JP2006006988A - 金属フィルタ及び該金属フィルタを用いた排出ガス浄化装置 - Google Patents

Abstract

【課題】有害物質を確実に除去し、排出ガスを一段と清浄化する。
【解決手段】金属フィルタ１を構成する金属多孔体１３や触媒担持セラミックス粒体１５に捕捉された未燃黒煙微粒子は、高温度の当該金属フィルタ１の金属多孔体１３及び触媒担持セラミックス粒体１５や、周囲雰囲気によって加熱されて燃焼する。ここで、波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４内には、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒を担持した触媒担持セラミックス粒体１５が詰められていることにより、未燃黒煙微粒子は、触媒の助けを借りて燃焼が促進され、金属フィルタ１から除去される。この結果、金属フィルタ１を通過した排出ガスの流れＦは、黒煙微粒子を含まない清浄なガスとして排気されることとなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、金属フィルタ及び該金属フィルタを用いた排出ガス浄化装置に係り、例えば、ディーゼルエンジン等の内燃機関の燃焼排ガス中に含まれる黒煙微粒子を捕捉し、捕捉した黒煙微粒子を燃焼除去して金属フィルタを再生する金属フィルタ及び該金属フィルタを用いた排出ガス浄化装置に関する。

ディーゼル車の排出ガスの中には多量の炭素微粒子（いわゆる黒煙）が存在し、この炭素微粒子は、排気通路を経て空気中に吐き出された後は、長い時間空気中を舞い、最終的に、煤等となって床面や路面や衣服等に舞い降りてくる。ところで、炭素は、ものを良く吸着するので、発ガン関連物質等の様々な化学物質が、空気中を浮遊する炭素微粒子に吸着して、この炭素微粒子を人間が吸い込むことで人体の中に入り込み、ガンや呼吸器系の疾患を起こすとの報告が、近年相次いでなされている。

このようなことから、ディーゼル車からの粒子状物質（ＰＭ）の排出規制が重要な課題となっている。そこで、環境空気をディーゼル黒煙汚染から守るものとして、車両搭載のディーゼルエンジンの排気通路に金属繊維やハニカム形状のエレメント等からなる黒煙除去フィルタを設置した黒煙捕集装置が従来より提供されている。
しかしながら、この種の黒煙除去フィルタでは、メッシュを微細にすれば、黒煙微粒子の捕集効率は向上する反面、捕集した黒煙微粒子によって目詰まりを起こし、圧力損失が増加するという欠点があり、一方、メッシュを粗くすれば、黒煙微粒子の捕集効率が低下してしまうという問題があった。

このような不都合を解消する手段として、山部及び谷部にバリ状の突起を周縁に持つ多数の貫通孔が形成された波型の金属板を渦巻状に巻き込んだ金属多孔体を用いたディーゼルエンジン用の金属フィルタが提案されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
この金属フィルタは、波型又は凹凸状の山部及び谷部にバリ状の突起を周縁に持つ多数の貫通孔が形成された金属板を、渦巻状に巻き込んだ金属多孔体からなっている。渦巻状に巻回した状態では、金属板の相対向する面の間にバリ状の突起同士が位置して噛み合い、排ガス流路となる隙間が安定的に形成されている。
この隙間を、排ガスが通過する際、排ガス中に浮遊している未燃黒煙微粒子が、金属板の山部や谷部の表面、多数のバリ状の突起に捕捉され、高温度の当該金属フィルタや周囲雰囲気（排出ガス）によって加熱されて燃焼し、金属フィルタから除去される。

さらに、図１８乃至図２０に示すように、上記金属板として、貫通孔１０１が山部及び谷部に設けられると共に、突起１０２が、山部では下方に谷部では上方に相当する列状凹部１０４側に設けた金属板を用い、この金属板を多層渦巻状に巻き上げて波型ロール状とした金属多孔体１０５からなる金属フィルタ１０６も提案されている。
この金属フィルタ１０６によれば、突起１０２を列状凹部１０４内に設けるようにすることによって、層間隙間１０７の層間流路断面積に対する黒煙微粒子の障害物（衝突・接触）断面積の比率を増大させて、黒煙微粒子の除去効率を向上させることができる。
特開平９−２４５９３８号公報（図１乃至図６） 特開平１１−２５７０４８号公報（図１乃至図４） 特開２００２−４７９１５号公報（図１乃至図３）

