JP2006110459A - Exhaust gas filter - Google Patents
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Description
本発明は、排ガス用フィルタ、特に、ディーゼル機関の排ガス中に含まれているパティキュレート(粒子状物質) を除去するための排ガス用フィルタに関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas filter, and more particularly to an exhaust gas filter for removing particulates (particulate matter) contained in exhaust gas from a diesel engine.
ディーゼル機関から排出されるパティキュレート(粒子状物質)は、炭素質からなる煤と、高沸点炭化水素成分からなるSOF分(可溶性有機成分)とを主成分とし、更に、微量のサルフェート(ミスト状硫酸成分)を含んだ組成から構成されているが、この種のパティキュレートの低減対策としては、ディーゼル機関からの排気ガスが流通する排気管の途中にパティキュレートフィルタを装備することが考えられている。 Particulates (particulate matter) discharged from diesel engines are mainly composed of soot made of carbon and SOF (soluble organic component) made of high-boiling hydrocarbon components, and a small amount of sulfate (mist form). Although it is composed of a composition containing sulfuric acid component), as a measure to reduce this type of particulates, it is considered to equip a particulate filter in the middle of the exhaust pipe through which exhaust gas from a diesel engine flows. Yes.
この種の排気浄化装置として、従来、排気管の途中に設けたフィルターケース内に、排ガス中のSOF分を酸化浄化し得る程度の酸化力を有するフロースルー型のSOF分酸化触媒と、該SOF分酸化触媒の直後に設けられ、排ガス中の煤を濾過し得るように目を粗くした多孔質構造の煤捕集フィルタとを装備した排気浄化装置が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。
しかしながら、従来の金属繊維を用いた煤捕集フィルタは、排ガスと直角な流れ方向に交互に重ね合わせた金網や、焼結金属により構成されているため、前者ではパティキュレートが素通りし易く、後者では圧損が高くつまり易いという問題があった。 However, since the conventional soot collection filter using metal fibers is composed of a wire mesh or a sintered metal alternately stacked in the flow direction perpendicular to the exhaust gas, the former easily passes particulates, and the latter Then, there was a problem that the pressure loss was high and easy to clog.
本発明は、このような問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、煤捕集にかかわるフィルタの空隙率やガス通過量などを設計通りに製造することができるのみならず、品質や形状の安定した安価な排ガス用フィルタを提供することにある。 The present invention has been made to solve such a problem, and the object of the present invention is only to be able to manufacture the filter porosity and gas passage amount related to soot collection as designed. In other words, it is to provide an inexpensive exhaust gas filter having a stable quality and shape.
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。 In order to solve the above problems, the present invention is configured as follows.
請求項1に記載の発明は、筒型のケース内に設けられ、排ガス中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタにおいて、帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状とし、該ロールケーキ状体をその巻き芯の方向に圧縮して3次元的に圧縮成型したことを特徴とする排ガス用フィルタである。 The invention according to claim 1 is an exhaust gas filter that is provided in a cylindrical case and captures particulates contained in the exhaust gas. In the exhaust gas filter, a belt-like wire mesh, a metal fiber felt-like material, or a composite thereof. The exhaust gas filter is characterized by three-dimensionally compression-molding the roll cake-like body by compressing the roll cake-like body in the direction of the winding core.
請求項2に記載の発明は、金網が金属製の極細ワイヤを編み機で編成した編み物状の金網であることを特徴とする請求項1記載の排ガス用フィルタである。 The invention according to claim 2 is the exhaust gas filter according to claim 1, characterized in that the wire mesh is a knitted wire mesh formed by knitting metal fine wires with a knitting machine.
請求項3に記載の発明は、フィルタの見掛け密度を1〜3g/cm3 にすることを特徴とする請求項1記載の排ガス用フィルタである。
The invention according to
上記のように、請求項1に記載の発明は、筒型のケース内に設けられ、排ガス中に含まれているパティキュレートを捕捉する排ガス用フィルタにおいて、帯状の金網又は金属繊維製フェルト状物或いはこれらの複合体を渦巻き状に巻いてロールケーキ状とし、該ロールケーキ状体をその巻き芯の方向に圧縮して3次元的に圧縮成型したため、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが3次元的に複雑に絡み合ったフィルタとなった。 As described above, the invention according to claim 1 is an exhaust gas filter that is provided in a cylindrical case and captures particulates contained in exhaust gas. Alternatively, these composites are wound into a roll cake to form a roll cake, and the roll cake is compressed in the direction of the winding core and three-dimensionally compression-molded to form a wire mesh or a metal fiber felt. Thus, the filter was formed by three-dimensionally intricately intermingling metal fine wires.
