JPH116420A

JPH116420A - フィルタ装置

Info

Publication number: JPH116420A
Application number: JP9177716A
Authority: JP
Inventors: Akira Tange; 下彰丹; Koichi Tamatsu; 松孝一田; Tadayuki Kojima; 嶋忠行小
Original assignee: NHK Spring Co Ltd
Current assignee: NHK Spring Co Ltd
Priority date: 1997-06-18
Filing date: 1997-06-18
Publication date: 1999-01-12

Abstract

(57)【要約】【課題】ヒータによる加熱温度に粒子状物質の燃焼温
度が加わり、フィルタの温度が部分的に高温になるた
め、前記薄いメッシュ構造のフィルタを積層したフィル
タ装置であってもフィルタが熱的に変形する可能性があ
り、隣接したヒータへ変形したフィルタが接触したり、
フィルタが破損する場合が生じる課題があった。【解決手段】メッシュ状のフィルタ体を積層し排気ガ
スの流路中に配置して、前記排気ガス中の粒子状物質を
捕集するフィルタ装置において、前記フィルタ体の熱に
よる歪を抑制するためのスリットを当該フィルタ体へ、
隣接して積層される他のフィルタ体のスリットと重なら
ない位置に形成したことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えばディーゼル機
関などから排出された排気ガス中に含まれる粒子状物質
を捕集するフィルタ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ディーゼルエンジンから排出される排気
ガス中には、ドライスートと称するカーボン単体のす
す、燃料や潤滑油の未燃排気物質としてのＳＯＦ（Ｈ
Ｃ）、水を含んだサルフェート（Ｈ₂ ＳＯ₄ Ｈ₂ Ｏ）、
エンジン部品から生じる金属摩耗粉等、燃料中の無機質
が粒子状物質として含まれている。

【０００３】そして、これらの粒子状物質からなる黒煙
は環境を汚染するとともに、人体に悪い影響を与えるお
それがあることが指摘され、大気中への排出防止に関す
る技術開発が盛んに行なわれている。

【０００４】この排出防止技術としては、高圧燃料噴射
などエンジンの改良によるものと後処理技術とがある。
エンジンの改良技術は、一定負荷運転においてはかなり
の成功を納めつつあるが、自動車のような千差万別の負
荷が加わる場合においては課題が多い。そこで、フィル
タによって粒子状物質を除去する等の後処理技術の開発
が望まれている。

【０００５】また、従来の粒子物質（粒子径０．１〜１
００ミクロンと言われている）を捕集するフィルタと目
詰まり除去の再生装置としては、図８および図９に示す
コージェライトからなるセラミック製モノリスフィルタ
１と電気ヒータ２またはバーナとの組み合わせがよく知
られている。このモノリスフィルタ１は、フィルタとし
て好ましい特性、すなわち、高い捕集効率と低い圧力損
失を示す。

【０００６】このモノリスフィルタ１は、図８，図９に
示すように一方が開口部３と他方がセラミック目封じ材
４によって目封じされ、微細多孔質の隔壁５で囲まれた
セルを多数有するハニカム構造をなしている。また、こ
の目封じは隣接するセルに対し交互に配置されている。
従って、粒子状物質を含むガスは、各セルに対し開口部
３よりフィルタ内に入るが、フィルタ出口は目封じ材４
によって封さがれているため、排ガスは隔壁５の微細孔
から隣接するセルへと流れフィルタ外へと放出される。
隔壁５の微細孔は、微粒子状物質と同程度の大きさを有
しているため、排ガス中の微粒子状物質はこの時隔壁５
によって濾過捕集される。この捕集メカニズムは遮り効
果と呼ばれる。

【０００７】さらに、低い圧力損失は、極めて多数の微
細孔を有することと同時に、大きな表面積を持たせるこ
とによって達成している。

【０００８】再生と称するフィルタの目詰まり除去の必
要性は次の理由による。フィルタは使用するにしたが
い、次第に粒子状物質が微細孔に詰まり、圧力損失が増
加する。この圧力損失はエンジンに対する背圧として作
用し、この結果、燃費の悪化や出力低下を来すためであ
る。

