JP4200750B2

JP4200750B2 - 排気浄化装置

Info

Publication number: JP4200750B2
Application number: JP2002357390A
Authority: JP
Inventors: 松栄上田; 由彦伊藤; 宮男荒川
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-12-10
Filing date: 2002-12-10
Publication date: 2008-12-24
Anticipated expiration: 2022-12-10
Also published as: JP2004190529A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばディーゼルエンジンなどの排ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（以下ＰＭという）を運転領域全体で捕集し得て、低温であっても捕集ＰＭ酸化し捕集装置を回復することができる排気浄化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ディーゼルエンジンの排ガス中には、カーボン、ＳＯＦ（Soluble Organic Fraction）、高分子有機化合物、硫酸ミストなどからなるＰＭが含まれ、このＰＭ排出の抑制が環境改善の観点から強化されている。
【０００３】
従来、ＰＭの排出を抑制するため、帯電装置とフィルタを組み合せた電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置が提案されている（特開２００１−４１０２４号公報）。また、導電性のディーゼルパティキュレートフィルタを用い、導電性フィルタの間で帯電させ捕集するディーゼルパティキュレートフィルタシステムが提案されている（特開２００１−２０７２１号公報）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、前者の電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置は、捕集部の再生に電気ヒータを用いるため、燃焼させたいＰＭ以外に、捕集部全体を加熱する必要があって、多大なエネルギーを要する。このため、前者の電荷型のディーゼルパティキュレートフィルタ装置は、燃費損失が大きく実用上解決すべき課題を有する。
【０００５】
また、後者のディーゼルパティキュレートフィルタシステムは、捕集部の再生に内燃機関による排気温上昇を基に制御している。このため、後者のディーゼルパティキュレートフィルタシステムは、捕集部全体を加熱する必要があって多大なエネルギを要し実用上解決すべき問題を有する。
【０００６】
これら従来技術は、いずれも捕集部に触媒が担持されていないため、低温でのＰＭ燃焼が実現することができなく、この観点からも多大なエネルギを必要とする。また、これら従来技術にＰt系の酸化触媒を担持した場合であっても、５００℃以上の高温場でなければＰＭが燃焼しないのである。
【０００７】
さらに、酸化触媒として、活性酸素種であるＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルが1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物が提案されている（特開２００２−３２１８号公報）。しかし、これは排ガス浄化装置への適用の開示、これを示唆する開示がない。すなわち、ＰＭと触媒成分との接触状況、ＰＭの酸化燃焼、燃焼促進効果による浄化手法などの開示が認められない。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−４１０２４号公報 [０００３]
【０００９】
【特許文献２】
特開２００１−２０７２１号公報 [０００３]
【００１０】
【特許文献３】
特開２００２−３２１８号公報 [０００７]
【００１１】
本発明は、以上の課題を解決するために案出されたものである。すなわち、本発明の目的は、例えばディーゼルエンジンなどの排ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（以下ＰＭという）を運転領域全体で捕集し得て、低温であっても捕集したＰＭを酸化燃焼して捕集装置を効率良く的確に回復することができる排気浄化装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の排気浄化装置は、排ガスに含まれる粒子状物質を帯電させる帯電手段と、該帯電手段により帯電された粒子状物質を捕集する捕集装置と、高電圧発生装置に接続された電極を有し、前記電極に高電圧を印加することにより、前記捕集装置により捕集された粒子状物質を燃焼する燃焼装置とを備え、前記燃焼装置の前記電極には、活性酸素種であるＯ ⁻ イオンラジカルおよび／またはＯ ^−２イオンラジカルを生成する１２ＣａＯ・７Ａｌ _２Ｏ _３化合物および／または原子状酸素を生成するＣｅ酸化物もしくはＣｅＯ含有酸化物が担持されていることを特徴とする。
【００１５】
【発明の作用・効果】
上記構成からなる本発明の排気浄化装置は、排ガスに含まれるカーボンを主とする粒子状物質（以下ＰＭという）を運転領域全体で捕集し得て、低温であっても捕集したＰＭを酸化燃焼して捕集装置を効率良く的確に回復することができる作用、効果を実奏する。
【００１６】
〔作用：効果が生じる理由〕
具体的には、帯電装置は内燃機関の排気に対して高電圧を印加することにより、排気中のＰＭが帯電される。帯電したＰＭは捕集装置において高電圧を印加することにより、静電気的に捕集することができる。捕集したＰＭを燃焼装置により燃焼させるには、高電圧を印加することにより、放電の熱を利用してＰＭを酸化させることができる。燃焼装置の酸化触媒には、活性酸素種であるＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素を発生できる物質が担持されていることにより、Ｏ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素を発生させＰＭとの接触にて酸化性能を向上することができる。
【００１７】
活性酸素種であるＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルを発生させることができる1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物は、単独では６００℃以上に昇温させないとＰＭの酸化反応を生じせしめることはできない。しかし、1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物に高電圧を印加する装置を組み合わせたＰＭ燃焼装置に構成することにより、低温から確実に効率良くＰＭ燃焼を実現することができる。これは、高電圧による放電が生じた熱が1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物を暖め、６００℃以上となること以外に、高電圧による放電でＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルを多く生成し捕集されたＰＭとの酸化反応を的確に促進することができることによるものである。
