CN101389392B - 陶瓷蜂窝式过滤器 - Google Patents

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Abstract

提供一种陶瓷蜂窝式过滤器，其具有蜂窝式构造体和密封部，所述蜂窝式构造体具有由多孔质的隔壁分隔开的多个流路，所述密封部交替设置于所述流路的废气流入侧或废气流出侧，所述陶瓷蜂窝式过滤器的特征在于，所述隔壁的厚度W(mm)、所述隔壁的通气度κ(μm2)、所述流路的长度L(mm)以及所述流路的垂直于长度方向的面上的所述流路的截面面积A(mm2)满足：0.1≤W≤0.5；8≤κ/W≤26.7；以及125≤L/A0.5≤360。

Description

陶瓷蜂窝式过滤器 
技术领域
本发明涉及一种陶瓷蜂窝式过滤器，其用于对从柴油发动机等排出的含有粒子状物质的废气进行净化。 
背景技术
在柴油发动机的废气中含有以碳(煤等)以及高沸点碳化氢为主成分的微粒子(Particulate Matter)，当将其排放到大气中时，会对人体和环境带来不良影响。因此，一直以来在柴油发动机的排气管上安装陶瓷蜂窝式过滤器(以下也称作“蜂窝式过滤器”)，用于除去微粒子来净化废气。如图8(a)以及图8(b)所示，现有的蜂窝式过滤器20包括：由形成多个流路3、4的多孔质隔壁2和外周壁1构成的陶瓷蜂窝式构造体；呈方格花纹状交替密封流路3、4的两端面8、9的密封部6a、6b。蜂窝式过滤器的外周壁1被把持部件(未图示)固定，把持部件由金属网眼或陶瓷制的垫等形成，蜂窝式过滤器的外周壁1被配置在金属制的收纳容器(未图示)内。 
在蜂窝式过滤器20中，废气如虚线箭头所示，从向废气流入侧端面8开口的流出侧密封流路3流入。废气中含有的微粒子在通过形成在隔壁2上的细孔时被捕捉，从向废气流出侧端面9开口的流入侧密封流路4流出净化后的废气。在微粒子被持续捕捉到隔壁2上时，隔壁的细孔堵塞，压力损失增加。通过利用燃烧器或加热器等使堆积的微粒子燃烧，由此可以再生蜂窝式过滤器。但是，由于为了使微粒子燃烧需要消耗能量，所以优选尽可能延长再生处理的间隔。为此，要求蜂窝式过滤器的初始压损小，并且在捕捉了微粒子之后蜂窝式过滤器的压力损失也不会急剧变大。 
蜂窝式过滤器要求在维持微粒子的高的捕捉效率的同时压力损失小。蜂窝式压力损失如图2模式地所示，认为是废气从流入侧端面8流入时的入口损失(P1)、从流出侧端面9流出时的出口损失(P2)、通过隔壁2时的隔壁损失(P3)、流过流路3、4时的与隔壁的摩擦引起的流路损失(P4)的合计。其中，认为隔壁损失(P3)占据过滤器的压力损失的大部分尤其在捕捉了微粒子之后的压力损失的上升与隔壁损失(P3)有很大关系。所以研究将隔壁损失(P3)降低的技术。
日本特开2003-40687号公报记载了如下一种蜂窝式过滤器，其气孔率为55～65％，平均细孔直径为15～30μm，在隔壁表面露出的气孔的总面积相对于隔壁的面积为35％以上，通过规定隔壁的气孔率等，可以兼顾微粒子的高捕捉效率和低压力损失。另外记载了对隔壁损失(P3)的大小带来影响的隔壁的通气度(透过性)优选为1.5～6μm2。但是，日本特开2003-40687号公报虽然记载了有关降低隔壁损失(P3)的技术，但并没有记载关于通过规定流路的长度以及截面截面来降低流路损失(P4)的技术。 
日本特开2002-239322号公报公开了一种多孔质陶瓷蜂窝式构造体，其隔壁的厚度为0.1～0.3mm，隔壁间距为1.4～3mm，流路截面面积为1.3mm2以上，流路的一边的长度为1.15mm以上，以及每单位体积的过滤器表面积为7cm2/cm3以上，通过这些规定可以高效捕捉微粒子并且可以降低压力损失。进而在日本特开2002-239322号公报记载了当隔壁间距过小时，废气从流入侧端面8流入时的入口损失(P1)变大。根据该记载，容易想到出口损失(P2)也变大。但是，日本特开2002-239322号公报并没有记载在将隔壁间距减小到3mm以下时，隔壁损失(P3)变小，另一方面，入口损失(P1)和出口损失(P2)变大的结果，蜂窝式过滤器的总计的压力损失如何变化。另外由于并没有对流路损失(P4)进行研究，所以例如在使隔壁间距一定，延长流路长度的情况下，由于隔壁2的总面积变大，所以隔壁损失(P3)变小，但另一方面，预想流路损失(P4)变大，从日本特开2002-239322号公报的记载中无法判断出蜂窝式过滤器的总计压力损失如何变化。 
