KR20040088505A

KR20040088505A - 디젤 배기 가스의 정화 필터

Info

Publication number: KR20040088505A
Application number: KR10-2004-7012786A
Authority: KR
Inventors: 야스오 아지사까; 구마이시게루; 구마이요시따까
Original assignee: 가부시끼가이샤 케미컬 오토; 야스오 아지사까
Priority date: 2002-02-19
Filing date: 2003-02-17
Publication date: 2004-10-16
Also published as: AU2003211336A1; HK1075076A1; JPWO2003071106A1; US20050147541A1; MY143052A; US7384612B2; CN100351501C; TW200303780A; KR100764337B1; EP1477643A1; EP1477643A4; JP4055710B2; WO2003071106A1; EP1477643B1; TWI272965B; CN1633550A

Abstract

저부하시 등의 배기 가스 온도가 낮은 경우라도, PM을 효율적으로 포집하여 퇴적에 의한 필터의 막힘이 없고, 또한 PM을 제거하기 위한 버너나 히터를 사용하는 일이 없는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 정화 필터를 제공한다.

디젤 엔진으로부터 배출되는 디젤 배기 가스의 정화 필터이며, 상기 필터는 삼차원 그물망 구조를 갖는 입자형 세라믹스 다공체로 이루어지고, 그 내부에 인공적으로 형성된 기공 및 연통 구멍을 갖고, 또한 그 표면에 상기 기공의 일부가 노출된 형상인 디젤 배기 가스의 정화 필터이다.

Description

디젤 배기 가스의 정화 필터{DIESEL EXHAUST GAS PURIFYING FILTER}

버스나 트럭 등의 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중에는, 입자형 물질(Particulate Matter)이나 NO_x(질소 산화물) 등이 포함되어 있다.

그리고, 상기 입자형 물질 중에는 매연(탄소 ; C)이나 경유 중의 유황이 산화되어 생성되는 황산염(Sulfate) 등의 불용성 유기 성분(IOF : Insoluble Organic Fraction) 및 미연 HC나 윤활유 HC 등의 가용성 유기 성분(SOF ; Soluble Organic Fraction) 등이 포함되어 있다.

이들은, 대기 중에 배출되면 대기 오염이나 인체에 악영향을 미치기 때문에 바람직하지 않다. 이로 인해, 최근에는 버스나 트럭 등의 디젤 차량에 대해, 배기 가스 중의 PM 등을 저감 및 제거하는 장치를 장착하는 것이 법령이나 조례 등에 의해 의무화되는 방향으로 가고 있다.

종래부터, 디젤 엔진으로부터 배출되는 입자형 물질(이하, PM이라 하는 경우도 있음)을 배기 가스의 배기계에 있어서 포집하기 위한 디젤 입자형 물질 필터(DPF)로서, 세라믹스계 재료로 성형된 벌집형 필터가 알려져 있다.

이 벌집형 필터에는, 스트레이트 플로우형과 월 플로우형의 2 종류가 있다.

전자의 스트레이트 플로우형 벌집형 필터는 베이스 부재 내에 다수의 셀이 형성되어 있고, 각 셀 사이는 얇은 다공성 격벽으로 구획된 구조로 이루어지고, 그 격벽의 표면에는 촉매가 담지되어 있으므로, 셀 내를 통과하는 배기 가스 중의 PM, CO, HC 등은 격벽에 접촉하는 동안에 저감 및 제거되는 구조로 되어 있다(종래 기술 1).

후자의 월 플로우형 벌집형 필터는, 베이스 부재가 다공질 재료로 이루어지는 다수의 셀로 구성되고, 다수의 셀 입구와 출구가 번갈아 막힌 구조로 이루어져 있다. 셀 입구로부터 유입된 배기 가스는, 구획된 다공질이 얇은 셀 격벽을 통과하여 출구로 배출된다.

그리고, PM 중의 매연 성분은 격벽 표면이나 격벽 내부의 세공 내에 포집되도록 되어 있다. 이 월 플로우형 벌집형 필터에는, 또한 셀 격벽 표면 및 격벽 내의 세공에 촉매가 담지되어 있는 것과, 이러한 촉매가 담지되어 있지 않은 것 2 종류가 있다(종래 기술 2).

전자의 경우, 셀 격벽 표면이나 내부에 포집된 PM은 촉매에 의해 산화 제거된다. 후자의 경우는, 포집된 PM은 버너나 히터에 의해 연소시켜 제거되도록 되어있다.

또한, 상기 스트레이트 플로우형과 월 플로우형의 벌집형 필터를 배기 가스의 유로 방향으로 각각 조합한 배기 가스 정화 장치가 알려져 있다(특허 제3012249호).

이 장치에서는, 디젤 엔진의 배기관의 상류측에는 재생용 산화 촉매로서 스트레이트 플로우형을 이용하고, 하류측에는 PM 포집용의 월 플로우형이 이용되고 있다.

이 장치에서는, 스트레이트 플로우형 벌집형 필터 내의 재생용 산화 촉매에 의해 배기 가스 중의 NO(일산화질소)가 산화되어 산화력이 강한 NO₂(이산화질소)가 생성되고, 하류측의 월 플로우형 벌집형 필터에 의해 포집된 PM을 NO₂로 산화하고 CO₂로 하여 PM의 저감을 행하고 있다.

이 기술에 따르면, 필터에 퇴적된 PM이 연속적으로 저감되기 때문에, 지나치게 PM이 퇴적되어 필터가 PM의 포집을 행할 수 없게 되는 것을 방지할 수 있다. 즉, 연속적으로 필터의 재생 처리를 행할 수 있다는 특징이 있다(종래 기술 3).

그러나, 상기 종래 기술 1은 PM 중의 매연(탄소 ; C)을 산화하지 않으므로, 매연은 그대로 대기 중으로 배출된다고 하는 문제가 있었다.

또한, 엔진 시동시 등에 있어서의 배기 가스 온도가 낮을 때에 PM이 셀의 입구나 내벽면에 그대로 퇴적되어, 셀 세공을 폐쇄하여 압력 손실이 증대된다는 문제가 있었다.

