JP2017213518A - Honeycomb filter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハニカムフィルタに関する。 The present invention relates to a honeycomb filter.
従来より、ハニカムフィルタの封口部をフィルタとして利用できるように封口部を多孔且つ薄くすることが試みられている。 Conventionally, attempts have been made to make the sealing portion porous and thin so that the sealing portion of the honeycomb filter can be used as a filter.
しかしながら、従来のハニカムフィルタでは、低い圧力損失及び高い捕集効率の両立が困難であった。 However, in the conventional honeycomb filter, it is difficult to achieve both low pressure loss and high collection efficiency.
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、低い圧力損失及び高い捕集効率の両立が可能なハニカムフィルタを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a honeycomb filter capable of achieving both low pressure loss and high collection efficiency.
本発明に係るハニカムフィルタは、複数の第1流路及び複数の第2流路を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の一端側で各前記第1流路を閉じる複数の第1封口部と、前記ハニカム構造体の他端側で各前記第2流路を閉じる複数の第2封口部と、を備える。そして、前記第1封口部、又は、前記第2封口部が以下の条件(a)〜(c)を全て満たす。
(a)流路に沿う方向の長さが0.3〜1.8mmである。
(b)気孔率が60〜70%である。
(c)細孔径D90が30μm以下である。
ただし、細孔径D90とは前記封口部の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。
The honeycomb filter according to the present invention includes a columnar and porous honeycomb structure that forms a plurality of first channels and a plurality of second channels, and closes each of the first channels on one end side of the honeycomb structure. A plurality of first sealing portions, and a plurality of second sealing portions that close the second flow paths on the other end side of the honeycomb structure. And the said 1st sealing part or the said 2nd sealing part satisfy | fills all the following conditions (a)-(c).
(A) The length in the direction along the flow path is 0.3 to 1.8 mm.
(B) The porosity is 60 to 70%.
(C) The pore diameter D90 is 30 μm or less.
However, the pore diameter D90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the sealing portion has a smaller pore diameter.
ここで、前記第1封口部、及び、前記第2封口部が前記(a)〜(c)の条件を全て満たすことができる。 Here, the said 1st sealing part and the said 2nd sealing part can satisfy | fill all the conditions of said (a)-(c).
また、前記ハニカム構造体の気孔率が60〜70%であり、前記ハニカム構造体の細孔径D’90が30μm以下であることができる。ただし、細孔径D’90とは前記ハニカム構造体の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。 In addition, the honeycomb structure may have a porosity of 60 to 70%, and the honeycomb structure may have a pore diameter D′ 90 of 30 μm or less. However, the pore diameter D'90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the honeycomb structure has a smaller pore diameter.
また、前記ハニカム構造体の前記第1流路と前記第2流路との間の隔壁の厚みは0.15〜0.25mmであることができる。 The partition wall between the first channel and the second channel of the honeycomb structure may have a thickness of 0.15 to 0.25 mm.
また、前記第1封口部が上記の条件(a)〜(c)を全て満たし、前記第1封口部の長さは1.0〜1.8mmであり、前記第2流路がガスの入口流路とされることができる。 Further, the first sealing portion satisfies all of the above conditions (a) to (c), the length of the first sealing portion is 1.0 to 1.8 mm, and the second flow path is a gas inlet. It can be a flow path.
本発明によれば、低い圧力損失及び高い捕集効率の両立が可能なハニカムフィルタが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the honeycomb filter which can make low pressure loss and high collection efficiency compatible is provided.