WO2003/074848号公报公开了一种蜂窝式过滤器，其流路的截面的最长边的长度l(mm)，流路的长度L(mm)满足60≤L/l≤500的关系，流路内壁的表面粗糙度Ra在100μm以下。WO2003/074848号公报记载了在流路的长度过长的情况下，或与流路的长度方向垂直的截面的面积(以下， 仅称为流路的截面面积)过小(即隔壁的厚度如果相同，隔壁间距小)的情况下，流路损失(P4)变大。但是，并没有注意流路长的情况或隔壁间距小的情况下，由于流路损失(P4)变大，另一方面隔壁的总面积变大，所以隔壁损失(P3)变小。即，从WO2003/074848号公报的记载中也无法判断：流路损失(P4)变大，隔壁损失(P3)变小的结果，蜂窝式过滤器的总计压力损失如何变化。 
作为表示流路长度和蜂窝式过滤器的压力损失的关系的公知文献，日本特表2003-515023号公报公开了一种蜂窝式过滤器，其至少具有约0.50g/cm3的假密度，长度相对于直径之比不会超过约0.9。日本特表2003-515023号公报表示在隔壁的厚度、隔壁的间距以及蜂窝式过滤器的体积一定时的蜂窝式过滤器的全长和压力损失之间的关系，记载了随着全长变短(此时，由于体积一定，所以流路垂直方向截面面积增加)，蜂窝式过滤器的压力损失减少。即，由于隔壁的总面积一定，所以隔壁损失(P3)不变，但流路损失(P4)相应减少流路长度变短的部分，所以总计压力损失减少。但是，假如在使蜂窝式过滤器的截面面积一定来改变全长(流路长度)的情况下，由于流路损失(P4)减少，隔壁损失(P3)增加，所以从日本特表2003-515023号公报的记载中无法判断总计压力损失如何变化。 
以上这样通过隔壁的间距和流路的长度，可以推定P1～P4的四个损失分别是变大还是变小，但是合计了四个损失之后的蜂窝式过滤器的压力损失如何变化是不容易判定的。 
日本特开平9-299811号公报记载了一种蜂窝式构造体，其长度L和直径d之比L/d处于0.4～1.3的范围，隔壁的厚度在0.1mm以下，流路数量为100个/cm2以上。但是，该蜂窝式构造体是在维持高的废气净化性能的同时提高了散裂强度，其目的并不是降低压力损失。因此，根据日本特开平9-299811号公报，为了降低蜂窝式过滤器的压力损失，并不能容易得到如何设定隔壁的间距以及流路长度即可的提示。 
以上这样通过隔壁的间距和流路的长度，虽然可以推断P1～P4这四个损失各自是变大还是变小，但合计四个损失的蜂窝式过滤器的压力损失如何变化并不容易判断。因此，蜂窝式过滤器的开发实际上通过制作几种 蜂窝式过滤器来测定特性，通过反复进行来得到更优选的蜂窝式过滤器。 
另外，隔壁的间距以及流路的长度对蜂窝式过滤器的再生(微粒子的燃烧)时的温度上升带来影响，流路越长，废气流出侧端面9附近的温度变得越高，存在容易产生熔损的问题。 
发明内容
因此，本发明的目的是降低压力损失，得到一种难以产生熔损的蜂窝式过滤器。 
鉴于上述目的积极研究的结果，本发明人通过规定隔壁的厚度和通气度之间的关系、以及流路截面面积和长度的关系，发现可得到降低压力损失、难以产生熔损的蜂窝式过滤器，从而想到本发明。 
即，本发明的蜂窝式过滤器，其具有蜂窝式构造体和密封部，所述蜂窝式构造体具有由多孔质的隔壁分隔开的多个流路，所述密封部交替设置于所述流路的废气流入侧或废气流出侧，所述陶瓷蜂窝式过滤器的特征在于， 
所述隔壁的厚度W(mm)、所述隔壁的通气度κ(μm2)、所述流路的长度L(mm)以及所述流路的垂直于长度方向的面上的所述流路的截面面积A(mm2)满足： 
0.1≤W≤0.5； 
8≤κ/W≤26.7；以及 
125≤L/A0.5≤360。 
所述通气度κ(μm2)优选在2以上。 
所述L以及所述流路的垂直于长度方向的面上的所述蜂窝式过滤器的截面面积S(mm2)优选满足：0.75≤L/S0.5≤1.2。 
所述长度L优选在140mm以上。 
所述流入侧密封部的流出侧端面和所述流出侧密封部的流入侧端面之间的距离优选在120mm以上。 
发明效果 
