(57)【要約】【課題】熱エネルギー損失を減少できる電気再生可能フィルタエレメントを提供する。【解決手段】電気再生可能なフィルタエレメント１１は、少なくとも２つのフランク２７、２８を備え、これらのフランク２７、２８の各々は、硬い材料層４０２を備える。これらのフランク２７、２８の各々は、少なくとも１つの熱的且つ電気的絶縁側３３を有する。フィルタエレメント１１は、プリーツ形成ライン８１に従ってプリーツ２５が形成された金属ファイバフリース１８を備え、エッジにプリーツ開口を提供する。金属ファイバフリース１８は、熱的且つ電気的絶縁側３３がエッジと接触するとともに、これらの側がプリーツ開口を閉鎖するように、フランク２８同士間に取付けられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つのフランクを備え、該フランクの各々は、硬い材料層を備えるとともに少なくとも１つの熱的且つ電気的絶縁側を有する、電気再生可能フィルタエレメントであって、プリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成されるとともにプリーツ開口をエッジに設けた金属ファイバフリースを備えている電気再生可能フィルタエレメントにおいて、
前記金属ファイバフリースは前記フランク同士間に設けられ、前記熱的且つ電気的絶縁側は、前記エッジに接触するとともに前記プリーツ開口を閉鎖することを特徴とする電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項２】
前記フランクの少なくとも１つは孔を備え、前記金属ファイバフリースと前記フランクとが中空フィルタボリュームを画定し、前記孔が、前記中空フィルタボリュームの内側へのガスの入口を画定する、請求項１に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項３】
前記フランクの全てが孔を有する、請求項２に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項４】
前記フランクは、前記プリーツ形成ラインと実質的に平行な方向へクランプ力を前記金属ファイバフリースに及ぼす、請求項１〜３のいずれか１項に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項５】
前記フランクの各々は、熱的且つ電気的絶縁ファブリックと硬い材料層とを備え、前記熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、前記硬い材料層の一方の側に存在し、前記フランクに前記熱的且つ電気的絶縁側を提供する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項６】
前記フランクの各々がセラミックプレートを備え、前記金属ファイバフリースは、両フランクの前記セラミックプレート同士間に取付けられる、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気再生フィルタエレメント。
【請求項７】
前記フランクの各々は硬い材料層を備え、該硬い材料層と前記金属ファイバフリースは、セラミック接着剤の層を使用して接続され、該セラミック接着剤の層は、前記金属ファイバフリースの前記エッジの長手に亘る前記金属ファイバフリースの前記フランクとの直接接触を防止する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項８】
前記金属ファイバフリースは、少なくとも１つの金属ファイバストリップを備え、該金属ファイバストリップの各々は２つの端部を有し、前記金属ファイバストリップの前記端部の各々に接点ボディが固定される、請求項１〜７のいずれか１項に記載の電気再生可能フィルタエレメント。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載の電気再生可能フィルタエレメントを備えるフィルタユニットであって、前記フィルタエレメントの前記フランクの前記孔を介して延出する透過性コア部材を備えるフィルタユニット。
【請求項１０】
前記フィルタエレメントは互いに断熱されている、請求項９に記載のフィルタユニット。
【請求項１１】
前記透過性コア部材は穴あき金属チューブである、請求項９または１０に記載のフィルタユニット。
【請求項１２】
請求項９〜１１のいずれか１項に記載のフィルタユニットを少なくとも１つ備えるフィルタシステムであって、バルブシステムと電子制御システムとを備え、該電子制御システムは、前記バルブシステムの開閉を制御するとともに、前記フィルタシステムの前記フィルタユニットの前記フィルタエレメントへの電流を制御するフィルタシステム。
【請求項１３】
前記フィルタシステムは、少なくとも二つのフィルタユニットを備え、前記バルブシステムは、１つのフィルタユニットをオフラインに配し、前記電流は、オフラインに配された前記フィルタユニットの少なくとも１つのフィルタエレメントへ提供される、請求項１２に記載のフィルタシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気的に再生されることが出来るフィルタエレメントに関する。より詳細には、本発明は、ディーゼル排ガスを濾過するためのフィルタエレメントに関する。
【背景技術】
【０００２】
プリーツ形成金属ファイバフリースを備えるディーゼルスート粒子トラップは、例えば、米国特許第５７０９７２２号から公知である。
【０００３】
フィルタエレメント自体の電気的加熱を介して再生されることが出来るディーゼルスート粒子トラップは、例えば、米国特許第５８００７９０号から公知である。
【０００４】
