JPH07332064A - 排ガスフィルタおよび排ガス処理装置 - Google Patents

排ガスフィルタおよび排ガス処理装置

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JPH07332064A
JPH07332064A JP6128750A JP12875094A JPH07332064A JP H07332064 A JPH07332064 A JP H07332064A JP 6128750 A JP6128750 A JP 6128750A JP 12875094 A JP12875094 A JP 12875094A JP H07332064 A JPH07332064 A JP H07332064A
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exhaust gas
gas filter
filter
air
sealing portion
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English (en)
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Yukihito Ichikawa
結輝人 市川
Yoshiyuki Kasai
義幸 笠井
Yoshiro Ono
芳朗 小野
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 捕集効率に優れ、逆洗時に微粒子の剥離効率
を向上させる排ガスフィルタを提供する。 【構成】 捕集モード時、排ガスフィルタ１２流入した
排ガス中に含まれている微粒子は隔壁２０および第１目
封じ部２１直下に堆積されていく。逆洗エア流通モード
時、排ガス下流側から逆洗エアが排ガスフィルタ１２に
向けて噴出される。逆洗エアは、第１目封じ部２１を通
過し、第１目封じ部２１直下に堆積している微粒子を剥
離するとともに、第１目封じ部２１の形成されている排
ガス流通孔を形成する隔壁２０に堆積している微粒子を
剥離し排ガスフィルタ１２外に排出する。このため、補
集効率を低下させることなく、圧力損失を低下可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関等（以下「内
燃機関」をエンジンという）の排ガス中に含まれる炭素
を主成分とする微粒子を捕集し、排ガス流れとは逆方向
の気流により堆積した微粒子を除去する排ガスフィルタ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンの排ガス中には炭素
を主成分とする微粒子が高濃度に含まれているため大気
汚染等の公害の原因となっている。ディーゼルエンジン
の排ガス中に含まれるこのような微粒子を捕集しかつ除
去する排ガスフィルタとして、実公昭６２−１０４２２
号公報等に開示されている排ガスフィルタが各種提案さ
れている。
【０００３】実公昭６２−１０４２２号公報に示されて
いるものは、排ガスフィルタを構成するハニカム構造体
のガス流通孔であるセルを第１セル群と第２セル群とに
２分割し、第１セル群の後端開口部を密閉するとともに
第２セル群の前端開口部を密閉し、さらに第１セル群を
密閉する目封じとしての栓内に排ガスの流通可能な小径
の貫通孔を形成している。このような構成の排ガスフィ
ルタでは、排ガス中に含まれる微粒子はガス流通孔を区
画形成する薄肉壁に捕集され、排ガス中に含まれる径の
大きな不燃成分は第１セル群の栓に設けた貫通孔からフ
ィルタ外部に排出される。このためフィルタ内には燃焼
可能な微粒子だけが堆積するので周期的にフィルタを加
熱することにより捕集した微粒子を燃焼除去できる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排ガスフィルタでは、貫通孔からフィルタ外
部に排出された不燃粒子を捕集する手段が必要となるだ
けでなく、貫通孔が設けられていても第１セル群の栓直
下に堆積物が蓄積されていくとともにフィルタに捕集し
た微粒子は完全には燃焼除去できないので、フィルタの
