JPH0527216U

JPH0527216U - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JPH0527216U
Application number: JP074472U
Authority: JP
Inventors: 幸二島戸; 和也成瀬
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1991-09-17
Filing date: 1991-09-17
Publication date: 1993-04-09

Abstract

(57)【要約】【目的】圧力損失が小さく、かつ耐熱衝撃性に優れた
排気ガス浄化装置を提供する。【構成】フィルタとその上流側に配設された熱源との
間に多孔質炭化珪素焼結体によって形成される熱緩衝体
を有してなる圧力損失が小さく、かつ耐熱衝撃性に優れ
た排気ガス浄化装置。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、ディーゼルエンジン等の内燃機関から排出されるガス中に含まれるパティキュレートを除去するための排気ガス浄化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

従来、この種の排気ガス浄化装置としては、例えば、内燃機関の排気側に連通する通路を備えたケーシング内に、パティキュレートを浄化するための円柱状の多孔質炭化珪素焼結体製ハニカムフィルタを配置し、その通路内においてハニカムフィルタの排気ガス流入側にバーナー等の熱源を配設したものが知られている。また、前記ハニカムフィルタには軸線方向に延びる複数のセルが形成されると共に、各セルの両端開口のうち何れか一方が各セル毎に交互に封止されている。このような装置では、前記フィルタに所定量のパティキュレートが捕集されると、バーナーが点火され、それによりフィルタが７００℃〜９００℃に加熱される。その結果、パティキュレートが燃焼焼失して、フィルタが元の状態に再生される。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタは、急激な温度変化（熱衝撃）に弱いという欠点がある。即ち、バーナーの点火によってフィルタの排気ガス流入側端面が急激に前記温度まで加熱されると、フィルタの両端面の温度差が拡大し、それに伴いフィルタの軸線方向に作用する応力（引っ張り応力または圧縮応力）が増大する。そして、その応力がフィルタの機械的強度を越える場合、クラックの発生によってフィルタが破損に到るという問題があった。同様に、フィルタを前記温度に加熱した後に、８０℃程度のエアが供給されることによってフィルタの排気ガス流入側端面が急激に冷却されるような場合でも、その熱衝撃によってフィルタに破損が生じ易かった。従って、従来より熱衝撃を緩和するには、バーナーとフィルタとの間隔を広く保って、バーナーの火炎が直接フィルタの一端面に及ばないようにすることが余儀なくされていた。そのため、排気ガス浄化装置全体の小型化を充分に達成することができなかった。

【０００４】また、熱衝撃による破損を回避し得る別の手段として、熱緩衝作用のある物質によって所定形状に製造された熱緩衝体（例えば、金属円板）をフィルタとバーナーとの間に配設することにより、フィルタにおける局所的かつ急激な温度変化を回避する方法が考えられる。しかし、このような方法であっても熱緩衝体に要求される諸条件、即ち、圧力損失が小さいこと及び耐熱性に優れることを何れも充足することは容易でない。それ故、熱衝撃を確実に防止することができず、実用性の高い熱緩衝体が望まれていた。

【０００５】本考案は上記の事情に鑑みて成されたものであり、その目的は、圧力損失が小さく、熱容量が大きくかつ耐熱性に優れた熱緩衝体を配設することにより、フィルタ等の触媒担体が破損することを確実に防止できると共に、装置全体の大型化を避けることができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】

上記の課題を解決するために、本考案では、内燃機関の排気側に連通する通路を備えたケーシングと、前記通路内に配置された多孔質炭化珪素焼結体製の触媒担体と、その触媒担体は軸線方向に延びる複数のセルを有することと、前記通路内において前記触媒担体の上流側に配設された熱源と、多孔質炭化珪素焼結体によって形成されると共に前記触媒担体と前記熱源との間に配設される少なくとも１つの熱緩衝体と、その熱緩衝体は軸線方向に延びる複数のセルを有することとした。

【０００７】

【作用】

多孔質炭化珪素焼結体によって熱緩衝体を形成することで、その熱緩衝体に優れた耐熱性を付与できると共に、熱緩衝体の軸線方向に延びる複数のセルを形成することで、排気ガスの圧力損失を低減することができる。このような熱緩衝体を触媒担体と熱源との間に配設した上記装置によれば、熱源が熱緩衝体に対して及ぼす影響が確実に緩和されるため、触媒担体における局所的かつ急激な温度変化を確実に回避し、クラックの発生を防止することができる。また、このような構成によれば、従来のように熱源とフィルタとの間隔を広く設定する必要がなくなり、装置全体の大型化が回避できる。

