特許 5884786 触媒フィルタモジュールおよび該触媒フィルタモジュールを備える触媒フィルタシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5884786

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月15日

(54)【発明の名称】触媒フィルタモジュールおよび該触媒フィルタモジュールを備える触媒フィルタシステム

(51)【国際特許分類】

   B01D 53/86 20060101AFI20160301BHJP

   B01D 53/88 20060101ALI20160301BHJP

   B01J 35/04 20060101ALI20160301BHJP

   B01J 35/02 20060101ALI20160301BHJP

   B01J 23/30 20060101ALI20160301BHJP

   B01D 39/16 20060101ALI20160301BHJP

   B01D 39/20 20060101ALI20160301BHJP

   B01D 46/00 20060101ALI20160301BHJP

【ＦＩ】

   B01D53/86 223

   B01D53/88

   B01J35/04 301A

   B01J35/02 ZZAB

   B01J35/04 301E

   B01J35/04 301J

   B01J23/30 A

   B01D39/16 H

   B01D39/20 A

   B01D39/20 D

   B01D46/00 302

【請求項の数】30

【外国語出願】

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2013-160541(P2013-160541)

(22)【出願日】2013年8月1日

(65)【公開番号】特開2014-39925(P2014-39925A)

(43)【公開日】2014年3月6日

【審査請求日】2013年11月7日

(31)【優先権主張番号】12180891.9

(32)【優先日】2012年8月17日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】596064112

【氏名又は名称】ポール・コーポレーション

【氏名又は名称原語表記】Ｐａｌｌ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ

(74)【代理人】

【識別番号】100107456

【弁理士】

【氏名又は名称】池田 成人

(74)【代理人】

【識別番号】100148596

【弁理士】

【氏名又は名称】山口 和弘

(74)【代理人】

【識別番号】100123995

【弁理士】

【氏名又は名称】野田 雅一

(72)【発明者】

【氏名】シュテフェン ハイデンライヒ

【審査官】 山本 吾一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０４６５１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０００７６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２３８２３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０５７３６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−１１７０２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｄ ５３／３４

Ｂ０１Ｄ ４６／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス状流体用の触媒フィルタモジュールであって、
ブロック状フィルタエレメントと、
触媒エレメントと、
清浄ガス収集・放出装置とを備え、
前記触媒エレメントが、前記フィルタエレメントと実質的に同じ広がりを持ち、
前記フィルタエレメントが、供給面と、該供給面の反対側に放出面とを有し、濾過流体が、前記放出面から出ると、前記触媒エレメントの上流面によって受け入れられ、前記ガス状流体が、清浄ガスとして、前記上流面の反対側の、前記触媒エレメントの清浄ガス面から出て行き、前記触媒エレメントの細孔サイズが、前記フィルタエレメントの細孔サイズよりも大きく、
前記清浄ガス収集・放出装置が、前記触媒エレメントの前記清浄ガス面の全体にわたって延設された１つ以上のチャネルを備え、該１つ以上のチャネルが、前記清浄ガスの流れを、前記触媒エレメントの前記清浄ガス面の垂線に対して横方向に偏向させ、前記触媒フィルタモジュールの側面にある、前記触媒フィルタモジュールの清浄ガス放出開口へ誘導し、
前記フィルタエレメントが、複数の原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトを備えるハニカム構造体を有し、前記原料ガスダクトが、筒状壁部によって前記濾過流体ダクトから分離されており、前記原料ガスダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面において開口され、前記フィルタエレメントの前記放出面において閉鎖されており、前記濾過流体ダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面において閉鎖され、前記フィルタエレメントの前記放出面において開口されており、
前記清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルの高さが、前記触媒エレメントの前記清浄ガス面の垂線の方向の間隔として測定した場合に、前記フィルタエレメントの前記供給面から前記触媒エレメントの前記清浄ガス面までの距離の０．３〜０．５倍の範囲内であり、
前記フィルタエレメントの筒状壁部の軸長は、１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内である、触媒フィルタモジュール。

【請求項2】

前記触媒エレメントが、触媒粒子の流動床または固定床を収容するコンパートメントである、請求項１に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項3】

前記触媒エレメントが、触媒を含む繊維材料および／または発泡材料から構成された多孔質体である、請求項１に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項4】

前記触媒が、該触媒の被覆または含浸によって、前記触媒エレメントの前記多孔質体に適用されている、請求項３に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項5】

前記触媒エレメントが、酸化還元触媒エレメント、ＮＯ還元用の触媒エレメント、および／またはタール除去用の触媒エレメントである、請求項１〜４のいずれか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項6】

ガス状流体用の触媒フィルタモジュールであって、
第１の組のブロック状フィルタエレメントおよび触媒エレメントと、
第２の組のブロック状フィルタエレメントおよび触媒エレメントと、
清浄ガス収集・放出装置と、を備え、
前記第１の組と前記第２の組とが、互いに離間して配置され、前記触媒エレメントのそれぞれの前記清浄ガス面が互いに対向するように後ろ合わせになっており、
各前記触媒エレメントが、各前記フィルタエレメントと実質的に同じ広がりを持ち、
前記清浄ガス収集・放出装置が、前記触媒エレメントの前記清浄ガス面の全体にわたって延設された１つ以上のチャネルを備え、該１つ以上のチャネルが、前記清浄ガスの流れを、前記触媒エレメントの前記清浄ガス面の垂線に対して横方向に偏向させ、前記触媒フィルタモジュールの側面にある、前記触媒フィルタモジュールの清浄ガス放出開口へ誘導し、
前記清浄ガス収集・放出装置が、前記第１の組および前記第２の組にとって共通の装置として設計されており、また、前記第１の組と前記第２の組との間に配置されていて、前記第１の組および前記第２の組の前記触媒エレメントの前記清浄ガス面から前記清浄ガスを受け入れるようになっており、
各前記フィルタエレメントは、供給面と、該供給面の反対側に放出面とを有し、濾過流体が、前記放出面から出ると、前記触媒エレメントの上流面によって受け入れられ、前記ガス状流体が、清浄ガスとして、前記上流面の反対側の、前記触媒エレメントの清浄ガス面から出て行き、
前記触媒エレメントの細孔サイズが、前記フィルタエレメントの細孔サイズよりも大きく、
前記フィルタエレメントが、複数の原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトを備えるハニカム構造体を有し、前記原料ガスダクトが、筒状壁部によって前記濾過流体ダクトから分離されており、前記原料ガスダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面において開口され、前記フィルタエレメントの前記放出面において閉鎖されており、前記濾過流体ダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面において閉鎖され、前記フィルタエレメントの前記放出面において開口されており、
前記フィルタエレメントの筒状壁部の軸長は、１０ｍｍ〜３００ｍｍの範囲内であり、
前記清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルの高さが、前記第１の組および前記第２の組の前記清浄ガス面の垂線の方向の間隔として測定した場合に、いずれか一方の組の前記フィルタエレメントの前記供給面から前記触媒エレメントの前記清浄ガス面までの距離の０．２〜１．４倍の範囲内である、触媒フィルタモジュール。

【請求項7】

前記清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルの高さが、前記第１の組および前記第２の組の前記清浄ガス面の垂線の方向の間隔として測定した場合に、いずれか一方の組の前記フィルタエレメントの前記供給面から前記触媒エレメントの前記清浄ガス面までの距離の０．６〜１倍の範囲内である、請求項６に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項8】

前記清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルが、該１つ以上のチャネルの縦方向に関して、前記フィルタモジュールの前記触媒エレメントの前記清浄ガス面に対して３０°以上の角度に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項9】

清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルが、該１つ以上のチャネルの縦方向に関して、前記フィルタモジュールの前記触媒エレメントの前記清浄ガス面に対して６０°以上の角度に配置されている、請求項８に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項10】