電気的な再生に適する現在公知のフィルタエレメントは、電気エネルギーのジュール効果によって得られるとともに、フィルタエレメントの加熱に使用される熱エネルギーの大部分が熱損失に起因して失われるという不利益を有する。
【０００５】
熱エネルギーの損失は、次の３つの効果によって引き起こされることがわかった。
１．ジュール効果を介して熱エネルギーを発生するフィルタ媒体は、例えば、フィルタハウジングへの熱放射を介して熱エネルギーを失う。
２．熱エネルギーは、再生中にフィルタ媒体を通過するガスを加熱する対流を介して失われる。この効果は、ストリップがストリーム中で再生される時よりもかなり大きい。
３．熱エネルギーは、熱伝導に起因して失われる。例えば、フィルタ媒体がハウジングに溶接される時に、多くの熱エネルギーは、フィルタ媒体からハウジングへ両者の接触を介して伝達される。ハウジングは、この熱エネルギー伝導によって不必要に加熱される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、熱エネルギー損失が減少された、電気的に再生されるフィルタエレメントを提供することである。更に、本発明の目的は、電気的に再生されるフィルタ媒体とフィルタエレメントのハウジングとの間の接触を改良することである。
【０００７】
また、本発明の目的は、少なくとも２つ備えるが可能であれば２つより多い数のフィルタエレメントを備えるフィルタユニットであって、各フィルタエレメントが個々に再生可能であるフィルタユニットを提供することである。本発明の主題のようなフィルタユニットは、固定ディーゼルエンジンのためやボート、列車或いは他のモータ車両のような車両で使用されるディーゼルエンジンのためのディーゼル排ガスフィルタパックで使用できる。
【０００８】
フィルタパックは、ガスストリーム中に設置又は使用されるフィルタシステムとして理解されるべきである。このフィルタパックは、ガス入口、ガス出口、及び入口と出口との間に設置される少なくとも１つのフィルタユニットを備える。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の主題であるフィルタエレメントは、プリーツ形成金属ファイバフリースを備えている。この金属ファイバフリースは、好ましくは焼結されており、プリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成され、それによって、エッジにプリーツ開口が設けられる。濾過されるガスは、フリースの一方の側（流入側）からそのフリースの他方の側（流出側）へ流れてフリースを通過させなければならない。ガスに金属ファイバフリースを通過させるためには、適切なプリーツ開口が、閉鎖されなければならず、それによって金属ファイバフリースを通過することなく、流入側から流出側へガスがバイパスすることを防止する。
【００１０】
本発明に従うフィルタエレメントは、各々が硬い材料層を持つ少なくとも２つのフランクを有するフィルタエレメントハウジングを更に備えている。本発明に従って、各フランクの少なくとも一側は、熱的及び電気的絶縁特性が付与され、これを、以下「熱的且つ電気的絶縁側」とも呼ぶ。「硬い材料」は、ある範囲において順応性や柔軟性を欠き且つセラミックや金属プレートで一般的に知られているように曲がり難い性質を有しているインフレキシブル材料として理解されるべきである。
【００１１】
本発明に従って、プリーツ形成金属ファイバフリースのエッジは、そのエッジがこれらフランクの熱的且つ電気的絶縁側と接触するように、これらフランクの２つの熱的且つ電気的絶縁側同士の間に配置される。フランクは、バイパスを防止するためにプリーツ開口を閉鎖すると共に、プリーツ形成ラインに実質的に平行な方向へ金属ファイバフリースのエッジにクランプ力を及ぼす。
【００１２】
金属ファイバフリースとフランクは、中空フィルタボリュームを提供することが好ましい。少なくとも１つ、好ましくは、２つのフランクには、中空フィルタボリュームの内側へのガスの入口を提供する孔を設ける。濾過された又は濾過されるべきガスは、これらの孔を介して中空フィルタボリュームへ又は中空フィルタボリュームから流れる。
【００１３】
改良された接続は、本発明に従って多くの異なる方法で得られる。
【００１４】
各フランクは、エッジと接触する硬い材料層のセラミックプレートを備えている。金属ファイバフリースは、これらの２つセラミックプレート同士間にクランプされる。両フランクは、バイパスを防止するためにプリーツ開口を閉鎖すると共に、プリーツ形成ラインに実質的に平行な方向へ金属ファイバフリースのエッジにクランプ力を及ぼす。
【００１５】
セラミックプレートは、熱と電気絶縁特性をフランクに提供する。セラミックプレートの厚みは、好ましくは、少なくとも５ｍｍ、最も好ましくは、少なくとも６ｍｍ、例えば、少なくとも１０ｍｍである。
【００１６】
これらのセラミックプレートが凹所を備えることが好ましい。これらの凹所の深さは、０．５ｍｍよりも大きいことが好ましく、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲、例えば、１．５８ｍｍである。これらの凹所は、例えば、熱的及び電気的絶縁セラミックプレートにスロットを設けることによって得られる。これらの凹所は、プリーツ形成金属ファイバフリースが２つのフレークの間に取付けられたときにこれらの凹所がエッジに緊密に係合するように、エッジに対応している。金属ファイバフリースのエッジは、凹所のある深さまで埋め込まれている。凹所に埋め込まれた金属ファイバフリースのエッジの部分は、以降、「埋め込み部」と呼ばれる。
【００１７】
プリーツ形成金属ファイバフリースの僅かな動き、例えば、熱膨張や振動が許容されるように、そのエッジが凹所に設けられることに留意すべきである。この移動の自由度は、熱的且つ電気的に絶縁された側のエッジの埋め込み部の高さよりも僅かに深い凹所を設けることによって得られる。
