(57)【要約】【課題】排ガス入口部とこれと直交する排ガス出口部のシール性およびフィルタの装着性に優れた粒状物質除去フィルタおよびその構造体を提供する。【解決手段】(1) 排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位として該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層され、該多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれガス流入経路およびガス流出経路が形成された成形体と、該成形体のガス流入面と反対側の面または該面に直交する面をシールするシール材と、前記成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路のうち、前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールする手段とを備えた粒状物質除去フィルタ。(2) 上記粒状物質除去フィルタおよび該フィルタを収容する枠体を備えた粒状物質除去フィルタ構造体。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位として該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層され、該多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれガス流入経路およびガス流出経路が形成された成形体と、該成形体のガス流入面と反対側の面または該面に直交する面をシールするシール材と、前記成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路のうち、前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールする手段とを備えたことを特徴とする粒状物質除去フィルタ。
【請求項２】
前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口の流入経路がシール材で充填されていることを特徴とする請求項１に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【請求項３】
前記２個以上のガス流路入口を含むガス流出経路側の端部に沿った部分に切り欠き部が形成され、該切り欠き部がシール材で充填されていることを特徴とする請求項１または２に記載の粒状物質除去フィルタ。
【請求項４】
前記排ガス浄化触媒が白金を含有する一酸化窒素の酸化触媒であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ。
【請求項５】
排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位として該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層され、該多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれガス流入経路およびガス流出経路が形成された成形体と、該成形体のガス流入面と反対側の面または該面に直交する面をシールするシール材と、前記成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路のうち、該成形体のガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールする手段とを有する粒状物質除去フィルタ、および該粒状物質除去フィルタを収容する、排ガス供給用開口部および一または二の処理ガス排出用開口部が形成された枠体を備えたことを特徴とする粒状物質除去フィルタ構造体。
【請求項６】
前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口の流入経路がシール材で充填されていることを特徴とする請求項５に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【請求項７】
前記２個以上のガス流路入口を含むガス流出経路側の端部に沿った部分に切り欠き部が形成され、該切り欠き部がシール材で充填されていることを特徴とする請求項５または６に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【請求項８】
前記成形体のガス流入面と反対側の面をシールすることなく、該面と対面する前記枠体の面に、排ガスの通過と遮断の切り替えが可能な切替え手段を設けたことを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【請求項９】
