CN111828141B - 废气净化用的结构体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及结构体。提供用作压力损失减小的废气净化用过滤器的结构体。结构体(1)具有：具有第一端面(I)和第二端面(J)的基材(10)、第一催化剂(30)和第二催化剂(50)。基材(10)具有划分出在第一端面(I)与第二端面(J)之间延伸的第一孔(14)和第二孔(16)的多孔质的分隔壁(12)。在第一区域(X)中，第一催化剂(30)配置在分隔壁(12)的第一孔(14)侧的表面(12a)，配置有第一催化剂(30)的分隔壁(12)为不透气性。在第二区域(Y)中，第一催化剂(30)没有配置，第二催化剂(50)配置在分隔壁(12)的内部的至少包含与第一孔(14)面对的部分的区域，配置有第二催化剂(50)的分隔壁(12)为透气性。在第三区域(Z)中，第一催化剂(30)和第二催化剂(50)都没有配置，分隔壁(12)为透气性。

Description

废气净化用的结构体
技术领域
本发明涉及废气净化用的结构体。
背景技术
已知在从汽车等的内燃机排出的废气中包含成为大气污染的原因的以碳作为主成分的粒子状物质(PM：Particulate Matter)、由不燃成分构成的灰烬等，它们成为大气污染的原因。作为用于将粒子状物质和灰烬从废气中捕集并除去的过滤器，广泛地使用壁流结构的过滤器。开发出了柴油发动机用的柴油颗粒过滤器(DPF)、将比柴油发动机少但一定量的粒子状物质与废气一起排出的汽油发动机用的汽油颗粒过滤器(GPF)等。
其中，在废气中，除了粒子状物质以外，也含有一氧化碳(CO)、烃(HC)和氮氧化物(NOx)等有害成分。这些有害成分能够采用涂布有贵金属催化剂等催化剂的过滤器从废气中除去。
在专利文献1中，提出了将废气中的NOx和PM除去的柴油发动机的废气净化装置。废气净化装置中的DPF具有采用由多孔质构件构成的分隔壁划分出的与废气流大致平行的大量的孔。各孔的入口和出口采用封孔材料彼此不同地封孔成交错格子状。在DPF的废气流入面依次涂布有将氮氧化物选择还原净化的催化剂和形成了容许氮氧化物通过但阻止粒子状物质通过的大小的细孔的薄膜。
在专利文献2中，提出了载持有催化剂的颗粒过滤器。该载持有催化剂的颗粒过滤器包括：具有将入侧孔和出侧孔分隔的多孔质的分隔壁的壁流结构的基材、在分隔壁的入侧孔的一侧的表面从废气流入侧的端部开始沿着孔的延伸方向以规定的长度形成的第一催化剂层、和在分隔壁的内部且至少面对出侧孔的区域的至少一部分从废气流出侧的端部开始沿着孔的延伸方向形成的第二催化剂层。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-65554号公报
专利文献2：日本专利第6386697号公报
发明内容
发明要解决的课题
用于废气净化的过滤器产生废气的压力损失，其结果有时使发动机性能降低。因此，谋求减小废气净化用过滤器产生的压力损失。因此，本发明的目的在于提供能够用作使废气的压力损失减小的废气净化用过滤器的结构体。
用于解决课题的手段
根据本发明的一个方案，提供结构体，该结构体具有：具有第一端面和第二端面的基材、第一催化剂和第二催化剂，
所述基材具有划分出在所述第一端面与所述第二端面之间延伸的多个孔的多孔质的分隔壁，
所述多个孔包含：在所述第一端面处开口、在所述第二端面处密封的第一孔，和
夹持着所述分隔壁与所述第一孔邻接、在所述第一端面处密封、在所述第二端面处开口的第二孔，
所述结构体包含：
所述第一端面与第一位置之间的第一区域，所述第一位置从所述第一端面沿着所述多个孔的延伸方向相隔第一距离，
所述第一位置与第二位置之间的第二区域，所述第二位置从所述第一位置向着所述第二端面沿着所述多个孔的延伸方向相隔第二距离，和
所述第二位置与所述第二端面之间的第三区域，
在所述第一区域中，所述第一催化剂配置在所述分隔壁的所述第一孔侧的表面，配置有所述第一催化剂的所述分隔壁为不透气性，
