JP3337312B2 - パティキュレート・トラップ用フィルタ - Google Patents
パティキュレート・トラップ用フィルタInfo
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
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- Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、建設工事用車両、特に
トンネル内／坑道内での工事用車両に搭載されるディー
ゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレート（特にカ
ーボン微粒子）を捕集し燃焼除去するパティキュレート
・トラップ用フィルタに関する。
トンネル内／坑道内での工事用車両に搭載されるディー
ゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレート（特にカ
ーボン微粒子）を捕集し燃焼除去するパティキュレート
・トラップ用フィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】大型商用車を始め建設工事用車両などに
は車両運用上の経済的観点からディーゼルエンジンが多
く用いられている。地価の高騰や土地の有効利用の見地
から深々度地下開発が進められているが、地下開発で使
用される工事用車両の動力源としてもディーゼルエンジ
ンが用いられている。ディーゼルエンジンの排気ガスの
うち有害成分として主に問題とされているのは、ＮＯx
とパティキュレート（すすのようなカーボン微粒子のほ
か可溶性有機物も含んでおり、一般にＰＭと表記する。
ここでも以降この表記によることとする。）である。特
に地下の坑道やトンネル内で作業する工事用車両に搭載
したディーゼルエンジンからＰＭを含んだ排気ガスが続
けて放出されていると粉塵爆発をひき起こす恐れがあ
る。
は車両運用上の経済的観点からディーゼルエンジンが多
く用いられている。地価の高騰や土地の有効利用の見地
から深々度地下開発が進められているが、地下開発で使
用される工事用車両の動力源としてもディーゼルエンジ
ンが用いられている。ディーゼルエンジンの排気ガスの
うち有害成分として主に問題とされているのは、ＮＯx
とパティキュレート（すすのようなカーボン微粒子のほ
か可溶性有機物も含んでおり、一般にＰＭと表記する。
ここでも以降この表記によることとする。）である。特
に地下の坑道やトンネル内で作業する工事用車両に搭載
したディーゼルエンジンからＰＭを含んだ排気ガスが続
けて放出されていると粉塵爆発をひき起こす恐れがあ
る。
【０００３】排気ガス中のＰＭを低減する手段として
は、排気管路にパティキュレート・トラップを配設し、
該トラップに装着されたセラミック製のフィルタで直接
ＰＭ（特にカーボン微粒子）を捕集することが効果的で
ある。しかし、フィルタを継続使用するためには、捕集
したＰＭを強制的に燃焼除去してフィルタを再生させる
必要がある。
は、排気管路にパティキュレート・トラップを配設し、
該トラップに装着されたセラミック製のフィルタで直接
ＰＭ（特にカーボン微粒子）を捕集することが効果的で
ある。しかし、フィルタを継続使用するためには、捕集
したＰＭを強制的に燃焼除去してフィルタを再生させる
必要がある。
【０００４】自動車用ディーゼルエンジンの場合は常用
運転条件での排気温度が比較的低く、フィルタに捕集さ
れたＰＭ中のカーボン分が燃焼せずに堆積しフィルタが
目詰りしてしまうので、実用的で信頼性のある再生技術
はいまだ確立されていない。これに対して建設機械用デ
ィーゼルエンジンの使用条件は高出力の場合が多く排気
温度が高いため、セラミックフィルタによってＰＭを捕
集し且つ燃焼させて除去することが可能であり、トンネ
ル内／坑道内の工事用車両に搭載されるディーゼルエン
ジンで実用されている。
運転条件での排気温度が比較的低く、フィルタに捕集さ
れたＰＭ中のカーボン分が燃焼せずに堆積しフィルタが
目詰りしてしまうので、実用的で信頼性のある再生技術
はいまだ確立されていない。これに対して建設機械用デ
ィーゼルエンジンの使用条件は高出力の場合が多く排気
温度が高いため、セラミックフィルタによってＰＭを捕
集し且つ燃焼させて除去することが可能であり、トンネ
ル内／坑道内の工事用車両に搭載されるディーゼルエン
ジンで実用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前述したパテ
ィキュレート・トラップ用のフィルタには次のような問
題点がある。エンジンの運転条件により、あるいは長時
