JP2022111744A - Honeycomb structure, electric heating type carrier, and exhaust emission control system - Google Patents
Honeycomb structure, electric heating type carrier, and exhaust emission control system Download PDFInfo
- Publication number
- JP2022111744A JP2022111744A JP2021007374A JP2021007374A JP2022111744A JP 2022111744 A JP2022111744 A JP 2022111744A JP 2021007374 A JP2021007374 A JP 2021007374A JP 2021007374 A JP2021007374 A JP 2021007374A JP 2022111744 A JP2022111744 A JP 2022111744A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- honeycomb structure
- outer peripheral
- cells
- columnar honeycomb
- slit
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 title abstract description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 74
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 29
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 19
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 58
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 58
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 25
- 239000000945 filler Substances 0.000 claims description 22
- 238000000746 purification Methods 0.000 claims description 8
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 4
- 238000011049 filling Methods 0.000 claims description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 abstract description 20
- 238000009826 distribution Methods 0.000 abstract description 11
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 abstract description 9
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 41
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 33
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 32
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 31
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 30
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 22
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 22
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 21
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 21
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 19
- 239000011863 silicon-based powder Substances 0.000 description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 description 13
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 13
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N Propane Chemical compound CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 11
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 10
- 239000011230 binding agent Substances 0.000 description 9
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 9
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 9
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 7
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 6
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 6
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 6
- SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N silicon Chemical compound [Si].[Si] SBEQWOXEGHQIMW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000007561 laser diffraction method Methods 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 229910021332 silicide Inorganic materials 0.000 description 5
- PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N Glycerine Chemical compound OCC(O)CO PEDCQBHIVMGVHV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004927 clay Substances 0.000 description 4
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 4
- 229920000609 methyl cellulose Polymers 0.000 description 4
- 239000001923 methylcellulose Substances 0.000 description 4
- 235000010981 methylcellulose Nutrition 0.000 description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 4
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 4
- LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N Ethylene glycol Chemical compound OCCO LYCAIKOWRPUZTN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N Nitric oxide Chemical compound O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N Palladium Chemical compound [Pd] KDLHZDBZIXYQEI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000011068 loading method Methods 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- 229910000510 noble metal Inorganic materials 0.000 description 3
- FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N silicide(4-) Chemical compound [Si-4] FVBUAEGBCNSCDD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000011856 silicon-based particle Substances 0.000 description 3
- 239000004094 surface-active agent Substances 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910021357 chromium silicide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000567 combustion gas Substances 0.000 description 2
- PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M copper(1+);methylsulfanylmethane;bromide Chemical compound Br[Cu].CSC PMHQVHHXPFUNSP-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 2
- 229910052878 cordierite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000005238 degreasing Methods 0.000 description 2
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 2
- JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N dimagnesium dioxido-bis[(1-oxido-3-oxo-2,4,6,8,9-pentaoxa-1,3-disila-5,7-dialuminabicyclo[3.3.1]nonan-7-yl)oxy]silane Chemical compound [Mg++].[Mg++].[O-][Si]([O-])(O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2)O[Al]1O[Al]2O[Si](=O)O[Si]([O-])(O1)O2 JSKIRARMQDRGJZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N dioxosilane;oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Si]=O.O=[Si]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O.O=[Al]O[Al]=O KZHJGOXRZJKJNY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000010419 fine particle Substances 0.000 description 2
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 235000011187 glycerol Nutrition 0.000 description 2
- 239000001866 hydroxypropyl methyl cellulose Substances 0.000 description 2
- 229920003088 hydroxypropyl methyl cellulose Polymers 0.000 description 2
- 235000010979 hydroxypropyl methyl cellulose Nutrition 0.000 description 2
- UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N hydroxypropyl methyl cellulose Chemical compound OC1C(O)C(OC)OC(CO)C1OC1C(O)C(O)C(OC2C(C(O)C(OC3C(C(O)C(O)C(CO)O3)O)C(CO)O2)O)C(CO)O1 UFVKGYZPFZQRLF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 230000001965 increasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000004898 kneading Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 229910052863 mullite Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010948 rhodium Substances 0.000 description 2
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 2
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002134 Carboxymethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004375 Dextrin Substances 0.000 description 1
- 229920001353 Dextrin Polymers 0.000 description 1
- 229920000663 Hydroxyethyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 239000004354 Hydroxyethyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 229910000990 Ni alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004372 Polyvinyl alcohol Substances 0.000 description 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229920002472 Starch Polymers 0.000 description 1
- CHXGWONBPAADHP-UHFFFAOYSA-N [Si].[Si].[Cr] Chemical compound [Si].[Si].[Cr] CHXGWONBPAADHP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002250 absorbent Substances 0.000 description 1
- 230000002745 absorbent Effects 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- MANYRMJQFFSZKJ-UHFFFAOYSA-N bis($l^{2}-silanylidene)tantalum Chemical compound [Si]=[Ta]=[Si] MANYRMJQFFSZKJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001768 carboxy methyl cellulose Substances 0.000 description 1
- 235000010948 carboxy methyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- 239000008112 carboxymethyl-cellulose Substances 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N ceric oxide Chemical compound O=[Ce]=O CETPSERCERDGAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000422 cerium(IV) oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011195 cermet Substances 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 239000003426 co-catalyst Substances 0.000 description 1
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 235000019425 dextrin Nutrition 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 235000014113 dietary fatty acids Nutrition 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 1
- 239000000194 fatty acid Substances 0.000 description 1
- 229930195729 fatty acid Natural products 0.000 description 1
- 150000004665 fatty acids Chemical class 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910003474 graphite-silicon composite material Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 235000019447 hydroxyethyl cellulose Nutrition 0.000 description 1
- -1 hydroxypropoxyl Chemical group 0.000 description 1
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000002923 metal particle Substances 0.000 description 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052575 non-oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011225 non-oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052574 oxide ceramic Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011224 oxide ceramic Substances 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920002451 polyvinyl alcohol Polymers 0.000 description 1
- 235000019422 polyvinyl alcohol Nutrition 0.000 description 1
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 229910052703 rhodium Inorganic materials 0.000 description 1
- MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N rhodium atom Chemical compound [Rh] MHOVAHRLVXNVSD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000377 silicon dioxide Substances 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
- 239000000344 soap Substances 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000008107 starch Substances 0.000 description 1
- 235000019698 starch Nutrition 0.000 description 1
- 150000005846 sugar alcohols Polymers 0.000 description 1
- 238000007751 thermal spraying Methods 0.000 description 1
- 239000010457 zeolite Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Exhaust Gas After Treatment (AREA)
- Resistance Heating (AREA)
- Catalysts (AREA)
Abstract
Description
本発明は、ハニカム構造体、電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a honeycomb structure, an electrically heated carrier, and an exhaust gas purification device.
近年、エンジン始動直後の排気ガス浄化性能の低下を改善するため、電気加熱触媒(EHC)が提案されている。EHCは、例えば、導電性セラミックスからなる柱状のハニカム構造体に金属電極を接続し、通電によりハニカム構造体自体を発熱させることで、エンジン始動前に触媒の活性温度まで昇温できるようにしたものである。 In recent years, an electrically heated catalyst (EHC) has been proposed in order to improve the deterioration of exhaust gas purification performance immediately after engine start-up. The EHC, for example, connects metal electrodes to a columnar honeycomb structure made of conductive ceramics, and heats the honeycomb structure itself by energizing, so that the temperature can be raised to the activation temperature of the catalyst before starting the engine. is.
EHCは、エンジンからの熱や衝撃を受けるため、良好な耐熱衝撃性を有することを求められている。エンジンからの熱や衝撃によって、EHCのハニカム構造体にクラックが発生すると、ハニカム構造体内の通電経路が変わってしまい、局所的に発熱するため、触媒の劣化が生じる。また、通電抵抗が上昇し、通電制御が困難になる。その結果、EHCの排気ガス浄化効率が悪化するおそれがある。 EHCs are required to have good thermal shock resistance because they receive heat and impact from the engine. When cracks occur in the honeycomb structure of the EHC due to heat or impact from the engine, the conduction paths in the honeycomb structure are changed and heat is generated locally, resulting in deterioration of the catalyst. Moreover, the energization resistance increases, making it difficult to control the energization. As a result, the exhaust gas purification efficiency of the EHC may deteriorate.
特許文献1には、導電性材料からなるハニカム構造体に通電用の電極を設けたハニカムヒーターにおいて、その発熱部分となるハニカム構造体の発熱量を調節するため、ハニカム構造体内に並列の回路が形成されるようにスリットを設けた構造が開示されている。なお、スリットとは、ハニカム構造体の隔壁等に入れた切れ込みである。 In Patent Document 1, in a honeycomb heater in which a honeycomb structure made of a conductive material is provided with an electrode for conducting electricity, a parallel circuit is provided in the honeycomb structure in order to adjust the amount of heat generated by the honeycomb structure, which is a heat-generating portion. Structures are disclosed which are slit to form. A slit is a notch made in a partition wall or the like of a honeycomb structure.
特許文献2には、端面に複数のスリットを設けることで、当該端面を複数の電流路に分離したハニカム構造体が開示されている。また、当該ハニカム構造体の端面側に低導電性領域を設け、当該低導電性領域の深さをスリットの深さより浅くした構造を開示している。 Patent Document 2 discloses a honeycomb structure in which an end face is divided into a plurality of current paths by providing a plurality of slits in the end face. Further, it discloses a structure in which a low-conductivity region is provided on the end face side of the honeycomb structure, and the depth of the low-conductivity region is shallower than the depth of the slit.
特許文献3には、電極部スリットが形成された電極部領域と、ハニカム構造部スリットが形成されたハニカム構造部領域とから構成される外周を有し、電極部スリットの深さがハニカム構造部スリットの深さより大きい構造を有するハニカム構造体が開示されている。 In Patent Document 3, an electrode portion region in which electrode portion slits are formed and a honeycomb structure portion region in which honeycomb structure portion slits are formed have an outer periphery, and the depth of the electrode portion slits is the same as that of the honeycomb structure portion. A honeycomb structure having a structure greater than the depth of the slits is disclosed.
