JP2002070534A

JP2002070534A - ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置

Info

Publication number: JP2002070534A
Application number: JP2000355623A
Authority: JP
Inventors: Toshio Matsumoto; 壽夫松本; Hiroo Masaki; 博夫正木
Original assignee: KAWAJU TECHNO SERVICE CORP; MATSUMOTO GIKEN KK
Current assignee: KAWAJU TECHNO SERVICE CORP; MATSUMOTO GIKEN KK
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-11-22
Publication date: 2002-03-08

Abstract

(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装
置（ＤＰＦ）に於いて、粒子状物質（ＰＭ）を連続的に
篩分け分級し、そして夫々を別途に焼却して、粒子状物
質（ＰＭ）を１００％処理すること。【解決手段】粒子状物質（ＰＭ）を含む排ガスを、耐熱
金属箔（厚さ約２０μｍ）で作成されたテープ（例えば
幅１５ｍｍ）の平板と波板、平板と凹凸板、或いは波板
と他の波板を多数回巻回又は積層し、所定の隙間（約１
０μｍ）を設けて構成した薄いディスク状等のフィルタ
ーで篩分けされ、フィルターの隙間を通過する超微細な
粒子状物質は、フィルターの隙間を通過中に該隙間を構
成する耐熱金属箔で加熱及び又は酸化触媒で燃焼され全
量焼却される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンを搭載した車から排出される排ガスの粒子状物質を
除去する装置に関する。詳しくはディーゼル車から排出
される排ガス中の炭素微粒子から成る粒子状物質（Ｐ
Ｍ）をフィルターで篩分け分級し、且つ分級した粒子状
物質を夫々別途に処理することで粒子状物質を完全に焼
却することができるディーゼルエンジン排ガスの粒子状
物質除去装置（ＤＰＦ）に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来からトラックやバスなど、所謂ディ
ーゼル車から排出される大量の粒子状物質即ち炭素微粒
子から生じる公害が問題視され、その対策が講じられて
いる。その代表的な第１番目の例は、図１１に示すよう
に、セラミックス繊維を不規則に重ね合わせたフェルト
状の積層体から成る素材を、通電加熱する金網で挟んで
拘束し、断面が花びら型に折り畳んで広い表面積を持つ
筒型に加工して、フィルターとなしたセラミックス繊維
構造体３９がある。このものは、柔軟で広い瀘過面積が
得られ、信頼性が高いが、初期の排ガス粒子状物質の捕
捉率は６０％程度と低い欠点がある。

【０００３】そして上記第１番目のものは排ガス中の粒
子状物質をフィルターで瀘過する際に、フィルターの繊
維の間に粒子状物質を付着堆積させた後、所定の目詰ま
りをセンサーで感知してこれを焼却してフィルターを再
生するものである。

【０００４】即ち図１２に示すように、ディーゼルエン
ジンで発生した排ガスの粒子状物質（ＰＭ）をＡ、Ｂ一
対のフィルターで瀘過捕捉するように構成されている。
排ガスの粒子状物質は先ずフィルターＡで瀘過捕捉す
る。すると該フィルターＡに粒子状物質が付着堆積して
目詰まりし、通気抵抗が大きくなると圧力センサーが感
知し、切替弁ＣでフィルターＢに切替えて瀘過捕捉を連
続する。フィルターＡはその間フィルターに詰まった粒
子状物質を焼却することによって再生する。フィルター
Ｂも同様に粒子状物質がフィルターに詰まれば切替えら
れて再生され、これが交互に繰り返される。図中４０は
排ガスを導入する排気管である。

【０００５】図１１に示す排ガスの粒子状物質除去装置
３９は、図１２に示す２基の切替式の再生機能付フィル
ターを設けたことを特徴としているので、切替バルブＣ
の故障が生じた場合や、圧力センサー、コントローラー
が故障した場合にはフィルターに過剰の目詰まりが生
じ、通気抵抗のため排気圧（圧損）が異状に高くなった
り、燃焼温度が高くなり過ぎたりする。

【０００６】更に、図１１に示すセラミックス繊維構造
体の粒子状物質除去装置３９では、フィルターに付着堆
積して目詰まりした粒子状物質を、通電発熱する金網で
フィルターと一緒に電気加熱して焼却する。この電気加
熱は、２基のフィルターが大きい容積を占めるばかりで
なく、この電気加熱に費やされる電気エネルギーがバ
ス、トラック等が通常装備しているバッテリー、発電機
では不足するために、別途に高性能な発電機はもとより
発電した電力を２４ボルトに変換するレギュレーター
や、コントローラーその他を必要とし、システムは複雑
大型化して高価なものとなっている。そして上記セラミ
ックス繊維構造体のフィルター方式では、該フィルター
の隙間を通り抜けた粒子状物質は全て大気中に拡散され
る大きな欠点がある。更に決定的なこととして、特開平
１１−２９４１４０号に開示されている如く、上記シス
テムに異状が生じて、粒子状物質がフィルターに過剰に
捕捉堆積された場合、前記フィルター再生時に加熱損傷
等の問題が起こることを避けるために、排ガスの一部を
大気中に逃す必要があることである。即ち、これが継続
すれば排ガス状物質が垂れ流し状態になる欠点がある。

