JPH0527217U - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 再生時におけるフィルタの排気ガス流入側と
流出側との温度差を減少させることにより、特定部位に
熱応力が集中することを防止して、耐久性に優れた排気
ガス浄化装置を提供する。 【構成】 多孔質炭化珪素によって形成されたフィルタ
３と、断熱層４との間に熱伝導性の良好な熱伝導層５を
設けた。

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の排気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では、例えば、多孔質炭化珪素によってハニ カム状に形成したフィルタが、ディーゼルエンジンの排気側に連通する通路内に 配置されている。そして、フィルタに所定量のパティキュレートが捕捉されると 、フィルタの排気ガス流入側端面がバーナー等の熱源により加熱され、これによ りフィルタがパティキュレートを捕捉していない元の状態に再生される。

【０００３】 前記再生処理においては、フィルタの加熱時に相当の熱量がフィルタの外周部 から前記通路側の周壁を介して外部へ放出されることが知られている。そのため 、従来の装置ではフィルタと前記通路の内壁との間に、熱伝導性の低いセラミッ クス繊維等からなる断熱材を配設することにより、フィルタ外周部からの熱エネ ルギーの放出を抑制し、フィルタの加熱効率の向上を図っている。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】

ところが、上記装置ではフィルタの外周部に断熱材が設けられているため、熱 エネルギーの外部への放出は抑制されるが、ガス流入側からガス流出側への熱伝 導性については改善されておらず、ガス流出側におけるフィルタの温度が充分に は高められない。従って、ガス流出側にパティキュレートが燃え残り、フィルタ の再生が完全に成されない虞れがあった。

【０００５】 更に、上記の従来装置においては、断熱材がフィルタ外周に接しているため、 その接触部分において急激な温度降下が生じ、フィルタの中心部と外周部との温 度差が大きくなる。この場合、周方向及び半径方向の応力（引っ張り応力または 圧縮応力）が増大して、フィルタが破損に到る虞れがあった。

【０００６】 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、再生時におけ る触媒担体からの放熱量を低減するために、その触媒担体外周に断熱材を配設し た場合であっても、ガスの流出入両側における温度差を減少させることにより、 触媒担体を完全に再生することができ、かつ触媒担体の破損を確実に防止するこ とができる排気ガス浄化装置を提供することにある。

【０００７】

【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、ディーゼルエンジンの排気側に連 通する通路を備えたケーシングと、多孔質セラミックスによってハニカム状に形 成されると共に前記通路に配置された触媒担体と、前記触媒担体と前記通路の内 壁との間に配設された断熱材と、前記触媒担体より熱伝導性の良い材料によって 形成されると共に前記断熱材と触媒担体との間に配設された熱伝導層とを設けて いる。

【０００８】

【作用】

触媒担体と断熱材との間に熱伝導層を介在したフィルタの再生処理を行った場 合、前記熱伝導層と触媒担体との熱伝導性の差により、熱伝導層の温度の方が触 媒担体より先に上昇し、フィルタの排気ガス流出側に熱を速やかに伝導する。こ の場合、触媒担体の外周部は軸線方向にわたって一様に加熱されるため、触媒担 体の両端間の温度差も極めて小さくなる。

【０００９】 上述のように触媒担体内の各部位間の温度差が減少するに従い、半径方向及び 周方向に作用する応力が緩和されるため、クラックの発生に起因する触媒担体の 破損が未然に防止される。また、極めて効果的に触媒担体全体を加熱できるため 、従来の熱源を用いた場合であっても、特定部位にパティキュレートが燃え残る こともなく、完全に触媒担体の再生処理を行うことができる。

【００１０】 前記熱伝導層は、セラミックス繊維、耐熱性金属繊維から選択されるいずれか 少なくとも一種を用いて形成されることが望ましい。その理由は、前記繊維を用 いた場合、熱伝導層に好適な熱伝導性を付与することができ、かつバーナーの加 熱に耐えることができるからである。熱伝導層に好適なセラミックス繊維として は、例えば、炭化珪素製の繊維等があり、耐熱製金属繊維としては、ハステロイ 繊維及びステンレス繊維等が好適である。また、これらの繊維を任意に組み合わ せて、熱伝導層を形成することも勿論可能である。

【００１１】 前記熱伝導層の厚さは、０．５mm〜３．０mmであることが望ましい。この厚さ が前記範囲未満であると、排気ガス流出側に伝導する熱量が不充分なため、触媒 担体の両端間における温度差の拡大を防止することができない。また、前記範囲 を越えて熱伝導層を形成したとしても、装置全体の大型化を招くだけで、大きな 効果は期待できない。

