CN107965368B - 封孔蜂窝结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种封孔蜂窝结构体，其在将烟灰燃烧除去的再生时的再生效率优异。包括多个蜂窝单元(7)、接合层(18)以及将蜂窝单元(7)的隔室(2)的开口部封孔的封孔部(3)。蜂窝单元(7)包含外周单元(7b)和中央单元(7a)。外周单元(7b)包含至少1个特定外周单元(7ba)，该特定外周单元的、烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损比中央单元(7a)的烟灰堆积压损高15％以上，且该外周单元(7b)的开口率与中央单元(7a)的开口率相同或为其以上。在蜂窝结构部(9)的与隔室(2)延伸的方向正交的截面处，相对于外周单元(7b)及中央单元(7a)所占的总面积而言，特定外周单元(7ba)所占的面积的比率为4％以上。

Description

封孔蜂窝结构体
技术领域
本发明涉及封孔蜂窝结构体。更详细而言，涉及将由隔壁捕集的烟灰燃烧除去的再生时的再生效率优异的封孔蜂窝结构体。
背景技术
从对地球环境的影响、节约资源的观点考虑，近年来要求汽车的耗油量降低。因此，存在直接喷射式汽油发动机、柴油发动机等热效率良好的内燃机被用作汽车用的动力源的趋势。
另一方面，这些内燃机中，在燃料燃烧时产生炉渣构成问题。从大气环境的观点考虑，必须具有用于除去尾气中包含的有毒成分、同时不将烟灰(煤)等粒子状物质(以下有时称为“PM”)释放到大气中的对策。
特别是，与除去由柴油发动机排出的PM相关的限制存在全世界范围内强化的趋势。并且，作为用于除去PM的捕集过滤器(以下有时称为“DPF”)，蜂窝结构的壁流型尾气净化过滤器的使用备受瞩目，并提出了各种***。上述DPF结构为：通常由多孔质的隔壁区划形成构成流体的流路的多个隔室，通过将隔室交替封孔，形成隔室的多孔质的隔壁发挥过滤器的作用。有时将由多孔质的隔壁区划形成有多个隔室的柱状的结构体称为“蜂窝结构体”。另外，有时将形成于蜂窝结构体的隔室的开口部通过封孔部封孔而得到的结构体称为“封孔蜂窝结构体”。封孔蜂窝结构体被广泛用作像DPF这样的捕集过滤器。如果含有粒子状物质的尾气从封孔蜂窝结构体的流入端面(第一端面)流入，则在尾气通过隔壁时，该尾气中的粒子状物质被过滤，得到净化的尾气从封孔蜂窝结构体的流出端面(第二端面)排出。
作为用于DPF等的蜂窝结构体，例如还提出了将多个蜂窝单元接合而形成的、单元结构的蜂窝结构体(例如参见专利文献1)。
DPF等蜂窝过滤器中，压损因过滤器内部经时堆积的PM而慢慢地增大，因此，会定期每隔一段时间进行使蜂窝过滤器的内部堆积的PM燃烧除去的再生。例如，作为将DPF再生的方法，已知：使由发动机排出的尾气的温度上升，利用该高温的尾气对DPF进行加热的再生方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003－10616号公报
发明内容
像专利文献1那样的单元结构的蜂窝结构体存在以下问题：在使过滤器的内部堆积的PM燃烧除去而进行再生时，再生效率较差。
本发明是鉴于该现有技术具有的问题而实施的。根据本发明，提供一种将由隔壁捕集的烟灰燃烧除去而再生时的再生效率优异的封孔蜂窝结构体。
本发明的发明人对单元结构的蜂窝结构体中的、上述的再生效率较差的理由进行了各种研究。发现：单元结构的蜂窝结构体在再生时，蜂窝结构体的外周部分的温度不易上升，该外周部分中的烟灰的燃烧残留物成为使再生效率劣化的主要原因，以至完成了本发明。即，根据本发明，提供以下所示的封孔蜂窝结构体。
[1]一种封孔蜂窝结构体，其中，包括：
柱状的蜂窝结构部，该柱状的蜂窝结构部具有配置成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面，构成流体的流路；和
封孔部，该封孔部配设于所述隔室的所述流入端面侧或所述流出端面侧中的任意一方端部，
所述蜂窝结构部由蜂窝单元接合体构成，该蜂窝单元接合体具有多个棱柱状的蜂窝单元和将该蜂窝单元的侧面彼此接合的接合层，
多个所述蜂窝单元包含：
多个外周单元，该多个外周单元配置于所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面的外周部分；和
中央单元，该中央单元为所述外周单元以外的蜂窝单元，且配置于所述截面的中央部分，
所述外周单元包含至少1个特定外周单元，该特定外周单元的、烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损比所述中央单元的所述烟灰堆积压损高15％以上，且该外周单元的开口率与所述中央单元的开口率相同或为所述中央单元的开口率以上，
在所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面处，相对于所述外周单元及所述中央单元所占的总面积而言，所述特定外周单元所占的面积的比率为4％以上。
[2]根据所述[1]中记载的封孔蜂窝结构体，其中，
