JP4531144B2 - ガス状排出流のための機械的分離器及び対応する製造方法 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は分離器の分野に関し、そしてより特別にはガス状の流れから１マイクロメートルのオーダーの、又はそれよりも小さな寸法の液滴や粒子を分離することを目的とする手段に関する。
発明の背景
この目的のために既に多くの方法と装置とが開示されている。
米国特許ＵＳ ５,６２６,６５１は、各非乱流帯域を画定してそれら粒子がそれらの中で捕集される１連のプレートの上方においてガスの乱流が流れるようなこの型の方法と系とを記述している。より正確にはこれらのプレートは互いに平行でかつ垂直である。更に、プレートの間には繊維よりなる濾過手段が設けられて濾過、特に比較的微細な粒子の濾過を改善させることができる。
国際特許出願ＷＯ-９５/２８ ２１７は同じ原理に基づくけれども各プレートにスロットが設けられているか、又は格子で置き換えられている装置を記述している。この先行技術においては更に、繊維マットを覆っている金網でできた骨組みが用いられている。
また、特許出願ＷＯ-９７/００ １０２はディーゼルエンジンの排気ガスの中に含まれている粒子を捕集するためのエンジン排気部に配置される分離器に関する。好ましくはハニカム構造が設けられており、これはそのハニカムの各セルの開口に垂直ないくつかの通路で貫通されている。このような構造の孔隙率は７０％のオーダーのものである。しかしながらこの装置は霧滴には使用できない、と言うのはそれらのセルの中に捕獲された液滴を流し出すことができないからである。
国際特許出願ＰＣＴ/ＦＲ-９７/００ １６４は、繊維質の波形要素により横方向に画定されている１つ以上の垂直方向排出通路を有する霧滴用分離器に関する。この分離器の上流に更に、この分離器において分離できる大きな粒子を得るためにアグロメレータが必要である。けれどもこれは比較的経費がかさみ、しかも相当な圧力低下を含む。
しかしながらこれら周知の手段は、約１マイクロメートルよりも小さな粒子及び/又は液滴の効率的な捕集及び除去を許容しない。米国特許ＵＳ-５,６２６,６５１においては捕獲された粒子は各壁面上に蓄積し、次いで重力の作用のもとにこの装置の底に落下する。それら壁面上に蓄積した粒子を落下させるためにこれらの壁を振動させるための手段がしばしば必要である。この装置は１マイクロメートルよりも小さな非常に微細な粒子を分離するのにいくつかの問題を引き起こす。実際、この場合にその通路は高さが非常に小さくなければならず、従って各プレートは非常に高くて装置は流れの非常に小さな断面積に対して大変嵩張ったものになる。同じ問題がＷＯ-９５/２８ ２１７に従う装置においても存在する。
国際特許出願ＷＯ-９７/００ １０２においては捕集された粒子は酸化される。
発明の要約
本発明は、大きさが１マイクロメートルのオーダーの、又はそれよりも小さな粒子及び/又は液滴を除去する課題を、以下において説明するように、独創的かつ予期されない態様で解決することを提供する。
本発明はその装置の或る帯域の目づまりによる圧力低下を有利な態様で防止する。本発明に従う分離器の全寿命を通じて圧力低下は一定に留まる。
本発明は、例えばディーゼルエンジンを備えた搬送車両の排ガスの中、多少とも縮密された内部空間の粉塵の中、冶金煙霧や酸性煙霧のような全ての種類の煙霧の中に存在する粒子を除去することを許容する。
本発明の全体的な構造は本出願人により出願された特許出願ＷＯ-９７/００ １０２又はフランス国特許出願ＥＮ.９７/１２ ８６７に記述されている構造であることができる。他の支持材料も、以下に説明するように利用することができる。
上に列挙した種々の装置について、本発明によれば粒子捕集速度を非常に大きく上昇させることができる。
すなわち、本発明の対象は、ガス状排出流の中に含まれ、そして１マイクロメートルのオーダーの、又はそれよりも小さな寸法の粒子を捕集するための機械的分離器であり、これはこの排出流の乱流の流れのための、粒子捕集表面を有する多孔質構造体の中に形成された少なくとも１つ以上の通路、好ましくはいくつかの平行な通路を含む。
なお、本発明に係る説明において、「機械的分離器」を単に「分離器」と呼ぶことがあり、また、「超微細繊維」を単に「繊維」と呼ぶこともある。
本発明に従う分離器は更に、超微細繊維でできた、相互に永久的に絡み合っており、かつ上記粒子捕集表面の面とも絡み合っている一連の小要素を含み、そしてそれらの各先端は不規則に突出している。
より正確には、上記繊維は直径が約１マイクロメートルのオーダーのものである。
更に、上記繊維は長さが約１ミリメートルよりも短い。
本発明によれば、上記絡み合った要素は約１ミリメートルの厚さよりも薄い層を形成する。
本発明の１具体例によれば、その多孔質構造体はセラミック材のハニカム構造を含む。
本発明のもう一つの具体例によれば、その多孔質構造体は網状ポリウレタン発泡材を含む。