薄肉壁の目詰まりが拡大していくという問題がある。
【０００５】このような問題を解決するため、排ガス流
れとは逆向きの逆洗エアを第１セル群に設けられた栓側
から間欠的に噴出することにより、第１セル群の貫通孔
からエアが噴出しフィルタ内壁に堆積した微粒子または
不燃粒子を剥離させ、剥離した堆積物を処理することが
考えられる。しかしながら、この処理技術では、逆洗エ
アによって剥離できるのは貫通孔の真下のごく狭い断面
範囲のみであり、大部分の堆積物は剥離できずに残ると
いう問題がある。
【０００６】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたもので、逆洗時の微粒子の剥離効率を向上
させることにより、圧力損失を上昇させることなく排ガ
ス中の微粒子の捕集効率の優れた排ガスフィルタおよび
排ガス処理装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記問題点を解決するた
めの本発明の請求項１記載の排ガスフィルタは、隔壁に
よって区画形成され排ガスの流通する多数のガス流通孔
を有するハニカム構造体と、前記ガス流通孔の一部の排
ガス下流側の端部を封じる第１封じ部と、前記ガス流通
孔の残部の排ガス上流側の端部を封じる第２封じ部とを
有する排ガスフィルタであって、前記第１封じ部の細孔
が３次元的に連鎖し、逆洗エアを流通可能であることを
特徴とする。
【０００８】また本発明の排ガスフィルタの前記第１封
じ部の空気透過法による空気透過時間は、請求項２に記
載したように、前記ハニカム構造体の空気透過法による
空気透過時間の１０〜７０％であることが捕集効率を維
持し、かつ圧力損失を上昇させないので望ましい。さら
に本発明の排ガスフィルタの前記第１封じ部の目封じ部
材深さは、請求項３に記載したように、前記隔壁の厚み
の１０〜６０倍であることが第１封じ部の機械強度を向
上させ、かつ圧力損失を上昇させないので望ましい。
【０００９】さらにまた本発明の排ガスフィルタの前記
第１封じ部の気孔率は、請求項４に記載したように、前
記ハニカム構造体の気孔率の１１０〜１４０％であるこ
とが捕集効率を維持し、かつ圧力損失を低減できるので
望ましい。さらにまた本発明の排ガスフィルタは、請求
項５に記載したように、排ガス流れ方向と逆方向から間
欠的に逆洗エアを流すことにより前記排ガスフィルタに
捕集された排ガス中の微粒子を処理装置に搬送し処理す
ることを特徴とする排ガス処理装置に使用されることを
特徴とする。
【００１０】
【作用および発明の効果】本発明の請求項１、２および
４記載の排ガスフィルタによると、ハニカム構造体のガ
ス流通孔の一部の排ガス下流側端部を封じる第１封じ部
が逆洗エアを流通可能に形成されている。このため、排
ガス下流側から逆洗エアを流すと第１封じ部直下に堆積
している微粒子が良好に剥離されるので、隔壁の目詰ま
りを防止するとともに排ガスフィルタの圧力損失の上昇
を防止できる。一方、第１封じ部は気体を流通させるが
排ガス中の微粒子は殆ど通過させないので微粒子の捕集
効率が悪化することはない。
【００１１】本発明の請求項３記載の排ガスフィルタに
よると、第１封じ部の目封じ深さを隔壁の厚みの１０〜
６０倍の範囲内に形成することにより捕集効率を維持
し、かつ圧力損失を殆ど上昇させることなく第１封じ部
の機械強度を保持できるので目封じ部材の破損を低減で
きる。ここで目封じ深さとは、第１封じ部の排ガス流れ
方向の長さのことである。
【００１２】本発明の請求項５記載の排ガス処理装置に
よると、請求項１、２、３または４記載の排ガスフィル
タに排ガス流れ方向と逆方向から間欠的に逆洗エアを流
すことにより排ガスフィルタに捕集された排ガス中の微
粒子を排気系外部に搬送するので、逆吹き戻りによる排
ガスフィルタの詰まりが防止され、排ガスフィルタの適
正な再生が行われ、また排ガス中の微粒子の処理除去効
果が大になるという効果がある。また、周囲環境にとっ
て有害な微粒子の大気中への排出量を継続して低減でき
るという効果がある。
