JP4649587B2 - Exhaust gas purification filter and collection method of particulate matter - Google Patents
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Description
本発明は、粒状物質を含有する排ガス、例えば、ディーゼルエンジン、ボイラー、ガスタービン等の排ガス中に含まれる、広い粒度分布を有する粒状物質（ＰＭ）を効率的に捕集するための排ガス浄化フィルターに関するものであり、更に詳しくは、排ガスの流れる方向に沿って、複数個のフィルターを配置した排ガス浄化フィルターであって、上記フィルターが、ウォールスルータイプのフィルター、及び排ガスと接触する部分に針状物質あるいは繊維が壁面に形成されているフィルターを有し、上記ウォールスルータイプのフィルターは、排ガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）をろ過する機能を有し、上記針状物質あるいは繊維が壁面に形成されているフィルターは、ブラウン運動を主体として流路内を漂う超微粒子を壁面で捕捉する機能を有する排ガス浄化フィルター、及び該フィルターを使用した排ガス浄化方法に関するものである。 The present invention relates to an exhaust gas purification filter for efficiently collecting particulate matter (PM) having a wide particle size distribution, which is contained in exhaust gas containing particulate matter, for example, exhaust gas from diesel engines, boilers, gas turbines and the like. More specifically, it is an exhaust gas purification filter in which a plurality of filters are arranged along the direction in which the exhaust gas flows, and the above-mentioned filter has a needle-like shape in contact with the wall-through type filter and the exhaust gas. It has a filter in which a substance or fiber is formed on the wall surface. The wall-through type filter has a function of filtering particulate matter (PM) contained in the exhaust gas, and the needle-like substance or fiber is on the wall surface. The formed filter is a machine that captures the ultrafine particles drifting in the channel mainly by Brownian motion with the wall surface. Exhaust gas purification filter having, and to a exhaust gas purifying method using the filter.
本発明は、排ガスの浄化フィルターの技術分野において、近年、直径が２．５μｍ以下の空中浮遊粒子が、疫学研究から、健康に重大な悪影響を与える要因であることが指摘され、大気中の浮遊粒状物質の浄化が社会的な問題として浮上したこと、特に、ディーゼルエンジン内の不完全燃焼で発生する、ディーゼル排気微粒子（ＤＥＰ）のうち、粒径２μｍ以下の微粒子が、気管支喘息や肺気腫を引き起こす原因であり、更に、ベンズピレン等の有害物質をも含むことが判明し、そうした排ガスの浄化技術の技術革新が急務とされていること、を踏まえ、それらの問題点を抜本的に解決することを可能にする、新しい排ガス浄化フィルター及びそのフィルターを使用した排ガス浄化方法を提供するものである。本発明は、大都市地域の大気、工場等の排ガス等に含有されている、広範囲な粒子分布を有する浮遊粒子を、超微粒子に至るまで、その発生源において効率的に除去することにより、大気を浄化して、多くの人々の健康リスクを排除し、健康的な生活を維持するために大きく貢献することが期待できるものである。 In the technical field of exhaust gas purification filter, the present invention has recently pointed out that airborne particles having a diameter of 2.5 μm or less are a factor that has a serious adverse effect on health from epidemiological studies. Participation of particulate matter has emerged as a social problem, especially among diesel exhaust particles (DEP) generated by incomplete combustion in diesel engines, particles with a particle size of 2 μm or less cause bronchial asthma and emphysema Based on the fact that it has been found that it also contains toxic substances such as benzpyrene and technological innovation in such exhaust gas purification technology is urgently needed, it is necessary to fundamentally solve these problems. The present invention provides a novel exhaust gas purification filter and an exhaust gas purification method using the filter. The present invention effectively removes suspended particles having a wide particle distribution, which are contained in the atmosphere of a metropolitan area, exhaust gas from factories, etc., from the generation source to the ultrafine particles. It can be expected to make a significant contribution to cleansing, eliminating the health risks of many people and maintaining a healthy life.
自動車やガスタービンの排ガス等の燃焼機関から排出される排ガスには、ナノレベルの超微粒子から数ミクロンに及ぶ広い粒度分布を有する粒状物質（ＰＭ）が含まれている。そのうち、質量の大部分は、粒径０．１〜０．３μｍの範囲にあるが、個数濃度では、大部分が粒径０．００５〜０．０５μｍの範囲にあり、それらの質量は１〜２０%に過ぎないが、粒子個数では９０％以上を占めるとされている。最近、特に、粒径の小さな超微粒子の健康への影響が懸念されており、超微粒子を含めた全ての粒状物質（ＰＭ）を捕集することが、健康的な生活を維持するために必要である。 Exhaust gas discharged from combustion engines such as automobile and gas turbine exhaust gas contains particulate matter (PM) having a wide particle size distribution ranging from nano-level ultrafine particles to several microns. Among them, most of the mass is in the range of particle size 0.1 to 0.3 μm, but at the number concentration, most is in the range of particle size 0.005 to 0.05 μm, and their mass is 1 to Although it is only 20%, the number of particles is said to account for 90% or more. Recently, there are concerns about the health effects of ultrafine particles with a small particle size, and it is necessary to collect all particulate matter (PM) including ultrafine particles in order to maintain a healthy life. It is.
これまでに、各種の排ガス中に含まれる粒状物質を捕集し浄化する技術は、多くの提案がなされている。例えば、コーディエライト針状結晶を層状に形成した内壁を有するハニカム構造体に関する技術が提案されている（特許文献１参照）。しかし、この種の内壁に針状結晶を成長させたフィルターには、粒状物質の捕集効率が低いという欠点があった。 So far, many proposals have been made on techniques for collecting and purifying particulate matter contained in various exhaust gases. For example, a technique related to a honeycomb structure having an inner wall in which cordierite needle crystals are formed in layers has been proposed (see Patent Document 1). However, this type of filter in which needle-like crystals are grown on the inner wall has a drawback that the collection efficiency of the particulate matter is low.
また、粒状物質の捕集に関連した技術が多数提案されているなかで、特に、コーディエライトは、融点が１４００℃と高く、熱膨張係数が極端に小さく耐熱衝撃性に優れることから、自動車の三元触媒やガスタービン用の燃焼触媒、あるいは高温ガス浄化触媒用等、７００℃を超える高温部における触媒の担体として、そのハニカム構造体が用いられている（非特許文献１参照）。しかし、この種のフィルターで超微粒子を捕集する場合は、気孔径を小さくする必要があるが、その場合、圧力損失が大きくなり、ディーゼルエンジン等の燃費の悪化を招くという問題があった。 Among many technologies related to the collection of particulate matter, cordierite, in particular, has a high melting point of 1400 ° C., an extremely small thermal expansion coefficient, and excellent thermal shock resistance. The honeycomb structure is used as a carrier for a catalyst in a high-temperature part exceeding 700 ° C., such as a three-way catalyst, a combustion catalyst for a gas turbine, or a high-temperature gas purification catalyst (see Non-Patent Document 1). However, when collecting ultrafine particles with this type of filter, it is necessary to reduce the pore diameter. In this case, however, there is a problem in that pressure loss increases and fuel consumption of a diesel engine or the like is deteriorated.