間の連続運転によって排気ガス中のＰＭがフィルタに堆
積して目詰りを生じ、未燃のカーボン微粒子が発火して
フィルタに局部的且つ急激な温度上昇、温度差を発生さ
せて、場合によってはフィルタのき裂や溶損を招く。フ
ィルタの異常発生を看過するとトンネル内／坑道内で粉
塵爆発が発生する恐れが高くなる。
ィキュレート・トラップ用のフィルタには次のような問
題点がある。エンジンの運転条件により、あるいは長時
間の連続運転によって排気ガス中のＰＭがフィルタに堆
積して目詰りを生じ、未燃のカーボン微粒子が発火して
フィルタに局部的且つ急激な温度上昇、温度差を発生さ
せて、場合によってはフィルタのき裂や溶損を招く。フ
ィルタの異常発生を看過するとトンネル内／坑道内で粉
塵爆発が発生する恐れが高くなる。
【０００６】本発明の目的は、前記問題点を解決し、排
気ガス中のパティキュレートを捕集し、比較的低温度で
燃焼除去し得るディーゼルエンジンのパティキュレート
・トラップ用フィルタを提供するにある。
気ガス中のパティキュレートを捕集し、比較的低温度で
燃焼除去し得るディーゼルエンジンのパティキュレート
・トラップ用フィルタを提供するにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】フィルタの溶損を防止す
るためには、耐熱温度の高いフィルタ材を採用すること
が考えられる。従来、フィルタ材として耐熱性に優れ、
電気的には絶縁体であるコーディエライト質の多孔体が
用いられているが、該素材によるフィルタが溶損した経
験から推測して、ＰＭ中のカーボン微粒子の燃焼温度は
千数百℃に達しているものと考えられる。耐熱温度の高
い素材のフィルタを採用したとしても、千数百℃にも達
する高温の熱サイクルに繰返して耐えていくことは困難
である。そこで、５００〜１０００℃程度の温度でカー
ボン微粒子に安定的に着火し、燃焼ガスとして除去する
方法が考えられるが、安定的にカーボン微粒子に着火さ
せるためには、フィルタそのものの温度を５００〜１０
００℃程度に保持すればよい。
るためには、耐熱温度の高いフィルタ材を採用すること
が考えられる。従来、フィルタ材として耐熱性に優れ、
電気的には絶縁体であるコーディエライト質の多孔体が
用いられているが、該素材によるフィルタが溶損した経
験から推測して、ＰＭ中のカーボン微粒子の燃焼温度は
千数百℃に達しているものと考えられる。耐熱温度の高
い素材のフィルタを採用したとしても、千数百℃にも達
する高温の熱サイクルに繰返して耐えていくことは困難
である。そこで、５００〜１０００℃程度の温度でカー
ボン微粒子に安定的に着火し、燃焼ガスとして除去する
方法が考えられるが、安定的にカーボン微粒子に着火さ
せるためには、フィルタそのものの温度を５００〜１０
００℃程度に保持すればよい。
【０００８】このため、本発明のパティキュレート・ト
ラップ用フィルタ１は、半導体的特性を有して通電する
ことができ、耐熱温度も高く、少なくとも２５％以上の
気孔率を有しその大部分が連続気孔であるシリコンカー
バイト質の焼結成形体であって、排気ガスが流動する方
向に該フィルタに通電し、抵抗加熱によってフィルタ自
体の温度を上昇させるため、該フィルタの排気ガス流路
の上流側と下流側に電極２ａと２ｂが設けられている。
即ち本発明に係るパティキュレート・トラップ用フィル
タは、ディーゼルエンジンの排気管路に配設されるパテ
ィキュレート・トラップで使用されるフィルタ（１）で
あって、耐熱性を有し且つ通電性を有する素材からなる
多孔性の成形体に形成された筒状のフィルタ（１）と、
該フィルタ（１）に取り付けられて排気ガスが流動する
方向に該フィルタ（１）に通電する電極（２ａ，２ｂ）
と、前記フィルタ（１）の外周部に設けられた筒状のセ
ラミック多孔体（６）とを備え、前記電極（２ａ，２
ｂ）を介して前記フィルタ（１）に通電することにより
該フィルタ（１）で捕集された排気ガス中のパティキュ
レートを比較的低温度で燃焼除去するように構成された
ことを特徴としている。
ラップ用フィルタ１は、半導体的特性を有して通電する
ことができ、耐熱温度も高く、少なくとも２５％以上の
気孔率を有しその大部分が連続気孔であるシリコンカー
バイト質の焼結成形体であって、排気ガスが流動する方
向に該フィルタに通電し、抵抗加熱によってフィルタ自
体の温度を上昇させるため、該フィルタの排気ガス流路
の上流側と下流側に電極２ａと２ｂが設けられている。
即ち本発明に係るパティキュレート・トラップ用フィル
タは、ディーゼルエンジンの排気管路に配設されるパテ
ィキュレート・トラップで使用されるフィルタ（１）で
あって、耐熱性を有し且つ通電性を有する素材からなる
