JP4332847B2 - Exhaust gas purification device - Google Patents
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Description
本発明は、プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas purification apparatus that purifies exhaust gas using plasma.
従来から、車両用内燃機関の排気系統に組み込まれて当該内燃機関の排気ガスを浄化する装置として、相対する電極に高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置(プラズマリアクタ)が知られている(例えば、特許文献1参照。)。この排ガス浄化装置は、いわゆるウォールフロー型の浄化装置として構成されており、排気系統に組み込まれるケーシング(浄化容器)と、排気ガス中のパティキュレート物質(以下、「PM物質」という)を捕集するセラミック製フィルタとを有している。フィルタは、ケーシングの内部に配置され、その外周部に上流側排気ガス通路を画成すると共に、その中心部に下流側排気ガス通路を画成する。 Conventionally, as an apparatus for purifying exhaust gas of an internal combustion engine incorporated in an exhaust system of a vehicle internal combustion engine, exhaust gas purification that purifies exhaust gas using plasma generated by applying a high voltage to the opposite electrode An apparatus (plasma reactor) is known (for example, refer to Patent Document 1). This exhaust gas purification device is configured as a so-called wall flow type purification device, and collects a casing (purification container) incorporated in an exhaust system and particulate matter (hereinafter referred to as “PM material”) in exhaust gas. And a ceramic filter. The filter is disposed inside the casing, and defines an upstream exhaust gas passage in the outer peripheral portion thereof, and defines a downstream exhaust gas passage in the central portion thereof.
この排ガス浄化装置のケーシング内に導入された排気ガスは、ケーシングの内周面付近の上流側排ガス通路に流れ込み、セラミック製フィルタの襞状に折り曲げられた部分を流通した後、下流側排気ガス通路を介してケーシングから流出する。そして、排気ガスがセラミック製フィルタを流通する間に、排気ガス中のPM物質がフィルタにより捕集される。更に、フィルタによって捕集されたPM物質は、プラズマによって反応消滅または焼却される。 The exhaust gas introduced into the casing of the exhaust gas purification apparatus flows into the upstream exhaust gas passage near the inner peripheral surface of the casing, and after flowing through the bent portion of the ceramic filter, the downstream exhaust gas passage Flows out of the casing through. And while exhaust gas distribute | circulates a ceramic filter, PM substance in exhaust gas is collected by a filter. Further, the PM material collected by the filter is extinguished or incinerated by the plasma.
ここで、上述のようなウォールフロー型の排ガス浄化装置では、フィルタ(ケーシング)の入口と出口との間における圧力差(背圧)が大きくなってしまいがちである。このため、ウォールフロー型の排ガス浄化装置を用いた場合、排ガス浄化装置の適用対象である内燃機関等の出力低下を招いてしまうおそれがある。 Here, in the above-described wall flow type exhaust gas purification apparatus, the pressure difference (back pressure) between the inlet and the outlet of the filter (casing) tends to increase. For this reason, when a wall flow type exhaust gas purifying apparatus is used, there is a possibility that the output of an internal combustion engine or the like to which the exhaust gas purifying apparatus is applied is reduced.
これに対して、排ガス浄化に伴う内燃機関等の出力低下を防止するためには、浄化容器内の排気ガスの流れが一方向に保たれるストレートフロー型の排ガス浄化装置を用いることが考えられる。しかしながら、セラミックハニカム材等からなるフィルタを備えたストレートフロー型の排ガス浄化装置では、ガス流路の中心部を通過する排気ガスの流速および流量が増加する傾向にあり、フィルタ中心部で目詰まりが生じることにより、PM物質の捕集効率や処理効率が低下し、また背圧が更に上昇してしまうことがある。 On the other hand, in order to prevent output reduction of the internal combustion engine or the like accompanying exhaust gas purification, it is conceivable to use a straight flow type exhaust gas purification device in which the flow of exhaust gas in the purification container is maintained in one direction. . However, in a straight flow type exhaust gas purification apparatus equipped with a filter made of a ceramic honeycomb material or the like, the flow rate and flow rate of the exhaust gas passing through the central part of the gas flow path tend to increase, and clogging occurs in the central part of the filter. As a result, the collection efficiency and processing efficiency of the PM substance may decrease, and the back pressure may further increase.
そこで、本発明は、効率よくパティキュレート物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の提供を目的とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purifying apparatus capable of efficiently collecting and processing particulate matter.