상기 종래 기술 2는, 셀 격벽 표면이나 내부에 촉매가 담지되어 있지 않은 경우 셀 격벽면에 퇴적된 PM을 버너나 히터에 의해 연소시키므로, 버너나 히터 등의 가열 및 연소 수단이 필요하고, 장치가 복잡하여 고장나기 쉽고, 고비용이라는 등의 결점이 있었다.

게다가, 히터를 사용하기 때문에 필터에 퇴적된 PM이 이상 연소를 야기시켜, 필터 베이스 부재의 손상이나 균열이 발생하기 쉽다는 문제가 있었다.

또한, 셀 격벽에 촉매를 담지한 경우에는, 필터에 퇴적된 PM이 비교적 저온에서 산화 제거되기 때문에 베이스 부재의 손상이나 균열이 발생되지 않는다는 이점은 있지만, 그 반면 엔진 시동시나 저속시 및 저부하 운전시 등 배기 가스 온도가 낮을 때에 PM의 산화가 불충분하여, PM이 필터의 셀 격벽 표면이나 내부에 퇴적되기 쉽다는 문제가 있었다.

게다가, 배기 가스가 셀 격벽의 세공 내를 통과할 때에 막힘이 발생되기 쉬워, 배기 가스의 배압 상승에 의한 배기 온도의 상승, 퇴적된 PM의 이상 연소 및 필터의 손상 등의 문제가 있었다.

상기 종래 기술 3에서는, 배기 가스가 필터의 셀 격벽을 통과하는 시간이 짧으므로, PM을 산화하고 남은 NO₂이 NO로 환원되지 않고 그대로 외부로 배출된다고 하는 문제가 있었다.

이 필터는, 배기 온도가 예를 들어 250 ℃ 이하의 낮은 상태에서는, NO₂에 의한 PM의 산화가 불충분하여 PM이 필터의 격벽 표면에 퇴적되어 막힘을 야기시키고, 배기 가스의 배압 상승에 의해 엔진 부담, 배기 온도의 상승에 의한 PM의 이상 연소, 필터의 손상, 파손 등의 문제가 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점에 비추어 이루어진 것으로, 도시 내 주행시 등의 배기 가스 온도가 낮은 경우라도 PM을 효율적으로 저감시킬 수 있고, 퇴적에 의한 필터의 막힘이 없는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 정화 필터를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은, PM을 제거하기 위한 버너나 히터를 사용하지 않고 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 PM을 효율적으로 저감시킬 수 있는 정화 필터를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은, 막힘에 의한 배기 가스 온도의 상승도 없어 PM의 퇴적에 의한 이상 연소나 필터의 손상이 발생되기 어렵고, 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 PM을 효율적으로 저감시킬 수 있는 정화 필터를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명은, 고속 주행시에 있어서의 엔진의 고속 회전(고부하)시라도 필터 내에 포집된 PM의 블로우 오프 현상이 발생되기 어렵고, 또한 필터의 재생이 행해지는 배기 가스의 정화 필터를 제공하는 데 있다.

본 발명은 버스, 트럭, 선박 및 발전기 등의 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스 중의 입자형 물질(PM) 등의 고형 성분이나 인체에 유해한 배기 가스를 정화 및 저감하는 디젤 배기 가스의 정화 필터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 삼차원 그물망 구조를 갖는 입자형 세라믹스 다공체로 이루어지는 정화 필터에 관한 것이다.

도1은 본 발명의 디젤 배기 가스의 정화 필터를 구성하는 입자형 세라믹스 다공체 1개를 부분적으로 확대하여 도시한 단면 개략도이다.

도2는 입자형 세라믹스 다공체 1개를 확대하여 도시한 단면 개략도이다.

도3은 정화 필터 케이스 내에 충전된 입자형 세라믹스 다공체로 이루어지는 본 발명의 정화 필터의 PM 포집 메커니즘을 도시한 개략도이다.

도4는 본 발명의 정화 필터를 부착한 정화 장치를 도시한 단면 개략도이다.

도5는 본 발명의 정화 필터를 부착한 배기 가스 정화 장치의 각종 계량기의 측정 부위를 도시한 개략도이다.

도6은 도시 내 주행에 의한 배기 가스의 온도 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

도7은 도시 내 주행에 의한 배기 가스의 온도 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

도8은 4000 ㎞ 주행한 필터로부터 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 일부 취출하여 부착된 PM을, NO₂의 존재 하에서의 처리 온도에 있어서의 PM 잔존량의 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

도9는 본 발명의 정화 필터를 부착한 배기 가스 정화 장치에 있어서의 60 ㎞/h에서의 배기 가스의 온도 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

도10은 본 발명의 정화 필터를 부착한 배기 가스 정화 장치에 있어서의 70 ㎞/h에서의 배기 가스의 온도 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

도11은 본 발명의 정화 필터를 부착한 배기 가스 정화 장치에 있어서의 80 ㎞/h에서의 배기 가스의 온도 변화 그래프를 나타낸 도면이다.

상기 목적을 달성하기 위해, 청구항 1에 기재된 발명의 정화 필터는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 정화 필터이며, 상기 필터는 필터 케이스 내에 삼차원 그물망 구조를 갖는 입자형 세라믹스 다공체가 충전된 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한 청구항 2에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1에 기재된 발명에 있어서 상기 입자형 세라믹스 다공체는 그 내부에 인공적으로 형성된 다수의 기공 및 연통 구멍을 갖고, 또한 그 표면에 상기 기공의 일부가 노출된 형상인 것을 특징으로 한다.

따라서, 청구항 1 및 청구항 2에 기재된 발명에 따르면 상기 필터는 삼차원 그물망 구조를 갖고, 그 내부에 인공적으로 형성된 다수의 기공 및 연통 구멍을 가진 입자형 세라믹스 다공체를 이용하고 있으므로, 배기 가스 중의 PM과의 접촉 기회가 많아 PM의 포집이나 제거가 효율적으로 행해진다.

또한, 입자형 세라믹스 다공체의 표면에는 기공의 일부가 노출되어 있으므로, 충전된 입자형 세라믹스 다공체를 통과할 때에 배기 가스가 이들 입자형 세라믹스 다공체의 표면에 충돌하면서 다공체끼리의 간극을 흘러 배기 가스의 흐름에 혼란이 발생하고, 배기 가스와 다공체 표면의 접촉 기회가 증가하여 PM의 흡착 및 포집이 보다 촉진된다.

