(57)【要約】【課題】排気処理装置用のフィルタアセンブリを提供する。【解決手段】排気処理装置用のフィルタアセンブリが提供される。フィルタアセンブリは、入口流部材と出口流部材とを有する。フィルタアセンブリはまた、粒子状物質を排気流から除去するように構成された微粒子濾過媒体を有する。フィルタアセンブリは、微粒子濾過媒体と接触する少なくとも１つの触媒式濾過媒体をさらに有する。触媒式濾過媒体は、微粒子濾過媒体よりも大きな多孔率を有する。【選択図】図１
2006102742.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フィルタアセンブリであって、
入口流部材と、
出口流部材と、
粒子状物質を排気流から除去するように構成された微粒子濾過媒体と、
微粒子濾過媒体と接触し、かつ微粒子濾過媒体よりも大きな多孔率を有する少なくとも１つの触媒式濾過媒体と、
を備えるフィルタアセンブリ。
【請求項２】
微粒子濾過媒体が、微粒子濾過媒体の厚さ全体にわたって略均質に粒子状物質を収集するように構成される、請求項１に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項３】
微粒子濾過媒体が、約２０〜６０μｍの範囲の平均孔寸法を有する、請求項２に記載のフィルタアセンブリ。
【請求項４】
排気流を処理する方法であって、
入口流部材を通して排気流を方向付けるステップと、
微粒子濾過媒体を通して排気流を方向付けて、微粒子を排気流から除去するステップと、
微粒子濾過媒体と接触しかつ微粒子濾過媒体よりも大きな多孔率を有する少なくとも１つの触媒式濾過媒体を通して排気流を方向付けるステップと、
出口流部材を通して排気流を方向付けるステップと、
を含む方法。
【請求項５】
排気処理装置であって、
ハウジングであって、
入口と、
出口と、
入口と出口との間に配置される主室と、
を含むハウジングと、
ハウジングの主室内に配置された請求項１〜３のいずれか１項に記載のフィルタアセンブリと、
を備える排気処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、フィルタアセンブリ、より詳しくは、排気処理装置に使用するためのフィルタアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン、天然ガスエンジン、および公知の他のエンジンを含む内燃機関は、大気汚染物質の複雑な混合物を排出し得る。大気汚染物質は、ガス状化合物、および煤と呼ばれる未燃焼炭素微粒子を含む可能性がある固体微粒子物質から構成され得る。
【０００３】
環境に対する関心が高まったことにより、排気基準が一層厳しくなっており、またエンジンから放出される窒素酸化物および微粒子の量は、エンジンタイプ、エンジンサイズ、および／またはエンジンクラスに応じて調整可能である。微粒子物質の規制に従うためにエンジン製造業者によって実行されてきた１つの方法は、微粒子トラップを用いてエンジンの排気流から微粒子物質を除去することであった。微粒子トラップは、微粒子物質を捕捉するように設計されたフィルタアセンブリを含む。
【０００４】
微粒子物質を捕捉するために、様々なフィルタアセンブリを実装することが可能である。例えば、２００２年１０月３日に公開されたアディレッタ（Ａｄｉｌｅｔｔａ）への（特許文献１）は、ひだ加工された微小孔構造のフィルタ媒体を含むフィルタアセンブリを使用することを記述している。フィルタ媒体は、２つの支持部材の間に配置され、入口セルおよび出口セルによって他のフィルタ媒体から分離される。フィルタ媒体および支持部材は、フィルタアセンブリの再生工程を改良するための触媒コーティングを含む。運転中、排気ガスは、フィルタ媒体および支持要素を通して入口セルに流入し、出口セルを通して流出する。
【０００５】
