專利名稱：廢氣凈化裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及廢氣凈化裝置。
背景技術(shù)：
以往，作為廢氣凈化裝置，提出了改進(jìn)捕集粒狀物質(zhì)的柴油微粒過濾器(以下稱為DPF)的配置位置的裝置。例如，特開2000-145430號公報(bào)所記載的裝置，將DPF配置在發(fā)動機(jī)的下游的1m以內(nèi)，將粒狀物質(zhì)捕集到DPF的同時(shí)，利用發(fā)動機(jī)的排氣熱，使捕集到的粒狀物質(zhì)燃燒，從而使DPF再生。
根據(jù)上述公報(bào)中所記載的廢氣凈化裝置，通過利用排氣熱使粒狀物質(zhì)燃燒，可以使DPF再生，但是像這樣利用排氣熱使粒狀物質(zhì)燃燒的DPF中，希望能開發(fā)出更容易進(jìn)行再生的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是鑒于上述問題提出的，其目的在于提供能夠容易進(jìn)行凈化過濾器再生的廢氣凈化裝置。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置，為了達(dá)到上述的目的，采取了下述措施。即，本發(fā)明的廢氣凈化裝置是用于凈化從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的廢氣凈化裝置，其具有連接管，與所述內(nèi)燃機(jī)連接，用于所述廢氣流通；凈化過濾器，氣孔率大于等于70％，負(fù)載有廢氣凈化催化劑，并借助該廢氣凈化催化劑使流通于所述連接管的廢氣中的粒狀物質(zhì)燃燒，從而進(jìn)行凈化；并且所述凈化過濾器被配置在所述連接管從所述內(nèi)燃機(jī)開始的長度在1m以內(nèi)的位置。
該廢氣凈化裝置中，因?yàn)閮艋^濾器被配置在連接管從內(nèi)燃機(jī)開始的長度在1m以內(nèi)的位置，所以廢氣不會被連接管等奪去過多的熱，從而可以在保持高溫的狀態(tài)下到達(dá)凈化過濾器。而且，因?yàn)閮艋^濾器的氣孔率大，大于等于70％，所以凈化過濾器捕集到的粒狀物質(zhì)和凈化過濾器所負(fù)載的廢氣凈化催化劑容易接觸。其結(jié)果，負(fù)載了廢氣凈化催化劑的凈化過濾器借助廢氣迅速升溫，可以發(fā)揮催化劑的作用，而且，粒狀物質(zhì)和催化劑容易接觸，所以可以有效地將大量的粒狀物質(zhì)燃燒。因此，與特開2000-145430號公報(bào)所記載的廢氣凈化裝置相比，能夠更容易地使凈化過濾器再生。在此，“所述連接管從內(nèi)燃機(jī)開始的長度在1m以內(nèi)”是指，從廢氣流通的連接管的最上游部到凈化過濾器的前端部的連接管長度。另外，負(fù)載了廢氣凈化催化劑之后的凈化過濾器的氣孔率優(yōu)選大于等于70％，更優(yōu)選大于等于80％。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，所述凈化過濾器優(yōu)選氣孔率小于等于95％。如果氣孔率大于95％，則構(gòu)成凈化過濾器的壁的材料變少，從而強(qiáng)度降低，故不為優(yōu)選。
對于本發(fā)明的廢氣凈化裝置，在所述凈化過濾器中，沿著長度方向平行排列的多個貫通孔在端面交錯封孔。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，所述凈化過濾器在廢氣通過的壁的內(nèi)部負(fù)載有所述廢氣凈化催化劑，該壁的內(nèi)部形成有所述粒狀物質(zhì)進(jìn)入的空間。這樣做，與只在壁表面負(fù)載廢氣凈化催化劑來捕集粒狀物質(zhì)的情況相比，提高了粒狀物質(zhì)和廢氣凈化催化劑的接觸概率，從而可以提高再生的效率。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，所述凈化過濾器可是通過將至少2個的形成有多個貫通孔的板狀部件在長度方向?qū)臃e，并使該貫通孔連通而形成的。