JP4522806B2 - 排気ガス浄化フィルタ - Google Patents

Description

本発明は、排気管内部に封入され、マイクロ波によって昇温した金属酸化物の触媒作用で、自動車の内燃機関等からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化フィルタに関する。

自動車の内燃機関等からの排気ガスには、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質が含まれており、これら排気ガス中の有害物質を浄化する方法として、一般に、触媒による後処理方式が用いられている。この後処理方式とは、触媒を備えた排気ガス浄化手段に排気ガスを通過させ、排気ガスと触媒とを接触させることによって、炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の排気ガス中の有害物質を酸化又は還元させて、無害な炭酸ガス、水蒸気、窒素等として大気中に排出するものである。

ここで、この後処理方式で使用される触媒は、約３００℃〜４００℃以上の高温状態でないと、その有効な浄化能力を発揮することができないものである。このため、排気ガスの浄化に当たっては、まず触媒を加熱して、触媒を浄化能力を発揮できる温度にまで昇温させる必要がある。そして、この触媒の加熱には、一般に、内燃機関等から排出される排気ガス自体の熱が利用され、高温の排気ガスを排気ガス浄化手段に通過させることにより行われている。

しかしながら、かかる方法にあっては、内燃機関等の冷間始動直後において、排出される排気ガスの温度がまだ低温状態であることから、触媒の加熱が充分に行われず、排気ガスを浄化することができない。したがって、内燃機関等から排出される排気ガスの温度が上昇し、触媒がその有効な排気ガス浄化能力を発揮できる温度に昇温するまでの、内燃機関等の冷間始動直後から数分の間は、有害物質を多く含んだ排気ガスがそのまま大気中に排出されてしまうこととなっている。

そこで、かかる問題を解決するために、特許文献１から特許文献４に記載の排気ガス浄化フィルタが提案されている。かかる構成にあっては、排気ガス浄化手段が、浸漬や乾燥等によって表面にマイクロ波吸収体と触媒とを担持し、セラミックやメタルの隔壁により形成された無数の通気連通路を有するハニカム構造体又はそれに類似する多孔性構造体等の担体からなるものである。そして、内燃機関の始動と同時に排気ガス浄化手段にマイクロ波を放射して、マイクロ波吸収体にマイクロ波を吸収させ、これによりマイクロ波吸収体を昇温させると共に、マイクロ波吸収体と同じく排気ガス浄化手段の表面に担持された触媒を、かかる昇温したマイクロ波からの熱により高温化させるものである。これにより、排気ガス浄化手段は、触媒が浄化能力を発揮できる温度にまで短時間に昇温し、内燃機関の冷間始動直後においても、排気ガス中に含まれる有害物質を効果的に浄化することができる。

また、特許文献５においては、マイクロ波を吸収して昇温し、かつそれ自身優れた排気ガス浄化能力を有する金属酸化物を、マイクロ波吸収体と触媒とを兼用するものとして排気ガス浄化手段に担持することが提案されており、これにより、内燃機関の冷間始動直後の排気ガス中に含まれる有害物質を有効に低減できることが示されている。

特開２００２−３４９２２９号公報 特開平０７−１２７４３６号公報 特開平０５−３４０２３５号公報 特開平０５−６８８９４号公報 特開平０５−７６７２７号公報

ところで、アンテナから放射されるマイクロ波は、排気ガス浄化手段の全領域に均等に供給されるものではなく、アンテナの近傍ではマイクロ波の供給が良好であるが、アンテナから離れた領域では、マイクロ波がかかる領域まで伝播する間に、マイクロ波吸収体に吸収されたり、担体等に遮蔽されたりして、マイクロ波供給量が減少することとなる。このため、排気ガス浄化手段の各領域は、アンテナからの距離の違いによって昇温の程度が異なり、これにより温度差が生じることとなっている。ここで、従来の排気ガス浄化手段は、マイクロ波吸収体と触媒とを表面に担持した担体からなるものであるため、マイクロ波吸収体が昇温することにより、これを担持する担体もが昇温することとなる。このため、従来の排気ガス浄化手段にあっては、アンテナからマイクロ波が放射されることによって、各領域の昇温の程度の違いにより、担体の各部分間には温度差が生じ、これにより担体の各部分間では熱膨張量が異なることとなって、亀裂や破損が生じ易いものとなっている。

また、従来の排気ガス浄化手段にあっては、排気ガスが、隔壁により形成されたハニカム構造体の目等の小さな通気連通路を通過するものであるため、排気ガス中のすす等により排気ガス浄化手段は目詰まりが生じ易く、メンテナンスを充分にする必要がある。さらに、交換する際には、部分的な交換が難しく、排気ガス浄化手段そのもの全てを交換する必要があって、コストや使用耐久性の面で問題となっている。

また、自動車の内燃機関等からの排気ガス中には、除去するために約６００℃〜７００℃以上の高温状態で完全燃焼させる必要のあるダイオキシン等の有害物質も含まれており、従来の排気ガス浄化手段にあっては、触媒が約６００℃〜７００℃以上の高温状態に昇温するまでに時間を要することから、かかる有害物質が、内燃機関等の冷間始動直後において排出されることとなっている。

本発明は、上記課題を解決するために発明されたものであり、熱応力による亀裂、破損の発生や、排気ガスの流路に目詰まりの生じる恐れがなく、かつ従来構成に比べて触媒をより早く昇温させることのできる排気ガス浄化フィルタを提案するものである。

本発明は、排気管内部に封入され、マイクロ波によって昇温した金属酸化物の触媒作用で、自動車の内燃機関等からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化フィルタにおいて、筒状外周壁の両端開口を前面壁と後面壁とで覆って、その内部を通気性充填室とする、排気管に内装される筒状充填筐体を備え、通気性充填室の中心に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通され、通気性充填室内に、マイクロ波により昇温する金属酸化物粒子が充填され、さらに通気性充填室を区画する壁部には、排気管の上流側と連通する流入孔と、金属酸化物粒子間を流通した排気ガスを排気管の下流側へ排出する排気孔とが夫々形成されてなることを特徴とする排気ガス浄化フィルタ（請求項１）である。

本発明にあっては、マイクロ波を吸収して昇温し、かつそれ自身優れた排気ガス浄化能力を有する金属酸化物を、マイクロ波吸収体と触媒とを兼用するものとして用いている。また、かかる金属酸化物は、通気性充填室内を通過する排気ガスと良好に接触するように、表面積の広い粒子状のものとしている。金属酸化物粒子は、充填筐体の筒状外周壁と、前面壁と、後面壁とで区画された通気性充填室に充填されており、かかる金属酸化物粒子は個々に独立しているため、排気ガスとの接触により、多少の遊動をなし得るものである。

通気性充填室の中心には、充填筐体の前面壁から後面壁に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通されている。かかるアンテナは、通気性充填室内の金属酸化物粒子に向けて、径方向に放射状にマイクロ波を放射するものである。アンテナの放射するマイクロ波は、通気性充填室内を径方向に進行するにつれて、金属酸化物粒子に徐々に吸収されるため、金属酸化物粒子に供給されるマイクロ波は、アンテナ近傍で最も多くなり、充填筐体の筒状外周壁近傍で最も少なくなる。すなわち、金属酸化物粒子は、アンテナ近傍で最も高温化し易く、充填筐体の外周壁近傍で最も昇温し難いこととなる。したがって、アンテナを通気性充填室の中心に挿通することにより、最も高温化し難い充填筐体の外周壁近傍と、アンテナとの距離が最短となり、通気性充填室の全領域がより早く昇温することとなる。