前記排ガス浄化触媒が白金を含有する一酸化窒素の酸化触媒であることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒状物質除去フィルタに係り、特にディーゼルエンジンから排出されるガス中に含まれる粒状物質（ＰＭ）を高効率で除去するのに好適な粒状物質除去フィルタおよびその構造体に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（ＤＥ）は、内燃機関の中で最も効率の高いものの１つであり、一定出力当りの二酸化炭素（ＣＯ2 ）排出量が低く、また重油などの低質燃料を使用できるため、経済的にも優れている。このため、近年、地球温暖化防止のため、エネルギー利用効率が高く、ＣＯ2 排出量の低いディーゼルエンジンを用いた車や定置式発電設備が見直され、多用される傾向にある。
重質油や軽油を燃料とするディーゼルエンジンは、未燃炭化水素と煤が一体化した粒状物質（ＰＭ）の排出が多く、公害の元凶となり社会問題になっている。このため、ディーゼルエンジンメーカや自動車メーカなどの各方面で粒状物質（ＤＰ）の除去に関する研究、開発が進められ、優れた除去性能を有するフィルタや、前置の酸化触媒やフィルタに酸化触媒を担持して排ガス中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ2 ）にして煤を燃焼させて長期間煤の詰まりを防止するＤＰフィルタ（ＤＰＦ）が種々提案されている（例えば、非特許文献１等）。
【０００３】
これらの発明の多くは、排ガスを数μｍの多孔質セラミックスの薄壁に通して濾過することを目指したものであり、その形状には、板状または円筒状の金属やセラミックス焼結フィルタ、ハニカム状のセラミックス多孔成形体の目を交互に埋めてフィルタに用いるもの、または微細な金属線織布をフィルタに用いるものなどが知られている。さらに、それらの目詰まりを防止または緩和するため、これらのフィルタにＮＯをＮＯ2 に酸化する機能を持たせて煤を酸化燃焼させるものが知られている（特許文献１、２、非特許文献２等）。
しかし、これらのフィルタは、微細な細孔でＰＭを濾過することを基本原理としたものであり、通風損失が大きく、多量の煤が発生した場合に閉塞を起こしやすく、逆洗や煤の加熱燃焼などの閉塞対策が必要であり、また燃料中の灰分がフィルタに詰まり、フィルタ寿命を短くするという問題があった。
【非特許文献１】産業環境管理境界、環境管理Vol.37,p441-449
【特許文献１】特開平１−１３８７１５号公報
【特許文献２】特開槽６０−２３５６２０号公報
【非特許文献２】自動車技術学会講演会前刷り集Ｎｏ．２２−２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者らは、上記従来技術の問題点を解決するために、多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層された成形体であって、該多孔質平板を介して交互に直交した排ガス流入経路と排ガス流出経路を形成したＰＭ含有ガス浄化用フィルタを提案した（特願平２００４−９９１４９号）。
このフィルタは、ＰＭを効率よく除去することができ、かつ燃焼後にフィルタに堆積した煤を簡便に抜き出すことができる構造とすることが可能であるため、フィルタ内の目詰まりを効率よく防止してフィルタの長寿命化を達成することができる。しかし、このフィルタを実ガス中で使用して高いＤＰ除去率を得るためには、フィルタの排ガス入口面と排ガス出口面のシール性を完全にして排ガスのリークを防ぐとともに該フィルタの装着性を容易にする必要があった。
【０００５】
本発明の課題は、上記技術の問題を解決し、排ガス入口部とこれと直交する排ガス出口部のシール性およびフィルタの装着性に優れた粒状物質除去フィルタおよびその構造体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を達成するために本願で特許請求される発明は以下の通りである。
（１）排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位として該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層され、該多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれガス流入経路およびガス流出経路が形成された成形体と、該成形体のガス流入面と反対側の面または該面に直交する面をシールするシール材と、前記成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路のうち、前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールする手段とを備えたことを特徴とする粒状物質除去フィルタ。
（２）前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口の流入経路がシール材で充填されていることを特徴とする（１）に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
（３）前記２個以上のガス流路入口を含むガス流出経路側の端部に沿った部分に切り欠き部が形成され、該切り欠き部がシール材で充填されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の粒状物質除去フィルタ。
（４）前記排ガス浄化触媒が白金を含有する一酸化窒素の酸化触媒であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ。
【０００７】
（５）排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位として該多孔質波板の波板稜線が交互に直交するように積層され、該多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれガス流入経路およびガス流出経路が形成された成形体と、該成形体のガス流入面と反対側の面または該面に直交する面をシールするシール材と、前記成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路のうち、該成形体のガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールする手段とを有する粒状物質除去フィルタ、および該粒状物質除去フィルタを収容する、排ガス供給用開口部および一または二の処理ガス排出用開口部が形成された枠体を備えたことを特徴とする粒状物質除去フィルタ構造体。
（６）前記ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口の流入経路がシール材で充填されていることを特徴とする（５）に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
（７）前記２個以上のガス流路入口を含むガス流出経路側の端部に沿った部分に切り欠き部が形成され、該切り欠き部がシール材で充填されていることを特徴とする（５）または（６）に記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
（８）前記成形体のガス流入面と反対側の面をシールすることなく、該面と対面する前記枠体の面に、排ガスの通過と遮断の切り替えが可能な切替え手段を設けたことを特徴とする（５）〜（７）のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
（９）前記排ガス浄化触媒が白金を含有する一酸化窒素の酸化触媒であることを特徴とする（５）〜（８）のいずれかに記載の粒状物質除去フィルタ構造体。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の粒状物質除去フィルタは、多孔質波板（以下、単に波板ということがある）と多孔質平板（以下、単に平板ということがある）の対を基本単位として該波板の稜線が交互に直交するように積層され、ガス流入経路とガス流出経路が平板を介して交互に直交するように形成されているが、ガス流入経路の波板と平板により囲まれた各ガス流路のうち、ガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路入口をシールし、またはその流入経路全体をシール材で充填しているため、波板を有する平板−平板間のガス流入経路に排ガスを流入させ、該流入方向と直交する隣接した波板を有する平板−平板間のガス流出経路から処理ガスを流出させた場合でも、供給された排ガスが、ガス流出経路側の端部からガス流出口側にショートパスすることができず、排ガスは流入経路内の多孔質な平板を通過して隣接したガス流出経路に至り、処理ガス出口側に流れるため、ＰＭを効率よく除去することができる。
【０００９】
また上記シール手段を施した成形体を所定の開口部を有する枠体と一体化することにより、フィルタのハンドリングが極めて容易になるため、運搬、実機内への充填などの工程を簡便にすることができる。
さらに成形体のガス流入面と反対側の面をシールせずに、該面と対面する枠体の面に排ガスの通過と遮断の切り換え可能な手段を設けることにより、排ガス流入経路内の煤等の堆積量が増えて圧力損失が増大した場合でも、該切替え手段によりガス通過可能な状態として煤等をガスの供給等により容易に除去することができるため、フィルタのさらなる長寿命化が可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を図面により説明する。
図１は、本発明の一実施例を示す粒状物質除去フィルタ構造体（ＰＭ除去フィルタ構造体という）の説明図であり、図２は、該構造体に収容される成形体の説明図、図３は、該成形体のガス流入面のシール構造の説明図である。
図１において、ＰＭ除去フィルタ構造体４は、排ガス中の粒状物質（ＰＭ）を除去する多数のガス流路が形成された成形体１と、排ガス５を供給するための入口開口部Ｃおよび処理ガス６を排出するための出口開口部Ｄ1 、Ｄ2 が形成され、成形体１を取り出し可能に収容する枠体３と、成形体１のガス流入口のガス流出経路側の端部から連続して２個以上のガス流路をシールする充填材７とを有する。図１の(A) には上記２個以上のガス流路をシールする充填材７としてシート状物を用いた例を示し、図１の(B) には充填材７として成形体１に形成した切り欠き部２（図４参照）にシール材を充填した例を示した。
【００１１】