特許文献1~3に記載のハニカム構造体の端面にスリットを設ける技術では、耐熱衝撃性が向上し、クラックの発生を抑制することができる形態は開示されている。しかしながら、本発明者らの検討の結果、ハニカム構造体の端面にスリットを設けたことによって、ハニカム構造体の抵抗や電流経路が変わって通電による発熱分布が変化することが分かり、発熱分布の均一性という点で改善の余地があるものであった。 In the technique of providing slits in the end faces of the honeycomb structure described in Patent Documents 1 to 3, a mode is disclosed in which the thermal shock resistance is improved and the occurrence of cracks can be suppressed. However, as a result of investigation by the present inventors, it was found that the heat generation distribution due to energization was changed by providing the slits in the end faces of the honeycomb structure, thereby changing the resistance and the current path of the honeycomb structure. In terms of quality, there is room for improvement.
本発明は上記事情に鑑みて創作されたものであり、良好な耐熱衝撃性を有し、且つ、通電時に均一な発熱分布となるハニカム構造体、電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置を提供することを課題とする。 The present invention has been created in view of the above circumstances, and provides a honeycomb structure, an electrically heated carrier, and an exhaust gas purifying device that have good thermal shock resistance and exhibit uniform heat generation distribution when energized. The challenge is to
上記課題は、以下の本発明によって解決されるものであり、本発明は以下のように特定される。
(1)外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有するセラミックス製の柱状ハニカム構造部と、
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで、前記外周壁の外面上において、前記セルの流路方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層と、
を備え、
前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、下記に示す領域S内に、前記外周壁にわたらない線状のスリットが設けられており、
中心線Pに対する前記スリットの傾きの絶対値θが、60度以下であり、
(前記中心線Pは、前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、一方の前記電極層の両端部を結ぶ線分の中点から、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を通り、他方の前記電極層まで延びる直線を示す。
前記領域Sは、前記中心線Pに平行、かつ、前記中心軸から前記外周壁までの長さの4/5の距離だけ前記中心線Pから離れた直線を直線Q1、Q2としたとき、前記直線Q1、Q2と前記外周壁とで区画される領域を示す。)
前記スリットが、少なくとも、前記柱状ハニカム構造部の一方の端面に設けられているハニカム構造体。
(2)外周壁と、前記外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有するセラミックス製の柱状ハニカム構造部と、
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで、前記外周壁の外面上において、前記セルの流路方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層と、
を備え、
前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、下記に示す領域S内に、前記外周壁にわたらずに、分岐していないスリットが設けられており、
中心線Pに対する前記スリットの傾きの絶対値θが、60度以下であり、
(前記中心線Pは、前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、一方の前記電極層の両端部を結ぶ線分の中点から、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を通り、他方の前記電極層まで延びる直線を示す。
前記領域Sは、前記中心線Pに平行、かつ、前記中心軸から前記外周壁までの長さの4/5の距離だけ前記中心線Pから離れた直線を直線Q1、Q2としたとき、前記直線Q1、Q2と前記外周壁とで区画される領域を示す。)
前記スリットが、少なくとも、前記柱状ハニカム構造部の一方の端面に設けられているハニカム構造体。
(3)(1)または(2)に記載のハニカム構造体と、
前記ハニカム構造体の前記電極層に電気的に接続された金属電極と、
を備えた電気加熱式担体。
(4)(3)に記載の電気加熱式担体と、
前記電気加熱式担体を保持するための金属製の筒状部材と、
を有する排気ガス浄化装置。
The above problems are solved by the present invention described below, and the present invention is specified as follows.
(1) A columnar honeycomb made of ceramics, having an outer peripheral wall and a partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells that penetrate from one end face to the other end face to form a flow path. a structure;
a pair of electrode layers provided on the outer surface of the outer peripheral wall with the central axis of the columnar honeycomb structure part interposed therebetween so as to extend in a band shape in the flow channel direction of the cells;
with
In a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure, a linear slit that does not extend to the outer peripheral wall is provided in a region S shown below,
the absolute value θ of the inclination of the slit with respect to the center line P is 60 degrees or less,
(The center line P is the central axis of the columnar honeycomb structure portion extending from the midpoint of a line segment connecting both ends of one of the electrode layers in a cross section perpendicular to the flow channel direction of the cells of the columnar honeycomb structure portion. through to the other electrode layer.
The region S is defined by straight lines Q1 and Q2 , which are parallel to the center line P and separated from the center line P by a distance of 4/5 of the length from the center axis to the outer peripheral wall. , indicates a region defined by the straight lines Q 1 , Q 2 and the outer peripheral wall. )
A honeycomb structure, wherein the slit is provided at least on one end face of the columnar honeycomb structure.
(2) A columnar honeycomb made of ceramics, having an outer peripheral wall and partition walls disposed inside the outer peripheral wall and partitioning and forming a plurality of cells that penetrate from one end face to the other end face to form a flow path. a structure;
a pair of electrode layers provided on the outer surface of the outer peripheral wall with the central axis of the columnar honeycomb structure part interposed therebetween so as to extend in a band shape in the flow channel direction of the cells;
with
In a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure body, a slit that is not branched and does not extend to the outer peripheral wall is provided in a region S shown below,
the absolute value θ of the inclination of the slit with respect to the center line P is 60 degrees or less,
(The center line P is the central axis of the columnar honeycomb structure portion extending from the midpoint of a line segment connecting both ends of one of the electrode layers in a cross section perpendicular to the flow channel direction of the cells of the columnar honeycomb structure portion. through to the other electrode layer.
The region S is defined by straight lines Q1 and Q2 , which are parallel to the center line P and separated from the center line P by a distance of 4/5 of the length from the center axis to the outer peripheral wall. , indicates a region defined by the straight lines Q 1 , Q 2 and the outer peripheral wall. )
A honeycomb structure, wherein the slit is provided at least on one end face of the columnar honeycomb structure.
(3) a honeycomb structure according to (1) or (2);
a metal electrode electrically connected to the electrode layer of the honeycomb structure;
An electrically heated carrier with a
(4) the electrically heated carrier according to (3);
a metallic cylindrical member for holding the electrically heated carrier;
An exhaust gas purification device having
本発明によれば、良好な耐熱衝撃性を有し、且つ、通電時に均一な発熱分布となるハニカム構造体、電気加熱式担体及び排気ガス浄化装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the present invention, it is possible to provide a honeycomb structure, an electrically heated carrier, and an exhaust gas purifying device that have good thermal shock resistance and exhibit uniform heat generation distribution when energized.
次に本発明を実施するための形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。 Embodiments for carrying out the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. It is understood that the present invention is not limited to the following embodiments, and that design changes, improvements, etc., can be made as appropriate based on the ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the scope of the present invention. should.
(1.ハニカム構造体)
図1は、本発明の実施形態におけるハニカム構造体10の外観模式図である。図2は、ハニカム構造体10のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。ハニカム構造体10は、柱状ハニカム構造部11と、電極層13a、13bとを備えている。
(1. Honeycomb structure)
FIG. 1 is an external schematic diagram of a
(1-1.柱状ハニカム構造部)
柱状ハニカム構造部11は、外周壁12と、外周壁12の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセル18を区画形成する隔壁19とを有する。
(1-1. Columnar honeycomb structure part)
The columnar
柱状ハニカム構造部11の外形は柱状である限り特に限定されず、例えば、底面が円形の柱状(円柱形状)、底面がオーバル形状の柱状、底面が多角形(四角形、五角形、六角形、七角形、八角形等)の柱状等の形状とすることができる。また、柱状ハニカム構造部11の大きさは、耐熱性を高める(外周壁の周方向に入るクラックを抑制する)という理由により、底面の面積が2000~20000mm2であることが好ましく、5000~15000mm2であることが更に好ましい。
The outer shape of the columnar
柱状ハニカム構造部11は、セラミックス製であり、導電性を有する。導電性の柱状ハニカム構造部11が通電してジュール熱により発熱可能である限り、当該セラミックスの電気抵抗率については特に制限はないが、0.1~200Ωcmであることが好ましく、1~200Ωcmがより好ましい。本発明において、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率は、四端子法により25℃で測定した値とする。
