JPH07286512A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、セラミックス繊維から構成したフ
ェルトを通電可能な金網で保形してフィルタを構成し、
パティキュレートの捕集効率を向上させと共に、耐久
性、軽量化、コンパクト化を実現した排気ガス浄化装置
を提供する。 【構成】 本発明は、排気系に組み込まれたケース２内
に配置され且つ排気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１をセラミックス繊維から成るフェ
ルト８で構成する。フェルト８の形状が通電可能な金網
４及び支持筒体３によって保形されている。金網４に通
電してフィルタ１を加熱し、フィルタ１に捕集されたパ
ティキュレートを加熱焼却してフィルタ１を再生する。
この排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジンの排気系
に配置されて排気ガス中に含まれるパティキュレートを
捕集するのに有効である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ディーゼルエンジン
から排出される排気ガスに含まれるカーボン、スモー
ク、煤等のパティキュレートを捕集して該パティキュレ
ートを加熱焼却する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジンの排気ガスよ
りカーボン、煤、ＨＣ等のパティキュレート即ち粒子状
物質を捕集する排気ガス処理用フィルタの材料として
は、コーディエライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ₂ Ｏ₃ ・５Ｓ
ｉＯ₂ ）製のハニカム形状のフィルタが使用されてい
る。また、フィルタとしては、多孔質の壁を通過する時
の捕集効果を狙ったウォールタイプ即ちウォールスルー
構造の排気ガス処理用フィルタ、又は、三次元に網目状
になったハニカム状即ちフォームドセラミックス製多孔
体を利用する排気ガス処理用フィルタ等が開示されてい
る。

【０００３】また、特開昭５７−１６３１１２号公報に
は、ディーゼルエンジンの排気微粒物の処理装置が開示
されている。該排気微粒物の処理装置は、ディーゼルエ
ンジンの排気路に少なくとも２枚の網状又は多孔状の金
属シートを互いに間隔をおいて隣接するように発泡状セ
ラミックフォーム中に巻き込んで成るフィルタを設け、
排気ガスがセラミックフォーム中を通過するようにし、
前記金属シートをそれぞれ陽陰電極として電圧を印加し
たものである。

【０００４】また、特開平５−４４４４１号公報には、
微粒子浄化フィルタ装置が開示されている。該微粒子浄
化フィルタ装置は、フィルタによって捕集された微粒子
を燃焼除去するためフィルタを加熱可能に構成し、フィ
ルタの両端領域における抵抗値が中央領域における抵抗
値より低く設定したヒータを有するものである。

【０００５】また、特開昭５８−１９３７１４号公報に
は、排気ガス浄化用構造物が開示されている。該排気ガ
ス浄化用構造物は、排気系に設置されて排気ガス中の微
粒子を捕集する繊維フィルタと、該繊維フィルタの排気
ガスの出口側及び入口側を覆うハニカム構造体を備え、
前記繊維フィルタを排気ガスの流れ方向に２ケ以上備え
ているものである。

【０００６】また、特開昭５９−１３８７１２号公報に
は、微粒子捕集装置が開示されている。該微粒子捕集装
置は、セラミックス担体とヒータ線とを備えており、ヒ
ータ線が金属線の周囲にセラミック材の被覆層を付着形
成しているものである。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ディーゼルパティキュ
レートフィルタは、特に、ディーゼルエンジンの排気ガ
ス中の黒煙を除去する装置としてその効果が確認されて
いる。しかしながら、従来のコーディエライト製ハニカ
ムフィルタは、多孔度が低く、通過面積を確保するため
にフィルタが大型化になると傾向があり、フィルタが大
型化するに伴って熱容量が大きくなり、フィルタの加熱
再生に必要な電力が供給できず、燃焼伝播方法を利用せ
ざるを得ない。その結果、フィルタの加熱再生時に、燃
焼伝播が不十分な箇所にパティキュレートを堆積し、時
には高温になり過ぎて異常燃焼したり、そのためフィル
タの溶損、破損等が発生したり、フィルタの寿命が短く
なり、フィルタの耐久性が低下するという問題が生じ
る。或いは、燃焼伝播が不均一になり、フィルタの目詰
まりの原因になり、徐々に圧力損失が大きくなり、エン
ジンの排圧が上昇し、性能劣化を起こすことがある。

【０００８】また、前掲特開昭５７−１６３１１２号公
報に開示された排気微粒物の処理装置は、ヒータを金網
によって構成しているが、フィルタを構成するフェルト
を金網によって保形するという機能は有していないもの
である。更に、前掲特開平５−４４４４１号公報に開示
された微粒子浄化フィルタ装置は、フィルタに対してヒ
ータを配置しているが、該ヒータはフィルタの外周面に
配置されたものであり、主としてパティキュレートは燃
焼伝播によって加熱燃焼されるものであり、上記のよう
な問題点が発生する。

【０００９】また、前掲特開昭５８−１９３７１４号公
報に開示された排気ガス浄化用構造物は、繊維フィルタ
をハニカム構造体で挟持しているが、フィルタを構成す
るフェルトを金網によって保形するという機能は有して
いないものである。更に、前掲特開昭５９−１３８７１
２号公報に開示された微粒子捕集装置は、ヒータをセラ
ミックスでコーティングしたことが開示されているが、
具体的にはジルコニアを溶射してコーティングしたもの
であり、金網に対して溶射した場合には金網と金網との
重なった領域はコーティングされないという問題があ
る。

【００１０】この発明の目的は、上記の課題を解決する
ことであり、ディーゼルエンジンから排出される排気ガ
スを浄化処理するため排気系に組み込まれて使用され、
ディーゼルエンジンから排気される排気ガスに含まれる
カーボン、煤、ＨＣ等の粒子状物質即ちパティキュレー
トを捕集する排気ガス浄化装置であり、フィルタをセラ
ミックス繊維でフェルトに構成し、該フェルトを通電可
能な金網で保形すると共に、パティキュレートの加熱燃
焼時に均一に加熱できるように構成し、フィルタの耐久
性、コンパクト化、軽量化を達成した排気ガス浄化装置
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の目的
を達成するために、次のように構成されている。即ち、
この発明は、ディーゼルエンジンの排気系に配置されて
排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して加熱
焼却する排気ガス浄化装置において、排気系に組み込ま
れたケース内に配置され且つ排気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はセラミックス繊維か
ら成るフェルトで構成され、前記フェルトの形状が通電
可能な金網によって保形されており、前記金網に通電し
て前記フィルタを加熱し、前記フィルタに捕集されたパ
ティキュレートを加熱焼却して前記フィルタを再生する
ことを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。

