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発明の名称 内燃機関用マイクロ波フィルタ再生装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−271635(P2001−271635A)
公開日 平成13年10月5日(2001.10.5)
出願番号 特願2000−88515(P2000−88515)
出願日 平成12年3月24日(2000.3.24)
代理人
発明者 窪田 哲男 / 岩渕 康司
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 内燃機関(2)の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するための円柱状セラミックハニカムフィルタ(3)と、この円柱状セラミックハニカムフィルタを収納する円筒金属製の収納器(4)と、内燃機関からの排気ガスをこの収納器に導き入れるために設けられた排気ガス導入管(1)と、収納器のこの排気ガス導入管が設けられた側とは反対側に設けられた排気ガス排出管(10)と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発振器(7)と、このマイクロ発振器からのマイクロ波電力を収納器の排気ガス導入管側にて受け入れるために設けられたマイクロ波供給口(5)と、このマイクロ波供給口とマイクロ発振器を接続する導波管(6)と、収納器のマイクロ波供給口側にて燃焼用空気を受け入れるために設けられた空気導入管(9)とからなるものにおいて、周縁側が前記収納器の内壁に垂直に接するとともに中心側に前記円柱状セラミックハニカムフィルタを貫通させた金属製のリンク状円板スペーサ(11、11、・・・)を複数枚備え、それらリンク状円板スペーサの円板部の寸法(h)を使用高周波の波長の1/4とするとともに互いの設置間隔(s)を使用波長の1/12〜1/6とし、前記マイクロ波供給口を前記排気ガス排出管と前記空気導入管の接続した側の前記収納器の面の中央部に設けてマイクロ波電力を前記収納器の管軸方向に供給するようにしたことを特徴とする内燃機関用マイクロ波フィルタ再生装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関特にディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するフィルタを、マイクロ波電力で加熱して再生させる装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれるパティキュレートは、環境保護および健康上の理由でその排出が規制されている。そのため、炭化珪素等からなるセラミックハニカムフィルタを排気管の途中に設け、排気ガス中のパティキュレートを捕集することにより大気中に放出されるパティキュレートの量が削減されるようにしようとしたものが提案されている。そして、この手法による場合には、機関が運転されているうちにフィルタ内にパティキュレートが堆積し、排気管内の圧力損失が増大してエンジン出力を低下させるので、捕捉されたパティキュレートを適時燃焼させて二酸化炭素と水に変え、それを大気中に放出して、フィルタを再生させなければならないようになっている。なお、ディーゼルエンジンの排気熱によるだけではパティキュレートを燃焼させることができないので、特開昭59−126022号公報では、マイクロ波加熱手段を用いて捕集されたパティキュレートを燃焼させている。
【0003】上記した特開昭59−126022号公報では、円筒状のフィルタ収納容器内に、炭化珪素を主成分とする円柱状のセラミックハニカムフィルタを設置し、そこへマイクロ波を照射してセラミックフィルタを発熱させるとともに燃焼用空気を供給してパティキュレートを燃焼させるのであるが、この手法の場合には、円柱状フィルタの中央部が、外周部に比べて著しく高温になりやすく、時に耐熱限界を超えてしまい、フィルタないしフィルタ収納容器を破壊してしまうという問題があった。これは一般に、誘電体をマイクロ波によって急速加熱する場合に、誘電体内での位相速度が遅くなるために誘電体内部にマイクロ波が集中しやすくなるのと、外気に近い外周側の放熱が比較的多いためであり、内外部の著しい温度差の発生が不可避的に増長されてしまうためであると考えてよいようである。
【0004】従来技術の中には、この問題を改善するためになされたものが存在し、特開平06−223125号公報の発明は、フィルタ内外部に著しい温度差が発生しないようにするために、ハニカムフィルタへマイクロ波を供給するためのマイクロ波供給口を2個設け、それぞれの設置間隔をλ/2(λは供給されるマイクロ波の波長)とすることを提案している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記特開平06−223125号公報の発明によっても、加熱むらの発生を常に効果的に防止するのは困難であった。そもそも、フィルタの中央部が外周部より高温になるのが避けられないのは、電磁界解析からも明らかであるので、問題解決のためにはそのことを考慮した対応が求められるのであった。