特許 6604111 フィルタ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6604111

(24)【登録日】2019年10月25日

(45)【発行日】2019年11月13日

(54)【発明の名称】フィルタ装置

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/028 20060101AFI20191031BHJP

   B01D 53/94 20060101ALI20191031BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20191031BHJP

   F01N 3/022 20060101ALI20191031BHJP

   F01N 3/035 20060101ALI20191031BHJP

【ＦＩ】

   F01N3/028

   B01D53/94 241

   B01J35/04 301E

   B01J35/04 301Z

   F01N3/022 C

   F01N3/035 A

【請求項の数】3

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2015-185933(P2015-185933)

(22)【出願日】2015年9月18日

(65)【公開番号】特開2017-57843(P2017-57843A)

(43)【公開日】2017年3月23日

【審査請求日】2018年6月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】000005223

【氏名又は名称】富士通株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100192636

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 隆夫

(72)【発明者】

【氏名】八木下 洋平

【審査官】 楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−２９５１２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６１−１９７０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−１７７７９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１０１４５１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００５−０００８１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３４９２２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０１Ｎ ３／００〜 ３／３８

Ｂ０１Ｄ ４６／００〜４６／５４

Ｂ０１Ｄ ５３／８６

Ｂ０１Ｄ ５３／９４

Ｂ０１Ｊ ３５／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの排気ガスの流入側になる第１端と、前記排気ガスの流出側になる第２端とを有するセラミック製のフィルタであって、前記第１端から前記第２端に向かって前記第２端の手前まで伸延する複数の第１穴部と、前記第２端から前記第１端に向かって前記第１端の手前まで、前記第１穴部とは互い違いに伸延する、複数の第２穴部とを有するフィルタと、
前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、粒子状又はワイヤ状の金属部材と、
前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、触媒部と、
前記フィルタの外側面、又は、前記外側面よりも外側に配設され、前記フィルタの内部に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射部とを含み、
前記金属部材は、前記フィルタの内部で、前記マイクロ波を透過又は反射し、
前記複数の第１穴部と前記複数の第２穴部の断面において、中心側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度は、前記断面における外側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度よりも高い、フィルタ装置。

【請求項2】

前記金属部材は、前記内壁において前記触媒部に重ねて設けられる、請求項１記載のフィルタ装置。

【請求項3】

前記フィルタの前記第１端と前記第２端との間で前記外側面を覆うカバーをさらに含み、
前記マイクロ波放射部は、前記カバーの外表面に配設されるアンテナである、請求項１又は２記載のフィルタ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、フィルタ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、エンジンからの排ガスの流路に備えられるプラズマ発生器によってプラズマを発生させ、該排ガス中の窒素成分をプラズマ化して二酸化窒素を生成し、排ガス中の黒鉛微粒子を酸化燃焼することを特徴とするエンジン排ガスの処理方法がある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

また、この特許文献１には、次のようなエンジン排ガスの処理装置が記載されている。エンジンから排出される排ガスの処理装置であって、排ガスの流れ方向に対して前流側に設けられ、窒素および酸素を含むガスを導入してプラズマを発生させる、プラズマ発生器を含むエンジン排ガスの処理装置である。エンジン排ガスの処理装置は、さらに、該プラズマ発生器を経由した処理用ガスを排ガスの流れに合流させる、処理用ガス合流部と、該処理用ガス合流部の後流に設けられ、排ガス中の黒煙微粒子を捕集する、フィルターと、を含む（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００３−２０１８２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来のエンジン排ガスの処理方法は、排ガス中の窒素成分をプラズマ化して二酸化窒素を生成し、排ガス中の黒鉛微粒子を酸化燃焼させているが、このようなプラズマ化を利用した黒鉛微粒子（煤）の除去方法は、構造が複雑であり、必ずしも効率的な黒鉛微粒子（煤）の除去方法ではない。

