JPS5937224A - 可燃性微粒子除去用フイルタ装置 - 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】

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づ
るためのフィルタ装置に関づるものであり、更に詳しく
はフィルタ装置の一部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装置に関するものである。 従来、例えば公害対策として自動車エンジン殊にデ゛イ
ーＵ′ルエンジンのｉｌｌ力゛ス中に含まれるカーボン
微粒子を除去づるために、排気系またはＩＩ気気流流系
、フィルタを用いることが提案されχいるが、長期の使
用ではカーボンが１ｆｊ積して目詰りを起こし、圧力損
失を生ずるという欠点があった。 この欠点をＭ　ｉ１’４するものとして第１図に承りよ
うに排気管１内のフィルタ２の排ガス流入方向Ｆに燃焼
用バーブ３を配置し、一定時間毎にバーノー３の燃ｌｉ
１に、グ１」−プラグ等の着火用ヒータ４を用い℃着火
させ、フィルタ２を加熱したり、第２図、第３図に承り
ようにフィルタ５の排ガス流入方向Ｆ−の端面に着火用
シーズヒーター６を接して（＝Ｊ設し、Ｅ１ネクター６
ａを介して外部よりの通電によりフィルタ５を加熱して
、可燃性微粒子を焼ＭＩ　Ｌ、目詰まりを防ぐ方法がと
られ−Ｃいた。 しかし、上記の方法はいずれも、装置の構造が複雑とな
りコスト高どなるばかりか、バーナを使用する場合は、
排気管自体も高温に曝され、排気管の耐久性に問題を生
じ、更に排気管周辺の装置にも熱的悪影警を（ｔするも
のであった。又、着火用シーズヒーターで直接加熱する
場合は、ヒータの使用電力が大きく、自動車に積載して
いるバッテリの消耗が激しく実用的でなかった。 本発明考は、以上述べた従来技術の欠点に鑑み、鋭意研
究の結果、簡単な構造で、従来の排気系あるい

【よ排気
還流系構造を大きく変更することなく、又、排気管ある
いは還流管やその他の部分に悪影響を与えることなく、
しかもより少ないエネルギーで可燃性微粒子を効率的に
取り除くことができることを見い出し、本発明を完成し
た。 即ち、本発明の要旨とするところは、排ガス中の可燃性
微粒子を除去及び焼却するフィルタ装置において、ガス
透過性通電発熱板状体がフィルタの排ガス流入側端面に
接触してイ」設されていることを特徴とする可燃性微粒
子除去用フィルタ装置にある。 次に図面に基づき本発明の詳細な説明りる。 第４図及び第５図は本発明の第１実施例の正面図及びそ
のＶ−■断面図を示Ｊ０ここ′ｃ１１は第１実施例の可
燃性微粒子除去用フィルタ装置、１２１よフィルタ、１
３ａ、１３ｂはリード線、１４はガス透過性通電発熱板
状体を示す。フィルタ１２のｉｌｌガス流入側端而１Ｇ
には収納四部１５及び）を部１７が形成されており、収
納凹部１５には上記発熱板状体１４が嵌入され−Ｃおり
、渦部１７内には発熱板状体１４から導出しているリー
ド線１３ａ、１３ｂが配設されている。 これらの構成各部の内、フィルタ１２は第６図の正面図
、第７図の右側面図、第８図及び第９図の縦前面図に示
されるような形状に構成され、ここに、１３いて、２１
は入１」通路群であり、ぞ−の流入口２１　ａ　／）＜
壁体′１８により形成されている円形の端面１６に市松
］Ｑ様に間ＯＬでいる。この端面１６の反対端面２３に
も同様に出ｌ］通路群２２の流出Ｌｉｔ　２２　、’ｌ
がＩｔｔｌ　Ｔｌｌ　シ、フィルタ１２は了の筒状周面
２０とともに全体で第１１図の斜視図に示される如くの
円筒体を形成している。 次に、入口通路群２１は、ガスが流入づる流入口２１ａ
の反対側の通路端部にｄ３いて閉鎖壁２１１）にて閉鎖
