JPS61222517A - 排ガス浄化体 - 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】 上の利用分野 本発明は、三次元網状構造をなしたセラミック多孔体か
らなり、排ガス中に含まれる微粒子、炭化水素、−酸化
炭素、窒素酸化物等の有害物質を除去して排ガスを浄化
するために用いられる排ガス浄化体に関し、特にディー
ゼルエンジン排ガスの微粒子捕捉体或いはがソリンエン
ジン徘ガスの浄化体として好適に用いられる排ガス浄化
体に関する。

従来の技術及びその問題点 従来、ディーゼルエンジン排ガス中に含まれる微粒子を
捕捉して排ガスを浄化するために用いられる排ガス微粒
子捕捉体として、つ中−ルスルータイツのセラミックフ
ィルターや三次元網状構造を有するセラミック多孔体、
或いはアルミナコートを施したメタルメッシ、、スチー
ルウール等からなるものなどが知られている。

これらの捕捉体においては、微粒子の堆積量が増加する
につれて背圧が上昇し、次第にエンジンに負担をかける
よう罠なるため、微粒子捕捉量がある程度増加した段階
で微粒子を除去し、捕捉体を再生する必要がある。この
ような再生は、通常微粒子を燃焼して除去することによ
りて行なわれているが、微粒子の燃焼熱は約７．８　ｋ
（Ｘｉ／９と非常に大きいため、再生時に捕捉体九人き
い熱衝撃が加わり、゛捕捉体が破損、劣化する原因とな
る。

この場合、セラミック製の捕捉体は金属製のものより高
温まで耐えられるので、再生時の熱衝撃を考慮すると前
記フォールスルータイブのセラミックフィルターや三次
元網状構造のセラミック多孔体は好ましいものである。

しかしながら、この５　チ’）　ｔ−ルスルータイグの
セラミックフィルターは、ディーゼル排ガスを微細孔が
形成されたセラミック壁を通過させる際に微粒子を捕捉
するもので、初期の圧力損失が小さく、微粒子の捕集効
率が大きいという長所を有するが、微粒子の堆積に＃−
なう背圧の上昇が急であり、再生の間隔を短くしなけれ
ばならないという短所を有する。一方、従来の三次元網
状構造のセラミック多孔体は、微粒子の堆ａＫＰＰ−な
う背圧の上昇は緩やかであり、再生の間隔を長くするこ
とができるという長所を有する力ζ微粒子の捕集効率は
フォールスルータイブのフィルターに劣るという問題が
ある。

このように、従来のセラミック製排ガス微粒子捕捉体は
いずれも欠点を有しており、このため微粒子の捕集効率
、圧力損失等の捕捉体としての基本特性の点で優れてい
ると共に、再生の間隔を長くとることができ、しかも耐
熱衝撃性に優れた捕捉体が望まれていた。

また、従来よりがソリンエンジン排ガス浄化体として種
々のものが提案されており、三次元網状構造をなしたセ
ラミック多孔体をこの檜の浄化体とし【使用することも
知られているが、従来のものは排ガス流の高空間速度領
域で浄化力の不足がしばしば生じる問題があり、このた
めこの点の改善が求められていた。

１里旦旦ｊ 本発明者らは、上記事情に鑑み鋭意研究を行なっている
うち、内部連通空間を有する三次元網状構造をなしたセ
ラミック多孔体をその排ガス入口面の平面面積（ＳｃＩ
ｎ２）と排ガス通過厚さく　Ｌ　ｃｐｓ　）との割合、
（Ｓ／Ｌ　）を２０〜２５０の範囲にすると共に、網目
の荒さを６〜３０メッシュとした場合、微粒子の捕集効
率が高く１．初期の圧力損失が低く、耐熱衝撃性に優れ
ていると共に、再生間隔を長くとることができ、しかも
耐久性に優れ、基本特性面、実用的見地、品質保証等の
点からディーゼル排ガス微粒子捕捉体として有効に使用
できる排ガス浄化体を得ることができることを知見した
。更く、本発明者らは、上記知見に加え、上述したセラ
ミック多孔体が微粒子のみならず排ガス中の炭化水素、
−酸化炭素、窒素酸化物等のガス状有害物質を良好に除
去すること、排ガス高空間速度領域においても光分高い
浄化力を有すること、従って上記セラミック多孔体が排
ガス中のガス状有害物質のみを除去する用途、例えばが
ソリンエンゾン排ブスの浄化体としても有効に使用し得
ることを知見し、本発明をなすに至ったものである。

