JP2010104955A - ハニカム構造体及びハニカム触媒体 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】柱状のハニカム構造部5を備え、隔壁1は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、複数のセル4の中の一部のセルは、流入側の端部が開口され且つ流出側の端部にその開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材6が配設された第1のセル4aであり、残部のセル4は両端部が開口された第2のセル4bであり、第1のセル4aと第2のセル4bとが交互に配置され、セルの流路方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく、セルの流路方向に直交する断面において、第1のセル4aの、流出側端部の開口部における開口面積縮小部材6が配設されていない部分の面積が、第2のセル4bの面積の40%以上であるハニカム構造体100。
【選択図】図1
Description
[2] セルの流路方向に直交する断面において、前記第1のセルに配設された開口面積縮小部材の開口面積が、前記第1のセルの開口面積の5〜95%である[1]に記載のハニカム構造体。
[3] 前記開口面積縮小部材が、気孔率が20〜80%の多孔質体からなる[1]又は[2]に記載のハニカム構造体。
[4] [1]〜[3]のいずれかに記載のハニカム構造体をハニカムセグメントとして複数個備え、前記複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されると共に、前記対向する側面同士が接合部により接合されてなる接合型ハニカム構造体。
[5] [1]〜[3]のいずれかに記載のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の前記隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備え、触媒担持量が100〜250g/Lであるハニカム触媒体。
[6] [4]に記載の接合型ハニカム構造体と、前記接合型ハニカム構造体の前記隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備え、触媒担持量が100〜250g/Lであるハニカム触媒体。
図1〜図3に示すように、本実施形態のハニカム構造体100は、多孔質の隔壁1を有し、隔壁1によって流入側の端面2から流出側の端面3まで貫通する、流体の流路となる複数のセル4が区画形成された柱状のハニカム構造部5を備え、隔壁1は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、複数のセル4の中の一部のセル4は、流入側の端部の開口部が開口され且つ流出側の端部の開口部にその開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材6が配設された第1のセル4aであり、残部のセル4は、両端部の開口部が開口された第2のセル4bであり、第1のセル4aと第2のセル4bとが交互に配置され、セルの流路方向に直交する断面において第1のセルの面積が第2のセルの面積より大きく、セル4の流路方向に直交する断面において第1のセル4aの、流出側端部の開口部における開口面積縮小部材が配設されていない部分の面積が、第2のセル4bの面積の40%以上である。第1のセル4aに配設される開口面積縮小部材6には、セルの流路方向に貫通する貫通孔7が形成されている。そして、上記「第1のセル4aの、流出側端部の開口部における開口面積縮小部材が配設されていない部分」は、貫通孔7のことである。ここで、図1は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図2は、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す、流出側端面側からみた平面図であり、図3は、図2のA−A’断面を示す模式図である。
次に、本発明のハニカム構造体の一実施形態の製造方法について具体的に説明する。
工程(1)は、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有し、セルが第1のセルと第2のセルとからなり、第1のセルと第2のセルとが交互に配置され、セルの流路方向に直交する断面において第1のセルの面積が前記第2のセルの面積より大きく、セルの流路方向に直交する断面において、第1のセルの、流出側端部の開口部における開口面積縮小部材が配設されていない部分の面積が、第2のセルの面積の40%以上である柱状のハニカム成形体を得る工程である。この工程(1)は、従来公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。
工程(2)は、に示すように、得られたハニカム成形体の一方の端面(流出側の端面)側の所定のセル(第1のセル)の開口部に目封止スラリーを充填して、第1のセルの流出側端部の開口部に目封止部を形成した目封止ハニカム成形体を得る工程である。
工程(3)は、得られた目封止ハニカム成形体の目封止部に、一方の端面(流出側の端面)側から、目封止した所定のセル(第1のセル)の内部まで貫通する貫通孔を穿孔して、一方の端面(流出側の端面)側において第1のセルの開口部の面積が縮小された開口面積縮小ハニカム成形体を得る。
工程(4)は、得られた開口面積縮小ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る工程である。このようにして、本実施形態のハニカム構造体を簡便且つ低コストに製造することができる。この工程(4)は、従来公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。
次に、本発明のハニカム触媒体の一の実施形態について具体的に説明する。本実施形態のハニカム触媒体は、これまでに説明した本発明のハニカム構造体(図1〜図3に示すハニカム構造体100)と、このハニカム構造体の隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備えたハニカム触媒体である。また、本発明のハニカム触媒体の他の実施形態は、上記本発明の接合型ハニカム構造体と、このハニカム構造体の隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備えたハニカム触媒体である。以下、ハニカム構造体に触媒を担持したハニカム触媒体について説明するが、接合型ハニカム構造体に触媒を担持したハニカム触媒体についても同様である。
次に、本実施形態のハニカム触媒体を製造する方法の一例について説明する。なお、本実施形態のハニカム触媒体を製造する方法については、以下の方法に限定されることはない。また、ハニカム構造体に触媒を担持してハニカム触媒体にする方法を説明するが、接合型ハニカム構造体に触媒を担持してハニカム触媒体にする場合も同様である。
セルの流路方向に直交する断面において、第1のセル(断面積の大きいセル)の開口面積と、第1のセルに配設された開口面積縮小部材の開口面積(開口面積縮小部材に形成された貫通孔の開口面積)と、第2のセル(断面積の小さいセル)の開口面積とを、画像解析で測定する。画像解析の適用範囲としては、端面中心部5×5セル分以上を解析範囲とし、開口面積縮小部材の導入箇所の最も開口面積が狭い部分を測定する。そして、「第1のセルの開口面積」に対する、「開口面積縮小部材の開口面積」の割合(貫通孔の開口率)を算出する。
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、SiO242〜56質量%、Al2O30〜45質量%、及びMgO12〜16質量%となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料100質量部に対して、造孔材としてグラファイトを10〜20質量部添加した。更に、メチルセルロース、及び界面活性剤をそれぞれ適当量添加した後、調製した杯土を真空脱気した後、押出成形することによりハニカム成形体を得た。このハニカム成形体の隔壁厚さは、200μm(8mil)であり、セル密度は62セル/cm2(400cpsi)である。なお、「1(mil)」は1000分の1インチであり、「cpsi」は「セル/平方インチ」のことである。そして、図5に示すように、得られたハニカム成形体300は、複数のセル42を区画形成する隔壁41を備え、ハニカム構造体の端面において(セル42の流路方向に直交する断面においても同様である)、セル42の中の面積の大きい第1のセル42aと、面積の小さい第2のセル42bとが交互に配置されたものである。図5は、実施例1で作製されたハニカム成形体を模式的に示す、一方の端面側から見た正面図である。
貫通孔の開口率を表1に示すように変化させた以外は、実施例1と同様に構成されたハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、実施例1と同様の方法によって触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例2,3)。実施例2,3のそれぞれのハニカム触媒体について、上記切り欠き部の開口率の測定、圧力損失の測定、及び有害成分排出量の測定を行った。結果を表1〜3に示す。
隔壁厚さ(μm)、セル密度(セル/cm2)、平均細孔径(μm)、気孔率(%)、貫通孔の開口率(%)を、それぞれ表1に示すような値とした以外は、実施例1と同様にしてハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、表1に示すように、触媒担持量が200g/Lとなるように触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(比較例1〜3)。尚、白金族金属担持量は2.5g/Lであった。比較例1〜3のハニカム触媒体について、上記圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表2及表3に示す。
表2、及び図7に示すように、圧力損失の測定において、比較例2のハニカム触媒体は、最も高い圧力損失を示した。実施例1のハニカム触媒体は、測定用ガスの流量が6Nm3/分以上で比較例1よりも高い値を示したが、実施例2及び3は、10Nm3/分まで比較例1よりも低い値を示した。8Nm3/分で比較すると、実施例3のハニカム触媒体は比較例1のハニカム触媒体と比較して、20%程度圧力損失が低減されている。図7は、圧力損失の測定結果を示すグラフであり、横軸が測定用ガスの流量(Nm3/分)を示し、縦軸が圧力損失(kPa)を示す。
平均細孔径(μm)及び気孔率(%)を、表4に示すように変化させたこと以外は、実施例2(貫通孔の開口率50%)と同様に構成されたハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、実施例1と同様の方法によって触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例4〜7)。実施例4〜7のそれぞれのハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表5及び表6に示す。ここで、図11は、圧力損失の測定結果を示すグラフであり、横軸が測定用ガスの流量(Nm3/分)を示し、縦軸が圧力損失(kPa)を示す。また、図12及び図13は、有害成分排出量の測定結果を示すグラフであり、横軸が白金族金属担持量(g/L)を示し、縦軸が有害成分排出量(g/マイル)を示す。なお、図12は、有害成分として炭化水素(HC)を測定した結果であり、図13は、有害成分として窒素酸化物(NOX)を測定した結果である。
表5、及び図11に示すように、圧力損失の測定において、全ての実施例のハニカム触媒体が、10Nm3/分まで、比較例1のハニカム触媒体より低い値(圧力損失)を示した。ガス流量8Nm3/分の場合で比較すると、実施例7のハニカム触媒体は、比較例1のハニカム触媒体に対して、圧力損失が40%程度低減していることがわかる。
Claims (6)
- 多孔質の隔壁を有し、前記隔壁によって流入側の端面から流出側の端面まで貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成された柱状のハニカム構造部を備え、
前記隔壁は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、
前記複数のセルの中の一部のセルは、流入側の端部の開口部が開口され且つ流出側の端部の開口部にその前記開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設された第1のセルであり、残部のセルは、両端部の開口部が開口された第2のセルであり、
前記第1のセルと前記第2のセルとが交互に配置され、
前記セルの流路方向に直交する断面において前記第1のセルの面積が前記第2のセルの面積より大きく、
セルの流路方向に直交する断面において、前記第1のセルの、前記流出側端部の開口部における開口面積縮小部材が配設されていない部分の面積が、前記第2のセルの面積の40%以上であるハニカム構造体。 - セルの流路方向に直交する断面において、前記第1のセルに配設された開口面積縮小部材の開口面積が、前記第1のセルの開口面積の5〜95%である請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記開口面積縮小部材が、気孔率が20〜80%の多孔質体からなる請求項1又は2に記載のハニカム構造体。
- 請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体をハニカムセグメントとして複数個備え、
前記複数個のハニカムセグメントが、互いの側面同士が対向するように隣接して配置されると共に、前記対向する側面同士が接合部により接合されてなる接合型ハニカム構造体。 - 請求項1〜3のいずれかに記載のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の前記隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備え、
触媒担持量が100〜250g/Lであるハニカム触媒体。 - 請求項4に記載の接合型ハニカム構造体と、前記接合型ハニカム構造体の前記隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備え、
触媒担持量が100〜250g/Lであるハニカム触媒体。
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