這樣做，即使因粒狀物質(zhì)的燃燒熱，在凈化過濾器的長度方向上產(chǎn)生溫度差而施加了熱應(yīng)力，也能夠在層積的板狀部件之間緩和該應(yīng)力，所以，與在長度方向一體成型的情況相比，不易產(chǎn)生熱應(yīng)力引起的損傷。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，所述凈化過濾器可由主要是從無機(jī)纖維和無機(jī)泡沫中選擇的至少1種材料來形成。這樣做，利用無機(jī)纖維和無機(jī)泡沫能夠?qū)崿F(xiàn)氣孔率大于等于70％的凈化過濾器。這里，作為無機(jī)纖維可以列舉出例如金屬纖維、陶瓷纖維等。其中，作為金屬纖維可以列舉出從例如銅、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鋁等中選擇的1種或至少2種纖維，作為陶瓷纖維可以列舉出從例如氧化鋁、氧化硅、二氧化鈦、氧化鋯、氧化硅-氧化鋁等氧化物類纖維或碳化硅等碳化物類纖維等中選擇的1種或至少2種纖維。作為無機(jī)泡沫，可以例如是金屬泡沫或陶瓷泡沫，因?yàn)槠渲薪饘倥菽膹?qiáng)度高，所以優(yōu)選金屬泡沫。作為金屬泡沫，可以列舉出從例如銅、鐵(鉻類不銹鋼、鉻鎳類不銹鋼等)以及鋁等中選擇的1種或至少2種泡沫，作為陶瓷泡沫，可以列舉出從例如氧化鋁泡沫、氧化硅泡沫、碳化硅泡沫等中選擇的1種或至少2種泡沫。
本發(fā)明的廢氣凈化裝置中，廢氣凈化催化劑沒有特別限定，可以是例如貴金屬、氧化物等。作為貴金屬可以列舉出從例如鉑、鈀、銠中選擇的1種或至少2種，作為氧化物可以列舉出具有鈣鈦礦構(gòu)造的物質(zhì)(LaCoO3，LaMnO3等)以及CeO2等。其中，優(yōu)選具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物。這樣做，不使用是稀有元素的貴金屬(鉑等)也可以使粒狀物質(zhì)燃燒。作為具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物，可以列舉出下述的物質(zhì)等，例如鈣鈦礦構(gòu)造(通式為ABO3)的A位點(diǎn)為從La、Y以及Ce等中選擇的1種或至少2種元素，其中La是優(yōu)選的，并且通式的B位點(diǎn)為從Fe、Co、Ni以及Mn等中選擇的1種或至少2種元素。另外，例如可以像La0.75K0.25CoO3等將A位點(diǎn)的元素的一部分取代為K、Sr及Ag等。


圖1是表示本實(shí)施方式的廢氣凈化裝置10的結(jié)構(gòu)概要的圖。
圖2是本實(shí)施方式的蜂窩過濾器30的說明圖。
圖3是本實(shí)施方式的蜂窩過濾器30的說明圖。
圖4是通過本實(shí)施方式的廢氣凈化裝置10捕集并除去粒狀物質(zhì)的示意圖。
圖5是表示其他實(shí)施方式的廢氣凈化裝置40的結(jié)構(gòu)概要的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行說明。
圖1是表示本實(shí)施方式的廢氣凈化裝置10的結(jié)構(gòu)的概要圖。廢氣凈化裝置10裝配于汽車上，由以下單元構(gòu)成發(fā)動機(jī)20；與發(fā)動機(jī)20連接的歧管22，用于流通燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣；與歧管22連接的套管26，用于保持負(fù)載了廢氣凈化催化劑的蜂窩過濾器30；與套管26連接的排氣管24，用于將經(jīng)凈化的廢氣排出。該廢氣凈化裝置10中，如圖1所示，蜂窩過濾器30被配置在從發(fā)動機(jī)20起的排氣路徑長度在1m以內(nèi)的位置，即從廢氣流通的歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30的前端部的排氣路徑長度在1m以內(nèi)的位置。
發(fā)動機(jī)20的構(gòu)成形式是柴油發(fā)動機(jī)(內(nèi)燃機(jī))，該柴油發(fā)動機(jī)是將輕油等烴類燃料噴射到用活塞壓縮的空氣中使其燃燒，從而產(chǎn)生驅(qū)動力。來自發(fā)動機(jī)20的廢氣中含有氮氧化物(NOx)、烴(HC)以及一氧化碳(CO)的同時(shí)，還含有由燃料中含有的碳元素等產(chǎn)生的粒狀物質(zhì)(以下稱為PM)。
