JP2008296210A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】この排気ガス浄化装置は，排気ガスに含まれる粒子状物質等の有害物質を捕集消失させるフィルタを溝付きの波状帯体を巻き上げて屈折路及び／又は平行路を備えた柱状体で構成し，該柱状体から成るフィルタの目詰まりを防止する。
【解決手段】フィルタ２０は，金網又は金属製不織布から成る帯体８を少なくとも幅方向に延びる稜線７と溝６から成る波状帯体３に成形し，波状帯体３を螺旋状に巻き上げた又は積層した柱状体４で構成されている。柱状体４には，一端面９から他端面１０へと重なった帯体８間の溝６に沿って屈折路１６及び／又は平行路１７が多数形成されている。帯体８は，波板状に折り曲げて波状帯体３に成形する場合に，稜線７と溝６とが柱状体４の軸に対して傾きを持ってジグザグに成形されている。
【選択図】図４
【解決手段】フィルタ２０は，金網又は金属製不織布から成る帯体８を少なくとも幅方向に延びる稜線７と溝６から成る波状帯体３に成形し，波状帯体３を螺旋状に巻き上げた又は積層した柱状体４で構成されている。柱状体４には，一端面９から他端面１０へと重なった帯体８間の溝６に沿って屈折路１６及び／又は平行路１７が多数形成されている。帯体８は，波板状に折り曲げて波状帯体３に成形する場合に，稜線７と溝６とが柱状体４の軸に対して傾きを持ってジグザグに成形されている。
【選択図】図４
Description
この発明は，エンジン，バーナ，ガス発生源等からの排気ガスを排気通路に配設したフィルタに通し，排気ガスに含まれる粒子状物質，スート，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を触媒の助けで燃焼させ，又は酸化・還元によって変換して消失させ，排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置に関する。
従来，ディーゼルエンジンは，その熱効率が高いことからトラック，船等に多く用いられており，近年，ＣＯ2 の排出量の最も少ない原動機として見直され，乗用車についても採用が増え続けている。最近では，ディーゼルパティキュレートフイルタ（ＤＰＦ）は多くの車両に搭載され，ＤＰＦのコージライトや炭化珪素のセラミックハニカムに粒子状物質（ＰＭ）を捕集して触媒の助けで低温で燃焼させて焼却し，排気ガスを浄化するようになった。また，排気ガス中に含まれるＰＭについて，その組成のほとんどが未燃焼のカーボン又は重質油の炭化水素であるので，ＤＰＦを用いて燃料を完全に燃焼さえすれば，微粒子として排出されることがない。通常，フィルタに担持された触媒は，３００℃前後から煤を燃焼させるか，又は排気ガス中のＮＯをＮＯ2 に酸化させ, そのＮＯ2 を活用するものであり，３００℃以下でＰＭを燃焼させる技術等が，最も低温で煤を燃焼させるものであると言われている。該排気ガス浄化装置では，ＮＯ2 と未燃焼カーボン（Ｃ）との反応は，２ＮＯ2 ＋２Ｃ＝Ｎ2 ＋２ＣＯ2 である。
一方，都市部の大気をクリンにするためには，新車は勿論であるが，既に市販された自動車の排気ガスを浄化することが不可欠となり，そのような観点からＤＰＦを自動車に搭載することが積極的に進められている。しかしながら，現在使用されている既存車で，ＤＰＦを導入する場合，コモンレール等の排気温度を容易に制御できる装置を適用することができないこと，また，最新の新車にＤＰＦを用いる場合に，エンジン駆動と関連して総合的に制御できないためＤＰＦが正常に作動しない場合が多い。排気ガス浄化の用途に用いることのできるフィルタとして，近年，金属薄板と金属製不織布を複合させたものが使われ始めている。該フィルタは金属薄板のガイドで排気ガスを金属不織布に衝突させて捕集しており，フィルタの構造が複雑であり，製造費用が高いこと，ＰＭ低減率が４０〜５０％が限度であってそれ以上高くできない難点があった。
また，従来の排気ガス浄化装置は，ディーゼルエンジンから排出される排気ガスに含まれる煤状粒子の排出物を低減又は除去するものであり，ＮＯをＮＯ2 に酸化するのに有効な第１触媒，及び炭化水素，一酸化炭素，揮発性有機物成分を酸化させるのに有効な第２触媒を有し，各々の触媒がハニカム型の流通モノリス上に担持され，第２触媒モノリスの上又は中に捕獲された煤状粒子が第１触媒からのＮＯ2 含有ガスの中で燃焼され，第１触媒の担体として使用されるモノリスは煤状粒子の捕集を最小限度に抑えるものである（例えば，特許文献１参照）。
また，ディーゼルエンジンの排ガスを浄化する排ガスフィルタとして，１つの帯状フィルタ層から成るものが知られており，該排ガスフィルタは，少なくとも部分的に流体が貫流できる材料から成る少なくとも１つのフィルタ部を備えた帯状フィルタ層と金属箔とからなり，フィルタ層が排ガスの気体成分を転換するための触媒活性被覆を備えた少なくとも１つの接触部と排ガスから粒子を濾過除去するためのフィルタ部とを備えている（例えば，特許文献２参照）。
また，加熱要素付きの排気ガス浄化装置としては，外被管内に配置されて排気ガスで貫流されるハニカム構造の触媒担体と電気加熱要素とを有し，加熱要素が両端に電気接続端子を有し，加熱要素内に電気絶縁用の隙間によって曲がりくねった流路が規定されており，加熱要素がハニカム体であり，ハニカム体が電気絶縁支持要素により触媒単体に固定され，ハニカム体が排気ガスの流れ方向において触媒担体の下流に配置されている（例えば，特許文献３参照）。
特開平１０―１５９５５２号公報
特表２００５−５３４４８７号公報
特表２００３−５０９６２０号公報
ところで，ディーゼルエンジンは，圧縮着火エンジンであるため，ＮＯX や粒子状物質（ＰＭ）が排気ガスに含まれている。ディーゼルエンジンでは，ＮＯX とＰＭとはトレードオフ関係にあり，その低減は難しく，また，ディーゼルエンジンは，排気ガス中の酸素濃度が高いため，ガソリンエンジンで有効な三元触媒によるＮＯX の低減が難しい。更に，ＰＭの主成分である煤は，酸化温度が高いため特殊な低減装置が必要になる。また，ＮＯをＮＯ2 に酸化させることを活用する排ガス浄化装置は，ＮＯX の排出量の絶対値が減少してきている状況においては，生成するＮＯ2 量が減少することになり，その効果も制限されてきた。また，触媒を担持したフィルタでＰＭを浄化するＤＰＦは存在するが，触媒の劣化に関しては，予め白金等の触媒をフィルタに多めに担持しておき，触媒が劣化した後も，余分な触媒を担持していることで性能を確保できることを狙っているが，触媒を余分に担持させる対応でも，極めて長距離を走行する車両では十分ではなく，ＰＭを排気ガス中から除去する本来の性能を発揮できない可能性が高くなっている。また，煤を燃焼させる触媒は，白金が主に用いられているが，上記のことを考慮して，ＤＰＦに白金等の貴金属の触媒を大量に担持するには，例えば，４トン積みトラックでは高価なＤＰＦになってしまうという問題がある。
また，ＰＭの主成分である煤は，フィルタにより濾過されて燃焼するが，ＤＰＦを搭載した車両が渋滞路等で連続的に走行する場合に，エンジンの排気ガス温度は触媒によるＰＭの燃焼温度に達する頻度が極めて少なくなり，結果的に煤によりフィルタが閉塞し，それが排気管の閉塞となって車両が走行できなくなる可能性がある。更に，フィルタに堆積した煤が走行条件により煤の燃焼温度を上回った時に，ＰＭが急激に爆発的に燃焼し，ＤＰＦを破損したり，フィルタを溶損させたり，火災に発展する恐れがある。従って，最近では，ＤＰＦは，煤の堆積量を圧力センサ等により検知し，煤の堆積量が一定値を超えた場合に，排気温度を高める装置を付加して煤を積極的に燃焼させようとする工夫がなされてきた。また，排気ガス浄化装置を設けたエンジンでは，膨張行程後半や排気行程にコモンレール式燃料噴射装置を用いて燃料を噴射，燃焼させ排気温度を上昇させるもの，上記噴射した燃料を後方に設けた酸化触媒により酸化発熱させるもの，又はＰＭ除去装置の上流に別途も設けられた燃料供給装置からの燃料を後方に設けられた酸化触媒により酸化発熱させ排気ガス温度を上昇させるものが知られている。このようなＰＭ浄化システムは，煤によりフィルタが閉塞する危険性は低いが，低速走行等で排気ガスが高温になる頻度が少ない場合は，前記の燃料を用いた排気ガス昇温システムが稼動し，無駄に燃料を消費するため，走行燃費が悪化するという問題があった。特に，ＰＭ触媒の活性温度が低い場合は，排気ガス昇温システムの稼働が益々増え，燃費が悪化する。
