オゾン発生装置
【課題】オゾンの不足によるＮＯｘの大気中への放出、オゾン余剰による排ガスライン腐食等を防止する。
【解決手段】内燃機関２１から排気され、ＮＯｘ分解触媒２２に送られるガスにオゾンを発生させ、それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器１４１−ｍを流路に並列に配置し、オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生器１４と、内燃機関２１の回転数、オゾン発生器１４の反応器１４１−ｍの温度及びＮＯｘ分解触媒２２の温度を検出する検出器と、反応器１４１−ｍの温度及びＮＯｘ分解触媒２２の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶部１６と、検出器による検出結果に基づいて、記憶部１６に格納されたデータテーブルを参照し、オゾン発生器１４における複数の反応器１４１−ｍをオン／オフ制御する制御部１５と、を含む。
【解決手段】内燃機関２１から排気され、ＮＯｘ分解触媒２２に送られるガスにオゾンを発生させ、それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器１４１−ｍを流路に並列に配置し、オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生器１４と、内燃機関２１の回転数、オゾン発生器１４の反応器１４１−ｍの温度及びＮＯｘ分解触媒２２の温度を検出する検出器と、反応器１４１−ｍの温度及びＮＯｘ分解触媒２２の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶部１６と、検出器による検出結果に基づいて、記憶部１６に格納されたデータテーブルを参照し、オゾン発生器１４における複数の反応器１４１−ｍをオン／オフ制御する制御部１５と、を含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療機器や上下水の殺菌等でオゾンが利用されている。また、脱臭装置としてもオゾンが利用されることもある。このように利用されるオゾンは、オゾン発生装置によって発生させている。
【０００３】
オゾン発生装置は、従来は室内に設置されて利用されるのが一般的であったが、近年では、その利用分野も広がり、屋外等の温度や湿度の管理が難しい場所で利用することもある。例えば、自動車に利用するオゾン発生装置が挙げられる。また、自動車に利用するオゾン発生装置は、省スペースかつ省エネルギーが重視される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
自動車においては、内燃機関から排気されるガスにオゾン発生装置によりオゾンを発生させ、後段のＮＯｘ分解触媒を用いてオゾンを反応させてＮＯｘを除去することが行われている。ＮＯｘの除去のために必要なオゾンの量は、内燃機関の排気量やＮＯｘ分解触媒の温度によって変動する。
【０００５】
自動車に用いられる従来のオゾン発生装置においては、ＮＯｘ分解触媒が低温で十分な性能が得られない場合に、一定量のオゾンを供給していた。この場合、ＮＯｘ分解触媒においてオゾンがどれだけ消費されているか正確に把握することは困難であった。このため、余剰のオゾンを発生させることにより電力を余剰に消費したり、オゾンを大気中に排出したり、オゾンにより排ガスラインを腐食させたりすることがあった。また、オゾンが不足することにより、分解されないＮＯｘを大気中に放出することもあった。さらに、オゾン発生装置が故障すると、オゾンの発生が停止していた。
【０００６】
一方、複数のオゾン発生管を用いることによりオゾン発生装置で発生させるオゾン量を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３６７５２１号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１０４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、オゾン発生装置により発生される余剰のオゾンによる排ガスラインの腐食を防止し、オゾンの放出を防止し、ひいては余剰オゾン発生のための余剰電力の発生を抑制するとともに、オゾンの不足によるＮＯｘの放出を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明に係るオゾン発生装置は、内燃機関から排気され、ＮＯｘ分解触媒に送られるガスにオゾンを供給するオゾン発生装置であって、それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器を流路に並列に配置し、前記オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生手段と、前記内燃機関の回転数、前記オゾン発生手段の反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度を検出する検出手段と、前記前記反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納された前記所定のデータテーブルを参照し、前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御する制御手段と、を含むものである。
【００１０】
前記記憶手段は、前記ＮＯｘ触媒温度に対する前記ＮＯｘ触媒から排出されるガスにおけるＮＯｘ分解率のデータテーブル及び前記反応器の温度に対する前記反応器のオゾン発生量のデータテーブルを格納することが好ましい。
【００１１】
前記制御手段は、前記複数の反応器の各積算稼働時間を平準化するように、前記複数の反応器をオン／オフ制御することが好ましい。
【００１２】
前記反応器は、セラミック製の筒状部材に、放電を起こさせる電極を配置してなることが好ましい。
【００１３】
前記ＮＯｘ分解触媒は、ＮＯｘ還元吸蔵触媒であることが好ましい。
【００１４】
前記オゾン発生手段の前段に除湿手段を有し、前記オゾン発生手段には前記除湿手段を介してガスが供給されることが好ましい。
【００１５】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからオゾンを検出する第２の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らし、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やすようにフィードバック制御することが好ましい。
【００１６】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからＮＯｘを検出する第３の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第３の検出手段が検出したＮＯｘの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やし、前記第３の検出手段で検出したＮＯｘの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らすようにフィードバック制御することが好ましい。
【００１７】
アクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つを検出する第４の検出手段を有し、前記制御部は、前記内燃機関の回転数とともに、又は前記内燃機関の回転数に代えて、前記第４の検出手段で検出したアクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つに基づいて前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御を行うことが好ましい。
【００１８】
アラーム手段をさらに有し、前記制御手段は、前記オゾン発生手段における複数の反応器のうち故障した反応器の数が所定数を超えると前記アラーム手段から警報を発するように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、オゾン発生装置により発生される余剰のオゾンによる排ガスラインの腐食を防止し、オゾンの放出を防止し、ひいては余剰オゾン発生のための余剰電力の発生を抑制することができる。また、オゾン発生装置により発生されるオゾンの不足によるＮＯｘの放出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】オゾン発生装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】オゾン発生部の構成を示す図である。
【図３】車両におけるオゾン発生装置等の配置を示す図である。
【図４】オゾン発生装置の制御方法の一連の工程を示すフローチャートである。
【図５】計測工程のフローチャートである。
【図６】計算工程のフローチャートである。
【図７】データテーブルを示すグラフである。
【図８】稼動状況管理工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、オゾン発生装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態は、自動車のような車両に搭載されるオゾン発生装置を想定している。