【０００７】また第２番目の例として図１３に示すもの
は、排ガスが通過する壁に無数の細孔を設けたコーディ
ライト、炭化ケイ素等多孔質セラミックスハニカム構造
体からなるフィルター４１で、該フィルター４１によっ
て炭素微粒子を瀘過捕捉し、該フィルター４１に付着堆
積した炭素微粒子を焼却することによって、フィルター
の目詰まりを解消して再生しながら連続して使用するフ
ィルター再生型の粒子状物質除去装置がある。

【０００８】該多孔質セラミックスハニカム（通常ウォ
ール・フロー・ハニカムと呼ばれる）のフィルター４１
は、通常のセラミックスハニカム担体のように排気通路
が貫通しておらず、隣同士の通路が交互に出口と入口が
閉塞された市松模様のようにもみえる構造である。排ガ
スは開口している４角柱の孔に流れ込むが、出口が閉塞
されているので４角柱の多孔質の壁を通り抜けて、隣の
通路に移動するようになっている。従って該多孔質セラ
ミックスハニカムは、排ガス粒子状物質の捕捉効率は８
０％程度と比較的高いが、瀘過捕捉する面積が小さく、
且つ瀘過時間が短いためにハニカム構造体を大型にする
必要がある。最大の欠点は粒子状物質で多孔質セラミッ
クスの壁を通り抜けるために通気抵抗が大きいことであ
る。

【０００９】尚、ウォール・フロー・ハニカムとは、コ
ーディライト、炭化ケイ素等に無数の細孔（連続気泡）
を設けた多孔質セラミックスハニカム構造体であって、
一般的に知られている態様は、４角柱の細孔が１平方イ
ンチ当たり２００ケあり、そして該４角柱の細孔の一辺
は約１．４ｍｍ程度、壁の厚さが０．３６ｍｍ、壁の細
孔が約１０μｍ、４角の細孔の長さが１６０ｍｍと言わ
れている。

【００１０】上記したようにウォール・フロー・ハニカ
ムは壁の厚さが０．３６ｍｍしかないために、当然瀘過
時間（通過時間）が短く、従って加熱燃焼時間が短くな
り、通過する粒子状物質（ＰＭ）を焼却しきれない欠点
がある。

【００１１】この第２番目の例のものは「能動方式」と
いわれ、フィルター（ハニカムの壁）に瀘過堆積して目
詰まりすると、バーナーやヒーターを用いた専用機構で
焼却して再生するため、大型でコストが掛かっていた。

【００１２】これらに対して、更に第３番目の例は、英
国ジョンソン・マッセイ社が提案する触媒燃焼方式の連
続再生型の粒子状物質除去装置である。これは目詰まり
を再生するのにバーナーやヒーターを用いないで、触媒
燃焼を利用するものである。この触媒燃焼方式の連続再
生時の粒子状物質除去装置は、「受動方式」といわれ、
粒子状物質の焼却には電熱ヒーターではなく、触媒の反
応熱を利用する。即ち、フィルター（ウォール・フロー
・ハニカム）の前段に酸化触媒を置き、該触媒で炭素を
酸化させる作用の強い２酸化窒素（ＮＯ₂）を作ると同
時に熱を発生せしめる。この粒子状物質除去装置では自
然発生する反応熱を利用し、フィルターが１つで済み、
連続して焼却処理ができるため、第１番目の従来例、即
ちセラミッックス繊維構造体の粒子状物質除去装置より
も小型で低コストである。

【００１３】更に第４番目の例であるの米国エンゲルハ
ード社も「受動方式」で、フィルターに酸化機能を持つ
２種類の金属触媒をコーティングしたフィルター（ウォ
ール・フロー・ハニカム）を使用して粒子状物質を酸化
する。この触媒反応をさせるためには、フィルターを通
過する排ガスの温度が３５０℃以上であることが必要と
されている。しかし乍ら、ディーゼルエンジン排ガス温
度は通常２００℃程度と低いために、できるだけエンジ
ンに近づけたり、燃料（軽油）に酸化セシウム等の添加
剤を混ぜて粒子状物質が通常より５０〜１００℃低い温
度で燃焼させたりする必要がある。この第４番目の例も
フィルターが１つで済み、連続して焼却処理ができるた
め第１番目の例（セラミックス繊維構造体の粒子状物質
除去装置）よりも小型で低コストである。

【００１４】従って、現時点ではフィルターにウォール
・フロー・ハニカムを使用した「受動方式」の触媒燃焼
の連続再生型の粒子状物質除去装置、即ち第３番目及び
第４番目の例のものが最有力視されている。

【００１５】しかし乍ら、第３番目の例の英国ジョンソ
ン・マッセー社の触媒燃焼方式の連続再生型の粒子状物
質除去装置は、ディーゼルエンジンの燃料として使用さ
れる軽油に含まれる酸化力の強い硫黄（Ｓ）分を、現在
の５００ｐｐｍから５０ｐｐｍ以下に下げないと、炭素
の微粒子を酸化させる酸化触媒が機能しなくなるという
大きな欠点がある。従って、軽油の品質改良の進展を待
たなければならない。

