(57)【要約】  【課題】  エンジン始動時の煤を捕捉し、エンジン始動後の差圧上昇を防止した排ガス処理用フィルタ及びその製法を提供する。【解決手段】  排ガス入口側のガス流路から流入した排ガスを、酸化触媒を担持した該ガス流路の多孔質隔壁を経て隣接する出口側のガス流路に導入し、該出口側のガス流路から流出させる排ガス処理用フィルタであって、前記触媒を担持した多孔質隔壁（DPF)１に、平均粒径２〜２０μｍの無機質粒子２を該フィルタの重量の０．２〜２重量％付着させた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】
排ガス入口側のガス流路から流入した排ガスを、酸化触媒を担持した該ガス流路の多孔質隔壁を経て隣接する出口側のガス流路に導入し、該出口側のガス流路から流出させる排ガス処理用フィルタであって、前記触媒を担持した多孔質隔壁に、平均粒径２〜２０μｍの無機質粒子を該フィルタの重量の０．２〜２重量％付着させたことを特徴とする排ガス処理用フィルタ。
【請求項２】
前記無機質粒子がシリカ（SiO2）またはアルミナ（AlO3）であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項３】
前記無機質粒子が酸化触媒粒子、または酸化触媒を担持した粒子であることを特徴とする請求項１または２記載のフィルタ。
【請求項４】
排ガス入口側のガス流路と、排ガス出口側のガス流路から多孔質隔壁を経て隣接し、排ガス入口側から導入された排ガスを酸化触媒を担持した該ガス流路の多孔質隔壁を経て前記出口側のガス流路から流出させる排ガス処理用フィルタの製法において、前記排ガス入口側から無機質粒子を含むガスを流通させ、前記多孔質隔壁に該無機質粒子を均一に付着させることを特徴とする排ガス処理用フィルタの製法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス処理用フィルタおよびその製法に係り、特に自動車用及び定置用の排ガスへ中に含まれる粒子状物質（PM）を除去するための排ガス処理用フィルタおよびその製法に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、内燃機関である分散型電源用ディーゼルエンジンを利用したコジェネレーションシステム、自動車等の輸送機関が都市部を中心として増加しており、これらの排ガスに対して、PM、窒素酸化物（NOx）の排出規制が適用され、かつ地域によっては強化されるため、大型プラントと同様に排ガス処理装置の設置が急務となっている。特に排ガス処理装置に用いられるディーゼルパティキュレートフィルタ（DPF）は排ガス中に含まれるPMを除去するもので重要である。
【０００３】
DPFは、典型的には多孔質隔壁によって区分されたハニカムのガス流路の流入部および排出部の一方が隣り合う流路で交互に封じたもので、排ガスを該多孔質隔壁に通過させて排ガス中のPMを除去するものである。DPFには、セラミック製ハニカム構造体によりPMをハニカム壁で捕捉するものが最も多いが（特許文献１および２）、耐熱性繊維の積層体フィルタによりPMを捕捉するものも知られている（特許文献３および４）。
【特許文献１】特開2003-205245号公報
【特許文献２】特開2002-309923号公報
【特許文献３】特開2002-357113号公報
【特許文献４】特開2002-27918号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した従来技術において、特許文献１および２に記載された方法はDPFのハニカム壁の気孔率が小さい場合、ハニカム壁にPMが次第に蓄積して、最終的に閉塞(上限差圧)する場合がある。逆に気孔率が大きい場合、DPF担体の製造時の成形性が不良となり、歩留まりが低いため、コストがかかったり、ハニカム壁をPMが通過することがある。
【０００５】
