ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法
【課題】圧力損失の増大を抑制し、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理できながら、処理効率の向上を図ることのできる、ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法を提供すること。
【解決手段】スリーブ４内に、複数の非多孔質のアルミナボール７を、六方最密充填で充填するとともに、スリーブ４の外周面にヒータ線９を螺旋状に巻回したディーゼル排ガス処理装置１を用いて、ヒータ線９により、複数のアルミナボール７を、ディーゼル排ガスに含まれるＰＭを焼失可能な温度に常時加熱して、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭが複数のアルミナボール７に接触したと同時に、そのＰＭを焼失させる。
【解決手段】スリーブ４内に、複数の非多孔質のアルミナボール７を、六方最密充填で充填するとともに、スリーブ４の外周面にヒータ線９を螺旋状に巻回したディーゼル排ガス処理装置１を用いて、ヒータ線９により、複数のアルミナボール７を、ディーゼル排ガスに含まれるＰＭを焼失可能な温度に常時加熱して、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭが複数のアルミナボール７に接触したと同時に、そのＰＭを焼失させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法、詳しくは、ディーゼルエンジンから排出されるディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を処理するための、ディーゼル排ガス処理装置およびそれを用いるディーゼル排ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンから排出されるディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ；以下、「ＰＭ」と省略する場合がある。）を除去する装置として、ディーゼルエンジンの排気側に設けられた、ハニカム形状のセラミック製フィルターを備える粒子状物質除去装置（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ；以下、「ＤＰＦ」と省略する場合がある。）が知られている。
【０００３】
このようなＤＰＦでは、ＰＭを、セラミック製フィルターで濾し取り、その後、セラミック製フィルターに堆積したＰＭを、セラミック製フィルターを加熱することにより、燃焼させるようにして除去している。
また、例えば、多孔質炭化珪素から中空状の球体に形成された複数の触媒担体を備えるフィルタと、排気ガスの通路内に、フィルタと間隔を隔てて配置されるバーナーとを備える排気ガス浄化装置が提案されている。この排気ガス浄化装置では、フィルタによりパティキュレートを所定量捕集して、その後、バーナーでフィルタを加熱することにより、フィルタに滞留したパティキュレートを燃焼させて、フィルタを再生させている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平５−２７２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のハニカム形状のセラミック製フィルターを備えるＤＰＦでは、そのセラミック製フィルターが濾し取ったＰＭにより、セラミック製フィルター内にＰＭの堆積層が形成されるので、セラミック製フィルターにおける圧力損失が大きくなるという不具合がある。
また、セラミック製フィルターに堆積するＰＭを燃焼させるときには、セラミック製フィルターを非常に高い温度で加熱する必要があるため、セラミック製フィルターが劣化する場合がある。
【０００５】
さらにまた、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、フィルタの触媒担体が多孔質の中空状に形成されているので、ＰＭが多孔質炭化珪素の各孔内および中空内に滞留し、そのため、ＰＭの捕集性能が低下するという不具合がある。
また、特許文献１に記載の排ガス浄化装置では、排気ガスの通路内にバーナーが配置されていることから、ＰＭの濾過（捕集）と、ＰＭの燃焼（燃焼除去）とを、別々にする必要があり、処理効率を向上させることが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、圧力損失の増大を抑制し、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理できながら、処理効率の向上を図ることのできる、ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ディーゼル排ガス処理装置であって、ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングと、前記ケーシングに充填される複数の非多孔質セラミックス粒子と、ディーゼル排ガスの導入方向において、前記ケーシングが配置される領域に設けられ、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータとを備えていることを特徴としている。
【０００８】
このディーゼル排ガス処理装置では、ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングに、複数の非多孔質セラミックス粒子が充填されており、ヒータにより複数の非多孔質セラミックス粒子を加熱することができる。そのため、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、粒子状物質を焼失可能な温度に加熱すれば、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質を、ヒータにより加熱されている非多孔質セラミックス粒子に接触させて、焼失することができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。
【０００９】
また、このディーゼル排ガス処理装置では、粒子状物質が、ヒータにより加熱されている非多孔質セラミックス粒子に接触して、焼失するので、粒子状物質が堆積されにくく、ディーゼル排ガス処理装置の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
さらに、このディーゼル排ガス処理装置では、非多孔質セラミックス粒子は非多孔質であるので、粒子状物質が非多孔質セラミックス粒子の内部に侵入することなく、粒子状物質を非多孔質セラミックス粒子の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置の内部に粒子状物質を堆積させることなく、粒子状物質を除去することができる。
【００１０】
さらにまた、このディーゼル排ガス処理装置では、複数の非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータが、ディーゼル排ガスの導入方向において、ケーシングが配置される領域に設けられるので、ケーシングにディーゼル排ガスを導入させながら、ヒータにより、非多孔質セラミックス粒子を加熱することができる。そのため、ディーゼル排ガスの導入と、非多孔質セラミックス粒子の加熱とを、同時にすることができ、非多孔質セラミックス粒子を、ヒータにより粒子状物質を焼失可能な温度に常時加熱すれば、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質は非多孔質セラミックス粒子と接触すると、同時に焼失するので、粒子状物質を効率的に焼失させることができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、各前記非多孔質セラミックス粒子は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、前記ケーシングに六方最密充填で充填されていることを特徴としている。
各非多孔質セラミックス粒子が、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、ケーシングに六方最密充填で充填されていれば、ケーシングにおけるディーゼル排ガスの良好な流れを確保して、圧力損失の増大を抑制しながら、ディーゼル排ガス中の粒子状物質と非多孔質セラミックス粒子との接触効率の向上を図ることができる。その結果、確実にディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、複数の前記非多孔質セラミックス粒子が、アルミナから形成されていることを特徴としている。
アルミナは、耐熱性に優れ、非多孔質セラミックス粒子への成形が容易である。そのため、安定性および耐久性に優れるディーゼル排ガス処理装置を提供することができる。
また、請求項４に記載の発明は、ディーゼル排ガスの処理方法であって、請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル排ガス処理装置を用いて、前記ヒータにより、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱して、前記ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質が前記非多孔質セラミックス粒子に接触した時に、その粒子状物質を焼失させることを特徴としている。