（特許文献１）のフィルタアセンブリはエンジンの排気流から微粒子を除去し得るが、フィルタアセンブリは、環境に排出されるガス状排出物の量に影響を及ぼしてはならない。さらに、再生促進触媒フィルタは、（特許文献１）の微粒子フィルタ媒体および支持部材の表面コーティングとしてのみ存在するので、触媒の有効性は最小である可能性がある。さらに、フィルタ媒体はディープベッドタイプの媒体ではないので、再生間隔の間の実行時間は短い場合があり、取り付けられた排気システム内の背圧形成が過度になる可能性がある。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１４１９１０Ａ１号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
開示したフィルタアセンブリは、上述の問題の１つ以上を克服することに関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
一形態では、本発明の開示はフィルタアセンブリに関する。フィルタアセンブリは、入口流部材と出口流部材とを含む。フィルタアセンブリはまた、粒子状物質を排気流から除去するように構成された微粒子濾過媒体を含む。フィルタアセンブリは、微粒子濾過媒体と接触する少なくとも１つの触媒式濾過媒体をさらに含む。触媒式濾過媒体は、微粒子濾過媒体よりも大きな多孔率を有する。
【０００９】
他の形態では、本発明の開示は、排気流を処理する方法に関する。本方法は、入口流部材を通してまた微粒子濾過媒体を通して排気流を方向付けて、微粒子を排気流から除去するステップを含む。本方法は、微粒子濾過媒体と接触しかつ微粒子濾過媒体よりも大きな多孔率を有する触媒式濾過媒体を通して排気流を方向付けるステップを含む。本方法は、出口流部材を通して排気流を方向付けるステップをさらに含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、模範的な排気処理装置１０を示している。排気処理装置１０は、排気発生系（図示せず）から排出物を受容するように、大気に排出される前に微粒子およびガス状化合物を排出物から除去するように構成可能である。排気処理装置１０は、ハウジング１２と、ハウジング１２内に配置されたフィルタアセンブリ１４とを含み得る。
【００１１】
ハウジング１２は、排気発生系から排気流を受容するように構成された入口１６と、主室１８と、出口２０とを有し得る。入口１６は、略円形の断面を有してもよい。入口１６は、卵形、正方形、長方形、三角形、または任意の適切な他の断面のような異なる形状の断面を有し得ることも考えられる。入口１６は、ハウジング１２の長さ方向にハウジング１２の第１の端部から突出することが可能である。主室１８は入口１６と出口２０との間に配置してもよく、長さ方向に沿って略卵形の断面を有することが可能であり、また丸い外面を含み得る。ハウジング１２は、例えば、円形、正方形、長方形のような卵形以外の断面形状、または適切な他の形状を有し得ることも考えられる。出口２０は、略円形の断面を有してもよい。出口２０は、卵形、正方形、長方形、三角形のような異なる形状の断面、または任意の適切な他の断面を有し得ることも考えられる。出口２０は、第１の端部の反対側のハウジング１２の長さ方向にハウジング１２の第２の端部から突出することが可能である。入口１６および／または出口２０は、長さ方向に対し直角または接線方向のハウジング１２の側面から交互に突出し得ることが考えられる。
【００１２】
フィルタアセンブリ１４は主室１８内に配置してもよく、また排気が入口１６と出口２０との間に流れるときに排気を処理するように機能する構成要素を含んでもよい。特に、排気エミッションは、入口１６を介して排気処理装置１０に入り、複数の入口流部材２２を通して平行に、並列関係の複数のフィルタパック２４に、また複数の出口流部材２６を通して流れ、出口２０を介して排気処理装置１０を出ることが可能である。ガス状排出物を受容するように、１つ以上のフィルタパック２４を直列に配列し得ることも考えられる。フィルタパック２４は、入口流部材２２および出口流部材２６の両方と接触してもよく、また入口およびと出口流部材２２、２６に対しフィルタパック２４をシールするための手段を含んでもよい。排気処理装置１０はまた、ハウジング１２の１つ以上の端部および側面に対しフィルタアセンブリ１４をシールするための手段を含んでもよい。シール用のこれらの手段は、例えば、セラミックペースト、溶接、ろう付け、フィルタパック２４および／または入口流および出口流部材２２、２６の圧縮、ガスケット、あるいは公知の他の任意の手段を含み得る。排気処理装置１０内のフィルタパック２４の数は可変であり、特定の用途の背圧、濾過、および寸法要件に関係し得る。
