JPS58174217A - 可燃性微粒子除去用セラミツクフイルタ - 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】 本発明はガス中に含まれる可燃性微粒子、特に自動車の
排ガス中に含まれるカーボン等の可燃性微粒子を除去す
るためのフィルタに関するものであり、更に詳しくはフ
ィルタ自体に通電して発熱させることにより、高濾過性
を保持したまま、濾別した可燃性微粒子を効率的に燃焼
除去するフィルタに関するものである。

従来、例えば令書対策として自動車エンジンの排ガス中
に含まれるカーボン微粒子を除去するために、排気系ま
たは排気運流系に、フィルタを用いることが提案されて
いるが、長期の使用においてはカーボンが堆積して目詰
りを起こし、圧力損失を生ずるという問題があった。こ
の問題を解消するものとしてフィルタの微粒子捕捉部位
にニクロム線等のヒータあるいは発熱金属■を組み合わ
せて通電加熱したり、捕捉部位に燃料を噴射して燃料の
燃焼熱で加熱したり、高圧電極を設けて火花放電により
加熱したり、又、フィルタをカーボン繊維とし、そのカ
ーボン繊維に通電することにより加熱して、カーボン微
粒子を焼却し、目詰まりを防ぐ方法がとられていた。

しかし、ニクロム線等を使用する場合は発熱面積が少な
くてエネルギ効率が悪く、又、フィルタへの取り付けも
手間のかかるものであり、発熱金属層を設ける場合は濾
過の障害にならないように細く小面積に設けなくてはな
らず、やはりエネルギー効率が悪く、取り付けも手間が
かかるものであり、細い線であるので酸化腐蝕にょる断
線の恐れもあった。この他、排ガスの冷却作用により昇
温がうまくゆかない場合はエンジンを止めてから、フィ
ルタにたまったカーボン微粒子を燃焼させなければなら
ないことも生じた。又、燃料嗅躬および高圧放電方法は
格別に複雑な装置を必要とし、エネルギーを大凶に消費
し、燃料による火災上の問題、放電によるフィルタの損
傷を生じ、又、カーボン繊維を使用したものは繊維自体
が燃焼により消失してしまう欠点を有していた。

以上の問題点に鑑み、本発明者らは、鋭意研究の結果、
上記問題点を解決するフィルタを完成したものである。

即ち本発明の要旨とするところは、互いに独立した複数
の板状あるいは棒状の発熱抵抗体をスケルトン型濾過体
の間あるいは中にほぼ平行に配列し、該発熱抵抗体の各
端部に電極を設けてなることを特徴とする可燃性微粒子
除去用セラミックフィルタにある。ここでスケルトン型
濾過体とは、フェルト状、織布状又は海綿状の濾過性能
を有する多孔性材質を言う。

次に本発明の可燃性微粒子除去用セラミックフィルタの
実施例を図に基づいて説明してゆく。

第１図は本発明フィルタの第１実施例の正面図、第２図
はその■−■断面図、第３図はその斜視図を表わす。１
はスケルトン型濾過体、２は板状発熱抵抗体、３．４は
電極を表わす。ここにおいてスケルトン型濾過体１と板
状発熱抵抗体２とは抵抗体２が濾過体１に挟持されるよ
うに交互に積み論なって１ｂ体を形成し、その直方体の
側面に板状発熱抵抗体２の各端部２ａ　、　２ｂが露出
している部分にて、電極３．４が各抵抗体２の端部を接
続するようにして設けられている。濾過体１の材質は、
一般に炭化珪素、二珪化モリブデン、アルミナ、チタン
酸アルミニウム、ムライトあるいはコージライト等の１
種又は２種以上の組み合わせを主成分とするものが用い
られる。この濾過体３に白金、ロジウム、パラジウム等
の触媒金属を担持させておけばカーボンの焼却をより低
い１１度で行うことができるので有利である。抵抗体２
の材質は通電発熱性であって、かつ耐熱性があれば使用
可能であるが、一般に炭化珪素あるいは二珪化モリブデ
ン等を主成分とし必要に応じてアルミナ、シリカ等を添
加したものが用いられる。電極３．４の材質は白金、ニ
ッケル、コバルト等の金属粉末を主成分とし、必要に応
じて珪素等の粉末を添加したものが用いられる。

ここで第１実施例のフィルタが気体中の可燃性微粒子除
去のために使用された場合、例えば、第２！５における
左側Ｆ方向から、濾過すべき気体が入ってくると、気体
は多孔質の濾過体１に浸入する。その結果、気体中の微
粒子が濾過体１中に分散して捕捉されることになる。こ
のようにして捕捉された微粒子は、電極３．４に通電さ
れることにより発熱抵抗体２に電気が流れ抵抗体２が発
熱し次いでその熱が濾過体１に伝導して、発火点以上に
昇濃し燃焼消滅するのである。