解決しようとする問題点は、上記従来の金属フィルタでは、黒煙微粒子と共に排気ガス中に含まれる例えば窒素酸化物等の有害物質の除去が充分行われないという点である。

この発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであって、黒煙微粒子と共に窒素酸化物等の有害物質を確実に除去し、排出ガスを一段と清浄化することができる金属フィルタ及び該金属フィルタを用いた排出ガス浄化装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１記載の発明は、縁部に有面突起を持つ多数の貫通孔が穿設され、かつ、列状の起伏を繰り返す波型の金属板を波方向に向けて多層に巻き上げ又は折り重ねた金属多孔体を有してなり、該金属多孔体の層間隙間に排出ガスを通し、該排出ガスに含まれる有害微粒子を捕捉して除去するための金属フィルタに係り、上記層間隙間内には、当該排出ガスに含まれる有害物質を除去する又は除去を助ける触媒粒子が充填又は半充填されていることを特徴としている。
ここで、充填とは、層間隙間を１００％埋めることを意味せず、また、半充填とは、５％から９５％の間の充填度を意味し、排出ガスが円滑に流れる程度の空間が確保されるものとする。
また、触媒粒子は、粉状体を含むものとする。金属板とは、金属箔を含む広い概念である。また、金属板を多層に巻き上げ又は折り重ねるとは、二つ折りにしてから巻き上げ又は折り重ねる場合、複数枚を重ねた状態で、巻き上げ又は折り重ねるのみならず、例えば、別種の金属板、金属帯板、又は金属線材を、間に挟んで、巻き込む場合も含む概念である。また、上記貫通孔の形状は任意である。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の金属フィルタに係り、上記触媒粒子は、球状のものであることを特徴としている。

また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の金属フィルタに係り、上記触媒粒子は、セラミックス粒子に触媒が被覆されてなることを特徴としている。

また、請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の金属フィルタに係り、上記触媒粒子は、金属粒子に触媒が被覆されてなることを特徴としている。

また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４のいずれか１に記載の金属フィルタに係り、上記触媒は、捕捉した上記有害微粒子の燃焼を促進するための触媒を含んでいることを特徴としている。

また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至５のいずれか１に記載の金属フィルタに係り、上記触媒は、上記排出ガスに含まれる上記有害物質としての少なくとも窒素酸化物を還元するための触媒を含んでいることを特徴としている。

また、請求項７記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか１に記載の金属フィルタに係り、上記排出ガスとしてのディーゼル排出ガスに含まれる黒煙微粒子を捕捉して除去することを特徴としている。

また、請求項８記載の発明に係る排出ガス浄化装置は、排気経路上に、請求項１乃至７のいずれか１に記載の金属フィルタを備え、上記金属多孔体の上記層間隙間に上記排出ガスを通すことを特徴としている。

この発明の構成によれば、金属多孔体の層間隙間内に、排出ガスに含まれる有害物質を除去する又は除去を助ける触媒粒子が充填又は半充填されていることによって、窒素酸化物等の有害物質を確実に除去して、排出ガスを一段と清浄化することができる。

金属多孔体の層間隙間内に、排出ガスに含まれる有害物質を除去する又は除去を助ける触媒粒子が充填又は半充填されていることによって、窒素酸化物等の有害物質を確実に除去して、排出ガスを一段と清浄化するという目的を実現した。

図１は、この発明の第１実施例である金属フィルタの一部拡大斜視図、図２は、同金属フィルタを用いたディーゼル微粒子除去装置の概略構成を示す模式断面図、図３は、同ディーゼル微粒子除去装置がディーゼル車のディーゼルエンジンの排気管に取り付けられた取付構造を説明するための説明図、図４は、同金属フィルタの一部拡大断面図、図５は、同金属フィルタの一部拡大斜視図、また、図６は、同金属フィルタの作製方法を説明するための説明図である。

この例の金属フィルタ１を用いたディーゼル微粒子除去装置２は、図３に示すように、ディーゼル車に搭載されディーゼルエンジン８の直後に配設されて使用されるもので、図２に示すように、ディーゼル排出ガスの流入口３ａを有する導入部３と、ディーゼル排出ガスの流出口４ａを有する排出部４と、容器５内に金属フィルタ１を含む複数（この例では、２本）のフィルタユニット６，６が収納されてなる装置本体７とから概略構成されている。
なお、導入部３の内部には、流入口３ａから高速に導入されるディーゼル排出ガスを減速させ、かつ、容器５内に均等に分散させるために、衝突板Ｓが設けられている。
ディーゼル微粒子除去装置２は、図３に示すように、ディーゼルエンジン８の直後に、排気管Ｌを介して取り付けられ、ディーゼル微粒子除去装置２内には、ディーゼルエンジン８から排出された高温のディーゼル排出ガスが導入される。

容器５内に配設されたフィルタユニット６は、ディーゼル排出ガスに含まれて排出されていく過程で、流入口３ａから流入し、捕捉した未燃粒子を発火させ、燃焼させて除去できる程度の高温のディーゼル排出ガス雰囲気下に晒される。
なお、この例のディーゼル微粒子除去装置２は消音機能も有しており、未燃粒子が燃焼除去されたディーゼル排出ガスは、流出口４ａから、消音器（マフラ）を経由することなくこのまま車外に排出される。