清浄ガス収集・放出装置の前記１つ以上のチャネルが、該１つ以上のチャネルの縦方向に関して、前記フィルタモジュールの前記触媒エレメントの前記清浄ガス面に対して９０°の角度に配置されている、請求項９に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項11】

前記原料ガスダクトおよび前記濾過流体ダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面の垂線に対して平行に、または、１０°〜６０°の傾斜した角度に配置されている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項12】

前記原料ガスダクトおよび前記濾過流体ダクトが、前記フィルタエレメントの前記供給面の垂線に対して平行に、または、３０°〜６０°の傾斜した角度に配置されている、請求項１１に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項13】

前記フィルタエレメントの前記筒状壁部の断面が、多角形である、請求項１〜１２の何れか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項14】

前記フィルタエレメントの前記筒状壁部の断面が、矩形、正方形、円形、または楕円形の何れかである、請求項１３に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項15】

前記筒状壁部は、縁の長さが３〜２０ｍｍの正方形の面積に相当する断面積を有する、請求項１〜１４の何れか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項16】

前記筒状壁部は、縁の長さが５〜１０ｍｍの正方形の面積に相当する断面積を有する、請求項１５に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項17】

前記フィルタエレメントの前記筒状壁部の軸長が、３０〜２００ｍｍの範囲内である、請求項１０〜１６の何れか一項に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項18】

前記フィルタエレメントの前記筒状壁部の軸長が、５０〜１５０ｍｍの範囲内である、請求項１７に記載の触媒フィルタモジュール。

【請求項19】

フィルタハウジング、および、前記ハウジングに収容される１つ以上の、請求項１〜１８のいずれか一項に記載の触媒フィルタモジュールを備える触媒フィルタシステムであって、前記ハウジングが、原料ガスチャンバと清浄ガスチャンバとに分離された内部空間を備え、前記フィルタモジュールが、前記内部空間に配置され、前記フィルタエレメントの前記供給側が、実質的に垂直に配置され、前記フィルタエレメントの前記供給側が、前記原料ガスチャンバと流体連通しており、前記フィルタモジュールの前記清浄ガス放出開口が、前記ハウジングの前記清浄ガスチャンバと流体連通している、触媒フィルタシステム。

【請求項20】

逆噴流装置を更に備える、請求項１９に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項21】

前記ハウジングが、チューブシートを備え、該チューブシートが、前記ハウジングの前記内部空間を前記原料ガスチャンバと前記清浄ガスチャンバとに分離しており、前記チューブシートが、２つ以上の前記フィルタモジュールを収容する開口を備える、請求項１９又は２０に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項22】

２つ以上の前記フィルタモジュールが互いに平行である、請求項２１に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項23】

前記フィルタモジュールは、前記供給側が互いに平行に配置された状態で、前記ハウジングに収容されている、請求項１９〜２２の何れか１項に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項24】

１つの前記フィルタモジュールの前記供給側が、隣の前記フィルタモジュールの前記清浄ガス側の方を向いている、請求項２３に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項25】

前記フィルタモジュールが、互い違いの構成で配置されている、請求項２４に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項26】

前記フィルタモジュールが、該フィルタモジュールの前記供給側が互いに平行に配置された状態で、前記ハウジングに収容されており、１つの前記フィルタモジュールの前記供給側が、隣の前記フィルタモジュールの前記供給側の方を向いている、請求項１９〜２５の何れか１項に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項27】

前記触媒フィルタシステムが、２つの隣り合う前記フィルタモジュール間に配置された仕切り板をさらに含む、請求項２６に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項28】

２つ以上の前記フィルタモジュールが、共通のラックに取り付けられている、請求項１９〜２７のいずれか一項に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項29】

２つ以上の前記フィルタモジュールが、共通のラックに取り付けられており、且つ、互いに流体接続された、該２つ以上のフィルタモジュールの清浄ガス収集・放出装置を有している、請求項２８に記載の触媒フィルタシステム。

【請求項30】

前記触媒フィルタシステムが、清浄ガス放出チャネルを備え、該清浄ガス放出チャネルに対して、前記清浄ガスが、前記フィルタモジュールの前記清浄ガス放出開口を介して前記清浄ガス収集・放出装置の放出端から実質的に直接供給される、請求項２９に記載の触媒フィルタシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、触媒フィルタモジュールおよび該触媒フィルタモジュールを備える触媒フィルタシステムに関する。本発明の触媒フィルタモジュールおよび触媒フィルタシステムは、多くの場合、ガス状流体のガス状成分の複合型の粒子除去および触媒除去に使用される。このような用途の一例は、燃焼排ガスまたは排出ガスからの粒子および窒素酸化物の複合型除去である。

【背景技術】

【0002】

燃焼排ガスを清浄にするためのフィルタシステムであって、ハニカム構造のバリアフィルタエレメントが別個の触媒エレメントと共にハウジング内に収容されるフィルタシステムが、米国特許第５，３１８，７５５号明細書から知られている。原料ガスは、最初、清浄ガス空間内に向かってバリアフィルタエレメントを通過し、次に、清浄ガス空間から、同様にハニカム構造を成す触媒エレメントを通過する。触媒エレメントは、フィルタエレメントと実質的に同じ広がりを持つ。その後、清浄ガスは、フィルタエレメントおよび触媒エレメント内での流れ方向と実質的に平行な方向に向かって、ハウジングから放出される。

【0003】

高温ガスの濾過のために、筒状フィルタキャンドルの形態をした触媒フィルタモジュールおよび該触媒フィルタモジュールをフィルタ容器内に備える濾過システムが、米国特許第６，８６３，８６８号明細書において提案されている。フィルタキャンドルは、焼結された粒子から構成される単体の多孔質体を有する。なお、前記粒子の表面は、触媒層によって被覆されている。フィルタキャンドルの上流面または供給面は、微粒子を保持する多孔質膜によって覆われている。清浄ガスは、フィルタキャンドル内に溜まり、フィルタキャンドルから共通の清浄ガス空間に向かって引き抜かれ、そこで、清浄ガスは、システムの容器から放出される。

【0004】

筒状の単体フィルタキャンドルの形態をした従来技術の触媒フィルタモジュールは、一般に、セラミック材料から作製される。従来の触媒セラミックフィルタキャンドルは、一般に２または場合によって３ｍの長さを有する。この長さは、焼結セラミック材料の機械的性質およびフィルタシステムの動作中の機械的応力が原因で、これ以上長くすることができない。したがって、個々のキャンドルのフィルタ面積は限られており、より高い体積流量率で処理するためには、数千または数万のフィルタキャンドルが必要となる。このような多数の触媒フィルタキャンドルを収容するためには、非常に大きなフィルタ容器または同時に動作する複数の容器が必要とされる。

【0005】

しかしながら、高温ガスの濾過用途における体積流量率は、最大で約１００万ｍ^３／ｈ以上であり得る。これは、上記の従来の触媒セラミックフィルタキャンドルを使用するには、あまりに高すぎる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の目的は、フィルタシステムに高い実装密度で組み込むことができるフィルタモジュールを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この問題は、請求項１に記載のフィルタモジュールによって解決される。

【0008】

本発明の触媒フィルタモジュールは、体積当たりの高いフィルタ面積を実現し、フィルタシステムに高い密度で容易に実装することができる。したがって、本発明の触媒フィルタモジュールは、極めて高い体積流量率に対する解決策を提供し、一方で、モジュールを収容するフィルタ容器のサイズは、経済的に妥当なままである。

