JP2012240007A - Multiple-pipe filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンなどの排ガス中に含まれるパティキュレート(固体状炭素微粒子、液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子)を捕集、燃焼して排ガスを浄化するフィルタに関するものであり、特に、フィルタの触媒担持構造に関するものである。 The present invention relates to a filter that collects and burns particulates (solid carbon fine particles, liquid or solid high molecular weight hydrocarbon fine particles) contained in exhaust gas such as a diesel engine, and purifies the exhaust gas. The present invention relates to a catalyst support structure of a filter.
ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるパティキュレート(以下、「PM」と記す)は、その粒子径がほぼ1μm以下である。このようなPMは、大気中に浮遊しやすく、呼吸時に人体に取り込まれやすい。また、PMは発ガン性物質も含んでいることから、ディーゼルエンジンから排出されるPMに対する規制が強化されつつある。 Particulates (hereinafter referred to as “PM”) contained in the exhaust gas discharged from the diesel engine have a particle size of approximately 1 μm or less. Such PM tends to float in the atmosphere and is easily taken into the human body during breathing. In addition, since PM contains carcinogenic substances, regulations on PM discharged from diesel engines are being strengthened.
排ガス中のPMを除去する排ガス浄化フィルタとして、ディーゼルパティキュレートフィルタ(以下、「DPF」と記す)が知られている。 As an exhaust gas purification filter for removing PM in exhaust gas, a diesel particulate filter (hereinafter referred to as “DPF”) is known.
従来のDPFの触媒担体構造としては、次のようなものがあった。以下、図8、図9及び図10に基づき従来のDPFの触媒担体構造を説明する。 Conventional catalyst support structures for DPF include the following. Hereinafter, a conventional DPF catalyst carrier structure will be described with reference to FIGS. 8, 9 and 10. FIG.
DPF10は、ディーゼルエンジンの排ガス通路に配置されるフィルタであり、排ガス通路に沿う方向(図中Y軸方向)に管軸がそろう管状のセルを多数備えている。多数のセルの内、半数の流出セル14は、排ガスの入口部13がプラグ12により閉塞され出口部15では開放されており、他の半数の流入セル16は、排ガスの出口部15がプラグ12により閉塞され入口部13では開放されている。そして、流出セル14と流入セル16とは交互に束ねられた状態で配置されている。セルを形成する隔壁18は、排ガス20は通過可能であるがPMは捕集することができる細孔が設けられたものである。つまりこの場合、DPF10は、ウォールフロー型の多孔質多管構造を有するものである。
The
ここで、隔壁18の排ガスが流入する側の層(流入セル16側の層)を流入層22とし、隔壁18の排ガスが流出する側の層(流出セル14側の層)を流出層28とする。PMを多く含む排ガス20は、DPF10の流入セル16に流入し、多孔質材料の隔壁18を流入層22から流出層28に向かって通過し、PMが捕集される。捕集されたPMは、予めDPF10の隔壁18に担持された触媒の作用により浄化される。これにより、エンジンから排出されたPMを連続的に捕集・浄化することが可能になる。
Here, the layer on the side of the
従来の排ガス用フィルタとしては、DPF10の隔壁18の全体に均一に触媒が担持されている、そのため、PMがどの場所に捕集されても同様のPM浄化能力を有していた。
As a conventional exhaust gas filter, the catalyst is uniformly supported on the
しかし、DPF10の入口部13において、DPF10の流入セル16に流入した排ガス20は、一部が入口部13の隔壁18を通過して流出セル14に流入し、大部分は流入セル16内を出口部15に向かって流れる。この流入セル16内を出口部に向かって流れる排ガスは、流入セル16の内壁である流入層22に接触しながら流れる。
However, in the
以上の結果、PMは、入口部13の流入層22に特に捕集されやすい。また、この捕集されたPMが隔壁18の細孔に付着して孔を狭めることにより、隔壁18を通過する排ガス20の量は時間の経過と共に減少する。そのため、PMは入口部13の流出層28には捕集されにくい。
As a result, PM is particularly easily collected in the
しかしながら、前記従来の構成では、PMが捕集されやすく高い触媒作用が求められる入口部13の流入層22やPMが極めて捕集されにくく触媒作用が求められない出口部15の流出層28にも均一に触媒が担持されておりPMの浄化効率に限界があるという課題を有している。
However, in the conventional configuration, the
また、DPF10の出口部15において、流入セル16を流れる排ガスは、大部分が隔壁18を通過し流出セル14に流入する。この部分の隔壁18を通過する排ガス20は、入口部13から出口部15にかけ、隔壁18の内部に接触し流れる。それに伴い、排ガスに含まれるPMの量は入口部13側から出口部15側に向け減衰していくため、PMは入口部13側と比べ出口部15側の隔壁18に捕集されやすい。さらに、この捕集されたPMが入口部13側の隔壁18の細孔に付着して孔を狭めることにより、PMの大部分が入口部13側で捕集され、出口部15側でほとんど捕集されなくなる。
Further, most of the exhaust gas flowing through the
このように、PMが流入層22に捕集され、流出層28に捕集されなくなると、PMが触媒に接触する表面積が減少する。
As described above, when PM is collected in the
このような従来の構成では、DPFの全体に渡り触媒が均一に担持されているため、流入側や流出側の隔壁の細孔径も同じ大きさで、PMは流出側に浸透しにくいため、PMの浄化効率に限界があるという課題を有している。 In such a conventional configuration, since the catalyst is uniformly supported throughout the DPF, the pore diameters of the partition walls on the inflow side and the outflow side are the same size, and PM does not easily penetrate into the outflow side. There is a problem that there is a limit to the purification efficiency.