本発明のもう一つの具体例によれば、その多孔質構造体はアルミナ、菫青石、ムライト、ジルコニア、サイアロン、炭化珪素を含む群より作られた網状発泡セラミック材を含む。
より正確には、上記網状発泡セラミック材は７０％と９０％との間の範囲の孔隙率を有する。
特に、本発明に従う分離器の長さは約１０ｃｍと約１００ｃｍとの間の範囲にある。
本発明の特別な具体例の一つによれば、この分離器はいくつかの平行な、又は実質的に平行な通路を含む。
これらの送出通路の数は好ましくはそのガス状排出流の流量に比例する。
本発明は更に、上に記述した分離器を作製する方法に関する。
本発明に従うこの方法は下記の各段階、すなわち
○ 前記多孔質構造体の粒子捕集表面を接着性にするために、送出通路（１）を含む多孔質構造体（２）を第１の溶液の中に浸漬し、
○ 上記構造体（２）をこの第１の溶液から取り出し、
○ 上記構造体（２）の送出通路（１）を通して空気の流れを約１時間にわたり通過させ、
○ この空気の流れの中に、超微細繊維でできた小要素（３）を分散させ、
○ 小要素（３）をその空気の流れから、多孔質構造体の接着性に作られた捕集表面（４）の上に沈着させてそれにより、小要素の先端がこの表面から不規則に突出するようにし、
○ この分離器を乾燥炉の中に約１時間入れておく
各段階を含む。
更に、繊維小要素が捕集表面の上に沈着してしまった後で、突出している繊維小要素をカットすることによって、上記送出通路が、該送出通路の最初の流れ断面積を保証するようにくり抜かれる。
第１の溶液は炭化水素溶媒の中にシランが混じった混合物よりなることができる。
上記第１の溶液は、本発明の範囲より逸脱することなく、水と、珪酸ナトリウムと、及びエチレングリコールとの混合物よりなることができる。
【図面の簡単な説明】
本発明の他の種々の特徴事項、詳細及び諸進歩性は、添付の各図面の参照のもとに非制限的な例としてあげる以下の記述を閲読することにより明らかとなるであろうが、ここで、
第１図は、本発明の単純化した斜視図であり、
第２図は、セラミックハニカム材を用いた本発明の具体例の単純化した斜視図であり、そして
第３図は、第２図に示した本発明の具体例に従う通路の断面図である。
発明の詳細な説明
第１図は本発明に従う分離器の一部分を鳥瞰的に見て図式的に示す。この分離器は周知のように、多数の通路１を貫通させたセラミックハニカムのモノリス材よりなることができる。これはまた、多数の通路１を貫通させたスポンジ状材料でできていることもできる。それらの通路は好ましくは互いに平行である。その乱流の流れは通常のようにそれら通路を矢印Ａで示すように通り流れる。
本発明によれば、超微細繊維よりなる一連の小要素３が粒子捕集表面４と、すなわち多孔質構造体２の内部の表面の上で、永続的に絡み合っている。
第１図において、各小要素３は見やすさのためにただ１つの通路１においてのみ示してある。
好ましくは、特に圧力低下を生じないように各通路１はそれらの最初の断面の上でくり抜かれて排出流の自由通路を与える。
第２図はその多孔質構造体がセラミックのハニカムのモノリス材より作られている分離器を示す。
見やすくするため小要素３は示されていない。
この型の構造体は、よく知られているように、自動車の触媒コンバータに用いられる。従ってこのモノリス材は約１ｍｍの毛細管よりなる。各通路１は上記構造体の中を貫通している。本発明に従う分離器は長さが約２０ｃｍである。このものは、直径がそれぞれ約５ｍｍの約９０本の送出通路を含む。
第３図は、ガス状排出流が流れる通路１の本発明に従う特別な構成を拡大して示す。
通路１は好ましくは、捕集表面４の上に固定されてそれら粒子捕集表面を補強している小要素３が除かれている。
このように、上記捕集表面４は細かな先端が不規則に突出している芝生に似ている。
直径が約１μｍで長さが１ｍｍよりも短いkaowool(登録商標)繊維を用いて非常に満足な試験結果が得られている。この分離器は２０ｃｍの長さであり、そしてそれぞれ５.３ｍｍの直径の平行な９０本の通路を含んでいた。
そのようにして、０.５μｍの直径の粒子が約５０％の収率で捕集されたが、これに対して、他の全てのものが等しい公知の分離器ではこの収率は２０％のオーダーである。
本発明によれば、その繊維は1000℃を僅かに超えるまでの運転温度についてそれらの性能及び効率を維持することができる。
本発明に従う分離器の製作は下記の各段階を必要とする:
その多孔質構造体を炭化水素溶媒の中のsilane(登録商標)の溶液に浸漬し、次いでkaowool繊維の含まれた空気を各通路の中へ約１時間にわたり吹き込む。それら繊維３はそのようにしてその乱流から多孔質構造体２の捕集表面４の上に沈着する。
そのようにして繊維が或る厚さで沈着してしまったならば、当業界に公知のいずれかの手段により、最初の流れ断面積を保証するように各通路１をくり抜く。これは特に、各通路１の中へ突出するであろう繊維を除去する。
次にこの分離器を約１時間にわたり乾燥炉の中に置く。
