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JPH06241018A - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

排気ガス浄化装置

Info

Publication number
JPH06241018A
JPH06241018A JP5028182A JP2818293A JPH06241018A JP H06241018 A JPH06241018 A JP H06241018A JP 5028182 A JP5028182 A JP 5028182A JP 2818293 A JP2818293 A JP 2818293A JP H06241018 A JPH06241018 A JP H06241018A
Authority
JP
Japan
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filter
exhaust gas
heat
ceramic
parts
Prior art date
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Application number
JP5028182A
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English (en)
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JP2931175B2 (ja
Inventor
Koji Shimado
幸二 島戸
Atsushi Ito
淳 伊藤
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Ibiden Co Ltd
UD Trucks Corp
Original Assignee
Ibiden Co Ltd
UD Trucks Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Ibiden Co Ltd, UD Trucks Corp filed Critical Ibiden Co Ltd
Priority to JP5028182A priority Critical patent/JP2931175B2/ja
Publication of JPH06241018A publication Critical patent/JPH06241018A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP2931175B2 publication Critical patent/JP2931175B2/ja
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  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 内燃機関(E)の排気側に連通するケーシン
グ(2)と、該ケーシング内に配されたハニカム構造の
多孔質セラミック・フィルタ(3)と、からなる排気ガ
ス浄化装置(1)において、該フィルタが、ガスの流れ
方向に平行に伸びる軸線を有する複数の角柱状のフィル
タ・パ−ツ(4)の集合体からなり、各フィルタ・パ−
ツの周面の少なくとも前後両端面近傍領域にパ−ツ支持
材(5)を、該フィルタ・パ−ツの集合体の周面の少な
くとも前後両端面近傍領域にアルミナ−シリカ・ファイ
バと発ガス成分からなる弾性支持材(6)を、夫々被着
してなることを特徴とする装置。 【効果】 本発明の装置によれば、繰り返しパ−ティキ
ュレ−トの捕集と再生を繰り返しても熱衝撃にてセラミ
ック・フィルタが破損することがないので移動式の内燃
機関、例えば、ディ−ゼル車両の排ガス浄化装置として
実用性に富む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関から排出され
る排ガスに含まれるパ−ティキュレ−トを除去するため
の排気ガス浄化装置に関し、特に、ディーゼル車両に実
装する排気ガス中のパ−ティキュレ−ト除去装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】内燃機関、例えばディーゼルエンジンか
