JP5368959B2 - Exhaust gas treatment equipment - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排ガス処理装置に関する。更に詳しくは、装置内部を早期に暖気することが可能な排ガス処理装置に関する。 The present invention relates to an exhaust gas treatment apparatus. More specifically, the present invention relates to an exhaust gas treatment apparatus capable of warming up the inside of the apparatus at an early stage.
ディーゼルエンジン等の内燃機関、又は各種燃焼装置（以下、適宜「内燃機関等」という）から排出される排ガスにはスート（黒鉛）を主体とする粒子状物質（以下、適宜「パティキュレート・マター」、「パティキュレート」、或いは「ＰＭ」という）が多量に含まれている。このパティキュレートがそのまま大気中に放出されると環境汚染を引き起こすため、内燃機関等からの排ガス流路には、パティキュレートを捕集するためのフィルタが搭載されていることが一般的である。 Particulate matter mainly composed of soot (graphite) (hereinafter referred to as “particulate matter” as appropriate) is used as exhaust gas discharged from internal combustion engines such as diesel engines or various combustion devices (hereinafter referred to as “internal combustion engines”). , “Particulate” or “PM”). When this particulate is released into the atmosphere as it is, environmental pollution is caused. Therefore, a filter for collecting particulates is generally mounted in an exhaust gas flow path from an internal combustion engine or the like.
このような目的で使用されるフィルタとしては、例えば、多孔質の隔壁によって排ガスの流路となる複数のセルが区画形成され、これらの複数のセルのうちの所定のセルの流入側の開口端部と残余のセルの流出側の開口端部とが目封止部によって目封止されたハニカムフィルタを挙げることができる。 As a filter used for such a purpose, for example, a plurality of cells serving as exhaust gas flow paths are defined by porous partition walls, and an opening end on an inflow side of a predetermined cell among the plurality of cells. There may be mentioned a honeycomb filter in which a portion and an opening end portion on the outflow side of the remaining cells are plugged by a plugging portion.
例えば、図１１に示されるハニカムフィルタ１１０は、多数の細孔を有する多孔質セラミックスからなる隔壁１０５によって、複数のセル１０１が区画形成されたハニカム構造体１００を備え、複数のセル１０１の一方の開口端部Ｘ（上記所定のセルの流入側の開口端部）と他方の端部Ｙ（残余のセルの流出側の開口端部）とが目封止部１０７によって、互い違いに目封じされている。このようなハニカムフィルタ１１０は、一方の開口端部Ｘが開口したセル１０１ａからガスＧ１が流入すると、セル１０１ａを区画形成する隔壁１０５の表面から隔壁１０５を通過して、他方の端部Ｙが開口したセル１０１ｂからガスＧ２が流出するように構成されている。即ち、セル１０１ａに流入したガスＧ１は、隔壁１０５に形成された細孔を経由してセル１０１ｂに流出し、ハニカムフィルタ１１０の他方の端部Ｙから排出される。そして、上述したように排ガス（ガスＧ１）が隔壁を通過する際に、排ガス中のパティキュレートが隔壁に捕集され、浄化ガスが浄化される。
For example, a
また、近年、自動車の排ガス中の有害物質に対する規制は、世界的に強化される方向にあり、このような背景の下、排ガスの処理技術として、上記したハニカムフィルタ（例えば、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」ともいう）に加え、三元触媒、触媒コンバータ、ディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、尿素選択型触媒還元（尿素ＳＣＲ）、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＬＮＴ）等の開発も行われている（例えば、特許文献１〜４参照）。例えば、近時のディーゼルエンジン自動車の排ガス処理装置として、排ガスの上流側から、ＤＯＣ、触媒付ＤＰＦ、尿素ＳＣＲで構成したものを挙げることができる。
In recent years, regulations on harmful substances in exhaust gas from automobiles have been strengthened worldwide. Against this background, the above honeycomb filter (for example, diesel particulate filter ( In addition to “DPF”), three-way catalysts, catalytic converters, diesel oxidation catalysts (DOC), urea selective catalytic reduction (urea SCR), NO x storage reduction catalyst (LNT), etc. are also being developed. (For example, refer to
上記した特許文献１〜３には、上記したディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）、及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒等を、同一容器（例えば、缶体ともいう）内に直列に配置し、容器内を通過する排ガスを浄化する排ガス処理装置が開示されている。
また、引用文献４には、黒煙除去装置の外周を覆う外周空間及び黒煙除去装置の背部を覆う背部空間を形成する黒煙除去装置外側ケーシングで黒煙除去装置を囲繞するとともに、多孔性部材及び黒煙除去装置内をこの順に通った排気ガスが、前記黒煙除去装置外側ケーシング内の前記背部空間及び外周空間を通ってから、排気出口管に排出されるように構成された二重管式黒煙除去装置が開示されている。 Further, in Cited Document 4, the black smoke removal device is surrounded by a black smoke removal device outer casing that forms an outer peripheral space that covers the outer periphery of the black smoke removal device and a back space that covers the back of the black smoke removal device. The exhaust gas that has passed through the member and the black smoke removal device in this order passes through the back space and the outer peripheral space in the black smoke removal device outer casing and is then discharged to the exhaust outlet pipe. A tubular black smoke removal device is disclosed.
しかしながら、上述した特許文献１〜３に記載されたような排ガス処理装置に使用されるディーゼル酸化触媒は、このディーゼル酸化触媒を通過する燃焼排ガスによって触媒機能が良好に発現する温度まで昇温されて、排ガス中の有害成分を酸化するものであるが、上述したように、ディーゼル酸化触媒やディーゼルパティキュレートフィルタ等の排ガス浄化部材は、同一容器内に直列（即ち、直線状）に配置されているため、昇温性能は排ガスが通過するときのみであり、ディーゼル酸化触媒が特定の温度まで昇温されるのには極めて時間が掛かってしまうという問題があった。また、排気系に燃料を過剰に噴射して燃焼を過度に生じさせ、装置内の温度を強制的に上昇させることも行われているが、このような方法では、燃料消費率が悪くなり、経済性が悪化するという問題があった。
However, the diesel oxidation catalyst used in the exhaust gas treatment apparatus described in
また、特許文献４に記載された二重管式黒煙除去装置は、排ガス中の微小固形物を燃焼させるときに、ＤＰＦの内側と外側に温度差が生じ難くなるように、ガス流により、ＤＰＦを外側から加熱するものであるため、昇温機能に優れているが、温度が過剰に上昇してしまい、ＤＰＦ等にクラック等の破損が生じ易いという問題があった。 In addition, the double pipe type black smoke removal device described in Patent Document 4 has a gas flow so that a difference in temperature hardly occurs between the inside and outside of the DPF when burning the fine solids in the exhaust gas. Since the DPF is heated from the outside, the temperature raising function is excellent, but the temperature rises excessively and there is a problem that the DPF or the like is easily damaged such as cracks.
また、このような排ガス処理装置が自動車に搭載される場合は、搭載スペースの確保が大きな問題となっている。特に、Ｐ−ＮＬＴ規制（Ｐｏｓｔ Ｎｅｗ Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ：ポスト新長期規制（ＪＰ０９規制ともいう））により、上記排ガス処理装置を、エンジン直下に搭載し、浄化性能を向上させる試みがなされており、排ガス処理装置の省スペース化の要求が高まっている。 In addition, when such an exhaust gas treatment apparatus is mounted on an automobile, securing a mounting space is a big problem. In particular, according to the P-NLT regulations (Post New Long Term (also referred to as JP09 regulations)), an attempt is made to improve the purification performance by mounting the exhaust gas treatment device directly under the engine. There is an increasing demand for space-saving devices.
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、装置内部を早期に暖気することが可能な排ガス処理装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of the above-described problems of the prior art, and provides an exhaust gas treatment apparatus capable of warming up the inside of the apparatus at an early stage.
本発明により、以下の排ガス処理装置が提供される。 According to the present invention, the following exhaust gas treatment apparatus is provided.
［１］ 多孔質の隔壁によって排ガスの流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム担体に酸化触媒が担持された触媒担持ハニカム構造体と、多孔質の隔壁によって排ガスの流路となる複数のセルが区画形成され、前記複数のセルのうちの所定のセルの流入側の開口端部と残余のセルの流出側の開口端部とが目封止部によって目封止されたハニカムフィルタと、前記触媒担持ハニカム構造体及び前記ハニカムフィルタを、その内部に保持し、排ガスの通路となる缶体と、を備え、前記触媒担持ハニカム構造体が前記缶体の上流側に配置され、且つ、前記ハニカムフィルタが前記缶体の下流側に配置されてなるとともに、前記触媒担持ハニカム構造体と前記ハニカムフィルタとは、前記触媒担持ハニカム構造体の中心軸ａ１と前記ハニカムフィルタの中心軸ａ２とを含む平面において、前記中心軸ａ１と前記中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°〜１２０°となるように、前記ハニカムフィルタに対して前記触媒担持ハニカム構造体が傾いた状態で、それぞれの外周面の少なくとも一部が把持材によって覆われた状態で前記缶体内に保持されており、前記触媒担持ハニカム構造体は、排ガスが流入する流入側端面から、前記触媒担持ハニカム構造体の長手方向（中心軸ａ１方向）の長さの５０〜８０％の長さ範囲の外周面が、前記把持材によって保持され、排ガスが流出する流出側端面から、前記長手方向の長さの２０〜５０％の長さ範囲の外周面が排ガスに曝されるように構成されてなる排ガス処理装置。 [1] A catalyst-supporting honeycomb structure in which an oxidation catalyst is supported on a honeycomb carrier in which a plurality of cells serving as exhaust gas flow paths are defined by porous partition walls, and a plurality of exhaust gas flow paths defined by porous partition walls. A honeycomb filter in which a plurality of cells are partitioned and an opening end portion on an inflow side of a predetermined cell of the plurality of cells and an opening end portion on an outflow side of the remaining cells are plugged with a plugging portion; The catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter are held in the interior thereof, and a can body serving as an exhaust gas passage is provided, and the catalyst-supporting honeycomb structure is disposed on the upstream side of the can body, and The honeycomb filter is disposed on the downstream side of the can body, and the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter include a central axis a1 of the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb In a plane including the central axis a2 of the filter, the catalyst-supporting honeycomb structure is inclined with respect to the honeycomb filter so that an angle A formed by the central axis a1 and the central axis a2 is 60 ° to 120 °. In such a state, at least a part of each outer peripheral surface is held in the can in a state covered with a gripping material, and the catalyst-carrying honeycomb structure is supported by the catalyst-carrying from an inflow side end surface into which exhaust gas flows. An outer peripheral surface having a length range of 50 to 80% of the length in the longitudinal direction (center axis a1 direction) of the honeycomb structure is held by the gripping material, and the length in the longitudinal direction from the outflow side end surface from which the exhaust gas flows out. An exhaust gas treatment apparatus configured such that an outer peripheral surface having a length range of 20 to 50% is exposed to exhaust gas.
［２］ 前記触媒担持ハニカム構造体は、前記触媒担持ハニカム構造体の前記流入側端面側の外周面と、前記缶体の内面との間に、前記触媒担持ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の直径Ｄ１に対して、０．１〜０．３倍の長さに相当する隙間が設けられるように、前記缶体内に保持されている前記［１］に記載の排ガス処理装置。 [2] The catalyst-supporting honeycomb structure is perpendicular to the longitudinal direction of the catalyst-supporting honeycomb structure between the outer peripheral surface on the inflow side end face side of the catalyst-supporting honeycomb structure and the inner surface of the can body. The exhaust gas treatment apparatus according to [1], which is held in the can so as to provide a gap corresponding to a length of 0.1 to 0.3 times the diameter D1 of the cross section.