され、イの側面は多孔質セラミック濾過壁２４の４面よ
りなり、全体として、貫通していない断面正方形の穴を
形成している。 出口通路群２２は、ガスが流出覆る流出口２２ａの反対
側の通路端部において閉鎖壁２２ｂにて閉鎖され、その
側面は上記の入［」通路２１ど同様に多孔質セラミック
濾過壁２４の４面にりなり、全体として、目通していな
い断面正方形の穴を形成している。 そして入口通路群２１の各通路と出口通路Ｆ！￥　２２
の各通路は互いに１つ以上の濾過壁２４を共有して隣接
するように配設され、通路２１．２２が断面正方形であ
る場合は、通路′１つにつき最大４側面が入口通路ど出
口通路どの間の共有濾過壁になり、全体の配置は第１０
図の横断面図に示されるＪ、うに四角１１状の通路群の
ハニカムを形成し、前述の如く、その両端面１６．２３
は正方形の流入Ｄ　２１　ａあるいは流出口２２ａと閉
鎖壁２２１〕あるいは２１ｂとが市松模様をイイシてい
る。 壁２５もフィルタ全体を包み込む形で、筒状側面２０を
形成している。 フィルタ１２の両端面１６．２３を形成している壁体１
８．２６の内、排ガス流入側の壁体１８はでの中央部に
、壁体１８の形状に対して同心円状に前記収納凹部１５
及び溝部１７が設けられているのＣ１もう一方の壁体２
６に比して四部１５あるいは溝部１７の深さだけ厚く形
成されている。 次にガス透過竹通電発熱板状体１４の第１例は第１２図
の止面図、第１３図の右側面図に示されるような形状に
構成され、ここにおいて２７は窒化珪素等の非Ｎ導性セ
ラミックの円板状焼結体、２８は該円板状焼結体２７全
体に多数穿設されているガス透過孔、２９は円板状焼結
体２７の内部にｆ！段された高融点金属の通電発熱ｗＡ
ｃある。該高融点金属の通電発熱線２９はタングステン
、モリブデン又はその合金等の金属の線状体を透過孔２
８を有する２枚の円板状セラミックで挾んでホラｌ−７
レス成形Ｊるか、あるいは円板状セラミックの１枚（こ
金属を線状にプリン１〜印刷し、もう１枚の内板状セラ
ミックで挾んで焼結することにより、しラミックの円板
状焼結体２７内部に形成される。又、上記焼結前の円板
状ヒラミックには予めリード線取り出し部として該セラ
ミックと熱膨張係数がぽぽ同じである高融点金属板例え
ばタンゲスアン、モリブデン又はその合金等の小片３０
ａ、３０ｂを２個両端付近に埋設しておき、高融点金属
のプリン１−あるいは線状体の両端を各々小片３０ａ、
３０ｂに電気的に接続りる。このものに、更に１枚のセ
ラミックを重ね焼結すれば板状体１４が形成される。電
源と接続Ｊるためのリード線１３ａ、１３ｂは板状体１
４の裏面に露出している上記小片３０ａ　、３０ｂにニ
ッケルロウ等の高融点ロウ材にてロウ付づることにより
接続される。 このにうに形成されたガス透過性通電発熱板状体１４は
、フィルタ１２の収納四部に嵌合し、セラミックペース
ト等で接着することによりフィルタ１２と７体化し、第
１実施例の可燃性微粒子除去用フィルタ装置１１が構成
される。 このフィルタ装置１１が自動車の排気管に適用された場
合、ま！Ｊ″喘面１６方向から流入したＩ）ｌがスは端
面１Ｇに開口している各流入Ｄ　２１　ａあるいは流入
口２′１８及び発熱板状体１４の透過孔２８から入］」
通路群２１に入り、次いで第５図にて点線で示した矢印
のごとく多孔質の濾過壁２４の孔の中を通り扱Ｉｔ　、
隣接する出［１通路群２２に浸出覆る。その際、ガス中
の微粒子が濾過壁２４に捕捉され、ガスのみ出口通路群
２２を通って各流出Ｄ　２２　ａから流出する。このよ
うな状態が継続すると濾過壁２４の入口通路２１側の表
面あるいは濾過壁２４内部にカーボン等の可燃性微粒子
がｊｌを積りる。これが長！’ＩＪにわたり堆積が著し
