JPH034725B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 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イルタ装置に関するも
のであり、更に詳しくはフイ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
去するフイルタ装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えば公害対策として自動車エンジン、
特にデイーゼル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、フイルタを用いることが提案されて
いるが、長期の使用で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欠点があつ
た。

この欠点を解消するものとして第１図に示すよ
うに排気管１内のフイルタ２の排ガス流入方向Ｆ
に燃焼用バーナ３を配置し、一定時間毎にバーナ
３の燃料に、グロープラグ等の着火用ヒータ４を
用いて着火させ、フイルタ２を加熱したり、第２
図、第３図に示すようにフイルタ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
付設し、コネクター６ａを介して外部よりの通電
によりフイルタ５を加熱して、可燃性微粒子を焼
却し、目詰まりを防ぐ方法がとられていた。

［発明が解決しようとする問題点］ 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となるばかりか、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
にも熱的悪影響を生ずるものであつた。又、着火
用シーズヒーターで直接加熱する場合は、上記バ
ーナの問題点に加えて、可燃性微粒子に消費され
る熱量よりも、フイルタの外部へ漏出する熱量が
多いのでヒータの使用電力が大きくなり、自動車
に積載しているバツテリの消耗が激しく実用的で
なかつた。

この問題点を解決するものとして、発熱体を小
径とし、フイルタの排ガス流入側端面中央部に密
着させたり、あるいは端面に近いフイルタ内部に
埋設することも考えられる。しかし、このように
してもカーボンはフイルタの前面及び内部の全体
にほぼ均一に付着するので、カーボンを燃焼する
と、燃焼熱は直接排気管に及び、排気管への影響
は無視できないものとなる。

そこで本発明者は、以上述べた従来技術の欠点
に鑑み、鋭意研究の結果、フイルタによるカーボ
ンの付着をフイルタの中心部分に偏在させること
により、従来の排気系あるいは排気還流系に対す
る熱的悪影響を極力少なくし、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
とが出来ることを見い出し、本発明を完成した。

［発明の構成］ 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イルタ装置
において、フイルタの排ガス流入側の端面が、フ
イルタの内部方向でかつフイルタの中心軸方向に
向かつて収束するテーパ面を形成し、該端面の最
奥部にフイルタ径より小径のガス透過性通電発熱
板状体がフイルタ外周面に接することなく付設さ
れていることを特徴とする可燃性微粒子除去用フ
イルタ装置にある。

［実施例］ 次に図面に基づき本発明の実施例を説明する。

第４図及び第５図は本発明の一実施例の正面図
及びその−断面図を示す。ここで１１は本実
施例の可燃性微粒子除去用フイルタ装置、１２は
フイルタ、１３ａ，１３ｂはリード線、１４はガ
ス透過性通電発熱板状体を示す。フイルタ１２の
排ガス流入側の端面１６はフイルタ１２の内部方
向でかつフイルタ１２の中心軸方向に向つて収束
するテーパ面、本例では円錐状の面を形成し、該
面の最奥部には上記発熱板状体１４が嵌入されて
おり、溝部１７内には上記発熱板状体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、フイルタ１２は第６図
の正面図及び第７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、２１は入口通路
群であり、その流入口２１ａが壁体１８の外表面
である端面１６に市松模様に開口している。この
端面１６の反対の端面２３、即ち、壁体１９の外
表面にも同様に出口通路群２２の流出口２２ａが
開口し、フイルタ１２はその筒状周面２０ととも
に全体で第９図の斜視図に示される如くの円筒体
を形成している。ただし、第９図は流入口２１ａ
は省略してある。

上記入口通路群２１は、ガスが流入する流入口
２１ａの反対側の通路端部において壁体１９が兼
ねる閉鎖壁２１ｂにて閉鎖され、その側面は多孔
質セラミツク濾過壁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、ガスが流出する流出口２２
ａの反対側の通路端部において壁体１８が兼ねる
閉鎖壁２２ｂにて閉鎖され、その側面は上記の入
口通路２１と同様に多孔質セラミツク濾過壁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。

そして入口通路群２１の各通路と出口通路群２
２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
側面が入口通路と出口通路との間の共有濾過壁に
なり、全体の配置は第８図の横断面図に示される
ように四角柱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
口２１ａあるいは流出口２２ａと閉鎖壁２２ｂあ
るいは２１ｂとが市松模様をなしている。

