JP2011052544A - 排気ガス処理装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガス中に含まれる粒子状物質を凝集させて、排気ガス中に存在する粒子状物質の個数を減少させることが可能な排気ガス処理装置を提供する。
【解決手段】本発明の排気ガス処理装置１ａは、管体１０と、管体１０の内部に配置された放電電極１２と、放電電極１２よりも流路の下流側に、流路の中心軸方向に沿って、管体１０の内径の２倍以上の長さ範囲に亘って配設された棒状の集塵電極１４と、を備え、管体１０の内部を通過する排気ガス中の粒子状物質２２を、放電電極１２により生じたコロナ放電２４によって荷電させ、荷電させた粒子状物質２２ａを、集塵電極１４により生じた電界２６によって、管体１０の内壁面１０ａに集塵して複数の粒子状物質２２ａを凝集させ、凝集させた粒子状物質２２ｂを再飛散させることにより、排気ガス２０中に浮遊する粒子状物質２２の個数を減少させるものである。
【選択図】図４

Description

本発明は、排気ガス処理装置に関する。更に詳しくは、排気ガス中に含まれる粒子状物質を凝集させて、排気ガス中に存在する粒子状物質の個数を減少させることが可能な排気ガス処理装置に関する。

自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排気ガス中の粒子状物質や有害物質は、環境への影響を考慮して排気ガス中から除去する必要性が高まっている。特に、近年、排気ガス中に含まれる粒子状物質（以下「ＰＭ」ということがある）の除去に関する規制は世界的に強化される傾向にある。

上記したようなＰＭを含む排気ガスを処理する排気ガス処理装置としては、例えば、排気ガスが通過する流路の内部に設けた衝突ガイド部材に衝突させて凝集させた後、帯電体で負に帯電させて、正の帯電体に吸着させることにより、電気的に捕集するものが開示されている（例えば、特許文献１参照）。正の帯電体を通過したＰＭは、下流のフィルタで捕集され、正の帯電体に通電してヒータとして機能させることで焼却除去される。

このような排気ガス処理装置は、流路構成が複雑となるため圧力損失が高くなる欠点があり、製作も容易ではない。また、十分な凝集効果が得られないため、粒子状物質が凝集しないまま装置を通り抜けて放出されてしまう。

このようなことから、内燃機関の排気管により形成され該排気管の軸線方向に排気ガスが流通する排気通路に、排気ガス中の排気微粒子（即ち、ＰＭ）を凝集させる凝集器として、両者の間に高電圧が印加されコロナ放電による電荷を授受する電荷放出及び電荷回収の２種類よりなる電極を、第１の種類の電極の電荷授受部が上記排気通路の径方向の略中心部に位置するように配設して、前記コロナ放電による電荷により排気微粒子を帯電し、電荷を回収する電極において凝集させる凝集器を備えた排気処理装置が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

また、上記したような排気処理装置に用いられ、コロナ放電により帯電された排気微粒子を凝集部により凝集する排気処理装置用凝集器として、凝集部には、帯電部の排気ガス流れの下流側に配置される第１の導電性体を備え、第１の導電性体は、正電位に印加されている排気処理装置用凝集器が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

更に、エンジンの排気経路に配設され、エンジンの排気ガスに含まれる粒子状物質を凝集して粒径の大きな粒子状物質（凝集ＰＭ）を生成するＰＭ凝集手段と、このＰＭ凝集手段より排気ガスの流れ方向下流に配設され、ＰＭ凝集手段により凝集された凝集ＰＭを捕集するＰＭ捕集手段とを備えた排気浄化装置が開示されている（例えば、特許文献４参照）。

特開２００１−４１０２４号公報 特開２００５−３２０９５５号公報 特開２００５−３２４０９４号公報 特開２００６−２９２６７号公報

しかしながら、上述した特許文献２に記載された排気処理装置においては、放電を担う電極と、粒子状物質を回収するための電界を発生させるための一対の電極のうちの一方の電極とが、同一の電極によって構成されているため、電界を発生させるための一対の電極のうちの他方の電極を、流路の下流側に配置した場合には、荷電された粒子状物質が電界によって加速され、他方の電極に捕捉されることなく通り抜けてしまう。このため、このような構成の場合には、粒子状物質を凝集させる効果が少なく、実際には粒子状物質をほとんど凝集させることができないという問題があった。

また、この特許文献２に記載された排気処理装置においては、電界を発生させるための一対の電極のうちの他方の電極を、流路の内壁面として利用することについても記載されているが、このような場合には、粒子状物質を捕捉するために十分な強さの電界が発生する範囲が極めて狭く、排気ガスの流れに乗って常時下流側に移動している粒子状物質は、その電界の範囲を容易に通り抜けてしまう。このため、このような場合においても、粒子状物質を凝集させる効果が少なく、実際には粒子状物質をほとんど凝集させることができないという問題があった。特に、排気ガスの流速が速い場合や、排気ガスに含まれる粒子状物質の数が少ない場合には、流路の内壁面に粒子状物質を捕捉することは極めて困難である。

また、特許文献３に記載された排気処理装置用凝集器は、凝集部を構成する第１の導電性体に高電圧を印加して、帯電させた粒子状物質を引き寄せるように構成されたものであり、特許文献２に開示された排気処理装置と比較して、帯電させた粒子状物質の移動距離を短くすることができ、更に、凝集効果も高くなっている。しかしながら、電極（帯電部及び凝集部）の構成が極めて複雑であり、大きな振動等が加わる自動車等に用いることが困難であるという問題があった。

また、特許文献４に記載された排気浄化装置に用いられるＰＭ凝集手段は、上述した特許文献２に記載された排気処理装置と同様に、粒子状物質を排気ガスの流れ方向に加速させてしまうため、粒子状物質を凝集させる効果が少なく、実際には粒子状物質をほとんど凝集させることができないという問題があった。

更に、上述した特許文献２〜４に記載された排気処理装置は、ディーゼルエンジン等の、粒子状物質を比較的に大量に含む排気ガスを処理するために開発されたものであり、例えば、ディーゼルエンジン等と比較して排気ガス中の粒子状物質の数が少ないガソリンエンジン等に使用した場合には、凝集の対象となる粒子状物質の数が少なく、且つ粒子状物質の粒子径も小さいため、粒子状物質を凝集させる効果が更に低下してしまう。

特に、２０１２年から、排気ガス規制として、ユーロ６による新たな基準が適用されることとなっており、駆動機構としてガソリンエンジンを備えた車両にも対応可能な排気ガス処理装置の開発が要望されている。特に、ガソリンエンジンはトルクが低いため、排気ガスの圧力損失を増大させるようなフィルタを排気系に配置すると、ノッキングが起こり易くなり、エンジン等の故障の原因となるため、エンジン等に負担を与え難い機構を備えた排気ガス処理装置の開発が要望されている。

また、ガソリンエンジンの排気系にフィルタを配置し、長距離を走行した際には、燃料のガソリン中に含まれる成分から由来するアッシュ（灰）堆積が大きな問題となる。アッシュ（灰）はＰＭとは異なり、フィルタにおいて高温再生（焼き飛ばし）を行ったとしても消滅しないため、結果、フィルタ内における目詰まりが発生し、圧力損失増加の原因となっている。

