EP1511550A2 - Dispositif de filtration de gaz d'echappement - Google Patents

Dispositif de filtration de gaz d'echappement

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EP1511550A2
EP1511550A2 EP03755216A EP03755216A EP1511550A2 EP 1511550 A2 EP1511550 A2 EP 1511550A2 EP 03755216 A EP03755216 A EP 03755216A EP 03755216 A EP03755216 A EP 03755216A EP 1511550 A2 EP1511550 A2 EP 1511550A2
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EP
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filter
filter unit
support
exhaust gas
units
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Withdrawn
Application number
EP03755216A
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German (de)
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Inventor
Jean-Claude Fayard
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Individual
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    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs

Definitions

  • the present invention relates generally to the field of particle filters and more particularly to an exhaust gas filtration device for a diesel engine. More particularly, the present invention relates to the implementation and construction of the filtering medium which will be integrated into the device for filtering the exhaust gases of a diesel engine.
  • an oxidation catalysis means allowing the transformation of nitrogen monoxide NO, contained in the exhaust gases, into nitrogen dioxide NO 2 from 250 ° C.
  • This technique called “Continuous Regenerating Trap” (CRT)
  • CRT Continuous Regenerating Trap
  • This means consists of a catalytic support on which is fixed the catalyst, which is generally a precious metal such as platinum or rhodium.
  • the NO 2 produced by the action of the latter has the property of oxidizing the carbon particles from 250 ° C.
  • the proper functioning of the filter depends on the average temperature reached and the ratio of particles emitted relative to the NO 2 formed.
  • the objective of the present invention independently of the regeneration methods used, is to provide an original manufacturing and assembly technique for the filtering medium, which makes it possible to very significantly reduce the thermal and mechanical stresses during brutal combustion of the carbon particles deposited (without any inconvenience), so as to eliminate the cracks which result therefrom.
  • Another object of the invention is to provide an assembly method allowing brutal regenerations and therefore significant variations in temperatures without destructive effect on the filter, both with silicon carbide filter media, as cordierite or other ceramics usable for this function.
  • an exhaust gas filtration device comprising at least one set of filter units separated from each other, each being fixed by bonding to a support by means of a sticky joint, so as to thermally insulate it and make it mechanically independent from its neighbors.
  • These filter units are of reduced size and the support on which the filter units are fixed by gluing, using a sticky joint, is a rigid support, metallic, ceramic or other.
  • the filtering units are in the form of a parallelepiped with a honeycomb structure and cubic section whose dimension is between 20 and 120 millimeters on a side.
  • said filtering units of cubic section are mounted in rigid cavities, of metal or of other materials, in a substantially larger section so as to be able to incorporate an insulating seal in order to be able to thermally and mechanically separate the filter unit from its support.
  • the device also comprises a means of heating the filtering units, this heating means being constituted by at least one electrical resistance.
  • the filter units bathe in the exhaust gas receiving chamber, said exhaust gases heating all of said filter units.
  • FIG. 1 represents a general schematic view of the system comprising the filtration device according to a preferred embodiment of the invention.
  • FIG. 2 represents a sectional view of the filtration device according to the invention along the axis ll-ll of a set of filter units of FIG. 1.
  • FIG. 3 represents a detailed view of the assembly of the filter units with a rigid metallic support.
  • FIG. 4 shows a variant of the invention in which the filter units are fixed at their two ends.
  • FIG. 5 a, 5 b and 5 c represent in section some variants of assemblies and show the form possibilities that the invention allows.
  • FIG. 6 represents a variant which integrates an electrical heating resistance on each filter unit.
  • FIG. 1 A method of assembling the filter medium according to the invention is shown diagrammatically in FIG. 1. This system is arranged on the exhaust manifold at the outlet of the engine.
  • the exhaust gases are introduced into the filtration enclosure 4, through the orifice 1, then are conventionally directed towards the catalyst 2, then introduced onto the filtering medium consisting of several filtering units 3 to come out filtered at 8.
  • These filter units of parallelepipedic shape 3, and preferably of square section, are assembled in a rigid support, preferably metallic 5, by means of seals 6 which must have a high thermal resistance and good compressibility, allowing the expansion of the filter units. during regenerations.
  • these joints will consist of a quartz fabric wound in several thicknesses and impregnated with a ceramic adhesive based on silicon carbide or zirconia during assembly. These joints thus formed may have a thickness of 1 to 5 mm and a height of 5 to 50 mm in relation to the length free from the filter unit.
  • the quartz fabric could be a strip 35 mm wide and having a density of between 100 and 1000 g / m2. and wrapped around the unit to present a thickness close to 2 mm.
  • the metal support 5 will consist of a sheet of
  • the metal support being assembled by welding or another means to the flange 7 to ensure its mounting inside the filtration system 4.
  • This metal support could also consist of an assembly of metal tube, square, 1 mm thick and welded to each other on one side.
  • these seals will consist of ceramic fibers in the form of a mat, fabrics or other forms so as to ensure thermal and mechanical insulation with the rigid support of the filter unit.
  • the filter units are advantageously made of silicon carbide and are in the form of bars, preferably parallelepipedic, but due to the reduction of thermal and mechanical stresses, these filter units can also be more conventionally made of cordierite, alumina, silica or d 'other materials, but keeping a preferably parallelepiped shape and small dimension whose square section could be between 10 and 150 mm side.
  • the separating joints of these filter units will be made of ceramic fibers in the form of mat, fabrics or other forms so as to ensure thermal and mechanical insulation with the rigid support of the filter unit.
  • Figure 2 which is a section along the axis ll-ll of Figure 1, perfectly shows the arrangement of each filter unit 3 with its mounting gasket 6 in the metal support 5, the whole being assembled on a flange 7 to l inside the filtration system.
  • FIG. 3 shows the detail of assembly of each filter unit in the metal support 5.
  • the metal support may have a slightly conical shape so as to create a natural pressure of the seal 6 at the level of the assembly and ensure better sealing of the assembly.
  • the metal support may have a restriction on its lower part as shown to prevent any displacement of the filter unit downwards.
  • FIG. 4 represents a method of assembling filter units whose length requires fixing the free end to eliminate insufficient rigidity of the assembly and which could lead to degradation by vibration of the assembly.
  • separator seals 9 will be mounted between each bar, and the assembly kept in contact by a metal assembly 10 disposed at the periphery.
  • these joints can consist of a ceramic sheet, preferably of the mica type. Such seals allow the filtering units to be joined over a short length, while ensuring good connection of the assembly.
  • the metal assembly 10 will be provided with perforations 11 over its entire surface to allow the exhaust gases to pass around each bar, in the same way the ceramic joints separating each bar will be perforated, as shown, or arranged only on a part so as to allow the exhaust gases to circulate freely around.
  • FIG. 5 are shown some possible forms that the assembly technique of the present invention allows.
  • Figure 5a the assembly side by side of filter units in a small thickness allows for extra flat filters which in the context of current vehicles has a major advantage by locating for example this filter directly at the engine output against the collector exhaust.
  • Figure 5b and 5c illustrate other types of more conventional assemblies that the invention allows, cylindrical, cubic or parallelepipedic.
  • Figure 6 is illustrated the ease of adding an electrical resistance
  • This electrical resistance 12 made up of a 0.2 to 1 mm small diameter resistant filament will be wound around each filtering unit, the electrical connection of these resistances being carried out very simply on the metal assembly support 13 on the lower part and on the support.
  • Figure 6 illustrates the use of electrical resistance on all filter units, as shown in Figure 6, may allow the temperature of these filter units to be raised each time clogging is detected, and to avoid using large electrical powers a system of electronic management will only connect a few units one after the other and in motor phases where the temperature is already high, for example reaching 550 ° C where the combustion of carbon particles is spontaneous and total.
  • Figure 7 illustrates the use of square metal tubes 1 mm thick, joined to each other by welding to form this support metallic. This method of assembly makes it possible to produce any type of shape and not necessarily geometric.

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Abstract

La présente invention concerne de façon générale le domaine des filtres à particules et de façon plus particulière, un dispositif de filtration de gaz d'échappement pour moteur diesel. Le but de l'invention est de fournir une technique de fabrication et d'assemblage originale du média filtrant (3), qui permette de réduire de manière très sensible les contraintes thermiques et mécaniques lors des combustions brutales des particules de carbone déposées (sans aucun inconvénient), de manière à éliminer les fissurations qui en découlent. Pour atteindre ce but d'invention propose un Dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres, chacune étant fixée par collage sur un support (5) par l'intermédiaire d'un joint collant,(6) de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines.

Description

Dispositif de filtration de gaz d'échappement
La présente invention concerne de façon générale le domaine des filtres à particules et de façon plus particulière, un dispositif de filtration de gaz d'échappement pour moteur diesel. De façon plus particulière, la présente invention concerne la mise en œuvre et la construction du média filtrant qui sera intégré au dispositif de filtration des gaz d'échappement d'un moteur diesel.
La réduction des émissions polluantes produites par les moteurs à explosion et en particulier les moteurs diesels, est l'objectif que se sont fixés les pouvoirs publics. A cette fin, l'instauration de normes toujours plus draconiennes impose aux constructeurs automobiles de développer des moteurs présentant des consommations de plus en plus réduites et surtout optimisées afin de limiter la libération de particules imbrûlées; mais également des dispositifs de filtration de gaz d'échappement permettant de retenir les particules polluantes. Ainsi, afin de réduire l'émission de gaz polluants imbrûlés et de particules solides, les constructeurs automobiles ont mis au point les pots catalytiques ou catalyseurs, généralement constitués d'une enveloppe en acier inoxydable, d'un isolant thermique et d'un support en nid d'abeille imprégné de métaux précieux tels que le platine ou le rhodium. Ces pots catalytiques comportent désormais un filtre à particules qui a pour fonction de retenir les particules de carbone, constituant les particules imbrûlées émises par le moteur. Toutefois, la difficulté consiste à trouver des solutions pour que ces particules de carbone piégées sur le filtre puissent brûler ou s'oxyder au fur et à mesure qu'elles se déposent afin d'éviter le colmatage de ce dernier. Toutes les techniques de filtres à particules pour moteur diesel, utilisées aujourd'hui ou en cours de développement, sont toutes confrontées au problème majeur de la combustion incomplète et intempestive des particules retenues sur le média filtrant. En effet pour des conditions d'utilisations urbaines, la température des gaz d'échappement atteinte est insuffisante pour provoquer cette combustion et limiter significativement le colmatage du filtre.
Sans assistance chimique, les particules de carbone issues de la combustion du gazole ne commencent à s'oxyder significativement qu'au-dessus de 500°C. Ces températures n'étant pratiquement jamais atteintes dans les conditions de roulage urbain, il est donc nécessaire de faire appel à un procédé chimique pour les éliminer. A défaut d'assistance chimique, il s'ensuit un colmatage du filtre qui, outre le fait qu'il entraîne une perte de charge au niveau du moteur et donc un mauvais fonctionnement de celui-ci, provoque des réactions violentes lorsque ces particules de carbone piégées en concentration excessive s'enflamment brutalement sur le média filtrant. Cette réaction de combustion, très rapide et très exothermique d'une grande masse de particules, entraîne des températures localement très élevées et conduit généralement à une destruction du filtre par choc thermique. Aujourd'hui, la majorité des filtres sont constitués d'un média filtrant en cordiérite sous forme de nids d'abeille , céramique qui présente une faible conductivité thermique associé à des propriétés mécaniques moyennes et qui est donc très sensible aux variations brutales de température qui accompagnent les régénérations incontrôlées. En effet, lorsque le phénomène se produit, cette combustion n'est pas du tout homogène et on peut très bien observer une partie relativement froide du filtre et une partie sur laquelle la combustion se déclare, les différences de températures observées entre ces parties chaudes et le reste du filtre du fait de la faible conductibilité de la cordiérite, vont générer des variations de dilation telle qu'il y aura fissuration et destruction du média filtrant. Actuellement, l'utilisation de média filtrant en carbure de silicium, céramique qui présente une bien meilleure conductibilité associée à des propriétés mécaniques bien supérieures, permet de mieux résister à ce phénomène de combustion incontrôlée sans pouvoir toutefois éliminer tous les incidents.
Pour obtenir l'oxydation de ces particules, plusieurs systèmes sont déjà utilisés. Ainsi, certains systèmes proposent de disposer en amont du filtre à particules, un moyen de catalyse d'oxydation permettant la transformation du monoxyde d'azote NO, contenu dans les gaz d'échappement, en dioxyde d'azote NO2 à partir de 250°C. Cette technique, appelée "Continuous Regenerating Trap" (C.R.T.), allie les effets du filtre à particules et du catalyseur d'oxydation du NO. Ce moyen est constitué par un support catalytique sur lequel est fixé le catalyseur, qui est généralement un métal précieux tels que le platine ou le rhodium. Le NO2 produit par l'action de ce dernier possède la propriété d'oxyder les particules de carbone à partir de 250°C. Toutefois, le bon fonctionnement du filtre dépend de la température moyenne atteinte et du rapport de particules émises par rapport au NO2 formé.
Il existe un moyen similaire constituant une variante de ce dernier, dans lequel le catalyseur est fixé directement sur le filtre à particules.
D'autres techniques de régénération font appel à l'utilisation d'additifs organométalliques rajoutés au gazole tel que le cérium, fer, strontium, calcium ou autres de manière à enrober les particules de carbone formées de l'oxyde métallique du catalyseur et à obtenir ainsi une oxydation de celle-ci à plus basse température. Ces techniques permettent d'obtenir un effet similaire à celui obtenu avec le NO2 en catalysant la combustion des matières charbonneuses à des températures voisines de 300, 350°C.
D'autres techniques ont consisté à expérimenter des dispositifs basés sur des moyens de chauffage complémentaires du type brûleurs, résistances électriques ou autres. Ces moyens de chauffage complémentaire sont mis en œuvre uniquement lorsque la cartouche présente un début de colmatage, se traduisant par une augmentation de la perte de charge. Un tel dispositif de régénération est mis en œuvre avec le moteur en marche, c'est à dire en présence d'un débit de gaz d'échappement important. Un tel dispositif nécessite donc une puissance de chauffage importante pour simultanément porter à la bonne température les gaz d'échappement et la masse de la cartouche filtrante.
Dans un tel contexte technique, l'objectif de la présente invention indépendamment des procédés de régénération utilisés, est de fournir une technique de fabrication et d'assemblage originale du média filtrant, qui permette de réduire de manière très sensible les contraintes thermiques et mécaniques lors des combustions brutales des particules de carbone déposées (sans aucun inconvénient), de manière à éliminer les fissurations qui en découlent.
Un autre objectif de l'invention est de fournir un mode d'assemblage autorisant des régénérations brutales et donc des variations importantes des températures sans effet destructif sur le filtre, aussi bien avec des médias filtrants en carbure de silicium, qu'en cordiérite ou autres céramiques utilisables pour cette fonction.
Ces objectifs, parmi d'autres, sont atteints par la présente invention qui concerne tout d'abord un dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres, chacune étant fixée par collage sur un support par l'intermédiaire d'un joint collant, de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines. Ces unités filtrantes sont de dimension réduite et le support sur lequel les unités filtrantes sont fixées par collage, à l'aide d'un joint collant, est un support rigide, métallique, céramique ou autre.
Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, les unités filtrantes se présentent sous forme de parallélépipède avec une structure en nid d'abeille et de section cubique dont la dimension est comprise entre 20 et 120 millimètres de côté.
Selon une caractéristique remarquable de l'invention, lesdites unités filtrantes de section cubique sont montées dans des cavités rigides, métalliques ou en d'autres matériaux, dans une section sensiblement plus grande de manière à pouvoir incorporer un joint isolant afin de pouvoir ainsi séparer thermiquement et mécaniquement l'unité filtrante de son support.
Selon encore une variante de l'invention, le dispositif comporte également un moyen de chauffage des unités filtrantes, ce moyen de chauffage étant constitué par au moins une résistance électrique.
Avantageusement, les unités filtrantes baignent dans la chambre de réception des gaz d'échappement, lesdits gaz d'échappement venant chauffer toutes lesdites unités filtrantes.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, faite en référence aux dessins qui représentent, de façon nullement limitative, un exemple de réalisation du dispositif de filtration selon l'invention et dans lesquels :
La figure 1 représente une vue générale schématique du système comprenant le dispositif de filtration selon un mode préféré de réalisation de l'invention.
La figure 2 représente une vue en coupe du dispositif de filtration selon l'invention selon l'axe ll-ll d'un ensemble d'unités filtrantes de la figure 1.
La figure 3 représente une vue de détail de l'assemblage des unités filtrantes avec un support rigide métallique.
La figure 4 représente une variante de l'invention dans laquelle les unités filtrantes sont fixées à leurs deux extrémités. La figure 5 a, 5 b et 5 c représentent en coupe quelques variantes d'assemblages et montrent les possibilités de forme que l'invention permet.
La figure 6 représente une variante qui intègre une résistance électrique de chauffage sur chaque unité filtrante.
Un mode d'assemblage du média filtrant selon l'invention est représenté de façon schématique à la figure 1. Ce système est disposé sur le collecteur d'échappement en sortie du moteur.
Ainsi, les gaz d'échappement sont introduit dans l'enceinte de filtration 4, par l'orifice 1 , puis sont classiquement dirigés vers le catalyseur 2, puis introduits sur le média filtrant constitué de plusieurs unités filtrantes 3 pour ressortir filtré en 8. Ces unités filtrantes de forme parallélépipédique 3, et préférentiellement de section carrée, sont assemblées dans un support rigide de préférence métallique 5, par l'intermédiaire de joints 6 qui devront présenter une résistance thermique importante et une bonne compressibilité, autorisant la dilatation des unités filtrantes lors des régénérations. Avantageusement, ces joints seront constitués d'un tissu de quartz enroulé en plusieurs épaisseurs et imprégné d'une colle céramique à base de carbure de silicium ou de zircone lors de l'assemblage. Ces joints ainsi constitués pourront présenter une épaisseur de 1 à 5 mm et une hauteur de 5 à 50 mm en rapport avec la longueur libre de l'unité filtrante. Par exemple pour des unités filtrantes présentant une section carrée de 35 mm et une longueur de 200 mm, le tissu de quartz pourra être une bande de 35 mm de largeur et présentant une densité comprise entre 100 et 1000 g/m2. et enroulé autour de l'unité pour présenter une épaisseur voisine de 2 mm. Avantageusement le support métallique 5 sera constitué par une tôle de
1 mm d'épaisseur assemblée et soudée pour présenter des cavités carrées de 39 mm de côté permettant de loger le joint d'environ 2 mm d'épaisseur et l'unité filtrante de section carrée de 35 mm comme représenté figure 2.
Le support métallique étant assemblé par soudage ou un autre moyen à la bride 7 pour en assurer son montage à l'intérieur du système de filtration 4.
Ce support métallique pourrait aussi être constitué d'un assemblage de tube métallique, carré, de 1 mm d'épaisseur et soudé les uns aux autres sur une face. De manière préférentielle, ces joints seront constitués de fibres céramiques sous forme de mat, tissus ou autres formes de manière à assurer une isolation thermique et mécanique avec le support rigide de l'unité filtrante.
Les unités filtrantes sont avantageusement en carbure de silicium et se présentent sous forme de barreaux, préférentiellement parallélepipédiques, mais du fait de la réduction des contraintes thermiques et mécaniques, ces unités filtrantes pourront aussi être de façon plus conventionnelle en cordiérite, alumine, silice ou d'autres matériaux, mais en gardant une forme préférentiellement parallelepipedique et de faible dimension dont la section carrée pourrait être comprise entre 10 et 150 mm de côté.
De manière préférentielle, les joints séparateurs de ces unités filtrantes seront constitués de fibres céramiques sous forme de mat, tissus ou autres formes de manière à assurer une isolation thermique et mécanique avec le support rigide de l'unité filtrante. La figure 2 qui est une coupe suivant l'axe ll-ll de la figure 1 , montre parfaitement la disposition de chaque unité filtrante 3 avec son joint de montage 6 dans le support métallique 5, le tout étant assemblé sur une bride 7 à l'intérieur du système de filtration.
La figure 3 montre le détail d'assemblage de chaque unité filtrante dans le support métallique 5. Comme on le voit, le support métallique pourra avoir une forme légèrement conique de manière à créer une pression naturelle du joint 6 au niveau de l'assemblage et assurer une meilleure étanchéité de l'ensemble. Le support métallique peut présenter sur sa partie inférieure une restriction telle que représentée pour empêcher tout déplacement de l'unité filtrante vers le bas. La figure 4 représente un mode d'assemblage d'unités filtrantes dont la longueur nécessite une fixation de l'extrémité libre pour éliminer une rigidité insuffisante de l'ensemble et qui pourrait conduire à une dégradation par vibration de l'assemblage. De façon simple des joints séparateurs 9 seront montés entre chaque barreau, et l'ensemble maintenu en contact par un assemblage métallique 10 disposé à la périphérie. Avantageusement, ces joints peuvent être constitués par une feuille de céramique, préférentiellement du type mica. De tels joints permettent de solidariser les unités filtrantes sur une faible longueur, tout en assurant une bonne liaison de l'ensemble.
L'assemblage métallique 10 sera pourvu de perforations 11 sur l'ensemble de sa surface pour laisser passer les gaz d'échappement autour de chaque barreau, de la même manière les joints de céramiques séparant chaque barreau seront ajourés, comme cela est représenté, ou disposés que sur une partie de manière à laisser les gaz d'échappement circuler librement autour.
Figure 5 : sont représentées quelques formes possibles que la technique d'assemblage de la présente invention permet.
Figure 5a : l'assemblage côte à côte d'unités filtrantes sous une faible épaisseur permet de réaliser des filtres extra plats ce qui dans le contexte des véhicules actuels présente un avantage majeur en localisant par exemple ce filtre directement en sortie du moteur contre le collecteur d'échappement.
Figure 5b et 5c ; illustrent d'autres types d'assemblages plus conventionnels que l'invention permet, cylindrique, cubique ou parallelepipedique. Dans la figure 6 est illustré la facilité d'adjonction d'une résistance électrique
12 que le mode d'assemblage rend possible. Cette résistance électrique 12 constituée d'un filament résistant de faible diamètre 0.2 à 1 mm sera enroulée autour de chaque unité filtrante la jonction électrique de ces résistances étant effectuée très simplement sur le support métallique d'assemblage 13 sur la partie inférieure et sur le support d'immobilisation 10 sur la partie supérieure en 14, celle-ci devant être isolée avec le corps du filtre 4 de manière à pouvoir contrôler l'alimentation électrique des unités filtrantes.
L'utilisation de résistance électrique sur toutes les unités filtrantes, comme représenté sur la figure 6, pourra permettre de monter la température de ces unités filtrantes chaque fois que des colmatages seront détectés, et pour éviter d'utiliser des puissances électriques importantes un système de gestion électronique ne connectera que quelques unités les unes après les autres et dans des phases moteur ou déjà la température est élevée pour par exemple atteindre les 550°C où la combustion des particules de carbone est spontanée et totale. La figure 7, illustre l'utilisation de tubes métalliques carrés de 1 mm d'épaisseur, assemblés les uns aux autres par soudage pour constituer ce support métallique. Ce mode d'assemblage permettant de réaliser tout type de forme et pas nécessairement géométrique.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de filtration de gaz d'échappement comprenant au moins un ensemble d'unités filtrantes séparées les unes des autres, chacune étant fixée par collage sur un support par l'intermédiaire d'un joint collant, de manière à l'isoler thermiquement et à la rendre mécaniquement indépendante de ses voisines.
2. Dispositif selon la revendication 1 , caractérisé en ce que chaque unité filtrante est solidarisée à son support métallique et isolée de celui-ci par un joint constitué de tissus de quartz enroulé autour de l'unité filtrante.
3. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des unités filtrantes est solidarisée au support métallique et isolée de celui-ci par l'interposition de plaques en céramique fibreuse tel que le mica associé à une colle céramique de même nature pour assurer en plus une bonne étanchéité.
4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support métallique est réalisé à partir de tube de même section carrée solidarisée les uns aux autres par soudage.
5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que le support métallique est réalisé par assemblage par soudage de bandes de tôle découpées pour former la dimension des cavités en relation avec la section des unités filtrantes retenues.
6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en que chaque unité filtrante présente une section rectangulaire et de préférence carrée.
7. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque unité filtrante comporte une résistance électrique 12, enroulée sur la partie libre de l'unité filtrante et alimentée au moment opportun pour en assurer le chauffage.
8. Dispositif selon les revendications précédentes, caractérisé en ce que le support des unités filtrantes est réalisé à partir d'une céramique tel que l'alumine, le nitrure de silicium ou un autre réfractaire permettant de fabriquer cet assemblage.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20010043891A1 (en) * 1992-01-07 2001-11-22 Adiletta Joseph G. Regenerable diesel exhaust filter
JP3131540B2 (ja) * 1994-08-04 2001-02-05 日本碍子株式会社 集塵装置におけるフィルタエレメントの支持構造
US5876471A (en) * 1996-04-23 1999-03-02 Siemens Westinghouse Power Corporation Filter holder and gasket assembly for candle or tube filters
DE29822871U1 (de) * 1998-12-23 1999-02-25 Thomas Josef Heimbach GmbH & Co., 52353 Düren Filtereinrichtung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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