CN108686439A - 蜂窝结构体 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种蜂窝结构体，能够降低压力损失。作为流入隔室(2IN)的第一隔室(2a)的开口率大于作为流出隔室(2OUT)的第二隔室(2b)的开口率，于配设成包围至少一个第一隔室(2a)的隔壁(1)，在隔着第一隔室(2a)而对置的部位分别配设有向第一隔室(2a)内突出的第一突起(6a)和第二突起(6b)，第一突起(6a)和第二突起(6b)配设成：在各自的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠，第一突起(6a)的前端与第二突起(6b)的前端的突起间长度X相对于对置的隔壁(1)的相互间距离W而言为10％～70％。
Description
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体。更详细而言，涉及在用作过滤器的情况下、能够降低压力损失、提高捕集效率的蜂窝结构体。
背景技术
以往，作为对从柴油发动机等内燃机排出的废气中的粒子状物质进行捕集或者对CO、HC、NOx等有毒气体成分进行净化的装置，已知有使用了蜂窝结构体的过滤器。蜂窝结构体为具备配设成包围多个隔室的多孔质的隔壁的结构体，该多个隔室形成流体的流路。构成蜂窝结构体的隔壁由例如堇青石、碳化硅等多孔质陶瓷构成。以下，有时将粒子状物质称为“PM”。PM是“Particulate Matter”的简称。
对于使用了蜂窝结构体的过滤器，在由多孔质的隔壁区划形成的隔室中的任意一方的开口部配设封孔部，利用多孔质的隔壁除去废气中的PM。以下，有时将使用了蜂窝结构体的过滤器称为“蜂窝过滤器”。例如，蜂窝过滤器相对于多个隔室而对流入端面侧的开口部和流出端面的开口部交替封孔，由此，成为多孔质的隔壁发挥出除去PM的过滤器的作用的结构。对于像这样的蜂窝过滤器，如果使含有PM的废气从流入端面流入，则在废气通过多孔质的隔壁时，废气中的PM被该多孔质的隔壁捕集。由此，从蜂窝过滤器的流出端面排出的废气为PM被除去的气体。另外，对于像这样的蜂窝过滤器，还已知：通过将催化剂担载于隔壁的细孔内，能够利用该催化剂对废气中的有毒气体成分进行净化。
蜂窝过滤器有时因长期使用而使得废气中的烟灰(Ash)等堆积在流入端面侧开口的隔室(以下，有时称为“流入隔室”)内，导致压力损失急剧增大。因此，作为防止该现象发生的对策，对提高流入隔室内的过滤面积及开口率下了工夫。具体而言，提出了使流入隔室和流出隔室的、与隔室延伸的方向正交的截面形状不同而得到的结构(例如、专利文献1)。有时将像这样的结构称为例如HAC结构。HAC结构是“High Ash Capacity结构”的简称。另外，上述的流出隔室是“流出端面侧开口的隔室”。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2004－896号公报
发明内容
但是，像专利文献1中记载的那样的蜂窝过滤器存在：通过隔壁的废气集中在流出端面侧附近的倾向。因此，存在如下问题：废气通过隔壁的壁通过流速在蜂窝过滤器的流出端面侧附近增大，导致蜂窝过滤器的压力损失增加。另外，还存在如下问题：如果通过隔壁的废气集中在流出端面侧附近，则蜂窝过滤器的捕集性能会劣化。
此处，通过使流入隔室的开口率OFAIN小于流出隔室的开口率OFAOUT(即、OFAIN＜OFAOUT)，使得上述的壁通过流速的问题得到改善。但是，利用像这样的方法实现改善的情况下，对于流入隔室，供烟灰等堆积的堆积容量减少，或者由于流入端面侧的几何学表面积的减少而导致压力损失增加。以下，有时将几何学表面积称为“GSA”。GSA是“GeometricSurface Area：几何学表面积”的简称。另外，通过使流入隔室的水力直径HDIN小于流出隔室的水力直径HDOUT(即、HDIN＜HDOUT)，同样使得壁通过流速的问题得到改善。但是，这种情况下，在烟灰等堆积在流入隔室内时，也会导致压力损失增加。
本发明是鉴于像这样的现有技术具有的问题而实施的。本发明提供一种能够降低压力损失、提高捕集效率的蜂窝结构体。
根据本发明，提供以下示出的蜂窝结构体。
[1]一种蜂窝结构体，其中，
所述蜂窝结构体包括区划形成多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从第一端面延伸至第二端面，形成流体的流路，
所述多个隔室包含：所述第一端面侧的端部开口且所述第二端面侧的端部被封孔的第一隔室、以及所述第一端面侧的端部被封孔且所述第二端面侧的端部开口的第二隔室，
所述蜂窝结构体构成为：通过使从所述第一端面侧流入的所述流体透过所述隔壁，而作为过滤流体流出到所述第二隔室内，使所述过滤流体从所述第二端面侧流出，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面内，在所述第二隔室的周围配设有所述第一隔室，
所述第一端面内的所述第一隔室的开口率大于所述第二端面内的所述第二隔室的开口率，
于配设成包围至少一个所述第一隔室的所述隔壁，在隔着该第一隔室而对置的部位分别配设有向该第一隔室内突出的突起，
配设于所述隔壁的对置的部位的2个所述突起中，将配设于所述隔壁的一部位的所述突起作为第一突起，将配设于所述隔壁的另一部位的所述突起作为第二突起，
所述第一突起和所述第二突起配设成：在各个突起的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠，
所述第一突起的前端与所述第二突起的前端的突起间长度X相对于所述对置的所述隔壁上的所述一部位至所述另一部位的相互间距离W而言为10％～70％。
[2]根据所述[1]中记载的蜂窝结构体，其中，
