JPS58174216A - 可燃性微粒子除去用フイルタ - 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】 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
るためのフィルタ装置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、＾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、例えば公害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
たは排気還流系に、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層を組み合わ
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故電により
加熱したり、又、フィルタをカーボンＩＩＩ緒とし、そ
のカーボン繊緒に通電することにより加熱して、ｈ−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ｉＩｍ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よ
る断線の恐れもあった。この他、排ガスの冷却作用によ
り袢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、燃料噴射および高圧放電方
法は格別に複雑な装置を必要とし、エネルギーを大量に
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、通電発熱性壁体の
組み合わせにより貫通した通路群を形成するハニカム状
構造体の該通路内に濾過作用を有するスケルトン型濾過
体が充填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
又は海綿状をなし排ガス中の微粒子の濾過機能を♀する
多孔性材を言う。

次に本発明の可燃性微粒子除去用フィルタの実施例を図
に纏づいて説明してゆく。

第１図は本発明フィルタの第１実施例の断面図、第２図
はその側面図、第３図はその部分破断斜視図を表わす。

１は可燃性微粒子除去用フィルタ、２は通電発熱性壁体
、３はスケルトン型濾過体、４及び５は電極を表わす。

ここにおいて壁体２は充分緻密で通常は′：とんと気密
性であり、通路６を４方向から囲むように組み合わされ
て形成し、全体として四角柱状の通路６は第２図の如く
規則正しく積み重なるような形に構成されて、ハニカム
状構造体をなしている。壁体２の材質は通電発熱性であ
り、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。

濾過体３は通路６に５ｒｌＩＪなく満たされた形で形成
されており、その構成成分は壁体２と同一のもの等発熱
導電性のセラミック材料が使用できるが、その他にアル
ミナ、チタン酸アルミニウム、ムライト、コージライト
等の非導電性酸化物等も主成分又は添加物として使用可
能である。

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温度で
行うことができるので有利である。

電極４．５は壁体２からなるハニカム状構造体の内、通
路６の出口及び入口が開口しているフィルタ１の両端部
に形成されている。両電極４．５は濾過体３の端面には
設けられていないので、第２図の如く格子状を呈してい
る。その材質は白金、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。

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１造される。

先ず、ハニカム構造体を製造するには、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
状が三角形、四角形、六角形等の多角形及び円形、楕円
形等の所定の形状を構成するように多数のスリットから
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
轡、該長尺物を必要な長さに切断することにより生のハ
ニカム状構造体を得ることができる。

又、ハニカム状構造体の通路６の形状は四角柱、六角柱
、三角柱等の各種の形態を選択することが可能である。

次に濾過体３をハニカム状構造体の通路６の中に形成す
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ペーストを
上記ハニカム状構造体の通路６に充填した後、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通路６内に注入し、その結果
生じるイソシアネートの発泡反応により通路６内に生の
セラミック発泡体が形成された後、乾燥後加熱焼成する
ことによりなしてもよい。この他、既に通路６と同形状
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
させたものを通路６に挿入し、乾燥後加熱焼成すること
により、通路６内に濾過体３を形成することもできる。

この場合、フオームの孔口の太き京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り
、Ｔ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。

電極４．５をハニカム状構造体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または焼
結した状態のハニカム状構造体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、または別途に、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、円筒状、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。

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１図における
左側Ｆ方向から、濾過すべき気体が入ってくると、気体
は通路６内の多孔質の濾過体に浸入する。その結果、気
体中の微粒子が濾過体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４．５
に通電されることにより、ハニカム状構造体の壁体２に
主として電気が流れ、壁体２が安定に発熱し、次いでそ
の熱は濾過体３に伝導して、付着物を発火点以上に畔温
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却処
理をする必要がなく、長時間の使用でも目詰まりを生ず
ることがないのである。又、電極の位冒は前記の如くの
ハニカム状構造体の、気体流動方向の端部ばかりでなく
、例えば、第４図に示す如く、気体流動方向と平行であ
るフィルタの周壁７の互いに相対する面に各々電極９．
１０を設けて、その間に通電し、壁体２を発熱させても
よい。