この通電発熱焼却処理が電極間に通電するだけで濾過処
理と同時にできるので、フィルタを取りはずして焼部処
理をする必要がなく、長時園の使用でも目詰まりを生ず
ることがないのである。

上記の如くの構造を有する第１実施例のフィルタは例え
ば次のような方法によって製造される。

先ず濾過体１を形成するには、その組成が焼成処理によ
り、スケルトン型の濾過体となるように配合された生の
セラミックを加熱焼成してもよく、例えば、セラミック
原材料粉末に必要に応じて分散媒、バインダを配合した
ものに更に、ポリオールとポリイソシアネートのような
軟質ウレタンフオーム原液を添加混合したものを型に注
入し、その結果生じるイソシアネートの発泡反応により
生のセラミック発泡体を形成し、乾燥後加熱焼成するこ
とによりなしてもよい。この他、既に板状に形成された
プラスチックフオームに、セラミック原材料に分散媒、
バインダ等を配合した泥漿状調合物を含浸させたものを
乾燥後加熱焼成することにより、濾過体３を形成するこ
ともできる。この場合、フオームの孔口の大きさを変化
させることにより濾過体３の孔口を気体流動方向に連続
して小さくしてゆくこともでき、その結果、濾過体中に
、より均一に微粒子を分散捕捉することができ、焼却処
理をより効率的になすことができる。

又、板状発熱抵抗体を製造するには、例えば次のように
なされる。炭化珪素あるいは二珪化モリブデン等の主成
分の他に、アルミナ、シリカ等の原料微粉末、アルギン
酸ソーダ、アルギン酸アンモン、ポリビニールアルコー
ル等の有機バインダ、水、エチルアルコール等の溶剤を
加えて混練して調合物を作り、これを貫通孔の断面形状
が長方形スリットからなるダイスより押し出すことによ
り一体構造の長尺物を得、該長尺物を必要な長さに切断
することにより生の板状発熱抵抗体を得ることができる
。この他プレス成形等によっても成形可能である。

発熱抵抗体の形状は板状のみとは限らず第４図および第
５図にフィルタの第２実施例として示すように、棒状に
発熱抵抗体１２を形成し、スケルトン型濾過体１１の中
に埋設するようにしてもよいし、その他波板状等各種板
状、棒状の形態をとりうる。スケルトン型濾過体が通電
性の材質であった場合、発熱抵抗体の電気抵抗値は濾過
体の抵抗憤より少し低めになるように材料密度や形状等
により設定しておくと通電発熱した抵抗体と濾過体との
Ｉ！度差が小さくなりより均一な発熱となる。

上記の方法により焼成された板状の濾過体あるいは焼成
前の生の濾過体と、焼成された板状の抵抗体あるいは焼
成前の生の抵抗体とを、互い違いに重ね合せるようにし
て炭化珪素等を主成分とするペースト状接着剤を使用又
は使用せずして接合し、必要な場合熱処理により高分子
発泡体＠料等を消失せしめ、所定の濃痩にて焼成して一
体とする。

第２実施例のごとく、棒状の抵抗体１２を使用した場合
は、例えば、予め押し出し成形等で形成した生のあるい
は焼成した抵抗体１２を必要枚数はぼ平行に型の中へ固
定し、そこへ前述のような軟質ウレタンフオーム原液を
配合した反応発泡性セラミック組成物のペーストを注入
し、発泡の後乾燥し、更に電極部分を印刷した後焼成す
ることにより、フィルタを製造してもよい。その他、濾
過体１１と同形状のプラスチックフオームにセラミック
の泥漿状調合物を含浸させ、次いで予め成形しである棒
状抵抗体１２４：該当部分に挿入し、乾燥後電極部分を
印刷し焼成して、フィルタとすることもできる。

電極４．５をフィルタの端面に形成するには、前記のよ
うな金属粉末に分散媒、バインダ等を必要量添加配合し
たペーストをプリント印刷等により生の状態のフィルタ
の端面に塗布した後、フィルタ全体を焼成する時に同時
に焼成されることによりなされる。

上述した第１実施例のフィルタは直方体形状であるが、
本発明フィルタの適用箇所に応じて、様々な形状、例え
ば、円柱状、三角柱状、六角柱状等の形状を採用するこ
とは可能である。

