(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機バインダーが添加されて形状を保持している無機質マットを、３００℃〜４５０℃で１〜２４時間加熱して脱バインダー処理することにより有機バインダーの残炭量が４〜６重量％の範囲になるようにしてなるパティキュレートトラップ装置用のシール材。
【請求項２】
無機質マットが複数層からなり、その内の少なくとも一つの層に脱バインダー処理がなされている請求項１に記載のパティキュレートトラップ装置用のシール材。
【請求項３】
無機質マットが、パティキュレートトラップ装置のフィルタの上下の面の周縁部に相応する形状をした中抜き形状の枠体の上下面に配置されている請求項１又は２に記載のパティキュレートトラップ装置用のシール材。
【請求項４】
枠体のフィルタと接触する面側に配置された無機質マットが、無機質ファイバー層と、加熱時に膨張する成分を含みフィルタと接触する無機質マット層との積層マットからなり、脱バインダー処理が、無機質ファイバー層にのみ施されている請求項３に記載のパティキュレートトラップ装置用のシール材。
【請求項５】
脱バインダー処理が、無機質マットを中抜き形状の枠体の少なくともフィルタと接する面側に固着した後行われる請求項３又は４に記載のパティキュレートトラップ装置用のシール材。
【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−ゼル機関等の排気ガス中に含まれるパティキュレート（炭素を主成分とする微粒子状の塵乃至煤）を除去するパティキュレートトラップ装置用のシール材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディ−ゼルエンジンの排気ガス中には、パティキュレートがかなりの濃度（１５０〜２５０ｍｇ／Ｎｍ3 ）で含まれ、公害の原因となっている。そこでディ−ゼルエンジン等の排気ガス中からパティキュレートを捕捉、除去するパティキュレートトラップ装置が使用されている。
【０００３】
パティキュレートトラップ装置は、例えば直方体状のフィルタが装置本体内に保持され、パティキュレートを含有する排気ガスがフィルタを通過せしめられることによりパティキュレートが除去されて、清浄ガスとして排出されるものである。フィルタが装置本体に保持されている箇所には、排気ガスが導入される含塵ガス空間からフィルタを介さずに直接、清浄ガス空間に移動するのを阻止するためにシール材が配置されている。
【０００４】
またこのようなパティキュレートトラップ装置においては、フィルタ内に蓄積したパティキュレートを除去してフィルタを再生するために、清浄ガス空間側から高圧の逆流ガスを流してパティキュレートをろ過材から離脱させる逆洗再生法が広く行なわれている。
【０００５】
シール材は浄化運転中は振動や、排気ガスによる高温にさらされ、また再生時には、清浄ガス空間側からの高圧の逆流ガスの導入により高い逆圧にさらされる。従ってシール材は、振動により外れたり、高温により材料劣化が起きないと共に、逆流ガスにより破損したり吹き飛ばされないことが要求される。
【０００６】
そのため例えばフィルタを保持する装置本体の箇所のフィルタの側部と装置の側壁との隙間に、装置の側壁に設けられたストッパーに挾まれるようにシール材を配置して含塵ガス空間と清浄ガス空間とを区画したり、フィルタの側部に溝を設けシール材の一部がそこに入り込むようにしたものが提案されている（特開平３−１６８３１３号公報）。
【０００７】
また、直方体状のフィルタの上面及び下面の周縁部に配置される、中抜き形状の枠形のシール材も提案されている（特開平９−２６８９０９号公報）。このシール材は、フィルタの上面及び下面の周縁部の形状に相応する中抜き形状をし、フィルタ内部において含塵ガス流路が上下の方向に延在し、清浄ガス流路が水平方向に延在しているクロスフロー型のフィルタが使用され、フィルタの上方に含塵ガス空間が、また側方に清浄ガス空間が設けられ、下方に再生時にフィルタから落下するパティキュレートを受けるパティキュレート受部が配置されている。
【０００８】
この枠形のシール材には、中抜き形状の枠体の上下の面に無機質マットが固着され、無機質マットの一方は装置を構成する金属ケースに接触し、また他方の無機質マットはフィルタに接触する。無機質マットとしては、圧縮された状態から圧力から開放されたときに厚さが回復する復元性を持たせるために、例えばバーミキュライト等の加熱時に膨張する成分（膨張剤）を含有してなる無機質繊維や、更に復元力を強化するために、この繊維からなる層と、アルミナとシリカを主成分とする無機質ファイバー層（セラミックスファイバー層）とを積層してなる積層マット等が使用されている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
