JPS6245309A - デイ−ゼルエンジンからの排気ガスのスクラビング法およびこの方法の実施に用いられるフイルタ−カ−トリツジ - Google Patents

デイ−ゼルエンジンからの排気ガスのスクラビング法およびこの方法の実施に用いられるフイルタ−カ−トリツジ

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JPS6245309A
JPS6245309A JP61191564A JP19156486A JPS6245309A JP S6245309 A JPS6245309 A JP S6245309A JP 61191564 A JP61191564 A JP 61191564A JP 19156486 A JP19156486 A JP 19156486A JP S6245309 A JPS6245309 A JP S6245309A
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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】 本発明は連続気孔セラミックフオーム（ｏｐｅｎｐｏｒ
ｅ　ｃｅｒａｍｉｃ　ｆｏａｍ）のフィルターカートリ
ツ、、；′土用いてディーゼル機関からの排気ガスケス
、クラビッグする方法、およびこの方法を実施するため
のフィルターカートリッジに関スる。
ディーゼル機関により放出される廃ガスのすす含量は基
本的には三方法により、すなわち混合物σ）調製および
エン２ン内の燃焼順序を最適なものにする方法によって
、また排気ガス流の通路にフィルターを挿入する方法に
よって低下させることがてきる。フィルターのデザイン
によって、抽出されるすすの量は通常は５０〜９０％で
ある。
しかしすすの最適抽出産金達成するために有効フィルタ
ー容積全自由に斐えることはできない。
フィルターは排気ガスに作用する背圧金主じる抵抗の本
質ケなすからである。この背圧は高すぎてはならない。
さもなければエンジンの出力がイ氏下し、燃料消費が増
加するであろう。排気ガスフィルターを備えた自家用車
のディーゼル機関の場合、背圧は高くとも０．２バール
でなければならない。
排気ガスフィルターはすぐにすすで閉塞されるので、す
すを時々燃焼除去しなければならない。
１回の再生時期から吹口の再生時期までの間隔を再生間
隔と呼ぶ。特定の運転千件下ではフィルターはそれ自身
自動的に再生する。その際すすの堆積物は５５０〜７０
０℃の温度で燃焼し、フィルターが触媒被膜にもつ場合
は燃焼温度全豹４００℃に低下させることができる。
不規則な再生が行わすると燃焼が制御できず、これによ
り熱の蓄積のためいっそう高いピーク温度に達する可能
性がある。すすの燃焼に際して生じるこび）高いピーク
温度に続℃・て排気ガス温度が低下するので、高温およ
び熱衝撃に耐えつるフィルター材料全円いる必要がある
。
米国特許第４２６　＝１３４６号明細書から、上記の目
的のために中実円筒状のコージェライトの連Ｍ　気孔セ
ラミックフオームを用いることが知られている。連続気
孔セラミックフオームとは、ここては多数の連続した（
　ｃｏｎｔｉｎｕｏｌＬｓ、　１ｎｔｅｒｃｏ　−ｎｎ
ｅ　ｃ　ｔ　ｉｎｇ　）中空空間を含む、三次元網状お
よび気泡性構造上もつ多孔質セラミック体であると解す
べきである。このセラミック体はディーゼル機関の排気
ガス流の通路に、排気ガスが末端を向けたセラミ、ツク
体に衝突し、その中心軸に平行にこれｔ貫流する様式で
置かれる。すすの堆積はガス流が号初に貫流する部分の
フィルターに最も多く、排気ガスの通路を進むにつれて
急激に減少する。
その結果、ガスが最初に接触する部分のフィルターは比
較的短時間後にそのすす捕捉容量に達し、再生されなけ
ればならない。フィルターの残りの部分はなおすすを捕
捉しつるが、この時点で同様に、実際に必要とされるよ
りも早期に再生処理ケ施される。
コージェライトセラミックは温度の変化に対して特に抵
抗性であるが、上記の種類のフィルターの取扱いによれ
ば比較的頻繁に再生される必要があるためフィルターが
比較的短期間で機械的損傷を受ける。この種のフィルタ
ーの他の欠点は、濾過が全長にわたって均一な効カケも
たず、効力が比較的低い部分のセラミックフィルターは