通过规定陶瓷蜂窝式过滤器的隔壁的厚度和通气度、以及流路的截面面积和长度的关系，由此，可以得到降低压力损失、且难以产生溶损的蜂 窝式过滤器。进而，根据这些关系，可以决定压力损失最低的结构的陶瓷蜂窝式过滤器的形状参数。 
附图说明
图1(a)是垂直于流路表示本发明的陶瓷蜂窝式过滤器的一例的模式截面图； 
图1(b)是平行于流路表示本发明的陶瓷蜂窝式过滤器的一例的模式截面图； 
图2是模式地表示构成压力损失的P1～P4的各损失的图； 
图3(a)是表示L/A0.5与压力损失之间的关系的一例的坐标图； 
图3(b)是表示L/A0.5与压力损失之间的关系的其他粒子的坐标图； 
图3(c)是表示L/A0.5与压力损失之间的关系的另外粒子的坐标图； 
图4是表示L/A0.5和微粒子捕捉前后的压力损失之间的关系的一例的坐标图； 
图5是表示L/A0.5与微粒子燃烧时的蜂窝式过滤器的流出侧端面的最高温度之间的关系的坐标图； 
图6是表示流路的长度和压力损失之间的关系的坐标图； 
图7是在实施例20～23以及比较例5～7中，表示流路长度和微粒子捕捉后的压力损失之间的关系的坐标图； 
图8(a)是垂直于流路表示现有的陶瓷蜂窝式过滤器的模式截面图； 
图8(b)是平行于流路表示现有的陶瓷蜂窝式过滤器的模式截面图。 
具体实施方式
【1】本发明的作用效果 
本发明的蜂窝式过滤器10如图1(a)以及图1(b)所示，包括：具有外周壁1、在该外周壁1的内侧被分别正交的隔壁2分隔开的多个流出侧密封流路3以及流入侧密封流路4的多孔质陶瓷蜂窝式构造体；呈方格花纹状地交替密封废气流入侧端面8和废气流出侧端面9的流入侧密封部6a和流出侧密封部6b。 
(1)隔壁的厚度W 
隔壁2的厚度W(mm)是0.1～0.5mm。在W大于0.5mm时，隔壁损失(P3)增大，并且入口损失(P1)和出口损失(P2)增加，蜂窝式过滤器的压力损失增加。在W小于0.1mm时，蜂窝式过滤器的强度变低，并不实用。 
(2)通气度κ 
通气度κ(μm2)由式(1)表示。 
κ＝1×10-3η·Q·W/(E·P3) ...(1) 
在式(1)中，η是室温下的空气的粘度(MPa·s)，W是隔壁的厚度(mm)，Q是通过隔壁的气体的流量(m3/s)，E是气体通过的隔壁的面积(m2)，P3是隔壁的厚度方向的压力差[隔壁损失](MPa)。通气度的测定方法例如记载于日本特表2003-534229号公报。通过式(1)，隔壁损失(P3)成为 
P3＝(1×10-3ηQ/E)·W/κ ...(2) 
所以，蜂窝式过滤器的隔壁损失(P3)与κ/W成反比。即，κ/W越大，隔壁损失(P3)越小。 
隔壁2的通气度κ优选为2μm2以上。在通气度κ不足2μm2时，由于隔壁损失(P3)大，所以蜂窝式过滤器的压力损失变大。隔壁2的通气度κ更优选为4μm2以上。另外，在通气度κ超过10μm2时，由于微粒子的捕捉效率恶化，所以通气度κ优选在10μm2以下。更优选为8μm2以下。通气度κ由隔壁的气孔率以及气孔径调节。 
具体地说，可以通过向泡沫树脂等造孔剂的坯土中增减添加量来进行调节。 
通过式(1)可以知道蜂窝式过滤器的隔壁损失(P3)与隔壁的面积E成反比。即，隔壁的面积越大，隔壁损失(P3)越变小。隔壁的面积E与流路长度L(蜂窝式过滤器的全长)成正比，与隔壁间距P成反比。在此，由于隔壁间距P与流路的截面面积A的平方根成正比，所以隔壁的面积E与L/A0.5成正比，因此，隔壁损失(P3)与L/A0.5成反比。进而，隔壁的 总面积越大，每隔壁单位面积捕捉的微粒子的量越降低，所以捕捉微粒子之后的压力损失[隔壁损失(P3)]的上升变小。 
另一方面，流路的长度L越长、或流路的截面面积A越小(隔壁间距P越小)，流路损失(P4)越大，大致与L/A0.5成正比。κ/W一定且使L/A0.5变化时的隔壁损失(P3)、流路损失(P4)以及隔壁损失(P3)与流路损失(P4)的合计(图中表示计)的变化的一例如图3(a)所示。可以理解为：并不是蜂窝式过滤器的压力损失[隔壁损失(P3)和流路损失(P4)的合计]变得极小的L/A0.5存在，仅减小隔壁间距P并增大隔壁的面积，或流路长度L越短，蜂窝式过滤器的压力损失就越变小。在L/A0.5过大的情况下，蜂窝式过滤器的压力损失也上升。 
(3)通气度和隔壁的厚度之比：κ/W 
