(57)【要約】【課題】パティキュレートと炭化水素やＮＯｘ等の有害物質とを一度に処理することができるとともに、除去効率を高めることができる排ガス浄化フィルタを提供する。【解決手段】アンモニアまたは尿素が添加された排ガスが流入する排ガス浄化フィルタ１であって、隔壁３により仕切られた複数のセル２ａ，２ｂを有する三次元の構造体を備え、セル２ａ，２ｂの一方の端部が隣接するセル２ａ，２ｂで交互に設置された封止部５により封鎖され、セル２ａ，２ｂの他方の端部がセル内にアンモニアまたは尿素を含む排ガスが流入可能になるように開放され、ガス流入側の隔壁３に、排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼分解させる第１の触媒層７が形成され、ガス排出側の隔壁３に、排ガス中に含まれるＮＯｘと尿素から生成するアンモニアとを反応させて、ＮＯｘを排ガスから分解除去させる第２の触媒層８が形成されている。【選択図】図１
2014104391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アンモニアまたは尿素が添加された排ガスが流入する排ガス浄化フィルタであって、
隔壁により仕切られた複数のセルを有する三次元の構造体を備え、
１つの前記セルの一方の端部が封止部により封鎖され、前記封止部が隣接する前記セルで交互に設置され、１つの前記セルの他方の端部が前記セル内に前記アンモニアまたは前記尿素を含む前記排ガスが流入可能になるように開放され、
前記排ガスが流入する側の前記隔壁に、銀を含む酸化物または銅を含む酸化物を含み、前記排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼分解させる第１の触媒層が形成され、
前記排ガスが排出する側の前記隔壁に、バナジウム及びチタンを含む酸化物を主成分とし、前記排ガス中に含まれるＮＯｘと前記尿素から生成するアンモニアとを反応させて、前記ＮＯｘを前記排ガスから分解除去させる第２の触媒層が形成されている排ガス浄化フィルタ。
【請求項２】
前記排ガスが流入する側の前記隔壁と前記第１の触媒層との間に、白金、パラジウム、ロジウムのいずれかを含み、前記排ガス中に含まれる炭化水素を分解除去させる第３の触媒層が形成されている請求項１に記載の排ガス浄化フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンから排出される排ガスを浄化処理するための排ガス浄化フィルタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンなどから排出される排ガスには、パティキュレート（微粒子状物質）が含まれている。このパティキュレートは発ガン性物質を含んでいるため、大気中への排出規制が強化されている。また、上記排ガス中には、炭化水素やＮＯｘ（一酸化窒素等）といった有害物質も含まれている。
【０００３】
排ガスからパティキュレートや有害物質を除去するために、ディーゼルエンジンのガス後流側にはディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）が設置される。ＤＰＦでは、排ガス中のパティキュレートを捕捉して燃焼除去させている。
【０００４】
従来、パティキュレートの燃焼を促進する触媒として、ＤＰＦに白金系触媒が担持されていた。白金系触媒は、炭化水素の分解除去も促進できる。しかし、白金系触媒は高価であるため、白金代替触媒の利用が進められている。
【０００５】
一方、排ガス中に含まれるＮＯｘを除去するために、ＤＰＦの後流側に、尿素ＳＣＲシステムが設置される。尿素ＳＣＲシステムは、ＮＯｘを含む排ガス中に尿素を噴霧し、ＳＣＲ触媒によりＮＯｘと尿素とを反応させて、ＮＯｘを分解除去する。尿素ＳＣＲシステムでは、排ガス中に尿素を効果的に拡散させてＮＯｘと尿素との反応効率を高める工夫がなされている。例えば特許文献１の浄化装置では、ＳＣＲ触媒のガス上流側のガス流通路に拡散板を設けている。排ガス中に噴霧された尿素水からアンモニアが生成され、このアンモニアが拡散板に衝突することによって、アンモニアが拡散されながら排ガスと効果的に混合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−１２５６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１の浄化装置では、ＤＰＦと尿素ＳＣＲシステムとを別途設置しており、尿素から生成するアンモニアを拡散させるための拡散板が設置されている。このように従来の浄化装置は装置容積が大きいものであった。
