(57)【要約】  燃料源、燃料バーナ及び多孔質セラミック構造体を備える、微粒子ろ過システムが開示され、上記燃料源は、燃焼時にアッシュを生成できる少なくとも１つの燃料添加剤を含む。得られたアッシュは、多孔質セラミック構造体上に、上記構造体のろ過効率を比較的短期間又は比較的短い走行距離によって改善するために十分な量で堆積させることができる。このような微粒子ろ過システムを備える車両、及び液体流から微粒子状物質をろ過するための方法も、本明細書において開示される。更に本明細書では、初期ろ過効率を改善するために微粒子フィルタを調質するための方法が開示される。
2019522139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒子ろ過システムであって、
前記微粒子ろ過システムは：
少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源；
前記燃料源と流体接続する燃料バーナ；及び
前記燃料バーナと流体接続する多孔質セラミック構造体
を備え、
前記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流は、前記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成され、
前記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、
前記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる、微粒子ろ過システム。
【請求項２】
前記燃料源は、少なくとも１つの燃料添加剤と組み合わされる燃料サプライを含み、前記燃料添加剤の前記燃料サプライに対する体積比は約１：２５〜約１：５００である、請求項１に記載の微粒子ろ過システム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの無機成分は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの元素を含む、請求項１又は２に記載の微粒子ろ過システム。
【請求項４】
前記多孔質セラミック構造体は、少なくとも１つの触媒でコーティングされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の微粒子ろ過システム。
【請求項５】
前記アッシュは、前記多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に膜を形成する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の微粒子ろ過システム。
【請求項６】
微粒子フィルタを調質するための方法であって、
前記方法は：
多孔質セラミック構造体を燃料バーナと流体接続して配置するステップ；
前記燃料バーナに少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を供給するステップ；
前記燃料源を燃焼させるステップ；及び
前記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流を多孔質セラミック構造体に通すステップ
を含み、
前記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、
前記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる、方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本開示は、２０１６年５月１７日出願の米国仮特許出願第６２／３３７，５５２号の利益を主張するものであり、上記仮特許出願の内容は信頼できるものであり、その全体が参照により本出願に援用される。
【技術分野】
【０００２】
本開示は一般に、微粒子フィルタ、及び流体流から微粒子状物質をろ過する方法に関する。より具体的には、本開示は、機関の排気流から微粒子を除去するための多孔質セラミックフィルタに関する。
【背景技術】
【０００３】
環境上の懸念は、多くの国で内燃機関の排出要件の実現の動機となった。触媒コンバータは排気ガス中に存在する汚染物質の多くを取り除く役割を果たしてきたが、排気流から微粒子状物質を除去するためにフィルタも用いられることが多い。多孔質セラミックハニカムフィルタ等のウォールフロー微粒子フィルタが、機関の排気流のためのフィルタとして使用されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、環境に対する自動車排出物の影響の法的意識が高まるにつれて、排出規制はますます厳重になっている。従って、改善されたフィルタ及びろ過方法に対するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
様々な実施形態では、本開示は微粒子ろ過システムに関し、上記微粒子ろ過システムは：少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源；上記燃料源と流体接続する燃料バーナ；及び上記燃料バーナと流体接続する多孔質セラミック構造体を備え、上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流は、上記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成され、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇ又は少なくとも約５０ｍｇのアッシュを生成できる。
【０００６】
様々な実施形態によると、上記燃料源は、ディーゼル燃料又はガソリン燃料を含んでよい。上記燃料源の体積は、例えば約１リットル〜約５００リットル、例えば約３０リットル〜約１５０リットルとすることができる。上記燃料源は、少なくとも１つの燃料添加剤と組み合わされる燃料サプライを含むことができ、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、上記燃料サプライの体積に対して約１：２５〜約１：５００の体積比で存在してよい。特定の実施形態では、上記燃料添加剤は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ及びこれらの組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの元素を含有する、少なくとも１つの無機成分を含む。
【０００７】
例示的な多孔質セラミック構造体は、複数の多孔質内壁で隔てられた複数のチャネルを備えるセラミックハニカムを備えることができる。上記燃料添加剤の燃焼によって生成されるアッシュは、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に、例えば外表面又は内部チャネル表面上の膜として堆積され得る。いくつかの実施形態では、アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌ、例えば少なくとも約３０ｍｇ／Ｌ又は少なくとも約５０ｍｇ／Ｌの濃度で堆積される。上記燃料添加剤の燃焼によって生成されるアッシュの堆積前、上記多孔質セラミック構造体の初期アッシュ濃度は例えば約０ｍｇ／Ｌであってよく、これは「清浄な（ｃｌｅａｎ）」フィルタである。アッシュ成分としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ及びこれらの組み合わせの、酸化物、硫酸塩、炭酸塩、及び／又はリン酸塩が挙げられるがこれらに限定されない。様々な実施形態によると、アッシュの堆積前に、上記多孔質セラミック構造体を少なくとも１つの触媒でコーティングしてよい。
【０００８】
本明細書では、微粒子ろ過システムを備える車両も開示される。このような車両は、燃料添加剤（燃料源）を含む燃料（例えばディーゼル又はガソリン）を燃焼させるための内燃機関（燃料バーナ）と、微粒子状物質をろ過するための多孔質セラミック構造体とを備える。いくつかの実施形態では、上記燃料源は、上記車両に対する初期燃料サプライを含んでよい。初期「ブレークイン（ｂｒｅａｋ−ｉｎ）」期間後、例えば約３０００ｋｍ以下の走行距離又は約７２時間未満の機関動作期間後、上記多孔質セラミック構造体の総体積に対して少なくとも約１０ｍｇ／Ｌ、例えば少なくとも約３０ｍｇ／Ｌ又は少なくとも約５０ｍｇ／Ｌのアッシュを含む無機膜が、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部に形成され得る。いくつかの実施形態では、約３０００ｋｍ以下、例えば約１００ｋｍ〜約１０００ｋｍのブレークイン期間後、上記多孔質セラミック構造体の微粒子数ろ過効率（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｕｍｂｅｒ  ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ：ＰＮＦＥ）は約８０％超、例えば約９０％超であってよい。
【０００９】
流体から微粒子をろ過するための方法が更に提供され、上記方法は、本明細書中で開示される微粒子ろ過システムを通して上記流体を流すステップを含む。本明細書ではまた更に、微粒子フィルタを調質するための方法が開示され、上記方法は：多孔質セラミック構造体を燃料バーナと流体接続して配置するステップ；上記燃料バーナに少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を供給するステップ；上記燃料源を燃焼させるステップ；及び上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流を多孔質セラミック構造体に通すステップを含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇ又は少なくとも約５０ｍｇのアッシュを生成できる。例示的な方法は、例えば車両のための初期燃料サプライに少なくとも１つの燃料添加剤を含めることにより、上記車両内に設置する際に上記多孔質セラミック構造体を調質するステップ、又は上記車両内に設置する前に上記多孔質セラミック構造体を予備調質するステップを含むことができる。
【００１０】
本明細書ではさらに、機関と、フィルタを備える機関排気処理システムとを備える車両システムが更に開示され、上記フィルタは、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含み、上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、上記フィルタは、７２時間未満の機関動作にわたって上記機関からの排気に曝露されたものである。フィルタを備える排気ろ過システムも開示され、上記フィルタは、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含み、上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、上記フィルタは７２時間未満の機関動作にわたって機関からの排気に曝露されたものである。本明細書ではまた更に、車両製造業者又は機関排気システム製造業者にフィルタを供給する方法が開示され、上記方法は、フィルタ中のアッシュ装入を加速させることにより上記フィルタを調質するステップを含む。
