JP2006214392A - 排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、ＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制する。
【解決手段】 複数の内部電極５を互いに電気的に結合する導電性フレーム８を支持する絶縁部材９が、排気経路を画成するケース２ａ，２ｂに支持されているので、ＰＭが付着しやすい排気流路の中央を避けるように絶縁部材９を配置でき、絶縁部材９へのＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関等の排ガスを高電圧の印加によって処理する排ガス浄化装置に関する。

車両の内燃機関等の排ガスを浄化するための技術として、近年、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または線状の内部電極とを有し、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、いわば透過型またはストレートフロー型の排ガス浄化装置が提案されている。例えば、特許文献１に開示されている装置では、互いに並列に配置された複数の円筒形の外周電極のそれぞれに、線材からなる内部電極が一本ずつ挿通され、内部電極と外周電極との間の放電によって、外周電極内を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）が帯電され、これと内外の電極間の電界との相互作用によってＰＭが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。

特開２００２−３０９２０号公報

ところで、この種の装置では、長期間の使用によって浄化性能が低下する場合がある。これにつき発明者らは鋭意研究の結果、この浄化性能の低下は、炭素を主要素とし導電性を有するＰＭが、使用中の堆積によって電極間の漏電を生じさせ、極間電圧を制限しているのが原因になっていることを知見した。

本発明はかかる新知見に基づいてなされたものであり、その目的は、高電圧の作用により排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、ＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することにある。

第１の本発明は、外周電極と、当該外周電極の内側に配置された内部電極と、を備え、前記両電極間への高電圧の印加によって排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、前記複数の内部電極が導電性フレームによって互いに電気的に結合されており、前記導電性フレームは、前記外周電極および内部電極を収容し排気経路を画成するケースに絶縁部材を介して固定されており、前記絶縁部材は、前記排ガスの流路の外周端から所定範囲内に配置されてい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、複数の内部電極を互いに電気的に結合する導電性フレームを支持する絶縁部材が、排ガスの流路の外周端から所定範囲内に配置されているので、ＰＭが付着しやすい排気流路の中央を避けるように絶縁部材を配置でき、絶縁部材へのＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することができる。

本発明における絶縁部材は、第２の本発明のように、外周電極の端部から排ガスの流れ方向に所定距離離間させるのが特に好適である。また、本発明における絶縁部材は、第３の本発明のように、互いに並行して配置された複数の筒状の外周電極の間の境界をなす隔壁部に対し前記排ガスの流れ方向に見て重なる位置に配置するのが特に好適である。

以下、図面を参照しながら、本発明を実施するための最良の形態について詳細に説明する。

図１は、本発明による排ガス浄化装置の縦断面図を示す概略構成図であり、図２は、図１におけるII−II線についての断面図であり、図３は、図１におけるIII−III線についての断面図である。これらの図面に示される排ガス浄化装置１は、車両に適用されると好適なものであり、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。この排ガス浄化装置１は、図示されない内燃機関の燃焼室から排出される排ガスを浄化するために、当該内燃機関の排気系統を構成する排気管に組み込まれる。排ガス浄化装置１は、上流側ケース２ａ、下流側ケース２ｂ、および処理ユニット組立体３を含んで構成されている。上流側ケース２ａの内部には、図１において白抜矢印で示される方向に、内燃機関の燃焼室から排出される排ガスが導入される。そして、処理ユニット組立体３の内部で浄化された排ガスは、下流側ケース２ｂから不図示の排気管を介して外部に排出される。

ケース２ａ，２ｂは、金属とくにＳＵＳ等の耐熱材料により形成されており、排気管に接続すべき入口または出口を構成する端部２１ａ，２１ｂと、排気管よりも大径の概ね六角形の断面形状を有する拡径部２２ａ，２２ｂと、端部２１ａと拡径部２２ａとの間および端部２２ｂと拡径部２２ｂとの間に形成されたコーン部２４ａ，２４ｂとを含む。

このようなケース２ａ，２ｂの間には、固定枠７，７を介して処理ユニット組立体３が結合されている。処理ユニット組立体３は、複数（本実施形態では、１９体）互いに平行に並設された処理ユニット６を含んで構成されており、各処理ユニット６は、円筒形の外周電極４、および細径のワイヤー状の内部電極５からなる。各処理ユニット６の外周電極４は、固定枠７に上流端および下流端を溶接によって固定されている。

図３に示されるように、固定枠７の中心に１体の処理ユニット６が配置されると共に、固定枠７の内周面上に１２体の処理ユニット６が等間隔に配置され、ケース２の中心の処理ユニット６と、上記１２体の処理ユニット６との間に、６体の処理ユニット６が配置される。各処理ユニット６の外周電極４は、図示しない導電線によって互いに導通していてもよいし、固定枠７，７を導電性の材料によって構成することによって外周電極４を互いに導通させてもよい。

固定枠７の開口部７ａは、外周電極４に接する開口縁において断面が円形であり、且つその反対側（すなわち、処理ユニット６と固定枠７とにより構成される処理ユニット組立体３の上流側端部および下流側端部）の開口縁（以下適宜外側開口縁という）において断面が正六角形をなしており、これらの開口縁は互いに滑らかな曲面で結ばれている。開口部７ａの外側開口縁は、図２において破線で示される境界線ＢＬにおいて、隣接する他の開口部７ａの外側開口縁と滑らかに接続されており、両開口部７ａ，７ａの間に明確な稜線を生じさせないことによって、境界線ＢＬからの放電の抑制が図られている。

外周電極４は、ステンレス鋼からなり、円形の断面形状を有する。内部電極５は、外周電極４の中心軸上に配置されて排ガスの流れ方向に延びる。各内部電極５には、放電特性の良好なタングステンを用いるのが好適であるが、これに限られない。

