(57)【要約】【課題】触媒物質の使用量を抑制しつつ効率的にパティキュレートを浄化することができる多管フィルタの提供。【解決手段】ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の下流である出口部３５側が閉塞する複数の流入セル３６と、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の上流である入口部３３側が閉塞する複数の流出セル３４と、流入セル３６と流出セル３４とを区画し、ガス４０を通過させて微粒子を捕集する細孔を有する隔壁３８とを有し、隔壁３８の流入セル３６側の層である流入層４２において、入口部３３から出口部３５に向かうに従い担持量が減少するように担持される触媒物質を備える。【選択図】図６
2012240007.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の下流である出口部側が閉塞する複数の流入セルと、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の上流である入口部側が閉塞する複数の流出セルと、前記流入セルと前記流出セルとを区画し、ガスを通過させて微粒子を捕集する細孔を有する隔壁とを有する多管フィルタであって、
前記隔壁の前記流入セル側の層である流入層において、
入口部から出口部に向かうに従い担持量が減少するように担持される触媒物質
を備える多管フィルタ。
【請求項２】
さらに、
前記隔壁の前記流出セル側の層である流出層において、
入口部から出口部に向かうに従い担持量が増加するように担持される前記触媒物質
を備える請求項１に記載の多管フィルタ。
【請求項３】
入口部において、
前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも多い
請求項１または２に記載の多管フィルタ。
【請求項４】
出口部において、
前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも少ない
請求項１または２に記載の多管フィルタ。
【請求項５】
入口部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をＡ、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をＢとし、
入口部と出口部との中間部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をＣ、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をＤとするとき、
下記の式１を満足することを特徴とする請求項１に記載の多管フィルタ。
（Ａ／Ｂ）／（Ｃ／Ｄ）＝α  （１．５≦α≦５．５）・・・式１
【請求項６】
出口部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をＥ、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をＦとし、
入口部と出口部との中間部において、
前記流入層の前記触媒物質の担持量をＣ、
前記流出層の前記触媒物質の担持量をＤとするとき、
下記の式２を満足することを特徴とする請求項１または５に記載の多管フィルタ。
（Ｃ／Ｄ）／（Ｅ／Ｆ）＝β  （１．５≦β≦５．５）・・・式２
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンなどの排ガス中に含まれるパティキュレート（固体状炭素微粒子、液体あるいは固体状の高分子量炭化水素微粒子）を捕集、燃焼して排ガスを浄化するフィルタに関するものであり、特に、フィルタの触媒担持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンから排出される排ガスに含まれるパティキュレート（以下、「ＰＭ」と記す）は、その粒子径がほぼ１μｍ以下である。このようなＰＭは、大気中に浮遊しやすく、呼吸時に人体に取り込まれやすい。また、ＰＭは発ガン性物質も含んでいることから、ディーゼルエンジンから排出されるＰＭに対する規制が強化されつつある。
【０００３】
排ガス中のＰＭを除去する排ガス浄化フィルタとして、ディーゼルパティキュレートフィルタ（以下、「ＤＰＦ」と記す）が知られている。
【０００４】
従来のＤＰＦの触媒担体構造としては、次のようなものがあった。以下、図８、図９及び図１０に基づき従来のＤＰＦの触媒担体構造を説明する。
【０００５】