将在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部的所述隔室作为流入隔室，并且，将在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部的所述隔室作为流出隔室，
所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元中，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述流入隔室的形状为六边形，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述流出隔室的形状为正方形，
多个所述隔室成为4个所述流入隔室按照规定的所述流入隔室的1边和邻接的所述流出隔室的1边具有相同的长度、且平行的方式包围1个所述流出隔室的周围的结构，
形成所述流出隔室的第一边的所述隔壁和形成所述流出隔室的与所述第一边对置的第二边的所述隔壁的距离、亦即距离a在超过0.8mm且低于2.4mm的范围内，
形成与所述流出隔室的1边平行邻接的所述流入隔室的第三边的所述隔壁和形成所述流入隔室的与所述第三边对置的第四边的所述隔壁的距离、亦即距离b相对于所述距离a的比率在超过0.4且低于1.1的范围内。
[3]根据所述[2]中记载的封孔蜂窝结构体，其中，在所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元中的所述流入隔室还设置有分割壁，该分割壁在与所述隔室延伸的方向正交的方向上将所述第三边的中央部和所述第四边的中央部连结在一起。
[4]根据所述[2]或[3]中记载的封孔蜂窝结构体，其中，所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元为所述中央单元。
[5]根据所述[2]～[4]中的任意一项中记载的封孔蜂窝结构体，其中，
所述特定外周单元中，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述隔室的形状为四边形，或者在所述流入隔室和所述流出隔室间有所不同。
本发明的封孔蜂窝结构体为所谓的、单元结构的封孔蜂窝结构体，配设于蜂窝结构部的外周部分的外周单元包含显示特定的烟灰堆积压损的特定外周单元。因此，本发明的封孔蜂窝结构体中，特定外周单元构成为：与其它蜂窝单元相比，不会积存烟灰。因此，本发明的封孔蜂窝结构体与现有的单元结构的封孔蜂窝结构体相比，能够使再生效率得到提高。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的封孔蜂窝结构体的一个实施方式的、从流入端面侧观察得到的立体图。
图2是从图1所示的封孔蜂窝结构体的流入端面侧观察得到的俯视图。
图3是图1所示的封孔蜂窝结构体的特定外周单元的流入端面的俯视图。
图4是图1所示的封孔蜂窝结构体的特定外周单元的流出端面的俯视图。
图5是图1所示的封孔蜂窝结构体的中央单元的流入端面的俯视图。
图6是图1所示的封孔蜂窝结构体的中央单元的流出端面的俯视图。
图7是示意性地表示图3的A－A’截面的截面图。
图8是将图5所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。
图9是将图6所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。
图10是示意性地表示本发明的封孔蜂窝结构体的另一实施方式的、从流入端面侧观察得到的俯视图。
图11是本发明的封孔蜂窝结构体的再一实施方式中的中央单元的流入端面的俯视图。
图12是将图11所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。
符号说明
1：隔壁；2：隔室；2a：流入隔室；2b：流出隔室；3：封孔部；3a：流入侧封孔部；3b：流出侧封孔部；4：边；6a：流入端面；6b：流出端面；7、17：蜂窝单元；7a、17a：中央单元；7b：外周单元；7ba：特定外周单元；7bb：特定外周单元以外的外周单元；8：角部；9：蜂窝结构部；10：外壁；11：第一边；12：第二边；13：第三边；14：第四边；18：接合层；21：分割壁；100、200：封孔蜂窝结构体；a：距离a；b：距离b。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，但是，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内基于本领域技术人员的通常知识对以下的实施方式加以适当变更、改良等而得到的实施方式均在本发明的范围内。
(1)封孔蜂窝结构体：
如图1～图9所示，本发明的封孔蜂窝结构体的第一实施方式为包括蜂窝结构部9和封孔部3的封孔蜂窝结构体100。蜂窝结构部9为具有配置成包围多个隔室2的多孔质的隔壁1的柱状的蜂窝结构部，该多个隔室2从流入端面6a延伸至流出端面6b，构成流体的流路。封孔部3配设于上述的隔室2的流入端面6a侧或流出端面6b侧中的任意一方端部。在封孔蜂窝结构体100的外周还具备配设成围绕蜂窝结构部9的外壁10。
