JP4255205B2 - Exhaust gas purification device and holding seal body - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュレート等を除去する排気ガス浄化装置、及び、該排気ガス浄化装置に用いられる保持シール体に関する。
【0002】
【従来の技術】
バス、トラック等の車両や建設機械等の内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティキュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題となっている。
この排気ガスを多孔質セラミックを通過させ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガスを浄化することができるセラミックフィルタが種々提案されている。
【0003】
ハニカムフィルタは、通常、図2に示したハニカムフィルタ12のように、炭化珪素等からなる多孔質セラミック焼結体30が複数個結束された構成をし、その周囲に保持シール体13が形成されている。また、この多孔質セラミック焼結体30は、図3に示したように、長手方向に多数の貫通孔31が並設され、貫通孔31同士を隔てる隔壁33がフィルタとして機能するようになっている。
【0004】
即ち、多孔質セラミック焼結体30に形成された貫通孔31は、図3(b)に示したように、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいずれかが充填材32により目封じされ、一の貫通孔31に流入した排気ガスは、必ず貫通孔31を隔てる隔壁33を通過した後、他の貫通孔31から流出されるようになっている。
【0005】
排気ガス浄化装置では、このような構成のハニカムフィルタ12が内燃機関の排気通路に設置され、内燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレートは、このハニカムフィルタ12を通過する際に隔壁33により捕捉され、排気ガスが浄化される。
【0006】
図1は、排気ガス浄化装置の一例を模式的に示した断面図である。
この排気ガス浄化装置10では、内燃機関から排出された排気ガスが導入される導入管16がケーシング11の一端部に接続されるとともに、他端部には、ハニカムフィルタ12を通過した排気ガスを外部に排出する排出管17が設けられている。また、ケーシング11の内部には、ハニカムフィルタ12が保持シール体13を介して設置されている。
さらに、ハニカムフィルタ12に対して排気ガス導入側となる部分には、ハニカムフィルタ12に蓄積したパティキュレートを燃焼させるための電気ヒータ14が設置されるとともに、温度センサ15がハニカムフィルタ12に接するように設置されており、燃焼を行う際に、空気等を送り込むための配管18が接続されている。
【0007】
排気ガスは、導入管16からケーシング11の内部に入り、ハニカムフィルタ12を通過し、これによりパティキュレートが隔壁33に捕捉され、排出管17から排出される。そして、パティキュレートの蓄積量が多くなり、ハニカムフィルタ12の圧損等が大きくなると、再生処理が行われる。
【0008】
この排気ガス浄化装置10では、ハニカムフィルタ12が保持シール体13を介してケーシング11に設置されている。この保持シール体13は、断熱等の目的で設けられているものであるが、従来から用いられていた保持シール体13は、主に、セラミックファイバーからなるものであり、その高温における熱伝導率が余り低くなく、断熱性能が充分ではなかった。
【0009】
従って、寒冷地等において外気温の影響を受けやすく、ハニカムフィルタ12の温度上昇が妨げられたり、再生に要する時間が長くかかった。また、再生時に周辺部分の温度が低くなり、この周辺部分では、燃え残りのパティキュレートが残留しやすく、圧損上昇が大きくなり、その結果、再生が必要となるまでの時間が短かった。
【0010】
また、内部温度(600℃)と外部温度とでは温度差が大きいため、保持シール体13の断熱性能が充分でない従来の装置では、ハニカムフィルタ12の中心部付近と外周部付近との間に生じる温度差に起因して熱応力が発生し、ハニカムフィルタ12にクラックが生じやすく、耐久性に劣るという問題もあった。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、これらの問題を解決するためになされたもので、電気容量の限られた用途(車両)でも、短時間で効率よく再生することができ、パティキュレートの再生時の局部的な燃焼残りの残留を防止するとともに、排気ガス処理時にハニカムフィルタの周辺部分の温度が低下しないため、熱応力に起因するクラックの発生を防止することができる耐久性に優れる排気ガス浄化装置、及び、該排気ガス浄化装置に用いられる保持シール体を提供することを目的とするものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の排気ガス浄化装置は、多数の貫通孔が長手方向に並設され、上記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続されたケーシング内に設置され、上記ハニカムフィルタと上記ケーシングとの間に保持シール体が介装された排気ガス浄化装置であって、
上記保持シール体は、アルミナ繊維、チタニア粒子及びシリカゲルを含んだものであり、かつ、上記保持シール体の800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下であることを特徴とするものである。
【0013】
また、本発明の保持シール体は、多数の貫通孔が長手方向に並設され、前記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続されたケーシング内に設置され、前記ハニカムフィルタと前記ケーシングとの間に保持シール体が介装された排気ガス浄化装置に用いられる上記保持シール体であって、
アルミナ繊維、チタニア粒子及びシリカゲルを含み、かつ、800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下であることを特徴とするものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の排気ガス浄化装置及び本発明の排気ガス浄化装置の製造方法について、図面を参照しながら説明する。
【0015】
初めに、本発明の排気ガス浄化装置について説明する。
なお、本発明の排気ガス浄化装置の構造は、上述した従来の排気ガス浄化装置ととほぼ同様であるので、以下の説明においても図1〜3を適宜参照しながら説明する。
【0016】
本発明の排気ガス浄化装置は、多数の貫通孔が長手方向に並設され、上記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続されたケーシング内に設置され、上記ハニカムフィルタと上記ケーシングとの間に保持シール体が介装された排気ガス浄化装置であって、上記保持シール体の800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下であることを特徴とするものである。
【0017】
上記多孔質セラミック焼結体、ハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置の構造については、上記従来の技術において、図1〜3を用いて説明した多孔質セラミック焼結体30、ハニカムフィルタ12及び排気ガス浄化装置10とほぼ同様であるので、ここではその説明を省略する。
なお、これら部材のその他の具体的内容については、後述する。
【0018】
上記保持シール体の800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下である。0.1W/m・Kを超えると、再生処理等において、ハニカムフィルタ12等に伝達された熱が、その外周部から上記保持シール体を通じてケーシング11の外部に放出されやすく、ハニカムフィルタ12の周辺部の温度が低下し、ハニカムフィルタ12全体を均一な温度に加熱することができない。
【0019】
ここで、800℃における熱伝導率としているのは、ハニカムフィルタ12の再生処理の際、ハニカムフィルタ12の温度が800℃近くまで昇温する場合があり、また、通常は、温度が低くなるほど熱伝導率が低下するため、800℃における熱伝導率が0.1W/m・Kであれば、それよりも低温では、さらに熱伝導率が低下し、より保温性に優れることとなるからである。
【0020】
上記保持シール体は、ハニカムフィルタ12の側面の周囲に巻き付けられており、その厚さは、ハニカムフィルタ12をケーシング11内に設置した際、ハニカムフィルタ12とケーシング11の内壁とが形成する空間を完全に塞ぐことができるように調製される。具体的には2.0〜8.0mmであることが好ましい。保持シール体の厚さが2.0mm未満であると、その厚さが薄すぎるため、保持シール体自体の熱伝導率が低く断熱性能に優れていたとしても、高温における熱伝導は輻射熱の影響が強く出るため、結果として熱伝導率が高くなり、ハニカムフィルタ12の均熱性を確保することができない。一方、保持シール体の厚さが8.0mmを超えても、最早、保持シール体の断熱性に改善は見られず経済性に劣るものとなる。