ＤＰＦ１０は、ディーゼルエンジンの排ガス通路に配置されるフィルタであり、排ガス通路に沿う方向（図中Ｙ軸方向）に管軸がそろう管状のセルを多数備えている。多数のセルの内、半数の流出セル１４は、排ガスの入口部１３がプラグ１２により閉塞され出口部１５では開放されており、他の半数の流入セル１６は、排ガスの出口部１５がプラグ１２により閉塞され入口部１３では開放されている。そして、流出セル１４と流入セル１６とは交互に束ねられた状態で配置されている。セルを形成する隔壁１８は、排ガス２０は通過可能であるがＰＭは捕集することができる細孔が設けられたものである。つまりこの場合、ＤＰＦ１０は、ウォールフロー型の多孔質多管構造を有するものである。
【０００６】
ここで、隔壁１８の排ガスが流入する側の層（流入セル１６側の層）を流入層２２とし、隔壁１８の排ガスが流出する側の層（流出セル１４側の層）を流出層２８とする。ＰＭを多く含む排ガス２０は、ＤＰＦ１０の流入セル１６に流入し、多孔質材料の隔壁１８を流入層２２から流出層２８に向かって通過し、ＰＭが捕集される。捕集されたＰＭは、予めＤＰＦ１０の隔壁１８に担持された触媒の作用により浄化される。これにより、エンジンから排出されたＰＭを連続的に捕集・浄化することが可能になる。
【０００７】
従来の排ガス用フィルタとしては、ＤＰＦ１０の隔壁１８の全体に均一に触媒が担持されている、そのため、ＰＭがどの場所に捕集されても同様のＰＭ浄化能力を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１０６９２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、ＤＰＦ１０の入口部１３において、ＤＰＦ１０の流入セル１６に流入した排ガス２０は、一部が入口部１３の隔壁１８を通過して流出セル１４に流入し、大部分は流入セル１６内を出口部１５に向かって流れる。この流入セル１６内を出口部に向かって流れる排ガスは、流入セル１６の内壁である流入層２２に接触しながら流れる。
【００１０】
以上の結果、ＰＭは、入口部１３の流入層２２に特に捕集されやすい。また、この捕集されたＰＭが隔壁１８の細孔に付着して孔を狭めることにより、隔壁１８を通過する排ガス２０の量は時間の経過と共に減少する。そのため、ＰＭは入口部１３の流出層２８には捕集されにくい。
【００１１】
しかしながら、前記従来の構成では、ＰＭが捕集されやすく高い触媒作用が求められる入口部１３の流入層２２やＰＭが極めて捕集されにくく触媒作用が求められない出口部１５の流出層２８にも均一に触媒が担持されておりＰＭの浄化効率に限界があるという課題を有している。
【００１２】
また、ＤＰＦ１０の出口部１５において、流入セル１６を流れる排ガスは、大部分が隔壁１８を通過し流出セル１４に流入する。この部分の隔壁１８を通過する排ガス２０は、入口部１３から出口部１５にかけ、隔壁１８の内部に接触し流れる。それに伴い、排ガスに含まれるＰＭの量は入口部１３側から出口部１５側に向け減衰していくため、ＰＭは入口部１３側と比べ出口部１５側の隔壁１８に捕集されやすい。さらに、この捕集されたＰＭが入口部１３側の隔壁１８の細孔に付着して孔を狭めることにより、ＰＭの大部分が入口部１３側で捕集され、出口部１５側でほとんど捕集されなくなる。
【００１３】
このように、ＰＭが流入層２２に捕集され、流出層２８に捕集されなくなると、ＰＭが触媒に接触する表面積が減少する。
【００１４】
このような従来の構成では、ＤＰＦの全体に渡り触媒が均一に担持されているため、流入側や流出側の隔壁の細孔径も同じ大きさで、ＰＭは流出側に浸透しにくいため、ＰＭの浄化効率に限界があるという課題を有している。
【００１５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ＰＭが多く捕集される箇所に触媒を効率的に分散し、かつ、ＰＭをより隔壁全体に捕集させることで、ＰＭと触媒が接触する表面積を広げ、触媒によるＰＭの浄化作用を向上させ、さらに触媒の担持量を減らすことのできる多管フィルタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するために、本発明にかかる多管フィルタは、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の下流である出口部側が閉塞する複数の流入セルと、ガス流路に沿って管軸が配置され、ガス流の上流である入口部側が閉塞する複数の流出セルと、前記流入セルと前記流出セルとを区画し、ガスを通過させて微粒子を捕集する細孔を有する隔壁とを有する多管フィルタであって、前記隔壁の前記流入セル側の層である流入層において、入口部から出口部に向かうに従い担持量が減少するように担持される触媒物質を備えることを特徴とする。
【００１７】
かかる構成により、ＰＭが多く捕集される場所に多くの触媒物質が配置されるため、ＰＭの浄化効率を向上させることができる。