通気性充填室を区画する壁部のうち、排気管の上流側と通気性充填室とを隔す壁部（具体的には、前面壁）には、内燃機関等からの排気ガスを通気性充填室に流入させるために、排気管の上流側と通気性充填室とを連通する流入孔が形成される。また、通気性充填室内で金属酸化物粒子間を流通して浄化された排気ガスを排気管の下流側へ排出するために、通気性充填室と排気管の下流側とを隔す壁部（具体的には、後面壁）には、通気性充填室と排気管の下流側とを連通する排気孔が形成される。かかる流入孔と排気孔とは、通気性充填室から金属酸化物粒子が漏洩しないよう、充填する最小の金属酸化物粒子の粒径よりも小さな孔径のものであり、通気性充填室を区画する壁部に所定の開口率で無数形成されるものである。

かかる構成にあっては、充填筐体内部の通気性充填室の中心に挿通されたアンテナの放射するマイクロ波によって、通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子が、マイクロ波を吸収して短時間に浄化能力を発揮できる温度にまで昇温する。内燃機関等から排出された排気ガスは、通気性充填室を区画する壁部に形成された流入孔を介して通気性充填室へ流入する。そして、通気性充填室内で金属酸化物粒子と接触して浄化され、通気性充填室の他の壁部に形成された排気孔を介して通気性充填室から排出されることとなる。

また、本発明は、排気管内部に封入され、マイクロ波によって昇温した金属酸化物の触媒作用で、自動車の内燃機関等からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化フィルタにおいて、径方向では外壁部と内壁部とにより、周方向では隔壁により、長手方向では前壁部と後壁部とにより夫々区画してなる単位通気性充填室が周方向に複数連設されてなり、排気管に内装される充填筐体を備え、その中心に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通され、各単位通気性充填室内に、マイクロ波により昇温する金属酸化物粒子が充填され、さらに各単位通気性充填室を区画する壁部には、排気管の上流側と連通する流入孔と、金属酸化物粒子間を流通した排気ガスを排気管の下流側へ排出する排気孔とが夫々形成されてなることを特徴とする排気ガス浄化フィルタ（請求項２）である。

かかる構成にあっては、マイクロ波を吸収して昇温し、かつそれ自身優れた排気ガス浄化能力を有する金属酸化物が表面積の広い粒子状で用いられ、径方向では外壁部と内壁部とにより、周方向では隔壁により、長手方向では前壁部と後壁部とにより区画した単位通気性充填室内に充填されている。充填された金属酸化物粒子は個々に独立しているため、排気ガスとの接触により、多少の遊動をなし得るものとなっている。また、金属酸化物粒子を充填する充填領域が、複数の単位通気性充填室に分割されているため、金属酸化物粒子の粒径や質量の差異や、内燃機関からの振動等によって生じる充填領域内における金属酸化物粒子の偏在の程度が低減される。

充填筐体の中央には、複数の単位通気性充填室が周方向に連設されることにより、各単位通気性充填室の内壁部が連成されて、内側をアンテナが挿通されるアンテナ挿通孔とする筒状のアンテナ隔周壁が形成される。また、充填筐体の外周縁には、各単位通気性充填室の隔壁同士が周方向に接触している場合には、各単位通気性充填室の外壁部が連成されて、一方、各単位通気性充填室の隔壁同士が接触していない場合には、各単位通気性充填室の外壁部及び隔壁が連成されて、充填筐体の外周壁が形成される。また、充填筐体の長手方向の両端には、各単位通気性充填室の長手方向の両端開口を覆う前壁部と後壁部とが連成されて、充填筐体の前面壁と後面壁とが夫々形成される。ここで、充填筐体の各壁部は、例えば、前面壁と後面壁とにあっては全ての単位通気性充填室の長手方向の両端開口を一括して覆う構成のように、各単位通気性充填室を区画する壁部を一体的に形成して設けることもできる。

アンテナ隔周壁の内側のアンテナ挿通孔には、充填筐体の中心となる位置に、充填筐体の前面壁から後面壁に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通されている。かかるアンテナは、各単位通気性充填室内の金属酸化物粒子に向けて、径方向に放射状にマイクロ波を放射するものである。アンテナの放射するマイクロ波は、各単位通気性充填室内を径方向に進行するにつれて、金属酸化物粒子に徐々に吸収されるため、金属酸化物粒子に供給されるマイクロ波は、アンテナ近傍で最も多くなり、充填筐体の外周壁近傍で最も少なくなる。すなわち、金属酸化物粒子は、アンテナ近傍で最も高温化し易く、充填筐体の外周壁近傍で最も昇温し難いこととなる。したがって、アンテナを充填筐体の中心に挿通することにより、最も高温化し難い充填筐体の外周壁近傍と、アンテナとの距離が最短となり、各単位通気性充填室の全領域がより早く昇温することとなる。

各単位通気性充填室を区画する壁部のうち、排気管の上流側と各単位通気性充填室とを隔す壁部（具体的には、前壁部）には、内燃機関等からの排気ガスを各単位通気性充填室に流入させるために、排気管の上流側と各単位通気性充填室とを連通する流入孔が形成される。また、各単位通気性充填室内で金属酸化物粒子間を流通して浄化された排気ガスを排気管の下流側へ排出するために、各単位通気性充填室と排気管の下流側とを隔す壁部（具体的には、後壁部）には、各単位通気性充填室と排気管の下流側とを連通する排気孔が形成される。かかる流入孔と排気孔とは、各単位通気性充填室から金属酸化物粒子が漏洩しないよう、充填する最小の金属酸化物粒子の粒径よりも小さな孔径のものであり、各単位通気性充填室を区画する壁部に所定の開口率で無数形成されるものである。

かかる構成にあっては、複数の単位通気性充填室が周方向に連設されてなる充填筐体の中心に挿通されたアンテナから放射されるマイクロ波によって、各単位通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子が、マイクロ波を吸収して短時間に浄化能力を発揮できる温度にまで昇温する。内燃機関等から排出された排気ガスは、各単位通気性充填室を区画する壁部に形成された流入孔を介して各単位通気性充填室へ流入する。そして、各単位通気性充填室内で金属酸化物粒子と接触して浄化され、他の壁部に形成された排気孔を介して各単位通気性充填室から排出されることとなる。

ここで、上記排気ガス浄化フィルタにおいて、充填筐体には中央長手方向に沿って筒状内周壁が配設され、該内周壁の内側を、アンテナが挿通され、かつ排気管の上流側と連通する通気孔路とし、さらに充填筐体の外面と排気管の内面との間に、排気管の下流側と連通する排気路が形成され、充填筐体の内周壁には通気孔路と連通する流入孔が、外周壁には排気路と連通する排気孔が夫々形成されている構成（請求項３）が提案される。