即ち、排ガス浄化体として優れた性能を有する三次元網
状構造をなしたセラミック多孔体の特徴を生かした設計
は従来なされていなかったものであるが、本発明者らは
、これまでのディーゼル微粒子フィルターやガソリン車
用コンパターの通念からすると非常に大きい入口面の面
積にセラミック多孔体を設計すると共に、セラミック多
孔体の排ガス通過方向に沿った長さ、即ち排ガス通過厚
さくノ臂ス長）が長い方が微粒子捕集量が増大しかつ再
生間隔を長くすることができるという従来の常識とは逆
に、排ガス通過厚さを短かく設計した場合、意外にも微
粒子の捕集効率、圧力損失等の微粒子捕捉体としての基
本特性に優れ、かつ再生時間の延長化が達成され、しか
も耐熱衝撃性に優れた微粒子捕捉体が得られること、更
にこのようにセラミック多孔体を設計した場合、排ガス
高空間速度領域において充分高い浄化力を有するがソリ
ンエンジン排ガス浄化体が得られることを知見したもの
でろる。

以下、本発明につき更に詳しく説明する。

発明の構成 本発明に係る排ガス浄化体は、図面に示す如き排ガス通
路となる内部連通空間を有する三次元網状構造をなした
セラミック多孔体からなる排ガス浄化体Ｉにおいて、排
ガス入口面２の平面面積５（ｃＩｎ２）と排ガス通過厚
さＬ　（ｃｍ　）との割合Ｓ／Ｌを２０〜２５０．網目
の荒さを６〜３０メッシ、に形成したものである。なお
、この場合、排ガス入ロ面の平面面積のみならず、浄化
体の排ガス流れ方向忙対し垂直方向の断面積が排ガス通
過厚さとの割合で上記範囲におることが好ましい０また
、メック、とは、多孔体の長さ１インチ当りに存在する
内部連通空間の個数を示す。

ここで、本発明排ガス浄化体をディーゼル徘ガス微粒子
捕捉体として用いる場合、排ガス入口面の平面面積を２
５０−１０００ｙＲ２、特に３００〜５００ｃｔｓ２、
排ガス通過厚さを４〜１２ｃＩＲｓ特に６〜１０３、網
目の荒さを１５〜３０メッシュとすることが好ましい。

このディーゼル微粒子捕捉体の２５０〜１０００３２と
いう入口面の面積は、これまでのディーゼル微粒子フィ
ルターやガソリン車用コンパターの通念からすると極め
て大きいものでめるが、このように入口面積を大きくす
ることにより、セラミック多孔体は三次元網状構造であ
るため排ガスの流れが乱されて圧力損失が高くなりがち
であるがこの圧力損失をエンシフｔＣ負荷を与えないレ
ベルまで低下させることができ、更に排ガスの通過面積
が増加し、微粒子の捕集性能を高めることができる。

これに対し、入口面積を大きくとりすぎると、後述する
ように排ガス通過厚さくセラミック多孔体の厚さ）が薄
いため排ガス圧に抗すべき圧壊強度が低下し、また微粒
子捕捉体を置くべき自動車等のスペースからの制限があ
るので、排ガス入ロ面の平面面積は１０００ｃｒＲ以下
とすることが好ましい。

但し、捕捉体を２枚以上組合せて実効の入口面積を１０
００譚２より大きくすることは差支えない。なお、入口
１面の平面面積を２５０ノより小さくすると圧力損失が
高くなり、燃費を落とす原因となるので好ましくない。

また、上記捕捉体において、徘ガス通過厚さは上述した
ように４〜１２画とすることが好ましい。

排ガス通過厚さは微粒子捕集効率、圧力損失、再生間隔
、再生時の熱衝撃緩和及び排ガス圧忙よる割れに対する
抵抗性に密接に関係しており、上記範囲はこれらを考慮
して見出した最適範囲である。

即ち、捕集効率は通過厚さが長いほど浸れるが圧力損失
が大きくなる。また、通過厚さが長いと微粒子燃焼熱が
捕捉体後部に集中し、捕捉体に堆積した微粒子の量にも
依存するが、この部分の温度が急上昇して捕捉体が浴融
破損したり、大急な熱歪応力分布を生じてクランクを生
じることがおる。

更に、同一人口面積で比較した場合、排ガス通過厚さが
長い方が捕捉体容積が大きいのでより多くの微粒子が貯
められ、再生間隔を長くとれると考えがちであるが、意
外にも結果は全く逆で、パス長が短いほど再生間隔を長
くとれることを本発明者らは見出した。この理由は、捕
捉体を同一時間使用した時、排ガス通過厚さが長いほど
堆積微粒子量が多くなるが、再生時の捕捉体内部温度が
微粒子の量にほぼ比例して高くなるためであると考えら
れる。即ち、本発明に用いるセラミック多孔体は通常１
３００℃以上でないと溶融しないが、クラック発生を避
ける知は熱衝撃のピーク温度を１１００℃以下、できれ
ば１０００℃以下に抑えるべきであるので、同一ピーク
温度になる微粒子量が堆積するまでの時間で比較するな
らば、排ガス通過厚が短いほど長い再生間隔がとれるも
のである。