【００１８】
セラミックプレートは、例えば、Ａｌ2Ｏ3及び／又はＳｉＯ2或いはマイカベースのセラミック材料を使用して提供される。フランクは、１つの材料から提供されてもよいし、又は複数の異なる材料によって提供される複数の異なる層を備えても良い。複数の層がフランクを提供するために使用される場合、凹所は、熱的且つ電気的絶縁性の層に設けられるべきであることを理解すべきである。機械的損傷からセラミックプレートを保護するために、セラミックプレートは、セラミックプレートの他方の側に存在するが金属ファイバフリースと接触しない金属プレートによって支持されることが出来る。或いは、この金属プレートは、中にセラミックプレートが嵌るリムの形状であっても良い。
【００１９】
それほど好ましくはないが、本発明に従って可能であるが、金属ファイバフリースが、セラミックや高温抵抗接着剤を使用してセラミックプレートに接着される。
【００２０】
或いは、これらのフランクの各々は、熱的且つ電気的絶縁ファブリックと硬い材料層とを備えている。この熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、硬い材料層の一方の側に存在し、それによって、熱的且つ電気的絶縁側をフランクに提供する。金属ファイバフリースは、フランクの熱的且つ電気的絶縁側同士の間に設けられ、バイパスを防止するためにプリーツ開口を閉鎖すると共に、プリーツ形成ラインに実質的に平行な方向へ金属ファイバフリースンのエッジ上にクランプ力を及ぼす。
【００２１】
各フランク毎に、熱的且つ電気的絶縁ファブリック、例えば、セラミックテクスタイル層は、硬い材料層、好ましくは、金属、セラミックプレート又はリムによって支持される。
【００２２】
金属ファイバフリースは、フランクの熱的且つ電気的絶縁側がプリーツ形成開口を閉鎖するように、両フランクのこれらの側同士間に設けられる。熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、熱的且つ電気的絶縁側を提供するので、熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、金属ファイバフリースのエッジと接触する。クランプ力は、プリーツ形成ラインに実質的に平行な方向へ金属ファイバフリースのエッジにフランクによって及ぼされる。プリーツ形成金属ファイバフリースは、十分な座屈抵抗を有するので、プリーツ形成金属ファイバフリースは、熱的且つ電気的絶縁ファブリック内に押し込まれ、それによって、フランクの熱的且つ電気的絶縁ファブリックにプリーツ形成金属ファイバフリースのエッジ上の凹所を提供する。
【００２３】
エッジの凹所の深さは、濾過されるべきガスとともにプリーツ形成金属ファイバフリースが移動するのを防止するのに少なくとも十分であるべきである。この現象は、「ブロースルー」と呼ばれる。金属ファイバフリースが熱的且つ電気的絶縁ファブリック内に押し込まれる深さである凹所は、０．５ｍｍよりも大きいことが好ましいが、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲であればよい。
【００２４】
本発明の範囲において、熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、非織りファブリック、織りファブリック、編んだ或いはニットのテクスタイルファブリックとして理解されるべきであり、これらは、金属ファイバフリースのエッジと接触すべきファブリックの表面の熱的且つ電気的絶縁ファイバより成る。全てのファブリックは、このような熱的且つ電気的絶縁ファイバから成ることが最も好ましいが、しかしながら、エッジと接触する側の熱的且つ電気的絶縁ファイバとその反対側の金属ファイバとの組合せが用いられてもよい。このような熱的且つ電気的絶縁ファイバは、Ａｌ2Ｏ3及び／又はＳｉＯ2より成るファイバ、例えば、ＮＥＸＴＥＬ（登録商標）ファイバのようなセラミックファイバであることが好ましい。
【００２５】
このファブリックの厚みは、３〜６ｍｍの間であることが好ましい。織られた又は非織りのファブリックが、好ましい。
【００２６】
セラミックプレート又はリムより成るフランクが、熱的且つ電気的絶縁テキスタイルファブリックと一緒に、本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される場合、これらのセラミックプレート又はリムは、例えばＡｌ2Ｏ3及び／又はＳｉＯ2ベースのセラミック材料を使用してフランクのこの側を提供することによって得られる。フランクが、金属プレートやリムより成る場合、熱的且つ電気的絶縁テキスタイルファブリックと一緒に、ステンレススチールが、金属プレートやリムを提供するために使用されるのが好ましい。フランクは、１つの材料から提供されてもよいし、或いは、複数の異なる材料によって提供される複数の異なる層を備えてもよい。
【００２７】
本発明の主題としての他のフィルタエレメントは、金属ファイバフリースと硬い材料層、好ましくは、金属プレートかリムとを互いに接続するために、比較的厚い層のセラミック接着剤を使用して提供されることが出来る。この接着剤は、少なくとも金属ファイバフリースのエッジの全長に亘って存在するが、硬い材料層のその側の全表面がこの接着剤で被覆されるのが好ましい。この金属ファイバフリースは、好ましくは、フランクの硬い材料層に対して実質的に垂直なプリーツ形成ラインを有するフランク同士間に取付けられる。このセラミック接着剤の層は、フランクに接続される金属ファイバフリースのエッジの全長に亘っての直接接触を防止するためである。この層は、金属ファイバフリースを位置決めし、電気的且つ熱的絶縁特性を提供し、且つ金属ファイバフリースと硬い材料層との間に良好なシールを提供する。熱的且つ電気的絶縁側は、硬い材料層に対して設けられる。金属ファイバフリースは、接着剤によって提供される両フランクの熱的且つ電気的絶縁側同士間に設けられる。フランクは、プリーツ形成ラインに対して実質的に平行な方向に金属ファイバフリースのエッジに対してクランプ力を及ぼす。他方、これらのフランクは、バイパスを防止するためにプリーツ開口を閉鎖する。
