JPH0527219U - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒担体の特定部位に熱応力が集中すること
を防止して、耐久性に優れた排気ガス浄化装置を提供す
る。 【構成】 セラミックス製スリーブ３とその両端面に配
置される一対の通気性耐火板４，５とによって形成され
る空間Ｓ1 内に、複数の触媒担体６を充填した。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるガス中に含まれる パティキュレートを除去するための排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の排気ガス浄化装置としては、例えば、内燃機関の排気側に連通 する通路を備えたケーシング内に、多孔質炭化珪素焼結体によって一体形成され たハニカム状の触媒担体と、その触媒担体に担持された触媒成分とを有するフィ ルタを配置し、その通路内においてフィルタと内燃機関との間にバーナー等の熱 源を配設したものが一般に知られている。

【０００３】 上記装置では、フィルタが所定量のパティキュレートを捕集した後にバーナー によって加熱されることにより再生処理が行われ、これによりフィルタ内のパテ ィキュレートが燃焼除去される。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、フィルタを上述のように加熱した場合、バーナーの火炎の位置に相 当する排気ガス流入側端面の中心部の温度は、他の部位に比べて短時間で上昇す る傾向にある。特に同一の材料によって一体形成されている前記触媒担体の場合 では、触媒担体の中心部と外周部との間及び触媒担体の両端面間で温度差を生じ 易く、それに伴って増加する触媒担体周方向及び半径方向の応力（引っ張り応力 または圧縮応力）により、触媒担体が破壊に到る虞れがあった。そのため、フィ ルタ全体の耐久性に劣り、再生処理を何回も繰り返して行うことができないとい う問題があった。

【０００５】 本考案は上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、触媒担体の特 定部位に対する応力の集中を防止することにより、排気ガス浄化装置全体の破損 を未然に回避して、その耐久性を向上させることができる排気ガス浄化装置を提 供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】

上記の課題を解決するために、本考案では、ディーゼルエンジンの排気側に連 通する通路を備えたケーシングと、セラミックス材料にて形成されると共に前記 通路内にてその通路と同一軸線上に配置される少なくとも１つのスリーブと、前 記スリーブの両端面に配置される一対の通気性耐火板と、前記通路の内壁、スリ ーブ及び両耐火板が形成する空間内に充填された複数の触媒担体とを設けている 。

【０００７】 本考案の構成のように、触媒担体を複数にして、前記通路の内壁、スリーブ及 び両耐火板が形成する空間内に充填することにより、再生処理の際に各触媒担体 間における温度差を極めて小さくすることができる。従って、各触媒担体の特定 部位に大きな応力が集中することはない。これにより、触媒担体に起因する装置 全体の耐久性が向上する。

【０００８】 以下に、本考案の排気ガス浄化装置について図面に基づき詳しく説明する。 図１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がディーゼルエンジンＥの排気管路Ｅａに接続さ れている。この通路２ａ内には、ディーゼルエンジンＥから放出される排気ガス を浄化するために、スリーブ３、一対の通気性耐火板４，５及び触媒担体６から なるフィルタＦ1 が配設されている。また、前記通路２ａにおけるフィルタＦ1 の排気ガス流入側には、再生処理用の熱源としてバーナー７が設けられている。

【０００９】 図２に示すように、前記スリーブ３は、例えば耐火性及び断熱性を備えるセラ ミックス材料をスラリー状に分散して真空成形することにより、円筒状に形成さ れるものである。そして、前記スリーブ３は通路２ａ内において、その通路２ａ と同一軸線上に１つ或いは複数個配置され、その両端面には一対の通気性耐火板 ４，５が設けられる。そして、前記通路２ａの内壁、スリーブ３及び両耐火板４ ，５が形成する空間Ｓ1 内には、複数の触媒担体６が充填される。

【００１０】 前記スリーブ３を製造するためのセラミックス材料としては、セラミックファ イバー、多孔質炭化珪素及び多孔質コージエライト質の材料のうちから選択され る少なくとも何れか一種類であることが望ましい。その理由は、好適な耐火性及 び断熱性を備える前記材料であれば、再生処理の際におけるバーナー７による加 熱に耐えることができ、かつフィルタＦ1 外部への熱エネルギーのロスを少なく することができるからである。