【００１３】
このディーゼル排ガスの処理方法によれば、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱して、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質が、非多孔質セラミックス粒子に接触した時に、その粒子状物質を焼失させる。そのため、ディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。また、粒子状物質が堆積されにくく、ディーゼル排ガス処理装置の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
【００１４】
また、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱するので、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質は非多孔質セラミックス粒子と接触すると、同時に焼失し、そのため、粒子状物質を効率的に焼失させることができる。また、このような粒子状物質を焼失可能な温度は、堆積された粒子状物質を焼失する温度よりも、低い温度であり、そのため、ディーゼル排ガス処理装置の耐久性の向上を図ることができる。その結果、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【００１５】
さらに、このディーゼル排ガスの処理方法において、非多孔質セラミックス粒子は非多孔質であるので、粒子状物質が、非多孔質セラミックス粒子の内部に侵入することなく、粒子状物質を非多孔質セラミックス粒子の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置の内部に粒子状物質を堆積させることなく、ディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のディーゼル排ガス処理装置および本発明のディーゼル排ガスの処理方法によれば、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。また、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
また、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施形態の中央断面図である。
このディーゼル排ガス処理装置１は、ディーゼルエンジンが排出する排ガスに含まれる粒子状物質としてのＰＭを除去するためのものであって、ディーゼルエンジンの排ガスをディーゼルエンジンから外部へ排出するためのエグゾーストパイプの途中に設けられている。このディーゼル排ガス処理装置１は、ディーゼル排ガスを処理するための処理部２と、処理部２およびエグゾーストパイプの途中を接続して、処理部２を支持するための接続支持部３とを備えている。
【００１８】
処理部２は、ディーゼル排ガスが導入される導入方向（以下、単に「導入方向」と省略する。）に沿って配置され、筒状のケーシングとしてのスリーブ４と、スリーブ４の径方向内側に設けられ、ディーゼル排ガスのＰＭを処理するための充填部５と、スリーブ４の径方向外側に設けられる加熱部６とを備えている。
スリーブ４は、耐熱性のコーディライトを材料として円筒形状に形成されており、その長さ（導入方向長さ）、内径および厚みは、ディーゼル排ガス処理装置１の目的および用途に応じて、適宜選択される。
【００１９】
このスリーブ４では、矢印に示すように、ディーゼル排ガスが、導入方向上流側（以下、単に「上流側」と省略する。）から、すなわち、図１における右側から導入されており、充填部５により処理されたディーゼル排ガスが、導入方向下流側（以下、単に「下流側」と省略する。）に、すなわち、左側に排出される。
充填部５は、スリーブ４内において、複数の非多孔質セラミックス粒子としてのアルミナボール７が、六方最密充填で充填されることにより、形成されている。
【００２０】
各アルミナボール７は、アルミナから形成される球状粒子であって、非多孔質、すなわち、粒子内に微細な孔が形成されず、緻密な表面を有している。
各アルミナボール７は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、その粒子径が、例えば、０．２〜８ｍｍ、好ましくは、０．５〜２ｍｍである。
各アルミナボール７をスリーブ４内に六方最密充填で充填するには、まず、バインダーとしての釉薬組成物を調製し、この釉薬組成物を、複数のアルミナボール７の表面に均一に塗布する。その後、釉薬組成物が塗布された複数のアルミナボール７を、鉛直方向に配置されるスリーブ４（その下端部には、不織布が敷設されている。）内に投入して、スリーブ４内に各アルミナボール７を充填し、その後、これを、例えば、８０〜１００℃で、３０〜９０分、乾燥させる。
【００２１】
なお、釉薬組成物は、例えば、釉薬１００重量部に対して、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの増粘剤５〜２０重量部、水などの分散剤５０〜１００重量部を配合して、均一に撹拌混合することにより調製する。
また、複数のアルミナボール７に塗布する釉薬組成物の配合割合は、アルミナボール７の総量１００重量部に対して、例えば、５〜１０重量部、好ましくは、６〜８重量部である。
【００２２】
また、スリーブ４内には、この充填部５において各アルミナボール７の間に、空隙３１が、形成される。この空隙３１の割合、すなわち空隙率は、理論的に２５．９５％である。なお、空隙率は、次式により算出される。
空隙率（％）＝（空隙３１の容積）／（スリーブ４の容積）×１００
また、充填部５における圧力損失ΔＰは、充填部５の上流側における圧力から、充填部５の下流側における圧力を差し引いた値である。
【００２３】
また、充填部５における通気率Ｋは、例えば、２０００〜９０００×１０-12ｍ2、好ましくは、３０００〜８０００×１０-12ｍ2である。なお、通気率は、次式により算出される。
Ｋ＝（Ｑ・η・Ｌ）／（Ａ・ΔＰ）
Ｑ ：ディーゼル排ガスの流速（ｍ3／ｓ）
η ：ディーゼル排ガスの粘性（Ｐａ・ｓ）
Ｌ ：スリーブ４の長さ（ｍ）
Ａ ：スリーブ４内の断面積（ｍ2）
ΔＰ ：圧力損失（Ｐａ）
加熱部６は、導入方向において、スリーブ４が配置される領域としての処理領域１２に設けられている。なお、この処理領域１２は、スリーブ４の上流側端部と下流側端部との間に位置している。加熱部６は、より具体的には、スリーブ４の径方向外側に、スリーブ４の外周面と接触するように設けられている。
【００２４】
この加熱部６は、ヒータとしてのヒータ線９と、耐熱絶縁ロープ１０と、これらヒータ線９および耐熱絶縁ロープ１０を被覆する断熱材１１とを備えている。
ヒータ線９は、充填部５の複数のアルミナボール７を加熱するためのものであって、処理領域１２の導入方向にわたって、スリーブ４の外周面に螺旋状に巻き付くように、スリーブ４に巻回されており、スリーブ４の導入方向に互いに間隔を隔てて対向配置されている。ヒータ線９としては、例えば、カンタルヒータ（ニクロタル８０、丸線、直径１．００ｍｍ、ＫＡＮＴＨＡＬ社製）などが用いられる。
【００２５】
また、ヒータ線９には、ヒータ線９の発熱量を調節自在とするための図示しない温度調節器を介して、ヒータ線９に流れる電流を供給するための図示しない電源が接続されている。温度調節器には、図示しない温度センサが接続されており、この温度センサは、スリーブ４の内側に取り付けられ、アルミナボール７の温度を測定している。
このヒータ線９は、アルミナボール７の温度が図示しない温度センサにより測定されながら、図示しない温度調節器でヒータ線９の発熱量が調節されることにより、充填部５の複数のアルミナボール７を、後述するＰＭを焼失可能な温度に加熱している。
【００２６】
耐熱絶縁ロープ１０は、スリーブ４の導入方向に互いに間隔を隔てて対向配置される各ヒータ線９の間に介在するように設けられており、ヒータ線９と並行するように、ヒータ線９と同様に、スリーブ４に巻回されている。耐熱絶縁ロープ１０としては、例えば、ツイストロープ（５１０３−Ｔ、直径６．４ｍｍ、双葉パッキン社製）などが用いられる。
この耐熱絶縁ロープ１０は、スリーブ４の導入方向に互いに隣接する各ヒータ線９の間に配置され、それらの短絡を防止して、ヒータ線９が各アルミナボール７を安定して加熱できるように、互いに隣接配置される各ヒータ線９を電気的に絶縁している。
【００２７】
断熱材１１は、ヒータ線９および耐熱絶縁ロープ１０を被覆するとともに、スリーブ４の外周面を被覆するように、スリーブ４に外嵌されている。断熱材１１としては、例えば、ガラスウールなどが用いられる。また、この断熱材１１の外周面には、ワイヤなどの線材３４が巻き付けられており、この線材３４によって、スリーブ４に対して断熱材１１が固定されている。
【００２８】
この断熱材１１は、ヒータ線９が、スリーブ４内のアルミナボール７を効率的に加熱できるように、ヒータ線９と外部とを、断熱している。
接続支持部３は、ディーゼル排ガス処理装置１における上流側（右側）端部および下流側（左側）端部に設けられている。この接続支持部３は、ディーゼル排ガスをディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプからディーゼル排ガス処理装置１の処理部２に導入するための導入管部１３と、処理されたディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置１の処理部２から外部側のエグゾーストパイプに排出するための排出管部１４とを備えている。