청구항 3에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 발명에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 기공 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

상기 입자형 세라믹스 다공체는, 그 내부에 인공적으로 형성된 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 기공 직경을 다수 가지므로 PM을 기공 내에 용이하게 유입할 수 있어, 기공 내의 PM은 촉매와 반응하는 연소의 장이 된다. 또한, 기공 내에는 연소열이 가득 차 있어 연통 구멍을 통해 PM의 연소가 한층 촉진된다.

청구항 4에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 내지 청구항 3에 기재된 발명에 있어서 상기 입자형 세라믹스 다공체는 세라믹스 원료에 구형 열가소성 수지를 혼합하고, 상기 구형 열가소성 수지로 기공의 구성 부분을 점유시켜 인공적으로 기공 구성 부분을 형성한 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 입자형 세라믹스 다공체는 원하는 기공 직경을 갖는 다수의 기공을 인공적으로 임의로 형성할 수 있으므로, PM의 포집 및 제거에 최적의 기공을 갖는 입자형 세라믹스 다공체를 충전한 정화 필터를 제공할 수 있다.

청구항 5에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 내지 청구항 4에 기재된 발명 중 어느 하나에 있어서 상기 입자형 세라믹스 다공체는 4.0 ㎜ 내지 20 ㎜의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

필터 케이스 내에 충전된 입자형 세라믹스 다공체는, 평균 입경이 약 4.0 ㎜ 내지 약 20 ㎜의 범위이기 때문에, 디젤 엔진으로부터 배출된 배기 가스의 유로 저항에 의한 압력 손실이 비교적 적고, 게다가 배기 가스와 입자형 세라믹스 다공체의 접촉 기회를 많게 할 수 있다.

청구항 6에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 내지 청구항 5에 기재된 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 실리카를 주성분으로 하여 함유한 것인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 6에 기재된 발명에 따르면, 입자형 세라믹스 다공체는 실리카를 주성분으로 하여 함유하고 있으므로 내열성이 높고, 열팽창 계수가 적으므로 열에 의한 팽창이나 수축이 적고, 열에 의한 파괴가 비교적 적어 내구성이 우수한 정화 필터를 제공할 수 있다. 또한, 실리카를 사용하고 있으므로 촉매 담지성이 양호하다.

청구항 7에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 적어도 귀금속 촉매를 포함하는 촉매가 담지된 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 청구항 7의 발명에 따르면 입자형 세라믹스 다공체의 표면, 기공 및 연통 구멍에 귀금속 촉매가 담지된 것이므로, 정체 주행시 등의 배기 가스 온도가 예를 들어 250 ℃ 정도의 낮은 온도라도 배기 가스의 정화를 행할 수 있다.

청구항 8에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 하나에 기재된 발명에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 적어도 귀금속 촉매 및 산화물 촉매를 포함하는 촉매가 담지된 것을 특징으로 하는 것이다.

따라서, 촉매로서 귀금속 촉매 및 산화물 촉매가 사용되고 있으므로, 연료에 포함되는 유황 성분에 의한 피독, 즉 촉매 성분의 비활성화를 방지할 수 있는 동시에 촉매의 내구성을 높일 수 있다.

청구항 9에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 7 또는 청구항 8에 기재된 발명에 있어서 상기 귀금속 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1 종류인 것을 특징으로 하는 것이다.

청구항 10에 기재된 발명에서는, 상기 청구항 8에 기재된 발명에 있어서 상기 산화물 촉매는 산화세륨, 산화프라세오듐 및 산화사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1 종류인 것을 특징으로 하는 것이다.

본 발명에 있어서,「입자형 세라믹스 다공체」라 함은 촉매가 담지된 입자형 세라믹스 다공체를 말하며, 촉매가 담지되어 있지 않은 입자형 세라믹스 다공체와는 구별된다.

본 발명에 있어서,「정화 필터」라 함은 상기에서 정의한 입자형 세라믹스 다공체가 필터 케이스 내에 충전된 것을 말한다. 구체적으로는, 상기 정화 필터는 상기 입자형 세라믹스 다공체가 케이스인 용기 내에 충전되고, 다수의 입자형 세라믹스 다공체로 형성된 간극 공간을 디젤 엔진으로부터의 배기 가스가 통과하여 PM의 저감을 행할 수 있는 것이다.

본 명세서에 있어서,「입자형 세라믹스 다공체」라 하는 경우는 1개 및 다수의 입자형 세라믹스 다공체의 양방을 말하고, 또한 「입자형 세라믹 다공체」의 형상은 구형상, 타원 형상, 삼각 형상, 다각 형상, 펠릿형, 별 형상 등 임의의 형상의 것이 포함되며, 중요한 것은 개개의 입자형 세라믹스 다공체가 상기 형상의 입자 형상으로서 독립적으로 존재하고 있으면 충분하다. 또한, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는 상기 형상의 일종 또는 복수의 것으로 구성되어 있어도 좋다.

도1 및 도2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는 연통 구멍을 갖는 삼차원 그물망 구조를 갖는다.

도1 및 도2에 있어서, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체(1)는 그 내부에 인공적으로 형성된 기공(2)과 연통 구멍(3)을 갖고 있다. 또한, 표면에도 기공(2)의 일부가 노출되어 있다.

입자형 세라믹스 다공체(1)는 세라믹스 베이스 부재(4)로 구성되고, 기공(2)과 연통 구멍(3)의 표면 일부 또는 전부에는 촉매층(5)이 형성되어 있다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는, 예를 들어 일본 특허 공개 평8-141589호 공보에 기재된 세라믹스 다공체에 촉매를 담지하여 제작할 수 있다.

이러한 세라믹스 다공체의 제조 방법은 상기 공보에 기재되어 있다. 상기 공보를 참조하면, 세라믹스 다공체는 세라믹스 원료의 분체에 구형 열가소성 수지를 혼합하고, 물과 점결제(예를 들어, 펄프 폐액)을 첨가하여 혼합기로 페이스트 형상으로 혼합하고, 구형 열가소성 수지의 구성물의 체적 부분을 점유시킨 소정의 형상으로 성형한 소성 소재로 하여 건조시키고, 계속해서 소성하여 형성할 수 있다. 성형 후의 건조는, 80 ℃ 내지 240 ℃의 제1 단계의 건조와 240 ℃ 내지 500 ℃의 제2 단계의 건조를 행하는 것이 바람직하고, 제1 단계의 건조로 구형 열가소성 수지가 소성 소재 매트릭스 중에서 고정되어 기공의 골격이 형성된다.

