(57)【要約】  【課題】  安価な材料で構成し、PMの目詰まりや灰分の閉塞に強く、バイパス配管や、逆洗や加熱燃焼などの大掛かりな手段を必要としないPM除去フィルタおよび該フィルタを用いた排ガス処理装置を提供する。【解決手段】  板状フィルタがスペーサを介して複数枚積層されてなるフィルタユニットを、排ガス流路に設置した排ガ処理装置であって、該フィルタユニットは、排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、排ガス流路に対して前記板状フィルタの壁面が直角になるように配置され、かつ隣接するフィルタユニットの間を仕切るシール板が設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。【選択図】  図１
2007046516.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
板状フィルタがスペーサを介して複数枚積層されてなるフィルタユニットを、排ガス流路に設置した排ガス処理装置であって、該フィルタユニットは、排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、排ガス流路に対して前記板状フィルタの壁面が直角になるように配置され、かつ隣接するフィルタユニットの間を仕切るシール板が設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項２】
板状フィルタがスペーサを介して複数枚積層されてなるフィルタユニットを、排ガス流路に対して並列に複数設置した排ガス処理装置であって、該フィルタユニットは、排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、排ガス流路に対して前記板状フィルタの壁面が直角になるように配置され、かつ隣接するフィルタユニットの最も遠い端部の間を仕切るシール板が設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。
【請求項３】
前記シール板は、中央部に揺動可能に設けられた回転軸と、前記排ガスが供給される流路が隣接するフィルタ同士で交互に切替わるように、該シール板の向きを変える切替手段を有している請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記板状フィルタがメタルラス板である請求項１ないし３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
粒子状物質を含む排ガスを請求項３に記載の装置に供給し、所定時間経過後、前記フィルタユニットのガス流れの方向が逆になるようにシール板の向きを切替え、処理ユニットで所定時間処理することを特徴とする排ガス処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排ガス浄化触媒を用いる排ガス処理装置に係り、特に、ディーゼルエンジン排ガス中に含まれる粒子状物質（PM）を低圧力損失かつ効率よく除去できるPM除去フィルタを含む排ガス処理装置および排ガス処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン（DE）は内燃機関のうち最も効率の高いものの一つであり、単位出力当たりのCO2排出量が少ない上に、重油のような低質燃料も使用可能であり、経済性にも優れており、また近年、地球温暖化防止の観点からDEが見直されていることから、自動車および定置式発電設備として普及が進みつつある。
【０００３】
一方、軽油や重油を燃料とするDEの排ガスは、未燃炭化水素と煤が一体化した粒子状物質（PM）が多く、公害の元凶として社会問題になっている。このため、エンジンおよび自動車メーカなど各方面においてPM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PMを燃焼させ、PMの堆積による詰まりを防止できるようにしたPMフィルタ（DPF）に関する研究、開発がなされている（特許文献１）。
【０００４】
これらの従来技術の多くは、排ガスを数μmの多孔質セラミックの薄壁に通して濾過するものであり、板状か円筒状の金属もしくはセラミック焼結フィルタ、ハニカム状のセラミック多孔質体のセルを交互に埋めてフィルタにしたもの、微細な金属線織布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のNO2への酸化機能を持たせ、堆積したPMを燃焼させる機能を持たせたものなどが知られている（特許文献２および３）。
【０００５】
上記従来技術は、PMの捕集性能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、定置式発電設備などに使用する場合には、次のような問題点がある。
(1) 微細な細孔でPMを濾過することを基本原理とするフィルタ材であり、通ガス時の圧力損失が大きく、効率の高いDEの特徴を損なうことが多い。
(2) 燃料中あるいはエンジンオイル中の灰分がフィルタ材の細孔に溜まって目詰まりを起こし、フィルタとしての寿命が短い。