κ/W是满足8≤κ/W≤26.7的值。图3(b)表示κ/W比图3(a)的情况小使的L/A0.5和压力损失之间的关系。在κ/W变小时，隔壁损失(P3)增大，因此蜂窝式过滤器的压力损失[隔壁损失(P3)和流路损失(P4)的合计]变大。因此，在κ/W过小时，蜂窝式过滤器的压力损失显著变大，不适于实用。因此，通过使κ/W在8以上，可以防止蜂窝式过滤器的压力损失的上升。 
图3(c)表示κ/W比图3(a)的情况大时的L/A0.5与压力损失之间的关系。在κ/W变大时，隔壁损失(P3)变小，因此，蜂窝式过滤器的压力损失[隔壁损失(P3)和流路损失(P4)的合计]也变小。因此，为了降低蜂窝式过滤器的压力损失，κ/W优选越大越好。但是，若将隔壁的气孔率以及/或者平均气孔直径增大并增大通气度κ，或者将隔壁的厚度W减薄，则蜂窝式过滤器的强度变小。因此，在进行使κ/W过度变大的设计时，蜂窝式过滤器的强度下降，不适于实用。例如，在通过设厚度W＝0.3mm来减小κ＝8μm2(使气孔率为70％左右)的隔壁时，蜂窝式过滤器的强度变得过低，并不适于实用。因此，κ/W在26.7以下。 
(4)流路长度和(流路的截面面积)0.5之比：L/A0.5
流路的长度L(mm)和流路的截面面积A(mm2)的平方根之比L/A0.5是满足125≤L/A0.5≤360的值。在L/A0.5成为大于360的值时，蜂窝式过滤器的压力损失上升，并且在蜂窝式过滤器的再生时产生熔损。蜂窝式过 滤器的再生通过流入过滤器的高温空气使堆积在隔壁的表面上的微粒子燃烧来进行，但流路的长度L以及流路的截面面积A对蜂窝式过滤器再生时的过滤器的温度带来影响。 
图5是表示在仅仅流路长度L不同的各种蜂窝式过滤器中捕捉了一定量的微粒子之后，从流入侧端面8流入550℃的空气而使微粒子燃烧时的，L/A0.5的值和废气流出侧端面的最高温度之间的关系。L/A0.5的值变大时，废气流出侧端面的最高温度急剧上升。即，流路的长度L越长，过滤器的温度变得越高，越容易发生熔损。另外，在流路的截面面积A减小时，隔壁的总面积增大，隔壁的每单位面积的微粒子的堆积量减少。因此，与空气的接触面积增加，微粒子有效燃烧。其结果是，引起温度急剧上升，蜂窝式过滤器变得容易产生熔损。 
在本发明中，在上述的κ/W为8以上，且L/A0.5在360以下的情况下，可以降低蜂窝式过滤器的压力损失。在κ/W不足8时，由于隔壁损失(P3)高，所以为了降低压力损失，需要延长流路的长度L，或减小隔壁的间距并减小A0.5。但是，在延长流路的长度L时产生上述熔损的文的，若减小隔壁间距，则如后述那样，假密度增大。 
如图3(a)所示，在L/A0.5在125以下时，蜂窝式过滤器的压力损失急剧增大。但是，如图3(c)所示，在使用κ/W的值大的蜂窝式过滤器的情况下，隔壁损失(P3)和流路损失(P4)的合计极小的L/A0.5变小。因此，在满足蜂窝式过滤器的强度的范围内，通过增大κ/W，即使缩短蜂窝式过滤器的全长L，也能够充分减小压力损失。但是，在L/A0.5小(蜂窝式过滤器的全长L短以及/或者隔壁间距P大)、即隔壁的总面积小时，如图4所示，伴随着捕捉微粒子，隔壁每单位面积的微粒子的堆积量急剧增加，蜂窝式过滤器的压力损失上升。因此，L/A0.5的值的下限由于微粒子捕捉时的压力损失而受到限制，通过设为125≤L/A0.5，可以防止微粒子捕捉时的蜂窝式过滤器的压力损失急剧上升。而且，通过增大L/A0.5，例如即使在蜂窝式过滤器的初始压损增加的情况下，也可以降低微粒子捕捉时的压力损失的上升。因此，优选133.3≤L/A0.5，更优选166≤L/A0.5，最优选175≤L/A0.5。 
而且，在本发明中，没必要全部的流路满足125≤L/A0.5≤360的式子， 只要一半以上的流路满足该式子即可。更优选80％以上的流路满足该式子即可。 
(5)流路长度和(过滤器截面面积)0.5之比：L/S0.5
垂直于流路的长度L(mm)方向的面上的蜂窝式过滤器的截面面积设为S(mm2)时，优选L和S的关系满足0.75≤L/S0.5≤1.2。在流路的截面面积A一定时，当蜂窝式过滤器的截面面积S减少时，由于流路3、4的数量减少，蜂窝式过滤器的压力损失变大，所以为了降低压力损失优选大的S。另外，当流路的长度L变大时，由于蜂窝式过滤器的体积变大，要有大的向车辆上搭载的空间，所以并不优选。因此通过设为L/S0.5≤1.2，可以防止蜂窝式过滤器的压力损失的增大，并且可以防止蜂窝式过滤器的体积的增大。而且，为了与L的次元相应，设成S0.5。 