【００２９】
導入管部１３は、ディーゼル排ガス処理装置１の上流側端部に設けられており、導入管１５と第１支持部材１６とを備えている。
導入管１５は、導入管部１３の上流側に配置され、図示しないディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプと接続されており、この導入管１５には、径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第１穴３５が形成され、下流側端部に、第１フランジ２８が形成されている。
【００３０】
第１フランジ２８は、導入管１５の下流側端部から径方向外方に向かって、処理部２の断熱材１１の外周面よりも径方向外方まで延びるように、形成されている。第１フランジ２８の径方向外側周端部には、第１フランジ２８を厚み方向に貫通する複数の第１貫通孔１７が周方向に互いに間隔を隔てて形成されている。
第１支持部材１６は、導入管１５の下流側において、導入管１５の第１フランジ２８と密着するように隣接配置されている。
【００３１】
この第１支持部材１６は、円環形状で、その径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第２穴３６が第１穴３５と同一径で形成されている。また、第１支持部材１６には、その径方向外側周端部に、導入管１５の第１フランジ２８の各第１貫通孔１７に対応して、第１支持部材１６を厚み方向に貫通する複数の第２貫通孔１８が形成されている。
また、この第１支持部材１６には、その第１支持部材１６の下流側端面の径方向内側に、周方向にわたって同幅の円環状に切り欠かれる、第１凹部２９が形成されている。
【００３２】
この第１凹部２９には、第１支持部材１６の第２穴３６を被覆する金属メッシュ２７が係止されているとともに、その金属メッシュ２７の周端部を被覆するシール部材２６が設けられている。
金属メッシュ２７は、スリーブ４よりやや大径の円板形状で、アルミナボール７の粒子径よりも小さい開口径を有する網状に形成されており、スリーブ４の上流側端部に配置され、第１凹部２９に係止されている。
【００３３】
シール部材２６は、第１支持部材１６の第１凹部２９において、金属メッシュ２７の周端部を被覆するように、配置されている。このシール部材２６としては、例えば、ガラスウール（カオウール、イソライト工業社製）などが用いられる。
排出管部１４は、ディーゼル排ガス処理装置１の下流側端部に配置され、導入管部１３と処理部２を挟むようにして設けられており、排出管２０と第２支持部材２１とを備えている。
【００３４】
排出管２０は、排出管部１４の下流側に配置され、図示しない外部側のエグゾーストパイプと接続されており、この排出管２０には、径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第３穴３７が形成され、上流側端部に、第２フランジ３０が形成されている。
この第２フランジ３０は、導入管１５の第１フランジ２８と、導入方向に直交する面に対して対称に形成され、その径方向外側周端部には、導入管１５の第１フランジ２８の各第１貫通孔１７に対応して、複数の第３貫通孔２２が形成されている。
【００３５】
第２支持部材２１は、排出管２０の上流側において、排出管２０の第１フランジ３０と密着するように隣接配置されている。
この第２支持部材２１は、第１支持部材１６と、導入方向に直交する面に対して対称に形成されている。すなわち、この第２支持部材２１には、第１支持部材１６の第２穴３６、各第２貫通孔１８および第１凹部２９に対応して、第４穴３８、複数の第４貫通孔２３および第２凹部３２が形成されている。また、第２凹部３２には、第１支持部材１６の第１凹部２９に対応して、金属メッシュ２７が係止されるとともに、シール部材２６が設けられている。
【００３６】
そして、この接続支持部３は、スリーブ４の上流側端部が導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９にシール部材２６を介して当接されるとともに、スリーブ４の下流側端部が排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２にシール部材２６を介して当接されることにより、スリーブ４を、導入管部１３の第１支持部材１６および排出管部１４の第２支持部材２１により、導入方向両側から挟み込む。
【００３７】
さらに、導入管部１３の第１支持部材１６の上流側に導入管１５を配置するとともに、排出管部１４の第２支持部材２１の下流側に排出管２０を配置した後、複数の長尺ねじ軸２４を、導入管１５の各第１貫通孔１７、第１支持部材１６の各第２貫通孔１８、排出管２０の各第３貫通孔２２および第２支持部材２１の各第４貫通孔２３に挿通して、ナット２５をその各長尺ねじ軸２４に、導入管部１３の導入管１５の第１フランジ２８の上流側からスリーブ４に向かって、かつ、排出管部１４の排出管２０の第２フランジ３０の下流側からスリーブ４に向かって螺着させることにより、スリーブ４を導入方向両側から締め込んで、固定して支持する。また、長尺ねじ軸２４に、別途予め挿通させたナット２５を、導入管部１３の第１支持部材１６の下流側から第１支持部材１６に向かって、かつ、排出管部１４の第２支持部材２１の上流側から第２支持部材２１に向かって、螺着させることにより、導入管部１３の第１支持部材１６および導入管１５を、導入方向両側から密着して固定するとともに、排出管部１４の第２支持部材２１および排出管２０を、導入方向両側から密着して固定する。
【００３８】
これにより、スリーブ４が接続支持部３に支持されるとともに、接続支持部３の導入管部１３および排出管部１４が組み付けられる。
そして、この接続支持部３では、導入管部１３において、導入管１５の第１穴３５と、第１支持部材１６の第２穴３６と、金属メッシュ２７とに、ディーゼル排ガスを通過させて、そのディーゼル排ガスを処理部２の充填部５に導入し、また、排出管部１４において、金属メッシュ２７と、排出管２０の第３穴３７と、第２支持部材２１の第４穴３８とに、処理部２の充填部５で処理されたディーゼル排ガスを通過させて、そのディーゼル排ガスを処理部２の充填部５から排出している。
【００３９】
また、接続支持部３では、導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９のシール部材２６、および、排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２のシール部材２６が、ディーゼル排ガスの外部への漏れや、導入管部１３の第１支持部材１６および排出管部１４の第２支持部材２１との圧着（挟持）に基づく応力集中による処理部２のスリーブ４の破損を防止している。
【００４０】
また、接続支持部３では、導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９の金属メッシュ２７、および、排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２の金属メッシュ２７が、処理部２のスリーブ４内からアルミナボール７が接続支持部３にこぼれることを防止している。
次いで、このディーゼル排ガス処理装置１を用いてディーゼル排ガスを処理する方法について、説明する。
【００４１】
この方法では、まず、ディーゼル排ガスを処理する前に、予め、ディーゼル排ガス処理装置１において、加熱部６のヒータ線９により、充填部５の複数のアルミナボール７を、ディーゼル排ガスに含まれるＰＭを焼失可能な温度に加熱する。ヒータ線９により加熱されるアルミナボール７の温度は、ディーゼル排ガスの流量およびＰＭの濃度により適宜選択されるが、例えば、３００〜８００℃、好ましくは、５００〜６００℃に設定する。
【００４２】
この方法では、次いで、ヒータ線９により、アルミナボール７を、常時ＰＭを焼失可能な温度に加熱した状態で、ディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置１に導入する。
ディーゼル排ガスは、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプを介して、ディーゼル排ガス処理装置１の接続支持部３の導入管部１３から、ディーゼル排ガス処理装置１の処理部２に導入される。そして、処理部２に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭは、ヒータ線９によりＰＭを焼失可能な温度に加熱されている複数のアルミナボール７の表面に接触すると同時に、燃焼し、焼失されることにより、処理される。
【００４３】
なお、ＰＭは、その主成分が、通常、炭素からなる黒鉛であるため、ＰＭは、この燃焼により、二酸化炭素ガスとなって、焼失される。
次いで、処理部２で処理されたディーゼル排ガスは、ディーゼル排ガス処理装置１の接続支持部３の排出管部１４から、外部側のエグゾーストパイプを介して、外部に排出される。
【００４４】
なお、このディーゼル排ガス処理装置１におけるディーゼル排ガスのＰＭ除去率は、例えば、６０〜１００％、好ましくは、９０〜１００％である。
なお、ＰＭ除去率は、次に示すスモーク濃度の関数により与えられる。スモークは、ディーゼルエンジンが排出する煙全般を指称し、その中にＰＭが含まれる。
ディーゼル排ガスのＰＭ除去率は、次式により算出される。
【００４５】
