JP3728547B2 - シール材及びパティキュレートトラップ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関などの排気ガス中に含まれるパティキュレートを除去するパティキュレートトラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中には、炭素を主成分とするパティキュレート（微粒子）がかなりの濃度（１５０〜２５０ｍｇ／Ｎｍ3 ）で含まれ、公害の原因となっている。そこで、ディーゼルエンジンの排気ガス中から微粒子を捕捉、除去するためのセラミックスフィルタを備えたパティキュレートトラップ装置が種々提案されている。シール材は含塵ガス側空間から、清浄ガス側空間に塵が漏れないようにシールする機能を有するが、多くの場合シール材は、シール機能とともにセラミックスフィルタを容器中に保持する機能を受け持ち、これらの機能は低温時においては勿論、高温時においても維持される必要がある。
【０００３】
パティキュレートトラップ装置のセラミックスフィルタの再生方法には、セラミックスフィルタで捕捉したパティキュレートをセラミックスフィルタ中で焼却する焼却再生法と、濾過された清浄ガスの流出口側から逆洗ガスを流し、パティキュレートをセラミックスフィルタから離脱させるとともに、パティキュレートをセラミックスフィルタ中から逆洗ガスで流し出す逆洗再生法が知られている。前者の方法では装置の構成が比較的単純であるが、セラミックスフィルタが高温のパティキュレートの焼却熱に晒されて熱損傷する問題と、パティキュレート中に含まれる不燃成分（灰分）によってセラミックスフィルタが目詰まりする問題を考慮する必要がある。
【０００４】
後者の方法では、セラミックスフィルタがパティキュレートの焼却熱の影響を受けないためセラミックスフィルタの加熱温度は排気ガスの温度（５００℃程度）までであり、上記熱損傷の問題を回避できるという利点がある。また、灰分によってセラミックスフィルタが目詰まりすることもない。しかし、逆洗再生を行うため、逆洗ガスによる背圧がセラミックスフィルタに加わることによって、セラミックスフィルタのシール材に機械的な応力が繰り返し印加され、ときには高速のガス流がシール材に当たることによってシール材の劣化が起きやすいという問題がある。
【０００５】
シール材には、高温時にへたる等の材料劣化が起きないことと、強い逆洗ガス流によってシール材が損傷しないようにする必要がある。このためのパティキュレートトラップ装置のシール材としては、たとえば、特開平１−３０６４５２号公報に図４及び図５に示すシール材が提案されている。
【０００６】
図４において、２はシール材、６はセラミックスフィルタ、８は含塵ガス側空間、１２は金属ケース、１５は清浄ガス側空間、１０１はストッパーである。ここでは、含塵ガス側空間８と清浄ガス側空間１５の双方に設けたストッパー１０１の間にシール材２が配置してあるので、含塵ガス側空間８と清浄ガス側空間１５の間の差圧（逆洗時には清浄ガス側空間と含塵ガス側空間の間に大きい差圧が発生する）によってシール材２がずれたり吹き飛ばされたりしない。
【０００７】
また、図５では、セラミックスフィルタ６に溝１０２が設けてあり、シール材２の大部分がこの溝１０２中にあって、図４の場合と同じく、差圧によってシール材がずれたり吹き飛ばされたりしない。さらに図４及び図５のシール材２は加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質のマットを石英ガラスファイバーからなる布で包んだものであるのでシール材が劣化しにくく、長時間使用してもシール材が飛散しない。
【０００８】
しかしながら、このシール材では、シール材が柔軟であることによってセラミックスフィルタの装着に手間がかかり、熱膨脹率の小さいセラミックスフィルタとそれを保持する熱膨脹率の大きい金属ケーシングの熱膨脹率に差があることによって高温でシール材の保持力が緩み、逆洗の差圧やディーゼル機関等から伝わる振動や強い逆洗ガス流によってシール材の劣化が起き、長時間使用すると遂にはシール材が損傷してパティキュレートが漏出する問題が起きた。
【０００９】
また、実開平１−１２４３２１号公報には、ハニカム形状を有するセラミックスの触媒担体又はセラミックスフィルタを保持する、実質的に上記と同じ構成のシール材が開示されている。しかし、長時間使用したときのシール材の耐久性については、やはり同様の問題がある。さらに、パティキュレートをセラミックスフィルタ中において焼却する再生方法によるパティキュレートトラップ装置では、シール材が高温に晒されるため、シール材が熱でへたってシール機能と保持機能が失われるという問題がある。
【００１０】
パティキュレートトラップ装置では、熱膨張率の低いコージライト等のセラミックスフィルタと熱膨脹率の大きい金属製のケーシングとの間に設けられたシール材からパティキュレートが清浄ガス側空間に漏出しないようにする必要があるが、長時間の耐久性には未だ問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、組み込みが容易であって、常温と排気ガスの温度の範囲でシール機能及びセラミックスフィルタの保持力があり、振動や逆洗ガスの差圧を受ける条件においても長時間使用できるシール材と、このシール材を備えたパティキュレートトラップ装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のパティキュレートトラップ装置は、ろ過壁で区画された含塵ガス流路と清浄ガス流路とを備えるセラミックスフィルタが金属ケース内の含塵ガス側空間と清浄ガス側空間との境界に設けられた一対のシール材によって金属ケース内に保持され、清浄ガス流路側からろ過壁を通過して含塵ガス流路側へ流れる逆洗ガス流を間欠的に発生させる、清浄ガスの流出部に設けられた逆洗手段によってセラミックスフィルタが再生するパティキュレートトラップ装置であって、該シール材が平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質のマットが取り付けられたものであり、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含み、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側の面にある無機質マットがセラミックスフィルタの対向する面の縁に押し付けられ、金属板からなる骨格の他方の面にある無機質マットが金属ケースの内面に押しつけられていて、金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側の面に取り付けられている無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出している表面を覆うガード部とされている。
