JP2011509817A - 凹面又は凸面の六角形の流路を有するガス濾過構造 - Google Patents
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Abstract
本発明は、粒子を含んだガスの濾過用のハニカムタイプのガスフィルタ構造に関し、この構造は、多孔質濾過壁によって隔てられた相互に平行な軸線を有して長手方向に隣接した流路の集合体を備え、各流出路は、６つの流入壁に共通の壁を有し、各共通壁は流出路の１面を構成し、各流出路は、ほぼ六角形で規則的な断面の流路を形成するために、ほぼ同一の幅ａの６面から構成され、各流入路の少なくとも２つの隣接した面が異なる幅を有し、１つの同一の流出路と壁を共有する少なくとも２つの流入路が、その２つの流入路の間に幅ｂの共通壁を共有し、幅の比率ｂ／ａが１と同一である。
Description
本発明は、場合によっては触媒成分を含むことがある濾過構造、例えばディーゼル内燃機関の排気ラインに使用される濾過構造の分野に関する。
ガス処理用フィルタ、及び、ディーゼルエンジンから典型的に生じるすす粒子の除去用フィルタは従来技術において広く知られている。通常、これらの構造はすべてハニカム構造を有しており、構造の一面は、処理されるべき排気ガスの流入を可能にし、他面は、処理された排気ガスの流出を可能にする。構造は、流入面と流出面との間に、隣接したダクト又は流路の集合体を備えており、ダクト又は流路は、通常は正方形の断面を有し、多孔質壁によって隔てられた相互に平行な軸線を有している。ダクトは、流入面で開放した流入チャンバと流出面で開放した流出チャンバとを形成するために、その端部のいずれか一方で塞がれる。排気ガスが、ハニカム本体を通り抜ける過程で、流出路に再合流するために流入路の側壁を強制的に通り抜けるような順序で、流路は１つおきに塞がれる。こうして、微粒子やすす粒子はフィルタ本体の多孔質壁に堆積し蓄積する。
現在では、多孔質セラミック材料、例えばキン青石又はアルミナ、特にチタン酸アルミニウム、ムライト又は窒化珪素又は珪素と炭化珪素との混合物又は炭化珪素から形成されるフィルタがガス濾過に用いられる。
その使用時、粒子フィルタは、一連の濾過（すすの蓄積）段階及び再生（すすの除去）段階に曝されることが知られている。濾過段階の間、エンジンによって噴出されたすす粒子はフィルタ内に保持され堆積する。再生段階の間、すす粒子は、フィルタの濾過特性を回復させるために、フィルタ内で焼き払われる。多孔質構造は、従って、微少亀裂を招くことがある半径方向及び接線方向の強い熱機械的応力を受け、熱機械的応力は、その継続期間中、濾過能力の重度の低下又はその完全な非活性化さえをもユニットが受ける結果をもたらす傾向にある。この現象は大径のモノリシックフィルタに特に見受けられる。
これらの問題を解決し、フィルタの寿命を延ばすため、複数のハニカムブロックすなわちモノリスを結合することによって形成されるフィルタ構造を提供することが最近になって提案された。モノリスは、接着剤によって、すなわち、以下の説明中で結合接着剤と呼ばれるセラミック特性の接着剤によって通常は互いに接着される。こうした濾過構造の例は、欧州特許出願公開第８１６０６５号明細書、欧州特許出願公開第１１４２６１９号明細書、欧州特許出願公開第１４５５９２３号明細書、国際公開第２００４／０９０２９４号パンフレット及び国際公開第２００５／０６３４６２号パンフレットに例えば記載されている。こうした集合構造において最適な応力緩和を確実にするため、構造の様々な部分（フィルタモノリス、被覆接着剤、結合接着剤）の熱膨張係数がほぼ同じ大きさでなければならないことが知られている。その結果、前記部分が、同じ材料、通常は炭化珪素ＳｉＣ又はキン青石を基礎として好都合に合成される。この選択肢はまた、フィルタの再生中の均一な熱分布を保証する。
熱機械的強度及び圧力損失に関して最高の性能を得るため、小型自動車に現在利用可能な集合フィルタは、正方形又は長方形の断面を有する約１０〜２０のモノリスを典型的に備え、モノリスの基本の断面積は約１３ｃｍ2〜約２５ｃｍ2である。これらのモノリスは、通常は正方形の断面を有する複数の流路から構成される。圧力損失及びすす蓄積に関する性能を低下させずにフィルタの質量をさらに減少させるため、明白な解決策は、モノリスの個々のサイズを増大させることによって集合体内のモノリスの数を減らすことであろう。こうした増大は、しかしながら、特にＳｉＣのフィルタにおいてはフィルタの熱機械的強度の容認できない低下を伴わない限り、現在では可能ではない。