所述第一突起的突起高度H1相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为15％～45％，
且所述第二突起的突起高度H2相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为15％～45％。
[3]根据所述[1]或[2]中记载的蜂窝结构体，其中，所述第一突起的突起高度H1与所述第二突起的突起高度H2的合计值相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为30％～90％。
[4]根据所述[1]～[3]中的任意一项中记载的蜂窝结构体，其中，
所述第一突起的宽度Y1小于设置有该第一突起的所述一部位处的所述隔壁的厚度T1，
且所述第二突起的宽度Y2小于设置有该第二突起的所述另一部位处的所述隔壁的厚度T2。
[5]根据所述[1]～[4]中的任意一项中记载的蜂窝结构体，其中，向1个所述第一隔室内突出的所述突起的总数为4个以下。
[6]根据所述[1]～[5]中的任意一项中记载的蜂窝结构体，其中，在1个所述第一隔室内，配设于所述隔壁的对置的部位的2个所述突起的组合的个数为2个以下。
本发明的蜂窝结构体能够降低压力损失，提高捕集效率。例如，通过在作为流入隔室的第一隔室内设置突起，能够将作为流入隔室的第一隔室的开口率OFAIN、几何学表面积(GSA)、水力直径HDIN等维持在某一程度，并且，能够使该第一隔室的流路阻力增加。因此，在将蜂窝结构体的第一端面作为流入端面的情况下，能够使第一隔室的流路阻力增加，且能够调整为通过该第一隔室内的废气在靠近第一端面的位置通过隔壁。因此，根据本发明的蜂窝结构体，在隔室延伸的方向上，能够更均匀地维持壁通过流速，发挥出抑制压力损失增大以及抑制捕集效率降低的效果。此外，上述效果由于不需要大幅减小作为流入隔室的第一隔室的开口率OFAIN，所以还能够有效地确保供烟灰等堆积的堆积容量。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的、从第一端面侧观察得到的立体图。
图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的俯视图。
图3是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第二端面的俯视图。
图4是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
图5是将图2所示的第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图6是用于对向第一隔室内突出的突起的形状进行说明的示意图。
图7是用于对向第一隔室内突出的突起的其他形状进行说明的示意图。
图8是用于对配设于隔壁的对置的部位的2个突起之一例进行说明的示意图。
图9是用于对配设于隔壁的对置的部位的2个突起的另一例进行说明的示意图。
图10是用于对不是面对着的2个突起之一例进行说明的示意图。
图11是用于对不是面对着的2个突起的另一例进行说明的示意图。
图12是用于对突起之一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图13是用于对突起的另一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图14是用于对突起的另一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图15是用于对突起的另一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图16是用于对突起的另一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图17是用于对本发明的蜂窝结构体的另一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。
图18是用于对本发明的蜂窝结构体的又一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。
图19是用于对本发明的蜂窝结构体的又一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。
符号说明
1、21、41、61：隔壁，2、22、42、62：隔室，2a、22a、42a、62a：第一隔室(隔室)，2b、22b、42b、62b：第二隔室(隔室)，2IN：流入隔室，2OUT：流出隔室，3：外周壁，5：封孔部，6：突起，6a：第一突起(突起)，6b：第二突起(突起)，11：第一端面，12：第二端面，100、200、300、400：蜂窝结构体，101：隔壁，102：隔室，106a、106b：突起，P1：突起的底部的中点，P2：突起的高度的一半位置处的该突起的宽度的中点。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，但是，本发明并不限定于以下的实施方式。因此，应当理解：在不脱离本发明的主旨的范围内基于本领域技术人员的通常知识对以下的实施方式加以适当变更、改良等而得到的实施方式均在本发明的范围内。
(1)蜂窝结构体：
如图1～图4所示，本发明的蜂窝结构体的第一实施方式是具备多孔质的隔壁1的蜂窝结构体100。蜂窝结构体100是具有第一端面11以及第二端面12的柱状的结构体。此外，图1～图4所示的蜂窝结构体100还具备配设成包围多孔质的隔壁1的外周壁3。此处，图1是示意性地表示本发明的蜂窝结构体的一实施方式的、从第一端面侧观察得到的立体图。图2是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第一端面的俯视图。图3是示意性地表示图1所示的蜂窝结构体的第二端面的俯视图。图4是示意性地表示图2的A－A’截面的截面图。
