JPH0153082B2 - - 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自体に通電して
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。

［従来技術及びその問題点］ 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
のとしてフイルタの微粒子捕捉部位にニクロム線
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放電によ
り加熱したり、又、フイルタをカーボン繊維と
し、そのカーボン繊維に通電することにより加熱
して、カー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、フイルタへ
の取り付けも手間のかかるものであり、発熱金属
層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
効率が悪く、取り付けも手間がかかるものであ
り、排ガスにより昇温がうまくゆかない場合はエ
ンジンを止めてから、フイルタにたまつたカーボ
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、エネルギを大量に消費し、
燃料による火災上の問題、放電によるフイルタの
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。

一方、同様な用途にセラミツクのハニカム構造
フイルタが知られており、このものは一般にフイ
ルタに比べ、目を細かくしても圧力損失が少なく
てすみ、しかもコンパクトであるので自動車の排
ガス中のカーボン除去用に好適なものであるが目
詰りを生じた場合、濾過面が広範囲にわたるので
フイルタを使用部位より取りはずして全体を加熱
処理し、カーボン微粒子を燃焼消滅させなくては
ならなかつた。更に、目詰まり防止の方法として
は、ステンレスウール、アルミナペレツト等のフ
イルタの目の細かさを段階的に変化させ、カーボ
ン微粒子を分散させて捕捉し（特開昭57−
190626）、更に燃料噴射によりカーボン微粒子を
加熱燃焼させる方法も提案されているが、カーボ
ン微粒子捕捉が不十分であり又、排ガスは低酸素
状態であるので温度上昇にも限界があり速やかな
焼却ができないのと、装置が複雑になる欠点を有
していた。

以上の問題を解決するものとして上記のハニカ
ム構造のセラミツクフイルタ自体を自己通電発熱
体とすることも考慮されており、その効率的な発
熱性、カーボン微粒子捕捉性を有することによ
り、特に自動車排ガス用フイルタとして有望視さ
れているものである。

しかし、その場合、フイルタ全体が導電性を有
するので、そのまま排気管あるいは、排気還流管
中へ付設することは付設部位の材質が一般に鋼鉄
等の導電体であるところから、そのままでは漏電
を引き起こし、何らかの絶縁処理若しくは絶縁体
を介して付設する必要があり、そのため濾過作用
とは本質的に関係のない加工、組み立て工程ある
いは部品数が必要であつた。

また、中実の柱状のフイルタでは、加熱した場
合、全体がほぼ均一の発熱をするのであるが、そ
の中心部分の熱は逃げ道がないので中心部と周辺
部とでは昇温速度が異なり、熱膨張の差が大きく
なり、フイルタにクラツクが入る恐れがあつた。

［発明の構成］ そこで本発明者らは、鋭意研究の結果、外周面
が接地電位電極、内周面がもう一方の電極である
導電性セラミツクの筒状多孔体をフイルタとして
使用することにより、フイルタ自体に特に絶縁処
理をしたり、絶縁体を組み合わせなくとも、通電
時に漏電を防ぐことができるとともに、温度勾配
が減少して熱膨張差が少なくなり、クラツクを生
じにくくなることを見い出し、本発明を完成した
のである。

即ち本発明の要旨とするところは、排ガスの濾
過作用を有する導電性セラミツク多孔体を、内部
に中心穴を有する筒形状に形成し、その外周面に
通電加熱用の一方の電極を、内周面に他方の電極
を設けるこにより、該筒形状多孔体の外周面でケ
ースに支持され、外周面電極を接地電位側として
排ガスを濾過可能とするとともに、両電極間の通
電により導電性セラミツク多孔体を発熱させて導
電性セラミツク多孔体中に捕捉された可燃性粒子
を焼却可能としたことを特徴とする排ガス用フイ
ルタ装置にある。

［実施例］ 次に、図を参照しつつ説明する。

第１図は自動車排ガス用フイルタ装置に適用し
た本発明の第１実施例を示す。

ここにおいて、１は中空円筒体状の多孔質導電
性セラミツクフイルタを表し、孔目の径の大きさ
が0.1〜１mmのものが使用される。

フイルタ１の外周面の全面または部分的に金属
質電極がメタライズ層３として形成され、内周面
の全面または部分的に金属質電極がメタライズ層
４として形成されている。即ち、円筒状のメタラ
イズ層３，４がフイルタ１を介して同軸に配置さ
れていることになる。

上記メタライズ層３，４には各々導線１３，１
４が溶接その他の方法で接続され、各々碍子１
６，１７を介して絶縁状態に外部へ導かれて、該
導線１３はスイツチ１５を介して電源Ｅに接続さ
れており、他の導線１４は電源Ｅの他の極へ直接
接続されている。ここで導線１３側で接地がなさ
れ、メタライズ層３の電極側が接地電位となつて
いる。

上記構成により、フイルタ１、メタライズ層
３，４、導線１３，１４、スイツチ１５及び電源
Ｅ全体で通電加熱回路を形成している。

上記フイルタ１の円形の端面の一方には、同径
の非多孔質絶縁性セラミツク円形板５が密着状態
に結合されている。一方、フイルタ１の他端面に
も同径の非多孔質絶縁性セラミツク円形板７が密
着状態に結合されているが、該円形板７はその中
心に円形穴及び該穴に適合された円筒管７ａが設
けられ、フイルタの中心穴６とほぼ同形の流出口
７ｂを形成している。

