JP2002147218A - Device of removing particulate material in exhaust gas of diesel engine - Google Patents
Device of removing particulate material in exhaust gas of diesel engineInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンを搭載した車から排出される排ガス中の粒子状物質
を除去する装置に関するものである。詳しくは、ディー
ゼル車から排出される排ガス中の炭素微粒子から成る粒
子状物質(PM)をメタルハニカムの内壁面に積極的に
付着させて除去し、かつ除去した粒子状物質を加熱する
ことにより完全に焼却することができるディーゼルエン
ジン排ガスの粒子状物質除去装置(DPF)に係るもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for removing particulate matter in exhaust gas discharged from a vehicle equipped with a diesel engine. More specifically, particulate matter (PM) consisting of carbon fine particles in exhaust gas emitted from diesel vehicles is removed by actively attaching to the inner wall surface of the metal honeycomb, and the removed particulate matter is completely heated by heating. The present invention relates to an apparatus for removing particulate matter (DPF) from diesel engine exhaust gas that can be incinerated.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来からトラックやバスなど、所謂ディ
ーゼル車から排出される大量の粒子状物質即ち炭素微粒
子から生じる公害が問題視され、その対策が講じられて
いる。その代表的な第1番目の例は、図19に示すよう
に、セラミックス繊維を不規則に重ね合わせたフェルト
状の積層体からなる粗フィルターと、密フィルターとを
2層に重ね、これらを通電加熱できる金網ヒーターと金
網ホルダーで挟んで拘束し、断面が花びら状に折り畳ん
で広い濾過面積を持つ筒形に加工して、フィルターとし
た、セラミック繊維フィルターがある。2. Description of the Related Art Conventionally, pollution caused by a large amount of particulate matter, that is, carbon fine particles emitted from so-called diesel vehicles such as trucks and buses has been regarded as a problem, and countermeasures have been taken. As a first representative example, as shown in FIG. 19, a coarse filter composed of a felt-like laminate in which ceramic fibers are irregularly laminated and a dense filter are laminated in two layers, and these are energized. There is a ceramic fiber filter that is held between a heatable wire mesh heater and a wire mesh holder, constrained, folded in the shape of a petal, processed into a cylindrical shape with a wide filtration area, and used as a filter.
【0003】そしてこの第1番目のものは排ガス中の粒
子状物質をフィルターで濾過する際に、フィルターの繊
維の間に粒子状物質を付着堆積させた後、所定の目詰ま
りをセンサーで感知してこれを焼却してフィルターを再
生するものである。In the first method, when particulate matter in exhaust gas is filtered by a filter, a predetermined clogging is detected by a sensor after depositing and depositing the particulate matter between fibers of the filter. This is incinerated to regenerate the filter.
【0004】即ち図20に示すように、ディーゼルエン
ジンで発生した排ガスの粒子状物質(PM)をA,B一
対のフィルターで濾過捕捉するように構成されている。
排ガスの粒子状物質は先ずフィルターAで濾過捕捉す
る。すると該フィルターAに粒子状物質が付着堆積して
目詰まりし、通気抵抗が大きくなると圧力センサーが感
知し、切替弁CでフィルターBに切替えて濾過捕捉を連
続する。フィルターAはその間フィルターに詰まった粒
子状物質を焼却することによって再生する。フィルター
Bも同様に粒子状物質がフィルターに詰まれば切替えら
れて再生され、これが交互に繰り返される。図中Dは排
ガスを導入する排気管である。That is, as shown in FIG. 20, a particulate matter (PM) of exhaust gas generated by a diesel engine is configured to be filtered and captured by a pair of filters A and B.
First, the particulate matter of the exhaust gas is filtered and captured by the filter A. Then, the particulate matter adheres and accumulates on the filter A and is clogged. When the ventilation resistance increases, the pressure sensor senses the change, and the filter C is switched to the filter B by the switching valve C, and the filtration and capture are continued. Filter A is regenerated by burning off particulate matter clogging the filter during that time. Similarly, the filter B is switched and regenerated when particulate matter is clogged in the filter, and this is repeated alternately. D in the figure is an exhaust pipe for introducing exhaust gas.
【0005】図19に示す排ガスの粒子状物質除去装置
は、図20に示す2基の切替式の再生機能付フィルター
を設けたことを特徴としているので、切替バルブCの故
障が生じた場合や、圧力センサー、コントローラが故障
した場合にはフィルターに過剰の目詰まりが生じ、通気
抵抗のため排気圧(圧損)が異常に高くなったり、燃焼
温度が高くなり過ぎたりする。The exhaust gas particulate matter removing apparatus shown in FIG. 19 is provided with two switching type filters having a regeneration function shown in FIG. 20. If the pressure sensor or the controller breaks down, the filter becomes excessively clogged, and the exhaust pressure (pressure loss) becomes abnormally high due to the ventilation resistance, or the combustion temperature becomes too high.
【0006】更に、図19に示すセラミックス繊維フィ
ルターの粒子状物質除去装置では、フィルターに付着堆
積して目詰まりした粒子状物質を該フィルターをはさん
で拘束した、通電発熱する金網30でフィルターと一緒
に電気加熱して焼却する。この電気加熱は、図20に示
すように2基のフィルターが大きい容積を占めるばかり
でなく、この電気加熱に費やされる電気エネルギーがバ
ス、トラック等が通常装備しているバッテリーや、発電
機では不足するために、別途に高性能な発電機はもとよ
り発電した電力を24ボルトに変換するレギュレータ
や、コントローラその他を必要とし、システムは複雑大
型化して高価なものとなっている。更に決定的なことと
して、特開平11−294140号に開示されている如
く、上記システムに異常が生じて、粒子状物質がフィル
ターに過剰に捕捉堆積された場合、前記フィルター再生
時に加熱損傷等の問題が起こることを避けるために、排
ガスの一部を大気中に逃す必要があることである。即
ち、これが継続すれば排ガス中の粒子状物質が垂れ流し
状態になる欠点がある。Further, in the apparatus for removing particulate matter of a ceramic fiber filter shown in FIG. 19, the particulate matter adhered and deposited on the filter and clogged is restrained with the filter interposed therebetween, and the filter is connected to the filter by a heat-generating wire mesh 30. Electric heating together and incineration. In this electric heating, not only the two filters occupy a large volume as shown in FIG. 20, but also the electric energy consumed for this electric heating is insufficient for the batteries or generators normally provided in buses, trucks and the like. In order to achieve this, not only a high-performance generator but also a regulator for converting the generated power to 24 volts, a controller, and the like are required, and the system is complicated and large-sized and expensive. More decisively, as disclosed in JP-A-11-294140, when an abnormality occurs in the above-mentioned system and particulate matter is excessively captured and deposited on the filter, heat damage or the like may be caused during the regeneration of the filter. Part of the exhaust gas needs to escape to the atmosphere in order to avoid problems. That is, if this continues, there is a disadvantage that the particulate matter in the exhaust gas is dripped off.
【0007】また第2番目の例として図21に示すもの
は、ウォール・フロー・ハニカムと呼ばれるもので、排
ガスが通過する壁に無数の細孔を設けたコーディライ
ト、炭化ケイ素等多孔質セラミックスハニカム構造体か
らなるフィルターEで、該フィルターEによって炭素微
粒子を濾過捕捉し、該フィルターに付着堆積した炭素微
粒子を焼却することによって、フィルターEの目詰まり
を解消して再生しながら連続して使用するフィルター再
生型の粒子状物質除去装置がある。FIG. 21 shows a second example of a so-called wall flow honeycomb, which is a porous ceramic honeycomb made of cordierite, silicon carbide, or the like, in which innumerable pores are provided in a wall through which exhaust gas passes. By using a filter E composed of a structure, the carbon particles are filtered and captured by the filter E, and the carbon particles adhered and deposited on the filter are incinerated, thereby eliminating clogging of the filter E and continuously used while regenerating. There is a filter regeneration type particulate matter removal device.
【0008】該多孔質セラミックスハニカム(通常ウォ
ール・フロー・ハニカムと呼ばれる)のフィルターE
は、通常のセラミックスハニカム触媒担体のように排気
通路が貫通、即ち素通し(フロー・スルー)になってお
らず、隣同士の通路が交互に出口と入口が閉塞された市
松模様(図20に示す)のようにもみえる構造である。
排ガスは開口している4角柱の孔に流れ込むが、出口が
閉塞されているので4角柱の多孔質の壁を通り抜けて、
隣の通路に移動するようになっている。従って該多孔質
セラミックスハニカムは、排ガス粒子状物質の捕捉効率
は80%程度と比較的高いが、濾過捕捉する面積が小さ
いために、ハニカム構造体を大型にする必要がある。最
大の欠点は排ガスの粒子状物質が濾過される多孔質セラ
ミックスの壁を通り抜けるために通気抵抗が大きいこと
である。[0008] A filter E of the porous ceramic honeycomb (usually called a wall flow honeycomb)
In a checkerboard pattern shown in FIG. 20, the exhaust passage is not penetrated, that is, is not made through (flow-through) as in a normal ceramic honeycomb catalyst carrier, and the outlets and inlets of the adjacent passages are alternately closed. ).
The exhaust gas flows into the opening of the square prism that is open, but passes through the porous wall of the square prism because the outlet is closed,
It moves to the next passage. Accordingly, the porous ceramic honeycomb has a relatively high exhaust gas particulate matter trapping efficiency of about 80%, but requires a large honeycomb structure because the area for filtration and trapping is small. The biggest drawback is that the gas flow resistance is high because the particulate matter of the exhaust gas passes through the wall of the porous ceramics to be filtered.
【0009】尚、ウォール・フロー・ハニカムとは、コ
ーディライト、炭化ケイ素等に無数の細孔(連続気泡)
を設けた多孔質セラミックスハニカム構造体であって、
一般的に知られている態様は、4角柱の細孔が1平方イ
ンチ当たり200ヶあり、そして該4角柱の細孔の一辺
は約1.4mm程度、壁の厚さが0.36mm、壁の細
孔が約10μm、4角の細孔の長さが160mmと言わ
れている。[0009] The wall flow honeycomb is an infinite number of pores (open cells) in cordierite, silicon carbide and the like.
A porous ceramic honeycomb structure provided with
A generally known embodiment is that there are 200 square pillar pores per square inch, and one side of the square pillar pores is about 1.4 mm, the wall thickness is 0.36 mm, and the wall thickness is 0.36 mm. Is about 10 μm, and the length of a square pore is 160 mm.
【0010】上記したようにウォール・フロー・ハニカ
ムのフィルターEは壁の厚さが0.36mmしかないた
めに、当然濾過時間(通過時間)が短く、従って加熱燃
焼時間が短くなり、通過する粒子状物質(PM)を焼却
しきれない欠点がある。As described above, since the wall E of the filter E of the wall flow honeycomb has a wall thickness of only 0.36 mm, the filtration time (passing time) is naturally short, so that the heating and burning time is short, and the particles passing therethrough are short. There is a disadvantage that the particulate matter (PM) cannot be completely incinerated.
【0011】この第2番目の例のものは「能動方式」と
いわれ、フィルター(ハニカムの壁)に濾過堆積して目
詰まりすると、バーナやヒータを用いた専用機構で焼却
して再生するため、大型になり、コストがかかってい
た。The second example is called an "active system". When the filter is deposited on a filter (honeycomb wall) and clogged, it is incinerated and regenerated by a special mechanism using a burner or a heater. It was large and costly.
【0012】これらに対して、更に第3番目の例は、英
国ジョンソン・マッセイ社が提案する触媒燃焼方式の連
続再生型の粒子状物質除去装置である。これは目詰まり
を再生するのにバーナやヒータを用いないで、触媒燃焼
を利用するものである。 この触媒燃焼方式の連続再生
時の粒子状物質除去装置は、「受動方式」といわれ、粒
子状物質の焼却には電気ヒータではなく、触媒の反応熱
を利用する。即ち、フィルター(ウォール・フロー・ハ
ニカム)の前段に酸化触媒を置き、該触媒で炭素を酸化
させる作用の強い二酸化窒素(NO2)を作ると同時に
熱を発生せしめる。この粒子状物質除去装置では自然発
生する反応熱を利用する。フィルターが1つで済み、連
続して焼却処理ができるため、第1番目の従来例、即ち
セラミックス繊維フィルターの粒子状物質除去装置より
も小型で低コストである。On the other hand, a third example is a continuously regenerating type particulate matter removal apparatus of a catalytic combustion type proposed by Johnson Matthey of the United Kingdom. This uses catalytic combustion without using a burner or a heater to recover clogging. The particulate matter removing device at the time of continuous regeneration of the catalytic combustion method is called a “passive type”, and the heat of the catalyst is utilized for incineration of the particulate material, not an electric heater. That is, an oxidation catalyst is placed in front of a filter (wall flow honeycomb) to generate nitrogen dioxide (NO 2 ) which has a strong effect of oxidizing carbon with the catalyst, and at the same time, generates heat. In this particulate matter removing device, reaction heat generated naturally is used. Since only one filter is required and continuous incineration can be performed, the filter is smaller and less costly than the first conventional example, that is, a device for removing particulate matter of a ceramic fiber filter.
【0013】更に第4番目の例であるの米国エンゲルハ
ード社も「受動方式」で、フィルターに酸化機能を持つ
2種類の金属触媒をコーティングしたフィルター(ウォ
ール・フロー・ハニカム)を使用して粒子状物質を酸化
する。この触媒反応をさせるためには、フィルターを通
過する排ガスの温度が350℃以上であることが必要と
されている。しかし乍ら、ディーゼルエンジン排ガス温
度は通常200℃程度と低いために、できるだけエンジ
ンに近づけたり、燃料(軽油)に酸化セシウム等の添加
剤を混ぜて粒子状物質が通常より50〜100℃低い温
度で燃焼させたりする必要がある。この第4番目の例も
フィルターが1つで済み、連続して焼却処理ができるた
め第1番目の例(セラミックス繊維フィルターの粒子状
物質除去装置)よりも小型で低コストである。The fourth example, Engelhard, USA, is also a "passive method", using a filter (Wall Flow Honeycomb) in which the filter is coated with two types of metal catalysts having an oxidizing function. Oxidizes substances. In order to cause this catalytic reaction, it is necessary that the temperature of the exhaust gas passing through the filter be 350 ° C. or higher. However, since the exhaust gas temperature of a diesel engine is usually as low as about 200 ° C., the temperature of the particulate matter is lowered by 50 to 100 ° C. as close as possible to the engine or by adding an additive such as cesium oxide to the fuel (light oil). Or need to be burned. This fourth example also requires only one filter and can be continuously incinerated, so that it is smaller and less expensive than the first example (a device for removing particulate matter of a ceramic fiber filter).
【0014】従って、現時点ではフィルターにウォール
・フロー・ハニカムを使用した「受動方式」の触媒燃焼
の連続再生型の粒子状物質除去装置、即ち第3番目及び
第4番目の例のものが最有力視されている。Therefore, at the present time, the "passive" type catalytic combustion continuous regeneration type particulate removal apparatus using a wall flow honeycomb for the filter, that is, the third and fourth examples are the most promising. Have been watched.
【0015】しかしながら、第3番目の例の英国ジョン
ソン・マッセイ社の触媒燃焼方式の連続再生型の粒子状
物質除去装置は、ディーゼルエンジンの燃料として使用
される軽油に含まれる酸化力の強い硫黄(S)分を、現
在の500ppmから50ppm以下に下げないと、炭
素の微粒子を酸化させる酸化触媒が機能しなくなるとい
う大きな欠点がある。従って、軽油の品質改良の進展を
待たなければならない。[0015] However, the third example of the continuous mass removal apparatus of the continuous combustion type of the catalytic combustion system of Johnson Matthey of the United Kingdom uses sulfur having a strong oxidizing power contained in light oil used as a fuel for a diesel engine. Unless the S) content is reduced from the current 500 ppm to 50 ppm or less, there is a major drawback in that the oxidation catalyst for oxidizing carbon fine particles does not function. Therefore, it is necessary to wait for progress in improving the quality of light oil.
【0016】また第4番目の例では、触媒燃焼可能温度
より排ガス温度が大幅に低いために、燃料に酸化セシウ
ム等の添加剤を混ぜて酸化を促進し、粒子状物質が通常
より50〜100℃低い温度で燃焼するようにすること
で粒子状物質除去率を高める工夫がなされているものが
あるが、コストがかかるばかりでなく、大気中に新しい
化合物をまくことになり別の不安が生じる欠点がある。In the fourth example, since the exhaust gas temperature is much lower than the catalyst combustible temperature, the fuel is mixed with an additive such as cesium oxide to promote the oxidation, and the particulate matter is reduced by 50 to 100%. Some devices have been devised to increase the particulate matter removal rate by burning at a temperature lower by ℃, but this is not only costly, but also involves dispersing new compounds in the atmosphere, causing another concern. There are drawbacks.
【0017】そして第3及び第4番目の例のいずれに於
いても、既に走行しているディーゼルエンジン車に、後
から付けることが困難な欠点がある。In each of the third and fourth examples, there is a disadvantage that it is difficult to retrofit a diesel engine vehicle that is already running.
【0018】[0018]
【発明が解決しようとする課題】自動車等排ガス浄化装
置として、三元触媒を担持したハニカムが広く使用され
ている。このものは、排ガスがハニカムの中を一方向に
流れる所謂素通し(フロー・スルー)型のハニカムであ
る。この素通しのハニカムで排ガスの粒子状物質(P
M)を捕集、処理することが殆どできないと考えられて
いたために、上記に説明したフィルターを使用した濾過
による排ガスの粒子状物質除去装置が提案されてきた。
従って上記従来のディーゼルエンジン排ガスの粒子状物
質除去装置は、いずれも粒子状物質を濾過する方式で、
フィルターにセラミックス繊維フィルター、又はウォー
ル・フロー・ハニカムにセラミックスハニカム等セラミ
ックスを使用している。これら素材では、フィルターに
最も効率が良い働きをさせ、しかも制御し易い通電発熱
(自己発熱、「自動方式」と呼ぶ)をさせることができ
ない欠点がある。そのために、バーナ等別の熱源でフィ
ルターを加熱する前記第1番目及び第2番目の例の「能
動方式」、及び触媒反応熱を利用する等排ガスの温度を
上げることで機能する第3番目及び第4番目の例の「受
動方式」で触媒燃焼の連続再生型それぞれの欠点を除く
ことである。即ちエンジン始動ですぐ効果があり、連続
運転ができ、粒子状物質を完全焼却し、構造が簡単、製
造が容易、小型高性能で廉価、そして既製のディーゼル
車にも後から取り付けることができるディーゼル車の排
ガス中の粒子状物質の除去装置を提供することを目的と
している。従来、粒子状物質除去装置を再生するために
排ガスを直接加熱する装置として図15の(ロ)、図1
6の(イ)及び(ロ)の構造のもの等が既に開示されて
いる。図16(ロ)は通路を逆流してくる粒子状物質に
よって点火プラグに粒子状物質が付着し、不完全燃焼し
易かった。これを改良した図15(ロ)は第2のDPF
で、図16(イ)はバルブを閉じることによって、燃料
噴射ノズル及び点火プラグを有するバーナー燃焼室にお
いて、粒子状物質の捕集中はバーナー燃焼室側の通路が
閉まり、バーナー燃焼室の燃料噴射ノズル及び点火プラ
グが逆流してくる粒子状物質によって汚されることを防
止する。これらは何れも液体燃料を用い、点火プラグa
を有するバーナ燃焼室bが設置され、該バーナ専用のコ
ンプレッサーや燃料を圧送するポンプが要ったり、第2
のDPFが必要とされる。特開昭60−78819号公
報には、別途に設けた燃焼式ヒータの排ガスを、触媒コ
ンバータの上流に導入した技術が開示されているが、こ
のものは燃焼式ヒータの燃焼ガスを触媒コンバータで浄
化するだけのものである。特開平12−186538号
公報は、液体燃料をポンプで燃焼筒に供給し気化燃焼さ
せている。この燃焼式ヒータで生じた高温の燃焼ガス
が、3方弁→燃焼ガスクーラ→燃焼ガス排出路を経て→
DPFを含む排ガス浄化装置に至るものである。これら
の燃焼には送風ファンを要し、且つECUのCPUによ
る作動制御が必要となり、装置が複雑で高価なばかりで
なく、燃焼のタイミングにズレを生じ、安定な燃焼が困
難、燃焼の微妙な温度、量の調節も困難である。 更に
燃焼ガスには酸素が少なく、炭素粒子状物質を焼却する
には無理があった。さらに、従来のセラミックス繊維フ
ィルターや、ウォールフロー型のセラミックハニカムか
ら成る濾過フィルター方式のものは、フィルター上に堆
積した微粒子状物質(PM)を焼却再生して生じるアッ
シュ(灰)が、前記フィルターに累積してフィルターの
圧損が増大する大きな問題がある。 そして、これらフ
ィルターに堆積したアッシュを脱離させるためには大き
な機械的衝撃を与える必要があるために、この対策とし
て特開平11−34581号公報では連通弁を開閉して
排ガスを逆流させ、DPFに堆積したアッシュを逆洗し
て脱離させることが提案されるほどである。従って従来
の液体燃料を利用した「燃焼式ヒーター」は、点火プラ
グ・ポンプ・コンプレッサー・ECUのCPUによる作
動制御等・装置が複雑で高価なばかりでなく、燃焼のタ
イミングにズレを生じ、安定な燃焼が困難、燃焼の微妙
な温度、量の調節も困難であった。更にそれ自体が粒子
状物質を生じる可能性がある。A honeycomb carrying a three-way catalyst has been widely used as an exhaust gas purifying apparatus for automobiles and the like. This is a so-called flow-through type honeycomb in which exhaust gas flows in one direction in the honeycomb. With this transparent honeycomb, the particulate matter (P
Since it was thought that it was almost impossible to collect and process M), an apparatus for removing particulate matter from exhaust gas by filtration using the above-described filter has been proposed.
Therefore, the above-mentioned conventional particulate matter removal device for diesel engine exhaust is a method of filtering particulate matter,
A ceramic fiber filter is used for the filter, or a ceramic such as a ceramic honeycomb is used for the wall flow honeycomb. These materials have the drawback that the filter is not capable of performing the most efficient operation, and not being able to generate easily controllable electric heating (self-heating, called "automatic system"). For this purpose, the "active method" of the first and second examples in which the filter is heated by another heat source such as a burner, and the third and the other methods which function by increasing the temperature of the exhaust gas such as by utilizing the heat of catalytic reaction. The fourth example of the "passive method" is to eliminate the disadvantages of the continuous regeneration type of catalytic combustion. That is, it is effective immediately after starting the engine, can be operated continuously, completely incinerates particulate matter, has a simple structure, is easy to manufacture, is compact, high-performance and inexpensive, and can be retrofitted to existing diesel vehicles. It is an object of the present invention to provide a device for removing particulate matter in vehicle exhaust gas. Conventionally, as an apparatus for directly heating the exhaust gas in order to regenerate the particulate matter removing apparatus, FIG.
Structures (a) and (b) of No. 6 have already been disclosed. FIG. 16B shows that the particulate matter adhered to the ignition plug due to the particulate matter flowing backward in the passage and incomplete combustion was easily caused. FIG. 15 (b) in which this is improved is the second DPF
FIG. 16A shows that the valve is closed to collect particulate matter in the burner combustion chamber having the fuel injection nozzle and the ignition plug, the passage on the burner combustion chamber side is closed, and the fuel injection nozzle in the burner combustion chamber is closed. And to prevent the spark plug from being contaminated by the returning particulate matter. Each of these uses liquid fuel and has a spark plug a
A burner combustion chamber b having a burner is provided, and a dedicated compressor for the burner and a pump for pumping fuel are required.
