JP2006205044A - 排ガス浄化フィルタの洗浄装置と洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタを十分に洗浄することのできる洗浄装置を提供する。
【解決手段】 この洗浄装置２０は、排ガス浄化フィルタ１を収容する洗浄槽２１と、洗浄槽２１の内部に排ガス浄化フィルタ１を支持するフィルタ支持手段２２と、第１の超音波発生器３１と、第２の超音波発生器３２と、洗浄液処理装置３３を備えている。フィルタ支持手段２２は、排ガス浄化フィルタ１をほぼ水平な姿勢で洗浄槽２１の内部に保持する。第１の超音波発生器３１は、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入部４と対向する位置に配置されている。第２の超音波発生器３２は、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流出部５と対向する位置に配置されている。洗浄液処理装置３３は、洗浄槽２１内の洗浄液３０を循環させるためのポンプ３５および配管３６と、洗浄液３０を浄化するための濾過器３８を備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、例えばディーゼル粒子状物質除去装置（Diesel Particulate Filter）（以下、ＤＰＦという）や触媒担持フィルタ等の排ガス浄化フィルタを洗浄するための洗浄装置と洗浄方法に関する。

排ガス浄化フィルタ（例えば触媒担体）を洗浄するために、該フィルタをその軸線が垂直となる姿勢（立てた姿勢）で洗浄槽内に保持し、該フィルタの上端側に設けたノズルから洗浄液を高い圧力で噴出させることによって、洗浄液を該フィルタの内部に流入させるとともに、該フィルタの下端側に設けた超音波発生器によって、該フィルタの下端側から超音波振動を付与する装置が提案されている。（例えば下記特許文献１参照）
また、ＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタを洗浄するための装置として、下記特許文献２に記載されているように、洗浄液が収容される洗浄槽と、超音波発生器と、高圧の流体を噴射するノズル等を有する洗浄装置も提案されている。この従来の洗浄装置の場合、超音波発生器は排ガス浄化フィルタの側面に対向して配置され、排ガス浄化フィルタの側面に向けて超音波を当てるようになっている。

この従来の洗浄装置の場合、洗浄すべき排ガス浄化フィルタは、洗浄槽の内部に垂直に立てた姿勢で保持され、該フィルタの側面方向から超音波を当てることにより、フィルタの内部に付着しているアッシュ（燃えかす）等の微小粒子をフィルタ表面から剥がし、そののち、該フィルタを洗浄槽から取出し、該フィルタの上方から前記ノズルによって高圧の気体等を該フィルタの内部に向けて噴射することによって、洗浄液と一緒にアッシュ等を洗い出すようにしている。
特開２００２−３０９９２６号公報 特願２００３−２８１６５１明細書

特許文献１に記載されているように、被洗浄物を垂直に立てた姿勢で一端側から超音波を当てる洗浄装置や、特許文献２のように垂直に置かれた排ガス浄化フィルタの側面方向から超音波を当てる洗浄装置では、ウォールフロー形ＤＰＦを十分に洗浄することができないことが判った。その理由はウォールフロー形ＤＰＦの構造にある。

ウォールフロー形ＤＰＦは多孔質のセラミックスからなるフィルタ本体を有している。このフィルタ本体の軸線方向の一端側に排ガス流入部が形成され、他端側に排ガス流出部が形成されている。そしてこのフィルタ本体に、互いに隣り合う多数の第１の排ガス通路と第２の排ガス通路がフィルタ本体の軸線方向に沿って形成されている。第１の排ガス通路は、前記排ガス流入部側が開口し排ガス流出部側が閉じている。第２の排ガス通路は、前記排ガス流入部側が閉じ、前記排ガス流出部側が開口している。

このため、ウォールフロー形ＤＰＦの一端側（例えば排ガス流入部側）から超音波を当てる場合、第１の排ガス通路は排ガス流入部側が開口しているため、超音波が減衰することなく第１の排ガス通路の奥まで届く。しかし第２の排ガス通路は排ガス流入部側が閉じているために超音波の減衰が大きく、第２の排ガス通路の奥まで超音波が十分に届かないことになる。