特に「トラック」に現在用いられている大型の断面を有するフィルタは、小型自動車向けのフィルタを構成するモノリスと同様のサイズを有するモノリスを結合接着剤によって集合させることによって製造される。トラックフィルタタイプのモノリスの数は、その結果、非常に多く、３０以下の、又は、８０以下のモノリスさえも備えることがある。こうしたフィルタは、その結果、過度に大きな総重量を有し、過度に高い圧力損失を有する。
一般に、それゆえ現在のところ、すべての濾過性能を高めるとともに現在のフィルタの寿命を延ばす必要性がある。
もっと正確に言えば、フィルタの改善は、以下の特性を対比することによって直接的に計測されることが可能で、それらの特性の間で最良で可能性のある折衷点は、エンジン速度が同等の場合に本発明によって探求される。特に、本発明の主題は、
実施時、すなわち、典型的には濾過構造が内燃機関の排気ラインにある時、こうした構造がすす粒子のない時（初期の圧力損失）及び粒子を含んだ時の両方の時のフィルタ構造によって生じた低い圧力損失と、
前記実施中にフィルタをまたがった圧力損失のできる限り小さな増大、すなわち、実施時間に応じて計測された圧力損失の小さな増大、又は、もっと正確に言えば、フィルタへのすす付着レベルに応じて計測された圧力損失の小さな増大と、
濾過のための大きな総表面積と、
それ自身がモノリスの亀裂を引き起こすことがある最大再生温度とフィルタの被る温度勾配とを最小限に抑えるために十分な熱質量を保証することに適したモノリス質量と、
再生の頻度を減らすために、特に一定の圧力損失時における高いすす蓄積量と、
フィルタの長寿命を可能にする高い熱機械的強度と、
高い残留物蓄積量と、
のすべてを同時に有するフィルタ又はフィルタモノリスである。
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再生の頻度を減らすために、特に一定の圧力損失時における高いすす蓄積量と、
フィルタの長寿命を可能にする高い熱機械的強度と、
高い残留物蓄積量と、
のすべてを同時に有するフィルタ又はフィルタモノリスである。
フィルタのすす付着のレベルに応じた圧力損失の増大は、ΔＰが圧力損失を示し、Ｍsootが、フィルタに蓄積したすすの質量を示す場合に、付着勾配ΔＰ／Ｍsootによって直接的に計測されることが特に可能である。
上述の特性のいずれか一方を改善するために、従来技術では、様々な方法で濾過構造の流路の形状を変更することがすでに提案されてきた。
例えば、前記フィルタの濾過表面積を一定のフィルタ体積まで増大させるために、国際公開第０５／０１６４９１号パンフレットは、流入路及び流出路が異なる形状で異なる内部容積のフィルタモノリスを提案した。こうした構造では、壁要素が、正弦曲線形状又は波形状を形成するために、断面において、かつ、流路の水平列及び垂直列の少なくともいずれか一方に沿って、交互に配列される。壁要素は、典型的には流路の幅を通して正弦曲線の半周期の波を形成する。こうした流路形状は、低い圧力損失と高いすす蓄積量とを得ることを可能にする。しかしながら、このタイプの構造は、過度に高いすす付着勾配を伴った過度に高い初期圧力損失を有しており、このタイプの流路形状で製造されたフィルタは、従って、上に規定された必要条件のすべてを満たすわけではない。
別の形状によれば、米国特許第４４１７９０８号明細書は、六角形の断面のセルすなわち流路を提案しており、流入路は６つの流出路（特に図１１を参照）で囲まれている。しかしながら、こうした構造のすす蓄積量は依然として全般的に低い。
変形として、米国特許出願公開第２００７／００６５６３１号明細書は、波形壁から構成される六角形のセルを有するフィルタを提案している。しかしながら、この形状は、特に、フィルタにすすが付着した時に非常に低い残留物蓄積能力を含む欠点を有する。
こうして、従来技術の形状の各々が所望の特性の少なくとも１つを改善するけれども、上述されたように、説明されたいずれの解決策も、一連の所望の特性の間で許容し得る折衷点を提供していないことが理解され得る。一般に、従来技術の形状の各々では、フィルタの特性の１つに関して得られた改善が他方で同時に悪化を伴っており、その結果、最終的に得られた改善は、引き起こされた欠点に関して概して大したものではないことが指摘され得る。