【００１３】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。本発明の排ガス処理装置の一実施例を図２および
図３に示す。図２に示す排ガス処理装置１０において、
通常の排ガス捕集（以下「通常の排ガス捕集」を捕集モ
ードという）時、排ガス管１１から各排ガスフィルタ１
２に排ガスが流入する。捕集モード時、各排気バルブ１
３は開放状態にあるので、各排ガスフィルタ１２に流入
した排ガスは、排ガス中に含まれる炭素を主成分とする
微粒子を各排ガスフィルタ１２で捕集され、排ガス処理
装置１０から排出される。
【００１４】逆洗再生（以下「逆洗再生」を逆洗エア流
通モードという）時、図２の下側の排気バルブ１３のよ
うに再生される側の排気バルブ１３を閉じ、再生される
側の排ガスフィルタ１２に排ガスが流れないようにし、
電磁弁１４を開放し逆洗エアを噴出させることにより排
ガスフィルタ１２の再生を行う。排出された微粒子は捕
集タンク１５に搬送される。搬送された微粒子は、図示
しない電気ヒータ、バーナー等による燃焼処理や、捕集
された微粒子を捕集タンク１５を外して回収する方法等
によって処理される。
【００１５】排ガスフィルタ１２はハニカム構造体から
なり、図１に示すように、隔壁２０により形成された多
数のガス流通孔の一部の排ガス下流側端部は第１目封じ
部２１で密閉され、残りのガス流通孔の排ガス上流側端
部は第２目封じ部２２で密閉されており、第１目封じ部
２１および第２目封じ部２２の他方の端部は開口してい
る。
【００１６】(1) 捕集モード時、図１の（Ａ）に示すよ
うに、第２目封じ部２２側から排ガスフィルタ１２に流
入する排ガスは、第１目封じ部２１に微粒子を捕集さ
れ、隔壁２０を通過して第２目封じ部２２の形成されて
いるガス流通孔から排ガスフィルタ１２外に排出され
る。 (2) 逆洗エア流通モード時、図１の（Ｂ）に示すよう
に、排ガス下流側から排ガスフィルタ１２に向けて逆洗
エアが噴出される。第１目封じ部２１に噴出した逆洗エ
アは第１目封じ部２１を通過し第１目封じ部２１直下に
堆積している微粒子を良好に剥離し、排ガス上流側に吹
き飛ばす。第２目封じ部２２の形成されたガス流通孔に
噴出した逆洗エアは隔壁２０を通過し、隣接する第１目
封じ部２１の形成されたガス流通孔に吹き込み隔壁２０
に堆積している微粒子を剥離する。剥離された微粒子
は、図２および図３の捕集タンク１５に捕集される。
【００１７】
【表１】
【００１８】次に、表１に示す特性を有する、直径：１
２０mm、長さ：１５０mm、隔壁厚：４３０μm 、セル密
度：１５．５セル／cm2 のハニカム構造体を作成した。
ここでセル密度とは、ガス流通孔に垂直な面で排ガスフ
ィルタを切断した場合の単位面積当たりのガス流通孔の
数を示す。このガス流通孔の一部の排ガス上流側端部を
ハニカム構造体と同一材料にて目封じした。そして、残
りのガス流通孔の排ガス下流側端部を表２に示す各目封
じ部材Ｎｏ．の特性を有する材料で目封じし排ガスフィ
ルタを得た。
【００１９】
【表２】
【００２０】表２において、対隔壁比率*1（％）、対隔
壁比率*2（％）はそれぞれ次式で表される。 対隔壁比率*1＝（目封じ部材の気孔率／隔壁部材の気孔
率）×１００ 対隔壁比率*2＝（目封じ部材の空気透過時間／隔壁部材
の空気透過時間）×１００ 気孔率は、ＪＩＳ Ｒ−２２０６に示される測定によっ
て止められ、平均細孔径は水銀圧入法による測定値であ
る。空気透過時間は、図４に示す測定装置３０を用いて
測定した。試料４０は図５に示すように試料筒３１にセ
ットされ、周りをシール材４１で密封しリークを防止す
る。試料４０の上方は大気に開放されている。シール材
４１としては、真空グリス、テフロンゴム等を用いるこ
とが望ましい。試料４０の厚さｃは４３０μm 、直径ｄ
は５mmとした。ハニカム隔壁試料は壁厚方向を試料厚さ
方向となるように、また目封じ部は目封じ深さ方向を試
料厚さ方向となるように切り出した。本実施例では、ノ
ズル３１ａのノズル径ｅが０．６mmの試料筒３１を用い
たが、本発明では、試料が厚く空気透過時間が長くなる
場合、よりノズル径の大きなものを用いてもよい。
【００２１】次に測定操作について図４および図５に基
