JPH0315616A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はディーゼルエンジン等の内燃機関における排
気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置に関する。

〔従来の技術〕

従来、例えばディーゼルエンジンの排気ガスを浄化する
場合には、コージエライトによってハニカム状に形成し
た触媒担体と、その触媒担体に担持された触媒成分とを
有するフィルターをディーゼルエンジンの排気側に接続
し、このフィルターによって前記排気ガス中のカーボン
，ＮＯｘ及びＨＣ等を酸化分解するようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のフィルターにおける触媒担体は融点（
１２００−１３００℃）の低いコージエライトによって
形或されているため、触媒担体内に滞留したカーボンを
除去するための再生処理に際して、触媒担体の一端にて
カーボンに着火した後、その触媒担体に着火位置側から
エアを供給すると、排気ガスの不均一な燃焼が生じて、
局部的な温度上昇が生じ、再生処理を繰り返し行うと、
触媒担体が溶損して再利用が不可能になるという問題が
あった。

上記の問題を解決するため、触媒担体として耐熱性及び
熱伝導性に優れた炭化珪素焼結体を使用することがすで
に提案されている。ところが、この場合には、材料の熱
伝導性が高すぎるため、従来から利用されている熱源と
して、たとえば、エンジンからの排ガスの熱風又は、電
気ヒーターがあるが、これらの熱源では、前記炭化珪素
焼結体製担体を十分に高温に加熱することができず、再
生処理が不可能となったり、不完全であったりした。つ
まり、再生を完全に行うためには、より大容量の熱源が
必要となり、電気ヒーターの場合には大形のヒーターを
利用するか、あるいは、長時間の通電が必要となった．
ところが、この場合にはヒーター用バソテリの寿命が短
くなったり、コストアップを招いたりするという問題が
あった．又、大容量の熱源を用いて再生処理を行うと、
前記担体内に温度分布が生じ、そのため再生処理を繰り
返し行う内に、触媒担体にクラックが発生し、そのクラ
ンクから触媒担体全体が破損して、上記の問題を解決す
るには至らなかった．そこで、本発明者らは、再生処理
における炭化珪素焼結体製触媒担体の熱収支を検討した
ところ、前記触媒担体の場合には、担体自体を加熱する
に必要な熱量と、担体を通過する排気ガスに失う熱量は
比較的少なく、相当の熱量が担体の径方向、すなわち、
担体の外周にあるケーシングに伝わっていることが解明
され、担体とケーシングの間に断熱層を用いることで、
極めて効果的に熱ロスを防止できることを解明した。

この発明は上記の事情を考慮してなされたものであって
、その目的は再生処理中における触媒担体からの熱伝導
に伴う熱損失を防止し、安定した完全な再生を行い、か
つ、担体の所定部分間の温度差を少なくして、クランク
の発生に起因する触媒担体の破損を確実に防止すること
ができ、耐久性を向上させることが可能な排気ガス浄化
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕上記の目的を達
成するために、この発明では、内燃機関の排気側に連通
ずる通路を備えたケーシングと、多孔質炭化珪素焼結体
によってハニカム状に形成された触媒担体と、前記触媒
担体と前記通路の内壁との間に配設された断熱層とを設
けている。従って、炭化珪素の耐熱性を有効に利用して
、耐熱性に優れた触媒担体を形成できる。又、触媒担体
の外周部分とケーシングとの間の熱伝達が断熱層によっ
て抑制されて触媒担体からの放熱が未然に防止され、従
来の熱源を利用して、十分に再生処理が可能な温度にま
で加熱することができ、しかも担体内の熱伝達を迅速に
行って完全な再生を極めて短時間に行うことができる。

更に、触媒担体の両端部分間の温度差を少なくでき、担
体の熱応力による破損を防止できると共に、機械的振動
等による担体の損傷（カケ，チソピング，脱落及び魔耗
）を防止できる。