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、PMが多く捕集される箇所に触媒を効率的に分散し、かつ、PMをより隔壁全体に捕集させることで、PMと触媒が接触する表面積を広げ、触媒によるPMの浄化作用を向上させ、さらに触媒の担持量を減らすことのできる多管フィルタを提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described conventional problems, and efficiently disperses the catalyst in a location where a large amount of PM is collected, and further collects the PM in the entire partition wall, so that the PM and the catalyst are in contact with each other. An object of the present invention is to provide a multi-tube filter capable of expanding the surface area to be improved, improving the PM purification effect by the catalyst, and further reducing the amount of catalyst supported.
上記目的を達成するために、本発明にかかる多管フィルタは、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の下流である出口部側が閉塞する複数の流入セルと、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の上流である入口部側が閉塞する複数の流出セルと、前記流入セルと前記流出セルとを区画し、ガスを通過させて微粒子を捕集する細孔を有する隔壁とを有する多管フィルタであって、前記隔壁の前記流入セル側の層である流入層において、入口部から出口部に向かうに従い担持量が減少するように担持される触媒物質を備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a multi-tube filter according to the present invention includes a plurality of inflow cells in which a tube axis is disposed along a gas flow path and an outlet side that is downstream of the gas flow is closed, and a gas flow path. A plurality of outflow cells arranged along the tube axis, the inlet side being upstream of the gas flow is blocked, and the inflow cells and the outflow cells, and pores through which gas is collected to collect fine particles. A multi-tubular filter having a partition wall having a catalytic substance supported so that a supported amount decreases in an inflow layer as a layer on the inflow cell side of the partition wall from an inlet portion toward an outlet portion. It is characterized by.
かかる構成により、PMが多く捕集される場所に多くの触媒物質が配置されるため、PMの浄化効率を向上させることができる。 With such a configuration, a large amount of catalyst material is disposed in a place where a large amount of PM is collected, so that the PM purification efficiency can be improved.
さらに、前記隔壁の前記流出セル側の層である流出層において、入口部から出口部に向かうに従い担持量が増加するように担持される前記触媒物質を備えてもよい。 Furthermore, in the outflow layer, which is the layer on the outflow cell side of the partition wall, the catalyst material supported so that the supported amount increases from the inlet portion toward the outlet portion may be provided.
かかる構成により、流入層で多くのPMが捕集され細孔を塞ぐためPMが捕集されにくい入口部の流出層では触媒物質を減らし、PMが隔壁内部まで捕集され易くなる出口部の流出層ではより多くの触媒物質を担持する。これにより全体として少ない触媒物質でもPM浄化効率を向上させることができる。 With such a configuration, a large amount of PM is collected in the inflow layer and the pores are blocked, so that the catalyst material is reduced in the outflow layer of the inlet portion where PM is difficult to collect, and the outflow of the outlet portion where PM is easily collected to the inside of the partition wall. The layer carries more catalyst material. Thereby, PM purification efficiency can be improved even with a small amount of catalyst material as a whole.
また、入口部において、前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも多いことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the amount of the catalyst material supported on the inflow layer is larger than the amount of the catalyst material supported on the outflow layer at the inlet portion.
かかる構成により、PMが捕集される場所に触媒物質を担持し、かつPMが捕集されない場所の触媒物質を減らすことで、多管フィルタ全体として少ない触媒物質でもPM浄化効率を向上させることができる。 With this configuration, the catalyst material is supported in a place where PM is collected and the catalyst material in a place where PM is not collected is reduced, so that the PM purification efficiency can be improved even with a small amount of catalyst material as a whole of the multi-tube filter. it can.
また、出口部において、前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも少ないことが好ましい。 Moreover, it is preferable that the amount of the catalyst material supported on the inflow layer is smaller than the amount of the catalyst material supported on the outflow layer at the outlet.