【００１６】また第４番目の例では、触媒燃焼可能温度
より排ガス温度が大幅に低いために、燃料に酸化セシウ
ム等の添加剤を混ぜて酸化を促進し、粒子状物質が通常
より５０〜１００℃低い温度で燃焼するようにすること
で粒子状物質除去率を高める工夫がなされているものが
あるが、コストが掛かるばかりでなく、大気中に新しい
化合物を撒くことになり別の不安が生じる欠点がある。

【００１７】そして第３及び第４番目の例いずれに於い
ても、既に走行しているディーゼルエンジン車に、後か
ら付けることが困難な欠点がある。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のディーゼル
エンジン排ガスの粒子状物質除去装置は、いずれも粒子
状物質を瀘過するフィルターにセラミックス繊維構造
体、又はウォール・フロー・ハニカムにセラミックスハ
ニカム構造体等セラミックスを使用している。尚、これ
は１０μｍの粒子状物質を除去することを目的とした故
である。この素材では、フィルターに最も効率が良い働
きをさせ、しかも制御し易い通電発熱（自己発熱、「自
動方式」と呼ぶ）をさせることができない。そのため
に、バーナー等別の熱源でフィルターを加熱する前記第
１番目及び第２番目の例の「能動方式」、及び触媒反応
熱を利用する等排ガスの温度を上げることで機能する第
３番目及び第４番目の例の「受動方式」が採られてい
る。この発明の課題は、前記第１番目及び第２番目の例
の「能動方式」でフィルターの切替え再生型と、第３番
目及び第４番目の例の「受動方式」で触媒燃焼の連続再
生型それぞれの欠点を除くことである。即ちエンジン始
動ですぐ効果があり、連続運転ができ、粒子状物質を完
全焼却し、構造が簡単、製造が容易、小型高性能で廉
価、そして既製のディーゼル車にも後から取り付けるこ
とができるディーゼル車の排ガス中の粒子状物質の除去
装置を提供することを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この課題は、所定の隙間
（例えば１０μｍ）を設けたディスク型等の薄く精緻な
メタルハニカム構造体で構成されたフィルターを使用す
ることによって解決される。従来、１０μｍ級を篩分け
できる耐熱金属板又は耐熱金属箔製の、廉価で実用でき
るフィルターは知られていない。因にドリル切削で穿孔
すると、実用最小で直径が６０μｍが報告されている
が、これは１ケずつしか穿孔できずコストも天文学的に
なる。可能性のある技術としては唯一レーザーによる穿
孔法があるが、現在知られている限りでは金属箔の材質
及び厚さ（数１０μｍ）に大きな制限がある（そして、
細孔の直径も、電子ビームで約２００μｍ、ＣＯ₂レー
ザーで約１００μｍ、ＹＡＧレーザーで１０μｍ以上と
されている。）。従って、ディスク状のフィルターを作
成するために、例えば直径１５０ｍｍ、厚さ５ｍｍの耐
熱金属に約１０μｍの細孔を無数に穿つことは従来技術
では極めて困難であり、極めて高価となり、実際に作成
することが不可能であった。この発明は上記従来の製法
から発想を転換し、ハニカム構造体の隙間を所定の１０
μｍに設定することで、容易に且つ廉価に上記フィルタ
ーを作成することに成功したものである。更に換言すれ
ば、この発明者は、通電加熱ができ且つ通気抵抗が小さ
い素材、例えば厚さが２０μｍの耐熱金属箔を使用し、
これを隙間が１０μｍになるように巻回又は積層したメ
タルハニカム構造体をフィルターとして利用することに
着目し、初めて上記課題を「自動方式」で解決すること
に成功したものである。即ち、ディーゼルエンジン排ガ
スの粒子状物質除去装置に於いて、排ガス中の粒子状物
質が、精緻なメタルハニカム構造体で構成された所定の
隙間を設けた通電発熱ができるフィルターで篩分け分級
され、超微細粒子状物質は該隙間で、粗い粒子状物質は
フィルターの表面で、或いは又中央部に集められ濃縮さ
れてから、焼却に充分な時間をかけて夫々別途に焼却処
理されることによって解決される。

【００２０】前記ハニカム構造体の所定の隙間を通過す
る超微細な粒子状物質は、該隙間を通過中、ハニカムの
壁に繰り返し衝突することにより通電加熱された壁面及
び又は担持された酸化触媒によって燃焼され焼却され
る。

【００２１】前記一層目のフィルターの隙間を通過して
も未だ燃焼していない粒子状物質は、二層目のフィルタ
ーで、或いはその中間部、更に通過後も燃焼し焼却され
る。この際、一層目と二層目のフィルターで隙間の大き
さを変えることもできる。

【００２２】前記隙間を通過しない大きい粒子状物質は
加熱されたフィルターの表面上で、或いは又中央部で濃
縮され、粗い隙間のメタルハニカムに担持された触媒に
よって酸化焼却される。或いはまた粗いメタルハニカム
に通電して発熱させて焼却される。

