CN103889544A - 蜂窝构造体 - Google Patents

Abstract

提供一种能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降、并且能够抑制环状裂纹的扩大的蜂窝构造体。本发明是沿着中心轴（CL）延伸的柱状的蜂窝构造体（10），具有在中心轴（CL）的延伸方向上相互对置的第1端面（10a）及第2端面（10b）、和形成沿着中心轴（CL）延伸的多个第1流路（Ra）及多个第2流路（Rb）的隔壁（10c）；第1流路（Ra）的第1端面（10a）侧被开口，第1流路（Ra）的第2端面（10b）侧被封口；第2流路（Rb）的第1端面（10a）侧被封口，第2流路（Rb）的第2端面（10b）侧被开口；第1端面（10a）的开口比例比第2端面（10b）的开口比例大；所述蜂窝构造体（10）具有环状列（W），所述环状列（W）是从中心轴（CL）的延伸方向观察将隔着隔壁（10c）相邻的第2流路（Rb）排列为环状而形成的。

Description

蜂窝构造体

技术领域

本发明涉及被作为将气体净化的过滤器使用的蜂窝构造体。

背景技术

作为柴油机粒子过滤器等将内燃机的排出气体净化的过滤器，而广泛地使用蜂窝构造体（例如参照专利文献1）。由于从排出气体去除的煤堆积在蜂窝构造体中，所以需要按照一定期间将煤燃烧而进行过滤器再生（regeneration）。为了使煤燃烧，只要供给高温且大量的燃烧排气而对煤点火、使煤燃烧完就可以。

由于在过滤器再生时有因煤的燃烧热而蜂窝构造体损坏的情况，所以蜂窝构造体被要求较高的耐热冲击性。在专利文献1中，记载有下述技术：在具有将多个分段部用连结部结合的构造的蜂窝构造体中，通过调整连结部的强度而提高了耐热冲击性。

专利文献1：特开2009－202143号公报。

发明内容

可是，本发明者们对蜂窝构造体反复进行实验后发现了以下状况：在耐热冲击性测试中，在蜂窝构造体的气体下游侧端面上产生多个放射状裂纹，在更恶劣的条件下，这些裂纹扩大而相互连接，最终形成环状的裂纹。因此，需要进行用来避免因放射状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降的对策。

本发明是鉴于上述课题而做出的，目的是提供一种能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降、并且能够抑制环状裂纹的扩大的蜂窝构造体。

为了解决上述课题，本发明是一种沿着中心轴延伸的柱状的蜂窝构造体，具有：第1端面及第2端面，在中心轴的延伸方向上相互对置；和隔壁，形成沿着中心轴延伸的多个第1流路及多个第2流路；第1流路的第1端面侧被开口，第1流路的第2端面侧被封口；第2流路的第1端面侧被封口，第2流路的第2端面侧被开口；第1端面的开口比例比第2端面的开口比例大；所述蜂窝构造体具有环状列，所述环状列是从中心轴的延伸方向观察将隔着隔壁相邻的第2流路排列为环状而形成的。

根据上述蜂窝构造体，通过具有将作为气体下游侧的第2端面侧被开口的第2流路排列形成的环状列，即使在过滤器再生时施加有超过蜂窝构造体的容许量的热冲击，也能够进行引导，以使得在第2端面侧，不是环状列以外的部位的封口或隔壁，而是环状列的第2流路间的隔壁被破坏而产生环状裂纹。并且，在上述蜂窝构造体中，由于环状列的第1端面侧全部被封口，所以即使在环状列的第2端面侧产生环状裂纹而第2流路彼此连通，也不会产生煤泄漏。因而，根据上述蜂窝构造体，能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降。此外，通过容许环状列中的环状裂纹的产生，由然后的热冲击施加的应力被分散，所以能够抑制环状裂纹的扩大。进而，根据该蜂窝构造体，由于能够不像以往的蜂窝构造体那样另外设置低强度部件，而通过流路的封口样式的精心设计引导环状裂纹的产生，所以能够实现蜂窝构造体的结构的简单化及低成本化。

上述环状列也可以以将柱状的蜂窝构造体的中心轴包围的方式形成。

根据该结构，由于能够在环状列的第2端面侧有效地承受通过热冲击产生的要产生环状裂纹的应力，所以能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

