JP2005307944A - 微粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 フィルター体と排気ガスとの接触頻度を高めるとともに、触媒反応の効果的な活用によって、高い微粒子燃焼除去能力を確保した微粒子除去装置を提供する。
【解決手段】 ディーゼルエンジンの排気系に接続された密閉状の容器１内に、フィルター体５を収納し、排気ガスＧを上記フィルター体５に流通させることで、該フィルター体５において該排気ガスＧに含まれている微粒子を捕集して燃焼除去する微粒子除去装置において、フィルター体５を、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍ〜数百μｍ径の多数の微細流路を有するとともに、その略全域に触媒を担持した構成とする。係る構成で、フィルター体５内の流路が複雑多数の微細流路とされ、排気ガスＧとの接触面積が大きく、且つ、排気ガスＧのフィルター体５内での滞留も長く、炭素微粒子の捕集作用が効率良く行なわれるとともに、触媒の燃焼促進作用によって炭素微粒子の燃焼が効率良く行なわれる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれている炭素微粒子を捕集し且つこれを燃焼させて除去する微粒子除去装置に関するものである。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中に含まれている炭素微粒子は、吸着性に優れるという炭素そのものの性状が災いし、空気中に浮遊している発ガン物質等の有害物質が炭素微粒子を吸着して人体内に侵入し、呼吸器系等の疾病の原因の一つになることが指摘されており、国民の健康維持の観点から、法的な排出規制が行なわれている。このような事情に鑑み、既に種々構造の除去装置が提案されており、それなりの効果が認められている。

このように炭素微粒子を捕集して燃焼除去する方式の微粒子除去装置としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。この公知の微粒子除去装置は、容器内に、金属フィルターと触媒担持球状フィルターをガス流通方向に交互に配置して構成される。

そして、上記金属フィルターは、波板状の金属薄板に有面とげ付の貫通穴を多数形成した一方の金属板と、平板状の金属薄板に有面とげ付の貫通穴を多数形成した他方の金属板を重ね合わせ、これを上記一方の金属板の波方向に巻き上げて形成されたロール状形態をもち、これら各板の層間に、上記波形で構成され且つその一方の端面から他方の端面に向けて直状に延びる多数の通気路が形成されている。

一方、上記触媒担持球状フィルターは、アルミナ等からなる微小球体の表面に触媒を担持し、この多数の球体を、対向配置される一対の金網等の支持材で挟着支持して構成されている。

このように構成された金属フィルターと触媒担持球状フィルターをガス流通方向に交互に配置し、ディーゼルエンジンからの高温の排気ガスをその最上流側に位置する触媒担持球状フィルター側から順次、金属フィルター、さらに触媒担持球状フィルターへと流通させ、上記触媒担持球状フィルターにおいてはその触媒反応を利用して側排気ガス中の炭素微粒子を着火燃焼させるとともに、その下流側に位置する金属フィルターにおいては、前段の触媒反応熱で温度上昇した排気ガス中の未燃炭素微粒子を捕集し、これを燃焼除去させ、これによってガス出口から排出される排気ガスの炭素微粒子濃度を低減させてその浄化を図るようになっている。

特開２００３―２１４１４２号公報（段落「００２０」〜「００３３」、図１、図４及び図５）。

ところが、上掲公知の微粒子除去装置においては、以下に述べるように、炭素微粒子の除去効率という点で改善の余地があった。即ち、上記金属フィルターは、波板の波形に沿って直状に延びる通気路が形成されているので、例え上記有面とげ付の貫通穴が設けられているとしても、排気ガスはこの貫通穴を通るよりも、流通抵抗の少ない上記通気路側を主として流れ、その結果、該金属フィルター側における炭素微粒子の燃焼除去効率が低くなる。さらに、上記触媒担持球状フィルター側においては、一対の金網に挟まれて保持されている多数の触媒担持球体が振動によって下側に偏って存在し、その上下両部位間で排気ガスの流通抵抗に差が生じ、排気ガスの流れが流通抵抗の小さい上部側に偏流し、触媒担持球体と排気ガスとの接触頻度が低下し、その結果、該触媒担持球状フィルター側における炭素微粒子の燃焼除去効率が低くなる。
これらの相乗作用として、微粒子除去装置全体としての炭素微粒子の燃焼除去効率が低劣となり、十分な除去能力が得られないものである。

そこで、本願発明は、フィルター体と排気ガスとの接触頻度を高めるとともに、触媒反応の効果的な活用によって、高い微粒子燃焼除去能力を確保した微粒子除去装置を提供することを目的としてなされたものである。

本願発明では上記課題を解決するために以下のような構成を採用している。

本願の第１の発明では、ディーゼルエンジンの排気系に接続されたガス入口２と大気開放されるガス出口３とが設けられた密閉状の容器１内に、フィルター体５を収納し、ディーゼルエンジンからの排気ガスＧを上記ガス入口２から導入し上記フィルター体５を通して上記ガス出口３から排出させる間に上記フィルター体５において該排気ガスＧに含まれている微粒子を捕集して燃焼除去する微粒子除去装置において、上記フィルター体５を、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍ〜数百μｍ径の多数の微細流路を有するとともに、その略全域に触媒が担持されて成る構成としたことを特徴としている。

本願の第２の発明では、上記第１の発明に係る微粒子除去装置において、上記フィルター体５を、多数の微細な微細孔２３を備えた金属薄板２２と、多数のディンプル２１ａ、２１ｂを備えた薄い金網２１を重ねてロール状に巻回成形するとともに、これら金属薄板２２と金網２１に触媒を担持させて構成したことを特徴としている。