【００１１】 また、前記スリーブ３の気孔径は１μｍ〜１５μｍ、気孔率は３０％〜６０％ 、肉厚は１mm〜２５mmに設定されることが望ましい。 気孔径または気孔率が前記範囲未満であると、スリーブ３に好適な断熱性を付 与することができず、再生時における熱エネルギーロスが多くなる。一方、気孔 径または気孔率が前記範囲を越えると、スリーブ３自体の強度の低下を招くため 、好ましくない。更に、肉厚が１mm未満であると、スリーブ３の強度が低下して 、破損し易くなる。２５mmを越えると、フィルタＦ1 内に形成される空間Ｓ1 の 容積が小さくなるため、前記触媒担体６の充填量が制限され、フィルタＦ1 のパ ティキュレート捕集能力が低下してしまう。

【００１２】 前記通気性耐火板４，５としては、多孔質セラミックスからなるハニカム構造 体、通気性セラミックスフォーム、通気性セラミックスファイバー等のように、 前記通路２ａ内に配置した場合の圧力損失が小さく、かつバーナー７の加熱に耐 え得る材料を用いることが好適である。更に好ましくは、図２及び図３に示すよ うに、多孔質炭化珪素焼結体によって円板状に耐火板４，５を形成すると共に、 耐火板４，５の何れか一方の端面において開口する複数のセルＣを、その耐火板 ４，５の軸線方向に沿って形成することである。各セルＣは耐火板４，５に所定 間隔をおいて形成された連通孔Ｃａと、各連通孔Ｃａのガス流入側若くは流出側 を交互に閉塞する封止板Ｃｂとから構成されることが望ましい。それにより、各 セルＣ間の内壁によってもパティキュレートを濾過することができる。

【００１３】 また、前記空間Ｓ1 内には複数の触媒担体６が充填され、その触媒担体６の表 面には白金属元素やその他の金属元素及びその酸化物からなる酸化触媒成分が担 持されている。

【００１４】 図２に示すように、前記触媒担体６は多孔質炭化珪素からなる中空状の球体で あることが望ましい。前記触媒担体６の形状を中空状の球体にすることにより、 触媒成分が担持される表面を触媒担体６の内外に確保するためである。

【００１５】 このような触媒担体６（以下、球体６とする。）の外径は１mm〜５mm、肉厚は ０．１mm〜１．０mmに設定されることが望ましい。前記外径が１mm未満であると 、球体６を中空状に形成することが困難になり、前記外径が５mmを越えると、球 体６の強度が低下して潰れ易くなる。また、前記肉厚が０．１mm未満であると、 球体６が潰れ易くなり、前記肉厚が１．０mmを越えると、球体６を中空状に形成 することが困難になる。

【００１６】 前記球体６の気孔率は３５％〜４５％、気孔径は５μｍ〜１５μｍに設定され ることが望ましい。気孔率または気孔径が前記範囲未満であると、球体６の内側 に排気ガスが導入され難くなり、パティキュレートの捕集効率が低下してしまう 。一方、気孔率または気孔径が前記範囲を越えると、球体６の強度が低下して、 球体６が潰れ易くなる。

【００１７】 更に、前記空間Ｓ1 内に前記球体６を充填する場合、球体６の空間占有率が１ ０％〜５０％であることが望ましい。前記空間占有率が１０％未満であると、フ ィルタＦ1 に所定のパティキュレート捕集能力を確保することができない。また 、前記空間占有率が５０％を越えると、フィルタＦ1 の全体重量が増加するばか りでなく、圧力損失の増大を招く虞れがある。

【００１８】 さて、上述のように構成されたフィルタＦ1 を前記所定位置に配置して、ディ ーゼルエンジンＥを始動させた場合、ディーゼルエンジンＥが放出した排気ガス は、先ず前記フィルタＦ1 における上流側の耐火板４に導入され、空間Ｓ1 及び 下流側の耐火板５を経由して、フィルタＦ1 の外部に排出される。このとき、主 として空間Ｓ1 内に充填された球体６によって排気ガス中のパティキュレートが 捕集されると共に、両耐火板４，５及びスリーブ３によってもパティキュレート が捕集される。そして、酸化触媒の作用によりパティキュレートが酸化され、浄 化された排気ガスのみがフィルタＦ1 から排出される。この捕集動作はフィルタ Ｆ1 に所定量のパティキュレートが捕集されるまで継続される。