【００１３】
本発明のパティキュレートトラップ装置に使用するシール材では、平面上にある金属板からなる骨格の両面に無機質マットを取り付けているので、骨格によって剛性が付与され、パティキュレートトラップ装置に組み込むときのシール材のハンドリングが容易である。これによって、シール材をワンタッチで金属ケース中に挿入でき、セラミックスフィルタを簡単な操作で金属ケース中に組み込むことができる。
【００１４】
また、少なくとも片側の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットとしてあるので、セラミックスフィルタを金属ケース中に組み込み後、加熱することによってシール性を確保すると同時にセラミックスフィルタを所定位置に保持する保持力を付与することができる。また、シール材を加熱すると熱が熱伝導性のよい金属板を介して不可逆的に膨張する成分を含む層に伝えられるので、不可逆的に膨張する成分を含む層を熱で膨張させてセラミックスフィルタの保持力を付与するシール材の熱処理を容易に行える。この熱処理は、組込み後に金属ケースごと熱風炉に入れて５５０〜６００℃に加熱するか、あるいは５５０〜６００℃程度の熱風を装置の導入口から送り込んで加熱するなどにより行うが、ディーゼル機関の排気ガスで加熱してもよい。
【００１５】
また、本発明のパティキュレートトラップ装置では、両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものとしてもよくこの場合、片面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとしてもよい。このようにすると熱膨張率が小さいセラミックスフィルタと熱膨張率が大きい金属ケースとの熱膨張差によってセラミックスフィルタと金属ケースとの間隔が若干広がることがあってもセラミックスフィルタの保持力が緩まない。
【００１６】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、金属板からなる骨格の一部が、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間にある無機質マットの表面を覆うガード部となっているので、逆洗時に発生する強い逆洗ガス流から、清浄ガス側空間に露出しているシール材の無機質マットの表面が保護される。従って、シール材の劣化を防止でき、耐久性があって信頼性の高いパティキュレートトラップ装置を提供できる。
【００１７】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、無機質マットに含まれる加熱時に不可逆的に膨張する成分がバーミキュライトであるのが好ましい。バーミキュライトは蛭石とも呼ばれる構造水を含む鉱物で、加熱すると４００℃付近で構造水が放出され、層状結晶の劈開面が剥離して元の容積の１０〜３０倍に膨れる性質がある。この膨張は不可逆的に起き、相当の弾力性を有する膨張体になる。シール材は、このバーミキュライトの加熱による膨張と、膨張体の有する弾力性による保持力を利用している。無機質マット中に配合されるバーミキュライトの量は、加熱時に不可逆的な膨張があってシール機能と保持機能を付与できるように、５重量％以上とするのが好ましい。また、余り多過ぎると膨張量が過多となって使用しにくいので、４０重量％以下とするのが好ましい。
【００１８】
加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むマットは、例えば日本ピラー工業（株）からピラーマットの商品名で市販されている。このマットは無機質繊維とバーミキュライトの複合材料であるが、弾力性はあまり大きくなく、耐熱性がやや低いため、６００℃以上の高温では長時間使用できない。また石英ガラス繊維のクロスでピラーマット等の無機質マットを包んだシール材もあるが、耐久性はある程度向上するが必ずしも充分でなく、石英ガラスのクロスが比較的高価である。
【００１９】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、セラミックスフィルタを逆洗再生するので、セラミックスフィルタの使用温度は排気ガスの温度と同じ５００℃程度である。このため、バーミキュライトを含む無機質マットを使用しても耐熱性は充たされる。しかし、金属ケース側と比べて温度が高くなるセラミックスフィルタと接触する側により耐熱性が高い無機質ファイバー層を重ねた積層マットを使用すれば、パティキュレートトラップ装置の信頼性がさらに向上する。
【００２０】
無機質ファイバー層には、その形状保持のために有機質及び／又は無機質のバインダが添加されているのが好ましく、有機質及び無機質バインダの無機質マット中の添加量は、多過ぎると弾力性が損なわれるので、有機質及び無機質バインダを合わせた量で３０重量％以下とするのが好ましい。
【００２１】
骨格の金属板は、耐熱性があって腐食にも強いステンレス鋼とするのが好ましく、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼板とすることによって優れた耐久性を確保できる。また、無機質ファイバー層は、耐熱性があって弾力性が大きいことから石英ガラスのようなシリカを主成分とするファイバー層、又はアルミナとシリカを主成分とし、アルミナを６０重量％以上含むセラミックスファイバー層とするのが好ましい。
【００２２】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、セラミックスフィルタが直方体形状を有し、含塵ガス流路と清浄ガス流路とが交叉する方向に流路を有するものとしてもよい。セラミックスフィルタが直方体形状を有していると、複数のセラミックスフィルタを並べて一つの金属ケース中に組み込むことができ、セラミックスフィルタの有効ろ過面積を自在に増減できる。
