粒子状物質除去フィルタ
【課題】 低温から効率よくPMを酸化燃焼がすることができ、さらに長寿命化が可能な粒子状物質除去フィルタを提供する。
【解決手段】 酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタ。
【解決手段】 酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子状物質除去フィルタに係り、特にディーゼルエンジンなどの内燃機関からの排ガスに含まれる粒子状物質(PM)の除去に用いられるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にディーゼル排ガス中のPMの除去技術としては、多孔質セラミックスの薄壁に通して濾過することを目指し、板状もしくは円筒状の金属またはセラミックス焼結フィルタ、ハニカム状のセラミックス多孔体のガス流入部または排出部のセルの一方が隣り合うセルで交互に封じられたDPFなどが広く用いられている。また、これらに酸化触媒を担持することにより、排ガス中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化し、低温から効率よく煤を燃焼することにより、DPFを長期間運転した場合のフィルタの煤の詰まりを防止できるようにしたものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６０−２３５６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は、先願である特願２００３−３９３８７９号において、図１に示すように、一対の多孔質波板１と多孔質平板２を基本単位とし、図２に示すようにこれが交互に直交するように積層された成形体３は、PMの除去率が高く、DPF内部に溜まった未燃の煤や灰分を抜出すことができる構造のため、目詰まりがなく、長寿命であることを明らかにした。
【０００４】
本発明の課題は、上記の成形体について、低温から効率よくPMを酸化燃焼がすることができ、さらに長寿命化が可能な粒子状物質除去フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタにより達成できる。
上記酸化触媒としては、NOの酸化性能を有する触媒、特に300℃以下での低温活性も高い触媒が望ましく、貴金属触媒、特にPtを活性成分とした触媒が有効である。
【０００６】
触媒の担持は、予め多孔質波板への担体成分の担持量が多孔質平板より多くしたものを交互に直交するように積層した成形体を触媒（Pt）含浸液に浸漬してPtを吸着させることにより調製することができるが、Pt触媒を波板及び平板に吸着させた後に積層して成形体としてもよく、さらには成形体とした後にPt触媒を吸着させてもよい。
【０００７】
図１および２に示すように、一対の多孔質波板１と多孔質平板２を基本単位とし、これが交互に直交するように積層された成形体３の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、該波板が介在する平板−平板間隙に波板の稜線方向からガスを流入させ、ガス流入方向と直交した稜線を有する波板が介在する平板−平板間隙からガスを流出させることにより、排ガスが多孔質平板を透過する際に排ガス中のPMを濾過して除去することが可能となる。このため、通常は触媒の担持により多孔質平板の細孔を減少させ、濾過率を向上させることでPMの除去率は向上すると推測される。しかしながら、触媒をゾル又は水溶液などにより均一に担持しようとした場合、細孔径の小さい細孔が優先的に閉塞し、マクロポアの占める比率は増加する。このため、粒径の小さいPMは平板で濾過されずに通り抜ける量が増加し、細孔容積の減少による圧力損失の増加も大きくなってしまう。このことから、多孔質平板への触媒担持はできるだけ少なくすることが圧力損失も低く、ミクロポアの比率も多くなることからPMの除去性能も高くなる。
【０００８】
一方、PMの酸化分解反応はNO2による反応が速く、ガスの流入側に排ガス中に含まれるNOをNO2に酸化する触媒を担持することにより平板により濾過されたPMを低温から効率よく酸化分解することができる。このため、波板にNOの酸化性能を有する触媒を担持すれば、多孔質平板によりPMを濾過する前流でNO2の生成が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多孔質平板２の触媒担持量を少なく、または担持させず、多孔質波板１への触媒担持量を多くすることにより、効率的なNO2生成及び煤の燃焼が可能となり、排ガス中のPMを低圧損かつ高効率で除去することができる。
【実施例】
【００１０】
以下、具体例を用いて本発明を詳細に説明する。
波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル(石原産業社製CS-N)に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ａを得た。
