壁厚が変化する気体フィルタ構造

专利摘要:
本発明は、粒子状物質が負荷された気体を濾過するためのハニカム型の気体フィルタ構造であって、多孔質の濾過壁によって隔てられた互いに平行な軸の隣接する長手方向チャンネルの集まりを含み、チャンネルは気体フィルタ構造の一端又は他端で交互にブロックされて濾過される気体に対して入口側チャンネルと出口側チャンネルを規定し、気体を強制的に入口側チャンネル及び出口側チャンネルを隔てる多孔質の壁を通過させるようになっている気体フィルタ構造において、入口側チャンネル及び出口側チャンネルはフィルタ構造の全長にわたって一定の平均厚さdの少なくともひとつの壁を共有し、入口側チャンネル及び出口側チャンネルは気体フィルタ構造の全長にわたって一定の平均厚さeの少なくともひとつの壁を共有し、かつe/d比は厳密に１より大きいことを特徴とする。
公开号:JP2011513059A
申请号:JP2010550239
申请日:2009-03-10
公开日:2011-04-28
发明作者:チャプコフ，アタナス；バンサン，アドリアン；ラジャマニ，ビグネシュ；ルシュバリエ，ダビド；ロドリゲス，ファビアノ
申请人:サン−ゴバン サントル ドゥ ルシェルシェ エ デトゥードゥ ユーロペン；
IPC主号:B01D46-00

专利说明:

[0001] 本発明は、触媒成分を含むこともある濾過構造、例えばディーゼル内燃機関の排気ラインにおける濾過構造の分野に関する。]
背景技術

[0002] 気体の処理のため及び典型的にはディーゼル機関から生ずる煤煙粒子を除去するためのフィルタは従来技術において周知である。通常、これらの構造はすべてハニカム構造を有し、構造のひとつの面は処理される排気ガスの進入を許し、他の面が処理された排気ガスの排出を許す。構造は、進入面と排出面の間に、通常は正方形の断面を有する隣接するダクト又はチャンネルの集まりを含み、それらは互いに平行な軸を有し、多孔質の壁によって隔てられている。ダクトはその一端又は他端で閉じられ、進入面に開口する入口側チャンバと排出面に開口する出口側チャンバを規定する。これらのチャンネルは、排気ガスがこのハニカム体を通過する過程で入口側チャンネルの側壁を強制的に通過して出口側チャンネルで再び一緒になるような順序で交互に閉じられている。このようにして、粒子状物質又は煤煙粒子がフィルタボディの多孔質の壁にデポジットして蓄積する。]
[0003] 現在、多孔質セラミック材料から、例えばコージェライト又はアルミナ、特にチタン酸アルミニウム、ムライト、又は窒化シリコン又はシリコン/炭化シリコン混合物、又は炭化シリコン、から作られたフィルタが気体濾過に用いられている。]
[0004] 使用時には、粒子状物質フィルタは、濾過（煤煙の蓄積）と再生（煤煙の除去）という段階を繰り返す。濾過段階では、エンジンが放出する煤煙粒子がフィルタ内に保持されてデポジットする。再生段階では、煤煙粒子はフィルタ内で燃やされてその濾過性能を回復する。したがって多孔質の構造は、径方向、接線方向の強い熱機械的応力を受け、その結果小さなクラックが生じ、それが続くと装置の濾過性能の重大な劣化、さらには完全な不活性化につながる。この現象は特に大きな直径のモノリシック・フィルタで見られる。]
[0005] これらの問題を解決してフィルタの寿命を延ばすために、いくつかのハニカム・ブロック又はモノリスを組み合わせて構成されるフィルタ構造を提供することが最近提案されている。通常、モノリスは接着剤又はセラミック質のセメント、以下で接合セメントと呼ばれるものによってひとつに結合される。そのような濾過構造の例は、特に、特許文献１〜５に記載されている。そのような集合構造における応力の最適な緩和をはかるためには、構造のいろいろな部分（フィルタ・モノリス、コーティング・セメント、ジョイント・セメント）の熱膨張係数は、実質的に同じオーダーの大きさでなければならないということが知られている。したがって、上記の部分は同じ材料をベースにして、通常は炭化シリコンSiC又はコージェライトをベースにして合成されると有利である。この選択はまた、フィルタの再生のさいの一様な熱分布を保証する。]
[0006] 熱機械的強度及び圧力低下の点で最良の性能を得るために、軽車両用に現在入手できる典型的な集合フィルタは、正方形、長方形、又は六角形の断面を有する１０から２０個のモノリスを含み、その要素断面積は約13 cm2から約25 cm2 間での間にある。これらのモノリスは通常正方形断面の複数のチャンネルから成る。圧力低下と煤煙貯蔵に関する性能を低下させることなくフィルタの質量をさらに減らすために、ひとつの明らかな解決方法は、集合の中のモノリスの数を減らして、モノリスの個々のサイズを増大させることであろう。しかし、この増大は現在のところ、特にSiCフィルタではフィルタの熱機械強度を許容できないほど低下させることなしには不可能である。]