前記断熱層については、無機質若しくは有ａ質の断熱材
料によって構威したり、空気層によって構或することが
望ましい．無機質の断熱材料としては、アルミナーシリ
ケートセラξソクファイバ，アルミナファイバー．ジル
コニアファバーシリカファイバー．ロックウール，石綿
等を使用でき、有機質の断熱材料としては、ナイロン，
ケプラー等のファイバーやウレタン等の発泡体の戒形体
、又は、これらを組合せて利用することができる．好ま
しくは、無機質ファイバーを一部、又は、全体に利用す
ることである。

前記断熱層の厚さは１５１諷以上に設定されていること
が望ましい。断熱層の厚さが１５■よりも少ないと、断
熱効果が低下して、触媒担体の所定部分間における温度
差が増加する． 又、断熱層として、空気層を設けた場合には、触媒担体
の両端部をケーシングに支持する部材として、前記の各
種断熱材料を利用したり、所要の連結部品を利用したり
することが望ましい。この支持部材としては、特に断熱
空気層の気密性を保つため、加熱された際に膨張する断
熱材、例えばバー５キュライトと無機’！ｔＩｌｉ維、
有機繊維、無機結合材とから構威されたシート状物が弾
力性、耐熱性等に優れていることからより効果的である
．又、断熱層としての空気層を設けた場合には空気層内
の対流伝熱による熱伝導を防止するため、空気層をいく
つかの隔壁により分割して空気の対流を防ぐことが有効
である。

以下、この発明を図面に従って詳細に説明する。

第１図に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ
製のケーシング２を備え、そのケーシング２の通路２ａ
が内燃機関Ｅの排気管路Ｅａ中に接続されている。この
ケーシング２内には排気ガスを浄化するための触媒担体
５が配設され、その触媒担体５とケーシング２の通路２
ａ内壁との間には断熱層４が形成されている． 触媒担体５は、第２図及び第３図に示すように、高い融
点（〜３０００℃）を有する多孔質炭化珪素焼結体によ
ってハニカム状に形成されると共に、全体として円柱状
をなしている．そして、この触媒担体５には軸線方向に
平行に延びる多数のガス通過孔６が形成され、各ガス通
過孔６の供給側及び排出側のいずれか一端が炭化珪素賞
の小片７によって交互に封止されている。更に、触媒担
体５の各ガス通過孔６の内壁面にはシリカ膜が形成され
、そのシリカ膜に白金族元素やその他の金属元素及びそ
の酸化物等からなる酸化触媒が担持されている． 一方、前記断熱層４の厚さは１５ｍｍ以上に設定されて
いる．又、触媒担体５のガス排出側において、ケーシン
グ２には再生用のセラミックヒーター８が装着されてい
る。

従って、第１図及び第２図に矢印で示すように、内燃機
関Ｅの排気ガスがケーシング２の供給側から触媒担体５
に導入されると、ガス通過孔６の壁部によって、排気ガ
ス中のカーボン（すす）やＨＣ等が濾過されると共に、
酸化触媒により酸化される．そして、浄化された排気ガ
スが触媒担体５から排出される． 上記のように使用された触媒担体５の再生処理を行う場
合には、触媒担体５に所定量のカーボンを滞留させた状
態で、セラミックヒーター８による触媒担体５の加熱を
開始する．そして、ヒーター近傍の触媒担体５の温度が
所定温度（３００〜８００℃）に達した時、ケーシング
２に燃焼促進用の二次エアの供給を開始する．そして、
この処理を継続することにより、触媒担体５内のカーボ
ンを燃焼させ、触媒担体５を再生する．そして、この発
明では、触媒担体５とケーシング２の内壁部との間に断
熱Ｎ４が形成されているため、触媒担体５の周縁部から
の放熱が抑制されて短時間で再生が可能な処理温度に到
達し、しかも、全体がより均一な温度になり、再生処理
を短時間で、完全に進めることができる．再生の温度に
昇温するための熱エネルギーも省力することができる．
又、触媒担体５の両端部分間の温度差が少なく保持され
る．従って、部分的な温度差に起因して触媒担体５にク
ラックが発生する割合を少なくでき、再生処理回数を増
加させて、耐久性を向上させることができる。