本願の第３の発明では、上記第２の発明に係る微粒子除去装置において、上記金属薄板２２の上記微細孔２３部分に、該微細孔２３のガス流通方向上流側の縁部に位置し該流通方向において該微細孔２３に重合するように立ち上がる邪魔板２４を設けたことを特徴としている。

本願の第４の発明では、上記第１、第２又は第３の発明に係る微粒子除去装置において、上記触媒が、酸化アルミニウムに白金を担持したものであることを特徴としている。

本願の第５の発明では、上記第１、第２又は第３の発明に係る微粒子除去装置において、上記触媒が、二酸化ケイ素に、ニッケル、酸化セリウム、及び白金を担持したものであることを特徴としている。

本願の第６の発明では、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明に係る微粒子除去装置において、上記フィルター体５を、上記収納室４内において上記被処理ガスＧの流通方向に多段に配置するとともに、該フィルター体５の段間に、該フィルター体５のガス流通方向端面の略全域に臨むようにして空間１５を設けたことを特徴としている。

本願の第７の発明では、上記第６の発明に係る微粒子除去装置において、上記空間１５よりもガス流通方向上流側における上記フィルター体５の段数が、下流側における段数よりも多くなるように段数設定をしたことを特徴としている。

本願の第８の発明では、上記第６の発明に係る微粒子除去装置において、上記空間１５を上記排気ガスＧの流通方向に多段に設けるとともに、該各空間１５においては上記排気ガスＧの流通方向上流側に位置するものほど下流側に位置するものよりも大きな容積をもつように容積設定をしたことを特徴としている。

本願の第９の発明では、上記第６の発明に係る微粒子除去装置において、上記空間１５内に、上記排気ガスＧの流通方向上流側から下流側に向けて次第に縮径変化するテーパ筒１２を配置したことを特徴としている。

本願の第１０の発明では、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明に係る微粒子除去装置において、上記フィルター体５を上記排気ガスＧの流通方向に接触状態で多段に配置したことを特徴としている。

本願の第１１の発明では、上記第１、第２、第３、第４又は第５の発明に係る微粒子除去装置において、上記フィルター体５を上記排気ガスＧの流通方向に小空間１８を介して多段に配置したことを特徴としている。

本願の第１２の発明では、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６、第７、第８、第９、第１０又は第１１の発明に係る微粒子除去装置において、上記フィルター体５の上記排気ガスＧの流通方向上流側部位に、多数の通孔８が形成された散気板７を、該フィルター体５の前面に対向して配置したことを特徴としている。

（ａ）本願の第１の発明に係る微粒子除去装置では、ディーゼルエンジンの排気系に接続されたガス入口２と大気開放されるガス出口３とが設けられた密閉状の容器１内に、フィルター体５を収納し、ディーゼルエンジンからの排気ガスＧを上記ガス入口２から導入し上記フィルター体５を通して上記ガス出口３から排出させる間に上記フィルター体５において該排気ガスＧに含まれている微粒子を捕集して燃焼除去する微粒子除去装置において、上記フィルター体５を、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍ〜数百μｍ径の多数の微細流路を有するとともに、その略全域に触媒が担持されて成る構成としている。

従って、この発明の微粒子除去装置によれば、上記排気ガスＧが上記フィルター体５内を流れる場合、該フィルター体５内の流路が三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍから数百μｍ径の多数の微細流路とされているので、該排気ガスＧとの接触面積が極めて大きく、且つ、該流路が三次元的に交差、合流もしくは分岐することから上記排気ガスＧの上記フィルター体５内での滞留時間も長いことから、上記排気ガスＧ中の炭素の微粒子の捕集作用が極めて効率良く行なわれるとともに、捕集された微粒子が触媒の燃焼促進作用によって効率良く燃焼除去され、これらの相乗的効果により、排気ガスＧの微粒子除去による高水準の清浄化が実現されるものである。

また上記フィルター体５内の流路が三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍから数百μｍ径の多数の微細流路とされ、排気ガスＧとの接触面積が極めて大きいことから、例えば、比較的単純な二次元的な流路で同様の接触面積を確保する場合に比して、微粒子除去装置の小型軽量化及び低コスト化が格段に促進され、その実用性が極めて高いものとなる。

（ｂ）本願の第２の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記フィルター体５を、多数の微細な微細孔２３を備えた金属薄板２２と、多数のディンプル２１ａ、２１ｂを備えた薄い金網２１を重ねてロール状に巻回成形するとともに、これら金属薄板２２と金網２１に触媒を担持させて構成しているので、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍから数百μｍ径の多数の微細流路を有する上記フィルター体５を簡単に製作でき、その量産化が可能となる。

（ｃ）本願の第３の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ｂ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記金属薄板２２の上記微細孔２３部分に、該微細孔２３のガス流通方向上流側の縁部に位置し該流通方向において該微細孔２３に重合するように立ち上がる邪魔板２４を設けているので、上記微細孔２３に向かって上記金属薄板２２の面に沿って上記微細孔２３側に向かって流れる排気ガスＧは、上記邪魔板２４に衝突しこれを迂回してさらに上記金属薄板２２の面に沿って、あるいは上記微細孔２３内に流入して該金属薄板２２の反対面側に流れるが、この場合、上記邪魔板２４への衝突によって、その流れが阻害され該部位での滞留時間が長くなり微粒子の捕集作用が促進されること、渦の発生によって流れが乱され乱流状態となりミキシング作用が促進されることによって微粒子と触媒との接触頻度が高められること、等の相乗作用によって、上記排気ガスＧ中の微粒子の捕集及び燃焼除去が促進され、より高い排気ガス浄化能力が確保される。