[0007] 大きな断面のフィルタ、特に“ローリー（lorry）”用途で現在用いられているものは、軽車両用のフィルタを構成するものと同様なサイズのモノリスを接合セメントで集合させて生成されている。ローリー・フィルタ・タイプのモノリスの数は、したがって非常に大きく、３０個又は８０個のモノリスを含むことさえある。このようなフィルタは全体の重量がきわめて大きくなり、圧力低下が大きすぎるものになる。]
[0008] したがって、一般に、現時点で現在のフィルタの全体的な濾過性能の向上と寿命の増大の両方が必要とされている。]
[0009] 詳しく言うと、フィルタの改善は次のような性質を比較することによって直接測定することができ、同等なエンジン・スピードでのこれらの性質の間で最良の妥協が本発明によって追求される。特に、本発明の主題は、以下の性質すべてを同時に有するフィルタ又はフィルタ・モノリスである。
動作時の、すなわち典型的には内燃機関の排気ラインにあるときに濾過構造で発生する小さい圧力低下、これは構造に煤煙粒子がないとき（初期圧力低下）及び粒子が構造に負荷されているときの両方を含む。
動作中のフィルタ圧力低下がリーズナブルに増加すること、すなわち、運転時間の関数として、詳しくはフィルタの煤煙負荷レベルの関数としての圧力低下の増加。
比濾過表面積が大きいこと。
最高再生温度、及び（モノリスにクラックを生ずる恐れがあるフィルタによってこうむる）熱勾配を小さくするために、十分な熱質量（thermal mass）を確保するのに適当なモノリス質量。
再生頻度を小さくするような、特に一定の圧力低下での煤煙貯蔵体積。
熱機械的強度を高くすること、すなわち、フィルタ寿命を延ばすこと。
高い残渣貯蔵体積。]
[0010] 上述した性質のあれこれを改善するために、フィルタ構造のチャンネルの形をいろいろな仕方で変えることが従来技術においてすでに提案されている。]
[0011] 例えば、前記フィルタの体積を一定にしたまま濾過表面積を増大させるために、特許文献６は入口側チャンネルと出口側チャンネルが異なる形と異なる内部体積を有するフィルタ・モノリスを提案した。この構造では、壁エレメントが断面で水平及び／又は垂直な列のチャンネルで正弦波の波形を規定するように続いてゆく。壁エレメントは典型的には正弦波の半周期がチャンネルの幅を超えるような波を形成する。このようなチャンネル形態は、低い圧力低下と高い煤煙貯蔵体積を得ることを可能にする。しかし、このタイプの構造は、高い煤煙負荷勾配を示し、したがってこのタイプのチャンネル形態で作られるフィルタは上であげたすべての必要条件を満たすものではない。]
[0012] 改良された濾過構造を得るために特許文献７に記載された別の方法では、入口側チャンネルは全体として八角形の断面を有し、出口側チャンネルの断面は正方形である。しかし、出願者が行った試験では、このような構造は熱機械強度と排気ラインにおいてこのようなフィルタで生ずる圧力低下との間の妥協であり、実質的に劣ったものになることが示された。]
[0013] 従来技術の形態のそれぞれは所望の性質の少なくともひとつを改善しているが、上で説明したように、上述の解決方法はいずれも所望の性質の組合せの間で受容できるような妥協案は実現できていない。一般に、従来技術の各形態では、フィルタの性質のひとつで得られる改善には同時に別の性質での低下が伴っており、最終的に得られる改善は、生ずる欠点を考慮すると一般に小さなものになる。]
先行技術

[0014] 欧州特許第０８１６０６５号明細書
欧州特許第１１４２６１９号明細書
欧州特許第１４４５９２３号明細書
国際公開第２００４／０９０２９４号パンフレット
国際公開第２００５／０６３４６２号パンフレット
国際公開第２００５／０１６４９１号パンフレット
欧州特許第１４９５７９１号明細書
国際公開第２００４／０６５０８８号パンフレット]
発明が解決しようとする課題

[0015] したがって、本発明の目的は、上述のように、圧力低下、質量、全濾過表面積、煤煙及び残渣貯蔵体積、及び熱機械強度の間での最良の妥協案になる濾過構造を提供することである。]
課題を解決するための手段