［３］ 前記触媒担持ハニカム構造体は、前記触媒担持ハニカム構造体の前記流出側端面と、前記缶体の内面との間に、前記触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１に対して、０．１５〜０．３５倍の長さに相当する隙間が設けられるように、前記缶体内に保持されている前記［１］又は［２］に記載の排ガス処理装置。 [3] The catalyst-supporting honeycomb structure has a length L1 in the longitudinal direction of the catalyst-supporting honeycomb structure between the outflow side end surface of the catalyst-supporting honeycomb structure and the inner surface of the can body. The exhaust gas treatment apparatus according to [1] or [2], which is held in the can so that a gap corresponding to a length of 0.15 to 0.35 times is provided.
［４］ 前記触媒担持ハニカム構造体は、前記触媒担持ハニカム構造体の前記流出側端面が、前記触媒担持ハニカム構造体の前記中心軸に対して傾斜するような形状に構成されたものである前記［１］〜［３］のいずれかに記載の排ガス処理装置。 [4] The catalyst-supporting honeycomb structure is configured such that the outflow side end face of the catalyst-supporting honeycomb structure is inclined with respect to the central axis of the catalyst-supporting honeycomb structure. The exhaust gas treatment apparatus according to any one of [1] to [3].
［５］ 前記触媒担持ハニカム構造体は、前記触媒担持ハニカム構造体の前記流出側端面の垂線が、前記触媒担持ハニカム構造体の中心軸よりも、前記ハニカムフィルタが配置された側に傾くような形状に構成されたものである前記［４］に記載の排ガス処理装置。 [5] In the catalyst-supporting honeycomb structure, the perpendicular to the outflow side end face of the catalyst-supporting honeycomb structure is inclined to the side where the honeycomb filter is disposed from the center axis of the catalyst-supporting honeycomb structure. The exhaust gas treatment apparatus according to [4], which is configured in a shape.
［６］ 前記触媒担持ハニカム構造体は、前記流出側端面の傾斜する部分の長手方向の長さが、前記触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１の１０〜５０％の長さに相当するものである前記［４］又は［５］に記載の排ガス処理装置。 [6] In the catalyst-supporting honeycomb structure, the length in the longitudinal direction of the inclined portion of the outflow side end face corresponds to 10 to 50% of the length L1 in the longitudinal direction of the catalyst-supporting honeycomb structure. The exhaust gas treatment apparatus according to the above [4] or [5].
［７］ 前記ハニカムフィルタは、排ガスを浄化するための触媒が担持されたものである前記［１］〜［６］のいずれかに記載の排ガス処理装置。 [7] The exhaust gas treatment apparatus according to any one of [1] to [6], wherein the honeycomb filter carries a catalyst for purifying exhaust gas.
［８］ 前記缶体は、その内壁面の少なくとも一部に、前記触媒担持ハニカム構造体の前記流出側端面から流出した排ガスの流れを調節するための突起部を有する前記［１］〜［７］のいずれかに記載の排ガス処理装置。 [8] The above [1] to [7], wherein the can body has, on at least a part of its inner wall surface, a protrusion for adjusting the flow of exhaust gas flowing out from the outflow side end surface of the catalyst supporting honeycomb structure. ] The exhaust gas treatment apparatus according to any one of the above.
本発明の排ガス処理装置は、装置内部を早期に暖気することができ、ハニカム担体に酸化触媒が担持された触媒担持ハニカム構造体をエンジンの始動から短時間で、酸化触媒が有効に触媒機能を発揮する温度まで昇温することができる。 The exhaust gas treatment apparatus of the present invention can warm up the inside of the apparatus at an early stage, and a catalyst-supporting honeycomb structure in which an oxidation catalyst is supported on a honeycomb carrier can be effectively used in a short time from the start of the engine. The temperature can be raised to the temperature at which it is exhibited.
また、本発明の排ガス処理装置は、触媒担持ハニカム構造体やハニカムフィルタ等の浄化部材が缶体内に直線状に配置された従来の排ガス処理装置と比較して、省スペース化が可能である。このため、排ガス処理装置を、エンジン直下に搭載する場合であっても、搭載スペースを良好に確保することができる。 In addition, the exhaust gas treatment device of the present invention can save space compared to a conventional exhaust gas treatment device in which purification members such as a catalyst-supporting honeycomb structure and a honeycomb filter are linearly arranged in the can. For this reason, even when the exhaust gas treatment device is mounted directly under the engine, it is possible to secure a good mounting space.
以下、本発明の排ガス処理装置を実施するための形態について具体的に説明する。但し、本発明はその発明特定事項を備える排ガス処理装置を広く包含するものであり、以下の実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, the form for implementing the exhaust gas processing apparatus of this invention is demonstrated concretely. However, the present invention broadly encompasses an exhaust gas treatment apparatus having the invention specific matters, and is not limited to the following embodiments.
［１］本発明の排ガス処理装置：
ここで、図１Ａは、本発明の排ガス処理装置の一の実施形態を模式的に示す側面図であり、図１Ｂは、図１Ａに示す排ガス処理装置を、触媒担持ハニカム構造体の流入側端面側から見た平面図である。また、図２は、図１Ａに示す排ガス処理装置の断面を模式的に示す断面図である。なお、図２において、符号Ｇにて示す矢印は、排ガスが排ガス処理装置を通過する際の、排ガスの移動方向を示している。また、図３は、本実施形態の排ガス処理装置に用いられる触媒担持ハニカム構造体を模式的に示す斜視図であり、図４は、本実施形態の排ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタを模式的に示す斜視図である。
[1] Exhaust gas treatment apparatus of the present invention:
Here, FIG. 1A is a side view schematically showing an embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention, and FIG. 1B shows the exhaust gas treatment apparatus shown in FIG. 1A in the inflow side end face of the catalyst-supporting honeycomb structure. It is the top view seen from the side. Moreover, FIG. 2 is sectional drawing which shows typically the cross section of the waste gas processing apparatus shown to FIG. 1A. In FIG. 2, an arrow indicated by a symbol G indicates a moving direction of the exhaust gas when the exhaust gas passes through the exhaust gas treatment device. FIG. 3 is a perspective view schematically showing a catalyst-supporting honeycomb structure used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment. FIG. 4 is a schematic view of the honeycomb filter used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment. It is a perspective view shown in FIG.
本実施形態の排ガス処理装置は、図３に示すように、多孔質の隔壁１１によって排ガスの流路となる複数のセル１２が区画形成されたハニカム担体１３に酸化触媒が担持された触媒担持ハニカム構造体１０（以下、「ハニカム触媒体」ということがある）と、図４に示すように、多孔質の隔壁２１によって排ガスの流路となる複数のセル２２が区画形成されたフィルタ用ハニカム構造体２３を有し、複数のセル２２のうちの所定のセル２２ａの流入側の開口端部と残余のセル２２ｂの流出側の開口端部とが目封止部２５によって目封止されたハニカムフィルタ２０と、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示すように、上記触媒担持ハニカム構造体１０及びハニカムフィルタ２０を、その内部に保持し、排ガスの通路となる缶体３０と、を備えた排ガス処理装置１Ａである。
As shown in FIG. 3, the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment is a catalyst-carrying honeycomb in which an oxidation catalyst is carried on a
そして、本実施形態の排ガス処理装置１Ａは、触媒担持ハニカム構造体１０が缶体３０の上流側３１に配置され、且つ、ハニカムフィルタ２０が缶体３０の下流側３２に配置されてなるとともに、触媒担持ハニカム構造体１０とハニカムフィルタ２０とは、触媒担持ハニカム構造体１０の中心軸ａ１とハニカムフィルタ２０の中心軸ａ２とを含む平面（即ち、図２に示す断面）において、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°〜１２０°（図１Ａ、図１Ｂ及び図２においては、なす角Ａが１２０°の場合を示している）となるように、ハニカムフィルタ２０に対して触媒担持ハニカム構造体１０が傾いた状態で、それぞれの外周面１８，２８の少なくとも一部が把持材３３によって覆われた状態で缶体３０内に保持されており、更に、触媒担持ハニカム構造体１０は、排ガスＧが流入する流入側端面１６から、触媒担持ハニカム構造体１０の長手方向（中心軸ａ１方向）の長さの５０〜８０％の長さ範囲の外周面１８ａが、把持材３３によって保持され、排ガスＧが流出する流出側端面１７から、上記長手方向の長さの２０〜５０％の長さ範囲の外周面１８ｂが排ガスに曝されるように構成されてなる排ガス処理装置１Ａである。
In the exhaust
このように、本実施形態の排ガス処理装置１Ａは、触媒担持ハニカム構造体１０とハニカムフィルタ２０とが直線状に配置されておらず、上述したように中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°〜１２０°となるように配置されているため、触媒担持ハニカム構造体１０に流入した排ガスＧは、流出側端面１７から排出された後、缶体３０の内壁面に衝突し、そのガス流が乱されることとなる。そして、触媒担持ハニカム構造体１０は、その流出側端面１７から、上記長手方向の長さの２０〜５０％の長さ範囲の外周面１８ｂが排ガスに曝されるように構成されているため、流出側端面１７から排出された排ガスＧが、触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂと缶体３０との隙間を通過し、触媒担持ハニカム構造体１０を外周面１８ｂ側から暖めることができ、排ガス処理装置１Ａ内部を、酸化触媒が活性化する温度まで早期に暖気することが可能となる。
Thus, in the exhaust
なお、本実施形態の排ガス処理装置１Ａにおいて、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７は、ハニカムフィルタ２０の流入側端面における、中心軸方向の延長上に位置するように配置されていることが好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体１０の暖気効果を高め、且つ圧力損失の過度の上昇を抑制することができる。また、このような場合には、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７側から流出した排ガスが衝突する缶体３０の壁面が、この流出側端面１７と平行になるように配置されていることが好ましい。なお、後述するように、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面が、中心軸に対して斜めに切り欠かれた構成の場合には、切り欠かれた部分が補填された柱状のハニカム構造体を想定し、その流出側の端面と平行（即ち、流入側の端面と平行）となるように、缶体の壁面が配置されていてもよい。
In the exhaust
また、本実施形態の排ガス処理装置１Ａは、触媒担持ハニカム構造体１０とハニカムフィルタ２０とが直線状に配置されておらず、６０°〜１２０°傾いた状態で配置されているため、従来の缶体の内部に一直線状に排ガス浄化部材（例えば、触媒担持ハニカム構造体やハニカムフィルタ）が配置された排ガス処理装置と比較して、装置の一方向の長さ（特に、装置の搭載スペースの制限を受け易い長手方向の長さ）を短くし、省スペース化を実現することができる。
Further, in the exhaust
なお、図１Ａ、図１Ｂ及び図２においては、触媒担持ハニカム構造体１０とハニカムフィルタ２０とが１２０°傾いた状態で配置された場合の例を示しているが、６０°〜１２０°の角度範囲内であればよく、例えば、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示す排ガス処理装置１Ｂのように、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°となるように、缶体３０の内部に、触媒担持ハニカム構造体１０とハニカムフィルタ２０とが配置されていてもよいし、例えば、図示は省略するが、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが９０°となるように、缶体の内部に、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとが配置されていてもよい。なお、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとが直線状に配置されている場合（即ち、従来の排ガス処理装置における配置の場合）には、上記した中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａは０°となる。
1A, FIG. 1B, and FIG. 2 show an example in which the catalyst-supporting
ここで、図５Ａは、本発明の排ガス処理装置の他の実施形態を模式的に示す側面図であり、図５Ｂは、図５Ａに示す排ガス処理装置を、触媒担持ハニカム構造体の流入側端面側から見た平面図である。また、図６は、図５Ａに示す排ガス処理装置の断面を模式的に示す断面図である。なお、図６に示す断面は、触媒担持ハニカム構造体１０の中心軸ａ１とハニカムフィルタ２０の中心軸ａ２とを含む平面で切断した断面である。なお、図５Ａ、図５Ｂ及び図６に示す排ガス処理装置において、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示す排ガス処理装置の各要素と同様に構成されているものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
Here, FIG. 5A is a side view schematically showing another embodiment of the exhaust gas treatment device of the present invention, and FIG. 5B shows the exhaust gas treatment device shown in FIG. 5A in the inflow side end face of the catalyst-supporting honeycomb structure. It is the top view seen from the side. Moreover, FIG. 6 is sectional drawing which shows typically the cross section of the waste gas processing apparatus shown to FIG. 5A. The cross section shown in FIG. 6 is a cross section cut along a plane including the central axis a1 of the catalyst-supporting
なお、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが１２０°を超えると、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとの流路の交差角度が急になり過ぎて、圧力損失の上昇が大きくなり過ぎてしまう。一方、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°未満では、ガス流の乱れ（不均一さ）が小さく、触媒担持ハニカム構造体の外周面側への戻りが少なくなり、暖気効果を十分に得ることができない。 If the angle A formed by the central axis a1 and the central axis a2 exceeds 120 °, the crossing angle of the flow path between the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter becomes too steep, and the pressure loss increases. It will pass. On the other hand, if the angle A formed by the central axis a1 and the central axis a2 is less than 60 °, the turbulence (nonuniformity) of the gas flow is small, the return to the outer peripheral surface side of the catalyst-supporting honeycomb structure is small, and the warming effect Can't get enough.