かかる構成により、流入層に比べ流出層でより大きくなることにより、PMは隔壁の流入層を通過し流出層で十分に捕集される。このため、前記隔壁の流入側でPMが捕集され前記隔壁の細孔を塞ぐことにより起こるPMと触媒物質との接触確率の低下を防ぐことができるため、PM浄化効率が向上する。 With this configuration, the PM becomes larger in the outflow layer than in the inflow layer, so that PM passes through the inflow layer of the partition wall and is sufficiently collected in the outflow layer. For this reason, since PM is collected on the inflow side of the partition wall and the contact probability between the PM and the catalyst substance caused by blocking the pores of the partition wall can be prevented, the PM purification efficiency is improved.
ここで、流入層の平均細孔径は10〜20μm、流出層の平均細孔径は5〜15μmであることが好ましい。 Here, the average pore diameter of the inflow layer is preferably 10 to 20 μm, and the average pore diameter of the outflow layer is preferably 5 to 15 μm.
また、入口部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をA、前記流出層の前記触媒物質の担持量をBとし、入口部と出口部との中間部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をC、前記流出層の前記触媒物質の担持量をDとするとき、下記の式1を満足するものとしてもよい。
In addition, the amount of the catalyst substance supported in the inflow layer at the inlet portion is A, the amount of the catalyst material supported in the outflow layer is B, and the catalyst of the inflow layer is intermediate between the inlet portion and the outlet portion. When the loading amount of the substance is C and the loading amount of the catalyst substance in the outflow layer is D, the following
(A/B)/(C/D)=α (1.5≦α≦5.5)・・・式1
(A / B) / (C / D) = α (1.5 ≦ α ≦ 5.5)
また、出口部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をE、前記流出層の前記触媒物質の担持量をFとし、入口部と出口部との中間部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をC、前記流出層の前記触媒物質の担持量をDとするとき、下記の式2を満足するものとしてもよい。
In addition, in the outlet portion, the loading amount of the catalytic material in the inflow layer is E, the loading amount of the catalytic material in the outflow layer is F, and the catalyst of the inflow layer is intermediate between the inlet portion and the outlet portion. When the loading amount of the substance is C and the loading amount of the catalyst substance in the outflow layer is D, the following
(C/D)/(E/F)=β (1.5≦β≦5.5)・・・式2
(C / D) / (E / F) = β (1.5 ≦ β ≦ 5.5)
かかる構成により、少ない触媒量でPMの浄化効率を向上することができる。 With this configuration, it is possible to improve the PM purification efficiency with a small amount of catalyst.
以上のように、本発明の多管フィルタによれば、PMの捕集状態にあわせ触媒を効率的に隔壁に担持させ、かつ、効果的にPMを捕集することができる部分を隔壁のガス流出側にまで広げることでPMと触媒物質との接触確率を高め、触媒物質の量を低く抑えつつ極めて高効率なPMの浄化を実現することができる。 As described above, according to the multi-tubular filter of the present invention, the portion of the partition wall where the catalyst can be efficiently supported on the partition wall and the PM can be effectively collected in accordance with the trapped state of the PM. By spreading to the outflow side, it is possible to increase the contact probability between the PM and the catalyst material, and to achieve highly efficient PM purification while keeping the amount of the catalyst material low.
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。これらの図において共通する要素には、同一の符号を付している。但し、以下の実施形態は一例に過ぎず、本発明はこの実施形態に限定されないことは言うまでもない。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In these drawings, common elements are given the same reference numerals. However, the following embodiment is merely an example, and it goes without saying that the present invention is not limited to this embodiment.
(第1の実施形態)
第1の実施形態に係る多管フィルタについて以下に説明する。なお、以下の説明、および、特許請求の範囲において、言葉を以下のように定義する。
(First embodiment)
The multi-tube filter according to the first embodiment will be described below. In the following description and claims, the words are defined as follows.
「入口部33」とは、DPF30の内部の排ガスの流れの上流側であって、DPF30の入口から出口までのプラグ32を除いた部分の距離をLとしたときに、入口からL/12〜L/4の部分である。
The “
「出口部35」とは、DPF30の内部の排ガスの下流側であって、入口から3L/4〜11L/12の部分である。
The “
「流入層42」とは、DPF30の隔壁38において排ガスが流入する側の層であって、隔壁38の表面から深さが50〜150μm程度までの隔壁38の層である。
The “
「流出層48」とは、DPF30の隔壁38において排ガスが流出する側の層であって、隔壁38の表面から深さが50〜150μm程度までの隔壁38の層である。
The “
図1は本発明のDPFの構造を示す側面断面図である。 FIG. 1 is a side sectional view showing the structure of the DPF of the present invention.
