WO2006132103A1

WO2006132103A1 - 排ガス浄化方法及び排ガス浄化システム

Info

Publication number: WO2006132103A1
Application number: PCT/JP2006/310707
Authority: WO
Inventors: Kenta Naito; Satoru Senbayashi; Yuichi Hamada; Junichi Kasai; Yoshinobu Tamura; Masashi Gabe
Original assignee: Isuzu Motors Ltd; Nissin Electric Co Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd; Nissin Electric Co Ltd
Priority date: 2005-06-08
Filing date: 2006-05-30
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2007-12-08
Also published as: KR100955507B1; US20090038300A1; EP1890014A4; CN101208500B; JP3897798B2; JP2006342709A; EP1890014B1; CN101208500A; EP1890014A1; KR20080014821A

Abstract

　絶縁性フィルタ面上に空間的・時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を利用して、捕集されたＰＭの燃焼除去を、少ない消費電力で行い、ディーゼルエンジン等から排出される排ガス中のＰＭの捕集効率及び燃焼除去効率を高めるために、排ガス中の粒子状物質（４１）を捕捉する絶縁性捕捉部材（１２）の表面又は表面近傍に、電極対（１３）を１対以上配置し、該電極対（１３）間に、前記絶縁性捕捉部材（１２）の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電（４２）を発生させる所定の電圧（Ｖｓ）を印加し、この所定の電圧（Ｖｓ）の印加によって発生した前記微小発光放電（４２）により、前記絶縁性捕捉部材（１２）に捕捉された粒子状物質（４１）を燃焼除去する。

Description

明細書

排ガス浄化方法及び排ガス浄化システム

技術分野

[0001] 本発明は、内燃機関等からの排ガスの浄ィ匕方法及び浄ィ匕システムに関するものである。特に、ディーゼルエンジンから排出される粒子状物質（Particulate Matter:以下「PM」と、う。）を除去するのに有効な排ガス浄ィ匕方法及び排ガス浄ィ匕システムに関する。

背景技術

[0002] 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。近年特にその排ガス中の窒素酸化物、一酸化炭素、炭化水素等と共に、 PMの排出を低減することが強く望まれている。そのため、エンジンの改良ゃシリンダ内の燃焼条件の最適化等により根本的に PMを低減するための技術開発とともに、排ガス中の 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。そして、この排ガス中の PMの除去のためには、フィルタを用いる方法や電気的な集塵方法等が開発されている。

[0003] これらのフィルタを用いた方法では、一般に、セラミックスハ-カム製フィルタ、合金製フィルタ及びセラミックス繊維製フィルタが用いられている。しかし、使用時間が経過するにつれ、捕集された PMによりフィルタが目詰まりし、通気抵抗が増加し、ェンジンに負担をかける結果となる。特に PM成分の内のドライスート (カーボン)の処理が難しい。このドライスートは酸ィ匕して燃焼除去するためには、酸素共存下で 500°C 以上に加熱する必要があり、エンジンの排気熱のみの利用では、酸化除去に十分な温度を得ることはできない。そのため、電気ヒータを利用する方法や、放電プラズマで生成される酸化ラジカルを利用し、この酸ィ匕ラジカルでもって PMを酸ィ匕して燃焼除去する方法等が提案されて!ヽる。

[0004] しかし、単なる電気ヒータによる加熱では、燃費が悪ィ匕するという問題がある。つまり、 PMの加熱のためだけでなぐ排ガス全体の加熱に熱が使用されてしまう。酸化ラジカルによる場合は、酸ィ匕ラジカルの発生のための効率が悪い。酸化ラジカルは酸ィ匕速度が遅い上に、排ガス中に共存する HC成分との反応にも消費される。従って、 P Mとの反応の効率も悪ぐ結果として消費電力が大きくなる。例えば、小型トラックで数 kWクラスの消費電力となる。

[0005] また、電気的な集塵方法では、次のような方法で、フィルタの圧力損失が上昇するのを抑制している。電気集塵とバグフィルタを組み合わせて、バグフィルタのろ過表面に電界を印加することによって、フィルタ表面に捕集された PMが固着することを防ぐ。堆積状態を制御する。また、 PMの燃焼除去のために、絶縁性のストレートフローハ-カムに電極を配置し、ハ-カムに捕集した PMに電流を流すことによって燃焼除去する。し力し、このストレートフローハ-カムでは、 PMの捕捉が不十分で浄化性能が悪いという問題と、捕捉した PMに十分な電流を流すことができず、捕捉した PMを十分に除去できな、と、う問題がある。

[0006] そのため、ディーゼルエンジン等力排出される排ガス中の PMの捕集性能と PM の燃焼除去の両方に関して、十分な性能を持つ排ガス浄ィ匕装置の開発が必要とされ、様々な装置が提案されている。

[0007] その一つとして、例えば、日本の特開 2001— 132430号公報に記載されているような可燃性物質の除去フィルタが提案されている。この除去フィルタでは、表側面から裏側面まで貫通する捕捉孔を設けた絶縁性隔壁で、可燃性物質 (PM)をこの捕捉孔に捕捉する。この除去フィルタにおいて、可燃性物質の堆積により、両側面に電気的絶縁性を保って貼設した電極間を短絡あるいはスパーク放電させることにより、両電極間につながる、あるいは、つながる直前の堆積物に通電してジュール熱により焼却除去する。そして、この電極間の比抵抗は、 0. 01〜100 Q cmの範囲内とされ、交流あるいは直流の所定の電圧（例えば、 25°Cで 1200V以上、 300°Cで 600V以上）を常時印加又は断続的に印加するとしている。

[0008] し力しながら、この除去フィルタの場合には、次のような問題がある。浄ィ匕性能が悪くなつて力も再生する。 1度短絡やスパーク放電が起こると、その部分で短絡ゃスパーク放電が繰り返され易く他の部分の PMを燃焼除去できな、。短絡やスパーク放電等の電極間で通電が行われる方式では大電流が流れる。

[0009] また、例えば、日本の特開 2001— 173427号公報に記載されているようなウォールフロータイプの放電再生式捕集フィルタが提案されている。このフィルタは、排ガスの流れ方向と平行に放電電極を内壁面に点接触するように設けるとともに、帯電電極を内壁面に堆積した煤層（PM層）と電気的に接触可能に設ける。放電電極と帯電電極の間に例えば 500Vの交流電圧を印加する。そして、内壁面に煤が堆積し堆積煤層が成長すると、放電電極の点接触箇所と、帯電電極に接触し帯電電極と同極性になる堆積煤層の間で放電が発生し、燃焼除去される。

[0010] 更に、例えば、日本の特開 2001— 221032号公報に記載されているようなディーゼルエンジン用黒煙除去装置が提案されている。このクロスフロータイプのフィルタにおいては、放電用電極をフィルタの入口側と出口側に配置する。また、ウォールフロ一タイプのフィルタにおいては、内壁面に放電用電極を配置したり、セル内に挿入された放電電極棒と隣り合うセラミックフィルタの間に介在させた多孔の放電用電極板を力なる放電電極を設けたりする。この放電電極をフィルタ間に配置する。この放電用電極の間に電圧を印加して、アーク放電によって、堆積した黒煙物質 (PM)自体を燃焼してフィルタを再生する。

