CN1643239A - 废气净化用过滤器 - Google Patents

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Abstract

一种废气净化用过滤器，在由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔(3)的蜂窝状构造体的规定的通孔(3)的一端，及剩余的通孔(3)的另一端上，形成堵塞部(10)，由此，以分隔前述通孔(3)的隔壁(2)作为过滤层，其特征在于，前述各堵塞部(10)的堵塞长度不均一，尽管具有高气孔率、薄壁的特性，在打包、输送、使用时，堵塞部的缺损、脱落等缺陷也难以产生。

Description

废气净化用过滤器
技术领域
本发明涉及一种以柴油机颗粒过滤器为代表的，用于除去废气中的固体微粒(颗粒)的废气净化用过滤器。
背景技术
以往，为从例如柴油机排出的燃烧废气中除去以碳为主要成分的固体微粒，使用下述废气净化用过滤器(以下，只称为“过滤器”)，即，将由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端堵塞，并且，将剩余的通孔的另一端堵塞，由此，以分隔通孔的隔壁作为过滤层。
图6为表示过滤器端面的堵塞状态的示意图，表示下述状态，即，以过滤器的端面呈网纹图案状的形式，在邻接的通孔(网眼)3中，交替地形成互相在相反一侧的端部充填堵塞材料而形成的堵塞部10，将通孔(网眼)3闭塞。又，图5为表示以往的废气净化用过滤器的堵塞构造的示意图，在通孔(网眼)3的一端与剩余的通孔(网眼)3的另一端上，形成堵塞部10，由此，分隔通孔(网眼)3的隔壁2起到过滤层的作用。
由于近年来的内燃机的技术进步，特别是燃料的高喷射化，从内燃机排出的固体粒子向微粒化方向发展，所以，对用于捕捉这样微小的固体微粒的DPF(柴油机颗粒过滤器)的开发的期待也在提高。
而且，在对环境问题的关心提高的同时，废气限制也正在逐渐强化，因此能够更有效地捕捉前述固体微粒的，具有高气孔率、薄壁等特性的过滤器的开发正在快速地进行。
但是，在实现隔壁的高气孔率、薄壁化的另一面，存在隔壁的强度也同时降低的倾向，所以，容易发生下述问题，即，由于微弱的冲击负荷就容易产生缺损、裂纹等缺陷。因此，在产品的打包、输送、安装加工等产品处理时也必须加以细心注意。
特别地，图5中的充填了堵塞材料的堵塞部10和未充填堵塞材料的通孔(网眼)3之间的边界上，有时会产生裂纹，而且伴随着裂纹的产生，多会发生堵塞部的缺损、脱落等缺陷。这可推断为是由堵塞部10和通孔(网眼)3的强度差而引起的现象，伴随着隔壁2的高气孔率、薄壁化，这样的问题正在显著化，所以正在谋求其具体的对策。
本发明鉴于这种现有技术所存在的问题而提出，其目的在于，提供一种虽然具有高气孔率、薄壁的特性，但在进行打包、输送、使用时，难以产生堵塞部的缺损、脱落等缺陷的废气净化用过滤器。
发明内容
根据本发明，提供一种废气净化用过滤器，在由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端、及剩余的通孔的另一端形成堵塞部，由此，以分隔前述通孔的隔壁作为过滤层，其特征在于，前述各堵塞部的堵塞长度不均一。
另一方面，根据本发明，提供一种废气净化用过滤器，在由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端、及剩余的通孔的另一端形成堵塞部，由此，以分隔前述通孔的隔壁作为过滤层，其特征在于，前述堵塞部的中心部上的堵塞长度与前述堵塞部的外周部上的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
优选地，在本发明中，废气净化用过滤器的中心部上的前述通孔的堵塞长度，与前述废气净化用过滤器的外周部上的通孔的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
优选地，上述本发明的蜂窝状构造体，由从堇青石、磷酸锆、钛酸铝、LAS(锂铝硅酸盐)及碳化硅所组成的群中选择的至少一种材料构成。
而且，在本发明中，优选地，担持有催化剂，进而，优选地，该催化剂包含有从Pt、Pd、Rh、K、Ba、Li及Na所组成的群中选择的至少一种催化剂。
附图说明
图1为表示本发明的废气净化用过滤器的一实施方式的示意图。
