JP2006144632A - 排気浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】プラズマ発生手段の大型化に伴う電源手段の大型化を防止する排気浄化装置を提供する。
【解決手段】排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるべく放電を行い得るプラズマ発生手段12と、プラズマ発生手段12に電圧を印加する電源手段23とを備えた排気浄化装置であって、プラズマ発生手段12をユニット化して複数備え、プラズマ発生手段12の複数のユニットに対して電源手段23の接続を順次切り換える制御スイッチ25を備える。
【選択図】図6
【解決手段】排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるべく放電を行い得るプラズマ発生手段12と、プラズマ発生手段12に電圧を印加する電源手段23とを備えた排気浄化装置であって、プラズマ発生手段12をユニット化して複数備え、プラズマ発生手段12の複数のユニットに対して電源手段23の接続を順次切り換える制御スイッチ25を備える。
【選択図】図6
Description
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中からパティキュレートを除去する排気浄化装置に関するものである。
ディーゼルエンジンから排出されるパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)は、炭素質から成る煤と、高沸点炭化水素成分から成るSOF分(Soluble Organic Fraction:可溶性有機成分)とを主成分とし、更に微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成を成すものであるが、この種のパティキュレートの低減対策としては、排気ガスが流通する排気管の途中に、パティキュレートフィルタを装備することが従来より行われている。
この種のパティキュレートフィルタは、コージェライト等のセラミックから成る多孔質のハニカム構造となっており、格子状に区画された各流路の入口が交互に目封じされ、入口が目封じされていない流路については、その出口が目封じされるようになっており、各流路を区画する多孔質薄壁を透過した排気ガスのみが下流側へ排出されるようにしてある。
そして、排気ガス中のパティキュレートは、前記多孔質薄壁の内側表面に捕集されて堆積し、排気温度が高い運転領域に移行した際に自然燃焼して除去されるようになっているが、例えば都内の路線バス等のように渋滞路ばかりを走行するような車輌では、必要な所定温度以上での運転が長く継続しないため、パティキュレートの処理量よりも堆積量の方が上まわり、パティキュレートフィルタが目詰まりを起こす虞れがあった。
このため、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去し得るよう排気浄化装置の開発が進められており、この種の排気浄化装置では、プラズマ発生手段により排気ガス中にプラズマを発生させれば、排気ガスが励起して例えばOラディカル、OHラディカル等の活性のラディカルが発生し、排気温度が低い運転領域でもパティキュレートを良好に燃焼除去することが可能となる。
ここで、プラズマ発生手段は、下記の特許文献1や特許文献2に示す如く、穿孔処理された円筒状ステンレススチールから成る外側電極と内側電極との間に誘電体を成すセラミックスのペレットを充填し、該ペレットの充填層を通過するように排気ガスを流して該排気ガス中のパティキュレートを捕集する一方、外側電極と内側電極との間でプラズマを発生させるようにしている。
特表2002−501813号公報
特表2002−511332号公報
しかしながら、このような排気浄化装置のプラズマ発生手段を大型化した場合には、プラズマ発生手段の静電容量も増大して無効電力が増加し、大容量のトランスが必要になるため、電源手段の大型化により製造コストが増加するという問題があった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、プラズマ発生手段の大型化に伴う電源手段の大型化を防止する排気浄化装置を提供することを目的としている。
本発明の請求項1は、排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるべく放電を行い得るプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に電圧を印加する電源手段とを備えた排気浄化装置であって、前記プラズマ発生手段をユニット化して複数備え、前記プラズマ発生手段の複数のユニットに対して前記電源手段の接続を順次切り換える制御スイッチを備えたことを特徴とする排気浄化装置、に係るものである。
本発明の請求項2は、プラズマ発生手段の複数のユニットに対して一つ以上全部未満の電源手段を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置、に係るものである。
本発明の請求項3は、プラズマ発生手段の二つのユニットに対して一つの電源手段を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置、に係るものである。