また、排ガス用以外の用途の浄化フィルターでは、例えば、気体流路の上流側にミストキャッチャーを、下流側に繊維ろ過材を配した構成例が提案されている（特許文献２参照）。この構成例では、ミストキャッチャーでミストと一部の固体を分離しておき、繊維ろ過材の汚染と分離負担の軽減により寿命が延長される効果が得られることが期待されている。しかし、この事例は、主に低温場で使用されるフィルターの構成例であって、排ガスといった高温場で、かつ複雑な粒子分布や形態を有する粒子除去に適応できるシステムではない。 Moreover, in the purification filter for uses other than for exhaust gas, for example, a configuration example in which a mist catcher is arranged on the upstream side of the gas flow path and a fiber filter material is arranged on the downstream side has been proposed (see Patent Document 2). In this configuration example, it is expected that the mist and a part of the solid are separated by the mist catcher, and that the effect of extending the life is obtained by reducing the contamination of the fiber filter material and the separation burden. However, this example is a configuration example of a filter mainly used in a low temperature field, and is not a system that can be applied to the removal of particles having a complicated particle distribution and form in a high temperature field such as exhaust gas.
このような状況の中で、本発明者らは、上記従来技術に鑑みて、上記の諸問題を抜本的に解決することが可能な、新しい排ガス浄化フィルター及びそれを使用した排ガス浄化方法を開発することを目標として鋭意研究を積み重ねた結果、ウォールスルータイプのフィルター、及び針状物質あるいは繊維が配されているフィルターを組み合わせることにより、排ガス中の、大きな粒子から超微粒子までの粒状物質を効率的に捕集することができることを見出し、本発明を完成するに至った。 Under such circumstances, the present inventors have developed a new exhaust gas purification filter and an exhaust gas purification method using the same, which can drastically solve the above problems in view of the above-described conventional technology. As a result of intensive research with the goal of achieving high efficiency, it is possible to efficiently produce particulate matter ranging from large particles to ultrafine particles in exhaust gas by combining wall-through filters and filters with needles or fibers. The present invention has been completed by finding that it can be collected.
即ち、本発明は、排ガス中の浮遊粒状物質を、大きな粒子から超微粒子まで効率的に除去することが可能な、排ガス浄化フィルター及びそのフィルターを使用した排ガス浄化方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、ウォールスルータイプのフィルターと針状物質あるいは繊維が配されているフィルターを組み合わせることにより、排ガス中の粒状物質を超微粒子に至るまで効率的に除去することを目的とするものである。また、本発明は、針状物質あるいは繊維が配されているフィルターの使用により、超微粒子のブラウン運動特性を利用して、超微粒子をガス通路壁面で効果的に捕捉することを可能にするものであり、ハニカムフィルターの気孔径を小さくする必要がなく、また、ハニカムの流路長さも短くすることができ、圧力損失が極めて少ない、排ガス浄化フィルターを提供することを目的とするものである。 That is, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification filter capable of efficiently removing suspended particulate matter in exhaust gas from large particles to ultrafine particles and an exhaust gas purification method using the filter. Is. Another object of the present invention is to efficiently remove particulate matter in exhaust gas up to ultrafine particles by combining a wall-through filter and a filter in which needle-like substances or fibers are arranged. It is. In addition, the present invention makes it possible to effectively capture ultrafine particles on the gas passage wall surface by utilizing the Brownian motion characteristics of ultrafine particles by using a filter in which needle-like substances or fibers are arranged. Therefore, it is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification filter that does not require the pore diameter of the honeycomb filter to be small, can shorten the flow path length of the honeycomb, and has very little pressure loss.
また、本発明は、健康リスクを引き起こす大きな要因とされているディーゼル排ガス中の微粒子から超微粒子までを除去することを可能にするとともに、圧力損失を極めて少なくすることが可能なガス浄化フィルターを提供することにより、エンジンの燃費の低下をほとんど生じさせないガス浄化方法を提供することを目的とするものである。また、本発明は、耐熱性及び耐久性に優れ、再生操作が簡便な排ガス浄化フィルターを提供することを目的とするものである。
更に、本発明は、内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排ガス、工場の煤煙等、広範囲にわたる気体中の浮遊状粒状物質の除去に適用することが可能な排ガス浄化方法を提供することを目的とするものである。
In addition, the present invention provides a gas purification filter capable of removing from particulates to ultrafine particles in diesel exhaust gas, which is regarded as a major factor causing health risk, and capable of extremely reducing pressure loss. Thus, an object of the present invention is to provide a gas purification method that hardly causes a reduction in fuel consumption of the engine. Another object of the present invention is to provide an exhaust gas purification filter that is excellent in heat resistance and durability and that can be easily regenerated.
Furthermore, an object of the present invention is to provide an exhaust gas purification method that can be applied to the removal of suspended particulate matter in a wide range of gases, such as exhaust gas from internal combustion engines, particularly diesel engines, and factory smoke. Is.