上記ＰＭ除去フィルタ構造体４に収容される成形体１は、図２(A) に示すように排ガス浄化触媒が担持された多孔質波板８と多孔質平板９の対を基本単位として多孔質波板８の波板稜線が交互に直交するように積層され、さらに図２(B) に示すように成形体１のガス流入面と反対側の面がシール材１０でシールされ、または図２(C) に示すように成形体１のガス流入面と反対側の面および該面に直交する面がシール材１０でシールされ、これにより、多孔質平板９を介して多孔質波板８との間にそれぞれガス流入経路１１およびガス流出経路１２が上下方向に交互に形成される。なお、図２(B) の成形体は、図１(A) 、(B) の枠体３に収容される。
【００１２】
このような構成において、枠体３の入口開口部Ｃから供給された排ガス５は、成形体１のガス流入面から多孔質平板９を介して多孔質波板８との間にそれぞれ形成されたガス流入経路１１から流入するが、その進路がシール材１０で遮断されているために多孔質平板９を通過して隣接するガス流出経路１２に至り、該ガス流出経路１２を経て枠体３の出口開口部Ｄ1 、Ｄ2 から処理ガス６として排出される。入口開口部Ｃから供給される排ガス５は、ガス流出経路１２の両端部側に充填材７が設けられているため、入口開口部Ｃからガス流入経路１１およびガス流出経路１２に通過することなく、出口開口部Ｄ1 、Ｄ2 にショートパスするのを防ぐことができるため、排ガス５の処理効率を向上させることができる。
【００１３】
本発明において、成形体のガス流入経路の多孔質波板と多孔質平板により囲まれた各ガス流路とは、図３のＡ1 およびＡ2 に示すように多孔質波板と多孔質平板により囲まれたガス流路をいい、Ｂのように多孔質波板８と多孔質平板９で完全に囲まれていないガス流路は含まない。また、ガス流出経路側の端部から連続した２個のガス流路入口をシールするとは、このガス流路入口のガス流路にガスが流れないようにすることをいう。Ｂ部分を含めて連続した２個のガス流路入口をシールすると、ガス流路が１個部分でしかシールされていないため、多孔質平板９と多孔質波板８との接着状態が弱い場合に流入ガスがリークする可能性が高くなり、ガス流出経路側の最端部でのガスのショートパスを防ぐことができない場合がある。
【００１４】
２個のガス流路のシール方法には特に限定はなく、例えば、無機結合材を流路の一部または全体に充填させる方法、流路の端部を塞ぐように配置したシール材を枠の一部で固定する方法（図１(A) ）、ガス流出経路側の端から連続して２個以上のガス流路を含む幅でフィルタに切り欠き部分を設け、その部分に枠体との隙間を埋めるようにシール材を充填する方法（図１(B) ）などが挙げられる。切り欠き部分を設ける場合、その形状には特に限定はなく、図４の(A) 〜(C) に示す形状が挙げられる。またシールは、ガス流出面側端部だけシールしてもよいし（図５(A) ）、ガス流入面の他の端部も同時にシールしてもよい（図５(B) 、(C) ）。  シールする充填材の材質としては、セラミック製繊維またはガラス製繊維をブランケット状、フェルト状に成形したもの、またはそれらに無機バインダを含浸させて乾燥時に硬化するようにしたもの、またはセラミック製繊維、バーミキュライト、バインダーの組合わせで熱により膨張するものなどが挙げられる。
【００１５】
また成形体を構成する多孔質波板および多孔質平板には、シリカアルミナ系セラミックス繊維を用いた不織布や織布、金属繊維織布、コージエライトなどのセラミックスの多孔質焼結体などが用いられる。これらのうち、多孔性に優れた軽量なフィルタを得る点からは０．５〜０．１ｍｍ厚のセラミックス不織布（シート）の使用が特に好ましい。多孔質波板と多孔質平板からなる基本形状は、単に積層されているだけでもよいが、無機結合剤により互いに接着されているのが好ましい。また成形体のガス流入面と反対側の面等をシールするシール材は、これらの面において排ガスの通過を阻止できるものであればよく、例えば、シールする面の流路内に緻密な無機固化物を用いて栓をする方法、無機繊維マット状シール材を圧着する方法、金属板で蓋をする方法などの手段を採用することができる。また無機繊維性マットに粘度の高いセラミックス接着剤などの結合性の高いものを染み込ませたもので周囲を覆うと同時にマットと担体セル壁とを一体化することにより高強度が得られる。
【００１６】
また多孔質波板および多孔質平板に担持させる排ガス浄化触媒には、ＮＯをＮＯをＮＯ2 に酸化する酸化触媒成分が用いられる。該触媒成分には通常貴金属をチタニア、アルミナ、ジルコニア、シリカなどの高表面積担体に担持した公知の触媒成分が用いられる。特にチタニアが耐酸性に優れ、イオウ分の多い重油を燃料とした排ガスの処理には好ましい。またＮＯの酸化触媒としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈを単独もしくは組み合わせて用いることが可能であるが、Pt単独でも好結果を与えることができる。
【００１７】
