JPH06506281A - 同心管ディーゼル微粒子ろ過装置 - 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】 同心管ディーゼル微粒子ろ過装置 発明の分野 本発明はディーゼルエンジンの排気から微粒子を取除くろ過装置又は除塵器に関 する。

背景技術 ディーゼルエンジンは危険性のあるすすで汚れた排気を放出するが、ディーゼル 微粒子ろ過装置を用いることにより危険を少なくすることができる。しかし公知 のディーゼル微粒子ろ過装置は過度に燃料消費を増大させまた耐用寿命を短かく する傾向がある。

公知のディーゼル微粒子ろ過装置は４つの範ちゅう又は型に分けることができ、 第１の型はセラミック壁流モノリスを有することを特徴とし、第２の型は堅いセ ラミックの発泡体を有し、第３の型は繊維のろ過材材のかたまりを有し、そして 第４の型は１つ又は複数の中空孔あき金属チューブを存することを特徴としてい る。各ろ過装置の型は排気系に連結するようになっている細長い管状のケーシン グを有することができる。さらに、各ろ過装置の型は集められた微粒子材料を焼 却することにより使用の間に定期的に再生できる。

第１の型のディーゼル微粒子ろ過装置の例が米国特許第４．２７６、０７１号（ Ｏｕｔｌａｎｄ）に示されている。

ドイツ公開公報第３８０６１３１号（Ｇｉｅｂｌｉｎｇ）、　１９８９年８月３ １日公開、は変更した第１の型のディーゼル微粒子ろ過装置を作る方法を記載し ており、この方法では、平行の離間したフィラメントを含む網を担持するペース ト状のセラミック構造の材料カ月つのロールに巻かれこのロールが管状ケーシン グの中に挿入されそして焼かれて多孔質セラミックのすす−ろ送本体を生産する ようにしている。

第２の型のディーゼル微粒子ろ過装置の例は米国特許第４．２６４．３４６号（ ｌａ、ｎｎ）と第４．８１３．２３１号（Ｂｙｋｏｗｓｋｉ）とに示されている 。第１と第２の型のろ過装置の両者にとって共通の問題は、その堅い性質のため このろ過装置か例えば自動車又はその他の車両に使用された時に生じるような、 熱応力と振動を受けた時に割れる傾向かあるということである。

第３の型のディーゼル微粒子ろ過装置の例は１９８７年２月７日に公開されたド イツ公開公報第３５４５７６２号（Ｂｒｉｃｈ）に記載され、このろ過装置では 織布マットが円筒状ハウジングの中に置かれそれによりマットがハウジングの中 心線と同軸となるようにしている。このハウジングは軸方向のガス入口と軸方向 のガス出口とを有することか明らかである。排気ガスは織布マットを半径方向に 通過する。１つの実施態様では、セラミック繊維マットが緊密に巻き上げられハ ウジングの全横断面を満たしている。この実施態様はセラミック繊維マットと共 にらせん状に巻かれた金属ウェブを有し、それによりこれらウェブとマットが軸 線周りに巻き込まれるようにする。

１９８９年８月３日に公開されたドイツ公開公報第３８０１６３４号（Ｓｔ５ｐ ｌｅｒ他）は第３の型のディーゼルろ過装置を開示し、このろ過装置は、数層の 円筒状ろ過要素が排気ガスが半径方向に通過する入口漏斗と出口漏斗との間でハ ウジングユニットの中に配設され、ろ過要素が入口通路と出口通路の構造の下側 に等距離の半径方向の間隔をおいて本質的に円形又は楕円形の横断面を有し、ま た各ろ過要素が、ガス透過金属カバーシートによって両側が包まれた、ワイヤ網 、セラミック繊維、又はその組合せからなるガス透過性ろ送本体を備えている。

さらに、スペーサ要素を用いることにより、ろ送本体は、それぞれ反対側が閉鎖 されたらせん状の入口及び出口通路を有する包みを形成するよう巻くことができ 、孔のあけられた金属シート又は金属織布によって形成された取巻きカバーには 触媒塗膜が設けられガス状汚染物質を化学変化させるようにしている。

第４の型のディーゼル微粒子ろ過装置の一例が米国特許第４、３２４．５７２号 に示され、このろ過装置では、複数の平行で離間した堅い孔のあけられた中空チ ューブ（“支持バイブと称されている）かケーシングの実質的に長さ方向に延び ている。スパン酸化ケイ素又はシリカ繊維の糸が前記チューブの各々の上に巻か れろ過要素を得るようにする。各チューブはその入口が栓をされ、また各チュー ブの間の通路は出口が壁によって閉塞され、排気をこのろ過要素を通過させるよ うにする。糸は好ましくは交差巻きされ、酸素が集められた微粒子材料の定期的 な焼却の間すすの堆積物に到達できるようにする。

１９８９年３月３０日に公開されたドイツ公開公報第３７３１７６６号（Ｂｕｃ ｋ）は入口及び出口連結パイプを備えた囲いを有するもう１つの第４の壓のディ ーゼル微粒子ろ過装置を開示し、このろ過装置はセラミックの繊維又は糸がこの 囲いの中に置かれている。