此处，图1是示意性地表示本发明的封孔蜂窝结构体的一个实施方式的、从流入端面侧观察得到的立体图。图2是从图1所示的封孔蜂窝结构体的流入端面侧观察得到的俯视图。图3是图1所示的封孔蜂窝结构体的特定外周单元的流入端面的俯视图。图4是图1所示的封孔蜂窝结构体的特定外周单元的流出端面的俯视图。图5是图1所示的封孔蜂窝结构体的中央单元的流入端面的俯视图。图6是图1所示的封孔蜂窝结构体的中央单元的流出端面的俯视图。图7是示意性地表示图3的A－A’截面的截面图。图8是将图5所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。图9是将图6所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。
蜂窝结构部9由蜂窝单元接合体构成，该蜂窝单元接合体具有多个棱柱状的蜂窝单元7和将蜂窝单元7的侧面彼此接合的接合层18。即，本实施方式的封孔蜂窝结构体100为所谓的、单元结构的封孔蜂窝结构体。
如图1及图2所示，蜂窝单元7具有区划形成多个隔室2的多孔质的隔壁1及配设于最外周的单元外周壁，该多个隔室2从流体流入的流入端面6a延伸至流体流出的流出端面6b。多个蜂窝单元7的侧面彼此借助接合层18而接合。
多个蜂窝单元7包含外周单元7b和中央单元7a。外周单元7b为配置于蜂窝结构部9的与隔室2延伸的方向正交的截面的外周部分的蜂窝单元7。换言之，外周单元7b为以与配设成围绕蜂窝结构部9的外壁10相接触的方式配置的蜂窝单元7，通常存在多个。外周单元7b的、形成为棱柱状的蜂窝单元7中的一部分被形成为按外壁10的形状磨削得到的柱状。
中央单元7a为外周单元7b以外的蜂窝单元7，且是配置于上述截面的中央部分的蜂窝单元7。中央单元7a通常存在1个或2个以上。中央单元7a形成为以从流入端面6a朝向流出端面6b的方向为轴向的棱柱状。
本实施方式的封孔蜂窝结构体100的重要特征在于，外周单元7b包含至少1个如下所示的特定外周单元7ba。特定外周单元7ba的、烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损比中央单元7a的烟灰堆积压损高15％以上。即，以中央单元7a的烟灰堆积压损为100％的情况下，特定外周单元7ba的烟灰堆积压损为115％以上。以下，本说明书中，简称为“烟灰堆积压损”的情况下，是指“烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损”。此外，特定外周单元7ba的开口率与中央单元7a的开口率相同或为中央单元7a的开口率以上。
特定外周单元7ba构成为：与其它蜂窝单元7相比，不会积存烟灰。因此，本实施方式的封孔蜂窝结构体100与现有的单元结构的封孔蜂窝结构体相比，能够使再生效率得到提高。如果以中央单元7a的烟灰堆积压损为100％的情况下，特定外周单元7ba的烟灰堆积压损低于115％，则在中央单元7a和特定外周单元7ba之间，烟灰的积存情况不易产生差异，很难使再生效率得到提高。此时，如果特定外周单元7ba的开口率比中央单元7a的开口率低，则封孔蜂窝结构体整体的烟灰堆积压损劣化。因此，本实施方式的封孔蜂窝结构体100中，通过使特定外周单元7ba的开口率与中央单元7a的开口率相同或为中央单元7a的开口率以上，能够抑制封孔蜂窝结构体整体的烟灰堆积压损劣化。
特定外周单元7ba的烟灰堆积压损相对于中央单元7a的烟灰堆积压损，优选高15～50％，更优选高30～43％。通过像这样构成，能够使再生效率进一步提高。
以下，对特定外周单元的烟灰堆积压损的测定方法进行说明。首先，准备隔室结构与作为测定对象的特定外周单元同样的多个蜂窝单元。接下来，使用准备的多个蜂窝单元，制作与具有作为测定对象的特定外周单元的封孔蜂窝结构体同样构成的封孔蜂窝结构体。接下来，将制作的封孔蜂窝结构体搭载于排气量2L的乘用车用柴油发动机的排气***，使该柴油发动机运转，从而使烟灰堆积于封孔蜂窝结构体。应予说明，柴油发动机以如下方式运转，即，发动机的转速为2000[转数/分钟]，排气温度为250℃。对于封孔蜂窝结构体，从柴油发动机的运转开始时，持续地测定烟灰堆积所引起的质量增加及其压损。并且，将封孔蜂窝结构体的烟灰的堆积量为4g/L时的压损作为特定外周单元的烟灰堆积压损。本说明书中的、烟灰的堆积量(g/L)表示封孔蜂窝结构体的每单位容积(L)堆积的烟灰的量(g)。应予说明，封孔蜂窝结构体单位容积(L)是封孔蜂窝结构体的外壁以外的部分的容积(包含隔室的容积)。
关于中央单元的烟灰堆积压损的测定方法，可以依据上述的特定外周单元的烟灰堆积压损的测定方法来进行。即，首先，准备隔室结构与作为测定对象的中央单元同样的多个蜂窝单元。接下来，使用准备的多个蜂窝单元，制作与具有作为测定对象的中央单元的封孔蜂窝结构体同样构成的封孔蜂窝结构体。以后，与上述的特定外周单元的烟灰堆积压损的测定方法同样地，测定中央单元的烟灰堆积压损。
将特定外周单元的烟灰堆积压损和中央单元的烟灰堆积压损进行比较的情况下，如上所述，使用形状相同的单一蜂窝单元，分别制作形状相同的封孔蜂窝结构体，以相同的方法测定烟灰堆积压损。通过对测定的烟灰堆积压损进行比较，能够求出特定外周单元的烟灰堆积压损相对于中央单元的烟灰堆积压损的增大比率。
