JP4255693B2 - フィルタエレメントおよびフィルタエレメントの使用方法 - Google Patents

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に再生されることが出来るフィルタエレメントに関する。より詳細には、本発明は、ディーゼル排ガスを濾過するためのフィルタエレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリーツ（pleat, 襞状、ひだ状）金属ファイバフリースを備えるディーゼルスート(soot, 煤、すす)粒子トラップ（trap）は、例えば、米国特許第５７０９７２２号から公知である。
【０００３】
フィルタエレメント自体の電気的加熱を介して再生されることが出来るディーゼルスート粒子トラップは、例えば、米国特許第５８００７９０号から公知である。
【０００４】
電気的な再生に適する現在公知のフィルタエレメントは、電気エネルギーのジュール効果によって得られる且つフィルタエレメントを加熱するために使用される熱エネルギーの大部分が熱損失に起因して失われるという不利益を有する。
【０００５】
熱エネルギーの損失は、３つの効果によって引き起こされることがわかった。
１．ジュール効果を介して熱エネルギーを発生するフィルタ媒体は、例えば、フィルタハウジングへの熱放射を介して熱エネルギーを失う。
２．熱エネルギーは、再生中にフィルタ媒体を通過するガスを加熱する対流を介して失われる。この効果は、小片（ストリップ）がストリーム中で再生される時よりもかなり大きい。
３．熱エネルギーは、熱伝導に起因して失われる。例えば、フィルタ媒体がハウジングに溶接される時に、多くの熱エネルギーは、フィルタ媒体からハウジングへ両者の接触を介して伝達される。ハウジングは、この熱エネルギー伝導によって不必要に加熱される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、熱エネルギー損失が減少された、電気的に再生されるフィルタエレメントを提供することである。更に、本発明の目的は、電気的に再生されるフィルタ媒体とフィルタエレメントのハウジングとの間の接触を改良することである。
【０００７】
また、本発明の目的は、少なくとも二つであるが可能であれば二つより多くのフィルタエレメントを備えるフィルタユニットであって、各フィルタエレメントが個々に再生可能であるフィルタユニットを提供することである。本発明の主題のようなフィルタユニットは、ボート、固定ディーゼルエンジンのためや列車或いは他のモータ車両のような車両で使用されるディーゼルエンジンのためのディーゼル排ガスフィルタパックで使用されることが出来る。
【０００８】
フィルタパックは、ガスストリーム中に設置又は使用されるフィルタシステムとして理解されるべきである。このフィルタパックは、ガス入口、ガス出口、及び入口と出口との間に設置される少なくとも１つのフィルタユニットを備える。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の主題であるフィルタエレメントは、プリーツ形成金属ファイバフリース（a pleated metal fiber fleece）を備える。この金属ファイバフリースは、好ましくは焼結されており、プリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成され、それによって、エッジにプリーツ開口部が設けられる。濾過されるガスは、フリースの一方の側（流入側）からそのフリースの他方の側（流出側）へ流れてフリースを通過させなければならない。ガスに金属ファイバフリースを通過させるためには、適切なプリーツ開口部が、閉鎖されなければならず、それによって金属ファイバフリースを通過することなく、流入側から流出側へガスがバイパスすることを防止する。
【００１０】
本発明に従うフィルタエレメントは、更に、少なくとも二つの側面部(frank,フランク）を備えるフィルタエレメントハウジングを備える。
【００１１】
本発明に従って、これらのフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の各々は、硬い材料層を備える。比較的厚い層のセラミック接着剤（ceramic adhesive）は、金属ファイバ(fiber,繊維)フリース（fleece）と硬い材料層、好ましくは、金属プレート（又はリム）を互いに接続するために使用される。この接着剤は、金属ファイバフリースのエッジの全長に亘って少なくとも存在するが、硬い材料層の側の全表面がこの接着剤で被覆されることが好ましい。金属ファイバフリースは、好ましくは、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の固い材料層に実質的に垂直なプリーツ形成ラインを有するフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）同士の間に取付けられる。セラミック接着剤の層は、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）に接続される金属ファイバフリースのエッジの全長に亘っての直接接触を防止するためである。この層は、金属ファイバフリースを位置決めし、電気的且つ熱的絶縁特性を提供し、且つ金属ファイバフリースと硬い材料層との間に良好なシールを提供する。熱的及び電気的絶縁側は、硬い材料層に対して設けられる。金属ファイバフリースは、接着剤によって提供される両側面部（frank,フランク）の熱的且つ電気的絶縁側同士間に設けられる。フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）は、プリーツ形成ラインに対して実質的に平行な方向に金属ファイバフリースのエッジに対してクランプ力（締付力、把持力）を及ぼす。他方、これらのフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）は、バイパスを防止するためにプリーツ（ひだ）開口部を閉鎖する。