[0011] また、例えば、日本の特開 2004— 308569号公報に記載されているような PM浄ィ匕リアクターが提案されている。この PM浄化リアクターでは、高気孔率基材のハユカム構造体の上下流に低気孔率基材のハ二カム構造体を配置すると共に、これらの上下流に電極を、また、下流側ハ-カム構造体の外周に外周電極を配置する。これらの電極に、例えば、 5kV以上の直流電圧を印加する。これにより、上下流の電極間で堆積した PMを介した導通路が形成され、アーク放電に近似した通電燃焼が発生する。この燃焼により PMを除去する。

[0012] また、例えば、日本の特開平 04— 135619号公報に記載されているような排気浄化装置が提案されている。この排気浄ィ匕装置では、フィルタの両面に入気側端部が外側に突出する電極と誘電体を配置する。この電極に 1〜： LOkV程度の非直流電圧を印加して、フィルタの入気面に堆積した燃焼性微粒子 (PM)の層と誘電体との間にコロナ放電を発生させる。このコロナ放電場で励起された気体中の酸素や窒素酸化物の一部が微粒子の堆積層に達することにより、微粒子を酸ィ匕除去する。

[0013] これらの従来技術のフィルタ等に捕集した PMを電気的処理によって酸化除去する装置にお、ては、 PMの主成分がカーボン主体であること力電気導電性が高、との前提に立っている。そして、捕集された PMによる電極間の短絡やアーク放電により、 PM自体の通電で、つまり、 PMを流れる電流によるジュール熱の発生で、 PMを酸化燃焼することを目指して、る。

[0014] し力しながら、本発明者らは、実際のディーゼルエンジン力も排出される PMの燃焼実験や電気抵抗の測定を行ったり、絶縁性フィルタへの PMの堆積状態と、この絶縁性フィルタの表面に配置した電極対に印加した電圧と電流との関係に関して、数多くの実験を行ったりした。これらの結果について考察を深めることにより、次のような知見を得た。

[0015] 先ず、 PMの電気抵抗に関して、図 22に示すような温度と電気抵抗の関係から、低温域では、 PMの電気抵抗は、予想以上に高ぐ電気導電性が悪い。これは、 PMの可溶性有機成分 (以下「SOF分」ヽぅ）の悪影響を受けてヽるためと考えられる。そのため、低電圧で通電加熱することは難しい。一方、 SOF分が揮発する高温域で電気抵抗が低下する。従って、この幅広い電気抵抗の変化に対応できる PMの燃焼除去技術が必要である。

[0016] 更に、ディーゼルエンジン力排出される PMは、 SOF分の影響により比較的広い温度域で電気抵抗が高い。そのため、従来技術の方式ように、 PMの電気抵抗が低いとの前提の基に、電極間の短絡等により堆積した PM側の電極間の全体の PMに対して通電することにより、ジュール熱を発生させる場合は、高い電圧と大きな電流が必要となる。従って、実機では短絡やスパーク放電やアーク放電が発生し、 PMを酸ィ匕除去することは非常に難しい。また、スパーク放電やアーク放電等を用いると、このスパーク放電やアーク放電によりフィルタが損傷してダメージを受ける。

[0017] 更に、図 1及び図 2に示すように、絶縁性フィルタ 12の表面近傍に、第 1電極 13aと第 2電極 13bからなる電極対 13を配置した装置で、 PMの捕捉及び堆積状態と、両電極 13間の電圧 Vと電流 Iの関係とを測定した結果、次のような重要な知見を得た。

[0018] 絶縁性フィルタ 12の表面に堆積している PMの量が少ない状態では、電極対 13間には電流 Iは流れない。し力し、 PMの堆積が進拔すると両電極 13間のインピーダンスが低下して、 PMの堆積が限界を超えると電極対 14間に電流 Iが流れるようになる。この電極対 13間に印加する電圧 Vと電流 Iの関係は図 5に示すようになる。この図 5 に示すように、電流 Iは、電圧 Vが低い間はオームの法則に従う比例関係にあり、直線的に変化する。しかし、特定の電圧 vth (又は—vth) (第 1の変曲点）を境として、この比例関係が崩れ、電圧 Vに対して電流 Iの増加量が著しく大きくなる。この特定の電圧 vth (又は— vth)カゝら電圧 Vと電流 Iの関係が大きく変化する。

[0019] そして、直流電力の電圧又は交流電力の電圧波高値が Vth以下又は Vth以上の非線形領域 RNに達すると、電極対 13間に空間的かつ時間的にランダムに、発生と消滅を繰り返す微小発光放電が発生するようになる。この微小発光放電は、絶縁物表面に電位差がある時に、表面に沿って電流が流れてジュール熱が発生する局部的な微小発光放電である。この放電は、電界の不整によって生じるシンチレーションと呼ばれる局所的な放電であり、電極対の間に大きな電流が流れる短絡やアーク放電等とは異なる。

[0020] この微小発光放電は、電気器具のコンセント等の火災の原因となる、電気器具の使用される有機絶縁物の表面が湿潤、汚染が原因となって絶縁破壊を起こすトラツキングに関係してよく知られた現象である。このトラッキングでは、この微小発光放電により、絶縁物の一部を分解して炭化生成物を生成する。その結果、この導電率の大きい炭化生成物に電界が集中し、その周辺に炭化物を生じる。この炭化物が電極間に伸びて行き、ついに短絡して全路破壊に至り、トラッキングとなる。

[0021] 一方、フィルタ表面に堆積した PMの場合には、 PM自体が炭化物であって、この微小発光放電により、 PMが燃焼除去されるとその部位の抵抗値は高くなり、別の箇所に微小発光放電が移動する、ということが繰り返される。そのため、トラッキングのように全路破壊に至らず連続的に PMの燃焼除去が実現できる。その結果、少ない消費電力で絶縁性フィルタ 12の目詰まりを解消することができる。

[0022] 一方、直流電力の電圧 V又は交流電力の電圧の波高値 Vhが、 Vthから Vthの間の線形領域 RLにあるときは、絶縁性フィルタ 12の表面に微小発光放電が発生しない。この領域 RLで、通電により絶縁性フィルタ 12の目詰まりを解消しょうとすると多量の電力を消費することになる。

[0023] 従って、電極対間の電圧を特定な範囲の電圧とすることにより、 PMが堆積した絶縁性フィルタの表面に、空間的かつ時間的にランダムに、発生と消滅を繰り返す微小発光放電を形成することができ、この微小発光放電によって捕集した PMを酸ィ匕して燃焼除去することができる。そして、少ない消費電力で絶縁性フィルタ 12に堆積した PMを燃焼除去するためには、電極対 13間の距離等に応じた電極対 13間に印加する電圧 Vの設定が、特に重要である。