本発明は、上述のような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、排気ガス中に含まれる粒子状物質を凝集させて、排気ガス中に存在する粒子状物質の個数を減少させることが可能な排気ガス処理装置を提供するものである。

本発明者らは、上記した従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、排気ガスに含まれる粒子状物質を、放電によって荷電した後、排気ガスの通過する流路の中央部分から流路の内壁面に向けて所定の長さ範囲に亘って電界を発生させ、その電界によって荷電された粒子状物質を流路の内壁面に集塵して凝集させ、凝集させた粒子状物質を再飛散させることによって、排気ガス中に存在する粒子状物質の個数を減少させることにより、前記課題が解決されることに想到し、本発明を完成させた。具体的には、本発明により、以下の排気ガス処理装置が提供される。

［１］ 排気ガスが通過する流路となる管体と、前記管体の内部の、前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧を印加することによって、その周囲にコロナ放電を生じさせる放電電極と、前記放電電極よりも前記流路の下流側に、前記流路の中心軸方向に沿って、前記管体の内径の２倍以上の長さ範囲に亘って配設され、前記流路の中心軸から前記管体の内壁面に向かって電界を生じさせる棒状の集塵電極と、を備え、前記管体を通過する排気ガスに含まれる粒子状物質を、前記放電電極により生じたコロナ放電によって荷電させ、荷電させた粒子状物質を、前記集塵電極により生じた電界によって前記管体の内壁面に集塵して複数の粒子状物質を凝集させ、凝集させた粒子状物質を再飛散させることにより、前記排気ガス中に浮遊する粒子状物質の個数を減少させる排気ガス処理装置。

［２］ 前記集塵電極の前記流路の中心軸方向の長さが、前記管体の内径の２〜５倍である前記［１］に記載の排気ガス処理装置。

［３］ 前記放電電極は、前記流路の流れ方向に対して垂直となるように配置された盤状の電極支持体と、前記電極支持体に対して垂直となるように配置された針状の放電体と、を有する前記［１］又は［２］に記載の排気ガス処理装置。

［４］ 前記放電電極と前記集塵電極とが電気的に接続された状態で配設されてなり、前記放電電極と前記集塵電極とのうちの一方の電極に電圧を印加することにより、それぞれの電極に電圧が印加されるように構成された前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

［５］ 前記放電電極と前記集塵電極とが電気的に絶縁された状態で配設されてなり、それぞれの電極に独立して電圧を印加するように構成された前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

［６］ 前記集塵電極は、前記流路の流れ方向に垂直な断面における直径が、前記管体の内径の０．１〜０．５倍となるように形成されたものである前記［１］〜［５］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

［７］ 前記集塵電極の流路上流側における先端よりも下流側の、前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧を印加することによって、その周囲にコロナ放電を生じさせる第二の放電電極を更に備えた前記［１］〜［６］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

［８］ 前記放電電極及び前記集塵電極の少なくとも一方は、前記管体の壁面を貫通して前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された碍管により、前記流路の前記中央部に支持されている前記［１］〜［７］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

［９］ 前記碍管は、その表面に溝状の凹凸が形成されたものである前記［８］に記載の排気ガス処理装置。

［１０］ 駆動機構としてガソリンエンジンを備えた車両の排気系に設置されてなる前記［１］〜［９］のいずれかに記載の排気ガス処理装置。

本発明の排気ガス処理装置は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を凝集させて、排気ガス中に存在する粒子状物質の個数を減少させることができる。特に、本発明の排気ガス処理装置は、排気系の圧力損失の上昇を招くフィルタ等を設置しなくとも、排気ガス中の粒子状物質の個数を減少させることができるため、圧力損失の上昇を招くフィルタ等を設置することで悪影響が生じるガソリンエンジン等から排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置として好適に用いることができる。

本発明の排気ガス処理装置の一の実施形態を模式的に示す側面図である。 図１に示す排気ガス処理装置を上流側から見た平面図である。 図２に示す排気ガス処理装置のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。 本発明の排気ガス処理装置の一の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。 本発明の排気ガス処理装置に用いられる放電電極の一例を模式的に示す正面図である。 図５に示す放電電極の側面図である。 本発明の排気ガス処理装置の他の実施形態を示す断面図である。 本発明の排気ガス処理装置の他の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。 本発明の排気ガス処理装置に用いられる碍管の一例を模式的に示す側面図である。 図９に示す碍管の上面図である。 本発明の排気ガス処理装置に用いられる碍管の他の例を模式的に示す側面図である。 図１１に示す碍管の上面図である。 本発明の排気ガス処理装置の更に他の実施形態を示す断面図である。 本発明の排気ガス処理装置の更に他の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。 実施例１の排気ガス処理装置の出口側における粒子状物質の個数の変化を示すグラフである。 実施例１の排気ガス処理装置の出口側における粒子状物質の個数の変化を示すグラフである。 実施例１の排気ガス処理装置の出口側における粒子状物質の個数の変化を示すグラフである。 実施例１の排気ガス処理装置の出口側における粒子状物質の個数の変化を示すグラフである。 図１５に示すグラフにおける、０．０７〜６．２７μｍの粒子状物質の個数を示す部分を拡大したグラフである。 粒子状物質の個数の測定において、各粒子径毎の１０秒間の測定結果を示すグラフである。 図１７Ａにおける、粒子径が０．２０〜６．２７μｍの粒子状物質の個数の測定結果を拡大したグラフである。 図１７Ａにおける、粒子径が１．２３〜６．２７μｍの粒子状物質の個数の測定結果を更に拡大したグラフである。 粒子径が０．０１〜０．７０μｍの粒子状物質の個数の変化率（％）を示すグラフである。 粒子径が１．２３〜３．０６μｍの粒子状物質の個数の変化率（％）を示すグラフである。

本発明を実施するための実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明は、これらに何ら限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものであることは言うまでもない。

〔１〕排気ガス処理装置：
図１は、本発明の排気ガス処理装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図２は、図１に示す排気ガス処理装置を上流側から見た平面図である。また、図３は、図２に示す排気ガス処理装置のＡ−Ａ’断面を示す断面図である。また、図４は、本発明の排気ガス処理装置の一の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。なお、図４は、図３に示す断面図の一部を拡大した断面図である。

図１〜図４に示すように、本実施形態の排気ガス処理装置１ａは、排気ガス２０が通過する流路となる管体１０と、この管体１０の内部の、上記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧（具体的には、高電圧）を印加することによって、その周囲にコロナ放電２４を生じさせる放電電極１２と、放電電極１２よりも流路の下流側に、流路の中心軸方向に沿って、管体１０の内径の２倍以上の長さ範囲に亘って配設され、流路の中心軸から管体１０の内壁面１０ａに向かって電界を生じさせる棒状の集塵電極１４と、を備えている。

