JPH11300165A - 排気ガスの後処理装置および後処理方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ディーゼル車から排出されるパティキュレー
トと窒素酸化物を同時に除去することができる、排気ガ
スの後処理装置を提供することを主要な目的とする。 【解決手段】 排気ガスの後処理装置は、互いに並列に
並べられ、それぞれがＮＯ_X 吸蔵剤とＮＯ_X 分解剤を含
む、第１のフィルタユニット１と第２のフィルタユニッ
ト２とを備える。当該装置は、その一端から排気ガスが
導入され、その他端が第１のフィルタユニット１と第２
のフィルタユニット２に分枝して接続されている排気ガ
ス導入管路３を備える。排気ガス導入管路３の分枝部分
に、排気ガスの流路を切換える切換バルブ４が設けられ
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、一般に、排気ガ
スの後処理装置に関するものであり、より特定的には、
排気ガス中のＮＯ_X を除去することができるように改良
された排気ガスの後処理装置に関する。この発明は、ま
た、そのような排気ガス中からＮＯ_X を除去する方法に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジン排気ガス中のＰＭ
（Particulate Matter：黒煙＋ＳＯＦ（Soluble Organi
c Fraction））と人体の健康阻害（喘息，花粉症，発癌
性）との因果関係が指摘されており、２１世紀に向けて
ＰＭ排出量の大幅な低減が急務である。

【０００３】ディーゼル・パティキュレート・フィルタ
（ＤＰＦ）は、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭ
を最も効率的に低減する排気ガス後処理装置であり、さ
まざまな研究が行なわれている。ＤＰＦのフィルタ材料
には、コージェライトや金属多孔体材料（セルメット
（登録商標））が用いられ、フォークリフトをはじめと
する建設機械、産業機械用ＤＰＦが開発されている。ま
た、ＰＭ低減が厳しく要求されている大型バス・トラッ
クへの展開を図るべく、市街地路線バス用ＤＰＦシステ
ムにも検討されている。

【０００４】図７は、提案されている路線バス用ＤＰＦ
システムの概略図である。このＤＰＦシステムは、ディ
ーゼルエンジンから排出される排気ガス中のＰＭを捕集
・除去する２系統のＤＰＦユニット、切換バルブ、バル
ブ制御やヒータ制御を行なう制御ユニットからなる。こ
の２系統ＤＰＦシステムは、図８を参照して、一方のＤ
ＰＦユニットでＰＭを捕集する間に、他方のＤＰＦユニ
ットで捕集したＰＭを燃焼し、フィルタを初期状態に戻
す（再生する）ことを連続的に行なうことを可能として
いる。この捕集・再生は、一定時間でのバルブ切換によ
る排ガス流路変更で成立するため、極めて簡単なシステ
ムとなっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のＤＰＦシステム
は以上のように構成されている。

【０００６】ところで、ディーゼルエンジンにおいて
は、人体に有害な粒子状物質（ＰＭ）以外に、ＮＯ_X の
排出が問題となっている。

【０００７】しかしながら、ＮＯ_X 除去触媒について
は、ゼオライト等が検討されているものの、決め手がな
いのが現状である。これは、ディーゼル車からの排出ガ
ス中には、高濃度の酸素が含まれ、酸化雰囲気となって
おり、このような酸化雰囲気中で、ＮＯ_X を還元させる
ことが困難であるためである。

【０００８】ＮＯ_X 除去触媒の課題としては、１）酸化
雰囲気下での還元反応ができること、２）高速度で流れ
てくる低濃度のＮＯ_X と反応できること、３）反応温度
が低いことの３点が挙げられる。

【０００９】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、上記３点を満たし、ディーゼ
ル車から排出される排気ガス中のＮＯ_X を効率よく除去
することができるように改良された、排気ガスの後処理
装置および後処理方法を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明に係る排気ガス
の後処理装置は、排気ガスをフィルタする排気ガス後処
理装置に係る。当該排気ガスの後処理装置は、互いに並
列に並べられ、それぞれがＮＯ_x 吸蔵剤とＮＯ_x 分解剤
を含む、第１のフィルタユニットと第２のフィルタユニ
ットとを備える。当該装置は、その一端から上記排気ガ
スが導入され、その他端が上記第１のフィルタユニット
と上記第２のフィルタユニットに分枝して接続されてい
る排気ガス導入管路を備える。上記排気ガス導入管路の
上記分枝部分に、上記排気ガスの流路を切換える切換バ
ルブが設けられている。

【００１１】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記第１のフィルタユニットを加熱する第１の加熱手段
と、上記第２のフィルタユニットを加熱する第２の加熱
手段とを備える。

【００１２】この発明の、さらに好ましい態様によれ
ば、上記ＮＯ_x 吸蔵剤と上記ＮＯ_x 分解剤は同一材料で
形成されている。

【００１３】この発明の他の実施態様によれば、上記Ｎ
Ｏ_x 吸蔵剤と上記ＮＯ_x 分解剤は別材料で形成されてい
る。

【００１４】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記第１および第２のフィルタユニットは、上記排
気ガス中の煤を除去する機能を有するディーゼルパティ
キュレートフィルタで構成される。

【００１５】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記ＮＯ_x 吸蔵剤は、ペロブスカイト系酸化物、アルカリ
金属およびＢｉ酸化物からなる群より選ばれる。

【００１６】この発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、上記ＮＯ_x 分解剤は、貴金属材料、ペロブスカイト
系酸化物、金属酸化物および金属イオン交換ゼオライト
からなる群より選ばれる。

【００１７】また、上記第１および第２のフィルタユニ
ットは、それぞれ、上記煤を除去する部分と、上記ＮＯ
_x を吸蔵・分解する部分とに区分されているのが好まし
い。

【００１８】また、上記ＮＯ_x 吸蔵剤は、上記パティキ
ュレートフィルタに、１μｍ以下の膜厚で、付着してい
るのが好ましい。

【００１９】この発明の他の局面に従う、排気ガスの後
処理方法においては、まず、それぞれがＮＯ_x 吸蔵剤と
ＮＯ_x 分解剤を含む、第１のフィルタユニットと第２の
フィルタユニットを準備する。その後、一方のフィルタ
ユニット中に排気ガスを流し、該排気ガス中のＮＯ_x を
捕集させながら、他方のフィルタユニットで、排気ガス
の導入を断ち、既に捕集されているＮＯ_x を分解する。

【００２０】この発明の好ましい実施態様によれば、上
記一方のフィルタユニット中に排気ガスを流していると
き、これに排気ガス中の煤をも捕集させながら、他方の
フィルタユニットで既に捕集されている煤の燃焼をも行
なう。

【００２１】

【発明の実施の形態】実施の形態１ 図１は、実施の形態１に係る、排気ガスの後処理装置の
概念図である。

【００２２】排気ガスの後処理装置は、排気ガスをフィ
ルタする第１のフィルタユニット１と第２のフィルタユ
ニット２とを備える。第１のフィルタユニット１と第２
のフィルタユニット２は、互いに並列に並べられてい
る。第１のフィルタユニット１と第２のフィルタユニッ
ト２のそれぞれは、ＮＯ_X 吸蔵剤とＮＯ_X 分解剤を含
む。当該装置は、その一端から排気ガスが導入され、そ
の他端が第１のフィルタユニット１と第２のフィルタユ
ニット２に分枝して接続されている排気ガス導入管路３
を備える。排気ガス導入管路３の分枝部分に、排気ガス
の流路を切換える切換バルブ４が設けられている。

【００２３】次に動作について説明する。切換バルブ４
を操作し、第１のフィルタユニット１中に排気ガスを流
し、排気ガス中のＮＯ_X を、第１のフィルタユニット１
中に含まれているＮＯ_X 吸蔵剤に捕集させる。このと
き、第２のフィルタユニット２中へは、排気ガスを送り
込まないようにする。第２のフィルタユニット２中で、
既に捕集されているＮＯ_X を分解させる。これらを、切
換バルブ４を操作させることにより、交互に行なうと、
排気ガス中のＮＯ_X が除去される。

【００２４】第２のフィルタユニット２中で、ＮＯ_X を
分解しているときには、切換バルブ４によって、第２の
フィルタユニット２中への排気ガスの導入が断たれてい
るので、第２のフィルタユニット２中の酸素量は減少
し、ＮＯ_X の還元分解が効率よく進むという効果を奏す
る。

【００２５】ＮＯ_X 吸蔵剤の例として、ペロブスカイト
系酸化物（ＹＢａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_X ，Ｂｉ₂ Ｓｒ₂ ＣａＣｕ
₂ Ｏ等）、アルカリ金属（Ｂａ，Ｌａ等）およびＢｉ酸
化物が好ましく用いられる。

【００２６】ＮＯ_X 分解剤としては、貴金属材料（Ｐ
ｔ，Ｒｈ，Ｐｄ）、ペロブスカイト系酸化物（ＬａＳｒ
ＣｏＯ₃ ，ＹＢａ₂ Ｃｕ₃ Ｏ_X ，ＬａＡｌＯ₃ 等）、金
属酸化物系（Ａｌ₂ Ｏ₃ ，ＴｉＯ₂ ，Ｃｏ₂ Ｏ₃ 等）お
よび金属イオン交換ゼオライト（Ｃｕ−ＺＳＭ−５，Ｐ
ｔ−ＺＳＭ−５，Ｃｏ−ＺＳＭ−５等）等が好ましい。

【００２７】図２は、図１に示す第１のフィルタユニッ
ト１と第２のフィルタユニット２の構造の詳細を示す図
である。フィルタユニット中には、円盤状のフィルタ５
が配列されている。また、フィルタユニット中には、ヒ
ータ６が配置されている。

【００２８】ヒータ６の存在により、触媒が加熱される
ため、触媒活性が向上する。ＮＯ_X 吸蔵剤はフィルタ５
に、浸漬法により、１μｍ以下の膜厚で、付着させるの
が好ましい。

【００２９】図３は、第１のフィルタユニットおよび第
２のフィルタユニットの、他の構造を示す図である。フ
ィルタユニット中には、円柱状のフィルタ５が設けられ
ている。また、フィルタユニット中には、ヒータ６が設
けられている。このような構成であっても、同様の効果
を奏する。

【００３０】実施の形態２ 図４は、実施の形態２に係る排気ガス処理装置に用いら
れる、第１および第２のフィルタユニットの概念図であ
る。これは、従来のＤＰＦシステムのＤＰＦに、ＮＯ_X
吸蔵剤およびＮＯ_X 分解剤を付加したものである。ＤＰ
Ｆシステムにおいて、ＤＰＦのＰＭ捕集、再生サイクル
を考えた場合に、ＰＭ捕集時には、ＮＯ _X 吸蔵剤によ
り、ＮＯ_X も吸収されるようにする。なお、図４に示す
ＤＰＦは、煤を捕集させる部分と、ＮＯ_X を捕集させる
部分とに、区分されている。

【００３１】ＤＰＦには、金属多孔体材料（セルメット
（登録商標））を用いた。セルメットは、太さ７０〜８
０μｍの金属骨格が孔径１００〜４００μｍの連通孔を
形成した３次元多孔体構造を持っており、材質はＮｉ−
Ｃｒ−Ａｌ合金である。このセルメットの特徴は次のと
おりである。

【００３２】高い空孔率（９０％以上）のため、圧損が
少ない。３次元骨格構造をもつため、フィルタ厚み方向
の捕集により、単位面積当りの捕集ＰＭ量が多い。フィ
ルタ厚さ、面積、金属充填率により捕集性能（捕集効
率，圧損）の制御が可能である。曲げ、切断、圧縮等の
機械加工が容易である。

【００３３】ＮＯ_X 吸蔵剤は、パティキュレートフィル
タに、浸漬法により、１μｍ以下の膜厚で、付着させる
のが好ましい。

【００３４】図１と図４を参照して、この実施の形態に
よれば、切換弁４によって排気ガスの導入が絞られ、か
つＰＭ燃焼のためＤＰＦ内の酸素量がさらに減少する。
また、ヒータ６により触媒が加熱されるため、触媒活性
が向上する。

【００３５】また、煤低温燃焼に使用される触媒として
Ｐｔを用いると、ＮＯ_X 分解にも効果を奏する。本実施
の形態により、パティキュレートと窒素酸化物を同時に
除去することが可能となる。

【００３６】図５に、ＰＭおよびＮＯ_X の捕集吸蔵と分
解のサイクルを示す。この実施の形態によると、酸化雰
囲気下での還元反応が効率よく進む。その理由は、切換
バルブ４の調整により酸素量を低下させることができ、
さらに、煤の燃焼によって、フィルタユニット中の酸素
量がさらに減少するからである。

【００３７】また、ＮＯ_X が高速度で、かつ低濃度で流
れてきても、還元反応を効率よく起こさせることができ
る。なぜなら、ＮＯ_X がまずＮＯ_X 吸蔵剤に吸蔵され、
吸蔵されたＮＯ_X が一挙に放出されるので、ＮＯ_X のフ
ィルタユニット中を流れる速度は低下し、濃度も濃くな
り、分解が容易となる。また反応温度の点においても、
煤燃焼温度まで加熱することができるので、反応温度が
十分に高められる。

【００３８】図６は、図４に示す実施例の他の態様を示
す図である。ここでは、フィルタとして、円柱状のフィ
ルタが用いられている。前方部分が、煤捕集分解用に利
用され、後方部分がＮＯ_X の捕集分解用に用いられてい
る。

【００３９】

【発明の効果】以上説明したとおり、この発明によれ
ば、切換弁によって排気ガスの導入が絞られるので、フ
ィルタユニット中の酸素濃度が減少し、ＮＯ_X の還元分
解反応が効率よく進む。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施の形態１に係る排気ガスの後処理装置の概
念図である。

【図２】排気ガスの後処理装置に用いられるフィルタユ
ニットの構造の概念図である。

【図３】本発明に用いられるフィルタユニットの他の構
造例を示す概念図である。

【図４】実施の形態２に係る排気ガスの後処理装置に用
いられる、フィルタユニットの概念図である。

【図５】実施の形態２に係る、ＰＭ・ＮＯ_X の捕集・分
解のサイクルを示す図である。

【図６】実施の形態２に係る排気ガスの後処理装置に用
いられるフィルタユニットの他の構造例を示す図であ
る。

【図７】従来の路線バス用ＤＰＦシステムの概念図であ
る。

【図８】従来のＤＰＦシステムの、ＰＭの捕集・燃焼の
サイクルを示す図である。

【符号の簡単な説明】

１ 第１のフィルタユニット ２ 第２のフィルタユニット ３ 排気ガス導入管路 ４ 切換バルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｂ０１Ｊ 23/10 Ｂ０１Ｊ 23/78 Ａ 23/40 ＺＡＢ 29/42 Ａ 23/75 Ｂ０１Ｄ 53/34 １２９Ａ 23/78 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３１１Ａ 29/42

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスをフィルタする排気ガス後処理
   装置であって、 互いに並列に並べられ、それぞれがＮＯ_x 吸蔵剤とＮＯ
   _x 分解剤を含む、第１のフィルタユニットと第２のフィ
   ルタユニットと、 その一端から前記排気ガスが導入され、その他端が前記
   第１のフィルタユニットと前記第２のフィルタユニット
   に分枝して接続されている排気ガス導入管路と、 前記排気ガス導入管路の前記分枝部分に設けられ、前記
   排気ガスの流路を切換える切換バルブとを、備えた排気
   ガス後処理装置。
2. 【請求項２】 前記第１のフィルタユニットを加熱する
   第１の加熱手段と、前記第２のフィルタユニットを加熱
   する第２の加熱手段と、を備えた、請求項１に記載の排
   気ガス後処理装置。
3. 【請求項３】 前記ＮＯ_x 吸蔵剤と前記ＮＯ_x 分解剤は
   同一材料で形成されている、請求項１に記載の排気ガス
   後処理装置。
4. 【請求項４】 前記ＮＯ_x 吸蔵剤と前記ＮＯ_x 分解剤は
   別材料で形成されている、請求項１に記載の排気ガス後
   処理装置。
5. 【請求項５】 前記第１および第２のフィルタユニット
   は、前記排気ガス中の煤を除去する機能を有するディー
   ゼルパティキュレートフィルタで構成される、請求項１
   に記載の排気ガス後処理装置。
6. 【請求項６】 前記ＮＯ_x 吸蔵剤は、ペロブスカイト系
   酸化物、アルカリ金属およびＢｉ酸化物からなる群より
   選ばれる、請求項１に記載の排気ガス後処理装置。
7. 【請求項７】 前記ＮＯ_x 分解剤は、貴金属材料、ペロ
   ブスカイト系酸化物、金属酸化物および金属イオン交換
   ゼオライトからなる群より選ばれる、請求項１に記載の
   排気ガス後処理装置。
8. 【請求項８】 前記第１および第２のフィルタユニット
   は、それぞれ、前記煤を除去する部分と、前記ＮＯ_x を
   吸蔵・分解する部分とに区分されている、請求項５に記
   載の排気ガス後処理装置。
9. 【請求項９】 前記ＮＯ_x 吸蔵剤は、前記パティキュレ
   ートフィルタに、１μｍ以下の膜厚で、付着している、
   請求項５に記載の排気ガス後処理装置。
10. 【請求項１０】 排気ガスをフィルタする排気ガス後処
    理方法であって、 それぞれがＮＯ_x 吸蔵剤とＮＯ_x 分解剤を含む、第１の
    フィルタユニットと第２のフィルタユニットを準備する
    工程と、 一方のフィルタユニット中に排気ガスを流し、該排気ガ
    ス中のＮＯ_x を捕集させながら、他方のフィルタユニッ
    トで、排気ガスの導入を断ち、既に捕集されているＮＯ
    _x を分解する工程と、を備える、排気ガスの後処理方
    法。
11. 【請求項１１】 前記一方のフィルタユニット中に排気
    ガスを流しているとき、これに該排気ガス中の煤をも捕
    集させながら、 他方のフィルタユニットで既に捕集されている煤の燃焼
    をも行なう、請求項１０に記載の、排気ガスの後処理方
    法。