CN104271216A - 蜂窝结构体 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种蜂窝结构体（100），其具有形成多个第一流路（110a）和多个第二流路（110b）的分隔壁（112），第一流路（110a）的第一端面（100a）侧开口，第二端面（100b）侧封口，第二流路（110）的第一端面（100a）侧封口，第二端面（100b）侧开口，分隔壁（112）具有隔开第一流路（110a）和第二流路（110b）的标准壁（112a）、隔开在第一端面（100a）上相邻的两个第一流路（110a）的共同壁（112b），标准壁（112a）的厚度大于共同壁（112b）的厚度。

Description

蜂窝结构体

技术领域

本发明涉及作为净化气体的过滤器使用的蜂窝结构体。

背景技术

蜂窝结构体被广泛用于柴油颗粒过滤器等净化内燃机的排出气体的过滤器(例如参照专利文献1)。由于在蜂窝结构体会堆积从排出气体去除的煤烟，因此需要每隔一定期间将煤烟燃烧而进行过滤器再生(regeneration)。为了使煤烟燃烧，供给高温且大量的燃烧排气并使煤烟着火，将煤烟烧尽即可。

专利文献

专利文献1 日本特开2009-202143号公报。

发明内容

发明要解决的问题

然而，若由于过滤器再生时的煤烟的燃烧而使蜂窝结构体超过容许量被加热，则有可能产生过剩的热应力而损坏蜂窝结构体。为了避免这样的损坏，希望使过滤器再生时的煤烟的燃烧缓慢的技术。

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种蜂窝结构体，能够缓和过滤器再生时的煤烟的燃烧。

解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明提出一种蜂窝结构体，其具有互相相对的第一端面和第二端面、形成沿第一端面和第二端面的相对方向延伸的多个第一流路和多个第二流路的分隔壁，多个第一流路的第一端面侧开口，第二端面侧封口，第二流路的第一端面侧封口，第二端面侧开口，在第一端面上，多个第一流路包围第二流路而设置，并且各第一流路与第二流路相邻配置，分隔壁包括隔开第一流路和第二流路的标准壁、隔开在第一端面上相邻的两个第一流路的共同壁，标准壁的厚度大于共同壁的厚度。

根据上述蜂窝结构体，由于标准壁的厚度形成得大于共同壁的厚度，因此与标准壁的厚度与共同壁的厚度相等的情况相比，从第一端面的开口流入第一流路的气体难以穿过标准壁。因此，根据上述蜂窝结构体，在过滤器再生时即使高温气体流入第一流路且煤烟燃烧，由于燃烧而产生的燃烧气体(二氧化碳气体等)难以穿过标准壁而排出至第二流路，因此由于滞留在第一流路内燃烧气体的影响，抑制了进一步的氧供给，能够抑制并缓和煤烟的燃烧。其结果是，避免蜂窝结构体超过容许量地被加热而导致过剩的热应力而产生损坏，因此能够提高蜂窝结构体的可靠性。

在本发明的蜂窝结构体中，在第一端面上，也可以五个以上的第一流路包围第二流路而设置，该五个以上的第一流路的各个与第二流路相邻配置。

根据上述的蜂窝结构体，能够获得开口率高、有效率的流路配置。

在本发明的蜂窝结构体中，也可以是，一个第二流路和包围该第二流路的各第一流路之间的所有标准壁的厚度大于包围该第二流路的各第一流路之间的所有共同壁的厚度。

根据上述蜂窝结构体，第二流路周围的所有标准壁形成得比包围该第二流路的各第一流路之间的所有共同壁厚，因此燃烧气体难以从各第一流路向第二流路排出，能够进一步缓和煤烟的燃烧。

在本发明的蜂窝结构体中，也可以是，在形成第一流路的分隔壁之中，由共同壁形成的第一流路内的面积小于由标准壁形成的第一流路内的面积。

根据上述蜂窝结构体，形成第一流路的共同壁的面积小于标准壁的面积，因此与标准壁相比，煤烟层在共同壁上堆积得较厚。因此，在上述蜂窝结构体中，过滤器再生时，即使第一流路内发生煤烟的燃烧，但由于在共同壁上堆积较厚的煤烟层的燃烧难以推进，因此避免煤烟短时间同时燃烧，能够进一步缓和煤烟的燃烧。