【００１１】
本開示の更なる特徴及び利点は、以下の「発明を実施するための形態」に記載され、その一部はその記載から当業者には容易に明らかとなるか、又は以下の「発明を実施するための形態」、請求項及び添付の図面を含む本明細書に記載の方法を実践することにより、認識される。
【００１２】
以上の「発明の概要」及び以下の「発明を実施するための形態」はいずれも、本開示の様々な実施形態を提示し、またこれらは請求項の性質及び特徴を理解するための概観及び枠組みを提供することを意図したものであることを理解されたい。添付の図面は、本開示の更なる理解を提供するために含まれており、これらは本明細書に組み込まれて本明細書の一部を構成する。これらの図面は、本開示の様々な実施形態を例示し、本記載と共に本開示の原理及び動作を説明する役割を果たす。
【００１３】
以下の「発明を実施するための形態」は、以下の図面と併せて読むと更に理解できる。以下の図面では可能な限り、同様の要素を指すために同様の符号を用いる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】例示的な多孔質セラミックハニカム構造体
【図１Ｂ】例示的な多孔質セラミックハニカム構造体
【図２】本開示の様々な実施形態による例示的な微粒子ろ過システム
【図３】本開示の特定の実施形態による微粒子ろ過システムを備える車両
【図４】異なる走行サイクルで走行する車両において動作する例示的なフィルタに関するろ過効率の発展特性を示すグラフ
【図５】ろ過効率を走行距離の関数として示すグラフ
【図６】ろ過効率を消費された燃料添加剤の体積の関数として示すグラフ
【図７】例示的な燃料添加剤の熱重量分析を示すグラフ
【図８】ろ過効率を消費された燃料添加剤の体積の関数として示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１５】
ガソリン及びディーゼル機関に対する微粒子数（ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｎｕｍｂｅｒ：ＰＮ）排出規制は多数の国で厳しく設定されており、現行の及び／又は今後の環境規制を遵守して車両を良好に製造し販売するために、例えば７０〜９０％ＰＮＦＥ程度の高いＰＮろ過効率（ＰＮＦＥ）を有するディーゼル微粒子フィルタ（ｄｉｅｓｅｌ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ：ＤＰＦ）又はガソリン微粒子フィルタ（ｇａｓｏｌｉｎｅ  ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  ｆｉｌｔｅｒ：ＧＰＦ）が必要である。フィルタの寿命にわたって、アッシュ又はスートの層が上記フィルタ上に自然に形成され得、これは上記フィルタのＰＮＦＥを長期にわたり改善できる。この膜のゆるやかな構築は、「アッシュ調質（ａｓｈ  ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）」と呼ばれることが多く、またこれは、上記機関の潤滑に使用される油中の無機添加剤の消費、又は特定の状況では燃料サプライに対する燃料含有触媒（ｆｕｅｌ  ｂｏｒｎｅ  ｃａｔａｌｙｓｔ：ＦＢＣ）の添加に関連し得る。しかしながら、アッシュ調質は比較的ゆっくりとしたプロセスであり、十分な膜が形成されるまでに、機関が数千キロメートルも走行する必要があり得る。更に、機関毎の潤滑剤（油）の消費は大きくばらつき、予想が困難であり得る。
【００１６】
いくつかの国では、規制された限度についての認証又は遵守に関して車両試験する前に、期間を最大３０００ｋｍの「ブレークイン」期間に供する。相手先商標製造会社（Ｏｒｉｇｉｎａｌ  ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ  ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅｒ：ＯＥＭ）は、初期ブレークイン期間について予想される改善を考慮して、（例えば車両が０ｋｍ地点の組立てラインを離れる際に）機関の初期排出を「補正する（ｃｏｒｒｅｃｔ）」発展特性係数を適用できる。しかしながら、上述したように、油の消費は異なる車両及び／又は走行条件に対してばらつく場合があり、これにより、同じ作り及びモデルの車両に関してさえ、ブレークイン期間後のフィルタの最終的なＰＮＦＥの予測が困難となる。
【００１７】
アッシュ調質期間を回避するための代替解決策は、初期から高いＰＮＦＥを有するフィルタを製造することである。高い初期ＰＮＦＥを有するフィルタは典型的には、比較的厚い及び／又は比較的小さい細孔を有する内壁（又はウェブ）を採用する。しかしながら、このようなフィルタの設計は、フィルタ横断時の圧力降下に対して悪影響を有する場合があり、及び／又はフィルタの触媒コーティングに干渉する場合がある。
【００１８】
本明細書において開示されるろ過物品は、車両排気流等の流体流から粒子を除去するための、当該技術分野で公知のいずれの物品を含むことができる。例えば流体流は、気体、蒸気、又は液体を含んでよく、微粒子は、気体又は液体流中の固体微粒子、又は気体流中の液体の液滴等といった、流体中の分離相を含んでよい。よって微粒子は、スート、アッシュ、塵芥、エアロゾル化した液体、及びいずれの所与の流体中に存在するいずれの他の種々の粒子状汚染物質を含むことができる。本明細書中で使用される場合、用語「スート（ｓｏｏｔ）」は、内燃プロセス中の炭化水素の不完全燃焼から生じる炭素粒子を指すことを意図している。用語「アッシュ（ａｓｈ）」は、潤滑剤及び燃料含有触媒（ＦＢＣ）といった、様々な石油製品に見られる不燃性材料、例えば無機又は金属材料を指すことを意図している。
【００１９】
いくつかの実施形態では、上記ろ過物品は、多孔質セラミック構造体を含んでよい。本明細書において開示される「多孔質（ｐｏｒｏｕｓ）」セラミックは、少なくとも約４０％、例えば約４５％、５０％、５５％、６０％、６５％、７０％、７５％、８０％、８５％、又はそれより高い多孔率を有するいずれのセラミック構造体を含むことができる。上記多孔質セラミック構造体は、形状、サイズ、細孔サイズ、細孔分布、及び／又は細孔数について限定されない。例えば多孔質セラミック構造体は、いずれの好適な幅、長さ、高さ、及び／又は直径を有する立方体、ブロック、角錐、円筒、球等といったいずれの所望の３次元形状を有することができる。様々な実施形態では、多孔質セラミック構造体は、例えば押出し及び／又は成形技法によりモノリシック構造体として形成してよい。当業者は、このようなセラミックモノリシック構造体を形成するための様々な技法に精通している。
【００２０】
多孔質セラミック構造体はまた、フロースルーモノリス、ウォールフローモノリス、又は部分フローモノリス構造を含むがこれらに限定されないいずれの種々の構成及び設計を有してよい。例示的なフロースルーモノリスは、流体を構造体の一方の端部から他方の端部まで流すことができるチャネル、多孔質ネットワーク、又は他の通路を備えるいずれの構造を含んでよい。例示的なウォールフローモノリスは、例えばチャネル又は多孔質ネットワーク又は他の通路を備えるいずれのモノリシック構造を含み、上記チャネル又は多孔質ネットワーク又は他の通路は、上記構造の対向する端部において開いているか又は塞がれていてよく、これによって流体が構造体の一方の端部から他方の端部へと流れる際に、流体を、チャネル壁を通って流体が流れるように配向する。例示的な部分フローモノリスは、ウォールフローモノリスと、例えば両端部において開いていることにより流体をチャネルを通して流すことができるいくつかのチャネル又は通路を有するフロースルーモノリスとのいずれの組み合わせを含むことができる。
【００２１】
特定の実施形態では、多孔質セラミック構造体は、例えば複数の平行チャネル又はセルを備えるハニカム形状を有してよい。ハニカム構成のセルジオメトリは、単位体積あたりの表面積が大きく、微粒子状物質の堆積を増大させることができるため、ろ過のために用いられることが多い。このような複数のチャネル１０５を備えるハニカム構造体１００を図１Ａに示す。図１Ｂは、ｘ軸に沿った図１Ａのハニカム１００の一部の断面図を示す。断面図に示すように、ハニカム構造体１００は、複数のチャネル１０５を隔てて画定する複数の内壁１１０を備えることができる。更に、図１Ｂに示すように、チャネル１０５のうちの１つ以上は栓１１５を備えることができ、これを用いて内部チャネル壁１１０を通って流れる流体を配向する、又は増大させることができる。
【００２２】
当然のことながら、図１Ａ〜Ｂに示したハニカム構造体は、例示的なものにすぎず、添付の請求項に対するいかなる限定としても解釈してはならない。例えばハニカム１００は、（例えばｙ軸に対して垂直な平面に）略六角形の断面を有するチャネル１０５と共に示されているが、チャネルはいずれの好適なジオメトリ、例えば円形、正方形、三角形、長方形、若しくは正弦波断面、又はこれらのいずれの組み合わせを有することができることを理解されたい。更に、ハニカム１００は略円筒形状として示されているが、このような形状は例示的なものにすぎず、多孔質セラミック構造体は、いくつか例を挙げると球、楕円、角錐、立方体、又はブロック形状を含むがこれらに限定されないいずれの種々の形状を有することができることを理解されたい。更に、特定のチャネル１０５は、栓１１５を備えるものとして示されているが、栓は、所望の流体フローパターン及び／又は圧力降下のために適切ないずれの所与の様式で、例えば交互に又はいずれの他の配置で配設してよいことを理解されたい。
【００２３】
ハニカムフィルタは、表面積の平方インチあたりのセル（又はチャネル）、及び内壁厚さ（１０−３インチ）に関して記述されることが多い。従って、３００セル／インチ２及び０．００８インチの壁厚さを有するハニカムを、３００／８ハニカム等として標識するなどする。例示的なハニカムは、約１００〜約５００セル／インチ２（１５．５〜７７．５セル／ｃｍ２）、例えば約１５０〜約４００セル／インチ２（２３．２５〜６２セル／ｃｍ２）、又は約２００〜約３００セル／インチ２（３１〜４６．５セル／ｃｍ２）（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）を有してよい。更なる実施形態によると、内壁厚さは、約０．００５〜約０．０２インチ（１２７〜５０８マイクロメートル）、例えば約０．００６〜約０．０１５インチ（１５２〜３８１マイクロメートル）、約０．００７〜約０．０１２インチ（１７７〜３０５マイクロメートル）、又は約０．００８〜約０．０１インチ（２０３〜２５４マイクロメートル）、例えば約５×１０−３インチ（１２．７×１０−３ｃｍ）、６×１０−３インチ（１５．２４×１０−３ｃｍ）、７×１０−３インチ（１７．７８×１０−３ｃｍ）、８×１０−３インチ（２０．３２×１０−３ｃｍ）、９×１０−３インチ（２２．８６×１０−３ｃｍ）、１０×１０−３インチ（２５．４×１０−３ｃｍ）、１２×１０−３インチ（３０．４８×１０−３ｃｍ）、１４×１０−３インチ（３５．５６×１０−３ｃｍ）、１６×１０−３インチ（４０．６４×１０−３ｃｍ）、１８×１０−３インチ（４５．７２×１０−３ｃｍ）、又は２０×１０−３インチ（５０．８×１０−３ｃｍ）インチ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。
