの反応を促進して排ガスを浄化する排ガス浄化装置を開示している。この排ガス浄化装置はディーゼルエンジンの排気経路中に設置され、エンジンからの排ガスを浄化している。

他方、円筒形の外周電極と、この外周電極の軸線に沿って延びる棒状の中心電極とを有し、両電極間に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて、通過する排ガスを浄化するような、いわば透過型の排ガス浄化装置も提案されている。このような装置では、通過する排ガス中のＮＯｘなどの物質がＮ_２等に変換されると共に、供給される排ガス中のＰＭ（particulate matter; 粒子状物質）が中心電極からの放電により帯電され、これと逆極性である外周電極側に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する熱により焼却処理される。排ガスが繊維フィルタを通過するようないわば濾過型の装置に比して、このような透過型の装置は、ＰＭの排気抵抗による圧力損失が小さいという利点がある。

特許第３１４７１９３号公報

ところで、後者のような透過型の装置について、その排ガス流路の断面積を増大して処理能力を増大するためには、円筒形である外周電極の半径を増大させればよい。しかし、同等の圧力下では電極間の距離が大きくなるに従い、電極間の放電すなわち絶縁破壊に要する電圧は基本的に増大する（パッシェンの法則）ため、外周電極の半径を増大させると電極間の安定した放電のためには更に高い電圧が必要となる。

そこで本発明の目的は、高電圧の印加により排ガスを処理する排ガス浄化装置において、低電圧で安定した放電を実行できるような手段を提供することにある。

第１の本発明は、筒状の外周電極と、該外周電極内に挿通された内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加することにより、前記両電極間に供給される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、前記外周電極はその排気方向に直交する断面において、複数の弧状部と、前記複数の弧状部を互いに結合する非弧状部とを有し、前記内部電極は前記断面において前記外周電極からの最短距離が略一定であることを特徴とする排ガス浄化装置である。

第１の本発明では、外周電極が弧状部と非弧状部からなり、円筒形の装置に比して外周電極が非弧状部の面積だけ拡大されるので、電極間の距離を拡大することなく処理能力を増大させることができる。また、内部電極は排気方向に直交する断面において外周電極からの最短距離が略一定にされているので、放電経路の偏りを生じることはない。

第２の本発明は、請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、前記外周電極は前記断面においてレーストラック形であり、前記内部電極は前記断面において略直線をなしていることを特徴とする排ガス浄化装置である。

第２の本発明では、外周電極が排気方向に直交する断面においてレーストラック形、すなわち互いに対向する同径の半円弧の端部同士を直線で結合した形状であるため、装置を薄型に構成できその配置の自由度を高めることができる。

第３の本発明は、請求項１または２に記載の排ガス浄化装置であって、前記外周電極および前記内部電極のうち少なくともいずれか一方には、その表面に凹凸が形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置である。

第３の本発明では、凹凸の形成に伴って生じる尖端部により放電を促進することができる。

第３の本発明における凹凸はいかなる方法で形成してもよいが、第４の本発明のようにプレス加工によって、あるいは第５の本発明のように有孔材と無孔材との積層によって形成することとすれば、放電を促進するための尖端部を比較的容易に生成させることができる。

本発明の実施形態につき、以下に図面に従って説明する。図１において、本発明の第１実施形態の排ガス浄化装置１は、車両に適用されるものであり、本発明における外周電極としての機能を有する浄化容器１０と、この浄化容器１０内に挿通された内部電極２０とを含んだプラズマリアクタまたはコロナリアクタとして構成されている。

浄化容器１０は、その排気方向Ａに直交する断面（Ｂ−Ｂ断面）において、レーストラック形をなしている。すなわち、図２に示すように、浄化容器１０はそのＢ−Ｂ断面において、互いに対向する２つの互いに同径の半円弧である弧状部１０ａと、これら２つの弧状部１０ａの対向する端部同士を結合する２つの平板状の直行部１０ｂとを一体的に結合した形状をなしている。

浄化容器はＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなる。図１に示されるように、浄化容器１０には、碍子などからなる電極座１１およびスリーブ１２を介して導電線１３が固定されている。導電線１３はＬ字状に屈曲して、内部電極２０の上流側の端部に接続している。

内部電極２０は平面視略矩形であり、その四隅は、図中鉛直方向に延びる支柱２１によって浄化容器１０に固定されている。内部電極２０はＳＵＳなどの耐熱導電性材料からなるが、タングステンのプレス焼成品などの他の材料を用いてもよい。支柱２１はセラミックス等の高耐熱かつ電気絶縁性の優れた材料からなる。内部電極２０の側端部は浄化容器１０の弧状部１０ａのなす円の中心に配置され、かつ内部電極２０は浄化容器１０の直行部１０ｂと平行に設置される。その結果内部電極２０は、浄化容器１０からの最短距離がその全表面について略一定となっている。

内部電極２０は平板状であってその表面の断面は略直線をなすが、図３に示すように、内部電極２０の表面には、プレス加工により多数の突起２０ａが設けられている。また図４に示すように、浄化容器１０の内面にはプレス加工により多数の突起１０ａが設けられている。これら突起２０ａ，１０ａの形状としては、浄化容器１０と内部電極２０とで互いに平行な多数の直行並行突条、浄化容器１０と内部電極２０とで互いに方向を異にした多数の（例えば互いに直交する）直行並行突条、円柱状、角柱状、円錐状、角錐状など任意の形状を採用することができる。