また特許文献２のように、ＤＰＦの側面方向から超音波を当てる洗浄装置では、ＤＰＦのフィルタ本体を収容している筒状の金属製ケーシングに超音波が当たることによって超音波が減衰する。しかもフィルタ本体内部の第１の排ガス通路と第２の排ガス通路を仕切る多数の隔壁によって超音波がさらに減衰する。このためフィルタ本体の中心部では超音波の影響が弱まり、所望の洗浄効果を発揮できないことがある。

また前記従来技術は、高圧流体を被洗浄物（例えばＤＰＦ）の端面に向けて直接噴射することによって、被洗浄物の内部に存在しているアッシュ等を洗浄液と共に押出すようにしているため、高圧流体の噴射エネルギーによって、セラミックスからなるフィルタ本体が破損する懸念がある。また、触媒担体の場合には触媒が剥離するなどの不具合が発生する懸念がある。

そこで本発明では、ＤＰＦ等の排ガス浄化フィルタを傷めることなく十分洗浄することができる洗浄装置を提供する。

本発明の洗浄装置は、排ガス浄化フィルタを収容しかつ洗浄液が収容される洗浄槽と、前記排ガス浄化フィルタをその排ガス流入部および排ガス流出部が横を向く姿勢で前記洗浄槽の内部に保持するフィルタ支持手段と、前記洗浄槽内にて前記排ガス浄化フィルタの前記排ガス流入部と対向する位置に配置された第１の超音波発生器と、前記洗浄槽内にて前記排ガス浄化フィルタの前記排ガス流出部と対向する位置に配置された第２の超音波発生器と、前記洗浄槽内の前記洗浄液を循環させる手段および前記洗浄液を浄化する濾過手段を備えた洗浄液処理装置とを具備している。

洗浄すべき排ガス浄化フィルタの一例は、該フィルタの軸線方向に沿いかつ前記排ガス流入部側が開口し前記排ガス流出部側が閉じている複数の第１の排ガス通路と、前記第１の排ガス通路に沿って該第１の排ガス通路の隣りに形成されかつ前記排ガス流入部側が閉じ前記排ガス流出部側が開口している複数の第２の排ガス通路と、を有するウォールフロー形ＤＰＦである。前記フィルタ支持手段は、該ＤＰＦの軸線が横を向く姿勢でＤＰＦを前記洗浄槽内に保持するものである。

本発明の洗浄方法は、洗浄液が収容された洗浄槽内に排ガス浄化フィルタをその排ガス流入部および排ガス流出部が横を向く姿勢で保持する工程と、前記排ガス流入部と対向する位置に配置された第１の超音波発生器が発生する超音波を前記排ガス流入部側から前記排ガス浄化フィルタの内部に伝播させるとともに、前記排ガス流出部と対向する位置に配置された第２の超音波発生器が発生する超音波を前記排ガス流出部側から前記排ガス浄化フィルタの内部に伝播させる超音波付与工程と、前記洗浄槽内の前記洗浄液を循環させながら該洗浄液を濾過手段によって浄化する洗浄液浄化工程と、洗浄後の前記排ガス浄化フィルタを乾燥させる工程と、乾燥状態の前記排ガス浄化フィルタに加圧された気体を供給するとともに該気体の圧力損失を検出する工程とを具備し、前記圧力損失が目標値を越える時に前記超音波付与工程および前記洗浄液浄化工程を繰返し、前記圧力損失が目標値以下となった時に洗浄を終了する。

本発明の洗浄装置によれば、例えばウォールフロー形ＤＰＦのような多数の排ガス通路を有する排ガス浄化フィルタも十分に洗浄することができ、洗浄時にフィルタ本体を傷めることもない。また、本発明の洗浄方法によれば、余分な洗浄時間を費やすことなく排ガス浄化フィルタを十分に洗浄することができる。