【００２２】
〔第１の実施形態〕
図１は、オゾン発生装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
オゾン発生装置１は、オゾン発生に使用する大気中の埃等を除去するエアフィルタ１１と、エアフィルタ１１を通過した大気に圧力を加えるコンプレッサ１２と、コンプレッサ１２で圧力が加えられたガスを除湿する除湿部（除湿手段）１３と、除湿部１３で除湿されたガスを利用してオゾンを発生させるオゾン発生器１４とで構成されているオゾン発生部１０（オゾン発生手段）と、筺体１８とを備えている。
【００２４】
また、オゾン発生装置１は、オゾン発生装置１の各部を制御する制御部１５（制御手段）と、制御部１５に使用されるプログラム、データ等を格納する記憶部１６（記憶手段）と、制御に必要となるパラメーター（温度や回転数など）を検出する検出部１７（検出手段）を備えている。制御部１５及び記憶部１６並びに検出部１７は、ＣＰＵ、メモリ、センサ等の公知の技術によって構成することができる。
【００２５】
図２は、オゾン発生器１４の構成を示す図である。図２（ａ）に示すように、オゾン発生器１４において、オゾンは反応器によって発生される。反応器は、セラミック製の筒状部材と、筒状部材内に設けられた第１の電極と、筒状部材の外側に設けられた第２の電極を有し、筒内にガスが流される。
【００２６】
反応器において、第１及び第２の電極間に交番電圧を印加されると放電（無声放電または沿面放電）が起き、筒内を流れるガスに含まれる酸素分子からオゾンが発生される。交番電圧が印加されていないときにはオゾンは発生されない。以下では、反応器に対して交番電圧が印加されて稼動状態にあることをオン、印加されずに稼動していないことをオフということにする。また、本実施形態の説明においては、無声放電を例に説明する。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、オゾン発生器１４において、複数の反応器１４１〜１４ｍが、図中の矢印で示すガスの流路に並列に設けられている。実際にはガスの流路方向に、複数の反応器１４１〜１４ｍを取り囲むように容器が延びているが、図中では簡単のために省略している。
【００２８】
複数の反応器１４１〜１４ｍには、オゾン発生器１４に供給されたガスが略等量に分配されて供給される。オゾン発生器１４がｍ個の反応器１４１〜１４ｍを有する場合、各反応器にはオゾン発生部１４に供給されるガス流量の略１／ｍの流量が供給される。
【００２９】
オゾン発生部１４においては、複数の反応器１４１〜１４ｍのそれぞれをオン／オフ制御することができる。複数の反応器１４１〜１４ｍのすべてをオンにした場合に最大のオゾン発生量Ｃｍａｘが得られ、全てをオフにした場合にオゾンは発生しない。ｋ個の反応器をオン、ｍ−ｋ個の反応器をオフとした場合には、オゾン発生量は、（ｋ／ｍ）Ｃｍａｘとなる。
【００３０】
したがって、オゾン発生器１４における複数の反応器１４１〜１４ｍのオン／オフをそれぞれ切り替えることによりオゾン発生量を調整することができる。オンの反応器の数が増加するとオゾン発生量が増加する。オンの反応器の数が減少するとオゾン発生量が減少する。
【００３１】
図２（ｂ）において、オゾン発生器１４は、縦３個、横８個の計２４個の反応器から構成されているが、これに限定されるものではない。オゾン発生器１４のオゾン発生量を調整するためには、複数の反応器１４１〜１４ｍの数は２以上であればよい。反応器の数が多くなるほど、オゾン発生量をより細かいステップで調整することができる。
【００３２】
なお、オゾン発生器１４を構成する反応器においては、オゾン発生量が温度依存性を有し、反応器が高温になるほどオゾン発生量が低下する。
【００３３】
一方、前述のように、反応器はセラミック製の筒状部材で構成されるため、機械的にもろい性質がある。このため、オゾン発生器１４に衝撃が加えられると一部の反応器の筒状部材が破損することがある。また、反応器の第１及び第２の電極は、高温の筒状部材において無声放電を発生させるため高い電圧が印加される。したがって、オゾン発生器１４が過熱すると一部の反応器の電極が焼損したり、サージ電圧が発生すると一部の反応器の電極が断線したりすることがある。このように筒状部材や電極が損なわれた反応器は、オゾンを発生する正常な動作を行うことができず、故障した状態とみなされる。
【００３４】
オゾン発生器１４においては、複数の反応器１４１〜１４ｍのいくつかは故障した状態であり得る。また、オゾン発生器１４の稼働時間の経過とともに故障した状態にある反応器の数は増加し得る。
【００３５】
オゾン発生器１４の反応器のいくつかが故障した場合、すべての反応器をオンとして稼動させることはできないが、故障した反応器をオフとして、残りのすべての反応器をオンとすることはできる。したがって、オゾン発生器１４を構成する反応器の数が大きいほど、複数の反応器１４１〜１４ｍの一部の故障が全体に及ぼす影響は小さくなる。このことから、オゾン発生器１４の安定した動作を保証するためには、反応器の数がある程度大きいことが好ましいといえる。
【００３６】
また、前述のように、反応器の故障はオゾン発生器の稼働時間の経過とともに増加する。したがって、長時間にわたるオゾン発生部１４の安定した動作を保証するためにも、反応器の数がある程度大きいことが好ましいといえる。
【００３７】
一方、オゾン発生器１４を構成する反応器の数が増加するとともに、オゾン発生器１４は大型化し、重量も大きくなり、さらにコストも大きくなる。本実施の形態においては、オゾン発生部１４の所望の性能を確保するとともに、これらのことを比較考量した結果、オゾン発生部１４を縦３個、横８個の計２４個の反応器から構成している。
【００３８】
図３は、車両におけるオゾン発生装置等の配置を示す図である。本実施の形態のオゾン発生装置１は、内燃機関２１により駆動される自動車のような車両１００に搭載される。このような車両１００において、オゾン発生装置１では、後述する所定のアルゴリズムにしたがい、所定量のオゾンを発生し、内燃機関２１から排出されたガスに添加する。
【００３９】
オゾン発生装置１は、車両１００に搭載されるため、設置のためのスペースや重量、供給できる電力に限りがある。このため、オゾン発生装置１は、一定のサイズや重量を有し、所定の消費電力に留まるように設計される。
【００４０】
このオゾン発生装置は、車両１００の運転席１１０においてキー１１１をオンにすることにより、始動され、動作が開始される。そして、キー１１１をオフとすることにより動作が停止される。
【００４１】
内燃機関２１は、例えばガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない電子制御ユニットにより制御されている。内燃機関２１は、オゾン発生装置と同様に、キー１１1のオンによりイグニッションスイッチがオンとなり運転が開始され、オフによりイグニッションンスイッチがオフとされて運転が停止される。
【００４２】
内燃機関２１から排出されたガスにはオゾン発生装置１からのオゾンが加えられ、ＮＯｘ分解触媒２２に供給される。本実施の形態では、ＮＯｘ分解触媒２２には、ＮＯｘ還元吸蔵触媒を利用している。
【００４３】
ＮＯｘ分解触媒２２においては、供給されるオゾンによりＮＯがＮＯ２へ酸化される。ＮＯｘ分解触媒においては、NOに比べてＮＯ２の分解性能が高いので、適切なオゾン量の投入によってＮＯｘ分解の効率が向上する。
【００４４】
ＮＯｘ分解触媒２２においては、ＮＯｘ分解率に温度依存性を有し、一定の温度でＮＯｘ分解度が最大になる。本実施の形態のＮＯｘ分解触媒２２は、２２０℃においてＮＯｘ分解度が最大になる。
【００４５】
このように、ＮＯｘ分解触媒２２においては、供給されるガス中のNO濃度や温度に依存してＮＯｘ分解の効率は変化する。ＮＯｘ分解触媒２２により分解できなかったＮＯなどのＮＯｘは、ＮＯｘ分解触媒２２から排出される。
【００４６】
図４は、オゾン発生装置１の制御方法の一連の工程を示すフローチャートである。ステップＳ１１は、車両１００の運転席１１０においてキー１１１がロックされた状態にある。例えば、運転席１１０の所定の位置にキーが差し込まれていない状態である。この状態においては、オゾン発生装置１は停止状態にある。また、内燃機関２１も停止状態にある。
【００４７】
ステップＳ１２は、運転席１１０においてキー１１１がオンとされた状態である。例えば、運転席１１０の所定の位置にキーが差し込まれ、オンされた状態である。オゾン発生装置１の制御部１５は、記憶部１６に格納された所定のプログラムを読み出し、このプログラムにしたがって以下の一連の工程を開始する。
【００４８】
更に、キー１１１のイグニッションスイッチがオンとされ、内燃機関２１の運転が開始される。同時に、オンとなるオゾン発生装置の反応器が以下の一連の工程で決定され、内燃機関２１からの排ガスへのオゾンガス供給が始まる。
【００４９】
ステップＳ１３は、制御部１６は、各種センサを用いてオゾン発生に関係する所定の箇所の状態を計測する。
【００５０】
