JP2016182536A - 排ガス浄化フィルタ、排ガス浄化装置、及び排ガス浄化装置の使用方法 - Google Patents
排ガス浄化フィルタ、排ガス浄化装置、及び排ガス浄化装置の使用方法 Download PDFInfo
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Abstract
Description
本発明の排ガス浄化フィルタの一実施形態は、図1、図2に示す排ガス浄化フィルタ100である。排ガス浄化フィルタ100は、多孔質の隔壁1を有する柱状のハニカム構造部10と、流入側目封止部8aと、流出側目封止部8bと、多孔質の表面捕集層15と、を備えている。ハニカム構造部10は、一方の端面である流入端面11から他方の端面である流出端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する隔壁1を有している。流入側目封止部8aは、所定のセル2の流入端面11側に配設された目封止部である。流出側目封止部8bは、残余のセル2の流出端面12側に配設された目封止部である。表面捕集層15は、隔壁1の表面のうち、流出側目封止部8bが配設されたセル2である流入セル2a側の表面である流入表面3上に配設された層である。表面捕集層15は、厚さが10〜60μmである。また、表面捕集層15は、平均細孔径が0.3〜5μmである。そして、セル2の延びる方向に平行な断面において、隔壁1の厚さ方向の10%の長さの位置Aから、隔壁1の厚さ方向の90%の長さの位置Bまでの間の領域を中央領域5とする(図3参照)。また、セル2の延びる方向に平行な断面において、中央領域5と表面捕集層15との間の領域を入口領域6とする。このとき、排ガス浄化フィルタ100は、中央領域5の気孔率P1が、入口領域6の気孔率P2より小さいものである。
表面捕集層15は、その平均細孔径が、隔壁1の平均細孔径より小さい多孔質の層である。このような表面捕集層15を備えることにより、表面捕集層15が、排ガスに含まれる粒子状物質のなかでも粒子径の大きなもの(大径粒子)を捕集する。そのため、隔壁1の細孔が大径粒子により塞がれてしまうことを防止することができる。
隔壁の厚さは、50〜500μmであることが好ましく、100〜450μmであることが更に好ましく、150〜450μmであることが特に好ましい。隔壁の厚さが下限値未満であると、強度が不足するおそれがある。上限値超であると、圧力損失が増加するおそれがある。
通常、排ガス浄化フィルタ(DPF)には、貴金属を含む触媒が5〜30g/L程度の割合で担持される。ここで、本発明の排ガス浄化フィルタは、貴金属を含む触媒が担持されていないか、或いは、貴金属を含む触媒が1g/L以下の割合で担持されていることが好ましい。貴金属を含む触媒の担持量は、0.5g/L以下であることが更に好ましい。このような条件を満たすことにより、上記触媒によって還元される一酸化炭素及び炭化水素の量を減らすことができる。そのため、排ガス浄化フィルタ(DPF)から多くの一酸化炭素及び炭化水素を排出させることができる。その結果、SCR触媒コンバータ内においてNOXの還元が良好に行われる。
排ガス浄化フィルタ100は、流入側目封止部8aと流出側目封止部8bとを備えている。これらの目封止部を備えることにより、排ガス中の粒子状物質を良好に捕集することができる。排ガス浄化フィルタ100のハニカム構造部10において、流出側目封止部8bが配設されたセル2は流入セル2aであり、流入側目封止部8aが配設されたセル2は流出セル2bである。
本実施形態の排ガス浄化フィルタの製造方法について説明する。まず、排ガス浄化フィルタを作製するための坏土を調整し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する(成形工程)。その後、得られたハニカム成形体(或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体)の所定のセルにマスクを付してマスキングを行い、マスキングされたセル以外のセルの隔壁の表面に捕集層形成用スラリーを塗布して塗布膜を形成する(塗布膜形成工程)。その後、マスクを外し、その流入端面における所定のセルの開口部、及び流出端面における残余のセルの開口部に目封止を施して、流入側目封止部及び流出側目封止部を形成する(目封止工程)。その後、上記塗布膜が形成され、交互に目封止部が形成されたハニカム成形体を焼成して、ハニカム焼成体を作製する(焼成工程)。このようにして排ガス浄化フィルタを作製することができる。
