JPH03262511A - 排気ガス用フィルター - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「利用分野」 本発明は、排気系に設置されて排気ガス中の煤粒子、−
酸化炭素及び炭化水素を吸着除去することのできる排気
ガス用フィルター材、フィルターカートリッジ及びフィ
ルターに関する。

「従来技術及びその問題点」 自動車などの排気ガスは、窒素酸化物Ｎｏ１、煤（カー
ボン）粒子、−酸化炭素ＣＯ及び炭化水素などを含み、
これらによる大気汚染は従来から問題とされ、大気汚染
防止法により排出が規制されている。現在、窒素酸化物
ＮＯ，と同様に、ディーゼルエンジンから出る煤（カー
ボン）粒子、−酸化炭素ＣＯ及び炭化水素に対する規制
の動きが見られる。

ディーゼルエンジンから排出される排気ガス中の煤粒子
などの微粒子を除去するには、従来、コージーライト質
多孔体フィルターあるいは石英ウール、金属繊維などの
繊維状フィルターにより、微粒子を物理的に捕捉した後
、加熱燃焼させる方式が採用されてきた。しかし、この
ようなフィルターでは、目詰まりが起こりやすく、背圧
が上昇しやすいという問題点があった。

また、ガス通路面に酸化触媒をコーティングした連通孔
を有する多孔体から成るフィルターも既に知られている
が、このようなフィルターは、製造が複雑で、コスト高
になるばかりか、捕捉効率が低いという欠点があった。

「発明の目的」 本発明は、目詰まりが起こらず、製造が簡単であり、微
粒子の捕捉効率が高く、しかも−酸化炭素、炭化水素な
どのガス状物質に対しても高い吸着作用を有する排気ガ
スフィルター及びフィルターカートリッジを提供するこ
とを目的とする。

本発明はさらに、吸着効率を著しく向上させ、ガスがフ
ィルター全体に拡散し、負荷が均一にかかり、局所的な
目詰まりを起こさない排気ガスフィルターを提供するこ
とを目的とする。

「発明の構成」 本発明による排気ガス用フィルター材は、リン酸カルシ
ウム系化合物を５〜１００重量％含有するセラミックス
から成ることを特徴とする。

本発明に使用しうるリン酸カルシウム系化合物は、Ｃａ
／Ｐのモル比が０．８〜２．０であるリン酸カルシウム
であればよく、例えばハイドロキシアパタイト、フッ素
アパタイト等の各種のアパタイト、リン酸三カルシウム
、リン酸四カルシウムなどが挙げられる。また、これら
のリン酸カルシウム系化合物は、単独であるいは２種以
上の混合物として使用することもできる。

本発明によるフィルター材は、上記のようにリン酸カル
シウム系化合物を５〜１００重量％含有することを必要
とする。５重量％未満では、ガスの吸着効果が不充分と
なる。本発明のフィルター材においては、少なくとも排
気ガスと接触する面にリン酸カルシウム系化合物が存在
すればよいが、リン酸カルシウム系化合物を５０重量％
以上含むことが好ましい。セラミックスを構成するリン
酸カルシウム系化合物以外の物質としては、各種のセラ
ミックス材料、例えばシリカ、アルミナ、チタニア、ジ
ルコニア、コージライト、ゼオライト等が挙げられる。

さらに、本発明による排気ガス用フィルター材は、顆粒
状又は一体型の多孔体であってよい。

まず、本発明による排気ガス用フィルター材が顆粒状で
ある場合には、粒径２００μｍ〜１０ｍｍ、気孔率５〜
７５％の顆粒であるのが好ましい。粒径が１０ｔｒｍを
超えると、排気ガスとの接触面積が小さくなるので、排
気ガスの浄化効率が低下する。

他方、あまり小さいと、ガスの通過抵抗が高くなり、不
都合である。顆粒の粒径と気孔率は、総合して選定する
のが好ましく、粒径が小さければ、気孔率は低くてもよ
いが、気孔率が７５％を超えると、強度が弱くなる。