【００２８】
硬い材料層とセラミック接着剤との間の接着性を改良するために、ワイヤメッシュ、膨張又は穴あき金属シートが、硬い材料層の表面と金属ファイバフリースのエッジとの間に挿入される。このメッシュ又は膨張又は穴あき金属シートは、セラミック接着剤のための所謂アンカーポイントとして働き、接着剤中に埋め込まれる。最良の結果は、金属リムと金属メッシュを使用して得られる。この金属メッシュは、幾つかの箇所で金属リムにスポット溶接された。
【００２９】
接着剤層の厚みは、０．５ｍｍより大きく且つ２ｍｍ未満であることが好ましい。金属ファイバフリースのエッジは、接着剤層のある深さに埋め込まれ、金属ファイバフリースのエッジに所謂埋め込み部を提供する。この埋め込み部は、接着剤層の厚みよりも少なくとも１０％少ないことが好ましいが、また０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲内であることが好ましい。
【００３０】
更に、硬い材料層とセラミック接着剤との間の接着は、セラミック接着剤を硬い材料層に提供する前に、硬い材料層の側に第１の被覆を行うこと、例えば、セラミック粒子の層のスプレイ塗布によって（例えば、Ａｌ2Ｏ3やＳｉＯ2のフレーム溶射によって）得られる。また、この層は、硬い材料層が金属プレートやリムである場合に要求される、金属ファイバフリースと硬い材料層との間の電気絶縁を更に改良する。このようなスプレー塗布は、メッシュ、或いは、穴あき又は膨張金属シートの上に行われる。セラミック層が、例えば、金属リムやプレートにスポット溶接された後に、セラミック層がメッシュ、或いは、膨張又は穴あきシート上にスプレー塗布される。
【００３１】
延性と、セラミック又は金属プレート又はリムであるフランクの硬い材料層と焼結金属ファイバ層との間のセラミック接着剤層の熱サイクルに対する抵抗を更に改良するために、金属粒子が、セラミック接着剤に添加されることが出来る。金属短ファイバは、金属パウダーよりも好ましい。理由は、硬化セラミック接着剤の延性は、金属パウダーより成るセラミック接着剤の延性に比較して非常に優れているからである。驚くべきことに、このような接着剤層の電気絶縁特性は、純粋なセラミック接着剤に比較して、ほんの僅かしか影響を及ぼされないことが発見された。
【００３２】
短金属ファイバは、好ましくは、１〜１５０μｍの間の、より好ましくは、２〜１００μｍの間の等価直径「Ｄ」を有するファイバより成る。最も好ましくは、直径は、２と５０μｍとの間の、或いは、更には、２、４、６．５、８、１２又は２２μｍのような２〜３５μｍの間の範囲である。必ずではないが、短金属ファイバは、５よりも大きなＬ／Ｄ比を有することが好ましく、１０を越えるＬ／Ｄ比を有することがより好ましい。ここでＬは、短金属ファイバの平均長を表す。
【００３３】
セラミック接着剤の層は、少なくとも０．５重量％の短金属ファイバより成ることが好ましく、１０重量％を越える、更には２０重量％を越える短金属ファイバより成ることが最も好ましい。セラミック接着剤の層は、３０重量％未満の短金属ファイバより成ることが好ましい。
【００３４】
金属プレートやリムは、ステンレススチールから提供されることが好ましい。金属ファイバフリースの金属ファイバと金属プレートやリムは、同じ金属合金から作られるのが最も好ましい。
【００３５】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、更に、上述のフランクと共にフィルタエレメントハウジングを形成する他のエレメントを備えても良い。また、これらのエレメントは、金属ファイバフリースからこれらのエレメントへの放射に起因して又はホットガスとハウジングとの間の接触のためにこれらのエレメントの加熱に起因して失われる熱エネルギーを減少するために、熱的及び電気的絶縁される。例えば、フィルタパック壁の隣接するフィルタユニットに向かう放熱に起因する熱ロスを更に減少するために、穴あき金属スクリーン又はより透過性のある断熱ファブリックが適用されてもよい。より透過性のある断熱ファブリックの場合、ＳｉＯ2−格子織りファブリックが使用されるのが好ましい。
【００３６】
本発明の主題としてのこのようなフィルタエレメントには、幾つかの利点がある。
【００３７】
伝導に起因する熱エネルギーロスが防止される。理由は、プリーツ開口を閉鎖するために使用されるフランクの側は、断熱特性を有する。金属ファイバフリースは、この側を介してファイバハウジングと接触しているに過ぎない。また、金属ファイバフリースのプリーツ形成は、１つのプリーツから隣のプリーツへ放射される熱放射を引き起こす。
【００３８】
金属ファイバフリースを再生するために、電流が金属ファイバフリースへのみ供給されるべきであるので、フリースは、電気絶縁側によってフィルタハウジングからそのエッジで電気的に絶縁される。
【００３９】
金属ファイバフリースは、膨張に対する抵抗力があることが好ましい。焼結及びプリーツ形成金属ファイバフリースは、エッジを提供するために、プリーツ形成形状に起因するより高い膨張抵抗を有する。
【００４０】
更に、驚くべきことに、熱的及び電気的絶縁ファブリックより成る、本発明の主題としてのフィルタエレメントは、例えば、スート粒子が負荷されるディーゼル排ガスを濾過するために使用される時に、フィルタエレメントは、再生の後でさえ、自己シーリングするように働くことを発見した。これは、以下のように説明される。