蜂窩過濾器30主要由無機(jī)纖維形成，其是用于除去發(fā)動機(jī)20的廢氣中含有的PM的過濾器。如圖2及圖3所示，對于該蜂窩過濾器30，將至少2個形成有多個貫通孔31的圓板狀的板狀部件32沿長度方向?qū)臃e，并使該貫通孔31連通，在其兩端部配置金屬制的端部板狀部件34，通過向該層積方向施加壓力使其固定在套管26內(nèi)，從而形成該蜂窩過濾器30。借助該端部板狀部件34，將板狀部件32層積而連通的貫通孔31在端面上交錯封孔。因此，廢氣從蜂窩過濾器30中的上游側(cè)開口的貫通孔31流入，通過其后的壁部33，向下游側(cè)開口的貫通孔31移動，通過該貫通孔31從蜂窩過濾器30流出。這里，在廢氣通過壁部33時(shí)，廢氣中含有的PM被捕集。并且，與蜂窩過濾器30的內(nèi)面相比，蜂窩過濾器30的端面承受的因廢氣產(chǎn)生的熱和壓力大，但是因端部板狀部件34為金屬制成的，所以能夠防止蜂窩過濾器30的損傷。另外，板狀部件32和端部板狀部件34的厚度優(yōu)選為0.1mm～10mm。而且，可以在層積了板狀部件32的兩端分別各配置1片該端部板狀部件34，也可以各配置多片。這里，端部板狀部件34是由金屬形成的，但也可以由與板狀部件32相同的材質(zhì)的材料形成。而且，這里，蜂窩過濾器30是將板狀部件32層積而成，但也可以使用一體成型的蜂窩過濾器。
所形成的該蜂窩過濾器30在負(fù)載了廢氣凈化催化劑之后，氣孔率達(dá)到大于等于70％且小于等于95％。因此，負(fù)載廢氣凈化催化劑前的氣孔率優(yōu)選至少要達(dá)到大于等于70％且小于等于97％。并且，該蜂窩過濾器30中，該蜂窩過濾器30的表觀密度優(yōu)選為0.05g/cm3～1.00g/cm3，更優(yōu)選為0.10g/cm3～0.50g/cm3。
形成于蜂窩過濾器30的貫通孔31的大小優(yōu)選為1.4mm×1.4mm～16mm×16mm。貫通孔12之間的壁部33的厚度(壁厚)優(yōu)選為0.2mm～10.0mm的范圍，更優(yōu)選為0.3mm～6.0mm的范圍。壁厚小于0.2mm時(shí)，捕集效率下降，發(fā)生PM泄漏等，如果大于10.0mm，則廢氣難通過壁部33，從而壓力損失變大。并且，每單位截面積的貫通孔31的個數(shù)(孔密度)優(yōu)選為0.16個/cm2～62個/cm2(1.0cpsi～400cpsi)，更優(yōu)選為0.62個/cm2～31個/cm2(4cpsi～200cpsi)。若貫通孔的數(shù)量小于0.16個/cm2時(shí)，與蜂窩過濾器30內(nèi)部的廢氣接觸的壁面積變小，如果大于62個/cm2，則壓力損失變大，蜂窩過濾器30的制作變困難。并且，貫通孔31的形狀可以是矩形，也可以是三角形或六邊形。
蜂窩過濾器30的板狀部件32主要由無機(jī)纖維形成。該無機(jī)纖維的長度優(yōu)選為0.1μm～300μm，更優(yōu)選為0.5μm～50μm，無機(jī)纖維的徑優(yōu)選為1μm～30μm，更優(yōu)選為2μm～10μm。并且，該板狀部件32中含有用于粘合無機(jī)纖維的無機(jī)粘合劑。作為無機(jī)粘合劑，可以列舉出從例如硅酸玻璃、硅酸堿玻璃及硼硅酸玻璃等無機(jī)玻璃以及氧化鋁溶膠、氧化硅溶膠、氧化鈦溶膠等溶膠中選擇的1種或至少2種的無機(jī)粘合劑。以蜂窩過濾器30中含有的固體成分計(jì)算，該蜂窩過濾器30中含有的無機(jī)粘合劑的量優(yōu)選為5重量％～50重量％，更優(yōu)選為10重量％～40重量％。無機(jī)粘合劑的含量小于5重量％時(shí)，蜂窩過濾器30的強(qiáng)度變低，如果大于50重量％，則變得難以制作具有高氣孔率的蜂窩過濾器30。
優(yōu)選板狀部件32中含有的無機(jī)纖維中大多沿著與貫通孔31的形成方向垂直的面取向。這樣做，容易形成使廢氣中含有的PM進(jìn)入的空間，因?yàn)閺U氣容易通過壁部33，所以可以減少初期的壓力損失，并且可以使廢氣中含有的PM浸入到壁部33的內(nèi)部從而捕集該P(yáng)M。