【００２３】
また、含塵ガス流路と清浄ガス流路とが交叉する方向に流路を有するクロスフロータイプのセラミックスフィルタを使用すると、セラミックスフィルタで捕捉したパティキュレートを離脱させてセラミックスフィルタから排出するのに、含塵ガスの含塵ガス流路への流入口と反対側にある開口を使用でき、この側にパティキュレートの捕集部を設けることによって、パティキュレートのセラミックスフィルタからの排出が容易である。
【００２４】
一方、本発明のシール材は、平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質マットが取り付けられ、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものであり、上記金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側になる面に取り付けられた無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出することになる表面を覆うガード部とされていることを特徴とする。
【００２５】
このシール材は、平面上にある耐熱金属板からなる骨格を有しているため従来のシール材のように柔軟でなく、ハンドリングが容易で、シール材をワンタッチで金属ケース中の所定の箇所に挿入でき、セラミックスフィルタなどの金属ケース中への組み込み作業を容易に行える。また、金属板からなる骨格の熱伝導率が無機質マットの熱伝導率と比べて顕著に大きいので、加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットに熱を伝えやすく、無機質マットを熱で膨張させてシール性と保持力を付与する処理が容易であるという効果がある。
【００２６】
本発明のシール材では、両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含み、片面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとしてもよい。加熱時に不可逆的に膨張する成分は、好ましくはバーミキュライトであり、無機質マットは、使いやすい膨張量が得られるようにバーミキュライトを５〜４０重量％含むものであるのが好ましい。
【００２７】
また本発明のシール材では、金属板からなる骨格の一部が、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側になる面に取り付けられた無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出することになる表面を覆うガード部となっているので、清浄ガス側空間に導入される逆洗ガス流等で損傷しやすい無機質マットがガード部によって保護される。さらに、骨格の金属板は、耐熱性と耐食性の優れたステンレス鋼とするのが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について述べるが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は本発明のパティキュレートトラップ装置の一例を示す縦断面図である。図１において、１はパティキュレートトラップ装置、２はシール材、６はセラミックスフィルタ、７は逆洗手段、８は含塵ガス側空間、９はパティキュレートに着火するためのシースヒータを備えたパティキュレート受部、１０は含塵ガス（ディーゼル機関排ガス）導入口、１１は清浄ガス出口、１２は金属ケース、１３は灰の取出口、１４はパティキュレートを燃焼させるための空気の導入口、１５は清浄ガス側空間、１６は逆洗弁、１７はボルト、１８はパッキンである。このセラミックスフィルタ６は、含塵ガス流路と清浄ガス流路の間がろ過壁で区画され、含塵ガス流路が上下の方向に延在し、清浄ガス流路が水平方向に延在しているクロスフロ−型のフィルタである。
【００３０】
また、図２は図１のシール材２の取り付け部の拡大断面図であり、図２において３は金属板（この例では厚さ０．６ｍｍ、無機質マットが取り付けられている部分の幅が１．４ｃｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４））からなる骨格、３’は骨格と一体のガード部、４は無機質マット（厚さ約２．５ｍｍ、重量９２０ｇ／ｍ2 で バーミキュライトを約２０重量％含む日本ピラー工業（株）製ピラーマット）、５は積層マットからなる無機質マット（前記ピラーマットの層と、厚さ約７ｍｍ、重量約１５００ｇ／ｍ2 のＡｌ2 Ｏ3 が７０重量％のアルミナシリカ系セラミックスファイバー層との積層物）である。図２では、セラミックスフィルタ側が積層マット５とされ、シリカとアルミナからなる無機質ファイバー層５ａ（バインダを約２０重量％含む）がセラミックスフィルタ６に押し付けられている。
【００３１】
図３は本発明によるパティキュレートトラップ装置の一例の系統図であり、図３の１ａ、１ｂはセラミックスフィルタが組み込まれたパティキュレートトラップ装置、１６ａ、１６ｂは逆洗弁（電磁弁）、２０はディーゼル機関、２１は逆洗用圧縮空気を供給するためのコンプレッサー、２２はエアタンク、２３ａ、２３ｂはトラックなどに組み込まれているエキゾーストブレーキ用のバタフライ弁である。このパティキュレートトラップ装置では、１ａ側を逆洗再生するときは、バタフライ弁２３ａを閉じて逆洗弁１６ａをごく短時間（例えば０．３秒間）開き、次いでバタフライ弁２３ａを開く。１ａ側を逆洗再生している間ディーゼル機関の排ガスは１ｂで浄化されて排気される。１ｂを逆洗再生するときはバタフライ弁２３ｂを閉じ、逆洗弁１６ｂをごく短時間開いて行う。
【００３２】
【実施例１】
図１のパティキュレートトラップ装置を２個組み込んで図３の構成としたパティキュレートトラップ装置をディーゼル機関に接続し、ディーゼル機関排気量：６５６０ｃｃ、ディーゼル機関出力：１２０ＰＳ／２１５０ｒｐｍ、ディーゼル機関排気ガス温度：５２０〜５６０℃、フィルタ（クロスフロー型）：寸法２０ ｃｍ×１０ｃｍ×１４ｃｍ、フィルタ有効ろ過面積：２．１ｍ 2 （片側で）、圧縮空気タンク容積：３５リットル、圧縮空気タンク圧力：７気圧、各フィルタの逆洗間隔：４分、エンジン出口のスス量：ボッシュ濃度２、シール材：金属板をＳＵＳ３０４板とした図２の構成のシール材、締付圧約５ｋｇ／ｃｍ 2 、予熱処理：約５００℃のディーゼル機関排気ガスの熱のみ、の条件でパティキュレートトラップ装置を運転して以下の結果を得た。