在蜂窝式过滤器的截面面积S相对于流路的长度L变大时，蜂窝式过滤器的重量和体积变大，并不优选。另外，在蜂窝式过滤器的截面面积S变大时，蜂窝式过滤器的压力损失增大，并不优选。在S变大时，收纳蜂窝式过滤器的容器的直径变大。在流过排气管的气体通过蜂窝式过滤器前后膨胀/收缩，因此在该收纳容器的直径变大时，气体的膨胀收缩量变大，压力损失变大。因此，通过设为0.75≤L/S0.5，防止蜂窝式过滤器的压力损失的增大，同时可以防止蜂窝式过滤器的体积和重量的增大，所以优选。优选0.87≤L/S0.5，更优选0.98≤L/S0.5。在L/S0.5不足0.98的情况下，L/A0.5在210以下可以降低蜂窝式过滤器的压力损失，所以优选。 
(6)假密度 
本发明的蜂窝式过滤器优选使假密度[蜂窝式过滤器的质量(g)/蜂窝式过滤器的体积(cm3)]为不足0.5g/cm3。假密度在0.5g/cm3以上时，热容量变大，所以尤其是催化剂承载型(对通过承载的催化剂物质的作用捕捉的微粒子进行燃烧净化)蜂窝式过滤器的情况下，高温的废气或未燃烧燃料等加热单元引起的温度上升慢，催化剂物质被活性化需要时间。因此，无法在短时间内进行蜂窝式过滤器的再生。另外，必须大量地供给高温的废气或未燃烧燃料等加热单元，燃费变差。蜂窝式过滤器的假密度更优选不足0.4g/cm3。另一方面，由于流路3、4的截面面积越大，或隔壁的厚度W越薄，或隔壁的气孔率越大，蜂窝式过滤器的假密度越小，所以在 设计极小的假密度时，蜂窝式过滤器的强度变弱，并不适于实用。另外，当假密度过小时，由于蜂窝式过滤器再生时温度过度上升，所以产生熔损，或各部位产生大的温差而裂开。因此，蜂窝式过滤器的假密度优选为0.1g/cm3以上，更优选为0.3g/cm3以上。 
为了减小蜂窝式过滤器的假密度，外周壁1的气孔率优选在30％以上，更优选在35％以上。由于外周壁1的气孔率极端大时强度下降，并不适于实用，所以优选在80％以下，更优选在60％以下。外周壁1在挤压成形时可以与隔壁2的成形同时一体成形，也可以之后形成在挤压成形陶瓷蜂窝式构造体的外周。在后者的情况下，可以使隔壁2和外周壁1形成不同的气孔率。 
(7)开口率 
在废气流入侧端面8的开口率优选在30％以上。开口率若不足30％，则入口损失(P1)变大，蜂窝式过滤器的压力损失变大。开口率更优选在34％以上。上述的所谓开口率是流出侧密封流路3的开口面积总和相对于废气流入侧端面8的面积的比例。 
(8)流路的长度L 
本发明的蜂窝式过滤器优选流路长度L(mm)在140mm以上。本发明人发现，在蜂窝式过滤器捕捉微粒子之后的压力损失的大小，以流路长度L为140mm为界较大地变化。流路长度L和微粒子捕捉后的压力损失的大小之间的关系如图6所示的坐标图概念性地表示。在L的值是比140mm小的值时，微粒子捕捉后的压力损失显著增大。 
(9)流入侧密封部的流出侧端面和流出侧密封部的流入侧端面之间的距离X 
另外，如图1所示，通过使流入侧密封部6a的流出侧端面7a和流出侧密封部6b的流入侧端面7b之间的距离X(mm)为120mm以上，即使在密封部6a、6b的流路方向的长度在10mm以上的情况下，或流入侧密封部6a从废气流入侧端面8分开配置的情况下，也可以更可靠地得到微粒子捕捉后的压力损失小的蜂窝式过滤器。 
(10)氧化催化剂 
即使在废气的温度低的情况下，为了有效使微粒子燃烧，优选在隔壁 的表面以及细孔内承载氧化催化剂。作为氧化催化剂，特别优选白金族金属催化剂。承载了催化剂的隔壁的通气度κ优选在1以上，尤其优选在2以上。通过使催化剂承载后的隔壁的气孔率在50％以上，即使在承载了催化剂的情况下，也可以使通气度κ在1以上。为了增大通气度κ，优选将催化剂的承载量设在蜂窝式过滤器体积每1升有6g，更优选设为4g以下。此时，优选的是催化剂承载前的隔壁的气孔率在60％以上，通气度κ在3以上。 
【2】陶瓷蜂窝式过滤器 
