JP5292282B2 - ハニカムセグメント及びハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカムセグメント及びハニカム構造体に関する発明である。
内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排ガス中から除去する必要性が高まっている。特にディーゼルエンジンから排出される微粒子(以下「PM」ということがある。)の除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、PMを除去するための捕集フィルタ(以下「DPF」ということがある。)としてハニカム構造体の使用が注目され、種々のシステムが提案されている。上記DPFは、通常、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数の断面形状が四角形のセルが区画形成されたものであり、セルを交互に目封じすることで、セルを構成する多孔質の隔壁がフィルタの役目を果たす構造である。ここで、断面形状とは、セルをその長手方向に垂直な平面で切断したときの、その断面の形状をいう。
DPFは、一方の端部側から微粒子を含有する排ガス等を流入させ、隔壁で微粒子を濾過した後に、浄化されたガスを他方の端部側から排出するものであるが、排ガスの流入に伴い、排ガス中に含有される微粒子が上記一方の端部(排ガスが流入する側の端部)に堆積し、セルを閉塞させるという問題があった。これは、排ガス中に多量の微粒子が含有される場合や、寒冷地において発生し易い現象である。このようにセルが閉塞すると、DPFにおける圧力損失が急激に大きくなるという問題があった。このようなセルの閉塞を抑制するために、上記排ガスが流入する側の端部において開口しているセル(流入側セル)の断面積と、上記他方の端部(排ガスが流出する側の端部)において開口しているセル(流出側セル)の断面積とを異ならせるものが提案されている。ここで、断面積とは、セルをその長手方向に垂直な平面で切断したときの、その断面の面積をいう。
しかし、セルの断面形状が四角形のハニカムフィルタの、流入側セルの断面積と流出側セルの断面積とを互いに異ならせるようにすると、セルを形成する隔壁の厚さが、隔壁同士が交差する部分(以下、「交点部」ということがある。)の一部で薄くなることになり、強度的に弱くなるという問題があった。そのため、DPFにPMが堆積したときにポストインジェクションを実施し、PMを燃焼除去するが、この際に、薄くなった交点部の一部に応力が集中し、破壊し易くなるという問題があった。ここで、隔壁同士が交差する部分とは、ハニカムフィルタをその長手方向に垂直な平面で切断したときの断面において、交差する隔壁の双方に属する部分をいう。例えば、上記断面において、直線状に延びる同じ厚さの隔壁同士が交差する場合には、交差する部分の正方形の範囲をいう。
また、断面積の大きな流入側セルと断面積の小さな流出側セルとを有するハニカムフィルタであって、断面積の大きなセルの断面形状が、四角形の角部を直線的に切り落とした八角形であるハニカムフィルタが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
一方、格子状のハニカム構造体では、中心軸に垂直な方向の断面形状におけるセル開口率が中心部から外周部に向かって連続的又は段階的に増大する構成が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
また、前述した、ハニカム構造体の一端を目封じしたハニカムフィルタは、クラックが生じにくい耐久性に優れたハニカムフィルタとして開示されている(例えば、特許文献3参照)。
さらに、ハニカム構造体では、使用時に反応率、浄化効率、再生効率の低下を抑えつつ、圧力損失が小さく熱応力損失に対する耐久性に優れたハニカム構造体が開示されている(例えば、特許文献4参照)。
しかしながら、流入側セルと流出側セルとの断面積を異ならせたハニカムフィルタでは、セルの断面形状を八角形とすることにより、上記交点部の一部が薄くなる状態は若干解消されるが、強度的な弱さの問題は依然として残っている。セルの断面が四角形の四角セルでは、断面の中心部において、堆積スート燃焼時に発生するヒートスポットにより中心部が圧縮場となり、ヒートスポットから離れた外周部において引張応力が発生してクラックが発生するが、セルの断面形状が四角形−八角形の場合、ヒートスポット域内でも歪みが生じる。そして、一体成形体のハニカムフィルタ(ハニカム構造体)の場合は中心と外周部との距離が離れているため温度差が大きくなりクラックが発生しやすく、セグメント体の接合体の場合は、スートが堆積せず、また熱容量の大きい接合材にセグメントが囲まれているため、中心とセグメント外周との温度差がつき易く、クラックが発生しやすい。そこで、セルを閉塞させるという問題と強度的な弱さの問題とを解決したハニカム構造体が望まれている。
本発明の課題は、熱伝導率の違いによるヒートスポットの発生によるクラック発生を防止した、流入側セルと流出側セルとの断面積を異ならせたハニカムセグメント及びハニカム構造体を提供することにある。