【００１３】
図２に示したように、入口流部材２２は略Ｕ字状であり、フィルタパック２４を通して排気流を方向付けるように構成し得る。特に、それぞれの入口流部材２２は、開放端部２２ｂと閉鎖端部２２ｃとを有するチャネル２２ａを含んでもよい。排気は、開放端部２２ｂを介して入口流部材２２のチャネル２２ａに流入することが可能にされ得る。閉鎖端部２２ｃは、チャネル２２ａを通した排気流を阻止し、これによって、フィルタパック２４を通した流れの略直角の再方向付けを生じる。
【００１４】
それぞれのフィルタパック２４は、排気流を濾過するように構成された３つの濾過層を含み得る。特に、それぞれのフィルタパック２４は、第１の触媒式濾過媒体２８と、より密度が高い中央微粒子濾過媒体３０と、第２の触媒式濾過媒体３２とを含んでもよい。追加のまたはより少数の触媒式濾過媒体層を含め得ること、および／または追加の微粒子濾過媒体層を含め得ることが考えられる。
【００１５】
第１の触媒式濾過媒体２８は、フィルタパック２４に入る排気流と反応するように構成された触媒を有する発泡材料を含み得る。発泡材料は、例えば、アルミナ、酸化チタン、または他の任意の高温合金のような焼結金属粒子から形成可能である。発泡材料はまた、例えば、炭化ケイ素、コージライト、ムル石のようなセラミック粒子、または公知の他の任意のセラミック粒子から形成可能である。発泡材料は、鋳造工程、射出成形工程、または所望の多孔率を有する多孔性材料を製造する他の任意の工程によって両側のシート内に形成可能である。典型的に、一般に２〜３ｍｍの範囲の平均孔径を有することが望ましい。一実施例において、発泡材料のそれぞれのシートは約５ｍｍの厚さを有する。触媒は、発泡材料のシート全体にわたって組み込んでもよく、また排気流の窒素酸化物の量を低減するように、微粒子濾過媒体３０によって捕捉された粒子状物質の酸化温度を低下させるように、排気流の一酸化炭素の量を低減するように、および／または排気流の未燃焼の炭化水素の量を低減するように構成可能である。触媒は、例えば、酸化触媒、ＳＣＲ触媒、ＨＣ−脱ＮＯｘ触媒、または他の任意の適切な触媒を含んでもよい。
【００１６】
微粒子濾過媒体３０は、第１の触媒式濾過媒体２８と接触してもよい。例えば、微粒子濾過媒体３０は略平坦であり、また流れ入口側および流れ出口側を有することが可能であり、流れ入口側または流れ出口側の１つは、第１の触媒式濾過媒体２８の片側と接触する。微粒子濾過媒体３０は、第１の触媒式濾過媒体２８の周辺に対して微粒子濾過媒体３０の周辺をシールするための手段を含んでもよい。シール用の手段は、例えば、セラミックペースト、溶接、ろう付け、微粒子濾過媒体３０および／または第１の触媒式濾過媒体２８の部分の圧縮、ガスケット、あるいは公知の他の任意の手段を含み得る。このようにして、第１の触媒式濾過媒体２８からの排気流は、微粒子濾過媒体３０を通して方向付けることが可能である。
【００１７】
微粒子濾過媒体３０は、粒子状物質を排気流から除去するように構成される。特に、微粒子濾過媒体３０は、微粒子濾過媒体３０の厚さ全体にわたって略均質に粒子状物質を蓄積するように構成されたディープベッドタイプの濾過媒体でもよい。微粒子濾過媒体３０は、焼結法によって金属粒子またはセラミック粒子からシート内に形成された低密度材料でもよい。ある用途では、一般に１００〜２５０のメッシュの範囲の寸法が望ましいかもしれない。低密度材料のシートは、微粒子濾過媒体３０の濾過面積を増大するためにプリーツを含み得ることが考えられる。微粒子濾過媒体３０は、第１の触媒式濾過媒体２８の発泡材料よりも低い多孔率レベルを有してもよく、多孔率は、水銀圧入法で測定した場合、一般に４０〜６５％の範囲にある。微粒子濾過媒体３０の平均孔径は、一般に２０〜６０μｍの範囲にあり得、好ましい平均孔径は約３０〜５０μｍであり、最も好ましい平均孔径は４５μｍである。一実施例において、微粒子濾過媒体３０の層厚は、第１の触媒式濾過媒体２８の厚さよりも小さく、一般に０．５〜３ｍｍの範囲にある。