【００１２】また、この排気ガス浄化装置において、前
記セラミックス繊維は酸化アルミニウムを３０ｗｔ％以
上含有しているものである。或いは、前記セラミックス
繊維はＳｉ及びＴｉのうち１種又は２種と、Ｃ，Ｏ，Ｎ
のうち１種又は２種以上の元素とを含有しているもので
ある。また、前記セラミックス繊維はその径が１〜２０
０μｍの範囲で且つ長さが１〜１００ｍｍの範囲に形成
されている。更に、前記セラミックス繊維からなる前記
フェルトは空隙率が５０〜９９％の範囲に設定されてい
る。

【００１３】また、この排気ガス浄化装置において、前
記金網を構成する線径は５０μｍ〜１ｍｍの範囲に形成
されている。また、前記金網の目付け重量は０．１５ｋ
ｇ／ｍ² 〜６ｋｇ／ｍ² に設定されている。更に、前記
金網は前記セラミックス繊維から成る前記フェルトの排
気ガス上流側に配置されているものである。

【００１４】また、前記金網は、その縦糸が酸化アルミ
ニウム，Ｓｉ，Ｔｉのうち１種又は２種と、Ｃ，Ｏ，Ｎ
のうち１種又は２種以上の元素とを含有しているセラミ
ックス糸で且つ横糸が金属線で形成され、前記金属線に
電極を設け、前記金属線に通電することによって前記金
網を加熱できるものである。また、前記金網の鋼線上に
アルミニウム又は酸化アルミニウムがコーティングされ
ているものである。

【００１５】更に、前記セラミックス繊維から成る前記
フェルトの内部には金網、金属線或いは金属板が配置さ
れている。前記セラミックス繊維から成る前記フェルト
の排気ガス下流側に気孔径１００〜１０００μｍで且つ
厚さ５ｍｍ以上の発泡金属、或いは発泡セラミックスが
配置されているものである。

【００１６】また、前記フェルトの端部は第１金属板で
封止されており、前記第１金属板と前記金網とは溶着さ
れており、更に前記フェルトは排気ガス流れの上流側か
ら下流側へ順次折り返されており、折り返された前記フ
ェルトの両端部を封止した第２金属板は前記フェルトの
形状を維持するため前記第１金属板に溶着されている。
更に、前記第１金属板と前記第２金属板とは、前記金網
と同一材質の金属又はＮｉ板から構成されており、前記
第１金属板、前記第２金属板及び前記金網は電気的に接
続されて前記第２金属板を電極として利用できるもので
ある。

【００１７】

【作用】この発明による排気ガス浄化装置は、上記のよ
うに構成されており、次のような作用をする。即ち、こ
の排気ガス浄化装置は、排気ガス中に含まれる煤、カー
ボン、スモーク等のパティキュレートを捕集するフィル
タがセラミックス繊維から成るフェルトで構成され、前
記フェルトの形状が通電可能な金網によって保形されて
いるので、前記金網に通電することによって前記フィル
タは加熱され、前記フィルタに捕集されたパティキュレ
ートが加熱焼却して前記フィルタが再生される。特に、
前記フィルタがセラミックス繊維から成る前記フェルト
で構成されて構造体を構成するものでないので、排気ガ
ス中のパティキュレートは前記フェルトに均一に捕集さ
れ、パティキュレートの加熱焼却時に前記フェルトでの
異常燃焼等が発生することがなく、前記フィルタの耐久
性を向上させて長寿命となる。しかも、前記フェルトは
前記金網で囲まれており、その金網が通電されるので、
前記フェルトは均一に加熱され、パティキュレートを焼
却して前記フィルタの再生を行うことができ、前記フィ
ルタの溶損を防止し、熱応力による前記フィルタに異常
変形が防止され、前記フィルタの耐久性が向上し、パテ
ィキュレートは均一に且つ短時間に燃焼して焼却され、
前記フィルタが再生され、前記フィルタには未燃焼パテ
ィキュレートが残存しない。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による排気
ガス浄化装置の実施例を説明する。また、各種の実施例
を説明する以下に参照する図面において、同一の機能を
有する部品には同一の符号を付し、重複する説明は省略
する。図１はこの発明による排気ガス浄化装置を組み込
むことができる排気ガス浄化システムを示す概略説明
図、図２はこの発明による排気ガス浄化装置の一実施例
を示す断面図、及び図３は図２の線Ａ−Ａにおける断面
図である。

【００１９】図１に示す排気ガス浄化システムは、ディ
ーゼルエンジン９０の排気系に組み込んで使用される。
この排気ガス浄化システムは、排気通路５に組み込まれ
たケース２内に配置されたフィルタ１から構成され、フ
ィルタ１によって排気ガス中に含まれる煤、カーボン、
スモーク等のパティキュレートを捕集し、パティキュレ
ートが捕集されたクリーンな排気ガスを出口側排気通路
６を通じて外部に放出するように構成されている。ディ
ーゼルエンジン９０に取り付けられた排気マニホルド９
１には、ターボチャージャ９２が設けられている。ター
ボチャージャ９２のタービン９３の出口は排気管９４を
通じて入口側排気通路５に接続されている。

【００２０】この排気ガス浄化システムにおいて、フィ
ルタ１はケース１内で排気ガス中のカーボン、煤、Ｈ
Ｃ、黒煙等のパティキュレートを捕集し、捕集されたパ
ティキュレートをフィルタ１で加熱焼却するが、フィル
タ１に捕集されたパティキュレートを加熱燃焼させて焼
却するため、フィルタ１に通電する手段として直流電源
を備えたコントローラ１０に通じる電気回路１１が設け
られている。また、この排気ガス浄化装置について、排
気圧力、ガス温度及びパティキュレート量を検出するた
め、入口側排気通路５にセンサー１７が設置され、出口
側排気通路６にセンサー１８が設置されている。更に、
フィルタ１の中心部の温度を測定するため、フィルタ１
には温度センサー１９が組み込まれている。