【００４１】
金属ファイバフリースのエッジは、フランクの熱的且つ電気的絶縁側同士間に取付けられるかはめ込まれる。
【００４２】
熱的且つ電気的絶縁ファブリックが使用される場合、そのファブリックのテキスタイルの性質に起因して、金属ファイバフリースがファブリックのある深さまで凹まされる。正常の状況下において、この凹所は、金属ファイバフリースの凹んだ部分に続くファブリックの全てのボイドを完全に閉鎖し、それによって、ガスは、熱的且つ電気的絶縁ファブリックを介して金属ファイバフリースをバイパス出来なくなる。金属ファイバフリースの凹部によって閉鎖されない小さなボイドがファブリックにある場合、少量の排ガスがこのボイドを介して金属ファイバフリースをバイパスする。排ガスに存在するスートは、ファブリックに捕捉されて、このボイド空間を閉鎖する。金属ファイバフリースが、再生される時に、熱的且つ電気的絶縁ファブリックは、ボイド空間でファブリックに捕捉されたスートを十分に灰化するようには加熱されない。従って、ファブリックを介するガスのバイパスは、ボイド空間がこのようなバイパスに起因するスートで充填された後は、防止される。このフィルタは、自己シールを行う。
【００４３】
プリーツ形成金属ファイバフリースのエッジが、セラミックプレートであるフランクの熱的且つ電気的絶縁側の凹所に取付けられる場合に、同じ効果が得られる。小さなボイド空間は、僅かな動きを可能とするように、エッジの下側に設けられるのが好ましい。凹所は、プリーツ形成金属ファイバフリースに対する表面でのエッジの埋め込み部に良好に合い、正常な状況下で、ガスは、エッジとこれらのボイドの側を介して金属ファイバフリースをバイパス出来ない。埋め込み部でのエッジの側とスロットとの間に小さなギャップがある場合、スートは、捕捉されて、これらのギャップに保持される。フィルタが再生される時、スートは、このスートを完全に灰化するに十分には加熱されない。従って、ギャップを介するガスのバイパスは、ギャップがこのようなバイパスに起因するスートで充填された後は、防止される。このフィルタは、自己シールを行う。
【００４４】
本発明の範囲において、金属ファイバフリースは、金属ファイバ、好ましくは、スチールファイバより成るフリースを意味する。金属やスチールの合金は、金属ファイバフリースが耐えるべき温度範囲に依存して選択される。３００シリーズ又は４００シリーズのＡＩＳＩ合金のステンレススチールファイバやＩｎｃｏｎｅｌ（登録商標）のような合金が好ましい。再生中に高温に耐える必要がある場合、Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）のような、Ｆｅ、Ａｌ及びＣｒより成る合金が好ましい。ファイバは、バンドルドローイングやシェービングのような現在公知の製造方法によって得られる。１〜１００μｍとの間、好ましくは、２〜５０μｍとの間、例えば、１２、１７及び２２μｍのような１２〜３５μｍとの間のファイバ直径が用いられる。フリースは、使用される合金に従って、適切な焼結状況を使用して焼結されることが好ましい。
【００４５】
金属ファイバは、バンドルドローイングやコイルシェービングによって得られる。後者については、ＷＯ９７／０４１５２に詳細に記述されている。
【００４６】
また、厚み、単位平方メートル当りの重量、気孔径及び他のフリースのパラメータについては、保持されるべき粒子及び／又はフィルタエレメントが使用されるべき用途に従って、選択できる。
【００４７】
本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される金属ファイバフリースは、金属ファイバの複数の異なる層からなることが好ましい。各ファイバ層は、ある等しい直径を有するファイバからなる。最も粗いファイバを有する層がフィルタエレメントの流入側に面していると共に、最も微細なファイバを有する金属ファイバの層がフィルタの流出側に面している時に、最良の濾過結果が得られた。このような層状の金属ファイバフリースの一例は、３５μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層と、１７μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層とより成る金属ファイバフリースである。可能であれば、２２μｍの等しい直径を有する金属ファイバの層は、これら２つの層の間に位置されることが出来る。８５％を越える気孔率が好ましく、フリースの単位平方メートル当たりの重量は、例えば、１４５０ｇ／ｍ2のような１５００ｇ／ｍ2未満であることが好ましい。
【００４８】
等しい直径は、現在考察中のファイバのラジアルカットと同じ表面を有する仮想丸ファイバのラジアルカットの直径として理解されるべきである。
【００４９】
本発明に従って、金属ファイバフリースは、金属ファイバより成るファイバ媒体にただ１つのストリップより成ることが好ましい。このストリップは、矩形であることが最も好ましい。しかしながら、他の例として、金属ファイバフリースは、ストリップが本発明の主題としてのフィルタエレメントの２つのフランク同士間に取付けられる金属ファイバより成るフィルタ媒体の１つより多くのストリップより成ってもよい。
【００５０】
焼結金属ファイバフリースは、フリースの平坦表面に平行な方向に機械的負荷が課された時に、座屈に対して良好な抵抗を有する。この座屈抵抗を改良するために、フリースは、好ましくはフリースの厚みの５倍未満の波長で、好ましくは繰り返し凸凹を使用して波形にされることが出来る。波形の振幅は、フリースの厚みの５倍未満であることが好ましい。座屈抵抗は、周囲状況によって５０％を越える改良が得られる。次に、フリースは、６００℃を越えるように加熱されても、座屈改良は、なお３０％を越えている。
【００５１】
