JPS6161608A - 排気ガス微粒子捕集用フイルタ− - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は内燃機関により排出される排気ガス中の微粒子
を捕集するためのセラミックスフィルターに関する。

（従来の技術） 従来この種のものは、外部に通ずる内部連通孔を三次元
網目構造の多孔質セラミックス担体により構成しである
。

（発明が解決しようとする問題点） この担体により微粒子の捕集効率を向上させるためには
、上記三次元網目構造の通気孔の孔径を小さくすれば良
いが、その反面通気抵抗が大きくなってしまう欠点があ
る。そこで、上記網目構造体をガス上流端面および下流
端面より貫通せず、互いに干渉しない多数個の穴を設け
ることにより通過距離を短かくてき圧損を下げることが
できて、良好な微粒子捕集用構造体を得ることができる
。

しかし、この構造体に微粒子を捕集してこれを電気ヒー
タにて燃焼除去する場合、上流端で着火しても熱がセラ
ミックに奪われ、途中で燃焼が止まってしまう問題や、
燃焼が下流へ拡がるにしても網目構造に従って燃焼する
ため、下びこ端まで燃え拡がるのに時間がかかることな
どの問題があった。

（問題点を解決するための手段） そ、−で本発明は、上流端で着火しても短時間で微粒子
の燃焼除去が可能なフィルターを提供することを目的と
する。

そのために上記構造体の人口開口穴の中に、上流端面か
ら下流に延びる繊維成形体を設置する。

（発明の効果） そうすることにより排気ガスは繊維状成形体、例えば、
炭化珪素繊維、ジルコニア繊維、アルミナシリカ繊維、
シリカ繊維などを通過後多孔質セラミック担体を通過し
て排出されるが微粒子の大部分は繊維にまず付着し、さ
らに担体に付着する。

ぞして、一定量の微粒子が付着してヒータに通電すれば
、繊維状成形体に付着した粒子が燃焼し入口通路の中を
燃える。この場合、繊維状成形体は熱容量が小さいため
に燃焼スピードが速い。そして、担体に付着の微粒子は
繊維状成形体上の微粒子の燃焼火種で短時間に燃焼する
。

（実施例） 本発明を実施例に従い詳細に説明する。

〔第１実施例〕 第１図〜第３図において、１は本発明になる多孔質セラ
ミックフィルターである。２はセラミック担体であり、
該担体２には図示のごとく多数の通路が設けられている
。該通路は第１図において明らかなごとく、上記担体２
の一端２ａ（入口側）において開き、他端２ｂ（出口側
）において閉じた入口通路３から成る第１グループと、
担体２の一端２ａにおいて閉じ他端２ｂにおいて開いた
出口通路４から成る第２グループとにより構成されてい
る。これら通３，４のすべての間には内部壁７が存在し
ている。該内部壁７を含めて前記担体２は三次元網目状
構造を有している。第３図に壁７の構造を示す。この第
３図よりセラミック骨格７ａが三次元に連なり、その間
に連通孔７ｂを形成している。

入口通路３の内部には、耐熱性繊維成形体８がほぼ壁７
に密着して挿入されている。第２図に成形体８の構造を
示す。この第２図より耐熱性繊維９がパイプ状に織り込
まれたものでその壁１０は通気性が良好である。

なお、担体１の外周部には強度向上のための補強壁６が
設けである。

上記構成において、次に作用を説明する。

このような構造体１を自動軍、特にディーゼルエンジン
の排気管の途中に取付けると４．カーボン主体の微粒子
を含む排気ガスは入口側２ａから構造体１の各入口通路
内に流入し、パイプ伏繊維成形体８の壁１０を通り、さ
らに内部壁７を通り、出口通路４から出口側２ａへ流出
する。そして、排気ガス中の微粒子の多くは成形体８の
カベ１０の繊維９の表面とセラミック内部壁７の骨格７
ａの表面に１ハ突し捕集される。そして、排気ガスは連
通孔７ｂを通過する。

