JPS5881421A - セラミツクハニカムフイルタ - 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】 本発明は自動車のエンジンからの排気ガス、工場からの
排出ガスなどに含まれているカーボン粒子、未燃焼ミス
ト、粉塵等を捕集し、燃焼せしめるようにしたセラミフ
タハニカムフィルタに関するものである。

従来から気体中のカーボン粒子、粉塵等をＪｌｌ集する
目的で、多孔買上ラミックを所定の７ＩｌｉｊＩ状に成
形したものをフィルタとして使用することが試みられた
ことがあるが、濾過作用をする部分が小さいこと、圧力
損失が大きいこと、機械的強度が小さいこと、目詰りし
た場合に再び開孔させて濾過作用を回復させることがで
きないことなど、多くの欠点があるため、自動車のエン
ジンからの排気ガス、工場からの排出ガス中のカーボン
粒子、未燃焼きストなどを補集するフィルタとして広く
利用されるに至っていない、特に排気ガス中のカーボン
粒子、未燃＠ｉミストを捕集し、フィルタの細孔が目詰
りしたような一合には圧力損失が大となり、エンジンな
どでは出力の大巾低下や燃費の悪化を招くことになる。

そのため、これら目詰を解消するため、カーボン粒子、
未燃焼ミスト等を再燃焼させることが考えられる。その
手段とし′ｃ酸化触緘を配備したり、バーナーを併設す
るなどがある。ところが、触媒を用いて再燃焼させる場
合には、ナルフェイトリン酸塩等が生成され、しかも気
体反応の場合と異なり、カーボン粒子は面体であるため
燃焼開始温度が高く、燃焼し難く、またバーナーを前置
する方式のものでは、フィルタの外部から加熱するため
、熱勾配によるヒートショックやカーボンの燃焼熱浴融
などによって、フィルタを破線する恐れが大きいことや
バーナーに燃料を供給したり、点火する装置も必要で、
しかも加熱閂なコントロールする場合には機構が壷雑二
こな）たり、困難さを伴うなど多くの欠点がある。

本発明は上述の如き事情Ｃ鑑み、多孔質セラミックのす
ぐれた濾過特性と、蚊多孔質セラミックの表面に形成せ
しめた金属抵抗膜からの発熱によって捕集したカーボン
粒子等を燃焼せしめ除去することによって目詰りを解消
し、フィルタ特性を再度回復せしめるようにしたもので
ある。

本発明によるセラミックフィルタはシ孔質セラｉツクよ
り成るハニカム構造体で構成される。この多孔質セラミ
ックの材料としては、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、コージ
ライト（２Ｍｇ０−２ＡＩ２０３・！１ｓｉ０２）Ａ　
５　（）　（３Ａ１２０３．２８１０！　）　ｉｓ　ｋ
　化’ｄＸ　（８１ｃ）　−窒化珪素（８ｉ３Ｎ４　）
なとて構成するが、その製法としては、各原料粉末にわ
ずかな他の元素粉末や有ａｉｍ剤及び結合剤を共に混練
した後、所定の金型を用い押出成＠１ｃよりハニカム状
に成し、酸化性雰囲気中あるいはアルゴン雰囲気、真空
雰囲気などの非酸化性雰囲気のもとて各々セラミックに
適合した温度で焼結されるが、本発明を構成するハニカ
ム構造体は微細孔な有する多孔質のセラミック体である
必要性から、焼結編成よりも若干低いＵ度で焼成するこ
とによって多孔質セラミックより成るハニカム構造体を
製作する。また、他の方法としては前記原料中に有機質
粉末な予じめ適量混合しておくことによって該有機質粉
末が焼成時に焼失してしまうことを利用して多孔質セラ
ばツクより成るハニカム構造体を製作してもよい。