さらに上記した成形体等を備えたＰＭ除去フィルタを収容する枠体の構造としては、図６(A) 〜(D) に示す構造が挙げられる。(A) と(C) は、処理ガス排出用開口部が２面（出口開口部Ｄ1 、Ｄ2 ）設けられた例であり、この場合にはガス流入面の両端部が充填材でシールされている必要がある。また(B) と(D) は、処理ガス排出用開口部が１面（出口開口部Ｄ1 ）設けられた例であり、この場合にはガス流入面の片端部のみがシールされていればよい。さらに(C) と(D) は、収容される成形体のガス流入面と反対側の面がシール材でシールされていない場合の枠体の説明図であるが、この場合でも、排ガス処理時には該面と対面する枠体の面は図示しない切替え可能な手段により遮断されていることが必要である。
切替え手段としては、例えばバルブの設置してその開閉により排ガスの通過と遮断を制御する方法が挙げられる。
【実施例】
【００１８】
以下、本発明を実施例により詳細に説明する。
［実施例１］
シリカアルミナ繊維の不織布からなる板厚０．２ｍｍの多孔質波板と多孔性平板との積層体（交差コルゲートハニカム、波板ピッチ３．３ｍｍ、平板−平板間隔１．９ｍｍ、ニチアス製、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）に１５％ＴｉＯ2 （石原産業製）を含浸後、エアーブローにより液切りし、１５０℃で乾燥し、ジニトロジアンミン白金溶液（Ｐｔ濃度：１．３３ｇ／Ｌ）を含浸し、再度１５０℃で乾燥し、５００℃で焼成してＰｔ担持量０．０５ｇ／Ｌの酸化触媒付成形体を作製した。
該成形体のガス流入面のガス流出面側の両端部からそれぞれ幅７ｍｍのガス流入口部分に、無機結合材を流し込んだ後、常温で乾燥して固化させ、この部分のガス流路をシールしてＰＭ除去フィルタを得た。
【００１９】
［実施例２］
シリカアルミナ繊維の不織布からなる板厚０．２ｍｍの多孔質波板と多孔性平板との積層体（交差コルゲートハニカム、波板ピッチ６．３ｍｍ、平板−平板間隔２．５ｍｍ、ニチアス製、外寸１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）に１５％ＴｉＯ2 ゾル（石原産業製）を含浸後、エアーブローにより液切りし、１５０℃で乾燥し、ジニトロジアンミン白金溶液（Ｐｔ濃度：１．３３ｇ／Ｌ）を含浸し、再度１５０℃で乾燥し、５００℃で焼成してＰｔ担持量０．０５ｇ／Ｌの酸化触媒付成形体を得た。
該成形体のガス流入面のガス流出面側の両端部に、該端部に沿って幅１３ｍｍ、高さ５ｍｍの切り欠き部を設け、図７に示す切り欠き部２を有する成形体１を作製し、さらに図７に示す該成形体１の底面および多孔質平板により構成される平坦面の３面（ガス流出面と直交する面）に、セラミック製繊維がフェルト状に加工され、無機結合剤が含浸された弾力のあるシール材３（ニチアス製ファインフレックスウェットフェルト、板厚６ｍｍ）を密着させ、ＳＵＳ３０４製の枠体３に収容した後、セラミック製繊維がブランケット状に加工された充填材７（イソライト製イソウール）を切り取り、成形体１の切り欠き部分２に枠体３の隙間を埋めるように押し込みながら充填した。さらにセラミック製繊維がブランケット状に加工された充填材７を切り取り、成形体１のガス流入面の端部に１３ｍｍ幅で配置し、その上から金属製の蓋を押し込み、固定して成形体１を備えたフィルタと枠体３とが一体化した図１(B) の形状の構造体を作製した。
【００２０】
＜試験例＞
実施例１のフィルタおよび実施例２の構造体を、Ａ重油を燃料とするディーゼルエンジン出口に設置し、ＤＰ除去率（（入口ＤＰ量−出口ＤＰ量）／（入口ＤＰ量）を測定したが、ともに９５％以上の高いＤＰ除去率が得られた。
比較例として、シールが施されていない実施例１で得た酸化触媒付成形体を、ディーゼルエンジン出口に設置し、同様にＤＰ除去率を測定したが、ＤＰ除去率は３０％以上低下した。
以上の結果から、本発明のフィルタおよびフィルタと枠との構造体は、シールが完全であり、ガス中のＤＰをほぼ完全に除去することができることが分かった。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明の粒状物質除去フィルタおよびその構造体によれば、成形体周囲のシールを完全にすることができるため、供給されたガスの全てを多孔質平板を通過させて排出させることができ、煤の捕集効率を減少させずに高く除去率を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施例を示す粒状物質除去フィルタ構造体の説明図。
【図２】図１の構造体に収容される成形体の説明図。
【図３】成形体のガス流入面のシール構造の説明図。
【図４】成形体に設けられる切り欠き部の説明図。
【図５】成形体のガス流入面のシール方法の説明図。
【図６】本発明に用いられる枠体の構造説明図。
【図７】実施例２で作製した構造体の説明図。
【符号の説明】
【００２３】
１…成形体、２…切り欠き部、３…枠体、４…ＰＭ除去フィルタ、５…排ガス、６…処理ガス、７…充填材、８…多孔質波板、９…多孔質平板、１０…シール材、１１…ガス流入経路、１２…ガス流出経路、Ａ1 、Ａ2 …多孔質波板と多孔質平板に囲まれたガス流路入口、Ｂ…多孔質波板と多孔質平板に囲まれていないガス流路入口、Ｃ…入口開口部、Ｄ1 、Ｄ2 …出口開口部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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