JP2001000839A

JP2001000839A - 排気ガス浄化装置

Info

Publication number: JP2001000839A
Application number: JP11172863A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Kojima; 正明小島
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-06-18
Filing date: 1999-06-18
Publication date: 2001-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】再生時間を短くすることができ、再生率も高
くすることができ、また、排気ガス処理時にハニカムフ
ィルタの温度の低下を防止し、ハニカムフィルタの一部
に局部的に再生時のパティキュレートの燃焼残りが残留
するのを防止することができ、再生までの時間を延長す
ることができる排気ガス浄化装置を提供する。【解決手段】多数の貫通孔が長手方向に並設され、前
記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように
構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄
化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続
された本体容器内に設置された排気ガス浄化装置であっ
て、前記内燃機関より排出された排気ガスは、前記ハニ
カムフィルタの内部及び出口側の端面の周囲に形成され
た空隙を流れた後、前記ハニカムフィルタ側面の周囲に
形成された空隙を、前記ハニカムフィルタ内部のガス方
向とは逆方向に流れ、その後、外部に排出されるように
構成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディーゼルエンジ
ン等の内燃機関から排出される排気ガス中のパティキュ
レート等を除去する排気ガス浄化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バス、トラック等の車両や建設機械等の
内燃機関から排出される排気ガス中に含有されるパティ
キュレートが環境や人体に害を及ぼすことが最近問題と
なっている。この排気ガスを多孔質セラミックを通過さ
せ、排気ガス中のパティキュレートを捕集して、排気ガ
スを浄化することができるセラミックフィルタとして、
コージェライトや炭化ケイ素多孔質体からなるセラミッ
クフィルタが提案されている。

【０００３】これらのなかで、炭化ケイ素多孔質体から
なるハニカムフィルタ１２は、通常、図３に示すような
多孔質セラミック部材３０が複数個結束され、その周囲
に断熱マット４３が形成されてハニカムフィルタを構成
している。また、この多孔質セラミック部材３０は、図
４に示すように、長手方向に多数の貫通孔３１が並設さ
れ、貫通孔３１同士を隔てる隔壁３３がフィルタとして
機能するようになっている。すなわち、多孔質セラミッ
ク部材３０に形成された貫通孔３１は、図４（ｂ）に示
すように、排気ガスの入り口側又は出口側の端部のいず
れかが充填材３２により目封じされ、一の貫通孔３１に
流入した排気ガスは、必ず貫通孔３１を隔てる隔壁３３
を通過した後、他の貫通孔３１から流出されるようにな
っている。

【０００４】排気ガス浄化装置では、このような構成の
ハニカムフィルタが内燃機関の排気通路に設置され、内
燃機関より排出された排気ガス中のパティキュレート
は、このハニカムフィルタを通過する際に隔壁３３によ
り捕捉され、排気ガスが浄化される。

【０００５】図５は、従来の排気ガス浄化装置を模式的
に示した断面図である。この排気ガス浄化装置４０で
は、内燃機関からの排気ガスが導入される導入管４６が
装置本体４１の一端部に接続されるとともに、他端部に
は、ハニカムフィルタ１２を通過した排気ガスを外部に
排出する排出管４７が設けられている。また、装置本体
４１の内部には、ハニカムフィルタ１２が断熱マット４
３を介して設置されている。さらに、ハニカムフィルタ
１２に対して排気ガス導入側となる部分には、ハニカム
フィルタ１２に蓄積したパティキュレートを燃焼させる
ための電気ヒータ４４が設置されるとともに、温度セン
サ４５がハニカムフィルタ１２に接するように設置され
ており、燃焼を行う際に、空気等を送り込むための配管
４８が接続されている。

【０００６】排気ガスは、導入管４６から装置本体４１
の内部に入り、ハニカムフィルタ１２を通過して、パテ
ィキュレートが隔壁３３に捕捉され、排出管４７から排
出される。そして、パティキュレートの蓄積量が多くな
り、ハニカムフィルタ１２の圧損等が大きくなると、再
生処理が行われる。

