JPH02173310A - 排ガス中の粒子除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は排ガス中の粒子除去装置に係り、特にディーゼ
ル機関から排出される排ガス中に含まれる炭素粒子等の
未燃粒子を効率よく捕集するとともに、捕集した未燃粒
子を燃焼消失させて粒子捕集機能を再生することができ
るフィルタ式の排ガス中の粒子除去装置に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

ディーゼル機関から排出される排気ガス等の燃焼排ガス
に含まれる未燃粒子を捕集、除去する排ガス中の粒子除
去装置に使用されるフィルタには粒子捕集性、通気性お
よび耐熱性が要求され、般に多孔質構造のセラミックス
製フオームフィルタや多孔質構造のセラミックスハニカ
ムフィルタが用いられる。しかし、フィルタを用いた粒
子除去装置では、長時間の使用により捕集粒子量が増加
して目詰まりが生じ、フィルタの通気性が低下する原因
となっている。

そこで正常な通気性を維持しつつ、効率よく未燃粒子を
除去するために、フィルタに捕集された粒子を連続的ま
たは断続的に燃焼消失さ・Ｕてフィルタ機能を再生する
工夫がなされている。このようなフィルタ機能を再生す
る徘ガス中の粒子除去装置としては、フィルタの」二液
側端部にヒータニレメン１−を設け、該ヒータエレメン
ト近傍の捕集粒子を着火燃焼させることにより、捕集粒
子の自己火炎伝播によって全捕集粒子をフィルタの上流
側から下流側へと燃焼消失させるものが知られ”ζいる
。

第６図は、従来の排ガス中の粒子除去装置の断面図であ
る。この装置は、筒状ケーシング１１と、該筒状ケーシ
ング１１の排気カス入口１２側に設けられたヒータニレ
メンｌ−１４と、該ヒータエレメント１４の後流に順次
設けられた多孔質フオームフィルタＩ５およびハニカム
フィルタ１６とから主として構成されている。１３は排
気ガス出口である。排気ガス人口１２から導入された排
ガスは、ヒータエレメント１４に接触して昇温された後
、多孔質フオームフィルタ１５およびハニカムフィルタ
１６を通過して未燃粒子が除去される。

多孔質フオームフィルタ１５またはハニカムフィルタ１
６に捕集された未燃粒子は、ヒータエレメント１４によ
り加熱されて燃焼、消失し、フィルタ機能が再生される
。

〔発明が解決しようとする課題］ 」二記した排ガス中の粒子除去装置は、ヒータニレメン
ｊ・の近傍に多くの粒子を捕集してフィルタ再生時の捕
集粒子への着火を安定させるために、粒子捕集率の高い
多孔質フオームフィルタをヒータエレメントに近接して
配置し、その後流にハニカムフィルタを配置させたもの
である。しかしながら、排ガス中の未燃粒子がフィルタ
のどの部分で捕集されるかは、フィルタの口径、捕集粒
子の径、フィルタ内を流れる排ガスの流速等によって決
まり、未燃粒子は必ずしも多孔質フオームフィルタのヒ
ータエレメントの近傍に捕集されるものではなく、後流
のハニカムフィルタにも捕集される。

一方、ヒータエレメントにより着火された未燃粒子の燃
焼による火炎伝播は、フィルタ内を完全に下流側端部ま
で進むことは困難であり、上記従来技術では燃焼ガス温
度の低下により途中で失火し易く、フィルタの下流側端
部の捕集粒子が焼失されずに残り、目詰まりが発生し易
いという欠点がある。また捕集粒子の着火燃焼温度は、
フィルタの構造よりも粒子自体の性状に大きく依存する
ものであるが、後流部に捕集された粒子までも完全に燃
焼消失させようとすると、ヒータエレメントの発熱量を
必要以上に大きくしなければならず、消費電力が大幅に
増大するという欠点がある。