装置本体７は、前段及び後段の合わせて２段のフィルタユニット６，６が容器５内に収納されてなっている。
フィルタユニット６は、図２に示すように、上流側に設けられ金属メッシュに担持された白金系の酸化触媒９と、下流側に設けられた金属フィルタ１とを有してなっている。
この例の金属フィルタ１は、図１、図４及び図５に示すように、縁部に有面突起１１を持つ多数の貫通孔１２が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多層渦巻状に巻き上げた波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４内に、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒を担持した粉状体の集合体としてのクラスタ状の触媒担持セラミックス粒体１５が多数充填されて概略構成され、上記層間隙間１４に、燃焼排ガスとしての例えばディーゼル排気ガスを通し、該ディーゼル排気ガスに含まれる黒煙微粒子を捕捉して除去するために用いられる。

触媒担持セラミックス粒体１５は、例えば、アルミナ（αアルミナ、βアルミナ、γアルミナのうち少なくとも１種類を含む）、ベリリア、窒化珪素、窒化ホウ素、炭化珪素、ジルコニア、コージェライト等からなり、原料のセラミックス粉体を所定の高温で加熱して作製された焼結体に触媒を担持させて得られ、層間隙間１４内に充填される。
触媒担持セラミックス粒体１５は、排出ガスが層間隙間１４内を円滑に通流するために必要な空間が確保されるように、層間隙間１４内に充填される。ここで、充填率（層間隙間１４内に収納された触媒担持セラミックス粒体１５の体積の総和の層間隙間１４の容積に対する割合）は、５％から９５％の間、好ましくは、２０％から８０％の間に設定される。なお、触媒担持セラミックス粒体１５は、その断面積が層間隙間１４の断面積と同程度以下となるような大きさとされている。なお、クラスタ状の各触媒担持セラミックス粒体１５の隙間にも、排出ガスが通流される。
また、触媒担持セラミックス粒体１５は、層間隙間１４内に、均一に詰められていても、不均一に詰められていても良い。また、貫通孔１２の一部を覆うように配置されていても良い。この場合、触媒担持セラミックス粒体１５は、有面突起１１に引っ掛かった状態で配置される。

黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒としては、αアルミナ、βアルミナ及びγアルミナの群のなかから選択された１つ又は２つ以上の複合体を主体としたもの、好適には、６８％〜７８％含んだものが、触媒作用の安定性・耐久性の観点から好ましい。より詳細には、αアルミナ、βアルミナ及びγアルミナの部類中から選択された１つ又は２つ以上の複合体を主体とし、さらに、パラジウム、ロジウム、ルテニウム、チタン、ニッケル、鉄、コバルトの群のなかから、少なくとも１つを含有してなるものが触媒反応性に優れ、大変好ましい。あるいは、αアルミナ、βアルミナ及びγアルミナの群のなかから選択された１つ又は２つ以上の複合体を主体とし、ルテニウムを含有し、さらに、リチウムジルコネート、酸化チタン及び炭酸カリウムのなかから選択された１つを含有してなるものも、触媒反応性に優れ、好ましい。

貫通孔１２は、列状の起伏を構成する山部及び谷部に設けられ、かつ、上記有面突起１１の略全部又は過半数が、山部では下方に谷部では上方に相当する列状凹部１６側に設けられている。
なお、図４では、金属多孔体１３が内側の層の山部と外側の層の谷部とを重な合わせる態様で、つまり、隣り合う層間で、位相を互いに１８０度ずらす態様で、巻き上げられた例が示されているが、これに限らず、層間の位相は互いにランダムにずれていても良く、層間の位相が揃っていても良い。

この例では、金属多孔体１３のピッチは、０．６〜４．０ｍｍ、貫通孔１２は、一辺が０．３〜０．５ｍｍの四角形である。これらの数値は、一例であり、負荷や要求精度に応じて変更できる。有面突起１１は、列状凹部１６から多少はみ出しても差し支えないが、できるだけ、有面突起１１の略全部又は過半数が、列状凹部１６内に留まる態様が好ましい。実験によれば、有面突起１１の高さと、起伏の列状凹部１６の深さとの間の関係が、０．７Ｄ≦Ｈ≦Ｄに設定されるのが最も好ましい。
なお、貫通孔の形状は四角形に限らず、円形、楕円形、スリット状、三角形、台形、菱形、平行四辺形でも良く、その他、定形不定形の如何を問わない。また、金属多孔体１３の素材としては、例えば、厚さ略４０μｍのＳＵＳ３０４等のステンレス鋼板が好ましい。

この例の金属多孔体１３の形成方法では、長尺の金属平板に波型ベンディング加工を施して、波型の金属板を形成すると共に、その際、列状凹部１６の位置において、正逆のプレス加工を施して、貫通孔１２を穿設することが行われ、貫通孔１２の穿設と同時に、有面突起１１が列状凹部１６内に形成される工夫がなされている。つまり、貫通孔１２を穿設する際に、貫通孔１２形成位置の金属片は完全に除去されるのではなくて、貫通孔１２の縁部に相当する一辺を残して、かつ、金属片を、列状凹部１６側に、折曲立設することで、貫通孔１２と有面突起１１とを同時に形成している。
金属フィルタ１は、こうして作製された金属多孔体１３を、図６に示すように、例えば、水平な巻取軸２１で折り返して二つ折りにした状態で、この巻取軸２１の周りに巻き取りながら、巻取軸２１の回転速度に合わせて、シュート部２２ａ，２２ｂを用いて、金属多孔体１３の上側及び下側の部位に触媒担持セラミックス粒体１５を供給し、それぞれの谷部の列状凹部１６内に、触媒担持セラミックス粒体１５を配置していく。