【００３３】
図２の構成のシール材を使用したパティキュレートトラップ装置の場合には、断続運転した合計の運転時間が３００時間、各セラミックスフィルタの逆洗回数に換算して４５００回を経過した後もシール材の機能に変化は認められず、また清浄ガス流路の部分パティキュレートの濃度を測定したところボッシュ濃度＝０（ほぼ完全にパティキュレートが除去された）であった。またテストの終了後にシール材を観察したが、シール材の表面にはパティキュレートの漏れを示す痕跡は認められなかった。
【００３４】
【比較例】
他方、同様の試験を従来のシール材（厚さ約６ｍｍ、重量約４０７０ｇ／ｍ2 の市販の熱膨張性マットを石英ガラスのクロスで包んだシール材）を使用して行った。運転開始から６０時間後に、清浄ガス流路中の排ガスのパティキュレートの濃度がボッシュ濃度＝１（明確な漏れがある）となった。また試験の終了後にシール材を観察したところ、シール材の清浄ガス側に露出していた表面にパティキュレートが付着しているのを認めた。
【００３５】
【実施例２】
金属板からなる骨格の両面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む同じ無機質マット（厚さ約２５ｍｍ、重量約９２０ｇ／ｍ2 のピラーマット）としたシール材を使用し、実施例１と同様の試験を行ったところ、比較例のシール材を使用したときと比べ、漏れが認められるようになるまでの耐久性が約２倍であった。
【００３６】
【実施例３】
実施例１のステンレス鋼板からなる骨格をアルミニウム板からなる骨格に代えたシール材を使用して同様の試験を行い、比較例の従来のシール材を使用したときと比べ、約３倍の耐久性を得た。
【００３７】
【実施例４】
金属板からなる骨格の金属ケース側を厚さ約２．５ｍｍ、重量約９２０ｇ／ｍ2 のピラーマットとし、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側に厚さ約７ｍｍ、重量約１５００ｇ／ｍ2 の前記アルミナシリカ系セラミックスファイバーとするシール材を使用して実施例１と同様の試験を行ったところ、比較例と比べて約２．５倍の耐久性があった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のパティキュレートトラップ装置及びシール材では、平面上にある金属板からなる中抜き形状の骨格の両面に無機質マットが取り付けられ、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットとしたシール材を使用しているので、柔軟な無機質マットと石英ガラスクロスからなるシール材と比べてハンドリングが容易である。このため、シール材を介してのセラミックスフィルタの金属ケース中への組み込みが簡単に行える。また、金属板の熱伝導性が良好であるので、セラミックスフィルタの組込み後の熱処理による無機質のマットの膨張処理が容易であり、セラミックスフィルタの保持力が高まり、シール材の耐久性が延長される。
【００３９】
また、金属板からなる骨格の一部が、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間にある無機質マットの表面を覆うガード部とされているので、無機質マットの表面が強い逆洗ガス流から保護され、シール材の耐久性をさらに増すことができる。加えて、骨格の金属板を耐熱性と耐食性の良好なステンレス鋼板とし、金属板からなる骨格の片面に取り付けた無機質マットを弾力性の良好な無機質ファイバー層と加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層との積層マットとすることによって無機質マットの弾力性を増すことができ、セラミックスフィルタの保持機能とシール機能を長時間維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパティキュレートトラップ装置の一例の縦断面図
【図２】図１のシール材部分の拡大断面図
【図３】本発明のパティキュレートトラップ装置の一例の系統図
【図４】従来のパティキュレートトラップ装置のシール材部分の拡大断面図
【図５】従来のパティキュレートトラップ装置のシール材部分の拡大断面図
【符号の説明】
１ パティキュレートトラップ装置
２ シール材
３ 金属板からなる骨格
３’ ガード部
４ 無機質マット
５ 無機質マット（積層マット）
６ セラミックスフィルタ
７ 逆洗手段
８ 含塵ガス側空間
９ パティキュレート受部
１０ 含塵ガス導入口
１１ 清浄ガス出口
１２ 金属ケース
１３ 灰の取出口
１４ 空気の導入口
１５ 清浄ガス側空間
１６ 逆洗弁
１７ ボルト
１８ パッキン
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼル機関などの排気ガス中に含まれるパティキュレートを除去するパティキュレートトラップ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガス中には、炭素を主成分とするパティキュレート（微粒子）がかなりの濃度（１５０〜２５０ｍｇ／Ｎｍ3 ）で含まれ、公害の原因となっている。そこで、ディーゼルエンジンの排気ガス中から微粒子を捕捉、除去するためのセラミックスフィルタを備えたパティキュレートトラップ装置が種々提案されている。シール材は含塵ガス側空間から、清浄ガス側空間に塵が漏れないようにシールする機能を有するが、多くの場合シール材は、シール機能とともにセラミックスフィルタを容器中に保持する機能を受け持ち、これらの機能は低温時においては勿論、高温時においても維持される必要がある。
【０００３】
パティキュレートトラップ装置のセラミックスフィルタの再生方法には、セラミックスフィルタで捕捉したパティキュレートをセラミックスフィルタ中で焼却する焼却再生法と、濾過された清浄ガスの流出口側から逆洗ガスを流し、パティキュレートをセラミックスフィルタから離脱させるとともに、パティキュレートをセラミックスフィルタ中から逆洗ガスで流し出す逆洗再生法が知られている。前者の方法では装置の構成が比較的単純であるが、セラミックスフィルタが高温のパティキュレートの焼却熱に晒されて熱損傷する問題と、パティキュレート中に含まれる不燃成分（灰分）によってセラミックスフィルタが目詰まりする問題を考慮する必要がある。