その結果、次のような、優れた効果を得ることができた。 As a result, the following excellent effects could be obtained.
すなわち、
(1) 上記のように、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが3次元的に複雑に絡み合っているため、パティキュレートが金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤに衝突する衝突回数が増加すると共に、排ガス抵抗の増加がパティキュレートの衝突回数の増加率よりも小さいため、フィルタの差圧(ΔP)が僅かであるにも関わらず、排気ガス中のパティキュレートの捕捉率が大幅に増加する。
That is,
(1) As described above, the fine metal wires constituting the metal mesh or metal fiber felt-like material are intricately intertwined in three dimensions, so that the particulate is a metal mesh or metal fiber felt-like material. Although the number of collisions with the metal fine wire constituting the wire increases and the increase in the exhaust gas resistance is smaller than the rate of increase in the number of collisions of the particulates, the differential pressure (ΔP) of the filter is small. Therefore, the capture rate of the particulates in the exhaust gas is greatly increased.
(2) 金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが3次元的に複雑に絡み合っているために、粒子捕捉率のバラツキを小さくすることができる。 (2) Since the metal ultrafine wires constituting the metal mesh, the metal fiber felt-like material, and the like are intricately entangled three-dimensionally, the variation in the particle capture rate can be reduced.
(3) また、金網や金属繊維製フェルト状物などを構成している金属極細ワイヤどうしが3次元的に複雑に絡み合っているため、フィルタの強度が増大し、高い差圧で使用することができる。また、使用中のフィルタの変形が極めて少ない。 (3) Further, since the metal ultrafine wires constituting the metal mesh or the metal fiber felt-like material are intricately entangled three-dimensionally, the strength of the filter increases, and it can be used at a high differential pressure. it can. Further, the deformation of the filter in use is extremely small.
(4) 焼結材を使用する従来のフィルタに比べて安価な金属材料で製造することができる。 (4) It can be manufactured with an inexpensive metal material as compared with a conventional filter using a sintered material.
(5) 素線の金属極細ワイヤの線径、材料、編み方、フィルタ形状、容積密度に対し、金網や金属繊維製フェルト状物などを渦巻き状に巻く張力を制御することによって最適なワイヤメッシュフィルタの製造が可能になる。これによって、目的別に、いろいろな仕様のフィルタを製造することができる。 (5) Optimal wire mesh by controlling the tension for winding wire mesh or metal fiber felts in a spiral shape with respect to the wire diameter, material, knitting method, filter shape, and volume density of the ultrafine wire wire. The filter can be manufactured. As a result, filters with various specifications can be manufactured for different purposes.
(6) 金網金属繊維製フェルト状物などを張力を掛けて巻く結果、圧縮成形時の横ずれが無くなり、フィルタの外形形状を正確に作ることができる。このため、ケースにフィルタを装填する際に、フィルタとケースとの間隙の発生が防止され、粒子捕捉率の低下を防止できる。 (6) As a result of winding a wire mesh metal fiber felt or the like under tension, lateral displacement during compression molding is eliminated, and the outer shape of the filter can be made accurately. For this reason, when the filter is loaded in the case, the generation of a gap between the filter and the case is prevented, and the decrease in the particle capture rate can be prevented.
請求項2に記載の発明は、金網が金属製の極細ワイヤを編み機で編成した編み物状の金網であるから、メタルワイヤを縦横の網目状に組む付けた金網に比べて圧縮成型した時に、ワイヤが3次元的に変形し、排ガス中のパティキュレートを捕捉し易くなる。 In the invention according to claim 2, since the wire mesh is a knitted wire mesh formed by knitting a metal fine wire with a knitting machine, when the metal wire is compression-molded as compared with a wire mesh assembled in a vertical and horizontal mesh shape, Becomes three-dimensionally deformed, and it becomes easy to capture particulates in the exhaust gas.
請求項3に記載の発明は、フィルタの見掛け密度を1〜3g/cm3 としたので、排気ガス中のパティキュレートの捕捉率が大幅に増加する。 In the third aspect of the present invention, the apparent density of the filter is 1 to 3 g / cm 3 , so that the capture rate of particulates in the exhaust gas is greatly increased.
