JP6887301B2 - ハニカムフィルタ - Google Patents
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Description
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
複数の前記セルのうち、前記流出端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流入端面側が開口した前記セルを流入セルとし、前記流入端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流出端面側が開口した前記セルを流出セルとし、
前記ハニカム構造部は、当該ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、一の方向に沿って複数の前記セルが配列したセル列を複数有し、
前記セル列が、前記セルの延びる方向に直交する断面において、同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列、四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列、又は、六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列のいずれかであり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記四角形のセル、前記八角形のセル、及び前記六角形のセルのそれぞれの輪郭形状が、互いに対向する2つの辺を有し、当該対向する2つの辺に直交する方向が、前記一の方向であり、
複数の前記セル列は、一の前記セル列としての第一セル列と、他の前記セル列としての第二セル列とからなり、
前記第一セル列は、前記一の方向に沿って配列した前記セルとして、少なくとも前記流入セルを含み、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルの占める流路面積SAが、前記流出セルの占める流路面積SBよりも大きくなるように構成されたセル列であり、
前記第二セル列は、前記一の方向に沿って配列した前記セルとして、少なくとも前記流出セルを含むセル列であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第一セル列と前記第二セル列とが、各列に直交する方向に交互に配置され、且つ、前記第二セル列が、前記流入セルと前記流出セルとが前記一の方向に沿って交互に配置されたセル列であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの前記セルは、多角形の角部が、曲率半径Rの曲線状に形成された形状を有し、
下記測定方法(1)により測定される前記第一セル列の幅P1(mm)、及び前記第二セル列の幅P2(mm)、並びに前記曲率半径R(μm)が、下記式(1)の関係を満たす、ハニカムフィルタ。
[測定方法(1)]
(1−1)同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列における測定方法。
同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列の側縁に配設される前記隔壁の厚さの中間位置を、当該セル列の幅における各側縁とし、当該セル列における両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該セル列の幅とする。
(1−2)四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列における測定方法。
四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列において、当該セル列の幅を測定する一のセル列を測定対象セル列とし、当該測定対象セル列を構成する前記セルのうち、当該測定対象セル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第一内側セルとする。次に、前記測定対象セル列に隣接する一のセル列において、当該隣接する一のセル列を構成する前記セルのうち、当該隣接する一のセル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第二内側セルとする。次に、前記測定対象セル列に前記一のセル列とは異なる側縁側にて隣接する他のセル列において、当該隣接する他のセル列を構成する前記セルのうち、当該隣接する他のセル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第三内側セルとする。前記第一内側セルと前記第二内側セルとの前記セル列の延びる方向に直交する方向における中間位置を前記測定対象セル列の第一側縁とし、前記第一内側セルと前記第三内側セルとの前記セル列の延びる方向に直交する方向における中間位置を前記測定対象セル列の第二側縁とし、前記測定対象セル列における前記第一側縁と前記第二側縁との両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該測定対象セル列の幅とする。