【０００７】この排気ガス浄化装置４０では、ハニカム
フィルタ１２が断熱マット４３を介して装置本体４１に
設置されているが、断熱マット４３は通常薄く、断熱性
能も余り高くないため、寒冷地において外気温の影響を
受けやすく、そのためにハニカムフィルタ１２の温度上
昇が妨げられたり、再生に要する時間が長くかかった。
また、再生時に温度の低い周辺部分では、燃え残りのパ
ティキュレートが残留しやすく、圧損上昇が大きくな
り、その結果、再生が必要となるまでの時間が短かっ
た。

【０００８】特に、自動車等の走行する車両にこの排気
ガス浄化装置４０を搭載した場合には、走行時の空気冷
却や雨天時の水のはね上げにより装置本体が冷却される
ため、ハニカムフィルタ１２の温度が低下しやすかっ
た。

【０００９】また、パティキュレートが蓄積した後、再
生処理を行う場合に、排気ガスの温度を高める操作を行
っても、ハニカムフィルタ１２の温度をパティキュレー
トの燃焼が可能な程度まで高めることは困難であった。

【００１０】このため、この排気ガス浄化装置４０で
は、再生処理を行う際、電気ヒータ４４を用い、配管４
８から導入した空気を、この電気ヒータ４４で加熱して
６００℃以上とし、パティキュレートを燃焼させること
により消失させ、ハニカムフィルタ１２を再生してい
た。なお、電気ヒータ４４の電力は、温度センサ４５で
ハニカムフィルタ１２に入る空気の温度を測定すること
により、制御していた。また、ハニカムフィルタ１２の
導入管４６側には、背圧センサを設置し、圧力損失を測
定していた。

【００１１】しかし、内部温度（６００℃）と外部温度
では、温度差が大きく、熱が外部に奪われ、効率が悪か
った。

【００１２】そこで、ハニカムフィルタ１２と装置本体
４１との間に、断熱マット４３に加えて、空気による断
熱層を形成することにより、ハニカムフィルタ１２の冷
却を防止する方法もとられていた。

【００１３】図６は、空気による断熱層が形成された排
気ガス浄化装置を模式的に示した断面図である。この排
気ガス浄化装置５０では、図５に示した装置と同様に、
排気ガスを導入する導入管５６が装置本体５１の一端部
に接続されるとともに、他端部に排出管５７が設けられ
ている。そして、装置本体５１の内部には、断熱マット
４３が形成されたハニカムフィルタ１２を長さ方向の前
部周囲で支持する支持部材５３が設けられ、この支持部
材５３によりハニカムフィルタ１２が支持されている。
また、ハニカムフィルタ１２に対して排気ガス導入側と
なる部分には、電気ヒータ４４及び温度センサ４５が設
置されており、さらに、再生時に空気等を送り込むため
の配管５８が接続されている。

【００１４】この排気ガス浄化装置５０では、断熱マッ
ト４３に加え、断熱空気層により保温を行っているの
で、断熱マット４３だけを設けた場合よりも、ハニカム
フィルタ１２は冷却されにくいが、それでも、外部要因
（雨、風）の影響があり、再生を行う場合には、ヒー
タ、フィルタの昇温に時間がかかり、また、フィルタ部
の保温は比較的よいが、ヒータ部の熱エネルギーロスも
あり、効率が悪いため、ヒータ容量を大きくするか、再
生時間を長くする必要があった。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題を解決するためになされたもので、電気容量の限られ
た用途（車両）でも、短時間で効率よく再生することが
でき、パティキュレートの再生時の局部的な燃焼残りの
残留を防止するとともに、排気ガス処理時にハニカムフ
ィルタの温度低下を防止することができる排気ガス浄化
装置を提供することを目的とするものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明の排気ガス浄化装
置は、多数の貫通孔が長手方向に並設され、上記貫通孔
を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように構成され
た多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄化用のハ
ニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続された本
体容器内に設置された排気ガス浄化装置であって、上記
内燃機関より排出された排気ガスは、上記ハニカムフィ
ルタの内部及び出口側の端面の周囲に形成された空隙を
流れた後、上記ハニカムフィルタ側面の周囲に形成され
た空隙を、上記ハニカムフィルタ内部のガス方向とは逆
方向に流れ、その後、外部に排出されるように構成され
ていることを特徴とするものである。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の排気ガス浄化装置
の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