发明效果

根据本发明所涉及的蜂窝结构体，能够缓和过滤器再生时的煤烟的燃烧。

附图说明

图1是示出第一实施方式的蜂窝结构体的图。

图2是沿着图1的II-II线的截面图。

图3是用于说明第一端面中的流路配置的放大图。

图4是显示第二实施方式的蜂窝结构体的第一端面的一部分的图。

图5是用于说明第二实施方式的蜂窝结构体的流路配置的放大图。

图6是显示第三实施方式的蜂窝结构体的第一端面的一部分的图。

具体实施方式

下面，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。

第一实施方式

如图1和图2所示，第一实施方式的蜂窝结构体100是例如作为净化柴油发动机、汽油发动机等内燃机的排出气体的过滤器而利用的圆柱状的结构体。圆柱状的蜂窝结构体100具有互相相对的第一端面100a和第二端面100b、形成多个流路110的分隔壁112。

如图2所示，流路110的第一端面100a和第二端面100b的任意一方被封口材料111封口。具体而言，多个流路110分为：第一端面100a侧开口并且第二端面100b侧封口的第一流路110a；第一端面100a侧封口并且第二端面100b侧开口的第二流路110b。

多个第一流路110a和多个第二流路110b是沿第一端面100a与第二端面100b的相对方向延伸的流路，具有正六边形的截面形状（与流路110a、110b的延伸方向垂直的截面形状）。

第一流路110a和第二流路110b被配置为，在第一端面100a上，第一流路110a包围第二流路110b。具体而言，在第一端面100a上，相邻的六个第一流路110a包围一个第二流路110b地配置。六个第一流路110a与一个第二流路110b分别相邻配置。

这样构成的蜂窝结构体100例如将第一端面100a作为气体上游侧(内燃机侧)，将第二端面100b作为气体下游侧(排气侧)，配置在内燃机的排出气体流路上。通过作为过滤器发挥功能的蜂窝结构体100的排出气体的主要流动以箭头G示出。

如箭头G所示，内燃机的排出气体首先从第一端面100a侧的开口流入第一流路110a。流入流路110a的气体由于流路110a的第二端面100b侧封口，因此穿过分隔壁112流入第二流路110b内。此时，利用分隔壁112来捕获排气中的煤烟。去除了煤烟的气体通过第二流路110b，从第二端面100b侧的开口向外流出。

作为过滤器发挥功能的蜂窝结构体100由多孔(例如平均细孔直径为20μm以下)的陶瓷材料等构成。作为蜂窝结构体100所使用的陶瓷材料，例如可以例举氧化铝、二氧化硅、莫来石、堇青石、玻璃、钛酸铝等氧化物、碳化硅、氮化硅、金属等。钛酸铝还能够包含镁和/或硅。

将作为上述陶瓷材料的坯体(未烧成成形体)挤压成形后烧成，之后进行预定的封口处理从而得到这样的蜂窝结构体100。坯体例如包含陶瓷原料的无机化合物源粉末、甲基纤维素等有机粘合剂、和根据需要添加的添加剂。

此外，在钛酸铝的坯体的情况下，无机化合物源粉末包含α氧化铝粉等铝源粉末、和锐钛矿型、金红石型的二氧化钛粉末等钛源粉末，还可以根据需要包含氧化镁粉末、氧化镁尖晶石粉末等镁源粉末和/或氧化硅粉末、玻璃粉等硅源粉末。

作为有机粘合剂，可以例举甲基纤维素、羧甲基纤维素、羟烷基甲基纤维素、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，例如可以例举成孔剂、润滑剂、增塑剂、分散剂和溶剂。

作为成孔剂，可以例举石墨等碳材料；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；和干冰等。

作为润滑剂和增塑剂，可以例举丙三醇等醇类；辛酸、月桂酸、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、聚氧乙烯烷基醚(POAAE)等。

作为分散剂，例如可以例举硝酸、盐酸、硫酸等无机酸；草酸、柠檬酸、乙酸、苹果酸、乳酸等有机酸；甲醇、乙醇、丙醇等醇类；聚羧酸铵等表面活化剂等。

作为溶剂，例如可以使用甲醇、乙醇、丁醇、丙醇等醇类；丙二醇、聚丙烯乙二醇、乙烯乙二醇等乙二醇类；和水等。

另外，封口材料111的材料可以使用与上述坯体相同的材料，也可以使用不同的材料。封口材料111也可以使用内燃机的排出气体不能通过的材料。

接下来，详细说明蜂窝结构体100的流路110和分隔壁112。

图3是用于说明第一端面100a中的流路110的配置的图。以多个第一流路110a中的流路121、122以及多个第二流路110b中的流路123为例在图3中示出。

如图3所示，分隔壁112具有：将相邻的第一流路121、122和第二流路123之间隔开的标准壁112a；将相邻的两个第一流路121、122隔开的共同壁112b。第一流路121、122由标准壁112a和共同壁112b形成，第二流路123仅由标准壁112a形成。

在蜂窝结构体100中，标准壁112a的厚度t_s形成得比共同壁112b的厚度t_c大。即，第一流路121、122与第二流路123的间隔形成得比第一流路121、122之间的间隔大。因此，与标准壁112a的厚度t_s和共同壁112b的厚度t_c相等的情况相比，第一流路121、122内的气体难以流入第二流路123。

其中，如图1所示，第一流路121、122之外的包围第二流路123的多个第一流路110a和第二流路123之间的所有标准壁112a的厚度形成得比第一端面100a上相邻的第一流路110a之间的所有共同壁112b的厚度大。优选的是，标准壁112a的厚度t_s与共同壁112b的厚度t_c满足0.1＜t_c/t_s＜0.9的关系。

如前所述，从第一端面100a的开口流入第一流路121、122的排气气体穿过标准壁112a进入第二流路123，由此从第二端面100b的开口向外排出。

此时，排气气体中包含的煤烟被标准壁112a所捕获，由此形成图3中所示的煤烟层Sa。煤烟层Sa形成在第一流路121、122的标准壁面121a、122a上。标准壁面121a是第一流路121中由标准壁112a形成的面，标准壁面122a是第一流路122中由标准壁112a形成的面。同样地，第二流路123也具有由标准壁112a形成的标准壁面123a、123b。

第二流路123的标准壁面123a是隔着标准壁112a与第一流路121的标准壁面121a相对的面。另外，第二流路123的标准壁面123b是隔着标准壁112a与第一流路122的标准壁面122a相对的面。换言之，分隔壁112中、由第一流路121、122的标准壁面121a、122a和第二流路123的标准壁面123a、123b所夹着的部分构成标准壁112a。

标准壁112a的厚度t_s相当于第一流路121、122的标准壁面121a、122a与第二流路123的标准壁面123a、123b的间隔。

另外，排气气体中包含的煤烟的一部分在第一流路121、122中流动时附着于共同壁112b而形成煤烟层Sb。煤烟层Sb形成在第一流路121、122的共同壁面121b、122b上。共同壁面121b是第一流路121中由共同壁112b形成的面，共同壁面122b是第一流路122中由共同壁112b形成的面。

共同壁面121b和共同壁面122b隔着共同壁112b相对。换言之，分隔壁112中、由共同壁面121b和共同壁面122b所夹着的部分构成共同壁112b。

共同壁112b的厚度t_c相当于共同壁面121b和共同壁面122b的间隔。其中，尽管图示省略了，但是形成第一流路121、12的其它的面上也堆积有煤烟。

在蜂窝结构体100中，利用高温气体燃烧煤烟层Sa、Sb等，进行恢复过滤器功能的过滤器再生。以箭头A、B示出过滤器再生时高温气体的流动一例。

过滤器再生时，由内燃机产生的高温气体一旦进入第一流路121、122，则高温气体的一部分如箭头A所示地回旋，如拂过表面般地移动，并且促进煤烟层Sb的燃烧。煤烟层Sb的燃烧产生的燃烧气体如箭头B所示地使煤烟层Sa燃烧，并且穿过标准壁112a，进入第二流路123。进入第二流路123的燃烧气体从第二端面100b的开口向外排出。另外的高温气体的一部分沿着箭头B直接流向煤烟层Sa，使煤烟层Sa燃烧，穿过标准壁112a，流入第二流路123，向外排出。

根据以上说明的第一实施方式的蜂窝结构体100，标准壁112a的厚度t_s形成得大于共同壁112b的厚度t_c，与标准壁112a的厚度t_s和共同壁112b的厚度t_c相等的情况相比，从第一端面100a的开口流入第一流路110a的气体难以穿过标准壁112a，在第二端面100b难以进入第二流路110b。因此，根据蜂窝结构体100，即使过滤器再生时高温气体流入第一流路110a发生煤烟的燃烧，但是由燃烧产生的燃烧气体（二氧化碳气体等）难以穿过标准壁112a排出至第二流路110b，滞留在第一流路110a内的燃烧气体的影响抑制进一步的氧供给，因此能够抑制煤烟的燃烧，使其放缓。其结果是，由于避免蜂窝结构体100超过容许量被加热而导致的过剩的热应力产生损坏，因此能够提高蜂窝结构体100的可靠性。

另外，在第一端面100a上，通过六个第一流路110a包围一个第二流路110b并且与该第二流路110b邻接地配置，能够以高开口率有效地配置具有六边形截面形状的流路110。

第二实施方式

第二实施方式的蜂窝结构体101与第一实施方式的蜂窝结构体100相比，第一流路的截面形状不同。图4是示出第二实施方式的蜂窝结构体101的第一端面101a的一部分的图。

如图4所示，第二实施方式的蜂窝结构体101的多个流路130分为：第一端面101a侧开口并且第二端面侧（未图示）封口的第一流路130a；第一端面101a侧封口并且第二端面侧开口的第二流路130b。第二流路130b由封口材料134封口。

在第一端面101a上，第一流路130a和第二流路130b被配置为，第一流路130a包围第二流路130b。具体而言，在第一端面101a上，相邻的六个第一流路130a包围一个第二流路130b地配置。六个第一流路130a与一个第二流路130b分别相邻配置。

第二流路130b是与第一实施方式相同的具有正六边形截面形状的流路。另一方面，第一流路130a具有规则的六边形（例如，与邻接的第二流路130b的正六边形截面的一边相对的短边以及长度比该短边更长的长边组成，长边和短边相对配置的六边形）截面形状。

第一流路130a和第二流路130b被配置为：六个第一流路130a的规则的六边形截面的长边与第二流路130b的正六边形截面的各边相对。

此处，图5是用于说明第一端面101a的流路130的配置的图。以多个第一流路130a中的流路131、132以及多个第二流路130b中的流路133为例，在图5中示出。

如图3所示，分隔壁135分为：将相邻的第一流路131、132和第二流路133之间分隔开的标准壁135a；将相邻的两个第一流路131、132分隔开的共同壁135b。

第一流路131、132是由标准壁135a和共同壁135b形成的流路，第二流路133是仅由标准壁135a形成的流路。

第二实施方式的蜂窝结构体101中，与第一实施方式相同地，标准壁135a的厚度t_s也形成得比共同壁135b的厚度t_c大。即，第一流路131、132与第二流路133的间隔形成得比第一流路131、132之间的间隔大。

另外，在第二实施方式的蜂窝结构体101中，第一流路131的共同壁面131b的面积形成得小于标准壁面131a的面积。即，形成第一流路131的标准壁135a和共同壁135b之中，由共同壁135b形成的面积小于由标准壁面131a形成的面积。这意味着，与煤烟堆积的共同壁面131b相比，作为煤烟的燃烧气体出口的标准壁面131a的面积较大。

并且，在第二实施方式的蜂窝结构体101中也是，第一流路131的标准壁面131a和第二流路133的标准壁面133a之间的标准壁135a的厚度t_s是均匀的，形成得大于共同壁135b的厚度t_c。

根据以上说明的第二实施方式的蜂窝结构体101，标准壁135a的厚度t_s形成得大于共同壁135b的厚度t_c，因此与标准壁135a的厚度t_s与共同壁135b的厚度t_c相等的情况相比，过滤器再生时第一流路131、132内的燃烧气体难以如箭头B所示穿过标准壁135a。因此，根据第二实施方式的蜂窝结构体101，与第一实施方式的蜂窝结构体100相同的理由，能够抑制向第一流路131、132内的进一步的氧供给，因此能够抑制并缓和煤烟的燃烧。

进一步，根据第二实施方式的蜂窝结构体101，形成第一流路131的共同壁面131b的面积小于标准壁面131a的面积，因此与标准壁面131a相比，煤烟层在共同壁面131b上堆积得较厚。因此，过滤器再生时，即使高温气体进入第一流路131，煤烟如箭头A所示那样从煤烟层Sb的表面侧燃烧，但由于堆积较厚的煤烟层Sb的燃烧难以推进，因此避免煤烟短时间同时燃烧，能够进一步缓和煤烟的燃烧。

另外，在第二实施方式的蜂窝结构体101中，由于采用具有不同截面形状的流路的非对称单元构造（非对称格子构造），因此与对称单元构造相比，在过滤器单位体积下能够获得较大的过滤器面积。这降低了排气气体的压力损失，因此对于提高内燃机的燃料效率有利。

第三实施方式

第三实施方式的蜂窝结构体102与第二实施方式的蜂窝结构体101相比，第一流路140a的截面形状不同。图6是示出第三实施方式的蜂窝结构体102的第一端面102a的一部分的图。

具体而言，如图6所示，第三实施方式的蜂窝结构体102的第一流路140a具有扁平六边形（例如，与邻接的第二流路140b的正六边形截面的一边相对的长边以及长度比该长边短的短边组成，两个长边彼此以及四个短边彼此分别相对配置的六边形）截面形状。

第一流路140a和第二流路140b被配置为：六个第一流路140a的扁平六边形截面的长边与第二流路140b的正六边形截面的各边相对。

第三实施方式的蜂窝结构体102中，与第一实施方式相同地，标准壁145a的厚度也形成得比共同壁145b的厚度大。从第一流路140观察，标准壁145a是与扁平六边形截面的短边相对应的分隔壁，共同壁145b是与扁平六边形截面的短边相对应的分隔壁。

另外，第三实施方式的蜂窝结构体102与第二实施方式的蜂窝结构体102相同地，形成第一流路140a的标准壁145a和共同壁145b之中，由共同壁145b形成的面积小于由标准壁面141a形成的面积。

以上说明的第三实施方式的蜂窝结构体102也能够获得与第二实施方式的蜂窝结构体101相同的效果。

以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的各实施方式。例如，蜂窝结构体的形状不限于圆柱状，也可以是截面为长圆或多边形等的柱状。另外，流路的截面形状不限于六边形，也可以是其他多边形、圆形、椭圆形等。另外，多个第一流路的截面形状与多个第二流路的截面形状可以不同，多个第一流路（或多个第二流路）之中也可以包含不同截面形状的流路。

另外，流路的配置也不限于以上所述。从效率性的观点出发，在第一端面上，也可以是五个以上的第一流路包围一个第二流路而设置，并且与该第二流路相邻配置。另外，在第二实施方式中，说明了形成第一流路的共同壁面的面积小于标准壁面的面积的情况，但也可以是形成第一流路的共同壁面的面积大于标准壁面的面积。

另外，标准壁的厚度也可以根据位置而不同，共同壁的厚度也可以根据位置而不同。在此情况下，只要形成一个第二流路的所有标准壁中的最小厚度大于包围该第二流路的各第一流路之间的所有共同壁中的最大厚度即可。

工业实用性

本发明能够用于能够缓和过滤器再生时的煤烟的燃烧的蜂窝结构体。

符号说明

100,101,102 蜂窝结构体

100a，101a，102a 第一端面

100b 第二端面

110，130,140 流路

110a，121,122,130a，131,132,140a，141,142 第一流路

110b，123,130b，133 第二流路

111 封口材料

112，135,145 分隔壁

112a，135a，145a 标准壁

112b，135b，145b 共同壁

121a，122a，123a，123b，131a，132a 标准壁面

121b，122b，131b，132b 共同壁面

Sa，Sb 煤烟层。

Claims (4)

1.一种蜂窝结构体，具有互相相对的第一端面和第二端面、形成沿所述第一端面和所述第二端面的相对方向延伸的多个第一流路和多个第二流路的分隔壁，其特征在于，

所述多个第一流路的所述第一端面侧开口，所述第二端面侧封口，

所述第二流路的所述第一端面侧封口，所述第二端面侧开口，

在所述第一端面上，所述多个第一流路包围所述第二流路而设置，并且各所述第一流路与所述第二流路相邻配置，

所述分隔壁包括隔开所述第一流路和所述第二流路的标准壁、隔开在所述第一端面上相邻的两个所述第一流路的共同壁，

所述标准壁的厚度大于所述共同壁的厚度。

2.如权利要求1所述的蜂窝结构体，其特征在于，在所述第一端面上，五个以上的所述第一流路包围所述第二流路地设置，该五个以上的第一流路中的各个与所述第二流路相邻配置。

3.如权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其特征在于，一个所述第二流路和包围该第二流路的各所述第一流路之间的所有所述标准壁的厚度大于包围该第二流路的各所述第一流路之间的所有所述共同壁的厚度。

4.如权利要求1-3中任一项所述的蜂窝结构体，其特征在于，在形成所述第一流路的所述分隔壁之中，由所述共同壁形成的所述第一流路内的面积小于由所述标准壁形成的所述第一流路内的面积。