【００２３】

【発明の作用及び構成】上記目的のため、この発明はデ
ィーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置に於い
て、前記除去装置のフィルターが、通気抵抗が小さく、
排ガスは通過するが、所定以上の大きさの粒子状物質を
通過させない、精緻な隙間を設けたディスク型等の薄い
メタルハニカム構造体により成り、そしてこのフィルタ
ーを直接通電加熱することによって、篩分け分級され
て、該隙間を通過中及び通過後の超微細な粒子状物質を
効率良く酸化焼却する。しかして該隙間を通過しない粒
子状物質は、燃焼温度に加熱されているフィルターの表
面で焼却される。通過後も着火されており焼却される。

【００２４】該ディスク型等のフィルターは、所定の間
隔を開けて多層、好ましくは１層〜５層程度に設けるこ
とができる。そしてフィルターは夫々の隙間寸法、形
態、厚さ、設置間隔、その他自由に組合わすことができ
る。これによって、フィルターと排ガス粒子状物質の衝
突回数が増加する。該フィルターは薄い４角形で通電加
熱されるものが好ましいが、円盤状でも良く、更にはま
た、所期の目的が達成される限り、適宜な形状が採用可
能である。また必要に応じ、フィルターの上下及び又は
一層目と二層目とのフィルターの間に別途電気ヒーター
を設けることができる。更にこの発明に於いては、フィ
ルターの厚みは一層目と二層目、或いは更に多層目の間
で変えることもできる。

【００２５】別の態様として、該隙間を通過しない粒子
状物質は、漏斗状に構成されたフィルターの中央部に集
められ、粗い隙間を設けた中央部のハニカム構造体で成
る長い酸化筒で焼却処理される。この態様では排ガス中
の粒子状物質が、前記精緻なフィルターによって篩分、
分級され、そしてフィルターの傾斜によってフィルター
中央部に集められ濃縮される。この発明では排ガス中の
粒子状物質を、任意の級（例えば直径が１０μｍ）で分
級され、その級の粒子状物質を焼却するのに好ましい隙
間環境即ち、隙間の表面状態、隙間寸法、隙間形態、隙
間温度、通過距離、及び又触媒種等を容易に選択設計し
て決定することができる。

【００２６】この発明に係るフィルターは、図１に示す
円盤状ディスク型のメタルハニカム構造体でもよいが、
図５に示すように円盤状ディスク型のフィルターの中央
部を凹めて漏斗状に変形させてもよい。或いは、図８に
示すように４角形の通電加熱ができるフィルターでもよ
い。

【００２７】このフィルターを構成する耐熱金属箔は当
然であるが、排ガスの高温に耐え、必要に応じて通電加
熱ができる材質であることが望ましい。更に触媒を担持
できるメタル担体が好ましい。そして通気抵抗が小さい
極めて薄い金属箔がよい。そしてフィルターの表面を構
成するテープ端縁が先鋭であることが更に好ましい。

【００２８】上記からこの発明に於いては、該フィルタ
ーに厚さが２０μｍの触媒担体用の耐熱鋼（Ｆｅ−２０
Ｃｒ−５Ａｌ）を用い、その表面に酸化触媒を担持させ
ることによって、隙間を構成する壁に接触及び通過する
超微細な粒子状物質が酸化されるようになした。しかし
てフィルターを通過する超微細な粒子状物質が全量酸化
焼却される。尚、前記超微細な粒子状物質の酸化は、排
気熱や触媒反応熱でもよいが、前記担持した触媒を活性
化するため、フィルターの少なくとも一部は通電によっ
て発熱する通電加熱をすることができる。因にＦｅ−２
０Ｃｒ−５Ａｌの電気抵抗値は、３００℃で１４６（μ
Ω・ｃｍ）である。

【００２９】フィルターを構成する耐熱金属箔は、排ガ
スの通気抵抗から当然であるが可能な限り薄いことが好
ましい。現在では触媒担体用の耐熱鋼（Ｆｅ−２０Ｃｒ
−５Ａｌ）で厚さ約２０μｍのものが得られる。そし
て、必要に応じてフィルターの排ガス導入側の表面（テ
ープの端縁）は先鋭化していることが好ましい。更に該
表面にダスト固形物が着かないようクリーニングするこ
とが好ましい。

【００３０】これによって、フィルター表面の目詰まり
が防止及び（又は）再生できるばかりでなく、フィルタ
ーの隙間を擦り抜けてフィルターの外に出る排ガスの超
微細な粒子状物質が全量焼却除去できる。

【００３１】また電気ヒーター又はバーナ等の再生手段
によって焼却する。更に又、フィルターが通電加熱され
得るもの、或いは通電加熱と酸化触媒を担持できるもの
が好ましい。そして耐熱金属箔又は電気ヒーターの波板
３０と波板３１の間には米国３Ｍ（スリーエム）社製の
高温絶縁織物「ネクステル」を挟んで絶縁されたり、或
いは耐熱金属箔の波板３０と波板３１の表面に高温絶縁
塗料をコーティングして絶縁する。しかして、ロスの無
い直接通電加熱ができ、更に酸化触媒を担持しているの
で、排ガス粒子状物質（ＰＭ）を酸化焼却するのに極め
て処理効率が良いディーゼルエンジン排ガスの粒子状物
質除去装置（ＤＰＦ）となる。