【００２４】
典型的なハニカムフィルタの長さ及び／又は直径は、１〜数インチ、例えば約１インチ〜約１２インチ（２．５４〜３０．４８ｃｍ）、約２インチ〜約１１インチ（５．０８〜２７．９４ｃｍ）、約３インチ〜約１０インチ（７．６２〜２５．４ｃｍ）、約４インチ〜約９インチ（１０．１６〜２２．８６ｃｍ）、約５インチ〜約８インチ（１２．７〜２０．３２ｃｍ）、又は約６インチ〜約７インチ（１５．２４〜１７．７８ｃｍ）（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。いくつかの実施形態では、このようなハニカムの総体積は、約０．１Ｌ〜約２０Ｌ、例えば約０．５Ｌ〜約１８Ｌ、約１Ｌ〜約１６Ｌ、約２Ｌ〜約１４Ｌ、約３Ｌ〜約１２Ｌ、約４Ｌ〜約１０Ｌ、又は約５Ｌ〜約８Ｌ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。
【００２５】
例示的な多孔質セラミック構造体の組成は、所望に応じて変更してよく、例えばＤＰＦ又はＧＰＦの使用に好適ないずれの組成物を含んでよい。例示的な材料としては、コーディエライト、炭化ケイ素、窒化ケイ素、チタン酸アルミニウム、ユークリプタイト、アルミン酸カルシウム、リン酸ジルコニウム、スポジュメン等を含むがこれらに限定されない種々の多孔質セラミックが挙げられる。特定の実施形態では、フィルタは、フィルタの多孔質外表面を形成する外側スキンと、多孔質微小構造体（例えば複数のチャネル）を画定する壁を備える内部コアとを備えてよい。外側スキン及び内壁を形成する材料は、同一であっても異なっていてもよく、いくつかの実施形態では、外側スキンは内壁の厚さとは異なる厚さを有してよい。いくつかの実施形態では、外側スキンは内壁とは異なる多孔率を有してよく、例えば異なる材料で作製できるか、又はより高い若しくはより低い多孔率を有する同一の材料で作製できる。様々な例示的な実施形態では、上記スキンを、ハニカムのコアと共に押出し及び／又は成形してよい。他の例示的な実施形態では、スキンは、コアの外側に巻き付けられた別個の構造体であってよく、コアと共に焼成してセラミック構造体を生成してよい。
【００２６】
上述したように、好適な多孔質セラミック構造体は、フロースルー、ウォールフロー、又は部分フロー構成を備えることができる。ウォールフロー及び部分フローは、例えば上記構造体を通って延在する１つ以上の通路（又はチャネル）を塞ぐことによって達成できる。例えば、チャネルの端部を交互に塞いで、多孔質内壁構造体を通る流体流を促進してよい。端部を塞がれたチャネル内での圧力の生成により、流体に、１つ以上の多孔質壁を、塞がれていないチャネルまで強制的に通過させることができ、これにより流体中のいずれの微粒子状物質が上記壁によって捕捉され、一方で流体は、妨害されずに通過するよう構成される。栓はいずれの好適な材料製であってよく、例えばセラミック（例えばコーディエライト、チタン酸アルミニウム、アルミン酸カルシウム等）と結合剤、充填剤、及び／又は溶媒（例えば繊維、シリカゾル、メチルセルロース、水等）との混合物を含んでよい。特定の実施形態では、栓を加熱により硬化させてよい。
【００２７】
特定の非限定的な実施形態によると、多孔質セラミック構造体は、約３０マイクロメートル未満、例えば約８マイクロメートル〜約３０マイクロメートル、約１０マイクロメートル〜約２５マイクロメートル、又は約１５マイクロメートル〜約２０マイクロメートル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）、例えば約８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０、２１、２２、２３、２４、２５、２６、２７、２８、２９、又は３０マイクロメートルのメジアン細孔サイズ（ｄ５０）を有することができる。例えば、ｄ５０値は、約１２マイクロメートル〜約２３マイクロメートル、例えば約１３マイクロメートル〜約２２マイクロメートル、約１４マイクロメートル〜約２１マイクロメートル、約１５マイクロメートル〜約２０マイクロメートル、約１６マイクロメートル〜約１９マイクロメートル、又は約１７マイクロメートル〜約１８マイクロメートル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。更に、いくつかの実施形態では、例えば３０マイクロメートル超の細孔が全体の多孔率の約１０％未満を構成する（ｄ９０＝３０マイクロメートル）ように、セラミック構造体内の比較的大きい細孔の数を制限することが望ましい場合がある。例えば、３０マイクロメートルより大きい細孔が、全体の多孔率の約８％未満、約５％未満、又は約２％未満を構成してよい。様々な実施形態では、ｄ９０値は、約２０マイクロメートル〜約５０マイクロメートル、例えば約２５マイクロメートル〜約４０マイクロメートル、又は約３０マイクロメートル〜約３５マイクロメートル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。同様に、特定の実施形態によると、例えば５マイクロメートル未満の細孔が全体の多孔率の約１０％未満を構成する（ｄ１０＝５マイクロメートル）ように、セラミック構造体内の比較的小さい細孔の数を制限することが望ましい場合がある。例えば、５マイクロメートルより小さい細孔が、全体の多孔率の約８％未満、約５％未満、又は約２％未満を構成してよい。様々な実施形態では、ｄ１０値は、約３マイクロメートル〜約１５マイクロメートル、例えば約４マイクロメートル〜約１４マイクロメートル、約５マイクロメートル〜約１２マイクロメートル、約６マイクロメートル〜約１１マイクロメートル、約７マイクロメートル〜約１０マイクロメートル、又は約８マイクロメートル〜約９マイクロメートル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。
【００２８】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される多孔質セラミック構造体は、上記構造体の１つ以上の表面上、例えば上記構造体の１つ以上の内壁上及び／又は外表面（例えばスキン）上に触媒ウォッシュコートを備えることができる。好適なウォッシュコートとしては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ等といった白金族金属から選択される１つ以上の触媒を挙げることができる。これらの金属は、単独で、又はいくつか例を挙げるとＣｅＯ２及びＺｒＯ３等の希土類酸化物と組み合わせて使用できる。
【００２９】
ろ過システム
本明細書では微粒子ろ過システムが開示され、上記微粒子ろ過システムは：少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源；上記燃料源と流体接続する燃料バーナ；及び上記燃料バーナと流体接続する多孔質セラミック構造体を備え、上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流は、上記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成され、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇ、少なくとも約５０ｍｇ、又は約２０００ｍｇものアッシュを生成できる。
【００３０】
図２に示すように、少なくとも１つの燃料添加剤（図示せず）を含む燃料源２２０は、例えば導管２２５によって燃料バーナ２３０と流体接続して配置できる。燃料源２２０は、導管２２５によって燃料バーナ２３０に流入でき、ここで燃焼して、例えば熱及び／又はエネルギを生成し得る。燃料バーナは、例えば導管２３５によって多孔質セラミック構造体２００と流体接続されてよい。燃料バーナ２３０からの排気流２４０は微粒子状物質２４５を含む場合があり、ろ過のために多孔質セラミック構造体２００に入り込むことができる。微粒子状物質２４５の量が減少した精製済みの流れ２５０はその後、多孔質セラミック構造体２００から例えば周囲雰囲気へと流出できる。
【００３１】
例示的な燃料源２２０は例えば、ディーゼル又はガソリン等の液体燃料、天然ガス、バイオ燃料、及びこれらの組み合わせを含むことができる。特定の非限定的な実施形態では、燃料源２２０は、例えば車両に動力供給するために従来より使用されるエネルギ源である、ディーゼル又はガソリン燃料を含むことができる。本明細書中で使用される場合、用語「燃料（ｆｕｅｌ）」は、いずれのグレードのディーゼル及びガソリン燃料の両方を区別なく指すことを意図している。様々な機関のための燃料源と共に油も燃焼されることがあること、例えば機関の潤滑に使用される油は、ガソリン又はディーゼルと共に燃焼され得ることに留意されたい。しかしながら、本明細書中で使用される場合、「燃料添加剤（ｆｕｅｌ  ａｄｄｉｔｉｖｅ）」は、潤滑油に添加される成分を指すことを意図しておらず、寧ろ車両の原動力（又はいずれの他のデバイス若しくは装置の動力）を生成する燃料源を指す。いくつかの実施形態では、別個の添加剤を油に添加してよいか、又はこのような添加剤は所望に応じて完全に省略してよい。
【００３２】
上記燃料源は、例えば車両内のガスタンク等の燃料リザーバに内包できる。様々な実施形態によると、燃料源２２０の体積は、約１リットル〜約５００リットル、例えば約５リットル〜約４００リットル、約１０リットル〜約３００リットル、約２０リットル〜約２５０リットル、約３０リットル〜約２００リットル、約４０リットル〜約１５０リットル、又は約５０リットル〜約１００リットル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。例えば燃料源の体積は、例えば約３０リットル〜約１５０リットル、例えば約４０リットル〜約１４０リットル、約５０リットル〜約１３０リットル、約６０リットル〜約１２０リットル、約７０リットル〜約１１０リットル、又は約８０リットル〜約１００リットル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）である車両燃料タンクの容積に対応できる。なお更なる実施形態では、燃料源２２０は、車両のための初期燃料サプライ、例えば機関による燃焼のために車両に添加されるガスの第１のタンクに対応できる。
【００３３】