【００１２】
硬い材料層とセラミック接着剤との間の接着性を改良するために、ワイヤメッシュ、又はエキスパンデッドメタルシート又は穴あき金属シートが硬い材料層の表面と金属ファイバフリースのエッジとの間に挿入されることが出来る。このメッシュ又はエキスパンデッドメタルシート又は穴あき金属シートは、セラミック接着剤のための所謂アンカーポイントとして働き、接着剤層中に埋め込まれる。最良の結果は、金属リム、金属メッシュを使用して得られる。この金属メッシュは、幾つかの箇所で金属リムにスポット溶接される。
【００１３】
接着剤層の厚みは、０．５ｍｍより大きく且つ２ｍｍ未満であることが好ましい。金属ファイバフリースのエッジは、接着剤層のある深さに埋め込まれ、金属ファイバフリースのエッジに所謂埋め込み部を提供する。この埋め込み部は、接着剤層の厚みよりも少なくとも１０％少ないことが好ましいが、また０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００１４】
更に、硬い材料層とセラミック接着剤との間の接着は、セラミック接着剤を硬い材料層に提供する前に、硬い材料層の側に第１の被覆を行うこと、例えば、セラミック粒子の層のスプレー塗布によって（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃やＳｉＯ₂のフレーム溶射によって）得られる。また、この層は、硬い材料層が金属プレートやリムである場合に要求される、金属ファイバフリースと硬い材料層との間の電気絶縁を更に改良する。このようなスプレー塗布は、メッシュ、或いは、穴あきシート又はエキスパンデッドメタルシートの上に行われる。セラミック層が、例えば、金属リムやプレートにスポット溶接された後に、セラミック層がメッシュ、或いはエキスパンデッドメタルシート又は穴あきシート上にスプレー塗布される。
【００１５】
延性と、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）と焼結金属ファイバ層との間のセラミック接着剤層の熱サイクルに対する抵抗を更に改良するために、金属粒子がセラミック接着剤に添加されることが出来る。金属短ファイバは、金属パウダーよりも好ましい。理由は、硬化セラミック接着剤の延性は、金属パウダーより成るセラミック接着剤の延性に比較して非常に優れているからである。驚くべきことに、このような接着剤層の電気絶縁特性は、純粋なセラミック接着に比較して、ほんの僅かしか影響を及ぼされないことが発見された。
【００１６】
短金属ファイバは、好ましくは、１と１５０μｍの間の、より好ましくは、２と１００μｍの間の等しい直径「Ｄ」を有するファイバより成る。最も好ましくは、直径は、２と５０μｍとの間の、或いは、更には、２、４、６．５、８、１２又は２２μｍのような２と３５μｍの間の範囲である。必ずではないが、短金属ファイバは、５よりも大きなＬ／Ｄ比を有することが好ましく、１０を越えるＬ／Ｄ比を有することがより好ましい。ここでＬは、短金属ファイバの平均長を表す。
【００１７】
セラミック接着剤の層は、少なくとも０．５重量％の短金属ファイバより成ることが好ましく、１０重量％を越える、更には２０重量％を越える短金属ファイバより成ることが最も好ましい。セラミック接着剤の層は、３０重量％未満の短金属ファイバより成ることが好ましい。
【００１８】
一般的に及び本発明に従って、「硬い材料」は、ある範囲において順応性や柔軟性を欠き且つセラミックや金属プレートで一般的に知られているように曲がり難い性質を有している、インフレキシブル材料として理解されるべきである。
【００１９】
本発明に従って、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の熱的且つ電気的絶縁側は、濾過されるべきガスのバイパスを防止するために閉鎖されるべきプリーツ（ひだ）開口部を閉鎖する。これらの側は、金属ファイバフリースをその位置に固定する。
【００２０】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、更に、上述のフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）と共にフィルタエレメントハウジングを形成する他のエレメントを備えても良い。また、これらのエレメントは、金属ファイバフリースからこれらのエレメントへの放射に起因して又はホットガスとハウジングとの間の接触のためにこれらのエレメントの加熱に起因して失われる熱エネルギーを減少するために、熱的及び電気的絶縁される。例えば、フィルタパック壁の隣接するフィルタユニットに向かう放熱に起因する熱ロスを更に減少するために、穴あき金属スクリーン又はより透過性のある断熱織物（thermally insulating fabric）が適用されてもよい。より透過性のある断熱織物（more permeable thermally insulating fabric）の場合、ＳｉＯ₂−格子織り織物（ＳｉＯ₂−grid woven fabric）が使用されるのが好ましい。