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1において、3は、排ガス浄化装置であり、筒型のケース4内にCO(一酸化炭素)やHC(炭化水素)などを浄化する有害ガス浄化装置5と、ディーゼル機関の排ガスa中に含まれているパティキュレート(Particulate Matter) を除去するパティキュレート除去装置6とを順に備えている。
In FIG. 1,
有害ガス浄化装置5は、従来と同様に、ハニカムコア7のセル壁8にPt(白金)などの酸化触媒を付着又は被覆させている。他方、パティキュレート除去装置6に適用するフィルタ15は、図2に示すように、ロールケーキ状又は渦巻き状(以下、単に、ロールケーキ状と称する。)に形成されている。
In the harmful
このフィルタ15の構造などを分かり易くするために、フィルタ15の製造方法について説明する。
In order to make the structure of the
(a) 先ず、ステンレス製の複数本の極細ワイヤ16を図示しない編み機で編んだ編み物状の金網17を用意する(図3参照。)。
(A) First, a knitted
(b) この編み物状の金網17を所定の張力を掛けながら渦巻き状に巻いてロールケーキ状の中間体18を形成する(図4参照。)。
(B) A roll cake-like
(c) このロールケーキ状の中間体18を凹型の型枠19に挿入する(図5参照。)。
(C) This roll cake-like
(d) 次に、凹型の型枠19内に設置したロールケーキ状の中間体18の上にプレス機のピストン20をセットする(図6参照)。
(D) Next, the
(e) 次に、図7に示すように、プレス機のピストン20によってロールケーキ状の中間体18を、その巻き芯(軸芯)bの方向に圧縮すると、凹型の型枠19内のロールケーキ状の中間体18は、その巻き芯(軸芯)bの方向に圧縮されると同時に、矢印のように、型枠19の底面および側壁面に押圧される。
(E) Next, as shown in FIG. 7, when the roll cake-like
このため、ロールケーキ状の中間体18は、凹型の型枠19によって外形の形状が規制されながら、金網17を構成している複数本の極細ワイヤ16が3次元的に複雑に絡み合ったフィルタ15となる。
For this reason, the roll cake-like
ここで、中間体18を圧縮する割合は、金網の編み方、巻きの張力にもよるが、中間体18の厚みの約10〜90%減程度、より好ましくは、30〜50%減程度が好ましい。
Here, although the ratio which compresses the
このフィルタ15は、最終的にプレス成型するために、円盤状のほか、六角形や八角形などの多角形状も製造可能である。
The
また、フィルタ15の見掛け密度は、1〜3g/cm3 の範囲が望ましい。フィルタの見掛け密度が1g/cm3 未満の場合には、捕集率が低下するという問題がある。他方、フィルタの見掛け密度が3g/cm3 を超える場合には、捕集率は上がるが、差圧が大きくなるという問題がある。
The apparent density of the
また、フィルタ15の通気抵抗は、エンジン定格負荷時で10〜15kPaの範囲が望ましい。
The ventilation resistance of the
金網17を構成する素線(金属ワイヤ)16としては、例えば、ステンレス鋼線、が望ましい。また、ワイヤ26の線径は、0.1〜0.5mmの範囲が望ましい。 また、金網15の網目の間隔は、1〜4mmの範囲が望ましい。
As the strands (metal wires) 16 constituting the
更に、この金網を構成している極細ワイヤ16には、従来と同様に、Pt(白金)、V(バナジウム)、Cu(銅)、Mn(マンガン)などの金属や金属酸化物を含浸、塗布、付着、被覆することも可能である。
Furthermore, the
このフィルタ15を排ガス浄化装置3のケース4内に設置する時は、図1に示すように、フィルタ15の巻き芯(軸芯)bがケース4の軸芯cと一致するか、又は平行になるように設置する。
When the
次に、この排ガス浄化装置3の作用について説明する。
Next, the effect | action of this exhaust
図8に示すように、ディーゼル排ガスaを排ガス浄化装置3の入り口21から導入すると、有害ガス浄化装置5を構成しているハニカムコア7のセル壁8に付着又は被覆させたPt(白金)などの酸化触媒によって排ガスa中のCOやHCなどを酸化、燃焼して除去する。
As shown in FIG. 8, when diesel exhaust gas a is introduced from the
有害ガス浄化装置5を通過した排ガスaは、後段のパティキュレート除去装置6に流入する。
The exhaust gas a that has passed through the harmful
パティキュレート除去装置6としてのフィルタ15は、既に説明したように、金網17を構成している複数本の極細ワイヤ16が3次元的に複雑に絡み合っているため、排ガスaの中に含まれているパティキュレートが金網17を構成している複数本の極細ワイヤ16に衝突する回数が増加し、金網17を構成している極細ワイヤ16に捕捉され易くなる。
As already described, the
