JPH04504297A - ディーゼルエンジンの排気ガス粒子を減少させるフィルタ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ｕ Ｍ」 本発明は電気抵抗ヒータに関する。

２ユ■青景 電熱抵抗ワイヤおよび渦巻き模様の独立抵抗ロッドは、特に電気ストーブへの使 用に関して周知である。かかる発熱素子は通常２２０の交流電圧により給電され る。かかる素子はバッテリまたは他の直流電源、特に２４ボルトまたはそれ以下 のエネルギ電源で使用できない。

電熱素子の比較的最近の用途はディーゼルエンジンの排気ガスから排出された粒 子で目詰まりしたセラミックフィルタ素子の再生または清掃に関するものである 。これに関して、政府は車両、特にディーゼル動力車の排気放出物を徐々に規制 してきた。結果として、多くの組織がトラック、バス、車、その他の車両のディ ーゼル粒子制御に関する研究を実施してきた。気泡セラミックフィルタは閉じ込 められた排気粒子に有用であることが認識されている。しかし、上記フィルタは 目詰まりすると再生されなければならず、また許容できない背圧を生じる。セラ ミックフィルタを周期的に再生する１方法として電熱素子ですすの積もった前面 を加熱することは知られている。適度な温度に達すると、粒子は灰化し、炎前面 がすすを通って前から後ろへ移動する。既知発熱素子は典型的には５０から２５ ０ボルトの交流電圧で作動する。ＵＳ特許４，６７１，０５８はかかる装置を示 す。その発熱素子は実質的Ｖ形の電極プレートから成る。セラミックフィルタ再 生用途用の既知抵抗素子の問題はそれらが２４ボルトの車両バッテリの使用に実 用的でないことである。本発明はこの問題を克服する。

光ユ■互！ 本発明の発熱装置は電気的に並列接続されかつ比較的フラットな発熱前部を形成 する複数の渦巻き抵抗ロッドのフラットアレイから成る。上記ロッドの各々の１ 端部は接地されている。他端部は加圧可能な電極手段に取り付けられている。

保持構造体は上記電極手段および上記ロッドのアレイを保持する。この形態にお いて、上記発熱装置はリクレーション車両ストーブを含む広範囲の用途に使用で きる。

本発明の発熱装置の特に重要な態様は２５ボルトを越えない直流電源、例えば、 １２ポルトまたは２４ボルトの車両パンテリ系により給電される。

本発明の発熱装置の他の重要な用途はエンジンの排気ガスから粒子を減少させる ためにフィルタ装置に結合されることである。かかるフィルタ装置は入口と出口 、その間に流体流路を伴う室を有するハウジングを含む。粒子のためのフィルタ 機構は上記室内で上記流路に沿って設置されかつセラミックフィルタ要素を含む 。セラミンクフィルタ要素を再生するだめの機構が設けられている。この再生機 構は抵抗ロッドの渦巻きアレイおよび上記ハウジングに対する上記アレイのホル ダを含む。上記アレイは上記セラミックフィルタ要素の入口端部に接近している 。２５ボルトを越えないバッテリは電気的に並列接続されたロッドに電流を供給 する。送風機が空気を上記アレイから送られて、上記セラミックフィルタ要素の 入口端部で燃焼を開始しかつ燃焼時の炎前面を維持する。

上記フィルタ装置はまた再生系を制御するための機構を含む。

このようにして、最も一般的な形態の本発明は広範囲の使途を有する。しかしな がら、特に本発明は車両の電気系統の使用に適する。この観点で、本発明は排気 フィルタ装置のセラミックフィルタ素子上に集まったすすの再生燃焼を開始する に足りる熱を供給でき、従って、排気放出技術の現状打破を計るものである。

本発明の利点は以下に簡単な説明に記載された図面を参照する詳細な説明を参照 することにより一層明らかになるであろう 回ｌｆ」１１１１肌 図１はエンジン排気ガスから粒子を除去するフィルタ装置の断面図でありかつ本 発明による発熱装置を含む。