(ハニカムフィルタ)
図面を参照して、本発明の実施形態に係るハニカムフィルタ100を説明する。図1に示すように、ハニカムフィルタ100は、ハニカム構造体120、及び、複数の入口封口部(複数の第1封口部)130a、及び、複数の出口封口部(複数の第2封口部)130bを有する。
(Honeycomb filter)
A
(ハニカム構造体)
ハニカム構造体120は柱状形状を有し、その軸方向の両端に入口端面(一端)100a及び出口端面(他端)100bを有する。また、ハニカム構造体120は、多孔質の隔壁Wの集合体であり、ハニカム構造体の軸方向に延びる、複数の入口流路(複数の第2流路:貫通孔)110a、及び、複数の出口流路(複数の第1流路:貫通孔)110bを有する。入口流路110aの出口端面100b側の端部には栓詰型の出口封口部(第2封口部)130bが設けられる一方、入口流路110aの入口端面100aは開口されている。出口流路110bの入口端面100a側の端部には栓詰型の入口封口部(第1封口部)130aが設けられている一方、出口流路110bの出口端面100bは開口されている。
(Honeycomb structure)
The
入口流路110a及び出口流路110bの断面形状は、例えば、円形、楕円形、四角形、六角形、八角形であることができる。ハニカム構造体120において、各入口流路110aは少なくとも1つの出口流路110bと隔壁Wを介して隣接している。
The cross-sectional shapes of the
ハニカム構造体における入口流路110aと出口流路110bとの配列は特に限定されない。入口流路110aが少なくとも1つの出口流路110bと隔壁Wを介して隣接していればよく、入口流路110aが他の入口流路と隔壁Wを介して隣接していたり、出口流路110bが他の出口流路と隔壁Wを介して隣接していてもよい。各隔壁Wは多孔質であり、流路間にガスを通過させることができる。
The arrangement of the
具体的には、例えば、図2に示すように、入口流路110aおよび出口流路110bの断面形状が六角形であり、1つの入口流路110aが3つの他の入口流路110aと隣接し、かつ、3つの出口流路110bと隣接するように、入口流路110a及び出口流路110bが規則的に配置されていることができる。この場合、1つの出口流路110bは6つの入口流路110aと隣接し、他の出口流路110bとは隣接しない。各流路は、合計6つの他の流路とそれぞれ隔壁Wを介して隣接している。隔壁Wの集合体がハニカム構造体120を構成する。
Specifically, for example, as shown in FIG. 2, the cross-sectional shapes of the
また、図3に示すように、1つの入口流路110aが4つの他の入口流路110aと隣接し、かつ、2つの出口流路110bと隣接するように、入口流路110a及び出口流路110bが規則的に配置されていることもできる。1つの出口流路110bは6つの入口流路110aと隣接し、他の出口流路110bとは隣接しない。従って、各流路は合計6つの他の流路に隣接している。
Further, as shown in FIG. 3, the
各隔壁Wの厚みは、例えば、6〜10mil、すなわち、0.15〜0.25mmであることができる。Wが0.25mmを超えると圧力損失が高くなる傾向がある。また、Wが0.15mmを下回ると、ハニカム構造体の強度が低下する傾向がある。 The thickness of each partition wall W can be, for example, 6 to 10 mil, that is, 0.15 to 0.25 mm. When W exceeds 0.25 mm, the pressure loss tends to increase. Moreover, when W is less than 0.15 mm, the strength of the honeycomb structure tends to decrease.
セル密度、すなわち、ハニカム構造体の軸に直交する断面における流路(セル)の密度は、例えば、150〜400cpsi(cell per square inch)とすることができる。なお、「cpsi」は1平方インチ当たりの流路(セル)の数を表す。各流路の円相当直径は、例えば、1.5〜2.0mmとすることができる。 The cell density, that is, the density of the flow path (cell) in the cross section orthogonal to the axis of the honeycomb structure can be set to, for example, 150 to 400 cpsi (cell per square inch). “Cpsi” represents the number of flow paths (cells) per square inch. The circle equivalent diameter of each flow path can be set to 1.5 to 2.0 mm, for example.