【００１８】
さらに、前記隔壁の前記流出セル側の層である流出層において、入口部から出口部に向かうに従い担持量が増加するように担持される前記触媒物質を備えてもよい。
【００１９】
かかる構成により、流入層で多くのＰＭが捕集され細孔を塞ぐためＰＭが捕集されにくい入口部の流出層では触媒物質を減らし、ＰＭが隔壁内部まで捕集され易くなる出口部の流出層ではより多くの触媒物質を担持する。これにより全体として少ない触媒物質でもＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００２０】
また、入口部において、前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも多いことが好ましい。
【００２１】
かかる構成により、ＰＭが捕集される場所に触媒物質を担持し、かつＰＭが捕集されない場所の触媒物質を減らすことで、多管フィルタ全体として少ない触媒物質でもＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００２２】
また、出口部において、前記流入層に担持される前記触媒物質の担持量は、前記流出層に担持される前記触媒物質の担持量よりも少ないことが好ましい。
【００２３】
かかる構成により、流入層に比べ流出層でより大きくなることにより、ＰＭは隔壁の流入層を通過し流出層で十分に捕集される。このため、前記隔壁の流入側でＰＭが捕集され前記隔壁の細孔を塞ぐことにより起こるＰＭと触媒物質との接触確率の低下を防ぐことができるため、ＰＭ浄化効率が向上する。
【００２４】
ここで、流入層の平均細孔径は１０〜２０μｍ、流出層の平均細孔径は５〜１５μｍであることが好ましい。
【００２５】
また、入口部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をＡ、前記流出層の前記触媒物質の担持量をＢとし、入口部と出口部との中間部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をＣ、前記流出層の前記触媒物質の担持量をＤとするとき、下記の式１を満足するものとしてもよい。
【００２６】
（Ａ／Ｂ）／（Ｃ／Ｄ）＝α  （１．５≦α≦５．５）・・・式１
【００２７】
また、出口部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をＥ、前記流出層の前記触媒物質の担持量をＦとし、入口部と出口部との中間部において、前記流入層の前記触媒物質の担持量をＣ、前記流出層の前記触媒物質の担持量をＤとするとき、下記の式２を満足するものとしてもよい。
【００２８】
（Ｃ／Ｄ）／（Ｅ／Ｆ）＝β  （１．５≦β≦５．５）・・・式２
【００２９】
かかる構成により、少ない触媒量でＰＭの浄化効率を向上することができる。
【発明の効果】
【００３０】
以上のように、本発明の多管フィルタによれば、ＰＭの捕集状態にあわせ触媒を効率的に隔壁に担持させ、かつ、効果的にＰＭを捕集することができる部分を隔壁のガス流出側にまで広げることでＰＭと触媒物質との接触確率を高め、触媒物質の量を低く抑えつつ極めて高効率なＰＭの浄化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】図１は、本発明のＤＰＦの構造を示す側面断面図である。
【図２ａ】図２ａは、図１に示したＤＰＦにおけるｉ−ｉ方向から見た流入層の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【図２ｂ】図２ｂは、図１に示したＤＰＦにおけるｉ−ｉ方向から見た流入層の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【図３ａ】図３ａは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｉ−ｉｉ方向から見た流出層の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【図３ｂ】図３ｂは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｉ−ｉｉ方向から見た流出層の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【図４ａ】図４ａは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｉｉ−ｉｉｉ部分の入口部の隔壁内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【図４ｂ】図４ｂは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｉｉ−ｉｉｉ部分の入口部の隔壁内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【図５ａ】図５ａは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｖ−ｉｖ部分の出口部の隔壁内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【図５ｂ】図５ｂは、図１に示したＤＰＦにおけるｉｖ−ｉｖ部分の出口部の隔壁内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【図６】図６は、図１に示したＤＰＦにおける隔壁の内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【図７】図７は、ＤＰＦにおける触媒担持と浄化特性との相関を示したグラフである。
【図８】図８は、従来のＤＰＦの構造を示す正面図である。
【図９】図９は、従来のＤＰＦの構造を示す側面断面図である。
【図１０】図１０は、従来のＤＰＦの隔壁内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。これらの図において共通する要素には、同一の符号を付している。但し、以下の実施形態は一例に過ぎず、本発明はこの実施形態に限定されないことは言うまでもない。
【００３３】
（第１の実施形態）
第１の実施形態に係る多管フィルタについて以下に説明する。なお、以下の説明、および、特許請求の範囲において、言葉を以下のように定義する。
【００３４】
「入口部３３」とは、ＤＰＦ３０の内部の排ガスの流れの上流側であって、ＤＰＦ３０の入口から出口までのプラグ３２を除いた部分の距離をＬとしたときに、入口からＬ／１２〜Ｌ／４の部分である。
【００３５】
「出口部３５」とは、ＤＰＦ３０の内部の排ガスの下流側であって、入口から３Ｌ／４〜１１Ｌ／１２の部分である。
【００３６】
「流入層４２」とは、ＤＰＦ３０の隔壁３８において排ガスが流入する側の層であって、隔壁３８の表面から深さが５０〜１５０μｍ程度までの隔壁３８の層である。
【００３７】
「流出層４８」とは、ＤＰＦ３０の隔壁３８において排ガスが流出する側の層であって、隔壁３８の表面から深さが５０〜１５０μｍ程度までの隔壁３８の層である。
【００３８】
図１は本発明のＤＰＦの構造を示す側面断面図である。
【００３９】
図１において、ＤＰＦ３０は、ディーゼルエンジンの排ガス４０通路に配置されるフィルタであり、排ガス４０の流通方向に沿って管軸がそろって配置される多数の管状のセルで構成されている。ＤＰＦ３０は、ガス流路（図１中Ｙ軸方向）に沿ってセルの管軸が配置され、Ｙ軸方向から端部を見ると図８に示すように、矩形環状のセルがＸＺ平面においてマトリクス状に束ねられた構造となっている。なお、管状のセルの断面形状は矩形ばかりでなく６角形などでもかまわない。セルの断面形状が６角形の場合、ＤＰＦ３０はハニカム構造となる。
【００４０】
これらのセルの内、入口部３３が閉塞され、かつ、出口部３５が開放されているセルは、流出セル３４である。逆に入口部３３で開放され、かつ、出口部３５が閉塞されているセルは、流入セル３６である。流入セル３６と流出セル３４とは、互いに隣り合うように配置されている。流入セル３６と流出セル３４とを区画する隔壁３８は、排ガス４０は通過しＰＭは捕集することができる細孔が多数設けられた多孔質材料で形成されている。ＤＰＦ３０は、ウォールフロー型の多孔質多管構造を有するものである。
【００４１】
このＤＰＦ３０に排ガス４０が入口部３３から流入すると、流入セル３６に流入した排ガス４０は多孔質材料の隔壁３８を必ず通過するため、この隔壁３８でＰＭが捕集される。捕集されたＰＭは、予めＤＰＦ３０の隔壁３８に担持された触媒物質の作用により浄化される。これにより、ＤＰＦ３０は、エンジンから排出されたＰＭを連続的に捕集・浄化することが可能になる。
【００４２】
ここで、入口部３３の流入層４２を領域ＬＡ、入口部３３の流出層４８を領域ＬＢ、出口部３５の流入層４２を領域ＬＥ、出口部３５の流出層４８を領域ＬＦとし、領域ＬＡの触媒物質の担持量をＡ、領域ＬＢの触媒物質の担持量をＢ、領域ＬＥの触媒物質の担持量をＥ、領域ＬＦの触媒物質の担持量をＦとする。
【００４３】
ここで担持量とは、隔壁３８の単位体積あたりに担持される触媒物質の量である。また、触媒物質の量とは、触媒物質の粒の数、総重量、総体積、総表面積のいずれかである。
【００４４】