こうして、金属多孔体１３を巻き取ると同時に、触媒担持セラミックス粒体１５は、層間隙間１４内に配置されることとなる。
ここで、シュート部２２ａ，２２ｂは、金属多孔体１３の幅方向に沿った金属板上に、触媒担持セラミックス粒体１５が同時に供給されるように、触媒担持セラミックス粒体１５を滑らせながら落下させる傾斜平板と、該傾斜平板に立設され触媒担持セラミックス粒体１５を案内する仕切板とを有している。
なお、金属多孔体１３の巻取りに合わせて、触媒担持セラミックス粒体１５の供給位置を調整するために、例えばシュート部２２ａ，２２ｂを変位させる（後退させる）ようにしても良い。

有面突起１１は、排出ガスの微細衝突板としての機能を有するものであるから、ある程度の大きな面積を持つことが好ましい。この例では、図１に示すように、貫通孔１２の縁部を構成する４辺のうち、排出ガスの流れＦの上流側と下流側の２辺には、三角形状の有面突起１１が立設され、他の２辺には、台形状の有面突起１１が立設されている。
しかしながら、排出ガスの流れＦの上流側と下流側の２辺に、台形状の有面突起１１を立設するようにし、残りの２辺側に、三角形状の有面突起１１を立設するようにしても良い。有面突起１１の形状は、上述した三角形や台形に限らず、必要に応じて、任意に設定できる。

上記構成の金属フィルタ１は、ディーゼルエンジンの運転時、ディーゼル排出ガスが金属フィルタ１の層間隙間１４を通過する際、有面突起１１が流れＦの障害物として、具体的には、衝突片・減速片として、進路変更片として、あるいは貫通孔導入片として働くため、排出ガス中に浮遊している未燃黒煙微粒子が有面突起１１や貫通孔１２近傍の金属板の表裏面に捕捉され易くなる。
また、層間隙間１４内に収納された触媒担持セラミックス粒体１５も流れＦの障害物として機能し、上記未燃黒煙微粒子は触媒担持セラミックス粒体１５の表面にも捕捉される。

金属フィルタ１を構成する金属多孔体１３や触媒担持セラミックス粒体１５に捕捉された未燃黒煙微粒子は、高温度の当該金属フィルタ１の金属多孔体１３及び触媒担持セラミックス粒体１５や、周囲雰囲気（排出ガス）によって加熱されて燃焼する。このようにして、未燃黒煙微粒子は、加熱されて燃焼して、金属フィルタ１から除去される。
ここで、波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４内には、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒を担持した触媒担持セラミックス粒体１５が充填されていることにより、、未燃黒煙微粒子は燃焼が促進されて、金属フィルタ１から除去される。この結果、金属フィルタ１を通過した排出ガスの流れＦは、黒煙微粒子を含まない清浄なガスとして排気されることとなる。

このように、この例の構成によれば、層間隙間１４内に、触媒担持セラミックス粒体１５を充填したので、層間流路断面積に対する黒煙微粒子の障害物（衝突・接触）断面積の比率を増大でき、未燃黒煙微粒子は触媒担持セラミックス粒体１５によっても捕捉され、かつ、触媒によって燃焼が促進される。

また、有面突起１１の略全部又は過半数を列状凹部１６内に設けるようにしたため、層間流路断面積に対する黒煙微粒子の障害物（衝突・接触）断面積の比率を著しく増大できる。
したがって、黒煙除去効率を一段と高めることができる。しかも、黒煙除去効率の向上を図るために、層間隙間１４を狭くする必要はないので、安価かつ容易に製作でき、目詰りも生じない。

図７は、この発明の第２実施例である金属フィルタを構成する触媒担持セラミックス粒体の模式断面図である。
この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、クラスタ状の触媒担持セラミックス粒体に代えて、図７に示すように、セラミックス球体２４上に、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒層２５を形成してなる触媒担持セラミックス粒体１５Ａを用いた点である。
これ以外の構成は、上述した実施例１の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例では、触媒層２５の触媒としては、実施例１で述べた黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒と同様のものを用いる。
上記構成の金属フィルタは、ディーゼルエンジンの運転時、ディーゼル排出ガスが金属フィルタの層間隙間１４を通過する際、有面突起１１が流れＦの障害物として、具体的には、衝突片・減速片として、進路変更片として、あるいは貫通孔導入片として働くため、排出ガス中に浮遊している未燃黒煙微粒子が有面突起１１や貫通孔１２近傍の金属フィルタの表裏面に捕捉され易くなる。
また、層間隙間１４内に収納された触媒担持セラミックス粒体１５Ａも流れＦの障害物として機能し、上記未燃黒煙微粒子は触媒担持セラミックス粒体１５Ａの表面に捕捉される。