ハニカム構造体120は多孔質セラミック材料から形成される。セラミック材料の例は、チタン酸アルミニウム系セラミック、コージェライト系セラミック、炭化ケイ素系セラミックである。
The
本実施形態において、ハニカム構造体120の細孔径分布において、細孔径D’90が30μm以下であることが好ましく、より好ましくは25μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下である。細孔径D’90の下限は、10μmとすることができる。
ここで、細孔径D’90とはハニカム構造体120の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。細孔径D’90が30μm超であると、ろ過効率が低下する傾向がある。
In the present embodiment, in the pore size distribution of the
Here, the pore diameter D′ 90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the
ろ過効率は以下の方法にて測定することが出来る。まず、ハニカム構造体の一方の開口端をカーボン発生器(DNP−2000 PALAS社製:カーボン粒子(スス)の平均粒径60nm)に接続し、漏れ試験を実施する。希釈器(MD−19−1E、Matter社製)、計測器(EEPS−3000、TSI社製)を用いて、カーボン発生器から発生したカーボン粒子がハニカム構造体の流路内を通過し始めてから180秒後のカーボン粒子の個数濃度を計測する。なお、ハニカム構造体を通過した後のカーボン粒子の個数濃度が低い程、パティキュレートフィルターとしてのろ過性能が高いことを示している。 Filtration efficiency can be measured by the following method. First, one open end of the honeycomb structure is connected to a carbon generator (manufactured by DNP-2000 PALAS: average particle diameter of carbon particles (soot) 60 nm), and a leakage test is performed. After carbon particles generated from the carbon generator began to pass through the flow path of the honeycomb structure using a diluter (MD-19-1E, manufactured by Matter) and a measuring instrument (EEPS-3000, manufactured by TSI). The number concentration of carbon particles after 180 seconds is measured. In addition, it has shown that the filtration performance as a particulate filter is so high that the number density | concentration of the carbon particle after passing a honeycomb structure is low.
ハニカム構造体120の気孔率は60〜70%であることが好ましく、より好ましくは65%〜70%である。60%未満では圧力損失が上昇しやすく、70%超ではろ過効率が低下しやすい。
圧力損失は以下の方法にて測定することが出来る。まず、流路の開口端を減圧弁や計量調節器を介して計装空気の供給源に接続する。そして、計装空気(圧力値:1MPa)を一定流量値で試験片内へ流入させた時の圧力値と大気圧値の差分(差圧:ΔP(kPa))をマノメーターにより求める。
The porosity of the
The pressure loss can be measured by the following method. First, the open end of the flow path is connected to an instrument air supply source via a pressure reducing valve or a metering regulator. Then, a difference between the pressure value and the atmospheric pressure value (differential pressure: ΔP (kPa)) when instrumented air (pressure value: 1 MPa) is flowed into the test piece at a constant flow rate value is obtained with a manometer.
ハニカム構造体120の細孔径分布や気孔率は、それぞれ水銀圧入法により以下の方法にて測定することができる。まずハニカム構造体から約2mm角の小片を切り出し、120℃で4時間、空気中で電気炉を用いて乾燥させる。そして、水銀圧入法により、0.005〜200.0μmの範囲で細孔直径を測定し、累積細孔容積(ml/g)及び平均細孔直径(μm)を求める。測定装置としては、Micromeritics社製の「オートポアIII9420」を用いることができる。
The pore size distribution and the porosity of the
(封口部)
本実施形態において、少なくとも1つの入口封口部(第1封口部)130a、又は、少なくとも1つの出口封口部(第2封口部)130bが以下の3つの条件(a)〜(c)を全て満たす。
(Sealing part)
In the present embodiment, at least one inlet sealing part (first sealing part) 130a or at least one outlet sealing part (second sealing part) 130b satisfies all of the following three conditions (a) to (c). .
(a)流路に沿う方向の長さL、すなわち、封口部の軸方向長さが0.3〜1.8mmである。
(b)気孔率が60〜70%である。
(c)細孔径D90が30μm以下である。
ただし、細孔径D90とは封口部の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。D90は、10μm以上であることができる。
(A) The length L in the direction along the flow path, that is, the axial length of the sealing portion is 0.3 to 1.8 mm.
(B) The porosity is 60 to 70%.
(C) The pore diameter D90 is 30 μm or less.
However, the pore diameter D90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the sealing portion has a smaller pore diameter. D90 can be 10 μm or more.