蜂窝结构体100例如被用作净化废气的过滤器。此时，第一端面11为废气流入的流入端面。第二端面12为废气流出的流出端面。即，本实施方式的蜂窝结构体100构成为：通过使从第一端面11侧流入的流体、例如废气通过隔壁1，而作为过滤流体流出到第二隔室2b内，使过滤流体从第二端面12侧流出。以下，有时将第一端面11称为流入端面，另外，有时将第二端面12称为流出端面。
多孔质的隔壁1区划形成多个隔室2，该多个隔室2从第一端面11延伸至第二端面12，形成流体的流路。即，多个隔室2被隔壁1包围，形成流体的流路。
多个隔室2包含：第一端面11侧的端部开口且第二端面12侧的端部被封孔的第一隔室2a、以及第一端面11侧的端部被封孔且第二端面12侧的端部开口的第二隔室2b。在将第一端面11作为流入端面的情况下，第一隔室2a为净化前的废气流入的隔室2、即流入隔室2IN。在将第一端面11作为流入端面的情况下，第二隔室2b为供净化后的废气(即、净化气体)流出的隔室2、即流出隔室2OUT。各隔室2的端面上的封孔是通过配设于各隔室2的开口端部的封孔部5来实施的。
在蜂窝结构体100的与隔室2延伸的方向正交的截面内，在第二隔室2b的周围配设有第一隔室2a。即，在1个第二隔室2b的周围以包围该第二隔室2b的方式配设有多个第一隔室2a。当然，第二隔室2b与第一隔室2a之间通过多孔质的隔壁1而区划开。
如图2以及图3所示，本实施方式的蜂窝结构体100中，在与隔室2延伸的方向正交的截面内，第一隔室2a(流入隔室2IN)的形状为六边形，第二隔室2b(流出隔室2OUT)的形状为四边形。并且，在四边形的第二隔室2b的周围配置有4个第一隔室2a。应予说明，与隔室2延伸的方向正交的截面内的、各隔室2的形状不限定于上述的形状。
第一端面11内的第一隔室2a的开口率OFAIN大于第二端面12内的第二隔室2b的开口率OFAOUT。即，本实施方式的蜂窝结构体100满足下式(1)的关系。式(1)中，“OFAIN”表示第一端面11内的第一隔室2a的开口率，“OFAOUT”表示第二端面12内的第二隔室2b的开口率。通过像这样进行构成，能够降低本实施方式的蜂窝结构体100用作过滤器时的压力损失。应予说明，“第一端面11内的第一隔室2a的开口率OFAIN”是第一端面11内的第一隔室2a的开口部的总面积A1all相对于第一端面11的面积S1的比值的百分率(A1all/S1×100)。“第一隔室2a的开口部的总面积A1all”是将第一端面11内的所有第一隔室2a的开口部的面积求和而得到的总面积。“第二端面12内的第二隔室2b的开口率OFAOUT”是第二端面12内的第二隔室2b的开口部的总面积A2all相对于第二端面12的面积S2的比值的百分率(A2all/S2×100)。“第二隔室2b的开口部的总面积A2all”是将第二端面12内的所有第二隔室2b的开口部的面积求和而得到的总面积。
式1：OFAIN＞OFAOUT
如图5所示，本实施方式的蜂窝结构体100于配设成包围至少一个第一隔室2a的隔壁1，在隔着该第一隔室2a而对置的部位分别配设有向该第一隔室2a内突出的突起6、6。图5是将图2所示的第一端面11的一部分放大得到的放大俯视图。应予说明，图1～图4中，在将配设于隔壁1的突起6抽象化的状态下进行作图。
此处，如图5所示，在配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6、6中，将配设于隔壁1的一部位的突起6作为第一突起6a，将配设于隔壁1的另一部位的突起6作为第二突起6b。此时，第一突起6a和第二突起6b配设成：在各个突起6a、6b的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠。以下，有时将第一突起6a以及第二突起6b简称为突起6a、6b。
此处，参照图8以及图9，对“第一突起6a和第二突起6b在各个突起6a、6b的伸展方向的延长线上至少一部分分别重叠”的状态进行说明。图8是用于对配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b之一例进行说明的示意图。图9是用于对配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b的另一例进行说明的示意图。
首先，参照图8，对“突起6的伸展方向”进行说明。突起6的伸展方向是指：将突起6的底部的中点P1和突起6的高度H的一半位置处的该突起6的宽度的中点P2连结而得到的线段延伸的方向。因此，“突起6的伸展方向”并不一定通过突起6的前端。应予说明，以下，有时将“突起6的伸展方向”和“配设有该突起6的隔壁1的延伸方向”所成的角表示为限定“突起6的伸展方向”的角度。此处，“配设有突起6的隔壁1的延伸方向”是指：在与突起6的底部相接触的隔壁1上沿着该隔壁1的表面的方向。例如，图8中，“突起6的伸展方向”和“配设有该突起6的隔壁1的延伸方向”所成的角为90°。因此，可以说图8所示的突起6的伸展方向为90°。此外，在与突起6的底部相接触的隔壁1上，“与一方侧缘侧的底部相接触的隔壁1的延伸方向”和“与另一方侧缘侧的底部相接触的隔壁1的延伸方向”不同的情况下，有时求出2个与突起6的伸展方向所成的角。这种情况下，将与突起6的伸展方向所成的角中的、角度更小一方的角度作为“突起6的伸展方向”。