づいて説明する。図５に示すように、試料４０をセット
した試料筒３１を測定装置３０の上端にセットする。下
部活栓３２は閉じられている。次に４方活栓３３を操作
し貯水ビン３４の水を主管３５および側管３６に導入す
る。側管上部目盛３６ａの上まで水を導入したら４方活
栓３３を操作し水の導入を止める。
【００２２】次に下部活栓３２を開くことにより試料４
０の上部から空気が試料４０を通過し、ノズル３１ａを
経て空気管３７の先端に形成された空気孔３７ａから測
定装置３０内に空気が導入される。測定装置３０内の水
は、測定装置３０内の水の上端位置と下部活栓３２との
水位差（ａ＋ｂ）により下部活栓３２から流出する。側
管３６には目盛がついており、流出した水量を測定する
ことができる。これにより２０ccの水が流出する時間を
測定する。２０ccの水が流出する時間は、水面が側管３
６の上部目盛３６ａから下部目盛３６ｂへ移動する時間
である。ここで求められた時間を空気透過時間とし、ハ
ニカムの隔壁部材および目封じ部材を用いて測定した空
気透過時間の比率から対隔壁比率を算出する。また、測
定温度は２０℃であった。
【００２３】表２に示す目封じ部材は、表１に示されて
いる特性を有するハニカム構造体の原料に造孔材や発泡
材等を加え、気孔率や平均細孔径を変更することにより
空気透過時間を変更したものである。造孔材としては、
通常用いられるグラファイトや小麦粉等の他に、発泡性
のメチルセルロースやポリウレタン等を添加量や粒径を
種々変更して用いる。また、目封じ部材としてセラミッ
クファイバーやコージェライト粒子、ＬＡＳ（リチウム
アルミノシリケート）系発泡接合材等を使用することも
できる。
【００２４】表３に上記のように形成した排ガスフィル
タの圧力損失、捕集効率を示す。測定方法として、図２
および図３の排ガス処理装置１０を用いて２０００ccの
ディーゼルエンジンを排ガス発生源とし、排ガス温度４
００℃、排ガス中の平均微粒子発生量１７g ／Hr、排ガ
ス流量３m3／分、逆洗エア圧６Kgf ／cm2 、逆洗再生間
隔５分、逆洗エア噴出時間０．５秒の条件で各種排ガス
フィルタ特性の測定を行った。
【００２５】
【表３】
【００２６】捕集効率は試験開始から３時間までの間に
捕集タンク１５に捕集された微粒子の捕集量と発生量の
平均捕集時間の比をもって捕集効率とした。また、圧力
損失は図２の排ガス管１１における捕集モードでの圧力
損失を測定した。排ガスフィルタとしての良否の判定
は、捕集効率９０％以上かつ圧力損失１０００mmH2O 以
下を良、これ以外を否とした。
【００２７】表３に示すように、空気透過時間がハニカ
ム構造体の空気透過時間の１０〜７０％である表２に示
す目封じ部材No. ４〜１０によりそれぞれ形成した実施
例１〜実施例７の排ガスフィルタは、捕集効率を９０％
以上に保持したまま圧力損失を低下させている。さら
に、空気透過時間がハニカム構造体の空気透過時間の１
０〜３０％である実施例４〜実施例７は、捕集効率を９
０％以上に保持したまま圧力損失をさらに低下させてい
るのでより好ましい排ガスフィルタとなっている。一
方、比較例１〜比較例３の排ガスフィルタのように目封
じ部材の空気透過時間がハニカム構造体の空気透過時間
の７０％を越えると圧力損失が１０００mmH2O を越える
ので排ガスの流れ量を低下させてしまう。また比較例４
のように、目封じ部材の空気透過時間がハニカム構造体
の空気透過時間の１０％未満になると圧力損失は低下す
るものの捕集効率が９０％未満に低下するので排ガス中
の微粒子を十分に捕集することができないという問題が
ある。
【００２８】空気透過時間がハニカム構造体の空気透過
時間の１０〜７０％の目封じ部材No. ４〜１０の気孔率
は、表２より、ハニカム構造体の気孔率の１１０〜１４
０％の範囲にあることが判る。気孔率が１１０％未満に
なると、平均細孔径を変化させても逆洗エアが目封じ部
材をほとんど通過できなくなる。また気孔率が１４０％
を越えると圧力損失は低下するが捕集効率が９０％未満
になるため十分に排ガス中の微粒子を捕集できない。
【００２９】次に、表２に示される目封じ部材No. ２、
４、１０により目封じ部材の深さを変更して排ガスフィ
