JP4673084B2 - Honeycomb filter and exhaust gas treatment device - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカムフィルタ及び排ガス処理装置に関し、さらに詳しくは、流体の流入側の端面が微粒子等で閉塞されることを抑制し、かつ、高強度を維持することが可能なハニカムフィルタ及びそのハニカムフィルタを有する排ガス処理装置に関する。 The present invention relates to a honeycomb filter and an exhaust gas treatment apparatus, and more specifically, a honeycomb filter capable of suppressing clogging of an end surface on the fluid inflow side with fine particles and maintaining high strength and the honeycomb. The present invention relates to an exhaust gas treatment apparatus having a filter.
内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質は、環境への影響を考慮して排ガス中から除去する必要性が高まっている。特にディーゼルエンジンから排出される微粒子（以下「ＰＭ」ということがある。）の除去に関する規制は世界的に強化される傾向にあり、ＰＭを除去するための捕集フィルター（以下「ＤＰＦ」ということがある。）としてハニカムフィルターの使用が注目され、種々のシステムが提案されている。上記ＤＰＦは、通常、多孔質の隔壁によって流体の流路となる複数の断面形状が四角形のセルが区画形成されたものであり、セルを交互に目封じすることで、セルを構成する多孔質の隔壁がフィルタの役目を果たす構造である。ここで、断面形状とは、セルをその長手方向に垂直な平面で切断したときの、その断面の形状をいう。 There is an increasing need to remove particulates and harmful substances in exhaust gas from internal combustion engines, boilers, etc. from the exhaust gas in consideration of environmental impact. In particular, regulations regarding the removal of particulates (hereinafter sometimes referred to as “PM”) emitted from diesel engines tend to be strengthened worldwide, and a collection filter (hereinafter referred to as “DPF”) for removing PM. The use of honeycomb filters has attracted attention, and various systems have been proposed. The DPF is usually a cell in which a plurality of square cells having a cross-sectional shape serving as a fluid flow path are defined by porous partition walls, and the cells constituting the cell by alternately sealing the cells. The partition wall serves as a filter. Here, the cross-sectional shape refers to the shape of the cross section when the cell is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction.
ＤＰＦは、一方の端部側から微粒子を含有する排ガス等を流入させ、隔壁で微粒子を濾過した後に、浄化されたガスを他方の端部側から排出するものであるが、排ガスの流入に伴い、排ガス中に含有される微粒子が上記一方の端部（排ガスが流入する側の端部）に堆積し、セルを閉塞させるという問題があった。これは、排ガス中に多量の微粒子が含有される場合や、寒冷地において発生し易い現象である。このようにセルが閉塞すると、ＤＰＦにおける圧力損失が急激に大きくなるという問題があった。このようなセルの閉塞を抑制するために、上記排ガスが流入する側の端部において開口しているセル（流入側セル）の断面積と、上記他方の端部（排ガスが流出する側の端部）において開口しているセル（流出側セル）の断面積とを異ならせるものが提案されている。ここで、断面積とは、セルをその長手方向に垂直な平面で切断したときの、その断面の面積をいう。 DPF is an exhaust gas containing fine particles from one end side, and after the fine particles are filtered through the partition wall, the purified gas is discharged from the other end side. There is a problem that fine particles contained in the exhaust gas accumulate on the one end (the end on the side into which the exhaust gas flows) and block the cell. This is a phenomenon that easily occurs in a case where a large amount of fine particles are contained in the exhaust gas or in a cold region. When the cell is thus closed, the pressure loss in the DPF increases rapidly. In order to suppress such blockage of the cell, the cross-sectional area of the cell (inflow side cell) opened at the end on the exhaust gas inflow side and the other end (end on the exhaust gas outflow side) In which the cross-sectional area of the open cell (outflow side cell) is different. Here, the cross-sectional area refers to the area of the cross section when the cell is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction.
しかし、セルの断面形状が四角形のハニカムフィルタの、流入側セルの断面積と流出側セルの断面積とを互いに異ならせるようにすると、セルを形成する隔壁の厚さが、隔壁同士が交差する部分（以下、「交点部」ということがある。）の一部で薄くなることになり、強度的に弱くなるという問題があった。そのため、ＤＰＦにＰＭが堆積したときにポストインジェクションを実施し、ＰＭを燃焼除去するが、この際に、薄くなった交点部の一部に応力が集中し、破壊し易くなるという問題があった。ここで、隔壁同士が交差する部分とは、ハニカムフィルタをその長手方向に垂直な平面で切断したときの断面において、交差する隔壁の双方に属する部分をいう。例えば、上記断面において、直線状に延びる同じ厚さの隔壁同士が交差する場合には、交差する部分の正方形の範囲をいう。 However, if the cross-sectional area of the inflow side cell and the cross-sectional area of the outflow side cell of the honeycomb filter having a square cell cross section are made different from each other, the partition walls forming the cells intersect each other. There is a problem that a part of the portion (hereinafter, sometimes referred to as an “intersection point”) is thinned and weakened in strength. Therefore, post-injection is carried out when PM is deposited on the DPF, and PM is burned and removed. However, at this time, there is a problem that stress is concentrated on a part of the thinned intersection portion and it is easy to break. . Here, the portion where the partition walls intersect each other refers to a portion belonging to both of the intersecting partition walls in a cross section when the honeycomb filter is cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction. For example, in the above cross section, when partition walls having the same thickness extending in a straight line intersect with each other, it means a square range of the intersecting part.
また、断面積の大きな流入側セルと断面積の小さな流出側セルとを有するハニカムフィルタであって、断面積の大きなセルの断面形状が、四角形の角部を直線的に切り落とした八角形であるハニカムフィルタが提案されている（例えば、特許文献１参照）。八角形とすることにより、上記交点部の一部が薄くなる状態は若干解消されるが、強度的な弱さの問題は依然として残っている。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、流体の流入側の端面（流入側セルの開口部分）が微粒子等で閉塞されることを抑制し、かつ、高強度を維持することが可能なハニカムフィルタを提供することを特徴とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and suppresses clogging of the end face on the fluid inflow side (opening portion of the inflow side cell) with fine particles and the like. A honeycomb filter capable of maintaining strength is provided.
本発明によって以下のハニカムフィルタが提供される。 The following honeycomb filter is provided by the present invention.
［１］流体の流路となる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を備え、一方の端部が開口され且つ他方の端部が目封じされた所定の前記セル（所定のセル）と、前記一方の端部が目封じされ且つ前記他方の端部が開口された残余の前記セル（残余のセル）とが交互に配設され、前記所定のセルが開口する前記一方の端部から流入した前記流体を、前記隔壁を透過させて前記残余のセル内に透過流体として流出させ、前記透過流体を前記残余のセルが開口する前記他方の端部から流出させることができるハニカムフィルタであって、前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、前記所定のセルの断面積と前記残余のセルの断面積とが異なり、前記断面積の小さい前記セルの流路水力直径に対する前記断面積の大きい前記セルの流路水力直径の比の値が１．２以上であり、全てのセルの断面形状が、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形であり、前記隔壁の厚さに対する、前記隔壁が交差する部分（交点部）の最小厚さの比の値が、０．７以上１．３未満であるハニカムフィルタ。 [1] Predetermined cells (predetermined cells) each having a porous partition wall that partitions and forms a plurality of cells serving as fluid flow paths, with one end opened and the other end sealed. The one end is sealed and the other end is opened and the remaining cells (residual cells) are alternately arranged, and the predetermined cell opens from the one end. The honeycomb filter is configured to allow the fluid that has flowed in to flow through the partition walls and flow out into the remaining cells as a permeated fluid, and allow the permeated fluid to flow out from the other end where the remaining cells open. In a cross section cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cell, the cross-sectional area of the predetermined cell is different from the cross-sectional area of the remaining cell, and the flow path hydraulic diameter of the cell having a small cross-sectional area is Of the cell having a large cross-sectional area The value of the ratio of the road the hydraulic diameter is not less than 1.2, the cross-sectional shape of every cell, a quadrangle portion corresponding to the arc-shaped in four corners, to the thickness of the partition wall, the partition wall intersections A honeycomb filter in which the value of the ratio of the minimum thickness of the portions (intersection points) to be performed is 0.7 or more and less than 1.3.