かかる構成にあっては、充填筐体には中央長手方向に沿って、前面壁から後面壁まで内側を通気孔路とする筒状内周壁が配設されている。この筒状内周壁の前方開口は、充填筐体の前面壁によって遮蔽されず、排気管の上流側と通気孔路とが連通するようになっている。一方、筒状内周壁の後方開口は、排気管の上流側から通気孔路へと流入した排気ガスが、排気管の下流側へと流出しないよう、充填筐体の後面壁により遮蔽される。したがって、充填筐体の前面壁は、筒状外周壁と筒状内周壁との環状の前方開口を覆うものとなり、環状をなしている。ここで、充填筐体が複数の単位通気性充填室を周方向に連設してなる場合には、内側を通気孔路とする筒状内周壁は、各単位通気性充填室の内壁部が連成されて形成される。

また、かかる構成にあっては、排気管に内装された充填筐体の外面と排気管の内面との間に空隙が画成され、該空隙を排気路とする。この排気路は、排気管の下流側のみと連通するものであり、排気管の上流側から排気ガスが直接流入しないように、排気路の前方には遮断壁が設けられる。この遮断壁は、充填筐体の前面壁と一体的に形成するのが好適である。

筒状内周壁の内側の通気孔路には、充填筐体の中心となる位置に、充填筐体の前面壁から後面壁に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通されている。かかるアンテナは、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内の金属酸化物粒子に向けて、径方向に放射状にマイクロ波を放射するものである。アンテナの放射するマイクロ波は、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内を径方向に進行するにつれて、金属酸化物粒子に徐々に吸収されるため、金属酸化物粒子に供給されるマイクロ波は、アンテナ近傍、すなわち充填筐体の筒状内周壁近傍で最も多くなり、筒状外周壁近傍で最も少なくなる。したがって、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内の金属酸化物粒子は、内周壁近傍で最も早く高温化して、その有効な排気ガス浄化能力を発揮することとなる。

また、充填筐体の筒状内周壁には、通気孔路と、通気性充填室又は各単位通気性充填室とを連通する流入孔が無数に形成されている。排気管の上流側から通気孔路に流入した排気ガスは、かかる流入孔を介して、通気孔路から通気性充填室又は各単位通気性充填室へと径方向に流入する。また、充填筐体の筒状外周壁には、通気性充填室又は各単位通気性充填室と、排気路とを連通する排気孔が無数に形成されており、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内で金属酸化物粒子と接触して浄化された排気ガスが、通気性充填室又は各単位通気性充填室から排気路へと径方向に流出する。

かかる構成にあっては、充填筐体の中央の通気孔路に挿通されたアンテナから径方向に放射状に放射されるマイクロ波によって、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子が、短時間に浄化能力を発揮できる温度にまで昇温する。そして、内燃機関等から排出された全ての排気ガスは、排気管の上流側から通気孔路に流入した後に、内周壁に形成された流入孔を介して通気孔路から通気性充填室又は各単位通気性充填室へと径方向に流入する。ここで、排気ガスが通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に流入した際に接触する、筒状内周壁近傍の金属酸化物粒子は、アンテナからのマイクロ波供給が良好であり、最も早く高温化して浄化能力を発揮するものであるため、全ての排気ガスが効果的に浄化されることとなる。そして、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内で浄化された排気ガスは、充填筐体の筒状外周壁に形成された排気孔を介して通気性充填室又は各単位通気性充填室から排気路へと径方向に流出し、排気管の下流側へ排出される。このように、かかる構成にあっては、アンテナの放射するマイクロ波の方向と、通気性充填室又は各単位通気性充填室を流通する排気ガスの方向とが同一となることから、全ての排気ガスを、最も早く高温化して浄化能力を発揮する金属酸化物粒子と接触させることができる。

また、かかる構成にあっては、長手方向の周壁である筒状内周壁と筒状外周壁とに流入孔と排気孔とが夫々形成されており、充填筐体の前面壁と後面壁とに流入孔と排気孔とを夫々形成した場合に比べて、排気ガスの流入領域及び流出領域が広範となっていることから、通気性充填室又は各単位通気性充填室を通過する排気ガスの流速が低下することとなる。

また、上記排気ガス浄化フィルタの構成において、充填筐体の外周壁が非円筒形であり、円筒形排気管に内嵌された充填筐体の外面と排気管の内面との間に、排気管の下流側と連通する排気路が形成され、充填筐体の外周壁には排気路と連通する排気孔が形成されている構成（請求項４）が提案される。

充填筐体の外周壁が非円筒形である場合には、充填筐体を円筒形排気管に内嵌することで、充填筐体の外面と排気管の内面との間に排気路が画成されると共に、充填筐体の外面と排気管の内面とが接触する部分が生じる。このため、充填筐体の外面と排気管の内面との間に排気路を形成した場合であっても、充填筐体の外面と排気管の内面との接触部分を螺子留め等することで、排気ガス浄化フィルタを排気管内に容易に固定することができる。

また、上記排気ガス浄化フィルタの構成において、充填筐体には突湾部を所定角度間隔で連成してなる非円筒形外周壁と、内側をアンテナが挿通される通気孔路とする筒状内周壁と、各突湾部間と内周壁とに径方向へ差し渡された複数の隔壁とが備えられ、円筒形排気管に内嵌された充填筐体の外面と排気管の内面との間に、排気管の下流側と連通する排気路が形成され、さらに各突湾部と隔壁と内周壁とにより区画された単位通気性充填室が周方向に複数連設され、各単位通気性充填室の内周壁には通気孔路から連通する流入孔が、突湾部には排気路と連通する排気孔が夫々形成されている構成（請求項５）が提案される。

かかる構成にあっては、充填筐体の中央長手方向に沿って、前面壁から後面壁にかけて内側を通気孔路とする筒状内周壁が配設されている。この筒状内周壁の前方開口は、充填筐体の前面壁によって遮蔽されておらず、排気管の上流側と通気孔路とが連通するようになっている。一方、筒状内周壁の後方開口は、排気管の上流側から通気孔路へと流入した排気ガスが排気管の下流側へと流出しないように、充填筐体の後面壁により遮蔽されている。したがって、充填筐体の前面壁は、非円筒形外周壁と筒状内周壁との間の環状の前方開口を覆うものであり、略環状をなしている。ここで、内側を通気孔路とする筒状内周壁は、各単位通気性充填室の内壁部が周方向に連成されて形成されるものである。また、充填筐体の非円筒形外周壁は、各単位通気性充填室の突湾状の外壁部、すなわち突湾部が周方向に連成されて形成されるものである。

また、かかる構成にあっては、充填筐体の外周壁の各突湾部間に、排気管に内嵌された充填筐体の外面と排気管の内面とで排気路が画成される。この排気路は、排気管の下流側とのみ連通するものであり、排気管の上流側から排気ガスが直接流入しないように、排気路の前方には遮断壁が設けられる。この遮断壁は、充填筐体の前面壁と一体的に形成するのが好適である。また、外周壁の各突湾部には、充填筐体の外面と排気管の内面との接触部分が生じる。これにより、充填筐体の外面と排気管の内面との間に排気路を形成した場合であっても、かかる接触部分を螺子留め等することで、排気ガス浄化フィルタを排気管内に容易に固定することができる。

筒状内周壁の内側の通気孔路には、充填筐体の中心となる位置に、充填筐体の前面壁から後面壁に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通されている。かかるアンテナは、各単位通気性充填室内の金属酸化物粒子に向けて、径方向に放射状にマイクロ波を放射するものである。アンテナの放射するマイクロ波は、各単位通気性充填室内を径方向に進行するにつれて、金属酸化物粒子に徐々に吸収されるため、金属酸化物粒子に供給されるマイクロ波は、アンテナ近傍、すなわち充填筐体の内周壁近傍で最も多くなり、外周壁近傍で最も少なくなる。したがって、各単位通気性充填室の金属酸化物粒子は、内周壁近傍で最も早く高温化して、その有効な排気ガス浄化能力を発揮することとなる。

また、充填筐体の筒状内周壁には、通気孔路と各単位通気性充填室とを連通する無数の流入孔が形成されており、排気管の上流側から通気孔路に流入した排気ガスが、かかる流入孔を介して、通気孔路から各単位通気性充填室へと径方向に流入する。また、充填筐体の外周壁には、各単位通気性充填室と排気路とを連通する無数の排気孔が形成されており、各単位通気性充填室内で金属酸化物粒子と接触して浄化された排気ガスが、各単位通気性充填室から排気路へと径方向に流出する。

かかる構成にあっては、充填筐体の中央の通気孔路に挿通されたアンテナから径方向に放射状に放射されるマイクロ波によって、各単位通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子が、短時間に浄化能力を発揮できる温度にまで昇温する。そして、内燃機関等から排出された全ての排気ガスが、排気管の上流側から通気孔路に流入した後に、筒状内周壁に形成された流入孔を介して通気孔路から各単位通気性充填室へと径方向に流入する。ここで、排気ガスが各単位通気性充填室内に流入した際に接触する、内周壁近傍の金属酸化物粒子は、アンテナからのマイクロ波供給が良好であり、最も早く高温化して浄化能力を発揮するものであるため、全ての排気ガスが効果的に浄化されることとなる。そして、各単位通気性充填室内で浄化された排気ガスは、充填筐体の外周壁に形成された排気孔を介して各単位通気性充填室から排気路へ径方向に流出し、排気管の下流側へ排出される。このように、かかる構成にあっては、アンテナの放射するマイクロ波の方向と、単位通気性充填室を流通する排気ガスの方向とが同一となることから、全ての排気ガスを、最も早く高温化して浄化能力を発揮する金属酸化物粒子と接触させることができる。

また、かかる構成にあっては、長手方向の周壁である筒状内周壁と非円筒形外周壁とに流入孔と排気孔とが夫々形成されており、充填筐体の前面壁と後面壁とに流入孔と排気孔とを夫々形成した場合に比べて、排気ガスの流入領域及び流出領域が広範となっていることから、各単位通気性充填室を通過する排気ガスの流速が低下することとなる。

さらに、上記排気ガス浄化フィルタにおいて、金属酸化物粒子の平均粒径が略５μｍ〜略１５ｍｍである構成（請求項６）が提案される。

通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填される金属酸化物粒子は、その粒径が大きすぎると粒子間に生じる空隙部が増大して、排気ガスと金属酸化物粒子とが接触し難くなり、かつ金属酸化物粒子の表面積も減少して触媒能力が低下することが懸念される。このため、金属酸化物粒子の平均粒径は、略１５ｍｍ以下とすることが好適である。また、金属酸化物粒子の粒径が小さすぎる場合には、区画する壁部に流入孔と排気孔とを備えた通気性充填室内又は単位通気性充填室内において、金属酸化物粒子を保持することが困難となることが懸念されるため、金属酸化物粒子の平均粒径は略５μｍ以上とすることが好適である。

また、上記排気ガス浄化フィルタにおいて、金属酸化物粒子が酸化鉄からなる構成（請求項７）も提案される。

本発明の排気ガス浄化フィルタでは、マイクロ波吸収体と排気ガス浄化触媒とを兼用するものとして、金属酸化物を粒子状で用いる。この金属酸化物としては、ペロブスカイト型複合酸化物、酸化マンガン、及び酸化コバルト等も好適に用いることができるが、安価で入手の容易な酸化鉄を用いることが、製造やコスト面で最適である。

本発明にあっては、触媒である金属酸化物が、表面積の広い粒子状で通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填されているため、触媒を表面に担持したハニカム構造体等の担体からなる従来構成のものと比べて、排気ガスと触媒との接触面積が広く、排気ガスの浄化能力に優れる。また、マイクロ波を径方向に放射状に放射するアンテナが充填筐体の中心に挿通されているため、通気性充填室又は各単位通気性充填室の全領域がより早く高温化して、その有効な排気ガス浄化能力を発揮することができる。さらに、従来構成においては、アンテナから供給されるマイクロ波により、マイクロ波吸収体と、触媒と、これらを担持する担体とが昇温することとなっているが、本発明にあっては、金属酸化物粒子のみが昇温するものであるため、従来構成に比べてより早く触媒が高温化することとなる。したがって、本発明では、触媒である金属酸化物粒子がより早く約６００℃〜７００℃以上の高温状態まで昇温し、優れた浄化能力を発揮することができるため、内燃機関等からの排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質に加えて、除去するために高温状態で完全燃焼させる必要のあるダイオキシン等の有害物質をも、内燃機関等の冷間始動直後のより早い時点から効果的に削減することができる。

また、本発明にあっては、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填された夫々の金属酸化物粒子が、排気ガスの流通により多少の遊動をなし得るものであるため、金属酸化物粒子間に形成される排気ガスの流路は、一定なものとはならず、排気ガスの流速等により変化するものとなる。このため、本発明の充填筐体においては、排気ガス中に含まれるすす等により、排気ガスの流路に目詰まりが生じることはなく、メンテナンスなしに長期間使用することが可能である。また、本発明にあっては、充填筐体を交換する際にも、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子のみを交換すれば、新品と同様の効果を奏するものとして使用することができ、交換時の材料費を低減させることができる。

また、マイクロ波吸収体である触媒が表面に担持されてなり、アンテナからのマイクロ波によって、触媒と担体とが一体的に昇温する従来構成のものとは異なり、本発明にあっては、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填された金属酸化物粒子のみがマイクロ波により個々に昇温するものである。このため、通気性充填室又は単位通気性充填室のアンテナ近傍とアンテナから離れた領域とにおいて、供給されるマイクロ波の差異により昇温の程度が異なって温度差が生じたとしても、従来構成の担体のような部分間の温度差により熱膨張量に差が生じることや、熱応力が作用することはなく、充填筐体には亀裂や破損が生じる恐れはない。

さらに、本発明にあっては、従来構成において必要であった、担体の表面に浸漬や乾燥等により触媒やマイクロ波吸収体を担持する工程が不要となるため、短時間かつ低コストでの製造が可能である。

また、本発明において、金属酸化物粒子を充填する充填領域が複数の単位通気性充填室に分割されて形成されている場合には、金属酸化物粒子の粒径や質量の差異や、内燃機関からの振動等によって生じる充填領域内での金属酸化物粒子の偏在の程度が低減され、かかる偏在に起因する、排気ガス浄化フィルタの通気性や浄化能力の低下を最小限に抑えることができる。

また、複数の単位通気性充填室が周方向に連設されてなる構成にあっては、各単位通気性充填室の内壁部が周方向に連成されることにより、充填筐体の中央長手方向に沿って、内側をアンテナ挿通孔とするアンテナ隔周壁が形成される。このため、アンテナと金属酸化物粒子との接触が生じなくなり、これにより、充填筐体の中心へのアンテナの挿通を容易に行うことができ、かつアンテナの耐久性も向上することとなる。