【００２１】この発明による排気ガス浄化装置は、排気
ガス浄化システムに組み込まれるものであり、排気通路
５，６に組み込まれたケース２、ケース２内に配置され
フィルタ１、及びフィルタ１の両端部にそれぞれ設けら
れた電極部７を有している。フィルタ１は、セラミック
ス繊維から筒状に形成されているフェルト８から構成さ
れている。フェルト８は、酸化アルミニウム、酸化ケイ
素から作製されたセラミックスフェルトであり、その目
付け重量（単位面積当たりの重量）が４００ｇ／ｍ² で
ある。筒状フェルト８は、両端部が絶縁シール板１５で
密封され、外周面には耐熱金属から作製されている金網
４によって囲まれている。金網４は、線径０．５ｍｍφ
のＦＣＨ１材に相当する材質から作製されている。ま
た、金網４で保形された筒状フェルト８は、多数の通孔
１６を有する多孔金属材料或いは金網から成る中空状の
支持筒体３の外周面に配置されている。従って、筒状フ
ェルト８は、その外側を覆う金網４によって外形が保形
され、内側が支持筒体３によって内形が保形されてい
る。

【００２２】支持筒体３には、排気ガス流れの上流側を
閉鎖するため端板１４が設けられ、下流側をケース２に
固定するためフランジ１３が設けられている。ケース２
内にフィルタ１を設置することによって、ケース２の内
面とフィルタ１の外面との間に入口側環状通路９が形成
され、支持筒体３の中空部に出口側通路１２が形成され
る。入口側環状通路９は入口側排気通路５に連通し、ま
た、出口側通路１２は出口側排気通路６に連通してい
る。更に、フェルト８の外周面に配置された金網４に
は、金網４に電流を流すため金網４の両端に電極部７が
設けられている。

【００２３】次に、この排気ガス浄化装置の作動につい
て説明する。ディーゼルエンジン９０が始動され、ディ
ーゼルエンジン９０から排気される排気ガスはターボチ
ャージャ９２のタービン９３を駆動する。排気ガスはタ
ービン９３の出口から排気管９４を通って排気通路５に
送り込まれる。次いで、排気ガスは、排気通路５から入
口側環状通路９を通ってフィルタ１内へ送り込まれる。
排気ガスはフィルタ１において、金網４の通孔からフェ
ルト８内を通過し、その際、フェルト８によって排気ガ
ス中に含まれるカーボン、煤、スモーク等のパティキュ
レートが捕集され、クリーンになった排気ガスは支持筒
体３の通孔１６から出口側通路１２へ流れ、次いで出口
側排気通路６を通って外部へ排気される。そこで、フィ
ルタ１にパティキュレートの所定量が捕集されると、直
流電源から電気回路１１を通じて電極部７へ電力が供給
され、金網４が通電される。金網４が通電されると、フ
ィルタ１が加熱され、フェルト８に捕集されているパテ
ィキュレートは加熱焼却され、フィルタ１は再生され
る。

【００２４】この発明による排気ガス浄化装置の機能を
従来の排気ガス浄化装置と比較するため、図４及び図５
に示すような比較品即ち多孔質フィルタから成る排気ガ
ス浄化装置を作製した。図４は従来の排気ガス浄化装置
を示す断面図、及び図５は図４の線Ｂ−Ｂにおける断面
図である。

【００２５】図４及び図５に示す比較品の排気ガス浄化
装置は、図１に示す排気ガス浄化システムに組み込まれ
て使用されるように構成されており、ケース２内にコー
ディエライトから作製された多孔質フィルタ７１が組み
込まれている。多孔質フィルタ７１は、同一の捕集面積
を有するハニカム構造に形成されており、ケース２との
間にシール部材７２を介在させてケース２内に配置され
ている。また、多孔質フィルタ７１の上流側にはヒータ
コイル７４が設けられ、ヒータコイル７４は端子７７を
通じて通電加熱されるように構成されている。排気ガス
は、入口側通路５から多孔質フィルタ７１の入口側通路
７３へ送り込まれ、入口側通路７３から多孔質フィルタ
７１を通過して出口側通路７５へ排気され、次いで出口
側通路７５から出口側排気通路６を通って外部へ排気さ
れる。

【００２６】次に、この発明による排気ガス浄化装置
（以下、本発明品という）を図４に示す排気ガス浄化装
置（以下、比較品という）と比較するため、両者を作動
して、ディーゼルエンジン９０から排気されるパティキ
ュレートの捕集効率、フィルタの圧力損失及びフィルタ
の再生時間を測定した。それらの結果を、図６、図７及
び図８に示す。図６は本発明品と比較品とについての経
過時間に対する捕集効率を示すグラフ、図７は本発明品
と比較品とについての経過時間に対する圧力損失を示す
グラフ、及び図８は本発明品と比較品とについての経過
時間に対するフィルタ中心部の温度を示すグラフであ
る。

【００２７】本発明品は、比較品に比べて、図６に示す
ように、捕集効率（％）がほぼ同等であるが、図７に示
すように、圧力損失の上昇が遅くなっていることが分か
る。従って、本発明品と比較品との捕集時間を一定とす
れば、図７に示す圧力損失から類推して、本発明品の捕
集面積は比較品の捕集面積の１／５のフィルタで済むこ
とになり、本発明品は従来の排気ガス浄化装置に比較し
てコンパクトで且つ軽量に作製してもよいことが分か
る。また、本発明品と比較品とについて、パティキュレ
ート捕集後の再生試験では、フィルタに組み込まれた温
度センサー１９によってフィルタ中心部の温度（℃）を
測定した。図８に示す昇温特性から分かるように、本発
明品は比較品に比較して、フィルタ自体が急速に昇温
し、速やかに再生が終了している。即ち、本発明品は経
過時間が３〜４分のところでパティキュレートが加熱燃
焼されて再生されているのに対して、比較品は経過時間
が８〜１０分のところでパティキュレートが加熱燃焼さ
れて再生されている。即ち、本発明品は比較品に比較し
て、コンパクトであり、軽量であるため、熱容量及び熱
散逸即ち放熱が小さいためと推察される。更に、比較品
の多孔質セラミックスフィルタでは、捕集されたパティ
キュレートの異常燃焼が発生し、フィルタの溶損が発生
する可能性があるが、本発明品はセラミックス繊維から
構成されたフェルトであり、ハニカムのような構造体で
ないため、パティキュレートの加熱燃焼に際しては、高
熱を発生する領域がなく、異常燃焼が発生する恐れがな
く、耐久性に富むものである。