波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：1に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ｂを得た。波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：３に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ｃを得た。平板の多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：１に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質平板を得た。
【００１１】
[実施例１]
多孔質波板Ａと上記多孔質平板を交互に直交するように積層させた成形体を調製し、規定のPt濃度のジニトロジアンミン硝酸水溶液に浸漬し、Ptを全量吸着させた。120℃乾燥後に2wt%ポリエチレングリコール(分子量300)に含浸し、再度120℃乾燥した後、500℃で2時間焼成して試料１を得た。得られた試料のPt担持量は多孔質波板：多孔質平板で約２：１であった。試料１を用いディーゼルエンジンからの排ガス浄化試験を行い、340℃における安定差圧及び試料前後でのPM濃度を測定し、PM除去率を求めた。
【００１２】
[比較例1、２]
実施例１における多孔質波板１を多孔質波板２又は多孔質波板３に変更した他は同様の方法により試験を行い、PM除去率を求めた。このとき、多孔質波板：多孔質平板のPt担持量の比は、比較例1で約1：1、比較例２で約1：2であった。
実施例１及び比較例１、２の結果を纏めて表１に示す。表１の結果から、実施例の安定差圧は比較例より低く、実施例１のフィルタではPMが効率よく燃焼し、PM除去率が高いことが明らかである。
【００１３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に用いるフィルタ（DPF）の基本単位を示す説明図。
【図２】図１の基本単位を積層させた成形体の説明図。
【符号の説明】
【００１５】
１…多孔質波板、２…多孔質平板、３…積層成形体。
【技術分野】
【０００１】
本発明は粒子状物質除去フィルタに係り、特にディーゼルエンジンなどの内燃機関からの排ガスに含まれる粒子状物質(PM)の除去に用いられるディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的にディーゼル排ガス中のPMの除去技術としては、多孔質セラミックスの薄壁に通して濾過することを目指し、板状もしくは円筒状の金属またはセラミックス焼結フィルタ、ハニカム状のセラミックス多孔体のガス流入部または排出部のセルの一方が隣り合うセルで交互に封じられたDPFなどが広く用いられている。また、これらに酸化触媒を担持することにより、排ガス中の一酸化窒素(NO)を二酸化窒素(NO2)に酸化し、低温から効率よく煤を燃焼することにより、DPFを長期間運転した場合のフィルタの煤の詰まりを防止できるようにしたものが知られている（特許文献１）。
【特許文献１】特開昭６０−２３５６２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本出願人は、先願である特願２００３−３９３８７９号において、図１に示すように、一対の多孔質波板１と多孔質平板２を基本単位とし、図２に示すようにこれが交互に直交するように積層された成形体３は、PMの除去率が高く、DPF内部に溜まった未燃の煤や灰分を抜出すことができる構造のため、目詰まりがなく、長寿命であることを明らかにした。
【０００４】
本発明の課題は、上記の成形体について、低温から効率よくPMを酸化燃焼がすることができ、さらに長寿命化が可能な粒子状物質除去フィルタを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題は、酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタにより達成できる。
上記酸化触媒としては、NOの酸化性能を有する触媒、特に300℃以下での低温活性も高い触媒が望ましく、貴金属触媒、特にPtを活性成分とした触媒が有効である。
【０００６】
触媒の担持は、予め多孔質波板への担体成分の担持量が多孔質平板より多くしたものを交互に直交するように積層した成形体を触媒（Pt）含浸液に浸漬してPtを吸着させることにより調製することができるが、Pt触媒を波板及び平板に吸着させた後に積層して成形体としてもよく、さらには成形体とした後にPt触媒を吸着させてもよい。
【０００７】
図１および２に示すように、一対の多孔質波板１と多孔質平板２を基本単位とし、これが交互に直交するように積層された成形体３の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、該波板が介在する平板−平板間隙に波板の稜線方向からガスを流入させ、ガス流入方向と直交した稜線を有する波板が介在する平板−平板間隙からガスを流出させることにより、排ガスが多孔質平板を透過する際に排ガス中のPMを濾過して除去することが可能となる。このため、通常は触媒の担持により多孔質平板の細孔を減少させ、濾過率を向上させることでPMの除去率は向上すると推測される。しかしながら、触媒をゾル又は水溶液などにより均一に担持しようとした場合、細孔径の小さい細孔が優先的に閉塞し、マクロポアの占める比率は増加する。このため、粒径の小さいPMは平板で濾過されずに通り抜ける量が増加し、細孔容積の減少による圧力損失の増加も大きくなってしまう。このことから、多孔質平板への触媒担持はできるだけ少なくすることが圧力損失も低く、ミクロポアの比率も多くなることからPMの除去性能も高くなる。