米国特許第４．５７６、７９９号（ＷＱｒｎｅｒ）はさらに他の第４の堅のディ ーゼル微粒子ろ過装置を開示しており、このろ過装置は実質的に細長いケーシン グを半径方向に同心に満たす複数の平行な、離間した、堅い、孔のあけられた、 中空チューブを具備している。チューブの各々は内側の孔のあけられた殻体と外 側の孔のあけられた壁との間に挾まれたろ過要素からなっている。１つの実施態 様において、隣接チューブの間に障壁が設けられそれにより２つのチューブの間 に流入する排気がこれら２つのチューブと次の障壁との間の空間を通って出て行 （前にろ過要素を通って半径方向外側に通過するようにしている。

第４の型のディーゼル微粒子ろ過装置がまた１９８９年１０月１９日に公開され たドイツ公開公報第３９１０５５４号（Ｅｎｇｅｌｅｒ他）に開示され、このろ 過装置はケーシングの実質的に長さ方向に延びる４つの同心の、堅い、中空の、 孔のあけられたチューブを具備し、隣接チューブの間の各空間は各チューブの一 端においてのみ閉鎖されそれにより開放された空間に流入する排気がチューブの 孔のあけられた壁を半径方向内側又は外側に通過するようにしている。

１９８８年２月１７日に発行された英国特許出願第２．１９３．６５６号（ｔｌ ｅｎｋｅｌ）はただ１つの孔のあけられた中空チューブを有する第４の型のディ ーゼル微粒子ろ過装置を開示しており、このろ過装置は、前記チューブか、結晶 ガラス又はセラミック繊維の微細孔の織布と弾性の広い網の織布又は毛との、２ つのろ過層で巻かれている。

短い又は人造の繊維のろ過材料を使用する第４の型のディーゼル微粒子ろ過装置 に関連する共通の問題は、繊維の脱落を生じそのため望ましくない短い寿命とな る傾向を有することである。

発明の概要 要約すれば、本発明は、ディーゼル微粒子ろ過装置であって、（ａ）少なくとも ２つの端部を有するケーシング、（ｂ）このケーシングの端部を排気系に連結す る手段、（Ｃ）ケーシングの端部の間に延びる複数の同心の、離間された、孔の あけられた、実質的に堅いチューブであって、各チューブが少なくとも２つの端 部と外側表面とを有し、これらチューブか実質的にケーシングを半径方向に満た す、複数のチューブ、（ｄ）孔のあけられたチューブの各々はケーシング内部に 支持手段によって支持されている、 （ｅ）無機質の糸を具備し、この無機質の糸が実質的にチューブの各々の周りに らせん状に巻かれ孔を覆うようにしているろ過要素、（ｆ）チューブの端部でチ ューブの間の１つおきの空間を閉鎖し、チューブの間の各空間がケーシングの端 部の一方に近接して閉鎖されるようにする手段 の以上（ａ）〜（ｆ）の構成要件からなるディーゼル微粒子ろ過装置を提供する 。

好ましくは無機質の糸はチューブの少なくとも１つの周りに実質的にらせん状に 交差して巻きつけられる。

本発明のディーゼルろ過装置の構造は排気ガスかチューブに近接して半径方向反 対側に通過できるようにする。

本発明のろ過装置は改良された第４の型のディーゼル微粒子ろ過装置として特徴 づけることができる。本発明のろ過装置はいかなるデッドスペースをもなくする 同心配置の孔あきろ適用チューブを利用する。さらに、この同心の配置構造は、 ディーゼル微粒子ろ過装置か横方向に離間した孔あきろ過チューブを用いる従来 のろ過装置に比べてさらに頑強でコンパクトな構造となるようにする。

本出願において、 “無機質繊維”は、高温（例えば約６００°Ｃ以上の温度）に対して抵抗力があ りディーゼル排気ガスに対し化学的に抵抗力がありまた織物特性（すなわち本発 明のろ過装置を構成するチューブの周りに巻くのに適している）を有している、 任意の無機物を基材とする繊維を云い、 “糸”は複数の又は束の繊維又はフィラメントを意味し、“熱−不安定繊維”と は加熱された時に分解し蒸発する成分（例えば存機質材料）を含む繊維を云い、 “繊維セグメント”とは糸の芯から突出する破壊された繊維の部分を云う。

図面の簡単な説明 本発明はその全ての図面か概略図である図面を参照することによりさらに容易に 理解される。

図１は本発明のディーセル微粒子ろ過装置全体の中央縦断面図、図２は図１の２ −２線に沿う横断面図、図３は本発明の第２のディーゼル微粒子ろ過装置の横断 面図（図２と同様の）である。