なお、本実施形態の排ガス処理装置においては、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとは、上記したように、中心軸ａ１と中心軸ａ２とを含む平面において、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°〜１２０°となるように構成されたものであるが、９０°〜１１０°となるように構成されたものであることが好ましい。このように構成することによって、良好な暖気効果を得ることができる。 In the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter have a center axis a1 and a center axis a2 on the plane including the center axis a1 and the center axis a2, as described above. Although the angle A formed is configured to be 60 ° to 120 °, it is preferably configured to be 90 ° to 110 °. By comprising in this way, a favorable warming-up effect can be acquired.
また、本実施形態の排ガス処理装置においては、図７に示すように、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７から、長手方向の長さＬ１の２０〜５０％の長さ範囲の外周面１８ｂが排ガスに曝されるように構成されていることも、上記暖気効果を得るために重要である。即ち、単に、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとの外周面が把持材によって完全に覆われてしまう状態では、仮に、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとが傾くように配置したとしても、把持材により担体（触媒担持ハニカム構造体）が完全に覆われているため、外周面からの暖気効果を得ることができない。よって、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面から所定の範囲が、把持材によって保持されることなく、缶体内部にて排ガスに曝されるように配置されることにより、上記暖気効果が発現するのである。ここで、図７は、図２に示す排ガス処理装置を拡大した拡大断面図である。
Further, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, as shown in FIG. 7, the outer peripheral surface in the range of 20 to 50% of the length L1 in the longitudinal direction from the outflow
なお、触媒担持ハニカム構造体の排ガスに曝されるように構成された部位の長さが、長手方向の長さの２０％未満であると、把持材による断熱効果により、外周面側からの暖気を十分に行うことができない。一方、５０％を越えてしまうと、把持材によって触媒担持ハニカム構造体を把持し評価を行う際に、振動により担体がずれてしまうことがあり触媒担持ハニカム構造体を保持することが困難となる。 If the length of the portion of the catalyst-supporting honeycomb structure that is configured to be exposed to the exhaust gas is less than 20% of the length in the longitudinal direction, warm air from the outer peripheral surface side is obtained due to the heat insulating effect of the gripping material. Can not do enough. On the other hand, if it exceeds 50%, the carrier may be displaced due to vibration when the catalyst-supporting honeycomb structure is gripped and evaluated by the gripping material, and it becomes difficult to hold the catalyst-supporting honeycomb structure. .
このように、本実施形態の排ガス処理装置においては、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面から、長手方向の長さの２０〜５０％の長さ範囲の外周面が排ガスに曝されるように（即ち、５０〜８０％の長さ範囲の外周面が把持材によって保持されるように）構成されており、長手方向の長さの５０％の長さ範囲の外周面が排ガスに曝されるように（即ち、５０％の長さ範囲の外周面が把持材によって保持されるように）構成されていることが好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体を缶体内部に良好に保持しつつ、缶体の内壁に衝突した排ガスの戻りによって、外周面側からの暖気を有効に行うことができる。 As described above, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, the outer peripheral surface having a length range of 20 to 50% of the length in the longitudinal direction is exposed to the exhaust gas from the outflow side end surface of the catalyst-supporting honeycomb structure. (That is, the outer peripheral surface having a length range of 50 to 80% is held by the gripping material), and the outer peripheral surface having a length range of 50% of the length in the longitudinal direction is exposed to the exhaust gas. (That is, the outer peripheral surface having a length range of 50% is preferably held by the gripping material). With this configuration, warm air from the outer peripheral surface side can be effectively performed by returning the exhaust gas that has collided with the inner wall of the can body while holding the catalyst-supporting honeycomb structure well inside the can body.
以下、本実施形態の排ガス処理装置の各構成要素について、更に具体的に説明する。 Hereinafter, each component of the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment will be described more specifically.
［１−１］触媒担持ハニカム構造体：
本実施形態の排ガス処理装置に用いられる触媒担持ハニカム構造体は、図１Ａ〜図３に示すように、多孔質の隔壁１１によって排ガスの流路となる複数のセル１２が区画形成されたハニカム担体１３に酸化触媒が担持されたものである。
[1-1] Catalyst-supporting honeycomb structure:
As shown in FIGS. 1A to 3, the catalyst-supporting honeycomb structure used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment has a honeycomb carrier in which a plurality of
例えば、上記したハニカム担体は、従来の排ガス処理装置のディーゼル酸化触媒（ＤＯＣ）の触媒担体として用いられるものと同様に構成されたものを用いることができる。但し、本実施形態の排ガス処理装置においては、ハニカムフィルタに対して触媒担持ハニカム構造体が傾いた状態で缶体内部に保持されるものであり、且つ、この触媒担持ハニカム構造体の流出側端面から２０〜５０％の長さ範囲においては、把持材によって保持されず、缶体の内部にて排ガスに曝されるように構成されている。 For example, the above-described honeycomb carrier may be the same as that used as a catalyst carrier of a diesel oxidation catalyst (DOC) of a conventional exhaust gas treatment device. However, in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, the catalyst-supporting honeycomb structure is held inside the can body in a state where the catalyst-supporting honeycomb structure is inclined with respect to the honeycomb filter, and the outflow side end face of the catalyst-supporting honeycomb structure In the length range from 20 to 50%, it is not held by the gripping material and is exposed to the exhaust gas inside the can body.
また、本実施形態の排ガス処理装置に用いられる触媒担持ハニカム構造体は、図８Ａ及び図８Ｂのそれぞれに示すように、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７が、触媒担持ハニカム構造体１０の中心軸ａ１に対して傾斜するような形状に構成されたものであってもよい。ここで、図８Ａ及び図８Ｂは、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す断面は、触媒担持ハニカム構造体１０の中心軸ａ１とハニカムフィルタ２０の中心軸ａ２とを含む平面で切断した断面である。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示すそれぞれの排ガス処理装置１Ｃ，１Ｄにおいて、図２に示す排ガス処理装置の各要素と同様に構成されているものについては、同一の符号を付して説明を省略する。なお、図８Ａは、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが１２０°の場合を示し、図８Ｂは、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°の場合を示している。
Further, in the catalyst-supporting honeycomb structure used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, as shown in each of FIGS. 8A and 8B, the outflow side end face 17 of the catalyst-supporting
即ち、図８Ａ及び図８Ｂにおいては、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７が、中心軸ａ１に対して斜めに切り欠かれた構成となっており、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７の垂線が、触媒担持ハニカム構造体１０の中心軸ａ１よりも、ハニカムフィルタ２０が配置された側に傾くように配置されている。このように構成することによって、ハニカムフィルタ２０の流入側の端面側に生じる圧力損失を軽減することができるとともに、触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂの一部（図８にＡ及び図８Ｂおける紙面上側）においては、ガス流れの乱れた排ガスＧによって、触媒担持ハニカム構造体１０を良好に暖気することができる。なお、図８Ａ及び図８Ｂに示す、流出側端面１７が斜めに切り欠かれた触媒担持ハニカム構造体１０は、その流出側端面１７が切り欠かれた構成となる以外は、図１Ａ〜図２に示す触媒担持ハニカム構造体１０と同様に構成されたものである。
That is, in FIGS. 8A and 8B, the outflow side end face 17 of the catalyst supporting
なお、流出側端面が斜めに切り欠かれた触媒担持ハニカム構造体は、その流出側端面の傾斜する部分の長手方向の長さが、触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１の１０〜５０％の長さに相当するものであることが好ましい。このように構成することによって、圧力損失を軽減する効果と、触媒担持ハニカム構造体を暖気する効果とをバランスよく発現させることができる。また、触媒担持ハニカム構造体を通過したガスがハニカムフィルタに流入する際に、ガスが均一に流れるため、ハニカムフィルタのスス堆積限界を向上させることが可能である。例えば、流出側端面の傾斜する部分の長手方向の長さが、触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１の５０％を超えると、触媒担持ハニカム構造体の体積が減少してしまい、触媒担持ハニカム構造体の触媒機能が十分に発揮されないことがある。 Note that, in the catalyst-supporting honeycomb structure in which the outflow side end surface is cut obliquely, the length in the longitudinal direction of the inclined portion of the outflow side end surface is 10 to 10 in length L1 in the longitudinal direction of the catalyst support honeycomb structure. It is preferable that the length corresponds to 50%. By comprising in this way, the effect which reduces a pressure loss and the effect which warms a catalyst support honeycomb structure can be expressed with sufficient balance. Moreover, since the gas flows uniformly when the gas that has passed through the catalyst-supporting honeycomb structure flows into the honeycomb filter, it is possible to improve the soot accumulation limit of the honeycomb filter. For example, if the length in the longitudinal direction of the inclined portion of the outflow side end face exceeds 50% of the length L1 in the longitudinal direction of the catalyst-supporting honeycomb structure, the volume of the catalyst-supporting honeycomb structure decreases, and the catalyst The catalytic function of the supported honeycomb structure may not be sufficiently exhibited.
触媒担持ハニカム構造体（換言すれば、ハニカム担体）の全体形状については特に制限はなく、例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図２に示されるような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。 The overall shape of the catalyst-supporting honeycomb structure (in other words, the honeycomb carrier) is not particularly limited. For example, in addition to the cylindrical shape shown in FIGS. 1A, 1B, and 2, a quadrangular prism shape, a triangular prism shape, etc. The shape can be mentioned.
