JP2002174114A - フィルター装置 - Google Patents

フィルター装置

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JP2002174114A JP2001300198A JP2001300198A JP2002174114A JP 2002174114 A JP2002174114 A JP 2002174114A JP 2001300198 A JP2001300198 A JP 2001300198A JP 2001300198 A JP2001300198 A JP 2001300198A JP 2002174114 A JP2002174114 A JP 2002174114A
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Walter Dr Best
ベスト ヴァルター
Uwe Schumacher
シューマッハー ウーヴェ
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Thomas Josef Heimbach and Co GmbH
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 デイーゼルエンジンの排ガス用のフィルター
装置を提供する。 【解決手段】 フィルターエレメント集合体（１、１
１、２１）を有するフィルター装置である。フィルター
エレメント集合体（１、１１、２１）を構成するフィル
ターエレメント（２〜６、１２〜２０、２２〜２５）は
セラミックス材料製であるととも互いに隣接するように
かつ流れがエレメント（２〜６、１２〜２０、２２〜２
５）を貫通して流れるように配されている。各フィルタ
ーエレメント集合体（１、１１、２１）のフィルターエ
レメント（２〜６、１２〜２０、２２〜２５）の一部の
みが、電気的エネルギー源との接続のための電気的接続
部を備えし、且つ少なくともこの（これらの）第１フィ
ルターエレメント（２、１２、２２、２３）が、導電性
のセラミックス材料から構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、セラミックス材料
製フィルターエレメントにより構成された、少なくとも
１つのフィルターエレメント集合体を備え、フィルター
エレメントが隣り合って配され、かつ流れがフィルター
エレメントを貫通するフィルター装置に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】高熱ガスの濾過、例えばデイーゼルエン
ジンの排気ガスを濾過するためには、多孔質のセラッミ
ックス材料から構成されるフィルターエレメントの使用
が増大しており、その場合に、とりわけ欧州特許出願公
開第０７９６８３０号公報に記述されたＳｉＣセラミッ
クス材料が特によく使用されている。この材料は、化学
的に安定であり、且つ高い熱伝導性ならびに耐熱性およ
び耐熱変動性を持っている。世界特許第９３／１３３０
３号明細書および欧州特許出願公開第１０１３３２８号
公報からも明らかなとおり、これらのフィルターエレメ
ントは１個のフィルターエレメント集合体または複数の
フィルターエレメント集合体にまとめられている。フィ
ルターエレメントが隣接して配され、ガスはフィルター
エレメントを貫通する。これらフィルターエレメント間
には、熱の作用が存在する場合に膨張する材料から構成
された接触層が存在する。フィルターエレメント集合体
は、場合によっては交換可能にすることもできるケーシ
ングによって囲まれている。
【０００３】デイーゼルエンジンに使用するためには、
とりわけフィルター作用を行なうフィルターエレメント
の圧力損失が大きくなり過ぎないように、フィルターエ
レメント上またはフィルターエレメント内に堆積される
煤の粒子を、定期的な時間間隔で除去することが大切で
ある。公知の清掃除去方法は、煤の粒子が点火され且つ
燃焼されるように、電流を流すことによってフィルター
エレメントを強く加熱することで構成されている（世界
特許第９３／１３３０３号明細書および欧州特許出願公
開第０９４３５９３号公報を参照）。この目的のために
は、セラミックス材料に、妥当な電気抵抗を付与すると
よい（欧州特許出願公開第０７９６８３０号公報参
照）。出来るだけ抵抗の少ない電流移動を保証するため
には、例えば、欧州特許出願公開第０９４３５９３号公
報に記載されているような、特別な電気的接続が必要で
ある。
【０００４】米国特許第４５０５１０７号明細書には、
フィルターケーシング内に多孔質の発泡セラミックスか
ら構成されるフィルターエレメントが含まれたフィルタ
ー装置が記載されている。その前側には、複数の電気的
接続部を備えた、導電性のセラミックス材料から成る加
熱送電網から構成された加熱装置を備えているが、この
場合には、電流回路にそれぞれ２ヶ所の接続部が存在す
る。このようにして、加熱送電網は、相前後して部位ご
とに電流を負荷され、そしてこれによって加熱がなされ
る。加熱送電網の代わりに、フィルターエレメントの正
面に亘って配分された、同じく相前後して電流を負荷さ
れる、複数のセラミックス層を備えた加熱エレメントを
備えることも出来る。
【０００５】電気式清掃除去或いは回収を行うには、そ
の結果として、少なからざる装置および制御のための費
用を必要とする。それゆえ、このような清掃除去方法を
断念し、清掃除去を排ガスそのものによって行なうこ
と、例えば排ガス温度を高めるか、または人工的にＮＯ
２を発生させ、煤を酸化させて基本的にＣＯ２に転換す
るというような試みまでなされている。しかしながら、
このような清掃除去方法は、あらゆる運転状態におい
て、確実にこれを達成することは出来ないものである。
とりわけエンジンの回転数が低い場合、或いは負荷が少
ない場合、または短時間運転の場合には、排ガスによっ
ては、煤の燃焼を生ずることが出来ない。この運転状態
が長時間持続するときは、閉塞が生ずる或いは少なくと
も著しい排ガスの圧力損失をもたらし、その結果とし
て、性能低下と燃料消費の上昇をもたらすのである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】それゆえ、本発明は、
排ガスを介する清掃除去がうまく行かないような運転状
態の場合においても、煤の清掃除去を可能にするよう
な、冒頭に述べた種類のフィルター装置を形成すること
を、その課題にするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この課
題は、各フィルターエレメント集合体のフィルターエレ
メントの一部だけが、電気的エネルギー源との接続のた
めの電気的接続部を具備し、且つ少なくとも電気的接続
部を具備した一部のフィルターエレメントが、導電性の
セラミックス材料から構成されることによって解決され
る。
【０００８】それゆえに、本発明の基本的概念は、成る
ほど電気的清掃除去を考慮に入れてはいるが、しかしこ
れをフィルターエレメントの一部に制限し、且つそれに
応じて装置に要する費用を比較的低位に保持することで
ある。これには、排ガスを介する煤の燃焼がうまく行か
ないような運転状態においては排ガス量が相対的にわず
かであり、したがって、圧力損失が小さく部分的清掃除
去で十分であるという、すでに本発明に属する考え方が
基礎になっている。完全回収は、デイーゼルエンジンが
暖気運転された後の比較的高い負荷状態が要求されると
きに行なわれる。双方の清掃除去方法は、このようにし
て、わずかな追加的な装置費用で補完されるのである。
その他のフィルターエレメントについての導電性に対す
る配慮はする必要はない。
【０００９】本発明の実施形態においては、第１フィル
ターエレメントが中央に配置されるように配慮されてい
る。何故ならば、そこでのエネルギー変換が特に効果的
であるからである。しかしながら、第１フィルターエレ
メントをフィルターエレメント集合体内に配分して配置
することもでき、これによって比較的高い適応性を達成
することが可能である。この場合には、それに応じた回
路を通じてフィルターエレメントを交互に清掃すること
ができる。
【００１０】本発明は、第２フィルターエレメントも、
導電性のセラミックス材料から構成されることを排除す
るものではない。これは、とりわけ第１フィルターエレ
メントに隣接する第２フィルターエレメントが、第１フ
ィルターエレメントに対して導電的な接触を有するよう
なときである。このようにして、第２フィルターエレメ
ントの加熱を付随して行なうことが出来る。 第一およ
び第２フィルターエレメントの導電性、ならびにこれら
双方の間の移行を、それに応じた設計にすることによっ
て、付随加熱をそれぞれの必要に応じて適合させること
が出来る。しかしながら、活発な随伴加熱を要求しない
のであれば、第２フィルターエレメントを電気的非伝導
性材料から構成することもできる。この場合には、随伴
加熱は熱伝導によって行なわれる。
【００１１】本発明のもう一つの特徴によれば、第２フ
ィルターエレメントの熱伝導性は、第１フィルターエレ
メントの熱伝導性よりも大きいか、或いは小さいくなる
ように配慮されている。これによって、第２フィルター
エレメントの随伴加熱は、それに応じて調整することが
出来るのである。
【００１２】フィルターエレメントは、直接互いに隣接
して配置することが出来る。そのためには、フィルター
エレメントの間に接触層を配置することが効果的であ
る。接触層の材料および厚さによって、導電抵抗および
熱伝導抵抗は、それぞれ好みの大きさに加減することが
出来る。そのためには、フィルターエレメントと同一の
セラミックス材料から構成された接触層が適している。
【００１３】随伴加熱が要求される場合において、接触
層は、電気導電性のものとして設計することが出来る。
欧州特許出願公開第０９４３５９３号公報に記載されて
いるような接触層を用いることができるのはすでに実証
済である。この場合には、接触層の導電性は、フィルタ
ーエレメントの導電性より低くするべきである。
【００１４】接触層は、直接フィルターエレメントと結
合して構成することもできる。しかしながら、フィルタ
ーエレメントと材料的結合を持たない、別個の接触層を
設けることもできる。この場合には、フィルターエレメ
ントは、それを包囲するケーシングによって保持され
る。
【００１５】接触層の熱伝導性は、第１フィルターエレ
メントまたは第２フィルターエレメントの熱伝導性と同
一の大きさにすることが出来る。
【００１６】本発明のさらなる特徴によれば、フィルタ
ーエレメントが、多孔質の、フィルター作用を営む縦型
壁部によってへだてられた、隣接し且つ互い違いにされ
た流入流路および流出流路を有し、当該流入流路が流入
側で開口し、且つ流出側で閉鎖され、流出流路が流入側
で閉鎖され、且つ流出側で開口するように配慮されてい
る。長方形の、とりわけ正方形の断面を有する流入流路
および流出流路が好ましいことは実証済である。この場
合、フィルターエレメントの壁部は、粒子密、とりわけ
ガス密に形成されていなければならない。フィルターエ
レメントは、長方形、正方形、楕円形、円形および／ま
たは曲面形の断面を有することが好ましいる。
【００１７】フィルターエレメント集合体は、１個のガ
ス流入口およびガス流出口を備えたケーシングによって
囲まれることが好ましく、複数のフィルターエレメント
集合体が存在するときには、各々のフィルターエレメン
ト集合体は、分割された固有のケーシンクによって囲ん
でも良い。これに対応する実施形態は、例えば欧州特許
出願公開第１０１３３２８号公報からも明らかなとおり
である。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について説明する。
【００１９】図１に記載されているフィルターエレメン
ト集合体１は、導電性のセラミックス材料から構成され
た、円形断面第１フィルターエレメント２を備えてい
る。第１フィルターエレメント２は、セラミックス材料
から構成された、断面扇形の４個の第２フィルターエレ
メントによって囲まれている。第２フィルターエレメン
ト２、３、４、５は、すべて流れ方向に、すなわち図面
平面に対して垂直に配される。これらのフィルターエレ
メントは、それ自体公知の方法で、互いに隣接し且つ交
互に並んだ流入流路および流出流路を備えている。流入
流路と流出流路とはフィルター作用を有する多孔質の縦
方向の壁によって仕切られている。流入流路は、流入側
では、すなわち、この場合には前側において開口してお
り、且つ流出側においては閉鎖されている。また流出流
路は、流入側では閉鎖され、流出側で開口している。こ
のことは、図面には詳細に記載されていない。流入流路
および流出流路は、将棋板状に配置されている。
【００２０】中央の第１フィルターエレメント２は、図
面には詳細に記載されていないが、欧州特許出願公開第
０９４３５９３号公報に詳細に記述されているように、
双方の正面側末端に電気的接続部を備えている。第１フ
ィルターエレメント２は、電流回路に接続されており、
それゆえに、電流を負荷される。第１フィルターエレメ
ント２の電気抵抗は、電流負荷の際に、そこに堆積され
た煤が燃焼するように加熱しうるような大きさになされ
ている。
【００２１】第２フィルターエレメント３、４、５、６
は、図面には詳細に記載されていない接触層を介して第
１フィルターエレメント２に接続されている。これら
は、電気的接続部を持っていない。接触層の種類と第２
フィルターエレメント３、４、５、６の熱伝導性に応じ
て、第２フィルターエレメント３、４、５、６は、第１
フィルターエレメント２の電流負荷の際に随伴加熱がな
されるが、その加熱は、これらの第２フィルターエレメ
ント３、４、５、６において、少なくとも部分的に煤の
燃焼が行なわれる程度にこれを行なうことが出来る。こ
のことが必要とされる限り、第２フィルターエレメント
３、４、５、６は、導電性のセラミックス材料から構成
することが出来る。
【００２２】フィルターエレメント集合体１は、フィル
ターケーシング内に組み込まれように意図されており、
かくてフィルター装置は、デイーゼルエンジンの排ガス
システム内に組み込まれるのである。通常は、煤の清掃
除去は、対応する排ガス処理を通じて、例えば煤が燃焼
される水準に、排ガス温度を上昇させることによって行
なわれる。該当する車輛が、わずかな負荷でしか使用さ
れないとき、或いは短距離運転のためにしか使用されな
いときは、排ガス温度が、煤を燃焼するに十分な、そう
いった運転状態に到達しないという危険が生ずる。この
場合には、煤が燃焼する温度に加熱されるように、電流
が第１フィルターエレメントに与えられる。
【００２３】図２による実施例は、８本の第２フィルタ
ーエレメント１３〜２０によって包囲されている、第１
フィルターエレメント１２が中央に配置されている、フ
ィルターエレメント集合体１１を示すものである。図１
による実施例とは異なって、この図においては、フィル
ターエレメント１２〜２０は正方形の断面を有し、その
結果、フィルターエレメント集合体１１もまた、正方形
の断面を有する。図１による実施例に関する説明は、異
なる断面についても該当するものである。
【００２４】図３においては、他の実施形態のフィルタ
ーエレメント集合体２１が示されている。このフィルタ
ーエレメント集合体２１は、２個の第１フィルターエレ
メント２２、２３が、両第１フィルターエレメント間２
２，２３間に第２フィルターエレメント２４を位置させ
ることにより互いに距離をおいて配されているものであ
る。第１フィルターエレメント２２、２３は、例えば２
５と符号を付された、さらなる第２フィルターエレメン
トによって包囲されており、その結果、フィルターエレ
メント集合体２１は、全体として正方形の断面を有して
いる。フィルターエレメント２２、２３、２４、２５
は、それ自体、同時に正方形の断面を有する。
【００２５】そのほか、第１および第２フィルターエレ
メント２２、２３、２４、２５については、図１による
フィルターエレメント２から６の説明を参照する。フィ
ルターエレメント集合体２１の場合には、対応する回路
を備えることによって、第１フィルターエレメント２
２、２３の清掃を、互いに独立に、且つまた時間をずら
せて行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１フィルターエレメント集合体の正面図であ
る。
【図２】第２フィルターエレメント集合体の正面図であ
る。
【図３】第３のフィルターエレメント集合体の正面図で
ある。
【符号の説明】
１…フィルターエレメント集合体 ２…第１フィルターエレメント ３…第２フィルターエレメント ４…第２フィルターエレメント ５…第２フィルターエレメント ６…第２フィルターエレメント １１…フィルターエレメント集合体 １２…第１フィルターエレメント １３…第２フィルターエレメント １４…第２フィルターエレメント １５…第２フィルターエレメント １６…第２フィルターエレメント １７…第１フィルターエレメント １８…第２フィルターエレメント １９…第２フィルターエレメント ２０…第２フィルターエレメント ２１…フィルターエレメント集合体 ２２…第１フィルターエレメント ２３…第１フィルターエレメント ２４…第２フィルターエレメント ２５…第２フィルターエレメント
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ０１Ｄ 46/42 Ｂ (72)発明者 ウーヴェ シューマッハー ドイツ連邦共和国 テニスフォルスト ヴ ィリッヒャー シュトラーセ 58 Ｆターム(参考） 3G090 AA02 BA04 CB11 4D019 AA01 BA05 BC11 BC12 BC20 4D058 JA01 JB06 JB22 JB42 MA42 SA08

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 セラミックス材料製フィルターエレメン
    ト（２〜６、１２〜２０、２２〜２５）により構成され
    た少なくとも１つのフィルターエレメント集合体（１，
    １１，２１）を備え、フィルターエレメント（２〜６、
    １２〜２０、２２〜２５）を流れが貫通するようにかつ
    フィルターエレメント（２〜６、１２〜２０、２２〜２
    ５）は隣接するように、フィルターエレメント（２〜
    ６、１２〜２０、２２〜２５）が配されたフィルター装
    置であって、 各フィルターエレメント集合体（１、１１、２１）のフ
    ィルターエレメント（２〜６、１２〜２０、２２〜２
    ５）の一部のみが、電気的エネルギー源と接続される電
    気的接続部を備え、且つ少なくとも第１フィルターエレ
    メント（２、１２、２２、２３）が、導電性のセラミッ
    クス材料製であることを特徴とするフィルター装置。
  2. 【請求項２】 第１フィルターエレメント（２、１２）
    が、中央に配置されていることを特徴とする、請求項１
    記載のフィルター装置。
  3. 【請求項３】 第１フィルターエレメント（２２、２
    ３）が、フィルターエレメント集合体（２１）中に分散
    されて配置されていることを特徴とする請求項１記載の
    フィルター装置。
  4. 【請求項４】 第１フィルターエレメント（２、１２、
    ２２、２３）が、第２フィルターエレメント（３〜６、
    １３〜２０、２４、２５）によって囲まれていることを
    特徴とする請求項１〜３記載のフィルター装置。
  5. 【請求項５】 第２フィルターエレメント（３〜６、１
    ３〜２０、２４、２５）もまた、導電性のセラミックス
    材料から構成されていることを特徴とする、請求項１〜
    ４記載のフィルター装置。
  6. 【請求項６】 第１フィルターエレメント（２、１２、
    ２２、２３）に接する第２フィルターエレメント（３〜
    ６、１３〜２０、２４、２５）が、第１フィルターエレ
    メント（２、１２、２２、２３）に対して導電性の接触
    していることを特徴とする請求項５記載のフィルター装
    置。
  7. 【請求項７】 第２フィルターエレメント（３〜６、１
    ３〜２０、２４、２５）が、非導電性セラミックス材料
    製であることを特徴とする請求項１〜４記載のフィルタ
    ー装置。
  8. 【請求項８】 第２フィルターエレメント（３〜６、１
    ３〜２０、２４、２５）の熱伝導性が、第１フィルター
    エレメント（２、１２）或いは第１フィルターエレメン
    ト（２２、２３）の熱伝導性よりも大きいか、或いは小
    さいことを特徴とする請求項１〜７記載のフィルター装
    置。
  9. 【請求項９】 フィルターエレメント（２〜６、１２〜
    ２０、２２〜２５）間に接触層が配置されていることを
    特徴とする、請求項１〜８記載のフィルター装置。
  10. 【請求項１０】 接触層が、フィルターエレメント（２
    〜６、１２〜２０、２２〜２５）と同一のセラミックス
    を主成分とした材料から構成されていることを特徴とす
    る請求項９記載のフィルター装置。
  11. 【請求項１１】 接触層が導電性を有することを特徴と
    する請求項９または１０記載のフィルター装置。
  12. 【請求項１２】 接触層の導電性が、第１フィルターエ
    レメント（２、１２、２２、２３）の導電性よりも小さ
    いことを特徴とする請求項１１記載のフィルター装置。
  13. 【請求項１３】 接触層が、フィルターエレメント（２
    〜６、１２〜２０、２２〜２５）と直接接触しているこ
    とを特徴とする、請求項９〜１２記載のフィルター装
    置。
  14. 【請求項１４】 接触層が、フィルターエレメント（２
    〜６、１２〜２０、２２〜２５）との材料的結合を有し
    ない、別個の層として形成されていることを特徴とす
    る、請求項９〜１２記載のフィルター装置。
  15. 【請求項１５】 接触層の熱伝導性が、第１フィルター
    エレメントおよび／または第２フィルターエレメント
    （２〜６、１２〜２０、２２〜２５）の熱伝導性と同一
    の範囲内に存在することを特徴とする、請求項９〜１４
    記載のフィルター装置。
  16. 【請求項１６】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）が、フィルター作用を行う多孔質
    の縦方向壁によって仕切られた流入流路および流出流路
    を有し、流入流路および流出流路は、互いに隣接し且つ
    互い違いに設けられ、流入流路が流入側で開口している
    とともに流出側で閉鎖され、流出流路が流入側で閉鎖さ
    れているとともに流出側で開口していることを特徴とす
    る請求項１〜１５記載のフィルター装置。
  17. 【請求項１７】 流入流路および流出流路が、長方形の
    断面を有することを特徴とする、請求項１６記載のフィ
    ルター装置。
  18. 【請求項１８】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）の外壁が、粒子密性を有すること
    を特徴とする請求項１〜１７記載のフィルター装置。
  19. 【請求項１９】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）の外壁が、ガス密性を有すること
    を特徴とする請求項１〜１７記載のフィルター装置。
  20. 【請求項２０】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）が、長方形、正方形、楕円形、円
    形および／または曲面形の断面を有することを特徴とす
    る、請求項１〜１９記載のフィルター装置。
  21. 【請求項２１】 フィルターエレメント集合体（１、１
    １、２１）が、１個のガス流入口および１個のガス流出
    口を備えたケーシングによって囲まれていることを特徴
    とする、請求項１〜２０記載のフィルター装置。
  22. 【請求項２２】 複数のフィルターエレメント集合体
    （１、１１、２１）を備え、各フィルターエレメント集
    合体（１、１１、２１）がそれぞれ別のケーシングによ
    って囲まれていることを特徴とする、請求項１〜２１記
    載のフィルター装置。
  23. 【請求項２３】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）が、運転温度領域に亘って本質的
    に同一の膨張率を有することを特徴とする請求項１〜２
    ２記載のフィルター装置。
  24. 【請求項２４】 フィルターエレメント（２〜６、１２
    〜２０、２２〜２５）とセラミックス接触層とが、運転
    温度領域に亘って本質的に同一の膨張率を有することを
    特徴とする請求項１〜２３記載のフィルター装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012031738A (ja) * 2010-07-28 2012-02-16 Tokyo Yogyo Co Ltd ハニカム構造体及びフィルタ装置

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