【００２８】次に、図９〜図１５を参照して、この発明
による排気ガス浄化装置の別の実施例を説明する。図９
はこの発明による排気ガス浄化装置の別の実施例を示す
断面図、図１０は図９の線Ｃ−Ｃにおける断面図、図１
１は図９の排気ガス浄化装置におけるフィルタの一部破
断の斜視図、図１２は図９の排気ガス浄化装置における
金網を示す平面図、図１３は図９の排気ガス浄化装置に
おける金網を示す断面図、図１４はこの発明による排気
ガス浄化装置の経過時間に対する各領域における温度を
示すグラフ、及び図１５は比較品の排気ガス浄化装置の
経過時間に対する各領域における温度を示すグラフであ
る。

【００２９】この実施例の排気ガス浄化装置は、ケース
２内に配置された３本の円筒状フィルタ２０から構成さ
れ、円筒状フィルタ２０は端部プレート２６にそれぞれ
隔置して取り付けられている。フィルタ２０は、セラミ
ックス繊維から成る筒状フェルト２１、筒状フェルト２
１の外形を保形するように筒状フェルト２１の外面を覆
って配置された金網２４及び筒状フェルト２１の内形を
保形するように筒状フェルト２１の内面に配置された支
持筒体２３から構成されている。隣接する筒状フェルト
２１に巻き上げられた金網２４は、それぞれの端部に金
属リング２５が取り付けられており、隣接する金属リン
グ２５は接続線２２で互いに電気的に接続されている。
また、両側に位置する筒状フィルタ２０の金網２４の端
部は電極部２９が接続されている。従って、一方の電極
部２９から他方の電極部２９まで、筒状フィルタ２０は
電気的に直列に接続されている。この実施例は、特に、
筒状フィルタ２１を金網２４で保形した構成に加えて、
金網２４の構造に特徴を有するものである。金網２４
は、縦糸（又は横糸）が酸化アルミニウム即ちＡｌ₂Ｏ
₃ ，Ｓｉ，Ｔｉのうち１種又は２種と、Ｃ，Ｏ，Ｎのう
ち１種又は２種以上の元素とを含有するセラミックス繊
維即ちセラミックス糸２７で構成され、横糸（又は縦
糸）が耐熱合金鋼繊維即ち金属線２８で構成されている
ものである。

【００３０】この実施例では、筒状フィルタ２１は、そ
れを構成するセラミックス繊維として短径８μｍ、繊維
長さ数ｃｍのＳｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｏ−Ｎファイバーを使用
し、スリップキャスト法によってφ６０×３００ｍｍの
筒状フェルト２１に作製されている。また、金網２４を
構成する線径として、５０μｍ〜１ｍｍの範囲のものを
使用できるが、この実施例では、金網２４は、０．３４
ｍｍの線径を持つＡｌ₂ Ｏ₃ 長繊維を横糸（又は縦糸）
に使用し、同様の線径を持つ耐熱合金鋼繊維を縦糸（又
は横糸）に使用し、これらを平織りにして３５メッシュ
の金網に構成している。更に、金属線２８に接続された
電極はＣｕ電極２９から構成されている。３本の筒状フ
ェルト２１の外周面即ち捕集面には、金網２４がそれぞ
れ巻付けてフィルタ２０を構成した。

【００３１】この実施例による本発明品のフィルタ２０
を、従来のものと比較するため、比較品として、耐熱合
金鋼繊維のみから用いて３５メッシュの金網を構成し、
これを筒状フェルト２１に巻き付けて比較品のフィルタ
を作製した。本発明品のフィルタ２０と比較品のフィル
タとを、図９に示すようにケース２内にそれぞれ配置
し、図１に示す排気ガス浄化システムに組み込み、排気
ガス浄化装置についての耐久試験を行った。排気ガス浄
化装置の耐久試験では、本発明品のフィルタ２０と比較
品のフィルタとで排気ガス中のパティキュレートを捕集
し、圧力損失が１５０ｍｍＨｇに達した時点でエンジン
を止めて、フィルタに捕集されているパティキュレート
を加熱燃焼させてフィルタの再生を行い、フィルタの再
生が終了すると、再びエンジンを駆動して排気ガス中の
パティキュレートをフィルタで捕集することを繰り返し
行った。その結果を、本発明品のフィルタ２０に関して
図１４に示し、また、比較品のフィルタに関して図１５
に示している。

【００３２】図１４及び図１５について、排気ガス浄化
装置における温度測定位置は、図９に示す各点である。
即ち、温度測定位置は、ケース２に近接した両側の筒状
フィルタ２０の外側に位置する金網２４の測温点Ａ，
Ｂ、中間の筒状フィルタ２０の内面の測温点Ｃ、ケース
２の内面の測温点Ｄ及びケース２の外面の測温点Ｅにつ
いてである。本発明品については、図１４から分かるよ
うに、フィルタに対して１０回の再生サイクルを繰り返
したが、排気ガス浄化装置についての異常は発生しなか
った。これに対して、比較品の排気ガス浄化装置では、
図１５から分かるように、金網の測温点Ｂについて、フ
ィルタに対する２回目の再生サイクルにおいて１０００
℃を超える異常昇温が発生し、金網の断線が発生した。
この断線現象は、ナックル部即ち接続部が原因で金網即
ちヒータが酸化によって切断されたたものであった。