多孔性の成形体に形成された筒状のフィルタ（１）と、
該フィルタ（１）に取り付けられて排気ガスが流動する
方向に該フィルタ（１）に通電する電極（２ａ，２ｂ）
と、前記フィルタ（１）の外周部に設けられた筒状のセ
ラミック多孔体（６）とを備え、前記電極（２ａ，２
ｂ）を介して前記フィルタ（１）に通電することにより
該フィルタ（１）で捕集された排気ガス中のパティキュ
レートを比較的低温度で燃焼除去するように構成された
ことを特徴としている。
【０００９】
【作用】フィルタ１には前述したような素材を使用し、
排気ガスの流動方向に通電し得るように電極２ａと２ｂ
が配設されているので、次のような作用が得られる。電
極２ａ，２ｂ間に電流を通しフィルタ自体を抵抗加熱す
ることによって、その温度をカーボン微粒子の着火温度
以上に上昇させる。これにより、フィルタ１に捕集され
ていたＰＭ（特にカーボン微粒子）は安定的に着火さ
れ、燃焼ガスとして除去されることから、トンネル内／
坑道内工事における粉塵爆発の発生を抑止することが可
能となる。
排気ガスの流動方向に通電し得るように電極２ａと２ｂ
が配設されているので、次のような作用が得られる。電
極２ａ，２ｂ間に電流を通しフィルタ自体を抵抗加熱す
ることによって、その温度をカーボン微粒子の着火温度
以上に上昇させる。これにより、フィルタ１に捕集され
ていたＰＭ（特にカーボン微粒子）は安定的に着火さ
れ、燃焼ガスとして除去されることから、トンネル内／
坑道内工事における粉塵爆発の発生を抑止することが可
能となる。
【００１０】
【実施例】図１は本発明に係るフィルタを装着したトン
ネル内工事用車両に搭載するディーゼルエンジンのパテ
ィキュレート・トラップ（ＰＭトラップと略す）を模擬
して作成したＰＭトラップの構成図である。図を参照し
て該ＰＭトラップの構成について説明する。１は通電性
を有し、耐熱性に優れたシリコンカーバイトを焼結によ
って形成した多孔体のフィルタ、２ａと２ｂは該フィル
タの排気ガス流路の上流側と下流側に配設された電極、
７は排気ガスをエンジンの本体側からフィルタ１の入口
へ導く排気ガス導入管、３は該排気ガス導入管と前記フ
ィルタを接続するセラミック接着剤である。前述した電
極２ａ，２ｂと電源（図示されていない）とはリード線
５ａ，５ｂで接続され、該リード線が他の部材を貫通す
る箇所には絶縁管４及び１０ａ，１０ｂが嵌設されてい
る。フィルタ１の外囲部にはセラミック多孔体６が配設
され、該多孔体６は固定用のセラミック布材８を介して
外筒９に固定されている。
ネル内工事用車両に搭載するディーゼルエンジンのパテ
ィキュレート・トラップ（ＰＭトラップと略す）を模擬
して作成したＰＭトラップの構成図である。図を参照し
て該ＰＭトラップの構成について説明する。１は通電性
を有し、耐熱性に優れたシリコンカーバイトを焼結によ
って形成した多孔体のフィルタ、２ａと２ｂは該フィル
タの排気ガス流路の上流側と下流側に配設された電極、
７は排気ガスをエンジンの本体側からフィルタ１の入口
へ導く排気ガス導入管、３は該排気ガス導入管と前記フ
ィルタを接続するセラミック接着剤である。前述した電
極２ａ，２ｂと電源（図示されていない）とはリード線
５ａ，５ｂで接続され、該リード線が他の部材を貫通す
る箇所には絶縁管４及び１０ａ，１０ｂが嵌設されてい
る。フィルタ１の外囲部にはセラミック多孔体６が配設
され、該多孔体６は固定用のセラミック布材８を介して
外筒９に固定されている。
【００１１】図２はディーゼルエンジンからの排気ガス
を図１に示したＰＭトラップに流入させ、本発明に係る
ＰＭトラップ用フィルタの特性を計測した実験結果の線
図である。なお、本実験ではフィルタ１に熱電対を取付
けてその温度を計測し、圧力検出器を使用してフィルタ
１の筒内の内圧の計測も行った。なお、図３、図４に結
果の特性線図を示した実験に於ても同様にしてフィルタ
１の温度と内圧の計測を行った。
を図１に示したＰＭトラップに流入させ、本発明に係る
ＰＭトラップ用フィルタの特性を計測した実験結果の線
図である。なお、本実験ではフィルタ１に熱電対を取付
けてその温度を計測し、圧力検出器を使用してフィルタ
１の筒内の内圧の計測も行った。なお、図３、図４に結
果の特性線図を示した実験に於ても同様にしてフィルタ
１の温度と内圧の計測を行った。
【００１２】図２に特性線図を示した実験では、電極２
ａ，２ｂを介してフィルタ自体に随時通電し得る状態に
なっている。図２に示されるように、運転を開始してか
ら約８０時間経過すると、フィルタの内圧が上昇すると
ともに未燃カーボンの排出量が減少し、フィルタに目詰
りが発生したと推測されたので電極２ａ，２ｂを介して
フィルタ自体に通電してその温度を上昇させた。この通
