JP2003523280A - 襞付きフィルタ素子 - Google Patents
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Abstract
Description
る。
215、724号に開示されているように、業界においてすでに知られている。
て折り目線が互いに平行に延びるように形成される。襞付きフィルタの表面は、
平面状又は円筒状であって中心軸に平行に延びる襞を有する。
約される点にある。また、他の欠点として、許容圧力降下及び全フィルタ面にわ
たる均一な流れ分布を得るために特別な対策を考慮する必要がある、という点が
挙げられる。
過面にわたって均一な流れ分布を確保することができる、襞(プリーツ)付き焼
結金属繊維布(フリース)を含んでなる高温フィルタ素子を提供することにある
。本発明の高温フィルタ素子は、より経済的に製造でき、作動中及び製造中に焼
結金属繊維布が損傷する危険性を低減させることができる。本発明の他の目的は
、襞付き焼結金属繊維布を含んでなる高温フィルタ素子を製造する方法を提供す
ることにある。
は、コンサーティナ(concertina、手風琴の一種)状に襞加工され、
折り目線(プリーティングライン)が中心軸からフィルタ素子の外壁に向かって
延びるように曲げ加工される。外壁は中心軸を包囲する。内壁が設けられてもよ
い。フィルタは高温で用いられることを意図しているので、これらの壁は、通常
、鋼等の金属からなる。フィルタ素子はフィルタシステムの一部である。フィル
タシステムは、濾過される液体又はガスがフィルタ素子に導入される入口と、濾
過された液体又はガスがフィルタ素子から排出される出口を有している。
結金属繊維壁と、1つの外側襞開口と、1つの内側襞開口を有している。内側襞
開口は、曲げ加工の形態によっては、設けられないこともある。
タ媒体である焼結金属繊維壁を介して、フィルタ素子の出口に向かって流通させ
るために、外側開口及び(必要に応じて形成された)内側開口は閉鎖される。こ
の開口の閉鎖は、非濾過液体又はガスのフィルタ媒体の端部を介するバイパスを
防ぐために、完全な密封状態が得られるようになされる必要がある。
よって閉鎖される。この接合は、短時間の内になされ、また、フィルタ素子の作
動温度に十分耐えるような手段によってなされるべきである。この接合による密
封は、適当な接着剤を用いた接着によって達成することができる。あるいは、焼
結金属繊維布を、例えば、レーザ溶接によって外壁に溶接してもよい。
き焼結金属繊維布の外端がこれらの2つの部分間に位置され、それらによって挟
み込まれる。このため、襞付き焼結金属繊維布と接触する上部端部は、襞加工及
び曲げ加工によって形成された焼結金属繊維布の外端の波形状と一致する波形状
を有する。襞付き焼結金属繊維布と接触する下部端部も、襞加工及び曲げ加工に
よって形成された焼結金属繊維布の外端の波形状と一致する波形状を有する。襞
付き焼結金属繊維布は、外側襞開口が外壁の上部と下部の端部に形成された波形
状によって閉鎖されるように、それらの2つの部分間に位置して、それらによっ
て挟み込まれる。焼結金属繊維布の形状を保持し、襞開口の閉鎖を維持するため
に、上部と襞付き焼結金属繊維布と下部は、外側において、レーザ溶接、プラズ
マ溶接、TIG溶接、又は抵抗溶接によって互いに接合される。あるいは、あま
り好ましくはないが、これらの3つの部分は接着によって接合されてもよい。こ
の接着又は溶接は、好ましくは、外壁の外側においてなされるとよい。焼結金属
繊維布の圧縮性によって、フィルタ素子の外方への高温ガス又は液体の漏れを、
完全に防げなくても、可能な限り小さくするように密封することができ、非濾過
液体又はガスのバイパスを防ぐことができる。
はフィルタ素子の外壁に密着嵌合される。この構成によって、焼結金属繊維布を
介する外壁から外側への偶発的な漏れを防ぐことができる。