上記課題を解決するための本発明は、以下の技術的手段から構成される。
（１）排ガスの流れる方向に沿って、複数個のフィルターを配置した排ガス浄化フィルターであって、（ａ）上記フィルターが、ウォールスルータイプのフィルター、及び排ガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを有し、（ｂ）ウォールスルータイプのフィルターは、排ガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）をろ過する機能を有し、針状物質あるいは繊維が壁面部分に形成されているフィルターは、ブラウン運動を主体として流路内を漂う超微粒子を壁面で捕捉する機能を有し、
排ガスの流れる方向に沿って、前段に、ウォールスルータイプのフィルターを配置し、後段に、排ガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを配置し、針状物質が、コーディエライトハニカムの薄壁より成長した針状のコーディエライト結晶であり、繊維が、炭化珪素繊維又はセラミックス繊維不織布であることを特徴とする排ガス浄化フィルター。
（２）針状物質がハニカム構造のフィルターの壁面に層状に形成されているフィルターを配置したことを特徴とする前記（１）に記載の排ガス浄化フィルター。
（３）上記針状のコーディエライト結晶が、ＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が２：２：５になるように調整した原料粉末を２０〜５０ｗｔ％濃度のスラリーとして用い、針状結晶の生成を促進する添加材を添加して調製したスラリーを、ハニカムに含浸させた後、１２００〜１４００℃の加熱処理で作製されたものであることを特徴とする前記（１）に記載の排ガス浄化フィルター。
（４）上記針状結晶の生成を促進する添加材が、弗化リチウム（ＬｉＦ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化ボロン（Ｂ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）のいずれか、あるいは２種以上の組み合わせの組成を選択し、ＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が２：２：５になる原料粉末に対する重量比で０．１〜１０ｗｔ％添加することを特徴とする前記（３）に記載の排ガス浄化フィルター。
（５）上記複数のフィルターのうち、針状物質が層状に形成されていないフィルターが、酸化触媒を担持した多孔質セラミックハニカム構造体によって形成される筒状気管の開口部を、隣接する筒状気管で互いに反対側をセラミックス材で封止した、筒状気管内に流入した排ガスがハニカム壁を通じて反対側に流出する、ウォールスルータイプであることを特徴とする前記（１）記載の排ガス浄化フィルター。
（６）針状物質あるいは繊維が壁面部分に形成されているフィルターが、粒径０．００５〜０．０５μｍの範囲にある超微粒子を壁面で補足する機能を有することを特徴とする前記（１）に記載の排ガス浄化フィルター。
（７）排ガスの流れる方向に沿って、複数個のフィルターを配置した排ガス浄化フィルターを使用して排ガスを洗浄する方法であって、（ａ）上記フィルターが、ウォールスルータイプのフィルター、及び排ガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを有し、（ｂ）ウォールスルータイプのフィルターは、排ガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）をろ過する機能を有し、針状物質あるいは繊維が壁面部分に形成されているフィルターは、ブラウン運動を主体として流路内を漂う超微粒子を壁面で捕捉する機能を有し、排ガスの流れる方向に沿って、前段に、ウォールスルータイプのフィルターを配置し、後段に、排ガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを配置し、針状物質が、コーディエライトハニカムの薄壁より成長した針状のコーディエライト結晶であり、繊維が、炭化珪素繊維又はセラミックス繊維不織布であり、上記ウォールスルータイプのフィルターによって排ガス中に含まれるＰＭをろ過し、上記針状物質あるいは繊維が壁面部分に形成されているフィルターによってブラウン運動を主体として流路内を漂う超微粒子を補足することにより、排ガス中の粒状物質を捕集することを特徴とする排ガス浄化方法。
The present invention for solving the above-described problems comprises the following technical means.
(1) An exhaust gas purification filter in which a plurality of filters are arranged along the flow direction of exhaust gas, (a) the filter is a wall-through type filter, and a needle-like substance or have a filter fibers is formed, (b) wall-through type filter has a function of filtering particulate matter (PM) contained in exhaust gas, needles or fibers formed on the wall surface portion and that the filter is to have a function to trap ultrafine particles floating in the flow path mainly of Brownian motion in the wall,
Along with the flow direction of the exhaust gas, a wall-through type filter is arranged in the front stage, and a filter in which needle-like substances or fibers are formed on the wall surface portion in contact with the exhaust gas is arranged in the rear stage. An exhaust gas purification filter, which is a needle-shaped cordierite crystal grown from a thin wall of a cordierite honeycomb, wherein the fiber is a silicon carbide fiber or a ceramic fiber nonwoven fabric.
( 2 ) The exhaust gas purifying filter as described in ( 1 ) above, wherein a filter in which needle-like substances are formed in layers on the wall surface of the filter having a honeycomb structure is disposed.
( 3 ) Using the raw material powder adjusted so that the molar ratio of MgO: Al 2 O 3 : SiO 2 is 2: 2: 5 as the needle-shaped cordierite crystal as a slurry having a concentration of 20 to 50 wt%, ( 1 ) characterized in that the slurry prepared by adding an additive that promotes the formation of needle-like crystals is impregnated into a honeycomb and then produced by heat treatment at 1200 to 1400 ° C. The exhaust gas purification filter described.
( 4 ) The additive that promotes the formation of the needle crystal is lithium fluoride (LiF), strontium oxide (SrO), boron oxide (B 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), or two kinds The composition of the above combination is selected, and 0.1 to 10 wt% is added in a weight ratio with respect to the raw material powder in which the molar ratio of MgO: Al 2 O 3 : SiO 2 is 2: 2: 5 ( 3 ) The exhaust gas purification filter according to item 3 ).
( 5 ) Among the plurality of filters, the filter in which the needle-like substance is not formed in a layer form has an opening in the adjacent cylindrical trachea formed by the porous ceramic honeycomb structure carrying the oxidation catalyst. The exhaust gas purification filter according to (1) above, wherein the exhaust gas purification filter according to the above (1) is a wall-through type in which exhaust gas flowing into the cylindrical trachea is sealed to the opposite side through the honeycomb wall, with the opposite sides sealed with a ceramic material. .
( 6 ) The above-mentioned (1), wherein the filter in which the acicular substance or fiber is formed on the wall surface has a function of supplementing the wall with ultrafine particles having a particle diameter of 0.005 to 0.05 μm. ) Exhaust gas purification filter.
( 7 ) A method for cleaning exhaust gas using an exhaust gas purification filter in which a plurality of filters are arranged along a direction in which the exhaust gas flows, wherein (a) the filter is a wall-through filter, and exhaust gas have a filter needle material or fibers in the wall portion in contact is formed, (b) wall-through type filter has a function of filtering particulate matter (PM) contained in exhaust gas, acicular filter material or fiber is formed on the wall portion have a function to trap ultrafine particles floating in the flow path mainly of Brownian motion in the wall, along the direction of flow of the exhaust gas, upstream, wall-through type The filter with needle-like substance or fiber formed on the wall part in contact with the exhaust gas is placed in the rear stage, and the needle Material is a needle-shaped cordierite crystals grown from a thin wall cordierite honeycomb, fibers, a silicon carbide fiber or ceramic fiber nonwoven fabric, the PM contained in the exhaust gas by the wall-through type filter Filtering and capturing the particulate matter in the exhaust gas by capturing ultrafine particles drifting in the flow channel mainly with Brownian motion by the filter in which the needle-like substance or fiber is formed on the wall surface part. Exhaust gas purification method.
次に、本発明について更に詳細に説明する。
本発明の排ガス浄化フィルターは、排ガスの流れる方向に沿って、複数個のフィルターを配置した排ガス浄化フィルターであること、上記フィルターが、ウォールスルータイプのフィルター（例えば、多孔質セラミックハニカム構造体によって形成された筒状気管の開口部を、隣接する筒状気管の互いに反対側で、セラミックス材により封止することにより、筒状気管内に流入したガスが、ハニカム壁を通じて反対側の筒状気管内に流出するフィルター）、及びガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを有すること、上記ウォールスルータイプのフィルターは、排ガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）をろ過する機能を有し、上記壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターは、ブラウン運動を主体として流路内を漂う超微粒子を壁面で捕捉する機能を有すること、を特徴とするものである。
Next, the present invention will be described in more detail.