DPF is required. Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-78819 discloses a technique in which the exhaust gas of a separately provided combustion heater is introduced upstream of a catalytic converter. It only purifies. In Japanese Patent Application Laid-Open No. 12-186538, a liquid fuel is supplied to a combustion cylinder by a pump to vaporize and burn. The high-temperature combustion gas generated by the combustion type heater is supplied via a three-way valve → a combustion gas cooler → a combustion gas discharge passage →
It leads to an exhaust gas purification device including DPF. These combustions require a blower fan and require operation control by the CPU of the ECU, which is not only complicated and expensive, but also causes a shift in combustion timing, making stable combustion difficult and delicate combustion. It is difficult to control the temperature and amount. Further, the combustion gas contains little oxygen, and it was impossible to incinerate carbon particulate matter. Further, in the case of a conventional ceramic fiber filter or a filter type of a filtration filter comprising a wall-flow type ceramic honeycomb, ash (ash) generated by incinerating and regenerating particulate matter (PM) deposited on the filter is applied to the filter. There is a big problem that the pressure loss of the filter is increased by accumulation. In order to remove the ash deposited on these filters, it is necessary to apply a large mechanical impact. Therefore, as a countermeasure, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-34581 discloses a method in which a communication valve is opened and closed to cause exhaust gas to flow backward and a DPF. It is suggested that the ash deposited on the surface be backwashed and desorbed. Therefore, the conventional "combustion heater" using liquid fuel is not only complicated and expensive in operation control and the like by a spark plug, a pump, a compressor, and a CPU of an ECU, but also produces a shift in combustion timing, and is stable. The combustion was difficult, and the temperature and amount of combustion were difficult to control. In addition, it can itself produce particulate matter.
【0019】上記で説明した、従来のディーゼルエンジ
ン排ガスの粒子状物質除去装置で用いられるセラミック
ス繊維フィルターは濾過面積が広く、PMの捕集効率が
70〜80%といわれ、信頼性も高いが、フィルターが
新品または再生した初期の段階では捕集効率が60%程
度になる大きな欠点がある。The above-described ceramic fiber filter used in the conventional diesel engine exhaust gas particulate removal apparatus has a large filtration area, is said to have a PM trapping efficiency of 70 to 80%, and has high reliability. There is a major drawback in that the collection efficiency is about 60% at the initial stage when the filter is new or regenerated.
【0020】また、ウォール・フロー・ハニカムではフ
ィルターの孔径は1〜10μmと非常に小さく目詰まり
し易く、再生も困難である。また、圧力損失が大きく、
エンジンに対する負荷が大きい。また、多数回、濾過と
再生を繰り返す内に粒子状物質に含まれる灰分の残留に
より完全に目詰まりしてハニカムを交換せざるを得なく
なる。さらに、材料として使われているセラミックスは
衝撃に弱いという欠点がある。また、従来のものはセラ
ミックスを使用しているので、通電による自己加熱がで
きない。再生には別置のヒータやバーナが必ず必要であ
る。In the case of a wall flow honeycomb, the filter has a very small pore size of 1 to 10 μm and is easily clogged, and is difficult to regenerate. Also, the pressure loss is large,
Heavy load on the engine. In addition, while filtration and regeneration are repeated many times, the ash contained in the particulate matter remains completely clogged, and the honeycomb has to be replaced. Furthermore, ceramics used as a material has a drawback that it is vulnerable to impact. In addition, since the conventional one uses ceramics, self-heating by energization cannot be performed. Separate heaters and burners are indispensable for regeneration.
【0021】本発明の課題は、前記の欠点を除くことで
ある。すなわち、圧力損失が少ない、目詰まりしない、
再生が容易である、寿命が長い、触媒燃焼が利用でき
る、自己加熱により再生でき、使用中でも再生できる、
構造が簡単である、そして既製のディーゼル車にも後か
ら取り付けることができるディーゼル車の排ガス中の粒
子状物質の除去装置を提供することを目的としている。The object of the present invention is to eliminate the disadvantages mentioned above. That is, low pressure loss, no clogging,
It is easy to regenerate, has a long life, uses catalytic combustion, can be regenerated by self-heating, and can be regenerated even during use.
It is an object of the present invention to provide a device for removing particulate matter in exhaust gas of a diesel vehicle, which has a simple structure and can be retrofitted to an off-the-shelf diesel vehicle.
【0022】[0022]
【課題を解決するための手段】従来から炭素等の微粒子
(1〜30μm)が流動中、壁面等に接触や衝突をした
とき、これに付着する現象が知られている。本発明者
は、排ガスがハニカムの中を素通りするメタルハニカム
を利用したディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去
装置を開発中、特殊な状態(メタルハニカムの隙間が1
0〜5000μm)において、上記炭素微粒子の壁面付
着現象が極めて効果的に生じ、これによってディーゼル
エンジン排ガスの粒子状物質が容易に捕捉除去できるこ
とを見出した。そして種々実験の結果この発明を完成す
るに至ったものである。すなわち、この発明による粒子
状物質の除去手段は、従来のウォールフローハニカム、
或いはセラミックス繊維積層不織布等のフィルターによ
る濾過ではなく、金属箔壁面での捕捉・捕集と、そして
金属箔の隙間を通過中の粒子及び金属箔の付着粒子の焼
却である。したがって圧力消失が小さく連続処理がで
き、効率が良い。この課題は、所定の間隔を設けた薄い
金属板で構成されたメタルハニカムを使用することによ
って解決される。通気抵抗が小さい素材、たとえば厚さ
が20〜100μmで、幅が10〜500mmの耐熱金
属箔を使用し、これを隙間が10〜5000μmになる
ように巻き回または積層したメタルハニカムを使用す
る。すなわち、排ガス中の粒子状物質が、精緻なハニカ
ムで構成された所定の間隔を設けた金属箔の隙間を通過
する間に、壁面に接触または衝突して捕捉される。It has been known that fine particles (1 to 30 .mu.m) of carbon or the like contact or collide with a wall or the like during the flow and adhere to the fine particles. The inventor of the present invention has been developing a device for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas using a metal honeycomb in which exhaust gas passes through the honeycomb.
(0-5000 μm), it has been found that the above-mentioned phenomenon that the carbon fine particles adhere to the wall surface occurs extremely effectively, and thereby particulate matter in diesel engine exhaust gas can be easily captured and removed. As a result of various experiments, the present invention has been completed. That is, the means for removing particulate matter according to the present invention is a conventional wall flow honeycomb,
Alternatively, instead of filtration using a filter such as a ceramic fiber laminated nonwoven fabric, trapping and collection on the metal foil wall surface, and incineration of particles passing through gaps between the metal foils and adhered particles of the metal foils. Therefore, continuous processing can be performed with small pressure loss and efficiency is high. This problem is solved by using a metal honeycomb formed of a thin metal plate provided at a predetermined interval. A material having a small airflow resistance, for example, a heat-resistant metal foil having a thickness of 20 to 100 μm and a width of 10 to 500 mm is used, and a metal honeycomb formed by winding or laminating the same so that the gap becomes 10 to 5000 μm is used. That is, the particulate matter in the exhaust gas comes into contact with or collides with the wall surface and is captured while passing through the gap between the metal foils formed of a fine honeycomb and having a predetermined interval.
【0023】そして、いったんハニカムにより捕捉され
た粒子状物質は、 エンジンの排ガスをバイパスせずに
粒子状物質の除去を継続しつつ、ハニカム自体を通電ま
たはヒータで高温にするか、または、バーナまたはヒー
タで加熱した高温のガスをハニカムに供給して焼却しハ
ニカムを再生することによって解決される。Once the particulate matter once captured by the honeycomb is removed from the honeycomb without passing through the exhaust gas of the engine, the honeycomb itself is energized or heated to a high temperature by a heater, or the burner or the burner is removed. The problem is solved by supplying a high-temperature gas heated by a heater to the honeycomb and burning it to regenerate the honeycomb.
【0024】[0024]
【発明の実施の形態】請求項1〜3に記載の発明は、所
定の隙間を設けた薄い金属板で構成されたハニカムを使
用する。かかる金属箔としては、通気抵抗が小さい素
材、たとえば厚さが20〜100μmの耐熱金属箔を使
用し、これを隙間が10〜5000μmになるように巻
き回または積層したメタルハニカムを使用する。このハ
ニカムを構成する耐熱金属箔は、排ガスの高温に耐え、
必要に応じて通電加熱ができる材質であることが望まし
い。さらに、触媒を担持できる担体が好ましい。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The invention according to claims 1 to 3 uses a honeycomb formed of a thin metal plate having a predetermined gap. As such a metal foil, a material having a small airflow resistance, for example, a heat-resistant metal foil having a thickness of 20 to 100 μm is used, and a metal honeycomb obtained by winding or laminating the material so as to have a gap of 10 to 5000 μm is used. The heat-resistant metal foil constituting this honeycomb withstands the high temperature of exhaust gas,
It is desirable that the material be capable of conducting and heating when necessary. Further, a carrier capable of supporting a catalyst is preferable.
【0025】上記から、本発明においては、該ハニカム
の厚さが20〜100μmの触媒担体用の耐熱鋼(Fe
−20Cr−5Al)を用いる。因みに、Fe−20C
r−5Alの電気抵抗値(比抵抗)は、300℃で14
6(μΩ・cm)である。From the above, according to the present invention, heat-resistant steel (Fe) for a catalyst carrier having a thickness of the honeycomb of 20 to 100 μm is used.
-20Cr-5Al). By the way, Fe-20C
The electric resistance value (specific resistance) of r-5Al is 14 at 300 ° C.
6 (μΩ · cm).
【0026】また、ハニカムの壁面で、粒子状物質を捕
捉する場合、排ガスが接触する表面積はできるだけ広
く、また、流路に曲がりがある方が望ましい。波状の金
属箔を使用して小さな間隙でハニカムを構成するときガ
スと接触する表面は非常に大きな面積となり、また、曲
がりが非常に多くなり、この表面にガス中の粒子状物質
が接触または衝突して壁表面で補足される。When trapping particulate matter on the wall surface of the honeycomb, it is desirable that the exhaust gas contact surface area is as large as possible and that the flow path has a bend. When a honeycomb is formed with small gaps using corrugated metal foil, the surface that comes into contact with the gas has a very large area, and the bend becomes very large, and the particulate matter in the gas contacts or collides with this surface And is supplemented on the wall surface.
【0027】これは、脱硝触媒や脱硫触媒の担体がハニ
カム構造で形成され、ハニカムの表面に到達した排ガス
中の化学物質が、触媒を担持した表面に付着し、表面で
反応する機構と類似している。This is similar to a mechanism in which a carrier for a denitration catalyst or a desulfurization catalyst is formed in a honeycomb structure, and chemical substances in exhaust gas reaching the surface of the honeycomb adhere to the surface carrying the catalyst and react on the surface. ing.
【0028】請求項4に記載の発明は、ハニカムの壁表
面は平滑であるよりも、起伏があったり、ひげなどの突
起物がある方が粒子状物質は補足されやすいし、また、
いったん補足されると離脱されにくい。これは、例えば
ハニカムを所定の条件で酸化処理することにより表面に
ウイスカーを生成せしめたり、または表面にウォッシュ
コートを施すことにより達成される。According to the fourth aspect of the present invention, the wall surface of the honeycomb is more smooth than the smooth surface, and the protrusions such as whiskers are more likely to capture the particulate matter.
Once supplemented, it is difficult to leave. This can be achieved by, for example, oxidizing the honeycomb under predetermined conditions to generate whiskers on the surface, or by applying a wash coat to the surface.