【００２１】
本発明の主題としてのこのようなフィルタエレメントには、幾つかの利点がある。
【００２２】
伝導に起因する熱エネルギーロスが防止される。理由は、プリーツ開口部を閉鎖(閉じる)するために使用される側面部（frank,フランク）の側は、断熱特性を有する。金属ファイバフリース（the metal fiber fleece）は、この側を介してファイバハウジングと接触しているに過ぎない。また、金属ファイバフリースのプリーツ形成は、１つのプリーツから隣のプリーツへ放射される熱放射を引き起こす。
【００２３】
金属ファイバフリースを再生するために、電流が金属ファイバフリースへのみ供給されるべきであるので、フリースは、電気絶縁側によってフィルタハウジングからそのエッジで電気的に絶縁される。
【００２４】
金属ファイバフリースは、膨張に対する抵抗力があることが好ましい。焼結及びプリーツ形成金属ファイバフリースは、エッジを提供するために、プリーツ形成形状に起因するより高い膨張抵抗を有する。
【００２５】
本発明の範囲において、金属ファイバフリースは、金属ファイバ、好ましくは、スチールファイバより成るフリース（fleece）を意味する。金属やスチールの合金は、金属ファイバフリースが耐えるべき温度範囲に依存して選択される。３００−又は４００−シリーズのＡＩＳＩ合金のステンレススチールファイバやＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のような合金が好ましい。再生中に高温に耐える必要がある場合、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）のような、Ｆｅ、Ａｌ及びＣｒより成る合金が好ましい。ファイバは、バンドルドローイングやシェービングのような現在公知の製造方法によって得られる。１と１００μｍとの間、好ましくは、２と５０μｍとの間、例えば、１２、１７及び２２μｍのような１２と３５μｍとの間のファイバ直径が用いられる。フリースは、使用される合金に従って、適切な焼結状況を使用して焼結される。
【００２６】
金属ファイバは、バンドルドローイングやコイルシェービングによって得られることが好ましい。後者については、ＷＯ９７／０４１５２により詳細に記述されている。
【００２７】
金属プレートやリムは、ステンレススチールから形成されるのが好ましい。金属ファイバフリースの金属ファイバと金属プレート又はリムは、同じ金属合金から造られるのが最も好ましい。
【００２８】
また、厚み、平方メートル当りの重量、気孔径及び他のフリースのパラメータは、保持されるべき粒子及び／又はフィルタエレメントが使用されるべき用途に従って、選択されることが出来る。
【００２９】
本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される金属ファイバフリースは、金属ファイバの複数の層からなることが好ましい。各ファイバ層は、ある等しい直径を有するファイバからなる。最も粗いファイバを有する層がフィルタエレメントの流入側に面していると共に、最も微細なファイバを有する金属ファイバの層がフィルタの流出側に面している時に、最良の濾過結果が得られた。このような層状の金属ファイバフリースの一例は、３５μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層と、１７μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層とより成る金属ファイバフリースである。可能であれば、２２μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層は、これら二つの層の間に位置されることが出来る。８５％を越える気孔率が好ましく、フリースの平方メートル当たりの重量は、例えば、１４５０ｇ／ｍ²のような１５００ｇ／ｍ²未満であることが好ましい。
【００３０】
等しい直径は、現在考察中のファイバのラジアルカットと同じ表面を有する仮想の丸ファイバのラジアルカットの直径として理解されるべきである。
【００３１】
本発明に従って、金属ファイバフリースは、金属ファイバ(繊維)より成るフィルタ媒体のただ１つの小片（strip）より成ることが好ましい。この小片は、矩形であることが最も好ましい。しかしながら、他の例として、金属ファイバフリースは、小片が本発明の主題としてのフィルタエレメントの二つの側面部（frank,フランク）同士間に取付けられる金属ファイバより成るフィルタ媒体の１つより多くの小片より成ってもよい。
【００３２】