“第一突起6a和第二突起6b在各个突起6a、6b的伸展方向的延长线上至少一部分分别重叠”是指如下状态。首先，对于一方突起6a，使该突起6a的底部的宽度在突起6a的伸展方向上延长。在该伸展方向的延长前端，存在另一方突起6b的至少一部分的情况下，称之为：该突起6a在其伸展方向的延长线上与突起6b重叠。同样地，对于另一方突起6b，将该突起6b的底部的宽度在突起6b的伸展方向上延长。在该伸展方向的延长前端，存在一方突起6a的至少一部分的情况下，称之为：该突起6b在其伸展方向的延长线上与突起6a重叠。由此，是指：在分别观察2个突起6a、6b的情况下，在各伸展方向的延长线上存在所对置配置的另一方突起6a、6b的状态。
例如图9所示，突起6a、6b的伸展方向没有与突起6a、6b的底部垂直的情况下，也可以与图8同样地进行突起6a、6b是否分别重叠的判断。
例如，图10以及图11所示的状态为突起106a、106b分别不重叠。例如，图10中，在隔壁101的表面以向隔室102内突出的方式配设有2个突起106a、106b。在突起106a的伸展方向的延长线上，不存在突起106b，在突起106b的伸展方向的延长线上，也不存在突起106a。图11中也同样，在突起106a的伸展方向的延长线上，不存在突起106b，在突起106b的伸展方向的延长线上，也不存在突起106a。此处，图10是用于对不是面对着的2个突起之一例进行说明的示意图。图11是用于对不是面对着的2个突起的另一例进行说明的示意图。
图10以及图11所示的状态的突起106a、106b分别不重叠，因此，以下，有时将像这样的状态称为“2个突起106a、106b不是面对着”。另一方面，有时将如图8以及图9所示2个突起6a、6b分别重叠的状态称为“2个突起6a、6b面对着”。
本实施方式的蜂窝结构体100的特征之一在于：在配设成包围至少一个第一隔室2a的隔壁1设置有第一突起6a和第二突起6b，且该第一突起6a和第二突起6b面对着。
此外，本实施方式的蜂窝结构体100的特征之一在于：第一突起6a的前端与第二突起6b的前端的突起间长度X相对于对置的隔壁1上的一部位至另一部位的相互间距离W而言为10％～70％。通过像这样进行构成，本实施方式的蜂窝结构体100能够在隔室2延伸的方向上更均匀地维持壁通过流速，发挥出抑制压力损失增大、以及抑制捕集效率降低的效果。此外，上述效果由于不需要大幅减小作为流入隔室2IN的第一隔室2a的开口率OFAIN，所以还能够有效地确保供烟灰等堆积的堆积容量。
以下，有时将“第一突起6a的前端与第二突起6b的前端的突起间长度X”称为2个突起6a、6b的“突起间长度X”。另外，有时将“对置的隔壁1上的一部位至另一部位的相互间距离W”称为隔壁1的“相互间距离W”。隔壁1的“相互间距离W”是指设置有第一突起6a的隔壁1与设置有第二突起6b的隔壁1之间的最大距离。另外，2个突起6a、6b的“突起间长度X”是指在与获取上述的隔壁1的“相互间距离W”的方向平行的方向上2个突起6a、6b的前端间的距离。
可以利用图像解析等公知方法来求出2个突起6a、6b的突起间长度X、以及隔壁1的相互间距离W。另外，还可以利用图像解析等公知方法来确认2个突起6a、6b是否面对着。
如果2个突起6a、6b的突起间长度X相对于隔壁1的相互间距离W而言不足10％或超过70％，则蜂窝结构体100的压力损失会增大。2个突起6a、6b的突起间长度X相对于隔壁1的相互间距离W而言，优选为15％～50％，更优选为20％～45％。
第一突起6a的突起高度H1相对于对置的隔壁1的相互间距离W而言，优选为15％～45％，更优选为25％～45％。另外，第二突起6b的突起高度H2相对于对置的隔壁1的相互间距离W而言，优选为15％～45％，更优选为25％～45％。通过像这样进行构成，在将蜂窝结构体100用作过滤器的情况下，能够进一步降低压力损失。
第一突起6a的突起高度H1与第二突起6b的突起高度H2的合计值相对于对置的隔壁1的相互间距离W而言，优选为30％～90％，更优选为45％～90％。通过像这样进行构成，在将蜂窝结构体100用作过滤器的情况下，能够进一步降低压力损失。第一突起6a的突起高度H1以及第二突起6b的突起高度H2是指在与获取隔壁1的“相互间距离W”的方向平行的方向上各个突起6a、6b的底部至前端的距离。
优选第一突起6a的宽度Y1小于设置有该第一突起6a的一部位处的隔壁1的厚度T1。如果第一突起6a的宽度Y1大于隔壁1的厚度T1，则蜂窝结构体100的压力损失有时会增大。此处，第一突起6a的宽度Y1是指：与第一突起6a的伸展方向正交的方向上的、该第一突起6a的宽度的最大值。
优选第二突起6b的宽度Y2小于设置有该第二突起6b的另一部位处的隔壁1的厚度T2。如果第二突起6b的宽度Y2大于隔壁1的厚度T2，则蜂窝结构体100的压力损失有时会增大。此处，第二突起6b的宽度Y2是指：与第二突起6b的伸展方向正交的方向上的、该第二突起6b的宽度的最大值。
向1个第一隔室2a内突出的突起6的总数优选为4个以下。如果突起6的总数为5个以上，则蜂窝结构体100的压力损失有时会增大。
在1个第一隔室2a内、配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b的组合的个数优选为2个以下。即，优选面对着的2个突起6a、6b的组合的个数为2个以下。通过像这样进行构成，在将蜂窝结构体100用作过滤器的情况下，能够进一步降低压力损失。
第一隔室2a中，在包围该第一隔室2a的隔壁1设置有面对着的2个突起6a、6b的第一隔室2a的个数没有特别限制。不过，设置有面对着的2个突起6a、6b的第一隔室2a的个数相对于第一隔室2a的总数而言，优选为90％以上，更优选为95％以上，特别优选为100％。通过像这样进行构成，能够更有效地降低压力损失。