実質的に冒頭に述べた背圧に関与する点である。
本発明の目的は、連続気孔セラミックフオームを用いる
ディーゼル機関排気ガススクラビングに際して遭遇する
前記の欠点金少なくとも一部は排除することである。
この目的は、排気ガスがフィルター　カートリッジの有
効部分ケフィルターの長手方向に対し本質的に横方向に
貫流する本発明によって達成される。
本発明方法を実施するだめの連続気孔セラミックフオー
ムのフィルターカートリッジは円筒形であり、軸が円筒
の軸と一致する円筒形の開口をもつ。
連続気孔セラミックフオーム製であり、本発明方法の実
施に用いられる他のフィルターカートリッジは、一端が
閉じた中空円筒形であり、円筒、底面および円筒形開口
（その軸が円筒の銅と一致する）からなる。
フィルターカートリッジ全形成するセラミックフオーム
の材料特性およびデザインに関連する本発明によるフィ
ルターカートリッジの他の有利な形態は特許請求の範囲
第４〜１１項に明示される。
本発明方法によれば、排気ガスが横断して流れるべきフ
ィルターの断面積は、排気ガスがフィルターの中ノ［、
−軸に平行に流れるフィルターの場合よりも増大してい
る。一定の排気ガス流については、これによって背圧が
低下する。
本発明によるフィルターカートリッジの連続気孔セラミ
ックフオームは、同一の背圧について、排気ガスが中上
・軸に平行に流れる同一多孔度の連続気孔フオーム構造
をもつ一般のフィルターよりも大きな容積音調める。従
って、本発明によるフィルターカートリッジはすす捕捉
容ｈ１がより大きく、その結果再生処理の間隔がより長
いという利点？もつ。
本発明の他の利点および詳細は図面および後記に例示す
る実７Ｍ態様によって明らかシこなる。
概略図はすなわち下記のものである。
第１図および第２図はフィルターカートリッジの透視図
を示す。
第３図および第４図は第１図および第２図のフィルター
カートリッジを排気ガススクラビング設備に使用した状
態につき断面て示す。
第５図は他のフィルターカートリッジ全排気ガススクラ
ビング設備に使用した状態につき断面で示す。
第１図は円筒形開口５が完全に貫通した円筒形、４の形
の連続気孔セラミックフオームのフィルターカートリッ
ジ１を示す。その表面構造がカートリッジ１の一部につ
いてのみ示されている。開口５の中・Ｌ・軸は円筒４の
中心軸と一致する。
第２図は円筒形開口５５全もつ円筒４４の形の連続気孔
セラミックフオームのフィルターカートリッジ２を示す
。開口５５の中心軸も円筒４４の中心軸と一致する。そ
の表面構造がカートリッジ２の一部の入について示され
ている。しかし開口５５は円筒４４を完全には貫通して
おらず、一端において円筒４４の底面８により、すなわ
ち排気ガスが実際上不透過性である密な材料により閉じ
られている。底面８と円筒４４の厚さの間には関係がな
い。しかし底面８も連続気孔セラミックフオーム製であ
る場合、底面８の厚さをこれが円筒４４の厚さと同一で
あるように選ぶことが有用である。
第３および４図は、それぞれフィルターカートリッジ１
および２をディーゼル機関排気ガスのスクラビングのた
めに装置１０に挿入する様式を例により示す。ガスが通
る通路全矢印で示す。ディーゼル機関から排出された排
気ガスは入口２１次いで開口５または５５を経て装置に
入り、フィルターカートリッジ１または２を貫流し、多
かれ少なかれ最短経路を経て、すなわち長手方向に灯し
横方向に内面６から外面７へ、かつ必要な場合は底面８
（透過性でちるか否かにかかわらず）の型に応じてわず
かにフィルターカートリッジ２の底面８全通って流れる
。このように、排気ガスが貫流するフィルターカートリ
ッジの断面全体がフィルターとして均一に有効である。
精製されたガスは出口Ａを経て装置１０から出る。
第５図は第３図に示したものと類似の別形を示す。しか
しエンジンから出る汚染された排気ガスは廃ガススクラ
バー１０の入口Ｅｆ経てまずフィルターカートリッジ３
の表面７に出会う。カートリッジ３は円筒形の開口５（
その軸は円筒４９）軸と一致する）全備えた円筒４の形
である。排気ガスはフィルターカートリッジ３ケ内面６
へ向：つ）つて貫流し、開口５に入り、出口ＡＴｈ経て
装置１０から出る。フィルターカートリッジ３は２１固
の円筒形の密に結合し７た連続気孔セラミックフオーム
層３１．３２からなる。これらの中ｊし軸はフィルター