このＤＰＦ３０の多孔質多管構造の材料は、金属またはセラミックが好ましい。特に、隔壁３８が金属性の場合、鉄、銅、ニッケル、クロム、チタン等の比較的安価で高融点の単体金属、あるいはこれらの合金等を材料として用いることができ好適である。なお、隔壁３８の材料は、これらに限定されるものではない。また隔壁３８がセラミック多孔体の場合、ムライト、コージェライト、チタン酸アルミニウム、シリカ、アルミナ、シリカアルミナ、炭化珪素、窒化珪素等を用いることができる。なお、隔壁３８の材料は、これらに限定されるものではない。
【００４５】
ＤＰＦ３０の形状や大きさに特に制限はないが、直径１〜３０ｃｍ、高さ２〜３０ｃｍの円管形としておくことが好ましい。
【００４６】
このＤＰＦの隔壁３８に担持される触媒物質は、金属酸化物、白金などの貴金属、アルカリ金属、アルカリ土類、希土類から選ばれた少なくとも一つを用いることができる。触媒物質に含まれる貴金属としては、ロジウム、パラジウム、イリジウム、白金が挙げられる。触媒物質に含まれる金属酸化物としては、銅を含んだもの、バナジウムあるいはモリブデンを含んだもの、銅とバナジウムの両方を含んだもの、銅とモリブデンの両方を含んだものが挙げられる。触媒物質に含まれるアルカリ金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、セシウムが挙げられる。触媒物質に含まれるアルカリ土類金属としては、カルシウム、ストロンチウム、バリウムが挙げられる。希土類としてランタン、イットリウムが挙げられる。
【００４７】
図２ａは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉ−ｉ方向から見た流入層４２の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【００４８】
図２ｂは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉ−ｉ方向から見た流入層４２の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【００４９】
図３ａは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉｉ−ｉｉ方向から見た流出層４８の触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【００５０】
図３ｂは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉｉ−ｉｉ方向から見た流出層４８の触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【００５１】
図４ａは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉｉｉ−ｉｉｉ部分の入口部３３の隔壁３８内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【００５２】
図４ｂは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉｉｉ−ｉｉｉ部分の入口部３３の隔壁３８内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【００５３】
図５ａは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉＶ−ｉＶ部分の出口部３５の隔壁３８内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【００５４】
図５ｂは、本発明の実施の形態１に係る図１に示したＤＰＦ３０におけるｉＶ−ｉＶ部分の出口部３５の隔壁３８内部における触媒物質の担持量の変化を示すグラフである。
【００５５】
これらの図に示すように、ＤＰＦ３０の流入セル３６に流入した排ガス４０は、入口部３３において、大部分は流入セル３６内を出口部３３に向かって隔壁３８と略平行に流れる排ガス４０１となり、一部が入口部３３の隔壁３８を通過し流出セル３４に流入する排ガス４０２となる。排ガス４０１は、流入セル３６の内壁である流入層４２領域ＬＡに接触し流れる。また、排ガス４０２は、流入層４２の領域ＬＡから流出層４８の領域ＬＢに向かって隔壁３８の細孔の内面に接触し流れる。
【００５６】
入口部３３から出口部３５の間において、排ガス４０１は隔壁３８を通過していくため、流入セル３６内を出口部３５に向かって流れる排ガスは出口部３５に近づくに従い、徐々に減少していく。
【００５７】
出口部３５において、出口部３５の隔壁３８を通過し流出セル３４に流入する排ガス４０３は、流入層４２の領域ＬＥから流出層４８領域ＬＦに向かって隔壁３８の細孔の内面に接触し流れる。
【００５８】
排ガス４０１に含まれるＰＭは、粒子径がおよそ１μｍ以下と極微小で、不規則なブラウン運動を起こすため、排ガス４０１が流入セル３６内を出口部３５に向かって流れる際にも、一部が流入層４２の領域ＬＡに捕集される。
