JP2006272156A - Honeycomb filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中の微粒子状物質を捕集、除去するのに使用されるセラミックハニカムフィルタに関する。 The present invention relates to a ceramic honeycomb filter used for collecting and removing particulate matter in exhaust gas discharged from a combustion apparatus such as a diesel engine or a boiler.
ディーゼルエンジンやボイラー等の燃焼装置から排出される排気ガス中には黒鉛を主体とする微粒子状物質(パティキュレート・マター、以下「PM」という)が多量に含まれており、これが大気中に放出されると、人体や環境に悪影響を与える。このため、これらの排気系部品には、PMを補集、除去するためのフィルタが搭載されている。図3は、ディーゼルエンジンの排気ガス中のPMを捕集、除去する、従来のセラミックハニカムフィルタ(以下「ハニカムフィルタ」という)の一例を示し、(a)は一部を省略した正面模式図、(b)は側断面模式図である。図3において、ハニカムフィルタ30は、多孔質セラミックからなり、外周壁1と、この外周壁1の内側に各々直交する隔壁2で仕切られた多数の流路3、4を有するセラミックハニカム構造体(以下「ハニカム構造体」という)31が、排気ガスの流入側端面7と流出側端面8で交互に封止部5、6で封止されている。また、図示しないが、ハニカム構造体31の外周壁1は、金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材で使用中に動かないように把持され、金属製収納容器に配置されている。
Exhaust gas emitted from combustion devices such as diesel engines and boilers contains a large amount of particulate matter (particulate matter, hereinafter referred to as “PM”) mainly composed of graphite, which is released into the atmosphere. Doing so will adversely affect the human body and the environment. Therefore, a filter for collecting and removing PM is mounted on these exhaust system parts. FIG. 3 shows an example of a conventional ceramic honeycomb filter (hereinafter referred to as “honeycomb filter”) that collects and removes PM in the exhaust gas of a diesel engine, and (a) is a schematic front view with a part omitted. (B) is a schematic side sectional view. In FIG. 3, a
図3に示すハニカムフィルタ30において、排気ガスの浄化は以下の通り行われる。排気ガス(点線矢印で示す)は、流入側端面7に開口している流路3から流入する。そして、排気ガス中に含まれるPMは、隔壁2を通過する際に捕集され、浄化された排気ガスは、流出側端面8に開口している流路4から流出、大気中に放出される。一方、隔壁2に捕集されたPMが一定量以上になると、目詰まりしてしまうので、バーナーや電気ヒーターなどによりこれを燃焼させ、ハニカムフィルタ30の再生が行われる。
In the
ところで近年、PMの捕集効率を向上させるなどの目的で、図4に示すような流入側の封止部がハニカムフィルタの流入側端面から離れた流路内部に生成されたものが開発されつつある。例えば特許文献1には、図4に示す形態のハニカムフィルタが提案されている。図4は特許文献1に提案されるハニカムフィルタ40を示し、(a)は一部を省略した正面模式図、(b)は側断面模式図であり、ハニカムフィルタ40は、外周壁1aの内側に隔壁2aで仕切られた多数の流路3a、4aを有するハニカム構造体41Aが、流路3aの流出側端面7bにおいて封止部5aで封止されている。また、外周壁1bの内側に隔壁2bで仕切られた多数の流路3b、4bを有するハニカム構造体41Bが、流路3bの流入側端面8aにおいて封止部5bで封止されると共に、流路4bの流出側端面8bにおいて封止部6で封止されている。そして、ハニカム構造体41Aの流出側端面7bとハニカム構造体41Bの流入側端面8aを、封止部5aと封止部5bで接合し、ハニカム構造体41Aとハニカム構造体41Bを一体にしてハニカムフィルタ40としている。
Incidentally, in recent years, for the purpose of improving the efficiency of collecting PM and the like, an inflow side sealing portion as shown in FIG. 4 has been developed inside a flow channel separated from the inflow side end face of the honeycomb filter. is there. For example, Patent Document 1 proposes a honeycomb filter having the form shown in FIG. 4A and 4B show a
特許文献1に提案される、図4(a)のハニカムフィルタ40は、通常、円筒形状であり、図5(a)に示すように金属メッシュあるいはセラミックス製のマットなどで形成された把持部材51で把持され、同じく円筒状の金属製収納容器52内に収納されている。このようなハニカムフィルタは、2つのハニカム構造体40Aおよび40Bを流路方向に接合した構造であることから、金属製収納容器52に収納する際の圧入荷重や、フィルタとして使用した際の機械的振動や熱応力によって、接合部Jからクラックが発生し、ハニカム構造体40Aと別のハニカム構造体40Bが接合部Jで分離に至る場合もある。このような場合、外周壁1aおよび1bは、把持部材51により把持されていることから、ハニカム構造体40Aに対してハニカム構造体40Bが相対的に、徐々に回転移動することもある。例えば、図5(b)(図5(a)の矢視断面G−G(拡大図))に示すように、円筒状の金属製収納容器52内で相対的に回転移動(X)し、ハニカム構造体40Aの隔壁2aと封止部5aが、別のハニカム構造体40Bの流路4bに跨がって、流路4bの断面積(S)を縮小させ、ハニカムフィルタ40の圧力損失を増加させてしまうことがある。