９はフイルタを収納するための排気管、排気還
流管等のケースであり、その排ガス上流側に端面
壁１９を有し、その端面壁には流入口９ａが、端
面壁１９の周縁に適当な個数穿設され、端面壁１
９の中心部にも端面壁１９と同心円状に穴部９ｃ
が穿設されている。ただし、穴部９ｃは軽量化の
ために設けられたものであり、穿設しなくてもよ
い。

上記流入口９ａと穴部９ｃとの間の端面壁１９
に直角に、その内周が上記フイルタ１の上流側端
部に適合するような環状突条１２ｂが設けられ、
該環状突条１２ｂとその内側の端面壁１９とでフ
イルタ１の上流側端部に結合している円形板５を
密着状態に支持し、機密状態を保つている。

ケース９の上流端面全体は短円筒形の接続蓋体
８により、各々の周縁鍔部２０，２１が互いに結
合して、気密状態に覆われている。そして該蓋体
８の一部に排ガス導入口８ａを有する管体８ｃが
付設され、該管体８ｃは、イグゾーストマニホー
ルドに接続されている。

一方、ケース９の下流端面全体は、漏斗状接続
蓋体１０により、各々の周縁の鍔部２２，２３が
互いに結合して、気密状態に覆われている。そし
て該漏斗状蓋体１０は、その排ガス流入口の内周
面に突出している係止突条１１ａ及びその内周面
が上記フイルタ１の下流側の端面及び外周面端部
に適合するような環状突条１１ｂが設けられてお
り、蓋体１０をケース９に取り付けた際、上記係
止突条１１ａ及び環状突条１１ｂがフイルタ１の
下流側端部を密着状態に支持し、気密状態を保持
する。蓋体１０の下流側には小径の排出口１０ｄ
を有し、図示しない排気管に接続されている。

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、イグゾーストマニホー
ルドをそのまま通過して、点線でしめすように上
流方向Ｆより接続蓋体８の導入口８ａに流入す
る。更に、蓋体８中で分流して、ケース９の端面
壁１９に開口している流入口９ａから、ケース９
の内部へ流入する。次いで、排ガスはケース９内
部に露出している円筒形のフイルタ１の外周面よ
りメタライズ層３を通過してその多孔質の内部へ
浸入する。ここにおいて、カーボン微粒子が捕捉
され、排ガスは、もう一方のメタライズ層４を通
過して中心穴６へ流出する。この時点でカーボン
微粒子はフイルタ１全体に分散した捕捉されてお
り、排ガス中にはほとんど認められない。

次に排ガスは中心穴６から非多孔質絶縁性セラ
ミツク円形板７の流出口７ｂよりケース９内部か
ら漏斗状蓋体１０へ流出し、次いで該蓋体１０の
排出口１０ｄより排気管へ排出する。

このとき、加熱回路のスイツチ１５がオンして
いて、金属質電極であるメタライズ層３，４間に
通電が行われていると、フイルタ１中に分散して
捕捉されているカーボン微粒子がフイルタ１自体
の発熱により、速やかに燃焼消滅する。

外周面の電極（メタライズ層）３は、ケース９
とは通電状態にあるが、電極３は接地電位側であ
るので漏電・シヨートはない。一方、内周面の電
極（メタライズ層）４はケース９から最も離れた
位置にあるので漏電・シヨートは十分に防止でき
る。更にフイルタ１の中心部分は中心穴６が存在
し、中空である。従つて熱の蓄積がなく、熱膨張
差によるクラツクの恐れもない。

次に第２図は本発明の第２実施例を示す。

ここにおいて、３１は中空円筒体状の多孔質導
電性セラミツクフイルタを示し、孔目の径は第１
実施例と同様なものが使用され、フイルタ３１は
その両端面の形状は中抜き円形平面をなす。

上記フイルタ３１の外周面及び内周面に各々金
属質電極としてのメタライズ層３３，３４が設け
られ、内周面のメタライズ層３４に密着し、フイ
ルタ３１の中心穴３５の上流側を閉鎖するための
非多孔質耐熱性の閉鎖管４７が中心穴３５に挿入
されている。

上記フイルタ３１はその外周面が排気管、排気
還流管等のケース３８内周面に密着するように、
ケース３８の中に納められ、外筒３８の内部に突
出した係止突起３８ａにより排ガス上流側で係止
され、更にケース３８と漏斗状接続管３９が各々
の鍔部３８ｂ，３９ａにて結合し、漏斗状接続管
３９の他の鍔部３９ｄにて上記フイルタ装置はそ
の排ガス下流側で係止されて、その位置を保持し
ている。

又、フイルタ装置の内周面のメタライズ層３４
の一端４５に導線４１が溶接等により接続され、
一方、フイルタ３１の外周面のメタライズ層３３
が直接接触して通電状態にあるケース３８の一部
４４に導線４０が溶接等により接続されている。

