JP2002276339A - Diesel exhaust gas processing device - Google Patents
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン排気ガス処理装置に関し、更に詳細にはディーゼルエ
ンジンから排出される排気ガス中の粒子状物質を除去す
る処理装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出される窒素
酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質( ＰＭ) などが健康被害
を及ぼすことは、疫学上の症例や、公害の原因物質とし
て判例上認定されるなど、早急にディーゼルエンジン排
気ガスの浄化技術を確立することが必要となっている。
【０００３】従来の排気ガス処理装置としては、窒素酸
化物に対しては、還元剤を用いて窒素と水とに分解する
ものが主流となっており、また粒子状物質に対しては、
フィルターで捕集し。捕集した粒子状物質は触媒やヒー
ターを使用して捕集後燃焼させフィルターを再生させる
ものが知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記粒子状
物質を捕集するフィルターとしてセラミックスを多孔体
としたものが知られているが、機械的強度が弱いため熱
衝撃により破損したり、耐熱性が十分でなく熔損する場
合があるなどのため、現状での実用化は困難である。
【０００５】また近年、炭化ケイ素繊維フィルターを使
用することにより耐久性を大幅に向上させた浄化装置が
提案されている。この炭化ケイ素繊維フィルターは、粒
子状物質が繊維に衝突して捕捉されるので、微細粒子も
捕捉できるという長所がある。
【０００６】反面、炭化ケイ素繊維は、単位体積当りの
フィルター面積を大きくするため、フェルト状に加工し
たものを蛇腹折りする際の加工性に劣るという欠点があ
り、しかも繊維単価が数万円／ｋｇと高額であるため浄
化装置が高額となるという欠点がある。
【０００７】本発明は、以上の問題に着目してなされた
ものであり、セラミックフィルターと耐熱性繊維とを組
合せることにより耐久性が高く、しかも低価格で粒子状
物質を効率よく除去できるディーゼル排気ガス処理装置
を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明のディーゼル排気ガス処理装置は、ディーゼル
エンジンの排気ガス浄化用フィルターにおいて、該フィ
ルターは多孔性セラミックス製ハニカム構造体から成
り、該ハニカム構造体の両端が開放された孔からなる各
セルは、互いに隣接するセルごとに反対側の開口を封止
し、該セル内に流入した前記排気ガスがハニカム壁から
成るフィルター部を貫通して隣接する前記セル内に入
り、反対側から流出する、いわゆるウオールフロータイ
プに形成し、前記流入側のセル内に耐熱性繊維を充填
し、前記ハニカム壁及び耐熱性繊維に前記排気ガス中の
粒子状物質を燃焼させる酸化触媒を担持させたものであ
る。
【０００９】前記セラミックスには特に限定はないが、
好ましいでセラミックスとしてコーディエライト、炭化
ケイ素などを挙げることができる。
【００１０】記耐熱性繊維には特に限定はないが、好ま
しいものとしてＳｉ−Ｃ−Ｏを主成分とする炭化ケイ素
系、Ａｌ−Ｏを主成分とするアルミナ系、Ｓｉ−Ｏを主
成分とするシリカ系、Ｚｒ−Ｏを主成分とするジルコニ
ア系、Ａｌ−Ｓｉ−Ｏを主成分とするムライト系、Ｓｉ
−Ｏ−Ｎを主成分とする窒化ケイ素系、鉄―クロムーア
ルミニウムを含む耐熱金属繊維などを挙げることができ
る。
【００１１】前記耐熱性繊維の繊維径には特に限定はな
いが、好ましくは５マイクロメートル以上, ２０マイク
ロメートル以下のものを使用することができる. 繊維径
が 5マイクロメートル未満となると人体に健康障害を与
える可能性があり使用を避けるべきであり、２０マイク
ロメートルを超える繊維では粒子状物質の捕捉効率が低
下するので有効でなくなる。
【００１２】前記酸化触媒には特に限定はないが、好ま
しいものとして白金酸化物と卑金属酸化物との混合物を
挙げることができ、白金属元素としては白金、ロジウ
ム、イリジウムなど、また卑金属元素としてはマググネ
シウム、ストロンチウム、カルシウム、バナジウム、セ
シウムなどを例示することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下添付の図面を参照した一実施
の形態により本発明のディーゼル排気ガス処理装置を具
体的に説明する。
【００１４】図１〜３に示すディーゼル排気ガス処理装
置１は、ディーゼルエンジン２の排気マニホルド３とマ
フラ（図示せず）との間の排気管４に介装して使用する
ものであり、ディーゼル排気ガス処理装置１の本体５
は、図２に示すように例えばコーディエライトを多孔体
に焼成してハニカム構造とし、ハニカム構造を構成する
複数のトンネル状セル6 の一方の開口を、隣接するセル
６同士で互い違いになるようにセラミック材７で封止
し、セル６のハニカム壁から成るフィルター部８に酸化
触媒（図示せず）を担持させたものである。本実施の形
態に使用した酸化触媒は白金属酸化物と卑金属酸化物と
の混合触媒である。
【００１５】そして排気ガスが本体５に流入するＡ側に
開口するセル６-1内に前記と同様の酸化触媒( 図示せ
ず) を担持させた耐熱性繊維10を充填し、ケーシング11
内に取り付けることにより排気ガス浄化用フィルターと
したものである。使用した耐熱性繊維10は、繊維径が１
４マイクロメートル、繊維長さが１５ｍｍの炭化ケイ素
繊維を使用した。この充填は反対側（繊維を充填しない
側のセル６）から吸引することにより容易に行なうこと
ができる。
【００１６】以上のように形成した本実施の形態のディ
ーゼル排気ガス処理装置１の動作を次に説明する。図３
において、前記Ａ側から流入する粒子状物質を含む排気
ガス（矢印により表示) は、耐熱性繊維10を充填したセ
ル６-1内に流入し、該繊維充填層を通過する間に粒子状
物質（図示せず）が同繊維に捕捉され、更に本体５のフ
ィルター部８により粒子状物質が捕捉される。粒子状物
質が捕集されて浄化された排気ガスは、下流側Ｂからマ
フラ（図示せず）側に流出する。
【００１７】排気ガス温度が触媒の活性化温度以上であ
れば、捕集された微粒子状物質は酸化触媒により酸化さ
れ、炭酸ガスなどに変換・除去されるので、フィルター
部８および耐熱性繊維10充填層から成る排気ガス浄化用
フィルターを再生することができる。なお例えば電気ヒ
ーターにより流入する排気ガスを加熱することにより、
酸化触媒の活性化温度以下の排気ガスに対してもフィル
ターの再生を行わせることができる。
【００１８】以上のディーゼル排気ガス処理装置１と、