［２］前記多孔質の隔壁が、コージェライト、炭化珪素、ムライト、ＬＡＳ、アルミナを主成分とする多孔質材料から構成される［１］に記載のハニカムフィルタ。 [2] The honeycomb filter according to [1], wherein the porous partition wall is made of a porous material mainly composed of cordierite, silicon carbide, mullite, LAS, and alumina.
［３］前記隔壁に触媒が担持されている［１］又は［２］に記載のハニカムフィルタ。 [3] The honeycomb filter according to [1] or [2], wherein a catalyst is supported on the partition walls.
［４］［１］〜［３］のいずれかに記載のハニカムフィルタと、前記ハニカムフィルタが、前記断面積の大きいセルが開口する側の端部から排ガスが流入するように配設される保持部とを有してなる排ガス処理装置。 [4] The honeycomb filter according to any one of [1] to [3] and the honeycomb filter are disposed so that the exhaust gas flows from an end portion on a side where the cell having the large cross-sectional area opens. And an exhaust gas treatment apparatus.
本発明のハニカムフィルタによれば、所定のセルの断面積と残余のセルの断面積とを異ならせ（例えば、所定のセルが「断面積の大きいセル」の場合、残余のセルが「断面積の小さいセル」になる。）、所定のセル又は残余のセルのうち断面積の小さいセルの流路水力直径に対する断面積の大きいセルの流路水力直径の比の値を１．２以上としたため、所定のセル又は残余のセルのうち断面積が大きいセルが開口する側の端部から流体を流入させることにより、ハニカムフィルタに微粒子を含有する排ガスを流したときに、流入側の端部に開口するセルが閉塞されることを抑制することができる。また、全てのセルの断面形状を、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形とし、隔壁の厚さに対する、隔壁が交差する部分（交点部）の最小厚さの比の値を０．７以上１．３未満とすることにより、所定のセルの断面積と残余のセルの断面積とを互いに異ならせても、セルを形成する隔壁の厚さが、隔壁同士が交差する部分（交点部）の一部で薄くなることを防止でき、高強度を維持することができる。 According to the honeycomb filter of the present invention, the cross-sectional area of a predetermined cell is different from the cross-sectional area of the remaining cell (for example, when the predetermined cell is a “cell having a large cross-sectional area”, the remaining cell is Because the ratio of the flow channel hydraulic diameter of the cell having a large cross-sectional area to the flow channel hydraulic diameter of a cell having a small cross-sectional area among predetermined cells or the remaining cells is 1.2 or more. When a flue gas containing fine particles is caused to flow through the honeycomb filter by flowing a fluid from an end portion of a predetermined cell or a remaining cell having a large cross-sectional area opened, the end portion on the inflow side It can suppress that the cell to open is obstruct | occluded. In addition, the cross-sectional shapes of all the cells are quadrangular in which the portions corresponding to the four corners are arc-shaped, and the value of the ratio of the minimum thickness of the portion where the partition intersects (intersection point) to the thickness of the partition is 0 By setting the cross-sectional area of the predetermined cell and the cross-sectional area of the remaining cells to be different from each other by setting the cross-sectional area of the predetermined cell to be less than 1.3, the thickness of the partition wall forming the cell It is possible to prevent thinning at a part of the intersection part) and maintain high strength.
本発明の排ガス処理装置によれば、上記本発明のハニカムフィルタの、断面積の大きいセルが開口する側の端部から排ガスを流入するようにしているため、ハニカムフィルタの流体の流入側の端部に開口するセルが微粒子等で閉塞されるのを抑制することができ、かつ、ハニカムフィルタの高強度を維持することが可能となる。 According to the exhaust gas treatment apparatus of the present invention, since the exhaust gas flows in from the end portion of the honeycomb filter of the present invention where the cells having a large cross-sectional area open, the end of the honeycomb filter on the fluid inflow side It is possible to suppress the cells opening in the part from being blocked by fine particles and the like, and to maintain the high strength of the honeycomb filter.
以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、「実施の形態」ということがある）を具体的に説明するが、本発明は以下の実施の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。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention (hereinafter sometimes referred to as “embodiment”) will be specifically described, but the present invention is not limited to the following embodiment, It should be understood that design changes, improvements, and the like can be made as appropriate based on ordinary knowledge of those skilled in the art without departing from the spirit of the invention.