在所述第二区域中，所述第一催化剂没有配置，所述第二催化剂配置在所述分隔壁的内部的至少包含与所述第一孔面对的部分的区域，配置有所述第二催化剂的所述分隔壁为透气性，
在所述第三区域中，所述第一催化剂和所述第二催化剂都没有配置，所述分隔壁为透气性。
发明效果
使用了本发明的结构体的废气净化用过滤器的压力损失小。
附图说明
图1为示意地示出实施方式涉及的结构体的立体图。
图2为将一个实施方式涉及的结构体用与孔的延伸方向平行的面截断的主要部分放大端面图，示意地示出分隔壁附近的构成。
附图标记说明
1：结构体、10：基材、11：框部、12：分隔壁、14：第一孔(入侧孔)、16：第二孔(出侧孔)、30：第一催化剂、32：第一催化剂层、50：第二催化剂、70：密封部、I：第一端面(入口端面)、J：第二端面(出口端面)、K：第一位置、L：第二位置、X：第一区域、Y：第二区域、Z：第三区域
具体实施方式
参照图1、2对实施方式涉及的结构体1进行说明。实施方式涉及的结构体1具有基材10、第一催化剂30和第二催化剂50。
(1)基材10
基材10由圆筒状的框部11、和将框部内侧的空间分隔成蜂窝状的分隔壁12构成。框部11与分隔壁12可一体地形成。图1的框部11为圆筒状，但并不限定于此，可以是椭圆筒状、多棱筒状等任意的形状。分隔壁12在基材10的第一端面I与第二端面J之间延伸设置，划分出在第一端面I与第二端面J之间延伸的多个孔。多个孔由第一孔14和第二孔16构成。第一孔14在第一端面I处开口，在第二端面J处被密封部70封孔(密封)。第二孔16在第一端面I处被密封部70封孔，在第二端面J处开口。第一孔14和第二孔16以夹持着分隔壁12相互邻接的方式配置。第一孔14和第二孔16的用与延伸方向正交的面截断的截面形状可以为正方形，但并不限定于此，可分别为平行四边形、长方形、梯形等矩形、三角形、其他的多边形(例如六边形、八边形)、圆形等各种几何学形状。
分隔壁12由废气可通过的多孔质材料形成。例如可由堇青石、钛酸铝、碳化硅(SiC)、莫来石等陶瓷、合金(不锈钢等)形成。作为多孔质材料的分隔壁12包含废气可通过的细孔。对框部11的材料并无特别限定，例如可由与分隔壁12同样的材料形成。
图1中的白色箭头表示被导入结构体1、从结构体1排出的废气的方向。废气从第一端面I流入结构体1，通过第二端面J从结构体1被排出。因此，以下也酌情地将第一端面称为入口端面，将第二端面称为出口端面。另外，废气如用图2中的虚线箭头表示那样，在入口端面I流入第一孔14，通过将第一孔14和与其邻接的第二孔16分隔的多孔质分隔壁12流入第二孔16，在出口端面J从第二孔16被排出。因此，也将第一孔称为入侧孔，将第二孔称为出侧孔。
另外，结构体1沿着入侧孔14和出侧孔16的延伸方向(即，分隔壁12的延伸设置方向，以下酌情称为“延伸方向”)包含3个区域，即第一区域X、第二区域Y和第三区域Z。第一区域X为入口端面I与从入口端面I沿着延伸方向相隔第一距离DX的第一位置K之间的区域。第二区域Y为第一位置K与从第一位置K向着出口端面J沿着延伸方向相隔第二距离DY的第二位置L之间的区域。第三区域Z为第二位置L与出口端面J之间的区域。再有，第一距离DX、第二距离DY和第二位置L与出口端面J之间的第三距离DZ的合计与分隔壁12的总长度相等。另外，第一距离DX与第二距离DY的合计比入侧孔14的总长度短。
(2)第一催化剂30
第一催化剂30在第一区域X中配置在分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。在图2中所示的实施方式中，在第一区域X中，在分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a设置有包含第一催化剂30的层(第一催化剂层)32。