この発明の目的は，上記の問題を解決するため，排気ガスがフィルタを通過する際のフィルタに形成される排気ガス通路そのものを従来の構造と根本的に改良し，排気ガスが金網又は金属製不織布から成る帯体の隙間を横切って通過するのではなく，帯体を壁面とする屈折路又は平行路で排気ガス通路を形成し，排気ガスを上記通路の壁面に沿って接触させつつ通過させ，それによって，排気ガス中の粒子状物質等の有害物質でフィルタの目詰まりや閉塞する現象を避け，粒子状物質が通路の帯体壁面に衝突しつつ接触通過し，場合によっては帯体に衝突したり一部の排気ガスが帯体を通り抜けさせ，粒子状物質等の有害物質を排気ガス通路に沿って帯体の壁面に捕集し，エンジン排気温度が上昇した時のエンジン排気熱で前記粒子状物質を加熱焼却又は触媒の助けで酸化・還元して消失し，又は粒子状物質を屈折路に滞留又は捕集した位置でエンジン排気熱で燃焼又は触媒の助けで酸化還元消失させ，それによって排気ガス通路が粒子状物質で閉塞することがなく，排気ガスが通路を常にスムーズに流れ続けることができ，排気ガス中の粒子状物質の削減率として４０〜８０％程度を確保することができる排気ガス浄化装置を提供することである。
この発明は，排気ガスを排出する排気通路にフィルタを配設し，前記フィルタに前記排気ガスを通して前記排気ガス中の粒子状物質，スート，ＮＯX ，ＨＣ等の有害物質を燃焼や酸化・還元によって消失させて前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において， 前記フィルタが備えている担体は金網又は金属製不織布から成る帯体を筒状に巻き上げ又は積層して形成した柱状体から構成され，前記帯体は少なくとも前記柱状体の軸に対して平行なストレート状又は傾き状に延びる稜線と該稜線間の溝とに成形された波状帯体を有し，重なる前記帯体間で前記溝に沿って前記柱状体の一端面から他端面へ連通して排気ガス通路が形成され，前記排気ガスは前記排気ガス通路を前記金網又は前記金属製不織布の凹凸表面に接触しつつ乱れて流されて前記排気ガス中の前記有害物質が燃焼や酸化・還元されて浄化されることを特徴とする排気ガス浄化装置に関する。
前記帯体は，前記波状帯体同士が重なり配設，又は前記波状帯体間に平ら状帯体が介在して前記波状帯体と前記平ら状帯体とが交互に重なり配設されている。また，前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対してジグザグに傾いて延びて前記排気ガス通路が屈折路に形成されている。また，前記波状帯体同士が重なり配設された場合に，前記波状帯体の前記稜線で形成される前記屈折路はそれぞれ交差している。又は，前記波状帯体は，前記柱状体の軸に対して所定の長さだけ傾きを持つ前記稜線と所定の長さだけ平行に延びる前記稜線とが交互に繰り返す形状に成形され，前記波状帯体の前記溝に沿って形成される前記排気ガス通路が平行路と屈折路とから構成される。
また，前記フィルタは，前記波状帯体と前記平ら状帯体とがセットとして，又は前記稜線の傾きが同一又は異なる角度の前記波状帯体同士が２枚以上セットとして重ねられた重ね帯体が筒状に巻き上げ又は積層して前記柱状体に構成されている。
また，前記帯体は幅方向に凹凸部に成形されており，前記帯体を前記柱状体に巻き上げ又は積層した状態では互いに積層した前記凹凸部が前記帯体を互いに係止し，前記柱状体の軸方向に前記帯体が互いにずれないものである。
前記帯体を構成する前記金網又は前記金属製不織布は，ステンレス鋼又は鉄クロムアルミ合金から構成されている。また，重なり合う前記帯体同士は予め決められた所定の場所がニッケルを主体としたロウ又はロウ箔のロウ材で接合されている。また，前記フィルタの少なくとも一方の端面は前記ロウ材で接合され，ロウ接部は予め決められた幅を持って放射曲線状に延びる間欠的な線状，又は外周側に幅広くなって放射曲線状に延びる線状になっている。更に，前記柱状体は，前記帯体を巻き上げる時に，少なくとも前記稜線が隣接する前記帯体に予め決められた領域の部位に配設した前記ロウ材で前記帯体同士がロウ接されている。更に，前記ロウ接された予め決められた領域の部位は，隣接する前記帯体で前記柱状体の軸方向に互いに位置ずれしている。
また，前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対して１０°〜５０°の角度に傾いており，前記排気ガス通路が前記屈折路に形成されている。更に，前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対してジグザグの傾き角度が同一又は異なっている。また，前記フィルタは，前記柱状体が前記排気ガスの流れ方向に複数直列に配設して構成されている。また，前記フィルタは，前記柱状体が前記排気ガスの流れ方向に複数直列に配設される場合には，前記波状帯体の前記稜線の傾き角度は，前記排気ガスの上流側が小さく且つ下流側が大きく成形されていることが好ましい。
前記金網を構成する金属製ワイヤの線径は，０．０３ｍｍ〜０．３５ｍｍである。また，前記金網のメッシュは，１６〜２００メッシュである。更に，前記金網のメッシュは，前記金網の縦線のメッシュ数が前記金網の横線のメッシュ数より多く，前記金網の前記縦線の前記メッシュ数が３０〜１００メッシュ且つ前記横線の前記メッシュ数が６０〜２００メッシュに設定されている。また，前記フィルタは，少なくとも３枚の前記帯体をセットとして前記波状帯体に成形する場合に，前記帯体は内側の前記メッシュが細かく，外側の前記メッシュが荒くなるように配設して構成されている。
前記波状帯体の波状凸凹のピッチは，１ｍｍ〜６ｍｍである。更に，前記フィルタは，排気ガス流れの上流から下流になるに従って前記ピッチが小さくなる前記波状帯体と，前記排気ガス流れの上流から下流になるに従って前記ピッチが大きくなる前記波状帯体とが交互に重ね合わされて構成されている。また，前記波状帯体の波状凸凹の高さは，０．５ｍｍ〜５ｍｍである。
前記担体を構成する前記帯体の線材表面には，アルミナ，シリカ，ジルコニア，セリアの少なくとも１種以上のセラミックスがコーティングされている。更に，前記コーティング層の表面には，白金．銀，カリウム，パラジウム，イリジウム，鉄，銅，バリウムから選択される１種又は複数種の触媒が坦持されている。
また，この排気ガス浄化装置は，前記排気ガスが前記帯体間に形成された前記屈折路を通過する際に，前記排気ガス中に含まれる前記粒子状物質は，前記帯体の前記金網又は金属製不織布に接触しつつ流れ又は前記屈折路で一旦接触滞留して酸化焼却される。また，この排気ガス浄化装置は，前記排気ガスが前記帯体間で前記波状帯体の前記溝で形成された前記排気ガス通路の前記屈折路を通過する際に，前記屈折路に捕集されている前記粒子状物質が時間経過と共に前記触媒の助けで酸化反応して消失される。
また，前記担体に担持されている触媒は，酸化触媒，三元触媒，或いは炭化水素系燃料，アンモニア又は尿素を還元剤として機能させるＮＯX 還元触媒である。
この排気ガス浄化装置は，上記のように構成されているので，排気ガスの通路と粒子状物質（以下，ＰＭ）等の捕集部分とが区割されているので，フィルタがＰＭ等で閉塞することがなく，ＰＭ捕集率を４０〜８０％程度を常に確保することができ，また，スート，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を燃焼又は触媒の助けで酸化・還元によって消失させることができ，フィルタがＰＭで閉塞することがない。金網又は金属製不織布から成る波状帯体の溝に沿った排気ガス通路をジグザグ状に形成し，排気ガスが波状帯体の凹凸壁に衝突しつつ流れ，衝突した排気ガス中のＰＭを捕捉することができ，ＰＭを捕捉しても排気ガス通路は閉塞することがない。帯体の金網のメッシュの仕様（線径，メッシュ数，枚数）を変更したり，波状帯体に形成される排気ガス通路の断面形状，ジグザグ状の形状を変えることにより，ＰＭの補修率を調整することができる。即ち，フィルタは，排気ガス中のＰＭ等の有害物質が屈折路又は平行路の通路壁面に接触しつつ流れて加熱燃焼又は酸化・還元され，たとえ有害物質のうちＰＭが直ちに加熱燃焼や酸化燃焼せずにＰＭが壁面に滞留して捕集された状態であっても，通路壁面であってフィルタの排気ガス通路そのものが閉塞することがなく，捕集されたＰＭが時間経過に従って加熱燃焼や酸化燃焼して消失し，ＰＭの排気ガスからの除去率を４０〜８０％達成でき，排気ガスは常に長時間にわたってスムーズに通路を流れ，エンジンの運転状態に悪影響を及ぼすことがない。この排気ガス浄化装置は，フィルタに屈折路や平行路が形成されて，排気ガス通路とＰＭの捕集部分とが別々であるため，排気ガス通路が閉塞することがなく，捕集された粒子状物質は時間経過と共に触媒の助けで徐々に酸化燃焼消失，又はエンジン排気温度が高くなって排気熱により加熱燃焼又はＮＯ2 により酸化消失することになり，排気ガス中のＰＭの捕集効率を向上させることができる。