ＰＭ除去率（％）＝｛（Ｘ0−Ｘ1）／Ｘ0｝×１００
Ｘ0 ：充填部５に導入されるディーゼル排ガス中のスモーク濃度（％）
Ｘ1 ：充填部５から排出されるディーゼル排ガス中のスモーク濃度（％）
そして、このディーゼル排ガス処理装置１では、ディーゼル排ガスが導入されるスリーブ４内に、複数のアルミナボール７が充填されており、ヒータ線９により複数のアルミナボール７を加熱することができる。そのため、ヒータ線９により、複数のアルミナボール７を、ＰＭを焼失可能な温度に加熱することにより、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭを、ヒータ線９により加熱されているアルミナボール７に接触させて、焼失することができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置１の処理効率の向上を図ることができる。
【００４６】
また、このディーゼル排ガス処理装置１では、ＰＭが、ヒータ線９により加熱されているアルミナボール７に接触して、焼失するので、ＰＭがスリーブ４内において堆積されず、ディーゼル排ガス処理装置１の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載するディーゼル自動車やディーゼル機関車などの車両や、ディーゼル船などの船舶などの性能低下防止を図ることができる。
【００４７】
さらに、このディーゼル排ガス処理装置１では、アルミナボール７は非多孔質であるので、ＰＭがアルミナボール７の内部に侵入することなく、ＰＭをアルミナボール７の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置１の内部にＰＭを堆積させることなく、ＰＭを除去することができる。
さらにまた、このディーゼル排ガス処理装置１では、加熱部６のヒータ線９が、スリーブ４の径方向外側で、導入方向における処理領域１２に設けられているので、スリーブ４内にディーゼル排ガスを導入させながら、ヒータ線９により、アルミナボール７を加熱することができる。そのため、ディーゼル排ガスの導入と、アルミナボール７の加熱とを、同時にすることができ、アルミナボール７をヒータ線９によりＰＭを焼失可能な温度に常時加熱しておくのみで、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭをアルミナボール７と接触させると同時に焼失させることができるので、ＰＭを効率的に焼失させることができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置１の処理効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、このディーゼル排ガス処理装置１では、各アルミナボール７が、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、スリーブ４内に六方最密充填で充填されているので、スリーブ４内におけるディーゼル排ガスの良好な流れを確保して、圧力損失の増大を抑制しながら、ディーゼル排ガス中のＰＭとアルミナボール７との接触効率の向上を図ることができる。その結果、確実にディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００４９】
また、複数のアルミナボール７は、アルミナから形成されており、アルミナは、耐熱性に優れ、球状のアルミナボール７への成形が容易である。そのため、安定性および耐久性に優れるディーゼル排ガス処理装置１を提供することができる。
また、上記したディーゼル排ガスの処理方法によれば、ヒータ線９により、アルミナボール７を、ＰＭを焼失可能な温度に加熱するので、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭはアルミナボール７と接触すると同時に焼失し、そのため、ＰＭを効率的に焼失させることができる。また、このようなＰＭを焼失可能な温度は、堆積されたＰＭを焼失する温度よりも、低い温度であり、そのため、ディーゼル排ガス処理装置１の耐久性の向上を図ることができる。その結果、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【００５０】
なお、上記した説明では、非多孔質セラミックス粒子として、アルミナボール７を用いたが、非多孔質セラミックス粒子であれば、特に限定されず、例えば、材料として、シリカ、コーディライトなどのセラミックスなどを適宜選択することもできる。材料としては、アルミナが好適である。
また、上記した説明では、アルミナボール７の形状を球状に形成したが、その形状は特に限定されず、楕円形状などの、その他の形状を適宜選択することもできる。形状としては、球状が好適である。
【００５１】
また、上記した説明では、各アルミナボール７を実質的に同一の粒子径に形成したが、各アルミナボール７を互いに異なる粒子径に形成することもできる。粒子径としては、各アルミナボール７を実質的に同一に形成することが好適である。
また、上記した説明では、ヒータとしてヒータ線９を用いたが、処理領域１２において複数のアルミナボール７に接触するように、スリーブ４を貫通して、スリーブ４の径方向外側から径方向内側に向かって延びる、棒状のヒータを複数設けてもよい。
【００５２】
また、上記した説明では、図１に示すように、スリーブ４を直管の円筒形状に形成したが、目的および用途に応じて、スリーブ４を略Ｌ字の筒状や略Ｕ字の筒状などの適宜の形状に形成することもできる。
【実施例】
【００５３】
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これら実施例および比較例に何ら限定されるものではない。
実施例１
まず、過給機付ディーゼルエンジンを用意した。この過給機付きディーゼルエンジンの主要諸元を下記に示す。
【００５４】
製造会社 ＩＳＵＺＵ ＭＯＴＯＲＳ ＰＯＬＳＫＡ
型式 ４ＥＥ２−ＴＣＨ
シリンダ数 Ｌ４
シリンダ直径 ７９ｍｍ
ピストン行程 ８６ｍｍ
行程容積（排気量） １６８６ｃｃ
圧縮比 １８．４
次いで、この過給機付きディーゼルエンジンにおいて、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプの下流側端部、および、外部側のエグゾーストパイプの上流側端部の間に、上記したディーゼル排ガス処理装置を設けた。また、ディーゼル排ガス処理装置の接続支持部の導入管および排出管には、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプからディーゼル排ガス処理装置に導入されるディーゼル排ガスの流量を調節可能とするための調節弁付きバイパスラインを接続した。
【００５５】
なお、このディーゼル排ガス処理装置の処理部のスリーブは、直管の円筒形状であり、長さが１８０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、内径が８０ｍｍであった。また、充填部のスリーブ内に、アルミナボール（直径２ｍｍ）２０００ｇを、六方最密充填で充填した。また、アルミナボールの充填において、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１０．０重量部、水５０．０重量部および釉薬（磁器用釉薬）１００．０重量部からなる釉薬組成物１６０ｇを、用いた。
【００５６】
このアルミナボールが充填されたスリーブでは、通気率が３２７４×１０-12ｍ2であった。
次いで、ヒータ線により、アルミナボールを５００℃に加熱した。その後、過給機付きディーゼルエンジンから、ディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置に導入して、ディーゼル排ガス中のＰＭを、アルミナボールの表面に接触させると同時に、焼失させることにより、ディーゼル排ガスを処理した。そして、ディーゼル排ガス流量およびスモーク濃度Ｘ0を、下記の表に示すように変更した場合において、それぞれのＰＭ除去率を測定した。
【００５７】
なお、ＰＭ除去率は、ディーゼル排ガス処理装置の接続支持部の導入管および排出管に取り付けたスモークメータ（ＭＥＸＡ−１３０Ｓ、堀場製作所社製）により、スモーク濃度Ｘ0およびＸ1を測定し、ＰＭ除去率を算出した。その結果を、表１に示す。
【００５８】
【表１】
比較例１
実施例１におけるディーゼル排ガス処理装置に、ヒータ線により複数のアルミナボールを加熱しなかった以外は、実施例１と同様にして、ＰＭ除去率を測定した。
【００５９】
その結果、実施例１で測定したディーゼル排ガス流量およびスモーク濃度Ｘ0（表１参照）のいずれにおいても、ＰＭ除去率は、約２％であった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施形態の中央断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ディーゼル排ガス処理装置
４ スリーブ
７ アルミナボール
９ ヒータ線