【0006】

そこで、効率的に煤を除去することができるフィルタ装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施の形態のフィルタ装置は、エンジンの排気ガスの流入側になる第１端と、前記排気ガスの流出側になる第２端とを有するセラミック製のフィルタであって、前記第１端から前記第２端に向かって前記第２端の手前まで伸延する複数の第１穴部と、前記第２端から前記第１端に向かって前記第１端の手前まで、前記第１穴部とは互い違いに伸延する、複数の第２穴部とを有するフィルタと、前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、粒子状又はワイヤ状の金属部材と、前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、触媒部と、前記フィルタの外側面、又は、前記外側面よりも外側に配設され、前記フィルタの内部に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射部とを含み、前記金属部材は、前記フィルタの内部で、前記マイクロ波を透過又は反射し、前記複数の第１穴部と前記複数の第２穴部の断面において、中心側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度は、前記断面における外側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度よりも高い。

【発明の効果】

【0008】

効率的に煤を除去することができるフィルタ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】実施の形態のフィルタ装置１００を示す図である。

【図2】実施の形態のフィルタ装置１００を示す図である。

【図3】穴部１１１と穴部１１２の配置と構成を示す図である。

【図4】穴部１１１と穴部１１２の配置と構成を示す図である。

【図5】フィルタ１１０における金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率の異なる領域を示す図である。

【図6】アンテナ１３０を高周波発生部２００に接続した状態を示す図である。

【図7】金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率に対するマイクロ波の反射率と透過率の関係を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明のフィルタ装置を適用した実施の形態について説明する。

【0011】

＜実施の形態＞
図１及び図２は、実施の形態のフィルタ装置１００を示す図である。

【0012】

フィルタ装置１００は、フィルタ１１０、カバー１２０、及びアンテナ１３０を含む。フィルタ装置１００は、一例として、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する装置であり、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管に直列に挿入される。

【0013】

フィルタ１１０は、円柱状で多孔質のセラミック製の部材であり、複数の穴部１１１と、複数の穴部１１２とを有する。フィルタ１１０は、例えば、炭化珪素（ＳｉＣ）製のセラミックで形成されていてもよい。

【0014】

また、フィルタ１１０は、一方の面１１０Ａ（図１参照）、他方の面１１０Ｂ（図２参照）、及び側面１１０Ｃを有する。一方の面１１０Ａと他方の面１１０Ｂは、ともに円形であり、側面１１０Ｃは、円柱体の側面の形状（長方形を環状に湾曲させた形状）である。

【0015】

穴部１１１は、フィルタ１１０の一方の面１１０Ａに形成される開口部から他方の面１１０Ｂに向かってＹ軸方向に沿って伸延しており、他方の面１１０Ｂの手前で閉じられている。穴部１１１の伸延方向（Ｙ軸方向）は、フィルタ１１０の円柱形状の中心軸が伸延する方向と等しい。

【0016】

穴部１１１の伸延方向に垂直な断面の形状は、一例として、正方形である。穴部１１１の伸延方向に垂直な断面は、ＸＺ平面に平行な断面である。複数の穴部１１１は、ＸＺ平面視で、複数の白い正方形と、複数の黒い正方形とを市松模様に配列したうちの白い正方形の位置に配置されており、一方の面１１０Ａに形成される開口部から他方の面１１０Ｂの手前まで伸延している。

【0017】

穴部１１２の伸延方向に垂直な断面の形状は、一例として、正方形である。穴部１１２の伸延方向に垂直な断面は、ＸＺ平面に平行な断面である。複数の穴部１１２は、ＸＺ平面視で、複数の白い正方形と、複数の黒い正方形とを市松模様に配列したうちの黒い正方形の位置に配置されており、他方の面１１０Ｂに形成される開口部から一方の面１１０Ａの手前まで伸延している。

【0018】

このように、複数の穴部１１１と、複数の穴部１１２とは、入れ子式に配置されており、三次元的に重複又は接触しないように互い違いに配置されている。また、フィルタ装置１００は、ディーゼルエンジンの排気ガスを排出する排気管の第１区間と第２区間との間に直列に挿入される。第１区間は、第２区間よりもディーゼルエンジンに近い区間である。

【0019】

複数の穴部１１１には、第１区間から排出される排気ガスが流入する。すなわち、複数の穴部１１１は、排気ガスが流入する流入側に位置する。また、複数の穴部１１２は、フィルタ装置１００で浄化した排気ガスを排気管の第２区間に排出する。すなわち、複数の穴部１１２は、排気ガスが流出する流出側に位置する。