図２は上記発熱装置の平面図である。

図３は図２の３−３線に沿った断面図である。

図４は上記発熱装置の底面図である。

図５は図４の５−５線に沿った断面図である。

図６は上記ハウジング壁に取り付けられた抵抗ロッドの外側端部の断面図である 。

゛　七　のｉ　なう■ 次に図面を参照すると、同一または対応部は各図をとおして同様の参照番号によ り表され、本発明によるエンジンの排気ガスから粒子を減少するフィルタ装置は 図１に示されかつ参照番号１０により概ね表されている。装置１０は狭い両端部 を有する実質的に円筒状のハウジング１２を有する。入口バイブ１４はハウジン グ１２の１端部に受けられている。入口バイブ１４は閉鎖された出口端部工６と 概ね排気ガスを入口バイブ１４からハウジング１２により形成された室の進入部 へ膨張させる複数の開口部１８を有する。出口バイブ２０はハウジング１２の他 端部に受けられている。一体式セラミックフィルタがハウジング１２へ仮付は溶 接または他の方法により固定された缶２２内に設置されている。缶２２はフィル タ２４をそこに保持するための折り返し端部を有する。熱抵抗マット２６はフィ ルタ要素と缶２２との間に絶縁とクッションを提供する。本発明に関する有用な タイプのセラミックフィルタはニューヨーク１４８３０．コーニングのＣｏｒｎ ｉｎｇ　Ｇｌａｓｓ　ＷｏｒｋｓのＣｅｒａｍｉｃｓ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ　Ｄｉ ｖｔｓｉｏｎのＩｎｄｕｓ　Ｌ　ｒ　ｉａ　ＩＣｅｒａｍｉｃｓ　Ｄｅｐａｒｔ ｍｅｎｔから市販されている。更に、再生排気フィルタ系に関するこのタイプの セラミンクフィルタの使用についての全体的検討は１９８７年８月２１日出願の ＵＳ特許出願番号第０８８，０５５号に見られる。

上記エンジンの背圧またはある種の差圧モニタ系はフィルタ２４が再生を必要と するレベルまで負荷されたと測定する。

圧力センサ２８と３０はかかる感知機構を示しかつ線３２と３４を介してプロセ ッサユニット３６へ接続されている。適当な時に、プロセッサユニット３６はス イッチ５２を閉じて、スイッチ５２と線５８から線５６を介してバッテリ５４と 電気的に導通することにより発熱装置３８を給電する。同様に、適当時に、送風 機４２を線４４を介して回し、そこから線４６を介してハウジング１２に包囲さ れた室の進入部へ空気を送る。熱電対４８は温度をモニタして線５０を介して温 度情報をプロセッサユニット３６へ提供する。

図２−４に示されたように、発熱装置３８は複数の渦巻き抵抗ロッド６２のフラ ットアレイ６０を有する。アレイ６０は金属、円筒状壁６４に関して支持されて いる。電気的に、壁６４はアースとして作用する。電極組立体６６は、図５に示 されたように、壁６４内に延びかつそこへ取り付けられたシース６８を有する。

電極組立体６６はまた円筒状壁６４に関して中央にレシーバ７０を有しかつ口・ ンド６２の第１または内側端部を受ける。セラミックフオーム（ｆｏａｍ）ディ スク７６はアレイ６０と電極組立体６６との間に支持されて後方へ放射される熱 に対するバリヤおよびアレイ６０から熱を前方へ再放射するため機構を提供する 。

アレイ６０は複数の渦巻き抵抗ロッドを有する。ロッドの数は可変であるが、１ 以上でなければならない。回路抵抗を減少して電圧活性源をより低くするために 複数の抵抗ロッドは電気的に並列接続されることが本発明にとって重要である。

ロンドロ２は各ロッドがいずれか他の１０ツドの連続ループ間に１つの渦巻きル ープを有するような渦に形成される。このようにして、各ロッドは同一に形成さ れかつ他のロッドに関してその両端部が単にオフセットされるのみである。好ま しくは、上記ロッドの密度はロッド間の間隔がロッドの直径に略等しいようなも のである。最高推奨間隔は２０ンドの直径であり、他方、最小推奨間隔は１直径 の１／４である。図２に示されたように、上記それぞれのロッドの端部は相互か ら９０°オフセツトされ、かつそれぞれのロッド間の間隔はそれらロッドの１の 略１直径である。

各抵抗ロッド６２は、図５ごとく、金属シース８２により被覆された絶縁粉末８ ０に囲周された中央抵抗ワイヤ７８を有する。ロッド６２の第１端部で、抵抗ワ イヤ７８は、通常、溶接またははんだ付けにより電極組立体６６の電極スタッド ８４へ固定さる。第２端部では、図６のごとく、抵抗ワイヤ７８はシース８２へ 溶接またははんだ付けにより固定される。

シース８２は次いで絶縁粉末８０を包囲して閉鎖され、かつ金属壁６４へ溶接ま たははんだ付けされ、それによりシース８２とロンドロ２の第２端部を接地する 。

円筒状壁６４の端部は適宜に形成されかつ本発明に特に重要でない。発熱装置３ ８がフィルタ装置１０の一部として使用される場合、円筒状壁６４の端部はハウ ジング１２の直径および嵌合エツジに一致するように形成され、円筒状壁６４が ハウジング１２の連続部を形成するようにそこへ溶接される。