図１は、本発明のハニカムフィルタの一の実施の形態を模式的に示す、中心軸を含む平面で切断した断面図である。図１に示すように、本実施の形態のハニカムフィルタ１は、流体の流路となる複数のセル３を区画形成する多孔質の隔壁２を備え、一方の端部Ａが開口され且つ他方の端部Ｂが目封じ部４により目封じされた所定のセル（所定のセル）３ａと、一方の端部Ａが目封じ部５により目封じされ且つ他方の端部Ｂが開口された残余のセル（残余のセル）３ｂとが、一方の端部Ａ側及び他方の端部Ｂ側のそれぞれの端面に市松模様（図２（ａ）、図２（ｂ）参照）を形成するように交互に配設され、所定のセル３ａが開口する一方の端部Ａから流入した流体を、隔壁２を透過させて残余のセル３ｂ内に透過流体として流出させ、透過流体を残余のセル３ｂが開口する他方の端部Ｂから流出させることができるウォールフロー型ハニカムフィルタである。図１において、矢印は流体が流れる状態を示す。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an embodiment of a honeycomb filter of the present invention, cut along a plane including a central axis. As shown in FIG. 1, the
そして、本実施の形態のハニカムフィルタは、セル３の長手方向に垂直な平面で切断した断面において、所定のセル３ａの断面積が残余のセル３ｂの断面積より大きく、断面積の小さい残余のセル３ｂの流路水力直径に対する断面積の大きい所定のセル３ａの流路水力直径の比の値が１．２以上であり、断面積の大きい所定のセル３ａの断面形状が、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形であり、前記隔壁の厚さと、前記隔壁が互いに交差する部分（交点部）の最小厚さとの比の値が、０．７以上１．３未満であるハニカムフィルタである。所定のセル３ａの断面積と残余のセル３ｂの断面積とは、いずれの断面積が大きくてもよい。そして、少なくとも断面積の大きい側のセルの断面形状が、上記角部に相当する部分が円弧状の四角形である。また、本実施の形態においては断面積の大きい所定のセル３ａの断面形状が、四つの角部に相当する部分が円弧状であるが、これは、少なくとも一つの角部に相当する部分が円弧状であればよい。また、角部とは、断面形状が、相当する多角形（直線部分を延長して形成される多角形）であるとした場合の頂点及びその周辺に相当する部分である。ここで、流路水力直径としては、セルの内接円の直径を用いている。
In the honeycomb filter of the present embodiment, in the cross section cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the
このように、本実施の形態のハニカムフィルタによれば、所定のセル３ａの断面積と残余のセル３ｂの断面積とを異ならせ（所定のセル３ａの断面積が残余のセル３ｂの断面積より大きい。）、断面積の小さい残余のセル３ｂの流路水力直径に対する断面積の大きい所定のセル３ａの流路水力直径の比の値を１．２以上としたため、所定のセル３ａが開口する側の端部（一方の端部）Ａから流体を流入させることにより（断面積の大きい所定のセル３ａが流入側セルとなる）、ハニカムフィルタ１に微粒子を含有する排ガスを流したときに、一方の端部（流入側の端部）Ａに開口する所定のセル３ａが閉塞されることを抑制することができる。また、断面積の大きい所定のセル３ａの断面形状を、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形とし、隔壁２の厚さに対する、隔壁２が交差する部分（交点部）の最小厚さの比の値を０．７以上１．３未満とすることにより、所定のセル３ａの断面積を大きくしても、セル３を形成する隔壁２の厚さが、隔壁同士が交差する部分（交点部）の一部で薄くなることを防止でき、高強度を維持することができる。
Thus, according to the honeycomb filter of the present embodiment, the cross-sectional area of the
図２（ａ）は、本実施の形態のハニカムフィルタ１を一方の端部Ａ側から見た一方の端面６を模式的に示した平面図であり、図２（ｂ）は、他方の端部Ｂ側から見た他方の端面７を模式的に示した平面図である。
Fig. 2 (a) is a plan view schematically showing one
図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、本実施の形態のハニカムフィルタ１は、端面６において所定のセル３ａの開口部分である開口部９ａと目封じ部５とが交互に配置され、端面７において残余のセルの開口部分である開口部９ｂと目封じ部４とが交互に配置され、それぞれの端面において市松模様を形成している。また、残余のセル３ｂの一方の端面６における面積より所定のセル３ａの一方の端面６における面積が大きく、所定のセル３ａの一方の端面６における形状が、四つの角部に相当する部分Ｐ１が円弧状の四角形となっている。
As shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the
本実施の形態のハニカムフィルタ１の端面６において、隔壁２ａと隔壁２ｂとが交差する部分（交点部）８の最小厚さとは、交点部８を挟んで対向する二つの所定のセル３ａ間の距離が最小となる部分の厚さになる。
In the