本発明の目的は、上記従来技術の問題点を解決し、排ガ
ス中の未燃粒子を効率よく捕集し、この捕集粒子を少な
い消費電力で、しかも低温燃焼させることによりフィル
タ機能を再生することができる排ガス中の粒子除去装置
を提供することにある。

（課題を解決するための手段〕 」二記目的を達成するため本発明は、排ガスの入口およ
び出口を有する筒状容器と、該筒状容器内の排ガス入口
側に設けられたセラミックヒータと、該セラミックヒー
タの後流に配置された多孔質フオームフィルタおよび触
媒担持フィルタを有することを特徴とする。

すなわち、本発明は、排ガス流れ方向断面の全面にほぼ
均一に発熱体を有するヒータエレメントを筒状容器の排
ガス入口側に配置し、該ヒータエレメントの後流に隣接
して多孔質セラミックフオームフィルタおよび触媒担持
フィルタを配置し、前記ヒータエレメントの熱を均一伝
播させて捕集粒子を燃焼させるとともに、触媒担持フィ
ルタの触媒作用により低温、かつ完全燃焼を図り、フィ
ルタ機能の再生効率を向」ニさせるものである。

〔作用］ 粒子除去装置のフィルタの前流にセラミックヒータを配
置し、該セラミックヒータに隣接して多孔質フオームフ
ィルタおよび触媒担持フィルタを設けたことにより、前
記セラミックヒータの熱が直接多孔質フィルタに伝導さ
れ、多孔質フメームフィルタの排ガスの流れ方向に直交
する断面が均一に加熱され、該多孔質フオームフィルタ
に捕集された粒子が均一に着火燃焼する。この燃焼帯は
順次下流へ移動し、これに伴ってその温度は低下するが
、触媒担持フィルタに担持された酸化触媒により、捕集
粒子の燃焼が促進されるので、失火することなく全ての
捕集粒子が比較的低温で燃焼除去されフィルタ機能が再
生される。

本発明のセラミックヒータとしては、昇温によるヒータ
発熱体の漏電量の増大に対しても、完全に絶縁できるセ
ラミック材質の保護管を有するヒータまたはセラミック
コーティングヒータが用いられるが、セラミック中にヒ
ータを埋め込んだコーティング層の厚いセラミックヒー
タが最も好ましい。なお、発熱体としてはタングステン
またはモリブデン等の抵抗発熱線材が用いられる。

本発明においてセラミックヒータは、主としてヒータ熱
の均−伝播器として機能し、粒子捕集容量や粒子捕集容
量はあまり問われないので、そのセラミックスの口径は
後流の多孔質フオームフィルタや触媒担持フィルタのそ
れより大きくてよく、その厚さは発熱体を被覆するに充
分であればよい。

多孔質フオームフィルタは、耐熱性多孔質三次元網目構
造を有するセラミックスからなるもので、前記セラミッ
クヒータよりもその厚さが厚く、充分な粒子捕集容量を
有し、かつ高い粒子捕集率を有する。

触媒担持フィルタは、耐熱性多孔質三次元網目構造のセ
ラミックスに触媒成分を担持させたもので、充分な粒子
捕集容量を有し高い粒子捕集率を有するとともに、捕集
粒子の低温燃焼を可能とするものである。すなわち、火
炎が伝播することにより排ガス温度が徐々に低下しても
、触媒作用により捕集粒子の燃焼を持続させ、全ての捕
集粒子を燃焼消失させるものである。

触媒担持フィルタに担持される触媒成分としては、主と
して酸化作用を有する貴金属があげられ、白金、パラジ
ウム、銅、コバルト、鉄、ニッケル、マンガン、セリウ
ム等の１種または２種以上が用いられる。

多孔質フオームフィルタと触媒担持フィルタの口径は同
一でもよいが、触媒担持フィルタは、触媒の担持により
その口径が若干狭くなるので、予め若干大きめの口径を
有するセラミックスを用いることが好ましい。また多孔
質フオームフィルタと触媒担持フィルタの長さ、すなわ
ち容器内の排ガス流れ方向に見たフィルタの厚さは、粒
子除去率および入口出口間の圧損により決定される。