またその際、内燃機関の運転に障害を与えることなくマイクロ波電力により効率よくフィルタが均一加熱されるようにする必要がある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するために本発明は、内燃機関の排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集するための円柱状セラミックハニカムフィルタと、この円柱状セラミックハニカムフィルタを収納する円筒金属製の収納器と、内燃機関からの排気ガスをこの収納器に導き入れるために設けられた排気ガス導入管と、収納器のこの排気ガス導入管が設けられた側とは反対側に設けられた排気ガス排出管と、マイクロ波電力を発生するマイクロ波発振器と、このマイクロ発振器からのマイクロ波電力を収納器の排気ガス導入管側にて受け入れるために設けられたマイクロ波供給口と、このマイクロ波供給口とマイクロ発振器を接続する導波管と、収納器のマイクロ波供給口側にて燃焼用空気を受け入れるために設けられた空気導入管とからなるものにおいて、周縁側が収納器の内壁に垂直に接するとともに中心側に円柱状セラミックハニカムフィルタを貫通させた金属製のリンク状円板スペーサを複数枚備え、それらリンク状円板スペーサの円板部の寸法(h)を使用高周波の波長の1/4とするとともに互いの設置間隔(s)を使用波長の1/12〜1/6とし、マイクロ波供給口を排気ガス排出管と空気導入管の接続した側の収納器の面の中央部に設けてマイクロ波電力を収納器の管軸方向に供給するようにして内燃機関用マイクロ波フィルタ再生装置を構成した。
【0007】
【発明の実施の形態】本発明は上述したように構成されたものであり、収納器にマイクロ波電力が供給されると、リンク状円板スペーサの円柱状セラミックハニカムフィルタ保持部側に表面波が発生し、その表面波は、円柱状セラミックハニカムフィルタの表層部をTMモードの形で収納器の軸方向に電播する。
【0008】そのため、円柱状セラミックハニカムフィルタの中心部のみが偏って異常高温に加熱されることなく、フィルタ全体がむらなく均一に加熱されることとなり、捕集されたパティキュレートが能率よく焼却される上に、異常過熱によるフィルタの損傷が生じないようになっている。
【0009】
【実施例】以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。
【0010】図1において、1はディーゼルエンジン2の運転により生じた排気ガスを、炭化珪素を主成分とする円柱状セラミックハニカムフィルタ3の収納されている円筒状金属製の収納器4に導き入れるための、金属製の排気ガス導入管である。その収納器4にはまた、マイクロ波発振器7で発生したマイクロ波電力を導波管6を介して受け入れるためのマイクロ波供給口5が、上述排気ガス導入管1の設けられた側の中央部に設けられている。8はマイクロ波発振器7を駆動する高周波電源である。さらに収納器4の排気ガス導入管1の設けられた側には、フィルタ3によって捕集されたパティキュレートの燃焼に必要な空気を導入するための金属製の空気導入管9が設けられている。そして収納器4の、排気ガス導入管1の設けられた側とは反対の側には、排気ガスを排出する金属製の排気ガス排出管10が設けられている。そして11、11、・・・は金属製のリンク状円板スペーサで、周縁側が収納器4の内壁に垂直に接するとともに、中心側に円柱状セラミックハニカムフィルタ3を貫通させて円柱状セラミックハニカムフィルタを収納器4内の中心側所定位置に保持するためのものである。
【0011】ところで、排気ガス導入管1、空気導入管9、排気ガス排出管10はいずれも円筒管であり、管径Dは使用マイクロ波の遮断波長以下に、管長は同3波長以上として、漏洩が起きないようにしている。
【0012】さらに、リンク状円板スペーサの円板部の寸法(h)は使用高周波の波長の1/4とするとともに、互いの設置間隔(s)を使用波長の1/12〜1/6としてある。
【0013】図2は図1のA−A’矢視断面図で、リンク状円板スペーサ4によって円柱状セラミックハニカムフィルタ3が収納器4の内壁面から一定距離隔たった中心側に設置されている様子を示したものである。
【0014】このように構成されたものにおいて、ディーゼルエンジン2から排出される排気ガスは排気ガス導入管1を通じて収納器4に導かれ、その排気ガス中のパティキュレートが円柱状セラミックハニカムフィルタ3により捕捉されたあと、排気ガス排出管10から大気中に吐き出される。
【0015】フィルタ3によって捕集されたパティキュレートはディーゼルエンジンの運転時間とともにその堆積量が増え、それに伴って収納器4の排ガス通過抵抗も増大してゆく。
【0016】そこで、この実施例においては、エンジンの運転時間を目安にして定期的にパティキュレートの焼却除去を実行し、フィルターが再生されるようにしている。そのために、エンジンを停止させ、マイクロ波発振器7を作動させてマイクロ電力を収納器4内に供給するとともに、空気導入管9を通じて燃焼用空気を収納器4内に供給する。
【0017】すると、リンク状円板スペーサ11の円柱状セラミックハニカムフィルタ保持部側に表面波が発生し、その表面波は、円柱状セラミックハニカムフィルタ3の表層部をTMモードの形で収納器の軸方向に均一に電播する。
【0018】そのため、円柱状セラミックハニカムフィルタ3の中心部のみが偏って異常高温に加熱されることもなく、フィルタ3の表層部がむらなく均一に加熱されることとなり、そこに空気導入管9を通じて空気が供給されるから、捕集されたパティキュレートが、フィルタ3の異常過熱を引き起こすことなく能率よく残らず焼却され、二酸化炭素と水に変換されて大気中に放出される。
【0019】その間、マイクロ波発振器7から収納器4内に供給されるマイクロ波電力が収納器4外に漏洩することもなく、安全に焼却処理が進行する。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、収納器内にて円柱状セラミックハニカムフィルタを保持するリンク状円板スペーサによって表面波が生成されて、円柱状セラミックハニカムフィルタがむらなく均一に加熱されることから、円柱状セラミックハニカムフィルタが異常過熱により損傷を生ずることなく堆積したパティキュレートを能率良く残さず焼却処理することができ、優れたフィルタ再生装置を実現することができた。




 

 


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