壁２５もフイルタ全体を含み込む形で、筒状側
面２０を形成している。

フイルタ１２の両端面１６，２３を形成してい
る壁体１８，１９の内、排ガス流入側の壁体１８
はその内部が円錐台形、いわゆる、すり鉢状に形
成され、その内底面に前記収納凹部１５及び該収
納凹部１５の底面と同一面で溝部１７が設けられ
ているので、もう一方の壁体１９に比して厚く形
成されている。

次にガス透過性通電発熱板状体１４の第１例は
第１０図の正面図、第１１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
化珪素等の非電導性セラミツクの円板状焼結体、
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
に埋設された高融点金属の通電発熱線である。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
２８を有する２枚の円板状セラミツクで挾んでホ
ツトプレス成形するか、あるいは円板状セラミツ
クの１枚に金属を線状にプリント印刷し、もう１
枚の円板状セラミツクで挾んで焼結することによ
り、セラミツクの円板状焼結体２７内部に形成さ
れる。又、上記焼結前の円板状セラミツクには予
めリード線取り出し部として該セラミツクと熱膨
脹係数がほぼ同じである高融点金属板例えばタン
グステン、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
点金属のプリントあるいは線状体の両端を各々小
片３０ａ，３０ｂに電気的に接続する。このもの
に、更に１枚のセラミツクを重ね焼結すれば板状
体１４が形成される。電源と接続するためのリー
ド線１３ａ，１３ｂは板状体１４の裏面に露出し
ている上記小片３０ａ，３０ｂにニツケルロウ等
の高融点ロウ材にてロウ付することにより接続さ
れる。

このように形成されたガス透過性通電発熱板状
体１４は、フイルタ１２の収納凹部１５に嵌合
し、セラミツクペースト等で接着することにより
フイルタ１２と一体化し、本実施例の可燃性微粒
子除去用フイルタ装置１１が構成される。

尚、ガス透過性通電発熱板状体１４は、フイル
タ１２より小径とされており、ガス透過性通電発
熱板状体１４が配置されている収納凹部１５はフ
イルタ１２の中央にあるので、ガス透過性通電発
熱板状体１４はフイルタ１２の外周面に接してい
ない。

このフイルタ装置１１が自動車の排気管に適用
された場合、まず端面１６方向から流入した排ガ
スは、端面１６が上述したようなテーパ面を形成
しているため、その流れはフイルタ１２に入る前
にテーパ面の最奥部、即ち、発熱板状体１４に向
う傾向を生ずる。次に端面１６に開口している各
流入口２１ａあるいは流入口２１ａ及び発熱板状
体１４の透過孔２８から入口通路群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の孔の中を通り抜け、隣接する出
口通路群２２に浸出する。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を通つて各流出口２２ａから流出する。この
ような状態が継続するとテーパ状端面１６、濾過
壁２４の入口通路２１側の表面あるいは濾過壁２
４内部にカーボン等の可燃性微粒子が堆積する。
特に、その堆積の分布は、テーパ状端面１６によ
る排ガス流への上述した影響により、フイルタ１
２の中心軸近傍に偏在する傾向を示す。特にテー
パ状端面１６では、最奥部にある発熱板状体１４
付近に偏在する傾向を示す。端面１６の周縁部に
も可燃性微粒子は堆積するが、テーパ状端面１６
に沿つて排ガスが流れる傾向があり、堆積物が載
つているテーパ状端面１６は発熱板状体１４方向
に傾斜しているので、その堆積物には発熱板状体
１４方向に移動しようとする力が排ガスの風圧に
より掛かる。従つてテーパ状端面１６上の微粒子
は堆積時及び堆積後も発熱板状体１４近傍に移
動・集合しようとする。

こうして、長期にわたり、堆積が著しくなると
排ガスが濾過壁２４を透過しにくくなる。従つ
て、このままではフイルタ装置１１における圧力
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ないほど大きくなる
前に、フイルタ装置１１の発熱板状体１４に接続
しているリード線１３ａ，１３ｂ間に電流を流す
と、発熱板状体１４が高温となり、発熱板状体１
４近傍に多く堆積している可燃性微粒子が容易に
発火温度以上に加熱され、最初に燃焼する。次い
でフイルタ１２の内部に燃焼が及ぶ。こうして可
燃性微粒子が燃焼して消滅するとフイルタ１２の
機能が回復するので、圧力損失を未然に防止する
ことが可能となる。