本発明は、ウォールフロー形ＤＰＦの洗浄に特に有効であるが、それ以外の排ガス浄化フィルタにも勿論適用でき、触媒担体の洗浄にも使用することができる。要するに、軸線方向の一端側に排ガス流入部を有し、軸線方向の他端側に排ガス流出部を有する排ガス浄化フィルタであれば、同様に十分洗浄することができる。

以下に本発明の一実施形態に係る洗浄装置と洗浄方法について、図１と図２を参照して説明する。図１は洗浄装置の一例を示し、図２は洗浄工程の一例を示している。図３と図４は、洗浄すべき排ガス浄化フィルタ１の一例として、ウォールフロー形ＤＰＦを示している。

まず、排ガス浄化フィルタ１について説明する。排ガス浄化フィルタ（ウォールフロー形ＤＰＦ）１は、筒状の金属製のケーシング２と、ケーシング２の内部に収容されたセラミックス等の多孔質の材料からなるフィルタ本体３とを有している。この排ガス浄化フィルタ１は、軸線Ｘ方向の一端側に排ガス流入部４を有し、他端側に排ガス流出部５を有している。排ガス流入部４は、図示しない内燃機関（例えばディーゼルエンジン）の排気管路に接続される。

図４は、排ガス浄化フィルタ１のフィルタ本体３の一部を拡大して模式的に示す断面図である。このフィルタ本体３は、多数（複数）の第１の排ガス通路１１と、多数（複数）の第２の排ガス通路１２を有している。これら第１の排ガス通路１１と第２の排ガス通路１２は、いずれもフィルタ本体３の軸線Ｘ方向に沿って形成されている。

第１の排ガス通路１１は、排ガス流入部４側が開口し、排ガス流出部５側が閉じている。すなわち、排ガス流入部４側に開口部１１ａを有し、排ガス流出部５側に閉塞部１１ｂを有している。第２の排ガス通路１２は、第１の排ガス通路１１に沿って第１の排ガス通路１１の隣りに形成されている。第２の排ガス通路１２は、排ガス流入部４側が閉じ、排ガス流出部５側が開口している。すなわち、排ガス流出部５側に開口部１２ａを有し、排ガス流入部４側に閉塞部１２ｂを有している。

図１に洗浄装置２０が示されている。この洗浄装置２０は、洗浄すべき排ガス浄化フィルタ１を収容する洗浄槽２１と、フィルタ支持手段２２として機能するクレーン２３およびワイヤロープ２４と載置台２５などを備えている。

洗浄槽２１の内部に洗浄液３０が収容されている。洗浄液３０は、石鹸水等の界面活性剤を含有し、フィルタ本体３に付着しているアッシュ等を界面活性作用によってフィルタ本体３から遊離させやすくしている。洗浄液３０にアッシュ等を溶解する成分が含まれていてもよい。

フィルタ支持手段２２は、排ガス浄化フィルタ１を横向きの姿勢、すなわち排ガス流入部４および排ガス流出部５が水平方向を向くように横向きの姿勢で、洗浄槽２１の内部に保持するようになっている。フィルタ支持手段２２の一例は、クレーン２３とワイヤロープ２４と載置台２５であるが、これ以外の支持機構が採用されても勿論かまわない。

ワイヤロープ２４を排ガス浄化フィルタ１の外周に巻掛け、クレーン２３で吊り上げることによって、洗浄槽２１の内部に排ガス浄化フィルタ１が挿入される。洗浄槽２１に収容された排ガス浄化フィルタ１は、載置台２５の上に横向きの姿勢（軸線Ｘがほぼ水平方向を向く姿勢）で置かれる。