【０００８】
本発明は、パティキュレートと炭化水素やＮＯｘ等の有害物質とを一度に処理することができるとともに、除去効率を高めることができる排ガス浄化フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１の態様は、尿素が噴霧された排ガスが流入する排ガス浄化フィルタであって、隔壁により仕切られた複数のセルを有する三次元の構造体を備え、１つの前記セルの一方の端部が封止部により封鎖され、前記封止部が隣接する前記セルで交互に設置され、１つの前記セルの他方の端部が前記セル内に前記尿素を含む前記排ガスが流入可能になるように開放され、前記排ガスが流入する側の前記隔壁に、銀を含む酸化物または銅を含む酸化物を含み、前記排ガス中に含まれるパティキュレートを燃焼分解させる第１の触媒層が形成され、前記排ガスが排出する側の前記隔壁に、バナジウム及びチタンを含む酸化物を主成分とし、前記排ガス中に含まれるＮＯｘと前記尿素とを反応させて、前記ＮＯｘを前記排ガスから分解除去させる第２の触媒層が形成されている排ガス浄化フィルタである。
【００１０】
上記態様の排ガス浄化フィルタは三次元の構造体であり、構造体の隔壁のガス流入側及び排出側にそれぞれ異なる触媒層を形成しているため、ディーゼルエンジンの排ガス浄化設備の省スペース化を達成することができる。
【００１１】
ディーゼルエンジンから排出された排ガスに尿素が噴霧されてから、排ガスが上記排ガス浄化フィルタのセルに流入する。尿素及び尿素が分解して生成するアンモニアは、セル及び隔壁を通過する間に拡散される。従って、上記態様の排ガス浄化フィルタでは、尿素及びアンモニアの拡散を促進させるために、排ガス浄化フィルタ前流側の配管を長くしたり、特許文献１のような拡散板を設置したりする必要がない。すなわち、上記態様の排ガス浄化フィルタは、簡素な装置構成で尿素アンモニアを効果的に拡散することができ、第２の触媒層でのＮＯｘ分解効率を高めることができる。
【００１２】
また、上記態様の排ガス浄化フィルタの第１の触媒層は、従来の白金系触媒と比較してパティキュレートの分解除去能力は優れているが、炭化水素の除去能力には劣る。本態様ではこの性質を利用し、排ガス中に含まれる炭化水素を第１の触媒層で敢えて処理せず、第２の触媒層に到達させる。そして、第２の触媒層において、炭化水素とＮＯｘとを反応させて、炭化水素及びＮＯｘを同時に分解除去する。このような構成を採用することにより、排ガス浄化フィルタの前流側で排ガスに噴霧する尿素量を低減することが可能となる。
【００１３】
上記態様において、前記排ガスが流入する側の前記隔壁と前記第１の触媒層との間に、白金、パラジウム、ロジウムのいずれかを含み、前記排ガス中に含まれる炭化水素を分解除去させる第３の触媒層が形成されていることが好ましい。
【００１４】
第３の触媒層を設けることによって、排ガス浄化フィルタでの炭化水素除去効率が高まる。
【発明の効果】
【００１５】
上記発明に依れば、パティキュレート、炭化水素及びＮＯｘのいずれの除去率が高く、省スペース化を達成した排ガス浄化フィルタを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態に係る排ガス浄化フィルタの概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】第２実施形態に係る排ガス浄化フィルタの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態に係る排ガス浄化フィルタの概略図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は断面図である。
【００１８】
排ガス浄化フィルタ１は、ディーゼルエンジンの排ガス後流側に配置される。排ガス浄化フィルタ１は、円柱体の軸方向に互いに略平行に配置された複数のセル２ａ，２ｂが形成された三次元の構造体である。隣接するセル２ａ，２ｂは、隔壁３によって互いに隔離されている。
【００１９】