【0020】

複数の穴部１１１に流入した排気ガスは、複数の穴部１１１と複数の穴部１１２との間のフィルタ１１０の多孔質の孔部を通過して、複数の穴部１１２から流出する。

【0021】

穴部１１１のＸＺ平面視での寸法は、一例として、１辺が１ｍｍであり、これは穴部１１２についても同じである。穴部１１１と穴部１１２とのＸ軸方向及びＺ軸方向の間隔は、一例として、３００μｍである。

【0022】

また、フィルタ１１０のＸＺ平面視での直径と、Ｙ軸方向の長さとは、フィルタ装置１００を用いるディーゼルエンジンの排気量又は用途等に応じて、適切な値に設定すればよい。

【0023】

なお、複数の穴部１１１と複数の穴部１１２との内部に配設される触媒と、金属部材とについては、図３及び図４を用いて後述する。

【0024】

カバー１２０は、円筒状の誘電体製の部材であり、フィルタ１１０の側面１１０Ｃから所定の間隔を隔てた位置において、円柱状のフィルタ１１０と、ＸＺ平面視で同心円状に配置される。また、カバー１２０のＹ軸方向の長さは、一例として、フィルタ１１０と同一である。

【0025】

カバー１２０の外周面には、アンテナ１３０が配置される。カバー１２０は、アンテナ１３０をフィルタ１１０の外周部に配置するために設けられている。なお、カバー１２０の内周面と、フィルタ１１０の側面１１０Ｃとの間は、例えば、数ミリ程度であってもよい。また、カバー１２０の内周面と、フィルタ１１０の側面１１０Ｃとは、密着していてもよい。

【0026】

アンテナ１３０は、カバー１２０の外周面に複数設けられている。複数のアンテナ１３０は、カバー１２０の外周面において、周方向及びＹ軸方向において等間隔で配置されている。アンテナ１３０は、マイクロ波放射部の一例である。

【0027】

図１及び図２には、一例として、アンテナ１３０がカバー１２０の周方向に９０度間隔で４つ配置され、カバー１２０のＹ軸方向に等間隔で４つ配置される形態を示す。カバー１２０の陰になる８つのアンテナ１３０の図示を省くが、１６個のアンテナ１３０が等間隔でカバー１２０の外周面に配置される形態である。

【0028】

アンテナ１３０は、パッチアンテナである。アンテナ１３０は、例えば、銅又はアルミニウム等の金属製であればよく、薄い金属箔で実現することができる。アンテナ１３０は、図示しないマイクロ波電源に接続されており、カバー１２０の外周面の周方向、又は、Ｙ軸方向に電界が変換するマイクロ波を放射する。

【0029】

ここでは、アンテナ１３０がマイクロ波を放射するパッチアンテナである形態について説明するため、平面視で正方形のアンテナ１３０の１辺の長さは、電気長で、マイクロ波の波長（λ）の半波長（λ／２）に設定すればよい。この１辺の長さは、カバー１２０及びフィルタ１１０の誘電率を考慮して決定すればよい。なお、マイクロ波の周波数は、例えば、ＩＳＭ(Industry-Science-Medical)バンドのうちの２．４５ＧＨｚであるが、これ以外の周波数であってもよい。マイクロ波とは、例えば、約３００ＭＨｚから約数１０ＧＨｚ程度の周波数の電磁波である。

【0030】

なお、ここでは、１６個のアンテナ１３０が等間隔でカバー１２０の外周面に配置される形態について説明するが、アンテナ１３０の数と位置は、フィルタ１１０の大きさ、及び、フィルタ１１０の内部でのマイクロ波の分布等に応じて適宜設定すればよい。

【0031】

また、アンテナ１３０は、マイクロ波をフィルタ１１０の内部に向けて放射できるアンテナであればよいため、パッチアンテナに限られない。アンテナ１３０としては、スロットアンテナ、ダイポールアンテナ、又はモノポールアンテナを用いてもよい。

【0032】

図３及び図４は、穴部１１１と穴部１１２の配置と構成を示す図である。

【0033】

図３（Ａ）には、フィルタ１１０の一方の面１１０Ａを示す。図３（Ａ）では、一方の面１１０Ａに表出する穴部１１１を実線で示すとともに、一方の面１１０Ａには表出しない穴部１１２を破線で示す。

