JP2004239257A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関等からの排気ガスの浄化装置であって、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質を除去する排気ガス浄化装置を提供する。
【解決手段】 電極（２０，３０）及び絶縁性ハニカム構造体（１０）を含む、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置とする。この排気ガス浄化装置は、この電極（２０、３０）が、ハニカム構造体（１０）中を流通するガス流れ（５０）の方向に非平行の電界（６０）を、ハニカム構造体（１０）内に作ることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関等からの排気ガスの浄化装置に関するものであって、特にディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（パティキュレート：以下「ＰＭ」という。）を除去するための排気ガス浄化装置に関する。

ディーゼルエンジンは、自動車、特に大型車に多く搭載されているが、近年特にその排気ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等とともに、ＰＭの排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良又は燃焼条件の最適化等により根本的にＰＭを低減する技術開発とともに、排気ガス中のＰＭを効率的に除去するための技術の確立が望まれている。

排気ガス中のＰＭの除去のためには一般に、セラミックハニカム製フィルター、合金製フィルター及びセラミック繊維製フィルターが用いられている。しかしながらこれらの手法では使用時間が経過するにつれ、捕集された粒状物質によりフィルターが目詰まりを起こし、通気抵抗が増加し、エンジンに負担をかける結果となる。また、ナノサイズＰＭは基材連通孔での物理的衝突捕集を逃れて捕集されない確率が高い。また、従来のフィルターでＰＭを捕集した場合であっても、排気熱のみの作用によってはＰＭの充分な酸化除去は期待できない。

更にディーゼルエンジンの排気ガス浄化装置として、従来から放電を利用した装置が知られている。例えば特許文献１には、ニードル電極と偏向電極とを囲んで配置した捕集電極を備え、電極間の放電によりディーゼルエンジン排気中のＰＭを帯電させて、ＰＭを捕集電極に捕集する装置が開示されている。しかし、この装置は、ＰＭの捕集を行うのみであって、ＰＭを積極的に燃焼除去する装置ではなく、捕集したＰＭの処理が別途必要であり、この装置にＰＭの燃焼除去効果を期待することはできない。これは、金属捕集電極上にＰＭを堆積させた場合には、捕集部自体の高い導電性によりＰＭに電流が流れず、ＰＭを通電燃焼させることができないからである。

また同様に、例えば特許文献２では、電極間に絶縁性のペレットを配置した装置も開示されている。しかしこの装置では、単に安全性のために反応炉ヘッドと電源装置とを近接させ、好ましくはアースした導電室に納めることを意図しているのみであり、電界の方向と排気ガスの流通方向との関係による効果、及び排ガスを流通させる絶縁体の形状による効果を認識していない。

特許２６９８８０４号公報 特公表２００１−５１１４９３号公報

すなわち、従来公知の放電を利用した排気ガス浄化装置は、ＰＭの捕集のための電界の利用について充分には認識しておらず、又はＰＭの燃焼除去に関してはきわめて不充分である。従ってディーゼルエンジン等から排出される排気ガス中のＰＭの捕集効率及び燃焼除去効率を高める必要があった。

本発明は、上記問題点を解決して排気ガス中のＰＭの捕集及び燃焼除去を実現するための排気ガス浄化装置であって、電極及び絶縁性ハニカム構造体を含む、ＰＭの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置である。ここでこの排気ガス浄化装置は、電極が、絶縁性ハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に非平行の電界、特にハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に対して４５°又は６０°よりも大きい角度の電界、より特にハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に対して垂直な電界をこのハニカム構造体内に作ることを特徴とする。

本発明の特徴によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってクーロン力でＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つハニカム構造体を絶縁体によって作ることにより、ハニカム構造体にではなく堆積したＰＭに優先的に電流が流れるようにして、堆積したＰＭを通電及び排気熱により燃焼除去させる。すなわち特定の方向の電界及び絶縁性ハニカム構造体を使用することによって、高い捕集効率の利益を受けつつ、小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受ける。尚、ＰＭはハニカム構造体に達する前に任意の手段によって帯電させること若しくはハニカム構造体内の電界によって帯電させることができ、又は特別の手段を用いなくても帯電しているものであり、このＰＭの帯電は例えば放電によって行うことができる。