【0021】
このような熱伝導率を有する保持シール体としては、例えば、アルミナ繊維を挙げることができる。このアルミナ繊維は、特に、耐高温・高熱特性に優れる。
上記アルミナ繊維以外の保持シール体の材料としては、例えば、セラミック繊維、ロックウール等の高温断熱材を挙げることができるが、当然に、このような高温断熱材も上記熱伝導率の条件を充足する必要がある。通常、保温性能に優れるアルミナ繊維が好ましい。
【0022】
また、上記アルミナ繊維は、シリカゲル、チタニア粒子等とともにアルミナ繊維を混合した後、成形することにより作製したものが好ましい。上記シリカゲルが空気の対流を抑制することで熱伝導率の低下を実現し、また、上記チタニア粒子が輻射熱を反射することで、輻射熱の影響による熱伝導率の上昇を防ぐことができる。
【0023】
また、上記アルミナ繊維の嵩密度はハニカムフィルタ12に巻き付けた状態で、0.20〜0.50g/cm3 であることが好ましい。嵩密度が0.2g/cm3 未満であると、一般には、断熱性能に優れたものとなるが、高温における熱伝導は輻射熱の影響を強く受けるため、結果として熱伝導率が高くなり、800℃における熱伝導率を0.1W/m・K以下にすることができない。一方、嵩密度が0.50g/cm3 を超えると、高温による輻射熱の影響で熱伝導率が高くなることはないが、逆に大きすぎる嵩密度に起因して熱伝導率が高くなり、800℃における熱伝導率を0.1W/m・K以下にすることが困難となる。
【0024】
上記アルミナ繊維は、350〜700℃で5〜70%程度の熱膨張率を有することが好ましい。上記保持シール体(アルミナ繊維)が、このような熱膨張率を有していると、実際に排気ガス浄化装置として使用した際、上記保持シール体が加熱され、膨張し、ハニカムフィルタ12とケーシング11との間の隙間を完全に塞ぐことができる。
【0025】
また、上記アルミナ繊維を用いた保持シール体は、形態安定性にも優れたものであるため、連続して吹き付けられる高温の排気ガスによって、容易に変形、変質することはない。即ち、耐風蝕性に優れたものである。
【0026】
ハニカムフィルタ12は、図2に示した通り、複数の多孔質セラミック焼結体30を結束することにより構成されている。また、その形状は特に限定されず、円柱形状でも角柱形状でも構わないが、通常、図2に示したように円柱形状のものがよく用いられている。
【0027】
多孔質セラミック焼結体30の材質は特に限定されず、種々のセラミックを挙げることができるが、これらのなかでは、耐熱性が大きく、機械的特性に優れ、かつ、熱伝導率も大きい炭化珪素が好ましい。
【0028】
これらのセラミックの粒径も特に限定されるものではないが、後の焼成工程で収縮が少ないものが好ましく、例えば、0.3〜50μm程度の平均粒径を有する粉末100重量部と0.1〜1.0μm程度の平均粒径を有する粉末5〜65重量部とを組み合わせたものが好ましい。
【0029】
ケーシング11の材質としては特に限定されず、例えば、ステンレス等を挙げることができる。
また、その形状は、特に限定されず、図5(a)に示したような筒状であってもよく、(b)に示したような筒をその軸方向に2分割した2分割シェル状であってもよい。
【0030】
ケーシング11の大きさは、ハニカムフィルタ12を内部に設置することができるように適宜調製される。そして、図示はしないが、このケーシングの一端面には、排気ガスを流入させる導入管が接続され、他端面には、排気ガスを排出させる排出管が接続されるようになっている。なお、図1に示した空気を流入させる配管があってもよいが、他の方法をとることもできるため、必須の部材ではない。
【0031】
また、図示はしないが、このケーシングの内部には、ハニカムフィルタ12が設置されるとともに、必要に応じてハニカムフィルタ12の上記導入管側に温度センサや電気ヒータ等を設置してもよく、これら温度センサや電気ヒータ等が外部の電源等と導通可能なように配線を施すことができるようになっていてもよい。
【0032】
本発明の排気ガス浄化装置は、上記のように構成されており、ハニカムフィルタとケーシングとの間に介装された保持シール体は耐風蝕性に優れ、また、その優れた断熱性により、寒冷地等においても余り外気温の影響を受けず、走行時の水のはね上げ等によっても、ハニカムフィルタの温度は殆ど変化せず、ハニカムフィルタを高温に安定的に保つことができ、これによりフィルタの破損を防止することができる。即ち、このような特性を有する保持シール体を介装することにより、この排気ガス浄化装置は、耐久性に優れるとともに、圧損が発生しにくくなるのである。
【0033】
また、再生処理においても、熱効率が良く、再生時間の短縮が図れ、再生率も向上し、圧損等が増大するまでの時間(再生が必要となるまでの時間)を延長することができる。即ち、再生後のパティキュレート捕集量が増大する。
【0034】
本発明の排気ガス浄化装置が、上記のように、パティキュレートを燃焼させるための電気ヒータを備えている場合には、ハニカムフィルタに入る排気ガスの温度を効率よく、短時間で上昇させることができ、排気ガスの温度を充分に高くすることができるので、短時間で再生処理を行うことが可能である。
【0035】
また、本発明の排気ガス浄化装置は、電気ヒータを備えていなくてもよい。この場合には、排気ガスの温度を高める方式の再生操作を行うことができる。
本発明の排気ガス浄化装置は、ハニカムフィルタの保温性に優れるため、上記再生処理方法を採用した場合にも、ハニカムフィルタを通過する排気ガスの温度を充分に高くすることができ、高温にした排気ガスにより、パティキュレートを燃焼させ、再生させることができる。
【0036】
本発明の排気ガス浄化装置においては、ハニカムフィルタの圧力損失を測定するための背圧センサ等を備えるとともに、背圧が所定の値より上昇した際に、再生処理を行う必要があることを表示する装置等を備えていてもよい。
【0037】
また、車両に本発明の排気ガス浄化装置を配設する場合、本発明の排気ガス浄化装置が2台以上並設されたものであってもよい。この場合には、排気ガスの配管に2つの排気ガス浄化装置を接続し、切替え弁等を用いて、どちらか一方を使用し、その間に他の一方を再生する。
【0038】
さらに、本発明の排気ガス浄化装置中にNoxやSox等の有害ガスを除去するための触媒層を付設し、有害ガスの除去とパティキュレートの除去の両方を行うことができるようにしてもよい。
また、本発明では、再生時に、排気ガスを助燃用気体とすることができる。また、別に、ポンプを用いて再生処理を行う場合には、上記ポンプを用いて空気をフィルタ内に送り込むことにより、再生処理を行うことができる。
【0039】
次に、本発明の排気ガス浄化装置の製造方法について説明する。
本発明の排気ガス浄化装置の製造方法は、多数の貫通孔が長手方向に並設され、上記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタの側面の周囲に、本発明の排気ガス浄化装置の上記保持シール体を巻き付けた後、上記保持シール体が巻き付けられた上記ハニカムフィルタを内燃機関の排気通路に接続するためのケーシング内に設置する排気ガス浄化装置の製造方法であって、上記保持シール体の一端部に凸部を形成するとともに、上記保持シール体の他端部に上記凸部と嵌合可能な形状の凹部を形成し、上記ハニカムフィルタの周囲に上記保持シール体を巻き付けることを特徴とするものである。
【0040】
本発明の排気ガス浄化装置の製造方法では、初めに、多孔質セラミック焼結体及びハニカムフィルタを製造する。
まず、上述した炭化珪素等のセラミック粒子とバインダーと分散媒液とを含む混合組成物を調製した後、この混合組成物を用いて押出成形法等により、多数の貫通孔が隔壁を隔てて長手方向に並設された柱状のセラミック成形体を作製する。
【0041】
上記バインダーとしては特に限定されず、例えば、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、ポリエチレングリコール、フェノール樹脂、エポキシ樹脂等を挙げることができる。
上記バインダーの配合量は、通常、セラミック粉末100重量部に対して、1〜10重量部程度が好ましい。
【0042】
上記分散媒液としては特に限定されず、例えば、ベンゼン等の有機溶媒;メタノール等のアルコール、水等を挙げることができる。
上記分散媒液は、上記混合組成物の粘度が一定範囲内となるように、適量配合する。
【0043】
これらセラミック粉末とバインダーと分散媒液等とは、アトライター等で混合した後、ニーダー等で充分に混練する。
【0044】
次に、上記セラミック成形体を乾燥させ、上記貫通孔の所定箇所に充填材を充填し、酸素含有雰囲気下で400〜650℃に加熱することで、上記バインダー等を揮散するとともに、分解、消失し、ほぼセラミック粉末のみが残留する脱脂工程を行う。
【0045】
その後、窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、例えば、炭化珪素成形体に対しては、2000〜2200℃に加熱することによりセラミック粉末を焼結させる焼成工程を行い、多孔質セラミック焼結体を製造する。
【0046】
