(57)【要約】【課題】捕集時の初期圧力損失が極めて低く、また圧力損失の上昇が少ないパティキュレートトラップにおいて、パティキュレート捕集効率をより一層改善したパティキュレートトラップを提供する。【解決手段】２以上のハニカム体７をその軸方向に配置したパティキュレートトラップであって、該ハニカム体７の２以上のものについては、金属繊維製不織布の平板と１金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板２とを交互に重ね合わせて巻き回し、又は積層することにより多数のガス流通セルを形成してなるハニカム体であることを特徴とするパティキュレートトラップ。隣り合うハニカム体７の間に空間１９を有する。排気ガス下流側のハニカム体７のセル密度は、上流側のハニカム体７のセル密度より高い密度である。金属繊維製不織布の波板２の波頂部の軌跡１７の方向が、ハニカム体の軸方向１４に対して傾斜している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２以上のハニカム体をその軸方向に配置したパティキュレートトラップであって、該ハニカム体の２以上のものについては、金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせて巻き回し、又は積層することにより多数のガス流通セルを形成してなるハニカム体であることを特徴とするパティキュレートトラップ。
【請求項２】
隣り合うハニカム体の間に空間を有することを特徴とする請求項１に記載のパティキュレートトラップ。
【請求項３】
排気ガス下流側のハニカム体のセル密度は、上流側のハニカム体のセル密度より高い密度であることを特徴とする請求項１又は２に記載のパティキュレートトラップ。
【請求項４】
排気ガス下流側のハニカム体の空隙率は、上流側のハニカム体の空隙率より低い値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
【請求項５】
前記金属繊維製不織布の金属繊維に触媒を担持したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
【請求項６】
前記金属繊維製不織布の波板の波頂部の軌跡の方向が、ハニカム体の軸方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
【請求項７】
波頂部の軌跡の傾斜の方向は、隣り合うハニカム体の間で逆方向であることを特徴とする請求項６に記載のパティキュレートトラップ。
【請求項８】
前記ハニカム体の軸方向に対する波頂部の軌跡の傾斜角度は、ハニカム体の軸方向において変化してなることを特徴とする請求項６に記載のパティキュレートトラップ。
【請求項９】
波頂部のハニカム体軸方向の軌跡が描く曲率中心は、隣り合うハニカム体の間で逆方向にあることを特徴とする請求項８に記載のパティキュレートトラップ。
【請求項１０】
前記ハニカム体の１以上のものは、電気加熱による発熱部を有していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
【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の排気ガス中のカーボン等の微粒子（パティキュレート）を捕集・除去するためのパティキュレートトラップに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるカーボンを主体とするパティキュレートを除去することは、環境対策上極めて重要である。ディーゼルエンジンの排気ガス系統にパティキュレートトラップを配置し、パティキュレートを捕集し、後処理により除去する技術が種々提案されている。パティキュレートを捕集するためのフィルターとしては、コーディエライトセラミックスのハニカム状多孔体や、セラミックスファイバをキャンドル状にしたセラミックファイバートラップが知られている。
【０００３】