けられ、この場合、襞が開口芯領域内に延びる。後者の場合、すなわち、内側襞
開口が設けられた場合、その内側襞開口は、焼結金属繊維布を内壁に溶接又は接
着することによって、閉鎖する必要がある。外壁の場合と同様に、2つの部分、
すなわち、上部と下部を含む内壁を用いてもよい。襞付き焼結金属繊維布の内端
は上部と下部の間に形成された波部の間に挟み込まれ、接着又は溶接によって接
合される。非濾過液体又はガスの焼結金属繊維布を介する内壁から外方への偶発
的なバイパスを防ぐために、第2内壁を付加的に用いてもよい。
有する焼結金属繊維管を用いる方法が挙げられる。この焼結金属繊維管は開口芯
領域内に挿入される。次いで、焼結金属繊維管は、1つ以上の円筒状又は円錐状
要素によって内側襞開口の端部に押し付けられる。これは、焼結金属繊維管の内
径よりもわずかに大きい外径を有する円筒又は管を焼結金属繊維管内に挿入する
ことにより可能である。必要に応じて、この円筒又は管に別の端部品を、例えば
、螺合によって取付けることによって円筒又は管を固定するとよい。
焼結金属繊維管の各側部に小径部を焼結金属繊維管の内側に向けて挿入してもよ
い。円錐部品の円錐形状は、円錐部品の最小径が焼結金属繊維管の内径よりも小
さく、円錐部品の最大径が焼結金属繊維管の内径よりも大きくなるように選択さ
れる。円錐部品の高さは、焼結金属繊維管の長さの半分に設定される。2つの円
錐部品は、それらが焼結金属線管内の中間部において接触するまで焼結金属繊維
管内に押し込められ、その状態で、例えば、プレス加工、溶接、又は接着によっ
て互いに接合される。円錐部品によって、焼結金属繊維管は外方に押し広げられ
、内側襞開口と接触し、部分的にその内側襞開口内に押し込められる。焼結金属
繊維布の内側襞開口は、焼結金属繊維管によって閉鎖かつ密封される。
自明性を有していることは当業者にとっては容易に理解されることである。
布は襞加工のあとに曲げ加工を施すのは著しく困難である。襞付き焼結金属繊維
布の外端は外方に無制御の状態で移動する傾向にある。
、可能な限り非機械的な手段を用いて、外側襞開口を閉鎖し、襞付き焼結金属繊
維布を外壁に接合させるのが好ましい。その結果、フィルタ素子の後続の処理及
びフィルタ素子の使用時において襞の形状を固定することができる。簡素化の観
点から、2つの波状部を含む外壁を用いる方法が好ましい。
応じて設けられる)内壁を有するような幾何学的形状が好ましい。
より高い単位容積当たりのフィルタ表面を有している。
ましくは、適切な圧力降下と濾過特性を維持しながら、0.3mm2/mm3より
も高い、又は0.5mm2/mm3よりさえも高いフィルタ表面/容積比を得ること
ができる。
置する場合、全フィルタ面にわたって液体又はガスのすぐれた分布が得られ、フ
ィルタ素子の全体にわたってもっと低い圧力降下を得られる点にある。
接によって互いに接合できる点にある。これらの要素を接着剤によって接合した
場合、接合による密封は、異なる熱膨張係数又は熱的又は機械的な衝撃によって
より容易に破断される。
異なった焼結金属繊維布を用いることができる。ステンレス鋼焼結布が好ましい
。ステンレス鋼繊維は、例えば、バンドル引抜法又は切削法によって得られ、そ
の繊維等価径は1μmから100μmの範囲にあってもよい。必要に応じて、焼
結金属繊維布の異なる層を互いに積層して用いてもよい。金属繊維を構成する合
金の種類はフィルタ素子の作動環境に対する耐性を基準にして選択される。36
0℃までの温度に対する耐性が必要な場合は、AISI316L等のAISI3
00型の合金からなるステンレス鋼繊維が好ましく用いられる。500℃までの
温度及び560℃までの温度に対する耐性が必要な場合は、インコネル(登録商
標)601等のインコネル(登録商標)型合金及びハステロイ(登録商標)HR
等のハステロイ(登録商標)型合金に基づく繊維がそれぞれ好ましく用いられる