図２（ａ）に示す、本実施の形態のハニカムフィルタ１において、隔壁２の厚さに対する、交点部８の最小厚さの比の値は、０．７以上１．３未満である。この最小厚さの比の値は、好ましくは、０．８以上１．２未満である。０．７より小さくすると、ハニカムフィルタ１の強度が弱くなり、１．３以上とするとハニカムフィルタ１に流体を流したときの圧力損失が大きくなる。
In the
図２（ａ）に示す、本実施の形態のハニカムフィルタ１において、断面積の小さい残余のセル３ｂの流路水力直径に対する断面積の大きい所定のセル３ａの流路水力直径の比の値は１．２以上であり、１．３以上２．０未満が好ましい。１．２より小さいと、ＰＭによりハニカムフィルタ１が閉塞し易くなる。
In the
図２（ａ）に示す、本実施の形態のハニカムフィルタ１において、断面積の大きい所定のセル３ａの断面形状が、四つの角部に相当する部分Ｐ１が円弧状の四角形であるが、この円弧状は、真円の一部であることが好ましいが、楕円、長円、その他の曲線であってもよい。四角形の辺に相当する部分と滑らかに繋がっていることが好ましい。また、各角部に相当部分Ｐ１に形成される円弧の大きさは、全て同じであってもよいし、異なるものがあってもよく、ハニカムフィルタ全体の応力のかかり方等のバランスにより決定することができる。
In the
本実施の形態のハニカムフィルタにおいて、多孔質の隔壁を構成する多孔質材料に特に制限はないが、強度、耐熱性、耐久性等の観点から、コージェライト、炭化珪素、ムライト、ＬＡＳ（リチウムアルミニウムシリケート）、アルミナを主成分とする多孔質材料から構成されていることが好ましい。ここで、主成分とは、材料全体に対して５０質量％以上含有されている成分をいうが、上記成分は、７０質量％以上含有されていることが更に好ましく、８０質量％以上含有されていることが特に好ましい。 In the honeycomb filter of the present embodiment, the porous material constituting the porous partition wall is not particularly limited, but cordierite, silicon carbide, mullite, LAS (lithium aluminum) are used from the viewpoint of strength, heat resistance, durability, and the like. Silicate) and a porous material mainly composed of alumina are preferable. Here, the main component refers to a component that is contained in an amount of 50% by mass or more based on the whole material, but the above component is more preferably contained in an amount of 70% by mass or more, and is contained in an amount of 80% by mass or more. It is particularly preferable.
本実施の形態のハニカムフィルタにおいて、隔壁に触媒が担持されていることが好ましい。そしてこの触媒は、ＰＭを酸化処理する触媒であることが更に好ましい。触媒を担持することにより、隔壁に付着したＰＭの酸化除去を助長することが可能となる。ＰＭを酸化処理する触媒としては、例えば、貴金属系のＰｔ、Ｒｈ、Ｃｅ等が挙げられる。 In the honeycomb filter of the present embodiment, it is preferable that a catalyst is supported on the partition walls. The catalyst is more preferably a catalyst that oxidizes PM. By supporting the catalyst, it is possible to promote the oxidation removal of PM adhering to the partition walls. Examples of the catalyst for oxidizing PM include noble metal Pt, Rh, Ce and the like.
本実施の形態のハニカムフィルタにおいて、図２（ａ）、図２（ｂ）に示す目封じ部４，５を形成する目封じ部材の材料については特に制限はないが、上述のハニカムフィルタの隔壁を構成する多孔質材料として挙げたセラミックス中から選択された少なくとも一種を主成分とする材料であることが好ましい。 In the honeycomb filter of the present embodiment, the material of the plugging member that forms the plugged portions 4 and 5 shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b) is not particularly limited. It is preferable that the main component is at least one selected from ceramics listed as the porous material constituting the material.