本発明の１つの実施形態では、電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、且つハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されている。この実施形態によれば、線状電極とこの線状電極の周囲に配置された外周電極との間で作られた電界によってＰＭは円周方向外側及び／又は内側に引き寄せられ、これによってハニカム壁面へのＰＭの堆積が促進される。

また本発明の１つの実施形態では、電極が、絶縁性ハニカム構造体の前端面に配置されたメッシュ状電極、及び絶縁性ハニカム構造体の外周面に配置された外周電極を含む。この実施形態によれば前面端のメッシュ状電極及びハニカム構造体内の電界によりＰＭを帯電させ、このメッシュ状電極と外周電極との電界効果によりクーロン力でＰＭをハニカム構造体のハニカム壁面に引き寄せて堆積させることができる。また、この実施形態ではハニカム構造体の後端面に配置されたメッシュ状電極であって、外周電極と電気的に接続されたものを更に有することができる。

また本発明の１つの実施形態では、電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されており、線状電極が、ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向にハニカム構造体から出て延びており、且つハニカム構造体の中心部に、ハニカム構造体の外側部分に比較してガス流れに対する通気抵抗が小さい領域が存在する。ここでこの中心部の比較的通気抵抗が小さい領域は例えば貫通孔である。この実施形態では、この比較的通気抵抗が小さい領域の存在により圧力損失を小さく維持できる一方で、外周電極と線状電極とが作る電界の存在によりＰＭはクーロン力でハニカム構造体の外側部分に引き寄せられ、それによってハニカム構造体内で捕集される。これらの実施形態において、外側電極をアースすることによって、安全性を考慮した形態とすることができる。

また本発明の１つの実施形態では、ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う放電電極が配置されている。この実施形態によれば、放電電極への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、ハニカム構造体による捕集効率を更に高めることができる。ここでこの放電電極は、ハニカム構造体中内に電界を作る電極、すなわち線状電極又は円筒状電極と電気的に接続されていてよく、例えば線状電極をガス流れの上流方向に延ばしたものでよい。またこの放電電極はアンテナ状電極、特に針状電極を有してＰＭの効率的な帯電を促進することができる。

本発明で使用する絶縁性ハニカム構造体は、ハニカム壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されていてよい。ここでこの触媒としては、ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／Ａｌ₂Ｏ₃を挙げることができる。このように絶縁性ハニカム構造体のハニカム壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されることによって、ＰＭがハニカム壁面上に堆積したときに、ＰＭの通電燃焼が促進される。

本発明の装置を使用して放電を行う場合、ＰＭをハニカム構造体上に捕集するだけでなく、放電によって排気ガス成分中に発生する活性酸素、オゾン、ＮＯ_x、酸素ラジカル、ＮＯ_xラジカル等の酸化力の強いガス成分の作用によって、捕集した排気ガス中のＰＭの燃焼を促進することができる。また高電圧によりプラズマを発生させてＰＭの捕集及び燃焼を促進することもできる。

本発明の装置によれば、排気ガスの流通方向と、電界の効果によってＰＭが引き寄せられる方向とを異ならせることによって、ハニカム壁面へのＰＭの堆積を促進し、且つ絶縁性ハニカム構造体内に作られた電界によって堆積させたＰＭを燃焼除去する。すなわち絶縁性ハニカム構造体を使用することによって小さい通気抵抗及びＰＭ燃焼の利益を受けつつ、排気ガスの流通方向とは異なる方向にＰＭを引き寄せることによって高い捕集効率の利益を受ける。

以下本発明を図に示した実施形態に基づいて具体的に説明するが、これらの図は本発明を構成する排気ガス浄化装置の概略を示す図であり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。

本発明の第１の実施形態について図１を用いて説明する。ここで図１は本発明の第１の実施形態の側面図であり、図１（ｂ）はこの第１の実施形態の断面図である。

図１において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２０は線状電極であり、３０は外周電極であり、４０は電圧発生器である。線状電極２０と筒状外周電極３０とは、絶縁性ハニカム構造体１０がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。

図１で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより線状電極２０と筒状外周電極３０との間に配置されたハニカム構造体１０内に半径方向の電界６０を作る。すなわち、ハニカム構造体１０の流路内を流れる排気ガスの流通方向に対して横断方向に電界６０を作る。この電界６０によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。