金属フィルタを構成する金属多孔体１３や触媒担持セラミックス粒体１５Ａに捕捉された未燃黒煙微粒子は、高温度の当該金属フィルタ１の金属多孔体１３及び触媒担持セラミックス粒体１５Ａや、周囲雰囲気（排出ガス）によって加熱されて燃焼する。
ここで、セラミックス球体２４には、触媒が被覆されているので、捕捉した黒煙微粒子の燃焼が促進される。
このようにして、未燃黒煙微粒子は、加熱されて燃焼して、金属フィルタから除去される。この結果、金属フィルタを通過した排出ガスの流れＦは、黒煙微粒子を含まない清浄なガスとして排気されることとなる。

このように、この例の構成によれば、上述した実施例１と略同一の効果を得ることができる。

この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、金属フィルタを構成する金属多孔体の表面に、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されている点である。
これ以外の構成は、上述した実施例１の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
金属多孔体の表面に被覆されている触媒としては、実施例１で述べた黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒と同様のものを用いる。

また、この例の金属フィルタは、縁部に有面突起１１を持つ多数の貫通孔１２が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多層渦巻状に巻き上げた波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４に、多数の触媒担持セラミックス粒体が収納されて概略構成され、上記層間隙間１４に、燃焼排ガスとしての例えばディーゼル排気ガスを通し、該ディーゼル排気ガスに含まれる黒煙微粒子を捕捉して除去するために用いられる。

上記構成の金属フィルタは、ディーゼルエンジンの運転時、ディーゼル排出ガスが金属フィルタの層間隙間１４を通過する際、有面突起１１が流れＦの障害物として、具体的には、衝突片・減速片として、進路変更片として、あるいは貫通孔導入片として働くため、排出ガス中に浮遊している未燃黒煙微粒子が有面突起１１や貫通孔１２近傍の金属フィルタの表裏面に捕捉され易くなる。
また、層間隙間１４内に収納されたセラミックス粒体も流れＦの障害物として機能し、上記未燃黒煙微粒子はセラミックス粒体の表面に捕捉される。

金属フィルタを構成する金属多孔体１３やセラミックス粒体に捕捉された未燃黒煙微粒子は、高温度の当該金属フィルタの金属多孔体１３及びセラミックス粒体や、周囲雰囲気（排出ガス）によって加熱されて燃焼する。
ここで、金属多孔体の表面に被覆されている触媒によって、金属多孔体に捕捉された黒煙微粒子の燃焼が促進され、この触媒の助けを借りて、黒煙微粒子の未燃微粒子の燃焼除去効率が高められる。
このようにして、未燃黒煙微粒子は、加熱されて燃焼して、金属フィルタ１から除去される。この結果、金属フィルタを通過した排出ガスの流れＦは、黒煙微粒子を含まない清浄なガスとして排気されることとなる。

このように、この例の構成によれば、金属フィルタを構成する金属多孔体の表面に、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されているので、この触媒の助けを借りて、未燃微粒子の燃焼除去効率をさらに高めることができる。

この例の金属フィルタが、上述した実施例２の金属フィルタと大きく異なるところは、セラミックス球体２４に代えて、金属球体に、黒煙微粒子を燃焼させるための触媒を被覆してなる触媒担持金属球体を用いた点、及び金属フィルタを構成する金属多孔体の表面に、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されている点である。
これ以外の構成は、上述した実施例２の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。
上記金属球体の材料としては、例えば、アルミニウムや銅、銀等が用いられ、触媒としては、実施例２で述べた黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒層２５の触媒と同様のものを用いる。

この例の構成によれば、上述した実施例２と略同一の効果を得ることができる。
加えて、金属多孔体の表面にも、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されているので、この触媒の助けを借りて、未燃微粒子の燃焼除去効率をさらに一段と高めることができる。

この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、触媒担持セラミックス粒体１５に代えて、例えば、セラミックス多孔質体に、ディーゼル排出ガス中に含まれる窒素酸化物等の分解を促進するための触媒を担持させてなる触媒担持多孔質体が、波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４内に収納されている点である。
これ以外の構成は、上述した実施例１の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

上記セラミックス多孔質体としては、ゼオライト、アルミナ（αアルミナ、βアルミナ、γアルミナのうち少なくとも１種類を含む）、シリカ、ジルコニア、コージェライト等からなる多孔質体が用いられ、この多孔質体に担持される触媒としては、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム等が用いられる。
この例では、上記触媒担持多孔質体は、例えば、白金、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムのうち少なくとも１種類の金属でイオン交換されたゼオライトからなっている。
ゼオライトは、分子の大きさ程度（数オングストロ−ム）の細孔を有し、この細孔にＮＯｘが選択的に取り込まれ、細孔中の金属の活性サイトにＮＯｘが吸着されて反応が生じる。また、ＨＣ，ＣＯは、酸化除去される。