【０００９】モノリスフィルタ１の場合、再生は加熱に
よることが多い。例えば、目詰まりしたモノリスフィル
タ１を図８に示すように排気ガス上流側に配置された電
気ヒータ２もしくはバーナによって加熱し、可燃物であ
るすす等の粒子状物質に着火させ、その燃焼によってす
すなどを焼とばすことで行なわれる。すなわち、加熱酸
化分解しＣＯ₂ やＨ₂ Ｏなどに変えることで行なわれ
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし、かかる従来の
セラミック製のモノリスフィルタ１には以下のような課
題がある。まず、第１に、隔壁５の微細孔による濾過捕
集のため、加熱酸化分解のできない金属摩耗粉や燃焼後
に残る無機物からなる灰分が再生後も孔の中に残留し、
除去することが困難である。従って、微細孔による濾過
捕集フィルタは繰り返しの再生性に限界があり、いずれ
は目詰まりにより使用できなくなるほか、フィルタ交換
を行えばコスト高になり、その交換作業が面倒である。

【００１１】また、第２に、モノリスフィルタ１はセラ
ミック製であることと、多数の微細孔を有する構造のた
め、機械的強度が小さい。このため、再生燃焼処理時の
フィルタ内温度の不均一分布発生による熱疲労で、フィ
ルタにクラックが生じ易い。

【００１２】また、第３に、再生の際、すすやＳＯＦの
異常高温燃焼によってセラミックフィルタが溶損し易
い。モノリスフィルタ１の再生は、フィルタの排気ガス
上流側に配置された電気ヒータ２やバーナによってフィ
ルタ前面に捕集されたすすやＳＯＦに着火した後、フィ
ルタ内を燃焼が排気ガス上流側より下流側に向けて伝ば
することで達成される。このとき燃焼による反応熱のた
め下流側ほど高温になる。さらに、図８に示した目封じ
４の存在のため、モノリスフィルタ１では粒子状物質は
排気ガス下流側に多く捕集され、再生時の燃焼は下流側
ほど激しいものになる。下流側ではともするとコージェ
ライトセラミックの融点約１２００℃を越えるような高
温になる場合が生じる。フィルタの溶損はこのような場
合に発生し易い。

【００１３】そこで、本出願人は、先にセラミックモノ
リスフィルタの代わりに、薄いメッシュ構造のフィルタ
を積層したフィルタ装置を提供した。しかしながら、ヒ
ータによる加熱温度に粒子状物質の燃焼温度が加わり、
フィルタの温度が部分的に高温になるため、前記薄いメ
ッシュ構造のフィルタを積層したフィルタ装置であって
もフィルタが熱的に変形する可能性があり、変形したフ
ィルタが隣接したヒータへ接触し、ヒータが変形した
り、破損する場合が生じる課題があった。

【００１４】本発明は上記のような課題を解消するため
になされたもので、本発明の目的はフィルタ効果を劣化
させることなく簡単な構成でフィルタの熱的な変形を抑
制できるフィルタ装置を提供することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係るフィルタ装置は、メッシュ
状のフィルタ体を積層し排気ガスの流路中に配置して、
前記排気ガス中の粒子状物質を補集するフィルタ装置に
おいて、前記フィルタ体の熱による歪を抑制するための
スリットを当該フィルタ体へ形成したことを特徴とす
る。

【００１６】本発明の請求項２に係るフィルタ装置は、
前記フィルタ体の熱による歪を抑制するためのスリット
を、隣接して積層される他のフィルタ体のスリットと重
ならない位置に形成したことを特徴とする。

【００１７】また、本発明の請求項３に係るフィルタ装
置は、フィルタ体の中央付近を中心にする同心円上へ弧
状に所定の長さを有した弧状スリットを形成したことを
特徴とする。

【００１８】また、本発明の請求項４に係るフィルタ装
置は、フィルタ体の中央付近を中心にする同心円上へ直
線状に所定の長さを有した直線状スリットを形成したこ
とを特徴とする。