【００１２】 前記触媒担体は、多孔質炭化珪素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チ タン酸アルミナ及びスポジュメンから選択されるいずれか少なくとも一種を用い て形成されることが望ましい。その理由は、上記材料を用いて触媒担体を形成す れば、バーナー加熱時の高温に耐え、確実にパティキュレートの捕集を行うこと ができるからである。

【００１３】

【実施例】

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

【００１４】 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は、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 気ガスを浄化するためのディーゼルパティキュレートフィルタ３が配設されてい る。また、前記フィルタ３と通路２ａの内壁との間には、セラミックス繊維から なる厚さ５mm，熱伝導率０．０１cal/cm.sec. ℃の断熱材４が設けられ、更にそ の断熱材４とフィルタ３との間には、熱伝導層５が設けられている。そして、前 記通路２ａにおけるフィルタ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６が設けられている。

【００１５】 図２に示すように、本実施例のフィルタ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ると共に、長さ１４０mm，直径１５０mmの円柱形状を呈して いる。フィルタ３には軸線方向に沿って多数のガス通過孔７が形成され、各ガス 通過孔７の排気ガス流入側及び流出側の何れか一方の端部開口は、多孔質焼結体 からなる封止片８によって交互に封止されている。これにより、排気ガス流入側 または流出側の何れか一方に開口するセル９ａ，９ｂが形成されている。

【００１６】 図３にて矢印Ａで示すように、流入側に開口するセル９ａから導入された排気 ガスは、各セル９ａ，９ｂの間に位置する内壁１０を介して、隣接の流出側に開 口するセル９ｂ側に流れ込む。そして、排気ガスが内壁１０を通過する際にパテ ィキュレートのみが内壁１０面に捕集され、浄化された排気ガスのみがフィルタ ３から排出される。

【００１７】 フィルタ３に所定量のパティキュレートが捕捉された場合には、バーナー６の 点火によって、フィルタ３の加熱が開始される。フィルタ３が所定温度まで加熱 されると、フィルタ３内のパティキュレートが燃焼され、フィルタ３はパティキ ュレートを捕捉していない元の状態に再生される。

【００１８】 次に、断熱材４とフィルタ３との間に介在する熱伝導層５について詳細に説明 する。図１及び２に示すように、前記熱伝導層５はフィルタ３の外周面全体にわ たって、均一にかつ厚さが２．０mmとなるように形成されている。また、前記熱 伝導層５には、前記フィルタ３に用いられた材料よりも熱伝導性の良い材料とし て、炭化珪素製の繊維が使用される。そして、これにより熱伝導層５の熱伝導率 が２Kcal/m.hr.℃に設定されている。

【００１９】 さて、このように形成された実施例の排気ガス浄化装置１の特性を検討するた めに、以下に述べる条件にてフィルタ３の再生処理を行った。即ち、フィルタ３ 内のパティキュレートが所定量（１０g/リットル）に達するまで捕集動作を行っ た後に、バーナー６を点火して、パティキュレートが着火する温度（６５０℃） までフィルタ３を加熱した。その後、エアコンプレッサ（図示略）により、燃焼 促進用の二次エアを毎分０．２立方メートルの割合で１０分間流通して、フィル タ３内のパティキュレートを燃焼させた。また、これらの一連の処理をフィルタ ３にクラックが発生するまで繰り返すことで、最大再生処理回数（回）を測定し た。加えて、バーナー６を点火した時点から、フィルタ３の平均温度が前記着火 温度に到達する時点までの時間を測定することにより、再生処理における加熱所 要時間（分）を計算した。

【００２０】 そして、図１に示すように、フィルタ３の排気ガス流入側端面上における中心 付近の位置Ｐa 及び外周付近の位置Ｐb 、並びに排気ガス流出側端面上における 外周付近の位置Ｐc にて、経時的に温度Ｔa ，Ｔb ，Ｔc （℃）の測定を行った 。また、この測定値に基づいて、再生処理の際におけるＰa ，Ｐb 間の最大温度 差ΔＴab（℃）とＰb ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴbc（℃）とをそれぞれ求めた。 その結果を表１に示す。

【００２１】 尚、前記実施例と同一の材料を用いて同一サイズに形成されたフィルタ３の外 周面に、上述のような熱伝導層を介在することなく、セラミックス繊維からなる 厚さ７mmの断熱材を設けることにより、従来タイプの排気ガス浄化装置を製造し た。この装置を前記実施例に対する比較例として用い、同様の測定を行った。そ の結果を表１に示す。

