(57)【要約】【課題】安価な材料で構成し、目詰まりや灰分の閉塞に強いフィルタであって、逆洗や煤の加熱燃焼などの大掛かりな手段を必要としない新規な排ガス浄化用フィルタおよびこれを用いた排ガス浄化装置を提供する。【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、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と、該成形体の前記波板稜線と直交する側面であって互いに隣接する２つの面をシールして前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止弁とを備えたフィルタであって、該閉止弁が、前記排ガスの流入経路および／または流出経路を切り換える切替機能を有することを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。【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、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と、該成形体の前記波板稜線と直交する側面であって互いに隣接する２つの面をシールして前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止弁とを備えたフィルタであって、該閉止弁が、前記排ガスの流入経路および／または流出経路を切り換える切替機能を有することを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。
【請求項２】
前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であり、該酸化触媒が白金を含有することを特徴とする請求項１に記載のフィルタ。
【請求項３】
前記酸化触媒の酸化力が排ガスの流入経路と流出経路で異なることを特徴とする請求項２に記載のフィルタ。
【請求項４】
前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする請求項２または３に記載のフィルタ。
【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、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と、該成形体に前記波板稜線の一方から排ガスを流入させる手段と、該成形体の排ガスが流入する面と反対側の面および排ガスが流入する方向と直交する側面の一つの面に、排ガスの通過を遮断して該成形体に前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止弁と、該閉止弁を通って流出する排ガスを流出させる手段とを備え、該閉止弁が、前記排ガスの流入経路および／または流出経路を切り換える切替機能を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
【請求項６】
前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であり、該酸化触媒がＰｔを含有することを特徴とする請求項５に記載の排ガス浄化装置。
【請求項７】
前記酸化触媒の酸化力が排ガスの流入経路と流出経路で異なることを特徴とする請求項６に記載の排ガス浄化装置。
【請求項８】
前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする請求項６または７に記載の排ガス浄化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は排ガス浄化用フィルタおよび排ガス浄化装置に係り、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）を低通風損失かつ高効率で除去でき、さらに灰や煤が堆積した場合に大掛かりな装置を用いることなく堆積物を除去することができる排ガス浄化用フィルタおよびこれを用いた排ガス浄化装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは内燃機関のうち最も効率の高いものの一つであり、一定出力当りの二酸化炭素（ＣＯ2 ）の排出量が低く、さらに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（ＤＥ）を用いた車や定置式の発電設備が見直され、多用される傾向にある。
一方、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の排出量が多く、公害の元凶になっていることが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および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、長期間煤の詰まりを防止できるようにしたＤＰフィルタ（ＤＰＦ）に関する研究・発明がなされている（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、その形状としては、板状または円筒状の金属またはセラミックス焼結フィルタや、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 に酸化する酸化機能を持たせ、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、これらの従来技術は上記のようにＤＰの捕集効率が高く、優れた性能を有するものであるが、軽油や重油を燃料とする場合や、ＤＥを用いた定置式発電設備などに使用する場合には、次のような問題点を有していた。