また、本発明において、充填筐体には中央長手方向に沿って内側を通気孔路とする筒状内周壁が配設され、さらに充填筐体の外面と排気管の内面との間に、排気管の下流側と連通する排気路が形成され、充填筐体の内周壁には通気孔路と連通する流入孔が、外周壁には排気路と連通する排気孔が夫々形成されている場合には、アンテナの放射するマイクロ波の方向と、通気性充填室又は各単位通気性充填室を流通する排気ガスの方向とが同一となることから、内燃機関等から排出される全ての排気ガスが、最も早く高温化して、その有効な排気ガス浄化能力を発揮する金属酸化物粒子と接触することとなる。このため、内燃機関等の冷間始動直後のより早い時点から、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質に加えて、ダイオキシン等の有害物質をも効果的に削減することができる。ちなみに、従来構成のハニカム構造体等の担体にあっては、長手方向に沿った通気連通路が径方向へ平行に無数形成されているものであるため、内燃機関の冷間始動直後において、アンテナの近隣に位置し昇温の良好な領域の通気連通路を通過する排気ガスは浄化されるが、アンテナから離れて位置し高温化し難い領域の通気連通路を通過する排気ガスはほとんど浄化されないこととなっている。

また、かかる構成にあっては、流入孔と排気孔とが、長手方向の周壁である外周壁と内周壁とに形成されて、排気ガスの流入領域と流出領域とが広範となっていることから、通気性充填室又は各単位通気性充填室を通過する排気ガスの流速が低下し、排気ガスの通気性充填室内又は各単位通気性充填室内における滞留時間が長くなる。これにより、排気ガスはより金属酸化物粒子と接触することとなって、排気ガス浄化フィルタの浄化能力が向上することとなる。また、かかる構成にあっては、アンテナの挿通する位置が、筒状内周壁の内側の通気孔路という空隙であるため、これを容易に行うことができる。

また、本発明において、充填筐体の外周壁が非円筒形である場合には、充填筐体を円筒形排気管に内嵌することで、充填筐体の外面と排気管の内面との間に排気路が画成されると共に、充填筐体の外面と排気管の内面とが接触する部分が生じる。このため、充填筐体の外面と排気管の内面との間に排気路を形成した場合であっても、充填筐体の外面と排気管の内面との接触部分を螺子留め等することで、排気ガス浄化フィルタを排気管内に容易に固定することができる。

ここで、上記排気ガス浄化フィルタにおいて、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填する金属酸化物粒子の平均粒径を略５μｍ〜略１５ｍｍとすることにより、内燃機関等から排出される排気ガスが、表面積の広い金属酸化物粒子と良好に接触しながら円滑に通気性充填室又は各単位通気性充填室を通過することとなるため、排気ガスを効果的に浄化することができる。

また、通気性充填室内又は各単位通気性充填室内に充填する金属酸化物粒子として、安価で入手の容易な酸化鉄粒子を用いることにより、効果的な排気ガス浄化能力を備える本発明の排気ガス浄化フィルタを、低コスト、短時間、かつ効率よく製造することができる。

以下に、本発明の排気ガス浄化フィルタの実施形態を添付図面に沿って説明する。
まず、実施形態Ａを図１〜図３に従って説明する。本実施形態Ａの排気ガス浄化フィルタ１ａでは、充填筐体２ａが、略半円形の突湾部２５を４５度間隔で８つ連成してなる花形の筒状外周壁２０ａと、その両端開口を覆う前面壁２１ａと後面壁２２ａとからなるものであり、円筒形排気管１０に内嵌されている。かかる充填筐体２ａは、耐熱性を有するステンレス製のものである。外周壁２０ａの各突湾部２５間には、充填筐体２ａの外面と円筒形排気管１０の内面とで空隙が画成され、該空隙を排気路１２ａとしている。充填筐体２ａの前面壁２１ａは、周縁を排気管１０の内面と接する円板状をなし、筒状外周壁２０ａの前方開口を覆うと共に、排気路１２ａを前方にて遮蔽するようにしている。また、前面壁２１ａの中心にはアンテナを充填筐体２ａに嵌入するための装着孔２７が形成されている。一方、充填筐体２ａの後面壁２２ａは、外周壁２０ａの後方開口を整一に覆う花形板状をなしている。

充填筐体２ａは、図１に示すように、その内部を通気性充填室３とする。そして、この通気性充填室３の中心には、マイクロ波を放射するアンテナが、充填筐体２ａの前面壁２１ａに形成された装着孔２７より長手方向に沿って充填筐体２ａの後面壁２２ａまで挿通されている。このアンテナには、耐熱性を有するステンレス製の円形放射導波管１５が使用されている。円形放射導波管１５には、図４に示すように、幅１ｍｍ、長さ６０ｍｍのスリット１６が２０ｍｍピッチで管壁に形成されており、通気性充填室３に向けてマイクロ波が径方向に放射状に放射されるようになっている。また、円形放射導波管１５の終端位置には、マイクロ波が排気管１０の下流側に漏洩したり、終端位置で反射しないように、マイクロ波吸収材であるフェライト体１８が設けられている。マイクロ波は、内燃機関（図示省略）の始動と同時に起動するように制御されたマイクロ波発振器１３により発生し、一端をマイクロ波発振器１３に、他端を円形放射導波管１５に接続された円形導波管１７を介して、円形放射導波管１５まで伝播する。そして、円形放射導波管１５のスリット１６を介して通気性充填室３に放射されつつ、円形放射導波管１５の終端位置に備えられたフェライト体１８まで伝播して、フェライト体１８に吸収される。

充填筐体２ａ内部の通気性充填室３には、マイクロ波を吸収して昇温し、かつそれ自身優れた排気ガス浄化能力を有する金属酸化物粒子が充填されている。この金属酸化物粒子として酸化鉄粒子８が用いられる。この酸化鉄粒子８は、粒径略１μｍの酸化鉄を造粒してなる粒径５〜１０ｍｍのものである。酸化鉄粒子８は、マイクロ波によって良好に昇温し、３５０℃以上で効果的に排気ガスを浄化するものである。

また、通気性充填室３は、充填筐体２ａの外周壁２０ａと前面壁２１ａと後面壁２２ａとで区画されるものである。充填筐体２ａの前面壁２１ａには、排気ガスが通気性充填室３に流入するように、排気管１０の上流側と連通する流入孔３０ａが形成されている。また、通気性充填室３内の酸化鉄粒子８間を流通した排気ガスが、該通気性充填室３から良好に流出するように、充填筐体２ａの後面壁２２ａには、その全面に亘って、無数の排気孔３１ａが形成され、外周壁２０ａの後方終端付近にも、充填筐体２ａの外面と排気管１０の内面とで区画された排気路１２ａと連通する排気孔３１ｂが無数形成されている。ここで、外周壁２０ａにおいて、排気孔３１ｂを外周壁２０ａの後方終端付近にのみ形成したのは、通気性充填室３に流入した排気ガスが、通気性充填室３の通過距離の短い、すなわち排気ガスの流通に対する抵抗の少ない、流入孔３０ａの近くに形成された排気孔から即座に排気路１２ａへと流出することを防止し、通気性充填室３の全体を有効に活用して、排気ガスを効果的に浄化するためである。充填筐体２ａの各壁部に無数形成された流入孔３０ａ及び排気孔３１ａ、３１ｂは、φ２．０ｍｍの貫通孔がピッチ３．２ｍｍ、開口率３５．７％で形成されてなるものである。