以下に、図１に示した本発明の第１の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部について更に具体的に説明する。

絶縁性ハニカム構造体１０は、セラミックハニカム構造体、例えばコージェライト製ハニカム構造体でよい。またハニカム構造体はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、通気抵抗の観点からはストレートフロー型が好ましく、ストレートフロー型のハニカム構造体を使用しても良好な捕集効率を達成できる。ここでこのハニカム構造体１０は十分な絶縁性を有し、それによってＰＭよりも導電性が低いようにし、電圧を印加したときにＰＭ自体に電流が流れてＰＭが通電燃焼されることを確実にすべきである。

線状電極２０は、この線状電極２０と筒状外周電極３０との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。その材料としては、導電性の材料や半導体等の材料を使用することができるが、なかでも金属材料が好ましい。この金属材料として、具体的にはＣｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ 等が使用でき、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。本発明で使用できる線状電極２０は、金属性ワイヤが一般的であるが、中空の線状電極を使用することもできる。

筒状外周電極３０は、この筒状外周電極３０と線状電極２０との間に電圧を印加することができる材料で製造できる。そのような材料として、導電性の材料や半導体等の公知の材料を用いることができるが、金属材料が好ましく、Ｃｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、アルミニウム等が特に好ましい。外周電極３０は、これらの材料を金属メッシュ又は金属箔としてハニカム構造体１０に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストをハニカム構造体１０に適用して作ることができる。

電圧発生器４０は、パルス状又は定常の直流又は交流電圧を発生させるものでよい。線状電極２０と筒状外周電極３０との間の印加電圧としては、一般的には１ｋＶ以上、好ましくは１０ｋＶ以上の電圧を使用する。印加電圧のパルス周期は、１ｍｓ以下、１μｓ以下が好ましい。電圧を線状電極２０と筒状外周電極３０との間に印加する場合に、線状電極２０をカソードとすることも、またアノードとすることもできるが、線状電極２０をアノード、筒状外周電極３０をカソードとすることが好ましい。また図１では外周電極３０はアースされているが、電圧発生器４０に接続されて線状電極２０と反対の電圧を印加されるようにしてもよい。

またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う針状電極７０が配置されている。これによれば、針状電極７０への高電圧の印加により放電を起こさせ、それによってＰＭを予め帯電させ、ハニカム構造体１０による捕集効率を更に高めることができる。この針状電極７０は、筒状外周電極３０との間に電圧を印加したときに安定して放電を起こすことができる導電性材料や半導体材料等で作ることができるが、Ｃｕ、Ｗ、ステンレス、Ｆｅ、Ｐｔ、Ａｌ等の金属材料で作ることが好ましく、特にステンレスがコスト及び耐久性の点から好ましい。針状電極７０は、その針状部分の先端部を筒状外周電極３０に向けて配置される。針状電極７０の針状部の数が少ないと筒状外周電極３０との間で、均一な放電を起こさせることが難しくなるため、針状電極７０の針状部の数はある程度以上必要である。しかしながら、排気ガス中のＰＭを最も良好に帯電させるように、最適化した数を実験により定めることができる。針状電極７０と筒状外周電極３０との間で放電を起こさせるため、電圧発生器４０によって、これらの電極間に電圧を印加する。直流電圧、交流電圧、周期的な波形の電圧等を両電極間に印加することができるが、特に直流パルス電圧が、コロナ放電を良好に起こさせることができるために好ましい。直流パルス電圧を用いる場合に、印加電圧、パルス幅、パルス周期は、両電極間にコロナ放電を起こすことができる範囲で任意に選択できる。印加電圧等については、装置の設計や経済性等からの一定の制約を受ける可能性があるが、高電圧かつ短パルス周期の電圧であることがコロナ放電を良好に発生させる点から望ましい。