本实施方式的蜂窝结构体100中，流入隔室2IN的开口率OFAIN只要大于流出隔室2OUT的开口率OFAOUT即可。不过，流入隔室2IN的开口率OFAIN优选超过流出隔室2OUT的开口率OFAOUT的1.0倍且低于3.0倍，更优选为1.1～2.9倍，进一步优选为1.2～2.7倍，特别优选为1.3～2.0倍。如果流入隔室2IN的开口率OFAIN为流出隔室2OUT的开口率OFAOUT的1.0倍以下，则有时不易得到压力损失降低的效果。另一方面，如果流入隔室2IN的开口率OFAIN超过流出隔室2OUT的开口率OFAOUT的3.0倍，则流出隔室2OUT的开口率OFAOUT过小，有时不易得到压力损失降低的效果。
向第一隔室2a内突出的突起6的形状没有特别限制。例如，图5中的突起6构成为突起6的宽度从底部至前端恒定，但不限定于像这样的形状的突起6。以下，参照图6以及图7，对向第一隔室2a内突出的突起6的形状的例子进行说明。图6是用于对向第一隔室内突出的突起的形状进行说明的示意图。图7是用于对向第一隔室内突出的突起的其他形状进行说明的示意图。图6以及图7是与隔室2延伸的方向正交的截面内的、将隔壁1以及设置于该隔壁1的突起6放大得到的放大截面图。
图6的(a)所示的突起6构成为：突起6的宽度从底部至前端恒定。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是与隔壁1的表面正交的方向。
图6的(b)所示的突起6构成为：突起6的宽度从底部至前端逐渐减小。突起6的两侧面在突起6的前端会合，图6的(b)中，突起6的形状为等腰三角形。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是与隔壁1的表面正交的方向。
图6的(c)所示的突起6构成为：突起6的宽度从底部至前端逐渐减小。突起6的两侧面没有在突起6的前端会合，图6的(c)中，突起6的形状为梯形。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是与隔壁1的表面正交的方向。
对于图7的(a)所示的突起6，突起6的宽度从底部至高度的中间位置恒定，比该中间位置靠前端侧的突起6的形状为圆弧状。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是与隔壁1的表面正交的方向。
对于图7的(b)所示的突起6，突起6的宽度从底部至高度的中间位置恒定，比该中间位置靠前端侧的突起6的形状为半圆弧状。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是与隔壁1的表面正交的方向。
图7的(c)所示的突起6构成为：突起6的宽度从底部至前端逐渐减小。不过，突起6的两侧面的长度在一方侧面和另一方侧面之间不同，图7的(c)中，突起6的形状为三角形。该突起6的伸展方向利用图中的箭头来表示，是相对于隔壁1的表面而言朝向纸面的右斜上方的方向。
向第一隔室2a内突出的突起6的配置位置没有特别限制。作为突起6的配置位置的例子，例如可以举出像图12～图16那样的例子。图12是用于对突起之一例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。图13～图16是用于对突起的其它例进行说明的、将第一端面的一部分放大得到的放大俯视图。
图12中，配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b、即面对着的2个突起6a、6b设置于将第一隔室2a和第二隔室2b区划开的隔壁1。
图13中，配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b设置于将第一隔室2a彼此区划开的隔壁1的交点。图13中，隔壁1的“相互间距离W”为隔壁1的一交点至另一交点的距离。
图14中，存在2组配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b。2组的2个突起6a、6b分别设置于将第一隔室2a和第二隔室2b区划开的隔壁1。
图15中，存在2组配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b。第1组的2个突起6a、6b设置于将第一隔室2a和第二隔室2b区划开的隔壁1，第2组的2个突起6a、6b设置于将第一隔室2a彼此区划开的隔壁1的交点。
图16中，存在2组配设于隔壁1的对置的部位的2个突起6a、6b。2组的2个突起6a、6b设置于将第一隔室2a彼此区划开的隔壁1。图16中，隔壁1的“相互间距离W”为2个突起6a、6b中的一方突起6a的底部的中点与另一方突起6b的底部的中点的距离。例如，图16所示的方案中，在构成菱形的第一隔室2a的各边的隔壁1中，由设置有一方突起6a的隔壁1构成的一边的中点为“该一方突起6a的底部的中点”。同样地，在构成菱形的第一隔室2a的各边的隔壁1中，由设置有另一方突起6b的隔壁1构成的一边的中点为“该另一方突起6b的底部的中点”。因此，图16中的“相互间距离W1(b)”为“由设置有一方突起6a的隔壁1构成的一边的中点”与“由设置有另一方突起6b的隔壁1构成的一边的中点”的距离。
第一隔室2a以及第二隔室2b的形状没有特别限制。作为第一隔室2a以及第二隔室2b的形状的例子，除了之前说明的形状以外，例如可以举出像图17～图19那样的例子。图17是用于对本发明的蜂窝结构体的另一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。图18是用于对本发明的蜂窝结构体的又一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。图19是用于对本发明的蜂窝结构体的又一实施方式中的、第一端面侧的隔室的形状进行说明的示意图。图17中，符号21表示隔壁。图18中，符号41表示隔壁。图19中，符号61表示隔壁。图17～图19中，在将配设于隔壁21、41、61的突起抽象化的状态下进行作图。
