JP6551095B2 - 排気浄化装置 - Google Patents

Description

本発明は、排気浄化装置に関するものである。

現在、排気に含まれるＰＭ（Particulate matter）等の微粒子を捕集する装置として、ＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）が用いられた排気浄化装置が実用化されている。このような排気浄化装置は、使用によりＤＰＦにＰＭ等の微粒子が堆積するため、ＤＰＦを再生することが求められる。ＤＰＦを再生する方法としては、例えば、マイクロ波等の高周波電磁波を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１〜３）。具体的には、この方法は、ＤＰＦにマイクロ波等の電磁波を照射することにより、ＤＰＦに堆積しているＰＭ等の微粒子を加熱し、燃焼させることにより、ＤＰＦの再生を行うものである。

特開２００６−１４００６３号公報 特開２００３−２０１８２５号公報 特開２０１１−１６３３４１号公報 特開２００２−７０５３０号公報

上述した排気浄化装置において、ＤＰＦの再生は、ＤＰＦにマイクロ波等の電磁波を照射することにより、ＰＭ等の微粒子が誘電加熱されて、ＰＭ等の微粒子が酸化分解されることにより行われる。しかしながら、ＤＰＦに照射されるマイクロ波は、ＤＦＰ内において均一な強度で照射することは困難であり、ＤＰＦ内においてマイクロ波の強度分布が生じるため、温度むらが生じる。このため、ＤＰＦ内において、ＰＭ等の微粒子が除去される領域とあまり除去されない領域とが生じ、ＤＰＦの再生が十分になされない場合がある。

このため、ＤＰＦ内におけるＰＭ等の微粒子をむらなく除去し再生することのできる排気浄化装置が求められている。

本実施の形態の一観点によれば、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、前記微粒子捕集部を覆う筐体本体部と、前記筐体本体部に接続されている前記排気の吸入口及び排出口と、を備えた筐体部と、前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波を発生させる高周波発生部と、を有し、前記筐体本体部の外側には、スタブ導波部が設けられており、前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を制御する制御部を有し、前記高周波発生部は、前記制御部における制御により、前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波の周波数を変化させることを特徴とする。

開示の排気浄化装置によれば、ＤＰＦ内におけるＰＭ等の微粒子をむらなく除去し再生することができる。

本実施の形態における排気浄化装置の構造図 本実施の形態における排気浄化装置のシミュレーションの結果の説明図（１） 本実施の形態における排気浄化装置のシミュレーションの結果の説明図（２） スタブ同軸管の構造図

実施するための形態について、以下に説明する。尚、同じ部材等については、同一の符号を付して説明を省略する。

本実施の形態における排気浄化装置について図１に基づき説明する。図１（ａ）は本実施の形態における排気浄化装置の排気が流れる方向における構造図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）における１点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した断面図である。本実施の形態における排気浄化装置は、微粒子捕集部１０、筐体部２０、高周波発生部４０等を有しており、筐体部２０の周囲には第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３が設けられている。また、微粒子捕集部１０における温度を測定する光ファイバ温度計５０、高周波発生部４０及び光ファイバ温度計５０に接続された制御部６０等を有している。

微粒子捕集部１０は、ＤＰＦ等により形成されている。ＤＰＦは、例えば、隣り合う通気口が交互に閉じられたハニカム構造により形成されており、排気は入口の通気口とは異なる通気口より排出される。

筐体部２０は、ステンレス等の金属材料により形成されており、微粒子捕集部１０の周囲を覆う筐体本体部２１、筐体本体部２１に接続されている吸入口２２及び排出口２３を有している。本実施の形態における排気浄化装置においては、エンジン等からの排気ガス等の排気は、破線矢印Ａに示される方向より、吸入口２２から筐体部２０内に入り、筐体本体部２１内に設置されている微粒子捕集部１０を通ることにより浄化される。この後、微粒子捕集部１０において浄化された排気は、排出口２３より破線矢印Ｂに示される方向に排出される。

本実施の形態における排気浄化装置においては、第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、微粒子捕集部１０の周囲の筐体本体部２１の外側に設けられている。筐体部２０と第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、同一の材料により形成されている。

第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、スタブ導波管であり、内側は空間となっている。第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、筐体部２０の外側の面に沿った面が矩形となるように形成されている。また、本実施の形態においては、筐体部２０からの高さは、第１のスタブ導波部３１が４０ｍｍ、第２のスタブ導波部３２が５０ｍｍ、第３のスタブ導波部３３が６０ｍｍとなるように形成されており、各々の導波部の高さが異なっている。