図５は、ステップＳ１３の計測工程の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２１においては、制御部１５は、検出手段１７によってオゾン発生器１４の反応器の温度Ｔｒ〔Ｋ〕を計測する。この温度の計測するセンサには、例えば熱電対のような公知技術を利用することができる。
【００５１】
オゾン発生器１４は、複数の反応器１４１〜１４ｍから構成されるので、一般に反応器ごとの温度は異なることになる。本実施の形態では、オゾン発生器１４における所定の一点で代表させて温度を計測し、反応器の温度としている。
【００５２】
また、オゾン発生器の数点で温度を計測したり、すべての反応器の温度を計測したりした複数の計測温度に基づいて反応器の温度を決定することもできる。さらに、反応器の故障を考慮して、故障していない正常に動作している反応器のうち、稼動しているオン状態のもののみの温度に基づいて反応器の温度を決めることもできる。制御部１５は、計測した反応器の温度を記憶部１６に格納する。
【００５３】
ステップＳ２２においては、制御部１５は、検出部１７によって内燃機関２１の回転数Ｒ〔ｒｐｍ〕を計測する。回転数を計測するセンサには、例えば電磁誘導などの公知技術を利用することができる。制御部１５は、計測した内燃機関１２の回転数を記憶部１６に格納する。
【００５４】
ステップＳ２３においては、制御部１５は、検出部１７によってＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｃ〔Ｋ〕を計測する。この温度の計測するセンサには、例えば熱電対のような公知技術を利用することができる。
【００５５】
本実施の形態では、ＮＯｘ分解触媒２２の入口の温度を計測している。しかしながら、ＮＯｘ分解触媒２２の出口の温度を計測したり、内部や表面の温度を計測したりしてもよい。制御部１５は、計測したＮＯｘ分解触媒２２の温度を記憶部１６に格納する。
【００５６】
図４に戻り、ステップＳ１４において、制御部１５は、所定の計算を行う。図６は、ステップ１４の計算工程の流れを示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ３１において、制御部１５は、内燃機関の排気量Ｑ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。制御部１５は、記憶部１６に格納されている内燃機関２１の１燃焼あたりの排気量ｑ〔ｍ３〕を読み出す。また、制御部１５は、ステップＳ２２において記憶部１６に格納した内燃機関２１の回転数Ｒ〔ｒｐｍ〕を記憶部１６から読み出す。
【００５８】
そして、制御部１５は、排気量Ｑを、回転数Ｒと１燃焼あたりの排気量ｑの積、すなわち、Ｑ＝Ｒ×ｑにより計算する。制御部１５は、計算した排気量Ｑを記憶部１６に格納する。
【００５９】
ステップＳ３２において、制御部１５は、記憶部１６に格納された第１のデータテーブルを参照してＮＯ発生率Ｃ〔％〕を算出する。このＮＯ発生率は、ＮＯｘ分解触媒２２におけるＮＯｘ分解処理にかかわらず残存するＮＯ濃度に対応するものである。
【００６０】
図７（ａ）は、第１のデータテーブルを示すグラフである。このグラフは、横軸をＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｃ、縦軸をＮＯｘ分解触媒２２におけるＮＯｘ分解率〔％〕としている。ＮＯｘ分解率の曲線は、２２０℃において最大値となり、２２０℃から温度が上下に離れるにつれて速やかに減少し、例えば温度１２０°において分解率が零に近づくような、２２０℃を軸として温度上下方向に略対称な略釣鐘状の形状をしている。
【００６１】
制御部１５は、ステップＳ２３において記憶部１６に格納したＮＯｘ分解触媒温度２２の温度を記憶部１６から読み出す。そして、記憶部１６に格納された第１のデータテーブルを参照し、当該温度に対応するＮＯｘ分解率〔％〕を決定する。
【００６２】
そして、制御部１５は、このＮＯｘ分解率に基づいてＮＯ発生率Ｃ〔％〕を計算する。例えば、例えばＮＯｘ残存率〔％〕に対応する１００−ＮＯｘ分解率〔％〕をＮＯ発生率Ｃとすることができる。これは、ＮＯｘの大部分がＮＯであるため、ＮＯｘの量がＮＯの量に略等しいためである。あるいは、このようにして求めたＮＯｘ残存率にＮＯに換算するための所定の係数を乗じてＮＯ発生率Ｃとすることもできる。制御部１５は、計算したＮＯ発生率Ｃを記憶部１６に格納する。
【００６３】
ステップＳ３３において、制御部１５は、オゾン発生装置１の発生するオゾンの量〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。
【００６４】
制御部１５は、ステップＳ３１において記憶部１６に格納した内燃機関の排気量Ｑ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を記憶部１６から読み出す。また、ステップＳ３２において記憶部１６に格納したＮＯ発生率Ｃ〔％〕を記憶部１６から読み出す。
【００６５】
そして、制御部１５は、オゾンの量を内燃機関２１の排気量とＮＯ発生率Ｃの積、すなわちＱ×Ｃとして計算する。制御部１５は、このように計算したオゾンの量ＱＣ〔ｍ３〕を記憶部１６に格納する。
【００６６】
ステップＳ３４においては、制御部１５は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍの１台あたりのオゾン発生量Ｇ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。
【００６７】
制御部１５は、ステップＳ２３において記憶部１６に格納したＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｒ〔Ｋ〕を記憶部１６から読み出す。そして、記憶部１６に格納された第２のデータテーブルを参照する。
【００６８】
図７（ｂ）は、第２のデータテーブルを示すグラフである。このグラフは、横軸を反応器の温度Ｔｒ、縦軸を反応器あたりオゾン発生量Ｇとしている。オゾン発生量の曲線は、反応器の温度の上昇に応じて単調減少している。
【００６９】
なお、オゾン発生量Ｇは、反応器に対する入力電圧の関数でもある。反応器において所定濃度のオゾンを安定して発生させるためには、反応器への入力電圧は所定の範囲に限られる。当該範囲の最大入力電圧Ｖｍａｘにおいてオゾン発生量は最大量Ｇｍａｘとなり、最小入力で夏電圧Ｖｍｉｎにおいてオゾン発生量は最低値Ｇｍｉｎとなる。
【００７０】
図７（ｂ）中のＧｍｉｎ〜Ｇｍａｘは、ある反応器温度における反応器への入力電圧をＶｍｉｎ〜Ｖｍａｘで変化させたときのオゾン発生量の変化を示したものである。なお、図中のオゾン発生量の曲線は、最大入力電圧Ｖｍａｘと最小入力電圧Ｖｍｉｎの間にある典型値の電圧を選んだ場合に得られるオゾン発生量の典型値を示すものである。
【００７１】
制御部１５は、記憶部１６に格納された第２のデータテーブルを参照し、反応器の温度に対応する発生器の１台あたりのオゾン発生量Ｇ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を決定する。制御部１５は、このように決定したオゾン発生量Ｇを記憶部１６に格納する。
【００７２】
ステップＳ３５において、制御部１５は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍについて稼働台数Ｎを計算する。稼働台数Ｎは、次の式にしたがって与えられる。
【００７３】
（１）反応器に最大入力電圧Ｖｍａｘを印加する場合
ＱＣ≦Ｇｍａｘ（ｎｍｉｎ＋１） → Ｎ＝ｎｍｉｎ＋１
最大入力電圧Ｖｍａｘを印加した反応器１台あたりのオゾン発生量Ｇｍａｘとｎｍｉｎ＋１との積がオゾンの量ＱＣ以上になるような最小の整数ｎｍｉｎを計算する。そして、稼働台数Ｎをｎｍｉｎ＋１とする。この場合、稼働台数Ｎは最小のｎｍｉｎ＋１となる。
【００７４】
（２）反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加する場合
ＱＣ≦Ｇｍｉｎ（ｎｍａｘ＋１） → Ｎ＝ｎｍａｘ＋１
最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加した反応器１台あたりのオゾン発生量Ｇｍｉｎとｎｍａｘ＋１との積がオゾンの量ＱＣ以上になるような最小の整数ｎｍａｘを計算する。そして、稼働台数Ｎをｎｍａｘ＋１とする。この場合、稼働台数Ｎは最大のｎｍｉｎ＋１となる。
【００７５】
なお、反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間の電圧を印加する場合には、最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘにそれぞれ対応する稼動台数ｎｍａｘ＋１とｎｍｉｎ＋１に対して当該印加する電圧を内挿することによって対応する稼働台数Ｎを決定することができる。
【００７６】
（３）反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加し、より正確に稼働台数を決める場合
ＱＣ≦（Ｇｍｉｎ＋ｇ／ｎ）ｎ → Ｎ＝ｎ
オゾンの量ＱＣを最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加したＧｍｉｎで割った端数（剰余）ｇをｎ台の反応器で分担する。そして、不等式を満たすような最小の整数ｎを計算し、稼働台数Ｎをｎとする。この方法は、オゾン発生部１４において故障した反応器が増え、稼動できる反応器の数が少なくなったときに有益である。