従って、本発明の目的は、上述されたように、引き起こされた圧力損失と、付着勾配ΔＰ／Ｍsootと、質量と、総濾過表面積と、すす及び残留物の蓄積量と、熱機械的強度との間で最良の折衷点を有する濾過構造を提供することを目的とする。
その最も包括的な形態では、本発明は、粒子を含むガスの濾過用のハニカムタイプのガスフィルタ構造に関し、該ガスフィルタ構造は、多孔質濾過壁によって隔てられた相互に平行な軸線を有して長手方向に隣接した流路の集合体を備えており、前記流路は、濾過されるべきガス用の流入路及び流出路を形成するため、かつ、前記ガスに、流入路と流出路とを隔てている多孔質壁を強制的に通り抜けさせるため、構造の一端又は他端で交互に塞がれており、前記構造では、
各流出路が６つの流入壁に共通の壁を有しており、
各流出路が、６つの凹面又は６つの凸面から構成され、６つの凹面又は６つの凸面は、前記流路の軸心に対して凹面又は凸面であり、ほぼ六角形で規則的な断面の流路を形成するためにほぼ同一の幅ａを有し、
１つの同一の流出路と壁を共有する少なくとも２つの流入路が、前記２つの流入路の間に幅ｂの共通壁を共有し、
幅の比率ｂ／ａは１と同一である、ことを特徴とする。
各流出路が６つの流入壁に共通の壁を有しており、
各流出路が、６つの凹面又は６つの凸面から構成され、６つの凹面又は６つの凸面は、前記流路の軸心に対して凹面又は凸面であり、ほぼ六角形で規則的な断面の流路を形成するためにほぼ同一の幅ａを有し、
１つの同一の流出路と壁を共有する少なくとも２つの流入路が、前記２つの流入路の間に幅ｂの共通壁を共有し、
幅の比率ｂ／ａは１と同一である、ことを特徴とする。
可能性のある一実施形態によれば、各流出路は６つの流入路に共通の壁を有しており、各共通壁は前記流出路の一面を構成する。
好適な実施形態によれば、流入路の少なくとも２つの隣接した面が、断面において、異なる湾曲を有する。
第１実施形態によれば、流出路を構成する壁は前記流出路の軸心に対して凸面である。
他の実施形態によれば、流出路を構成する壁は前記流出路の軸心に対して凹面である。
本発明によれば、２つの流入路の間の幅ｂの共通壁は平面であってもよい。
典型的に、断面に沿って、凹面壁又は凸面壁の少なくともいずれか一方の極値点と、前記壁の２つの端点を結ぶ直線部分との間の最大距離は、０より大きく、ａの０．５倍より小さい。
本発明に係るフィルタ構造は、１ｃｍ2あたり約１本〜約２８０本の流路の密度を有しており、好適には、１ｃｍ2あたり約１５本〜約４０本の密度を有している。
本発明に係るフィルタ構造では、平均壁厚は、典型的には１００μｍ〜１０００μｍであり、好適には１５０μｍ〜４５０μｍである。
概して、流出路の幅ａ又は幅ｂは、約０．０５ｍｍ〜約４．００ｍｍであり、好適には約０．１０ｍｍ〜約２．５０ｍｍであり、特に好適には約０．２０ｍｍ〜約２ｍｍである。
一実施形態によれば、壁は炭化珪素ＳｉＣを基礎として形成される。
本発明は、複数の上述の濾過構造を備える集合フィルタに特に関し、前記構造は接着剤によって相互に接着される。
本発明はさらに、ディーゼルエンジン若しくはガソリンエンジン、好適にはディーゼルエンジンの排気ラインの汚染防止装置として、上述のフィルタ構造を使用すること、又は、集合フィルタを使用することに関する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るフィルタの前面の一部の正面図であり、前記フィルタは、６つの壁を有する流入路及び流出路を備え、前記流出路の壁は前記流路の軸心に対して凸面である。
図２は、図１に関してすでに説明された実施形態をより詳細に示す。
図３は、本発明の第２実施形態に係るフィルタの前面の一部の正面図であり、前記フィルタは、６つの壁を有する流入路及び流出路を備え、前記流出路の壁は前記流路の軸心に対して凹面である。
図４は、図３に関してすでに説明された実施形態をより詳細に示す。
図５は、本発明の第３実施形態に係るフィルタの前面の一部の正面図であり、図３に関してすでに説明された実施形態と実質的に同一であるものの、流出路の凹面壁の湾曲の軸心がオフセットしている。
図６は、図５に関してすでに説明された実施形態をより詳細に示す。
図１〜図６において、同一の性質を有する構成要素には同一の参照符号が付される。
