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JPH07127436A - マイクロ波加熱による排ガス浄化装置 - Google Patents

マイクロ波加熱による排ガス浄化装置

Info

Publication number
JPH07127436A
JPH07127436A JP5298985A JP29898593A JPH07127436A JP H07127436 A JPH07127436 A JP H07127436A JP 5298985 A JP5298985 A JP 5298985A JP 29898593 A JP29898593 A JP 29898593A JP H07127436 A JPH07127436 A JP H07127436A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
microwave
mode
exhaust gas
antenna
honeycomb case
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP5298985A
Other languages
English (en)
Inventor
Masashi Kasatani
昌史 笠谷
Minoru Yamanaka
稔 山中
Fumihiro Kuroki
史宏 黒木
Akihiro Matsue
晃洋 松江
Kazuaki Senda
和章 仙田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bosch Corp
Original Assignee
Zexel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zexel Corp filed Critical Zexel Corp
Priority to JP5298985A priority Critical patent/JPH07127436A/ja
Publication of JPH07127436A publication Critical patent/JPH07127436A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means
    • F01N3/202Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means using microwaves
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 マイクロ波加熱による排ガス浄化装置におい
て、排ガス流路内の円形ハニカムケースにTE11モード
のマイクロ波を導入するための構造を、排ガス流を乱す
ことなく、かつ出来るだけ小型で耐振性に優れたものに
する。 【構成】 円筒形の共振空胴管10の両端にはマイクロ
波反射板としてのマイクロ波反射金網がはめられ、空胴
管10内に触媒を担持したハニカムケース16が収容さ
れる。排ガスは金網11を通して空胴内に入りハニカム
ケース16を通過する。ハニカムケース16にTE11
ードのマイクロ波を供給するため、マイクロ波発生源に
接続された同軸管17が空胴管10に接続される。同軸
管17の先端にはアンテナ18が設けられ、アンテナ1
8は空胴管10の中心軸に垂直な方向で空胴内へ突出す
る。アンテナ18とマイクロ波反射金網までの距離B,
C,及び空胴の直径Dは、TE11モードのみを励起する
ように最適化される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱機関から排出される
ガスを、マイクロ波によって加熱された触媒によって浄
化する装置に関する。
【0002】
【従来の技術】一般に、ガソリンエンジンなどにおい
て、冷間始動時に触媒が活性温度にまで達していないと
きに排出される有害ガスを浄化する目的で、触媒をマイ
クロ波によって急速に加熱する技術が知られている。
【0003】この技術において、触媒が均一に加熱され
ない場合、活性温度に達していない部分を通過する排ガ
スは浄化されず、全体としての浄化効率が低下する。
【0004】また、加熱ムラによる熱応力のために、触
媒を担持したハニカムケースが破損する可能性もある。
【0005】この問題を解決するため、ハニカムケース
に導入されるマイクロ波の電界モードをTE11モードと
することにより均一な加熱を実現する技術が提案されて
いる。図1は円形のハニカムケース1に導入されたマイ
クロ波の電界の幾つかの例を示している。TE11モード
は、TM01やTE21などの他のモードと比較して、電界
が均一に分布しているため均一加熱が可能である。
【0006】このTE11モードを円形ハニカムケースの
位置に生じさせるために提案された技術は、図2に示す
ような構造の導波管2を用いる。
【0007】この導波管2は、マイクロ波導入側(左
側)からハニカムケースに向って、その断面形状を矩形
から円形へと徐々に変化させて行くことにより、矩形導
波管部でTE10モードで発生したマイクロ波を、ハニカ
ムケース1のある円形導波管部でTE11モードに変換す
るものである。
【0008】この方法の1つの利点は、最終的にTE11
モード以外のモードを発生しないので安定である点であ
る。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この導