并且，板狀部件32可以形成為除了含有無機(jī)纖維還含有無機(jī)顆粒。作為該無機(jī)顆?？梢允墙饘兕w粒或陶瓷顆粒。作為金屬顆粒，可以列舉出從例如金屬硅、鋁等中選擇的1種或至少2種的顆粒。作為陶瓷顆粒，可以列舉出從例如氧化鋁、氧化硅、氧化硅-氧化鋁、氧化鋯、堇青石以及莫來石等氧化物類顆粒等中選擇的1種或至少2種的顆粒。
蜂窩過濾器30中，作為廢氣凈化催化劑而負(fù)載具有鈣鈦礦構(gòu)造的LaCoO3。該廢氣凈化催化劑的負(fù)載量，優(yōu)選蜂窩過濾器30的每單位體積的廢氣凈化催化劑的重量為10g/L～100g/L。這里，負(fù)載了廢氣凈化催化劑的蜂窩過濾器30，可以是在作為原料的無機(jī)纖維上負(fù)載廢氣凈化催化劑而制作的，也可以是在作為部件的板狀部件32及端部板狀部件34上負(fù)載廢氣凈化催化劑而制作的，也可以在制作了蜂窩過濾器30之后負(fù)載廢氣凈化催化劑而制作。
這里，作為上述含有無機(jī)纖維的板狀部件32的替代，可以層積主要由無機(jī)泡沫形成的板狀部件32來制作蜂窩過濾器30。作為該無機(jī)泡沫，可以是例如陶瓷泡沫或金屬泡沫，因?yàn)槠渲薪饘倥菽膹?qiáng)度高，所以優(yōu)選金屬泡沫。作為陶瓷泡沫，可以列舉出從例如氧化鋁泡沫、氧化硅泡沫、碳化硅泡沫等中選擇的1種或至少2種泡沫，作為金屬泡沫，可以列舉出從例如銅、鐵(不銹鋼等)以及鋁等中選擇的1種或至少2種泡沫。由該無機(jī)泡沫形成的蜂窩過濾器30，其負(fù)載了廢氣凈化催化劑之后的氣孔率優(yōu)選大于等于70％且小于等于95％。因此，負(fù)載廢氣凈化催化劑之前的氣孔率優(yōu)選至少要達(dá)到大于等于70％且小于等于97％。
(1)含有無機(jī)纖維的蜂窩過濾器的制造方法下面，對含有無機(jī)纖維的蜂窩過濾器的制造方法的一例進(jìn)行說明。相對1L水，以5g～100g的比例分散無機(jī)纖維(氧化鋁纖維等)，相對100重量份無機(jī)纖維，添加10重量份～40重量份比例的無機(jī)粘合劑(氧化硅溶膠等)和1重量份～10重量份比例的有機(jī)粘合劑(丙烯酸樹脂等)，并且，根據(jù)需要添加少量硫酸鋁等凝結(jié)劑、聚丙烯酰胺等凝聚劑，充分?jǐn)嚢?，調(diào)制抄制用漿料。利用空孔篩網(wǎng)抄制抄制用漿料，該空孔篩網(wǎng)上形成有規(guī)定形狀的孔(正方形等)，這些孔相互距離規(guī)定間隔，通過在100℃～200℃干燥獲得的抄制物，從而制作如圖2(c)所示的板狀部件32。含有該無機(jī)纖維的板狀部件32受到壓力時(shí)可能變形，所以，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以調(diào)節(jié)氣孔率和厚度。這里，例如通過利用模具擠出成型來一體成型蜂窩過濾器30時(shí)，無機(jī)纖維大多向擠出方向(貫通孔31的形成方向)取向，但是如果在該抄制工序中制作，如圖2所示，無機(jī)纖維更多地沿與貫通孔31的形成方向垂直的面取向。因此，廢氣容易在壁部33中流通。而且，在金屬板上形成規(guī)定形狀的孔，并使貫通孔31在兩端交錯封孔，從而制作端部板狀部件34(參照圖2(b))。
接著，在板狀部件32上負(fù)載廢氣凈化催化劑。首先，調(diào)制含有廢氣凈化催化劑的溶液(例如漿料或溶膠)，將板狀部件32浸于該溶液之后，提起，通過抽吸將殘留于貫通孔31等中的多余的溶液去除。然后，通過在80℃～200℃進(jìn)行干燥，在500℃～700℃進(jìn)行燒制，可以獲得負(fù)載有廢氣凈化催化劑的板狀部件32。這里，含有廢氣凈化催化劑的溶液，可以是廢氣凈化催化劑的漿料，也可以是負(fù)載了廢氣凈化催化劑的氧化物(氧化鋁等)的漿料。根據(jù)廢氣凈化催化劑的種類及組合等適當(dāng)選擇廢氣凈化催化劑的負(fù)載量。最后將板狀部件32和端部板狀部件34物理層積，從而制作蜂窩過濾器30。如圖3所示，將多片端部板狀部件34層積插入金屬制的套管26并使貫通孔31連通，然后，同樣地層積插入規(guī)定片數(shù)的板狀部件32，進(jìn)一步利用擠壓機(jī)在插入層積了數(shù)片端部板狀部件34的方向上施加壓力，并通過設(shè)置并固定壓板，制作蜂窩過濾器30。并且，使用粘合劑將層積的端部板狀部件34之間粘接固定。另外，為了便于說明，圖3的套管26只示出了將中空圓柱狀的套管26上下切斷的下側(cè)部分。