燃料源２２０は、少なくとも１つの燃料添加剤、例えば燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含む１つ以上の添加剤を含むことができる。アッシュは、例えば不燃性無機成分を含むことができ、上記不燃性無機成分は、いくつか例を挙げると酸化物、硫酸塩、炭酸塩、又はリン酸塩の形態であってよい。例示的な燃料添加剤としては、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、又はこれらの組み合わせを含むがこれらに限定されない少なくとも１つの金属元素を含む化合物、例えばこれらの金属又は酸化物、水酸化物、塩、及び／若しくは水和物を挙げることができる。よってこのような添加剤から得られるアッシュは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ又はこれらの組み合わせの、少なくとも１つの酸化物、硫酸塩、炭酸塩、及び／又はリン酸塩を含むことができる。特定の実施形態では、燃料添加剤は、燃料含有触媒（ＦＢＣ）を含むことができる。市販の燃料添加剤の非限定的な一例は、ＥＯＬＹＳ（商標）１７６であり、これはイソパラフィン溶媒中のセリウムと酸化鉄との混合物である。
【００３４】
様々な実施形態によると、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成するのに十分な量で上記燃料源中に存在してよい。例示的な燃料添加剤濃度は、例えば燃焼した燃料１リットルあたり約１０ｍｇ〜約２０００ｍｇのアッシュ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり約３０ｍｇ〜約１８００ｍｇ、約４０ｍｇ〜約１５００ｍｇ、約５０ｍｇ〜約１２００ｍｇ、約１００ｍｇ〜約１０００ｍｇ、約１５０ｍｇ〜約７５０ｍｇ、約２００ｍｇ〜約５００ｍｇ、約２５０ｍｇ〜約４００ｍｇ、又は約３００ｍｇ〜約３５０ｍｇのアッシュを生成できる。特定の実施形態では、上記燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり約１０ｍｇ超、例えば約３０ｍｇ超、又は約５０ｍｇ超のアッシュを生成できる。なお更なる実施形態によると、燃料源２２０は、燃料サプライ（例えばディーゼル又はガソリン）と少なくとも１つの燃料添加剤との混合物を含むことができる。上記少なくとも１つの燃料添加剤と上記燃料サプライとの非限定な例示的体積比は、約１：２５〜約１：５００、例えば約１：５０〜約１：４００、約１：７５〜約１：３００又は約１：１００〜約１：２００（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）の範囲であってよい。
【００３５】
ＥＯＬＹＳ  １７６等の燃料含有触媒（ＦＢＣ）は、フィルタの再生を目的として比較的低い濃度で燃料に添加されている。しかしながら、ＦＢＣは典型的には、フィルタ上に既に存在するスート／アッシュに対する大幅な追加をもたらすことなく比較的容易に燃え尽きるよう、低濃度で、例えばフィルタに捕捉された微粒子状物質の燃焼温度を下げるのに必要なだけ、燃料源に添加される。例えば、ディーゼル微粒子状物質は、６００℃超の温度で燃焼でき、この温度は少量のＦＢＣの添加により約３５０〜４００℃まで低下させることができる。例示的なＦＢＣ濃度としては、例えば燃料源体積に対して１：１０００未満の体積比（例えば１：１５００又は１：２０００）が挙げられ、これは燃焼した燃料１リットルあたり１０ｍｇ未満のアッシュを生成する。更に、ＦＢＣを燃料源に添加して、微粒子状物質が既に装入されていて再生が必要な、例えばアッシュ濃度が約０ｇ／Ｌ超の「不浄な（ｕｎｃｌｅａｎ）」フィルタを処理してよい。対照的に、本記載の燃料添加剤を初期燃料サプライに添加して、例えばアッシュ濃度が約０ｇ／Ｌの「清浄な」微粒子フィルタ上に初期アッシュ堆積を提供することにより、フィルタの初期ＰＮＦＥを急速に改善してよい。
【００３６】
特定の実施形態では、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、上記多孔質セラミック構造体の総体積に対して測定した場合に、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュを堆積させるのに十分な量で存在してよい。上記多孔質セラミック構造体内及び／又は上記多孔質セラミック構造体上に堆積される例示的なアッシュの濃度は、例えば約１０ｍｇ／Ｌ超〜約１ｇ／Ｌ、例えば約３０ｍｇ／Ｌ〜約０．９ｇ／Ｌ、約４０ｍｇ／Ｌ〜約０．８ｇ／Ｌ、約５０ｍｇ／Ｌ〜約０．７ｇ／Ｌ、約０．１ｇ／Ｌ〜約０．６ｇ／Ｌ、約０．２ｇ／Ｌ〜約０．５ｇ／Ｌ、又は約０．３ｇ／Ｌ〜約０．４ｇ／Ｌ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。特定の実施形態では、堆積されるアッシュの濃度は、約１ｇ／Ｌ超、例えば約２ｇ／Ｌ超、約３ｇ／Ｌ超、約４ｇ／Ｌ超、又は約５ｇ／Ｌ超（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。
【００３７】
本明細書では、用語「表面（ｓｕｒｆａｃｅ）」は、外部構造壁又はスキン及び内部微小構造体又は内部多孔質壁の両方の上に細孔及び／又はチャネルによって形成されたいずれの表面を含むがこれらに限定されない、セラミック構造体のいずれの外部又は内部表面を指すために使用される。例えば、無機粒子を含む膜を、多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に堆積させてよい。いくつかの実施形態では、上記膜は、連続的、非連続的、又は半連続的なものであってよい。他の実施形態では、上記膜は、上記セラミック構造体内の細孔の少なくとも一部分を覆ってよいか、又は部分的に覆ってよい。例えば、無機膜は、外側壁表面上の細孔、例えば細孔「開口部（ｏｐｅｎｉｎｇ）」を覆うことができるか、又は１つ以上の細孔「ネック（ｎｅｃｋ）」を経由してセラミック微小構造体内へと延伸できる。よって堆積したアッシュは、１つ以上の細孔開口部を覆うことができ、及び／又は１つ以上の細孔チャネルを内張りでき、これによりフィルタのろ過効率が上昇するため、流体が上記多孔質セラミック構造体を通って流れる間に捕捉できる微粒子の量を増大させることができる。
【００３８】
多孔質セラミック構造体を通って流れる流体としては、例えば、燃料バーナ２３０からの排気流を挙げることができる。例示的な燃料バーナとしては、内燃機関又はそのいずれの部品を挙げることができるがこれらに限定されない。例えば、上記多孔質セラミック構造体を、燃料燃焼成分と流体接続して、車両内において、上記機関の下流に又は上記機関自体の中に設置でき、これにより、燃料源の燃焼により生じる排気流が上記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成される。非限定的な実施形態では、多孔質セラミック構造体を通る流体流の流量は、約０．１Ｌ／時間〜約２５Ｌ／時間、約０．２５Ｌ／時間〜約２０Ｌ／時間、約０．５Ｌ／時間〜約１５Ｌ／時間、約１Ｌ／時間〜約１０Ｌ／時間、約２Ｌ／時間〜約５Ｌ／時間、又は約３Ｌ／時間〜約４Ｌ／時間（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）とすることができる。
【００３９】
様々な実施形態によると、燃料バーナ２３０は車両構成要素でなくてよく、燃料源２２０は車両燃料サプライ以外であってよい。例えばいくつかの実施形態では、多孔質セラミック構造体２００を、車両内に設置する前に予備調質してよい。いくつかの実施形態では、多孔質セラミック構造体２００をまず、少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を燃焼させる予備調質用燃料バーナと流体接続して配置してよい。十分な燃焼期間後、例えば（本明細書において開示される例示的なレベルといった）所望のアッシュ濃度及び／又はろ過効率が達成された後、続いて予備調質されたフィルタを車両内に設置してよい。従って、上記多孔質セラミック構造体を、初期アッシュ濃度が約０ｍｇ／Ｌの「清浄な」フィルタとして、又は初期アッシュ濃度が少なくとも約１０ｍｇ／Ｌ以上、例えば少なくとも約３０ｍｇ／Ｌ若しくは少なくとも約５０ｍｇ／Ｌの「予備調質済み（ｐｒｅ‐ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ）」フィルタとして、車両内に設置してよい。特定の実施形態では、「清浄な」フィルタは、本明細書において開示されるように、燃料源を燃焼させる上記機関からの排気への曝露等によって、車両内に設置した後に調質してよい。特定の実施形態では、フィルタの調質は、約７２時間以下の機関動作中に行ってよい。
【００４０】
車両
本開示はまた、本明細書において開示される微粒子ろ過システムを備える車両に関する。図３を参照すると、いくつかの実施形態では、車両は、燃料添加剤を含む燃料３２０（実線で示される燃料フロー）を受け入れるための燃料注入口３５５を含んでよい。燃料３２０は、内燃機関３３０に注入され内燃機関３３０で燃焼されるまで、燃料タンク３６０で保管してよい。その後、（機関３３０を出る破線で示される）排気流３４０は、微粒子状物質のろ過のためにフロースルー多孔質セラミック構造体３００を通って流れた後、例えば排気パイプ３６５を通って上記車両を出ることができる。図３は自動車又はトラック等の乗用車両を示し得るが、本明細書において開示される微粒子ろ過システムは当然のことながら、商用車両（例えばセミトラック、配送トラック、及び／若しくは建設トラック）、軍用車両、列車、ボート、飛行機、又は排出制限があってもなくてもよいいずれの他の同様の移動車両といった、いずれの他の移動車両にも設置できる。更に、図３は機関３３０及び多孔質セラミック構造体３００を別個の構成要素として示しているが、内燃機関は、燃料バーナ及びセラミック構造体、例えば燃料燃焼用機関サブアセンブリ及び排気ろ過用機関サブアセンブリの両方を備えてもよい。
【００４１】
更なる実施形態によると、燃料３２０は、例えば所定量の上記燃料添加剤を有するガスの第１のタンクである初期燃料サプライを含んでよい。更なる実施形態では、燃料添加剤を含む初期燃料サプライの燃焼後、後続の燃料サプライは、燃料添加剤を含まないか、又は略含まないものであってよい。あるいは、後続の燃料サプライは、例えば約２５ｐｐｍ未満若しくは約１０ｐｐｍ未満でさえある、フィルタ再生に十分な濃度、又は燃焼した燃料１リットルあたり１０ｍｇ未満のアッシュを生成する濃度である、より低い濃度の燃料添加剤を含んでよい。
【００４２】
特定の非限定的な実施形態では、本明細書において開示される微粒子ろ過システムを備える車両のＰＮＦＥは、初期「ブレークイン」期間後、例えば約３０００ｋｍ以下の走行距離後に、約８０％超であってよい。例えばＰＮＦＥは、約１００ｋｍ〜約３０００ｋｍ、例えば約２００ｋｍ〜約２５００ｋｍ、約３００ｋｍ〜約２０００ｋｍ、約４００ｋｍ〜約１５００ｋｍ、約５００ｋｍ〜約１０００ｋｍ、約６００ｋｍ〜約９００ｋｍ、又は約７００ｋｍ〜約８００ｋｍ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）の走行距離後に、約８０％超であってよい。このような走行距離後のＰＮＦＥは、いくつかの実施形態では、約８５％超、約９０％超、約９２％超、約９５％、約９７％超、約９８％超、又は約９９％超（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）であってよい。