本発明の主題としてのフィルタエレメントを提供するために使用される金属ファイバフリースは、例えば、金属ファイバフリースにクランプされ又は焼結された少なくとも２つであるが、多分２つを越える数の接点ボディを更に備えている。本発明に従って、接点ボディは、フィルタエレメントを再生するために、電気回路によって電流が供給されるボディである。この接点ボディは、金属ファイバフリースの全表面上に適切な方法で電流を分割する。好ましくは、これらの接点ボディは、金属ファイバフリースの両端に焼結された、例えば、Ｎｉ−フォイルのような金属フォイル又は金属編みメッシュである。
【００５２】
各々が電気回路の一方の極に接触し、金属ファイバフリースの両端が互いに近接して位置されるように金属ファイバフリースにプリーツが形成される場合は、特別の注意を払うべきである。両接点ボディは、互いから絶縁されるべきである。この絶縁は、両接点ボディの間に、例えば、マイカプレートのような電気的絶縁プレートを１つ又はそれより多く挿入することによって行われる。両接点ボディは、ボルトとナット等を使用してこの電気的絶縁プレートに接続されることが出来る。接点ボディは、これらの接点ボディが金属ファイバフリースからフィルタエレメントのストリームから離れる方向へ延出するように端部に適用される。
【００５３】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、フィルタユニットを提供するために使用される。幾つかのフィルタエレメントは、例えば、互いに積層される等のように、組み合わされることが出来る。熱ロスを回避するために、複数のフィルタエレメントは、例えば、編んだＳｉＯ2ファブリックのような、例えば、テキスタイルの断熱且つ熱抵抗層のような断熱層によって互いに分離され、フィルタパック壁の隣接するフィルタユニットへの放射に起因する熱ロスを更に減少するために、フィルタユニットの回りに、より透過性のある断熱ファブリックが適用され得る。ＳｉＯ2格子織りファブリックが使用されるのが好ましい。
【００５４】
本発明の主題としてのフィルタエレメントは、ディーゼル内燃機関からの排ガスのようなホットガスを濾過するために使用されることが出来る。
【００５５】
本発明の主題として、フィルタエレメントを備えるフィルタユニットは、各フランクが中空フィルタボリュームの内側へのガスの入口を提供する孔を有する２つのフランクを有するフィルタエレメントを使用して提供される。フィルタエレメントは、フィルタエレメントの孔を貫通するように延出する透過性コア部材、例えば、穴あき金属チューブ上に取付けられる。透過性コア部材に提供されるガスは、中空フィルタボリュームの内側に入る。このようなガスは、フィルタエレメントの外側へ向かってフィルタエレメントの金属ファイバフリースを通過して流れることである。或いは、金属ファイバフリースを通過して流れて中空フィルタボリュームの内側に入るガスは、透過性コア部材を介して排出される。
【００５６】
本発明の主題としての幾つかのフィルタエレメントや複数のフィルタエレメントより成る複数のフィルタユニットは、例えば、ガスが流れず少なくとも１つのフィルタエレメントを再生して対流熱ロスを減少させるとともに他のフィルタエレメントがガスストリームを濾過できるように、並列に使用されることが出来る。これらのフィルタエレメントやフィルタユニットは、例えば、複数の異なる粒子サイズに対して複数の異なるステップでガスストリームを濾過するように、直列接続されてもよい。
【００５７】
更に、本発明のもう１つの主題として、本発明の主題としての幾つかのフィルタユニットを備えるフィルタシステムが提供される。フィルタシステムは、バルブシステムと電気制御システムを更に備える。１つ又はそれより多くのフィルタユニットは、一時的に、濾過されるべきガスストリームから遮断されることが出来る。以降、これは、「オフラインにする」と呼ばれる。これは、バルブシステムの適したバルブを閉鎖及び開口することによって行われる。バルブの閉鎖は、電気制御システムによって制御される。電気制御システムは、１つ又はそれより多くのフィルタエレメントへの電流の供給及び多分フィルタシステムにおける温度と圧力を更に制御する。また、必要ならば、複数の異なるフィルタユニットの再生シーケンスのタイミングは、この電気制御システムによって制御されることが出来る。
【００５８】
従って、各フィルタエレメントは、個々に、好ましく、１つずつ再生されることが出来る。或いは、フィルタエレメントは、インラインで再生されると共に、ガスは、フィルタエレメントを通過するように流れ続ける。
【００５９】
好ましくは、少なくとも１つ及び最も好ましくは、全てのフランクは、孔、例えば、フランクの中間部の円形孔を有する。このような孔は、本発明の主題としての幾つかのフィルタエレメントを積層するように取付けるために使用される。
【００６０】
本発明は、添付の図面を参照してより詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
本発明の主題としての好適なフィルタユニットが、図１、図２及び図３に示される。
【００６２】
フィルタユニットは、多数のフィルタエレメント１１を備え、これらのエレメント１１は、上下に積層される。これらのエレメント１１の全ては、リンク形状である。穴あき金属チューブ１２は、フィルタエレメントの内部開口１３の内側に位置している。夫々のフィルタエレメントの間に、ディスク状ＳｉＯ2フェルト材料１４が他のフィルタエレメント同士を互いから断熱するために配置される。フィルタユニットの両端には、金属プレート１５が、螺子１６によって、図１に示されるように、上部及び下部フィルタエレメントに対して固定されている。なお、この螺子１６は、金属プレート１５をフィルタエレメント１１に向かって押圧する。このプレート１５と上部又は下部フィルタエレメント１１との間には、他のディスク状のＳｉＯ2フェルト材料１４が配置される。
