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JP2014138937A - 改善された熱衝撃抵抗性すすフィルター - Google Patents

改善された熱衝撃抵抗性すすフィルター Download PDF

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JP2014138937A
JP2014138937A JP2014049202A JP2014049202A JP2014138937A JP 2014138937 A JP2014138937 A JP 2014138937A JP 2014049202 A JP2014049202 A JP 2014049202A JP 2014049202 A JP2014049202 A JP 2014049202A JP 2014138937 A JP2014138937 A JP 2014138937A
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ceramic
metal
ceramic honeycomb
honeycomb filter
absorbing material
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JP2014049202A
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Robin Ziebarth
ジーバース，ロビン
T Nilsson Robert
ニルソン，ロバート，ティー．
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Dow Global Technologies LLC
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Dow Global Technologies LLC
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Abstract

【課題】有効ろ過面積を最大にし、改善された熱衝撃抵抗性を有するすすフィルターを可能にするセラミックフィルターの提供。
【解決手段】フィルターに捕捉されたディーゼルすすの燃焼から生じる熱エネルギーの少なくとも一部を吸収する可逆的相変化を受ける熱吸収材を有するセラミックハニカムフィルターから構成され、熱吸収材は、金属セラミック、または無機ガラスである。
【選択図】なし

Description

関連出願への相互参照
本出願は、米国仮特許出願第６０／９７９，５５１号（２００７年１０月１２日出願、
これは参照により本明細書に組み込まれる）の利益を主張する。
本発明は、改善されたセラミックハニカム微粒子フィルターに関する。特には、本発明
は、改善された熱衝撃抵抗性を有するハニカムセラミックフィルターに関する。
ディーゼルエンジンは、その作動方法のために、すす粒子、又は、凝縮物の微細液滴、
又は、これら２つの集塊物（微粒子）を、典型的な有害なガソリンエンジン排気物（すな
わち、ＨＣ及びＣＯ）と同様に放出する。これらの「微粒子」（本明細書中ではディーゼ
ルすす）には、縮合した多環式炭化水素が多く含まれ、それらの一部は発ガン性であり得
る。
ディーゼルすすが健康に与える危険性の認識は、ディーゼルエンジンがもたらすより大
きい燃料効率の必要性と相反するので、様々な規制が制定されており、放出されることが
許されるディーゼルすすの量を制限している。これらの難題に対処するために、様々なす
すフィルターがこれまで使用されている。これらのフィルターは、英国特許第１，０１４
，４９８号及び米国特許第４，８２８，８０７号によって例示されるように多くの形態を
有する。最も一般的かつ有用なフィルターは、米国特許第４，３２９，１６２号によって
例示されるように、排気ガスが流路の中に入り、流路の壁を通り抜けなければならないよ
うに、塞がれた流路を有する多孔性のセラミックハニカムである傾向を有する。
熱衝撃抵抗性がより大きいハニカムを、例えば、蓄熱器及び触媒コンバーターにおける
使用のために作製しようとする初期の試みは、低い熱膨張係数を有するセラミック（例え
ば、米国特許第４，３０４，５８５号及び同第４，５９８，０５４号に記載されるセラミ
ックなど）の使用に集中した。それにもかかわらず、当分野は、セラミックハニカムの衝