【0034】

また、図４（Ａ）には、フィルタ１１０の他方の面１１０Ｂを示す。図４（Ａ）では、他方の面１１０Ｂに表出する穴部１１２を実線で示すとともに、他方の面１１０Ｂには表出しない穴部１１１を破線で示す。

【0035】

図３（Ａ）及び図４（Ａ）に示すように、穴部１１１と穴部１１２とは、市松模様を構築するように配置される。

【0036】

図３（Ｂ）には、一部の穴部１１１と、一部の穴部１１２とを斜視透視的に示す。また、図３（Ｃ）には、穴部１１１のＹ軸方向に沿った、ＸＺ平面に平行な断面を示す。

【0037】

同様に、図４（Ｂ）には、一部の穴部１１２と、一部の穴部１１１とを斜視透視的に示す。また、図４（Ｃ）には、穴部１１２のＹ軸方向に沿った、ＸＺ平面に平行な断面を示す。

【0038】

図３（Ｂ）と図４（Ｂ）には、５つの穴部１１１と、４つの穴部１１２とが市松模様状に配置される、３行３列の部分を示すが、フィルタ１１０の内部における穴部１１１及び穴部１１２の形状については、それぞれ、１つずつのみを破線で示す。

【0039】

穴部１１１は、一方の面１１０Ａに形成される開口部１１１ＡからＹ軸方向に伸延しており、壁部１１１Ｂで閉じられている。また、穴部１１２は、他方の面１１０Ｂに形成される開口部１１２ＡからＹ軸方向に伸延しており、壁部１１２Ｂで閉じられている。

【0040】

また、図３（Ｃ）に示すように、穴部１１１の内壁１１１Ｄには、触媒粒子１１３が塗布されており、触媒粒子１１３は、内壁１１１Ｄの５面（Ｙ軸方向に伸延する４面と、壁部１１１Ｂの手前の面との５面）のすべてに塗布されている。

【0041】

また、図４（Ｃ）に示すように、穴部１１２の内壁１１２Ｄには、触媒粒子１１４が塗布されており、触媒粒子１１４は、内壁１１２Ｄの５面（Ｙ軸方向に伸延する４面と、壁部１１２Ｂの手前の面との５面）のすべてに塗布されている。

【0042】

触媒粒子１１３及び１１４は、例えば、白金製であり、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる一酸化炭素を酸化して二酸化炭素に変換する。また、触媒粒子１１３及び１１４は、一酸化窒素を酸化して二酸化窒素に変換する。触媒粒子１１３及び１１４は、触媒部の一例である。

【0043】

触媒粒子１１３は、例えば、白金粒子をトルエン等の有機溶剤又は水に分散させて作製した溶液（スラリー）を内壁１１１Ｄに塗布することによって形成することができる。同様に、触媒粒子１１４は、例えば、白金粒子をトルエン等の有機溶剤又は水に分散させて作製した溶液（スラリー）を内壁１１２Ｄに塗布することによって形成することができる。

【0044】

また、図３（Ｃ）に示すように、穴部１１１の内壁１１１Ｄの触媒粒子１１３の上には、微小な金属ワイヤ１１５が配置されており、図４（Ｃ）に示すように、穴部１１２の内壁１１２Ｄの触媒粒子１１４の上には、微小な金属ワイヤ１１６が配置されている。

【0045】

金属ワイヤ１１５及び１１６は、マイクロメートル（μｍ）オーダー、又は、ナノメートル（ｎｍ）オーダーの微小なワイヤであり、例えば、鉄製又は銅製である。金属ワイヤ１１５及び１１６は、金属部材の一例である。

【0046】

金属ワイヤ１１５及び１１６は、アンテナ１３０からフィルタ１１０の内部に向けて放射されるマイクロ波を反射又は透過させるために設けられている。

【0047】

金属ワイヤ１１５は、内壁１１１Ｄの５面において、触媒粒子１１３の上に設けられており、金属ワイヤ１１６は、内壁１１２Ｄの５面において、触媒粒子１１４の上に設けられている。

【0048】

金属ワイヤ１１５は、例えば、金属ワイヤ１１５を水に分散させたスラリーを触媒粒子１１３の上に塗布することによって形成することができる。同様に、金属ワイヤ１１６は、例えば、金属ワイヤ１１６を水に分散させたスラリーを触媒粒子１１４の上に塗布することによって形成することができる。

【0049】

図５は、フィルタ１１０における金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率の異なる領域を示す図である。図５（Ａ）は、一方の面１１０Ａを示し、図５（Ｂ）は、他方の面１１０Ｂを示す。

【0050】

図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す破線Ａよりも内側に位置する金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率は、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に示す破線Ａよりも外側に位置する金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率よりも高く設定されている。

【0051】

ここで、フィルタ１１０の内部の領域のうち、破線Ａよりも内側を領域Ｉと称し、破線Ａよりも外側を領域ＩＩと称す。

【0052】

破線Ａよりも内側の領域Ｉでは、領域ＩＩよりも金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率を大きくすることにより、アンテナ１３０からフィルタ１１０の内部に放射されるマイクロ波が領域Ｉに入射しにくくなるようにしている。

【0053】

換言すれば、フィルタ１１０の外側から内側に向かって放射されるマイクロ波が、領域Ｉの金属ワイヤ１１５及び１１６によって反射される確率を大きくすることにより、領域ＩＩに戻るようにしている。

【0054】

また、破線Ａよりも外側の領域ＩＩでは、領域Ｉよりも金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率を小さくすることにより、金属ワイヤ１１５及び１１６によってマイクロ波が反射されることと、マイクロ波が金属ワイヤ１１５及び１１６を透過することとを生じさせて、領域ＩＩの全体にマイクロ波が効率的に伝搬するようにしている。

【0055】

換言すれば、フィルタ１１０の外側から内側に向かって放射されるマイクロ波が、領域ＩＩの内部に集中するようにしている。

【0056】

このようにマイクロ波を領域ＩＩの内部に集中させるのは、次のような理由によるものである。

【0057】

フィルタ１１０を定期的に浄化する浄化処理において、燃料を用いて燃焼させると、中心部は温度が十分に高くなって煤が分解されるが、中心部よりも外側では温度が十分に上昇せず、煤が分解されずに残留するおそれがある。このような浄化処理は、煤の貯まったフィルタ１１０を再生するために行われる。

【0058】

実施の形態のフィルタ装置１００では、再生処理において煤を比較的除去しにくい領域ＩＩにマイクロ波を集中させて、マイクロ波で煤を除去する。これは、燃料を用いて燃焼させる再生処理では分解しきれないおそれのある、フィルタ１１０の領域ＩＩに貯まる煤をマイクロ波で分解するためである。なお、煤とは、ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれる排気微粒子であり、黒煙微粒子、又は、黒鉛微粒子である。

【0059】

領域Ｉと領域ＩＩでは、金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率が異なる。このように金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率が異なる領域Ｉと領域ＩＩとは、金属ワイヤ１１５及び１１６の含有量が異なるスラリーを塗り分けることによって形成すればよい。スラリーの塗布は、穴部１１１及び１１２の内部にスラリーを流し込むことによって行えばよい。

【0060】

例えば、領域ＩＩの穴部１１１及び１１２をマスク等で覆った状態で、領域Ｉの穴部１１１及び１１２の内部に金属ワイヤ１１５及び１１６の含有量が多いスラリーを塗布すればよい。また、領域Ｉの穴部１１１及び１１２をマスク等で覆った状態で、領域ＩＩの穴部１１１及び１１２の内部に金属ワイヤ１１５及び１１６の含有量が少ないスラリーを塗布すればよい。

【0061】

このような塗り分けを行うことにより、領域ＩＩよりも領域Ｉにおける穴部１１１及び１１２の内部の金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率を大きくすることができる。

【0062】

図６は、アンテナ１３０を高周波発生部２００に接続した状態を示す図である。フィルタ装置１００は、１６個のアンテナ１３０を含むが、図６では、そのうちの一部を示す。１６個のアンテナ１３０は、同軸ケーブル又はマイクロストリップライン等を介して、高周波発生部２００に対して互いに並列に接続されるが、図６では一部の接続関係を略して示す。