在第一区域X中，配置有第一催化剂30的分隔壁12为不透气性。在图2中所示的结构体1中，在第一区域X中，第一催化剂层32将分隔壁12的细孔封闭，因此，在第一区域X中分隔壁12为不透气性。应予说明，第一催化剂30的配置并不限定于图2中所示的配置。例如，可以除了图2中所示的第一催化剂层32以外或者将其取代，配置包含第一催化剂30的材料以使得从分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a进入分隔壁12的细孔而将细孔堵塞。另外，也可在分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a形成不含第一催化剂30的将分隔壁12的细孔封闭的层，在该层上配置第一催化剂30。应予说明，所谓“不透气性”，是指基本上气体不透过，具体地，是指具有第三区域Z中的分隔壁12的气体透过率的0.1倍以下的气体透过率。
在图2中所示的实施方式中，在第二区域Y中没有配置第一催化剂30。应予说明，所谓“在第二区域Y中没有配置第一催化剂30”，是指在第二区域Y中基本上没有配置第一催化剂30，具体地，也包含在第二区域Y中的与第一区域X接近的区域中配置了不使分隔壁12成为不透气性的程度的量的第一催化剂30的情形。在第三区域Z中也没有配置第一催化剂30。应予说明，所谓“在第三区域Z中没有配置第一催化剂30”，是指在第三区域Z中基本上没有配置第一催化剂30，具体地，也包含在第三区域Z中配置了对分隔壁12的透气性不产生影响的程度的量的第一催化剂30的情形。
作为第一催化剂30，可使用用于将HC氧化的催化剂。例如能够使用作为铂族的铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)等贵金属、钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、银(Ag)、金(Au)等金属。可使用这些中的2种以上的合金。也可使用碱金属、碱土金属、过渡金属等其他金属。
第一催化剂30可载持于载体。作为载体，可列举出氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(二氧化钛：TiO2)等金属氧化物、以及它们的固溶体(例如氧化铈-氧化锆(CeO2-ZrO2)复合氧化物)。可将这些中的二种以上并用。
第一催化剂30例如能够如下所述，配置于在第一区域X中分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。首先，准备包含第一催化剂30的浆料。浆料中的第一催化剂30可载持于载体粉末。另外，浆料可进一步包含粘结剂、添加物等。将准备的浆料涂布于第一区域X内的分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。例如，能够通过使基材10从入口端面I侧浸渍于浆料，经过了规定的时间后，将基材10从该浆料中取出，从而将浆料涂布于分隔壁12的表面12a。或者，可通过使浆料从基材10的入口端面I侧流入到入侧孔14中，用吹风机向入口端面I吹风，使浆料向着出口端面J涂布开来，从而将浆料涂布于分隔壁12的表面12a。接着，用规定的温度和时间将浆料干燥、烧成，从而能够将第一催化剂30固定于分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。
再有，可适当地调整包含第一催化剂30的浆料的性状例如粘性、固体成分的粒径等，以使得在第一区域X中分隔壁12的细孔被堵塞从而分隔壁12成为不透气性，同时第一催化剂30配置于分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。例如，通过增大浆料中的固体成分的粒径，能够在分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a形成第一催化剂层32。由此，在第一区域X中，第一催化剂30被配置于分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a，同时气体不再透过分隔壁12。
(3)第二催化剂50
