(57)【要約】【課題】  安価に製造され、かつ、排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集できる排ガス浄化用フィルタを提供すること。【解決手段】  排ガス中に含まれる粒子状物質を濾過する排ガス浄化用フィルタにおいて、該フィルタのフィルタエレメントを、下水汚泥焼却灰を焼成してなる粒子を充填してなるフィルタエレメント、または、造粒してなる下水汚泥焼却灰を所定形状に成型、焼成してなる多孔質体のフィルタエレメントのいずれかまたはこれらの組み合わせとすることにより、排ガス中の粒子状物質が効率的に捕集されるとともに、製造コストが安価になる。【選択図】    図１
2005034797.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排ガス中に含まれる粒子状物質を濾過するフィルタであって、該フィルタは、下水汚泥焼却灰を焼成してなる粒子が充填されてなることを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。
【請求項２】
排ガス中に含まれる粒子状物質を濾過するフィルタであって、前記フィルタは、造粒してなる下水汚泥焼却灰を所定形状に成型、焼成してなる多孔質体であることを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。
【請求項３】
排ガス中に含まれる粒子状物質を濾過するフィルタであって、前記排ガスが通過する二枚の仕切板と、該仕切板の間に充填され下水汚泥焼却灰を焼成してなる粒子とを備え、前記仕切板は、前記下水汚泥焼却灰を所定形状に成型、焼成してなる多孔質体であることを特徴とする排ガス浄化用フィルタ。
【請求項４】
下水汚泥焼却灰を造粒し、得られた造粒体を焼成してなる粒子を所定空間に充填することを特徴とする排ガス浄化用フィルタエレメントの製造方法。
【請求項５】
造粒してなる下水汚泥焼却灰を所定形状に成型し、得られた成型体を焼成することを特徴とする排ガス浄化用フィルタエレメントの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル車から排出される排ガスを浄化するフィルタに関し、特に、下水汚泥焼却灰からなる排ガス浄化用フィルタおよびそのフィルタエレメントの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン排ガスなどに含まれる粒子状物質は、１ミクロン以下の微粒子物質が多く、これらが大気中に放出されると、人体に影響を与えるおそれがある。そのため、排ガス発生源においては、排ガス中の微粒子物質を十分に除去し、清浄化された排ガスを排出する必要がある。
【０００３】
一般に、これらの粒子状物質を除去する方法として、耐熱性のセラミックフィルタに排ガスを通過させ、フィルタ上に捕捉された粒子状物質を加熱し、燃焼除去する方法が知られている。例えば、炭化珪素粒子を構成材料とする多孔質のハニカム構造体において、その気孔率を所定範囲に収めることにより、自動車排ガスの濾過速度に対応したフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９９７７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、多孔質セラミックスを構成材料とするフィルタは、その形状構造が複雑になるほど、組成が安定した高価な原材料が必要となり、厳密な焼成管理が要求されることから、焼成品が高価になるという問題がある。
【０００６】
本発明は、安価に製造され、かつ、排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集できる排ガス浄化用フィルタを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一般に、都市などの下水処理において大量に発生する下水汚泥は、焼却炉などで高温に加熱され、下水汚泥焼却灰の状態に減容された後、廃棄物として埋め立てられている。しかし、新たな埋立地の確保が困難であることから、これらの下水汚泥焼却灰を資源として再利用する方法が望まれている。そこで、本発明者は、この下水汚泥焼却灰（以下、単に焼却灰という。）を、ディーゼルエンジン排ガスの浄化用フィルタとして利用する方法を発案し、鋭意検討した結果、焼却灰を造粒し、得られた造粒体を焼成してなる粒子状の焼成体を排ガス流路内に充填し、これに排ガスを通過させることにより、排ガス中の粒子状物質が効率的に濾過されることを見出したのである。
【０００８】
すなわち、粒子状の焼成体が充填されると、焼成体が複雑に入り組む構造となり、排ガス中の粒子状物質が焼成体と接触する面積が大きくなる。そのため、粒子状物質を焼成体表面に効率的に捕集することができる。さらに、焼成体は、焼却灰の組成に起因して、蓄熱特性に加え、燃焼触媒作用を有するため、焼成体表面に捕集された粒子状物質を効率的に燃焼分解することができる。また、本発明の焼成体は、焼却灰を高温加熱（例えば、１０５０℃）しているから、使用環境に十分耐えうる耐熱性を備えるとともに、その構造上、互いの拘束力が小さいため、熱膨張などによる変形を考慮する必要がない。
【０００９】
