【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]
本発明は微粒子の捕集材に関する。
デイーゼル機関の排気ガス中にはカーボン、炭
化水素、金属粉、硫酸塩並びに硫黄等からなる微
粒子が含まれており、これらの微粒子が大気に放
出されると大気汚染の問題をひき起こす。従つて
これらの微粒子を捕集するために機関排気通路内
に捕集材を挿入してこの捕集材により微粒子を捕
集するようにしている。この捕集材として従来よ
り三次元網目構造をなすセラミツクが使用されて
いるがこのセラミツクは圧縮破壊強度が弱く、そ
の結果セラミツクをセラミツクケーシング内に充
填するときに破壊したり、或いは車両走行時に発
生する振動によつて破壊するという問題を生じ
る。更に、捕集材上に捕集された微粒子を燃焼せ
しめてセラミツクによる捕集能力を再生する必要
があるが従来のセラミツクには触媒作用がないた
めに微粒子を燃焼させるのにかなりの高温を必要
とするという問題がある。
本発明は捕集材を構成する三次元網目構造のセ
ラミツクの強度を増大してセラミツクが破壊する
のを阻止し、更にセラミツクに優れた触媒作用を
持たせて低温でも微粒子を燃焼せしめることがで
きるようにした微粒子の捕集材を提供することに
ある。
以下、添附図面を参照して本発明を詳細に説明
する。
第１図を参照すると、１はデイーゼル機関本
体、２は排気マニホルド、３は排気マニホルド２
に連結された捕集材ケーシング、４はケーシング
３内に挿入された捕集材を示す。この捕集材４の
外周面とケーシング３の内周面間には排気ガスの
吹き抜けを防止するためにシール部材５並びにス
チールウール６等が挿入される。捕集材４は第２
図に示すような三次元網目構造をなすセラミツク
により構成され、このセラミツクはコージライト
からなる。このコージライトにはアルミナを含む
セラミツクをコーテイングした後にアルカリ金属
のシリケートが含浸されている。コージライトに
アルカリ金属のシリケートを含浸するだけでもコ
ージライトの強度が高められるが上述のようにア
ルミナを含むセラミツクをコーテイングするとこ
のセラミツクのコーテイング層によりコージライ
トの強度が更に高くなり、斯くしてコージライト
の強度がかなり増強されることになる。その結
果、捕集材４をケーシング３内に充填する際に捕
集材４が破壊するのを阻止でき、更に車両運転時
に発生する振動によつて捕集材４が破壊するのを
阻止することができる。
また、コージライトにアルカリ金属のシリケー
トを含浸させることによつてコージライトには触
媒作用が与えられる。ところがアルミナを含むセ
ラミツクは多孔質であつて極めて大きな表面積を
有し、従つてアルミナを含むセラミツクにアルカ
リ金属のシリケートを含浸せしめると触媒作用が
向上せしめられることになる。従つて上述のよう
にコージライトにアルミナを含むセラミツクをコ
ーテイングした後にアルカリ金属のシリケートを
含浸せしめるとアルミナを含むセラミツクにアル
カリ金属のシリケートが含浸せしめられ、斯くし
て触媒作用が向上せしめられることになる。その
結果、捕集材４により捕集された微粒子を低温で
燃焼せしめることができるようになる。なお、コ
ージライトに含浸すべきアルカリ金属のシリケー
トとしては水ガラス或いはリチウムシリケートを
用いることが好ましい。
以下、コージライトにアルミナを含むセラミツ
クのコーテイングを施こさない比較例と比較しつ
つ本発明による実施例について説明する。
実施例 １
シリカ（SiO2）51重量％、アルミナ（Al2O3）
35重量％、マグネシア（MgO）14重量％の化学
組成になるように選ばれた滑石、水酸化アルミニ
ウム又はアルミナ、並びに粘土からなる配合物を
水および若干のバインダーとよく混合してスラリ
ー化した。このスラリーを三次元網目構造をなす
所定の大きさのポリウレタンフオームに浸漬した
後に余分なスラリーを吹き払つて乾燥させ、次い
で再びスラリーをポリウレタンフオームに浸漬し
た後に余分なスラリーを吹き払つて乾燥させ、次
いで更にこれの数回繰返した。その後1400℃で３
時間焼成して三次元網目構造のコージライトを得
た。
次いでこのコージライトに20重量％のγ−
Al2O3を含むセラミツク材をコーテイングした。
次いでJIS ３号の水ガラスを水で50％に希釈した
水ガラス溶液内にコージライトを１時間浸漬し、
その後コージライトを流水で簡単に洗浄した後に
700℃で焼成してサンプルＡを得た。
比較例 １
JIS ３号の水ガラスを水で50％に希釈した水ガ
ラス溶液内に実施例１と同じコージライトを１時
間浸漬し、その後コージライトを流水で簡単に洗
浄した後、700℃で焼成してサンプルＢを得た。
実施例 ２
実施例１と同じコージライトに20重量％のγ−
Al2O3を含むセラミツク材をコーテイングした。
次いで無水珪酸20％、酸化リチウム2.2％、水78
％からなりPH10.7のリチウムシリケートを水で50
％に希釈したリチウムシリケート溶液内にコージ
ライトを１時間浸漬し、その後コージライトを流
水で簡単に洗浄した後に700℃で焼成してサンプ
ルＣを得た。
比較例 ２
無水珪酸20％、酸化リチウム2.2％、水78％か
らなり、PH10.7のリチウムシリケートを水で50％
に希釈したリチウムシリケート溶液に実施例１と
同じコージライトを１時間浸漬し、その後コージ
ライトを流水で簡単に洗浄後700℃で２時間焼成
してサンプルＤを得た。
比較試験
アルカリ金属のシリケートを含浸していないコ
ージライトと、実施例１、２において得られたサ
ンプルＡ、Ｃと、比較例１、２において得られた
サンプルＢ、Ｄについて強度と微粒子の燃焼性の
比較試験を行なつた。
(1) 強度測定
静水圧下で強度を測定した。サンプルを気密
性のある薄いゴム袋に入れ、徐々に圧力を上げ
てサンプルの破壊する圧力を破壊音を検知する
ことにより求めた。
The present invention relates to a collection material for fine particles. Exhaust gas from diesel engines contains fine particles consisting of carbon, hydrocarbons, metal powder, sulfate, sulfur, etc., and when these fine particles are released into the atmosphere, they cause air pollution problems. Therefore, in order to collect these particulates, a collection material is inserted into the engine exhaust passage, and the particulates are collected by this collection material. Ceramic with a three-dimensional network structure has traditionally been used as this collection material, but this ceramic has low compressive fracture strength, and as a result, it may break when it is filled into a ceramic casing, or it may break when the vehicle is running. This causes the problem of destruction due to vibration. Furthermore, it is necessary to combust the particulates collected on the collection material to regenerate the collection ability of the ceramic, but since conventional ceramics do not have catalytic activity, a considerably high temperature is required to combust the particulates. There is a problem that. The present invention increases the strength of the ceramic with a three-dimensional network structure that constitutes the collection material, thereby preventing the ceramic from being destroyed, and furthermore, it provides the ceramic with an excellent catalytic action, making it possible to burn particulates even at low temperatures. An object of the present invention is to provide a collection material for fine particles. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Referring to Figure 1, 1 is the diesel engine body, 2 is the exhaust manifold, and 3 is the exhaust manifold 2.
The collection material casing is connected to the casing 3, and 4 indicates the collection material inserted into the casing 3. A sealing member 5, steel wool 6, etc. are inserted between the outer circumferential surface of the collection material 4 and the inner circumferential surface of the casing 3 to prevent exhaust gas from blowing through. The collection material 4 is the second
It is made of ceramic that has a three-dimensional network structure as shown in the figure, and this ceramic is made of cordierite. This cordierite is coated with ceramic containing alumina and then impregnated with an alkali metal silicate. The strength of cordierite can be increased simply by impregnating cordierite with an alkali metal silicate, but as mentioned above, when alumina-containing ceramic is coated, the strength of cordierite is further increased by this ceramic coating layer. The intensity of the light will be considerably increased. As a result, the collection material 4 can be prevented from being destroyed when filling the casing 3 with the collection material 4, and furthermore, the collection material 4 can be prevented from being destroyed due to vibrations generated during vehicle operation. Can be done. Further, by impregnating cordierite with an alkali metal silicate, cordierite is given a catalytic action. However, ceramics containing alumina are porous and have an extremely large surface area, and therefore, impregnating the ceramics containing alumina with an alkali metal silicate improves the catalytic action. Therefore, as mentioned above, if cordierite is coated with alumina-containing ceramic and then impregnated with alkali metal silicate, the alumina-containing ceramic will be impregnated with alkali metal silicate, thus improving the catalytic action. Become. As a result, the particulates collected by the collection material 4 can be burned at a low temperature. It is preferable to use water glass or lithium silicate as the alkali metal silicate to be impregnated into cordierite. Examples according to the present invention will be described below in comparison with a comparative example in which cordierite is not coated with ceramic containing alumina. Example 1 Silica (SiO 2 ) 51% by weight, alumina (Al 2 O 3 )
A formulation of talc, aluminum hydroxide or alumina, and clay, selected to have a chemical composition of 35% by weight, 14% by weight of magnesia (MgO), was thoroughly mixed with water and some binder to form a slurry. This slurry is immersed in a polyurethane foam of a predetermined size having a three-dimensional network structure, and then the excess slurry is blown off and dried.Then, the slurry is immersed in the polyurethane foam again, and the excess slurry is blown off and dried. This was then repeated several more times. Then 3 at 1400℃
After time firing, cordierite with a three-dimensional network structure was obtained. Next, this cordierite was coated with 20% by weight of γ-
Coated with ceramic material containing Al 2 O 3 .
