CN113457314B - 蜂窝过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蜂窝过滤器，其能够使PM燃烧时的最高温度降低，并且，能够使过滤器内的温度分布减小。该蜂窝过滤器具备：柱状的蜂窝结构体(4)，其具有配置成包围多个隔室(2)的多孔质的隔壁(1)，该隔室(2)从流入端面(11)延伸至流出端面(12)而形成流体的流路；以及封孔部(5)，其配设于各隔室(2)的流入端面(11)侧或流出端面(12)侧的开口部，在流出端面(12)侧所配置的流出侧封孔部(5b)由第一流出侧封孔部(5ba)及第二流出侧封孔部(5bb)构成，第一流出侧封孔部(5ba)的封孔长度L1相对于蜂窝结构体(4)的总长度L0而言为10～50％，第二流出侧封孔部(5bb)的封孔长度L2相对于蜂窝结构体(4)的总长度L0而言小于10％。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝过滤器。更详细而言，涉及在将利用隔壁捕集除去的粒子状物质燃烧除去的过滤器的再生操作中能够使燃烧时的最高温度降低且能够使过滤器内的温度分布减小的蜂窝过滤器。
背景技术
从柴油发动机、汽油发动机等内燃机排出的废气中包含的粒子状物质、氮氧化物对人体及环境有害，其排放受到限制。因此，在供废气排出的流路搭载有对粒子状物质进行捕集的过滤器及用于净化氮氧化物的催化器。作为对粒子状物质进行捕集的过滤器，例如已知采用了蜂窝结构体的蜂窝过滤器(例如参见专利文献1及2)。以下，有时将废气中包含的粒子状物质称为“PM”。“PM”为“particulate matter”的简称。
蜂窝结构体具有由堇青石等多孔质陶瓷构成的隔壁，通过该隔壁而区划形成多个隔室。蜂窝过滤器中，相对于上述的蜂窝结构体，按将多个隔室的流入端面侧的开口部和流出端面侧的开口部交替地封孔的方式配设有封孔部。即，蜂窝过滤器呈现：流入端面侧呈开口且流出端面侧被封孔的流入隔室和流入端面侧被封孔且流出端面侧呈开口的流出隔室夹着隔壁而交替地配置的结构。并且，蜂窝过滤器中，多孔质的隔壁发挥出对废气中的PM进行捕集的过滤器的作用。
目前，提出如下技术，即，使氮氧化物净化用的催化剂担载于如上所述的蜂窝过滤器，以便提高在车辆上的搭载性及氮氧化物的净化性能。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2008/078799号
专利文献2：日本特开2010－115634号公报
发明内容
如果利用蜂窝过滤器持续进行废气中的PM的除去，则PM堆积于蜂窝过滤器的内部，导致蜂窝过滤器的压力损失增大。因此，在采用了蜂窝过滤器的净化装置中，通过自动或手动操作使蜂窝过滤器的内部所堆积的PM燃烧，由此防止蜂窝过滤器的压力损失变得过大。以下，有时将使蜂窝过滤器的内部所堆积的PM燃烧的操作称为蜂窝过滤器的“再生操作”。
在蜂窝过滤器的再生操作中，由于使蜂窝过滤器的内部所堆积的PM强制性地燃烧，所以蜂窝过滤器的内部处于高温状态。因此，有时因通过燃烧产生的热而促进担载于蜂窝过滤器的氮氧化物净化用催化剂劣化。因此，担载有氮氧化物净化用催化剂等的蜂窝过滤器存在如下问题，即，考虑到催化剂的劣化，需要进行定期的更换等维护。另外，还存在如下问题，即，为了得到目标净化性能，考虑到催化剂的劣化，需要预先担载更多的催化剂，使得蜂窝过滤器的制造成本升高。
本发明是鉴于上述现有技术所存在的问题而完成的。根据本发明，提供一种在将利用隔壁捕集除去的粒子状物质燃烧除去的过滤器的再生操作中能够使燃烧时的最高温度降低且能够使过滤器内的温度分布减小的蜂窝过滤器。
根据本发明，提供以下示出的蜂窝过滤器。
[1]一种蜂窝过滤器，其特征在于，具备：
柱状的蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有配置成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该隔室从流入端面延伸至流出端面而形成流体的流路；
流入侧封孔部，该流入侧封孔部配设于多个所述隔室中的规定隔室的所述流入端面侧的开口部；以及
流出侧封孔部，该流出侧封孔部配设于多个所述隔室中的所述规定隔室以外的剩余隔室的所述流出端面侧的开口部，
所述流出侧封孔部由第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部构成，
将所述蜂窝结构体的从所述流入端面至所述流出端面的长度设为总长度L0，
将所述第一流出侧封孔部的自所述流出端面起算的长度设为封孔长度L1，
将所述第二流出侧封孔部的自所述流出端面起算的长度设为封孔长度L2，
所述第一流出侧封孔部的封孔长度L1相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言为10～50％，
所述第二流出侧封孔部的封孔长度L2相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言小于10％。
[2]根据所述[1]中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述第一流出侧封孔部的个数为所述流出侧封孔部的总个数中的10～50％。
[3]根据所述[1]或[2]中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述蜂窝结构体的长度L0为100～350mm。