【００３３】次に、図１６及び図１７を参照して、この
発明による排気ガス浄化装置の更に別の実施例を説明す
る。図１６はこの発明による排気ガス浄化装置の更に別
の実施例を示す断面図、及び図１７はフィルタについて
の経過時間に対する圧力損失を示すグラフである。

【００３４】この実施例による排気ガス浄化装置は、ケ
ース２内にフィルタ３０を配置すると共に、フィルタ３
０から離れた排気ガス流れの上流側排気通路に金網フィ
ルタ３２を配置したものである。フィルタ３０は、セラ
ミックス繊維から成るプレート状のフェルト３１を配置
すると共に、フェルト３１の上流側に隣接して耐熱合金
から成る金網３４を配置し且つフェルト３１の下流側に
隣接して保持用金網３３を配置して構成されている。金
網フィルタ３２と金網３４とは、各端部に設けた電極部
３５を通じて互いに接続され、直流電源３６に接続され
ている。フェルト３１は、Ｓｉ−Ｔｉ−Ｃ−Ｎ短繊維か
ら作製させ、金網３４及び金網フィルタ３２は、線径
０．２ｍｍの耐熱合金線で濾過粒度６９μｍに形成され
ている。保持用金網３３は、フェルト３１の短繊維の保
持として機能する。金網３４及び金網フィルタ３２に通
電することによって、フィルタ３０に捕集されているパ
ティキュレートを加熱焼却でき、フィルタ３０を再生す
ることができる。

【００３５】次いで、金網フィルタ３２の効果を試験す
るため、金網フィルタ３２を備えていないもの、１００
ｃｍ² の金網フィルタ３２を設けたもの及び１６０ｃｍ
² の金網フィルタ３２を設けたものの３種類の排気ガス
浄化装置を作製した。これらの排気ガス浄化装置のフィ
ルタ３０についての経過時間に対する圧力損失は、図１
７に示すとおりであった。図１７から分かるように、金
網フィルタを備えていないものは、フィルタ３０の圧力
損失が短時間で上昇しているが、金網フィルタ３２を設
けたものの圧力損失は小さく、パティキュレートの捕集
を長時間行うことができることが分かった。即ち、１６
０ｃｍ² の金網フィルタ３２を配置することによって、
金網フィルタを配置しなかったものに比較して圧力損失
の上昇時間が倍増することが確認された。

【００３６】次に、図１８、図１９及び図２０を参照し
て、この発明による排気ガス浄化装置の他の実施例を説
明する。図１８はこの発明による排気ガス浄化装置の他
の実施例を示す断面図、図１９はフィルタについての再
生サイクルに対する圧力損失を示すグラフ、及び図２０
はこの排気ガス浄化装置の作動の一実施例を示す処理フ
ロー図である。この実施例による排気ガス浄化装置は、
主として、図２に示す排気ガス浄化装置と比較して、排
気ガス流れの下流側の出口側排気通路に発泡金属フィル
タ及び制御弁を設けた構成が相違する以外は、同一の構
成を有するものであるので、同一機能を果たす部品には
同一の符号を付して重複する説明は省略する。

【００３７】図１８において、この排気ガス浄化装置
は、出口側排気通路６には、発泡金属フィルタ４０が設
置されると共に、発泡金属フィルタ４０の下流側にアク
チュエータ４５によって開閉作動される制御弁４４が設
けられている。また、ケース２内にはフィルタ１の下流
側の出口側排気通路６に飛散して排気されるセラミック
ス繊維を収集する繊維捕集箱４６が設けられている。出
口側排気通路６における圧力を測定するために、圧力セ
ンサー４１が設置されている。更に、発泡金属フィルタ
４０の下流側に設置されたノズル４７から高圧空気を送
り込んで、フィルタ１及び発泡金属フィルタ４０を逆洗
するため空気導管４２が設けられている。空気導管４２
にはノズル４７から空気を吹き込む時に開放する制御弁
４３が設けられている。発泡金属フィルタ４０は、Ｎｉ
合金から作製され、フィルタ１を構成するセラミックス
繊維が折損して出口側排気通路６から外部に飛散するの
を防止するフィルタとして機能するものである。

【００３８】次に、この排気ガス浄化装置の逆洗作動を
図２０を参照して説明する。この実施例の排気ガス浄化
装置を排気量が１７００ｃｃのディーゼルエンジンの排
気通路に配置し、ディーゼルエンジンを駆動し、ディー
ゼルエンジンから排気される排気ガスを排気ガス浄化装
置に送り込み、排気ガス中に含まれるパティキュレート
を筒状フィルタ１によって捕集する。筒状フィルタ１で
パティキュレートを捕集した場合に、パティキュレート
が所定の捕集量以上になった時に、筒状フィルタ１の再
生作動は、図１に示す排気ガス浄化装置と同様であるの
で、ここではその説明は省略する。図１９には、横軸に
筒状フィルタ１によるパティキュレートの捕集と再生と
の繰り返しの回数（サイクル）が示されており、縦軸に
圧力センサー４１による出口側排気通路６の圧力（ｍｍ
Ｈｇ）が示されている。図１９のグラフを参照すると、
発泡金属フィルタ４０の逆洗によって出口側排気通路６
の圧力は大幅に低下することが分かる。

【００３９】この排気ガス浄化装置において、圧力セン
サー４１によって筒状フィルタ１の下流の圧力Ｐを測定
する（ステップ５０）。出口側排気通路６における圧力
Ｐが予め設定した圧力Ｐ₁ より高くなったか否かを判断
する（ステップ５１）。圧力Ｐが予め設定した圧力Ｐ₁
より高くなると、発泡金属フィルタ４０にセラミックス
繊維が捕集されて出口側排気通路６内の圧力が上昇した
状態であるので、ディーゼルエンジンを停止し又はディ
ーゼルエンジンから排気される排気ガスが排気ガス浄化
装置に送り込まれないようにバイパスさせる。そこで、
アクチュエータ４５を作動して制御弁４４を閉鎖し（ス
テップ５２）、ノズル４７から高圧空気を発泡金属フィ
ルタ４０に吹き付けるため、制御弁４３を開放する（ス
テップ５３）。制御弁４３の開放によって空気導管４２
を通じて高圧空気がノズル４７から発泡金属フィルタ４
０に吹く付けられ、発泡金属フィルタ４０が逆洗されて
浄化される。この逆洗期間は０．５ｓｅｃ程度である。
発泡金属フィルタ４０の逆洗によって、発泡金属フィル
タ４０で捕集されているセラミックス繊維は繊維捕集箱
４６に落下して収集される。発泡金属フィルタ４０が逆
洗が終了し、発泡金属フィルタ４０が再生されると、再
び筒状フィルタ１による排気ガスの浄化を行うため、制
御弁４３を閉鎖し（ステップ５４）、アクチュエータ４
５を作動して制御弁４４を開放する（ステップ５５）。
この排気ガス浄化装置では、発泡金属フィルタ４０の逆
洗作動は繰り返し行うことができるものである。