ディ−ゼルエンジンは始動直後に短時間であるが比較的多量の煤を排出するため、酸化触媒を担持した、DPFを使用すれば煤を捕捉でき、捕捉された煤は熱および酸化触媒によって徐々に燃焼されるが、気孔率の小さいDPFは煤の燃焼速度より煤の捕捉速度が高い場合、煤が徐々に蓄積することによってDPF差圧が大きくなる。この気孔率の小さいDPFを使用し続けるとDPF差圧が上限に達し、DPF自身の破壊やエンジントラブルの原因となる。特に定置式ディ−ゼルエンジンは使用する燃料が重油系になるため始動直後の煤量は多い傾向がある。そのため気孔率が50〜65％と比較的高いDPFが使用される。しかし気孔率が比較的高いDPFを使用した場合であっても、新品のDPFを使用するとエンジン始動後数分から約120分の間、DPFの差圧がかなり高くなる場合がある。この現象はDPFの断面積に対して長さが短いDPFを使用した場合に顕著に表れる。DPF差圧が上限に達すると、DPF自身の破壊やエンジントラブルの原因となる。DPFの設置する数を増加させると差圧の上昇は緩和されるが、DPFはコストがかかり、かつDPF設置用の治具が大きくなるなどの問題があった。
【０００６】
本発明の課題は、エンジン始動時の煤を捕捉し、エンジン始動後の差圧上昇を防止した排ガス処理用フィルタおよびその製法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
（１）排ガス入口側のガス流路から流入した排ガスを、酸化触媒を担持した該ガス流路の多孔質隔壁を経て隣接する出口側のガス流路に導入し、該出口側のガス流路から流出させる排ガス処理用フィルタであって、前記触媒を担持した多孔質隔壁に、平均粒径２〜２０μｍの無機質粒子を該フィルタの重量の０．２〜２重量％付着させたことを特徴とする排ガス処理用フィルタ。
（２）前記無機質粒子がシリカ（SiO2）またはアルミナ（AlO3）であることを特徴とする（１）記載のフィルタ。
【０００８】
（３）前記無機質粒子が酸化触媒粒子、または酸化触媒を担持した粒子であることを特徴とする（１）または（２）記載のフィルタ。
（４）排ガス入口側のガス流路と、排ガス出口側のガス流路から多孔質隔壁を経て隣接し、排ガス入口側から導入された排ガスを酸化触媒を担持した該ガス流路の多孔質隔壁を経て前記出口側のガス流路から流出させる排ガス処理用フィルタの製法において、前記排ガス入口側から無機質粒子を含むガスを流通させ、前記多孔質隔壁に該無機質粒子を均一に付着させることを特徴とする排ガス処理用フィルタの製法。
【０００９】
本発明者らは、DPFの形状および添加する触媒を検討した結果、DPFの形状を変えるよりも特定の粒子をDPF内壁に付着、保持させることによってエンジン始動時の差圧上昇を緩和できることを見出した。DPFの排ガス流路壁面に特定の粒子を少量保持させておくと、エンジン始動時の煤は直接DPF壁面に接触せずに一旦添加した粒子に接触する。粒子に接触した煤は微細化してDPF壁面に接触するため、煤が一気にDPF壁面の細孔に蓄積し、閉塞(完全な閉塞ではない)することを防ぐものと考えられる。
【００１０】
本発明において、DPFの多孔質隔壁に付着させる無機質粒子は、平均粒子径2〜20μm（好ましくは2〜10μm）で、その付着量はDPF重量の0.2〜2重量％（好ましくは0.2〜1.5重量％）の範囲が効果的である。平均粒子径が2μm未満では、DPFを通過、または壁面から奥側へ保持されるため、効果は小さくなる。また平均粒子径が20μmを越えると粒子間どうしの隙間が大きいため、大部分の煤がすり抜け、直接DPF壁面に接触してしまい、粒子の付着効果がなくなってしまう。無機質粒子の付着量が０．２重量％未満では付着粒子の層が薄くなるため、効果が低下し、また2重量％を越えると付着粒子層の差圧が発生するため、効果は低下する。無機質粒子としてはシリカ（SiO2）またはアルミナ（AlO3）が好ましいが、DPFに担持された触媒に影響しないものであれば他の物で代用できる。また無機質粒子として酸化触媒粒子、または予め触媒成分を担持した粒子を用いると、煤の酸化燃焼効果が増大するため、より効果的である。
本発明のDPFの後流部にSCR(脱硝装置)を設置すれば、煤等の粒子状物質の除去とともに、窒素酸化物（NOx）を除去することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンジン始動時の煤を捕捉し、 DPFの差圧上昇を緩和することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図１〜図４によってさらに詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示す排ガス処理用フィルタ（DPF）の断面を模式的に示した説明図である。DPFの壁1には、無機質粒子層２が形成されている。この粒子層２は、DPFの排ガス入口側から無機質粒子を気体流によって導入し、DPF壁面に所定量均一に付着させることにより形成される。このDPFを排ガス管内に設置した後、ディーゼル排ガスを通過させると、排ガス中の煤3は、図１に示すようにDPFの壁1に直接接触せずに一旦、粒子層2に接触する。煤3は排ガス圧によって粒子層2の隙間を通過し、同時に微細化され、次いで微細化された煤3はDPFに担持された酸化触媒によって酸化燃焼され、ほとんど残留することなくガス化し、DPFの壁1を通過する。