撃抵抗性を改善する方法であふれている。例えば、セラミックハニカムの衝撃抵抗性を、
より小さいハニカムをこのより小さいハニカムの間の層とともに組み立てることによって
（すなわち、セグメント化されたハニカムを組み立てることによって）改善する方法があ
る。このような層は周知であり、種々の添加物（例えば、セラミック繊維又は金属繊維、
有機物（例えば、細孔形成剤及び結合剤など）など）とともにあらゆる種類のセラミック
セメント（発泡型又は非発泡型）を含む。例示的な特許には、上記で述べられた特許、並
びに、例えば、米国特許第３，２５１，４０３号、同第４，３３５，７８３号、同第４，
３８１，８１５号、同第４，８１０，５５４号、同第４，９５３，６２７号、同第５，９
１４，１８７号及び同第７，０８７，２８６号が含まれる。残念ながら、これらのすべて
が、著しくより大きい形成時の複雑性をもたらしており、また、例えば、そのようなハニ
カムが、流入口流路及び流出口流路を有するフィルターとして使用されるとき、圧力低下
における増大をもたらしている。
セラミックハニカムの熱衝撃抵抗性を増大させるための別の方法は、例えば、米国特許
第３，８８７，７４１号及び同第３，９８３，２８３号などでは、スリットをハニカムに
おいて半径方向又は軸方向に作製して、ハニカムをフープ応力及び軸方向応力に起因して
より合致させることを含む。熱衝撃抵抗性を増大させるためのこの方法は、残念ながら、
より大きい取り扱い損傷を製造時にもたらす脆いハニカムをもたらす傾向があり、また、
半径方向の溝を形成することにおいて複雑化する傾向がある。
必要とされるものは、先行技術の１つ又はそれ以上の問題（例えば、上記で述べられた
問題の１つなど）を回避するディーゼル微粒子フィルターである。具体的には、有効ろ過
面積を最大にし、同時に、フィルターの長さに沿った種々の化学種の燃焼に起因する触媒
内の温度差を除く（すなわち、熱衝撃抵抗性がより大きい）ディーゼル微粒子フィルター
を提供することが望ましい。ハニカムの熱衝撃を改善するために使用される他の方法に伴
う圧力低下の増大を最小限に抑えることもまた、そうするときには望ましい。
本発明者らは、改善されたセラミックハニカム構造、例えば、有効ろ過面積を最大にし
（すなわち、圧力低下を最小限に抑え）、同時に、優れた熱衝撃抵抗性を提供するすすフ
ィルターを可能にする改善されたセラミックハニカム構造を発見している。
本発明の第１の態様は、セラミック本体の流入口端から流出口端まで延びる、隣接した
流入口流路及び流出口流路によってつながれる流入口端及び流出口端を有する多孔性のセ
ラミックハニカム本体を有し、流入口流路および流出口流路が、流入口流路と流出口流路
との間にある複数の組み合わせられた薄い気体ろ過性の多孔性隔壁により、及びセラミッ
ク栓により規定され、流入口流路がセラミック本体の流出口端において流入口セラミック
栓を有し、かつ流出流路がセラミック本体の流入口端において流出口セラミック栓を有す
るため、流入口端に入った流体は流出口端から出るために隔壁を通らなければならず、セ
ラミックハニカム本体が、熱エネルギーを吸収する可逆的相変化を受ける熱吸収材を有す
るセラミックハニカムフィルターである。
本発明の別の態様は、
ｉ）熱エネルギーを吸収する相変化を受ける熱吸収材を有するセラミックハニカムフィ
ルターを提供し、
ｉｉ）ディーゼル排気を、上記排気中のすすが上記フィルターによって捕獲されるよう
に上記セラミックハニカムフィルターに通し、さらに、
ｉｉｉ）上記セラミックハニカムフィルターを、上記ディーゼルすすが燃焼するように
十分に加熱する（ただし、上記熱吸収材が、上記すすの燃焼から生じる熱の一部を吸収す
る相変化を受ける）ことを含む、ディーゼルすすをろ過する方法である。
本発明のフィルターは、微粒子（例えば、すすなど）をガス状又は液体の流れ（例えば
、自動車、列車、トラック又は定置動力装置の排気など）から除く必要があるどのような
用途においても使用することができる。本発明のフィルターは、すすをディーゼルエンジ
ンの排気から除くために特に有用である。加えて、本発明の相変化材は、例えば、相変化
材を有する流路のみが塞がれ、それ以外の流路は依然として、反応物及び生成物が流路を
通り抜けるために開通したままである、不均一触媒反応による反応（例えば、部分酸化反
応）のためのセラミックハニカム担体に組み込むことができる。
本発明の相変化材を有するフィルターに堆積したすすの燃焼期間中の温度上昇のグラフである。 相変化材を有しないフィルターに堆積したすすの燃焼期間中の温度上昇のグラフである。