【0063】

図６に示すアンテナ１３０は、パッチアンテナである。アンテナ１３０は、高周波発生部２００によって給電点１３１から給電される。アンテナ１３０は、平面視で矩形状の金属箔であり、金属箔の厚さ方向にマイクロ波を放射する。

【0064】

高周波発生部２００は、高周波電磁波となる２００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚの電磁波、より好ましくはマイクロ波（３００ＭＨｚ〜３００ＧＨｚ）を発生させる。高周波発生部２００が発生する電磁波の周波数は、現時点のアンプの出力性能の点から、例えば３００〜１０ＧＨｚであるが、その範囲内に限定されるものではない。高周波発生部２００は、例えば、ＧａＮ等により形成された半導体素子やマグネトロンを用いて構成される。

【0065】

すべてのアンテナ１３０を高周波発生部２００に接続し、アンテナ１３０からフィルタ１１０（図１乃至図５参照）にマイクロ波を放射すれば、領域ＩＩ（図５参照）にマイクロ波を集中させることができ、領域ＩＩ内の穴部１１１及び１１２に貯まった煤を分解することができる。煤は、二酸化炭素と水蒸気に分解される。

【0066】

高周波発生部２００は、フィルタ装置１００を搭載する車両、船舶、又は建設機械等に搭載しておき、マイクロ波による煤の分解処理を行う際に、利用すればよい。

【0067】

また、高周波発生部２００は、車両等に搭載しておかなくてもよく、例えば、サービス工場等に設置しておき、車両等が入庫したときに、アンテナ１３０に接続して、マイクロ波による煤の分解処理を行ってもよい。

【0068】

図７は、金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率に対するマイクロ波の反射率と透過率の関係を示す図である。

【0069】

横軸は、体積占有率を表し、縦軸は、アンテナ１３０からフィルタ１１０に入力されるマイクロ波の電力の透過率と反射率を示す。なお、縦軸は、アンテナ１３０からフィルタ１１０に入力される電力で規格化した値（規格化電力）として透過率と反射率を示す。

【0070】

図７に示すように、金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率の違いでマイクロ波の透過率と反射率が変化する。

【0071】

金属ワイヤ１１５及び１１６の材料として、一例として、鉄又は銅を用いることを想定して検討を行った。このため、図７には、鉄（Ｆｅ）について求めた結果を実線で示し、銅（Ｃｕ）について求めた結果を破線で示す。

【0072】

また、導電率が金属ワイヤ１１５及び１１６の密度に比例すると仮定し、式（１）で表されるインピーダンスの式と、式（２）で表される二つの媒質間における反射・透過の式とを用いて、マイクロ波の電力の透過率と反射率を算出した。

【0073】

μ₀、ε₀は、それぞれ、空気中の透磁率、誘電率を示す。σは導電率であり、空気中では０に設定した。金属ワイヤ１１５及び１１６中では、式（３）に示すように導電率が金属ワイヤ１１５及び１１６の密度に比例すると仮定した。

【0074】

ｎは金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率、σ₀は金属ワイヤ１１５及び１１６の材料の導電率、ξ₀は空気中のインピーダンスである。ここでは、ξ₀を１２０πに設定した。また、Γは反射率、Tは透過率を示す。なお、Ｔ＝１＋Γである。

【0075】

【数1】

【0076】

【数2】

【0077】

【数3】

【0078】

図７から分かるように、領域Ｉでは、マイクロ波はほとんど反射している。体積占有率が１×１０^−５以上であればマイクロ波は反射する。体積占有率が１×１０^−５であることは、例えば、Ｘ軸方向の長さが１ｍｍでＺ軸方向の長さが１ｍｍの穴部１１１の内部で、金属ワイヤ１１５を含むスラリーを１μｍの厚さで塗布した場合に、１ｍｍ×１ｍｍ×１μｍの体積のスラリーの中に、直径１００ｎｍ、長さ１０μｍの金属ワイヤ１１５が１００本程度存在する条件に相当する。なお、穴部１１２の内部で金属ワイヤ１１６を含むスラリーが塗布された場合も同様である。

【0079】

体積占有率は、金属ワイヤ１１５及び１１６の直径及び長さ等のサイズと、スラリーに混入する金属ワイヤ１１５及び１１６の密度を設定することによって調整することができる。