本発明による排ガス浄化装置は、プラズマを用いて排気ガスを浄化する排ガス浄化装置において、排気ガスが導入される浄化容器と、浄化容器内に配置されたハニカム構造体と、ハニカム構造体の中心に配置され、排気ガスの流れ方向に延びる中心電極と、ハニカム構造体の外周に配置された外周電極とを備え、ハニカム構造体は、中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減している領域を含んでいることを特徴とする。 An exhaust gas purifying apparatus according to the present invention is an exhaust gas purifying apparatus that purifies exhaust gas using plasma, a purification container into which exhaust gas is introduced, a honeycomb structure disposed in the purification container, and a center of the honeycomb structure. A central electrode extending in the exhaust gas flow direction and an outer peripheral electrode disposed on the outer periphery of the honeycomb structure, the honeycomb structure including a region where the cell density gradually decreases from the center toward the outer periphery. It is characterized by being.
この排ガス浄化装置は、中心電極等に対して高電圧を印加して発生させたプラズマを用いて排気ガスを浄化するものであり、浄化容器内で排気ガス中のPM物質を捕集するためのハニカム構造体を有する。そして、この排ガス浄化装置のハニカム構造体は、中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減している領域を含んでいる。これにより、ハニカム構造体の中心部における抵抗が増加するので、ハニカム構造体のセル密度が低い外周側の領域における排気ガスの流量を増加させることができる。従って、この排ガス浄化装置では、ハニカム構造体の中心部における目詰まりが抑制されると共に、ハニカム構造体におけるPM物質の分布が全体に均一化されることになり、ハニカム構造体の全体で均一かつ効率よくPM物質を捕集・処理することが可能となる。 This exhaust gas purification device purifies exhaust gas using plasma generated by applying a high voltage to the center electrode and the like, and collects PM substances in the exhaust gas in the purification container. It has a honeycomb structure. The honeycomb structure of the exhaust gas purifying apparatus includes a region where the cell density gradually decreases from the center toward the outer periphery. As a result, the resistance in the central portion of the honeycomb structure increases, so that the exhaust gas flow rate in the outer peripheral region where the cell density of the honeycomb structure is low can be increased. Therefore, in this exhaust gas purification device, clogging at the center of the honeycomb structure is suppressed, and the distribution of the PM substance in the honeycomb structure is made uniform throughout. It becomes possible to collect and process PM substances efficiently.
また、中心電極と外周電極との間に配置された複数の筒状電極を更に備え、複数の筒状電極には、中心電極と対をなす電極と、外周電極と対をなす電極とが含まれていると好ましい。 Further, a plurality of cylindrical electrodes arranged between the center electrode and the outer peripheral electrode are further provided, and the plurality of cylindrical electrodes include an electrode paired with the central electrode and an electrode paired with the outer peripheral electrode. It is preferable.
このような構成を採用すれば、互いに対をなす電極間におけるPM物質の捕集効率および処理効率をより一層を向上させることが可能となる。 By adopting such a configuration, it becomes possible to further improve the collection efficiency and the processing efficiency of the PM substance between the electrodes paired with each other.
この場合、中心電極を含む一対の電極間に配置された内側ハニカム構造体と、外周電極を含む一対の電極間に配置されており、内側ハニカム構造体よりも低いセル密度を有する外側ハニカム構造体とを更に備えると好ましい。 In this case, the inner honeycomb structure disposed between the pair of electrodes including the center electrode and the outer honeycomb structure disposed between the pair of electrodes including the outer peripheral electrode and having a lower cell density than the inner honeycomb structure. Are preferably included.
また、内側ハニカム構造体と外側ハニカム構造体との間で流体の流通が実質的に規制されていると好ましい。 Further, it is preferable that the fluid flow is substantially regulated between the inner honeycomb structure and the outer honeycomb structure.
このような構成を採用すれば、浄化容器の入口と出口との間における圧力差(背圧)が大きくなってしまうことを確実に防止することができる。 By adopting such a configuration, it is possible to reliably prevent a pressure difference (back pressure) between the inlet and the outlet of the purification container from increasing.
本発明によれば、効率よくパティキュレート物質を捕集・処理可能な排ガス浄化装置の実現が可能となる。 According to the present invention, it is possible to realize an exhaust gas purifying apparatus capable of efficiently collecting and processing particulate matter.