The columnar
柱状ハニカム構造部11の材質としては、限定的ではないが、アルミナ、ムライト、ジルコニア及びコージェライト等の酸化物系セラミックス、炭化珪素、窒化珪素及び窒化アルミ等の非酸化物系セラミックスからなる群から選択することができる。また、炭化珪素-金属珪素複合材や炭化珪素/グラファイト複合材等を用いることもできる。これらの中でも、耐熱性と導電性の両立の観点から、柱状ハニカム構造部11の材質は、珪素-炭化珪素複合材又は炭化珪素を主成分とするセラミックスを含有していることが好ましい。柱状ハニカム構造部11の材質が、珪素-炭化珪素複合材を主成分とするものであるというときは、柱状ハニカム構造部11が、珪素-炭化珪素複合材(合計質量)を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。ここで、珪素-炭化珪素複合材は、骨材としての炭化珪素粒子、及び炭化珪素粒子を結合させる結合材としての珪素を含有するものであり、複数の炭化珪素粒子が、炭化珪素粒子間に細孔を形成するようにして、珪素によって結合されていることが好ましい。柱状ハニカム構造部11の材質が、炭化珪素を主成分とするものであるというときは、柱状ハニカム構造部11が、炭化珪素(合計質量)を、全体の90質量%以上含有していることを意味する。
The material of the
柱状ハニカム構造部11が、珪素-炭化珪素複合材を含んでいる場合、柱状ハニカム構造部11に含有される「骨材としての炭化珪素粒子の質量」と、柱状ハニカム構造部11に含有される「結合材としての珪素の質量」との合計に対する、柱状ハニカム構造部11に含有される「結合材としての珪素の質量」の比率が、10~40質量%であることが好ましく、15~35質量%であることが更に好ましい。
When the columnar
セル18の延伸方向に垂直な断面におけるセルの形状に制限はないが、四角形、六角形、八角形、又はこれらの組み合わせであることが好ましい。これらのなかでも、構造強度及び加熱均一性を両立させやすいという観点から、四角形及び六角形が好ましい。
Although the shape of the cells in the cross section perpendicular to the extending direction of the
セル18を区画形成する隔壁19の厚みは、0.1~0.3mmであることが好ましく、0.15~0.25mmであることがより好ましい。本発明において、隔壁19の厚みは、セル18の延伸方向に垂直な断面において、隣接するセル18の重心同士を結ぶ線分のうち、隔壁19を通過する部分の長さとして定義される。
The thickness of the
柱状ハニカム構造部11は、セル18の流路方向に垂直な断面において、セル密度が40~150セル/cm2であることが好ましく、70~100セル/cm2であることが更に好ましい。セル密度をこのような範囲にすることにより、排気ガスを流したときの圧力損失を小さくした状態で、触媒の浄化性能を高くすることができる。セル密度は、外周壁12部分を除く柱状ハニカム構造部11の一つの底面部分の面積でセル数を除して得られる値である。
The
柱状ハニカム構造部11の外周壁12を設けることは、柱状ハニカム構造部11の構造強度を確保し、また、セル18を流れる流体が外周壁12から漏洩するのを抑制する観点で有用である。具体的には、外周壁12の厚みは好ましくは0.1mm以上であり、より好ましくは0.15mm以上、更により好ましくは0.2mm以上である。但し、外周壁12を厚くしすぎると高強度になりすぎてしまい、隔壁19との強度バランスが崩れて耐熱衝撃性が低下することから、外周壁12の厚みは好ましくは1.0mm以下であり、より好ましくは0.7mm以下であり、更により好ましくは0.5mm以下である。ここで、外周壁12の厚みは、厚みを測定しようとする外周壁12の箇所をセルの延伸方向に垂直な断面で観察したときに、当該測定箇所における外周壁12の接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
Providing the outer
隔壁19は多孔質としてもよい。多孔質とする場合、隔壁19の気孔率は、35~60%であることが好ましく、35~45%であることが更に好ましい。気孔率は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
The
柱状ハニカム構造部11の隔壁19の平均細孔径は、2~15μmであることが好ましく、4~8μmであることが更に好ましい。平均細孔径は、水銀ポロシメータにより測定した値である。
The average pore size of the
(1-2.電極層)
柱状ハニカム構造部11の中心軸を挟んで、外周壁12の外面上において、セル18の流路方向に帯状に延びるように、一対の電極層13a、13bが設けられている。一対の電極層13a、13bがこのように設けられていることで、柱状ハニカム構造部11の均一発熱性を高めることができる。電極層13a、13bは、柱状ハニカム構造部11の両底面間の80%以上の長さに亘って、好ましくは90%以上の長さに亘って、より好ましくは全長に亘って延びていることが、電極層13a、13bの軸方向へ電流が広がりやすいという観点から望ましい。
(1-2. Electrode layer)
A pair of electrode layers 13 a and 13 b are provided on the outer surface of the outer
電極層13a、13bの厚みは、0.01~5mmであることが好ましく、0.01~3mmであることが更に好ましい。このような範囲とすることにより均一発熱性を高めることができる。電極層13a、13bの厚みは、厚みを測定しようとする箇所をセル18の延伸方向に垂直な断面で観察したときに、電極層13a、13bの外面の当該測定箇所における接線に対する法線方向の厚みとして定義される。
The thickness of the electrode layers 13a and 13b is preferably 0.01 to 5 mm, more preferably 0.01 to 3 mm. Uniform heat build-up can be enhanced by setting it to such a range. The thickness of the electrode layers 13a and 13b is measured in the direction normal to the tangential line at the measurement point on the outer surface of the electrode layers 13a and 13b when the point where the thickness is to be measured is observed in a cross section perpendicular to the extending direction of the
電極層13a、13bの電気抵抗率を柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率より低くすることにより、電極層13a、13bに優先的に電気が流れやすくなり、通電時に電気がセル18の流路方向及び周方向に広がりやすくなる。電極層13a、13bの電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の1/10以下であることが好ましく、1/20以下であることがより好ましく、1/30以下であることが更により好ましい。但し、両者の電気抵抗率の差が大きくなりすぎると、対向する電極層の端部間に電流が集中して柱状ハニカム構造部11の発熱が偏ることから、電極層13a、13bの電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の1/200以上であることが好ましく、1/150以上であることがより好ましく、1/100以上であることが更により好ましい。本発明において、電極層13a、13bの電気抵抗率は、四端子法により25℃で測定した値とする。
By making the electrical resistivity of the electrode layers 13a and 13b lower than the electrical resistivity of the columnar
電極層13a、13bの材質は、導電性セラミックス、金属、又は金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)を使用することができる。金属としては、例えばCr、Fe、Co、Ni、Si又はTiの単体金属又はこれらの金属よりなる群から選択される少なくとも一種の金属を含有する合金が挙げられる。導電性セラミックスとしては、限定的ではないが、炭化珪素(SiC)が挙げられ、珪化タンタル(TaSi2)及び珪化クロム(CrSi2)等の金属珪化物等の金属化合物が挙げられる。金属及び導電性セラミックスとの複合材(サーメット)の具体例としては、金属珪素と炭化珪素の複合材、珪化タンタルや珪化クロム等の金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材、更には上記の一種又は二種以上の金属に熱膨張低減の観点から、アルミナ、ムライト、ジルコニア、コージェライト、窒化珪素及び窒化アルミ等の絶縁性セラミックスを一種又は二種以上添加した複合材が挙げられる。電極層13a、13bの材質としては、上記の各種金属及び導電性セラミックスの中でも、珪化タンタルや珪化クロム等の金属珪化物と金属珪素と炭化珪素の複合材との組合せとすることが、柱状ハニカム構造部11と同時に焼成できるので製造工程の簡素化に資するという理由により好ましい。
Electrode layers 13a and 13b can be made of conductive ceramics, metal, or a composite material (cermet) of metal and conductive ceramics. Examples of metals include single metals such as Cr, Fe, Co, Ni, Si, and Ti, and alloys containing at least one metal selected from the group consisting of these metals. Conductive ceramics include, but are not limited to, silicon carbide (SiC) and include metal compounds such as metal silicides such as tantalum silicide (TaSi 2 ) and chromium silicide (CrSi 2 ). Specific examples of composites (cermets) of metals and conductive ceramics include composites of metal silicon and silicon carbide, composites of metal silicides such as tantalum silicide and chromium silicide, metal silicon and silicon carbide, and the above-mentioned From the viewpoint of thermal expansion reduction, one or more kinds of insulating ceramics such as alumina, mullite, zirconia, cordierite, silicon nitride and aluminum nitride are added to one or more kinds of metals. As the material of the electrode layers 13a and 13b, among the various metals and conductive ceramics described above, a combination of a metal silicide such as tantalum silicide or chromium silicide and a composite material of metal silicon and silicon carbide is preferable. It is preferable because it can be fired at the same time as the
(1-3.スリット)
柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、領域S内に、外周壁12にわたらない線状のスリット21a、21b、21cが設けられている。このような線状のスリットを有することにより、ハニカム構造体10の端面のクラックを抑制することができる。具体的には、車が急ブレーキをかけた際には高温のハニカム構造体に急に冷風があたって、ハニカム構造部のセルの流路方向で熱膨張差が発生し、それによって、ハニカム構造体の端面でクラックが発生しやすい。そこで、上記の線状のスリットを設けることによって、応力が緩和されて、熱膨張差の低減につながっていると考えられる。また、領域S内に上記の線状のスリットを設け、中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値を60度以下の範囲内とすることで、スリットを設けても通電抵抗が上昇しないことにより、均一な発熱分布が得られると考えている。なお、本発明において、線状のスリットは、図1、2で示すような連続したスリット21a、21b、21cであってもよく、後述の図6(A)及び図6(B)に示すスリット22aのように、所々、途切れて分割されているが、全体として線状であってもよい。
(1-3. Slit)
図1及び図2において、スリット21a、21b、21cは、柱状ハニカム構造部11における位置を示すものであり、細長状であれば、形状は特に限定されない。例えば、スリット21a、21b、21cは、隣接するセル同士が、間の隔壁19が除去されて連結して生じるような形状のスリット21a、21b、21cとなっていてもよい。スリット21a、21b、21cは、柱状ハニカム構造部11の一方の端面に設けられていてもよく、セルの延伸方向に当該スリットが延びて両方の端面にスリットが設けられている形態であってもよい。
In FIGS. 1 and 2, the
図3は、「領域S」、「中心軸O」及び「中心線P」を説明するための断面模式図であり、セル18、隔壁19、及び、スリット21a、21b、21cの図示は省略されている。上記領域Sは、図3に示すように、中心線Pに平行、かつ、中心軸Оから外周壁12までの長さの4/5の距離だけ中心線Pから離れた直線を直線Q1、Q2(図3において、それぞれ点線で示している)としたとき、直線Q1、Q2と外周壁12とで区画される領域である。
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for explaining the "region S", the "center axis O" and the "center line P", and illustration of the
中心線P(図3において、点線で示している)は、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、一対の電極層13a、13bの一方の電極層13aの両端部を結ぶ線分27(図3において、点線で示している)の中点Mから、柱状ハニカム構造部11の中心軸Oを通り、一対の電極層13a、13bの他方の電極層13bまで延びる直線を示す。
The center line P (indicated by a dotted line in FIG. 3) is the both end portions of one
図1及び図2では、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、領域S内に、3つのスリット21a、21b、21cが設けられている例を示している。スリット21aは中心線P上を通り、スリット21b、21cは、それぞれスリット21aと平行に延びるように設けられている。
なお、本発明の実施形態におけるハニカム構造体に設けられた線状スリットは、直線状に延びるスリットから、一部分岐したスリットが存在するようなスリットの形態は含まない。すなわち、本発明の実施形態におけるハニカム構造体に設けられた線状スリットは分岐していないスリットである。
1 and 2 show an example in which three
Note that the linear slits provided in the honeycomb structure in the embodiment of the present invention do not include slits that are partially branched from linearly extending slits. That is, the linear slits provided in the honeycomb structure in the embodiment of the present invention are non-branched slits.