無機質マットにはその形状保持のために有機バインダーが添加されている。しかしながら、長期間、排気ガス温度が２００〜２８０℃付近の状態で使用する場合に、無機質マット、殊にアルミナとシリカを主成分とする無機質ファイバー層中の有機バインダーが炭化固化して弾力性がなくなり、復元性性能が劣化し、煤漏れが生ずる場合があった。
【００１０】
本発明は、長期間使用する場合であっても煤漏れが生じにくいパティキュレートトラップ装置用のシール材を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明のパティキュレートトラップ装置用のシール材は、有機バインダーが添加されている無機質マットを脱バインダー処理してなるように構成されている。
【００１２】
無機質マットが複数層からなり、その内の少なくとも一つの層に脱バインダー処理がなされていてもよい。また無機質マットがフィルタの上下の面の周縁部に相応する形状をした中抜き形状の枠体の上下面に配置されているようにしてもよい。
【００１３】
さらに、枠体のフィルタと接触する面側に配置された無機質マットが、無機質ファイバー層と、加熱時に膨張する成分を含みフィルタと接触する無機質マット層との積層マットからなり、脱バインダー処理が無機質ファイバー層にのみ施されているようにしてもよい。
【００１４】
また、脱バインダー処理が、無機質マットを中抜き形状の枠体の少なくともフィルタと接する面側に固着した後行われているようにしてもよい。
【００１５】
さらに脱バインダー処理が有機バインダーが可溶な液体により有機バインダーを抽出することにより行なわれるようにしてもよい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１の本発明によるシール材が使用されるパティキュレートトラップ装置は、例えば金属ケース１内に直方体状のフィルタ２が配置されている。フィルタ２は例えばセラミックスからなり、内部に含塵ガス流路２ａが縦方向に延在し、清浄ガス流路２ｂが横方向に延在して、含塵ガス流路２ａと清浄ガス流路２ｂの間がろ過壁で区画されているクロスフロー型のフィルタである。
【００１７】
含塵ガスは、含塵ガス導入口３から含塵ガス側空間４に導入され、フィルタ２内の含塵ガス流路２ａ及び清浄ガス流路２ｂを介して、清浄ガスが清浄ガス側空間５に出てくる。出てきた清浄ガスは、清浄ガス出口６から排出される。
【００１８】
フィルタ２内で捕捉されたパティキュレートを除去しフィルタ２を再生するために逆流手段が用いられる。すなわち、含塵ガスの導入を停止して、清浄ガスの流出部付近に設けられた逆洗弁７を開いて逆洗ガス導入口８から逆洗ガス（圧縮空気）を短時間（例えば０．３秒ぐらい）導入して、清浄ガス流路２ｂ側からろ過壁を介して含塵ガス流路２ａ側に逆流ガスを送ることにより、パティキュレートをろ過壁から離脱させ、離脱したパティキュレートは縦方向に延在している含塵ガス流路２ａを通って下方のパティキュレート受部９に落下する。落下したパティキュレートはそこに設けられたシースヒータ１０により着火燃焼せしめられて灰になり、灰取出口１１から取り出される。１２はパティキュレートを燃焼させるための空気導入口である。このような再生は間欠的に又は随時行なわれる。
【００１９】
フィルタ２の上面及び下面の周縁部と金属ケース１との隙間には、含塵ガス側空間から清浄ガス側空間へ塵が漏れないようにシール材１３、１４が配置されている。シール材１３、１４は図２のように直方体状のフィルタ２の上面又は下面の周縁部に相応する中抜き枠形状をしており、図３のように中抜き形状の枠体１５を挾んで枠部分の上下の面に中抜き形状の無機質マット１６、１７が接着等により固着されている。
【００２０】
フィルタ２の上に配置されるシール材１３は、装着された状態では、図４のように上方（フィルタと接触しない面側）の無機質マット１６は金属ケース１に押しつけられ、下方（フィルタと接触する面側）の無機質マット１７はフィルタ２に押しつけられている。なお、フィルタ２の下方に配置されるシール材１４では、上方の無機質マット１７はフィルタ２に、また下方の無機質マット１６は金属ケース１にそれぞれ押しつけられることになる。
【００２１】