焼結金属ファイバフリースは、フリースの平坦表面に平行な方向に機械的負荷が課された時に、座屈に対して良好な抵抗を有する。この座屈抵抗を改良するために、フリースは、好ましくはフリースの厚みの５倍未満の波長で、好ましくは繰り返し凸凹を使用して波形にされることが出来る。波形の振幅は、フリースの厚みの５倍未満であることが好ましい。座屈抵抗は、周囲状況によって５０％を越える改良が得られる。次に、フリースは、６００℃を越えるように加熱されても、座屈改良は、なお３０％を越えている。
【００３３】
本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される金属ファイバフリースは、例えば、金属ファイバフリースにクランプ又は焼結された少なくとも二つであるが、多分二つを越える数の接点ボディを更に供える。本発明に従って、接点ボディは、フィルタエレメントを再生するために、電気回路によって電流が供給されるボディである。この接点ボディは、金属ファイバフリースの全表面上に適切な方法で電流を分割する。これらの接点ボディは、金属ファイバフリースの両端に焼結された、例えば、Ｎｉ−フォイル（foil）のような金属箔又は金属編みメッシュである。
【００３４】
各々が電気回路の一方の極に接触するべき、金属ファイバフリースの両端が互いに近接して位置されるように金属ファイバフリースにプリーツ(ひだ)が形成される場合は、特別の注意を払うべきである。両接点ボディは、互いから絶縁されるべきである。この絶縁は、両接点ボディの間に、例えば、雲母（mica）プレートのような電気的絶縁プレートを１つ又はそれより多く挿入することによって行われる。両接点ボディは、ボルトとナット等を使用してこの電気的絶縁プレートに接続されることが出来る。接点ボディは、これらの接点ボディが金属ファイバフリースからフィルタエレメントの非連続の方向へ延出するように端部に適用される。
【００３５】
また、他の改良されたフィルタエレメントもまた、他の方法で得られることが出来る。各フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）は、エッジに接触するセラミックプレートを備える。金属ファイバフリースは、これら二つのセラミックプレートの間にクランプされる。セラミックプレートは、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）に熱的且つ電気的絶縁特性を提供する。これらのセラミックプレートは、凹所を備えても良い。この凹所は、０．５ｍｍより大きいことが好ましいが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲であればよい。これらの凹所は、熱的及び電気的絶縁セラミックプレートに、例えば、スロットを設けることによって得ることが出来る。これらのスロットは、プリーツ形成金属ファイバフリースが二つのフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の間に取り付けられる時に、これらのスロットがエッジと緊密に係合するように、エッジと対応する。このエッジは、スロットの中に導入され、それによって、エッジの凹所を設ける。このスロットは、エッジに完全に嵌る。
【００３６】
プリーツ形成金属ファイバフリースの僅かな動き、例えば、熱膨張や振動が許容されるように、そのエッジがスロットに設けられることに留意すべきである。この移動の自由度は、熱的及び電気的に絶縁された側のエッジの埋め込み部の高さよりも僅かに深い凹所を設けることによって得られる。それほど好ましくはないが、本発明に従って可能であるが、金属ファイバフリースが、セラミックや高温抵抗接着剤を使用してセラミックプレートに接着される。
【００３７】
セラミックプレートを機械的損傷から保護するために、セラミックプレートは、セラミックプレートの他方の側に存在し且つ金属ファイバフリースと接触しない金属プレートによって支持することが出来る。或いは、この金属プレートは、セラミックプレートが嵌るリムの形状であってもよい。
【００３８】
或いは、本発明に従うこのようなフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）のセラミックプレートは、硬い材料層、好ましくは、金属プレート又はリムによって支持される、例えば、セラミック織物層（ceramic textile layer）のような熱的且つ電気的に絶縁性の織物（fabric）で置換されてもよい。
【００３９】
また、凹所は、硬い材料層と、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の熱的且つ電気的絶縁側の熱的且つ電気的絶縁織物（fabric）より成るこのようなフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）によって得られる。次に、プリーツ形成金属ファイバフリースのエッジは、熱的且つフィルタエレメントの電気的絶縁側面部（frank,フランク）同士間に押し込まれるか或いははめ込まれる。プリーツ形成金属ファイバフリースは、十分な座屈抵抗を有するので、プリーツ形成金属ファイバは、熱的且つ電気的絶縁織物（fabric）の中に押し込まれ、それによって、プリーツ形成金属ファイバフリースのエッジの凹所が側面部（frank,フランク）の熱的且つ電気的絶縁側に設けられる。
【００４０】