本実施の形態のハニカムフィルタにおいて、隔壁の厚さについては特に制限はないが、この隔壁の厚さが厚過ぎると、流体が透過する際の圧力損失が大きくなることがあり、薄過ぎると強度が不足することがある。隔壁の厚さは、１００〜１０００μｍであることが好ましく、２００〜８００μｍであることがさらに好ましい。また、本実施の形態のハニカムフィルタは、その最外周に位置する外周壁を有してもよい。なお、外周壁は成形時にハニカムフィルタと一体的に形成させる成形一体壁だけでなく、成形後に、ハニカムフィルタの外周を研削して所定形状とし、セメント等で外周壁を形成するセメントコート壁でもよい。 In the honeycomb filter of the present embodiment, there is no particular limitation on the partition wall thickness, but if the partition wall thickness is too thick, the pressure loss when the fluid permeates may increase. May be insufficient. The thickness of the partition wall is preferably 100 to 1000 μm, and more preferably 200 to 800 μm. Moreover, the honeycomb filter of the present embodiment may have an outer peripheral wall located at the outermost periphery thereof. In addition, the outer peripheral wall may be a cement-coated wall that is not only formed integrally with the honeycomb filter at the time of forming, but also a cement-coated wall in which the outer periphery of the honeycomb filter is ground into a predetermined shape after forming and the outer wall is formed with cement or the like. .
本実施の形態のハニカムフィルタを構成する多孔質の隔壁の気孔径については、特に制限はなく、当業者であれば用途に合わせて適宜選択することができる。一般に、気孔径は排気ガス等の処理すべき流体の粘度や分離すべき対象物によって選択することができ、例えば、ハニカムフィルタをＤＰＦに用いる場合は、平均値で１〜１００μｍ程度とすることが好ましい。 The pore diameter of the porous partition walls constituting the honeycomb filter of the present embodiment is not particularly limited, and those skilled in the art can appropriately select the pore size according to the application. In general, the pore diameter can be selected depending on the viscosity of the fluid to be processed such as exhaust gas and the object to be separated. For example, when a honeycomb filter is used for a DPF, the average value is about 1 to 100 μm. preferable.
本実施の形態のハニカムフィルタを構成する多孔質の隔壁の気孔率に特に制限はないが、例えば、ハニカムフィルタをＤＰＦに用いる場合の好ましい気孔率は２０％以上、より好ましくは４０％以上、さらに好ましくは６０％以上である。なお、気孔率は体積％を意味し、水銀ポロシメーターにより測定した値である。 The porosity of the porous partition walls constituting the honeycomb filter of the present embodiment is not particularly limited. For example, the preferable porosity when the honeycomb filter is used for a DPF is 20% or more, more preferably 40% or more, and further Preferably it is 60% or more. The porosity means volume% and is a value measured with a mercury porosimeter.
本実施の形態のハニカムフィルタにおいて、そのセル密度は、６〜９３セル／ｃｍ2が好ましく、１０〜７８セル／ｃｍ2が更に好ましく、１５〜６２セル／ｃｍ2がさらに好ましい。 In the honeycomb filter of the present embodiment, the cell density is preferably 6 to 93 cells / cm 2, further preferably 10 to 78 cells / cm 2, more preferably 15 to 62 cells / cm 2.