無機質マット１６は、加熱時に膨張する成分を含む無機質繊維からなり、無機質繊維としてはアルミナ・シリカ系、アルミナ系、ジルコニア系等のセラミックス繊維であることが好ましい。耐食性の点で上記より若干劣るがガラス繊維、ロックウ−ル等の無機質繊維であってもよい。
【００２２】
加熱時に膨張する成分としてはバーミキュライトが好ましく、バーミキュライトの含有量は、５重量％〜４０重量％が好ましい。５重量％より少ないと膨張量が不足し、また４０重量％を超えると膨張量が過多となり好ましくない。バーミキュライトは蛭石とも呼ばれる構造水を含む鉱石で、加熱すると構造水が放出され、層状結晶の劈開面が剥離して元の容積の１０〜３０倍に膨れる性質がある。この膨張は不可逆的に起き、相当の弾力性を有する膨張体になる。シール材は、このバーミキュライトの加熱による膨張と、膨張体の有する弾力性による保持力を利用している。
【００２３】
なお、バーミキュライト以外にも目的や必要に応じてパーライト、酸処理膨張黒鉛、合成フッ化雲母、発泡プラスチック（高温時に気化する物質を封入したプラスチック微小球）などが使用可能である。
【００２４】
無機質マット１７は、金属ケース１と比べて温度が高くなるフィルタ２と接触するので、耐熱性が高く弾力性の良好な無機質ファイバー層１７ａと、無機質マット１６と同じ素材であるバーミキュライト等の加熱時に膨張する成分を含む無機質マット層１７ｂとの積層マットからなるものが好ましい。積層マットとすることにより無機質マット１７の弾力性をより増すことができ、フィルタ２の保持とシールの両機能を長時間維持できる。
【００２５】
無機質ファイパー層１７ａは、石英ガラスのようなシリカを主成分とするファイバ一層や、アルミナとシリカを主成分としたセラミックスファイバ一層であるのが好ましい。特にセラミックスファイバ一層に含まれるアルミナ成分は６０重量％〜８０重量％が好ましい。アルミナが６０重量％より少ないと無機質ファイバ一層の腰がやや弱くなるため、高温の排気ガスに晒されたとき繊維の収縮が始まり、無機質ファイバ一層が収縮するため、フィルタの保持力が滅少し、かつシール性能も低下する。またアルミナ成分を８０重量％以上含むと、セラミックス繊維が剛直になるため折れやすく、取り扱い性が極めて悪いうえ、エンジンの振動により無機質ファイバ一層が粉砕されフィルタ保持力の低下やシール性能の低下を引き起こすことがある。
【００２６】
枠体１５には、耐熱性及び耐久性の点から、ＳＵＳ３０４やＳＵＳ３１６Ｌ等のステンレス鋼が好ましく用いられる。枠体１５の側部１５ａは無機質マット１７の側部に沿ってＬ型に折り曲げられ、その先端部１５ｂはさらに折れ曲がって、フィルタ２に装着する際の案内部材を構成している。このように枠体１５の一部が曲げられて、フィルタ２の清浄ガス側空間にある前記無機質マット１７の表面を覆うガード部とされていることによって、無機質マット１７の表面が強い逆洗ガス流から保護され、シール材１３の耐久性をさらに増すことができる。
【００２７】
無機質マット１６、１７には、その形状保持のために有機バインダーが添加されている。有機バインダーの無機質マット中の含有量は２重量％〜３０重量％であるのが好ましい。有機バインダーとしてはポリアクリル酸エステル、ポリビニルアルコール、酢酸ビニル系重合物、メチルセルロースなどのセルロース誘導体、カゼイン、ゼラチン、でんぷん、ビスコース、メタクリル酸メチル−ブタジエン共重合体、ポリクロロプレン等を単独、或いは共重合したものなどが使用される。また必要に応じて有機バインダーと共に無機バインダーが使用できる。無機バインダーとしては、コロイダルシリカ、アルカリ金属シリケートまたはその誘導体、アルキルシリケート、アルキルチタネート、酸性金属ホスフェートが使用される。
【００２８】
無機質マット１６、１７は枠体１５に取り付けられる前若しくは取り付け後に、無機質マット１６、１７の両方又は無機質マット１７のみ若しくは少なくとも無機質ファイバー層１７ａに脱バインダー処理が施される。
【００２９】
有機バインダーの脱バインダー処理は、加熱炉などの加熱手段により３００℃〜４５０℃の温度範囲で１〜２４時間、好ましくは３１０℃ 〜３８０℃で５〜１５時間加熱することにより行われる。加熱温度が３００℃より低いと脱バインダーしにくく、また温度が４５０℃を超えると無機質ファイバ一層の形状保特性が低下し、またバーミキュライト入りの無機質マットでは該無機質マットが膨張してしまうので好ましくない。
【００３０】
また有機バインダーが可溶な液体（水や溶剤）で有機バインダーを抽出する、例えば水溶性バインダーを水中に浸漬することにより脱バインダー処理を行ってもよい。
【００３１】