【００１８】図１は、本発明の排気ガス浄化装置の一実
施形態を示した分解斜視図であり、図２は、その縦断面
図である。図１に示したように、本発明の排気ガス浄化
装置１０は、排気ガスを多孔質炭化珪素焼結体よりなる
排気ガス浄化用のハニカムフィルタ１２へ導く導入通路
１３とハニカムフィルタ通過後の排気ガスを排出する排
出通路１４とを有し、導入通路１３と排気通路１４とが
隔壁１５により分離されているインレットユニット１１
と、ハニカムフィルタ１２、及び、ハニカムフィルタ１
２端部の周囲を支持するとともに、ハニカムフィルタ１
２を通過した後、ハニカムフィルタ１２側面の周囲を流
れてきたガスを排気通路１４に導くための貫通孔２１ｂ
が複数形成されたフランジ部２１からなるフィルタユニ
ット２０と、排気ガス導入側の端面を除き、ハニカムフ
ィルタ１２を一定の空隙を保って覆うように形成された
アウトレットユニット２５とからなる。

【００１９】また、インレットユニット１１及びアウト
レットユニット２５とも、フランジ１６、２６を備えて
おり、図２に示したように、フィルタユニット２０のフ
ランジ部２１を中に挟んで、インレットユニット１１の
フランジ１６とアウトレットユニット２５のフランジ２
６とを左右から重ね、ボルト２２等で締めつけることに
より、排気ガス浄化装置１０を組み立てることができ
る。なお、図１及び図２には示していないが、この排気
ガス浄化装置は、電気ヒータを備えている。また、各ユ
ニットのフランジを重ね合わせる際には、各フランジの
間にガスケット（図示せず）を挿入する。このガスケッ
トには、フランジに形成された貫通孔と同じ場所に貫通
孔が形成されている。

【００２０】このように構成された排気ガス浄化装置１
０を排気ガスの排出管に接続し、排気ガスを流すと、図
２に示したように、排気ガスは、まず、インレットユニ
ット１１の導入通路１３に入った後、ハニカムフィルタ
１２に導かれ、ハニカムフィルタ１２の隔壁を通過する
ことにより、パティキュレートが隔壁３３に捕捉され
る。

【００２１】アウトレットユニット２５には、排気ガス
の出口は設けられていないので、隔壁を通過した排気ガ
スは、ハニカムフィルタ１１の側面の方に流れていった
後、ハニカムフィルタ１１側面の周囲の空隙を隔壁３３
を通過したガスの方向とは逆の方向に流れる。その後、
排気ガスは、フランジ部分の貫通孔１６ｂ、２１ｂに流
れ込み、排出通路１４を通って外部に排出され、排気ガ
スが浄化されることになる。

【００２２】ハニカムフィルタ１２としては、従来から
使用されているものを使用することができ、インレット
ユニット１１やアウトレットユニット２５の構成材料
も、従来の排気ガス浄化装置において、装置本体４１、
５１に使用されている材料と同様のステンレス等を使用
することができる。上記ガスケットの材質としては、例
えば、グラファイト、メタルガスケット等が挙げられ
る。

【００２３】本発明の排気ガス浄化装置１０は、上記の
ように構成されているので、エンジンの作動時には、ハ
ニカムフィルタ１２の両端面及び側面の周囲（すなわ
ち、ハニカムフィルタ１２の全周囲）は、排気ガスによ
り常に保温された状態となっている。

【００２４】従って、本発明の排気ガス浄化装置１０
は、寒冷地等においても余り外気温の影響を受けず、走
行時の水のはね上げ等によっても、ハニカムフィルタ１
２の温度は殆ど変化せず、ハニカムフィルタ１２を高く
一定した温度に保つことができ、一定した温度に保つこ
とにより、フィルタの破損防止となる。また、圧損の精
度が向上する。再生処理においても、熱効率が良く、再
生時間の短縮が図れ、再生率も向上し、圧損等が大きく
なるまでの時間（再生が必要となるまでの時間）を延長
することができる。すなわち、再生後のすす捕集量が増
大する。

【００２５】本発明の排気ガス浄化装置は、上記のよう
に、パティキュレートを燃焼させるための電気ヒータを
備えており、ハニカムフィルタ１２に入る排気ガスの温
度を効率よく、短時間で上昇させることができ、排気ガ
ス１２の温度を充分に高くすることができるので、短時
間で再生処理を行うことが可能である。