特許文献 1 :特開 2001— 132430号公報

特許文献 2：特開 2001— 173427号公報

特許文献 3：特開 2001 - 221032号公報

特許文献 4：特開 2004— 308569号公報

特許文献 5：特開平 04— 135619号公報

発明の開示

[0024] 本発明は、上記の知見を得て、前記の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、絶縁性フィルタ面上に空間的 ·時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を利用して、捕集された PMの燃焼除去を、少ない消費電力で行うことができ、ディーゼルエンジン等カゝら排出される排ガス中の PMの捕集効率及び燃焼除去効率を高めることができる排ガス浄ィ匕方法及び排ガス浄ィ匕システムを提供することにめる。

[0025] 上記のような目的を達成するための排ガス浄ィ匕方法は、排ガス中の粒子状物質を捕捉する絶縁性捕捉部材の表面又は表面近傍に、電極対を 1対以上配置し、該電極対間に、前記絶縁性捕捉部材の表面で捕捉した前記粒子状物質の堆積量の増加に伴って前記絶縁性捕捉部材の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を発生させる所定の電圧を印加し、この所定の電圧の印加によって発生した前記微小発光放電により、前記絶縁性捕捉部材に捕捉された粒子状物質を燃焼除去することを特徴とする。

[0026] この所定の電圧を印加する際に使用される電圧は、直流、交流、高周波、パルスのいずれでもよいが、短絡、スパーク、アーク放電等の電極対の間全体に電流が流れるような大きな電圧ではなぐ空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電、即ち、シンチレーシヨンと呼ばれる部分放電が発生する電圧とする。

[0027] この微小発光放電を更に詳しく述べると次のようである。絶縁物表面に PM (該絶縁物よりは導電性がある）が付着もしくは堆積するが、その付着 (堆積)の仕方は微視的にみれば空間的に不均一である。このため、絶縁物表面に電位差があると、 PM付着 (堆積)層に形成される電界にも空間ムラが生じる。そして、絶縁物表面の電位差が所定の値以上になると局部的にプラズマを形成するのに十分な電界強度に達する箇所が生じる。このようにして形成されるのが前記の微小発光放電である。

[0028] この微小発光放電により、 PM付着 (堆積)層は局部的に加熱され、その部位の PM が燃焼除去される。 PMが燃焼除去された部位は絶縁性が再び高くなり、あらたな電界の空間ムラを形成し、別の箇所で微小発光放電の形成を促す。このように、微小発光放電は、電極対間に大電流が流れる短絡やアーク現象とは異なる現象である。この微小発光放電は、電極対の間を橋絡するような姿態ではなぐ図 4に示すように、夜空の星の瞬きの如ぐ「パラパラ」とか「チラチラ」という感じで、電極対の間の一部分で発生する。し力も、この微小発光放電はでは、発生箇所がランダムに移動するものである。

[0029] この微小発光放電が生じた部分の粒子状物質 (PM)は、この微小発光放電で発生するジュール熱により加熱され燃焼し、除去される。従って、電極対に所定の電圧を常時または、時間的な間隔をおいて印加しておくと、粒子状物質の堆積の進行により微小発光放電が発生して、この粒子状物質が燃焼除去される。この現象により、空間的、また時間的にはランダムに捕捉と再生が繰り返される。そして、全体としては連続的に捕捉と再生が行われることになる。また、排ガス温度が高温の場合には、この微小発光放電やこの微小発光放電による燃焼部が着火源となり、隣接する粒子状物質も燃焼する。この燃焼の伝播により、周囲の粒子状物質も燃焼除去される。

[0030] また、排ガス中の粒子状物質 (PM)を捕捉する絶縁性捕捉部材としては、粒子状物質を含む排ガスを通過させて粒子状物質を捕捉する絶縁性フィルタを用いることができる。この他にも、コロナ放電などにより帯電させた粒子状物質を静電力を利用して電気的に捕捉する、表面に絶縁性を持たせた集塵電極 (稠密セラミック、多孔質セラミック、セラミック繊維などを表面に配置した集塵電極など)であってもよい。要は電極対に印加された電力を捕捉部材側に流さない電気的絶縁性を持つ捕捉部材であればよい。 [0031] そして、上記のような目的を達成するための排ガス浄ィ匕システムは、排ガス中の粒子状物質を捕捉する絶縁性捕捉部材と、該絶縁性捕捉部材の表面又は表面近傍に 1対以上配置された電極対と、該電極対間に所定の電圧を印加する電圧印加装置とを備えた排ガス浄ィ匕システムであって、電圧印加装置が、前記絶縁性捕捉部材の表面で捕捉した前記粒子状物質の堆積量の増加に伴って前記絶縁性捕捉部材の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を発生させる所定の電圧を印加するように構成する。

[0032] また、上記の排ガス浄ィ匕システムにおヽては、前記絶縁性捕捉部材を粒子状物質を含む排ガスを通過させて前記粒子状物質を捕捉する絶縁性フィルタで構成することがでさる。

[0033] 更に、上記の排ガス浄ィ匕システムにお、て、前記所定の電圧を、前記電極対間の電流電圧特性が非線形となる領域の電圧とする。

[0034] つまり、図 5に示すように、絶縁性捕捉部材の表面に堆積している PMの量が少ない状態では、電極対間には電流は流れない。 PMの堆積が進拔すると両電極間のィンピーダンスが低下して、限界を超えると電極対間に電流が流れるようになる。この電極対間に印加する電圧と電流の関係は、電圧が低い間はオームの法則に従う比例関係にあり、直線的に変化する。しかし、特定の電圧 (第 1の変曲点) Vth (又は— Vt h)を境にして比例関係が崩れ、電圧に対する電流の増加量が著しく大きくなる。この特定の電圧 Vth以上 (又は Vth以下）に、電極対に印加する直流電力の電圧又は交流電力の電圧波高値を設定する。この印加電圧により、電極対間に空間的かつ時間的にランダムに、発生と消滅を繰り返す微小発光放電が形成される。

[0035] より具体的には、この特定の電圧 Vthは、実験的に求めたものである力電極対間の距離を dcmとした時に、 450 X dV〜900 X dVの範囲内の値となる。この特定の電圧 Vthや非線形領域の範囲は、電極の形状、ディーゼルエンジンの種類やエンジンの運転状態によって変化する PMの電気抵抗に依存するが、適宜実験を行って求めることができる。従って、この実験結果から電極対に印加する最適な電圧を設定することができる。

[0036] なお、印加する電圧が大きすぎると、微小発光放電ではなぐ短絡やスパークゃァーク放電 (空間放電が介在する形で発生することがある）が頻発し、絶縁性フィルタにダメージを与えたり、過電流によって電源の損傷を引き起こす可能性がある。そのため、電極対に印加する直流電力の電圧の絶対値又は交流電力の電圧波高値の絶対値を、この特定の電圧 Vthの 1. 05〜2. 2倍の範囲内とする。