相変化を受ける熱吸収材は、室温を超える温度、かつフィルターの使用温度の範囲内（
すなわちフィルターが融解又は分解する温度よりも低い温度）において相変化を受け、固
体から液体に融解する熱、結晶構造を変化させる熱、あるいは、非晶質物質の場合にはガ
ラス転移温度又は融解範囲を通り抜ける熱といった熱を可逆的に吸収する物質を意味する
。一般に、相変化は、例えば、フィルターに補足されるすすが燃焼する温度又は温度範囲
に近い温度において生じる。この温度は望ましくは、すすが燃焼し始める温度よりも高い
。すすが燃焼し始める温度は、例えば、すすのタイプ、用途、又は、フィルターにおける
触媒の存在に依存し得る。
一般に、相変化が生じる温度は少なくとも約４００℃から約１２００℃までである。好
適な範囲は、当然のことながら、それよりも狭く、例えば、その温度は、少なくとも約４
２５℃、少なくとも約４５０℃、少なくとも約５００℃、少なくとも約５２５℃、少なく
とも約５５０℃、少なくとも約５７５℃、少なくとも約６００℃又は少なくとも約６２５
℃から、最高でも、約１１００℃、１０００℃、９００℃、８５０℃、８００℃、７７５
℃、７５０℃、７２５℃又は７００℃までであり得る。相変化が温度範囲にわたって生じ
得ることが理解されるが、本発明における目的のためには、相変化の温度は、周知の標準
的な熱分析技術を使用して、例えば、示差熱分析（ＤＴＡ）又は示差走査熱量測定法（Ｄ
ＳＣ）などを使用して加熱したときの吸熱のピークにおける温度である。
１つの実施形態において、熱吸収材は、より高い融解温度を有する金属から構成される
外殻を有する金属、又は、より高い融解温度を有するセラミックであり、例えば、熱吸収
材が金属であるときには熱吸収材の酸化物である。そのような実施形態において、金属が
相変化を受けるとき、金属は外殻の内部に含有され、フィルター内を流れないことが好ま
しい。同様に、外殻は、例えば、ガラス転移温度及び融解範囲の両方を通り抜けることが
できる無機ガラスを含有するために使用することができる。無機ガラスの場合、セラミッ
ク外殻は、ガラスを含有するために好適な任意のものであり得るか、又は、場合により、
より高い融解温度を有する金属であり得る。一般に、外殻は、熱吸収材の相変化温度（例
えば、融解温度）よりも実質的に高い融解温度を有する。外殻は、例えば、典型的には、
少なくとも約２００℃から、セラミックハニカムフィルター自体の融解温度又は分解温度
と同等以上までである融解温度を有する。
外殻は、用いられるとき、いずれかの好適な方法によって形成することができる。例え
ば、外殻は単に容器であってもよく、この場合、熱吸収材が設置され、容器はその後で密
封される。その後の密封は、例えば、金属の場合には、上部を容器にろう付け又は溶接す
ることによって達成することができる。セラミック容器の場合には、容器は、セラミック
結合叉は金属結合を生じさせるために十分に熱せられた状態に上部を置くことによって密
封することができる。金属結合は、セラミック結合を形成させるためにさらに反応させる
ことができ、この場合、反応を外殻のセラミックの周囲ガスと行うことができる。
別の実施形態において、セラミック外殻は、例えば、熱吸収材が金属であるとき、金属
−セラミック層を金属熱吸収材の表面に形成するために、熱吸収材をガス又は他の反応物
（例えば、炭素）と反応させることによって形成することができる。一般に、そのような
層（これは、便宜上、典型的には酸化物である）を形成するための温度は、金属の表面を
容易に反応させるためには十分に高く、しかし、金属が、金属の流れを妨げるために必要
な十分なセラミック層を形成する前に融解し、流れるほどには高くない。一般に、この温
度は金属の融解温度よりも低く、ケルビン度で融解温度の約５０％までである。速度のた
めに、しかし、好適な制御に関して、その温度は、金属の融解温度の６０％、７０％、８
０％又は９０％であり得る。好適なセラミックには、例えば、窒化物、酸化物、炭化物、
ホウ化物又はこれらの組合せ（例えば、オキシ窒化物）が含まれる。上記で記載されるよ
うに、安定性及び好都合さ（すなわち、空気を、酸化物層を形成するために使用すること
ができる）の両方について上記で記載されるような酸化物又はオキシコンビネーション（
oxy-combination）が好ましい。最も好ましくは、外殻セラミックは酸化物である。
好適な金属の例には、アルミニウム、鉄、スズ、亜鉛、銅、ニッケル、上記のそれぞれ