導線４１は漏斗状接続管３９に設けられた碍子
４３を介して外部へ導出され、スイツチ４２を介
して電源Ｅに接続され、一方、導線４０は電源Ｅ
の反対の極に接続され、導線４０側で接地されて
いる。

上記のフイルタ３１、ケース３８、導線４０，
４１、スイツチ４２及び電源Ｅ全体で通電加熱回
路を形成している。

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、イグゾーストマニホー
ルドをそのまま通過して、ケース３８に至り、点
線で示す如く排ガス上流方向Ｆより、フイルタ３
１へ浸入する。このとき、フイルタ３１の中心穴
３５へは閉鎖管４７がふさいでいるので、排ガス
がそのまま排気管側Ｂへ素通りすることはない。

排ガスがフイルタ３１の孔へ浸入すると、排ガ
ス中のカーボン微粒子がフイルタ３１の全体に分
散して捕捉され、次いでカーボン微粒子を含まな
い排ガスはフイルタ３１の下流側より浸出し、漏
斗状接続管３９を通過して、下流側Ｂ方向の図示
しない排気管より排出される。

このとき、加熱回路のスイツチ４２がオンして
いて金属質電極であるメタライズ層３３，３４間
に通電が行われていると、フイルタ３１中に分散
して捕捉されているカーボン微粒子がフイルタ３
１自体の発熱により、速やかに燃焼消滅する。

本実施例は第１実施例と同様な効果に加えて、
外周面の電極（メタライズ層）３３がケース３８
と接触しているので、特別にケース３８に孔をあ
けなくとも接地電位側の電極として用いることが
できる。

上記第１及び第２実施例において、多孔質導電
性セラミツクフイルタとしては、連通孔が分布状
に有する海綿状構造体であるもの、フエルト状、
織布状成形体等の多数の綿状素体の集合構造体等
の導電性セラミツクフイルタ等を採用することが
できる。

上記の多孔質導電性セラミツクフイルタの製造
方法は組成を焼成時に多孔質となるように配合さ
れた生のセラミツクを焼成製造する以外に、例え
ば、次の如くなされる。炭化珪素あるいは二珪化
モリブデン等に主成分の他に、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
ンダー、水、エチルアルコール等の溶剤を加えて
混練して泥漿状調合物を作り、その中に所定の目
の細かさをもつ、目的とする所定形状のポリウレ
タン等のプラスチフオームを浸漬し、乾燥後大気
雰囲気あるいは窒素雰囲気下1600℃前後で焼成す
ることにより得られる。

金属質電極手段は導電性セラミツクフイルタの
両端面に、例えば、白金等の金属粉末ペーストあ
るいはニツケル、コバルト等と珪素との粉末ペー
スト混合物を焼き付けることにより形成される。
この場合、端面全体に形成しなくても、格子状、
縞状等に形成しても良い。

［発明の効果］ 以上の説明の如く本発明の排ガス用フイルタ装
置は、導電性セラミツクの筒形状多孔体フイルタ
の外周面に接地電位電極が設けられ、内周面には
もう一方の電極が設けられている。それ故、フイ
ルタを納めているケース自体が外周面電極の導線
の替わりになることからわかるように、外周面電
極からの漏電・シヨートは何ら問題とならず、一
方、内周面電極は、フイルタの構成部分ではケー
スより最も離れた状態にあることにより漏電・シ
ヨートが生ずる可能性が非常に少なくなる。以上
の特徴を有する本発明の排ガス用フイルタ装置の
使用により、フイルタ自体を絶縁するという手段
を考慮することなく、電気エネルギーを有効に利
用することができるのである。

更に、発熱する導電性セラミツク多孔体は、内
面の中心穴を有しているので、熱の蓄積がなく、
温度勾配が抑えられ、クラツクの発生が防止され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の排ガス用フイルタ装置の第１
実施例の断面図、第２図は本発明の第２実施例の
断面図である。 １，１３……円筒形状導電性セラミツク多孔
体、３，３３……外周面電極（接地側電極）、４，
３４……内周面電極、６，３５……中心穴、９，
３８……フイルタケース。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排ガスの濾過作用を有する導電性セラミツク
   多孔体を、内部に中心穴を有する筒形状に形成
   し、その外周面に通電加熱用の一方の電極を、内
   周面に他方の電極を設けることにより、該筒形状
   多孔体の外周面でケースに支持され、外周面電極
   を接地電位側として排ガスを濾過可能とするとと
   もに、両電極間の通電により導電性セラミツク多
   孔体を発熱させて導電性セラミツク多孔体中に捕
   捉された可燃性粒子を焼却可能としたことを特徴
   とする排ガス用フイルタ装置。 ２ 濾過される排ガスが導電性セラミツクの筒状
   多孔体の外周面から浸入し、内周面へ排出される
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の排
   ガス用フイルタ装置。 ３ 導電性セラミツクが二珪化モリブデンである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項あるいは
   第２項記載の排ガス用フイルタ装置。 ４ 導電性セラミツクが炭化珪素であることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項あるいは第２項記
   載の排ガス用フイルタ装置。