以上のとおり構成された本実施形態では、浄化容器１０は電気的に接地され、他方、導電線１３には直流パルス電圧が加えられる。動作の際には、浄化容器１０と内部電極２０との間のコロナ放電などの放電によって排ガス中のＮＯｘなどの所定物質が活性化され、反応が促進されてＮ_２等の物質に変換させられる。また、供給される排ガス中のＰＭが内部電極２０からの放電により帯電され、内部電極２０と浄化容器１０との間における電界との相互作用によって浄化容器１０に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する熱により燃焼ないし酸化が促進されることになる。

ここで本実施形態では、浄化容器１０を弧状部１０ａと直行部１０ｂ（非弧状部）から構成したので、円筒形の装置に比して浄化容器１０の有効面積が直行部１０ｂの面積だけ拡大され、これによって、電極１０，２０間の距離を拡大することなく処理能力を増大させることができる。また、内部電極２０はＢ−Ｂ線断面（排気方向に直交する断面）において浄化容器１０からの最短距離が一定にされているので、放電経路の偏りを抑制することができる。

また本実施形態では、浄化容器１０がＢ−Ｂ線断面（排気方向に直交する断面）においてレーストラック形、すなわち互いに対向する同径の半円弧の端部同士を直線で結合した形状であるため、装置を薄型に構成できその配置の自由度を高めることができる。

また、本実施形態では浄化容器１０および内部電極２０に凹凸を設けたので、凹凸の形成に伴って生じる突起１０ａ，２０ａのエッジ部（尖端部）により放電を促進することができ、また内部電極２０における放電位置の偏りを抑制できる。

なお、本実施形態では突起１０ａ，２０ａをプレス加工によって形成したので、従来の棒状の内部電極に針状の突片を溶接するような場合に比して、放電を促進するための尖端部を比較的容易に形成することができ、また耐久性の高い浄化容器および内部電極を提供できる。また、本実施形態では内部電極２０を板状としたので、このような加工法の採用によりコストの抑制が可能となる。しかしながら、本発明における浄化容器や内部電極の突起の形成には、鍛造その他の塑性加工や、尖端部となる多数の針状突片の溶接など、他の方法を選択することもできる。さらに、図５に示すように、パンチメタルなどの有孔材１１１と無孔材１１２との積層によって浄化容器１１０を構成するなど、外周電極や内部電極を有孔材と無孔材との積層によって構成することも可能であり、この場合には、尖端部を特に容易に形成することができる。また有孔材のみを交換できるように装置を構成すれば、装置が劣化した場合にこれを容易に再生でき高いリユース性を提供することができる。

なお、本発明は上述の各実施形態に記載の態様に限定されず、各種の変形が可能である。例えば図６に示されるように、外周電極となる浄化容器２１０をその排気方向に直交する断面において、３つの弧状部２１０ａと、これら弧状部２１０ａを互いに結合する直行部２１０ｂ（非弧状部）とによって構成し、内部電極２２０は浄化容器２１０からの最短距離が一定であるように、弧状部２２０ａと、この弧状部２２０ａによって接続される２つの直行部２２０ｂとによって構成してもよい。このように装置全体を折り返してなる構造をとる場合には、電極間距離の拡大を抑制しながら装置の処理能力を増大することが可能となる。また、この変形例におけるものと同様の折り返し箇所を複数設けて、装置全体をその排気方向に直交する断面において蛇行させる構造としてもよい。また、上記実施形態および各変形例では、排気経路が略直線となるように装置を構成したが、本発明は排気経路が湾曲ないし屈曲するような構造としても実現できる。

また、本発明における高電圧処理部の構成も上記実施形態の態様に限定されず、例えば外周電極に囲まれた空間にセラミックスなどのハニカム構造体を設置するなど、プラズマの利用の有無やＰＭの濾過如何にかかわらず、電力の作用により排ガスを改質処理しうる各種のものを用いることができ、いずれも本発明の範疇に属するものである。

本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の概略を示す側面図である。 本発明の実施形態に係る排ガス浄化装置の図１におけるＢ−Ｂ線断面図である。 内部電極を示す図１のＢ−Ｂ線断面の要部拡大図である。 浄化容器を示す図１のＢ−Ｂ線断面の要部拡大図である。 浄化容器の変形例を示す要部拡大図である。 排ガス浄化装置の変形例を概略的に示す断面図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
１０，１１０，２１０ 浄化容器
１０ａ，２１０ａ 弧状部
１０ｂ，２１０ｂ 直行部
１３ 導電線
２０，２２０ 内部電極
２１ 支柱
１１１ 有孔材
１１２ 無孔材

Claims (5)

1. 筒状の外周電極と、該外周電極内に挿通された内部電極と、を備え、前記両電極間に高電圧を印加することにより、前記両電極間に供給される排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
   前記外周電極はその排気方向に直交する断面において、複数の弧状部と、前記複数の弧状部を互いに結合する非弧状部とを有し、前記内部電極は前記断面において前記外周電極からの最短距離が略一定であることを特徴とする排ガス浄化装置。
2. 請求項１に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記外周電極は前記断面においてレーストラック形であり、前記内部電極は前記断面において略直線をなしていることを特徴とする排ガス浄化装置。
3. 請求項１または２に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記外周電極および前記内部電極のうち少なくともいずれか一方には、その表面に凹凸が形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
4. 請求項３に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記凹凸は、プレス加工によって形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
5. 請求項３に記載の排ガス浄化装置であって、
   前記凹凸は、有孔材と無孔材との積層によって形成されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
   

Images