次に、触媒担体５の再生処理に関する実施例及び比較例
について説明する． 〔実施例〕 触媒担体５として、直径１４４ｍ．長さ１５２ｎ．熱伝
導率４　０　〜７　０　Ｋｃａｌ／＋ｓ．ｈｒ．　”Ｃ
　＋比熱０．２　３　Ｋｃａｌ／ｋｇ，　”Ｃのものを
使用した。又、この触媒担体５における各ガス通過孔６
間の隔壁の厚みは０．４３０で、各ガス通過孔６は１平
方ｉｎ当たり、１７０個形成されている．断熱Ｎ４を形
成する材料として、０　．　　２　Ｋｃａｌ／ｍ．ｈｒ
．　’Ｃの熱伝導率を有し、厚さが２５關のセラξツク
ファイバーを使用した。

再生処理用セラミックスヒーターは１２Ｖ−２．５ＫＷ
のものを１本使用した． 第１図に示すように、上記の排気ガス浄化装置１を内燃
機関Ｅに接続して、内燃機関Ｅを作動させ、排気ガス中
のカーボンを捕集した。この捕集動作中には、排気管路
Ｅａ内の圧力を圧カセンサＰｓ及び圧電変換素子Ｐｅを
介して制御装置Ｃによって監視し、その圧力が一定値（
０．１７Ｋｇ／ｃｊ）に到達するまで、捕集動作をｍｕ
した。この時、排気ガスの流量は５　０　１７ｓｅｃで
あり、前記一定圧力までの到達時間は約４０分となった
。この間に捕集されたカーボン量の算出に際し、触媒担
体５の容積をガス通過孔部分の総量とし、カーボン捕集
量は捕集処理の前後における重量変化に基づいて求めた
。その結果、カーボン捕集量は１５ｇｅｌとなった。

次に、前記制御装置ＣによってスイッチＳを閉成させ、
ヒーター８への通電を開妬した。それから１０分後には
コンプレッサＣＯを動作させ、エア供給管Ｃａから触媒
担体５に二次エアを５０１７ｗｉｎの割合で供給した。

そして、熱電対を使用することにより、触媒担体５の中
心軸線上においてヒーター８からガス排出側（第１図の
右側）へｌｍｌ１離間した位置Ｐ１．軸線方向の中心位
置Ｐ２及びガス取入れ側位置Ｐ３の温度Ｔｌ，Ｔ２，Ｔ
３をそれぞれ監視した． 二次エアの供給開始時において、位１ｆＰ１の温度Ｔｌ
は約７５０℃であった。又、ガス取入れ側位置Ｐ３の温
度Ｔ３はカーボンの燃焼終了時に急激に降下するため、
ヒーター８への通電開始時から温度降下時点までの時間
を再生時間とした。その結果、再生時間は１０分であっ
た． 更に、触媒担体５が破損するまで、上記の再生処理を繰
り返した．その結果を表１に示す。又、触媒担体５両端
の各位置Ｐｉ，Ｐ３における最大温度差を併せて示す。

〔比較例１〕 直径１９６８ｍ．長さ１　９　６　ｎ＋の大きさのコー
ジエライト製触媒担体と、一対の再生処理用セラ≧ック
スヒーター（１２Ｖ−　３　ＫＷ　ｘ　２）とを備えた
従来タイプの排気ガス浄化装置において、触媒担体の温
度が１０００℃を越えないようにエアの流量を制御した
点のみを除き、前記実施例と略同様の試験を行った。そ
の結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、比較例ｌの触媒担体で
は、実施例の触媒担体５よりも捕集量の少ないカーボン
（実施例の１７３）を燃焼させるのに、実施例の再生時
間の約３倍の時間を要している。

従って、実施例と同量のカーボンを捕集した後、それを
燃焼させるまでの時間は、実施例の９倍になるものと予
測でき、実施例の触媒担体５ではカ−ポンが効率的に燃
焼していることが分かる。一方、破損に至る再生処理回
数は実施例に比較して少なく、実施例の触媒担体５は耐
久性に優れていることがわかる。

〔比較例２〕 実施例と同一サイズの多孔質炭化珪素製触媒担体と、再
生処理用セラミソクスヒーター（１２Ｖ−２．５κ一）
とを備え、断熱層を備えていない従来タイプの排気ガス
浄化装置において、前記実施例と同様の再生処理を行っ
た。その結果を表ｌに示す。

この比較例２の排気ガス処理装置では、断熱層を備えて
いないため、又、触媒担体の熱伝導牲が優れているため
、触媒担体外周部分からの放熱が抑制されず、カーボン
の捕集に要する時間及び再生処理時間が前記実施例より
も増加しているばかりでなく、触媒担体における最大温
度差も大きくなっている。又、再生処理回数も実施例に
比して大幅に少なく、実施例の触媒担体は耐久性に優れ
ていることがわかる。

（余白） 表１ 実施例　比較例１　比較例２ ヒーター 通電時間（分）　　　　　１０　　　　４　　　　１８
カーボン捕集 量（ｇ／　１　）　　　　　　　１５　　　　５　　　
　１５再生処理時間（分）　　　１０　　　　３５　　
　　２１再生処理回数（回）２０以上７〜８６ 最大温度差（”Ｃ）３２０　　　　　　　　４３０〔変
形例１〕 第４図に示すように、断熱層を空気層４によって構戒す
る場合、前記実施例と同一構戒の触媒担体５を使用し、
その両端部とケーシング２との間に、同じく前記実施例
と同一の断熱材料１４を配設してその断熱材料１４によ
って触媒担体５をケーシング２中に支持する。このよう
にしても、前記実施例と同様の再生処理結果が得られる
。

〔変形例２〕 変形例ｌとほぼ同様ではあるが、第５図に示すようにケ
ーシング２と触媒担体５の間に０．１Ｋｃａｌ／＋．ｈ
ｒ．　’Ｃの熱膨張性断熱材を使用し、空気層内に隔壁
を配設した。この場合の再生処理結果では、再生処理時
間が１３分を示し比較例２と比べて空気断熱層の効果が
得られた． 〔発明の効果〕 以上詳述したように、この発明によれば、再生処理時に
おける触媒担体の所定部分間の温度差を従来に比して極
めて低くすることができ、その温度差に起因するクラソ
クの発生割合を少なくして、触媒担体の耐久性を向上さ
せることができる，又、断熱層により、触媒担体からの
放熱を抑制して、再生所要時間を短縮し、熱の利用効率
を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した排気ガス浄化装置及びそ
の実験装置を示す部分断面図、第２図は触媒担体の断面
図、第３図は触媒担体の正面図、第４図は変形例ｌにお
ける排気ガス浄化装置の一部を示す部分断面図、第５図
は変形例２における部分断面図である．

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　内燃機関（Ｅ）の排気側に連通する通路（２ａ）を
   備えたケーシング（２）と、 多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成される
   と共に前記通路（２ａ）内に配置された触媒担体（５）
   と、 前記触媒担体（５）と前記通路（２ａ）の内壁との間に
   配設された断熱層（４）と を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。 ２　前記断熱層（４）は無機質若しくは有機質の断熱材
   料によって形成されている請求項１に記載の排気ガス浄
   化装置。 ３　前記断熱層（４）の厚さは１５ｍｍ以上に設定され
   ている請求項２に記載の排気ガス浄化装置。 ４　前記断熱層（４）は空気層によって形成されている
   請求項１に記載の排気ガス浄化装置。