図1において、DPF30は、ディーゼルエンジンの排ガス40通路に配置されるフィルタであり、排ガス40の流通方向に沿って管軸がそろって配置される多数の管状のセルで構成されている。DPF30は、ガス流路(図1中Y軸方向)に沿ってセルの管軸が配置され、Y軸方向から端部を見ると図8に示すように、矩形環状のセルがXZ平面においてマトリクス状に束ねられた構造となっている。なお、管状のセルの断面形状は矩形ばかりでなく6角形などでもかまわない。セルの断面形状が6角形の場合、DPF30はハニカム構造となる。
In FIG. 1, a
これらのセルの内、入口部33が閉塞され、かつ、出口部35が開放されているセルは、流出セル34である。逆に入口部33で開放され、かつ、出口部35が閉塞されているセルは、流入セル36である。流入セル36と流出セル34とは、互いに隣り合うように配置されている。流入セル36と流出セル34とを区画する隔壁38は、排ガス40は通過しPMは捕集することができる細孔が多数設けられた多孔質材料で形成されている。DPF30は、ウォールフロー型の多孔質多管構造を有するものである。
Among these cells, the cell in which the
このDPF30に排ガス40が入口部33から流入すると、流入セル36に流入した排ガス40は多孔質材料の隔壁38を必ず通過するため、この隔壁38でPMが捕集される。捕集されたPMは、予めDPF30の隔壁38に担持された触媒物質の作用により浄化される。これにより、DPF30は、エンジンから排出されたPMを連続的に捕集・浄化することが可能になる。
When the
ここで、入口部33の流入層42を領域LA、入口部33の流出層48を領域LB、出口部35の流入層42を領域LE、出口部35の流出層48を領域LFとし、領域LAの触媒物質の担持量をA、領域LBの触媒物質の担持量をB、領域LEの触媒物質の担持量をE、領域LFの触媒物質の担持量をFとする。
Here, the
ここで担持量とは、隔壁38の単位体積あたりに担持される触媒物質の量である。また、触媒物質の量とは、触媒物質の粒の数、総重量、総体積、総表面積のいずれかである。
Here, the supported amount is the amount of the catalyst material supported per unit volume of the
このDPF30の多孔質多管構造の材料は、金属またはセラミックが好ましい。特に、隔壁38が金属性の場合、鉄、銅、ニッケル、クロム、チタン等の比較的安価で高融点の単体金属、あるいはこれらの合金等を材料として用いることができ好適である。なお、隔壁38の材料は、これらに限定されるものではない。また隔壁38がセラミック多孔体の場合、ムライト、コージェライト、チタン酸アルミニウム、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができる。なお、隔壁38の材料は、これらに限定されるものではない。
The material of the porous multitubular structure of the
DPF30の形状や大きさに特に制限はないが、直径1〜30cm、高さ2〜30cmの円管形としておくことが好ましい。 Although there is no restriction | limiting in particular in the shape and magnitude | size of DPF30, It is preferable to set it as the circular pipe shape of diameter 1-30cm and height 2-30cm.
このDPFの隔壁38に担持される触媒物質は、金属酸化物、白金などの貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つを用いることができる。触媒物質に含まれる貴金属としては、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金が挙げられる。触媒物質に含まれる金属酸化物としては、銅を含んだもの、バナジウムあるいはモリブデンを含んだもの、銅とバナジウムの両方を含んだもの、銅とモリブデンの両方を含んだものが挙げられる。触媒物質に含まれるアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムが挙げられる。触媒物質に含まれるアルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが挙げられる。希土類としてランタン、イットリウムが挙げられる。
As the catalyst material supported on the
図2aは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるi−i方向から見た流入層42の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
2a is a conceptual diagram showing a distribution state of the catalyst substance in the
図2bは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるi−i方向から見た流入層42の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
FIG. 2B is a graph showing a change in the amount of the catalyst substance supported in the
図3aは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるii−ii方向から見た流出層48の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
FIG. 3A is a conceptual diagram showing a distribution state of the catalyst material in the
図3bは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるii−ii方向から見た流出層48の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
FIG. 3B is a graph showing a change in the amount of the catalyst substance supported in the
図4aは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるiii−iii部分の入口部33の隔壁38内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
FIG. 4A is a conceptual diagram showing a distribution state of the catalytic substance in the
図4bは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるiii−iii部分の入口部33の隔壁38内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
FIG. 4b is a graph showing a change in the amount of the catalyst substance supported in the