The exhaust gas purification filter of the present invention is an exhaust gas purification filter in which a plurality of filters are arranged along the flow direction of exhaust gas, and the filter is formed of a wall-through type filter (for example, a porous ceramic honeycomb structure) By sealing the opening of the cylindrical trachea that is formed on the opposite side of the adjacent cylindrical trachea with a ceramic material, the gas that has flowed into the cylindrical trachea passes through the honeycomb wall and enters the opposite side of the cylindrical trachea. And a filter in which needle-like substances or fibers are formed on the wall surface portion in contact with the gas, and the wall-through type filter filters particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. A filter that has a function and has a needle-like substance or fiber formed on the wall surface is brown It has a function to trap ultrafine particles drifting mainly of dynamic flow passage in the wall, and is characterized in.
以下に、本発明について、粒状物質を含有する排ガスの典型的な例として、ディーゼルエンジンの排ガスの場合について説明するが、本発明は、粒状物質を含む他の排ガスにも適用可能である。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to a case of exhaust gas from a diesel engine as a typical example of exhaust gas containing particulate matter. However, the present invention is also applicable to other exhaust gas containing particulate matter.
ディーゼル自動車からの排ガスは、窒素酸化物、浮遊粒状物質（ＳＰＭ）を多く含有するが、特に、ＳＰＭは、ガソリン車やＬＰＧ車からはほとんど排出されないため、大部分がディーゼル車由来とみなされている。都内等の大都市圏における、ＳＰＭ全体の発生源別寄与率は、自動車排ガスが約４８％と最も大きく、なかでも、呼吸器官に影響の大きい微小粒子については、自動車排ガスの寄与が約５６％と高いため、ディーゼル車排ガス対策は緊急を要する課題となっている。本発明は、こうしたディーゼル車の排ガスの対策に最適なフィルター及びそれを使用したガス浄化方法に係るものである。 Exhaust gas from diesel vehicles contains a large amount of nitrogen oxides and suspended particulate matter (SPM). In particular, since SPM is hardly emitted from gasoline vehicles and LPG vehicles, most of them are considered to be derived from diesel vehicles. Yes. In major metropolitan areas such as Tokyo, the contribution rate by source of SPM as a whole is the largest at about 48% for automobile exhaust gas. Among these, the contribution of automobile exhaust gas is about 56% for fine particles that have a large influence on respiratory organs. Therefore, measures for exhaust gas from diesel vehicles have become an urgent issue. The present invention relates to a filter that is optimal for measures against exhaust gas from such a diesel vehicle and a gas purification method using the filter.
大気中に含まれる、微粒子のうち、１０μｍを超えるような大きな粒子は、鼻腔内等で補足され、肺胞レベルにまでは達することはないが、微細な粒子は肺胞レベルにまで浸入する。ディーゼル排気微粒子（ＤＥＰ）は、ディーゼルエンジン内の不完全燃焼で発生する、粒径約２μｍ以下の微粒子からなり、気管支喘息や肺気腫を引き起こす原因として認知され、また、トルエン、ベンズピレン等の有害物資等を付着する粒子である。 Of the fine particles contained in the atmosphere, large particles exceeding 10 μm are captured in the nasal cavity or the like and do not reach the alveolar level, but the fine particles penetrate to the alveolar level. Diesel exhaust particulate (DEP) consists of particulates with a particle size of about 2μm or less, generated by incomplete combustion in a diesel engine. It is recognized as a cause of bronchial asthma and emphysema, and harmful substances such as toluene and benzpyrene. It is a particle that adheres.
本発明では、従来のハニカム構造のセラミックスフィルターと、内壁に針状粒子あるいは繊維を配したフィルターを組み合わせることにより、ディーゼルエンジンの排ガス中に含まれている、大きな粒子から超微細粒子まで捕集することが可能となり、捕集率の向上も達成される。 In the present invention, a combination of a ceramic filter having a conventional honeycomb structure and a filter having needle-like particles or fibers arranged on the inner wall is used to collect from large particles to ultrafine particles contained in the exhaust gas of a diesel engine. And the collection rate can be improved.
本発明のフィルターを構成する、ウォールスルータイプのフィルターとしては、例えば、多孔性セラミックスハニカムを挙げることができ、セラミックスの材質には特に限定はないが、好ましくは、コーディエライト、炭化珪素、酸化アルミニウム、リチウムアルミノシリケート等を、単独又は適宜組み合わせて使用することができる。本発明において、セラミックスハニカムは、排ガス中の、粒径の比較的大きい粒状物質の捕集を担当するので、平均細孔径は、５〜２５μｍ、気孔率は、５０〜６５％の範囲にあるものが好適である。 Examples of the wall-through type filter constituting the filter of the present invention include a porous ceramic honeycomb, and the material of the ceramic is not particularly limited, but preferably cordierite, silicon carbide, oxidation Aluminum, lithium aluminosilicate, and the like can be used alone or in appropriate combination. In the present invention, the ceramic honeycomb is in charge of collecting particulate matter having a relatively large particle size in the exhaust gas, so that the average pore diameter is in the range of 5 to 25 μm and the porosity is in the range of 50 to 65%. Is preferred.
また、針状物質あるいは繊維が壁面に形成されているフィルターを構成する、針状物質あるいは繊維の材質は特に限定されるものではないが、好ましくは、炭化珪素系、アルミナ系、シリカ系、ムライト系、窒化珪素系及びジルコニア系等のセラミックス類が挙げられる。これらの中から、針状結晶、繊維状に成長又は成形することができるものが選定され使用されるが、更に、好ましくは、コーディエライト、炭化珪素が挙げられる。前記針状物質及び繊維の、径及び長さには特に限定はないが、径が１〜１０μｍ、長さ５〜１００μｍの範囲が好ましい。それらは、筒状気管等に設置又は充填でき、排ガスの流通に障害を与えない程度のものであればよく、例えば、ガス流通管断面積の１０〜３０％程度を占める量であればよい。
Further, the material of the needle-like substance or fiber constituting the filter in which the needle-like substance or fiber is formed on the wall surface is not particularly limited, but preferably silicon carbide-based, alumina-based, silica-based, mullite Ceramics such as silicon, silicon nitride and zirconia. Among these, those that can be grown or formed into needle-like crystals and fibers are selected and used, and cordierite and silicon carbide are more preferable. The diameter and length of the acicular substance and fiber are not particularly limited, but a diameter of 1 to 10 μm and a length of 5 to 100 μm are preferable. They may be installed or filled in a cylindrical trachea or the like and may be of an amount that does not impede the flow of exhaust gas. For example, the amount may occupy about 10 to 30% of the cross-sectional area of the gas flow tube.