本発明の実施形態に係るハニカム構造体10は、上述のように、上記領域S内に線状のスリット21a、21b、21cが設けられているため、耐熱衝撃性が向上し、クラックの発生を抑制することができる。また、スリット21a、21b、21cは、それぞれ、中心線Pに対するスリット21a、21b、21cの傾きの絶対値が60度以下(0度以上60度以下)の範囲内に制御されているため、ハニカム構造体10の抵抗や電流経路の変化が抑えられ、通電による発熱分布の変化を抑制することができる。中心線Pに対するスリット21a、21b、21cの傾きの絶対値は、ハニカム構造体10の抵抗や電流経路の変化をより抑制するという観点から、45度以下であるのが好ましく、30度以下であるのがより好ましい。
Since the
上述の、中心線Pに対するスリット21a、21b、21cの傾きの絶対値について、図10(A)、(B)を用いて説明する。図10(A)に示すスリット21aは、中心線Pに対して、反時計回りにθ度傾いている。図10(B)に示すスリット21aは、中心線Pに対して、時計回りにθ度傾いている。本発明において、このような中心線Pに対して反時計回りに傾いている角度及び時計回りに傾いている角度を、いずれも、中心線Pに対するスリット21a、21b、21cの傾きの絶対値(θ)としている。
The absolute values of the inclinations of the
本発明の実施形態に係るハニカム構造体10は、スリット21a、21b、21cを設ける端面を、排気ガス流れの上流側に設けるのが好ましい。このような構成によれば、より高温の排気ガスが通過する端面にスリット21a、21b、21cが形成されていることになり、熱衝撃を良好に緩和することができ、クラック発生をより良好に抑制することができる。
In the
スリット21a、21b、21cの、柱状ハニカム構造部11の外径に対する長さの割合は、25~99%であるのが好ましい。スリット21a、21b、21cの、柱状ハニカム構造部11の外径に対する長さの割合が25%以上であると、熱衝撃をより良好に緩和することができ、クラック発生をより良好に抑制することができる。
The ratio of the length of the
スリット21a、21b、21cの、ハニカム構造体10における一方の端面からのセル18の流路方向における深さが、柱状ハニカム構造部11の全長の30%以上であるのが好ましい。スリット21a、21b、21cの当該深さが、柱状ハニカム構造部11の全長の30%以上であると、より耐熱衝撃性が向上する。スリット21a、21b、21cの当該深さは、柱状ハニカム構造部11の全長の30~100%であるのがより好ましく、50~100%であるのが更により好ましく、70~100%であるのが更により好ましい。
It is preferable that the depth of the
スリット21a、21b、21cは、セル18を含むように形成されていてもよく、隔壁19のみに形成されていてもよい。スリット21a、21b、21cがセル18を含むように形成されていると、隣接するセル18の間の隔壁19を除去するのみで、複数のセル18が連結した構造のスリットを形成することができ、製造効率が良好となる。
The
スリットの数は特に限定されず、図1、2に示すように、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、スリット21a、21b、21cが、互いに独立して複数設けられていてもよく、図4に示すように、1本のスリット21aのみが形成されていてもよい。なお、図4に記載されたスリット21aは、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面における位置を示すものであり、スリット21aの形状は特に限定されない。これは、後述の図5~10に記載された各スリットについても同様である。
The number of slits is not particularly limited, and as shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of
スリットは、2本、または、4本以上が独立して形成されていてもよい。スリットが複数本、独立して形成されていることで、ハニカム構造体10におけるクラックの発生を良好に制御することができる。また、スリットの幅は特に限定されない。例えば、スリットが、隣接するセル同士で、間の隔壁19が除去されて連結して生じるような形状である場合、当該スリットの幅はセル18の幅と同程度に形成される。または、スリットの幅を、セル18の幅より小さく、または大きく形成してもよい。各スリットの幅は、特に限定されないが、1~10mmであってもよい。各スリットの幅は、ハニカム構造体10の大きさ、材質、用途、及び、スリットの本数や長さ等によって適宜調整可能である。
Two or four or more slits may be formed independently. Since a plurality of slits are formed independently, the occurrence of cracks in the
図1、2及び4に示す例では、スリット21aが、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、柱状ハニカム構造部11の中心軸Oを通っているが、これに限られず、図5に示すように、中心軸Oを通らないスリット21b、21cのみで構成されていてもよい。
In the examples shown in FIGS. 1, 2 and 4, the
本発明の実施形態において、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、スリットが、柱状ハニカム構造部11の中心部を通ることが好ましい。当該中心部は、柱状ハニカム構造部11の中心軸Oから外周壁12までの距離の1/3の領域である。このような構成によれば、ハニカム構造体10の抵抗や電流経路の変化をより良好に抑制することができる。当該中心部は、柱状ハニカム構造部11の中心軸Oから外周壁12までの距離の1/4の領域であるのがより好ましく、1/5の領域であるのがより好ましい。
In the embodiment of the present invention, it is preferable that the slits pass through the central portion of the
図6(A)、(B)に示すように、線状のスリット22aが、スリット22aが延びる方向に沿って、分割して設けられていてもよい。図6(A)では、同程度の長さのスリットに分割されており、図6(B)では、長さの異なるスリットに分割されている。スリットを分割して形成することで、ハニカム構造体10におけるクラックの発生を良好に制御することができる。スリット22aの分割数は特に限定されず、2つ、3つ、または、4つ以上に分割して形成されていてもよい。また、分割して形成されたスリットと、分割していないスリットとの混合による、複数本のスリットが設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 6A and 6B,
図7に示すように、柱状ハニカム構造部11は、外周壁12にセル18の流路方向に延びる外周スリット23a~23hをさらに有し、スリット21aと、外周スリット23a~23hとが独立して存在していてもよい。スリット21aに加えて、更に外周スリット23a~23hを形成することで、耐熱衝撃性がより向上する。図7では、中心線Pの延長線上に外周スリット23a及び23eが形成されている。また、柱状ハニカム構造部11のセル18の流路方向に垂直な断面において、外周スリット23a及び23eが中心軸Oからそれぞれ0度、180度の方向の外周壁12に形成されているとすると、外周スリット23c、23gは、中心軸Oからそれぞれ、90度、270度の方向の外周壁12に形成されており、外周スリット23b、23d、23f、23hは、中心軸Oからそれぞれ、60度、120度、240度、300度の方向の外周壁12に形成されている。また、外周スリット23a、23eは、いずれも、電極層13a、13bまで延びており、これによって電極層13a、13bがそれぞれ分割されている。また、スリットが分割したものであっても、同様に、外周スリットを設けてもよい。このようなハニカム構造体として、図8(A)、(B)では、上述の図6(A)、(B)で示した分割したスリット22aが形成されたハニカム構造体において、同様に、外周スリット23a~23hが設けられた構成を示している。
As shown in FIG. 7, the columnar
外周スリット23a~23hの幅は、特に限定されないが、1~10mmであってもよい。外周スリット23a~23hの幅は、ハニカム構造体10の大きさ、材質、用途、及び、外周スリット23a~23hの本数や長さ等によって適宜調整可能である。
The width of the
本発明の実施形態に係るハニカム構造体10は、スリット21a、21b、21c、22a内の空間の少なくとも一部に充填材が設けられていてもよい。このように、スリット21a、21b、21c、22a内の空間の少なくとも一部に充填材が設けられることにより、ハニカム構造体10のアイソスタティック強度が向上する。「少なくとも一部」に充填する場合、スリット21a、21b、21c、22aの深さ方向における「一部」に充填してもよく、スリット21a、21b、21c、22aの長さ方向における「一部」に充填してもよく、これらの組合せでもよい。また、スリット21a、21b、21c、22a内の空間の全てに充填材を設けてもよい。
In the
充填材は、柱状ハニカム構造部11の主成分が炭化珪素、又は炭化珪素-金属珪素複合材である場合、炭化珪素を20質量%以上含有することが好ましく、20~50質量%含有することが更に好ましい。これにより、充填材の熱膨張係数を、柱状ハニカム構造部11の熱膨張係数に近い値にすることができ、ハニカム構造体10の耐熱衝撃性を向上させることができる。充填材は、シリカ、アルミナ等を50質量%以上含有するものであってもよい。
When the main component of the columnar
本発明の実施形態に係るハニカム構造体10において、充填材のヤング率は、0.001~20GPaであることが好ましく、0.005~15GPaであることが更に好ましく、0.01~10GPaであることが特に好ましい。充填材のヤング率が0.001GPa以上であると、ハニカム構造体10の機械的強度が良好となる。充填材のヤング率が20GPa以下であると、ハニカム構造体10の耐熱衝撃性が良好となる。
In the
本発明の実施形態に係るハニカム構造体10において、充填材の電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の100~100000%であることが好ましい。また、充填材の電気抵抗率は、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の200~100000%であることが更に好ましく、300~100000%であることが特に好ましい。充填材の電気抵抗率が、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の100%以上であると、充填材に電流が流れ難くなるため、柱状ハニカム構造部11に均一に電流を流すことが容易となる。充填材の電気抵抗率は、高くても特に問題はない。充填材は絶縁体であってもよい。充填材の電気抵抗率は、実際には、柱状ハニカム構造部11の電気抵抗率の100000%程度が上限となる。充填材としては、複数種の充填材を併用してもよい。例えば、1本のスリットの中で部位によって使い分けたり、スリットによって使い分けたりすることができる。
In the
(2.電気加熱式担体)
図9は、本発明の実施形態における電気加熱式担体30のセルの延伸方向に垂直な断面模式図である。電気加熱式担体30は、ハニカム構造体10と、ハニカム構造体10の電極層13a、13bに電気的に接続された金属電極33a、33bとを備えている。
(2. Electrically heated carrier)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the cells of the electrically
(2-1.金属電極)
金属電極33a、33bは、ハニカム構造体10の電極層13a、13b上に設けられている。金属電極33a、33bは、一方の金属電極33aが、他方の金属電極33bに対して、柱状ハニカム構造部11の中心軸を挟んで対向するように配設される一対の金属電極であってもよい。金属電極33a、33bは、電極層13a、13bを介して電圧を印加すると通電してジュール熱により柱状ハニカム構造部11を発熱させることが可能である。このため、電気加熱式担体30はヒーターとしても好適に用いることができる。印加する電圧は12~900Vが好ましく、64~600Vが更に好ましいが、印加する電圧は適宜変更可能である。
(2-1. Metal electrode)
The
金属電極33a、33bの材質としては、金属であれば特段の制約はなく、単体金属及び合金等を採用することもできるが、耐食性、電気抵抗率及び線膨張率の観点から例えば、Cr、Fe、Co、Ni及びTiよりなる群から選択される少なくとも一種を含む合金とすることが好ましく、ステンレス鋼及びFe-Ni合金がより好ましい。金属電極33a、33bの形状及び大きさは、特に限定されず、電気加熱式担体30の大きさや通電性能等に応じて、適宜設計することができる。
The material of the
電気加熱式担体30に触媒を担持することにより、電気加熱式担体30を触媒体として使用することができる。ハニカム構造体10の複数のセル18の流路には、例えば、自動車排気ガス等の流体を流すことができる。触媒としては、例えば、貴金属系触媒又はこれら以外の触媒が挙げられる。貴金属系触媒としては、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)といった貴金属をアルミナ細孔表面に担持し、セリア、ジルコニア等の助触媒を含む三元触媒や酸化触媒、又は、アルカリ土類金属と白金を窒素酸化物(NOx)の吸蔵成分として含むNOx吸蔵還元触媒(LNT触媒)が例示される。貴金属を用いない触媒として、銅置換又は鉄置換ゼオライトを含むNOx選択還元触媒(SCR触媒)等が例示される。また、これらの触媒からなる群から選択される2種以上の触媒を用いてもよい。なお、触媒の担持方法についても特に制限はなく、従来、ハニカム構造体に触媒を担持する担持方法に準じて行うことができる。
By supporting a catalyst on the electrically
(3.ハニカム構造体の製造方法)