【００１８】
第２の触媒式濾過媒体３２は、微粒子濾過媒体３０からの排気流と反応するように構成された触媒を有する発泡材料を含んでもよい。発泡材料は、例えば、アルミナ、酸化チタン、または他の任意の高温合金のような焼結金属粒子から形成可能である。発泡材料はまた、例えば、炭化ケイ素、コージライト、ムル石のようなセラミック粒子、または公知の他の任意のセラミック粒子から形成可能である。発泡材料は、鋳造工程、射出成形工程、または一般に２〜３ｍｍの範囲の平均孔寸法を有する多孔性材料を製造する他の任意の工程によって両側のシート内に形成可能である。一実施例において、発泡材料のそれぞれのシートは約５ｍｍの厚さを有する。触媒は、発泡材料のシート全体にわたって組み込んでもよく、また排気流の窒素酸化物の量を低減するように、微粒子濾過媒体３０によって捕捉された粒子状物質の酸化温度を低下させるように、排気流の一酸化炭素の量を低減するように、および／または排気流の未燃焼の炭化水素の量を低減するように構成可能である。触媒は、例えば、酸化触媒、ＳＣＲ触媒、ＨＣ−脱ＮＯｘ触媒、または他の任意の適切な触媒を含んでもよい。第１の触媒式濾過媒体２８と比較した場合、第２の触媒式濾過媒体３２は同一の触媒または異なる触媒を有し得ると考えられる。
【００１９】
第２の触媒式濾過媒体３２は、微粒子濾過媒体３０と接触してもよい。例えば、第２の触媒式濾過媒体３２の片側は、第１の触媒式濾過媒体２８と反対側の、微粒子濾過媒体３０の流れ入口側または流れ出口側の１つに接触してもよく、また微粒子濾過媒体３０の周辺に対して第２の触媒式濾過媒体３２の周辺をシールするための手段を含んでもよい。シール用の手段は、例えば、セラミックペースト、溶接、ろう付け、第２の触媒式濾過媒体３２および／または微粒子濾過媒体３０の部分の圧縮、ガスケット、あるいは公知の他の任意の手段を含み得る。このようにして、微粒子濾過媒体３０からの排気流は、第２の触媒式濾過媒体３２を通して方向付けることが可能である。
【００２０】
出口流部材２６は略Ｕ字状であり、フィルタパック２４から排気流を方向付けるように構成し得る。特に、それぞれの出口流部材２６は、入口流部材２２と略同一でありまた開放端部と閉鎖端部とを有するチャネルを含んでもよい。排気は、第２の触媒式濾過媒体３２からチャネルに流入することが可能にされ得る。チャネルの開放端部は、排気がチャネルを通して出口２０に流れることを可能にし、これによって、フィルタパック２４を通した流れの略直角の再方向付けを促進する。
【００２１】
図３は、フィルタアセンブリ１４の他の模範的な実施形態を示している。図２と同様に、図３のフィルタアセンブリ１４は、入口流部材２２と、フィルタパック２４と、出口流部材２６とを含み得る。しかし、図２の実施形態と対照的に、微粒子濾過媒体３０のみが入口流部材２２および出口流部材２６の両方と接触し、また両方に対してシールされてもよい。本実施態様では、第１の触媒式濾過媒体２８は、入口流部材２２のチャネル２２ａ内に配置可能であり、一方、第２の触媒式濾過媒体３２は出口流部材２６のチャネル内に配置可能である。このようにして、フィルタアセンブリ１４および排気処理装置１０の寸法全体を低減することが可能である。第１の触媒式濾過媒体２８の触媒が第２の触媒式濾過媒体３２の触媒と異なる場合、第１の触媒式濾過媒体２８の１つおよび第２の触媒式濾過媒体３２の１つは、その両方を入口および出口流部材２２と２６のそれぞれの中に配置してもよいことが考えられる。図３の実施形態では、微粒子濾過媒体３０に対して第１および第２の触媒式濾過媒体２８、３２をシールするための手段は、望むなら、省略してもよい。
【００２２】