【００４３】
理論に束縛されることを望むものではないが、３０００ｋｍ未満の走行距離によるろ過効率の改善は、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上へのアッシュの急速な堆積によるものであり得ると考えられる。例えばアッシュは、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇ、少なくとも約５０ｍｇ、又は約２０００ｍｇものアッシュという速度で、上記構造上又は上記構造体内に堆積してよい。いくつかの実施形態では、３０００ｋｍ以下、例えば約１００ｋｍ〜約３０００ｋｍの走行距離後、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌ、例えば少なくとも約３０ｍｇ／Ｌ又は少なくとも約５０ｍｇ／Ｌのアッシュが上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に堆積でき、この濃度は上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとしたものである。最初の３０００ｋｍの走行期間中の例示的なアッシュ装入濃度は、例えば約１０ｍｇ／Ｌ超〜約１ｇ／Ｌ以上、例えば約５ｇ／Ｌもの濃度とすることができる。
【００４４】
非限定的な実施形態では、上記多孔質セラミック構造体の表面にアッシュを堆積させて、厚さ約２０マイクロメートル以下、例えば約１０ｎｍ〜約１５マイクロメートル、約１００ｎｍ〜約１２マイクロメートル、約２００ｎｍ〜約１０マイクロメートル、約３００ｎｍ〜約８マイクロメートル、約４００ｎｍ〜約６マイクロメートル、約５００ｎｍ〜約５マイクロメートル、約６００ｎｍ〜約４マイクロメートル、約７００ｎｍ〜約３マイクロメートル、約８００ｎｍ〜約２マイクロメートル、又は約９００ｎｍ〜約１マイクロメートル（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）の無機膜を形成してよい。様々な実施形態では、上記無機膜の多孔率は、約７０％以上、例えば約７５％超、８０％超、８５％超、９０％超、９５％超、又はそれより高い多孔率（これらの間の全ての範囲及び部分範囲、例えば約７０％〜約９５％を含む）であってよい。
【００４５】
本明細書において開示される微粒子ろ過システムを備える車両は、従来技術のろ過システムを備える車両に対して１つ以上の利点を有し得る。例えば図４は、新欧州ドライビングサイクル（Ｎｅｗ  Ｅｕｒｏｐｅａｎ  Ｄｒｉｖｉｎｇ  Ｃｙｃｌｅ：ＮＥＤＣ）又は乗用車等の国際調和排出ガス・燃費試験法（Ｗｏｒｌｄ‐Ｈａｒｍｏｎｉｚｅｄ  Ｌｉｇｈｔ‐Ｄｕｔｙ  Ｖｅｈｉｃｌｅ  Ｔｅｓｔ  Ｐｒｏｃｅｄｕｒｅ：ＷＬＴＰ）を実施する異なるガソリン燃焼車両内に設置された、異なる直径の複数の従来技術のフィルタに関する、ＰＮＦＥの発展特性を示す。プロットＡは、５．２インチ（１３．２０８ｃｍ）直径の３００／８  ＧＣ  ＨＰ  Ｃｏｒｎｉｎｇ（登録商標）ＤｕｒａＴｒａｐ（登録商標）フィルタが取り付けられた、ＷＬＴＰを実施する車両を示す。プロットＢは、５．６６インチ（１４．３７６４ｃｍ）直径の３００／８  ＧＣ  ＨＰ  Ｃｏｒｎｉｎｇ  ＤｕｒａＴｒａｐフィルタが取り付けられた、ＷＬＴＰを実施する車両を示す。プロットＣは、プロットＢにおけるものと同一のフィルタが取り付けられているが、ＮＥＤＣを実施する車両を示す。グラフから分かるように、これらの従来技術のろ過システムは、車両が相当な距離、例えば３０００ｋｍ超又は６０００ｋｍ超もの距離を走行するまで、ＰＮＦＥの明らかな改善を示さない。いくつかのフィルタは、車両及び走行サイクルによっては、８０％のＰＮＦＥに到達しない場合さえある。従って、本明細書において開示される燃料添加剤を採用せず、代わりに機関油中の無機成分からのアッシュ堆積の蓄積に依存し得る、従来技術のろ過システムは、一定のＰＮＦＥレベルに到達できないか、又は確実に若しくは予想通りには到達できないことが明らかである。対照的に、本明細書において開示される微粒子ろ過システムは、より高いＰＮＦＥを達成でき、またガソリン消費をより予想しやすいという性質、及び上記燃料添加剤から生じる結果として得られるアッシュ堆積をより正確に算出できることにより、はるかに確実にこれを達成できる。
【００４６】
いくつかの実施形態では、本明細書において開示される微粒子ろ過システムは、同一の走行サイクルにおいて同様の車両内で動作するものの調質されていない多孔質セラミック構造体（例えば全ての他の条件及び特徴は本明細書において開示される燃料源中の燃料添加剤の不在を除いて同一である）を備える、同様のろ過システムと比べて、ＰＮＦＥの少なくとも約５％の改善を示し得る。例えば、本明細書において開示されるろ過システムは、従来技術のろ過システムと比べて、約５％〜約２０％（例えば約５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、又はこれらの間のいずれの範囲若しくは部分範囲）のＰＮＦＥの改善を示し得る。いくつかの実施形態では、ＰＮＦＥのこの改善は、約３０００ｋｍ以下、例えば１０００ｋｍ以下、例えば約１０ｋｍ〜約１０００ｋｍ、約２０ｋｍ〜約５００ｋｍ、約５０ｋｍ〜約３００ｋｍ、又は約１００ｋｍ〜約２００ｋｍ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）の走行マイル数において示され得る。他の実施形態では、上記ＰＮＦＥの改善は、走行距離に関する制限なしの全体的な改善であり得る。
【００４７】
本明細書において開示されるろ過システムは更に、比較的低い初期圧力降下も示しながら、改善されたろ過効率を提供できる。本明細書中で使用される場合、用語「圧力降下（ｐｒｅｓｓｕｒｅ  ｄｒｏｐ）」は、流体が注入口端部から排出口端部まで上記多孔質セラミック構造体を通って流れる際に結果としてもたらされる、流体の圧力降下を指す。本明細書において提供される圧力降下値は、フィルタの「初期（ｉｎｉｔｉａｌ）」圧力降下、例えばフィルタに微粒子が装入される前の、フィルタを通る最初の通過を指す。フィルタに次第に微粒子状物質が装入されるにつれて、フィルタ中の圧力降下は当然増大する傾向にあることが理解される。いくつかの実施形態では、上記多孔質セラミック構造体の圧力降下は、約０．１ｋＰａ〜約１００ｋＰａ、例えば約０．５ｋＰａ〜約５０ｋＰａ、約１ｋＰａ〜約４０ｋＰａ、約５ｋＰａ〜約３０ｋＰａ、又は約１０ｋＰａ〜約２０ｋＰａとなり得る。更なる実施形態によると、圧力降下は、約５０ｋＰａ未満、例えば約４０ｋＰａ未満、約３０ｋＰａ未満、約２０ｋＰａ未満、又は約１０ｋＰａ未満、例えば約１０ｋＰａ〜約５０ｋＰａ（これらの間の全ての範囲及び部分範囲を含む）となり得る。例えば、本明細書において開示されるろ過システムは、従来技術のろ過システムと比べて、約１％〜約３０％（例えば約１％、２％、３％、４％、５％、６％、７％、８％、９％、１０％、１１％、１２％、１３％、１４％、１５％、１６％、１７％、１８％、１９％、２０％、２１％、２２％、２３％、２４％、２５％、２６％、２７％、２８％、２９％、３０％又はこれらの間の全ての範囲若しくは部分範囲）の、圧力降下の改善を示し得る。
【００４８】
更に、比較的薄い無機層又は膜の存在により、スート粒子の堆積によって生じる圧力降下を低減することもできる。例えば、堆積したアッシュ粒子は、上記多孔質セラミック構造体に深く入り込むことができるため、微小構造体のいくつかの部分にスート粒子が後から入り込むのを防ぐことができる。従って、装入による圧力降下に関して観察される場合がある「ニー効果（ｋｎｅｅ  ｅｆｆｅｃｔ）」（比較的低いスート装入量における不釣り合いに高いフロー抵抗の増大を指す）を低減又は排除することができる。
【００４９】
方法
本明細書では、流体から微粒子をろ過するための方法が更に開示され、上記方法は、本明細書において開示される微粒子ろ過システムを通して上記流体を流すステップを含む。また本明細書では、微粒子フィルタを調質するための方法も開示され、上記方法は：多孔質セラミック構造体を燃料バーナと流体接続して配置するステップ；上記燃料バーナに少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を供給するステップ；上記燃料源を燃焼させるステップ；及び上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流を多孔質セラミック構造体に通すステップを含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュ、例えば燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇ、少なくとも約５０ｍｇ、又は２０００ｍｇものアッシュを生成できる。
【００５０】
本明細書中で使用される場合、用語「流体接続（ｆｌｕｉｄ  ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）」は、説明される流体が説明される構成要素へと自由に流れ込むことができること、又はある流体が２つの説明される構成要素間を自由に流れることができることを指すことを意図したものである。例えば、燃料バーナと流体接続した燃料源は、例えば導管、パイプ、チューブ、又は他の好適な構成要素を介して、燃焼用の燃料バーナへと自由に流れ込むことができる。同様に、多孔質セラミック構造体と流体接続した燃料バーナを出る排気流は、例えば導管、パイプ、チューブ、又は他の好適な構成要素を介して、ろ過用の多孔質構造体へと自由に流れ込むことができる。
【００５１】
上で詳述したように、微粒子フィルタ（例えば多孔質セラミック構造体）を、車両内に設置した後に、又は設置前に調質できる。例えば、例示的な調質方法は：車両内に上記多孔質セラミック構造体を設置するステップ；上記車両のための初期燃料サプライに少なくとも１つの燃料添加剤を含めるステップ；上記燃料サプライを燃焼させてアッシュを生成するステップ；及び上記多孔質セラミック構造体を通して機関からの排気流を流して、上記構造体の１つ以上の表面に上記アッシュを堆積させるステップを含むことができる。このような実施形態では、「清浄な」フィルタ（例えばアッシュ濃度〜０ｍｇ／Ｌ）を車両内に設置して、その後調質することによって、比較的短い走行距離（例えば＜３０００ｋｍ及び／又は＜７２時間の機関動作）によって所望のアッシュ濃度（例えば＞１０ｍｇ／Ｌ）及びＰＮＦＥを達成できる。例えば、少なくとも１つの燃料添加剤を、上記車両のための初期燃料サプライに添加できる。
【００５２】
