CN1976745B - 蜂窝状过滤器 - Google Patents
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Abstract
本发明的目的是提供一种具有高捕集效率的蜂窝状过滤器，本发明的蜂窝状过滤器是由蜂窝状结构体和筒状金属外壳构成的蜂窝状过滤器，所述蜂窝状结构体中多个孔道以孔道壁相隔而在长度方向上平行设置，所述筒状金属外壳覆盖上述蜂窝状结构体的外周面，所述蜂窝状过滤器的特征在于，在上述多个孔道中，构成最外周的孔道与上述金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm。
Description
技术领域
本发明涉及一种将从柴油机等内燃机排出的废气中的粒子等捕集、去除的蜂窝状过滤器。
背景技术
最近，从公共汽车、卡车等车辆以及施工设备等的内燃机排出的废气中所含有的煤烟等粒子给环境和人体带来损害已成为问题。因此，作为捕集废气中的粒子、净化废气的过滤器，已提出了使用由多孔性陶瓷等组成的各种蜂窝状结构体。
并且，这种蜂窝状结构体使用时，其被收装在筒状的金属外壳内，并处于两者之间夹着垫状物的状态。
例如，文献中公开了一种陶瓷蜂窝状结构体的收装结构，其在将以碳化硅和堇青石等为材料的蜂窝状结构体收装在流体可流通的环状外壳内的同时，在上述外壳的内周面和蜂窝状结构体的外周面之间夹有具有隔热性的垫状物(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：特开2002-70545号公报
但是，在蜂窝状结构体的外周上使垫状物处于蜂窝状结构体与外壳之间的情况下，由于垫状物具有隔热性，以及因垫状物的厚度而使金属外壳的内周面和蜂窝状结构体的最外周的孔道之间的距离变大，因而废气通过时传到蜂窝状结构体的热量变得难以通过金属外壳释放到外部。
另外，不管垫状物是否存在，蜂窝状结构体的最外层的孔道和金属外壳之间的距离较大时，在废气通过时传到蜂窝状结构体的热量也变得难以通过金属外壳释放到外部。
并且，在这种情况下，在蜂窝状结构体内沿其径向的温度梯度小，存在废气易于沿其流线在蜂窝状结构体的中心部分中流动的趋势。
另外，最近提出了一种孔隙率高(例如70％以上的孔隙率)的蜂窝状结构体，其目的是使废气中的粒子物(PM)在孔道壁内深层过滤，使所捕集的PM与负载在孔道壁内的催化剂接触、并连续地燃烧去除这些PM。
对于这种孔隙率高的过滤器的情况，由于PM既可连续燃烧，又能深层过滤，因此，即使长期使用也难以出现因捕集PM而造成的压力损失增大的趋势。
因此，这种高孔隙率的蜂窝状结构体特别是在捕集PM前的初期状态，同样存在废气容易沿其易于流动的方向仅在蜂窝状结构体的中心部分中流动的趋势。
这样，在存在废气易于仅在蜂窝状结构体的中心部分中流动的趋势的情况下，不能有效地利用蜂窝状结构体的全部表观过滤面积，这形成了捕集效率降低的原因。这里，表观过滤面积是指所有在废气入口侧开口的孔道的表面不考虑其凹凸等的面积的总和。
另外，为了防止捕集效率的降低，必须将过滤器尺寸(蜂窝状结构体的尺寸)大型化。
发明内容
本申请的发明人为了解决上述问题而进行了深入的研究，本申请的发明人发现，为了谋求有效利用蜂窝状结构体的全部表观过滤面积、不将过滤器尺寸大型化就能提高捕集效率，只要使废气更均匀地在整个蜂窝状结构体中流过即可，而为了到达这个目的，只要缩小蜂窝状结构体的最外周的孔道壁和金属外壳之间的距离即可，从而完成了本发明。
即，本发明的蜂窝状过滤器是由蜂窝状结构体和筒状金属外壳构成的蜂窝状过滤器，所述蜂窝状结构体中多个孔道以孔道壁相隔而在长度方向上平行设置，所述筒状金属外壳覆盖上述蜂窝状结构体的外周面，所述蜂窝状过滤器的特征在于，在上述多个孔道中，构成最外周的孔道与上述金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm。
在本发明的蜂窝状过滤器中，优选上述蜂窝状结构体的孔隙率是70％以上，并且上述孔道的一端被封住。
另外，在上述蜂窝状过滤器中，优选上述的蜂窝状结构体是在上述长度方向上将多个叠层部件叠层并使孔道相重叠而构成的。
另外，优选上述叠层部件主要由无机纤维构成，或者主要由金属构成。
另外，优选在上述的叠层部件的两端进一步叠层由金属构成的端部用叠层部件。
另外，优选上述的蜂窝状结构体的至少一部分上负载有催化剂。