特許文献１においては、金属繊維の不織布で作られる複数の平面フィルタ又は異径筒状フィルタを組み合わせ、小型で排気ガスが通過するフィルタ表面積が大きいトラップ構造によるパティキュレートトラップを提案している。フィルタとして金属繊維の不織布を用いることによって耐久性や再生時の信頼性の向上を図り、不織布の表面積を大きくすることによって目詰まりと圧力損失の低減を図っている。
【０００４】
特許文献２においては、同じく金属繊維の不織布で作られる２枚以上の平板フィルタと金属製の２枚以上の波板を交互に偶数枚重ねた積層材をロール巻きしたパティキュレートトラップが提案されている。金属繊維の不織布で作られる平板がパティキュレートフィルタとして機能する。
【０００５】
特許文献３においては、金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせて巻き回し、又は積層することにより多数のガス流通セルを形成してなることを特徴とするハニカム体を用いたパティキュレートフィルタが記載されている。このハニカム体においては、セル内を通過する排気ガス流はセルを構成する金属繊維製不織布と衝突を繰り返す。この衝突の過程で、排気ガス中に含まれるパティキュレートが不織布の金属繊維に捕獲される為、パティキュレートトラップとして機能する。一方排気ガスはセルだけでなく、不織布内部を通過し隣接するセルに流れ込み、その際にも不織布内部の金属繊維と激しく衝突を繰り返す。この流れによりパティキュレートは不織布の内部に捕獲される。また、セルを直進した排気ガスは乱流の影響しか受けず、従来に比較して大幅に圧力損失を下げることができ、また捕集が進んだ際の圧力損失の上昇も抑えることができる。これにより、捕集時の初期圧力損失が極めて低く、また圧力損失の上昇が少ないパティキュレートトラップとすることができるようになった。
【０００６】
【特許文献１】
特開平８−２４３３３３号公報
【特許文献２】
特開平９−２６２４１４号公報
【特許文献３】
特開２００２−１１３７９８公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献３に記載のパティキュレートトラップにおいては、ハニカム体のセル内を通過する排気ガス流が乱流となり、排気ガス中のパティキュレートがセル壁の金属繊維製不織布と衝突を繰り返すことが重要である。ところで、ハニカム体のセル内を通過するガスのレイノルズ数は１５０〜６００程度である。ハニカム体に流入する前の排気ガスは乱流状態であり、セルに流入した直後は乱流状態を維持することができるが、セル内部のレイノルズ数がこの程度の値数であるとセル内の流れは層流に移行してしまう。従って、セル内の流れをできるだけ乱流状態に維持することができれば、パティキュレートの捕集効率をより一層向上することができ、好ましい。
【０００８】
本発明は、捕集時の初期圧力損失が極めて低く、また圧力損失の上昇が少ないパティキュレートトラップにおいて、パティキュレート捕集効率をより一層改善したパティキュレートトラップを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）２以上のハニカム体７をその軸方向に配置したパティキュレートトラップであって、該ハニカム体７の２以上のものについては、金属繊維製不織布の平板と１金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板２とを交互に重ね合わせて巻き回し、又は積層することにより多数のガス流通セルを形成してなるハニカム体であることを特徴とするパティキュレートトラップ。
（２）隣り合うハニカム体７の間に空間１９を有することを特徴とする上記（１）に記載のパティキュレートトラップ。
（３）排気ガス下流側のハニカム体７のセル密度は、上流側のハニカム体７のセル密度より高い密度であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のパティキュレートトラップ。
（４）排気ガス下流側のハニカム体７の空隙率は、上流側のハニカム体７の空隙率より低い値であることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