[4]根据所述[1]～[3]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述蜂窝结构体的所述流出端面侧，将多个所述隔室在一个方向上排列得到的方向设为第一方向，将与该第一方向正交的方向设为第二方向，沿着所述第一方向相邻的所述隔室及沿着所述第二方向相邻的所述隔室分别通过所述流入侧封孔部和所述流出侧封孔部而进行交替封孔，
在沿着所述第一方向或所述第二方向配置的所述流出侧封孔部中，所述第一流出侧封孔部和所述第二流出侧封孔部配置成在所述第一方向或所述第二方向中的任一方向上相邻。
[5]根据所述[1]～[4]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述蜂窝结构体的所述流出端面侧，将多个所述隔室在一个方向上排列得到的方向设为第一方向，将与该第一方向正交的方向设为第二方向，沿着所述第一方向相邻的所述隔室及沿着所述第二方向相邻的所述隔室分别通过所述流入侧封孔部和所述流出侧封孔部而进行交替封孔，
在沿着所述第一方向或所述第二方向配置的所述流出侧封孔部中，所述第一流出侧封孔部连续配置的个数为4个以下。
[6]根据所述[1]～[5]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述隔壁的气孔率为30～70％。
[7]根据所述[1]～[6]中的任一项中记载的蜂窝过滤器，其特征在于，
将所述流入侧封孔部的自所述流入端面起算的长度设为封孔长度L3，
所述流入侧封孔部的封孔长度L3相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言小于10％。
发明效果
本发明的蜂窝过滤器在将利用隔壁捕集除去的PM燃烧除去的过滤器再生中能够使燃烧时的最高温度降低，并且，能够使过滤器内的温度分布减小。具体而言，本发明的蜂窝过滤器中，在流出端面侧的隔室的开口部所配设的流出侧封孔部由封孔长度相对较长的第一流出侧封孔部和封孔长度相对较短的第二流出侧封孔部构成。因此，能够使蜂窝过滤器的内部所捕集到的PM的分布得到分散，并能够使PM燃烧时的最高温度降低，且能够使过滤器内的温度分布减小。另外，通过设置封孔长度相对较长的第一流出侧封孔部，使得流出端面侧的热容量增大，能够进一步提高上述的效果。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式的从流入端面侧观察的立体图。
图2是从图1所示的蜂窝过滤器的流入端面侧观察的平面图。
图3是从图1所示的蜂窝过滤器的流出端面侧观察的平面图。
图4是示意性地表示图3的A－A’截面的截面图。
图5是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式的从流出端面侧观察的平面图。
图6是示意性地表示图5的B－B’截面的截面图。
图7是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第三实施方式的从流出端面侧观察的平面图。
图8是示意性地表示图7的C－C’截面的截面图。
图9是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第四实施方式的从流出端面侧观察的平面图。
图10是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第五实施方式的从流出端面侧观察的平面图。
图11是示意性地表示图10的D－D’截面的截面图。
图12是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第六实施方式的从流出端面侧观察的平面图。
图13是示意性地表示图12的E－E’截面的截面图。
符号说明
1：隔壁，2：隔室，2a：流入隔室，2b：流出隔室，3：外周壁，4：蜂窝结构体，5：封孔部，5a：流入侧封孔部，5b：流出侧封孔部，5ba：第一流出侧封孔部，5bb：第二流出侧封孔部，11：流入端面，12：流出端面，100、200、300、400、500、600：蜂窝过滤器，L0：总长度(蜂窝结构体的总长度)，L1：封孔长度(第一流出侧封孔部的封孔长度)，L2：封孔长度(第二流出侧封孔部的封孔长度)，L3：封孔长度(流入侧封孔部的封孔长度)。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，不过，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，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、改良等得到的实施方式也落在本发明的范围内。
(1)蜂窝过滤器(第一实施方式)：
如图1～图4所示，本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式为具备蜂窝结构体4和封孔部5的蜂窝过滤器100。图1是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第一实施方式的从流入端面侧观察的立体图。图2是从图1所示的蜂窝过滤器的流入端面侧观察的平面图。图3是从图1所示的蜂窝过滤器的流出端面侧观察的平面图。图4是示意性地表示图3的A－A’截面的截面图。