電極組立体６６はレシーバ７０およびレシーバ７０から円筒状壁６４を通って壁 ６４の外部位置へ延びる細長部８６を有する。細長部８６はレシーバ７０内の１ 端部および壁６４の外部にあってねじ切りされた他端部を有する電極スタンド８ ４を含む。スタンド８４はシース６８により包囲された絶縁材料８８に囲周され ている。図４のごとく、一対のナツト９０はスタッド８４上でねじ切りされかつ その間にラグ９２が固定されていてよい。ラグ９２は図１に概略的に図示された ように線５８の一部であってよい。

レシーバ７０は絶縁材料９６が充填されたキャップ型金属シリンダ９４である。

電極組立体６６の細長部８６はシース８８がシリンダ９４へ固定されるように位 置決めされ、かつスタッド８４はシリンダ９４へ延びる。電極スタッド８４は絶 縁材料８８と９６によりシース８８とキャップシリンダ９４のいずれからもへ隔 置されていて、いかなる電気的シｉ？　−トをも防止する。抵抗ロッド６２は、 端部７２がレシーバ７０内に受けられことのできるように、各々アレイ６０の中 央近傍にヘンド（折れ）を有する。この観点で、シース８２は溶接またははんだ 付けによりシリンダ９４の端部に固定され、他方、抵抗ワイヤ７８は電極スタン ド８４へ取り付けられる。

抵抗ワイヤ７８は、同様に、絶縁材料８０および９６によりシース８２およびシ リンダ９４のいずれからも分離される。

セラミックフオームディスク７６は中央開口部９８を何し、そこからロッド６２ の第１端部が延びる。セラミックディスク７６はロッド６２の１から２の直径の 厚みを有するのが好ましい。適宜のセラミックディスク７６は１インチ（約２゜ ５４ｃｍ）当たり略１０から３０孔の多孔性のｌｉｔｈｉｕｍ　ａｍｌｕｍｉｎ ａ　５ｉｌｉｃａｔｅ　ｌａｓ　（珪酸アルミニウムリチウムキラス）で形成さ れる。許容材料はニューヨーク　１４８０２．Ａｌｆｒｅｄ、　Ｂｏｘ　１１０ ５のＨｉ−Ｔｅｃｈ　Ｃｅｒａｍｉｃｓ　Ｉｎｃ、から商業的に入手できる。

支持構造体はアレイ６０、セラミックディスク７６、および電極組立体６６を相 互、および円筒状壁６４に関して保持する。適宜の支持構造体は壁６４に溶接ま たは他の方法により固定された１脚１０２およびレシーバ７０に溶接または他の 方法により固定された他の脚１０４を存する複数のＵ形ワイヤロッド１００を含 む。このようにして、ロッド１００はレシーバ７０を支持し、他方、円筒状壁６ ４は電極組立体６６の細長部８６を支持する。より小さいワイヤ１０６は各Ｕ形 ロッド１００のベース１０８下からそれぞれの抵抗ロッド６２の上へループを作 ってそれぞれのＵ形ロッドの各々に抵抗ロッドをソリッド（一体的）に固定する 。このようにして、上記抵抗ロッドの端部は壁６４およびレシーバ７０へ固定さ れ、他方、それぞれの渦巻きループはワイヤ１０８により締結に保持される。

セラミックディスク７６は一対の円筒状ベンドブラケット１１０と１１２により 適所にソリッドに保持されている。この両者は壁６４へ仮付は溶接されている。

１ベンドブラケツトは上記セラミックディスクをそのブラケットに沿って支持し 、他方、他のブラケットは前側部上でそれを保持する。

使用に際して、発熱装置３８はストーブとして実際的に使用される場合、電極ス タッド８４がＤＣ（直流）電圧により給電されるや意図されたように機能する。

発熱装置３８がフィルタ装置の再生加熱素子として使用される場合には、上記装 置は上記プロセッサユニットのロジックに従って電流供給される。いずれの場合 にも、上記装置は電極とグランドとの間に電圧が加えられるや意図されたように 再び機能する。

車両の電気系のような代表的回路において、１２または２４ボルトの直流バッテ リが１００から２００アンペアの電流負荷を提供するまたは提供することが要求 され、結果として１から５キロワツトの総電力を必要とする。本発明の発熱装置 は最高約２５アンペアと、素子当たり約、９６オームの抵抗を必要とする略６０ ０ワツトの素子を含むように形成されている。図２に示された並列接続された４ 素子を存する上記発熱装置は約２４００ワツトを必要とする。上記した電気的か つ物理的形態によるかかる出力は従来装置から期待することはできない。