図5aは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるiV−iV部分の出口部35の隔壁38内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
FIG. 5A is a conceptual diagram showing a distribution state of the catalyst substance in the
図5bは、本発明の実施の形態1に係る図1に示したDPF30におけるiV−iV部分の出口部35の隔壁38内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
FIG. 5B is a graph showing a change in the amount of the catalyst substance supported in the
これらの図に示すように、DPF30の流入セル36に流入した排ガス40は、入口部33において、大部分は流入セル36内を出口部33に向かって隔壁38と略平行に流れる排ガス401となり、一部が入口部33の隔壁38を通過し流出セル34に流入する排ガス402となる。排ガス401は、流入セル36の内壁である流入層42領域LAに接触し流れる。また、排ガス402は、流入層42の領域LAから流出層48の領域LBに向かって隔壁38の細孔の内面に接触し流れる。
As shown in these drawings, the
入口部33から出口部35の間において、排ガス401は隔壁38を通過していくため、流入セル36内を出口部35に向かって流れる排ガスは出口部35に近づくに従い、徐々に減少していく。
Since the
出口部35において、出口部35の隔壁38を通過し流出セル34に流入する排ガス403は、流入層42の領域LEから流出層48領域LFに向かって隔壁38の細孔の内面に接触し流れる。
In the
排ガス401に含まれるPMは、粒子径がおよそ1μm以下と極微小で、不規則なブラウン運動を起こすため、排ガス401が流入セル36内を出口部35に向かって流れる際にも、一部が流入層42の領域LAに捕集される。
Since the PM contained in the
入口部33から出口部35にかけて、流入セル36内を出口部33に向かって隔壁38と略平行に流れる排ガスは減少していき、それに伴い、流入層42へのPMの捕集率も入口部33の領域LAから出口部35領域LEにかけて減少していく。
The exhaust gas flowing in the
流入層42でPMが捕集されると隔壁38の細孔がにPMが付着して平均細孔径が小さくなり流出層48ではPMが捕集されにくくなる。そのため、流出層48へのPMの捕集率は入口部33の領域LBから出口部35領域LFにかけて増加していく。
When PM is collected in the
また、排ガス402に含まれるPMは、隔壁38の内部を通過する中で、流入層42の領域LAから流出層48領域LBにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層42の領域LAでPMが捕集され細孔径が狭まると、さらに流入層42の領域LAにPMが捕集されやすくなるため、流出層48の領域LBにはPMが特に捕集されにくくなる。また、隔壁38を流れる排ガス402も少なくなる。
Further, PM contained in the
また、排ガス403に含まれるPMは、隔壁38の内部を通過する中で、流入層42の領域LEから流出層48の領域LFにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層42の領域LEでPMが捕集され細孔径が狭まると、さらに流入層42の領域LEにPMが捕集されやすくなるため、流出層48の領域LFにはPMがより捕集されにくくなる。このように、PMが流入層42で捕集され、流出層48で捕集されなくなると、PMと触媒が接触しPM浄化できる面積が減少する。
In addition, PM contained in the
流入層42における触媒物質の担持量であるA、Eは、図2aと図2bに示すように、DPF30の入口部33から出口部35にかけ減少するように分布している。
As shown in FIGS. 2a and 2b, A and E, which are the loading amounts of the catalyst substance in the
また、流出層48の触媒物質の担持量であるB、Fは、図3aと図3bに示すように、DPF30の入口部33から出口部35にかけ増加するように分布している。
Further, B and F, which are the loadings of the catalyst substance in the
また、入口部33の触媒物質の担持量A、Bは、図4aと図4bに示すように、流入層42より流出層48の方が少なくなっている。
Further, as shown in FIGS. 4 a and 4 b, the
また、出口部35の触媒物質の担持量E、Fは、図5aと図5bに示すように、流入層42より流出層48の方が多くなっている。
In addition, as shown in FIGS. 5 a and 5 b, the
かかる構成により、PMが捕集されやすい箇所に触媒物質を多く担持し、PMが捕集されにくい箇所の触媒物質を減らすことで、DPF30全体の触媒物質の量は従来のDPFと同じでも、従来のDPFより1.1〜1.2倍程度のPM浄化効率を得ることができる。すなわち、少ない触媒物質でもより効率的にPM浄化効率を向上させることができる。
With such a configuration, a large amount of catalyst material is supported in a place where PM is easily collected, and the amount of catalyst material in the
また、出口部35の流出層48に比べ流入層42の方が隔壁38の平均細孔径が大きくなるため、PMをより流出層48へと浸透させることができる。すなわち、より広範囲で触媒物質とPMを接触させることができるため、PM浄化効率を向上させることができる。
Further, since the average pore diameter of the
なお、入口部33の触媒物質の担持量は、流出層48に比べ流入層42では1.5〜5.5倍が好ましい。1.5より小さいとPM浄化能力が弱く、流入層42に捕集されやすいPMを効率よく除去できない。また、5.5より大きいと隔壁の細孔径が狭まり、PMが流入層42の細孔を塞ぎやすく、PMが流出層48へ浸透するのを妨げるため、PMと触媒物質との接触面積が低下し、PM浄化効率が低下する。
The loading amount of the catalyst substance at the
また、出口部35の触媒物質は、流入層42に比べ流出層48では1.5〜5.5倍が好ましい。1.5より小さいとPMが流入層42の細孔を塞ぎ、捕集されやすく、PMが流出層48へ浸透するのを妨げるため、PMと触媒が接触する表面積が低下し、PM浄化効率が低下する。5.5より大きいと、流入層42のPM浄化作用が低下し、流入層42でPMが捕集されやすく、PM浄化効率が低下すると考えられる。
Further, the catalyst material of the
また、セルのサイズは一辺が0.5〜2mmの矩形が好ましい。 The cell size is preferably a rectangle having a side of 0.5 to 2 mm.