上記製造した多孔質セラミック焼結体を接着層を介して複数個結束して所定の大きさのセラミックブロックを作製し、乾燥後、例えば、ダイアモンドカッター等でその外周部を所定の形状に切削することでハニカムフィルタを作製する。
【0047】
次に、上記作製したハニカムフィルタの側面の周囲に保持シール体を巻き付ける工程を行う。
【0048】
本発明の排気ガス浄化装置の製造方法に用いる保持シール体の材料は、上記本発明の排気ガス浄化装置で説明した保持シール体と同様のものを用いる。即ち、この保持シール体の800℃における熱伝導率は0.1W/m・K以下である。
【0049】
図4(a)は、上記保持シール体の一例を模式的に示した平面図であり、(b)は、(a)に示した保持シール体をハニカムフィルタに巻き付けた様子を模式的に示した斜視図である。
【0050】
図4に示した通り、保持シール体41の一端部には、凸部42が形成されており、他端部には、ハニカムフィルタに保持シール体41を巻き付けた際、凸部42と嵌合可能な形状の凹部43が形成されている。
【0051】
保持シール体41をこのような形状とし、ハニカムフィルタに保持シール体41を巻き付ける際、凸部42を凹部43に嵌合させることにより、保持シール体41をハニカムフィルタの外周部に正確に巻き付けることができ、作業が容易になり、短時間で巻き付けることができる。
また、保持シール体41をハニカムフィルタの外周部へ巻き付けた際、凸部42と凹部43とがしっかりとかみ合うように嵌合することで、凸部42を有する端部と凹部43を有する端部とが左右にずれることがなく、形態安定性に優れたものとなる。
【0052】
従来の保持シール体13は、ほぼ矩形状であったため、ハニカムフィルタに巻き付けた際、保持シール体13の両端部に直線状の隙間が形成されることがあった。このように、保持シール体中に直線状の隙間が存在すると、この隙間を排気ガスが流通してしまい、排気ガスを完全に浄化することができない。
【0053】
しかしながら、本発明の排気ガス浄化装置の製造方法で使用する保持シール体は、凸部42と凹部43とが嵌合した状態でハニカムフィルタに巻き付けられているため、凸部42以外の部分で隙間が生じたとしても、凸部42と凹部43とが嵌合した部分では隙間は生じない。
従って、上記隙間に流入した排気ガスは上記嵌合部で堰き止められ、そのまま抜けしまうことはなく、全排気ガスは、ハニカムフィルタを通過し、浄化される。
【0054】
凸部42のサイズは、ハニカムフィルタや保持シール体41のサイズに合わせて適宜調製されるが、例えば、縦幅lは40〜70mm程度が好ましく、横幅mは20〜40mm程度が好ましい。また、凹部43のサイズは、凸部42と同サイズであるか、若干大きくなるように調製される。
【0055】
また、凸部42及び凹部43の形状は、ほぼ矩形であるが、その形状はこれらに限定されず、例えば、三角形や半円形状であってもよい。また、その個数も特に1個には限定されず、2個以上であってもよい。
【0056】
保持シール体41を上記ハニカムフィルタに巻き付け、固定する手段としては特に限定されず、例えば、接着剤で貼着したり、紐状体で縛る手段等を挙げることができる。また、特別な手段で固定をせず、ハニカムフィルタに巻き付けただけの状態で、次の工程に移行しても差し支えない。なお、上記紐状体は、熱で分解する材料であってもよい。ケーシング内に上記ハニカムフィルタを設置した後であれば、紐状体が熱により分解してもハニカムフィルタはケーシング内に設置されているので、保持シール体41が剥がれてしまうことはないからである。
【0057】
次に、上記工程を経たハニカムフィルタを、ケーシング内に設置する。
なお、上記ケーシングの材料、形状及び構成等については、上述した通りであるのでここでは、その説明を省略する。
【0058】
上記ハニカムフィルタを、ケーシング内に設置する方法としては、上記ケーシングが筒状のケーシング21である場合(図5(a))、例えば、上記保持シール体が巻き付けられたハニカムフィルタをその一端面から押し込み、所定の位置に設置した後、導入管、配管及び排出管等と接続するための端面を、ケーシング21の両端部に形成する方法を挙げることができる。なお、ケーシング21は有底の筒状であってもよい。
この際、固定したハニカムフィルタが容易に移動しないように、かなりの力を加えた状態で、ようやく押し込むことができる程度に、保持シール体の厚さ、ハニカムフィルタの大きさ、ケーシングの大きさ等を調整する必要がある。
【0059】
また、図5(b)に示したように、上記ケーシングの形状が2分割シェル状のケーシング22である場合には、例えば、上記ハニカムフィルタを半筒状の下部シェル22b内の所定箇所に設置した後、上部固定部23に形成した貫通孔23aと、下部固定部24に形成した貫通孔24aとが丁度重なるように、半筒状の上部シェル22aを下部シェル22bの上に載置する。そして、ボルト25を貫通孔23a、24aに挿通しナット等で固定することで、上部シェル22aと下部シェル22bとを固定する。そして、導入管、配管及び排出管等と接続するための開口を有する端面を、ケーシング22の両端部に形成する方法を挙げることができる。この場合にも、固定したハニカムフィルタが移動しないように、保持シール体の厚さ、ハニカムフィルタの大きさ、ケーシングの大きさ等を調整する必要がある。
【0060】
この2分割シェル状のケーシング22は、内部に設置したハニカムフィルタの取替えが、筒状のケーシング21よりも容易である。
【0061】
この後、上記ハニカムフィルタを内部に設置したケーシングを内燃機関の排気通路に接続することで、本発明の排気ガス浄化装置の製造を終了する。
【0062】
以上説明した本発明の排気ガス浄化装置の製造方法を行うことにより、ハニカムフィルタの側面の外周部に、断熱性に優れた保持シール体を容易に、かつ、確実に巻き付けることができる。
【0063】
また、排気ガス浄化装置の使用中に保持シール体が左右にずれることがなく、形態安定性に優れる排気ガス浄化装置を製造することができるとともに、上記保持シール体の端部間に隙間が存在していても、排気ガスがこの隙間を流通することがなく、排気ガスを良好に浄化することができる排気ガス浄化装置を製造することができる。
【0064】
【実施例】
以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるものではない。
【0065】
実施例1
炭化珪素粉末に有機バインダー、水等を加えて混練した後、押し出し成形を行い、ハニカム形状の生成形体を作製し、続いて、乾燥、脱脂、焼成を行うことにより、図3に示すような平均気孔径が5〜20μmで、セル数が31個/cm2 で、隔壁の厚さが0.3mmの炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材30を作製した。
【0066】
次に、この多孔質セラミック部材30を、セラミックファイバー等の無機繊維や炭化珪素等の無機粒子等を含む耐熱性の接着剤を用いて多数結束させ、続いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することにより、図2に示したような直径が165mmでその長さが150mmのハニカムフィルタ12を作製した。
【0067】
そして、ハニカムフィルタ12の側面の外周部に、保持シール体を巻き付けた。上記保持シール体は、アルミナ繊維からなり(アルミナ80wt%、シリカ20wt%)、800℃における熱伝導率は0.09W/m・K、800℃における熱膨張率は60%、嵩密度は0.35g/cm3 、厚さは8.5mmであった。また、上記保持シール体の形状は、図4(a)に示した通りであり、凸部の縦幅は50mm、横幅は30mmであり、凹部のサイズは凸部と同様とした。なお、ハニカムフィルタ12への巻き付けは、上記凸部と上記凹部とが嵌合するようにした。
【0068】
上記方法により保持シール体を巻き付けたハニカムフィルタ12を、図5(b)に示したような2分割シェル状のケーシング内に設置し、このケーシングを用いて図1に示したような排気ガス浄化装置を作製し、フォークリフトに取り付けた。なお、この排気ガス浄化装置には、温度センサと背圧センサとを設けた。
次に、このフォークリフトを無負荷状態で、エンジンを最高の回転数にして8時間運転し、背圧センサにより背圧を測定したところ、40kPaの値を示した。このとき、ハニカムフィルタ12には、パティキュレートが65g堆積していた。
【0069】
そこで、電気ヒータに通電し、エアーポンプを駆動させ、再生処理を行うことにより、パティキュレートの燃焼操作を行ったところ、40分間でスス等のパティキュレートを100%完全に燃焼させることができ、背圧も初期の値である5kPaに戻っていた。なお、温度センサにより、再生時のハニカムフィルタ12の温度を測定したところ、約800℃であった。
また、ハニカムフィルタ12を点検したところ、クラックや破損等は全く観察されなかった。
【0070】
また、耐風蝕試験として、上記保持シール体と同成分からなる板状体(10cm×10cm×10cm)を作製し、700℃に加熱した空気を0.3MPaの風圧にて吹き付け、その風蝕距離を測定したところ、12mmであった。
【0071】
比較例1
実施例1と同様にして、ハニカムフィルタを作製した。次に、作製したハニカムフィルタの外周部にセラミックファイバー(アルミナ50wt%、シリカ50wt%にバーミキュライト粉末を添加)からなる保持シール体を形成したほかは、実施例1と同様にして排気ガス浄化装置を製造した。この保持シール体の熱伝導率は0.16W/m・K、800℃における熱膨張率は60%、嵩密度は0.8g/cm3 、厚さは5.7mmであった。
