JP2011206635A - Honeycomb structure, and exhaust gas treatment device using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、自動車,フォークリフト,発電機,船舶,油圧ショベル,ブルドーザ,ホイールローダ,ラフテレンクレーン,トラクタ,コンバイン,耕転機,鉄道車両および工事用車両等の動力源である内燃機関,焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガスに含まれる炭素を主成分とする微粒子等を捕集するフィルタ、有害なダイオキシンを分解して除去するフィルタ等に用いられるハニカム構造体およびこれを備えた排気ガス処理装置に関するものである。 The present invention relates to an internal combustion engine, an incinerator, and a power source for automobiles, forklifts, generators, ships, hydraulic excavators, bulldozers, wheel loaders, rough terrain cranes, tractors, combines, tillers, railway vehicles, and construction vehicles. Honeycomb structure used for a filter for collecting fine particles mainly composed of carbon contained in exhaust gas generated from a boiler, etc., a filter for decomposing and removing harmful dioxins, and an exhaust gas treatment apparatus equipped with the honeycomb structure It is about.
従来、内燃機関,焼却炉およびボイラー等から発生する排気ガス中に含まれる、炭素を主成分とする微粒子(特に、ディーゼルエンジンの排気ガス中の炭素を主成分とする微粒子),硫黄が酸化してできる硫酸塩を主成分とする微粒子および高分子からなる未燃焼の炭化水素などの微粒子等は環境汚染の原因となるため、例えば、ハニカム構造体を用いたフィルタでこれらの微粒子を捕集して、除去している。 Conventionally, fine particles mainly composed of carbon (particularly fine particles mainly composed of carbon in exhaust gas from diesel engines) and sulfur contained in exhaust gas generated from internal combustion engines, incinerators, boilers, etc. are oxidized. Since fine particles mainly composed of sulfate and fine particles such as unburned hydrocarbons made of polymers cause environmental pollution, for example, these fine particles are collected with a filter using a honeycomb structure. And removed.
図6は、従来のハニカム構造体を示す、(a)は側面図であり、(b)は部分破断した正面図である。 FIG. 6 shows a conventional honeycomb structure, in which (a) is a side view and (b) is a front view partially broken.
図6に示すハニカム構造体21は、軸方向Xに沿った壁面を有する隔壁23と、隔壁23により仕切られた複数の流通孔22と、複数の流通孔22の両端を交互に封止する封止材24a,24bとを備えたハニカム構造体である。
The
このハニカム構造体21の流入側の端面(IF)から流入した排気ガスは、流通孔22に導入された後、隔壁23を通って隣接する流通孔22に入り、流出側の端面(OF)から流出する。そして、排気ガスが隔壁23を通る際に、排気ガスに含まれる各種の微粒子が隔壁23に捕集されるようになっている。
The exhaust gas flowing in from the end face (IF) on the inflow side of the
ハニカム構造体21は、このような微粒子の捕集を続けると、捕集した微粒子の蓄積によって隔壁23の通気性が次第に損なわれるため、定期的に微粒子を除去することによって再生しなければならない。ハニカム構造体21を再生する方法としては、600℃以上に加熱し
て、微粒子を燃焼除去する方法や、ハニカム構造体21の排気ガスの流入側に酸化触媒を配置し、この酸化触媒に軽油等の燃料を供給することによって生じる酸化反応によって発生する熱を利用して、微粒子を燃焼除去する方法等がある。
The
しかしながら、これらの方法によりハニカム構造体21を再生すると、微粒子の捕集量が多いほど、微粒子を燃焼除去するのに多くの時間を要し、この間、ハニカム構造体21の温度が上昇し、上昇による熱応力に起因してハニカム構造体21にクラックや溶損が生じる場合があった。
However, when the
このようなクラックや溶損を防止するためのハニカム構造体は種々提案されている。例えば、特許文献1では、主成分がチタン酸アルミニウムのハニカム構造体であって、ハニカム構造体の所定のセル(流通孔)の一端面を目封止材で封止するとともに、残りの未封止セル(封止されていない流通孔)の他端面も同様に目封止したディーゼルエンジン排ガスフィルタが示され、好適な例として主成分がチタン酸アルミニウムの目封止材を用いることが開示されている。そして、これによれば、フィルタの素材にチタン酸アミニウムを用いているので熱膨張係数が小さく、コージェライトに比べ融点が高いため耐熱性、熱衝撃性に優れる。また、コージェライトに比べ、焼成コストが少ない。ハニカム構造体とセ
ル壁封止材の熱膨張係数の差を小さくすることにより、燃焼再生時に、セル壁と封止材の界面に起こるクラックをなくすことができるというものである。
Various honeycomb structures for preventing such cracks and melting damage have been proposed. For example, in
そして、このようなハニカム構造体は、例えば、特許文献2で開示された微粒子状物質の除去装置にフィルタとして用いられる。特許文献2で提案された排気ガス中の微粒子状物質の除去装置は図7に概略図として示されている。
Such a honeycomb structure is used, for example, as a filter in the particulate matter removing device disclosed in
図7に示す除去装置30は、内燃機関31から排出される排気ガス中の微粒子状物質を除去する装置であって、内燃機関31の排気ガス排出部の下流に配置されてなり、内燃機関31から排出された排気ガス中のNOxを吸蔵し、かつ、吸蔵したNOxをNOおよび/またはNO2として放出するNOx吸蔵剤33と、NOx吸蔵剤33の下流に配置されてなり、内燃機関31から排出された排気ガス中の微粒子状物質を捕集するためのフィルタ34とを含んでなる装置であり、さらに排気ガス中のNOを酸化してNO2を生じさせる、触媒の役割を担う酸化触媒32がNOx吸蔵剤33の上流部に配置されてなるものである。また、この除去装置30では、エンジン31の入り口31aから燃料が供給されて、エンジン31内部において燃料が燃焼した後、エンジン31の出口31bから排気ガスが排出されて、NOx吸蔵剤33に流入する。NOx吸蔵剤33が排気ガス中のNOxを吸蔵した後、排気ガスはフィルタ34に流入して、排気ガス中の微粒子状物質が捕集される。排気ガスの温度が、NO2と微粒子状物質とが反応するのに十分な温度に達したとき、NOx吸蔵剤33に吸蔵されていたNOxがNOおよび/またはNO2として放出され、その放出されたNO2がフィルタ34に捕集されていた微粒子状物質と反応して、反応物質が排出口35から排出されるというものである。これによれば、内燃機関31の排気ガス中に包含される微粒子状物質を効果的に除去することができるというものである。
The
なお、NOx吸蔵剤33は、NOx吸蔵材と、必要に応じて活性金属および助触媒とを、担体に担持して構成される。
The NO x
NOx吸蔵材としては、アルカリ金属,アルカリ土類金属,希土類金属および遷移金属の群から選択される一種または二種以上の金属が挙げられる。また、担体の具体例としては、アルミナからなるペレット型形状(粒状形)、またはコージエライトセラミックスもしくはステンレス等の金属からなるモノリス型形状(ハニカム形)が挙げられる。また、活性金属の具体例としては、貴金属(白金,パラジウム,ロジウム,ルテニウム,オスミウム,金および銀など)および卑金属(ニッケル,銅,マンガン,鉄,コバルトおよび亜鉛など)が挙げられ、好ましくは貴金属が挙げられる。そして、助触媒の具体例としては、酸化セリウム,酸化ジルコニウムおよび酸化チタン等が挙げられる。 Examples of the NO x storage material include one or more metals selected from the group of alkali metals, alkaline earth metals, rare earth metals, and transition metals. Specific examples of the carrier include a pellet type shape (granular shape) made of alumina, or a monolith type shape (honeycomb shape) made of a metal such as cordierite ceramics or stainless steel. Specific examples of the active metal include noble metals (such as platinum, palladium, rhodium, ruthenium, osmium, gold and silver) and base metals (such as nickel, copper, manganese, iron, cobalt and zinc), preferably noble metals. Is mentioned. Specific examples of the promoter include cerium oxide, zirconium oxide and titanium oxide.