ら排出される排ガス中に含まれるパ−ティキュレ−トを
除去するための装置としては、ガスの流れ方向に平行に
伸びる多数のガス通過孔(以下、セルという。図12の
符号(10)がそれである。尚、他の図面を含め、図中
の矢印はガスの流れ方向を示している)であって該孔の
ガスの流れ方向の一端が交互に封止せしめられた(図1
2の符号(12)が封止部である)孔を有するセラミッ
ク焼結体からなるハニカム状の多孔質セラミック・フィ
ルタをシ−ル材を介してケ−シングの中に納めたフィル
タに排気ガスを導入し、該多孔質セラミック・フィルタ
の隣接するガス通過孔の壁面にて排気ガス中のパ−ティ
キュレ−トを捕集し排気ガスから分離するものが知られ
ている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】一般に、車両用の内燃
機関は、不規則な負荷パタ−ンにて運転され、そのため
排気ガスの温度も不規則に変化する。通常、排気ガスの
温度は、アイドリング時が最も低く(80℃前後)、エ
ンジンがフル稼働している時が最も高い(800℃前
後)ので、高速走行状態から排気ブレ−キをかけた時に
は、排気ガスの温度が700℃前後急激に変化すること
になる。従って、このような条件下において使用される
セラミック・フィルタはこの温度変化に追従できる(耐
ヒ−トショック性)ものでなければならない。
【0004】またフィルタ内へのパ−ティキュレ−トの
捕集が進行すると該フィルタのろ過層が目詰りを起こし
圧力損失が増大する結果、エンジン効率を悪化させるた
め、適当な時間間隔で該捕集パ−ティキュレ−トを燃焼
せしめ該フィルタから除去する、いわゆる再生が行われ
る。パ−ティキュレ−トの燃焼は、600℃以上、好ま
しくは再生時間の短縮を考慮し800〜900℃に加熱
する(熱風又は電気ヒ−タにて行う)ことによって行わ
れるが、フィルタ内のパ−ティキュレ−トの捕集量分布
は均一ではなく、更にその前の再生における燃え残りも
存在するので、パ−ティキュレ−トの燃焼による発熱に
はムラが生じることになり、その結果、パ−ティキュレ
−トの捕集量及び/又は残存量の多い部位の温度は、異
常に上昇し、場合によっては1200℃以上に達するこ
ともある。従って、このような条件下において使用され
るセラミック・フィルタは、この局部的な温度上昇に耐
え得る(耐熱性を有する)ものでなければならないこと
は勿論のこと、温度分布の不均一に起因する熱歪み、こ
れはクラックの発生要因になるものであるが、の影響を
回避できるものでなければならない。尚、温度分布の不
均一は、該セラミック・フィルタ自身の熱伝導性及びサ
イズによっても提起される現象である。
【0005】上記要件を満足させるべく種々の装置が提
案(代表的なものとしては、実公昭63−31690
号、実開平1−63715号、実開平3−27815
号、特開昭60−65219号、実開平2−11812
0号)されている。
【0006】これらの装置は、上記の要件のうち「耐熱
性」及び「耐ヒ−トショック性」をフィルタ材料として
使用するセラミックの種類を適宜選択することによって
クリアし、「熱歪み」問題についてはセラミック・フィ
ルタの構造にて克服せんとしたもの、具体的には、断
面形状が四角のセルを有する円柱状又は楕円柱状の単一
セラミック・フィルタを (A)その軸線を通る面にて複数
個のフィルタ・パ−ツに分割(従って、その断面形状は
1/n円又は1/n楕円(n:分割数)となる。実公昭
63−31690号、実開平3−27815号、特開昭
60−65219号)又は (B)その軸線に同心に分割
(従って、その分割後のフィルタ・パ−ツの形状は、中
心部が棒状、その外周側が筒体となる。実開平1−63
715号)し、隣接するフィルタ・パ−ツの該分割面間
に緩衝材や断熱材を介装(実公昭63−31690号、
実開平3−27815号、実開平1−63715号)又
は「熱歪み」量に相当する間隙を設けた(特開昭60−
65219号)もの(円筒状又は楕円筒状ケ−シングと
セラミック・フィルタとの間にはワイヤメッシュ等の緩
衝部材を介装)及び断面形状が四角のセルを有する
(該刊行物の出願当時の技術レベルより推定)複数の小
径の円柱状セラミック・フィルタを円筒状のケ−シング