本発明の排ガス浄化フィルターは、効率良く再生することができる。稼動中には、複数のフィルターを交互に加熱して、捕集したフィルター中のＰＭを焼却する、あるいは触媒等の作用により比較的低温度で連続的に再生することができ、稼動していないときには、外部電源等でＰＭを焼却除去する等の方法により再生することができる。例えば、ウォールスルータイプのフィルター、又は針状結晶あるいは繊維に酸化触媒を担持させることにより、生成させたＮＯ２を用いてＰＭを酸化除去するか、フィルターに担持した酸化触媒でＰＭを酸化除去することができる。酸化触媒としては、特に限定はされないが、好ましくは、白金族の金属、その酸化物、その他の金属酸化物等が挙げられる。前記白金族としては、白金、ロジウム、イリジウム等であり、また、前記金属としては、マグネシウム、ストロンチウム、カルシウム、バナジウム、セシウム等を使用することができる。 The exhaust gas purification filter of the present invention can be efficiently regenerated. During operation, multiple filters can be heated alternately to incinerate the collected PM, or it can be regenerated continuously at a relatively low temperature by the action of a catalyst, etc. Sometimes, it can be regenerated by a method such as incineration and removal of PM by an external power source or the like. For example, an oxidation catalyst is supported on a wall-through type filter, needle-like crystal or fiber, and PM is oxidized and removed using generated NO 2 , or PM is oxidized and removed with an oxidation catalyst supported on the filter. be able to. Although it does not specifically limit as an oxidation catalyst, Preferably, a platinum group metal, its oxide, another metal oxide, etc. are mentioned. Examples of the platinum group include platinum, rhodium, iridium, and the like, and magnesium, strontium, calcium, vanadium, cesium, and the like can be used.
本発明の排ガス浄化装置は、例えば、従来のハニカム構造を有するウォールスルータイプの前段のフィルターにより、排気ガス中の比較的大きい粒状物質を捕集し（図２Ａ拡大図）、次いで、針状結晶が内壁に沿って形成された排ガス流管内で超微細粒子が捕集される（図２Ｂ部拡大図）。大きい粒子は、細孔によるろ過作用により捕集され、超微細粒子は、粒子の拡散（ブラウン運動）により捕捉される。 The exhaust gas purifying apparatus of the present invention collects relatively large particulate matter in the exhaust gas by using, for example, a conventional wall-through type filter having a honeycomb structure (enlarged view in FIG. 2A), and then acicular crystals. Are collected in the exhaust gas flow pipe formed along the inner wall (FIG. 2B enlarged view). Large particles are collected by filtration through pores, and ultrafine particles are captured by particle diffusion (Brownian motion).
このように、本発明の排ガス浄化フィルターは、ＰＭに含まれる粒子の大きさに応じて、それに適した捕集ないし捕捉機構を有するフィルターにより構成されるものであり、例えば、排気ガスの流れの方向に沿って２段に分け、前段では、ウォールスルータイプのハニカムにより大きな粒子を主に捕集する。そして、後段では、針状結晶を内壁に形成したハニカムあるいはセラミック繊維不織布を設け、超微粒子を、針状結晶粒子を形成したハニカム内壁あるいは繊維表面とその内部での深層ろ過により捕捉する。粒子径が小さくなるにつれ、その運動は、慣性からブラウン運動が支配的となるため、流路内を漂う超微粒子を、壁面で効果的に捕捉することが可能となるが、その場合、実質的な流動抵抗とはならないため、圧損が小さくエンジンの燃費悪化をほとんど生じない有用なフィルターを提供することが可能となる。本発明では、超微粒子を、そのブラウン運動特性を利用して、壁面の、針状物質あるいは繊維により効果的に捕捉できるため、ウォールスルータイプのフィルターの気孔径を小さくする必要がなく、また、ハニカムの流路長さも短くすることができるので、圧力損失が少ないフィルターを構築することが可能となる。 As described above, the exhaust gas purification filter of the present invention is constituted by a filter having a trapping or trapping mechanism suitable for the size of particles contained in PM. For example, the exhaust gas flow filter Dividing into two stages along the direction, large particles are mainly collected by the wall-through type honeycomb in the previous stage. In the subsequent stage, a honeycomb or ceramic fiber nonwoven fabric in which needle-like crystals are formed on the inner wall is provided, and ultrafine particles are captured by depth filtration inside and on the honeycomb inner wall or fiber surface on which the needle-like crystal particles are formed. As the particle size becomes smaller, the Brownian motion is dominant from the inertia, so it is possible to effectively capture the ultrafine particles drifting in the channel with the wall surface. Therefore, it is possible to provide a useful filter that has little pressure loss and hardly deteriorates the fuel consumption of the engine. In the present invention, ultrafine particles can be effectively captured by acicular substances or fibers on the wall surface using the Brownian motion characteristics, so there is no need to reduce the pore diameter of the wall-through filter, Since the flow path length of the honeycomb can be shortened, it is possible to construct a filter with little pressure loss.
本発明の排ガス浄化フィルターを使用することによって、エンジンの燃費の悪化がほとんどなく、また、広い粒度範囲にわたって、排ガス中に含まれているＰＭを効率的に捕集することが可能となる。本発明の排ガス浄化フィルターは、前段に配したウォールスルータイプの多孔ハニカムで、ＰＭ粒子のうち比較的大きな粒子を捕集した上で、すり抜け、あるいは、凝結によって生成した超微粒子を、後段の針状結晶あるいは繊維を内壁に持つトンネル内に通過させて、壁面で捕捉させるものである。 By using the exhaust gas purification filter of the present invention, there is almost no deterioration of the fuel consumption of the engine, and PM contained in the exhaust gas can be efficiently collected over a wide particle size range. The exhaust gas purifying filter of the present invention is a wall-through type porous honeycomb arranged in the front stage, collects relatively large particles of PM particles, and then passes ultrafine particles generated by passing through or condensing the fine particles. The shaped crystals or fibers are passed through a tunnel having an inner wall and captured by the wall surface.