従って、圧力損失、再生間隔という観点からは排ガス通
過厚さは短い方が有利であるが、微粒子捕集効率との兼
合いで４ＣＭ以上１２ｃ！ｎ以下とするととが好ましい
。排ガス通過厚さがこれより短いと捕集効率が小さくな
りすぎると共に、排ガス圧に抗すべき圧壊強度が低下し
、捕捉体が割れることがあるため好ましくない。もりと
も、この捕捉体の割れは捕捉体を捕捉体容器に固定する
方法を工夫するととくよりある程度回避することができ
る。

例えば、通常は捕捉体の外周面をセラミックファイバー
に膨張性雲母を混入してシート化したものや金網等の緩
衝材を用いて容器に固定するが、更に捕捉体の排ガス出
口面に一本乃至出口面が広い場合は数本の細線からなる
ストツノ９を配設することにより、割れに対する抵抗性
を改善することができる。

また更Ｋ、上記捕捉体においては、網目の荒さを上述し
たように１５〜３０メッシュとすることが好適であり、
網目が１５メッシュよりも荒くなると微粒子捕集効率が
低下し、３０メッシ、よりも細かくなると圧力損失が大
きくなるため好ましくない。

また、本発明排ガス浄化体をがソリンエンジン排ガスの
浄化体として用いる場合、排ガス入ロ面の平面面積を１
００〜７５０　ｃｍ２、排ガス通過厚さを３〜１０１、
目の荒さを６〜２２メッシ、とすることが好ましく、こ
のような性状の本発明浄化体育害物質のみを除去する必
要があるがソリンエンジン徘ガス浄化体として有効に使
用されるものである。

即ち、ハニカム構造体や、入口面積が小さく排ガス通過
厚さが長い形状の三次元網状構造をなしたセラミック多
孔体からなる浄化体においては、排ガス流の高空間速度
領域で浄化力の不足がしばしば生じるが、上記性状の浄
化体は排ガス高空間速度領域においても充分高い浄化力
を有するものである。

本発明の排ガス浄化体は、三次元網状構造の合成樹脂発
泡体を基材とし、これをセラミック粉末、結合剤、解膠
剤、その池の副原料を水に懸濁分散したセラミック泥漿
中に浸漬して引き上げ、余剰の泥漿を遠心分離或いは通
気又はそれらを組合せるなどの操作により除去し、乾燥
することにより、合成樹脂発泡体の妖面忙セラミックを
付着させ、必要ならばこの操作を繰り返して所定量のセ
ラミックを付着させ、次いで焼成して製造する一般的な
製造方法により得ることができる。

この場合、本発明の排ガス浄化体は耐熱性、耐熱衝撃性
Ｋｆｊ１れていることが要求されるため、製造に用いる
セラミック原料としては低熱膨張性のコープイライト系
のものが好ましい。しかし、コープイライト単独系では
焼成後にセルの骨格く微細なりラックが残り、破損した
セル骨格が取扱い中にぼろぼろと剥離する傾向があり、
微粒子を燃焼除去する際にこれが促進されるおそれがあ
る。

このため、本発明に用いるセラミック原料としては、特
願昭５９−１７５６４９号明細書に記載されたもの、即
ちリチウム−アルミニウム珪酸塩３〜４０重量部をコー
プイライト９７〜６０重量部に配合したセラミック原料
が好ましく、これを用いることにより上記問題点を解消
し得る。ここで、リチウム−アルミニウム珪酸塩として
は、リチウムに対するアルミニウムの割合が酸化物換算
の重量比としてＡＡ２０〆ＬＩＯ２＝　３．０〜４．０
、またシリカの割合が４５〜８５チのものが好ましい。

また、リチウム−アルミニウム珪酸塩としては、ペタラ
イト。

スポーゾメン、フークリグトタイト等の種々の結晶型の
ものを使用できる。

且里二羞呈 以上説明したように、本発明に係る排ガス浄化体は、内
部連通空間を有する三次元網状構造をなしたセラミック
多孔体からなる排ガス浄化体において、排ガス入口面の
平面面積（Ｓ３）と排ガス通過厚さく　ＬｃｒＲ）との
割合（Ｓ／Ｌ）を２０〜２５０゜網目の荒さを６〜３０
メッシュとしたことにより、ディーゼル排ガス微粒子捕
捉体として用いた場合には微−粒子捕集効率が高く、圧
力損失が低く、かつ再生間隔を長くとることができるも
のであると共に、がソリンエンジン排ガス浄化体として
用いた場合には排ガス高空間速度領域でも排ガス中のガ
ス状有害成分を良好に除去できるものであり、自動車用
、船舶用、農業用、発電機用等の種々産業用のエンジン
に使用することができる。

次釦、実施例及び比較例を示し、本発明を具体的に説明
する。

〔実施例１．２、比較例１．２〕 第１我に示す排ガス人ロ面積、排ガス通過厚さ、目の荒
さを有し、；−グイライト材質の三次元網状構造をなし
たセラミック多孔体からなるかさ比重０．４３の実施例
１′、２及び比較例１．２の図面に示した如き形状を有
する排ガス浄化体をそれぞれ製造した。

次に、これらｙｐｅス浄化体をディーゼルエンジン（排
気量２．３４ｔ）のマニホールドかう１ｍ１ｉれた所に
配置すると共に、エンジンを回転数１５００回転／回転
計ルク６ｋｌＰＩＩｍの条件で運転し、各排ガス浄化体
の圧力損失及び排ガス微粒子の捕集効率を測定した。こ
の場合、捕集効率は、ダイザ、−シ、ントンネル（トン
ネル部管径２００ｓ＊φ、長さ２０００■）を使用して
重量法により測定した。結果を第１賢に示す。

第１安には排ガス入口面積の影響が示されているが、こ
の結果から実施例１．２のように排ガス入口面を２５０
３２以上の広い面積に形成した場合は、圧力損失が小さ
く、かつ捕集効率も大きくなり、好ましい結果が得られ
ることが認められた。これに対し、比軟例１．２のＬう
に従来の自動車用コンバーターの如き狭い入口面積を有
するものは、圧力損失が高く、しかも捕集効率が小さい
ものであった。

〔実施例３，４、比較例３．４〕 リチウム−アルミノ珪酸塩２０重量部及びコープイライ
ト８０重量部からなるセラミック原料を用い、第２表に
示す排ガス入ロ面積、排ガス通過厚さ、目の荒さを有す
る三次元網状構造のセラミック多孔体からなる実施例３
．４、比較例３．４の排ガス浄化体を製造した。

次に、上記と同様にして６琲ガス浄化体の圧力損失及び
徘ガス微粒子の捕集効率を調べた。

また、ディーゼルエンジンの運転条件を１５００回転／
回転計ルク６に９＊ｍに保りたま１１５時開運転した後
、エンジンを停止させ、微粒子の貯まりた浄化体を再生
するため、電気ヒーターで６５０℃に加熱した空気を毎
分１０００Ａ（２５℃換算）で浄化体を通過させ【微粒
子を燃焼させた。なお、浄化体に捕捉された微粒子の量
は第２妹に示した通りである。そして、この燃焼熱によ
り発する熱衝撃を調べるため、予め浄化体内の入口面中
央から１０■下流位置に差し込んでおいた熱電対により
浄化体の温度変化を追跡し、この時の最高温度（熱衝撃
温度）を１べた。

更に、各浄化体を用いて上記と同一条件でエンジンを運
転すると共に、各浄化体にその熱衝撃温度が実施例３の
浄化体と＃１ぼ同じ８４０℃程度（実施例４は８６０℃
、比較例３は８２０℃、比較例４は８３０℃）になる量
の微粒子が堆積するまでの運転時間、即ち熱衝撃温度を
８２０〜８６０″ｃＧｃ抑えるためのエンジン運転時間
を調べこれを再生間隔とした。以上の結果を第２謄に示
す・ 第２表に示されているように、排ガス入ロ面積を大きく
とったことにより、通過厚さが１５３（比較例４）でも
圧力損失は十分に低く、捕集効率も大きかった。しかし
、通過厚さが１５ｃｆＲと長い場合は熱衝撃温度が１２
００℃に達し、この温度では微細なりラックの発生など
があり、浄化体の劣化・が著しく促進されるので好まし
くない。また、熱衝撃温度を浄化体が破損しない範囲に
抑えようとすると、通過厚さが長いものは再生間隔が短
かくなり適当でない一方、通過厚さが３　ａｍ　（比較
例３）のときは、圧力損失や熱衝撃温度は問題ないが、
捕集効率が小さかった。また、通過厚さが３国の場合、
圧壊圧力（浄化体入口面にエアバッグで圧力を加えたと
きの浄化体破壊時の圧力）は１に９１５Ｉ２であり、通
常最低１．５　ｋｇ／ｃｌＲ２は必要とされているので
、問題である。なお、通過厚さが６゜９．１５国のとき
の圧壊強度はいずれも５に９７ｃｍ２以上で問題なかっ
た。従って、以上の結果から、排ガス通過厚さを４〜１
２５１の範囲とすることによって微粒子捕捉体としての
性能のバランスが良い浄化体を得られることが知見され
た。