그 후, 제2 단계의 건조에서 소성 소재를 240 ℃ 내지 500 ℃로 가열한다. 이 단계에서 구형 열가소성 수지가 용융되어 분해되면서 세라믹스 원료 입자의 사이를 흘러 가, 연통 구멍이 형성된다. 이 공정에서는 구형 열가소성 수지를 포함하는 세라믹스 원료의 일부가 용융되어, 구형 열가소성 수지로부터 공기가 공급되고 소결하여 기공과 연통 구멍을 갖는 삼차원 그물망 구조의 세라믹스 다공체가 형성된다. 구형 열가소성 수지가 큰 사이즈인 것을 이용하면 큰 기공 직경을 갖는기공인 것을 얻을 수 있고, 작은 사이즈인 것을 이용하면 작은 기공 직경을 갖는 기공인 것을 얻을 수 있다. 기공 직경의 사이즈는, 이용되는 구형 열가소성 수지의 대소에 의해 제어할 수 있다.

세라믹스 원료로서는 규소질 광물, 예를 들어 규석, 규산백토, 규조토 등, 알루미나질 광물, 예를 들어 다이어스포어, 보크사이트, 용융 알루미나 등, 실리카 알루미나질 광물, 예를 들어 점토 광물로서의 카올린질인 목절점토, 와목 점토, 혹은 몬모릴로나이트질인 벤토나이트나, 납석, 실리마나이트 광물 등, 또는 마그네시아질 광물인 마그네사이트, 돌로마이트 등, 석탄질 광물인 석회석, 규회석 등, 크롬질 광석의 크롬 철광, 첨정석 등, 지르코니아질 광석인 지르콘, 지르코니아 등, 그 밖의 광물로서의 티타니아질 광물, 탄소질 광물인 그라파이트 등을 들 수 있다.

구형 열가소성 수지로서는, 융점이 80 ℃ 내지 250 ℃, 연소점이 500 ℃ 이상인 수지가 이용된다. 이러한 수지로서는 아크릴 수지, 아크릴로니트릴 수지, 셀룰로오스계 수지, 폴리아미드계 수지(6 나일론, 6·6 나일론, 6·12 나일론), 폴리에틸렌, 에틸렌 공중 합체, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리부타디엔스티렌 공중 합체, 폴리우레탄계 수지, 비닐계 수지 등의 구형물을 예로 들 수 있다.

본 발명의 정화 필터에 이용되는 입자형 세라믹스 다공체는, 상기 세라믹스 원료 중으로부터 고온의 배기 가스 정화 필터를 얻는 데 적합한 재료로부터 적절하게 선택되지만, 이들 중에서도 실리카를 주성분으로 하여 함유하는 것을 이용하는 것이 바람직하다. 이러한 재료를 이용하면, 촉매 담지성이 양호하고 내열성이 높아 열팽창 계수가 적기 때문에, 열에 의한 팽창이나 수축이 적고 열에 의한 파괴가비교적 적어, 내구성이 우수한 정화 필터를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는 상기 실리카 외에 알루미나, 코데라이트, 티타니아, 지르코니아, 실리카알루미나, 알루미나지르코니아, 알루미나티타니아, 실리카티타니아, 실리카지르코니아, 티타니아지르코니아 및 멀라이트 등의 세라믹스를 주성분으로 하여 함유하는 것을 이용해도 좋다. 이들 재료를 이용함으로써, 디젤 엔진에 있어서의 고온의 배기 가스에 견딜 수 있는 내열성의 정화 필터를 얻을 수 있다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체에는 귀금속 촉매, 산화물 촉매 등의 촉매가 담지된 촉매층이 형성되어 있다.

귀금속 촉매로서는 통상 사용되고 있는 귀금속, 예를 들어 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh), 이리듐(Ir) 등을 이용할 수 있다. 이러한 촉매를 사용함으로써, 정체 주행시 등의 배기 가스 온도가 예를 들어 250 ℃ 정도의 낮은 온도라도 배기 가스의 정화를 행할 수 있다. 산화물 촉매로서는 CeO₂, FeO₂, Pr₂O₃, Pr₆O₁₁등을 이용할 수 있다. 촉매층으로서 귀금속 촉매 및 산화물 촉매를 조합하여 사용함으로써, 연료에 포함되는 유황 성분에 의한 피독, 즉 촉매 성분의 비활성화를 방지하여 촉매의 내구성을 높일 수 있다. 촉매의 담지는 통상적인 방법에 의해 행할 수 있고, 예를 들어 촉매를 포함하는 슬러리에 입자형 세라믹스 다공체를 함침하여 건조 및 소성함으로써 행할 수 있다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는, 배기 가스와 입자형 세라믹스 다공체의 접촉 기회를 많게 하기 위해 약 4.0 ㎜ 내지 약 2O ㎜의 평균 입경을 갖는 것이 이용된다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체에 인공적으로 형성된 기공은, 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 기공 직경을 갖고 있는 것이 바람직하다. 이러한 기공 직경을 갖는 기공은, 입자형 세라믹스 다공체의 내부뿐만 아니라 표면에도 노출되어 형성되어 있다. 이들 기공은, 상기한 구형 열가소성 수지가 소성 소재 매트릭스 중에서 고정된 기본적인 골격으로부터 형성된 것이다. 본 발명의 기공이나 연통 구멍은 세라믹스 다공체가 처음부터 갖고 있는 기공이나 연통 구멍과는 구별된다. 상기 기공 직경을 갖는 기공을 다수 포함하는 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체는, PM이 기공 내에 용이하게 유입될 수 있어 기공 내에 유입된 PM은 촉매와 반응하는 연소장이 될 수 있다. 또한, 기공 내에는 연소열이 가득 차 있어, 연통 구멍을 통해 PM의 연소가 한층 촉진되게 된다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체가 충전된 정화 필터는, 배기 가스 정화 장치 내에 1개 또는 복수 부착할 수 있다. 복수의 정화 필터를 부착할 때에는, 배기 가스의 흐름에 대해 직렬 또는 병렬로 부착할 수 있다.