图17所示的蜂窝结构体200中，第一隔室22a的形状为六边形，第二隔室22b的形状为四边形。图17中的第一隔室22a与图1～图5所示的蜂窝结构体100的第一隔室2a相比，被2个第二隔室22b夹持的第一隔室22a的宽度相对变大。图17所示的蜂窝结构体200中，第一隔室22a的开口率OFAIN大于第二隔室22b的开口率OFAOUT。
图18所示的蜂窝结构体300中，第一隔室42a以及第二隔室42b的形状均为六边形。第一隔室42a以及第二隔室42b的形状分别相同，但是，第一隔室42a以及第二隔室42b的个数的比率不同，因此，整个蜂窝结构体300中，第一隔室42a的开口率OFAIN大于第二隔室42b的开口率OFAOUT。
图19所示的蜂窝结构体400中，第一隔室62a的形状为八边形，第二隔室62b的形状为四边形。图19所示的蜂窝结构体400中，第一隔室62a的开口率OFAIN也大于第二隔室62b的开口率OFAOUT。
图1～图5所示的蜂窝结构体100中，隔壁1的厚度优选为0.15～0.40mm，更优选为0.18～0.35mm，特别优选为0.20～0.33mm。如果隔壁1的厚度不足0.15mm，则蜂窝结构体100的机械强度有时会降低。如果隔壁1的厚度超过0.40mm，则蜂窝结构体100的压力损失有时会增大。
构成隔壁1的材料没有特别限制，从强度、耐热性、耐久性等观点考虑，主成分优选为氧化物或非氧化物的各种陶瓷、金属等。具体而言，例如，作为陶瓷，考虑堇青石、多铝红柱石(Mullite)、氧化铝、尖晶石(Spinel)、碳化硅、氮化硅、以及钛酸铝等。作为金属，考虑Fe－Cr－Al系金属、以及金属硅等。优选将从这些材料中选择的1种或2种以上作为主成分。从高强度、高耐热性等观点考虑，特别优选将从由氧化铝、多铝红柱石、钛酸铝、堇青石、碳化硅、以及氮化硅构成的组中选择的1种或2种以上作为主成分。另外，从高热传导率、高耐热性等观点考虑，碳化硅、或硅－碳化硅复合材料特别合适。此处，“主成分”是指：构成隔壁1的材料中的含有率为50质量％以上的成分。应予说明，该主成分在构成隔壁1的材料中的含有率优选为70质量％以上，更优选为80％以上。
蜂窝结构体的整体形状没有特别限制。例如，图1所示的蜂窝结构体100的整体形状是第一端面11以及第二端面12为圆形的圆柱状。此外，虽然省略图示，但是，作为蜂窝结构体的整体形状，可以是第一端面以及第二端面为椭圆形、跑道(Racetrack)形、长圆形等大致圆形的柱状。另外，作为蜂窝结构体的整体形状，可以是第一端面以及第二端面为四边形、六边形等多边形的棱柱状。
蜂窝结构体的制造方法没有特别限制，例如可以利用如下方法来制造。首先，制作用于制作蜂窝结构体的可塑性的生坯。用于制作蜂窝结构体的生坯可以如下制作，即，在作为原料粉末的、从前述的隔壁的优选材料中选择的材料中适当添加粘合剂等添加剂、以及水，由此，制作生坯。
接下来，将制作的生坯挤压成型，由此，得到具有区划形成多个隔室的隔壁的、柱状的蜂窝成型体。挤压成型中，作为挤压成型用的喷嘴，优选使用具有所期望的隔室形状、隔壁厚度、隔室密度的喷嘴。并且，作为该喷嘴，优选在用于挤压成型隔壁的狭缝还设置有与之前说明的各种突起形状相当的切口的喷嘴。
将得到的蜂窝成型体用例如微波及热风进行干燥，以与蜂窝成型体的制造用的材料同样的材料，将隔室的开口部封孔，由此，配设封孔部。在配设封孔部后，可以对蜂窝成型体进一步进行干燥。
接下来，对配设了封孔部的蜂窝成型体进行烧成，由此，得到本实施方式的蜂窝结构体。烧成温度及烧成气氛因原料而异，如果是本领域技术人员，则能够选择最适合所选择的材料的烧成温度及烧成气氛。
实施例
以下，基于实施例，对本发明具体地进行说明，但是，本发明并不限定于这些实施例。
(实施例1)
在100质量份的堇青石化原料中分别添加5.5质量份的造孔材料、90质量份的分散介质、5.5质量份的有机粘合剂、以及2.6质量份的表面活性剂，进行混合、混炼，调制生坯。作为堇青石化原料，使用氧化铝、氢氧化铝、高岭土、滑石、以及二氧化硅。作为分散介质，使用水，作为造孔材料，使用吸水性树脂。
接下来，使用蜂窝成型体制作用的喷嘴将生坯挤压成型，得到整体形状为圆柱状的蜂窝成型体。蜂窝成型体中通过隔壁而区划形成有隔室的形状为四边形的隔室和隔室的形状为六边形的隔室。并且，蜂窝成型体构成为：六边形的4个隔室包围四边形的隔室的周围。对于蜂窝成型体，如图12所示，在隔壁1的对置的部位设置有2个突起6a、6b。设置有突起6a、6b的隔壁1是在隔室2的开口部配设有封孔部5时将第一隔室2a和第二隔室2b区划开的隔壁1。
接下来，将蜂窝成型体用微波干燥机干燥，进而，用热风干燥机使其完全干燥后，将蜂窝成型体的两端面切断，调整为规定的尺寸。
接下来，以覆盖蜂窝成型体的一方端面的整个区域的方式覆盖薄膜，在该薄膜的、相当于四边形的隔室开口部的部位开设穿孔部。接下来，将蜂窝成型体的施加了薄膜的一侧的端部浸渍于含有堇青石化原料的浆料状的封孔材料中，由此，在四边形的隔室开口部填充封孔材料。蜂窝成型体的一方端面在最终得到的蜂窝结构体中为流入端面。
接下来，以覆盖蜂窝成型体的另一方端面的整个区域的方式覆盖薄膜，在该薄膜的、相当于六边形的隔室开口部的部位开设穿孔部。接下来，将蜂窝成型体的施加了薄膜的一侧的端部浸渍于含有堇青石化原料的浆料状的封孔材料中，由此，在六边形的隔室开口部填充封孔材料。蜂窝成型体的另一方端面在最终得到的蜂窝结构体中为流出端面。
接下来，对在各隔室的开口部填充有封孔材料的蜂窝成型体进行脱脂，烧成，制造实施例1的蜂窝结构体。
对于得到的蜂窝结构体，如图12所示，在配设成包围流入隔室2IN的隔壁1分别配设有向该流入隔室2IN内突出的突起6a、6b。这2个突起6a、6b配设成：在各个突起6a、6b的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠。隔壁1的厚度为0.30mm。另外，隔壁1的气孔率为41％。隔壁1的气孔率是通过水银孔度计测定得到的值。图12中，流入隔室2IN中的对置的隔壁1的相互间距离W1(a)为0.74mm。流入隔室2IN中的对置的隔壁1的相互间距离W1(b)为2.44mm。流出隔室2OUT中的对置的隔壁1的相互间距离W2为1.40mm。表1中示出结果。