また、顆粒状フィルター材は、上記のように顆粒の少な
くとも表面がリン酸カルシウム系化合物が存在すればよ
く、■粒子全体が１種以上のリン酸カルシウム系化合物
から成る顆粒、■リン酸カルシウム系化合物以外のセラ
ミックス材料から威るコアの表面にリン酸カルシウム系
化合物をコーティングした顆粒、■不活性な担体粒子表
面にリン酸カルシウム系化合物をコーティングした顆粒
などの各種の態様であってよい。

これらの顆粒は、自体公知の方法によって製造すること
ができ、上記■の粒子全体がリン酸カルシウム系化合物
からなる顆粒は、例えば、原料リン酸カルシウム系化合
物のスラリーを、必要に応じて熱分解性有機化合物粒子
又は繊維の添加後、噴霧乾燥などにより二次粒子に造粒
し、ブロック体に成形し、これを５００〜１８００℃の
温度範囲で脱脂・焼成した後、粉砕し、分級することに
より製造することができる。５００℃未満では、有機化
合物の熱分解やブロック体の焼結が充分に行われない。

また、焼成を１３００℃を超える高温で行うと、焼結体
が緻密化しすぎたり、リン酸カルシウムが分解を起こす
おそれがある。気孔径は、焼成温度などの条件を調節す
ることによって制御することもできる。

また、本発明の排気ガス用フィルター材が一体型の多孔
体の態様である場合には、気孔径１００μｍ〜５社、気
孔率２０〜８０％の多孔体であるであるのが好ましい。

顆粒の場合と同様に気孔径と気孔率とは、総合して選定
するのが好ましく、気孔径が１００μｍ未満であると、
微粒子の捕捉により目詰まりを起こしやすくなり、５ｍ
を超えると、ガスとの接触面積が小さくなり、ガスの浄
化効率が低くなり、好ましくない。また、気孔率が２０
％未満では、背圧が上昇するばかりか、ガスとの接触面
積が小さく、浄化効率が低くなり、８０％を超えると、
多孔体の強度が弱くなるという問題が生じる。

リン酸カルシウム系化合物から戒る多孔体は、前記の顆
粒の製造の際と同様にして、原料リン酸カルシウム系化
合物のスラリーを、必要に応じて熱分解性有機化合物粒
子又は繊維の添加後、噴霧乾燥などにより二次粒子に造
粒し、所望の形に成形し、この成形体を５００〜１３０
０℃の温度範囲で脱脂・焼成することにより製造するこ
とができる。

また、本発明の排気ガス用フィルター材は、ハニカム構
造に成形されたものであってもよい。

さらに、本発明の排気ガス用フィルター材を通気性容器
、例えば金網製容器内に充填し、排気ガスフィルターカ
ートリッジとすることができる。

このようなフィルターカートリッジを一定期間毎に交換
する方式は、フィルターの再生処理が容易になると共に
、再生処理中には新しいフィルターカートリッジを使用
して運転できる。

本発明の排気ガス用フィルター材は、リン酸カルシウム
系化合物による吸着作用を有し、煤粒子などの微粒子ば
かりでなく、−酸化炭素や炭化水素ガスなどのガス状物
質をも吸着する。また、リン酸カルシウムは、吸水性を
有するため、排気ガス中の水蒸気を吸着し、それにより
ガスの吸着効果も向上する。

さらに、排気ガスフィルターは、使用時間の経過と共に
吸着効率が低下するが、加熱燃焼により容易に再生する
ことができる。その際の燃焼を促進するため、本発明の
排気ガス用フィルター材の表面の一部を酸化触媒、例え
ば白金触媒、白金−ロジウム系触媒などでコーティング
してもよい。

本発明のフィルター材は、上記のように性能の優れたも
のであり、様々な形態の排気ガスフィルター本体に設置
しうるものであるが、このフィルター材を効果的に設置
することにより、吸着効率をさらに向上させ、ガスがフ
ィルター全体に拡散し、負荷が均一にかかり、局所的な
目詰まりを起こさない排気ガスフィルターが得られるこ
とを見出した。