以下、図面と共に本発明による排ガス浄化装置の好適な実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1は、本発明による排ガス浄化装置を示す断面図であり、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、図示されない内燃機関の燃焼室から排出される排気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L1と排気管L2との間に組み込まれる。図1および図2に示されるように、排ガス浄化装置1は、浄化容器2を有し、この浄化容器2の内部には、排気管L1を介して内燃機関の燃焼室から排出される排気ガスが導入される。そして、浄化容器2の内部で浄化された排気ガスは、排気管L2を介して外部に排出される。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an exhaust gas purifying apparatus according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. The exhaust
浄化容器2は、金属等により概ね円筒状に形成されており、排気管L1またはL2に接続される入口端部21および出口端部22と、排気管L1,L2よりも大きな内径を有する拡径部23と、入口端部21と拡径部23との間および出口端部22と拡径部23との間に形成されたコーン部24とを含む。また、浄化容器2の拡径部23の内周面には、円筒状に形成された絶縁部材3が固定されており、絶縁部材3の内周面には、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成された外周電極4が積層されている。
The
外周電極4の内周面には、浄化容器2の内部に流れ込んだ排気ガス中のPM物質を捕集するための外側ハニカム構造体5が固定されている。外側ハニカム構造体5は、セラミック(例えば、コージェライトやアルミナ)等により円筒状に形成されており、排気ガスの流通方向(浄化容器2の延在方向)に延びる多数のセルを有している。また、外側ハニカム構造体5には、例えば、Pt/CeO2,Mn/CeO2,Fe/CeO2,Ni/CeO2,Cu/CeO2等の酸化触媒が担持されている。更に、外側ハニカム構造体5の内周面には、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成された電極6が積層されている。この電極6は、外側ハニカム構造体5を介して外周電極4と対をなす。
An
電極6の内周面には、円筒状に形成された絶縁部材7が固定されており、絶縁部材7の内周面には、金属メッシュあるいは金属ペースト等により円筒状に形成された電極8が積層されている。そして、電極8の内周面にも、浄化容器2の内部に流れ込んだ排気ガス中のPM物質を捕集するための内側ハニカム構造体9が固定されている。なお、外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9との間では、排気ガスの流通が絶縁部材7によって実質的に規制される。これにより、浄化容器2の入口と出口との間における圧力差(背圧)が大きくなってしまうことが確実に防止される。
An insulating member 7 formed in a cylindrical shape is fixed to the inner peripheral surface of the
内側ハニカム構造体9も、外側ハニカム構造体5と同様に、セラミック(例えば、コージェライトやアルミナ)等からなるハニカム材により概ね円筒状に形成されており、排気ガスの流通方向(浄化容器2の延在方向)に延びる多数のセルを有している。そして、本実施形態において、内側ハニカム構造体9は、外側ハニカム構造体5よりも高いセル密度を有するように形成されている。また、内側ハニカム構造体9にも、例えば、Pt/CeO2,Mn/CeO2,Fe/CeO2,Ni/CeO2,Cu/CeO2等の酸化触媒が担持されている。
Similarly to the
更に、浄化容器2の内部には、内側ハニカム構造体9の中心を貫通すると共に排気ガスの流れ方向に延在するように棒状の中心電極10が配置されている。この中心電極10は、内側ハニカム構造体9を介して電極8と対をなす。また、中心電極10の先端部は、排気ガスの入口(排気管L1)に向けて内側ハニカム構造体9から突出しており、当該先端部からは、複数本の棘状の放電突起10dが放射状に延出されている。
Further, a rod-
図1に示されるように、浄化容器2の内部に配置されている電極6と中心電極10とには、図示されない給電端子等を介して高圧電源11が接続され、電極6と対をなす外周電極4および中心電極10と対をなす電極8は接地されている。本実施形態では、電極6および中心電極10を負極として外周電極4と電極6との間および電極8と中心電極10との間に高電圧が印加される。なお、高圧電源11としては、直流高圧電源、交流高圧電源および直流パルス電源の何れかを用いることができる。
As shown in FIG. 1, a high
さて、上述のように構成される排ガス浄化装置1では、内燃機関の始動と共に、排気管L1を介して内燃機関の燃焼室からの排気ガスが浄化容器2の内部に導入される。また、内燃機関の始動に合わせて、互いに対をなす外周電極4と電極6との間(外側ハニカム構造体5)および互いに対をなす電極8と中心電極10との間(内側ハニカム構造体9)にプラズマを発生させるべく、外周電極4と電極6との間および電極8と中心電極10との間に高圧電源11によって高電圧が印加される。
In the exhaust
ここで、浄化容器2内の外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体とを一体のハニカム構造体9とみなした場合、当該一体のハニカム構造体では、中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減することになる。これにより、排ガス浄化装置1では、一体のハニカム構造体の中心部、すなわち、内側ハニカム構造体9に流入しようとする排気ガスに対する抵抗が増加することになる。従って、排ガス浄化装置1では、排気ガスを入口側のコーン部24の内部で拡散させて、セル密度が低い外側ハニカム構造体5における排気ガスの流量を増加させることが可能となる。この結果、ガス流路の中心部に位置する内側ハニカム構造体9の目詰まりが抑制されると共に、外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9とにおけるPM物質の分布が全体に均一化される。
Here, when the