また、酸化触媒32は、基本的には、活性金属と、支持材と、担体とを含んでなるものである。なお、支持体とは、一般には、活性金属を安定化させて、排気ガスとの接触面積を拡大して浄化性能を向上させるものであり、具体例としては、酸化アルミニウム,酸化セリウムおよび酸化チタニウムなどが挙げられる。
The
しかしながら、特許文献1で示されているディーゼルエンジン排ガスフィルタは、燃焼再生時に、隔壁に微粒子が堆積しても隔壁における圧力損失が容易に上昇しないように隔
壁を薄くする要求が高くなっており、このような要求に応えるために、隔壁を薄くすると、クラックや溶損が生じやすくなるという課題が生じていた。特に、このようなクラックや溶損は、微粒子の堆積量が多く、また、流出側の封止材により排気ガスが一時滞留することで温度上昇が生じやすいセルの流出側の隔壁に発生しやすいという課題があった。
However, in the diesel engine exhaust gas filter shown in
また、特許文献2で提案された微粒子状物質の除去装置は、内燃機関の排気ガス中に包含される微粒子状物質を効果的に除去することができるものの、酸化触媒,NOx吸蔵剤およびフィルタが直列に配置されるため、この配置に必要なスペースが膨大になるという課題があった。
Moreover, although the particulate matter removal device proposed in
本発明は、上記課題を解決すべく案出されたものであり、隔壁を薄くしても溶損およびクラックを長期間に亘って生じにくくすることができるハニカム構造体と、このハニカム構造体を用いて、省スペース化を実現することができる排気ガス処理装置を提供することを目的とする。 The present invention has been devised to solve the above problems, and a honeycomb structure that can prevent the occurrence of melting damage and cracks over a long period of time even when the partition wall is thinned, and the honeycomb structure An object of the present invention is to provide an exhaust gas treatment device that can be used to save space.
本発明のハニカム構造体は、軸方向に沿った壁面を有する通気性の隔壁により仕切られた複数の流通孔と、該複数の流通孔の流入側および流出側のそれぞれを交互に封止する封止材とを備えてなるハニカム構造体であって、前記隔壁はチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなり、少なくとも前記流出側に硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を含んでいることを特徴とするものである。 The honeycomb structure of the present invention has a plurality of flow holes partitioned by a gas-permeable partition wall having an axial wall surface, and seals that alternately seal the inflow side and the outflow side of the plurality of flow holes. A honeycomb structure comprising a stopper, wherein the partition wall is made of a sintered body mainly composed of aluminum titanate, and at least one of boron, chromium, zirconium and niobium is added on the outflow side. It is characterized by containing a material.
また、本発明のハニカム構造体は、上記構成において、前記添加材は、前記流入側よりも前記流出側に多く含まれていることを特徴とするものである。 Moreover, the honeycomb structure of the present invention is characterized in that, in the above-described configuration, the additive material is contained in a larger amount on the outflow side than in the inflow side.
また、本発明のハニカム構造体は、上記いずれかの構成において、前記隔壁の前記流出側における前記添加材の含有量は5質量%以上30質量%以下であることを特徴とするものである。 The honeycomb structure of the present invention is characterized in that, in any one of the above-described configurations, the content of the additive on the outflow side of the partition wall is 5% by mass or more and 30% by mass or less.
また、本発明のハニカム構造体は、上記いずれかの構成において、前記隔壁の前記壁面に触媒を担持していることを特徴とするものである。 In addition, the honeycomb structure of the present invention is characterized in that, in any one of the above-described configurations, a catalyst is supported on the wall surface of the partition wall.
また、本発明の排気ガス処理装置は、上記いずれかの構成のハニカム構造体を備えていることを特徴とするものである。 In addition, the exhaust gas treatment device of the present invention includes the honeycomb structure having any one of the above-described configurations.
本発明のハニカム構造体は、軸方向に沿った壁面を有する通気性の隔壁により仕切られた複数の流通孔と、複数の流通孔の流入側および流出側のそれぞれを交互に封止する封止材とを備えてなるハニカム構造体であって、隔壁はチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなり、硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を少なくとも流出側に含んでいる場合には、添加材に用いる元素は融点が1852℃以上と高いため、微粒子の燃焼時に隔壁の温度が上昇しても添加材は溶けにくく、しかもこれらの元素は比熱容量が265J/(kg・K)以上と高いため、局部的な温度上昇が抑制さ
れるとともに、燃焼を終えても急激に冷えず、緩やかに冷えるので、隔壁に生じる溶損やクラックを低減させることができる。
The honeycomb structure of the present invention has a plurality of flow holes partitioned by a gas-permeable partition wall having a wall surface along the axial direction, and sealing that alternately seals the inflow side and the outflow side of the plurality of flow holes The partition wall is made of a sintered body mainly composed of aluminum titanate, and includes at least an additive material composed of at least one of boron, chromium, zirconium and niobium on the outflow side. In this case, since the element used for the additive has a high melting point of 1852 ° C. or higher, the additive does not easily dissolve even when the temperature of the partition wall rises during the combustion of the fine particles, and these elements have a specific heat capacity of 265 J / ( (kg · K) or higher, local temperature rise is suppressed, and even after the combustion is finished, it does not cool rapidly but cools slowly, so it is possible to reduce melting and cracks generated in the partition walls. .
また、本発明のハニカム構造体は、添加材が、流入側よりも流出側に多く含まれている場合には、温度が上昇しやすい流出側の隔壁に、より溶損やクラックが生じにくくなり、隔壁全体を効率的に再生することができる。 Further, in the honeycomb structure of the present invention, when the additive material is contained more on the outflow side than on the inflow side, the outflow side partition wall where the temperature is likely to rise is less likely to cause melting damage and cracks. The entire partition can be efficiently regenerated.
また、本発明のハニカム構造体は、隔壁の流出側における添加材の含有量が5質量%以上30質量%以下である場合には、隔壁に生じる溶損やクラックを低減させることができ、また、隔壁自体の質量がほとんど増えないので、ハニカム構造体の質量増加による内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。 Further, the honeycomb structure of the present invention can reduce melting damage and cracks generated in the partition walls when the content of the additive on the outlet side of the partition walls is 5% by mass or more and 30% by mass or less. Since the mass of the partition wall hardly increases, it is possible to suppress a reduction in fuel consumption of the internal combustion engine due to an increase in the mass of the honeycomb structure.