本发明的陶瓷蜂窝式过滤器主要是以除去柴油发动机的废气中的微粒子为目的而实用的，所以作为构成隔壁以及密封部的材料，优选耐热性号的材料，优选采用以从堇青石、氧化铝、模来石、氮化硅、碳化硅、钛酸铝、氮化铝、以及LAS构成的组之中选出的至少一种为主结晶的陶瓷材料。其中，以堇青石为主结晶的材料由于价廉且耐热性以及耐腐蚀性优越，低热膨胀，所以最优选。即使构成隔壁的材料和构成密封部的材料不同也没关系，为了降低由于隔壁和密封部的热膨胀系数的差异而产生的应力，优选采用同一材料。 
本发明通过以下的实施例进一步详细说明，但本发明并不限定于此。 
实施例1 
配合高岭土、滑石、硅石、氢氧化铝的粉末，使得成为50质量％的SiO2、35质量％的Al2O3、以及15质量％的MgO的组成，制成堇青石生成原料粉末。在其中作为混合剂添加甲基纤维素以及羟基甲基纤维素，作为润滑剂以及造孔剂添加泡沫树脂，以干式充分混合后，添加水充分混炼，制作可塑化陶瓷坯土。对该坯土进行挤压成形，切断，制成具有蜂窝式构造的成形体。对该成形体进行干燥以及烧制，得到堇青石质陶瓷蜂窝式构造体。在该蜂窝式构造体的各流路3、4的一端设置密封部6a、6b，进而设置外周壁1，得到全长(L)360mm、外径(2r)300mm、隔壁的厚度(W)0.3mm、隔壁间距(P)1.5mm以及气孔率60％的图1所示那样的蜂窝式过滤器10。得到的蜂窝式过滤器的通气度κ为4.6μm2，假密度为0.4g/cm3。通气度κ可以通过增减向坯土中添加的作为造泡剂的泡沫树脂的添加量来 进行调整。在废气流入侧端面8的开口率，以[(隔壁间距P-隔壁厚度W)2/(隔壁间距P)2]×0.5表示，为1.22/1.52×0.5＝32％。 
实施例2～9 
如表1所示，除了改变流路长度L以外，与实施例1同样制作蜂窝式过滤器。 
实施例1～9的蜂窝式过滤器的L/A0.5的值、κ/W、L/S0.5的值、体积以及假密度如表1所示。而且体积以设实施例3的蜂窝式过滤器为100时的相对值表示。 
压力损失的测定 
从各蜂窝式过滤器的废气流入侧端面8一侧，将来自微粒子产生器的碳粉(粒径0.042μm)，以0.4g/min(空气流量1Nm3/min)投入1小时。之后使20℃的空气以10Nm3/min的流量通过这些蜂窝式过滤器，利用压力损失测定装置测定上游侧和下游侧之间的差压(压力损失)。 
熔损的评价 
向进行了压力损失的测定之后的各蜂窝式过滤器中进一步将上述的碳粉以1.6g/min投入1小时，用550℃的空气使碳粉燃烧后的蜂窝式过滤器的熔损按照以下的基准评价。 
没有确认到熔损的...○ 
虽然确认到熔损，但实用上没问题的...△ 
确认到熔损的...× 
通气度的测定 
采用从分别按照与实施例1～9的蜂窝式过滤器相同的条件制造的蜂窝式过滤器的隔壁切出的试验片测定通气度。通气度的测定模仿日本特表2003-534229号公报记载的方法进行。 
压力损失、熔损的评价以及通气度如表1所示。而且，压力损失的值是以设实施例3的值为100时的相对值表示的。 
实施例10～18 
除了将隔壁的厚度W、通气度κ、流路的长度L、蜂窝式过滤器的截面面积S、隔壁间距P以及流路的截面面积A如表1所示改变以外，与实施例1同样，制作实施例10～18的蜂窝式过滤器。与实施例1同样进行这些蜂窝式过滤器的假密度、体积以及压力损失的测定、以及熔损的评价。结果如表1所示。 
实施例19 
除了设隔壁的厚度W为0.2mm，在蜂窝式过滤器的隔壁上承载白金催化剂(过滤器每1升有3g)，设通气度κ为2.0以外，与实施例3同样，制作蜂窝式过滤器。与实施例1同样进行该蜂窝式过滤器的假密度、体积以及压力损失的测定、以及熔损的评价。结果如表1所示。 
比较例1 
除了将过滤器的全长L如表1所示缩短以外，与实施例13同样制作蜂窝式过滤器。 
比较例2 
除了将通气度κ、过滤器的全长L以及隔壁间距P如表1所示改变以外，与实施例13同样制作蜂窝式过滤器。 
比较例3 
除了将隔壁的厚度如表1那样改变以外，与实施例3同样制作蜂窝式过滤器。 
比较例4 
除了将隔壁厚度W以及通气度κ如表1所示改变以外，与实施例3同样制作蜂窝式过滤器。 
与实施例1同样，进行比较例1～4的蜂窝式过滤器的假密度、压力损失以及通气度的测定、以及熔损的评价。结果如表1所示。 
另外，测定实施例3和比较例4的蜂窝式过滤器的等静压强度的结果是，相对于实施例3的蜂窝式过滤器，比较例4的蜂窝式过滤器的强度约为50％。 