断面における中心部の第1のセルから、外周部の第1のセルに向かい第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように形成することにより上記課題を解決できることを見出した。本発明によれば、以下のハニカムセグメント及びハニカム構造体が提供される。
[1] 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備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封じされた第1のセルと、前記一方の端部が目封じされ且つ前記他方の端部が開口された第2のセルとが交互に配設されて、前記第1のセルが開口する前記一方の端部から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させて前記第2のセル内に透過流体として流出させ、前記透過流体を前記第2のセルが開口する前記他方の端部から流出させることができるように構成されており、前記第1のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が前記第2のセルの断面積よりも大きく、前記第1のセルと前記第2のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、第1の方向と、その第1の方向に垂直な第2の方向に、交互に並んで配設され、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した前記断面における中心部の前記第1のセルから、前記断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の前記第1のセルに向かい前記第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きく形成されたハニカムセグメント。
[2] 前記第1のセルとその第1のセルに隣接する第1のセルとの間に存在する隔壁の厚さが、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなる前記[1]に記載のハニカムセグメント。
[3] 目封じされていない端部の前記第1のセルの開口率と、目封じされていない端部の前記第2のセルの開口率との差が、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなる前記[1]又は[2]に記載のハニカムセグメント。
[4] 前記中心部の前記第1のセルの開口率は、前記外周部の前記第1のセルの開口率に対して60%以上96%以下である前記[1]〜[3]のいずれかに記載のハニカムセグメント。
[5] 前記中心部における前記第1のセル間の隔壁の厚さは、前記外周部における前記第1のセル間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下である前記[1]〜[4]のいずれかに記載のハニカムセグメント。
[6] 前記中心部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差は、前記外周部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下である前記[1]〜[5]のいずれかに記載のハニカムセグメント。
[7] 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備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封じされた第1のセルと、前記一方の端部が目封じされ且つ前記他方の端部が開口された第2のセルとが交互に配設されて、前記第1のセルが開口する前記一方の端部から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させて前記第2のセル内に透過流体として流出させ、前記透過流体を前記第2のセルが開口する前記他方の端部から流出させることができるように構成されており、前記第1のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が前記第2のセルの断面積よりも大きく、前記第1のセルと前記第2のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、第1の方向と、その第1の方向に垂直な第2の方向に、交互に並んで配設され、前記断面における中心部の前記第1のセルから、前記断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の前記第1のセルに向かい前記第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように一体成形により形成されたハニカム構造体。
[8] 前記第1のセルとその第1のセルに隣接する第1のセルとの間に存在する隔壁の厚さが、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなる前記[7]に記載のハニカム構造体。
[9] 目封じされていない端部の前記第1のセルの開口率と、目封じされていない端部の前記第2のセルの開口率との差が、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなる前記[7]又は[8]に記載のハニカム構造体。
[10] 前記中心部の前記第1のセルの開口率は、前記外周部の前記第1のセルの開口率に対して60%以上96%以下である前記[7]〜[9]のいずれかに記載のハニカム構造体。
[11] 前記中心部における前記第1のセル間の隔壁の厚さは、前記外周部における前記第1のセル間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下である前記[7]〜[10]のいずれかに記載のハニカム構造体。
[12] 前記中心部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差は、前記外周部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下である前記[7]〜[11]のいずれかに記載のハニカム構造体。
断面における中心部の第1のセルから、断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の第1のセルに向かい第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように形成することにより、熱伝導率の違いによるヒートスポットが発生してクラックが生じることを防止することができる。
1:ハニカム構造体、2:ハニカムセグメント、4:外周コート層、5:セル、5a:第1のセル(大セル)、5b:第2のセル(小セル)、6:隔壁、7:充填材、9:接合材層、20:ハニカム構造体。
以下、図面を参照しつつ本発明の実施の形態について説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、変更、修正、改良を加え得るものである。
(実施形態1)
図1は本発明のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントを示す斜視図である。さらに、図3は、図2のハニカムセグメントのA−A断面図である。
図1は本発明のハニカム構造体を模式的に示す斜視図である。図2は、図1のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントを示す斜視図である。さらに、図3は、図2のハニカムセグメントのA−A断面図である。
ここで、本発明のハニカムセグメント2は、図1及び図2に示すように、ハニカム構造体1(ハニカムセグメント接合体)の全体構造の一部を構成する形状を有し、ハニカム構造体1の中心軸(長手方向)に対して垂直な方向に組み付けられることによってハニカム構造体1を構成する。セル5はハニカム構造体1の中心軸方向に互いに並行するように配設されており、隣接しているセル5におけるそれぞれの端部が交互に充填材7によって目封止されている。
さらに具体的に説明すると、ハニカムセグメント2は、断面が四角形状の柱状に形成されており、流体の流路となる複数のセル5を区画形成する多孔質の隔壁6を備え、セル5の長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が異なる2種類のセル5a,5bが形成されている。第1のセル(大セル)5aは、セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が第2のセル(小セル)5bの断面積よりも大きく、角部に相当する部分が切り落とされた八角形状または角部に相当する部分が円弧状の四角形状に形成されており、第2のセル(小セル)5bは、四角形状に形成されている。また、角部とは、断面形状が、相当する多角形(直線部分を延長して形成される多角形)であるとした場合の頂点及びその周辺に相当する部分である。
これら第1のセル5aと第2のセル5bは、セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、第1の方向と、その第1の方向に垂直な第2の方向に、交互に並んで配設されている。そして、図3に模式的に示す断面図のように、一方の端部Aが開口され且つ他方の端部Bが目封じされた第1のセル5aと、一方の端部Aが目封じされ且つ他方の端部Bが開口された第2のセル5bとが交互に配設されて、第1のセル5aが開口する一方の端部Aから流入した流体を、隔壁6を透過させて第2のセル5b内に透過流体として流出させ、透過流体を第2のセル5bが開口する他方の端部Bから流出させることができるように構成されている。
このように、実施形態1のハニカム構造体1は、第1のセル5aの断面積と第2のセル5bの断面積とを異ならせ(第1のセル5aの断面積が第2のセル5bの断面積より大きい)、後述するような開口率を有するハニカムセグメント2が接合され、第1のセル5aが開口する側の端部(一方の端部)Aから流体を流入させることにより(断面積の大きい第1のセル5aが流入側セルとなる)、ハニカム構造体1に微粒子を含有する排ガスを流したときに、一方の端部(流入側の端部)Aに開口する第1のセル5aが閉塞されることを抑制することができる。