(1−3)六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列における測定方法。
六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列を構成する複数の前記セルのそれぞれの輪郭形状において、当該セル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に窪んだ部位と最も外側に張り出した部位との中間位置を、当該セル列の幅における各側縁とし、当該セル列における両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該セル列の幅とする。
それぞれの前記ハニカム構造部が、柱状のハニカムセグメントによって構成され、複数個の前記ハニカムセグメントの互いの側面同士が接合層によって接合されている、前記[1]〜[7]のいずれかに記載のハニカムフィルタ。
図1〜図7に示すように、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態は、多孔質の隔壁1を有するハニカム構造部4と、ハニカム構造部4に形成されたセル2のいずれか一方の端部に配設された目封止部5と、を備えたハニカムフィルタ100である。ここで、図1は、本発明のハニカムフィルタの第一実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。図2は、図1に示すハニカムフィルタの流入端面を模式的に示す平面図である。図3は、図1に示すハニカムフィルタの流出端面を模式的に示す平面図である。図4は、図2に示すハニカムフィルタの流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図5は、図3に示すハニカムフィルタの流出端面の一部を拡大した拡大平面図である。図6は、図4のA−A’断面を模式的に示す、断面図である。図7は、図4のB−B’断面を模式的に示す、断面図である。
次に、ハニカムフィルタの第二実施形態〜第十実施形態について、図8〜図25を参照しつつ説明する。ここで、図8〜図25は、ハニカムフィルタの第二実施形態〜第十実施形態を模式的に示す、流入端面又は流出端面の一部を拡大した拡大平面図である。
次に、本発明のハニカムフィルタの第十―実施形態〜第十二実施形態について、図32〜図35を参照しつつ説明する。ここで、図32〜図35は、本発明のハニカムフィルタの第十―実施形態〜第十二実施形態を模式的に示す、流入端面又は流出端面の一部を拡大した拡大平面図である。なお、図32及び図33において、図1〜図7に示す第一実施形態のハニカムフィルタ100と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略することがある。また、図34及び図35において、図14及び図15の第五実施形態のハニカムフィルタ500と同様の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略することがある。
次に、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態について、図26〜図29を参照しつつ説明する。ここで、図26は、本発明のハニカムフィルタの他の実施形態を模式的に示す、流入端面の平面図である。図27は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態を模式的に示す、流入端面の平面図である。図28は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態を模式的に示す、流入端面の平面図である。図29は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施形態を模式的に示す流入端面側から見た斜視図である。
次に、本発明のハニカムフィルタを製造する方法について説明する。本発明のハニカムフィルタの製造方法としては、ハニカム成形体を作製する工程、セルの開口部に目封止部を形成する工程、ハニカム成形体を乾燥及び焼成する工程、を備えたものを挙げることができる。
成形工程は、成形原料を混練して得られる坏土をハニカム形状に押出成形してハニカム成形体を得る工程である。ハニカム成形体は、第一端面から第二端面まで延びるセルを区画形成する隔壁、及びこの隔壁の最外周を囲繞するように形成された外周壁を有するものである。隔壁によって構成されたハニカム構造の部分が、ハニカム構造部となる。成形工程においては、まず、成形原料を混練して坏土とする。次に、得られた坏土を押出成形して、隔壁と外周壁とが一体的に成形されたハニカム成形体を得る。
目封止工程は、セルの開口部を目封止することで目封止部を形成する工程である。例えば、目封止工程においては、ハニカム成形体の製造に用いた材料と同様の材料で、セルの開口部を目封止することで目封止部を形成する。目封止部を形成する方法については、従来公知のハニカムフィルタの製造方法に準じて行うことができる。