以上説明したように、従来、ディーゼルエンジンや工場煤煙等に含まれる浮遊状粒状物質（ＳＰＭ）の人体への影響が指摘され、既に深刻な社会問題となり、超微粒子の捕集をも含めた対応が急がれるようになった。これまで、国内外で進められてきた排ガス浄化システムの開発において、主要部品となるフィルターに関しては、気孔サイズやその分布の制御を中心とした多孔セラミックスの開発が主体であったが、同方式では低燃費化の条件である、圧力損失を抑えながらの超微粒子の捕集には限界があった。また、耐熱性繊維等による粒状物質の捕集には、捕集効率が低い、捕集できる粒子の範囲が狭い等の技術的な問題点があった。本発明は、こうした技術的な問題点を解消することを可能とするものであり、特に、ディーゼルエンジンから排出される広い粒度分布を有する粒状物質の捕集を効率的に行なうことを可能とするものであり、フィルターによる圧力損失が少なく、エンジンの燃費の低下がなく、しかも、排ガスによる健康への悪影響を排除するという社会的要請に適合するものとして有用である。 As explained above, the impact on the human body of suspended particulate matter (SPM) contained in diesel engines, factory smoke, etc. has been pointed out in the past, and it has already become a serious social problem, including the collection of ultrafine particles. Began to hurry. Until now, in the development of exhaust gas purification systems that have been promoted both in Japan and overseas, the main component of the filter has been the development of porous ceramics mainly for the control of pore size and distribution. There was a limit to the collection of ultrafine particles while suppressing pressure loss, which is a condition for reducing fuel consumption. In addition, collection of particulate matter using heat-resistant fibers has technical problems such as low collection efficiency and a narrow range of particles that can be collected. The present invention makes it possible to eliminate such technical problems, and in particular, to efficiently collect particulate matter having a wide particle size distribution discharged from a diesel engine. Therefore, it is useful for meeting the social demands for reducing the pressure loss caused by the filter, reducing the fuel consumption of the engine, and eliminating adverse health effects caused by the exhaust gas.
本発明により、（１）排ガス中の浮遊粒状物質を、大きな粒子から超微粒子まで効率的に除去することが可能な排ガス浄化フィルター及びそのフィルターを使用したあるいは排ガス浄化方法を提供することができる、（２）針状物質あるいは繊維が壁面に形成されているフィルターを使用することにより、超微粒子を効率的に除去することができる、（３）針状物質あるいは繊維が壁面に形成されているフィルターの使用により、圧力損失の極めて少ない排ガス浄化フィルターを提供することができる、（４）健康リスクを引き起こす大きな要因とされているディーゼル排気微粒子中の超微粒子までも除去することが可能な排ガス浄化フィルターを提供することができる、（５）超微粒子は、そのブラウン運動特性を利用して壁面で効果的に捕捉できるため、ハニカムの気孔径を微細にする必要がなく、またハニカムの流路長さも短くすることができるので、圧力損失が少なく、エンジンの燃費の悪化を極めて小さくすることができる、（６）耐熱性及び耐久性に優れ、再生操作が簡便な排ガス浄化用フィルターを提供することができる、（７）内燃機関、特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中の浮遊状粒状物質の除去に適用することが可能な排ガス浄化方法を提供することができる、という格別の効果が奏される。 According to the present invention, (1) an exhaust gas purification filter capable of efficiently removing suspended particulate matter in exhaust gas from large particles to ultrafine particles and an exhaust gas purification method using the filter can be provided. (2) Ultrafine particles can be efficiently removed by using a filter in which needle-like substances or fibers are formed on the wall surface. (3) Filter in which needle-like substances or fibers are formed on the wall surface. Can be used to provide an exhaust gas purification filter with very little pressure loss. (4) Exhaust gas purification filter capable of removing even ultrafine particles in diesel exhaust particulates, which is considered to be a major factor causing health risks. (5) The ultrafine particles are effective on the wall surface by utilizing their Brownian motion characteristics. Therefore, it is not necessary to make the pore diameter of the honeycomb fine, and the flow path length of the honeycomb can be shortened, so that the pressure loss is small and the deterioration of the fuel consumption of the engine can be extremely reduced. ) It can provide an exhaust gas purification filter that has excellent heat resistance and durability and can be easily regenerated. (7) It is applied to the removal of suspended particulate matter in the exhaust gas of internal combustion engines, particularly diesel engines. It is possible to provide a method for purifying exhaust gas that can be used.
次に、実施例に基いて本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例によって何ら限定されるものではない。 Next, the present invention will be specifically described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
本実施例では、排ガスと接触する壁面部分に針状物質が形成されているフィルターを配置した排ガス浄化フィルターを作製した。図1及び図2に、それぞれ本実施例の排ガス浄化フィルターの全体の構成、及び各フィルターの微細構造の一例を示す。ケーシング内に、セラミックスフィルターを配して、支持固定部材、例えば、ヒル石（バーミキュライト）により固定した（図１）。この排ガス浄化フィルターは２分割されており、前段のフィルターとして、その排ガス入り口側には、気孔率が６０％程度の多孔質フィルターであって、排ガス入出路の端部が交互に眼封じされている、いわゆるウォールスルータイプのフィルターを設置した。一方、後段のフィルターとして、コーディエライトハニカムをスラリーに含浸させた後、乾燥させ、大気中で焼成することにより作製した、針状のコーディエライト層をハニカム内部にコーティングしたコーディエライトハニカム構造体を設置した。 In this example, an exhaust gas purification filter was prepared in which a filter having a needle-like substance formed on the wall portion in contact with the exhaust gas was disposed. FIG. 1 and FIG. 2 show an example of the overall configuration of the exhaust gas purification filter of this embodiment and an example of the fine structure of each filter. A ceramics filter was arranged in the casing and fixed by a support fixing member, for example, leecher (vermiculite) (FIG. 1). This exhaust gas purification filter is divided into two parts. As the previous stage filter, the exhaust gas inlet side is a porous filter with a porosity of about 60%, and the ends of the exhaust gas inlet / outlet paths are alternately sealed with eyes. A so-called wall-through filter was installed. On the other hand, a cordierite honeycomb structure with a needle-shaped cordierite layer coated inside the honeycomb was prepared by impregnating a cordierite honeycomb into a slurry as a subsequent filter, drying and firing in the air. I set up my body.
