JP6645353B2 - 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、所定の温度にならないと触媒が活性化しないため、温度が低いと触媒が働かず、ＤＰＦにＰＭ等の微粒子が堆積してしまう。このため、ＤＰＦに堆積したＰＭ等の微粒子を除去し、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、ＤＰＦに燃料を噴射して、ＰＭ等の微粒子を強制的に燃焼させる方法があるが、ＤＰＦの再生に燃料を使うことは、燃費を悪化させるため好ましくない。

一方、燃料を使うことなくＤＰＦを再生する方法としては、例えば、マイクロ波発生部から放射されたマイクロ波を用いる方法が開示されている（例えば、特許文献１〜４）。具体的には、この方法では、ＤＰＦにマイクロ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。

特開平４−１７７１３号公報 特開平５−１４１２２０号公報 特開２０１０−２４９１２８号公報 特公平５−４４５２９号公報

上述した排気浄化装置では、ＤＰＦの再生は、ＤＰＦにマイクロ波を照射することにより、ＰＭ等の微粒子が誘電加熱され、ＰＭ等の微粒子が酸化分解されることにより行われる。このような排気浄化装置は、例えば、ディーゼルエンジンの搭載された車両等に取り付けられる。

しかしながら、マイクロ波を発生させるマイクロ波発生部が設けられた排気浄化装置では、マイクロ波発生部を設けた分、排気が流れる方向に対し垂直方向に、排気浄化装置の幅が広くなる場合がある。このように、排気浄化装置の幅が、排気が流れる方向に対し垂直方向に広くなると、車両等に容易に取り付けることができず、また、車両等から一部はみ出してしまう場合があり好ましくない。

このため、マイクロ波発生部が設けられた排気浄化装置において、ディーゼルエンジンの搭載された車両等に容易に取り付けることができ、車両等からはみ出すことのないものが求められている。

１つの態様では、排気浄化装置は、排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、前記微粒子捕集部にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部と、前記微粒子捕集部を覆う筐体と、を有し、前記微粒子捕集部において排気が流れる方向の中心軸の延長線上に、前記マイクロ波発生部が設置されており、前記微粒子捕集部から出た排気は、前記微粒子捕集部と前記マイクロ波発生部との間において、前記微粒子捕集部の中心軸の外側に流れ、前記筐体の外に排出されるものであって、前記筐体は、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おり、前記微粒子捕集部に入る排気が流入する吸入部と、前記筐体本体部に接続されており、前記筐体本体部よりも径の狭い分岐部と、前記分岐部の側部に接続された排出部と、前記分岐部と前記マイクロ波発生部との間に設けられた導波部と、を有し、前記微粒子捕集部から出た排気は、前記分岐部を介し、前記排出部より排出され、前記分岐部と前記導波部との間には、誘電体により形成された封止板が設けられており、前記封止板は、前記微粒子捕集部からの排気が、前記排出部が接続されている接続部分に流れるように、前記微粒子捕集部からの排気が流れる方向に対し、傾斜して配置されている。

１つの側面として、マイクロ波発生部が設けられた排気浄化装置において、車両等からはみ出すことなく、容易に取り付けることができる。

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マイクロ波の強度分布の説明図 本実施の形態における排気浄化装置の微粒子捕集部の温度変化の特性図 本実施の形態における排気浄化装置の変形例の構造図（１） 本実施の形態における排気浄化装置の変形例の構造図（２）

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。本実施の形態における排気浄化装置は、微粒子捕集部１０、酸化触媒部１１、筐体２０、マイクロ波発生部３０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。図１に示されるように、微粒子捕集部１０を前方部分１０ａ、中央部分１０ｂ、後方部分１０ｃとした場合、微粒子捕集部１０に入った排気は、この順に流れる。酸化触媒部１１は、ＤＯＣ（Diesel Oxidation Catalyst）等と呼ばれるものであり、酸化触媒部１１に入った排気に含まれるＮＯを酸化してＮＯ_２等にする。