カートリッジ３の長手方向の軸と一致する。
外套全形成する層３１はたとえば１インチ（２５４Ｃ−
ｒｒＩ）当たりの気孔数（以下にお（・では慣用される
表示に従ってｐｐｉと表わす）５０の多孔度ケ示し、開
口５に面した内層はたとえば７０　ｐｐｉの多孔度をも
つ。断面全体にわたって均一な気孔数？もち、同程度の
すす全析出させる連続気孔セラミックフオーム製の一般
的フイルターと対比して、多孔質セラミック全通るガス
流の方向に多孔度Ｃｐｐｉ）が増大するフィルターカー
トリッジ３ケ用いると背圧が低くなる。これにより、汚
染した排気ガスはまず、この種のフィルターの、より粗
大な多孔度のセラミックフオーム層金偏えた側に衝突す
る。
均一な多孔度金もつ本発明によるフィルターカートリッ
ジ金製造するためには、目的のセラミックフィルターカ
ートリッジの幾何学的形状全もち、セラミック素材全暇
・焼した際に起こる既知の収縮全考慮した連続気孔プラ
スチックフオーム全、スラリーすなわち粒度１００μｍ
以下および平均粒度約７μｍのセラミック粉末の水性懸
濁液で胞和させる。この含浸フオームをたとえば１００
℃で２４時間乾燥させた０）ち、この湿態強度体を好ま
しくは電気的に加熱した炉内でセラミックの焼結温度に
まで加熱し、これによりベークする。すてに３００℃の
温度でフオームは・燃焼消失し、連続気孔セラミックフ
オームが残される。これは多数の連続中空空間？営む気
泡構造金偏えた三次元網状構造ケもつ。約１２００〜１
３６０℃の焼結温度にまで加熱する時間は約２４時間で
ある。焼結温度に保持するために要求される時間は２〜
１０時間、好ましくは６時間である。このベークされた
連続気孔セラミックフオームが、使用できる状態のフィ
ルターカートリッジである。これ全所望により、触媒作
用物質で被覆することもできる。
下記の成分からなるセラミック粉末？用いることにより
、本発明によるフィルターカートリッジ用として、熱衝
撃に対し特に不感受性の連続気孔セラミックフオーム全
製造しうることが認められた。
ペータライト　　　　６８〜９５重量？もベントナイト
　　　　１〜５重量％ カオリン　　　　　　１〜５重量％　　およびアルミナ
　　　　　０〜３０重量％ 熱衝撃に対する感受性が特に低く、かつ機械的摩擦に対
して高し・抵抗性？示すものは下記の混合物である。
ペータライト　　　７９重量％ ベントナイ１　　　３重量％ カオリン　　　　　　３重量％　　およびアルミナ　　
　　　１５重量％ 上記の原料は下記の分析組成をもつものである。
ペータライト：　Ｌｉ２Ｏ４重量％、Ａｔ２０．１６重
量？も、５ｉ０２７８重量％、残部は不純物（Ｆｅ。
Ｃａ５Ｍｇ、　Ｈａ、　Ｋ　）　： カオリン：　５ｉｎ２４８重量％、Ａｔ２０３３７重量
％、強熱時に３３．１重量％の損失、残部は不純物（Ｆ
ｅ、　Ｔｉ、　Ｃａ、Ｍｇ１　Ｋ、Ｎａ）：ベントナイ
ト：　５ｉ０２６７重量％、Ａｔ２０，１７重量％、Ｆ
ｅ２Ｏ３２重量％、ＣａＯ１１景％、ＭｇＯ３重量％、
Ｎα２０４重量％、強熱時に６重量％の損失； アルミナ（コランダム）　：　Ａｌ、０３９９．８重量
％。
スラリーヲ調製するためには、ボールミル中で３：１の
水と共に、ダーハン（Ｄａｒｖａｎ　）Ｊ６７を希釈剤
として添加して、原料全前記の粒度にまで粉砕した。所
望により、ベーキングされていないフィルタ一体の湿態
強度を高めるための添加物たとエバタイロース（Ｔｙｔ
ｏｓｅ）ｆ貧有させ５る水をさらに添加することによっ
て、プラスチックフオームの含浸に際してこれ全十分に
湿潤させる粘度全もつスラリーを調製しつる。
実施例１゜ 連続し之父差した空間を宮む３５　ｐｐｉの三次元網状
および気泡状構造全もち、浸透用開口金偏えた円筒形の
ポリウレタンフォームに、固体としてペータライト６８
重景％、アルミナ２５重量％、ベットサイト３重量％、
およびカオリン４重量％金言有するスラリーヲマ浸させ
、１３４０±１５℃の温度範囲で６時間焼結させた。焼
結体は４０ｐｐｉの連続気孔セラミックフオームからな
り、第１図に示した本発明によるフィルターカートリッ
ジである。このセラミックフオームの熱膨張率は２　Ｘ
　１０−’／’Ｃであった。スラリー中に固体成分金詮
む上記組成物の特別な利点は、これを用いて製造される
セラミックフオームの機械的強度が高いこと、およびセ