在本发明的蜂窝状过滤器中，由于构成最外周的孔道和金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm，因此蜂窝状结构体的外周部分比中心部分的温度低，在两者之间容易产生温差，废气变得易于流入蜂窝状结构体的外周部分。而且，其结果是，能够将通过蜂窝状过滤器的孔道壁的气体的流速相对地减慢，其结果是提高了蜂窝状过滤器的捕集效率。
另外，在本发明的蜂窝状过滤器中，没有必要像以往的蜂窝状过滤器那样在蜂窝状结构体和金属外壳之间插入垫状物。因此，本发明能够谋求蜂窝状过滤器的小型化、制造工序数量的削减。
附图说明
图1是本发明的蜂窝状过滤器一实例的横截面图。
图2(a)是示意性表示本发明的蜂窝状过滤器一实例的透视图，图2(b)是其A-A线的横截面图。
图3(a)是示意性表示构成本发明的蜂窝状过滤器的蜂窝状结构体的叠层部件的透视图，图3(b)是表示叠层图3(a)中所示的叠层部件而制造的蜂窝状过滤器的状态的透视图。
图4是捕集效率测定装置的说明图。
符号说明
100蜂窝状过滤器
110蜂窝状结构体
110a叠层部件
110b端部用叠层部件
113孔道壁
111孔道
具体实施方式
本发明的蜂窝状过滤器是由蜂窝状结构体和筒状金属外壳构成的蜂窝状过滤器，所述蜂窝状结构体中多个孔道以孔道壁相隔而在长度方向上平行设置，所述筒状金属外壳覆盖上述蜂窝状结构体的外周面，所述蜂窝状过滤器的特征在于，在上述多个孔道中，构成最外周的孔道与上述金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm。
另外，在本发明的蜂窝状过滤器中，构成最外周的孔道与上述金属外壳的内表面之间的最短距离是指：如图1所示，下述假设的“孔道的最小内包形状11”和金属外壳12的内表面13之间所构成的最短距离，其中，所述最小内包形状11(以下也称为孔道的最小内包形状。另外，在图1中以虚线表示)位于蜂窝状过滤器的垂直于其长度方向的截面上，所述最小内包形状11的形状与金属外壳12垂直于长度方向的截面的内周形状相似，并且将全部的孔道包含在内。图1是本发明的蜂窝状过滤器的一个实例的横截面图，图中10a是蜂窝状结构体。
另外，在本发明的蜂窝状过滤器中，在垂直于长度方向的截面上，通常孔道的最小内包形状11的重心与金属外壳12的内表面13所构成的形状的重心重合，但是二者没有必要一定重合，只要二者之间的最短距离是在1mm～3mm的范围，二者的重心不重合也可以。
在本发明的蜂窝状过滤器中，上述构成最外周的孔道与上述金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm。
若上述最短距离不足1mm，则最外周孔道的外侧的孔道壁被破坏(出现裂纹或破裂等)，另一方面，若上述最短距离超过3mm，则蜂窝状结构体内的温度梯度变小，相应地，由于废气变得易于在蜂窝状结构体的中央部分流过而不能确保充分的捕集效率。
本发明的蜂窝状过滤器是由蜂窝状结构体和筒状金属外壳构成的蜂窝状过滤器，所述蜂窝状结构体中多个孔道以孔道壁相隔而在长度方向上平行设置，所述筒状金属外壳覆盖上述蜂窝状结构体的外周面。
对于上述蜂窝状结构体的形状，后面图示的形状为圆柱状，但是并不限于圆柱状，例如，也可以是椭圆柱状或棱柱状等，也可以是其他的任意形状。
特别是在发动机下方安放蜂窝状结构体时，由于空间非常有限，因此过滤器的形状有时也有必要做成复杂的形状。
另外，制造复杂形状的蜂窝状结构体时，优选做成下述的叠层型蜂窝状结构体。这是因为这种结构体适于加工成期望的结构和形状。
另外，在上述蜂窝状结构体中，优选相邻孔道之间的距离是0.4mm以上。这是因为，如果是此范围，即便是高孔隙率的蜂窝状结构体，也能在孔道壁内和孔道壁表面捕集粒子，因而捕集效率高。
另外，在本说明书中，孔道壁是指隔开相邻孔道的壁。
另外，上述相邻孔道之间的距离的优选的上限值是5.0mm。
孔道壁的厚度如果过厚，则开口率和/或过滤面积变得过小，有时造成压力损失增加，另外，灰分变得难以去除。而且，如果将深层过滤粒子的范围作为捕集煤烟的孔道壁的有效区域的话，那么该有效区域在孔道壁中所占比率降低。