また、ハニカム担体に形成されたセルの形状（セルの形成方向に対して垂直な断面におけるセル形状）としては、例えば、四角形セル、六角形セル、三角形セル等の形状を挙げることができる。但し、このような形状に限られるものではなく、公知のセルの形状を広く包含することができる。より好ましいセル形状としては、円形セル又は四角形以上の多角形セルを挙げることができる。このような円形セル又は四角形以上の多角形セルがより好ましいのは、セル断面において、セルを区画するコーナー部分の触媒の厚付きを軽減し、隔壁に触媒を担持する際の厚さを均一にできるからである。とりわけ、セル密度、開口率等を考慮すると、六角形セルが好適である。 Examples of the shape of cells formed on the honeycomb carrier (cell shape in a cross section perpendicular to the cell formation direction) include shapes such as quadrangular cells, hexagonal cells, and triangular cells. However, it is not limited to such a shape, and can widely include known cell shapes. More preferable cell shapes include a circular cell or a polygonal cell having a quadrangle or more. Such a circular cell or a polygonal cell having a quadrangle or more is more preferable because the thickness of the catalyst at the corner portion partitioning the cell is reduced and the thickness when the catalyst is supported on the partition wall is uniform in the cell cross section. Because it can. In particular, a hexagonal cell is preferable in consideration of cell density, aperture ratio, and the like.
ハニカム担体のセル密度も特に制限はないが、４７〜１４０セル／ｃｍ２（３００〜９００セル／平方インチ）の範囲であることが好ましく、４７〜９３セル／ｃｍ２（３００〜６００セル／平方インチ）の範囲であることが更に好ましい。また、隔壁の厚さは、０．０５〜０．２０ｍｍの範囲であることが好ましく、０．０６〜０．１３ｍｍの範囲であることが更に好ましい。 Although cell density of the honeycomb carrier is also not particularly limited, preferably in the range of 47 to 140 cells / cm 2 (300 to 900 cells / square inch), 47 to 93 cells / cm 2 (300 to 600 cells / square More preferably, it is in the range of inches. The partition wall thickness is preferably in the range of 0.05 to 0.20 mm, and more preferably in the range of 0.06 to 0.13 mm.
ハニカム担体の材質については特に制限はないが、セラミックを好適に用いることができ、強度、耐熱性、耐食性等の観点から、コージェライト、炭化珪素、アルミナ、ムライト、又は窒化珪素のうちのいずれかであることが好ましい。 The material of the honeycomb carrier is not particularly limited, but ceramic can be preferably used, and from the viewpoint of strength, heat resistance, corrosion resistance, etc., any one of cordierite, silicon carbide, alumina, mullite, or silicon nitride It is preferable that
隔壁の平均細孔径としては、２〜４０μｍであることが好ましい。また、隔壁の気孔率は、１０〜４０％であることが好ましく、２０〜３５％であることが更に好ましい。なお、本明細書において、「平均細孔径」、「気孔率」というときには、水銀圧入法により測定した平均細孔径、気孔率を意味するものとする。 The average pore diameter of the partition walls is preferably 2 to 40 μm. Further, the porosity of the partition walls is preferably 10 to 40%, and more preferably 20 to 35%. In the present specification, “average pore diameter” and “porosity” mean the average pore diameter and porosity measured by the mercury intrusion method.
また、ハニカム担体は、隔壁が一体的に形成された一体型のハニカム担体に限定されることはなく、例えば、図示は省略するが、多孔質の隔壁を有し、隔壁によって流体の流路となる複数のセルが区画形成された柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個組み合わされた構造を有するハニカム担体（以下、「接合型ハニカム担体」ということがある）であってもよい。 Further, the honeycomb carrier is not limited to an integral honeycomb carrier in which partition walls are integrally formed. For example, although not shown, the honeycomb carrier has porous partition walls, and the partition walls serve as fluid flow paths. A honeycomb carrier having a structure in which a plurality of columnar honeycomb segments in which a plurality of cells are formed is combined via a bonding material layer (hereinafter also referred to as a “bonded honeycomb carrier”) may be used. .
ハニカム担体に担持される酸化触媒としては、例えば、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等の貴金属を好適例として挙げることができる。なお、上記した酸化触媒の他に、他の触媒や浄化材が、更に担持されていてもよい。例えば、アルカリ金属等が更に担持されていてもよい。 Preferred examples of the oxidation catalyst supported on the honeycomb carrier include noble metals such as platinum (Pt), palladium (Pd), and rhodium (Rh). In addition to the above-described oxidation catalyst, another catalyst or a purification material may be further supported. For example, an alkali metal or the like may be further supported.
触媒の担持量については、例えば、１００〜３００ｇ／Ｌであることが好ましく、酸化触媒の場合には約１５０ｇ／Ｌであることが更に好ましい。なお、本明細書における、触媒の担持量（ｇ／Ｌ）は、ハニカム構造体単位容積（Ｌ）当たりに担持される触媒の量（ｇ）を示す。 The amount of catalyst supported is preferably, for example, 100 to 300 g / L, and more preferably about 150 g / L in the case of an oxidation catalyst. In this specification, the supported amount of catalyst (g / L) indicates the amount (g) of the catalyst supported per unit volume (L) of the honeycomb structure.
酸化触媒のハニカム担体への担持方法については特に制限はないが、例えば、ハニカム担体の隔壁に対して、触媒成分を含む触媒液をウォッシュコートした後、高温で熱処理して焼き付ける方法等が挙げられる。また、例えば、ディッピング法等の従来公知のセラミック膜形成方法を利用して、セラミックスラリーをハニカム担体の隔壁に付着させ、乾燥、焼成する方法等によって酸化触媒を担持することもできる。 The method for supporting the oxidation catalyst on the honeycomb carrier is not particularly limited, and examples thereof include a method in which a catalyst liquid containing a catalyst component is washed on the partition walls of the honeycomb carrier and then heat-treated and baked at a high temperature. . Further, for example, the oxidation catalyst can be supported by a method in which a ceramic slurry is attached to the partition walls of the honeycomb carrier, dried and fired using a conventionally known ceramic film forming method such as a dipping method.
また、図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図７に示すように、触媒担持ハニカム構造体１０は、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７側の外周面１８ｂと、缶体３０の内面との間に、触媒担持ハニカム構造体１０の長手方向に垂直な断面の直径Ｄ１に対して、０．１〜０．３倍の長さに相当する隙間Ｐ１が設けられるように、缶体３０内に保持されていることが好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７側から排出された排ガスＧが、触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂと缶体３０の内面との隙間（隙間Ｐ１）に流入し、触媒担持ハニカム構造体１０を外周面１８ｂ側から良好に暖気することができる。なお、上記隙間Ｐ１が、直径Ｄ１に対して０．１倍未満では、隙間Ｐ１が狭すぎて排ガスＧの通気が良好に行われず、圧力損失が増大してしまうことがある。一方、直径Ｄ１に対して０．３倍を超えると、隙間Ｐ１が広すぎて、流出側端面１７側から排出された直後の高温のガスが拡散してしまい、暖気効果が低下してしまうことがある。また、スペース制約がある上での設置においても好ましくない。
As shown in FIGS. 1A, 1B, 2 and 7, the catalyst-supporting
なお、上記した「触媒担持ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の直径Ｄ１」は、触媒担持ハニカム構造体の断面形状が円形の円筒状の場合には、その断面の直径であるが、例えば、触媒担持ハニカム構造体が、四角柱状の多角形形状の場合には、その断面における中心軸ａ１を通過する対角線のうち、最も長さの長い対角線を、上記「直径Ｄ１」とする。 The above-mentioned “diameter D1 of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the catalyst supporting honeycomb structure” is the diameter of the cross section when the cross sectional shape of the catalyst supporting honeycomb structure is a circular cylinder. When the catalyst-supporting honeycomb structure has a quadrangular prismatic polygonal shape, the longest diagonal line among the diagonal lines passing through the central axis a1 in the cross section is defined as the “diameter D1”.
なお、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７側の外周面１８ｂと、缶体３０の内面との隙間Ｐ１は、触媒担持ハニカム構造体１０の長手方向に垂直な断面の直径Ｄ１に対して、０．１〜０．３倍の長さに相当するものであることが好ましく、０．２倍の長さに相当するものであることが更に好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体の暖気効果を良好に発現させることができる。
The clearance P1 between the outer
また、図１Ａ、図１Ｂ、図２及び図７に示すように、触媒担持ハニカム構造体１０は、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７と、缶体３０の内面との間に、触媒担持ハニカム構造体１０の長手方向の長さＬ１に対して、０．１５〜０．３５倍の長さに相当する隙間Ｐ２が設けられるように、缶体３０内に保持されていることが好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７から排出した排ガスＧを、缶体３０の内面に衝突させて、排ガスＧを触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂ側に戻すことができる。例えば、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７と、缶体３０の内面との隙間Ｐ２が、長さＬ１に対して０．１倍未満では、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７からの排ガスの排出が十分に行われず、圧力損失が増大してしまうことがある。一方、長さＬ１に対して０．３５倍を超えると、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７の空間（即ち、隙間Ｐ２）が広すぎて、排ガスに背圧が生じず、ハニカムフィルタの流入側端面に排ガスが大量に流れてしまい、触媒担持ハニカム構造体１０の暖気効果が低下してしまうことがある。このため、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７と、缶体３０の内面との隙間Ｐ２を上記範囲として、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７から排出された排ガスＧに対して、ある程度の背圧を生じさせ、この背圧により、触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂ側に、適当な量の排出された排ガスＧを戻すことが可能となる。
Further, as shown in FIGS. 1A, 1B, 2 and 7, the catalyst-supporting
なお、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７と、缶体３０の内面との隙間Ｐ２は、触媒担持ハニカム構造体１０の長手方向の長さＬ１に対して、０．１５〜０．３５倍の長さに相当するものであることが好ましく、０．２〜０．２５倍の長さに相当するものであることが更に好ましい。このように構成することによって、触媒担持ハニカム構造体の暖気効果を良好に発現させることができる。なお、図７においては、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角Ａが１２０°の場合の例を示しているが、上述した隙間Ｐ１及び隙間Ｐ２の数値範囲は、前記なす角Ａが６０°〜１２０°の範囲で異なった場合でも有効である。
The clearance P2 between the outflow side end face 17 of the catalyst-supporting
［１−２］ハニカムフィルタ：
本実施形態の排ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタは、図１Ａ〜図２、及び図４に示すように、多孔質の隔壁２１によって排ガスの流路となる複数のセル２２が区画形成されたフィルタ用ハニカム構造体２３を有し、フィルタ用ハニカム構造体２３に形成された複数のセル２２のうちの所定のセル２２ａの流入側の開口端部と残余のセル２２ｂの流出側の開口端部とが目封止部２５によって目封止されたハニカムフィルタ２０である。このようなハニカムフィルタは、従来公知の排ガス処理装置において、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）として用いられるフィルタを好適に用いることができる。
[1-2] Honeycomb filter:
As shown in FIGS. 1A to 2 and 4, the honeycomb filter used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment is a filter in which a plurality of
このハニカムフィルタ２０は、その外周面２８の全面が、把持材３３によって保持されて缶体３０の内部に配置されている。ハニカムフィルタ２０は、流入側の開口端部が開口した上記残余のセル２２ｂから排ガスＧが流入し、多孔質の隔壁２１を通過して流出側の開口端部が開口した上記所定のセル２２ａより排ガスが排出される。そして、上述した排ガスが隔壁２１を通過する際に、排ガスＧ中のパティキュレートが隔壁２１に捕集され、排ガスが浄化される。
The entire surface of the outer
ハニカムフィルタの全体形状については特に制限はなく、例えば、図１Ａ〜図２、及び図４に示されるような円筒状の他、四角柱状、三角柱状等の形状を挙げることができる。 There is no restriction | limiting in particular about the whole shape of a honey-comb filter, For example, shapes, such as quadratic prism shape and triangular prism shape other than the cylindrical shape as shown in FIG. 1A-FIG. 2 and FIG. 4, can be mentioned.