【0029】請求項5に記載の発明は、粒子状物質をハ
ニカムの壁面付着により除去する場合、コロナ放電など
により、粒子状物質にプラスまたはマイナスに荷電し、
一方、ハニカムを反対の電荷に荷電することにより、粒
子状物質とハニカム壁面との間に電気的吸引力を働かせ
ると、粒子状物質はハニカム壁面へ吸引されて吸着速度
が増加する。According to a fifth aspect of the present invention, when the particulate matter is removed by adhering to the wall surface of the honeycomb, the particulate matter is positively or negatively charged by corona discharge or the like,
On the other hand, when the honeycomb is charged to the opposite charge and an electric attraction force is exerted between the particulate matter and the honeycomb wall surface, the particulate matter is attracted to the honeycomb wall surface and the adsorption speed increases.
【0030】請求項6に記載の発明は、炭素微粒子から
成るディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質を焼却す
る場合、粒子状物質の発火点は約500℃であるので、
この温度以上に、排ガスまたはハニカムの表面を加熱し
ないと焼却できない。しかし、TiO2、V2O5、Pt
などの酸化触媒を利用することにより、この温度を30
0℃〜400℃まで下げうる。本発明では、金属箔から
成るハニカムの表面に酸化触媒を担持し、粒子状物質は
この触媒との十分且つ容易な接触がなされ低温でも焼却
できる。According to a sixth aspect of the present invention, when the particulate matter in the exhaust gas of a diesel engine composed of carbon fine particles is incinerated, the ignition point of the particulate matter is about 500 ° C.
The incineration cannot be performed unless the exhaust gas or the surface of the honeycomb is heated above this temperature. However, TiO 2 , V 2 O 5 , Pt
By using an oxidation catalyst such as
It can be lowered to 0 ° C to 400 ° C. In the present invention, an oxidation catalyst is supported on the surface of a honeycomb made of a metal foil, and the particulate matter is sufficiently and easily brought into contact with the catalyst, and can be incinerated even at a low temperature.
【0031】請求項7〜8に記載の発明は、ハニカムの
壁面に付着した粒子状物質により、排ガスの通路が狭く
なり、ハニカムの圧力損失が上昇した場合、粒子状物質
を焼却し、ハニカムを再生する装置である。ハニカム自
体に通電することにより、ハニカムの壁面を発熱させ、
粒子状物質が焼却可能な温度、すなわち、触媒を担持し
ない場合で、500〜600℃、触媒を担持した場合で
300〜400℃まで上昇させる。According to the present invention, the particulate matter adhered to the wall surface of the honeycomb narrows the exhaust gas passage and increases the pressure loss of the honeycomb. It is a device for reproducing. By energizing the honeycomb itself, the walls of the honeycomb generate heat,
The temperature is raised to a temperature at which the particulate matter can be incinerated, that is, 500 to 600 ° C. when the catalyst is not supported, and 300 to 400 ° C. when the catalyst is supported.
【0032】これには、ハニカムを複数のディスク型ハ
ニカムに分割し、さらに、各ディスク型ハニカムを複数
のセクションに分けることにより、各ディスク毎または
各セクション毎に順次通電して加熱し、粒子状物質を焼
却してハニカムを再生することができる。ハニカム全体
を一度に通電して再生することも可能であるが、一度に
多量の電流が必要なため、電気を補充するための大きな
発電機をディーゼル車に搭載する必要がある。しかし、
各ディスク毎または各セクション毎に順番に再生するこ
とにより、必要な電気量を平均化でき、発電機の容量を
低減できる。This is accomplished by dividing the honeycomb into a plurality of disk-type honeycombs, and further dividing each disk-type honeycomb into a plurality of sections. The material can be incinerated to regenerate the honeycomb. Although it is possible to regenerate the entire honeycomb at once by energizing it, a large amount of current is required at a time, and a large generator for replenishing electricity needs to be mounted on the diesel vehicle. But,
By reproducing in order for each disk or for each section, the required amount of electricity can be averaged, and the capacity of the generator can be reduced.
【0033】ハニカムの再生には、エンジンからの排ガ
ス中には酸素が少ないために、温度が高くても粒子状物
質を十分に焼却できないので、ハニカムより上流の排ガ
ス配管に、外部より空気を送り込む。In the regeneration of the honeycomb, since the exhaust gas from the engine contains little oxygen, the particulate matter cannot be sufficiently incinerated even at a high temperature. Therefore, air is sent from the outside to the exhaust gas pipe upstream of the honeycomb. .
【0034】請求項9の発明は、ハニカム自体に通電す
る代わりに、別置きの電気ヒータまたはバーナを設置す
る方法である。この電気ヒータは、ハニカムの上流側、
または、ハニカムディスクの間、または、ハニカムの側
面に設置することにより、ハニカムを加熱し粒子状物質
を焼却し再生する。また、バーナは、ハニカムの上流側
の排ガス管内に設置、またはバーナを取り付けた燃焼室
を設け、この燃焼室とハニカム上流側の排ガス配管を接
合することにより、燃焼ガスをハニカムに送り込みハニ
カムを加熱して再生する。According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method of installing a separate electric heater or burner instead of energizing the honeycomb itself. This electric heater is located upstream of the honeycomb,
Alternatively, the honeycomb structure is disposed between the honeycomb disks or on the side surface of the honeycomb, whereby the honeycomb is heated to burn and regenerate the particulate matter. In addition, the burner is installed in the exhaust gas pipe on the upstream side of the honeycomb, or a combustion chamber equipped with a burner is provided, and by joining this combustion chamber and the exhaust gas pipe on the upstream side of the honeycomb, the combustion gas is sent to the honeycomb and the honeycomb is heated. And play.
【0035】請求項10〜12に記載の発明は請求項1
0の発明のバーナの設置態様で、燃焼ガスの熱を効率よ
く、排ガスに伝熱するための装置として、フィンやクロ
ス型ハニカムを使用する発明である。The invention described in claims 10 to 12 is the first invention.
In the invention, the fins and the cross-type honeycomb are used as a device for efficiently transferring the heat of the combustion gas to the exhaust gas in the burner installation mode of the invention.
【0036】請求項13の発明は、ハニカムの一部また
は全部に脱硝触媒を担持することにより、脱硝機能を持
たせる発明で、これは、粒子状物質除去装置と脱硝装置
を兼用する装置である。ディーゼルエンジンは通常、脱
硝装置を設置するので、両者を兼用することにより、設
備が簡単になるほか、設置スペースが少なくて済む。ま
た、ハニカムを加熱するための電気や燃料が少なくて済
む。A thirteenth aspect of the present invention is to provide a denitration function by supporting a denitration catalyst on a part or the whole of a honeycomb. This is an apparatus which serves both as a particulate matter removal device and a denitration device. . Diesel engines are usually equipped with a denitration device, so by using both, the equipment is simplified and the installation space is reduced. Also, less electricity and fuel is required to heat the honeycomb.
【0037】請求項14の発明は、ハニカムを2台設置
し、その内の1台を予備機とする態様である。1台のハ
ニカムに、粒子状物質が十分に付着し、圧力損失が上昇
したとき、予備機に切り替える。予備機に切り替えて、
エンジン排ガスの粒子状物質の除去を継続しながら、圧
力損失が上昇したハニカムの方を再生する。According to a fourteenth aspect of the present invention, two honeycombs are installed, and one of them is used as a spare. When the particulate matter has sufficiently adhered to one honeycomb and the pressure loss has increased, the unit is switched to a standby unit. Switch to the spare machine,
Regenerate the honeycomb with increased pressure loss while continuing to remove particulate matter from engine exhaust gas.
【0038】クロス型ハニカムを更に発展させた例とし
て、図22を例示できる。この例のものは波付した波が
長手方向に大きく且つ規則正しく蛇行したように形成さ
れたものが基本となり、これを複数枚、互いに蛇行の大
波を所謂背中合わせに逆になるように積層して構成した
ものであって、大波の矢印Bの方向から排ガスが流入し
たときより、金属箔との衝突の回数が増加する。更に波
付けの波、及び大波の形状を適宜に変更することによ
り、多くの形態を作ることができる。なお、上記では、
ディーゼルエンジンを搭載したディーゼル車排ガスの粒
子状物質除去装置について述べたが、これに限定される
ものではなく、大型、小型のディーゼルエンジンに使用
した陸用機関、舶用機関、コジェネレーション、その他
粒子状物質を含む排ガスの処理に利用できる。以下、実
施例によってこの発明の詳細を説明する。FIG. 22 is an example of a further development of the cross type honeycomb. In this example, the wave is basically formed in such a manner that the corrugated waves meander in the longitudinal direction and meander regularly, and a plurality of such waves are laminated so that the meandering waves are reversed in a so-called back-to-back manner. In this case, the number of collisions with the metal foil increases as compared with the case where the exhaust gas flows from the direction of the arrow B of the large wave. Further, by appropriately changing the shape of the corrugated wave and the large wave, many forms can be made. In the above,
Although the particulate matter removal device for diesel vehicle exhaust gas with a diesel engine has been described, the present invention is not limited to this. Land engines, marine engines, cogeneration, and other particulate materials used in large and small diesel engines It can be used to treat exhaust gas containing substances. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples.
【0039】[0039]
【実施例1】以下実施例1について、図面を用いて説明
する。図1に示すように粒子状物質除去装置(DPF)
は、金属箔を巻き回して構成されるメタルハニカム1が
ケース2に納めてある。該ハニカム1は、端面で短冊状
の固定板3を通し、ハニカムの各金属箔およびケース2
にロウ付けまたはレーザにて溶接して固定してある。こ
の固定方法は特許特開平4−186198の方法と同じ
である。約10μmの粒子状物質はこのハニカムを通過
中にハニカムの壁面に接触または衝突して捕捉される。
この実施例1のハニカムは、厚さ50μmの耐熱金属箔
(Fe−20Cr−5Al)を幅150mmにスリッタ
ーで裁断されたテープ状の物を使用する。そして図2
(イ)に示すように1枚は平板1aのまま、他の1枚は
波板1bに成形される。この波の形状および高さは、製
品になったときその平板1aと波板1bとの最大隙間が
約1500μmになるように成形される。これら平板1
aと波板1bとを重ねて段ボールのように多数回巻き回
する。しかして直径が120mm、長さが150mmの
ハニカムが得られる。Embodiment 1 Embodiment 1 will be described below with reference to the drawings. As shown in Figure 1, particulate matter removal device (DPF)
Has a case 2 in which a metal honeycomb 1 formed by winding a metal foil is placed. The honeycomb 1 is passed through a strip-shaped fixing plate 3 at the end face, and each metal foil of the honeycomb and the case 2
Is fixed by brazing or welding by laser. This fixing method is the same as the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-186198. The particulate matter of about 10 μm contacts or collides with the honeycomb wall while passing through the honeycomb and is captured.
As the honeycomb of the first embodiment, a tape-like material obtained by cutting a heat-resistant metal foil (Fe-20Cr-5Al) having a thickness of 50 μm to a width of 150 mm with a slitter is used. And FIG.
As shown in (a), one sheet is formed as a flat plate 1a and the other sheet is formed as a corrugated sheet 1b. The shape and height of the wave are formed so that the maximum gap between the flat plate 1a and the corrugated plate 1b becomes about 1500 μm when the product is obtained. These flat plates 1
a and the corrugated sheet 1b are overlapped and wound many times like a cardboard. Thus, a honeycomb having a diameter of 120 mm and a length of 150 mm is obtained.
