JP2690147B2 - 排気ガス浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明はディーゼルエンジン等の内燃機関における
排気ガスを浄化処理する排気ガス浄化装置に関する。

〔従来の技術〕 従来、例えばディーゼルエンジンの排気ガスを浄化す
る場合には、コージエライトによってハニカム状に形成
した触媒担体と、その触媒担体に担持された触媒成分と
を有するフィルターをディーゼルエンジンの排気側に接
続し、このフィルターによって前記排気ガス中のカーボ
ン,NOx及びHC等を捕集して酸化分解するようになってい
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記のフィルターにおける触媒担体は融点
（1200〜1300℃）の低いコージエライトによって形成さ
れているため、排気ガス流通持に高温となりやすい中心
部分では溶損に起因してフィルターとしての機能を発揮
できなくなる。このため、従来では触媒担体の中心部分
のみをハニカム状に形成することなくコージエライトに
よって充実状態に形成し、予めフィルターとしての機能
を持たせないようにしていた。

従って、中心部分の容積分だけカーボン等の捕集量が
減少することになり、触媒担体の全体容積に対するカー
ボン等の捕集効率が良くなかった。

この発明は上記の事情を考慮してなされたものであっ
て、その目的は、触媒担体の全体容積に対する捕集効率
を増大させることが可能で、延いては小型で捕集量の多
い排気ガス浄化装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

上記の目的を達成するために、この発明では、内燃機
関の排気側に連通する通路を備えたケーシングと、通路
内に配設され、コージエライトによってハニカム状に形
成されると共に管状の全体形状をなした第１の触媒担体
と、第１の触媒担体の中空部に嵌合され、多孔質炭化珪
素焼結体によってハニカム状に形成された第２の触媒担
体とを設けている。

従って、第１の触媒担体と第２の触媒担体とによって
二重構造の触媒担体が形成され、その二重構造の触媒担
体の中心部分は、炭化珪素の耐熱性を有効に利用して、
耐熱性に優れたものとなる。又、二重構造の触媒担体は
全体を利用して捕集機能を発揮させることができるの
で、その全体容積に対する捕集効率が向上される。

以下、この発明を図面に従って詳細に説明する。第１
図に示すように、排気ガス浄化装置１は金属パイプ製の
ケーシング２を備え、そのケーシング２の通路2aが内縁
機関Ｅの排気管路Eaに接続されている。このケーシング
２内には排気ガスを浄化するための、コージエライトよ
りなる第１の接触担体３と、多孔質炭化珪素焼結体より
なる第２の触媒担体４とからなる二重構造の触媒担体本
体５が配設されている。又、この触媒担体本体５のガス
排出側側面には多孔質炭化珪素焼結体よりなる第３の触
媒担体６が配設されている。更に、その第３の触媒担体
６のガス排出側において、ケーシング２には再生用のセ
ラミックヒーター７が装着されている。

第２図、第３図及び第４図に示すように、二重構造の
触媒担体本体５のうち、第１の触媒担体３は比較的低い
融点（1200〜1300℃）を有するコージエライトによって
ハニカム状に形成されると共に、中心部に中空部3aを有
する円管状の全体形状をなしている。そして、この第１
の触媒担体３には軸線方向平行に延びる多数のガス通過
孔８が形成され、各ガス通過孔８の供給側及び排出側の
いずれか一端がコージエライト質の小片９によって交互
に封止されている。更に、第１の触媒担体３の各ガス通
過孔８の内壁面にはシリカ膜が形成され、そのシリカ膜
に白金族元素やその他の金属元素及びその酸化物等から
なる酸化触媒が担持されている。

一方、第２の触媒担体４は、高い融点（〜3000℃）を
有する多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成
されると共に円柱状をなし、前記第１の触媒担体３の中
空部3aに嵌合されている。そして、この第２の触媒担体
４には軸線方向に平行に延びる多数のガス通過孔10が形
成され、各ガス通過孔10の供給側及び排出側のいずれか
一端が炭化珪素質の小片11によって交互に封止されてい
る。更に、第２の触媒担体４の各ガス通過孔10の内壁面
にはシリカ膜が形成され、そのシリカ膜に白金族元素や
その他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が
担持されている。

尚、第１図に示すように、第３の触媒担体６は第２の
触媒担体４と同様に高い融点（〜3000℃）を有する多孔
質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成されると共
に円板状に形成され、第２の触媒担体４の一側面に対し
て接合されている。そして、この第３の触媒担体６にも
第２の触媒担体４と同様に軸線方向に平行に延びる多数
のガス通過孔が形成され、それらガス通過孔の内壁面に
はシリカ膜が形成され、そのシリカ膜に白金族元素やそ
の他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担
持されている。この第３の触媒担体６は、第１の触媒担
体３から第２の触媒担体４が抜け出るのを防止するため
に設けられたものである。