好適な実施態様の記載 本発明のディーゼル微粒子ろ過装置はディーゼル排気から微粒子を除去するため の効率的、経済的、及びコンパクトな装置を提供する。

図１及び２を参照すると、好適なディーゼル微粒子ろ過装置ｌＯは円筒形本体１ ２、円錐形排気人口１３及び円錐形排気出口１４を有する細長いケーシング１１ を有している。円筒形本体１２の内部にケーシング１１の入口端５０と出口端５ １との間に延びるように、円筒形本体１２を半径方向に満たす５つの同心の離間 され実質的に堅いチューブ１５．１６゜１７、　１８及び１９か設けられる。チ ューブ１５．１６．１７．　１８及び１９の壁は各チューブの各末端の孔のない 部分（例えば１５Ａ）を除きその全長にわたって均一に孔があけられている。チ ューブ１５．１６．１７．１８及び１９の入口末端に環状の蓋２０及び２１と中 央円形蓋２２か連結される。

チューブ１５．　＋６．１７．１８及び１９の出口末端には環状の蓋２４．２５ 及び２６が連結される。蓋２４．２５及び２６は出口端５１においてチューブの 間の１つ置きの空間を閉鎖する。チューブの入口末端で蓋に近接して細い支柱２ ８．２９及び３０が架は渡され、外側支柱３０はまたケーシング１１に連結され る。隣接する蓋は同様にチューブの出口末端において細い支柱３２と３３か架は 渡される。

無機質の糸は独立して実質的にらせん状にチューブ１５．１６．１７゜１８及び ！９の周りに巻かれろ過要素３５．３６．３７．３８及び３９をそれぞれ形成し 、各チューブ１５．１６．１７．１８及び１９の孔のあけられた表面を被覆する ようにしている。任意に、無機質の糸は独立して実質的にらせん状にチューブ１ ５．１６．１７．１８及び１９の周りに交差して巻かれる。入口端の閉鎖されて いない空間に流入する排気は蓋２０．２１及び２２によって閉鎖されていないチ ューブ１５．１６．１７．１８及び１９の間の空間に入りそして出口端５１の蓋 ２４．２５及び２６によって閉鎖されていない空間を通って出ていく前に、ろ過 要素３５．３６．３７．３８及び３９を半径方向内側と外側とに向って通過する 。

任意に、無機質繊維からなる不織布マットかチューブ＋５．１６．１７゜１８及 び１９のうちの少なくとも１つの外側表面と実質的にらせん状に巻かれ又は交差 して巻かれた無機質の糸との間に挿入される。

任意に、不安定の糸を無機質の糸に加えてチューブ１５から１９のうちの少なく とも１つの周りに実質的にらせん状に巻き又は交差して巻くことができる。

ディーゼルの排気が出口端５１に入り入口端５０から出ていくことができるよう にディーゼル微粒子ろ過装置ｌＯを構成することも本発明の範囲である。

図３に示されるディーゼル微粒子ろ過装置４０は図１及び２に示されるろ過装置 と構造及び作用が同じである。金属ケーシング４２の内部に５つの同心の離間さ れた、堅い金属チューブ（図示しない）があり、これらチューブの壁は各チュー ブの各末端の孔のない部分を除きその全長にわたって均一に孔があけられている 。チューブの入口末端と出口末端にその１つ４４が図示されているシート金属の 圧延板が溶接される。チューブ端部に固定されているこれら圧延板はチューブの 間の１つ置きの空間を閉鎖する作用とろ過装置を構造上補強する作用とをする。

圧延板と一体に金属支柱４６があり、その最外端はケーシング４２に溶接されて いる。

各チューブの孔のあけられた表面に当接して、無機質繊維の複数の不織布マット ４８が実質的にらせん状に巻かれた無機質の糸４９によって保持される。任意に 、無機質の糸が実質的にらせん状に交差巻きされる。

本発明のろ過装置を構成するチューブの大きさと数はディーゼルエンジンの微粒 子ろ過装置の要求と大きさによって決まる。一般に、ろ過装置のコストは使用さ れるチューブの数の増加と共に増大する。

一方において、微粒子の適用にとって少なすぎるチューブは排気ガスに対するろ 過作用を低下させる。

ケーシング、閉鎖手段及び支柱は独立して例えば金属又はセラミックを含む任意 の適当な材料で構成することができる。製造を容易にするのに好適な材料は金属 である。好ましくは、この金属はステンレス鋼のシート金属である。ケーシング 、閉鎖手段及び支柱を連結する手段はケーシング、閉鎖手段及び支柱を構成する 特定の材料にとって従来公知の手段を含んでいる。例えば、ケーシング、閉鎖手 段及び支柱が金属で作られていたならば、これらを連結する好適な手段は溶接で ある。

ケーシングの形状は都合によって変えることができる。適当な形状は例えば円形 断面、楕円形断面、正方形断面、及び矩形断面を有する形状を含む。好ましくは 、ケーシングは円形又は楕円形の断面を有している。ケーシングは典型的には長 くされケーシングか細い形状となるようにする。