【0040】ハニカムの別な態様は図2(ロ)に示すよ
うに、図2(イ)の波板1bを斜め方向の凹凸のある斜
め波板1cとし、約1500μmの隙間を構成するよう
にしたものである。このものは図2(イ)のものよりも
隙間の寸法が安定すると共に、斜め波板1cによって流
れ込んだ超微粒の粒子状物質の衝突回数が増加して捕集
効率が上がる。さらに、ハニカムの別な態様として図2
(ハ)に示すものは、波板1cと異なった斜め方向に波
付けされた波板1dとを、互いに背中合わせに重ねて多
数回巻き回してハニカムに構成したものでクロス型ハニ
カムといわれるものである。このものは、図2(ロ)に
示すよりも超微粒の粒子状物質の衝突回数がさらに増加
して捕集効率が上がる。さらに、図2(ニ)に示すよう
に、波板1bの山部を内側に1e凹所を設けるなどして
凹凸を作り、粒子状物質の壁面への衝突回数を増加させ
ると良い。In another embodiment of the honeycomb, as shown in FIG. 2 (b), the corrugated plate 1b of FIG. 2 (a) is formed into an oblique corrugated plate 1c having unevenness in an oblique direction so that a gap of about 1500 μm is formed. It was done. In this case, the size of the gap is more stable than that in FIG. 2A, and the number of collisions of the ultrafine particulate matter flowing in by the oblique corrugated plate 1c is increased, so that the collection efficiency is increased. FIG. 2 shows another embodiment of the honeycomb.
(C) is a honeycomb formed by winding a corrugated sheet 1c and a corrugated sheet 1d corrugated in a diagonal direction different from each other back to back and winding many times to form a honeycomb, which is called a cross-type honeycomb. is there. In this case, the number of collisions of ultrafine particulate matter is further increased as compared with that shown in FIG. Further, as shown in FIG. 2D, it is preferable to increase the number of collisions of the particulate matter with the wall surface by forming irregularities such as by providing a concave portion 1e inside the crest of the corrugated sheet 1b.
【0041】ハニカムの表面は図3に示すように、その
端縁が先鋭になっていることが好ましい。通気抵抗が少
なくて済む。図3(イ)は厚さ50μmの耐熱金属箔f
をロールスリッターで裁断したまま端縁gを示す模式図
である。(ロ)は(イ)の端縁を先鋭にした状態を示す模
式図である。この先鋭化は砥粒による機械的な研磨また
は端縁のロール圧延であってもよいが、電解研磨、化学
研磨で先を丸める方法でもよい。この時の隙間hは10
0μmである。これによって流入してくる排ガスの通気
抵抗が低減される大きな効果がある。As shown in FIG. 3, it is preferable that the surface of the honeycomb has a sharp edge. Low ventilation resistance is required. FIG. 3A shows a heat-resistant metal foil f having a thickness of 50 μm.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an edge g while cutting the sheet with a roll slitter. (B) is a schematic diagram showing a state in which the edge of (A) is sharpened. This sharpening may be mechanical polishing with abrasive grains or roll rolling of the edge, but may be a method of rounding the tip by electrolytic polishing or chemical polishing. The gap h at this time is 10
0 μm. This has a great effect of reducing the ventilation resistance of the inflowing exhaust gas.
【0042】[0042]
【実験1】ハニカムの試験体を製作して、粒子状物質の
除去率を測定した。ハニカムは厚さ50μm、幅120
mmの金属箔を巻回して製作したもので。直径50mm
長さ150mmのケースに入れて、試験を行った。粒子
状物質は、模擬粒子を使用した。実験装置および実験方
法を下記に示す。尚図4は実験装置の概略を示す。実験
装置は、図4に示す如く粒子発生部、試験体を装着する
テストセクション、粒子濃度測定機器およびブロワで構
成される。粒子発生部には、NaCl粒子を核としてステア
リン酸を凝縮粒子化する装置(TOPAS SLG250)を用い
た。また、大気塵も試料粒子として用いた。試験体上下
流における粒径別粒子個数濃度の測定は、サンプリング
口に接続したパーティクルカウンター又はフォトカウン
ターによった。さらに、光電子増倍管を利用して粉塵濃
度透過光量の減衰から粉塵質量濃度を測定する装置を用
いて、試験体の粉塵負荷特性を測定した。試験体の圧損
は、圧力トランスデューサーを用いた差圧計で測定し
た。実験条件は表1に示す。尚、図4に於ける番号は夫
々次のことを示す。即ち30はエアロゾル、31は流量
計、32はHEPAフィルター、33は混合機、34は
パーティクルカウンター又はフォトカウンター、35は
試験体、36は差圧計、37はパーティクルカウンター
又はフォトカウンター、38はオリフィス、39はブロ
ワである。[Experiment 1] A honeycomb specimen was manufactured, and the removal rate of particulate matter was measured. Honeycomb has a thickness of 50 μm and a width of 120
mm by winding metal foil. 50mm diameter
The test was conducted in a case having a length of 150 mm. Simulated particles were used as the particulate matter. The experimental apparatus and the experimental method are shown below. FIG. 4 shows the outline of the experimental apparatus. The experimental apparatus includes a particle generator, a test section for mounting a test body, a particle concentration measuring device, and a blower as shown in FIG. An apparatus (TOPAS SLG250) for condensing stearic acid with NaCl particles as nuclei was used in the particle generation section. Atmospheric dust was also used as sample particles. The measurement of the particle number concentration by particle size on the upstream and downstream of the test piece was performed by a particle counter or a photo counter connected to the sampling port. Furthermore, the dust load characteristics of the test specimen were measured using an apparatus that measures the dust mass concentration from the attenuation of the transmitted light amount of the dust concentration using a photomultiplier tube. The pressure loss of the test body was measured by a differential pressure gauge using a pressure transducer. The experimental conditions are shown in Table 1. The numbers in FIG. 4 indicate the following, respectively. That is, 30 is an aerosol, 31 is a flow meter, 32 is a HEPA filter, 33 is a mixer, 34 is a particle counter or photo counter, 35 is a test sample, 36 is a differential pressure gauge, 37 is a particle counter or photo counter, 38 is an orifice, 39 is a blower.
【0043】[0043]
【表1】 [Table 1]
【0044】測定結果は図5の通りである。粒径別の個
数基準捕集効率の測定結果を、通過速度をパラメータに
して示した。使用粒子は大気塵である。通過速度3cm/s
では粒径によらず捕集効率が小さい。流速が増加すると
1μm超の粒子の捕集効率が増加傾向にあるが、ろ過速
度の増加に関して必ずしも単調ではない。粉塵付加特性
の測定結果を図6に示す。縦軸は試験体上下流の粉塵濃
度比で定義される捕集効率、横軸は試験体単位断面積当
りの粉塵負荷量(C:粒子質量濃度、v:ろ過速度、t:負
荷時間)である。負荷開始直後の捕集効率はほぼゼロに
近いが、粉塵負荷の増加と伴に捕集効率は増加し、最終
的には90%超になる。これは試験体のハニカム表面に捕
集された粒子群の樹状構造のもつ遮り効果が増加するこ
とに対応しているものと考えられ、これをうまく利用す
ることで低圧損、高捕集効率のフィルター特性をもたせ
ることができる。The measurement results are as shown in FIG. The measurement results of the number-based collection efficiency for each particle size are shown using the passing speed as a parameter. The particles used are atmospheric dust. Passing speed 3cm / s
The trapping efficiency is small regardless of the particle size. Increasing the flow rate tends to increase the efficiency of capturing particles greater than 1 μm, but is not always monotonous with increasing filtration rate. FIG. 6 shows the measurement results of the dust addition characteristics. The vertical axis is the collection efficiency defined by the dust concentration ratio between the upstream and downstream of the test specimen, and the horizontal axis is the dust load per unit cross-sectional area of the test specimen (C: particle mass concentration, v: filtration speed, t: load time). is there. Although the collection efficiency immediately after the start of the load is almost zero, the collection efficiency increases with the increase in the dust load, and eventually exceeds 90%. This is thought to correspond to an increase in the shielding effect of the tree structure of the particles collected on the honeycomb surface of the test specimen, and by making good use of this, low pressure loss and high collection efficiency were achieved. Filter characteristics.
【0045】[0045]
【実施例2】この実施例2では表面を酸化処理した金属
薄をハニカムに使用するものである。この実施例2は、
厚さ20μmの耐熱性金属箔(Fe−20Cr−5A
l)を歯車の規格でピッチがモジュール0.3に設定さ
れた成型ロールで波付け成形したもので、斜め方向の波
板を互いに背中合わせにしたクロス型ハニカムでその隙
間は約300μmである。これを幅150mmに裁断し
た物を使用し、実施例1と同様に多数回巻き回されてい
る。この金属箔は酸化処理することにより、図7の顕微
鏡写真に示すように表面は起伏の多い状態を作製するこ
とができる。図7は6000倍の電子顕微鏡写真であ
る。このような状態にすることにより、金属表面におけ
る接触または衝突する粒子状物質の捕捉率上げることが
でき、また、いったん捕捉された粒子状物質の離脱を防
止することができる。尚、図8は加熱処理する前の60
00倍の電子顕微鏡写真である。Embodiment 2 In Embodiment 2, a thin metal sheet whose surface is oxidized is used for a honeycomb. This embodiment 2
20 μm thick heat-resistant metal foil (Fe-20Cr-5A)
1) is formed by corrugating with a forming roll having a pitch of module 0.3 according to the gear standard, and a cross-type honeycomb in which oblique corrugated sheets are backed to each other has a gap of about 300 μm. This is cut into a width of 150 mm, and is wound many times in the same manner as in Example 1. By oxidizing this metal foil, a surface with many undulations can be produced as shown in the micrograph of FIG. FIG. 7 is a 6000 × electron micrograph. By adopting such a state, it is possible to increase the capture rate of the particulate matter that contacts or collides with the metal surface, and it is possible to prevent the particulate matter once captured from being released. FIG. 8 shows the state before the heat treatment.
It is an electron microscope photograph of 00 times.
【0046】[0046]
【実施例3】実施例3では図9に示すように、排気ガス
パイプ内に丸棒電極4を設置し、放電極とし、周囲のパ
イプ5を集電極としてこの間にコロナ放電を行わせる。
集電極は接地し、放電極と集電極との間に、高電圧発生
装置6により直流高電圧が印加できるようにする。ま
た、ハニカムも集電極を同様に接地すると、負に荷電し
たイオンおよび粒子状物質はクーロン力により、周囲パ
イプ5およびハニカム1へ誘引される。高電圧発生装置
6は内燃機関の点火装置の高電圧発生器と同様の構造を
しており、コイル部とトランジスタと信号発生器から構
成される。コロナ放電により、排ガス中の炭化水素、酸
素は励起、解離およびイオン化されて負の電荷を帯び
る。これらのイオンが、粒子状物質にも吸着し、粒子状
物質も負の電荷を帯びる。電荷を持った粒子状物質は、
ハニカム壁との接触や衝突による付着に加えクーロン力
により、より強く誘引され、より多くの粒子状物質が、
より強くハニカム壁に吸着される。Third Embodiment In a third embodiment, as shown in FIG. 9, a round bar electrode 4 is provided in an exhaust gas pipe, a discharge electrode is used, and a surrounding pipe 5 is used as a collecting electrode to perform corona discharge between the electrodes.
The collector electrode is grounded so that a high DC voltage can be applied by the high voltage generator 6 between the discharge electrode and the collector electrode. When the collector electrode is grounded in the same manner, the negatively charged ions and particulate matter are attracted to the surrounding pipe 5 and the honeycomb 1 by Coulomb force. The high voltage generator 6 has the same structure as the high voltage generator of the ignition device of the internal combustion engine, and includes a coil unit, a transistor, and a signal generator. By corona discharge, hydrocarbons and oxygen in the exhaust gas are excited, dissociated, and ionized to have a negative charge. These ions also adsorb to the particulate matter, and the particulate matter also has a negative charge. The charged particulate matter is
Due to Coulomb force in addition to adhesion due to contact and collision with the honeycomb wall, more strongly attracted, more particulate matter,
It is more strongly adsorbed on the honeycomb wall.