内に断熱材にてそれぞれ離隔配設したもの(実開平2−
118120号)であるが、依然として以下に示すよう
な課題を残したものである。
【0007】[構造−−(A)]断面形状が1/n円又は
1/n楕円フィルタ・パ−ツを予め製造し該パ−ツを集
合体に組みあげることは、フィルタ・パ−ツの成形後の
焼成及び乾燥時の収縮により該パ−ツの形状が維持でき
ず(集合体への組みあげが困難となる)、しかも該セル
形状の寸法が不揃いになる(排気ガス導入時、圧損にバ
ラつきが生じ、パ−ティキュレ−トの捕集密度が不均一
になる)ので、先ず円柱状又は楕円柱状の単一セラミッ
ク・フィルタを製造しそれを精密に切断する工程が必要
となり、製造工程が複雑になる。
【0008】尚、四角の断面形状のセルを有するその断
面形状が1/n円又は1/n楕円構造体には、熱負荷が
掛けられた時セルの膨張にともないセルの45°の方向
に引っ張り力が働く(セルの膨張差に起因し該構造体の
外周に「熱歪み」が出る)ので好ましくない(この課題
は、[構造−−(A)]のもののみならず[構造−−
(B)]及び[構造−]のものにおいても抱えている課題
である)。
【0009】又、隣接するフィルタ・パ−ツの該分割面
間に「熱歪み」量に相当する間隙を設けたもの(特開昭
60−65219号)は、処理されるべき排気ガスの一
部が処理されずにセラミック・フィルタを通過してしま
うので好ましくない。
【0010】[構造−− (B)]刊行物(実開平1−6
3715号)に、隣接するフィルタ・パ−ツの該分割面
間に介装する「熱歪み」の緩衝材及び断熱材としてバ−
ミキュライト、蛭石等の「加熱膨張剤」と、アルミナ、
シリカ等の「アルミナ−シリカ・ファイバ」と、「有機
結合剤」と、からなる「加熱膨張性セラミック材料」が
開示されているが、バ−ミキュライトや蛭石は加熱する
とガスを発生し膨張するがその膨張率にはバラつきがあ
るため該フィルタ・パ−ツに不均一な力が掛かり割れの
要因となる。更に、これらの材料は耐熱温度が低く加熱
するとガラス化し強度が著しく低下するので、再生を繰
り返すと該フィルタ・パ−ツの支持力が低下すると共に
排気ガスに対するシ−ル性が損なわれてしまう。またこ
の構造においては、径の大きな筒体の製造が困難であ
る。
【0011】[構造−]ケ−シングへのフィルタ・パ
−ツの充填効率が低い(その結果、装置が大きくなって
しまう)。
【0012】尚、刊行物(実開平2−118120号)
には各フィルタ・パ−ツの間には断熱材が充填されるこ
と(同刊行物の第1図(b)及び第2図参照。符号6が
それである)が開示されているが、該断熱材の具体的な
記載がないため、少なくとも[構造−−(B)]にて述べ
た課題に対する認識がなかったものと推察される。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決せんとしてなされたものであって、その目的は、耐
久性のある排気ガス浄化装置、換言すれば、「耐熱
性」、「耐ヒ−トショック性」は勿論のこと「熱歪み」
問題をも解決した実用的な排気ガス浄化装置を提供する
ことにある。
【0014】すなわち、本発明の装置は、内燃機関
(E)の排気側に連通するケーシング(2)と、該ケー
シング内に配されたハニカム構造の多孔質セラミック・
フィルタ(3)と、からなる排気ガス浄化装置(1)に
おいて、該フィルタが、ガスの流れ方向に平行に伸びる
軸線を有する複数の角柱状のフィルタ・パ−ツ(4)の
集合体からなり、各フィルタ・パ−ツの周面の少なくと
も前後両端面近傍領域にパ−ツ支持材(5)を、該フィ
ルタ・パ−ツの集合体の周面の少なくとも前後両端面近
傍領域にアルミナ−シリカ・ファイバと発ガス成分から
なる弾性支持材(6)を、夫々被着してなることを特徴
とする。
【0015】以下、この発明を図面に従って詳細に説明
する。図1に示すように、本発明の排気ガス浄化装置
(1)は、筒状の金属製ケーシング(2)を備え、内燃
機関(E)の排気管路(Ea)に接続されている。この
ケーシング(2)内には排気ガス中のパ−ティキュレ−
トを捕集・除去するための多孔質のセラミック・フィル
タ(3)が配設され、該セラミック・フィルタ外周と該
ケーシングの内壁との間、該セラミック・フィルタ周面
の前後両端面近傍領域には弾性支持材(6)が排気ガス
中のパ−ティキュレ−トのショ−トパス防止並びに該セ