【0080】

また、体積占有率が１×１０^−７〜１×１０^−６（領域ＩＩとほぼ同じ範囲）では、反射率と透過率が同程度である。このような体積占有率は、例えばＸ軸方向の長さが１ｍｍでＺ軸方向の長さが１ｍｍの穴部１１１の内部で、金属ワイヤ１１５を含むスラリーを１μｍの厚さで塗布した場合に、直径２０ｎｍ、長さ１０μｍの金属ワイヤ１１５が３０本程度存在する条件に相当する。なお、穴部１１２の内部で金属ワイヤ１１６を含むスラリーが塗布された場合も同様である。

【0081】

フィルタ１１０の領域ＩＩに含まれる穴部１１１及び１１２の内部に１×１０^−７〜１×１０^−６の体積占有率で分布する金属ワイヤ１１５及び１１６を塗布すれば、領域ＩＩは、マイクロ波が透過及び反射する領域になる。

【0082】

また、領域Ｉに含まれる穴部１１１及び１１２の金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率は、領域Ｉにおける体積占有率よりも高いため、領域Ｉと領域ＩＩの境界付近でマイクロ波は反射し、領域ＩＩに戻る。

【0083】

従って、フィルタ１１０の領域ＩＩは、マイクロ波が絶えず照射される環境となり、煤に効率よくマイクロ波のエネルギを与えることが可能になる。

【0084】

なお、領域Ｉに形成する金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率は、１×１０^−５以上であるので、スラリーの濃度も１×１０^−５以上の濃度に設定する。また、領域ＩＩでは、１×１０^−７〜１×１０^−６オーダの体積占有率が必要であるため、スラリーの濃度も１×１０^−７〜１×１０^−６以上の濃度に設定すればよい。

【0085】

金属ワイヤ１１５及び１１６のサイズと形状としては、例えば、領域Ｉでは直径１００ｎｍ、長さ１０μｍのナノワイヤであればよく、領域ＩＩでは直径２０ｎｍ、長さ１０μｍのナノワイヤであればよい。なお、鉄製のナノワイヤは、例えば、化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical Vapor Deposition）法を用いて作製することができる。

【0086】

また、金属ワイヤ１１５及び１１６にマイクロ波を照射することにより、次のような効果も期待できる。電子レンジ内にスチールウールなどの金属ワイヤを設置し、マイクロ波を照射すると、火花放電が起こる。電子レンジは、マグネトロンから生じるマイクロ波が加熱対象物と加熱室内の側壁の間で何度も多重反射しながら加熱対象物にエネルギが供給されることによって対象物を加熱する。

【0087】

フィルタ装置１００のフィルタ１１０の内部では、マイクロ波が多重反射する環境内に、上述の電子レンジ内に設置されるスチールウールに対応する金属ワイヤ１１５及び１１６が曝されるので、火花放電が起こると考えられる。このため、フィルタ装置１００では、火花放電により煤の分解が促進されることが期待される。

【0088】

以上、実施の形態によれば、フィルタ１１０の中心側の領域Ｉの穴部１１１及び１１２の内部にそれぞれ設けられる金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率を、フィルタ１１０の外側の領域ＩＩの穴部１１１及び１１２の内部にそれぞれ設けられる金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率よりも大きく設定し、フィルタ１１０の外部からマイクロ波を照射する。

【0089】

このため、マイクロ波は、主に領域ＩＩの内部に集中し、領域ＩＩの内部でマイクロ波の透過及び反射が絶え間なく行われることになる。

【0090】

従って、燃料を燃焼させて行う再生処理では煤を取り除き切れないフィルタ１１０の領域ＩＩの内部に貯まる煤に、マイクロ波のエネルギを与えて効率的に分解することができる。

【0091】

以上、実施の形態によれば、効率的に煤を除去することができるフィルタ装置１００を提供することができる。

【0092】

なお、以上では、フィルタ１１０の中心側の領域Ｉの中にある金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率が、フィルタ１１０の領域Ｉよりも外側の領域ＩＩの中にある金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率よりも大きい形態について説明した。しかしながら、領域Ｉの中にある金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率と、領域ＩＩの中にある金属ワイヤ１１５及び１１６の体積占有率とは、等しくてもよい。等しい場合でも、領域ＩＩの内部に貯まる煤をマイクロ波で効率的に分解することができる。