ハニカムセグメント2の材料としては強度、耐熱性の観点から、炭化珪素、珪素−炭化珪素系複合材料、窒化珪素、コージェライト、ムライト、アルミナ、スピネル、炭化珪素−コージェライト系複合材、珪素−炭化珪素複合材、リチウムアルミニウムシリケート、チタン酸アルミニウム、Fe−Cr−Al系金属からなる群から選択される少なくとも一種を用いることが好ましい。中でも、炭化珪素又は珪素−炭化珪素系複合材料が好ましい。
ハニカムセグメント2の作製は、例えば、上述の材料から適宜選択したものに、メチルセルロース、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等のバインダー、界面活性剤、溶媒としての水等を添加して、可塑性の坏土とし、この坏土を上述の形状となるように押出成形し、次いで、マイクロ波、熱風等によって乾燥した後、焼結することにより行うことができる。
セル5の目封止に用いる充填材7としては、ハニカムセグメント2と同様な材料を用いることができる。充填材7による目封止は、目封止をしないセル5をマスキングした状態で、ハニカムセグメント2の端面をスラリー状の充填材7に浸漬することにより開口しているセル5に充填することにより行うことができる。充填材7の充填は、ハニカムセグメント2の成形後における焼成前に行っても、焼成後に行ってもよいが、焼成前に行うことの方が、焼成工程が1回で終了するため好ましい。
図4を用いて、ハニカムセグメント2の開口率について説明する。図4に示すように、ハニカム構造体1を形成するために接合される個々のハニカムセグメント2は、断面における中心部の第1のセルから、最外周の不完全なセルを除いた外周部の第1のセルに向かい第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように形成されている(図4は、説明のため誇張して描かれている)。
ここで、開口率は、図5に示すように、中心部においては、ハニカムセグメント2の中心2×2セルの開口率算出領域における平均、外周部においては、最外周の不完全セルを除いた最外周2×2セルの90度4方向の4箇所の平均で定義する。中心部と外周部との間のセルは隣り合う2×2セルの平均で算出する。開口率算出領域は、図5に示すように、隣接する2×2セルの各セルの中心部を結んだ正方形の領域である。この正方形の面積に対する隔壁部を除いた開口部の面積の比を開口率とする。
中心部の第1のセル5aの開口率は、外周部の第1のセル5aの開口率に対して60%以上96%以下であるように形成されるとよい。このように、中心部の開口率を小さくすることにより、強度が向上し、堆積スート燃焼時に発生する歪みによるクラック発生を防止することができる。
また目封じされていない端部Aの第1のセル5aの開口率と、目封じされていない端部Bの第2のセル5bの開口率との差が、中心部から外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなるように形成されることが望ましい。
より具体的には、第1のセル5aとその第1のセル5aに隣接する第1のセル5aとの間に存在する隔壁の厚さが、中心部から外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなるように形成されることが望ましい。すなわち、図4に示すように、隔壁の厚さL1は、隔壁の厚さL2よりも大きく形成される。そして、中心部における第1のセル5a間の隔壁の厚さは、外周部における第1のセル5a間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下であるように形成されることが望ましい。
さらに、中心部における第1のセル5aの開口率と第2のセル5bの開口率との開口率差は、外周部における第1のセル5aの開口率と第2のセル5bの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下であるように形成されることが望ましい。
このように形成することにより、中心部の隔壁の歪みに対する強度を向上させ、クラック発生を防止することができる。
以上のようなハニカムセグメント2の作製の後、ハニカムセグメント2の外周面にスラリー状の接合材層9を塗布し、所定の立体形状(ハニカム構造体1の全体構造)となるように複数のハニカムセグメント2を組み付け、この組み付けた状態で圧着した後、加熱乾燥する。このようにして、複数のハニカムセグメント2が一体的に接合された接合体を作製する。
本発明で得られるハニカム構造体1は、例えば、図1に示すように、複数のハニカムセグメント2が接合材層を介して互いの接合面で一体的に接合されたハニカムセグメント接合体と、ハニカムセグメント接合体の外周面を被覆する外周コート層4とを備え、流体の流路となる複数のセル5が中心軸方向に互いに並行するように配設された構造を有する。