对于实施例1的蜂窝结构体，如图12所示，面对着的2个突起6a、6b设置于将流入隔室2IN和流出隔室2OUT区划开的隔壁1。像这样在将流入隔室2IN和流出隔室2OUT区划开的隔壁1设置有面对着的2个突起6a、6b的情形，在表1的“突起的位置”栏中表示为“IN－OUT隔壁”。此外，在将流入隔室2IN彼此区划开的隔壁1设置有面对着的2个突起6a、6b的情形，在表3、表12的“突起的位置”栏中表示为“IN－IN隔壁”。
如图12所示，面对着的2个突起6a、6b的伸展方向相对于隔壁1的表面而言为90°方向。面对着的2个突起6a、6b的突起高度H为0.11mm。面对着的2个突起6a、6b的宽度Y为0.27mm。面对着的2个突起6a、6b的突起间长度X(a)为0.52mm。实施例1的蜂窝结构体的、突起间长度X(a)相对于相互间距离W1(a)而言为70％。将结果示于表1。此外，实施例1中，面对着的2个突起6a、6b的形状分别相同。表1的“突起的伸展方向”栏示出面对着的2个突起6a、6b的伸展方向。此外，“突起的伸展方向”栏中记载的角度表示“突起的伸展方向”与“配设有该突起的隔壁的延伸方向”所成的角的大小。应予说明，“与突起的一方侧缘侧的底部相接触的隔壁的延伸方向”和“与突起的另一方侧缘侧的底部相接触的隔壁的延伸方向”不同的情况下，将所成的角更小一方的角度记载于“突起的伸展方向”栏中。
表1
表2
(实施例2～7、比较例1～5、21)
将图12所示的突起6a、6b的构成像表1所示那样进行变更，除此以外，与实施例1同样地制作蜂窝结构体。对于比较例21，没有设置向第一隔室2a、亦即流入隔室2IN内突出的突起6a、6b而制作蜂窝结构体。
对于实施例1～7、以及比较例1～5、21，用以下的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率。所谓压力损失的降低率，是指使比较例21的蜂窝结构体的压力损失为1.00时的、各实施例以及比较例的蜂窝结构体的压力损失的比率。然后，基于压力损失的降低率的值，对各实施例以及比较例的蜂窝结构体进行判定。将压力损失的降低率为10％以上的情形判定为“优良”，将压力损失的降低率为5％以上且低于10％的情形判定为“良好”，将压力损失的降低率低于5％的情形判定为“不良”。将各结果示于表2的“压力损失(kPa)”、“降低率”、以及“压损判定”栏中。
(压力损失)
首先，将蜂窝结构体安装于配设有烟灰发生装置的排气管。接下来，使烟灰发生装置运转，将废气温度控制为200℃，将废气的流量控制为约2.3Nm3/分钟，使排出的废气中包含的PM向蜂窝结构体堆积。在PM堆积量为4g/L的状态下，测定安装在蜂窝结构体前后的压力计的压力，求出前后的压差。将该压差作为蜂窝结构体的压力损失。
另外，对于实施例1～7、以及比较例1～5、21，用以下的方法评价捕集效率。将各结果示于表2的“捕集效率判定”栏中。
(捕集效率)
捕集效率的评价中，测定将各实施例以及比较例的蜂窝结构体用作废气净化用的过滤器时的、粒子状物质(以下称为“PM”)的漏出个数，进行该评价。具体而言，首先，将蜂窝结构体安装于搭载有排气量2.0升的柴油发动机的乘用车的排气系统。由使该乘用车以NEDC(New European Driving Cycle)模式行驶时的、蜂窝结构体的出口(流出侧)的PM累积个数与废气中的总PM个数的比率，计算出PM捕集效率。按照由欧洲经济委员会的汽车标准协调世界论坛的尾气能源专家会议中的粒子测定程序(简称“PMP”)提出的方法来进行PM个数的测定。将这样求出的捕集效率为90％以上的情形评价为“优良”，将这样求出的捕集效率低于90％的情形评价为“不良”。
另外，基于“压损判定”以及“捕集效率判定”的结果，对实施例1～7、以及比较例1～5、21进行综合判定。将结果示于表2的“综合判定”栏中。“综合判定”中，将“压损判定”以及“捕集效率判定”的结果仅为“优良”或“良好”的情形判定为“优良”，将至少一方为“不良”的情形判定为“不良”。
(实施例8～15、比较例6～10)
将图12所示的突起6a、6b的构成像表3所示那样进行变更，除此以外，与实施例1同样地制作蜂窝结构体。对于制作的蜂窝结构体，用与实施例1同样的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率，进行各实施例以及比较例的蜂窝结构体的判定。将各结果示于表4。应予说明，表4的“判定”栏示出压损判定的结果。
表3
表4
(实施例16～20、比较例11～15)
将图12所示的突起6a、6b的构成像表5所示那样进行变更，除此以外，与实施例1同样地制作蜂窝结构体。不过，实施例17～19、比较例11～15中，如表5所示，第一突起的高度H1和第二突起的高度H2不同。对于制作的蜂窝结构体，用与实施例1同样的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率，进行各实施例以及比较例的蜂窝结构体的判定。将各结果示于表6。应予说明，表6的“判定”栏示出压损判定的结果。
表5
表6
(实施例21～26、比较例16～20)
将图12所示的突起6a、6b的构成像表7所示那样进行变更，除此以外，与实施例1同样地制作蜂窝结构体。不过，实施例23～25、比较例16～20中，如表7所示，第一突起的高度H1和第二突起的高度H2不同。对于制作的蜂窝结构体，用与实施例1同样的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率，进行各实施例以及比较例的蜂窝结构体的判定。将各结果示于表8。应予说明，表8的“判定”栏示出压损判定的结果。
表7
表8
(实施例27～32、比较例22)
将图12所示的突起6a、6b的构成像表9所示那样进行变更，除此以外，与实施例1同样地制作蜂窝结构体。实施例27～32、比较例22中，如表9所示，变更了突起的宽度。对于制作的蜂窝结构体，用与实施例1同样的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率，进行各实施例以及比较例的蜂窝结构体的判定。将各结果示于表10。应予说明，表10的“判定”栏示出压损判定的结果。
表9
表10
(实施例33～39)
将面对着的突起变更为表11的“对应附图”中给出的附图所示的突起的构成，制作蜂窝结构体。各突起的具体构成如表11以及表12所示。应予说明，表11以及表12中，“突起A”是指设置于IN－OUT隔壁的突起，“突起B”是指设置于IN－IN隔壁的突起。对于制作的蜂窝结构体，用与实施例1同样的方法测定压力损失。另外，由所测定的压力损失的值计算出压力损失的降低率，进行各实施例的蜂窝结构体的判定。将各结果示于表13。应予说明，表13的“判定”栏示出压损判定的结果。
表11
表12
表13
(结果)
实施例1～39的蜂窝结构体具有向第一隔室、亦即流入隔室内突出的2个以上突起，2个突起配设成：在各个突起的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠。并且，对于实施例1～39的蜂窝结构体，面对着的2个突起的突起间长度X相对于隔壁的相互间距离W而言为10％～70％。实施例1～39的蜂窝结构体与比较例21或比较例22的蜂窝结构体相比，确认到压力损失降低。另一方面，对于比较例1～20的蜂窝结构体，面对着的2个突起的突起间长度X相对于隔壁的相互间距离W而言低于10％或超过70％，与实施例1～39的蜂窝结构体相比，压力损失的降低率较低。另外，可知：突起的高度以及宽度存在更优选的值，通过调节这些值，能够进一步降低压力损失。另外，实施例1～7的蜂窝结构体在捕集效率的评价中的结果也为优良。因此，确认：实施例1～7的蜂窝结构体实现了压力损失降低，并且，关于捕集效率也显示出优异的特性。
产业上的可利用性
本发明的蜂窝结构体能够特别有益地用于废气净化处理装置等用途，该废气净化处理装置进行从柴油发动机、汽油发动机等排出的废气等流体中包含的微粒等粒子状物质的净化处理。
Claims (6)
1.一种蜂窝结构体，其中，
所述蜂窝结构体包括区划形成多个隔室的多孔质的隔壁，该多个隔室从第一端面延伸至第二端面，形成流体的流路，
所述多个隔室包含：所述第一端面侧的端部开口且所述第二端面侧的端部被封孔的第一隔室、以及所述第一端面侧的端部被封孔且所述第二端面侧的端部开口的第二隔室，
所述蜂窝结构体构成为：通过使从所述第一端面侧流入的所述流体透过所述隔壁，而作为过滤流体流出到所述第二隔室内，使所述过滤流体从所述第二端面侧流出，
在与所述隔室延伸的方向正交的截面内，在所述第二隔室的周围配设有所述第一隔室，
所述第一端面内的所述第一隔室的开口率大于所述第二端面内的所述第二隔室的开口率，
于配设成包围至少一个所述第一隔室的所述隔壁，在隔着该第一隔室而对置的部位分别配设有向该第一隔室内突出的突起，
配设于所述隔壁的对置的部位的2个所述突起中，将配设于所述隔壁的一部位的所述突起作为第一突起，将配设于所述隔壁的另一部位的所述突起作为第二突起，
所述第一突起和所述第二突起配设成：在各个突起的伸展方向的延长线上，至少一部分分别重叠，
所述第一突起的前端与所述第二突起的前端的突起间长度X相对于所述对置的所述隔壁上的所述一部位至所述另一部位的相互间距离W而言为10％～70％。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体，其中，
所述第一突起的突起高度H1相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为15％～45％，
且所述第二突起的突起高度H2相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为15％～45％。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体，其中，
所述第一突起的突起高度H1与所述第二突起的突起高度H2的合计值相对于所述对置的所述隔壁的所述相互间距离W而言为30％～90％。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的蜂窝结构体，其中，
所述第一突起的宽度Y1小于设置有该第一突起的所述一部位处的所述隔壁的厚度T1，
且所述第二突起的宽度Y2小于设置有该第二突起的所述另一部位处的所述隔壁的厚度T2。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的蜂窝结构体，其中，
向1个所述第一隔室内突出的所述突起的总数为4个以下。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的蜂窝结构体，其中，
在1个所述第一隔室内，配设于所述隔壁的对置的部位的2个所述突起的组合的个数为2个以下。
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| US10857531B2 (en) | 2020-12-08 |
| JP2018167209A (ja) | 2018-11-01 |
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