また，この排気ガス浄化装置は，少なくとも波状帯体が巻き上げられた柱状体に，溝によって形成した排気ガス通路をジグザク状の屈折路や平行路に形成され，通路壁面が金網又は金属製不織布によって凹凸状になっているので，排気ガスを波状帯体の壁面に接触させて衝突させながら流すことになり，通路壁面の凹凸によって排気ガス流れに細かい乱れを発生させ，排気ガスと壁面表面との接触が増大し，粒子状物質等の有害物質の捕集が有効になり，また，帯体に触媒を担持させ，粒子状物質の酸化燃焼を促進し，たとえＰＭが排気ガス通路に滞留しても排気ガス通路が閉塞することがなく，排気ガスが排気ガス通路を常にスムーズに流れることができる。また，フィルタは，帯体を一対の凹凸成形具を通したり又は押圧成形のみで，簡単に稜線と該稜線間の溝とを成形することができ，波状帯体の製造が容易であって安価であり，帯体は互いに絡み合っているので，必ずしも帯体同士を接合する必要がなくなる。しかも，この排気ガス浄化装置は，従来のようなステンレススチール製の薄板の代わりに，金網又は金属製不織布の帯体を用いてフィルタを形成するので，成形が容易であり，成形の自由度が大幅に改善される。例えば，フィルタを構成する従来の２０〜３０μｍの薄板では伸び等はほとんど期待できないが，金網又は金属製不織布では自由度が高くなり，成形を簡単で安価に行うことができる。
この発明による排気ガス浄化装置は，エンジン，バーナ，燃焼装置等から排気される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ），スート，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を燃焼，酸化還元反応させて消失除去して浄化するのに適したものである。この排気ガス浄化装置は，例えば，エンジンから排気管を通じて排出される排気ガスに含まれるＰＭを酸化反応させ，又はエンジン排気温度が高温になって時にエンジン排気熱で加熱燃焼させて排気ガスを浄化するものに適している。
以下，図面を参照して，この発明による排気ガス浄化装置について説明する。この排気ガス浄化装置には，排気系に触媒を担持した担体１（総称は符号１）から構成されたフィルタ２０を組み込んだものであり，担体１は，エンジン，バーナ，燃焼装置，煙道等の排出口から排出される排気ガスに含まれる粒子状物質（ＰＭ），スート，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を，触媒の助けで水，二酸化炭素，窒素に酸化・還元反応させて消失させるものである。担体１は，図１〜図３に示すように，金網又は金属製不織布から成る帯体８を成形した波状帯体３と平ら状帯体１３とを交互に配置して，或いは図４〜図６に示すように，波状帯体３単独又は波状帯体３同士を配置して渦巻き状即ち螺旋状に巻き上げ又は積層して柱状体４に構成し，帯体８を成形して作製された波状帯体３の溝６に沿って柱状体４の一端面の流入口９から他端面の流出口１０へ連通した排気ガス通路５を形成したことに特徴としている（図１２〜図１５）。柱状体４は，全体として，円筒，角筒等の筒体に形成されている。波状帯体３の溝６に沿って形成された排気ガス通路５は，端部が封止されておらず，一端面の流入口から他端面の流出口へ連通してストレート又はジグザグに延びる多数のハニカム構造に形成されている。この排気ガス浄化装置では，図１２，図１３に示すストレートな排気ガス通路５を備えた担体１は，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を浄化するのに適しており，また，図１４，図１７に示すジグザグな排気ガス通路５を備えた担体１は，ＨＣ，ＮＯX に加えて粒子状物質１８等の有害物質を浄化するのに適している。
帯体８は，金網を各種の構成に織ったり，金属製不織布でもよいものである。波状帯体３は，平らな帯体８を歯車状等の成形具によって幅方向に稜線７と稜線７間の溝６とに成形することによって形成でき，また，平ら状帯体１３は，帯体８を平らに成形して形成できる。また，柱状体４を形成する帯体８は，その表面に有害物質を酸化・還元させて消失させる触媒を担持している。帯体８は，金網又は金属製不織布で成形されて表面に多数の凹凸が形成され，凹凸表面に触媒が担持されているので，帯体８から成る担体１は，排気ガスＧが帯体表面に接触する機会が増え，排気ガスの高い浄化性能を発揮できる。排気ガスＧは，担体１の帯体壁面の接触流れによって乱れ即ち乱流を起こし，排気ガスＧと触媒との接触チャンスや接触時間が増大され，有害物質の酸化・還元が促進されることになる。担体１を構成する帯体８は，常時，低温と高温の繰り返しの熱応力を受けており，その上，温度分布も帯体８の場所によって異なっている。帯体の金網又は金属製不織布は，それぞれ非常に細いワイヤで構成されているため，熱分布による変形を柔軟に許容することができ，局部的な塑性変形等が起きないので，表面にコーティングされているセラミックス等は剥がれず耐久性も優れている。担体１は，排気ガスＧの流れに乱れを起こすことにより，担体１の表面にコーティング等で担持された触媒との接触が大幅に増大され，担体１に担持された触媒の種類に無関係に浄化性能をアップでき，或いは従来のものと同等の浄化性能を得るのであれば，本発明は大幅に小型化することができる。
また，波状帯体３は，図示していないが，ジグザグの凹凸状の一対のロール型のプレス機等の成形具に通されるだけで，又はロール間で押圧されるのみで，稜線７と稜線７間の溝６とから成る波状に成形される。波状帯体３の稜線７は，図１や図１０に示すように，平行に延びる形状に，又は柱状体４の軸に対して傾きを持つ形状，具体的には図４〜図６に示すように，柱状体４の軸に対して流入口９から流出口１０へとジグザグに成形具で成形されている。従って，担体１は，波状帯体３の稜線７が平行に延びて溝６に沿って多数の平行路１７を備えたもの，或いは波状帯体３の稜線７が屈折して延びて溝６に沿って多数の屈折路１６を備えたものに形成されている。また，柱状体４は，図５，図７及び図１６に示されるように，稜線７の傾きが逆向きに延びるように互いにクロス即ち交差して重ねられた少なくとも２枚の波状帯体３をセットとして螺旋状に巻き上げられている。図１６には，２枚の金網帯３を積層した状態が示され，一方の波状帯体３を実線で示し，他方の波状帯体３を点線で示され，波状帯体３の稜線７が互いに交差状態に積層された状態が示されている。或いは，図示していないが，波状帯体３に成形された稜線７は，柱状体４の軸に対して所定の長さだけ傾きを持つ部分と所定の長さだけ平行に延びる部分とが交互に繰り返して形成することもできる。この排気ガス浄化装置は，特に，排気ガスＧが帯体８間の溝６に沿って形成された排気ガス通路５を通過する際に，排気ガスＧ中の有害物質が帯体８に接触しつつ乱れとなって流れて燃焼或いは酸化・還元反応して，水，二酸化炭素，窒素へ変換され消失させることを特徴としている。