（ｄ）本願の第４の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）又は（ｃ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記触媒が、酸化アルミニウムに白金を担持したものであることから、これら触媒が、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍから数百μｍ径の多数の微細流路を有する上記フィルター体５に担持されることで、例えば、通常のセラミック、活性炭等粒状担体やハニカム担体に比べて、空間速度（ＳＶ）が大きくなるため、触媒反応量が多くなって単位時間当たりの処理量が飛躍的に増大し、微粒子の燃焼除去による排気ガスＧの清浄化の更なる促進が期待できる。

（ｅ）本願の第５の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）又は（ｃ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記触媒が、二酸化ケイ素に、ニッケル、酸化セリウム、及び白金を担持したものであることから、これら触媒が、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍから数百μｍ径の多数の微細流路を有する上記フィルター体５に担持されることで、例えば、通常のセラミック、活性炭等粒状担体やハニカム担体に比べて、空間速度（ＳＶ）が大きくなるため、触媒反応量が多くなって単位時間当たりの処理量が飛躍的に増大し、微粒子の燃焼除去による排気ガスＧの清浄化の更なる促進が期待できる。

（ｆ）本願の第６の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）又は（ｅ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記フィルター体５を、上記収納室４内において上記被処理ガスＧの流通方向に多段に配置するとともに、該フィルター体５の段間に、該フィルター体５のガス流通方向端面の略全域に臨むようにして空間１５を設けているので、上記排気ガスＧが上記ガス入口２から流入して、上記フィルター体５を通過して上記ガス出口３側から排出される場合、該フィルター体５において上記排気ガスＧに含まれた微粒子の捕集及び燃焼除去作用が行なわれ、該排気ガスＧの清浄化が図られる。
この場合、上記排気ガスＧの上記フィルター体５における流量は、該フィルター体５の中心側ほど多くなる傾向があるため、例えば、上流側のフィルター体５を通過して上記空間１５に流入した排気ガスＧの微粒子濃度は、該フィルター体５の通過部位が中心側であるのか、周辺側であるのか、によってバラツキが生じているが、これが上記空間１５に流入してミキシング作用を受けることで微粒子濃度の均等化が図られる。
一方、上流側のフィルター体５を通過した排気ガスＧは、該フィルター体５内の流路が三次元的な複雑な流路であることから乱流状態となっており、従って、これがそのまま下流側のフィルター体５の流路に流入すると流通抵抗になるが、上流側のフィルター体５を通過した後、大きな容積をもつ上記空間１５に流入することで整流作用を受け、下流側のフィルター体５の流路にスムーズに流入する。

これらの相乗作用によって、排気ガスＧ中の微粒子除去効率が高められ、それだけ高い微粒子除去能力をもつ微粒子除去装置を得ることができることになる。

（ｇ）本願の第７の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ｆ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記空間１５よりもガス流通方向上流側における上記フィルター体５の段数が、下流側における段数よりも多くなるように段数設定をしているので、例えば、排気ガスＧ中の微粒子濃度が高くても排気ガスＧの流量が少ないような場合に好適な構造である。即ち、上流側の上記フィルター体５は、下流側のフィルター体５に比して、流通する排気ガスＧの温度が高く触媒の活性度も高いことから微粒子除去能力が高い。このため、排気ガスＧ中の微粒子濃度が高くても排気ガスＧの流量が少ないような場合において、上流側における上記フィルター体５の段数を、下流側における段数よりも多くすること、換言すれば、下流側におけるフィルター体５の段数を少なくすることで、所要の微粒子除去能力の確保とフィルター体５の配置数の低減による低コスト化の両立が可能となるものである。

（ｈ）本願の第８の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ｆ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記空間１５を上記排気ガスＧの流通方向に多段に設けるとともに、該各空間１５においては上記排気ガスＧの流通方向上流側に位置するものほど下流側に位置するものよりも大きな容積をもつように容積設定をしているので、上流側に位置するフィルター体５、即ち、流通する排気ガスＧの温度が高く触媒の活性度も高いことから微粒子除去能力が高いフィルター体５に対する上記空間１５の効用（即ち、排気ガスＧのミキシング作用と整流化作用）を高めることで、微粒子除去能力の確保と装置のコンパクト化の両立が可能となる。

（ｉ）本願の第９の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ｆ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記空間１５内に、上記排気ガスＧの流通方向上流側から下流側に向けて次第に縮径変化するテーパ筒１２を配置しているので、上記空間１５の効用、即ち、排気ガスＧのミキシング作用と整流化作用に加えて、上記テーパ筒１２による排気ガスＧの上記フィルター体５の中心側への収集作用と収集後の散気作用とによるミキシング作用が働き、下流側のフィルター体５における微粒子除去作用が高められ、延いては微粒子除去装置全体としての微粒子除去能力が向上することになる。

（ｊ）本願の第１０の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）又は（ｅ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記フィルター体５を上記排気ガスＧの流通方向に接触状態で多段に配置しているので、排気ガスＧと上記フィルター体５における触媒との接触時間を長くとることができ、特に排気ガスＧ中の微粒子濃度が低い場合に好適な構造である。