１２ 処理領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法、詳しくは、ディーゼルエンジンから排出されるディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を処理するための、ディーゼル排ガス処理装置およびそれを用いるディーゼル排ガスの処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンから排出されるディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｍａｔｔｅｒ；以下、「ＰＭ」と省略する場合がある。）を除去する装置として、ディーゼルエンジンの排気側に設けられた、ハニカム形状のセラミック製フィルターを備える粒子状物質除去装置（Ｄｉｅｓｅｌ ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ ｆｉｌｔｅｒ；以下、「ＤＰＦ」と省略する場合がある。）が知られている。
【０００３】
このようなＤＰＦでは、ＰＭを、セラミック製フィルターで濾し取り、その後、セラミック製フィルターに堆積したＰＭを、セラミック製フィルターを加熱することにより、燃焼させるようにして除去している。
また、例えば、多孔質炭化珪素から中空状の球体に形成された複数の触媒担体を備えるフィルタと、排気ガスの通路内に、フィルタと間隔を隔てて配置されるバーナーとを備える排気ガス浄化装置が提案されている。この排気ガス浄化装置では、フィルタによりパティキュレートを所定量捕集して、その後、バーナーでフィルタを加熱することにより、フィルタに滞留したパティキュレートを燃焼させて、フィルタを再生させている。（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】実開平５−２７２１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、従来のハニカム形状のセラミック製フィルターを備えるＤＰＦでは、そのセラミック製フィルターが濾し取ったＰＭにより、セラミック製フィルター内にＰＭの堆積層が形成されるので、セラミック製フィルターにおける圧力損失が大きくなるという不具合がある。
また、セラミック製フィルターに堆積するＰＭを燃焼させるときには、セラミック製フィルターを非常に高い温度で加熱する必要があるため、セラミック製フィルターが劣化する場合がある。
【０００５】
さらにまた、特許文献１に記載の排気ガス浄化装置では、フィルタの触媒担体が多孔質の中空状に形成されているので、ＰＭが多孔質炭化珪素の各孔内および中空内に滞留し、そのため、ＰＭの捕集性能が低下するという不具合がある。
また、特許文献１に記載の排ガス浄化装置では、排気ガスの通路内にバーナーが配置されていることから、ＰＭの濾過（捕集）と、ＰＭの燃焼（燃焼除去）とを、別々にする必要があり、処理効率を向上させることが困難である。
【０００６】
本発明の目的は、圧力損失の増大を抑制し、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理できながら、処理効率の向上を図ることのできる、ディーゼル排ガス処理装置およびディーゼル排ガスの処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ディーゼル排ガス処理装置であって、ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングと、前記ケーシングに充填される複数の非多孔質セラミックス粒子と、ディーゼル排ガスの導入方向において、前記ケーシングが配置される領域に設けられ、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータとを備えていることを特徴としている。
【０００８】
このディーゼル排ガス処理装置では、ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングに、複数の非多孔質セラミックス粒子が充填されており、ヒータにより複数の非多孔質セラミックス粒子を加熱することができる。そのため、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、粒子状物質を焼失可能な温度に加熱すれば、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質を、ヒータにより加熱されている非多孔質セラミックス粒子に接触させて、焼失することができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。
【０００９】
また、このディーゼル排ガス処理装置では、粒子状物質が、ヒータにより加熱されている非多孔質セラミックス粒子に接触して、焼失するので、粒子状物質が堆積されにくく、ディーゼル排ガス処理装置の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
さらに、このディーゼル排ガス処理装置では、非多孔質セラミックス粒子は非多孔質であるので、粒子状物質が非多孔質セラミックス粒子の内部に侵入することなく、粒子状物質を非多孔質セラミックス粒子の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置の内部に粒子状物質を堆積させることなく、粒子状物質を除去することができる。
【００１０】
さらにまた、このディーゼル排ガス処理装置では、複数の非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータが、ディーゼル排ガスの導入方向において、ケーシングが配置される領域に設けられるので、ケーシングにディーゼル排ガスを導入させながら、ヒータにより、非多孔質セラミックス粒子を加熱することができる。そのため、ディーゼル排ガスの導入と、非多孔質セラミックス粒子の加熱とを、同時にすることができ、非多孔質セラミックス粒子を、ヒータにより粒子状物質を焼失可能な温度に常時加熱すれば、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質は非多孔質セラミックス粒子と接触すると、同時に焼失するので、粒子状物質を効率的に焼失させることができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、各前記非多孔質セラミックス粒子は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、前記ケーシングに六方最密充填で充填されていることを特徴としている。
各非多孔質セラミックス粒子が、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、ケーシングに六方最密充填で充填されていれば、ケーシングにおけるディーゼル排ガスの良好な流れを確保して、圧力損失の増大を抑制しながら、ディーゼル排ガス中の粒子状物質と非多孔質セラミックス粒子との接触効率の向上を図ることができる。その結果、確実にディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、複数の前記非多孔質セラミックス粒子が、アルミナから形成されていることを特徴としている。
アルミナは、耐熱性に優れ、非多孔質セラミックス粒子への成形が容易である。そのため、安定性および耐久性に優れるディーゼル排ガス処理装置を提供することができる。
また、請求項４に記載の発明は、ディーゼル排ガスの処理方法であって、請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル排ガス処理装置を用いて、前記ヒータにより、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱して、前記ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質が前記非多孔質セラミックス粒子に接触した時に、その粒子状物質を焼失させることを特徴としている。
【００１３】
このディーゼル排ガスの処理方法によれば、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱して、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質が、非多孔質セラミックス粒子に接触した時に、その粒子状物質を焼失させる。そのため、ディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。また、粒子状物質が堆積されにくく、ディーゼル排ガス処理装置の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
【００１４】
また、ヒータにより、複数の非多孔質セラミックス粒子を、ディーゼル排ガスに含まれる粒子状物質を焼失可能な温度に加熱するので、ケーシングに導入されるディーゼル排ガス中の粒子状物質は非多孔質セラミックス粒子と接触すると、同時に焼失し、そのため、粒子状物質を効率的に焼失させることができる。また、このような粒子状物質を焼失可能な温度は、堆積された粒子状物質を焼失する温度よりも、低い温度であり、そのため、ディーゼル排ガス処理装置の耐久性の向上を図ることができる。その結果、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【００１５】
さらに、このディーゼル排ガスの処理方法において、非多孔質セラミックス粒子は非多孔質であるので、粒子状物質が、非多孔質セラミックス粒子の内部に侵入することなく、粒子状物質を非多孔質セラミックス粒子の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置の内部に粒子状物質を堆積させることなく、ディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のディーゼル排ガス処理装置および本発明のディーゼル排ガスの処理方法によれば、ディーゼル排ガス処理装置の処理効率の向上を図ることができる。また、ディーゼルエンジンを搭載する車両や船舶などの性能低下防止を図ることができる。
また、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１は、本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施形態の中央断面図である。
このディーゼル排ガス処理装置１は、ディーゼルエンジンが排出する排ガスに含まれる粒子状物質としてのＰＭを除去するためのものであって、ディーゼルエンジンの排ガスをディーゼルエンジンから外部へ排出するためのエグゾーストパイプの途中に設けられている。このディーゼル排ガス処理装置１は、ディーゼル排ガスを処理するための処理部２と、処理部２およびエグゾーストパイプの途中を接続して、処理部２を支持するための接続支持部３とを備えている。
【００１８】
処理部２は、ディーゼル排ガスが導入される導入方向（以下、単に「導入方向」と省略する。）に沿って配置され、筒状のケーシングとしてのスリーブ４と、スリーブ４の径方向内側に設けられ、ディーゼル排ガスのＰＭを処理するための充填部５と、スリーブ４の径方向外側に設けられる加熱部６とを備えている。
スリーブ４は、耐熱性のコーディライトを材料として円筒形状に形成されており、その長さ（導入方向長さ）、内径および厚みは、ディーゼル排ガス処理装置１の目的および用途に応じて、適宜選択される。
【００１９】
このスリーブ４では、矢印に示すように、ディーゼル排ガスが、導入方向上流側（以下、単に「上流側」と省略する。）から、すなわち、図１における右側から導入されており、充填部５により処理されたディーゼル排ガスが、導入方向下流側（以下、単に「下流側」と省略する。）に、すなわち、左側に排出される。
充填部５は、スリーブ４内において、複数の非多孔質セラミックス粒子としてのアルミナボール７が、六方最密充填で充填されることにより、形成されている。
【００２０】
各アルミナボール７は、アルミナから形成される球状粒子であって、非多孔質、すなわち、粒子内に微細な孔が形成されず、緻密な表面を有している。
各アルミナボール７は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、その粒子径が、例えば、０．２〜８ｍｍ、好ましくは、０．５〜２ｍｍである。
各アルミナボール７をスリーブ４内に六方最密充填で充填するには、まず、バインダーとしての釉薬組成物を調製し、この釉薬組成物を、複数のアルミナボール７の表面に均一に塗布する。その後、釉薬組成物が塗布された複数のアルミナボール７を、鉛直方向に配置されるスリーブ４（その下端部には、不織布が敷設されている。）内に投入して、スリーブ４内に各アルミナボール７を充填し、その後、これを、例えば、８０〜１００℃で、３０〜９０分、乾燥させる。
【００２１】
なお、釉薬組成物は、例えば、釉薬１００重量部に対して、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）などの増粘剤５〜２０重量部、水などの分散剤５０〜１００重量部を配合して、均一に撹拌混合することにより調製する。
また、複数のアルミナボール７に塗布する釉薬組成物の配合割合は、アルミナボール７の総量１００重量部に対して、例えば、５〜１０重量部、好ましくは、６〜８重量部である。
【００２２】
また、スリーブ４内には、この充填部５において各アルミナボール７の間に、空隙３１が、形成される。この空隙３１の割合、すなわち空隙率は、理論的に２５．９５％である。なお、空隙率は、次式により算出される。
空隙率（％）＝（空隙３１の容積）／（スリーブ４の容積）×１００
また、充填部５における圧力損失ΔＰは、充填部５の上流側における圧力から、充填部５の下流側における圧力を差し引いた値である。
【００２３】
また、充填部５における通気率Ｋは、例えば、２０００〜９０００×１０-12ｍ2、好ましくは、３０００〜８０００×１０-12ｍ2である。なお、通気率は、次式により算出される。
Ｋ＝（Ｑ・η・Ｌ）／（Ａ・ΔＰ）
Ｑ ：ディーゼル排ガスの流速（ｍ3／ｓ）
η ：ディーゼル排ガスの粘性（Ｐａ・ｓ）
Ｌ ：スリーブ４の長さ（ｍ）
Ａ ：スリーブ４内の断面積（ｍ2）
ΔＰ ：圧力損失（Ｐａ）
加熱部６は、導入方向において、スリーブ４が配置される領域としての処理領域１２に設けられている。なお、この処理領域１２は、スリーブ４の上流側端部と下流側端部との間に位置している。加熱部６は、より具体的には、スリーブ４の径方向外側に、スリーブ４の外周面と接触するように設けられている。
【００２４】
この加熱部６は、ヒータとしてのヒータ線９と、耐熱絶縁ロープ１０と、これらヒータ線９および耐熱絶縁ロープ１０を被覆する断熱材１１とを備えている。
ヒータ線９は、充填部５の複数のアルミナボール７を加熱するためのものであって、処理領域１２の導入方向にわたって、スリーブ４の外周面に螺旋状に巻き付くように、スリーブ４に巻回されており、スリーブ４の導入方向に互いに間隔を隔てて対向配置されている。ヒータ線９としては、例えば、カンタルヒータ（ニクロタル８０、丸線、直径１．００ｍｍ、ＫＡＮＴＨＡＬ社製）などが用いられる。
【００２５】
また、ヒータ線９には、ヒータ線９の発熱量を調節自在とするための図示しない温度調節器を介して、ヒータ線９に流れる電流を供給するための図示しない電源が接続されている。温度調節器には、図示しない温度センサが接続されており、この温度センサは、スリーブ４の内側に取り付けられ、アルミナボール７の温度を測定している。
このヒータ線９は、アルミナボール７の温度が図示しない温度センサにより測定されながら、図示しない温度調節器でヒータ線９の発熱量が調節されることにより、充填部５の複数のアルミナボール７を、後述するＰＭを焼失可能な温度に加熱している。
【００２６】
耐熱絶縁ロープ１０は、スリーブ４の導入方向に互いに間隔を隔てて対向配置される各ヒータ線９の間に介在するように設けられており、ヒータ線９と並行するように、ヒータ線９と同様に、スリーブ４に巻回されている。耐熱絶縁ロープ１０としては、例えば、ツイストロープ（５１０３−Ｔ、直径６．４ｍｍ、双葉パッキン社製）などが用いられる。
この耐熱絶縁ロープ１０は、スリーブ４の導入方向に互いに隣接する各ヒータ線９の間に配置され、それらの短絡を防止して、ヒータ線９が各アルミナボール７を安定して加熱できるように、互いに隣接配置される各ヒータ線９を電気的に絶縁している。
【００２７】
断熱材１１は、ヒータ線９および耐熱絶縁ロープ１０を被覆するとともに、スリーブ４の外周面を被覆するように、スリーブ４に外嵌されている。断熱材１１としては、例えば、ガラスウールなどが用いられる。また、この断熱材１１の外周面には、ワイヤなどの線材３４が巻き付けられており、この線材３４によって、スリーブ４に対して断熱材１１が固定されている。
【００２８】
この断熱材１１は、ヒータ線９が、スリーブ４内のアルミナボール７を効率的に加熱できるように、ヒータ線９と外部とを、断熱している。
接続支持部３は、ディーゼル排ガス処理装置１における上流側（右側）端部および下流側（左側）端部に設けられている。この接続支持部３は、ディーゼル排ガスをディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプからディーゼル排ガス処理装置１の処理部２に導入するための導入管部１３と、処理されたディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置１の処理部２から外部側のエグゾーストパイプに排出するための排出管部１４とを備えている。
【００２９】
導入管部１３は、ディーゼル排ガス処理装置１の上流側端部に設けられており、導入管１５と第１支持部材１６とを備えている。
導入管１５は、導入管部１３の上流側に配置され、図示しないディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプと接続されており、この導入管１５には、径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第１穴３５が形成され、下流側端部に、第１フランジ２８が形成されている。
【００３０】
第１フランジ２８は、導入管１５の下流側端部から径方向外方に向かって、処理部２の断熱材１１の外周面よりも径方向外方まで延びるように、形成されている。第１フランジ２８の径方向外側周端部には、第１フランジ２８を厚み方向に貫通する複数の第１貫通孔１７が周方向に互いに間隔を隔てて形成されている。
第１支持部材１６は、導入管１５の下流側において、導入管１５の第１フランジ２８と密着するように隣接配置されている。
【００３１】
この第１支持部材１６は、円環形状で、その径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第２穴３６が第１穴３５と同一径で形成されている。また、第１支持部材１６には、その径方向外側周端部に、導入管１５の第１フランジ２８の各第１貫通孔１７に対応して、第１支持部材１６を厚み方向に貫通する複数の第２貫通孔１８が形成されている。
また、この第１支持部材１６には、その第１支持部材１６の下流側端面の径方向内側に、周方向にわたって同幅の円環状に切り欠かれる、第１凹部２９が形成されている。
【００３２】
この第１凹部２９には、第１支持部材１６の第２穴３６を被覆する金属メッシュ２７が係止されているとともに、その金属メッシュ２７の周端部を被覆するシール部材２６が設けられている。