本実施形態Ａにあっては、通気性充填室３の中心に長手方向に沿って円形放射導波管１５が挿通されており、該円形放射導波管１５は通気性充填室３内に充填された酸化鉄粒子８に向けて径方向に放射状にマイクロ波を放射する。円形放射導波管１５から放射されたマイクロ波は、通気性充填室３内を径方向に放射状に伝播して、通気性充填室３の全領域の酸化鉄粒子８に良好に吸収される。そして、酸化鉄粒子８に吸収されたマイクロ波は、該酸化鉄粒子８のみを高温化することに利用され、酸化鉄粒子８は従来構成に比べてより早く約６００℃〜７００℃以上の高温状態まで昇温し、その排気ガス浄化能力を発揮する。内燃機関から排出された排気ガスは、充填筐体２ａの前面壁２１ａに形成された無数の流入孔３０ａを介して通気性充填室３に流入する（図１及び図３において矢印で示す。）。そして、排気ガスは、充填筐体２ａの後方部分まで通気性充填室３の全領域を均等に通過して、排気ガスとの接触面積の広い粒子状で充填された酸化鉄粒子８と良好に接触する。そして、充填筐体２ａの後方部分においては、排気ガスは、充填筐体２ａの外周壁２０ａの後方終端付近に形成された排気孔３１ｂを介して排気路１２ａへと流出し、又は充填筐体２ａの後面壁２２ａまで流通して、該後面壁２２ａに形成された排気孔３１ａを介して排気管１０の下流側へと流出し、後続する排気管１０から大気中へ排気されることとなる。かかる構成にあっては、内燃機関からの排気ガスは、より早く約６００℃〜７００℃以上の高温状態まで昇温し、かつ表面積が広く触媒作用に優れた酸化鉄粒子８と通気性充填室３内において良好に接触することとなるため、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質に加えて、除去するために高温状態で完全燃焼させる必要のあるダイオキシン等の有害物質をも、内燃機関の冷間始動直後のより早い時点から効果的に削減することができる。

また、本実施形態Ａにあっては、夫々の酸化鉄粒子８が通気性充填室３内に、個々に独立した状態で充填されているため、排気ガスの流通により夫々の酸化鉄粒子８は多少の遊動をなし得る。このため、各酸化鉄粒子８間に形成される排気ガスの流路は常に一定なものとはならず、排気ガスの流路には、排気ガス中に含まれるすす等によって目詰まりが生じない。これにより、かかる排気ガス浄化フィルタ１ａはメンテナンスなしに、長期間使用することができる。

さらに、本実施形態Ａでは、酸化鉄粒子８が通気性充填室３内に夫々独立した状態で充填されていることから、酸化鉄粒子８はマイクロ波によって個々に昇温することとなる。このため、通気性充填室３のアンテナ近傍とアンテナから離れた領域とにおいて、円形放射導波管１５から供給されるマイクロ波量の差異によって昇温の程度が異なり、通気性充填室３の各領域間において温度差が生じたとしても、従来構成の担体のように部分間に熱膨張量の差異が生じたり、熱応力が生じることはなく、充填筐体２ａには亀裂や破損が生じる恐れはない。

本実施形態Ａでは、通気性充填室３に流入した排気ガスを、良好に通気性充填室３から流出させるため、充填筐体２ａの後面壁２２ａと外周壁２０ａとに夫々排気孔３１ａ、３１ｂを形成しているが、排気孔は、通気性充填室３を区画する一の壁部のみに形成するものであっても良い。また、充填筐体２ａの中心のアンテナを挿通する位置に、内側をアンテナ挿通孔とする筒状のアンテナ隔周壁を設けて、通気性充填室３内に酸化鉄粒子８を充填した後であっても、容易にアンテナを充填筐体２ａに挿通できる構成としても良い。かかる構成では、円形放射導波管１５と酸化鉄粒子８とが接触しないことから、円形放射導波管１５の耐久性が向上し、また、通気性充填室３内の酸化鉄粒子８の入換えも容易に行うことができる

次に、実施形態Ｂを図５及び図６に従って説明する。本実施形態Ｂの排気ガス浄化フィルタ１ｂでは、充填筐体２ｂの筒状外周壁２０ｂが、単位通気性充填室４の外壁部をなす略半円形の突湾部２６を４５度間隔で８つ連成して形成され、花形筒状をなしている。また、充填筐体２ｂには中央長手方向に沿って円筒形内周壁２３が配設され、該内周壁２３は内側を、アンテナが挿通され、かつ円筒形排気管１０の上流側と連通する通気孔路３５としている。また、外周壁２０ｂの各突湾部２６間から内周壁２３にかけては、外周壁２０ｂと一体的に形成された８つの隔壁２４が径方向に差し渡されている。そして、各突湾部２６と隔壁２４、２４と内周壁２３とにより区画される８つの単位通気性充填室４の長手方向の両端開口が、充填筐体２ｂに配設された前面壁２１ｂと後面壁２２ｂとにより一括して遮断されている。すなわち、本実施形態Ｂでは、充填筐体２ｂが、筒状外周壁２０ｂと、円筒形内周壁２３と、８つの径方向の隔壁２４と、筒状外周壁２０ｂと円筒形内周壁２３との間の略環状の両端開口を覆う前面壁２１ｂと後面壁２２ｂとからなり、これら壁部に区画された８つの単位通気性充填室４がアンテナを中心として周方向に連設されている。そして、かかる充填筐体２ｂが円筒形排気管１０に内嵌されている。ここで、この充填筐体２ｂは、耐熱性を有するステンレス製のものである。本実施形態Ｂでは、製造工程を容易とするために、充填筐体２ｂの外周壁２０ｂと８つの隔壁２４とを一体的に形成しているが、各壁部は夫々に形成されるものであっても良い。また、全ての単位通気性充填室４の長手方向の両端開口を一括に覆う前面壁２１ｂ及び後面壁２２ｂを充填筐体２ｂに設けているが、夫々の単位通気性充填室４に長手方向の両端開口を覆う前壁部及び後壁部とを設けても良い。かかる場合には、充填筐体２ｂの前面壁２１ｂ及び後面壁２２ｂは、単位通気性充填室４の前壁部及び後壁部が複数連成されることにより形成される。

充填筐体２ｂの各突湾部２６間には、充填筐体２ｂの外面と排気管１０の内面とで空隙を画成して、該空隙を排気管１０の下流側と連通する排気路１２ｂとしている。また、充填筐体２ｂの円筒形内周壁２３の内側には、通気孔路３５が形成されている。かかる通気孔路３５は、円筒形内周壁２３の長手方向の前方開口を介して、排気管１０の上流側と連通するものである。したがって、充填筐体２ｂの前面壁２１ｂは、中央に通気孔路３５と同形の孔部が形成され、かつ周縁を排気管１０の内面と接する円環板状をなしており、排気路１２ｂを前方にて遮蔽すると共に、通気孔路３５と排気管１０の上流側とを連通させるものとなっている。一方、充填筐体２ｂの後面壁２２ｂは、略半円形の突湾部２６を連成してなる充填筐体２ｂの筒状外周壁２０ｂの後方開口を覆う花形板状をなしており、８つの単位通気性充填室４の後方開口を一括して覆うと共に、筒状内周壁２３内側の通気孔路３５が排気管１０の下流側と連通しないように該内周壁２３の後方開口をも遮断するものとなっている。ここで、充填筐体２ｂの内周壁２３は、内側を通気孔路３５とし、８つの単位通気性充填室４の径方向の内側開口を一括して覆う円筒形のものであるが、この内周壁２３は、各単位通気性充填室４に各単位通気性充填室４の径方向の内側開口を覆う内壁部を夫々に設けて、かかる内壁部を複数連成してなるものであっても良い。