高周波発生部４０は、導波管４１を介し筐体部２０における筐体本体部２１に接続されている。高周波発生部４０は、高周波電磁波となる２００ＭＨｚ〜１０ＧＨｚの電磁波、より好ましくは、マイクロ波を発生させる。本実施の形態においては、高周波発生部４０は、発生させる高周波電磁波の周波数を変化させることができるものである。よって、高周波発生部４０においては、マグネトロンではなく、ＧａＮ等により形成された半導体素子が用いられている。高周波発生部４０において発生させたマイクロ波は、導波管４１を介し、筐体部２０の内部に設置されている微粒子捕集部１０に照射される。

光ファイバ温度計５０は、微粒子捕集部１０において、異なる複数の領域の温度を測定することのできるように設置されている。制御部６０は、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を制御する。本実施の形態においては、制御部６０は、光ファイバ温度計５０において測定することにより得られた微粒子捕集部１０における温度分布の情報等に基づき、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を制御している。

次に、高周波発生部４０で発生させるマイクロ波の周波数を変化させた場合において、微粒子捕集部１０におけるマイクロ波の強度分布について説明する。図２及び図３は、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を変化させた場合において、微粒子捕集部１０のマイクロ波の強度分布のシミュレーションの結果を示す。

図２（ａ）は高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数が２．４４９ＧＨｚの状態を示し、図２（ｂ）は２．４５１ＧＨｚの状態を示し、図２（ｃ）は２．４５３ＧＨｚの状態を示し、図２（ｄ）は２．４５５ＧＨｚの状態を示す。また、図３（ａ）は高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数が２．４５９ＧＨｚの状態を示し、図３（ｂ）は２．４６１ＧＨｚの状態を示し、図３（ｃ）は２．４６３ＧＨｚの状態を示す。尚、図２及び図３においては、マイクロ波の強度は、白い方が高く、黒くなるに伴い低くなる。

図２及び図３に示されるように、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を変化させることにより、微粒子捕集部１０におけるマイクロ波の強度分布が変化する。具体的には、図２（ａ）に示されるように、マイクロ波の周波数が２．４４９ＧＨｚの場合では、例えば、微粒子捕集部１０の右側及び左下の領域においてマイクロ波の強度が高くなり、温度が高くなるため、この領域におけるＰＭ等の微粒子の除去が促進される。高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を２．４５１ＧＨｚ、２．４５３ＧＨｚ、２．４５５ＧＨｚと高くすることにより、マイクロ波の強度の高い領域が徐々に変化し、例えば、微粒子捕集部１０の右側の領域が広がる。更に、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を２．４５９ＧＨｚ、２．４６１ＧＨｚ、２．４６３ＧＨｚと高くすることにより、マイクロ波の強度の高い領域も更に変化する。図３（ｃ）に示されるマイクロ波の周波数が２．４６３ＧＨｚの場合では、例えば、微粒子捕集部１０の周辺部分の左側の領域においてマイクロ波の強度が高くなり、温度が高くなるため、この領域におけるＰＭ等の微粒子の除去が促進される。

従って、ある周波数のマイクロ波を照射することにより、微粒子捕集部１０内においては、マイクロ波の強度分布が生じるため、マイクロ波の強度の低い領域では、ＰＭ等の微粒子が残ってしまう。しかしながら、この後、ＰＭ等の微粒子が残っている領域に、マイクロ波の強度が高くなる周波数のマイクロ波を照射することにより、この領域におけるＰＭ等の微粒子の除去を促進することができる。これにより、微粒子捕集部１０内におけるＰＭ等の微粒子をむらなく除去し再生することができる。

以上のように、本実施の形態における排気浄化装置においては、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を変化させることにより、微粒子捕集部１０におけるマイクロ波の強度分布を変化させることができる。マイクロ波の強度が高い方が、温度が高くなり、ＰＭ等の微粒子の除去が促進されるため、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を変化させることにより、微粒子捕集部１０におけるＰＭ等の微粒子の除去をむらなく行うことができる。

また、本実施の形態における排気浄化装置においては、微粒子捕集部１０の周囲に、第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３等のスタブ導波部が設けられている。このようにスタブ導波部を設けることにより、スタブ導波部が設けられている領域の近傍にマイクロ波を集めることができる。また、筐体部２０の周囲に設けられるスタブ導波部は、１つであってもよいが、上記のように複数設けた方が、マイクロ波の周波数を変化させた場合におけるマイクロ波の分布の変化を大きくすることができるため好ましい。また、第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、異なる高さで形成することによりマイクロ波の周波数を変化させた際のマイクロ波の強度分布の変化が大きくなるため好ましい。