担体１を構成する波状帯体３に形成した屈折路１６では，図７に示すように，排気ガスＧが矢印で示す方向に流れる。担体１は，図７〜図９に示されるように，排気ガスＧが波状帯体３間に形成された屈折路１６を通過する際に，排気ガス中の粒子状物質１８は，波状帯体３に接触しつつ流れ又は稜線７間の溝６で形成される屈折路１６の屈折部分等の領域で一旦滞留し，そこで徐々に粒子状物質１８が酸化燃焼して焼却される。排気ガスＧに含まれた粒子状物質１８は，排気ガスＧと共に屈折路１６を流れるに従って波状帯体３の帯体壁面に接触しつつ流れて帯体８の金網又は金属製不織布に担持されている触媒の助けで消失されるが，粒子状物質１８の一部は屈折路１６の屈折部分等の領域で一旦滞留し，そこで，排気ガス温度が高くなって排気熱で加熱焼却又はＮＯ2 により酸化消失し，或いは，徐々に触媒の助けで酸化燃焼して焼却されることになり，屈折路１６は，粒子状物質１８で閉塞されることなく，排気ガスＧが常にスムーズに流れるように連通している。
また，この排気ガス浄化装置は，図１０では，（Ａ）の（ａ）が断面図，（ｂ）が平面図であり，ガス流速が遅い場合の排気ガスＧの流れを示している。また，図１０では，（Ｂ）の（ａ）は断面図，（ｂ）は平面図であり，ガス流速が速い場合の排気ガスＧの流れを示している。図１０に示すように，排気ガスＧの流速が速いほど，排気ガスＧはフィルタ２０の筒内に平行に流れようとするので，排気ガスＧの流れに僅かな角度即ち屈折路１６を与えることにより，排気ガスＧに含まれるＰＭを排気ガス通路５を形成する金網又は金属製不織布の壁面に付着させながら流れるからであり，ガス流速が速い場合は遅い場合よりはるかに筒内で平行して流れる特性が強くなり，その結果，排気ガス通路５の壁を構成する金網又は金属製不織布を突き抜けて流れ，ＰＭを壁に付着させてＰＭを除去する特性が弱まり，ＰＭ浄化率が小さくなるからである。同様に，ガス流速が小さい場合にはガス流速が高い場合の逆の特性になる。
また，この排気ガス浄化装置では，波状帯体３の稜線７は，柱状体４の軸に対してジグザグの傾きの角度が同一又は異なっており，その範囲は柱状体４の軸に対してほぼ１０°〜５０°の角度に傾いて，排気ガス通路５の傾斜路である屈折路１６に形成されている。また，柱状体４は，筒状ケース２内に複数個直列に配設され，柱状体４の波状帯体３の稜線７の傾き角度は，排気ガスＧの上流側と下流側とで同一又は異なっているものである。排気ガス通路５での排気ガスＧの流れを考慮すると，稜線７の傾き角度は１０°〜５０°であることが好ましい。稜線７の傾斜の角度範囲の検証は，本発明品と従来のメタルハニカムに白金を担持させた炭化水素の浄化性能を調べたものである。本発明品が高い浄化率を確保できたのは，帯体８の金網又は金属製不織布の表面が排気ガスＧの流れに乱れを起こし，触媒との接触を大幅に増加させていることが１つの要因であると思料される。稜線７の傾き角度は，排気ガスＧに対して最適値が存在している。図２３には，エンジン回転速度に対応して波状帯体３の稜線７の傾斜角度によってＰＭ浄化率が異なることを示している。即ち，稜線７の角度が４５°の場合には，図２３のグラフＡで示すように，エンジン速度が５００ｒｐｍ〜２０００ｒｐｍの場合に，ＰＭ浄化率が良好であり，また，稜線７の角度が３０°の場合には，図２３のグラフＢで示すように，エンジン速度が２０００ｒｐｍ〜３５００ｒｐｍの場合に，ＰＭ浄化率が良好であった。従って，エンジンは，走行道路条件でアイドリング運転の低速から最高出力を発揮する高速まで大きく変化し，それに伴って排気ガスＧの流量は大きく変化するので，ＰＭ浄化率を高めるため，低速にマッチした角度と高速にマッチした角度を複数組み合わせるように，排気ガスＧの上流側から下流側に向かってジグザグの角度を２回以上変えることにより優れたＰＭ浄化率の性能を得ることができる。
この排気ガス浄化装置では，波状帯体３の稜線７の傾斜角度の違いを排気ガスＧの流れの上流と下流で変化させる場合は，角度の小さい波状帯体３で作製したフィルタ２０を上流に配設し，角度の大きい波状帯体３で作製したフィルタ２０を下流に配設することが，捕集効率を有効に発揮させることができる。即ち，排気ガス流量が大きい場合は，排気温度も大体は高温であるため，ＰＭを捕集してもＰＭが酸化燃焼するので，ＰＭのフィルタ２０への堆積量が少ない。しかし，低速時は排気ガス流量が小さく，排気温度も低いのでＰＭが堆積する量が大きくなる場合が多い。このような場合には，上流に角度の小さい波状帯体３のフィルタ２０を配設することが高い捕集率では内が，ＰＭを捕集することができ，下流に設置した角度の大きいフィルタ２０の堆積量が減少するので，負担が少なく，フィルタ全体で有効にＰＭを捕集できることになる。また，この排気ガス浄化装置では，波状帯体３の稜線７の傾斜角度の大きいものと角度の小さいものとを組み合わせて帯体８を巻き上げることで，低速から高速までバランス良くＰＭを捕集することができる。また，１個の担体１の帯体８の稜線角度を一定とし，２種類以上の異なった稜線角度の担体１を排気ガスＧの流れに直列に配置すると，低速から高速まで安定した性能を得ることができる。或いは，１個の担体１に，帯体８の稜線角度の異なったものを２種類以上組み合わせて巻き込むこと又は積層したものを用いても，低速から高速まで安定した性能を得ることができる。更に，稜線７の傾斜角度が異なったものを組み合わせた担体１の複数個を，排気ガスＧの流れに直列に配列することで，一段と高い浄化率を得ることができると共に，複数個が同じ仕様で製造できるので，担体１の製造コストを低減することができる。
担体１に担持させた触媒は，三元触媒，酸化触媒，ＮＯX 還元触媒（ＮＯX 選択還元触媒）を用いることができる。本発明は，三元触媒，酸化触媒，ＮＯX 還元触媒のいずれの触媒を用いても，浄化性能を大幅に向上させることができ，従来の担体と同等の浄化性能を確保するのであれば，大幅に小形化でき，低コストに製造することができる。また，尿素（又はアンモニア），軽油等の還元剤を用いるＮＯX 還元触媒は，排気ガスＧと排気ガスＧに混合された還元剤を均一に混合することが極めて重要である。車両に搭載する浄化システムの場合は，極めて狭いスペースにおいて排気ガスＧと還元剤を均一に分散，混合させる必要がある。従来の担体では排気ガスＧに対する還元剤の濃淡が生じて困難なことであるが，本発明品を使用すれば，分散混合がスムーズに達成される。この排気ガス浄化装置は，ＰＭを捕集することを目的の１つに構成しているが，その他，ＮＯX 還元触媒をフィルタ２０に担持することもできる。軽油を還元剤として用いるＮＯX 還元触媒は，触媒として白金，銀等を用いる場合が多い。これらの場合には，ＰＭを燃焼させる効果を有するので，フィルタ２０にＮＯX 還元触媒を担持することで，ＰＭを捕集燃焼させて浄化することと同時に，ＮＯX 浄化を行い，それによって，この排気ガス浄化装置をＮＯX ・ＰＭ同時浄化装置として機能させることができる。この排気ガス浄化装置では，フィルタ２０にゼオライト等を用いたＮＯX 還元触媒を担持することもでき，この場合もＮＯX 浄化とＰＭ捕集浄化を同時に同じフィルタ２０で行うことができ，装置そのものを小形化し，低コスト化が達成できる。また，従来のセラミックスハニカムやメタルハニカムの担体は，排気ガスの入口から入った排気ガスがどのセルの中を流れ，隣のセルの排気ガスとは混ざることがなく，担体の出口に到達する。しかしながら，本発明の担体１は，１つのセルは流入口９から流出口１０までストレートに延びると共に，セルと隣接するセルとは金網又は金属製不織布の多孔を通じて連通しているので，排気ガスＧが混合しながら流れて混合が促進され，それによって担体１の流入口９での還元剤の均一性が多少悪くても，排気ガスＧが担体１を流れる間に排気ガスＧと還元剤との混合が継続され，結果として，極めて高い浄化率を得ることができる。実際のエンジンを用いた試験では，本発明品は，従来のものに比較して３倍のＳＶ（１／ｈ）であり，従来のものと同等の性能を得ることが確認できた。なお，ＳＶ（１／ｈ）は，ガス流量を担体容積で除した比である。