成形工程は、セラミック原料を含有するセラミック成形原料からなる坏土を調製し、この坏土を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する工程である。
捕集層形成用スラリーは、表面捕集層を形成するための微細原料粒子を含有するスラリーである。なお、スラリーの分散媒としては、水等を用いることができる。
ハニカム成形体を焼成(本焼成)する前には、そのハニカム成形体を仮焼することが好ましい。仮焼は、脱脂のために行うものであり、その方法は、特に限定されるものではなく、中の有機物(有機バインダ、分散剤、造孔材等)を除去することができればよい。一般に、有機バインダの燃焼温度は100〜300℃程度、造孔材の燃焼温度は200〜800℃程度であるので、仮焼の条件としては、酸化雰囲気において、200〜1000℃程度で、3〜100時間程度加熱することが好ましい。
目封止部の形成方法については、所定のセルの一方の開口部にマスクを配設し、残余のセルの開口部に目封止スラリーを充填する方法を挙げることができる。なお、このような目封止部の形成方法は、例えば、公知の排ガス浄化フィルタにおける目封止部の作製方法に準じて行うことができる。
本発明の排ガス浄化装置の一実施形態は、図5に示す排ガス浄化装置200である。排ガス浄化装置200は、排ガス浄化フィルタ100と、SCR触媒コンバータ50と、上流側酸化触媒60と、尿素噴射器70と、を備えている。SCR触媒コンバータ50は、排ガス浄化フィルタ100の下流側に配置され、SCR触媒が担持されたフィルタである。上流側酸化触媒60は、排ガス浄化フィルタ100の上流側に配置され、酸化触媒が担持されたフィルタである。尿素噴射器70は、尿素を噴射可能な装置である。尿素噴射器70は、上流側酸化触媒60と排ガス浄化フィルタ100との間に配置されるか、或いは、排ガス浄化フィルタ100とSCR触媒コンバータ50との間に配置される。そして、排ガス浄化装置200は、エンジン300から排出される排ガスを浄化するものである。図5は、本発明の排ガス浄化装置の一の実施形態をエンジンに接続した状態を模式的に示す平面図である。
本発明の排ガス浄化装置の使用方法の一実施形態は、排ガス浄化フィルタ100内に堆積した粒子状物質を燃焼除去する操作中において、排ガス浄化フィルタ100内の粒子状物質を不完全燃焼させることによって一酸化炭素及び炭化水素を発生させ、SCR触媒コンバータ50において一酸化炭素及び炭化水素によって排ガス中のNOXを浄化する。
まず、排ガス浄化フィルタのハニカム構造部となる複数のハニカムセグメントを作製した。具体的には、炭化珪素粉末を80質量部と、Si粉末20質量部とを混合して、混合粉末を得た。この混合粉末に、バインダ、造孔材、及び水を添加して、成形用坏土を調製した。
再生時テールパイプNOXの評価は、以下のように行った。具体的には、上流側から順に、図5に示すように、上流側酸化触媒60、作製した排ガス浄化フィルタ100、SCR触媒コンバータ50、下流側酸化触媒80を配置した。そして、排ガス浄化フィルタ100とSCR触媒コンバータ50との間に尿素噴射器70を配置した。このようにして、排ガス浄化装置を作製した。そして、上流側酸化触媒60側の供給口をディーゼルエンジン300の排気口に接続した。その後、以下のように測定を行った。まず、ディーゼルエンジン300を、回転数2000rpm、負荷20%の条件で運転した。次に、燃料のポスト噴射量を増やし、排ガスの温度が650℃になる条件で10分間、排ガス浄化フィルタにおけるススの再生を行った。そして、その間のテールパイプでの累積NOX排出量を計測した。その後、以下の基準で評価を行った。結果を表3に示す。
圧力損失の測定に際しては、まず、作製した排ガス浄化フィルタを缶体内に収納して試験装置を得た。次に、この試験装置に、25℃のススを含まないガス(空気)を流量10Nm3/分で供給した。この場合における圧力損失を測定した。
表面捕集層の耐久性の評価は、以下のように行った。具体的には、まず、排ガス浄化フィルタをガスバーナに接続した。そして、このフィルタに流す排ガスの温度を800℃とする状態を10分間続け、その後、排ガスの温度を200℃とする状態を10分間続けることを1サイクルとした。そして、排ガス浄化フィルタに、100Hz、30Gの加振力を加えながら、200サイクル行う試験(耐久試験)を行った。次に、試験後の乾燥重量を測定した。その後、以下の基準で評価を行った。結果を表3に示す。