(1) 微細な細孔でＤＰを濾過することを基本原理とするフィルタ材であり、通風損失が大きく、効率の高いＤＥの特質を損なうことが多い。
(2) 不適切な操作により多量な煤が生じた場合に閉塞を起こしやすく、逆洗や煤の加熱燃焼など大掛かりな閉塞対策が必要になるものが多い。
(3) 燃料中の灰分がフィルタ材の細孔に溜り、目詰まりを起こすために、寿命が短い。
【０００４】
図７は従来のＤＰＦを用いた排ガス浄化装置の説明図である。
この排ガス浄化装置は、排ガス流路３および浄化ガス流路４と、排ガス流路３を２つに分岐し、その後流で浄化ガス流路４に合流させる排ガス分岐流路３０Ａ、３０Ｂと、排ガス分岐流路３０Ａと３０Ｂの間に排ガスが流通可能となるように設置されたＤＰＦ２０と、排ガス分岐流路３０Ａ、３０Ｂのそれぞれに設けられた排ガスの通過または遮断を調節するバルブ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄとを有する。
このような構成において、被処理ガスとしての排ガスは、まずバブル２０Ａ、２０Ｄが開、バルブ２０Ｂ、２０Ｃが閉に調節された状態で、排ガス流路３から流入し、排ガス分岐流路３０Ａを経てＤＰＦ２０を通過し、この通過の際に、排ガス中のＤＰが除去され、浄化ガスが排ガス分岐流路３０Ｂを経て浄化ガス流路４から系外に排出される。ＤＰＦ２０に排ガス中の煤等が堆積して圧力損失が増大した場合には、バルブ２０Ａ、２０Ｄを閉、バルブ２０Ｂ、２０Ｃを開に切替え、排ガス流路３から供給される排ガスを排ガス分岐流路３０Ｂに導き、排ガスを逆方向からＤＰＦ２０を通過させて堆積した煤や排ガス中のＤＰを除去し、排ガス分岐流路３０Ｂから浄化ガス流路４に導いて系外に排出する。
【０００５】
上記従来の浄化装置では、排ガスを逆方向に流す操作（いわゆる、逆洗）が可能なため、この逆洗により内部に溜まった粒子を排出させ、煤の捕集効率や通風損失を回復させることが可能である。しかし、排ガス経路を２つに分岐し、さらにバルブを４個を設置して流路を切替える必要があり、装置が複雑かつ高価になるという問題があった。
【非特許文献１】産業環境管理協会、環境管理Vol.37, p441-449
【特許文献１】特開平１−３１８７１５号公報
【特許文献２】特開昭６０廃２３５６２０号公報
【非特許文献２】自動車技術会学術公園会前刷り集Ｎｏ．２２−２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、本発明者らは、先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、簡便な構造で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容易に抜き出す構造とすることができるため、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が、堆積した煤等をさらに効率よく処理できる安価なフィルタおよび装置が求められている。
本発明の課題は、安価な材料で構成し、目詰まりや灰分の閉塞に強いフィルタであって、逆洗や煤の加熱燃焼などの大掛かりな手段を必要としない新規な排ガス浄化用フィルタおよびこれを用いた排ガス浄化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、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と、該成形体の前記波板稜線と直交する側面であって互いに隣接する２つの面をシールして前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止弁とを備えたフィルタであって、該閉止弁が、前記排ガスの流入経路および／または流出経路を切り換える切替機能を設けたことを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。
（２）前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であり、該酸化触媒が白金を含有することを特徴とする（１）に記載のフィルタ。
（３）前記酸化触媒の酸化力が排ガスの流入経路と流出経路で異なることを特徴とする（２）に記載のフィルタ。
（４）前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする（２）または（３）に記載のフィルタ。
【０００８】