【００１３】
図２は、本発明のDPFの差圧の経時変化の一例を示す図である。図から明らかなように本発明のDPFの方が従来のDPFに較べて差圧変化が極めて小さいことがわかる。
図３は、DPFに付着させた無機質粒子の粒子径と定常運転時の差圧上昇を付着量（重量％）をパラメータとして示した図である。付着させる粒子の粒子径と付着量が増大するにつれて定常運転時のDPF差圧が上昇することが分かる。この図から無機質粒子の粒径(平均粒径）は、差圧がそれ程上昇しない2〜20μｍの範囲、付着量は2重量％以下が好ましいことが分かる。
【００１４】
図４は、DPFに付着させる無機質粒子(平均粒径5μm)の付着量とDPFの差圧ピークの関係を示す図であるが、付着量が0.2重量％に達しないと差圧ピークが増大することが分かる。これより、無機質粒子の付着量は、DPFの0.2重量％以上であることが好適である。
【実施例】
【００１５】
実施例１
本発明による定置ディ−ゼルエンジンの排ガス処理実験を行った。酸化触媒を担持した直径150mm、長さ100mmのセラミックDPF(気孔率65%)を直径155mm、長さ2ｍの配管の一端内に設置し、配管のもう一端にブロワ装置を取付けた。配管の中央部に新たに粒子付着用の外径6mmΦ、内径4mmΦの導入管を取付け、一端を配管中心部に位置するように調整した。導入管のもう一端には平均粒子径3μmのSiO2を充填したテーブルフィーダ装置に接続した。ブロワ装置にて流量50m3/hの空気ガスをDPFに流し、続いてテーブルフィーダ装置内のSiO2を空気ガス4Ｌ/ｍｉｎの流量で2g/minの速度で配管中心部にフィードした。6分後に平均粒子径3μmのSiO2がDPF重量の1％付着された。
定置ディ−ゼルエンジン排ガス管のエンジンから1ｍ後流に上記DPFを設置し、排ガス流量をドライ条件で120m3/hＮとしてエンジン始動後のDPF差圧を測定した。その結果、差圧は、最大2ｋＰａをピ−クに減少し、2時間後には1.8kPaで安定した。
【００１６】
実施例２
実施例1と同様の定置ディ−ゼルエンジンの排ガス処理実験を行った。酸化触媒を担持した長さ100mmのセラミックDPF(気孔率65%)に、 DPFに担持されている酸化触媒と同じものを担持した平均粒子径4μmのSiO2をDPF重量の1％付着させたDPFを使用した。実施例１と同様にエンジン始動後のDPF差圧を測定した結果、差圧は、最大2ｋＰａをピ−クに減少し、2時間後には1.8kPaで安定した。
【００１７】
比較例１
排ガス管のエンジンから1ｍ後流に酸化触媒を担持した長さ100mmのセラミックDPFを設置し、実施例1と同様の実験を行った。その結果、エンジン始動後のDPF差圧は最大3.6ｋＰａまで上昇し、安全弁が開いて排ガスの煤は排出された。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
本発明は、自動車やディーゼルエンジン等の排ガス中に含まれる粒子状物質の除去に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施例を示す排ガス処理用フィルタ（DPF）の断面を模式的に示した説明図。
【図２】本発明のDPFの差圧の経時変化の一例を示す図。
【図３】DPFに付着させた無機質粒子の粒子径と定常運転時の差圧上昇を付着量（重量％）をパラメータとして示した図。
【図４】DPFに付着させた粒子(平均粒子径5μm)の付着量とDPFの差圧ピークの関係を示す図。
【符号の説明】
【００２０】
１…DPF、２…粒子層、３…  煤。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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