様々な実施形態では、上記フィルタは、約７２時間未満、例えば約６０時間未満、約４８時間未満、約３６時間未満、約２４時間未満、又は約１２時間未満（これらの間の全ての範囲及び部分範囲、例えば約１２〜約７２時間を含む）の機関動作にわたって、機関からの排気に曝露することにより、調質できる。本明細書中で使用される場合、「機関動作（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）」は、アイドリング、いずれの速度での走行等を含む、排気を生成するいずれの動作を包含することを意図したものである。このようにして調質されたフィルタ、例えば約７２時間未満にわたる機関排気への曝露後のフィルタは、上記フィルタの総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌ、例えば少なくとも約３０ｍｇ／Ｌ又は少なくとも約５０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量を有し得る。特定の実施形態では、上記フィルタを、車両の通常運転中に起こり得る「自然な（ｎａｔｕｒａｌ）」アッシュ装入に比べて、「加速された（ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ）」アッシュ装入速度で調質できる。
【００５３】
あるいは、車両内に設置する前に、例えば少なくとも１つの燃料添加剤を燃焼させて、得られたアッシュ粒子を含む排気流を、所望のアッシュ濃度レベルが達成されるまで、多孔質セラミック構造体に通すことにより、多孔質セラミック構造体を予備調質できる。これらの実施形態では、「予備調質済み（ｐｒｅ‐ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｄ）」フィルタを車両内に設置でき（例えばアッシュ濃度＞１０ｍｇ／Ｌ）、またこれは所望のＰＮＦＥをただちに示すことができる。例えば、燃料添加剤を上記車両のための初期燃料サプライに添加しなくてもよいか、又はいくつかの実施形態では、比較的少量の燃料添加剤をフィルタ再生のために添加できる。
【００５４】
特定の実施形態では、本明細書において開示される調質方法は更に、上記多孔質セラミック構造体を少なくとも１つの触媒でウォッシュコートするステップを含むことができる。例示的な触媒としては、１つ以上の希土類酸化物（例えばＣｅＯ２又はＺｒＯ３）と任意に組み合わされた、１つ以上の白金族金属（例えばＰｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｉｒ）を挙げることができる。適切な触媒及び適切な触媒濃度を選択すること、並びに当該技術分野で公知のいずれの方法を用いて上記多孔質セラミック構造体の１つ以上の表面に上述のような触媒を塗布することは、当業者の能力の範囲内である。非限定的な実施形態によると、新しいろ過層が有し得るウォッシュコートプロセスとのいずれの潜在的干渉を回避するために、上記ウォッシュコートするステップを上記アッシュ粒子の堆積前に実施すると有利となり得る。
【００５５】
いくつかの実施形態では、時間のかかるアッシュ調質プロセスを必要としない、及び／又は使用前若しくは使用中にフィルタ特性に悪影響を及ぼさない、ＤＰＦ又はＧＰＦ等の微粒子フィルタを調質するための方法及び／又はシステムが開示される。また、本明細書において開示されるいくつかの実施形態は、初期ろ過効率が強化された低圧力降下フィルタ（例えばより薄いウェブ及び／又はより大きい細孔）を提供する。更に、本明細書において開示されるいくつかの実施形態は、このようなフィルタを採用する車両若しくは機関システム又は後処理サブシステムが排出基準をより迅速に遵守できるように、ＤＰＦ又はＧＰＦ等の微粒子フィルタの調質時間を短縮するための方法及び／又はシステムを含む。
【００５６】
本開示の様々な実施形態は、当該特定の実施形態に関連して記載されている特定の特徴、要素又はステップを伴い得ることが理解されるだろう。また、ある特定の特徴、要素又はステップは、ある特定の実施形態に関連して記載されていても、例示されていない組み合わせ又は順列で、相互交換してよく、又は代替実施形態と組み合わせてよいことが理解されるだろう。
【００５７】
また本明細書中で使用される場合、用語「上記（ｔｈｅ）」、「ある（ａ又はａｎ）」は「少なくとも１つの（ａｔ  ｌｅａｓｔ  ｏｎｅ）」を意味し、そうでないことが明示されていない限り、「唯一の（ｏｎｌｙ  ｏｎｅ）」に限定されてはならないことも理解されたい。従って例えば「あるチャネル（ａ  ｃｈａｎｎｅｌ）」に関する言及は、文脈によってそうでないことが明示されていない限り、１つのこのような「チャネル」又は２つ以上のこのような「チャネル」を有する例を含む。同様に「複数の（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ）」又は「アレイ（ａｒｒａｙ）」は、２つ以上を指すことを意図したものであり、従って「チャネルのアレイ（ａｒｒａｙ  ｏｆ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）」又は「複数のチャネル（ｐｌｕｒａｌｉｔｙ  ｏｆ  ｃｈａｎｎｅｌｓ）」は、２つ以上のこのようなチャネルを指す。
【００５８】
本明細書において、範囲は、「約（ａｂｏｕｔ）」ある特定の値から、及び／又は「約」別の特定の値までとして表現され得る。このような範囲が表現されている場合、その例は、上記ある特定の値から、及び／又は上記別の特定の値までを含む。同様に、先行詞「約」を用いることにより、値が概数として表現されている場合、上記特定の値は別の態様を形成することが理解されるだろう。更に、各範囲の端点は、他方の端点との関連でも、他方の端点とは独立しても、重要であることが理解されるだろう。
【００５９】
本明細書中で表現される全ての数値は、そうでないことがはっきりと指示されていない限り、そのように述べたかどうかにかかわらず、「約」を含むものとして解釈される。しかしながら、記載されている各数値は、「約」当該値として表されているかにかかわらず、正確なものとして考慮されることが、更に理解される。従って、「１００ｎｍ未満の寸法（ａ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  １００  ｎｍ）」及び「約１００ｎｍ未満の寸法（ａ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ  ｌｅｓｓ  ｔｈａｎ  ａｂｏｕｔ  １００  ｎｍ）」は両方とも、「約１００ｎｍ未満の寸法」及び「１００ｎｍ未満の寸法」の実施形態を含む。
【００６０】
そうでないことが言明されていない限り、本明細書に記載のいずれの方法が、そのステップを特定の順序で実施することを必要とするものとして解釈されることは、全く意図されていない。従って、ある方法クレームが、そのステップが従うべき順序を実際に列挙していない場合、又はステップをある特定の順序に限定するべきであることが、特許請求の範囲若しくは説明中で具体的に言明されていない場合、いずれの特定の順序が推定されることは全く意図されていない。
【００６１】
特定の実施形態の様々な特徴、要素又はステップが、移行句「…を含む／備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」を用いて開示される場合があるが、移行句「…からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」又は「…から本質的になる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」を用いて記載され得るものを含む代替実施形態も含意されていることを理解されたい。従って例えば、Ａ＋Ｂ＋Ｃを含む方法に対して含意されている代替実施形態は、方法がＡ＋Ｂ＋Ｃからなる実施形態、及び方法がＡ＋Ｂ＋Ｃから本質的になる実施形態を含む。
【００６２】
本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な修正及び変形を本開示に対して実施できることは、当業者には理解されるだろう。本開示の精神及び内容を組み込んだ、本開示の実施形態の修正、組み合わせ、部分的組み合わせ及び変形が、当業者には想起され得るため、本開示は、添付の特許請求の範囲及びその均等物の範囲内にある全てを含むものとして解釈されるものとする。
【００６３】
以下の実施例は、非限定的なものであること及び単なる例示を意図したものであり、本発明の範囲は請求項によって定義される。
【実施例】
【００６４】
４気筒１．６ＬターボチャージＧＤＩ機関を有する標準的なＥＵ５認証車両にレギュラーガソリンを燃料供給し、微粒子フィルタを設置せずに、未処理の排出に関して試験した。続いて同一の車両にＣｏｒｎｉｎｇ  ＤｕｒａＴｒａｐ  ＧＣ  ＨＰ  ３００／８触媒コーティング済みセラミックフィルタを取り付け、レギュラーガソリンを用いて排出を試験した。最後に、燃料添加剤（ＥＯＬＹＳ  １７６）を燃料に体積比１：７５で添加した後、上記車両を排出試験に供した。排出試験は、Ｐａｒｔｉｃｌｅ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｐｒｏｇｒａｍｍｅ（ＰＭＰ）対応の微粒子数測定装置を使用して、ＮＥＤＣ  ＥＵ５／ＥＵ６ｂ認証サイクルを用いて、シャシダイナモメータ上で実施した。
【００６５】
ＰＮＦＥの発展特性を走行距離の関数として評価するために、ＮＥＤＣを数回連続して繰り返し（１サイクル＝１１ｋｍ）、等間隔で排出測定を行った。ろ過効率は［ＰＮ（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｕｔ）−ＰＮ（ｔａｉｌｐｉｐｅ）］／ＰＮ（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｕｔ）として算出し、ここでＰＮ（ｅｎｇｉｎｅ  ｏｕｔ）は排気流が機関を出る際の排気流中の粒子数を表し、ＰＮ（ｔａｉｌｐｉｐｅ）は、排気流がフィルタを通過した後の粒子数を表す。燃料添加剤を用いた及び燃料添加剤を用いない試験結果を図５に示す。ここでプロットＸは、本発明のろ過システムのＰＮＦＥ発展特性を表し、プロットＹは、従来技術のろ過システム（燃料添加剤なし）を表す。各データ点は、別個の排出試験を表す。２つのプロットＸとＹとを比較することによって理解できるように、本発明のろ過システムは、優れた全ＰＮＦＥを有し、特に、より短い走行距離において従来技術のシステムより性能が優れていた。図５に提示されたデータに基づいて、車両がわずか１０００ｋｍ、わずか５００ｋｍ、わずか１００ｋｍ、わずか５０ｋｍ、又はわずか２０ｋｍしかを走行しないうちに、本開示のろ過システムを動作させる車両を認証できる。
【００６６】
図６は、図５において試験したものと同一の車両によって消費された燃料添加剤（ＥＯＬＹＳ  １７６）の量の関数として観察されたＰＮＦＥ発展特性を示す。例えば体積比わずか１：７５の比較的少量の添加剤を用いた場合でさえ、ＰＮＦＥの相当な向上が観察された。図６に提示したデータはいずれの所与の燃料添加剤に関して生成でき、その後これを用いて、所望のろ過効果を達成するための燃料添加剤の適切な「適用量（ｄｏｓｅ）」を決定できる。
【００６７】