（ｋ）本願の第１１の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）又は（ｅ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記フィルター体５を上記排気ガスＧの流通方向に小空間１８を介して多段に配置しているので、排気ガスＧと上記フィルター体５における触媒との接触時間を長くとって高い触媒反応作用を確保することと、上記延出部１８における排気ガスＧのミキシング作用と整流化作用を確保することの両立が可能であって、特に排気ガスＧ中の微粒子濃度がさほど高く無い場合に好適な構造である。

（ｌ）本願の第１２の発明に係る微粒子除去装置によれば、上記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）、（ｉ）、（ｊ）又は（ｋ）に記載の効果に加えて次のような特有の効果が得られる。即ち、この発明では、上記フィルター体５の上記排気ガスＧの流通方向上流側部位に、多数の通孔８が形成された散気板７を、該フィルター体５の前面に対向して配置しているので、排気ガスＧが上記散気板７の各通孔８を通って、及び該散気板７の周辺を迂回してその下流側のフィルター体５に流入することで、上記排気ガスＧの流量分布、即ち、上記フィルター体５の中心側ほど流量が多く、周辺側ほど流量が少なくなるような流量分布が可及的に解消され、微粒子濃度の均等化によって、高い微粒子除去能力が確保される。

以下、本願発明を好適な実施形態に基づいて具体的に説明する。
「第１の実施形態」
図１には、本願発明の第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ１を示している。この微粒子除去装置Ｚ１は、ディーゼルエンジンの排気系に配設されて、該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスＧ中の炭素微粒子を捕集し且つ燃焼除去して該排気ガスＧの清浄化を図るためのものであって、次述する容器１内にフィルター体５を収容して構成される。

上記容器１は筒状の密閉容器であって、所定径をもち且つその内部を収納室４としつ胴部１ａと、該胴部１ａの一端側に位置するテーパ状の上流側鏡部１ｂと他端側に位置するテーパ状の下流側鏡部１ｃを備えるとともに、上流側鏡部１ｂにはガス入口２が、下流側鏡部１ｃにはガス出口３がそれぞれ設けられている。そして、上記胴部１ａの内部は収納室４とされるとともに、上記上流側鏡部１ｂの内部は上記ガス入口２に連通する散気空間１６、上記下流側鏡部１ｃの内部は上記ガス出口３に連通する集気空間１７とされている。さらに、上記ガス入口２は上流側排気管（図示省略）を介してディーゼルエンジンの排気マニホールド側に接続されている。また、上記ガス出口３は、そのまま直接に、または下流側排気管（図示省略）を介して、大気開放されている。

上記フィルター体５は、図２に示すように、厚肉の円板状形態をもつものであって、図１１及び図１２に示すように、次述の金網２１と金属薄板２２で構成されている。

即ち、上記金網２１は、ステンレス鋼線等よりなる縦線材２５と横線材２６とが一定の間隔を保ち且つ一本づつ相互に交差してなり、メッシュ（２５．４ｍｍ平方に含まれる網の目数）は１０〜１００である。そして、この金網２１には、ディンプル加工が施され、一方の面からみて、円形凸状に隆起した凸状ディンプル２１ａと、円形凹状に陥没した凹状ディンプル２１ｂが、交互に隣接状態で連続形成された凹凸面構造とされている。尚、この金網２１には、その全域に触媒が担持される。

上記金属薄板２２は、板厚１０〜５００μｍ（好ましくは、５０μｍ程度）のステンレス箔で構成されるものであって、ここには多数の微細孔（角孔）２３が所定の配置パターン（後述する）で形成されているとともに、該微細孔２３の一の縁部（具体的には、排気ガスＧの流通方向上流側の縁部）には上記微細孔２３の打ち抜き時に切り起こされてなる角型の邪魔板２４が設けられている。尚、この金属薄板２２における開孔率は３０〜７０％、上記微細孔２３の孔径は３０〜５００μｍである。また、この金属薄板２２には、その全域に触媒が担持される。

ここで、上記金属薄板２２における上記微細孔２３の配置パターンを幾つか説明する。

図１３及び図１４は、第１の配置パターンを示している。この配置パターンでは、上記微細孔２３が、その開口縁を排気ガスＧの流れ方向に合致させ、且つ直交する縦横方向に所定のピッチで配置されている。また、上記微細孔２３の排気ガス上流側の縁部に切り起こされた上記邪魔板２４は、基板に対して略直交方向に立ち上がっている。この邪魔板２４は、上記金属薄板２２に沿って流れる排気ガスＧに対してその流れを邪魔して乱すことで、該排気ガスＧの滞留時間の長大化とミキシング促進を図るものであり、この例のものでは、図１２及び図１４に示すように、上流側から上記微細孔２３側へ向かって流れてくる排気ガスＧは、上記邪魔板２４に衝突することで乱流化され、渦を発生させながら上記邪魔板２４の上縁及び両側縁をそれぞれ迂回して、その一部は上記微細孔２３に流入して他面側へ流れ、他の一部はそのまま上記金属薄板２２の面に沿って下流側の微細孔２３に向かって流れる。そして、上記排気ガスＧの滞留時間の長大化とミキシング促進によって、該排気ガスＧ中の炭素微粒子に対する触媒反応作用、即ち、燃焼除去作用が高められるものである。