上述蜂窝构造体也可以具有隔着隔壁相邻且并列的多个环状列。

根据该结构，通过多个环状列相互并列，能够使环状列的第2端面侧的强度比其他部位更低，能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

上述蜂窝构造体也可以是，在与中心轴垂直的截面中，形成环状列的第2流路的开口面积的均值比不形成环状列的第2流路的开口面积的均值大。

根据该结构，由于在与中心轴垂直的截面中，形成环状列的第2流路的开口面积的均值比不形成环状列的第2流路的开口面积的均值大，所以能够使流路列的第2端面侧的强度变得比其他部位更低，能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

根据本发明，能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降，并且能够抑制环状裂纹的扩大。

附图说明

图1是表示有关第1实施方式的蜂窝构造体的立体图。

图2是表示与蜂窝构造体的中心轴垂直的截面的一部分的放大图。

图3（a）是表示蜂窝构造体的第1端面的一部分的放大图。图3（b）是表示蜂窝构造体的第2端面的一部分的放大图。

图4是表示沿着蜂窝构造体的中心轴的截面的一部分的放大图。

图5是表示蜂窝构造体的第2端面的整体图。

图6是图5的部分放大图。

图7是表示有关第2实施方式的蜂窝构造体的第2端面的整体图。

图8是图7的部分放大图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的优选的实施方式详细地说明。

［第1实施方式］

如图1所示，有关第1实施方式的蜂窝构造体10安装在柴油机粒子过滤器等上，是作为用来将内燃机的排出气体净化的过滤器使用的圆柱状的构造体。圆柱状的蜂窝构造体10沿着中心轴CL延伸。以后，将中心轴CL的延伸方向称作中心轴方向。

蜂窝构造体10具有在中心轴方向上相互对置的第1端面10a及第2端面10b、和形成沿着中心轴CL延伸的多个第1流路Ra及多个第2流路Rb的隔壁10c。

蜂窝构造体10由多孔质（例如，平均细孔直径20μm以下）的陶瓷材料等构成。作为在蜂窝构造体10中使用的陶瓷材料，可以举出例如氧化铝、硅石、富铝红柱石、堇青石、玻璃、钛酸铝等氧化物、碳化硅、氮化硅、金属等。钛酸铝可以还包含镁及/或硅。

这样的蜂窝构造体10可以通过将作为上述陶瓷材料的生坯成形体（未烧成成形体）烧成、对各流路Ra、Rb进行规定的封口处理来得到。生坯成形体含有作为陶瓷原料的无机化合物源粉末、甲基纤维素等有机粘结剂、以及根据需要添加的添加剂。

例如，在钛酸铝的生坯成形体的情况下，无机化合物源粉末包括α氧化铝粉等铝源粉末、以及锐钛矿型或金红石型的二氧化钛粉末等钛源粉末，根据需要，可以还含有氧化镁粉末或镁氧尖晶石粉末等镁源粉末、及/或氧化硅粉末或玻璃料等硅源粉末。

作为有机粘结剂，可以举出甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟烷基甲纤维素、羧甲基纤维素钠等纤维素类；聚乙烯醇等醇类；木质素磺酸盐。

作为添加物，可以举出例如造孔剂、润滑剂、增塑剂、分散剂及溶剂。

作为造孔剂，可以举出石墨等碳材；聚乙烯、聚丙烯、聚甲基丙烯酸甲酯等树脂类；淀粉、坚果壳、胡桃壳、玉米等植物材料；冰；及干冰等等。

作为润滑剂及增塑剂，可以举出甘油等醇类；辛酸、十二烷酸、棕榈酸、花生酸、油酸、硬脂酸等高级脂肪酸、硬脂酸铝等硬脂酸金属盐、聚氧化烯烷基醚（POAAE）等。

作为分散剂，可以举出例如硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；草酸、柠檬酸、醋酸、苹果酸、乳酸等有机酸；甲醇、乙醇、丙醇等醇类；聚羧酸铵等界面活性剂等。

作为溶剂，可以使用例如甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇类；丙二醇、聚丙二醇、乙二醇等二醇类；及水等。

图2是表示沿着图1的中心轴CL的截面的一部分的放大图。如图2所示，蜂窝构造体10的流路Ra、Rb的第1端面10a侧及第2端面10b侧的任一方被封口。具体而言，第1流路Ra的第1端面10a侧被开口，第2端面10b侧被封口材11封口。此外，第2流路Rb的第2端面10b侧被开口，第1端面10a侧被封口材12封口。

封口材11、12的材料既可以使用与上述生坯成形体相同的材料，也可以使用不同的材料。此外，在封口材11、12的材料中，也可以使用不使内燃机的排出气体穿过的材料。

蜂窝构造体10具有形成多个第1流路Ra及多个第2流路Rb的隔壁10c。换言之，由隔壁10c将各个流路Ra、Rb分隔。隔壁10c沿着中心轴CL从第1端面10a延伸到第2端面10b。

图2所示的蜂窝构造体10以第1端面10a为气体上游侧（内燃机侧）、以第2端面10b为气体下游侧，配置在内燃机的排出气体流路上。将穿过蜂窝构造体10的排出气体的主要的流动表示为箭头G。

如箭头G所示，内燃机的排出气体首先从第1端面10a侧的开口向流路Ra流入。由于第1流路Ra的第2端面10b侧被封口，所以流入到第1流路Ra中的气体穿过隔壁10c向第2流路Rb内流入。当气体穿过隔壁10c时，气体中的煤等被捕捉。流入到第2流路Rb内的气体经由第2端面10b侧的开口向蜂窝构造体10外流出。由此，净化后的气体被从蜂窝构造体10的第2端面10b侧排出。

接着，对第1流路Ra及第2流路Rb的截面形状进行说明。图3是表示与蜂窝构造体10的中心轴CL垂直的截面的一部分的放大图。图4（a）是表示蜂窝构造体10的第1端面10a的一部分的放大图，图4（b）是表示第2端面10b的一部分的放大图。

如图3及图4所示，与蜂窝构造体10的中心轴CL垂直的截面具有格子构造，所述格子构造通过隔壁10c以六边形状形成流路Ra、Rb。这样的蜂窝构造体10的形状除了封口材11、12以外，通过挤压一体成形而制作，流路Ra、Rb不会在中途变形，以一定的截面形状在中心轴方向上延伸。

作为第1流路Ra及第2流路Rb的截面形状，有正六边形状、和规则的六边形状（例如，由长度与相邻的正六边形状的流路截面的一边相同的长边、以及长度比该长边短的短边构成的六边形状）。即，蜂窝构造体10具备非对称小室构造（非对称格子构造），所述非对称小室构造具有不同的截面形状的流路。

具体而言，第1流路Ra具有规则的六边形状的截面形状。另一方面，第2流路Rb被分为截面形状不同的两种流路Rb1、Rb2。第2流路Rb1具有正六边形状的截面形状，第2流路Rb2具有与第1流路Ra相同的规则的六边形状的截面形状。另外，关于第2流路Rb2，在图3及图4中没有图示。

在与蜂窝构造体10的中心轴CL垂直的截面中，以将截面形状为正六边形状的流路Rb2包围的方式，配置有截面形状为规则的六边形状的第1流路Ra（及第2流路Rb1）。通过这样的配置，在蜂窝构造体10中，第1流路Ra形成得比第2流路Rb数量多。因此，第1端面10a中的开口比例（第1端面10a的整体面积中的第1流路Ra的开口面积的比例）比第2端面10b中的开口比例（第2端面10b的整体面积中的第2流路Rb的开口面积的比例）大。这样，通过使气体上游侧的第1端面10a中的开口比例变大，能够抑制蜂窝构造体10中的排气气体的压力损失的产生。

接着，对蜂窝构造体10具有的环状列W进行说明。图5是表示第2端面10b的整体图，图6是图5的部分放大图。如图5及图6所示，蜂窝构造体10从中心轴方向观察具有呈环状（正六边形状）的环状列W。环状列W以中心轴CL为中心包围而形成。另外，环状列W的形状并不一定需要是正六边形。例如，也可以是圆形、四边形等其他多边形等，只要是将直线或曲线组合而形成的封闭的环形状就可以。

环状列W由截面形状为正六边形状的第2流路Rb1和截面形状为规则的六边形状的第2流路Rb2构成。环状列W将隔着隔壁10c相邻的第2流路Rb1、Rb2排列为环状（正六边形状）而形成。通过这样的结构，在环状列W中，与第2端面10b中的环状列W以外的部位（图4（b）中表示那样的部位）相比开口比例较高，能够故意地设置强度较低的部分。

如图6所示，有关第1实施方式的蜂窝构造体10的环状列W可以分为一列（宽度为一个流路的量的列）的环状列Wa、Wb、Wc。换言之，环状列W由并列的环状列Wa、Wb、Wc构成。这样，通过将环状列Wa、Wb、Wc集中多个构成，能够实现进一步的强度的降低。

根据以上说明的有关第1实施方式的蜂窝构造体10，具有将第2流路Rb排列而形成的环状列W，所述第2流路Rb作为气体下游侧的第2端面10b侧被开口，由此，即使在过滤器再生时作用有超过蜂窝构造体10的容许量的热冲击，也能够进行引导，以使得在第2端面10b侧，不是环状列W以外的部位的封口或隔壁、而是环状列W的第2流路Rb间的隔壁最先被破坏而产生环状裂纹。并且，在蜂窝构造体10中，由于环状列W的第1端面10a侧全部被封口，所以即使在环状列W的第2端面10b侧产生环状裂纹、第2流路Rb1、Rb2间连通，也不会产生煤泄漏。因而，根据蜂窝构造体10，能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降。

此外，在蜂窝构造体10中，通过容许环状列W中的环状裂纹的产生，能够实现通过然后的热冲击施加的应力的分散，所以能够抑制环状裂纹的扩大。进而，根据蜂窝构造体10，由于能够不像以往的蜂窝构造体那样另外设置低强度部件，而通过流路的封口样式的精心设计引导环状裂纹的产生，所以能够实现蜂窝构造体的结构的简单化及低成本化。

此外，蜂窝构造体10通过具有隔着隔壁10c相邻并列的多个环状列Wa、Wb、Wc，能够在第2端面10b侧故意地制作强度较低的环状的区域，能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

进而，在蜂窝构造体10中，由于以将中心轴CL包围的方式形成环状列W，所以能够在环状列W的第2端面10b侧有效地承受通过热冲击产生的要产生环状裂纹的应力，能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

此外，在蜂窝构造体10中，通过采用图3所示的非对称小室构造，与对称小室构造相比，能够将每过滤器单位体积的过滤器面积取得大，所以能够实现起因于过滤器的压力损失的降低，能够实现采用蜂窝构造体10的内燃机的燃料费的改善。

［第2实施方式］

有关第2实施方式的蜂窝构造体20在形成有第1环状列W1、第2环状列W2及放射状的流路列W3这一点、和具有第2流路Rb3这一点上，相比有关第1实施方式的蜂窝构造体10不同。另外，对于与第1实施方式对应的部分赋予对应的附图标记，省略重复的说明。

图7是表示有关第2实施方式的蜂窝构造体20的第2端面20b的整体图。如图7所示，有关第2实施方式的蜂窝构造体20具有两个环状列W1、W2。环状列W1、W2以中心轴CL为中心围成正六边形状而形成。第1环状列W1形成在比第2环状列W2靠内侧。

图8是图7的部分放大图。如图8所示，第1环状列W1及第2环状列W2将隔着隔壁20c相邻的第2流路Rb3排列为环状（正六边形状）而形成。第1环状列W1及第2环状列W2包括第2端面20b开口的第2流路Rb中的第2流路Rb3。

第2流路Rb3是与中心轴CL垂直的截面中的开口面积比第2流路Rb1的开口面积大的流路。即，在与中心轴CL垂直的截面中，第2流路Rb3的开口面积比第2流路Rb1的开口面积大。第2流路Rb3具有将图6所示的一个第2流路Rb1和其周围的四个第2流路Rb2一体化的截面形状。另外，第2流路Rb3的截面形状并不限定于上述形状。

根据以上说明的有关第2实施方式的蜂窝构造体20，与有关第1实施方式的蜂窝构造体10同样，能够将环状裂纹的产生向第1环状列W1及第2环状列W2引导，所以能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降。此外，通过容许环状列W1、W2中的环状裂纹的产生，能够实现通过然后的热冲击施加的应力的分散，所以能够抑制环状裂纹的扩大。

并且，由于环状列W1、W2包括开口面积较大的第2流路Rb3，所以形成环状列W1、W2的第2流路Rb的开口面积的均值比不形成环状列W1、W2的第2流路Rb的开口面积的均值大。所谓形成环状列W1、W2的第2流路Rb的开口面积的均值，是将环状列W1、W2内的全部的第2流路Rb的开口面积的合计用流路数除而得到的面积均值。同样，所谓不形成环状列W1、W2的第2流路Rb的开口面积的均值，是将不形成环状列W1、W2的全部的第2流路Rb的开口面积的合计用流路数除而得到的面积均值。由此，在蜂窝构造体20中，环状列W1、W2的开口比例变大，能够使强度变得更低，所以能够更可靠地引导环状裂纹的产生。

进而，有关第2实施方式的蜂窝构造体20具有以中心轴CL为中心放射状取位的多个流路列W3。流路列W3以从第2环状列W2描绘的正六边形状的各顶点朝向蜂窝构造体20的外周延伸的方式形成。这些流路列W3也与第1环状列W1及第2环状列W2同样，由开口面积较大的第2流路Rb3构成。

根据这样的构成的蜂窝构造体20，即使在过滤器再生时施加有超过蜂窝构造体20的容许量的热冲击、施加有产生放射状的裂纹的应力，也能够进行引导，以使得在流路列W3的第2端面20b侧产生放射状的裂纹。并且，在蜂窝构造体20中，由于流路列W3的第1端面20a侧全部被封口，所以即使在流路列W3的第2端面20b侧产生放射状裂纹，也不产生煤泄漏，能够抑制因放射状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降。此外，通过容许流路列W3中的放射状裂纹的产生，能够将通过然后的热冲击施加的应力的分散，所以能够抑制放射状裂纹的扩大。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述各实施方式。例如，环状列W、W1、W2及流路列W3的位置、大小、形状等并不限定于以上所述。环状列W、W1、W2并不需要一定以蜂窝构造体10的中心轴CL为中心形成，中心轴CL也可以从环状列W、W1、W2的中心偏离，也可以以不将中心轴CL包围的方式形成环状列W、W1、W2。环状列W、W1、W2及流路列W3的位置、大小、形状等例如在各种蜂窝构造体中能够匹配于容易产生裂纹的区域而设定。

此外，第1流路Ra及第2流路Rb的截面形状并不限定于上述形状。此外，蜂窝构造体10、20的截面构造并不限定于非对称小室构造，也可以是由相同截面形状的流路构成的对称小室构造。此外，蜂窝构造体10、20并不需要一定通过挤压一体成形制作，也可以通过分段构造制作。

产业上的可利用性

本发明能够作为蜂窝构造体利用，所述蜂窝构造体能够抑制因环状裂纹的产生造成的过滤器性能的下降，并且能够抑制环状裂纹的扩大。

附图标记说明

10、20…蜂窝构造体，10a、20a…第1端面，10b、20b…第2端面，10c、20c…隔壁，11…封口材，12…封口材，CL…中心轴，Ra…第1流路，Rb…第2流路，Rb1…第2流路（正六边形状），Rb2…第2流路（规则的六边形状），Rb3…第2流路（截面扩大），W、Wa～Wc…环状列，W1…第1环状列，W2…第2环状列，W3…流路列。

Claims (4)

1.一种蜂窝构造体，是沿着中心轴延伸的柱状的蜂窝构造体，其特征在于，

具有：

第1端面及第2端面，在上述中心轴的延伸方向上相互对置；和

隔壁，形成沿着上述中心轴延伸的多个第1流路及多个第2流路；

上述第1流路的上述第1端面侧被开口，上述第1流路的上述第2端面侧被封口；

上述第2流路的上述第1端面侧被封口，上述第2流路的上述第2端面侧被开口；

上述第1端面的开口比例比上述第2端面的开口比例大；

所述蜂窝构造体具有环状列，所述环状列是将隔着上述隔壁相邻的上述第2流路从上述中心轴的延伸方向观察排列为环状而形成的。

2.如权利要求1所述的蜂窝构造体，其特征在于，

上述环状列以将上述中心轴包围的方式形成。

3.如权利要求1或2所述的蜂窝构造体，其特征在于，

具有隔着上述隔壁相邻且并列的多个上述环状列。

4.如权利要求1～3中任一项所述的蜂窝构造体，其特征在于，

在与上述中心轴垂直的截面中，形成上述环状列的上述第2流路的开口面积的均值比不形成上述环状列的上述第2流路的开口面积的均值大。

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