孔のあけられたチューブは例えば金属とセラミックを含む任意の適当な材料で構 成することができる。孔あけされたチューブは例えば孔を有するチューブ、ワイ ヤ網、又は実質的に堅ければ延展された金属とすることができる。孔のあるセラ ミックチューブは優れた性能をもたらすが、適当な閉鎖手段とするには過度に高 価となる。

好ましくは孔あけされたチューブは金属で構成される。さらに好ましくは、この 金属はステンレス鋼のシート金属である。

チューブの形状はケーシングについて上記したように都合により変えることがで きる。好ましくは、チューブは円形又は楕円形の断面を有している。

各チューブの孔はできるだけ太きくシシかも堅さを保持するようにすべきである 。好ましくは番孔は排気の中の粒子を捕えるにははるかに大きい約ｌ■から約２ ０ｍの範囲の直径を有している。

個々の孔の大きさは同じとするか異ならせるか又はその組合せとすることができ る。

好ましくは、孔は各チューブの全突出部分の約４０から約８０パーセントの範囲 を占める。さらに好ましくは孔は各チューブの全突出部分の約５０から約７０パ ーセントの範囲を占める。実質的に８０％より多い開口面積はチューブの構造上 の強さに著しく影響を及ぼす。一方において、実質的に４０パーセントより少な い開口面積は使用中に望ましくない高度の背圧を生じる。

これらの孔は、好ましくは孔のないチューブの端を除いて各チューブの表面にわ たって均一に分布されるのが好ましい。

金属の末端を有する孔あけチューブのための、閉鎖手段は好ましくはこの末端に 溶接されたシート金属の蓋である。構造上の強度を増すため、隣接する蓋は半径 方向最も外側の蓋をケーシングに連結する金属の支柱によって相互に連結される 。これら支柱は蓋に溶接することかでき、又はこの支柱と蓋は一体のシート金属 の圧延材とすることかできる。好ましくは、各蓋は２つ又はそれ以上の連続する デユープの間の空間を閉鎖する。さらに好ましくは、各蓋は隣接するチューブの 間の空間だけを閉鎖する。

各ろ過要素は実質的にらせん状に巻かれたもしくは交差巻きされた無機質の糸の １つ又は複数の層で構成することかでき又は無機質の繊維からなる１つ又は複数 の不織布マットて構成することができ、このマットは実質的にらせん状に巻かれ 又は交差巻きされた無機質の糸により各チューブの半径方向外側に孔あけされた 表面に当接して保持される。

好ましくは、この無機質の糸は約０．５から約５１１Ｉｆｆｌの範囲の直径を有 している。さらに好ましくは、この直径は約１から約３ｍｍの範囲である。この 特定された範囲の糸の直径は典型的にはこれら範囲以外の直径を存する糸に比へ て優れた織物特性を有している。このような糸は典型的には約７８０から約７８ ００の個々の無機質繊維の範囲で構成する。好ましくは、この無機質の糸は約１ ５６０から約４６８０の範囲の個々の繊維からなっている。

好ましくは、無機質の糸は合わせ撚りされているが、その理由はこのような構造 は織られた時合わせ撚りされていない無機質の糸よりも糸の本来の強度をより良 く保持するからである。

無機質の繊維は好ましくは約５から約２０マイクロメートルの範囲の直径を有し ている。さらに好ましくは、この無機質の繊維は約７から約１５マイクロメート ルの範囲の直径を存し、そして最も好ましくは約９から約１４マイクロメートル の範囲の直径を有している。この特定の範囲の直径を有する繊維は一般にこれら 範囲外の直径を有する繊維よりも作ったり織ったりするのか容易である。さらに 、実質的に５マイクロメートルより小さな直径の繊維は容易に損傷される（すな わち、織った時破れる）傾向がある。直径が実質的に２０マイクロメートルより 大きい繊維は典型的には特定の範囲内の直径を有する繊維からなるろ過装置より は効率の低いろ過装置をもたらす。

無機質の糸を構成する無機質の繊維は好ましくはセラミツつてある。このセラミ ック繊維は例えば非結晶、多結晶、又はその組合せとすることができる。

有用なセラミック糸は、例えばアルミニウムー硼素−シリカ、アルミナ、シリカ 、シリコンカーバイド、及び窒化硼素からなる繊維で構成された糸を含んでいる 。好ましくはセラミック繊維はアルミナ−硼素−シリカからなっている。処理を 助けるため、これらの糸は典型的には公知の技術を用いてサイジング処理される 。アルミナ−硼素−シリカの糸は例えばミネソタＳｔボールの３Ｍ会社から商標 名”ＮＥＸ置　３１２　ＣＥＲＡＭＩＣＹＡＲＮ”　ト”ＮＥＸ置　４４０　Ｃ ＥＲＡＭ［ＣＹＡＲＮ”（７）もとに商業上人手てきる。

無機質の糸のフィラメント化はそのろ過動率又は捕集効率を向上させる。好まし くは、無機質の糸は高くなるようにフィラメント化され例えばフィラメント化さ れることにより連続した繊維、個々の繊維セグメント又はその組合せのループが 目の詰んだ芯から外側に向って延びるようにする。連続した繊維のループが最も 好ましい。