通気孔路３５には、その中心に長手方向に沿って、マイクロ波を放射するアンテナが、充填筐体２ｂの前面壁２１ｂから後面壁２２ｂにかけて挿通されている。本実施形態Ｂで用いるアンテナは、実施形態Ａと同様のものであり、導波管の管壁に幅１ｍｍ、長さ６０ｍｍのスリットを２０ｍｍピッチで形成したステンレス製の円形放射導波管１５である。そして、その終端位置にはマイクロ波を吸収するフェライト体１８が設けられている。マイクロ波は、内燃機関（図示省略）の始動と同時に起動するように制御されたマイクロ波発振器１３により発生し、一端をマイクロ波発振器１３に、他端を円形放射導波管１５に接続された円形導波管１７を介して、円形放射導波管１５まで伝播する。そして、円形放射導波管１５のスリット１６を介して、各単位通気性充填室４に向けて径方向に放射状に放射されるものである。

また、充填筐体２ｂの内部に周方向に連設された８つ単位通気性充填室４内には、マイクロ波を吸収して昇温し、かつそれ自身優れた排気ガス浄化能力を有する金属酸化物粒子が充填されている。この金属酸化物粒子として酸化鉄粒子８が用いられ、この酸化鉄粒子８も、実施形態Ａと同様のものであり、粒径略１μｍの酸化鉄を造粒してなる粒径５〜１０ｍｍのものである。酸化鉄粒子８は、マイクロ波によって良好に昇温し、３５０℃以上で効果的に排気ガスを浄化するものである。

各単位通気性充填室４は、径方向では充填筐体２ｂの外周壁２０ｂと内周壁２３とに、周方向では隔壁２４、２４とに、さらに長手方向では前面壁２１ｂと後面壁２２ｂとにより夫々区画されてなるものである。内側を通気孔路３５とする充填筐体２ｂの内周壁２３には、その全長に亘って、通気孔路３５と連通する流入孔３０ｂが無数に形成されており、排気管１０の上流側と連通した通気孔路３５を介して、内燃機関からの排気ガスが各単位通気性充填室４に流入するようになっている。また、各単位通気性充填室４内の酸化鉄粒子８間を流通した排気ガスが、各単位通気性充填室４から良好に流出するように、充填筐体２ｂの外周壁２０ｂには、その全長に亘って、充填筐体２ｂの外面と排気管１０の内面とで区画された排気路１２ｂと連通する排気孔３１ｃが無数形成されている。排気ガスは、排気管１０の下流側と連通する排気路１２ｂを介して各単位通気性充填室４から排気管１０の下流側へ流出するようになっている。ここで、充填筐体２ｂの内周壁２３と外周壁２０ｂとに夫々形成された流入孔３０ｂと排気孔３１ｃとは、実施形態Ａと同様のものであり、φ２．０ｍｍの貫通孔がピッチ３．２ｍｍ、開口率３５．７％で形成されてなるものである。

本実施形態Ｂにあっては、充填筐体２ｂの円筒形内周壁２３内側の中心位置に長手方向に沿って円形放射導波管１５が挿通されており、該円形放射導波管１５は各単位通気性充填室４内に充填された酸化鉄粒子８に向けて径方向に放射状にマイクロ波を放射する。円形放射導波管１５から放射されたマイクロ波は、各単位通気性充填室４内を径方向に放射状に伝播して、各単位通気性充填室４の全領域の酸化鉄粒子８に良好に吸収される。そして、酸化鉄粒子８に吸収されたマイクロ波は、該酸化鉄粒子８のみを高温化することに利用され、酸化鉄粒子８は従来構成に比べてより早く約６００℃〜７００℃以上の高温状態まで昇温し、その排気ガス浄化能力を発揮する。内燃機関から排出された排気ガスは、排気管の上流側から筒状内周壁２３の前方開口を介して、通気孔路３５へと流入する（図５及び図６において矢印で示す。）。そして、充填筐体２ｂの内周壁２３に形成された無数の流入孔３０ｂを介して通気孔路３５から各単位通気性充填室４に径方向に均等に流入する。各単位通気性充填室４内に流入した排気ガスは、円形放射導波管１５からの距離が最も近く、最も早く高温化して排気ガス浄化能力を発揮する内周壁２３近傍の酸化鉄粒子８と接触して、各単位通気性充填室４の全領域を径方向に均等に流通する。ここで、各単位通気性充填室４内の酸化鉄粒子８は、排気ガスとの接触面積の広い粒子状で充填されたおり排気ガスと良好に接触する。そして、排気ガスは、充填筐体２ｂの外周壁２０ｂに形成された排気孔３１ｃを介して排気路１２ｂへと流出し、後続する排気管１０の下流側から大気中へ排気されることとなる。以上より、かかる構成にあっては、内燃機関からの排気ガスは、より早く約６００℃〜７００℃以上の高温状態まで昇温し、かつ表面積が広く触媒作用に優れた酸化鉄粒子８と各単位通気性充填室４内において良好に接触することとなる。さらに、円形放射導波管１５の放射するマイクロ波の方向と、各単位通気性充填室４を流通する排気ガスの方向とが同一となることから、内燃機関から排出される全ての排気ガスが、最も早く高温化して、その有効な排気ガス浄化能力を発揮する、充填筐体２ｂの内周壁２３近傍の酸化物粒子８と接触することとなる。このため、排気ガス中に含まれる炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物等の有害物質に加えて、除去するために高温状態で完全燃焼させる必要のあるダイオキシン等の有害物質をも、内燃機関の冷間始動直後のより早い時点から効果的に削減することができる。

また、本実施形態Ｂにあっては、夫々の酸化鉄粒子８が各単位通気性充填室４内に、個々に独立した状態で充填されているため、排気ガスの流通により夫々の酸化鉄粒子８は多少の遊動をなし得る。このため、各酸化鉄粒子８間に形成される排気ガスの流路は常に一定なものとはならず、排気ガスの流路には、排気ガス中に含まれるすす等によって目詰まりが生じない。これにより、かかる排気ガス浄化フィルタ１ｂはメンテナンスなしに、長期間使用することができる。

さらに、本実施形態Ｂでは、酸化鉄粒子８が各単位通気性充填室４内に夫々独立した状態で充填されていることから、酸化鉄粒子８はマイクロ波によって個々に昇温することとなる。このため、各単位通気性充填室４のアンテナ近傍とアンテナから離れた領域とにおいて、円形放射導波管１５から供給されるマイクロ波量の差異によって昇温の程度が異なり、各単位通気性充填室４の各領域間において温度差が生じたとしても、従来構成の担体のように部分間に熱膨張量の差異が生じたり、熱応力が生じることはなく、充填筐体２ｂには亀裂や破損が生じる恐れはない。