【0009】

触媒フィルタモジュールおよび該触媒フィルタモジュールを備えるシステムは、標準的な高温ガスの濾過に有利に使用することができる。さらなる適用分野は、バイオマスガス化、焼結工場およびコークス炉工場の排出ガス清浄、発電所および焼却炉の排出ガス清浄、ＦＣＣ（ｆｌｕｉｄ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｃｒａｃｋｉｎｇ（流動接触分解））ユニットまたは化学工程（セメント産業など）などにおける精製工程である。

【0010】

［発明の詳細な説明］
本発明の触媒フィルタモジュールは、ブロック状フィルタエレメントと、触媒エレメントと、清浄ガス収集・放出装置とを備える。

【0011】

フィルタエレメントおよび触媒エレメントは、互いに実質的に同じ広がりを持つ。フィルタエレメントは、その上流面または供給面から供給ガス（例えば、排ガスまたは高温ガス）を受け入れる。フィルタエレメントのブロック状体の反対側の面（以下、濾過流体側または放出面）から、濾過流体が出て行き、触媒エレメントの上流面によって受け入れられる。

【0012】

触媒エレメントは、フィルタエレメントと該触媒エレメントとの間に小さな隙間を設けて、フィルタエレメントの濾過流体側に配置されてもよい。他の好ましい実施形態では、触媒エレメントは、フィルタエレメントに直接接触するように配置され、濾過ガス内に依然含まれているガス状成分の触媒処理のために濾過流体を直接受け入れる。

【0013】

清浄ガスは、触媒エレメントの清浄ガス面から出て行く。フィルタエレメントおよび触媒エレメントを通過する際のガスの流れ方向は、実質的に均一かつ直線的である。

【0014】

清浄ガス収集・放出装置は、触媒エレメントの清浄ガス面のほぼ全体にわたって延設され、該清浄ガス面から清浄ガスの流れを受け入れる。清浄ガス収集・放出装置は、触媒エレメントの清浄ガス面の垂線に対して横方向に清浄ガスの流れを偏向させ、誘導する。清浄ガスは、本発明のモジュールの側面にある開口を介して出て行く。

【0015】

このような設計のおかげで、フィルタエレメント、触媒エレメント、および清浄ガス収集・放出装置は、非常に小型の構造として実現することができ、また、触媒フィルタシステムのハウジングまたは容器内に、体積当たりに多くの数を取り付けることができる。

【0016】

本発明の触媒フィルタモジュールのフィルタエレメントは、特定の濾過用途の課題に応じて様々な設計から選択されてもよい。

【0017】

一般的な設計は、膜、フィルム、シート、円板、およびハニカム構造のエレメントを含む。

【0018】

フィルタエレメントは、焼結セラミック材料、焼結金属材料、または焼結プラスチック材料から作製されることが好ましい。

【0019】

フィルタエレメントは、単一構造、または、接着、溶接、もしくは焼結、または共通のフレームへのサブユニットの収容によって互いに取り付けられる複数のサブユニットとして設計されてもよい。

【0020】

大きな濾過領域が必要とされる場合、ハニカム構造のフィルタエレメントが好ましい。ハニカム構造のフィルタエレメントは、一般に、互いに同じ広がりを持ちかつ平行に配置された複数の原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトを有する。この場合、原料ガスダクトは、フィルタエレメントの原料ガス側または供給面において開口されており、フィルタエレメントの濾過流体側または放出面において閉鎖されている。濾過流体ダクトは、フィルタエレメントの原料ガス側において閉鎖されており、濾過流体側において開口されている。原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトは、多孔質の筒状壁部によって互いに分離されている。

【0021】

フィルタエレメントの筒状壁部の好ましい軸長は、約１０ｍｍ〜約３００ｍｍ、より好ましくは約３０ｍｍ〜約２００ｍｍ、最も好ましくは約５０ｍｍ〜約１５０ｍｍの範囲内である。筒状壁部の好ましい軸長は、フィルタエレメントの縦軸線が水平方向の場合であっても、逆噴流（ｂａｃｋ−ｐｕｌｓｉｎｇ）中にフィルタエレメントから粒子状物質を効率的に放出することを可能にする。

【0022】

ユニットの供給側の１０ｃｍ^２の断面当たりのフィルタエレメントの数は、好ましくは約１〜約１００、より好ましくは２〜約１０の範囲内である。一般に、同数の清浄ガスダクトが、１０ｃｍ^２の断面積ごとに設けられる。

【0023】

筒状壁部は、縁の長さが約３ｍｍ〜約２０ｍｍ、好ましくは約５ｍｍ〜約１０ｍｍの正方形の面積に相当する断面積を有する。また、相当する断面積は、他の矩形、楕円形、または円形の断面を有するように設計されたフィルタエレメントにとって好ましいものである。

【0024】

筒状壁部、ならびに、随意に原料ガスダクトおよび／または清浄ガスダクトの閉鎖端の平均多孔率は、約２５〜約９０体積％の範囲内である。

【0025】

フィルタエレメントがフィルタシステムのフィルタ容器に収容された状態で、フィルタエレメントの再生を可能にするために、ガスの逆噴流を行って、濾過動作中に原料ガスダクト内に溜まった粒子状物質を除去し、取り除く。

【0026】

本発明の触媒フィルタモジュールは、一般に、フィルタエレメントの原料ガス側が垂直に配置された状態で、触媒フィルタシステムのハウジングに収容される。

【0027】

フィルタエレメントの原料ガス側に対して垂直な、フィルタエレメントの原料ガスダクトの方向によって、効果的な逆噴流および原料ガスダクトからの粒子状物質の除去が既に可能になっている。逆噴流中に原料ガスダクトから粒子を除去する効率は、原料ガスダクト（および同様に濾過流体ダクト）を傾斜した方向に配置することによって、さらに改善することができる。原料ガスダクトの縦軸線と供給面の垂線との間の角度は、約１０°〜約６０°、好ましくは約３０°〜約６０°の範囲内であり、原料ガスダクトの最下部が開口端であることが好ましい。

【0028】

フィルタエレメントの好ましい細孔サイズは、約０．１μｍ〜約１５０μｍ、より好ましくは約１μｍ〜約１００μｍ、最も好ましくは約２μｍ〜約１０μｍの範囲内である。実施形態によっては、フィルタエレメントは、微粒子濾過用に設計され、約１μｍ未満、例えば、約０．５μｍのサイズの粒子を保持することができる。

【0029】

本発明の第１の好ましい実施形態に係る触媒エレメントは、流動床または固定床の形態をした触媒粒子状物質を収容するコンパートメントを有する。

【0030】

流動床または固定床の触媒粒子の平均粒子サイズは、約１０μｍ〜約３０ｍｍ、より好ましくは約１００μｍ〜約１０ｍｍであることが好ましい。

【0031】

第２の好ましい実施形態では、触媒エレメントは、焼結粒子および／または繊維材料または発泡材料から作製された本体を備える。触媒エレメントは、セラミック材料または金属材料から作製されてもよい。場合によっては、セラミック材料または金属材料は、それ自体で、特定の用途に十分な触媒活性を有してもよいし、または、触媒を含んでもよい（随意に、触媒は、例えば触媒エレメントの本体を含浸させるか、または、被覆することによって、触媒エレメントの本体に適用されてもよい）。

【0032】

一般的に言えば、触媒エレメントは、非常に様々な構造（例えば、ハニカム構造（カセット型、円板状もしくは板状、または繊維マットの形態の））をとり得る。触媒エレメントは、単一構造を有してもよいし、または、複数のサブユニットから構成されてもよい。

【0033】

触媒エレメントの本体は、ハニカム構造を有することが好ましい。ハニカム構造は、フィルタエレメントの詳細な説明に関連して説明したハニカム構造と同様の設計であってもよい。しかしながら、一般に、触媒エレメントのハニカム構造のダクトの両端は、一端が閉鎖されたフィルタエレメントのダクトと対照的に、開口されている。