金属メッシュ２７は、スリーブ４よりやや大径の円板形状で、アルミナボール７の粒子径よりも小さい開口径を有する網状に形成されており、スリーブ４の上流側端部に配置され、第１凹部２９に係止されている。
【００３３】
シール部材２６は、第１支持部材１６の第１凹部２９において、金属メッシュ２７の周端部を被覆するように、配置されている。このシール部材２６としては、例えば、ガラスウール（カオウール、イソライト工業社製）などが用いられる。
排出管部１４は、ディーゼル排ガス処理装置１の下流側端部に配置され、導入管部１３と処理部２を挟むようにして設けられており、排出管２０と第２支持部材２１とを備えている。
【００３４】
排出管２０は、排出管部１４の下流側に配置され、図示しない外部側のエグゾーストパイプと接続されており、この排出管２０には、径方向内側に、ディーゼル排ガスの通路としての第３穴３７が形成され、上流側端部に、第２フランジ３０が形成されている。
この第２フランジ３０は、導入管１５の第１フランジ２８と、導入方向に直交する面に対して対称に形成され、その径方向外側周端部には、導入管１５の第１フランジ２８の各第１貫通孔１７に対応して、複数の第３貫通孔２２が形成されている。
【００３５】
第２支持部材２１は、排出管２０の上流側において、排出管２０の第１フランジ３０と密着するように隣接配置されている。
この第２支持部材２１は、第１支持部材１６と、導入方向に直交する面に対して対称に形成されている。すなわち、この第２支持部材２１には、第１支持部材１６の第２穴３６、各第２貫通孔１８および第１凹部２９に対応して、第４穴３８、複数の第４貫通孔２３および第２凹部３２が形成されている。また、第２凹部３２には、第１支持部材１６の第１凹部２９に対応して、金属メッシュ２７が係止されるとともに、シール部材２６が設けられている。
【００３６】
そして、この接続支持部３は、スリーブ４の上流側端部が導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９にシール部材２６を介して当接されるとともに、スリーブ４の下流側端部が排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２にシール部材２６を介して当接されることにより、スリーブ４を、導入管部１３の第１支持部材１６および排出管部１４の第２支持部材２１により、導入方向両側から挟み込む。
【００３７】
さらに、導入管部１３の第１支持部材１６の上流側に導入管１５を配置するとともに、排出管部１４の第２支持部材２１の下流側に排出管２０を配置した後、複数の長尺ねじ軸２４を、導入管１５の各第１貫通孔１７、第１支持部材１６の各第２貫通孔１８、排出管２０の各第３貫通孔２２および第２支持部材２１の各第４貫通孔２３に挿通して、ナット２５をその各長尺ねじ軸２４に、導入管部１３の導入管１５の第１フランジ２８の上流側からスリーブ４に向かって、かつ、排出管部１４の排出管２０の第２フランジ３０の下流側からスリーブ４に向かって螺着させることにより、スリーブ４を導入方向両側から締め込んで、固定して支持する。また、長尺ねじ軸２４に、別途予め挿通させたナット２５を、導入管部１３の第１支持部材１６の下流側から第１支持部材１６に向かって、かつ、排出管部１４の第２支持部材２１の上流側から第２支持部材２１に向かって、螺着させることにより、導入管部１３の第１支持部材１６および導入管１５を、導入方向両側から密着して固定するとともに、排出管部１４の第２支持部材２１および排出管２０を、導入方向両側から密着して固定する。
【００３８】
これにより、スリーブ４が接続支持部３に支持されるとともに、接続支持部３の導入管部１３および排出管部１４が組み付けられる。
そして、この接続支持部３では、導入管部１３において、導入管１５の第１穴３５と、第１支持部材１６の第２穴３６と、金属メッシュ２７とに、ディーゼル排ガスを通過させて、そのディーゼル排ガスを処理部２の充填部５に導入し、また、排出管部１４において、金属メッシュ２７と、排出管２０の第３穴３７と、第２支持部材２１の第４穴３８とに、処理部２の充填部５で処理されたディーゼル排ガスを通過させて、そのディーゼル排ガスを処理部２の充填部５から排出している。
【００３９】
また、接続支持部３では、導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９のシール部材２６、および、排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２のシール部材２６が、ディーゼル排ガスの外部への漏れや、導入管部１３の第１支持部材１６および排出管部１４の第２支持部材２１との圧着（挟持）に基づく応力集中による処理部２のスリーブ４の破損を防止している。
【００４０】
また、接続支持部３では、導入管部１３の第１支持部材１６の第１凹部２９の金属メッシュ２７、および、排出管部１４の第２支持部材２１の第２凹部３２の金属メッシュ２７が、処理部２のスリーブ４内からアルミナボール７が接続支持部３にこぼれることを防止している。
次いで、このディーゼル排ガス処理装置１を用いてディーゼル排ガスを処理する方法について、説明する。
【００４１】
この方法では、まず、ディーゼル排ガスを処理する前に、予め、ディーゼル排ガス処理装置１において、加熱部６のヒータ線９により、充填部５の複数のアルミナボール７を、ディーゼル排ガスに含まれるＰＭを焼失可能な温度に加熱する。ヒータ線９により加熱されるアルミナボール７の温度は、ディーゼル排ガスの流量およびＰＭの濃度により適宜選択されるが、例えば、３００〜８００℃、好ましくは、５００〜６００℃に設定する。
【００４２】
この方法では、次いで、ヒータ線９により、アルミナボール７を、常時ＰＭを焼失可能な温度に加熱した状態で、ディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置１に導入する。
ディーゼル排ガスは、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプを介して、ディーゼル排ガス処理装置１の接続支持部３の導入管部１３から、ディーゼル排ガス処理装置１の処理部２に導入される。そして、処理部２に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭは、ヒータ線９によりＰＭを焼失可能な温度に加熱されている複数のアルミナボール７の表面に接触すると同時に、燃焼し、焼失されることにより、処理される。
【００４３】
なお、ＰＭは、その主成分が、通常、炭素からなる黒鉛であるため、ＰＭは、この燃焼により、二酸化炭素ガスとなって、焼失される。
次いで、処理部２で処理されたディーゼル排ガスは、ディーゼル排ガス処理装置１の接続支持部３の排出管部１４から、外部側のエグゾーストパイプを介して、外部に排出される。
【００４４】
なお、このディーゼル排ガス処理装置１におけるディーゼル排ガスのＰＭ除去率は、例えば、６０〜１００％、好ましくは、９０〜１００％である。
なお、ＰＭ除去率は、次に示すスモーク濃度の関数により与えられる。スモークは、ディーゼルエンジンが排出する煙全般を指称し、その中にＰＭが含まれる。
ディーゼル排ガスのＰＭ除去率は、次式により算出される。
【００４５】
ＰＭ除去率（％）＝｛（Ｘ0−Ｘ1）／Ｘ0｝×１００
Ｘ0 ：充填部５に導入されるディーゼル排ガス中のスモーク濃度（％）
Ｘ1 ：充填部５から排出されるディーゼル排ガス中のスモーク濃度（％）
そして、このディーゼル排ガス処理装置１では、ディーゼル排ガスが導入されるスリーブ４内に、複数のアルミナボール７が充填されており、ヒータ線９により複数のアルミナボール７を加熱することができる。そのため、ヒータ線９により、複数のアルミナボール７を、ＰＭを焼失可能な温度に加熱することにより、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭを、ヒータ線９により加熱されているアルミナボール７に接触させて、焼失することができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置１の処理効率の向上を図ることができる。
【００４６】
また、このディーゼル排ガス処理装置１では、ＰＭが、ヒータ線９により加熱されているアルミナボール７に接触して、焼失するので、ＰＭがスリーブ４内において堆積されず、ディーゼル排ガス処理装置１の圧力損失の増大を抑制することができる。その結果、ディーゼルエンジンを搭載するディーゼル自動車やディーゼル機関車などの車両や、ディーゼル船などの船舶などの性能低下防止を図ることができる。
【００４７】
さらに、このディーゼル排ガス処理装置１では、アルミナボール７は非多孔質であるので、ＰＭがアルミナボール７の内部に侵入することなく、ＰＭをアルミナボール７の表面に接触させることにより、焼失させることができる。そのため、ディーゼル排ガス処理装置１の内部にＰＭを堆積させることなく、ＰＭを除去することができる。
さらにまた、このディーゼル排ガス処理装置１では、加熱部６のヒータ線９が、スリーブ４の径方向外側で、導入方向における処理領域１２に設けられているので、スリーブ４内にディーゼル排ガスを導入させながら、ヒータ線９により、アルミナボール７を加熱することができる。そのため、ディーゼル排ガスの導入と、アルミナボール７の加熱とを、同時にすることができ、アルミナボール７をヒータ線９によりＰＭを焼失可能な温度に常時加熱しておくのみで、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭをアルミナボール７と接触させると同時に焼失させることができるので、ＰＭを効率的に焼失させることができる。その結果、ディーゼル排ガス処理装置１の処理効率の向上を図ることができる。