本実施形態のように、入口封口部130a及び出口封口部130bの両方が栓詰め型の封口部である場合には、少なくとも1つの入口封口部(第1封口部)130a、及び、少なくとも1つの出口封口部(第2封口部)130bがそれぞれ上記の3つの条件(a)〜(c)を全て満たすことができる。
When both the
ここで、入口封口部130aの全数に対して50%以上の入口封口部130a及び出口封口部130bの全数に対して50%以上の出口封口部130bが上記3つの条件を満たすことが好ましく、入口封口部130aの全数に対して70%以上の入口封口部130a及び出口封口部130bの全数に対して70%以上の出口封口部130bが上記3つの条件を満たすことが好ましく、入口封口部130aの全数に対して90%以上の入口封口部130a及び出口封口部130bの全数に対して90%以上の出口封口部130bが上記3つの条件を満たすことがさらに好ましい。
Here, it is preferable that 50% or more of the
上記の3つの条件を満たす入口封口部130aの長さLはさらに1.0〜1.8mmであることが好ましい。この場合、ガス中の粒子が入口封口部に衝突することにより生ずる入口封口部のエロ−ジョンを抑制できる。
The length L of the
入口封口部130a及び出口封口部130bの細孔径分布及び細孔径は、それぞれ水銀圧入法により測定することができる。
The pore size distribution and the pore size of the
入口封口部130a及び出口封口部130bの気孔率及び細孔径D90は、ハニカム構造体120の気孔率及び細孔径D90に対してそれぞれ±10%以内の範囲であることが好ましく、±5%以内の範囲であることがより好ましい。また、ハニカム構造体120の気孔率及び細孔径D90は、入口封口部130a及び出口封口部130bの気孔率及び細孔径D90に対してそれぞれ±10%以内の範囲であることが好ましく、±5%以内の範囲であることがより好ましい。封口部とハニカム構造体とで気孔率や細孔径を実質的に同じとすることにより、発明の効果を高めやすい。入口封口部130a及び出口封口部130bの気孔率は、60〜70%であり、より好ましくは65〜70%である。入口封口部130a及び出口封口部130bの細孔径D90として、好ましくは30μm以下であり、より好ましくは25μm以下であり、さらに好ましくは20μm以下である。入口封口部130a及び出口封口部130bの細孔径D90の下限は10μmとすることができる。
The porosity and the pore diameter D90 of the
入口封口部130a及び出口封口部130bはセラミック材料から形成される。セラミック材料の例は、ハニカム構造体120と同様である。封口部130の材料はハニカム構造体120と同じ材料であることが好ましい。
The
封口部130及びハニカム構造体120により形成されるハニカムフィルタ100の入口端面100aの表面に、コーティング剤層を設けることができる。コーティング剤としては、例えば、アルミナ、チタニア、シリカ等のセラミックス水溶液が使用できる。
A coating agent layer can be provided on the surface of the
このハニカムフィルタは、例えば、ディーゼルエンジン用の排ガスフィルタ及びガソリンエンジン用の排ガスフィルタとして使用できる。このハニカムフィルタは、圧力損失をあまり高くすることなく高ろ過効率を実現できる。その理由は明らかではないが、封口部の軸方向長さを十分小さくし、封口部130の気孔率を高くし、かつ、封口部130の細孔径D90を小さくすることにより、図1の矢印Gのように、隔壁Wだけでなく封口部130にガスが効率よく流れかつ封口部130がフィルタとして有効に機能することになり、また、端面での乱気流の発生が抑制され、低い圧力損失と高いろ過効率を両立できると考えられる。 This honeycomb filter can be used, for example, as an exhaust gas filter for a diesel engine and an exhaust gas filter for a gasoline engine. This honeycomb filter can realize high filtration efficiency without increasing pressure loss so much. The reason for this is not clear, but by reducing the axial length of the sealing portion sufficiently, increasing the porosity of the sealing portion 130, and reducing the pore diameter D90 of the sealing portion 130, the arrow G in FIG. As described above, gas efficiently flows not only in the partition wall W but also in the sealing portion 130, and the sealing portion 130 functions effectively as a filter, and the generation of turbulence at the end surface is suppressed, and low pressure loss and high It is considered that both filtration efficiencies can be achieved.