【００１９】 上記のように使用されたフィルタＦ1 の再生処理を行う場合には、フィルタＦ 1 に所定量のパティキュレートを滞留させた状態で、バーナー７によるフィルタ Ｆ1 の加熱を開始する。そして、フィルタＦ1 の温度が所定温度（８００℃〜９ ００℃程度）に達した時に、ケーシング２に燃焼促進用の二次エアを供給する。 そして、この処理を継続することによりパティキュレートを燃焼させ、フィルタ Ｆ1 を再生する。

【００２０】 そして本考案では、スリーブ３及び一対の耐火板４，５が形成する空間Ｓ1 内 に、触媒担体として複数の微細な球体６が充填された構成であるため、再生処理 の際に各々の球体６内の温度差が極めて小さくなる。よって、各球体６の特定部 位に大きな応力が集中することが確実に防止できる。また、前記スリーブ３及び 耐火板４，５はそれぞれ耐熱性に優れた材料で形成することができる。従って、 フィルタＦ1 全体が破損に到るのを未然に回避することができる。その結果、フ ィルタＦ1 に従来のものよりも優れた耐久性が確保され、フィルタＦ1 の再生処 理を何回も繰り返して行うことが可能になる。

【００２１】 次に、フィルタＦ1 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。

【００２２】

〔実施例１〕

本実施例１では、セラミックスファイバーにバインダーとしてシリカゾル及び アルミナゾルを添加したものを原料に用い、内径１４０mm，長さ１５０mm，肉厚 ２０mmの円筒形状のスリーブ３を湿式成形した。また、スリーブ３の気孔径を７ mm、気孔率を４０％、嵩比重を０．３g/cm³ に設定した。

【００２３】 そして、多孔質炭化珪素焼結体を用いて、外径が１８０mm，厚さが１０mmであ る円形状のハニカム構造体を形成し、一対の通気性耐火板４，５とした。また、 各通気性耐火板４，５においては、セルＣ内壁の厚さは２５MIL （０．６３mm） に設定され、セルＣ密度は１平方インチ（約６．４５ｃｍ² ）あたり１００個の 割合で形成されている。

【００２４】 前記触媒担体としては、気孔率が４０％，気孔径が１０μｍの多孔質炭化珪素 によって形成された、外径２〜３mm，肉厚０．３〜０．５mmの中空状の球体６を 使用した。この球体６をスリーブ３と両耐火板４，５との間の空間Ｓ1 内に多数 充填すると共に、空間Ｓ1 における球体６の空間占有率を４５％に設定した。以 上のようにして、図２に示すフィルタＦ1 を製造した。

【００２５】 図１に示すように、このフィルタＦ1 を内径１８０mmの通路２ａ内に配置した 後、ディーゼルエンジンＥを作動させ、排気ガス中に含まれるパティキュレート の捕集を行った。そして、フィルタＦ1 に所定量（３０グラム）のパティキュレ ートが滞留した時点でバーナー７を点火し、フィルタＦ1 の加熱を開始した。更 に、フィルタＦ1 の温度が所定温度（８００℃〜９００℃程度）に達した時点で コンプレッサ（図示略）を作動させ、ケーシング２内に燃焼促進用の二次エアを １０分間供給した。この処理を継続することによりパティキュレートを燃焼させ 、フィルタＦ1 を再生させた。

【００２６】 上記再生処理を２０回繰り返し行ったところ、フィルタＦ1 を構成する何れの 部材にも破損は認められず、フィルタＦ1 に好適な耐久性が確保されていること が分かった。 〔実施例２〕 本実施例２では、前記実施例１におけるスリーブ３と同一の原料を湿式成形し て、外径１００mm，長さ１５０mm，肉厚３mmの円筒状スリーブ８と、外径６０mm ，長さ１５０mm，肉厚３mmの円筒状スリーブ９とをそれぞれ製造した。また、各 スリーブ８，９の気孔径を７μｍ、気孔率を４０％、嵩比重を０．３g/cm³ に設 定した。そして、図４に示すように、各スリーブ３，８，９を同一軸線上におい て同心円上に配置した状態で、各スリーブ３，８，９の両端面を一対の耐火板４ ，５によって閉塞した。これにより、空間Ｓ2a，Ｓ2b，Ｓ2cを形成し、前記球体 ６を各空間Ｓ2a，Ｓ2b，Ｓ2c内に多数充填した。尚、前記各空間Ｓ2a，Ｓ2b，Ｓ 2cにおける球体６の空間占有率をそれぞれ３０％に設定した。このようにして製 造されたフィルタＦ2 を通路２ａ内に配置して、パティキュレートの捕集動作を 行った。