ルタを作成し、捕集効率、圧力損失、実験後の目封じ部
材の状態を調べた結果を表４に示す。
【００３０】
【表４】
【００３１】表４において、対隔壁比は次式で表され
る。 対隔壁比＝目封じ深さ／隔壁厚さ 排ガスフィルタとしての良否の判定は、捕集効率９０％
以上、圧力損失１０００mmH2O 以下、実験後の目封じ部
材の状態が◎または○を可、これ以外を否とした。ここ
で目封じ部材の状態は、◎：目封じ部材の深さにばらつ
きのない非常に良好な状態、○：良好な状態、×：目封
じ部材の一部に欠損のある状態により表される。
【００３２】表４に示すように、目封じ部材の深さがハ
ニカム構造体の隔壁の厚みの１０〜６０倍の範囲内に形
成された排ガスフィルタは、捕集効率９０％以上、圧力
損失１０００mmH2O 以下、目封じ部材の状態が◎または
○の良好な排ガスフィルタであることが判る。また目封
じ部材の深さは、ハニカム構造体の隔壁の厚みの３０〜
６０倍の範囲内において目封じ部材の深さにばらつきが
なく機械強度の観点からも非常に良好であることが判
る。空気透過時間がハニカム構造体の空気透過時間の７
０％を越える目封じ部材を用いた比較例５〜比較例８で
は、目封じ部材深さをハニカム構造体の隔壁の厚みの１
０〜６０倍の範囲内に収めても圧力損失が１０００mmH2
O 以下にならない。また、目封じ部材の深さがハニカム
構造体の隔壁の厚みの６０倍を越えると圧力損失が上昇
し、目封じ部材の深さがハニカム構造体の隔壁の厚みの
１０倍未満になると目封じ部材の機械強度が著しく低下
することが判る。
【００３３】以上説明した本発明の実施例では、捕集効
率が高く、圧力損失の低い材料で排ガス下流側の逆洗エ
ア噴出側の目封じ部だけを形成したが、本発明では、排
ガス上流側の目封じ部も同じ材料で形成することは可能
である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の排ガスフィルタの一実施例を示す模式
的断面図である。
【図２】本発明の排ガス処理装置の一実施例を示す模式
図である。
【図３】図２のIII 方向矢視図である。
【図４】本発明の排ガスフィルタを試料として空気透過
法測定を行った測定装置を示す模式図である。
【図５】図４の空気透過法測定装置の試料筒を示す模式
的拡大図である。
【符号の説明】
１０ 排ガス処理装置 １２ 排ガスフィルタ １５ 捕集タンク（処理装置） ２０ 隔壁 ２１ 第１目封じ部（第１封じ部） ２２ 第１目封じ部（第２封じ部）

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 隔壁によって区画形成され排ガスの流通
    する多数のガス流通孔を有するハニカム構造体と、前記
    ガス流通孔の一部の排ガス下流側の端部を封じる第１封
    じ部と、前記ガス流通孔の残部の排ガス上流側の端部を
    封じる第２封じ部とを有する排ガスフィルタであって、 前記第１封じ部の細孔が３次元的に連鎖し、逆洗エアを
    流通可能であることを特徴とする排ガスフィルタ。
  2. 【請求項２】 前記第１封じ部の空気透過法による空気
    透過時間は、前記ハニカム構造体の空気透過法による空
    気透過時間の１０〜７０％であることを特徴とする請求
    項１記載の排ガスフィルタ。
  3. 【請求項３】 前記第１封じ部の目封じ部材深さは、前
    記隔壁の厚みの１０〜６０倍であることを特徴とする請
    求項１または２記載の排ガスフィルタ。
  4. 【請求項４】 前記第１封じ部の気孔率は前記ハニカム
    構造体の気孔率の１１０〜１４０％であることを特徴と
    する請求項１、２または３記載の排ガスフィルタ。
  5. 【請求項５】 請求項１、２、３または４記載の排ガス
    フィルタに排ガス流れ方向と逆方向から間欠的に逆洗エ
    アを流すことにより前記排ガスフィルタに捕集された排
    ガス中の微粒子を処理装置に搬送し処理することを特徴
    とする排ガス処理装置。
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