【００３２】尚、上記及び下記実施例ではディーゼルエ
ンジンを搭載したディーゼル車排ガスの粒子状物質除去
装置について述べたが、これに限定されるものではな
く、大型、小型のディーゼルエンジンに使用した陸用機
関、舶用機関、コーゼネレーション、その他粒子状物質
を含む排ガスの処理に利用できることはいうまでもな
い。以下実施例によってこの発明の詳細を説明するが、
同一部材、同一の用途については同じ符号を付してその
説明を省略する。

【００３３】

【実施例１】以下実施例１について図面を参照して説明
する。図１に示すように粒子状物質除去装置（ＤＰＦ）
１は、約１０μｍを分級する円盤状ディスク型のフィル
ター２を使用し、排ガス粒子状物質を該フィルター２に
よって篩分け分級、夫々別途に焼却することを特徴とし
ている。図中３はケースを、４は架台を示している。即
ち、約１０μｍ以下の超微細粒子状物質は該フィルター
２を通過中に酸化焼却され、１０μｍ以上の粒子状物質
は該フィルター表面５で酸化焼却される。この実施例１
のフィルター２は、厚さ２０μｍの耐熱金属箔（Ｆｅ−
２０Ｃｒ−５Ａｌ）を幅１５ｍｍのテープ状にスリット
裁断されたものを使用する。そして図２（イ）に示すよ
うに１枚は平板６のまま、他の１枚は波板７に成形され
る。この波の形状及び高さは、製品になったときその平
板６と波板７との隙間８が所定の１０μｍになるように
成形される。これら平板６と波板７とを重ねて段ボール
のように多数回巻回する。しかして直径が１５０ｍｍ、
厚さが１５ｍｍの円盤状ディスク型フィルター２が得ら
れる。即ち、このフィルター２は平板６と波板７との間
の隙間８が１０μｍであるように構成されており。その
長さは１５ｍｍであるから、ウォール・フロー・ハニカ
ムの壁の厚さが０．３６ｍｍであるのに対して実に４０
倍の長さに相当する。然もこの長さの設定は自由であ
る。

【００３４】該円盤状ディスク型フィルター２の別な態
様は図２（ロ）に示すように、図２（イ）の波板を斜め
方向の凹９凸１０とし、約１０μｍの隙間を構成するよ
うにしたものである。このものは図２（イ）のものより
も隙間８の寸法が安定すると共に、斜方向の波によって
流れ込んだ超微細粒子状物質の衝突回数が増加して酸化
効率が上がる。更にフィルター２の別な態様として図２
（ハ）に示すものは、異なった斜方向に波付けされた波
板１１と他の波板１２とを、互いに背中合わせに重ねて
多数回巻回して円盤状ディスク型フィルター２に構成し
たものである。このものは、図２（ロ）に示すものより
も超微細粒子状物質の衝突回数が更に増加して酸化効率
が上がるばかりでなく、波板１１と他の波板１２が点接
触のためテープの重なり部分が最小となって使用材料が
少なくて済む。従って加熱のための電気容量が少なくて
済む。更に図２（ニ）に示すように、波板の山部１３を
内側に凹所１４を設けるなどして凹凸を作り、粒子状物
質の衝突回数を増加させるとよい。

【００３５】フィルター２の表面５は図３に示すように
そのテープの端縁１５が先鋭になていることが好まし
い。図中隙間８が１０μｍに対して、平板６と波板７夫
々の厚さが２０μｍであることからも通気抵抗の大きさ
が判る。図３（イ）は厚さ２０μｍの耐熱金属箔をスリ
ット裁断したまま端縁１５を示す模式図である。（ロ）
は（イ）の端縁１５を先鋭にした状態を示す模式図であ
る。この先鋭化はロールによる圧つぶし、砥粒による機
械的な研磨であってもよいが、電解研磨、化学研磨等で
先を丸める方法でもよい。これによって流入してくる排
ガスの通気抵抗が低減される大きな効果がある。しかし
乍ら他方では、この通気抵抗が乱流を起こして粒子状物
質を撹拌し、隙間の壁に衝突する回数が増加するので、
二層目のフィルターには必ずしも必要としない。

【００３６】

【実施例２】この実施例２は図４に示す。円盤状ディス
ク型フィルター２は厚さ２０μｍの耐熱金属箔（Ｆｅ−
２０Ｃｒ−５Ａｌ）を幅１０ｍｍのテープ状にスリット
裁断されたものを使用し、実施例１と同様に多数回巻回
されている。そしてこのフィルター２と、所定の間隔１
６を開けて幅５ｍｍのテープを用いて同様に作成された
フィルター１７が二層目に設けられている。尚、４は架
台である。これらのフィルター２、１７は夫々テープの
幅、隙間寸法、形態、設置間隔、その他自由に組み合わ
せることができる。これによって、フィルター２、１７
と排ガス粒子状物質の衝突回数が増加する。フィルター
２とフィルター１７の間隔１６には電気ヒーター１８を
設けることができる。そして必要に応じ、フィルター
２、１７と通電ヒーター１８の間に通気性の大きい、目
の粗い絶縁シート（図示しない）を挟むことができる。
尚通電ヒーター１８はフィルター２の上面にも設けるこ
とができる。