[0016] その最も一般的な形で、本発明は、粒子状物質が負荷された気体を濾過するためのハニカム型の気体フィルタ構造であって、互いに平行な軸を有し多孔質の濾過壁によって隔てられた隣接する長手方向チャンネルの集まりを含み、前記チャンネルは構造の一端又は他端で交互にブロックされて濾過される気体に対する入口側チャンネルと出口側チャンネルを規定し、入口側チャンネルと出口側チャンネルを隔てる多孔質の壁に前記気体を強制的に通過させるようになっている気体フィルタ構造において、
入口側チャンネルと出口側チャンネルは、その平均厚さdがフィルタ構造の全長にわたって一定である少なくともひとつの壁をそれらの間で共有し、
入口側チャンネルと出口側チャンネルは、その平均厚さeがフィルタ構造の全長にわたって一定である少なくともひとつの壁をそれらの間で共有し、
e/d比は厳密に１より大きい、ことを特徴とする。]
[0017] 好ましくは、気体フィルタ構造は、
各出口側チャンネルは少なくとも三つの実質的に同一な幅aの壁から形成されて実質的に正多角形の断面を有するチャンネルを形成し、
個々の出口側チャンネルはいくつかの入口側チャンネルとひとつの壁を共有し、個々の共有する壁は出口側チャンネルのひとつの側面を構成し、及び
少なくとも二つの入口側チャンネルは、幅がbで平均厚さがeであるひとつの壁を共有する。]
[0018] ある可能な実施形態では、入口側及び出口側チャンネルは六角形である。]
[0019] 別の実施形態では、入口側チャンネルは三角形であり、出口側チャンネルは六角形である。]
[0020] 第三の可能な実施形態では、入口側チャンネルは八角形であり、出口側チャンネルは正方形である。]
[0021] “三角形”、“正方形”、“六角形”及び“八角形”という用語は、本発明の文脈では、そのチャンネルが断面で、３，４，６及び８つの辺を有する多角形に内接させることができる全体的形状を有することを意味すると理解される。]
[0022] 好ましくは、厚さのe/d比は１より大きく10以下であり、好ましくは1.05以上4以下であり、さらに好ましくは1.1以上2以下、さらに好ましくは1.1以上1.5以下、である。]
[0023] ある可能な実施形態では、入口側及び出口側チャンネルを構成する壁は平面である。]
[0024] 別の実施形態では、入口側及び／又は出口側チャンネルを構成する壁は波形である、すなわち、それらは断面で、チャンネルの中心に対して少なくともひとつの凹形状又は少なくともひとつの凸形状を有する。]
[0025] 例えば、出口側チャンネルは、その出口側チャンネルの中心に対して凸である壁を有する。本発明から逸脱することなく、出口側チャンネルは、その出口側チャンネルの中心に対して凹である壁を有することができる。断面上で該凹又は凸な壁と前記壁の二端を結ぶ直線セグメントの間の最大距離は、普通、０より大きく0.5aより小さい。]
[0026] 好ましくは、厚さdは入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁の幅aの全体にわたって一定である、及び／又は厚さeは入口側チャンネルの間で共有する壁の幅bの全体にわたって一定である。]
[0027] これらの厚さd及び／又はeは、断面で厚さが変化してもよい、ただし、平均厚さdの平均厚さeに対する比は厳密に１より大きくなければならない。詳しく言うと、本発明の範囲から逸脱することなく、e/d比は、フィルタの体積の全体を通して常に１より大きいわけではないことはあり得る、ただし、前記のe/d比は、対応する壁の幅aとbにわたって積分されたとき全体として１より大きくなければならない。]
[0028] 有利な形として、本発明による構造の圧力低下をさらに小さくし、機械的強度及び熱機械的強度を高めるように、チャンネル、好ましくは出口側チャンネル、は、丸められたコーナーを有することができる。]
[0029] 本発明によるフィルタ構造では、チャンネルの密度は、典型的には１cm2あたり約1と約280チャンネルの間、好ましくは１cm2あたり15と65チャンネルの間、である。]
[0030] 本発明によるフィルタ構造では、平均壁厚は好ましくは100と1000ミクロンの間、好ましくは100と700ミクロンの間である。]
[0031] 一般に、出口側チャンネルの幅aは0.05 mmと4.00 mmの間、好ましくは0.10 mmと2.50 mmの間、非常に好ましくは0.20 mmと2.00 mmの間である。]