另外，对于上述蜂窝状结构体的平均孔径没有特别限定，但是优选的下限值是1μm，优选的上限值是100μm。若平均孔径不足1μm，则有时会造成粒子不能到达孔道壁内部而被深层过滤，从而不能与负载在孔道壁内部的催化剂接触。另一方面，若平均孔径超过100μm，则有时会造成粒子直接穿过孔隙，从而不能充分地捕集这些粒子，起不到过滤器的作用。
另外，对于孔隙率和平均孔径，可以通过以往熟知的方法测定，例如通过使用水银孔隙率测定计的水银压入法测定、通过重量法、阿基米德法、通过扫描电子显微镜(SEM)测定等。
对于上述蜂窝状结构体的孔隙率，优选的下限值是70％，优选的上限值是95％。
若上述孔隙率不足70％，则燃烧粒子时所产生的灰分难以通过孔道壁，易于堆积在孔道壁的表面及内部，因此，不能避免因灰分的堆积而引起的压力损失的增加。另外，若孔隙率超过95％，则造成蜂窝状结构体的强度不够。
另外，如下所述，在上述蜂窝状结构体上负载催化剂时，上述孔隙率是指负载催化剂后的孔隙率。
另外，对于上述蜂窝状结构体的长径比，优选的下限值是0.2，优选的上限值是0.9。
若上述长径比不足0.2，则初始压力损失变大，而且，由于装有蜂窝状结构体的废气净化装置的形状，有时造成不能有效地使用整个蜂窝状结构体。另外，若上述长径比超过0.9时，废气通过孔道内时受到的阻力变大、压力损失变大。
另外，蜂窝状结构体的长径比是指，蜂窝状结构体的长度方向的长度与蜂窝状结构体的垂直于其长度方向的截面的直径之比。
对于上述蜂窝状结构体的垂直于其长度方向的截面上的孔道密度没有特别限定，但是优选的下限值是0.16个/cm2(1.0个/in2)，优选的上限值是93个/cm2(600个/in2)，更优选的下限值是0.62个/cm2(4.0个/in2)，更优选的上限值是77.5个/cm2(500个/in2)。
另外，对于上述蜂窝状结构体的垂直于其长度方向的截面上的孔道大小没有特别限定，但是优选的下限值是0.8mm×0.8mm、优选的上限值是16mm×16mm。
对于上述蜂窝状结构体的开口率的优选的值，下限值是30％，上限值是60％。
若上述开口率不足30％，则有时造成废气在流入、流出蜂窝状结构体时的压力损失变大；若超过60％，则在增厚孔道壁时，不能充分保证过滤面积，从而造成压力损失变大，另外有时又会造成蜂窝状结构体的强度的降低。
另外，蜂窝状结构体的开口率是指，蜂窝状结构体的中心截面的开口率，即，将蜂窝状结构体在长度方向上的中间点沿垂直于长度方向的方向剖开所得的截面的开口率。
另外，还可以在上述蜂窝状结构体的至少一部分上负载催化剂。
在上述蜂窝状结构体中，通过负载能将废气中的CO、HC以及NOx等有害气体成分净化的催化剂，可以通过催化反应净化废气中的有害气体成分。而且，通过负载有助于粒子燃烧的催化剂，能够将粒子更容易地、或者连续地燃烧去除。其结果是，上述蜂窝状结构体能够提高废气的净化性能，而且，也可以降低用于粒子燃烧的能量。
另外，上述蜂窝状结构体由在长度方向上多个叠层部件叠层而构成时，在这些叠层部件的至少一部分上负载催化剂即可。
对于上述催化剂没有特别限定，例如，可以例举由铂、钯、铑等贵金属组成的催化剂。另外，除了这些贵金属，还可以负载有含有碱金属(元素周期表第一主族)、碱土金属(元素周期表第二主族)、稀土类元素(元素周期表第三族)或过渡金属元素的化合物。
另外，在上述蜂窝状结构体上附着上述催化剂时，预先在其表面覆盖氧化铝等的催化剂负载层，然后再附着上述催化剂也是可以的。作为上述催化剂负载层，例如，可以例举氧化铝、氧化钛、氧化锆、二氧化硅、氧化铈等的氧化物陶瓷。
上述蜂窝状结构体的具体方案大体可以分为下述三种方案。
即，第一种是，多个叠层部件在上述长度方向上叠层并使孔道重叠的形态(以下，也将这种方案的蜂窝状结构体称为叠层型蜂窝状结构体)；第二种是，通过插入密封材料层将多个柱状的多孔性陶瓷部件结合在一起而构成的方案(以下，也将这种方案的蜂窝状结构体称为集合型蜂窝状结构体)，其中，所述多孔性陶瓷部件中多个孔道以孔道壁相隔、在长度方向上平行设置；第三种是，由整个蜂窝状结构体作为一体被烧制所形成的多孔性陶瓷体而构成的方案(以下，也将这种方案的蜂窝状结构体称为一体型蜂窝状结构体)。
在这三种方案中，叠层型蜂窝状结构体适合于本发明的蜂窝状过滤器。
这是因为，对于集合型蜂窝状结构体和一体型蜂窝状结构体，在将蜂窝状结构体压入金属外壳内时，蜂窝状结构体的轮廓度、平面度、垂直度等微小变形有时造成压入困难，或造成最外周的孔道壁的破损，但是对于叠层型蜂窝状结构体却几乎不会出现这种问题。