無機質の糸は例えば空気噴射又は機械的のフィラメント化を含む当該技術におい て公知の方法でフィラメント化することができる。空気噴射のフィラメント化が 好ましいがその理由はこの方法が一般に、機械的方法により、フィラメント化さ れた糸よりも繊維セグメントを少なくまた繊維ループを多く有するフィラメント 加工の糸をもたらすからである。

好ましくは、フィラメント加工された無機質の糸は約Ｉから約ＩＯ順の範囲の直 径を存している。さらに好ましくは、フィラメント加工された無機質の糸の直径 は約３から約６ｍｍの範囲である。この特定の範囲の直径を有するフィラメント 加工糸のろ過効率又は捕集効率はこれら範囲外の直径を有する糸よりも一般に優 れている。

孔あけチューブの周りにこの糸を巻く場合、巻きつけ張力は好ましくは糸を破壊 することなくできるだけ高くする。典型的には巻きつけ張力は約９．８から約１ ９．６ニユートンの範囲である。

ろ過要素のろ過効率又は捕集効率を高めるため、糸は好ましくはチューブの周り にらせん状に交差巻きされる。

糸の最も好ましい巻きつけ構造は、譲受人の同時係属特許出願、名称“４側面ろ 過捕集器を形成する、交差巻き織成無機質糸で巻かれた孔あけチューブのディー ゼル微粒子捕集器”、米国シリーズ番号筒０７／　６８１．１４７号に開示され ている。

実質的にらせん状に巻かれた無機質の糸からなるろ過要素のため、糸が排気の実 質的に全ての微粒子物質の捕集を保証する厚さに巻かれ又は交差巻きされる。無 機質の糸からなるろ過要素が最小の背圧で良好なろ過効率をあげるため、糸は好 ましくはフィラメント加工されチューブの周りに実質的にらせん状に又は交差巻 きされそれにより各連続した層の糸の芯が下側に位置する芯の糸の芯と半径方向 に整列され、この半径方向に整列された芯が集中的に比較的口の詰まった壁を形 成する。好ましくは、各巻きつけ層の各巻きつけ方向の隣接糸の芯が、芯の幅の ２倍よりも大きい間隔があけられ、また突出する繊維セグメントと繊維ループの 全開口を維持し、そして隣接巻き部の繊維セグメントと繊維ループとが相互に噛 み合う。事実、糸は、その芯が上に位置する芯に接触し突出する繊維セグメント と繊維ループとが壁の間の開口の中に延出し排気微粒子のための捕集部を得るよ うにした場合にのみ堅く締ったものとなる。糸がチューブの孔のない端部を被覆 する場合、糸の隣接巻き部が好ましくは、各層の隣接巻き部の芯かろ過要素の端 部に位置するまで次第に近づくような間隔とされ目の詰んだ壁を得るようにする 。

目の詰んだ芯と突出する繊維セグメントと繊維ループとを有する実質的にらせん 状に巻かれ又は交差巻きされフィラメント加工の無機質の糸からなるろ過−要素 のため、各ろ過要素は同じ又は異なった度合のフィラメント加工を有する複数の 糸を用いて作ることができる。上流側の層に対し下流側の層でより高度にフィラ メント化された糸の使用は、例えば、十分な高さの繊維セグメント又は繊維ルー プ収容開口が利用で、きるようにする。

無機質の糸からな・る実質的にらせん状に巻かれ又は交差巻きされたフィラメン ト加工糸で構成されたろ過要素のため、ある熱−不安定糸を巻きつけ部に組込む ことが望まれる。この一時的な糸がろ過装置の最初の使用の間又は使用に先だっ て焼却された時に背後に残された通路が背圧の減少とろ適用繊維への接近の増進 とをもたらす。

適当な熱−不安定糸は商業的に入手可能であり、例えばポリプロピレン糸（例え ばＭａｇｎａ　ＵＴのｌ１ｅｒｃｕｌｅｓ会社から商標名”ＨＵＲＣＵＬＯＮ− のもとに商業的に入手できる）とレーヨン糸（例えばＦｒｏｎｔ　Ｒｏｙａｌ。

ＶＡのＡｖｔｅｘ　Ｆｉｂｅｒｓから商標名”ＲＡＹＯＮ　ＹＡＲＮ”のちとに 商業的に入手てきる）とを含んでいる。

無機質繊維からなる不織布マットをさらに含んでいるろ過要素のため、このマッ トは好ましくは著しい背圧なしに高度のろ過効率が得られるように選択される。

典型的には、不織布マットを構成する繊維は約６マイクロメードルまでの直径を 有している。好ましくは、不織布マットを構成する繊維は約３マイクロメートル までの直径を有し、このような直径を有する繊維は“マイクロファイバー”と称 される。好適な不織布マットはセラミックの吹出しマイクロファイバーからなっ ている。好ましくは、このセラミック繊維はアルミナ−硼素−シリカ、アルミナ −シリカ、アルミナ、シリカ、シリコンカーバイド又は窒化硼素で作られる。さ らに好ましくは、不織布マットはアルミナ−硼素−シリカ吹出しマイクロファイ バーからなっている。