(ハニカムフィルタの製造方法)
まず、セラミック原料粉と、バインダと、造孔材と、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を混合し、混合物を成形して多数の貫通孔を有するハニカム成形体を得る。
(Honeycomb filter manufacturing method)
First, ceramic raw material powder, a binder, a pore former, a solvent, and additives that are added as necessary are mixed, and the mixture is molded to obtain a honeycomb molded body having a large number of through holes.
セラミック原料粉は、目的とするセラミックに合わせて適宜選択できる。例えば、チタン酸アルミニウムであれば、チタニア等のチタン源、アルミナ等のアルミニウム源を含む。コージェライトであれば、マグネシア等のマグネシウム源、アルミナ等のアルミニウム源、及び、シリカ等のシリコン源を含む。炭化ケイ素であれば、炭素源、及び、ケイ素源を含む。 The ceramic raw material powder can be appropriately selected according to the target ceramic. For example, aluminum titanate includes a titanium source such as titania and an aluminum source such as alumina. Cordierite includes a magnesium source such as magnesia, an aluminum source such as alumina, and a silicon source such as silica. If it is silicon carbide, a carbon source and a silicon source are included.
各成分の配合量は、所望のセラミックを得られるように適宜調節される。セラミック原料粉の粒径D50は、1.0〜10.0μmであることができる。粒径D50はレーザ回折式粒度分布計による体積基準の粒度分布に基づいて得ることができる。 The amount of each component is appropriately adjusted so as to obtain a desired ceramic. The particle size D50 of the ceramic raw material powder may be 1.0 to 10.0 μm. The particle size D50 can be obtained based on a volume-based particle size distribution by a laser diffraction particle size distribution meter.
バインダは、有機バインダであることができ、その例は、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類;ポリビニルアルコールなどのアルコール類;リグニンスルホン酸塩である。 The binder can be an organic binder, examples of which are celluloses such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxyalkylmethylcellulose, sodium carboxymethylcellulose; alcohols such as polyvinyl alcohol; lignin sulfonate.
添加物としては、例えば、潤滑剤および可塑剤、分散剤が挙げられる。 Examples of the additive include a lubricant, a plasticizer, and a dispersant.
造孔材は粉であり、焼成時に分解/燃焼/蒸発/昇華等によりハニカム成形体から除去されて、ハニカム構造体内に多孔質構造を付与する。このような造孔材の例は、有機物粉、炭素粉、ドライアイス粉である。有機物粉の例は、澱粉(馬鈴薯澱粉、コーンスターチ、小麦澱粉、エンドウ豆澱粉)、小麦粉、樹脂粉である。樹脂粉の例は、ポリエチレン粉、膨張性樹脂粉(例えば、ポリエチレン、ポリスチレン、アクリル、エポキシ樹脂等)である。炭素粉の例は、カーボンブラックである。造孔材の量及び粒径によって、細孔径分布を制御できる。 The pore former is a powder and is removed from the honeycomb formed body by decomposition / combustion / evaporation / sublimation or the like during firing to give a porous structure to the honeycomb structure. Examples of such pore formers are organic powder, carbon powder, and dry ice powder. Examples of organic powders are starch (potato starch, corn starch, wheat starch, pea starch), wheat flour, and resin powder. Examples of the resin powder are polyethylene powder and expandable resin powder (for example, polyethylene, polystyrene, acrylic, epoxy resin, etc.). An example of carbon powder is carbon black. The pore size distribution can be controlled by the amount and particle size of the pore former.
溶媒の例は、水、アルコールである。 Examples of the solvent are water and alcohol.
ハニカム成形体が得られた後、貫通孔のいずれか一端に封口材を充填して栓詰めする。封口材の材料も、ハニカム成形体と同様とすることができる。その後、封口済みのハニカム成形体を焼成することにより、上述の封口部を備えたハニカムフィルタを得ることができる。なお、各流路への封口材の充填量の調節により封口部の長さLを所望の値に設定できる。また、封口材における造孔材の量および造孔材の粒径を調節することにより、封口部の気孔率及び細孔径D90が上記条件を満たすようにすることができる。例えば、気孔率を高めるには、造孔材の量を増やせばよい。また、細孔径を小さくするには、造孔材の粒径を小さくすればよい。 After the honeycomb formed body is obtained, a sealing material is filled into one end of the through hole and plugged. The material of the sealing material can be the same as that of the honeycomb formed body. Thereafter, by firing the sealed honeycomb formed body, a honeycomb filter having the above-described sealing portion can be obtained. The length L of the sealing portion can be set to a desired value by adjusting the filling amount of the sealing material in each flow path. Moreover, the porosity and pore diameter D90 of a sealing part can satisfy | fill the said conditions by adjusting the quantity of the pore former in a sealing material, and the particle size of a pore former. For example, in order to increase the porosity, the amount of the pore former may be increased. Moreover, what is necessary is just to make the particle size of a pore making material small in order to make a pore diameter small.
焼成の温度は、例えば、1300〜1500℃とすることができる。造孔材が、有機物粉及び炭素粉である場合には、焼成を酸素含有雰囲気で行うことが好ましく、大気雰囲気で行うことが好ましい。 The temperature of baking can be 1300-1500 degreeC, for example. When the pore former is organic powder or carbon powder, firing is preferably performed in an oxygen-containing atmosphere, and is preferably performed in an air atmosphere.
本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。 The present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made.
例えば、上記実施形態では、入口流路110a及び出口流路110bの両方が、栓詰型の封口部130により閉じられているが、いずれか一方の流路が栓詰め型の封口部で封口され、いずれか他方の流路が栓詰型以外の封口部で封口されていてもよい。栓詰型以外の封口部の例は、多孔質ハニカム成形体の端部の隔壁を、ハニカムフィルタの端面に向かって一方の各流路の断面積が拡大し、かつ、他方の各流路の断面積がゼロになるまで縮小するように変形させ、その後焼成することによってえられる封口部である。この場合には、少なくとも1つの栓詰め型の封口部がそれぞれ3つの条件(a)〜(c)を全て満たせばよい。この場合も、栓詰め型の封口部の全数に対して55%以上の封口部が3条件を満たすことが好ましく、70%以上の封口部が3条件を満たすことがより好ましく、90%以上の封口部が3条件を満たすことがより一層好ましい。
For example, in the above-described embodiment, both the
ハニカムフィルタの数値モデルを作成し、ハニカムフィルタの圧力損失を以下の手法により計算した。 A numerical model of the honeycomb filter was created, and the pressure loss of the honeycomb filter was calculated by the following method.
具体的には、圧縮性等温ニュートン流体を対象とし、以下のナビエストークス方程式を解くことにより、ハニカムフィルタの3次元圧力分布を計算し、ハニカムフィルタ上流における圧力からハニカムフィルタ下流における圧力を差し引くことにより、ハニカムフィルタの圧力損失を得た。
ここで、∂は偏微分、ρは密度、tは時間、pは圧力、μは粘度、uは速度、xは座標、Siは後述する多孔質透過時の圧力損失である。下付添字i及びjはカーテシアン座標系の方向を表す。δijはクロネッカーのデルタである。また、(C1)式及び(C2)式はアインシュタインの総和規約である。物性値には800℃の空気の値を使用した。 Here, ∂ is partial differential, ρ is density, t is time, p is pressure, μ is viscosity, u is velocity, x is coordinates, and Si is a pressure loss during porous permeation described later. Subscripts i and j represent the direction of the Cartesian coordinate system. δ ij is the Kronecker delta. The expressions (C1) and (C2) are Einstein's sum rules. As the physical properties, air values of 800 ° C. were used.
(C2)式の最終項の括弧内は(C3)式に示すように渦粘性近似で定義したレイノルズ応力である。
ここで、μtは乱流粘性、kは乱流エネルギーを表す。式の記法は(C1)式及び(C2)式と同様とする。
The parentheses in the last term of the formula (C2) are Reynolds stresses defined by eddy viscosity approximation as shown in the formula (C3).
Here, μ t represents turbulent viscosity, and k represents turbulent energy. The notation of the formula is the same as the formula (C1) and formula (C2).