また、本実施形態Ｂにあっては、酸化鉄粒子８を充填する充填領域が複数の単位通気性充填室４に分割して形成されているため、充填領域内での酸化鉄粒子８の偏在の程度が低減され、かかる偏在に起因する、排気ガス浄化フィルタ１ｂの通気性や浄化能力の低下を最小限に抑えることができる。

また、かかる構成にあっては、流入孔３０ｂと排気孔３１ｃとが、長手方向の周壁である外周壁２０ｂと内周壁２３とに夫々形成されて、排気ガスの流入領域と流出領域とが広範となっていることから、各単位通気性充填室４を流通する排気ガスの流速は低下して、排気ガスの各単位通気性充填室４内における滞留時間が長くなっている。このため、各単位通気性充填室４内において排気ガスと酸化鉄粒子８とが良好に接触し、排気ガスがより効果的に浄化されることとなっている。また、かかる構成にあっては、円形放射導波管１５の挿通する位置が、通気孔路３５という空隙であるため、これを容易に行うことができる。

また、本実施形態Ｂにあっては、充填筐体２ｂの外周壁２０ｂの各突湾部２６間に、充填筐体２ｂの外面と排気管１０の内面とで排気路１２ｂが画成されると共に、外周壁２０ｂの各突湾部２６において、充填筐体２ｂの外面と排気管１０の内面との接触部分が生じている。このため、充填筐体２ｂの外面と排気管１０の内面との間に排気路１２ｂが形成された排気ガス浄化フィルタ１ｂを、かかる接触部分を螺子留め等することで、排気管１０に容易に固定することができる。

本実施形態Ｂにおいては、内燃機関からの排気ガスを良好に単位通気性充填室４に流入させるために、充填筐体２ｂの内周壁２３に加えて、前面壁２１ｂにも流入孔を形成しても良い。ただし、かかる場合には、流入孔を前面壁２１ｂの排気管１０の中心付近にのみ形成し、各単位通気性充填室４に流入した排気ガスが、即座に排気路１２ｂへと流出しないようにする必要がある。また、排気ガスを各単位通気性充填室４から良好に流出させるために、花形である充填筐体２ｂの後面壁２２ｂの花弁部分に当たる外縁部に排気孔を形成するようにしても良い。ここで、後面壁２２ｂの外縁部にのみ排気孔を形成するのは、通気孔路３５と連通する流入孔３０ｂから各単位通気性充填室４に流入した排気ガスが、即座に排気管１０の下流側へと流出されないようにするためである。充填筐体において、流入孔から排気孔までの距離の短い領域がある場合には、かかる領域に排気ガスが偏って流通しないように考慮する必要がある。

本発明の排気ガス浄化フィルタは、自動車や二輪車等の内燃機関から排出される排気ガスに加えて、工場や処理場等から排出される排気ガスをも効果的に浄化することができるものである。かかる排気ガス浄化フィルタは、充填筐体、アンテナ及び金属酸化物粒子等の構成が上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、金属酸化物粒子に加え、必要に応じて、３元触媒体等の触媒を併用したり、充填筐体の外周壁を円筒状のものとしても良い。また、金属酸化物粒子を、粒径略１μｍの酸化鉄を造粒してなる粒径２〜５ｍｍの酸化鉄粒子とすることも好適であるが、この場合には、充填筐体の各壁部に形成される流入孔及び排気孔は、金属酸化物粒子が通気性充填室又は各単位通気性充填室から漏洩しないように、その孔径を考慮しなければならない。また、導波管に替わり同軸ケーブル等も好適に用いることができる。

また、金属酸化物粒子の充填率や平均粒径を変化させることも好適であり、例えば、平均粒径１０μｍの微細粒子を充填率６０％程度で充填しても良い。かかる場合には、通気性充填室内又は単位通気性充填室内において、流通する排気ガスの流勢によって金属酸化物粒子が拡散し、かかる状態で排気ガスと金属酸化物粒子とが接触することとなるので、効果的に排気ガスの浄化がなされ得ることとなる。また、充填する金属酸化物粒子をポーラス状とすることにより、表面積が増え、かつ昇温し易くなるため浄化能力の向上が図られ、また排気ガス浄化フィルタを軽量化することもできる。

排気ガス浄化フィルタ１ａの縦断側面図である。 実施形態Ａに係り、充填筐体２ａの後面壁２２ａを除去して、円筒形排気管１０に充填筐体２ａを内嵌した状態を示す後方から視た部分斜視図である。 排気孔３１ｂが形成された外周壁２０ａの後方終端位置で縦断して示す、排気ガス浄化フィルタ１ａの縦断正面図である。 実施形態Ａ及び実施形態Ｂに係る円形放射導波管１５の部分斜視図である。 排気ガス浄化フィルタ１ｂの縦断側面図である。 排気ガス浄化フィルタ１ｂの縦断正面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ 排気ガス浄化フィルタ
２ａ、２ｂ 充填筐体
３ 通気性充填室
４ 単位通気性充填室
８ 酸化鉄粒子
１０ 円筒形排気管
１２ａ、１２ｂ 排気路
１３ マイクロ波発振器
１５ 円形放射導波管（アンテナ）
１６ スリット
１７ 円形導波管
１８ フェライト体
２０ａ、２０ｂ 充填筐体の外周壁
２１ａ、２１ｂ 充填筐体の前面壁
２２ａ、２２ｂ 充填筐体の後面壁
２３ 充填筐体の内周壁
２４ 充填筐体の隔壁
２５ 外周壁の突湾部
２６ 単位通気性充填室の突湾部（外壁部）
２７ 装着孔
３０ａ、３０ｂ 流入孔
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ 排気孔
３５ 通気孔路

Claims (1)

1. 排気管内部に封入され、マイクロ波によって昇温した金属酸化物の触媒作用で、自動車の内燃機関等からの排気ガスを浄化する排気ガス浄化フィルタにおいて、
   径方向では外壁部と内壁部とにより、周方向では隔壁により、長手方向では前壁部と後壁部とにより夫々区画してなる単位通気性充填室が周方向に複数連設されてなり、排気管に内装される充填筐体を備え、その中心に長手方向に沿って、マイクロ波発振器からのマイクロ波を放射するアンテナが挿通され、各単位通気性充填室内に、マイクロ波により昇温する金属酸化物粒子が充填され、さらに各単位通気性充填室を区画する壁部には、排気管の上流側と連通する流入孔と、金属酸化物粒子間を流通した排気ガスを排気管の下流側へ排出する排気孔とが夫々形成されてなり、さらに
   充填筐体には突湾部を所定角度間隔で連成してなる非円筒形外周壁と、内側をアンテナが挿通される通気孔路とする筒状内周壁と、各突湾部間と内周壁とに径方向へ差し渡された複数の隔壁とが備えられ、円筒形排気管に内嵌された充填筐体の外面と排気管の内面との間に、排気管の下流側と連通する排気路が形成され、さらに各突湾部と隔壁と内周壁とにより区画された単位通気性充填室が周方向に複数連設され、各単位通気性充填室の内周壁には通気孔路から連通する流入孔が、突湾部には排気路と連通する排気孔が夫々形成されていることを特徴とする排気ガス浄化フィルタ。

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