【００７７】
なお、反応器に最大入力電圧Ｖｍａｘを印加し、より正確に稼働台数を決める場合にも、同様に稼働台数Ｎを決定することができる。また、最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間の電圧を印加し、より正確に稼働台数を決める場合にも、前述と同様に内挿を用いて当該電圧に対応する稼働台数Ｎを決定することができる。
【００７８】
ステップＳ１５において、制御部１５は、反応器１４１〜１４ｍの稼動状況を管理する。図８は、ステップＳ１５の稼動状況管理の工程の流れを示すフローチャートである。
【００７９】
ステップＳ４１において、制御部１５は、記憶部１６から、各反応器１４１〜１４ｍについての、以前の時刻における積算稼働時間を読み出す。そして、図示しないクロックを参照し、稼動している反応器について現在時刻までの経過時間を加えた現在時刻の積算時間に更新して記憶部１６に格納する。また、反応器１４１〜１４ｍのいずれか又は全部を交換した場合には、該当する積算稼働時間をリセットする。
【００８０】
ステップＳ４２において、制御部１５は、故障した反応器を検出する。そして、新たに故障した反応器を発見すると、記憶部１６から故障した反応器を記録した情報を読み出し、新たに発見した故障した反応器の情報を追加して記憶部１６に格納する。
【００８１】
図４に戻り、ステップＳ１６において、制御部１５は、ステップＳ１５の稼働台数Ｎの計算とステップＳ１５の稼動状況管理に基づいて反応器を制御する。
【００８２】
制御部１５は、記憶部１６からステップＳ１４において格納した稼働台数Ｎと、ステップＳ１５において格納した積算時間及び故障した反応器の情報を読み出す。
【００８３】
そして、制御部１５は、故障した反応器を除いた残りの反応器について、積算稼働時間が平準化されるように、積算稼働時間が小さいものから順に稼働台数Ｎの反応器をオンとして稼動させ、その他の反応器の反応器をオフとして稼動させないようにする。反応器のオン／オフ制御には、電子管、半導体素子などの公知技術を利用することができる。また、必要な場合、オン制御する反応器に印加する電圧を最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間で変化させることもできる。
【００８４】
ここで、反応器については所定の寿命が想定されるが、反応器の積算稼働時間を平準化することにより、複数の各反応器１４１〜１４ｍにおける稼動可能な資源を有効に利用することができる。また、オゾン発生装置１の使用を開始してから所定積算稼働時間の経過後に反応器を一斉に交換するなどの管理が容易になる。
【００８５】
ステップＳ１７においては、制御部１５は、運転席１１０のキー１１１がオフとされたかどうか判別する。
【００８６】
キー１１１がオフとされていない場合には、制御部は、前のステップＳ１３に制御を戻す。キー１１１がオフとされない限り、制御部１５は、このループを一定時間ごとに繰り返す。
【００８７】
キー１１１がオフとされた場合には、制御部１５は、この一連の工程を終了する。キー１１１がオフとされると、イグニッションスイッチもオフとされ、内燃機関２１の運転も停止する。
【００８８】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、ＮＯｘ分解触媒２２の後段に、ＮＯｘ分解触媒２２から排出されたガスのオゾン濃度を検出する検出器（第2の検出手段）を有する。制御部１５は、検出器（第2の検出手段）で検出されたオゾン濃度が高くなるとオゾン発生量を減らし、オゾン濃度が低くなるとオゾン発生量を増やすようにオゾン発生部１４をフィードバック制御する。他の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【００８９】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、ＮＯｘ分解触媒２２の後段に、ＮＯｘ分解触媒２２から排出されたガスのＮＯｘ濃度を検出する検出器（第3の検出手段）を有する。制御部１５は、検出器（第3の検出手段）で検出されたＮＯｘ濃度が高くなるとオゾン発生量を増やし、ＮＯｘ濃度が低くなるとオゾン発生量を減らすようにオゾン発生部１４をフィードバック制御する。他の構成については、第１の実施の形態と同様である
【００９０】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、運転席１１０におけるアクセルの踏み込み量、図示しない燃料タンクに付属した検出器による燃料減少速度、内燃機関２１のシリンダヘッドの切り欠き位置調整用ラックの回転位置の少なくとも１つを検出する検出器（第４の検出手段）を有する。制御部は、このように検出した燃料タンクに付属した検出器による燃料減少速度、内燃機関２１のシリンダヘッドの切り欠き位置調整用ラックの回転位置の少なくとも１つを、内燃機関２１の負荷とする。
【００９１】
制御部１５は、内燃機関２１の回転数とともに、または内燃機関２１の回転数に代わって前記内燃機関２１の負荷を利用することができる。他の構成については、第１の形態と同様である。
【００９２】
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍのうち所定数が故障すると、制御部１５が運転席１１０のアラーム１１２を駆動して運転手に警報を発するように制御するものである。
【００９３】
前記所定数は、十分なＮＯｘ分解にはオゾン発生量が不足するような、ＮＯｘ分解性能の確保に不足する数とすることができる。他の構成については、第１の形態と同様である。
【００９４】
なお、上述した実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００９５】
１ オゾン発生装置
１１ エアフィルタ
１２ コンプレッサ
１３ 除湿部
１４ 反応部
１５ 制御部
１６ 記憶部
２１ 内燃機関
２２ ＮＯｘ分解触媒
【技術分野】
【０００１】
本発明は、オゾン発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、医療機器や上下水の殺菌等でオゾンが利用されている。また、脱臭装置としてもオゾンが利用されることもある。このように利用されるオゾンは、オゾン発生装置によって発生させている。
【０００３】
オゾン発生装置は、従来は室内に設置されて利用されるのが一般的であったが、近年では、その利用分野も広がり、屋外等の温度や湿度の管理が難しい場所で利用することもある。例えば、自動車に利用するオゾン発生装置が挙げられる。また、自動車に利用するオゾン発生装置は、省スペースかつ省エネルギーが重視される（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
自動車においては、内燃機関から排気されるガスにオゾン発生装置によりオゾンを発生させ、後段のＮＯｘ分解触媒を用いてオゾンを反応させてＮＯｘを除去することが行われている。ＮＯｘの除去のために必要なオゾンの量は、内燃機関の排気量やＮＯｘ分解触媒の温度によって変動する。
【０００５】
自動車に用いられる従来のオゾン発生装置においては、ＮＯｘ分解触媒が低温で十分な性能が得られない場合に、一定量のオゾンを供給していた。この場合、ＮＯｘ分解触媒においてオゾンがどれだけ消費されているか正確に把握することは困難であった。このため、余剰のオゾンを発生させることにより電力を余剰に消費したり、オゾンを大気中に排出したり、オゾンにより排ガスラインを腐食させたりすることがあった。また、オゾンが不足することにより、分解されないＮＯｘを大気中に放出することもあった。さらに、オゾン発生装置が故障すると、オゾンの発生が停止していた。
【０００６】
一方、複数のオゾン発生管を用いることによりオゾン発生装置で発生させるオゾン量を制御する技術が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第４３６７５２１号公報
【特許文献２】実用新案登録第３１０４３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、オゾン発生装置により発生される余剰のオゾンによる排ガスラインの腐食を防止し、オゾンの放出を防止し、ひいては余剰オゾン発生のための余剰電力の発生を抑制するとともに、オゾンの不足によるＮＯｘの放出を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の課題を解決するため、本発明に係るオゾン発生装置は、内燃機関から排気され、ＮＯｘ分解触媒に送られるガスにオゾンを供給するオゾン発生装置であって、それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器を流路に並列に配置し、前記オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生手段と、前記内燃機関の回転数、前記オゾン発生手段の反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度を検出する検出手段と、前記前記反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶手段と、前記検出手段による検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納された前記所定のデータテーブルを参照し、前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御する制御手段と、を含むものである。