在图2中所示的实施方式中，第二催化剂50在第一区域X和第二区域Y中配置于分隔壁12的内部。应予说明，配置于第一区域X的第二催化剂50并非必需的。第二催化剂50配置于分隔壁12的、至少包含与入侧孔14面对的部分的区域。应予说明，在图2中，第二催化剂50只配置于分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a附近的区域，但并不限定于此，也可将第二催化剂50配置于出侧孔16侧的表面12b的附近的区域。第二催化剂50没有将分隔壁12的内部的细孔的全部闭塞地配置于包围细孔的分隔壁12的表面(内表面)。因此，在第二区域Y中，分隔壁12为透气性。
在第三区域Z中没有配置第二催化剂50。应予说明，所谓“在第三区域Z中没有配置第二催化剂50”，是指基本上没有将第二催化剂50配置于第三区域Z，具体地，也包含在第三区域Z中配置了对分隔壁12的透气性不产生影响的程度的量的第二催化剂50的情形。
作为第二催化剂50，可使用用于将NOx还原的催化剂。例如，能够使用作为铂族的铑(Rh)、钯(Pd)、铂(Pt)等贵金属、钌(Ru)、锇(Os)、铱(Ir)、银(Ag)、金(Au)等金属。可使用这些中的2种以上的合金。也可使用碱金属、碱土金属、过渡金属等其他金属。
第二催化剂50在分隔壁12的细孔内可载持于载体。作为载体，可列举出氧化铝(Al2O3)、氧化锆(ZrO2)、氧化铈(CeO2)、二氧化硅(SiO2)、氧化镁(MgO)、氧化钛(二氧化钛：TiO2)等金属氧化物、以及它们的固溶体(例如氧化铈-氧化锆(CeO2-ZrO2)复合氧化物)。可将这些中的二种以上并用。
第二催化剂50例如能够如下所述，在第一区域X和第二区域Y中配置于分隔壁12的内部。首先，准备包含第二催化剂50的浆料。可将浆料中的第二催化剂50载持于载体粉末。另外，浆料可进一步包含粘结剂、添加物等。使准备的浆料浸透于第一区域X和第二区域Y内的分隔壁12。例如，能够通过使基材10从入口端面I侧浸渍于浆料，经过了规定的时间后，将基材10从该浆料中取出，从而使浆料浸透分隔壁12。或者，通过使浆料从基材10的入口端面I侧流入到入侧孔14中，用吹风机向入口端面I吹风，使浆料向着出口端面J涂布开来，从而能够使浆料浸透分隔壁12。接着，用规定的温度和时间将浆料干燥、烧成，从而能够将第二催化剂50固定于分隔壁12的内部。再有，在将第二催化剂50固定于分隔壁12的内部后，可将第一催化剂30配置于分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a。
再有，在第一区域X和第二区域Y中，可适当地调整包含第二催化剂50的浆料的性状例如粘性、固体成分的粒径等，以使得包含第二催化剂50的浆料浸透于分隔壁12的内部，同时配置于包围细孔的分隔壁12的表面(内表面)而没有使分隔壁12的细孔全部闭塞。例如通过减小浆料中的固体成分的粒径，从而能够在没有使分隔壁12的细孔闭塞的情况下使第二催化剂50浸透于分隔壁12的内部。
图2中所示的结构体1的第一区域X、第二区域Y、第三区域Z中的分隔壁12的透气性分别如下所述。
如上所述，在第一区域X中，配置有第一催化剂30的分隔壁12为不透气性。
在第二区域Y中，第一催化剂30没有配置，但配置了第二催化剂50。第二催化剂50在没有使分隔壁12的细孔全部闭塞的情况下配置于包围细孔的分隔壁12的表面(内表面)。因此，在第二区域Y中，分隔壁12为透气性。但是，由于第二催化剂50，细孔的一部分闭塞，或者细孔变窄，因此与没有配置催化剂的分隔壁12相比，透气性低。
在第三区域Z中，第一催化剂30和第二催化剂50都没有配置。因此，第三区域Z中的分隔壁12的透气性比第一区域X和第二区域Y中的分隔壁12的透气性都高。
对于具有这样的透气性的结构体1的废气净化性能进行说明。
将废气导入结构体1时，如图2中用虚线箭头表示那样，废气从基材10的入口端面I流入入侧孔14内。在第一区域X中废气不能侵入分隔壁12内，因此废气在入侧孔14内沿着第一催化剂层32向着第二区域Y移动、扩散。此时，废气与第一催化剂30接触。因此，能够将废气中的HC氧化，将废气净化。
接着，在第二区域Y中，废气的一部分通过分隔壁12内，流入出侧孔16。此时，废气中的PM和灰烬被捕集在分隔壁12的表面和细孔内。另外，由于废气与分隔壁12内的第二催化剂50接触，因此能够将废气中的NOx还原，将废气净化。
另一方面，在第二区域Y没有通过分隔壁12内的剩余的废气在第二区域Y中在入侧孔14内沿着分隔壁12向着第三区域Z移动、扩散。此时，废气与分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a附近的第二催化剂50接触。因此，能够将废气中的NOx还原，将废气净化。该废气在第三区域Z中，通过分隔壁12内而流入出侧孔16。此时，废气中的PM和灰烬被捕集在分隔壁12的表面和细孔内。
在第二区域Y或第三区域Z中流入出侧孔16的废气沿着分隔壁12向着出口端面J在出侧孔16内移动、扩散，从出口端面J排出至结构体1外。
如上所述，在第三区域Z中，第一催化剂30和第二催化剂50都没有配置。因此，第三区域Z中的分隔壁12的透气性比配置有第一催化剂30和/或第二催化剂50的第一区域X和第二区域Y中的分隔壁12的透气性都高。因此，大量的废气在没有配置催化剂的第三区域Z中通过分隔壁12。另一方面，在以往的壁流型废气净化过滤器中，在整个分隔壁中配置有催化剂。因此，流入过滤器的废气通过配置有催化剂的分隔壁。配置有催化剂的分隔壁与实施方式涉及的结构体1的第三区域Z中的分隔壁12相比，透气性低(即，阻力大)。因此，通过以往的过滤器的分隔壁所产生的压力损失比通过实施方式涉及的结构体1的第三区域Z中的分隔壁12所产生的压力损失大。因此，通过实施方式涉及的结构体1的废气的压力损失比通过以往的壁流型废气净化过滤器的废气的压力损失小。
另外，导入了结构体1的废气以规定的时间、规定的顺序可靠地与第一催化剂30和第二催化剂50接触，因此高效率地被净化。另外，在入口端面I附近的第一区域X中，由于废气不通过分隔壁12，因此抑制废气中的PM和灰烬在分隔壁12的入侧孔14侧的表面12a上堆积。由此能够维持高的废气净化性能。
实施方式涉及的结构体能够在废气净化装置中用作废气净化用过滤器。该废气净化装置可应用于包括内燃机的各种车辆。
以上对本发明的实施方式进行了详述，但本发明并不限定于上述实施方式，在不脱离专利权利要求书中记载的本发明的精神的范围内能够进行各种的设计改变。

Claims (3)

1.废气净化用的结构体，该结构体具有：具有第一端面和第二端面的基材、第一催化剂和第二催化剂，
所述基材具有划分出在所述第一端面与所述第二端面之间延伸的多个孔的多孔质的分隔壁，
所述多个孔包含：在所述第一端面处开口、在所述第二端面处密封的第一孔，和
夹持着所述分隔壁与所述第一孔邻接、在所述第一端面处密封、在所述第二端面处开口的第二孔，
所述结构体包含：
所述第一端面与第一位置之间的第一区域，所述第一位置从所述第一端面沿着所述多个孔的延伸方向相隔第一距离，
所述第一位置与第二位置之间的第二区域，所述第二位置从所述第一位置向着所述第二端面沿着所述多个孔的延伸方向相隔第二距离，和
所述第二位置与所述第二端面之间的第三区域，
在所述第一区域中，所述第一催化剂配置在所述分隔壁的所述第一孔侧的表面，配置有所述第一催化剂的所述分隔壁为不透气性，
在所述第二区域中，所述第一催化剂没有配置，所述第二催化剂配置在所述分隔壁的内部的至少包含与所述第一孔面对的部分的区域，配置有所述第二催化剂的所述分隔壁为透气性，
在所述第三区域中，所述第一催化剂和所述第二催化剂都没有配置，所述分隔壁为透气性。
2.根据权利要求1所述的废气净化用的结构体，其中，在所述第一区域中，所述第二催化剂配置在所述分隔壁的内部的至少包含与所述第一孔面对的部分的区域。
3.废气净化装置，其包括权利要求1或2所述的废气净化用的结构体。
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