排ガス浄化フィルタ１は、炭化珪素やコージェライトで製造される。排ガス浄化フィルタ１の本体４の気孔率は４０〜５０％程度である。また、排ガス浄化フィルタ１の軸方向の長さは、１５０ｍｍ程度である。
【００２０】
各セル２ａ，２ｂの一方の端部は、封止部５により封鎖されている。封止部５は炭化珪素やコージェライト製であり、排ガスが透過できない構成となっている。
【００２１】
各セル２ａ，２ｂの他方の端部は、開口部６となっている。セル２ａ，２ｂの開口部６の大きさは、１．２ｍｍ×１．２ｍｍ程度である。
【００２２】
図１（ｂ）では、排ガスが紙面左方向から排ガス浄化フィルタ１に流入する構成として図示している。第１実施形態の排ガス浄化フィルタ１は、ガス流入側のセル２ａの隔壁３に第１の触媒層７を有し、ガス排出側のセル２ｂの隔壁３に第２の触媒層８を有する。
【００２３】
第１の触媒層７は、排ガス中のパティキュレートを捕捉するとともに、パティキュレートの燃焼分解させる触媒である。第１の触媒層７は、銀を含む触媒（Ａｇ系触媒）または銅を含む酸化物を主成分とする触媒である。Ａｇ系触媒は、例えばＡｇ−ＹＭｎＯ３である。銅を含む酸化物を主成分とする触媒は、Ｃｕ−Ｖ系触媒であり、具体的にＣｕＶ２Ｏ６である。第１の触媒層７の厚さは、２５μｍ〜１００μｍである。
第１の触媒層７は、ガスが流通可能であり、かつ、０．４μｍ程度のパティキュレートを捕捉可能とするため、第１の触媒層７は、ポーラスとなっている。第１の触媒層７の気孔率は５０〜８０％であり、気孔の大きさは１０μｍ以下である。
【００２４】
第２の触媒層８は、排ガス中のＮＯｘを分解除去する触媒である。第２の触媒層８は、具体的にＶ２Ｏ５／ＴｉＯ２である。第２の触媒層８の厚さは、２５μｍ〜１００μｍである。第２の触媒層は、排ガスが流通可能である。例えば、第２の触媒層８の気孔率は４０〜６０％である。
【００２５】
本実施形態の排ガス浄化フィルタ１は、ディーゼルエンジンと配管で接続される。本実施形態の排ガス浄化フィルタ１の直前に配置される配管は、後述する尿素やアンモニアの拡散を促すために湾曲させるなどの加工を施す必要が無く、直線形状とすることができる。
【００２６】
上記配管には、排ガス中に尿素水またはアンモニア水を噴霧する噴霧手段（不図示）が設置される。噴霧手段は公知の構成を採用することができ、例えばノズルとされる。噴霧手段は、配管の流路に沿って複数設置されても良いし、流路断面に複数設置されても良い。
【００２７】
噴霧手段は、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入口（ガス入口側の開口部６）の直前に設置されることが好ましい。あるいは、上述した直線形状の配管の排ガス浄化フィルタ１と反対側の端部付近に設置されても良い。本実施形態の排ガス浄化フィルタ１を採用した場合には、ガス流通経路で尿素及びアンモニアを拡散させるための手段（例えば拡散板）は設けられていない。
【００２８】
第１実施形態の排ガス浄化フィルタを用いた排ガス浄化工程を以下で説明する。
ディーゼルエンジンから排出された排ガス中には、パティキュレート、炭化水素、及び、ＮＯｘが含まれる。
【００２９】
ディーゼルエンジンから排出され排ガス浄化フィルタ１に流入する前の排ガスに、噴霧手段から尿素水またはアンモニア水が噴霧される。ディーゼルエンジンと排ガス浄化フィルタ１との間の配管を流通する排ガスの温度は１００〜５００℃程度であるので、噴霧された尿素水及びアンモニア水から水が蒸発する。また、尿素水を噴霧した場合は、尿素が熱分解されてアンモニアが発生する。排ガス浄化フィルタのガス流入口の近傍で尿素水を噴霧した場合は、尿素の状態でセル２ａ内に入り、セル２ａで尿素が分解される。
【００３０】
アンモニア及び／または尿素を伴った排ガスは、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入口の開口部６からセル２ａの各々に流入する。セル２ａ内を排ガスが流通する間に、アンモニアや尿素が排ガス中に拡散する。上述したように、排ガス浄化フィルタ１の軸方向の長さは１５０ｍｍ程度であり開口部の大きさは１．２ｍｍ×１．２ｍｍ程度であるので、セル２ａは細長い流通路となっている。このため、セル２ａを通過する間に、アンモニアや尿素はセル２ａ内で満遍なく拡散されることになる。尿素は、隔壁３を通過するまでに、ほぼ全て熱分解されてアンモニアが生成される。
【００３１】
本実施形態の排ガス浄化フィルタ１では、セル２ａから隔壁３を通って隣接するセル２ｂに向かうガスの流れが形成されている。
【００３２】
上記のガスの流れにより、排ガス中に含まれるパティキュレートは、第１の触媒層７に捕捉される。捕捉されたパティキュレートは、第１の触媒層７の触媒作用により、燃焼分解されて排ガスから除去される。
【００３３】
排ガスに含まれる炭化水素、ＮＯｘ、及びアンモニアは、第１の触媒層７及び隔壁３を通過し、セル２ｂ側の第２の触媒層８に到達する。第２の触媒層８において、ＮＯｘと炭化水素、及び、ＮＯｘとアンモニアとが反応し、窒素及び水（水蒸気）が生成する。この反応により、排ガスからＮＯｘ及び炭化水素が除去される。
【００３４】
ＮＯｘ及び炭化水素が除去された排ガスは、第２の触媒層８を通過し、セル２ｂを流通する。その後、開口部６から排ガス浄化フィルタ１の外部に放出される。
【００３５】
本実施形態の排ガス浄化フィルタ１ではＮＯｘの分解除去に排ガス中の炭化水素も利用するため、炭化水素含有量分だけＮＯｘ分解に必要な尿素及びアンモニアの供給量を低減させることができる。
【００３６】
余剰のアンモニアは排ガスとともに排ガス浄化フィルタ１の外部に放出される。排ガス浄化フィルタ１の後流側に、排ガス中のアンモニア濃度を検出する検出手段を設け、検出手段で検出されたアンモニア濃度に基づいて噴霧手段から供給される尿素水またはアンモニア水の量を調整しても良い。
【００３７】
＜第２実施形態＞
図２は、第２実施形態に係る排ガス浄化フィルタの断面概略図である。図２において、図１と同じ構成には同じ符号を付す。
第２実施形態の排ガス浄化フィルタ１０は、ガス流入側の隔壁３ａと第１の触媒層７との間に第３の触媒層９を有する点で、第１実施形態と異なっている。
【００３８】
第３の触媒層９は、排ガス中の炭化水素を分解除去する触媒である。第３の触媒層９は、具体的に白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）を主成分とする。第３の触媒層９の厚さは、２５μｍ〜１００μｍである。例えば、第３の触媒層９の気孔率は５０％である。
【００３９】
第２実施形態の排ガス浄化フィルタを用いた排ガス浄化工程を以下で説明する。
第１実施形態と同様に、ディーゼルエンジンから排出され排ガス浄化フィルタ１０に流入する前の排ガスに対して、噴霧手段から尿素水またはアンモニア水が噴霧される。尿素水を噴霧した場合は、尿素が熱分解されてアンモニアが発生する。
【００４０】
アンモニア及び／または尿素を伴った排ガスは、排ガス浄化フィルタ１の排ガス流入口の開口部６からセル２ａの各々に流入する。第１実施形態と同様に、セル２ａ内を排ガスが流通する間に、アンモニアや尿素が排ガス中に満遍なく拡散される。
【００４１】
第１実施形態と同様に、排ガス中に含まれるパティキュレートは第１の触媒層７に捕捉され、第１の触媒層７により燃焼分解されて排ガスから除去される。
【００４２】
パティキュレートが除去された排ガスは、第３の触媒層９に到達する。第３の触媒層９において、排ガスに含まれる炭化水素と酸素とが反応し、二酸化炭素及び水（水蒸気）が生成する。第３の触媒層９による炭化水素の反応率は高いため、上記の反応により、排ガスからほぼ全ての炭化水素が除去される。
【００４３】
ＮＯｘ及びアンモニアを含む排ガスは、第３の触媒層９及び隔壁３を通過し、セル２ｂ側の第２の触媒層８に到達する。第２の触媒層８において、ＮＯｘとアンモニアとが反応し、窒素及び水（水蒸気）が生成する。この反応により、排ガスからＮＯｘ及び炭化水素が除去される。
【００４４】
ＮＯｘが除去された排ガスは、第２の触媒層８を通過し、セル２ｂを流通する。その後、開口部６から排ガス浄化フィルタ１の外部に放出される。
【００４５】
本実施形態では、第２の触媒層での炭化水素によるＮＯｘ分解除去量は、第１実施形態に比べて大幅に低下することになる。しかし、炭化水素に対する高い分解性能を有する白金、パラジウム、ロジウムを主成分とする第３の触媒層を設けることにより、排ガス浄化フィルタ１０での炭化水素除去効率を高めることができる。
【符号の説明】
【００４６】
１  排ガス浄化フィルタ
２  セル
３  隔壁
４  本体
５  封止部
６  開口部
７  第１の触媒層
８  第２の触媒層
９  第３の触媒層
【図１】
2014104391.tif 000003
【図２】
2014104391.tif 000004