燃料添加剤ＥＯＬＹＳ  １７６におけるアッシュの相対量に関する試験を、熱重量分析（ｔｈｅｒｍｏｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃ  ａｎａｌｙｓｉｓ：ＴＧＡ）を用いて行い、これを図７に示す。質量の変化がそれ以上観察されなくなるまで、液体添加剤の加熱を昇温下で実施した。質量減少Δｍの２つのおおまかな段階を、最大約４００℃の温度で観察した。およそ１５００℃まで加熱した後、更なる質量損失は現れず、約１０重量％の残留質量ｍＲが得られ、これは燃料添加剤のアッシュ画分を表す。この分析、及び他の燃料添加剤成分に関する他の同様の分析を用いて、所望の走行マイル数において所望のＰＮＦＥを達成する微粒子ろ過システムの設計が可能となり得る。
【００６８】
例えば、図８を参照すると、異なるアッシュ画分を用いて、所与の量の燃料源、例えば所与の燃料タンクサイズに必要な添加剤の量を計算できる。当然のことながら、考慮する他のパラメータとしては、ＰＮＦＥの目標増大（これは生の排出数に左右され得る）、フィルタ体積（大きなフィルタは高いアッシュレベルを必要とし得ると想定される）が挙げられる。更に、触媒ウォッシュコートが存在する場合はこれを汚染しないよう、及び／又は同様に規制される場合がある二次排出物（例えばＴＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘ、ＰＭ／ＰＮ）を生成しない若しくは増大させないよう、注意すべきである。
【００６９】
従って、以上及び以下のような様々な態様及び実施形態が本明細書において開示される。
【００７０】
第１の態様では、微粒子ろ過システムが開示され、上記微粒子ろ過システムは：少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源；上記燃料源と流体接続する燃料バーナ；及び上記燃料バーナと流体接続する多孔質セラミック構造体を備え、上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流は、上記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成され、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる。
【００７１】
第１の態様の第１の実施形態のセットでは、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇのアッシュを生成できる。
【００７２】
第１の態様の第２の実施形態のセットでは、上記燃料源は、少なくとも１つの燃料添加剤と組み合わされる燃料サプライを含み、上記燃料添加剤の上記燃料サプライに対する体積比は約１：２５〜約１：５００である。
【００７３】
第１の態様の第３の実施形態のセットでは、上記燃料添加剤の燃焼によって生成される上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に堆積される。
【００７４】
第３の実施形態のセットの第１のサブセットでは、上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に膜を形成する。
【００７５】
第３の実施形態のセットの第２のサブセットでは、上記アッシュは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、又はこれらの組み合わせの、少なくとも１つの酸化物、硫酸塩、炭酸塩、又はリン酸塩を含む。
【００７６】
第３の実施形態のセットの第３のサブセットでは、上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌの濃度で堆積される。
【００７７】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記燃料源は、ディーゼル又はガソリン燃料を含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、上記燃料源の体積は約３０リットル〜約１５０リットルである。
【００７８】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記少なくとも１つの無機成分は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの元素を含む。
【００７９】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記燃料バーナは内燃機関である。
【００８０】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記多孔質セラミック構造体は、複数の多孔質内壁で隔てられた複数のチャネルを備えるセラミックハニカムである。
【００８１】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記多孔質セラミック構造体は、少なくとも１つの触媒でコーティングされる。
【００８２】
第１の態様の上述の実施形態のうちのいくつかでは、上記多孔質セラミック構造体の初期アッシュ濃度は、およそ０ｍｇ／Ｌである。
【００８３】
第２の態様では、第１の態様の微粒子ろ過システムを備える車両が開示される。第２の態様の実施形態のうちのいくつかでは、上記燃料源は、上記車両に対する初期燃料サプライを含む。第２の態様の実施形態のうちのいくつかでは、約３０００ｋｍ以下の走行距離後、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュを含む無機膜が上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に形成され、上記濃度は上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとしたものである。第２の態様の実施形態のうちのいくつかでは、約３０００ｋｍ以下の走行距離後、上記多孔質セラミック構造体の粒子数ろ過効率は約８０％超であり、これらの実施形態のうちのいくつかでは、約１００ｋｍ〜約１０００ｋｍの走行距離後、上記多孔質セラミック構造体の粒子数ろ過効率は約８０％超であり、これらの実施形態のうちのいくつかでは、上記粒子数ろ過効率は約９０％超である。
【００８４】
第３の態様では、流体から微粒子をろ過するための方法が開示され、上記方法は、上記流体を第１の態様の微粒子ろ過システムに通して流すステップを含む。
【００８５】
第４の態様では、微粒子フィルタを調質するための方法が開示され、上記方法は：多孔質セラミック構造体を燃料バーナと流体接続して配置するステップ；上記燃料バーナに少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を供給するステップ；上記燃料源を燃焼させるステップ；及び上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流を多孔質セラミック構造体に通すステップを含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる。
【００８６】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇのアッシュを生成できる。
【００８７】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記方法は更に、車両内に上記多孔質セラミック構造体を設置するステップ、及び上記車両のための初期燃料サプライに少なくとも１つの燃料添加剤を含めるステップを含む。
【００８８】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記多孔質セラミック構造体は、車両内に設置する前に予備調質される。
【００８９】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記多孔質セラミック構造体は、複数の多孔質内壁で隔てられた複数のチャネルを備えるセラミックハニカムである。
【００９０】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記燃料添加剤の燃焼によって生成される上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に堆積される。
【００９１】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌの濃度で堆積される。
【００９２】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に膜を形成する。
【００９３】
第４の態様のいくつかの実施形態では、上記方法は更に、上記多孔質セラミック構造体を上記燃料バーナと流体接続して配置する前に、上記多孔質セラミック構造体を触媒でコーティングするステップを含む。
【００９４】
第５の態様では、車両システムが開示され、上記車両システムは：機関と；フィルタを備える機関排気処理システムとを備え、上記フィルタは、上記フィルタの総体積に基づいて少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含み、上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、上記フィルタは、約７２時間未満の機関動作にわたって上記機関からの排気に曝露されたものである。
【００９５】
第６の態様では、排気ろ過システムが開示され、上記排気ろ過システムは、フィルタであって、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含む、フィルタを備え、上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、上記フィルタは、約７２時間未満の機関動作にわたって機関からの排気に曝露されたものである。
【００９６】
第７の態様では、車両製造業者又は機関排気システム製造業者にフィルタを供給する方法が開示され、上記方法は、フィルタ中のアッシュ装入を加速させることにより上記フィルタを調質する又は予備調質するステップを含む。
【００９７】
第７の態様のいくつかの実施形態では、上記調質する又は予備調質するステップは：燃料添加剤を含有する燃料を燃焼させるステップであって、上記燃焼させるステップは上記燃料添加剤から生じるアッシュを含む排気流を生成する、ステップ；及び上記排気流を上記フィルタに通して、上記アッシュを上記フィルタ中に捕捉するステップを含む。これらの実施形態のうちのいくつかでは、上記燃料添加剤から生じた上記アッシュは、上記燃料添加剤の無機残留物を含む。いくつかの実施形態では、調質後の上記フィルタのアッシュ装入量は、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌである。
【００９８】
以下、本発明の好ましい実施形態を項分け記載する。
【００９９】
実施形態１
微粒子ろ過システムであって、
上記微粒子ろ過システムは：