尚、本発明に用いられる接合材層9は、ハニカムセグメント2の外周面に塗布されて、ハニカムセグメント2を接合するように機能する。接合材層9の形成は、例えば、ハニカムセグメント2の作製の後、ハニカムセグメント2の外周面にスラリー状の接合材層9を塗布し、所定の立体形状(ハニカム構造1の全体構造)となるように複数のハニカムセグメント2を組み付け、この組み付けた状態で圧着した後、加熱乾燥するようにして行うことを挙げることができる。この場合、塗布は隣接しているそれぞれのハニカムセグメント2の外周面に行ってもよいが、隣接したハニカムセグメント2の相互間においては、対応した外周面の一方に対してだけ行ってもよい。
本発明に用いられる接合材層9としては、無機繊維、無機バインダー、有機バインダー及び無機粒子から構成されてなるものを好適例として挙げることができる。具体的には、無機繊維としては、例えば、アルミノシリケート及びアルミナ等の酸化物繊維、その他の繊維(例えば、SiC繊維)等を挙げることができる。無機バインダーとしては、例えば、シリカゾル、アルミナゾル、粘土等を挙げることができる。有機バインダーとしては、例えば、ポリビニルアルコール(PVA)、カルボキシメチルセルローズ(CMC)、メチルセルロース(MC)等を挙げることができる。無機粒子としては、例えば、炭化珪素、窒化珪素、コージェライト、アルミナ、ムライト等のセラミックスを挙げることができる。
以上のように形成されたハニカム構造体1は、第1のセル(流入セル)5aにおいては、図3に示すような、左端部側が開口している一方、右端部側が充填材7によって目封止されており、これと隣接する他のセル(流出セル)5bにおいては、左端部側が充填材7によって目封止されているが、右端部側が開口しているハニカムセグメント2の接合体として形成されている。このような目封止により、図2に示すように、ハニカムセグメント2の端面は、市松模様状を呈するようになる。このような複数のハニカムセグメント2が接合されたハニカム構造体1を排ガスの排気系内に配置した場合、排ガスが図3における左側から各ハニカムセグメント2のセル5内に流入して右側に移動する。そして、隔壁6を通過する際に排ガス中のスートを含む粒子状物質(パティキュレート)が隔壁6に捕捉される。このようにして、排ガスの浄化を行うことができる。このような捕捉によって、ハニカムセグメント2の内部にはスートを含む粒子状物質(パティキュレート)が経時的に堆積して圧力損失が大きくなるため、スート等を燃焼させる再生が行われるが、開口率を変化させたハニカムセグメント2を接合しているため、クラックが発生しにくく耐熱性を有する。
(実施形態2)
本発明の実施形態2について説明する。図6は本発明のハニカム構造体20を模式的に示す斜視図である。ハニカム構造体20は、一体成形されており、セル5はハニカム構造体20の中心軸方向に互いに並行するように配設されており、隣接しているセル5におけるそれぞれの端部が交互に充填材7によって目封止されている。
本発明の実施形態2について説明する。図6は本発明のハニカム構造体20を模式的に示す斜視図である。ハニカム構造体20は、一体成形されており、セル5はハニカム構造体20の中心軸方向に互いに並行するように配設されており、隣接しているセル5におけるそれぞれの端部が交互に充填材7によって目封止されている。
さらに具体的に説明すると、ハニカム構造体20は、柱状に形成されており、流体の流路となる複数のセル5を区画形成する多孔質の隔壁6を備え、セル5の長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が異なる2種類のセル5a,5bが形成されている。実施形態1と同様に、第1のセル(大セル)5aは、セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が第2のセル(小セル)5bの断面積よりも大きく、角部に相当する部分が切り落とされた八角形状または角部に相当する部分が円弧状の四角形状に形成されており、第2のセル(小セル)5bは、四角形状に形成されている。
ハニカム構造体2や目封止に用いる充填材7等の材料や、その他詳細は、一体成形されている点以外は、実施形態1とほぼ同様であるため、説明を省略する。
実施形態2のハニカム構造体1は、図7に示すように、断面における中心部の第1のセル5aから、断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の第1のセル5aに向かい第1のセル5aの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように形成されている。
ここで、開口率は、中心部においては、ハニカム構造体20の中心2×2セルの開口率算出領域Aにおける平均、外周部においては、最外周の不完全セルを除いた最外周2×2セルの90度4方向の4箇所(開口率算出領域C1〜C4)の平均で定義する。中心部と外周部との間のセルは隣り合う2×2セルの平均(開口率算出領域B)で算出する。なお、開口率算出領域の取り方は、図5と同様である。
中心部の第1のセル5aの開口率は、外周部の第1のセル5aの開口率に対して60%以上96%以下であるように形成されることが望ましい。
目封じされていない端部の第1のセル5aの開口率と、目封じされていない端部の第2のセル5bの開口率との差が、中心部から外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなるように形成されることが望ましい。