焼成工程は、目封止部を形成したハニカム成形体を焼成して、ハニカムフィルタを得る工程である。目封止部を形成したハニカム成形体を焼成する前に、得られたハニカム成形体を、例えば、マイクロ波及び熱風で乾燥してもよい。また、例えば、目封止部を形成する前のハニカム成形体に対して、先に、焼成工程を行って、焼成工程によって得られたハニカム焼成体に対して、上述した目封止工程を行ってもよい。
コージェライト化原料100質量部に、造孔材を0.5質量部、分散媒を33質量部、有機バインダを5.6質量部、それぞれ添加し、混合、混練して坏土を調製した。コージェライト化原料としては、アルミナ、水酸化アルミニウム、カオリン、タルク、及びシリカを使用した。分散媒としては水を使用し、造孔材としては平均粒子径10〜50μmの吸水性ポリマーを使用し、有機バインダとしてはメチルセルロース(Methylcellulose)を使用し、分散剤としてはデキストリン(Dextrin)を使用した。
セル構造、断面形状、外周の形状等を表1及び表2に示すように変更し、実施例2〜5,12,13,18〜21、26〜29及び参考例6〜11,14〜17,22〜25のハニカムフィルタを作製した。ここで、図30は、参考例22及び23のハニカムフィルタを模式的に示す、流入端面の一部を拡大した拡大平面図である。図31は、参考例22及び23のハニカムフィルタを模式的に示す、流出端面の一部を拡大した拡大平面図である。図30及び図31に示すハニカムフィルタ1100において、図4に示すハニカムフィルタと同様の構成要素については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
セル構造、断面形状、外周の形状等を表4及び表5に示すように変更し、実施例30〜33,37,40,41及び参考例34〜36,38,39,42,43のハニカムフィルタを作製した。参考例39においては、ハニカムフィルタを作製する材料として、炭化珪素(SiC)を用いた。参考例39のハニカムフィルタは、セグメント構造のハニカムフィルタである。
セル構造、断面形状、外周の形状等を表4及び表5に示すように変更し、比較例1〜19のハニカムフィルタを製造した。
まず、各実施例及び参考例のハニカムフィルタについて、以下の方法で、加熱振動試験を実施した。まず、ハニカムフィルタの外周面に、非熱膨張性のセラミックマットを巻き付けた。次に、セラミックマットが巻きつけたハニカムフィルタを、2分割されたステンレス製(SUS430)の缶体に収納した後、溶接して、缶体内にハニカムフィルタを収納した。ハニカムフィルタを収納した缶体を、以下、「試験用の缶体」という。次に、試験用の缶体を、加熱振動試験装置に取り付け、加熱振動試験装置から、プロパンの燃焼ガスを試験用の缶体内に供給した。燃焼ガスは、ハニカムフィルタの流入端面におけるガス温度が、最大で900℃で、ガス流量が2.5Nm3/分となるようにした。また、熱サイクルを与えるべく、20分間隔で加熱と冷却を繰り返した。次に、上記燃焼ガスを試験用の缶体内に連続して供給した状態で、ハニカムフィルタのセルの延びる方向に直交する方向の振動を、缶体に与えた。缶体に与えた振動の条件は、150Hz、40Gの振動を10時間与えることとした。その後、試験用の缶体を、ハニカムフィルタの中心軸を中心にして90°回転させた。以上の操作を、合計4回繰り返して行った。即ち、試験時間は、10時間×4回で合計40時間である。
まず、特開2007−155708号公報に記載されたPM発生装置を用いて、PM含有ガスを発生させた。なお、PM発生装置の燃料として軽油を使用した。このPM発生装置から発生させたPM含有ガスを、ハニカムフィルタの流入端面側から導入した。そして、200℃の一定温度に保ったガスを10Nm3/minの条件で流した際の、ハニカムフィルタの流入端面と流出端面との圧力差を求めた。ハニカムフィルタに堆積したスス量が4g/Lとなった際に求められた圧力差を、「圧力損失−1」における「ハニカムフィルタの圧力損失値」とした。そして、測定された圧力損失値について、以下に示す評価基準の圧力損失値と比較した場合に、圧力損失値が同等以下のものを「A」とし、圧損上昇が5%以内に留まっているものを「B」、5%を超えて圧損上昇が見られるものを「C」とした。圧力損失の評価においては、評価「A」又は評価「B」の場合を合格とする。「圧力損失−1」の評価において、評価基準のハニカムフィルタは、評価「A」とする。
まず、特開2007−155708号公報に記載されたPM発生装置を用いて、PM含有ガスを発生させた。なお、PM発生装置の燃料として軽油を使用した。このPM発生装置から発生させたPM含有ガスを、ハニカムフィルタの流入端面側から導入した。このようにして、ハニカムフィルタの隔壁の表面の、ハニカムフィルタの全長の1/3の範囲に、PM含有ガス中の灰を堆積させた。そして、200℃の一定温度に保ったガスを10Nm3/minの条件で流した際の、ハニカムフィルタの流入端面と流出端面との圧力差を求めた。このようにして求められた圧力差を、「圧力損失−2」における「ハニカムフィルタの圧力損失値」とした。そして、測定された圧力損失値について、以下に示す評価基準の圧力損失値と比較した場合に、5%以上10%未満の圧力損失の低減が見られるものを評価「B」とし、10%以上の圧力損失の低減が見られるものを評価「A」とした。また、圧力損失の低減が5%未満、又は圧力損失が増大したものを評価「C」とした。圧力損失の評価においては、評価「A」又は評価「B」の場合を良好とする。「圧力損失−2」の評価において、評価基準のハニカムフィルタは、評価「C」とする。