上記のフィルタの形状としては、壁体の厚さ０゜２１１
〜１１１１通路の１２ｍ−〜５−１横２−−〜５ｍｍの
ものが一般的である。

次に第２実施例として第５図及び第６図に、自助型エン
ジンの排気管あるいは排ガス還流管に適用した本発明に
従う円筒形フィルタの例を示す。

第５図は部分断面図、第６図は側面図である。

ここにおいて、１１は第２実施例の可燃性微粒子除去用
フィルタ、１２は通電発熱性壁体、１３はスケルトン型
濾過体、１４及び１５は電極を表わす。電極１４．１５
には各々導線１６．１７がろう付は部分１８．１９にて
接合され、碍子２０．２１を介して、絶縁的に外筒２２
の外部へ導かれている。そして導線１６は、電極Ｅの一
方の極へスイッチ２３を介して接続され、電源Ｅとスイ
ッチ２３の間で車体に接地されている。一方、導線１７
は電ＨＩＥの他方の極へ接続されている。この構成にお
いて、フィルタ１１と導線１６．１７、スイッチ２３及
び電１１Ｅとを接続すると加熱回路を構成する。

又、フィルタ１１はセラミックの絶縁筒２４内に納めら
れて、外筒２２に絶縁及び密着状態に挿入され、外１１
２２の鍔部２２ｂと結合している接合管２５の鍔部２５
ａと絶縁環２６との闇に配設されたバネ材２７の押圧力
により、フィルタ１１は絶縁環２６を介して、絶縁１１
２４の係止部２４ａに付勢され、更に絶縁筒２４が外筒
２２の内部に付設された係止突条２２ａ方向に付勢され
ることにより、支持されている。

外筒２２は排気管又は排ガス還流管の一部分であっても
よいし、本発明の可燃性微粒子除去用フィルタの外筒と
して独立に成形し、排気管又は排ガス還流管に組み込ん
でもよい、排気管に本＠＠が付設された場合は、排ガス
の上流側Ｆはエキゾーストマニホールド側、下流側Ｂは
排気口側である。一方、排ガス還流管に本装置が付設さ
れた場合に排ガスの上流側Ｆはエキゾーストマニホール
ド側、下流側Ｂはインテークマニホールド側である。

以上の構成において、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をそのまま通
過して、点線で示すように上流方向Ｆより、フィルタ１
１に至り濾過体１３に流入し、ここで排ガス中に含まれ
□ているカーボン微粒子が濾過体１３中の孔の８麟でそ
のほとんどが捕捉される。その後、排ガスはフィルタ１
１外へ排出され、下流の排気口の方向８へ向かう。つま
り、排ガス中のカーボン微粒子はフィルタ１１の濾過体
１３中に分散して残留することとなる。

このとき、スイッチ２３をオンしておくことにより、フ
ィルタ１１の両端の電極１４．１５６１に通電されて、
通電発熱性であるフィルタ１１の壁体１２が発熱する。

その結果、壁体１２の熱が濾過体１３に伝導し、カーボ
ン微粒子が発火燃焼消滅することにより、濾過体１３が
目詰まりすることがないのである。

以上詳述した如く本発明は、可燃性微粒子除去用フィル
タにおいて、通電発熱性壁体の組み合わせにより貫通し
た通路群を形成するハニカム状構造体の該通路内に濾過
作用を有するスケルトン型濾過体が充填されていること
により、フィルタ全体の強度がハニカム状構造体部分に
よって高くなり、ハウジング時のフィルタ破壊による歩
留低下が防止でき、各種使用部位に適合するように−エ
することが容易と雇る。しかもハニカム状構造体で発熱
させるため、そのハニカム状構造体の壁体厚みを、例え
ば押出成形特適宜選択することにより、発熱■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−加熱性能等の品質維持が容易であり、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よ＜
＊ｍすることができる。