ラミック・フィルタの該ケーシングへの保持及び断熱の
ために設けられている。
【0016】更に、セラミック・フィルタ(3)のガス
流入側(流出側に配してもよい)には、該フィルタ再生
用の軽油バ−ナ(7a)(熱源の容量的な制限が少ない
点において好ましいが、再生用の熱源としてはこれに限
定されるものではなく、例えば、セラミックヒータやマ
イクロ波等を利用してもよい)が配設されている。
【0017】ここで、セラミック・フィルタ(3)は、
断面形状が三角形、正方形、長方形又は正六角形のフィ
ルタ・パ−ツ(4)を1種又はそれらを組み合わせて角
柱状に集合させて用いる(図2乃至5参照。但し、これ
らは例示であって、組み合わせ方を限定するものではな
い)。フィルタ・パ−ツ(4)の断面形状をこのように
することによって、従来技術(断面形状が1/n円又は
1/n楕円である)の課題として挙げた製造上の制約が
なくなり、また、これらを適宜組み合わせることにより
内燃機関の容量にあったフィルタを適宜選定でき、しか
も任意のケ−シング形状にすることができるので、排気
ガス浄化装置の実装上の制約が少なくなる(ここで、セ
ルの断面形状は、該フィルタ・パ−ツの断面形状と同一
にするのがよい。加熱時にセルの膨張差に起因する該フ
ィルタ・パ−ツの外周に働く引っ張り力が等方に働くの
で、従来技術のような「熱歪み」の発生が防止できるか
らである)。尚、集合形態としては、集合体の中心から
ケ−シングの内壁迄の距離の比(図2乃至図5のOB/
OA)を少なくとも0.5、好ましくは1.0となるよ
うにする。該集合体の中心部と外周近傍部との温度差形
成による影響を少なくするためである。
【0018】フィルタ・パ−ツ(4)の材料としては、
「耐熱性」の観点から、荷重軟化温度が1200℃以上
であって、且つ1200℃における曲げ強度(JIS
R1601に規定された3点曲げ強さ)が常温における
それの70%以上であるものが好ましい。70%以下の
材料では、再生時に軟化・変形しクラックが生じるから
である。次いで、「耐ヒ−トショック性」の観点から、
加熱時の変形量の少ないもの、すなわち熱膨張係数で表
せば1.0×10-6/℃〜5.0×10-6/℃程度のも
のが好ましい(1.0×10-6/℃以下の材料には、荷
重軟化温度指標を満足するものが殆ど見当たらなく、一
方、5.0×10-6/℃以上のものは「熱歪み」の発生
防止の観点からフィルタ・パ−ツの大きさを極めて小さ
いものにしなければならないので実用性に乏しい)。更
に、熱伝導率が0.01〜0.5cal/cm・sec
・℃の範囲にあるものが好ましい。0.01cal/c
m・sec・℃未満では、セラミック・フィルタの再生
時に該フィルタの中心部と周縁部との温度差が大きくな
り過ぎるし、一方、0.5cal/cm・sec・℃を
越えると再生に必要な熱量が大きくなり過ぎ実用上好ま
しくないからである。これらの指標を満足する材料とし
ては、ムライト・コ−ジエライト、炭化珪素、窒化珪
素、窒化アルミ、フォルステライト、ステアタイトが挙
げられる。フィルタ・パ−ツ(4)の気孔率は、30〜
90%、より好ましくは40〜60%(30%より小さ
いと圧損が大きくなり過ぎ、一方、90%より大きくな
るとパ−ティキュレ−トの捕集率が悪くなるからであ
る)、平均気孔径は、5〜40μm(5μmより小さい
と圧損が大きくなり過ぎ、一方、40μmより大きくな
るとパ−ティキュレ−トの捕集率が悪くなるからであ
る)とする。
【0019】また、セル数は、50〜300個/平方イ
ンチ(50個/平方インチ未満では、濾過面積が少なく
なるので単位時間・単位容積当りのパ−ティキュレ−ト
捕集量が少なくなるし、一方、300個/平方インチよ
り多くなるとセル一個当りの開口面積が小さくなり過ぎ
圧損が上昇する)、セルの壁(11)の厚み(隣接する
セルの壁間距離)は、0.2〜0.6mm(0.2未満
では、フィルタ・パ−ツの機械的強度が弱くなり、一
方、0.6mmを越えると、濾過面積が少なくなるので
単位時間・単位容積当りのパ−ティキュレ−ト捕集量が
少なくなる)とする。
【0020】セルの壁面(11a),(11b)には更
に、本願発明と同じ出願人から先に出願された発明(特
願平4−183912号)と同様、パ−ティキュレ−ト
の付加的濾過面となる無機質の耐熱繊維層を積層しても