また、本発明のハニカム構造体は、隔壁の壁面に触媒を担持している場合には、担持していないときよりも低い温度で微粒子を燃焼除去することができるので、隔壁に溶損やクラックが生じるのを、さらに低減させることができる。 Further, in the honeycomb structure of the present invention, when the catalyst is supported on the wall surface of the partition wall, fine particles can be burned and removed at a lower temperature than when the catalyst is not supported. Can be further reduced.
本発明の排気ガス処理装置は、本発明のハニカム構造体を備えている場合には、隔壁に溶損やクラックが生じにくくなっているので、長期間に亘って効率よく使用することができるとともに、活性金属が担持された担体やNOx吸蔵材が担持された担体を不要にすることができるので、省スペース化を実現することもできる。 When the exhaust gas treatment device of the present invention is provided with the honeycomb structure of the present invention, the partition walls are less likely to be melted or cracked, and thus can be used efficiently over a long period of time. Further, since a carrier carrying an active metal or a carrier carrying a NO x storage material can be dispensed with, space saving can be realized.
以下、本発明のハニカム構造体およびこれを用いた排気ガス処理装置の実施の形態の例について説明する。 Hereinafter, an example of an embodiment of a honeycomb structure of the present invention and an exhaust gas treatment apparatus using the honeycomb structure will be described.
図1は、本発明のハニカム構造体の実施の形態の一例を示す、(a)は斜視図であり、(b)は(a)におけるB−B’線での断面図である。また、図2は、図1に示す例のハニカム構造体を示す、(a)は流入側の端面(IF)の一部を示す側面図であり、(b)は流出側の端面(OF)の一部を示す側面図である。 FIG. 1 shows an example of an embodiment of a honeycomb structure of the present invention, (a) is a perspective view, and (b) is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in (a). FIG. 2 shows the honeycomb structure of the example shown in FIG. 1, (a) is a side view showing a part of the end face (IF) on the inflow side, and (b) is the end face (OF) on the outflow side. It is a side view which shows a part of.
図1(a)に示すハニカム構造体1は、軸方向Aに沿った壁面4aを有する通気性の隔壁4により仕切られた複数の流通孔2と、複数の流通孔2の流入側および流出側のそれぞれを交互に封止する封止材3とを備えてなるハニカム構造体1である。なお、図1(b)で示すように、流入側の封止材3aで封止された流通孔2を流通孔2bと、流出側の封止材3bで封止された流通孔2を流通孔2aとする。
A
また、図2に示すハニカム構造体1は、流通孔2aおよび2bの開口部の形状がいずれも4角形状で、また開口面積が同じである。
Further, in the
そして、図1に示すハニカム構造体1は、例えば、外径が100〜200mm,軸方向Aの長
さが100〜250mmの円柱形状であって、軸方向Aに対して垂直な断面における流通孔2(2a,2b)の個数は、100mm2当たり5〜124個(32〜800CPSI)である。また、
隔壁4は、幅が0.05mm以上0.25mm以下であり、封止材3(3a,3b)は、厚みが1mm以上5mm以下である。なお、CPSIとはCells Per Square Inchesのことである
。
The
The
なお、ハニカム構造体1の流入側にディーゼルエンジン(図示しない)が配置され、このディーゼルエンジン(図示しない)が作動すると、排気ガスが発生し、この排気ガスは、図1(b)に示すようにハニカム構造体1の流通孔2aから導入され、封止材3bによってその流出が遮られる。流出が遮られた排気ガスは、通気性の隔壁4を通過して、隣接する流通孔2bに導入される。排気ガスが隔壁4を通過するとき、隔壁4の壁面4aや隔壁4の気孔の表面で排気ガス中の炭素を主成分とする微粒子,硫黄が酸化してできる硫酸塩を主成分とする微粒子および高分子からなる未燃焼の炭化水素等の微粒子(以下、これらを総称して単に微粒子という。)が捕集される。微粒子が捕集された排気ガスは、浄化された状態で、流通孔2bから外部に排出される。
In addition, when a diesel engine (not shown) is arranged on the inflow side of the
そして、このようなハニカム構造体1では、隔壁4はチタン酸アルミニウムを主成分とする焼結体からなり、少なくとも流出側に硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を含んでいることが重要である。添加材に用いる元素は、融点が1852℃以上と高いため、微粒子の燃焼時に隔壁4の温度が上昇しても添加材は溶けにくく、しかも比熱容量が265J/(kg・K)以上と高いため、局部的な温度上昇が抑制
されるとともに、燃焼を終えても急激に冷えず、緩やかに冷えるので、隔壁4に生じる溶損やクラックを低減させることができる。
In such a
隔壁4を形成する焼結体は、チタン酸アルミニウムを主成分とし、副成分として、例えば、チタン酸マグネシウム,チタン酸鉄および珪素酸化物を含有する焼結体であって、少なくともハニカム構造体1の流出側に硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を含んでいる。
The sintered body forming the
ここで、チタン酸マグネシウムおよびチタン酸鉄は、それぞれ耐食性および耐熱劣化性を向上させる成分であって、各含有量は、例えば、16質量%以上24質量%であり、いずれもチタン酸アルミニウムに固溶する。 Here, magnesium titanate and iron titanate are components for improving corrosion resistance and heat deterioration resistance, respectively, and each content is, for example, 16% by mass or more and 24% by mass, both of which are fixed to aluminum titanate. Melt.
また、珪素酸化物は、粒界相を構成する成分であり、組成式がSiO2で示される二酸化珪素は安定性が高いため好適であるが、組成式がSiO2−x(ただし、xは0<x<2である。)で示される不定比の酸化珪素であっても何等差し支えない。珪素酸化物の含有量は、例えば、1.8質量%以上3.2質量%以下である。 Silicon oxide is a component constituting the grain boundary phase, and silicon dioxide having a composition formula of SiO 2 is preferable because of its high stability, but the composition formula is SiO 2−x (where x is There is no problem even if the silicon oxide has a non-stoichiometric ratio represented by 0 <x <2. The silicon oxide content is, for example, 1.8% by mass or more and 3.2% by mass or less.