次に、本発明の実施形態に係るハニカム構造体10を製造する方法について例示的に説明する。本発明の実施形態に係るハニカム構造体10の製造方法は一実施形態において、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得る工程A1と、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を焼成してハニカム構造体を得る工程A2とを含む。
(3. Manufacturing method of honeycomb structure)
Next, a method for manufacturing the
工程A1は、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を得る工程である。
まず、外周壁と、外周壁の内側に配設され、一方の端面から他方の端面まで貫通して流路を形成する複数のセルを区画形成する隔壁と、を有するセラミックス製の柱状ハニカム構造部を準備する。
次に、柱状ハニカム構造部の端面から線状のスリットとなるように隔壁を取り除くことにより、線状のスリットを形成する。なお、線状のスリットは、ハニカム構造部を焼成した後に、加工によって隔壁を除去することでも形成することができる。
次に、未焼成ハニカム構造部の所定領域に、電極層形成ペーストを塗布する。これによって、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部が得られる。
Step A1 is a step of obtaining an unfired honeycomb structure with electrode layer forming paste.
First, a columnar honeycomb structure made of ceramics, having an outer peripheral wall and a partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end face to the other end face. prepare.
Next, linear slits are formed by removing the partition walls from the end faces of the columnar honeycomb structure so as to form linear slits. The linear slits can also be formed by removing the partition walls by processing after firing the honeycomb structure.
Next, an electrode layer forming paste is applied to a predetermined region of the unfired honeycomb structure. As a result, an unfired honeycomb structure with the electrode layer forming paste is obtained.
工程A1の柱状ハニカム構造部の作製としては、まず、炭化珪素粉末(炭化珪素)に、金属珪素粉末(金属珪素)、バインダ、界面活性剤、造孔材、水等を添加して成形原料を作製する。炭化珪素粉末の質量と金属珪素粉末の質量との合計に対して、金属珪素粉末の質量が10~40質量%となるようにすることが好ましい。炭化珪素粉末における炭化珪素粒子の平均粒子径は、3~50μmが好ましく、3~40μmが更に好ましい。金属珪素(金属珪素粉末)における金属珪素粒子の平均粒子径は、2~35μmであることが好ましい。炭化珪素粒子及び金属珪素(金属珪素粒子)の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。炭化珪素粒子は、炭化珪素粉末を構成する炭化珪素の微粒子であり、金属珪素粒子は、金属珪素粉末を構成する金属珪素の微粒子である。なお、これは、工程A1の柱状ハニカム構造部の材質を、珪素-炭化珪素系複合材とする場合の成形原料の配合であり、当該材質を炭化珪素とする場合には、金属珪素は添加しない。 For the production of the columnar honeycomb structure in step A1, first, silicon carbide powder (silicon carbide) is added with metal silicon powder (metal silicon), a binder, a surfactant, a pore-forming material, water, and the like to obtain a forming raw material. make. It is preferable that the mass of the metal silicon powder is 10 to 40% by mass with respect to the sum of the mass of the silicon carbide powder and the mass of the metal silicon powder. The average particle size of silicon carbide particles in the silicon carbide powder is preferably 3 to 50 μm, more preferably 3 to 40 μm. The average particle size of the metallic silicon particles in the metallic silicon (metallic silicon powder) is preferably 2 to 35 μm. The average particle size of silicon carbide particles and metallic silicon (metallic silicon particles) refers to the volume-based arithmetic mean diameter when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method. The silicon carbide particles are fine particles of silicon carbide that constitute the silicon carbide powder, and the metallic silicon particles are fine particles of metallic silicon that constitute the metallic silicon powder. Note that this is the composition of the forming raw materials when the material of the columnar honeycomb structure portion in step A1 is a silicon-silicon carbide composite material, and when the material is silicon carbide, metallic silicon is not added. .
バインダとしては、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、ヒドロキシプロポキシルセルロース、ヒドロキシエチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ポリビニルアルコール等を挙げることができる。これらの中でも、メチルセルロースとヒドロキシプロポキシルセルロースとを併用することが好ましい。バインダの含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、2.0~10.0質量部であることが好ましい。 Binders include methylcellulose, hydroxypropylmethylcellulose, hydroxypropoxylcellulose, hydroxyethylcellulose, carboxymethylcellulose, polyvinyl alcohol and the like. Among these, it is preferable to use methyl cellulose and hydroxypropoxyl cellulose together. The content of the binder is preferably 2.0 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
水の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、20~60質量部であることが好ましい。 The content of water is preferably 20 to 60 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
界面活性剤としては、エチレングリコール、デキストリン、脂肪酸石鹸、ポリアルコール等を用いることができる。これらは、1種単独で使用してもよいし、2種以上を組み合わせて使用してもよい。界面活性剤の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.1~2.0質量部であることが好ましい。 Ethylene glycol, dextrin, fatty acid soap, polyalcohol and the like can be used as surfactants. These may be used individually by 1 type, and may be used in combination of 2 or more type. The content of the surfactant is preferably 0.1 to 2.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass.
造孔材としては、焼成後に気孔となるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、グラファイト、澱粉、発泡樹脂、吸水性樹脂、シリカゲル等を挙げることができる。造孔材の含有量は、炭化珪素粉末及び金属珪素粉末の合計質量を100質量部としたときに、0.5~10.0質量部であることが好ましい。造孔材の平均粒子径は、10~30μmであることが好ましい。造孔材の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。造孔材が吸水性樹脂の場合には、造孔材の平均粒子径は吸水後の平均粒子径のことである。 The pore-forming material is not particularly limited as long as it forms pores after baking, and examples thereof include graphite, starch, foamed resin, water-absorbing resin, silica gel, and the like. The content of the pore-forming material is preferably 0.5 to 10.0 parts by mass when the total mass of the silicon carbide powder and the metal silicon powder is 100 parts by mass. The average particle size of the pore-forming material is preferably 10-30 μm. The average particle diameter of the pore-forming material refers to the volume-based arithmetic mean diameter when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method. When the pore-forming material is a water absorbent resin, the average particle size of the pore-forming material means the average particle size after water absorption.
次に、得られた成形原料を混練して坏土を形成した後、坏土を成形(例えば、押出成形)してハニカム成形体を作製する。押出成形に際しては、所望の全体形状、セル形状、隔壁厚み、セル密度等を有する口金を用いることができる。次に、得られたハニカム成形体について、乾燥を行うことが好ましい。ハニカム成形体の中心軸方向長さが、所望の長さではない場合は、ハニカム成形体の両底部を切断して所望の長さとすることができる。乾燥後のハニカム成形体をハニカム乾燥体と呼ぶ。 Next, after kneading the obtained forming raw material to form a clay, the clay is formed (for example, extrusion-molded) to produce a formed honeycomb body. For extrusion molding, a die having a desired overall shape, cell shape, partition wall thickness, cell density, etc. can be used. Next, it is preferable to dry the obtained honeycomb molded body. When the length of the honeycomb formed body in the central axis direction is not the desired length, the desired length can be obtained by cutting both bottom portions of the honeycomb formed body. The dried honeycomb molded body is called a honeycomb dried body.