波管によるTE11モードの発生方法には次のような幾つ
かの問題がある。
【0010】(1) 排ガスの導入部分を、図2に示し
た導波管とは別の場所に作らなければならない。このた
め、排ガス流路を変形することになり、ハニカムケース
を通過する排ガス分布が不均一になり、浄化効率の低下
をまねく。
【0011】(2) TE10モードからTE11モードへ
変換するため導波管の全長が長くなり、車載の際にスペ
ースが問題となる。
【0012】(3) 導波管は一般にAl ・Cu 合金で
作られているため、柔軟性に欠け、耐振性に問題があ
る。
【0013】従って、本発明の目的は、マイクロ波加熱
による排ガス浄化装置において、排ガス流路内の円形ハ
ニカムケースにTE11モードのマイクロ波を導入するた
めの構造を、排ガス流を乱すことなく、かつ出来るだけ
小型で耐振性に優れたものにすることにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】本発明は、マイクロ波加
熱による排ガス浄化装置において、排ガスが通される円
筒形のマイクロ波共振空胴管と、この共振空胴管内に収
容された、排ガスが透過可能な触媒担持体と、共振空胴
管内に触媒加熱のためのマイクロ波を導入する導波手段
であって、共振空胴管内にこの空胴管の中心軸と垂直な
方向に挿入された、マイクロ波導入用のアンテナを有す
る導波手段とを備えることを特徴とするものである。
【0015】
【作用】共振空胴内にその中心軸と垂直に突出したアン
テナより、共振空胴内にTE11モードのマイクロ波が励
起される。アンテナの空胴内での位置及び空胴の内直径
は、TE11モードのみの励起のために最適化することが
でき、それによりTE11モードが安定的に生じ、触媒の
加熱が均一に行われる。また、排ガスは空胴の一端から
他端へ通すことができ、しかも、アンテナの空胴内への
突出長は十分短くできるため、排ガス流に乱れがほとん
ど生じない。
【0016】
【実施例】図3は、本発明に係る排ガス浄化装置の一実
施例の要部断面構造を示す。
【0017】図3において、金属製の円管10と、その
両端面に設けたマイクロ波反射金網とにより円筒状のマ
イクロ波共振空胴13が構成される。
【0018】円管10の一方の端部は、図示しないエン
ジンからの排ガスを導入するための吸気管14に連結
し、他方の端部は排ガスを外気へ排出するための排気管
15に連結している。マイクロ波反射金網は、排ガスが
通過し易いよう通気抵抗が少なく、かつマイクロ波を殆
んど反射できるような網目形状になっている。
【0019】そして、円管10内の、排ガス流れに沿っ
て下流側に偏った位置には、排ガス浄化用の触媒を担持
した円柱形のハニカムケース16が収容されている。
【0020】円管10の上流側に偏った適当位置には、
共振空胴13内へマイクロ波を導入するための円筒状の
同軸管17が結合されている。この同軸管17の空胴側
先端部には、ポール状のアンテナ18が設けられ、この
アンテナ18は共振空胴13内に突出して、アンテナ支
持体19によって固定されている。このアンテナ18の
方向は、共振空胴13の中心軸と垂直で、かつ中心軸に
向っている。
【0021】同軸管17の基端部は、導波管・同軸管変
換器20を介して、矩形の導波管21に接続され、導波
管21は図示しないマイクロ波発生源に接続されてい
る。
【0022】アンテナ支持体19は、耐熱性を持ち、か
つマイクロ波吸収の少ない材料、例えばAl2 3 など
によって作られている。アンテナ18、マイクロ波反射
金網及びハニカムケース16の材料は、マイクロ波の反
射が良好で、かつ耐熱性に優れたものを使用する。
【0023】アンテナ18は本実施例では1本である
が、空胴13内の異なる位置に複数本設けることも可能
である。
【0024】同軸管17は、アンテナ18に相当する部
分以外は、耐振性に優れたフレシキブルな同軸ケーブル
に代えることも可能である。
【0025】以上のような構造において、アンテナ18
からマイクロ波反射金網までの距離B,C、アンテナ1
8の突出長、及び共振空胴13の内径Dは、ハニカムケ
ース16内でマイクロ波がTE11モードでのみ励振され
るように最適化されている。
【0026】即ち、アンテナ18とマイクロ波反射金網
までの距離B,Cは、マイクロ波のTE11モード波長λ
の4分の1の奇数倍に選ばれる。例えばBはλ/4であ
り、Cは3/4λ又は5/4λである。これにより、T
11モードが良好に励起される、アンテナを複数本設け
る場合も、それぞれが上記条件を満たしたTE11を励起
し、かつ相互に千渉して打消し合わないような位置に各
アンテナが設けられる。
【0027】アンテナ18の空胴13内への突出長は、
空胴内でのマッチングが最適になるように決定される。
この突出長は、ハニカムケース16内の加熱材(負荷)
によっても多少変わるが、大体20mm程度である。
【0028】空胴13(ハニカムケース16)の内径D
は、TE11モード以外のモードが励起されないような値
に選ばれる。
【0029】一般に、円筒形導波管(ハニカムケース1
6)内に励起される電界モードは、TE11、TM01、T
21、TE01、TM11の5種類であり、これらのモード
はそれぞれ遮断波長λc を持っている。この遮断波長λ
c は導波管の直径Dと密接に関係しており、直径Dによ
って定まる遮断波長λc 以上の波長を持つマイクロ波は
その導波管内を伝播することができない。