【００２６】また、本発明の排気ガス浄化装置は、電気
ヒータを備えていなくてもよく、ハニカムフィルタ１２
の保温性に優れるため、再生処理を行う場合に、排気ガ
スの温度を高める操作を行うことにより、ハニカムフィ
ルタ１２を通過する排気ガスの温度を充分に高くするこ
とができ、高温にした排気ガスにより、パティキュレー
トを燃焼させ、再生させる方式も有効である。

【００２７】本発明の排気ガス浄化装置においては、ハ
ニカムフィルタ１２の温度を測定するための温度センサ
を備えていてもよく、ハニカムフィルタ１２の圧力損失
を測定するための背圧センサ等を備えるとともに、背圧
が所定の値より上昇した際に、再生処理を行う必要があ
ることを表示する装置等を備えていてもよい。

【００２８】また、本発明においては、車両に図１に示
した排気ガス浄化装置１０が２台以上並設されたもので
あってもよい。この場合には、排気ガスの配管に２つの
排気ガス浄化装置１０を接続し、切替え弁等を用いて、
どちらか一方を使用し、その間に他の一方を再生する。

【００２９】さらに、本発明の排気ガス浄化装置中にＮ
ｏｘやＳｏｘ等の有害ガスを除去するための触媒層を付
設し、有害ガスの除去とパティキュレートの除去の両方
を行うことができるようにしてもよい。また、本発明で
は、再生時に、排気ガスを助燃用気体とすることができ
る。また、別に、ポンプを用いて再生処理を行う場合に
は、上記ポンプを用いて空気をフィルタ内に送り込むこ
とにより、再生処理を行うことができる。

【００３０】

【実施例】以下に実施例を掲げて本発明を更に詳しく説
明するが、本発明はこれら実施例のみに限定されるもの
ではない。

【００３１】実施例１炭化珪素粉末に有機バインダー、水等を加えて混練した
後、押し出し成形を行い、ハニカム形状の生成形体を作
製し、続いて、乾燥、脱脂、焼成を行うことにより、図
４に示すような平均気孔径が５〜２０μｍで、１平方イ
ンチ当たりのセル数が２００個で、隔壁の厚さが０．３
ｍｍの炭化珪素焼結体からなる多孔質セラミック部材３
０を作製した。

【００３２】次に、この多孔質セラミック部材３０を、
セラミックファイバー等の無機繊維や炭化珪素等の無機
粒子等を含む耐熱性の接着剤を用いて多数結束させ、続
いて、ダイヤモンドカッターを用いて切断することによ
り、図３に示したような直径が１６５ｍｍでその長さが
１５０ｍｍのハニカムフィルタ１２を作製し、外周部
に、耐熱性の接着剤と同様の組成の断熱マット４３の層
を形成した。なお、断熱マット層４３の厚さは、１３ｍ
ｍであった。

【００３３】上記方法により製造したハニカムフィルタ
１２を用いて図１及び２に示したような排気ガス浄化装
置１０を作製し、フォークリフトに取り付けた。なお、
この排気ガス浄化装置１０には、温度サンセと背圧セン
サを設けた。次に、このフォークリフトを無負荷状態
で、エンジンを最高の回転数にして８時間運転し、背圧
センサにより背圧を測定したところ、４０ｋＰａの値を
示した。このとき、ハニカムフィルタ１２には、パティ
キュレートが６５ｇ堆積していた。

【００３４】そこで、電気ヒータに通電し、エアーポン
プを駆動させ、再生処理を行うことにより、パティキュ
レートの燃焼操作を行ったところ、４０分間でスス等の
パティキュレートを１００％完全に燃焼させることがで
き、背圧も初期の値である５ｋＰａに戻っていた。な
お、温度センサにより、再生時のハニカムフィルタ１２
の温度を測定したところ、９００℃であった。また、ハ
ニカムフィルタ１２を点検したところ、クラックや破損
等は全く観察されなかった。

【００３５】比較例１実施例１と同様にして、ハニカムフィルタ１２を作製し
た。次に、製造したハニカムフィルタ１２を用いて図５
と同様に構成された排気ガス浄化装置４０を作製し、こ
れをフォークリフトに取り付けた。さらに、定量ポンプ
等を取り付けることにより、このフォークリフトに再生
システムを設けた。