より具体的には、第1のセル5aとその第1のセル5aに隣接する第1のセル5aとの間に存在する隔壁の厚さが、中心部から外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなるように形成されることが望ましい。すなわち、中心部における第1のセル5a間の隔壁の厚さは、外周部における第1のセル5a間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下であるように形成されることが望ましい。
さらに、中心部における第1のセル5aの開口率と第2のセル5bの開口率との開口率差は、外周部における第1のセル5aの開口率と第2のセル5bの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下であるように形成されることが望ましい。
このように、第1のセル(流入セル)5aと第2のセル(流出セル)5bの断面積を異ならせ、かつ第1のセル5aの開口率が中心部と外周部にて異なるように一体成形により形成されたハニカム構造体20は、中心部の隔壁の歪みに対する強度が向上し、クラック発生が防止される。
以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
2.0Lのディーゼルエンジンを用いて再生試験を行った。DPFは、直径144mm長さ152mm、気孔率50%で、前段に酸化触媒を搭載した。所定量のスートをDPFに堆積させ、1700rpm×20Nmの状態にして、ポストインジェクションを行うことでエンジン排気ガスの温度を690℃に上昇させ、DPFの圧力損失が、落ち始めたところでアイドル状態に切り替えた。このアイドル状態に切り替えることで、酸素濃度を上げて、排気ガス流量を減少させることで、DPF内部温度を上昇させ、DPFを再生した。DPF内部が非常に高温の場合は、DPF出口端面にクラックが発生することがあるため注意が必要である。
比較例として、異なるDPFを準備し、DPF入口の排気ガス温度は一定で、DPFに堆積させるスート量を8g/Lから0.2g/L間隔で増加させていき、出口端面クラックが発生するスート堆積量の比較評価を行った。
DPFで次のように異なる構造のDPFを用意した。外周部に比べ、(a)中心部の開口率を小さくしていったサンプル(実施例1−1〜1−10)、(b)中心部の隔壁厚を大きくしていったサンプル(実施例2−1〜2−13)、(c)中心部のセル密度を大きくしていったサンプル(実施例3−1〜3−14)、(d)中心部の第1セル/第2セル開口率比を小さくしていったサンプル(実施例4−1〜4−10)。
上記サンプルを用いて、DPFの入口の排気ガス温度は一定で、DPFに堆積させるスート量を増加させていき、出口端面クラックが発生するスート堆積量の比較評価を行った。作製したDPFの条件及び結果を表1〜4に示す。表中の実施例にある「−」は、表1の比較例と同じ値が入ることを示す。
(a)中心部の開口率を小さくするほど、(b)中心部の隔壁を厚くするほど、(c)中心部のセル密度を大きくするほど、(d)中心部の第1セル/第2セル開口率比を小さくするほど、クラックが発生するスート堆積量が上昇した。実施例1−1、実施例2−1、実施例3−1、実施例4−1は、クラック発生スート量が比較例と同じ8.0g/L以下であり、判定は×となった。
次に同じエンジンを用いて上記サンプルのスート堆積過程での圧損上昇をモニタリングし、各サンプルにて4g/Lスート堆積時の圧損を評価した。
クラックが発生するスート堆積量が上昇するのに対し、スート堆積時の圧損は徐々に上昇していった。圧損が上昇する理由は、(a)中心部の開口率を小さくするほど、(b)中心部の隔壁を厚くするほど、(c)中心部のセル密度を大きくするほど、(d)中心部の第1セル/第2セル開口率比を小さくするほど、一体品で評価したときに、スートが堆積可能な膜面積が低下しているため、単位堆積あたりのスート堆積量が多くなり、スート層を含む壁通過圧損が上昇するためである。実施例1−10、実施例2−13、実施例3−13、実施例3−14、実施例4−10では、圧損が10kPaを超えたため判定は、×となった。
本発明のハニカム構造体は、排ガス用の捕集フィルタとして、例えば、ディーゼルエンジン等からの排ガスに含まれている粒子状物質(パティキュレート)を捕捉して除去するためのディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)として有用である。
Claims (12)
- 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備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封じされた第1のセルと、前記一方の端部が目封じされ且つ前記他方の端部が開口された第2のセルとが交互に配設されて、前記第1のセルが開口する前記一方の端部から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させて前記第2のセル内に透過流体として流出させ、前記透過流体を前記第2のセルが開口する前記他方の端部から流出させることができるように構成されており、