全ての評価項目がOKであった場合を「OK」とし、各評価項目において一つでもNGがあった場合を「NG」とした。
表1、表2に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして排ガス浄化フィルタを作製した。そして、作製した排ガス浄化フィルタについて、実施例1と同様にして「再生時テールパイプNOX」、「圧力損失」、「表面捕集層の耐久性」、及び「総合評価」の評価を行った。結果を表3に示す。
Claims (11)
- 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有する柱状のハニカム構造部と、
所定の前記セルの前記流入端面側に配設された流入側目封止部と、
残余の前記セルの前記流出端面側に配設された流出側目封止部と、
前記隔壁の表面のうち、前記流出側目封止部が配設された前記セルである流入セル側の表面である流入表面上に配設された多孔質の表面捕集層と、を備え、
前記表面捕集層は、厚さが10〜60μmであり、
前記表面捕集層は、平均細孔径が0.3〜5μmであり、
前記隔壁は、前記セルの延びる方向に平行な断面において、前記隔壁の厚さ方向の10%の長さの位置から、前記隔壁の厚さ方向の90%の長さの位置までの間の領域を中央領域とし、前記中央領域と前記表面捕集層との間の領域を入口領域としたとき、
前記中央領域の気孔率P1が、前記入口領域の気孔率P2より小さい排ガス浄化フィルタ。 - 前記中央領域の気孔率P1に対する、前記入口領域の気孔率P2の比の値が、1.05〜1.8である請求項1に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記隔壁の厚さの標準偏差が、20%以下である請求項1または2に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記隔壁及び前記表面捕集層のいずれもが、骨材である炭化珪素粒子と、前記骨材同士を結合する結合材と、を主成分として含有する材料からなり、前記結合材が、コージェライト、ムライト、アルミナ、または、これらの混合物である酸化物からなるものである請求項1〜3のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 前記隔壁と前記表面捕集層とは、焼成により一体的に形成されている請求項1〜4のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 貴金属を含む触媒が担持されていないか、或いは、貴金属を含む触媒が1g/L以下の割合で担持されている請求項1〜5のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 貴金属を含む触媒を備えており、80質量%以上の前記触媒が、前記隔壁の前記中央領域及び前記入口領域以外の領域である出口領域に担持されている請求項1〜6のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタ。
- 請求項1〜7のいずれか一項に記載の排ガス浄化フィルタと、
前記排ガス浄化フィルタの下流側に配置され、SCR触媒が担持されたSCR触媒コンバータと、
前記排ガス浄化フィルタの上流側に配置され、酸化触媒が担持された上流側酸化触媒と、
前記上流側酸化触媒と前記排ガス浄化フィルタとの間に配置されるか、或いは、前記排ガス浄化フィルタと前記SCR触媒コンバータとの間に配置され、尿素を噴射可能な尿素噴射器と、を備え、
エンジンから排出される排ガスを浄化する排ガス浄化装置。 - 前記排ガス浄化フィルタが、貴金属を含む触媒を担持していない請求項8に記載の排ガス浄化装置。
- 前記SCR触媒コンバータの下流側に、酸化触媒が担持された下流側酸化触媒を備える請求項8または9に記載の排ガス浄化装置。
- 請求項8〜10のいずれか一項に記載の排ガス浄化装置の前記排ガス浄化フィルタ内に堆積した粒子状物質を燃焼除去する操作中において、前記排ガス浄化フィルタ内の前記粒子状物質を不完全燃焼させることによって一酸化炭素及び炭化水素を発生させ、発生させた一酸化炭素及び炭化水素を前記SCR触媒コンバータに供給して、前記SCR触媒コンバータにおいて一酸化炭素及び炭化水素によって排ガス中のNOXを浄化する排ガス浄化装置の使用方法。
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