蜂窝结构体4为具有配置成包围多个隔室2的多孔质的隔壁1的柱状的蜂窝结构体，该隔室2从流入端面11延伸至流出端面12而形成流体的流路。蜂窝过滤器100中，蜂窝结构体4呈柱状，在其外周侧面还具有外周壁3。即，外周壁3配设成围绕呈格子状配设的隔壁1。
封孔部5配设于各隔室2的流入端面11侧或流出端面12侧的开口部。蜂窝过滤器100中，将在流入端面11侧的隔室2的开口部所配设的封孔部5设为流入侧封孔部5a。另外，将在流出端面12侧的隔室2的开口部所配设的封孔部5设为流出侧封孔部5b。将多个隔室2中的配设有流入侧封孔部5a且流出端面12侧呈开口的规定隔室2称为流出隔室2b。另外，将多个隔室2中的配设有流出侧封孔部5b且流入端面11侧呈开口的剩余隔室2称为流入隔室2a。
流出侧封孔部5b由第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb构成。即，蜂窝过滤器100中，作为流出侧封孔部5b，具有如下构成的2种流出侧封孔部5b(第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb)。
此处，将第一流出侧封孔部5ba的自流出端面12起算的长度设为封孔长度L1。将第二流出侧封孔部5bb的自流出端面12起算的长度设为封孔长度L2。将蜂窝结构体4的从流入端面11至流出端面12的长度设为总长度L0。本实施方式的蜂窝过滤器100中，第一流出侧封孔部5ba的封孔长度L1相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言为10～50％。并且，第二流出侧封孔部5bb的封孔长度L2相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言小于10％。
如上所述，蜂窝过滤器100中，在流出端面12侧所配设的流出侧封孔部5b由封孔长度L1相对较长的第一流出侧封孔部5ba和封孔长度L2相对较短的第二流出侧封孔部5bb构成。因此，能够使在蜂窝过滤器100的内部所捕集到的PM的分布得到分散，并能够使PM燃烧时的最高温度降低，且能够使过滤器内的温度分布减小。另外，通过设置封孔长度L1相对较长的第一流出侧封孔部5ba，使得流出端面12侧的热容量增大，能够进一步提高上述的效果。因此，蜂窝过滤器100在将利用隔壁1捕集除去的PM燃烧除去的过滤器再生中能够使燃烧时的最高温度降低，并且，能够使过滤器内的温度分布减小。
如果第一流出侧封孔部5ba的封孔长度L1相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言小于10％，则很难使在蜂窝过滤器100的内部所捕集到的PM的分布得到分散，无法得到上述的效果。另一方面，如果第一流出侧封孔部5ba的封孔长度L1相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言超过50％，则配设有第一流出侧封孔部5ba的流入隔室2a的流路变得非常短，导致压力损失等增大。
第二流出侧封孔部5bb的封孔长度L2相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言小于10％，不过，作为第二流出侧封孔部5bb的封孔长度L2的实质上的下限值，例如可以使其相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言为1％。因此，第二流出侧封孔部5bb的封孔长度L2优选相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言为1％以上且小于10％。另外，作为第二流出侧封孔部5bb的封孔长度L2的具体的下限值，例如为4mm。
第一流出侧封孔部5ba的封孔长度L1相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言为10～50％，不过，优选相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言为20～40％，特别优选为25～35％。通过像这样构成，从粒子状物质燃烧时的发热温度相对于蜂窝结构体4具有的热容量的平衡及对压力损失的影响方面考虑，更加理想。
对第一流出侧封孔部5ba的个数没有特别限制，第一流出侧封孔部5ba的个数优选为流出侧封孔部5b的总个数中的10～50％，更优选为25～35％。以下，有时将第一流出侧封孔部5ba的个数相对于流出侧封孔部5b的总个数的比值的百分率(％)称为“第一流出侧封孔部5ba的个数比例(％)”。图1～图4所示的蜂窝过滤器100中，第一流出侧封孔部5ba的个数比例为25％。如果第一流出侧封孔部5ba的个数比例小于10％或超过50％，则在蜂窝过滤器100的内部所捕集到的PM的分布有时发生偏向。另外，如果第一流出侧封孔部5ba的个数比例超过40％，则蜂窝过滤器100的压力损失有时增大。
对蜂窝结构体4的长度L0没有特别限制，例如，蜂窝结构体4的长度L0优选为100～350mm。通过像这样构成，可以将蜂窝过滤器100优选用作对废气中的PM进行捕集的过滤器。特别是，可以特别优选用作担载有氮氧化物净化用的催化剂以便使在车辆上的搭载性、氮氧化物的净化性能得到提高的过滤器。