また、焼却灰を造粒した造粒体を焼成してなる焼成体に代えて、造粒体を所定形状に成型し、その成型体を焼成してなる多孔質体を用いるようにしてもよい。これによれば、排ガス中の粒子状物質は、多孔質体を通過することにより濾過され、効率的に燃焼分解される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、下水汚泥焼却灰を用いることにより、排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集する排ガス浄化用フィルタを安価に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明が適用されてなる一実施の形態について説明する。図１は、本発明が適用されてなるディーゼルエンジン排ガス浄化用フィルタの構成を説明する部分断面図ある。図に示すように、排ガス浄化用フィルタ（以下、単にフィルタという。）１は、縦型の容器２と、仕切板３，４と、粒子状の焼成体５とを備えて構成される。容器２は、断面円形の筒状に形成される胴部と、テーパ状に窄められてなる頂部および底部とからなり、頂部および底部の中央には、それぞれ排ガス導入口６、浄化ガス排出口７が形成されている。浄化ガス排出口７には、エルボ型の継手８が接続されている。仕切板３は、例えば胴部の略中央の高さに、胴部内壁を周状に渡して形成される一方、仕切板４は、浄化ガス排出口７の手前の底部内壁を周状に渡して形成されている。容器２内の仕切板３，４に挟まれて形成される空間には、粒子状の焼成体５が充填されている。ここで、焼成体５は、排ガスが導入される際、空間内を流動しないように、満遍なく充填されることが好ましい。仕切板３，４は、排ガス通流時の抵抗が小さく、焼成体５が通り抜けない程度の大きさの孔を複数備える網状部材または多孔質体などを用いることができる。
【００１２】
本実施の形態における焼成体５は、一般に、都市などから排出される下水汚泥を焼却炉などで焼却する際に、焼却炉から排出される粉末状の焼却灰を用いて製造されるものである。すなわち、焼却灰に周知のバインダや界面活性材などの結合材および水などを加えて混練し、造粒してなる造粒体を、周知の焼成方法、例えば１０５０℃の高温で焼成することにより製造することができる。得られた焼成体７は、例えば直径が０．６〜３．４ｍｍの小さな球状の粒子となる。
【００１３】
また、上記の造粒体を所定形状に成型し、得られた成型体を焼成してなる多孔質体を、本実施形態の仕切板として用いるようにしてもよい。この場合において、多孔質体の空隙率は、後述する方法により、排ガスの処理速度、つまり空間速度などを考慮して決める必要がある。
【００１４】
次に、上記のように構成されてなる排ガス浄化装置１について、その動作を説明する。ディーゼルエンジンなどから排出される排ガスは、排ガス流路に連結された排ガス浄化装置１の容器２内に導入され、仕切板３の孔を通過して焼成体５が充填される空間（以下、充填層という。）に導かれる。本実施形態の充填層は、従来の多孔質セラミックスの開孔面積と比べ、排ガス通流方向の開口面積が大きいが、その流路は複雑に入り組む構造となるため、排ガスが焼成体５に接触する面積が大きくなる。そのため、排ガスが充填層を通ると、例えば排ガス中の黒鉛粒子状物質が焼成体５の表面に付着して捕集される。
【００１５】
このようにして粒子状物質が次第に除去され、清浄化された排ガスは、仕切板４の孔を通り、浄化ガス排出口７から排出される。一方、焼成体５は、焼却灰の組成に起因して、蓄熱特性および燃焼触媒作用を有するため、焼成体５の表面に捕集された粒子状物質は効率的に燃焼分解される。なお、焼成体５の表面に、予め特定の触媒（例えば、３元触媒）や、捕集物質の濡れ性を考慮した反応促進物質などを付着させるようにしてもよい。
【００１６】
本実施形態の焼成体５は、例えば篩などにより粗粒と細粒に分別（例えば、０．６〜１．７ｍｍを細粒、１．８〜３．４ｍｍを粗粒とする）し、所定の配合比で混合させることが好ましい。これによれば、充填層における焼成体５の充填状態が密になるため、排ガス流路がより複雑化され、粒子状物質の捕集効率が向上する。また、焼成体５の粒径を排ガスの進行方向に対し変化させ、粒子状物質を大きさ毎に段階的に捕集するようにしてもよい。
【００１７】
次に、本実施形態の排ガス浄化用フィルタに用いるフィルタエレメントについて、図に基づいて説明する。図２は、粒子状の焼成体５を充填させてなるフィルタエレメント１１の模式図である。図に示すように、例えば円柱状の空間に充填されたフィルタエレメント１１は、黒矢印の側面側から導入される排ガス中の粒子状物質を捕集し、清浄化された排ガスを対向する側面から排出する。フィルタエレメント１１は、上述したように、焼却灰からなる粒子状の焼成体５を所定空間に充填し、集積させた構造であるから、原料が安価となり、しかも簡単に製造することができる。また、焼成体５は、造粒した焼却灰を高温焼成しているため、耐熱性を有し、高温による熱膨張、変質または溶損などを起こすことがない。また、焼却灰は重金属などを含む場合があるが、本実施形態は気体接触によるため、これらが溶出することがない。
【００１８】