【0093】

また、ディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する形態について説明したが、例えば、ガソリンエンジンのように、ディーゼルエンジン以外の形式のエンジンの排気ガスの浄化に用いてもよい。

【0094】

また、以上では、フィルタ１１０が円柱状である形態について説明したが、フィルタ１１０は、第１端から排気ガスが流入され、反対側の第２端から浄化した排気ガスを流出させるものであって、穴部１１１及び１１２を有する多孔質のものであれば、外形は円柱状ではなくてもよい。

【0095】

また、以上では、触媒粒子１１３及び１１４が白金製である形態について説明したが、白金以外の触媒作用のある貴金属又は金属であってもよい。

【0096】

また、以上では、金属ワイヤ１１５及び１１６を用いる形態について説明したが、金属ワイヤ１１５及び１１６の代わりに、粒子状の金属部材を用いてもよい。

【0097】

また、以上では、アンテナ１３０が、パッチアンテナ、スロットアンテナ、ダイポールアンテナ、又はモノポールアンテナである形態について説明したが、アンテナ１３０の代わりに、マイクロ波を放射する共振器、又は、導波管等を用いてもよい。

【0098】

また、以上では、１６個のアンテナ１３０が等間隔でカバー１２０の外周面に配置される形態について説明したが、アンテナ１３０の位置と数は、フィルタ１１０の内部に十分にマイクロ波を放射できるのであれば、適宜変更してよい。

【0099】

以上、本発明の例示的な実施の形態のフィルタ装置について説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。
以上の実施の形態に関し、さらに以下の付記を開示する。
（付記１）
エンジンの排気ガスの流入側になる第１端と、前記排気ガスの流出側になる第２端とを有するセラミック製のフィルタであって、前記第１端から前記第２端に向かって前記第２端の手前まで伸延する複数の第１穴部と、前記第２端から前記第１端に向かって前記第１端の手前まで、前記第１穴部とは互い違いに伸延する、複数の第２穴部とを有するフィルタと、
前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、粒子状又はワイヤ状の金属部材と、
前記フィルタの外側面、又は、前記外側面よりも外側に配設され、前記フィルタの内部に向けてマイクロ波を放射するマイクロ波放射部と
を含む、フィルタ装置。
（付記２）
前記金属部材は、前記フィルタの内部で、前記マイクロ波を透過又は反射する、付記１記載のフィルタ装置。
（付記３）
前記複数の第１穴部と前記複数の第２穴部の断面において、中心側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度は、前記断面における外側に位置する前記第１穴部及び前記第２穴部の前記内壁に設けられる前記金属部材の密度よりも高い、付記１又は２記載のフィルタ装置。
（付記４）
前記第１穴部及び前記第２穴部の内壁に設けられる、金属製の触媒部をさらに含み、
前記金属部材は、前記内壁において前記触媒部に重ねて設けられる、付記１乃至３のいずれか一項記載のフィルタ装置。
（付記５）
前記フィルタの前記第１端と前記第２端との間で前記外側面を覆うカバーをさらに含み、
前記マイクロ波放射部は、前記カバーの外表面に配設されるアンテナである、付記１乃至４のいずれか一項記載のフィルタ装置。
（付記６）
前記アンテナは、パッチアンテナである、付記５記載のフィルタ装置。
（付記７）
前記フィルタは、円柱状形状である、付記１乃至６のいずれか一項記載のフィルタ装置。
（付記８）
前記フィルタは、多孔質のセラミック製である、付記１乃至７のいずれか一項記載のフィルタ装置。
（付記９）
前記第１穴部と前記第２穴部とは、前記多孔質のフィルタを通じて連通する、付記８記載のフィルタ装置。

【符号の説明】

【0100】

１００ フィルタ装置
１１０ フィルタ
１１１、１１２ 穴部
１１０Ａ 一方の面
１１０Ｂ 他方の面
１１０Ｃ 側面
１１３、１１４ 触媒粒子
１１５、１１６ 金属ワイヤ
１２０ カバー
１３０ アンテナ
２００ 高周波発生部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】