而して、このように、本発明の請求項1によれば、プラズマ発生手段をユニット化して複数備えるので、一つのプラズマ発生手段を大型化した場合と同様の処理能力を備えることができ、同時に、プラズマ発生手段の複数のユニットに対して電源手段の接続を制御スイッチにより順次切り換えるので、電源手段の大型化を防止して製造コストを低減することができる。
本発明の請求項2の如く、プラズマ発生手段の複数のユニットに対して一つ以上全部未満の電源手段を接続すると、プラズマ発生手段のユニットと電源手段との接続の自由度を増すので、パティキュレートの処理を柔軟且つ容易に処理することができると共に電源手段の大型化を防止して製造コストを低減することができる。
本発明の請求項3の如く、プラズマ発生手段の二つのユニットに対して一つの電源手段を接続すると、電源手段の個数を減らし得るので、電源手段の大型化を防止して製造コストを大幅に低減することができる。
上記した本発明の排気浄化装置によれば、一つのプラズマ発生手段を大型化した場合と同様の処理能力を備えることができ、同時に電源手段の大型化を防止することができるという優れた効果を奏し得る。
以下本発明の実施の形態の第一例を図面を参照しつつ説明する。
図1〜図6は本発明を実施する形態の第一例を示すもので、図1中における符号の1はターボチャージャ2を搭載したディーゼルエンジン(内燃機関)を示しており、エアクリーナ3から導いた吸気4を吸気管5を通し前記ターボチャージャ2のコンプレッサ2aへ導いて加圧し、その加圧された吸気4をインタークーラ6を介しディーゼルエンジン1の各気筒に分配して導入するようにしてある。
また、このディーゼルエンジン1の各気筒から排気マニホールド7を介し排出された排気ガス8を前記ターボチャージャ2のタービン2bへ送り、該タービン2bを駆動した排気ガス8を、排気管9途中のプラズマアシスト型の排気浄化装置10を通してパティキュレートを捕集した上で排出するようにしてある。
この排気浄化装置10は、以下に図1〜図6を参照して詳述する如きプラズマ発生手段12をユニット化したものを並列に並べてフィルタケース11により抱持されたものとなると共に、電源手段23をユニット化したものを備えたものになっている。これ以降の説明で参照すべき図面のうち、図2はプラズマ発生手段12の一つのユニットの概略構造と電源手段23の一つのユニットを示す平面図、図3はプラズマ発生手段12の一つのユニットを後側から見た斜視図、図4は図3の後側の絶縁構造物14を取り外した状態を示す斜視図、図5は各プラズマ発生手段12の複数のユニットを並列に並べた状態を後側から見た斜視図、図6はプラズマ発生手段12の複数のユニットと電源手段23のユニットとの接続状態を示す概念図である。
前記プラズマ発生手段12は、所要の隙間を隔てて対向配置された通気構造を成す一対の平板電極15と、該各平板電極15間に各平板電極15の夫々の面に対しプラズマ発生空間16を挟んで平行に数mmギャップで配列され且つ表面を誘電体17により絶縁被覆された複数の電極棒18とを備えており、これら各平板電極15と各電極棒18の両端部が絶縁構造物13,14により支持されている。
ここで、本形態例においては、前記平板電極15自体がフィルタ手段として構成されている場合を例示しており、より具体的には、パティキュレートを捕集可能な金属フィルタにより前記平板電極15が通気構造を成すようにしてある。ただし、フィルタ手段として、プラズマ発生空間16に、コージェライトハニカムフィルタ、セラミックス繊維フィルタ、セラミックスフォーム、アルミナペレット等を介装することも可能である。
他方、前記前側の絶縁構造物13に、前記電極棒18の二つの列群により挟まれた導入空間19に排気ガス8を導き入れるためのガス入口20が開口されていると共に、前記後側の絶縁構造物14は排気ガス8の流れを堰き止める閉塞構造となっており、上流側からガス入口20を介し導入空間19に導入した排気ガス8が、各電極棒18の各列群の隙間からプラズマ発生空間16及び平板電極15を通過して下流側に流れるようにしてある。また、導入空間19の上部と下部とに開放された部分は、図2に一部のみを図示した筐体21により塞がれるようになっている。
更に、各平板電極15の後側の端部は、後側の絶縁構造物14を貫通して該絶縁構造物14の外部に導体板から成る給電部22を形成しており、この給電部22に対し筐体21を貫通してフィルタケース11外の電源手段23のユニットが制御スイッチ25(図2には図示せず)を介して接続され且つ各平板電極15が接地されていて、各平板電極15と各電極棒18との間に放電に必要な直流パルス高電圧(交流高電圧でも可)を印加し得るようにしてある。
そして、プラズマ発生手段12を一つのユニットとし、図5に示す如く、複数のユニットを並列に並べてユニットの集合体(図5では四つのユニット)を構成しており、ユニットの集合体は、排気ガス8の導入方向を一致させると共に、平板電極15を通過した排気ガス8を下流側に導く排気空間24を隣接の各ユニット間に確保している。
同時に、図6に示す如く、一つの電源手段23を一つのユニットとしており、電源手段23の一つのユニットは、プラズマ発生手段12のユニットに制御スイッチ25を介して切換可能に接続されている。ここで、電源手段23のユニットは、プラズマ発生手段12の一つのユニットの静電容量に対応するよう所定容量のトランスを備えている。