【０００８】前記熱緩衝体のセル数は前記フィルタのセル数よりも多いことが望ましい。両者のセル数をこのように設定することにより、排気ガスが熱緩衝体を通過する際、圧力損失が増加することがないからである。

【０００９】前記熱緩衝体の気孔径は３０μｍ〜２００μｍであることが望ましい。気孔径が３０μｍ未満であると、排気ガスが熱緩衝体を通過する際の抵抗が増加し、圧力損失が大きくなってしまう。また、気孔径が２００μｍを越えると、熱容量が減少してしまう。

【００１０】また、前記熱緩衝体の気孔率は３０％〜７０％であることが望ましい。気孔率が３０％未満であると、排気ガスが熱緩衝体を通過する際の抵抗が増加することによって、圧力損失が増大してしまう。また、気孔率が７０％を越えると、密度が小さくなり、それに伴い熱容量も減少してしまう。更に、少なくとも１つの熱緩衝体を前記通路内に配置した場合、その軸線方向の長さが前記触媒担体の軸線方向の長さの１５％〜５０％に設定されることが望ましい。この長さが前記範囲未満であると、熱緩衝体に充分な熱容量及び耐熱性を確保することができない。また、この長さが前記範囲を越えると、圧力損失が大きくなるばかりでなく、装置全体が大型化してしまうため好ましくない。

【００１１】

【実施例】

以下に、本考案をディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置に具体化した一実施例について図１及び図２に基づき詳しく説明する。

【００１２】図１に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ製のケーシング２を備え、そのケーシング２の通路２ａが内燃機関としてのディーゼルエンジンＥの排気管路Ｅａに接続されている。このケーシング２内には、ディーゼルエンジンＥから放出される排気ガスを浄化する触媒担体としてのハニカムフィルタ３が配設されている。また、ハニカムフィルタ３の排気ガス流入側には、再生処理用の熱源としてバーナー４が設けられており、前記ハニカムフィルタ３とバーナー４との間には、熱緩衝体としてのハニカム構造体５が設けられている。

【００１３】図２に示すように、本実施例のハニカムフィルタ３は多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成され、長さ１５０mm，直径１４０mmの円柱状を呈している。また、ハニカムフィルタ３には、その軸線方向に沿って複数の連通孔６が形成されている。各連通孔６の排気ガス流入側及び流出側の何れかの端部は、多孔質焼結体からなる封止片７によって交互に封止され、これにより流入側または流出側の何れかに開口するセル８ａ，８ｂが形成されている。尚、本実施例のハニカムフィルタ３においては、各連通孔６を隔てる内壁９の厚さは１７MIL （０．４３mm）で、連通孔６は１平方インチ（約６．４５ｃｍ²）あたり１７０個の割合で形成されている。

【００１４】また、図２に示すハニカム構造体５は軸線方向の長さ２５mm，直径１４０mmの円板状を呈しており、気孔径が５０μｍ，気孔率が５０％の多孔質炭化珪素焼結体によって形成されている。前記ハニカム構造体５には、その軸線方向に沿って複数の連通孔１０が形成され、各連通孔１０は厚さ８MIL （０．２０mm）の内壁１１によって隔てられている。各連通孔１０の排気ガス流入側及び流出側の何れかの端部は、多孔質焼結体からなる封止片１２によって交互に封止され、これにより流入側または流出側の何れかに開口するセル１３ａ，１３ｂが形成されている。また、本実施例では連通孔１０は１平方インチ（約６．４５ｃｍ²）あたり５００個の割合で形成され、これによりハニカム構造体５のセル数がハニカムフィルタ３のセル数よりも多くなるように設定されている。