필터 케이스에 충전된 입자형 세라믹스 다공체는 각각의 표면끼리가 긴밀하게 포개어진 충전층을 형성하고 있으므로, 주행 중의 진동, 요동, 급정지, 급발진 등에 의해 이들 다공체끼리가 이동하거나 이격되는 일이 없다. 이로 인해, 주행 중의 진동 및 요동 등에 의해 다공체가 마모되거나 손상되는 일이 없는 내구성이 있는 필터를 형성하고 있다.

입자형 세라믹스 다공체끼리의 사이에는 대소의 다수의 공간이 형성되고, 필터 케이스의 입구측으로부터 출구측에 걸쳐 이어진 다수의 배기 가스 유로가 형성되어 있다. 배기 가스는 그 유로를 사행하면서 랜덤하게 충돌하면서, 입구측으로부터 출구측을 향해 흐른다. 따라서 배기 가스는, 충전된 입자형 세라믹스 다공체의 표면과 접촉하는 면적이 크고 접촉 시간도 길기 때문에, PM 중의 매연의 포집 효율은 높아진다. 필터 케이스 내에 형성되는 입자형 세라믹스 다공체끼리의 공간은, 입자형 세라믹스 다공체의 입자 직경, 형상 및 충전 밀도 등에 따라 다양하지만, 대개 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 정도의 간극이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 충전하는 필터 케이스는 원통형, 타원형, 편평형, 각형 등의 임의의 형상인 것을 이용할 수 있다. 일반적으로는 원통형인 것이 바람직하다.

도3은, 본 발명의 필터 케이스에 충전된 입자형 세라믹스 다공체로 이루어지는 필터의 PM 포집 메커니즘을 도시한 개략도이다. 도3에 있어서, 배기 가스 중의 매연은 입자형 세라믹스 다공체(1)의 표면에 충돌하면서 간극을 흐르는 중에, 표면이나 내부에 인공적으로 형성된 기공(2)이나 연통 구멍(3)에 흡착 및 포집된다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체(1)는, 그 표면에 일부가 노출된 기공(2)을 갖는 형상이므로 다수의 오목부가 형성되어 있다. 이로 인해, 필터 내를 통과하는 배기 가스는 그 흐름에 강제적인 혼란이 발생하고, 입자형 세라믹스 다공체(1)와의 접촉 빈도가 증가하여 PM이 포집되기 쉽게 되어 있다.

입자형 세라믹스 다공체(1)는, 세라믹스 베이스 부재 내부에 인공적으로 형성된 다수의 기공(2)(예를 들어, 평균 500 ㎛ 정도)과 이들 기공(2)을 잇는 연통 구멍(3)을 갖고 있다. 이로 인해, 입자형 세라믹스 다공체(1)는 비표면적이 크고(용적 1리터당 약 60 ㎡) 통기성도 크기 때문에(보이드율 70 내지 80 ％), 배기 가스는 입자형 세라믹스 다공체(1)의 내부에까지 침입할 수 있어, 입자형 세라믹스 다공체의 표면뿐만 아니라 내부의 기공(2)이나 연통 구멍(3)에도 PM이 흡착 및 포집될 수 있다.

입자형 세라믹스 다공체는 산화물 촉매(예를 들어, CeO₂)와 귀금속 촉매(예를 들어, Pt)가 담지되어 있는 것이 바람직하고, 이에 의해 배기 가스 중의 NO는 NO₂로 산화되어, 산화력이 강한 NO₂에 의해 PM을 산화 제거할 수 있다.

필터 케이스 내에 입자형 세라믹스 다공체를 충전한 정화 필터에서는, 상기 2개의 반응이 동시에 진행되어 PM의 저감을 행할 수 있다. 입자형 세라믹스 다공체를 충전한 정화 필터에서는, 배기 가스는 입자형 세라믹스 다공체 사이에 형성된 간극(공간)을 흐르므로, 배기 가스 온도가 낮은 상태에서 PM이 퇴적되는 조건 하에서도 입자형 세라믹스 다공체 자체의 PM에 대한 포집 능력이 높게 유지되어, 배기 가스의 유로가 항상 확보되게 된다. 후술하는 실시예에서 기재하는 바와 같이 발명자들이 실험한 주행 중인 노선 버스에서는, 도시 내 주행이 평균 시속 20 ㎞/h에서는 필터 내의 평균 온도가 230 ℃ 정도의 저온으로 유지된다. 이러한 조건에서도, 일시적으로 배기 가스 온도가 250 ℃를 넘는 온도대가 있음으로써 PM의 재생을 행하고 있다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 충전한 정화 필터는, PM 외에 HC 및 CO를 저감시킬 수 있다. 이는 촉매의 산화 반응에 의한 것으로, 산화 촉매로서 기능하는 것이다. 입자형 세라믹스 다공체는, 그 충전량의 증감에 따라 PM 중의 매연 성분의 포집 효율에 영향을 미친다. 충전량을 줄이면 포집 능력은 감소하고, 그에 의해 PM의 저감율도 저하되기 때문에 적절한 양의 입자형 세라믹스 다공체를 충전하는 것이 필요하다.

필터 케이스 내의 입자형 세라믹스 다공체의 충전량은, PM 저감율이 60 ％ 이상인 것, 배기 가스의 배압 상승에 의해 발생되는 엔진에 대한 부하가 주행 중에 지장이 생기지 않는 범위인 것 및 연료 소비율이 5 ％ 이내로 억제되는 것 등의 요인으로부터 정하는 것이 바람직하다. 구체적인 입자형 세라믹스 다공체의 충전량은, 충전량에 의한 포집 효율과 배압 변화를 실험치로부터 구하여 적당한 값으로 결정되는 것이 바람직하다.