本発明は、フィルタの一部を触媒担持フィルタで構成し
、他は多孔質フオームフィルタで構成する。全てのフィ
ルタを触媒担持フィルタとすると必要以上に高価なもの
となり、不経済である。

〔実施例〕

次に、本発明を実施例によりさらに詳細に説明する。

第１図は、本発明の排ガス中の粒子除去装置の一実施例
を示すガス流れ方向に平行な断面図である。図において
この装置は、セラミックヒータの後流に順次多孔質フオ
ームフィルタおよび触媒担持フィルタを配置させたもの
であり、排ガスの入口５および出口６を有する筒状の容
器１と、該筒状容器１の排ガスの入口５側に配置された
、比較的薄い円板状のセラミックヒータ２と、該セラミ
ックヒータ２の後流に配置された比較的層厚が厚い多孔
質フオームフィルタ３と、その後流に配置された触媒担
持フィルタ４とから主として構成されており、前記セラ
ミックヒータ２の下流側端面と、多孔質フオームフィル
タ３の上流側端面が、また多孔質フオームフィルタ３の
下流側端面と触媒担持フィルタ４の上流側端面とが、ガ
ス流れ方向に直交する面で各々全面にわたって接触して
いる。

第２回は、第１図のセラミックヒータ２のガス流れ方向
に直交する断面図、第３図は、第２図の■−■線矢視方
向断面図、第４図は、第２図の部分拡大図である。この
セラミックヒータば、セラミックス粉体中に、断面が円
形コイル状で、かつその両端部にリード線が接続された
発熱線を波紋状に屈曲して埋設し、断面円形状に焼結成
形されたものである。この焼結成形体は、後流の多孔質
フオームフィルタおよび触媒担持フィルタと同様に、三
次元網目構造のフオーム型である。

このような構成において、排ガス人口５から本装置に導
入された排ガスは、セラミックヒータ２を通過した後、
多孔質フオームフィルタ３および触媒担持フィルタ４を
順次通過し、未燃粒子が捕集、除去された後、排ガス出
口６から浄化排ガスとして装置外へ排出される。セラミ
ックヒータ２、多孔質フオームフィルタ３および触媒担
持フィルタ４に捕集された排ガス中の未燃粒子は、前記
セラミックヒータ２の発熱体８に通電することにより着
火し、燃焼除去される。すなわち、セラミックヒータ２
の発熱体８が発熱すると、該セラミックヒータ２に捕捉
された粒子が着火燃焼し、これと同時にセラミックヒー
タ２に隣接した多孔質フオームフィルタ３の上流側端面
に付着した粒子も着火燃焼する。この粒子の燃焼による
火炎伝播により、多孔質フオームフィルタ３に捕集され
た粒子が順次燃焼し、これにより生じた高温ガスは、該
多孔質フオームフィルタ３の下流方向へ向かって流れ、
温度を低下させながら後流の触媒担持フィルタ４に流入
する。触媒担持フィルタ４に捕集された粒子は、前記燃
焼ガスに昇温されるとともに、触媒の酸化作用を受＆−
１で比較的低温で燃焼して焼失する。

本実施例によれば、セラミックヒータから多孔質フオー
ムフィルタへ、多孔質フＡ−−ムフィルタから触媒担持
フィルタへと、燃焼ガスが大きい温度低下を生じること
なく伝播されるので、ヒータエレメントの発熱量を過度
に増大させる必要がなく、捕集粒子を少ない消費電力で
低温燃焼させることができ、フィルタ機能を再生するこ
とができる。

本実施例において、触媒担持フィルタを多孔質フオーム
フィルタの中間部に配置させてもよい。

すなわち、多孔質フオームフィルタで触媒担持フィルタ
を挾み込んだ状態にしてもよい。これにより、例えば前
流の多孔質フオームフィルタ内の燃焼が不均一なっても
、触媒担持フィルタ部でその燃焼帯が再び均一になり、
燃焼帯はスムースに後流の多孔質フオームフィルタに移
動し、全捕集粒子を燃焼消失させることができる。