(2)由無機(jī)泡沫形成蜂窩過濾器的制造方法1.由陶瓷泡沫形成蜂窩過濾器的制造方法下面，對由高氣孔率無機(jī)泡沫中的陶瓷泡沫形成蜂窩過濾器的制造方法的一例進(jìn)行說明。通過對主要由陶瓷材料(例如，堇青石、氧化鋁、莫來石、氧化硅以及鈦酸鋁等)構(gòu)成的高氣孔率陶瓷泡沫板(例如橋石公司制的陶瓷泡沫等)進(jìn)行切削加工形成貫通孔31，從而制作上述(1)所述形狀的板狀部件32。然后，采用上述(1)所述的方法在得到的多片板狀部件32上負(fù)載廢氣凈化催化劑，并采用上述(1)所述的方法進(jìn)行層積，從而制作蜂窩過濾器30。另外，端部板狀部件34使用上述(1)所述的金屬制部件。
2.由金屬泡沫形成蜂窩過濾器的制造方法下面，對由高氣孔率無機(jī)泡沫中的金屬泡沫形成蜂窩過濾器的制造方法的一例進(jìn)行說明。通過對主要由金屬構(gòu)成的高氣孔率金屬板(例如住友電氣工業(yè)制的セルメツト等)進(jìn)行激光加工形成貫通孔31，從而制作上述(1)所述形狀的板狀部件32。然后，采用上述(1)所述的方法在得到的多片板狀部件32上負(fù)載廢氣凈化催化劑，并采用上述(1)所述的方法進(jìn)行層積，從而制作蜂窩過濾器30。金屬泡沫形成的板狀部件32受到壓力時(shí)可能變形，所以，根據(jù)需要進(jìn)行壓縮以調(diào)節(jié)氣孔率和厚度。另外，端部板狀部件34使用上述(1)所述的金屬制部件。
下面，使用圖4對本實(shí)施方式的廢氣凈化裝置10的動作進(jìn)行說明。圖4是通過廢氣凈化裝置10捕集并除去PM的示意圖。首先，起動發(fā)動機(jī)20。這樣，發(fā)動機(jī)20向被活塞壓縮了的空氣中噴射燃料并使其燃燒，從而產(chǎn)生驅(qū)動力。此時(shí)，含有PM的廢氣從發(fā)動機(jī)20排出到歧管22，并流入蜂窩過濾器30。蜂窩過濾器30內(nèi)形成有PM進(jìn)入的空間，使廢氣中含有的PM浸入到負(fù)載了廢氣凈化催化劑36的壁部33的內(nèi)部并捕集PM。這里，可以想到，如果蜂窩過濾器30中包含的無機(jī)纖維35大多沿著與貫通孔31的形成方向垂直的面取向，則PM可以更深地浸入壁部33的內(nèi)部并被捕集。并且，因蜂窩過濾器30的氣孔率大且熱容量小，所以借助廢氣的熱溫度迅速上升。而且，蜂窩過濾器30被配置于距發(fā)動機(jī)20為1m的位置，熱損失少，通過廢氣熱達(dá)到使廢氣凈化催化劑充分作用的溫度(例如大于等于350℃)。此時(shí)，如果PM與負(fù)載于蜂窩過濾器30的壁部33的內(nèi)部的廢氣凈化催化劑36接觸，則該P(yáng)M迅速燃燒。其結(jié)果，蜂窩過濾器30內(nèi)很難堆積PM，從而進(jìn)行強(qiáng)制再生(過剩量的燃料噴射等)的頻度變少。
以上所述的本實(shí)施方式的廢氣凈化裝置10中，負(fù)載了廢氣凈化催化劑36的蜂窩過濾器30借助廢氣迅速升溫，從而發(fā)揮催化劑作用，而且因?yàn)槿菀缀蚉M接觸，所以可以高效地將大量的PM燃燒。所以可以容易地進(jìn)行蜂窩過濾器30的再生。而且，蜂窩過濾器30的氣孔率小于等于95％，所以能夠防止強(qiáng)度下降。并且，與只在負(fù)載廢氣凈化催化劑的壁表面來捕集PM的情況相比，提高了PM和廢氣凈化催化劑36的接觸概率，從而可以提高再生的效率。另外，即使因PM的燃燒熱而在蜂窩過濾器30的長度方向上產(chǎn)生溫度差而施加了熱應(yīng)力，也可以在層積的板狀部件32之間緩和該應(yīng)力，所以，與在長度方向一體成型的情況相比，難以產(chǎn)生熱應(yīng)力引起的損傷。并且，蜂窩過濾器30的氣孔率大且熱容量小，所以溫度迅速上升，能夠使燃燒PM成為可能。還有，負(fù)載于蜂窩過濾器30內(nèi)的廢氣凈化催化劑36是具有鈣鈦礦構(gòu)造的氧化物，所以不使用稀有元素即貴金屬(鉑等)也可以使PM燃燒。
并且，本發(fā)明并不限于上述的實(shí)施例，只要屬于本發(fā)明技術(shù)的范圍，可以使用各種形式實(shí)施是自不必說的。