图2为表示本发明的废气净化用过滤器的另一实施方式的示意图。
图3为表示本发明的废气净化用过滤器的堵塞部的构造的一实施方式的示意图。
图4为表示本发明的废气净化用过滤器的堵塞部的构造的另一实施方式的示意图。
图5为表示以往的废气净化用过滤器的堵塞构造的示意图。
图6为表示过滤器端面的堵塞状态的示意图。
图7为对冲击强度试验的实施方法进行说明的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的实施方式进行说明，但并不是说本发明仅限于以下的实施方式，应理解为，在不脱离本发明的主旨的范围内，基于本领域技术人员的常识而可进行适当的设计变更、改进。
本发明的废气净化用过滤器是如下所述的废气净化用过滤器，即，将由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端堵塞，并且，将剩余的通孔的另一端堵塞，由此，以分隔通孔的隔壁作为过滤层。优选地，堵塞与以往公知的柴油机颗粒过滤器一样，如图6所示，以其端面呈网纹图案状的形式，在邻接的通孔(网眼)3中，交替地形成互相在相反一侧的端部充填堵塞材料而形成的堵塞部10，而使通孔(网眼)3闭塞。
从这样的过滤器的一端面使废气通过时，包含有固体微粒的废气就从该一端面一侧的端部未被封闭的通孔流入过滤器内部，通过多孔的隔壁，进入过滤器的另一端面一侧的端部未被封闭的其他通孔中。这样一来，在通过该隔壁时，废气中的固体微粒被隔壁捕捉，除去了固体微粒的净化后的废气从过滤器的另一端面排出。
图1为表示本发明的废气净化用过滤器的一实施方式的示意图，表示了在通孔(网眼)3的一端与剩余的通孔(网眼)3的另一端上形成有堵塞部10的状态。这样，本实施方式的过滤器特征为，以每个堵塞部10的堵塞长度不均一的形式构成。即，充填了堵塞材料的堵塞部10与未充填堵塞材料的通孔(网眼)3间的边界在每个通孔(网眼)上不均一。因此起到下述效果，即，在该边界上难以产生裂纹，与其伴随地，堵塞部的缺损、脱落等缺陷难以产生。
其次，对本发明的过滤器的另一实施方式进行说明。本发明的过滤器特征为，堵塞部的中心部上的堵塞长度与堵塞部的外周部上的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
图3为表示本发明的废气净化用过滤器的堵塞部的构造的一实施方式的示意图，表示了下述状态，即，在通孔(网眼)3的一端上，堵塞部的中心部X上的堵塞长度与同一堵塞部的外周部Y上的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
又，这里所说的堵塞部的“外周部”，意指在与通孔平行的方向上观察过滤器的端面时，与构成通孔的隔壁对接的部分和其附近部分，又，堵塞部的“中心部”，意指靠近通孔的中央，与前述“外周部”相比更靠内侧的部分。
这样，本实施方式的过滤器构成为，在充填了堵塞材料的堵塞部10与未充填堵塞材料的通孔(网眼)3间的边界上，过滤器的强度逐渐变化。因此起到下述效果，即，在该边界上难以产生裂纹，与其伴随地，堵塞部的缺损、脱落等缺陷就难以产生。
图4为表示本发明的废气净化用过滤器的堵塞部的构造的另一实施方式的示意图，为如下所述的一例，即，在通孔(网眼)3的一端上，堵塞部的中心部X上的堵塞长度与同一堵塞部的外周部Y上的堵塞长度相比逐渐变短地形成，使未充填堵塞材料的部分的形状成锥形。这样，即使在变化了堵塞部的形状的情况下，也可以起到与上述效果同等的效果，即，堵塞部的缺损、脱落等缺陷难以产生。
图2为表示本发明的废气净化用过滤器的另一实施方式的示意图，与图1的情况同样地，表示了在通孔(网眼)3的一端与剩余的通孔(网眼)3的另一端上形成有堵塞部10的状态，但在本实施方式中，优选地，蜂窝状构造体的中心部A上的通孔3的堵塞长度，与蜂窝状构造体的外周部B上的通孔3的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。即，即使通过采用这种实施方式，由于充填了堵塞材料的堵塞部10与未充填堵塞材料的通孔(网眼)3间的边界在每个通孔(网眼)上不均一，所以仍然会起到下述效果，即，在该边界上难以产生裂纹，与其伴随地，堵塞部的缺损、脱落等缺陷难以产生。