このように得られたハニカム構造体を、例、ｔｔｆ第１
図のエンジンＥからの排気管路途中における排気ガス浄
化装置Ｃを構成するフィルタとして使用する多孔質セラ
ミックより成るハニカム構造体（以下、単に−Ｉ・ニカ
ムと略称する）Ｈは、第２図にて一方の端面な示すよう
に該ハニカムＨの有スる通孔Ｊ／）Ｍ口を一つおきに閉
塞する如く、複数−〇打抜孔Ｋをあけた閉轟板Ｐか、同
じく第２図−）のように打抜孔Ｋが数多く並び列毎に開
口、閉塞せしめるような閉烏板ｐ＋をｓ３図にて示すよ
うにハニカムＨの両端ｓｃ、各々ロウ付けしたり、ある
いは図示しない゛機構によって圧接保持しである。

この場合、所定の位置に打抜孔Ｋをあけた閉塞＆　Ｐ　
（ＰＩは、ハニカムＨの一方の端面部で通孔Ｊが開口し
、Ｉ！Ｉｊ−の通孔Ｊが他方の端面部では閉朧した状態
にある如（取付けられる。

このような閉塞板Ｐ、Ｐ・は、ハニカムＨで通孔Ｊを形
成する隔壁Ｆの表面に、以下に述べる金属抵抗膜８に通
電する電極としても用いるため、高耐熱性を有するニッ
ケル（Ｎｉ）、ニクロム（Ｎｉ−Ｃｒ）等の金属板を用
い、該金属板に打抜孔Ｋを穿設するが、打抜孔にの形状
としては、ハニカム１ｌｌｃ設けた通孔の形状に合せた
大月形、四角形、三周形などの打抜孔Ｋをあけておけば
よい。

またＲは金属抵抗膜で、ハニカＡＨを成す多孔質セラミ
ック体の表面に一被矯され、通電されることにより発熱
するようＣ設けたものである。この　５− 金属抵抗１ｉＫＲはニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｏｒ）
、二クロＡ（Ｎｉ−Ｃｒ）などが適しており、かかる電
気絶縁体の多孔質セラζツク表面に被着する方法として
はスパッタリング法、蒸着法、無電解メッキ法などがあ
るが、ハニカムＨの奥まった細い通孔Ｊの隔ＩＩＦの表
面にも均等に金属抵抗＃ＩＲを形成するためには無電解
メッキ法によるのが最良である。たとえばこのニッケル
無電解メッキ法によれば、多孔買上うｉツタ体より成る
ハニカムＨを塩化第二錫（８ｎＣｌ　＊　）Ｊａ塩化バ
ラシ？＊（ＰｄＣ１りＳ液で活性化処理した後、ホク醗
系又はリン酸系のメッキ液中に浸せばメッキ液中で次の
化学反応にもとづぎ金属抵抗＠ｎとするニッケル膜が生
成被着される。

（Ｈ＊ＰＯｚ）−＋　１２０　　→Ｈ（ＨＰＯａ）−＋
　ｚＨＮｉ２”　　＋　　２Ｈ−＋Ｎｉ　＋　ｔＨ”被
着する金属抵抗＠Ｂｆ’）膜厚はニッケル、クロムなど
金属・の有する固有抵抗や電極間の長さ、印加電圧、発
熱させる場合の必要上昇温度等によりて異なるため、ａ
抗値、すなわち膜厚を適宜設定−〇− する必要がある。また、場合によっては温度処垣な必要
とする時もある。なお、金属抵抗膜８はハニカムＨを成
す多孔質セラミックの格子部表−区被着され、微細孔の
平均孔径な若干縮小する結果にはなるものの微細孔を目
詰りさせるものではない。

以上のようにハニカムＨが有する数多くの通孔Ｊはｒ方
の端部で開口しているものは他ＩＩ＆！部で−されてお
り、そのためｃ隣接した通孔Ｊｃおいては、交互に開口
、閉塞している端部が異なるように構成しであることか
ら、図中矢印で気体の流れセ を示す如（、一方の端部の打抜孔かも入った気体は隣接
した通孔から各通孔Ｊを形成している隔壁Ｆの微細孔を
通過して他方の端部が開口状態にある通孔Ｊｃ流入し打
抜孔Ｋを経て流出する。このように一方が開口した通孔
Ｊより、隔壁Ｆの微細孔を通過する４Ｃ＃Ｌ、、気体中
に含まれているカー１１’、ｉ＋＋ ダン粒子、未燃焼ばストなどが傭獲され、流通気。