（５）前記金属繊維製不織布の金属繊維４に触媒を担持したことを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
（６）前記金属繊維製不織布の波板２の波頂部の軌跡１７の方向が、ハニカム体の軸方向１４に対して傾斜していることを特徴とする上記（１）乃至（５）のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
（７）波頂部の軌跡１７の傾斜の方向は、隣り合うハニカム体の間で逆方向であることを特徴とする上記（６）に記載のパティキュレートトラップ。
（８）前記ハニカム体の軸方向１４に対する波頂部の軌跡１８の傾斜角度は、ハニカム体の軸方向において変化してなることを特徴とする上記（６）に記載のパティキュレートトラップ。
（９）波頂部のハニカム体軸方向の軌跡が描く曲率中心は、隣り合うハニカム体の間で逆方向にあることを特徴とする上記（８）に記載のパティキュレートトラップ。
（１０）前記ハニカム体の１以上のものは、電気加熱による発熱部１０を有していることを特徴とする上記（１）乃至（９）のいずれかに記載のパティキュレートトラップ。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明のパティキュレートトラップは、金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせて巻き回し、又は積層することにより多数のガス流通セルを形成してなる２以上のハニカム体を準備し、図１に示すように、このハニカム体を含めて２以上のハニカム体をフィルタの軸方向に配置する。図２（ａ）は金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせて巻き回すことにより多数のガス流通セルを形成したハニカム体を表し、図２（ｂ）は金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを積層することにより多数のガス流通セルを形成したハニカム体を表す。
【００１１】
本発明のパティキュレートトラップにおいて、排気ガス中のディーゼルパティキュレートを捕集する基本は、特許文献３に記載のものと同様である。すなわち、図３に示すように、セル３内を通過する排気ガス流はセルを構成する金属繊維製不織布と衝突を繰り返し、この衝突の過程で、排気ガス中に含まれるパティキュレートが不織布の金属繊維に捕獲される。一方排気ガスはセルだけでなく、不織布を通るガス流２４として不織布を通過して隣接するセルに流れ込み、その際にも不織布内部の金属繊維と激しく衝突を繰り返す。これらの流れによりパティキュレートは不織布の内部に捕獲される。従来に比較して圧力損失を大幅に下げることができ、また捕集が進んだ際の圧力損失の上昇も抑えることができる。
【００１２】
単一のハニカム体を用いた上記構成のパティキュレートトラップでは、ハニカム体の排気ガス入口付近および出口付近のセル壁に重点的にパティキュレートがトラップされる。図４（ｃ）に示すように、ハニカム体７の排気ガス入口付近ではガスが乱流１５であるため、セル壁との衝突を繰り返してガス中のパティキュレートがセル壁に捕獲されるのに対し、入口から離れた内部においてはガス流が乱流１５から層流１６に変化し、パティキュレートの捕獲効率が低下するものと思われる。出口付近で再度捕獲効率が向上する理由は、拡管効果等で乱流が発生するためであると思われる。
【００１３】