【００３７】

【実施例３】この実施例３は図５に示す。即ち円盤状デ
ィスク型フィルター２０の中央部２１を押し込んで漏斗
状に構成したこと、及び／又は該中央部２１にフィルタ
ー２０よりも粗い隙間２２を持つ酸化筒２３を設けたこ
とを特徴としている。即ち実施例１の、１０μｍの隙間
８を設けた直径が１５０ｍｍ厚さが１５ｍｍの円盤状デ
ィスク型フィルター２０を、３０°の傾斜角を持つ架台
４に乗せてフィルター２０の表面２４を傾斜させる。そ
して中央部２１には、直径２０ｍｍ、長さ１００ｍｍ
で、粗い隙間２２が約３００μｍの耐熱金属箔製の酸化
筒２３を設ける。この実施例のディーゼルエンジン排ガ
スの粒子状物質除去装置１に流入した粒子状物質（Ｐ
Ｍ）は、フィルター２０で約１０μｍ以下とそれ以上と
に篩分け分級される。そして約１０μｍ以下の超微細粒
子状物質はフィルター２０の隙間８を通りその間に酸化
される。しかして約１０μｍ以上の粒子状物質はフィル
ター２０の傾斜した表面２４によって中央部２１に集ま
って濃縮された状態になる。そして中央部２１には酸化
筒２３があって３００μｍ以下の粒子状物質を通過中及
び通過後にも着火し焼却する。

【００３８】

【実施例４】この実施例４は図６に示すように前記実施
例２において、フィルター２０の表面２４に固着した酸
化物等を剥落クリーニングすることができるブラシ２５
を備えたワイパー２６を設けたことを特徴とする。図７
において、ワイパー２６は炭化ケイ素繊維で作成された
ブラシ２５を耐熱金属板２７で挟んだ態様で作成され、
そして少しではあるが、プロペラのように左右が捻じれ
ている。該ワイパー２６は粒子状物質除去装置１の上部
で、直径方向に渡された部材２８の中心を軸として上下
にスライドするように取り付けられている。図の左側半
分はワイパー２６が上昇した状態、右側半分はワイパー
２６が下がった状態を示している。しかして図６左側半
分に示すワイパー２６が上昇した状態では、ワイパー２
６の両端が装置１の一部（図示しない）に係止され、ブ
ラシ２５が若干フィルター２０の表面２４から浮き上が
っている。バネ２９を押し下げるとワイパー２６両端の
係止が外れ、ワイパー２６がフィルター２０の表面２４
に接触すると同時に、プロペラが機能し、排ガスの通過
圧力でワイパー２６が回転するように構成されている。
ワイパー２６の回転によって炭化ケイ素繊維のブラシ２
５が旋回し、フィルター２０の表面を機械的にクリーニ
ングする。同時にブラシ２５によって剥落されたダスト
固形物は酸化筒２３の粗い隙間２２を通って排出され
る。このクリーニング動作は必要に応じて、連続又は間
欠に実施できる。

【００３９】

【実施例５】この実施例５は図８に示し、フィルター２
を通電加熱、あるいは通電加熱と酸化触媒処理ができる
ことを特徴としている。即ち、触媒メタル担体である厚
さ２０μｍのこの耐熱金属箔（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａ
ｌ）を幅１５ｍｍのテープ状にスリット裁断されたもの
を使用する。そして図２（ハ）に示すように、斜方向の
波板３０と他の異なった斜方向の波板３１とを、互いに
背中合わせに重ねて多数積層して４角型のフィルター２
に構成したものである。この波の形状及び高さは、組み
立てられたときその波板３０と他の波板３１との隙間８
が所定の３０μｍになるように成形される。積層された
波板３０と他の波板３１との端部３２、３３は夫々電極
３４、３５にロー付で強固に接続される。このロー付は
真空炉でも良いが、コストの廉い高周波ロー付法が適用
できる。ケースの図示は省略する。この耐熱金属箔の表
面には、それぞれ耐熱絶縁塗料が直接コーティングされ
ている。しかして、ロスの無い通電加熱ができ、更に酸
化触媒を担持したフィルターとなり、排ガス粒子物質
（ＰＭ）を酸化焼却するのに極めて処理効率が良いディ
ーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置が提供でき
る。

【００４０】

【実施例６】この実施例は図９に示し、フィルター２を
最小の電力で通電加熱、及びまたは通電加熱と酸化触媒
処理ができることを特徴としている。即ち、実施例５
（図８）の通電加熱ができる厚さが３ｍｍの一層目のフ
ィルター２とし、２ｍｍの間隔１６をおいて厚さ１２ｍ
ｍの二層目のフィルター１７を設けたものである。一層
目のフィルター２と二層目のフィルター１７の少なくと
も一部には酸化触媒が担持されていることが好ましい。
一層目のフィルター２と二層目のフィルター１７の間に
は断熱、絶縁体が置かれる。しかして一層目のフィルタ
ー２は、少ない電力で短時間に５００〜７００℃にまで
上昇する。間隔１６をおいて設けられた二層目のフィル
ター１７は、一層目のフィルター２から流下する排ガス
の温度と幅射熱によって昇温し、容易に酸化触媒の機能
温度（３５０℃）に達しその効果を発揮する。同時にフ
ィルター２の隙間８を通過する超微細粒子状物質は、前
記間隔１６で進路を中断されることによって撹拌され、
所定より短い行程で酸化することができる。図中４は架
台である。

【００４１】

【実施例７】この実施例は図１０に示し、フィルター２
上流にバーナー燃焼装置を設けたことを特徴としてい
る。即ち、フィルター２の手前に、１０００℃近くの高
温で燃焼し、高温の燃焼ガスを生成するガスバーナー３
６を設け、この燃焼ガスで排ガスを加熱したりフィルタ
ー２の表面に堆積した粒子状物質（ＰＭ）を焼却して再
生する。図中３７は煙道である。３８は燃焼ガスであ
る。ガスバーナーは、極く僅かな消費電力で機能する点
火ヒータを使用でき、装置が小型簡単になりコストが安
い。しかも瞬時に完全燃焼し、火力のコントロールが自
在にでき、粒子状物質を含むディーゼル車排ガスを加熱
する熱源として最適である。燃料として、プロパン、Ｌ
ＰＧ（液化石油ガス）等のボンベ、カートリッジはすで
に安全性に実績が豊富であり、使い勝手がよい。

【００４２】この発明においては、排ガスの超微細粒子
状物質を瀘過する５〜５００μｍの隙間を設けたメタル
ハニカム構造体のフィルターは包含される。円盤状でデ
ィスク型、４角形でフロッピー（登録商標）型等厚さが
１０〜２００ｍｍの薄いフィルターは包含される。ハニ
カムの上流に電気ヒーター又はガスバーナー等の再生手
段を設けたものは包含される。直接電流を流して通電加
熱ができるメタルハニカム構造のフィルターは包含され
る。排ガス中の粒子状物質がフィルターの表面で篩分け
分級され、そのまま焼却灰化処理される如くなした粒子
状物質除去装置は包含される。排ガス中の粒子状物質が
フィルターの表面で篩分け分級され、中央部で集められ
濃縮される如くなした粒子状物質除去装置は包含され
る。そして中央部に集められた粒子状物質が、中央部に
設けた酸化筒で別途に酸化処理等される。必要に応じて
ワイパーを設け、該酸化筒は剥落したダスト固形物の通
路となる。或いは、中央部で集められ濃縮されてから酸
化せず、別途移送され処理されるこの処理がエンジンル
ームでの再燃焼であっても良い。また形も円形に限定せ
ず、楕円形、４角形その他自由に変更できる。使用材料
も上記耐熱鋼に限定せず、厚さも実施例に限定しないこ
とは言うまでもない。このディーゼルエンジン排ガスの
粒子状物質除去装置の前或いは後に、新規な又は従来の
触媒装置等を組み合わせることができる。

【００４３】ディスク型等フィルターは、２層又はそれ
以上、好ましくは５層程度まで設けることができる。そ
して必要に応じて上記フィルターに通電、及び又はフィ
ルターの上下に通電ヒーターを設けることができる。尚
上記した通電加熱の意には、フィルターを加熱するため
にフィルターと組み合わせて使用する電気ヒーターも含
まれる。再生手段として、ハニカムの上流に電気ヒータ
ー又はガスバーナー等の手段を設けることが好ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、この発明によれ
ば、以下に列挙するような種々の効果が得られる。

【００４５】（１）燃料（軽油）の硫黄部分（Ｓ）が、
現行の５００ｐｐｍでも使用できる。（２）燃料（軽油）に各種添加剤を加える必要が無い。（３）排ガスの粒子状物質を篩分け分級し、別途に処理
することによって、焼却が容易になり、処理費用、処理
装置のコストが下がる。（４）粒子状物質（ＰＭ）を篩分け分級する隙間の大き
さ、長さ（距離）が自由に設定でき、完全焼却が可能と
なる。（５）酸化触媒は、篩分けされた少量の超微細な粒子状
物質だけを処理すればよいので、触媒機能の低下が極め
て些少である。（６）フィルター表面の目詰まりが自動的にクリーニン
グされ再生される。（７）耐熱金属箔の使用量が少ないので通電加熱の容量
が少なくて済み、急速加熱も容易。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の一実施例を示す一部縦断斜視
図である。

【図２】図２の（イ）は図１のフィルターの要部を拡大
して示す斜視図である。図２の（ロ）は図１のフィルタ
ーの要部を拡大して示す斜視図である。図２の（ハ）は
図１のフィルターの要部を拡大して示す斜視図である。
図２の（ニ）はフィルターの波部を拡大して示す斜視図
である。

【図３】図３はフィルターの端縁を示す一部断面図であ
り、（イ）はスリットしたままの端縁を拡大して示す模
式図であり、（ロ）は先を丸めた端縁を拡大して示す模
式図である。