【0047】[0047]
【実施例4】実施例4ではハニカムから金属箔表面酸化
触媒をコーティングする。酸化触媒をハニカムの表面に
コーティングすることにより、粒子状物質の燃焼温度を
350℃〜400℃に下げることができる。酸化触媒と
してはTiO2、V2O5、Ptなどがある。排ガス温度
が350℃以上であるか、またはハニカムの金属箔が3
50℃以上になっている場合は、粒子状物質がハニカム
の壁に接触または衝突すると同時に焼却される。しか
し、低速運転時などの350℃未満の場合では、粒子状
物質はまず、ハニカム壁に付着し堆積するが、ハニカム
の再生のために加熱すると、350℃以上のハニカム壁
と付着粒子との界面より酸化が起こり次第に完全に焼却
される。また、低速運転時の粒子状物質はオイルと軽油
の未燃焼分(主としてハイドロカーボン)が多く、比較
的燃焼は容易である。粒子状物質自体が焼却されて消滅
するので、酸化触媒が粒子状物質により酸化能力を失う
ことはない。Embodiment 4 In Embodiment 4, a honeycomb is coated with a metal foil surface oxidation catalyst. By coating the oxidation catalyst on the surface of the honeycomb, the combustion temperature of the particulate matter can be reduced to 350 ° C to 400 ° C. Examples of the oxidation catalyst include TiO 2 , V 2 O 5 , and Pt. If the exhaust gas temperature is 350 ° C or more, or if the honeycomb metal foil is 3
If the temperature is higher than 50 ° C., the particulate matter is incinerated at the same time as it contacts or collides with the honeycomb wall. However, when the temperature is lower than 350 ° C., such as during low-speed operation, the particulate matter first adheres and accumulates on the honeycomb wall, but when heated for honeycomb regeneration, the interface between the honeycomb wall at 350 ° C. or higher and the adhering particles is increased. It is completely incinerated as soon as more oxidation occurs. In addition, the particulate matter during low-speed operation contains a large amount of unburned oil and light oil (mainly hydrocarbons), and combustion is relatively easy. Since the particulate matter itself is incinerated and disappears, the oxidation catalyst does not lose its oxidizing ability due to the particulate matter.
【0048】[0048]
【実施例5】実施例5ではハニカムの金属箔表面に酸化
触媒をコーティングすることにより、排ガス中に含まれ
るハイドロカーボンの焼却除去もできるようにした。Fifth Embodiment In the fifth embodiment, the oxidation catalyst is coated on the surface of the metal foil of the honeycomb, so that the hydrocarbon contained in the exhaust gas can be incinerated and removed.
【0049】[0049]
【実施例6】実施例6は自己通電によるハニカム再生の
態様である。粒子状物質が付着・堆積したハニカムを通
電することにより再生する場合、図5〜7のように、ハ
ニカム2を軸方向に分割する。この例では厚さ20μ
m、幅20mmの金属箔を実施例1のクロス型ハニカム
に波付けして巻回し直径80mm厚さ20mmのディス
ク状に構成する。そして、ディスク状に分割したハニカ
ム7をさらに、円周状に分割したハニカム8をつくる。
それぞれ順次通電加熱することにより再生に必要な電気
量を平均化し一度に必要な電気量を低減できる。各分割
したディスク状ハニカム8は米国3M(スリーエム)社
製の(ネクステル)耐熱絶縁材9を間に挟むことによ
り、互いに絶縁することができる。また、分割したハニ
カム8内における金属箔間の絶縁は、耐熱絶縁被膜を金
属箔にコーティングすることにより絶縁できる。本発明
に使用する厚さ20μmの耐熱性金属箔(Fe−20C
r−5Al)は、幅20mm、長さ2mの電気抵抗は7
30Ωであり、200V、20Aの電流で、無風状態で
800℃まで温度が上がる。この熱の一部は排ガスの加
熱にも使われるので、ハニカム自体の温度は550℃に
なる。この長さの金属箔を巻き回して、1セクションす
なわち円周状に分割したハニカム8を作る。本実施例に
使用した長さ2mの金属箔では直径80mmのディスク
状ハニカムでは6〜8セクションが構成される。そし
て、各セクションに電気端子を設け、順次電気を切り替
えて流すための、切り替え制御器10とタイマー11を
設置する。再生に必要な電気は自動車に積み込んである
蓄電池または発電器などの電気供給装置12にてまかな
うことができる。[Embodiment 6] Embodiment 6 is a mode of honeycomb regeneration by self-energization. When the honeycomb on which the particulate matter adheres and accumulates is regenerated by energizing, the honeycomb 2 is divided in the axial direction as shown in FIGS. In this example, the thickness is 20μ
A metal foil having a width of 20 mm and a width of 20 mm is corrugated and wound around the cross-type honeycomb of Example 1 to form a disk having a diameter of 80 mm and a thickness of 20 mm. Then, the honeycomb 7 divided into the disk shape is further formed into the honeycomb 8 divided into the circumferential shape.
The amount of electricity required for reproduction can be averaged by sequentially heating and heating each, so that the amount of electricity required at a time can be reduced. The divided disk-shaped honeycombs 8 can be insulated from each other by interposing a (Nextel) heat-resistant insulating material 9 manufactured by 3M (USA). The insulation between the metal foils in the divided honeycomb 8 can be insulated by coating the metal foil with a heat-resistant insulating film. The heat-resistant metal foil (Fe-20C) having a thickness of 20 μm used in the present invention.
r-5Al) is 20 mm wide and 2 m long with an electrical resistance of 7
It is 30Ω, and the temperature rises to 800 ° C. in a windless state at a current of 200 V and 20 A. Since a part of this heat is also used for heating the exhaust gas, the temperature of the honeycomb itself becomes 550 ° C. By winding the metal foil of this length, the honeycomb 8 divided into one section, that is, the circumferential shape is formed. In the case of the metal foil having a length of 2 m used in the present embodiment, 6 to 8 sections are formed in a disk-shaped honeycomb having a diameter of 80 mm. An electric terminal is provided in each section, and a switching controller 10 and a timer 11 for sequentially switching and supplying electricity are provided. The electricity required for regeneration can be provided by an electricity supply device 12 such as a storage battery or a generator loaded on the vehicle.
【0050】[0050]
【実施例7】実施例7は別途の電気ヒーターを使用した
ハニカム再生の態様である。ハニカムの再生には、ハニ
カムを加熱するかまたは排ガスを加熱すればよいが、図
13のように、ハニカムの上流側に、電気ヒータ13を
設けこれに電気を流すことにより、排ガスをまず加熱
し、この排ガスによりさらにハニカム1を加熱すること
により、排ガスの熱とハニカム1の熱の両方によって、
粒子状物質を焼却できる。また、図14のように、ハニ
カム1の側面に電気ヒータ13を設け、これに電流を流
し、ハニカム1を加熱し、粒子状物質を焼却することも
できる。ただし、これらによる場合、ハニカム本体の温
度を上げるための熱量と、排ガスの温度を上げるための
熱量の両方が同時に必要であるので、一度に大きな電気
が必要で、電気供給装置12が大きくなる。[Embodiment 7] Embodiment 7 is an embodiment of honeycomb regeneration using a separate electric heater. To regenerate the honeycomb, the honeycomb may be heated or the exhaust gas may be heated. However, as shown in FIG. 13, an electric heater 13 is provided on the upstream side of the honeycomb, and the exhaust gas is first heated by supplying electricity to the heater. By further heating the honeycomb 1 with this exhaust gas, both the heat of the exhaust gas and the heat of the honeycomb 1
Particulate matter can be incinerated. Also, as shown in FIG. 14, an electric heater 13 is provided on the side surface of the honeycomb 1, and an electric current is supplied to the electric heater 13 to heat the honeycomb 1 and incinerate the particulate matter. However, in these cases, since both the amount of heat for increasing the temperature of the honeycomb body and the amount of heat for increasing the temperature of the exhaust gas are required at the same time, a large amount of electricity is required at one time, and the electricity supply device 12 is large.
【0051】[0051]
【実施例8】また、別のハニカム再生方法として、図1
5にあるように、ハニカム1の上流にバーナ14を設置
し、プロパンガスや軽油などの燃料を燃やし、この燃焼
ガスを再生用に使用することもできる。この時、バーナ
を囲う燃焼室は図15(イ)にあるように、排ガス配管
15内に設置し、さらに、燃焼室16の外面に排ガス旋
回羽根17やフィンを付けることにより、燃焼室16か
ら外部への熱損失を防ぎ、効率よく、排ガスの加熱に利
用できる。この実施例は、液化プロパンガス、LPG
(液化石油ガス)、LNG(液化天然ガス)等をガスバ
ーナーで燃焼させ、この燃焼熱を低温の排ガス(低速運
転時は200〜300℃)を、所定の粒子状物質(P
M)燃焼温度500〜600℃(触媒を利用した場合は
350〜400℃)に加熱する熱源として利用する。し
たがって大きな熱量を必要としない(例えば2000c
cのディーゼルエンジン低速運転時の排ガスを100℃
追加加熱に要するカロリーは約24kcal/分)。バ
ーナ14による燃焼室16は、図15(イ)のように排
ガス配管15の中、ハニカム1の上流に設けられること
を特徴とする。そしてその煙道18は排ガスの通路15
a・15b・15cの一部を占め、その表面で排ガスを
熱交換加熱する。更に必要に応じて、煙道18は螺旋状
の排ガス旋回羽根17を設けて伝熱面を拡大し、導入さ
れた排ガスは煙道18の周囲を排ガス旋回羽根17に沿
ってサイクロン状に旋回しながらハニカム1に達する。
このとき高温の燃焼ガスと混合している排ガスがハニカ
ム1の前面に均一な温度に分散して供給される。更にサ
イクロン効果を利用して、燃焼ガス及びまたは必要に応
じて空気(図示しない)を吸引し、ガスバーナの燃焼を
円滑にすると共に粒子状物質(PM)を完全燃焼させ
る。高温の燃焼ガスと低温の排ガスを混合して、ハニカ
ム1の前面に、更に均一な温度に分散して導入させる他
の方法は、図15(イ)中に示すように部材19を用い
ることである。この場合、必要に応じて通路15cの一
部に、斜方向に波付けされた波板と他の波板を互いに背
中合わせの積層または巻回して構成したクロス型ハニカ
ム19を設ける。該クロス型ハニカム19は、これを通
過する排ガスと燃焼ガスを撹拌する能力に優れている。
或いはハニカム1の入口に整流体21設けることができ
る。これによって、燃焼ガスと排ガスの温度と流量が均
一になり、ハニカム1に供給される。これらクロス型ハ
ニカム19と整流体21は重複して設けられてもよい。
また図15(イ)に示す20は煙道18の一部に設けら
れたクロス型ハニカムである。このものは斜方向の波の
勾配を大きくすることによって通気抵抗を増大させ、排
ガスが燃焼室16の中に逆流することを阻止することが
できる。これらの実施例では煙道を設けることによって
ガスが安定して燃焼する。更に空気の配合量即ち(空燃
比)が自由に設定できることによってガスの燃焼温度、
燃焼済みガスの含有する酸素量が自由に設定でき、排出
する窒素酸化物の量を加減できる。更に、バーナーで排
ガスの温度を上げた場合に、触媒を使用しなくても良い
ので、容易に500℃以上の高温になり、ディーゼル燃
料の硫黄が多くてもディーゼル車排ガスの炭素微粒子が
効率良く除去できるようになった。図15(イ)中22
は燃料ガス供給管、23は空気供給管である。燃焼ガス
は排ガスと混合しハニカム1に入るが、必要に応じてハ
ニカム1の外に出すことができる。この燃焼室16及び
煙道18を構成する部材として、伝熱性の良い銅合金、
或いは厚さが20μmのステンレス鋼箔等が例示でき
る。ガスバーナは、極く僅かな消費電力で機能する点火
ヒータを使用でき、装置が小型簡単になりコストが安
い。しかも瞬時に完全燃焼し、火力のコントロールが自
在にでき、粒子状物質を含むディーゼル車排ガスを加熱
する熱源として最適である。燃料として、LPG(液化
石油ガス)等のボンベ、カートリッジは、すでに安全性
に実績が豊富であり、使い勝手が良い。Embodiment 8 As another honeycomb regeneration method, FIG.