さらにこの洗浄装置２０は、第１の超音波発生器３１と、第２の超音波発生器３２と、洗浄液処理装置３３などを備えている。
第１の超音波発生器３１は、洗浄槽２１の内部において、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入部４と対向する位置に配置されている。第２の超音波発生器３２は、洗浄槽２１の内部において、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流出部５と対向する位置に配置されている。これらの超音波発生器３１，３２は、それぞれ、周知の超音波振動子と超音波発振回路等（いずれも図示せず）を含んでいる。

この洗浄装置２０は、洗浄槽２１の内部に排ガス浄化フィルタ１を水平に置くため、排ガス浄化フィルタ１の両端部に対向するように配置される一対の超音波発生器３１，３２が洗浄液３０中に完全に水没することができ、洗浄液３０の液面の微調整を要することなく、超音波を排ガス浄化フィルタ１に効果的に当てることができる。

洗浄液処理装置３３は、洗浄槽２１内の洗浄液３０を循環させながら該洗浄液３０を浄化させる機能を有している。すなわちこの洗浄液処理装置３３は、洗浄液３０を循環させる手段としてのポンプ３５および配管３６と、洗浄液３０を洗浄槽２１の内部に噴出させるノズル３７と、洗浄液３０中の固形粒子等を浄化する濾過手段としての濾過器３８と、洗浄槽２１内の洗浄液を排出するための洗浄液回収口３９などを備えている。

以下に、本実施形態の洗浄装置２０を用いて排ガス浄化フィルタ１を洗浄する洗浄方法について、図２を参照して説明する。
まず、ワーク挿入工程ＳＴ１において、排ガス浄化フィルタ１が洗浄槽２１内の所定位置に挿入される。このワーク挿入工程ＳＴ１では、予め洗浄液３０が収容されている洗浄槽２１内に、排ガス浄化フィルタ１がクレーン２３によって挿入され、載置台２５の上に所定の姿勢（排ガス流入部４および排ガス流出部５が横を向く姿勢）で載置される。このとき排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入部４が第１の超音波発生器３１と対向し、排ガス流出部５が第２の超音波発生器３２と対向する。

排ガス浄化フィルタ１が洗浄槽２１内の所定位置に挿入されたのちに、図２に示す超音波洗浄工程ＳＴ２が実施される。超音波洗浄工程ＳＴ２の一例は、洗浄第１サイクルＣ１と、洗浄第２サイクルＣ２と、洗浄第３サイクルＣ３とを含んでいる。各洗浄サイクルＣ１，Ｃ２，Ｃ３は、それぞれ、所定時間（例えば１０分間）行われる超音波付与工程と、所定時間（例えば３分間）行われる洗浄液浄化工程とからなる。

前記超音波付与工程では、超音波発生器３１，３２が発生する超音波４１，４２を所定時間（例えば１０分間）だけ排ガス浄化フィルタ１内のフィルタ本体３に当てる。第１の超音波発生器３１が発生する超音波４１は、フィルタ本体３の排ガス流入部４側から、主として第１の排ガス通路１１の内部に伝播してゆく。第２の超音波発生器３２が発生する超音波４２は、フィルタ本体３の排ガス流出部５側から、主として第２の排ガス通路１２の内部に伝播してゆく。

このように、フィルタ本体３の両端側すなわち排ガス流入部４側と排ガス流出部５側から超音波４１，４２が伝播する。すなわち、第１の超音波発生器３１による超音波４１は、主として第１の排ガス通路１１の開口部１１ａから第１の排ガス通路１１の奥に向かって、減衰をさほど生じることなく伝播する。一方、第２の超音波発生器３２による超音波４２は、主として第２の排ガス通路１２の開口部１２ａから第２の排ガス通路１２の奥に向かって、減衰をさほど生じることなく伝播する。

このため第１の超音波発生器３１と第２の超音波発生器３２とによって発生する超音波４１，４２は、第１の排ガス通路１１と第２の排ガス通路１２の奥まで十分到達することができる。しかも各超音波発生器３１，３２が発生する超音波４１，４２を増幅させて排ガス浄化フィルタ１に作用させることも可能である。こうして発生する超音波微振動と洗浄液３０の界面活性作用等によって、フィルタ本体３に付着していたアッシュ等の微粒子がフィルタ本体３の表面から剥がれやすくなる。