そして、本実施形態の排気ガス処理装置１ａは、管体１０を通過する排気ガス２０に含まれる粒子状物質２２を、上記放電電極１２により生じたコロナ放電２４によって荷電させ、荷電させた粒子状物質２２ａを、集塵電極１４により生じた電界２６によって管体１０の内壁面１０ａに集塵して複数の粒子状物質２２ａを凝集させ、凝集させた粒子状物質２２ｂを再飛散させることにより、排気ガス２０中に浮遊する粒子状物質２２の個数を減少させるものである。

なお、集塵電極１４によって発生する電界２６は、集塵電極１４が配置されている長さ範囲の流れ方向全域に、流路の断面において放射状に発生している。図４における符合２６にて示される点線の矢印は、集塵電極１４によって発生した電界２６の向きを示している。

電界２６によって管体１０の内壁面１０ａに引き寄せられた粒子状物質２２ａは、管体１０に接触することによって電荷を受け渡し、管体１０の内壁面１０ａに捕捉（即ち、集塵）される。このようにして、荷電された粒子状物質２２ａは、次々と管体１０の内壁面１０ａに引き寄せられ、管体１０の内壁面１０ａに捕捉される。捕捉された複数の粒子状物質はクーロン力によって凝集され、複数の粒子状物質２２ｂの集合体となる。その後、ある一定の大きさまで凝集により肥大化した粒子状物質２２ｂは、その質量が増大し、管体１０の内壁面１０ａにとどまること（即ち、捕捉され続けること）ができずに、排気ガス２０の流れに乗って下流側に排出される。このようにして、排気ガス２０中に存在する粒子状物質２２の見かけ上の個数が減少する。

このように、本実施形態の排気ガス処理装置は、排気ガス中に含まれる粒子状物質を荷電させることによって管体の内壁面にて捕捉し、複数の粒子状物質を凝集させて肥大化させた後、その粒子状物質を再飛散させることにより、排気ガス中の粒子状物質の個数（見かけ上の個数）を減少させることができる。特に、本実施形態の排気ガス処理装置は、排気系の圧力損失の上昇を招くフィルタ等を設置しなくとも粒子状物質の個数を減少させることができ、また、排気ガス中の粒子状物質の個数が少ない場合であっても粒子状物質を良好に凝集させることができるため、例えば、ディーゼルエンジン等の粒子状物質を比較的に大量に含む排気ガスだけでなく、駆動機構としてガソリンエンジンを備えた車両の排気系に設置し、ガソリンエンジンから排出される排気ガスを処理する排気ガス処理装置としても好適に用いることができる。なお、上記した「見かけ上の個数」とは、複数の粒子状物質を凝集させて肥大化させた一つの粒子を、一個の粒子状物質として数えた場合の個数のことである。

なお、従来、排気ガス中に含まれる粒子状物質を荷電し、複数の粒子状物質を凝集させる排気ガス処理装置（例えば、上述した特許文献２参照）が提案されているが、このような排気ガス処理装置においては、放電を担う電極と、粒子状物質を回収するための電界を発生させるための一対の電極のうちの一方の電極とが、同一の電極によって構成されているため、電界を発生させるための一対の電極のうちの他方の電極を、流路の下流側に配置した場合には、荷電された粒子状物質が電界によって加速され、他方の電極に捕捉されることなく通り抜けてしまい、実際には粒子状物質をほとんど凝集させることはできなかった。

また、このような従来の排気ガス処理装置においては、電界を発生させるための一対の電極のうちの他方の電極を、流路の内壁面として利用することについても提案されているが、粒子状物質を捕捉するのに十分な強さの電界が発生する範囲が極めて狭く、排気ガスの流れに乗って常時下流側に移動している粒子状物質は、その電界の範囲を容易に通り抜けてしまい、実際には粒子状物質をほとんど凝集させることはできなかった。特に、排気ガスの流速が速い場合や、排気ガスに含まれる粒子状物質の数が少ない場合には、粒子状物質を凝集させることは極めて困難である。

本実施形態の排気ガス処理装置は、図１〜図４に示すように、流路の中心軸から管体１０の内壁面１０ａに向かって電界を生じさせる棒状の集塵電極１４を、放電電極１２よりも流路の下流側に、流路の中心軸方向に沿って配置しており、放電電極１２にて発生したコロナ放電によって荷電された粒子状物質２２ａを、管体１０の内壁面１０ａに良好に捕捉することができる。特に、電界を生じさせる棒状の集塵電極１４の長さを、管体１０の内径の２倍以上とすることによって、流路の中心軸付近を移動している粒子状物質２０（より具体的には、荷電させた粒子状物質２２ａ）であっても、管体１０の内壁面１０ａまで十分引き寄せることが可能な距離を確保することができる。また、管体１０の内壁面１０ａにて粒子状物質２２ａを捕捉するため、排気系の圧力損失を小さくすることができる。

なお、集塵電極１４の長さが、管体１０の内径の２倍未満の場合には、排気ガス２０の流れ方向における電界２６が発生する長さ範囲（即ち、粒子状物質２２ａを引き寄せるのに有効な電界２６が発生している範囲）が狭く、粒子状物質２２ａを凝集させる効果を十分に得ることができない。即ち、下流側に移動している粒子状物質２２ａのうちの多数の粒子状物質は、管体１０の内壁面１０ａまで引き寄せられる前に、上記有効な電界２６が発生している範囲を通り抜けて、凝集しないまま下流側に排出されてしまう。

なお、集塵電極の長さについては、管体の内径の２〜５倍とすることが好ましく、３〜４倍とすることが更に好ましい。このように構成することによって、粒子状物質を良好に凝集させることができるとともに、装置の大型化を抑制することができる。例えば、集塵電極１４の長さが、管体の内径の５倍を超える場合には、集塵電極の長さが長くなり過ぎて、装置が大型化するため、自動車等の排気系に設置し難くなることがある。また、管体の内径の５倍を超えた場合には、再飛散によって飛散した粒子を、管体の内壁に再度捕集する事例が増加するが、このような場合であっても、実質的な粒子の個数を減少させる効果はあまり見込めない。

なお、集塵電極の長さが最大で、管体の内径の５倍であれば、荷電された粒子状物質のうち極めて多数の粒子、例えば、排気ガス中の粒子状物質の数や排気ガスの流速によっても異なるが、駆動機構としてガソリンエンジンを備えた一般的な乗用車の場合には、排気ガス中の粒子を、管体の内壁面に一旦捕捉し、粒子状物質の凝集を行うことで９０％程度（個数換算）の削減が可能である。

なお、本実施形態の排気ガス処理装置によって、排気ガス中の粒子状物質の個数の減少を確認する方法としては、排気ガス処理装置の集塵電極の下流側に粒子個数計測器を設置し、排気ガス中の粒子状物質の個数を測定することによって行うことができる。上記粒子個数計測器としては、例えば、ＤＥＫＡＴＩ社製の電子式低圧インパクタ（ＥＬＰＩ：Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐａｃｔｏｒ、以下「ＥＬＰＩ」ということがある）を挙げることができる。このようなＥＬＰＩによれば、粒子径が０．００７〜１０μｍの範囲の粒子状物質の個数の測定（サンプリング）が可能である。なお、測定に際しては、粒子状物質は以下の粒径ごとに分級される。０．００７〜０．０１４、０．０１４〜０．０３９６、０．０３９６〜０．０７１８、０．０７１８〜０．１１９、０．１１９〜０．２００、０．２００〜０．３１５、０．３１５〜０．４８２、０．４８２〜０．７６０、０．７６０〜１．２３、１．２３〜１．９５、１．９５〜３．０８、３．０８〜６．２７（単位μｍ）。