例如，在上述實(shí)施方式中是廢氣凈化裝置10，其中，將保持蜂窩過濾器30的套管26連接于歧管22，如圖5所示，也可以是廢氣凈化裝置40，其中將蜂窩過濾器30配置于歧管22內(nèi)部。這樣做，可以更加有效地利用廢氣熱，從而容易進(jìn)行再生。此外，只要使從發(fā)動機(jī)20到蜂窩過濾器30的前端部的排氣路徑的長度在1m以內(nèi)，可以改變連接管的種類(歧管22、排氣管24以及套管26等)及連接的順序等。
另外，上述的實(shí)施方式中，是將廢氣凈化裝置10裝配在汽車上，但也可以裝配在例如列車、船舶、飛機(jī)等，也適用于使用發(fā)動機(jī)20的發(fā)電機(jī)等。
實(shí)驗(yàn)例下面，將使用蜂窩過濾器30的廢氣凈化裝置10的例作為實(shí)驗(yàn)例進(jìn)行說明。
制作含有作為無機(jī)纖維的氧化鋁纖維(平均徑5μm、平均長300μm)的蜂窩過濾器30。相對1L水，以10g的比例分散氧化鋁纖維，相對氧化鋁纖維，分別以5重量％和3重量％的比例添加氧化硅溶膠和作為有機(jī)粘合劑的丙烯酸乳膠，并且，添加少量硫酸鋁、聚丙烯酰胺，充分?jǐn)嚢瑁{(diào)制抄制用漿料。利用空孔篩網(wǎng)對抄制用漿料進(jìn)行抄制，該空孔篩網(wǎng)形成有正方形的孔，該孔相互距離規(guī)定間隔，在150℃下干燥得到的抄制物，制作直徑143.8mm、厚1mm、貫通孔大小4.5mm方形、壁部33的厚2mm、孔密度2.4個/cm2(15.2cpsi)的板狀部件32。并且，通過直徑143.8mm、厚1.0mm的鎳鉻類不銹鋼制的金屬板上形成貫通孔31來制作端部板狀部件34，這些貫通孔31在兩端交錯封孔。
下面，將0.01mol的La(NO3)36H2O、0.01mol的Co(OCOCH3)24H2O、0.024mol的C6H8O7H2O(檸檬酸)在20ml的乙醇溶劑中混合攪拌，調(diào)制LaCoO3前體溶膠。將板狀部件32浸漬于該溶膠中，提起之后，通過抽吸將多余的溶膠去除，在100℃進(jìn)行干燥，在600℃燒制1小時(shí)。另外，通過X射線衍射測定，證明是LaCoO3的鈣鈦礦構(gòu)造。以蜂窩過濾器30的每單位體積的廢氣凈化催化劑的重量計(jì)，廢氣凈化催化劑的負(fù)載量為30g/L。
接下來，將3片端部板狀部件34層積插入金屬制的套管26內(nèi)，并使貫通孔31連通，然后，同樣地層積插入150片板狀部件32，進(jìn)一步用擠壓機(jī)在插入層積3片端部板狀部件34的方向上施加壓力，通過設(shè)置并固定壓板，得到蜂窩過濾器30。所得到的蜂窩過濾器30在負(fù)載廢氣凈化催化劑后的氣孔率為70％。氣孔率是通過測定蜂窩過濾器30的干燥重量G(g)、蜂窩過濾器30的外形體積V(cm3)、貫通孔31的體積K(cm3)以及構(gòu)成蜂窩過濾器30的材料的真密度D(g/cm3)，由式(1)求得。
氣孔率％＝100×(1-G/((V-K)×D))…式(1)接著，將制作的負(fù)載有LaCoO3的蜂窩過濾器30配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30的前端的排氣路徑的長度為0.5m的位置，該歧管22與發(fā)動機(jī)20連接，以此作為實(shí)驗(yàn)例1。發(fā)動機(jī)20是2.0L的柴油發(fā)動機(jī)。將該實(shí)驗(yàn)例1的發(fā)動機(jī)20到蜂窩過濾器30的長度、蜂窩過濾器30在負(fù)載廢氣凈化催化劑前后的氣孔率、貫通孔31之間的壁部33的厚度、蜂窩過濾器30的構(gòu)成材料、蜂窩過濾器30的結(jié)構(gòu)概要等各數(shù)值等進(jìn)行總結(jié)并示于表1。另外，該表1中總結(jié)并示出了與后述實(shí)驗(yàn)例2～12相關(guān)的內(nèi)容。
表1
實(shí)驗(yàn)例2、3中制成表1所示的壁厚、孔密度2.4個/cm2(15.2cpsi)、將壓縮比例改變?yōu)楸?所示的氣孔率來設(shè)計(jì)蜂窩過濾器30，除此之外，按照與實(shí)驗(yàn)例1相同的方法制作蜂窩過濾器30，與實(shí)驗(yàn)例1相同地將蜂窩過濾器30配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度為0.5m的位置。