前記の超音波付与工程後に、洗浄液処理装置３３によって洗浄液浄化工程が行われる、すなわち、洗浄槽２１内の洗浄液３０が、ポンプ３５によって洗浄液回収口３９から吸入され、濾過器３８によって濾過され、配管３６を経て再びノズル３７から洗浄槽２１内に噴出する。ノズル３７から噴出した洗浄液３０は、例えば排ガス流入部４から排ガス浄化フィルタ１内のフィルタ本体３の内部に導入される。洗浄槽２１の内部に排ガス浄化フィルタ１が横向きの姿勢で置かれており、排ガス流入部４と排ガス流出部５が水平方向を向いているため、洗浄液３０が排ガス浄化フィルタ１内のフィルタ本体３の内部に入りやすいものである。

前記の超音波付与工程によってフィルタ本体３から遊離していたアッシュ等は、この洗浄液浄化工程によって洗浄液３０と共に洗浄槽２１から濾過器３８を通り、濾過器３８によって浄化される。このため洗浄液３０を清浄な状態に保つことができ、フィルタ本体３から遊離したアッシュ等がフィルタ本体３に再付着することを防止できる。

本実施形態の超音波洗浄工程ＳＴ２は、各洗浄サイクルＣ１，Ｃ２，Ｃ３ごとに、超音波付与工程と洗浄液浄化工程とを別々に行っている。しかしこのような形態に限ることはなく、例えば超音波付与工程と洗浄液浄化工程を同時に行ってもよい。また超音波付与工程と洗浄液浄化工程とを所定のシーケンスで行うための制御プログラムを備えた制御装置４０（図１に示す）を用いることによって、超音波発生器３１，３２とポンプ３５等を自動運転するようにしてもよい。

前記超音波洗浄工程ＳＴ２が終了したのち、クレーン２３によって排ガス浄化フィルタ１を洗浄槽２１から取出し、乾燥工程ＳＴ３において、例えば電気炉あるいは温風ブロア等の乾燥装置によって、排ガス浄化フィルタ１を乾燥させる。

そののち検査工程ＳＴ４において、加圧された気体を排ガス浄化フィルタ１に供給するとともに、該気体の圧力損失ΔＰを圧力計（図示せず）によって検出し、圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１以下か否かが判断される。ここで圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１以下であれば洗浄が十分に行われたと判断し、洗浄を終了する。

圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１以下でない場合、圧力損失ΔＰの大きさに応じて超音波洗浄工程ＳＴ２に戻り、前述の洗浄サイクルＣ１〜Ｃ３の少なくとも一部が繰り返される。具体的には、圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１と定数αとの和以下（圧力損失ΔＰが比較的小さい）であれば、洗浄がほぼ完了したがもう少し洗浄が必要であると判断し、洗浄第３サイクルＣ３のみを繰り返す。

圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１と定数２αとの和以下（圧力損失ΔＰが比較的大きい）であれば、洗浄が足りないと判断し、洗浄第２サイクルＣ２と洗浄第３サイクルＣ３を繰り返す。

圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１と定数３αとの和以下（圧力損失ΔＰがかなり大きい）であれば、洗浄が不十分であると判断し、洗浄第１サイクルＣ１と洗浄第２サイクルＣ２と洗浄第３サイクルＣ３を繰り返す。そして圧力損失ΔＰが目標値ΔＰ１以下となった時に、洗浄を終了する。

このように本実施形態では、洗浄後の排ガス浄化フィルタ１を乾燥させ、検査工程ＳＴ４によって検出された圧力損失ΔＰの大きさに基いて洗浄の度合いを判断し、洗浄の度合いに応じて洗浄サイクルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の少なくとも一部を繰り返すため、アッシュの残留程度に応じて、排ガス浄化フィルタ１を必要最小限の洗浄サイクルによって十分に洗浄することができ、無駄な洗浄を行うことが回避される。