筐体２０は、金属材料により形成されており、吸入部２１、筐体本体部２２、口径変換部２３、分岐部２４、排出部２５、導波部２６等を有しており、微粒子捕集部１０及び酸化触媒部１１は、筐体本体部２２の内部に入れられている。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、筐体２０内に入る。具体的には、排気は、吸入部２１の吸入口２１ａから筐体２０内に入る。吸入部２１の吸入口２１ａより筐体２０内に入った排気は、筐体本体部２２内に設置されている酸化触媒部１１、微粒子捕集部１０を通ることにより浄化される。浄化された排気は、口径変換部２３及び分岐部２４を経て、分岐部２４の側部２４ａに接続されている排出部２５を流れ、排出部２５における排出口２５ａより、破線矢印Ｂに示される方向に排出される。

本実施の形態においては、マイクロ波発生部３０は、微粒子捕集部１０の下流側、即ち、微粒子捕集部１０において排気が流れる方向の下流側に設置されており、導波部２６を介し、分岐部２４と接続されている。ＰＭ等の微粒子は、微粒子捕集部１０の下流側に溜まりやすいため、微粒子捕集部１０に溜まったＰＭ等の微粒子を効率的に除去するためには、マイクロ波発生部３０は、微粒子捕集部１０において排気が流れる方向の下流側に設置されていることが好ましい。

また、本実施の形態においては、分岐部２４と導波部２６との間には、封止板４０が設けられている。これにより、分岐部２４に流入した排気は、分岐部２４よりマイクロ波発生部３０が設置されている側に流入することなく、分岐部２４の側部２４ａに接続された排出部２５に流れる。封止板４０は、マイクロ波を透過する材料、具体的には、石英等の誘電体材料により形成されている。尚、筐体２０における導波部２６は、アルミニウムや銅等の金属材料により形成されており、吸入部２１、筐体本体部２２、口径変換部２３、分岐部２４、排出部２５はステンレス等により形成されている。

本実施の形態においては、マイクロ波発生部３０は、微粒子捕集部１０における排気が流れる方向の中心軸Ｃの延長線上に設置されている。従って、微粒子捕集部１０より出た浄化された排気は、分岐部２４において中心軸Ｃよりも外側の排出部２５に向かって流れ、排出部２５を通り、排出口２５ａより、筐体２０の外に排出される。尚、本実施の形態においては、後述するように、微粒子捕集部１０の中心軸とマイクロ波発生部３０の中心軸とを一致させることにより、微粒子捕集部１０にマイクロ波を均一に照射することができる。

本実施の形態においては、分岐部２４に排出部２５が接続されている接続部分２５ｂの封止板４０の側の端部２５ｃと、封止板４０との間が、所定の距離離れている。このように、所定の距離離すことにより、分岐部２４には、排出部２５が接続されている接続部分２５ｂの端部２５ｃと封止板４０との間に空間が形成され、この空間に排気の一部が留まり、排気溜まりとなる。このように排気溜まりが形成されることにより、断熱効果により、微粒子捕集部１０の温度の低下を抑制することができるとともに、マイクロ波発生部３０に熱が伝わることを抑制することができる。

本実施の形態においては、マイクロ波発生部３０は、微粒子捕集部１０において排気が流れる方向の延長線上に設けられている。このため、マイクロ波発生部３０において発生させたマイクロ波は、排気の流れる方向とは反対方向の排気の下流側より上流側に向かって照射される。従って、マイクロ波発生部３０において発生させたマイクロ波の進行方向と、排気の流れる方向とは反対方向であり、これらの中心軸を一致させることにより、筐体２０内におけるマイクロ波の強度分布を略均一にすることができる。例えば、マイクロ波を筐体の側部等より筐体内に供給した場合には、筐体内において、マイクロ波の強度の強い部分と弱い部分とが定常的に生じやすく、温度ムラが生じやすい。しかしながら、本実施の形態においては、筐体２０内に設置されている微粒子捕集部１０に、均一にマイクロ波を照射することができるため、微粒子捕集部１０に堆積しているＰＭ等の微粒子をむらなく除去することができる。