図１５及び図１６は、第２の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第１の配置パターンと同様に、上記微細孔２３が直交する縦横方向に所定のピッチで配置されており、これと異なる点は、図１６に示すように、上記邪魔板２４が基板に対して直交方向に立ち上がるのではなく、上流側へ角度θをもって後傾状態に立ち上がっている点である。このように、上記邪魔板２４が上流側へ後傾状態に立ち上がることで、該邪魔板２４の上縁による前縁効果が高められ、排気ガスＧに対するミキシング作用がさらに促進されるものである。これ以外の作用効果は上記第１の配置パターンの場合と同様である。

図１７は、第３の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第１の配置パターンにおいては多数の上記微細孔２３が直交する縦横方向に所定のピッチで配置されていたのに対して、該各微細孔２３を排気ガス上流側からみて千鳥状に配置したものである。係る配置パターンでは、排気ガスＧの流れ方向において上記邪魔板２４が存在しない部位がなく、それだけ上記邪魔板２４による排気ガスＧの滞留時間の長大化とミキシング促進効果が高められるものである。

図１８は、第４の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第１の配置パターンにおいては多数の上記微細孔２３が直交する縦横方向に所定のピッチで配置されていたのに対して、排気ガスＧの流れ方向の配置線を、流れ方向に対して角度αだけ傾けたものであって、上記第３の配置パターンに準じた作用効果が期待できるものである。

図１９は、第５の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第１の配置パターンにおいては多数の上記微細孔２３が、その開口縁を排気ガスＧの流れ方向に合致させて形成されていたのに対して、上記邪魔板２４が排気ガスＧの流れ方向に直交する方向に対して所定角度βをもって傾斜するようにして形成したものである。係る配置パターンによれば、排気ガスＧが上記邪魔板２４に衝突することで、流れ方向に直交する方向の速度成分をもつことから、該邪魔板２４によるミキシング作用がさらに促進されるものである。

図２０は、第６の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第４の配置パターンと第５の配置パターンの組み合わせに係るものであって、排気ガスＧの流れ方向の配置線を、流れ方向に対して角度αだけ傾けるとともに、上記邪魔板２４が排気ガスＧの流れ方向に直交する方向に対して所定角度βをもって傾斜するようにして形成したものである。従って、上記第４の配置パターンと第５の配置パターンの効果を併有したものとなる。

図２１は、第７の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第３の配置パターンと第５の配置パターンの組み合わせに係るものであって、微細孔２３を排気ガス上流側からみて千鳥状に配置するとともに、上記邪魔板２４が排気ガスＧの流れ方向に直交する方向に対して所定角度βをもって傾斜するようにして形成したものである。従って、上記第３の配置パターンと第５の配置パターンの効果を併有したものとなる。

図２２は、第８の配置パターンを示している。この配置パターンは、上記第１の配置パターンにおいて、上記邪魔板２４が排気ガスＧの流れ方向に直交する方向に対して所定角度βをもって傾斜するように、該金属薄板２２全体を傾斜させたものである。従って、上記第１の配置パターンにおける作用効果に加えて、上記邪魔板２４を傾けて排気ガスＧにその流れ方向に直交する方向の速度成分をもたせたことによる作用効果を併有するものである。

さらに、ここで上記金網２１及び金属薄板２２に担持される触媒について説明する。上記金網２１及び金属薄板２２に担持される触媒としては、酸化アルミニウム、二酸化ケイ素、チタニア（酸化チタン）又は酸化アルミニウムに白金を担持したものとか、二酸化ケイ素にニッケル、酸化セリウム、又は白金を担持したもの等が用いられ、約１０〜１００μｍ厚にウォッシュコート、電着等でコーティングされる。特に、酸化アルミニウムに白金を担持した触媒や二酸化ケイ素にニッケル、酸化セリウム、及び白金を担持した触媒は、活性が高く、且つ約２００℃の低温下で反応が可能であり、ディーゼルエンジンの排気ガスＧ中の炭素微粒子の燃焼反応促進用として好適である。

再び、図１０及び図１１に戻って、上記フィルター体５は、上記の如く構成された金網２１と金属薄板２２を重ねあわせ、これをロール状に巻回して構成される。このフィルター体５においては、図１２に示すように、上記金網２１を厚さ方向に挟んで対向する一対の金属薄板２２，２２間に、該フィルター体５の一端側から他端側に連続する流路が多数形成されている。この場合、上記流路は、上記金網２１の網目と上記金属薄板２２に形成された上記微細孔２３及び隣接する上記金網２１と金属薄板２２の隙間等で構成され、しかも上記金網２１の網目と上記金属薄板２２の微細孔２３が微細であることから、該流路は三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍ〜数百μｍ径の複雑な微細流路とされる。

そして、この実施形態の微粒子除去装置Ｚ１においては、図１及び図２に示すように、上記の如き構成をもつ上記フィルター体５を、上記容器１の上記胴部１ａ部分に、前後両段に分けて２個ずつ、合計４個収納している
上記上流側のフィルター体５の前端面には位置保持具６を配置して、該前端面と上記ガス入口２との間に散気空間１６を確保している。この位置保持具６は、二本のビームをクロス配置して構成されるものであって、その中心部には、多数の通孔８を備えた散気板７が取り付けられている。この場合、上記位置保持具６を上記容器１内に取り付けた状態において、上記散気板７の周縁と上記容器１に内面との間に、所定大きさの環状空間が形成されるように、該散気板７の大きさが設定されている。