図１は、モノリス濾過ユニット１の一部のガス流入面の正面図を示す。ユニットは流入路３と流出路２とを有する。流出路は、栓４によってガス流入面で従来通りに塞がれる。流入路もまたフィルタの反対（背）面で塞がれ、その結果、清浄化されるべきガスが強制的に多孔質壁５を通り抜ける。本発明に係る濾過構造は、流出路２があることを特徴としており、流出路２の断面は規則的な六角形状を有しており、言い替えると、六角形の６辺が実質的に同一の長さａを有しており、かつ、２つの隣接した辺がほぼ１２０度の角度をなしている。図１に示される実施形態によれば、流出路２を構成する６つの壁は、前記流出路の軸心に対して凸面であり、すなわち、前記壁は、流路２の軸心に向かう湾曲を有する。規則的な凸面壁の流出路２は、同様に六角形であるものの不規則な全体形状の６つの流入路３に接しており、すなわち、流入路３は、その少なくとも２つが断面において異なる湾曲を有する隣接した壁で形成される。
本発明によれば、流入路は長さｂの共通壁９を有する。
本発明に係る構造は、比率ｂ／ａが１と同一であることを特徴とする。
図２の断面図に示されるように、距離ａ及び距離ｂは、本発明によれば、該当する壁の２つの頂点Ｓ１及び頂点Ｓ２を結ぶ距離として規定され、前記頂点Ｓ１及び前記頂点Ｓ２は前記壁（図１及び以下参照）の中央芯６上に位置している。こうして、壁の厚さとは無関係のａの値及びｂの値が得られる。好適には、壁の厚さは、本発明によればフィルタの厚さの全長にわたって一定である。
図２は図１のさらに詳細な図を示す。図２に示されるように、本発明によれば、断面において最大距離ｃは、凸面壁の極値点７と、壁の２つの端点Ｓ１及び端点Ｓ２を結ぶ直線部分８との間の距離として規定され、すなわち、壁に沿ってＳ１及びＳ２を結ぶ直線部分８の中核から点７が最も遠ざかった距離として規定される。
図３は、前述の実施形態に対する代替実施形態を示しており、この代替実施形態では、流出路が今回は、前記流出路の軸心に対して凹面の壁から構成される。
図４は、図３のさらに詳細図であり、点Ｓ１及び点Ｓ２を結ぶ直線部分８と、本発明に係るパラメータｃを規定する極値点７とが示された。
図５及び図６は、前述の実施形態に対する代替実施形態を示しており、壁の湾曲１０の軸心がオフセットしている。図６は、図５の詳細図であり、以上のように、点Ｓ１及び点Ｓ２を結ぶ直線部分８と、本発明に係るパラメータｃを規定するための極値点７とが、この特定の実施形態において示された。
図１〜図６に関して上述された実施形態に示されるように、２つの流入路を隔てる長さｂの共通壁９は、モノリスの全長にわたって好適に平面であり、すなわち、凹面の湾曲も凸面の湾曲も有しない。しかしながら、共通壁９が他の形状、例えば凸面又は凹面などの湾曲、又は、例えば正弦曲線タイプの波形輪郭を有している場合も本発明の範囲外ではない。
本発明によれば、上の実施形態で示されたように、流出路の壁は、断面において、規則的な六角形状を形成するために、すべて凹面又はすべて凸面のいずれかであり、上で規定されるように、距離ｃは、０より大きく、かつ、ａの０．５倍（０．５×ａ）より小さい。好適には、ｃは、ａの０．０１倍より大きく、特に好適にはａの０．０３倍より大きく、さらにはａの０．０５倍より大きい。好適には、ｃは、ａの０．３０倍より小さく、特に好適にはａの０．２０倍より小さい。
本発明と、既知の構造に対する本発明の利点とは、それに限定されない以下の例を読むことでさらに明確に理解されるであろう。
例１
炭化珪素から形成されたハニカム形状のモノリスの第１集団は、従来技術に従って、例えば欧州特許第８１６０６５号明細書、欧州特許第１１４２６１９号明細書、欧州特許第１４５５９２３号明細書又は国際公開第２００４／０９０２９４号パンフレットに記載されているモノリスで合成された。
炭化珪素から形成されたハニカム形状のモノリスの第１集団は、従来技術に従って、例えば欧州特許第８１６０６５号明細書、欧州特許第１１４２６１９号明細書、欧州特許第１４５５９２３号明細書又は国際公開第２００４／０９０２９４号パンフレットに記載されているモノリスで合成された。
合成にあたって、以下のものが混合機で混合された。