よい(この処理によってフィルタ単位容積あたりの濾過
効率が上昇する)。ここで、耐熱繊維層の厚さは、壁厚
みの1/2〜3に設定する(該耐熱繊維層の厚さが1/
2より小さいと、この層でのパ−ティキュレ−トの捕集
割合が小さくなりセルの壁部への負荷が大きくなりフィ
ルタの早期圧損上昇を招くし、3より大きいと逆に該耐
熱繊維層での圧損が著しく上昇するので好ましくな
い)。
【0021】ここで、耐熱繊維層の平均気孔率は、パ−
ティキュレ−トの粒径分布(ディ−ゼル排気で、平均粒
径が0.1〜0.2μm)及び捕集率(少なくとも95
%以上)並びに圧損(3500mmAq以下)を考慮
し、25%〜75%に設定される。
【0022】尚、「耐ヒ−トショック性」を満足させる
という点においては、材料面の配慮に加え装置構成上の
配慮、すなわちセラミック・フィルタ(3)の上流に排
気ガス又はフィルタ再生用熱風の温度変化を緩和するた
めの補助フィルタ(8)を設置してもよい(図6参
照)。ここで、該補助フィルタは熱負荷の緩和が主目的
故、該補助フィルタとしては、フルフロ−型のハニカム
状セラミック・フィルタ(8a)(セルに封口処理を施
さない、すなわちパ−ティキュレ−トが殆ど捕集される
ことなく排気ガスがセルを通過するタイプ。図8参照。
尚、このフィルタは、その目的からして、パ−ティキュ
レ−ト捕集用のフィルタほどその厚み(ガスの流れ方向
の長さ)を厚くする必要がないため、分割の必要性は小
さい)を単独で又はフォ−ム状もしくは繊維状のセラミ
ック板(8b)(図9参照。これは、アルミナ−シリカ
・ファイバにアクリル系バインダと硫酸アルミとを加え
水中に分散させたものを、所定の厚みに紙漉きの要領に
て漉き取ったものを乾燥させ、更にその厚み方向に、多
数の小径の貫通孔を穿ったものである)と組み合わせて
(組み合わせ例としては、図7参照。尚、このフィルタ
の断面形状及び寸法は、原則としてパ−ティキュレ−ト
捕集用のセラミック・フィルタと同形・同寸とする。ケ
−シングへの支持方法は、このフィルタはその目的から
排気ガスがその周辺部を通過することを阻止する構造の
ものとする必要がないため、定法に従えばよい)用い
る。尚、該補助フィルタは、その熱容量を全フィルタ
(パ−ティキュレ−ト捕集用のセラミック・フィルタ+
該補助フィルタ)の熱容量の30%以下とし(30%以
上にすると、該補助フィルタの加熱に要する熱量が大き
くなり過ぎ、燃費の悪化やバッテリの早期消耗を招
く)、該セラミック・フィルタとその中心軸をそろえ
(緩和作用の均等化を図る)、更にその前端面より15
0mm以内に設置する(150mmを越えると上記緩和
作用がなくなる)。
【0023】更に、各フィルタ・パ−ツの周面の少なく
とも前後両端面近傍領域にパ−ツ支持材(5)が被着さ
れる(図10及び図11参照)。当然のことながら、該
パ−ツ支持材の耐熱温度は1200℃以上であることが
要求される。具体的には、アルミナ・ファイバ,シリカ
・ファイバ,アルミナ−シリカ・ファイバ,ジルコニア
・ファイバ,コ−ジエライト・ファイバ,炭化珪素ファ
イバ等が使用できるが、耐熱性,コスト,入手のしやす
さ(生産量)を考慮するとアルミナ・ファイバ又はアル
ミナ−シリカ・ファイバが好ましい。更に好ましくは、
前記の好適ファイバに少量の炭化珪素粉末や炭化タング
ステン粉末を混合したもの、又は前記の好適ファイバと
スティ−ル・ファイバ,ステンレス・ファイバ,炭化珪
素ファイバ,カ−ボン・ファイバ等とを混ぜ合わせたも
のが挙げられる(フィルタ・パ−ツと同様の理由、すな
わち熱伝導率をフィルタ・パ−ツのそれ−0.01〜
0.5cal/cm・sec・℃−と同等に調整するた
め)。尚、被着仕様としては、密度が0.1〜0.8g
/cm3 (0.1g/cm3 未満では、ファイバ間に空
隙が多く存在するため強度が小さく、その結果、排気ガ
スに対するシ−ル性が不充分となるし、0.8g/cm
3 を越えると弾性が損なわれ、「熱歪み」の緩衝能が不
充分となる)、厚みが1〜5mm(1mm未満では、隣
接するフィルタ・パ−ツ同士が接触・干渉し合い割れが
生じやすくなるし、5mmを越えると単位セラミック・
フィルタ容量当りの濾過面積が減少し、結果として装置
が大きなものになる)とすることが好ましい。
【0024】また、該フィルタ・パ−ツの集合体の周面
の少なくとも前後両端面近傍領域にアルミナ−シリカ・
ファイバと発ガス成分からなる弾性支持材(6)を被着
する(図10及び図11参照。図示では、前後両端面近
傍領域にのみ被着しているが、再生用熱源の容量との兼
ね合いから、より高い断熱効果を所望する時には、周面
全体に被着してもよい)。該弾性支持材は、前記のアル
ミナ−シリカ・ファイバと発ガス成分、例えばアンモニ
アを含んだバ−ミキュライト等とからなるものが使用さ
れ得る。発ガス成分を含んだ材料であっても、本願のよ
うにケ−シングとフィルタ・パ−ツの集合体の外周との
間に使用すれば、ケ−シング内壁近傍領域は温度が低い
ので、従来技術のように熱でガラス化し強度が著しく低
下する結果、該フィルタ・パ−ツの支持力の低下及び排
気ガスに対するシ−ル性の喪失を招くという問題は発生
しないのである。逆に、節度ある発泡による該弾性支持
材の膨張は、フィルタ・パ−ツ周面に被着せしめられた
アルミナ−シリカ・ファイバが発現する弾力性とあいま
って該フィルタ・パ−ツの集合体を強固にケ−シングに
支持することに資する。尚、該弾性支持材をその厚みが
被着厚みの60〜80%になるよう圧縮した後、該弾性
支持材が被着せしめられた該フィルタ・パ−ツの集合体
をケ−シングに収納するのが好ましい。こうすることに
よって該弾性支持材の発現する弾力性が長期にわたり維
持されるからである。因に、上記圧縮操作は、該弾性支
持材の被着後、その上に熱収縮性を有する薄肉プラスチ
ック・フィルム、例えばポリエチレン、ポリ塩化ビニ
ル、ポリ塩化ビニリデン等を被着し、加熱収縮させるこ
とによって行う(この圧縮操作により、該フィルタ・パ
−ツの集合体をフィルタ・パ−ツのズレを生ずることな
くケ−シングに収納することも可能になる)。
【0025】ここで、弾性支持材(6)の厚さは、フィ
ルタ・パ−ツの集合体の中心から外周までの距離(この
場合は、図2乃至図5のOA)の1/40〜1/7に設
定する(該弾性支持材の厚さが1/40より小さいと、
断熱効果が小となりフィルタの再生において放熱ロスが
大きくなり、一方、1/7より大きいと、該弾性支持材
の熱容量が大きくなってフィルタ全体を加熱するのに時
間がかかってしまうばかりか、フィルタの外形が大きく
なるので好ましくない)。
【0026】これらのフィルタは次のようにして作られ
る。フィルタ・パ−ツは、先に述べた各種材料から先ず
押し出し成形によって、所望する形状の成形体が作られ
る。その後、前記の成形体を、セルを交互に封止した後
乾燥し、次いで不活性ガス雰囲気下約2200℃(炭化
珪素の場合)又は酸化雰囲気下約1200℃(ムライト
・コ−ジエライトの場合)で焼成する(燒結体が得られ
る)。
【0027】次に、パ−ツ支持材(5)を被着させる訳
であるが、先に述べた各種ファイバの単味又は混合物の
水スラリ(スラリ濃度:1wt%)にポリアクリロニト
リルやラテックスのような有機質のバインダ(対ファイ
バにて約2wt%)及びアルミナゾルのような接着材
(対ファイバにて約4wt%)をそれぞれ加えた懸濁液
に更に硫酸バンド水溶液(対ファイバにて約5wt%)
を添加して該ファイバを凝集させ、その凝集物の懸濁液
中に前記の焼結体(予め、被着させる部分以外の部分を
ラッピングしておく)を浸漬、次いで該焼結体の一方の
端面から300mmHg程度の圧力にて吸引・脱水(該
燒結体は連続気孔を有する多孔質体なので該懸濁液が該
焼結体のラッピングが施されていない部位を通して吸引
されるので、必然的に該凝集物が該焼結体のラッピング
が施されていない部位に積層される。この際、該懸濁液
が凝集していないと、該ファイバがセルの壁部に入り込
んでしまいフィルタの機能を害することになる。尚、封
口されていないセルの口部にラッピングを施さないこと
によって同時にセル壁面への前記無機質の耐熱繊維層も
また積層されることになる)し、最後に80〜100℃
で該焼結体を乾燥させる。
【0028】次いで、前記のフィルタ・パ−ツを所定の
形状に組み上げて集合体とし、更に該集合体の周面にパ
−ツ支持材(5)と同様の方法にて製造された弾性支持
材(6)を被着せしめ、最後にその周面を熱収縮性を有
する薄肉プラスチック・フィルムで被覆し、熱を加えて
該弾性支持材を圧縮する。
【0029】
【作用】次に、図1に例示する本発明の装置を基に、本
発明の装置の作用について説明する。
【0030】図1に矢印で示すように、内燃機関(E)