对流出侧封孔部5b中的第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列没有特别限制，例如，作为优选的方案，可以举出如下方案。此处，在蜂窝结构体4的流出端面12侧，将多个隔室2在一个方向上排列得到的方向设为第一方向，将与该第一方向正交的方向设为第二方向。例如，如图3所示，在蜂窝结构体4的流出端面12侧的隔室2的形状为四边形的情况下，可以将纸面的左右方向设为第一方向，将纸面的上下方向设为第二方向。
对第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置等的优选方案进行说明。首先，优选为，沿着第一方向相邻的隔室2及沿着第二方向相邻的隔室2分别通过流入侧封孔部5a和流出侧封孔部5b而进行交替封孔。即，优选为，在蜂窝结构体4的流出端面12侧，流入隔室2a和流出隔室2b夹着隔壁1而交替地配置。并且，优选为，在沿着第一方向或第二方向配置的流出侧封孔部5b中，第一流出侧封孔部5ba和第二流出侧封孔部5bb配置成在第一方向或第二方向中的任一方向上相邻。通过像这样构成，能够使在蜂窝过滤器100的内部所捕集到的PM的分布良好地分散。
另外，更优选为，在沿着第一方向或第二方向配置的流出侧封孔部5b中，第一流出侧封孔部5ba连续配置的个数为4个以下。通过像这样构成，能够使在蜂窝过滤器100的内部所捕集到的PM的分布更好地分散。例如，在第一方向或第二方向上，如果5个以上第一流出侧封孔部5ba连续配置，则在第一流出侧封孔部5ba连续配置的范围内，有时PM不易充分地分散。应予说明，在蜂窝结构体4的流出端面12侧具有第一流出侧封孔部5ba和第二流出侧封孔部5bb按具有规定反复排列的方式配置的排列图案也是优选的方案之一。
对流入侧封孔部5a的自流入端面11起算的长度、即封孔长度L3没有特别限制，流入侧封孔部5a的封孔长度L3优选相对于蜂窝结构体4的总长度L0而言小于10％。通过像这样构成，能够有效地抑制蜂窝过滤器100的压力损失过度上升。
蜂窝过滤器100中，隔壁1的气孔率优选为30～70％，更优选为40～70％。隔壁1的气孔率为采用压汞仪依据JIS R1655：2003利用压汞法测定得到的值。例如可以采用Micromeritics公司制的Autopore9500(商品名)来测定隔壁1的气孔率。气孔率测定时，可以从蜂窝过滤器100切出隔壁1的一部分，制成试验片，采用像这样地得到的试验片进行气孔率的测定。另外，从将压力损失抑制在较低水平的观点考虑，隔壁1的气孔率优选为30％以上，更优选为35％以上。另外，如果隔壁1的气孔率超过70％，则从确保蜂窝结构体4的强度的观点考虑，不理想，更优选为68％以下。
对隔壁1的厚度没有特别限制，例如优选为200～390μm，更优选为240～320μm。例如，可以采用扫描型电子显微镜或显微镜(microscope)来测定隔壁1的厚度。如果隔壁1的厚度过薄，则捕集性能降低，就这一点而言不理想。另一方面，如果隔壁1的厚度过厚，则压力损失增大，就这一点而言不理想。
对蜂窝结构体4中所形成的隔室2的形状没有特别限制。例如，作为与隔室2延伸的方向正交的截面中的隔室2的形状，可以举出多边形、圆形、椭圆形等。作为多边形，可以举出三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等。应予说明，隔室2的形状优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形。另外，关于隔室2的形状，全部隔室2的形状可以为相同形状，也可以为不同形状。例如，虽然省略图示，不过，四边形的隔室和八边形的隔室可以混合存在。另外，关于隔室2的大小，全部隔室2的大小可以相同，也可以不同。例如，虽然省略图示，不过，多个隔室中，可以使一部分隔室的大小增大并使其他隔室的大小相对减小。应予说明，本发明中，隔室2是指：由隔壁1包围的空间。
由隔壁1区划形成的隔室2的隔室密度优选为30～80个/cm2，更优选为40～70个/cm2。通过像这样构成，可以将蜂窝过滤器100优选作为用于对从汽车的发动机中排出的废气进行净化的过滤器加以利用。
蜂窝结构体4的外周壁3可以与隔壁1一体地构成，也可以为通过在隔壁1的外周侧涂布外周涂层材料而形成的外周涂层。例如，虽然省略图示，不过，在制造时，可以将隔壁和外周壁一体地形成后，利用磨削加工等公知的方法除去所形成的外周壁，然后，在隔壁的外周侧设置外周涂层。
对蜂窝结构体4的形状没有特别限制。作为蜂窝结构体4的形状，可以举出流入端面11及流出端面12的形状为圆形、椭圆形、多边形等的柱状。
对蜂窝结构体4的大小、例如从流入端面11至流出端面12的长度、蜂窝结构体4的与隔室2延伸的方向正交的截面的大小没有特别限制。在将蜂窝过滤器100作为废气净化用的过滤器使用时，适当选择各大小以得到最佳的净化性能即可。
封孔部5的材质优选为作为隔壁1的材质而优选的材质。封孔部5的材质和隔壁1的材质可以为相同材质，也可以为不同材质。
蜂窝过滤器100可以在区划形成多个隔室2的隔壁1担载有废气净化用的催化剂。在隔壁1担载催化剂是指：在隔壁1的表面及隔壁1中所形成的细孔的内壁涂敷有催化剂。通过像这样构成，能够通过催化反应而使废气中的CO、NOx、HC等成为无害的物质。另外，能够促进捕集到的烟灰等PM氧化。作为废气净化用的催化剂，可以举出：用于促进烟灰等PM的氧化的氧化催化剂、氮氧化物净化用的氮氧化物还原催化剂。