。1000℃までさらにそれ以上の温度に対する耐性が必要な場合、Fe−Cr
−Al合金に基づく繊維が選択されるとよい。
一の径方向に切断した断面の表面積を有する仮想円繊維の径として定義される。
例えば、排気ガス中の煤煙粒子を捕獲するのに用いられる。本発明のフィルタ素
子は、例えば、燃焼エンジンの排気システムにおいて、触媒を担持する要素とし
て用いられる。
の一種)状に襞加工される。2つの直線状端12と13は、矢印14に示される
ように互いに向かって曲げられる。直線状端12と13は、接着、締付け、又は
抵抗溶接等の溶接によって互いに接合される。図2に示されるように、閉鎖円形
のコンサーティナ状の襞付き焼結金属繊維布が得られ、この繊維布は中心軸22
から外側に延びる折り目線21と、外側襞開口24と、内側襞開口23と、芯領
域25を含んむ。2つの焼結金属繊維壁27によって、各襞26が画成される。
焼結金属繊維布は、襞加工及び曲げ加工によって形成された波形状を有する内端
29と外端28を有している。
28は径方向において中心軸22から離れる傾向にある。このような外端28の
外側への変形によって、焼結金属繊維壁に欠陥が生じ、フィルタ素子の機能不能
をもたらすことがある。このような欠陥はいったん生じると、完全に除去するこ
とができない。
壁に接合させるだけで十分であることが判明している。すなわち、外端28を外
壁に接合することによって、後のフィルタ操作中に襞の形状が変化しないように
襞の形状を十分固定することができる。
結金属繊維布の外端28が外壁33の上部31及び下部32の間に挟み込まれる
。上部と下部は、各々、その一側部が襞付き焼結金属繊維布の外端28の波形状
と同じ波形状に形成されている。上部31と外端28と下部32は、互いに押圧
されて取付けられている。それらは接着又は溶接によって互いに永久的に接合さ
れている。この接着又は溶接は、好ましくは外壁33の外側においてなされると
よい。
形状に沿って、又は上部と下部を複数回横切って外壁の周囲に延びる円41に沿
って、レーザ溶接、プラズマ溶接、TIG溶接、又は抵抗溶接が施されるとよい
。
、第2外壁42が設けられるとよい。フィルタ素子は、圧入によって、第2外壁
42内に密着嵌合される。なお、焼結金属繊維布の外端28が外壁の上下部によ
ってすでに圧縮されているので、漏れの可能性はすでに低減されている。
同様に閉鎖することができる。内端29は内壁53の上部51と下部52の間に
挟み込まれる。上部と下部は、各々、その一側部が襞付き焼結金属繊維布の内端
29の波形状と同じ波形状に形成されている。上部51と内端29と下部52は
、互いに押圧されて取付けられている。それらは、接着又は溶接によって互いに
永久的に接合されている。この接着又は溶接は、好ましくは内壁53の内側にお
いてなされるとよい。第2内壁を内壁に密着嵌合させることによって、ガス又は
液体の内壁からの漏れをさらに防ぐことができる。
口芯領域25内に挿入される。焼結金属繊維管の外径は少なくとも開口芯領域の
径に等しく設定される。2つのわずかに傾斜した円錐部品62と63が、それら
の最小径側が焼結金属繊維管の内部に入り込むように、焼結金属繊維管内に挿入
される。この最小径部は、焼結金属繊維管の内径よりもわずかに小さく設定され
ている。円錐部品の最大径部は、焼結金属繊維管の内径よりもわずかに大きく設
定されている。2つの円錐部品の最小端面64は焼結金属繊維管内の略中間部に
おいて接触し、これらの円錐部品は、例えば、溶接、接着、又はプレス加工によ
って互いに接合される。フィルタ素子の入口に向けられている部品63の上部6
5は、流れ分布をさらに改善するために、円錐状に形成されるとよい。円錐部品
の圧入によって、焼結金属繊維管は部分的に襞開口に押し付けられ、その状態で
円錐部品の端部が焼結金属繊維管の内側に固定されるので、襞開口を閉鎖するこ
とができる。