より具体的な測定方法としては、まず、排気ガス処理装置の集塵電極の下流側に粒子個数計測器を設置し、各電極に電圧を印加した場合（電圧印加時）と、電圧を印加しない場合（非電圧印加時）とで、排気ガス中の粒子状物質の個数を測定（サンプリング）する。次に、測定された各粒径毎の測定データの和から、下流側から排出される粒子状物質の全個数（排出全個数）を算出する。次に、電圧印加時と非電圧印加時におけるそれぞれの排出全個数のデータより、本実施形態の排気ガス処理装置によって削減された粒子状物質の個数の割合を求めることができる。

本実施形態の排気ガス処理装置を用いて排気ガスを処理する場合、処理対象となる排気ガスの流速については特に制限はなく、例えば、排気ガスの流速が２００ｍ／ｓｅｃまでは、粒子状物質の個数を良好に減少させることができる。なお、駆動機構としてガソリンエンジンを備えた一般的な乗用車の走行時における排気ガスの流速は、１５０ｍ／ｓｅｃ（２Ｌエンジン、６０００回転、排ガス温度６００℃程度の場合）であるため、このような車両であっても本実施形態の排気ガス処理装置を用いて排気ガスの処理を良好に行うことができる。

以下、本実施形態の排気ガス処理装置について、各構成要素毎に更に詳細に説明する。

〔１−１〕管体：
管体は、内燃機関等から排出された、粒子状物質を含む排気ガスが通過する排気系に接続された、排気ガスが通過する流路となるものである。このような管体は、内燃機関からの排気ガスを排出する排気管に、別途接続されたものであってもよいし、内燃機関に設けられた排気管の一部を、本実施形態の排気ガス処理装置における管体として用いてもよい。

本実施形態の排気ガス処理装置においては、この管体の内部に放電電極と集塵電極とが配置されており、この管体の内部にて、（１）粒子状物質をコロナ放電によって荷電し、（２）荷電させた粒子状物質を電界によって管体の内壁面にて捕捉し、（３）捕捉した粒子状物質の複数を凝集させ、（４）凝集させた粒子状物質を再飛散させる、という排気ガスの処理が行われる。

このような管体は、排気ガスが通過する流路として利用されるだけではなく、集塵電極との間に電界を発生させるための対向電極としても利用される。このため、管体は、導電性材料から構成されたものであることが好ましい。更に、このような管体は、放電電極の対向電極としても利用することができる。なお、管体を集塵電極等の対向電極として利用する場合には、管体はアース等に接地されたものであることが好ましい。

管体としては、自動車の排気管に使用されるステンレス、鉄等の導電性材料からなるものを好適に用いることができる。

管体の長さについては特に制限はなく、放電電極と所定の長さを有する集塵電極とが配置され、上述した（１）〜（４）の粒子状物質の荷電から再飛散を行うまでの排気ガスの処理が管体内部にて行える程度の長さを有していればよい。

また、管体は、中心軸が直線状の円筒状のものであることが好ましい。このように構成することによって、排気ガス処理装置を排気系に設置することによる圧力損失の上昇を有効に抑制することができる。

〔１−２〕放電電極：
放電電極は、排気ガス中の粒子状物質を荷電するコロナ放電を発生させるための電極であり、管体の内部の、流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置されている。なお、図１〜図４に示す排気ガス処理装置１ａにおいては、放電電極１２の対向電極として管体１０（より具体的には、管体１０の内壁面１０ａ）が利用されている。

放電電極は、管体内部を通過する排気ガス中のより多くの粒子状物質、より好ましくは全ての粒子状物質が、コロナ放電が発生している空間を通過するように、放電電極の周囲を含め、管体によって形成される流路の内壁面までの領域にコロナ放電を発生させることができるように構成されたものであることが好ましい。

図１〜図４に示す排気ガス処理装置１ａにおいては、放電電極１２が、管体１０の壁面を貫通して流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された碍管１６により、集塵電極１４を介して流路の中央部に支持されている。碍管１６の内部には、放電電極１２に電圧（高電圧）を印加するための配線を含む電圧導入部１８が配置されており、電圧導入部１８と管体１０との電気絶縁性を確保した状態で、電圧導入部１８と放電電極１２とが電気的に接続されている。

放電電極は、電極の先端部分が鋭角に形成されており、放電電極と管体の内壁面との間に高電圧が印加されることにより、放電電極（より具体的には、上記した鋭角に形成された先端部分）にコロナ放電を生じるものであれば、その形状については特に制限はない。図１〜図４に示す排気ガス処理装置１ａにおいては、図５及び図６に示すように、放電電極１２が、流路の流れ方向に対して垂直となるように配置された盤状の電極支持体１２ａと、この電極支持体１２ａに対して垂直となるように（即ち、流れ方向に対して平行となるように）配置された複数の針状の放電体１２ｂと、を有する場合の例を示している。このように構成することによって、針状の放電体１２ｂの先端部分に電界が集中し、良好にコロナ放電を発生させることができる。また、針状の放電体１２ｂとすることによって、先端部分が多少磨耗しても電界を集中させてコロナ放電を生じさせることができる。なお、針状とは、先端部分が鋭利に尖ったものの他、放電体全体が細い棒状のものをいう。なお、このような形状の放電電極１２は、電極支持体１２ａの中央部分が、電圧導入部１８（図１参照）からの電圧を導入する部分となっている。より具体的には、図１においては、電極支持体１２ａの中央部分に集塵電極１４が接続され、集塵電極１４を介して、電圧導入部１８と電気的に接続されている。

ここで、図５は、本発明の排気ガス処理装置に用いられる放電電極の一例を模式的に示す正面図であり、図６は、図５に示す放電電極の側面図である。

なお、図５及び図６においては、電極支持体１２ａのそれぞれの面における外側に、等間隔に１２本の放電体１２ｂが配置され、更にこの１２本の放電体１２ｂが配置された位置よりも内側に、４本の放電体１２ｂが配置されている。また、内側に配置された４本の放電体１２ｂは、外側の１２本の放電体１２ｂよりも長さが長くなっている。このように構成することによって、管体内部のより広い範囲にわたってコロナ放電を発生させることができ、排気ガス中の粒子状物質を良好に荷電することができる。また、組み立て、部材作製が容易であり、排気ガス中の大部分の粒子状物質を放電部近辺に通過させられることで、多くの粒子状物質を良好に荷電することができる。

なお、放電電極の形状は、上述した電極支持体に針状の放電体が配設された形状に限定されることはなく、例えば、電極支持体に、少なくとも一辺が鋭利な刃先状の板状体が複数配置されたものであってもよい。このような放電電極の場合には、板状体の刃先に電界が集中してコロナ放電が発生する。

放電電極を構成する材料については、従来、排気ガス中の粒子状物質を荷電することによって凝集を行う排気ガス処理装置に使用される電極を構成する材料と同様のものを好適に用いることができる。具体的には、例えば、ステンレス、鉄、ニッケル、コバール、白金、銅、金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。

また、本実施形態の排気ガス処理装置に用いられる放電電極は、電界が集中するように放電体部分に鋭利な部分がより多く形成される形状が好ましい。また、管体内の断面中心から放射状に放電体が設置されており、圧力損失の低下を招かないような形状が好ましい。また、図５及び図６に示す放電体１２ｂのように、実際の放電箇所が多く存在できるように構成されたものであることがより好ましい。

〔１−３〕集塵電極：
集塵電極は、コロナ放電によって荷電した粒子状物質を、管体の内壁面に捕捉するための電界を生じさせるための電極であり、放電電極よりも流路の下流側に、流路の中心軸方向に沿って、管体の内径の２倍以上の長さ範囲に亘って配設されている。集塵電極に対向配置される対向電極は管体によって構成されており、集塵電極に電圧を印加することによって、集塵電極から管体の内壁面に向かって電界が発生し、荷電された粒子状物質が、管体の内壁面に集塵（捕捉）される。

なお、図１〜図４に示す本実施形態の排気ガス処理装置１ａにおいては、放電電極１２と集塵電極１４とが電気的に接続された状態で配設されてなり、放電電極１２と集塵電極１４とのうちの一方の電極に電圧を印加することにより、それぞれの電極（即ち、放電電極１２と集塵電極１４）に電圧が印加されるように構成されている。図１〜図４においては、棒状の集塵電極１４に電圧導入部１８が電気的に接続されるとともに、棒状の集塵電極１４の上流側の端部が、放電電極１２を構成する盤状の電極支持体１２ａ（図５参照）に電気的に接続されている。

このように集塵電極１４と放電電極１２とが電気的に接続されている場合には、電圧（高電圧）を印加するための電圧導入部１８を共通のものとすることができるため、各電極に電圧を導入する部分の構成を簡略化することができる。また、集塵電極１４と放電電極１２とのいずれか一方を支持することにより、双方の電極を、所定の位置に固定することが可能となる。

なお、例えば、図７及び図８に示す排気ガス処理装置１ｂのように、集塵電極１４と放電電極１２とが、電気的に絶縁された状態で配設されてなり、それぞれの電極（集塵電極１４と放電電極１２）に独立して電圧を印加するように構成されていてもよい。

ここで、図７は、本発明の排気ガス処理装置の他の実施形態を示す断面図であり、図８は、本発明の排気ガス処理装置の他の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。なお、図７は、図３に示す排気ガス処理装置と同様の断面を示す断面図であり、図８は、図７に示す断面図の一部を拡大した断面図である。また、図７及び図８において、図３及び図４に示す排気ガス処理装置１ａの各要素と同様に構成されているものについては、同一の符号を付して説明を省略する。

図７及び図８においては、放電電極１２は、管体１０の壁面を貫通して流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された碍管１６ａにより、流路の中央部に支持され、電圧導入部１８（放電電極用の電圧導入部）と電気的に接続されている。また、集塵電極１４についても、管体１０の壁面を貫通して流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された二つの碍管１６ｂにより、流路の中央部に支持され、電圧導入部１９（集塵電極用の電圧導入部）と電気的に接続されている。

このように構成された排気ガス処理装置１ｂは、放電電極１２と集塵電極１４とに、それぞれ独立して電圧を印加することができるため、例えば、放電電極１２には、粒子状物質２２の荷電に適したコロナ放電２４を発生させることが可能な大きさの電圧を印加し、一方、集塵電極１４には、荷電させた粒子状物質２２ａを管体１０の内壁面１０ａに捕捉するのに適した電界２６を発生させることが可能な電圧を別途印加することができる。

集塵電極は、流路の流れ方向に垂直な断面における直径が、管体の内径の０．１〜０．５倍となるように形成された棒状のものであることが好ましい。このように構成することによって、管体１０内部に発生する電界の強度を強化することができる。例えば、集塵電極の直径が、管体の内径の０．１倍未満の場合には、集塵電極が細すぎて、荷電された粒子状物質を管体の内壁面まで十分に引き寄せることができないことがある。一方、集塵電極の直径が、管体の内径の０．５倍を超える場合には、流路内を占める集塵電極の大きさが大きくなり過ぎて、圧力損失が増加してしまうことがある。なお、集塵電極の直径は、管体の内径の０．３〜０．５倍であることが更に好ましい。

集塵電極を構成する材料については、導電性材料、例えば、ステンレス、鉄、ニッケル、コバール、白金、銅、金、モリブデン、タングステン等を挙げることができる。

また、本実施形態の排気ガス処理装置に用いられる集塵電極は、表面の凹凸部分の面取り等、表面の突起部分を極力減らすことにより高電圧をかけた際も局所的なコロナ放電等を発生させずに、管体内に高電界を生じさせられるような形状が好ましい。また、電極部材の軽量化のため、内部が中空になっているものでもよい。

〔１−４〕碍管：
上述したように、本実施形態の排気ガス処理装置においては、管体の内部に配置される放電電極及び集塵電極の少なくとも一方が、管体の壁面を貫通して流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された電気絶縁性を有する碍管により、流路の中央部に支持されていることが好ましい。このように構成することによって、放電電極によりコロナ放電を良好に発生させることができ、また、集塵電極によって粒子状物質を捕捉する電界を良好に発生させることができる。

碍管の材料としては、例えば、アルミナ、コージェライト、ムライト、ガラス等を挙げることができ、絶縁性、耐熱性、耐熱衝撃性、耐食性、機械的強度等に優れたアルミナ等をより好適に用いることができる。

このような碍管は、各電極に電圧を印加した際に、碍管の表面にて沿面放電を生じないように構成されたものであることが好ましい。例えば、図９及び図１０に示すように、本実施形態の排気ガス処理装置に用いられる碍管１６としては、その表面に溝状の凹凸３４が形成されたものを好適に用いることができる。ここで、図９は、本発明の排気ガス処理装置に用いられる碍管の一例を模式的に示す側面図であり、図１０は、図９に示す碍管の上面図である。

また、碍管に対して煤等の粒子状物質が付着した場合には、碍管に付着した粒子状物質によって管体と放電電極や集塵電極との間に絶縁破壊が生じ、コロナ放電や集塵のための電界の発生を阻害することがある。このため、例えば、碍管の内部にヒータを配設し、碍管の表面に粒子状物質が付着した場合に、ヒータを加熱することによって、碍管に付着した粒子状物質を燃焼除去することができるように構成してもよい。