【0034】

第１の好ましい実施形態に優る、この第２の好ましい実施形態の利点は、圧力損失（ｄｅｌｔａ ｐ）がより少なく、かつ、触媒活性成分がより均質に分布するような触媒エレメントが、設計され得ることである。

【0035】

触媒エレメントにおける圧力降下がより少ないことによって、フィルタモジュールの再生中のより効果的な逆噴流が実現される。

【0036】

触媒エレメントの細孔サイズは、フィルタエレメントの細孔サイズよりも大きくされることが好ましい。したがって、触媒エレメントは、フィルタモジュールのフィルタ効果に顕著には寄与しない。すなわち、触媒エレメントは、供給ガスから粒子状物質を分離することにほとんど積極的に関与しない。

【0037】

好ましい触媒エレメントの平均細孔サイズは、約１０〜約５００μｍ、より好ましくは約５０〜約２００μｍの範囲内である。

【0038】

セラミック発泡体製の好ましい触媒エレメントは、細孔密度が約１０〜約６０ｐｐｉ（１インチ当たりの孔の数）、より好ましくは約３０〜４５ｐｐｉであることによって特徴付けることができる。セラミック発泡体は、平均粒子サイズが約０．１〜約１００μｍ、より好ましくは約０．３〜約３０μｍである焼結粒子から作製されることが好ましい。

【0039】

セラミック繊維製の多孔質体の形態をした触媒エレメントが好ましい。この場合、繊維の平均繊維直径は、約１〜５０μｍ、より好ましくは約２〜１０μｍである。好ましい繊維の長さは、約１〜約２０ｍｍの範囲内である。

【0040】

本発明の触媒フィルタモジュールに使用される触媒エレメントの上流面には、安全フィルタ層が設けられてもよい。この場合、触媒エレメントは、さらに安全ヒューズの機能を有する。

【0041】

触媒フィルタモジュールは、該触媒フィルタモジュールを特定の用途の要求に適合させるために、様々な触媒活性、さらには、組み合わせた触媒活性を有するように設計されてもよい。一般的な触媒活性は、例えば、酸化還元反応、ＮＯ還元、またはタール除去である。

【0042】

用途に応じて、本発明のフィルタモジュールは、第１の触媒エレメントの触媒活性とは異なる触媒活性を有する第２の触媒エレメントを備えてもよい。

【0043】

清浄ガス収集・放出装置は、１つ以上の互いに平行なチャネルを有するように設計されてもよい。清浄ガス収集・放出装置のチャネルの高さは、触媒エレメントの清浄ガス面の垂線の方向の間隔として測定した場合に、フィルタエレメントの供給面から触媒エレメントの清浄ガス面までの距離の約０．１〜約０．７倍、好ましくは約０．３〜約０．５倍の範囲内であることが好ましい。

【0044】

本発明のさらに別の態様によれば、フィルタモジュールは、第１の組のブロック状フィルタエレメントおよび触媒エレメントと、第２の組のブロック状フィルタエレメントおよび触媒エレメントとを備えてもよく、この場合、第１の組および第２の組は、互いに離間して配置され、各触媒エレメントの清浄ガス面は、後ろ合わせに配置され、前記清浄ガス収集・放出装置は、第１の組と第２の組との間に配置されて、第１の組および第２の組の触媒エレメントの清浄ガス面から清浄ガスを受け入れるようになっており、双方の組のために機能する。清浄ガス収集・放出装置の１つ以上のチャネルの高さは、２つの組の清浄ガス面の垂線の方向の間隔として測定した場合に、いずれか一方の組のフィルタエレメントの供給面から触媒エレメントの清浄ガス面までの距離の約０．２〜約１．４倍、より好ましくは約０．６〜約１倍の範囲内であることが好ましい。

【0045】

本発明のさらに別の態様によれば、清浄ガス収集・放出装置のチャネルは、その縦方向に関して、フィルタモジュールの触媒エレメントの清浄ガス面に対して約３０°以上、好ましくは約６０°以上、より好ましくは約９０°の角度に配置される。

【0046】

偏向のこの角度は、好ましい実施形態では、フィルタモジュールのブロック状ユニットの放出側の全体にわたって延設された清浄ガス収集・放出装置のチャネルの壁または複数の壁の方向によって規定される。

【0047】

上記２つの組のフィルタエレメントおよび触媒エレメントは、放出面が互いに平行になるように、後ろ合わせに配置されることが好ましい。この場合、清浄ガスダクトから出て行く清浄ガスの偏向の角度は約９０°となる。

【0048】

しかしながら、後ろ合わせに配置されるブロック状ユニットの放出側面は、平行に配置されなくてもよい。しかしながら、清浄ガスダクトから出て行く清浄ガスの偏向角度は、好ましくは約３０°以上、より好ましくは約６０°以上である。

【0049】

好ましい本発明の触媒フィルタモジュールは、矩形断面を有する触媒フィルタキャンドルとして設計され、従来の筒状フィルタキャンドルと同様にチューブシートから吊り下げられるようにして、フィルタシステムの容器に配置されてもよい。

【0050】

フィルタモジュールは、複数のサブユニットを備えるフィルタエレメントから作製されてもよい。この場合、複数のサブユニットは、該サブユニットを互いに接着、焼結、もしくは溶接することによって、または、共通のフレームに該サブユニットを収容することによって、組み立てられる。触媒エレメントは、フィルタエレメントのすべてのサブユニットに対して機能する単一エレメントまたは複数のサブユニット（例えば、触媒エレメントの１つのサブユニットが、フィルタエレメントの４つのサブユニットに対して機能したり、または、触媒エレメントのサブユニットの数が、フィルタエレメントを構成するサブユニットの数に等しかったりする）からなっていてもよい。

【0051】

本発明のフィルタモジュールは、その側面にフレームをさらに含んでもよく、これにより、ハウジングへのフィルタモジュールの取付けが容易になる。

【0052】

本発明はさらに、先に説明したようにハウジングに１つ以上の触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムに関する。

【0053】

前記ハウジングは、原料ガスチャンバと清浄ガスチャンバとに分離された内部空間を備える。フィルタモジュールは、前記内部空間に配置され、フィルタエレメントの供給面は、実質的に垂直に配置され、原料ガスチャンバと流体連通される。フィルタモジュールの清浄ガス放出開口は、ハウジングの清浄ガスチャンバと流体連通される。随意に、本システムは、逆噴流装置を備える。

【0054】

ハウジングは、チューブシートを備え、該チューブシートが、ハウジングの内部空間を原料ガスチャンバと清浄ガスチャンバとに分離し、前記チューブシートが、好ましくは互いに平行に１つ以上のフィルタモジュールを収容する開口を備えることが好ましい。

【0055】

本システムの好ましい実施形態によれば、フィルタモジュールは、供給側が互いに平行になるように、ハウジングに収容され、随意に、１つのフィルタモジュールの供給側が、隣のモジュールの清浄ガス側の方を向いており、フィルタモジュールが、互い違いの構成（ｓｔａｇｇｅｒｅｄ ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）で配置されることが好ましい。

【0056】

本システムのさらに好ましい実施形態によれば、フィルタモジュールは、供給側が互いに平行になるように、ハウジングに収容され、１つのモジュールの供給側が、隣のモジュールの供給側の方を向いており、好ましくは、本システムは、２つの隣り合うフィルタモジュール間に配置された仕切り板をさらに含む。

【0057】

本システムのさらに別の好ましい実施形態によれば、２つ以上のフィルタモジュールが、共通のラックに取り付けられ、好ましくは、該２つ以上のフィルタモジュールの清浄ガス収集・放出装置が、互いに流体連通される。本システムは、清浄ガス放出チャネルを備え、該清浄ガス放出チャネルに対して、清浄ガスが、フィルタモジュールの清浄ガス開口を介して、清浄ガス収集・放出装置の放出端から実質的に直接供給されることが好ましい。