の合金、又は、これらの混合物が含まれる。フィルターが、ディーゼルすすを捕獲するた
めに使用されるとき、アルミニウム、アルミニウム合金又はこれらの混合物、特に、融解
したときに金属を含有することができる酸化物層が有用であり得る。上記酸化物層は、金
属を含有するための任意の好適な厚さであり得るが、典型的には、平均して少なくとも約
５ｎｍ（ナノメートル）の厚さであり、しかし、相変化を受ける金属の量が実質的に低下
するほどには厚くない（すなわち、金属及び酸化物外殻の総体積の約５０体積％未満とな
るほどには厚くない）。典型的には、酸化物層は、平均して、少なくとも約２０ｎｍ、５
０ｎｍ、１００ｎｍ、５００ｎｍ、１マイクロメートル、又は、１０マイクロメートルか
ら、最大でも約０．５ｍｍ、０．２ｍｍ、１５０マイクロメートル、７５マイクロメート
ル、又は、２５マイクロメートルまでである。
好適なガラスの例には、ソーダ石灰ガラス、ホウケイ酸ガラス（例えば、ＰＹＲＥＸ（
登録商標）など）、シリカガラス（例えば、ＶＹＣＯＲなど）が含まれる。他のガラスに
は、例えば、Ｒ．Ｇ．Ｆｒｉｅｓｅｒによって、Electrocomponent Sci. and Tech.（１
９７５年、第２巻、１６３頁〜１９９頁）に記載されるガラス（表ＩＸ、表ＸＩＶ及び表
ＸＶＩ）が含まれ得る。
好適な塩の例には、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、Ｎａ２Ｂ４Ｏ７、ＮａＢｒ、ＮａＢＯ２、Ｋ２
ＭＯ４、ＫＩ、ＮａＩ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌ及びこれらの混合物が含まれる。
熱吸収材（ＨＡＭ）は、本発明のハニカム内に設置されるために好適な任意の形状又は
サイズであり得る。例えば、ＨＡＭは、ロッド、チューブ、ペレット、ボール、シート、
粒状物、又は、任意の他の考えられる体積形状の形態であり得る。
１つの実施形態において、ＨＡＭは、ＨＡＭがフィルター内に留まることを保証するた
めに流路が両端で塞がれるフィルターの１つ又はそれ以上の流路に置かれる粒状物又はロ
ッドの形態である。
別の実施形態において、ＨＡＭは、１つ又はそれ以上の多孔性のセラミック隔壁に対し
て、或いは、上記壁の１つ又はそれ以上の一部に対して上記壁（１つ又はそれ以上）の穴
の内部に適用され得る被覆物である。
別の実施形態において、ＨＡＭは、１つ又はそれ以上の流路のための部分栓又は完全な
栓を含むことができる。そのようなＨＡＭ栓は様々な長さのものであり得て、標準的な栓
と異なり得る。ＨＡＭが栓のほんの一部分にすぎない場合、栓の残り部分を構成する栓材
料は、下記で記載されるような任意の好適な材料であり得る。
フィルターの多孔性セラミックハニカム、同様にまた、栓（栓は、ハニカムと同じ又は
異なるセラミックであってもよく、同様にまた、単に、流路を封鎖するために一緒に締め
付けられるハニカムの隔壁であってもよいことに留意）は、いずれかの好適なセラミック
、又は、セラミックのいずれかの好適な組合せであり得る（例えば、ディーゼルすすをろ
過するために当分野において公知のものなど）。例示的なセラミックには、アルミナ、ジ
ルコニア、炭化ケイ素、窒化ケイ素、窒化アルミニウム、オキシ窒化ケイ素、炭窒化ケイ
素、ムライト、キンセイ石、βリチア輝石、チタン酸アルミニウム、ケイ酸アルミニウム
ストロンチウム、ケイ酸アルミニウムリチウムが含まれる。好ましい多孔性セラミック本
体は、炭化ケイ素、キンセイ石及びムライト、又は、これらの組合せを含む。そのような
炭化ケイ素は、好ましくは、米国特許第６，５８２，７９６号及び同第６，６６９，７５
１Ｂ１号、並びに、国際公開第ＥＰ１１４２６１９Ａ１号、同第２００２／０７０１０６
Ａ１号に記載される炭化ケイ素である。他の好適な多孔性本体が、国際公開第２００４／
０１１３８６Ａ１号、国際公開第２００４／０１１１２４Ａ１号、米国特許出願公開第２
００４／００２０３５９Ａ１号及び国際公開第２００３／０５１４８８Ａ１号によって記
載される。
セラミックは好ましくは、針状の結晶粒（acicular grains）を有するセラミックであ
る。そのような針状セラミックの多孔性本体の例には、国際公開第２００５／０９７７０
６によって記載される針状セラミック多孔性本体、そして、例えば、米国特許第５，１９
４，１５４号、同第５，１７３，３４９号、同第５，１９８，００７号、同第５，０９８