本発明による排気ガスフィルターの第一の態様は、断面
が四角形のフィルター本体の内部にその高さより短い高
さを有する本発明のフィルター材を間隔を置いて交互に
上下で固定し、ガスの通路を設けたことを特徴とする。

本発明の排気ガスフィルターの第一の態様においては、
上記のようにフィルター材相互の間隔並びに交互にフィ
ルター材の下部及び上部に間隔が存在し、フィルター内
に流入した排気ガスは、大部分は最初のフィルター材を
透過するが、一部はフィルター材とフィルター本体との
間の隙間から二番目のフィルター材へ向かって流れ、そ
の大部分は二番目のフィルター材を透過し、残りは最初
のフィルター材を透過したガスと共に三番目のフィルタ
ー材に向かって流れる。このように、第一の態様の排気
ガスフィルターにおいては、排気ガスがフィルター材を
順次透過し、フィルター全体に拡散し、負荷が均一にか
かるように構成されている。

フィルター全体における負荷の均一性を確実にするため
、フィルター材の間隔をガスの入口側から出口側に向か
って小さくするのが好ましい。すなわち、フィルターの
入口側では窒素酸化物などの汚染物質の濃度が高いガス
が流通するので、フィルター材の設置間隔を広くしてフ
ィルター材を透過しないガスの流量を多くし、出口側に
近づく程、汚染物質濃度は低下するので、フィルター材
の間隔を徐々に小さくし、これによってフィルター材を
透過するガスの量を出口に近づくに従って多量にするの
が好ましい。

さらに、本発明による排気ガスフィルターの第二の態様
は、前記のような顆粒状のフィルター材を金網内に充填
し、該顆粒の粒径をガスの入口側から出口側に向かって
小さくして設置したことを特徴とする。このような粒径
分布にすることにより、負荷を均一にすることができる
。

さらに、本発明による排気ガスフィルターの第三の態様
は、前記のような多孔体のフィルター材を、ガスの入口
側から出口側に向かって気孔径が小さくなるように設置
したことを特徴とする。この態様においても、負荷の均
一性が達成される。

また、前記の第二あるいは第三の態様を前記の第一の態
様のフィルターと組み合わせることもできる。

さらに、入口側には、高温の排気ガスが流入するので、
どのような態様の排気ガスフィルターにおいても、ガス
の入口側に出口側より高い焼成温度で焼成したリン酸カ
ルシウム系セラミックスから成る吸着剤を設置するのが
好ましい。

「発明の実施例Ｊ 次に、図面に示した本発明の実施例に基づいて本発明を
さらに詳しく説明する。

第１図は本発明の顆粒状フィルター材を充填した排気ガ
スフィルターの断面図である。第１図に示した排気ガス
フィルターは、円筒形フィルター本体１内に本発明の顆
粒状フィルター材２を通常の板状フィルター材８で挟持
したものである。ここで、板状フィルター材８は、耐熱
性を有し、顆粒状フィルター材２の流出を防止できるも
のであれば、特に制限はない。板状フィルター材３とし
ては、例えばセラミックフィルター材などがあるが、金
網などでもよい。

第１図に示した排気ガスフィルターにおいては、排気ガ
ス中の煤などの微粒子は、板状フィルター材３でも捕捉
されるが、主として顆粒状フィルター材２で捕捉される
。また、この顆粒状フィルター材２は、吸着作用を有す
るので、微粒子ばかりでなく、−酸化炭素や炭化水素ガ
スなどの有害ガスをも吸着する。そのため、このフィル
ターから排出されるガスは、充分に浄化されており、大
気汚染の原因物質の濃度が著しく低下する。

第２図は本発明の多孔体フィルター材を設置した排気ガ
スフィルターの断面図である。このフィルターでは、円
筒形フィルター本体１内に多孔体フィルター材４が設置
されている。このフィルターにおいても、本発明の多孔
体フィルター材４を通過すると、排気ガスから煤粒子や
一酸化炭素、炭化水素ガスなどの有害ガスが充分に吸着
除去され、清浄な空気となって排出される。