[0032] 一般に、入口側チャンネルの幅bは0.05 mmと約4 mmの間、好ましくは0.10 mmと2.50 mmの間、非常に好ましくは0.20 mmと2.00 mmの間である。]
[0033] ある実施形態では、壁は炭化シリコン及び／又はチタン酸アルミニウム及び／又はコージェライト及び／又はムライト及び／又は窒化シリコン及び／又は焼結された金属をベースとする。]
[0034] 本発明は特に複数の上述のような濾過構造を含み、それらの構造がセメント、好ましくはセラミックの耐火性のセメントで接着された集合フィルタに関する。]
[0035] 本発明はさらに、上述のようなフィルタ構造又は集合フィルタのディーゼル又はガソリン・エンジン、好ましくはディーゼル・エンジン、の排気ラインにおける装置としての利用である。]
図面の簡単な説明

[0036] 本発明の第一の実施形態に係わるフィルタの前面を示す正面図であって、六つの壁を有する入口側及び出口側チャンネルを含み、前記壁は平面で一定の厚さである正面図である。]
[0037] 本発明の第二の実施形態に係わるフィルタの前面を示す正面図であって、六つの壁を有する入口側及び出口側チャンネルを含み、前記壁は波形であり、出口側チャンネルは、出口側チャンネルの中心に対して凸である壁から成る正面図である。
図２の詳細図である。
本発明の第三の実施形態に係わるフィルタの前面を示す正面図であって、三つの壁を有する入口側チャンネルと六つの壁を有する出口側チャンネルを含み、前記壁は波形であり、出口側チャンネルは、出口側チャンネルの中心に対して凹である壁から成る正面図である。
図３の詳細図である。
本発明の第四の実施形態に係わるフィルタの前面を示す正面図であって、入口側チャンネルで共有する壁は厚さが変化し、特に最大厚さe2と最小厚さe1を有する正面図である。
本発明の第五の実施形態に係わるフィルタの前面を示す正面図であって、一方で４つの壁を有する出口側チャンネルと８つの壁を有する入口側チャンネルを含む正面図である。
本発明によるものではないフィルタの前面を示す正面図であって、図２に関して述べたフィルタと異なり、入口側チャンネルで共有する壁の厚さeは、入口側チャンネルと出口側チャンネルとで共有する壁の厚さdと同一である。
図６の詳細図である。] 図２ 図３ 図６
実施例

[0038] 図１から５までは、本発明に係わるチャンネル形態を有する濾過構造の５つの非限定的な実施形態を示す。] 図１
[0039] 図６は、本発明によるものではないすべての壁の厚さが一定である実施形態を示す。] 図６
[0040] 図１は、モノリス濾過ユニット１の一部の気体進入面の正面図を示す。このユニットは入口側チャンネル３と出口側チャンネル２を有する。出口側チャンネルは従来から気体進入面において栓で閉じられる。入口側チャンネルもブロックされるが、フィルタの反対側の面（背面）でブロックされ、したがって浄化される気体は入口側チャンネルと出口側チャンネルとが共有する多孔質の壁５を通過するように強制される。この第一の実施形態では、濾過構造は断面が正六角形である出口チャンネル２の存在によって特徴づけられる、すなわち六角形の六つの辺は実質的に同じ長さaであり、二つの隣接する辺は120°に近い角を成す。このように同一の幅aの六つの壁が互いに120°の角度で配置されて構成される正六角形の出口側チャンネル２は、六つの入口側チャンネル３と接触しており、こちらも一般的な六角形の形であるが、非正六角形である、すなわち断面で少なくとも二つの幅が異なっている隣接する壁によって構成されている。] 図１
[0041] 図１に示されているように、二つの隣接する入口側チャンネル３も幅bの共有する壁１０を有する。] 図１
[0042] 本発明によれば、入口側チャンネルが共有する壁１０の厚さeは、入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁５の厚さdよりも大きい。]
[0043] さらに詳しくは、構造は、e/d比が1より大きく、好ましくは10以下、又は4以下であるということを特徴とする。]
[0044] 添付された図１から６までに、濾過構造の正面図（又は断面図）で示されているように、距離aとbは本発明によって、問題の壁の頂点S1とS2を結ぶ距離として定義され、頂点S1とS2は前記壁の中心コア６に内接する（図１以下を参照）。こうして壁厚と無関係な値aとbが得られる。] 図１