また，帯体８を構成する金網又は金属製不織布は，ステンレス鋼又は鉄クロムアルミ合金のワイヤから構成されている。また，帯体８を構成する金網のワイヤの線径は，０．０３ｍｍ〜０．２５ｍｍであることが好ましく，また，波状帯体３と平ら状帯体１３を構成する金網のメッシュは３０〜２００メッシュであることが好ましい。更に，担体１即ちフィルタ２０は，少なくとも２枚の帯体８をセットとして波板状を成形する場合に，内側の帯体８の金網のメッシュを細かくし，外側の帯体８の金網のメッシュを粗くしたものである。帯体８の金網のメッシュは，帯体８の縦線と横線とのメッシュ数が異なっており，帯体８の縦線のメッシュ数が帯体８の横線のメッシュ数より多くなっている。この実施例では，帯体８の縦線のメッシュ数が３０〜１００メッシュであり，帯体８の横線のメッシュ数が６０〜２００メッシュになるように設定されている。言い換えれば，帯体８の縦線とは，帯体８の長手方向に延びるワイヤであり，帯体８の横線とは，帯体８の幅方向に延びるワイヤである。一般に，帯体８を形成する金網は，縦線と横線とで織り上げるが，金網を織るスピードは，横線のメッシュ数によって拘束される。横線のメッシュ数が多い場合には，織機で１回で織られる速度が遅くなり，即ち，織りの所要時間が長くなり，その結果，金網を織るための作業コストは高くなる。しかしながら，縦線のメッシュ数が多い場合には縦線を織機にセットする作業が若干多くなるが，横線のメッシュ数が少なくて済み，そのため，織りの所要時間が大幅に短くなり，織り作業効率が上がる。従って，金網の製造コストを低減するには，織機によって織る速度が速くなるように横線のメッシュ数を減らすことが有効である。一方，単位面積当たりの表面積は，例えば，縦糸が８０メッシュと横糸が８０メッシュから成る金網と，縦糸が１２０メッシュと横糸が４０メッシュから成る金網とは，等しくなって担体１の性能も同様になる。
また，図２に示すように，波状帯体３の稜線７と溝６とのサイズについて，稜線７間の即ち凸凹のピッチＰは，１ｍｍ〜６ｍｍに設定されることが好ましいものであり，ピッチＰが１ｍｍ以下であると排気ガス通路５が狭過ぎてＰＭ等が詰まる傾向になり，また，６ｍｍ以上であると排気ガス通路５が広過ぎて排気ガスＧの触媒への接触が十分でなくなる。また，担体１の稜線７間のピッチＰの大きさは，長手方向において同一又は変更することによって排気ガス通路５の幅サイズを変更でき，排気ガスＧの流れに好ましい乱れを発生させることができる。例えば，波状帯体３について，ピッチＰの大きさは，図示していないが，流れの上流側を大きく下流側を小さくなるものと逆にしたものとを交互に形成したり，又は長手方向に同一の大きさに形成することができる。波状帯体３の稜線７のピッチを小さく形成するほどＰＭの捕集割合は高くなるが，一方，稜線７のピッチが小さすぎると，ＰＭによるフィルタ２０の詰まりが生じる場合がある。従って，この排気ガス浄化装置では，高い捕集率を得るためには，波状帯体３を比較的にピッチの小さいものに作製し，部分的にピッチの大きいものを巻き込むことが有効になる。走行する上で，長時間にわたってＰＭが燃焼せずに，フィルタに堆積する場合でも，ピッチの大きな部分は閉塞することが無いので，多少エンジン出力は低下するが，走行に支障は発生しない。フィルタ２０における波状帯体３の稜線７のピッチを，上流側を大きく下流側を小さく形成したフィルタ壁と，上流側のピッチを小さく下流側のピッチを大きく形成したフィルタ壁とを交互に組み合わせると，排気ガスＧの流れに対して排気ガスＧの一部がフィルタ壁を通過する量を適切に調整することができ，ＰＭ捕集率を調整することができる。更に，波状帯体３は，稜線７と溝６との波板の凸凹の高さＨは，０．５ｍｍ〜５ｍｍであることが好ましいものであり，高さＨが０．５ｍｍ以下であると排気ガス通路５が低過ぎてＰＭ等が詰まる傾向になり，また，５ｍｍ以上であると排気ガス通路５が高過ぎて排気ガスＧの触媒への接触が十分でなくなる。フィルタ２０は，稜線７間のピッチＰ及び稜線７と溝６との凸凹の高さＨを調整することによって，屈折路１６又は平行路１７の大きさを調節することができ，排気ガスＧの流れを調節できるものであり，エンジンの大きさや性能に対応してこれらのサイズを決定すればよい。
フィルタ２０即ち担体１を構成する帯体８の金網又は金属製不織布には，アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ），シリカ（ＳｉＯ2 ），ジルコニア（ＺｒＯ2 ），セリア（ＣｅＯ2 ），チタニア（ＴｉＯ2 ）の少なくとも１種以上のセラミックスがコーティングされている。即ち，担体１を構成する担体基材には，シリカ，アルミナ，セリア，チタニア，ジルコニアのいずれか一種又はそれらの少なくとも１種類を含む複合酸化物粉末が予め被覆されている。更に，帯体８の基材を被覆したセラミックスのコーティング層の表面には，白金（Ｐｔ），銀（Ａｇ），カリウム（Ｋ），パラジウム（Ｐｄ），イリジウム（Ｉｒ），鉄（Ｆｅ），銅（Ｃｕ），バリウム（Ｂａ），ルテニウム（Ｒｕ），ロジウム（Ｒｈ）の少なくとも１種類以上の酸化・還元触媒が担持されているものである。
また，図１１に示すように，担体１から成るフィルタ２０は，過大な振動等の外力が負荷される環境，又は大きな熱応力を受ける環境で使用される場合には，フィルタ２０を構成する波状帯体３と平ら状帯体１３又は波状帯体３同士は，分解や変形を阻止するためニッケルを主体としたロウ材で互いに接合することができる。フィルタ２０は，６００℃以上の高温下で使用される場合，波状帯体３及び／又は平ら状帯体１３の帯体８同士をロウ材で接合することが，フィルタ２０の帯体８の熱変形が抑制されて好ましいものである。例えば，フィルタ２０の一方の端面２５又は両端面２５は，ロウ材で接合線２３（総称は２３）で互いに接合されている。具体的には，ロウ接部は，図１１の（Ａ）又は（Ｂ）に示すように，予め決められた幅を持って放射曲線状に延びる間欠的な線状の接合線２３Ａ，２３Ｂ，又は図１１の（Ｃ）に示すように，外周側に広くなった幅を持って放射曲線状に延びる接合線２３Ｃになっている。図１１の（Ａ）では，帯体８の端面に付与する結合力を均等にするため外周側になるに従って接合線２３Ａを増大させた構成，即ち，最外周部には１２本の接合線２３Ａ，中間部には８本の接合線２３Ａ，最内周部には４本の接合線２３Ａで接合されている。図１１の（Ｂ）では，ロウ材の接合線２３に不要な外力がかからない構成，即ち，接合線２３Ｂにカット部２４を形成して接合されている。更に，図１１の（Ｃ）では，帯体８の端面に接合線２３で付与する結合力を均等にするため，外周側になるに従って接合線２３Ｃの太さ即ち幅を大きく形成している。更に，フィルタ２０は，波状帯体３の巻き上げ時に，重なる波状帯体３の稜線７と帯体８とが接する予め決められた領域の部位にロウ材を塗布又はロウ材箔を配設して帯体８同士がロウ接されている。更に，帯体８同士がロウ接される予め決められた領域の部位は，フィルタ２０を構成する隣接する帯体８間で柱状体４の軸方向で互いに位置ずれしていることが好ましい。
一般に，金属箔を用いたハニカムフィルタでは，巻き付けながら，金属箔の中にロウ箔を巻き込んだり，金属箔を巻き込みながらロウペーストを塗布してロウ付けを行っているが，本発明品の金網又は金属製不織布を用いた担体１から成るフィルタ２０は，その柱状体４の筒体の両端面２５をロウ付けするだけで熱応力に強い強度を得ることができる。金網又は金属製不織布は，ワイヤに着目するとあらゆる方向に対して柔軟であるため，接合部を両端のみとしても，機会応力，熱応力を受け難くなり，十分な強度のフィルタ２０を得ることができる。即ち，担体１は，常時低温と高温とを繰り返し受けているが，更に温度分布も担体１の場所により異なっているが，フィルタ２０は金網又は金属製不織布で作製されており，非常に細いワイヤで構成されているので，熱分布による変形を非常に柔軟に受け止めることができ，塑性変形等が起きない。従って，ロウ接合でも，接合部を分散させることで，担体の優れた特性を活かすことができる。フィルタ２０の端面２５をロウ付けする場合には，接合線２３を担体筒体中心軸を通る放射曲線状に延ばすと，担体１がそのロウ接部分の剛性を高くするので，その放射曲線状のロウ接合部で拘束され，柔軟性が損なわれる。そこで，接合線２３を放射曲線状に延ばす場合に，渦巻き状等の曲状に延ばすことにより外圧に対する抵抗力を弱めることができ，その場合に接合線２３を所々で接合せずにカット部２４を設けることによって一段と高い柔軟性を得ることができる。また，接合線２３の面積を増大させることで，フィルタ２０の強度が高くなる。触媒付きフィルタ２０は，通常その前後で圧力が異なるため，所定の力を受けている。担体１は，該所定の力によってかかる担体１の剪断は，半径に比例して外周部の方が高くなるので，フィルタ２０の端面２５をロウ接合する場合は，外周ほど接合面積を増やすことが好ましい。また，波状帯体３の金網又は金属製不織布は，完成時の柱状体４の軸方向に斜めに傾いて稜線７が存在しているので，帯体８を巻き上げた時に，ロウ材を塗布又はロウ箔を挟むには，帯体８同士が接する領域にロウ材又はロウ箔が位置するようにする。しかしながら，帯体８同士の接する領域は，常に変化するので，ロウ材を有効に機能させるためには，ジグザグ状の稜線７を画像で読み込み，帯体８を巻き上げた時に，帯体８同士が接する領域に適切にロウ材を位置させることが好ましい。