【図面の簡単な説明】

【0058】

【図1A】本発明の第１の実施形態に係る触媒フィルタモジュールを示している。

【図1B】安全ヒューズ機能を備える、図１Ａの触媒フィルタモジュールを示している。

【図2】本発明の第２の実施形態に係る触媒フィルタモジュールを示している。

【図3】本発明の第３の実施形態に係る触媒モジュールを示している。

【図4A】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第１の実施形態の概略図を示している。

【図4B】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第１の実施形態の一詳細を示している。

【図4C】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第１の実施形態の別の詳細を示している。

【図5A】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第２の実施形態の概略図を示している。

【図5B】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第２の実施形態の一詳細を示している。

【図5C】本発明に係る触媒フィルタモジュールを組み込んだ触媒フィルタシステムの第２の実施形態の別の詳細を示している。

【発明を実施するための形態】

【0059】

図１Ａは、本発明に係る触媒フィルタモジュール１０を示しており、触媒フィルタモジュール１０は、ブロック状に設計されたフィルタエレメント１２と、触媒エレメント１４と、清浄ガス収集・放出装置１６とを含む。

【0060】

ブロック状フィルタエレメント１２および触媒エレメント１４は、互いに実質的に同じ広がりを持つよう設計されており、フィルタエレメント１２から出て行く濾過流体が、触媒エレメント１４に直接供給されるようにするために、並べて（好ましくは、互いに直接接触するように）配置されている。

【0061】

触媒エレメント１４の清浄ガス側には、触媒エレメント１４の清浄ガス側または下流側と実質的に同じ広がりを持った構造の清浄ガス収集・放出装置１６が設けられている。

【0062】

清浄ガス収集・放出装置１６は、箱形チャネル１８を含み、箱形チャネル１８は、フィルタモジュール１０の前側１９にある開口２０を介して、例えば、触媒フィルタシステム（図１Ａでは図示せず）の清浄ガスチャンバに通じている。

【0063】

フィルタエレメント１２は、様々な設計を有してもよく、また、粒子負荷、および、原料ガスから除去される粒子の特性に応じて選択される。

【0064】

以下の記載では、本発明は、いわゆるハニカム構造を有する、特定の好ましいフィルタエレメント１２との関連において説明される。しかしながら、言うまでもなく、本発明は、このような特定のタイプのフィルタエレメントに限定されるわけではない。

【0065】

触媒フィルタモジュール１０のフィルタエレメント１２は、基本的に１つのユニット２２からなり、１つのユニット２２は、複数の原料ガスダクト２４を備え、これらの原料ガスダクト２４は、開口端２８および第２の閉鎖端３０を有する縦方向の多孔質の筒状壁部２６を有する。

【0066】

筒状壁部２６は、正方形の断面を有し、また、複数の濾過流体ダクト３２と共に格子状に配置されており、濾過流体ダクト３２は、原料ガスダクト２４と実質的に同じ広がりを持ち、原料ガスダクト２４と平行に配置され、原料ガスダクト２４間に規則的に介挿されている。濾過流体ダクト３２の一端３４は開口されており、濾過流体ダクト３２の他端３６は閉鎖されている。原料ガスダクト２４の開口端２８および濾過流体ダクト３２の閉鎖端３６によって、フィルタエレメント１２の上流面または供給面３８の第１の格子パターンが形成されている。ユニット２２の反対の側または放出面４０には、原料ガスダクト２４の閉鎖端３０および濾過流体ダクト３２の開口端３４から構成される格子パターンが設けられている。原料ガスダクト２４の筒状壁部２６は、細孔のサイズが一定である多孔質材料、例えば、焼結セラミック材料、焼結金属材料、または焼結高分子材料から構成されている。これと同時に、壁部２６は、その縦方向に沿って濾過流体ダクト３２を形成している。

【0067】

フィルタエレメント１２の供給面３８に進入する原料ガスは、原料ガスダクト２４の開口端２８に流入し、フィルタエレメント１２の筒状壁部２６を通過し、濾過ガスが、濾過流体ダクト３２内に受け入れられて、濾過流体ダクト３２から、濾過ガスは、フィルタエレメント１２の放出面４０に向けて放出される。

【0068】

ユニット２２の放出面４０では、触媒エレメント１４が、フィルタエレメント１２の前記面の全体にわたって延設されている。触媒エレメント１４は、例示的に、ＤｅＮＯｘ触媒活性を有するエレメントとして説明されてもよい。

【0069】

触媒エレメント１４は、細孔密度が約３０ｐｐｉである、例えばアルミナ炭化物またはシリコン炭化物のセラミック発泡体の支持体を備える。支持体は、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_３の組成物の選択接触還元（ＳＣＲ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ｃａｔａｌｙｔｉｃ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒によって、触媒的に活性化される。

【0070】

背面および３つの側面が閉鎖され、かつ、図１に示した前側面４４のみが開口された清浄ガス収集・放出装置１６が設けられている。清浄ガスは、開口２０を介してフィルタモジュール１０から出て行く。

【0071】

フィルタシステムのハウジングまたは容器へのフィルタモジュール１０の取付けを容易にするために、フィルタモジュール１０の前側面４４には、外側に突出したフランジ４６が設けられている。

【0072】

フィルタモジュール１０の側面は、清浄ガス収集・放出装置１６を組み込むことができる金属フレーム構造４８によって覆われていることが好ましい。フレーム構造４８の側面の１つ（図１Ａの前側面４４）には、フランジ４６および開口２０が設けられてもよい。

【0073】

本発明によれば、原料ガスダクト１４の長さは、約３００ｍｍ以下に制限されていることが好ましい。これにより、驚いたことに、フィルタモジュールおよびそのフィルタエレメントが、図１Ａに示したように水平に配置されている場合でも、濾過動作中に筒状壁部２６に溜まった粒子状物質を除去する、フィルタモジュールおよびそのフィルタエレメントの、逆噴流による極めて容易な洗浄が可能となる。

【0074】

ユニット２２の供給側のサイズは、例えば、２５０×２５０ｍｍ^２であってもよい。これは、ユニット２２のダクト構造を作り出すために押出し工程を用いてセラミック材料からユニット２２を作製する際の一般的なサイズである。他の製造工程によって、より大きなサイズのユニット２２が可能であってもよい。原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトの長さは、前に述べたように、約３００ｍｍであってもよい。

【0075】

一般に、触媒フィルタモジュールのサイズは、かなり大きいことが望ましい。この必要性は、モジュールの上流供給側の面積をより大きくするために、例えば、１５００×１０００ｍｍ^２または４０００×２５０ｍｍ^２の面積にするために、多数のユニット２２を並べて互いに取り付けたマルチユニット構造によって、容易に満たすことができる。第１の例の場合、６×４個のユニット２２のマトリックスが必要とされ、第２の例では、この必要性は、１６×１個のユニットのマトリックスによって満たされる。

【0076】

ユニットの取り付けは、ユニットの側面を互いに焼結、溶接、または接着することによって達成されてもよい。あるいは、多数のユニットは、共通のフレームに取り付けられてもよく、この場合、多数のユニットの側面は、互いにシールされる。

【0077】

触媒エレメントは、同様に２つ以上のユニットを備えてもよく、フィルタエレメントに関連して言及した方法によって、単一構造となるように取着されるか、または、取り付けられてもよい。

【0078】

マルチユニット構成のフィルタモジュールでは、清浄ガス収集・放出装置は、１つ以上のチャネルを有するように設計され、この場合、各チャネルは、２つ以上のユニットから清浄ガスを受け入れる。