電処理によってフィルタに捕集されていた未燃のカーボ
ン微粒子が燃焼して除去され、その結果内圧は低下し、
排出未燃カーボンの量は増大し初期のフィルタ特性に復
帰したので通電を停止した。ほぼ同様の経過がおよそ８
０時間ごとに観測され、そのたびに通電処理によってフ
ィルタの特性の回復をはかり、約３００時間運転したが
フィルタに異常の発生は認められなかった。
ａ，２ｂを介してフィルタ自体に随時通電し得る状態に
なっている。図２に示されるように、運転を開始してか
ら約８０時間経過すると、フィルタの内圧が上昇すると
ともに未燃カーボンの排出量が減少し、フィルタに目詰
りが発生したと推測されたので電極２ａ，２ｂを介して
フィルタ自体に通電してその温度を上昇させた。この通
電処理によってフィルタに捕集されていた未燃のカーボ
ン微粒子が燃焼して除去され、その結果内圧は低下し、
排出未燃カーボンの量は増大し初期のフィルタ特性に復
帰したので通電を停止した。ほぼ同様の経過がおよそ８
０時間ごとに観測され、そのたびに通電処理によってフ
ィルタの特性の回復をはかり、約３００時間運転したが
フィルタに異常の発生は認められなかった。
【００１３】図３は、図２の場合と同じように本発明に
係るＰＭトラップ用フィルタを使用しているが、フィル
タ自体には通電しない場合の実験で計測された特性の線
図である。運転開始から約８０時間経過すると、フィル
タの内圧が上昇するとともに排出未燃カーボンの量が減
少し、その直後にフィルタの温度が急激に上昇してい
る。これはフィルタに捕集されていた未燃カーボン微粒
子が発火したことによると推測された。フィルタ温度の
急激な上昇と降下の後、排出未燃カーボンの量とフィル
タの内圧はともに初期の特性に復帰した。しかし、この
実験では３回目の温度上昇の直後にフィルタの内圧が異
常に低下し、排出未燃カーボンの量が急激に増加して、
フィルタの損傷が推測された。この時点で実験を中断
し、供試ＰＭトラップの解放点検を実施したところ、フ
ィルタにき裂が発生していた。
係るＰＭトラップ用フィルタを使用しているが、フィル
タ自体には通電しない場合の実験で計測された特性の線
図である。運転開始から約８０時間経過すると、フィル
タの内圧が上昇するとともに排出未燃カーボンの量が減
少し、その直後にフィルタの温度が急激に上昇してい
る。これはフィルタに捕集されていた未燃カーボン微粒
子が発火したことによると推測された。フィルタ温度の
急激な上昇と降下の後、排出未燃カーボンの量とフィル
タの内圧はともに初期の特性に復帰した。しかし、この
実験では３回目の温度上昇の直後にフィルタの内圧が異
常に低下し、排出未燃カーボンの量が急激に増加して、
フィルタの損傷が推測された。この時点で実験を中断
し、供試ＰＭトラップの解放点検を実施したところ、フ
ィルタにき裂が発生していた。
【００１４】図４は、従来の方式のＰＭトラップ用フィ
ルタについての実験結果による特性線図である。この実
験では、およそ７０時間後に、フィルタの内圧が上昇し
排出未燃カーボンの量が減少した。その直後にフィルタ
内圧が急低下し、フィルタの温度は急激に上昇してすぐ
に降下し、さらに排出未燃カーボンの量が急上昇してフ
ィルタの損傷が推測された。この時点で実験を中断し供
試ＰＭトラップの解放点検を実施したところ、フィルタ
にき裂が発生していた。
ルタについての実験結果による特性線図である。この実
験では、およそ７０時間後に、フィルタの内圧が上昇し
排出未燃カーボンの量が減少した。その直後にフィルタ
内圧が急低下し、フィルタの温度は急激に上昇してすぐ
に降下し、さらに排出未燃カーボンの量が急上昇してフ
ィルタの損傷が推測された。この時点で実験を中断し供
試ＰＭトラップの解放点検を実施したところ、フィルタ
にき裂が発生していた。
【００１５】前述した実験の結果、従来技術によるフィ
ルタの場合と、シリコンカーバイトのフィルタであって
も該フィルタ自体に通電しない場合は、フィルタに堆積
した未燃のカーボン微粒子の燃焼によってフィルタ自体
に急激な温度変化が発生し、き裂を発生するに至った。
これに対して、本発明によるＰＭトラップ用フィルタで
は、フィルタ自体に電流を通すことにより比較的低温度
で未燃カーボン微粒子を燃焼させて除去するため、フィ
ルタに損傷を発生していない。
ルタの場合と、シリコンカーバイトのフィルタであって
も該フィルタ自体に通電しない場合は、フィルタに堆積
した未燃のカーボン微粒子の燃焼によってフィルタ自体
に急激な温度変化が発生し、き裂を発生するに至った。
これに対して、本発明によるＰＭトラップ用フィルタで
は、フィルタ自体に電流を通すことにより比較的低温度
で未燃カーボン微粒子を燃焼させて除去するため、フィ