(3) 一時的に多量のPMが流入した場合などに閉塞を起こしやすく、バイパス配管の設置、逆洗、PMの加熱燃焼など大掛かりな対策が必要になるものが多い。
【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２】特開平１−３１８７１５号公報
【特許文献３】自動車技術会学術講演会前刷集No.22-2）  これに対し、板状の網状物が複数枚積層されてなる粒子状物質の除去フィルタが提案され、ウォールフロータイプのフィルタへの負荷を低減させるためのプレフィルタとして用いられているが、排ガス温度が低い条件では、プレフィルタの差圧上昇は回避できず、また、ろ過面積を変えるためにユニットを平面で並べると、装置が大きくなるという問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、上記問題点を解消し、安価な材料で構成し、PMの目詰まりや灰分の閉塞に強く、バイパス配管や、逆洗や加熱燃焼などの大掛かりな手段を必要としないPM除去フィルタおよび該フィルタを用いた排ガス処理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、本願で特許請求される発明は下記のとおりである。
（１）板状フィルタがスペーサを介して複数枚積層されてなるフィルタユニットを、排ガス流路に設置した排ガス処理装置であって、該フィルタユニットは、排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、排ガス流路に対して前記板状フィルタの壁面が直角になるように配置され、かつ隣接するフィルタユニットの間を仕切るシール板が設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。
（２）板状フィルタがスペーサを介して複数枚積層されてなるフィルタユニットを、排ガス流路に対して並列に複数設置した排ガス処理装置であって、該フィルタユニットは、排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、排ガス流路に対して前記板状フィルタの壁面が直角になるように配置され、かつ隣接するフィルタユニットの最も遠い端部の間を仕切るシール板が設けられていることを特徴とする排ガス処理装置。
（３）前記シール板は、中央部に揺動可能に設けられた回転軸と、前記排ガスが供給される流路が隣接するフィルタ同士で交互に切替わるように、該シール板の向きを変える切替手段を有している（１）に記載の装置。
（４）前記板状フィルタがメタルラス板である（１）ないし（３）のいずれかに記載の装置。
（５）粒子状物質を含む排ガスを（３）に記載の装置に供給し、所定時間経過後、前記フィルタユニットのガス流れの方向が逆になるようにシール板の向きを切替え、処理ユニットで所定時間処理することを特徴とする排ガス処理方法。
[作用]
まず、本発明で使用する板状の網状物の積層構造体がDPFとして如何に作用するかについて説明する。
【０００８】
従来、板状の網状物の積層構造体に排ガスを供給する場合、排ガスは板状網状物が積層したエッジの部分（端部）から流入する。板状網状物には酸化触媒が担持されている。排ガスが積層構造体に流入する際、排ガス中の粒子状物質（PM）の一部は、慣性衝突により網状物に衝突し、網状物表面に堆積する。一方、排ガス中に含まれるNOは酸化活性を有する触媒によってNO2に酸化され、このNO2により(1)式のように炭素が主体のPMが連続的にCO2に酸化燃焼され、フィルタの圧力損失が経時的に上昇することが防止される。
【０００９】
2NO2 ＋ C → CO2 ＋ 2NO          (1)
ハニカム成形体の流路を交互に埋めた公知のウォールフローハニカムDPFでは、すべての多孔質壁が濾過材として活用されるため、すべての多孔質壁表面にはPMが堆積しており、基本的にNOを含んだ排ガスは堆積しているPMの部分を通過した後で、酸化触媒が担持された多孔質壁と接触しNO2を生成する。このため、必ずしもPMとNO2の接触が良好とは言えず、効率よくPMを燃焼することができなかった。
【００１０】
これに対して、本発明では、フィルタユニットをガス流路に対して板状フィルタの壁面が直角になるように配置し、該流路を仕切板３で仕切ることにより、ガスはフィルタユニットの開口部に対して斜めに供給されることになり、ガス中のPMとフィルタの接触頻度が増し、PM除去性能が向上する。さらに詳しくは、図２は、本発明の排ガス処理装置に用いるフィルタユニットの作用を説明するための平面断面図であり、図中（ａ）は、フィルタユニット２を各板状フィルタ１の壁面が排ガス流路４に対して平行になるように配置した場合、（ｂ）は、板状フィルタの壁面が排ガス流路４に対して直角になるように配置し、排ガス流路側壁との間を仕切板３で仕切った本発明の場合を示すが、図２（ｂ）の本発明の場合、排ガスがフィルタユニットの開口部に対して斜めに供給されるので、ある流速で排ガス流路に対して平行に流した場合は60％だったものが、本発明の場合は70％まで上昇した。また排ガス中のPM濃度30mg/m3程度のディーゼルエンジンの場合、図２（ｂ）のような反応器を用いると、70％以上のPMが除去できることが確認された。これは、図２（ｂ）のように斜めに供給することにより、排ガス中のPMとフィルタ材との衝突頻度が増加したためと考えられる。