[0037] そして、印加する所定の電圧 Vsは、電極対間の距離を dcmとした時に、下限は 45 O X dV〜900 X dVの範囲内の値とし、上限は、 1000 X dV〜1800 X dVの範囲内の値とするのが好ましい。また、実験的に得られた結果としては、 Vsを 650 X dV〜l 800 X dVの範囲内にするのがさらに好まし!/、。

[0038] 上記の排ガス浄ィ匕システムにお、て、前記絶縁性捕捉部材の上流側に、排ガス中の微粒子を帯電させるための帯電手段を配置する。この帯電手段としては、コロナ放電、バリア放電、パルス放電、放射線源、電子線等を利用した帯電手段を使用できる

[0039] 上記の排ガス浄ィ匕システムにおいて、前記絶縁性捕捉部材をセラミック繊維フィルタで形成する。このセラミック繊維フィルタには、生体影響に関する安全性の観点から SiO系、 SiO — MgO系、 SiO — MgO— CaO系の材質を用いることが好ましい。

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また、繊維径としては、 3ミクロン以上 100ミクロン以下のものを用いることが好ましい。

[0040] 上記の排ガス浄ィ匕システムにおいて、前記絶縁性捕捉部材に酸化触媒を担持させる。あるいは、前記絶縁性捕捉部材の上流側、または、下流側に酸化触媒を配置する。これらの構成とすることにより、酸化触媒の触媒作用により、絶縁性捕捉部材に捕集され難!ヽ気化して!/ヽる可溶性有機成分や、炭化水素類 (以下「HC」 t ヽぅ）を酸ィ匕除去できるようになる。

[0041] 本発明の排ガス浄ィ匕方法及び排ガス浄ィ匕システムによれば、絶縁性フィルタ面上に空間的，時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を利用して、捕集された PMの燃焼除去を、少ない消費電力で十分に行うことができる。従って、ディーゼルエンジン等カゝら排出される排ガス中の PMの捕集効率及び燃焼除去効率を高めることができる。

図面の簡単な説明

[0042] [図 1]本発明に係る第 1の実施の形態の排ガス浄ィ匕システムの構成を模式的に示す図である。

[図 2]図 1の A— A矢視図である。

[図 3]図 1の絶縁性フィルタ表面に PMが堆積した状態を模式的に示す図である。

[図 4]図 3の A— A矢視図である。

圆 5]電圧と電流の関係を模式的に示す図である。

圆 6]本発明に係る第 2の実施の形態の排ガス浄ィ匕システムの構成を模式的に示す図である。

圆 7]帯電処理が予めなされた場合の絶縁性フィルタへの PMの付着状態を模式的に示す図である。

[図 8]帯電処理がなされない場合の絶縁性フィルタへの PMの付着状態を模式的に示す図である。

圆 9]本発明に係る第 3の実施の形態の排ガス浄ィ匕システムの構成を模式的に示す図である。

[図 10]図 9の電極対の構成を示す上から見た図である。

[図 11]図 9の電極対と絶縁性フィルタの構成を示す下側の部分横断面である。圆 12]本発明に係る第 3の実施の形態の他の排ガス浄ィ匕システムの構成を模式的に示す図である。

[図 13]図 12の電極対と絶縁性フィルタの構成を示す下側の部分横断面である。

[図 14]図 12の電極対の構成を示す上から見た図である。

[図 15]図 12の電極対と絶縁性フィルタの構成を示す下側の部分側断面である。

[図 16]図 12の電極対の他の構成例を示す図である。

圆 17]実施例 1の実験装置の構成を模式的に示す図である。

[図 18]実施例 1のフィルタの圧力損失の時間変化を示す図である。

圆 19]実施例 1の粒径分布を示す図である。

圆 20]実施例 2の実験装置の構成を模式的に示す図である。

[図 21]繊維フィルタのフィルタ表面の拡大写真である。

圆 22]粒子状物質の温度と電気抵抗の関係を示す図である。

発明を実施するための最良の形態 [0043] 以下、本発明に係る実施の形態の排ガス浄ィ匕システムにつ、て、車両搭載のディーゼルエンジンの排ガスを処理対象ガスとした排ガス浄ィ匕システムを例にして、図面を参照しながら説明する。なお、下記の実施の形態では、絶縁性捕捉部材に絶縁性フィルタを用いている。し力し、本発明はこれに限定されない。本発明は、この他のコロナ放電などにより帯電させた粒子状物質を、静電力を利用して電気的に捕捉する装置等にも適用できる。

[0044] 図 1〜図 4に、本発明の第 1の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1を示す。なお、図 1及び図 2は、 PM (粒子状物質）が堆積する前の状態を示す。図 3及び図 4は PM41 が堆積し、微小発光放電 42が発生している状態を示す。

[0045] この排ガス浄ィ匕システム 1では、ディーゼルエンジン等の排ガス流路 11に、絶縁性フィルタ (絶縁性捕捉部材） 12と電極対 13と微小発光放電用電源 14を備えたフィルタ部 10を設けて形成される。この絶縁性フィルタ 12を、排ガス Gの流れを遮る形で、即ち、排ガス Gの主流方向に対して絶縁性フィルタ 12の表面が交差し、排ガス Gが絶縁性フィルタ 12の表面力も裏面に通過するように配置する。この絶縁性フィルタ 12 は、繊維径が数ミクロン〜 100ミクロン、好ましくは数 10ミクロンのオーダーの大きさの気孔を有するセラミック繊維フィルタで形成する。

[0046] このセラミック繊維フィルタとしては、種々のものが適用できるが、図 15に示すように繊維径が 3ミクロン以上のものを多く含む繊維フィルタ力特に良好な PM除去性能を示す。このセラミック繊維の材質としては、 Al O (酸ィ匕アルミニウム）系や SiO (酸

2 3 2 化ケィ素）系など絶縁性のものであれば多様なものを使用できる。但し、生体影響に関する安全性の観点からは、生体溶解性に優れたセラミック繊維、例えば、 SiO 系（

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SiO — MgO系、 SiO — MgO— CaO系）が好ましい。なお、セラミック繊維フィルタ

2 2

とは別の絶縁性フィルタ、例えば、孔径が数ミクロンから 100ミクロン程度の気孔を有する多孔質セラミック等を使用してもよい。

[0047] また、第 1電極 13aと第 2電極 13bと力もなる電極対 13を、図 1及び図 3に示すように、絶縁性フィルタ 12の上流側の表面又は表面近傍に、 1組以上、即ち単数又は複数組配置する。この電極対 13は、絶縁性フィルタ 12の表面に接触している方が好ましいが、電極対 13と絶縁性フィルタ 12の表面との間に多少の隙間があってもよい。この電極対 13は、図 2及び図 4に示すように、 2枚の平行平板 13a, 13bで形成してもよぐまた同心円状の円筒で形成してエッジ部分を無くし、フィルタの再生可能面積の比率が大きくなるようにしてもよい。また、第 1電極 13aと第 2電極 13bに鋸歯状や櫛状などの微細構造を設けて、電界集中点を多数分散配置して、微小発光放電の発生を促進するようにしてもよい。要は、絶縁性フィルタ 12の表面に空間的に分散した形で微小発光放電 42を形成できるように電極対 13を適宜配置すればよぐこの電極対 13には種々の構成を採用できる。