実施例1〜3,30〜32及び比較例1〜4は、比較例1を評価基準とする。
実施例4,5,33及び比較例5は、比較例5を評価基準とする。
参考例6,7,34及び比較例6は、比較例6を評価基準とする。
参考例8,9,35及び比較例7は、比較例7を評価基準とする。
参考例10,11,36及び比較例8は、比較例8を評価基準とする。
実施例12,13,37及び比較例9は、比較例9を評価基準とする。
参考例14,15,38及び比較例10は、比較例10を評価基準とする。
参考例16,17,39及び比較例11は、比較例11を評価基準とする。
実施例18,19,40及び比較例12は、比較例12を評価基準とする。
実施例20,21,41及び比較例13は、比較例13を評価基準とする。
参考例22,23,42及び比較例14は、比較例14を評価基準とする。
参考例24,25,43及び比較例15は、比較例15を評価基準とする。
実施例26,27及び比較例16,17は、比較例16を評価基準とする。
実施例28,29及び比較例18,19は、比較例18を評価基準とする。
「スス漏れ」、「圧力損失−1」の2つの評価において、共に合格である場合を「OK」とする。「スス漏れ」、「圧力損失−1」の2つの評価において、1つでも不合格である場合を「NG」とする。なお、「圧力損失−2」の評価については、補足的な評価とし、この総合判定の結果に含めないものとする。
実施例及び参考例1〜43のハニカムフィルタは、「スス漏れ」の評価において、ハニカムフィルタからススの漏れが確認されず、評価「A」という結果となった。また、実施例及び参考例1〜43のハニカムフィルタは、「圧力損失−1」の評価においても全て合格基準を満たしており、総合判定において「OK」という結果が得られた。一方、比較例1〜19のハニカムフィルタは、「スス漏れ」及び「圧力損失−1」の評価において、少なくとも一方が合格基準を満たしておらず、総合判定において「NG」という結果が得られた。特に、比較例1〜16,18のハニカムフィルタは、スス漏れの評価において、1箇所又は2箇所以上からのススの漏れが確認され、評価「C」又は評価「D」という結果となった。比較例17,19のハニカムフィルタは、「圧力損失−1」の評価が不合格であった。また、実施例及び参考例1〜25のハニカムフィルタは、表2の「P1,P2比(%)」の値が、上述した式(2)の関係を満たすように構成されており、「圧力損失−2」の評価においても良好な結果を得ることができた。
Claims (9)
- 流入端面から流出端面まで延びる流体の流路となる複数のセルを取り囲むように配設された多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、
前記セルにおける前記流入端面側又は前記流出端面側のいずれか一方の端部を封止するように配置された目封止部と、を備え、
複数の前記セルのうち、前記流出端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流入端面側が開口した前記セルを流入セルとし、前記流入端面側の端部に前記目封止部が配設され、前記流出端面側が開口した前記セルを流出セルとし、
前記ハニカム構造部は、当該ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に直交する断面において、一の方向に沿って複数の前記セルが配列したセル列を複数有し、
前記セル列が、前記セルの延びる方向に直交する断面において、同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列、四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列、又は、六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列のいずれかであり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記四角形のセル、前記八角形のセル、及び前記六角形のセルのそれぞれの輪郭形状が、互いに対向する2つの辺を有し、当該対向する2つの辺に直交する方向が、前記一の方向であり、
複数の前記セル列は、一の前記セル列としての第一セル列と、他の前記セル列としての第二セル列とからなり、
前記第一セル列は、前記一の方向に沿って配列した前記セルとして、少なくとも前記流入セルを含み、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルの占める流路面積SAが、前記流出セルの占める流路面積SBよりも大きくなるように構成されたセル列であり、
前記第二セル列は、前記一の方向に沿って配列した前記セルとして、少なくとも前記流出セルを含むセル列であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記第一セル列と前記第二セル列とが、各列に直交する方向に交互に配置され、且つ、前記第二セル列が、前記流入セルと前記流出セルとが前記一の方向に沿って交互に配置されたセル列であり、
前記セルの延びる方向に直交する断面において、それぞれの前記セルは、多角形の角部が、曲率半径Rの曲線状に形成された形状を有し、
下記測定方法(1)により測定される前記第一セル列の幅P1(mm)、及び前記第二セル列の幅P2(mm)、並びに前記曲率半径R(μm)が、下記式(1)の関係を満たす、ハニカムフィルタ。
式(1):0.4≦(R/1000)/((P1+P2)/2)×100≦20
[測定方法(1)]
(1−1)同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列における測定方法。
同一形状の四角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列の側縁に配設される前記隔壁の厚さの中間位置を、当該セル列の幅における各側縁とし、当該セル列における両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該セル列の幅とする。
(1−2)四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列における測定方法。
四角形のセルと八角形のセルが前記一の方向に沿って交互に配列した繰り返し単位からなるセル列において、当該セル列の幅を測定する一のセル列を測定対象セル列とし、当該測定対象セル列を構成する前記セルのうち、当該測定対象セル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第一内側セルとする。次に、前記測定対象セル列に隣接する一のセル列において、当該隣接する一のセル列を構成する前記セルのうち、当該隣接する一のセル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第二内側セルとする。次に、前記測定対象セル列に前記一のセル列とは異なる側縁側にて隣接する他のセル列において、当該隣接する他のセル列を構成する前記セルのうち、当該隣接する他のセル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に配置された前記セルを第三内側セルとする。前記第一内側セルと前記第二内側セルとの前記セル列の延びる方向に直交する方向における中間位置を前記測定対象セル列の第一側縁とし、前記第一内側セルと前記第三内側セルとの前記セル列の延びる方向に直交する方向における中間位置を前記測定対象セル列の第二側縁とし、前記測定対象セル列における前記第一側縁と前記第二側縁との両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該測定対象セル列の幅とする。
(1−3)六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列における測定方法。
六角形のセルが前記一の方向に沿って配列したセル列を構成する複数の前記セルのそれぞれの輪郭形状において、当該セル列の延びる方向に直交する方向において最も内側に窪んだ部位と最も外側に張り出した部位との中間位置を、当該セル列の幅における各側縁とし、当該セル列における両側縁間の距離を測定し、測定した前記距離を、当該セル列の幅とする。 - 前記第一セル列の幅P1(mm)、及び前記第二セル列の幅P2(mm)が、下記式(2)の関係を満たす、請求項1に記載のハニカムフィルタ。
式(2):2≦100−(P2/P1×100)≦50 - 前記第一セル列の幅P1と前記第二セル列の幅P2の平均値が、0.7〜3.5mmである、請求項1又は2に記載のハニカムフィルタ。
- 前記第一セル列の幅P1が、0.7〜4.0mmである、請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記第二セル列の幅P2が、0.7〜2.7mmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記第一セル列は、前記セルの延びる方向に直交する断面において、前記流入セルの占める流路面積SAが、前記流出セルの占める流路面積SBの1.1倍以上である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記第一セル列は、前記流入セルが前記一の方向に沿って配列したセル列である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 前記セルの延びる方向に直交する断面に、前記セル列の構成が異なる2つ以上の領域を有し、少なくとも一部の領域に、前記ハニカム構造部が存在する、請求項1〜7のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
- 複数個の前記ハニカム構造部を備え、
それぞれの前記ハニカム構造部が、柱状のハニカムセグメントによって構成され、複数個の前記ハニカムセグメントの互いの側面同士が接合層によって接合されている、請求項1〜7のいずれか一項に記載のハニカムフィルタ。
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