又、制御スイッチ25は、プラズマ発生手段12の全てのユニットに対して電源手段23の一つのユニットの接続を順次切り換えるよう制御している。ここで、制御スイッチ25による切換順序は、一つのユニットにパティキュレートが所定量以上溜ったことを検出して切り換えても良いし、一定の順序及び時間間隔によって切り換えても良く、特に限定されるものではない。
このような排気浄化装置10に排気ガス8を流した際には、上流側からの排気ガス8が各プラズマ発生手段12の導入空間19に導入されて電極棒18の各列群の隙間からプラズマ発生空間16及び平板電極15を通過して下流側へと流れることになり、この排気ガス8が金属フィルタを成す平板電極15を通過する際にパティキュレートが捕集されていくので、必要時に電源手段23のユニットにより各平板電極15と各電極棒18との間に直流パルス高電圧を印加すると、表面を誘電体17により絶縁被覆された各電極棒18と平板電極15との間でバリア放電が起こり、これによりプラズマ発生空間16に低温プラズマ(非熱平衡プラズマ)が生じる結果、排気ガス8が励起して例えばOラディカル、OHラディカル等の活性のラディカルが発生し、これらの排気ガス励起成分による助勢を受けてパティキュレートが効果的に燃焼除去(酸化処理)されることになる。
又、プラズマ発生手段12のユニットにパティキュレートを捕集した際には、制御スイッチ25により電源手段23のユニットをプラズマ発生手段12の一つのユニットに接続してパティキュレートの燃焼除去を開始し、燃焼除去の後には制御スイッチ25を切り換えて、プラズマ発生手段12の他のユニットに捕集されたパティキュレートの燃焼除去を開始し、順次、プラズマ発生手段12の全てのユニットのパティキュレートを処理する。
而して、このように、本発明の実施の形態の第一例によれば、プラズマ発生手段12をユニット化して複数備えるので、一つのプラズマ発生手段12を大型化した場合と同様の処理能力を備えることができ、同時に、プラズマ発生手段12の全てのユニットに対して電源手段23の接続を制御スイッチ25により順次切り換えるので、電源手段23の大型化を防止して製造コストを低減することができる。
又、プラズマ発生手段12の構成によれば、従来よりも空間効率の良いプラズマ発生手段12を実現することができるので、排気浄化装置10の車輌への搭載性を大幅に向上することができる。更に、プラズマ発生手段12には、平板電極15と複数の電極棒18の列群とを対向配置した空間的に無駄の無い構造が採用されているので、極板間距離を短く保ったまま平板電極15と複数の電極棒18の列群を平面方向に拡張することで無駄な空間を殆ど増やさずに捕集面積を大きくすることが可能であり、更に又、各プラズマ発生手段12を並べる数を増やすことでも捕集面積を効率良く大きくすることができる。
以下本発明の実施の形態の第二例を図面を参照しつつ説明する。
図7は本発明を実施する形態の第二例であって、プラズマ発生手段12の複数のユニットと電源手段23のユニットとの接続状態を示す概念図であり、プラズマ発生手段12と電源手段23の接続状態を変形したものである。なお、プラズマ発生手段12の一つのユニット及びユニットの集合体は第一例と略同じように構成されている。
第二例は、図7に示す如く、一つの電源手段23を一つのユニットとすると共に電源手段23の二つのユニットを配して構成しており、電源手段23の二つのユニットは、夫々、プラズマ発生手段12の別個のユニットに制御スイッチ25を介して切換可能に接続されている。ここで、電源手段23のユニットは、プラズマ発生手段12の一つのユニットの静電容量に対応するよう所定容量のトランスを備えている。
又、制御スイッチ25は、プラズマ発生手段12の全てのユニットに対して電源手段23の二つのユニットが対応するよう、プラズマ発生手段12の二つのユニットに対し、電源手段23の一つのユニットの接続を順次切り換えている。ここで、制御スイッチ25による切換順序は、一つのユニットにパティキュレートが所定量以上溜ったことを検出して切り換えても良いし、一定の順序及び時間間隔によって切り換えても良く、特に限定されるものではない。
プラズマ発生手段12のユニットにパティキュレートを捕集した際には、制御スイッチ25により電源手段23の二つのユニットを、対応する夫々のプラズマ発生手段12のユニットに接続してパティキュレートの燃焼除去を開始し、燃焼除去の後には制御スイッチ25を切り換えて、プラズマ発生手段12の残りのユニットに捕集されたパティキュレートの燃焼除去を開始し、プラズマ発生手段12の全てのユニットのパティキュレートを処理する。
而して、本発明の実施の形態の第二例によれば、第一例と同様な作用効果を得ることができる。又、プラズマ発生手段12の複数のユニットに対して一つ以上全部未満の電源手段23を接続すると、プラズマ発生手段12のユニットと電源手段23との接続の自由度を増すので、パティキュレートの処理を柔軟且つ容易に処理することができると共に電源手段23の大型化を防止して製造コストを低減することができる。