[0048] この電極対 13は、高電圧電力供給装置である微小発光放電用電源 14に接続される。この微小発光放電用電源 14により、所定の設定電圧 Vsが電極対 13に印加される。この微小発光放電用電源 14は、電極対 13に所定の設定電圧 Vsを印加するための高電圧電源であり、この印加電圧の波形は、直流、交流、高周波、パルス、矩形状交番等の多様な波形の、ずれでもよぐ V、ずれの波形でも十分な効果が得られる。

[0049] そして、本発明においては、電極対 13間に印加する設定電圧 Vsの大きさが特に重要である。絶縁性フィルタ 12の表面で捕集した PM41の堆積量の増加に伴って、図 3及び図 4に示すように、電極対 13間の PM堆積層 41において、絶縁性フィルタ 1 2の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電 4 2を発生させるような設定電圧 Vsとする。この設定電圧 Vsの印加によって発生した微小発光放電 42により、捕集した PM41を燃焼除去し、絶縁性フィルタ 12の目詰まりを解消する。この微小発光放電は、絶縁物表面に電位差がある時に、表面に沿って電流が流れてジュール熱が発生する局部的な微小発光放電であり、電界の不整によって生じるシンチレーシヨンと呼ばれる部分放電であり、電極対の間に大きな電流が流れる短絡やアーク放電等とは異なる。

[0050] この設定電圧 Vsは、絶縁性フィルタ 12の表面に堆積した PM堆積層 41の電気的特性から実験的に求めることができる。つまり、絶縁性フィルタ 12の表面に堆積している PM41の量が少ない状態では、電極対間 13には電流 Iは流れない。し力し、 PM 41の堆積が進拔すると両電極 13a, 13b間のインピーダンスが低下して、限界を超えると電極対 13間に電流 Iが流れるようになる。

[0051] この電極対 13間に印加する電圧 Vと電流 Iの関係は、図 5に示すように、電圧 Vが低い間 (線形領域 RL内）は比例関係にあり直線的に変化する。しかし、特定の電圧 Vth (又は—Vth)を境にして比例関係が崩れる。非線形領域 RNに入ると、電圧 Vに対する電流 Iの増加量 (又は減少量)が著しく大きくなり変曲する。この特定の電圧 Vt h以上 (又は— Vth以下）に、即ち、非線形領域 RNの範囲に、電極対 13に印加する直流電力の電圧 Vs又は交流電力の電圧波高値 Vsを設定する。

[0052] なお、この設定電圧 Vsを高くしすぎると、微小発光放電ではなぐ短絡やスパークやアーク放電 (空間放電が介在する形で発生することがある）が頻発し、消費電力量の増大のみならず、絶縁性フィルタにダメージを与えたり、過電流によって電源の損傷を引き起こす可能性がある。そのため、設定電圧 Vsは、その絶対値が特定の電圧 Vthの近傍の範囲内、例えば、 1. 05 XVth〜2. 2 XVthにする。

[0053] そして、これに対応させて、印加する所定の電圧 Vsは、電極対間の距離を dcmとした時に、下限は450 (1¥〜900 (1¥の範囲内の値とし、上限は、 1000 X dV〜18 00 X dVの範囲内の値とする。この設定電圧 Vsを電極対 13に印加すると、電極対 1 3間の PM堆積層 41がある程度増加すると、この電極対 13間の PM堆積層 41に空間的かつ時間的にランダムに微小発光放電 42が繰り返えし発生しては消滅するようになる。

[0054] この特定の電圧 Vthは、電極 13a、 13bの形状、間隔や PMの電気抵抗 R等に依存し、この PMの電気抵抗 Rはエンジンの運転条件により変動するので適宜実験で測定して、特定の電圧 Vthを求めて、設定電圧 Vsを決定する。なお、この特定の電圧 Vthは、電極対間距離を d (cm:センチメートル）として、おおよそ 450 X d (V:ボルト）〜900 X d(V:ボルト)程度であることが実験的に得られている。また、この設定電圧 Vsをエンジンの運転状態の全てを含むような一定の値とすることもできる力ェンジンの運転状態に応じて、設定電圧 Vsを変化させるように制御する方がより効率的となり好ましい。なお、印加電圧の波形は、電圧波高値が上記の設定電圧 Vsであれば、直流電圧、交流電圧、パルス電圧、高周波電圧、矩形状交番電圧等の多様な波形の、ずれでも十分な効果を得ることができる。

[0055] この排ガス浄化システム 1では、排ガス中の PMは絶縁性フィルタ 12の表面上や表面より内側等の表面近傍で捕捉され堆積する。この PM41の堆積が進拔すること〖こより、電極対 13のインピーダンス、即ち、第 1電極 13aと第 2電極 13bとの間のインピ一ダンスが低下して、限界を超えると電流が流れ始める。更に、 PM41の堆積が進拔すると、電極対 13間に印加された電圧 Vsにより、電極対 13の間の PM堆積層 41〖こ電位差が形成され、 PM堆積層 41の微視的な不均一性に起因する電界不整により、 PM堆積層 41に空間的かつ時間的にランダムに微小発光放電 42が生じる。この微小発光放電 42のジュール熱により PMが燃焼し、絶縁性フィルタ 12が局部的に再生される。また、 PMの燃焼は発熱プロセスであるため、微小発光放電 42の周囲の PM も延焼除去される。この延焼範囲は、排気温度が高い場合には比較的広範囲に及ぶことちある。

[0056] そして、この PM堆積層 41の増カロと微小発光放電 42の発生による PM燃焼との繰り返しにより、絶縁性フィルタ 12は全体としては過度の目詰まり状態と、この目詰まりによるフィルタの圧力損失の過度の上昇とを回避しながら、良好な PM浄化性能を維持できる。

[0057] 図 6に、本発明の第 2の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1Aを示す。この排ガス浄化システム 1Aは、第 1の実施の形態のフィルタ部 10の上流側に、排ガス中の PMを帯電させる帯電部 (帯電手段) 20を設けて構成する。図 6では、この帯電部 20として、コロナ放電発生用の第 1放電電極 21と第 2放電電極 22と、この放電電極 21、 22に放電用の電圧を印加するための放電用電源 23とからなるコロナ放電装置を用いている。この第 1放電電極 21は電界集中係数の高い電極で、細線電極、角状電極、突起構造付き電極等の線状 (ワイヤ状)や棒状等の線状体、例えば、 SUS304製の中空ワイヤ等で形成される。この第 1放電電極 21は、高圧の電力を供給する放電用電源 23に接続される。また、第 2放電電極 22は、碍子等により第 1放電電極 21とは電気的に絶縁状態で接地 (アース)される。