ラミック体の製造に際して焼結温度の間隔が犬さくでも
よいことである。
Ｘ線分析により、この焼結セラミックフオームは本質的
にケイ酸アルミニウムリチウム（ＡＳＴＭインデックス
１５−２７）からなり、これよりも少量のコランダムお
よびムライト全官有することが認められた。鏡検により
、小部分のガラス相を含むことがわかった。機械的強度
がより高いのは、ムライトによる。焼結に対する感受性
が低いのは（これは・焼結温度間隔が大きいという形で
現われる）・：まガラス相部分によるものと思われる。
実施例２゜ 実施例１と同様に、７　ｌ　ｐｐｉケもつ第２図に示し
り中空円筒の形状のポリウレタンフォームに、ペータラ
イト９５重量％、アルミナ３重量％、ベントナイｌ−１
重量％およびカオリン】重量％を固形分として官有する
スラリーをソーキングし、次いて乾燥させた。次いで、
底面金スラリーに反復浸漬することにより、プラスチッ
クフオーム体の底面内の空間にスラリーの粒状固体付料
金完全に充填した。この湿態強度体全１２８０℃で４時
間焼結ベークした。密な底面ケ備えだ８０　ｐｐｉの連
続気孔セラミックフオーム円筒からなる焼結体が本発明
によるフィルターであった。焼結後に底面は気相に対し
きわめて低い透過性？示したにすぎな（・。残存する透
過性はポリウレタンフォームの燃焼消失によるものであ
る。
実施例１と比べてスラリーのペータライト？ｌｔ’Ｈが
より宣いため、この連続気孔セラミックフオームは０．
７　Ｘ　１０−’／’Ｃの熱膨張率全示した。これはこ
の材料に、温度変化に対する高度の安定性ゲ与える。品
質的には実施例１の場合と同じ、あ、、工予想されるよ
うにより多量のケイ酸アルミュウ。
リチウム部分を営む組成物音用いると、機械的強度は実
施例１の場合よりも若干低い。焼結温度もより正確に保
持しなければならない。さもなければ焼結体の変形が認
められるであろう。
実施例３ ペータライト７９重量％、ベントナイト３重量％、カオ
リン３重量％、およびアルミナ１５重量％全回体として
含有するスラリー全相いると、温度変動抵抗性と機械的
強度の最適な割合が得られる。
第１図に示すように長さ１５０　ｍｍ　ｓ直径１４０ｍ
ｍおよび壁厚４０ｍｍの開放円筒形の５３　ｐｐｉのポ
リウレタンフォーム全常法により上記スラリーに浸漬し
、乾燥させ、次いで１３００’Ｃで６時間ベークした。
焼結体は６０　ｐｐｉの連続気孔セラミックフオームか
らなり、本発明によるフィルターカートリッジの代表例
である。
このフィルターカートリッジ全ディーゼル機関からの排
気ガスのスクラビングに用いた。この目的のために、こ
れ？第３図に概略的に示した配列の装置内に数句けた。
８０％のすす抽出効率が得られた。堆積したすすはフィ
ルターカートリッジの長軸全横切るすべて０）断面にお
いてほぼ均一な量てあった。０．２バールの背圧になる
までの再生間隔は１．２時間に達した。
これと比較して、同一外径の中実円筒形であり、排気ガ
スが軸方向に流れる６　０　ｐｐｉの一般の運ｂｊシ気
孔セラミックフオームは、わずか７２％のすす抽出効率
を示した。初期背圧は０．１６ハールであり、再生間隔
（すなわち背圧が０．２バールに達するまで）はわずか
１５分てちった。従って一般のフィルターカートリッジ
は本発明によるフィルターカートリッジの５倍の頻度で
再生されなければならず、またこれはすす抽出効率がよ
り低い。このフィルターカー）　ＩＪツノ全縦軸に対し
横方向の切片に切断した。これにより、排気ガス流の方
向にすすの言置が低下していることが明らかになつた。
実施例・１ 本発明による連続気孔セラミックフオーム製フィルター
カートリッジの製造に適した他のセラミックはコージェ
ライト金言む。こ０）セラミックはコージェライト−耐
火粘土を主成分として含有しつる。これに関しては、コ
ージェライト−耐火粘１更５５重丁に％、アルミナ３２
重量％、およびメルク１３重量％のスラリーが有利であ
ることが、沼められた。
第５［シ［に示すように長さ１５０ｍｍ、直径１４０ｍ
ｍ、および壁厚４０ｍｍの開放円筒形であり、厚さ２０
ｍｍ、４６　ｐｐｉの外層および厚さ２０ｍｍ、６４ｐ
ｐｔの内Ｍｋもつ二層ポリウレタンフォームをスリツカ
−に浸漬し、１３３０℃の温度で１０時間ベークし、た
。その結果、全体的に機械的安定性でｈ’）、５０ｐｐ
ｉの連続気孔セラミックフオーム外、層、および７０　