【００２２】

【表１】

【００２３】 表１から明らかなように、実施例の排気ガス浄化装置１に備えられたフィルタ ３では、再生処理における加熱時間は６分であり、比較的短時間の内に所定温度 に到達することが認められた。また、再生処理におけるＰa ，Ｐb 間の最大温度 差ΔＴabは１００℃以下で、Ｐb ，Ｐc 間の最大温度差ΔＴbcは５０℃であり、 何れも小さい値を示した。従って、実施例のフィルタ３には、フィルタ３の半径 方向及び周方向のいずれに対しても、クラックが生じるほどの大きな応力は作用 していないことが示唆された。

【００２４】 更に、フィルタ３内の残留パティキュレートの有無を調査したところ、燃え残 りは存在せず効率の良い再生処理が行われたことが分かった。尚、再生処理を５ ００回以上行った後でも、フィルタ３にクラックが発生することはなく、これに より本実施例の装置の耐久性が格段に優れていることが証明された。

【００２５】 一方、比較例の排気ガス浄化装置に備えられたフィルタでは、前記実施例に比 べて加熱に長い時間を要し、とりわけ排気ガス流出側端面上における外周付近の 位置Ｐc の温度Ｔc の上昇が緩慢であった。また、残留パティキュレートが多く 存在し、再生処理が不完全であったことが判明した。燃え残ったパティキュレー トの大部分はフィルタの外周部に偏在していることが認められ、その傾向はフィ ルタの排気ガス流出側に近づくほど顕著であった。

【００２６】 更に、最大温度差ΔＴab及びΔＴbcを測定したところ、共に実施例のフィルタ ３よりも大きい値を示した。それ故、フィルタの半径方向及び周方向に対して、 前記実施例よりも大きな応力が作用していることが示唆された。尚、比較例では 再生処理を１１２回繰り返した時点でクラックが発生し、フィルタが破損するに 到った。従って、比較例の装置は前記実施例の装置に比べて、耐久性に劣ること が分かった。

【００２７】 尚、本考案は前記実施例のみに限定されることはなく、その構成を変更するこ とが勿論可能である。即ち、熱伝導層５は必ずしもフィルタ３の全周面にわたっ て形成する必要はなく、例えば図３に示す別例のフィルタ１１のように、フィル タ１１の排気ガス流出側のみに熱伝導層１２を設けても良い。このような熱伝導 層１２によっても、フィルタ３の外周部における排気ガス流入側と流出側との温 度差を小さくすることができる。

【００２８】

【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よれば、再生時における触 媒担体からの放熱量を低減するために、その触媒担体外周に断熱材を配設した場 合であっても、ガスの流出入両側における温度差を減少させることにより、触媒 担体を完全に再生することができ、かつ触媒担体の破損を確実に防止することが できるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案を排気ガス浄化装置に具体化した一実
施例における部分正断面図である。

【図２】 図１のディーゼルパティキュレートフィルタ
を示す部分拡大断面図である。

【図３】 別例のディーゼルパティキュレートフィルタ
を示す部分拡大断面図である。

【符号の説明】

２ ケーシング、２ａ 通路、３，１１ 触媒担体とし
ての（ディーゼルパティキュレート）フィルタ、４ 断
熱材、５，１２ 熱伝導層、Ｅ ディーゼルエンジン。

Claims (4)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼルエンジン（Ｅ）の排気側に連通
   する通路（２ａ）を備えたケーシング（２）と、 多孔質セラミックスによってハニカム状に形成されると
   共に前記通路（２ａ）に配置された触媒担体（３，１
   １）と、 前記触媒担体（３，１１）と前記通路（２ａ）の内壁と
   の間に配設された断熱材（４）と、 前記触媒担体（３，１１）より熱伝導性の良い材料によ
   って形成されると共に前記断熱材（４）と触媒担体
   （３，１１）との間に配設された熱伝導層（５，１２）
   とを設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。
2. 【請求項２】前記熱伝導層（５，１２）は、セラミック
   ス繊維、耐熱性金属繊維から選択されるいずれか少なく
   とも一種を用いて形成されることを特徴とする請求項１
   に記載の排気ガス浄化装置。
3. 【請求項３】前記熱伝導層（５，１２）の厚さは、０．
   ５mm〜３．０mmであることを特徴とする請求項１または
   ２に記載の排気ガス浄化装置。
4. 【請求項４】前記触媒担体（３，１１）は、多孔質炭化
   珪素、コージエライト、ムライト、アルミナ、チタン酸
   アルミナ及びスポジュメンから選択されるいずれか少な
   くとも一種を用いて形成されることを特徴とする請求項
   １に記載の排気ガス浄化装置。