また、出口部35の流入層42の領域LEの平均細孔径は7〜15μm、出口部の流出層48の領域LFの隔壁の平均細孔径は5〜13μmであることが好ましい。この平均細孔径は特に限定されるものではない。
The average pore diameter of the region LE of the
(実施の形態2)
図6は、本発明の実施の形態2に係る図1に示したDPFにおける隔壁38の内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
(Embodiment 2)
FIG. 6 is a conceptual diagram showing a distribution state of the catalyst substance in the
ここで、中央部50の流入層42を領域LC、中央部50の流出層48を領域LD、領域LCの触媒物質の担持量をC、領域LDの触媒物質の担持量をD、とする。
Here, it is assumed that the
ここで、「中央部50」とは、DPF30の内部の排ガスの上流側であって、DPFの入口から出口までのプラグ32を除いた部分の距離をLとしたときに、入口から5/12〜7/12の部分である。
Here, the “
DPF30の流入セル36に流入した排ガス40は、中央部50において、大部分は流入セル36内を出口部33に向かって隔壁38と略平行に流れる排ガス401と、中央部50の隔壁38を通過し流出セル34に流入する排ガス406とになる。排ガス401は、流入セル36の内壁である流入層42の領域LCに接触し流れる。また、排ガス406は、流入層42の領域LCから流出層48の領域LDに向かって隔壁38の内部に接触し流れる。
The
排ガス401に含まれるPMは、粒子径がおよそ1μm以下と極微小で、不規則なブラウン運動を起こすため、排ガス401が流入セル36内を出口部35に向かって流れる際にも、一部が流入層42の領域LCに捕集される。
Since the PM contained in the
また、排ガス406に含まれるPMは、隔壁38の内部を通過する中で、流入層42の領域LCから流出層48の領域LDにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層42の領域LCでPMが捕集され細孔が狭まると、さらに流入層42領域LCにPMが捕集されやすくなるため、流出層48の領域LDにはPMがより捕集されにくくなる。このように、PMが流入層42で捕集され、流出層48で捕集されなくなると、PMと触媒が接触しPM浄化できる面積が減少する。
Further, PM contained in the
DPFの隔壁38の触媒物質の担持量A〜Fは、図6に示すごとくである。つまり、入口部33の流入層42の領域LAでは、Aは他の領域より特に多い。入口部33の流出層48の領域LBでは、Bは他の領域より特に少ない。中央部50の流入層42の領域LCでは、Cは、平均的な量である。中央部50の流出層48の領域LDでは、Dは、平均的な量である。出口部35の流入層42の領域LEでは、Eは他の領域より少ない。出口部35の流出層48の領域LFでは、Fは他の領域より多い。
The loading amounts A to F of the catalyst material in the
かかる構成により、PMを捕集しやすい領域LAには触媒物質を多く担持し、PMが捕集されにくい領域LBには触媒物質の担持量を減らすことで、少ない触媒物質でもより効率的にPM浄化効率を向上させることができる。 With this configuration, a large amount of catalyst material is supported in the area LA where PM is easily collected, and the amount of catalyst material is reduced in the area LB where PM is difficult to be collected. The purification efficiency can be improved.
さらに、出口部35の流出層48の領域LFに比べ流入層42の領域LEの方が触媒物質を少なく担持し、隔壁38の平均細孔径が大きくすることで、PMをより流出層48へと浸透することができる。すなわち、触媒物質とPMが接触する表面積を増加させることができるため、PM浄化効率を向上させることができる。
Further, the region LE of the
中央部50では、PMの捕集されやすい領域に触媒を多く担持することと、PMと触媒が接触する表面積を増加し、PM浄化能力を向上させる作用の2つを同時に満たすため、中央部の領域LCと領域LDには触媒物質を平均的に担持し、PM浄化効率を向上させることができる。
In the
なお、DPF30の隔壁38は、材質としてSiCが採用されることが好ましく、DPF30の全体としての直径がφ2〜30cm、長さが5〜30cm、隔壁38の厚みが250〜400μm、空隙率が30〜50%が好ましい。
The
また、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。 The present invention is not limited to the above embodiment. For example, another embodiment realized by arbitrarily combining the components described in this specification and excluding some of the components may be used as an embodiment of the present invention. In addition, the present invention includes modifications obtained by making various modifications conceivable by those skilled in the art without departing from the gist of the present invention, that is, the meaning described in the claims. It is.
例えば、多管フィルタの隔壁38内部の触媒物質が、多管フィルタの外周部に比べ、多管フィルタの中央部の方が多く担持されていてもよい。
For example, the catalyst material inside the
かかる構成により、排ガス量が多く、PM量が多く捕集されるDPF30の中心に触媒物質をより多く担持することで、PM浄化効率を向上することができる。
With such a configuration, the PM purification efficiency can be improved by supporting more catalyst material at the center of the
図7は、本発明の実施の形態2に係るDPF30における触媒分散性とPM浄化能力との相関を示したグラフである。
FIG. 7 is a graph showing a correlation between catalyst dispersibility and PM purification ability in the
PM浄化能力は以下実験より求めた。 The PM purification capacity was determined from the following experiment.
まず、予め触媒物質を所定の触媒分散性となるよう担持したDPF30に、所定量のPMを捕集させる。次に、PMを捕集したDPF30に、所定温度で所定風量の熱風を所定時間にわたりDPF30の内部に供給する熱処理を行う。ここで、熱処理前と熱処理後の重量変化量をDPF30のPM浄化量とした。DPF30のPM浄化能力は、DPF30のPM浄化量を、隔壁38に略均一に触媒物質を担持した基準のDPF30の基準のPM浄化量で除した値とした。
First, a predetermined amount of PM is collected in a
また、触媒分散性α及びβを示す。触媒分散性α及びβは、下記により定義する。 Moreover, catalyst dispersibility (alpha) and (beta) are shown. The catalyst dispersibility α and β are defined as follows.
α=(A÷B)÷(C÷D)、β=(C÷D)÷(E÷F) α = (A ÷ B) ÷ (C ÷ D), β = (C ÷ D) ÷ (E ÷ F)
また、触媒物質の担持量A、B、C、D、E、Fは該当する領域における平均値としている。 Further, the catalyst substance loadings A, B, C, D, E, and F are average values in the corresponding region.
本件等で、触媒物質の担持量A〜Fを求めるにあたり、HORIBA製の蛍光X線分析装置(XRF)を用いた。他にも、走査型分析電子顕微鏡(EM−EDX)やICP発光分析により触媒物質を定量することができる。 In this case, a fluorescent X-ray analyzer (XRF) manufactured by HORIBA was used to determine the loadings A to F of the catalyst substance. In addition, the catalytic substance can be quantified by a scanning analytical electron microscope (EM-EDX) or ICP emission analysis.
図7に示すように、触媒分散性の値が1.5≦α≦5.5かつ1.5≦β≦5.5の範囲にあるときに、高いPM浄化能力を有することが分かる。 As shown in FIG. 7, it can be seen that when the catalyst dispersibility value is in the range of 1.5 ≦ α ≦ 5.5 and 1.5 ≦ β ≦ 5.5, it has a high PM purification capacity.
触媒分散性αの値が1.5未満では、従来までのDPFの全面に渡り触媒を均一分散させる場合と大差なく、DPF30の入口部33の流入層42に捕集されやすいPMを効率よく除去できない、本発明のPMが多く捕集される箇所に触媒物質を効率的に分散、かつ、PMをより隔壁38の内部まで浸透させることで、PMと触媒物質との接触面積を増し、PMの浄化効果を向上させる作用が得られなかったためであると考えられる。
When the value of the catalyst dispersibility α is less than 1.5, PM that is easily collected in the
また触媒分散性βの値が1.5未満では、従来までのDPFの全面に渡り触媒物質を均一分散させる場合と大差なく、DPF30の出口部35の流入層42にPMが捕集され、排ガス40が流入層42の細孔を塞ぎ、PMと触媒物質との接触面積が低下したため、PMの浄化効果が低下したと考えられる。
If the value of the catalyst dispersibility β is less than 1.5, PM is collected in the
また、触媒分散性αの値が5.5を超える場合は、DPF30の入口部33で、PMが流入層42の細孔を塞ぎ、捕集されやすく、PMが流出層48へ浸透するのを妨げるため、PMと触媒物質との接触する表面積が低下し、PM浄化効率が低下する。また、隔壁38の流入層42と流出層48で極度に触媒の偏りができ、DPF30の入口部33において、隔壁38を流れる排ガス40が極端に減り、DPF30の中央部50から出口部35にかけてより多くの排ガスが流れたため、DPF30の中央部50から出口部35で、相対的により多くのPMを浄化することとなり、PM浄化効率が悪化したと考えられる。
Further, when the value of the catalyst dispersibility α exceeds 5.5, PM closes the pores of the
また、触媒分散性βの値が5.5を超える場合は、DPF30の出口部35で流入層42のPM浄化能力が低下するため、流入層42でPMが捕集されやすく、PMが流出層48へ浸透するのを妨げるため、PMと触媒物質との接触面積が低下し、PM浄化効率が低下したと考えられる。
Further, when the value of the catalyst dispersibility β exceeds 5.5, the PM purification ability of the
以上により、下記の式1、または、式2を満足することにより、少ない触媒量でPMの浄化効率の高いDPF30をえることが可能となる。
As described above, by satisfying the
(A/B)/(C/D)=α (1.5≦α≦5.5)・・・式1
(C/D)/(E/F)=β (1.5≦β≦5.5)・・・式2
(A / B) / (C / D) = α (1.5 ≦ α ≦ 5.5)
(C / D) / (E / F) = β (1.5 ≦ β ≦ 5.5)
本発明の多管フィルタは、少ない触媒物質の量で高効率にPMを浄化することのできる排ガス浄化フィルタとして利用することが可能である。 The multi-tube filter of the present invention can be used as an exhaust gas purification filter capable of purifying PM with high efficiency with a small amount of catalyst material.