次に第６図に第１実施例のフィルタを自動中エンジンの
排気管あるいは排ガス還流管に適用した例を示す。

ここにおいて、１５は本発明の可燃性微粒子除去用セラ
ミックフィルタであり、セラミックの絶縁支持環１６ａ
、１６ｂによって、外筒１７に固定されている。外筒１
７はその流入側において、鍔部１７ａで接合管１８の鍔
部１８ａと結合し、エキゾーストマニホールドに接続さ
れている。その反対側である流出側においては、鍔部１
７ｂで接合１１１９の鍔部１９ｂと結合し、排気管に接
続されている。

フィルタ１５の一方の電極３に導°線２０がろう付けそ
の他の手段で電気的に接続され、外筒１７に貫設した碍
子２２により車体と絶縁状態を保持したまま外部へ導か
れ、電源Ｅのマイナス側に接続及び接地されている。

他方の電極４にも導線２１がろう付けその他の手段で電
気的に接続され、外筒１７に貫設した碍子２３により車
体と絶縁状態を保持したまま外部へ導かれ電源Ｅのプラ
ス側にスイッチ２３を介して接続されており、これら電
ＩＣＥ、導翰２０１２１、スイッチ２３およびフィルタ
１５全体で加熱回路を形成している。

上記構成において、エンジンからのカーボン微粒子を含
んだ排ガスはエキゾーストマニホールドおよび接続管１
８をそのまま通過して上流方向Ｆより、可燃性微粒子除
去用セラミックフィルタ１５の入口側へ流入する。つい
で排ガスは濾過体１を通り抜け、出口側よりフィルタ１
５外へ排出され、接続管１９を通過し、下流の排気管等
の方向日へ向う。

上記濾過体１を通り抜けることにより、排ガス内のカー
ボン微粒子が濾過体１で捕捉され、カーボン微粒子をほ
とんど含まない排ガスが車外へ排出されることになるの
である。

そこで、スイッチ２３をオンすることにより両電極３．
４閣に通電し、発熱抵抗体２を発熱させることによりフ
ィルタ１５を加熱して、カーボン微粒子のｍ度を発火温
度まで上昇すると、カーボンが燃焼消滅してカーボンの
付着堆積によるフィルタの目詰りおよび目詰りによるバ
カ損失を未然に防止することができるのである。

この加熱回路においては、導１１１２ａ及び１２ｂが、
カーボン微粒子の流動している空筒に露出することがな
く、カーボン微粒子が導線表面に付着堆積することがな
いので、シジートの恐れがなくなり、有利である。

以上詳述した如く本発明は、互いに独立した複数の板状
あるいは棒状の発熱抵抗体をスケルトン型濾過体の閤あ
るいは中にほぼ平行に配列し、該発熱抵抗体の各端部に
電極を設けたことにより、例えば自動車走行中において
も、フィルタに通電することにより、発熱抵抗体が発熱
１し、可燃性微粒子が加熱されてｍｍｍ失するのでフィ
ルタの目詰りを未然に防ぎ、長期聞取り付けたままで使
用することができる１又、濾過体の間あるいは中に存在
する発熱抵抗体が発熱するため゛、その抵抗体の厚みあ
るいは径を、例えば押出成形特適宜選択することによっ
て、発熱量を自由に調整することができ、かつ均一成形
が容易であるため、均−加熱性能等の品質管理が向上し
、部分発熱等による割れを生じない品質の優れたフィル
タを歩留り良く製造することができる。また上記のよう
に均一加熱が可能であることにより、濾過体に捕捉され
た可燃性微粒子を効率よく燃焼できる。

更にスケルトン型濾過体自体が発熱するものに比べて、
本発明のフィルタは発熱部分の表面積が体積の割りに小
さくなるため、耐酸化性を大幅に改善できる。又、濾過
体は特に通電性を必要としないため、アルミナ、コージ
ライト等の安価な材料も使用することができ、更にフィ
ルタ自体の構造が簡単なため製造も容易で歩留りも＾く
できるという利点を有する。

次に本発明フィルタの製造方法について、実施例を挙げ
て説明する。

製造実施例１ β−８ｉ　　Ｃ（平均１粒１！０．３μ）　　　１００
部（重量部、以下同じ） ＢａＣ０，２５部 フェノール樹脂　　　　　　　　　　　６部エチルアル
コール　　　　　　　　１００部以上の成分をボールミ
ルで３時間混合し、粘度をコントロールした泥漿調合物
を得た。