(2)蜂窝过滤器(第二实施方式～第六实施方式)：
接下来，对本发明的蜂窝过滤器的其他实施方式进行说明。如图5～图6所示，本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式为具备蜂窝结构体4和封孔部5的蜂窝过滤器200。此处，图5是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第二实施方式的从流出端面侧观察的平面图。图6是示意性地表示图5的B－B’截面的截面图。
如图5～图6所示，蜂窝结构体4为具有配置成包围多个隔室2的多孔质的隔壁1的柱状的蜂窝结构体，该隔室2从流入端面11延伸至流出端面12而形成流体的流路。蜂窝结构体4可以采用与之前说明的图1～图4所示的蜂窝过滤器100的蜂窝结构体4同样的构成。
如图5～图6所示，封孔部5由在流入端面11侧的隔室2的开口部所配设的流入侧封孔部5a和在流出端面12侧的隔室2的开口部所配设的流出侧封孔部5b构成。多个隔室2中，配设有流入侧封孔部5a的隔室2为流出隔室2b，配设有流出侧封孔部5b的隔室2为流入隔室2a。
图5～图6所示的蜂窝过滤器200中，第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列与图1～图4所示的蜂窝过滤器100不同。第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列以外的各构成可以采用与蜂窝过滤器100同样的构成。
图5～图6所示的蜂窝过滤器200构成为：第一流出侧封孔部5ba的个数比例(％)为33％。第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置构成为：在蜂窝结构体4的流出端面12侧，具有恒定的重复单元。
如图7～图8所示，本发明的蜂窝过滤器的第三实施方式为具备蜂窝结构体4和封孔部5的蜂窝过滤器300。此处，图7是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第三实施方式的从流出端面侧观察的平面图。图8是示意性地表示图7的C－C’截面的截面图。
图7～图8所示的蜂窝过滤器300中，第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列与图1～图4所示的蜂窝过滤器100不同。第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列以外的各构成可以采用与蜂窝过滤器100同样的构成。
图7～图8所示的蜂窝过滤器300构成为：第一流出侧封孔部5ba的个数比例(％)为50％。第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置构成为：在蜂窝结构体4的流出端面12侧，具有恒定的重复单元。
另外，还可以采用像图9所示的蜂窝过滤器400那样与图7～图8所示的蜂窝过滤器300同样地使第一流出侧封孔部5ba的个数比例(％)为50％的另一实施方式。图9是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第四实施方式的从流出端面侧观察的平面图。图9所示的蜂窝过滤器400中，除了第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置与图7～图8所示的蜂窝过滤器300不同以外，可以采用与蜂窝过滤器300同样的构成。
如图10～图11所示，本发明的蜂窝过滤器的第五实施方式为具备蜂窝结构体4和封孔部5的蜂窝过滤器500。另外，如图12～图13所示，本发明的蜂窝过滤器的第六实施方式为具备蜂窝结构体4和封孔部5的蜂窝过滤器600。此处，图10是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第五实施方式的从流出端面侧观察的平面图。图11是示意性地表示图10的D－D’截面的截面图。图12是示意性地表示本发明的蜂窝过滤器的第六实施方式的从流出端面侧观察的平面图。图13是示意性地表示图12的E－E’截面的截面图。
图10～图11所示的蜂窝过滤器500及图12～图13所示的蜂窝过滤器600中，第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列与图1～图4所示的蜂窝过滤器100不同。第一流出侧封孔部5ba及第二流出侧封孔部5bb的配置及排列以外的各构成可以采用与蜂窝过滤器100同样的构成。
图10～图11所示的蜂窝过滤器500配置成：第一流出侧封孔部5ba偏向蜂窝结构体4的流出端面12中的中央部分。另外，图12～图13所示的蜂窝过滤器600配置成：第一流出侧封孔部5ba偏向蜂窝结构体4的流出端面12中的外周部分。对于像这样构成的蜂窝过滤器500、600，同样地，在将利用隔壁1捕集除去的PM燃烧除去的过滤器再生中，能够使燃烧时的最高温度降低，并且，能够使过滤器内的温度分布减小。不过，优选为，像图1～图9所示的蜂窝过滤器100、200、300、400那样，第一流出侧封孔部5ba配置成：在蜂窝结构体4的流出端面12侧，例如均等地分散，而没有局部偏在。特别优选为，像之前所说明那样，蜂窝结构体4的流出端面12侧的沿着第一方向或第二方向配置的流出侧封孔部5b中，第一流出侧封孔部5ba连续配置的个数为4个以下。