필터 케이스에 충전된 입자형 세라믹스 다공체의 배압치는, 배기 가스 정화 장치의 부착시의 초기치가 1.0 내지 1.3 kg/㎠ 정도가 된다. 이 값은 엔진이 전체 회전시의 수치로, 1개의 배기 가스 정화 장치 내에 2개의 정화 필터를 부착한 2단식 정화 필터에 있어서, 후단의 정화 필터에 충전된 입자형 세라믹스 다공체의 충전량이 6리터인 경우의 값이다. 시간의 경과와 함께, 정체 주행이 많은 디젤 엔진 탑재 차량인 경우 입자형 세라믹스 다공체의 표면이나 내부에 항상 PM이 퇴적되기 때문에, 입자형 세라믹스 다공체의 보이드율의 저하로 배기 가스 저항이 증가하여 측정시의 배압치는 높아진다. 이는, PM의 퇴적과 재생을 반복하고 있는 중에 운전조건이 전체적으로 배기 온도가 낮은 경우 PM이 퇴적된 상태가 많고, 또한 그 퇴적량에 의해 배압 측정치가 변화하기 때문이다. 경우에 따라서는 1.6 kg/㎠가 되는 경우도 있지만 디젤 엔진 탑재 차량의 운전에 특별히 문제는 없다.

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 필터 케이스에 충전하는 경우, 입경의 대소에 아무런 제한은 없다. 따라서, 필터 케이스의 입구측으로부터 출구측에 이르기까지 거의 동일한 입경을 갖는 입자형 세라믹스 다공체를 충전해도 좋다. 혹은, 필터 케이스의 입구 부근에 큰 입경인 것을 충전하고, 중간 부근에 중간 정도의 입경인 것을, 출구 부근에 작은 입경인 것을 각각 충전해도 좋다. 필터 케이스로의 배기 가스의 유입에 의해 입구 부근에서는 PM의 포집량이 많아져, 퇴적된 PM에 의해 배기 가스 유로가 폐색 상태가 되는 경우가 있다. 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 이용한 정화 필터에서는, 입구측이 PM에 의해 폐색되어도 출구측의 배기 가스 유로의 간극 용적이 있음으로써, 고속의 배기 가스 흐름에 의해 입구에 포집된 PM이 박리되어 출구측으로 압출되는 일종의 블로우 오프 현상이 발생되어 있으므로 PM의 막힘이 비교적 적다. 이는 입자형 세라믹스 다공체의 입경의 크기를 입구측, 중간측 및 출구측의 3단계로 각각 나누어 충전한 경우에 발생하기 쉽기 때문에, 입자형 세라믹스 다공체의 입경의 크기를 복수 단계로 나누어 필터 내에 충전하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 입경이 10 ㎜ 부근인 것과 5 ㎜ 부근인 것에서는, 동일 용적에 차지하는 표면적은 5 ㎜ 부근인 것의 쪽이 10 ㎜ 부근인 것의 배 가까이 되므로, 작은 입경의 입자형 세라믹스 다공체의 충전층일수록 PM에 대한 흡착 면적이 증가하여 PM의 포집이 용이해진다. 또한 입경이 작은 것은, 형성되는전체의 간극 용적은 변하지 않아, 입자형 세라믹스 다공체끼리가 중첩하여 형성되는 간극의 수가 증가하게 된다. 즉, 배기 가스 유로가 입구 부근은 크고, 출구를 향해 작아져 유로가 증가한다. 이에 의해, 입구 부근과 출구 부근의 PM의 포집 균형이 잡혀, 입구 부근에서는 PM이 박리되어도 출구 부근에서 다시 PM을 포집할 수 있다.

[본 발명의 입자형 세라믹스 다공체의 물성]

본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 필터 케이스에 충전한 정화 필터에 대해, 각 온도 영역에 있어서의 PM 저감율 및 배기 가스 정화 장치 내의 배기 가스 온도 변화와 주행 전후의 배압 측정을 시험하였다.

시험에 이용한 입자형 세라믹스 다공체의 물성치를 하기에 나타낸다.

(1) 형상 입자형(압출 성형)

(2) 부피 비중(g/㎤) 0.28

(3) 입경(㎜) 5 내지 10

(4) 기공 직경(㎛) 50 내지 600

(중앙치 500 ㎛)

(5) 기공율(％) 80

(6) 비표면적(㎡/g) 2.4

(7) 세공 용적(ml/g) 0.13

(8) 압괴 강도(kg/㎠) 5 내지 10

(9) 마모율(wt ％) 0.25

(10) 담체 재질 SiO₂, Al₂O₃

[입자형 세라믹스 다공체의 성분표]

[물성의 시험법]

(1) 부피 비중(g/㎤) 및 기공율(％)은, JIS R2205-74에 따라 다음 식에 의해 구하였다.

부피 비중(g/㎤) :

질량/외형 용적*²＝ 건조 중량/(수분 포함 중량 - 수분 포함 시료의 수중 중량)

기공율(％) :

개구 기공 용적*¹/외형 용적*²＝ 수분 포함 중량 - 건조 중량/(수분 포함 중량 - 수분 포함 시료의 수중 중량)

*¹; 개구 기공 ＝ 연통 구멍

*²; 외형 용적 ＝ 골재 부분 + 독립 기공 + 연통 구멍

(2) 입경(㎜)은, JIS Z8801에 따른 시험 방법으로 행하였다. 이는, 일반적으로 Ro - Tap 쉐이커(체)로 가려낸다. Ro - Tap 쉐이커는, 목적으로 하는 입경을 얻기 위해 여러 단의 철망을 겹쳐 흔들어, 철망눈 상에 남은 것을 목적물로 한다.

(3) 기공 직경(㎛)은 작은 구멍 직경의 것은 수은 압입법 및 배수법으로, 큰 구멍 직경의 것은 전자 현미경에 의한 치수 측정에 의해 구하였다.

(4) 비표면적(㎡/g)은 BET 일점법에 의해, 질소 등의 기체의 등온 흡착선으로부터 구하였다.

(5) 세공 용적은 수은 압입법에 의해, 작은 구멍 직경의 누적치로부터 구하였다.

(6) 압괴 강도(kg/㎠)는 JIS R2615-85에 의해, 샘플 사이즈 1 × 1 × 1 cm에 압축 가중을 곱하고, 항복점을 단면적으로 나눈 값이다.

[측정에 이용한 배기 가스 정화 장치]

도4는, 본 발명의 배기 가스의 정화 필터를 부착한 배기 가스 정화 장치의 단면 개략도이다. 이 실험에서는, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체로 이루어지는 배기 가스 정화 필터는 배기 가스의 유로 방향에 따라서 전단 및 후단의 2군데에 부착되었다. 도4에 있어서, 배기 가스 정화 장치(10)는 본체 케이싱(11, 12)과, 이 본체 케이싱(11, 12) 내에 착탈 가능하게 부착된 내측 케이싱(13, 14) 및필터 케이스(20, 21)로 크게 구별된다. 필터 케이스(20, 21) 내에는 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체가 충전된 정화 필터(22, 23)가 부착되어 있다. 또한, 부호 18은 배기 노즐, 19은 배기 출구, 25는 배기 입구이다.