図４は、フィルタアセンブリ１４の他の模範的な実施形態を示している。図２と同様に、図４のフィルタアセンブリ１４はフィルタパック２４を含み得る。しかし、図２の実施形態と対照的に、図４のフィルタアセンブリ１４は、入口流部材３４と出口流部材３６とを含んでもよい。入口流部材３４および出口流部材３６のそれぞれは、マルチチャネルを形成する１つ以上の中央支持部材３８を含んでもよく、それぞれのチャネルは開放端部と閉鎖端部とを有する。このようにして、入口流部材３４および出口流部材３６は、集中支持および周辺支持の両方をフィルタパック２４に提供することが可能である。入口流部材３４および／または出口流部材３６内に、任意の数のチャネルを含め得ることが考えられる。入口および出口流部材３４、３６と微粒子濾過媒体３０との間よりも、むしろ入口および出口流部材３４、３６のチャネルのそれぞれの中に、第１および／または第２の触媒式濾過媒体２８、３２の１つ以上を配置してもよいことも考えられる。入口流部材３４または出口流部材３６のそれぞれのチャネル内に、第１および／または第２の触媒式濾過媒体２８、３２の異なる１つを配置してもよいことがさらに考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００２３】
開示したフィルタアセンブリは、例えば、エンジン、炉のような任意の燃焼型システム、または排気流からのガス状化合物および／または微粒子物質の除去が望ましい公知の他の任意のシステムのために使用される排気処理装置に適用し得る。例えば集塵システムのような非燃焼型システムと共に、開示したフィルタアセンブリを使用し得ることも考えられる。
【００２４】
フィルタパック２４は、１つのフィルタパック２４を他のフィルタパック２４の頂部に密接積層するために設計されるので、排気処理装置１０はコンパクトであり得、フィルタパック２４の間に無駄空間はほとんどないかまたは全くない。さらに、第１および第２の触媒式濾過媒体２８、３２は微粒子濾過媒体３０と直接接触するので、また第１および／または第２の触媒式濾過媒体２８、３２は、入口および／または出口流部材２２、２６、３４、３６のチャネル内に配置し得るので、排気処理装置１０の寸法全体を低減することが可能である。さらに、フィルタアセンブリ１４内に含まれるフィルタパック２４の数は排気処理装置１０内で可変であり得るので、排気処理装置１０の容量は、様々な用途に対応するように構成可能である。
【００２５】
排気のすべてが流れる第１および第２の触媒式濾過媒体２８と３２の実質的に厚い多孔性材料の全体にわたって触媒を分布し得るので、触媒の有効性は、触媒の表面コーティングのみを有する材料と較べて大幅に改良することが可能である。さらに、微粒子濾過媒体３０はディープベッドタイプの濾過材料であるので、表面タイプの濾過媒体と比較して、より低い背圧による再生事象の間のより長い運転時間を実現することが可能である。
【００２６】
本発明の範囲から逸脱することなく、開示したフィルタアセンブリに様々な修正と変更をなし得ることが当業者には明白であろう。本発明の他の実施形態は、本明細書に開示した本発明の説明と実施を考慮すれば当業者には明白であろう。例えば、ノイズ減衰装置、再生装置またはシステム、流れ阻止機構、内部または外部絶縁材、１つ以上のディフューザまたはバッフル、あるいは公知の他の構成要素のような追加の構成要素を排気処理装置１０内に含めてもよい。説明および実施例は模範的なものに過ぎないと考えられ、本発明の真の範囲は、次の特許請求の範囲およびそれらの等価物によって示されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】模範的な開示された実施形態による排気処理装置の概略図である。
【図２】模範的な開示された実施形態によるフィルタアセンブリの図面である。
【図３】模範的な開示された実施形態によるフィルタアセンブリの図面である。
【図４】模範的な開示された実施形態によるフィルタアセンブリの図面である。
【符号の説明】
【００２８】
１０  排気処理装置
１２  ハウジング
１４  フィルタアセンブリ
１６  入口
１８  主室
２０  出口
２２  入口流部材
２２ａ  チャネル
２２ｂ  開放端部（チャネル）
２２ｃ  閉鎖端部（チャネル）
２４  フィルタパック
２６  出口流部材
２８  第１の触媒式濾過媒体
３０  微粒子濾過媒体
３２  第２の触媒式濾過媒体
３４  入口流部材
３６  出口流部材
３８  支持部材
【図１】
2006102742.tif 000003
【図２】
2006102742.tif 000004
【図３】
2006102742.tif 000005
【図４】
2006102742.tif 000006