この例の構成によれば、触媒の助けを借りて、黒煙微粒子を捕捉し、未燃微粒子を燃焼させて除去することができると同時に、ディーゼル排出ガス中に含まれる窒素酸化物等を分解して、ディーゼル排出ガスを一段と清浄化することができる。

図８は、この発明の第６実施例であるディーゼル微粒子除去装置の概略構成を示す模式断面図である。
この例のディーゼル微粒子除去装置が、上述した実施例５のディーゼル微粒子除去装置と大きく異なるところは、前段のフィルタユニットを、酸化触媒と、例えば実施例１で述べた金属フィルタを用いて構成し、後段のフィルタユニットを、実施例５で述べた金属フィルタを用いて構成した点である。
これ以外の構成は、上述した実施例５の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例のディーゼル微粒子除去装置２Ａは、図８に示すように、流入口３ａを有する導入部３と、流出口４ａを有する排出部４と、容器５内にフィルタユニット６Ａ，６Ｂが収納されてなる装置本体７Ａとから概略構成されている。
フィルタユニット６Ａは、上流側に設けられ金属メッシュに担持された白金系の酸化触媒９と、下流側に設けられた金属フィルタ１Ａとを有してなっている。
金属フィルタ１Ａは、縁部に有面突起１１を持つ多数の貫通孔１２が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多層渦巻状に巻き上げた波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４に、多数の触媒担持セラミックス粒体が充填されて概略構成され、かつ、金属多孔体１３の表面には、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されている。

また、フィルタユニット６Ｂは単一の金属フィルタ１Ｂを有してなり、この金属フィルタ１Ｂは、波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４に、セラミックス多孔質体に、ディーゼル排出ガス中に含まれる窒素酸化物等を分解するための触媒を担持させてなる触媒担持多孔質体が多数充填されて概略構成され、かつ、金属多孔体１３の表面には、捕捉した黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒が被覆されている。

このように、この例の構成によれば、実施例５と略同一の効果を得ることができる。

図９は、この発明の第７実施例である金属フィルタの一部拡大断面図、また、図１０は、同金属フィルタの一部拡大斜視図である。
この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、波型の金属板と金属平板とを重ねた状態で巻回されてなる点である。
これ以外の構成は、上述した実施例１の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の金属フィルタ１Ｃは、図９及び図１０に示すように、正弦波の起伏を繰り返す波型の金属板３１と、この波型の金属板３１に較べれば略平坦で、かつ、波型の金属板３１の幅と略同幅の金属平板３２とが、相互に重なられた状態で、多層に巻き上げられ、波型の金属板３１と金属平板３２との間に形成された層間隙間３６内に、多数のセラミックス粒体１５Ｂが充填されて概略構成されている。
波型の金属板３１は、縁部に有面突起３３を持つ多数の貫通孔３４が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多数渦巻状に巻き上げられてロール状の金属多孔体とされている。これに対して、金属平板３２には、有面突起を持たない多数の貫通孔３５が穿設されている。

上記構成によれば、金属フィルタを作成する際、有面突起を持つ波型の金属板と有面突起を持たない金属平板とを重ねて巻き上げるので、波型の金属板の有面突起同士の噛合いを防止でき、したがって、巻上げを緻密かつ円滑に行うことができると同時に、排出ガスの接触面積の向上を図ることもできる。

図１１は、この発明の第８実施例である金属フィルタを構成する触媒担持セラミックス粒体の模式断面図である。
この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、層間隙間１４に充填する触媒担持セラミックス粒体を、コア部分としてのセラミックス球体の表面にクラッド部分としての金属層を形成し、さらにこの金属層の上に、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒層を形成して構成した点である。
これ以外の構成は、上述した実施例１の構成と略同一であるので、その説明を簡略にする。

この例の金属フィルタは、縁部に有面突起１１を持つ多数の貫通孔１２が穿設され、かつ、正弦波の起伏を繰り返す金属板を多層渦巻状に巻き上げた波型ロール状の金属多孔体１３の層間隙間１４に、触媒担持セラミックス粒体１５Ｃが充填されて概略構成されている。
この触媒担持セラミックス粒体１５Ｃは、図１１に示すように、コア部分としてのセラミックス球体３６の表面にクラッド部分としての金属層３７が形成され、さらにこの金属層３７の上に、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒層３８が形成されて構成されている。
セラミックス球体３６は、例えば金属板の材料よりも比熱の高い材料からなっており、高温状態を維持する熱容量体として機能する。
ここで、セラミックス球体３６の表面に熱伝導率が比較的高い金属層３７が形成されていることによって、セラミックス球体３６内での温度の偏りが無くなり均一化される。これにより、触媒層３８の触媒がより活性化される。