【００１５】このようなハニカムフィルタ３及びハニカム構造体５を所定位置に配置して、ディーゼルエンジンＥを始動させた場合、ディーゼルエンジンＥが放出した排気ガスは、図２にて矢印Ａ₁で示すように、先ずハニカム構造体５の流入側に開口するセル１３ａに導入される。そして、排気ガスは内壁１１を通過して流出側に開口する隣接のセル１３ｂに導入された後に、ハニカム構造体５から排出される。更に、ハニカムフィルタ３の流入側に開口するセル８ａに流入した排気ガスは、矢印Ａ₂で示す経路を経て、即ち内壁９を介して流出側に開口する隣接のセル８ｂに導入される。そして、排気ガスが前記内壁９を通過する際に、排気ガス中のパティキュレートが捕集され、浄化された排気ガスのみがハニカムフィルタ３から排出される。この捕集動作はハニカムフィルタ３に所定量のパティキュレートが捕集されるまで継続される。

【００１６】次いで、上記のように使用されたハニカムフィルタ３の再生処理を行う場合について説明する。ハニカムフィルタ３に所定量のパティキュレートが捕集されたことが排気ガスの圧力損失、即ち、ガスがハニカム構造体５及びハニカムフィルタ３を通過する前後の圧力差の増大によって検知されると、バーナー４が点火され、ハニカムフィルタ３が８００℃〜９００℃程度になるまで加熱される。この処理によりハニカムフィルタ３内のパティキュレートが燃焼され、ハニカムフィルタ３が元の状態に再生される。

【００１７】さて、以上のように形成された排気ガス浄化装置１のハニカムフィルタ３及びハニカム構造体５に対し、バーナー４によって急激に８００℃〜９００℃に加熱した後に、毎分１Ｎｍ³の割合で８０℃のエアを供給して急激に冷却するという処理を繰り返し行った。

【００１８】そして、図１に示すように、ハニカムフィルタ３の中心軸線上でかつハニカムフィルタ３の両端面上の位置Ｐ₁，Ｐ₂における温度Ｔ₁，Ｔ₂をそれぞれ測定し、加熱及び冷却過程での両位置Ｐ₁，Ｐ₂における最大温度差ΔＴを測定した。また、排気ガスがハニカム構造体５及びハニカムフィルタ３を通過する際の圧力損失をそれぞれ測定すると共に、この処理に起因するクラックの発生状況を調査した。これらの結果を表１に示す。

【００１９】また、図３には実施例２の排気ガス浄化装置１４が示されている。この排気ガス浄化装置１４では、１つのハニカム構造体５を用いた前記実施例１とは異なり、複数のハニカム構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃを用いている。各ハニカム構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃはそれぞれ軸線方向の長さ１５mm，直径１４０mmの円板状を呈しており、気孔径が５０μｍ，気孔率が５０％の多孔質炭化珪素焼結体によって形成されている。そして、各ハニカム構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃは、図３に示すように互いに重ね合わされた状態で、ハニカムフィルタ３とバーナー４との間に配設されている。また、各ハニカム構造体１５ａ，１５ｂ，１５ｃに形成された連通孔１６は、図３のように封止片１７によって交互に封止され、これによりセル１８ａ，１８ｂが形成されている。尚、本実施例２では連通孔１６の内壁１９は何れも厚さ８MIL （０．２０mm）に、連通孔１６の数は１平方インチあたり５００個の割合で形成されている。

【００２０】更に、前記実施例１，２に対する比較例として、ハニカム構造体が配置されていないことを除き前記各実施例とほぼ同様の構成を有する排気ガス浄化装置を形成した。そして、実施例２及び比較例についても、上述の測定及び調査を行った。これらの結果を表１に示す。

【００２１】

【表１】

【００２２】表１から明らかなように、ハニカム構造体を有しない比較例の排気ガス浄化装置においては、排気ガスがハニカムフィルタ３を通過する際の圧力損失は２０mm Ｈｇであった。一方、実施例１，２の排気ガス浄化装置１，１４においては、排気ガスがハニカム構造体５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃを通過する際の圧力損失は、１０ｍ／ｓで流通した場合、２mmＨｇ，３mmＨｇ、ハニカムフィルタ３を通過する際の圧力損失は１８mmＨｇ，１８mmＨｇであった。また、パティキュレートを１０ｇ捕集後において測定したところ、排気ガスがハニカム構造体５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃを通過する際の圧力損失は、それぞれ３mmＨｇ，４mmＨｇであり、ハニカムフィルタ３を通過する際の圧力損失は７０mmＨｇ，６９mmＨｇであった。この結果から、ハニカム構造体５及び１５ａ，１５ｂ，１５ｃを配置しても、全体として圧力損失の増加が少なく、これら５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃが実用性の高いものであることが確認された。

【００２３】ハニカムフィルタ３の両端面の位置Ｐ₁，Ｐ₂における最大温度差ΔＴを測定した結果、実施例１，２のハニカムフィルタ３では７００℃，７００℃であり、何れもクラックが発生する温度差（４００〜５００℃）を越えることはなかった。また、ハニカムフィルタ３は局所的に温度上昇することもなく、その上昇の仕方も急激なものではなかった。更に、前記排気ガス浄化装置１，１４では、バーナー４の火炎が直接ハニカムフィルタ３の一端面に及ぶことがないため、バーナー４とハニカム構造体５及び１５ａ，１５ｂ，１５ｃとの距離を小さくして、装置全体をより小型にすることも可能であった。

【００２４】また、クラックの発生状況を調査したところ、何れの実施例のハニカムフィルタ３にもクラックは観察されなかった。また、バーナー４の火炎に曝されたハニカム構造体５及び１５ａ，１５ｂ，１５ｃについて観察を行った結果、それらにもクラックの発生は認められなかった。

【００２５】一方、比較例のハニカムフィルタ３では、バーナーの火炎が直接ハニカムフィルタ３の一端面に及び、その一端面のみが急激に加熱されていた。従って、前記最大温度差ΔＴは７００℃と前記クラックが発生する温度差よりも大きくなり、ハニカムフィルタ３が破損するに到った。そのため、このような熱衝撃を緩和するためには、バーナー４とハニカムフィルタ３との間隔を広く保つことが必要とされ、装置全体を大型化せざるを得なかった。

【００２６】

【考案の効果】

以上詳述したように、本考案の排気ガス浄化装置には、圧力損失が小さく、熱容量が大きくかつ耐熱性に優れた熱緩衝体が配設されているため、フィルタ等の触媒担体の破損が確実に防止されると共に、装置全体の大型化が避けられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案を具体化した一実施例における排気ガ
ス浄化装置を示す部分正断面図である。

【図２】図１の排気ガス浄化装置におけるハニカムフ
ィルタ及びハニカム構造体の断面拡大図である。

【図３】実施例２の排気ガス浄化装置におけるハニカ
ムフィルタ及びハニカム構造体の断面拡大図である。

【符号の説明】

２ケーシング、２ａ通路、３触媒担体としてのハ
ニカムフィルタ、４熱源としてのバーナー、５，１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ熱緩衝体としてのハニカム構造
体、８ａ，８ｂ（触媒担体に形成された）セル、１３
ａ，１３ｂ，１８ａ，１８ｂ（熱緩衝体に形成され
た）セル、Ｅ内燃機関としてのディーゼルエンジン。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】内燃機関（Ｅ）の排気側に連通する通路
（２ａ）を備えたケーシング（２）と、前記通路（２ａ）内に配置された多孔質炭化珪素焼結体
製の触媒担体（３）と、その触媒担体（３）は軸線方向
に延びる複数のセル（８ａ，８ｂ）を有することと、前記通路（２ａ）内において前記触媒担体（３）の上流
側に配設された熱源（４）と、多孔質炭化珪素焼結体によって形成されると共に前記触
媒担体（３）と前記熱源（４）との間に配設される少な
くとも１つの熱緩衝体（５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）
と、その熱緩衝体（５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）は軸
線方向に延びる複数のセル（１３ａ，１３ｂ，１８ａ，
１８ｂ）を有することとからなる排気ガス浄化装置。
【請求項２】前記熱緩衝体（５，１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ）のセル数は前記触媒担体（３）のセル数よりも多い
ことを特徴とする請求項１に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項３】前記熱緩衝体（５，１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ）の気孔径は３０μｍ〜２００μｍである請求項１ま
たは２に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項４】前記熱緩衝体（５，１５ａ，１５ｂ，１５
ｃ）の気孔率は３０％〜７０％である請求項１乃至３の
何れか一項に記載の排気ガス浄化装置。
【請求項５】前記少なくとも１つの熱緩衝体（５，１５
ａ，１５ｂ，１５ｃ）を前記通路（２ａ）内に配置した
場合、その軸線方向の長さが前記触媒担体（３）の軸線
方向の長さの１５％〜５０％に設定されることを特徴と
する請求項１乃至４の何れか一項に記載の排気ガス浄化
装置。