上記コーディエライトハニカム構造体の製造にあたり、出発物質として、高純度のカオリン、タルク、アルミナ、シリカ粉末を用いた。カオリンは、アルミナ、シリカ、マグネシアを主成分とした複酸化物の総称である。カオリン及びタルクの組成は、モル比で、カオリン（Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２：ＭｇＯ：Ｋ２Ｏ＝３４．６９：５０．６４：０．４７：２．５９：１．０８）、タルク（ＳｉＯ２：ＭｇＯ＝６２．８５：３１．３３）であった。カオリンは、焼結時に針状結晶を成長させる核となるものであるので、目的のコーディエライト組成（Ｍｇ２Ａｌ２Ｓｉ５Ｏ１８）に合わせて可能な限り多量に添加する必要がある。カオリン以外の出発物質に関しては、最終的に組成がコーディエライト組成になるように各成分を添加すればよく、スラリー作製時における出発物質及び出発物質間の比率はその範囲で適宜決定される。 In the production of the cordierite honeycomb structure, high-purity kaolin, talc, alumina, and silica powder were used as starting materials. Kaolin is a generic name for double oxides mainly composed of alumina, silica, and magnesia. The composition of kaolin and talc is kaolin (Al 2 O 3 : SiO 2 : MgO: K 2 O = 34.69: 50.64: 0.47: 2.59: 1.08), talc (molar ratio). SiO 2 : MgO = 62.85: 31.33). Since kaolin serves as a nucleus for growing needle crystals during sintering, it needs to be added as much as possible in accordance with the target cordierite composition (Mg 2 Al 2 Si 5 O 18 ). Regarding starting materials other than kaolin, each component may be added so that the composition finally becomes a cordierite composition, and the ratio between the starting materials and the starting materials at the time of slurry preparation is appropriately determined within the range.
次に、上記組成の粉末を出発物質として、これに２０から５０ｗｔ％濃度になるように水を加え、１ｗｔ％のPVAバインダーを添加し、更に、焼結時における針状結晶を効果的に析出させる添加材として、弗化リチウム（ＬｉＦ）、酸化ストロンチウム（ＳｒＯ）、酸化ボロン（Ｂ２Ｏ３）、セリア（ＣｅＯ２）のいずれか、あるいはそれらの２種以上の組み合わせの組成を選択し、ＭｇＯ：Ａｌ２Ｏ３：ＳｉＯ２のモル比が２：２：５になる原料粉末に対して、重量比で０．１〜１０ｗｔ％添加してスラリーを調製した。充分に攪拌して均一なスラリーを得るために、１２時間程度ボールミルで混合した。バインダーの量は、ハニカムをスラリーに含浸するときにスラリーが効果的にディップコートされればよく、バインダー濃度はその範囲で適宜選定される。 Next, using the powder of the above composition as a starting material, water is added to a concentration of 20 to 50 wt%, 1 wt% of PVA binder is added, and needle crystals during sintering are effectively precipitated. As an additive to be selected, a composition of lithium fluoride (LiF), strontium oxide (SrO), boron oxide (B 2 O 3 ), ceria (CeO 2 ), or a combination of two or more thereof is selected. A slurry was prepared by adding 0.1 to 10 wt% by weight with respect to the raw material powder having a molar ratio of MgO: Al 2 O 3 : SiO 2 of 2: 2: 5. In order to obtain a uniform slurry with sufficient stirring, the mixture was mixed by a ball mill for about 12 hours. The amount of the binder only needs to be effectively dip-coated when the honeycomb is impregnated with the slurry, and the binder concentration is appropriately selected within the range.
上記の方法で調製したスラリーに、コーディエライトハニカム体を、超音波を照射しながら１０分〜１時間ほど含浸させた。内径が１ｍｍほどのハニカム体の、ハニカム体内部に均一にスラリーをコートするには、超音波の照射下で１０分以上の含浸が必要であった。含浸後、ハニカム体をスラリーから引き上げ、過剰なスラリーを自然に雫として滴下して取り除き、６０℃のオーブンで１２時間以上乾燥させた。充分に乾燥させた後、ハニカム体をアルミナボードに乗せ、大気中で１２００〜１４００℃の温度で、３〜５時間焼結させることにより、コーディエライト針状結晶が成長したハニカム体を作製した。図5に、ハニカム内壁に成長した、コーディエライト針状結晶粒子の電子顕微鏡写真を示す。なお、出発原料のカオリンには、コーディエライト組成にはないカリウムが含まれていたため、アルカリ成分を弗酸で予め洗浄することにより除去した。 The cordierite honeycomb body was impregnated with the slurry prepared by the above method for about 10 minutes to 1 hour while irradiating ultrasonic waves. In order to uniformly coat the slurry inside the honeycomb body having an inner diameter of about 1 mm, it was necessary to impregnate for 10 minutes or more under irradiation of ultrasonic waves. After the impregnation, the honeycomb body was pulled up from the slurry, and the excess slurry was removed by dripping naturally as drought and dried in an oven at 60 ° C. for 12 hours or more. After sufficiently drying, the honeycomb body was placed on an alumina board and sintered in the atmosphere at a temperature of 1200 to 1400 ° C. for 3 to 5 hours to produce a honeycomb body in which cordierite needle crystals grew. . FIG. 5 shows an electron micrograph of cordierite needle crystal particles grown on the honeycomb inner wall. Since kaolin as a starting material contained potassium not in the cordierite composition, the alkali component was removed by washing in advance with hydrofluoric acid.
本実施例では、こうして作製したフィルターを、従来、ディーゼルの排ガス浄化装置として使用されているハニカム構造のウォールスルータイプのフィルターと組み合わせて、本発明の排ガス浄化フィルターを構築した。 In this example, the exhaust gas purification filter of the present invention was constructed by combining the filter thus produced with a honeycomb structure wall-through type filter conventionally used as an exhaust gas purification device for diesel.
後段のフィルターとして、炭化珪素繊維不織布が壁面に形成されているフィルターを使用した以外は、実施例１と同様にして本発明の排ガスフィルターを構築した。 An exhaust gas filter of the present invention was constructed in the same manner as in Example 1 except that a filter having a silicon carbide fiber nonwoven fabric formed on the wall surface was used as the latter-stage filter.
（比較例１）
上記実施例１において使用した、前段のフィルターのみを使用して、排ガス浄化フィルターを構築した。
(Comparative Example 1)
An exhaust gas purification filter was constructed using only the front-stage filter used in Example 1 above.
（比較試験）
次に、上記実施例及び比較例の試験結果について説明する。
図３及び図４に、ＰＭ捕集効率、圧力損失の経時間変化、並びに、排ガスに含まれる粒状物質（ＰＭ）の粒子径を測定した結果を示す。データ中において、本発明１（実施例１）は、後段に、針状粒子を形成したハニカムを設けたフィルター（ＤＰＦ）を、比較例（比較例１）は、通常のウォールスルータイプのフィルター（ＤＰＦ）のみを、そして、本発明２（実施例２）は、後段に、ハニカムではなくセラミック繊維不織布のみを配したフィルター（ＤＰＦ）を、配置したものである。
(Comparative test)
Next, the test results of the above examples and comparative examples will be described.
3 and 4 show the results of measuring the PM collection efficiency, the change in pressure loss over time, and the particle size of particulate matter (PM) contained in the exhaust gas. In the data, the present invention 1 (Example 1) is a filter (DPF) provided with a honeycomb formed with needle-like particles in the subsequent stage, and the comparative example (Comparative Example 1) is a normal wall-through type filter ( In the present invention 2 (Example 2), a filter (DPF) in which only the ceramic fiber non-woven fabric is disposed instead of the honeycomb is disposed in the subsequent stage.