耐熱性繊維10を充填しない外は本実施の形態と同様に形
成した従来のコーディエライトフィルター（以下比較例
という：図示せず）とを用いて粒子状物質浄化性能試験
を行なった。その結果を表１に示す。
【００１９】
【表１】
【００２０】なお表１中のクラック発生PM量とは、ハニ
カム構造部分（本体５）にクラックが発生するまでに捕
集された粒子状物質量（ＰＭ）を、本体５の単位容積
（Ｌ）当りの捕集量（ｇ）で表したものである。
【００２１】表１の結果から明らかなように、本実施の
形態のディーゼル排気ガス処理装置１は、クラックが発
生するまでに捕集された粒子状物質量（ＰＭ）が、比較
例に対し１．５倍多く、しかも粒子状物質（ＰＭ）の捕
集率が４％向上した。
【００２２】これは、比較例が粒子状物質（ＰＭ）を本
体１のフィルター部８の表面のみで捕集しているのに対
し、本実施の形態のディーゼル排気ガス処理装置１は耐
熱性繊維10の充填層の深部でも捕集することができるた
め、粒子状物質（ＰＭ）の捕集領域が広がることで捕集
量の分散が図られ、粒子状物質（ＰＭ）の燃焼による局
部加熱を抑制することができ、ハニカム構造体内の温度
分布の均一化が図られ、構造的に複雑で熱伝導率が低い
本体５に与える過大な熱衝撃が抑制されるためと考えら
れる。
【００２３】
【発明の効果】以上説明したように本発明のディーゼル
エンジン排気ガス処理装置は、ハニカム構造体から成る
ウオールフロータイプのセラミックスフィルターにおい
て、排気ガスがフィルターに流入する側のセル内に酸化
触媒を担持させた耐熱性繊維を充填し、排気ガス中の粒
子状物質が耐熱性繊維充填層全体で捕集されるようにし
たので、以下の効果を奏することができる。
【００２４】即ち、従来セラミックフィルター表面に集
中して捕集されていた粒子状物質をセル内に分散して捕
集できるため、捕集効率が向上するばかりでなく、捕集
された粒子状物質が酸化触媒により燃焼する際に、局部
加熱発生を抑制することが可能となり、セラミックフィ
ルターの熱衝撃によるクラック発生が抑制され、フィル
ター寿命を改善することができる。しかも耐熱性繊維を
フィルターとして加工する必要が無くなり、充填も極め
て簡単であるので、装置コストを低減することができ
る。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diesel engine exhaust gas treatment apparatus, and more particularly to a treatment for removing particulate matter in exhaust gas discharged from a diesel engine. It concerns the device. 2. Description of the Related Art The fact that nitrogen oxides (NOx) and particulate matter (PM) emitted from diesel engines cause health hazards is recognized in cases as epidemiological cases and substances causing pollution. It is urgently necessary to establish a technology for purifying diesel engine exhaust gas. [0003] As a conventional exhaust gas treatment device, a device which decomposes nitrogen oxides into nitrogen and water using a reducing agent is mainly used for nitrogen oxides.
Collect with a filter. It is known that the collected particulate matter is collected and burned using a catalyst or a heater to regenerate the filter. [0004] By the way, as a filter for trapping the particulate matter, a filter made of ceramics is known. However, since the filter has low mechanical strength, it may be damaged by thermal shock. However, it is difficult to put it to practical use at present because of insufficient heat resistance and the possibility of melting. [0005] In recent years, a purifying apparatus has been proposed in which durability is greatly improved by using a silicon carbide fiber filter. The silicon carbide fiber filter has an advantage that fine particles can be captured because the particulate matter collides with the fiber and is captured. [0006] On the other hand, silicon carbide fibers have a drawback that the processability in the case of felt-like processing is inferior in bellows folding in order to increase the filter area per unit volume, and the fiber unit price is tens of thousands of yen /. There is a disadvantage that the purification device is expensive due to the high cost of kg. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has a high durability by combining a ceramic filter and a heat-resistant fiber, and is capable of efficiently removing particulate matter at a low cost. It is intended to provide an exhaust gas treatment device. [0008] To achieve the above object, a diesel exhaust gas treatment apparatus according to the present invention is a filter for purifying exhaust gas of a diesel engine, wherein the filter is made of a porous ceramic honeycomb structure. Each cell comprising a hole having both ends opened of the honeycomb structure seals an opening on the opposite side for each cell adjacent to each other, and the exhaust gas flowing into the cell is a filter portion comprising a honeycomb wall. Into the adjacent cells, and flow out from the opposite side, so as to form a so-called wall flow type. Fill the cells on the inflow side with heat-resistant fibers and exhaust the honeycomb walls and heat-resistant fibers into the honeycomb walls and heat-resistant fibers. It supports an oxidation catalyst that burns particulate matter in gas. The ceramic is not particularly limited,
Preferable ceramics include cordierite and silicon carbide. The heat-resistant fiber is not particularly limited, but preferred are silicon carbide based on Si-CO, alumina based on Al-O, and Si-O as a main component. Silica, zirconia based on Zr-O, mullite based on Al-Si-O, Si
Examples thereof include silicon nitride based on -ON and heat-resistant metal fibers containing iron-chromium-aluminum. The fiber diameter of the heat-resistant fiber is not particularly limited, but preferably a fiber diameter of 5 μm or more and 20 μm or less can be used. Fibers larger than 20 micrometers may be ineffective because they may impair the efficiency of trapping particulate matter. The oxidation catalyst is not particularly limited, but preferred examples include a mixture of platinum oxide and a base metal oxide. Examples of the white metal element include platinum, rhodium and iridium, and examples of the base metal element include: Magnesium, strontium, calcium, vanadium, cesium and the like can be exemplified. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a diesel exhaust gas treatment apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to an embodiment with reference to the accompanying drawings. A diesel exhaust gas treatment device 1 shown in FIGS. 1 to 3 is used by being interposed in an exhaust pipe 4 between an exhaust manifold 3 of a diesel engine 2 and a muffler (not shown). Main body 5 of exhaust gas treatment device 1
As shown in FIG. 2, for example, cordierite is fired into a porous body to form a honeycomb structure, and one opening of a plurality of tunnel-shaped cells 6 constituting the honeycomb structure is alternated between adjacent cells 6. Is sealed with a ceramic material 7, and an oxidation catalyst (not shown) is supported on a filter portion 8 formed of a honeycomb wall of the cell 6. The oxidation catalyst used in the present embodiment is a mixed catalyst of a white metal oxide and a base metal oxide. A heat-resistant fiber 10 carrying the same oxidation catalyst (not shown) is filled in a cell 6-1 opening on the side A where exhaust gas flows into the main body 5, and a casing 11 is provided.