【００１０】
前記記憶手段は、前記ＮＯｘ触媒温度に対する前記ＮＯｘ触媒から排出されるガスにおけるＮＯｘ分解率のデータテーブル及び前記反応器の温度に対する前記反応器のオゾン発生量のデータテーブルを格納することが好ましい。
【００１１】
前記制御手段は、前記複数の反応器の各積算稼働時間を平準化するように、前記複数の反応器をオン／オフ制御することが好ましい。
【００１２】
前記反応器は、セラミック製の筒状部材に、放電を起こさせる電極を配置してなることが好ましい。
【００１３】
前記ＮＯｘ分解触媒は、ＮＯｘ還元吸蔵触媒であることが好ましい。
【００１４】
前記オゾン発生手段の前段に除湿手段を有し、前記オゾン発生手段には前記除湿手段を介してガスが供給されることが好ましい。
【００１５】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからオゾンを検出する第２の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らし、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やすようにフィードバック制御することが好ましい。
【００１６】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからＮＯｘを検出する第３の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第３の検出手段が検出したＮＯｘの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やし、前記第３の検出手段で検出したＮＯｘの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らすようにフィードバック制御することが好ましい。
【００１７】
アクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つを検出する第４の検出手段を有し、前記制御部は、前記内燃機関の回転数とともに、又は前記内燃機関の回転数に代えて、前記第４の検出手段で検出したアクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つに基づいて前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御を行うことが好ましい。
【００１８】
アラーム手段をさらに有し、前記制御手段は、前記オゾン発生手段における複数の反応器のうち故障した反応器の数が所定数を超えると前記アラーム手段から警報を発するように制御することが好ましい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、オゾン発生装置により発生される余剰のオゾンによる排ガスラインの腐食を防止し、オゾンの放出を防止し、ひいては余剰オゾン発生のための余剰電力の発生を抑制することができる。また、オゾン発生装置により発生されるオゾンの不足によるＮＯｘの放出を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】オゾン発生装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【図２】オゾン発生部の構成を示す図である。
【図３】車両におけるオゾン発生装置等の配置を示す図である。
【図４】オゾン発生装置の制御方法の一連の工程を示すフローチャートである。
【図５】計測工程のフローチャートである。
【図６】計算工程のフローチャートである。
【図７】データテーブルを示すグラフである。
【図８】稼動状況管理工程のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、オゾン発生装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。本実施の形態は、自動車のような車両に搭載されるオゾン発生装置を想定している。
【００２２】
〔第１の実施形態〕
図１は、オゾン発生装置の概略的な構成を示すブロック図である。
【００２３】
オゾン発生装置１は、オゾン発生に使用する大気中の埃等を除去するエアフィルタ１１と、エアフィルタ１１を通過した大気に圧力を加えるコンプレッサ１２と、コンプレッサ１２で圧力が加えられたガスを除湿する除湿部（除湿手段）１３と、除湿部１３で除湿されたガスを利用してオゾンを発生させるオゾン発生器１４とで構成されているオゾン発生部１０（オゾン発生手段）と、筺体１８とを備えている。
【００２４】
また、オゾン発生装置１は、オゾン発生装置１の各部を制御する制御部１５（制御手段）と、制御部１５に使用されるプログラム、データ等を格納する記憶部１６（記憶手段）と、制御に必要となるパラメーター（温度や回転数など）を検出する検出部１７（検出手段）を備えている。制御部１５及び記憶部１６並びに検出部１７は、ＣＰＵ、メモリ、センサ等の公知の技術によって構成することができる。
【００２５】
図２は、オゾン発生器１４の構成を示す図である。図２（ａ）に示すように、オゾン発生器１４において、オゾンは反応器によって発生される。反応器は、セラミック製の筒状部材と、筒状部材内に設けられた第１の電極と、筒状部材の外側に設けられた第２の電極を有し、筒内にガスが流される。
【００２６】
反応器において、第１及び第２の電極間に交番電圧を印加されると放電（無声放電または沿面放電）が起き、筒内を流れるガスに含まれる酸素分子からオゾンが発生される。交番電圧が印加されていないときにはオゾンは発生されない。以下では、反応器に対して交番電圧が印加されて稼動状態にあることをオン、印加されずに稼動していないことをオフということにする。また、本実施形態の説明においては、無声放電を例に説明する。
【００２７】
図２（ｂ）に示すように、オゾン発生器１４において、複数の反応器１４１〜１４ｍが、図中の矢印で示すガスの流路に並列に設けられている。実際にはガスの流路方向に、複数の反応器１４１〜１４ｍを取り囲むように容器が延びているが、図中では簡単のために省略している。
【００２８】
複数の反応器１４１〜１４ｍには、オゾン発生器１４に供給されたガスが略等量に分配されて供給される。オゾン発生器１４がｍ個の反応器１４１〜１４ｍを有する場合、各反応器にはオゾン発生部１４に供給されるガス流量の略１／ｍの流量が供給される。
【００２９】
オゾン発生部１４においては、複数の反応器１４１〜１４ｍのそれぞれをオン／オフ制御することができる。複数の反応器１４１〜１４ｍのすべてをオンにした場合に最大のオゾン発生量Ｃｍａｘが得られ、全てをオフにした場合にオゾンは発生しない。ｋ個の反応器をオン、ｍ−ｋ個の反応器をオフとした場合には、オゾン発生量は、（ｋ／ｍ）Ｃｍａｘとなる。
【００３０】
したがって、オゾン発生器１４における複数の反応器１４１〜１４ｍのオン／オフをそれぞれ切り替えることによりオゾン発生量を調整することができる。オンの反応器の数が増加するとオゾン発生量が増加する。オンの反応器の数が減少するとオゾン発生量が減少する。
【００３１】
図２（ｂ）において、オゾン発生器１４は、縦３個、横８個の計２４個の反応器から構成されているが、これに限定されるものではない。オゾン発生器１４のオゾン発生量を調整するためには、複数の反応器１４１〜１４ｍの数は２以上であればよい。反応器の数が多くなるほど、オゾン発生量をより細かいステップで調整することができる。
【００３２】
なお、オゾン発生器１４を構成する反応器においては、オゾン発生量が温度依存性を有し、反応器が高温になるほどオゾン発生量が低下する。
【００３３】
一方、前述のように、反応器はセラミック製の筒状部材で構成されるため、機械的にもろい性質がある。このため、オゾン発生器１４に衝撃が加えられると一部の反応器の筒状部材が破損することがある。また、反応器の第１及び第２の電極は、高温の筒状部材において無声放電を発生させるため高い電圧が印加される。したがって、オゾン発生器１４が過熱すると一部の反応器の電極が焼損したり、サージ電圧が発生すると一部の反応器の電極が断線したりすることがある。このように筒状部材や電極が損なわれた反応器は、オゾンを発生する正常な動作を行うことができず、故障した状態とみなされる。
【００３４】
オゾン発生器１４においては、複数の反応器１４１〜１４ｍのいくつかは故障した状態であり得る。また、オゾン発生器１４の稼働時間の経過とともに故障した状態にある反応器の数は増加し得る。
【００３５】
オゾン発生器１４の反応器のいくつかが故障した場合、すべての反応器をオンとして稼動させることはできないが、故障した反応器をオフとして、残りのすべての反応器をオンとすることはできる。したがって、オゾン発生器１４を構成する反応器の数が大きいほど、複数の反応器１４１〜１４ｍの一部の故障が全体に及ぼす影響は小さくなる。このことから、オゾン発生器１４の安定した動作を保証するためには、反応器の数がある程度大きいことが好ましいといえる。