[0045] 図２は、本発明によるハニカム構造において浄化される気体の進入面の立面図における気体入口側チャンネル２と気体出口側チャンネル３の列の配置を示しており、その壁は波形である。この構造内で、図２aに示されているように、断面における最大距離cは、波形の壁の中心コア６の極点（extreme point）７と壁の二端S1とS2を結ぶ真直な線分８の間の距離と定義される。本発明によれば、入口側チャンネルが共有する壁の厚さeは入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁の厚さdよりも大きい。] 図２
[0046] 図３は、本発明の第三の実施形態による三つの壁を有する入口側チャンネルと六つの壁を有する出口側チャンネルを含むフィルタの前面を示す正面図であり、入口側チャンネルと出口側チャンネルの壁は波形であり、出口側チャンネルは、出口側チャンネルの中心に対して凹である壁から成る。ここでも、本発明によって、入口側チャンネルが共有する壁の厚さeは、入口側チャンネルと出口側チャンネルの間で共有する壁の厚さdよりも大きい。図３aは、図３のもっと詳細な図を示している。] 図３
[0047] 図３と３a及びそれ以後で、図１，２及び２aですでに記載されたものと同一又は同様のエレメントを表すのに同じ数字が用いられる。パラメータa, b及びcの定義も図１，２及び２aに関して上で説明したと同じである。] 図１ 図３
[0048] 図４は、本発明の第四の実施形態によるフィルタの前面を示す正面図であり、図２に関してすでに説明したものと同様であるが、入口側チャンネル３が共有する壁１０は、今度は厚さが変化し、特に前記壁１０の端で最大の厚さe2、前記壁１０の中央で最小の厚さe1を有する。しかし、本発明によると、前記壁１０の平均厚さeavは壁５の平均厚さdより大きい。ただし、図４に示されているように、壁１０の中央における厚さe1は厚さdよりも局所的に小さい。] 図２ 図４
[0049] 図５は、本発明の第五の実施形態によるフィルタの前面を示す正面図であり、一方において４つの壁を有する出口側チャンネルと８つの壁を有する入口側チャンネルを含む。入口側チャンネル３と出口側チャンネル２は４つの共有する壁を有し、それが前記出口側チャンネルを規定し、入口側チャンネル及び出口側チャンネルの壁は平面である。入口側チャンネルが共有する壁１０は、入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁５と45°に近い角を成す。前の例と同様に、入口側チャンネルが共有する壁１０の厚さeは入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁５の厚さdより大きい。] 図５
[0050] 本発明と、すでに知られている構造と比べたその利点は、以下の非限定的な実施例を読むともっとはっきりと理解できるであろう。]
[0051] （実施例１（比較例））
炭化シリコンで作られるハニカム型モノリスの第一の集団が従来技術、例えば特許文献１〜４に記載された方法によって製造された。]
[0052] このために、特許文献２に記載された方法にしたがって、最初に、重量で70％の、粒子の直径中央値d50が10ミクロンのSiC粉末が粒子の直径中央値d50が0.5ミクロンの第二のSiC粉末と混合された。本明細書の記載において、“孔径の中央値d50”という用語は、粒子の全集団のそれぞれ50%がこの直径よりも小さなサイズであることを意味するものと理解される。この混合物にSiC粒子の全重量の重量で5%に等しい比率のポリエチレン・タイプの孔形成剤（pore former）が、SiC粒子の全重量の重量で10%に等しい比率のメチルセルロース・タイプの成形添加剤と共に加えられた。]
[0053] 次に、押し出しに適した組成を有する一様なペーストが得られるまで、必要な水を加えて混合した。押し出しの型は、特許文献７の図６bに示されているような八角形配置の内部入口側チャンネルを有するモノリス・ブロック（この分野ではよく“オクトスクエア”と呼ばれる）が得られるように構成された。] 図６
[0054] 得られたグリーン・モノリスは十分に長い時間マイクロ波によって乾燥して、化学的に結合していない水の含有量を重量で1%未満にした。]
[0055] モノリスの各面のチャンネルは周知の方法、例えば特許文献８に記載されているような方法を用いて交互にブロックされた。]
[0056] 次にモノリスはアルゴン中で20℃/hourという温度上昇率で最高温度2200℃に達するまで温度が上げられ、この温度が６時間維持された。得られた多孔質の物質は、開放気孔率が47%であり、孔径中央値は約15ミクロンだった。]