It is a filter for purifying exhaust gas by being installed inside. The heat-resistant fiber 10 used has a fiber diameter of 1
Silicon carbide fibers having a length of 4 micrometers and a fiber length of 15 mm were used. This filling can be easily performed by sucking from the opposite side (the cell 6 on the side not filled with fibers). The operation of the diesel exhaust gas treatment apparatus 1 of the present embodiment formed as described above will be described below. FIG.
In the above, the exhaust gas containing particulate matter flowing from the side A (indicated by an arrow) flows into the cell 6-1 filled with the heat-resistant fiber 10, and passes through the fiber packed layer. (Not shown) are captured by the fiber, and the particulate matter is captured by the filter section 8 of the main body 5. The exhaust gas from which the particulate matter has been collected and purified flows out from the downstream side B to a muffler (not shown) side. If the temperature of the exhaust gas is equal to or higher than the activation temperature of the catalyst, the collected particulate matter is oxidized by the oxidation catalyst and is converted and removed into carbon dioxide gas and the like. The exhaust gas purifying filter composed of the packed bed can be regenerated. In addition, for example, by heating the exhaust gas flowing in by an electric heater,
It is possible to regenerate the filter even for exhaust gas at or below the activation temperature of the oxidation catalyst. The diesel exhaust gas treatment device 1 described above,
A particulate matter purification performance test was performed using a conventional cordierite filter (hereinafter referred to as a comparative example, not shown) formed in the same manner as in the present embodiment except that the heat-resistant fiber 10 was not filled. Table 1 shows the results. [Table 1] The amount of cracking PM in Table 1 means the amount of particulate matter (PM) collected before cracking occurs in the honeycomb structure portion (body 5) and the unit volume (L) of the body 5 It is expressed in terms of the amount collected per unit (g). As is clear from the results shown in Table 1, the diesel exhaust gas treatment apparatus 1 according to the present embodiment has an amount of particulate matter (PM) collected before a crack is generated, which is 1% less than that of the comparative example. 