对于本实施方式的封孔蜂窝结构体，特定外周单元的开口率与中央单元的开口率相同或为中央单元的开口率以上。以中央单元的开口率为100％的情况下，特定外周单元的开口率优选为100～150％，更优选为100～120％。如果特定外周单元的开口率比中央单元的开口率低，则在再生时，封孔蜂窝结构体的外周部分的温度不易上升，很难使再生效率上升。特定外周单元的开口率可以以特定外周单元内的流入隔室的总面积S1a及流出隔室的总面积S1b相对于与隔室延伸的方向正交的截面处的特定外周单元的面积S1的比率的形式求出。即，特定外周单元的开口率可以利用下式(1)求出。中央单元的开口率可以以该中央单元内的流入隔室的总面积S2a及流出隔室的总面积S2b相对于与隔室延伸的方向正交的截面处的中央单元的面积S2的比率的形式求出。即，中央单元的开口率可以利用下式(2)求出。
式(1)：(S1a+S1b)/S1×100％
式(2)：(S2a+S2b)/S2×100％
如图1～图9所示，封孔部3配设于形成在各蜂窝单元7中的隔室2的开口部，对隔室2的流入端面6a侧或流出端面6b侧中的任意一方开口部进行密封。即，封孔部3配设于各蜂窝单元7的流入端面6a上的规定隔室的开口部及流出端面6b上的规定隔室以外的其余的隔室2的开口部。以下，有时将在蜂窝单元7的流出端面6b侧的端部配设有封孔部3的隔室2称为“流入隔室2a”。另外，有时将在蜂窝单元7的流入端面6a侧的隔室2的端部配设有封孔部3的隔室2称为“流出隔室2b”。
在蜂窝结构部9的与隔室2延伸的方向正交的截面处，相对于外周单元7b及中央单元7a所占的总面积而言，特定外周单元7ba所占的面积的比率为4％以上。通过像这样构成，能够使封孔蜂窝结构体100的再生效率进一步提高。特定外周单元7ba所占的面积的比率优选为4～60％。
对于图1～图9所示的封孔蜂窝结构体100，蜂窝结构部9中，配置于外周部分的12个外周单元7b中的、配置于四角的4个外周单元7b为特定外周单元7ba。特定外周单元7ba可以为外周单元7b中的一部分蜂窝单元7，不过，也可以像图10所示的封孔蜂窝结构体200那样，外周单元7b全部为特定外周单元7ba。图10是示意性地表示本发明的封孔蜂窝结构体的另一实施方式的、从流入端面侧观察得到的俯视图。
对于图10所示的封孔蜂窝结构体200，蜂窝结构部9中，配置于外周部分的12个外周单元7b全部为特定外周单元7ba。图10所示的封孔蜂窝结构体200中，优选，如上所述，外周单元7b全部为特定外周单元7ba，除此以外，与图1～图9所示的封孔蜂窝结构体100同样地构成。图10中，对与图1～图9所示的封孔蜂窝结构体100同样构成的构成部件赋予相同的符号，并省略其说明。
图1～图9所示的封孔蜂窝结构体100中，优选特定外周单元7ba以外的蜂窝单元7如下构成。此处，特定外周单元7ba以外的蜂窝单元7为中央单元7a及特定外周单元7ba以外的外周单元7bb。特定外周单元7ba以外的蜂窝单元7可以仅为中央单元7a。
特定外周单元7ba以外的蜂窝单元7优选与隔室2延伸的方向正交的截面处的流入隔室2a的形状为六边形。本说明书中，上述的“六边形”是指后述的“大致六边形”。另外，优选与隔室2延伸的方向正交的截面处的流出隔室2b的形状为正方形。本说明书中，上述的“正方形”是指后述的“大致正方形”。此外，多个隔室2优选成为4个流入隔室2a按照规定的流入隔室2a的1边和邻接的流出隔室2b的1边具有相同的长度、并且平行的方式包围1个流出隔室2b的周围的结构。本说明书中，上述的“相同的长度”及“平行”是指后述的“大致相同的长度”及“大致平行”。即，对于截面形状为大致正方形的流出隔室2b的4边，分别邻接截面形状为大致六边形的流入隔室2a的1边，邻接的边彼此具有大致相同的长度，并且，大致平行。该结构中，流出隔室2b的周围全部被4个流入隔室2a包围，而流出隔室2b彼此不会邻接。通过采用该结构，能够使流出隔室2b的开口率增大，并且，能够使流出隔室2b的数量比流入隔室2a的数量少，因此，能够使初始压损降低。
本说明书中，“大致六边形”是指六边形、六边形的至少1个角部被形成为曲线状的形状、以及六边形的至少1个角部被倒角为直线状的形状。“大致正方形”是指正方形、正方形的至少1个角部被形成为曲线状的形状、及正方形的至少1个角部被倒角为直线状的形状。“大致相同的长度”是指相同的长度、及其长度±20％的长度。“大致平行”是指平行、及平行的两边中的一边在±15°的范围内倾斜的状态的两边的位置关系。
另外，如图8及图9所示，流入隔室2a的6个边中的、与流出隔室2b大致平行邻接的2个边13、14以外的4个边4优选和与该流出隔室2b邻接的另一流入隔室2a的边4分别邻接。即，流入隔室2a中的邻接的2个边4形成的顶点四个彼此集合的部分中，优选如图8及图9所示成为2个隔壁1彼此正交的结构。通过采用该结构，能够将隔壁1的热容量维持在较高水平，能够使PM容易堆积的顶点部分的PM燃烧时的热应力得到缓和。