脱バインダー処理は、脱バインダー処理後の残炭量（（脱バインダー処理後の重量−有機バインダー添加前の重量）／有機バインダー添加前の重量）が０．０５〜１０重量％、好ましくは１．５〜８．５重量％の範囲になるように制御される。残炭量が０．０５重量％より少ないと処理後のマツトを保形する力が弱くなり、シール材を装置内に組み込むことが困難になる。一方、残炭量が１０重量％を超えるとバインダーの固化力が強くなり過ぎ、弾力性が失われて問題とする温度域で復元性能が著しく低下する。
【００３２】
脱バインダー処理は、枠体１５に取り付け前に無機質マット１６、１７に別々に或いは、枠体１５に取り付け後（組み立て後）に無機質マット１６、１７に一緒に施される。なお加熱により脱バインダー処理する方法は、無機質マットの形状にかかわらず処理できるので生産性が高いという利点がある。
【００３３】
図５に示す本発明のシール材は、図３のシール材と同様に、中抜き形の枠体１５の枠部分の上下の面に無機質マット１６、１７が固着されているが、枠体１５の内側が１５ｃのように内側に折れ曲がり、無機質ファイバー層１７ａのガスに接する側面を保護するようになされている。折れ曲がった部分の長さは、無機質ファイバー層１７ａの側面１９の全体又は無機質マット１７の側面全体を覆うようにされていてもよい。なお、図５において無機質ファイバー層１７ａはガス中の水分が入り込むのを防ぐために金属箔１８で覆われている。
【００３４】
図３及び図５のシール材において、無機質マット１６の代わりに例えばカーボン系ペーストを使用して、無機質マット１６を省略することもできる。
【００３５】
【実施例】
＜実施例１＞
厚さ０．６ｍｍのステンレス製の中抜き形の枠体（縦１１．６ｃｍ、横２１．７ｃｍ、幅１．４ｃｍ）の金属ケースと接触する面側に、厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」、重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）を加熱炉により３５０℃で５時間加熱して脱バインダー処理し残炭量を６重量％に制御したものを固着した。
【００３６】
一方、枠体のフィルタと接触する面側に、無機質マット層として厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）を加熱炉により３５０℃で５時間加熱して脱バインダー処理して残炭量を６重量％に制御したものをフィルタ側に配置し、枠体側に無機質ファイバー層として厚さ７．５ｍｍのセラミックスファイバー層（重量１５００ｇ／ｍ2、Ａｌ2０3が７０重量％のアルミナシリカ系セラミックスファイバー層、有機バインダー（アクリル系共重合体）を１２．５重量％を含む）を加熱炉により３５０℃で５時間加熱して脱バインダー処理して残炭量を４重量％に制御したものを配置してなる積層マットを固着した。
【００３７】
このようなシール材を、図１の本発明のパティキュレートトラップ装置に取り付けて（締め付け圧約５ｋｇ／ｃｍ2）、装置に流入する排気ガス温度が約２５０℃前後になるように運転条件を設定し、２５０℃で２時間運転した後、１時間運転を中止するサイクル運転を１０サイクル合計３００時間試験し、その間再生を３０００回行った。その結果、煤の漏れは認められなかった。
【００３８】
なお試験は、図１のパティキュレートトラップ装置をディーゼル機関に接続し、下記の条件で行った。
ディーゼル機関排気量              ６５６０ｃｃ
ディーゼル機関出力                １２０ＰＳ／２１５０ｒｐｍ
ディーゼル機関排気ガス温度        約２５０℃
フィルタ（クロスフロー型）        縦１０ｃｍ、横２０ｃｍ、高さ１４ｃｍ
フィルタ有効ろ過面積              ２．１ｍ2（片側で）
圧縮空気タンク容積                ３５リットル
圧縮空気タンク圧力                ７気圧
各フィルタの逆洗間隔              ４分
エンジン出口の煤量                ボッシュ濃度２
【００３９】
＜実施例２＞
厚さ０．６ｍｍのステンレス製の中抜き形の枠体（縦１１．６ｃｍ、横２１．７ｃｍ、幅１．４ｃｍ）のフィルタと接触する面側のフィルタ側に、厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」、重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）を、また厚さ７．５ｍｍのセラミックスファイバー層（重量１５００ｇ／ｍ2、Ａｌ2０3が７０重量％のアルミナシリカ系セラミックスファイバー層、有機バインダー（アクリル系共重合体）を１２．５重量％含む）を枠体側に配置した後に、枠体全体を加熱炉により３５０℃で１２時間加熱して脱バインダー処理をした。脱バインダー処理された無機質マットの残炭量は５重量％、脱バインダー処理されたセラミックスファイバ一層の残炭量は４重量％とした。