適当な不織布マットは商業的に入手でき、また３Ｍ会社から商標名“ｔＪＬＴＲ ＡＦＩＢＥＲ３１２”及び”ＵＬＴＲＡＦＩＢＥＲ４４０”のちとに、イギリス ＣｈｅｓｈｉｒｅのＩｍｐｅｒｉａｌ　Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ会社から”５ＡＦＦ ＩＬ　ＬＤ　ＭＡＴ”のちとに、さらにＮｉａｇａｒａ　Ｆａｌｌｓ、ＮＹのＣ ａｒｂｏｒｕｎｄｕｍ会社から“ＦＩＢＥＲＦＲＡＸ”のちとに、市販されてい る不織布マットを含んでいる。

無機質繊維の糸に比へて不織布マットの相対的な細かさと固有の大きな表面積は 、不織布からなるろ過要素をより薄くし、しかも無機質繊維のフィラメント加工 糸を用いるろ過要素と同じろ過効率を存している。無機質繊維の実質的にらせん 状に巻かれ又は交差巻きされたフィラメント加工糸からなるろ過要素は、しかし 、１つ又は複数の層の不織布マットを組込んだものより製造上より経済的である 。

好ましくは、不織布マットを所定位置に保持するために用いられる無機質の糸は ろ過要素の効率を高めるよう選択される。例えば、フィラメント加工された無機 質の糸は、実質的にらせん状に巻かれ又は交差巻きされ各ろ過要素に均一の２重 外側表面を提供することができる。しかし複数の層の不織布マットからなるろ過 要素にとっては、ディーゼル微粒子ろ過装置の最初の使用の間又はその前に焼却 される不安定の繊維からなる安価な熱−不安定糸で下側層を一時的に保持するの が経済的である。不安定糸が焼却された時に背後に残される通路は減少された背 圧とろ適用繊維への向上された接近とをもたらす。

好ましくは、各ろ過要素は約Ｉから約２５１１Ｉ！ｌの範囲の環状の厚さを有し ている。無機質の繊維からなる、実質的にらせん状に巻かれた又は交差巻きされ たフィラメント加工糸で構成されたろ過要素にとって、巻かれた又は交差巻きさ れた繊維の好ましい全体の環状の厚さは約５から約１５ｍｍの範囲である。実質 的にらせん状に巻かれた又は交差巻きされたフィラメント加工糸と無機質繊維の 不織布マットとからなるろ過要素にとって、このろ過要素の好ましい環状の厚さ は約３から約８ｍｍの範囲である。上記の範囲より実質的に大きい厚さは過度に コストを増大させまた望ましくない高い背圧を生じ、一方上記の範囲より実質的 に小さい厚さは不十分なろ過効率をもたらすものとなる。

ディーゼル排気すす微粒子の炭素と可溶性有機物質（例えば、炭化水素と一酸化 炭素）の酸化を助けるため、ろ過要素はさらに無機質の糸、無機質の不織布マッ ト、又はその組合せに塗布された酸化触媒を含むことができる。このような酸化 触媒は当該技術においては公知でありそして例えば貴金属（例えばプラチナ、ロ ジウム、その他のプラチナ群金属、及び銀）と卑金属（例えば銅、鉄、マンガン 、及びカリウム）を含んでいる。触媒を無機質の糸と不織布マットに塗布する方 法は当該技術では公知である。

任意に、本発明のディーゼル微粒子ろ過装置はさらに、例えば排気を捕集された 微粒子物質の燃焼温度以上の温度に定期的に加熱することにより蓄積された微粒 子を定期的に焼却する手段を備えている。有用な電気的燃焼技術が１９９０年１ 月３日に公開されたヨーロッパ特許出願第０．２７５．３７２号（ＧＯｒｔｌｅ ｒ他）に教示され、この開示内容は参照例として本明細書に記載されている。

蓄積された微粒子はまたろ過装置をオーブンの中で加熱することにより（例えば 約１から約２時間の範囲で定期的にある時間約５５０°Ｃから約９００°Ｃの範 囲の温度で大気中で）又はガスバーナーを入口の覆いに連結することにより、焼 却することができる。

蓄積された微粒子を定期的に焼却する好ましい方法は“電気的に再生可能なディ ーゼル微粒子捕集器″の名称の譲受人の同時係属出願米国シリーズ番号筒０７／ 　６８０．８１２号に開示されている。

本発明の目的と利点はさらに以下の実施例によって示されているが、これら実施 例に示される特定の材料とその量は他の条件及び細部と共に本発明を過度に限定 するように解釈されるべきてはない。