の排気ガスがフィルタ(3)に導入されると、該ガス
は、ガス流入側が封口されていないセルに流入し、耐熱
繊維層(この層の積層処理を施した場合)、セルの間壁
部を通って、ガス流出側が封口されていない隣接するセ
ルに抜ける際に、耐熱繊維層及びセルの間壁部にてガス
中のパ−ティキュレ−トが濾過・捕捉され、そして、浄
化された排気ガスがフィルタ(3)から排出される。
尚、前記の耐熱繊維層におけるパ−ティキュレ−トの捕
捉(この層の積層処理を施した場合)は、該層全体にて
行なわれる(全層濾過)。
【0031】パ−ティキュレ−トの捕捉が進行し、フィ
ルタ(3)での圧損が所定の値に達すると、該フィルタ
は再生処理を施される。軽油バ−ナ(7a)にてフィル
タ(3)を加熱し、ヒーター近傍の該フィルタの温度が
所定温度(300〜800℃)に達した時、ケーシング
(2)に燃焼促進用の二次エアの供給を開始し、該フィ
ルタ内に捕捉されたパ−ティキュレ−トを燃焼・除去
し、該フィルタ前流部の温度が急激に低下した時点をも
って再生を終了する。
【0032】
【実施例】次に、本発明を例示する実施例について説明
する。
【0033】(実施例1)炭化珪素焼結体からなる外
寸:30mm角、長さ:150mmのハニカム構造のフ
ィルタ・パ−ツ(詳細諸元は下記の通り)を製作した。 (1)隣接するセルの間壁部の厚み:0.43mm (2)セル数:170個/平方インチ (3)気孔率:50% (4)平均気孔径:14μm (5)荷重軟化温度:1400℃ (6)1200℃における曲げ強度比(対常温):90
% (7)熱膨張係数:4.0×10-6/℃ (8)熱伝導率:0.1cal/cm・sec・℃
【0034】更に、該フィルタ・パ−ツの周面の前後両
端面近傍領域に径:1〜3μm、長さ:100〜300
00μmのアルミナ−シリカ・ファイバ(組成:アルミ
ナ:45%,シリカ55%)を被着せしめた(詳細諸元
は、下記)。 (1)厚さ:1mm (2)密度: 0.3g/cm3 (3)耐熱温度:1400℃ (4)熱伝導率:0.08cal/cm・sec・℃
【0035】上記のアルミナ−シリカ・ファイバを被着
せしめたフィルタ・パ−ツを7本×7本、計49本を集
合(集合体の断面形状:正方形)した上、該集合体の周
面の前後両端面近傍領域にアルミナ−シリカ・ファイバ
50部と、加熱膨張性黒曜石と真じゅ岩と有機発泡物質
50部と、からなる弾性支持材を被着せしめた(詳細諸
元は、下記)。 (1)厚さ:5mm (2)密度:0.6g/cm3 (3)加熱膨張率:150%(600℃)
【0036】このようにして得られたセラミック・フィ
ルタは、エンジン排気量12リッタ−に対応する容量で
ある。
【0037】又、再生用加熱源として、10000Kc
al/hrの軽油バ−ナ−を使用した。
【0038】図1に示すように、上記諸元の排気ガス浄
化装置(1)をディ−ゼルエンジン(E)に接続し、該
エンジンを作動させ、排気ガスをフィルタ(3)に導入
した。排気ガスの導入中、排気管路(Ea)内の圧力を
圧力センサ(Ps)及び圧電変換素子(Pe)を介して
監視・制御装置(C)によって監視した。エンジン負荷
は、アイドリング・モ−ド(エンジンの回転数:700
rpm)とアクセル全開モ−ド(エンジンの回転数:2
200rpm)とを5秒間隔で繰り返すパタ−ンとし
た。
【0039】排気ガス中のパ−ティキュレ−トを20g
/m2 捕集した時点で、前記の監視・制御装置(C)に
よってバ−ナ(7a)を起動し、位置(P1 )の温度
(T1)が約750℃に達した時点でコンプレッサ(C
o)を動作させ、エア供給管(Ca)からフィルタ
(3)に二次エアを50 l/minの割合で供給し、フ
ィルタ(3)のガス流入側端部(P2 )の温度(T2
が急激に降下する時点にてバ−ナ(7a)への燃料供給
を停止し、再生を終了した。
【0040】この一連の操作を100回繰り返したが、
熱衝撃にてセラミック・フィルタは破損することがなか
った。
【0041】(実施例2)実施例1の排気ガス浄化装置
に補助フィルタを付加したシステムを構成し、実施例1
と同様のパタ−ンにて排気ガスの浄化操作及びセラミッ
ク・フィルタの再生操作を行なった。尚、補助フィルタ
(8)は、繊維状のセラミック板(使用ファイバのその
ものの物性は、パ−ツ支持材のそれに同じ。密度:0.