，４５５号、同第５，３４０，５１６号、同第６，５９６，６６５号及び同第６，３０６
，３３５号、米国特許出願公開第２００１／００３８８１０号、並びに、国際ＰＣＴ公開
第０３／０８２７７３号によって記載されるような針状ムライトが含まれる。
多孔性セラミックハニカムは一般に、多孔度が約３０％〜８５％である。好ましくは、
多孔性セラミックハニカムは、多孔度が少なくとも約４０％から、より好ましくは少なく
とも約４５％から、一層より好ましくは少なくとも約５０％から、最も好ましくは少なく
とも約５５％から、好ましくは最大でも約８０％まで、より好ましくは最大でも約７５％
まで、最も好ましくは最大でも約７０％までである。
ハニカム並びに流路は、用途に依存して、任意の幾何学的断面形態（例えば、円形、楕
円形、正方形、長方形又は任意の他の幾何学的形状など）であり得る。ハニカムは任意の
サイズであり得るが、用途に依存する。
隔壁は触媒を壁内に含有し得るか、又は、壁の表面に被覆された触媒を含有し得る。そ
のような触媒は、すす、一酸化炭素及び／又は炭化水素の燃焼を触媒するために有用な任
意のものであり得る。触媒は好ましくはまた、ディーゼル排気流における１つ又はそれ以
上の他の汚染ガス（例えば、ＮＯｘなど）を減少させる（例えば、窒素への選択的触媒還
元「ＳＣＲ」、及び、ＣＯの酸化によるＣＯ２の生成）。
典型的には、触媒が酸化物ウォッシュコート（washcoat）及びウォッシュコート表面の
金属触媒から構成されることが望ましい。好ましいウォッシュコートが、アルミニウムの
酸化物、セリウムの酸化物、ジルコニウムの酸化物、アルミノケイ酸塩（例えば、ゼオラ
イト）又はこれらの組合せである。より好ましくは、ウォッシュコートは、セリウムの酸
化物、ジルコニウムの酸化物又はこれらの組合せである。有用であり得る他の例示的なウ
ォッシュコートが、米国特許出願公開第２００５／０１１３２４９号、並びに、米国特許
第４，３１６，８２２号、同第５，９９３，７６２号、同第５，４９１，１２０号及び同
第６，２５５，２４９号に記載されるウォッシュコートである。
ウォッシュコートを使用するとき、酸化物粒子のボールミル粉砕を使用して形成される
典型的なウォッシュコートを使用することができ、しかし、このウォッシュコートは、平
均粒子サイズが典型的には１マイクロメートル超〜約２０マイクロメートルであることの
ためにハニカムの隔壁の細孔を詰まらせる傾向があるので好ましくない。そのようなウォ
ッシュコートの例が、米国特許第３，５６５，８３０号、同第４，７２７，０５２号及び
同第４，９０２，６６４号によって記載される。好ましくは、ウォッシュコートは、使用
されるとき、米国特許出願公開第２００５／０１１３２４９号（段落１９〜段落２４；こ
れは参照により本明細書に組み込まれる）によって記載されるように、溶液から沈殿させ
られる。
ウォッシュコート微粒子は好ましくは、液体に分散されたコロイド状粒子である。本明
細書中におけるコロイドは、数平均粒子サイズが１マイクロメートル未満である微粒子を
意味する。コロイドは結晶性又は非晶質であり得る。好ましくは、コロイドは非晶質であ
る。コロイドは好ましくは、アルミナ、セリア、ジルコニア又はこれらの組合せである。
そのようなコロイドをＮＹＡＣＯＬの商品名（Ｎｙａｃｏｌ Ｎａｎｏ Ｔｅｃｈｎｏｌ
ｏｇｉｅｓ Ｉｎｃ．、Ａｓｈｌａｎｄ、ＭＡ）で入手することができる。
コロイドは好ましくは、粒子のすべてが数に基づく等価球直径で７５０ナノメートル（
ｎｍ）未満である小さい粒子サイズを有する。好ましくは、数平均粒子サイズは、直径で
、約５００ナノメートル（ｎｍ）未満、より好ましくは約２５０ｎｍ未満、一層より好ま
しくは約１００ｎｍ未満、最も好ましくは約５０ｎｍ未満、好ましくは少なくとも約１ｎ
ｍまで、より好ましくは少なくとも約５ｎｍまで、最も好ましくは少なくとも約１０ｎｍ
までである。
隔壁における触媒量は任意の有用な量であり得て、流路（１つ又はそれ以上）の長さに
沿って壁内又は壁表面で、或いは、流路毎に変化し得る。一般に、触媒の量は約１０グラ
ム／ｃｕ−ｆｔから約６０００グラム／ｃｕ−ｆｔまで変化し得るが、例えば、用途及び
使用される具体的なハニカムに依存する。体積が、従来通り、ハニカムの断面積×ハニカ
ムの長さとしてこの場合には理解されるハニカムの幾何学的体積として理解される。
すす及び炭化水素を燃焼させるために有用な触媒の他の例が、米国特許第４，８２８，
８０７号（これは参照により本明細書に組み込まれる）の第４欄２５行〜５９行に記載さ