本発明の一実施形態に係る洗浄装置の一部を断面で示す側面図。 図１に示された洗浄装置による洗浄工程の一例を示すフローチャート。 排ガス浄化フィルタの一例を示す斜視図。 図３に示された排ガス浄化フィルタの一部の軸線方向に沿う断面図。

符号の説明

１…排ガス浄化フィルタ
３…フィルタ本体
Ｘ…軸線
４…排ガス流入部
５…排ガス流出部
１１…第１の排ガス通路
１２…第２の排ガス通路
２０…洗浄装置
２１…洗浄槽
２２…フィルタ支持手段
３０…洗浄液
３１…第１の超音波発生器
３２…第２の超音波発生器
３３…洗浄液処理装置

Claims (3)

1. 多孔質の材料からなり軸線方向の一端側に排ガス流入部を有し他端側に排ガス流出部を有する排ガス浄化フィルタ、を洗浄するための洗浄装置であって、
   前記排ガス浄化フィルタを収容しかつ洗浄液が収容される洗浄槽と、
   前記排ガス浄化フィルタを前記排ガス流入部および排ガス流出部が横を向く姿勢で前記洗浄槽の内部に保持するフィルタ支持手段と、
   前記洗浄槽内にて前記排ガス浄化フィルタの前記排ガス流入部と対向する位置に配置された第１の超音波発生器と、
   前記洗浄槽内にて前記排ガス浄化フィルタの前記排ガス流出部と対向する位置に配置された第２の超音波発生器と、
   前記洗浄槽内の前記洗浄液を循環させる手段および前記洗浄液を浄化する濾過手段を備えた洗浄液処理装置と、
   を具備したことを特徴とする排ガス浄化フィルタの洗浄装置。
2. 前記排ガス浄化フィルタは、
   前記軸線方向に沿いかつ前記排ガス流入部側が開口し前記排ガス流出部側が閉じている複数の第１の排ガス通路と、
   前記第１の排ガス通路に沿って該第１の排ガス通路の隣りに形成されかつ前記排ガス流入部側が閉じ前記排ガス流出部側が開口している複数の第２の排ガス通路と、を有するウォールフロー形ＤＰＦであり、
   前記フィルタ支持手段は、
   前記ＤＰＦの前記軸線が横を向く姿勢で該ＤＰＦを前記洗浄槽内に保持することを特徴とする請求項１に記載の排ガス浄化フィルタの洗浄装置。
3. 多孔質の材料からなり軸線方向の一端側に排ガス流入部を有し他端側に排ガス流出部を有する排ガス浄化フィルタ、を洗浄するための洗浄方法であって、
   洗浄液が収容された洗浄槽内に前記排ガス浄化フィルタを前記排ガス流入部および排ガス流出部が横を向く姿勢で保持する工程と、
   前記排ガス流入部と対向する位置に配置された第１の超音波発生器が発生する超音波を前記排ガス流入部側から前記排ガス浄化フィルタの内部に伝播させるとともに、前記排ガス流出部と対向する位置に配置された第２の超音波発生器が発生する超音波を前記排ガス流出部側から前記排ガス浄化フィルタの内部に伝播させる超音波付与工程と、
   前記洗浄槽内の前記洗浄液を循環させながら該洗浄液を濾過手段によって浄化する洗浄液浄化工程と、
   洗浄後の前記排ガス浄化フィルタを乾燥させる工程と、
   乾燥状態の前記排ガス浄化フィルタに加圧された気体を供給するとともに該気体の圧力損失を検出する工程とを具備し、
   前記圧力損失が目標値を越える時に前記超音波付与工程および前記洗浄液浄化工程を繰返し、前記圧力損失が目標値以下となった時に洗浄を終了することを特徴とする排ガス浄化フィルタの洗浄方法。

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