また、例えば、管体内部に露出する碍管の表面に触媒を塗布し、碍管の表面に粒子状物質が付着した場合に、エンジン等からの排気ガスの熱によって、付着した粒子状物質を燃焼除去することができるように構成してもよい。例えば、このような触媒としては、内燃機関等から排出される排気ガスの浄化用に用いられる酸化触媒を好適に用いることができる。具体的には、例えば、白金（Ｐｔ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）等を含有する従来公知の酸化触媒を好適例として挙げることができる。

また、図１１及び図１２に示すように、碍管１６の、管体内部に露出する側面部分が、流路の上流側に向かって突出するような形状に構成されたものであってもよい。このように構成された碍管１６は、排気ガスの流れを妨げ難くなり、碍管１６に対する排気ガスの抵抗が減少し、碍管１６の表面に粒子状物質が付着し難くなる。ここで、図１１は、本発明の排気ガス処理装置に用いられる碍管の他の例を模式的に示す側面図であり、図１２は、図１１に示す碍管の上面図である。

〔１−５〕第二の放電電極：
また、本発明の排気ガス処理装置は、図１３及び図１４に示すように、集塵電極１４の流路上流側における先端よりも下流側の、流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧を印加することによって、その周囲にコロナ放電を生じさせる第二の放電電極３２を更に備えたものであってもよい。

ここで、図１３は、本発明の排気ガス処理装置の更に他の実施形態を示す断面図であり、図１４は、本発明の排気ガス処理装置の更に他の実施形態によって排気ガスを処理する過程を模式的に説明する説明図である。なお、図１３においては、図３に示す排気ガス処理装置と同様の断面を示す断面図であり、図１４は、図１３に示す断面図の一部を拡大した断面図である。また、図１３及び図１４において、図３及び図４に示す排気ガス処理装置１ａの各要素と同様に構成されているものについては、同一の符号を付して説明を省略する。

このように、集塵電極１４の流路上流側における先端よりも下流側に、第二の放電電極３２を設けることによって、第一の放電電極で荷電し切れなかった粒子を十分に荷電できることで、粒子捕集の性能を向上させることができる。

図１３及び図１４においては、集塵電極１４の流路下流側の端部に第二の放電電極３２が配置され、集塵電極１４を介して第二の放電電極３２に電圧が印加されるように構成されている。なお、この排気ガス処理装置１ｃに用いられる第二の放電電極３２は、集塵電極１４の上流側の端部に配置された放電電極１２と同様に構成されている。即ち、第二の放電電極３２は、例えば、図５及び図６に示す放電電極１２のように、流路の流れ方向に対して垂直となるように配置された盤状の電極支持体と、この電極支持体に対して垂直となるように（即ち、流れ方向に対して平行となるように）配置された複数の針状の放電体とによって構成されている。

また、この第二の放電電極を管体内部に配置する場合には、例えば、図示は省略するが、集塵電極の流路下流側に、第二の放電電極と集塵電極とが電気的に絶縁された状態で配設され、第二の放電電極に対しても独立して電圧を印加するように構成されていてもよい。

〔１−６〕電圧導入部：
電圧導入部は、放電電極や集塵電極に対して電圧を印加するための配線等を含む部材であり、コロナ放電、及び荷電された粒子状物質を捕捉するための電界を発生させるための電源（図示せず）に接続されている。なお、図１〜図４に示す本実施形態の排気ガス処理装置１ａにおいては、管体１０の外部から、管体１０の壁面を貫通して流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された碍管１６内を貫通して、管体１０内部に配置された電極（図３においては、集塵電極１４）と電気的に接続されている。

〔１−７〕電源：
電源は、放電電極や集塵電極に対して電圧を印加するためのものであり、例えば、直流電源（ＤＣ電源）、パルス電源等を好適に用いることができる。特に、本実施形態の排気ガス処理装置においては、直流電源（ＤＣ電源）が好ましい。なお、放電電極と集塵電極との電源は同一の電源を用いてもよいし、放電電極と集塵電極とが電気的に絶縁された状態で配設されている場合には、別々の電源を用いてもよい。なお、別々の電源を用いる場合においては、各電源が同様に構成されたものであってもよいが、集塵電極に接続された電源のほうが高電圧を印加可能な電源であることが好ましい。

放電電極や集塵電極に印加する電圧や電力の具体的な値については、流路となる管体の大きさ、流路を通過する排気ガスの流量や流速、更に排気ガスに含まれる粒子状物質の量、大きさ、個数等によって、適切な放電及び電界を生じさせることができるように適宜決定することができる。

例えば、特に限定されることはないが、放電電極と集塵電極とが電気的に接続されており、本実施形態の排気ガス処理装置をガソリンエンジンから排出される排気ガスを処理するために使用する場合には、電圧は、６〜１０ｋＶであることが好ましく、８〜９ｋＶであることが更に好ましい。また、電力は、２〜３０Ｗであることが好ましく、４〜１５Ｗであることが更に好ましい。このように構成することによって、ガソリンエンジンから排出される排気ガスの処理を良好に行うことができる。

また、放電電極と集塵電極とに独立して電源が接続されている場合には、放電電極の電圧は、６〜１０ｋＶであることが好ましく、８〜９ｋＶであることが更に好ましく、集塵電極の電圧は、１０〜１８ｋＶであることが好ましく、１３〜１５ｋＶであることが更に好ましい。また、放電電極の電力は、２〜８Ｗであることが好ましく、４〜６Ｗであることが更に好ましく、集塵電極の電力は、１０〜４０Ｗであることが好ましく、１６〜３０Ｗであることが更に好ましい。

以下、本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例によって何ら限定されるものではない。

（実施例１）
図１〜図３に示すような排気ガス処理装置１ａを作製した。管体１０は、排気ガスの流れ方向の長さの３００ｍｍ、外径が６０．５ｍｍ、内径が５３．５ｍｍの円筒状であり、管体の材質はステンレスを用いた。

管体１０の流れ方向上流側の端面より３０ｍｍの位置に、管体１０を貫通するようにアルミナ製の碍管１６を配設し、この碍管１６の内部に電圧導入部１８を配置した。電圧導入部１８に対して、上流側の端部に放電電極１２が配設された、棒状の集塵電極１４を電気的に接続し、管体１０の内部に、放電電極１２と集塵電極１４とを固定した。

放電電極１２としては、図５及び図６に示すように、円盤状の電極支持体１２ａと、この円盤状の電極支持体１２ａに配置された、１６本（外側は３０°間隔で１２本、内側は９０°間隔で４本）の放電体１２ｂとから構成されたものとした。

円盤状の電極支持体は、外周が２０ｍｍのリング状の支持体に、中央部に幅３ｍｍの十字状の支持体が残るように、半径７ｍｍの１／４円を刳り貫いた形状とした。また、放電体を配置する部位は、直径が１．５ｍｍの貫通孔を形成し、この貫通孔に放電体を配置した。なお、電極支持体は、ステンレスによって形成した。

それぞれの放電体は、直径が１．５ｍｍで、その先端が尖った針状のものとし、ステンレスによって形成した。外側に配置される１２本の放電体は、電極支持体のそれぞれの表面から各１０ｍｍずつ突出するような長さとし、内側に配置される４本の放電体は、電極支持体のそれぞれの表面から各２０ｍｍずつ突出するような長さとした。