[0057] こうして得られたモノリスの寸法特性を下の表１に示す。構造は周期性を有する、すなわち隣接する二つのチャンネル間の距離は、2.02 mmである。]
[0058] チャンネルの配置は、前の記載にしたがって次の数値によって表される。
a = 1.66 mm
b = 0.52 mm
d = e = 0.39 mm]
[0059] 次にモノリスから集合フィルタが形成された。同じ混合物から得られた１６個のモノリスが、従来の方法によって、次の組成、72 wt% SiC, 15 wt% Al2O3, 11 wt% SiO2, 残りは不純物で主にFe2O3とアルカリ及びアルカリ土類金属酸化物、を有するセメントを用いた接着によってひとつに組み立てられた。二つの隣接するブロックの間の接合の平均厚さは約1から2 mmである。次にアセンブリ全体を機械加工して直径が約14.4 cmの円筒形の集合フィルタが構成された。]
[0060] （実施例２（比較例））
上述したモノリス合成方法が同じように繰り返されたが、今度はもっと大きな壁厚、
d = e = 0.41 mm
のモノリス・ブロックを生成するように型が設計された。]
[0061] （実施例３（本発明による））
上述したモノリス合成方法が同じように繰り返されたが、今度は内部入口側チャンネルが前のように八角形配置であり、しかし図５に示されているように、入口側チャンネルが共有する壁の厚さが入口側チャンネルと出口側チャンネルとの間で共有する壁の厚さdよりも大きいモノリス・ブロックを生成するように型が設計された。こうして得られたモノリス・ブロックの寸法特性は下の表１に示されており、構造は周期性を有する、すなわち二つの隣接するチャンネルの間の距離が2.02 mmである。] 図５
[0062] チャンネルの配置は、前の記載にしたがって次の数値によって表される。
a = 1.66 mm
b = 0.52 mm
d = 0.390 mm
e = 0.544 mm]
[0063] （実施例４（比較例））
上述したモノリス合成方法が同じように繰り返されたが、今度は本発明による、図６に示されている形の内部チャンネルの配置の、すなわち規則的な出口側チャンネルの中心に対して凸である波形の壁を有するモノリス・ブロックを生成するように型が設計された。チャンネルの配置は、次の数値によって表される。
a = 1.40 mm
b = 0.84 mm
c = 0.23 mm
d = e = 0.33 mm] 図６
[0064] （実施例５（比較例））
上述したモノリス合成方法が同じように繰り返されたが、今度は次のようにもっと大きな壁厚のモノリス・ブロックを生成するように型が設計された。
d = e = 0.348 mm]
[0065] （実施例６（本発明による））
上述したモノリス合成方法が同じように繰り返されたが、今度は本発明による、図２に示されている形の内部チャンネルの配置の、すなわち正多角形の出口側チャンネルの中心に対して凸である波形の壁を有するモノリス・ブロックを生成するように型が設計された。チャンネルの配置は、次の数値によって表される。
a = 1.40 mm
b = 0.84 mm
c = 0.23 mm
d = 0.33 mm
e = 0.397 mm] 図２
[0066] 実施例１から４までによって得られたモノリスの主要な構造特性は下の表１に示されている。フィルタ・アセンブリ／製造方法はすべての実施例で同じであり、実施例１で説明されたとおりである。]
[0067] ]
[0068] 得られた検体は、次のような動作方法によって評価され特性が決定された。]
[0069] A -煤煙を含まない状態での圧力低下測定。]
[0070] “圧力低下”という用語は、本発明では、フィルタの上流側と下流側の間に存在する圧力差を意味するものと理解される。圧力低下は、新しいフィルタ（すなわち煤煙が負荷されていないフィルタ）について標準的な方法を用いて気体流量250kg/h及び温度250℃で測定した。]
[0071] B -熱機械強度測定。]