【図４】図４はこの発明の他の実施例を示す一部断面図
である。

【図５】図５はこの発明の他の実施例を示す一部縦断斜
視図である。

【図６】図６はこの発明の他の実施例を示す断面図であ
る。図の左側にワイパーの上がった状態を示している。
図の右側にワイパーの下がった状態を示している。

【図７】図７はワイパーの実施例を示す斜視図である。

【図８】図８はこの発明の他の実施例を示す一部縦断斜
視図である。

【図９】図９はこの発明の他の実施例を示す一部断面図
である。

【図１０】図１０はこの発明の他の実施例を示す一部断
面図である。

【図１１】図１１は従来のセラミックス繊維構造体を示
す斜視図である。

【図１２】図１２は従来のフィルター切替え式粒子状物
質除去装置の説明図である。

【図１３】図１３は従来のセラミックスハニカム構造体
（ウォール・フロー・ハニカム）を示す斜視図である。

【符号の説明】

Ａ．フィルター装置Ｂ．フィルター装置Ｃ．切替弁１．粒子状物質除去装置２．フィルター３．ケース４．架台５．フィルター表面６．平板７．波板８．隙間９．波板の凹部１０．波板の凸部１１．斜方向波板１２．他の斜方向波板１３．波板１４．凹所１５．先鋭な端縁１６．間隔１７．二層目のフィルター１８．通電ヒーター２０．フィルター２１．中央部２２．粗い隙間２３．酸化筒２４．表面（斜面）２５．ブラシ２６．ワイパー２７．金属板２８．部材２９．バネ３０．斜方向の波板３１．他の斜方向の波板３２．端部３３．端部３４．電極３５．電極３６．バーナー３７．煙道３８．燃焼ガス３９．粒子状物質除去装置４０．排気管４１．フィルター（ウォール・フロー・ハニカム）４２．セラミックス繊維構造体４３．排気管４４．セラミックスハニカム構造体（ウォール・フロー
・ハニカム）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ 53/94 Ｆ０１Ｎ 3/18 ＢＦ０１Ｎ 3/18 3/20 Ｋ 3/20 3/24 Ｅ 3/24 Ｌ 3/28 ３０１Ｐ 3/28 ３０１３０１ＱＢ０１Ｄ 53/36 １０３ＣＦターム(参考） 3G090 AA01 AA03 AA04 BA04 CB01 CB18 EA01 3G091 AA02 AA04 AA05 AA06 AA18 AB02 AB13 BA00 BA03 BA04 BA38 BA39 CA02 CA03 CA04 CA27 FA02 FA04 FB02 FB10 FC04 FC07 GA06 GA08 GA09 GA16 GA17 GA18 GA24 GB01X HA12 HA14 HA45 HA46 HA47 4D019 AA01 BA02 BB10 BC07 BD01 BD03 BD06 CA01 CA03 CB04 CB06 4D048 AA14 AB01 BA03X BA25X BA36X BA39X BB02 BB12 CA01 CC32 CC38 CC53 CD05 DA01 DA13 4D058 JA32 JA34 JB03 MA31 MA42 MA44 SA08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除
去装置（ＤＰＦ）において、前記除去装置の要部は４角
形又は円盤状ディスク型等の薄いメタルハニカム構造の
フィルターで構成され、該フィルターは、テープ状の金
属箔で作成された平板と波板、平板と凹凸板、或いは波
板と他の波板を、所定の隙間を設けて多数回巻回又は積
層して構成したメタルハニカム構造体より成り、該フィ
ルターで篩分け分級された大粒の粒子状物質は該フィル
ター上で、或いは濃縮して別途に、焼却せしめられ、一
方フィルターの隙間を通り抜ける超微細な粒子状物は、
該隙間を通過中、及び通過後に少なくとも一部が焼却さ
れるようになしたことを特徴とするディーゼルエンジン
排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項２】前記フィルターを構成するハニカム構造体
の隙間が５〜５００μｍである請求項１に記載のディー
ゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項３】前記フィルターを構成するハニカム構造体
の長さ（ディスク等の厚さ）が１０〜２００ｍｍである
請求項１又は２に記載のディーゼルエンジン排ガスの粒
子状物質除去装置。
【請求項４】前記除去装置の要部は少なくとも１層のデ
ィスク型等のフィルターで構成され、必要に応じて、通
電加熱が可能、及びまたフィルターの少なくとも一部に
酸化触媒が担持されている請求項１〜３のいずれかに記
載のディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項５】一層目のフィルターが通電加熱され、二層
目のフィルターがその余熱で活性化される請求項１〜４
のいずれかに記載のディーゼルエンジン排ガスの粒子状
物質除去装置。
【請求項６】前記フィルターの開口部が漏斗状に構成さ
れ、ハニカム構造体の隙間より大きくて、フィルターを
通過しない大粒の粒子状物質がその中央部に集められ、
焼却されるようになした請求項１〜５のいずれかに記載
のディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項７】前記漏斗状部を形成するフィルターの隙間
が５〜５００μｍ、酸化筒の隙間が３０μｍ以上である
請求項１〜６のいずれかに記載のディーゼルエンジン排
ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項８】前記フィルターの表面を構成するテープの
端縁が先鋭である請求項１〜７のいずれかに記載のディ
ーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項９】前記フィルターの上面にワイパー装置を設
けた請求項１〜８のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ン排ガスの粒子状物質除去装置。
【請求項１０】前記フィルターが１〜５段で構成されて
いる請求項１〜９のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ン排ガスの粒子状物質除去装置。