【０００８】
一方、PMの酸化分解反応はNO2による反応が速く、ガスの流入側に排ガス中に含まれるNOをNO2に酸化する触媒を担持することにより平板により濾過されたPMを低温から効率よく酸化分解することができる。このため、波板にNOの酸化性能を有する触媒を担持すれば、多孔質平板によりPMを濾過する前流でNO2の生成が可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、多孔質平板２の触媒担持量を少なく、または担持させず、多孔質波板１への触媒担持量を多くすることにより、効率的なNO2生成及び煤の燃焼が可能となり、排ガス中のPMを低圧損かつ高効率で除去することができる。
【実施例】
【００１０】
以下、具体例を用いて本発明を詳細に説明する。
波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル(石原産業社製CS-N)に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ａを得た。
波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：1に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ｂを得た。波状に形成した多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：３に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質波板Ｃを得た。平板の多孔質セラミックペーパをチタニアゾル：水＝1：１に希釈した含浸液に浸漬し、液切り後に120℃乾燥及び350℃焼成を行い、多孔質平板を得た。
【００１１】
[実施例１]
多孔質波板Ａと上記多孔質平板を交互に直交するように積層させた成形体を調製し、規定のPt濃度のジニトロジアンミン硝酸水溶液に浸漬し、Ptを全量吸着させた。120℃乾燥後に2wt%ポリエチレングリコール(分子量300)に含浸し、再度120℃乾燥した後、500℃で2時間焼成して試料１を得た。得られた試料のPt担持量は多孔質波板：多孔質平板で約２：１であった。試料１を用いディーゼルエンジンからの排ガス浄化試験を行い、340℃における安定差圧及び試料前後でのPM濃度を測定し、PM除去率を求めた。
【００１２】
[比較例1、２]
実施例１における多孔質波板１を多孔質波板２又は多孔質波板３に変更した他は同様の方法により試験を行い、PM除去率を求めた。このとき、多孔質波板：多孔質平板のPt担持量の比は、比較例1で約1：1、比較例２で約1：2であった。
実施例１及び比較例１、２の結果を纏めて表１に示す。表１の結果から、実施例の安定差圧は比較例より低く、実施例１のフィルタではPMが効率よく燃焼し、PM除去率が高いことが明らかである。
【００１３】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明に用いるフィルタ（DPF）の基本単位を示す説明図。
【図２】図１の基本単位を積層させた成形体の説明図。
【符号の説明】
【００１５】
１…多孔質波板、２…多孔質平板、３…積層成形体。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタ。
【請求項２】
前記酸化触媒が白金であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【請求項１】
酸化触媒を担持した多孔質波板と多孔質平板の対を基本単位とし、該多孔質波板の稜線が交互に交差するように積層された成形体を有し、該成形体の前記波板稜線と直交する側面が閉止され、前記多孔質平板を介して前記多孔質波板との間にそれぞれ排ガスの流入経路と流出経路が形成される排ガス中の粒子状物質の除去フィルタにおいて、前記多孔質平板への酸化触媒の担持量が前記多孔質波板への酸化触媒の担持量より少ないか、または前記多孔質平板に酸化触媒を担持していないことを特徴とする粒子状物質除去フィルタ。
【請求項２】
前記酸化触媒が白金であることを特徴とする請求項１記載のフィルタ。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−１９２３６１（Ｐ２００６−１９２３６１Ａ）
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５９９３（Ｐ２００５−５９９３）
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年７月２７日（２００６．７．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月１３日（２００５．１．１３）
【出願人】（０００００５４４１）バブコック日立株式会社 (683)
【Ｆターム（参考）】
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