くなると排ガスが濾過壁２４を透過しにくくなり、フィ
ルタ装置１１におりる几力損失が大きくなり、自動車に
おいては燃費の増大を招く。圧力損失が無視でき’ｅＫ
いはと大きくなる前に、フィルタ装置１１の発熱板状体
１４に接続しているリード線１３ａ、１３ｂ間に電流を
流Ｊことににす、発熱板状体１４が高温になり、フィル
タ１２内に堆積した可燃性微粒子が発火温度以−１−に
加熱され、燃焼消滅し、フィルタ１２の機能が回復し、
圧力損失を未然に防止づることが可能となるのであるゎ
発熱板状体１４は、フィルタ１２の排ガス流入側Ｆの端
面１６に位置覆るのみであるが１．Ｆ述の如く排ガスが
発熱板状体１４の透過孔２８を通過する間にａｌ温に熱
せられ、次いでフィルタ１２中を通過してゆく際に受け
た熱量を放出し、フィルタ１２全体を加熱して」−流側
で着火されたカーボン等の可燃性微粒子のフィルタ１２
全体での燃焼を助（〕る。又、着火用シーズヒータ一方
式と比べて消費電力が１／２〜１／３と省エネルギーｇ
ｑであり、更に発熱線に高融点金属のタングステン又は
モリブデンを使用しているためヒータ寿命が長い。着火
用シーズヒーターに使用づる発熱材は一般にＦｃ　−Ｃ
ｒ　、Ｎｉ−Ｃｒ又はＮｉ糠で、タングステン、モリブ
デンに比べて融点が半分以下のため、過電圧、過通電に
対して断線し易い。 自動車排気管への適用は例えば第１４図のようになされ
る。ここでは可燃性微粒子除去用フィルタ装置３１は絶
縁収納筒３７に収納されて排気管３８に挿入固定されて
いる。排ガス流入側Ｆの端而に設（）られた発熱板状体
３３の取り出し部３３ａより導出しているリード線３６
ａはフィルタ３２端面の溝部３１ａ内を通り、更に溝部
３１ａの端から絶縁収納筒３７の鍔部３７ａの貫通孔を
通ってフィルタ装置３１前方に導出している。次いでリ
ード線３５ａは排気管３８を貫通して設番ノられている
碍子３９ａを介して排気管３８の外部へ導出して接地さ
れている。 一方、取り出し部３３］】より導出しているリード線３
６ｂはフｒルタ３２端面の溝部３１ｂ内を通った後、そ
の端から絶縁収納筒３７の内周面に設けられた軸方向の
条２Ｎ３７Ｃ内を通っＣフィルタ装置３１１糸りの絶縁
収納筒３７の鍔部３７ｂのｎ通孔を抜Ｇ１で、フィルタ
装置３１後方に導出しＣいる。次いで、リードＦｊ１３
６　ｂは排気管３Ｂを量適して設けられＣいる碍子３９
ｂを介して排気管３８の外部へ導出して、スイッチ４０
の一方の端子に接続されている。スイッチ４ｏのもう一
方の端子は電源バッテリＥのプラス側に接続され、更に
、電源バッテリＥのマイナス側は接地されている。プラ
ス側のリード線３６１）がフィルタ装置３１後方に導出
しているのは、前りにて生じやすいカーボンの堆積によ
る接地側との短絡を防止するためである。 この様な状態で排ガスが、上流り向１：よりフィルタ装
置３１に流入してきた場合、まず排ガスは入１］通路３
４へ流入し、次いで点線矢印の如く濾過壁３２ａを透過
し出口通路３５側へ浸出し、フィルタ３２の後方出口か
ら排出される。この状態、を繰り返し、濾過壁３２ａに
排ガス中の可燃性微粒子が、ある稈度堆積した時点でス
イッチ４０をオンして発熱板状体３３に通電すれば、発
熱板状体３３内部に埋設されている発熱線が加熱され発
熱板状体３３全体が高温となり、更に発熱板状体３３を
透過する排ガスを加熱することによって、その排ガス下
流にあるフィルタ３２が加熱され、そこに堆積しでいる
カーボン等の可燃性微粒子が発火燃焼消滅する。このよ
うにして、可燃性微粒子が取り除かれることにより、フ
ィルタ装置３１が使用状態のままでも圧ツノ損失を小さ
く保持しかつ、高濾過性を承りことが可能となる。又、
発熱板状体３３と排気管３８とは直接接触しておらず排