本発明の上記の実施例及び比較例の計３種のフィルターを、それぞれディーゼルエンジンの排気マニホールドとマフラーとを繋ぐ排気管に装着し、ディーゼルエンジンから排出される排ガス中のＰＭの浄化試験を行なった。その結果、図4に示すように、本発明の排ガス浄化フィルターは、従来のＤＰＦに比べて、短い捕集時間で高い捕集効率、及び、低い圧力損失を示した。また、本発明の排ガス浄化フィルターは、従来のＤＰＦに比べて、微粒子のＰＭが浄化できることが分かった。これは、大きな粒子の運動は慣性が主体のため、ウォールスルータイプのフィルターの気孔入り口で捕集され、気孔をすり抜けた、あるいは凝結によって生成する超微粒子は、ブラウン運動が主体のため、壁面に形成された針状結晶又は繊維で捕集されることによるものと考えられる。また、針状粒子を形成したハニカム、あるいはセラミック繊維不織布は、後段に設けることが望ましいが、前段に設けてもよいし、フィルターを3個以上に分割して、その少なくとも1個を、針状粒子を形成したハニカムとしても、超微粒子に対する捕集効果を得ることができることが分かった。 A total of three types of filters of the above-mentioned examples and comparative examples of the present invention are mounted on exhaust pipes connecting exhaust manifolds and mufflers of diesel engines, respectively, and PM purification tests in exhaust gas discharged from diesel engines are conducted. It was. As a result, as shown in FIG. 4, the exhaust gas purification filter of the present invention showed high collection efficiency and low pressure loss in a short collection time as compared with the conventional DPF. Further, it was found that the exhaust gas purification filter of the present invention can purify particulate PM as compared with a conventional DPF. This is because the movement of large particles is mainly due to inertia, so the ultrafine particles that are trapped at the entrance of the pores of the wall-through type filter and pass through the pores or that are generated by condensation are mainly Brownian motion. This is thought to be due to the trapping with the formed acicular crystals or fibers. Further, the honeycomb or the ceramic fiber nonwoven fabric in which the needle-like particles are formed is preferably provided in the subsequent stage, but may be provided in the previous stage, or the filter may be divided into three or more, and at least one of them may be needle-shaped. It has been found that even when the honeycomb is formed with particles, the trapping effect on the ultrafine particles can be obtained.
以上詳述したように、本発明は、排ガス浄化フィルター及び粒状物質の捕集方法に係るものであり、本発明により、排ガス中に含まれる微粒子のろ過による除去と、ブラウン運動を主体として流路内に漂う超微粒子の捕捉を効果よく行うことができる。本発明により、上記微粒子のろ過による除去作用と、ブラウン運動を主体として流路内に漂う超微粒子の針状物質又は繊維による捕捉作用を有する新しいタイプの排ガス浄化フィルターを提供することができる。本発明は、ディーゼルエンジン等に含まれる浮遊状粒状物質（ＳＰＭ）の人体への影響が指摘され、既に深刻な社会問題となっており、また、超微粒子の捕集も含めた対応が急がれるようになっている中で、これまで、国内外で進められてきた排ガス浄化システムの開発において主要部品となるフィルターは、気孔サイズや分布の制御を中心とした多孔セラミックスの開発が主体であったこと、同方式では低燃費化の条件である圧力損失を抑えながらの超微粒子の捕集は限界があったこと、を踏まえて開発されたものであって、特に、ディーゼルエンジンから排出される、広い粒度分布を有する粒状物質（ＰＭ）を効率的に捕集するための新しいフィルターを提供するものとして、そして、ディーゼルエンジンの燃費の低下の防止、及び排ガス中の粒状物質による健康への悪影響の排除という社会的要請に適合するものとして有用である。 As described above in detail, the present invention relates to an exhaust gas purification filter and a particulate matter collection method, and according to the present invention, the flow path mainly includes the removal of fine particles contained in the exhaust gas by filtration and the Brownian motion. Capturing ultrafine particles floating inside can be performed effectively. According to the present invention, it is possible to provide a new type exhaust gas purifying filter having a removing action by filtration of the fine particles and a trapping action by needle-like substances or fibers of ultra fine particles drifting in the flow channel mainly by Brownian motion. In the present invention, the influence of suspended particulate matter (SPM) contained in diesel engines, etc. on the human body has been pointed out and has already become a serious social problem, and countermeasures including the collection of ultrafine particles are urgently required. Until now, the main component in the development of exhaust gas purification systems that have been promoted in Japan and overseas has been mainly the development of porous ceramics with a focus on pore size and distribution control. This method was developed based on the fact that there was a limit to the collection of ultrafine particles while suppressing pressure loss, which is a condition for reducing fuel consumption. Providing a new filter for efficiently collecting particulate matter (PM) having a wide particle size distribution, and preventing reduction in fuel consumption of diesel engines, and exhaust gas It is useful as meeting the social needs of elimination of adverse health effects due to particulate material in.
１ 前段フィルター
２ 後段フィルター
３ 支持固定部材
４ 開気孔
５ 針状結晶粒子
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st stage filter 2 2nd stage filter 3 Support fixing member 4 Open pore 5 Acicular crystal particle
Claims (7)
排ガスの流れる方向に沿って、前段に、ウォールスルータイプのフィルターを配置し、後段に、排ガスと接触する壁面部分に針状物質あるいは繊維が形成されているフィルターを配置し、針状物質が、コーディエライトハニカムの薄壁より成長した針状のコーディエライト結晶であり、繊維が、炭化珪素繊維又はセラミックス繊維不織布であることを特徴とする排ガス浄化フィルター。 An exhaust gas purification filter in which a plurality of filters are arranged along the direction in which the exhaust gas flows. (1) The filter is a wall-through type filter, and a needle-like substance or fiber is formed on the wall surface portion in contact with the exhaust gas. is filtered to have a have, (2) filter wall-through type filter has a function of filtering particulate matter (PM) contained in exhaust gas, the needles or fibers is formed on the wall surface portion may have a function of trapping ultrafine particles floating in the flow path mainly of Brownian motion in the wall,
Along with the flow direction of the exhaust gas, a wall-through type filter is arranged in the front stage, and a filter in which needle-like substances or fibers are formed on the wall surface portion in contact with the exhaust gas is arranged in the rear stage. An exhaust gas purification filter, which is a needle-shaped cordierite crystal grown from a thin wall of a cordierite honeycomb, wherein the fiber is a silicon carbide fiber or a ceramic fiber nonwoven fabric.
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