As shown in 5, a burner 14 can be installed upstream of the honeycomb 1 to burn a fuel such as propane gas or light oil, and this combustion gas can be used for regeneration. At this time, the combustion chamber surrounding the burner is installed in the exhaust gas pipe 15 as shown in FIG. 15 (a), and furthermore, exhaust gas swirling blades 17 and fins are attached to the outer surface of the combustion chamber 16 so that the combustion chamber 16 Prevents heat loss to the outside and can be used efficiently for exhaust gas heating. In this embodiment, liquefied propane gas, LPG
(Liquefied petroleum gas), LNG (liquefied natural gas) and the like are burned by a gas burner, and the combustion heat is converted into low-temperature exhaust gas (200 to 300 ° C. during low-speed operation) by a predetermined particulate matter (P
M) It is used as a heat source for heating to a combustion temperature of 500 to 600 ° C (350 to 400 ° C when a catalyst is used). Therefore, a large amount of heat is not required (for example, 2000 c
Exhaust gas during low-speed diesel engine operation at 100 ° C
The calorie required for additional heating is about 24 kcal / min). The combustion chamber 16 by the burner 14 is characterized by being provided in the exhaust gas pipe 15 upstream of the honeycomb 1 as shown in FIG. And the flue 18 is the exhaust gas passage 15
a, 15b, and 15c occupy a part thereof, and the surface thereof is subjected to heat exchange heating of exhaust gas. Further, if necessary, the flue 18 is provided with a spiral exhaust gas swirl vane 17 to enlarge the heat transfer surface, and the introduced exhaust gas is swirled around the flue 18 along the exhaust gas swirl blade 17 in a cyclone shape. While reaching the honeycomb 1.
At this time, the exhaust gas mixed with the high-temperature combustion gas is supplied to the front surface of the honeycomb 1 while being dispersed at a uniform temperature. Further, by utilizing the cyclone effect, the combustion gas and / or air (not shown) are drawn in as necessary to smooth the combustion of the gas burner and completely burn the particulate matter (PM). Another method of mixing high-temperature combustion gas and low-temperature exhaust gas and dispersing them into the front surface of the honeycomb 1 at a more uniform temperature is to use a member 19 as shown in FIG. is there. In this case, if necessary, a cross-type honeycomb 19 constituted by laminating or winding a corrugated sheet corrugated in an oblique direction and another corrugated sheet back to back is provided in a part of the passage 15c. The cross-type honeycomb 19 has an excellent ability to stir the exhaust gas and the combustion gas passing therethrough.
Alternatively, a rectifier 21 can be provided at the entrance of the honeycomb 1. As a result, the temperature and the flow rate of the combustion gas and the exhaust gas become uniform and are supplied to the honeycomb 1. The cross-type honeycomb 19 and the rectifier 21 may be provided in an overlapping manner.
Further, reference numeral 20 shown in FIG. 15A denotes a cross-type honeycomb provided in a part of the flue 18. This increases the flow resistance by increasing the slope of the oblique wave, and can prevent exhaust gas from flowing back into the combustion chamber 16. In these embodiments, the flue gas is stably burned by providing the flue. Furthermore, since the amount of air, that is, the (air-fuel ratio) can be freely set, the combustion temperature of the gas,
The amount of oxygen contained in the burned gas can be freely set, and the amount of nitrogen oxide to be discharged can be adjusted. Furthermore, when the temperature of the exhaust gas is increased by the burner, the catalyst does not need to be used, so that the temperature easily rises to 500 ° C. or more, and even if the sulfur of the diesel fuel is large, the carbon fine particles of the exhaust gas of the diesel vehicle are efficiently produced. It can now be removed. 22 in FIG.
Is a fuel gas supply pipe, and 23 is an air supply pipe. The combustion gas mixes with the exhaust gas and enters the honeycomb 1, but can be discharged outside the honeycomb 1 as needed. As a member constituting the combustion chamber 16 and the flue 18, a copper alloy having good heat conductivity,
Alternatively, a stainless steel foil having a thickness of 20 μm can be exemplified. The gas burner can use an ignition heater that functions with very little power consumption, so that the device is small and simple and the cost is low. In addition, it is completely burned instantaneously and can control the thermal power freely, and is optimal as a heat source for heating diesel vehicle exhaust gas containing particulate matter. As fuels, cylinders and cartridges of LPG (liquefied petroleum gas) and the like have already been proven in safety and are easy to use.
【0052】[0052]
【実施例9】実施例9はハニカムの金属箔に脱硝触媒を
使用する例である。図17に示すように、ハニカム1の
一部に脱硝触媒を担持し、ハニカム上流の排ガス管にア
ンモニア源の投入装置(図示せず)を設けることによ
り、粒子状物質除去部24と脱硝部25を作ることがで
きる。脱硝反応は高温で起こるため、排ガス温度を40
0℃以上にする必要がある。排ガス温度を上げること
は、粒子状物質の焼却も容易にするので、両方が兼用で
き排ガス加熱のための電気または燃料が節約できる。ま
た、同じ構造のハニカムで脱硝も粒子状物質も除去でき
るので、一体化でき、全体の装置が簡単になり、設置ス
ペースが少なくて済む。Embodiment 9 Embodiment 9 is an example in which a denitration catalyst is used for a honeycomb metal foil. As shown in FIG. 17, a part of the honeycomb 1 carries a denitration catalyst, and an exhaust gas pipe upstream of the honeycomb is provided with a device (not shown) for supplying an ammonia source. Can be made. Since the denitration reaction occurs at a high temperature, the exhaust gas temperature
It must be at least 0 ° C. Increasing the exhaust gas temperature also facilitates incineration of particulate matter, so that both can be used for both, and electricity or fuel for exhaust gas heating can be saved. Further, since the denitration and the particulate matter can be removed by the honeycomb having the same structure, they can be integrated, the whole apparatus can be simplified, and the installation space can be reduced.
【0053】[0053]
【実施例10】実施例10はハニカム再生時に予備機を
設ける例である。図18に示すように、ハニカムの予備
機を設け、ハニカム再生時には予備機に切り替える。排
ガス配管を2台のハニカム1に入口側と出口側の両方で
接続し、分岐部分に入口切替弁26aと出口側切替弁2
6bを設置する。一方のハニカム1が粒子状物質で、充
満し圧力損失が上昇したとき、予備機に切り替える。こ
の場合も、エンジンを止めることなく、走りながら再生
できる。圧力損失が大きくなったハニカム1はハニカム
前後の入口側切替弁26aと出口側切替弁26bを閉
じ、再生配管27に接続し、電気ヒータ29によって5
00℃以上に加熱された空気を送り込む。空気は一部新
しく取り入れる(配管を図示せず)と共に、粒子状物質
の燃焼ガスの一部を抜き出す(配管を図示せず)。空気
は粒子状物質を燃焼させながら循環使用される。この場
合、酸素が非常に多く、加熱する空気量も少なくて済む
ので、粒子状物質を焼却するための電気量が少なくて済
む。再生が終了したハニカム1は次の使用のために待機
する。Embodiment 10 Embodiment 10 is an example in which a spare machine is provided at the time of honeycomb regeneration. As shown in FIG. 18, a honeycomb spare device is provided, and the honeycomb is switched to the spare device during honeycomb regeneration. Exhaust gas pipes are connected to the two honeycombs 1 on both the inlet side and the outlet side, and an inlet switching valve 26a and an outlet switching valve 2
6b is installed. When one of the honeycombs 1 is filled with particulate matter and the pressure loss is increased, the apparatus is switched to a standby machine. Also in this case, the reproduction can be performed while running without stopping the engine. The honeycomb 1 having a large pressure loss closes the inlet-side switching valve 26a and the outlet-side switching valve 26b before and after the honeycomb, connects to the regeneration pipe 27, and
Air heated to at least 00 ° C is sent. A part of air is newly taken in (pipe is not shown), and a part of the combustion gas of the particulate matter is extracted (pipe is not shown). The air is circulated while burning the particulate matter. In this case, since the amount of oxygen to be heated is very small and the amount of air to be heated is small, the amount of electricity for burning the particulate matter is small. The honeycomb 1 whose reproduction has been completed waits for the next use.
【0054】尚、上記ではバーナー用燃料としてプロパ
ン等気体燃料を例示したが、これに限定せず、ガソリ
ン、軽油等液体燃料、その他も利用できる。また併用で
きる触媒も脱硝触媒だけでなく、三元触媒も併用でき
る。In the above description, a gaseous fuel such as propane is exemplified as the fuel for the burner. However, the present invention is not limited to this, and liquid fuels such as gasoline and light oil and others can be used. In addition, not only a denitration catalyst but also a three-way catalyst can be used together.
【0055】[0055]
【発明の効果】本発明によれば、小型で圧力損失が少な
い、目詰まりしない、再生が容易である、寿命が長い、
触媒燃焼が利用できる、自己発熱により再生でき、使用
中でも再生できる、構造が簡単である、そして既製のデ
ィーゼル車にも後から取り付けることができる。According to the present invention, compactness, low pressure loss, no clogging, easy regeneration, long life,
Uses catalytic combustion, can be regenerated by self-heating, can be regenerated during use, has a simple structure, and can be retrofitted to off-the-shelf diesel vehicles.
【図1】図1は本発明の実施例1を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention.
【図2】図2の(イ)は図1のハニカムの要部を拡大し
て示す斜視図である。図2の(ロ)は図1のハニカムの
要部を拡大して示す斜視図である。図2の(ハ)は図1
のハニカムの要部を拡大して示す斜視図である。図2の
(ニ)は図1のハニカムの要部を拡大して示す斜視図で
ある。FIG. 2A is an enlarged perspective view showing a main part of the honeycomb of FIG. 1; FIG. 2B is an enlarged perspective view showing a main part of the honeycomb of FIG. FIG. 2C is FIG.
It is a perspective view which expands and shows the principal part of the honey-comb. FIG. 2D is a perspective view showing an enlarged main part of the honeycomb of FIG.
【図3】図3はハニカムの端縁を示す一部断面図であ
る。(イ)はスリットしたままの端縁を拡大して示す模
式図であり、(ロ)は先を丸めた端縁を拡大して示す模
式図である。FIG. 3 is a partial cross-sectional view showing an edge of a honeycomb. (A) is an enlarged schematic view showing an edge as it is slit, and (B) is an enlarged schematic view showing an edge whose tip is rounded.
【図4】図4は粉塵質量濃度測定装置の一例である。FIG. 4 is an example of a dust mass concentration measuring device.
【図5】図5は粒径別の個数基準捕集効率の測定結果を
示す図である。FIG. 5 is a diagram showing the measurement results of the number-based collection efficiency for each particle size.
【図6】図6は粉塵付加特性の測定結果を示すグラフで
ある。FIG. 6 is a graph showing measurement results of dust addition characteristics.
【図7】図7は耐熱性金属箔を所定の条件で2度加熱処
理したときの電子顕微鏡写真(6000倍)である。FIG. 7 is an electron micrograph (magnification: 6000) of a heat-resistant metal foil subjected to heat treatment twice under predetermined conditions.
【図8】図8は加熱処理する前の耐熱性金属箔の電子顕
微鏡写真(6000倍)である。FIG. 8 is an electron micrograph (× 6000) of a heat-resistant metal foil before heat treatment.
【図9】図9は本発明の実施例3を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing a third embodiment of the present invention.
【図10】図10は本発明の実施例6を示す斜視図であ
る(ハニカムディスク図)。FIG. 10 is a perspective view showing a sixth embodiment of the present invention (a honeycomb disk diagram).
