CN113557088B - 蜂窝结构体及废气净化装置 - Google Patents

蜂窝结构体及废气净化装置 Download PDF

Info

Publication number
CN113557088B
CN113557088B CN202080007238.0A CN202080007238A CN113557088B CN 113557088 B CN113557088 B CN 113557088B CN 202080007238 A CN202080007238 A CN 202080007238A CN 113557088 B CN113557088 B CN 113557088B
Authority
CN
China
Prior art keywords
honeycomb structure
cells
magnetic
structure according
hole sealing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202080007238.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113557088A (zh
Inventor
宮入由纪夫
桝田昌明
加藤恭平
细田和也
木俣贵文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NGK Insulators Ltd
Original Assignee
NGK Insulators Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by NGK Insulators Ltd filed Critical NGK Insulators Ltd
Publication of CN113557088A publication Critical patent/CN113557088A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113557088B publication Critical patent/CN113557088B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/50Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their shape or configuration
    • B01J35/56Foraminous structures having flow-through passages or channels, e.g. grids or three-dimensional monoliths
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/20Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state
    • B01J35/23Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their non-solid state in a colloidal state
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D53/00Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/34Chemical or biological purification of waste gases
    • B01D53/74General processes for purification of waste gases; Apparatus or devices specially adapted therefor
    • B01D53/86Catalytic processes
    • B01D53/88Handling or mounting catalysts
    • B01D53/885Devices in general for catalytic purification of waste gases
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/30Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by their physical properties
    • B01J35/33Electric or magnetic properties
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J35/00Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties
    • B01J35/40Catalysts, in general, characterised by their form or physical properties characterised by dimensions, e.g. grain size
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01JCHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/0009Use of binding agents; Moulding; Pressing; Powdering; Granulating; Addition of materials ameliorating the mechanical properties of the product catalyst
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures
    • C04B38/0009Honeycomb structures characterised by features relating to the cell walls, e.g. wall thickness or distribution of pores in the walls
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01DSEPARATION
    • B01D2255/00Catalysts
    • B01D2255/90Physical characteristics of catalysts
    • B01D2255/915Catalyst supported on particulate filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F01N3/20Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control specially adapted for catalytic conversion ; Methods of operation or control of catalytic converters
    • F01N3/2006Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating
    • F01N3/2013Periodically heating or cooling catalytic reactors, e.g. at cold starting or overheating using electric or magnetic heating means

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Exhaust Gas Treatment By Means Of Catalyst (AREA)
  • Processes For Solid Components From Exhaust (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Abstract

一种蜂窝结构体,其是柱状的蜂窝结构体,具有外周壁和多孔质的隔壁,该隔壁配设于外周壁的内侧,且区划形成从一个端面贯通至另一个端面而形成流路的多个隔室,其中,在隔室内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体。

Description

蜂窝结构体及废气净化装置
技术领域
本发明涉及蜂窝结构体及废气净化装置。特别涉及加热至水分气化的温度所需要的时间和担载有催化剂时加热至催化剂活化温度所需要的时间均较短、且能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去的蜂窝结构体及废气净化装置。
背景技术
通常,作为不完全燃烧的结果,在汽车的尾气中包含一氧化碳、烃、氮氧化物等有害成分及碳等微粒。从减少对人体健康的危害的观点考虑,减少汽车尾气中的有害气体成分及微粒的需求在提高。
然而,目前这些有害成分在发动机刚启动后的催化温度较低且催化活性不充分的期间被排出。因此,尾气中的有害成分有可能在达到催化剂活化温度之前未利用催化剂进行净化就被排出。为了应对像这样的需求,需要使在达到催化剂活化温度之前未利用催化剂进行净化就被排出的排放物尽量减少,例如已知利用了电加热技术的对策。
作为像这样的技术,专利文献1中提出如下技术,即,在作为催化剂载体蜂窝被广泛使用的堇青石蜂窝的一部分隔室插入磁性体丝。根据该技术,能够使电流流通于蜂窝外周的线圈,利用感应加热使丝温度上升,从而利用该热使蜂窝温度上升。
汽油发动机或柴油发动机的排气碳微粒也会对人体的健康造成影响,因此,减少需求较高,在像这样的尾气处理中使用在蜂窝结构体交替地设置有封孔部的壁流型的过滤器。由该过滤器捕集到的碳微粒(烟灰)通过使废气高温化而燃烧除去。然而,如果燃烧除去所花费的时间较长,则产生用于使废气温度高温化所需要的燃料消耗增加的问题。另外,从确保搭载空间的观点考虑,以及从排气系统构成上的设计自由度的观点考虑,优选搭载于空间比较富裕的地板下位置。然而,如果在车辆地板下配置该过滤器,则存在如下问题,即,来自发动机的排气温度降低,无法将碳微粒燃烧除去。
作为其对策,专利文献2中公开如下技术,即,在过滤器的隔壁表面分散配置磁性体微粒,从而利用电磁感应加热进行加热。另外,专利文献3中公开如下技术,即,将磁性体丝插入于过滤器的封孔部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2017/0022868号说明书
专利文献2:国际公开第2016/021186号
专利文献3:美国专利申请公开第2017/0014763号说明书
发明内容
在车辆的地板下设置配管的情况下,因发动机驱动而产生的冷凝水积存,在尾气过滤器中也包含有大量水分。对于像这样包含有大量水分的尾气过滤器,为了加热至催化剂活化温度,还需要水分的气化热,达到催化剂活化温度花费更多的时间。
另外,即便能够将过滤器以短时间加热至水分气化的温度(约100℃),如果不能将过滤器进一步加热至超过该温度达到碳微粒等良好地燃烧的温度,也无法进行良好的尾气处理。
本发明的课题在于:鉴于像这样的情况,提供加热至水分气化的温度所需要的时间及担载有催化剂时加热至催化剂活化温度所需要的时间均较短、且能够通过感应加热而将碳微粒等燃烧除去的蜂窝结构体及废气净化装置。
本发明的发明人进行了潜心研究,结果发现,通过采用在蜂窝结构体的成为流体流路的隔室内设置最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体的构成,能够解决上述课题。即,本发明如下确定。
(1)一种蜂窝结构体,其是柱状的蜂窝结构体,具有:
外周壁;以及
多孔质的隔壁,该隔壁配设于所述外周壁的内侧,且区划形成多个隔室,该多个隔室从一个端面贯通至另一个端面而形成流路,
所述蜂窝结构体的特征在于,
在所述隔室内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体。
(2)一种废气净化装置,其特征在于,具有:
(1)的蜂窝结构体;
线圈配线,该线圈配线呈螺旋状环绕所述蜂窝结构体的外周;以及
金属管,该金属管对所述蜂窝结构体及所述线圈配线进行收纳。
发明效果
根据本发明,能够提供加热至水分气化的温度所需要的时间及担载有催化剂时加热至催化剂活化温度所需要的时间均较短、且能够通过感应加热而将碳微粒等燃烧除去的蜂窝结构体及废气净化装置。
附图说明
图1是示意性地表示本发明的一个实施方式的蜂窝结构体的立体图。
图2中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向垂直的截面的截面图。
图3中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体的一个端面的俯视图。
图4中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体的一个端面的俯视图。(c)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体的一个端面的另一形态的俯视图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式4所涉及的蜂窝结构体的一个端面的一部分的俯视图。
图6中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式5所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式5所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向垂直的截面的截面图。
图7中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式6所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式6所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的另一形态的截面图。
图8中,(a)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体的具有封孔部的隔室及隔壁处的、与隔室的延伸方向平行的截面的截面图。(b)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体的一个端面的俯视图。(c)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体的一个端面的另一形态的俯视图。
图9中,(a)是本发明的实施方式8所涉及的蜂窝结构体的隔室内所设置的两种不同的磁性体的外观示意图。(b)是与本发明的实施方式8所涉及的蜂窝结构体的隔室内所设置的两种不同的磁性体的另一形态有关的外观示意图。
图10是组装有蜂窝结构体的废气净化装置的废气流路的概要图。
图11是表示实施例1、参考例1、2的500kHz的感应加热试验中的蜂窝结构体的端面温度的曲线图。
图12是表示实施例2、参考例3、4的30kHz的感应加热试验中的蜂窝结构体的端面温度的曲线图。
具体实施方式
以下,参照附图,对本发明的蜂窝结构体的实施方式进行说明,不过,本发明并不限定于此进行解释,只要不脱离本发明的范围,就可以基于本领域技术人员的知识进行各种变更、修正、改良。
<1.蜂窝结构体>
图1中记载有示意性地表示本发明的一个实施方式的蜂窝结构体1的立体图。蜂窝结构体1形成为柱状,且具备外周壁11和多孔质的隔壁12,该隔壁12配设于外周壁11的内侧,且区划形成多个隔室15,该多个隔室15从一个端面13贯通至另一个端面14而形成流路。图示的蜂窝结构体1中,隔室15具备:多个隔室A,它们的一个端面13侧呈开口而在另一个端面14具有封孔部19;以及多个隔室B,它们与隔室A分别交替配置,且另一个端面14侧呈开口而在一个端面13具有封孔部19。隔室A及隔室B夹着隔壁12而交替地相邻配置,两个端面形成棋盘格状。隔室A及隔室B的数量、配置、形状等以及隔壁12的厚度等没有限制,可以根据需要适当设计。像这样的蜂窝结构体1可以用作对尾气进行净化的过滤器(蜂窝过滤器)。应予说明,上述的蜂窝结构体1采用在隔室15内设置有封孔部19的构成,但不限定于此。即,本发明所涉及的蜂窝结构体在不用作蜂窝过滤器的情况下,可以不设置封孔部19。
蜂窝结构体1在隔室15内包含两种以上的磁性体。如后所述,蜂窝结构体1通过该两种以上的磁性体在隔室15内的配置或形状等而能够得到各种各样的实施方式。以下,对各实施方式详细地进行说明。
(实施方式1)
图2(a)是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图2(b)是示意性地表示本发明的实施方式1所涉及的蜂窝结构体10的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向垂直的截面的截面图。
蜂窝结构体10中,两种磁性体16、17分别包含在不同的隔室15内。蜂窝结构体10的磁性体16、17为两种以上即可,没有特别限定,也可以三种、四种或五种以上分别包含在不同的隔室15内。
图2中,磁性体16、17设置成:分别将隔室15内的隔壁12的表面涂敷。磁性体16、17也可以按分别将隔室15内的空间完全填满的方式进行填充。设置有磁性体16、17的隔室15在蜂窝结构体10的一个端面13及另一个端面14均设置有封孔部19。蜂窝结构体10的封孔部19可以采用与作为以往公知的蜂窝结构体的封孔部使用的封孔部同样构成的封孔部。应予说明,在磁性体16、17分别填充于隔室15内的情况下,也可以没有封孔部19。
设置有磁性体16、17的隔室15的位置没有特别限定,如后所述,磁性体16和磁性体17的功能不同,因此,优选将分别设置有磁性体16和磁性体17的隔室15依次设置。例如,优选为,与隔室15的延伸方向垂直的截面中,在纵向及横向将设置有磁性体16的隔室15和设置有磁性体17的隔室15分别交替地设置。另外,设置有磁性体16的隔室15和设置有磁性体17的隔室15可以相邻设置,也可以分离设置。设置有磁性体16的隔室15和设置有磁性体17的隔室15的设置位置或设置数量可以考虑蜂窝结构体10的加热效率及压力损失而适当设计。
两种磁性体16、17分别设置于不同的隔室15内,最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。如后所述,磁性体16、17的最大磁导率、居里点以及电阻率的差异对蜂窝结构体10加热时的温度上升等分别带来不同的影响。例如,通过调整磁性体16、17的最大磁导率,能够加快发动机启动时的蜂窝结构体10的温度上升速度,特别是,能够将达到水分气化的温度(约100℃)、进而超过该温度而达到催化剂活化的温度(约300℃)的时间提早。另外,通过调整磁性体16、17的居里点,能够使蜂窝结构体10处于碳微粒等良好地燃烧这样的高温。另外,通过调整磁性体16、17的电阻率,能够控制发热量。即,通过采用将两种磁性体16、17分别设置于不同的隔室15内且最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的构成,由此,在一个蜂窝结构体10中,某一部分中,能够使温度提早上升至水分气化的温度(约100℃),某一部分中,能够使温度上升至碳微粒等良好地燃烧这样的高温,某一部分中,能够提早上升到催化剂活化温度区域。因此,作为蜂窝结构体10整体,加热至水分气化的温度所需要的时间较短,能够通过感应加热而将碳微粒等燃烧除去。另外,担载有催化剂的过滤器的情况下,能够缩短催化剂活化时间,并且,利用催化反应热还能够将用于升温至PM氧化温度的能量降低。
磁性体16、17即使如上所述为三种、四种或五种以上,也是最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。具体而言,以设置有三种磁性体a、b、c的情形为例,磁性体a和磁性体b的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。另外,磁性体b和磁性体c的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。此外,磁性体c和磁性体a的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。
磁性体16、17为磁性材料,通过磁场而磁化,根据磁场的强度,磁化的状态也发生变化。表示磁化状态变化的曲线为“磁化曲线”。磁化曲线具有:在横轴以磁场H为刻度、在纵轴以磁通密度B为刻度的情形(B-H曲线)。将完全没有对磁性材料施加磁场的状态称为消磁状态,用原点O表示。当施加磁场时,自原点O开始,描画出磁通密度增加并饱和的曲线。该曲线为“起始磁化曲线”。将起始磁化曲线上的点和原点连结的直线的斜率为“磁导率”。磁导率为磁场渗透这样的含义,且成为磁性材料的磁化容易度的指标。原点附近的磁场较小处的磁导率为“起始磁导率”,在起始磁化曲线上最大的磁导率为“最大磁导率”。
磁性体16、17中的至少一种优选具有10000以上的最大磁导率。根据像这样的构成,对具有该磁性体16、17的蜂窝结构体10进行介电加热时,能够使温度在短时间内就上升至水分气化的温度(约100℃)、甚至是催化剂活化的温度(约300℃)。磁性体16、17中的至少一种更优选具有25000以上的最大磁导率,进一步优选具有50000以上的最大磁导率。作为具有10000以上的最大磁导率的磁性体,例如有:余量Fe-10质量%Si-5质量%Al、49质量%Co-49质量%Fe-2质量%V、余量Fe-36质量%Ni、余量Fe-45质量%Ni等。
磁性体16、17中的至少一种优选具有700℃以上的居里点。如果磁性体16、17的居里点为700℃以上,则能够达到对于使催化剂温度上升至催化剂活化温度以上而言足够的蜂窝温度,不仅如此,将隔室15内所捕集到的PM(粒子状物质)燃烧除去而使蜂窝结构过滤器再生变得容易。作为具有700℃以上的居里点的磁性体,例如有:余量Co-20质量%Fe、余量Co-25质量%Ni-4质量%Fe、余量Fe-15~35质量%Co、余量Fe-17质量%Co-2质量%Cr-1质量%Mo、余量Fe-49质量%Co-2质量%V、余量Fe-18质量%Co-10质量%Cr-2质量%Mo-1质量%Al、余量Fe-27质量%Co-1质量%Nb、余量Fe-20质量%Co-1质量%Cr-2质量%V、余量Fe-35质量%Co-1质量%Cr、纯钴、纯铁、电磁软铁、余量Fe-0.1~0.5质量%Mn、余量Fe-3质量%Si等。此处,磁性体的居里点是指失去强磁性特性的温度。
磁性体16、17中的至少一种优选于25℃具有50μΩcm以上的电阻率。根据像这样的构成,能够使由感应加热带来的发热量进一步提高。作为于25℃具有50μΩcm以上的电阻率的磁性体,例如有:余量Fe-18质量%Cr、余量Fe-13质量%Cr-2质量%Si、余量Fe-20质量%Cr-2质量%Si-2质量%Mo、余量Fe-10质量%Si-5质量%Al、余量Fe-18质量%Co-10质量%Cr-2质量%Mo-1质量%Al、余量Fe-36质量%Ni、余量Fe-45质量%Ni等。
磁性体16、17中的至少一种优选具有100A/m以上的矫顽力。根据像这样的构成,对具有该磁性体16、17的蜂窝结构体10进行介电加热时,能够使温度在短时间内就上升至水分气化的温度(约100℃)、甚至是催化剂活化的温度(约300℃)。作为具有100A/m以上的矫顽力的磁性体,有:余量Fe-35质量%Co、余量Fe-20质量%Co-1质量%V、余量Fe-13质量%Cr-2质量%Si、余量Fe-18质量%Cr等。通过将具有50μΩcm以上的电阻率的磁性体和居里点较高的磁性体组合,能够使得初始升温提早,且最高到达温度也提高,故更加理想。
对蜂窝结构体10的隔壁12及外周壁11的材质没有特别限制,由于需要为具有大量细孔的多孔质体,所以通常由陶瓷材料形成。例如可以举出:堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石、氧化铝、硅-碳化硅系复合材料、碳化硅-堇青石系复合材料、特别是以硅-碳化硅复合材料或碳化硅为主成分的烧结体。本说明书中“碳化硅系”是指:蜂窝结构体10含有占蜂窝结构体10整体的50质量%以上的碳化硅。蜂窝结构体10以硅-碳化硅复合材料为主成分是指:蜂窝结构体10含有占蜂窝结构体10整体的90质量%以上的硅-碳化硅复合材料(合计质量)。此处,硅-碳化硅复合材料含有:作为骨料的碳化硅粒子、以及作为使碳化硅粒子粘结的粘结材料的硅,优选多个碳化硅粒子按在碳化硅粒子间形成细孔的方式通过硅而粘结。另外,蜂窝结构体10以碳化硅为主成分是指:蜂窝结构体10含有占蜂窝结构体10整体的90质量%以上的碳化硅(合计质量)。
优选为,蜂窝结构体10由选自由堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石、氧化铝构成的组中的至少1种陶瓷材料形成。
蜂窝结构体10的隔室形状没有特别限定,与蜂窝结构体10的中心轴正交的截面中,优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等多边形、圆形或椭圆形,也可以为其他不规则形状。
另外,作为蜂窝结构体10的外形,没有特别限定,可以采用端面为圆形的柱状(圆柱形状)、端面为椭圆形状的柱状、端面为多边形(四边形、五边形、六边形、七边形、八边形等)的柱状等形状。另外,蜂窝结构体10的大小没有特别限定,中心轴方向长度优选为40~500mm。另外,例如蜂窝结构体10的外形为圆筒状的情况下,其端面的半径优选为50~500mm。
蜂窝结构体10的隔壁12的厚度优选为0.10~0.50mm,就制造的容易度这一点而言,更优选为0.25~0.45mm。例如,如果为0.20mm以上,则蜂窝结构体10的强度进一步提高,如果为0.50mm以下,则将蜂窝结构体10用作过滤器的情况下,能够使压力损失进一步减小。应予说明,该隔壁12的厚度是:利用显微镜观察中心轴方向截面的方法测定得到的平均值。
另外,构成蜂窝结构体10的隔壁12的气孔率优选为30~70%,就制造的容易度这一点而言,更优选为40~65%。如果为30%以上,则压力损失容易减少,如果为70%以下,则能够维持蜂窝结构体10的强度。
另外,多孔质的隔壁12的平均细孔径优选为5~30μm,更优选为10~25μm。如果为5μm以上,则用作过滤器的情况下,能够使压力损失减小,如果为30μm以下,则能够维持蜂窝结构体10的强度。应予说明,本说明书中,在称为“平均细孔径”、“气孔率”时,是指:利用压汞法测定得到的平均细孔径、气孔率。
蜂窝结构体10的隔室密度也没有特别限制,优选为5~93隔室/cm2的范围,更优选为5~63隔室/cm2的范围,进一步优选为31~54隔室/cm2的范围。
像这样的蜂窝结构体10如下制作,即,将含有陶瓷原料的坯料成型为具有隔壁12的蜂窝状,该隔壁12区划形成从一个端面贯通至另一个端面而形成流体流路的多个隔室15,从而形成蜂窝成型体,将该蜂窝成型体干燥后进行烧成,由此制作蜂窝结构体10。并且,将像这样的蜂窝结构体用作本实施方式的蜂窝结构体10的情况下,可以将外周壁与蜂窝结构部一体地挤出而直接用作外周壁,也可以在成型或烧成后,对蜂窝成型体(蜂窝结构体)的外周进行磨削,使其成为规定形状,在该外周磨削后的蜂窝结构体涂布涂层材料而形成外周涂层。应予说明,本实施方式的蜂窝结构体1中,例如可以不对蜂窝结构体的最外周进行磨削,而使用具有外周的蜂窝结构体,在该具有外周的蜂窝结构体的外周面(即、蜂窝结构体的外周的更外侧)进一步涂布上述涂层材料,形成外周涂层。即,前者的情况下,在蜂窝结构体的外周面,仅有由涂层材料形成的外周涂层成为位于最外周的外周壁。另一方面,后者的情况下,在蜂窝结构体的外周面形成有进一步层叠由涂层材料形成的外周涂层而得到的位于最外周的二层结构的外周壁。还可以将外周壁与蜂窝结构部一体地挤出,直接烧成,不进行外周的加工就用作外周壁。
涂层材料的组成没有特别限定,可以适当使用各种公知的涂层材料。涂层材料可以进一步含有胶体二氧化硅、有机粘合剂、粘土等。应予说明,有机粘合剂优选使用0.05~0.5质量%,更优选使用0.1~0.2质量%。另外,粘土优选使用0.2~2.0质量%,更优选使用0.4~0.8质量%。
应予说明,蜂窝结构体10不限定于一体地形成有隔壁12的一体型的蜂窝结构体10,例如可以为具有如下结构的蜂窝结构体10(以下有时称为“接合型蜂窝结构体”),即,将多个柱状的蜂窝单元借助接合材料层组合而成的结构,该柱状的蜂窝单元具有多孔质的隔壁12,通过隔壁12而区划形成成为流体流路的多个隔室15。
另外,本实施方式的蜂窝结构体10可以为在形成多个隔室15的内壁的多孔质的隔壁12的表面和/或隔壁12的细孔内担载有催化剂的蜂窝结构体。像这样,本实施方式的蜂窝结构体10也可以构成为:担载有催化剂的催化剂载体、为了对尾气中的粒状物质(碳微粒)进行净化而设置有封孔部19的过滤器(例如柴油颗粒过滤器(以下也称为“DPF”))。
催化剂的种类没有特别限制,可以根据蜂窝结构体10的使用目的及用途而适当选择。例如,可以举出贵金属系催化剂或贵金属系催化剂以外的催化剂。作为贵金属系催化剂,可例示:将铂(Pt)、钯(Pd)、铑(Rh)这样的贵金属担载于氧化铝细孔表面且包含氧化铈、二氧化锆等助催化剂的三元催化剂、氧化催化剂、或包含碱土金属和铂作为氮氧化物(NOx)的吸储成分的NOx吸储还原催化剂(LNT催化剂)。作为不使用贵金属的催化剂,可例示:包含铜置换沸石或铁置换沸石的NOx选择还原催化剂(SCR催化剂)等。另外,可以使用选自由这些催化剂构成的组中的2种以上的催化剂。应予说明,催化剂的担载方法也没有特别限制,可以按照以往将催化剂担载于蜂窝结构体的担载方法来进行。
可以将烧成蜂窝结构体各自用作蜂窝单元,并将多个蜂窝单元的侧面彼此利用接合材料进行接合,使其一体化,制成蜂窝单元接合的状态的蜂窝结构体。蜂窝单元接合的状态的蜂窝结构体例如可以如下制造。在各蜂窝单元的两个底面粘贴有防止接合材料附着用掩膜的状态下,在接合面(侧面)涂布接合材料。
接下来,将这些蜂窝单元以蜂窝单元的侧面彼此对置的方式相邻配置,并将相邻的蜂窝单元彼此压接,然后,进行加热干燥。像这样,制作出相邻的蜂窝单元的侧面彼此通过接合材料而接合的蜂窝结构体。针对蜂窝结构体,可以对外周部进行磨削加工,制成期望的形状(例如圆柱状),在外周面涂布涂层材料后,使其加热干燥,形成外周壁11。
防止接合材料附着用掩膜的材料没有特别限制,例如可以优选使用聚丙烯(PP)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺、或特氟龙(注册商标)等合成树脂。另外,掩膜优选具备粘合层,粘合层的材料优选为丙烯酸系树脂、橡胶系(例如以天然橡胶或合成橡胶为主成分的橡胶)、或硅系树脂。
作为防止接合材料附着用掩膜,例如可以优选使用厚度为20~50μm的粘合薄膜。
作为接合材料,例如可以使用通过将陶瓷粉末、分散介质(例如、水等)、以及根据需要而添加的粘合剂、胶溶剂、发泡树脂等添加剂混合而制备的材料。作为陶瓷,优选为含有选自由堇青石、多铝红柱石、锆石、钛酸铝、碳化硅、氮化硅、二氧化锆、尖晶石、印度石、假蓝宝石、刚玉、以及二氧化钛构成的组中的至少一种的陶瓷,更优选为与蜂窝结构体相同的材质。作为粘合剂,可以举出:聚乙烯醇、甲基纤维素、CMC(羧甲基纤维素)等。
蜂窝结构体10可以在隔壁12的表面的至少一部分具备具有通气性的表面层。此处,具有通气性是指:表面层的渗透率为1.0×10-13m2以上。从进一步降低压力损失的观点考虑,渗透率优选为1.0×10-12m2以上。通过表面层具有通气性,能够抑制由表面层所引起的蜂窝结构体10的压力损失。
另外,本说明书中“渗透率”是指利用下式(1)计算出的物性值,且是成为表示规定的气体从该物(隔壁12)通过时的通过阻力的指标的值。此处,下式(1)中,C表示渗透率(m2),F表示气体流量(cm3/s)、T表示试样厚度(cm),V表示气体粘性(dynes·sec/cm2),D表示试样直径(cm),P表示气体压力(PSI)。应予说明,对于下式(1)中的数值,13.839(PSI)=1(atm),68947.6(dynes·sec/cm2)=1(PSI)。
[数学式1]
在测定渗透率时,切出附带有表面层的隔壁12,在该附带有表面层的状态下,测定渗透率后,进行削去表面层的状态下的渗透率测定,根据表面层与隔壁基材之间的厚度比率、以及这些渗透率测定结果,计算出表面层的渗透率。
表面层的气孔率优选为50%以上,更优选为60%以上,进一步优选为70%以上。通过具有50%以上的气孔率,能够抑制压力损失。不过,如果气孔率过高,则表面层变脆,容易剥落,因此,优选设为90%以下。
作为利用压汞法测定表面层的气孔率的方法,将具有表面层和基材的样品的压汞曲线与仅削掉表面层的基材的压汞曲线之差视为表面层的压汞曲线,根据削掉的质量和压汞曲线,计算出表面层的气孔率。也可以进行SEM图像拍摄,通过表面层部分的图像解析,根据空隙部和固体部的面积比率,计算出表面层的气孔率。
另外,表面层的平均细孔直径优选为10μm以下,更优选为5μm以下,进一步优选为4μm以下,特别优选为3μm以下。通过使平均细孔直径为10μm以下,能够实现较高的粒子捕集效率。不过,如果表面层的平均细孔直径过小,则压力损失增加,因此,优选设为0.5μm以上。
作为利用压汞法测定表面层的平均细孔直径的方法,采用压汞仪中的峰值这一形式,将附带有表面层的压汞曲线(孔容频率)与仅削掉表面层的基材的压汞曲线之差设为表面层的压汞曲线,并将其峰设为平均细孔直径。另外,也可以对蜂窝结构体10的截面的SEM图像进行拍摄,通过表面层部分的图像解析,进行空隙部和固体部的二值化,随机选择20个以上的空隙,将其内接圆的平均值设为平均细孔直径。
另外,表面层的厚度没有特别限定。不过,为了更显著地获得表面层的效果,表面层的厚度优选为10μm以上。另一方面,从避免压力损失增加的观点考虑,表面层的厚度优选为80μm以下。表面层的厚度更优选为50μm以下。作为表面层的厚度的测定方法,例如可以将形成有表面层的蜂窝结构体10沿着与隔室15延伸的方向垂直的方向切断,从其截面测定表面层的厚度,取任意5点的厚度的测定值的平均值。
接下来,对蜂窝结构体10的制造方法进行说明。首先,制作具有多孔质的隔壁且通过隔壁而区划形成多个隔室的蜂窝结构体。例如,制作包含堇青石的蜂窝结构体的情况下,首先,作为坯料用材料,准备堇青石化原料。对于堇青石化原料,由于按堇青石结晶的理论组成配合各成分,所以配合二氧化硅源成分、氧化镁源成分、以及氧化铝源成分等。其中,作为二氧化硅源成分,优选使用石英、熔融二氧化硅,此外,优选使该二氧化硅源成分的粒径为100~150μm。
作为氧化镁源成分,例如可以举出:滑石、菱镁矿等。其中,优选滑石。滑石在堇青石化原料中的含量优选为37~43质量%。滑石的粒径(平均粒径)优选为5~50μm,更优选为10~40μm。另外,氧化镁(MgO)源成分可以含有作为杂质的Fe2O3、CaO、Na2O、K2O等。
作为氧化铝源成分,就杂质较少这一点而言,优选含有氧化铝及氢氧化铝中的至少一种。另外,堇青石化原料中,氢氧化铝的含量优选为10~30质量%,氧化铝的含量优选为0~20质量%。
接下来,准备向堇青石化原料中添加的坯料用材料(添加剂)。作为添加剂,至少使用粘合剂和造孔剂。并且,除了粘合剂和造孔剂以外,可以使用分散剂、表面活性剂。
作为造孔剂,可以使用能够在堇青石的烧成温度以下与氧发生反应而氧化除去的物质、或者在堇青石的烧成温度以下的温度具有熔点的低熔点反应物质等。作为能够氧化除去的物质,例如可以举出:树脂(特别是粒子状的树脂)、石墨(特别是粒子状的石墨)等。作为低熔点反应物质,可以使用选自由铁、铜、锌、铅、铝、以及镍构成的组中的至少一种金属、以这些金属为主成分的合金(例如铁的情况下,碳钢、铸铁、不锈钢)或以两种以上为主成分的合金。其中,低熔点反应物质优选为粉粒状或纤维状的铁合金。此外,其粒径或纤维径(平均粒径)优选为10~200μm。低熔点反应物质的形状可以举出球状、卷菱形状、金平糖状等,如果是这些形状,则容易控制细孔的形状,故理想。
作为粘合剂,例如可以举出:羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、聚乙烯醇等。另外,作为分散剂,例如可以举出:糊精、多元醇等。另外,作为表面活性剂,例如可以举出脂肪酸皂。应予说明,添加剂可以单独使用一种,或可以使用两种以上。
接下来,相对于堇青石化原料100质量份,以粘合剂3~8质量份、造孔剂3~40质量份、分散剂0.1~2质量份、水10~40质量份的比例进行混合,将这些坯料用材料进行混炼,制备坯料。
接下来,将制备的坯料利用挤出成型法、注射成型法、压制成型法等成型为蜂窝形状,得到生的蜂窝成型体。从连续成型容易且能够使例如堇青石结晶取向的方面考虑,优选采用挤出成型法。可以采用真空练泥机、柱塞式挤出成型机、双螺杆式连续挤出成型机等装置进行挤出成型法。
接下来,使蜂窝成型体干燥,调整为规定的尺寸,得到蜂窝干燥体。可以利用热风干燥、微波干燥、介电干燥、减压干燥、真空干燥、冷冻干燥等,进行蜂窝成型体的干燥。应予说明,从能够将整体迅速且均匀地干燥的方面考虑,优选将热风干燥和微波干燥或介电干燥组合而进行干燥。
接下来,按将蜂窝干燥体的分别不同的隔室内的隔壁的表面涂敷的方式设置最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的构成两种磁性体的材料。具体而言,首先,将磁性体粉末和玻璃粉末以9:1的体积比进行配合,之后,在其中配合粘合剂、分散材料、水,制作糊料,将该糊料注入到隔壁隔室内。接下来,进行干燥、脱脂,然后,在真空气氛下,烧结于隔室壁。粘合剂可以使用羧甲基纤维素等。
接下来,准备封孔部的原料。封孔部的材料(封孔用浆料)可以使用与隔壁(蜂窝干燥体)相同的坯料用材料,也可以使用不同的材料。具体而言,将陶瓷原料、表面活性剂、以及水混合,根据需要添加烧结助剂、造孔剂等,制成浆料状,使用混合机等进行混炼,由此能够得到封孔部的原料。
接下来,对蜂窝干燥体的一个端面的一部分隔室开口部施加掩膜,将其端面浸渍于贮存有封孔用浆料的贮存容器中,向未施加掩膜的隔室中填充封孔用浆料。同样地,对蜂窝干燥体的另一个端面的一部分隔室开口部施加掩膜,将其端面浸渍于贮存有封孔用浆料的贮存容器中,向未施加掩膜的隔室中填充封孔用浆料。此时,针对涂敷有上述两种磁性体的隔室,将两端封孔。然后,使其干燥,进行烧成,由此得到具有封孔部的蜂窝结构体。上述干燥的条件可以采用与使蜂窝成型体干燥的条件同样的条件。另外,对于上述烧成的条件,在使用堇青石化原料的情况下,通常,可以在大气气氛下,于1410~1440℃的温度进行3~15小时的烧成。
作为封孔的方法,将糊料状的材料用刮浆部件这样的刮板挤入是较简单的方法。利用刮浆部件的挤入次数控制深度比较简单。对于想要将磁性体放入得较深的隔室的部分,使挤入次数增多,对于周边的较浅的部位,使挤入次数减少。
另外,得到的蜂窝结构体以在其外周面形成有外周壁的状态进行制作的情况下,可以对其外周面进行磨削,设为去除了外周壁的状态。后续工序中,在这样去除了外周壁的蜂窝结构体的外周涂布涂层材料,形成外周涂层。另外,对外周面进行磨削的情况下,可以对外周壁的一部分进行磨削而去除,通过涂层材料,在该部分形成外周涂层。
制备涂层材料的情况下,可以采用例如双轴旋转式的纵型混合机进行制备。
另外,涂层材料可以进一步含有胶体二氧化硅、有机粘合剂、粘土等。应予说明,有机粘合剂优选使用0.05~0.5质量%,更优选使用0.1~0.2质量%。另外,粘土优选使用0.2~2.0质量%,更优选使用0.4~0.8质量%。
在之前制作的蜂窝结构体的外周面涂布涂层材料,使所涂布的涂层材料干燥,形成外周涂层。通过像这样构成,能够有效地抑制在干燥或热处理时外周涂层发生开裂。
作为涂层材料的涂布方法,例如可以举出如下方法,即,将蜂窝结构体载放于旋转台之上,使其旋转,在使涂层材料从叶片状的涂布喷嘴喷出的状态下,以沿着蜂窝结构体的外周部的方式按压涂布喷嘴,进行涂布。通过像这样构成,能够将涂层材料以均匀的厚度进行涂布。另外,能够形成所形成的外周涂层的表面粗糙度较小、外观优异、且不易因热冲击而破损的外周涂层。
应予说明,对蜂窝结构体的外周面进行磨削而去除了外周壁的情况下,在蜂窝结构体的整个外周面涂布涂层材料,形成外周涂层。另一方面,在蜂窝结构体的外周面存在外周壁或者一部分外周壁被去除的情况下,可以局部涂布涂层材料,形成外周涂层,当然,也可以在蜂窝结构体的外周面整个区域涂布涂层材料,形成外周涂层。
对所涂布的涂层材料(即、未干燥的外周涂层)进行干燥的方法没有特别限制,例如,从防止干燥开裂的观点考虑,可以优选使用如下方法,即,通过于室温保持24小时以上而使涂层材料中的水分的25%以上干燥后,在电炉中,于600℃保持1小时以上,由此除去水分及有机物。
另外,蜂窝结构体的隔室的开口部未预先密封的情况下,可以在形成外周涂层之后,对隔室的开口部进行封孔。
另外,对于得到的蜂窝结构体,由于通过对其外周面照射激光而使得涂层材料中包含的碳化硅粉末显色,所以,也可以对得到的蜂窝结构体的外周涂层照射激光而印刷(标记)产品信息等。
作为利用激光进行标记时使用的激光,例如可以举出二氧化碳气体(CO2)激光、YAG激光、YVO4激光作为优选例。关于照射激光的激光器的条件,可以根据使用的激光的种类进行适当选择,例如,使用CO2激光的情况下,优选以输出功率15~25W、扫描速度400~600mm/s进行标记。通过像这样进行标记,照射部分以由黑色呈现出绿色这样的暗色的方式显色,与非照射部分之间的显色对比非常好。
在蜂窝结构体担载催化剂的情况下,即便在上述利用激光进行印刷之后,印刷部分也不会劣化,即便在催化剂担载之后,也能够很好地读出上述印刷内容。应予说明,催化剂的担载方法没有特别限制,可以按照以往的蜂窝结构体的制造方法中进行的催化剂担载的方法来进行。
(实施方式2)
图3(a)是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图3(b)是示意性地表示本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20的一个端面13的俯视图。如图3(b)所示,本发明的实施方式2所涉及的蜂窝结构体20呈现出:构成隔室15的隔室A及隔室B分别纵横交替排列的千鸟格配置。
对于蜂窝结构体20的隔室15,在至少一部分的隔室A及隔室B的隔壁12的表面设置有透过膜26、27。透过膜26、27设置在彼此不同的隔室15内。透过膜26、27包含彼此不同的磁性体。透过膜26中包含的磁性体和透过膜27中包含的磁性体的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同。透过膜26、27各自中包含的磁性体可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17。根据像这样的构成,蜂窝结构体20在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
蜂窝结构体20的透过膜26、27为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在不同的隔室15内。例如,可以将分别仅包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体中的一种的共三种透过膜设置在不同的隔室15内。
透过膜26、27具有与实施方式1中示出的表面层同样的通气性。另外,透过膜26、27可以是使构成实施方式1中示出的表面层的材料中含有磁性体16、17而构成的。透过膜26、27中包含的磁性体16、17的比例没有特别限定,可以相对于透过膜26、27而包含50~90体积%的磁性体16、17。
作为透过膜26、27中包含的磁性体使用磁性体粒子的情况下,其重均粒径优选为20μm以下。通过使重均粒径为20μm以下,经与其他可控设计因子的组合而能够落在作为目标的透过膜26、27的平均细孔直径、厚度、气孔率得到全部满足的范围内。应予说明,磁性体粒子的重均粒径的下限没有特别设计,可以为例如0.5μm以上。利用激光衍射式粒度分布测定装置来测定重均粒径。
另外,优选为:磁性体粒子的最短径d为0.1~5μm,在将磁性体的最长径设为Lμm时,L/d≥3。由此,能够得到保持导电性且充分确保通气性的透过膜26、27的微结构。对于最短径d,利用SEM图像的图像解析,针对50个粒子,将与粒子的最长径正交的线段中最大的线段设为该粒子的最短径,该最短径以粒子的数量进行平均,由此求出最短径d。对于最长径,在SEM图像中,将50个以上的粒子的最长径以粒子的数量进行平均,由此求出最长径L。磁性体优选为针状。针状是指:L/d≥5。
作为蜂窝结构体20的制造方法,相对于实施方式1中示出的蜂窝结构体10的制造方法,设置包含磁性体的透过膜26、27来代替磁性体16、17,除此以外,可以同样地实施。对于蜂窝结构体20的透过膜26、27的形成,例如,首先,在母料中混合磁性体16而制成透过膜26的材料,在母料中混合磁性体17而制成透过膜27的材料。作为母料,没有特别限定,例如,可以为以金属或玻璃为主成分的材料,也可以为以二氧化硅或氧化铝为主成分的材料,还可以为在这些材料中进一步包含有机物或无机物的材料。接下来,按将蜂窝干燥体的分别不同的隔室内的隔壁的表面涂敷的方式设置透过膜26、27的材料。对于透过膜,可以利用干式从单侧吸引混合的粉末进行涂布。或者,可以将混合粉末浆料化或糊料化,利用湿式进行涂布。接下来,对于设置封孔部的后续工序,可以通过与实施方式1同样的方法进行制造。
(实施方式3)
图4(a)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体30的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图4(b)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体30的一个端面13的俯视图。另外,图4(c)是示意性地表示本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体30的一个端面13的另一形态的俯视图。如图4(b)及(c)所示,本发明的实施方式3所涉及的蜂窝结构体30呈现出:构成隔室15的隔室A及隔室B分别纵横交替排列的千鸟格配置。
对于蜂窝结构体30,一个端面13成为流体的流入侧的端面,另一个端面14成为流体的流出侧的端面。流体的流入侧的端面13在不同的隔室B分别设置有封孔部36、37。图4(b)中,示出了分别纵横配置封孔部36、37内相同种类的封孔部的例子。图4(c)中,示出了分别纵横交替配置封孔部36、37内不同种类的封孔部的例子。流体的流出侧的端面14设置有与实施方式1中使用的封孔部同样的封孔部19。
封孔部36、37包含彼此不同的磁性体。封孔部36中包含的磁性体和封孔部37中包含的磁性体的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同。封孔部36、37各自中包含的磁性体可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17。根据像这样的构成,蜂窝结构体30在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
蜂窝结构体30的封孔部36、37为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在不同的隔室15内。例如,可以将分别仅包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体中的一种的共三种封孔部设置在不同的隔室15内。
封孔部36、37将以往公知的作为蜂窝结构体的封孔部使用的材料作为母料,该母料可以包含磁性体16、17,也可以仅由磁性体16、17构成。
如图4(a)所示,对于蜂窝结构体30,在流体的流入侧的端面13的不同的隔室B分别设置有包含磁性体的封孔部36、37。因此,在使用了蜂窝结构体30的废气净化装置中,将呈螺旋状环绕蜂窝结构体30的外周的线圈配线配置于隔室B的与封孔部36、37对应的位置。即,只要在蜂窝结构体30的流体的流入侧的端面附近按呈螺旋状环绕外周的方式配置线圈配线进行感应加热,来自在流入侧被加热的端面的热就会随着流体的移动而在隔壁12及隔室15内传播,加热至流出侧。因此,不需要在蜂窝结构体30的长度方向上对整体进行加热,能量效率良好。另外,由于无需在蜂窝结构体30的长度方向上对整体进行加热,仅进行局部加热即可,所以,能够减少PM(粒子状物质)燃烧所需要的投入电力。另外,将容易偏在于隔室15内的端面附近的PM(粒子状物质)迅速燃烧除去而使蜂窝结构过滤器再生变得容易。
另外,蜂窝结构体30不限定于像这样的构成,端面13、14可以均为流体的流入侧的端面,也可以均为流出侧的端面。另外,构成蜂窝结构体30的隔室15的隔室A的封孔部及隔室B的封孔部中的一者或两者可以包含该两种以上的磁性体。通过采用构成隔室15的隔室A的封孔部及隔室B的封孔部中的一者或两者包含磁性体的构成,使得将蜂窝结构体30用作蜂窝过滤器时的封孔部直接包含磁性体。因此,不再需要将蜂窝结构体30的隔室15仅用于填充包含磁性体的材料,结果,能够抑制压力损失增加。
图示的蜂窝结构体30中,包含磁性体的隔室B的封孔部36、37在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体30的中心趋向外周而逐渐减小。根据像这样的构成,在与隔室B的封孔部36、37对应的位置配置线圈配线、即在蜂窝结构体30的流体的流入侧的端面13附近按呈螺旋状环绕外周的方式配置线圈配线并进行感应加热时,蜂窝结构体30的外周侧的封孔部36、37的深度最短。另外,随着趋向中心,封孔部36、37逐渐变深。因此,由感应加热带来的热不易在外侧的封孔部36、37被阻断,良好地加热至蜂窝结构体30的中心。作为随着从蜂窝结构体30的中心趋向外周而逐渐减小的形态,没有特别限定,可以适当设计,例如优选为随着从蜂窝结构体30的中心趋向外周而以均等的比例减小。图示的蜂窝结构体30中,如上所述,包含磁性体的隔室B的封孔部36、37在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体30的中心趋向外周而逐渐减小。另外,不限于此,可以为,包含磁性体的隔室A的封孔部19及隔室B的封孔部36、37中的一者或两者在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体30的中心趋向外周而逐渐减小。另外,可以将包含磁性体的隔室A的封孔部19及隔室B的封孔部36、37中的一者或两者在隔室延伸的方向上的深度适当根据期望的目的形成为:随着从蜂窝结构体30的中心趋向最外周而进行变化。
作为蜂窝结构体30的制造方法,相对于实施方式1中示出的蜂窝结构体10的制造方法,在隔室B设置包含磁性体的封孔部36、37来代替将磁性体16、17设置于隔室15内的表面,除此以外,可以同样地实施。对于蜂窝结构体30的封孔部36、37的形成,例如,首先,在母料中混合磁性体16而制成封孔部36的材料,在母料中混合磁性体17而制成封孔部37的材料。接下来,将封孔部36、37的材料制成蜂窝干燥体的分别不同的隔室B的封孔部。对于设置封孔部的后续工序,可以通过与实施方式1同样的方法进行制造。
(实施方式4)
图5是示意性地示出本发明的实施方式4所涉及的蜂窝结构体40的一个端面的一部分的俯视图。蜂窝结构体40在构成隔室15的隔室A与隔室B之间配置有截面积比隔室A及隔室B(第一隔室)的截面积小的隔室(第二隔室)41。
多个第二隔室41各自的内部利用包含两种磁性体46、47中的任一种的材料进行填充。此处,该“填充”可以为在第二隔室41的内部毫无间隙地塞入包含磁性体46、47的材料的状态,也可以为在第二隔室41的内部具有间隙(没有包含磁性体46、47的材料的空间)的状态。两种磁性体46、47的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同。根据像这样的构成,蜂窝结构体40与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
蜂窝结构体40的磁性体46、47为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在不同的第二隔室41内。例如,可以将最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体设置在不同的第二隔室41内。
第二隔室41可以不设置于隔室A与隔室B之间,与隔室A及隔室B中的至少一者相邻配置即可。根据像这样的构成,由于在与隔室A及隔室B中的至少一者相邻的第二隔室41内填充有包含磁性体46、47的材料,所以,利用电磁感应对蜂窝结构体40进行加热。因此,不需要使电流通于蜂窝结构体40本身,即便在产生冷凝水的环境中,也能够抑制短路的发生。另外,由于在截面积比隔室15的截面积小的第二隔室41中填充有包含磁性体46、47的材料,所以,不需要向成为流体流路的隔室15中填充包含磁性体46、47的材料而牺牲该流路。由此,能够同时实现抑制蜂窝结构体40的压力损失增加和良好的加热效率。另外,利用催化剂对尾气中的有害气体成分进行净化的情况下,通过使蜂窝结构体为像这样的构成,能够在汽油发动机或柴油发动机启动时利用感应加热将催化剂的温度提早加热至催化剂活化温度以上。
隔室15的截面形状形成为:四边形的各角部缺损而重新分别形成有2个角部这样的共具有8个角部的八边形。多个隔室15均具有像这样的八边形的形状,相对于蜂窝结构体40的最外周,沿着同一方向规则地配置。
多个隔室15分别具有多边形的开口,多个第二隔室41可以分别与多个隔室15的多边形的开口的至少1个角部相邻地配置。根据像这样的构成,多个隔室15容易配置成在蜂窝结构体40的截面处实现最密结构,另外,可以无需牺牲成为流体的流路的隔室15、或者将隔室15的截面积的减小设为最低限度,同时,相邻配置由包含磁性体46、47的材料填充的第二隔室41。因此,能够抑制蜂窝结构体40的压力损失增加,并且,能够使蜂窝结构体40的加热效率进一步提高。另外,隔室15的角部也是如下部分,即,在使其担载有催化剂的情况下,用于使待设置于隔室15内部的催化剂成分较薄地含浸的催化剂浸渍涂层容易偏在的部分,因此,通过在该角部附近设置填充有包含磁性体46、47的材料的第二隔室41,使得由催化剂加热带来的净化率提高效果升高。
隔室15、第二隔室41以及隔壁12的配置构成不限于图5例示的构成,第二隔室41分别与隔室A及隔室B中的至少1个相邻配置即可,没有特别限定。另外,隔室15及第二隔室41的形状没有特别限定,在与中心轴正交的截面中,优选为三角形、四边形、五边形、六边形、八边形等多边形、圆形、或椭圆形,也可以为其他不规则形状。隔室15及第二隔室41的数量、配置、形状等以及隔壁的厚度等没有限制,可以根据需要适当设计。
第二隔室41的截面积小于隔室15的截面积即可,没有特别限定,多个第二隔室41的截面积相对于多个隔室15以及多个第二隔室41的截面积的合计的比例优选为10%以下。根据像这样的构成,能够维持蜂窝结构体40的良好加热效率,并且,能够进一步抑制压力损失增加。多个第二隔室41的截面积相对于多个隔室15以及多个第二隔室41的截面积的合计的比例更优选为8%以下,进一步优选为5%以下。多个第二隔室41的截面积相对于多个隔室15以及多个第二隔室41的截面积的合计的比例的下限值还取决于使蜂窝结构体40的加热效率达到何种程度,典型地可以设为1%以上、或、2%以上。
多个隔室15的等效水力直径优选为多个第二隔室41的等效水力直径的2倍以上。根据像这样的构成,能够维持蜂窝结构体40的良好加热效率,并且,能够进一步抑制压力损失增加。多个隔室15的等效水力直径更优选为多个第二隔室41的等效水力直径的5倍以上,进一步优选为8倍以上。
向第二隔室41的内部填充的包含磁性体46、47的材料由磁性体46、47和含有磁性体46、47的母料构成。作为母料,没有特别限定,例如,可以为以金属或玻璃为主成分的材料,也可以为以二氧化硅或氧化铝为主成分的材料,还可以为在这些材料中进一步包含有机物或无机物的材料。另外,可以仅将磁性体46、47填充到第二隔室41中。
磁性体46、47的形状没有特别限定,可以为线状,也可以为粒子状。使用线状的磁性体46、47的情况下,可以使金属丝等包含1条线状的磁性体46、47的材料填充到第二隔室41内,也可以使包含多条线状的磁性体46、47的材料填充到第二隔室41内。使用粒子状的磁性体46、47的情况下,磁性体46、47的粒径在第二隔室41的直径的大小以下的范围进行适当设定。具体而言,重均粒径优选为20μm以下。磁性体46、47的重均粒径的下限没有特别设计,例如可以设为0.5μm以上。应予说明,利用激光衍射式粒度分布测定装置来测定重均粒径。另外,可以使仅由粒子状的磁性体46、47单独构成的粉末填充到第二隔室41内,也可以使其以磁性体46、47与玻璃等其他的材料的复合粉末的形式填充到第二隔室41内。该粉末在第二隔室41内的填充可以为该粉末被覆于第二隔室41内的隔壁的状态。作为包含磁性体46、47的材料,像这样利用了粉末的情况下,通过与使用了包含线材的磁性体46、47的材料的情形相比,将感应加热频率设定得较高(例如设定为100kHz以上),由此,能够得到与包含线材的磁性体46、47的材料同等的升温速度性能。
作为蜂窝结构体40的制造方法,相对于实施方式1中示出的蜂窝结构体10的制造方法,将蜂窝干燥体形成为第二隔室41与隔室A及隔室B中的至少一者相邻配置的结构,在不同的第二隔室41内填充磁性体,除此以外,可以同样地制造。
作为向第二隔室内填充磁性体的方法,主要有以下的3个方法。
·将包含磁性体和以金属或玻璃为主成分的粘结材料的浆料流入至蜂窝结构体的第二隔室内,于该金属的熔点或玻璃的软化点以上的温度进行加热而凝固的方法。
·将包含磁性体和以二氧化硅或氧化铝为主成分的粘接材料的浆料流入至蜂窝结构体的第二隔室内,进行加热,将二氧化硅或氧化铝固化的方法。
·将包含丝状等线状的磁性体的材料插入于蜂窝结构体的第二隔室内的方法。
对于将浆料流入至蜂窝结构体的第二隔室内,例如,使浆料向蜂窝结构体的第二隔室内流通、或将浆料浸渍于蜂窝结构体的第二隔室内即可。此处,使用以金属或玻璃为主成分的粘结材料的情况下,制造时,需要在蜂窝基材的耐热温度以下使其暂时熔融或软化,因此,优选于粘结材料的熔点或软化点的温度以上进行加热。另外,在使用环境中,最高温度达到约700℃,因此,更优选使用具有该温度以上的熔点或软化点的金属或玻璃。作为具体的熔点或软化点,例如为800~1200℃。另一方面,使用以二氧化硅或氧化铝为主成分的粘接材料的情况下,在制造时,优选为能够通过加热干燥使得粘接材料固化的材料。作为能够通过加热干燥使得上述粘接材料固化的材料,例如可以举出二氧化硅或氧化铝的胶体分散体,也可以为包含二氧化硅及氧化铝的胶体分散体。另外,使用环境下的最高温度达到约700℃,因此,更优选使用具有该温度以上的耐热温度的二氧化硅或氧化铝。将浆料流入至蜂窝结构体的第二隔室内之后,在蜂窝结构体下游安装吸引夹具,从作为蜂窝结构体下游的另一个开口端部侧进行吸引,去除剩余水分,填充包含磁性体的材料。作为对包含磁性体的材料进行加热处理的条件,优选以温度800~1200℃、0.5~3小时进行加热。
使用以氧化铝或二氧化硅为主成分的粘接材料的情况下,将浆料流入至隔室内的工序可以在蜂窝成型、干燥体的阶段进行。这种情况下,将浆料流入至蜂窝结构体的第二隔室内之后,将蜂窝结构体干燥,然后,在蜂窝结构体的烧成工序中同时进行磁性体固定于粘接材料的工序。二氧化硅或氧化铝优选表现出因干燥而固化的效果。
另外,除了添加上述以金属或玻璃为主成分的粘结材料以外,也可以使以金属或玻璃为主成分的粘结材料预先涂敷于磁性体。另外,也可以设置形成包含磁性体粒子和粘结材料的复合粒子的工序。
浆料可以如下得到,即,将例如磁性体、上述粘接材料或上述粘结材料、有机粘合剂、水或醇混合来得到浆料。此外,可以在浆料中进一步加入油脂和表面活性剂,进行混合、乳化。
(实施方式5)
图6(a)是示意性地表示本发明的实施方式5所涉及的蜂窝结构体50的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图6(b)是示意性地表示本发明的实施方式5所涉及的蜂窝结构体50的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向垂直的截面的截面图。
蜂窝结构体50中,两种磁性体56、57分别包含在相同的隔室15内。蜂窝结构体50的磁性体56、57为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在相同的隔室15内。
磁性体56、57设置成:分别将隔室15内的隔壁12的表面涂敷。磁性体56、57也可以按分别将隔室15内的空间全部填埋的方式进行填充。设置有磁性体56、57的隔室15在蜂窝结构体10的一个端面13及另一个端面14均设置有封孔部19。磁性体56、57优选分别设置于隔室15的隔壁12的表面的不同位置,以便抑制相互反应。另外,磁性体56、57优选设置成彼此分离。
磁性体56、57的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。作为磁性体56、57,可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17。根据像这样的构成,蜂窝结构体50在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
蜂窝结构体50的磁性体56、57为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在相同的隔室15内。例如,可以将最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体设置在相同的隔室15内。
蜂窝结构体50的设置有磁性体56、57的隔室15的位置没有特别限定,如上所述,磁性体56和磁性体57的功能不同,因此,与彼此接近相比,更优选分离配置。例如,如图6(a)及(b)所示,优选为:在一个端面13侧设置有磁性体56且在另一个端面14侧设置有磁性体57的隔室15和在一个端面13侧设置有磁性体57且在另一个端面14侧设置有磁性体56的隔室15交替配置。设置有磁性体56、57的隔室15的设置位置或设置数可以考虑蜂窝结构体50的加热效率及压力损失而适当设计。
可以是磁性体56、57分别为丝状,在彼此相同的隔室15内分离设置。另外,也可以是磁性体56、57为丝状,至少1个丝状的磁性体的表面用防止反应层进行被覆。像这样的情况下,磁性体56、57彼此通过防止反应层而抑制了相互反应。因此,不需要将丝状的磁性体56、57在相同的隔室15内分离设置,可以设置成:使彼此在隔室15内沿着隔室15延伸的方向上的法线方向依次层叠。另外,可以将丝状的磁性体56、57在相同的隔室15内沿着隔室15延伸的方向连续,即设置成使其接触。作为防止反应层,由能够抑制磁性体56和磁性体57因接触或者接触并加热而发生反应的材料形成。作为防止反应层的材料,例如可以举出:SiO2-Al2O3-MgO系玻璃等。
作为蜂窝结构体50的制造方法,相对于实施方式1中示出的蜂窝结构体10的制造方法,将待设置磁性体的隔室15设为相同的隔室,除此以外,可以同样地实施。
(实施方式6)
图7(a)是示意性地表示本发明的实施方式6所涉及的蜂窝结构体60的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图7(b)是示意性地表示本发明的实施方式6所涉及的蜂窝结构体60的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的另一形态的截面图。
蜂窝结构体60中,两种磁性体66、67分别包含在相同的隔室15内。蜂窝结构体60的磁性体66、67为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在相同的隔室15内。例如,可以将最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体设置在相同的隔室15内。
图7(a)中示出的形态中,磁性体67设置成:将隔室15内的隔壁12的表面涂敷。磁性体66设置成:将磁性体67上涂敷。设置有磁性体66、67的隔室15在蜂窝结构体60的一个端面13及另一个端面14均设置有封孔部19。图7(b)中示出的形态中,磁性体66、67在磁性体66、67的涂层彼此之间设置有防止反应层68,以便抑制相互反应。防止反应层68可以采用与实施方式5中示出的防止反应层同样的防止反应层。
实施方式6所涉及的蜂窝结构体60不限于图7(a)及(b)中示出的构成,可以形成为:两种以上的磁性体按种类独立地涂敷于隔室的隔壁的表面,独立的磁性体的涂层沿着隔室延伸的方向上的法线方向依次层叠。另外,可以在该独立的磁性体的涂层彼此之间设置有防止反应层。
磁性体66、67的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。作为磁性体66、67,可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17。根据像这样的构成,蜂窝结构体60在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
作为蜂窝结构体60的制造方法,相对于实施方式1中示出的蜂窝结构体10的制造方法,将待设置磁性体的隔室15设为相同的隔室,进而,将不同的磁性体依次涂敷于隔壁的表面,除此以外,可以同样地实施。
(实施方式7)
图8(a)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体70的具有封孔部19的隔室15及隔壁12处的、与隔室15的延伸方向平行的截面的截面图。图8(b)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体70的一个端面13的俯视图。另外,图8(c)是示意性地表示本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体70的一个端面13的另一形态的俯视图。如图8(b)及(c)所示,本发明的实施方式7所涉及的蜂窝结构体70呈现出:构成隔室15的隔室A及隔室B分别纵横交替排列的千鸟格配置。
对于蜂窝结构体70,一个端面13成为流体的流入侧的端面,另一个端面14成为流体的流出侧的端面。流体的流入侧的端面13在相同的隔室B分别设置有封孔部76、77。图8(b)中,关于端面13附近的封孔部,示出了分别纵横配置封孔部76、77内相同种类的封孔部的例子。图8(c)中,关于端面13附近的封孔部,示出了分别纵横交替配置封孔部76、77内不同种类的封孔部的例子。流体的流出侧的端面14设置有与实施方式1中使用的封孔部同样的封孔部19。
封孔部76、77包含彼此不同的磁性体。封孔部76中包含的磁性体和封孔部77中包含的磁性体的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同。封孔部76、77各自中包含的磁性体可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17。根据像这样的构成,蜂窝结构体70在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
蜂窝结构体70的封孔部76、77为两种以上即可,没有特别限定,可以是三种、四种或五种以上分别包含在相同的隔室15内。例如,可以将分别仅包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同的三种磁性体中的一种的共三种封孔部设置在相同的隔室15内。
封孔部76和封孔部77优选在相同的隔室15内沿着隔室15延伸的方向依次分离设置,以便抑制相互反应。
封孔部76、77将以往公知的作为蜂窝结构体的封孔部使用的材料作为母料,该母料可以包含磁性体16、17,也可以仅由磁性体16、17构成。
如图8(a)所示,对于蜂窝结构体70,在流体的流入侧的端面13的相同的隔室B分别设置有包含磁性体的封孔部76、77。因此,只要在蜂窝结构体70的流体的流入侧的端面附近按呈螺旋状环绕外周的方式配置线圈配线进行感应加热,来自在流入侧被加热的端面的热就会随着流体的移动而在隔壁12及隔室15内传播,加热至流出侧。因此,能量效率良好,能够减少PM(粒子状物质)燃烧所需要的投入电力。另外,将容易偏在于隔室15内的端面附近的PM(粒子状物质)迅速燃烧除去而使蜂窝结构过滤器再生变得容易。
另外,蜂窝结构体70不限定于像这样的构成,端面13、14可以均为流体的流入侧的端面,也可以均为流出侧的端面。另外,构成蜂窝结构体70的隔室15的隔室A的封孔部及隔室B的封孔部中的一者或两者可以包含该两种以上的磁性体。并且,该包含两种以上的磁性体的封孔部中,两种以上的磁性体可以按种类独立地沿着隔室延伸的方向依次设置。通过采用构成隔室15的隔室A的封孔部及隔室B的封孔部中的一者或两者包含磁性体的构成,使得将蜂窝结构体70用作蜂窝过滤器时的封孔部直接包含磁性体。因此,不再需要将蜂窝结构体70的隔室15仅用于填充包含磁性体的材料,结果,能够抑制压力损失增加。
图示的蜂窝结构体70中,包含磁性体的隔室B的封孔部76、77在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体70的中心趋向外周而逐渐减小。根据像这样的构成,由感应加热带来的热不易在外侧的封孔部76、77被阻断,良好地加热至蜂窝结构体70的中心。作为随着从蜂窝结构体70的中心趋向外周而逐渐减小的形态,没有特别限定,可以适当设计,例如优选为随着从蜂窝结构体70的中心趋向外周而以均等的比例减小。图示的蜂窝结构体70中,如上所述,包含磁性体的隔室B的封孔部76、77在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体70的中心趋向外周而逐渐减小,但不限于此,可以为,包含磁性体的隔室A的封孔部19及隔室B的封孔部76、77中的一者或两者在隔室延伸的方向上的深度随着从蜂窝结构体70的中心趋向外周而逐渐减小。另外,可以将包含磁性体的隔室A的封孔部19及隔室B的封孔部76、77中的一者或两者在隔室延伸的方向上的深度适当根据期望的目的形成为:随着从蜂窝结构体70的中心趋向最外周而进行变化。
作为蜂窝结构体70的制造方法,相对于实施方式6中示出的蜂窝结构体60的制造方法,在隔室B设置包含磁性体的封孔部76、77来代替将磁性体设置于隔室15内的表面,除此以外,可以同样地实施。对于蜂窝结构体70的封孔部76、77的形成,例如,首先,在母料中混合磁性体16而制成封孔部76的材料,在母料中混合磁性体17而制成封孔部77的材料。接下来,将封孔部76、77的材料在蜂窝干燥体的相同的隔室B内沿着隔室B延伸的方向依次分离设置。对于像这样设置封孔部的后续工序,可以通过与实施方式6同样的方法进行制造。
(实施方式8)
图9(a)是本发明的实施方式8所涉及的蜂窝结构体的隔室15内所设置的两种不同的磁性体86、87的外观示意图。图9(b)是与本发明的实施方式8所涉及的蜂窝结构体的隔室15内所设置的两种不同的磁性体86、87的另一形态有关的外观示意图。
实施方式8所涉及的蜂窝结构体的隔室15内所设置的两种不同的磁性体86、87分别为粒子。另外,两种不同的磁性体86、87的粒子中的至少一种可以用防止反应层88进行被覆。实施方式8所涉及的蜂窝结构体中,两种不同的磁性体86、87的粒子设置于相同的隔室15内。可以将两种不同的磁性体86、87的粒子填充于隔室15内,也可以涂敷于隔壁12的表面,还可以包含在封孔部19中。
磁性体86、87的最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个彼此不同。作为磁性体86、87的粒子,可以使用实施方式1中示出的磁性体16、17内能够形成为粒子状的磁性体。根据像这样的构成,实施方式8所涉及的蜂窝结构体在隔室15内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体,因此,与实施方式1同样地,加热至水分气化的温度所需要的时间以及担载有催化剂的过滤器时的催化剂活化时间均较短,能够利用感应加热将碳微粒等燃烧除去。
防止反应层88采用:能够将磁性体86、87的粒子表面被覆且能够抑制磁性体86、87反应的材料。作为像这样的防止反应层88的材料,可以举出SiO2系材料。具体而言,可以举出:SiO2-Al2O3-MgO、SiO2-Al2O3、SiO2-MgO、SiO2-SrO、SiO2-CaO、SiO2-CeO、SiO2-ZrO2、SiO2-Y2O3、SiO2-Y2O3-Yb2O3、SiO2-La2O3等。
作为实施方式8所涉及的蜂窝结构体的制造方法,相对于实施方式5~7中示出的蜂窝结构体50、60、70的制造方法,将2种不同的磁性体以粒子的形式形成并分别设置于相同的隔室15内,除此以外,可以同样地进行实施。
<2.废气净化装置>
可以采用上述的本发明的各实施方式所涉及的蜂窝结构体来构成废气净化装置。图10中,作为例子,示出了组装有蜂窝结构体1的废气净化装置6的废气流路的概要图。废气净化装置6具有蜂窝结构体1和呈螺旋状环绕蜂窝结构体1外周的线圈配线4。另外,废气净化装置6具有对蜂窝结构体1及线圈配线4进行收纳的金属管2。可以在金属管2的扩径部2a配置废气净化装置6。线圈配线4可以通过固定部件5而固定于金属管2内。固定部件5优选为陶瓷纤维等耐热性部件。蜂窝结构体1可以担载有催化剂。
线圈配线4呈螺旋状卷绕于蜂窝结构体1的外周。还假定采用2个以上的线圈配线4的形态。与开关SW的接通(ON)相应地,从交流电源CS供给来的交流电流流通于线圈配线4,结果,在线圈配线4的周围产生周期性变化的磁场。应予说明,开关SW的接通、断开通过控制部3来控制。控制部3可以与发动机的启动同步地使开关SW接通,使得交流电流流通于线圈配线4。应予说明,还假定控制部3与发动机的启动无关地(例如、与由司机按压的加热开关的工作相应地)将开关SW接通的形态。
本发明中,蜂窝结构体1根据与流通于线圈配线4的交流电流相对应的磁场变化而进行升温。由此,由蜂窝结构体1捕集到的碳微粒等燃烧。另外,蜂窝结构体1担载有催化剂的情况下,蜂窝结构体1的升温提高由蜂窝结构体1中包含的催化剂载体所担载的催化剂的温度,促进催化反应。总之,一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、烃(CH)被氧化或还原为二氧化碳(CO2)、氮(N2)、水(H2O)。
实施例
以下,例示用于更好地理解本发明及其优点的实施例,不过,本发明并不限定于实施例。
<实施例1>
针对直径82mm、长度85mm、隔壁厚度为0.1mm、隔壁间距离为约1mm的圆柱状的堇青石制蜂窝,按5×5隔室间隔,在1隔室的隔壁内涂敷磁性体,制成蜂窝结构体。作为涂敷有磁性体的隔室,将余量Fe-17质量%Cr粉末的涂敷隔室和余量Fe-49质量%Co-2质量%V粉末的涂敷隔室交替配置。磁性体涂敷量为约30g。
接下来,采用感应加热装置,进行该蜂窝结构体的加热试验,利用红外线温度计测定蜂窝结构体的端面的温度。投入电力设为4kW,感应加热频率为500kHz,对蜂窝结构体的升温性能进行比较。应予说明,使线圈在蜂窝结构体的外周环绕3周。线圈的空载电感设为1.0μH。组合于线圈的电容器选择0.1μF容量的电容器。变压器的变压比设为7:1。图11中示出表示该加热试验中的各感应加热频率500kHz下的时间(秒)-温度(℃)的关系的曲线图。
<参考例1、2>
准备与实施例1相同的圆柱状的堇青石制蜂窝。接下来,参考例1中,按5×5隔室间隔,在1隔室的隔壁内,涂敷余量Fe-17质量%Cr粉末,得到蜂窝结构体;参考例2中,按5×5隔室间隔,在1隔室的隔壁内,涂敷余量Fe-49质量%Co-2质量%V粉末,得到蜂窝结构体。参考例1及2的蜂窝结构体的磁性体量分别为约30g。
接下来,与实施例1同样地,采用感应加热装置,进行该蜂窝结构体的加热试验。将利用红外线温度计测定蜂窝结构体的端面的温度得到的结果与实施例1一同示于图11。
<评价>
对于到达催化剂活化温度的到达时间,实施例1的蜂窝结构体与参考例1的蜂窝结构体相比有所延迟,不过,与参考例2的蜂窝结构体相比足够早。另外,参考例1的蜂窝结构体没有达到碳微粒的燃烧温度600℃,与此相对,实施例1的蜂窝结构体能够确认到:以超过650℃的方式进行加热,能够进行燃烧除去。
<实施例2>
将平均粒径10μm的余量Fe-17质量%Cr粉末和平均粒径10μm的100质量%Co粉末分别压制成型,于1100℃进行烧成,得到密度为95%以上的余量Fe-17质量%Cr烧结体和100%Co烧结体。接下来,从烧结体中切出1mm×1mm×25mm的方棒,得到2种磁性体。
接下来,从隔壁厚度为0.1mm、隔壁间距离为约1mm的堇青石制蜂窝中切出20mm×12mm×25mm的矩形的蜂窝基材。该蜂窝基材中,在20×12mm的截面具有15隔室×9隔室。在其中的每个5隔室×5隔室中插入上述的磁性体的方棒,制作蜂窝结构体。即,在3处×2处、合计6处配置磁性体。关于磁性体的配置构成,将作为余量Fe-17质量%Cr烧结体的磁性体和作为100%Co烧结体的磁性体交替配置。
接下来,采用感应加热装置,进行该蜂窝结构体的加热试验,利用红外线温度计测定蜂窝结构体的端面的温度。电压285V、电流15A、感应加热频率为30kHz,对蜂窝结构体的升温性能进行比较。应予说明,使线圈在蜂窝结构体的外周环绕9周。
图12中示出表示该加热试验中的各感应加热频率30kHz下的时间(秒)-温度(℃)的关系的曲线图。
<参考例3、4>
准备与实施例2相同的矩形形状的堇青石制蜂窝。
接下来,作为参考例3,在每个5隔室×5隔室中插入上述的作为余量Fe-17质量%Cr烧结体的磁性体的方棒,制作蜂窝结构体。即,在3处×2处、合计6处配置相同种类的磁性体。
另外,作为参考例4,在每个5隔室×5隔室中插入上述的作为100质量%Co烧结体的磁性体的方棒,制作蜂窝结构体。即,在3处×2处、合计6处配置相同种类的磁性体。
接下来,与实施例2同样地,采用感应加热装置,进行该蜂窝结构体的加热试验。将利用红外线温度计测定蜂窝结构体的端面的温度得到的结果与实施例2一同示于图12。
<评价>
对于作为磁性体仅使用了余量Fe-17质量%Cr烧结体的参考例3的蜂窝结构体,加热至300℃的加热速度较快,能够利用感应加热早早地升温至水的蒸发、催化剂的活化温度,不过,无法升温至碳微粒的燃烧温度600℃。另一方面,对于作为磁性体仅使用了100质量%Co烧结体的参考例4的蜂窝结构体,能够利用感应加热而加热到碳微粒的燃烧温度600℃以上,不过,水的蒸发温度、催化剂活化温度区域的升温需要时间。对于作为磁性体使用了余量Fe-17质量%Cr和100质量%Co的实施例2的蜂窝结构体,能够早早地升温至水的蒸发温度区域、催化剂活化区域,且能够升温至碳微粒的燃烧温度600℃。
符号说明
1、10、20、30、40、50、60、70 蜂窝结构体
2 金属管
3 控制部
4 线圈配线
5 固定部件
6 废气净化装置
11 外周壁
12 隔壁
13、14 端面
15 隔室(隔室A+隔室B)
16、17、46、47、56、57、66、67、86、87 磁性体
19、36、37、76、77 封孔部
26、27 透过膜
41 第二隔室
68、88 防止反应层

Claims (21)

1.一种蜂窝结构体,其是柱状的蜂窝结构体,具有:
外周壁;以及
多孔质的隔壁,该隔壁配设于所述外周壁的内侧,且区划形成多个隔室,该多个隔室从一个端面贯通至另一个端面而形成流路,
所述蜂窝结构体的特征在于,
在所述隔室内包含最大磁导率、居里点以及电阻率中的至少两个不同的两种以上的磁性体。
2.根据权利要求1所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔室包括:
多个隔室A,该多个隔室A的所述一个端面侧呈开口而在所述另一个端面具有封孔部;以及
多个隔室B,该多个隔室B与所述隔室A分别交替配置,所述另一个端面侧呈开口而在所述一个端面具有封孔部。
3.根据权利要求1所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体分别包含在不同的所述隔室内。
4.根据权利要求3所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体中的至少一种为丝状。
5.根据权利要求3或4所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔室由多个第一隔室和多个第二隔室构成,该多个第二隔室的截面积小于所述第一隔室的截面积,
所述多个第二隔室各自的内部利用包含所述两种以上的磁性体中的任一种的材料进行填充,
所述多个第二隔室配置成:分别与所述多个第一隔室的至少1个相邻。
6.根据权利要求3所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体为两种磁性体,
所述两种磁性体分别涂敷于所述隔室的隔壁的表面。
7.根据权利要求3所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔室包括:多个隔室A,该多个隔室A的所述一个端面侧呈开口而在所述另一个端面具有封孔部;以及多个隔室B,该多个隔室B与所述隔室A分别交替配置,所述另一个端面侧呈开口而在所述一个端面具有封孔部,
在至少一部分的所述隔室A及所述隔室B的隔壁的表面设置有透过膜,所述两种以上的磁性体分别包含在所述透过膜中。
8.根据权利要求3所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔室包括:多个隔室A,该多个隔室A的所述一个端面侧呈开口而在所述另一个端面具有封孔部;以及多个隔室B,该多个隔室B与所述隔室A分别交替配置,所述另一个端面侧呈开口而在所述一个端面具有封孔部,
所述隔室A的封孔部及所述隔室B的封孔部中的一者或两者包含所述两种以上的磁性体。
9.根据权利要求1或2所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体分别包含在相同的所述隔室内。
10.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体设置于所述隔室的隔壁的表面的不同位置。
11.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体分别为丝状,且彼此在相同的所述隔室内分离设置。
12.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体分别为丝状,且至少1个所述丝状的磁性体的表面由防止反应层被覆。
13.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体按照种类而独立地涂敷于所述隔室的隔壁的表面,所述独立的磁性体的涂层形成为在所述隔室延伸的方向的法线方向上依次层叠,
在所述独立的磁性体的涂层彼此之间设置有防止反应层。
14.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔室包括:多个隔室A,该多个隔室A的所述一个端面侧呈开口而在所述另一个端面具有封孔部;以及多个隔室B,该多个隔室B与所述隔室A分别交替配置,所述另一个端面侧呈开口而在所述一个端面具有封孔部,
所述隔室A的封孔部及所述隔室B的封孔部中的一者或两者包含所述两种以上的磁性体,
包含所述两种以上的磁性体的封孔部中,所述两种以上的磁性体按照种类而独立地在所述隔室延伸的方向上依次设置。
15.根据权利要求9所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体分别为粒子,所述两种以上的磁性体的粒子中的至少一种由防止反应层被覆。
16.根据权利要求1~4中的任一项所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体中的至少一种具有700℃以上的居里点。
17.根据权利要求1~4中的任一项所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体中的至少一种具有50μΩcm以上的电阻率。
18.根据权利要求1~4中的任一项所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述两种以上的磁性体中的至少一种具有10000以上的最大磁导率。
19.根据权利要求1~4中的任一项所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述隔壁及外周壁由陶瓷材料构成。
20.根据权利要求19所述的蜂窝结构体,其特征在于,
所述陶瓷材料为选自由堇青石、碳化硅、钛酸铝、氮化硅、多铝红柱石以及氧化铝构成的组中的至少1种。
21.一种废气净化装置,其特征在于,具有:
权利要求1~20中的任一项所述的蜂窝结构体;
线圈配线,该线圈配线呈螺旋状环绕所述蜂窝结构体的外周;以及
金属管,该金属管对所述蜂窝结构体及所述线圈配线进行收纳。
CN202080007238.0A 2019-03-22 2020-01-27 蜂窝结构体及废气净化装置 Active CN113557088B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019055632 2019-03-22
JP2019-055632 2019-03-22
PCT/JP2020/002855 WO2020195108A1 (ja) 2019-03-22 2020-01-27 ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113557088A CN113557088A (zh) 2021-10-26
CN113557088B true CN113557088B (zh) 2023-09-05

Family

ID=72609761

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202080007238.0A Active CN113557088B (zh) 2019-03-22 2020-01-27 蜂窝结构体及废气净化装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20210346880A1 (zh)
JP (1) JP7034376B2 (zh)
CN (1) CN113557088B (zh)
DE (1) DE112020000312T5 (zh)
WO (1) WO2020195108A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7486605B2 (ja) 2020-12-02 2024-05-17 日本碍子株式会社 ハニカム構造体、排気ガス浄化装置及びハニカム構造体の製造方法
JP2022142543A (ja) * 2021-03-16 2022-09-30 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及び電気加熱式担体

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05171918A (ja) * 1991-12-25 1993-07-09 Hitachi Ltd 未燃物を含む排ガスの浄化装置
JP2000508585A (ja) * 1997-02-04 2000-07-11 エミテク・ゲゼルシャフト・フェール・エミシオーンテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング フロー経路を備える耐熱性再生可能フィルタ本体
CN101019736A (zh) * 2006-02-14 2007-08-22 李世煌 定温电磁加热容器
CN101027940A (zh) * 2004-03-18 2007-08-29 罗克器械公司 用于加热材料以制造产品的方法及实施所述方法的设备
CN106029226A (zh) * 2014-03-31 2016-10-12 日本碍子株式会社 蜂窝结构体
CN108884735A (zh) * 2016-03-02 2018-11-23 沃特洛电气制造公司 具有目标降低温度电阻特性的加热元件
CN109424401A (zh) * 2017-08-27 2019-03-05 排放方案先进技术股份有限公司 利用具有可移动热分布曲线的感应加热进行气体排放物处理的装置和方法

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3012167B2 (ja) * 1995-04-12 2000-02-21 日本碍子株式会社 排ガス浄化フィルタおよびそれを用いた排ガス浄化装置
US20030086839A1 (en) * 2001-10-31 2003-05-08 Rivin Eugeny I. Catalytic reactors
JP2004342540A (ja) 2003-05-19 2004-12-02 Meidensha Corp 電磁誘導による流体加熱装置
JP2006057584A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Toyota Motor Corp 排気ガス浄化用触媒
WO2009020835A2 (en) * 2007-08-03 2009-02-12 Errcive, Inc. Porous bodies and methods
JP6006153B2 (ja) * 2013-03-29 2016-10-12 日本碍子株式会社 ハニカム構造体及びその製造方法
US10132221B2 (en) * 2013-09-18 2018-11-20 Advanced Technology Emission Solutions Inc. Apparatus and method for gaseous emissions treatment with enhanced catalyst distribution
JP6243041B2 (ja) 2014-08-07 2017-12-06 日本特殊陶業株式会社 排ガス流路部材、排ガス浄化装置、その昇温方法、及び、排ガス流路部材用の磁性体
JP6438819B2 (ja) 2015-03-30 2018-12-19 日本特殊陶業株式会社 マイクロ波加熱用触媒材料、その製造方法、及び、マイクロ波加熱用触媒体
EP3454984A4 (en) 2016-05-11 2019-12-18 BASF Corporation CATALYTIC COMPOSITION COMPRISING A MAGNETIC MATERIAL SUITABLE FOR INDUCTION HEATING

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05171918A (ja) * 1991-12-25 1993-07-09 Hitachi Ltd 未燃物を含む排ガスの浄化装置
JP2000508585A (ja) * 1997-02-04 2000-07-11 エミテク・ゲゼルシャフト・フェール・エミシオーンテクノロギー・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング フロー経路を備える耐熱性再生可能フィルタ本体
CN101027940A (zh) * 2004-03-18 2007-08-29 罗克器械公司 用于加热材料以制造产品的方法及实施所述方法的设备
CN101019736A (zh) * 2006-02-14 2007-08-22 李世煌 定温电磁加热容器
CN106029226A (zh) * 2014-03-31 2016-10-12 日本碍子株式会社 蜂窝结构体
CN108884735A (zh) * 2016-03-02 2018-11-23 沃特洛电气制造公司 具有目标降低温度电阻特性的加热元件
CN109424401A (zh) * 2017-08-27 2019-03-05 排放方案先进技术股份有限公司 利用具有可移动热分布曲线的感应加热进行气体排放物处理的装置和方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
惠晶.基于感应加热电流的温度控制模型研究.《金属热处理》.2006,270-74. *

Also Published As

Publication number Publication date
JP7034376B2 (ja) 2022-03-11
JPWO2020195108A1 (ja) 2021-11-18
US20210346880A1 (en) 2021-11-11
WO2020195108A1 (ja) 2020-10-01
CN113557088A (zh) 2021-10-26
DE112020000312T5 (de) 2021-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7423532B2 (ja) ハニカム構造体、排気ガス浄化装置、排気システム及びハニカム構造体の製造方法
JP7229272B2 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置
JP7122393B2 (ja) ハニカム構造体、排気ガス浄化装置及び排気システム
US20220362704A1 (en) Honeycomb structure and exhaust gas purifying device
US20210388749A1 (en) Honeycomb structure and exhaust gas purifying device
US20210346880A1 (en) Honeycomb structure and exhaust gas purifying device
CN113557072B (zh) 蜂窝结构体、废气净化装置以及蜂窝结构体的制造方法
US20220120204A1 (en) Honeycomb structure and exhaust gas purifying device
JP7313456B2 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置
JP7496829B2 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置
WO2021049075A1 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置
JP7368614B2 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant