JP2003013725A - ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】目詰まりしない、再生の容易なディーゼルエン
ジンの排ガス粒子状物質除去装置を提供する。 【解決手段】ハニカムの穴に波状に成形した細い板等を
挿入、またはハニカムの穴の壁面に起伏を付けることに
より、ハニカム穴の内壁への粒子状物質の多数回の接触
と衝突を行わせて、壁面捕捉により粒子状物質を除去す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン排ガス中の粒子状物質除去装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ディーゼルエンジン排ガスの粒子
状物質除去装置（以降、ＤＰＦと記述する）は、特開平
８−２３２６３９にあるような多孔質セラミックハニカ
ムを利用するウオール・フロー・ハニカムや、特開平１
１−２８０４５１にあるようなセラミックス繊維構造体
等が開発されているが、これらは全て１μ程度の微細な
孔または隙間に排ガスを通し、粒子状物資をろ過して除
去する方式である。しかし、これらの方式は孔の目詰ま
りが早く、また、目詰まりした物質を加熱焼却してハニ
カムを再生しても、粒子状物質に含まれる灰分のために
再生が完全に行われず、ろ過材の寿命が非常に短い。さ
らに、除去装置が高価である欠点がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
問題に鑑みてなされたもので、目詰まりしない、再生の
容易な、長寿命のＤＰＦを提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の発明者は先に、
メタルハニカムを利用したＤＰＦを開発しており（特願
２０００-３５５６２３）、波付けしたメタルハニカム
壁面への排ガスの多数回の接触と衝突により、粒子状物
質の高い除去率が得られることを発見している。

【０００５】過去に、セラミックハニカムのハニカム状
の穴を通過させるだけのフロー・スルー型の装置で粒子
状物質の除去率が低かったのは、穴が直線的で、排ガス
のハニカム壁面への衝突がほとんど無かったためであ
り、また、壁面はなめらかで、粒子状物質が壁面に接触
しても、捕捉されなかったためである。

【０００６】一般に、セラミックハニカムの製造法は通
常の押し出し成形によるので、ハニカムの穴は直線的
で、本発明者が先に発明したメタルハニカムのようにハ
ニカムの穴の壁面に多数の波付けを作ることは行われて
いない。しかし、セラミックハニカムの穴内に、波付け
した細い金属板等の物体を挿入するか、または穴の表面
に多数の起伏を形成し、これにより流れを激しく攪拌す
れば、排ガスをハニカムの壁面に多数回衝突させること
は可能である。その結果、低い圧力損失でありながら、
粒子状物質の高い除去率が達成できる。

【０００７】また、ハニカムの再生は、挿入物体を適
度な電気抵抗の導電性材料で製作することにより電流を
流して発熱させるか、ハニカムを導電性材料で作製
し、ハニカム自体に電流を流して発熱させるか、ハニ
カムの外部より電気ヒータで加熱するか、またはバー
ナで高温の燃焼ガスを作りハニカムに送り込む等の方法
を単独または併用して、付着した粒子状物質を焼却する
ことにより行う。

【０００８】

【発明の実施の形態】請求項１の発明は、ハニカムの壁
面に粒子状物質を付着させて除去する発明で、ハニカム
の穴に排ガスの流れを攪拌する物体を挿入することによ
り除去率を向上させている。

【０００９】ハニカムの材料としては、炭化ケイ素やコ
ージライト等のセラミックス、ムライト、金属箔等があ
る。成形したハニカムの穴は１．０ｍｍ角〜１０ｍｍ角
の大きさで、長さが５０ｍｍ〜３００ｍｍである。この
穴の中に、金属またはセラミックスで作製し、波付け加
工した薄い板、螺旋状に巻いた細い棒、細い部分と太い
部分を交互に作った棒、繊維の束、または、大小のボー
ル等を挿入することにより、穴に入った排ガスの流れ
が、この挿入物体により、激しく攪拌され、ハニカム壁
面および挿入物体の表面への多数回の接触と衝突がなさ
れる。この時、排ガス中の粒子状物質は壁面に付着また
は吸着により捕捉される。

【００１０】ハニカム壁面は、粒子状物質の捕捉効果を
上げるために、できるだけ凹凸がある方が望ましく、ハ
ニカムをセラミックスやムライト等で作製する場合は、
ハニカム自体をきめの粗い粒子で作製したり、壁表面に
粗い粒子を付着させたり、表面処理を行って凹凸を作
る。また、粒子状物質が接触または衝突したときに、物
理的、化学的に付着や吸着し易い性質を壁面にもたせる
ために、表面処理をして活性化させるとか、ゼオライト
やアルミナ等の材料を表面にコーティングする。さら
に、電気的に付着しやすくするために、あらかじめ排ガ
スにコロナ放電を行うとか、荷電した網に排ガスを通す
等により、粒子状物質を荷電し、ハニカムまたは挿入物
体に反対の荷電を行うことにより、粒子状物質とハニカ
ム壁面間または粒子状物質と挿入物体間にクーロン力を
働かせて、捕捉を促進する。

【００１１】ハニカムを金属箔で作製する場合は、特願
２０００−３５５６２３のようにハニカムを構成してい
る金属箔自体を波付けして壁面に凹凸を作りハニカム穴
内の排ガスの流れを激しく攪拌できるが、ハニカムの穴
を直線的な穴に成形して、この穴に、波付け加工した細
い金属板等の物体を挿入することにより、排ガスの流れ
を激しく攪拌し粒子状物質の捕捉効果を上げることもで
きる。

【００１２】挿入物体の材料としては、カーボンを主成
分とする粒子状物質燃焼時の温度である１０００℃以上
の温度に耐えうる耐熱金属やセラミックス等を使用す
る。

【００１３】挿入物体に金属材料を使用する場合は、５
０μ程度の非常に薄い金属材料が使用でき、表面を酸化
処理等により凹凸を作ったり、ウオッシュコート処理等
によりウイスカーを生成して挿入物体への粒子状物質の
捕捉効果を上げうる。この金属材料の例として、触媒担
体用の耐熱鋼（Ｆｅ−２０Ｃｒ−５Ａｌ）がある。

【００１４】挿入物体に金属や導電性セラミックス等の
導電性物質を使用すると、このものに電流を流し、その
電気抵抗により発熱させることができる。ハニカム穴内
での発熱により、ハニカム壁面に捕捉された粒子状物質
および挿入物体に捕捉された粒子状物質を加熱して焼却
できる。

【００１５】ハニカムの穴の大きさは１．０ｍｍ角以上
あり、粒子状物質の大きさは１μ程度であるので、穴は
粒子状物質に比較して十分に大きく、粒子状物質がかな
り蓄積するまでは穴が詰まることはない。穴に粒子状物
質が蓄積してくると、ハニカムの圧力損失が上昇するの
で、圧力損失をモニターし一定以上に上昇したときに、
挿入物体に電流を流す等の方法で、粒子状物質を加熱し
て焼却する。

【００１６】粒子状物質を加熱焼却時、粒子状物質中の
炭素分と有機系炭化水素は燃焼して炭酸ガスと水に変わ
り、排ガスと共にハニカムより排出される。粒子状物質
中に４％程度含まれる灰分は燃焼しないが、粒子状物質
の燃焼時に排ガスと一緒に外部へ排出されるので、灰分
がハニカム内部に残留して穴が閉塞することはほとんど
無い。

【００１７】次に、請求項１の発明の実施の形態を図に
基づいて説明する。図５は従来のハニカムの斜視図であ
り、図１はハニカムの穴へ攪拌する物体を挿入した状態
のハニカムの斜視図である。図１では、波状に成形した
薄い金属板を穴に挿入している。穴の大きさは１．０ｍ
ｍ角〜１０ｍｍ角であり、金属板の幅および山の高さは
穴の大きさよりも少し小さく、穴にすっぽり入る大きさ
である。金属板の厚みは２０μ〜数ｍｍで、波付け状態
の金属板の長さはハニカムの長さとほぼ同じである。ハ
ニカムの穴全数に、金属板が挿入されている。排ガスは
ハニカムの一方向から各穴の金属板と穴の隙間に入り、
金属板の山と谷に衝突して曲がりくねり、ハニカム壁面
にも衝突しながら通り抜けて反対側に排出される。この
間に、排ガス中の粒子状物質は、ハニカム壁面および金
属板表面に捕捉される。

【００１８】図２は、図１のハニカムの穴１個の詳細を
示す穴内部の斜視断面図である。図３は、挿入物体の形
状例を示す。図３（ａ）は波状に成形した板、（ｂ）は
多数の円盤を付けた棒、（ｃ）は多数のボールを付けた
棒、（ｄ）は螺旋状に巻いた棒、（ｅ）は多数の羽根を
付けた平板、（ｆ）はスクリュウ状に成形した棒、
（ｇ）はねじれ繊維の束である。この他にも、排ガスの
流れを攪拌し、壁面への接触と衝突を多数回行わせる形
状は多種類あることはいうまでもない。

【００１９】粒子状物質の加熱焼却温度すなわちハニカ
ムの再生温度を下げるために、ハニカム内面および挿入
物体表面に白金触媒、五酸化バナジウムまたは金属酸化
物等の酸化促進触媒をコーティングすることもできる。

【００２０】ハニカムの再生手段は、上記のように挿入
物体に通電して加熱する、ハニカム自体に通電して加熱
する他に、ハニカムの外部より電気ヒータを使用して加
熱する、または、バーナを設置して、高温の燃焼ガスを
ハニカムに送り込む等による。

【００２１】挿入物体および／またはハニカム自体に通
電して加熱するとき、挿入物体をグループ分けし、各グ
ループ毎に、順次通電することにより、ハニカムの再生
電気量を平均化できる。また、特願２００１−２６８４
９のように、ハニカムの前に可動式シャッターを設け
て、部分的にハニカムへの排ガスの流入を停止した状態
で、その部分の加熱再生を行うことにより、再生電気量
を低減することもできる。

【００２２】請求項２の発明は、ハニカム自体の穴の内
面に起伏を形成して排ガスの流れを激しく攪拌し、ハニ
カム壁面に粒子状物質を多数回衝突させて除去率を向上
させる発明である。ハニカムの穴が非常に小さく攪拌物
体の挿入が困難である場合、または、ハニカム内での攪
拌物体の固定が困難である場合、または、挿入物体を入
れなくても除去率が十分に高い場合等に対して、ハニカ
ムの壁面のみで粒子状物質の捕捉効果を上げるものであ
る。

【００２３】起伏の形成は、ハニカム成形時に押し出
し速度を周期的変える、ハニカム成形時に周期的に捻
りや曲げを加える、ハニカム成形時に振動させながら
押し出す、ワックス粒等可燃物の粒子を練り込んで押
し出し成形した後にハニカムを焼成する、等によること
ができる。または、ハニカム成形後に固体を内面に接着
する等により形成することもできる。

【００２４】ハニカム内面に上記のように起伏を形成す
ることに加えて、請求項１と同様に、ハニカム自体をき
めの粗い粒子で作製したり、壁表面に粗い粒子を付着さ
せたりして粒子状物質を付着しやすくする。ここでいう
起伏とは比較的大きな突起を意味しており、粗い粒子よ
りも大きな山谷等である。また、粒子状物質が壁面に接
触または衝突したときに物理的、化学的に付着や吸着し
易い性質を壁面にもたせるために、表面処理をして活性
化させるとか、ゼオライトやアルミナ等の材料を表面に
コーティングする。さらに、電気的に付着しやすくする
ために、あらかじめ排ガスにコロナ放電を行うとか、荷
電した網に排ガスを通す等により、粒子状物質を荷電
し、ハニカムまたは挿入物体に反対の荷電を行うことに
より、粒子状物質とハニカム壁面間または粒子状物質と
挿入物体間にクーロン力を働かせて、捕捉を促進する。

【００２５】請求項２の発明の実施の形態を図に基づい
て説明する。図４はハニカム壁の凹凸形状例である。

【００２６】請求項３の発明は、ハニカム壁面または挿
入物体に付着した粒子状物質が、一定以上蓄積してくる
と、一部に脱離現象が見られるので、脱離粒子を捕捉す
るための装置を設置する発明である。捕捉装置として
は、サイクロン、衝突板式集塵器等の慣性・遠心式集塵
器、目の粗い網、セラミックス繊維、目の粗いセラミッ
クス、目の粗い燒結金属等のフィルターが使用できる。
脱離粒子は粒子状物質が集合した数μ〜数十μ以上大き
な粒子で粒子数も少なく、人体に有害な粒子径１μ未満
のものが少ないので、あまり問題にならないが、大気へ
排出前に上記の捕捉装置により捕捉することができる。