本発明の範囲より逸脱することなく、捕集表面４への繊維質小要素３の永続的接着を得るための接着剤として他の種々の物質を選ぶことができる。
水と混合された珪酸ナトリウムの溶液にエチレングリコールを加えたものを接着剤として使用することができる。この溶液は珪酸ナトリウムの乾燥及び固化の速度を低下させることを許容する。その後でこの分離器は1100℃のオーダーの温度に耐えることができる。
各空孔の内表面を粘着性にすることは、本発明に従いその表面から不規則に突出する各繊維の層を得ることを許容する。本発明に従う方法は、上記のように、各先端を突出させて繊維が接着するこのような粘着性表面を作り出すことを許容する。
これは、繊維を含む液体層を用いたときに、従来技術によっては得ることのできない本発明の非常に興味ある特徴の一つである。実際にこの場合にはそれら繊維はその多孔質の表面の上に横たわったままに留まって突出することはなく、従って非常に制限された効率に留まる。
より一般的には、高温用途(すなわち約1000℃以上のオーダーの)のためにはセラミック繊維やガラス繊維が選ばれる。より温和な温度(100℃のオーダー又はそれ以下の)についてはそれら繊維は天然物質又はポリエステルのような合成材料よりなることができる。
一般に、捕集される粒子が小さければ小さい程本発明に従う分離器の効率の改善度は高くなる。

Claims (12)

1. ガス状排出流の中に含まれている１マイクロメートルのオーダーの、又はそれよりも小さな寸法の粒子を捕集するための機械的分離器において、
   粒子捕集表面（４）を有する多孔質構造体（２）の中に形成された、ガス状排出流の乱流の流れのための少なくとも１つの送出通路（１）を含み、
   更に、直径が１マイクロメートルのオーダーの超微細繊維でできた一連の小要素（３）を含み、
   該小要素は、相互に絡み合い、かつ、上記粒子捕集表面と絡み合い、
   そして該小要素の各先端が不規則に突出しており、
   前記少なくとも１つの送出通路が、前記小要素を持たない自由通路である
   ことを特徴とする、上記機械的分離器。
2. 上記繊維（３）の長さが約１ミリメートルよりも短いことを特徴とする、請求項１記載の分離器。
3. 上記小要素が約１ミリメートルよりも小さな厚さの層を形成することを特徴とする、請求項１または２記載の分離器。
4. 多孔質構造体（２）がセラミック材のハニカム構造を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の分離器。
5. 多孔質構造体（２）がアルミナ、菫青石、ムライト、ジルコニア、サイアロン、炭化珪素よりなる群から作られた網状発泡セラミック材を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の分離器。
6. 前記網状発泡セラミック材が７０％と９０％との間の範囲の孔隙率を有することを特徴とする、請求項５に記載の分離器。
7. 多孔質構造体（２）が網状ポリウレタン発泡材を含むことを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１つに記載の分離器。
8. 長さが約１０ｃｍと約１００ｃｍとの間の範囲である、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の分離器。
9. 請求項１ないし８のいずれか１つに記載の分離器を作製する方法において、
   ○ 前記多孔質構造体の粒子捕集表面を接着性にするために、送出通路（１）を含む多孔質構造体（２）を第１の溶液の中に浸漬し、
   ○ 上記構造体（２）をこの第１の溶液から取り出し、
   ○ 上記構造体（２）の送出通路（１）を通して空気の流れを約１時間にわたり通過させ、
   ○ この空気の流れの中に、超微細繊維でできた小要素（３）を分散させ、
   ○ 小要素（３）をその空気の流れから、多孔質構造体の接着性に作られた捕集表面（４）の上に沈着させてそれにより、小要素の先端がこの表面から不規則に突出するようにし、
   ○ この分離器を乾燥炉の中に約１時間入れておく
   ことよりなる各段階を含むことを特徴とする、上記方法。
10. 小要素（３）が捕集表面（４）の上に沈着してしまった後で、突出している小要素をカットすることによって、上記送出通路（１）を、送出通路の最初の流れ断面積を保証するようにくり抜くことを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 上記第１の溶液が炭化水素溶媒の中にシランが混じった混合物であることを特徴とする、請求項９または１０記載の方法。
12. 上記第１の溶液が水と、珪酸ナトリウムと、及びエチレングリコールとの混合物であることを特徴とする、請求項９または１０記載の方法。

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