【００３６】
また、前述のように、反応器の故障はオゾン発生器の稼働時間の経過とともに増加する。したがって、長時間にわたるオゾン発生部１４の安定した動作を保証するためにも、反応器の数がある程度大きいことが好ましいといえる。
【００３７】
一方、オゾン発生器１４を構成する反応器の数が増加するとともに、オゾン発生器１４は大型化し、重量も大きくなり、さらにコストも大きくなる。本実施の形態においては、オゾン発生部１４の所望の性能を確保するとともに、これらのことを比較考量した結果、オゾン発生部１４を縦３個、横８個の計２４個の反応器から構成している。
【００３８】
図３は、車両におけるオゾン発生装置等の配置を示す図である。本実施の形態のオゾン発生装置１は、内燃機関２１により駆動される自動車のような車両１００に搭載される。このような車両１００において、オゾン発生装置１では、後述する所定のアルゴリズムにしたがい、所定量のオゾンを発生し、内燃機関２１から排出されたガスに添加する。
【００３９】
オゾン発生装置１は、車両１００に搭載されるため、設置のためのスペースや重量、供給できる電力に限りがある。このため、オゾン発生装置１は、一定のサイズや重量を有し、所定の消費電力に留まるように設計される。
【００４０】
このオゾン発生装置は、車両１００の運転席１１０においてキー１１１をオンにすることにより、始動され、動作が開始される。そして、キー１１１をオフとすることにより動作が停止される。
【００４１】
内燃機関２１は、例えばガソリンエンジン又はディーゼルエンジンであり、図示しない電子制御ユニットにより制御されている。内燃機関２１は、オゾン発生装置と同様に、キー１１1のオンによりイグニッションスイッチがオンとなり運転が開始され、オフによりイグニッションンスイッチがオフとされて運転が停止される。
【００４２】
内燃機関２１から排出されたガスにはオゾン発生装置１からのオゾンが加えられ、ＮＯｘ分解触媒２２に供給される。本実施の形態では、ＮＯｘ分解触媒２２には、ＮＯｘ還元吸蔵触媒を利用している。
【００４３】
ＮＯｘ分解触媒２２においては、供給されるオゾンによりＮＯがＮＯ２へ酸化される。ＮＯｘ分解触媒においては、NOに比べてＮＯ２の分解性能が高いので、適切なオゾン量の投入によってＮＯｘ分解の効率が向上する。
【００４４】
ＮＯｘ分解触媒２２においては、ＮＯｘ分解率に温度依存性を有し、一定の温度でＮＯｘ分解度が最大になる。本実施の形態のＮＯｘ分解触媒２２は、２２０℃においてＮＯｘ分解度が最大になる。
【００４５】
このように、ＮＯｘ分解触媒２２においては、供給されるガス中のNO濃度や温度に依存してＮＯｘ分解の効率は変化する。ＮＯｘ分解触媒２２により分解できなかったＮＯなどのＮＯｘは、ＮＯｘ分解触媒２２から排出される。
【００４６】
図４は、オゾン発生装置１の制御方法の一連の工程を示すフローチャートである。ステップＳ１１は、車両１００の運転席１１０においてキー１１１がロックされた状態にある。例えば、運転席１１０の所定の位置にキーが差し込まれていない状態である。この状態においては、オゾン発生装置１は停止状態にある。また、内燃機関２１も停止状態にある。
【００４７】
ステップＳ１２は、運転席１１０においてキー１１１がオンとされた状態である。例えば、運転席１１０の所定の位置にキーが差し込まれ、オンされた状態である。オゾン発生装置１の制御部１５は、記憶部１６に格納された所定のプログラムを読み出し、このプログラムにしたがって以下の一連の工程を開始する。
【００４８】
更に、キー１１１のイグニッションスイッチがオンとされ、内燃機関２１の運転が開始される。同時に、オンとなるオゾン発生装置の反応器が以下の一連の工程で決定され、内燃機関２１からの排ガスへのオゾンガス供給が始まる。
【００４９】
ステップＳ１３は、制御部１６は、各種センサを用いてオゾン発生に関係する所定の箇所の状態を計測する。
【００５０】
図５は、ステップＳ１３の計測工程の流れを示すフローチャートである。ステップＳ２１においては、制御部１５は、検出手段１７によってオゾン発生器１４の反応器の温度Ｔｒ〔Ｋ〕を計測する。この温度の計測するセンサには、例えば熱電対のような公知技術を利用することができる。
【００５１】
オゾン発生器１４は、複数の反応器１４１〜１４ｍから構成されるので、一般に反応器ごとの温度は異なることになる。本実施の形態では、オゾン発生器１４における所定の一点で代表させて温度を計測し、反応器の温度としている。
【００５２】
また、オゾン発生器の数点で温度を計測したり、すべての反応器の温度を計測したりした複数の計測温度に基づいて反応器の温度を決定することもできる。さらに、反応器の故障を考慮して、故障していない正常に動作している反応器のうち、稼動しているオン状態のもののみの温度に基づいて反応器の温度を決めることもできる。制御部１５は、計測した反応器の温度を記憶部１６に格納する。
【００５３】
ステップＳ２２においては、制御部１５は、検出部１７によって内燃機関２１の回転数Ｒ〔ｒｐｍ〕を計測する。回転数を計測するセンサには、例えば電磁誘導などの公知技術を利用することができる。制御部１５は、計測した内燃機関１２の回転数を記憶部１６に格納する。
【００５４】
ステップＳ２３においては、制御部１５は、検出部１７によってＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｃ〔Ｋ〕を計測する。この温度の計測するセンサには、例えば熱電対のような公知技術を利用することができる。
【００５５】
本実施の形態では、ＮＯｘ分解触媒２２の入口の温度を計測している。しかしながら、ＮＯｘ分解触媒２２の出口の温度を計測したり、内部や表面の温度を計測したりしてもよい。制御部１５は、計測したＮＯｘ分解触媒２２の温度を記憶部１６に格納する。
【００５６】
図４に戻り、ステップＳ１４において、制御部１５は、所定の計算を行う。図６は、ステップ１４の計算工程の流れを示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ３１において、制御部１５は、内燃機関の排気量Ｑ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。制御部１５は、記憶部１６に格納されている内燃機関２１の１燃焼あたりの排気量ｑ〔ｍ３〕を読み出す。また、制御部１５は、ステップＳ２２において記憶部１６に格納した内燃機関２１の回転数Ｒ〔ｒｐｍ〕を記憶部１６から読み出す。
【００５８】
そして、制御部１５は、排気量Ｑを、回転数Ｒと１燃焼あたりの排気量ｑの積、すなわち、Ｑ＝Ｒ×ｑにより計算する。制御部１５は、計算した排気量Ｑを記憶部１６に格納する。
【００５９】
ステップＳ３２において、制御部１５は、記憶部１６に格納された第１のデータテーブルを参照してＮＯ発生率Ｃ〔％〕を算出する。このＮＯ発生率は、ＮＯｘ分解触媒２２におけるＮＯｘ分解処理にかかわらず残存するＮＯ濃度に対応するものである。
【００６０】
図７（ａ）は、第１のデータテーブルを示すグラフである。このグラフは、横軸をＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｃ、縦軸をＮＯｘ分解触媒２２におけるＮＯｘ分解率〔％〕としている。ＮＯｘ分解率の曲線は、２２０℃において最大値となり、２２０℃から温度が上下に離れるにつれて速やかに減少し、例えば温度１２０°において分解率が零に近づくような、２２０℃を軸として温度上下方向に略対称な略釣鐘状の形状をしている。
【００６１】
制御部１５は、ステップＳ２３において記憶部１６に格納したＮＯｘ分解触媒温度２２の温度を記憶部１６から読み出す。そして、記憶部１６に格納された第１のデータテーブルを参照し、当該温度に対応するＮＯｘ分解率〔％〕を決定する。
【００６２】
そして、制御部１５は、このＮＯｘ分解率に基づいてＮＯ発生率Ｃ〔％〕を計算する。例えば、例えばＮＯｘ残存率〔％〕に対応する１００−ＮＯｘ分解率〔％〕をＮＯ発生率Ｃとすることができる。これは、ＮＯｘの大部分がＮＯであるため、ＮＯｘの量がＮＯの量に略等しいためである。あるいは、このようにして求めたＮＯｘ残存率にＮＯに換算するための所定の係数を乗じてＮＯ発生率Ｃとすることもできる。制御部１５は、計算したＮＯ発生率Ｃを記憶部１６に格納する。
【００６３】
ステップＳ３３において、制御部１５は、オゾン発生装置１の発生するオゾンの量〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。
【００６４】
制御部１５は、ステップＳ３１において記憶部１６に格納した内燃機関の排気量Ｑ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を記憶部１６から読み出す。また、ステップＳ３２において記憶部１６に格納したＮＯ発生率Ｃ〔％〕を記憶部１６から読み出す。
【００６５】
そして、制御部１５は、オゾンの量を内燃機関２１の排気量とＮＯ発生率Ｃの積、すなわちＱ×Ｃとして計算する。制御部１５は、このように計算したオゾンの量ＱＣ〔ｍ３〕を記憶部１６に格納する。
【００６６】