（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、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と、該成形体に前記波板稜線の一方から排ガスを流入させる手段と、該成形体の排ガスが流入する面と反対側の面および排ガスが流入する方向と直交する側面の一つの面に、排ガスの通過を遮断して該成形体に前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止弁と、該閉止弁を通って流出する排ガスを流出させる手段とを備え、該閉止弁が、前記排ガスの流入経路および／または流出経路を切り換える切替機能を有することを特徴とする排ガス浄化装置。
（６）前記排ガス浄化触媒が、排ガス中の一酸化窒素を酸化する酸化触媒であり、該酸化触媒がＰｔを含有することを特徴とする（５）に記載の排ガス浄化装置。
（７）前記酸化触媒の酸化力が排ガスの流入経路と流出経路で異なることを特徴とする（６）に記載の排ガス浄化装置。
（８）前記酸化触媒が酸化チタンを含有することを特徴とする（６）または（７）に記載の排ガス浄化装置。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、従来の高価なセラミックス焼結フィルタおよび切替えバルブを用いることなく、排ガス温度が低く煤が燃焼しにくい低負荷時でも、高性能で低圧損の触媒付ＤＰＦを実現できるため、長期間運転が可能で安価な排ガス浄化装置を提供することができる。
【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ＰＭ含有排ガス浄化装置（ＰＭ浄化装置という）の説明図、図２および図３は、図１の切替弁による排ガス流入経路および流出経路の切替え説明図であり、図４は、該ＰＭ浄化装置に用いられる成形体の説明図であり、(A) は成形体を構成する基本単位の説明図、(B) は該基本単位を積層した成形体の説明図、(C) は該成形体の排ガス流路の説明図である。
図１において、ＰＭ浄化装置は、排ガス流路３と、排ガス中の粒状物質を除去する成形体１Ａ、および該成形体１Ａに設置されて排ガスの流入経路と流出経路を形成させる閉止板６Ａ、６Ｂをそれぞれ有し、排ガスの流入経路と流出経路を切り換えることができる切替弁５Ａ、５Ｂを備えたＤＰＦ１と、該ＤＰＦ１で処理された浄化ガスを系外に排出する浄化ガス流路４とを備える。
【００１１】
成形体１Ａは、図４(A) に示す多孔質波板１０と多孔質平板１１の対を基本単位とし、該基本単位が図４(B) に示すように多孔質波板１０の波板稜線が交互に直交するように積層されたブロック状の積層体である。
多孔質波板１０および多孔質平板１１には、シリカアルミナ系セラミックス繊維の不織布や織布、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を用いることができる。特に０．５〜０．１ｍｍ厚のセラミックス不織布（シート）で形成すると多孔性に優れた軽量なＤＰＦを実現することが可能である。波板の形状には特に制限はないが、上記板厚の場合には、波のピッチを２〜１０ｍｍ、高さを１〜５ｍｍとするのが実用的である。また多孔質波板１０と多孔質平板１１からなる基本単位の積層は、無機結合剤により互いに接着させるのが好ましいが、単に積層したただけであってもよい。
【００１２】
多孔質波板１０と多孔質平板１１には、排ガス浄化触媒が担持されているが、該触媒としてはＮＯをＮＯ2 に酸化する触媒が好ましく用いられる。該触媒成分は、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されて使用され、公知の白金などの触媒成分を使用することができる。特にチタニアは耐酸性に優れ、イオウ分の多い重油を燃料とする場合に好結果が得られる。また排ガスの流入経路と流出経路で酸化触媒の酸化力を異なるように調整してもよく、この場合には煤の量に応じて流路を切替えることにより、煤を燃焼しつつ、有害なＮＯ2 やＳＯ3 の排出量を抑制することが可能となる。
【００１３】
また、上記成形体１Ａには、図４(C) に示すように、閉止板６Ａ、６Ｂが波板稜線と直交する側面であって互いに隣接する２つの面をシールするように設置され、この閉止板６Ａ、６Ｂの存在により、成形体１Ａ内に多孔質平板１１を介して多孔質波板１０との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される。該閉止板６Ａ、６Ｂは、閉止弁５Ａ、５Ｂの一部を構成し、該閉止弁５Ａ、５Ｂによる閉止板６Ａ、６Ｂの切替え機能により、成形体１Ａへの排ガスの流入経路と流出経路の切替えが行われる（図２および図３参照）。
【００１４】
このような構成において、排ガス流路３から供給された被処理ガスとしての排ガスは、成形体１Ａの入口Ａからに流入し、成形体１Ａ内の多孔質平板１１を通過する過程で煤等の粒状物質が濾過、除去され、出口Ｃから浄化ガスが浄化ガス流路４に排出される。
一方、排ガス中のＮＯが、該多孔質波板１０や多孔質波板１１に担持された酸化触媒と接触してＮＯ2 に変換され、該ＮＯ2 が下記式のように多孔質平板１１上に堆積した煤等をＣＯ2 に酸化するため、成形体１Ａ内のガス流路の通気損失が経時的に上昇することが防止される。
２ＮＯ2 ＋Ｃ（煤) →  ＣＯ2 ＋２ＮＯ        （１）
しかし、排ガス温度が低く煤等が燃焼しにくい低負荷運転時には、徐々に煤等が堆積してガス流路内の圧力損失が増大する（図６のＡ参照）。
【００１５】
本発明では、このような場合、図２または図３に示すように、切替弁５Ａ、５Ｂの作動により閉止板６Ａ、６Ｂによる閉止口を切替え、排ガスの流入経路および／または流出経路を変更することにより、堆積した煤等を逆洗等により容易に除去することができる。図２は、閉止板６Ａと閉止板６Ｂを回転させて流入経路と流出経路を切替えた場合であり、これにより排ガスの入口Ａと出口Ｃが閉止され、入口Ｂから出口Ｄに排ガスが流れ、逆洗効果とともに煤等の酸化効果が得られる。図３は、閉止板６Ｂのみを切替えて出口Ｂを閉止し、入口Ａから供給された排ガスを出口Ｄから直接排出させるようにした場合であり、この場合には上記のような逆洗効果は得られないが、堆積した煤等を同伴して除去することが可能であり、また煤等の酸化による燃焼、除去効果も得られる。またガス中のハイドロカーボンなどの臭気成分を分解することも可能である。さらにこのようなガス流れの切替えにより圧損を低く抑えることが可能となる。
【００１６】
図５は、本発明の他の実施例を示すＰＭ浄化装置の説明図である。
図５において、図１と異なる点は、閉止板６Ａ、６Ｂを成形体１Ａの側面に直接密着させることなく、排ガス流路３および浄化ガス流路４に設置して排ガスの流れをシールするようにした点である。このような構成によっても、図１の装置と同様に、閉止板６Ａ、６Ｂを成形体１Ａの側面に密着させたのと同様の効果が得られ、成形体１Ａに形成される排ガス流入経路と流出経路の切替えが可能であり、図１の装置と同様の効果が得られる。さらにより簡便な構造とすることができ、コンパクトな装置とすることができる。またこの場合でも、入口Ａからの流路と入口Ｂからの流路に、酸化活性の異なる触媒を担持させ、煤の量に応じて流路を切替えることにより、煤を燃焼し、かつ有害なＮＯ2 やＳＯ3 の排出量を抑制することができる。
【実施例】
【００１７】
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
〔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質平板との積層体（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、ニチアス社製、外寸３００ｍｍ×３００ｍｍ×３００ｍｍ）に１５％ＴｉＯ3 ゾル（石原産業社製）を含浸後、エアーブローにより液切り、１５０℃乾燥、ジニトロジアンミン白金溶液（Ｐｔ濃度：０．３２ｇ／Ｌ）を含浸、再度乾燥後６００℃で焼成してＰｔ担持量０．０５ｇ／Ｌの酸化触媒付ＤＰＦ用基材を作製した。
得られたＤＰＦ用基材を長さ１５０ｍｍ、縦１５０ｍｍ、幅１１７ｍｍの直方体に切り出し、積層体の波板稜線と直行する二つの面に閉止板を備えた切替弁を設置してＤＰＦを作製し、このＤＰＦを図１に示す装置に充填した。この装置を、Ａ重油を燃料とするディーゼルエンジン出口に設置して低負荷運転（ＤＰＦ温度約３００℃）でガスを流し、ＤＰＦの圧損の時間変化を調べた。なお、試験運転は、切替弁を１時間毎に切り換えて連続運転を行うとともに、比較のために切替弁による切替えを行わない場合についても行った。
【００１８】
その結果を図６に示した。図６中、切替えを行った場合の結果を実線（Ａ）で示し、切替えを行わなかった場合の結果を鎖線（Ｂ）で示した。この結果から、切替えを行わなかった場合（鎖線）には１０時間程度の運転で圧損が高くなり、運転不可となったが、ガス流路の切替えを行うことにより、煤が燃焼しにくい低負荷運転時でも、ＤＰＦの圧損が殆ど上昇せず、長時間の運転が可能であることがわかった。また、この時の煤などの煤塵除去率は９０％以上であり、出口では黒煙は確認できなかった。
【産業上の利用可能性】
【００１９】
本発明によれば、従来の高価なセラミックス焼結フィルタおよび切替えバルブを用いることなく、排ガス温度が低く煤が燃焼しにくい低負荷時でも、高性能で低圧損の触媒付ＤＰＦを実現できるため、長期間の運転が可能な安価な排ガス浄化装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施例を示すＰＭ浄化装置の説明図。
【図２】図１の切替弁によるガス流路の切替え説明図。
【図３】図１の切替弁によるガス流路の切替え説明図。
【図４】ＰＭ浄化装置に用いられる成形体の説明図。
【図５】本発明の他の実施例を示すＰＭ浄化装置の説明図。
【図６】実施例における試験結果の説明図。
【図７】従来技術のＰＭ浄化装置の説明図。
【符号の説明】
【００２１】
１…ＤＰＦ、１Ａ…成形体、３…排ガス流路、４…浄化ガス流路、５Ａ、５Ｂ…切替弁、６Ａ、６Ｂ…閉止板、１０…多孔質波板、１１…多孔質平板、２０…ＤＰＦ、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ…切替バルブ、３０Ａ、３０Ｂ…排ガス分岐流路。
【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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