９８％より大きな純度を有するとともに２つの粒子サイズ部分から構成された炭化珪素の粒状物又は粒子の混合物、３０００ｇ。第１部分は５μｍ〜５０μｍのメジアン径ｄ50を有しており、この部分を構成する粒子の少なくとも１０重量％が５μｍより大きな径を有していた。第２部分は５μｍ未満のメジアン粒子径を有する。本発明の内容の範囲内では、用語「メジアン径」は、粒子の集団の５０重量％がそのメジアン粒子径を下回る粒子の径を意味することが理解される。
セルロース系の有機結合剤、１５０ｇ。
９８％より大きな純度を有するとともに２つの粒子サイズ部分から構成された炭化珪素の粒状物又は粒子の混合物、３０００ｇ。第１部分は５μｍ〜５０μｍのメジアン径ｄ50を有しており、この部分を構成する粒子の少なくとも１０重量％が５μｍより大きな径を有していた。第２部分は５μｍ未満のメジアン粒子径を有する。本発明の内容の範囲内では、用語「メジアン径」は、粒子の集団の５０重量％がそのメジアン粒子径を下回る粒子の径を意味することが理解される。
セルロース系の有機結合剤、１５０ｇ。
その後、水が加えられて、押出成形に適した柔軟性を有する均質なペーストが得られるまで混合され、押出成形用金型は、正方形の断面を有するモノリスブロックを得るように構成され、前記ブロックの内部流路はまた、例えば現在流通しているブロックなどのような正方形の断面を有する。
得られた未焼成のモノリスは、化学的非結合水の含水量を１重量％より小さくするために十分な長時間にわたってマイクロ波で乾燥させられた。
モノリスの各面の流路は、よく知られている技術、例えば国際公開第２００４／０６５０８８号パンフレットに記載されている技術を用いて１つおきに塞がれた。
モノリス（要素）は、その後、摂氏２１００度より高い温度で焼成され、前記温度は５時間維持された。得られた多孔質材料は、３９％の開放細孔率と、約１５μｍの平均細孔径分布とを有していた。こうして得られたモノリスの寸法特性は下記の表１に示されている。得られた構造の周期性すなわち２つの隣接した流路間の距離は１．８９ｍｍであった。
集合フィルタは、その後、モノリスから形成された。同一の混合物から得られた１６個の要素は、従来の技術を用いて接着することによってお互いに集められ、接着にあたって、以下の化学組成を有する接着剤が用いられ、接着剤は、７２重量％のＳｉＣ（炭化珪素）と、１５重量％のＡｌ2Ｏ3（酸化アルミニウム）と、１１重量％のＳｉＯ2（二酸化珪素）と、不純物、大部分を占めるＦｅ2Ｏ2（酸化鉄）及びアルカリ及びアルカリ土類金属酸化物で構成される残りの部分と、で組成された。２つの隣接したブロック間の接合部の平均厚さは約１ｍｍ〜約２ｍｍであった。その後、約１４．４ｃｍの径を有する円筒形状の集合フィルタを構成するために、集合体の全体が機械加工された。
例２
上述のモノリス合成技術が同様にまた繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、内部流路の波形形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。モノリスは、国際公開第０５／０１６４９１号パンフレットの図３に関して説明された技術に従って得られた。断面において、壁の波形は、国際公開第０５／０１６４９１号パンフレットで規定されるように非対称度を有しており、非対称度は１１％と同等であることを特徴とする。こうして得られた要素の寸法特性は下記の表１に示されている。得られた構造の周期性すなわち隣接した２つの流路間の距離は１．９５ｍｍであった。
上述のモノリス合成技術が同様にまた繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、内部流路の波形形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。モノリスは、国際公開第０５／０１６４９１号パンフレットの図３に関して説明された技術に従って得られた。断面において、壁の波形は、国際公開第０５／０１６４９１号パンフレットで規定されるように非対称度を有しており、非対称度は１１％と同等であることを特徴とする。こうして得られた要素の寸法特性は下記の表１に示されている。得られた構造の周期性すなわち隣接した２つの流路間の距離は１．９５ｍｍであった。
例３