れる。記載される触媒はどれも、ハニカムフィルターの隔壁を横断するガス状汚染物の変
換を改善するために貴金属と組み合わせることができる。
貴金属（例えば、白金、ロジウム、パラジウム、レニウム、ルテニウム、金、銀又はそ
れらの合金）は、ハニカムの隔壁において使用されるとき、好ましくは、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒ
ｈ又はこれらの組合せから構成される。好ましくは、貴金属はＰｔから構成され、より好
ましくは、貴金属はＰｔである。貴金属の量は、例えば、用途に依存して、広い範囲にわ
たって変化し得る。一般に、貴金属の量は約１ｇ／ｃｕ−ｆｔから約５００ｇ／ｃｕ−ｆ
ｔまでである。好ましくは、貴金属の量は少なくとも約１ｇ／ｃｕ−ｆｔから、より好ま
しくは少なくとも約５ｇ／ｃｕ−ｆｔから、最も好ましくは少なくとも約１０ｇ／ｃｕ−
ｆｔから、好ましくは最大でも約２５０ｇ／ｃｕ−ｆｔまで、より好ましくは最大でも約
１２５ｇ／ｃｕ−ｆｔまで、最も好ましくは最大でも約５０ｇ／ｃｕ−ｆｔまでである。
他の例示的な触媒には、直接に結合した金属触媒（例えば、貴金属、アルカリ金属、ア
ルカリ金属の卑金属（alkali metal base metals）、及び、これらの組合せなど）が含ま
れる。貴金属触媒の例には、白金、ロジウム、パラジウム、ルテニウム、レニウム、金、
銀及びそれらの合金が含まれる。卑金属触媒、アルカリ金属触媒、アルカリ金属（alkali
ne metal）触媒の例には、銅、クロム、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、マンガン、バナ
ジウム、チタン、スカンジウム、ナトリウム、リチウム、カルシウム、カリウム、セシウ
ム及びこれらの組合せが含まれる。金属触媒は、好ましくは金属の形態であり、しかし、
無機化合物又はガラス（例えば、ケイ酸塩、酸化物、窒化物及び炭化物など）として、或
いは、ハニカムの多孔性隔壁のセラミック結晶粒の内部における欠陥構造として存在する
ことができる。金属は、いずれかの好適な技術によって、例えば、当分野において公知の
技術などによって適用することができる。例えば、金属触媒を化学気相蒸着によって適用
することができる。
第２の例示的な触媒が、多孔性セラミックのセラミック結晶粒の格子構造に組み込まれ
る触媒である。例えば、元素が、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｍｇ、Ｃａ、上記段落において記載
される金属元素、又は、これらの組合せであり得る。これらの元素は、いずれかの好適な
様式で、例えば、当分野において公知の様式などで組み込むことができる。
第３の例示的な触媒が、金属酸化物組成物を含むペロブスカイト型触媒、例えば、Ｇｏ
ｌｄｅｎによって米国特許第５，９３９，３５４号に記載されるペロブスカイト型触媒な
どである。他の例示的な触媒には、米国特許第４，８２８，８０７号（これは参照により
本明細書に組み込まれる）において第４欄２５行〜５９行に記載される触媒が含まれる。
触媒成分の１つ又はそれ以上を堆積させるための他の例示的な方法が、米国特許第４，
５１５，７５８号、同第４，７４０，３６０号、同第５，０１３，７０５号、同第５，０
６３，１９２号、同第５，１３０，１０９号、同第５，２５４，５１９号、同第５，９９
３，７６２号、並びに、米国特許出願公開第２００２／００４４８９７号、同第２００２
／０１９７１９１号及び同第２００３／０１２４０３７号、並びに、国際特許出願公開第
９７／００１１９号、同第９９／１２６４２号、同第００／６２９２３号、同第０１／０
２０８３号及び同第０３／０１１４３７号、並びに、英国特許第１，１１９，１８０号に
記載される。
多孔性セラミックを、例えば、コロイドと接触させた後、多孔性の本体は、典型的には
いずれかの好適な方法によって、例えば、液体媒体を、いずれかの好適なガス（例えば、
乾燥空気、窒素、或いは、溶液又はスラリーを乾燥させるために有用ないずれかの他のガ
スなど）において、周囲温度で、又は、（例えば、４００℃程度にまで）軽く加熱して乾
燥させることなどによって乾燥させられる。乾燥後、典型的には、触媒は、例えば、触媒
を壁内に形成するように、接着するために、及び／又は所望される触媒化学を実現するた
めに（例えば、炭酸塩を酸化物に分解するために）、さらに加熱される。一般に、この加
熱温度は少なくとも約４００℃から約１６００℃までである。典型的には、この温度は少