体を濾過し、浄化する。

このような濾過作用を継続すると隔壁Ｆｃはカーポジ粒
子や未燥焼電ストが次第Ｃ堆積して、濾過作用に支障な
ｔたすようになり、圧力損失が増大する。

このような場合、導電体より成り電極板として冶−をも
果す閉塞板ｐ、ｐ’ｃ各々接続した導−ＬＸ。

Ｌ２が第１ｇ区示したようにスイッチ８を介して１１１
区接続されており、該スイッチ８３閉路することにより
ハエカムＥの通孔Ｊを構成する隔ＩＩＦの表面に被着し
てあ・る金属抵抗膜Ｒｃ通電され。

該金１Ｉ４Ｉｋ抗Ｗ４翼の斃熱でもって隔壁Ｆは高温度
に加熱される。このため、隔壁Ｆが結果し、該隔壁ＦＣ
堆積したカーボン粒子や未燃焼ミスト等は高Ｉｉｃよっ
て運動され排出されてしまいハニカム■の有する濾過作
用能力は再度回復する。このようニ濾過されたカーメジ
粒子等の堆積によって濾過能力が低下した場合でもスイ
ッチ８を閉路とすることによって多孔質セラミックより
成るハニカムＨで構成したアイ＞ｐは容易に濾過能力を
回復させることがで参る。な―、スイット８０代りに圧
力損失が所定以上になると自動的に閉路する圧力し％ｍ
−機能を回復させるようにしてもよい。

次にフィルタとして用いるハニカムｎ’ｓ威する多孔質
セラミックの気孔率、金槁抵抗展を被着した倣゛細孔の
平均孔径と、カーボン粒子などを補集する濾過率、圧力
損失の関係を、ジーゼルエンジンの排気ガス浄化に適用
した場合の固定結果を第１表に示す、なお、ジーゼルエ
ンジンの回転数′　は２ｏｏｏ　ｒｐ町７負荷であり、
フィルタとしてのハニカム構造体の外径１４４ｍ、長さ
ｌ５０５ｍで濾過有効向槍は約２．．２ｔｌｌｖものを
使用した。

−〇− −この測定結果から明らかなようにフィルタを構成する
ハニカムを−成す孟多孔買上うｔツタの気孔率としては
少くとも１０〜’Ｉｓ％　　の範囲内にあることが必要
で、この気孔率が１０％以下であると一力損失、すなわ
ち流通抵抗がきわめて大きくなり、フィルタとしての実
用性が低下することが判る１反面、気孔率がｉｏ１以上
になると圧力損は微細孔の平均孔径もそれに伴なって大
きくなる傾向にあることから、ジーゼルエンジンの排気
ガス中【含まれる黴細なカーボン粒子、未燃焼ミスト等
を捕集する濾過率が半分以下となり、良好な区なるにも
かかわらず圧力損失が極めて大きなものとなることから
、実用、的なアイ々りとして使用できない。

次に、第１１１ａＣ挙げたナンプルＥで気孔率４７−平
均孔価ｘｓＰ、圧力損失・？　ｍＨＨの−１にカ１Ｃは
多孔質セラ電フタの全表両区厚さ０．４μのニッケル１
０− 金属抵抗膜が被着されてノ・二カムの諸元が外径１４４
■、長さ１ｓＯ■で導線Ｌ１％Ｌ３間の抵抗値がａｌｌ
、Ｑを有するフィルタを゛ジーゼルエンジンの排気ガス
浄化に使用し、初期の圧力損失６１鱈場がカーボン粒子
等の捕集により約７０−に上昇した際、上記導線ｔ、ｔ
、ｔ、ｚより１２Ｖで約雪ＳＯムの電流を流したところ
、・・二カム構造体中の温度はは鐘ＳａＯ℃に達した。

この状態を６秒間保持し、濾過作用を為すハニカム通孔
の隔壁に堆積したカーボン粒子や未燃焼ｉストを焼失せ
しめる。この結果、フィルタとしての微細孔の目詰はほ
ば解消され％当初の圧力損に近い６６　ｗｉｋｌｇ　Ｃ
回復させることができた。

かかるカーボン粒子、ミストの堆積とそれらを一失せし
めるという回復作動を数次にわたって（り返したが圧力
＾６６あるいは６３鱈Ｈｇ程度ｃｉ１復させることが可
能であった。

ところで、ハニカム構造体の通孔形状及び咳通：１・ｉ
　　”１ 孔を形成し、濾過作用を行う多孔質セラミックより成る
隔壁の厚さ轡が濾過率、圧力損に太い区閤係するが、上
記実験に用いたものは通孔の形状がｔ４ａｍ　Ｘ　１．
−の方形状で、隔壁の厚さがＯｌ−である。

この場合隔壁の厚さが大きなものであるに従いＩ・二カ
ム柳遺体の機械的強度及び濾過率は大１（なるが、とり
わけ圧力損失が大き′（なるため、必要な濾過率、強度
等を備えたフィルタ特性をもた甘るには所定の厚さで、
かつ通孔の大館さ、つまり１インチ当りの通孔数等を適
当に設定する必要があり、またハニカム構造体の金属抵
抗膜に通電して必要な温度にまで発熱させるためには被
着させる金属抵抗膜の抵抗値や印加する電源電圧、加熱
時間等な適轟区予しめ設定しておく必要がある。

なお１本発明実施例として第３図Ｃおいて打抜孔Ｋをあ
けた閉塞ｇ　ｐ　ｆ雪を通電用の電極として併用する場
合を示したが、これ紀隈らず第４図に示したようＣＩ’
　＝カムＨの両端部において各通孔を互い違いに七うｉ
ｙ夕材麗で封止した／にカ為端ｔｈｉＣ金属な連射、−
付、メタライズ等の手段でも１１１ って電極Ｗを形成り、通電用の導線Ｌｔ、Ｌｌを取付け
たものであってもよい。

以上のように本発＠７・イルタは多孔質セラミックより
成るハニカム構造体に金属抵抗膜を被着しく、かつ大き
な濾過率で捕獲することができ、捕獲した粒子、ミスト
などが堆積し、フィルタ特性が低下した場合でも、ハニ
カム構造体の金属抵抗ｌＩｃ通電して加熱すること区よ
ってそれら粒子。

電ストを燃焼、焼失させ得ることによって再度嵐好なる
フィルタ特性をもったセラミックフィルタとしてくり返
し再生回復させ、使用することができる。しかも高ＩＩ
Ｃ耐え得る七うきツＩで構成されているため、エンジン
や燃焼装置等からの高温排出ガスを効率的に、かつ永続
的に浄化することが可能である。

なお、上記Ｃおいては気体を濾過する場合のみを記述し
たが、液体の濾過にも適用し得るものであることは当然
である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明フィルタをエンジンの排気ガス浄化シス
テムに適用した例を示す概略Ｉ！ｌ１％第３図１ｓ− ０）（ロ）は各々本発明実施例のフィルタＯ一端面を示
す図、第３図、第４図は各々第３図Ｃお汁るＹ−Ｙｌｉ
Ｋ−おける一部断面図を示す図である。 Ｅ８エンジン　　　　Ｂ！電源 Ｌｌ、Ｌ２　ｓ導線　　　Ｈ！ノ１ニカム構造体Ｆ；隔
壁　　　　　　１８通孔 Ｒ１金属抵抗展 出願人　　京都セラ電ツク株式会社 代表書稲盛和夫 １４−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 多孔質セラミックでハニカム構造体を形成し。 該ハニカム構造体の有する各通孔の内壁面及び側表［Ｃ
   金礪抵抗換を被着し、かつ各通孔を互い違いに一方端部
   な開口状態とし、他端部では閉塞状態とするとともにこ
   れら端ｌｌ１Ｃ電慟を設け、金属抵抗１ｉｌＩｃ通電し
   、加熱するようにしたことをＩＦ＃黴とする七う・ｉツ
   クハニカムフィルタ。