【００４０】次に、図２１及び図２２を参照して、この
発明による排気ガス浄化装置の更に他の実施例を説明す
る。図２１はこの発明による排気ガス浄化装置の更に他
の実施例を示す断面図、図２２はＡｌコートした金網と
コート無し金網との酸化重量変化を示すグラフである。

【００４１】この排気ガス浄化装置において、ケース２
内の排気通路４９の上流側にこの発明による金網フィル
タ３８を配置し、下流側に従来の金網フィルタ３９を配
置し、金網フィルタの機能を測定するものである。金網
フィルタ３８，３９はそれらの端部に電極部４８が接続
され、電極部４８はライン５７を通じて直流電源３７に
対して互いに並列に接続されている。排気ガス浄化装置
に組み込まれた金網フィルタ３８は、線径４１μｍで、
畳綾織り８０×７００メッシュに構成されたＳＵＳ３１
６製金網で作製し、その線材の表面にはアルミニウムＡ
ｌをコーティングした。また、金網フィルタ３８は、線
径４１μｍで、畳綾織り８０×７００メッシュに構成さ
れたＳＵＳ３１６製金網で作製し、その線材の表面には
アルミニウムＡｌをコーティングしていないものであ
る。

【００４２】この排気ガス浄化装置を、大気中で１００
０℃の下で、２０時間の酸化試験を行って金網フィルタ
３８，３９の酸化状態を測定した。その結果を、図２２
に示す。Ａｌをコーティングした金網フィルタ３８は、
酸化重量の増量は４％であり、金網フィルタ３８の弾性
の特性を保持していた。これに対して、Ａｌをコーティ
ングしなかった金網フィルタ３９は、酸化重量の増量は
３９％であり、金網フィルタ３８の全体が酸化された状
態であり、弾性の特性は勿論、金属としての性質を失っ
ていた。このことより、金網フィルタの線材の表面にア
ルミニウムをコーティングすることによって、金網自体
の酸化を抑え、金網フィルタの加熱再生時に予想される
１０００℃という条件下においてもＳＵＳ３１６製金網
は有効であることが分かった。

【００４３】次に、図２３を参照して、この発明による
排気ガス浄化装置の別の実施例を説明する。図２３はア
ルミナコートした金網とコート無し金網との酸化重量変
化を示すグラフである。

【００４４】この排気ガス浄化装置については、図２１
に示すものを使用した。排気ガス浄化装置に組み込まれ
た一方の金網フィルタは、同様に、線径４１μｍで、畳
綾織り８０×７００メッシュに構成されたＳＵＳ４３０
製金網で作製し、その線材の表面にはアルミナＡｌ₂ Ｏ
₃ をコーティングした。また、他方の金網フィルタは、
線径４１μｍで、畳綾織り８０×７００メッシュに構成
されたＳＵＳ４３０製金網で作製し、その線材の表面に
はアルミナをコーティングしていないものである。

【００４５】この排気ガス浄化装置を、大気中で１００
０℃の下で、２０時間の酸化試験を行って両者の金網フ
ィルタの酸化状態を測定した。その結果を、図２３に示
す。アルミナをコーティングした金網フィルタは、酸化
重量の増量は４％であり、金網フィルタの弾性特性及び
フィルタ表面の絶縁性を保持していた。これに対して、
アルミナをコーティングしなかった金網フィルタは、酸
化重量の増量は４２％であり、金網フィルタの全体が酸
化された状態であり、弾性の特性は勿論、金属としての
性質を失っていた。このことより、金網フィルタの線材
の表面にアルミナをコーティングすることによって、金
網自体の酸化を抑え、金網フィルタの加熱再生時に予想
される１０００℃という条件下においてもＳＵＳ４３０
製金網は有効であることが分かった。

【００４６】次に、図２４、図２５及び図２６を参照し
て、この発明による排気ガス浄化装置の更に別の実施例
を説明する。図２４はこの発明による排気ガス浄化装置
の更に別の実施例を示す断面図、図２５は図２４の排気
ガス浄化装置の要部を示す斜視図、及び図２６は図２４
の排気ガス浄化装置におけるフィルタの要部を示す拡大
断面図である。

【００４７】この排気ガス浄化装置は、図１に示す排気
ガス浄化システムに組み込んで使用できるものであり、
図２の筒状フィルタ１と比較してフィルタの構造が相違
する以外は、同様な構成を有するものである。この排気
ガス浄化装置は、ケース２内に断熱材６２を介在してフ
ィルタ６０が組み込まれている。フィルタ６０は、セラ
ミックス繊維から成るフェルト６１、及びフェルト６１
の外形を保形する金網６４から構成されている。フェル
ト６１の端部は、第１金属板６８で封止されており、第
１金属板６８と金網６４とは符号６５の位置で溶着され
ている。また、フェルト６１は、排気ガス流れの上流側
排気通路５から下流側排気通路６へ順次コ字状に折り返
されており、折り返されたフェルト６１の両端部を封止
した第２金属板６７は、折り返されたフェルト６１の形
状を維持するため第１金属板６８に符号６６の位置で溶
着されている。