また、ハニカムフィルタに形成されたセルの形状（セルの形成方向に対して垂直な断面におけるセル形状）としては、例えば、四角形セル、六角形セル、三角形セル等の形状を挙げることができる。但し、このような形状に限られるものではなく、公知のセルの形状を広く包含することができる。より好ましいセル形状としては、円形セル又は四角形以上の多角形セルを挙げることができる。このような円形セル又は四角形以上の多角形セルがより好ましいのは、セル断面において、セルを区画するコーナー部分の触媒の厚付きを軽減し、隔壁に触媒を担持する際の厚さを均一にできるからである。とりわけ、セル密度、開口率等を考慮すると、六角形セルが好適である。 Examples of the shape of cells formed in the honeycomb filter (cell shape in a cross section perpendicular to the cell formation direction) include shapes such as quadrangular cells, hexagonal cells, and triangular cells. However, it is not limited to such a shape, and can widely include known cell shapes. More preferable cell shapes include a circular cell or a polygonal cell having a quadrangle or more. Such a circular cell or a polygonal cell having a quadrangle or more is more preferable because the thickness of the catalyst at the corner portion partitioning the cell is reduced and the thickness when the catalyst is supported on the partition wall is uniform in the cell cross section. Because it can. In particular, a hexagonal cell is preferable in consideration of cell density, aperture ratio, and the like.
ハニカムフィルタを構成するフィルタ用ハニカム構造体のセル密度も特に制限はないが、１５〜４７セル／ｃｍ２（１００〜３００セル／平方インチ）の範囲であることが好ましく、３１〜４７セル／ｃｍ２（２００〜３００セル／平方インチ）の範囲であることが更に好ましい。また、隔壁の厚さは、０．２５〜０．６４ｍｍの範囲であることが好ましく、０．２５〜０．４３ｍｍの範囲であることが好ましい。 The cell density of the honeycomb structure for a filter constituting the honeycomb filter is not particularly limited, but is preferably in the range of 15 to 47 cells / cm 2 (100 to 300 cells / square inch), and 31 to 47 cells / cm. 2 (200 to 300 cells / square inch) is more preferable. The partition wall thickness is preferably in the range of 0.25 to 0.64 mm, and more preferably in the range of 0.25 to 0.43 mm.
フィルタ用ハニカム構造体の材質については特に制限はないが、セラミックを好適に用いることができ、強度、耐熱性、耐食性等の観点から、コージェライト、炭化珪素、アルミナ、ムライト、又は窒化珪素のうちのいずれかであることが好ましい。 There are no particular restrictions on the material of the honeycomb structure for the filter, but ceramic can be suitably used, and cordierite, silicon carbide, alumina, mullite, or silicon nitride can be used from the viewpoint of strength, heat resistance, corrosion resistance, and the like. It is preferable that it is either.
隔壁の平均細孔径としては、５〜４０μｍであることが好ましく、１０〜３０μｍであることが更に好ましい。また、隔壁の気孔率は、２０％以上であることが好ましく、４０％以上７０％以下であることが更に好ましい。 The average pore diameter of the partition walls is preferably 5 to 40 μm, and more preferably 10 to 30 μm. Further, the porosity of the partition walls is preferably 20% or more, and more preferably 40% or more and 70% or less.
また、フィルタ用ハニカム構造体は、例えば、図４に示すように、多孔質の隔壁を有し、隔壁２１によって流体の流路となる複数のセル２２が区画形成された柱状のハニカムセグメント２４が、接合材層２９を介して複数個組み合わされた構造を有するハニカム構造体（以下、「接合型ハニカム構造体」ということがある）であってもよいし、図９に示すように、隔壁２１が一体的に形成された一体型のハニカム構造体であってもよい。ここで、図９は、本実施形態の排ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタの他の例を模式的に示す斜視図である。なお、図９に示すハニカムフィルタにおいて、図４に示すハニカムフィルタの各要素と同様に構成されているものについては、同一の符号を付して説明を省略する。
Further, as shown in FIG. 4, for example, the filter honeycomb structure has a porous partition wall, and a
セルの開口部を目封止するように配置された目封止部は、公知のハニカムフィルタにおいて用いられる目封止部と同様に構成されたものを用いることができる。例えば、目封止部は、フィルタ用ハニカム構造体と同様の材質のものを用いて形成されたものであってもよいし、異なる材質のものを用いて形成されたものであってもよい。 As the plugging portions arranged so as to plug the opening portions of the cells, those configured in the same manner as the plugging portions used in known honeycomb filters can be used. For example, the plugged portion may be formed using the same material as the filter honeycomb structure, or may be formed using a different material.
なお、目封止部を形成するための目封止材は、セラミック原料、界面活性剤、水、焼結助剤等を混合して、必要に応じて気孔率を高めるために造孔材を添加してスラリー状にし、その後、ミキサー等を使用して混練することにより得ることができる。 In addition, the plugging material for forming the plugged portion is made of a pore former in order to increase the porosity as necessary by mixing ceramic raw material, surfactant, water, sintering aid and the like. It can be obtained by adding to form a slurry and then kneading using a mixer or the like.
フィルタ用ハニカム構造体のセルの開口端部を目封止して目封止部を形成する方法としては、まず、例えば、従来公知の製造方法によって作製したフィルタ用ハニカム構造体の一方の端面（ハニカム構造体の一方の端面）において、一部のセルの開口部にマスクをし、その端面を、目封止材を形成するための上記目封止材が貯留された貯留容器中に浸漬して、マスクをしていないセルに目封止材を挿入し、目封止部を形成する。 As a method of plugging the open end of the cell of the filter honeycomb structure to form a plugged portion, first, for example, one end face of the filter honeycomb structure manufactured by a conventionally known manufacturing method ( On one end face of the honeycomb structure), the openings of some cells are masked, and the end face is immersed in a storage container in which the plugging material for forming the plugging material is stored. Then, a plugging material is inserted into a cell that is not masked to form a plugged portion.
その後、フィルタ用ハニカム構造体の他方の端面において、上記一方の端面においてマスクをしなかったセル（上記一部のセル以外のセル）の開口部にマスクをし、その端面を、上記目封止材が貯留された貯留容器中に浸漬して、マスクをしていないセルに目封止材を挿入し、目封止部を形成する。 Thereafter, on the other end face of the filter honeycomb structure, a mask is applied to an opening of a cell (a cell other than the part of the cells) that is not masked on the one end face, and the end face is plugged. It is immersed in a storage container in which the material is stored, and a plugging material is inserted into a cell that is not masked to form a plugged portion.
セルの開口部をマスクする方法について特に制限はないが、例えば、フィルタ用ハニカム構造体の端面全体に粘着性フィルムを貼着し、その粘着性フィルムを部分的に穴開けする方法等を挙げることができる。例えば、フィルタ用ハニカム構造体の端面全体に粘着性フィルムを貼着した後に、目封止部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザにより穴を開ける方法等を好適例として挙げることができる。粘着性フィルムとしては、ポリエステル、ポリエチレン、熱硬化性樹脂等の樹脂からなるフィルムの一方の表面に粘着剤が塗布されたもの等を好適に用いることができる。 The method for masking the opening of the cell is not particularly limited, and examples include a method in which an adhesive film is attached to the entire end face of the filter honeycomb structure, and the adhesive film is partially punched. Can do. For example, after attaching an adhesive film to the entire end face of the honeycomb structure for a filter, a method in which only a portion corresponding to a cell in which a plugging portion is to be formed is formed with a laser can be cited as a preferred example. As an adhesive film, what applied the adhesive to one surface of the film which consists of resin, such as polyester, polyethylene, a thermosetting resin, etc. can be used conveniently.
次に、目封止されたフィルタ用ハニカム構造体を、例えば、４０〜２５０℃で、２分〜２時間かけて乾燥させることによって目封止部を形成することができる。 Next, a plugged portion can be formed by drying the plugged honeycomb structure for a filter, for example, at 40 to 250 ° C. for 2 minutes to 2 hours.
なお、セルの開口部を封止する目封止部は、一のセルと、この一のセルに隔壁を隔てて隣接するセルとが、一方の開口端部と他方の開口端部とで交互に目封止されるように配置されたものであってもよいし（例えば、図４参照）、例えば、図示は省略するが、目封止されているセルが複数集合するように、上記一のセルと他のセルとが偏在するように構成されていてもよい。 Note that the plugging portion that seals the opening of the cell has one cell and a cell adjacent to the one cell with a partition wall alternately between one opening end and the other opening end. (For example, see FIG. 4). For example, although not shown, the above-mentioned one is set so that a plurality of plugged cells are gathered. These cells and other cells may be unevenly distributed.
また、本実施形態の排ガス処理装置に用いられるハニカムフィルタは、例えば、排ガス（排ガス中の有害成分）を浄化するための触媒が担持されたものであってもよい。触媒の種類については、例えば、酸化触媒、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（ＮＳＣ）、ＮＯｘ選択還元触媒（ＳＣＲ）等の公知の排ガス浄化用のフィルタに担持される触媒を挙げることができる。上述した触媒は、例えば、排ガス処理装置の要求特性に合わせて適宜選択して使用することができる。 In addition, the honeycomb filter used in the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment may be one on which a catalyst for purifying exhaust gas (a harmful component in the exhaust gas) is supported, for example. Examples of the type of catalyst include a catalyst supported on a known exhaust gas purification filter such as an oxidation catalyst, a NO x storage reduction catalyst (NSC), and a NO x selective reduction catalyst (SCR). The catalyst described above can be appropriately selected and used according to the required characteristics of the exhaust gas treatment apparatus, for example.
［１−３］缶体：
本実施形態の排ガス処理装置は、排ガス浄化部材としての、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとが、金属製の缶体の内部に、それぞれの外周面の少なくとも一部が把持材によって覆われた状態で保持されている。
[1-3] Can body:
In the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter as the exhaust gas purification member are covered inside a metal can body, and at least a part of each outer peripheral surface is covered with a gripping material. Held in a state.
そして、この缶体は、これまでに説明したようにハニカムフィルタと触媒担持ハニカム構造体との中心軸が傾いた状態で配置されるように、缶体を構成する流路が、例えば、くの字状に折れ曲がった形状に構成されている。 Then, as described above, this can body is arranged so that the flow path that constitutes the can body is, for example, Kusunoki so that the central axis of the honeycomb filter and the catalyst-supporting honeycomb structure is inclined. It is configured to be bent in a letter shape.
缶体は、例えば、ステンレスによって構成されたものであることが好ましく、特に、クロム系、クロム・ニッケル系ステンレスによって構成されたものを好適に用いることができる。 The can body is preferably made of, for example, stainless steel, and in particular, those made of chromium-based or chromium-nickel-based stainless steel can be suitably used.
また、触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとを把持するための把持材は、例えば、セラミック繊維製マットを用いることができる。上記したセラミック繊維製マットは、その入手や加工が容易であるとともに、十分な耐熱性及びクッション性を有するためである。セラミック繊維製マットとしては、バーミュキュライトを実質上含まない無膨張性マット、又は少量のバーミュキュライトを含む低膨張性マット等であり、アルミナ、高アルミナ、ムライト、炭化珪素、窒化珪素、ジルコニア、チタニア又はこれらの複合物からなるセラミック繊維を主成分とするものが好ましく、中でもバーミュキュライトを実質上含まずアルミナ又はムライトを主成分とする無膨張性マットが更に好ましい。 For example, a ceramic fiber mat can be used as a holding material for holding the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter. This is because the ceramic fiber mat described above is easy to obtain and process, and has sufficient heat resistance and cushioning properties. The ceramic fiber mat is a non-intumescent mat that is substantially free of vermiculite or a low-expansion mat that contains a small amount of vermiculite, and the like. Alumina, high alumina, mullite, silicon carbide, silicon nitride , Zirconia, titania, or a ceramic fiber composed of a composite thereof is preferred, and among them, non-intumescent mats that are substantially free of vermiculite and mainly contain alumina or mullite are more preferred.
触媒担持ハニカム構造体を缶体の内部に保持する方法としては、触媒担持ハニカム構造体の流入側端面よりの外周面を把持材によって覆い、缶体の内部の所定位置に配置した後、触媒担持ハニカム構造体の流入側端部と缶体の内面とを溶接（Ｗｅｌｄｉｎｇ）する方法を挙げることができる。より具体的には、溶接部は触媒担持ハニカム構造体の流入側端部の外径部分の一箇所だけであり、それ以外の部分は把持材の面圧により担体を保持している。 As a method of holding the catalyst-supporting honeycomb structure inside the can body, the outer peripheral surface from the inflow side end surface of the catalyst-supporting honeycomb structure body is covered with a gripping material, arranged at a predetermined position inside the can body, and then the catalyst support A method of welding the inflow side end portion of the honeycomb structure and the inner surface of the can body can be mentioned. More specifically, the welded portion is only one portion of the outer diameter portion of the inflow side end portion of the catalyst-supporting honeycomb structure, and the other portions hold the carrier by the surface pressure of the gripping material.
また、例えば、図１０に示すように、本実施形態の排ガス処理装置１Ｅに用いられる缶体３０ａは、その内壁面の少なくとも一部に、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７から流出した排ガスの流れを調節するための突起部３４を有するものであってもよい。この突起部３４は、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７から流出した排ガスを誘導して、触媒担持ハニカム構造体１０を排ガスによって良好に暖めるためのものであり、突起部３４の表面形状に沿って、排ガスを触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂ側（即ち、缶体３０ａと触媒担持ハニカム構造体１０の外周面１８ｂとの隙間）に戻すことができるような形状に構成されていることが好ましい。
For example, as shown in FIG. 10, the
なお、図１０においては、缶体３０ａの内壁面の、触媒担持ハニカム構造体１０の流出側端面１７の中央部分に対向する位置に、その先端が上記流出側端面１７を向き、末端（根元側）が広がった形状の突起部３４を有する場合の例について示しているが、突起部の形状については、排ガスに偏流を起こさせて、ガス流れを変更させるようなものであればよく、例えば、排ガスの流れ方向に対して、所定の角度傾いた状態で配置された板状の偏流板等も、上記突起部の一つの形態として挙げることができる。ここで、図１０は、本発明の排ガス処理装置の更に他の実施形態を模式的に示す断面図である。
In FIG. 10, the tip of the inner wall surface of the
以下、本発明を実施例により具 体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。実施例における各種の評価、測定は、下記方法により実施した。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be specifically described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. Various evaluations and measurements in the examples were carried out by the following methods.
［１］触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとのなす角度（°）：
触媒担持ハニカム構造体（ハニカム触媒体ともいう）とハニカムフィルタとを缶体の内部に保持した状態における、触媒担持ハニカム構造体の中心軸ａ１とハニカムフィルタの中心軸ａ２とを含む平面において、中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角を、「触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとのなす角度」とした。なお、表１においては、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタとのなす角度」と記載している。
[1] Angle (°) formed by the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter:
In a state including the center axis a1 of the catalyst supporting honeycomb structure and the center axis a2 of the honeycomb filter in a state where the catalyst supporting honeycomb structure (also referred to as a honeycomb catalyst body) and the honeycomb filter are held inside the can body, The angle formed by the axis a1 and the central axis a2 was defined as “the angle formed by the catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter”. In Table 1, “angle formed by the honeycomb catalyst body and the honeycomb filter” is described.
［２］触媒担持ハニカム構造体の体積（Ｌ）：
触媒担持ハニカム構造体の細孔部分を含めた体積を、「触媒担持ハニカム構造体の体積」とした。なお、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面が斜めに切り欠かれたものについは、切り欠かれた部分を除いた触媒担持ハニカム構造体の体積である。なお、表１においては、「ハニカム触媒体の体積」と記載している。
[2] Volume (L) of catalyst-supporting honeycomb structure:
The volume including the pores of the catalyst-supporting honeycomb structure was defined as “volume of the catalyst-supporting honeycomb structure”. In addition, the thing in which the outflow side end surface of the catalyst supporting honeycomb structure is cut obliquely is the volume of the catalyst supporting honeycomb structure excluding the notched portion. In Table 1, “volume of honeycomb catalyst body” is described.
［３］触媒担持ハニカム構造体における把持材の割合（％）：
触媒担持ハニカム構造体の長手方向（中心軸ａ１方向）の長さＬ１に対する、流入側端面から把持材によって覆われた部分の長さＬ２の割合（Ｌ２／Ｌ１×１００）を、「触媒担持ハニカム構造体における把持材の割合（％）」とした。なお、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面が斜めに切り欠かれたものについは、触媒担持ハニカム構造体の流入側端面から流出側端面までの全長を、長手方向の長さとした。なお、表１においては、「ハニカム触媒体における把持材の割合」と記載している。
[3] Ratio of gripping material in catalyst-supporting honeycomb structure (%):
The ratio (L2 / L1 × 100) of the length L2 of the portion covered by the gripping material from the inflow side end face to the length L1 in the longitudinal direction (center axis a1 direction) of the catalyst supporting honeycomb structure is expressed as “catalyst supporting honeycomb”. The ratio (%) of the gripping material in the structure ”. In the case where the outflow side end surface of the catalyst-supporting honeycomb structure is cut obliquely, the total length from the inflow side end surface to the outflow side end surface of the catalyst support honeycomb structure is defined as the length in the longitudinal direction. In Table 1, “the ratio of the gripping material in the honeycomb catalyst body” is described.
［４］触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合：
触媒担持ハニカム構造体を缶体の内部に保持した状態における、触媒担持ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の直径Ｄ１に対する、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面側の外周面と、缶体の内面との隙間Ｐ１との割合（Ｐ１／Ｄ１）を、「触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合」とした。なお、表１においては、「ハニカム触媒体の直径と隙間との割合」と記載している。
[4] Ratio between the diameter and the gap of the catalyst-supporting honeycomb structure:
The outer peripheral surface on the outflow side end face side of the catalyst supporting honeycomb structure with respect to the diameter D1 of the cross section perpendicular to the longitudinal direction of the catalyst supporting honeycomb structure in the state where the catalyst supporting honeycomb structure is held inside the can body, and the can body The ratio (P1 / D1) of the gap P1 with the inner surface of the catalyst was defined as “the ratio of the diameter of the catalyst-supporting honeycomb structure to the gap”. In Table 1, “the ratio between the diameter of the honeycomb catalyst body and the gap” is described.
［５］触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合：
触媒担持ハニカム構造体を缶体の内部に保持した状態における、触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１に対する、触媒担持ハニカム構造体の流出側端面側と、缶体の内面との隙間Ｐ２との割合（Ｐ２／Ｌ１）を、「触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合」とした。なお、表１においては、「ハニカム触媒体の長さと隙間との割合」と記載している。
[5] Ratio of length and gap of catalyst-supporting honeycomb structure:
The gap P2 between the outflow side end face side of the catalyst supporting honeycomb structure and the inner surface of the can body with respect to the length L1 in the longitudinal direction of the catalyst supporting honeycomb structure in a state where the catalyst supporting honeycomb structure is held inside the can body (P2 / L1) was defined as “the ratio between the length of the catalyst-supporting honeycomb structure and the gap”. In Table 1, “the ratio between the length of the honeycomb catalyst body and the gap” is described.
［６］触媒担持ハニカム構造体の流出側端面の切り欠きの割合（％）：
触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さＬ１に対する、流出側端面の切り欠き部分の長さＬ４の割合（Ｌ４／Ｌ１×１００）を、「触媒担持ハニカム構造体の流出側端面の切り欠きの割合」とした。なお、表１においては、「ハニカム触媒体の流出側端面の切り欠きの割合」と記載している。
[6] Ratio of notch on outflow side end face of catalyst-supporting honeycomb structure (%):
The ratio (L4 / L1 × 100) of the length L4 of the cutout portion of the outflow side end face to the length L1 in the longitudinal direction of the catalyst support honeycomb structure is expressed as “the cutout of the outflow side end face of the catalyst support honeycomb structure. "Rate". In Table 1, “the ratio of notches on the outflow side end face of the honeycomb catalyst body” is described.
［７］缶体内への設置評価：
触媒担持ハニカム構造体を、セラミック繊維性のマットにより、ステンレス製の缶体に把持した後、熱振動試験を実施し、缶体に対する担体の全長方向のズレの大きさにより設置の可否を以下の基準で評価した。振動試験の振動条件は、加速度３０Ｇ、振動数１００Ｈｚとし、振動時間を１００時間とした。
○：触媒担持ハニカム構造体の全長方向へのズレが１ｍｍ以内である。
×：触媒担持ハニカム構造体の全長方向へのズレが１ｍｍを超える。
[7] Evaluation of installation in the can:
After holding the catalyst-supporting honeycomb structure on a stainless steel can body using a ceramic fiber mat, a thermal vibration test was performed, and whether or not the catalyst support honeycomb structure can be installed is determined by the size of the carrier in the full length direction relative to the can body. Evaluated by criteria. The vibration conditions of the vibration test were an acceleration of 30 G, a vibration frequency of 100 Hz, and a vibration time of 100 hours.
A: The displacement in the full length direction of the catalyst-supporting honeycomb structure is within 1 mm.
X: The displacement in the full length direction of the catalyst-supporting honeycomb structure exceeds 1 mm.
［８］暖気特性：
装置内部の温度が室温（２５℃）に設定された排ガス処理装置に、１Ｎｍ３／ｍｉｎ、６００℃で排ガスを通気し、触媒担持ハニカム構造体の中心部分の温度が、５００℃に昇温されるまでの時間（秒）を測定した。また、この暖気特性の評価として、３２秒以下の場合を非常に良好（◎）、３２秒を超え３８秒以下の場合をより良好（○）、３８秒を超え４４秒以下の場合を良好（△）、４４秒を超え４９秒以下の場合を向上効果なし（×）とした。
[8] Warm-up characteristics:
The exhaust gas is aerated at 1 Nm 3 / min and 600 ° C. through the exhaust gas treatment device whose internal temperature is set to room temperature (25 ° C.), and the temperature of the central part of the catalyst-supporting honeycomb structure is increased to 500 ° C. The time (seconds) until the time was measured. In addition, as an evaluation of this warm-up characteristic, the case where it is 32 seconds or less is very good (、), the case where it exceeds 32 seconds and 38 seconds or less is better (O), and the case where it exceeds 38 seconds and 44 seconds or less is good ( (Triangle | delta), and the case where it exceeded 44 second and it was 49 second or less was set as the improvement effect (x).
［９］ＰＭ堆積限界量（ｇ／Ｌ）：
排ガス処理装置のハニカムフィルタに、ＰＭ（煤）を堆積させ、フィルタの再生時におけるＰＭの堆積量（ｇ／Ｌ）を、そのフィルタのＰＭ堆積限界量（ｇ／Ｌ）とした。なお、測定においては、６気筒６Ｌディーゼルエンジンを用い、フィルタの再生方式は、ポストインジェクションとし、再生条件は、６００℃再生からアイドル回転を落としていくものとした。また、このＰＭ堆積限界量の評価として、５．９ｇ／Ｌを超える場合をより良好（○）、５．６〜５．９ｇ／Ｌの場合を良好（△）、５．６ｇ／Ｌ未満の場合を限界量減少（×）とした。
[9] PM deposition limit (g / L):
PM (soot) was deposited on the honeycomb filter of the exhaust gas treatment apparatus, and the PM deposition amount (g / L) when the filter was regenerated was defined as the PM deposition limit amount (g / L) of the filter. In the measurement, a 6-cylinder 6L diesel engine was used, the filter regeneration system was post-injection, and the regeneration condition was that the idle rotation was reduced from 600 ° C. regeneration. Further, as the evaluation of the PM deposition limit amount, the case where it exceeds 5.9 g / L is better (◯), the case where it is 5.6 to 5.9 g / L is better (Δ), and the case where it is less than 5.6 g / L. The case was defined as a limit amount reduction (×).
［１０］圧力損失：
排ガス処理装置の圧力損失の大きさを、排ガス処理装置として使用可能な圧力損失の場合を（○）、やや圧力損失が大きいが使用可能な場合を（△）、排ガス処理装置として使用が困難な場合を（×）として評価を行った。
[10] Pressure loss:
It is difficult to use the exhaust gas treatment device as the exhaust gas treatment device when the pressure loss that can be used as the exhaust gas treatment device is (◯), or when the pressure loss is slightly large but usable (△). The case was evaluated as (x).
［１１］総合評価：
総合評価として、暖気特性（秒）及び暖気特性の評価結果と、排ガス処理装置の圧力損失の大きさ、及びハニカム触媒体の触媒性能（特に、ハニカム触媒体の体積に依存する触媒性能）を考慮して、非常に良好（◎）、良好（○）、やや良好（△）、不良（×）の四段階で評価した。なお、上述した暖気特性及び圧力損失の評価において、一つでも「×」がある場合は、総合評価を不可（×）とし、それ以外の場合は、各評価結果を考慮（即ち、各評価における◎，○，△の割合を考慮）して、非常に良好（◎）、良好（○）、及びやや良好（△）の評価を行った。具体的には、やや良好（△）の結果が二つ以上ある場合は、総合評価をやや良好（△）とし、非常に良好（◎）と良好（○）が二つの組み合わせの場合は、総合評価を非常に良好（◎）とし、それ以外の場合は、総合評価を、良好（○）とした。
[11] Overall evaluation:
As a comprehensive evaluation, consider the evaluation results of warm-up characteristics (seconds) and warm-up characteristics, the pressure loss of the exhaust gas treatment device, and the catalyst performance of the honeycomb catalyst body (particularly, the catalyst performance depending on the volume of the honeycomb catalyst body) Then, the evaluation was made in four stages: very good (）), good (◯), slightly good (Δ), and poor (x). In the above-described evaluation of warm-up characteristics and pressure loss, if there is at least one “×”, the comprehensive evaluation is not possible (×), and otherwise, each evaluation result is considered (that is, in each evaluation) The evaluation of very good (◎), good (○), and slightly good (△) was performed in consideration of the ratio of ◎, ○, and △. Specifically, if there are two or more good (△) results, the overall evaluation is slightly good (△), and if very good (◎) and good (○) are two combinations, The evaluation was very good (◎). In other cases, the overall evaluation was good (○).
（実施例１）
触媒担持ハニカム構造体のハニカム担体は、原料として、タルク、カオリン、アルミナ、水、バインダーを用い、この原料を混練して得られた坏土を押出成形し、得られた成形体を焼成することによって、コージェライト質ハニカム担体を作製した。
Example 1
The honeycomb carrier of the catalyst-supporting honeycomb structure uses talc, kaolin, alumina, water, and a binder as raw materials, extrudes the kneaded material obtained by kneading the raw materials, and fires the obtained molded body Thus, a cordierite honeycomb carrier was produced.
このハニカム担体は、直径１１８ｍｍ×１００ｍｍの円柱状で、隔壁厚さが０．１ｍｍ、セル密度が６２セル／ｃｍ２である。 This honeycomb carrier has a cylindrical shape with a diameter of 118 mm × 100 mm, a partition wall thickness of 0.1 mm, and a cell density of 62 cells / cm 2 .
このハニカム担体に、白金（Ｐｔ）を含む触媒液に含浸させ、乾燥させて触媒体とした。酸化触媒の担持量は、１５０ｇ／Ｌである。 The honeycomb carrier was impregnated with a catalyst solution containing platinum (Pt) and dried to obtain a catalyst body. The amount of the oxidation catalyst supported is 150 g / L.
また、ハニカムフィルタを構成するフィルタ用ハニカム構造体は、原料として、ＳｉＣ粉８０質量％及び金属Ｓｉ粉２０質量％の混合粉末を使用し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルメチルセルロース、界面活性剤及び水を添加して、可塑性の坏土を作製し、得られた坏土を押出成形機にて押出成形してハニカム成形体を作製した。次に、マイクロ波及び熱風で乾燥させた後、酸化雰囲気において５５０℃で３時間、脱脂のための仮焼をした。更に、Ａｒ不活性雰囲気で１７００℃の焼成温度にて２時間焼成してフィルタ用ハニカム構造体を作製した。 Moreover, the filter honeycomb structure constituting the honeycomb filter uses, as a raw material, a mixed powder of 80% by mass of SiC powder and 20% by mass of metal Si powder, and methyl cellulose, hydroxypropoxyl methyl cellulose, a surfactant and water. Was added to produce a plastic clay, and the obtained clay was extruded with an extruder to produce a honeycomb formed body. Next, after drying with microwaves and hot air, calcination was performed for degreasing at 550 ° C. for 3 hours in an oxidizing atmosphere. Further, a honeycomb structure for a filter was manufactured by firing at a firing temperature of 1700 ° C. for 2 hours in an Ar inert atmosphere.
このフィルタ用ハニカム構造体は、直径１４３．８ｍｍ×１５２．４ｍｍの円柱状で、隔壁厚さが０．３０ｍｍ、セル密度が４７セル／ｃｍ２である。 This filter honeycomb structure has a cylindrical shape with a diameter of 143.8 mm × 152.4 mm, a partition wall thickness of 0.30 mm, and a cell density of 47 cells / cm 2 .
このようにして得られたフィルタ用ハニカム構造体のセルの開口部を、流入側の開口端部と流出側の開口端部とで交互に目封止を行い、ハニカムフィルタを作製した。目封止部を形成する材料としては、ハニカムフィルタの隔壁を構成する材料と同じものを用いた。 The cell openings of the filter honeycomb structure thus obtained were plugged alternately at the inflow side opening end and the outflow side opening end to produce a honeycomb filter. As a material for forming the plugged portion, the same material as that constituting the partition walls of the honeycomb filter was used.
以上のようにして形成された触媒担持ハニカム構造体とハニカムフィルタとを、クロム系ステンレス製の缶体の内部に、表１に示すような構成となるように、セラミック繊維製の把持材を用いて配置して、排ガス浄化装置を作製した。得られた排ガス処理装置について、上記した缶体内への設置評価、暖気特性、ＰＭ堆積限界量、及び総合評価の評価を行った。評価結果を表１に示す。 The catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter formed as described above are used in a chromium-based stainless steel can body so that the structure shown in Table 1 is used, and a ceramic fiber gripping material is used. The exhaust gas purification device was manufactured. About the obtained exhaust gas processing apparatus, installation evaluation in the above-mentioned can body, warm air characteristics, PM deposition limit amount, and comprehensive evaluation were performed. The evaluation results are shown in Table 1.
（実施例２〜３７）
触媒担持ハニカム構造体を、表１に示すように缶体の内部に設置したこと以外は、実施例１と同様に構成された排ガス処理装置を作製した。得られた排ガス処理装置について、上記した缶体内への設置評価、暖気特性、ＰＭ堆積限界量、及び総合評価の評価を行った。評価結果を表１に示す。
(Examples 2 to 37)
Exhaust gas treatment equipment configured in the same manner as in Example 1 was prepared except that the catalyst-supporting honeycomb structure was installed inside the can as shown in Table 1. About the obtained exhaust gas processing apparatus, installation evaluation in the above-mentioned can body, warm air characteristics, PM deposition limit amount, and comprehensive evaluation were performed. The evaluation results are shown in Table 1.
（比較例１〜６）
触媒担持ハニカム構造体を、表１に示すように缶体の内部に設置したこと以外は、実施例１と同様に構成された排ガス処理装置を作製した。得られた排ガス処理装置について、上記した缶体内への設置評価、暖気特性、ＰＭ堆積限界量、及び総合評価の評価を行った。評価結果を表１に示す。
(Comparative Examples 1-6)
Exhaust gas treatment equipment configured in the same manner as in Example 1 was prepared except that the catalyst-supporting honeycomb structure was installed inside the can as shown in Table 1. About the obtained exhaust gas processing apparatus, installation evaluation in the above-mentioned can body, warm air characteristics, PM deposition limit amount, and comprehensive evaluation were performed. The evaluation results are shown in Table 1.
（結果）
実施例１〜３７の排ガス処理装置は、共に良好（総合評価における△〜◎）な結果を得ることができた。比較例１の排ガス処理装置は、触媒担持ハニカム構造体（ハニカム触媒体）とハニカムフィルタとを直列（即ち、なす角が０°）となるように配置されたものであり、装置がガスの流れ方向に長くなり、設置スペースの確保が困難なものであった。
(result)
Both the exhaust gas treatment apparatuses of Examples 1 to 37 were able to obtain good results (Δ to ◎ in comprehensive evaluation). In the exhaust gas treatment apparatus of Comparative Example 1, the catalyst-supporting honeycomb structure (honeycomb catalyst body) and the honeycomb filter are arranged in series (that is, the angle formed is 0 °). Longer in the direction, it was difficult to secure the installation space.