2g/cm3 。貫通孔の孔径:10mm。板の厚み:1
0mm)をフルフロ−型のハニカム状セラミック・フィ
ルタ(セル数が100個/平方インチであること及び厚
みが15mmであること以外パ−ティキュレ−ト捕集用
のフィルタと同一諸元である)にて挟み込んだものであ
る(断面の形状及び寸法:パ−ティキュレ−ト捕集用の
フィルタと同形・同寸。設置位置:その後端面が、パ−
ティキュレ−ト捕集用のフィルタの前端面から10mm
離隔された位置)。
【0042】この一連の操作を100回繰り返したが、
熱衝撃にてセラミック・フィルタは破損することがなか
った。尚、セラミック・フィルタの中心部と外周部との
温度差は、50℃以内であった。
【0043】(比較例1)断面形状が1/6円のフィル
タ・パ−ツを用い(フィルタ・パ−ツの材料諸元は実施
例1と同様。組み上がったセラミック・フィルタの大き
さは、径が240mm、長さが150mmの円柱であ
る)、隣接するフィルタ・パ−ツの分割面間にバ−ミキ
ュライト、蛭石等の「加熱膨張剤」と、アルミナ、シリ
カ等の「アルミナ−シリカ・ファイバ」と、「有機結合
剤」と、からなる「加熱膨張性セラミック材料」を介装
し、更にケ−シングとセラミック・フィルタとの間に
は、ワイヤメッシュを充填したものを製作し、実施例1
と同様の排気ガス浄化操作及びセラミック・フィルタの
再生操作を行なった。尚、加熱膨張性セラミック材料の
詳細諸元は、下記の通りである。 (1)厚み:2mm (2)密度:0.6g/cm3 (3)加熱膨張率:150% (4)熱伝導率:0.007cal/cm・sec・℃
【0044】1回目の操作で、フィルタ・パ−ツの中心
部にクラックが生じた。また中心部と外周部との温度差
は、350℃と極めて大きいものであった。
【0045】
【発明の効果】上述の通り、本発明の装置によれば、繰
り返しパ−ティキュレ−トの捕集と再生を繰り返しても
熱衝撃にてセラミック・フィルタが破損することがない
ので移動式の内燃機関、例えば、ディ−ゼル車両の排ガ
ス浄化装置として実用性に富むものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の装置の一態様をそれを用いたシステム
とともに例示する部分断面図。
【図2】本発明のセラミック・フィルタのフィルタ・パ
−ツの集合態様を摸式的に例示する断面図。
【図3】本発明のセラミック・フィルタの別のフィルタ
・パ−ツの集合態様を摸式的に例示する断面図。
【図4】本発明のセラミック・フィルタの更に別のフィ
ルタ・パ−ツの集合態様を摸式的に例示する断面図。
【図5】本発明のセラミック・フィルタの上記のものと
は異なるフィルタ・パ−ツの集合態様を摸式的に例示す
る断面図。
【図6】補助フィルタを排気ガス流入側に配設した本発
明の装置の一態様をそれを用いたシステムとともに例示
する部分断面図。
【図7】補助フィルタの一態様を例示する拡大断面図。
【図8】図7に示す補助フィルタのC−C断面図
【図9】図7に示す補助フィルタのD−D断面図
【図10】図2に示すフィルタ・パ−ツ集合体の丸マ−
ク部の拡大断面図(図1のA−A線で切断)
【図11】図2に示すフィルタ・パ−ツ集合体の丸マ−
ク部の拡大断面図(図1のB−B線で切断)
【図12】セラミック・フィルタのセル構造を説明する
ための断面図
【符号の説明】
1・・・・・・排気ガス浄化装置、 2・・・・・・ケーシング、3・・
・・・・セラミック・フィルタ、4・・・・・・フィルタ・パ−
ツ、5・・・・・・パ−ツ支持材、6・・・・・・弾性支持材7a・・
・・・・軽油バ−ナ、8・・・・・・補助フィルタ、10・・・・・・セ
ル、11・・・・・・間壁部、11a,11b・・・・・・壁面、1
2・・・・・・封止部

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内燃機関(E)の排気側に連通するケー
    シング(2)と、該ケーシング内に配されたハニカム構
    造の多孔質セラミック・フィルタ(3)と、からなる排
    気ガス浄化装置(1)において、該フィルタが、ガスの
    流れ方向に平行に伸びる軸線を有する複数の角柱状のフ
    ィルタ・パ−ツ(4)の集合体からなり、各フィルタ・
    パ−ツの周面の少なくとも前後両端面近傍領域にパ−ツ
    支持材(5)を、該フィルタ・パ−ツの集合体の周面の
    少なくとも前後両端面近傍領域にアルミナ−シリカ・フ
    ァイバと発ガス成分からなる弾性支持材(6)を、夫々
    被着してなることを特徴とする装置。
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