第５図は、本発明の別の実施例を示すガス流れ方向に平
行な断面図である。この装置は、触媒担持フィルタ４を
筒状容器１の内壁に沿って円筒状に配置し、その内側に
多孔質フオームフィルタの一部を挿入したものである。

本実施例によれば、冷却され易く、不均一・な燃焼が生
じ易い粒子除去装置のフィルタ外周部に触媒担持フィル
タを配置したことにより、外周部においても触媒作用に
よる燃焼が可能となり、全捕集粒子が均一に燃焼消失し
てフィルタ機能が再生される。

本実施例において、フィルタ中央部（軸部）は熱拡散が
少ない上、外周部における燃焼熱で加熱されるので、触
媒が担持されなくても均一な燃焼が可能となり、燃焼帯
はスムーズに下流側に移動するすることができる。

次に、本発明の具体的実施例を説明する。

実施例１ 触媒担持フィルタとして５０ｍｍ厚のｐｔ担持フィルタ
を用いた第１図の装置により、発電用小型ディーゼル機
関の排ガス中の粒子の捕集およびフィルタ機能の再生を
繰返したところ、フィルタの通風圧力損失は初期値の１
００％まで回復した。

比較例１ 触媒担持フィルタを用いず、単一の多孔質セラミックフ
オームフィルタを内蔵した粒子除去装置により、実施例
１と同様の試験を行なったところ、通風圧力損失は初期
値の７０％までしか回復しなかった。

実施例２ 触媒担持フィルタとしてｐｔ担持フィルタを用いた第５
図の装置により、実施例１と同様の試験を行なったとこ
ろ、通風圧力損失は初期値の１００％まで回復した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、排ガス中の未燃粒子を高効率で捕集で
きる一部、捕集粒子を少ない電力で均一に燃焼消失させ
ることができるので、粒子除去装置のフィルタ機能を完
全にしかも経済的に再生することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明である排ガス中の粒子除去装置の一実
施例を示すガス流れ方向に平行な断面図、第２図は、第
１図のセラミックヒータ２のガス流れ方向に直角な断面
図、第３図は、第２図のＩＩＩｍ線矢視線間視方向断面
図図は、第２図の部分拡大図、第５図は、本発明の別の
実施例を示す断面図、第６図は、従来の排ガス中の粒子
除去装置の断面図である。 １・・・筒状容器、２・・・セラミックヒータ、３・・
・多孔質フオームフィルタ、４・・・触媒担持フィルタ
、５・・・排ガス入口、６・・・排ガス出口、７・・・
セラミックフオーム、８・・・発熱体、９・・・リード
線、１１・・・筒状ケーシング、１２・・・排気ガス人
口、１３・・・排気ガス出口、１４・・・ヒータエレメ
ント、１５・・・多孔質フオームフィルタ、１６・・・
ハニカムフィルタ。 出願人　ハブコック日立株式会社 代理人　弁理士　川　北　武　長

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）排ガスの入口および出口を有する筒状容器と、該
   筒状容器内の排ガス入口側に設けられたセラミックヒー
   タと、該セラミックヒータの後流に配置された多孔質フ
   ォームフィルタおよび触媒担持フィルタを有することを
   特徴とする排ガス中の粒子除去装置。
2. （２）前記セラミックヒータの後流に多孔質フォームフ
   ィルタを、その後流に触媒担持フィルタをそれぞれ隣接
   して配置したことを特徴とする請求項（１）記載の排ガ
   ス中の粒子除去装置。
3. （３）前記セラミックヒータの後流の筒状容器内壁面に
   沿って触媒担持フィルタを配置し、該触媒担持フィルタ
   の内側に多孔質フォームフィルタを配置したことを特徴
   とする請求項（１）記載の排ガス中の粒子除去装置。