また、比較例１〜３の排気ガス処理装置は、触媒担持ハニカム構造体における把持材の割合が高いため、暖気特性が極めて悪いものであった。また、比較例４の排気ガス処理装置は、触媒担持ハニカム構造体における把持材の割合が低すぎて、触媒担持ハニカム構造体を把持し評価を行う際に、振動により担体がずれてしまいハニカム構造体を保持することが困難で、各評価を行うことができなかった。 In addition, the exhaust gas treatment apparatuses of Comparative Examples 1 to 3 had extremely poor warm-up characteristics because the ratio of the gripping material in the catalyst-supporting honeycomb structure was high. Further, in the exhaust gas treatment device of Comparative Example 4, the ratio of the holding material in the catalyst-supporting honeycomb structure is too low, and the carrier is displaced due to vibration when the catalyst-supporting honeycomb structure is held and evaluated. It was difficult to hold the body, and each evaluation could not be performed.
また、実施例９及び１０においては、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタとのなす角度」が１２０°に近づくにつれて圧力損失が大きくなっており、比較例６のように、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタとのなす角度」が１２０°を超える（比較例６は１３０°）と、圧力損失が大きくなり過ぎて、装置として使用が困難となる。一方、実施例５及び６においては、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタとのなす角度」が６０°に近づくにつれて暖気特性が低くなっており、比較例５のように、「ハニカム触媒体とハニカムフィルタとのなす角度」が６０°未満（比較例５は５０°）であると、十分な暖気効果を得ることができなかった。 In Examples 9 and 10, the pressure loss increases as the “angle formed by the honeycomb catalyst body and the honeycomb filter” approaches 120 °. As in Comparative Example 6, “Honeycomb catalyst body and honeycomb filter” If the angle formed by the angle exceeds 120 ° (comparative example 6 is 130 °), the pressure loss becomes too large, making it difficult to use as an apparatus. On the other hand, in Examples 5 and 6, the warm-up characteristic becomes lower as the “angle formed by the honeycomb catalyst body and the honeycomb filter” approaches 60 °. As in Comparative Example 5, “Honeycomb catalyst body and honeycomb filter” When the “angle formed by” is less than 60 ° (50 ° in Comparative Example 5), a sufficient warming effect could not be obtained.
なお、実施例１５、２０及び２５においては、流出側端面の切り欠きの割合が５０％と大きかったため、触媒性能の若干の低下が見られたため、総合評価において良好（○）の結果とした。 In Examples 15, 20 and 25, since the ratio of notches on the outflow side end face was as large as 50%, a slight decrease in the catalyst performance was observed.
また、実施例３０は、触媒担持ハニカム構造体と缶体との隙間が比較的に大きくなるため（即ち、触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合が０．３であるため）に、暖気特性がやや低下していた。更に、触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合が０．３５となる実施例３１は、更に暖気特性が低下していたため、総合評価をやや良好（△）とした。 In Example 30, the gap between the catalyst-supporting honeycomb structure and the can body is relatively large (that is, the ratio between the diameter of the catalyst-supporting honeycomb structure and the gap is 0.3). Warm-up characteristics were slightly degraded. Further, in Example 31 in which the ratio between the diameter and the gap of the catalyst-supporting honeycomb structure was 0.35, the warm-up characteristic was further lowered, so the overall evaluation was slightly good (Δ).
一方、触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合が０．０５となる実施例２６は、圧力損失がやや低下し、更に、上記隙間が狭く、暖気特性も若干低下していたため、総合評価をやや良好（△）とした。即ち、実施例２６〜３１の評価結果により、触媒担持ハニカム構造体の直径と隙間との割合は、０．１〜０．３の範囲が好ましいことが判明した。 On the other hand, in Example 26 in which the ratio of the diameter of the catalyst-supporting honeycomb structure to the gap was 0.05, the pressure loss was slightly reduced, and further, the gap was narrow and the warming characteristics were slightly reduced. Was slightly good (Δ). That is, it was found from the evaluation results of Examples 26 to 31 that the ratio between the diameter and the gap of the catalyst-supporting honeycomb structure is preferably in the range of 0.1 to 0.3.
また、実施例３６は、触媒担持ハニカム構造体と缶体との隙間が比較的に大きくなるため（即ち、触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合が０．３５であるため）に、暖気特性がやや低下していた。更に、触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合が０．４となる実施例３７は、更に暖気特性が低下していたため、総合評価をやや良好（△）とした。 In Example 36, the gap between the catalyst-supporting honeycomb structure and the can body is relatively large (that is, the ratio between the length of the catalyst-supporting honeycomb structure and the gap is 0.35). Warm-up characteristics were slightly degraded. Furthermore, in Example 37 in which the ratio between the length of the catalyst-supporting honeycomb structure and the gap was 0.4, the warm-up characteristic was further lowered, and thus the overall evaluation was slightly good (Δ).
一方、触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合が０．１となる実施例３２は、圧力損失がやや低下していたため、総合評価をやや良好（△）とした。即ち、実施例３２〜３７の評価結果により、触媒担持ハニカム構造体の長さと隙間との割合は、０．１５〜０．３５の範囲が好ましいことが判明した。 On the other hand, in Example 32 in which the ratio between the length of the catalyst-supporting honeycomb structure and the gap was 0.1, the pressure loss was slightly reduced, so the overall evaluation was slightly good (Δ). That is, from the evaluation results of Examples 32-37, it was found that the ratio of the length of the catalyst-supporting honeycomb structure to the gap is preferably in the range of 0.15-0.35.
本発明の排ガス処理装置は、ディーゼルエンジン、普通自動車用エンジン、トラックやバス等の大型自動車用エンジンをはじめとする内燃機関、各種燃焼装置から排出される排ガス中に含まれるパティキュレートを捕集し、排ガスを浄化するために好適に用いることができる。 The exhaust gas treatment apparatus of the present invention collects particulates contained in exhaust gas discharged from diesel engines, ordinary automobile engines, internal combustion engines including engines for large vehicles such as trucks and buses, and various combustion apparatuses. It can be suitably used for purifying exhaust gas.
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ：排ガス処理装置、１０：触媒担持ハニカム構造体、１１：隔壁、１２：セル、１３：ハニカム担体、１６：流入側端面、１７：流出側端面、１８，１８ａ，１８ｂ：外周面（触媒担持ハニカム構造体の外周面）、２０：ハニカムフィルタ、２１：隔壁、２２：セル、２２ａ：所定のセル、２２ｂ：残余のセル、２３：フィルタ用ハニカム構造体、２４：ハニカムセグメント、２５：目封止部、２６：流入側の開口端部、２７：流出側の開口端部、２８：外周面（ハニカムフィルタの外周面）、２９：接合材層、３０，３０ａ：缶体、３１：上流側（缶体の上流側）、３２：下流側（缶体の下流側）、３３：把持材、３４：突起部、１００：ハニカム構造体、１０１ａ，１０１ｂ：セル、１０５：隔壁、１０７：目封止部、１１０：（従来の）ハニカムフィルタ、Ａ：角（中心軸ａ１と中心軸ａ２とのなす角）、ａ１：中心軸（触媒担持ハニカム構造体の中心軸）、ａ２：中心軸（ハニカムフィルタの中心軸）、Ｄ１：触媒担持ハニカム構造体の長手方向に垂直な断面の直径、Ｌ１：触媒担持ハニカム構造体の長手方向の長さ、Ｇ，Ｇ１，Ｇ２：排ガス。 1A, 1B, 1C, 1D, 1E: exhaust gas treatment device, 10: catalyst-supporting honeycomb structure, 11: partition wall, 12: cell, 13: honeycomb carrier, 16: inflow side end surface, 17: outflow side end surface, 18, 18a 18b: outer peripheral surface (outer peripheral surface of catalyst-supporting honeycomb structure), 20: honeycomb filter, 21: partition walls, 22: cells, 22a: predetermined cells, 22b: remaining cells, 23: honeycomb structure for filter, 24 : Honeycomb segment, 25: plugging portion, 26: opening end on the inflow side, 27: opening end on the outflow side, 28: outer peripheral surface (outer peripheral surface of the honeycomb filter), 29: bonding material layer, 30, 30a : Can body, 31: upstream side (upstream side of the can body), 32: downstream side (downstream side of the can body), 33: gripping material, 34: protrusion, 100: honeycomb structure, 101a, 101b: cell, 105: Septum, 107 Plugged portion, 110: (conventional) honeycomb filter, A: angle (angle formed by center axis a1 and center axis a2), a1: center axis (center axis of catalyst-supporting honeycomb structure), a2: center axis (Center axis of honeycomb filter), D1: diameter of a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the catalyst supporting honeycomb structure, L1: length of the catalyst supporting honeycomb structure in the longitudinal direction, G, G 1 , G 2 : exhaust gas.
Claims (8)
多孔質の隔壁によって排ガスの流路となる複数のセルが区画形成され、前記複数のセルのうちの所定のセルの流入側の開口端部と残余のセルの流出側の開口端部とが目封止部によって目封止されたハニカムフィルタと、
前記触媒担持ハニカム構造体及び前記ハニカムフィルタを、その内部に保持し、排ガスの通路となる缶体と、を備え、
前記触媒担持ハニカム構造体が前記缶体の上流側に配置され、且つ、前記ハニカムフィルタが前記缶体の下流側に配置されてなるとともに、
前記触媒担持ハニカム構造体と前記ハニカムフィルタとは、前記触媒担持ハニカム構造体の中心軸ａ１と前記ハニカムフィルタの中心軸ａ２とを含む平面において、前記中心軸ａ１と前記中心軸ａ２とのなす角Ａが６０°〜１２０°となるように、前記ハニカムフィルタに対して前記触媒担持ハニカム構造体が傾いた状態で、それぞれの外周面の少なくとも一部が把持材によって覆われた状態で前記缶体内に保持されており、
前記触媒担持ハニカム構造体は、排ガスが流入する流入側端面から、前記触媒担持ハニカム構造体の長手方向（中心軸ａ１方向）の長さの５０〜８０％の長さ範囲の外周面が、前記把持材によって保持され、排ガスが流出する流出側端面から、前記長手方向の長さの２０〜５０％の長さ範囲の外周面が排ガスに曝されるように構成されてなる排ガス処理装置。 A catalyst-supporting honeycomb structure in which an oxidation catalyst is supported on a honeycomb carrier in which a plurality of cells serving as exhaust gas flow paths are formed by porous partition walls;
A plurality of cells serving as exhaust gas flow paths are defined by the porous partition walls, and an opening end portion on the inflow side of a predetermined cell and an opening end portion on the outflow side of the remaining cells are among the plurality of cells. A honeycomb filter plugged by a sealing portion;
The catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter are held inside, and a can body serving as an exhaust gas passage is provided,
The catalyst-supporting honeycomb structure is disposed on the upstream side of the can body, and the honeycomb filter is disposed on the downstream side of the can body,
The catalyst-supporting honeycomb structure and the honeycomb filter are formed by an angle formed by the center axis a1 and the center axis a2 in a plane including the center axis a1 of the catalyst-supporting honeycomb structure and the center axis a2 of the honeycomb filter. The can body with the catalyst supporting honeycomb structure tilted with respect to the honeycomb filter so that A is 60 ° to 120 ° and at least a part of each outer peripheral surface is covered with a gripping material. Held in the
The catalyst-supporting honeycomb structure has an outer peripheral surface having a length range of 50 to 80% of a length in a longitudinal direction (a central axis a1 direction) of the catalyst-supporting honeycomb structure from an inflow side end surface into which exhaust gas flows. An exhaust gas treatment apparatus configured such that an outer peripheral surface having a length in a range of 20 to 50% of the length in the longitudinal direction is exposed to exhaust gas from an outflow side end surface held by a gripping material and from which exhaust gas flows out.
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