JP2017023919A - ハニカムフィルタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】流入端面11から流出端面12まで延びる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有するハニカム構造部10と、流入側目封止部3と、流出側目封止部4と、を備え、セルの延びる方向に直交する断面において、流出セルのそれぞれは、流入セル群に全周を取り囲まれ、流入セル2aは、流出セルを区画形成する隔壁1である入−出隔壁と、入−出隔壁と交差する隔壁1である入−入隔壁によって区画され、流入セル2aの入−出隔壁の表面積A1と入−入隔壁の表面積A2とが、1.2≦A1/A2≦2の関係を満たし、隔壁1において表面領域R1の平均細孔径Xは、中央領域R2の平均細孔径Yの4〜60%であるハニカムフィルタ100。
【選択図】図1
Description
本発明のハニカムフィルタの一実施形態は、図1、図2に示すハニカムフィルタ100である。ハニカムフィルタ100は、多孔質の隔壁1を有するハニカム構造部10と、所定のセル2の流入端面11側の端部に配設された流入側目封止部3と、残余のセル2の流出端面12側の端部に配設された流出側目封止部4と、を備えている。ハニカム構造部10は、一方の端面である流入端面11から他方の端面である流出端面12まで延びる流体の流路となる複数のセル2を区画形成する多孔質の隔壁1を有する。複数のセル2は、流入側目封止部3が配設された流出セル2bと流出側目封止部4が配設された流入セル2aとからなる。そして、セル2の延びる方向に直交する断面において、流出セル2bのそれぞれは、流出セル2bと隔壁1を挟んで隣り合う複数の流入セル2aからなる流入セル群15に全周を取り囲まれている。また、流入セル群15を構成する流入セル2aは、流出セル2bを区画形成する隔壁1である入−出隔壁17と、入−出隔壁17と交差する隔壁1である入−入隔壁18入−入によって区画されている。なお、入−入隔壁18は、セル2の延びる方向に直交する断面において、入−出隔壁17の中心から放射状に延びているものである。具体的には、入−入隔壁18は、入−出隔壁17に直交するものと、入−出隔壁17の交点部から延びる(交点部において交差する)ものとの両方である(図3参照)。流入セル2aの入−出隔壁17の表面積A1と入−入隔壁18入−入の表面積A2とは、1.2≦A1/A2≦2の関係を満たしている。また、セル2の延びる方向に直交する断面において、流入セル2a側の表面から、流入セル2a側の表面から隔壁1の厚さ方向の10%の長さの位置までの領域を表面領域R1とする。流入セル2a側の表面から隔壁1の厚さ方向の40%の長さの位置から、流入セル2a側の表面から隔壁1の厚さ方向の60%の長さの位置までの領域を中央領域R2とする。このとき、表面領域R1の平均細孔径Xは、中央領域R2の平均細孔径Yの4〜60%である。
ハニカム構造部10に形成された流出セル2bのそれぞれは、流出セル2bと隔壁1を挟んで隣り合う複数の流入セル2aからなる流入セル群15に全周を取り囲まれている。即ち、各流出セル2bは、流入セル群15に全周を取り囲まれており、流入セル群15と流出セル2bは、隔壁1(入−出隔壁17)を挟んで隔てられている。つまり、流入セル群15に流入した排ガスは、隔壁を通過して流出セル2bに流れ込むことになる。なお、流入セル群15に流入した排ガスは、流出セル2bだけでなく、流入セル群15を構成する各流入セル2a内にも流れ込む。
本発明のハニカムフィルタは、流入側目封止部と流出側目封止部とを備えている。これらの目封止部の材質は、上述した隔壁と同様のものとすることができる。
本実施形態のハニカムフィルタの製造方法について説明する。まず、ハニカムフィルタを作製するための坏土を調整し、この坏土を成形して、ハニカム成形体を作製する(成形工程)。次に、得られたハニカム成形体(或いは、必要に応じて行われた乾燥後のハニカム乾燥体)に目封止を施して目封止部(流入側目封止部及び流出側目封止部)を形成する(目封止部形成工程)。次に、ハニカム成形体の残余のセル内の未焼成隔壁母材の表面に、表面領域R1形成用セラミック原料及び可燃性微粒子を水などに分散させたスラリーを塗工する(スラリー塗工工程)。次に、捕集層形成原料が塗工されたハニカム成形体を焼成してハニカムフィルタを作製することができる(ハニカムフィルタ作製工程)。
まず、成形工程においては、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成するハニカム成形体を形成する。
次に、ハニカム成形体(乾燥工程を採用する場合には、ハニカム乾燥体)に、目封止部を形成する。具体的には、まず、ハニカム成形体の流入端面に、流入セルが覆われ且つ流出セルが覆われないようにマスクを施す。その後、マスクの施された端部(流入端部)を目封止スラリーに浸漬する。そして、マスクが施されていない流出セルの開口部に目封止スラリーを充填する。その後、ハニカム成形体の流出端面について、流入セルが覆われず且つ流出セルが覆われるようにマスクを施す。その後、マスクの施された端部(流出端部)を目封止スラリーに浸漬して、マスクが施されていない流入セルの開口部に目封止スラリーを充填する。このようにして、目封止部が形成されたハニカム成形体を得ることができる。
次に、ハニカム成形体(または、一方の端面側のみに目封止部が施された片側目封止ハニカム成形体)の目封止部が配設されていない残余のセル内の未焼成隔壁母材の表面に、表面領域R1形成用セラミック原料及び可燃性微粒子を水に分散させたスラリーを塗工する。目封止部が配設されていないセルを「残余のセル」と称しており、上記「所定のセル」と「残余のセル」とを合わせて全てのセルになる。そして、この「残余のセル2」が、流入セル2aとなる。なお、流入セル2a内の未焼成隔壁母材の表面だけでなく、流出セル2b内の未焼成隔壁母材の表面にも捕集層形成原料を塗工させて未焼成捕集層を形成してもよい。
次に、得られたハニカム成形体を焼成してハニカムフィルタを得る。
セラミック原料として、炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合したものを準備した。この混合原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加し、更に水を添加して成形原料を作製した。得られた成形原料を、ニーダーを用いて混練し、坏土を得た。
ハニカムフィルタの隔壁に対して、6g/Lのススを堆積させた状態で、ハニカムフィルタの流入端面より高温のガスを通気して、フィルタの強制再生を行った。強制再生の条件は、流入端面におけるガス温度を650℃とし、ガスの通気時間を15分間とした。また、強制再生の前に、ススを堆積させた状態のハニカムフィルタの質量を測定した。強制再生後に、ハニカムフィルタの質量を測定し、強制再生により消失したススの質量を求めた。堆積させたススの質量M1と、強制再生により消失したススの質量M2とから、再生効率(M2/M1×100)を求めた。
軽油を酸素欠如状態で燃焼させることでススを発生させ、スス発生量50g/時間、流量50Nm3/分、温度300℃の燃焼ガスに希釈空気を追加して調整を行ったスス含有燃焼ガスをハニカムフィルタに流した。ハニカムフィルタ内のススの堆積量が4g/Lとなった際の流入側と流出側とにおける圧力差を算出し、算出される値から、PM堆積時における圧力損失を測定した。
表1に示すように変更したこと以外は、実施例1と同様にして、「再生効率」及び「PM堆積後の圧力損失」の評価を行った。結果を表2に示す。
Claims (6)
- 一方の端面である流入端面から他方の端面である流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
所定の前記セルの前記流入端面側の端部に配設された流入側目封止部と、
残余の前記セルの前記流出端面側の端部に配設された流出側目封止部と、を備え、
複数の前記セルは、前記流入側目封止部が配設された流出セルと前記流出側目封止部が配設された流入セルとからなり、
セルの延びる方向に直交する断面において、前記流出セルのそれぞれは、前記流出セルと前記隔壁を挟んで隣り合う複数の前記流入セルからなる流入セル群に全周を取り囲まれ、
前記流入セル群を構成する前記流入セルは、前記流出セルを区画形成する前記隔壁である入−出隔壁と、前記入−出隔壁と交差する前記隔壁である入−入隔壁によって区画され、
前記流入セルの前記入−出隔壁の表面積A1と前記入−入隔壁の表面積A2とが、1.2≦A1/A2≦2の関係を満たし、
セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セル側の表面から、前記流入セル側の表面から前記隔壁の厚さ方向の10%の長さの位置までの領域を表面領域R1とし、前記流入セル側の表面から前記隔壁の厚さ方向の40%の長さの位置から、前記流入セル側の表面から前記隔壁の厚さ方向の60%の長さの位置までの領域を中央領域R2としたとき、前記表面領域R1の平均細孔径Xは、前記中央領域R2の平均細孔径Yの4〜60%であるハニカムフィルタ。 - 前記表面領域R1は、平均細孔径Xが5μm以下であり、気孔率が60%以上である請求項1に記載のハニカムフィルタ。
- 前記隔壁の材質が、炭化珪素、コージェライト、チタン酸アルミニウム、珪素−炭化珪素系複合材料、及び炭化珪素−コージェライト系複合材料からなる群より選択される少なくとも一種である請求項1または2に記載のハニカムフィルタ。
- 前記流入セルの水力直径D1と、前記流出セルの水力直径D2とが、D2>1.5×D1の関係を満たす請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記表面領域R1の気孔率が、前記中央領域R2の気孔率より大きい請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- セルの延びる方向に直交する断面において、前記流出セル側の表面から、前記流出セル側の表面から前記隔壁の厚さ方向の10%の長さの位置までの領域を裏面領域としたとき、前記裏面領域の平均細孔径Zは、前記中央領域R2の平均細孔径Yの4〜60%である請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
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