【0030】例えば、ハニカムケース16の内径Dを1
20mmとした場合、遮断波長λc は次のようになる。
【0031】(1) TE11モード λc =1.70
6×120=204.72mm (2) TM01モード λc =1.306×120=
156.72mm (3) TE21モード λc =1.029×120=
123.48mm (4) TE01モード λc =0.820×120=
98.4mm (5) TM11モード λc =0.820×120=
98.4mm ここで、2450MHz のマイクロ波を用いるとする
と、その自由空間波長λは122.5mm程度であるか
ら、このマイクロ波はTE11、TM01又はTE21モード
でなければ直径120mmのハニカムケース16内を伝播
できない。
【0032】尚、実際には、TE21モードが生じる可能
性は実質的にゼロである。従って、この場合TE11モー
ドかTM01モードが励起される可能性がある。
【0033】ところで、円筒形導波管(ハニカムケース
16)内にマイクロ波を導入する方法として、ケース中
心軸に垂直に導入する方法と平行に導入する方法とが考
えられるが、図4に示すように、垂直に導入した場合
(同図(A))にはTE11モードが励起され、平行に導
入した場合(同図(B))にはTE01モードが励起され
る。本実施例は、図3に示したようにマイクロ波を垂直
に導入するものであるから、TE11モードが励起され
る。
【0034】以上のように、空胴13(ハニカムケース
16)の内径Dの選択と、アンテナ18からの垂直方向
のマイクロ波導入とによって、ハニカムケース16内に
はTE11モードのみが生じることになる。
【0035】このようにして、ハニカムケース16内で
のマイクロ波はTE11モードのみとなるため電界分布が
均一になって触媒の均一加熱が行われる。また、排ガス
流路は直線的であると共に、アンテナ18の突出長も2
0mm程度であって実質的に排ガス流に影響を与えないた
め、ハニカムケース16内での排ガス流も均一となる。
これらの作用の結果、効率の良い排ガス浄化が実現でき
る。
【0036】更に、従来のような大型の導波管を必要と
せず、しかも、導波路には部分的にフレキシブルな同軸
ケーブルを使うことも可能であるため、コンパクトで軽
量であり、かつ耐振性に優れる。
【0037】以上、本発明の一実施例を説明したが、本
発明はこの実施例にのみ限定されるものでなく、他の種
々の態様で実施できる。
【0038】例えば、排ガス中のすす等によるアンテナ
18やアンテナ支持体19の劣化を防止するため、アン
テナ18とハニカムケース16との間位置にて排ガスを
空胴13内に導入するようにしてもよい。
【0039】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、円
筒形の共振空胴内に、その中心軸と垂直に挿入されたア
ンテナよりマイクロ波を導入するようにしているため、
空胴内にTE11モードを安定的に生じさせ得るので、触
媒を均一に加熱できると共に、空胴内を流れる排ガス流
に問題となるような乱れを生じることもないため、効率
的な排ガス浄化ができる。更に、マイクロ波導入路を小
型化でき、耐振性に優れた構造を採用することが容易で
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】円形導波管内でのマイクロ波の幾つかの電界モ
ードを示す電磁界分布図。
【図2】マイクロ波をTE01モードからTE11モードへ
と変換するための導波管を示す部分断面図。
【図3】本発明に係る排ガス浄化装置の構造を示す断面
図。
【図4】円形導波管に挿入されるアンテナの方向と励起
される電界モードとの関係を示した説明図。
【符号の説明】
10 円管 11,12 金網 13 共振空胴 16 ハニカムケース 17 同軸管 18 アンテナ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松江 晃洋 埼玉県東松山市箭弓町3丁目13番26号 株 式会社ゼクセル東松山工場内 (72)発明者 仙田 和章 埼玉県川越市芳野台2丁目8番25号 ミク ロ電子株式会社内

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波加熱による排ガス浄化装置に
    おいて、 排ガスが通される円筒形のマイクロ波共振空胴管と、 この共振空胴管内に収容された、排ガスが透過可能な触
    媒担持体と、 前記共振空胴管内に触媒加熱のためのマイクロ波を導入
    する導波手段であって、前記共振空胴管内にこの空胴管
    の中心軸と垂直な方向に挿入された、マイクロ波導入用
    のアンテナを有する導波手段と、を備えることを特徴と
    する排ガス浄化装置。
JP5298985A 1993-11-04 1993-11-04 マイクロ波加熱による排ガス浄化装置 Pending JPH07127436A (ja)

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JP5298985A JPH07127436A (ja) 1993-11-04 1993-11-04 マイクロ波加熱による排ガス浄化装置

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ID=17866743

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