利用輥筒將鉻鎳類不銹鋼合金制金屬泡沫(住友電氣工業(yè)制、セルメツト、平均氣孔徑400μm)壓縮成平均氣孔徑為80μm，在加工成直徑143.8mm、厚1mm的圓盤狀之后，通過激光加工制作貫通孔的大小為4.5mm方形、壁部33的厚2mm、孔密度2.4個/cm2(15.2cpsi)的板狀部件32。并且，通過激光加工形成貫通孔31的兩端交錯封孔的孔，以制作端部板狀部件34。
接下來，通過與實(shí)驗(yàn)例1相同的工序，在板狀部件32和端部板狀部件34上負(fù)載LaCoO3并進(jìn)行層積，獲得由金屬泡沫形成的蜂窩過濾器30。實(shí)驗(yàn)例4與實(shí)驗(yàn)例1相同地將蜂窩過濾器30配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度為0.5m的位置。
制作與實(shí)驗(yàn)例1～4相同的蜂窩過濾器30，將其配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度為1m的位置。將它們分別作為實(shí)驗(yàn)例5～8(參照表1)。
制作與實(shí)驗(yàn)例1～3相同的蜂窩過濾器30，將其配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度為1.5m的位置。將它們分別作為實(shí)驗(yàn)例9～11(參照表1)。
實(shí)驗(yàn)例12中制成表1所示的壁厚、改變壓縮比例使氣孔率為65％來設(shè)計(jì)蜂窩過濾器30，除此之外，按照與實(shí)驗(yàn)例1相同的方法制作蜂窩過濾器30，與實(shí)驗(yàn)例5相同地將蜂窩過濾器30配置在從歧管22的最上游部到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度為1.0m的位置。
對實(shí)驗(yàn)例1～12的再生率進(jìn)行了測定。該測定是，在不對發(fā)動機(jī)20運(yùn)轉(zhuǎn)中排出的PM進(jìn)行強(qiáng)制再生處理(過剩量的燃料噴射等)的情況下，調(diào)查蜂窩過濾器上堆積了多少PM。發(fā)動機(jī)20的運(yùn)轉(zhuǎn)是依照2.0L柴油汽車10·15型號廢氣測定試驗(yàn)的測定方法進(jìn)行3次循環(huán)。在該情況下，測定試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的蜂窩過濾器30的重量。并且，在各實(shí)驗(yàn)例的蜂窩過濾器30的下游配置PM計(jì)數(shù)器(TSI公司制凝聚顆粒計(jì)數(shù)器3022A-S)，從PM顆粒數(shù)量掌握沒能被蜂窩過濾器30捕集而排出到下游的PM量，其結(jié)果，全部的實(shí)驗(yàn)例都沒有PM流出到蜂窩過濾器30的下游，捕集率全部是100％。此外，預(yù)先對該試驗(yàn)中產(chǎn)生的PM的總生成量進(jìn)行調(diào)查的結(jié)果，其量為3.5g。由此，從相對于PM的總生成量的PM堆積量(試驗(yàn)前和試驗(yàn)后的重量差)計(jì)算再生率。
對從實(shí)驗(yàn)例1～12的發(fā)動機(jī)到蜂窩過濾器30前端的排氣路徑的長度、蜂窩過濾器30的氣孔率、PM捕集效率、PM堆積量、蜂窩過濾器30的再生率進(jìn)行總結(jié)并示于表2。實(shí)驗(yàn)例1～8的捕集效率為100％，再生率為大于等于50％，非常高。另外，在實(shí)驗(yàn)例9～11中，因?yàn)閺陌l(fā)動機(jī)到蜂窩過濾器30的距離為1.5m，所以與實(shí)驗(yàn)例1～8相比，再生率較低。在實(shí)驗(yàn)例12中，負(fù)載廢氣凈化催化劑36后的氣孔率小于70％，與實(shí)驗(yàn)例1～8相比，再生率較低。由該結(jié)果可知，如果將氣孔率大于等于70％的蜂窩過濾器30配置在距發(fā)動機(jī)20起1m以內(nèi)的位置，則PM變得容易燃燒。
