JPH0596179A - 高周波加熱排ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、たとえば自動車エンジン等から排
出される未燃焼の炭化水素、一酸化炭素、窒素酸化物を
完全燃焼させ、炭酸ガスと窒素、水に分解する排ガス浄
化装置に関するもので、排ガス浄化触媒体の発熱がエン
ジンの始動時急速にしかも均一になされるものを提供す
ることを目的とする。 【構成】 セラミックハニカム構造体の触媒担持体の表
面に高周波電力吸収材料をコーティングし、その表面に
貴金属などの浄化触媒を担持して排ガス浄化触媒体９を
構成し、排ガス浄化触媒体９に高周波を給電して、触媒
担持体表面の高周波電力吸収材料そのものを発熱させ、
表面に担持された浄化触媒が機能する温度に急速に立ち
上がるようにするとともに、排ガス浄化触媒体９が均一
に加熱するように排ガス浄化触媒体９を加熱室１内で回
転駆動させている。 【効果】 外部加熱と異なり、触媒担持体の表面にある
高周波電力吸収材料の内部発熱であるので、触媒が活性
機能を表す温度まで立ち上がる時間が短い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば自動車エンジ
ン等から排出される未燃焼の炭化水素、一酸化炭素、窒
素酸化物を完全燃焼させ、炭酸ガスと窒素、水に分解す
る排ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の排ガス浄化装置は、コー
ディエライトなどの高密度のセラミックハニカム構造体
の表面に表面積を大きくするためにアルミナなどの微粒
子をコーティングし、その上に白金、ロジウム、パラジ
ウムなどの貴金属触媒を担持した排ガス浄化触媒体を、
自動車エンジンから発生する排熱、又は電気ヒータなど
の加熱手段を用いて高温度化し、未燃焼ガスの炭化水
素、一酸化炭素、窒素酸化物を完全燃焼させ炭酸ガスと
窒素、水とに分解するようにしていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記のよ
うな排ガス浄化触媒体を、自動車エンジンから発生する
排熱で高温度化する場合、排ガス浄化触媒体が触媒とし
て機能する温度まで加熱されるのに時間を要し、その間
に未燃焼ガスが発生し通過していく。使用初期の段階で
未燃焼ガスを完全燃焼させることができない。電気ヒー
タなどの加熱手段を用いる場合も、排ガス浄化触媒体を
外周から加熱するので急速に温度を立ち上がらすことは
できず、排熱を利用するものと同様の課題があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の高周波加熱排ガス浄化装置は、セラミックハ
ニカム構造体の触媒担持体の表面にアルミナなどの微粒
子で高周波電力吸収材料をコーティングし、その表面に
貴金属などの浄化触媒を担持して排ガス浄化触媒体を構
成し、かつ触媒担持体を加熱室内で回転駆動させる構成
としたものである。

【０００５】

【作用】排ガス浄化触媒体に高周波を給電して、触媒担
持体表面の高周波電力吸収材料そのものが発熱し、表面
に担持された浄化触媒が機能する温度に急速に加熱させ
られる。高周波電力を排ガス浄化触媒体に給電する場
合、高周波の共振箱として作用する加熱室が必要で、加
熱室内に高周波の定在波がたち排ガス浄化触媒体に均一
な高周波電力が給電されず表面が不均一に加熱される。
また、部分加熱によるセラミックハニカム構造体の触媒
担持体の破損や非効率的発熱状態が発生するが、触媒担
持体表面の高周波電力吸収材料に高周波電力が均一に給
電されるように、加熱室内のセラミックハニカム構造体
の触媒担持体を前記加熱室内で回転駆動させることによ
り、排ガス浄化触媒体の浄化能力を高めるようにしてい
る。

【０００６】高周波を利用した高周波加熱は、被加熱物
が高周波電力を吸収し自ら誘電加熱で発熱するものであ
る。この場合被加熱物の材料は比誘電率と誘電体損失角
が大きくないと、高周波電力を効率よく吸収せず急速な
発熱をしない。従来の排ガス浄化触媒体に用いられてい
る触媒担持体はコーディエライト又はムライトが一般的
であるが、これらの材料は比誘電率と誘電体損失角の値
が小さく高周波加熱には適さない。又貴金属触媒も高周
波電力で加熱されるものでない。

【０００７】比誘電率と誘電体損失角の値が大きいなど
の高周波電力吸収材料を触媒担持体の表面に用い、その
上に浄化触媒を担持して排ガス浄化触媒体を構成し、こ
の排ガス浄化触媒体に高周波発振源であるマグネトロン
から発振した高周波を給電すると、触媒担持体表面の高
周波電力吸収材料は高周波電力を吸収し自己発熱する。
しかも内部発熱であるので外部に逃げる余分な熱がほと
んどなく、排ガス浄化触媒体は触媒として機能する温度
まで急速に加熱される。触媒担持体の表面に担持された
高周波電力吸収材料は極めて薄く、発熱体としての熱容
量は小さいため短時間で高温に加熱されやすい。触媒担
持体を構成しているセラミック構造体は、熱絶縁の役割
を果たし、浄化触媒が急速に高温度に立ち上がるのを助
ける。