ルタに損傷を発生していない。
【００１６】
【発明の効果】本発明のパティキュレート・トラップ用
フィルタにより、トンネル内／坑道内工事用車両に搭載
されるディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレ
ートが捕集され燃焼除去されることにより、トンネル内
／坑道内工事における粉塵爆発の発生を抑止することが
可能となる。
フィルタにより、トンネル内／坑道内工事用車両に搭載
されるディーゼルエンジンの排気ガス中のパティキュレ
ートが捕集され燃焼除去されることにより、トンネル内
／坑道内工事における粉塵爆発の発生を抑止することが
可能となる。
【図１】本発明に係るフィルタを装着したディーゼルエ
ンジン用パティキュレート・トラップの模擬トラップ装
置の構成図。
ンジン用パティキュレート・トラップの模擬トラップ装
置の構成図。
【図２】本発明に係るＰＭトラップ用フィルタの特性線
図（フィルタ自体に通電した場合）。
図（フィルタ自体に通電した場合）。
【図３】図２と同じ構成によるＰＭトラップ用フィルタ
の特性線図（フィルタ自体に通電しない場合）。
の特性線図（フィルタ自体に通電しない場合）。
【図４】従来技術によるＰＭトラップ用フィルタの特性
線図。
線図。
１…フィルタ、２ａ，２ｂ…電極。
Claims (1)
- 【請求項１】 ディーゼルエンジンの排気管路に配設さ
れるパティキュレート・トラップで使用されるフィルタ
（１）であって、耐熱性を有し且つ通電性を有する素材
からなる多孔性の成形体に形成された筒状のフィルタ
（１）と、該フィルタ（１）に取り付けられて排気ガス
が流動する方向に該フィルタ（１）に通電する電極（２
ａ，２ｂ）と、前記フィルタ（１）の外周部に設けられ
た筒状のセラミック多孔体（６）とを備え、前記電極
（２ａ，２ｂ）を介して前記フィルタ（１）に通電する
ことにより該フィルタ（１）で捕集された排気ガス中の
パティキュレートを比較的低温度で燃焼除去するように
構成されたことを特徴とするパティキュレート・トラッ
プ用フィルタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06912094A JP3337312B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | パティキュレート・トラップ用フィルタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06912094A JP3337312B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | パティキュレート・トラップ用フィルタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07253013A JPH07253013A (ja) | 1995-10-03 |
| JP3337312B2 true JP3337312B2 (ja) | 2002-10-21 |
Family
ID=13393473
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06912094A Expired - Fee Related JP3337312B2 (ja) | 1994-03-14 | 1994-03-14 | パティキュレート・トラップ用フィルタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3337312B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10130338A1 (de) | 2001-06-26 | 2003-04-24 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Dieselrussfilter mit einem feindispers verteiltem Dieselrusskatalysator |
-
1994
- 1994-03-14 JP JP06912094A patent/JP3337312B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07253013A (ja) | 1995-10-03 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20020709 |
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