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、欧州特許出願公開第１４９５７９１号明細書の図６ｂに示されているように内部流入路（当分野ではたいてい正方形／八角形構造と呼ばれている）の八角形の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。こうして得られた要素の寸法特性は下記の表１に示されている。得られた構造の周期性すなわち隣接した２つの流路間の距離は２．０２ｍｍであった。
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、欧州特許出願公開第１４９５７９１号明細書の図６ｂに示されているように内部流入路（当分野ではたいてい正方形／八角形構造と呼ばれている）の八角形の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。こうして得られた要素の寸法特性は下記の表１に示されている。得られた構造の周期性すなわち隣接した２つの流路間の距離は２．０２ｍｍであった。
例４
上述の合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、米国特許第４４１７９０８号明細書の図１１の教示に従って、規則的な六角形状の断面を有するとともに平面壁によって形成される内部流入路及び内部流出路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。こうして得られた規則的な六角形の流路を有する構造のパラメータはａ＝ｂ＝１．２２ｍｍであった。
上述の合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、米国特許第４４１７９０８号明細書の図１１の教示に従って、規則的な六角形状の断面を有するとともに平面壁によって形成される内部流入路及び内部流出路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。こうして得られた規則的な六角形の流路を有する構造のパラメータはａ＝ｂ＝１．２２ｍｍであった。
例５
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、米国特許出願公開第２００７／０６５６３１号明細書の図１１に示されるように、波形壁を有し、流入路及び流出路が同一の断面を有する内部流路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。流路の形状は、以下の値、
ａ＝１．２２ｍｍ、
ｂ＝１．２２ｍｍ、
ｃ’＝０．０５ｍｍで特徴づけられる（ｃ’は、モノリスの断面投影において、前記壁の２つの頂点を結ぶ直線部分に対する波形壁上の点の最大距離である）。
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、米国特許出願公開第２００７／０６５６３１号明細書の図１１に示されるように、波形壁を有し、流入路及び流出路が同一の断面を有する内部流路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。流路の形状は、以下の値、
ａ＝１．２２ｍｍ、
ｂ＝１．２２ｍｍ、
ｃ’＝０．０５ｍｍで特徴づけられる（ｃ’は、モノリスの断面投影において、前記壁の２つの頂点を結ぶ直線部分に対する波形壁上の点の最大距離である）。
例６（本発明に係る）
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、本発明に従って、かつ、図１及び図２に示された代表例に従って、すなわち、規則的な流出路の軸心に対して凸面の波形壁を有する内部流路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。流路の形状は、以下の値、
ａ＝１．２２ｍｍ、
ｂ＝１．２２ｍｍ、
ｃ＝０．０５ｍｍ＝０．０４ａで特徴づけられた。
上述のモノリス合成技術がまた同様に繰り返されたが、今回は押出成形用金型が、本発明に従って、かつ、図１及び図２に示された代表例に従って、すなわち、規則的な流出路の軸心に対して凸面の波形壁を有する内部流路の形状を特徴とするモノリスブロックを作り出すように形成された。流路の形状は、以下の値、
ａ＝１．２２ｍｍ、
ｂ＝１．２２ｍｍ、
ｃ＝０．０５ｍｍ＝０．０４ａで特徴づけられた。
例１〜６に従って得られたモノリスの主な構造上の特徴は下記の表１に示される。フィルタ集合体／生産技術は、すべての例で同じであり、例１で示された。