この間、排ガスは、発熱板状体１４の透過孔２
８を通過する間に高温に熱せられ、次いでフイル
タ１２中を通過して行く際に受けた熱量を放出す
る。発熱板状体１４は端面１６の最奥部に位置す
るので、フイルタ１２全体、特に中心軸近傍を加
熱でき、上流側で着火された可燃性微粒子のフイ
ルタ１２内での継続燃焼を助ける。

上述のごとく、端面１６は円錐形のテーパ状を
なすため、可燃性微粒子は、フイルタ１２の中心
軸部分に堆積する傾向を示す。そして、発熱板状
体１４がフイルタ１２の中心軸部分に埋没した状
態で存在するため、発熱板状体１４による発熱
が、フイルタ１２の中心軸付近に多く堆積してい
る可燃性微粒子に有効に作用し、フイルタ全体に
均一に可燃性微粒子が堆積した場合よりも早期に
着火可能で、かつ継続燃焼可能である。また、中
心軸部分に偏つた加熱及び燃焼であるため、排気
管等の外部に対する熱による悪影響も少ない。
又、着火用シーズヒーター方式と比べて消費電力
が1/2〜1/3と省エネルギー型であり、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
ヒーターに使用する発熱材は一般にFe−Cr、Ni
−Cr又はNi線で、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１２図のよう
になされる。ここでは可燃性微粒子除去用フイル
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
面に設けられた発熱板状体３３の取り出し部３３
ａより導出しているリード線３６ａはフイルタ３
２の端面の溝部３１ａ内を通り、更に溝部３１ａ
の端から絶縁収納筒３７の貫通孔を通り、次いで
リード線３６ａは排気管３８を貫通して設けられ
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３３ｂより導出しているリー
ド線３６ｂはフイルタ３２端面の溝部３１ｂ内を
通つた後、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溝内を通つてフイルタ装置
３１後方の絶縁収納筒３７の鍔部３７ｂの貫通孔
を抜けて、フイルタ装置３１後方に導出してい
る。次いで、リード線３６ｂは排気管３８を貫通
して設けられている碍子３９ｂを介して排気管３
８の外部へ導出して、スイツチ４０の一方の端子
に接続されている。スイツチ４０のもう一方の端
子は電源バツテリＥのプラス側に接続され、更
に、電源バツテリＥのマイナス側は接地されてい
る。プラス側のリード線３６ｂがフイルタ装置３
１後方に導出しているのは、前方にて生じやすい
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、上流方向Ｆよりフイ
ルタ装置３１に流入してきた場合、まず排ガスは
前述したごとく、入口通路３４へ流入し、次いで
点線矢印のごとく濾過壁３２ａを透過し出口通路
３５側へ浸出し、フイルタ３２の後方出口から排
出される。この状態を繰り返すと、前述したごと
くのテーパ状端面の作用により、排ガス中の可燃
性微粒子が、フイルタ３２の中心軸近傍に偏在し
て捕捉されることになる。ある程度堆積した時点
でスイツチ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、近傍に存在している可燃性微粒子を燃焼さ
せ、更に発熱板状体３３を透過する排ガスを加熱
することによつて、その排ガス下流にあるフイル
タ３２、特にその中心軸近傍が加熱され、そこに
偏在して堆積しているカーボン等の可燃性微粒子
が発火燃焼し消滅する。こうようにして、可燃性
微粒子が早期にほとんどがフイルタ３２の中心軸
近傍で燃焼されて取り除かれる。このことによ
り、フイルタ装置３１が使用状態のままでも排気
管３８に悪影響を与えずに、燃焼再生でき、圧力
損失を小さく維持し、かつ高濾過性を示すことが
可能となる。また燃焼前も可燃性微粒子は周辺部
には中心軸部より少ないため、中心軸部で燃焼可
能なほど堆積しても周辺部では十分に濾過能力が
あり、万一、燃焼処理がなされずに放置されてい
ても圧力損失が低く抑えられる。

発熱板状体３３への通電は、例えばエンジンの
稼動時に一定時間間隔で行つてもよいし、エンジ
ンの圧力損失を各種センサより演算し、一定値以
上になつた場合行うという方法でもよい。

本発明で用いられるフイルタは実施例に用いら
れたようなハニカム型のもの以外に、例えば海綿
状多孔質構造、あるいはフエルト状構造や織布状
構造といつた多数の綿状素材の集合構造体等のフ
イルタが使用可能である。