第１図及び第２図に示した円筒形フィルター本体１の周
囲にヒーターを付設して、本発明のフィルター材に吸着
された物質を燃焼・除去することができる。

第８Ａ図は、本発明の排気ガスフィルターカートリッジ
の斜視図である。この排気ガスフィルターカートリッジ
５は、第３Ｂ図に示した排気ガスフィルターの円鰐形本
体ＩＡ内にその開閉可能な蓋部６を開けて装填される。

第３Ｃ図は、第３Ａ図に示した排気ガスフィルターカー
トリッジの断面図である。第３Ｃ図に示したように、排
気ガスフィルターカートリッジは、円筒形ケース７内に
顆粒状フィルター２が充填されており、両端に金網８を
取り付けた構造となっている。この金網８によって顆粒
状フィルター材２の流出は防止されており、取り扱いの
点でも容易である。

第４図は本発明のさらに別の実施態様を示す排気ガスフ
ィルターの断面図、第５図は第４図の八−Ａ線断面図で
ある。第４図に示した排気ガスフィルターは、断面が四
角形のフィルター本体１から成り、排気ガスは矢印で示
したように入ロアから流入し、出口８から流出する。フ
ィルター本体ｌ内には多数のフィルター材９が間隔を置
いて交互に上下で固定されている。フィルター材９の固
定手段は、特に制限されるものではないが、第５図に示
したように板バネ１０などを用いて着脱可能に設置する
のが好ましい。

フィルター材９とフィルター本体１の底面あるいは上面
との間の間隔ａ及びフィルター材９相互間の間隔すは、
出口まで同一に設定してもよいが、有害物質濃度の高い
ガスが流入する入口付近では、ガスの流量を大きくし、
次第に流量を小さくすることによってフィルター全体に
負荷を確実に均一にするのが好ましく、そのため、ａ及
びｂの間隔を入口側から出口側に向かって小さくするの
が好ましい。

第４図に示した排気ガスフィルターにおいて、フィルタ
ー本体１の１個の側面を開閉可能な構造にすればよいの
で、内置形フィルターの場合に比べてフィルター材を容
易に出し入れすることができ、扉部が小さくて済む。

実施例１ 自動車（２０００ｃｃ）の暖機運転時に排出される排気
ガスをハイドロキシアパタイトから成る本発明のフィル
ターに通過させる前後において、排気ガス中の一酸化炭
素及び炭化水素の濃度を測定した。

使用した本発明のフィルター材は、Ｃａ／Ｐ比＝１．６
７、粒径１０００〜２０００μｍ、気孔率５０％、比表
面積２５ｒｄ／ｇの顆粒状ノ＼イドロキシアバタイトか
ら成る。

測定には、理研計器株製の一酸化炭素・炭化水素複合測
定器（ＲＩ−５０８Ａ、認定番号ＣＯ・ＨＣ−８）を使
用し、測定時間は５分とした。測定結果を下記の第１表
に示す。

実施例２ 公知の方法で合成したＣａ／Ｐ比１．５のリン酸カルシ
ウムを噴霧乾燥して得られた粉末１０００ｇをポリビニ
ルアルコールを２重量％含む５重量％過酸化水素水１５
００ｇ、平均粒径５００μｍのアクリルビーズ２００ｇ
と混合した後、１００℃の乾燥器内で発砲させ、乾燥さ
せた。この乾燥体を成形後、１１００°Ｃで焼結させ、
気孔率６５％の多孔体を得た。この多孔体の気孔径は３
００μｍ〜３ＩＩＩＩＬ＋であった。

得られたリン酸カルシウム多孔体をフィルターとして用
い、実施例１と同様の方法で排気ガス中の一酸化炭素及
び炭化水素の濃度を測定した。測定結果を第１表に示す
。

第１表 ＊　ＨＣは炭化水素複合物を意味する。

表から明らかなとおり、本発明のフィルター材を通過す
ると、実施例１においても、実施例２においても、排気
ガス中の一酸化炭素及び炭化水素ガスは、著しく減少し
、使用した各フィルターを測定後に取り出して見ると、
顆粒の表面及び多孔体の気孔の表面には、はぼ全面に煤
粒子が吸着していた。