気管３１８を、いたずらに加熱しない。 発熱板状体３３への通電は、例えばエンジンの稼動時に
一定哨間間隔で行ってもよいし、エンジンの圧力損失を
各種センサより演算し、一定値以上になった場合行うと
いう方法でもよい。 本発明で用いられるフィルタは第１実施例に用いられた
ようなハニカム型のもの以外に、例えば海綿状多孔質４
ｒＩＩ造、あるいはフェル１〜状構造や織布状構造とい
った多数の線状素体の集合構造体等のフィルタが使用可
能である。 又、発熱板状体どしては第１実施例に用いられたような
ガス透過１１の非電導性セラミックにヒータを埋設した
第１例以外に、第１５図の正面図、第１６図の右側面図
に示した第２例のように電導性セラミックにガス透過孔
を穿設した形態のガス透過性通電発熱板状体４５も使用
可能である。ここにおいて４６は炭化珪素等の電導性セ
ラミックの円板であり、イの両端には、メタライズ層４
８ａ、４８ｂが設ｃノられ、該メタライズ層４８１′１
１４８ｂには各々ロウ付４９ａ　、４９ｂにてリード線
５０ａ　、５０ｂが接続されている。円板４６の中央部
には多数の三ケ月型のガス透過孔４７が穿設され、全体
として断面四角状の湾曲し１＝あるいは真直ぐな棒状導
電性セラミックが両端間にかけ渡され１＝形状を程して
いる。この発熱板状体４５が適用されたフィルタ装置は
両リード線５０ａ、５０ｂ間に通電づることにより棒状
導電性セラミック４６ａが発熱し、同様に可燃性微粒子
を燃焼消滅させることができる。−り紀元熱板状体４５
はメタライズ層４８ａ　、４８ｂ側の而５１あるいはそ
の裏面５２のどちらをフィルタ側としてもよいが、面５
２をフィルタ側とした方が収納四部底面が平面であった
場合、フィルタとの密着が完全であり、熱伝導性がよく
なるので、加熱効率上好ましい。このことは第１例の発
熱板状体でも同じことで、取り出し部がない方の面をフ
ィルタ側とし１ｃ方が同様な理由で好ましい。 フィルタとガス透過性通電発熱板状体との取り付けは、
第１実施例の如く、発熱板状体の形状に適合させた収納
四部とを設け−Ｃ取り（ｔ　ｔ）る方法以外に、第２実
施例として第１７図に示１如く単にノイルタロ２前面に
ガス透過性通電発熱板状体６３をセラミックペースト等
の無機質接着剤で接着して、一体のフ「ルタ装置６１と
してもよい。この場合、発熱板状体６３はフィルタ６２
端面と同径の円板でもよい。又、第３実施例として、第
１８図に示Ｊ゛如く、ガス透過性通電発熱板状体６６の
厚さより深い円筒状収納凹部６７をフィルタ６５の前端
面に設りて、−での最奥部に発熱板状体６Ｇを入れて一
体のフ・イルタ装需６４としてもよい。 又、第４実施例として、第１９図に示す如く、フィルタ
６９の前端面に内部に向って収束するテーバ面７１ａを
側面とする収納凹部７１を設り、イの最奥部にガス透過
性通電発熱板状体７０を入れて一体のフィルタＨｍ、　
６８としてもよい。 上記、各実施例は第１実施例と同様な効果を有し、更に
その内でも、第２実施例は、フィルタ６２の構造が簡単
どむり製造が容易である。更に、発熱板状体６３がフィ
ルタ６２の端面ど同径の際、板状体６３０周面が排気管
に接近しても、（の発熱量のほとんどは排ガスの流れと
共にフィルタ側へ移動するので、ＪＪ）気管側に悪影響
はない。第３実施例は発熱板状体６６がフィルタ６５の
より東部に位置しているので熱量がＪ：り有効にフィル
タ６５内の可燃性微粒子の加熱に用いられ、エネルギー
の節約となる。第４実施例の場合には、そのテーバ面７
１ａに沿って排ガス中の粒子が発熱板状体７０に集約す
る傾向があり、熱量をより有効にカーボン燃焼に用いる
ことができ、エネルギーの節約になる。 以上詳述した如く、本発明の可燃性微粒子除去用フィル
タ装置は、ガス透過性通電発熱板状体がフィルタの排ガ