エッジの凹所は、プリーツ形成金属ファイバフリースが濾過されるガスと共に移動するのを防止するに少なくとも十分であるようにされるべきである。この現象は、「ブロースル」と呼ばれる。この凹所は、０．５ｍｍよりも大きいことが好ましいが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であればよい。本発明の範囲において、熱的且つ電気的絶縁構造（fablic,ファブリック）は、非織り（nonwoven）織物（fabric）、織り（woven）織物（fabric）、編んだ或いはニットのテクスタイル織物（fabric）として理解されるべきであり、これらは、金属ファイバフリースのエッジと接触すべき織物（fabric）の表面の熱的且つ電気的絶縁ファイバより成る。全てのファブリックは、このような熱的且つ電気的絶縁ファイバから成ることが最も好ましいが、しかしながら、エッジと接触する側の熱的且つ電気的絶縁ファイバとその反対側の金属ファイバとの組合せが用いられてもよい。このような熱的且つ電気的絶縁ファイバは、Ａｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂、例えば、ＮＥＸＴＥＬ（登録商標）ファイバより成るファイバのようなセラミックファイバが好ましい。
【００４１】
この織物の厚みは、３〜６ｍｍであることが好ましく、織られた或いは非織り織物（fabric）が、好ましい。
【００４２】
本発明に従って、スロットを備えるフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）が本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される場合、フィルタエレメントの側面部の熱的且つ電気的絶縁側は、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃及び／又はＳｉＯ₂或いはマイカベースのセラミック材料を使用してフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）のこの側を提供することによって得られる。フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）は、１つの材料から提供されてもよいし、又は複数の材料によって提供される複数の層を備えても良い。複数の層がフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）を提供するために使用される場合、スロットは、熱的且つ電気的絶縁性の層に設けられるべきであることを理解すべきである。
【００４３】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、更に、他の側面部（frank,フランク）を備え、上述のフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）と共にフィルタエレメントに入口と出口を提供するフィルタハウジングを形成してもよい。また、これらのフィルタエレメントの側面部（frank,フランク）は、金属ファイバフリースからこれらのプレートへの放射に起因して又はホットガスとハウジングとの間の接触のためにフィルタエレメントのハウジングの加熱に起因して失われる熱エネルギーを減少するために、熱的及び電気的絶縁される。
【００４４】
更に、驚くべきことに、熱的及び電気的絶縁織物（fabric）より成る、本発明の主題としてのフィルタエレメントは、例えば、すす（soot,スート）粒子が負荷されるディーゼル排ガスを濾過するために使用されるときに、フィルタエレメントは、再生の後でさえ、自己シーリングするように働くことを発見した。これは、以下のように説明される。
【００４５】
金属ファイバフリースのエッジは、フィルタエレメントの側面部（frank,フランク）の熱的且つ電気的絶縁側同士間に取付けられるかはめ込まれる。
【００４６】
熱的且つ電気的絶縁織物（fabric）が使用される場合、その織物（fabric）の織物原料（textile）の性質に起因して、金属ファイバフリースが織物（fabric）のある深さまで凹まされる。正常の状況下において、この凹所は、金属ファイバフリースの凹んだ部分に続く織物の全ての隙間（void,ボイド,空所）を完全に閉鎖し、それによって、ガスは、熱的且つ電気的絶縁織物を介して金属ファイバフリースをバイパス出来なくなる。金属ファイバフリースの凹部によって閉鎖されない小さな隙間（ボイド）が織物にある場合、少量の排ガスがこの隙間（ボイド）を介して金属ファイバフリースをバイパスする。排ガスに存在するすす（soot,スート）は、織物（fabric）にトラップ（trap）されて、このボイド空間（void space）を閉鎖する。金属ファイバフリースが、再生される時、熱的且つ電気的絶縁織物は、ボイド空間（void space）で織物にトラップされたすす（soot,スート）を十分に灰化するようには加熱されない。従って、織物を介するガスのバイパスは、隙間（void space）がこのようなバイパスに起因するすす（soot,スート）で充填された後は、防止される。このフィルタは、自己シールを行う。
【００４７】