そして、この排気ガス浄化装置をフォークリフトに取り付け、さらに、定量ポンプ等を取り付けることにより、このフォークリフトに再生システムを設けた。
【0072】
次に、このフォークリフトを無負荷状態で、エンジンを最高の回転数にして8時間運転し、背圧センサにより背圧を測定したところ、40kPaの値を示した。このとき、ハニカムフィルタには、パティキュレートが65g堆積していた。
【0073】
そこで、電気ヒータに電圧を印加して、電気ヒータの温度を800℃に設定し、定量ポンプを用いて40リットル/分の流量で45分間エアーを流すことにより、スス等のパティキュレートを燃焼させたが、わずかに燃え残りがあり、パティキュレートの燃焼率は、90%であった。
この工程の後,本比較例1に係るハニカムフィルタを点検したところ、その外周部付近にわずかにクラックが観察された。
【0074】
また、実施例1と同様に本比較例1に係る保持シール体の板状体を作製し、実施例1と同条件で風蝕試験を行ったところ、その風蝕距離は80mmであった。
【0075】
【発明の効果】
本発明の排気ガス浄化装置は、上述の通りであるので、保持シール体の耐風蝕性に優れ、ハニカムフィルタの再生時間を短くすることができ、再生率も高くすることができる。また、排気ガス処理時にハニカムフィルタの温度の低下を防止し、ハニカムフィルタの一部に局部的に再生時のパティキュレートの燃焼残りが残留するのを防止することができるとともにクラックの発生も防止することができる。また、その再生処理までの時間を延長することができる。
【0076】
また、本発明の排気ガス浄化装置の製造方法は、上述の通りであるので、ハニカムフィルタの側面の外周部に、断熱性に優れた保持シール体を容易に、かつ、確実に巻き付けることができ、また、排気ガス浄化装置の使用中に上記保持シール体が左右にずれることがなく、形態安定性に優れる排気ガス浄化装置を製造することができるとともに、上記保持シール体の端部同士が隙間を形成していても、排気ガスがこの隙間を流通することがなく、排気ガスを良好に浄化することができる排気ガス浄化装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態を模式的に示した断面図である。
【図2】本発明の排気ガス浄化装置に用いるハニカムフィルタの一例を模式的に示した斜視図である。
【図3】(a)は、図2に示したハニカムフィルタに用いる多孔質セラミック部材を模式的に示した斜視図であり、(b)は、その縦断面図である。
【図4】(a)は、本発明の排気ガス浄化装置の製造方法に用いる保持シール体の一例を模式的に示した平面図であり、(b)は、(a)に示した保持シール体をハニカムフィルタに巻き付けた様子を示した斜視図である。
【図5】(a)は、本発明の排気ガス浄化装置に用いるケーシングの一例を模式的に示した斜視図であり、(b)は、別の一例を模式的に示した斜視図である。
【符号の説明】
10 排気ガス浄化装置
11、21、22 ケーシング
12、40 ハニカムフィルタ
13、41 保持シール体
14 電気ヒータ
15 温度センサ
16 導入管
17 排出管
18 配管
22a 上部シェル
22b 下部シェル
23 上部固定部
23a、24a 貫通孔
24 下部固定部
25 ボルト
30 多孔質セラミック焼結体
31 貫通孔
32 充填材
33 隔壁
42 凸部
43 凹部
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust gas purification device that removes particulates and the like in exhaust gas discharged from an internal combustion engine such as a diesel engine, and the exhaust gas purification deviceHolding seal body used forAbout.
[0002]
[Prior art]
Recently, it has been a problem that particulates contained in exhaust gas discharged from internal combustion engines such as vehicles such as buses and trucks and construction machines cause harm to the environment and the human body.
Various ceramic filters that can purify the exhaust gas by passing the exhaust gas through a porous ceramic and collecting particulates in the exhaust gas have been proposed.
[0003]
The honeycomb filter usually has a configuration in which a plurality of porous ceramic sintered bodies 30 made of silicon carbide or the like are bundled like the honeycomb filter 12 shown in FIG. 2, and a holding seal body 13 is formed around the sintered body. ing. Further, as shown in FIG. 3, the porous ceramic sintered body 30 has a large number of through holes 31 arranged in parallel in the longitudinal direction, and the partition wall 33 separating the through holes 31 functions as a filter. Yes.
[0004]
That is, in the through-hole 31 formed in the porous ceramic sintered body 30, either the inlet side or the outlet side end of the exhaust gas is plugged with the filler 32 as shown in FIG. The exhaust gas flowing into one through hole 31 always flows through the partition wall 33 separating the through holes 31 and then flows out from the other through holes 31.
[0005]
In the exhaust gas purification device, the honeycomb filter 12 having such a configuration is installed in the exhaust passage of the internal combustion engine, and particulates in the exhaust gas discharged from the internal combustion engine are separated by the partition wall 33 when passing through the honeycomb filter 12. It is captured and the exhaust gas is purified.
[0006]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of an exhaust gas purification device.
In this exhaust gas purification device 10, an introduction pipe 16 into which exhaust gas discharged from an internal combustion engine is introduced is connected to one end portion of the casing 11, and exhaust gas that has passed through the honeycomb filter 12 is connected to the other end portion. A discharge pipe 17 for discharging to the outside is provided. A honeycomb filter 12 is installed inside the casing 11 via a holding seal body 13.
