JP4167814B2 - Ceramic filter assembly - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック焼結体からなる複数のフィルタを接着して一体化した構造のセラミックフィルタ集合体に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
自動車の台数は20世紀以降飛躍的に増加しており、それに比例して自動車の内燃機関から出される排気ガスの量も急激な増加の一途を辿っている。特にディーゼルエンジンの出す排気ガス中に含まれる種々の物質は、汚染を引き起こす原因となるため、現在では世界環境にとって深刻な影響を与えつつある。また、最近では排気ガス中の微粒子(ディーゼルパティキュレート)が、ときとしてアレルギー障害や精子数の減少を引き起こす原因となるとの研究結果も報告されている。つまり、排気ガス中の微粒子を除去する対策を講じることが、人類にとって急務の課題であると考えられている。
【0003】
このような事情のもと、従来より、多様多種の排気ガス浄化装置が提案されている。一般的な排気ガス浄化装置は、エンジンの排気マニホールドに連結された排気管の途上にケーシングを設け、その中に微細な孔を有するフィルタを配置した構造を有している。フィルタの形成材料としては、金属や合金のほか、セラミックがある。セラミックからなるフィルタの代表例としては、コーディエライト製のハニカムフィルタが知られている。最近では、耐熱性・機械的強度・捕集効率が高い、化学的に安定している、圧力損失が小さい等の利点があることから、多孔質炭化珪素焼結体をフィルタ形成材料として用いることが多い。
【0004】
ハニカムフィルタは自身の軸線方向に沿って延びる多数のセルを有している。排気ガスがフィルタを通り抜ける際、そのセル壁によって微粒子がトラップされる。その結果、排気ガス中から微粒子が除去される。
【0005】
しかし、多孔質炭化珪素焼結体製のハニカムフィルタは熱衝撃に弱い。そのため、大型化するほどフィルタにクラックが生じやすくなる。よって、クラックによる破損を避ける手段として、複数の小さなフィルタ個片を一体化して1つの大きなセラミックフィルタ集合体を製造する技術が近年提案されている。
【0006】
上述の集合体を製造する一般的な方法を簡単に紹介する。まず、押出成形機の金型を介してセラミック原料を連続的に押し出すことにより、四角柱状のハニカム成形体を形成する。ハニカム成形体を等しい長さに切断した後、その切断片を焼成してフィルタとする。焼成工程の後、フィルタの外周面同士を1mm〜3mm厚のセラミック質シール材層を介して接着することにより、複数のフィルタを束ねて一体化した構造物を作製する。そして、かかる接着構造物の外周面に同じセラミック材料を用いてセラミック層を形成する。以上の結果、所望のセラミックフィルタ集合体が完成する。
【0007】
そして、セラミックフィルタ集合体の外周面には、セラミックファイバ等からなるマット状の断熱材が巻き付けられる。この状態で、集合体は排気管の途上に設けられたケーシング内に収容される。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術ではシール材層と同一のセラミックペーストを流用して、フィルタ接着構造物の外周面のセラミック層を形成していた。
【0009】
しかしながら、前記シール材層の形成に用いられるセラミック質材料は、基本的に、フィルタ同士の接着及び接着されたフィルタ間の熱抵抗の低減を目的とした組成となっている。従って、断熱を目的とする(即ち熱抵抗の増大を目的とする)フィルタ接着構造物の外周面のセラミック層に、前記シール材層形成用のセラミック質材料をそのまま適用することには、元来無理がある。ゆえに、従来技術においては、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が脱げやすく、効率のよい再生を行うことができなかった。
【0010】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が脱げにくく、効率のよい再生を行うことが可能なセラミックフィルタ集合体を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明では、多孔質セラミック焼結体からなる複数のフィルタの外周面同士をセラミック質からなる第1層を介して接着した構造物の外周面に塗布されたセラミック質からなる第2層が形成されたセラミックフィルタ集合体であって、前記第2層の熱伝導率が前記第1層の熱伝導率よりも小さいことを特徴とするセラミックフィルタ集合体をその要旨とする。
【0012】
請求項2に記載の発明は、請求項1において、前記第1層の熱伝導率に対する前記第2層の熱伝導率の比は、0.1〜0.8であるとした。
請求項3に記載の発明は、請求項1において、前記第1層の熱伝導率は0.1W/m・K〜10W/m・Kであり、前記第2層の熱伝導率は0.01W/m・K〜8W/m・Kであるとした。
【0013】
請求項4に記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項において、前記第2層は前記第1層よりも厚くなるように形成されているとした。
請求項5に記載の発明は、請求項1乃至4のいずれか1項において、前記第1層及び前記第2層は、ともに組成中にセラミックファイバを含有するとともに、前記第2層におけるファイバ含有量は前記第1層におけるファイバ含有量よりも多いとした。
【0014】
請求項6に記載の発明は、多孔質炭化珪素焼結体からなる複数のハニカムフィルタの外周面同士をセラミック質からなる第1層を介して接着した構造物の外側部分をカットすることにより全体として断面略円形状または断面略楕円形状に成形し、前記外形カットにより生じた外周面に塗布されたセラミック質からなる第2層が形成されているセラミックフィルタ集合体であって、前記第2層の熱伝導率が前記第1層の熱伝導率よりも小さいことを特徴とするセラミックフィルタ集合体をその要旨とする。
【0016】
以下、本発明の「作用」について説明する。
請求項1,6に記載の発明によると、フィルタ接着構造物の外周面に形成された第2層の熱伝導率のほうが、複数のフィルタの外周面同士を接着する第1層の熱伝導率よりも小さくなっている。つまり、第2層のほうが第1層に比べて相対的に熱抵抗が大きいことになる。ゆえに、従来のものに比べて、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が脱げにくい構造となる。
【0017】
請求項2に記載の発明によると、第1層の熱伝導率に対する第2層の熱伝導率の比を上記好適範囲内にて設定することにより、第2層に必要とされる性能が確実に保持されるとともに、セラミックフィルタ集合体の製造困難化も防止される。
【0018】
前記比が0.1未満であると、熱抵抗の増大という観点からは好ましい反面、第2層の接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、これを防止しようとすると事実上製造が困難になる。逆に、前記比が0.8を超えると、十分な熱抵抗の増大が図られず、第1層と同程度の熱伝導率となってしまう。
【0019】
請求項3に記載の発明によると、第1層及び第2層の熱伝導率を上記好適範囲内にて設定することにより、第1層及び第2層に必要とされる性能が確実に保持されるとともに、セラミックフィルタ集合体の製造困難化も防止される。
【0020】
第1層の熱伝導率が0.1W/m・K未満であると、第1層が依然として大きな熱抵抗となり、フィルタ間の熱伝導が阻害されてしまう。逆に、10W/m・Kを超える熱伝導率のものを得ようとすると、接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、これを防止しようとすると事実上製造が困難になる。
【0021】