なお、本発明における隔壁4を形成する焼結体の主成分とは、焼結体を構成する成分のうち最も含有量の多い成分をいい、主成分と,主成分以外の上記成分および添加材のそれぞれの同定はX線回折法によって行ない、またこれら成分および添加材の各含有量はICP(Inductively Coupled Plasma)発光分析法または蛍光X線分析法により求めることができる。例えば、主成分であるチタン酸アルミニウムについては、チタン酸アルミニウムを構成する各元素TiおよびAlの含有量を上記方法によって測定し、酸化物に換算した含有量の合計をチタン酸アルミニウムの含有量とすればよい。
The main component of the sintered body forming the
また、本発明のハニカム構造体1では、添加材は、流入側よりも流出側に多く含まれていることが好適である。添加材が流入側よりも流出側に多く含まれていると、温度上昇が生じやすい流出側の隔壁の溶損やクラックが、より生じにくいので、隔壁4全体を効率的に再生することができる。特に、添加材は、流入側よりも流出側に5質量%以上多く含ま
れていることが好適である。
Moreover, in the
ここで、本発明のハニカム構造体1を軸方向Aに沿って2分した場合は、流通孔2の流入側および流出側とは、排気ガス(EG)が導入される側および排出される側がそれぞれ流入側、流出側である。なお、流出側の軸方向Aの長さは、全体の長さの1/3以上2/3以下が好適である。
Here, when the
流出側の軸方向Aの長さを1/3未満であれば、排気ガスが流入したとき比較的温度が高くなる場所に添加材が多く含まれないので、添加材が多く含まれず比較的温度上昇しやすい隔壁に溶損やクラックが生じやすくなる。また、流出側の軸方向Aの長さが2/3を超えるときは、比較的温度が上昇しにくい場所に添加材を多く含有することになり、製造コストの面で好ましくない。 If the length in the axial direction A on the outflow side is less than 1/3, since the additive material is not contained in a place where the temperature becomes relatively high when the exhaust gas flows in, the additive material is not contained in a relatively high temperature. Melting and cracking are likely to occur in the partition walls that tend to rise. When the length in the axial direction A on the outflow side exceeds 2/3, a large amount of additive is contained in a place where the temperature is relatively difficult to rise, which is not preferable in terms of manufacturing cost.
また、排気ガスが流入したときハニカム構造体1の上昇温度は流出側から流入側にかけて徐々に低くなるから、流出側の添加材の増加量は流入側に近くなるほど少なくしてもよく、例えば、本発明のハニカム構造体1を軸方向Aに沿って3等分した場合、排気ガス(EG)が導入される側および排出される側がそれぞれ流入側、流出側とし、また流入側および流出側に挟まれる領域を中央部としたとき、流入側よりも中央部が2.5質量%以上多
く、中央部よりも流出側が2.5質量%以上多く含まれていればよい。
Further, since the rising temperature of the
また、本発明のハニカム構造体1では、隔壁4の流出側における添加材の含有量は5質量%以上30質量%以下であることが好適である。
Moreover, in the
隔壁4の流出側における添加材の含有量が5質量%以上であれば、添加材の効果が比較的大きく、燃焼を終えても急激に冷えず、さらに緩やかに冷えるので、隔壁4に生じる溶損やクラックを低減することができる。また、隔壁4の流出側における添加材の含有量が30質量%以下であれば、隔壁4自体の質量がほとんど増えないので、ハニカム構造体1の質量増加による内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。
If the content of the additive on the outflow side of the
次に、図3は、本発明のハニカム構造体の実施の形態の他の例を示す、(a)は流入側の端面(IF)の一部を示す側面図であり、(b)は流出側の端面(OF)の一部を示す側面図である。 Next, FIG. 3 shows another example of the embodiment of the honeycomb structure of the present invention, (a) is a side view showing a part of the end face (IF) on the inflow side, and (b) is the outflow. It is a side view which shows a part of side end surface (OF).
図3に示す本例のハニカム構造体1は、流出側の封止材3bによって封止された流通孔2aの開口部の形状が8角形状で、流入側の封止材3aによって封止された流通孔2bの開口部の形状が4角形状であり、流通孔2bより流通孔2aの開口面積が大きいハニカム構造体である。
The
図3に示す例のように、流通孔2aおよび流通孔2bは、開口部の形状がそれぞれ8角形状および4角形状であり、流通孔2aは流通孔2bよりも開口面積が大きいときには、流通孔2aと流通孔2bの開口面積とが同等であるときよりも微粒子を吸着することのできる隔壁4および封止材3bのそれぞれの表面積が大きくなるので、微粒子を効率よく捕集することができる。
As in the example shown in FIG. 3, the
次に、図4は、本発明のハニカム構造体の実施の形態の他の例を示す、(a)は流入側の端面(IF)の一部を示す側面図であり、(b)は流出側の端面(OF)の一部を示す側面図である。 Next, FIG. 4 shows another example of the embodiment of the honeycomb structure of the present invention, (a) is a side view showing a part of the end face (IF) on the inflow side, and (b) is the outflow. It is a side view which shows a part of side end surface (OF).
図4に示す本例のハニカム構造体1は、流出側の封止材3bによって封止された流通孔2aおよび流入側の封止材3aによって封止された流通孔2bの開口形状がいずれも4角
形状であり、開口部の角部が円弧状である。また、開口面積が流通孔2bより流通孔2aの方が大きいハニカム構造体である。
The
図4に示すように、流通孔2aおよび流通孔2bは、開口部の形状がいずれも4角形状であり、開口部の角部が円弧状であるので、角部の周りに応力が集中しにくくなるので、加熱、冷却を繰り返しても角部からクラックが生じにくくなり、また、開口面積が流通孔2bより流通孔2aの方が大きいので、微粒子を吸着することのできる隔壁4および封止材3bのそれぞれの表面積が大きくなり、微粒子を効率よく捕集することができる。
As shown in FIG. 4, the
特に、図3および4に示す例の本発明のハニカム構造体1では、流通孔2aの直径は、流通孔2bの直径に対して、1.55倍以上1.95倍以下であることが好適である。このように、直径の比を1.55倍以上とすることで、微粒子を吸着することのできる隔壁4および封止材3bのそれぞれの表面積が大きくなるので、微粒子の捕集量を増大させることができるとともに、直径の比を1.99倍以下とすることで、隔壁4が極端に薄くならないので、機械的強度がほとんど損なわれない。ここで、流通孔2a,2bのそれぞれの直径とは、流入側端面(IF),流出側端面(OF)における開口部の隔壁4に接する内接円の直径をいい、光学顕微鏡を用いて測定することができる。
In particular, in the
また、図1〜4に示す例の本発明のハニカム構造体1は、隔壁4を形成する焼結体は、気孔率が35体積%以上60体積%以下であって、平均気孔径が5μm以上26μm以下であることが好適である。
In addition, in the
隔壁4を形成する焼結体の気孔率および平均気孔径がこの範囲であると、機械的特性を維持しながら、圧力損失の増加を抑制することができるからであり、平均気孔径および気孔率は水銀圧入法に準拠して求めればよい。
This is because when the porosity and average pore diameter of the sintered body forming the
図5は、本発明のハニカム構造体を備えた排気ガス処理装置の実施の形態の一例を示す概略断面図である。 FIG. 5 is a schematic cross-sectional view showing an example of an embodiment of an exhaust gas treatment apparatus provided with the honeycomb structure of the present invention.