[0058] そして、この第 1放電電極 21に、一般的には負極性の直流電圧が印加されるが、正極性であってもよぐ直流、交流、パルス状のいずれかの電圧が印加され、両電極 21、 22の間にコロナ放電を発生し、排ガス中の PMを帯電させる。なお、このコロナ放電の他にも、バリア放電、パルス放電、放射線源、電子線照射等を利用して PMを帯電させる帯電手段がある。 [0059] この帯電部 20により、フィルタ部 19の上流側で PM41が帯電されると絶縁性フィルタ 12の表面の PM堆積状態が変わる。絶縁性フィルタ 12に流入する排ガス中の PM を予め帯電させておくと、図 7に模式的に示すように、 PM41同士は静電反発力により空隙を維持した状態で絶縁性フィルタ 12の表面に適度に分散する。そして、 PM4 1は「フワッ」とした感じで付着し、表面に停まった状態で堆積する。この分散付着により、圧力損失力、さくなるので、絶縁性フィルタ 12の圧力損失の上昇を回避でき、また、電極対 13の間の電気抵抗を高く維持できる。また、 PM41が絶縁性フィルタ 12 の表面近傍に分散して捕捉されるため、電極対 13間に発生する微小発光放電 42で効果的に PM41を燃焼除去できる。その結果、絶縁性フィルタ 12の目詰まり解消に必要な微小発光放電用の電力を低減できる。

[0060] 一方、帯電させてない場合は、図 8に模式的に示すように、 PM41は「ベチヤッ」とした感じで付着して表面に停まらず、絶縁性フィルタ 12の奥まで入り込んで堆積する。この密着した付着により、図 7の分散付着に比べて、圧力損失が大きくなり、また電気抵抗も小さくなる。

[0061] この帯電部 20の PM帯電により、 PM41は誘導電荷との吸引力である静電気力によって、絶縁性フィルタ 12に効果的に捕捉される。そのため、非常に小さな粒子も捕捉できるので、特にナノサイズの微粒子の捕捉性能が格段に向上する。し力も、ェンジンの過渡的な圧力変動や振動にさらされても、 PM41は静電気力により絶縁性フィルタ 12上に強固に捕捉されているので、下流に漏出することがない。

[0062] 次に、本発明の第 3の実施の形態の排ガス浄ィ匕システムについて説明する。この第 3の実施の形態の排ガス浄ィ匕システムは、第 1の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1 又は第 2の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1Aに、白金やバナジウム等の貴金属で形成される酸化触媒を併用するものである。この酸化触媒を用いることにより、絶縁性フィルタ 12では十分に除去できない排ガス中の気化している可溶性有機成分や、炭化水素類 (HC)を、この酸化触媒の触媒作用により酸化除去し、排ガス浄化性能をより一層高めることができる。

[0063] そして、酸化触媒の配置は、次のような考え方で、エンジンの種類や運転条件に応じて、酸ィ匕触媒とセラミックフィルタの配置を種々選択すればよい。絶縁性フィルタ 12 に堆積した PM41の電気抵抗 Rは、排ガス中の SOF分の影響を受け、 SOF分が多いと PM41の電気抵抗 Rは大きくなる。そのため、エンジンから排出される PM41の電気抵抗 Rが比較的大きい場合には、絶縁性フィルタ 12に捕集された PM41の電気抵抗 Rを下げて、電極対 13間に印加する電圧 Vcを比較的低く抑える方が好ましい。従って、酸化触媒コンバータを上流側に配置することが好ましい。一方、エンジンカゝら排出される PM41の電気抵抗 Rが比較的低ぐ電極 13間に印加する電圧 Vsを高くできな!/、場合は、 SOF分を絶縁性フィルタ 12の上流側で除去せずに下流側で除去するように、酸化触媒コンバータを下流側に配置するとよヽ。

[0064] この酸ィ匕触媒の配置の具体的なものとしては、次のようなものがある。先ず、第 1の実施の形態において、酸ィ匕触媒を電極対 13を備えた絶縁性フィルタ 12に担持させる構成がある。この第 1の実施の形態に対して、酸化触媒を担持した酸化触媒コンパータを、電極対 13を備えた絶縁性フィルタ 12の上流側に配置する場合と下流側に配置する場合とがある。また、第 2の実施の形態において、酸化触媒を電極対 13を備えた絶縁性フィルタ 12に担持させる構成がある。更に、この第 2の実施の形態に対して、酸化触媒を担持した酸化触媒コンバータを、帯電部 20の上流側に配置する場合と、帯電部 20と絶縁性フィルタ 12の間に配置する場合と、絶縁性フィルタ 12の下流側に配置する場合とがある。

[0065] また、酸ィ匕触媒を絶縁性フィルタ 12に分散担持させると、排ガス中の SOF分や HC 分を PM燃焼の補助材として利用することができ、より効果的に PMを燃焼除去できる。更に、酸ィ匕触媒コンバータを配置した構成において、電極対 13を備えた絶縁性フィルタ 12に酸ィ匕触媒を担持させる構成とすることもできる。

[0066] この第 3の実施の形態の排ガス浄化システムの例として、図 9〜図 11と図 12〜図 1 4に、酸ィ匕触媒コンバータ 30を帯電部 20Bの上流側に配置した排ガス浄ィ匕システム 1 Bと排ガス浄ィ匕システム 1 Cをそれぞれそれぞれ示す。図 9〜図 11に示す排ガス浄化システム 1Bでは、上流側から酸ィ匕触媒コンバータ 30、帯電部 20B、フィルタ部 10 Bが配設される。

[0067] この酸化触媒コンバータ 30は、コージエライト、 SiC等の多孔質のセラミックのハ- カム構造体等の担持体に、酸化アルミニウム等の触媒コート層を設け、この触媒コート層に白金やバナジウム等の触媒金属を担持させて形成する。

[0068] また、帯電部 20Bは、複数の同軸コロナ放電管 25B内にそれぞれ配置されたコロナ放電電極 (第 1放電電極） 21Bを有して構成される。この各コロナ放電電極 21Bにコロナ放電用電源 23B力も高電圧端子 22Bと高電圧給電板 24Bを経由して、負極性又は正極性で、直流、交流、パルス状等のいずれかの高電圧 HVの電力が供給されるように構成される。一方、同軸コロナ放電管 25Bは第 2放電電極を兼ねており、高電圧電源 23Bの 0Vに接続される。このコロナ放電電極 21Bと同軸コロナ放電管 2 5Bとの間にコロナ放電を発生し、通過する排ガス G中の PMを帯電する。

[0069] そして、フィルタ部 10Bは、絶縁性フィルタ 12Bが通気性のある板状のフィルタ保持板 15Bの内側（上流側）に筒状に配置され、内側力外側に流れる排ガス G中の PM を内側表面で捕捉するように構成される。更に、電極対 13Bがこの内側表面又は内側表面近傍に配置される。この例では、排ガス Gが内側から外側に流れる構成となつている。しかし、外側を上流側として、外側から内側に排ガス Gが流れる構成とし、フィルタ保持板の外側に絶縁フィルタを配置し、絶縁性フィルタの外側表面に電極対を酉己置してちょい。