상기 디젤 배기 가스의 정화 장치(10)에 있어서, 본체 케이싱(11)의 외경 : 약 300 ㎜, 본체 케이싱(12)의 외경 : 약 240 ㎜, 본체 케이싱(11)의 길이 : 약 300 ㎜, 본체 케이싱(12)의 길이 : 약 470 ㎜, 내측 케이싱(13)의 외경 : 약 220 ㎜, 내측 케이싱(14)의 외경 : 약 220 ㎜, 내측 케이싱(13)의 길이 : 약 265 ㎜, 내측 케이싱(14)의 길이 : 약 465 ㎜, 필터 케이스(20)의 외경 : 약 160 ㎜, 필터 케이스(21)의 외경 : 약 160 ㎜, 필터 케이스(20)의 길이 : 약 210 ㎜, 필터 케이스(21)의 길이 : 약 390 ㎜, 배기구 노즐의 직경 : 약 100 ㎜, 배기 출입구의 직경(19, 25) : 약 100 ㎜에 있어서, 세라믹스 다공체로서 상기 물성을 갖는 나가오 가부시끼가이샤제의「나가오포셀(SG1)」(제품명)에 촉매로서 CeO₂및 Pt을 이용하고, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체 1리터(약 300 g)당, CeO₂15g, Pt 2g을 각각 담지한 것을 전단의 정화 필터(22)에 약 2.5리터, 후단의 정화 필터(23)에 약 6리터를 각각 충전하였다.

이 디젤 배기 가스 정화 장치를 노선 버스에 탑재하여 시험을 행하였다. 또 한, 시험에 이용한 노선 버스의 사양, 시험 항목 및 측정 방법을 하기에 나타낸다.

[시험차의 사양]

·차종 노선 버스

·형식 미쯔비시 U-MP218K

·총 배기량 11,149 cc

[시험 항목]

(a) 정체 지구의 주행에 의한 장치 내의 배기 가스 온도 변화와 주행 전후의 배압 측정을 행하였다.

(b) 각 온도 영역에 있어서의 PM 저감율을 측정하기 위해 일정 속도의 주행을 행하고, 그 때의 장치 내의 배기 가스 온도 변화와 배압 변화 및 장치 출입구의 PM량을 일정 시간 샘플 채취하여 PM의 중량을 측정하였다.

또한, 측정에 이용한 기구 및 측정 부위를 도5에 도시한다.

[측정 방법]

(1) 온도 측정

온도의 측정 위치는 하기의 3부분이다.

(a) 장치 입구 배기 파이프 내 중심 위치(도5에 있어서의 T₁점)

(b) 전단 필터 중심 위치(도5에 있어서의 T₂점)

(c) 후단 필터 중심 위치(도5에 있어서의 T₃점)

배기 가스 온도 측정 장치

(a) 온도 센서 열전쌍 Yamari Thermic

Type K JIS2 D ＝ 1.6 ㎜ 316L 200

(b) 온도 기록계 티노 하이브리드 가부시끼가이샤 기록계(타점식)

AH560-NNN 렌지 No. 21 0 내지 1000 ℃

(2) PM 측정

(a) 장치 입구의 배기 파이프 내와 장치 출구에 6 밀리미터 구리 파이프를 부착하고, 그 위치를 흐르는 PM을 측정하였다(도5에 있어서의 C₁점 및 C₂점)

(b) 일정 시간 내에 주행 중인 버스의 배기 가스를 진공 펌프로 흡인 샘플링하고, PM을 여과하여 취한 여과지의 중량 증가로부터 배기 가스 중의 PM 농도를 측정하였다.

(3) 배압 측정

주행 중의 배기 저항을 측정하기 위해 압력계를 장치 입구에 부착하고 배기 가스의 배압을 측정하였다.

[시내 주행에 있어서의 측정 결과]

(a) PM 저감율

표 2는 동경도 환경 과학 연구소에서 시험한 시험 결과이다.

표 2의 실주행 패턴은 동경도 내 주행을 상정한 주행 모드로, 평균 시속 18 ㎞/h에서의 배기 가스 시험 결과이다. 상기 시험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 시험 차량으로부터 배출되는 PM(입자형 물질)은 1㎞당 1.06 g이었지만, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 충전한 정화 필터를 장착한 것에서는 1 ㎞당 0.21 g이고, 저감율은 80.2 ％였다. 이들 결과로부터, 도시 내 주행 등의 정체시에서의 배기 가스 온도가 낮은 경우라도, PM을 효율적으로 포집하여 퇴적에 의한 필터의 막힘이 없이 주행할 수 있는 것을 알 수 있다. 또한, PM을 제거하기 위한 버너나 히터를 사용하는 일이 없는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 정화 필터를 제공할 수 있다.

(b) 또한, 도시 내 주행에 의한 온도 변화를 도6 및 도7에 나타낸다. 이 도시 내 주행도, 동경도 실주행 패턴 시험의 속도 분포에 맞추기 위해 정체 지구를 주행하였다.

(c) 도시 내 주행시에 있어서의 온도 상태

주행으로부터 30분 정도(P₁)까지는, 개시 직후에다가 신호 대기 시간이 길어 필터 내의 온도도 200 ℃ 내지 250 ℃를 추이하였다. 3O분을 넘었을 때쯤 차속이 일시적으로 상승한 시점(P₂)에서 필터 내 온도는 28O ℃가 되고, 그 후 정체가 되어(P₃) 장치 입구 온도가 170 ℃ 가까이 되는 횟수가 증가하였지만, 필터 내 온도는 250 ℃를 추이하였다. 즉, 도시 내 주행의 정체시라도 필터 내에서 촉매 효과에 의해 PM의 재생을 할 수 있는 것을 알 수 있다.

또한, 각 측정점에 있어서의 평균 온도는 다음과 같다.