る寸法を有するフィルタ素子を製造した。表1に示されるように、本フィルタ素
子は、高フィルタ表面/容積比(R1)及び高媒体容積/フィルタ容積比(R2)
を有していた。フィルタ媒体として、等価径が35μmのステンレス鋼繊維から
なる焼結金属繊維布を用いた。焼結金属繊維布の厚みは1.25mmである。
はフィルタ媒体)が含まれるフィルタ素子の全容積で割った値である。
又はフィルタ媒体)が含まれるフィルタ素子の全容積で割った値である。
8に示されている。直線状端部12は端部分71と72に二等分され、直線状端
部13は端部分73と74に二等分されている。端部分71及び72は互いに向
かって曲げられ、例えば、溶接又は接着によって互いに接合される。端部分73
及び74も互いに向かって曲げられ、溶接、締付け、又は接着によって互いに接
合される。
していない。襞は、中心軸22から外側に向かって延びる折り目線21を有して
いる。この実施例もまた変形する傾向にある。外側襞開口82を閉じることによ
って襞形状を固定することができる。外側襞開口82の閉鎖は、溶接又は接着に
よって外端83を外壁に接合するか、又は前述したように、外端83を外壁の2
つの部分間に挟み込むことによってなされる。
て容易に理解されることである。そのような他の実施例において、焼結金属繊維
布は矩形でなくてもよく、また襞付き焼結金属繊維布が曲げられる前の状態にお
いてすべての襞は互いに平行でなくてもよい。「直線状端」という用語は、互い
に向かって曲げられかつ接合される焼結金属繊維布の端部の一部として理解され
るものである。
的に並ぶような入口及び出口を有するフィルタシステムに用いられる。濾過され
る液体及びガスは、主にこの中心軸の方向に流れる。流れ方向に変化がないので
、フィルタ素子の全体にわたって圧力降下が小さい。さらに、フィルタ素子に集
合する液体又はガスの流れが焼結金属繊維布のすべての襞内に向けられるので、
好ましい濾過域を有するフィルタ素子を提供することができる。また、フィルタ
素子の全面が均一なフィルタ面として機能するので、濾過能力を改善することが
できる。
維布を外壁に接合させる本発明の構成によって、フィルタの使用による襞の崩壊
を防ぐことができる。
。
。
Claims (14)
- 【請求項1】 外壁と折り目線に沿って襞加工された焼結金属繊維布とを含
んでなる高温ガス又は高温液体を濾過するフィルタ素子であって、 上記襞付き焼結金属繊維布が外端と中心軸を有する形状に曲げ加工され、上記
折り目線が該中心軸の径方向から上記フィルタ素子の外壁に向かって延びること
を特徴とするフィルタ素子。 - 【請求項2】 上記襞付き焼結金属繊維布の外端が、上記フィルタ素子の外
壁に溶接される請求項1に記載のフィルタ素子。 - 【請求項3】 上記外壁が、上部と下部とを含み、該上部と下部の各々は、
その一側部が上記焼結金属繊維布の外端の波形状に対応する形状に形成され、該
襞付き焼結金属繊維布の外端は該外壁の上部と下部の間に挟み込まれる請求項1
に記載のフィルタ素子。 - 【請求項4】 上記上部と上記焼結金属繊維布の外端と上記下部が、上記外
壁の外側において互いに溶接される請求項3に記載のフィルタ素子。 - 【請求項5】 襞が上記襞付き焼結金属繊維布の内端における開口芯領域に
延び、焼結金属繊維管が該焼結金属繊維布の内端に対して押しつけられる請求項
1〜4のいずれかに記載のフィルタ素子。 - 【請求項6】 襞が上記襞付き焼結金属繊維布の内端における開口芯領域に
延び、焼結金属繊維管が該焼結金属繊維布の内端に対して2つの円錐部品によっ
て押しつけられ、該2つの円錐部品の各々は、その最小径側が該焼結金属繊維管
の内部に入り込むように、該焼結金属繊維管の各端部に挿入され、該2つの円錐
部品が互いに接合される請求項5に記載のフィルタ素子。 - 【請求項7】 第2外壁が上記外壁に密着嵌合される請求項1〜6のいずれ