また、本実施の形態における排気浄化装置においては、制御部６０は、微粒子捕集部１０の全体における温度分布が略均一になるように、高周波発生部４０において発生させるマイクロ波の周波数を制御してもよい。具体的には、制御部６０は、光ファイバ温度計５０により測定された微粒子捕集部１０における温度の情報に基づき、微粒子捕集部１０の温度の低い領域がマイクロ波の強度が高くなるような周波数のマイクロ波を発生させる制御をしてもよい。

また、上記においては、第１のスタブ導波部３１、第２のスタブ導波部３２、第３のスタブ導波部３３は、スタブ導波管の場合について説明したが、スタブ導波管の他、図４に示すようなスタブ同軸管１３０を用いてもよい。スタブ同軸管１３０は、図４に示されるように、金属等の導体材料により形成された円筒状の内部導体部１３１と外部導体部１３２とを有しており、同軸となっている。内部導体部１３１は高周波発生部４０と接続されておりマイクロ波が伝播し、外部導体部１３２は接地されておりシールドとして機能している。

以上、実施の形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。

上記の説明に関し、更に以下の付記を開示する。
（付記１）
排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
前記微粒子捕集部を覆う筐体本体部と、前記筐体本体部に接続されている前記排気の吸入口及び排出口と、を備えた筐体部と、
前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波を発生させる高周波発生部と、
を有し、
前記筐体本体部の外側には、スタブ導波部が設けられていることを特徴とする排気浄化装置。
（付記２）
前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を制御する制御部を有し、
前記高周波発生部は、前記制御部における制御により、前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波の周波数を変化させることを特徴とする付記１の記載の排気浄化装置。
（付記３）
前記微粒子捕集部における複数の領域の温度を測定する温度計を有し、
前記制御部は、前記温度計で測定された情報に基づき、前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を変化させることを特徴とする付記２に記載の排気浄化装置。
（付記４）
前記制御部は、前記微粒子捕集部における温度が全体において均一になるように、前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を制御することを特徴とする付記３に記載の排気浄化装置。
（付記５）
前記スタブ導波部は、前記筐体本体部の外側に複数設けられていることを特徴とする付記１から４のいずれかに記載の排気浄化装置。
（付記６）
複数の前記スタブ導波部は、前記筐体本体部からの高さが各々異なっていることを特徴とする付記５に記載の排気浄化装置。
（付記７）
前記スタブ導波部は、スタブ導波管またはスタブ同軸管により形成されていることを特徴とする付記１から６のいずれかに記載の排気浄化装置。
（付記８）
前記高周波電磁波は、２００ＭＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の電磁波であることを特徴とする付記１から７のいずれかに記載の排気浄化装置。
（付記９）
複数の前記スタブ導波部は、前記筐体本体部からの高さが、前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の前記スタブ導波部内における実効波長をλｇとした場合、λｇ／１２以上、λｇ以下であることを特徴とする付記１から８のいずれかに記載の排気浄化装置。

１０ 微粒子捕集部
２０ 筐体部
２１ 筐体本体部
２２ 吸入口
２３ 排出口
３１ 第1のスタブ導波部
３２ 第２のスタブ導波部
３３ 第３のスタブ導波部
４０ 高周波発生部
５０ 光ファイバ温度計
６０ 制御部

Claims (6)

1. 排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
   前記微粒子捕集部を覆う筐体本体部と、前記筐体本体部に接続されている前記排気の吸入口及び排出口と、を備えた筐体部と、
   前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波を発生させる高周波発生部と、
   を有し、
   前記筐体本体部の外側には、スタブ導波部が設けられており、
   前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を制御する制御部を有し、
   前記高周波発生部は、前記制御部における制御により、前記微粒子捕集部に照射する高周波電磁波の周波数を変化させることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記微粒子捕集部における複数の領域の温度を測定する温度計を有し、
   前記制御部は、前記温度計で測定された情報に基づき、前記高周波発生部において発生させる高周波電磁波の周波数を変化させることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。
3. 前記スタブ導波部は、前記筐体本体部の外側に複数設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気浄化装置。
4. 複数の前記スタブ導波部は、前記筐体本体部からの高さが各々異なっていることを特徴とする請求項３に記載の排気浄化装置。
5. 前記スタブ導波部は、スタブ導波管またはスタブ同軸管により形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の排気浄化装置。
6. 前記高周波電磁波は、２００ＭＨｚ以上、１０ＧＨｚ以下の電磁波であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の排気浄化装置。