【００２７】サイクロンや衝突板式集塵器は、下部に電
気ヒータ付きの粒子状物質貯留容器を付けることがで
き、回収した粒子状物質は回収と同時に焼却できる。そ
の他の捕捉装置により回収した粒子状物質は、ハニカム
再生時に作られる高温の排ガスまたは燃焼ガスで加熱焼
却するか、個別の電気ヒータにより加熱し焼却する。

【００２８】請求項４の発明は、ハニカム壁面または挿
入物体表面での粒子状物質の捕捉効果を上げるためのも
ので、ＤＰＦの上流の排ガス管中に液体を注入する発明
である。少量の液体を噴霧して注入すると、この噴霧さ
れたミストがハニカム壁面および挿入物体表面に付着
し、粒子状物質がハニカム壁面または挿入物体壁面に接
触したときの捕捉を確実にし、脱離を防止する効果があ
る。ミストの大きさは数十μ以上で、粒子状物質よりは
簡単に衝突捕捉することができ、ミストが付着したハニ
カム壁面または挿入物体表面は、粒子状物質が接触する
と非常に付着し易くなり、いったん付着すると脱離しな
い。液体の種類としては、排ガスの温度１００℃〜３０
０℃において液体状で、ハニカムの再生温度である５０
０℃以上で燃焼するものが適しており、潤滑油等の有機
高分子化合物が使用できる。

【００２９】液体の注入量はハニカムの表面に薄く付着
する程度の適量が良く、連続注入または間欠注入でも良
い。ミストの大きさは、あまり小さいと、ハニカムを通
過して排ガスと共に通り抜けてしまうので、数十μ〜数
百μの大きさにする。

【００３０】ミストはハニカム壁面や挿入物体表面での
粒子状物質の捕集を確実にするだけでなく、排ガス管中
においても、粒子状物質とミストの接触により粒子状物
質がミストに付着して捕捉される効果、および、ミスト
が粒子状物質の凝集を助けてハニカムでの除去効果を向
上させる効果もある。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、圧力損失が非常に小さ
く、目詰まりしない、再生の容易な、長寿命のＤＰＦを
製作することができ、ハニカム穴への挿入物体またはハ
ニカム穴に起伏を付けることにより、粒子状物質の高い
除去率が達成できる。

【００３２】

【図面の簡単な説明】

【図１】ハニカムの穴へ攪拌する物体を挿入した状態の
ハニカムの斜視断面図

【図２】ハニカムの穴１個の詳細を示す穴内部の斜視断
面図

【図３】挿入物体の形状例

【図４】ハニカム壁面の凹凸形状例

【図５】従来のハニカムの斜視図

【００３３】

【符号の説明】

１．ハニカム ２．挿入物体 ３．ハニカムの壁 ４．ハニカムの穴

───────────────────────────────────────────────────── 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 46/42 46/42 Ｂ Ｆターム(参考） 3G090 AA01 AA02 AA03 AA04 AA06 BA02 BA04 EA01 4D019 AA01 BA02 BA05 BB06 BB09 BC07 BC12 CA01 CB04 4D058 JA32 JB03 JB06 MA31 MA44 SA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ハニカム状に成形した無機材料のハニカム
   の穴に排ガスを通過させて、排ガス中の粒子状物質をハ
   ニカム壁面に付着させて除去する粒子状物質除去装置に
   おいて、該ハニカムの穴に該排ガスの流れを攪拌する物
   体を挿入する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。
2. 【請求項２】上記ハニカムの穴に起伏を形成することを
   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。
3. 【請求項３】上記ハニカムの下流の排ガス配管に、ハニ
   カムからの脱離粒子を捕捉する装置を設けることを特徴
   とする請求項１、請求項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。
4. 【請求項４】上記ハニカムの上流の排ガス配管に、液体
   の注入手段を設けることを特徴とする請求項１、請求項
   ２、請求項３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。