またこの実施形態においては、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上にＰＭを燃焼させるための触媒が担持されていてよい。ここでこの触媒としては、ＣｅＯ₂、Ｆｅ／ＣｅＯ₂、Ｐｔ／ＣｅＯ₂、又はＰｔ／Ａｌ₂Ｏ₃を挙げることができる。これらの金属酸化物の１種又は２種以上を組み合わせて用いることもできる。この金属酸化物をハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に担持するために、例えばウォッシュコート等の公知の方法を使用することができる。ハニカム構造体１０に担持する金属酸化物の量は、担持することができる範囲内で任意に選択できる。ウォッシュコートによりハニカム構造体１０の排気ガス流路表面に金属酸化物を担持した場合は、その後ハニカム構造体１０を焼成することが好ましい。焼成する時の条件は、当業者により公知の条件が使用できるが、例えば４５０〜５５０℃が好ましい。金属酸化物を担持した後に焼成した場合は、金属酸化物を担持し焼成していない場合と比較してＰＭ燃焼効率が向上するという効果が得られる。

本発明の第２の実施形態を図２を用いて説明する。ここで図２（ａ）は本発明の第２の実施形態の側面図であり、図２（ｂ）はこの第２の実施形態の断面図である。

図２において、１０はストレートフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、２２は上流側メッシュ状電極であり、３０は外周電極であり、３２は下流側メッシュ状電極であり、且つ４０は電圧発生器である。外周電極３０と下流側メッシュ状電極３２は電気的に接続されており、また上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２とは、絶縁性ハニカム構造体１０がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１０内の流路を通過する。

図２で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４０を作用させることにより上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２との間に配置されたハニカム構造体１０内に電界を作る。すなわちこれらの電極配置から理解されるように、ハニカム構造体１０内に上流側メッシュ状電極２２から外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２に向かう電界６２を作る。この電界６２によってＰＭはハニカム構造体１０のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。この実施形態においては、上流側メッシュ状電極２２と、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２との間で放電を行わせ、それによってＰＭを帯電させて、ハニカム構造体１０による捕集効率を更に高めることができる。

以下に、図２に示した本発明の第２の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部についてさらに具体的に説明する。

上流側メッシュ状電極２２、外周電極３０及び下流側メッシュ状電極３２は、第１の実施形態において線状電極２０及び外周電極３０に関して示したのと同様な材料で製造できる。従って外周電極３０は、金属を金属メッシュ又は金属箔として絶縁性ハニカム構造体１０に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁性ハニカム構造体１０に適用して作ることができる。絶縁性ハニカム構造体１０、電圧発生器４０、絶縁性ハニカム構造体１０の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。

本発明の第３の実施形態を図３を用いて説明する。ここで図３（ａ）は本発明の第３の実施形態の側面図であり、図３（ｂ）はこの第３の実施形態の断面図である。

図３において、１１はウォールフロー型の絶縁性ハニカム構造体であり、１３はこの絶縁体ハニカム構造体１１の中心部の貫通孔であり、２０は線状電極であり、３０は外周電極であり、且つ４３は直流電圧発生器である。線状電極２０と外周電極３０とは、絶縁性ハニカム構造体１１がこれらの電極の間に配置されることにより電気的に絶縁されている。ＰＭを含む排気ガスは、矢印５０で示すように図の左方向から右方向に流れ、外周電極３０に取り囲まれた絶縁性ハニカム構造体１１及び貫通孔１３の流路を通過する。

図３で示す排気ガス浄化装置の使用においては、電圧発生器４３を作用させることにより、ハニカム構造体１１及び貫通孔１３内、並びにハニカム構造体１１の上流側の排ガス流路に電界６３を作る。すなわちハニカム構造体１０の上流側の排ガス流路にＰＭを外周方向に向ける電界６３を作り、それによってＰＭが貫通孔１３ではなく、ハニカム構造体１１の外側部分のハニカム構造部分を通過するようにする。このようにしてハニカム構造部分を通過するＰＭは、ハニカム構造内に作られた電界６３によってハニカム構造体のハニカム壁面上に押し付けられ、ＰＭの捕集が促進される。この構造によれば、ＰＭの実質的な部分をハニカム構造体１１のハニカム構造部分に通過させ、ＰＭ含有量が比較的少ない排気ガスをハニカム構造体１１の中央部の貫通孔に通過させるので、非常に小さい排気ガス通気抵抗の利益を得つつ、ＰＭの捕集を実質的に行うことができる。