【００４８】この排気ガス浄化装置において、第１金属
板６８と第２金属板６７とは、金網と同一材質の金属又
はＮｉ板から構成されている。また、第１金属板６８、
第２金属板６７及び金網６４は、電気的に直列に接続さ
れ、その時、第２金属板６７は電極部として機能するこ
とができる。断熱材６２は、無機質の密度の高い材料か
ら作製されている。また、金網６４と第１金属板６８と
の接続は、シーム溶接、ろう材を用いて溶着することが
できる。第１金属板６８との第２金属板６７との接続は
スポット溶接で接続することができる。また、第２金属
板６７は、フィルタ６０からの排気ガスの漏れを防止す
る閉塞プレートとして機能することもできる。

【００４９】

【発明の効果】この発明による排気ガス浄化装置は、上
記のように構成されており、次のような効果を有する。
即ち、この排気ガス浄化装置は、排気ガス中のパティキ
ュレートを捕集するフィルタがセラミックス繊維から成
るフェルトで構成され、前記フェルトの形状が通電可能
な金網によって保形されているので、前記フィルタで所
定量のパティキュレートを捕集した時には、前記金網に
通電して前記フィルタは加熱され、パティキュレートが
加熱焼却されて前記フィルタが再生される。特に、前記
フィルタがセラミックス繊維から成るので、前記フィル
タを排気ガスが通過することによって、排気ガス中のパ
ティキュレートは絡まっている繊維と繊維との間に均一
に且つ確実に捕集されている。また、前記セラミックス
繊維から成る前記フェルトの内部には、金網、金属線或
いは金属板を配置して構成することもできる。

【００５０】しかも、この排気ガス浄化装置は、セラミ
ックス繊維から成る前記フェルトが通電できる金網によ
って保形されているので、前記フェルト自体の繊維の飛
散が低減でき、前記フェルトは長期間にわたって所定の
形状を維持でき、前記フィルタの耐久性を向上できる。
また、前記フェルトを覆っている前記金網に電極部を通
じて通電すると、前記フェルトは全面が均一に加熱さ
れ、前記フィルタを全領域で均一な加熱が実現できると
共に、短時間で加熱することができ、パティキュレート
は直ちに加熱焼却され、前記フィルタは短時間に再生さ
れる。しかも、パティキュレートを焼却する場合に、パ
ティキュレートは前記フィルタ中で均一に燃焼して前記
フィルタに局部的にパティキュレートが未燃焼の状態で
残存することがなく、異常燃焼が発生して局部加熱が発
生せず、前記フィルタには、異常な熱応力が付与され
ず、前記フィルタの変形、溶損等の発生を防止できる。
従って、この排気ガス浄化装置は、ディーゼルエンジン
の排気管に組み込んで排気ガス中に含まれるカーボン、
煤、スモーク等のパティキュレートを捕集するのに極め
て有効な排気ガス浄化を達成することができる。

【００５１】前記フィルタを構成するセラミックス繊維
としては、酸化アルミニウムを３０ｗｔ％以上含有して
いるものを使用でき、或いはＳｉ及びＴｉのうち１種又
は２種の元素と、Ｃ，Ｏ，Ｎのうち１種又は２種以上の
元素とを含有しているものを使用できる。また、セラミ
ックス繊維は、その径が１〜２００μｍの範囲で且つ長
さが１〜１００ｍｍの範囲に形成されているものが好ま
しく、繊維の飛散を防止でき、パティキュレートの捕集
効率を向上できる。セラミックス繊維からなる前記フェ
ルトは、空隙率が５０〜９９％の範囲に設定されている
ことが好ましく、パティキュレートの捕集効率を向上で
きる。

【００５２】また、この排気ガス浄化装置において、前
記金網を構成する線径は５０μｍ〜１ｍｍの範囲に形成
されているものを使用できる。また、前記金網の目付け
重量は、０．１５ｋｇ／ｍ² 〜６ｋｇ／ｍ² に設定され
ているものが好ましく、前記フィルタの通電加熱を良好
に達成できる。また、前記金網を前記セラミックス繊維
から成る前記フェルトの排気ガス上流側に配置すること
によって前記フィルタによる捕集効率を向上できる。前
記金網は、その縦糸が酸化アルミニウム，Ｓｉ，Ｔｉの
うち１種又は２種と、Ｃ，Ｏ，Ｎのうち１種又は２種以
上の元素とを含有しているセラミックス糸であり且つ横
糸が金属線で形成されていることが、前記金属線に通電
することによって前記金網を加熱する場合に、前記金網
に対して異常昇温が発生せず、前記金網の断線が発生せ
ず、耐久性を向上できる。更に、前記金網の鋼線上にア
ルミニウム又は酸化アルミニウム即ちアルミナをコーテ
ィングすることによって、金属線の酸化を防止でき、前
記金網の耐久性を向上できる。

【００５３】或いは、この排気ガス浄化装置は、前記セ
ラミックス繊維から成る前記フェルトの排気ガス下流側
に気孔径１００〜１０００μｍで且つ厚さ５ｍｍ以上の
発泡金属、或いは発泡セラミックスが配置して構成する
と、セラミックス繊維の破断した繊維を前記発泡セラミ
ックスで捕集することができ、外部に排気する排気ガス
に繊維が飛散することがなく、排気ガスをクリーンにで
きる。

【００５４】また、この排気ガス浄化装置は、フェルト
の端部は第１金属板で封止し、前記第１金属板と前記金
網とを溶着し、更に前記フェルトを排気ガス流れの上流
側から下流側へ順次折り返し、折り返された前記フェル
トの両端部を封止した第２金属板を前記フェルトの形状
を維持するため前記第１金属板に溶着して構成すること
ができる。更に、前記第１金属板と前記第２金属板と
を、前記金網と同一材質の金属又はＮｉ板から構成する
ことができ、前記第１金属板、前記第２金属板及び前記
金網を電気的に接続して前記第２金属板を電極として利
用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明による排気ガス浄化装置を組み
込むことができる排気ガス浄化システムを示す概略説明
図である。