ステップＳ３４においては、制御部１５は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍの１台あたりのオゾン発生量Ｇ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を計算する。
【００６７】
制御部１５は、ステップＳ２３において記憶部１６に格納したＮＯｘ分解触媒２２の温度Ｔｒ〔Ｋ〕を記憶部１６から読み出す。そして、記憶部１６に格納された第２のデータテーブルを参照する。
【００６８】
図７（ｂ）は、第２のデータテーブルを示すグラフである。このグラフは、横軸を反応器の温度Ｔｒ、縦軸を反応器あたりオゾン発生量Ｇとしている。オゾン発生量の曲線は、反応器の温度の上昇に応じて単調減少している。
【００６９】
なお、オゾン発生量Ｇは、反応器に対する入力電圧の関数でもある。反応器において所定濃度のオゾンを安定して発生させるためには、反応器への入力電圧は所定の範囲に限られる。当該範囲の最大入力電圧Ｖｍａｘにおいてオゾン発生量は最大量Ｇｍａｘとなり、最小入力で夏電圧Ｖｍｉｎにおいてオゾン発生量は最低値Ｇｍｉｎとなる。
【００７０】
図７（ｂ）中のＧｍｉｎ〜Ｇｍａｘは、ある反応器温度における反応器への入力電圧をＶｍｉｎ〜Ｖｍａｘで変化させたときのオゾン発生量の変化を示したものである。なお、図中のオゾン発生量の曲線は、最大入力電圧Ｖｍａｘと最小入力電圧Ｖｍｉｎの間にある典型値の電圧を選んだ場合に得られるオゾン発生量の典型値を示すものである。
【００７１】
制御部１５は、記憶部１６に格納された第２のデータテーブルを参照し、反応器の温度に対応する発生器の１台あたりのオゾン発生量Ｇ〔ｍ３／ｍｉｎ〕を決定する。制御部１５は、このように決定したオゾン発生量Ｇを記憶部１６に格納する。
【００７２】
ステップＳ３５において、制御部１５は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍについて稼働台数Ｎを計算する。稼働台数Ｎは、次の式にしたがって与えられる。
【００７３】
（１）反応器に最大入力電圧Ｖｍａｘを印加する場合
ＱＣ≦Ｇｍａｘ（ｎｍｉｎ＋１） → Ｎ＝ｎｍｉｎ＋１
最大入力電圧Ｖｍａｘを印加した反応器１台あたりのオゾン発生量Ｇｍａｘとｎｍｉｎ＋１との積がオゾンの量ＱＣ以上になるような最小の整数ｎｍｉｎを計算する。そして、稼働台数Ｎをｎｍｉｎ＋１とする。この場合、稼働台数Ｎは最小のｎｍｉｎ＋１となる。
【００７４】
（２）反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加する場合
ＱＣ≦Ｇｍｉｎ（ｎｍａｘ＋１） → Ｎ＝ｎｍａｘ＋１
最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加した反応器１台あたりのオゾン発生量Ｇｍｉｎとｎｍａｘ＋１との積がオゾンの量ＱＣ以上になるような最小の整数ｎｍａｘを計算する。そして、稼働台数Ｎをｎｍａｘ＋１とする。この場合、稼働台数Ｎは最大のｎｍｉｎ＋１となる。
【００７５】
なお、反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間の電圧を印加する場合には、最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘにそれぞれ対応する稼動台数ｎｍａｘ＋１とｎｍｉｎ＋１に対して当該印加する電圧を内挿することによって対応する稼働台数Ｎを決定することができる。
【００７６】
（３）反応器に最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加し、より正確に稼働台数を決める場合
ＱＣ≦（Ｇｍｉｎ＋ｇ／ｎ）ｎ → Ｎ＝ｎ
オゾンの量ＱＣを最小入力電圧Ｖｍｉｎを印加したＧｍｉｎで割った端数（剰余）ｇをｎ台の反応器で分担する。そして、不等式を満たすような最小の整数ｎを計算し、稼働台数Ｎをｎとする。この方法は、オゾン発生部１４において故障した反応器が増え、稼動できる反応器の数が少なくなったときに有益である。
【００７７】
なお、反応器に最大入力電圧Ｖｍａｘを印加し、より正確に稼働台数を決める場合にも、同様に稼働台数Ｎを決定することができる。また、最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間の電圧を印加し、より正確に稼働台数を決める場合にも、前述と同様に内挿を用いて当該電圧に対応する稼働台数Ｎを決定することができる。
【００７８】
ステップＳ１５において、制御部１５は、反応器１４１〜１４ｍの稼動状況を管理する。図８は、ステップＳ１５の稼動状況管理の工程の流れを示すフローチャートである。
【００７９】
ステップＳ４１において、制御部１５は、記憶部１６から、各反応器１４１〜１４ｍについての、以前の時刻における積算稼働時間を読み出す。そして、図示しないクロックを参照し、稼動している反応器について現在時刻までの経過時間を加えた現在時刻の積算時間に更新して記憶部１６に格納する。また、反応器１４１〜１４ｍのいずれか又は全部を交換した場合には、該当する積算稼働時間をリセットする。
【００８０】
ステップＳ４２において、制御部１５は、故障した反応器を検出する。そして、新たに故障した反応器を発見すると、記憶部１６から故障した反応器を記録した情報を読み出し、新たに発見した故障した反応器の情報を追加して記憶部１６に格納する。
【００８１】
図４に戻り、ステップＳ１６において、制御部１５は、ステップＳ１５の稼働台数Ｎの計算とステップＳ１５の稼動状況管理に基づいて反応器を制御する。
【００８２】
制御部１５は、記憶部１６からステップＳ１４において格納した稼働台数Ｎと、ステップＳ１５において格納した積算時間及び故障した反応器の情報を読み出す。
【００８３】
そして、制御部１５は、故障した反応器を除いた残りの反応器について、積算稼働時間が平準化されるように、積算稼働時間が小さいものから順に稼働台数Ｎの反応器をオンとして稼動させ、その他の反応器の反応器をオフとして稼動させないようにする。反応器のオン／オフ制御には、電子管、半導体素子などの公知技術を利用することができる。また、必要な場合、オン制御する反応器に印加する電圧を最小入力電圧Ｖｍｉｎと最大入力電圧Ｖｍａｘ間で変化させることもできる。
【００８４】
ここで、反応器については所定の寿命が想定されるが、反応器の積算稼働時間を平準化することにより、複数の各反応器１４１〜１４ｍにおける稼動可能な資源を有効に利用することができる。また、オゾン発生装置１の使用を開始してから所定積算稼働時間の経過後に反応器を一斉に交換するなどの管理が容易になる。
【００８５】
ステップＳ１７においては、制御部１５は、運転席１１０のキー１１１がオフとされたかどうか判別する。
【００８６】
キー１１１がオフとされていない場合には、制御部は、前のステップＳ１３に制御を戻す。キー１１１がオフとされない限り、制御部１５は、このループを一定時間ごとに繰り返す。
【００８７】
キー１１１がオフとされた場合には、制御部１５は、この一連の工程を終了する。キー１１１がオフとされると、イグニッションスイッチもオフとされ、内燃機関２１の運転も停止する。
【００８８】
〔第２の実施の形態〕
第２の実施の形態は、ＮＯｘ分解触媒２２の後段に、ＮＯｘ分解触媒２２から排出されたガスのオゾン濃度を検出する検出器（第2の検出手段）を有する。制御部１５は、検出器（第2の検出手段）で検出されたオゾン濃度が高くなるとオゾン発生量を減らし、オゾン濃度が低くなるとオゾン発生量を増やすようにオゾン発生部１４をフィードバック制御する。他の構成については、第１の実施の形態と同様である。
【００８９】
〔第３の実施の形態〕
第３の実施の形態は、ＮＯｘ分解触媒２２の後段に、ＮＯｘ分解触媒２２から排出されたガスのＮＯｘ濃度を検出する検出器（第3の検出手段）を有する。制御部１５は、検出器（第3の検出手段）で検出されたＮＯｘ濃度が高くなるとオゾン発生量を増やし、ＮＯｘ濃度が低くなるとオゾン発生量を減らすようにオゾン発生部１４をフィードバック制御する。他の構成については、第１の実施の形態と同様である
【００９０】
〔第４の実施の形態〕
第４の実施の形態は、運転席１１０におけるアクセルの踏み込み量、図示しない燃料タンクに付属した検出器による燃料減少速度、内燃機関２１のシリンダヘッドの切り欠き位置調整用ラックの回転位置の少なくとも１つを検出する検出器（第４の検出手段）を有する。制御部は、このように検出した燃料タンクに付属した検出器による燃料減少速度、内燃機関２１のシリンダヘッドの切り欠き位置調整用ラックの回転位置の少なくとも１つを、内燃機関２１の負荷とする。
【００９１】
制御部１５は、内燃機関２１の回転数とともに、または内燃機関２１の回転数に代わって前記内燃機関２１の負荷を利用することができる。他の構成については、第１の形態と同様である。
【００９２】
〔第５の実施の形態〕
第５の実施の形態は、オゾン発生部１４を構成する複数の反応器１４１〜１４ｍのうち所定数が故障すると、制御部１５が運転席１１０のアラーム１１２を駆動して運転手に警報を発するように制御するものである。
【００９３】
前記所定数は、十分なＮＯｘ分解にはオゾン発生量が不足するような、ＮＯｘ分解性能の確保に不足する数とすることができる。他の構成については、第１の形態と同様である。