上記調合物を平均気孔径約０．８１１．気孔率８０％の
市販のポリウレタンフォームに含浸させた後乾燥し生の
濾過体を得た。一方、 β−８ｉＣ（平均粒１！０．３μ）　１００部８４０　
　　　　　　　　　　０．２５部メチルセルロース　　
　　　　　　　　５部水　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　２０部以上の成分をミーし、
押出成形して切断した後乾燥し、生の平板状発熱抵抗体
を彎だ。

上記の方法で得られた生の濾過体７枚と生の発熱抵抗体
６枚を上記泥漿調合物で交互に積層して貼り合せた後乾
燥して生のフィルタを得た。これを真空中で８００℃、
１時開保持して樹脂成分をとばし、更にアルゴン気流中
で２０３０’Ｃ１１時間焼結して一次焼成を行ない、次
いで窒素ガス中で１９５０℃、３峙閤二次焼成して、各
濾過休部分の厚み２６−１平均気孔径約０．８−一、気
孔率８０％および平板状発熱抵抗体部分の岸み３−であ
る全体として縦２００■、横２００　＋ｎ、厚み３０−
の一体形のフィルタを得た。このフィルタの両端に白金
ペーストを塗布し、大気中で１２００℃、０．５時間で
電極を焼き付け、電極間抵抗値（常温）０．３０の可燃
性微粒子除去用セラミックフィルタを得た。

上記の製造実施例１で豐られたフィルタの両電極間に大
気中で２４Ｖを印加したところ、常温から９００℃を越
えるＩ！痩まで約６０秒間で達し、しかも均一な発熱を
した。

製造実施例２ 二珪化モリブデン　　　　　　　　１００部ポリビニル
アルコール（ＰＶＡ）　　　　２部水　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　１００部以上の成
分を泥漿調合物とし、一方、 二珪化モリブデン　　　　　　　　１００部ポリビニル
アルコール（ＰＶＡ）　　　　５部水　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０部以上の
成分混合物を発熱抵抗体用とし、製造実施例１と同様の
形状、条件で成形および焼成し、１ｉｉｌＩ１１に電極
を付設して、電極園抵抗値（常温）ｏ。

３Ωのフィルタを得た。

上記の製造実施例２で得られたフィルタの両電極間に大
気中で２４Ｖを印加したところ、常温から９００℃を越
える１１度まで８０秒間で達し、均一な発熱をした。又
、二珪化モリブデンを主成分としているので、フィルタ
の抵抗は温度に対して正特性となり、ｍ度制御が容易で
あった。

製造実施例３ 製造実施例１で得られたフィルタを白金触媒液に浸漬し
て、フィルタに白金触媒を含浸した後乾燥し、更に大気
中で７００℃、２時間で触媒をフィルタに焼き付け、体
積１０００ｃｃ当り２ｇの白金触媒を担持したフィルタ
を得た。

上記製造実施例３で得られたフィルタを２０００ｃｃの
ディーゼルエンジンの排気管の途中に取り付けてエンジ
ン回転数２０００　ｒｐ−で試験したところ、カーボン
微粒子等を５０％以上の捕集率で捕捉し続け、１時開後
に飽和状態に近くなった。

ここで２４Ｖの電圧をフィルタの電極に印加したところ
、フィルタａｉｍ約４００’Ｃより燃焼を開始して、２
分間で燃焼が終った。ＩＩ焼用触媒を担持させていない
製造実施例１のフィルタでは５５０℃以上の濃度で燃焼
が始まった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明フィルタの第１実施例の正面図、第２図
はそのト」断面図、第３図はその斜視図、第４図は本発
明フィルタの第２実施例の正面図、第５図はそのｖ−■
断面図、第６図は第１実施例のフィルタを自動車エンジ
ンの排気管あるいは排ガス還流管に適用した場合を説明
するための部分破断図である。 １．１１・・・スケルトン型濾過体 ２・・・板状発準抵抗体 ３．４・・・電極 １２・・・棒状発熱抵抗体 代理人　弁理士　足立　勉

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　互いに独立した複数の板状あるいは棒状の発熱抵抗
   体をスケルトン型濾過体の藺あるいは中にほぼ平行に配
   列し、該発熱抵抗体の各端部に電極を設けてなることを
   特徴とする可燃性微粒子除去用セラミックフィルタ。 ２　発熱抵抗体およびスケルトン型濾過体が、炭化珪素
   あるいは二珪化モリブデンを主成分とするものである特
   許請求の範囲第１項記載の可燃性微粒子除去用セラミッ
   クフィルタ。 ３　スケルトン型濾過体が、可燃性微粒子燃焼用触媒を
   担持するものである特許請求の範囲第１項あるいは第２
   項記載の可燃性微粒子除去用セラミックフィルタ。