本発明の特徴とするところは、セル壁が金属繊維製不織布で構成されたハニカム体７を複数、トラップの軸方向に配置している。最も基本的には図１（ａ）に示すように複数のハニカム体を近接して配置する。トラップの軸方向に近接して配置した上流側のハニカム体７ａと下流側のハニカム体７ｂは、セルの軸方向とトラップの軸方向が一致しているので、図４（ａ）に示すように、上流側のハニカム体７ａのセルを通過してセルの出口から排出した排気ガスは、直ちに下流側のハニカム体７ｂのセル入口からセル内に流入する。このとき、上流側のハニカム体７ａのセル３と下流側のハニカム体７ｂのセル３とのセル中心軸は基本的に一致していないので、ハニカム体接触面付近においてガス流れに乱れが生じ、下流側のハニカム体のセルに流入したガス流は乱流１５となる。その結果、下流側のハニカム体の排気ガス入口付近においては、パティキュレートの捕獲効率を高めることができる。また、前記単一のハニカム体の場合と同様、各ハニカム体毎に排気ガス入口付近に加えて出口付近にもパティキュレート捕獲効率の高い部分が存在する。従って、複数のハニカム体を配置し、パティキュレートトラップ軸方向におけるハニカム体全体の長さを一定に維持すれば、パティキュレート捕獲効率の高い部分の存在比率が高まり、全体としてパティキュレート捕獲効率を向上することができる。
【００１４】
パティキュレートトラップ９の軸方向に配置するハニカム体の数は、２以上であれば数が多くなるほどパティキュレート捕獲効率を向上することができる。３以上のハニカム体を配置する場合において、すべてのハニカム体を金属繊維製の不織布を用いたハニカム体とする必要はなく、一部のハニカム体については、例えば金属箔を用いて形成し、セル表面に触媒を担持した触媒担体としても良い。
【００１５】
ハニカム体を構成する金属繊維製不織布は所定の厚さを有している。従って、図１（ａ）に示すように２個のハニカム体をフィルタの軸方向に接触させると、接触部においてガス流通可能開口率が低下することとなり、ここにおいて高い圧力損失が発生することとなる。図５は２個のハニカム体の重なり状況をハニカム体軸方向に見た状況を示す概略図であり、上流側ハニカム体３１と下流側ハニカム体３２との重なりによってガス流通路が大幅に低減している状況が明らかである。本発明においては、図１（ｂ）に示すように隣り合うハニカム体の間に空間１９を有することとすれば、接触部におけるガス流通可能開口率の低下を防止することができ、好ましい。図４（ｂ）に示すように、ハニカム体間の空間１９を流れる排気ガスは乱流の状態を維持し、下流側のハニカム体に流入した時点でガスは乱流状態を保っている。２個のハニカム体の間に設ける距離については、５ｍｍ以上とすれば確実に効果を発揮することができる。１０ｍｍ以上とすればより好ましい。一方、距離が４５ｍｍを超えると効果は飽和し、パティキュレートトラップの全体長さを徒に長くすることとなるので好ましくない。距離は２０ｍｍ以下とするとより好ましい。
【００１６】
金属繊維製不織布によって形成したハニカム体のセルの大きさについては、ハニカム体単位断面積当たりのセル個数であるセル密度によって表現することができる。セル密度が大きいほど、１個１個のセルの断面積が小さくなり、パティキュレート径の大きなものも小さなものも捕獲することができるようになる。ただし、多量のパティキュレートの捕獲によってセル断面積が小さくなり、排気ガスの通過抵抗が急速に増大するというデメリットを有する。逆に、セル密度が大きくなると、大きな径のパティキュレートは捕獲できるものの小さな径のパティキュレートの捕獲比率が低減し、そのかわり排気ガスの通過抵抗が増大するデメリットは生じにくい。
【００１７】
本発明においては、図６（ａ）に示すように、排気ガス下流側のハニカム体７ｂのセル密度は、上流側のハニカム体７ａのセル密度より高い密度であることとすることよより、上記課題を解決することができる。即ち、上流側にセル密度の低いハニカム体７ａを配置し、この上流側のハニカム体７ａで大きな径のパティキュレートを選択的に捕獲する。下流側にはセル密度の高いハニカム体７ｂを配置し、すでに大きな径のパティキュレートが捕獲された後の排気ガスを通過させ、残存する小さな径のパティキュレートを集中的に捕獲する。このような構成とすることにより、大きな径のパティキュレートも小さな径のパティキュレートも捕獲することができ、さらにハニカム体のセル断面積が過度のパティキュレートの捕獲によって低下することがなく、安定したパティキュレートの捕獲が可能になる。その結果、排気ガスがパティキュレートトラップを通過する際における圧損を最小限にできるので、エンジンに対する負荷を抑えることができる。
【００１８】