【００５９】
入口部３３から出口部３５にかけて、流入セル３６内を出口部３３に向かって隔壁３８と略平行に流れる排ガスは減少していき、それに伴い、流入層４２へのＰＭの捕集率も入口部３３の領域ＬＡから出口部３５領域ＬＥにかけて減少していく。
【００６０】
流入層４２でＰＭが捕集されると隔壁３８の細孔がにＰＭが付着して平均細孔径が小さくなり流出層４８ではＰＭが捕集されにくくなる。そのため、流出層４８へのＰＭの捕集率は入口部３３の領域ＬＢから出口部３５領域ＬＦにかけて増加していく。
【００６１】
また、排ガス４０２に含まれるＰＭは、隔壁３８の内部を通過する中で、流入層４２の領域ＬＡから流出層４８領域ＬＢにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層４２の領域ＬＡでＰＭが捕集され細孔径が狭まると、さらに流入層４２の領域ＬＡにＰＭが捕集されやすくなるため、流出層４８の領域ＬＢにはＰＭが特に捕集されにくくなる。また、隔壁３８を流れる排ガス４０２も少なくなる。
【００６２】
また、排ガス４０３に含まれるＰＭは、隔壁３８の内部を通過する中で、流入層４２の領域ＬＥから流出層４８の領域ＬＦにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層４２の領域ＬＥでＰＭが捕集され細孔径が狭まると、さらに流入層４２の領域ＬＥにＰＭが捕集されやすくなるため、流出層４８の領域ＬＦにはＰＭがより捕集されにくくなる。このように、ＰＭが流入層４２で捕集され、流出層４８で捕集されなくなると、ＰＭと触媒が接触しＰＭ浄化できる面積が減少する。
【００６３】
流入層４２における触媒物質の担持量であるＡ、Ｅは、図２ａと図２ｂに示すように、ＤＰＦ３０の入口部３３から出口部３５にかけ減少するように分布している。
【００６４】
また、流出層４８の触媒物質の担持量であるＢ、Ｆは、図３ａと図３ｂに示すように、ＤＰＦ３０の入口部３３から出口部３５にかけ増加するように分布している。
【００６５】
また、入口部３３の触媒物質の担持量Ａ、Ｂは、図４ａと図４ｂに示すように、流入層４２より流出層４８の方が少なくなっている。
【００６６】
また、出口部３５の触媒物質の担持量Ｅ、Ｆは、図５ａと図５ｂに示すように、流入層４２より流出層４８の方が多くなっている。
【００６７】
かかる構成により、ＰＭが捕集されやすい箇所に触媒物質を多く担持し、ＰＭが捕集されにくい箇所の触媒物質を減らすことで、ＤＰＦ３０全体の触媒物質の量は従来のＤＰＦと同じでも、従来のＤＰＦより１．１〜１．２倍程度のＰＭ浄化効率を得ることができる。すなわち、少ない触媒物質でもより効率的にＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００６８】
また、出口部３５の流出層４８に比べ流入層４２の方が隔壁３８の平均細孔径が大きくなるため、ＰＭをより流出層４８へと浸透させることができる。すなわち、より広範囲で触媒物質とＰＭを接触させることができるため、ＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００６９】
なお、入口部３３の触媒物質の担持量は、流出層４８に比べ流入層４２では１．５〜５．５倍が好ましい。１．５より小さいとＰＭ浄化能力が弱く、流入層４２に捕集されやすいＰＭを効率よく除去できない。また、５．５より大きいと隔壁の細孔径が狭まり、ＰＭが流入層４２の細孔を塞ぎやすく、ＰＭが流出層４８へ浸透するのを妨げるため、ＰＭと触媒物質との接触面積が低下し、ＰＭ浄化効率が低下する。
【００７０】
また、出口部３５の触媒物質は、流入層４２に比べ流出層４８では１．５〜５．５倍が好ましい。１．５より小さいとＰＭが流入層４２の細孔を塞ぎ、捕集されやすく、ＰＭが流出層４８へ浸透するのを妨げるため、ＰＭと触媒が接触する表面積が低下し、ＰＭ浄化効率が低下する。５.５より大きいと、流入層４２のＰＭ浄化作用が低下し、流入層４２でＰＭが捕集されやすく、ＰＭ浄化効率が低下すると考えられる。
【００７１】
また、セルのサイズは一辺が０.５〜２ｍｍの矩形が好ましい。
【００７２】
また、出口部３５の流入層４２の領域ＬＥの平均細孔径は７〜１５μｍ、出口部の流出層４８の領域ＬＦの隔壁の平均細孔径は５〜１３μｍであることが好ましい。この平均細孔径は特に限定されるものではない。
【００７３】
（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２に係る図１に示したＤＰＦにおける隔壁３８の内部における触媒物質の分布状態を示す概念図である。
【００７４】