另外，作为本发明的蜂窝过滤器的又一实施方式，可以举出构成蜂窝过滤器的蜂窝结构体由多个柱状的蜂窝单元的接合体形成的蜂窝过滤器。多个柱状的蜂窝单元的侧面彼此通过接合层进行接合，由此形成1个蜂窝结构体。各蜂窝单元具有配置成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该隔室从流入端面延伸至流出端面而形成流体的流路。与之前说明的各实施方式同样地，通过隔壁区划形成的隔室的开口部分别配设有流入侧封孔部或流出侧封孔部。并且，流出侧封孔部由所期望的封孔长度的第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部构成。以下，有时将由多个蜂窝单元的接合体形成的蜂窝结构体称为“蜂窝单元接合体”。另外，有时将采用该蜂窝结构体的蜂窝过滤器称为“单元结构的蜂窝过滤器”。另外，有时将配设有流入侧封孔部或流出侧封孔部的蜂窝单元称为“附带有封孔的蜂窝单元”。
(3)蜂窝过滤器的制造方法：
对图1～图4所示的本实施方式的蜂窝过滤器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。
在制作蜂窝过滤器时，首先，制备用于制作蜂窝结构体的可塑性的坯土。可以按照现有公知的蜂窝过滤器的制造方法来制备用于制作蜂窝结构体的坯土。
接下来，将上述得到的坯土挤出成型，由此制作具有区划形成多个隔室的隔壁及配设成围绕该隔壁的外壁的蜂窝成型体。优选将得到的蜂窝成型体利用例如微波及热风进行干燥。
向得到的蜂窝成型体的隔室中的任意一方的开口部填充封孔材料，制作将隔室的开口部封孔的封孔部。例如，可以采用与蜂窝成型体制作用的材料同样的材料来制备封孔材料。在向隔室的开口部填充封孔材料时，封孔材料的填充深度调节为：相对于蜂窝结构体的长度L0而言为10～50％的深度和相对于蜂窝结构体的长度L0而言小于10％的深度混合存在。制作封孔部之后，可以将蜂窝成型体进一步干燥。
以下，按每个工序，对本发明的蜂窝过滤器的制造方法更详细地进行说明。以下说明的制造方法中的各工序涉及单元结构的蜂窝过滤器的制造方法。
(3－1)蜂窝单元制作工序：
蜂窝单元可以采用现有公知的方法来制作。更具体而言，可以利用如下方法制作蜂窝单元，即，在包含碳化硅和接合材料的蜂窝单元的材质中添加甲基纤维素、羟丙氧基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等粘合剂、造孔材料、表面活性剂、作为溶剂的水等，进行混炼，由此制备可塑性的坯土，将所制备的坯土成型为柱状体，进行干燥。然后，进行烧成、氧化处理。
混炼方法、将所制备的坯土成型为柱状体的方法以及干燥方法没有特别限制。作为混炼方法，例如有采用捏合机、真空练泥机等的方法。另外，作为将所制备的坯土成型为柱状体的方法，例如可以采用挤出成型、注射成型、压制成型等现有公知的成型法。其中，优选采用设为所期望的外壁厚度、隔壁厚度、隔室密度的蜂窝单元成型用口模将所制备的坯土挤出成型的方法。进而，作为干燥方法，例如可以采用热风干燥、微波干燥、介电干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等现有公知的干燥方法。其中，就能够将整体迅速且均匀地干燥这一点而言，优选采用将热风干燥和微波干燥或介电干燥组合的干燥方法。
作为烧成方法，例如有在烧成炉中进行烧成的方法。可以根据蜂窝单元的形状、材质等而适当选择烧成炉及烧成条件。在烧成之前，可以通过预烧将粘合剂等有机物燃烧除去。
氧化处理可以利用现有公知的方法来进行。具体而言，可以采用如下方法，即，将包含碳化硅的烧成后的蜂窝单元在氧气氛下(例如、氧浓度15～20质量％)加热到900～1400℃，由此使构成蜂窝单元的碳化硅的一部分氧化。
(3－2)附带有封孔的蜂窝单元制作工序：
本工序中，向蜂窝单元制作工序中制作的蜂窝单元的规定隔室填充封孔用浆料，制作具备封孔部的蜂窝单元(附带有封孔的蜂窝单元)。
作为在隔室形成封孔部的方法，可以采用现有公知的方法。更具体而言，可以采用如下方法，即，在蜂窝单元的端面粘贴片材后，在该片材的与待形成封孔部的隔室相对应的位置开孔。在该粘贴有片材的状态下，将该端面浸入封孔用浆料中，通过在片材所开设的孔，向待形成封孔部的隔室的开口部内填充封孔用浆料，对其进行干燥及烧成。应予说明，封孔用浆料的材质包含碳化硅。通过像这样采用包含碳化硅的材料，在封孔部暴露于高温中时，在该封孔部发生纤维化。能够通过确认该纤维化来检测确定蜂窝过滤器曾暴露于高温中。
应予说明，本发明中，封孔部需要具有在其表面未形成保护层的暴露区域，因此，优选在形成封孔部后不进行氧化处理，不过，也可以进一步进行氧化处理，直到在封孔部的表面不会形成保护层(即存在40质量％以上的硅及40质量％以上的氧、厚度为0.5μm以上的层)的程度。
(3－3)接合体制作工序：
本工序中，采用接合用浆料，使附带有封孔的蜂窝单元彼此接合，制作接合体。作为接合用浆料，可以适当采用现有公知的接合用浆料。
(3－4)其他工序：
关于接合体，可以对外周部进行切削加工而制成所期望的外周形状。切削加工的方法没有特别限定，可以采用现有公知的方法。
如上所述，可以在对外周部进行了切削加工的接合体的外周涂敷外周涂层材料，形成外周涂层。像这样能够得到附带有外周涂层的蜂窝过滤器。通过形成外周涂层，能够防止在蜂窝过滤器被施加外力时蜂窝过滤器产生缺口。
作为外周涂层材料，可以举出：在无机纤维、胶体二氧化硅、粘土、SiC粒子等无机原料中加入有机粘合剂、发泡树脂、分散剂等添加材料而得到的材料中加入水并进行混炼得到的材料等。涂布外周涂层材料的方法可以举出：一边使“切削后的接合体”在辘轳机上旋转、一边利用橡胶刮刀等进行涂敷的方法等。
此外，通过使附带有外周涂层的蜂窝过滤器浸渍于催化剂用浆料中，能够使催化剂担载于附带有外周涂层的蜂窝过滤器的隔壁表面。
实施例
以下，利用实施例对本发明更具体地进行说明，但是，本发明并不受这些实施例的任何限定。
(实施例1)
作为蜂窝单元的材质，采用将SiC粉末和金属Si粉末按80：20的质量比例进行混合得到的物质，作为造孔材料，加入淀粉、发泡树脂，进而，添加甲基纤维素、羟丙氧基甲基纤维素、表面活性剂及水，进行混炼，由此制备可塑性的坯土。
接下来，将所制备的坯土挤出成型后，进行干燥、烧成后，进行氧化处理，得到棱柱状蜂窝单元。应予说明，在该棱柱状蜂窝单元的表面形成有保护层。然后，向得到的棱柱状蜂窝单元的规定隔室填充封孔用浆料，使其干燥，得到附带有封孔的棱柱状蜂窝单元。对封孔部的形成方法例示性地进行说明。将封孔用浆料预先贮存于贮存容器中。接下来，将在与待形成封孔部的隔室相对应的部位具有开口部的掩膜粘贴于一个底面。将粘贴有掩膜的底面浸渍于贮存容器中，向开口部填充封孔用浆料，形成封孔部。对于流出侧封孔部，首先，按封孔长度L1相对于蜂窝成型体的总长度L0’而言为10％的方式向第一流出侧封孔部填充浆料并使其干燥。然后，按封孔长度L2相对于蜂窝成型体的总长度L0’而言为3.7％的方式向第二流出侧封孔部填充封孔用浆料并使其干燥，形成由第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部构成的流出侧封孔部。
应予说明，封孔用浆料采用与坯土相同材质的材料。按一个端面和另一个端面呈互补的棋盘格状的方式配置封孔部。另外，棱柱状蜂窝单元中，隔室密度为46个/cm2，隔壁的厚度为320μm。
接下来，将16个得到的附带有封孔的棱柱状蜂窝单元，在各自的外壁涂敷糊料状的接合材料，按在与隔室延伸的方向正交的截面中纵横为4个×4个的方式排列组装后，从四周进行加压。然后，使接合材料干燥，得到接合体。之后，对该接合体的外周部进行切削加工，以使外形呈圆柱状，然后，在外周面上涂敷外周涂层材料，制作圆柱状的蜂窝过滤器。
得到的蜂窝过滤器中，与隔室延伸的方向正交的截面中的直径为163mm，隔室延伸的方向上的长度为162mm。另外，蜂窝过滤器中，接合层的厚度为1.0mm。另外，蜂窝过滤器中，隔壁的厚度为320μm，隔室密度为46个/cm2。隔壁的气孔率为63％。隔壁的气孔率为利用压汞法测定得到的值。
实施例1的蜂窝过滤器中，第一流出侧封孔部的个数相对于流出侧封孔部的总个数的比例为25％。将该结果示于表1的“第一流出侧封孔部的个数比例(％)”栏中。另外，流出端面侧的第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部的配置采用像图3所示的蜂窝过滤器100那样的配置。在表1的“参考图”栏中示出用于参考各实施例中的第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部的配置的附图的编号。
实施例1的蜂窝过滤器中，第一流出侧封孔部的封孔长度L1相对于蜂窝结构体的总长度L0的比率为10％。第二流出侧封孔部的封孔长度L2相对于蜂窝结构体的总长度L0的比率为3.7％。另外，流入侧封孔部的封孔长度L3相对于蜂窝结构体的总长度L0的比率为3.7％。将各结果示于表1的“封孔长度L1比率(％)”、“封孔长度L2比率(％)”及“封孔长度L3比率(％)”栏中。
实施例1的蜂窝过滤器相对于后述的比较例1的蜂窝过滤器而言，热容量的比率为102.4％。在表1的“热容量比(％)”栏中示出各实施例的蜂窝过滤器的热容量相对于比较例1的蜂窝过滤器的热容量的比值的百分率(％)的值。
表1
表2
针对实施例1的蜂窝过滤器，利用以下方法，进行与粒子状物质燃烧时推定最高温度相关的评价。将结果示于表1。
[粒子状物质燃烧时推定最高温度(℃)]
针对各实施例及比较例的蜂窝过滤器，基于发动机试验及模拟，计算出粒子状物质燃烧时推定最高温度(℃)。具体而言，首先，按7g/L的方式使粒子状物质堆积于后述的比较例1的蜂窝过滤器(蜂窝结构体的容量3.4L)。然后，利用发动机试验，使比较例1的蜂窝过滤器内所堆积的粒子状物质燃烧，测定粒子状物质燃烧时的比较例1的蜂窝过滤器内的温度分布及最高温度(℃)。应予说明，在过滤器内的粒子状物质的燃烧温度最高的最差条件下进行粒子状物质燃烧时的温度分布及最高温度(℃)的测定。以上述测定时的温度数据、蜂窝过滤器的特性信息、发动机运转条件为基础，设定燃烧模拟条件，并以比较例1的蜂窝过滤器的信息为基础，对其他实施例及比较例的蜂窝过滤器进行燃烧模拟。根据得到的各模拟结果，求出各实施例及比较例的蜂窝过滤器的推定温度数据及推定最高温度(℃)。
(实施例2～11)
按表1或表2所示那样，变更第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部的构成，除此以外，利用与实施例1同样的方法制作蜂窝过滤器。
(比较例1～4)
比较例1～4中，按表1或表2所示那样，变更流出侧封孔部的构成，除此以外，利用与实施例1同样的方法制作蜂窝过滤器。具体而言，比较例1中，关于流出侧封孔部的形成，仅形成有封孔长度L2相对于蜂窝成型体的总长度L0’而言为3.7％的流出侧封孔部。将比较例1中的流出侧封孔部的构成记载于表1中的与“第二流出侧封孔部”相关的栏中。另外，比较例3中，关于流出侧封孔部的形成，仅形成有封孔长度L1相对于蜂窝成型体的总长度L0’而言为27.3％的流出侧封孔部。将比较例3中的流出侧封孔部的构成记载于表2中的与“第一流出侧封孔部”相关的栏中。比较例2、4的流出侧封孔部的构成如表2所示。
(结果)
可知：实施例1～11的蜂窝过滤器相对于比较例1的蜂窝过滤器而言，粒子状物质燃烧时推定最高温度较低。特别是，实施例8的温度最低。
由实施例1～3、实施例4～6及实施例7～11的蜂窝过滤器可知，封孔长度L1比率越小及封孔长度L1比率越大，粒子状物质燃烧时推定最高温度越高。例如，实施例2与实施例1、3相比，使粒子状物质分散而降低了粒子状物质燃烧时推定最高温度(℃)，就这一点而言较为优异。同样地，实施例5与实施例4、6相比，另外，实施例8与实施例7～11以及比较例2～4相比，使粒子状物质分散而降低了粒子状物质燃烧时推定最高温度(℃)，就这一点而言较为优异。因此，可知：封孔长度L1比率至少在10～50％的范围内、优选在20～40％的范围内粒子状物质燃烧时推定最高温度较低。
由实施例8～10及比较例3的蜂窝过滤器可知，使封孔长度L1分散的实施例8与封孔长度L1和封孔长度L2相同的比较例3、使封孔长度L1偏在的实施例9、10相比，粒子状物质燃烧时推定最高温度较低。可知：第一流出侧封孔部的个数比例在25～50％的范围内且其配置不偏在时，粒子状物质燃烧时推定最高温度较低。在实施例8～10及比较例3中，实施例8没有使第一流出侧封孔部偏在，由此促进粒子状物质燃烧时产生的热进行移动(分散)，就这一点而言较为优异。特别是，实施例8在封孔长度L1及第一流出侧封孔部的个数比例使粒子状物质的堆积分布得到分散方面以及取得粒子状物质燃烧时的发热与热容量的平衡方面优于其他实施例。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝过滤器可以作为用于除去废气中包含的微粒等的捕集过滤器加以利用。
Claims (7)
1.一种蜂窝过滤器，其特征在于，具备：
柱状的蜂窝结构体，该蜂窝结构体具有配置成包围多个隔室的多孔质的隔壁，该隔室从流入端面延伸至流出端面而形成流体的流路；
流入侧封孔部，该流入侧封孔部配设于多个所述隔室中的规定隔室的所述流入端面侧的开口部；以及
流出侧封孔部，该流出侧封孔部配设于多个所述隔室中的所述规定隔室以外的剩余隔室的所述流出端面侧的开口部，
所述流出侧封孔部由第一流出侧封孔部及第二流出侧封孔部构成，
将所述蜂窝结构体的从所述流入端面至所述流出端面的长度设为总长度L0，
将所述第一流出侧封孔部的自所述流出端面起算的长度设为封孔长度L1，
将所述第二流出侧封孔部的自所述流出端面起算的长度设为封孔长度L2，
所述第一流出侧封孔部的封孔长度L1相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言为30～50％，
所述第二流出侧封孔部的封孔长度L2相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言小于10％。
2.根据权利要求1所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述第一流出侧封孔部的个数为所述流出侧封孔部的总个数中的10～50％。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述蜂窝结构体的长度L0为100～350mm。
4.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述蜂窝结构体的所述流出端面侧，将多个所述隔室在一个方向上排列得到的方向设为第一方向，将与该第一方向正交的方向设为第二方向，沿着所述第一方向相邻的所述隔室及沿着所述第二方向相邻的所述隔室分别通过所述流入侧封孔部和所述流出侧封孔部而进行交替封孔，
在沿着所述第一方向或所述第二方向配置的所述流出侧封孔部中，所述第一流出侧封孔部和所述第二流出侧封孔部配置成在所述第一方向或所述第二方向中的任一方向上相邻。
5.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
在所述蜂窝结构体的所述流出端面侧，将多个所述隔室在一个方向上排列得到的方向设为第一方向，将与该第一方向正交的方向设为第二方向，沿着所述第一方向相邻的所述隔室及沿着所述第二方向相邻的所述隔室分别通过所述流入侧封孔部和所述流出侧封孔部而进行交替封孔，
在沿着所述第一方向或所述第二方向配置的所述流出侧封孔部中，所述第一流出侧封孔部连续配置的个数为4个以下。
6.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
所述隔壁的气孔率为30～70％。
7.根据权利要求1或2所述的蜂窝过滤器，其特征在于，
将所述流入侧封孔部的自所述流入端面起算的长度设为封孔长度L3，
所述流入侧封孔部的封孔长度L3相对于所述蜂窝结构体的总长度L0而言小于10％。
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