【図11】図11は本発明の実施例6を示す斜視図であ
る(ハニカムセクション図)。FIG. 11 is a perspective view showing a sixth embodiment of the present invention (a honeycomb section diagram).
【図12】図12は本発明の実施例6を示す斜視図であ
る(電気結線状態図)。FIG. 12 is a perspective view showing an embodiment 6 of the present invention (electric connection state diagram).
【図13】図13は本発明の実施例7を示す斜視図であ
る(前面 電気ヒータ)。FIG. 13 is a perspective view showing a seventh embodiment of the present invention (front electric heater).
【図14】図14は本発明の実施例7を示す斜視図であ
る(側面 電気ヒータ)。FIG. 14 is a perspective view showing a seventh embodiment of the present invention (a side electric heater).
【図15】図15の(イ)は本発明の実施例8を示す斜
視図である。図15の(ロ)は従来の排ガスを直接加熱
する装置の例である。FIG. 15 (a) is a perspective view showing Embodiment 8 of the present invention. FIG. 15B shows an example of a conventional apparatus for directly heating exhaust gas.
【図16】図16は従来の排ガスを直接加熱する装置の
例である。FIG. 16 is an example of a conventional apparatus for directly heating exhaust gas.
【図17】図17は本発明の実施例11を示す斜視図で
ある。FIG. 17 is a perspective view showing Embodiment 11 of the present invention.
【図18】図18は本発明の実施例12を示す斜視図で
ある。FIG. 18 is a perspective view showing Embodiment 12 of the present invention.
【図19】図19は従来のセラミック繊維構造体を示す
斜視図である。FIG. 19 is a perspective view showing a conventional ceramic fiber structure.
【図20】図20は従来のフィルター切替式粒子状物質
除去装置の説明図である。FIG. 20 is an explanatory view of a conventional filter switching type particulate matter removing device.
【図21】図21は従来のセラミックハニカム構造体
(ウォール・フロー・ハニカム)を示す。斜視図であ
る。FIG. 21 shows a conventional ceramic honeycomb structure (wall flow honeycomb). It is a perspective view.
【図22】図22は本発明のクロス型ハニカムの他の例
を示す斜視図である。FIG. 22 is a perspective view showing another example of the cross type honeycomb of the present invention.
A−フィルター、B−フィルター、C−切替弁、D−排
気管、E−フィルター(ウォール・フロー・ハニカム) a−点火プラグ、b−バーナー燃焼室、c−第2のDP
F 1.ハニカム 1a.平板 1b.波板 1c.斜め波板 1d.異なった斜め方向に波付けされた波板 1e.波板凹所 1f.50μの耐熱金属箔 1g.端縁 1h.隙間 2.ケース 3.固定板 4.丸棒電極 5.周囲のパイプ 6.高電圧発生装置 7.ディスク状に分割したハニカム 8.円周状に分割したハニカム 9.耐熱絶縁材 10.制御器 11.タイマー 12.電気供給装置 13.電気ヒータ 14.バーナ 15.排ガス配管 15a.通路 15b.通路 15c.通路 16.燃焼室 17.排ガス旋回羽根 18.煙道 19.クロス型ハニカム 20.クロス型ハニカム 21.整流体 22.燃料ガス供給管 23.空気供給管 24.粒子状物質除去部 25.脱硝部 26a.入口側切替弁 26b.出口側切替弁 27.再生配管 28.循環フィン 29.電気ヒータ 30.金網A-filter, B-filter, C-switching valve, D-exhaust pipe, E-filter (wall flow honeycomb) a-spark plug, b-burner combustion chamber, c-second DP
F1. Honeycomb 1a. Flat plate 1b. Corrugated sheet 1c. Oblique corrugated sheet 1d. Corrugated sheets corrugated in different oblique directions 1e. Corrugated plate recess 1f. 50μ heat resistant metal foil 1g. Edge 1h. Gap 2. Case 3. Fixing plate 4. Round rod electrode 5. Surrounding pipes 6. High voltage generator 7. 7. Honeycomb divided into a disk shape 8. Honeycomb divided circumferentially Heat resistant insulating material 10. Controller 11. Timer 12 Electric supply device 13. Electric heater 14. Burner 15. Exhaust gas piping 15a. Passageway 15b. Passage 15c. Passage 16. Combustion chamber 17. Exhaust gas swirl blade 18. Flue 19. Cross-type honeycomb 20. Cross-type honeycomb 21. Rectifier 22. Fuel gas supply pipe 23. Air supply pipe 24. Particulate matter removing unit 25. Denitration unit 26a. Inlet side switching valve 26b. Outlet switching valve 27. Regeneration pipe 28. Circulation fins 29. Electric heater 30. Wire mesh
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F01N 3/02 341 F01N 3/02 341J 4D058 341P B01D 45/08 B01D 45/08 B 46/00 302 46/00 302 46/42 46/42 B 53/94 B03C 3/02 B B03C 3/02 3/36 A 3/36 3/45 C 3/45 B 3/47 3/47 3/60 3/60 3/74 Z 3/74 F01N 3/08 A F01N 3/08 B 3/20 N 3/20 3/24 E 3/24 B 3/28 301C 3/28 301 B01D 53/36 103C (72)発明者 正木 博夫 兵庫県神戸市西区美賀多台4丁目7−22 Fターム(参考) 3G090 AA01 AA04 AA06 BA02 BA04 BA05 CA01 CB11 CB15 CB18 CB23 CB24 CB26 CB27 EA01 EA03 3G091 AA18 AB02 AB03 AB05 BA00 BA14 CA02 CA03 CA04 CA13 CA17 CA18 GA06 GA21 GB01W GB01X GB06W GB10W HA14 HA46 HB03 HB07 4D031 AB08 AB25 AB29 BA01 BB08 DA05 4D048 AA14 AA24 AB01 BB02 CD03 4D054 AA03 BA02 BA08 BC06 BC07 BC21 BC25 BC30 DA09 DA11 EA16 EA26 4D058 JA34 KB12 MA42 MA43 MA44 QA01 QA03 QA05 QA06 QA17 SA08 TA06 Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat II (reference) F01N 3/02 341 F01N 3/02 341J 4D058 341P B01D 45/08 B01D 45/08 B 46/00 302 46/00 302 46 / 42 46/42 B 53/94 B03C 3/02 B B03C 3/02 3/36 A 3/36 3/45 C 3/45 B 3/47 3/47 3/60 3/60 3/74 Z 3 / 74 F01N 3/08 A F01N 3/08 B 3/20 N 3/20 3/24 E 3/24 B 3/28 301C 3/28 301 B01D 53/36 103C (72) Inventor Hiroo Masaki Kobe, Hyogo Prefecture 4-7-22 Migatadai, Nishi-ku, Yokohama F-term (reference) GB10W HA14 HA46 HB03 HB07 4D031 AB08 AB25 AB29 BA01 BB08 DA05 4D048 AA14 AA24 AB01 BB02 CD03 4D054 AA03 BA02 BA08 BC06 BC07 BC21 BC25 BC30 DA09 DA11 EA16 EA26 4D058 JA34 KB12 MA42 MA43 MA4 4 QA01 QA03 QA05 QA06 QA17 SA08 TA06
Claims (14)
去装置(DPF)において、該除去装置の要部は薄いメ
タルハニカム構造で、該メタルハニカムは金属箔で作製
された平板と波板、平板と凹凸板、あるいは波板と他の
波板を、所定の隙間を設けて多数回巻き回し、または積
層して構成され、粒子状物質は該隙間を通過中にハニカ
ムの壁面と接触または衝突して捕捉されるようにしたこ
とを特徴とするディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質
除去装置。An apparatus for removing particulate matter (DPF) from diesel engine exhaust gas has a thin metal honeycomb structure as a main part, the metal honeycomb being a flat plate and a corrugated plate made of metal foil, and a flat plate and corrugations. A plate, or a corrugated plate and another corrugated plate, are formed by winding or laminating a large number of times with a predetermined gap therebetween, and the particulate matter is captured by contacting or colliding with the wall surface of the honeycomb while passing through the gap. An apparatus for removing particulate matter from exhaust gas of a diesel engine, characterized in that:
である請求項1に記載のディーゼルエンジン排ガスの粒
子状物質除去装置。2. The honeycomb has a gap of 10 to 5000 μm.
2. The particulate matter removing device for diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein
ある請求項1に記載のディーゼルエンジン排ガスの粒子
状物質除去装置。3. The apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein said honeycomb has a length of 10 to 500 mm.
した後、表面にウイスカーを形成し、またはウォッシュ
コートなどを形成した請求項1〜3のいずれかに記載の
ディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。4. The particulate matter of diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein a whisker is formed on the surface or a wash coat or the like is formed after partially or entirely oxidizing the honeycomb. Removal device.
物質をプラスまたはマイナスに荷電する装置と、上記ハ
ニカムをマイナスまたはプラスに荷電する装置を具備し
た請求項1〜4のいずれかに記載のディーゼルエンジン
排ガスの粒子状物質除去装置。5. The apparatus according to claim 1, further comprising a device for charging particulate matter in the exhaust gas to positive or negative by corona discharge or the like, and a device for charging the honeycomb to negative or positive. A device for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas.
が担持されている請求項1〜5のいずれかに記載のディ
ーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。6. The apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein an oxidation catalyst is supported on a part or all of the honeycomb.
ク型ハニカムで構成され、必要に応じて、通電加熱が可
能である請求項1〜6のいずれかに記載のディーゼルエ
ンジン排ガスの粒子状物質除去装置。7. The particulate matter of diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein said honeycomb is formed of one or more layers of disc-type honeycombs, and can be energized and heated as required. Removal device.
たは複数のセクションに分割され、必要に応じて各セク
ション毎に通電加熱が可能である請求項1〜7記載のデ
ィーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。8. The diesel engine exhaust particulate according to claim 1, wherein each layer of said disk-type honeycomb is divided into one or a plurality of sections, and each section can be electrically heated as required. Material removal device.
の再生手段を具備している請求項1〜8のいずれかに記
載のディーゼルエンジン排ガスの粒子状物質除去装置。9. The apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein said honeycomb is provided with a regeneration means such as an electric heater or a burner.
道が、上記ハニカムの上流の排ガスの通路中に設けら
れ、必要に応じて該煙道に螺旋状のフィンが設けられて
いる請求項9に記載のディーゼルエンジン排ガスの粒子
状物質除去装置。10. A combustion chamber and a flue or a flue of the burner are provided in an exhaust gas passage upstream of the honeycomb, and a spiral fin is provided in the flue as required. Item 10. An apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to item 9.
びまたは通路の一部にクロス型ハニカムが配設されてい
る請求項9又は10に記載のディーゼルエンジン排ガス
の粒子状物質除去装置。11. The apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to claim 9, wherein a cross-type honeycomb is provided in a part of a flue and / or a part of a passage of a combustion chamber of the burner. .
質除去装置の入口付近に整流体が配設されている請求項
9〜11のいずれかに記載のディーゼルエンジン排ガス
の粒子状物質除去装置。12. The particulate matter removal from exhaust gas of a diesel engine according to claim 9, wherein a straightening body is disposed near an inlet of the particulate matter removal device downstream of the combustion chamber of the burner. apparatus.
媒およびまたは三元触媒が担持されている請求項1〜1
2のいずれかに記載のディーゼルエンジン排ガスの粒子
状物質除去装置。13. A denitration catalyst and / or a three-way catalyst is supported on a part or all of the honeycomb.
3. The apparatus for removing particulate matter from diesel engine exhaust gas according to any one of 2.
し、1台を予備機として、1台の再生中に予備機を使用
する請求項1〜6のいずれかに記載のディーゼルエンジ
ン排ガスの粒子状物質除去装置。14. A diesel engine exhaust gas according to claim 1, wherein two honeycombs are installed, one is used as a regular one, one is used as a spare machine, and the spare machine is used during the regeneration of one car. Particulate matter removal equipment.
Priority Applications (1)
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