次に本発明のハニカムフィルタの他の実施の形態について説明する。図３（ａ）は、本実施の形態のハニカムフィルタ１０を一方の端部側から見た一方の端面１６を模式的に示した平面図であり、図３（ｂ）は、他方の端部側から見た他方の端面１７を模式的に示した平面図である。
Next, another embodiment of the honeycomb filter of the present invention will be described. FIG. 3A is a plan view schematically showing one
本実施の形態のハニカムフィルタにおいては、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、断面積の大きい側のセルである所定のセル１３ａの断面形状が、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形であるとともに、断面積の小さい側のセルである残余のセル１３ｂの断面形状も、四つの角部に相当する部分Ｐ２が円弧状の四角形である。このように、全てのセルについて、その断面形状を、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形としたため、応力集中する部位を更に減らすことができ、より高強度のハニカムフィルタを得ることができる。
In the honeycomb filter of the present embodiment, as shown in FIGS. 3A and 3B, the cross-sectional shape of a
本実施の形態のハニカムフィルタ１０の他の構成要件、条件は上述した図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明のハニカムフィルタの一の実施の形態と同様である。
Other structural requirements and conditions of the
また、図４（ａ）、図４（ｂ）は、本発明のハニカムフィルタの更に他の実施の形態を模式的に示したものである。図４（ａ）は、本実施の形態のハニカムフィルタ２０を一方の端部側から見た一方の端面２６を模式的に示した平面図であり、図４（ｂ）は、他方の端部側から見た他方の端面２７を模式的に示した平面図である。
4 (a) and 4 (b) schematically show still another embodiment of the honeycomb filter of the present invention. FIG. 4A is a plan view schematically showing one
本実施の形態のハニカムフィルタ２０においては、図４（ａ）、図４（ｂ）に示すように、断面積の大きい側のセルである所定のセル２３ａの断面形状が、四つの角部に相当する部分Ｐ３が円弧状の四角形であり、断面積の小さい側のセルである残余のセル２３ｂの断面形状は、四角形の四つの角部に相当する部分が直線状に切断された八角形である。このように、断面積の小さい側のセルである残余のセル２３ｂの断面形状を八角形としたため、上述した図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明の一の実施の形態のハニカムフィルタよりも、応力集中の程度を減らすことができ、より高強度のハニカムフィルタ２０を得ることができる。
In the
本実施の形態のハニカムフィルタ２０の他の構成要件、条件は上述した図２（ａ）、図２（ｂ）に示す本発明のハニカムフィルタの一の実施の形態と同様である。
Other structural requirements and conditions of the
次に、本発明のハニカムフィルタの一の実施の形態の製造方法について説明する。本実施の形態のハニカムフィルタは、例えば、以下のような方法により製造することができるが、本実施の形態のハニカムフィルタを製造する方法は、以下の方法に限定されることはない。 Next, the manufacturing method of one embodiment of the honeycomb filter of the present invention will be described. The honeycomb filter of the present embodiment can be manufactured, for example, by the following method, but the method of manufacturing the honeycomb filter of the present embodiment is not limited to the following method.
まず、ハニカムフィルタの原料となる坏土を形成する。これは、上述したハニカムフィルタの隔壁の原料として好適例として挙げたものを用い、原料を混練して坏土を形成する。例えば、コージェライト原料としてのシリカ、カオリン、タルク、及びアルミナに、造孔材を加えて、さらに、バインダー、分散剤、及び水を加えて混練し粘土状の坏土を形成する。造孔材としては、焼成工程により飛散消失する性質のものであればよく、カーボン質等の無機物質やプラスチック材料等の高分子化合物、澱粉等の有機物質等を単独で用いるか組み合わせて用いることができる。このようにして得られた坏土を、所定形状のスリットを備えたハニカム構造体押出し成形用口金を用いて押出し成形しハニカム成形体を形成する。このとき、押出し成形用口金の構造として、図２（ａ）に示す、断面積の大きい所定のセル３ａに相当する部分を、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形状とし、断面積の小さい残余のセル３ｂに相当する部分を通常の四角形状とする。
First, a clay as a raw material for the honeycomb filter is formed. This uses what was mentioned as a suitable example as a raw material of the partition of the honeycomb filter mentioned above, and knead | mixes a raw material and forms clay. For example, a pore-forming material is added to silica, kaolin, talc, and alumina as a cordierite raw material, and a binder, a dispersant, and water are further added and kneaded to form a clay-like clay. As the pore former, any material that can be scattered and disappeared by the firing process may be used, and an inorganic substance such as carbonaceous matter, a polymer compound such as a plastic material, an organic substance such as starch, etc. may be used alone or in combination. Can do. The kneaded material thus obtained is extruded using a honeycomb structure extrusion molding die provided with a slit having a predetermined shape to form a honeycomb molded body. At this time, as the structure of the extrusion molding die, the portion corresponding to the
次に、得られたハニカム成形体を乾燥する。乾燥手段としては、各種方法で行うことが可能である。 Next, the obtained honeycomb formed body is dried. As the drying means, various methods can be used.