【００１１】
図３は、排ガス流路の断面に複数のフィルタユニットを並列および多段に配列し、フィルタユニットの他の断面部分を仕切板で遮へいし、フィルタユニットの個数を変えて入口ガス速度を変化させた場合の、入口ガス速度とPM除去率との関係を示す図である。フィルタユニットを排ガス流路に対して平行に配置した場合（ａ）と直角に配置した場合（ｂ）とでは、入口ガス速度を増加させると、フィルタに対する慣性衝突の効果が共に上がり、フィルタのPM浄化性能は増加するが、ある流速を超えると、平行に配置した場合（ａ）では、一旦堆積したPMが再飛散し、PM浄化性能が低下するが、直角に配置した場合（ｂ）では、そのようなことがないことが分る。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、圧力損失が小さく、高効率のPM除去フィルタを有する排ガス処理装置を提供することができる。反応器をコンパクト化でき、さらに流路を切替ることにより、低負荷運転にも差圧が上昇することなく対応できる。また本発明に用いるフィルタを脱硝装置のプレフィルタに適用することにより、高価な後段フィルタの延命化が図れ、経済的効果も大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
図１は、本発明の概要を説明するための説明図である。本発明に用いる板状フィルタ１は、図１（ａ）に示すように、板状の網状基材１に触媒成分を担持したもので、本発明のフィルタユニット２は、該板状フィルタ１をスペーサを介して多数積層させたものからなる。図中、矢印は排ガスの流入方向を示す。本発明の排ガス処理装置は、図１（ｂ）に示すように、排ガス流路４に対して並列に複数設置され、該フィルタユニット２は、排ガス流路４に対して前記板状フィルタ１の壁面が直角になるように配置され、かつ排ガスが該フィルタユニットの開口部に対して斜め方向から供給されるように、隣接するフィルタユニットの最も遠い端部の間を仕切るシール板３を設けたものである。なお、図中、（ｃ）は、（ｂ）の正面図を示す。
【００１４】
図１（ｂ）において、排ガスは図中上から下に向かって流れ、仕切板３に沿って斜めにフィルタユニット２に導入され、ここでPMの一部が捕集され、ガス中のNOが酸化されて生成したNO2により燃焼し、粒子状物質が除去される。粒子状物質の除去性能はフィルタの面積により変化するので、必要な除去性能により、フィルタユニットの個数を変化することができる。またこのように流路断面にフィルタユニットを多数設けることにより、反応器をコンパクトにすることができる。
【００１５】
図４は本発明の他の実施例を示す排ガス処理装置の説明図である。この装置と、図１（ｂ）の板状の網状物１が複数枚積層したフィルタに示した装置と異なる点は、隣接するフィルタユニットの最も遠い端部の間を仕切るシール板３の中央に回転軸６を設け、前記ガスが供給される流路が隣接するフィルタ同士で交互に切替わるように、該シール板の向きを変える切替手段を設けたことである。図４（ａ）において、排ガスは図中上から下に向かって流れ、図１（ｂ）の場合と同様に粒子状物質が除去されるが、排ガス温度が低い低負荷運転時のようにフィルタの差圧が上昇する場合には、図４（ｂ）に示すように仕切り板３を切替えて隣接するフィルタユニットの流路にガスを流し、PMの堆積量の少ないフィルタ面へガスを導入することにより、NO2の生成を促進するとともに、PMの燃焼効率も増加させることができる。このように、ガス流れを定期的に切り替えることにより、低温条件の低負荷運転時における差圧の上昇を防止することができる。
【００１６】
図４に示す実施例は、仕切板３に回転軸６を設けて仕切板３を回転可能にするものであるが、代替手段として、排ガス流れに平行に仕切板３を固定し、フィルタユニット２の開口部に排ガスが斜め方向から導入されるように、フィルタユニット自体に回転軸を設け、仕切板に当接するまで回転させるようにしてもよい。
【００１７】
本発明の排ガス処理装置は、排ガスの処理目的に応じて排ガス流路にフィルタユニットを複数並列に、または多段に設け、装置をコンパクト化することができる。また本発明は、単独装置として用いられる他、特に従来のウォールフロータイプのPM除去装置、例えばディーゼルパティキュレートフィルタ装置のプレフィルタとして好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の概要を説明するための説明図。
【図２】本発明の排ガス処理装置に用いるフィルタユニットの作用を説明するための平面断面図。
【図３】入口ガス速度とPM除去率との関係を示す図。
【図４】本発明の他の実施例を示す排ガス処理装置の説明図。
【符号の説明】
【００１９】
１：板状フィルタ、２：フィルタユニット、３：仕切板、４：排ガス流路、６：回転軸。
【図１】
2007046516.tif 000003
【図２】
2007046516.tif 000004
【図３】
2007046516.tif 000005
【図４】
2007046516.tif 000006