このように、この例の構成によれば、上述した実施例１と略同一の効果を得ることができる。
加えて、セラミックス球体内の温度の偏りを無くて均等にすることができるので、触媒層３８の触媒をより活性化させて、微粒子の燃焼効率を高めることができる。

図１２は、この発明の第９実施例である金属フィルタの一部拡大断面図である。
この例の金属フィルタが、上述した実施例１の金属フィルタと大きく異なるところは、図１２に示すように、概略矩形波又は台形波の起伏を繰り返す波型の金属多孔体３９からなり、多数の有面突起４１、又は有面突起４１のうち、主たる大きさを持つ多数のものが、列状凹部４２内にディーゼルガスの流れＦを遮る態様で、貫通孔４３の上流側の縁部と下流側の縁部とに設けられている点である。また、触媒担持セラミックス粒体１５Ｄが層間隙間４５内に配置されている。

このように、この例の構成によれば、実施例１で述べたのと略同一の効果を得ることができる。
加えて、実施例１の構成に比べて、層間流路断面積に対する黒煙微粒子の障害物断面積の比率を向上させることができ、排出ガス中に浮遊している未燃黒煙微粒子を金属フィルタの層間隙間内に留めておく時間を増加できるので、黒煙微粒子の捕捉効率をさらに高めることができる。

以上、この発明の実施例を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、巻上げ状の金属フィルタを用いる場合について述べたが、金属フィルタは、圧力欠損が、エンジンにかかる背圧として、問題となってこない範囲で、出来るだけ緻密に筒状容器に収納されれば良いので、巻上げ状に限らず、例えば折重ね状にして用いても良い。
また、フィルタユニットを直列に２段設ける場合について述べたが、ディーゼル微粒子除去装置を単一のフィルタユニットから構成するようにしても良いし、フィルタユニットを直列に３段以上設けるようにしても良いし、フィルタユニット並列に配置して切り換えて用いるようにしても良い。

また、実施例１では、クラスタ状の触媒担持セラミックス粒体１５を、層間隙間１４内に充填する場合について述べたが、図１３乃至図１５に示すように、その中心を含む断面の面積が、金属フィルタ１Ｈを構成する金属多孔体６１の層間隙間６２の断面積と同程度の大きさの球状の触媒担持セラミックス粒体１５Ｇを、層間隙間６２内の相隣る貫通孔６３間に配置するようにして充填しても良い。触媒担持セラミックス粒体１５Ｇが、層間隙間６２の断面積と同程度の大きさとされていることによって、金属フィルタの形状を保持するスペーサとしての機能を持たせることができる。
また、セラミック粒体の大きさは、一定とせずに、図１６に示すように、様々な大きさの触媒担持セラミック粒体１５Ｈを、金属多孔体６５の層間隙間６６内に充填して、金属フィルタ１Ｊを構するようにしても良い。
また、クラスタ状の触媒担持セラミックス粒体１５Ｊの全体の形状を、図１７に示すように、概略球状とし、金属多孔体６８の層間隙間６９内に充填して、金属フィルタ１Ｋを構成するようにしても良い。

また、実施例１では、金属多孔体１３を、二つ折りにした状態で巻き取りながら、金属多孔体１３の上側及び下側の部位に触媒担持セラミックス粒体１５を供給し、それぞれの谷部の列状凹部１６内に、触媒担持セラミックス粒体１５を配置する場合について述べたが、金属多孔体１３の貫通孔１２間の谷部に予め接着剤を塗布又は散布しておいて、この後に触媒担持セラミック粒体を保持させるようにしても良い。また、金属板に、単に、触媒担持セラミック粒体を吹き付けてから巻回するようにしても良い。
このように、触媒担持セラミックス粒体を、金属板表面に接着させずに単に層間隙間内に保持するようにしても良いし、触媒担持セラミックス粒体を金属板表面に接着させるようにしても良い。触媒担持セラミックス粒体を金属板表面に接着させることによって、触媒担持セラミックス粒体の層間隙間内における密度を常に略一定に保つようにすることができる。

また、触媒担持セラミックス粒体の形状としては、クラスタ状や、球体に限らず、層間隙間内に、円柱状の触媒担持セラミックス粒体を充填しても良いし、円板状の触媒担持セラミックス粒体を充填しても良い。また、層間隙間内に、円錐状の触媒担持セラミックス粒体を充填しても良いし、テトラポット状の触媒担持セラミックス粒体を充填しても良い。このほか、触媒担持セラミックス粒体の形状は、多面体であって良い。また、不定形であっても良い。

また、実施例１で、フィルタユニット６において、酸化触媒９を省略するようにしても良いし、必要に応じて追加しても良い。
また、例えば、実施例２では、セラミックス球体２４上に、黒煙微粒子の燃焼を促進させるための触媒層２５を形成する場合について述べたが、この触媒担持セラミックス粒体１５Ａに代えて、黒煙微粒子の燃焼を促進するための触媒自体（例えば、アルミナ（αアルミナ、βアルミナ、γアルミナのうち少なくとも１種類を含む）等）、又は排ガスに含まれる有害物質としての少なくとも窒素酸化物を還元するための触媒自体を用いても良い。