少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源；
上記燃料源と流体接続する燃料バーナ；及び
上記燃料バーナと流体接続する多孔質セラミック構造体
を備え、
上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流は、上記多孔質セラミック構造体を通過するよう構成され、
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる、微粒子ろ過システム。
【０１００】
実施形態２
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇのアッシュを生成できる、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０１】
実施形態３
上記燃料源は、ディーゼル又はガソリン燃料を含む、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０２】
実施形態４
上記燃料源の体積は約３０リットル〜約１５０リットルである、実施形態３に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０３】
実施形態５
上記燃料源は、少なくとも１つの燃料添加剤と組み合わされる燃料サプライを含み、上記燃料添加剤の上記燃料サプライに対する体積比は約１：２５〜約１：５００である、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０４】
実施形態６
上記少なくとも１つの無機成分は、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、及びこれらの組み合わせから選択される少なくとも１つの元素を含む、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０５】
実施形態７
上記燃料バーナは内燃機関である、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０６】
実施形態８
上記多孔質セラミック構造体は、複数の多孔質内壁で隔てられた複数のチャネルを備えるセラミックハニカムである、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０７】
実施形態９
上記多孔質セラミック構造体は、少なくとも１つの触媒でコーティングされる、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０８】
実施形態１０
上記燃料添加剤の燃焼によって生成される上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に堆積される、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１０９】
実施形態１１
上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に膜を形成する、実施形態１０に記載の微粒子ろ過システム。
【０１１０】
実施形態１２
上記アッシュは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｐｂ、Ｓｒ、Ｖ、Ｙ、Ｚｒ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｒ、又はこれらの組み合わせの、少なくとも１つの酸化物、硫酸塩、炭酸塩、又はリン酸塩を含む、実施形態１０に記載の微粒子ろ過システム。
【０１１１】
実施形態１３
上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌの濃度で堆積される、実施形態１０に記載の微粒子ろ過システム。
【０１１２】
実施形態１４
上記多孔質セラミック構造体の初期アッシュ濃度は、およそ０ｍｇ／Ｌである、実施形態１に記載の微粒子ろ過システム。
【０１１３】
実施形態１５
実施形態１に記載の微粒子ろ過システムを備える、車両。
【０１１４】
実施形態１６
燃料源は、上記車両に対する初期燃料サプライを含む、実施形態１５に記載の車両。
【０１１５】
実施形態１７
約３０００ｋｍ以下の走行距離後、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュを含む無機膜が多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に形成され、上記濃度は上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとしたものである、実施形態１５に記載の車両。
【０１１６】
実施形態１８
約３０００ｋｍ以下の走行距離後、上記多孔質セラミック構造体の粒子数ろ過効率は約８０％超である、実施形態１５に記載の車両。
【０１１７】
実施形態１９
約１００ｋｍ〜約１０００ｋｍの走行距離後、上記多孔質セラミック構造体の粒子数ろ過効率は約８０％超である、実施形態１８に記載の車両。
【０１１８】
実施形態２０
上記粒子数ろ過効率は約９０％超である、実施形態１９に記載の車両。
【０１１９】
実施形態２１
流体から微粒子をろ過するための方法であって、
上記方法は、上記流体を実施形態１に記載の微粒子ろ過システムに通して流すステップを含む、方法。
【０１２０】
実施形態２２
微粒子フィルタを調質するための方法であって、
上記方法は：
多孔質セラミック構造体を燃料バーナと流体接続して配置するステップ；
上記燃料バーナに少なくとも１つの燃料添加剤を含む燃料源を供給するステップ；
上記燃料源を燃焼させるステップ；及び
上記燃料バーナからの微粒子状物質を含む排気流を多孔質セラミック構造体に通すステップ
を含み、
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼時にアッシュを生成する少なくとも１つの無機成分を含み、
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約１０ｍｇのアッシュを生成できる、方法。
【０１２１】
実施形態２３
上記少なくとも１つの燃料添加剤は、燃焼した燃料１リットルあたり少なくとも約３０ｍｇのアッシュを生成できる、実施形態２２に記載の方法。
【０１２２】
実施形態２４
車両内に上記多孔質セラミック構造体を設置するステップ、及び上記車両のための初期燃料サプライに少なくとも１つの燃料添加剤を含めるステップを含む、実施形態２２に記載の方法。
【０１２３】
実施形態２５
上記多孔質セラミック構造体は、車両内に設置する前に予備調質される、実施形態２２に記載の方法。
【０１２４】
実施形態２６
上記多孔質セラミック構造体は、複数の多孔質内壁で隔てられた複数のチャネルを備えるセラミックハニカムである、実施形態２２に記載の方法。
【０１２５】
実施形態２７
上記燃料添加剤の燃焼によって生成される上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の表面の少なくとも一部分上に堆積される、実施形態２２に記載の方法。
【０１２６】
実施形態２８
上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の総体積をベースとして、少なくとも約１０ｍｇ／Ｌの濃度で堆積される、実施形態２２に記載の方法。
【０１２７】
実施形態２９
上記アッシュは、上記多孔質セラミック構造体の多孔質内壁表面の少なくとも一部分上に膜を形成する、実施形態２２に記載の方法。
【０１２８】
実施形態３０
上記多孔質セラミック構造体を上記燃料バーナと流体接続して配置する前に、上記多孔質セラミック構造体を触媒でコーティングするステップを更に含む、実施形態２２に記載の方法。
【０１２９】
実施形態３１
車両システムであって、
上記車両システムは：
機関；及び
フィルタを備える機関排気処理システム
を備え、
上記フィルタは、上記フィルタの総体積に基づいて少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含み、上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、
上記フィルタは、約７２時間未満の機関動作にわたって上記機関からの排気に曝露されたものである、車両システム。
【０１３０】
実施形態３２
排気ろ過システムであって、
上記排気ろ過システムは、フィルタであって、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌのアッシュ装入量でアッシュを含む、フィルタを備え、
上記アッシュは燃料添加剤の無機残留物を含み、
上記フィルタは、約７２時間未満の機関動作にわたって機関からの排気に曝露されたものである、排気ろ過システム。
【０１３１】
実施形態３３
車両製造業者又は機関排気システム製造業者にフィルタを供給する方法であって、
上記方法は、上記フィルタ中のアッシュ装入を加速させることにより上記フィルタを調質するステップを含む、方法。
【０１３２】
実施形態３４
上記調質するステップは：
燃料添加剤を含有する燃料を燃焼させるステップであって、上記燃焼させるステップは上記燃料添加剤から生じるアッシュを含む排気流を生成する、ステップ；及び
上記排気流を上記フィルタに通して、上記アッシュを上記フィルタ中に捕捉するステップ
を含む、実施形態３３に記載の方法。
【０１３３】
実施形態３５
上記燃料添加剤から生じた上記アッシュは、上記燃料添加剤の無機残留物を含む、実施形態３４に記載の方法。
【０１３４】
実施形態３６
調質後の上記フィルタのアッシュ装入量は、上記フィルタの総体積をベースとして少なくとも約１０ｍｇ／Ｌである、実施形態３３に記載の方法。
【符号の説明】
【０１３５】
１００  ハニカム構造体、ハニカム
１０５  複数のチャネル
１１０  複数の内壁、内部チャネル壁
１１５  栓
２００  多孔質セラミック構造体
２２０  燃料源
２２５  導管
２３０  燃料バーナ
２３５  導管
２４０  排気流
２４５  微粒子状物質
２５０  精製済みの流れ
３００  フロースルー多孔質セラミック構造体
３２０  燃料
３３０  内燃機関、機関
３４０  排気流
３５５  燃料注入口
３６０  燃料タンク
３６５  排気パイプ
【図１Ａ】
2019522139.tif 000003
【図１Ｂ】
2019522139.tif 000004
【図２】
2019522139.tif 000005
【図３】
2019522139.tif 000006
【図４】
2019522139.tif 000007
【図５】
2019522139.tif 000008
【図６】
2019522139.tif 000009
【図７】
2019522139.tif 000010
【図８】
2019522139.tif 000011
【国際調査報告】
2019522139.tif 000012
2019522139.tif 000013
2019522139.tif 000014