(d) 평균 온도

장치 입구 평균 온도 220 ℃

전단 필터 평균 온도 232 ℃

후단 필터 평균 온도 230 ℃

이들 결과로부터, 정체시에 있어서는 본 발명의 정화 필터 내의 평균 온도가 장치 입구 평균 온도보다 높게 유지되어 있어 PM의 퇴적이 선행하여 행해지지만, 필터 내의 온도가 일시적으로 250 ℃를 넘으면 필터 내에 퇴적된 PM은 촉매에 의해 연소되고, 이로 인해 필터의 재생이 행해져 PM이 퇴적되는 일은 없다.

(e) 필터 재생의 확인

본 발명의 정화 필터가 재생되는 것을 확인하기 위해, 4000 ㎞ 주행한 필터로부터 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체를 일부 취출하여 부착한 PM을 NO₂의 존재 하에서 연소 시험을 행하였다. 결과를 도8에 나타낸다. 도8로부터, 필터에 부착된 PM량은 250 ℃에서는 1/3로 감소되어 있어, PM의 연소에 따른 필터의 재생이 행해지는 것을 알 수 있다. 또한 300 ℃ 이상에서는, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체에 부착된 PM이 거의 없어, 본 발명의 입자형 세라믹스 다공체의 재생이 확실하게 행해지고 있는 것을 알 수 있다.

(2) 고속 주행시에 있어서의 측정 결과

본 발명의 정화 필터를 부착한 정화 장치를 장착한 상기 실장 시험 차량이 60 ㎞/h, 70 ㎞/h 및 80 ㎞/h의 일정 속도로 주행하였을 때의 PM 저감 결과를 표 3에 나타낸다.

표 3의 결과로부터, 고속 주행시 60 ㎞/h, 70 ㎞/h 및 80 ㎞/h에 있어서의 PM 제거율은 각각 64.7 ％, 65.6 ％ 및 61.6 ％로 높은 것을 알 수 있다. 이들 값으로부터, 본 발명의 정화 필터를 장착한 정화 장치에서는, 필터의 재생이 행해지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 상기 각 속도에서의 주행 중에 있어서의 배압 변화가 거의 없어 안정된 운전이 행해지는 것을 알 수 있다.

또한 PM 측정 시간을 15분간 행하고, 그 때의 온도 변화 그래프를 도9 내지도11에 나타낸다. 도9는 60 ㎞/h, 도10은 70 ㎞/h 및 도11은 80 ㎞/h의 차속에서의 장치 입구 온도, 전단 정화 필터 온도 및 후단 정화 필터 온도의 각 위치(도5 참조)의 온도 변화를 나타내고 있다. 상기 도9 내지 도11의 온도 변화로부터 일정 속도에 있어서의 평균 온도는 다음과 같았다.

(a) 60 ㎞/h 주행시의 평균 온도

장치 입구 287 ℃

전단 필터 288 ℃

후단 필터 284 ℃

(b) 70 ㎞/h 주행시의 평균 온도

장치 입구 362 ℃

전단 필터 350 ℃

후단 필터 354 ℃

(c) 80 ㎞/h 주행시의 평균 온도

장치 입구 396 ℃

전단 필터 391 ℃

후단 필터 384 ℃

(d) PM 저감 결과

어떠한 차속에 있어서도 60 ％를 넘은 부근의 저감율이었다.

(e) 배압 측정 결과

주행 전의 배압은 1 kg/㎠(엔진 회전수 2000 rpm)였다. 각 차속에 있어서의배압은 대략 일정치였다.

이들 결과로부터, 고속 주행시에 있어서의 엔진의 고속 회전(고부하)시에도 PM의 저감율이 60 ％ 이상을 유지하고 있어, 필터 내에 포집된 PM의 블로우 오프 현상이 발생되기 어렵고, 또한 필터의 재생이 행해지고 있는 것을 알 수 있다. 각 속도에서의 주행시에서의 배압도 항상 안정되어 있고, 필터 내의 PM에 의한 퇴적이 없이 필터의 재생이 행해지고 있는 것을 알 수 있다.

본 발명의 배기 가스의 정화 필터에 따르면,

(1) 도시 내 주행시 등의 배기 가스 온도가 낮은 경우라도, PM을 효율적으로 포집하여 퇴적에 의한 필터의 막힘이 없고, 또한 PM을 제거하기 위한 버너나 히터를 사용하는 일이 없는 디젤 엔진으로부터 배출되는 배기 가스의 정화 필터를 제공할 수 있다.

(2) 또한, 막힘에 의한 배기 가스 온도의 상승도 없어, PM의 퇴적에 의한 이상 연소나 필터의 손상이 발생되기 어려운 배기 가스의 정화 필터를 제공할 수 있다.

(3) 또한, 고속 주행시에 있어서의 엔진의 고속 회전(고부하)시라도, 필터 내에 포집된 PM의 블로우 오프 현상이 발생되기 어렵고, 또한 필터의 재생이 행해지는 배기 가스의 정화 필터를 제공할 수 있다.

Claims

디젤 엔진으로부터 배출되는 디젤 배기 가스의 정화 필터이며, 상기 필터는 필터 케이스 내에 삼차원 그물망 구조를 갖는 입자형 세라믹스 다공체가 충전된 것으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 그 내부에 인공적으로 형성된 기공 및 연통 구멍을 갖고, 또한 그 표면에 상기 기공의 일부가 노출된 형상인 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 100 ㎛ 내지 1000 ㎛의 기공 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체의 기공은 세라믹스 원료에 구형 열가소성 수지를 혼합하고, 상기 구형 열가소성 수지로 구성물의 체적 부분을 점유시켜 인공적으로 형성된 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 4.0 ㎜ 내지 20 ㎜의 평균 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화필터.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 실리카를 주성분으로 하여 함유한 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 적어도 귀금속 촉매를 포함하는 촉매가 담지된 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자형 세라믹스 다공체는 적어도 귀금속 촉매 및 산화물 촉매를 포함하는 촉매가 담지된 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제7항에 있어서, 상기 귀금속 촉매는 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 및 이리듐(Ir)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1 종류인 것을 특징으로 하는 디젤 배기 가스의 정화 필터.
제8항에 있어서, 상기 산화물 촉매는 산화세륨, 산화프라세오듐 및 산화사마륨으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 적어도 1 종류인 것을 특징으로 하는 디젤배기 가스의 정화 필터.