図8は本発明を実施する形態の第三例であって、プラズマ発生手段12の複数のユニットと電源手段23のユニットとの接続状態を示す概念図であり、制御スイッチ25を備えてプラズマ発生手段12と電源手段23との接続状態を変形したものである。なお、プラズマ発生手段12の一つのユニット及びユニットの集合体は第一例と略同じように構成されている。
第三例は、図8に示す如く、一つの電源手段23を一つのユニットとしており、電源手段23の一つのユニットは、プラズマ発生手段12の二つのユニットに同時に接続するよう、制御スイッチ25を介して切換可能に接続される。ここで、電源手段23のユニットは、プラズマ発生手段12の一つのユニットの静電容量に対して二倍以上の余裕を持たせている。
又、制御スイッチ25は、プラズマ発生手段12の全てのユニットに対して電源手段23の一つのユニットが対応するよう、プラズマ発生手段12の二つのユニットに同時に接続される電源手段23の一つのユニットを順次切り換えている。ここで、制御スイッチ25による切換順序は、一つのユニットにパティキュレートが所定量以上溜ったことを検出して切り換えても良いし、一定の順序及び時間間隔によって切り換えても良く、特に限定されるものではない。
プラズマ発生手段12のユニットにパティキュレートを捕集した際には、制御スイッチ25により電源手段23の一つのユニットをプラズマ発生手段12の二つのユニットに接続してパティキュレートの燃焼除去を開始し、燃焼除去の後には制御スイッチ25を切り換えて、プラズマ発生手段12の残りの二つのユニットに捕集されたパティキュレートの燃焼除去を開始し、プラズマ発生手段12の全てのユニットのパティキュレートを処理する。
而して、本発明の実施の形態の第三例によれば、第一例及び第二例と同様な作用効果を得ることができる。又、プラズマ発生手段12の二つのユニットに対して一つの電源手段23を接続すると、電源手段23の個数を減らし得るので、電源手段23の大型化を防止して製造コストを大幅に低減することができる。
尚、本発明の排気浄化装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、プラズマ発生手段は他の構造でもよいこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
9 排気管
12 プラズマ発生手段
23 電源手段
25 制御スイッチ
12 プラズマ発生手段
23 電源手段
25 制御スイッチ
Claims (3)
- 排気管途中のフィルタケース内に収容されてパティキュレートを捕集し且つその捕集箇所にて排気ガス中にプラズマを発生させるべく放電を行い得るプラズマ発生手段と、該プラズマ発生手段に電圧を印加する電源手段とを備えた排気浄化装置であって、前記プラズマ発生手段をユニット化して複数備え、前記プラズマ発生手段の複数のユニットに対して前記電源手段の接続を順次切り換える制御スイッチを備えたことを特徴とする排気浄化装置。
- プラズマ発生手段の複数のユニットに対して一つ以上全部未満の電源手段を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。
- プラズマ発生手段の二つのユニットに対して一つの電源手段を接続したことを特徴とする請求項1記載の排気浄化装置。
Priority Applications (3)
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---|---|---|---|
JP2004334579A JP2006144632A (ja) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | 排気浄化装置 |
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Applications Claiming Priority (1)
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JP2004334579A JP2006144632A (ja) | 2004-11-18 | 2004-11-18 | 排気浄化装置 |
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Cited By (2)
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KR100727861B1 (ko) | 2007-01-26 | 2007-06-14 | 한국기계연구원 | 난분해성 가스용 플라즈마 반응기 |
JP2015094267A (ja) * | 2013-11-12 | 2015-05-18 | 日野自動車株式会社 | 粒子荷電排気浄化装置 |
-
2004
- 2004-11-18 JP JP2004334579A patent/JP2006144632A/ja active Pending
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KR100727861B1 (ko) | 2007-01-26 | 2007-06-14 | 한국기계연구원 | 난분해성 가스용 플라즈마 반응기 |
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