集塵電極は、長さが１５０ｍｍ、長手方向に垂直な断面の直径が２０ｍｍの棒状の電極とした。集塵電極の長さは、管体の内径の２．８倍の長さである。

このように構成された実施例１の排気ガス処理装置を、軽油を燃料としたバーナにより粒子状物質を発生させるスートジェネレータ装置に取り付け、約１９５℃の試験用排気ガス（以下、単に排気ガスという）を、流速１．５ｍ^３／ｍｉｎで導入した。このような状態で、表１に示すように、実施例１の排気ガス処理装置の放電電極と集塵電極とに、直流電圧８ｋＶ、電力１６Ｗで電圧を印加し、排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した。測定結果を表２に示す。

（粒子状物質の個数の測定）
放電電極、集塵電極の下流側に粒子個数計測器（電子式低圧インパクタ（ＥＬＰＩ） ＤＥＫＡＴＩ社製）を設置し、各電極に電圧を印加した場合（電圧印加時）と、電圧を印加しない場合（非電圧印加時）における各電極下流側の各粒径毎に、排出される粒子状物質の個数を測定した。その後、測定された各粒径毎の測定データの和から、下流側から排出される粒子状物質の全個数（排出全個数）を算出する。なお、測定においては、粒子径０．００７〜１０μｍの粒子状物質を測定対象とし、０．００７〜０．０１４、０．０１４〜０．０３９６、０．０３９６〜０．０７１８、０．０７１８〜０．１１９、０．１１９〜０．２００、０．２００〜０．３１５、０．３１５〜０．４８２、０．４８２〜０．７６０、０．７６０〜１．２３、１．２３〜１．９５、１．９５〜３．０８、３．０８〜６．２７（単位μｍ）の粒径毎に分級するものとした。なお、例えば、粒子径が「０．００７〜０．０１４」とした場合は、粒子径が０．００７μｍ以上で且つ０．０１４μｍ未満の粒子が分級される。

（粒子状物質の減少割合の測定）
上記した粒子状物質の個数の測定によって得られた、電圧印加時と非電圧印加時とにおけるそれぞれの排出全個数（×１０^７個／秒）のデータより、排気ガス処理装置を用いたことで削減された排出粒子数の割合を、下記式（１）によって算出した。
（非電圧印加時全個数−電圧印加時全個数）／非電圧印加時全個数×１００・・（１）

（粒子状物質の質量の測定）
排気ガス処理装置の設置位置よりも上流部と下流部とのそれぞれに、排気ガスの流路からのバイパスラインを設け、各バイパスラインに、それぞれのバイパスラインを通過する排気ガス中の粒子状物質をサンプリングするろ紙を設置した。ろ紙による粒子状物質のサンプリング時間を３分とし、あらかじめ秤量したサンプリング前のろ紙質量からサンプリング前後の質量変化を計算し、上流部と下流部とに設置したそれぞれのろ紙の質量変化により、排気ガス処理装置の入口側と出口側とにおける粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）を算出した。

（粒子状物質の平均粒子径）
上記粒子状物質の個数の測定において得られた各粒径毎の測定データより、排気ガス中に含まれる粒子状物質の平均粒子径を、下記式（２）による計算式を用いて算出した。
平均粒子径＝［Σ｛（各サンプリング範囲の粒径平均値）×（各サンプリング範囲にサンプリングされた粒子個数）｝］／排出全個数・・（２）

ここで、図１５Ａ〜図１５Ｄは、実施例１の排気ガス処理装置の出口側における粒子状物質の個数（排出個数）の変化を示すグラフであり、図１５Ａは、粒子径が０．００７〜０．０１４μｍの粒子の測定結果を示し、図１５Ｂは、粒子径が０．０１４〜０．０７μｍの粒子及び０．０７〜６．２７μｍの粒子の測定結果を示し、図１５Ｃは、全ての粒子（全個数）の測定結果を示している。また、図１５Ｄは、図１５Ａ〜図１５Ｃの測定結果を一つのグラフ上に示したものである。図１５Ａ〜図１５Ｄにおいては、横軸が、時間（秒）を示し、縦軸が、粒子状物質の個数（個／秒）を示す。なお、排気ガスの処理（電圧の印加）は、測定開始後、４８０秒から開示し、２５００秒で一旦電圧の印加を停止した。また、図１６は、図１５Ｂに示すグラフにおける、０．０７〜６．２７μｍの粒子状物質の個数を示す部分を拡大したグラフである。

また、図１７Ａは、粒子状物質の個数の測定において、各粒子径毎の１０秒間の測定結果を示すグラフであり、横軸が、各粒子径（μｍ）を示し、縦軸が、粒子状物質の個数（個／秒）を示す。また、図１７Ｂは、図１７Ａにおける、粒子径が０．２０〜６．２７μｍの粒子状物質の個数の測定結果を拡大したグラフであり、図１７Ｂは、図１７Ａにおける、粒子径が１．２３〜６．２７μｍの粒子状物質の個数の測定結果を更に拡大したグラフである。

また、上述した粒子状物質の個数の測定において、電圧を印加する前、電圧を印加した直後（具体的には、５秒後）、電圧を印加した７分後、電圧の印加を停止した後、の四つの条件にて各粒子径毎の１０秒間の粒子状物質の個数を求め、電圧を印加する前の個数に対する、各条件における粒子状物質の個数の割合を、粒子状物質の個数の変化率として算出した。ここで、図１８Ａは、粒子径が０．０１〜０．７０μｍの粒子状物質の個数の変化率（％）を示すグラフであり、また、図１８Ｂは、粒子径が１．２３〜３．０６μｍの粒子状物質の個数の変化率（％）を示すグラフである。なお、図１８Ａ及び図１８Ｂにおいて、横軸が、各粒子径（μｍ）を示し、縦軸が、粒子状物質の個数の変化率（％）を示す。

（実施例２〜５）
集塵電極の長さを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（実施例６）
図７に示すように、放電電極１２と集塵電極１４とを、５０ｍｍの間隔を空けて配置し、放電電極１２と集塵電極１４とにそれぞれ独立に電圧導入部１８，１９を電気的に接続した以外は、実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（実施例７〜１０）
集塵電極の長さを表１に示すように変更した以外は、実施例６と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（比較例１）
実施例１に用いた管体と同様の管体の内部に、実施例１に用いた管体と同様に構成された放電電極を配置し、排気ガス処理装置を製造した。即ち、比較例１の排気ガス処理装置においては、棒状の集塵電極が配置されていない。なお、電圧導入部は放電電極に対して電気的に接続した。このような排気ガス処理装置を用いて、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（比較例２、３）
集塵電極の長さを表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（比較例４、５）
集塵電極の長さを表１に示すように変更した以外は、実施例６と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表２に示す。