对于由上述叠层型蜂窝状结构体和金属外壳组成的蜂窝状过滤器，参照附图加以说明。
图2(a)是示意性地表示采用了叠层型蜂窝状结构体的蜂窝状过滤器的透视图，图2(b)是其A-A线的横截面图。
构成蜂窝状过滤器100的叠层型蜂窝状结构体110是下述的圆柱形结构体，其中，孔道111的任意一端被封住，若干这些孔道111以壁部分(孔道壁)113相隔，在长度方向上平行设置。
即，如图2(b)所示，孔道111的相当于废气入口侧或者出口侧的任意一端被封住，流入一个孔道111的废气必然通过隔开孔道111的孔道壁113，然后从其他的孔道111流出，因而，孔道壁113起到过滤器的作用。
另外，叠层型蜂窝状结构体110是将厚度为0.1mm～20mm左右的叠层部件110a叠层而形成的叠层体，并且将叠层部件110a叠层以使孔道111在长度方向上重叠。
这里，“将叠层部件叠层以使孔道重叠”是指，将叠层部件层叠以使相邻的叠层部件中所形成的相应孔道相互连通。
另外，在叠层后的叠层部件110a的两端，将其中具有形成错落方格图案的孔道的致密材质的板状体叠层而作为端部用叠层部件110b。
另外，将这种蜂窝状结构体110收装在筒状的金属外壳123中。
各叠层部件之间也可通过无机的粘结材料等粘结，并且只是简单地在物理上叠层也是可以的，但是更优选只是简单地在物理上叠层。这是因为，如果只是简单地在物理上叠层，可以防止废气流受到由粘结材料等构成的接合部位的阻碍而压力损失增高的情况。另外，各叠层部件之间只是简单地在物理上叠层时，通过在下述的金属外壳内将各叠层部件叠层并对其加压，即可制成叠层体。
叠层型蜂窝状结构体具有叠层部件在长度方向上叠层而形成的结构，因此，即使在再生处理等时整个过滤器出现大的温差，在各个叠层部件上产生的温差也小，由此引起的热应力也小，因而损害很难发生。因此，以在孔道壁内使粒子深层过滤为目的，叠层型蜂窝状结构体容易做成高孔隙率的结构体。另外，特别是将过滤器做成复杂形状时，过滤器对于热应力变得相当脆弱，但是对于叠层型蜂窝状结构体，即使是做成复杂的形状也很难产生损害。
构成叠层型蜂窝状结构体的叠层部件，优选是主要由无机纤维构成的叠层部件(以下，也称为无机纤维叠层部件)，或者主要由金属构成的叠层部件(以下，也称为金属叠层部件)。这是因为，对于将这些叠层部件做成高孔隙率的蜂窝状结构体时，所述结构体的强度以及耐热性优良。
并且，在叠层各叠层部件时，可以只是叠层无机纤维叠层部件，也可以只是叠层金属叠层部件。
另外，还可以将无机纤维叠层部件和金属叠层部件组合进行叠层。在组合二者进行叠层时，对其叠层顺序没有特别限定。
对于上述金属叠层部件的材料没有特别限定，例如，可以例举铬系不锈钢、铬镍系不锈钢等。
另外，上述金属叠层部件，最好是由如上所述的金属构成的金属纤维在三维上缠绕而构成的结构体；由如上所述的金属构成的并通过成孔材料形成有贯通孔的结构体；煅烧由如上所述的金属构成的金属粉末并保留有孔隙的结构体等。
另外，对于构成上述无机纤维叠层部件的无机纤维的材料而言，例如，可以例举二氧化硅-氧化铝、莫来石、氧化铝、二氧化硅、氧化钛、氧化锆等的氧化物陶瓷，氮化硅、氮化硼等的氮化物陶瓷，碳化硅等的碳化物陶瓷，玄武岩等。这些材料可以单独使用，也可以两种以上合用。
对于上述无机纤维的纤维长度，其优选的下限值是0.1mm，优选的上限值是100mm，更优选的下限值是0.5mm，更优选的上限值是50mm。另外，对于上述无机纤维的纤维直径，其优选的下限值是0.3μm，优选的上限值是30μm，更优选的下限值是0.5μm，更优选的上限值是15μm。
对于上述无机纤维叠层部件，除了上述无机纤维之外，还可以含有为保持一定形状而将这些无机纤维结合的粘结剂。
对于上述的粘结剂没有特别限定，例如，可以例举硅酸盐玻璃、硅酸盐碱性玻璃、硼硅酸盐玻璃等无机玻璃，氧化铝溶胶、二氧化硅溶胶、氧化钛溶胶等。
上述无机纤维叠层部件也可以含有少量的无机粒子和金属粒子。
另外，在上述无机纤维叠层部件中，无机纤维优选用含有二氧化硅的无机物等来进行固着。这时，优选无机纤维之间的交叉部位的附近也被固着。因为这样一来，无机纤维叠层部件的强度和柔软性优良。
作为上述含有二氧化硅的无机物，例如，可以例举硅酸盐玻璃、硅酸盐碱性玻璃、硼硅酸盐玻璃等无机玻璃。
另外，对于通过使用含有二氧化硅的无机物等将无机纤维固着的无机纤维叠层部件，即使是在固着后进一步实施酸处理等的该部件也是可以的。