そして、排ガス浄化装置1では、外周電極4と電極6との間(外側ハニカム構造体5)および中心電極10と電極8との間(内側ハニカム構造体9)の双方において高電圧電界が形成される。これにより、外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9との双方において排気ガス中のPM物質を効率よく帯電させて確実に捕集することが可能となる。また、排気ガス中のPM物質は負に帯電し易いものである。従って、本実施形態のように、互いに対をなす電極のうち、内側に位置する電極6および中心電極10を負極(放電極)としておけば、PM物質が外側の外周電極4や電極8に吸引されるようになるので、PM物質の分布を全体に均一化して、互いに対をなす電極間におけるPM物質の捕集効率をより一層を向上させることができる。
In the exhaust
更に、排ガス浄化装置1では、排気ガスが外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9とを流通する間に、排気ガス中の酸素や一酸化窒素等がプラズマにより活性化(ラジカル化)され、高い酸化活性をもったオゾン(O3)、活性化酸素(O2 −)、二酸化窒素(NO2)等が生成される。そして、外側ハニカム構造体5および内側ハニカム構造体9のセル内に均一に捕集されたPM物質は、これらの高酸化活性成分と反応して燃焼、焼却される。更に、排ガス浄化装置1では、外側ハニカム構造体5および内側ハニカム構造体9に担持されている酸化触媒の作用により、PM物質の燃焼が促進される。
Furthermore, in the exhaust
この結果、排ガス浄化装置1によれば、互いに対をなす外周電極4と電極6との間(外側ハニカム構造体5)および互いに対をなす電極8と中心電極10との間(内側ハニカム構造体9)に均一に捕集されたPM物質が効率よく処理されることになる。そして、浄化容器2の内部で良好に浄化された排気ガスは、排気管L2を介して外部に排出されることになる。
As a result, according to the exhaust
なお、上述のように、排ガス浄化装置1では、外側ハニカム構造体5が内側ハニカム構造体9よりも低いセル密度を有するが、外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9とのセル密度の差は、およそ100〜400cpsi(cspi:1平方インチあたりのセル数)程度に定められると好ましい。これにより、セル密度が低い外側ハニカム構造体5における排気ガスの流量が過剰に増加してしまうことを防止して、ハニカム構造体5および9におけるPM物質の分布を全体に均一化することが可能となる。
As described above, in the exhaust
また、上述の排ガス浄化装置1では、外側ハニカム構造体5と内側ハニカム構造体9とを一体のハニカム構造体とみなした場合、当該一体のハニカム構造体の全長(排気ガスの流れ方向における長さ)にわたって、中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減することになるが、これに限られるものではない。すなわち、本発明では、浄化容器内のハニカム構造体が中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減している領域を少なくとも一部に含んでいればよく、例えばハニカム構造体の中心部のセル密度が浄化容器の入口側で所定長さだけ高く設定されてもよい。更に、上述の排ガス浄化装置1の電極6と電極8との間に、1またはそれ以上の電極対およびハニカム構造体が配置され得ることはいうまでもない。
Further, in the exhaust
1 排ガス浄化装置
2 浄化容器
3,7 絶縁部材
4 外周電極
5 外側ハニカム構造体
6,8 電極
9 内側ハニカム構造体
10 中心電極
11 高圧電源
21 入口端部
22 出口端部
23 拡径部
24 コーン部
L1,L2 排気管
DESCRIPTION OF
Claims (3)
排気ガスが導入される浄化容器と、
前記浄化容器内に配置されたハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の中心に配置され、排気ガスの流れ方向に延びる中心電極と、
前記ハニカム構造体の外周に配置された外周電極とを備え、
前記ハニカム構造体は、中心から外周に向かうにつれてセル密度が漸減している領域を含み、
前記中心電極と前記外周電極との間に配置された複数の筒状電極を更に備え、
前記複数の筒状電極には、前記中心電極と対をなす電極と、前記外周電極と対をなす電極とが含まれ、前記中心電極と対をなす電極と前記外周電極と対をなす電極との間には絶縁層が設けられ、かつ前記互いに対をなす電極のうち、内側に位置する電極が負極とされていることを特徴とする排ガス浄化装置。 In an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas using plasma,
A purification container into which exhaust gas is introduced;
A honeycomb structure disposed in the purification container;
A central electrode disposed in the center of the honeycomb structure and extending in the flow direction of the exhaust gas;
An outer peripheral electrode disposed on the outer periphery of the honeycomb structure,
The honeycomb structure includes a region where the cell density gradually decreases from the center toward the outer periphery ,
A plurality of cylindrical electrodes disposed between the central electrode and the outer peripheral electrode;
The plurality of cylindrical electrodes include an electrode paired with the central electrode and an electrode paired with the outer peripheral electrode, and an electrode paired with the central electrode and an electrode paired with the outer peripheral electrode; exhaust gas purifying device comprising that you have been provided an insulating layer, and among the electrodes forming the pair with each other, the electrodes located inside the negative electrode during.
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