プリーツ形成金属ファイバフリースのエッジが側面（フランク）の熱的且つ電気的絶縁側のスロットに取付けられる場合に、同じ効果が得られる。言われているように、小さなボイド空間（void space）は、僅かな動きを可能とするように、エッジの下側に設けられる。スロットは、プリーツ形成金属ファイバフリースに対する表面でのエッジに良好に合い、正常な状況下で、ガスは、エッジとこれらの間隙の側を介して金属ファイバフリースをバイパスできない。エッジの側とスロットとの間に小さなギャップがある場合、すす（スート）は、これらのギャップにトラップされて保持される。フィルタが再生される時に、すす（スート）は、十分に灰化するようには加熱されない。従って、ギャップを介するガスのバイパスは、ギャップがこのようなバイパスに起因するすす（スート）で充填された後は、防止される。このフィルタは、自己シールを行う。
【００４８】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、フィルタユニットを提供するために使用される。幾つかのフィルタエレメントは、例えば、互いに積層される等のように、組み合わされることが出来る。熱ロスを回避するために、複数のフィルタエレメントは、例えば、編んだＳｉＯ₂織物のような、例えば、テキスタイルの断熱且つ熱抵抗層のような断熱層によって互いに分離される。
【００４９】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、ディーゼル内燃機関からの排ガスのようなホットガスを濾過するために使用されることが出来る。本発明の主題としての幾つかのフィルタエレメントや複数のフィルタエレメントより成る複数のフィルタユニットは、例えば、ガスが流れず、少なくとも一つのフィルタエレメントを再生して対流熱ロスを減少すると共に他のフィルタエレメントがガスストリームを濾過できるように、並列に使用されることが出来る。これらのフィルタエレメントやフィルタユニットは、例えば、複数の粒子サイズに対して複数のステップでガスストリームを濾過するように、直列接続されてもよい。
【００５０】
各フィルタエレメントは、好ましくは、１個づつ、個々に再生されることが出来る。フィルタエレメントは、ガスがフィルタエレメントを流れ続ける状態で、インラインで再生されてもよいし、或いは、ガスが部分的に或いは完全にフィルタエレメントを流れるのを防止されてオフラインで再生されてもよい。
【００５１】
本発明は、添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５２】
本発明の主題としての好適なフィルタユニットが、図１、２及び３に示される。
【００５３】
フィルタユニットは、多数のフィルタエレメント１１を備え、これらのエレメントは、上下に積層される。これらのエレメント１１の全ては、リンク形状である。穴あき金属チューブ１２は、フィルタエレメントの内部開口１３の内側に位置される。夫々のフィルタエレメントの間に、ディスク状ＳｉＯ₂フェルト材料１４が他のフィルタエレメント同士を互いから断熱するために配置される。フィルタユニットの両端には、金属プレート１５が、螺子１６によって、図１に示されるように、上部及び下部フィルタエレメントに対して固定されている。なお、この螺子１６は、金属プレートをフィルタエレメントに向かって押圧する。このプレート１５と上部又は下部フィルタエレメントとの間には、他のディスク状のＳｉＯ₂フェルト材料１４が配置される。
【００５４】
このフィルタユニットが使用される時、濾過されるべきガスは、（矢印１７で示される）フィルタエレメントの外側からフィルタ媒体１８を介して及び金属チューブ１２の孔を介して矢印１９で指示されるように更なる排出システムへ流れることが好ましい。
【００５５】
本実施形態の各フィルタエレメントを考察すると、金属ファイバフリースがフィルタ媒体１８として使用されている。「汚染」ガスが、流入側２０から、金属ファイバフリースを通して流入し、及び金属ファイバフリースの流出側２１を介して排出システムに流れ込む。金属ファイバフリースは、フィルタ媒体中及び上にトラップ（trap）された汚れ、例えば、すす（スート）を再生するために、二つの接触ボディ２２と２３を介して電気回路２４に接続されて電流を金属ファイバフリースに流す。金属ファイバフリースは、再生中にプリーツ２５によって発生される熱放射熱が、矢印２６によって指示されるように、隣接するプリーツへ放熱するようにプリーツが形成されることが好ましい。大切な電力の減少は、濾過除去された粒子の燃焼を伝播し且つ支持するためにこの熱放射を使用して得られる。
【００５６】
フィルタエレメントの好適な実施形態のセットアップが図２に示されている。フィルタエレメントの側面部（flank）２８は、ワイヤメッシュ３０が幾つかのスポット３１でスポット溶接される金属リム２９を備える。セラミック材料ＡｌＯ３の微細な層３２がフィルタエレメントの側面部（flank,フランク）の電気的且つ熱的絶縁側３３にスプレーされた。比較的厚い層のセラミック接着剤３４は、金属ファイバフリース１８が１０重量％を超える短金属ファイバを含むこのセラミック接着剤３４へ接着された後に、このメッシュと電気的且つ熱的絶縁側３３に付着された。
【００５７】
接着剤層の厚みは、２ｍｍであり、且つＺｒＯ２−ＭｇＯ組成物ベースの接着剤が使用された。金属ファイバフリースのエッジは、１．５ｍｍの深さを超えて接着剤層に埋め込まれた。