[0070] この電極対 13は、図 10及び図 11に示すように、芯棒 17Bに固定された碍子 18B に支持され、微小発光放電用電源 14Bの高電圧 HV側力もの電力が高電圧端子 16 Bと電位固定棒 19Baを経由して第 1電極 13Baに供給されるように構成される。一方、第 2電極 13Bbは、高電圧電源 14Bの OV側に電位固定棒 19Bbを介して接続される。

[0071] 図 12〜図 15に示す排ガス浄ィ匕システム 1Cでは、上流側から酸化触媒コンバータ 30、帯電部 20B、フィルタ部 IOCが配設される。この酸化触媒コンバータ 30と帯電部 20Bは、排ガス浄化システム 1Bと同じである。

[0072] そして、フィルタ部 10Cは、平板状の絶縁性フィルタ 12Cが排ガス Gの流れ方向に細長い電極対 13Cの両側に配置され、電極対 13Cの間を流れてきた排ガス Gが絶縁性フィルタ 12Cを電極対 13C側の内側から外側に通過しながら、排ガス G中の P Mを捕捉するように構成される。また、絶縁性フィルタ 12Cの外側には、通気性を有するフィルタ保持板 15Cが配置され、絶縁性フィルタ 12Cを支持する。この構成により、電極対 13Cが絶縁性フィルタ 12Cの捕捉側の表面又は表面近傍に配置される。図 12及び図 13では、電極対 13Cと両側の絶縁性フィルタ 12Cで形成されるユニットが上下に 2つある状態を示して、る。

[0073] また、この電極対 13Cは、図 14及び図 15に示すように、芯棒 17Cに固定された碍子 18Cに支持され、微小発光放電用電源 14Cの高電圧 HV側からの電力が高電圧端子 16Cと電位固定棒 19Caを経由して第 1電極 13Caに供給されるように構成される。一方、第 2電極 13Cbは、微小発光放電用電源 14Cの OV側に電位固定棒 19Cb を介して接続される。更に、この電極対 13C、即ち、第 1電極 13Caと第 2電極 13Cb には、フィルタ面への排ガス流れの均一性をよりよくするためや、電極の軽量化をはかるために、通風孔 13Ccを設けても良い。

[0074] また、図 12、図 13に示す絶縁性フィルタ 12Cと電極対 13Cの構成の変形例として、絶縁性フィルタ 12Cを通気性を有する円筒などの筒形状のフィルタ保持板 15Cの上流側に配置し、絶縁性フィルタ 12Cの上流側表面に図 16に示すような電極対 13 Cを配置してもよい。筒の内側を上流側とするときは、絶縁性フィルタ 12Cの内側に図 16に示すような電極対 13Cを配置すればよぐ筒の外側を上流側とするときは、絶縁性フィルタ 12Cの外側に、図 16に示すような電極対 13Cを配置すればよい。また、この電極対 13Cも、軽量化の便のためやガスの均一性の確保の便のため通気孔を適宜あけてもよい。

[0075] これらの第 3の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1B、 1C等の酸化触媒を用いた排ガス浄化システムによれば、絶縁性フィルタ 12、 12B、 12Cでは十分に除去できない排ガス中の PMの SOFや HCを、この酸化触媒の触媒作用により酸化除去し、排ガス浄ィ匕性能をより一層高めることができる。

[0076] 〔実施例 1〕

次に、第 3の実施の形態の排ガス浄ィ匕システム 1B、 1Cを用いて行った排ガス浄ィ匕実験について説明する。図 17に、実施例 1の実験装置の構成を模式的に示す。この実施例 1では、排気量 4300ccのディーゼルエンジンを搭載した 2t車のトラック 50の排気通路 51に排ガス浄ィ匕システム 1Bを配置して行った。このセラミックフィルタ 12B の前後差圧を計測するために差圧センサ 52を設け、更に、排気通路 51から分岐した排ガスの成分を計測するために希釈器 53と微粒子計測器 54を設けた。

[0077] 上流側から、酸化触媒 30と、コロナ放電による帯電部 20Bと、フィルタ部 10Bで構成した。この酸化触媒 30は、セラミックハ-カムに白金を担持している。帯電部 20は、直径約 60mm、有効放電長 80mmの同軸コロナ放電管 25B (図 9)を 8本並列配置した同軸円筒式のものである。フィルタ部 10Bは、力さ密度約 130kgZm³、厚さ 12 mm、ガス通過面の面積 1200cm²のセラミック繊維のセラミックフィルタ 12Bとを備えている。このセラミックフィルタ 12Bのガス通過面の上流側に、電極板厚 0. 5mm〜2 mm、電極対間隔 6mm〜25mmの電極対 13B (図 10、図 11)を配置した。なお、電極板厚と電極対間隔はこれらの寸法範囲カゝら適宜選択して実験を行っている。

[0078] そして、トラック 50をエンジン回転数 2000rpmで連続運転し、排ガス全量を，排ガス浄ィ匕システム 1Bの実験装置に流すとともに、この電極対間に、直流 0. 5kV〜2. 5 kV、又は、交流 400V〜lkV (波高値は ± 560V〜± 1. 4kV)の電圧を印加した。このときのセラミックフィルタ 12Bの圧力損失の経時変化を差圧計 52で測定した。また、セラミックフィルタ 12Bを通過した排ガスについて、ろ紙による微粒子重量測定と、微粒子計測器による微粒子濃度測定を実施した。

[0079] この実験結果の一例を図 18に示す。図 18の（a)と (b)は上流側での PMの帯電処理無し、（c)と (d)は上流側での PMの帯電処理有りで、 (a)と (c)は微小発光放電用電圧の印加無し、 (b)と (d)は微小発光放電用電圧の印加有りの場合の実験結果である。

[0080] 微小発光放電の効果について見ると、図 18の（a)〜（d)で示すように、最初の間、即ち、電極対の間に PMの堆積量がある程度進拔して微小発光放電用の電流が流れ始めるまでは、時間経過に従ってフィルタの圧力損失が上昇する。そして、微小発光放電用電圧を印カロしない (a)と (c)では圧力損失がそのまま大きくなる。一方、微小発光放電用電圧を印加した (b)と (d)では、電極対の間に PMの堆積量がある程度に達して微小発光放電用の電流が流れ始めると微小発光放電が発生し、 PMが燃焼除去され、圧力損失が低下し始める。

[0081] また、帯電処理の効果につ!、て見ると、帯電処理無しの（a)と (b)に対して、帯電処理有りの（c)と（d)のように、予め PMを帯電させると、圧力損失の上昇速度は緩やかになり、かつ、微小発光放電による PMの燃焼除去特性がより良好なものとなる。特に、（d)では圧力損失がほぼ一定となっており、フィルタに堆積した PMが微小発光放電によって完全に燃焼除去できて、ることが分かる。