【０００４】
後者の方法では、セラミックスフィルタがパティキュレートの焼却熱の影響を受けないためセラミックスフィルタの加熱温度は排気ガスの温度（５００℃程度）までであり、上記熱損傷の問題を回避できるという利点がある。また、灰分によってセラミックスフィルタが目詰まりすることもない。しかし、逆洗再生を行うため、逆洗ガスによる背圧がセラミックスフィルタに加わることによって、セラミックスフィルタのシール材に機械的な応力が繰り返し印加され、ときには高速のガス流がシール材に当たることによってシール材の劣化が起きやすいという問題がある。
【０００５】
シール材には、高温時にへたる等の材料劣化が起きないことと、強い逆洗ガス流によってシール材が損傷しないようにする必要がある。このためのパティキュレートトラップ装置のシール材としては、たとえば、特開平１−３０６４５２号公報に図４及び図５に示すシール材が提案されている。
【０００６】
図４において、２はシール材、６はセラミックスフィルタ、８は含塵ガス側空間、１２は金属ケース、１５は清浄ガス側空間、１０１はストッパーである。ここでは、含塵ガス側空間８と清浄ガス側空間１５の双方に設けたストッパー１０１の間にシール材２が配置してあるので、含塵ガス側空間８と清浄ガス側空間１５の間の差圧（逆洗時には清浄ガス側空間と含塵ガス側空間の間に大きい差圧が発生する）によってシール材２がずれたり吹き飛ばされたりしない。
【０００７】
また、図５では、セラミックスフィルタ６に溝１０２が設けてあり、シール材２の大部分がこの溝１０２中にあって、図４の場合と同じく、差圧によってシール材がずれたり吹き飛ばされたりしない。さらに図４及び図５のシール材２は加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質のマットを石英ガラスファイバーからなる布で包んだものであるのでシール材が劣化しにくく、長時間使用してもシール材が飛散しない。
【０００８】
しかしながら、このシール材では、シール材が柔軟であることによってセラミックスフィルタの装着に手間がかかり、熱膨脹率の小さいセラミックスフィルタとそれを保持する熱膨脹率の大きい金属ケーシングの熱膨脹率に差があることによって高温でシール材の保持力が緩み、逆洗の差圧やディーゼル機関等から伝わる振動や強い逆洗ガス流によってシール材の劣化が起き、長時間使用すると遂にはシール材が損傷してパティキュレートが漏出する問題が起きた。
【０００９】
また、実開平１−１２４３２１号公報には、ハニカム形状を有するセラミックスの触媒担体又はセラミックスフィルタを保持する、実質的に上記と同じ構成のシール材が開示されている。しかし、長時間使用したときのシール材の耐久性については、やはり同様の問題がある。さらに、パティキュレートをセラミックスフィルタ中において焼却する再生方法によるパティキュレートトラップ装置では、シール材が高温に晒されるため、シール材が熱でへたってシール機能と保持機能が失われるという問題がある。
【００１０】
パティキュレートトラップ装置では、熱膨張率の低いコージライト等のセラミックスフィルタと熱膨脹率の大きい金属製のケーシングとの間に設けられたシール材からパティキュレートが清浄ガス側空間に漏出しないようにする必要があるが、長時間の耐久性には未だ問題がある。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、組み込みが容易であって、常温と排気ガスの温度の範囲でシール機能及びセラミックスフィルタの保持力があり、振動や逆洗ガスの差圧を受ける条件においても長時間使用できるシール材と、このシール材を備えたパティキュレートトラップ装置を提供するものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のパティキュレートトラップ装置は、ろ過壁で区画された含塵ガス流路と清浄ガス流路とを備えるセラミックスフィルタが金属ケース内の含塵ガス側空間と清浄ガス側空間との境界に設けられた一対のシール材によって金属ケース内に保持され、清浄ガス流路側からろ過壁を通過して含塵ガス流路側へ流れる逆洗ガス流を間欠的に発生させる、清浄ガスの流出部に設けられた逆洗手段によってセラミックスフィルタが再生するパティキュレートトラップ装置であって、該シール材が平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質のマットが取り付けられたものであり、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含み、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側の面にある無機質マットがセラミックスフィルタの対向する面の縁に押し付けられ、金属板からなる骨格の他方の面にある無機質マットが金属ケースの内面に押しつけられていて、金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側の面に取り付けられている無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出している表面を覆うガード部とされている。
【００１３】
本発明のパティキュレートトラップ装置に使用するシール材では、平面上にある金属板からなる骨格の両面に無機質マットを取り付けているので、骨格によって剛性が付与され、パティキュレートトラップ装置に組み込むときのシール材のハンドリングが容易である。これによって、シール材をワンタッチで金属ケース中に挿入でき、セラミックスフィルタを簡単な操作で金属ケース中に組み込むことができる。
【００１４】
また、少なくとも片側の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットとしてあるので、セラミックスフィルタを金属ケース中に組み込み後、加熱することによってシール性を確保すると同時にセラミックスフィルタを所定位置に保持する保持力を付与することができる。また、シール材を加熱すると熱が熱伝導性のよい金属板を介して不可逆的に膨張する成分を含む層に伝えられるので、不可逆的に膨張する成分を含む層を熱で膨張させてセラミックスフィルタの保持力を付与するシール材の熱処理を容易に行える。この熱処理は、組込み後に金属ケースごと熱風炉に入れて５５０〜６００℃に加熱するか、あるいは５５０〜６００℃程度の熱風を装置の導入口から送り込んで加熱するなどにより行うが、ディーゼル機関の排気ガスで加熱してもよい。