この排気ガス浄化装置は，担体１を構成する柱状体４が図１２〜図１５に示すように，複数個（図では３個）がケース２内に配設され，例えば，排気管の途中に配設されるものであり，ケース２の端部を排気管に連結するか，排気管内にケース２を押し込むことによって配設することができる。担体１は，波状帯体３に成形された稜線７を柱状体４の軸に対して平行に延びて形成すれば，波状帯体３の溝６に沿って形成される排気ガス通路５はストレートな平行路１７の排気ガス通路５に形成される（図１２，図１３）。又は，波状帯体３に成形された稜線７を柱状体４の軸に対して傾きを持って形成すれば，波状帯体３の溝６に沿って形成される排気ガス通路５は傾斜した屈折路１６に形成される。更に，波状帯体３に成形された稜線７を柱状体４の軸に対してジグザグに形成すれば，波状帯体３の溝６に沿って形成される排気ガス通路５が屈折路１６に形成されている（図１４，図１５）。
図１２には，排気管に配設される担体１で構成されたフィルタ２０Ａの一例が示されている。フィルタ２０Ａは，排気管の排気ガスＧの流れ方向に配設されて組み込まれる。担体２０Ａは，ケース２とケース２内に配設された３個の柱状体４とから構成されている。担体２０Ａは，ガス通路５が一端面の流入口９から他端面の流出口１０へ貫通してストレートガス通路１４に形成される。また，担体１は，３個の柱状体４をケース２に固定するため，ケース２内の上下流側に位置する柱状体４の端面に，係止部材１１をケース２に溶着することによって柱状体４をケース２内に固定することができる。図示していないが，この排気ガス浄化装置は，ケース２内に１個の担体１を配設してもよいことは勿論である。また，図１３には，排気管に配設される担体１で構成されたフィルタ２０Ｂの別の例が示されている。フィルタ２０Ｂは，排気管の排気ガスＧの流れ方向に配設されて組み込まれる。フィルタ２０Ｂは，ケース２とケース２内に配設された３個の柱状体４とから構成されている。フィルタ２０Ｂは，ガス通路５が一端面の流入口９から他端面の流出口１０へ貫通してストレートガス通路１４に形成される。この排気ガス浄化装置は，３個の柱状体４をケース２に固定するため，図１７に示すように，柱状体４が位置するケース２の外周面を変形させて凹部１２を形成してケース２に柱状体４を固定することができる。
また，図１４には，排気管に配設される担体１で構成されたフィルタ２０Ｃの更に別の例が示されている。フィルタ２０Ｃは，排気管の排気ガスＧの流れ方向に配設されて組み込まれる。フィルタ２０Ｃは，ケース２とケース２内に配設された３個の柱状体４とから構成されている。フィルタ２０Ｃは，ガス通路５が一端面の流入口９から他端面の流出口１０へ貫通してジグザグガス通路１５に形成される。この排気ガス浄化触媒用担体構造は，３個の柱状体４をケース２に固定するため，ケース２内の上下流側に位置する柱状体４の端面に，係止部材１１をケース２に溶着することによって柱状体４をケース２内に固定することができる。また，図１５には，排気管に配設される担体１で構成されたフィルタ２０Ｄの他の例が示されている。フィルタ２０Ｄは，排気管の排気ガスＧの流れ方向に配設されて組み込まれる。フィルタ２０Ｄは，ケース２とケース２内に配設された３個の柱状体４とから構成されている。フィルタ２０Ｄは，ガス通路５が一端面の流入口９から他端面の流出口１０へ貫通してジグザグガス通路１５に形成される。この排気ガス浄化触媒用担体構造は，３個の柱状体４をケース２に固定するため，柱状体４が位置するケース２の外周面を変形させて凹部１９を形成してケース２に柱状体４を固定することができる。更に，担体１で構成されたフィルタ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄについては，図示していないが，柱状体４の軸方向に波状帯体３と平ら状帯体１３とが互いにずれないようにするために，例えば，ケース２内に収容した状態で柱状体４の両端部即ち一端面の流入口９と他端面の流出口１０とにケース２の横断方向に十字状に金属製ワイヤをわたすことによって簡単に達成することができる。
また，この排気ガス浄化装置において，帯体８は，図１７又は図１８に示すように，幅方向に凹凸部１９に成形されており，帯体８の波状帯体３が柱状体４に巻き上げられたフィルタ１に形成された状態では，凹凸部１９が互いに積層して波状帯体３が互いに係止され，柱状体４の軸方向に波状帯体３が互いにずれないように構成されている。図１７では，柱状体４を構成する波状帯体３が軸方向において中央部が一対の段部２１により皿状に凹んだ形状の凹凸部１９に成形されている。また，図１８では，柱状体４を構成する波状帯体３が軸方向において中央部が突出した楔部２２により凹んだ形状の凹凸部１９に成形されている。即ち，柱状体４であるフィルタ１に対して振動，熱応力，外力等の軸方向の力が負荷されると，積層している波状帯体３が軸方向にずれる可能性があるが，凹凸部１９が互いに積層することによって凹凸部１９が波状帯体３同士で係止手段として機能し，波状帯体３が軸方向にずれるのが防止できる。波状帯体３に凹凸部１９を成形した場合には，凹凸部１９付き波状帯体３を柱状体４に巻き上げた場合に，凹凸部１９の境界領域において排気ガスＧが流れる屈折路１６が潰れないように成形する必要がある。
図１９には，本発明による排気ガス浄化触媒用担体構造（本発明品）によって排気ガスＧ中のＣＯとＨＣの削減率と従来品によるＣＯとＨＣの削減率を比較した試験結果が示されている。図１９では，横軸が触媒温度℃であり，縦軸が有害物質の削減率％である。本発明品は，触媒温度に対する有害物質の削減率は，排気ガス温度即ち触媒温度が１５０℃から２５０℃までの低温領域での削減が有効であるが，従来品では低温領域での削減が不十分であった。このことから，本発明品は，低温領域での有害物質の除去効率が充分であり，有害物質を酸化・還元消失していることが分かった。
本発明の担体１と，白金を担持した従来のメタルハニカム形の担体とを対比した場合の有害物質の浄化率，ＳＶ（１／ｈ）に対する浄化率を試験するため，例えば，次のような試験装置（図示せず）を作製した。ケース内にＮＯX 還元触媒を担持した本発明の担体（２００セル）と従来のメタルハニカム担体（３００セル）とをそれぞれ配設し，ケースの入口側と出口側にＮＯX 濃度センサをそれぞれ設置し，ケースの入口側に還元用燃料（軽油）の供給ノズルを配設した。ケースの入口側に排気ガスと燃料とを混合させる領域を設けた。排気ガスの排気量は８０００ｃｃで且つ排気ガス温度は４００℃であり，担体の直径は２４０ｍｍであり，ＮＯX 排出質量に対する還元用軽油の供給量比を２倍に設定した。この試験装置を用いて，本発明品と従来の担体とを試験した結果を，図２０及び図２１に示す。図２０には，本発明の担体１と，白金の触媒を担持した従来のメタルハニカム形の担体とを対比した場合の炭化水素（ＨＣ）の浄化性能，ＳＶ（１／ｈ）に対するＨＣ浄化率の試験結果を比較したグラフが示されており，本発明の担体１は，６００００ＳＶでもＨＣの浄化率が高いレベルを維持しており，担体１に閉塞が発生していないことが分かるが，従来の担体は，浄化率が低下しており，担体１に閉塞が発生していると考えられる。また，図２１には，本発明の担体１と，白金の触媒を担持した従来のメタルハニカム形の担体とを対比した場合のＮＯX の浄化性能，ＳＶ（１／ｈ）に対するＮＯX 浄化率の試験結果を比較したグラフが示されており，本発明の担体１は，６００００ＳＶでもＮＯX の浄化率が高いレベルを維持しており，担体１に閉塞が発生していないことが分かるが，従来の担体は，浄化率が低下しており，担体１に閉塞が発生していると考えられる。