以下に、図３に示した本発明の第３の実施形態の排気ガス浄化装置を構成する各部についてさらに具体的に説明する。

絶縁性ハニカム構造体１１は第１の実施形態で示したものと同様な材料で作ることができる。ハニカム構造体１１はストレートフロー型であってもウォールフロー型であってもよいが、ＰＭの捕集を確実にするためにウォールフロー型を用いても、中央部の貫通孔１３の存在により、通気抵抗は許容できるものとなる。このハニカム構造体１１の中央部の貫通孔１３は任意の適当な大きさでよく、例えばハニカム構造体１１の直径と貫通孔１３の直径との比は、１０：１〜２：１でよい。また直流電圧発生器４３は、任意の適当な装置でよいが、ＰＭを外周方向に移動させ、外側のハニカム構造部分に入れるのに適当な電圧及びパルス周期等を有するものでなければならない。線状電極２０及び外周電極３０は、第１の実施形態において示したのと同様な材料で製造できる。従って外周電極３０は、金属を金属メッシュ又は金属箔として絶縁性ハニカム構造体１１に巻き付けて作ることができ、また導電性ペーストを絶縁性ハニカム構造体１１に適用して作ることができる。ハニカム構造体１１内を流通するガス流れの上流方向の放電電極７０、及び絶縁性ハニカム構造体１１の壁面上の触媒については、第１の実施形態について説明したものと同様である。

以下に本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。

〔実施例１〜５〕
実施例１
図１に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ａ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の外周部に、幅４０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製 ３００メッシュ）を巻きつけて、外周電極を形成した。このハニカムの中心にアンテナ電極付き棒状（線状）電極を固定し試験に使用した。詳細図を図４（ａ）に示す。

実施例２
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の代わりに、ウォールフロー型コージェライト製ハニカム（交互に栓詰してあるハニカム、ディーゼルパティキュレートフィルター（ＤＰＦ）に用いられるもの、セル密度３００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）とした以外は、実施例１と同じである。

実施例３
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。

実施例４
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。

実施例５
実施例１のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例１と同じである。

性能評価 ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例１〜５のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。棒状電極を高電圧発生器に接続し、外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｌｏｗ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｉｍｐａｃｔｏｒ）を用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。

性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１〜５のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、棒状電極に１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されること、及び電圧を印加した場合にはストレートフロー型のハニカムでもウォールフロー型のハニカムでも同様な結果が得られることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。

〔実施例６〜９〕
実施例６
図２に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ｂ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのストレートフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の両方の端面に直径２５mmの円状に切り抜いたステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製 ３０メッシュ）を貼り付けた。また、外周部に幅３０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製 ３００メッシュ）を巻きつけて外周電極を形成した。電極の取り付け位置は図４（ｂ）参照。

実施例７
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。

実施例８
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。

実施例９
実施例６のストレートフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した以外は実施例６と同じである。

性能評価 ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例６〜９のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。上流側のメッシュ電極を高電圧発生器に接続し、下流側のメッシュ電極と外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。

性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例６〜９のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。またこの実施形態においては、外周電極に電圧を印加せずに、上流側メッシュ状電極と下流側メッシュ状電極との間のみに電圧を印加し、排気ガスの流通方向に平行な電界を作った実験も行った。この場合には捕集効率の改良は有意のものではなく、例えばＰＭ捕集効率は２５％程度であり、これにより排気ガスの流通方向と非平行の方向の電界を作ることの利益が明らかになった。

〔実施例１０〜１３〕
実施例１０
図３に示した実施形態に基づき本発明の排気ガス浄化装置を調製した。すなわち図４の（ｃ）に示すように、直径３０mm、長さ５０mmのウォールフロー型コージェライト製ハニカム（セル密度２００セル／平方インチ、気孔率６５％、平均孔径２５μｍ）の真中部分を直径９mm、長さ５０mmでくり貫き、外周部に幅４０mmのステンレス製メッシュ（ＳＵＳ３０４製 ３００メッシュ）を巻きつけて外周電極を形成した。このハニカムの中心にアンテナ電極付き棒状電極を固定し試験に使用した。詳細図を図４（ｃ）に示す。

実施例１１
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。

実施例１２
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＣｅＯ₂ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＦｅをＦｅ（ＮＯ₃ ）₃ 水溶液を用いて吸水担持（ＣｅＯ₂ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した物を使用した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。