又，本发明中所说的蜂窝状构造体的“外周部”，为图6中所示的，在与通孔平行的方向上观察蜂窝状构造体(废气净化用过滤器1)的端面的情况下，蜂窝状构造体(废气净化用过滤器1)的外周壁20的附近部分，又，蜂窝状构造体的“中心部”，为与前述“外周部”相比更靠内侧的部分。
在使内燃机的废气从这样的过滤器的一端面通过时，废气就从该一端面一侧的端部未被封闭的孔流入过滤器内部，通过多孔的隔壁，进入构造体的另一端面一侧的端部未被封闭的其他孔中。这样一来，在通过该隔壁时，废气中的固体微粒被隔壁捕捉，除去了固体微粒的净化后的废气从过滤器的另一端面排出。
又，在被捕捉到的固体微粒在隔壁上堆积起来时，会发生孔眼堵塞，从而降低作为过滤器的功能，所以，为恢复过滤器的功能，而定期地用加热器等加热机构对过滤器进行加热，来燃烧除去固体微粒，并且，为促进进行该恢复时的固体微粒的燃烧，可以在过滤器上担持催化剂。作为这种催化剂，从实现有效的过滤器功能的恢复这一观点出发，优选地，为包含有从由Pt、Pd、Rh、K、Ba、Li及Na所组成的群中选择的至少一种的催化剂。
而且，在象本发明那样的网纹图案状地，将网眼堵塞起来的构造的过滤器的情况下，在流入侧上开口的网眼上和在排出侧上开口的网眼上都覆盖上陶瓷粒子层也可，但是，由于废气中的固体微粒蓄积在前者上，所以，从将由覆盖产生的压力损失上升抑制到最小限度这一观点出发，优选地，只在前者上覆盖。
作为形成本发明的过滤器的主体的蜂窝状构造体的构成材料，优选地，为从由堇青石、磷酸锆、钛酸铝、LAS及碳化硅所构成的群中选出的至少一种材料。这是因为，堇青石、磷酸锆、钛酸铝、LAS的热膨胀率低，所以，在将从由这些所组成的群中选出的一种材料或混合了两种以上这些材料的复合材料作为蜂窝状构造体的构成材料使用时，可以得到耐热冲击性优良的过滤器。而且，在使用磷酸锆、钛酸铝及碳化硅作为蜂窝状构造体的构成材料的情况下，由于熔点高，所以可以得到耐热性优良的过滤器。优选地，用于蜂窝状构造体的通孔(网眼)的堵塞的堵塞材料与蜂窝状构造体的构成材料一致，因为两者的热膨胀率一致。
又，本发明的过滤器与以往的具有堵塞部构造的过滤器相比，在打包、输送、使用中，堵塞部的缺损、脱落等缺陷难以发生。因此，也起到使用于过滤器制造后的维修上的成本降低的效果。
下面，以其制造方法为例来对本发明的过滤器进行详细说明。
具有蜂窝状构造的过滤器是通过挤压成形方法来形成其基本构造的。这里所说的基本构造，为网眼构造，即肋厚、网眼密度、径及长度，这些在挤压成形时形成。通常地，如下所述地进行成形即可，即，考虑着成形时的尺寸与烧固后的尺寸的比率，烧固后能达到所希望的尺寸。
在适当的条件下对这样得到的蜂窝状构造成形体进行加热干燥后，进行用于赋予过滤器功能的堵塞。又，堵塞有在成形干燥后进行的情况和在烧固后进行的情况，任何一种情况都可。
其次，对通常的堵塞材料的充填方法的一例进行说明。在蜂窝状构造体的端面上粘贴上网纹图案状开口的薄膜，从端面浸入料浆状的堵塞材料中，使料浆进入相当于膜开口部的蜂窝状的通孔中，由此，来充填堵塞材料。堵塞长度可通过蜂窝状构造体浸入料浆的深度来进行控制。
为对全部通孔进行一样长度的充填，如前所述，通过一次膜粘贴和料浆浸渍即可，但为得到图1，图2所代表的那样的构造的本发明的过滤器，进行2次以上的浸渍作业即可。即，在进行2次以上的浸渍的情况下，例如，准备具有蜂窝状构造体的端面的中心部和外周部两种以上开口图形的薄膜，其中，使用该薄膜来改变浸渍深度，由此，可以得到具有堵塞长度分布的蜂窝状构造的过滤器。
作为其他的方法，使膜开口部的面积中央部小、周围部大，来控制料浆流入通孔中的量，由此，也可以得到具有堵塞长度分布的蜂窝状构造的过滤器。
又，为作成图3、图4所示的堵塞部构造，在蜂窝状构造体的端面上粘贴上网纹图案状开口的橡胶膜，使料浆状的堵塞材料从端面流入即可，此时，可以通过改变橡胶膜的开口面积来调整流入各网眼的料浆量，由此，可以将堵塞部构造作成图3、图4所示的构造。
以下，基于实施例对本发明进行更加详细的说明，但是本发明并不仅限于这些实施例。
(实施例1～10)
通过以往公知的方法制作陶土，然后通过挤压成形法，来成形直径145mm、长152mm、壁厚0.31mm且网眼密度为300网眼/平方英寸的蜂窝状构造。其次，干燥了得到的成形体后，使用开口图形不同的多张薄膜，用和本体相同材质的堵塞材料，以具有表1所示的堵塞长度分布的形式，对通孔的端部进行密封，并在1400℃下对其进行烧固，由此来制作具有堇青石制的蜂窝状构造的过滤器。又，表1中的“堵塞长度(mm)”意指，在与通孔平行的方向上对过滤器的端面进行观察时，在使中央部为(A)，距中央部24mm的位置为(B)，据中央部48mm的位置为(C)，最外周部为(D)的情况下各部上的堵塞长度。又，在表1中，过滤器的气孔率(％)及平均细孔径(μm)为通过水银压入法测量的值。