ここで、中央部５０の流入層４２を領域ＬＣ、中央部５０の流出層４８を領域ＬＤ、領域ＬＣの触媒物質の担持量をＣ、領域ＬＤの触媒物質の担持量をＤ、とする。
【００７５】
ここで、「中央部５０」とは、ＤＰＦ３０の内部の排ガスの上流側であって、ＤＰＦの入口から出口までのプラグ３２を除いた部分の距離をＬとしたときに、入口から５／１２〜７／１２の部分である。
【００７６】
ＤＰＦ３０の流入セル３６に流入した排ガス４０は、中央部５０において、大部分は流入セル３６内を出口部３３に向かって隔壁３８と略平行に流れる排ガス４０１と、中央部５０の隔壁３８を通過し流出セル３４に流入する排ガス４０６とになる。排ガス４０１は、流入セル３６の内壁である流入層４２の領域ＬＣに接触し流れる。また、排ガス４０６は、流入層４２の領域ＬＣから流出層４８の領域ＬＤに向かって隔壁３８の内部に接触し流れる。
【００７７】
排ガス４０１に含まれるＰＭは、粒子径がおよそ１μｍ以下と極微小で、不規則なブラウン運動を起こすため、排ガス４０１が流入セル３６内を出口部３５に向かって流れる際にも、一部が流入層４２の領域ＬＣに捕集される。
【００７８】
また、排ガス４０６に含まれるＰＭは、隔壁３８の内部を通過する中で、流入層４２の領域ＬＣから流出層４８の領域ＬＤにかけ徐々に減少するように捕集される。ここで、流入層４２の領域ＬＣでＰＭが捕集され細孔が狭まると、さらに流入層４２領域ＬＣにＰＭが捕集されやすくなるため、流出層４８の領域ＬＤにはＰＭがより捕集されにくくなる。このように、ＰＭが流入層４２で捕集され、流出層４８で捕集されなくなると、ＰＭと触媒が接触しＰＭ浄化できる面積が減少する。
【００７９】
ＤＰＦの隔壁３８の触媒物質の担持量Ａ〜Ｆは、図６に示すごとくである。つまり、入口部３３の流入層４２の領域ＬＡでは、Ａは他の領域より特に多い。入口部３３の流出層４８の領域ＬＢでは、Ｂは他の領域より特に少ない。中央部５０の流入層４２の領域ＬＣでは、Ｃは、平均的な量である。中央部５０の流出層４８の領域ＬＤでは、Ｄは、平均的な量である。出口部３５の流入層４２の領域ＬＥでは、Ｅは他の領域より少ない。出口部３５の流出層４８の領域ＬＦでは、Ｆは他の領域より多い。
【００８０】
かかる構成により、ＰＭを捕集しやすい領域ＬＡには触媒物質を多く担持し、ＰＭが捕集されにくい領域ＬＢには触媒物質の担持量を減らすことで、少ない触媒物質でもより効率的にＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００８１】
さらに、出口部３５の流出層４８の領域ＬＦに比べ流入層４２の領域ＬＥの方が触媒物質を少なく担持し、隔壁３８の平均細孔径が大きくすることで、ＰＭをより流出層４８へと浸透することができる。すなわち、触媒物質とＰＭが接触する表面積を増加させることができるため、ＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００８２】
中央部５０では、ＰＭの捕集されやすい領域に触媒を多く担持することと、ＰＭと触媒が接触する表面積を増加し、ＰＭ浄化能力を向上させる作用の２つを同時に満たすため、中央部の領域ＬＣと領域ＬＤには触媒物質を平均的に担持し、ＰＭ浄化効率を向上させることができる。
【００８３】
なお、ＤＰＦ３０の隔壁３８は、材質としてＳｉＣが採用されることが好ましく、ＤＰＦ３０の全体としての直径がφ２〜３０ｃｍ、長さが５〜３０ｃｍ、隔壁３８の厚みが２５０〜４００μｍ、空隙率が３０〜５０％が好ましい。
【００８４】
また、本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではない。例えば、本明細書において記載した構成要素を任意に組み合わせて、また、構成要素のいくつかを除外して実現される別の実施の形態を本願発明の実施の形態としてもよい。また、上記実施の形態に対して本願発明の主旨、すなわち、請求の範囲に記載される文言が示す意味を逸脱しない範囲で当業者が思いつく各種変形を施して得られる変形例も本願発明に含まれる。
【００８５】
例えば、多管フィルタの隔壁３８内部の触媒物質が、多管フィルタの外周部に比べ、多管フィルタの中央部の方が多く担持されていてもよい。
【００８６】
かかる構成により、排ガス量が多く、ＰＭ量が多く捕集されるＤＰＦ３０の中心に触媒物質をより多く担持することで、ＰＭ浄化効率を向上することができる。
【００８７】
図７は、本発明の実施の形態２に係るＤＰＦ３０における触媒分散性とＰＭ浄化能力との相関を示したグラフである。
【００８８】
ＰＭ浄化能力は以下実験より求めた。
【００８９】
まず、予め触媒物質を所定の触媒分散性となるよう担持したＤＰＦ３０に、所定量のＰＭを捕集させる。次に、ＰＭを捕集したＤＰＦ３０に、所定温度で所定風量の熱風を所定時間にわたりＤＰＦ３０の内部に供給する熱処理を行う。ここで、熱処理前と熱処理後の重量変化量をＤＰＦ３０のＰＭ浄化量とした。ＤＰＦ３０のＰＭ浄化能力は、ＤＰＦ３０のＰＭ浄化量を、隔壁３８に略均一に触媒物質を担持した基準のＤＰＦ３０の基準のＰＭ浄化量で除した値とした。
【００９０】
また、触媒分散性α及びβを示す。触媒分散性α及びβは、下記により定義する。
【００９１】
α＝（Ａ÷Ｂ）÷（Ｃ÷Ｄ）、β＝（Ｃ÷Ｄ）÷（Ｅ÷Ｆ）
【００９２】
また、触媒物質の担持量Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆは該当する領域における平均値としている。
【００９３】
本件等で、触媒物質の担持量Ａ〜Ｆを求めるにあたり、ＨＯＲＩＢＡ製の蛍光Ｘ線分析装置（ＸＲＦ）を用いた。他にも、走査型分析電子顕微鏡（ＥＭ−ＥＤＸ）やＩＣＰ発光分析により触媒物質を定量することができる。
【００９４】
図７に示すように、触媒分散性の値が１．５≦α≦５．５かつ１．５≦β≦５．５の範囲にあるときに、高いＰＭ浄化能力を有することが分かる。
【００９５】
触媒分散性αの値が１．５未満では、従来までのＤＰＦの全面に渡り触媒を均一分散させる場合と大差なく、ＤＰＦ３０の入口部３３の流入層４２に捕集されやすいＰＭを効率よく除去できない、本発明のＰＭが多く捕集される箇所に触媒物質を効率的に分散、かつ、ＰＭをより隔壁３８の内部まで浸透させることで、ＰＭと触媒物質との接触面積を増し、ＰＭの浄化効果を向上させる作用が得られなかったためであると考えられる。
【００９６】
また触媒分散性βの値が１．５未満では、従来までのＤＰＦの全面に渡り触媒物質を均一分散させる場合と大差なく、ＤＰＦ３０の出口部３５の流入層４２にＰＭが捕集され、排ガス４０が流入層４２の細孔を塞ぎ、ＰＭと触媒物質との接触面積が低下したため、ＰＭの浄化効果が低下したと考えられる。
【００９７】
また、触媒分散性αの値が５．５を超える場合は、ＤＰＦ３０の入口部３３で、ＰＭが流入層４２の細孔を塞ぎ、捕集されやすく、ＰＭが流出層４８へ浸透するのを妨げるため、ＰＭと触媒物質との接触する表面積が低下し、ＰＭ浄化効率が低下する。また、隔壁３８の流入層４２と流出層４８で極度に触媒の偏りができ、ＤＰＦ３０の入口部３３において、隔壁３８を流れる排ガス４０が極端に減り、ＤＰＦ３０の中央部５０から出口部３５にかけてより多くの排ガスが流れたため、ＤＰＦ３０の中央部５０から出口部３５で、相対的により多くのＰＭを浄化することとなり、ＰＭ浄化効率が悪化したと考えられる。
【００９８】
また、触媒分散性βの値が５．５を超える場合は、ＤＰＦ３０の出口部３５で流入層４２のＰＭ浄化能力が低下するため、流入層４２でＰＭが捕集されやすく、ＰＭが流出層４８へ浸透するのを妨げるため、ＰＭと触媒物質との接触面積が低下し、ＰＭ浄化効率が低下したと考えられる。
【００９９】
以上により、下記の式１、または、式２を満足することにより、少ない触媒量でＰＭの浄化効率の高いＤＰＦ３０をえることが可能となる。
【０１００】
（Ａ／Ｂ）／（Ｃ／Ｄ）＝α  （１．５≦α≦５．５）・・・式１
（Ｃ／Ｄ）／（Ｅ／Ｆ）＝β  （１．５≦β≦５．５）・・・式２
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の多管フィルタは、少ない触媒物質の量で高効率にＰＭを浄化することのできる排ガス浄化フィルタとして利用することが可能である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０  ＤＰＦ
１２  プラグ
１３  入口部
１４  流出セル
１５  出口部
１６  流入セル
１８  隔壁
２０  排ガス
２２  流入層
２８  流出層
３０  ＤＰＦ
３２  プラグ
３３  入口部
３４  流出セル
３５  出口部
３６  流入セル
３８  隔壁
４０  排ガス
４２  流入層
４８  流出層
５０  中央部
【図１】
2012240007.tif 000003
【図２ａ】
2012240007.tif 000004
【図２ｂ】
2012240007.tif 000005
【図３ａ】
2012240007.tif 000006
【図３ｂ】
2012240007.tif 000007
【図４ａ】
2012240007.tif 000008
【図４ｂ】
2012240007.tif 000009
【図５ａ】
2012240007.tif 000010
【図５ｂ】
2012240007.tif 000011
【図６】
2012240007.tif 000012
【図７】
2012240007.tif 000013
【図８】
2012240007.tif 000014
【図９】
2012240007.tif 000015
【図１０】
2012240007.tif 000016