0.5 times more, and the collection rate of particulate matter (PM) was improved by 4%. This is because the comparative example traps particulate matter (PM) only on the surface of the filter section 8 of the main body 1, whereas the diesel exhaust gas treatment apparatus 1 of the present embodiment has heat-resistant fibers. Since it is possible to collect even the deep part of the packed bed of 10, the collection area of the particulate matter (PM) is expanded and the collection amount is dispersed. This is considered to be because the temperature distribution in the honeycomb structure can be made uniform and the excessive thermal shock applied to the main body 5 having a complicated structure and low thermal conductivity can be suppressed. As described above, the diesel engine exhaust gas treatment apparatus according to the present invention provides a wall-flow type ceramic filter having a honeycomb structure, in which the exhaust gas flows into the cell on the side where the exhaust gas flows into the filter. Since the heat-resistant fiber supporting the catalyst is filled so that the particulate matter in the exhaust gas is collected by the entire heat-resistant fiber packed layer, the following effects can be obtained. That is, since the particulate matter which has been concentrated and collected on the surface of the ceramic filter in the past can be dispersed and collected in the cell, not only the collection efficiency is improved, but also the collected particulate matter is improved. When burning with an oxidation catalyst, it is possible to suppress the occurrence of local heating, suppress the occurrence of cracks due to thermal shock of the ceramic filter, and improve the life of the filter. Moreover, since it is not necessary to process the heat-resistant fiber as a filter, and the filling is very simple, the cost of the apparatus can be reduced.
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態によるディーゼルエンジ
ン排気ガス処理装置をディーゼルエンジンに取り付けた
様子を示す図である。
【図２】図１の要部拡大断面図である。
【図３】図１に示す排気ガス処理装置の粒子状物質捕集
動作説明図である。
【符号の説明】
１ ディーゼル排気ガス処理装置
６ セル
６-1 セル
７ セラミック材
８ フィルター部
10 耐熱性繊維BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing a state in which a diesel engine exhaust gas treatment device according to an embodiment of the present invention is attached to a diesel engine. FIG. 2 is an enlarged sectional view of a main part of FIG. FIG. 3 is an explanatory diagram of a particulate matter collecting operation of the exhaust gas processing apparatus shown in FIG. [Description of Signs] 1 Diesel exhaust gas treatment device 6 Cell 6-1 Cell 7 Ceramic material 8 Filter section 10 Heat resistant fiber
───────────────────────────────────────────────────── 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 46/00 ３０２ Ｂ０１Ｄ 46/00 ３０２ ４Ｇ０６９ 53/94 Ｂ０１Ｊ 35/04 ３０１Ｈ Ｂ０１Ｊ 35/04 ３０１ Ｆ０１Ｎ 3/10 Ａ Ｆ０１Ｎ 3/10 3/24 Ｅ 3/24 Ｂ０１Ｄ 53/36 １０３Ｃ Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA03 BA01 3G091 AA18 AB02 AB13 BA00 GA06 GB03W GB05W GB06W GB10W GB17X HA14 4D019 AA01 BA02 BA05 BB13 BC07 CA01 4D048 AA14 AB01 BA01X BA02X BA03Y BA06Y BA08Y BA10X BA14X BA15X BA23X BA30X BA33X BA39Y BA41Y BA45X BA50Y BB02 BB08 CD05 4D058 JA32 JB03 JB06 SA08 TA06 4G069 AA03 BB15B BC75B BD05B CA03 CA07 CA18 EA03Y EA19 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) B01D 46/00 302 B01D 46/00 302 4G069 53/94 B01J 35/04 301H B01J 35/04 301 F01N 3 / 10 A F01N 3/10 3/24 E 3/24 B01D 53/36 103C F-term (reference) 3G090 AA01 AA03 BA01 3G091 AA18 AB02 AB13 BA00 GA06 GB03W GB05W GB06W GB10W GB17X HA14 4D019 AA01 BA02 BA05 BB13 A070101 BA02X BA03Y BA06Y BA08Y BA10X BA14X BA15X BA23X BA30X BA33X BA39Y BA41Y BA45X BA50Y BB02 BB08 CD05 4D058 JA32 JB03 JB06 SA08 TA06 4G069 AA03 BB15B BC75B BD05B CA03 CA07 CA18 EA03Y EA19