(C3)式は公知の乱流モデルによって好適にモデル化でき、また(C1)式、(C2)式は公知の方法によりコンピュータを用いて数値解を得ることができる。 Equation (C3) can be suitably modeled by a known turbulent model, and equations (C1) and (C2) can be obtained numerically using a computer by a known method.
なお、本計算例において,ハニカムフィルタのハニカム構造体および封口部の圧力損失は、分子ならびに乱流粘性から直接求めることは計算負荷の観点から困難である。そこで、この因子は別途モデル化し、付加項Siによって与えた。すなわち、Siはハニカム構造体および封口部において、多孔質のハニカム構造体及び封口部を通過する際に生じる圧力損失をあらわす。具体的には、Siを次式によって与えた。
ここでαは透過率であり、AthanasiosG. Konstandopoulos,John H. Johnson著,「Wall-Flow Diesel Particulate Filters - Their Pressure Drop andCollection Efficiency」,SAE Technical Paper 890405,1989年,doi:10.4271/890405に記載の方法に従って算出した。なお、入口側流路、出口側流路、ハニカム構造体、封口部を含むハニカムフィルタの内部において、μtはゼロであるとし、新たな乱流の生成は生じないものとした。
In this calculation example, it is difficult from the viewpoint of calculation load to directly determine the pressure loss of the honeycomb structure and the sealing portion of the honeycomb filter from the molecules and the turbulent viscosity. Therefore, this factor was modeled separately and given by the additional term S i . That, S i in the honeycomb structure and the sealing unit, represents the pressure loss that occurs when passing through the honeycomb structure and the sealing portion of the porous. Specifically, S i was given by the following equation.
Where α is the transmittance, as described in AthanasiosG. Konstandopoulos, John H. Johnson, “Wall-Flow Diesel Particulate Filters-Their Pressure Drop and Collection Efficiency”, SAE Technical Paper 890405, 1989, doi: 10.4271 / 890405 Calculated according to the method. Incidentally, inlet passage, outlet passage, a honeycomb structure, inside the honeycomb filter including a sealing portion, the mu t and is zero, and shall not cause generation of new turbulence.
また、上記数値モデルに対してハニカム構造体の濾過効率を以下の手法により計算した。具体的には、SAE Technical Paper 890405およびSAE講演予稿集SAE 2000-01-1016から次式により計算した。
ここで、E:捕集効率、η:単一捕集効率、ε:気孔率、wS:壁厚、dc:単一球の直径とした。ηは次式で算出した。
ここで、ηD:ブラウン拡散による単一捕集効率、ηR:遮りによる単一捕集効率とした。ηDは次式で算出した。
Here, η D : single collection efficiency by Brown diffusion, η R : single collection efficiency by blocking. η D was calculated by the following formula.
ここで、gS:形状関数、Pe:ペクレ数、Ui:ガス細孔内速度、Dp:粒子拡散係数、uW:ガス空塔速度、V:ガス体積流量、TFA:全ろ過面積、kB:ボルツマン定数、T:ガス温度、μ:ガス粘性係数、dp:粒子径(= 90 nm)、Knp:粒子クヌーセン数、λ:ガス平均自由工程、ρ:ガス密度、MW:ガス分子量、R:気体定数である。ηRは次式で算出した。NRは遮りパラメータである。
dcは次式で算出した。
ここで、dporeは平均気孔径とした。
d c was calculated by the following equation.
Here, d pore was an average pore diameter.
(計算例1)
ハニカム構造体の気孔率を70%、ハニカム構造体の細孔径D’90値を25μmとし、ハニカムフィルタの直径が118.4mm、長さが50.8mmの円筒形状とし、流路(セル)の断面形状を正方形とし、セル密度が300cpsi、隔壁厚みが0.20mmとなるようにした。さらに、封口部を、隣接するセル同士間で互いに反対側の端部に配置し、その封口部長さを0.5mmとした。また、封口部の気孔率を68%、封口部の細孔径D90値を25μmとした。このハニカムフィルタの圧力損失及びハニカム構造体のろ過効率を上記の方法にて計算した。
(Calculation Example 1)
The honeycomb structure has a porosity of 70%, the honeycomb structure has a pore diameter D′ 90 value of 25 μm, the honeycomb filter has a diameter of 118.4 mm, and a length of 50.8 mm. The cross-sectional shape was square, the cell density was 300 cpsi, and the partition wall thickness was 0.20 mm. Furthermore, the sealing part was arrange | positioned at the edge part on the opposite side between adjacent cells, and the sealing part length was 0.5 mm. Moreover, the porosity of the sealing part was 68%, and the pore diameter D90 value of the sealing part was 25 μm. The pressure loss of the honeycomb filter and the filtration efficiency of the honeycomb structure were calculated by the above method.