ス流入側端面に付設されていることにより、排気あるい
は還流管の構造を特別なものにづる必要がなく、簡単な
構造でその発熱量のほとんどがフィルタの端面からフィ
ルタ内部へ移動し、排気あるいは還流管又はその周辺部
に熱的悪影響を与えることなく、かつ少ないエネルギー
でｊｆｔ債した可燃１’ｌ微粒子を燃焼消滅させ、フィ
ルタ装置を常に圧力損失を低く、かつ高濾過性に保持す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図はバーナを使用した従来例の説明図、第２図は狐
火用シーズヒーターを使用した従来例の説明図、第３図
はその正面図、第４図は本発明の第１実施例の正面図、
第５図はそのｖ−ｖ断面図、第６図はフィルタ部分の正
面図、第７図はその右側面図、第８図はその■−■断面
図、第９図はモのＩＸ　−ＩＸ　［］ｌｌｉ面図、第１
０図はそのＸ−Ｘ断面図、第１゛１図はイの斜視図、第
１２図はガス透過性通電発熱板状体の第１例の正面図、
第１３図はその右側面図、第１４図は本発明の可燃性微
粒子除去用フィルタ装置を自動中耕気管に適用した場合
の説明図、第１５図はガス透過性通電発熱板状体の第２
例の正面図、第１６図はその右側面図、第１７図は本発
明第２実施例の１！断面図、第１８図は本発明第３実施
例の縦断面図、第１９図は本発明第４実施例の縦断面図
を示す。 １１・・・第１実施例 １２．３２．６２．６５．６９・・・フィルタ１３ａ　
　、１３ｂ　　、３６ａ　　、３６ｂ　　、５０ａ　　
、５０ｂ　　、６３ａ　　、６３ｂ　　１６６ａ　　、
６６ｂ　　、７０ａ　　。 ７０１）・・・リード線 １４．３３．４５．６３．６６．７０・・・ガス透過性
通電発熱板状体 １５．６７．７１・・・収納凹部 ２１．３４・・・入口通路群 ２２．３５・・・出口通路群 ２４．３２ａ・・・濾過壁 ６１・・・第２実施例 ６４・・・第３実施例 ６８・・・第４実施例 代理人　弁理士　足立　勉 第６図 第８図 ２０　　　２’）　　　　　　　　　２６第９図 第１０図 第１１図 Ｚ２２ｂ 第１７図 第１８図 ４

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １４ノ１ガス中の可燃性微粒子を除去及び焼却するフィ
   ルタ装置において、ガス透過性通電発熱板状体がフィル
   タの排ガス流入側端面に接触して付設されていることを
   特徴とする可燃性微粒子除去用フィルタ装置。 ２　フィルタの排ガス流入側端面が収納四部を形成し、
   ガス透過性通電発熱板状体が該収納凹部に嵌合されてい
   る特許請求の範囲第１項記載の可燃性微粒子除去用フィ
   ルタ装置。 ３　フィルタが、排ガス入口側から出口側へ延びる複数
   の通路を形成Ｊる壁構造体をなすと共に該通路は、出Ｌ
   １側が出口開＃１壁Ｃ閉鎖された入［１通路群と入口側
   が入口閉鎖壁で閉鎖された出口通路群からなり、（Ｔ意
   の１つの入口通路は少なくとも１つの出口通路と壁を共
   有して該壁が可燃性微粒子を捕捉Ｊる濾過壁をなすハニ
   カム型フィルタＣ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フィルタ装置。 ４　ガス透過性通電発熱板状体が、非電導性セラミック
   にヒータを付設し、ガス透過孔を穿設した形態である特
   許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の可燃
   性微粒子除去用フィルタ装置。 ５　ガス透過性通電発熱板状体が、電導性レラミックに
   ガス透過孔を穿設した形態である特許請求の範囲第１項
   乃至第３項のいずれかに記載の可燃性微粒子除去用フィ
   ルタ装置。