形成流出隔室2b的第一边11的隔壁1和形成流出隔室2b的与第一边11对置的第二边12的隔壁1的距离、亦即距离a优选在超过0.8mm且低于2.4mm的范围内。此处，所谓距离a，是指将形成第一边11的隔壁1的厚度方向的中心与形成对置的第二边12的隔壁1的厚度方向的中心连结起来的最短距离。另外，设定了形成与流出隔室2b的1边大致平行邻接的流入隔室2a的第三边13的隔壁1和形成流入隔室2a的与第三边13对置的第四边14的隔壁1的距离、亦即距离b的情况下，优选如下构成。即，距离b相对于距离a的比率优选在超过0.4且低于1.1的范围内。此处，所谓距离b，是指将形成第三边13的隔壁1的厚度方向的中心和形成对置的第四边14的隔壁1的厚度方向的中心连结起来的最短距离。通过使距离a及距离b的关系在上述的范围内，初始压损及PM堆积时的压损平衡良好地降低，故优选。
另外，特定外周单元7ba以外的蜂窝单元7例如可以按如图11及图12所示构成的中央单元17a而构成。图11是本发明的封孔蜂窝结构体的再一实施方式中的中央单元的流入端面的俯视图。图12是将图11所示的中央单元的一部分放大得到的放大俯视图。在图11及图12所示的中央单元17a中的流入隔室2a还可以设置有分割壁21，该分割壁21在与隔室2延伸的方向正交的方向上将第三边的中央部和第四边的中央部连结在一起。该流入隔室2a被分割壁21分割成实质上截面形状为大致五边形的2个空间。
分割壁21的材料没有特别限制，可以从具有过滤能力的多孔质材料中适当选择优选的材料。鉴于制作时的容易性，优选采用与隔壁1相同的材料。另外，分割壁21的厚度也没有特别限定，从热容量及强度的观点考虑，优选在0.1～0.5mm的范围内。如果小于0.1mm，则从热容量及强度的观点考虑，不够理想。另外，如果大于0.5mm，则从确保过滤面积的观点考虑，不够理想。应予说明，本说明书中，即便形成有分割壁21的情况下，流入隔室2a在“表观上”也视为大致六边形。
如图1～图9所示，特定外周单元7ba中，与隔室2延伸的方向正交的截面处的隔室2的形状优选为四边形或者在流入隔室2a与流出隔室2b间有所不同。通过像这样构成，从确保排气中的灰(Ash)堆积的容积的观点考虑，以及就烟灰堆积压损适度高于中央部这一点而言是优选的。隔室2的形状在流入隔室2a和流出隔室2b间有所不同的情况下，例如可以举出流入隔室2a的形状为四边形且流出隔室2b的形状为八边形的情形等。
封孔蜂窝结构体100的整体形状没有特别限制。例如，图1所示的封孔蜂窝结构体100的整体形状为流入端面6a及流出端面6b为圆形的圆柱形状。此外，虽然省略图示，但是，作为封孔蜂窝结构体的整体形状，也可以为流入端面及流出端面为椭圆形、跑道形、长圆形等大致圆形的柱形状。另外，作为封孔蜂窝结构体的整体形状，还可以为流入端面及流出端面为四边形、六边形等多边形的棱柱形状。
构成蜂窝单元的材料没有特别限制，但是，从强度、耐热性、耐久性等观点考虑，主成分优选为氧化物或非氧化物的各种陶瓷、金属等。具体而言，例如，作为陶瓷，考虑堇青石、多铝红柱石、氧化铝、尖晶石、碳化硅、氮化硅、及钛酸铝等。作为金属，考虑Fe－Cr－Al系金属、及金属硅等。优选以从这些材料中选择的1种或2种以上为主成分。从高强度、高耐热性等观点考虑，特别优选以从由氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、堇青石、碳化硅、及氮化硅构成的组中选择的1种或2种以上为主成分。另外，从高热传导率、高耐热性等观点考虑，碳化硅、或硅－碳化硅复合材料特别适合。此处，所谓“主成分”，是指构成蜂窝单元的50质量％以上、优选为70质量％以上、更优选为80质量％以上的成分。
在特定外周单元和特定外周单元以外的蜂窝单元中，例如构成蜂窝单元的材料可以不同。如上所述的本实施方式中，使用隔室形状不同的蜂窝单元，由此，使各蜂窝单元的烟灰堆积压损不同，但是，例如，也可以通过使构成蜂窝单元的材料不同，使各蜂窝单元的烟灰堆积压损发生变化。
另外，在特定外周单元和特定外周单元以外的蜂窝单元中，还可以通过改变隔壁的气孔率、细孔径来调节烟灰堆积压损的值。但是，通过隔壁的气孔率、细孔径来调节烟灰堆积压损的值的情况下，封孔蜂窝结构体整体的压损有时容易增加。另外，还有时导致封孔蜂窝结构体的耐热冲击性(鲁棒(robust)性)降低。因此，关于特定外周单元和特定外周单元以外的蜂窝单元，优选使流入隔室的开口率为相同或比较接近的值，通过各蜂窝单元的隔室结构来调节烟灰堆积压损的值。
封孔部的材料没有特别限制。封孔部的材料优选包含从作为上述的蜂窝单元的优选材料举出的各种陶瓷及金属等中选择的1种或2种以上。
本实施方式的封孔蜂窝结构体是多个蜂窝单元借助接合层彼此接合而得到的。通过像这样构成，能够使施加到封孔蜂窝结构体的热应力得到分散，能够有效地防止由局部温度上升所导致的开裂。
蜂窝单元的大小没有特别限制。但是，如果1个蜂窝单元的大小过大，则有时无法充分发挥防止开裂的效果。另外，如果1个蜂窝单元的大小过小，则蜂窝单元通过接合层接合的作业有时变得复杂。
蜂窝单元的形状没有特别限制。例如，作为蜂窝单元的形状，可以举出该蜂窝单元的与轴向正交的截面形状为四边形、六边形等多边形的棱柱形状。应予说明，对于配置于封孔蜂窝结构体的最外周的蜂窝单元，可以与封孔蜂窝结构体的整体形状相对应地利用磨削等对棱柱形状的一部分进行加工。
接合层的厚度优选为0.5～2mm，更优选为0.8～1.5mm。如果接合层的厚度低于0.5mm，则就耐热冲击性有时会降低这一点而言不优选。如果接合层的厚度超过2mm，则就压损有时会升高这一点而言不优选。