本実施形態において、各内部電極５の両端部は、金属製の導電性フレーム８の格子点に固定されており、これによって、各内部電極５が互いに電気的に結合されている。また、各内部電極は両端を上流側および下流側の導電性フレーム８の間で張られており、たるみを生じない程度の所定の張力が掛けられている。

各導電性フレーム８は、セラミック等の絶縁材からなる略直方体の絶縁部材９を介して、ケース２ａ，２ｂの内面に固定されている。絶縁部材９は、導電性フレーム８の外周の３箇所に、概ね等角度間隔に配置されている。絶縁部材９は、その全体が、ケース２ａ，２ｂによって画成される排ガスの流路の外周端から所定距離内に入るように配置されており、かつ、ＰＭが付着しやすい排ガス流路の中央を避けるようにされている。絶縁部材９は、互いに並行して配置された複数の外周電極４の間の境界をなす隔壁部に対し、排ガスの流れ方向に見て重なる位置に配置されている。

絶縁部材９は、図１に示されるように、外周電極４の端部から排ガスの流れ方向に所定距離離間させられており、これによって、絶縁部材９の表面に付着したＰＭによる電極間の短絡の抑制が図られている。

絶縁部材９の表面には、コルゲーション状の凹凸を設けてもよく、この場合には、沿面距離の拡大により沿面放電が抑制される。

各内部電極５は、導電性フレーム８および給電栓１０を介して、図示されない電源ユニットに接続される。各処理ユニット６の外周電極４は、図示されない端子を介して車両のボディーアース点に接続され、電気的に接地されている。なお、電源ユニットとしては、直流高圧電源、交流高圧電源、直流パルス電源、および直流とパルスとの重畳電源の何れかを用いることができる。

給電栓１０は、図４に示されるとおり、プラグ電極１１、絶縁碍子１２および金属製のシェル１３を含んで構成されている。プラグ電極１１の下端部１１ａは、絶縁碍子１２の内部に突出後退可能に支持されている。プラグ電極１１の本体１１ｂと下端部１１ａとの間に、皿バネ１１ｃがセットされており、皿バネ１１ｃの弾力により下端部１１ａが突出方向に常時付勢されている。下端部１１ａの先端には、導電性の耐摩擦材料層１１ｄが形成されている。プラグ電極１１の下端部１１ａは、図１に示すとおり、剛体である棒状導体２５の先端部に形成された斜面２５ａに摺接している。棒状導体２５は導電性フレーム８に固定されている。給電栓１０は、シェル１３に形成されたネジ部１３ａによって、上流側ケース２ａに固定される。

以上のとおり構成される排ガス浄化装置１では、内燃機関の始動に合わせて、各処理ユニット６にてプラズマを発生させるべく、電源ユニットによって、各処理ユニット６の外周電極４と内部電極５との間に、内部電極５を陽極として高電圧が印加される。そして、始動した内燃機関の燃焼室からの排ガスがケース２の内部へと導入されると、処理ユニット６の外周電極４と内部電極５との間の放電によってプラズマ状態が生じ、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５からの放電により帯電され、内部電極５と外周電極４との間における電界との相互作用によって外周電極４に吸着され、高電圧の印加に伴って発生する活性ガスにより、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、複数の内部電極５を互いに電気的に結合する導電性フレーム８を支持する絶縁部材９が、排気経路を画成するケース２ａ，２ｂに固定されており、且つ排ガスの流路の外周端から所定範囲内に配置されているので、ＰＭが付着しやすい排気流路の中央を避けるように絶縁部材９を配置でき、絶縁部材９へのＰＭの堆積に起因する電極間の漏電を抑制することができる。

また、本実施形態では、絶縁部材９を、外周電極４の端部から排ガスの流れ方向に所定距離離間させたので、絶縁部材９の表面に付着したＰＭによる電極間の短絡を更に効果的に抑制できる。

また、本実施形態では、絶縁部材９を、互いに並行して配置された複数の筒状の外周電極４の間の境界をなす隔壁部に対し排ガスの流れ方向に見て重なる位置に配置したので、排気抵抗を抑制することができる。

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。例えば本発明では、単一の内部電極ないし内部電極について複数個の外周電極を設けてもよく、また、外周電極４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構成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。また本発明は、車両以外の内燃機関や、船舶、航空機の排ガスの浄化のために適用でき、また工事現場や工場などで発生する粉塵、トンネル内の浮遊粒子の浄化のために適用することも可能であり、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を示す概略構成図である。 図１におけるII−II線についての断面図である。 図１におけるIII−III線についての断面図である。 給電栓を示す断面図である。

符号の説明

１ 排ガス浄化装置
２ａ 上流側ケース
２ｂ 下流側ケース
３ 処理ユニット組立体
４ 外周電極
５ 内部電極
６ 処理ユニット
８ 導電性フレーム
９ 絶縁部材
１０ 給電栓

Claims (3)

1. 外周電極と、当該外周電極の内側に配置された内部電極と、を備え、前記両電極間への高電圧の印加によって排ガスを浄化する排ガス浄化装置において、
   前記複数の内部電極が導電性フレームによって互いに電気的に結合されており、
   前記導電性フレームは、前記外周電極および内部電極を収容し排気経路を画成するケースに絶縁部材を介して固定されており、前記絶縁部材は、前記排ガスの流路の外周端から所定範囲内に配置されてい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、
   前記絶縁部材は、前記外周電極の端部から前記排ガスの流れ方向に所定距離離間させられ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、
   前記絶縁部材は、互いに並行して配置された複数の筒状の外周電極の間の境界をなす隔壁部に対し前記排ガスの流れ方向に見て重なる位置に配置されていることを特徴とする排ガス浄化装置。
   

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