上記下流側のフィルター体５の後端面には位置保持具１０を配置して、該後端面と上記ガス出口３との間に集気空間１７を確保している。

一方、上流側のフィルター体５の後端面と下流側のフィルター体５の前端面の間には、矩形枠状の一対のビームをクロス配置して構成された位置保持具９が取り付けられ、該位置保持具９によって上流側のフィルター体５の後端面と下流側のフィルター体５の前端面の間に大きな容積をもつ空間１５が確保されている。

このように構成された上記微粒子除去装置Ｚ１は、以下のように機能する。

上記微粒子除去装置Ｚ１は、上述のように、ディーゼルエンジンの排気系に配設されて、該ディーゼルエンジンから排出される排気ガスＧ中の炭素微粒子を捕集し且つ燃焼除去して該排気ガスＧの清浄化を図るものである。

即ち、ディーゼルエンジンからの排気ガスＧは、上記ガス入口２から上記散気空間１６内に導入される。そして、この散気空間１６に導入された排気ガスＧは、該散気空間１６の奥部に配置された上記散気板７に衝突して散気され、その一部は上記散気板７に設けられた上記各通孔８，８、・・を通って、他の一部は上記散気板７の外周縁を迂回してその外側から、それぞれ上流側のフィルター体５に流入する。このように、上記散気板７によって排気ガスＧが散気されることで、上記ガス入口２から上記散気空間１６に導入される排気ガスＧは、上流側の上記フィルター体５に対して、その端面の面方向全域から可及的に均等に流入する。このため、上記フィルター体５においては、排気ガスＧ中の炭素微粒子の捕集及びその燃焼除去が該フィルター体５の全域において効果的に行なわれる。

即ち、図１２に示すように、上記フィルター体５の各流路に流入した排気ガスＧは、上記金属薄板２２の上記微細孔２３とか上記金網２１の微細な網目を通って複雑な流れをもって流れ、その間に、上記排気ガスＧに含まれた炭素微粒子が上記金属薄板２２側、あるいは上記金網２１側において捕集される。この場合、排気ガスＧが高温であることから、その熱を受けて上記金網２１及び金属薄板２２も高温となり、これらに担持された触媒は十分に活性化されている。従って、捕集される炭素微粒子は、上記金網２１あるいは金属薄板２２との接触によって、及びこれらに担持された触媒の燃焼促進作用によって、効率的に燃焼除去される。

この場合、図１２に示すように、排気ガスＧは、上記金属薄板２２の邪魔板２４との衝突によってその流通が阻害され該部位での滞留時間が長くなることから炭素微粒子の捕集作用と炭素微粒子が触媒に接触する時間が長くなり、さらに、排気ガスＧの流れが乱されることからそのミキシング作用が促進され炭素微粒子が触媒に接触する頻度が高められ、これらの相乗効果によって、上記炭素微粒子の燃焼除去作用がより一層促進されることになる。

この上流側のフィルター体５を通過した排気ガスＧは、下流側のフィルター体５に流入する前に、上記空間１５に流入し、ここでミキシング作用と整流作用を受ける。このミキシング作用によって、上記フィルター体５における流通部位が異なることによる未燃の炭素微粒子の濃度のバラツキ（不均等）が改善されその均等化が図られるとともに、整流作用によって流れが乱れの少ない整流状態とされる。従って、このように未燃炭素微粒子の濃度が均等化された排気ガスＧが整流状態で下流側のフィルター体５に流入することで、該下流側のフィルター体５においても上流側のフィルター体５と同様に炭素微粒子の燃焼除去が効率的に行なわれる。

この結果、上記下流側のフィルター体５から上記集気空間１７該に流入し、上記ガス出口３から排出される排気ガスＧは、炭素微粒子の濃度が可及的に低減された清浄なガスとなり、これが大気に放出されても環境汚染等の問題を引き起こすことが防止される。

尚、この実施形態の微粒子除去装置Ｚ１は、上記フィルター体５を前後両段にそれぞれ２個づつ配置し、これら前後２段のフィルター体５によって炭素微粒子の捕集及び燃焼除去を行なうものであることから、炭素微粒子の燃焼除去能力が高く、従って、炭素微粒子の温度が高く、且つ排気ガスＧの流量が比較的多い排気特性をもつディーゼルエンジンに適用するに好適なものといえる。
「第２の実施形態」
図３及び図４には、本願発明の第２の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ２を示している。この微粒子除去装置Ｚ２は、上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様の基本構成をもつものであって、これと異なる点は、上流側のフィルター体５と下流側のフィルター体５との間に確保された上記空間１５内に、上流側のフィルター体５の後端面に当接配置された位置保持具１１と、下流側のフィルター体５の前端面に当接配置された上記位置保持具６を配置するとともに、これら各位置保持具１１と位置保持具６の間に、先端側に向かって次第に縮径変化するテーパ筒１２を配置した点である。尚、上記位置保持具６は、上記第１の実施形態におけるものと同一構成であって、上記散気板７を備えている。また、上記位置保持具１１は、直状の二本のビームをクロス配置して構成される。

このように構成された上記微粒子除去装置Ｚ２においては、上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ１におけると同様の作用効果が得られるのに加えて、次のような特有の効果が得られる。即ち、上記空間１５内に、上記排気ガスＧの流通方向上流側から下流側に向けて次第に縮径変化するテーパ筒１２を配置するとともに、上記散気板７を備えた上記位置保持具６を配置しているので、上記空間１５の効用、即ち、排気ガスＧのミキシング作用と整流化作用に加えて、上記テーパ筒１２による排気ガスＧの上記フィルター体５の中心側への収集作用と収集後の散気作用とによるミキシング作用、及び上記散気板７による排気ガスＧの散気作用と炭素微粒子濃度の均等化作用が働き、下流側のフィルター体５における微粒子除去作用が高められ、延いては微粒子除去装置Ｚ２としての微粒子除去能力さらに向上することになる。