【００４０】
その後、枠体の金属ケースと接触する側に厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」、重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）を固着して、実施例１と同様な試験を行い、煤漏れの有無を確認したところ煤漏れは認められなかった。
【００４１】
＜実施例３＞
厚さ０．６ｍｍのステンレス製の中抜き形の枠体（縦１１．６ｃｍ、横２１．７ｃｍ、幅１．４ｃｍ）のフィルタと接触する面側のフィルタ側に、厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」、重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）、また枠体側に厚さ７．５ｍｍのセラミックスファイバー層（重量１５００ｇ／ｍ2、Ａｌ2０3が７０重量％のアルミナシリカ系セラミックスファイバー層、有機バインダー（アクリル系共重合体）を１２．５重量％含む）を配置し、金属ケースと接触する面側に厚さ２．５ｍｍの無機質マット（日本ピラー（株）製「ピラーマット」、重量９２０ｇ／ｍ2、バーミキュライトを約２０重量％、有機バインダー（エチレン酢ビアクリル共重合体エマルジョン）を５重量％含む）を固着してシール材を形成した。
【００４２】
このシール材全体を加熱炉により３２５℃で１２時間加熱して脱バインダー処理（なお脱バインダー処理されたフィルタ側の無機質マットの残炭量は５重量％、脱バインダー処理されたセラミックスファイバー層の残炭量は４重量％、金属ケース側の無機質マットの残炭量は５重量％）した後、実施例１と同様な試験を行ったが、煤漏れは認められなかった。
【００４３】
＜比較例１＞
無機質マットに有機バインダーの脱バインダー処理を施さなかった点以外は、実施例１と同様な条件で試験した。試験開始から１００時間後に清浄ガス中のパティキュレート濃度を測定したところボッシュ濃度＝１（明確な漏れがある）となった。試験終了後シール材を観察したところ、シール材の清浄ガス側に露出している無機質マットの表面にパティキュレートが付着しているのを認めた。またシール材、特にセラミックスファイバー層を調べたところバインダー固化によるものと思われる固化が認められた。
【００４４】
【発明の効果】
本発明のパティキュレートトラップ装置用のシール材では、シール材を構成する無機質マットの有機バインダーの脱バインダー処理が行われているので有機バインダーが固化するような温度範囲( 約２００〜２８０℃）で長期間連続使用しても煤漏れせず、しかもシール材の装置への組み込み性も問題なく、信頼性に優れている。
【００４５】
また本発明のパティキュレートトラップ装置用のシール材では、有機バインダーを含む無機質マットを中抜き形状の枠体の少なくともフィルタと接する面側に固着した後、脱バインダー処理するので、経済性、生産性に優れている。
【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装置の断面図。
【図２】シール材の平面図。
【図３】図２のＡ−Ａによるシール材の断面図。
【図４】金属ケース及びフィルタ間に配置された状態のシール材の一部断面図。
【図５】別のシール材の一部断面図。
【符号の説明】
１  金属ケース
２  フィルタ
３  含塵ガス導入口
４  含塵ガス側空間
５  清浄ガス側空間
６  清浄ガス出口
７  逆洗弁
８  逆洗ガス導入口
９  パティキュレート受部
１０  シースヒータ
１１  灰取出口
１２  空気導入口
１３  シール材
１４  シール材
１５  枠体
１５ａ  側部
１５ｂ  先端部
１６  無機質マット
１７  無機質マット
１７ａ  無機質ファイバー層
１７ｂ  無機質マット層
１８  金属箔
１９  無機質ファイバー層の側面
【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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