【００５８】
金属プレートと金属メッシュは、ステンレススチールＡＩＳＩ３０４から作られた。或いは、ステンレススチールＡＩＳＩ４３０が使用された。
【００５９】
螺子１６により、互いに重ねられた複数のエレメントの固定に起因する機械的引張力に対する抵抗を改良するために、幾つかのスタッド３５が各フィルタエレメントの上部及び下部リムに溶接されてもよい。図１及び図２に示されているように、フィルタエレメント１１の回りに、穴あき金属プレート３９が存在しても良い（明瞭にするために、図では部分的に示されているに過ぎない）。
【００６０】
図４と図５に示される好適な実施形態の接触ボディ２２と２３を参照すると、微細なＮｉシート３６が金属ファイバフリースの端部に焼結されていた。両接触ボディは、一緒にされて、例えば、雲母プレートなどの絶縁プレート３７に２つのボルト３８と３９によって固定されている。接触ボディ２２とボルト３８との間及び接触ボディ２３とボルト３９との間の電気接触を回避するために、二つの雲母シート４０が絶縁プレート３７と接触ボディ２２と２３との間に挿入されている。
【００６１】
他のセットアップが図５に示されている。図４の場合と同じセットアップが用いられるが、接触ボディ２２は、この接触ボディ２２の材料が背後のボルト３８には存在せず、接触ボディ２３を絶縁プレート３７に固定するように成形されている。同様に、接触ボディ２３は、この接触ボディ２３の材料が背後のボルト３９には存在せず、接触ボディ２２を絶縁プレート３７に固定するように成形されている。このような接触ボディを使用することによって、二つの雲母シート４０の使用が回避出来、それによってフィルタエレメントの構造が簡単にされる。
【００６２】
ＢＢ'に従う他のカットが図６に示されている。この実施形態の穴あきチューブは、楕円状断面を有する。また、ここで、金属ファイバフリースは、プリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成され、再生中に１つのプリーツから他のプリーツへの放熱が可能とされる。
【００６３】
本発明の主題としてのフィルタエレメントの他の代替の断面が図７に示されている。この実施形態のフィルタエレメントは、フィルタエレメントの全フィルタ媒体を一緒に形成する二つの金属ファイバフリース小片（ストリップ）を備える。両金属ファイバフリース小片（ストリップ）は、各一端に二つの接触ボディ（２２と２３）を備え、これらの接触ボディは、適切な電気回路２４に接続される。
【００６４】
本発明の主題としてのフィルタエレメントの他の代替の断面が図８に示されている。このフィルタエレメントは、一セットの金属ファイバフリース小片（ストリップ）を備え、各小片（ストリップ）は、１つのプリーツ形成ライン８１上にプリーツが形成される。全ての小片（ストリップ）は、並べて取付けられる。各金属ファイバフリース小片（ストリップ）は、小片（ストリップ）の各端部に１つとして、二つの接触ボディ（２２と２３）を有する。接触ボディは、一列に並べられ、適切な電気回路２４に接続される。
【００６５】
図９に示されるように、濾過されるガスは、入口９１を介してマフラーシステムに入る。各々が幾つかのフィルタエレメント９３を備える幾つかのフィルタユニット９２は、マフラー状のシステムに存在する。矢印９４によって指示されるように、濾過されるガスは、各フィルタエレメントのフィルタ媒体を通過し、収集室９６中の穴あきチューブ９５を介してフィルタユニット９２を出る。出口９７を介して、濾過された排ガスは、更に、矢印９８で指示されるように、排出システムを通って流れる。
【００６６】
フィルタ媒体として、三層のステンレススチールファイバより成る焼結媒体ファイバフリースが使用される。第１の層は、１７μｍの等しい直径を有する６００ｇ／ｍ²のＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバより成る。Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバの第２の層は、第１の層の上に付着される。この層は、２２μｍの等しい直径を有する２５０ｇ／ｍ²のファイバより成る。Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバの第３の層は、第２の層の上に付着され、且つ３５μｍの等しい直径のファイバを有する。この第３の層は、６００ｇ／ｍ²のファイバより成る。
【００６７】
９１％のすす（スート）保持力は、８５％の気孔率を有するステンレススチールフリースを使用して得られた。
【００６８】
上述の実施形態の金属ファイバフリースの長さは、１２００ｍｍであることが好ましく、他方、金属ファイバフリース小片（ストリップ）の高さは、３０と３５ｍｍとの間、例えば、３３．７５ｍｍであることが好ましい。
【００６９】
すす（スート）は、所謂、深層濾過されたものである（the soot was so-called depth filtered.）。これは、すす（スート）粒子がフィルタの全深さを介してトラップ（trap）された事実として理解されるべきである。
【００７０】
フィルタユニットを再生するためにエレメント当りわずか１分が必要に過ぎないと共に７５０Ｗ〜１５００Ｗを消費したに過ぎない。再生前に、フィルタエレメントを介する圧力降下は、１００ミリバールに設定された。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の主題としてのフィルタユニットを概略的に示す概略図である。