另外，在叠层的无机纤维叠层部件或金属叠层部件的两端，优选进一步叠层其中具有形成错落方格图案的孔道的端部用叠层部件。
通过将上述端部用叠层部件叠层，即使没有将端部的孔道用封堵材料封住，也可以将各孔道的任意一端的端部封住。
上述端部用叠层部件既可以是由与上述无机纤维叠层部件或金属叠层部件相同的材质构成且具有形成错落方格图案的孔道的部件，也可以是具有其中孔道形成错落方格图案的致密材质的板状体。
另外，在本说明书中，所述致密材质是指孔隙率比叠层部件小的材料，作为其具体的材料，例如，可以例举金属和陶瓷等。
在使用上述致密材质的板状体时，可以将上述端部用叠层部件的厚度减小。
另外，对于上述端部用叠层部件，优选其是由金属构成的。
另外，对于上述叠层部件，在只是使用金属叠层部件的情况下，以及在叠层后的无机纤维叠层部件或金属叠层部件的两端进一步叠层具有形成错落方格图案的孔道的金属叠层部件或者由金属构成的板状体的情况下，即使长期使用其也难以被风蚀。
另外，在上述叠层型蜂窝状结构体中，作为叠层部件，也可以使用主要由多孔性陶瓷构成的叠层部件(以下，也称为陶瓷叠层部件)。
对于构成上述陶瓷叠层部件的多孔性陶瓷的材料，例如，可以例举氮化铝、氮化硅、氮化硼、氮化钛等的氮化物陶瓷；碳化硅、碳化锆、碳化钛、碳化钽、碳化钨等的碳化物陶瓷；氧化铝、氧化锆、堇青石、莫来石、二氧化硅、钛酸铝等的氧化物陶瓷等。另外，上述陶瓷叠层部件可以是硅和碳化硅的复合体这类的由两种以上的材料所形成的部件。
另外，在上述叠层型蜂窝状结构体中，如果制造孔道尺寸不同的叠层部件并将这些叠层部件叠层的话，则在孔道的内表面上形成凹凸，造成过滤面积变大，从而可以将在捕集粒子时产生的压力损失进一步降低。
对于上述孔道的俯视形状，不特别限定于四边形，例如，也可以是三角形、六边形、八边形、十二边形、圆形、椭圆形等任意形状。
另外，将陶瓷叠层部件叠层时，也可以在其两端叠层由致密材质构成的板状体等的端部用叠层部件。
在上述蜂窝状过滤器中，具有上述结构的叠层型蜂窝状结构体收装在筒状的金属外壳内。
作为上述金属外壳的材质，例如，可以例举不锈钢、铁等。
另外，对于上述金属外壳的形状，既可以是不可分割的筒状体，也可以是可分割成两个或多个分割片的筒状体(例如，蚌壳型的金属外壳等)。
另外，在本发明的蜂窝状过滤器中，如上所述，没有必要在蜂窝状结构体和金属外壳之间插入垫状物，因此，对于在此说明的蜂窝状过滤器，蜂窝状结构体和金属外壳直接接触。
可是，在本发明的蜂窝状过滤器中，只要构成上述最外周的孔道和上述金属外壳的内表面之间的最短距离在1mm～3mm的范围内，蜂窝状结构体和金属外壳没有必要一定接触，即使在二者之间插入垫状物或金属板等也可以。另外，在这种情况下，垫状物和金属板优选其厚度较薄，而且优选其导热率高。
下面，关于采用了叠层型蜂窝状结构体的蜂窝状过滤器的制造方法，参照图3加以说明。
(1)金属叠层部件的制造方法
首先，通过将厚度为0.1mm～20mm左右的主要由金属构成的多孔性金属板进行激光加工或者冲孔加工，几乎在其整个面上以相互近于等间隔地形成孔道，制造如图3(a)所示的形成有高密度孔道的叠层部件110a。
另外，在制造位于叠层型蜂窝状结构体的端面附近、构成孔道的封堵部分的叠层部件的情况下，在激光加工时，将孔道形成错落方格图案，制造出形成有低密度孔道的叠层部件(端部用叠层部件)110b。
而且，如果将这种形成有低密度孔道的叠层部件一片或数片用于端部的话，不用进行将端部的规定孔道封住这一工序，就能够得到作为过滤器而起作用的叠层型蜂窝状结构体。
其次，必要时在金属叠层部件上负载催化剂。
具体地说，例如，在金属叠层部件的表面上，形成氧化物催化剂或者比表面积大的氧化铝膜，在该氧化铝膜的表面上负载铂等催化剂。
作为负载氧化物催化剂的方法，例如，可以例举在含有10gCZ(nCeO2·mZrO2)、1L(升)乙醇、5g柠檬酸和适量的pH调节剂的溶液中，浸渍金属叠层部件5分钟左右，然后在500℃左右进行煅烧处理的方法等。
另外，在这种情况下，通过反复进行上述的浸渍、煅烧工序，能够调整负载的催化剂含量。
(2)无机纤维叠层部件的制造方法
首先，制造抄制用浆料。具体是，例如，将无机纤维和无机玻璃等的无机物充分混合，进而，必要时添加适量的水、有机粘结剂、无机粘结剂等，通过充分搅拌制造抄制用料浆。
然后，使用上述抄制用料浆，抄制主要由无机纤维构成的叠层部件。
具体是，首先通过使用筛网将上述抄制用料浆抄制，将得到的抄制物在100℃～200℃左右的温度下干燥，然后通过冲孔加工在几乎其整个表面上以等间隔形成孔道，然后通过在900～1050℃左右的温度下加热处理，得到如图3(a)所示的、孔道以高密度形成的规定厚度的叠层部件。
另外，在制造位于叠层型蜂窝状结构体的端面附近、构成孔道的封堵部分的叠层部件的情况下，例如，通过使用筛网将上述抄制用料浆抄制，将得到的抄制物在100℃～200℃左右的温度下干燥，然后通过冲孔加工将孔道形成错落方格图案，然后通过在900℃～1050℃左右的温度下加热处理，能够制造形成有低密度的规定孔道的叠层部件(端部用叠层部件)。
用这种方法，能够制造无机纤维之间用无机玻璃等无机物来固着的叠层部件。
另外，上述无机纤维之间，优选用无机玻璃等无机物来熔融粘合。这是因为，如上所述，通过在无机纤维的内部加入无机玻璃等无机物后进行加热处理，能够使通过该加热处理而熔融的无机物在无机纤维之间的交叉部位附近冷却、凝固，进而能够用无机物将无机纤维之间的各交叉部位局部性地固定。
另外，在上述加热处理之后，必要时也可以进行酸处理或烧固处理。
在上述无机纤维叠层部件上，必要时也可以负载催化剂。
作为催化剂的负载方法，可以采用与在金属叠层部件上负载催化剂的方法相同的方法。
(3)叠层部件的叠层工序
如图3(b)所示，使用在一侧具有加压用的金属部件的圆筒状金属外壳123，首先，在金属外壳123内，将一片至数片按照(1)或(2)制造的端部用叠层部件110b叠层后，再叠层规定片数的内部用的叠层部件110a。并且，最后叠层一片至数片端部用叠层部件110b，再进行加压，然后，在另一侧也安装、固定加压用的金属部件，由此能够制造出完成了外壳密封的蜂窝状过滤器。当然，在该工序中，以使孔道重叠的方式将各叠层部件叠层。
另外，对于端部用叠层部件，在使用金属制造的板状体时，也可以通过焊接该板状体来制成加压用金属部件。
另外，在使用由无机纤维叠层部件组成的叠层型蜂窝状结构体时，在加压时随着叠层部件变薄，其孔隙率减少，因此，制造叠层部件时有必要考虑减少的这部分。
对于本发明的蜂窝状过滤器的用途没有特别限定，但是优选用于车辆的废气净化装置。
废气净化装置例如如下构成：收装有蜂窝状结构体的金属外壳的一端连接到与柴油机等内燃机相连的废气导入管、金属外壳的另一端连接到与外部相连的废气导出管。
在具有这种结构的废气净化装置中，从发动机等的内燃机排出的废气通过导入管进入蜂窝状结构体，经过蜂窝状结构体的孔道壁，粒子在该孔道壁被捕集、净化，然后通过导出管被排到外部。
另外，如果粒子在蜂窝状结构体的孔道壁被捕集而堆积，需进行蜂窝状结构体的再生处理。
蜂窝状结构体的再生处理是指使所捕集的粒子燃烧。作为具体的再生方法，例如，可以采用后喷射方法、通过在废气流入端设置加热装置来加热蜂窝状结构体的方法、将能直接氧化固体粒子的催化剂放置在过滤器中而连续地再生的方法、以及通过在蜂窝状结构体的上游侧放置的氧化催化剂使NOx氧化生成NO2，再使用生成的NO2使粒子氧化的方法等。
实施例
以下给出实施例更详细地说明本发明，但是本发明并不仅限于这些实施例。
(实施例1)
(1)抄制用料浆的制造工序
首先，使50重量份氧化铝纤维、50重量份玻璃纤维(平均纤维直径：9μm，平均纤维长度：3mm)和10重量份有机粘结剂(聚乙烯醇系纤维)分散到足量的水中，通过充分的搅拌制造出抄制用料浆。
(2)抄制工序和孔道形成工序
将(1)得到的料浆，通过直径130mm的筛网进行抄制，将得到的抄制物在135℃干燥，由此得到了直径为130mm的片状无机复合体。
然后，通过冲孔加工，在片状复合体的几乎整个表面上形成孔道，并使片状无机复合体的外缘和孔道的最小内包形状之间的最短距离为1mm、孔道密度为3.7个/cm2、孔道壁的厚度(相邻孔道间的距离)为2mm。
(3)加热处理工序
将(2)得到的片状无机复合体一边加压一边在950℃下加热处理1小时，得到了无机纤维叠层部件。另外，在该工序中，氧化铝纤维之间通过玻璃进行固着。
(4)酸处理和烧固处理
通过将(3)得到的无机纤维叠层部件浸渍到90℃、4mol/l的HCl溶液中进行1小时酸处理，进而，在1050℃下进行烧固处理5小时。这样一来，制成了孔隙率为88％、厚度为1mm的部件。
(5)端部用叠层部件(致密材质的金属板状体)的制作
将Ni-Cr合金制造的金属板(致密材质的金属板)加工成直径130mm×厚度1mm的圆盘状，然后通过激光加工，制造出具有形成错落方格图案的孔道的端部用叠层部件，并使孔道密度为约1.86个/cm2、孔道壁的厚度(相邻孔道间的距离)为2mm。
另外，在端部用叠层部件中，具有以错落方格图案形成的孔道，其孔道密度大致是叠层部件的一半。
(6)叠层工序
首先，在另一工序中，将一端装有加压用的金属部件的金属外壳(不锈钢制造)，以装有金属部件一侧向下的状态立起。并且，叠层一片在上述(5)的工序中得到的端部用叠层部件后，叠层110片上述(4)工序得到的无机纤维叠层部件，最后叠层1片端部用叠层部件，再进行加压，之后，在金属外壳的另一侧也安装、固定加压用金属部件，由此得到了将长度为90mm的叠层型蜂窝状结构体收装在金属外壳内的蜂窝状过滤器。另外，经过加压工序制成的蜂窝状结构体的孔隙率为85％、平均孔径为35μm。另外，在该工序中以使孔道重叠的方式叠层各片。
在本实施例制造的蜂窝状过滤器中，构成叠层型蜂窝状结构体的最外周的孔道和金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm。
(实施例2、3)
基本上进行与实施例1相同的工序，根据蜂窝状结构体的直径调整筛网的直径，制造了表1中列出的形状的蜂窝状结构体。
另外，在实施例2、3中，在变更叠层部件的直径的同时将采用冲孔加工形成孔道的位置调整到与实施例1相同的位置，由此制造出变更了最外周的孔道与金属外壳的内表面之间的最短距离的蜂窝状过滤器。
另外，对应叠层部件的直径变更，将端部用叠层部件的直径同样地变更为132mm(实施例2)、134mm(实施例3)。
(实施例4)
(1)叠层部件的制作
将Ni-Cr-W系合金制造的三维网状金属多孔体(三菱材料公司制造，商品名：MA23，平均孔径35μm、孔隙率85％、厚度1mm)加工成直径为130mm的圆盘状，然后通过激光加工，制造出在几乎整个表面上形成了孔道的金属叠层部件，并且片状无机复合体的外缘和孔道的最小内包形状之间的最短距离为1mm、孔道密度为3.7个/cm2、孔道壁的厚度(相邻孔道间的距离)为2mm。
(2)叠层工序
将一端装有加压用的金属部件的金属外壳(不锈钢制)，以装有金属部件一侧向下的状态立起。并且，采用与实施例1的(5)工序相同的方法，制作出在规定的位置上孔道以错落方格图案形成的端部用叠层部件(金属板状体)，叠层1片该端部用叠层部件(金属板状体)后，叠层88片上述金属叠层部件，最后叠层1片和上述相同的端部用叠层部件(金属板状体)，再进行加压，之后，在金属外壳的另一侧也安装、固定加压用金属部件，由此得到了由长度为90mm的叠层体构成的蜂窝状过滤器。
(实施例5、6)
基本上进行与实施例4相同的工序，根据蜂窝状结构体的直径调整Ni-Cr-W系合金制造的三维网状金属多孔体的直径，制造了表1中列出的形状的蜂窝状结构体。
另外，在实施例5、6中，变更叠层部件的直径的同时，将采用激光加工形成孔道的位置调整到与实施例4相同的位置，由此制造出变更了最外周的孔道与金属外壳的内表面之间的最短距离的蜂窝状过滤器。
另外，对应叠层部件的直径变更，将端部用叠层部件的直径同样地变更为132mm(实施例5)、134mm(实施例6)。
(比较例1、2)
基本上进行与实施例1相同的工序，根据蜂窝状结构体的直径调整筛网的直径，制造了表1中列出的形状的蜂窝状结构体。
另外，在比较例1、2中，变更叠层部件的直径的同时，将采用冲孔加工形成孔道的位置调整到与实施例1相同的位置，由此制造出变更了最外周的孔道与金属外壳的内表面之间的最短距离的蜂窝状过滤器。
另外，对应叠层部件的直径变更，将端部用叠层部件的直径同样地变更为129.6mm(比较例1)、135mm(比较例2)。
(比较例3、4)
基本上进行与实施例4相同的工序，根据蜂窝状结构体的直径调整Ni-Cr-W系合金制造的三维网状金属多孔体的直径，制造了表1中列出的形状的蜂窝状结构体。
另外，在比较例3、4中，变更叠层部件的直径的同时，将采用激光加工形成孔道的位置调整到与实施例4相同的位置，由此制造出变更了最外周的孔道与金属外壳的内表面之间的最短距离的蜂窝状过滤器。
另外，对应叠层部件的直径变更，将端部用叠层部件的直径同样地变更为129.6mm(比较例3)、135mm(比较例4)。
(比较例5)
除了将无机纤维叠层部件的叠层数变更为120片以外，其他与比较例2相同，制造出长度为100mm的蜂窝状过滤器。
在下表1中列出了在各实施例、比较例中的蜂窝状结构体的直径、长度、以及最外周的孔道与金属外壳的内表面之间的距离。
(评价)
(1)初始捕集效率的测定
使用如图4所示的捕集效率测定装置170进行测定。图4是捕集效率测定装置的说明图。
该捕集效率测定装置170，是以扫描式迁移率粒径分析仪(SMPS)构成的，该分析仪配有2L的共轨型柴油机176、连接到蜂窝状过滤器20且流入从柴油机176排出的废气的废气管177、将蜂窝状结构体10收装在金属外壳171内的蜂窝状过滤器20、对流入蜂窝状结构体10之前的废气进行取样的取样器178、对流过蜂窝状结构体10之后的废气进行取样的取样器179、将通过取样器178、179取样的废气进行稀释的稀释器180、测定在经稀释的废气中所含有的粒子的含量的PM计数器181(TSI公司制造、凝结粒子计数器3022A-S)。
下面，按测定顺序加以说明。将发动机176在转数为2000min-1、扭矩为47N·m的状态下运转，使从发动机176排出的废气流入蜂窝状结构体10中。这时，流入蜂窝状结构体10之前的PM含量P0和流过蜂窝状结构体10之后的废气量P1是根据使用PM计数器181而得到的PM粒子数来确定。然后，通过下面公式(1)算出捕集效率。
捕集效率(％)＝(P0-P1)/P0×100…(1)
其结果列于表1中。
(2)最外壁有无破损
压力损失测定后，拆下蜂窝状结构体，通过目视观察在最外周的孔道外侧部分是否发生了裂纹和破裂等破损。
其结果列于表1中。
[表1]
| 最外周的孔道和金属外壳的内表面之间的距离(mm) | 蜂窝状结构体的直径(mm) | 蜂窝状结构体的长度(mm) | 捕集效率(％) | 最外壁的破损 | |
| 实施例1 | 1 | 130 | 90 | 86 | 无 |
| 实施例2 | 2 | 132 | 90 | 83 | 无 |
| 实施例3 | 3 | 134 | 90 | 82 | 无 |
| 实施例4 | 1 | 130 | 90 | 92 | 无 |
| 实施例5 | 2 | 132 | 90 | 89 | 无 |
| 实施例6 | 3 | 134 | 90 | 86 | 无 |
| 比较例1 | 0.8 | 129.6 | 90 | 73 | 有 |
| 比较例2 | 3.5 | 135 | 90 | 76 | 无 |
| 比较例3 | 0.8 | 129.6 | 90 | 71 | 有 |
| 比较例4 | 3.5 | 135 | 90 | 79 | 无 |
| 比较例5 | 3.5 | 135 | 100 | 80 | 无 |
如表1所示，对于实施例中的蜂窝状过滤器，没有将蜂窝状过滤器大型化，而捕集效率超过80％、具有优良的捕集效率，与此相比，比较例中的蜂窝状结构体的捕集效率低至80％以下。
另外，在比较例1、4中的蜂窝状过滤器中，观察到在最外壁上有破损。据推测这是由于最外周的孔道和金属外壳的内表面之间的最短距离过短、强度不够造成的。
另外，比较例1、4中的蜂窝状过滤器的捕集效率低，据认为这是由最外壁破损造成的。
Claims (7)
1.一种蜂窝状过滤器，其是由蜂窝状结构体和筒状金属外壳构成的蜂窝状过滤器，所述蜂窝状结构体中多个孔道以孔道壁相隔而在长度方向上平行设置，所述筒状金属外壳覆盖上述蜂窝状结构体的外周面，所述蜂窝状过滤器的特征在于，所述蜂窝状结构体和所述金属外壳直接接触；在所述多个孔道之中，构成最外周的孔道与所述金属外壳的内表面之间的最短距离是1mm～3mm。
2.根据权利要求1所述的蜂窝状过滤器，其中所述蜂窝状结构体的孔隙率为70％以上，并且所述孔道的一端被封住。
3.根据权利要求1或2所述的蜂窝状过滤器，其中所述蜂窝状结构体是在长度方向上将多个叠层部件叠层以使相邻的叠层部件中所形成的相应孔道相互连通而构成的。
4.根据权利要求3所述的蜂窝状过滤器，其中所述叠层部件主要由无机纤维构成。
5.根据权利要求3所述的蜂窝状过滤器，其中所述叠层部件主要由金属构成。
6.根据权利要求3所述的蜂窝状过滤器，其中，在所述叠层部件的两端进一步叠层有由金属构成的端部用叠层部件。
7.根据权利要求1或2所述的蜂窝状过滤器，其中，所述蜂窝状结构体的至少一部分上负载有催化剂。
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