なお、上記以外の構成及び作用効果については、第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
「第３の実施形態」
図５及び図６には、本願発明の第３の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ３を示している。この微粒子除去装置Ｚ３は、上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ１の発展例として位置づけられるものであって、その基本構成を上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様とし、これと異なる点は、上流側の２個のフィルター体５の間と、下流側の２個のフィルター体５の間に、直状の二本のビームをクロス配置して構成される位置保持具１４を介設し、該位置保持具１４によってこれらフィルター体５間に狭い空間を確保した点である。

係る構成によれば、上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様の作用効果が得られるのに加えて、上記位置保持具１４によって確保された狭い空間でも、程度の差はあるものの、上記空間１５におけると同様の作用効果、即ち、排気ガスＧのミキシング作用と整流作用が得られ、その分だけ、上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１よりもさらに高い炭素微粒子の燃焼除去能力をもつことになる。

なお、上記以外の構成及び作用効果については、第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
「第４の実施形態」
図７には、本願発明の第４の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ４を示している。この微粒子除去装置Ｚ４は、上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ１の変形例として位置づけられるものであって、その基本構成を上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様とし、これと異なる点は、上流側には２個のフィルター体５を配置するものの、下流側にはフィルター体５を１個だけ配置した点である。

係る構成によれば、上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様の作用効果が得られるのに加えて、例えば、排気ガスＧ中の微粒子濃度が高くても排気ガスＧの流量が少ないような場合に好適な微粒子除去装置Ｚ４を提供できる。即ち、上流側の上記フィルター体５は、下流側のフィルター体５に比して、流通する排気ガスＧの温度が高く触媒の活性度も高いことから微粒子除去能力が高い。このため、排気ガスＧ中の微粒子濃度が高くても排気ガスＧの流量が少ないような場合において、上流側における上記フィルター体５の段数を、下流側における段数よりも多くすること、換言すれば、下流側におけるフィルター体５の段数を少なくすることで、所要の微粒子除去能力の確保とフィルター体５の配置数の低減による低コスト化の両立が可能となるものである。

なお、上記以外の構成及び作用効果については、第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
「第５の実施形態」
図８には、本願発明の第５の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ５を示している。この微粒子除去装置Ｚ５は、上記第１の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ１の発展例として位置づけられるものであって、その基本構成を上記第１の実施形態の微粒子除去装置Ｚ１と同様とし、これと異なる点は、上記空間１５を挟んでその前後に位置する上流側の２個のフィルター体５と下流側の２個のフィルター体５に加えて、該下流側のフィルター体５のさらに下流側に、位置保持具１３によって上記空間１５より小容積の空間１８を確保するとともに、最下流側のフィルター体５を配置した点である。

係る構成は、排気ガスＧ中の炭素微粒子濃度が高く、且つ排気ガスＧの流量も多く、これに対処すべく上記フィルター体５の配置数を増やす必要が生じた場合に好適な構成である。即ち、上記フィルター体５を増やす場合、前後に位置するフィルター体５同士を密接させて配置することも考えられるが、係る構成では炭素微粒子の燃焼除去の向上効果が低いということが本件出願人らの実験によって確認されている。その一方、この実施形態のように、下流側のフィルター体５と追加配置される最下流側のフィルター体５との上記空間１８を設けて、該空間１８でのミキシング作用と整流作用を得ることで炭素微粒子の燃焼除去能力が効果的に向上することが確認されている。

これらのことからして、この実施形態の微粒子除去装置Ｚ５は、排気ガスＧ中の炭素微粒子濃度が高く、且つ排気ガスＧの流量も多く、上記フィルター体５の配置数を増やす必要が生じた場合に好適な構成であるといえる。

なお、上記以外の構成及び作用効果については、第１の実施形態における該当説明を援用し、ここでの説明を省略する。
「第６の実施形態」
図９には、本願発明の第６の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ６を示している。この微粒子除去装置Ｚ６は、上記各実施形態の微粒子除去装置Ｚ１〜Ｚ５とは異なって、上記容器１内に多数（この実施形態では７個）のフィルター体５を、隣接するもの同士を接触させた状態で多段に配置したものである。

係る構成によれば、上記各実施形態の微粒子除去装置Ｚ１〜Ｚ５と同様の作用効果が得られるのに加えて、排気ガスＧの流路長さが長く、それだけ該排気ガスＧと上記各フィルター体５における触媒との接触時間を長くとることができることから、特に排気ガスＧ中の微粒子濃度が低い場合に好適な微粒子除去装置を提供することができるものである。
「第７の実施形態」
図１０には、本願発明の第７の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ７を示している。この微粒子除去装置Ｚ７は、上記第６の実施形態に係る微粒子除去装置Ｚ６の変形例として位置づけられるものであって、上記第６の実施形態の微粒子除去装置Ｚ６においては、多数のフィルター体５を、前後するもの同士を接触させた状態で配置していたのに対して、これら各フィルター体５間にそれぞれ位置保持具１４によって狭い空間１９を確保したものである。