図６（ａ）のように２個のハニカム体を配置したパティキュレートトラップにおいては、上流側のハニカム体７ａのセル密度を１００〜４００ＣＰＳＩ（Ｃｅｌｌ／ｉｎｃｈ２）とし、下流側のハニカム体７ｂのセル密度を３００〜１２００ＣＰＳＩ程度とすると好ましい。図６（ｂ）に示すように３個のハニカム体を配置する場合には、中間に配置するハニカム体２ｂのセル密度を２００〜６００ＣＰＳＩとし、その前後のハニカム体のセル密度は上記２個のハニカム体の場合と同様とするとよい。
【００１９】
ハニカム体を構成する金属繊維製不織布については、金属繊維の密度などを調整することによって不織布の空隙率を種々の値に調整することができる。空隙率を小さく、即ち金属繊維を密に配置した不織布においては、径の大きなパティキュレートも径の小さなパティキュレートもともに捕獲することが可能である。一方、空隙率を大きく、即ち金属繊維を疎に配置した不織布においては、径の大きなパティキュレートは捕獲できるものの、径の小さなパティキュレートの捕獲効率が低下する。
【００２０】
本発明においては、排気ガス下流側のハニカム体の空隙率は、上流側のハニカム体の空隙率より低い値であることとすることにより、上流側のハニカム体で径の大きなパティキュレートを選択的に捕獲し、下流側のハニカム体にすでに大きな径のパティキュレートが捕獲された後の排気ガスを通過させ、残存する小さな径のパティキュレートを集中的に捕獲する。このような構成とすることにより、大きな径のパティキュレートも小さな径のパティキュレートも捕獲することができ、さらにハニカム体のセル断面積が過度のパティキュレートの捕獲によって低下することがなく、安定したパティキュレートの捕獲が可能になる。その結果、排気ガスがパティキュレートトラップを通過する際における圧損を最小限にできるので、エンジンに対する負荷を抑えることができる。
【００２１】
２個のハニカム体を配置したパティキュレートトラップにおいては、上流側のハニカム体不織布の空隙率を９５〜８０％とし、下流側のハニカム体不織布の空隙率を８５〜６５％程度とすると好ましい。３個のハニカム体を配置する場合には、中間に配置するハニカム体の空隙率を８５〜７５％とし、その前後のハニカム体の空隙率は上記２個のハニカム体の場合と同様とするとよい。
【００２２】
本発明のパティキュレートトラップにおいて、ハニカム体を構成する金属繊維製不織布の金属繊維に触媒を担持することができる。金属繊維に担持された触媒は、図７（ｂ）に示すように金属繊維４の１本１本の表面に触媒担持層５としてコーティングされているので、この不織布をガスが通過することが可能であり、触媒として機能するだけでなく、パティキュレートをトラップすることもできる。またセルを構成する平板と波板を金属板で構成して触媒をコーティングした従来の場合に比較し、セル内における触媒担持層の総表面積は本発明の方が大幅に増大する。これにより今までの触媒担体より大幅な小型化が計れる。
【００２３】
金属繊維に触媒を担持した本発明のパティキュレートトラップをディーゼルエンジンの排気ガス系に使用した場合には、排気ガスに含まれるパティキュレートが金属繊維間の凹凸にトラップされるので圧力損失の少ないパティキュレートトラップとして機能とすると同時に、金属繊維表面の触媒によって触媒反応が起こり、排気ガス中の有害成分除去を同時に行うことができる。
【００２４】
金属繊維に触媒を担持した本発明のパティキュレートトラップをガソリンエンジンの排気ガス系に使用した場合には、排気ガス浄化用の触媒担体として機能する。従来の金属製平箔と波箔とを巻き回しあるいは積層した触媒担体に比較し、セル内表面における触媒担持層の総表面積が大幅に増大するので、触媒反応効率が画期的に向上する。またセル壁面を構成する金属繊維製不織布の凹凸により乱流発生が全面におき、触媒反応が促進される。メタノール改質装置としても良好である。
【００２５】