10 DPF
12 プラグ
13 入口部
14 流出セル
15 出口部
16 流入セル
18 隔壁
20 排ガス
22 流入層
28 流出層
30 DPF
32 プラグ
33 入口部
34 流出セル
35 出口部
36 流入セル
38 隔壁
40 排ガス
42 流入層
48 流出層
50 中央部
10 DPF
12
32
Claims (6)
前記隔壁の前記流入セル側の層である流入層において、
入口部から出口部に向かうに従い担持量が減少するように担持される触媒物質
を備える多管フィルタ。 A pipe axis is arranged along the gas flow path, and a plurality of inflow cells in which the outlet part side downstream of the gas flow is closed; a pipe axis is arranged along the gas flow path; A multi-tubular filter having a plurality of outflow cells to be closed, a partition wall having pores that partition the inflow cell and the outflow cell and allow gas to pass through to collect particulates,
In the inflow layer that is the layer on the inflow cell side of the partition wall,
A multi-tubular filter comprising a catalytic material supported so that the amount of support decreases from the inlet portion toward the outlet portion.
前記隔壁の前記流出セル側の層である流出層において、
入口部から出口部に向かうに従い担持量が増加するように担持される前記触媒物質
を備える請求項1に記載の多管フィルタ。 further,
In the outflow layer that is the layer on the outflow cell side of the partition wall,
The multi-tubular filter according to claim 1, further comprising the catalyst material supported so that a supported amount increases from the inlet portion toward the outlet portion.
前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも多い
請求項1または2に記載の多管フィルタ。 At the entrance,
3. The multi-tube filter according to claim 1, wherein an amount of the catalyst material supported on the inflow layer is larger than an amount of the catalyst material supported on the outflow layer.
前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも少ない
請求項1または2に記載の多管フィルタ。 At the exit,
3. The multi-tubular filter according to claim 1, wherein an amount of the catalyst material supported on the inflow layer is smaller than an amount of the catalyst material supported on the outflow layer.
前記流入層の前記触媒物質の担持量をA、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をBとし、
入口部と出口部との中間部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をC、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をDとするとき、
下記の式1を満足することを特徴とする請求項1に記載の多管フィルタ。
(A/B)/(C/D)=α (1.5≦α≦5.5)・・・式1 At the entrance,
A loading amount of the catalyst material in the inflow layer is A,
The loading amount of the catalyst material in the outflow layer is B,
In the middle part between the entrance and exit,
The amount of the catalyst substance supported in the inflow layer is C,
When the loading amount of the catalyst substance in the outflow layer is D,
The multi-tubular filter according to claim 1, wherein the following formula 1 is satisfied.
(A / B) / (C / D) = α (1.5 ≦ α ≦ 5.5) Equation 1
前記流入層の前記触媒物質の担持量をE、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をFとし、
入口部と出口部との中間部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をC、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をDとするとき、
下記の式2を満足することを特徴とする請求項1または5に記載の多管フィルタ。
(C/D)/(E/F)=β (1.5≦β≦5.5)・・・式2 At the exit,
E, the loading of the catalyst material in the inflow layer,
The loading amount of the catalyst substance in the outflow layer is F,
In the middle part between the entrance and exit,
The amount of the catalyst substance supported in the inflow layer is C,
When the loading amount of the catalyst substance in the outflow layer is D,
The multi-tubular filter according to claim 1, wherein the following formula 2 is satisfied.
(C / D) / (E / F) = β (1.5 ≦ β ≦ 5.5) Equation 2
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