【００１８】
また、活性酸素種である原子状酸素を発生させることができるＣｅ酸化物もしくはＣｅ含有酸化物は、単独では３００℃以上に昇温させないとＰＭの酸化反応を生じさせることができないが、前記1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物と同様に、高電圧を印加する装置を組み合わせたＰＭ燃焼装置に構成することにより、低温から確実に効率良くＰＭ燃焼を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態における排気浄化装置は、図１乃至図４に示すように、ディーゼルエンジンの排気管１内に設けた静電捕集装置２の帯電装置３が高電圧発生装置４に導電性良好に接続されている。帯電装置３の帯電用電極５は、棒状の導電体で構成され、所定間隔毎に下流側に複数の突起部６を設けている。帯電用電極５は、その両端がそれぞれ碍子７によって静電捕集装置２に固定され、排気の流れに対して軸方向が直交するように構成されている。帯電用電極５は、高電圧発生装置４の直流電源装置の負電極側に接続されている。帯電用電極５は、碍子７により接続されているので静電捕集装置２のケースに絶縁された状態に構成されている。そして、帯電用電極５は、突起部６を介してコロナ放電を発生して、ＰＭを帯電させる。
【００２０】
帯電装置３の下流側には、帯電したＰＭを捕集する捕集装置８が設置されている。捕集装置８は、セラミックフォーム９で構成され、中心に燃焼用の電極１０が挿入れている。電極１０は高電圧発生装置１１の直流電源装置の正負いずれかの電極側に接続され、燃焼時に高電圧を印加可能に構成されている。捕集装置８のセラミックフォーム９には、Ｏ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素を多く発生する活性酸素種である1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物が担持されている。
【００２１】
上記構成からなる本発明の実施形態の排気浄化装置は、図２に示すように、ディーゼルエジンから排出されたＰＭが静電捕集装置２に導入すると帯電装置３により帯電される。帯電されたＰＭは、捕集装置８で静電気力により捕集される。通常の運転時はこの帯電と捕集が連続的に起こり、排気中のＰＭが除去されるのである。そして、ある一定量のＰＭが捕集されると強制的にＰＭを燃焼させるのである。
【００２２】
すなわち、ＰＭの燃焼では燃焼用電極１０に高電圧を印加し、放電によりＰＭを燃焼を図るのである。ＰＭの発火点以上の温度では、ＰＭが自然に燃焼するのである。また、ＰＭの発火点以下の温度では、セラミックフォーム９に担持した活性酸素種を発生する物質が活性である温度であれば、その物質から放出されるＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素により、ＰＭが燃焼される。本発明の実施形態の排気浄化装置では、さらに低温になり、化合物の活性がなくなった温度域であっても、高電圧を印加することにより、ＰＭを燃焼させることができる。
【００２３】
この燃焼メカニズムは、図３に示すように、高電圧が印加されると、化合物に対して放電が生じて熱が発生する。この熱により化合物を活性温度まで上昇させることができる。このため、化合物からＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素の発生を促して燃焼を促進することができる。また、放電によって雰囲気中の酸素分子をイオン化、ラジカル化してＰＭとの燃焼を促進することができる。このようにして、本発明の実施形態の排気浄化装置では、排ガスに含まれるＰＭを運転領域全体で捕集し得て、高温から低温まで捕集したＰＭを効率良く的確に燃焼することができ、捕集装置８を速やかに回復することができる作用、効果を実奏する。
【００２４】
すなわち、本発明の実施形態の排気浄化装置は、図４に示すように各比較対象と共に温度が２００℃の排気浄化実験を実施した結果、優れたＰＭ燃焼性能が得られた。図中（1）は本発明の実施の形態例、（2）は1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物に放電しない場合、（3）はＡｌ_２Ｏ_３で放電をした場合、（4）はＰt系触媒である。
【００２５】
【その他の実施の形態】
本発明の排気浄化装置においては、上記実施の形態のようなＯ^- イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素を多く発生する1２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３化合物、Ｃｅ酸化物もしくはＣｅ含有酸化物に限らず、Ｏ^-イオンラジカルおよび／またはＯ^- ₂イオンラジカルおよび／または原子状酸素を発生するその他の酸素活性種放出機能を有する触媒を用いることができる。
【００２６】
本発明の排気浄化装置は、上記実施の形態例におけるディーゼルエンジンに限らず、この他、希薄燃焼を実奏するガソリンエンジンでも良く、また、ガスタービン、加熱用ボイラーの排気ダクトで、ＰＭ、ＮＯｘを浄化する装置等の各種各様の装置に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の排気浄化装置を示す概要図である。
【図２】本発明の実施形態の帯電装置に印加され帯電されたＰＭが捕集される状態を示す図である。
【図３】本発明の実施形態の捕集装置に捕集されたＰＭの燃焼メカニズムを示す図である。
【図４】本発明の実施形態の排気浄化装置におけるＰＭの燃焼効果を示す線図である。
【符号の説明】
１…排気管
２…静電捕集装置
３…帯電装置
４…高電圧発生装置
５…帯電用電極
６…突起部
８…捕集装置
９…セラミックフォーム

Claims

排ガスに含まれる粒子状物質を帯電させる帯電手段と、
該帯電手段により帯電された粒子状物質を捕集する捕集装置と、
高電圧発生装置に接続された電極を有し、前記電極に高電圧を印加することにより、前記捕集装置により捕集された粒子状物質を燃焼する燃焼装置とを備え、
前記燃焼装置の前記電極には、活性酸素種であるＯ ⁻ イオンラジカルおよび／またはＯ ^−２イオンラジカルを生成する１２ＣａＯ・７Ａｌ _２Ｏ _３化合物および／または原子状酸素を生成するＣｅ酸化物もしくはＣｅＯ含有酸化物が担持されていることを特徴とする排気浄化装置。