得られた試料は、以下の実施方法に従って評価され、特徴づけられた。
Ａ−すすを含んだ状態及びすすなし状態における圧力損失測定、及び、付着勾配測定
用語「圧力損失」は、本発明の範囲内では、フィルタの上流端及び下流端の間に存在する圧力差を意味することが理解される。圧力損失は、未使用のフィルタ上で最初に２５０ｋｇ／ｈのガス流量及び摂氏２５０度の温度で標準的な技術を用いて測定された。
すすを含んだフィルタの損失測定のため、全出力（４０００ｒｐｍ）で３０分間にわたって作動する２．０リットルのディーゼルエンジンの排気ラインに予め様々なフィルタが装着され、その後、フィルタの初期質量を決定するためにフィルタが取り外されてその重さが測定された。その後、フィルタは、エンジンの試験台に戻され、フィルタ内で７ｇ／ｌのすす付着量を得るために３０００ｒｐｍの速度及び５０Ｎｍのトルクで稼働させられた。こうして、未使用のフィルタで測定されたように、すすを含んだフィルタをまたがった圧力損失が測定された。付着勾配ΔＰ／Ｍsootを確立するために、１リットル中０グラム〜１リットル中１０グラムの間の様々な付着レベルに応じて圧力損失が同様に測定された。
Ｂ−熱機械的強度測定
全出力（４０００ｒｐｍ）で３０分間にわたって作動する２．０リットルの直接噴射ディーゼルエンジンの排気ラインにフィルタが装着され、その後、フィルタの初期質量を決定するためにフィルタが取り外されてその重さが測定された。その後、フィルタは、エンジンの試験台に戻されて、（フィルタの容量で）８ｇ／ｌのすす付着量を得るために３０００ｒｐｍの回転速度及び５０Ｎｍのトルクで様々な時間で稼働させられた。こうしてすすを含んだフィルタは、以下に規定された厳密な再生を受けるためにラインに戻された。９５Ｎｍのトルクに対して１７００ｒｐｍのエンジン速度で２分間にわたって安定化された後、１８ｍｍ3／サイクルの後噴射体積で７０度の移相シフトを有する後噴射が実行される。すす燃焼が一旦開始されると、もっと正確に言えば、圧力損失が少なくとも４秒にわたって減少すると、エンジン速度は、すす燃焼を促進させるために５分間にわたって４０Ｎｍのトルクに対して１０５０ｒｐｍまで下げられる。その後、フィルタは、残存したすすを除去するために３０分間にわたって４０００ｒｐｍのエンジン速度に曝される。
再生されたフィルタは、肉眼で視認し得る亀裂の見込まれる存在を明らかにするために、切断された後に検査された。フィルタの熱機械的強度は、亀裂の数に応じて評価され、亀裂の少なさは、粒子フィルタとしての使用に際して許容できる熱機械的強度を示す。
表２に示されるように、以下の評価がフィルタの各々に割り振られた。
＋＋＋：かなり多数の亀裂あり、
＋＋ ：多数の亀裂あり、
＋ ：少しの亀裂あり、
− ：亀裂なし又はほとんど亀裂なし。
＋＋＋：かなり多数の亀裂あり、
＋＋ ：多数の亀裂あり、
＋ ：少しの亀裂あり、
− ：亀裂なし又はほとんど亀裂なし。
当分野でよく知られた通常の技術に従って各フィルタに対して残留物蓄積量及び濾過表面積が決定された。
すべての例１〜６に対するテストで得られた結果が以下の表２に示される。
結果の分析
表２に示された結果は、例６に係るフィルタが、自動車の排気ライン内の粒子フィルタとしての適用における様々な所望の特性の間の最良の折衷点を有することを示している。さらに特に、結果は、本発明に係るフィルタが、従来技術（例１〜５）の残留物蓄積量に比べて、見込まれる残留物蓄積量を非常に顕著に改善させることを示している。こうした改善は、特に、再生段階中に連続的なすす燃焼から生じた残留物が、最終的にフィルタが使用不可になるまで蓄積する傾向にある自動車への適用において、見込まれるフィルタの寿命を延ばす結果を生じる。
表２に示された結果は、例６に係るフィルタが、自動車の排気ライン内の粒子フィルタとしての適用における様々な所望の特性の間の最良の折衷点を有することを示している。さらに特に、結果は、本発明に係るフィルタが、従来技術（例１〜５）の残留物蓄積量に比べて、見込まれる残留物蓄積量を非常に顕著に改善させることを示している。こうした改善は、特に、再生段階中に連続的なすす燃焼から生じた残留物が、最終的にフィルタが使用不可になるまで蓄積する傾向にある自動車への適用において、見込まれるフィルタの寿命を延ばす結果を生じる。
本発明に係るフィルタは、熟慮の上のすべての構造に対してさらに大きな濾過表面積を同様に示している。