[0082] この実施例 1では、実験開始時点の電極対間の電気抵抗 Rは数十 Μ Ω以上とほぼ絶縁状態である。しかし、 PMが堆積して圧力損失が徐々に上昇するとともに電気抵抗 Rは低下し、微小発光放電が開始されて圧力損失が低下し始める時点では、電気抵抗 Rは数〜数十程度に低下している。なお、この電極対間に流れる電流は 0. 1 A〜数 Aのオーダーである。また、微小発光放電に要する電力は（b)では 500 W以上であつたが、（d)では 250W以下となっている。これにより、予め PMを帯電させると消費電力が大きく低減される効果があることが分力つた。なお、この（d)では、 P M除去性能は重量ベースで 92%の除去率であった。

[0083] そして、図 19に排ガス中の微粒子の粒径分布を測定した結果を示す。この粒径分布は、ー且、排ガスを希釈器（Matter Engineering社： MD19- 2E )を用いて 30倍に希釈した後、微粒子計測器（市販品の TSI社の SMPS : Scanning Mobility Particle Size r： 3936-L10)を用いて計測したものである。

[0084] 図 19の（a)は装置入口における測定結果であり、 (b)と (c)は装置出口における測定結果である。そして、（b)は帯電処理無しでの微小発光放電有りの場合、（c)は帯電処理有りで微小発光放電有りの場合である。 (a)に対して (b)と (c)ではヽずれも粒子数濃度が低ぐ微小発光放電によって PMが燃焼除去されていることが分力る。また、（b)と (c)の比較から、予め帯電処理を行うと、粒径 lOOnm以下のナノサイズ粒子まで含めてきわめて高い浄ィ匕性能が得られることが分かる。

[0085] 〔実施例 2〕

図 20に、実施例 2の実験装置の構成を模式的に示す。この実施例 2では、排気量 5000ccのディーゼルエンジンを搭載したトラック 50Aの排気通路 51Aに、図 12〜図 15に示す排ガス浄ィ匕システム 1Cを配置して行った。試験モード ίお E05過渡モードである。

[0086] この排ガス浄ィ匕システム 1Cは上流側から、酸化触媒 30と、コロナ放電による帯電手段 20Βと、セラミックフィルタ 12Cとを備えて構成した。酸化触媒 30は、セラミックノヽ二カムに白金を担持している。帯電手段 20Bは直径約 60mm、有効放電長 80mm の同軸コロナ放電管 25B (図 12)を 8本並列配置した同軸円筒式のものである。セラミックフィルタ 12Cは、力さ密度約 130kgZm³、厚さ 24mm、ガス通過面の面積 200 Ocm²のセラミック繊維で形成されている。このセラミックフィルタ 12Cのガス通過面の上流側に、電極板厚 0. 5mm〜2mm、電極対間隔 6mm〜25mmの電極対（図 14 、図 15)を配置した。なお、電極板厚と電極対間隔はこれらの寸法範囲から適宜選択して実験を行っている。

[0087] この実施例 2では、排ガスの流れをよくし、また軽量化を図るため、電極 13Ca, 13 Cbに通風孔 13Ccを設けている。また、電極対 13Cとセラミックフィルタ 12Cの接触が悪くなると、微小発光放電が発生し難くなるため、電極対 13Cとセラミックフィルタ 12 Cは適当な圧力で押圧されて、る。

[0088] そして、トラック 50Aを運転し、排ガス全量を排ガス浄ィ匕システム 1Cに流すとともに、この電極対間に、交流 OkV〜lkV (波高値は OkV〜士 1. 4kV)の電圧を印加し、 PM浄ィ匕性能を測定した。この測定結果により、 PM排出量は 0. OlgZkWh以下に達し、 PM除去率は 90%以上になることが分力つた。

[0089] これらの実施例では、絶縁性フィルタとしてセラミック繊維フィルタを使用した力繊維径としては 3ミクロン以上のものを多く含む繊維フィルタが有効であり、特に図 21に示すような繊維径が 5ミクロン以上のものを多く含む繊維フィルタが特に良好な PM除去性能を示すことが分力つた。

産業上の利用可能性

[0090] 本発明は、絶縁性フィルタ面上に空間的 ·時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を利用して、捕集された PMの燃焼除去を、少ない消費電力で行うことができ、ディーゼルエンジン等カゝら排出される排ガス中の PMの捕集効率及び燃焼除去効率を高めることができるので、自動車搭載の内燃機関等の排気ガスの排気ガス浄ィ匕方法及び排気ガス浄ィ匕システムとして、極めて有効に利用することができる

Claims

請求の範囲

[1] 排ガス中の粒子状物質を捕捉する絶縁性捕捉部材の表面又は表面近傍に、電極対を 1対以上配置し、該電極対間に、前記絶縁性捕捉部材の表面で捕捉した前記粒子状物質の堆積量の増加に伴って前記絶縁性捕捉部材の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を発生させる所定の電圧を印加し、この所定の電圧の印加によって発生した前記微小発光放電により、前記絶縁性捕捉部材に捕捉された粒子状物質を燃焼除去することを特徴とする排ガス浄ィ匕方法。

[2] 前記絶縁性捕捉部材が粒子状物質を含む排ガスを通過させて前記粒子状物質を捕捉する絶縁性フィルタであることを特徴とする請求項 1記載の排ガス浄ィ匕方法。

[3] 排ガス中の粒子状物質を捕捉する絶縁性捕捉部材と、該絶縁性捕捉部材の表面又は表面近傍に 1対以上配置された電極対と、該電極対間に所定の電圧を印加する電圧印加装置とを備えた排ガス浄ィ匕システムであって、電圧印加装置が、前記絶縁性捕捉部材の表面で捕捉した前記粒子状物質の堆積量の増加に伴って前記絶縁性捕捉部材の表面上に空間的かつ時間的にランダムに発生と消滅を繰り返す微小発光放電を発生させる所定の電圧を印加することを特徴とする排ガス浄ィヒシステム。

[4] 前記絶縁性捕捉部材が粒子状物質を含む排ガスを通過させて前記粒子状物質を捕捉する絶縁性フィルタであることを特徴とする請求項 3記載の排ガス浄ィ匕システム。

[5] 前記所定の電圧を、前記電極対間の電流電圧特性が非線形となる領域の電圧とすることを特徴とする請求項 3又は 4記載の排ガス浄ィ匕システム。

[6] 前記絶縁性捕捉部材の上流側に、排ガス中の微粒子を帯電させるための帯電手段を配置したことを特徴とする請求項 3〜5のいずれか 1項に記載の排ガス浄化システム。

[7] 前記絶縁性捕捉部材をセラミック繊維フィルタで形成することを特徴とする請求項 4

〜6のいずれ力 1項に記載の排ガス浄化システム。

[8] 前記絶縁性捕捉部材に酸化触媒を担持させたことを特徴とする請求項 3〜7のいずれ力 1項に記載の排ガス浄ィ匕システム。前記絶縁性捕捉部材の上流側、または、下流側に酸化触媒を配置したことを特徴とする請求項 3〜8のいずれ力 1項に記載の排ガス浄ィ匕システム。