【0079】

図１Ｂは、図１Ａのフィルタモジュール１０の修正例であるフィルタモジュール１０’を示している。したがって、同一の部品は、図１Ａの説明で使用したのと同じ参照符号によって示されている。図１Ａを参照しながら既に説明した構成要素に加えて、フィルタモジュール１０’は、濾過流体ダクト３２の出口を覆う板状エレメントの形態をした安全ヒューズ４９を含む。安全ヒューズ４９は、フィルタエレメント１２の放出面と実質的に同じ広がりを持つ。１つ以上の原料ガスダクト２４（例えば、その筒状壁部）に不具合がある場合に、濾過されずに濾過流体ダクト３２内に進入した原料ガスは、安全ヒューズ４９を事前に通過せずには、触媒エレメント１４に到達することができない。安全ヒューズ４９は、触媒エレメント１４の上流面に設けられてもよい。

【0080】

チャネル１８の閉鎖後壁から触媒エレメントの清浄ガス面までの距離（間隔ｈ）は、フィルタエレメントの供給面から清浄ガス面までの距離の約０．３〜約０．５倍であることが好ましい。

【0081】

濾過流体は、触媒エレメント１４によって受け入れられ、触媒エレメント１４を通過して、清浄ガス収集・放出装置１６に進む。次に、清浄ガスの流れは、約９０°だけ偏向され、触媒エレメント１４の清浄ガス面に対して平行に誘導される。

【0082】

図２は、本発明に係る触媒フィルタモジュール５０の第２の実施形態を示している。

【0083】

フィルタモジュール５０は、１つのユニット５４の形態をしたブロック状フィルタエレメント５２を備え、該１つのユニット５４は、複数の原料ガスダクト５６を備え、これらの原料ガスダクト５６は、開口端６０および第２の閉鎖端６２を有する縦方向の多孔質の筒状壁部５８を有する。

【0084】

筒状壁部５８は、正方形の断面を有し、また、複数の濾過流体ダクト６４と共に格子状に配置されており、複数の濾過流体ダクト６４は、原料ガスダクト５６と実質的に同じ広がりを持ち、原料ガスダクト５６と平行に配置され、原料ガスダクト５６間に規則的に介挿されている。濾過流体ダクト６４の一端６６は開口されており、濾過流体ダクト６４の他端６８は閉鎖されている。原料ガスダクト５６の開口端６０および濾過流体ダクト６４の閉鎖端６８によって、フィルタエレメント５２の上流面または供給面７０の第１の格子パターンが形成されている。

【0085】

ユニット５４の反対側の面または放出面７２には、原料ガスダクト５６の閉鎖端６２および濾過流体ダクト６４の開口端６６から構成される格子パターンが設けられている。原料ガスダクト５６の筒状壁部５８は、細孔のサイズが一定である多孔質材料、例えば、焼結セラミック材料、焼結金属材料、または焼結高分子材料から構成されている。これと同時に、壁部５８は、その縦方向に沿って濾過流体ダクト６４を形成している。

【0086】

触媒フィルタモジュール５０の供給側に進入する原料ガスは、原料ガスダクト５６の開口端６０に流入し、触媒フィルタモジュール５０の筒状壁部５８を通過し、濾過流体が、濾過流体ダクト６４内に受け入れられて、濾過流体ダクト６４から、濾過流体は、ユニット５４の放出側７２を介して放出される。

【0087】

ユニット５４の放出側７２の面の全体にわたって、触媒エレメント７４が延設されている。

【0088】

触媒エレメント７４は、図１Ａおよび図１Ｂに示した触媒エレメント１４と同様に設計されてもよい。

【0089】

触媒エレメント７４の清浄ガス面７７には、清浄ガス収集・放出装置７６が設けられている。清浄ガス収集・放出装置は、箱形チャネル７８を備え、箱形チャネル７８は、背面および３つの側面において閉鎖され、図２に示したように横側面８０においてのみ開口されている。

【0090】

清浄ガスは、開口８２を介してフィルタモジュール５０から出て行く。フィルタシステムのハウジングへのフィルタモジュール５０の取付けを容易にするために、フィルタモジュール５０の前側面には、外側に突出したフランジ８６が設けられている。

【0091】

図１の触媒フィルタモジュール１０と対照的に、図２の触媒フィルタモジュール５０は、供給面７０の垂線に対して傾斜した方向に配置された原料ガスダクト５６（および濾過流体ダクト６４）を有し、原料ガスダクトの開口端は、原料ガスダクトの閉鎖端よりも下に配置されている。水平線に対する、原料ガスダクトの縦軸線の角度は、約３０°〜約６０°の範囲内であってもよい。

【0092】

逆噴流の際、原料ガスダクト５６の内部空間は、原料ガスダクト５６の筒状壁５８が傾斜した構成になっているため、濾過工程中に蓄積した粒子状物質を除去してより容易に洗浄することができる。

【0093】

ユニット５４内の原料ガスダクト５６が、傾斜した構成になっているため、濾過面対体積の比率は、幾分より低いものとなる。しかしながら、このことは、フィルタモジュール５０の逆噴流特性を改善することによって補償される。このことは、最終的に、フィルタモジュール１０と比較して、このタイプのモジュールのサイクル時間をより長くすることを可能にする。

【0094】

図３は、フィルタモジュール１００の形態をした本発明の第３の実施形態を示している。フィルタモジュール１００は、２組のフィルタエレメントおよび触媒エレメントを備える。２組のユニット１０２、１０４は、図１Ａのフィルタモジュール１０のフィルタエレメント１２と同一の基本構造を有する。

【0095】

２つのユニット１０２、１０４は、複数の原料ガスダクト１０６、１０８を備え、複数の原料ガスダクト１０６、１０８は、開口端１１４、１１６および第２の閉鎖端を有する縦方向の多孔質の筒状壁部１１０、１１２を有する。筒状壁部１１０、１１２は、正方形の断面を有し、また、複数の濾過流体ダクト１２２、１２４と共に格子状に配置されており、複数の濾過流体ダクト１２２、１２４は、原料ガスダクト１０６、１０８と実質的に同じ広がりを持ち、原料ガスダクト１０６、１０８と平行に配置され、原料ガスダクト１０６、１０８間に規則的に介挿されている。

【0096】

濾過流体ダクト１２２、１２４の一端は開口されており、濾過流体ダクト１２２、１２４の他端１３０、１３２は閉鎖されている。原料ガスダクト１０６、１０８の開口端１１４、１１６および濾過流体ダクト１２２、１２４の閉鎖端１３０、１３２によって、フィルタモジュール１００の上流側または供給側１３４、１３６の第１の格子パターンが形成されている。

【0097】

ユニット１０２、１０４の反対側の面１４０、１４２には、原料ガスダクト１０６、１０８の閉鎖端および濾過流体ダクト１２２、１２４の開口端から構成される格子パターンが設けられている。これらの面１４０、１４２は、ユニット１０２、１０４の下流面または放出面である。原料ガスダクト１０６、１０８の筒状壁部１１０、１１２は、細孔のサイズが一定である多孔質材料、例えば、焼結セラミック材料、焼結金属材料、または焼結高分子材料から構成されている。これと同時に、壁部１１０、１１２は、その縦方向に沿って濾過流体ダクト１２２、１２４を形成している。

【0098】

フィルタモジュール１００の供給面１３４、１３６に進入する原料ガスは、原料ガスダクト１０６、１０８の開口端１１４、１１６に流入し、フィルタモジュール１００の筒状壁部１１０、１１２を通過し、濾過流体が、濾過流体ダクト１２２、１２４内に受け入れられて、濾過流体ダクト１２２、１２４から、濾過流体は、ユニット１０２、１０４の放出面１４０、１４２を介して出て行く。

【0099】

触媒エレメント１４４、１４６は、図１Ａのフィルタモジュール１０の触媒エレメント１４に関連して説明したように設計されてもよい。

【0100】

しかしながら、図１Ａのフィルタモジュール１０と対照的に、図３のフィルタモジュール１００は、２組のユニット１０２、１０４および触媒エレメント１４４、１４６を有し、２組のユニット１０２、１０４および触媒エレメント１４４、１４６は、原料ガスダクトの閉鎖端および濾過流体ダクトの開口端に配置された触媒エレメント１４４、１４６が互いに対向するように、後ろ合わせ構成で配置されている。

【0101】

したがって、ユニット１０２、１０４および触媒エレメント１４４、１４６の双方の組によって供給される清浄ガスの収集および放出を行うためには、１つの共通の清浄ガス収集・放出装置１５４で十分である。双方の触媒エレメント１４４、１４６からの清浄ガスは、清浄ガス収集・放出装置１５６に進入するときに、約９０°だけ偏向され、フィルタモジュール１００のフィルタエレメント１０２、１０４および触媒エレメント１４４、１４６内でのガスの流れ方向に対して横方向に誘導される。清浄ガスは、開口１６０を介して触媒フィルタモジュール１００から出て行き、これらのモジュール１００を備える濾過システムから放出される。

【0102】

図１Ａ、図１Ｂ、および図２のフィルタモジュール１０および５０を、前面２８、６８が、清浄ガス収集・放出装置１６、７６のチャネルの後ろの方を向いた状態で、１つのハウジングまたは容器内に多数のモジュールの構成で容易に配置することできる場合、逆噴流の際にフィルタエレメントから除去された粒子状物質は、このような濾過システムから容易に廃棄し、取り除くことができる。

【0103】

しかしながら、図３に示されているような１つのハウジングまたは容器内の多数のフィルタモジュール１００の構成では、予防手段を講じなければならない。

【0104】

逆噴流の際、フィルタモジュール１００を備えるシステムでは、互いに対向する２つのフィルタモジュールの相互汚染が起こる可能性がある。したがって、図３に示したように、２つの隣り合うフィルタモジュール１００の供給面間に仕切り板１８０を配置することが好ましい。

【0105】

図４Ａは、本発明に係る触媒濾過システム２００の第１の実施形態を示している。フィルタシステム２００は、細長い箱形の構成のハウジング２０２を備える。ハウジング２０２は、ベースフレーム２０３上に支持されている。

【0106】

箱形ハウジング２０２内では、２つの列の複数の触媒フィルタモジュールスタック２０４、２０４’、２０４’’、…および２０６、２０６’、２０６’’、…は、２つの列のフィルタモジュールの放出開口が互いに反対方向を向いた状態で配置されている。箱形ハウジング２０２の縦軸線に沿って、スタックは、互いに所定の間隔を置いて平行に配置されている（図４Ｂおよび図４Ｃ参照）。

【0107】

それぞれがフィルタモジュール２０４ａ、ｂ、ｃ、ｄおよび２０６ａ、ｂ、ｃ、ｄから構成される個々のスタック２０４、２０６内では、フィルタモジュールが、これらを互いに接着、溶接、もしくは焼結することによって、または、これらをフレームに取り付けることによって互いに固定されてもよい。

【0108】

フィルタシステム２００の例示的なレイアウトでは、フィルタモジュール２０４ａ、２０６ａの供給側は、１５００ｍｍの長さおよび１０００ｍｍの高さを有してもよく、また、フィルタモジュールの奥行は、約４００ｍｍであってもよい。このようなフィルタモジュールは、例えば、供給側面のサイズが２５０ｍｍ×２５０ｍｍであり、かつ、フィルタエレメントの筒状壁部の長さが約１４０ｍｍであってもよいブロック状ユニットを２４個備えてもよい。

【0109】

フィルタエレメントの放出面における触媒エレメントは、厚さが流体の流れ方向において２００ｍｍである板状体であってもよい。

【0110】

清浄ガス収集・放出チャネルの間隔ｈは、約６０ｍｍであってもよい。

【0111】

フィルタモジュールの２つの隣り合うスタック２０４および２０４’または２０６および２０６’の間の距離は、例えば、約１００ｍｍに設定されてもよい。

【0112】

ハウジングの上面には、ハウジング２０２およびそのフィルタモジュール２０４、２０６に原料ガスを供給する原料ガス供給チャネル２０８が設けられている。原料ガス供給チャネル２０８の断面領域は、図４Ａの正面に示した前端からシステム２００の後端２１４に位置する終端にかけて次第に小さくなっている。

【0113】

縦方向の両側面において、ハウジング２０２は、清浄ガスが放出され得る、システム２００の後端２１４において開口された清浄ガス通路２１０、２１２を備える。

【0114】

ハウジング２０２の縦軸線に沿って多数のフィルタモジュールスタック２０４、２０６から受け入れられる清浄ガスの量が次第に増大することに対応するために、清浄ガス通路２１０、２１２の断面は、システム２００の後端２１４の方向に向かって次第に大きくなっている。

【0115】

一変形例によれば、清浄ガス放出チャネル２１０、２１２は、フィルタモジュールスタック２０４、２０６を交換しなければならないときに、全体的に取り外し可能であってもよい。あるいは、図４Ａに示しているように、清浄ガス放出チャネル２１０、２１２には、清浄ガス放出チャネル２１０、２１２を完全に取り外さずともフィルタモジュールへの接近およびこれの交換を可能にする多数のドア２１８が設けられてもよい。

【0116】

システム２００は、概略的にのみ示した管２１６によって逆噴流ガスを受け入れる逆噴流機器を組み込んでいる。図４Ａには、スタック２０４のフィルタモジュールを再生するために逆噴流ガスをスタック２０４のフィルタモジュールに供給する管２１６しか示していない。スタック２０６を再生するためには、同様の管（図示せず）が必要とされる。

【0117】

逆噴流ガス管２１６から延在している複数の逆噴流供給チューブ２６４は、様々なフィルタモジュールスタック２０４、２０４’、２０４’’、…に向けて吹き返しガスを誘導する。

【0118】

個々のフィルタモジュール２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄおよび２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄに清浄ガス放出チャネルを介して供給される逆噴流圧力によって、これらのフィルタモジュールのフィルタエレメントから、濾過動作中に溜まった粒子状物質が除去される。

【0119】

逆噴流中に放出された粒子状物質は、ハウジング２０２の底に配置された角錐形の集塵器２２０に収集される。

【0120】

原料ガスの成分の触媒除去が、反応物を必要とする場合、および／または、吸着剤が、濾過を完了させるために必要とされる場合、原料ガス供給チャネルに、吸着剤および／または反応物の注入ユニット２２２が設けられてもよい。

【0121】

図５Ａでは、本発明の触媒フィルタシステム３００の第２の実施形態が、示されており、これは、基本的に円筒壁部３０４からなるハウジング３０２を備え、円筒壁部３０４の上端は、ドーム状カバー３０６によって閉鎖されており、円筒壁部３０４の下端は、円錐台形の集塵器３０８に取り付けられている。

【0122】

ハウジング３０２は、円筒壁部３０４の上端の断面全体を覆うチューブシート３１４によって、原料ガスチャンバ３１０と清浄ガスチャンバ３１２とに分割されている。

【0123】

原料ガスチャンバ３１０は、供給ガス入口３１６を介してつながっており、供給ガス入口３１６を介して、原料ガスは、原料ガスチャンバ３１０内に導入することができる。

【0124】

ハウジング３０２のドーム形状部３０６は、清浄ガス出口３１８を備え、清浄ガス出口３１８を介して、清浄ガスは放出することができる。

【0125】

チューブシート３１４は、複数の矩形開口３２０を備え、複数の矩形開口３２０は、本発明に係る複数のキャンドル型の触媒フィルタモジュール３３０を収容する。

【0126】

図５Ｂには、キャンドル状の触媒フィルタモジュール３３０が、幾分詳細に示されており、キャンドル状の触媒フィルタモジュール３３０の上端には、外側に延在した周縁フランジ３３２が設けられており、周縁フランジ３３２は、フィルタモジュール３３０をチューブシート３１４の開口３２０内に下方に向かって吊り下げるように取り付けるのに役立つ。