従って、本発明は簡単であるが従来利用できた発熱機能を提供する点で意味深い 。以上説明した本発明は例示でありかつ均等物に応用できるものと理解されなけ ればならない。この理由から、特に形状、寸法および配置に関するこの開示のＦ ＩＧ、３ 閑腔謹審謡牛 国際調査報告

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. １．複数の渦巻き抵抗ロッドを有するフラットアレイ、上記ロッドの各々は第１ および第２端部を有する、上記抵抗ロッドを電気的に加圧するための電極手段、 上記電極手段は上記抵抗ロッドの第１端部と電気的に共通し、上記抵抗ロッドの 第２端部は電気的に接地されている、および上記電極手段と上記アレイとを保持 するための手段から成り、 それにより上記抵抗ロッドが電気的に並列であって比較的フラットな発熱前面を 形成することを特徴とする発熱装置。
2. ２．上記アレイは中央部を有し、かつ上記電極手段は上記第１端部を受けかつ支 持するための手段を上記アレイの背後に含み、上記第１端部は上記受け手段と接 続するための折れを含む、請求項１の発熱装置。
3. ３．上記保持手段は電気的に接地された金属円筒状壁を含み、上記抵抗ロッドは 抵抗ワイヤ、絶縁材料、および金属シースを含み、上記抵抗ワイヤは上記金属シ ースに被覆された上記絶縁材料により囲周され、上記抵抗ロッドの第２端部は上 記抵抗ワイヤが上記絶縁材料を包囲するために閉鎖された上記シースと接触する ように形成され、上記第２端部は上記金属円筒状壁へ取り付けられている、請求 項２の発熱装置。
4. ４．上記保持手段により上記アレイの背後に支持されたセラミックフォームを含 み、上記セラミックフォームはそれに向かって放射される熱を吸収しかつ上記ア レイに向かいかつ上記アレイから熱を再放射する、請求項１の発熱装置。
5. ５．複数の渦巻き抵抗ロッドを有するフラットアレイ、上記ロッドの各々は第１ および第２端部を有し、上記抵抗ロッドの各々は抵抗ワイヤ、絶縁材料、および 金属シースを含み、上記抵抗ワイヤは上記金属シースにより被覆された上記絶縁 材料により囲周され、上記抵抗ロッドの第２端部は上記抵抗ワイヤが上記絶縁材 料を包囲するために閉鎖される上記シースと接触するように形成されている、 電気的に接地された金属円筒状壁、上記抵抗ロッドの第２端部は上記壁に取り付 けられている、 中央開口部を有するセラミックフォームディスク、上記セラミックディスクは上 記アレイの背後に設置されている、上記抵抗ロッドを電気的に加圧するための電 極手段、上記電極手段は上記抵抗ロッドの第１端部を受けるための手段を上記セ ラミックフォームディスクの中央開口部の背後に含み、上記電極手段は更に上記 受け手段から上記金属円筒状壁の外部へ上記抵抗ロッドの第１端部と電気的に連 続性のあるコンダクタを運ぶ絶縁手段を含む、 上記壁および上記受け手段に関して上記アレイと上記セラミックフォームディス クとを支持するための手段から成り、それにより上記抵抗ロッドが電気的に並列 であって比較的フラットな加熱前面を形成しいすることを特徴とする発熱装置。
6. ６．複数の渦巻き抵抗ロッドを有するフラットアレイ、上記アレイを保持するた めの手段、 ２５ボルトを越えないバッテリ、および上記ロッドが相互に並列になるように上 記バッテリと上記ロッドとを電気的に断続自在に接続するための手段、から成る ことを特徴とする発熱装置。
7. ７．入口、出口、および上記入口の上流から上記出口の下流へ流れる流体流路を 伴う室を有するハウジング、上記流体流路に沿った上記室内で排気ガスから粒子 をろかするための手段、上記フィルタ手段は入口端部を有するセラミックフィル タ要素を含む、 上記セラミックフィルタ要素を再生するための手段、上記再生手段は渦巻き抵抗 ロッドのアレイおよび上記ハウジングに関して上記アレイを保持するための手段 を含み、上記アレイは上記セラミック要素の入口端部と近接し、上記再生手段は 更に２５ボルトを越えないバッテリ、および上記ロッドが電気的に相互に並列に なるように上記バッテリと上記ロッドとを電気的に接続するための手段を含み、 上記再生手段は上記アレイから上記セラミックフィルタに向かって空気を送るこ とにより再生燃焼を開始かつ維持するための手段を含む、および 上記再生手段を制御するための手段から成ることを特徴とする排気ガスの粒子を エンジンから減少するためのフィルタ装置。