図5に示す本例の排気ガス処理装置10は、本発明のハニカム構造体1が、その外周を断熱材層5に保持された状態でケース6に収容され、排気ガス(EG)の流入口7および流出口8にそれぞれ排気管9a,9bが接続されている。また、断熱材層5は、例えばセラミックファイバー,ガラスファイバー,カーボンファイバーおよびセラミックウィスカーの少なくとも1種から形成されている。また、ケース6は、例えば、SUS303,SUS304およびSUS316等のステンレスからなり、その中央部が円筒状に、両端部が円錐台状
にそれぞれ形成されている。
In the exhaust
この排気ガス処理装置10の排気ガス(EG)の流入側には、ディーゼルエンジン(図示しない)が排気管9aを介して接続される。そして、このディーゼルエンジン(図示しない)が作動して、排気ガス(EG)が排気管9aを通ってケース6に供給されると、ハニカム構造体1の流通孔2aの中に、排気ガス(EG)が導入され、封止材3bによってその流出が遮られる。流出が遮られた排気ガス(EG)は、通気性の隔壁4を通過して、隣接する流通孔2bに導入される。排気ガス(EG)が隔壁4を通過するとき、隔壁4の壁面4aや隔壁4の気孔の表面で排気ガス(EG)中の微粒子が捕集される。そして、微粒子が捕集された排気ガス(EG)は、浄化された状態で、流通孔2bから排出され、排気管9bを介して外部に排出される。
A diesel engine (not shown) is connected to the exhaust gas (EG) inflow side of the exhaust
なお、図5に示す例の排気ガス処理装置10では、ハニカム構造体1の隔壁4の壁面4aに触媒を担持してもよい。担持する触媒には、排気ガス中(EG)の微粒子を酸化して燃焼するための触媒と、排気ガス(EG)中のNOを酸化してNO2を生じさせるための触
媒があり、このいずれかの触媒を隔壁4の壁面4aに担持すればよく、両方の触媒を担持するとさらによい。
In the exhaust
また、排気ガス中(EG)の微粒子を酸化して燃焼するための触媒は、例えば、ルテニウム,ロジウム,パラジウム,オスミウム,イリジウム,白金等の白金族金属およびその酸化物,金,銀,銅等の周期表第11族金属および酸化バナジウムのうちの少なくともいずれか1種からなることが好適である。また、金,銀および銅等の周期表第11族金属を選んだ場合、その粒子はナノメートルレベルの微粒であることが好適である。このような触媒を隔壁4の壁面4aに担持すれば、触媒が排気ガス中(EG)の微粒子を酸化して燃焼するので、担持していないときよりも低い温度で微粒子を燃焼除去することができるので、隔壁4に溶損やクラックが生じるのを、さらに低減させることができる。
Catalysts for oxidizing and burning fine particles in the exhaust gas (EG) include, for example, platinum group metals such as ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium, platinum, and oxides thereof, gold, silver, copper, etc. It is preferable that it consists of at least any one of Group 11 metal and vanadium oxide. In addition, when a Group 11 metal of the periodic table such as gold, silver and copper is selected, the particles are preferably fine particles of nanometer level. If such a catalyst is supported on the wall surface 4a of the
また、排気ガス(EG)中のNOを酸化するための触媒は、例えば、ZSM−5,ZSM−11,ZSM−12,ZSM−18,ZSM−23,MCMゼオライト,モルデナイト,ファージャサイト,フェリエライトおよびゼオライトベータの少なくとも1種からなることが好適である。このような触媒を隔壁4の壁面4aに担持することにより、排気ガス中に含まれる有害なNOはNO2に酸化されて放出される。なお、放出されたNO2はアンモニアによって、窒素に還元することができる。このように、排気ガス(EG)中のNOを酸化するための触媒を隔壁4の壁面4aに担持させることによって、排気ガス(EG)の浄化性能を向上させることができる。
Catalysts for oxidizing NO in the exhaust gas (EG) are, for example, ZSM-5, ZSM-11, ZSM-12, ZSM-18, ZSM-23, MCM zeolite, mordenite, farjasite, ferrier. It is preferable to consist of at least one of light and zeolite beta. By supporting such a catalyst on the wall surface 4a of the
なお、これらの触媒は隔壁4の壁面4aおよび隔壁4の気孔の表面の少なくともいずれかに担持すればよい。
These catalysts may be supported on at least one of the wall surfaces 4a of the
さらに、壁面4aに担持された触媒と排気ガスとの接触面積を大きくするために、支持体として、γアルミナ,δアルミナおよびθアルミナ等の比表面積が大きい成分を隔壁4の壁面4aに担持してから触媒を担持するとよい。
Furthermore, in order to increase the contact area between the catalyst supported on the wall surface 4a and the exhaust gas, a component having a large specific surface area such as γ alumina, δ alumina, and θ alumina is supported on the wall surface 4a of the
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。 Next, the manufacturing method of the honeycomb structure of the present invention will be described.
まず、酸化チタン,酸化アルミニウム,酸化マグネシウムおよび酸化鉄の各粉末を水,アセトンまたは2−プロパノールとともに混合したスラリーを噴霧乾燥法等で乾燥し、例えば、平均粒径が50μm以上300μm以下の顆粒を得る。ここで、用いる各粉末は、いず
れも純度が高い粉末を用いることが好ましく、その純度は99.0質量%以上、特に99.5質量以上であることがさらに好適である。
First, a slurry obtained by mixing each powder of titanium oxide, aluminum oxide, magnesium oxide and iron oxide together with water, acetone or 2-propanol is dried by a spray drying method or the like. For example, granules having an average particle size of 50 μm to 300 μm are dried. obtain. Here, it is preferable to use a high-purity powder for each of the powders used, and the purity is more preferably 99.0% by mass or more, particularly 99.5% by mass or more.
次に、得られた顆粒を大気雰囲気中、温度を1400℃以上1500℃以下として、1時間以上5時間以下で仮焼することにより、元素Ti,Al,MgおよびFeが固溶した擬ブルッカイト型の結晶からなる仮焼粉末を得ることができる。 Next, the obtained granules are calcined in an air atmosphere at a temperature of 1400 ° C. or higher and 1500 ° C. or lower for 1 hour or more and 5 hours or less to form a pseudo brookite type in which elements Ti, Al, Mg and Fe are dissolved. A calcined powder made of the crystals can be obtained.
この仮焼粉末をASTM E 11−61に記載されている粒度番号が200のメッシュの篩い
に通すことによって粒径が74μm以下に分級された仮焼粉末を得る。そして、この分級された仮焼粉末の一部に、例えば、平均粒径が1μm以上3μm以下である酸化珪素の粉末,平均粒径が1μm以上4μm以下である硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる粉末およびグラファイト,澱粉またはポリエチレン樹脂等の造孔剤の所定量を添加した後、さらに可塑剤,増粘剤,滑り剤および水等を加えて、万能攪拌機,回転ミルまたはV型攪拌機等を使ってスラリー(以下、このスラリーをスラリーAという。)を作製する。そして、このスラリーAを三本ロールミルや混練機等を用いて混練して、可塑化した杯土(以下、この杯土を杯土Aという。)を得る。
By passing the calcined powder through a sieve having a particle size number of 200 described in ASTM E 11-61, a calcined powder classified to a particle size of 74 μm or less is obtained. A part of the classified calcined powder is, for example, a silicon oxide powder having an average particle diameter of 1 μm to 3 μm, and at least boron, chromium, zirconium and niobium having an average particle diameter of 1 μm to 4 μm. After adding a predetermined amount of one kind of powder and a pore-forming agent such as graphite, starch or polyethylene resin, a plasticizer, a thickener, a slip agent, water, etc. are further added, and a universal stirrer, rotary mill or V-type A slurry (hereinafter, this slurry is referred to as slurry A) is prepared using a stirrer or the like. And this slurry A is knead | mixed using a three roll mill, a kneader, etc., and the plasticized clay (Hereafter, this clay is called the clay A) is obtained.