[0072] フィルタをフルパワー（4000 rpm）で運転される2.0リットルの直接噴射式ディーゼル・エンジンの排気ラインに30分間取り付け、その後取り外して重量を測定してその初期重量を決定した。次にフィルタをエンジン・テストベッドに戻し、3000 rpmのスピードと50 Nmのトルクでいろいろな時間運転し、8 g/liter（フィルタ体積）という煤煙負荷を得た。こうして負荷されたフィルタを再びラインに戻し、次のように定義される強い再生が行われた。エンジン・スピード1700 rpm、トルク95 Nmで2分間安定化した後、後噴射（post injection）が70°の位相シフトによって後噴射量18 mm3/cycleで行われる。煤煙燃焼がスタートしたら、正確に言うと圧力低下が少なくとも4秒にわたって減少したら、エンジン・スピードを1050 rpm、トルク40 Nmに5分間下げて煤煙燃焼を加速させる。次にフィルタを4000 rpmというエンジン・スピードに30分間さらして残っている煤煙を除去する。]
[0073] 再生されたフィルタは、肉眼で見えるようなクラックが存在する可能性を明らかにするためにカットした後検査した。フィルタの熱機械的強度はクラックの数によって評価した。クラックの数が少ないことは粒子状物質フィルタとして使用するのに許容できる熱機械強度を表す。]
[0074] ]
[0075] 表２に示されているように、以下の評価が各フィルタに与えられた。
+++ : 非常に多くのクラックが存在。
++ : 多くのクラックが存在。
+ :少数のクラックが存在。
- : クラックがない又は稀。
貯蔵体積はこの分野で周知の通常の方法によって決定された。]
[0076] C -幾何的性質の決定。]
[0077] OFA（オープン前面面積）は、（壁と栓を除く）モノリス前面の入口側チャンネルの断面の総和がカバーする面積の、前記モノリスの対応する断面の全面積に対するパーセンテージ比率を計算して得られた。このパーセンテージが高いほど残渣貯蔵体積は大きくなる。]
[0078] WALLは、ひとつの断面におけるパーセンテージでの、（栓を除く）モノリスの壁全部が占める面積の前記断面の全面積に対する比率である。]
[0079] フィルタ（モノリス又は集合フィルタ）の比濾過表面積は、該当する場合その外側コーティングも含めたフィルタ体積（単位m3）に対する入口側濾過チャンネルのすべての壁の内側表面積（単位m2）に対応する。こうして定義される比表面積が大きいほど煤煙貯蔵体積は大きくなる。比濾過表面積が大きいほど、負荷勾配は小さくなる。]
[0080] 実施例１から６までのすべてに関してテストで得られた結果を下の表２に示す。]
[0081] （結果の分析）
表２に示された結果は、本発明に係わる実施例３と６によるフィルタが自動車の排気ラインにおける粒子状物質フィルタとしての用途で望まれるいろいろな性質の間で最良の妥協になっていることを示している。さらに詳しくは、結果は本発明によるフィルタが、同一のWALL因子で、顕著に低い圧力低下を有し、しかし十分に受容できる濾過表面積とOFA（煤煙貯蔵体積を表す）を維持していることを示している。]
[0082] 表２の結果は、また、本発明によるフィルタが同じ内部壁厚を有する比較例のフィルタに比べて熱機械強度が優れていることを示している。]
[0083] 実施例６によるフィルタは、また、提示された実施例のうちで、新しい状態で最も小さな圧力低下を有し、同時に最も大きな濾過表面積を有する。]
[0084] 言い換えると、表２に示された結果は、本発明によって得られる濾過構造が、特に排気ラインにおける粒子状物質フィルタとしての用途に必要な二つの不可欠な特性、すなわち熱機械強度と圧力低下、の間で最良の妥協になっていることを示している。]
[0085] このような改良はフィルタの可能な寿命の増大をもたらす。特に、再生段階における過剰な煤煙燃焼から生ずる残渣が最終的にフィルタを使用不可能にするまで蓄積する傾向が
ある自動車用途においてフィルタ寿命の増大をもたらす。]
[0086] さらに詳しくは、本発明によればこのように改善された妥協によって、集合フィルタを従来よりも大きなサイズのモノリスから構成してしかも寿命を延ばすことは可能になる。]

权利要求:

請求項1
粒子状物質が負荷された気体を濾過するためのハニカム型の気体フィルタ構造であって、多孔質の濾過壁によって隔てられ、互いに平行な軸の隣接する長手方向チャンネルの集まりを含み、チャンネルは、気体フィルタ構造の一端又は他端で交互にブロックされて濾過される気体に対して入口側チャンネルと出口側チャンネルを規定すると共に、気体を強制的に入口側及び出口側チャンネルを隔てる多孔質の壁を通過させる気体フィルタ構造において、入口側チャンネル及び出口側チャンネルは、フィルタ構造の全長にわたって一定の平均厚さdの少なくとも一つの壁をそれらの間で共有し、入口側チャンネル及び出口側チャンネルは、フィルタ構造の全長にわたって一定の平均厚さeの少なくともひとつの壁をそれらの間で共有し、e/d比が厳密に１より大きい、ことを特徴とする気体フィルタ構造。