かに記載のフィルタ素子。 - 【請求項8】 請求項1〜7のいずれかに記載のフィルタ素子を用いる煤煙
粒子用フィルタ。 - 【請求項9】 請求項1〜7のいずれかに記載のフィルタ素子を用いる触媒
担体。 - 【請求項10】 フィルタ素子の製造方法であって、 焼結金属繊維布を襞加工するステップと、 上記襞付き焼結金属繊維布を、中心軸から外方に延びる折り目線が得られるよ
うに、直線状の両端部を互いに接触させるように曲げ加工するステップと、 上記直線状端部を結合するステップと、 上記焼結金属繊維布の外端を上記フィルタ素子の外壁に接合させるステップと
、 内側襞開口が形成されている場合は、上記焼結金属繊維布の内端を上記フィル
タ素子の内壁に接合させることによって、上記内側襞開口を閉じるステップと、 を含んでなる方法。 - 【請求項11】 フィルタ素子の製造方法であって、 焼結金属繊維布を襞加工するステップと、 上記襞付き焼結金属繊維布を、中心軸から外方に延びる折り目線が得られるよ
うに、直線状の両端部を互いに接触させるように曲げ加工するステップと、 上記直線状端部を結合するステップと、 上記焼結金属繊維布の外端を上記フィルタ素子の外壁の上部と下部の間に挟み
込むステップであって、該外壁の上部と下部の各々を、その一側部が該焼結金属
繊維布の外端の波形状に対応する形状に形成するステップと、 内側襞開口が形成されている場合は、上記焼結金属繊維布の内端を上記フィル
タ素子の内壁に接合させることによって、上記内側襞開口を閉じるステップと、 を含んでなる方法。 - 【請求項12】 フィルタ素子の製造方法であって、 焼結金属繊維布を襞加工するステップと、 上記襞付き焼結金属繊維布を、中心軸から外方に延びる折り目線が得られ、か
つ内側襞開口と開口芯領域が形成されるように、直線状の両端部を互いに接触さ
せるように曲げ加工するステップと、 上記直線状端部を結合するステップと、 上記焼結金属繊維布の外端を上記フィルタ素子の外壁の上部と下部の間に挟み
込むステップであって、該外壁の上部と下部の各々を、その一側部が該焼結金属
繊維布の外端の波形状に対応する形状に形成するステップと、 上記中心芯領域の径と等しいか又はそれよりも大きい外径を有する焼結金属繊
維管を上記開口芯領域内に挿入するステップと、 1つ以上の円筒又は円錐要素を上記焼結金属繊維管に挿入し、該焼結金属管を
上記内側襞開口に押し付けるステップと、 を含んでなる方法。 - 【請求項13】 フィルタ素子の製造方法であって、 焼結金属繊維布を襞加工するステップと、 上記襞付き焼結金属繊維布を、中心軸から外方に延びる折り目線が得られ、か
つ内側襞開口と開口芯領域が形成されるように、直線状の両端部を互いに接触さ
せるように曲げ加工するステップと、 上記直線状端部を結合するステップと、 上記焼結金属繊維布の外端を上記フィルタ素子の外壁の上部と下部の間に挟み
込むステップであって、該外壁の上部と下部の各々を、その一側部が該焼結金属
繊維布の外端の波形状に対応する形状に形成するステップと、 上記中心芯領域の径と少なくとも等しい外径を有する焼結金属繊維管を上記開
口芯領域内に挿入するステップと、 2つのわずかに傾斜した円錐部品を、その最小径側が上記焼結金属繊維管の内
部に入り込むように、該焼結金属繊維管内に挿入するステップであって、該円錐
部品が、該焼結金属繊維管の内径よりもわずかに小さい最小径と、該焼結金属繊
維管の内径よりもわずかに大きい最大径と、該焼結金属繊維管の長さの半分に相
当する高さを有するステップと、 上記2つの円錐部品の最小径側を上記焼結金属繊維管の中央部において溶接に
よって互いに接合するステップと、 を含んでなる方法。 - 【請求項14】 第2外壁を上記外壁の周囲に密着嵌合させるステップをさ
らに含んでなる請求項10又は請求項13に記載のフィルタ素子の製造方法。
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