更に、本発明のフィルタは発熱部の表面積が体積の割に
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
ジライト等の資価な材料も使用することができるという
利点を有する。この他、本発明のフィルタは、ハニカム
状構造体が、上記の如くフィルタ自体の補強と安定発熱
の両効果に寄与し、しかも濾過体と完全に一体化してい
ることにより、コンパクトな形状でしかも可燃性微粒子
除去用フィルタとして必要な性能である微粒子の捕捉及
び焼却の両効果を持たせることができる。

次に、本発明フィルタの製造方法について、実施例を上
げて説明する。

製造実施例−１ β−８ｉＣ（平均粒径０．３μ）　　１００部（ｌＩ量
部、以下同じ） Ｂａ０　　　　　　　　　　　０．２５部フェノール樹
Ｉｆ　　　　　　　　　　　　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
間混合した後乾燥、粉砕し、炭化珪素を主成分とする調
合物を得た。

次に、上記調合物　　　　　　　　　１００部ポリウレ
タン樹脂　　　　　　　　　　７部ジメチルホルムアミ
ド（ＤＭＦ＞　　　２０部以上の成分を混練機にて十分
混練した後、押出成形にて生のハニカム状構造体を得た
。別に、β−８ｉＣ（平均粒径０．３μ）　１００部８
４０　　　　　　　　　　　０．２５部フェノール樹脂
　　　　　　　　　　　６部軟質ウレタンフオーム原液
（ポリエステル＠）１００部 以上の成分を混練機にて十分混練したものに、軟質ウレ
タンフオーム原液（イソシアネート液）３０部を加え、
５秒閤混合撹拌し、予め前記の生のハニカム状構造体を
挿入しである型の中に注入して発泡反応をさせた。１２
０秒俵、型より取り出してハニカム状構造体と一体とな
った発泡体を得た。これを真空中で８００’Ｃで１時間
保持し、ポリウレタン樹脂その他の有機物をとばした。

更に、この構造体をアルゴン気流中にて１９５０’Ｃで
１時間焼結し、−次焼成を行い、次いで１気圧の窒素ガ
ス中にて１９５０’Ｃで３時間二次饋成を行い可燃性微
粒子除去用フィルタを得た。このフィルタのハニカム状
構造体部分は、横２２−の四角柱状通路が、縦横に整然
と配列され、通路内部には孔口の径０．８ｍ−の濾過材
が入口から出口まで一様に満たされていた。

上記のフィルタの通路出入口側の両端部に、５ｉｃ１０
〜９０Ｉｔ量％と残部Ｆｅ、Ｎｌ、Ｃｏの少なくとも２
種以上との混合物からなる組成物の粉末を含むペースト
を塗布し、非酸化雰囲気下で１１００〜１ａｏｏ’ｃで
焼成することにより電極を設け、以下に述べる如くカー
ボン微粒子の通電発熱焼却実験を行った。

上記電極を設けたフィルタの両電極間に２４Ｖの電圧を
印加したところ、カーボン微粒子が付着する前の状態で
０．２５０であった。これをディーゼルエンジンの排気
マフうに取り付けたところ、５０％以上のカーボン微粒
子が濾過された。約１時−で飽和状態に達したので、２
４Ｖを両電極間に印加したところ、約３０秒で６００’
Ｃに到達し、カーボンのｍｓは通電開始から約２分で終
了し、カーボン微粒子は完全に消滅し、フィルタの濾過
機能は元どおりになった。

ｌ１ｆＩ実論例−２ コージライト　　　　　　　　　１００８１１軟質ウレ
タンフオーム原液（ポリエステル液）１００部 以、Ｆの成分を混練機ｉて十分混練したものに、軟質ウ
レタンフオーム原液３０部を加え、５秒問混合撹拌し、
別に顎造、実施例−１と同じ方法で成形した生のハニカ
ム状構造体を予めＡｒガス中においｒ１９５０℃、６０
分１ｍｍ成し次いｒｌ気圧（Ｆ）Ｎｚガス中１９５０℃
３時間二次焼成したものを型の中へ挿入し、そこへ次に
、上記混合撹拌物を注入して発泡反応をさせた。１２０
秒後型より取り出してハニカム状構造体と一体となった
発泡体を得た。これを大気中５００℃、６時間にてポリ
ウレタン樹脂その他の有−物をとばした、更に、Ｎ２ガ
ス中１３５０℃、１時間焼成し、可燃性微粒子除去用フ
ィルタを得た。このフィルタは濾過体の孔口の径が０．
７ｍｇ１である以外は製造実施例−１と同じ形状であっ
た。

上記のフィルタに製造実施例−１と同じ方法で電極を設
け、以下に述べる如くカーボン微粒子の通電発熱焼却実
験を行った。

上記電極を設けたフィルタの両電極間に２４Ｖの・電圧
を印加したところ０．３５０であった。又、カーボン微
粒子の除去効果は製造実施例−１と同じであったが、２
４ｖの電圧印加で６００℃まで到達するのに７秒を要し
、カーボンがｍ焼して完全に消滅するまで約３０秒であ
った。

製造実施例−３ ポリカルボシラン　　　　　　　　１００部β−８ｉＣ
（平均粒！０．３μ）　　３５部ＤＭＦ　　　　　　　
　　　　　　　　　通最以上の成分を混練機にて十分混
練した後、製造実施例−１と同じ方法で得られたハニカ
ム状構造体を予めＡ「ガス中で１９５０℃、６０分間−
次焼成し１気圧のＮ２ガス中で１９５０℃３時間二次焼
成したものに、その混合物を圧入し、その後、大気中８
０℃で十分乾燥させた。

上記の乾燥したものを真空中で１２５０℃１時ｔｍ焼成
した。このときポリカルボシランが分解してＳｉＣに化
学反応することにより、スケルトン構造のフィルタが得
られた。このフィルタの濾過体の孔口の径は５〜５０μ
であった。

上記のフィルタに製造実施例−１と同じ方法で電極を設
け、以下に述べる如くカーボン微粒子の通電発熱焼却実
験を行った。

上記フィルタの両電極間に２４Ｖの電圧を印加したとこ
ろ０．２５０であった。カーボン微粒子の除去効果は、
ディーゼルエンジンの排気マフラに取り付けたところ、
７０％以上のカーボン微粒子が濾過された。約１時間で
飽和状態に達したので、２４Ｖを両電極間に印加したと
ころ、３０秒で６００℃に達し、カーボンの燃焼は通電
開始から約２分で終了し、カーボン微粒子は完全に消滅
し、フィルタの濾過機能は元どおりになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の直方体形フィルタの断面
図、第２図はその正面図、第３図はその一部破断斜視図
、第４８は電極の位−を替えた実施例を示す斜視図、第
５図は自動車エンジンの排気管あるいは排ガス還流管に
適用した本発明の第２実施例の円筒形フィルタ断面図、
第６図はその側面図を表わす。 １．８．１１・・・可燃性微粒子除去用フィルタ２．１
２・・・通電発熱性壁体 ３．１３・・・スケルトン型濾過体 ４．５．９．１０．１４、・１５・・・電極６・・・通
路 代理人　弁理士　足立　勉 第１図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　通電発熱性壁体の組み合わせにより貢通した通路群
   を形成するハニカム状構造体の該通路内に濾過作用を有
   するスケルトン型濾過体が充填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。 ２　ハニカム状構造体が炭化珪素を主成分とするセラミ
   ックからなり、スケルトン型濾過体が炭化珪素、アルミ
   ナ、チタン鹸アルミニウム、ムライトあるいはコージラ
   イトから選ばれた１種又は２種以上を主成分とするセラ
   ミックからな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。 ３　スケルトン型濾過体が燃焼用触媒を担持するもので
   ある特許請求の範囲第１項記載の可燃性微粒子除去用フ
   ィルタ。