Next, the cordierite was immersed for 1 hour in a water glass solution prepared by diluting JIS No. 3 water glass to 50% with water.
After that, after washing the cordierite briefly with running water,
Sample A was obtained by firing at 700°C. Comparative Example 1 The same cordierite as in Example 1 was immersed in a water glass solution prepared by diluting JIS No. 3 water glass to 50% with water for 1 hour, then the cordierite was briefly washed with running water, and then heated at 700℃. Sample B was obtained by firing. Example 2 The same cordierite as in Example 1 with 20% by weight of γ-
Coated with ceramic material containing Al 2 O 3 .
Next, silicic anhydride 20%, lithium oxide 2.2%, water 78%
50% lithium silicate with pH 10.7 in water
Sample C was obtained by immersing cordierite in a lithium silicate solution diluted to 100% for 1 hour, then briefly washing the cordierite with running water, and firing it at 700°C. Comparative Example 2 Consisting of 20% silicic anhydride, 2.2% lithium oxide, and 78% water, lithium silicate with pH 10.7 was mixed with 50% water.
Sample D was obtained by immersing the same cordierite as in Example 1 in a diluted lithium silicate solution for 1 hour, and then washing the cordierite briefly with running water and calcining it at 700° C. for 2 hours. Comparative Test Strength and flammability of fine particles for cordierite not impregnated with alkali metal silicate, samples A and C obtained in Examples 1 and 2, and samples B and D obtained in Comparative Examples 1 and 2 A comparative test was conducted. (1) Strength measurement Strength was measured under hydrostatic pressure. The sample was placed in a thin airtight rubber bag, the pressure was gradually increased, and the pressure at which the sample broke was determined by detecting the breaking sound.
【表】
(2) 燃焼性測定
上述の５サンプルをデイーゼル機関の排気通
路内に挿入し、デイーゼル機関を2000r.p.m、
トルエン６Kg・ｍのもとで５時間づつ運転して
各サンプルに微粒子を捕集させた。その後サン
プルを取り出してその一部を削り出し、よく粉
砕して約20mgのサンプルを示差熱分析および熱
天秤測定を行なつてカーボン分の燃焼開始温度
を求めた。[Table] (2) Flammability measurement Insert the five samples mentioned above into the exhaust passage of a diesel engine, and heat the diesel engine at 2000rpm.
Each sample was operated for 5 hours under 6 kg·m of toluene to collect fine particles. After that, the sample was taken out, a part of it was scraped out, and it was thoroughly crushed. About 20 mg of the sample was subjected to differential thermal analysis and thermobalance measurement to determine the combustion start temperature of the carbon content.
【表】
上述の比較試験からアルミナを含むセラミツク
をコーテイングしたサンプルＡ、Ｃがアルミナを
含むセラミツクをコーテイングしていないサンプ
ルＢ、Ｄよりもコージライトの強度が高くなり、
しかもカーボン分の燃焼開始温度が低くなること
がわかる。
以上述べたように本発明によれば三次元網目構
造をなすセラミツクの強度を増大することができ
るのでこのセラミツクをケーシング内に充填する
際に、或いは車両運転時の振動によつてこのセラ
ミツクが破壊するのを阻止することができる。ま
た、車両運転時において三次元網目構造セラミツ
クに多量の微粒子が捕集されると排気ガス流の圧
力損失が大きくなるために適当な周期で微粒子を
燃焼させる必要があるデイーゼル機関は排気ガス
温が低いために従来では微粒子を燃焼させるのに
このセラミツクの加熱手段が必要となつていた。
しかしながら本発明では微粒子の燃焼開始温度を
低下させることができるのでこのような加熱手段
を用いなくとも微粒子を燃焼させることができ
る。[Table] From the above comparative test, samples A and C coated with ceramic containing alumina have higher cordierite strength than samples B and D which are not coated with ceramic containing alumina.
Furthermore, it can be seen that the combustion start temperature of the carbon component becomes lower. As described above, according to the present invention, the strength of the ceramic having a three-dimensional network structure can be increased, so that when the ceramic is filled into the casing, or due to vibrations during vehicle operation, the ceramic is destroyed. can be prevented from doing so. In addition, when a large amount of particulates are collected in the three-dimensional network structure ceramic during vehicle operation, the pressure loss of the exhaust gas flow increases. Because of the low heat content, heating means for this ceramic was required in the past to burn the fine particles.
However, in the present invention, since the combustion start temperature of the fine particles can be lowered, the fine particles can be combusted without using such a heating means.
【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]
第１図はデイーゼル機関排気系の全体図、第２
図は第１図のＡ部の拡大図である。
３……捕集材ケーシング、４……捕集材。
Figure 1 is an overall diagram of the diesel engine exhaust system, Figure 2
The figure is an enlarged view of section A in FIG. 3... Collection material casing, 4... Collection material.