第2層の熱伝導率が0.01W/m・K未満であると、熱抵抗の増大という観点からは好ましい反面、第2層の接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、これを防止しようとすると事実上製造が困難になる。逆に、8W/m・Kを超える熱伝導率のものを得ようとした場合も、接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、事実上製造が困難になる。
【0022】
請求項4に記載の発明によると、第2層は第1層よりも厚くなるように形成されているため、熱の伝わる距離が長くなり、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱がよりいっそう脱げにくい構造となる。また、例えばフィルタ接着構造物の外周面に何らかの凹凸があるような場合には、その凹凸も第2層により埋められる。そして、このように凹凸が解消される結果、シール性が向上する。
【0023】
請求項5に記載の発明によると、第1層及び第2層はともに組成中にセラミックファイバを含有しているため、両層とも耐熱性に優れている。また、第2層におけるファイバ含有量は第1層におけるファイバ含有量よりも多いため、第2層のほうが相対的に熱抵抗が大きく、熱が伝わりにくくなっている。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施形態のディーゼルエンジン用の排気ガス浄化装置1を、図1〜図4に基づき詳細に説明する。
【0025】
図1に示されるように、この排気ガス浄化装置1は、内燃機関としてのディーゼルエンジン2から排出される排気ガスを浄化するための装置である。ディーゼルエンジン2は、図示しない複数の気筒を備えている。各気筒には、金属材料からなる排気マニホールド3の分岐部4がそれぞれ連結されている。各分岐部4は1本のマニホールド本体5にそれぞれ接続されている。従って、各気筒から排出された排気ガスは一箇所に集中する。
【0026】
排気マニホールド3の下流側には、金属材料からなる第1排気管6及び第2排気管7が配設されている。第1排気管6の上流側端は、マニホールド本体5に連結されている。第1排気管6と第2排気管7との間には、同じく金属材料からなる筒状のケーシング8が配設されている。ケーシング8の上流側端は第1排気管6の下流側端に連結され、ケーシング8の下流側端は第2排気管7の上流側端に連結されている。排気管6,7の途上にケーシング8が配設されていると把握することもできる。そして、この結果、第1排気管6、ケーシング8及び第2排気管7の内部領域が互いに連通し、その中を排気ガスが流れるようになっている。
【0027】
図1に示されるように、ケーシング8はその中央部が排気管6,7よりも大径となるように形成されている。従って、ケーシング8の内部領域は、排気管6,7の内部領域に比べて広くなっている。このケーシング8内には、セラミックフィルタ集合体9が収容されている。
【0028】
集合体9の外周面とケーシング8の内周面との間には、断熱材10が配設されている。断熱材10はセラミックファイバを含んで形成されたマット状物であり、その厚さは数mm〜数十mmである。断熱材10は熱膨張性を有していることがよい。ここでいう熱膨張性とは、弾性構造を有するため熱応力を解放する機能があることを指す。その理由は、集合体9の最外周部から熱が逃げることを防止することにより、再生時のエネルギーロスを最小限に抑えるためである。また、再生時の熱によってセラミックファイバを膨張させることにより、排気ガスの圧力や走行による振動等のもたらすセラミックフィルタ集合体9の位置ずれを防止するためである。
【0029】
本実施形態において用いられるセラミックフィルタ集合体9は、上記のごとくディーゼルパティキュレートを除去するものであるため、一般にディーゼルパティキュレートフィルタ(DPF)と呼ばれる。図2,図3に示されるように、本実施形態の集合体9は、複数個のフィルタF1を束ねて一体化することによって形成されている。集合体9の中心部分に位置するフィルタF1は四角柱状であって、その外形寸法は33mm×33mm×167mmである。四角柱状のフィルタF1の周囲には、四角柱状でない異型のフィルタF1が複数個配置されている。その結果、全体としてみると円柱状のセラミックフィルタ集合体9(直径135mm前後)が構成されている。
【0030】
これらのフィルタF1は、セラミック焼結体の一種である多孔質炭化珪素焼結体製である。炭化珪素焼結体を採用した理由は、他のセラミックに比較して、とりわけ耐熱性及び熱伝導性に優れるという利点があるからである。炭化珪素以外の焼結体として、例えば窒化珪素、サイアロン、アルミナ、コーディエライト、ムライト等の焼結体を選択することもできる。
【0031】
図3等に示されるように、これらのフィルタF1は、いわゆるハニカム構造体である。ハニカム構造体を採用した理由は、微粒子の捕集量が増加したときでも圧力損失が小さいという利点があるからである。各フィルタF1には、断面略正方形状をなす複数の貫通孔12がその軸線方向に沿って規則的に形成されている。各貫通孔12は薄いセル壁13によって互いに仕切られている。セル壁13の外表面には、白金族元素(例えばPt等)やその他の金属元素及びその酸化物等からなる酸化触媒が担持されている。各貫通孔12の開口部は、いずれか一方の端面9a,9bの側において封止体14(ここでは多孔質炭化珪素焼結体)により封止されている。従って、端面9a,9b全体としてみると市松模様状を呈している。その結果、フィルタF1には、断面四角形状をした多数のセルが形成されている。セルの密度は200個/インチ前後に設定され、セル壁13の厚さは0.3mm前後に設定され、セルピッチは1.8mm前後に設定されている。多数あるセルのうち、約半数のものは上流側端面9aにおいて開口し、残りのものは下流側端面9bにおいて開口している。
【0032】
フィルタF1の平均気孔径は1μm〜50μm、さらには5μm〜20μmであることが好ましい。平均気孔径が1μm未満であると、微粒子の堆積によるフィルタF1の目詰まりが著しくなる。一方、平均気孔径が50μmを越えると、細かい微粒子を捕集することができなくなるため、捕集効率が低下してしまう。
【0033】
フィルタF1の気孔率は30%〜70%、さらには40%〜60%であることが好ましい。気孔率が30%未満であると、フィルタF1が緻密になりすぎてしまい、内部に排気ガスを流通させることができなくなるおそれがある。一方、気孔率が70%を越えると、フィルタF1中に空隙が多くなりすぎてしまうため、強度的に弱くなりかつ微粒子の捕集効率が低下してしまうおそれがある。
【0034】
図2,図3に示されるように、合計16個のフィルタF1は、外周面同士がセラミック質からなる第1層15を介して互いに接着されている。また、セラミックフィルタ集合体9の外周面9cには、セラミック質からなる第2層16が形成されている。
【0035】
第1層15及び第2層16は、ともに組成中に無機繊維、具体的にはセラミックファイバを含有している。セラミックファイバを選択した理由は、セラミックファイバは耐熱性に優れているため、第1層15及び第2層16に好適な耐熱性が付与されるからである。前記セラミックファイバとしては、例えば、シリカ−アルミナファイバ、ムライトファイバ、アルミナファイバ及びシリカファイバから選ばれる少なくとも1種以上のものが挙げられる。これらのなかでも、特にシリカ−アルミナファイバを選択することが望ましい。シリカ−アルミナファイバは、弾性に優れるとともに熱応力を吸収する作用を示すからである。なお、第1層15及び第2層16は同種のセラミックファイバを用いて形成されていることが好ましい。即ち、同種のセラミックファイバを用いた場合、第1層15と第2層16との境界部分の接合強度が向上するからである。
【0036】
第2層16におけるファイバ含有量は第1層15におけるファイバ含有量よりも多いことがよい。このようにすることにより、相対的に第2層16の熱抵抗を大きくすることができ、熱が伝わりにくくなるからである。具体的には、第2層16におけるファイバ含有量は固形分で20重量%〜90重量%、第1層15におけるファイバ含有量は固形分で10重量%〜40重量%であることがよい。
【0037】
なお、セラミックファイバにおけるショット含有量は、1重量%〜10重量%、好ましくは1重量%〜5重量%、より好ましくは1重量%〜3重量%である。ショット含有量を1重量%未満にすることは、製造上困難だからである。一方、ショット含有量が50重量%を超えると、フィルタF1の外周面が傷付いてしまうからである。
【0038】
セラミックファイバの繊維長は、10μm〜3000μm、好ましくは10μm〜1500μm、より好ましくは10μm〜500μmである。繊維長が10μm未満であると、弾性構造体を形成することができないからである。繊維長が3000μmを超えると、繊維が毛玉のようになって分散性が悪化するからである。
【0039】
第1層15及び第2層16は、上記無機繊維のほかに、無機バインダ及び有機バインダのうちから選択される少なくとも1つを含んでいる。
無機バインダとしては、シリカゾル及びアルミナゾルから選ばれる少なくとも1種以上のコロイダルゾルが望ましい。そのなかでも、特にシリカゾルを選択することが望ましい。その理由は、シリカゾルは入手しやすく、焼成により容易にSiO2となるため、高温に晒されるフィルタF1用として好適だからである。しかも、シリカゾルは絶縁性に優れているからである。この場合、コロイダルゾルの含有量は、固形分で1重量%〜40重量%に設定されることがよい。
【0040】
有機バインダとしては親水性有機高分子が好ましく、ポリビニルアルコール、メチルセルロース、エチルセルロース及びカルボメトキシセルロースから選ばれる少なくとも1種以上の多糖類がより好ましい。これらのなかでも、特にカルボキシメチルセルロースを選択することが望ましい。その理由は、カルボキシメチルセルロースは、好適な流動性を付与に寄与するため、常温領域において優れた接着性を示すからである。
【0041】
第1層15及び第2層16は、さらに無機粒子を含んでいてもよい。
第1層15に好適な無機粒子としては、炭化珪素、窒化珪素及び窒化硼素から選ばれる少なくとも1種以上の無機粉末またはウィスカーを用いた弾性質素材がある。このような炭化物や窒化物は、熱伝導率が非常に大きく、セラミックファイバ表面やコロイダルゾルの表面及び内部に介在して熱伝導性の向上に寄与するからである。上記炭化物及び窒化物の無機粒子のなかでも、特に炭化珪素粉末を選択することが望ましい。その理由は、炭化珪素は熱伝導率が極めて高いことに加え、セラミックファイバと馴染みやすいという性質があるからである。しかも、本実施形態では、被シール体であるフィルタF1が同種のもの、即ち多孔質炭化珪素製だからである。
【0042】
第1層15における無機粒子の含有量は、固形分で3重量%〜80重量%、好ましくは10重量%〜60重量%、より好ましくは20重量%〜40重量%である。含有量が3重量%未満であると、第1層15の熱伝導率の低下を招くからである。一方、含有量が80重量%を超えると、高温時における接着強度の低下を招くからである。
【0043】
第1層15における無機粒子の粒径は、0.01μm〜100μm、好ましくは0.1μm 〜15μm、より好ましくは0.1μm〜10μmである。粒径が100μmを超えると、接着力及び熱伝導性の低下を招くからである。逆に、粒径が0.01μm未満であると、シール材のコスト高につながるからである。
【0044】
一方、第2層16における無機粒子の含有量は、第1層15における無機粒子の含有量よりも少なめに設定されることがよく、具体的には固形分で0重量%〜2.9重量%程度含まれていることが好ましい。即ち、無機粒子は第2層16中に必ずしも含まれていなくてもよい。炭化珪素粉末等のような無機粒子の含有量が多くなると、耐熱性向上の観点からは好ましい反面、熱伝導率の低減といった観点からは不利だからである。
【0045】
本実施形態においては、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が脱げにくい構造とするために、第2層16の熱伝導率が第1層15の熱伝導率よりも小さくなるように設定されている。
【0046】
第1層15の熱伝導率に対する第2層16の熱伝導率の比は、0.1〜0.8であることがよく、好ましくは0.2〜0.7であることがよい。前記比が0.1未満であると、第2層16の熱抵抗の増大という観点からは好ましい反面、第2層16の接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがある。ゆえに、これを防止しようとすると、事実上製造が困難になる。逆に、前記比が0.8を超えると、第2層16の十分な熱抵抗の増大が図られず、第1層15と同程度の熱伝導率となってしまう。
【0047】
より具体的にいうと、第1層15の熱伝導率は0.1W/m・K〜10W/m・Kであることがよく、第2層16の熱伝導率は0.01W/m・K〜8W/m・Kであることがよい。
【0048】
第1層15の熱伝導率が0.1W/m・K未満であると、第1層15が依然として大きな熱抵抗となり、フィルタF1間の熱伝導が阻害されてしまう。逆に、10W/m・Kを超える熱伝導率のものを得ようとすると、接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがある。そして、これを防止しようとすると、材料や配合条件の自由度が小さくなり、事実上製造が困難になる。
【0049】
第2層16の熱伝導率が0.01W/m・K未満であると、熱抵抗の増大という観点からは好ましい反面、第2層16の接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがある。そして、これを防止しようとすると、材料や配合条件の自由度が小さくなり、事実上製造が困難になる。逆に、8W/m・Kを超える熱伝導率のものを得ようとした場合も、接着性や耐熱性等といった性能が損なわれるおそれがあり、事実上製造が困難になる。
【0050】
第2層16は第1層15よりも厚くなるように形成されていることがよい。
このようにすると、第2層16については熱の伝わる距離が第1層15よりも長くなり、フィルタ接着構造物Mの外周面9cから外部に熱がよりいっそう脱げにくい構造となるからである。また、フィルタ接着構造物Mの外周面9cに凹凸17があるような場合には、その凹凸17も第2層16により埋めることができるからである。そして、このように凹凸17が解消される結果、シール性が向上するからである。
【0051】
具体的にいうと、第2層16の厚さは0.1mm〜10mmであることがよく、さらには0.3mm〜5mmであることがよく、特には0.5mm〜2mmであることがよい。第2層16が薄すぎると、熱の伝わる距離を十分大きく確保することができなくなることに加え、外周面9cにある凹凸17を完全に埋めることができず、依然としてそこに隙間が残りやすくなるからである。逆に、第2層16を10mmを超えて厚くしようとすると、均一な層の形成が困難になったり、集合体9全体が大径化したりするおそれがあるからである。
【0052】
第1層15の厚さは0.1mm〜3mmであることがよく、さらには0.3mm〜1mmであることがよい。第1層15を第2層16よりも薄くなるように形成しておくことにより、集合体9の濾過能力及び熱伝導性の低下が未然に防止されるからである。
【0053】
次に、上記のセラミックフィルタ集合体9を製造する手順を図4に基づいて説明する。
まず、押出成形工程で使用するセラミック原料スラリー、端面封止工程で使用する封止用ペースト、フィルタ接着工程で使用する第1層形成用ペースト、凹凸解消工程で使用する第2層形成用ペーストをあらかじめ作製しておく。
【0054】
セラミック原料スラリーとしては、炭化珪素粉末に有機バインダ及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。封止用ペーストとしては、炭化珪素粉末に有機バインダ、潤滑剤、可塑剤及び水を配合し、かつ混練したものを用いる。第1層形成用ペーストとしては、無機繊維、無機バインダ、有機バインダ、無機粒子及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。第2層形成用ペーストとしては、無機繊維、無機バインダ、有機バインダ、無機粒子及び水を所定分量ずつ配合し、かつ混練したものを用いる。なお、上述したように第2層形成用ペーストにおいて無機粒子は省略されてもよい。
【0055】
次に、前記セラミック原料スラリーを押出成形機に投入し、かつ金型を介してそれを連続的に押し出す。その後、押出成形されたハニカム成形体を等しい長さに切断し、四角柱状のハニカム成形体切断片を得る。さらに、切断片の各セルの片側開口部に所定量ずつ封止用ペーストを充填し、各切断片の両端面を封止する。
【0056】
続いて、温度・時間等を所定の条件に設定して本焼成を行い、ハニカム成形体切断片及び封止体14を完全に焼結させる。このようにして得られる多孔質炭化珪素焼結体製のフィルタF1は、この時点ではまだ全てが四角柱状である。
【0057】
なお、平均気孔径を6μm〜15μmとしかつ気孔率を35%〜50%とするために、本実施形態では焼成温度を2100℃〜2300℃に設定している。また、焼成時間を0.1時間〜5時間に設定している。また、焼成時の炉内雰囲気を不活性雰囲気とし、そのときの雰囲気の圧力を常圧としている。
【0058】
次に、必要に応じてフィルタF1の外周面にセラミック質からなる下地層を形成した後、さらにその上に第1層形成用ペーストを塗布する。そして、このようなフィルタF1を16個用い、その外周面同士を互いに接着して一体化する。この時点では、図4(a)に示されるように、フィルタ接着構造物Mは全体として断面正方形状を呈している。
【0059】
続く外形カット工程では、前記フィルタ接着工程を経て得られた断面正方形状のフィルタ接着構造物Mを研削し、外周部における不要部分を除去してその外形を整える。その結果、図4(b)に示されるように、断面円形状のフィルタ接着構造物Mが得られる。なお、外形カットによって新たに露出した面においては、セル壁13が部分的に剥き出しになり、結果として外周面9cに凹凸17ができる。本実施形態においてできる凹凸17は、0.5mm〜1mm程度のものであって、フィルタ接着構造物Mの軸線方向(即ちフィルタF1の長手方向)に沿って延びる突条と溝とからなる。
【0060】
続く凹凸解消工程では、第2層形成用ペーストをフィルタ接着構造物Mの外周面9cの上に均一に塗布し、第2層16を形成する。そして、以上の結果、図4(c)に示されるセラミックフィルタ集合体9が完成する。
【0061】
次に、上記のセラミックフィルタ集合体9による微粒子トラップ作用について簡単に説明する。
ケーシング8内に収容されたセラミックフィルタ集合体9には、上流側端面9aの側から排気ガスが供給される。第1排気管6を経て供給されてくる排気ガスは、まず、上流側端面9aにおいて開口するセル内に流入する。次いで、この排気ガスはセル壁13を通過し、それに隣接しているセル、即ち下流側端面9bにおいて開口するセルの内部に到る。そして、排気ガスは、同セルの開口を介してフィルタF1の下流側端面9bから流出する。しかし、排気ガス中に含まれる微粒子はセル壁13を通過することができず、そこにトラップされてしまう。その結果、浄化された排気ガスがフィルタF1の下流側端面9bから排出される。浄化された排気ガスは、さらに第2排気管7を通過した後、最終的には大気中へと放出される。ある程度微粒子が溜まってきたら、図示しないヒータをオンして集合体9を加熱し、微粒子を燃焼除去させる。その結果、集合体9が再生され、再び微粒子の捕捉が可能な状態になる。
【0062】
次に、本実施形態を具体化したいくつかの実施例及びそれらに対する比較例を紹介する。
【0063】
【実施例及び比較例】
(実施例1)
(1)α型炭化珪素粉末51.5重量%とβ型炭化珪素粉末22重量%とを湿式混合し、得られた混合物に有機バインダ(メチルセルロース)と水とをそれぞれ6.5重量%、20重量%ずつ加えて混練した。次に、前記混練物に可塑剤と潤滑剤とを少量加えてさらに混練したものを押出成形することにより、ハニカム状の生成形体を得た。
【0064】
(2)次に、この生成形体をマイクロ波乾燥機を用いて乾燥した後、成形体の貫通孔12を多孔質炭化珪素焼結体製の封止用ペーストによって封止した。次いで、再び乾燥機を用いて封止用ペーストを乾燥させた。端面封止工程に続いて、この乾燥体を400℃で脱脂した後、さらにそれを常圧のアルゴン雰囲気下において2200℃で約3時間焼成した。その結果、多孔質でハニカム状の炭化珪素製フィルタF1を得た。
【0065】
(3)セラミックファイバ(アルミナシリケートセラミックファイバ、ショット含有率3%、繊維長さ10μm〜3000μm)23.3重量%、平均粒径0.3μmの炭化珪素粉末30.2重量%、無機バインダとしてのシリカゾル(ゾルのSiO2の換算量は30%)7重量%、有機バインダとしてのカルボキシメチルセルロース0.5重量%及び水39重量%を混合・混練した。この混練物を適当な粘度に調整することにより、第1層15の形成に使用されるペーストを作製した。
【0066】
また、セラミックファイバ(アルミナシリケートセラミックファイバ、ショット含有率3%、繊維長さ0.1mm〜100mm)53.3重量%、平均粒径0.3μmの炭化珪素粉末10.2重量%、無機バインダとしてのシリカゾル(ゾルのSiO2の換算量は30%)7重量%、有機バインダとしてのカルボキシメチルセルロース0.5重量%及び水39重量%を混合・混練した。この混練物を適当な粘度に調整することにより、第2層16の形成に使用されるペーストを作製した。
【0067】
(4)次に、フィルタF1の外周面に第1層形成用ペーストを均一に塗布するとともに、フィルタF1の外周面同士を互いに密着させた状態で、50℃〜100℃×1時間の条件にて乾燥・硬化させた。その結果、フィルタF1同士を第1層15を介して接着した。ここでは乾燥後における第1層15の厚さが1.0mmになるように設定した。
【0068】
(5)次に、外形カットを実施して外形を整えることにより、断面円形状のフィルタ接着構造物Mを作製した後、その露出した外周面9cに第2層用ペーストを均一に塗布した。そして、50℃〜150℃×1時間の条件で乾燥・硬化することにより厚さ1.0mmの第2層16を形成し、最終的に実施例1のセラミックフィルタ集合体9を完成させた。
【0069】
上記のようにして得られた集合体9について、第1層15及び第2層16の熱伝導率(W/m・K)を従来公知の手法により測定したところ、表1に示されるように、それぞれ0.85W/m・K,0.22W/m・Kであった。
【0070】
また、集合体9の各所を肉眼で観察したところ、外周面9cの凹凸17は第2層16によってほぼ完全に埋められており、外周面9cはフラットな状態になっていた。また、第2層16とフィルタF1との境界部分、第2層16と第1層15との境界部分のいずれについても、クラックは生じていなかった。従って、これらの境界部分には高い密着性・シール性が確保されていることが示唆された。勿論、第2層16自体にもクラックや欠けは認められなかった。
【0071】
続いて、集合体9の中央部及び外周部の2ヶ所に熱電対を埋め込んだ後、周囲に断熱材10を巻き付けたものを、ケーシング8内に収容した。この状態で実際に排気ガスを供給してみたところ、外周面9cの隙間を介して下流側に排気ガスがリークしないことがわかった。
【0072】
さらに、所定時間経過後にヒータを加熱して再生を行うとともに、前記熱電対によって再生時の最高到達温度Ta,Tb(℃)をそれぞれ測定した。それらの温度差(ΔT=|Ta−Tb|(℃))を求めた結果を表1に示す。
【0073】
表1によると、温度差ΔTは50℃となり、それほど大きい値にはならなかった。ゆえに、フィルタ接着構造物Mの外周面9cから外部に熱が脱げにくい構造になっていることを示唆する結果が得られた。
【0074】
再生終了後に集合体9を取り外して集合体9を軸線方向に沿って切断し、切断面の肉眼観察を行ったところ、中央部にも外周部にも燃え残りは何ら認められなかった。ゆえに、効率のよい再生が行われていたことが実証された。
(実施例2〜5)
実施例2〜5では、基本的には実施例1の手法に準拠して集合体9を作製するとともに、第1層15及び第2層16の厚さや熱伝導率を表1のように変更した。熱伝導率の異なるものについては、具体的には、アルミナシリケートセラミックファイバ、炭化珪素粉末、シリカゾル、カルボキシメチルセルロースの配合量等を若干変更したペーストを用いて、第1層15や第2層16の形成を行った。唯一、実施例5については、無機粒子である炭化珪素粉末を全く含まないペーストを用いて、第2層16の形成を行った。
【0075】
得られた各集合体9の各所を肉眼で観察したところ、外周面9cの凹凸17は第2層16によってほぼ完全に埋められており、外周面9cはフラットな状態になっていた。また、第2層16とフィルタF1との境界部分、第2層16と第1層15との境界部分のいずれについても、クラックは生じていなかった。従って、これらの境界部分には高い密着性・シール性が確保されていることが示唆された。勿論、第2層16自体にもクラックや欠けは認められなかった。
【0076】
続いて、実施例2〜5について、実施例1と同様の再生状態良否判定試験を行い、温度差ΔT(℃)をそれぞれ求めた。それらの結果も表1に示す。それによると、実施例2〜5においても実施例1とほぼ同様の結果が得られることがわかった。また、再生終了後に集合体9の切断面の肉眼観察を行ったところ、中央部にも外周部にも燃え残りは何ら認められなかった。
(比較例)
比較例では、第1層形成用のペーストを用いて第1層15及び第2層16の両方を形成した。それ以外の事項については基本的に実施例1に準ずるようにして、セラミックフィルタ集合体9を作製した。厚さや熱伝導率については表1に示すとおりである。
【0077】
得られた比較例の集合体9の各所を肉眼で観察したところ、外周面9cの凹凸17は第2層16によってほぼ完全に埋められており、外周面9cはフラットな状態になっていた。また、第2層16とフィルタF1との境界部分、第2層16と第1層15との境界部分のいずれについても、クラックは生じていなかった。
【0078】
続いて、比較例について、実施例1と同様の再生状態良否判定試験を行い、温度差ΔT(℃)を求めた。その結果も表1に示す。それによると、比較例では外周部における最高到達温度Tb(℃)が低くなることに起因して、温度差ΔT(℃)の値が各実施例の値に比べて大きくなることがわかった。従って、フィルタ接着構造物Mの外周面9cから外部に熱が脱げやすい構造になっていることを示唆する結果が得られた。
【0079】
再生終了後に集合体9の切断面の肉眼観察を行ったところ、外周部に燃え残りが認められ、各実施例1〜5よりも明らかに再生効率が劣っていることがわかった。このため比較例においては、燃え残りを防止するために、再生時間を長く設定したり、ヒータ加熱温度を高く設定する必要があった。
【0080】
【表1】
従って、本実施形態によれば以下のような効果を得ることができる。
【0081】
(1)本実施形態では、フィルタ接着構造物の外周面に形成された第2層16の熱伝導率のほうが、複数のフィルタF1の外周面同士を接着する第1層15の熱伝導率よりも小さくなっている。つまり、第2層16のほうが第1層15に比べて相対的に熱抵抗が大きいことになる。ゆえに、従来のものに比べて、フィルタ接着構造物Mの外周面9cから外部に熱が脱げにくい構造となり、集合体9の当該部分における断熱性が向上する。よって、熱のロスが少なくなり、効率のよい再生を行うことができる。
【0082】
(2)本実施形態では、第1層15の熱伝導率に対する第2層16の熱伝導率の比を0.1〜0.8という好適範囲内にて設定している。従って、第2層16に必要とされる性能(即ち断熱性、接着性、耐熱性等)が確実に保持されるとともに、セラミックフィルタ集合体9の製造困難化も防止される。
【0083】
(3)本実施形態では、第1層15及び第2層16の熱伝導率を上記好適範囲内にて設定している。このため、第1層15に必要とされる性能(即ち弾性、接着性、耐熱性等)及び第2層16に必要とされる性能(即ち断熱性、接着性、耐熱性等)が確実に保持される。それとともに、セラミックフィルタ集合体9の製造困難化も防止される。
【0084】
(4)本実施形態では、第2層16は第1層15よりも厚くなるように形成されている。このため、熱の伝わる距離が長くなり、フィルタ接着構造物Mの外周面9cから外部に熱がよりいっそう脱げにくい構造となる。従って、再生効率のさらなる向上が図られる。
【0085】
また、フィルタ接着構造物Mの外周面9cにある凹凸17が第2層16によって埋められることにより、外周面9cがフラットな状態になっている。このように凹凸解消が図られる結果、集合体9の収容時にその外周面9cに隙間ができにくくなり、その隙間を介した排気ガスのリークが防止される。以上の結果、排気ガスの処理効率に優れたセラミックフィルタ集合体9、ひいては排気ガスの処理効率に優れた排気ガス浄化装置1を実現することができる。
【0086】
(5)本実施形態では、第1層15及び第2層16は、ともに組成中にセラミックファイバを含有しているため、耐熱性に優れたものとなっている。また、第2層16におけるファイバ含有量は第1層15におけるファイバ含有量よりも多くなっている。このため、第2層16のほうが相対的に熱抵抗が大きく、熱が伝わりにくくなっている。
【0087】
なお、本発明の実施形態は以下のように変更してもよい。
・ フィルタF1の組み合わせ数は、前記実施形態のように16個でなくてもよく、任意の数にすることが可能である。この場合、サイズ・形状等の異なるフィルタF1を適宜組み合わせて使用することも勿論可能である。
【0088】
・ フィルタF1は前記実施形態にて示したようなハニカム状構造を有するもののみに限られず、例えば三次元網目構造、フォーム状構造、ヌードル状構造、ファイバ状構造等であってもよい。
【0089】
・ 外形カット工程前におけるフィルタF1の形状は、実施形態のような四角柱状に限定されることはなく、三角柱状や六角柱状等であっても構わない。また、外形カット工程によって集合体9の全体形状を断面円形状に加工するのみならず、例えば断面楕円形状等に加工してもよい。
【0090】
・ 実施形態においては、本発明のセラミックフィルタ集合体を、ディーゼルエンジン2に取り付けられる排気ガス浄化装置用フィルタとして具体化していた。勿論、本発明のセラミックフィルタ集合体は、排気ガス浄化装置用フィルタ以外のものとして具体化されることができ、例えば熱交換器用部材、高温流体や高温蒸気のための濾過フィルタ等として具体化されることができる。
【0091】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
(1) 請求項1乃至6のいずれか1項において、前記第1層は固形分で3重量%〜80重量%の無機粒子を含有するとともに、前記第2層は固形分で0重量%〜2.9重量%の無機粒子を含有すること。
【0092】
(2) 請求項1乃至6、技術的思想1のいずれか1つにおいて、前記第1層及び第2層は同種の無機繊維を用いて形成されていること。従って、この技術的思想2に記載の発明によれば、第1層と第2層との境界部分の接合強度を向上できる。
【0093】
【発明の効果】
以上詳述したように、請求項1〜6に記載の発明によれば、フィルタ接着構造物の外周面から外部に熱が脱げにくく、効率のよい再生を行うことが可能なセラミックフィルタ集合体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を具体化した一実施形態の排気ガス浄化装置の全体概略図。
【図2】実施形態のセラミックフィルタ集合体の正面図。
【図3】実施形態の排気ガス浄化装置の要部拡大断面図。
【図4】(a)〜(c)はセラミックフィルタ集合体の製造手順を説明するための概略斜視図。
【符号の説明】
9…セラミックフィルタ集合体、9c…外周面、15…第1層、16…第2層、F1…フィルタ、M…(フィルタ接着)構造物。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a ceramic filter assembly having a structure in which a plurality of filters made of a ceramic sintered body are bonded and integrated.
[0002]
[Prior art]
The number of automobiles has increased dramatically since the 20th century, and the amount of exhaust gas emitted from the internal combustion engine of the automobile has been increasing rapidly in proportion thereto. In particular, various substances contained in exhaust gas emitted from a diesel engine cause pollution, and are now having a serious impact on the world environment. Recently, research results have reported that particulates (diesel particulates) in exhaust gas sometimes cause allergic disorders and a decrease in the number of sperm. In other words, taking measures to remove particulates in exhaust gas is considered an urgent issue for humanity.
[0003]
Under such circumstances, various types of exhaust gas purification apparatuses have been proposed. A general exhaust gas purifying apparatus has a structure in which a casing is provided in the middle of an exhaust pipe connected to an exhaust manifold of an engine, and a filter having fine holes is disposed therein. As a material for forming the filter, there are ceramics in addition to metals and alloys. As a typical example of a filter made of ceramic, a honeycomb filter made of cordierite is known. Recently, there are advantages such as high heat resistance, mechanical strength, high collection efficiency, chemical stability, low pressure loss, etc., so use porous silicon carbide sintered body as a filter forming material. There are many.
[0004]
The honeycomb filter has a large number of cells extending along its own axial direction. As the exhaust gas passes through the filter, particulates are trapped by the cell walls. As a result, fine particles are removed from the exhaust gas.
[0005]
However, a honeycomb filter made of a porous silicon carbide sintered body is vulnerable to thermal shock. Therefore, the larger the size is, the easier the cracks are generated in the filter. Therefore, as a means for avoiding breakage due to cracks, a technique has recently been proposed in which a plurality of small filter pieces are integrated to produce one large ceramic filter assembly.
[0006]
A general method for manufacturing the above-described assembly will be briefly introduced. First, a rectangular column-shaped honeycomb formed body is formed by continuously extruding a ceramic raw material through a mold of an extruder. After the honeycomb formed body is cut into equal lengths, the cut piece is fired to obtain a filter. After the firing step, the outer peripheral surfaces of the filters are bonded to each other via a ceramic sealing material layer having a thickness of 1 mm to 3 mm, thereby producing a structure in which a plurality of filters are bundled and integrated. And a ceramic layer is formed in the outer peripheral surface of this adhesion structure using the same ceramic material. As a result, a desired ceramic filter assembly is completed.
[0007]
A mat-like heat insulating material made of ceramic fiber or the like is wound around the outer peripheral surface of the ceramic filter assembly. In this state, the assembly is accommodated in a casing provided in the middle of the exhaust pipe.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the prior art, the same ceramic paste as that of the sealing material layer is used to form the ceramic layer on the outer peripheral surface of the filter bonded structure.
[0009]
However, the ceramic material used for forming the sealing material layer basically has a composition for the purpose of bonding the filters and reducing the thermal resistance between the bonded filters. Therefore, the ceramic material for forming the sealing material layer is applied as it is to the ceramic layer on the outer peripheral surface of the filter adhesive structure for the purpose of heat insulation (that is, for the purpose of increasing the thermal resistance). It is impossible. Therefore, in the prior art, heat is easily removed from the outer peripheral surface of the filter adhesive structure to the outside, and efficient regeneration cannot be performed.
[0010]
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a ceramic filter assembly capable of efficiently regenerating the heat from the outer peripheral surface of the filter bonded structure and preventing the heat from being removed. There is to do.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problem, in the invention according to
[0012]
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect, the ratio of the thermal conductivity of the second layer to the thermal conductivity of the first layer is 0.1 to 0.8.
According to a third aspect of the present invention, in the first aspect, the thermal conductivity of the first layer is 0.1 W / m · K to 10 W / m · K, and the thermal conductivity of the second layer is 0.00. It was assumed that it was 01 W / m · K to 8 W / m · K.
[0013]
According to a fourth aspect of the present invention, in any one of the first to third aspects, the second layer is formed to be thicker than the first layer.
A fifth aspect of the present invention is the method according to any one of the first to fourth aspects, wherein the first layer and the second layer both contain ceramic fibers in the composition, and the second layer contains fibers. The amount was greater than the fiber content in the first layer.
[0014]
The invention described in claim 6By cutting the outer portion of the structure in which the outer peripheral surfaces of a plurality of honeycomb filters made of porous silicon carbide sintered bodies are bonded together via a ceramic first layer, the cross section is substantially circular or the cross section is substantially oval as a whole. A ceramic filter assembly in which a second layer made of a ceramic material formed on the outer peripheral surface produced by the outer shape cut is formed, wherein the second layer has a thermal conductivity of the first layer The gist of the ceramic filter assembly is that it is smaller than the thermal conductivity.
[0016]
The “action” of the present invention will be described below.
According to invention of
[0017]
According to the invention described in
[0018]
If the ratio is less than 0.1, it is preferable from the viewpoint of increasing thermal resistance, but the performance such as adhesion and heat resistance of the second layer may be impaired. Becomes difficult. On the other hand, if the ratio exceeds 0.8, the thermal resistance cannot be increased sufficiently, and the thermal conductivity is comparable to that of the first layer.
[0019]
According to the invention described in
[0020]
When the thermal conductivity of the first layer is less than 0.1 W / m · K, the first layer still has a large thermal resistance, and the thermal conduction between the filters is hindered. On the contrary, if it is intended to obtain a material having a thermal conductivity exceeding 10 W / m · K, the performance such as adhesiveness and heat resistance may be impaired, and if it is attempted to prevent this, the manufacturing becomes practically difficult.
[0021]
When the thermal conductivity of the second layer is less than 0.01 W / m · K, it is preferable from the viewpoint of increasing the thermal resistance, but the performance such as the adhesiveness and heat resistance of the second layer may be impaired. If it is going to prevent this, manufacture will become difficult effectively. On the other hand, when trying to obtain a material having a thermal conductivity exceeding 8 W / m · K, the performance such as adhesiveness and heat resistance may be impaired, which makes it difficult to manufacture.
[0022]
According to the invention described in
[0023]
According to invention of Claim 5, since both the 1st layer and the 2nd layer contain the ceramic fiber in the composition, both layers are excellent in heat resistance. Further, since the fiber content in the second layer is larger than the fiber content in the first layer, the second layer has a relatively higher thermal resistance and heat is less likely to be transmitted.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an exhaust
[0025]
As shown in FIG. 1, this exhaust
[0026]
A first exhaust pipe 6 and a
[0027]
As shown in FIG. 1, the
[0028]
A
[0029]
Since the ceramic filter assembly 9 used in the present embodiment removes diesel particulates as described above, it is generally called a diesel particulate filter (DPF). As shown in FIGS. 2 and 3, the assembly 9 of the present embodiment is formed by bundling and integrating a plurality of filters F1. The filter F1 located in the central portion of the assembly 9 has a quadrangular prism shape, and its outer dimensions are 33 mm × 33 mm × 167 mm. Around the square columnar filter F1, a plurality of non-square columnar filters F1 are arranged. As a result, a cylindrical ceramic filter assembly 9 (diameter around 135 mm) is configured as a whole.
[0030]
These filters F1 are made of a porous silicon carbide sintered body which is a kind of ceramic sintered body. The reason for adopting the silicon carbide sintered body is that it has an advantage of being particularly excellent in heat resistance and thermal conductivity as compared with other ceramics. As a sintered body other than silicon carbide, for example, a sintered body such as silicon nitride, sialon, alumina, cordierite, and mullite can be selected.
[0031]
As shown in FIG. 3 and the like, these filters F1 are so-called honeycomb structures. The reason for adopting the honeycomb structure is that there is an advantage that the pressure loss is small even when the amount of collected fine particles is increased. In each filter F1, a plurality of through
[0032]
The average pore diameter of the filter F1 is preferably 1 μm to 50 μm, more preferably 5 μm to 20 μm. When the average pore diameter is less than 1 μm, clogging of the filter F1 due to accumulation of fine particles becomes significant. On the other hand, if the average pore diameter exceeds 50 μm, fine particles cannot be collected, and the collection efficiency is lowered.
[0033]
The porosity of the filter F1 is preferably 30% to 70%, more preferably 40% to 60%. If the porosity is less than 30%, the filter F1 becomes too dense, and there is a possibility that the exhaust gas cannot be circulated inside. On the other hand, if the porosity exceeds 70%, the filter F1 has too many voids, so that the strength becomes weak and the collection efficiency of fine particles may be reduced.
[0034]
As shown in FIGS. 2 and 3, a total of 16 filters F1 are bonded to each other via a
[0035]
Both the
[0036]
The fiber content in the
[0037]
The shot content in the ceramic fiber is 1 wt% to 10 wt%, preferably 1 wt% to 5 wt%, more preferably 1 wt% to 3 wt%. This is because it is difficult to make the shot content less than 1% by weight. On the other hand, if the shot content exceeds 50% by weight, the outer peripheral surface of the filter F1 is damaged.
[0038]
The fiber length of the ceramic fiber is 10 μm to 3000 μm, preferably 10 μm to 1500 μm, more preferably 10 μm to 500 μm. This is because the elastic structure cannot be formed when the fiber length is less than 10 μm. This is because if the fiber length exceeds 3000 μm, the fiber becomes like a pill and the dispersibility deteriorates.
[0039]
The
As the inorganic binder, at least one colloidal sol selected from silica sol and alumina sol is desirable. Among these, it is desirable to select silica sol. The reason is that silica sol is easy to obtain and can be easily baked to make SiO2Therefore, it is suitable for the filter F1 exposed to high temperature. Moreover, silica sol is excellent in insulation. In this case, the content of the colloidal sol is preferably set to 1% by weight to 40% by weight in terms of solid content.
[0040]
The organic binder is preferably a hydrophilic organic polymer, more preferably at least one polysaccharide selected from polyvinyl alcohol, methyl cellulose, ethyl cellulose, and carbomethoxy cellulose. Among these, it is desirable to select carboxymethyl cellulose in particular. The reason for this is that carboxymethylcellulose exhibits excellent adhesiveness in the normal temperature region because it contributes to imparting suitable fluidity.
[0041]
The
Suitable inorganic particles for the
[0042]
The content of the inorganic particles in the
[0043]
The particle size of the inorganic particles in the
[0044]
On the other hand, the content of the inorganic particles in the
[0045]
In the present embodiment, the heat conductivity of the
[0046]
The ratio of the thermal conductivity of the
[0047]
More specifically, the thermal conductivity of the
[0048]
If the thermal conductivity of the
[0049]
When the thermal conductivity of the
[0050]
The
This is because the heat transfer distance of the
[0051]
Specifically, the thickness of the
[0052]
The thickness of the
[0053]
Next, a procedure for manufacturing the ceramic filter assembly 9 will be described with reference to FIG.
First, the ceramic raw material slurry used in the extrusion molding process, the sealing paste used in the end face sealing process, the first layer forming paste used in the filter bonding process, and the second layer forming paste used in the unevenness eliminating process Prepare in advance.
[0054]
As the ceramic raw material slurry, a mixture obtained by kneading a silicon carbide powder with an organic binder and water in predetermined amounts and kneading them is used. As the sealing paste, a silicon carbide powder blended with an organic binder, a lubricant, a plasticizer and water and kneaded is used. As the first layer forming paste, a paste obtained by blending and kneading a predetermined amount of inorganic fibers, an inorganic binder, an organic binder, inorganic particles, and water is used. As the paste for forming the second layer, a paste in which inorganic fibers, an inorganic binder, an organic binder, inorganic particles and water are blended in predetermined amounts and kneaded is used. As described above, the inorganic particles may be omitted from the second layer forming paste.
[0055]
Next, the ceramic raw material slurry is put into an extruder and continuously extruded through a mold. Thereafter, the extruded honeycomb formed body is cut into equal lengths to obtain a rectangular pillar-shaped honeycomb formed body cut piece. Further, a predetermined amount of sealing paste is filled into one side opening of each cell of the cut piece, and both end faces of each cut piece are sealed.
[0056]
Subsequently, the main firing is performed by setting the temperature, time, and the like to predetermined conditions, and the honeycomb formed body cut piece and the sealing
[0057]
In this embodiment, the firing temperature is set to 2100 ° C. to 2300 ° C. in order to set the average pore diameter to 6 μm to 15 μm and the porosity to 35% to 50%. Moreover, the firing time is set to 0.1 hours to 5 hours. Moreover, the atmosphere in the furnace at the time of baking is made into an inert atmosphere, and the pressure of the atmosphere at that time is made into a normal pressure.
[0058]
Next, if necessary, a base layer made of a ceramic material is formed on the outer peripheral surface of the filter F1, and then a first layer forming paste is applied thereon. Then, 16 such filters F1 are used and their outer peripheral surfaces are bonded together to be integrated. At this time, as shown in FIG. 4A, the filter adhesive structure M as a whole has a square cross section.
[0059]
In the subsequent outer shape cutting step, the filter bonding structure M having a square cross section obtained through the filter bonding step is ground, and unnecessary portions on the outer peripheral portion are removed to adjust the outer shape. As a result, as shown in FIG. 4B, a filter bonded structure M having a circular cross section is obtained. Note that the
[0060]
In the subsequent unevenness eliminating step, the second layer forming paste is uniformly applied on the outer
[0061]
Next, the particulate trap action by the ceramic filter assembly 9 will be briefly described.
Exhaust gas is supplied to the ceramic filter assembly 9 housed in the
[0062]
Next, some examples embodying the present embodiment and comparative examples for them will be introduced.
[0063]
[Examples and Comparative Examples]
Example 1
(1) Wet-mixing 51.5% by weight of α-type silicon carbide powder and 22% by weight of β-type silicon carbide powder, and adding 6.5% by weight and 20% of organic binder (methyl cellulose) and water to the resulting mixture, respectively. It added and knead | mixed by weight%. Next, by adding a small amount of a plasticizer and a lubricant to the kneaded product and further kneading, extrusion-molding was performed to obtain a honeycomb-shaped formed shape.
[0064]
(2) Next, this generated shaped body was dried using a microwave dryer, and then the through
[0065]
(3) Ceramic fiber (alumina silicate ceramic fiber, shot
[0066]
Further, ceramic fiber (alumina silicate ceramic fiber, shot
[0067]
(4) Next, the first layer forming paste is uniformly applied to the outer peripheral surface of the filter F1, and the outer peripheral surfaces of the filter F1 are in close contact with each other, and the conditions are 50 ° C. to 100 ° C. × 1 hour. Dried and cured. As a result, the filters F1 were bonded together via the
[0068]
(5) Next, a filter adhesive structure M having a circular cross section was prepared by performing an outer shape cut to adjust the outer shape, and then the second layer paste was uniformly applied to the exposed outer
[0069]
The aggregate 9 obtained as described above was measured for the thermal conductivity (W / m · K) of the
[0070]
Further, when the various portions of the aggregate 9 were observed with the naked eye, the
[0071]
Subsequently, the thermocouples were embedded in the central portion and the outer peripheral portion of the assembly 9, and then the
[0072]
Further, after a predetermined time had elapsed, the heater was heated for regeneration, and the maximum achieved temperatures Ta and Tb (° C.) during regeneration were measured by the thermocouple. Table 1 shows the results of calculating the temperature difference (ΔT = | Ta−Tb | (° C.)).
[0073]
According to Table 1, the temperature difference ΔT was 50 ° C., which was not so large. Therefore, a result suggesting that the structure is such that heat is not easily removed from the outer
[0074]
After completion of the regeneration, the assembly 9 was removed, the assembly 9 was cut along the axial direction, and the cut surface was observed with the naked eye. As a result, no burning residue was observed in the central portion or the outer peripheral portion. Therefore, it was demonstrated that efficient regeneration was performed.
(Examples 2 to 5)
In Examples 2 to 5, the assembly 9 is basically produced in accordance with the method of Example 1, and the thickness and thermal conductivity of the
[0075]
When each place of the obtained aggregates 9 was observed with the naked eye, the
[0076]
Then, about Example 2-5, the reproduction | regeneration state quality determination test similar to Example 1 was done, and temperature difference (DELTA) T (degreeC) was calculated | required, respectively. The results are also shown in Table 1. According to this, it was found that substantially the same results as in Example 1 were obtained in Examples 2 to 5. Further, when visual observation of the cut surface of the assembly 9 was performed after completion of the regeneration, no unburned residue was observed in the central portion or the outer peripheral portion.
(Comparative example)
In the comparative example, both the
[0077]
When each place of the obtained assembly 9 of the comparative example was observed with the naked eye, the
[0078]
Subsequently, for the comparative example, a reproduction state pass / fail judgment test similar to that of Example 1 was performed to obtain a temperature difference ΔT (° C.). The results are also shown in Table 1. According to this, it was found that in the comparative example, the value of the temperature difference ΔT (° C.) is larger than the values of the respective examples due to the lowering of the maximum temperature Tb (° C.) at the outer peripheral portion. Therefore, a result suggesting that the structure is such that heat is easily removed from the outer
[0079]
When the cut surface of the assembly 9 was visually observed after the completion of regeneration, it was found that unburned residue was observed on the outer periphery, and that the regeneration efficiency was clearly inferior to each of Examples 1-5. For this reason, in the comparative example, it was necessary to set the regeneration time longer or set the heater heating temperature higher in order to prevent unburned residue.
[0080]
[Table 1]
Therefore, according to the present embodiment, the following effects can be obtained.
[0081]
(1) In this embodiment, the thermal conductivity of the
[0082]
(2) In this embodiment, the ratio of the thermal conductivity of the
[0083]
(3) In the present embodiment, the thermal conductivity of the
[0084]
(4) In the present embodiment, the
[0085]
Moreover, the unevenness |
[0086]
(5) In this embodiment, since both the
[0087]
In addition, you may change embodiment of this invention as follows.
The number of combinations of the filters F1 does not have to be 16 as in the above-described embodiment, and can be any number. In this case, it is of course possible to use a combination of filters F1 having different sizes and shapes as appropriate.
[0088]
The filter F1 is not limited to the one having the honeycomb structure as shown in the above embodiment, and may be a three-dimensional network structure, a foam structure, a noodle structure, a fiber structure, or the like.
[0089]
The shape of the filter F1 before the outer shape cutting step is not limited to the quadrangular prism shape as in the embodiment, and may be a triangular prism shape, a hexagonal prism shape, or the like. Further, not only the entire shape of the assembly 9 is processed into a circular cross-section by the outer shape cutting process, but it may be processed into an elliptical cross-section, for example.
[0090]
In the embodiment, the ceramic filter assembly of the present invention is embodied as a filter for an exhaust gas purification device attached to the
[0091]
Next, in addition to the technical ideas described in the claims, the technical ideas grasped by the embodiment described above are listed below.
(1) In any one of
[0092]
(2) In any one of
[0093]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the inventions described in
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an overall schematic view of an exhaust gas purifying apparatus according to an embodiment embodying the present invention.
FIG. 2 is a front view of the ceramic filter assembly of the embodiment.
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of a main part of the exhaust gas purification device of the embodiment.
FIGS. 4A to 4C are schematic perspective views for explaining a manufacturing procedure of a ceramic filter assembly. FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 9 ... Ceramic filter aggregate | assembly, 9c ... Outer peripheral surface, 15 ... 1st layer, 16 ... 2nd layer, F1 ... Filter, M ... (filter adhesion | attachment) structure.
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