次に，この発明による排気ガス浄化装置について説明する。この排気ガス浄化装置は，主として，成形溝付き金網帯３を螺旋状に巻き上げた担体１で構成されるフィルタ２０を作製し，積層した金網帯３間に排気ガスＧが接触通過する多数の屈折路５を屈折溝６によって作製したことを特徴としている。具体的には，フィルタ２０は，図５に示すように，主として，幅方向に複数屈折して延びる稜線７と稜線７間の溝６とでなる波板状に成形された金網帯３が順次に円形状に巻き上げられた柱状体４に形成されている。この排気ガス浄化装置は，柱状体４を形成する金網帯３を構成する金網の表面には，排気ガスＧ中に含まれる粒子状物質８を酸化焼却させる酸化触媒が担持されている。図１２〜図１５，図１７，及び図１８に示すように，フィルタ２０は，１個又は複数個（図では３個）の柱状体４がケース２内に配設して形成されている。フィルタ２０は，排気管の途中に配設されるものであり，ケース２の端部を排気管に連結するか，排気管内にケース２を押し込むことによって配設することができる。柱状体４の一端面の流入口９から他端面の流出口１０へと積層即ち隣接する金網帯３間に溝６に沿って排気ガスＧが通る排気ガス通路５が連通して多数形成されているものである。
この発明による排気ガス浄化装置（本発明品）によって排気ガスＧ中のＰＭの削減率と従来品によるＰＭの削減率を比較試験した。試験に用いた従来品は，金属製フィルタであり，エンジンの排気温度制御によって再生するタイプであった。本発明品と従来品とのＥＴＣモードによる試験結果を図２２に示す。図２２において，縦軸の左側がＰＭ削減率（％）を示し，右側がフィルタの試験中の代表入口圧（ＫＰａ）を示し，横軸が試験回数（ｎ）を示している。１回のテスト（試験）は，車速から約３０ｋｍの走行距離である。実線のグラフは，ＰＭ削減率（％）を示しており，Ａが本発明品であり，Ｂが従来品である。また，点線のグラフは，フィルタの試験中代表入口圧（ＫＰａ）を示しており，Ｃが本発明品であり，Ｄが従来品である。図２２から分かるように，本発明品は，試験回数に対するＰＭ削減率は終始４５％を確保しているが，従来品では試験回数を重ねるにしたがって低下することが分かった。また，本発明品は，試験回数を重ねてもフィルタの入口圧が低下しなったが，従来品では試験回数を重ねるとフィルタの入口圧が低下してくることが分かった。このことから，本発明品は，ＰＭによってフィルタが閉塞することなく，スムーズにＰＭを酸化焼却していることが分かった。
図２４には，この排気ガス浄化装置におけるフィルタについて，着火時のアクセルオフを想定した時の入口温度に対するＰＭ捕集率に対する溶損有無を示した溶損試験のグラフである。一般に，粒子状物質（以下，ＰＭという）は，触媒の効果を利用すると，３００℃程度で燃焼を開始する。しかしながら，市街地等での走行では，自動車の排気ガス温度は３００℃に達するのは稀であり，従って，フィルタへのＰＭ捕集量（堆積量）が増加する傾向である。自動車で低速走行時に，ＰＭはフィルタに堆積するが，高速走行に以降して排気ガス温度が３００℃以上に上昇すると，堆積したＰＭが燃焼を始め，ＰＭが燃焼を始めると，その発熱も加わり，ＰＭは瞬間的に燃焼する場合がある。その時，発熱量は当然にＰＭ堆積量に比例する。従って，担体としては，捕集したＰＭが多くても溶けることがないものでが求められ，担体として優れたものと言える。図２４は，フィルタに低温でＰＭを捕集し，そこに高温ガスをいきなり導入してフィルタの溶損の有無を調べた結果を示している。本発明によるフィルタ２０は，金網又は金属製不織布から成る担体１から構成されているが，従来のコージライトハニカムフィルタに比較して，３倍以上の耐久性があることが分かった。図２４において，６００℃の高温ガスをフィルタに吹き込んだ時のフィルタの溶損限界を示すものであり，●は，本発明品の溶損無しを示しており，×はコージライトハニカムフィルタの溶損無しの限界の捕集量（８ｇ／リットル）を示し，△は炭化珪素ハニカムフィルタの溶損無しの限界の捕集量（１２ｇ／リットル）を示している。即ち，本発明品の溶損無しの限界の捕集量（２８ｇ／リットル）を示している。なお，■は７００℃の高温ガスを本発明品に吹き込んだ時の溶損発生の最大捕集量（２８ｇ／リットル）を示している。また，フィルタへのＰＭの実車最大捕集量は，２５ｇ／リットルである。従って，本発明品である金網又は金属製不織布から成る担体１で作製したフィルタ２０は，溶損することがなく極めて耐久性に富んでいることが分かる。
一般に，フィルタは常時低温と高温の繰り返しを受けているが，更に温度分布もフィルタの場所により異なっている。本発明品のフィルタ２０は，金網又は金属製不織布で作製した担体１で構成されており，金網又は金属製不織布が非常に細いワイヤで構成されているので，熱分布による変形を非常に柔軟に受け止め即ち追従でき，局部的な塑性変形等が起きなく，その結果，表面にコーティングされたセラミックス等の剥がれが発生せず，耐久性が優れているものである。
この発明による排気ガス浄化装置は，エンジン，バーナ，ガス発生源等からの排気ガスを排気通路に配設したフィルタに通し，排気ガスに含まれる粒子状物質，スート，ＨＣ，ＮＯX 等の有害物質を触媒の助けで燃焼させ，又は酸化・還元によって変換して消失させる排気ガスを浄化するもの，例えば，新車又は既存車のエンジン，特に，ディーゼルエンジンからの排気ガスを排出する排気管に配設されるフィルタに適用して好ましいものである。
１ 担体
２ ケース
３ 波状帯体
４ 柱状体
５ 排気ガス通路
６ 溝
７ 稜線
８ 帯体（金網，金属製不織布）
９ 流入口（一端面）
１０ 流出口（他端面）
１１ 係止部材
１２ 凹部
１３ 平ら状帯体
１４ ストレートガス通路
１５ ジグザグガス通路
１６ 屈折路
１７ 平行路
１８ 粒子状物質
１９ 凹凸部
２０ フィルタ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ フィルタ
２１ 段部
２２ 楔部
２３ 接合線
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 接合線
２４ 切欠き部
Ｇ 排気ガス
Ｈ 凹凸の高さ
Ｐ 稜線間のピッチ
２ ケース
３ 波状帯体
４ 柱状体
５ 排気ガス通路
６ 溝
７ 稜線
８ 帯体（金網，金属製不織布）
９ 流入口（一端面）
１０ 流出口（他端面）
１１ 係止部材
１２ 凹部
１３ 平ら状帯体
１４ ストレートガス通路
１５ ジグザグガス通路
１６ 屈折路
１７ 平行路
１８ 粒子状物質
１９ 凹凸部
２０ フィルタ
２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ フィルタ
２１ 段部
２２ 楔部
２３ 接合線
２３Ａ，２３Ｂ，２３Ｃ 接合線
２４ 切欠き部
Ｇ 排気ガス
Ｈ 凹凸の高さ
Ｐ 稜線間のピッチ
Claims (29)
- 排気ガスを排出する排気通路にフィルタを配設し，前記フィルタに前記排気ガスを通して前記排気ガス中の粒子状物質，スート，ＮＯX ，ＨＣ等の有害物質を燃焼や酸化・還元によって消失させて前記排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置において， 前記フィルタが備えている担体は金網又は金属製不織布から成る帯体を筒状に巻き上げ又は積層して形成した柱状体から構成され，前記帯体は少なくとも前記柱状体の軸に対して平行なストレート状又は傾き状に延びる稜線と該稜線間の溝とに成形された波状帯体を有し，重なる前記帯体間で前記溝に沿って前記柱状体の一端面から他端面へ連通して排気ガス通路が形成され，前記排気ガスは，前記排気ガス通路を前記金網又は前記金属製不織布の凹凸表面に接触しつつ乱れて流され，前記有害物質が前記帯体に捕集及び／又は前記帯体を通過して燃焼及び／又は酸化・還元して浄化されることを特徴とする排気ガス浄化装置。