【図２】図１のフィルタユニットの部分ＡＡ'の拡大図を概略的に示す。
【図３】図１のフィルタユニットの平面ＢＢ'に従う断面を概略的に示す。
【図４】本発明の主題としてのフィルタエレメントから接触ボディの側面図を概略的に示す。
【図５】本発明の主題としてのフィルタエレメントから他の接触ボディの図を概略的に示す。
【図６】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ'に従う断面を概略的に示す。
【図７】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ'に従う断面を概略的に示す。
【図８】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ'に従う断面を概略的に示す。
【図９】本発明の主題としての複数のフィルタユニットより成る、マフラー形状のディーゼル排出クリーニングシステムを示す。

Claims (14)

1. 折り目となるプリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成されたプリーツ金属ファイバフリースと、前記プリーツ金属ファイバフリースの両側のエッジに設けられ、前記エッジに沿って形成されるプリーツ開口部を閉鎖する少なくとも二つの側面部とを備え、前記プリーツ金属ファイバフリースのエッジに取付けられる前記少なくとも二つの側面部によって開口部を閉鎖して、当該金属ファイバフリースにガスを流すようにしたフィルタエレメントであって、
   前記側面部の各々が硬い材料層を備え、前記硬い材料層が金属プレートまたはセラミックプレートであり、これら硬い材料層と前記金属ファイバフリースとがセラミック接着剤の層を使用して接続され、前記セラミック接着剤の層が、前記硬い材料層と、前記金属ファイバフリースの前記エッジの長手に渡る前記金属ファイバフリースのエッジとの直接接触を防止するため前記金属ファイバフリースの前記エッジの全長に亘り備えられて、前記硬い材料層と金属ファイバフリース間にシールを形成し、該シールにより前記ガスのバイパスを防止するために前記プリーツ開口を閉鎖することを特徴とするフィルタエレメント。
2. 前記セラミック接着剤の層は、０．５ｍｍよりも大きな厚みを有し、前記厚みは、２ｍｍ未満である請求項１に記載のフィルタエレメント。
3. 前記セラミック接着剤の層は、１〜１５０μｍの範囲の仮想のファイバと等しい直径を有する短金属ファイバを備える請求項１または２に記載のフィルタエレメント。
4. 前記セラミック接着剤の層は、少なくとも０．５重量％以上の前記短金属ファイバを備え、前記セラミック接着剤の層は、３０重量％未満の前記短金属ファイバを備える請求項３に記載のフィルタエレメント。
5. 前記金属ファイバフリースの前記エッジは、前記セラミック接着剤の層内に埋め込まれ、前記エッジが埋め込まれた部分の高さは、前記セラミック接着剤の層の厚みよりも、少なくとも１０％少ないことを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
6. 前記セラミック接着剤の層は、前記金属ファイバフリースの前記エッジの長手上に存在する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
7. 前記側面部は、セラミック接着剤の層と接触する一側を有し、該側は、前記金属ファイバフリースの前記エッジと接触される請求項１ないし６のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
8. 前記側面部は、ワイヤメッシュシート、又はエキスパンデッドメタルシート、又は穴あき金属シートを備える、請求項７に記載のフィルタエレメント。
9. 前記硬い材料層は、セラミック粒子層によって被覆される、請求項１ないし８のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
10. 前記金属ファイバフリースが、金属ファイバを含むフィルタ媒体の１つより多くの小片からなる、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
11. 前記金属ファイバフリースが、金属ファイバを含むフィルタ媒体の１つの小片からなる、請求項１ないし９のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
12. 前記金属ファイバフリースは、ステンレススチールファイバを備える、請求項１ないし１１のいずれか１項に記載のフィルタエレメント。
13. 請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の少なくとも二つのフィルタエレメントを備え、前記フィルタエレメントは、互いから断熱されている、フィルタユニット。
14. ディーゼル排ガスを濾過する請求項１ないし１２のいずれか１項に記載のフィルタエレメントの使用方法。

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