（実施例１１、１２）
放電電極と集塵電極との間隔を表３に示すように変更した以外は、実施例６と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（実施例１３、１４）
集塵電極の直径を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（実施例１５、１６）
集塵電極の直径を表３に示すように変更した以外は、実施例６と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（実施例１７〜２１）
実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、放電電極及び集塵電極に印加する電圧（ｋＶ）、及び電力（Ｗ）を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（実施例２２〜２６）
実施例６と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、放電電極及び集塵電極に印加する電圧（ｋＶ）、及び電力（Ｗ）を表３に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（実施例２７〜３０）
実施例１と同様に構成された排気ガス処理装置を製造し、装置に通気する排気ガスの流速（ｍ／秒）を表４に示すように変更した以外は、実施例１と同様の方法にて排気ガスの処理を行った。排気ガス処理中における排気ガス処理装置の入口側の粒子状物質の質量（ｇ／ｈｏｕｒ）と、出口側の粒子状物質の個数（×１０^７個／秒）、質量（ｇ／ｈｏｕｒ）、及び平均粒子径（μｍ）とをそれぞれ測定した測定結果を表４に示す。

（考察）
表２及び表４に示すように、実施例１〜２６の排気ガス処理装置においては、極めて高い割合で粒子状物質を減少させることができることが判明した。また、排気ガスの流速（ｍ／秒）を速くした実施例２７〜３０においても、高い割合で粒子状物質を減少させることができていた。

また、図１６に示すように、粒子径が０．０７〜６．２７μｍの比較的に粒子径が大きな粒子状物質の個数が、放電時間の経過ととともに増大していることが分かる。これは、粒子状物質の凝集及び再飛散により、粒子状物質が肥大化したためである。なお、表２及び表４において、入口側と出口側との粒子状物質の質量が減少しているのは、管体の内壁面に捕捉されて凝集した粒子状物質が未だ再飛散しない状態でとどまっているためである。なお、この質量減少分は、測定前後における管体の総質量変化を測定することによって確認することができる。

また、図１７Ａ〜図１７Ｃに示すように、電極に電圧を印加することにより、例えば、粒子径が０．０１〜０．２０μｍという比較的に粒子径の小さい粒子状物質の個数が減少し（図１７Ｂ参照）、一方で、粒子径が１．２３μｍ以上の比較的に粒子径の大きい粒子状物質の個数が増大している（図１７Ｃ参照）。

図１８Ａ及び図１８Ｂにおいては、比較的に粒子径の小さい粒子状物質の個数の変化率がマイナスの値を示している（即ち、電圧を印加することにより個数が減少している）のに対して、比較的に粒子径の大きい粒子状物質（例えば、粒子径が１．２３μｍ以上の粒子状物質）の個数の変化率がプラスの値を示している（即ち、電圧を印加することにより個数が増加している）ことが分かる。

一方、集塵電極を配設しない比較例１、及び集塵電極の長さが短い比較例２〜５については、実施例１の排気ガス処理装置と比較して、粒子状物質の個数の減少割合が低いものであった。

また、実施例１〜１０の結果から、集塵電極の長さが長くなる程、粒子状物質の減少割合は高くなり、また、放電電極と集塵電極とが一体化した一体型の排気ガス処理装置（実施例１〜５）に比べて、放電電極と集塵電極と分離している分離型の排気ガス処理装置（実施例６〜１０）の方が、粒子状物質の減少割合が高くなることが分かる。なお、分離型の排気ガス処理装置においては、放電電極と集塵電極との距離が短くなる程、個数減少割合が更に高くなっている。

また、実施例１及び６と、実施例１３〜１６との比較から、集塵電極の直径が大きくなる程、粒子状物質の減少割合が高くなることが分かる。更に、分離型の排気ガス処理装置においては、集塵電極の印加電圧を増加させる程、個数減少割合が高くなることが分かる。

本発明の排気ガス処理装置は、自動車用エンジン、建設機械用エンジン、産業機械用定置エンジン等の内燃機関、その他の燃焼機器等から排出される排気ガス中の粒子状物質を凝集して肥大化することによって、排気ガス中の粒子状物質の個数を減少させる排気ガス処理装置として用いることができる。

１ａ，１ｂ，１ｃ：排気ガス処理装置、１０：管体、１０ａ：内壁面、１２：放電電極、１２ａ：電極支持体、１２ｂ：放電体（針状の放電体）、１４：集塵電極、１６：碍管、１８，１９：電圧導入部、２０：排気ガス、２２：粒子状物質、２２ａ：粒子状物質（荷電させた粒子状物質）、２２ｂ：粒子状物質（凝集させた粒子状物質）、２４：コロナ放電、２６：電界、３２：第二の放電電極、３４：凹凸。

Claims (10)

1. 排気ガスが通過する流路となる管体と、
   前記管体の内部の、前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧を印加することによって、その周囲にコロナ放電を生じさせる放電電極と、
   前記放電電極よりも前記流路の下流側に、前記流路の中心軸方向に沿って、前記管体の内径の２倍以上の長さ範囲に亘って配設され、前記流路の中心軸から前記管体の内壁面に向かって電界を生じさせる棒状の集塵電極と、を備え、
   前記管体を通過する排気ガスに含まれる粒子状物質を、前記放電電極により生じたコロナ放電によって荷電させ、荷電させた粒子状物質を、前記集塵電極により生じた電界によって前記管体の内壁面に集塵して複数の粒子状物質を凝集させ、凝集させた粒子状物質を再飛散させることにより、前記排気ガス中に浮遊する粒子状物質の個数を減少させる排気ガス処理装置。
2. 前記集塵電極の前記流路の中心軸方向の長さが、前記管体の内径の２〜５倍である請求項１に記載の排気ガス処理装置。
3. 前記放電電極は、前記流路の流れ方向に対して垂直となるように配置された盤状の電極支持体と、前記電極支持体に対して垂直となるように配置された針状の放電体と、を有する請求項１又は２に記載の排気ガス処理装置。
4. 前記放電電極と前記集塵電極とが電気的に接続された状態で配設されてなり、前記放電電極と前記集塵電極とのうちの一方の電極に電圧を印加することにより、それぞれの電極に電圧が印加されるように構成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。
5. 前記放電電極と前記集塵電極とが電気的に絶縁された状態で配設されてなり、それぞれの電極に独立して電圧を印加するように構成された請求項１〜３のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。
6. 前記集塵電極は、前記流路の流れ方向に垂直な断面における直径が、前記管体の内径の０．１〜０．５倍となるように形成されたものである請求項１〜５のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。
7. 前記集塵電極の流路上流側における先端よりも下流側の、前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部に配置された、電圧を印加することによって、その周囲にコロナ放電を生じさせる第二の放電電極を更に備えた請求項１〜６のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。
8. 前記放電電極及び前記集塵電極の少なくとも一方は、前記管体の壁面を貫通して前記流路の流れ方向に垂直な断面における中央部まで延出された碍管により、前記流路の前記中央部に支持されている請求項１〜７のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。
9. 前記碍管は、その表面に溝状の凹凸が形成されたものである請求項８に記載の排気ガス処理装置。
10. 駆動機構としてガソリンエンジンを備えた車両の排気系に設置されてなる請求項１〜９のいずれか一項に記載の排気ガス処理装置。

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