Further, an electric heater 14 for burning particulates accumulated in the honeycomb filter 12 is installed in a portion on the exhaust gas introduction side with respect to the honeycomb filter 12, and the temperature sensor 15 is in contact with the honeycomb filter 12. A pipe 18 is connected to feed air or the like when combustion is performed.
[0007]
The exhaust gas enters the inside of the casing 11 from the introduction pipe 16 and passes through the honeycomb filter 12, whereby particulates are captured by the partition walls 33 and are discharged from the discharge pipe 17. When the accumulated amount of particulates increases and the pressure loss of the honeycomb filter 12 increases, regeneration processing is performed.
[0008]
In the exhaust gas purification device 10, the honeycomb filter 12 is installed in the casing 11 via the holding seal body 13. The holding seal body 13 is provided for the purpose of heat insulation or the like, but the holding seal body 13 conventionally used is mainly made of ceramic fiber, and its thermal conductivity at high temperature. Was not so low, and the heat insulation performance was not sufficient.
[0009]
Therefore, it is easily affected by the outside air temperature in a cold region, etc., and the temperature rise of the honeycomb filter 12 is hindered, and it takes a long time to regenerate. In addition, the temperature of the peripheral portion was lowered during regeneration, and unburned particulates were likely to remain in the peripheral portion, resulting in a large increase in pressure loss. As a result, the time until regeneration was required was short.
[0010]
In addition, since the temperature difference between the internal temperature (600 ° C.) and the external temperature is large, in the conventional apparatus in which the heat insulating performance of the holding seal body 13 is not sufficient, it is generated between the vicinity of the central portion and the peripheral portion of the honeycomb filter 12. Thermal stress is generated due to the temperature difference, and the honeycomb filter 12 is liable to crack, resulting in poor durability.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve these problems, and can be efficiently regenerated in a short time even in applications (vehicles) with limited electric capacity, and local combustion during particulate regeneration. As well as preventing the remaining residue, the temperature of the peripheral portion of the honeycomb filter does not decrease during the exhaust gas treatment, and therefore, an exhaust gas purification device with excellent durability that can prevent the occurrence of cracks due to thermal stress, andHolding seal body used in the exhaust gas purification deviceIs intended to provide.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The exhaust gas purifying apparatus of the present invention is an exhaust gas purifying device comprising a porous ceramic sintered body in which a large number of through holes are arranged in the longitudinal direction and the partition walls separating the through holes function as a filter. An exhaust gas purification apparatus in which a honeycomb filter is installed in a casing connected to an exhaust passage of an internal combustion engine, and a holding seal body is interposed between the honeycomb filter and the casing,
The holding seal bodyIncludes alumina fibers, titania particles and silica gel, and the holding sealing body.The thermal conductivity at 800 ° C. is 0.1 W / m · K or less.
[0013]
In addition, the present inventionHolding seal bodyIsAn exhaust gas purifying honeycomb filter comprising a porous ceramic sintered body having a large number of through holes arranged in parallel in the longitudinal direction and a partition wall separating the through holes functioning as a filter is an exhaust passage of an internal combustion engine. The holding seal body used in an exhaust gas purification apparatus installed in a casing connected to the honeycomb filter and a holding seal body interposed between the honeycomb filter and the casing,
It contains alumina fibers, titania particles and silica gel, and the thermal conductivity at 800 ° C. is 0.1 W / m · K or less.It is characterized by this.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust gas purification device of the present invention and a method of manufacturing the exhaust gas purification device of the present invention will be described with reference to the drawings.
[0015]
First, the exhaust gas purification apparatus of the present invention will be described.
The structure of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is substantially the same as that of the conventional exhaust gas purifying apparatus described above, and will be described with reference to FIGS.
[0016]
The exhaust gas purifying apparatus of the present invention is an exhaust gas purifying device comprising a porous ceramic sintered body in which a large number of through holes are arranged in the longitudinal direction and the partition walls separating the through holes function as a filter. A honeycomb filter is installed in a casing connected to an exhaust passage of an internal combustion engine, and an exhaust gas purifying device in which a holding seal body is interposed between the honeycomb filter and the casing, wherein the holding seal body The thermal conductivity at 800 ° C. is 0.1 W / m · K or less.
[0017]
Regarding the structure of the porous ceramic sintered body, the honeycomb filter, and the exhaust gas purifying device, the porous ceramic sintered body 30, the honeycomb filter 12, and the exhaust gas purifying described in the above-described conventional technology with reference to FIGS. Since it is substantially the same as the apparatus 10, the description is abbreviate | omitted here.
Other specific contents of these members will be described later.
[0018]
The holding seal body has a thermal conductivity at 800 ° C. of 0.1 W / m · K or less. If it exceeds 0.1 W / m · K, heat transferred to the honeycomb filter 12 or the like in the regeneration process or the like is easily released from the outer peripheral portion to the outside of the casing 11 through the holding seal body, and the periphery of the honeycomb filter 12 The temperature of the portion decreases, and the entire honeycomb filter 12 cannot be heated to a uniform temperature.
[0019]
Here, the thermal conductivity at 800 ° C. is that when the honeycomb filter 12 is regenerated, the temperature of the honeycomb filter 12 may rise to nearly 800 ° C. If the thermal conductivity at 800 ° C. is 0.1 W / m · K because the conductivity is lowered, the thermal conductivity is further lowered at a lower temperature than that, and the heat retention is more excellent. .
[0020]
The holding seal body is wound around the side surface of the honeycomb filter 12, and the thickness thereof is a space formed by the honeycomb filter 12 and the inner wall of the casing 11 when the honeycomb filter 12 is installed in the casing 11. Prepared to be completely occluded. Specifically, it is preferably 2.0 to 8.0 mm. If the thickness of the holding seal body is less than 2.0 mm, the thickness is too thin. Even if the thermal conductivity of the holding seal body itself is low and the heat insulation performance is excellent, the heat conduction at high temperatures is affected by radiant heat. As a result, the thermal conductivity becomes high and the soaking property of the honeycomb filter 12 cannot be ensured. On the other hand, even if the thickness of the holding seal body exceeds 8.0 mm, the heat insulation property of the holding seal body is no longer improved and the economy is inferior.
[0021]
Examples of the holding sealing body having such a thermal conductivity include alumina fibers. This alumina fiber is particularly excellent in high temperature resistance and high heat characteristics.
Examples of the material of the holding sealing body other than the alumina fibers include high-temperature heat insulating materials such as ceramic fibers and rock wool. Naturally, such high-temperature heat insulating materials also satisfy the thermal conductivity conditions. There is a need to. Usually, an alumina fiber excellent in heat retaining performance is preferable.
[0022]
The alumina fibers are preferably prepared by mixing alumina fibers together with silica gel, titania particles and the like, and then molding. The silica gel suppresses air convection, thereby realizing a decrease in thermal conductivity, and the titania particles reflect radiant heat, thereby preventing an increase in thermal conductivity due to the influence of radiant heat.
[0023]
Moreover, the bulk density of the alumina fibers is 0.20 to 0.50 g / cm in a state wound around the honeycomb filter 12.Three It is preferable that Bulk density is 0.2g / cmThree If it is less than 1, in general, the heat insulation performance is excellent, but heat conduction at high temperatures is strongly affected by radiant heat, and as a result, the heat conductivity becomes high, and the heat conductivity at 800 ° C. is 0.1 W. / M · K or less. On the other hand, the bulk density is 0.50 g / cm.Three In the case of exceeding the thermal conductivity, the thermal conductivity does not increase due to the influence of the radiant heat due to the high temperature, but conversely, the thermal conductivity increases due to the bulk density being too large, and the thermal conductivity at 800 ° C. is 0.1 W / m.・ It becomes difficult to make K or less.