(实施例11～13)
用与前述实施例1～10同样的顺序，制作具有磷酸锆、钛酸铝、LAS制的蜂窝状构造的过滤器。
(实施例14、15)
用与前述实施例1～10同样的顺序，制作具有玻璃结合SiC制的蜂窝状构造的过滤器。
又，SiC材料可以通过烧固来得到其烧结体，但通常其烧固温度较高，在2000℃以上。另一方面，在纯SiC原料中加入玻璃形成材料来进行烧固的情况下，由于玻璃的软化温度低，可以可进行低温下的烧固，所得到的烧结体的微构造为，原料SiC被玻璃相部分地结合的2相构造的多孔体。在本实施例中，通过往原材料SiC中加入15质量％的堇青石质原料，来制作具有玻璃结合SiC制的蜂窝状构造的过滤器。
(实施例16、17)
代替多张前述薄膜，而是使用具有开口面积比该薄膜小的开口部的，开口图形不同的多张橡胶膜，除此之外，用与前述实施例1～10同样的顺序，制作具有堇青石制的蜂窝状构造的过滤器。
(比较例1～5)
使全部通孔的堵塞长度相同，除此之外，用与前述实施例1～10同样的顺序，制作具有堇青石制的蜂窝状构造的过滤器。
(比较例6～8)
使全部通孔的堵塞长度相同，除此之外，用与前述实施例11～13同样的顺序，制作具有磷酸锆、钛酸铝及LAS制的蜂窝状构造的过滤器。
(比较例9、10)
使全部通孔的堵塞长度相同，除此之外，用与前述实施例14、15同样的方法，制作具有玻璃结合SiC制的蜂窝状构造的过滤器。
(冲击强度试验)
如图7所示，对于实施例1～17及比较例1～10的各过滤器，利用摆锤冲击试验机的锤15，在侧面方向上对过滤器1的端部16施加冲击。对冲击后的过滤器进行目视观察，然后对损伤程度，即损害进行评价。将结果示于表1中。又，评价基准以不产生损伤的情况为“◎”，微小损伤的情况为“○”，中等程度损伤的情况为“△”，显著损伤的情况为“×”，记载在表1中的“相对于冲击的损害评价”中。
(表1)
材质 气孔率(％)  平均细孔径(μm)                 堵塞长度(mm) 相对于冲击的损害评价
   (A)    (B)     (C)     (D)
实施例1     堇青石     60     20     5     5     7.5     10     ○
实施例2     堇青石     60     20     5     5     10     20     ◎
实施例3     堇青石     60     20     5     5     7.5     20     ◎
实施例4     堇青石     67     25     5     5     7.5     10     ○
实施例5     堇青石     67     25     5     5     10     20     ◎
实施例6     堇青石     67     25     5     5     7.5     20     ◎～○
实施例7     堇青石     60     20     10     10     20     40     ◎
实施例8     堇青石     67     25     10     10     20     40     ◎
实施例9     堇青石     63     22     5     5     7.5     20     ◎
实施例10     堇青石     63     22     1 0     10     20     40     ◎
实施例11     磷酸锆     50     20     5     5     7.5     10     ○
实施例12     钛酸铝     45     20     5     5     10     20     ◎
实施例13     LAS     45     20     5     5     7.5     20     ◎
实施例14     玻璃结合SiC     40     10     5     5     7.5     10     ◎