換言すると、模式図(図9参照)に示すように、ロールケーキ状に巻き重ねた金網17が巻き芯(軸芯)bの方向に波形状に屈曲していたため、排ガスaの中に含まれているパティキュレートが金網17を構成している複数本の極細ワイヤ16に衝突する回数が増加する。その結果、排ガスaの中に含まれているパティキュレートが金網17を構成している極細ワイヤ16に捕捉され易くなる。
In other words, as shown in the schematic diagram (see FIG. 9), the
有害ガス浄化装置5で生成されたNO2 (二酸化窒素)は、パティキュレート除去装置6の金網17上でNO(酸化窒素)となる。他方、C(炭素)は、金網17上で酸化されてCO2 (二酸化炭素)となり、出口22から排出される。
The NO 2 (nitrogen dioxide) generated by the harmful
他方、フィルタ15に捕捉、蓄積したパティキュレートは、メタルワイヤ16に含浸、塗布、付着、被覆したPt(白金)、V(バナジウム)、Cu(銅)、Mn(マンガン)などの金属や金属酸化物によって酸化、燃焼する。
On the other hand, the particulates trapped and accumulated in the
その上、パティキュレートの「捕捉、蓄積」→「酸化、燃焼」の一連の作業によってフィルタ15自身も再生される。
In addition, the
上記のフィルタは、金網を渦巻き状に巻き重ねた後、巻き芯の方向に圧縮成型して製造したが、フィルタは、例えば、金属繊維製フェルト状物、あるいは、金網と金属繊維製フェルト状物とを重ね合わせた複合体によって製造することも可能である。 The filter is manufactured by winding a wire mesh in a spiral shape and then compression-molding the wire mesh in the direction of the winding core. The filter is, for example, a metal fiber felt-like material, or a wire mesh and a metal fiber felt-like material. It is also possible to produce a composite with
他方、フィルタ15は、図10に示すように、中心部A、その外側の中間部B、その外側の最外部Cにおける金網の編みパターン、ワイヤの線径などを変えることにより、符号Xのような凸形の流速分布を符号Yのように平準化することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 10, the
(実施例)
ステンレス製の金網を渦巻き状に巻いた後、巻き芯の方向に圧縮成型してロールケーキ状のフィルタを製造した。フィルタの寸法および見掛け密度は、次の通り。
(Example)
A stainless steel wire mesh was wound in a spiral shape and then compression molded in the direction of the core to produce a roll cake filter. The dimensions and apparent density of the filter are as follows.
(1) 外径:350mm、
(2) 厚さ:60mm
(3) 見掛け密度:1.5g/cm3
このフィルタ6を有害ガス浄化装置5の後段に装着した排ガス浄化装置3(図1参照。)を440kwの6気筒軽油焚き過給ディーゼル機関の排気ガス流路に装備し、排気ガス中に含まれるパティキュレートの捕捉率を測定した。
(1) Outer diameter: 350 mm,
(2) Thickness: 60mm
(3) Apparent density: 1.5 g / cm 3
An exhaust gas purification device 3 (see FIG. 1) having this
その結果、パティキュレートの捕捉率は、エンジン負荷により、42〜56%、フィルタ差圧は、4〜10kPaであった。その際、有害ガス浄化装置5で酸化された窒素酸化物が炭素粒子を燃焼させるため、フィルタの差圧が更に上昇することはなかった。
As a result, the particulate capture rate was 42 to 56% depending on the engine load, and the filter differential pressure was 4 to 10 kPa. At that time, since the nitrogen oxides oxidized by the harmful
a 排ガス
4 筒型のケース
15 排ガス用フィルタ
17 金網
18 ロールケーキ状体
a exhaust gas 4
Claims (3)
The exhaust gas filter according to claim 1, wherein the apparent density of the filter is 1 to 3 g / cm 3 .
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