【００６３】
このフィルタユニット１１が使用される時、濾過されるべきガスは、（矢印１７で示される）フィルタエレメント１１の外側からフィルタ媒体１８を介して及び金属チューブ１２の孔を介して矢印１９で指示されるように更なる排出システムへ流れる。
【００６４】
本実施形態の各フィルタエレメントを考察すると、フィルタ媒体１８として金属ファイバフリースが使用されている。「汚染」ガスが流入側２０から、金属ファイバフリースを介して及び金属ファイバフリースの流出側２１を介して排出システムに流れ込む。金属ファイバフリースは、フィルタ媒体中及びその上に捕捉された汚れ、例えば、スートを再生するために、２つの接点ボディ２２、２３を介して電気回路２４に接続されて電流を金属ファイバフリースに流す。金属ファイバフリースは、矢印２６によって指示されるように、再生中にプリーツ２５によって発生される熱放射熱が、隣接するプリーツへ放熱されるようにプリーツが形成されることが好ましい。大切な電力の減少は、濾過除去された粒子の燃焼を伝播し且つ支持するためにこの熱放射を使用して得られる。
【００６５】
フィルタエレメント１１の好適な実施形態のセットアップは、図２に示される。フィルタエレメントのフランク２８は、ワイヤメッシュ３０が幾つかのスポット３１でスポット溶接される金属リム２９を備えている。セラミック材料Ａｌ2Ｏ3の微細な層３２がフランクの熱的且つ電気的絶縁側３３にスプレーされた。比較的厚い層のセラミック接着剤３４は、金属ファイバフリース１８が１０重量％を越える短金属ファイバを備えるこのセラミック接着剤３４へ接着された後に、このメッシュと熱的且つ電気的絶縁側３３へ付着された。
【００６６】
接着剤層の厚みは、２ｍｍであり、且つＺｒＯ2−ＭｇＯ組成物ベースの接着剤が使用された。金属ファイバフリースのエッジは、１．５ｍｍの深さを越えて接着剤層に埋め込まれた。
【００６７】
金属プレートと金属メッシュは、ステンレススチールＡＩＳＩ３０４から形成された。或いは、ステンレススチールＡＩＳＩ４３０が使用された。
【００６８】
フィルタエレメントの他の実施形態の細部ＡＡ’のセットアップが、図４に示されている。フィルタエレメントのフランク４０１は、熱的且つ電気的絶縁ファブリック４０３が配置される金属リムである硬い材料層４０２を備えている。このファブリック４０３は、約３ｍｍの厚みを有するＳｉＯ2フェルト状材料（例えば、非織り）であることが好ましい。金属ファイバフリース１８のプリーツ形成エッジは、フランクの２つの熱的且つ電気的絶縁側同士間に押し込まれる。
【００６９】
金属ファイバフリース１８が取付けられると、金属ファイバフリース１８が、約１ｍｍの深さ４０４上にファブリック４０３内に押し込まれる。この凹所は、フィルタエレメントが一旦使用されると、金属ファイバフリースのブロースルーを回避する。
【００７０】
フィルタエレメントの他の実施形態の細部ＡＡ’のセットアップが、図５ａと図５ｃに示されている。
【００７１】
第１の他の実施形態の細部ＡＡ’は、図５ａに示されている。この実施形態の平面ＣＣ’に従う断面は、図５ｂに概略的に示されている。フィルタエレメントのフランク５０１は、中にセラミックプレート５０３が設けられる金属リム５０２を備えている。このセラミックプレート５０３は、Ａｌ2Ｏ3セラミック材料やＳｉＯ2材料をベースとしており、約６ｍｍの厚みを有する。セラミックプレート５０３には、２ｍｍの深さ５０５を有する凹所５０４が設けられる。金属ファイバフリース１８のエッジは、凹所５０４内に埋め込まれ、それによって、埋め込み部５０６を約１．５ｍｍの高さ５０７を有する金属ファイバフリース１８のエッジに設ける。
【００７２】
第２の他の実施形態の細部ＡＡ’が図５ｃに示されている。本実施形態の平面ＣＣ’に従う断面が図５ｄに概略的に示されている。
【００７３】
フィルタエレメントのフランク５１０は、中にセラミックプレート５１２が設けられる金属リム５１１を備える。このセラミックプレートは、Ａｌ2Ｏ3セラミック材料やＳｉＯ2材料をベースとし、約６ｍｍの厚みを有する。金属ファイバフリース１８と接触すべきセラミックプレート５１２の内側に、セラミック接着剤５１３が設けられる。金属ファイバフリース１８のエッジは、接着剤５１３内に埋め込まれる。ＺｒＯ2−ＭｇＯ組成物ベースのセラミック接着剤５１３の比較的厚い層は、１０重量％を越える短金属ファイバ、好ましくは、２２μｍの等しい直径を有するステンレススチールより成る。
【００７４】
螺子１６による互いに重ねれられ複数のエレメントの固定に起因する機械的引張力に対する抵抗を改良するために、幾つかのスタッド３５が各フィルタエレメントの上部及び下部リムに溶接されてもよい。図１、図２、図４、図５ａ、図５ｂ、図５ｃ及び図５ｄに示されているように、フィルタエレメント１１の回りに、穴あき金属プレート３９が存在しても良い（明瞭にするために、図では部分的に示されているに過ぎない）。
【００７５】
図６と図７に示される好適な実施形態の接点ボディ２２、２３を参照すると、微細なＮｉシート３６が金属ファイバフリースの端部に焼結されていた。両接点ボディは、一緒にされて絶縁プレート３７、例えば、マイカプレートに２つのボルト３８、３９によって固定されている。接点ボディ２２とボルト３８との間及び接点ボディ２３とボルト３９との間の電気接触を回避するために、２つのマイカシート４０が絶縁プレート３７と接点ボディ２２、２３との間に挿入されている。
【００７６】