【図２】この発明による排気ガス浄化装置の一実施例を
示す断面図である。

【図３】図２の線Ａ−Ａにおける断面図である。

【図４】図４は比較品の排気ガス浄化装置を示す断面図
である。

【図５】図４の線Ｂ−Ｂにおける断面図である。

【図６】この発明による排気ガス浄化装置と比較品の排
気ガス浄化装置について、経過時間に対する捕集効率を
示すグラフである。

【図７】この発明による排気ガス浄化装置と比較品の排
気ガス浄化装置について、経過時間に対する圧力損失を
示すグラフである。

【図８】この発明による排気ガス浄化装置と比較品の排
気ガス浄化装置について、経過時間に対するフィルタ中
心部の温度を示すグラフである。

【図９】この発明による排気ガス浄化装置の別の実施例
を示す断面図である。

【図１０】図９の線Ｃ−Ｃにおける断面図である。

【図１１】図９の排気ガス浄化装置におけるフィルタの
一部破断の斜視図である。

【図１２】図９の排気ガス浄化装置における金網を示す
平面図である。

【図１３】図９の排気ガス浄化装置における金網を示す
断面図である。

【図１４】この発明による排気ガス浄化装置の経過時間
に対する各領域における温度を示すグラフである。

【図１５】比較品の排気ガス浄化装置の経過時間に対す
る各領域における温度を示すグラフである。

【図１６】この発明による排気ガス浄化装置の更に別の
実施例を示す断面図である。

【図１７】フィルタについての経過時間に対する圧力損
失を示すグラフである。

【図１８】この発明による排気ガス浄化装置の他の実施
例を示す断面図である。

【図１９】フィルタについての再生サイクルに対する圧
力損失を示すグラフである。

【図２０】この排気ガス浄化装置の作動の一実施例を示
す処理フロー図である。

【図２１】この発明による排気ガス浄化装置の更に他の
実施例を示す断面図である。

【図２２】アルミニウムをコーティングした金網とコー
ト無し金網との酸化重量変化を示すグラフである。

【図２３】アルミナをコーティングした金網とコート無
し金網との酸化重量変化を示すグラフである。

【図２４】この発明による排気ガス浄化装置の更に別の
実施例を示す断面図である。

【図２５】図２４の排気ガス浄化装置の要部を示す斜視
図である。

【図２６】図２４の排気ガス浄化装置に組み込まれてい
るフィルタの要部を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１，２０，３０，６０ フィルタ ２ ケース ３，２３ 支持筒体 ４，２４，３４，６４ 金網 ５ 入口側排気通路 ６ 出口側排気通路 ７，２９，３５，４８ 電極部 ８，２１，３１，６１ フェルト ９ 環状通路 １０ コントローラ １１ 電気回路 ２２ 接続線 ２７ セラミックス糸（縦糸） ２８ 金属線（横糸） ３２，３８ 金網フィルタ ３３ 保持用金網 ３６，３７ 電源 ４０ 発泡金属フィルタ ４１ 圧力センサー ４２ 空気導管 ４３，４４ 制御弁 ４５ アクチュエータ ４６ 繊維捕集箱 ４７ ノズル ６７ 第２金属板 ６８ 第１金属板 ９０ ディーゼルエンジン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 隆元 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気系に配置され
   て排気ガス中に含まれるパティキュレートを捕集して加
   熱焼却する排気ガス浄化装置において、排気系に組み込
   まれたケース内に配置され且つ排気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はセラミックス繊維
   から成るフェルトで構成され、前記フェルトの形状が通
   電可能な金網によって保形されており、前記金網に通電
   して前記フィルタを加熱し、前記フィルタに捕集された
   パティキュレートを加熱焼却して前記フィルタを再生す
   ることを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】 前記セラミックス繊維は酸化アルミニウ
   ムを３０ｗｔ％以上含有してい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】 前記セラミックス繊維はＳｉ及びＴｉの
   うち１種又は２種の元素と、Ｃ，Ｏ，Ｎのうち１種又は
   ２種以上の元素とを含有してい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。
4. 【請求項４】 前記セラミックス繊維はその径が１〜２
   ００μｍの範囲で且つ長さが１〜１００ｍｍの範囲に形
   成されてい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。
5. 【請求項５】 前記セラミックス繊維からなる前記フェ
   ルトは空隙率が５０〜９９％の範囲に設定されているこ
   とを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
6. 【請求項６】 前記金網を構成する線径は５０μｍ〜１
   ｍｍの範囲に形成されてい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。
7. 【請求項７】 前記金網の目付け重量は０．１５ｋｇ／
   ｍ² 〜６ｋｇ／ｍ²に設定されてい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。
8. 【請求項８】 前記金網は前記セラミックス繊維から成
   る前記フェルトの排気ガス上流側に配置されていること
   を特徴とする請求項７に記載の排気ガス浄化装置。
9. 【請求項９】 前記金網は、その縦糸が酸化アルミニウ
   ム，Ｓｉ，Ｔｉのうち１種又は２種と、Ｃ，Ｏ，Ｎのう
   ち１種又は２種以上の元素とを含有しているセラミック
   ス糸で且つ横糸が金属線で形成され、前記金属線に電極
   を設け、前記金属線に通電することによって前記金網を
   加熱でき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。
10. 【請求項１０】 前記金網の鋼線上にアルミニウム又は
    酸化アルミニウムがコーティングされていることを特徴
    とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
11. 【請求項１１】 前記セラミックス繊維から成る前記フ
    ェルトの内部には金網、金属線或いは金属板が配置され
    てい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。
12. 【請求項１２】 前記セラミックス繊維から成る前記フ
    ェルトの排気ガス下流側に気孔径１００〜１０００μｍ
    で且つ厚さ５ｍｍ以上の発泡金属、或いは発泡セラミッ
    クスが配置されてい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。
13. 【請求項１３】 前記フェルトの端部は第１金属板で封
    止されており、前記第１金属板と前記金網とは溶着され
    ており、更に前記フェルトは排気ガス流れの上流側から
    下流側へ順次折り返されており、折り返された前記フェ
    ルトの両端部を封止した第２金属板は前記フェルトの形
    状を維持するため前記第１金属板に溶着されていること
    を特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
14. 【請求項１４】 前記第１金属板と前記第２金属板と
    は、前記金網と同一材質の金属又はＮｉ板から構成され
    ており、前記第１金属板、前記第２金属板及び前記金網
    は電気的に接続されて前記第２金属板を電極として利用
    できることを特徴とする請求項１３に記載の排気ガス浄
    化装置。