係る構成によれば、上記フィルター体５の配置数が多いことで排気ガスＧと上記各フィルター体５における触媒との接触時間を長くとることができることに加えて、上記各空間１９において排気ガスＧのミキシング作用と整流作用を働かせることで、高い燃焼除去能力を確保することができるものである。

本願発明の第１の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 図１に示した微粒子除去装置の要部分解斜視図である。 本願発明の第２の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 図３に示した微粒子除去装置の要部分解斜視図である。 本願発明の第３の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 本願発明の第４の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 本願発明の第５の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 本願発明の第６の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 図８に示した微粒子除去装置の要部分解斜視図である。 本願発明の第７の実施形態に係る微粒子除去装置の断面図である。 フィルター体の構成を示す拡大分解斜視図である。 図１１のＸＩＩ−ＸＩＩ要部拡大断面図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第１の配置構成説明図である。 図１３の微細孔部分の拡大斜視図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第２の配置構成説明図である。 図１５の微細孔部分の拡大斜視図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第３の配置構成説明図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第４の配置構成説明図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第５の配置構成説明図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第６の配置構成説明図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第７の配置構成説明図である。 フィルター体を構成する金属薄板に設けられた微細孔の第８の配置構成説明図である。

符号の説明

１ 容器
２ ガス入口
３ ガス出口
４ 収納室
５ フィルター体
６ 位置保持具
７ 散気板
８ 通孔
９ 位置保持具
１０ 位置保持具
１１ 位置保持具
１２ テーパ筒
１３ 位置保持具
１４ 位置保持具
１５ 空間
１６ 散気空間
１７ 集気空間
２１ 金網
２２ 金属薄板
２３ 微細孔
２４ 邪魔板
２５ 縦線材
２６ 横線材
Ｚ１〜Ｚ７ 微粒子除去装置

Claims (12)

1. ディーゼルエンジンの排気系に接続されたガス入口（２）と大気開放されるガス出口（３）とが設けられた密閉状の容器（１）内に、フィルター体（５）を収納し、ディーゼルエンジンからの排気ガス（Ｇ）を上記ガス入口（２）から導入し上記フィルター体（５）を通して上記ガス出口（３）から排出させる間に上記フィルター体（５）において該排気ガス（Ｇ）に含まれている微粒子を捕集して燃焼除去する微粒子除去装置であって、
   上記フィルター体（５）が、三次元的に交差、合流もしくは分岐する数μｍ〜数百μｍ径の多数の微細流路を有するとともに、その略全域に触媒が担持されて成ることを特徴とする微粒子除去装置。
2. 請求項１において、
   上記フィルター体（５）が、多数の微細孔（２３）を備えた金属薄板（２２）と、多数のディンプル（２１ａ）、（２１ｂ）を備えた薄い金網（２１）を重ねてロール状に巻回成形するとともに、これら金属薄板（２２）と金網（２１）に触媒を担持させて構成されていることを特徴とする微粒子除去装置。
3. 請求項２において、
   上記金属薄板（２２）の上記微細孔（２３）部分に、該微細孔（２３）のガス流通方向上流側の縁部に位置し該流通方向において該微細孔（２３）に重合するように立ち上がる邪魔板（２４）が設けられていることを特徴とする微粒子除去装置。
4. 請求項１、２又は３において、
   上記触媒が、酸化アルミニウムに白金を担持したものであることを特徴とする微粒子除去装置。
5. 請求項１、２又は３において、
   上記触媒が、二酸化ケイ素に、ニッケル、酸化セリウム、及び白金を担持したものであることを特徴とする微粒子除去装置。
6. 請求項１，２，３，４又は５において、
   上記フィルター体（５）が、上記収納室（４）内において上記被処理ガス（Ｇ）の流通方向に多段に配置されるとともに、該フィルター体（５）の段間に、該フィルター体（５）のガス流通方向端面の略全域に臨むようにして空間（１５）が設けられていることを特徴とする微粒子除去装置。
7. 請求項６において、
   上記空間（１５）よりもガス流通方向上流側における上記フィルター体（５）の段数が、下流側における段数よりも多くなるように段数設定がされていることを特徴とする微粒子除去装置。
8. 請求項６において、
   上記空間（１５）が上記排気ガス（Ｇ）の流通方向に多段に設けられるとともに、該各空間（１５）においては上記排気ガス（Ｇ）の流通方向上流側に位置するものほど下流側に位置するものよりも大きな容積をもつように容積設定がされていることを特徴とする微粒子除去装置。
9. 請求項６において、
   上記空間（１５）内に、上記排気ガス（Ｇ）の流通方向上流側から下流側に向けて次第に縮径変化するテーパ筒（１２）が配置されていることを特徴とする微粒子除去装置。
10. 請求項１，２，３，４又は５において、
    上記フィルター体（５）が上記排気ガス（Ｇ）の流通方向に接触状態で多段に配置されていることを特徴とする微粒子除去装置。
11. 請求項１，２，３，４又は５において、
    上記フィルター体（５）が上記排気ガス（Ｇ）の流通方向に小空間（１８）を介して多段に配置されていることを特徴とする微粒子除去装置。
12. 請求項１、２，３，４，５，６，７，８，９，１０又は１１において、
    上記フィルター体（５）の上記排気ガス（Ｇ）の流通方向上流側部位に、多数の通孔（８）が形成された散気板（７）が、該フィルター体（５）の前面に対向して配置されていることを特徴とする微粒子除去装置。
    

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