[0024]
The alumina fiber preferably has a thermal expansion coefficient of about 5 to 70% at 350 to 700 ° C. When the holding seal body (alumina fiber) has such a thermal expansion coefficient, when actually used as an exhaust gas purification device, the holding seal body is heated and expanded, and the honeycomb filter 12 and the casing 11 can be completely closed.
[0025]
Moreover, since the holding sealing body using the alumina fiber is excellent in form stability, it is not easily deformed or altered by the high-temperature exhaust gas blown continuously. That is, it has excellent wind erosion resistance.
[0026]
The honeycomb filter 12 is configured by binding a plurality of porous ceramic sintered bodies 30 as shown in FIG. Further, the shape is not particularly limited, and may be a cylindrical shape or a prismatic shape, but usually a cylindrical shape is often used as shown in FIG.
[0027]
The material of the porous ceramic sintered body 30 is not particularly limited, and examples thereof include various ceramics. Among these, silicon carbide having high heat resistance, excellent mechanical characteristics, and high thermal conductivity. Is preferred.
[0028]
The particle size of these ceramics is not particularly limited, but those having less shrinkage in the subsequent firing step are preferred. For example, 100 parts by weight of powder having an average particle size of about 0.3 to 50 μm and 0.1 parts by weight A combination of 5 to 65 parts by weight of powder having an average particle diameter of about 1.0 μm is preferable.
[0029]
The material of the casing 11 is not particularly limited, and examples thereof include stainless steel.
Further, the shape is not particularly limited, and may be a cylindrical shape as shown in FIG. 5A, or a two-divided shell shape in which the cylindrical shape as shown in FIG. 5B is divided into two in the axial direction. It may be.
[0030]
The size of the casing 11 is appropriately adjusted so that the honeycomb filter 12 can be installed inside. And although not shown in figure, the introduction pipe | tube which flows in exhaust gas is connected to the one end surface of this casing, and the exhaust pipe which discharges | emits exhaust gas is connected to the other end surface. In addition, although there may exist piping which flows in the air shown in FIG. 1, since other methods can also be taken, it is not an essential member.
[0031]
Although not shown, a honeycomb filter 12 is installed inside the casing, and a temperature sensor or an electric heater may be installed on the introduction pipe side of the honeycomb filter 12 as necessary. Wiring may be provided so that a temperature sensor, an electric heater, or the like can be connected to an external power source or the like.
[0032]
The exhaust gas purifying apparatus of the present invention is configured as described above, and the holding seal body interposed between the honeycomb filter and the casing has excellent wind erosion resistance, and because of its excellent heat insulation properties, The temperature of the honeycomb filter is hardly changed even when the ground is not affected by the outside air temperature, and even when the water splashes during running, etc., and the honeycomb filter can be kept stable at a high temperature. Breakage can be prevented. In other words, by interposing the holding seal body having such characteristics, the exhaust gas purifying apparatus is excellent in durability and hardly causes pressure loss.
[0033]
Also in the regeneration process, the heat efficiency is good, the regeneration time can be shortened, the regeneration rate is improved, and the time until pressure loss or the like increases (the time until regeneration is necessary) can be extended. That is, the amount of particulate collection after regeneration increases.
[0034]
When the exhaust gas purification apparatus of the present invention includes the electric heater for burning particulates as described above, the temperature of the exhaust gas entering the honeycomb filter can be increased efficiently and in a short time. In addition, the temperature of the exhaust gas can be made sufficiently high, so that the regeneration process can be performed in a short time.
[0035]
Moreover, the exhaust gas purification apparatus of the present invention may not include an electric heater. In this case, it is possible to perform a regeneration operation in which the temperature of the exhaust gas is increased.
Since the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is excellent in the heat retention of the honeycomb filter, the temperature of the exhaust gas passing through the honeycomb filter can be sufficiently increased even when the above regeneration treatment method is adopted, and the temperature is increased. With the exhaust gas, the particulates can be burned and regenerated.
[0036]
The exhaust gas purifying device of the present invention includes a back pressure sensor for measuring the pressure loss of the honeycomb filter and displays that it is necessary to perform a regeneration process when the back pressure rises above a predetermined value. You may provide the device etc. which do.
[0037]
Further, when the exhaust gas purification device of the present invention is disposed in a vehicle, two or more exhaust gas purification devices of the present invention may be provided in parallel. In this case, two exhaust gas purification devices are connected to the exhaust gas pipe, and one of them is used by using a switching valve or the like, and the other one is regenerated between them.
[0038]
Furthermore, a catalyst layer for removing harmful gases such as Nox and Sox may be provided in the exhaust gas purifying apparatus of the present invention so that both harmful gas removal and particulate removal can be performed. .
In the present invention, the exhaust gas can be used as an auxiliary combustion gas during regeneration. In addition, when the regeneration process is performed using a pump, the regeneration process can be performed by sending air into the filter using the pump.
[0039]
Next, the manufacturing method of the exhaust gas purification apparatus of this invention is demonstrated.
The method for producing an exhaust gas purification apparatus of the present invention is an exhaust gas comprising a porous ceramic sintered body in which a large number of through holes are arranged in the longitudinal direction and the partition walls separating the through holes function as a filter. After the holding seal body of the exhaust gas purification apparatus of the present invention is wound around the side surface of the purification honeycomb filter, the honeycomb filter around which the holding seal body is wound is connected to the exhaust passage of the internal combustion engine. A method of manufacturing an exhaust gas purifying device installed in a casing, wherein a convex portion is formed at one end of the holding seal body, and a shape that can be fitted to the convex portion at the other end of the holding seal body. A concave portion is formed, and the holding seal body is wound around the honeycomb filter.
[0040]
In the method for manufacturing an exhaust gas purification apparatus of the present invention, first, a porous ceramic sintered body and a honeycomb filter are manufactured.
First, after preparing a mixed composition containing the above-described ceramic particles such as silicon carbide, a binder, and a dispersion medium liquid, a large number of through holes are separated from each other by partitioning the partition walls by an extrusion method or the like using this mixed composition. Columnar ceramic molded bodies arranged in parallel in the direction are produced.
[0041]
The binder is not particularly limited, and examples thereof include methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxyethyl cellulose, polyethylene glycol, phenol resin, and epoxy resin.
Usually, the amount of the binder is preferably about 1 to 10 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the ceramic powder.
[0042]
The dispersion medium liquid is not particularly limited, and examples thereof include organic solvents such as benzene; alcohols such as methanol, and water.
An appropriate amount of the dispersion medium liquid is blended so that the viscosity of the mixed composition falls within a certain range.
[0043]
These ceramic powder, binder, dispersion medium and the like are mixed with an attritor or the like and then sufficiently kneaded with a kneader or the like.
[0044]
Next, the ceramic molded body is dried, a predetermined portion of the through hole is filled with a filler, and heated to 400 to 650 ° C. in an oxygen-containing atmosphere to volatilize the binder and the like, and decompose and disappear. Then, a degreasing process in which only ceramic powder remains is performed.
[0045]
Thereafter, in an inert gas atmosphere such as nitrogen or argon, for example, for a silicon carbide molded body, a sintering step is performed in which ceramic powder is sintered by heating to 2000 to 2200 ° C., and porous ceramic sintering Manufacture the body.
[0046]
A plurality of the porous ceramic sintered bodies produced above are bound together through an adhesive layer to produce a ceramic block of a predetermined size, and after drying, the outer peripheral portion thereof is cut into a predetermined shape with a diamond cutter, for example. Thus, a honeycomb filter is manufactured.