また、分級された仮焼粉末の残部に、例えば、平均粒径が1μm以上3μm以下である酸化珪素の粉末,平均粒径が1μm以上4μm以下である硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなり、スラリーAに含まれる添加材よりも少なくなるように調整された粉末およびグラファイト、澱粉またはポリエチレン樹脂等の造孔剤の所定量を添加した後、さらに可塑剤,増粘剤,滑り剤および水等を加えて、万能攪拌機,回転ミルまたはV型攪拌機等を使ってスラリー(以下、このスラリーをスラリーBという。)を作製する。そして、このスラリーBを三本ロールミルや混練機等を用いて混練して、可塑化した杯土(以下、この杯土を杯土Bという。)を得る。 In addition, the remainder of the classified calcined powder includes, for example, at least one of silicon oxide powder having an average particle size of 1 μm to 3 μm, boron, chromium, zirconium, and niobium having an average particle size of 1 μm to 4 μm. And after adding a predetermined amount of a pore-forming agent such as graphite, starch or polyethylene resin, which is adjusted to be less than the additive contained in the slurry A, further plasticizer, thickener, slip agent Then, a slurry (hereinafter, this slurry is referred to as “slurry B”) is prepared using a universal stirrer, rotary mill, V-type stirrer, or the like. And this slurry B is knead | mixed using a three roll mill, a kneader, etc., and the plasticized clay (Hereafter, this clay is called the clay B) is obtained.
また、杯土A,Bの少なくともいずれかに、硼素の粉末を添加する場合は、硼素は非晶質硼素または結晶質硼素のいずれでもよいが、焼結性および反応性の活性化の点から非晶質硼素の粉末が好適である。 Further, when boron powder is added to at least one of the clays A and B, the boron may be either amorphous boron or crystalline boron, but from the viewpoint of activation of sinterability and reactivity. Amorphous boron powder is preferred.
次に、成形体の外径を決定する内径が、例えば、100mm以上250mm以下であるとともに、ハニカム構造体1の隔壁4を形成するためのスリットを有する成形型を備えた押出成形機に杯土Aおよび杯土Bを順次投入し、圧力を加えてハニカム状に成形し、乾燥させてから、所定の長さに切断して、流出側が杯土Aからなり、流入側が杯土Bからなる成形体を得ることができる。なお、押出成形機には杯土を押し出すための機構として、押出成形機内にあるスクリューが回転することにより杯土を押し出すスクリュー式と、ピストンシリンダーなどで杯土に圧力をかけて押し出すプランジャー式があるが、本発明では、杯土Aと杯土Bとを押し出すとき押出成形機内部で杯土Aと杯土Bとが混ざるのを避けるため、プランジャー式の押出成形機を用いることが好適である。また、杯土を重力に従い下向きに押し出すと、横向きに押し出す場合よりも、自重による成形体の変形を低減できるため、寸法精度の良い成形体を連続して成形できるので、下向きに杯土を押し出す縦型押出成形機を用いることが好適である。
Next, the inner diameter that determines the outer diameter of the molded body is, for example, 100 mm or more and 250 mm or less, and is filled in an extrusion molding machine having a molding die having a slit for forming the
また、押出成形機で成形したものを所定の長さに切断するときに、杯土Aと杯土Bとを識別できるように杯土Aまたは杯土Bを着色してもよい。 Moreover, when the thing shape | molded with the extrusion molding machine is cut | disconnected to predetermined length, you may color the clay A or the earth B so that the earth A and the earth B can be identified.
そして、電気炉、ガス炉等の焼成炉に成形体を配置した後、酸化雰囲気中、温度を800
℃〜1000℃として1〜10時間保持した後、温度を1300℃〜1380℃として3〜5時間保持することによって、焼結体を得ることができる。得られた焼結体の流出側の端面(OF)側で封止材3bが封止する部分ができるように市松模様にマスキングし、焼結体の流出側の端面(OF)側をスラリーAまたはスラリーBに浸漬する。ここで、スラリーAは、硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる粉末をスラリーBよりも多く含有していることから、焼結体の流出側は、スラリーAに浸漬することが好適である。
After placing the compact in a firing furnace such as an electric furnace or a gas furnace, the temperature is set to 800 in an oxidizing atmosphere.
A sintered body can be obtained by maintaining the temperature at 1300 ° C to 1380 ° C for 3 to 5 hours after holding at 1 ° C to 1000 ° C for 1 to 10 hours. The resulting sintered body is masked in a checkered pattern so that a portion sealed by the sealing material 3b is formed on the end surface (OF) side of the sintered body, and the end surface (OF) side of the sintered body is slurry A. Or it is immersed in the slurry B. Here, since the slurry A contains more powder of at least one of boron, chromium, zirconium and niobium than the slurry B, it is preferable that the outflow side of the sintered body is immersed in the slurry A. It is.
そして、スラリーAまたはスラリーBに焼結体の流出側を浸漬した状態で、流入側の端面(IF)から撥水性樹脂がコーティングされたピンを挿入し、ピンの先端部の位置を調節した後、常温にて乾燥し、封止材3bを形成する。封止材3bを形成した後、ピンを抜き、上述した作業と同じ作業を焼結体の流入側でも行ない、封止材3aを形成する。 Then, after the outflow side of the sintered body is immersed in the slurry A or the slurry B, a pin coated with a water repellent resin is inserted from the end surface (IF) on the inflow side, and the position of the tip of the pin is adjusted. Then, it is dried at room temperature to form the sealing material 3b. After forming the sealing material 3b, the pin is pulled out, and the same operation as described above is performed on the inflow side of the sintered body to form the sealing material 3a.
封止材3aおよび3bを形成し、電気炉またはガス炉等の焼成炉を用い、焼結体を1250℃〜1300℃として再度焼成することによって、本発明のハニカム構造体1を得ることができる。
The
さらに、隔壁4の壁面4aに触媒を担持するハニカム構造体1を得るには、上述した製造方法によって得られたハニカム構造体1を、触媒となる、例えば、ルテニウム,ロジウム,パラジウム,オスミウム,イリジウムおよび白金等の白金族金属の可溶性の塩と、ポ
リビニルアルコール等のバインダーと水とからなるスラリーに浸漬させた後、温度を100
℃以上150℃以下で1時間以上48時間以下保持することによって乾燥すればよい。
Furthermore, in order to obtain the
What is necessary is just to dry by hold | maintaining at 1 degreeC or more and 48 hours or less at 150 degreeC or more.
ここで、可溶性の塩としては、例えば、硝酸パラジウム(Pd(NO3)2),硝酸ロジウム(Rh(NO)3)3),塩化ルテニウム(RuCl3),塩化イリジウム酸(H2IrCl6・nH2O),塩化白金酸(H2PtCl6・nH2O)およびジニトロジアンミン白金(Pt(NO2)2(NH3)2)等があり、担持させようとする触媒に応じてこれら可溶性の塩から選べばよい。また、不純物の混入を防ぐため、水はイオン交換水であることが好適である。 Here, examples of the soluble salt include palladium nitrate (Pd (NO 3 ) 2 ), rhodium nitrate (Rh (NO) 3 ) 3 ), ruthenium chloride (RuCl 3 ), chlorinated iridium acid (H 2 IrCl 6. nH 2 O), chloroplatinic acid (H 2 PtCl 6 .nH 2 O), dinitrodiammine platinum (Pt (NO 2 ) 2 (NH 3 ) 2 ), etc., and these are soluble depending on the catalyst to be supported Choose from the salt. In order to prevent impurities from being mixed, the water is preferably ion-exchanged water.
そして、乾燥させた後、400℃以上600℃以下で1時間以上10時間以下保持することによって、触媒が隔壁4の壁面4aに担持してなるハニカム構造体1を得ることができる。
Then, after drying, the
以下、本発明の実施例を具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。 Examples of the present invention will be specifically described below, but the present invention is not limited to the following examples.
まず、酸化アルミニウムの粉末を30質量%,酸化第二鉄の粉末を14質量%,酸化マグネシウムの粉末を10質量%および酸化チタンの粉末を36質量%として、これら粉末を調合した調合原料を水とともに混合したスラリーを噴霧乾燥法によって乾燥し、平均粒径が175
μmである顆粒を得た。ここで、酸化アルミニウム,酸化第二鉄,酸化マグネシウムおよび酸化チタンの各粉末は、いずれも純度が99.5質量%の粉末を用いた。
First, the aluminum oxide powder is 30% by mass, the ferric oxide powder is 14% by mass, the magnesium oxide powder is 10% by mass, and the titanium oxide powder is 36% by mass. The slurry mixed together is dried by spray drying, and the average particle size is 175
Granules that were μm were obtained. Here, each powder of aluminum oxide, ferric oxide, magnesium oxide, and titanium oxide was a powder having a purity of 99.5% by mass.
次に、得られた顆粒を大気雰囲気中、温度を1450℃として、3時間で仮焼することにより、元素Ti,Al,MgおよびFeが互いに固溶した擬ブルッカイト型の結晶からなる仮焼粉末を得た。 Next, the obtained granule is calcined in an air atmosphere at a temperature of 1450 ° C. for 3 hours, thereby calcining powder composed of pseudo-brookite crystals in which elements Ti, Al, Mg and Fe are dissolved in each other. Got.
この仮焼粉末をASTM E 11−61に記載されている粒度番号が200のメッシュの篩い
に通すことによって、粒径が74μm以下に分級された仮焼粉末を得た。そして、この分級された仮焼粉末の一部を取り出し、この一部の仮焼粉末100質量部に対して、添加量が2.5質量部である、平均粒径が2μmの酸化珪素の粉末、種類および添加量が表1に示される、平均粒径が2.5μmの各添加材の粉末および添加量が7質量部であるポリエチレン樹脂
を添加した後、さらに可塑剤,増粘剤,滑り剤および水等を加え、万能攪拌機を使ってスラリーAを作製した。そして、このスラリーAを、混練機を用いて混練して、可塑化した杯土Aを得た。
This calcined powder was passed through a mesh sieve having a particle size number of 200 described in ASTM E 11-61 to obtain a calcined powder classified to a particle size of 74 μm or less. Then, a part of the classified calcined powder is taken out, and with respect to 100 parts by mass of this part of the calcined powder, the addition amount is 2.5 parts by mass, the silicon oxide powder having an average particle diameter of 2 μm, the type And the addition amount shown in Table 1, after adding the powder of each additive having an average particle diameter of 2.5 μm and the polyethylene resin having an addition amount of 7 parts by mass, and further adding a plasticizer, a thickener, a slip agent and water Etc. were added and the slurry A was produced using the universal stirrer. And this slurry A was knead | mixed using the kneading machine, and the plasticized clay A was obtained.
また、残りの仮焼粉末100質量部に対して、添加量が2.5質量部である、平均粒径が2μmの酸化珪素の粉末、種類および添加量が表1に示される、平均粒径が2.5μmの各添加
材の粉末および添加量が7質量部であるポリエチレン樹脂を添加した後、さらに可塑剤,増粘剤,滑り剤および水等を加え、万能攪拌機を使ってスラリーBを作製した。そして、このスラリーBを、混練機を用いて混練して、可塑化した杯土Bを得た。
Further, with respect to the remaining 100 parts by mass of the calcined powder, the addition amount is 2.5 parts by mass, the silicon oxide powder having an average particle size of 2 μm, the type and the addition amount are shown in Table 1, and the average particle size is 2.5. After adding the powder of each additive of μm and the polyethylene resin having an addition amount of 7 parts by mass, a plasticizer, a thickener, a slipping agent, water and the like were further added, and a slurry B was prepared using a universal stirrer. And this slurry B was knead | mixed using the kneading machine, and the plasticized clay B was obtained.
次に、成形体の外径を決定する内径が250mmであり、ハニカム構造体1の隔壁4を形
成するためのスリットを有する成形型が装着されたプランジャー式の縦型押出成形機に杯土A,杯土Bを順次投入し、圧力を加えてハニカム状に成形し、乾燥させてから、杯土Aからなる部分と杯土Bからなる部分の長さ(図1に示すA軸方向の長さ)が同じになるように切断して、流出側が杯土Aからなり、流出側が杯土Bからなる成形体を得た。
Next, the inner diameter that determines the outer diameter of the molded body is 250 mm, and the clay is put into a plunger-type vertical extruder equipped with a mold having a slit for forming the
そして、電気炉に成形体を配置した後、酸化雰囲気中、温度を1380℃として5時間保持することにより、焼結体を得た。得られた焼結体の流出側の端面(OF)で封止材3bが
封止する部分ができるように市松模様にマスキングし、焼結体の流出側の端面(OF)側をスラリーAに浸漬した。
And after arrange | positioning a molded object to an electric furnace, the sintered compact was obtained by hold | maintaining for 5 hours by making temperature into 1380 degreeC in oxidizing atmosphere. The end face (OF) on the outflow side of the obtained sintered body is masked in a checkered pattern so that the sealing material 3b is sealed, and the end face (OF) side on the outflow side of the sintered body is made into slurry A. Soaked.
そして、スラリーAに焼結体の流出側を浸漬した状態で、撥水性の樹脂が被覆された先端部を備え、この先端部が平坦に形成されたピンを、流入側の端面(IF)から封止材3bを形成する流通孔2に挿入して、ピンの先端部の位置を調節して、封止材3bの厚みが2.5mmとなるようにした後、流出側で流通孔2に浸入したスラリーAを常温にて乾燥さ
せることによって、成形体の流出側の封止材3bを形成した。そして、ピンを抜き、上述の作業と同じ作業を流入側の端面(IF)側でも行ない、成形体の流入側の封止材3aを形成した。
And in the state which immersed the outflow side of the sintered compact in the slurry A, it was equipped with the front-end | tip part coat | covered with water-repellent resin, and the pin by which this front-end | tip part was formed flatly from the inflow side end surface (IF) After inserting into the
そして、電気炉を用いて成形体を、温度を1300℃として、2時間保持して、流入側の端面(IF)および流出側の端面(OF)がそれぞれ図4(a),図4(b)に示されるハニカム構造体である試料No.1〜15を得た。 Then, the molded body is held at a temperature of 1300 ° C. for 2 hours using an electric furnace, and the inflow side end face (IF) and the outflow side end face (OF) are shown in FIGS. 4A and 4B, respectively. Sample No. which is a honeycomb structure shown in FIG. 1-15 were obtained.
なお、試料No.1〜15は、いずれも外径および軸方向Aの長さがそれぞれ144mm,156mmであって,軸方向Aに対して垂直な断面における流通孔2の単位面積当たりの個数が300CPSIであるハニカム構造体1とした。
Sample No. 1 to 15 are honeycomb structures in which the outer diameter and the length in the axial direction A are 144 mm and 156 mm, respectively, and the number per unit area of the flow holes 2 in the cross section perpendicular to the axial direction A is 300
そして、流通孔2の流入側および流出側のそれぞれを形成する隔壁4に含まれる添加材は蛍光X線分析法を用いてその含有量を求めた。その値を表1に示す。
And the content of the additive contained in the
そして、別途各試料の流入側の端面(IF)をそれぞれディーゼル微粒子発生装置(図示しない)に接続した後、この装置から微粒子を含む、温度25℃の乾燥空気を単位時間当たりの流量を2.27Nm3/分として各試料に向かって噴射して、ハニカム構造体の体積0.001m3に対して、微粒子を12g捕集させた。 Then, separately connect the end face (IF) on the inflow side of each sample to a diesel particulate generator (not shown), and then dry air containing particulates from this device at a temperature of 25 ° C. has a flow rate per unit time of 2.27 Nm. 3 / min as by spraying toward each sample, relative to the volume 0.001 m 3 of the honeycomb structure, and the fine particles are 12g collected.
そして、ハニカム構造体の流入側の端面(IF)側に配置された電気ヒータ(図示しない)を用い、捕集された微粒子を燃焼除去することによってハニカム構造体を再生した。 The honeycomb structure was regenerated by burning and removing the collected fine particles using an electric heater (not shown) arranged on the end face (IF) side on the inflow side of the honeycomb structure.
再生条件は、流入側の端面(IF)付近における燃焼温度および燃焼時間をそれぞれ1200℃,10分として、ハニカム構造体に空気を供給し、この空気の単位時間当たりの流量を1.0m3/分とした。ハニカム構造体を再生した後、再度、上述した方法と同じ方法で、
各試料に、ハニカム構造体の体積0.001m3に対して、微粒子を12g捕集させた。この捕
集および再生を1サイクルとして、このサイクルを繰り返し、再生した後に、隔壁を目視で観察し、クラックが初めて観察されたサイクル数を表1に示した。
The regeneration condition is that the combustion temperature and combustion time near the end face (IF) on the inflow side are 1200 ° C. and 10 minutes, respectively, and air is supplied to the honeycomb structure, and the flow rate of this air per unit time is 1.0 m 3 / min. It was. After regenerating the honeycomb structure, again by the same method as described above,
In each sample, 12 g of fine particles were collected for a volume of 0.001 m 3 of the honeycomb structure. This collection and regeneration was regarded as one cycle. After repeating this cycle and regenerating, the partition walls were visually observed, and the number of cycles in which cracks were observed for the first time is shown in Table 1.
また、耐溶損性を評価するために、別途上述した方法で、体積0.001m3に対して、微
粒子を12g捕集したハニカム構造体を大気雰囲気中で、1600℃で保持し、4時間経過した後、30分毎に隔壁を目視で確認し、溶損が始めて確認された時間を表1に示した。
Further, in order to evaluate the erosion resistance, a honeycomb structure in which 12 g of fine particles were collected with a volume of 0.001 m 3 was held at 1600 ° C. in an air atmosphere by a method described above, and 4 hours passed. Thereafter, the partition walls were visually confirmed every 30 minutes, and the time at which melting was first confirmed was shown in Table 1.
表1に示すように、試料No.1は、流入側および流出側とも硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を含んでいないことから、局部的な温度上昇が生じるとともに、燃焼した後に、比較的早く冷えたため、早い段階でクラックや溶損が観察されている。 As shown in Table 1, sample no. 1 does not contain an additive composed of at least one of boron, chromium, zirconium, and niobium on both the inflow side and the outflow side, so that a local temperature rise occurs and it cools relatively quickly after combustion. Cracks and erosion are observed at an early stage.
一方、本発明の試料No.2〜15は、少なくとも流出側に硼素,クロム,ジルコニウムおよびニオブの少なくとも1種からなる添加材を含んでいることから、添加材の元素は、融点が1852℃以上と高いため、微粒子の燃焼時に隔壁の温度が上昇しても添加材は溶けにくく、しかも比熱容量が265J/(kg・K)以上と高いため、局部的な温度上昇が抑制
されるとともに、燃焼を終えても急激に冷えず、緩やかに冷えるので、隔壁4に溶損やクラックが生じにくくなっている。
On the other hand, sample no. Nos. 2 to 15 contain an additive consisting of at least one of boron, chromium, zirconium, and niobium at least on the outflow side, so the element of the additive has a high melting point of 1852 ° C. or higher. Even if the temperature of the partition wall rises, the additive is difficult to melt, and the specific heat capacity is as high as 265 J / (kg · K) or more, so that the local temperature rise is suppressed and it does not cool rapidly even after combustion is finished. Since it cools slowly, it is difficult for the
特に、試料No.3〜5および8〜15は、添加材が流入側よりも流出側に多く含まれていることから、温度上昇が生じやすい流出側の隔壁に、より溶損やクラックが生じにくいので、隔壁4全体を効率的に再生することができるといえる。 In particular, sample no. Since 3-5 and 8-15 contain more additive on the outflow side than in the inflow side, the outflow side partition where the temperature rise is likely to occur is less susceptible to melting and cracking. It can be said that the whole can be efficiently reproduced.
また、試料No.3〜8は、隔壁4の流出側における添加材の含有量が5質量%以上なので、添加材の効果が比較的大きく、隔壁4に溶損やクラックがより生じにくい。また、隔壁4の流出側における添加材の含有量が30質量%以下なので隔壁自体の質量がほとんど増えないので、ハニカム構造体の質量増加による内燃機関の燃費の低下を抑制することができる。
Sample No. In Nos. 3 to 8, since the content of the additive on the outflow side of the
1:ハニカム構造体
2,2a,2b:流通孔
3,3a,3b:封止材
4:隔壁
5:断熱材層
6:ケース
7:流入口
8:流出口
9:排気管
10:排気ガス処理装置
1:
10: Exhaust gas treatment equipment
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