〔実施例５〕 三次元網状構造をなしたコープイライト材質のセラミッ
ク多孔体からなり、排ガス入口面積が３００ｃｆ１１、
排ガス通過厚さが４３、目の荒さが３０メッシ、の図面
に示した如き形状を有する排ガス浄化体を製造した。

この浄化体を用いて上記と同様の試験を行なったところ
、圧力損失は７ｍＩＨｇ、捕集効率は６０チ、熱衝撃温
度は９００℃であり、いずれの結果も良好であった。

〔実施例６〕 三次元網状構造をなしたコープイライト材質のセラミッ
ク多孔体からなり、排ガス入口面積が３００　ｃａｔ２
、排ガス通過厚さが１２ｃＩｎ、目の荒さが１５メッシ
ュの図面に示した如き形状を有する排ガス浄化体を製造
した。

この浄化体を用いて上記と同様の試験を行なったところ
、圧力損失は５■Ｈｇ、捕集効率は５５　％。

熱衝撃温度は８５０℃であり、いずれの結果も良好であ
った。

〔実施例７．比較例５．６〕 第３我に示す排ガス入口面積、排ガス通過厚さ、目の荒
さを有し、図面に示した如き形状を有する三次元網状構
造をなしたコープイライト材質のセラミック多孔体に、
触媒担体としてｒ−Ａｔ２０３を多孔体の１５重量％担
持させると共に、更に触媒として白金を多孔体の０．０
４重量％担持させることＫより、実施例７．比較例５の
排ガス浄化体を製造した。また、第３表に示す排ガス入
口面積、排ガス通過厚さのハニカムセラミックに上記と
同様にして同量のγ−ＡＬ２０３　、白金を担持させ、
比較例６の排ガス浄化体を得た。

次に、これら排ガス浄化体をガソリンエンジンに取り付
けて種々の排ガス空間速度（ＳＶ）におけるＣＯガス浄
化率を測定し、ＣＯガス浄化率の空間速度依存性を調べ
た。結果を第３安に示す。

第３衣の結果より、排ガス入口面積が大きく通過厚さが
短い本発明浄化体は、排ガス入ロ面積が小さく通過厚さ
が長い比較例の浄化体に比べ、高空間速度領域において
も高いＣＯガス浄化率を示すことが認められた。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例に係る排ガス浄化体を示す斜視
図である。 １・・・排ガス浄化体、２・・・排ガス入口面、３・・
・排ガス通過厚さ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内部連通空間を有する三次元網状構造をなしたセラ
   ミック多孔体からなる排ガス浄化体において、排ガス入
   口面の平面面積（Ｓｃｍ＾２）と排ガス通過厚さ（Ｌｃ
   ｍ）との割合（Ｓ／Ｌ）が２０〜２５０であり、網目の
   荒さが６〜３０メッシュであることを特徴とする排ガス
   浄化体。 ２、排ガス入口面の平面面積が２５０〜１０００ｃｍ＾
   ２、排ガス通過厚さが４〜１２ｃｍ、網目の荒さが１５
   〜３０メッシュであり、ディーゼル排ガス微粒子捕捉体
   として形成された特許請求の範囲第１項記載の排ガス浄
   化体。 ３、排ガス入口面の平面面積が１００〜７５０ｃｍ＾２
   、排ガス通過厚さが３〜１０ｃｍ、網目の荒さが６〜２
   ２メッシュであり、ガソリンエンジン排ガス浄化体とし
   て形成された特許請求の範囲第１項記載の排ガス浄化体
   。 ４、セラミック多孔体が、セラミック泥漿の原料として
   リチウム−アルミノ珪酸塩３〜４０重量部をコーディラ
   イト９７〜６０重量部に配合したセラミック原料を用い
   ると共に、内部連通空間を有する三次元網状構造の合成
   樹脂発泡体を基材とし、これを前記セラミックの泥漿に
   浸漬して前記合成樹脂発泡体にセラミックを付着せしめ
   たのち、乾燥し焼成することにより得られたものである
   特許請求の範囲第１項乃至第３項いずれか記載の排ガス
   浄化体。