従って、第１図及び第２図に矢印で示すように、内燃
機関Ｅの排気ガスがケーシング２の供給側から触媒担体
本体５に導入されると、第１及び第２の触媒担体3,4の
各ガス通過孔8,10の壁部によって、排気ガス中のカーボ
ン（すす）やHC等が濾過されると共に、酸化触媒により
酸化される。そして、浄化された排気ガスが触媒担体本
体５から排出される。又、排出された排気ガスは、更に
第３の触媒担体６の各ガス通路の壁部によって濾過さ
れ、酸化触媒によって酸化されて同触媒担体６から排出
される。

上記のように使用された二重構造の触媒担体本体５の
再生処理を行う場合には、その触媒担体本体５に所定量
のカーボンを滞留させた状態で、セラミックヒーター７
によって同触媒体本体５を第３の触媒担体６を介して加
熱する。そして、セラミックヒーター７に近い側の触媒
担体本体５の温度が所定温度（300〜800℃）に達した
時、ケーシング２に燃焼促進用の二次エアの供給を開始
する。そして、この処理を継続することにより、触媒担
体本体５内のカーボンを燃焼させ、同触媒担体本体５を
再生する。

そして、この発明では、第１の触媒担体３と第２の触
媒担体４とによって二重構造の触媒担体本体５が形成さ
れ、その二重構造の触媒担体本体５の中心部分が、炭酸
珪素よりなる第２の触媒担体４の耐熱性を有効に利用し
て耐熱性に優れたものとなっている。又、二重構造の触
媒担体本体５は第１及び第２の触媒担体3,4を含めた全
体を利用して排気ガス中のカーボン,NOx及びHC等を捕集
する機能を発揮することができるので、その全体容積に
対する捕集効率を向上させることができ、延いては小型
で捕集量の多い排気ガス浄化装置１を提供することがで
きる。

加えて、触媒担体本体５の中心部における第２の触媒
担体４は炭化珪素によって熱伝導率が非常に良いのに対
して、外周部の第１の触媒担体３はコージエライトによ
って熱伝導率が比較的良くないものになっている。この
ため、再生処理における加熱の際に、第２の触媒担体４
の周縁部からの放熱が第１の触媒担体３によって抑制さ
れて、第１の触媒担体３を断熱層としも機能させること
ができる。よって、触媒担体本体５からの放熱を抑制し
て短時間で再生が可能な処理温度に到達することがで
き、再生処理を短時間で進めることができ、再生の温度
に昇温するための熱エネルギーの省力化も行うことがで
きる。又、触媒担体本体５の両端部間の温度差が少なく
保持される。従って、部分的な温度差に起因して触媒担
体本体５にクラックが発生する割合を少なくでき、再生
処理回数を増加させて、耐久性を向上させることができ
る。

次に、二重構造の触媒担体本体５の再生処理に関する
実施例及び比較例について説明する。

〔実施例〕

コージエライトよりなる第１の触媒担体３として、直
径140mm,中空部3aの直径90mm,長さ140mm,熱伝導率2.2Kc
al/m.hr.℃，比熱0.18Kcal/kg.℃のものを使用した。
又、この触媒担体３における各ガス通過孔８間の隔壁の
厚みは0.3mmで、各ガス通過孔８は１平方in当たり200個
形成されている。

この第１の触媒担体３を得るには、先ず押し出し成形
によりコージエライト質でハニカム状の管状成形体を作
る。その後、その管状成形体をマイクロ波乾燥させ、酸
化雰囲気下で約1200℃で焼成する。

一方、多孔質炭化珪素焼結体よりなる第２の触媒担体
４として、直径88mm,長さ140mm,熱伝導率40〜70Kcal/m.
hr.℃，比熱0.23Kcal/kg.℃のものを使用した。又、こ
の触媒担体４における各ガス通過孔10間の隔壁の厚みは
0.3mmで、各ガス通過孔10は１平方in当たり200個形成さ
れている。

この第２の触媒担体４を得るには、先ず押し出し成形
により炭化珪素質でハニカム状の円柱状成形体を作る。
その後、その円柱状成形体を凍結乾燥させ、不活性雰囲
気下で約2200℃で焼成する。

そして、第１の触媒担体３の中空部3aに第２の触媒担
体４を嵌合して二重構造の触媒担体本体５を得る。

又、第２の触媒担体４と同様に多孔質炭化珪素焼結体
よりなる第３の触媒担体６として、直径140mm,長さ20m
m,熱伝導率40〜70Kcal/m.hr.℃，比熱0.23Kcal/kg.℃の
ものを使用した。又、この触媒担体６における各ガス通
過孔間の隔壁の厚みは0.3mmで、各ガス通過孔は１平方i
n当たり200個形成されている。