他のセットアップが図７に示されている。図６の場合と同じセットアップが用いられるが、接点ボディ２２は、この接点ボディ２２の材料が背後のボルト３８には存在せず、接点ボディ２３を絶縁プレート３７に固定するように成形されている。同様に、接点ボディ２３は、この接点ボディ２３の材料が背後のボルト３９には存在せず、接点ボディ２２を絶縁プレート３７に固定するように成形されている。このような接点ボディを使用することによって、２つのマイカプレート４０の使用が回避出来、それによってフィルタエレメントの構造が簡単にされる。
【００７７】
平面ＢＢ’に従う他のカットが図８に示されている。この実施形態の穴あきチューブは、楕円状断面を有する。また、ここで、金属ファイバフリースは、プリーツ形成ラインに従ってプリーツが形成され、再生中に１つのプリーツから他のプリーツへの放熱が可能とされる。
【００７８】
本発明の主題としてのフィルタエレメントの他の代替の断面が図９に示されている。この実施形態のフィルタエレメントは、フィルタエレメントの全フィルタ媒体を一緒に形成する２つの金属ファイバフリースストリップを備えている。両金属ファイバフリースストリップは、各一端に２つの接点ボディ（２２と２３）を備え、これらの接点ボディは、適切な電気回路２４に接続される。
【００７９】
本発明の主題としてのフィルタエレメントの他の代替の断面が、図１０に示されている。このフィルタエレメントは、一セットの金属ファイバフリースストリップを備え、各ストリップは、１つのプリーツ形成ライン８１上にプリーツが形成される。全てのストリップは、並べて取付けられる。各金属ファイバフリースストリップは、ストリップの各端部に１つとして、２つの接点ボディ（２２と２３）を有する。接点ボディは、一列に並べられ、適切な電気回路２４に接続される。
【００８０】
図１１に示されるように、濾過されるガスは、入口９１を介してマフラーシステムに入る。各々が幾つかのフィルタエレメント９３を備える幾つかのフィルタユニット９２は、マフラー状のシステムに存在する。矢印９４によって指示されるように、濾過されるガスは、各フィルタエレメントのフィルタ媒体を通過し、収集室９６中の穴あきチューブ９５を介してフィルタユニット９２を出る。出口９７を介して、濾過された排ガスは、更に、矢印９８で指示されるように、排出システムを通って流れる。
【００８１】
フィルタ媒体として、三層のステンレススチールファイバより成る焼結媒体ファイバフリースが使用される。第１の層は、１７μｍの等しい直径を有する６００ｇ／ｍ2のＦｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバより成る。Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバの第２の層は、第１の層の上に付着される。この層は、２２μｍの等しい直径を有する２５０ｇ／ｍ2のファイバより成る。Ｆｅｃｒａｌｌｏｙ（登録商標）ファイバの第３の層は、第２の層の上に付着され、且つ３５μｍの等しい直径のファイバを有する。この第３の層は、６００ｇ／ｍ2のファイバより成る。
【００８２】
９１％のスート保持力は、８５％の気孔率を有するステンレススチールフリースを使用して得られた。
【００８３】
上述の実施形態の金属ファイバフリースの長さは、１２００ｍｍであるのが好ましく、他方、金属ファイバフリースストリップの高さは、３０〜３５ｍｍとの間、例えば、３３．７５ｍｍであることが好ましい。
【００８４】
スートは、所謂、濾過深さと呼ばれた。これは、スート粒子がフィルタの全深さを介して捕捉されたという事実として理解されるべきである。
【００８５】
フィルタユニットを再生するためにエレメント当りわずか１分が必要に過ぎないと共に７５０Ｗ〜１５００Ｗを消費したに過ぎない。再生前に、フィルタエレメントを介する圧力降下は、１００ミリバールに設定された。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】本発明の主題としてのフィルタユニットを概略的に示す概略図である。
【図２】図１のフィルタユニットの部分ＡＡ’を概略的に示す拡大図である。
【図３】図１のフィルタユニットの平面ＢＢ’に従って概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の主題としての他のフィルタエレメントの細部ＡＡ’を示す拡大図である。
【図５ａ】本発明の主題としての他のフィルタエレメントの細部ＡＡ’を示す拡大図である。
【図５ｂ】図５ａのフィルタエレメントのＣＣ’に従って示す断面図である。
【図５ｃ】本発明の主題としての他のフィルタエレメントの細部ＡＡ’を示す拡大図である。
【図５ｄ】図５ｃのフィルタエレメントのＣＣ’に従って示す断面図である。
【図６】本発明の主題としてのフィルタエレメントからの接点ボディの側面を概略的に示す図である。
【図７】本発明の主題としてのフィルタエレメントからの他の接点ボディの側面を概略的に示す図である。
【図８】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ’に従って概略的に示す断面図である。
【図９】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ’に従って概略的に示す断面図である。
【図１０】本発明の主題としてのフィルタユニットの他の実施形態の平面ＢＢ’に従って概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明の主題としての複数のフィルタユニットより成る、マフラー形状のディーゼル排出フィルタシステムを示す斜視図である。
【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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2004524145.tif 000038
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