Claims (1)
ィルターにおいて、該フィルターは多孔性セラミックス
製ハニカム構造体から成り、該ハニカム構造体の両端が
開放された孔からなる各セルは、互いに隣接するセルご
とに反対側の開口を封止し、該セル内に流入した前記排
気ガスがハニカム壁から成るフィルター部を貫通して隣
接する前記セル内に入り、反対側から流出するように形
成し、前記流入側のセル内に耐熱性繊維を充填し、前記
ハニカム壁及び耐熱性繊維に前記排気ガス中の粒子状物
質を燃焼させる酸化触媒を担持させたことを特徴とする
ディーゼル排気ガス処理装置。 【請求項２】 前記セラミックスがコーディエライトお
よび炭化ケイ素から選ばれた少なくとも１種であること
を特徴とする請求項１記載のディーゼル排気ガス処理装
置。 【請求項３】 前記耐熱性繊維が炭化ケイ素系、アルミ
ナ系、シリカ系、ジルコニア系、ムライト系、窒化ケイ
素系、鉄―クロムーアルミニウムを含む耐熱金属繊維で
あることを特徴とする請求項１記載のディーゼル排気ガ
ス処理装置。 【請求項４】 前記耐熱性繊維が、繊維径が５マイクロ
メートル以上で２０マイクロメートル以下である請求項
１または２記載のディーゼル排気ガス処理装置。 【請求項５】 前記酸化触媒が白金属と卑金属との酸化
物の混合物からなることを特徴とする請求項１記載のデ
ィーゼル排気ガス処理装置。 【請求項６】 前記白金属が白金、ロジウムおよびイリ
ジウムから選ばれた少なくとも１種であることを特徴と
する請求項４記載のディーゼル排気ガス処理装置。 【請求項７】 前記卑金属がマググネシウム、ストロン
チウム、カルシウム、バナジウム、およびセシウムから
選ばれた少なくとも１種であることを特徴とする請求項
４記載のディーゼル排気ガス処理装置。Claims: 1. An exhaust gas purifying filter for a diesel engine, wherein the filter comprises a honeycomb structure made of porous ceramics, and each cell comprising holes having both ends opened in the honeycomb structure is The openings on the opposite side are sealed for each cell adjacent to each other, and the exhaust gas flowing into the cell penetrates through the filter portion formed of the honeycomb wall, enters the adjacent cell, and flows out from the opposite side. A diesel exhaust, wherein heat-resistant fibers are filled in the cells on the inflow side, and an oxidation catalyst for burning particulate matter in the exhaust gas is carried on the honeycomb walls and the heat-resistant fibers. Gas treatment equipment. 2. The diesel exhaust gas treatment device according to claim 1, wherein the ceramic is at least one selected from cordierite and silicon carbide. 3. The heat-resistant fiber is a heat-resistant metal fiber containing silicon carbide, alumina, silica, zirconia, mullite, silicon nitride, and iron-chromium-aluminum. The diesel exhaust gas treatment device as described in the above. 4. The diesel exhaust gas treatment device according to claim 1, wherein the heat-resistant fiber has a fiber diameter of 5 μm or more and 20 μm or less. 5. The diesel exhaust gas treatment device according to claim 1, wherein the oxidation catalyst comprises a mixture of an oxide of a white metal and a base metal. 6. The diesel exhaust gas treatment device according to claim 4, wherein the white metal is at least one selected from platinum, rhodium, and iridium. 7. The diesel exhaust gas treatment apparatus according to claim 4, wherein the base metal is at least one selected from magnesium, strontium, calcium, vanadium, and cesium.
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- 2001-03-16 JP JP2001076001A patent/JP2002276339A/en active Pending
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