【００１５】
また、本発明のパティキュレートトラップ装置では、両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものとしてもよくこの場合、片面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとしてもよい。このようにすると熱膨張率が小さいセラミックスフィルタと熱膨張率が大きい金属ケースとの熱膨張差によってセラミックスフィルタと金属ケースとの間隔が若干広がることがあってもセラミックスフィルタの保持力が緩まない。
【００１６】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、金属板からなる骨格の一部が、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間にある無機質マットの表面を覆うガード部となっているので、逆洗時に発生する強い逆洗ガス流から、清浄ガス側空間に露出しているシール材の無機質マットの表面が保護される。従って、シール材の劣化を防止でき、耐久性があって信頼性の高いパティキュレートトラップ装置を提供できる。
【００１７】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、無機質マットに含まれる加熱時に不可逆的に膨張する成分がバーミキュライトであるのが好ましい。バーミキュライトは蛭石とも呼ばれる構造水を含む鉱物で、加熱すると４００℃付近で構造水が放出され、層状結晶の劈開面が剥離して元の容積の１０〜３０倍に膨れる性質がある。この膨張は不可逆的に起き、相当の弾力性を有する膨張体になる。シール材は、このバーミキュライトの加熱による膨張と、膨張体の有する弾力性による保持力を利用している。無機質マット中に配合されるバーミキュライトの量は、加熱時に不可逆的な膨張があってシール機能と保持機能を付与できるように、５重量％以上とするのが好ましい。また、余り多過ぎると膨張量が過多となって使用しにくいので、４０重量％以下とするのが好ましい。
【００１８】
加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むマットは、例えば日本ピラー工業（株）からピラーマットの商品名で市販されている。このマットは無機質繊維とバーミキュライトの複合材料であるが、弾力性はあまり大きくなく、耐熱性がやや低いため、６００℃以上の高温では長時間使用できない。また石英ガラス繊維のクロスでピラーマット等の無機質マットを包んだシール材もあるが、耐久性はある程度向上するが必ずしも充分でなく、石英ガラスのクロスが比較的高価である。
【００１９】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、セラミックスフィルタを逆洗再生するので、セラミックスフィルタの使用温度は排気ガスの温度と同じ５００℃程度である。このため、バーミキュライトを含む無機質マットを使用しても耐熱性は充たされる。しかし、金属ケース側と比べて温度が高くなるセラミックスフィルタと接触する側により耐熱性が高い無機質ファイバー層を重ねた積層マットを使用すれば、パティキュレートトラップ装置の信頼性がさらに向上する。
【００２０】
無機質ファイバー層には、その形状保持のために有機質及び／又は無機質のバインダが添加されているのが好ましく、有機質及び無機質バインダの無機質マット中の添加量は、多過ぎると弾力性が損なわれるので、有機質及び無機質バインダを合わせた量で３０重量％以下とするのが好ましい。
【００２１】
骨格の金属板は、耐熱性があって腐食にも強いステンレス鋼とするのが好ましく、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼板とすることによって優れた耐久性を確保できる。また、無機質ファイバー層は、耐熱性があって弾力性が大きいことから石英ガラスのようなシリカを主成分とするファイバー層、又はアルミナとシリカを主成分とし、アルミナを６０重量％以上含むセラミックスファイバー層とするのが好ましい。
【００２２】
本発明のパティキュレートトラップ装置では、セラミックスフィルタが直方体形状を有し、含塵ガス流路と清浄ガス流路とが交叉する方向に流路を有するものとしてもよい。セラミックスフィルタが直方体形状を有していると、複数のセラミックスフィルタを並べて一つの金属ケース中に組み込むことができ、セラミックスフィルタの有効ろ過面積を自在に増減できる。
【００２３】
また、含塵ガス流路と清浄ガス流路とが交叉する方向に流路を有するクロスフロータイプのセラミックスフィルタを使用すると、セラミックスフィルタで捕捉したパティキュレートを離脱させてセラミックスフィルタから排出するのに、含塵ガスの含塵ガス流路への流入口と反対側にある開口を使用でき、この側にパティキュレートの捕集部を設けることによって、パティキュレートのセラミックスフィルタからの排出が容易である。
【００２４】
一方、本発明のシール材は、平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質マットが取り付けられ、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものであり、上記金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側になる面に取り付けられた無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出することになる表面を覆うガード部とされていることを特徴とする。
【００２５】