【０００８】未燃焼ガスを含む排ガス気流中に配置され
た本発明の高周波加熱排ガス浄化装置は、高周波が給電
されることにより触媒として機能する温度まで急速に加
熱され、運転開始時の未燃焼ガスが分解されずに通過す
ることを防ぐ。

【０００９】しかも加熱室にある高周波電力吸収材料を
コーティングした触媒担持体に高周波が均一に給電され
ることにより、排ガス浄化触媒体の有効に機能する表面
積が広がり浄化力を高める。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づい
て説明する。図１において、１は高周波が給電され被加
熱物が加熱される加熱室、２は加熱室１に高周波を給電
する高周波発振源であるマグネトロン、３はマグネトロ
ン２より発振した高周波を加熱室１へ導く導波管、４は
導波管３の開口で加熱室１への高周波給電口、５は加熱
室１を構成するもので排ガスの入口側にある吸気壁、６
は同じく出口側にある排気壁である。加熱室１は高周波
の共振箱として作用し、高周波を閉じ込め漏洩しないよ
うに耐熱性のあるステンレス鋼などの金属板で構成され
ている。加熱室１の一部を構成する吸気壁５と排気壁６
も高周波が漏洩しないよう金属材料でなり、又排ガスが
流れるように金網やパンチングメタルなどの金属透過体
で形成されている。７は排ガス流入口、８は同じく排気
口である。このような構成の高周波加熱装置の加熱室１
内で吸気壁５側に、コーディエライト又はムライトなど
のセラミックハニカム構造触媒担持体の表面にアルミナ
などの微粒子で高周波電力吸収材料をコーティングし、
その上に白金、ロジウム、パラジウムの貴金属触媒など
を担持した排ガス浄化触媒体９を設け、本排ガス浄化触
媒体９を回転駆動させる構造にしたものが本発明の高周
波加熱排ガス浄化装置である。

【００１１】排ガス浄化触媒体９は、セラミックハニカ
ム構造触媒担持体の表面にアルミナなどの微粒子で１例
としてチタン酸バリュームＢａＴｉＯ₃ 、酸化亜鉛Ｚｎ
Ｏの半導体化したものなどの高周波電力吸収材料をコー
ティングし、その上に白金、ロジウム、パラジウムなど
の貴金属触媒、又はペロブスカイト型複合酸化物浄化触
媒ＡＢＯ₃ （Ａ，Ｂ：金属原子）が担持されている。チ
タン酸バリュームＢａＴｉＯ₃ 、酸化亜鉛ＺｎＯの半導
体化したものなどは比誘電率と誘電体損失角の値が大き
く、高周波電力をよく吸収し急速に発熱する。

【００１２】排ガス浄化触媒体９は、外周に回転ブレー
ド１０を設け排ガス流入口７、吸気壁５を通過してきた
排ガスの流れによって回転駆動させる構造にしている。
排ガス浄化触媒体９の回転軸は吸気壁５及び排気壁６な
どの加熱室１壁面にある軸受けに嵌合して取りつけら
れ、排ガスの流れが回転ブレード１０に当たることによ
って加熱室１内で回転駆動する。排ガス浄化触媒体９と
外周の回転ブレード１０の構成を図２の斜視図で示す。

【００１３】マグネトロン２より発振した高周波は高周
波給電口４から加熱室１へ給電されるが、高周波の共振
箱として作用する加熱室１内に高周波の定在波がたち、
排ガス浄化触媒体９の発熱にむらが発生する。加熱室１
内で排ガス浄化触媒体９を排ガスの流れによって回転駆
動させると、定在波によって生じた高周波電力の吸収さ
れ易い点、され難い点を排ガス浄化触媒体９が均一に通
過していくため排ガス浄化触媒体９が均一に発熱され
る。

【００１４】１１は加熱室１外で排ガス浄化触媒体９よ
り排気壁６側で排ガス排気口８の近傍に設けられた第２
排ガス浄化触媒体である。第２排ガス浄化触媒体１１
は、触媒担持体として同じくコーディエライト又はムラ
イトのセラミックハニカム構造体を用い、表面に表面積
を大きくするためのアルミナなどの微粒子をコーティン
グし、その上に白金、ロジウム、パラジウムなどの貴金
属触媒を担持している。時間が経過し高温になった自動
車エンジンの排熱で加熱され、触媒としての機能を発揮
する。第２排ガス浄化触媒体１１を加熱室１内に設けて
も同じような効果が期待できる。