本実施の形態においては、筐体２０は、排気の流れる方向に対し垂直方向の径が最も広い部分が筐体本体部２２であり、筐体本体部２２の下流側の分岐部２４は、筐体本体部２２よりも径が狭くなっている。このため、筐体本体部２２と分岐部２４との間には、径の大きさを変えるための口径変換部２３が設けられている。本実施の形態においては、排出部２５は、排気の流れる方向に対し垂直方向において、筐体本体部２２における径よりも広がらないように形成されている。従って、筐体２０は排気の流れる方向に対し垂直方向における幅が、筐体本体部２２よりも広がることはない。

次に、本実施の形態における排気浄化装置において、マイクロ波発生部３０よりマイクロ波を発生させた場合の筐体２０の内部のマイクロ波の強度分布について、図２に示すシミュレーションの結果に基づき説明する。

このシミュレーションでは、排気浄化装置の筐体２０の吸入部２１の吸入口２１ａから導波部２６の端までの長さＬ１を１００ｃｍとした。また、排気の流れる方向に沿った吸入部２１の長さＬ２を２３ｃｍとし、分岐部２４の長さＬ３を１５ｃｍとし、導波部２６の長さＬ４を１５ｃｍとした。排気の流れる方向に垂直方向の筐体本体部２２の径Ｒ１を２０ｃｍとし、分岐部２４の径Ｒ２を１０ｃｍとし、排出部２５における排出口２５ａの径Ｒ３を６ｃｍとした。尚、マイクロ波発生部３０において発生させるマイクロ波の周波数は、２４５０ＭＨｚであり、筐体２０の吸入部２１及び筐体本体部２２等はステンレスにより形成されている。また、微粒子捕集部１０には、ＰＭ等の微粒子が堆積している状態のコージライトの特性値を用いた。

図２においては、白っぽい部分がマイクロ波の強度が強い部分であり、黒っぽい部分がマイクロ波の強度の弱い部分である。本実施の形態における排気浄化装置は、図２に示されるように、マイクロ波の強度の強弱に対応した濃淡の縞が生じ、この縞はマイクロ波の位相が進むと左に移動する。このため、筐体２０の筐体本体部２２において、マイクロ波発生部３０において発生させたマイクロ波を微粒子捕集部１０に均一に照射することができ、微粒子捕集部１０を均一に加熱することができる。これにより、微粒子捕集部１０を効率よく効果的に再生することができる。

図３は、マイクロ波発生部３０において発生させたマイクロ波を６００秒間照射した場合において、微粒子捕集部１０の前方部分１０ａ、中央部分１０ｂ、後方部分１０ｃの温度変化のシミュレーションの結果を示す。図３に示されるように、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における前方部分１０ａ、中央部分１０ｂ、後方部分１０ｃの温度差が極めて少なく、微粒子捕集部１０の全体を略均一に加熱することができる。

また、本実施の形態における排気浄化装置は、図４に示すように、微粒子捕集部１０からの排気の流れる方向に対し、封止板４０を傾斜させて設置してもよい。これにより、筐体本体部２２における微粒子捕集部１０から、分岐部２４に流入した排気は、封止板４０に衝突し、排出部２５の接続部分２５ｂが設けられている側に流れる方向が変えられ、排出部２５に向けて円滑に流すことができる。

また、本実施の形態における排気浄化装置は、図５に示されるように、筐体２０の分岐部１２４は、排気の下流側に向かっての径が徐々に狭くなるように形成してもよい。図５に示される排気浄化装置では、図１における排気浄化装置の口径変換部２３と分岐部２４とが一体化されて、分岐部１２４が形成されており、排気の下流側に向かい、排気の流れる方向に対し垂直方向における径が徐々に狭くなるように形成されている。尚、分岐部１２４の傾斜している側部１２４ａには排出部２５が接続されており、分岐部１２４とマイクロ波発生部３０との間には、導波部２６が設けられており、分岐部１２４と導波部２６との間には、封止板４０が設けられている。

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、
前記微粒子捕集部にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部と、
前記微粒子捕集部を覆う筐体と、
を有し、
前記微粒子捕集部において排気が流れる方向の中心軸の延長線上に、前記マイクロ波発生部が設置されており、
前記微粒子捕集部から出た排気は、前記微粒子捕集部と前記マイクロ波発生部との間において、前記微粒子捕集部の中心軸の外側に流れ、前記筐体の外に排出されることを特徴とする排気浄化装置。
（付記２）
前記筐体は、
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おり、前記微粒子捕集部に入る排気が流入する吸入部と、
前記筐体本体部に接続されており、前記筐体本体部よりも径の狭い分岐部と、
前記分岐部の側部に接続された排出部と、
前記分岐部と前記マイクロ波発生部との間に設けられた導波部と、
を有し、
前記微粒子捕集部から出た排気は、前記分岐部を介し、前記排出部より排出されることを特徴とする付記１に記載の排気浄化装置。
（付記３）
前記分岐部と前記導波部との間には、誘電体により形成された封止板が設けられてい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）
前記分岐部に前記排出部が接続されている接続部分と、前記封止板との間は、所定の距離離れていることを特徴とする付記３の記載の排気浄化装置。
（付記５）
前記封止板は、前記微粒子捕集部からの排気が、前記排出部が接続されている接続部分に流れるように、前記微粒子捕集部からの排気が流れる方向に対し、傾斜して配置されていることを特徴とする付記３または４に記載の排気浄化装置。

１０ 微粒子捕集部
１０ａ 前方部分
１０ｂ 中央部分
１０ｃ 後方部分
１１ 酸化触媒部
２０ 筐体
２１ 吸入部
２１ａ 吸入口
２２ 筐体本体部
２３ 口径変換部
２４ 分岐部
２４ａ 側部
２５ 排出部
２５ａ 排出口
２５ｂ 接続部分
２６ 導波部
３０ マイクロ波発生部
４０ 封止板

Claims (2)

1. 排気に含まれる微粒子を捕集する微粒子捕集部と、
   前記微粒子捕集部にマイクロ波を照射するマイクロ波発生部と、
   前記微粒子捕集部を覆う筐体と、
   を有し、
   前記微粒子捕集部において排気が流れる方向の中心軸の延長線上に、前記マイクロ波発生部が設置されており、
   前記微粒子捕集部から出た排気は、前記微粒子捕集部と前記マイクロ波発生部との間において、前記微粒子捕集部の中心軸の外側に流れ、前記筐体の外に排出されるものであって、
   前記筐体は、
   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おり、前記微粒子捕集部に入る排気が流入する吸入部と、
   前記筐体本体部に接続されており、前記筐体本体部よりも径の狭い分岐部と、
   前記分岐部の側部に接続された排出部と、
   前記分岐部と前記マイクロ波発生部との間に設けられた導波部と、
   を有し、
   前記微粒子捕集部から出た排気は、前記分岐部を介し、前記排出部より排出され、
   前記分岐部と前記導波部との間には、誘電体により形成された封止板が設けられており、
   前記封止板は、前記微粒子捕集部からの排気が、前記排出部が接続されている接続部分に流れるように、前記微粒子捕集部からの排気が流れる方向に対し、傾斜して配置されていることを特徴とする排気浄化装置。
2. 前記分岐部に前記排出部が接続されている接続部分と、前記封止板との間は、所定の距離離れていることを特徴とする請求項１に記載の排気浄化装置。