また、実施例４で、金属多孔体の表面には、必ずしも未燃微粒子燃焼のための触媒を被覆させなくても良い。
また、実施例５で、イオン交換法に限らず、例えば、含浸法によって、セラミックス多孔質体に白金やパラジウム等を担持させるようにしても良い。

また、実施例８で、セラミックス球体の表面に金属層を形成してなる複合球体に代えて、単に金属球体を用いても良い。
また、実施例９でも、実施例７と同様に、波型の金属板と金属平板とを重ねた状態で巻回して金属フィルタを作製するようにしても良い。
また、上述した実施例１乃至実施例９で、有面突起の略全部又は過半数を、列状の起伏のうち、列状凹部と反対側に設けた金属板を用いるようにしても良い。

自動車等の内燃機関としてのディーゼルエンジンから排出された高温のディーゼル排出ガスを浄化する場合のほか、例えば硝酸製造工場等から排出される排出ガス中の窒素酸化物等の除去のために適用することができる。

この発明の第１実施例である金属フィルタの一部拡大斜視図である。 同金属フィルタを用いたディーゼル微粒子除去装置の概略構成を示す模式断面図である。 同ディーゼル微粒子除去装置がディーゼル車のディーゼルエンジンの排気管に取り付けられた取付構造を説明するための説明図である。 同金属フィルタの一部拡大断面図である。 同金属フィルタの一部拡大斜視図である。 同金属フィルタの作製方法を説明するための説明図である。 この発明の第２実施例である金属フィルタを構成する触媒担持セラミックス粒体の模式断面図である。 この発明の第６実施例であるディーゼル微粒子除去装置の概略構成を示す模式断面図である。 この発明の第７実施例である金属フィルタの一部拡大断面図である。 同金属フィルタの一部拡大斜視図である。 この発明の第８実施例である金属フィルタを構成する触媒担持セラミックス粒体の模式断面図である。 この発明の第９実施例である金属フィルタの一部拡大断面図である。 この発明の第１実施例の変形例である金属フィルタの一部拡大斜視図である。 同金属フィルタの一部拡大断面である。 同金属フィルタの一部拡大斜視図である。 この発明の第１実施例の別の変形例である金属フィルタの一部拡大斜視図である。 この発明の第１実施例のさらに別の変形例である金属フィルタの一部拡大斜視図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。 従来技術を説明するための図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ 金属フィルタ
２，２Ａ ディーゼル微粒子除去装置（排出ガス浄化装置）
６，６Ａ，６Ｂ フィルタユニット
７，７Ａ 装置本体
８ ディーゼルエンジン
１１，３３，４１ 有面突起
１２，３４，４３ 貫通孔
１３，３９，６１，６５，６８ 金属多孔体
１４，３６，４５，６２，６６，６９ 層間隙間
１５，１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄ，１５Ｇ，１５Ｈ，１５Ｊ 触媒担持セラミックス粒体（触媒粒子）
１６，４２ 列状凹部
３１ 金属板
３２ 金属平板
３５ 貫通孔

Claims (8)

1. 縁部に有面突起を持つ多数の貫通孔が穿設され、かつ、列状の起伏を繰り返す波型の金属板を波方向に向けて多層に巻き上げ又は折り重ねた金属多孔体を有してなり、該金属多孔体の層間隙間に排出ガスを通し、該排出ガスに含まれる有害微粒子を捕捉して除去するための金属フィルタであって、
   前記層間隙間内には、当該排出ガスに含まれる有害物質を除去する又は除去を助ける触媒粒子が充填又は半充填されていることを特徴とする金属フィルタ。
2. 前記触媒粒子は、球状のものであることを特徴とする請求項１記載の金属フィルタ。
3. 前記触媒粒子は、セラミックス粒子に触媒が被覆されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の金属フィルタ。
4. 前記触媒粒子は、金属粒子に触媒が被覆されてなることを特徴とする請求項１又は２記載の金属フィルタ。
5. 前記触媒は、捕捉した前記有害微粒子の燃焼を促進するための触媒を含んでいることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１に記載の金属フィルタ。
6. 前記触媒は、前記排出ガスに含まれる前記有害物質としての少なくとも窒素酸化物を還元するための触媒を含んでいることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１に記載の金属フィルタ。
7. 前記排出ガスとしてのディーゼル排出ガスに含まれる黒煙微粒子を捕捉して除去することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１に記載の金属フィルタ。
8. 排気経路上に、請求項１乃至７のいずれか１に記載の金属フィルタを備え、前記金属多孔体の前記層間隙間に前記排出ガスを通すことを特徴とする排出ガス浄化装置。
   

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