表2

本發(fā)明是以于2004年6月30日申請的日本國專利申請2004-194407號為要求優(yōu)先權(quán)的基礎(chǔ)，其全部內(nèi)容都被編入本發(fā)明。
產(chǎn)業(yè)上的可利用性本發(fā)明的廢氣凈化系統(tǒng)，可用于與裝配了內(nèi)燃機(jī)的動力機(jī)或車輛等相關(guān)的產(chǎn)業(yè)中，也可用于例如汽車產(chǎn)業(yè)、自動二輪車產(chǎn)業(yè)等。
權(quán)利要求
1.一種廢氣凈化裝置，其是凈化從內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣的廢氣凈化裝置，具有連接管，與所述內(nèi)燃機(jī)連接，用于所述廢氣流通；凈化過濾器，氣孔率大于等于70％，負(fù)載有廢氣凈化催化劑，并借助該廢氣凈化催化劑使流通于所述連接管的廢氣中的粒狀物質(zhì)燃燒，從而進(jìn)行凈化；并且所述凈化過濾器被配置在所述連接管從所述內(nèi)燃機(jī)開始的長度在1m以內(nèi)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述凈化過濾器的氣孔率小于等于95％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，在所述凈化過濾器中，沿長度方向平行排列的多個貫通孔在端面上交錯封孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述凈化過濾器按在一個端面被封孔而在另一個端面開口的貫通孔和在一個端面開口而在另一個端面被封孔的貫通孔相互交錯排列而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述凈化過濾器在廢氣通過的壁的內(nèi)部負(fù)載有所述廢氣凈化催化劑，在該壁的內(nèi)部形成有所述粒狀物質(zhì)進(jìn)入的空間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述凈化過濾器通過將至少2個形成有多個貫通孔的板狀部件沿長度方向?qū)臃e、并使該貫通孔連通而形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述凈化過濾器主要由從無機(jī)纖維以及無機(jī)泡沫中選擇的至少1種物質(zhì)而形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7的任意一項(xiàng)所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述廢氣凈化催化劑是氧化物。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的廢氣凈化裝置，其特征在于，所述氧化物具有鈣鈦礦構(gòu)造。
全文摘要
一種廢氣凈化裝置，該廢氣凈化裝置(10)被裝配于汽車上，由以下單元構(gòu)成發(fā)動機(jī)(20)；與發(fā)動機(jī)(20)連接的歧管(22)，用于流通燃料燃燒產(chǎn)生的廢氣；與歧管(22)連接的套管(26)，用于保持負(fù)載了廢氣凈化催化劑的蜂窩過濾器(30)。該廢氣凈化裝置(10)中，蜂窩過濾器(30)被配置在從廢氣流通的歧管(22)的最上游部到蜂窩過濾器(30)的前端部的排氣路徑長度在1m以內(nèi)的位置。對于上述的蜂窩過濾器(30)，其氣孔率大于等于70％，通過沿長度方向?qū)臃e形成有多個貫通孔的板狀部件而成，并使貫通孔連通，連通的貫通孔在兩端交錯封孔。蜂窩過濾器(30)由無機(jī)纖維(陶瓷纖維或金屬纖維)或無機(jī)泡沫(陶瓷泡沫或金屬泡沫)形成。
文檔編號B01D39/20GK1820126SQ20058000070
公開日2006年8月16日 申請日期2005年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月30日
發(fā)明者大野一茂 申請人:揖斐電株式會社