工程A1における、電極層を形成するための電極層形成ペーストの調合について説明する。電極層形成ペーストは、電極層の要求特性に応じて配合した原料粉(金属粉末、及び/又は、セラミックス粉末等)に各種添加剤を適宜添加して混練することで形成することができる。電極層を積層構造とする場合、第一の電極層用のペースト中の金属粉末の平均粒子径に比べて、第二の電極層用のペースト中の金属粉末の平均粒子径を大きくすることにより、金属端子と電極層の接合強度が向上する傾向にある。金属粉末の平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。 Preparation of the electrode layer forming paste for forming the electrode layer in step A1 will be described. The electrode layer forming paste can be formed by appropriately adding various additives to raw material powder (metal powder and/or ceramic powder, etc.) blended according to the required properties of the electrode layer and kneading the mixture. When the electrode layer has a laminated structure, the average particle size of the metal powder in the paste for the second electrode layer is made larger than the average particle size of the metal powder in the paste for the first electrode layer. , the bonding strength between the metal terminal and the electrode layer tends to improve. The average particle size of metal powder refers to the volume-based arithmetic mean size when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
電極層形成ペーストを調合する方法、及び電極層形成ペーストをハニカム成形体に塗布する方法については、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が、電極層をハニカム構造部に比べて低い電気抵抗率にするために、ハニカム構造部よりも金属の含有比率を高めたり、金属粒子の粒径を小さくしたりすることができる。 The method of preparing the electrode layer forming paste and the method of applying the electrode layer forming paste to the formed honeycomb body can be carried out according to a known method for manufacturing a honeycomb structure. In order to make the electrical resistivity lower than that of the honeycomb structure portion, the metal content ratio can be increased or the particle size of the metal particles can be made smaller than that of the honeycomb structure portion.
柱状ハニカム構造体の製造方法の変更例として、工程A1において、電極層形成ペーストを塗布する前に、ハニカム成形体を一旦焼成してもよい。すなわち、この変更例では、ハニカム成形体を焼成してハニカム焼成体を作製し、当該ハニカム焼成体に、電極層形成ペーストを塗布する。 As a modified example of the method for manufacturing a columnar honeycomb structure, in step A1, the formed honeycomb body may be once fired before applying the electrode layer forming paste. That is, in this modified example, a honeycomb formed body is fired to produce a honeycomb fired body, and the electrode layer forming paste is applied to the honeycomb fired body.
工程A2では、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を焼成して、ハニカム構造体10を得る。焼成を行う前に、電極層形成ペースト付き未焼成ハニカム構造部を乾燥してもよい。また、焼成の前に、バインダ等を除去するため、脱脂を行ってもよい。焼成条件としては、窒素、アルゴン等の不活性雰囲気において、1400~1500℃で、1~20時間加熱することが好ましい。また、焼成後、耐久性向上のために、1200~1350℃で、1~10時間、酸化処理を行うことが好ましい。脱脂及び焼成の方法は特に限定されず、電気炉、ガス炉等を用いて焼成することができる。
In step A2, the
(4.電気加熱式担体の製造方法)
本発明の実施形態に係る電気加熱式担体30の製造方法は一実施形態において、ハニカム構造体10の電極層上に、金属電極を固定する。固定方法としては、例えば、レーザー溶接、溶射、超音波溶接など、従来知られている方法が挙げられる。より具体的には、ハニカム構造体10の柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで、電極層の外面上において、一対の金属電極を設ける。このようにして、本発明の実施形態に係る電気加熱式担体30が得られる。
(4. Method for producing electrically heated carrier)
In one embodiment of the method for manufacturing the electrically
(5.排気ガス浄化装置)
上述した本発明の実施形態に係る電気加熱式担体30は、排気ガス浄化装置に用いることができる。当該排気ガス浄化装置は、電気加熱式担体30と、当該電気加熱式担体30を保持する金属製の筒状部材とを有する。排気ガス浄化装置において、電気加熱式担体30は、エンジンからの排気ガスを流すための排気ガス流路の途中に設置される。排気ガス浄化装置において、柱状ハニカム構造部11の一方の端面が、排気ガス流れの上流側に設けられていることが好ましい。このような構成によれば、より高温の排気ガスが通過する端面にハニカム構造体10のスリット21a、21b、21cが形成されていることになり、熱衝撃を良好に緩和することができ、クラック発生をより良好に抑制することができる。
(5. Exhaust gas purification device)
The electrically
以下、本発明及びその利点をより良く理解するための実施例を例示するが、本発明は実施例に限定されるものではない。 The following examples are provided for a better understanding of the invention and its advantages, but are not intended to limit the invention.
<実施例1>
(1.坏土の作製)
炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末とを80:20の質量割合で混合してセラミックス原料を調製した。そして、セラミックス原料に、バインダとしてヒドロキシプロピルメチルセルロース、造孔材として吸水性樹脂を添加すると共に、水を添加して成形原料とした。そして、成形原料を真空土練機により混練し、円柱状の坏土を作製した。バインダの含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに7質量部とした。造孔材の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに3質量部とした。水の含有量は炭化珪素(SiC)粉末と金属珪素(Si)粉末の合計を100質量部としたときに42質量部とした。炭化珪素粉末の平均粒子径は20μmであり、金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。また、造孔材の平均粒子径は20μmであった。炭化珪素粉末、金属珪素粉末及び造孔材の平均粒子径は、レーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
<Example 1>
(1. Preparation of Clay)
A ceramic raw material was prepared by mixing silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder at a mass ratio of 80:20. Then, hydroxypropylmethyl cellulose as a binder, a water-absorbing resin as a pore-forming material, and water were added to the ceramic raw material to obtain a molding raw material. Then, the forming raw material was kneaded by a vacuum kneader to prepare a cylindrical kneaded material. The binder content was 7 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The content of the pore-forming material was 3 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The content of water was 42 parts by mass when the total of silicon carbide (SiC) powder and metal silicon (Si) powder was 100 parts by mass. The silicon carbide powder had an average particle size of 20 μm, and the metallic silicon powder had an average particle size of 6 μm. Also, the average particle size of the pore-forming material was 20 μm. The average particle size of the silicon carbide powder, metallic silicon powder and pore-forming material refers to the volume-based arithmetic mean size when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
(2.ハニカム乾燥体の作製)
得られた円柱状の坏土を口金構造を有する押出成形機を用いて成形し、セルの流路方向に垂直な断面における各セル形状が六角形である円柱状ハニカム成形体を得た。このハニカム成形体を高周波誘電加熱乾燥した後、熱風乾燥機を用いて120℃で2時間乾燥し、ハニカム乾燥体を作製した。
次に、ハニカム乾燥体の端面から線状のスリットとなるように隔壁を取り除くことにより、線状のスリットを形成した。
(2. Preparation of dried honeycomb body)
The obtained cylindrical clay was molded using an extruder having a die structure to obtain a cylindrical honeycomb molded body in which each cell had a hexagonal shape in a cross section perpendicular to the flow direction of the cells. After the honeycomb molded body was dried by high-frequency dielectric heating, it was dried at 120° C. for 2 hours using a hot air dryer to prepare a dried honeycomb body.
Next, linear slits were formed by removing the partition walls from the end faces of the dried honeycomb body so as to form linear slits.
(3.電極層形成ペーストの調製)
金属珪素(Si)粉末、炭化珪素(SiC)粉末、メチルセルロース、グリセリン、及び水を、自転公転攪拌機で混合して、電極層形成ペーストを調製した。Si粉末、及びSiC粉末は体積比で、Si粉末:SiC粉末=40:60となるように配合した。また、Si粉末、及びSiC粉末の合計を100質量部としたときに、メチルセルロースは0.5質量部であり、グリセリンは10質量部であり、水は38質量部であった。金属珪素粉末の平均粒子径は6μmであった。炭化珪素粉末の平均粒子径は35μmであった。これらの平均粒子径はレーザー回折法で粒度の頻度分布を測定したときの、体積基準による算術平均径を指す。
(3. Preparation of electrode layer forming paste)
Metallic silicon (Si) powder, silicon carbide (SiC) powder, methyl cellulose, glycerin, and water were mixed with a rotation-revolution stirrer to prepare an electrode layer forming paste. The Si powder and the SiC powder were blended in a volume ratio of Si powder:SiC powder=40:60. Further, when the total of Si powder and SiC powder was 100 parts by mass, methyl cellulose was 0.5 parts by mass, glycerin was 10 parts by mass, and water was 38 parts by mass. The average particle size of the metallic silicon powder was 6 μm. The silicon carbide powder had an average particle size of 35 μm. These average particle diameters refer to volume-based arithmetic mean diameters when the frequency distribution of particle sizes is measured by a laser diffraction method.
(4.電極層形成ペーストの塗布及び焼成)
次に、この電極層形成ペーストを曲面印刷機によって、ハニカム乾燥体に対して適切な面積及び膜厚で塗布し、さらに熱風乾燥機で120℃、30分乾燥した。
次に、「スリットを形成した電極層形成ペースト付きハニカム乾燥体」に充填材用原料を、箆(へら)を用いて充填し、「充填材用原料付きハニカム乾燥体」を得た。その後、「充填材用原料付きハニカム乾燥体」を70℃で乾燥した。その後、このハニカム乾燥体をAr雰囲気にて1400℃で3時間焼成し、柱状ハニカム構造体とした。充填材用原料は、電極部形成原料と同じ組成とした。
(4. Application and firing of electrode layer forming paste)
Next, this electrode layer forming paste was applied to the dried honeycomb body with a suitable area and film thickness using a curved surface printer, and dried at 120° C. for 30 minutes with a hot air dryer.
Next, the "dried honeycomb body with electrode layer forming paste and slits" was filled with the raw material for filler using a spatula to obtain the "dried honeycomb body with raw material for filler". After that, the “dried honeycomb body with raw material for filler” was dried at 70°C. After that, the dried honeycomb body was fired in an Ar atmosphere at 1400° C. for 3 hours to obtain a columnar honeycomb structure. The raw material for the filler had the same composition as the raw material for forming the electrode portion.