自動車の排気ガス浄化用に用いる触媒担体においては、エンジン始動時にできるだけ早く触媒を着火温度以上の温度に昇温して触媒に着火し、触媒反応を進行させる必要がある。一方、エンジン始動時には触媒担体は冷えており、また流入する排気ガスの温度も低いので、触媒温度を早期に昇温するためには、特に排気ガス入り側において触媒担体の熱容量を小さくすることが有効である。本発明において、金属繊維製不織布に触媒を担持して触媒担体とする場合には、前述のように排気ガス下流側のハニカム体のセル密度は、上流側のハニカム体のセル密度より高い密度であることとすることにより、排気ガス入り側のハニカム体の熱容量を小さくすることができる。これにより、排気ガス入り側では熱容量が小さいのでエンジン始動時に早期にハニカム体の温度が上昇して触媒に着火する。
【００２６】
本発明において、金属繊維製不織布の波板の波頂部の軌跡１８の方向が、図８（ａ）に示すようにハニカム体の軸方向１４に対して傾斜していることとすると好ましい。このような波板２を用いて平板と波板を交互に重ね合わせて巻き回してハニカム体を構成すると、図８（ｂ）に示すように、ハニカム体中に形成されるセル３の方向がハニカム体の軸方向１４から傾斜するとともに、セル３は直線ではなくわずかながら曲線を形成する。このように流れ方向に凹の曲率を有する曲面に沿う流れの境界層の内部には、遠心力の作用によって流れが不安定化し、流れ方向に縦渦の列ができることが知られている。この渦はゲルトラー渦と呼ばれており、この渦のため、セル中を通過する排気ガスとセル内表面との間の衝突が激しくなり、パティキュレートの捕集効率が増大するとともに触媒反応効率の増大を得ることができる。波頂部の傾斜角度の好適範囲は、５°〜３０°である。５°未満では傾斜角度をつけた効果を十分に発揮することができない。また３０°を超えると、圧力損失が増大し、パティキュレートの捕集又は触媒反応が十分に得られなくなる可能性が増大する。
【００２７】
波板の波頂部の軌跡１８の方向をハニカム体の軸方向１４に対して傾斜する場合において、波頂部の軌跡１８の傾斜の方向は、図８（ｃ）に示すように隣り合うハニカム体の間で逆方向であることとすると好ましい。上流側のハニカム体における流れ方向が下流側のハニカム体に入ったときに急激に変化し、流れ方向変化によるパティキュレート捕集効率向上効果が得られるからである。
【００２８】
波板の波頂部の軌跡１８の方向をハニカム体の軸方向１４に対して傾斜する場合において、ハニカム体の軸方向に対する波頂部の傾斜角度は、図９（ａ）に示すようにハニカム体の軸方向において変化してなることとすると好ましい。これは即ち、波板をハニカム体に巻回す前において波頂部が描く軌跡１８が曲線であることを意味する。これによって、波板が巻き回す前から有している曲線形状と、波板を巻き回した結果として生じる曲線形状との相乗効果としての曲線形状を得ることができる。また、平板と波板を交互に巻き回すのではなく、積層することによってハニカム体を形成する場合においても、ハニカム体のセルを曲線形状とすることが可能である。
【００２９】
波板の波頂部の軌跡１８が描く曲線形状は、図１０に示すようにひとつのハニカム体の排気ガス入側から出側までの軸方向において、曲率中心が波頂部の両側に交互に位置する形態とすることもでき、また図９（ａ）に示すように曲率中心が波頂部の一方の側のみに位置する形態とすることもできる。いずれの場合においても、排気ガス入側においては、波頂部の軌跡１８とハニカム体軸方向１４との間の傾斜角度は小さい方が良い。これにより、排気ガスが円滑にセル内に流入することができる。曲率中心が波頂部の両側に交互に位置する形態においては、排気ガス出側においても波頂部の軌跡１８とハニカム体軸方向１４との間の傾斜角度を小さくすることが可能である。
【００３０】
図９（ａ）に示すように曲率中心が波頂部の一方の側のみに位置する形態においては、排気ガス入側において波頂部とハニカム体軸方向との間の傾斜角度を小さくすると、必然的に排気ガス出側では波頂部とハニカム体軸方向との間の傾斜角度が大きくなる。このような場合において、波頂部のハニカム体軸方向の軌跡が描く曲率中心は、図９（ｂ）に示すように隣り合うハニカム体の間で逆方向にあることとすると好ましい。これにより、セル内を流れる排気ガスは大きな遠心力を受け、ゲルトラー渦の発生が促進されてパティキュレート捕獲効率を向上させることができるからである。
【００３１】
ディーゼルエンジンのパティキュレートトラップにおいては、トラップに捕獲されたパティキュレートは、排気ガスの高温によって排気ガス中の酸化ガスと反応し燃焼除去される。従って、排気ガスの温度が低い場合には捕獲されたパティキュレートの燃焼除去が十分に行われず、パティキュレートトラップにパティキュレートが堆積することとなる。エンジン始動時あるいはアイドリング時には排気ガスの温度が低く、捕獲されたパティキュレートの燃焼が不十分になる。
【００３２】
本発明のパティキュレートトラップは、電気加熱による発熱部１０を有することによってこの問題を解決することができる。電気加熱による発熱でパティキュレートトラップ中を通過する排気ガスの温度が上昇し、トラップ中に捕獲されたパティキュレートの燃焼が始まる。燃焼が始まれば、燃焼熱によって排気ガスの温度がさらに上昇するので、パティキュレートトラップのハニカム体内において上流から下流まで排気ガスの温度を高温に保持し、捕獲パティキュレートの燃焼を十分に行うことができる。
【００３３】
本発明の電気加熱による発熱部を有するパティキュレートトラップが、同時に触媒を担持した部分をも有する場合において、排気ガス中の未燃焼成分を燃焼させるための触媒反応は、所定の温度以上の高温において発生する。エンジン始動直後あるいはアイドリング時においては排気ガスの温度が低く、触媒反応を開始するための着火が起こらない。このような場合に、触媒担体が電気加熱による発熱部を有していると、発熱部で加熱された排気ガスが着火温度以上の温度に昇温し、低温の排気ガスであっても触媒反応を起こさせることができるので好ましい。
【００３４】
電気加熱による発熱部については、例えば特開平９−８８５６１号公報に記載の方法を用いることができる。即ち、図１１に示すように、少なくとも一方の表面が絶縁された平箔と波箔とを組み合わせた組み合わせ箔を中心電極１１の周りに螺旋状に巻き回して円筒状に形成し、もう一方の外部電極１２が接続されるケーシング８に収納してハニカム体７ｂとし、組み合わせ箔周方向両端に電圧を印加するものである。このハニカム体７ｂは絶縁を局所的に破壊し隣接する組み合わせ箔を半径方向に導通する局所的発熱部１０を複数設ける。２つの電極の間に電圧を印加すると、電流が局所的発熱部を通過するときに発熱し、発熱部の周辺を通過する排気ガスを昇温することができる。
【００３５】
【実施例】
金属繊維製不織布の平板と金属繊維製不織布をコルゲート加工した波板とを交互に重ね合わせて巻き回し、多数のガス流通セルを形成するパティキュレートトラップにおいて、本発明を適用した。
【００３６】
パティキュレートトラップの外径は１００ｍｍである。パティキュレートトラップを形成するハニカム体として、本発明例は図１（ｂ）に示すように、長さ５０ｍｍのものを２５ｍｍの間隔を開けて２個直列に配置し、比較例は長さ１１０ｍｍのものを１個配置している。本発明例、比較例ともに、金属製不織布として厚さ０．３ｍｍ、空隙率７０％のものを用い、ハニカム体のセル密度は３００ＣＰＳＩとした。
【００３７】
４サイクル水冷ディーゼルエンジン（排気量７６４ｃｃ）の排気系に本発明例と比較例のパティキュレートトラップを接続し、排気ガス中微粒子の捕集率評価を行った。
【００３８】
エンジンに使用する燃料は市販軽油、エンジン回転数３６００ｒｐｍ、負荷１０ｋＷで運転した。各測定の前に、パティキュレートトラップを付けない状態で十分暖機し、パティキュレートトラップを取り付け、ガス漏れのないことを確認した後、試験条件に達した時点から測定を開始した。なお、パティキュレートトラップを付けない場合は、排気温度が安定した後に測定を行った。試験温度は、定常時は常温とした。ＣＶＳ流量は、全試験を通して測定の間、１０ｍ３／ｍｉｎに固定して行った。
【００３９】
測定項目として、粒子状物質排出量、粒子状物質捕集量を測定し、これらの測定結果から捕集率を算出した。また、圧力損失の測定を行った。
１回の測定は７００秒間行い、測定を３回繰り返した。
【００４０】
粒子状物質は、排出ガスを流速１１０リットル／ｍｉｎの一定流量状態の希釈トンネルへ導入した後、７０ｍｍφのテフロン（登録商標）コーティングフィルター（ＰａｌｌｆｌｅｘＴＸ４０ＨＩ−２０−ｗｗ、細孔０．３μｍ）を用いて捕集した。粒子状物質排出量は、粒子捕集前後のフィルター質量差より求めた。
【００４１】
粒子状物質排出量は次式により求めた。
ＰＭｍａｓｓ  ＝  （Ｖｍｉｘ  ＋  Ｖｓ）×｛ＰＭｓ／Ｖｓ  −  ＰＭｂ／Ｖｂ（１  −  １／ＤＦ）｝×１０−５
ここで、ＰＭｍａｓｓ：粒子状物質排出量（ｇ）、Ｖｍｉｘ：試験当たりの希釈排出ガス量（リットル）、ＰＭｓ：希釈排出ガスから捕集した粒子状物質質量（μｇ）、Ｖｓ：希釈排ガスの捕集流量（リットル）、ＰＭｂ：希釈空気から捕集した粒子状物質質量（μｇ）、Ｖｂ：希釈空気の捕集流量（リットル）である。また、ＤＦは以下の式から求められる希釈率である。
ＤＦ  ＝  １３．３／｛ＣＯ２ｅ  ＋  （ＨＣｅ＋  ＣＯｅ）×１０−４｝
ここで、ＣＯ２ｅ：希釈排ガス中のＣＯ２濃度（％）、ＨＣｅ：希釈排ガス中のＨＣ濃度（ｐｐｍｃ）、ＣＯｅ：希釈排ガス中のＣＯ濃度（ｐｐｍ）である。
【００４２】
図１２に本発明例と比較例の捕集率の測定結果を示した。図１２から明らかなように、ハニカム体を軸方向に２個配置した本発明例は、１個のハニカム体を用いた比較例と対比し、捕集率が２０〜２５％向上した。
【００４３】
圧力損失については、本発明例、比較例ともに、３ＫＰａ程度で相違はなかった。
【００４４】
【発明の効果】
本発明により、捕集時の初期圧力損失が極めて低く、また圧力損失の上昇が少ないパティキュレートトラップにおいて、パティキュレート捕集効率をより一層改善したパティキュレートトラップを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパティキュレートトラップを示す斜視断面図であり、（ａ）は隣り合うハニカム体を密に配置した場合、（ｂ）は隣り合うハニカム体の間に空間を有する場合である。
【図２】本発明のハニカム体を示す図であり、（ａ）は平板と波板とを交互に重ね合わせて巻き回したものの斜視図であり、（ｂ）は平板と波板を積層したものの正面図である。
【図３】本発明のハニカム体を流れる排気ガス流の状況を示す斜視断面図である。
【図４】本発明のハニカム体を流れる排気ガス流の状況を示す断面図である。
【図５】上流側ハニカム体と下流側ハニカム体の重なり状況を示す概略図である。
【図６】本発明のパティキュレートトラップを示す斜視断面図である。
【図７】（ａ）は金属繊維製不織布を示す部分拡大斜視図であり、（ｂ）は金属繊維の表面に触媒を担持した金属繊維製不織布を示す部分拡大斜視図である。
【図８】本発明のパティキュレートトラップを示す図であり、（ａ）は波頂部の軌跡を示す図、（ｂ）はハニカム体の斜視図、（ｃ）はパティキュレートトラップの斜視断面図である。
【図９】本発明のパティキュレートトラップを示す図であり、（ａ）は波頂部の軌跡を示す図、（ｂ）パティキュレートトラップの斜視断面図である。
【図１０】本発明のパティキュレートトラップにおける波頂部の軌跡を示す図である。
【図１１】電気加熱による発熱部を有する本発明のパティキュレートトラップを示す図である。
【図１２】本発明例と比較例の粒子状物質捕集率を対比した図である。
【符号の説明】
１  金属繊維製不織布の平板
２  金属繊維製不織布の波板
３  セル
４  金属繊維
５  触媒担持層
６  外筒
７  ハニカム体
８  ケーシング
９  パティキュレートトラップ
１０  発熱部
１１  中心電極
１２  外部電極
１３  排気ガス流
１４  ハニカム体軸方向
１５  排気ガス流（乱流）
１６  排気ガス流（層流）
１７  波頂部
１８  波頂部の軌跡
１９  空間
２１  入側ガス流
２２  出側ガス流
２３  セル内ガス流
２４  不織布を通るガス流
３１  上流側ハニカム体
３２  下流側ハニカム体
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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