この状態において、比較的大きい粒子（凝集粒子）の捕
集は、繊維成形体８で行なわれると共に各ｕｔ維９の表
面には微粒子が付着する。

次に構造体１の製法について説明する。このセラミック
ス構造体は発泡性の有機化合物、例えばポエウレタンウ
フォーム、ユリアフォーム、塩化ビニルフオーム、ポリ
オレフィンフオームなどを成形型内で発泡させ、前述の
セラミック構造体と相似形に発泡させ各セル間に通気性
を持たせるように処理をしてセラミックスラリ−を含浸
させ、所定の温度で燃焼して目的のセラミックス構造体
を得る。具体的に説明すると、上記成形型は構造体１の
形状と相似形に形成されたキャビティを有する成形型容
器部と成形型蓋部とからなる。

第５図は本実施例に使用される成形型容器部を図示した
ものであり第５図（ａｌは平面図、第５図ｆｂｌは軸断
面図である。成形型容器部１４は基盤状に区画した１つ
置きの区画において直ｐ！！３．３　ｍ　ｍの円形断面
を有する柱状部材１５を垂直に固着した端面１６と側壁
１７とからなり、他の端面ば開口されている。一方、第
６図は、成形型蓋部を図示したものであり、第６図（ａ
ｌは平面図、第６図（ｂｌは軸断面図である。成形型蓋
部１８は、前記の成形型容器部１４と同様に各々直径３
．３　ｍ　ｍ、４．４ｍｍの柱状部材１９．２０を垂直
に固着した平板蓋２１からなる。柱状部材１９．２０の
取付位置は成形型容器部１４において柱状部材１５が取
り付けられていない格子状区画に取り付ける。また成形
型蓋部１８の平板には各区画に連通孔２２が設けられ、
平板の側周には連通孔２３が設けられている。そして成
形型容器部１４と成形型蓋部１８とを組み合わせて成形
型を作成する。第７図は組み合わされた成形型の軸断面
を示したものである。

成形型の内部は製造されるべき多孔質セラミックスと同
一・形状のキャビティ２４が形成される。成形型蓋部１
８と成形型容器部１４とは所定の組み合わせがなされる
べ（成形型蓋部１８の側周に連通孔２３を通してビス２
５によって取りはずし自在に固着される。予め離形剤が
内部に頒布された第７図に示す組み合わされた成形型に
１つ置きに選択された連通孔２２からウレタンフオーム
原料液を注入する。このとき成形型内部の空気は他の残
りの連通孔２２から排出されウレタンフオームの注入を
良くしている。

次に上記キャビティ２４てウレタンフオームを発泡させ
て、８０℃で１５〜６０分加熱し硬化させた。その後に
成形型容器部１４と成形型蓋部１８を取りはずしてハニ
カム構造のウレタンフオーム成形体を得る。なお、セル
数は１平方インチ当たり４０個である。以上の手段によ
って作成したハニカム構造のウレタンフオーム成形体は
三次元網状をなす骨格間に細胞壁と呼ばれる薄膜を有す
るのでたのウレタンフオーム成形体を容器中に設置し加
熱性ガスと空気または酸素を導入してこれに火花点火し
細胞壁を燃焼させて除去した。次に、コージェライトを
主成分とする粉末と水とポリビニルアルコールとを混合
攪拌したセラミックスラリ−の中の前記成形体を浸漬し
、余分なスラリーを除いた後、１００〜１２０℃で加熱
乾燥させ、この浸漬、乾燥を数回繰り返した。その後１
３００〜１４７０℃程度で約５時間焼成した。この様に
して得られた多孔質セラミ７クスは第１図のごとくにな
り、その組織の部分拡大図は第３図のようになる。

一方、ＳｉＣ長繊維を第２図のごとく入口通路３と同径
でパイプ状に編み込んだ成形体８を上記セラミックの入
口通路３に挿入して構造体１を得た。

こうして得られた構造体１をディーゼルエンジン（排気
ｆｆ２０００ｃｃ）の排気管に装着して再生特性を測定
した。′装着状況は第４図に示すように排気管８．９に
、テーパ導入管１０．１１を有した金属ケース１２を接
続し、中のステンレスワイヤネット１３を介して構造体
ｌをセットした。

構造体１の入口端面２ａに接してニクロム線ヒ。

−タ５０を設置しである。ヒータ５０にはリード線５１
８．５１ｂがあり、５１ｂはテーパ管１０に溶接にて接
続され、５１ａは絶縁碍子５２にてケース全体と絶縁さ
れ外部に取り出されている。