(計算例2、比較計算例1〜4)
表1に示したように、封口部の長さを変える以外は計算例1と同様にして計算例2及び比較計算例1を得た。
封口部の細孔径D90の値、及び、ハニカム構造体のD’90を変える以外は計算例2と同様にして比較計算例2を得た。
封口部の気孔率、及び、ハニカム構造体の気孔率を変える以外は計算例1と同様にして比較計算例3を得た。
封口部の気孔率、封口部のD90、及び、ハニカム構造体の気孔率及びハニカム構造体のD’90を変える以外は計算例1と同様にして比較計算例4を得た。
As shown in Table 1, Calculation Example 2 and Comparative Calculation Example 1 were obtained in the same manner as Calculation Example 1 except that the length of the sealing portion was changed.
Comparative Calculation Example 2 was obtained in the same manner as Calculation Example 2, except that the value of the pore diameter D90 of the sealing portion and D′ 90 of the honeycomb structure were changed.
Comparative calculation example 3 was obtained in the same manner as calculation example 1 except that the porosity of the sealing portion and the porosity of the honeycomb structure were changed.
Comparative Calculation Example 4 was obtained in the same manner as in Calculation Example 1 except that the porosity of the sealing portion, D90 of the sealing portion, and the porosity of the honeycomb structure and D′ 90 of the honeycomb structure were changed.
100…ハニカムフィルタ、120…ハニカム構造体、110a…入口流路(第2流路)、110b…出口流路(第1流路)、130a…入口封口部(第1封口部)、130b…出口封口部(第2封口部)。
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記ハニカム構造体の一端側で各前記第1流路を閉じる複数の第1封口部と、
前記ハニカム構造体の他端側で各前記第2流路を閉じる複数の第2封口部と、を備え、
前記第1封口部、又は、前記第2封口部が以下の条件(a)〜(c)を全て満たすハニカムフィルタ。
(a)流路に沿う方向の長さが0.3〜1.8mmである。
(b)気孔率が60〜70%である。
(c)細孔径D90が30μm以下である。
ただし、細孔径D90とは前記封口部の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。 A columnar and porous honeycomb structure forming a plurality of first flow paths and a plurality of second flow paths;
A plurality of first sealing portions for closing the first flow paths on one end side of the honeycomb structure;
A plurality of second sealing portions that close the second flow paths on the other end side of the honeycomb structure, and
The honeycomb filter in which the first sealing portion or the second sealing portion satisfies all of the following conditions (a) to (c).
(A) The length in the direction along the flow path is 0.3 to 1.8 mm.
(B) The porosity is 60 to 70%.
(C) The pore diameter D90 is 30 μm or less.
However, the pore diameter D90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the sealing portion has a smaller pore diameter.
ただし、細孔径D’90とは前記ハニカム構造体の全細孔体積の90%がそれよりも小さな細孔径を有している細孔径である。 The honeycomb filter according to claim 1 or 2, wherein a porosity of the honeycomb structure is 60 to 70%, and a pore diameter D'90 of the honeycomb structure is 30 µm or less.
However, the pore diameter D′ 90 is a pore diameter in which 90% of the total pore volume of the honeycomb structure has a smaller pore diameter.
The first sealing portion satisfies all the conditions (a) to (c), the length of the first sealing portion is 1.0 to 1.8 mm, and the second flow path is a gas inlet flow path. The honeycomb filter according to any one of claims 1 to 4, wherein
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