例６に係るフィルタは、未使用状態すなわちすすなし状態において既知のフィルタよりもわずかに高い圧力損失を有するものの、この欠点は、自動車の排気ライン内の粒子フィルタとしての使用を正当化する極めて低い付着勾配によって大部分で相殺され、さらに、フィルタによって引き起こされる圧力損失が、すす付きの場合に、他の構成のテストと比較しても比較的に低いものであることが明らかになった。
例６に係るフィルタはまた、従来技術に係るフィルタよりも優れた熱機械的強度を有している。
さらに特に、この優れた折衷点のおかげで、本発明によれば、フィルタがさらに長寿命を有することをなお保証する一方で、これまでよりも大きなサイズのモノリスから集合構造を合成することが可能になった。
Claims (12)
- 粒子を含んだガスの濾過用のハニカムタイプのガスフィルタ構造であって、前記構造は、多孔質濾過壁によって隔てられた相互に平行な軸線を有して長手方向に隣接した流路の集合体を備え、前記流路は、濾過されるべきガス用の流入路（３）及び流出路（２）を形成するために、かつ、前記ガスに、前記流入路と前記流出路とを隔てる多孔質壁（５）を強制的に通り抜けさせるために、前記構造の一端又は他端で交互に塞がれており、前記構造では、
各前記流出路が、６つの流入壁に共通の壁を有し、
各前記流出路が、６つの凹面又は６つの凸面から構成され、６つの凹面又は６つの凸面は、前記流路の軸心に対して凹面又は凸面であり、ほぼ六角形で規則的な断面の流路を形成するために、ほぼ同一の幅ａを有し、
１つの同一の流出路と壁を共有する少なくとも２つの流入路がそれらの間に幅ｂの共通壁を共有し、
幅の比率ｂ／ａは１と同一である、ことを特徴とするフィルタ構造。 - 流入路（３）の少なくとも２つの隣接した面は、断面において、異なる湾曲を有する請求項１に記載のフィルタ構造。
- 前記流出路を構成する壁は、前記流出路の軸心に対して凸面である請求項１又は２に記載のフィルタ構造。
- 前記流出路を構成する壁は、前記流出路の軸心に対して凹面である請求項１又は２に記載のフィルタ構造。
- ２つの前記流入路の間にある幅ｂの前記共通壁は平面である請求項１〜４のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 断面に沿って、凹面壁及び凸面壁の少なくともいずれか一方の極値点（７）と、前記壁の２つの端点（Ｓ１、Ｓ２）を結ぶ直線部分（８）との間の最大距離は、０より大きく、ａの０．５倍よりも小さい請求項１〜５のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 前記流路の密度は、１ｃｍ2あたり約１本〜約２８０本であり、好適には１ｃｍ2あたり約１５本〜約４０本である請求項１〜６のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 平均壁厚は、好適には１００μｍ〜１０００μｍであり、好適には１５０μｍ〜４５０μｍである請求項１〜７のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 前記幅ａ又はｂは、約０．０５ｍｍ〜約４．００ｍｍであり、好適には約０．１ｍｍ〜約２．５０ｍｍであり、特に好適には約０．２０ｍｍ〜約２ｍｍである請求項１〜８のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 前記壁は炭化珪素ＳｉＣを基礎とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のフィルタ構造。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の前記フィルタ構造を複数備える集合フィルタであって、前記構造は接着剤によってお互いに接着される集合フィルタ。
- ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン、好適にはディーゼルエンジンの排気ラインの汚染防止装置としての、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の前記フィルタ構造の使用又は前記集合フィルタの使用。
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