図３は、図２のフィルタエレメント１１の一側面に、焼却灰からなる多孔質体１２を仕切板として設けてなるフィルタエレメント１３の模式図である。この多孔質体は、焼却灰を造粒してなる造粒体を、例えば仕切板と相似形状に成型し、焼成することにより製造できる。ここにおいて、多孔質体の空隙率は、造粒体の成型時に、造粒体にかける圧力の大きさにより変化する。すなわち、成型圧力が大きければ、造粒体同士の隙間が小さくなり、空隙率が低下する一方、成型圧力を小さく、または無圧にすると、隙間が大きくなり、空隙率が増加する。多孔質体の空隙率は、排ガスの濾過速度（空間速度）などにより適宜決められる。
【００１９】
なお、本実施形態のフィルタエレメントは、上述の実施形態に限られるものではなく、例えば、フィルタエレメント１１の両側面部に多孔質体１２を形成させてもよいし、多孔質体１２を単独で用いてもよい。
【００２０】
以上述べたように、本実施形態によれば、安価で大量に発生する下水汚泥焼却灰を再利用してなる粒状の焼成体、多孔質体またはこれらの組み合わせを、排ガス浄化フィルタのフィルタエレメントとして使用することにより、排ガス、特にディーゼルエンジン排ガス中の粒子状物質を効率的に捕集することができる。また、フィルタエレメントを上記構成とすることにより、排ガス浄化フィルタを簡単かつ安価に製造することができる。
【実施例】
【００２１】
以下、実施例により本発明の効果について具体的に説明する。図４に本実施例における排ガス浄化用フィルタ試験機の構成図を示す。図に示すように、この試験機は、筒状の容器２２内に、排ガスが通流する２枚の仕切板２０を設け、それらの仕切板２０に挟まれた空間に、汚泥焼却灰を焼成処理してなる市販の軽量細粒材（商品名：スラジライト）を充満させることにより、フィルタエレメント２３を形成している。このフィルタエレメント２３は、断面がφ２００、厚みが２０ｍｍの空間からなる。また、容器２２の一端は、ディーゼルエンジン２１の排気系に接続されている。
【００２２】
本実施例に用いるディーゼルエンジン２１の諸元は以下の通りであり、灯油が燃料として供給される。
１）エンジン
型式    ：６Ｄ１６−Ｔ
定格出力：１６６ＰＳ１８００ＲＰＭ
総排気量：７５４５ｃｃ
２）発電機
型式    ：デンヨーパワーＳＰ、ＤＣＡ−１２５ＳＰＭＴ
このように構成される排ガス浄化用フィルタ試験機において、ディーゼルエンジン２１の運転時に排ガスを容器２２内に導入し、フィルタエレメント２３前後（ＩＮ，ＯＵＴ）の排ガス中のすす濃度を測定することにより、フィルタエレメント２３に捕集されるすすの捕集率を求めた。この場合において、ディーゼルエンジン２１の負荷（エンジン出力）を０，１，２，３の順に増加させ、各負荷状態における排ガスの流量およびフィルタエレメント２３前後の温度を測定した。なお、排ガス温度は、ＩＮ側を３箇所、ＯＵＴ側を１箇所測定した。使用するスラジライトとしては、粗粒（粒径：０．６〜１．７ｍｍ）、細粒（粒径：１．８〜３．４ｍｍ）の２種類を使用した。
【００２３】
排ガス中におけるすす（以下、適宜、Ｓｏｏｔという。）の濃度は、フィルタエレメント２３前後の容器２２内に、それぞれスモークメータ（ＳＭＯＫＥ  ＭＥＴＥＲ、ＡＶＬ社製）を取り付けて測定した。スモークメータの測定原理は、ろ紙に排ガスを通過させた後、ろ紙上の黒色部に光を照射してＦＳＮ（Ｆｉｌｔｒａｔｅｄ  Ｓｍｏｋｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）を測定し、その測定値に基づいてＦＳＮ−Ｓｏｏｔ換算グラフにより、すす量を求めるものである。
【００２４】
以上の測定方法により、排ガス浄化用フィルタの捕集率を測定した結果を表１および表２に示す。なお、フィルタエレメント２３を構成するスラジライトとして、粗粒を使用した場合を表１に示し、細粒を使用した場合を表２に示す。
【００２５】
【表１】
2005034797.tif 000003
【００２６】
【表２】
2005034797.tif 000004
表１の結果によれば、エンジン負荷の上昇とともに、排ガス流量が増加し、これにより捕集率が低下する傾向が見られたが、最大で２５％以上の高い捕集率が実現できた。これに対し、表２によれば、フィルタエレメント２１の粒子を細かくすることにより、負荷変化による捕集率の振れが小さくなり、安定的に高い捕集率が得られることが判った。これは、スラジライトの細粒化にともない、排ガス流路がより複雑化したためと推測される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を適用してなる排ガス浄化用フィルタの構成図である。
【図２】本発明を適用してなるフィルタエレメントの模式図である。
【図３】本発明を適用してなる他のフィルタエレメントの模式図である。
【図４】本発明の一実施例に係る排ガス浄化用フィルタ試験機の構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  排ガス浄化用フィルタ
２，２２  容器
３，４，２０  仕切板
５  焼成体
１１，１３，２３  フィルタエレメント
２１  ディーゼルエンジン
【図１】
2005034797.tif 000005
【図２】
2005034797.tif 000006
【図３】
2005034797.tif 000007
【図４】
2005034797.tif 000008