【００３６】次に、このフォークリフトを無負荷状態
で、エンジンを最高の回転数にして８時間運転し、背圧
センサ１４により背圧を測定したところ、４０ｋＰａの
値を示した。このとき、ハニカムフィルタ１２には、パ
ティキュレートが６５ｇ堆積していた。

【００３７】そこで、ヒータ４４に電圧を印加して、ヒ
ータ４４の温度を８００℃に設定し、定量ポンプを用い
て４０リットル／分の流量で４５分間エアーを流すこと
により、スス等のパティキュレートを燃焼させたが、わ
ずかに燃え残りがあり、パティキュレートの燃焼率は、
９０％であった。この再生操作の後、背圧は初期の値で
ある５ｋＰａに戻っていた。しかし、その後、この状態
で、再度、フォークリフトを無負荷状態にしてエンジン
を最高の回転数にして８時間運転し、背圧センサーによ
り背圧を測定したところ、４５ｋＰａの値を示してい
た。

【００３８】

【発明の効果】本発明の排気ガス浄化装置は、上述の通
りであるので、再生時間を短くすることができ、再生率
も高くすることができる。また、排気ガス処理時にハニ
カムフィルタの温度の低下を防止し、ハニカムフィルタ
の一部に局部的に再生時のパティキュレートの燃焼残り
が残留するのを防止することができ、また、再生までの
時間を延長することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の排気ガス浄化装置の一実施形態を模式
的に示した分解斜視図である。

【図２】図１に示した排気ガス浄化装置の縦断面図であ
る。

【図３】本発明の排気ガス浄化装置に用いるハニカムフ
ィルタを模式的に示した斜視図である。

【図４】（ａ）は、図３に示したハニカムフィルタに用
いる多孔質セラミック部材を模式的に示した斜視図であ
り、（ｂ）は、その縦断面図である。

【図５】従来の排気ガス浄化装置の一例を模式的に示し
た断面図である。

【図６】従来の排気ガス浄化装置の別の一例を模式的に
示した断面図である。

【符号の説明】

１０排気ガス浄化装置１１インレットユニット１２ハニカムフィルタ１３導入通路１４排気通路１５隔壁１６ｂ、２１ｂ貫通孔２０フィルムユニット２１フランジ部２５アウトレットユニット３０多孔質セラミック部材３１貫通孔３２隔壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3G090 AA02 AA04 BA01 BA04 CB18 EA02 4D048 AA14 AA18 AB01 BA06X BA45X BB01 BB02 BB08 BB12 CC21 CC52 EA04 4G069 AA01 AA10 AA11 BA13B BB15B BD05B CA02 CA03 CA18 EA18 EA19 EA25 EA27 EA28 EB10 EB12Y EB14Y EB15Y EC17Y EE03 EE07 GA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】多数の貫通孔が長手方向に並設され、前
記貫通孔を隔てる隔壁がフィルタとして機能するように
構成された多孔質セラミック焼結体からなる排気ガス浄
化用のハニカムフィルタが、内燃機関の排気通路に接続
された本体容器内に設置された排気ガス浄化装置であっ
て、前記内燃機関より排出された排気ガスは、前記ハニ
カムフィルタの内部及び出口側の端面の周囲に形成され
た空隙を流れた後、前記ハニカムフィルタ側面の周囲に
形成された空隙を、前記ハニカムフィルタ内部のガス方
向とは逆方向に流れ、その後、外部に排出されるように
構成されていることを特徴とする排気ガス浄化装置。
【請求項２】排気ガスをハニカムフィルタへ導く導入
通路と前記ハニカムフィルタ通過後の排気ガスを排出す
る排出通路とを有し、前記導入通路と前記排気通路とが
隔壁により分離されているインレットユニットと、前記
ハニカムフィルタ、及び、前記ハニカムフィルタ端部の
周囲を支持するとともに、前記ハニカムフィルタを通過
した後、前記ハニカムフィルタの側面の周囲を流れてき
たガスを排気通路に導くための貫通孔が複数形成された
フランジ部からなるフィルタユニットと、排気ガス導入
側の端面を除き、前記ハニカムフィルタを一定の空隙を
保って覆うように形成されたアウトレットユニットとか
らなることを特徴とする請求項１記載の排気ガス浄化装
置。