「発明の効果」 本発明の排気ガス用フィルター材は、排気ガス吸着作用
を有するリン酸カルシウム系化合物を含むので、煤粒子
などの微粒子ばかりでなく、−酸化炭素や炭化水素ガス
などのガス状物質をも吸着し、従来のフィルター材に比
べて著しく高い浄化効率を達成することができ、しかも
目詰まりが起こりにくい。

また、本発明の排気ガス用フィルター材をカートリッジ
式にすれば、一定期間運転後に新しいものと容易に交換
することができ、常に、排気ガスの浄化を効率よく行う
ことができ、使用済みのものは別に燃焼処理などによっ
て再生処理を施すことができる。

さらに、本発明による排気ガスフィルターにおいては、
フィルター材自体の優れた性能により高い浄化効率が達
成されるとともに、排気ガスがフィルター材全体に拡散
するため、排気ガスの浄化効率が著しく向上する。また
、フィルター材全体に均一に負荷がかかり、煤等による
局所的な目詰まりが起こらないので、フィルター材の寿
命が延び、長時間使用することが可能となる。さらに、
本発明による排気ガスフィルターでは、フィルター材全
体がほぼ同じ速さで劣化するので、−度に全部のフィル
ター材を交換し、再生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施態様を示す排気ガスフィルター
の断面図、第２図は本発明の別の実施態様を示す排気ガ
スフィルターの断面図、第８Ａ図は本発明の排気ガスフ
ィルターカートリッジの斜視図、第３Ｂ図は本発明の排
気ガスフィルターカートリッジを装填する排気ガスフィ
ルターの斜視図、第８Ｃ図は第３Ａ図に示した排気ガス
フィルターカートリッジの断面図、第５図は本発明の別
の実施態様を示す排気ガスフィルターの断面図、第５図
は第１図のＡ−Ａ線断面図である。 符号の説明 １及びＩＡ・・・フィルター本体、２・・・顆粒状フィ
ルター材、３・・・板状フィルター材、４・・・多孔体
フィルター材、５・・・排気ガスフィルターカートリッ
ジ、６・・・蓋部、９・・・フィルター材、ｌＯ・・・
板バネ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、リン酸カルシウム系化合物を５〜１００重量％含有
   するセラミックスから成ることを特徴とする排気ガス用
   フィルター材。 ２、リン酸カルシウム系化合物がＣａ／Ｐのモル比０．
   ８〜２．０のリン酸カルシウムである請求項１記載の排
   気ガス用フィルター材。 ３、セラミックスが粒径２００μｍ〜１０ｍｍ、気孔率
   ５〜７５％の顆粒である請求項１又は２記載の排気ガス
   用フィルター材。 ４、セラミックスが気孔径１００μｍ〜５ｍｍ、気孔率
   ２０〜８０％の多孔体である請求項１又は２記載の排気
   ガス用フィルター材。 ５、請求項１記載の排気ガス用フィルター材が少なくと
   もガスの通過する面が通気性材料からなるケース内に充
   填されていることを特徴とする排気ガス用フィルターカ
   ートリッジ。 ６、通気性材料が金網である請求項５記載の排気ガス用
   フィルターカートリッジ。 ７、断面が四角形のフィルター本体の内部にその高さよ
   り短い高さを有する請求項１記載のフィルター材を間隔
   を置いて交互に上下で固定し、ガスの通路を設けたこと
   を特徴とする排気ガス用フィルター。 ８、フィルター材の間隔をガスの入口側から出口側に向
   かって小さくした請求項７記載の排気ガスフィルター。 ９、請求項３記載のフィルター材を金網内に充填し、該
   顆粒の粒径をガスの入口側から出口側に向かって小さく
   して設置したことを特徴とする排気ガス用フィルター。 １０、請求項４記載のフィルター材を、ガスの入口側か
   ら出口側に向かって気孔径が小さくなるように設置した
   ことを特徴とする排気ガス用フィルター。 １１、ガスの入口側に出口側より高い焼成温度で焼成し
   た請求項１記載のフィルター材を設置したことを特徴と
   する排気ガス用フィルター。