【００９４】
なお、上述した実施の形態は、本発明の具体例を示すものであり、本発明を限定するものではない。
【符号の説明】
【００９５】
１ オゾン発生装置
１１ エアフィルタ
１２ コンプレッサ
１３ 除湿部
１４ 反応部
１５ 制御部
１６ 記憶部
２１ 内燃機関
２２ ＮＯｘ分解触媒
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関から排気され、ＮＯｘ分解触媒に送られるガスにオゾンを供給するオゾン発生装置であって、
それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器を流路に並列に配置し、前記オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生手段と、
前記内燃機関の回転数、前記オゾン発生手段の反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度を検出する検出手段と、
前記前記反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納された前記所定のデータテーブルを参照し、前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御する制御手段と、
を含むことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記ＮＯｘ触媒温度に対する前記ＮＯｘ触媒から排出されるガスにおけるＮＯｘ分解率のデータテーブル及び前記反応器の温度に対する前記反応器のオゾン発生量のデータテーブルを格納することを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記複数の反応器の各積算稼働時間を平準化するように、前記複数の反応器をオン／オフ制御することを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記反応器は、セラミック製の筒状部材に、放電を起こさせる電極を配置してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ分解触媒は、ＮＯｘ還元吸蔵触媒であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
前記オゾン発生手段の前段に除湿手段を有し、前記オゾン発生手段には前記除湿手段を介してガスが供給されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからオゾンを検出する第２の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らし、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やすようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからＮＯｘを検出する第３の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第３の検出手段が検出したＮＯｘの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やし、前記第３の検出手段で検出したＮＯｘの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らすようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
アクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つを検出する第４の検出手段を有し、前記制御部は、前記内燃機関の回転数とともに、又は前記内燃機関の回転数に代えて、前記第４の検出手段で検出したアクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つに基づいて前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項１０】
アラーム手段をさらに有し、前記制御手段は、前記オゾン発生手段における複数の反応器のうち故障した反応器の数が所定数を超えると前記アラーム手段から警報を発するように制御することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項１】
内燃機関から排気され、ＮＯｘ分解触媒に送られるガスにオゾンを供給するオゾン発生装置であって、
それぞれオン／オフを切替え可能な複数の反応器を流路に並列に配置し、前記オン／オフ切替えによりオゾン発生量を変化させることができるオゾン発生手段と、
前記内燃機関の回転数、前記オゾン発生手段の反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度を検出する検出手段と、
前記前記反応器の温度及び前記ＮＯｘ分解触媒の温度に関する所定のデータテーブルを格納する記憶手段と、
前記検出手段による検出結果に基づいて、前記記憶手段に格納された前記所定のデータテーブルを参照し、前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御する制御手段と、
を含むことを特徴とするオゾン発生装置。
【請求項２】
前記記憶手段は、前記ＮＯｘ触媒温度に対する前記ＮＯｘ触媒から排出されるガスにおけるＮＯｘ分解率のデータテーブル及び前記反応器の温度に対する前記反応器のオゾン発生量のデータテーブルを格納することを特徴とする請求項１記載のオゾン発生装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記複数の反応器の各積算稼働時間を平準化するように、前記複数の反応器をオン／オフ制御することを特徴とする請求項１または２記載のオゾン発生装置。
【請求項４】
前記反応器は、セラミック製の筒状部材に、放電を起こさせる電極を配置してなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項５】
前記ＮＯｘ分解触媒は、ＮＯｘ還元吸蔵触媒であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか記載のオゾン発生装置。
【請求項６】
前記オゾン発生手段の前段に除湿手段を有し、前記オゾン発生手段には前記除湿手段を介してガスが供給されることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項７】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからオゾンを検出する第２の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らし、前記第２の検出手段が検出したオゾンの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やすようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項８】
前記ＮＯｘ分解触媒から排出されるガスからＮＯｘを検出する第３の検出手段を有し、前記制御手段は、前記第３の検出手段が検出したＮＯｘの量が増加すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を増やし、前記第３の検出手段で検出したＮＯｘの量が減少すると前記オゾン発生手段で発生させるオゾンの量を減らすようにフィードバック制御することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項９】
アクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つを検出する第４の検出手段を有し、前記制御部は、前記内燃機関の回転数とともに、又は前記内燃機関の回転数に代えて、前記第４の検出手段で検出したアクセルの踏み込み量、燃料タンクの燃料減少速度及びシリンダヘッド切り欠きの回転位置の少なくとも１つに基づいて前記オゾン発生手段における複数の反応器をオン／オフ制御を行うことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【請求項１０】
アラーム手段をさらに有し、前記制御手段は、前記オゾン発生手段における複数の反応器のうち故障した反応器の数が所定数を超えると前記アラーム手段から警報を発するように制御することを特徴とする請求項１ないし９のいずれかに記載のオゾン発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−７６３７５（Ｐ２０１３−７６３７５Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６８７６（Ｐ２０１１−２１６８７６）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【Ｆターム（参考）】
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