前記第1のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が前記第2のセルの断面積よりも大きく、
前記第1のセルと前記第2のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、第1の方向と、その第1の方向に垂直な第2の方向に、交互に並んで配設され、
前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した前記断面における中心部の前記第1のセルから、前記断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の前記第1のセルに向かい前記第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きく形成されたハニカムセグメント。 - 前記第1のセルとその第1のセルに隣接する第1のセルとの間に存在する隔壁の厚さが、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなる請求項1に記載のハニカムセグメント。
- 目封じされていない端部の前記第1のセルの開口率と、目封じされていない端部の前記第2のセルの開口率との差が、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなる請求項1又は2に記載のハニカムセグメント。
- 前記中心部の前記第1のセルの開口率は、前記外周部の前記第1のセルの開口率に対して60%以上96%以下である請求項1〜3のいずれか1項に記載のハニカムセグメント。
- 前記中心部における前記第1のセル間の隔壁の厚さは、前記外周部における前記第1のセル間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載のハニカムセグメント。
- 前記中心部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差は、前記外周部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下である請求項1〜5のいずれか1項に記載のハニカムセグメント。
- 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備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封じされた第1のセルと、前記一方の端部が目封じされ且つ前記他方の端部が開口された第2のセルとが交互に配設されて、前記第1のセルが開口する前記一方の端部から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させて前記第2のセル内に透過流体として流出させ、前記透過流体を前記第2のセルが開口する前記他方の端部から流出させることができるように構成されており、
前記第1のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面における断面積が前記第2のセルの断面積よりも大きく、
前記第1のセルと前記第2のセルは、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、第1の方向と、その第1の方向に垂直な第2の方向に、交互に並んで配設され、
前記断面における中心部の前記第1のセルから、前記断面における最外周の不完全なセルを除いた外周部の前記第1のセルに向かい前記第1のセルの開口率が連続的に又は段階的に大きくなるように一体成形により形成されたハニカム構造体。 - 前記第1のセルとその第1のセルに隣接する第1のセルとの間に存在する隔壁の厚さが、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に厚くなる請求項7に記載のハニカム構造体。
- 目封じされていない端部の前記第1のセルの開口率と、目封じされていない端部の前記第2のセルの開口率との差が、前記中心部から前記外周部に向かい連続的に又は段階的に大きくなる請求項7又は8に記載のハニカム構造体。
- 前記中心部の前記第1のセルの開口率は、前記外周部の前記第1のセルの開口率に対して60%以上96%以下である請求項7〜9のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 前記中心部における前記第1のセル間の隔壁の厚さは、前記外周部における前記第1のセル間の隔壁の厚さに対して104%以上155%以下である請求項7〜10のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
- 前記中心部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差は、前記外周部における前記第1のセルの開口率と前記第2のセルの開口率との開口率差に対して60%以上96%以下である請求項7〜11のいずれか1項に記載のハニカム構造体。
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