【００４８】
また、このディーゼル排ガス処理装置１では、各アルミナボール７が、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、スリーブ４内に六方最密充填で充填されているので、スリーブ４内におけるディーゼル排ガスの良好な流れを確保して、圧力損失の増大を抑制しながら、ディーゼル排ガス中のＰＭとアルミナボール７との接触効率の向上を図ることができる。その結果、確実にディーゼル排ガスの処理効率の向上を図ることができる。
【００４９】
また、複数のアルミナボール７は、アルミナから形成されており、アルミナは、耐熱性に優れ、球状のアルミナボール７への成形が容易である。そのため、安定性および耐久性に優れるディーゼル排ガス処理装置１を提供することができる。
また、上記したディーゼル排ガスの処理方法によれば、ヒータ線９により、アルミナボール７を、ＰＭを焼失可能な温度に加熱するので、スリーブ４内に導入されるディーゼル排ガス中のＰＭはアルミナボール７と接触すると同時に焼失し、そのため、ＰＭを効率的に焼失させることができる。また、このようなＰＭを焼失可能な温度は、堆積されたＰＭを焼失する温度よりも、低い温度であり、そのため、ディーゼル排ガス処理装置１の耐久性の向上を図ることができる。その結果、長期にわたり安定してディーゼル排ガスを処理することができる。
【００５０】
なお、上記した説明では、非多孔質セラミックス粒子として、アルミナボール７を用いたが、非多孔質セラミックス粒子であれば、特に限定されず、例えば、材料として、シリカ、コーディライトなどのセラミックスなどを適宜選択することもできる。材料としては、アルミナが好適である。
また、上記した説明では、アルミナボール７の形状を球状に形成したが、その形状は特に限定されず、楕円形状などの、その他の形状を適宜選択することもできる。形状としては、球状が好適である。
【００５１】
また、上記した説明では、各アルミナボール７を実質的に同一の粒子径に形成したが、各アルミナボール７を互いに異なる粒子径に形成することもできる。粒子径としては、各アルミナボール７を実質的に同一に形成することが好適である。
また、上記した説明では、ヒータとしてヒータ線９を用いたが、処理領域１２において複数のアルミナボール７に接触するように、スリーブ４を貫通して、スリーブ４の径方向外側から径方向内側に向かって延びる、棒状のヒータを複数設けてもよい。
【００５２】
また、上記した説明では、図１に示すように、スリーブ４を直管の円筒形状に形成したが、目的および用途に応じて、スリーブ４を略Ｌ字の筒状や略Ｕ字の筒状などの適宜の形状に形成することもできる。
【実施例】
【００５３】
以下に、実施例および比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これら実施例および比較例に何ら限定されるものではない。
実施例１
まず、過給機付ディーゼルエンジンを用意した。この過給機付きディーゼルエンジンの主要諸元を下記に示す。
【００５４】
製造会社 ＩＳＵＺＵ ＭＯＴＯＲＳ ＰＯＬＳＫＡ
型式 ４ＥＥ２−ＴＣＨ
シリンダ数 Ｌ４
シリンダ直径 ７９ｍｍ
ピストン行程 ８６ｍｍ
行程容積（排気量） １６８６ｃｃ
圧縮比 １８．４
次いで、この過給機付きディーゼルエンジンにおいて、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプの下流側端部、および、外部側のエグゾーストパイプの上流側端部の間に、上記したディーゼル排ガス処理装置を設けた。また、ディーゼル排ガス処理装置の接続支持部の導入管および排出管には、ディーゼルエンジン側のエグゾーストパイプからディーゼル排ガス処理装置に導入されるディーゼル排ガスの流量を調節可能とするための調節弁付きバイパスラインを接続した。
【００５５】
なお、このディーゼル排ガス処理装置の処理部のスリーブは、直管の円筒形状であり、長さが１８０ｍｍ、外径が８５ｍｍ、内径が８０ｍｍであった。また、充填部のスリーブ内に、アルミナボール（直径２ｍｍ）２０００ｇを、六方最密充填で充填した。また、アルミナボールの充填において、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）１０．０重量部、水５０．０重量部および釉薬（磁器用釉薬）１００．０重量部からなる釉薬組成物１６０ｇを、用いた。
【００５６】
このアルミナボールが充填されたスリーブでは、通気率が３２７４×１０-12ｍ2であった。
次いで、ヒータ線により、アルミナボールを５００℃に加熱した。その後、過給機付きディーゼルエンジンから、ディーゼル排ガスをディーゼル排ガス処理装置に導入して、ディーゼル排ガス中のＰＭを、アルミナボールの表面に接触させると同時に、焼失させることにより、ディーゼル排ガスを処理した。そして、ディーゼル排ガス流量およびスモーク濃度Ｘ0を、下記の表に示すように変更した場合において、それぞれのＰＭ除去率を測定した。
【００５７】
なお、ＰＭ除去率は、ディーゼル排ガス処理装置の接続支持部の導入管および排出管に取り付けたスモークメータ（ＭＥＸＡ−１３０Ｓ、堀場製作所社製）により、スモーク濃度Ｘ0およびＸ1を測定し、ＰＭ除去率を算出した。その結果を、表１に示す。
【００５８】
【表１】
比較例１
実施例１におけるディーゼル排ガス処理装置に、ヒータ線により複数のアルミナボールを加熱しなかった以外は、実施例１と同様にして、ＰＭ除去率を測定した。
【００５９】
その結果、実施例１で測定したディーゼル排ガス流量およびスモーク濃度Ｘ0（表１参照）のいずれにおいても、ＰＭ除去率は、約２％であった。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明のディーゼル排ガス処理装置の一実施形態の中央断面図である。
【符号の説明】
【００６１】
１ ディーゼル排ガス処理装置
４ スリーブ
７ アルミナボール
９ ヒータ線
１２ 処理領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングと、
前記ケーシングに充填される複数の非多孔質セラミックス粒子と、
ディーゼル排ガスの導入方向において、前記ケーシングが配置される領域に設けられ、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータと
を備えていることを特徴とする、ディーゼル排ガス処理装置。
【請求項２】
各前記非多孔質セラミックス粒子は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、前記ケーシングに六方最密充填で充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼル排ガス処理装置。
【請求項３】
複数の前記非多孔質セラミックス粒子が、アルミナから形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のディーゼル排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル排ガス処理装置を用いて、前記ヒータにより、複数の前記非多孔質セラミックス粒子」
【請求項１】
ディーゼル排ガスが導入される筒状のケーシングと、
前記ケーシングに充填される複数の非多孔質セラミックス粒子と、
ディーゼル排ガスの導入方向において、前記ケーシングが配置される領域に設けられ、複数の前記非多孔質セラミックス粒子を加熱するためのヒータと
を備えていることを特徴とする、ディーゼル排ガス処理装置。
【請求項２】
各前記非多孔質セラミックス粒子は、実質的に同一の粒子径の球状に形成され、前記ケーシングに六方最密充填で充填されていることを特徴とする、請求項１に記載のディーゼル排ガス処理装置。
【請求項３】
複数の前記非多孔質セラミックス粒子が、アルミナから形成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のディーゼル排ガス処理装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載のディーゼル排ガス処理装置を用いて、前記ヒータにより、複数の前記非多孔質セラミックス粒子」
【図１】
【公開番号】特開２００８−１９８３４（Ｐ２００８−１９８３４Ａ）
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１９４５０８（Ｐ２００６−１９４５０８）
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２２７７２２）株式会社日本ネットワークサポート (19)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年１月３１日（２００８．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月１４日（２００６．７．１４）
【出願人】（８９９００００６８）学校法人早稲田大学 (602)
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（０００２２７７２２）株式会社日本ネットワークサポート (19)
【Ｆターム（参考）】
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