本发明的蜂窝式过滤器(实施例1～19)，如表1可知，由于隔壁的厚度为0.1～0.5mm，满足125≤L/A0.5≤360以及8≤κ/W≤26.7，所以压力损失是较低的值，为140以下。其中，隔壁的通气度κ在2.0μm2以上的实施例1～16以及19的蜂窝式过滤器，压力损失是138以下的较低的值。另外，实施例2～7以及14的蜂窝式过滤器由于满足0.75≤L/S0.5≤1.2的关系，所以压力损失、体积小，是特别优选的形状。 
与本发明的实施例相比，L/A0.5的值小于125的比较例1的蜂窝式压力损失大，为222。另外，L/A0.5的值大于360的比较例2的蜂窝式过滤器的压力损失大，为142，确认到了熔损。隔壁厚度W大于0.5mm的比较例3，由于κ/W小于8.0，所以压力损失也大，为157。虽然在比较例3的蜂窝式过滤器中没有确认到熔损，但确认到微粒子的燃烧的硬块。推定这是假密度为0.7g/cm3这样高的原因。κ/W大于26.7的比较例4，如前所述，静压强度小，并不实用。 
[表1] 
隔壁厚度Wmm 通气度κμm2 流路长度Lmm 过滤器截面面积Smm2 隔壁间距Pmm 流路截面面积Amm2
实施例1 0.3 4.6 360 70650 1.5 1.44
实施例2 0.3 4.6 320 70650 1.5 1.44
实施例3 0.3 4.6 300 70650 1.5 1.44
实施例4 0.3 4.6 280 70650 1.5 1.44
实施例5 0.3 4.6 260 70650 1.5 1.44
实施例6 0.3 4.6 230 70650 1.5 1.44
实施例7 0.3 4.6 200 70650 1.5 1.44
实施例8 0.3 4.6 160 70650 1.5 1.44
实施例9 0.3 4.6 150 70650 1.5 1.44
实施例10 0.3 4.6 360 70650 1.3 1.00
实施例11 0.3 4.6 300 53066 1.5 1.44
实施例12 0.3 4.6 140 70650 1.3 1.00
实施例13 0.3 2.4 360 70650 1.5 1.44
实施例14 0.5 13.4 230 70650 1.5 1.00
实施例15 0.3 4.6 260 125600 1.5 1.44
实施例16 0.2 2.0 360 70650 1.5 1.69
实施例17 0.2 1.6 280 70650 1.5 1.69
实施例18 0.1 1.0 280 70650 1.0 0.81
实施例19 0.2 2.0 300 70650 1.5 1.69
比较例1 0.3 2.4 120 70650 1.5 1.44
比较例2 0.3 2.8 370 70650 1.3 1.00
比较例3 0.6 4.6 300 70650 1.5 0.81
比较例4 0.1 3.2 300 70650 1.5 1.96
表1(接续) 
L/A0.5 κ/W L/S0.5 压力损失＊ (微粒子捕捉后) 体积＊ 假密度 熔损
实施例1 300.0 15.3 1.35 104 120 0.4 ○
实施例2 266.7 15.3 1.20 102 107 0.4 ○
实施例3 250.0 15.3 1.13 100 100 0.4 ○
实施例4 233.3 15.3 1.05 98 93 0.4 ○
实施例5 216.7 15.3 0.98 97 87 0.4 ○
实施例6 191.7 15.3 0.87 98 77 0.4 ○
实施例7 166.7 15.3 0.75 99 67 0.4 ○
实施例8 133.3 15.3 0.60 110 53 0.4 ○
实施例9 125.0 15.3 0.56 117 50 0.4 ○
实施例10 360.0 15.3 1.35 122 120 0.4 ○
实施例11 250.0 15.3 1.30 130 75 0.4 ○
实施例12 140.0 15.3 0.53 138 47 0.4 ○
实施例13 300.0 8.0 1.35 137 120 0.5 ○
实施例14 230.0 26.7 0.87 102 77 0.5 ○
实施例15 216.7 15.3 0.73 94 154 0.4 ○
实施例16 276.9 10.0 1.35 117 120 0.3 ○
实施例17 215.4 8.0 1.05 139 93 0.3 ○
实施例18 311.1 10.0 1.05 140 93 0.2 ○
实施例19 230.8 10.0 1.13 116 100 0.3 ○
比较例1 100.0 8.0 0.45 222 40 0.5 ○
比较例2 370.0 9.3 1.39 142 123 0.4 ×
比较例3 333.3 7.7 1.13 157 100 0.7 ○
比较例4 214.3 32.0 1.13 81 100 0.1 △
注*：体积以及压力损失的值分别设实施例3的值为100时的相对值。 
实施例20～23 
除了分别将隔壁的间距P以及过滤器的外径改变为1.4mm和190mm，将流路的长度L改变为如表2所示的值以外，与实施例8同样制作蜂窝式过滤器。 
从实施例20～23的蜂窝式过滤器的废气流入侧端面8一侧，将来自微粒子产生器的碳粉(粒径0.042μm)以0.3g/min(空气流量1Nm3/min)投入1小时。之后，以10Nm3/min的流量使20℃的空气通过这些蜂窝式过滤器，利用压力损失测定装置测定上游侧和下游侧的差压。结果如表2所示。而且，压力损失的值是以设实施例20的值为100时的相对值表示的。 
比较例5～7 
除了改变流路的长度L以外，与实施例20同样地制作蜂窝式过滤器。 
比较例5～7的蜂窝式过滤器的压力损失与实施例20～23同样测定。结果如表2所示。而且，压力损失的值是以设实施例20的值为100时的相对值表示的。 
图7表示实施例20～23以及比较例5～7的蜂窝式过滤器的长度L和微粒子捕捉后的压力损失之间的关系。从表2以及图7可知，在蜂窝式过滤器的全长L为140mm以上时，微粒子捕捉后的压力损失的大小几乎不受L的大小的影响，但在蜂窝式过滤器的全长L小于140mm时，随着L变小，微粒子捕捉后的压力损失急剧增加。 
[表2] 
通气度κμm2 Lmm X＊mm Amm2 L/A0.5 κ/W L/S0.5 压力损失＊＊(微粒子捕捉后)
实施例20 4.6 179 159 1.21 162.7 15.3 1.06 100
实施例21 4.6 160 140 1.21 145.5 15.3 0.95 101
实施例22 4.6 150 130 1.21 136.4 15.3 0.89 102
实施例23 4.6 140 120 1.21 127.3 15.3 0.83 105
比较例5 4.6 130 110 1.21 118.2 15.3 0.77 120
比较例6 4.6 120 100 1.21 109.1 15.3 0.71 128
比较例7 4.6 110 90 1.21 100.0 15.3 0.65 138
注*：X是流入侧密封部的流出侧端面和流出侧密封部的流入侧端面之间的距离。 
注**：压力损失的值是以设实施例20的值为100时的相对值表示的。 

Claims (5)

1.一种陶瓷蜂窝式过滤器，其具有蜂窝式构造体和密封部，所述蜂窝式构造体具有由多孔质的隔壁分隔开的多个流路，所述密封部交替设置于所述流路的废气流入侧或废气流出侧，所述陶瓷蜂窝式过滤器的特征在于，
所述隔壁的厚度W(mm)、所述隔壁的通气度κ(μm2)、所述流路的长度L(mm)以及所述流路的垂直于长度方向的面上的所述流路的截面面积A(mm2)满足：
0.1≤W≤0.5；
8≤κ/W≤26.7；以及
125≤L/A0.5≤360。
2.如权利要求1所述的陶瓷蜂窝式过滤器，其特征在于，
所述通气度κ(μm2)在2以上。
3.如权利要求1或2所述的陶瓷蜂窝式过滤器，其特征在于，
所述L以及所述流路的垂直于长度方向的面上的所述蜂窝式过滤器的截面面积S(mm2)满足：
0.75≤L/S0.5≤1.2。
4.如权利要求1或2所述的陶瓷蜂窝式过滤器，其特征在于，
所述长度L在140mm以上。
5.如权利要求1或2所述的陶瓷蜂窝式过滤器，其特征在于，
所述流入侧密封部的流出侧端面和所述流出侧密封部的流入侧端面之间的距离在120mm以上。
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