実施例１ ディーゼル微粒子ろ過装置は、これが５つのチューブに代えて４つの同心の孔あ きチューブを有している点を除き、実質的に図１と２に示すように構成された。

円筒状本体は１．６ｍの厚さの３０４ステンレス鋼のシート材料で作られた。１ ．２ｍｍ厚の３０４ステンレス鋼シート材料で作られた４つの１５８．７ｍｍの 長さの孔あきチューブはそれぞれ、約２５．４ｍｍ、約５０．８ｍ、約７６、２ ＋ｎ＋ａ、及び約１０１．６則の直径を有していた。４Ｉｎ１１の直径の円形の 孔が約１３３．３ｍｍｇの長さにわたって延在し約４．８ｍｍずれて千鳥状に配 列された。蓋と支柱は１．２ｍｍの厚さの３０４ステンレス鋼のシート材料で作 られた。

各チューブは空気噴射フィラメント加工機械（Ｎｅｗ　Ｃａ５ｔｌｅ、　ＤＥの Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅ　Ｍａｃｈｉｎｅ　ａｎｄ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ会社 から商標名”ＭＯＤＥＬ　５２Ｄ、ｌＥＴ”つき”ＭＯＤＥＬ　１７５ＩＤＥＷ ＩＮＤＥＲ”のちとに商業的に入手可能）を用いてフィラメント加工された２／ ２．１．５Ｚ、　１８００デニール、アルミナ−硼素−シリカ、セラミック糸（ ３Ｍ会社から商標名“ＮＥＸ置３１２　ＣＥＲＡＭＩＣＹＡＲＮ”のもとに商業 的に入手可能）で巻かれた。フィラメント加工機械の速度は毎分約２６．５メー トルに設定された。噴流はその最も閉じた位置から１回転の約３／４て開放され た。空気圧力は約６９０ＫＰａに設定された。フィラメント加工された糸は約５ ｎｍの糸の中心の間に空間をおいて４５°の角度で実質的にらせん状に交差巻き され、約１４５ａｎの長さにわたって約９．５關のろ過厚さを有する層状ろ過要 素を得た。チューブの周りへの巻きつけは３軸コンピュータ制御精密巻き機械（ Ｓｉｇｎａｌ　Ｈｉｌｌｓ　ＣＡのＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ　Ｄｙｎａｍｉｃｓ） を用いて行われた。糸のこの配列の効果は、隣接層の糸の芯が半径方向に整列さ れてダイヤモンド形をもたらし、フィラメントループと繊維セグメントが開口の 中に延出しすすの粒子のための捕集器として作用することであった。

交差巻きされたチューブは約１時間約６００°Ｃに加熱され糸の繊維上のサイジ ング（ｍ膜）を取除いた。蓋と支柱はついで所定位置に溶接され、得られたろ過 組立体が円筒形本体の中に挿入された。フランジが円筒形本体に取付けられそれ により円錐形の排気入口と出口が取付けられ後で取外された。入口と出口を取付 ける前にこの組立体の重さが測定された。

このディーゼル微粒子ろ過装置はトラック（１９８４年ＣｈｅｖｒｏｌｅｔＳｕ ｂｕｒｂａｎ）に組込まれた６、２リツトルデイーゼルエンジンのデュアル排気 装置の１つの列に連結された。このトラックは約９１ｋｍの距離にわたって約５ ８分の間運転された。約５．３グラムの集められたすすの量が試験の前と後のろ 過装置の重さを量ることによって測定された。

ろ過装置が受けた圧力は調節自在の空気流の送風機と直径約５ａｎの連結パイプ とを有する公知の流量台を用いて路上試験の前と後との両方で測定された。この 結果は次の表１に示されている。

表　１ 空気流　ΔＰ清浄ろ過装置　ΔＰ負負荷過装置Ｍ３／　ｈｒ　（Ｃｍ）Ｉｔｓ） 　（ＣｍＨ，０）３４　１．３　１９．６ ５１　３、６　２７．９ ６Ｂ　５．１　３５．６ ８５　６．９　４１．９ ＋０２　９．４　４９．８ ！１９　１２．７　５８．９ １３６　＋７．０　６６、３ １５３　１９、６　７７、７ ＋７０　２４．６　８５．８ ＋８７　２８．７　８７．６ ２０４　３４、８　１０８．０ こオ］らの試験の結果は実施例１のディーゼル微粒子ろ過装置かディーセルエン ジンの排気からすすを集めるのに有効であることを実証している。このディーゼ ル微粒子ろ過装置の使用は自動車の運転性能に著しい減少をもたらすものではな かった。

実施例２ 実質的に図１と２に示されるディーゼル微粒子ろ過装置が、このろ過装置が２５ ．４ｍｍ、５０．８ｍ＋＊、７６．２ｍｍ、ｌｏｌ、６ｍ、及び１２７．０ｍの 直径を有する５つの同心チューブを存している点を除き、実施例１に記載されて いるように構成された。