請求項2
個々の出口側チャンネルは実質的に同一の幅aの少なくとも三つの壁から成り、実質的に正多角形の断面を有するチャンネルを形成し、個々の出口側チャンネルはいくつかの入口側チャンネルと共有する壁を有し、個々の共有する壁は出口側チャンネルのひとつの側面を構成し、少なくとも二つの入口側チャンネルは幅がbで平均厚さがeの壁を共有する、ことを特徴とする請求項１に記載の気体フィルタ構造。
請求項3
入口側チャンネル及び出口側チャンネルは六角形である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体フィルタ構造。
請求項4
入口側チャンネルは三角形であり、出口側チャンネルは六角形である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体フィルタ構造。
請求項5
入口側チャンネルは八角形であり、出口側チャンネルは正方形である、ことを特徴とする請求項１又は２に記載の気体フィルタ構造。
請求項6
平均壁厚のe/d比が1より大きく10以下、好ましくは1.05以上5以下、さらに好ましくは1.1以上2以下、さらに好ましくは1.1以上1.5以下である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項7
入口側チャンネル及び出口側チャンネルを構成する壁が平面である、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項8
入口側チャンネル及び出口側チャンネルを構成する壁が波形である、すなわち、それらは断面でチャンネルの中心に対して少なくともひとつの凹形状又は少なくともひとつの凸形状を有する、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項9
出口側チャンネルがチャンネルの中心に対して凸である壁を有する、ことを特徴とする先行する請求項に記載の気体フィルタ構造。
請求項10
出口側チャンネルがチャンネルの中心に対して凹である壁を有する、ことを特徴とする請求項８に記載の気体フィルタ構造。
請求項11
断面で、凹又は凸の壁上の点と壁の二端を結ぶ真直な線分の間の最大距離が0より大きく0.5aより小さい、ことを特徴とする請求項８から１０までのいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項12
チャンネルの密度が、１cm2あたり約1から約280チャンネルの間、好ましくは１cm2あたり15から65チャンネルの間である、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項13
平均壁厚が、好ましくは100と1000ミクロンの間、好ましくは100と700ミクロンの間である、ことを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項14
出口側チャンネルの幅aは約0.05 mmと約4.00 mmの間であり、好ましくは約0.20 mmと約2.00 mmの間である、ことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項15
二つの入口側チャンネルの間で共有する壁の幅bは約0.05 mmと約4.00 mmの間、好ましくは約0.20 mmと約2.00 mmの間であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項16
壁は炭化シリコンSiC及び／又はチタン酸アルミニウム及び／又はコージェライト及び／又はムライト及び／又は窒化シリコン及び／又は焼結された金属をベースとするものである、ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造。
請求項17
請求項１〜１６のいずれか１項に記載の複数の気体フィルタ構造がセラミック、好ましくは耐火性のセメントによって接着されて成る集合フィルタ。
請求項18
請求項１〜１７のいずれか１項に記載の気体フィルタ構造又は集合フィルタの利用であって、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン、好ましくはディーゼルエンジンの排気ラインにおける汚染防止装置としての利用。