- 前記帯体は，前記波状帯体同士が重なり配設，又は前記波状帯体間に平ら状帯体が介在して前記波状帯体と前記平ら状帯体とが交互に重なり配設されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対してジグザグに傾いて延びて前記排気ガス通路が屈折路に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体同士が重なり配設された場合に，前記波状帯体の前記稜線で形成される前記屈折路はそれぞれ交差していることを特徴とする請求項３に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体は，前記柱状体の軸に対して所定の長さだけ傾きを持つ前記稜線と所定の長さだけ平行に延びる前記稜線とが交互に繰り返す形状に成形され，前記波状帯体の前記溝に沿って形成される前記排気ガス通路が平行路と屈折路とから構成されることを特徴とする請求項２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタは，前記波状帯体と前記平ら状帯体とがセットとして，又は前記稜線の傾きが同一又は異なる角度の前記波状帯体同士が２枚以上セットとして重ねられた重ね帯体が筒状に巻き上げ又は積層して前記柱状体に構成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記帯体は幅方向に凹凸部に成形されており，前記帯体を前記柱状体に巻き上げ又は積層した状態では互いに積層した前記凹凸部が前記帯体を互いに係止し，前記柱状体の軸方向に前記帯体が排気ガス流れ方向に互いにずれないことを特徴とする請求項２〜６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記帯体を構成する前記金網又は前記金属製不織布は，ステンレス鋼又は鉄クロムアルミ合金から構成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 重なり合う前記帯体同士は予め決められた所定の場所がニッケルを主体としたロウ又はロウ箔のロウ材で接合されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタの少なくとも一方の端面は前記ロウ材で接合され，ロウ接部は予め決められた幅を持って放射曲線状に延びる間欠的な線状，又は外周側に幅広くなって放射曲線状に延びていることを特徴とする請求項９に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記柱状体は，前記帯体を巻き上げる時に，少なくとも前記稜線が隣接する前記帯体に予め決められた領域の部位に配設した前記ロウ材で前記帯体同士がロウ接されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記ロウ接された予め決められた領域の部位は，隣接する前記帯体で前記柱状体の軸方向に互いに位置ずれしていることを特徴とする請求項１１に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対して１０°〜５０°の角度に傾いており，前記排気ガス通路が前記屈折路に形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の前記稜線は，前記柱状体の軸に対してジグザグの傾きが０°〜５０°の範囲の角度で２種類以上の傾きを組み合わせていることを特徴とする請求項３〜１２のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタは，前記柱状体が前記排気ガスの流れ方向に複数直列に配設して構成されていることを特徴とする請求項１３又は１４に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の前記稜線の傾き角度は，前記排気ガスの上流側が小さく且つ下流側が大きく成形されていることを特徴とする請求項１５に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記金網を構成する金属製ワイヤの線径は，０．０３ｍｍ〜０．３５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜１６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記金網のメッシュは，１６〜２００メッシュであることを特徴とする請求項１〜１７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記金網のメッシュは，前記金網の縦線のメッシュ数が前記金網の横線のメッシュ数より多く，前記金網の前記縦線の前記メッシュ数が３０〜１００メッシュ且つ前記横線の前記メッシュ数が６０〜２００メッシュに設定されていることを特徴とする請求項１８に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタは，少なくとも３枚の前記帯体をセットとして前記波状帯体に成形する場合に，前記帯体は内側の前記メッシュが細かく，外側の前記メッシュが荒くなるように配設して構成されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタは，少なくとも３枚の前記帯体をセットとして前記波状帯体に成形する場合に，前記帯体は内側が前記金属製ワイヤの前記線径が小さく且つ前記メッシュが細かく，外側が前記金属製ワイヤの前記線径が大きく且つ前記メッシュが荒くなるように配設して構成されていることを特徴とする請求項１８又は１９に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の波状凸凹のピッチは，１ｍｍ〜６ｍｍであることを特徴とする請求項１〜２１のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記フィルタは，排気ガス流れの上流から下流になるに従って前記ピッチが小さくなる前記波状帯体と，前記排気ガス流れの上流から下流になるに従って前記ピッチが大きくなる前記波状帯体とが交互に重ね合わされて構成されていることを特徴とする請求項２２に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記波状帯体の波状凸凹の高さは，０．５ｍｍ〜５ｍｍであることを特徴とする請求項１〜２３のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記担体を構成する前記帯体の線材表面には，アルミナ，シリカ，ジルコニア，セリアの少なくとも１種以上のセラミックスがコーティングされていることを特徴とする請求項１〜２４のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記コーティング層の表面には，白金．銀，カリウム，パラジウム，イリジウム，鉄，銅，バリウムから選択される１種又は複数種の触媒が坦持されていることを特徴とする請求項２４に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記排気ガスが前記帯体間に形成された前記屈折路を通過する際に，前記排気ガス中に含まれる前記粒子状物質は，前記帯体の前記金網又は金属製不織布に接触しつつ流れ又は前記屈折路で一旦接触滞留して酸化焼却されることを特徴とする請求項３〜２６のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記排気ガスが前記帯体間で前記波状帯体の前記溝で形成された前記排気ガス通路の前記屈折路を通過する際に，前記屈折路に捕集されている前記粒子状物質が時間経過と共に前記担体に担持されている触媒の助けで酸化反応して消失されることを特徴とする請求項３〜２７のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
- 前記担体に担持されている触媒は，酸化触媒，三元触媒，或いは炭化水素系燃料，アンモニア又は尿素を還元剤として機能させるＮＯX 還元触媒であることを特徴とする請求項１〜２８のいずれか１項に記載の排気ガス浄化装置。
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