【００１９】本発明の請求項５に係るフィルタ装置は、
前記スリットの輪郭線が、曲線の組み合わせにより形成
されていることを特徴とする。

【００２０】また、本発明の請求項６に係るフィルタ装
置は、同心円を等分に分割したときの内側の同心円の分
割同心円上と外側の同心円の分割同心円上へ交互にスリ
ットを形成したことを特徴とする。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図
について説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態
のフィルタ装置の積層されるフィルタ体を示す外観図で
あり、図において１１は金属メッシュ状の積層されるフ
ィルタ体、１２ａはフィルタ体１１の中心位置Ｏを中心
にした同心円Ｒ１上に形成された弧状のスリット、１２
ｂはフィルタ体１１の中心位置Ｏを中心にした同心円Ｒ
２上に形成された弧状のスリットである。スリット１２
ａは、前記各同心円Ｒ１，Ｒ２を１６等分に分割したと
きの外側の同心円Ｒ１の分割同心円上に形成され、また
スリット１２ｂは内側の同心円Ｒ２の分割同心円上へ形
成されており、スリット１２ａとスリット１２ｂは内側
の同心円Ｒ２の分割同心円上と外側の同心円Ｒ１の分割
同心円上へ交互に配置形成される。なお、図１では、同
心円Ｒ１，Ｒ２が１６等分される場合を示しているが、
１６等分に限定されるものではなく、また、同心円Ｒ
１，Ｒ２が不等分割される形態であってもよい。

【００２２】このように形成されたフィルタ体１１を積
層してフィルタ装置を構成する場合には、好ましくは隣
接して積層される一方のフィルタ体１１のスリット１２
ａ、スリット１２ｂの位置が、他方のフィルタ体１１の
スリット１２ａ、スリット１２ｂの位置と一致しないよ
うに積層する。

【００２３】図４は、このようにして積層されたフィル
タ体１１を備えたフィルタ装置を内蔵したフィルタ筺体
の構成を示す外観図、図５は積層されたフィルタ体１１
および当該フィルタ体１１の排気ガス流路上流側に隣接
して設けられたヒータ２５からなるフィルタブロック２
４を間隔１６を有して複数配置した状態を示す斜視図で
ある。図４において２１はフィルタ装置を内蔵したフィ
ルタ筺体、２２はフィルタ筺体２１の排気ガス流入部、
２３は排気ガス流入部２２から流入した排気ガス流出部
である。図５において、フィルタブロック２４は、金属
メッシュ部とアルミナ繊維のヤーンからなるアルミナセ
ラミックメッシュ部とが交互に積層されて構成されてい
る。２５は積層されたフィルタ体１１により捕集された
排気ガス中の粒子状物質を加熱して着火し燃焼させるた
めのヒータ、２５ａと２５ｂはヒータ２５に対し通電す
るための電極であり図示していないヒータ電源へ接続さ
れる。ヒータ２５は、排気ガスの流れの中に配置された
フィルタ体１１の上流側の面に接近させて配置される。
このように構成されたフィルタ体１１とヒータ２５とに
より１つのブロックが構成される。図５では、このよう
なブロックが少なくとも３個、排気ガスの流れの中に間
隔を有して配置されてなるフィルタ装置を示しており、
２６は前記フィルタブロックの間隔である。

【００２４】図６は、図４に示したフィルタ装置を縦型
にしたときのフィルタ筺体を示す外観図、図７はフィル
タ装置の構成を示す斜視図であり、図６および図７にお
いて図４および図５と同一の部分については同一の符号
を付し説明を省略する。図６において３１はフィルタ装
置を内蔵したフィルタ筺体、３２はフィルタ筺体３１の
排気ガス流入部、３３は排気ガス流入部３２から流入し
た排気ガス流出部である。

【００２５】次に動作について説明する。このフィルタ
装置では、排気ガス中の粒子状物質が各フィルタ体１１
により捕集される。フィルタ体１１により粒子状物質が
捕集され、フィルタ体１１に粒子状物質が充分に付着し
た状態になると、圧力損失が増加するため、積層された
フィルタ体１１の再生を行う。このフィルタ体１１の再
生では、積層されたフィルタ体１１の排気ガス上流側に
隣接して設けられているヒータ１５に通電を行なって、
フィルタ体１１に付着した粒子状物質を加熱し燃焼さ
せ、フィルタ体１１から除去することで再生が行われ
る。

【００２６】この実施の形態では、フィルタ体１１の一
部が加熱して温度勾配が生じ、フィルタ体１１に歪が生
じても、フィルタ体１１に発生した歪はスリット１２
ａ，１２ｂにより吸収され、フィルタ体１１の熱的な変
形は抑制される。