[0047]
Next, a step of winding the holding seal body around the side surface of the manufactured honeycomb filter is performed.
[0048]
The material of the holding seal body used in the method for manufacturing the exhaust gas purification apparatus of the present invention is the same as that of the holding seal body described in the exhaust gas purification apparatus of the present invention. That is, the thermal conductivity of this holding seal body at 800 ° C. is 0.1 W / m · K or less.
[0049]
FIG. 4A is a plan view schematically showing an example of the holding sealing body, and FIG. 4B schematically shows a state in which the holding sealing body shown in FIG. FIG.
[0050]
As shown in FIG. 4, a convex portion 42 is formed at one end of the holding seal body 41, and the other end portion is fitted with the convex portion 42 when the holding seal body 41 is wound around the honeycomb filter. A recess 43 having a possible shape is formed.
[0051]
The holding seal body 41 is formed in such a shape, and when the holding seal body 41 is wound around the honeycomb filter, the holding seal body 41 is accurately wound around the outer peripheral portion of the honeycomb filter by fitting the convex portion 42 into the concave portion 43. Can be done easily and can be wound in a short time.
Further, when the holding seal body 41 is wound around the outer peripheral portion of the honeycomb filter, the end portion having the convex portion 42 and the end portion having the concave portion 43 are fitted so that the convex portion 42 and the concave portion 43 are firmly engaged with each other. Does not shift from side to side and is excellent in form stability.
[0052]
Since the conventional holding seal body 13 has a substantially rectangular shape, a linear gap may be formed at both ends of the holding seal body 13 when wound around the honeycomb filter. Thus, if there is a linear gap in the holding seal body, the exhaust gas flows through this gap, and the exhaust gas cannot be completely purified.
[0053]
However, since the holding seal body used in the method for manufacturing the exhaust gas purification apparatus of the present invention is wound around the honeycomb filter in a state in which the convex portions 42 and the concave portions 43 are fitted, there is no gap in the portion other than the convex portions 42. Even if this occurs, there is no gap in the portion where the convex portion 42 and the concave portion 43 are fitted.
Accordingly, the exhaust gas flowing into the gap is blocked by the fitting portion and does not escape as it is, and the entire exhaust gas passes through the honeycomb filter and is purified.
[0054]
The size of the convex portion 42 is appropriately adjusted according to the size of the honeycomb filter or the holding sealing body 41. For example, the vertical width l is preferably about 40 to 70 mm, and the horizontal width m is preferably about 20 to 40 mm. Further, the size of the concave portion 43 is adjusted to be the same size as the convex portion 42 or slightly larger.
[0055]
Moreover, although the shape of the convex part 42 and the recessed part 43 is substantially rectangular, the shape is not limited to these, For example, a triangle and a semicircle shape may be sufficient. Also, the number is not particularly limited to one and may be two or more.
[0056]
The means for winding and fixing the holding seal body 41 around the honeycomb filter is not particularly limited, and examples thereof include means for attaching with an adhesive or binding with a string-like body. In addition, the process may be shifted to the next step without being fixed by special means and only being wound around the honeycomb filter. The string-like body may be a material that decomposes by heat. This is because, after the honeycomb filter is installed in the casing, even if the string-like body is decomposed by heat, since the honeycomb filter is installed in the casing, the holding seal body 41 is not peeled off. .
[0057]
Next, the honeycomb filter that has undergone the above steps is installed in a casing.
Note that the material, shape, configuration, and the like of the casing are as described above, and thus the description thereof is omitted here.
[0058]
As a method of installing the honeycomb filter in the casing, when the casing is a cylindrical casing 21 (FIG. 5 (a)), for example, the honeycomb filter around which the holding seal body is wound is formed from one end surface thereof. An example is a method of forming end faces for connecting to an introduction pipe, a pipe, a discharge pipe, and the like at both ends of the casing 21 after being pushed in and installed at a predetermined position. The casing 21 may be a bottomed cylinder.
At this time, the thickness of the holding seal body, the size of the honeycomb filter, the size of the casing, etc., to the extent that it can be finally pushed in with a considerable force applied so that the fixed honeycomb filter does not move easily. Need to be adjusted.
[0059]
Further, as shown in FIG. 5B, when the casing is a two-divided shell-shaped casing 22, for example, the honeycomb filter is installed at a predetermined position in the semi-cylindrical lower shell 22b. After that, the semi-cylindrical upper shell 22a is placed on the lower shell 22b so that the through hole 23a formed in the upper fixing portion 23 and the through hole 24a formed in the lower fixing portion 24 overlap each other. And the upper shell 22a and the lower shell 22b are fixed by inserting the volt | bolt 25 in the through-holes 23a and 24a and fixing with a nut etc. And the method of forming the end surface which has an opening for connecting with an introductory pipe, piping, a discharge pipe, etc. in the both ends of the casing 22 can be mentioned. Also in this case, it is necessary to adjust the thickness of the holding seal body, the size of the honeycomb filter, the size of the casing, and the like so that the fixed honeycomb filter does not move.
[0060]
This two-part shell-like casing 22 is easier to replace the honeycomb filter installed inside than the cylindrical casing 21.
[0061]
Thereafter, the casing having the honeycomb filter installed therein is connected to the exhaust passage of the internal combustion engine, thereby completing the manufacture of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention.
[0062]
By performing the method for manufacturing the exhaust gas purification apparatus of the present invention described above, it is possible to easily and reliably wind the holding seal body excellent in heat insulation around the outer peripheral portion of the side surface of the honeycomb filter.
[0063]
In addition, the holding seal body does not shift from side to side during use of the exhaust gas purification device, and an exhaust gas purification device having excellent form stability can be manufactured, and a gap exists between the end portions of the holding seal body. Even if it does, exhaust gas does not distribute | circulate through this clearance gap, but the exhaust gas purification apparatus which can purify exhaust gas favorably can be manufactured.
[0064]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples. However, the present invention is not limited to these examples.
[0065]
Example 1
After kneading by adding an organic binder, water, and the like to the silicon carbide powder, extrusion molding is performed to produce a honeycomb-shaped formed body, followed by drying, degreasing, and firing to obtain an average as shown in FIG. The pore diameter is 5 to 20 μm, and the number of cells is 31 / cm.2 Thus, a porous ceramic member 30 made of a silicon carbide sintered body having a partition wall thickness of 0.3 mm was produced.
[0066]
Next, the porous ceramic member 30 is bundled in large numbers using a heat-resistant adhesive containing inorganic fibers such as ceramic fibers or inorganic particles such as silicon carbide, and then cut using a diamond cutter. Thus, a honeycomb filter 12 having a diameter of 165 mm and a length of 150 mm as shown in FIG. 2 was produced.
[0067]
Then, a holding seal body was wound around the outer peripheral portion of the side surface of the honeycomb filter 12. The holding sealing body is made of alumina fibers (alumina 80 wt%, silica 20 wt%), the thermal conductivity at 800 ° C. is 0.09 W / m · K, the thermal expansion coefficient at 800 ° C. is 60%, and the bulk density is 0.00. 35 g / cmThree The thickness was 8.5 mm. Further, the shape of the holding seal body is as shown in FIG. 4A, the vertical width of the convex portion is 50 mm, the horizontal width is 30 mm, and the size of the concave portion is the same as that of the convex portion. In addition, the winding to the honeycomb filter 12 was made to fit the said convex part and the said recessed part.
[0068]
The honeycomb filter 12 around which the holding seal body is wound by the above method is installed in a two-shell shell casing as shown in FIG. 5B, and exhaust gas purification as shown in FIG. 1 is performed using this casing. The device was made and attached to a forklift. The exhaust gas purification device was provided with a temperature sensor and a back pressure sensor.