ｐｐｉの内層金もつフィルタ一体が得られた。これ全第
５図に示すようにディーゼル機関からの÷非気ガスのス
クラビング用装置中に用いて、使用中に平均背圧Ｏ６］
１バールが得られ、８４％のすす抽出効率が達成された
。これに幻し、単層のポリウレタンフォームおよｏ：　
同一　スラリーを用（・て製造された、同一寸法の７　
（ｌ　ｐｐｉの連続気孔セラミックフオーム製フィルタ
ーカートリソンでは８６％という比較しうろすす抽出効
率が達成されだが、使用中の背圧は０．１８バールであ
った。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図はフィルターカートリッジの遜視図
である。 第３図および第４図は第１「ｚｌおよび第２図のフィル
ターカートリッジヲ琲気ガススクラビング設備に使用し
た状態につき断面で示す。 第５図は他のフィルターカートリッジを排気ガススクラ
ビング設備に使用した状態につき断面で示す。 これらの図面において各記号は下記のものを表わす。 １．２．３：フィルターカートリツジ；４．４４：円筒
；　　　５．５５：開口；６：円筒の内面；　　　７：
円筒の外面；３１、セラミックフオーム外層； ３２：セラミックフォーム内層； Ｅ：１０の入口；　　　　Ａ：１０の出口。 シ （外５名） 第３図 第４図

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）排気ガスがフィルターカートリッジの有効部分を
    フィルターの長手方向に対し本質的に横方向に貫流する
    、連続気孔セラミックフォームのフィルターカートリッ
    ジを用いる、ディーゼル機関からの排気ガスのスクラビ
    ング法。
  2. （２）フィルターカートリッジが円筒４の形であり、円
    筒を貫通する円筒形開口５を備え、この開口の軸は円筒
    ４の軸と一致する、特許請求の範囲第１項に記載の方法
    を実施するための連続気孔セラミックフォームのフィル
    ターカートリッジ。
  3. （３）フィルターカートリッジが一端の閉じた中空円筒
    形であり、円筒４４、底面８、および一端が閉じており
    かつ円筒４４の軸と一致する中心軸をもつ円筒形開口５
    ５からなる特許請求の範囲第１項に記載の連続気孔セラ
    ミックフォームのフィルターカートリッジ。
  4. （４）底面８が気体に対し不透過性の材料からなる、特
    許請求の範囲第３項に記載のフィルターカートリッジ。
  5. （５）セラミックフォームが本質的にケイ酸アルミニウ
    ムリチウムからなる、特許請求の範囲第２項または第３
    項に記載のフィルターカートリッジ。
  6. （６）セラミックフォームがベーキング前にペータライ
    ト６８〜９５重量％、ベントナイト１〜５重量％、カオ
    リン１〜５重量％およびアルミナ０〜３０重量％、特に
    ペータライト７９重量％、ベントナイト３重量％、カオ
    リン３重量％、およびアルミナ１５重量％を含む、特許
    請求の範囲第５項に記載のフィルターカートリッジ。
  7. （７）セラミックフォームが４０〜８０ｐｐｉの多孔度
    を示す、特許請求の範囲第２項または第３項に記載のフ
    ィルターカートリッジ。
  8. （８）セラミックフォームがその体積全体にわたつて均
    一な多孔度を示す、特許請求の範囲第７項に記載のフィ
    ルターカートリッジ。
  9. （９）１インチ（２．５４ｃｍ）当たりの気孔数が排気
    ガス流の方向に増加する、特許請求の範囲第７項に記載
    のフィルターカートリッジ。
  10. （１０）セラミックフォームが二層３１、３２から構成
    され、排気ガスが衝突する第１層３０は６０ｐｐｉであ
    り、第２層３２は７０ｐｐｉである、特許請求の範囲第
    ８項に記載のフィルターカートリッジ。
  11. （１１）セラミックフォームがコージェライトを含み、
    特にベーキング前にコージェライト−耐火粘度５５重量
    ％、アルミナ３２重量％、およびタルク１３重量％を含
    む、特許請求の範囲第１０項に記載のフィルターカート
    リッジ。
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