端子５１ａおよび５１ｂに外部より通電し、ヒータ５０
を発熱させる構造としである。

第４図において、エンジン排気ガスは排気管８から導入
される。ここで圧力損失はテーパ導入管１０と１１との
間の差を０字水銀マノメータで測定した。

なお、構造体１は外径１３０ｍｍ、厚さ１５０ｍｍの寸
法ををし、入口通路３のＬｔ径は３　ｍ　ｍ　。

数は５７個である。また、出口通路４においては、直径
３ｍｍのものが４０個、直径４ｍｍのものがｔｚｆｌｉ
であり、第２図のごとく配列しである。

また、比較のために成形体８のないセラミック担体も同
様に再生特性を測定した。

再生特性は次のようにして行なった。捕集は運転条件と
して、回転数２００Ｏｒｐｍ、トルク６ｋｇ−ｍにて８
時間運転し、微粒子を捕集した。

そして、回転数８００ｒｐｍ、無負荷運転にて図示しな
いバッテリよりヒータ５０に通電し、微粒子を燃焼させ
再生テストを行なった。その場合の圧力損失をモニタし
た。

結果を第８図に示す。第８は横軸に時間、瞳軸に圧力損
失をとったもので、本発明の場合通電開始より約１８秒
で圧力が低下し一定になるのに対して、従来例について
は５０秒を要する。

このことは本発明の再生に成形体８が大きく関与してお
り、再生時間を短くする効果を与えている。こればヒー
タ５０にて着火した場合、従来例が上流端部２ａのヒー
タ接触部より徐々に燃焼が伝播するのに対して、本発明
は上流端部２ａのヒータ着火部において成形体８の上部
に着火され、それに沿って下流側へ伝播する。この場合
、成形体８は微粒子捕集されていること、成形体８は熱
容盟か小さいことから、容易に上流から下流へ燃焼が伝
播する。壁７に捕集された微粒子は繊維成形体８を伝播
する燃焼熱より燃焼される０本発明は微粒子の燃焼除去
だ素速く行なわれる。このことは、ヒータ電力が少な（
なくて済むメリットがある。

〔実施例２〕 第１実施例において、構造体への微粒子付着量を変化さ
せてその再生特性を調査した。

第９図は付着量に対してのヒータ通電後の厚損である。

なお、通電時間は１．５分である。この第９図から、従
来が１４ｇ以下の付着では圧力が低下せず、つまり捕集
した微粒子の燃焼が進まず燃焼伝播がないことを示して
いる。しかし、本発明においては８ｇまで再生が良好に
行なわれる。

なお、成形体８の繊維としては、アルミナ繊維、シリカ
繊維、ジルコニア繊維などの耐熱金運繊維が良い。

【図面の簡単な説明】

第り図は本発明フィルターの一実施例を示すもので、第
１図（ａｌは平面図、第１図ｆｂｌは縦斯面図、第２図
は第１１１１（ｂ）の成形体を示す斜視図、第３図は第
１図何の内部組織を示す斜視図、第４図は本発明の詳細
な説明に供する断面図、第５図および第６図は本発明フ
ィルターの製造方法の説明に供する成形型を示す平面図
および断面図、第７図は第５図および第６図の成形型を
組み合わせた状態を示す断面図、第８図および第９図は
本発明の詳細な説明に供する特性図である。 ３・・・入口通路、４・・・出口通路、７・・・壁、８
・・・成形体。 代理人弁理士　岡　ｇ３　　　　隆 第２図 第４図 第５図 第６図 （＠） （ｂ） 第７図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 互いに向い合った端部に延びている多数の通路を有する
   とともに、該多数の通路の間に存在した多数の内部壁を
   有するセラミックス担体より成り、前記多数の通路は、
   前記担体の一端において開き他端において閉じた入口通
   路から成る第１グループと、前記担体の一端において閉
   じ他端において開く出口通路から成る第２グループと、
   により構成してあり、前記第１グループの入口通路内に
   、該通路の壁に接してパイプ状繊維成形体が挿入され、
   該パイプ状成形体と、前記通路壁とが前記入口通路から
   前記出口通路を通り過ぎた流体中の粒子を実質的に除去
   し得る構造をなしたことを特徴とする排気ガス微粒子捕
   集用フィルター。