実施例１３
ウォールフロー型コージェライト製ハニカムにＡｌ₂ Ｏ₃ 粉末４．０ｇをウォッシュコートし、４５０℃で２時間焼成した後、ＰｔをジニトロジアンミンＰｔ水溶液を用いて吸水担持（Ａｌ₂ Ｏ₃ 粉末に対して２wt％）、乾燥、４５０℃で２時間焼成した後、実施例１０のコージュエライトハニカムと同様の形状に加工した以外は実施例１０と同じである。

性能評価 ＰＭ捕集
内径３７mmの石英管の内部に実施例１０〜１３のハニカムをアルミナマットを巻いて保持した。棒状電極を高電圧発生器に接続し、外周電極をアースに接続した。ここに、排気量２４００ccの直噴ディーゼルエンジン搭載車からの排気ガスの一部（１００Ｌ／分）をポンプで引き込み、４kVの電圧を印加した（投入電力約３Ｗ）。ハニカムの上流と下流でのＰＭの濃度をＥＬＰＩを用いて計測し、その差をＰＭ浄化率とする。この値は高いほど性能が優れることを意味している。なお、エンジンの運転条件はアイドリング状態（回転数７００rpm ）である。

性能評価 ＰＭ酸化
ＰＭを十分に捕集させた実施例１０〜１３のハニカムを取り出し、乾燥機を用いて１２０℃で２４時間乾燥させた後、秤量を行いこれを初期重量とする。これらのハニカムをＰＭ捕集の場合と同様に石英管内部に保持し（雰囲気は空気）、棒状電極に１５kVの電圧を１５分間にわたって印加した後、ハニカムを取り出し１２０℃で２４時間乾燥させ秤量した。これを処理後重量とする。処理後重量と初期重量の差からＰＭ酸化量を算出し、このＰＭ酸化量で投入エネルギー（電圧×電流×時間）を割って、ＰＭ酸化に必要なエネルギーを算出した。この値は小さいほど性能が優れている。尚、ＰＭを熱で酸化させる場合の投入エネルギーは２９０kJ／ｇである。

ＰＭ捕集の結果からは、電圧の印加によってＰＭ捕集効率が改良されることが分かる。またＰＭ酸化の結果からは、熱のみによるＰＭ酸化と比較して、通電を利用するとＰＭ酸化エネルギーを小さくできること、及び触媒を利用することによってＰＭ酸化エネルギーを更に小さくできることが分かる。

本発明の第１の実施態様を表す側面図及び断面図である。 本発明の第２の実施態様を表す側面図及び断面図である。 本発明の第３の実施態様を表す側面図及び断面図である。 実施例で使用した本発明の実施態様を表す側面図及び断面図である。

符号の説明

１０…絶縁体ハニカム構造体
２０…線状電極
２２…上流側メッシュ状電極
３０…外周電極
３２…下流側メッシュ状電極
４０…電圧発生器
４３…直流電圧発生器
５０…ＰＭ含有排気ガス
６０、６２、６３…電界の方向
７０…針状電極

Claims (6)

1. 電極及び絶縁性ハニカム構造体を含む、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置であって、前記電極が、前記ハニカム構造体中を流通するガス流れの方向に非平行の電界を、前記ハニカム構造体内に作ることを特徴とする、パティキュレートの捕集及び燃焼を行う排気ガス浄化装置。
2. 前記電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、且つ前記ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されている、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
3. 前記電極が、前記ハニカム構造体の前端面に配置されたメッシュ状電極、及び前記ハニカム構造体の外周面に配置された外周電極を含む、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
4. 前記電極が、線状電極及びこの線状電極の周囲に配置された外周電極を含み、前記ハニカム構造体が、これら線状電極と外周電極との間に配置されており、前記線状電極が、前記ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に前記ハニカム構造体から出て延びており、且つ前記ハニカム構造体の中心部に、前記ハニカム構造体の外側部分に比較してガス流れに対する通気抵抗が小さい領域が存在する、請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
5. 前記ハニカム構造体内を流通するガス流れの上流方向に、放電を行う放電電極が配置されている、請求項１〜４のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。
6. 前記ハニカム構造体のハニカム壁面上に、パティキュレートを燃焼させるための触媒が担持されている、請求項１〜５のいずれかに記載の排気ガス浄化装置。

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