实施例15     玻璃结合SiC     45     15     5     5     10     20     ◎
实施例16*1     堇青石     67     25     5     5     7.5     10     ◎～○
实施例17*2     堇青石     67     25     5     5     7.5     10     ◎～○
比较例1     堇青石     54     15     5     5     5     5     ○～△
比较例2     堇青石     60     20     5     5     5     5     △～×
比较例3     堇青石     67     25     5     5     5     5     ×
比较例4     堇青石     60     20     10     10     10     10     △～×
比较例5     堇青石     67     25     10     10     10     10     △～×
比较例6     磷酸锆     50     20     5     5     5     5     △～×
比较例7     钛酸铝     45     20     5     5     5     5     △
比较例8     LAS     45     20     5     5     5     5     △～×
比较例9     玻璃结合SiC     50     10     5     5     5     5     △～×
比较例10     玻璃结合SiC     45     15     5     5     5     5     △
*1：堵塞部为图3所示的形状，其中心部X上的堵塞长度(x)与外周部Y上的堵塞长度(y)的比率为0.5。
*2：堵塞部为图4所示的形状，其中心部X上的堵塞长度(x)与外周部Y上的堵塞长度(y)的比率为0.7。
从表1所示的结果可以明确，本发明的实施例的过滤器与比较例的过滤器相比，对端部，即堵塞部的冲击的损害小，从而可确认本发明的优越性。
而且，即使是将磷酸锆、钛酸铝、LAS、及玻璃结合SiC作为堇青石以外的材料使用来进行制作的情况，也可以确认是具有优越的耐冲击性的过滤器。
工业实用性
如以上说明所述，根据本发明的废气净化用过滤器，由于将其堵塞部形成规定的构造，所以尽管具有高气孔率、薄壁的特性，也能起到下述效果，即，与具有以往的堵塞部构造的废气净化用过滤器相比，在打包、输送、使用中，堵塞部的缺损、脱落等缺陷难以产生。而且，还可以降低用于打包、输送、使用等过滤器的维修上的成本。

Claims (6)

1.一种废气净化用过滤器，在由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端、及剩余的通孔的另一端形成堵塞部，由此，以分隔前述通孔的隔壁作为过滤层，其特征在于，前述各堵塞部的堵塞长度不均一。
2.一种废气净化用过滤器，在由多孔陶瓷材料形成的具有多个通孔的蜂窝状构造体的规定的通孔的一端、及剩余的通孔的另一端形成堵塞部，由此，以分隔前述通孔的隔壁作为过滤层，其特征在于，前述堵塞部的中心部上的堵塞长度与前述堵塞部的外周部上的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
3.如权利要求1或2所述的废气净化用过滤器，其特征在于，前述废气净化用过滤器的中心部上的前述通孔的堵塞长度，与前述废气净化用过滤器的外周部上的前述通孔的堵塞长度相比，逐渐变短地形成。
4.如权利要求1～3中的任一项所述的废气净化用过滤器，其特征在于，前述蜂窝状构造体由从堇青石、磷酸锆、钛酸铝、LAS及碳化硅所组成的群中选择的至少一种材料构成。
5.如权利要求1～4中的任一项所述的废气净化用过滤器，其特征在于，担持有催化剂。
6.如权利要求5所述的废气净化用过滤器，其特征在于，前述催化剂是包含有从Pt、Pd、Rh、K、Ba、Li及Na所组成的群中选择的至少一种的催化剂。
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