なくとも約５００℃から約１０００℃までである。加熱は、いずれかの好適な雰囲気（例
えば、任意の所定の触媒について当分野において公知の雰囲気など）であり得る。
異なる触媒帯域を、いずれかの好適な方法によって、例えば、当分野において公知の方
法などによって、例えば、ハニカムの一方の端のみを堆積させられる触媒のスラリー又は
溶液に浸けることなどによって作製することができる。異なる触媒溶液又は触媒スラリー
における一方又は両方の端での浸漬の組合せ、或いは、ハニカム全体を触媒溶液又は触媒
スラリーに沈め、その後、別の触媒溶液／スラリーを一方又は両方の端に浸けることの組
合せ、或いは、いかなる数のこれらの組合せを、触媒化されたフィルターを作製するため
に使用することができる。触媒被覆物に対するバリアとして作用する除去可能な被覆物も
また用いることができる（例えば、ワックスなど）。
本発明の方法を行う際には、本発明のフィルターは、当分野では従来的であるように、
また、記載されるように、排気がフィルターを通り抜けるようにさせる金属缶を使用する
排気系に設置することができる。ディーゼルエンジンがその後、排気がフィルターを通り
抜けるように動かされ、その場合、フィルターにより、放出されたすすの少なくとも一部
が捕獲される。一般に、フィルターに捕獲されるすすの体積割合は、放出されたすすの少
なくとも約９０％である。
すすが燃焼するとき、フィルターは一層さらに熱くなり、熱吸収材が、熱吸収材を有し
ない同様なフィルター、又は、より大きい熱質量を単に有するだけのフィルター（単に熱
キャパシタンスからの熱吸収）と比較して、燃焼期間中にフィルターにおいて達成される
最高温度を低下させる相変化を受ける。最高温度が一般には、少なくとも２％低下するが
、増加するパーセントでは、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、
１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、
２３％、２４％、２５％、３０％、３５％、４０％低下する場合があり、しかし、一般に
は、約７５％を超えて低下しない。
実施例
１０×１０セル×３インチ（”）（全体の寸法：３／４インチ×３／４インチ×３イン
チ）の長針状ムライトのディーゼル微粒子フィルターを米国特許出願公開第２００６／０
１９７２６５と同様な様式で作製し、しかし、１３本のＡｌワイヤ（１ｍｍの直径）を一
列おきでの流出口流路の１つおきに設置することによって改変した。Ａｌワイヤのパター
ンは、それぞれの流入口流路が、アルミニウム（Ａｌ）ワイヤを含有する流路に隣接する
１つの壁を有するようにされる。加えられたアルミニウムの重量は１．９６８６ｇであっ
た。Ａｌ含有流路をＲｅｓｂｏｎｄ９１９（Ｃｏｔｒｏｎｉｃｓ Ｃｏｒｐ．、Ｂｒｏｏ
ｋｌｙｎ、ＮＹ）セラミックセメントで塞ぎ、従って、Ａｌ含有流路はもはや流出口流路
ではなかった。ＤＰＦには、その後、不完全燃焼に由来する０．１４６ｇのディーゼルす
す（約５．５ｇ／Ｌ）が負荷された。
すす負荷サンプルのそれぞれを、Ｎ２（１５標準立方フィート／時間、「ｓｃｆｈ」）
を流しながら６２０℃〜６３０℃に加熱した。温度が安定したとき、ガスをＮ２から、再
び１５ｓｃｆｈでの空気に切り換えて、制御されないすすの燃焼を開始させた。モノリス
（monolith）の流出口端及び中心部における温度をモニターした。最高温度及び温度プロ
フィルが図１に示される。
比較例：
アルミニウムワイヤが存在しなかったこと、及び、実施例においてアルミニウムワイヤ
によって占められたそのような流路が流出口流路であったことを除いて、実施例の場合と
同じ様式及び同じサイズで作製された針状ムライトフィルターを使用した。すすの量及び
すすの燃焼もまた、実施例の場合と同じであった。最高温度及び温度プロフィルが図２に
示される。
図１及び図２から、実施例の方が著しく低い最高温度を有したこと、及び、温度プロフ
ィルが実質的に広がっていることが明らかであり、このことは、実施例の方がはるかに穏
やかな熱事象であるので望ましい。加えて、温度プロフィルが広がることは、より多くの
燃料の典型的な挿入を伴うことなく、さらなるすすを制御された様式で燃焼させることに
おいて有用であり得る（すなわち、相変化材が元に戻るとき、相変化材は熱エネルギーを
放出し、その熱エネルギーが、さらなるすすに点火するために使用され得る）。
以下の請求項、それらが互いに明示的に従属しない場合があるとしても、本発明では、
いずれか１つ又はそれ以上の請求項と組み合わされるいずれか１つの請求項の１つ又はそ
れ以上の実施形態の任意の組合せが意図される。

Claims (20)

  1. セラミック本体の流入口端から流出口端まで延びる、隣接した流入口流路及び流出口流
    路によってつながれる流入口端及び流出口端を有する多孔性のセラミックハニカム本体を
    有し、前記流入口流路および前記流出口流路が、前記流入口流路と前記流出口流路との間
    にある複数の組み合わせられた薄い気体ろ過性の多孔性隔壁により、及びセラミック栓に
    より規定され、前記流入口流路が前記セラミック本体の前記流出口端において流入口セラ
    ミック栓を有し、かつ前記流出流路が前記セラミック本体の前記流入口端において流出口
    セラミック栓を有するため、前記流入口端に入った流体は前記流出口端から出るために隔
    壁を通らなければならず、前記セラミックハニカム本体が、熱エネルギーを吸収する可逆
    的な相変化を受ける熱吸収材を有するセラミックハニカムフィルター。
  2. 前記ハニカムが針状セラミックから構成される、請求項１に記載のセラミックハニカム
    フィルター。
  3. 前記針状セラミックが針状ムライトである、請求項２に記載のセラミックハニカムフィ
    ルター。
  4. 前記可逆的相変化が、固体から液体に融解することである、請求項１に記載のセラミッ
    クハニカムフィルター。
  5. 前記熱吸収材が金属である、請求項１から４のいずれか一項に記載のセラミックハニカ
    ムフィルター。
  6. 前記金属が、アルミニウム、スズ、銅、前記のいずれか１つの合金、又は、前記の混合
    物である、請求項５に記載のセラミックハニカムフィルター。
  7. 前記熱吸収材が外殻に包まれる、請求項１から６のいずれか一項に記載のセラミックハ
    ニカムフィルター。
  8. 前記外殻が、前記熱吸収材が前記可逆的相変化を受ける温度よりも少なくとも２００℃
    高い融解温度を有するセラミック又は金属である、請求項７に記載のセラミックハニカム
    フィルター。
  9. 前記熱吸収材が金属であり、前記外殻が前記金属の酸化物である、請求項８に記載のセ
    ラミックハニカムフィルター。
  10. 前記金属が、アルミニウム、銅、スズ、前記のいずれか１つの合金、又は、前記のいず
    れかの混合物である、請求項９に記載のセラミックハニカムフィルター。
  11. 前記金属がアルミニウム又はその合金である、請求項１０に記載のセラミックハニカム
    フィルター。
  12. 前記熱吸収材の前記相変化が、少なくとも約４５０℃から最高でも約１０００℃までの
    相変化温度において生じる、請求項１に記載のセラミックハニカムフィルター。
  13. 前記相変化温度が少なくとも約５００℃である、請求項１２に記載のセラミックハニカ
    ムフィルター。
  14. 前記相変化温度が最高でも約８００℃である、請求項１４に記載のセラミックハニカム
    フィルター。
  15. ｉ）熱エネルギーを吸収する相変化を受ける熱吸収材を有するセラミックハニカムフィ
    ルターを提供し、
    ｉｉ）ディーゼル排気を、前記排気中のすすが前記フィルターによって捕獲されるよう
    に前記セラミックハニカムフィルターに通し、さらに
    ｉｉｉ）前記セラミックハニカムフィルターを、前記ディーゼルすすが燃焼するように
    十分に加熱する（ただし、前記熱吸収材が、前記すすの燃焼から生じる熱の一部を吸収す
    る相変化を受ける）こと
    を含む、ディーゼルすすをろ過する方法。
  16. 前記熱吸収材が金属である、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記熱吸収材が、前記熱吸収材が可逆的相変化を受ける温度よりも少なくとも２００℃
    高い融解温度を有する外殻に包まれる金属である、請求項１６に記載の方法。
  18. 前記金属がアルミニウム又はその合金である、請求項１６に記載の方法。
  19. 前記熱吸収材が外殻に包まれる、請求項１５又は１６に記載の方法。
  20. 前記外殻が、前記熱吸収材が可逆的相変化を受ける温度よりも少なくとも２００℃高い
    融解温度を有するセラミック又は金属である、請求項１９に記載の方法。
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