【００２７】図２は、本発明の第２の実施の形態のフィ
ルタ装置の積層されるフィルタ体を示す外観図であり、
図において４１は金属メッシュ状の積層されるフィルタ
体、４２ａはフィルタ体４１の中心位置Ｏを中心にした
同心円Ｒ１上に形成された直線状のスリット、４２ｂは
フィルタ体４１の中心位置Ｏを中心にした同心円Ｒ２上
に形成された直線状のスリットである。スリット４２ａ
は、前記各同心円Ｒ１，Ｒ２を１６等分に分割したとき
の外側の同心円Ｒ１の分割同心円上に形成され、またス
リット４２ｂは内側の同心円Ｒ２の分割同心円上へ形成
されており、スリット４２ａとスリット４２ｂは内側の
同心円Ｒ２の分割同心円上と外側の同心円Ｒ１の分割同
心円上へ交互に配置形成される。なお、図２では、同心
円Ｒ１，Ｒ２が１６等分される場合を示しているが、１
６等分に限定されるものではなく、また、同心円Ｒ１，
Ｒ２が不等分割される形態であってもよい。

【００２８】このように形成されたフィルタ体４１を積
層してフィルタ装置を構成する場合には、好ましくは、
隣接して積層される一方のフィルタ体４１のスリット４
２ａ、スリット４２ｂの位置が、他方のフィルタ体４１
のスリット４２ａ、スリット４２ｂの位置と一致しない
ように積層する。このフィルタ装置においても前記第１
の実施の形態と同様な効果を奏する。

【００２９】図３の（ａ）乃至（ｄ）は、スリットの形
態を示す説明図である。

【００３０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、積層さ
れるメッシュ状のフィルタ体にスリットを形成したの
で、フィルタ体に温度勾配が生じ歪が生じる状況になっ
ても、前記歪は前記スリットにより吸収されるため、簡
単な構成でフィルタの熱的な変形が抑制できる効果があ
る。また、隣接して積層される一方のフィルタ体のスリ
ットの位置が、他方のフィルタ体のスリットの位置と一
致しないようにフィルタ体が積層されるので、フィルタ
効果を劣化させることなく簡単な構成でフィルタの熱的
な変形が抑制できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施の形態によるフィルタ装
置のフィルタ体を示す外観図である。

【図２】この発明の第２の実施の形態によるフィルタ装
置のフィルタ体を示す外観図である。

【図３】この発明のスリットの形態を示す説明図（ａ）
乃至（ｄ）である。

【図４】フィルタ装置を内蔵したフィルタ筺体の構成を
示す外観図である。

【図５】積層されたフィルタ体および当該フィルタ体の
排気ガス流路上流側に隣接して設けられたヒータからな
るフィルタブロックを間隔を有して複数配置した状態を
示す斜視図である。

【図６】フィルタ装置を内蔵したフィルタ筺体の構成を
示す外観図である。

【図７】積層されたフィルタ体および当該フィルタ体の
排気ガス流路上流側に隣接して設けられたヒータからな
るフィルタブロックを間隔を有して複数配置した状態を
示す斜視図である。

【図８】従来のフィルタ装置を説明する断面図である。

【図９】同正面図である。

【符号の説明】

１１，４１フィルタ体１２ａ，１２ｂ，４２ａ，４２ｂスリット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メッシュ状のフィルタ体を積層し排気ガ
スの流路中に配置して、前記排気ガス中の粒子状物質を
補集するフィルタ装置において、前記フィルタ体の熱による歪を抑制するためのスリット
を当該フィルタ体へ形成したことを特徴とするフィルタ
装置。
【請求項２】前記スリットは、隣接して積層される他
のフィルタ体のスリットと重ならない位置に形成したこ
とを特徴とするフィルタ装置。
【請求項３】前記スリットは、前記フィルタ体の中央
付近を中心にする同心円上へ弧状に所定の長さを有して
形成された弧状スリットであることを特徴とする請求項
１または２記載のフィルタ装置。
【請求項４】前記スリットは、前記フィルタ体の中央
付近を中心にする同心円上へ直線状に所定の長さを有し
て形成された直線状スリットであることを特徴とする請
求項１または２記載のフィルタ装置。
【請求項５】前記スリットは、スリットの輪郭線が曲
線の組み合わせにより形成されていることを特徴とする
請求項１または２記載のフィルタ装置。
【請求項６】同心円を等分に分割したときの内側の同
心円の分割同心円上と外側の同心円の分割同心円上へ交
互にスリットを形成したことを特徴とする請求項３から
請求項５のうちのいずれか１項記載のフィルタ装置。