このシール材は、平面上にある耐熱金属板からなる骨格を有しているため従来のシール材のように柔軟でなく、ハンドリングが容易で、シール材をワンタッチで金属ケース中の所定の箇所に挿入でき、セラミックスフィルタなどの金属ケース中への組み込み作業を容易に行える。また、金属板からなる骨格の熱伝導率が無機質マットの熱伝導率と比べて顕著に大きいので、加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットに熱を伝えやすく、無機質マットを熱で膨張させてシール性と保持力を付与する処理が容易であるという効果がある。
【００２６】
本発明のシール材では、両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含み、片面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとしてもよい。加熱時に不可逆的に膨張する成分は、好ましくはバーミキュライトであり、無機質マットは、使いやすい膨張量が得られるようにバーミキュライトを５〜４０重量％含むものであるのが好ましい。
【００２７】
また本発明のシール材では、金属板からなる骨格の一部が、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側になる面に取り付けられた無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出することになる表面を覆うガード部となっているので、清浄ガス側空間に導入される逆洗ガス流等で損傷しやすい無機質マットがガード部によって保護される。さらに、骨格の金属板は、耐熱性と耐食性の優れたステンレス鋼とするのが好ましい。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態について述べるが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
【００２９】
図１は本発明のパティキュレートトラップ装置の一例を示す縦断面図である。図１において、１はパティキュレートトラップ装置、２はシール材、６はセラミックスフィルタ、７は逆洗手段、８は含塵ガス側空間、９はパティキュレートに着火するためのシースヒータを備えたパティキュレート受部、１０は含塵ガス（ディーゼル機関排ガス）導入口、１１は清浄ガス出口、１２は金属ケース、１３は灰の取出口、１４はパティキュレートを燃焼させるための空気の導入口、１５は清浄ガス側空間、１６は逆洗弁、１７はボルト、１８はパッキンである。このセラミックスフィルタ６は、含塵ガス流路と清浄ガス流路の間がろ過壁で区画され、含塵ガス流路が上下の方向に延在し、清浄ガス流路が水平方向に延在しているクロスフロ−型のフィルタである。
【００３０】
また、図２は図１のシール材２の取り付け部の拡大断面図であり、図２において３は金属板（この例では厚さ０．６ｍｍ、無機質マットが取り付けられている部分の幅が１．４ｃｍのステンレス板（ＳＵＳ３０４））からなる骨格、３’は骨格と一体のガード部、４は無機質マット（厚さ約２．５ｍｍ、重量９２０ｇ／ｍ2 で バーミキュライトを約２０重量％含む日本ピラー工業（株）製ピラーマット）、５は積層マットからなる無機質マット（前記ピラーマットの層と、厚さ約７ｍｍ、重量約１５００ｇ／ｍ2 のＡｌ2 Ｏ3 が７０重量％のアルミナシリカ系セラミックスファイバー層との積層物）である。図２では、セラミックスフィルタ側が積層マット５とされ、シリカとアルミナからなる無機質ファイバー層５ａ（バインダを約２０重量％含む）がセラミックスフィルタ６に押し付けられている。
【００３１】
図３は本発明によるパティキュレートトラップ装置の一例の系統図であり、図３の１ａ、１ｂはセラミックスフィルタが組み込まれたパティキュレートトラップ装置、１６ａ、１６ｂは逆洗弁（電磁弁）、２０はディーゼル機関、２１は逆洗用圧縮空気を供給するためのコンプレッサー、２２はエアタンク、２３ａ、２３ｂはトラックなどに組み込まれているエキゾーストブレーキ用のバタフライ弁である。このパティキュレートトラップ装置では、１ａ側を逆洗再生するときは、バタフライ弁２３ａを閉じて逆洗弁１６ａをごく短時間（例えば０．３秒間）開き、次いでバタフライ弁２３ａを開く。１ａ側を逆洗再生している間ディーゼル機関の排ガスは１ｂで浄化されて排気される。１ｂを逆洗再生するときはバタフライ弁２３ｂを閉じ、逆洗弁１６ｂをごく短時間開いて行う。
【００３２】
【実施例１】
図１のパティキュレートトラップ装置を２個組み込んで図３の構成としたパティキュレートトラップ装置をディーゼル機関に接続し、ディーゼル機関排気量：６５６０ｃｃ、ディーゼル機関出力：１２０ＰＳ／２１５０ｒｐｍ、ディーゼル機関排気ガス温度：５２０〜５６０℃、フィルタ（クロスフロー型）：寸法２０ ｃｍ×１０ｃｍ×１４ｃｍ、フィルタ有効ろ過面積：２．１ｍ 2 （片側で）、圧縮空気タンク容積：３５リットル、圧縮空気タンク圧力：７気圧、各フィルタの逆洗間隔：４分、エンジン出口のスス量：ボッシュ濃度２、シール材：金属板をＳＵＳ３０４板とした図２の構成のシール材、締付圧約５ｋｇ／ｃｍ 2 、予熱処理：約５００℃のディーゼル機関排気ガスの熱のみ、の条件でパティキュレートトラップ装置を運転して以下の結果を得た。
【００３３】
図２の構成のシール材を使用したパティキュレートトラップ装置の場合には、断続運転した合計の運転時間が３００時間、各セラミックスフィルタの逆洗回数に換算して４５００回を経過した後もシール材の機能に変化は認められず、また清浄ガス流路の部分パティキュレートの濃度を測定したところボッシュ濃度＝０（ほぼ完全にパティキュレートが除去された）であった。またテストの終了後にシール材を観察したが、シール材の表面にはパティキュレートの漏れを示す痕跡は認められなかった。
【００３４】
【比較例】
他方、同様の試験を従来のシール材（厚さ約６ｍｍ、重量約４０７０ｇ／ｍ2 の市販の熱膨張性マットを石英ガラスのクロスで包んだシール材）を使用して行った。運転開始から６０時間後に、清浄ガス流路中の排ガスのパティキュレートの濃度がボッシュ濃度＝１（明確な漏れがある）となった。また試験の終了後にシール材を観察したところ、シール材の清浄ガス側に露出していた表面にパティキュレートが付着しているのを認めた。
【００３５】
【実施例２】
金属板からなる骨格の両面の無機質マットを加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む同じ無機質マット（厚さ約２５ｍｍ、重量約９２０ｇ／ｍ2 のピラーマット）としたシール材を使用し、実施例１と同様の試験を行ったところ、比較例のシール材を使用したときと比べ、漏れが認められるようになるまでの耐久性が約２倍であった。