【００１５】高周波を給電し急速に発熱させ触媒が機能
する温度まで短時間で立ち上がらすためには、排ガス浄
化触媒体９は熱容量を小さくする必要があり、触媒担持
体の大きさ重量は余り増やせない。従って排ガス浄化触
媒体９の容積は、第２排ガス浄化触媒体１１の容積より
小さくしている。未燃焼ガスを大量に含む排ガスが流れ
始めると浄化触媒体の表面積は大きなものが望まれ、第
２排ガス浄化触媒体１２が有効に作用する。排ガス浄化
触媒体９の触媒担持体表面に担持された高周波電力吸収
材料及び浄化触媒は薄い膜状であるため、排ガス浄化触
媒体９の発熱体としての熱容量は小さく、短時間で高い
温度まで立ち上がらすには有効である。高周波に対し加
熱室１は共振箱として作用し、内部に定在波が立つ。電
界の強い点は、使用している周波数によって決まる波長
の４分の１以上加熱室１の壁面から離れたところにあ
る。高周波電力吸収材料を有する排ガス浄化触媒体９
は、電界の強い点に配置されるほうが効果的で、排ガス
の入口側金属透過体である吸気壁５との間に４分の１の
波長以上の間隙を設けている。

【００１６】高周波はインピーダンスの急激な変化面で
は反射する。従って導波管３の開口を直接排ガス浄化触
媒体９の近傍にもってくると、効果的な高周波電力の吸
収が行われない。又高周波は進行波でもあり、給電面に
近い物体から吸収されて行く。このため高周波電力吸収
材料を有する排ガス浄化触媒体９近傍の空隙に給電する
ことが効果的で、吸気壁５と排ガス浄化触媒体９との間
隙に高周波給電口４を設けている。さらに定在波の強弱
の中を排ガス浄化触媒体９が回転することにより均一に
効果的な高周波電力の吸収が行われる。

【００１７】このような構成の高周波加熱排ガス浄化装
置であれば、未燃焼ガスを含む排ガスが自動車エンジン
から流れる直前又は流れはじめて直後、マグネトロン２
を発振させ加熱室１に高周波を給電すると、排ガス浄化
触媒体９の触媒担持体の表面に担持された高周波電力吸
収材料が誘電加熱で自己発熱し、しかも内部発熱である
ので、排ガス浄化触媒体９の表面は触媒として機能する
温度まで短時間に発熱し、未燃焼ガスを分解する。未燃
焼ガスの通過を防ぐか、通過量を減少させることができ
る。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明の高周波加熱排ガス
浄化装置によれば、次の効果が得られる。 （１）たとえば自動車エンジンからの排熱、又は電気ヒ
ータを用いた加熱手段からの熱による外部加熱と異な
り、触媒担持体の表面にある高周波電力吸収材料の内部
発熱であるので、触媒が活性機能を表す温度まで立ち上
がる時間が短い。 （２）加熱室内で排ガス浄化触媒体を排ガスの流れによ
って回転駆動させると定在波によって生じた高周波電力
の吸収され易い点、され難い点を排ガス浄化触媒体が均
一に通過していくため結果的に排ガス浄化触媒体の発熱
が均一になされ、排ガス浄化触媒体の有効表面積が広が
り触媒の活性機能が向上する。 （３）高周波電力吸収材料と浄化触媒は薄い膜で担持さ
れているので、熱容量が小さく高温に急速に立ち上が
る。 （４）運転初期の段階で排ガス浄化触媒体が急速に加熱
されるので、未燃焼ガスが分解されずに通過していくこ
とを防ぐか、未燃焼ガスの通過量を減少させることがで
きる。 （５）高周波電力吸収材料の上に浄化触媒を担持させた
排ガス浄化触媒体と、高周波電力を吸収しにくい貴金属
触媒を有する第２の排ガス浄化触媒体とに分けると、高
周波電力は高周波電力吸収材料を有する排ガス浄化触媒
体に集中して吸収され、運転初期の高温度化に効果的で
ある。排熱が高い温度になると第２の浄化触媒体が効果
をあらわし、浄化装置としての能力が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す高周波加熱排ガス浄化
装置の側断面図

【図２】排ガス浄化触媒体の斜視図

【符号の説明】

１ 加熱室 ２ マグネトロン ４ 高周波給電口 ７ 排ガス流入口 ８ 排気口 ９ 排ガス浄化触媒体 １０ 回転ブレード

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高周波が給電される加熱室と、前記加熱室
   に高周波を給電する高周波発振源と、前記加熱室内に設
   けられたガス透過形状の触媒担持体とを備え、前記触媒
   担持体の少なくとも一部表面に高周波電力吸収材料をコ
   ーティングし、この高周波電力吸収材料の上に排ガス浄
   化用触媒を担持して排ガス浄化触媒体を構成し、前記加
   熱室への排ガス入口及び出口に金属透過体を設けるとと
   もに、前記高周波電力吸収材料をコーティングしたガス
   透過形状の触媒担持体を前記加熱室内で回転駆動させる
   構成にした高周波加熱排ガス浄化装置。
2. 【請求項２】ガス透過形状の触媒担持体を排ガスの流れ
   によって回転駆動させる構成にした請求項１記載の高周
   波加熱排ガス浄化装置。