The
したがって、本発明の目的は、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、ハニカム構造体同士の接合部が万一分離しても、円筒状の金属製収納容器内で相対的に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制することのできるハニカムフィルタを得ることにある。 Accordingly, an object of the present invention is a honeycomb filter in which a plurality of honeycomb structures having a large number of flow paths partitioned by partition walls are joined in the direction of the flow path, and the joints between the honeycomb structures are separated in the unlikely event Even so, it is an object of the present invention to obtain a honeycomb filter that is capable of suppressing an increase in pressure loss due to a reduction in the cross-sectional area of a flow path without relatively rotating in a cylindrical metal storage container.
本発明のハニカムフィルタは、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、前記ハニカム構造体の接合される側の端面が前記流路と実質的に平行な面を有し、前記ハニカム構造体は相互に前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接触していることを特徴とする。ここで「実質的に平行な面」とは、複数のハニカム要素が、接合するのに支障にならない範囲で平行でない面も含むことを意味する。また「接触」とは、接着剤などの接合材を介して接合しているのではなく、単に接触して繋がっている状態を意味する。 The honeycomb filter of the present invention is a honeycomb filter formed by joining a plurality of honeycomb structures having a large number of flow paths partitioned by partition walls in the flow path direction, and an end face on the side where the honeycomb structures are joined is provided. The honeycomb structure has a surface substantially parallel to the flow path, and the honeycomb structures are in contact with each other at least at a part of the surface substantially parallel to the flow path. Here, “substantially parallel surfaces” means that the plurality of honeycomb elements also include surfaces that are not parallel within a range that does not hinder the joining. Further, “contact” means a state in which they are not in contact via a bonding material such as an adhesive but are simply in contact with each other.
上記構成とすることで、ハニカムフィルタを金属製収納容器に収納する際の圧入荷重や、フィルタとして使用した際の機械的振動や熱応力によって、ハニカム構造体の接合部にクラックが発生してハニカム構造体が分離しても、ハニカム構造体は相互に流路と実質的に平行な面でかみ合っているために、円筒状の金属製収納容器内で相対的に円周方向に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制できる。 With the above-described configuration, cracks are generated in the joined portion of the honeycomb structure due to press-fitting load when the honeycomb filter is stored in a metal storage container, and mechanical vibration or thermal stress when used as a filter. Even if the structures are separated, the honeycomb structures are engaged with each other in a plane substantially parallel to the flow path, so that they do not rotate and move relatively in the circumferential direction in the cylindrical metal storage container. The increase in pressure loss due to the reduced cross-sectional area of the flow path can be suppressed.
また本発明のハニカムフィルタにおいて、前記ハニカム構造体は、前記流路と実質的に平行な面の少なくとも一部で接合材を介して接合していることが好ましい。隔壁の端面同士や特許文献1に記載のように封止部同士を接合するのみでなく、流路と実質的に平行な面同士を接合することで、接合面積を大きくすることができるため接合強度が向上し、ハニカム構造体が分離する虞が低減する。 In the honeycomb filter of the present invention, it is preferable that the honeycomb structure is bonded via a bonding material on at least a part of a surface substantially parallel to the flow path. Joining because the joining area can be increased by joining not only the end faces of the partition walls and the sealing parts as described in Patent Document 1, but also joining the faces substantially parallel to the flow path. The strength is improved, and the possibility that the honeycomb structure is separated is reduced.
また本発明のハニカムフィルタにおいて、前記ハニカム構造体は、前記流路と垂直方向に接合した複数のハニカム要素からなり、該複数のハニカム要素の端面を流路方向にずらして接合することにより、前記ハニカム構造体の端面に前記流路と実質的に平行な面を形成することもできる。図2に示すように、ハニカム構造体の流路に対して垂直方向に分割した複数のハニカム要素を、並列に束ねて接合し、ハニカム構造体21A、21Bを製造する際に、ハニカム要素の端面を流路方向にずらして接合することで、セラミックハニカム構造体の端面に前記面を容易に形成することができる。
Further, in the honeycomb filter of the present invention, the honeycomb structure includes a plurality of honeycomb elements joined in a direction perpendicular to the flow path, and the end faces of the plurality of honeycomb elements are joined while being shifted in the flow path direction. A surface substantially parallel to the flow path may be formed on the end face of the honeycomb structure. As shown in FIG. 2, when manufacturing
本発明のハニカムフィルタによれば、隔壁で仕切られた多数の流路を有する複数のハニカム構造体が流路方向に接合されてなるハニカムフィルタであって、ハニカム構造体同士の接合部が万一分離しても、円筒状の金属製収納容器内で相対的に回転移動せず、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を抑制することができる。 The honeycomb filter according to the present invention is a honeycomb filter in which a plurality of honeycomb structures having a large number of flow paths partitioned by partition walls are joined in the flow path direction. Even if the separation is performed, an increase in pressure loss due to a reduction in the cross-sectional area of the flow path can be suppressed without relatively rotating in the cylindrical metal storage container.
以下、本発明の実施の形態の数例を、図面に基づき詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係わるハニカムフィルタを示し、(a)はハニカムフィルタとして接合される前のハニカム構造体11Aと11Bを示した模式図である。2つのハニカム構造体11Aと11Bが相互に接合する端面7bと8aには、流路と実質的に平行な面(以下、「かみ合い面」と称する)13が形成されている。(b)はハニカム構造体11Aと11Bを接合してハニカムフィルタとしたときの、側断面模式図である。図1(b)および(c)に示すように、ハニカム構造体の11Aと11Bの接合面に形成したかみ合い面13が相互にかみ合うように接触させてハニカム構造体を接合することで、仮に接合部が分離しても、ハニカム構造体の11A、11Bが相対的に回転移動しないため、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を生じることがない。また、ハニカム構造体の接合は隔壁の端面同士や封止部同士を接着剤などで接合するだけでなく、かみ合い面13が相互に接着剤などの接合材を介して接合させると、接合強度が向上でき、ハニカム構造体11A、11Bが分離する虞が低減する。
Hereinafter, several examples of embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(Embodiment 1)
FIG. 1 shows a honeycomb filter according to Embodiment 1, and (a) is a schematic view showing
(実施の形態2)
図2は、実施の形態2に係る円柱状のハニカムフィルタを示し、(a)はハニカムフィルタの流入側端面の正面模式図であり、(b)は(a)でのE−E断面図である。図2(a)および図2(c)に示すように、ハニカム構造体21Aはハニカム要素AuとBuとを接合面Kにて結束して接合し、ハニカム構造体21BはAlとBlとを同じく接合面Kにて結束して接合することで形成されている。また、ハニカム要素AuとBuとを接合する際に、流出側端面を図2(c)に示すように距離Sずらして接合することで、かみ合い面13が形成されている。また同様に、ハニカム要素AlとBlとを接合する際に、距離Sずらして接合することで、かみ合い面13が形成されている。そして図2(b)に示すように、ハニカム構造体の11Aと11Bの接合面に形成したかみ合い面13が相互にかみ合うように接触させて接合することで、仮に接合部が分離しても、ハニカム構造体の11A、11Bが相対的に回転移動しないため、流路の断面積が縮小されることによる圧力損失の増加を生じることがない。また、ハニカム構造体の接合は隔壁の端面同士や封止部同士を接着剤などで接合するだけでなく、かみ合い面13が相互に接着剤などの接合材を介して接合させると、接合強度が向上でき、ハニカム構造体11A、11Bが分離する虞が低減する。
(Embodiment 2)
FIG. 2 shows a cylindrical honeycomb filter according to
実施の形態1に係る、図1に示すハニカムフィルタ10は、以下のようにして得る。先ず、カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、SiO2:48〜52%、Al2O3:33〜37%、MgO:12〜15%となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑剤、造孔材としてグラファイトを添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に公知の押出し成形用金型を用いて坏土を押出成形し、切断して成形体とし、次に成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁で仕切られた多数の流路を有し、断面が円形状で焼成後の直径が268mmとなる全長が320mmのコージェライト質の長尺ハニカム素材を作製する。
The
次に、ダイヤモンド砥石を用いて長尺ハニカム素材を切断し、切断後の長さが105mmのハニカム構造体と、切断後の長さが210mmのハニカム構造体とにする。次に、ダイヤモンド砥石を用いて上記2つのハニカム構造体のそれぞれ一方の端面を図1(a)に示すように円の1/2部分を削り取り、流路方向の長さが5mmとなるようにかみ合い面13を形成し、長さが105mmのハニカム構造体11Aと、切断後の長さが210mmのハニカム構造体11Bとする。
Next, a long honeycomb material is cut using a diamond grindstone to obtain a honeycomb structure having a length of 105 mm after cutting and a honeycomb structure having a length of 210 mm after cutting. Next, using a diamond grindstone, one end face of each of the two honeycomb structures is scraped off as shown in FIG. 1A so that the length in the flow path direction becomes 5 mm. The meshing
次にハニカム構造体11Aの流出側端面7bと、ハニカム構造体11Bの流入側端面8aおよび流出側端面8bとに公知の方法にて封止部5a、5b、6を形成した後、封止部5a、5bとかみ合い面13に接着剤を塗布してハニカム構造体11Aとハニカム構造体11Bとを図1(b)に示すように接合し、全長が310mmのハニカムフィルタ10となる。
Next, after forming the sealing
実施の形態2に係る、図2に示すハニカムフィルタ20は、以下のようにして得る。先ず実施例1と同様に、カオリン、タルク、シリカ、アルミナなどの粉末を調整して、質量比で、SiO2:48〜52%、Al2O3:33〜37%、MgO:12〜15%となるようコージェライト化原料粉末を準備し、これにメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース等のバインダー、潤滑剤、造孔材としてグラファイトを添加し、乾式で十分混合した後、規定量の水を添加、十分な混練を行って可塑化したセラミック杯土を作成する。次に、断面が扇形となる押出し成形用金型を用いて坏土を押出成形し、切断して、断面が扇形となる成形体とする。次に、成形体を、乾燥、焼成させ、隔壁で仕切られた多数の流路を有し、断面が円の1/2の扇形で、焼成後の半径Rが134mmとなる全長が310mmのコージェライト質の長尺ハニカム素材を2ヶ作製する。
The
次に、ダイヤモンド砥石を用いて断面が扇形の長尺ハニカム素材の一つを切断し、切断後の長さが100mmのハニカム要素Auと、切断後の長さが205mmのハニカム要素Alとする。同様に残りの長尺ハニカム素材を切断し、切断後の長さが95mmのハニカム要素Buと、切断後の長さが210mmのハニカム要素Blとする。次に、ハニカム要素Au、Buに対しては、流路3aの流出側端面7bにおいて公知の方法を用いて封止部5aを形成し、ハニカム要素Al、Blに対しては、流路3bの流入側端面8aと流路4bの流出側端面8bにおいてそれぞれ封止部5bと封止部6を形成する。
Next, one long honeycomb material having a fan-shaped cross section is cut using a diamond grindstone to obtain a honeycomb element Au having a length of 100 mm after cutting and a honeycomb element Al having a length of 205 mm after cutting. Similarly, the remaining long honeycomb material is cut into a honeycomb element Bu having a cut length of 95 mm and a honeycomb element Bl having a cut length of 210 mm. Next, for the honeycomb elements Au and Bu, a sealing
次にハニカム要素Auとハニカム要素Buとを接着剤を用いて接合し、図2(c)に示すハニカム構造体21Aを作製する。この際、2つのハニカム要素AuとBuの流路方向の長さが5mm異なるので、流入側端面7aが平面となるようにハニカム要素AuとBuを接合することで、かみ合い面13が形成される。同様にハニカム要素Alとハニカム要素Blとを接着剤を用いて接合し、かみ合い面13が形成されたハニカム構造体21Bを作製する。
Next, the honeycomb element Au and the honeycomb element Bu are bonded together using an adhesive to produce a
次に封止部5a、5bとかみ合い面13に接着剤を塗布してハニカム構造体21Aとハニカム構造体21Bとを図2(b)に示すように接合し、全長が305mmのハニカムフィルタ20となる。
Next, an adhesive is applied to the sealing
なお、本実施例2においては、ハニカム構造体21A、21Bは、それぞれ断面形状が円の1/2の扇形形状とした2つのハニカム要素を結束して接合することで作製したが、各ハニカム要素はさらに細かく分割、例えば断面形状が1/4の扇形形状とした4つのハニカム要素を結束し接合して各ハニカム構造体とすることもできるし、ハニカム要素の断面形状は扇形以外の形状とすることも可能である。
In Example 2, the
また、本実施例2では、ハニカム要素Auとハニカム要素Buとを接合してハニカム構造体21Aを作製し、ハニカム要素Alとハニカム要素Blとを接合してハニカム構造体21Bを作製した後に、ハニカム構造体21A、21Bを接合しハニカムフィルタ20としたが、先にハニカム要素Auとハニカム要素Alとを接合し、またハニカム要素Buとハニカム要素Blとを接合した後に、双方を接合してハニカムフィルタ20とすることも可能である。
Further, in Example 2, the
10、20、30、40:セラミックハニカムフィルタ(ハニカムフィルタ)
11A、11B、21A、21B、31、41A、41B:セラミックハニカム構造体(ハニカム構造体)
13:流路と実質的に平行な面(かみ合い面)
1、1a:外周壁
2、2a、2b:隔壁
3、3a、3b、4、4a、4b:流路
5、5a、5b、6:封止部
7、7a、8a:流入側端面
7b、8、8b:流出側端面
Au、Bu:流路の上流側のハニカム構造体を構成するハニカム要素
Al、Bl:流路の下流側のハニカム構造体を構成するハニカム要素
J:接合部
K:ハニカム要素の接合面
S:ずらし寸法
10, 20, 30, 40: Ceramic honeycomb filter (honeycomb filter)
11A, 11B, 21A, 21B, 31, 41A, 41B: Ceramic honeycomb structure (honeycomb structure)
13: Surface substantially parallel to the flow path (meshing surface)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1a: Outer
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