柱状ハニカム構造体は、底面が外径(直径)100mmの円形であり、高さ(セルの流路方向における長さ)が100mmであり、外周壁の厚みは0.5mmであった。セル密度は93セル/cm2であり、隔壁の厚みは101.6μmであり、隔壁の気孔率は45%であり、隔壁の平均細孔径は8.6μmであった。電極層の厚みは0.3mmであった。 The columnar honeycomb structure had a circular bottom surface with an outer diameter (diameter) of 100 mm, a height (length in the flow direction of the cells) of 100 mm, and an outer peripheral wall thickness of 0.5 mm. The cell density was 93 cells/cm 2 , the partition wall thickness was 101.6 μm, the partition wall porosity was 45%, and the partition wall average pore diameter was 8.6 μm. The thickness of the electrode layer was 0.3 mm.
実施例1で形成されたスリットは、柱状ハニカム構造体のセルの流路方向に垂直な断面において、上述の領域S内に、外周壁にわたらずに線状に設けた。
実施例1のスリットの幅は1mm、長さは99mmであり、柱状ハニカム構造体の外径(直径)に対するスリットの長さの割合は、99%であった。
実施例1の上述の中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値は0度であった。
また、スリットの、柱状ハニカム構造体における一方の端面からのセルの流路方向における深さの割合は、100%とした。
The slits formed in Example 1 were linearly provided in the above-described region S without extending over the outer peripheral wall in the cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure.
The width of the slit in Example 1 was 1 mm, the length was 99 mm, and the ratio of the length of the slit to the outer diameter (diameter) of the columnar honeycomb structure was 99%.
The absolute value of the inclination of the slit with respect to the center line P of Example 1 was 0 degree.
In addition, the ratio of the depth of the slits in the flow path direction of the cells from one end surface of the columnar honeycomb structure was set to 100%.
<実施例2>
スリットの幅を3mmとした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 2>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the width of the slit was 3 mm.
<実施例3>
柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を80%とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 3>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ratio of the slit length to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was 80%.
<実施例4>
柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を60%とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 4>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ratio of the slit length to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was 60%.
<実施例5>
柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を80%とし、スリットの、柱状ハニカム構造体における一方の端面からのセルの流路方向における深さの割合を60%とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 5>
Except that the ratio of the length of the slits to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was set to 80%, and the ratio of the depth of the slits in the flow direction of the cells from one end surface of the columnar honeycomb structure was set to 60%. A sample was prepared in the same manner as in Example 1.
<実施例6>
柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を80%とし、上述の中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値を30度とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 6>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ratio of the length of the slits to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was 80% and the absolute value of the inclination of the slits with respect to the center line P was 30 degrees.
<実施例7>
柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を80%とし、上述の中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値を60度とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 7>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the ratio of the length of the slits to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was set to 80%, and the absolute value of the inclination of the slits with respect to the center line P was set to 60 degrees.
<実施例8>
スリットを、略等間隔にミシン目のように部分的に途切れた線状とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 8>
A sample was produced in the same manner as in Example 1, except that the slits were formed in a linear shape partially interrupted like perforations at substantially equal intervals.
<実施例9>
スリットを、柱状ハニカム構造体の中心部では連続し、外周付近ではミシン目のように部分的に途切れた線状とした以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Example 9>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that the slits were continuous in the central part of the columnar honeycomb structure and were partially discontinuous like perforations near the periphery.
<実施例10>
実施例3のスリットに対し、当該スリットの両脇において、当該スリットに平行して等間隔に離間した、それぞれ1本のスリットを設けた以外は、実施例3と同様にサンプルを作製した。当該スリット(表1の「中央」)に平行して等間隔に離間して設けられた各スリット(表1の「外側」)については、柱状ハニカム構造体の外径に対するスリットの長さの割合を60%とした。
<Example 10>
A sample was prepared in the same manner as in Example 3, except that one slit was provided on both sides of the slit in parallel with the slit of Example 3 and spaced apart at regular intervals. For each slit (“outside” in Table 1) provided at equal intervals parallel to the slit (“center” in Table 1), the ratio of the length of the slit to the outer diameter of the columnar honeycomb structure was set to 60%.
<比較例1>
スリットを設けなかった以外は、実施例1と同様にサンプルを作製した。
<Comparative Example 1>
A sample was prepared in the same manner as in Example 1, except that no slit was provided.
<比較例2>
上述の中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値を90度とした以外は、実施例3と同様にサンプルを作製した。
<Comparative Example 2>
A sample was produced in the same manner as in Example 3, except that the absolute value of the slope of the slit with respect to the center line P was set to 90 degrees.
図11に、実施例1~10及び比較例1~2におけるスリットの配置形態を示すハニカム構造体のセルの延伸方向に垂直な断面模式図を示す。実施例1~10のスリットは、いずれも上述の領域S内に形成されている。また、表1に、実施例1~10及び比較例1~2におけるハニカム構造部及びスリットの各構成を示す。 FIG. 11 shows a schematic cross-sectional view perpendicular to the extending direction of the cells of the honeycomb structure showing the arrangement of slits in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2. As shown in FIG. The slits of Examples 1 to 10 are all formed within the region S described above. Further, Table 1 shows configurations of the honeycomb structure portion and the slits in Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2.
(5.通電抵抗)
実施例1~10及び比較例1~2の各サンプルに対し、外周面に銀ペーストを塗布し、配線して通電できるようにした。次に、サンプルに電圧印加電流測定装置をつないだ。次に、サンプルの中央部に熱電対を設置して、電圧を印加し、電圧印加時の試験片温度の経時変化をレコーダーにて確認した。具体的には、100~200Vの電圧を印加し、サンプル温度が400℃の状態における電流値及び電圧値を測定し、得られた電流値及び電圧値から通電抵抗(Ω)を算出した。
(5. Current resistance)
For each of the samples of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2, a silver paste was applied to the outer peripheral surface, and wiring was made so that electricity could be supplied. Next, a voltage applied current measuring device was connected to the sample. Next, a thermocouple was placed in the center of the sample, a voltage was applied, and changes in the temperature of the test piece over time during voltage application were confirmed with a recorder. Specifically, a voltage of 100 to 200 V was applied, the current value and voltage value were measured at a sample temperature of 400° C., and the current resistance (Ω) was calculated from the obtained current value and voltage value.
(6.通電性能)
実施例1~10及び比較例1~2の各サンプルに対し、200Vの電圧を印加し、通電試験を行った。そして、その際のサンプルの最高温度を測定した。本試験では、最高温度が高いほど、発熱に偏りがあることを意味し、通電時にクラックが発生しやすくなる。
(6. Conducting performance)
A voltage of 200 V was applied to each of the samples of Examples 1 to 10 and Comparative Examples 1 and 2 to conduct a current test. Then, the maximum temperature of the sample at that time was measured. In this test, the higher the maximum temperature, the more uneven the heat generation, and the more likely cracks were to occur when the current was applied.
(7.耐熱衝撃性試験)
サンプルを収納する金属ケースと、当該金属ケース内に加熱ガスを供給することができるプロパンガスバーナーと、を備えたプロパンガスバーナー試験機を用いてサンプルの加熱冷却試験を実施した。上記加熱ガスは、ガスバーナー(プロパンガスバーナー)でプロパンガスを燃焼させることにより発生する燃焼ガスとした。そして、上記加熱冷却試験によって、サンプルにクラックが発生するか否かを確認することにより、耐熱衝撃性を評価した。具体的には、まず、プロパンガスバーナー試験機の金属ケースに、得られたサンプルを収納(キャニング)した。そして、金属ケース内に、プロパンガスバーナーにより加熱されたガス(燃焼ガス)を供給し、ハニカム構造体内を通過するようにした。金属ケースに流入する加熱ガスの温度条件(入口ガス温度条件)を以下のようにした。まず、5分で指定温度まで昇温し、指定温度で10分間保持し、その後、5分で100℃まで冷却し、100℃で10分間保持した。このような昇温、冷却、保持の一連の操作を「昇温、冷却操作」と称する。その後、サンプルのクラックを確認した。そして、指定温度を825℃から25℃ずつ上昇させながら上記「昇温、冷却操作」を繰り返した。指定温度は、825℃から25℃ずつ、14段階設定した。つまり、上記「昇温、冷却操作」は、指定温度が1150℃になるまで行った。指定温度が高くなると昇温峻度が大きくなり、中心部に対して外周部の昇温が遅れることにより、中心部と外周部の温度差が拡大し、発生応力が大きくなる。表1において、「耐熱衝撃性試験」の欄は、耐熱衝撃性試験において、ハニカム構造体にクラックが発生したときの指定温度を示している。
試験条件及び評価結果を表1に示す。
(7. Thermal shock resistance test)
A sample heating and cooling test was performed using a propane gas burner tester equipped with a metal case for housing a sample and a propane gas burner capable of supplying heating gas into the metal case. The heating gas was combustion gas generated by burning propane gas with a gas burner (propane gas burner). Then, the thermal shock resistance was evaluated by confirming whether or not cracks were generated in the sample by the above heating and cooling test. Specifically, first, the obtained sample was housed (canned) in a metal case of a propane gas burner tester. Gas (combustion gas) heated by a propane gas burner was supplied into the metal case and passed through the honeycomb structure. The temperature condition of the heating gas flowing into the metal case (inlet gas temperature condition) was set as follows. First, the temperature was raised to the specified temperature in 5 minutes, held at the specified temperature for 10 minutes, cooled to 100° C. in 5 minutes, and held at 100° C. for 10 minutes. A series of operations such as heating, cooling, and holding are referred to as "heating and cooling operations". After that, the sample was checked for cracks. Then, while increasing the specified temperature from 825° C. by 25° C., the above “heating and cooling operations” were repeated. The specified temperature was set in 14 steps, starting from 825°C and 25°C each. In other words, the above "heating and cooling operations" were performed until the specified temperature reached 1150°C. As the designated temperature increases, the temperature rise steepness increases, and the temperature rise in the outer peripheral portion is delayed relative to that in the central portion. In Table 1, the column of "Thermal shock resistance test" indicates the specified temperature at which cracks occurred in the honeycomb structure in the thermal shock resistance test.
Table 1 shows test conditions and evaluation results.
(8.考察)
実施例1~10のサンプルは、それぞれ、柱状ハニカム構造体の断面における上述の領域S内に、外周壁にわたらずに、分岐していないスリットが設けられており、中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値θが60度以下であった。このため、いずれも通電性能が良好となり、耐熱衝撃性が良好であった。
比較例1は、スリットを設けておらず、耐熱衝撃性が不良であった。
比較例2は、中心線Pに対するスリットの傾きの絶対値θが90度であり、通電性能が不良であった。
(8. Consideration)
In each of the samples of Examples 1 to 10, a non-branching slit was provided in the above-described region S in the cross section of the columnar honeycomb structure without extending to the outer peripheral wall, and the inclination of the slit with respect to the center line P was 60 degrees or less. For this reason, all of them had good current-carrying performance and good thermal shock resistance.
Comparative Example 1 did not have slits and had poor thermal shock resistance.
In Comparative Example 2, the absolute value θ of the inclination of the slit with respect to the center line P was 90 degrees, and the electrical conduction performance was poor.
10 ハニカム構造体
11 柱状ハニカム構造部
12 外周壁
13a、13b 電極層
18 セル
19 隔壁
21a、21b、21c スリット
22a スリット
23a、23b、23c、23d、23e、23f、23g、23h 外周スリット
30 電気加熱式担体
33a、33b 金属電極
10
Claims (15)
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで、前記外周壁の外面上において、前記セルの流路方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層と、
を備え、
前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、下記に示す領域S内に、前記外周壁にわたらない線状のスリットが設けられており、
中心線Pに対する前記スリットの傾きの絶対値θが、60度以下であり、
(前記中心線Pは、前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、一方の前記電極層の両端部を結ぶ線分の中点から、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を通り、他方の前記電極層まで延びる直線を示す。
前記領域Sは、前記中心線Pに平行、かつ、前記中心軸から前記外周壁までの長さの4/5の距離だけ前記中心線Pから離れた直線を直線Q1、Q2としたとき、前記直線Q1、Q2と前記外周壁とで区画される領域を示す。)
前記スリットが、少なくとも、前記柱状ハニカム構造部の一方の端面に設けられているハニカム構造体。 a columnar honeycomb structure made of ceramics, comprising: an outer peripheral wall; and a partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end face to the other end face. ,
a pair of electrode layers provided on the outer surface of the outer peripheral wall with the central axis of the columnar honeycomb structure part interposed therebetween so as to extend in a band shape in the flow channel direction of the cells;
with
In a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure, a linear slit that does not extend to the outer peripheral wall is provided in a region S shown below,
the absolute value θ of the inclination of the slit with respect to the center line P is 60 degrees or less,
(The center line P is the central axis of the columnar honeycomb structure portion extending from the midpoint of a line segment connecting both ends of one electrode layer in a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure portion. through to the other electrode layer.
The region S is defined by straight lines Q1 and Q2 , which are parallel to the center line P and separated from the center line P by a distance of 4/5 of the length from the center axis to the outer peripheral wall. , indicates a region defined by the straight lines Q 1 , Q 2 and the outer peripheral wall. )
A honeycomb structure, wherein the slit is provided in at least one end face of the columnar honeycomb structure.
前記柱状ハニカム構造部の中心軸を挟んで、前記外周壁の外面上において、前記セルの流路方向に帯状に延びるように設けられた一対の電極層と、
を備え、
前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、下記に示す領域S内に、前記外周壁にわたらずに、分岐していないスリットが設けられており、
中心線Pに対する前記スリットの傾きの絶対値θが、60度以下であり、
(前記中心線Pは、前記柱状ハニカム構造部の前記セルの流路方向に垂直な断面において、一方の前記電極層の両端部を結ぶ線分の中点から、前記柱状ハニカム構造部の中心軸を通り、他方の前記電極層まで延びる直線を示す。
前記領域Sは、前記中心線Pに平行、かつ、前記中心軸から前記外周壁までの長さの4/5の距離だけ前記中心線Pから離れた直線を直線Q1、Q2としたとき、前記直線Q1、Q2と前記外周壁とで区画される領域を示す。)
前記スリットが、少なくとも、前記柱状ハニカム構造部の一方の端面に設けられているハニカム構造体。 a columnar honeycomb structure made of ceramics, comprising: an outer peripheral wall; and a partition wall disposed inside the outer peripheral wall and partitioning a plurality of cells forming a flow path penetrating from one end face to the other end face. ,
a pair of electrode layers provided on the outer surface of the outer peripheral wall with the central axis of the columnar honeycomb structure part interposed therebetween so as to extend in a band shape in the flow channel direction of the cells;
with
In a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure body, a slit that is not branched and does not extend to the outer peripheral wall is provided in a region S shown below,
the absolute value θ of the inclination of the slit with respect to the center line P is 60 degrees or less,
(The center line P is the central axis of the columnar honeycomb structure portion extending from the midpoint of a line segment connecting both ends of one of the electrode layers in a cross section perpendicular to the flow channel direction of the cells of the columnar honeycomb structure portion. through to the other electrode layer.
The region S is defined by straight lines Q1 and Q2 , which are parallel to the center line P and separated from the center line P by a distance of 4/5 of the length from the center axis to the outer peripheral wall. , indicates a region defined by the straight lines Q 1 , Q 2 and the outer peripheral wall. )
A honeycomb structure, wherein the slit is provided at least on one end face of the columnar honeycomb structure.
(前記中心部は、前記柱状ハニカム構造部の中心軸から前記外周壁までの距離の1/3の領域である。) The honeycomb structure according to any one of claims 1 to 6, wherein the slit passes through the central portion of the columnar honeycomb structure in a cross section perpendicular to the flow path direction of the cells of the columnar honeycomb structure.
(The central portion is a region of 1/3 of the distance from the central axis of the columnar honeycomb structure portion to the outer peripheral wall.)
前記スリットと、前記外周スリットとが独立して存在している、請求項1~7のいずれか一項に記載のハニカム構造体。 The columnar honeycomb structure further has an outer peripheral slit extending in the flow direction of the cells in the outer peripheral wall,
The honeycomb structure according to any one of claims 1 to 7, wherein the slit and the peripheral slit exist independently.
前記ハニカム構造体の前記電極層に電気的に接続された金属電極と、
を備えた電気加熱式担体。 a honeycomb structure according to any one of claims 1 to 12;
a metal electrode electrically connected to the electrode layer of the honeycomb structure;
An electrically heated carrier with a
前記電気加熱式担体を保持するための金属製の筒状部材と、
を有する排気ガス浄化装置。 An electrically heated carrier according to claim 13;
a metallic cylindrical member for holding the electrically heated carrier;
An exhaust gas purification device having
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021007374A JP7523368B2 (en) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | Honeycomb structure, electrically heated carrier and exhaust gas purification device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021007374A JP7523368B2 (en) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | Honeycomb structure, electrically heated carrier and exhaust gas purification device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2022111744A true JP2022111744A (en) | 2022-08-01 |
JP7523368B2 JP7523368B2 (en) | 2024-07-26 |
Family
ID=82655925
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021007374A Active JP7523368B2 (en) | 2021-01-20 | 2021-01-20 | Honeycomb structure, electrically heated carrier and exhaust gas purification device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7523368B2 (en) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP6126434B2 (en) | 2013-03-29 | 2017-05-10 | 日本碍子株式会社 | Honeycomb structure |
JP7166846B2 (en) | 2018-09-03 | 2022-11-08 | エスペック株式会社 | Information management system, information management method, terminal device, server, and information management program |
-
2021
- 2021-01-20 JP JP2021007374A patent/JP7523368B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP7523368B2 (en) | 2024-07-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7155054B2 (en) | Electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
US10655526B1 (en) | Support for electric heating type catalyst and exhaust gas purifying device | |
JP7186643B2 (en) | ELECTRICALLY HEATED CARRIER, EXHAUST GAS PURIFICATION DEVICE, METHOD FOR MANUFACTURING ELECTRICALLY HEATED CARRIER, JOINTED BODY, AND METHOD FOR MANUFACTURING JOINTED BODY | |
JP7182530B2 (en) | Electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
JP7335836B2 (en) | Electrically heated carrier, exhaust gas purifier, and method for producing electrically heated carrier | |
JP2022142543A (en) | Honey-comb structure and electric heating carrier | |
US20220287154A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heating support and exhaust gas purifying device | |
WO2021166309A1 (en) | Electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
JP2022111744A (en) | Honeycomb structure, electric heating type carrier, and exhaust emission control system | |
JP7259133B2 (en) | Electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
US20230304429A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heating support, and exhaust gas purification device | |
JP2022144219A (en) | Honeycomb structure, electrically heated carrier and exhaust emission control device | |
JP7392109B2 (en) | Electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
WO2021106261A1 (en) | Electrical heating-type carrier, and exhaust gas purification device | |
US20230313721A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heated carrier, and exhaust gas purification device | |
US11725557B2 (en) | Electric heating type carrier and exhaust gas purification device | |
JP7542465B2 (en) | Manufacturing method of honeycomb structure and manufacturing method of electrically heated carrier | |
US20230278022A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heating catalyst support and exhaust gas purifying device | |
JP2022145121A (en) | Honey-comb structure, electric heating carrier and waste gas purifier | |
WO2021176785A1 (en) | Electric heating-type carrier, exhaust gas purification device, and metal electrode | |
JP2022148732A (en) | Honey-comb structure, electric heating carrier and waste gas purifier | |
JP7453032B2 (en) | Exhaust gas purification device and electrically heated carrier with conductor | |
JP7445674B2 (en) | Electrically heated carrier, exhaust gas purification device, and ceramic-metal bonded body | |
US20230311110A1 (en) | Honeycomb structure, electrically heated carrier and exhaust gas purification device | |
JP2022142542A (en) | Manufacturing method of honey-comb structure and manufacturing method of electric heating carrier |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20231020 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240515 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240521 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240626 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20240709 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20240716 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7523368 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |