JP2009500600A - Non-destructive test method for particle filter and apparatus for carrying out the method - Google Patents
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Abstract
本発明は、フィルターの内部欠点を検出するための非破壊方法であって該フィルターが任意選択的には触媒的で特に煤煙粒状物を含むガスを処理するために用いられるものに関し、該フィルターは単数または複数のハニカムフィルター要素を含み、該方法は、単数または複数の該フィルター要素を通る空気等のガス流の伝播を測定することによって該欠点の存在または不存在を評価することを特徴とする。本発明はまた、該方法を実施するための装置に関する。 The present invention relates to a non-destructive method for detecting internal defects in a filter, wherein the filter is optionally catalytic and used to treat gases containing smoke particulates in particular. Including one or more honeycomb filter elements, wherein the method is characterized by assessing the presence or absence of the defect by measuring the propagation of a gas flow, such as air, through the filter element or elements. . The invention also relates to an apparatus for carrying out the method.
Description
本発明は、典型的には内燃エンジンのディーゼル燃料の燃焼によって生成する煤煙を除去するための、エンジン排気ラインにおいて使用されるハニカム構造を有する粒子フィルターの分野に関する。より詳細には、本発明は、多孔性の、欠損したまたは追加的なプラグ、クラック、および一般的にフィルターの性能の劣化またはさらに不活性化の原因となり易い任意の欠点、等のフィルターの内部欠点を検出および特性化するための方法またはプロセスに関する。 The present invention relates to the field of particulate filters having a honeycomb structure used in engine exhaust lines for removing soot, typically produced by combustion of diesel fuel in internal combustion engines. More particularly, the present invention relates to the interior of the filter, such as porous, missing or additional plugs, cracks, and any disadvantages that are generally likely to cause degradation or even inactivation of the filter. It relates to a method or process for detecting and characterizing defects.
内燃エンジンの排気ガス中に存在する煤煙をろ別するための構造体は先行技術においてよく知られている。典型的なフィルターは通常、ハニカム構造を有し、その一方の側はろ別されるべき排気ガスの流入が、そして他方の側はろ別された排気ガスの取出しが可能なものである。入口側と出口側との間で、該構造体は、平行軸を有しかつ多孔性のろ別壁で分離された一連の隣接したチャンネルまたはダクトを含み、該ダクトは、これらの端部の一方または他方で密閉されて、入口側を介して開口する入口チャンバーと出口側を介して開口する出口チャンバーとを区切っている。適切な密閉のために、該構造体の周辺部分は、有利には、残りの説明で被覆セメントと称するセメントで囲まれている。チャンネルは、排気ガスがハニカム本体を通過する際に入口チャンネルの側壁を強制的に通過させられて出口チャンネルに到達するように交互に順番に密閉されている。このようにして、固体煤煙粒状物がフィルター本体の多孔性壁上に堆積および蓄積する。有利には、該フィルター本体は多孔性セラミックから、例えばコージライトまたはシリコンカーバイドから形成される。 Structures for filtering off soot present in the exhaust gas of internal combustion engines are well known in the prior art. A typical filter usually has a honeycomb structure, one side of which is capable of inflowing exhaust gas to be filtered and the other side being capable of taking out filtered exhaust gas. Between the inlet side and the outlet side, the structure includes a series of adjacent channels or ducts having parallel axes and separated by a porous filter wall, the ducts at their ends. One or the other is sealed to separate an inlet chamber that opens through the inlet side and an outlet chamber that opens through the outlet side. For proper sealing, the peripheral part of the structure is advantageously surrounded by a cement, referred to as coated cement in the remaining description. The channels are alternately sealed in order so that when exhaust gas passes through the honeycomb body, it is forced through the side walls of the inlet channel to reach the outlet channel. In this way, solid soot particles accumulate and accumulate on the porous wall of the filter body. Advantageously, the filter body is formed from a porous ceramic, for example cordierite or silicon carbide.
本質的に公知の方法で、該粒子フィルターは、その使用中、ろ別の連続（煤煙の蓄積）段階および再生（煤煙の除去）段階にさらされる。ろ別段階の間、エンジンによって排出される煤煙粒状物は、フィルター内側に留保されおよび堆積する。再生段階の間、該煤煙粒状物は、そのろ別特性を復元させるためにフィルター内側で燃焼される。次いで、該多孔性構造体は強烈な熱および機械的応力にさらされ、これが、長い間にユニットのろ別能力の深刻な損失、またはさらにその完全な非活性化の原因となり易い微小クラックの原因となる場合がある。この過程は大きい径の一体型フィルターで特に認められる。 In a manner known per se, the particulate filter is subjected, during its use, to separate continuous (smoke accumulation) and regeneration (smoke removal) stages. During the filtration stage, soot particulates emitted by the engine are retained and deposited inside the filter. During the regeneration phase, the soot particulate is burned inside the filter to restore its filter characteristics. The porous structure is then exposed to intense thermal and mechanical stresses, which cause severe cracks in the unit's ability to filter for a long time, or even microcracks that are likely to cause its complete deactivation. It may become. This process is particularly noticeable with large diameter integral filters.
これらの問題を解決してフィルターの耐用年数を長期化するため、より最近では、複数の一体型ハニカム要素を備えるフィルターブロックに関するより複雑なろ別構造体が提案された。該要素は通常、残りの説明でジョイントセメントと呼ばれるセラミックセメントを用いた接着によって共に組み立てられる。このような複雑なフィルター構造体の例は、例えば、特許出願ＥＰ ８１６ ０６５号，ＥＰ １ １４２ ６１９号，ＥＰ １ ４５５ ９２３号またはさらにＷＯ２００４／０９０２９４号およびＷＯ２００４／０６５０８８号に記載されている。 In order to solve these problems and prolong the service life of the filter, more recently, more complex filter structures for filter blocks with a plurality of integral honeycomb elements have been proposed. The elements are usually assembled together by gluing using a ceramic cement called joint cement in the rest of the description. Examples of such complex filter structures are described, for example, in patent applications EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 or further in WO 2004/090294 and WO 2004/065088.
既述の煤煙フィルターまたはフィルターブロックは、主に、大型スケールで、ディーゼル内燃エンジンの排気ガスによる汚染防止のための装置において使用される。残りの説明においては、フィルター、フィルター構造体またはフィルターブロックを同様に述べて本発明に係るろ別構造体を規定する。 The soot filters or filter blocks described are mainly used in devices for preventing contamination by exhaust gases of diesel internal combustion engines on a large scale. In the rest of the description, the filter, filter structure or filter block is similarly described to define the filter separation structure according to the present invention.
このような構造体の工業製品は、多数のステップが必要であり、ろ別機能、すなわち内部欠点がないこと、について好適な構造体の最終製品のために各ステップを最適条件下で行わなければならない点で複雑であると認められる。従来の製造プロセスにおける主ステップの典型的な連続としては、とりわけ、ＳｉＣまたはコージライトを基にしたペーストの、ハニカム型の一体型要素内での押出し、ダクトのある端部の密閉、燃焼、任意選択的に機械加工、被覆セメントおよびジョイントセメントの該要素間での適用、続いてこれらの組立て、および一般的には適切な熱処理による該セメントの固化、が挙げられる。このようなステップの典型的な連続は、例えば、特許出願ＷＯ２００４／０６５０８８号およびＥＰ １ １４２ ６１９号に記載されている。これらのステップ（および他のもの）は、すべてフィルターの内部構造、例えばハニカム要素内の壁内または要素間のジョイント部の１または２以上の損傷、ダクトの不完全な密閉、壁内またはジョイント部内の１または２以上のクラック、欠損、多孔性のまたは追加的な１または２以上のプラグ、壁またはジョイント部の厚さの不均一分布、被覆セメントの不完全な密閉、の潜在的欠陥が元であることが明らかである。したがって、製造段階において、およびまた任意選択的な再利用プロセスの後で、これらの欠点の検出および好ましくは特性化は不可欠である。これは、フィルターの試運転においてまたは数回の連続再生サイクル後（その間フィルターが高い熱機械応力にさらされる）で、これらがフィルターの有効性および品位に対して顕著に影響する場合があるためである。 Industrial products of such structures require a number of steps and each step must be carried out under optimum conditions for the final product of a suitable structure for the filtering function, i.e. no internal defects. It is recognized as complicated in that it does not. Typical sequences of main steps in conventional manufacturing processes include, inter alia, the extrusion of SiC or cordierite-based pastes in a honeycomb-type monolithic element, sealing of the ends with ducts, combustion, optional Optional machining, application of coated cement and joint cement between the elements, followed by their assembly, and solidification of the cement, generally by appropriate heat treatment. A typical sequence of such steps is described, for example, in patent applications WO 2004/065088 and EP 1 142 619. These steps (and others) are all related to the internal structure of the filter, such as one or more damage to the joints in the walls or between the elements in the honeycomb elements, incomplete sealing of the ducts, in the walls or in the joints Due to potential defects of one or more cracks, defects, porous or additional plugs, uneven distribution of wall or joint thickness, imperfect sealing of the coated cement It is clear that Therefore, detection and preferably characterization of these defects is essential at the manufacturing stage and also after an optional recycling process. This is because during filter commissioning or after several successive regeneration cycles during which the filter is exposed to high thermomechanical stress, these can significantly affect the effectiveness and quality of the filter. .
観察される殆どの欠点はフィルターの内部欠点であることが見出されている。 It has been found that most of the defects observed are internal defects of the filter.
さらに、当座において公知である殆どの非開扉法は十分に識別できるものではなく、そしてフィルターの破壊によってのみフィルターの内部欠点を可視的に特性化することができる。 Furthermore, most non-opening methods known for the time being are not well discernable, and the internal defects of the filter can only be characterized visually by breaking the filter.
ある公知の方法は、構造体の２つの側に亘る圧力降下の測定に基づく。しかしこの測定は十分な識別を可能にするものではない。壁の空隙率および厚さにおける固有のばらつきに左右され過ぎるためである。 One known method is based on measuring the pressure drop across the two sides of the structure. However, this measurement does not allow for sufficient identification. This is because it depends too much on the inherent variation in the porosity and thickness of the walls.
特許出願ＦＲ ２ ８４０ ４０５号は、超音波の使用によって粒子フィルター中の欠点を検出するための非破壊方法を記載する。多孔性物質を横切る間の超音波行程時間ならびに／または超音波信号の出力および振幅の変動の測定により、構造体の固有の欠点が表される。 Patent application FR 2 840 405 describes a non-destructive method for detecting defects in particle filters by the use of ultrasound. Measurements of ultrasonic travel time and / or ultrasonic signal power and amplitude variation across the porous material represent inherent disadvantages of the structure.
本発明の目的は、上記の粒子フィルターを非破壊で特性化するための方法を提供することである。 It is an object of the present invention to provide a method for nondestructively characterizing the above particle filter.
より詳細には、本発明は、例えば製造プロセス中に、内部欠点を有さないハニカム構造を、粒子フィルターとしての使用に対してこれらを許容できないものにし易い内部欠点を有する構造から特性化および区別するための、単純、経済的および十分に識別力がある非破壊方法に関する。 More particularly, the present invention characterizes and distinguishes honeycomb structures that do not have internal defects, for example during the manufacturing process, from structures that have internal defects that tend to make them unacceptable for use as a particulate filter. It relates to a simple, economical and sufficiently discriminating non-destructive method for doing this.
より正確には、そして第１の側面に従い、本発明は、フィルターの内部欠点を任意選択的には触媒的に検出するための、特に煤煙粒状物を含むガスの処理のために用いられる非破壊方法に関し、該フィルターは、単数または複数のハニカムフィルター要素を含み、該単数または複数の要素は、平行軸を有しかつ多孔性壁により分離されている一連の隣接するダクトまたはチャンネルを含み、該ダクトは、該ガスが多孔性壁を通過するようにこれらの端部の一方または他方でプラグにより密閉され、ガス入口側を介して開口する入口チャンバーとガス取出側を介して開口する出口チャンバーとを区切り、該方法は、該欠点の存在または不存在が、単数または複数の該フィルター要素を通る空気等のガス流の伝播を測定することによって評価されることを特徴とする。本発明の記載で、「流れの伝播」は、該構造体をその多孔性壁を通って通過するガスの流れの変動を意味する。 More precisely, and in accordance with the first aspect, the present invention provides a non-destructive method used for the optional detection of internal defects of filters, optionally for the treatment of gases containing smoke particulates. For the method, the filter comprises one or more honeycomb filter elements, the element or elements comprising a series of adjacent ducts or channels having parallel axes and separated by a porous wall, The duct is sealed by a plug at one or the other of these ends so that the gas passes through the porous wall, and has an inlet chamber that opens through the gas inlet side and an outlet chamber that opens through the gas outlet side The method evaluates the presence or absence of the defect by measuring the propagation of a gas flow, such as air, through the filter element or elements. It is characterized in. In the description of the present invention, “flow propagation” means fluctuations in the flow of gas through the structure through its porous wall.
該欠点は、ハニカム要素内の壁内または要素間のジョイント部の損傷、ダクトの不完全な密閉、壁内またはジョイント部内のクラック、欠損、多孔性のまたは追加的なプラグ（supplementary plug）、壁またはジョイント部の厚さの不均一分布、被覆セメントの不完全な密閉、の型であることができる。 The disadvantages include damage to the joints in or between the walls in the honeycomb elements, incomplete sealing of the ducts, cracks, defects, porous or additional plugs in the walls or joints, walls Or it can be a type of uneven distribution of joint thickness, imperfect sealing of the coated cement.
例えば、該欠点の存在または不存在は、内部欠点を全く有さないフィルターに対応する対照値との比較によって評価される。 For example, the presence or absence of the defect is assessed by comparison with a control value corresponding to a filter having no internal defects.
本発明の方法の第１の可能な態様に従い、フィルターを通るガス流の伝播は、赤外線の透過スペクトルをフィルター出口で分析することによって、特に赤外サーモグラフィ分析によって評価される。 According to a first possible embodiment of the method of the invention, the propagation of the gas flow through the filter is evaluated by analyzing the infrared transmission spectrum at the filter outlet, in particular by infrared thermography analysis.
他の可能な態様に従い、フィルターを通るガス流の伝播は、該フィルターの出口でのガス速度の少なくとも１つの測定によって評価される。 According to another possible embodiment, the propagation of the gas flow through the filter is evaluated by at least one measurement of the gas velocity at the outlet of the filter.
無論、先の２態様は本発明を限定するものではなく、フィルターを通るガスの伝播を分析するための任意の公知手段が本発明の範囲に含まれる。 Of course, the previous two embodiments do not limit the invention, and any known means for analyzing the propagation of gas through the filter is within the scope of the invention.
例えば、第２の態様に従い、ガス速度の一連の測定は、フィルター出口での該速度のプロファイルを得るために行われる。 For example, according to the second aspect, a series of measurements of gas velocity are made to obtain a profile of the velocity at the filter outlet.
該欠点の存在または不存在は、フィルターについて得られる種々のガス速度値の間の比較によって評価される。 The presence or absence of the drawback is assessed by comparison between the various gas velocity values obtained for the filter.
測定ピッチは、有利には、ダクトの幅と等しいかこれより低い。 The measurement pitch is advantageously equal to or less than the width of the duct.
任意に、本発明の特定の態様では、フィルターの多孔性壁が、煤煙濃度１グラム毎リットル以上で予め充填されている。 Optionally, in certain embodiments of the invention, the porous walls of the filter are pre-filled with a smoke concentration of 1 gram per liter or more.
他の側面に従い、本発明は、上記の方法を実施するための、特に
−空気等のガスをフィルター内に送るための手段、
−該フィルター内に導入される気流を制限するための手段、
−該フィルター内に導入される空気の流速および／または圧力を管理するための手段、
−単数または複数の該フィルター要素を通る空気等のガス流の伝播を測定するためのフィルター出口での手段、
を含む装置に関する。
According to another aspect, the present invention provides a means for carrying out the above method, in particular for sending a gas such as air into the filter,
-Means for limiting the air flow introduced into the filter;
-Means for managing the flow rate and / or pressure of the air introduced into the filter;
-Means at the filter outlet for measuring the propagation of a gas flow, such as air, through the filter element or elements;
The present invention relates to an apparatus including:
測定手段は、例えばプロペラ流速計、熱ワイヤ、ピトー管、熱球装置、熱フィルム装置、ＰＩＶ（粒子画像流速計）型装置、気流速度に関連するドップラー効果を測定するＬＤＡ（レーザードップラー流速計）型装置から選択される、例えばガス速度を測定するための手段である。 The measuring means is, for example, a propeller velocimeter, a hot wire, a Pitot tube, a hot ball apparatus, a thermal film apparatus, a PIV (particle image velocimeter) type apparatus, an LDA (laser Doppler velocimeter) type that measures the Doppler effect related to the air velocity. A means selected from the apparatus, for example for measuring the gas velocity.
制御手段は、精密バルブを伴ってバタフライバルブを含んでもよい。 The control means may include a butterfly valve with a precision valve.
測定手段はまた、フィルター出口での赤外線の透過スペクトルを分析することによってガス流の伝播を測定する装置、特に赤外サーモグラフィ分析のための装置であってもよい。 The measuring means may also be a device for measuring the propagation of the gas flow by analyzing the infrared transmission spectrum at the filter outlet, in particular a device for infrared thermography analysis.
上記の方法または装置は特に、
−粒子フィルター製造方法を制御するために、
−粒子フィルター再利用方法を制御するために、
−新規な粒子フィルターの設計、特性化または開発のための検討のために、特に該フィルターにおいて使用可能な新規なまたは改善された材料の選択に関して、
−フィルター耐久性制御検討のために、
適用できる。
The method or apparatus described above is particularly
-To control the particle filter manufacturing method,
-To control the particle filter recycling method,
-For consideration for the design, characterization or development of new particle filters, in particular with regard to the selection of new or improved materials that can be used in the filters.
-To study filter durability control,
Applicable.
本発明は、本発明の方法を実施するための本発明に従った装置の例示的な態様の図１により示される以下の説明の解釈からより良く理解されるであろう。 The invention will be better understood from the interpretation of the following description given by FIG. 1 of an exemplary embodiment of an apparatus according to the invention for carrying out the method of the invention.
装置は、放射方向に成長するフィルターの欠点を可視化するという一次的な目的のために設計されてきた。しかし、出願人により行われた実験から、構造体内に長手方向に沿って存在する他の型の欠点も、本発明の方法およびその関連する装置によって検出される信号に作用し、結果として特性化もできることが示された。 The device has been designed for the primary purpose of visualizing the shortcomings of radially growing filters. However, from experiments conducted by the applicant, other types of drawbacks that exist along the length of the structure also affect the signals detected by the method of the invention and its associated devices, resulting in characterization. It was shown that it can also.
本発明の原理に従い、ガス、典型的には空気、が粒子フィルター内に吹き込む。ガス速度プロファイルは、フィルター出口で測定および分析される。残りの説明ではガスが空気である場合が考えられているが、無論、本発明の範囲を外れることなく他のガスも使用できる。 In accordance with the principles of the present invention, a gas, typically air, is blown into the particle filter. The gas velocity profile is measured and analyzed at the filter outlet. In the remaining description, the gas is considered to be air, but of course other gases can be used without departing from the scope of the present invention.
測定は、一定流速で、かつ理想的には、一定圧力で、粒子フィルターの入口（上流）で、ガス伝播方向において行う。 The measurement is performed in the gas propagation direction at the inlet (upstream) of the particle filter at a constant flow rate and ideally at a constant pressure.
より正確には、そして図１において示されるように、該装置は管型部材１を含み、該管型部材１上に、以下が連続して配置される。 More precisely, and as shown in FIG. 1, the apparatus includes a tubular member 1 on which the following are placed in series.
１）エアフィルター２：
このフィルターは任意選択的であり、周辺大気中に存在する塵埃が装置内に蓄積するのを防止する機能を有する。
1) Air filter 2:
This filter is optional and has the function of preventing the dust present in the surrounding atmosphere from accumulating in the device.
２）バタフライバルブ３：
このバルブは、粒子フィルター４の入口での流速および圧力を大まかに管理する働きをする。
しかし、気流速度の値を最小にするためには、このバルブ３を精密バルブ５と組み合わせることが有利である場合がある。該バルブ５は、例えば、打切型のものであり、そして温度が実質的に一定の気流で動作する働きをする。このバルブ５の寄与は、有利には、流速の精度を１ｍ3／ｈ（時間当たりの立方メートル）よりも良好にし、そして、粒子フィルター４の近傍および上流の圧力の、空気行程方向における制御をより容易にする効果があることである。得られる圧力の精度は、約１ｍｂａｒ（１ｂａｒ＝０．１ＭＰａ）である。
2) Butterfly valve 3:
This valve serves to roughly manage the flow rate and pressure at the inlet of the particle filter 4.
However, it may be advantageous to combine this valve 3 with the precision valve 5 in order to minimize the value of the air velocity. The valve 5 is, for example, a truncated type and operates to operate with an air flow having a substantially constant temperature. This contribution of the valve 5 advantageously makes the accuracy of the flow rate better than 1 m 3 / h (cubic meter per hour) and more control of the pressure in the vicinity of and upstream of the particle filter 4 in the air stroke direction. It has the effect of facilitating. The accuracy of the pressure obtained is about 1 mbar (1 bar = 0.1 MPa).
３）ブロアー６：
該ブロアーは、空気をフィルター４内に送る働きをする。吹き付ける気流速度は、一般的に、特性化されるべき欠点の型に左右される。例えば、フィルターに煤煙または粉末状物質が詰まっていない構成においては、ブロアーから吹き付けられる気流速度は、典型的には、１０から７００ｍ3／ｈの間、好ましくは２００から４００ｍ3／ｈの間の範囲であってもよい。
3) Blower 6:
The blower serves to send air into the filter 4. The blowing air velocity generally depends on the type of defect to be characterized. For example, in a configuration where the filter is not clogged with smoke or powdered material, the airflow velocity blown from the blower is typically between 10 and 700 m 3 / h, preferably between 200 and 400 m 3 / h. It may be a range.
フィルターに煤煙または他の粒子状物質が詰まっている構成においては、フィルターにより吹き付けられる気流速度は、１０から７００ｍ3／ｈの間、好ましくは１０から１００ｍ3／ｈの間で変動する。 In configurations where the filter is clogged with soot or other particulate matter, the air velocity blown by the filter varies between 10 and 700 m 3 / h, preferably between 10 and 100 m 3 / h.
４）フローメーター７：
フローメーターは、操作中の気流速度をチェックおよび制御する働きをする。
4) Flow meter 7:
The flow meter serves to check and control the air velocity during operation.
５）ブロアー６と末広ノズル９との間で調整されるチューブ８の長さ：
ブロアーと末広ノズルとの間のチューブ８の長さは、有利には、チューブ直径の約５０倍よりも大きい。このような構成は、特に、チューブ８から出る気流ラインの実質的に一定な速度、すなわち末広ノズルの入口におけるガスの安定化された流れを得る働きをする。
5) The length of the tube 8 adjusted between the blower 6 and the divergent nozzle 9:
The length of the tube 8 between the blower and the divergent nozzle is advantageously greater than about 50 times the tube diameter. Such a configuration serves in particular to obtain a substantially constant velocity of the air flow line exiting the tube 8, i.e. a stabilized flow of gas at the inlet of the divergent nozzle.
６）末広ノズル９：
末広ノズルの壁における気流のいずれの分離およびいずれの乱流も防ぐために、末広頂角は好ましくは７°より小さく、例えば６°である。このような構成は、特に粒子フィルターの入口に到達する際に均一な気流ラインを作る働きをする。
6) Suehiro nozzle 9:
In order to prevent any separation of airflow and any turbulence in the wall of the divergent nozzle, the divergent apex angle is preferably less than 7 °, for example 6 °. Such a configuration serves to create a uniform air flow line, especially when reaching the inlet of the particle filter.
本発明の好ましい態様において、フィルター入口と末広ノズル出口とは直接突き合わされている。しかし、フィルターのハウジング（housing）１０（商業取引においては「カニング（canning）」といわれる）がフィルター４のものよりも長い長さを有することによって、末広ノズル９の出口１１とフィルター４の入口１２との間に空間が存在する場合は、なお本発明の範囲内である。例えば、出願人により行われる試験で、６”長さのフィルター（１インチ＝２．５４ｃｍ）がフィルター入口から４”の距離に配置され、１０”長さのカニングが用いられた場合（図１参照）に満足すべき結果が示された。
In a preferred embodiment of the present invention, the filter inlet and the divergent nozzle outlet are directly abutted. However, the filter housing 10 (referred to in the commercial trade as “canning”) has a longer length than that of the filter 4, so that the outlet 11 of the divergent nozzle 9 and the
７）圧力検知器１３：
圧力検知器は、気流方向において、粒子フィルターのすぐ上流に位置する末広ノズルの部分における絶対圧および／またはゲージ圧をチェックおよび制御する機能を有する。
7) Pressure detector 13:
The pressure detector has the function of checking and controlling the absolute pressure and / or gauge pressure in the portion of the divergent nozzle located immediately upstream of the particle filter in the airflow direction.
８）任意選択的に、フィルター入口１２に近接する温度検知器１４。
8) Optionally, a
９）空気速度を測定するための装置１５：
測定装置は、ガス流の速度を測定するために、流体力学の分野で公知の任意の装置から本発明に従って選択できる。これを限定的に考えることなく、例えば、本発明に従って、
−本発明の装置の出口の粒子フィルターの下流表面を掃く１つ以上の可動式プロペラ流速計、
−固定式もしくは可動式の、および／またはフィルターの背部の種々の位置に配置される、直列または電池式の流速計、
−ガス速度が１つまたは複数のワイヤの熱損失の関数として測定される、１つ以上の熱ワイヤまたはさらに熱ワイヤ一式、
−１つ以上のピトー管、
−熱球装置、
−熱フィルム装置、
−ＰＩＶ（粒子画像速度測定法）型装置、
−空気速度に関連するドップラー効果を測定するＬＤＡ（レーザードップラー流速測定法）型装置
を用いることが可能である。
9)
The measuring device can be selected according to the invention from any device known in the field of hydrodynamics to measure the velocity of the gas flow. Without limiting this, for example, according to the present invention,
One or more movable propeller velocimeters that sweep the downstream surface of the particle filter at the outlet of the apparatus of the invention,
A series or battery-type current meter, fixed or movable and / or arranged at various positions on the back of the filter,
One or more hot wires or even a set of hot wires, whose gas velocity is measured as a function of the heat loss of one or more wires,
-One or more Pitot tubes,
-Hot-ball device,
-Thermal film device,
-PIV (Particle Image Velocimetry) type device,
It is possible to use an LDA (Laser Doppler Flow Rate Measurement) type device that measures the Doppler effect related to air velocity.
本発明に従い、欠点の存在または不存在は、構造体を経るガス流の伝播の測定により評価される。例えば、そして既に記載したように、図１に関し、この測定は、構造体から出るガスの速度の分析に関連する。しかし、この目的について公知の前記の測定を行うための任意の他の手段を本発明に従って使用することができる。特に、フィルター出口での赤外線の透過スペクトルを分析することによってフィルターを経るガス流の伝播を数値化する装置、特に赤外サーモグラフィ分析の装置を使用できる。得られる変動は前記のフィルターを経るガス流条件に関連するため、１つまたは複数の欠点の存在または不存在の特徴的なスペクトルが得られる。 In accordance with the present invention, the presence or absence of defects is assessed by measuring the propagation of gas flow through the structure. For example, and as already described, with respect to FIG. 1, this measurement is related to the analysis of the velocity of the gas exiting the structure. However, any other means for performing the aforementioned measurements known for this purpose can be used according to the invention. In particular, an apparatus for quantifying the propagation of the gas flow through the filter by analyzing the infrared transmission spectrum at the filter outlet, in particular an apparatus for infrared thermography analysis, can be used. Since the resulting variation is related to the gas flow conditions through the filter, a characteristic spectrum of the presence or absence of one or more defects is obtained.
フィルターの背部１６と空気測定装置１５との間の距離は、一般的に、測定装置自体の寸法により生じる全体寸法とフィルターから出る気流の出力との間の妥協点である。
The distance between the back 16 of the filter and the
実際上、この距離が最小化され、ガス速度の測定を妨害する可能性がある出口ガス流の任意の「逆混合」が回避される構成が選択される。 In practice, a configuration is chosen in which this distance is minimized and any “backmixing” of the outlet gas flow that may interfere with the measurement of gas velocity is avoided.
一般的に、フィルター／測定装置の距離は、０から数センチメートルの間、好ましくは０から２ｃｍの間である。 In general, the filter / measuring device distance is between 0 and a few centimeters, preferably between 0 and 2 cm.
ある可能な態様に従い、本発明の範囲を外れることなく、測定装置、その目的のために開発されるソフトウエアと関連させることによるフィルター出口でのガス速度の２次元または３次元のマッピングを図示することがさらに可能である。 In accordance with certain possible embodiments, illustrating a two-dimensional or three-dimensional mapping of gas velocity at the filter outlet by associating with the measuring device, software developed for that purpose, without departing from the scope of the present invention It is further possible.
粒子フィルターを制御するための本発明に従った方法は、種々の手段で、特に、調べられる欠点の型に従って実施できる。 The method according to the invention for controlling a particle filter can be carried out by various means, in particular according to the type of defect investigated.
第１の態様に従って、損傷型、多孔性型、追加型または壁プラグ型（wall plug type）の非ろ別欠点を可視化するために試みがなされる。この態様に従って、フィルターは前充填なしに上記の測定装置内に直接配置される。 In accordance with the first aspect, an attempt is made to visualize the non-filtered defects of damaged, porous, additional or wall plug types. According to this embodiment, the filter is arranged directly in the measuring device without prefilling.
この態様において、気流速度は、一般的には２００から４００ｍ3／ｈの間である。 In this embodiment, the airflow speed is generally between 200 and 400 m 3 / h.
分析は、比較、例えばこの型の欠点を有さないフィルターに対応する対照値との比較であってもよい。出願人により行われた実験は、事実上、フィルター出口で得られるガス速度値は、流速、および理想的にはフィルターに入るガスの圧力が２つのフィルター（対照フィルターおよび分析すべきフィルター）について実質的に同一であった場合に、特に再現可能であったことを示してきた。本発明に従い、フィルターのより良好な特性化のためには一定圧力で行うことが好ましい。 The analysis may be a comparison, for example a comparison with a control value corresponding to a filter that does not have this type of drawback. Experiments conducted by the applicant have shown that, in effect, the gas velocity value obtained at the filter outlet is substantially the same for two filters (the control filter and the filter to be analyzed) where the flow rate, and ideally the pressure of the gas entering the filter. Have been shown to be particularly reproducible. In accordance with the present invention, it is preferred to carry out at a constant pressure for better characterization of the filter.
代替の態様に従い、分析はまた、得られる種々の速度値、調べられる欠点の存在を示す平均測定速度からの実質的な偏差の間の比較により行うことができる。例えば、フィルター出口で測定される平均ガス速度からの局所的な相対偏差である少なくとも５％、好ましくは少なくとも１０％は、内部欠点を検出、特性化および位置決定するのに十分であることができる。本発明の記載において、相対偏差は、同じ形式の対照フィルター上で観察される速度に対する速度の差の絶対値に１００を乗じたものを意味する。 According to an alternative embodiment, the analysis can also be performed by comparison between the various speed values obtained, a substantial deviation from the average measured speed indicating the presence of the defect being investigated. For example, a local relative deviation of at least 5%, preferably at least 10%, from the average gas velocity measured at the filter outlet can be sufficient to detect, characterize and locate internal defects. . In the description of the present invention, relative deviation means 100 times the absolute value of the speed difference versus speed observed on the same type of control filter.
壁内のクラックまたは損傷等の欠点を可視化するための試みが典型的になされる他の可能な態様に従い、フィルターが上記の測定装置内に、煤煙、または好ましくは煤煙よりも害が少ないが特性（粒子サイズ分布、グレイン形状等）は同様であるモデル粉末状物質が充填される前工程の後で配置される。 In accordance with other possible embodiments, where attempts are typically made to visualize defects such as cracks or damage in the wall, the filter is characterized by smoke, or preferably less harmful than smoke, in the above measuring device. (Particle size distribution, grain shape, etc.) are placed after the previous step of filling the same model powdery substance.
この態様において、気流速度は、２０から４０ｍ3／ｈの間であることができる。前の態様のように、分析は、ガス伝播方向において、フィルター入口ですぐ測定される同じ気流速度下および好ましくは同じ圧力条件下で、既知の対照に関する比較であってもよい。 In this embodiment, the air velocity can be between 20 and 40 m 3 / h. As in the previous embodiment, the analysis may be a comparison with respect to a known control, in the direction of gas propagation, under the same air velocity measured immediately at the filter inlet and preferably under the same pressure conditions.
前の態様のように、分析はまた、分析されるフィルター上で得られる速度の比較により、例えば観察される平均速度に関して行ってもよい。この処置において、フィルター出口で測定される平均ガス速度からの局所的な相対偏差、少なくとも１０％、好ましくは少なくとも２０％は、測定条件においてクラック型の内部欠点を検出、特性化および位置決定するのに役立つ。 As in the previous embodiment, the analysis may also be performed, for example with respect to the observed average speed, by comparison of the speeds obtained on the analyzed filter. In this procedure, a local relative deviation from the average gas velocity measured at the filter outlet, at least 10%, preferably at least 20%, detects, characterizes and locates crack-type internal defects in the measurement conditions. To help.
無論、本発明はこれらの態様に限定されない。特に、本発明の範囲から外れることなく、煤煙を含まないフィルター上のクラック型、損傷型等、および逆に、予め煤煙を含んだフィルター上の損傷プラグ型、多孔性プラグ型等の欠点を可視化することが可能である。 Of course, the present invention is not limited to these embodiments. In particular, without deviating from the scope of the present invention, it is possible to visualize defects such as crack types and damaged types on filters that do not contain smoke, and conversely, damaged plug types and porous plug types on filters that already contain smoke. Is possible.
本発明およびその利点が以下の限定しない例により示される。 The invention and its advantages are illustrated by the following non-limiting examples.
以下の例において用いたフィルターは、１つのフィルターブロックで、複数の一体型ハニカム要素を組合せる。押出される要素は、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）から形成する。燃焼後、これらを機械加工し、次いでシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を基にするセメントを用い接着によりともに接合し、これにより構造体を得て、次いで、よく知られる技術に従い、被覆セメントで被覆する。このようなフィルター構造体の加工は、特に、特許出願ＥＰ ８１６ ０６５号，ＥＰ１ １４２ ６１９号，ＥＰ１ ４５５ ９２３号およびさらにＷＯ２００４／０９０２９４号に記載されている。 The filter used in the following examples combines a plurality of integral honeycomb elements in one filter block. The extruded element is formed from silicon carbide (SiC). After burning, they are machined and then bonded together using a cement based on silicon carbide (SiC) to obtain a structure, which is then coated with coated cement according to well-known techniques. The processing of such filter structures is described in particular in patent applications EP 816 065, EP 1 142 619, EP 1 455 923 and also in WO 2004/090294.
以下の例で用いたフィルターの特徴が表１に与えられる。 The characteristics of the filters used in the following examples are given in Table 1.
用いる装置は図１に関して記載する型のものである。末広ノズルの頂角は６°である。ガス速度を測定するための装置は、交差配置の２つのシリンダーの上にマウントされて２つの行程方向ＸおよびＹに沿って動けるようになっている、ＲＢＩ ＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔａｔｉｏｎｓのＳｃｈｉｌｔｋｎｅｃｈｔプロペラ流速計からなる。 The apparatus used is of the type described with respect to FIG. The apex angle of the divergent nozzle is 6 °. The apparatus for measuring gas velocity consists of an RBI Instruments Schiltknecht propeller anemometer mounted on two cylinders in cross-position and adapted to move along two stroke directions X and Y.
装置は、Ｘ方向に第１の線上で段階的な動作をし、段階は１．８ｍｍに設定されている。最適な識別を得るために、段階はチャンネルの幅と等しくなるように選択される。Ｘに沿った線が１度完結すると、装置はＹに沿って１ノッチ降下する。Ｘ方向またはＹ方向における流速計の各動作でガス速度の局所的な測定が行われる。流れの完全なＸＹマッピングがこのようにして得られる。 The device operates stepwise on the first line in the X direction, and the step is set to 1.8 mm. In order to obtain optimal discrimination, the steps are chosen to be equal to the channel width. Once the line along X is complete, the device descends one notch along Y. A local measurement of gas velocity is performed with each operation of the anemometer in the X or Y direction. A complete XY mapping of the flow is thus obtained.
例１：
この例では、欠点プラグ型（例えば損傷したまたは多孔性の）の欠点を検出する試みがなされた。分析は、欠点プラグを意図的に含むフィルター上で実施した。欠点を有さない対照フィルターもまた同じ条件下で分析した。主要なパラメータおよび結果が表２に与えられる。
Example 1:
In this example, an attempt was made to detect a fault of the fault plug type (eg, damaged or porous). The analysis was performed on a filter that intentionally included a fault plug. A control filter without defects was also analyzed under the same conditions. The main parameters and results are given in Table 2.
得られる結果は、フィルター入口での同等の気流速度および圧力の条件について、流速計により各段階で測定される：
ａ）対照フィルターについて、
ｂ）欠点を有さないフィルターの部分について、
の速度が、若干の絶対偏差（０．３ｍ／ｓ）を伴い実質的に同一（１０ｍ／ｓ）であることを示す。
The results obtained are measured at each stage by an anemometer for conditions of equivalent air velocity and pressure at the filter inlet:
a) For the control filter:
b) For parts of the filter that do not have defects
Is substantially the same (10 m / s) with some absolute deviation (0.3 m / s).
さらに、これにより決定される対照値と欠点プラグでの測定がなされる場合に得られる速度値との間の相対偏差は顕著（２０％）であり、そして欠点プラグの決定、特性化およびさらに位置決定を可能にする。 Furthermore, the relative deviation between the reference value determined thereby and the speed value obtained when the measurement at the fault plug is made is significant (20%), and the fault plug determination, characterization and further location Allows decision.
フィルターの損傷および欠点の実際の可視化により、ガス速度測定によって見出される欠点の場所は欠点プラグの正確な場所に対応することもまたチェックした。 With the actual visualization of filter damage and defects, it was also checked that the defect location found by gas velocity measurement corresponds to the exact location of the defect plug.
例２：
この例では、さらなるプラグ型または非ろ別壁型の欠点を検出するための試みがなされた。分析は、追加的なプラグを意図的に含むフィルター上で行った。欠点を有さない対照フィルターもまた、同じ条件下で分析した。主要なパラメータおよび結果が表３に与えられる。
Example 2:
In this example, an attempt was made to detect further plug-type or non-filtered wall defects. Analysis was performed on filters that intentionally included additional plugs. A control filter without defects was also analyzed under the same conditions. The main parameters and results are given in Table 3.
前掲の例でのように、得られる結果により、フィルター入口での同等の気流速度および圧力の条件について、流速計により各段階で測定される、
ａ）対照フィルターについての、
ｂ）欠点を有さないフィルターの部分についての、
速度が、若干の絶対偏差（０．３ｍ／ｓ）を伴い実質的に同一（１２ｍ／ｓ）であることが示される。
As in the previous example, the results obtained are measured at each stage by an anemometer for equivalent air velocity and pressure conditions at the filter inlet.
a) for the control filter,
b) For the part of the filter that does not have any drawbacks,
The speed is shown to be substantially the same (12 m / s) with some absolute deviation (0.3 m / s).
さらに、これにより決定される対照値と欠点プラグでの測定がなされる場合に得られる速度値との間の相対偏差はなお顕著（１２．５％）であり、気流速度は高いが、追加的なプラグの決定、特性化およびさらに位置決定を可能にする。 Furthermore, the relative deviation between the control value determined thereby and the velocity value obtained when the measurement with the fault plug is made is still significant (12.5%), the airflow velocity is high but additional Allows for the determination, characterization and further positioning of the correct plug.
ガス速度の測定により見出される欠点の場所は、意図的に加えられる追加的なプラグの正確な場所に対応する。 The location of the defects found by measuring the gas velocity corresponds to the exact location of the additional plug that is intentionally added.
例３：
この例では、クラック壁型で、幾つかのフィルター再生サイクルの後に観察される欠点を検出するための試みがなされた。欠点を有さない対照フィルターもまた、同じ条件下で分析した。測定前に、２つのフィルターの壁には、フィルター中リットル当たり煤煙７グラムの量に到達するまで煤煙が充填された。主要なパラメータおよび得られる結果が表４に与えられる。
Example 3:
In this example, an attempt was made to detect defects observed in the crack wall type after several filter regeneration cycles. A control filter without defects was also analyzed under the same conditions. Prior to measurement, the walls of the two filters were filled with soot until reaching an amount of 7 grams of soot per liter in the filter. The main parameters and the results obtained are given in Table 4.
煤煙が詰まったフィルター、フィルター入口での気圧は、初めの２例におけるよりも実質的に高く、そしてガス出口で測定される速度は大幅により低い。これらの条件下で得られる結果により、フィルター入口での同等の気流速度および圧力の条件について、対照フィルターと欠点を有さないフィルターの部分との間で流速計により各段階で測定される速度は、若干の絶対偏差（０．１ｍ／ｓ）を伴い実質的に同一（１．９ｍ／ｓ）であることが示される。 A filter clogged with soot, the air pressure at the filter inlet is substantially higher than in the first two cases, and the rate measured at the gas outlet is significantly lower. The results obtained under these conditions indicate that for the same air velocity and pressure conditions at the filter inlet, the velocity measured in each step by the anemometer between the control filter and the non-defective filter part is It is shown to be substantially the same (1.9 m / s) with some absolute deviation (0.1 m / s).
さらに、この対照値と、フィルターの欠点部分で測定が行われる場合に得られる速度値との間の相対偏差は顕著（３９％）であり、そして内部クラックの決定、特性化および位置決定を可能にする。 Furthermore, the relative deviation between this reference value and the velocity value obtained when the measurement is performed on the defective part of the filter is significant (39%) and allows the determination, characterization and positioning of internal cracks. To.
破壊的方法によるフィルターの従来の分析により、ガス速度測定により見出される欠点の場所が、壁にクラックが入った場所に明らかに対応することが示された。 Conventional analysis of the filter by destructive methods showed that the location of the defects found by gas velocity measurements clearly correspond to the location where the wall was cracked.
本発明に従った装置および方法は、粒子フィルターをその生成の完了時にて迅速に評価する働きをすることができる。例えば該装置は製造ラインに並行して取付けることができ、生成されるフィルターの一部の分析は、完結した製造バッチの有効性確認の働きをする。他の例に従い、本発明に従った装置は、製造ラインの出口に配置でき、そして、製品品質目標に合致させるために、生成される全フィルターをラインの終点で検査できる。 The apparatus and method according to the present invention can serve to quickly evaluate a particle filter upon completion of its production. For example, the device can be installed in parallel on the production line, and analysis of the part of the filter produced serves to validate the finished production batch. According to another example, an apparatus according to the present invention can be placed at the exit of a production line and the entire filter produced can be inspected at the end of the line to meet product quality goals.
本発明はまた、フィルター上のその再利用後の欠点を探索し、これによりＦＲ ２ ８４０ ４０５号に記載されるものよりも高価でなくかつより精密な技術を与えるために適用できる。 The present invention can also be applied to explore the disadvantages after its reuse on the filter and thereby provide a less expensive and more precise technique than that described in FR 2 840 405.
最も一般的な様式では、本発明に従った方法および装置は、前記のフィルター加工の制御または再利用プロセスのみならず、
−新規な粒子フィルターの設計、特性化または開発のための検討のため、特に前記のフィルターにおいて使用可能な新規なまたは改善された材料の選択に関して、
−フィルター耐久性制御検討のため、
等に適用できる。
In the most general manner, the method and apparatus according to the present invention not only provides for the filtering control or recycling process described above,
-For consideration for the design, characterization or development of new particle filters, in particular regarding the selection of new or improved materials that can be used in said filters.
-To study filter durability control,
Applicable to etc.
本発明は、単純な粒子フィルター、すなわち煤煙ろ別機能を示すのみのものの内部、および、煤煙ろ別機能と、酸化窒素、酸化硫黄および一酸化炭素等の汚染性ガスの変換とを組合せる触媒フィルターの内部、の両方に存在する欠点の検出のために適用可能である。このような触媒フィルターは、例えば、初期構造体を、触媒またはその前駆体を含む溶液中に浸漬することにより得られる。 The present invention is a catalyst that combines a simple particle filter, i.e., one that only exhibits a soot filtering function, and a soot filtering function and the conversion of pollutant gases such as nitric oxide, sulfur oxide and carbon monoxide. Applicable for the detection of defects present both inside the filter. Such a catalyst filter is obtained, for example, by immersing the initial structure in a solution containing the catalyst or a precursor thereof.
Claims (14)
−空気等のガスをフィルター内に送るための手段（６）、
−該フィルター（４）内に導入される気流を制限するための手段（８，９，１０）、
−該フィルター内に導入される空気の流速および／または圧力を管理するための手段（３，５）、
−単数または複数の該フィルター要素を通る空気等のガス流の伝播を測定するためのフィルター出口における手段、
を含む装置。 An apparatus for carrying out the method according to any of the preceding claims,
-Means for sending a gas, such as air, into the filter (6),
-Means (8, 9, 10) for limiting the air flow introduced into the filter (4);
-Means (3, 5) for controlling the flow rate and / or pressure of the air introduced into the filter;
-Means at the filter outlet for measuring the propagation of a gas flow, such as air, through the filter element or elements;
Including the device.
−粒子フィルター製造方法を制御するための、
−粒子フィルター再利用方法を制御するための、
−新規な粒子フィルターの設計、特性化または開発のための検討のための、特に該フィルターにおいて使用可能な新規なまたは改善された材料の選択に関する、
−フィルター耐久性制御検討のための、
用途。 Use of a method or apparatus according to any of the preceding claims,
-To control the particle filter manufacturing method,
-To control the particle filter recycling method,
-For consideration for the design, characterization or development of new particle filters, in particular regarding the selection of new or improved materials that can be used in the filters;
-For studying filter durability control
Uses.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR0551817A FR2887984B1 (en) | 2005-06-29 | 2005-06-29 | NON-DESTRUCTIVE CONTROL METHOD FOR PARTICLE FILTER AND IMPLEMENTING DEVICE THEREOF |
| PCT/FR2006/050631 WO2007003839A2 (en) | 2005-06-29 | 2006-06-27 | Method for the non-destructive control of a particle filter and associated device |
Publications (2)
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