このろ過装置は、排気流量が約２０４ｒｎ’／ｈｒである安定状態の条件のもと てあった点を除き、実施例１に記載されたのと同じ車両で試験された。

このろ過装置の微粒子捕集効率はろ過装置の入口（すなわち上流側）と出口（す なわち下流側）で試料をとる多分量ろ過装置を用０．４０ＣＦＲ＠　８６．１３ ３９−８８（１９８９）に概要が述べられているろ過処理方法によって、測定さ れた。用いられた膜ろ過装置は直径が４７ｍ重であった（Ｐｕｔｎａｍ、　ＣＴ のＰａ１ｌｆｌｅｘ　Ｐｒｏｄｕｃｔｓ会社から商標名”ＰＡＬＬＦＬＥＸＴＥ ＦＬＯＮ　ＭＥＭＢＲＡＮＥ　ＦＩＬＴＥＲ３”のちとに商業的に入手可能）。

ディーゼル微粒子ろ過装置の効率を算定するため、下流側の試料の質量集中（す なわち試料の容量で割った下流側膜ろ過装置の中のすすの量）が上流側の試料の 質量集中（すなわち試料の容量で割つ　−た上流側の膜ろ過装置の中のすすの量 ）で割られた。この商が１から引き算されその結果にｌＯＯが掛けられた。

捕集されたすすの量は約９グラムであった。ディーゼル微粒子ろ過装置を横切る 圧力降下は実施例１に記載されているように測定された。約３６ｃｍの水柱のろ 過装置を横切る圧力降下で、試験の当初の微粒子ろ過装置の効率は約６５％であ った。試験の終りの微粒子ろ過装置の効率は、約１９６ａｏ水柱のろ過装置を横 切る圧力降下で、約９１９６であった。

これらの結果は、実施例２のディーゼル微粒子ろ過装置が運転性能に著しい低下 を来たすことなくディーゼルエンジンの排気からすすを捕集するのに有効である ことを実証している。

実施例１と２のために構成されたろ過装置は均一に離間したチューブを用いたが 、均一でない間隔をおくことが、より良好な流れの分配にとって望ましい（例え ば大きな直径のチューブの間で若干近い間隔で配することにより）。

実施例１と２のろ過装置において、１つ置きの空間がチューブの各端において閉 鎖され、そしてこれら空間の１つに流入する排気は１つのろ過要素のみを通過す る。これに代え、２つの連続した空間が閉鎖され、排気を２つのろ過要素を通過 させる。

本発明の種々の変更と変形が当業者にとって、本発明の範囲と精神から逸脱する ことなく明らかであり、本発明はここに記載された例示としての実施態様に過度 に限定されるものでないことが理解されるべきである。

国際調査報告 フロントページの続き （８１）指定国　ＥＰ（ＡＴ、ＢＥ、ＣＨ，ＤＥ。

ＤＫ、ＥＳ、ＦＲ，ＧＢ、ＧＲ，ＩＴ、ＬＵ、ＭＣ，ＮＬ、ＳＥ）、０Ａ（ＢＦ 、ＢＪ、ＣＦ、ＣＧ、ＣＩ、ＣＭ、ＧＡ、ＧＮ、ＭＬ、ＭＲ，ＳＮ、ＴＤ、ＴＧ ）、ＡＴ、　ＡＵ、　ＢＢ、　ＢＧ、　ＢＲ，ＣＡ、　ＣＨ，Ｃ３，ＤＥ。

ＤＫ、　ＥＳ、　ＦＩ、　ＧＢ、　ＨＵ、ＪＰ、　ＫＰ、　ＫＲ，ＬＫ、ＬＵ、 ＭＧ、ＭＮ、ＭＷ、ＮＬ、Ｎｏ、ＰＬ、ＲＯ、ＲＵ、ＳＤ、ＳＥ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. １．ディーゼル微粒子ろ過装置であって、（ａ）少なくとも２つの端部を有する ケーシングと（ｂ）前記ケーシングの前記端部を排気系に連結する手段と（ｃ） 前記ケーシングの前記端部の間に延在し、それぞれが２つの端部と外側表面とを 有し、前記ケーシングを実質的に半径方向に満たす、複数の同心の、離間され、 孔のあけられた実質的に堅いチユーブ、 とを具備し、（ｄ）前記孔のあけられたチューブの各々が前記ケーシングの内部 に支持手段により支持され、さらに、（ｅ）無機質の糸からなり、該無機質の糸 が前記チューブの各々の周りに実質的にらせん状に巻かれ前記孔を覆うようにし ているろ過要素と、 （ｆ）前記チューブの端で前記チューブの間の１つ置きの空間を閉鎖し前記チュ ーブの間の各空間が前記ケーシングの前記端部の１つに近接して閉鎖されるよう にする閉鎖手段とを具備しているディーゼル微粒子ろ過装置。
2. ２．無機質の繊維からなる不織布マットが前記外側表面の少なくとも１つと前記 実質的にらせん伏に巻かれた無機質の糸との間に挿入されている請求項１に記載 のディーゼル微粒子ろ過装置。
3. ３．前記ろ過要素がさらに前記無機質の糸の上に塗布された酸化触媒を含んでい る請求項１に記載のディーゼル微粒子ろ過装置。