【００２７】 そして、前記実施例１と同一の条件で再生処理を２０回繰り返し行ったところ 、フィルタＦ2 を構成する何れの部材にも破損は認められなかった。従って、前 記実施例１と同様に、フィルタＦ2 の耐久性も優れていることが分かった。 〔比較例〕 比較例では、多孔質炭化珪素焼結体を材料として長さ１５０mm，外径１４０mm の円筒形状の触媒担体をハニカム状に一体成形すると共に、その触媒担体に触媒 成分を担持させることで、従来タイプのハニカムフィルタを製造した。そして、 このフィルタを通路２ａ内に配置して、パティキュレートの捕集動作を行った後 に、前記各実施例と同一の条件で再生処理を行った。

【００２８】 その結果、再生処理を１０回行った時点でフィルタにクラックが発生し、それ によりフィルタが破損に到った。このことからも、前記両実施例のフィルタＦ1 ，Ｆ2 が比較例のフィルタに比して、優れた耐久性を備えていることが証明され た。

【００２９】 尚、本考案は前記実施例のみに限定されることはなく、考案の趣旨を逸脱しな い範囲内において、その構成を変更することが可能である。例えば、前記球体６ のみに触媒成分を担持させていた前記実施例１及び２の構成に代えて、スリーブ ３，８，９及び両耐火板４，５の表面に対しても触媒成分を担持させたり、スリ ーブ３，８，９自体によってもパティキュレートを濾過するようにしたりするこ とは勿論可能である。これにより、フィルタのパティキュレート除去能力を更に 向上させることができる。

【００３０】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の排気ガス浄化装置によれば、触媒担体の特定部 位に対する応力の集中を防止することにより、装置全体の破損を未然に回避して 、その耐久性を向上することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を具体化した一実施例における排気ガ
ス浄化装置を示す部分正断面図である。

【図２】 図１の排気ガス浄化装置におけるフィルタの
部分拡大正断面図である。

【図３】 フィルタの拡大左側面図である。

【図４】 実施例２の排気ガス浄化装置におけるフィル
タの部分拡大正断面図である。

【符号の説明】

２ ケーシング、２ａ 通路、３，８，９ スリーブ、
４，５ （通気性）耐火板、６ 触媒担体（または球
体）、Ｅ ディーゼルエンジン、Ｓ1 ，Ｓ2a，Ｓ2b，Ｓ
2c 空間。

Claims (7)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気側に連通
   する通路（２ａ）を備えたケーシング（２）と、 セラミックス材料にて形成されると共に前記通路（２
   ａ）内にてその通路（２ａ）と同一軸線上に配置される
   少なくとも１つのスリーブ（３，８，９）と、 前記スリーブ（３，８，９）の両端面に配置される一対
   の通気性耐火板（４，５）と、 前記通路（２ａ）の内壁、スリーブ（３，８，９）及び
   両耐火板（４，５）が形成する空間（Ｓ1 ，Ｓ2a，Ｓ2
   b，Ｓ2c）内に充填された複数の触媒担体（６）とを設
   けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記触媒担体（６）は多孔質炭化珪素から
   なる中空状の球体であることを特徴とする請求項１に記
   載の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記空間（Ｓ1 ，Ｓ2a，Ｓ2b，Ｓ2c）内に
   前記球体（６）を充填する場合、球体（６）の空間占有
   率が１０％〜５０％であることを特徴とする請求項２に
   記載の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】前記球体（６）の外径は１mm〜５mm、肉厚
   は０．１mm〜１．０mmに設定されることを特徴とする請
   求項２または３に記載の排気ガス浄化装置。
5. 【請求項５】前記球体（６）の気孔率は３５％〜４５
   ％、気孔径は５μｍ〜１５μｍに設定されることを特徴
   とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の排気ガス浄
   化装置。
6. 【請求項６】前記スリーブ（３，８，９）はセラミック
   ファイバー、多孔質炭化珪素及び多孔質コージエライト
   質の材料のうちから選択される少なくとも何れか一種類
   によって形成されることを特徴とする請求項１乃至５の
   何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
7. 【請求項７】前記スリーブ（３，８，９）の気孔径は１
   μｍ〜１５μｍ、気孔率は３０％〜６０％、肉厚は１mm
   〜２５mmに設定されることを特徴とする請求項１乃至６
   の何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。