【００３６】
【実施例３】
実施例１のステンレス鋼板からなる骨格をアルミニウム板からなる骨格に代えたシール材を使用して同様の試験を行い、比較例の従来のシール材を使用したときと比べ、約３倍の耐久性を得た。
【００３７】
【実施例４】
金属板からなる骨格の金属ケース側を厚さ約２．５ｍｍ、重量約９２０ｇ／ｍ2 のピラーマットとし、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側に厚さ約７ｍｍ、重量約１５００ｇ／ｍ2 の前記アルミナシリカ系セラミックスファイバーとするシール材を使用して実施例１と同様の試験を行ったところ、比較例と比べて約２．５倍の耐久性があった。
【００３８】
【発明の効果】
本発明のパティキュレートトラップ装置及びシール材では、平面上にある金属板からなる中抜き形状の骨格の両面に無機質マットが取り付けられ、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む無機質マットとしたシール材を使用しているので、柔軟な無機質マットと石英ガラスクロスからなるシール材と比べてハンドリングが容易である。このため、シール材を介してのセラミックスフィルタの金属ケース中への組み込みが簡単に行える。また、金属板の熱伝導性が良好であるので、セラミックスフィルタの組込み後の熱処理による無機質のマットの膨張処理が容易であり、セラミックスフィルタの保持力が高まり、シール材の耐久性が延長される。
【００３９】
また、金属板からなる骨格の一部が、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間にある無機質マットの表面を覆うガード部とされているので、無機質マットの表面が強い逆洗ガス流から保護され、シール材の耐久性をさらに増すことができる。加えて、骨格の金属板を耐熱性と耐食性の良好なステンレス鋼板とし、金属板からなる骨格の片面に取り付けた無機質マットを弾力性の良好な無機質ファイバー層と加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層との積層マットとすることによって無機質マットの弾力性を増すことができ、セラミックスフィルタの保持機能とシール機能を長時間維持できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるパティキュレートトラップ装置の一例の縦断面図
【図２】図１のシール材部分の拡大断面図
【図３】本発明のパティキュレートトラップ装置の一例の系統図
【図４】従来のパティキュレートトラップ装置のシール材部分の拡大断面図
【図５】従来のパティキュレートトラップ装置のシール材部分の拡大断面図
【符号の説明】
１ パティキュレートトラップ装置
２ シール材
３ 金属板からなる骨格
３’ ガード部
４ 無機質マット
５ 無機質マット（積層マット）
６ セラミックスフィルタ
７ 逆洗手段
８ 含塵ガス側空間
９ パティキュレート受部
１０ 含塵ガス導入口
１１ 清浄ガス出口
１２ 金属ケース
１３ 灰の取出口
１４ 空気の導入口
１５ 清浄ガス側空間
１６ 逆洗弁
１７ ボルト
１８ パッキン
Claims (7)
- ろ過壁で区画された含塵ガス流路と清浄ガス流路とを備えるセラミックスフィルタが金属ケース内の含塵ガス側空間と清浄ガス側空間との境界に設けられた一対のシール材によって金属ケース内に保持され、清浄ガス流路側からろ過壁を通過して含塵ガス流路側へ流れる逆洗ガス流を間欠的に発生させる、清浄ガスの流出部に設けられた逆洗手段によってセラミックスフィルタが再生するパティキュレートトラップ装置であって、該シール材が平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質のマットが取り付けられたものであり、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含み、金属板からなる骨格のセラミックスフィルタ側の面にある無機質マットがセラミックスフィルタの対向する面の縁に押し付けられ、金属板からなる骨格の他方の面にある無機質マットが金属ケースの内面に押しつけられていて、金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側の面に取り付けられている無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出している表面を覆うガード部とされていることを特徴とするパティキュレートトラップ装置。
- 両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものであり、片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとされている請求項１に記載のパティキュレートトラップ装置。
- セラミックスフィルタが直方体形状を有し、含塵ガス流路と清浄ガス流路とが交叉する方向に流路を有するものである請求項１又は２に記載のパティキュレートトラップ装置。
- 平面上にある中抜き枠形状の金属板からなる骨格の両面に無機質マットが取り付けられ、少なくとも片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものであり、上記金属板からなる骨格の一部が、骨格のセラミックスフィルタ側になる面に取り付けられた無機質マットの、セラミックスフィルタの清浄ガス側空間に露出することになる表面を覆うガード部とされていることを特徴とするシール材。
- 両面に取り付けられた無機質マットがいずれも加熱時に不可逆的に膨張する成分を含むものであり、片面の無機質マットが加熱時に不可逆的に膨張する成分を含む層と無機質ファイバー層との積層マットとされている請求項４に記載のシール材。
- 加熱時に不可逆的に膨張する成分がバーミキュライトであり、無機質マットが５〜４０重量％のバーミキュライトを含むものである請求項４又は５に記載のシール材。
- 金属板が、ステンレス鋼板である請求項４、５又は６に記載のシール材。
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