另外，本实施方式的封孔蜂窝结构体中，可以举出各蜂窝单元如下构成的例子作为优选例之一。流入隔室中，几何学表面积GSA优选为10～30cm2/cm3，更优选为12～18cm2/cm3。此处，上述的“几何学表面积GSA”是指流入隔室的总内表面积(S)除以蜂窝单元的总容积(V)得到的值(S/V)。通常，过滤器的过滤面积越大，越能够降低隔壁上的PM堆积厚度，因此，通过使其在上述的几何学表面积GSA的数值范围内，能够将封孔蜂窝结构体的压损抑制在较低水平。因此，如果流入隔室的几何学表面积GSA小于10cm2/cm3，则有时会导致PM堆积时的压损增加，故不优选。另外，如果大于30cm2/cm3，则有时初始压损会增加，故不优选。
本实施方式的封孔蜂窝结构体中，多个隔室2各自的水力直径优选为0.5～2.5mm，更优选为0.8～2.2mm。如果多个隔室各自的水力直径小于0.5mm，则初始压损有时会增加，故不优选。另外，如果多个隔室各自的水力直径大于2.5mm，则尾气与隔壁的接触面积减少，有时会导致净化效率降低，故不优选。此处，多个隔室各自的水力直径为基于各隔室的截面积及周长、由4×(截面积)/(周长)计算出的值。隔室的截面积是指在封孔蜂窝结构体的与中心轴向垂直的截面处出现的隔室的形状(截面形状)的面积，隔室的周长是指该隔室的截面形状的周围的长度(包围该截面的封闭线的长度)。
鉴于初始压损、PM堆积时的压损、及捕集效率的权衡，本实施方式的封孔蜂窝结构体中，优选同时满足流入隔室的几何学表面积GSA为10～30cm2/cm3、流入隔室的开口率为20～70％、以及多个隔室各自的水力直径为0.5～2.5mm。另外，更优选同时满足流入隔室的几何学表面积GSA为12～18cm2/cm3、流入隔室的开口率为25～65％、以及多个隔室各自的水力直径为0.8～2.2mm。
本实施方式的封孔蜂窝结构体中，可以在形成多个隔室的隔壁上担载催化剂。所谓在隔壁上担载催化剂，是指在隔壁的表面及形成于隔壁的细孔的内壁涂覆催化剂。作为催化剂的种类，可以举出：SCR催化剂(沸石、二氧化钛、钒)；包含Pt、Rh、Pd中的至少2种贵金属和氧化铝、二氧化铈、氧化锆中的至少1种的三元催化剂等。通过担载该催化剂，能够使由直接喷射式汽油发动机、柴油发动机等排出的尾气中包含的NOx、CO、HC等无毒化，并且，能够使堆积在隔壁表面的PM容易利用催化作用而燃烧除去。
本实施方式的封孔蜂窝结构体中，使如上所述的催化剂担载的方法没有特别限制，可以采用本领域技术人员通常实施的方法。具体而言，可以举出湿法涂覆催化剂浆料后、进行干燥、烧成的方法等。
(2)封孔蜂窝结构体的制造方法：
图1～图9所示的本实施方式的封孔蜂窝结构体的制造方法没有特别限制，例如可以利用如下方法进行制造。首先，调制用于制作蜂窝单元的可塑性的生坯。用于制作蜂窝单元的生坯可以如下调制，即，在作为原料粉末的、从前述的蜂窝单元的优选材料中选择的材料中适当添加粘合剂等添加剂及水。作为原料粉末，例如可以使用碳化硅粉末。作为粘合剂，例如可以举出：甲基纤维素(Methylcellulose)、羟丙基甲基纤维素(Hydroxypropylmethylcellulose)等。另外，作为添加剂，可以举出表面活性剂等。
接下来，将这样得到的生坯挤压成型，由此，制作具有区划形成多个隔室的隔壁及配设于最外周的单元外周壁的、棱柱状的蜂窝成型体。制作多个蜂窝成型体。应予说明，在制作蜂窝成型体时，可以制作作为特定外周单元的蜂窝成型体和作为特定外周单元以外的蜂窝单元的蜂窝成型体这2种蜂窝成型体。
将得到的蜂窝成型体用例如微波及热风进行干燥，以与蜂窝成型体的制作用的材料同样的材料，将隔室的开口部封孔，由此，制作封孔部。在制作封孔部后，可以对蜂窝成型体进一步进行干燥。
接下来，对制作了封孔部的蜂窝成型体进行烧成，由此，得到具有封孔部的蜂窝单元。烧成温度及烧成气氛因原料而异，如果是本领域技术人员，则能够选择最适合所选择的材料的烧成温度及烧成气氛。接下来，将得到的蜂窝单元使用接合剂彼此接合，使其干燥固化后，将外周加工成所期望的形状，由此，能够得到单元结构的封孔蜂窝结构体。作为接合剂，可以使用在陶瓷材料中加入水等溶剂而制成糊状的物质。另外，将蜂窝单元的接合体的外周加工后的加工面成为隔室暴露出来的状态，因此，如图1所示，可以在该加工面涂布外周涂层材料而形成外壁10。作为外周涂层材料的材料，例如可以使用与接合剂的材料相同的材料。
【实施例】
(实施例1)
作为陶瓷原料，准备出将碳化硅(SiC)粉末和金属硅(Si)粉末按80：20的质量比例混合得到的混合原料。碳化硅(SiC)粉末的平均粒径为20μm。在该混合原料中添加作为粘合剂的羟丙基甲基纤维素、作为造孔剂的吸水性树脂，并且，添加水，制作成型原料。使用捏合机，将得到的成型原料进行混炼，得到生坯。
接下来，使用挤压成型机，将得到的生坯成型，制作12个、隔室的排列图案与图12所示的蜂窝单元17同样的四棱柱形状的蜂窝单元成型体。应予说明，“重复排列图案与图12所示的蜂窝单元同样”是指以截面形状为五边形的8个流入隔室包围截面形状为正方形的流出隔室的周围的方式排列得到的排列图案。此处制作的蜂窝单元成型体为中央单元。
另外，使用挤压成型机，将得到的生坯成型，制作4个具有四边形和八边形的隔室交替排列的排列图案的四棱柱形状的蜂窝单元成型体。此处制作的蜂窝单元成型体为特定外周单元。并且，将这样制作的4个蜂窝单元成型体用于外周四角的小单元。
接下来，对得到的2种蜂窝单元成型体进行高频感应加热干燥后，使用热风干燥机进一步干燥。
在干燥后的蜂窝单元成型体形成封孔部。首先，对蜂窝单元成型体的流入端面施加掩膜。接下来，将施加了掩膜的端部(流入端面侧的端部)浸渍在封孔浆料中，在没有施加掩膜的隔室(流出隔室)的开口部填充封孔浆料。由此，在蜂窝单元成型体的流入端面侧形成了封孔部。并且，对于干燥后的蜂窝单元成型体的流出端面，也同样地操作而在流入隔室也形成封孔部。
然后，对形成有封孔部的蜂窝单元成型体进行脱脂、烧成，得到蜂窝单元。脱脂条件为550℃、3小时，烧成条件为氩气氛下、1450℃、2小时。
用作中央单元的蜂窝单元具有如图12所示的隔室的排列图案。用作特定外周单元的蜂窝单元具有四边形和八边形的隔室交替排列的排列图案。在表1的“形状”栏中给出了用于实施例1的蜂窝单元的隔室的排列图案。应予说明，在表1的“形状”栏中记载有图12等附图编号的情况下，是指使用的蜂窝单元的隔室的排列图案为对应的附图中给出的结构。另外，在表1的“形状”栏中记载有“四边、八边”等形状的情况下，是指使用的蜂窝单元的隔室的排列图案为所记载的形状。
制作的蜂窝单元的、与轴向正交的截面为正方形，该正方形的一边的长度(单元尺寸)为35mm。另外，蜂窝单元的轴向长度为152mm。表1中给出了各蜂窝单元的隔壁厚度(mm)、隔室密度(个/cm2)、及开口率(％)。
接下来，使用接合剂(陶瓷接合剂)，将制作的16个蜂窝单元接合，使其一体化。接合剂以无机粒子、无机粘结剂为主成分，包含有机粘合剂、表面活性剂、发泡树脂、水等作为副成分。将16个蜂窝单元一体化接合而得到的蜂窝单元接合体的外周磨削加工成圆柱形状，在其外周面涂布涂层材料，得到实施例1的封孔蜂窝结构体。实施例1的封孔蜂窝结构体的端面的直径为144mm。
【表1】
Figure BDA0001412803150000161
【表2】
Figure BDA0001412803150000171
(比较例1)
比较例1中，使用与实施例1的蜂窝单元制作用的生坯同样调制的生坯，制作16个具有四边形和八边形的隔室交替排列的排列图案的四棱柱形状的蜂窝单元。制作的蜂窝单元的隔室结构与实施例1中用于特定外周单元的蜂窝单元相同。比较例1中，所有的蜂窝单元均采用上述的蜂窝单元，除此以外，以与实施例1同样的方法制作封孔蜂窝结构体。
(实施例2～12、及比较例2～7)
按表1变更用于中央单元及外周单元的蜂窝单元，除此以外，与实施例1同样地，制作实施例2～12及比较例2～7的封孔蜂窝结构体。
对于实施例1～12及比较例1～7的封孔蜂窝结构体，通过以下的方法来测定“烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损”。对于“烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损”的测定，如下所示，进行仅测定中央单元、仅测定外周单元、以及测定封孔蜂窝结构体整体这3种。
对外周单元的烟灰堆积压损的测定方法进行说明。首先，准备出隔室结构与作为测定对象的外周单元同样的多个蜂窝单元。接下来，使用准备的多个蜂窝单元，制作与具有作为测定对象的外周单元的封孔蜂窝结构体同样构成的封孔蜂窝结构体。接下来，将制作的封孔蜂窝结构体搭载于排气量2L的乘用车用柴油发动机的排气***，使该柴油发动机运转，从而使烟灰堆积于封孔蜂窝结构体。柴油发动机以如下方式运转，即，发动机的转速为2000[转数/分钟]，排气温度为250℃。从柴油发动机的运转开始时，持续地测定由烟灰的堆积所引起的质量增加及其压损，将烟灰的堆积量为4g/L时的压损作为外周单元的烟灰堆积压损。
对中央单元的烟灰堆积压损的测定方法进行说明。首先，准备出隔室结构与作为测定对象的中央单元同样的多个蜂窝单元。接下来，使用准备的多个蜂窝单元，制作与具有作为测定对象的中央单元的封孔蜂窝结构体同样构成的封孔蜂窝结构体。以后，与上述的外周单元的烟灰堆积压损的测定方法同样地，测定中央单元的烟灰堆积压损。
对于封孔蜂窝结构体整体的烟灰堆积压损，使用各实施例及比较例中制作的封孔蜂窝结构体，与上述的外周单元的烟灰堆积压损的测定方法同样地，测定烟灰堆积压损。
在表1的中央单元的“烟灰堆积压损A(Ratio)”栏中给出了以比较例1的中央单元的烟灰堆积压损的值为“1”时的、各实施例及比较例的中央单元的“烟灰堆积压损”的比率。在表1的外周单元的“烟灰堆积压损B(Ratio)”栏中给出以比较例1的外周单元的烟灰堆积压损的值为“1”时的、各实施例及比较例的外周单元的“烟灰堆积压损”的比率。在表2的“整体压损(Ratio)”栏中给出了以比较例1的封孔蜂窝结构体整体的烟灰堆积压损的值为“1”时的、各实施例及比较例的封孔蜂窝结构体整体的“烟灰堆积压损”的比率。
在表2的“内外压损比B/A”栏中给出了“烟灰堆积压损B(Ratio)”相对于“烟灰堆积压损A(Ratio)”的比率。表2的“内外开口率比D/C”栏中给出了“开口率D(％)”相对于“开口率C(％)”的比率。在表2的“外周部面积比”栏中给出了与隔室延伸的方向正交的截面处的、特定外周单元所占的面积相对于外周单元及中央单元所占的总面积的比率。
对于实施例1～12及比较例1～7的封孔蜂窝结构体，通过以下的方法来进行再生效率的测定。另外，基于该再生效率的测定结果，通过以下的方法来进行综合评价。将结果示于表2。
[再生效率]
在使6g/L的烟灰堆积于封孔蜂窝结构体的隔壁的状态下，从封孔蜂窝结构体的流入端面通入高温的气体，进行堆积有烟灰的封孔蜂窝结构体的强制再生。强制再生的条件如下：使流入端面处的气体温度为650℃，使气体的通气时间为15分钟。另外，在强制再生前，测定堆积有烟灰的状态下的封孔蜂窝结构体的质量。在强制再生后，测定封孔蜂窝结构体的质量，求出因强制再生而消失的烟灰的质量。由堆积的烟灰的质量M1和因强制再生而消失的烟灰的质量M2求出强制再生时的再生效率(M2/M1×100％)。表2中，将强制再生时的再生效率记载为“再生效率(％)”。
[综合评价]
将表2的“整体压损(Ratio)”为1以下且“再生效率(％)”为70％以上的情形评价为“合格”。综合评价为“合格”的情况下，在表2的“综合评价”栏中记载为“OK”。将表2的“整体压损(Ratio)”超过1或“再生效率(％)”低于70％的情形评价为“不合格”。综合评价为“不合格”的情况下，在表2的“综合评价”栏中记载“NG”。
(结果)
对于实施例1～12的封孔蜂窝结构体，“整体压损(Ratio)”为1以下且“再生效率(％)”为70％以上，在综合评价中，可以得到“合格”的评价。另一方面，对于比较例2～7的封孔蜂窝结构体，“整体压损(Ratio)”超过1，再生效率也都为较低的值。
【产业上的可利用性】
本发明的封孔蜂窝结构体可以用作用于除去尾气中包含的微粒等的捕集过滤器。

Claims (6)

1.一种封孔蜂窝结构体，其中，包括：
柱状的蜂窝结构部，该柱状的蜂窝结构部具有配置成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从流入端面延伸至流出端面，构成流体的流路，和，
封孔部，该封孔部配设于所述隔室的所述流入端面侧的端部或所述流出端面侧的端部中的任意一方，
所述蜂窝结构部由蜂窝单元接合体构成，该蜂窝单元接合体具有多个棱柱状的蜂窝单元和将该蜂窝单元的侧面彼此接合的接合层，
多个所述蜂窝单元包含：
多个外周单元，该多个外周单元配置于所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面的外周部分，和，
中央单元，该中央单元为所述外周单元以外的蜂窝单元，且配置于所述截面的中央部分，
所述外周单元包含至少1个特定外周单元，该特定外周单元的、烟灰的堆积量为4g/L时的烟灰堆积压损比所述中央单元的所述烟灰堆积压损高15％以上，且该外周单元的开口率与所述中央单元的开口率相同或为所述中央单元的开口率以上，
在所述蜂窝结构部的与所述隔室延伸的方向正交的截面处，相对于所述外周单元及所述中央单元所占的总面积而言，所述特定外周单元所占的面积的比率为4％以上。
2.根据权利要求1所述的封孔蜂窝结构体，其中，
将在所述流出端面侧的端部配设有所述封孔部的所述隔室作为流入隔室，并且，将在所述流入端面侧的端部配设有所述封孔部的所述隔室作为流出隔室，
所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元中，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述流入隔室的形状为六边形，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述流出隔室的形状为正方形，
多个所述隔室成为4个所述流入隔室按照规定的所述流入隔室的1边和邻接的所述流出隔室的1边具有相同的长度、且平行的方式包围1个所述流出隔室的周围的结构，
形成所述流出隔室的第一边的所述隔壁和形成所述流出隔室的与所述第一边对置的第二边的所述隔壁的距离、亦即距离a在超过0.8mm且低于2.4mm的范围内，
形成与所述流出隔室的1边平行邻接的所述流入隔室的第三边的所述隔壁和形成所述流入隔室的与所述第三边对置的第四边的所述隔壁的距离、亦即距离b相对于所述距离a的比率在超过0.4且低于1.1的范围内。
3.根据权利要求2所述的封孔蜂窝结构体，其中，
在所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元中的所述流入隔室还设置有分割壁，该分割壁在与所述隔室延伸的方向正交的方向上将所述第三边的中央部和所述第四边的中央部连结在一起。
4.根据权利要求2所述的封孔蜂窝结构体，其中，
所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元为所述中央单元。
5.根据权利要求3所述的封孔蜂窝结构体，其中，
所述特定外周单元以外的所述蜂窝单元为所述中央单元。
6.根据权利要求2～5中的任意一项所述的封孔蜂窝结构体，其中，
所述特定外周单元中，
与所述隔室延伸的方向正交的截面处的所述隔室的形状为四边形，或者在所述流入隔室和所述流出隔室间有所不同。
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