【0127】

図５Ｃは、図５Ａの線Ｖ−Ｖにおけるシステム３００の断面を示している。

【0128】

個々の触媒フィルタモジュール３３０は、順番に上にスタックされた５つのユニット３３４、３３５、３３６、３３７、および３３８を備える。なお、これらの供給側または上流側はすべて、図５Ｂに示しているように左の方を向いている。ユニット３３４〜３３８は、図１Ａに示したのとほぼ同じような、原料ガスダクトと濾過流体ダクトとが格子状に交互に配置された構成を有しているため、この点に関するより詳細な説明は、ここでは省略する。ブロック状ユニット３３４〜３３８は、共通のフレーム構造３５２内に組み立てられてもよく、共通のフレーム構造３５２は、これらのユニットをまとめて保持し、また、共通の清浄ガスチャネル３４６を有する。共通のフレーム構造３５２の上面には、フランジ３３２が一体化され、開口３５０が設けられてもよい。

【0129】

ブロック状ユニット３３４〜３３８の反対側の面は、共通の触媒エレメント３４０によって覆われている。

【0130】

共通の触媒エレメント３４０の下流側または放出側３４２には、基本的に１つの清浄ガスチャネル３４６からなる共通の清浄ガス収集・放出装置３４４が設けられ、該１つの清浄ガスチャネル３４６の上端３４８から、開口３５０を介して、ハウジング３０２の清浄ガスチャンバ３１２に向かって、清浄ガスが放出される。図１Ｂに示し、図１Ｂとの関連で説明したものと同様に、フィルタモジュール３３０には、フィルタモジュールの放出側面の全体にわたって延設される板状の安全ヒューズエレメント（図５Ａ〜図５Ｃには図示せず）が設けられてもよい。

【0131】

キャンドル型フィルタモジュール３３０は、チューブシート３１４に平行な互い違いの構成で配置される。この場合、個々のフィルタモジュール３３０の上流側または供給側は、隣のフィルタモジュール３３０の清浄ガスチャネルの背面の方を向いている。

【0132】

触媒フィルタシステム３００の触媒フィルタモジュール３３０の再生のために、逆噴流システム３６０が設けられている。逆噴流システム３６０は、圧力源３６２と、ドーム状カバー３０６内の、個々のフィルタモジュール３３０上で終端している複数の供給ライン３６４とを備える。

【0133】

触媒フィルタモジュール３３０のブロック状ユニット３３４、３３５、３３６、３３７、３３８の原料ガスダクトから除去される粒子状物質は、重力によってコーン形の集塵ハウジング部３０８内に収集される。

【0134】

逆噴流の際に、粒子状物質が、フィルタモジュール３３０のブロック状ユニット３３４、３３５、３３６、３３７、３３８の原料ガスダクトから除去されるとき、隣り合うフィルタモジュール３３０間の相互汚染は、フィルタモジュール３３０が上述したように互いに平行に配置されているため、起こり得ない。

【0135】

本発明の利点について、例示的な設計を用いて幾分より詳細に説明する。

【0136】

触媒フィルタモジュール２０４、２０６を有する、図４Ａ〜図４Ｃのシステム２００は、粒子状物質および窒素酸化物を除去する目的で１時間当たり２３４，０００標準立方メートルの体積流量の燃焼排ガスを処理するために、以下のように設計されてもよい。

【0137】

フィルタモジュール２０４、２０６の供給側の面積は、それぞれ、１５００×１０００ｍｍ^２である。フィルタエレメントは、正方形の断面のサイズが１０ｍｍ×１０ｍｍであり、かつ、軸長が１４０ｍｍである原料ガスダクトおよび濾過流体ダクトから構成されるハニカム構造体である。各モジュールのフィルタエレメントは、供給面積が２５０ｍｍ×２５０ｍｍであるユニットの６×４個の構成、計２４個から構成される。

【0138】

フィルタモジュールは、流れ方向の厚さが２００ｍｍであり、細孔密度が３０ｐｐｉ（１インチ当たりの孔の数）であるセラミックＳｉＣ発泡体から構成される板状の触媒エレメントであって、ＴｉＯ_２、Ｖ_２Ｏ_５、ＷＯ_３の組成物のＳＣＲ触媒によって触媒的に活性化される板状の触媒エレメントを備える。

【0139】

大気圧および約３００℃の動作温度では、先に指定した体積流量を処理するために、１９２個のフィルタモジュールが必要とされる。

【0140】

図４Ａ〜図４Ｃに示したような４つのモジュールのスタック２０４、２０６として１９２個のフィルタモジュールを収容するハウジング２０２のサイズは、幅３．５ｍ、長さ１２．５ｍ、および高さ４ｍの寸法を有する。フィルタモジュールは、ハウジングの縦方向における、スタック間の距離が１００ｍｍの状態でハウジングに組み込まれてもよい。

【0141】

動作圧力が、大気圧より上の約１バール以上の場合、図５Ａの実施形態のために示した容器型のハウジング３０２を使用することが好ましい。

【符号の説明】

【0142】

１０、１０’、５０、１００、２０４ａ、２０４ｂ、２０４ｃ、２０４ｄ、２０６ａ、２０６ｂ、２０６ｃ、２０６ｄ、３３０…触媒フィルタモジュール、１２、５２…ブロック状フィルタエレメント、１４、７４、１４４、１４６、３４０…触媒エレメント、１６、７６、１５４、１５６、３４４…清浄ガス収集・放出装置、１８、７８…箱形チャネル、１９…前側、２０、８２、１６０、３５０…開口、２２、５４、１０２、１０４、３３４、３３５、３３６、３３７、３３８…ユニット、２４、５６、１０６、１０８…原料ガスダクト、２６、５８、１１０、１１２…筒状壁部、２８、６０、１１４、１１６…原料ガスダクトの開口端、３０、６２…原料ガスダクトの閉鎖端、３２、６４、１２２、１２４…濾過流体ダクト、３４、６６…濾過流体ダクトの開口端、３６、６８、１３０、１３２…濾過流体ダクトの閉鎖端、３８、７０、１３４、１３６…供給面、４０、７２、１４０、１４２、…放出面、４４…前側面、４６、８６…フランジ、４８、３５２…フレーム構造、４９…安全ヒューズ、７７…清浄ガス面、８０…横側面、１８０…仕切り板、２００、３００…触媒フィルタシステム、２０２、３０２…ハウジング、２０３…ベースフレーム、２０４、２０４’、２０４’’、２０６、２０６’、２０６’’…触媒フィルタモジュールスタック、２０８…原料ガス供給チャネル、２１０、２１２…清浄ガス放出チャネル、２１４…後端、２１６…管、２１８…ドア、２２０、３０８…集塵器、２２２…注入ユニット、２６４…逆噴流供給チューブ、３０４…円筒壁部、３０６…ドーム状カバー、３１０…原料ガスチャンバ、３１２…清浄ガスチャンバ、３１４…チューブシート、３１６…供給ガス入口、３１８…清浄ガス出口、３２０…矩形開口、３３２…周縁フランジ、３４２…放出面、３４６…清浄ガスチャネル、３４８…上端、３６０…逆噴流システム、３６２…圧力源、３６４…供給ライン。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図5A】

【図5B】

【図5C】