この第３の触媒担体６を得るには、第２の触媒担体４
と同様の工程を実施する。

更に、再生処理用のセラミックヒーター７として、12
V−2.5KWのものを１本使用した。

第１図に示すように、上記の排気ガス浄化装置１を内
燃機関Ｅに接続して、内燃機関Ｅを作動させ、排気ガス
中のカーボンを捕集した。この捕集動作中には、排気管
路Ea内の圧力を圧力センサPs及び圧電変換素子Peを介し
て制御装置Ｃによって監視し、その圧力が一定値（0.17
Kg/cm²）に到達するまで、捕集動作を継続した。この
時、排気ガスの流量は50/secであり、前記一定圧力ま
での到達時間は約40分となった。この間に捕集されたカ
ーボン量の算出に際し、触媒担体本体５の容積を各ガス
通過孔8,10の部分の総量とし、カーボン捕集量は捕集処
理の前後における重量変化に基づいて求めた。その結
果、カーボン捕集量は15g/となった。

次に、前記制御装置ＣによってスイッチＳを閉成さ
せ、セラミックヒーター７への通電を開始した。それか
ら10分後にはコンプレッサCoを動作させ、エア供給管Ca
から第３の触媒担体６及び触媒担体本体５に二次エアを
50/minの割合で供給した。

二次エアの供給開始時において、ガス取入れ側端部の
温度はカーボンの燃焼終了時に急激に降下するため、セ
ラミックヒーター７への通電開始時から温度降下時点ま
での時間を再生時間とした。その結果、再生時間は10分
であった。

更に、触媒担体本体５が破損するまで、上記の再生処
理を繰り返した。その結果を表１に示す。

〔比較例〕

実施例と同一サイズとなる、即ち直径140mm,長さ170m
mのコージエライト製触媒担体と、再生処理用セラミッ
クヒーター（12V−2.5KW）とを備えた従来タイプの排気
ガス浄化装置において、前記実施例と同様の再生処理を
行った。その結果を表１に示す。

表１の結果から明らかなように、比較例の触媒担体で
は、実施例の触媒担体本体５と第３の触媒担体６とを組
み合わせたものよりも捕集量の少ないカーボン（実施例
の1/3）を燃焼させるのに、実施例の再生時間の3.5倍の
時間を要している。従って、実施例と同量のカーボンを
捕集した後、それを燃焼させるまでの時間は、実施例の
10.5倍になるものと予測でき、実施例のものではカーボ
ンが効率的に燃焼していることが分かる。又、破損に至
る再生処理回数は実施例に比較して少なく、実施例の触
媒担体本体５と第３の触媒担体６とを組み合わせたもの
では耐久性に優れていることがわかる。更に、実施例の
ものは溶損がなく、比較例のものは溶損が有り、実施例
のものは耐熱性にも優れていることがわかる。 表１ 実施例 比較例 ヒーター 通電時間（分） 10 4 カーボン捕集 量（g/） 15 5 再生処理時間（分） 10 35 再生処理回数（回） 20以上 ７〜８ 溶損 無 有 〔変形例〕 第５図に示すように、前記実施例における第３の触媒
担体６を省略するために、多孔質炭化珪素焼結体よりな
る第２の触媒担体４の外周を凹凸状に成形する。一方、
その第２の触媒担体４を嵌合するために、第１の触媒担
体３を二つ割に形成すると共に、その中空部3aの内周を
第２の触媒担体４の凹凸に嵌合可能な凹凸状に成形す
る。そして、両触媒担体3,4を組付けて触媒担体本体５
を形成してもよい。この場合、前記実施例と同様の再生
処理結果が得られるばかりでなく、第１の触媒担体３か
ら第２の触媒担体４が抜け出るのを未然に防止すること
ができる。

〔発明の効果〕

以上詳述したように、この発明によれば、触媒担体の
全体容積に対する捕集効率を増大させることが可能で、
延いては小型で捕集量の多い排気ガス浄化装置を提供す
ることができるという優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明を具体化した排気ガス浄化装置及びそ
の実験装置を示す部分断面図、第２図は触媒担体本体の
断面図、第３図は触媒担体本体の正面図、第４図は第１
の触媒担体と第２の触媒担体との分解斜視図、第５図は
変形例における部分断面図である。 ２……ケーシング、2a……通路、３……第１の触媒担
体、3a……中空部、４……第２の触媒担体。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１内燃機関（Ｅ）の排気側に連通する通路
   （2a）を備えたケーシング（２）と、 前記通路（2a）内に配設され、コージエライトによって
   ハニカム状に形成されると共に管状の全体形状をなした
   第１の触媒担体（３）と、 前記第１の触媒担体（３）の中空部（3a）に嵌合され、
   多孔質炭化珪素焼結体によってハニカム状に形成された
   第２の触媒担体（４）と を設けたことを特徴とする排気ガス浄化装置。