又、発熱板状体としては実施例に用いられたよ
うなガス透過性の非電導性セラミツクにヒータを
埋設した第１例以外に、第１３図の正面図、第１
４図の右側面図に示した第２例のように電導性セ
ラミツ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ツクの円
板であり、その両端には、メタライズ層４８ａ，
４８ｂが設けられ、該メタライズ層４８ａ，４８
ｂには各々ロウ付４９ａ，４９ｂにてリード線５
０ａ，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たあるいは真
直ぐな棒状導電性セラミツクが両端間にかけ渡さ
れた形状を程している。この発熱板状体４５が適
用されたフイルタ装置は両リード線５０ａ，５０
ｂ間に通電することにより棒状導電性セラミツク
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。上記発熱板状体４５はメタ
ライズ層４８ａ，４８ｂ側の面５１あるいはその
裏面５２のどちらをフイルタ側としてもよいが、
面５２をフイルタ側とした方が収納凹部底面が平
面であつた場合、フイルタとの密着が完全であ
り、熱伝導性がよくなるので、フイルタ中心軸近
傍の加熱効率上好ましい。このことは第１例の発
熱板状体１４でも同じことで、取り出し部がない
方の面をフイルタ側とした方が同様な理由で好ま
しい。

［発明の効果］ 以上詳述した如く、本発明の可燃性微粒子除去
用フイルタ装置は、端面がフイルタの内部方向で
かつフイルタの中心軸方向に向かつて収束するテ
ーパ面を形成し、ガス透過性通電発熱板状体がそ
のテーパ状端面の最奥部に付設されていることに
より、排気管あるいは還流管の構造を特別なもの
にする必要がなく、その発熱量のほとんどがフイ
ルタの端面からフイルタ内部に移動する。特に通
電による発熱がフイルタ内奥でなされ、しかも可
燃性微粒子も中心軸側に集中しているため燃焼に
よる発熱もフイルタ中心軸側でなされるので、着
火が容易であるとともに継続燃焼も容易であり、
かつ排気管あるいは還流管又はその周辺部に与え
る熱的悪影響が極めて小さい。しかも可燃性微粒
子がフイルタ中心軸近傍に集中偏在しているた
め、少ないエネルギーで堆積した可燃性微粒子を
燃焼消滅させ、フイ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ことができる。

【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図は着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−断面
図、第６図はフイルタ部分の正面図、第７図はそ
の右側面図、第８図はその−断面図、第９図
はその斜視図、第１０図はガス透過性通電発熱板
状体の第１例の正面図、第１１図はその右側面
図、第１２図は本発明の可燃性微粒子除去用フイ
ルタ装置を自動車排気管に適用した場合の説明
図、第１３図はガス透過性通電発熱板状体の第２
例の正面図、第１４図はその右側面図を示す。 １１……可燃性微粒子除去用フイルタ装置、１
２，３２……フイルタ、１３ａ，１３ｂ，３６
ａ，３６ｂ，５０ａ，５０ｂ……リード線、１
４，３３，４５……ガス透過性通電発熱板状体、
１５……収納凹部、１６……排ガス流入側のテー
パ状端面、２１，３４……入口通路群、２２，３
５……出口通路群、２４，３２ａ……濾過壁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排ガス中の可燃性微粒子を除去及び焼却する
   フイルタ装置において、フイルタの排ガス流入側
   の端面が、フイルタの内部方向でかつフイルタの
   中心軸方向に向かつて収束するテーパ面を形成
   し、該端面の最奥部にフイルタ径より小径のガス
   透過性通電発熱板状体がフイルタ外周面に接する
   ことなく付設されていることを特徴とする可燃性
   微粒子除去用フイルタ装置。 ２ フイルタが、排ガス入口側から出口側へ延び
   る複数の通路を形成する壁構造体をなすと共に該
   通路は、出口側が出口閉鎖壁で閉鎖された入口通
   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、任意の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
   子を捕捉する濾過壁をなすハニカム型フイルタで
   ある特許請求の範囲第１項記載の可燃性微粒子除
   去用フイルタ装置。 ３ ガス透過性通電発熱板状体が、非電導性セラ
   ミツ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項又は第２項に記
   載の可燃性微粒子除去用フイルタ装置。 ４ ガス透過性通電発熱板状体が、電導性セラミ
   ツ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項又は第２項に記載の可燃性微粒子除
   去用フイルタ装置。