Next, when this forklift was in an unloaded state, the engine was operated at the maximum rotation speed for 8 hours, and the back pressure was measured by a back pressure sensor, it showed a value of 40 kPa. At this time, 65 g of particulate was deposited on the honeycomb filter 12.
[0069]
Therefore, by energizing the electric heater, driving the air pump, and performing the regeneration process, the particulates are burned, and the particulates such as soot can be burned 100% completely in 40 minutes. The back pressure also returned to the initial value of 5 kPa. The temperature of the honeycomb filter 12 during regeneration was measured by a temperature sensor and found to be about 800 ° C.
Further, when the honeycomb filter 12 was inspected, no cracks or breakage were observed.
[0070]
In addition, as a wind erosion test, a plate-like body (10 cm × 10 cm × 10 cm) made of the same component as the above holding seal body was prepared, and air heated to 700 ° C. was sprayed with a wind pressure of 0.3 MPa, and the erosion distance was It was 12 mm when measured.
[0071]
Comparative Example 1
A honeycomb filter was manufactured in the same manner as in Example 1. Next, an exhaust gas purification device was prepared in the same manner as in Example 1 except that a holding seal body made of ceramic fibers (alumina 50 wt%, silica 50 wt% added with vermiculite powder) was formed on the outer periphery of the manufactured honeycomb filter. Manufactured. This holding sealing body has a thermal conductivity of 0.16 W / m · K, a thermal expansion coefficient at 800 ° C. of 60%, and a bulk density of 0.8 g / cm.Three The thickness was 5.7 mm.
The exhaust gas purification device was attached to a forklift, and a metering pump or the like was attached to provide a regeneration system for the forklift.
[0072]
Next, when this forklift was in an unloaded state, the engine was operated at the maximum rotation speed for 8 hours, and the back pressure was measured by a back pressure sensor, it showed a value of 40 kPa. At this time, 65 g of particulate was deposited on the honeycomb filter.
[0073]
Therefore, a voltage is applied to the electric heater, the temperature of the electric heater is set to 800 ° C., and air is allowed to flow for 45 minutes at a flow rate of 40 liters / minute using a metering pump to burn particulates such as soot. However, there was a slight residue and the burning rate of the particulates was 90%.
After this step, when the honeycomb filter according to Comparative Example 1 was inspected, slight cracks were observed near the outer periphery thereof.
[0074]
Moreover, when the plate-like body of the holding seal body according to the present comparative example 1 was produced in the same manner as in Example 1, and the erosion test was performed under the same conditions as in Example 1, the erosion distance was 80 mm.
[0075]
【The invention's effect】
Since the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is as described above, the holding seal body is excellent in wind erosion resistance, the regeneration time of the honeycomb filter can be shortened, and the regeneration rate can be increased. Further, it is possible to prevent a decrease in the temperature of the honeycomb filter at the time of exhaust gas treatment, and to prevent a residue from burning of particulates at the time of regeneration from remaining locally in a part of the honeycomb filter and to prevent generation of cracks. be able to. In addition, the time until the reproduction process can be extended.
[0076]
Further, since the manufacturing method of the exhaust gas purifying apparatus of the present invention is as described above, a holding seal body excellent in heat insulation can be easily and surely wound around the outer peripheral portion of the side surface of the honeycomb filter. In addition, the holding seal body does not shift from side to side during use of the exhaust gas purification apparatus, and an exhaust gas purification apparatus having excellent shape stability can be manufactured, and the ends of the holding seal body are spaced from each other. Even if it forms, exhaust gas does not distribute | circulate through this clearance gap, but the exhaust gas purification apparatus which can purify exhaust gas favorably can be manufactured.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of an exhaust gas purification apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing an example of a honeycomb filter used in the exhaust gas purification apparatus of the present invention.
3A is a perspective view schematically showing a porous ceramic member used in the honeycomb filter shown in FIG. 2, and FIG. 3B is a longitudinal sectional view thereof.
4A is a plan view schematically showing an example of a holding seal body used in the method for manufacturing an exhaust gas purification apparatus of the present invention, and FIG. 4B is a holding seal shown in FIG. It is the perspective view which showed a mode that the body was wound around the honeycomb filter.
FIG. 5A is a perspective view schematically showing an example of a casing used in the exhaust gas purifying apparatus of the present invention, and FIG. 5B is a perspective view schematically showing another example. .
[Explanation of symbols]
10 Exhaust gas purification device
11, 21, 22 Casing
12, 40 Honeycomb filter
13, 41 Holding seal body
14 Electric heater
15 Temperature sensor
16 Introduction pipe
17 Discharge pipe
18 Piping
22a Upper shell
22b Lower shell
23 Upper fixing part
23a, 24a Through hole
24 Lower fixing part
25 volts
30 Porous ceramic sintered body
31 Through hole
32 Filler
33 Bulkhead
42 Convex
43 recess

Claims (6)

多数の貫通孔が長手方向に並設され、前記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続されたケーシング内に設置され、前記ハニカムフィルタと前記ケーシングとの間に保持シール体が介装された排気ガス浄化装置であって、
前記保持シール体は、アルミナ繊維、チタニア粒子及びシリカゲルを含んだものであり、かつ、前記保持シール体の800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下であることを特徴とする排気ガス浄化装置。
An exhaust gas purifying honeycomb filter comprising a porous ceramic sintered body having a large number of through holes arranged in parallel in the longitudinal direction and a partition wall separating the through holes functioning as a filter is an exhaust passage of an internal combustion engine. An exhaust gas purification device installed in a casing connected to the honeycomb filter and a holding seal body interposed between the honeycomb filter and the casing,
The holding seal body contains alumina fibers, titania particles and silica gel, and the heat conductivity of the holding seal body at 800 ° C. is 0.1 W / m · K or less. Gas purification device.
前記保持シール体の嵩密度は、0.20〜0.50g/cm である請求項1に記載の排気ガス浄化装置 The exhaust gas purification device according to claim 1, wherein the holding seal body has a bulk density of 0.20 to 0.50 g / cm 3 . 前記保持シール体は、一端部に凸部が形成されるとともに、他端部に前記凸部に嵌合可能な凹部が形成されている請求項1又は2に記載の排気ガス浄化装置 The exhaust gas purification device according to claim 1 or 2, wherein the holding seal body has a convex portion formed at one end portion and a concave portion that can be fitted to the convex portion at the other end portion . 多数の貫通孔が長手方向に並設され、前記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続されたケーシング内に設置され、前記ハニカムフィルタと前記ケーシングとの間に保持シール体が介装された排気ガス浄化装置に用いられる前記保持シール体であって、
アルミナ繊維、チタニア粒子及びシリカゲルを含み、かつ、800℃における熱伝導率が0.1W/m・K以下であることを特徴とする保持シール体
An exhaust gas purifying honeycomb filter comprising a porous ceramic sintered body having a large number of through holes arranged in parallel in the longitudinal direction and a partition wall separating the through holes functioning as a filter is an exhaust passage of an internal combustion engine. The holding seal body used in an exhaust gas purification apparatus installed in a casing connected to the honeycomb filter and a holding seal body interposed between the honeycomb filter and the casing,
A holding sealing body comprising alumina fibers, titania particles and silica gel, and having a thermal conductivity at 800 ° C. of 0.1 W / m · K or less .
嵩密度は、0.20〜0.50g/cm である請求項4に記載の保持シール体 The holding seal body according to claim 4 , wherein the bulk density is 0.20 to 0.50 g / cm 3 . 一端部に凸部が形成されるとともに、他端部に前記凸部に嵌合可能な凹部が形成されている請求項4又は5に記載の保持シール体 The holding seal body according to claim 4 or 5, wherein a convex portion is formed at one end portion, and a concave portion that can be fitted to the convex portion is formed at the other end portion .
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