次に、乾燥したハニカム成形体の両端面を、所定の長さに切断加工する。 Next, both end surfaces of the dried honeycomb formed body are cut into a predetermined length.
次に、乾燥したハニカム成形体の端面の所定のセルを目封止し、図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、それぞれの端面において、目封じ部と開口部とが交互に配置され市松模様を形成するようにする。 Next, predetermined cells on the end face of the dried honeycomb molded body are plugged, and as shown in FIGS. 3 (a) and 3 (b), the plugged portions and the opening portions are alternately arranged on each end face. It is arranged to form a checkered pattern.
この後に焼成することでコージェライト質のハニカムフィルタを形成することができる。 Thereafter, the cordierite honeycomb filter can be formed by firing.
次に、本発明の排ガス処理装置の一の実施の形態について説明する。本実施の形態の排ガス処理装置は、上述した本発明のハニカムフィルタと、本発明のハニカムフィルタが、断面積の大きいセルが開口する側の端部から排ガスが流入するように配設される保持部とを有してなるものである。 Next, an embodiment of the exhaust gas treatment apparatus of the present invention will be described. In the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, the above-described honeycomb filter of the present invention and the honeycomb filter of the present invention are disposed so that the exhaust gas flows in from an end portion on the side where a cell having a large cross-sectional area opens. Part.
例えば、上述の、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すハニカムフィルタを使用する場合には、断面積の大きいセルである所定のセル３ａの開口部９ａから排ガスが流入し、ハニカムフィルタの隔壁２ａで排ガスを濾過し透過流体として断面積の小さいセルである残余のセル３ｂの開口部９ｂから排出するように、ハニカムフィルタが保持部に保持されている。
For example, when the above-described honeycomb filter shown in FIGS. 2A and 2B is used, exhaust gas flows from the
このように、断面積の大きいセルが開口する側の端部から排ガスが流入するようにしたため、排ガスが流入する側の開口部にＰＭが堆積して開口部が閉塞することを抑制することができる。 As described above, since the exhaust gas is allowed to flow from the end portion on the side where the cell having a large cross-sectional area opens, it is possible to prevent PM from accumulating in the opening portion on the side where the exhaust gas flows and closing the opening portion. it can.
本実施の形態の排ガス処理装置は、排ガスの排出系の流路に設置されるものである。そして、本実施の形態の排ガス処理装置の保持部の形状としては特に限定されず、円筒状、断面が多角形の筒状等のいずれでもよい。保持部の材質としては、強度、耐久性、耐食性等の観点よりステンレススチール等が好ましい。また、保持部材の内部には、ハニカムフィルタを破損させずに保持できるように、耐熱性のクッション材等を配設することが好ましい。 The exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment is installed in a flow path of an exhaust gas exhaust system. And it does not specifically limit as a shape of the holding | maintenance part of the waste gas processing apparatus of this Embodiment, Any of cylindrical shape, the cylindrical shape of a cross section, etc. may be sufficient. The material of the holding part is preferably stainless steel or the like from the viewpoint of strength, durability, corrosion resistance and the like. In addition, it is preferable to dispose a heat-resistant cushioning material or the like inside the holding member so that the honeycomb filter can be held without being damaged.
このように、本実施の形態の排ガス処理装置によれば、上述した本発明のハニカムフィルタの、断面積の大きいセルが開口する側の端部から排ガスを流入するようにしているため、ハニカムフィルタの流体の流入側の端部に開口するセルが微粒子等で閉塞されるのを抑制することができ、かつ、ハニカムフィルタの高強度を維持することが可能となる。 Thus, according to the exhaust gas treatment apparatus of the present embodiment, since the exhaust gas is allowed to flow from the end of the honeycomb filter of the present invention described above where the cells having a large cross-sectional area are opened, It is possible to suppress the cells opening at the end portion on the fluid inflow side from being blocked by fine particles, and to maintain the high strength of the honeycomb filter.
以下、本発明を実施例によりさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
（実施例１〜６、比較例１〜１０）
先ず、サンプルとして焼成後にコージェライトとなるように調整されたタルク、カオリン、アルミナ、シリカを調合し、これに造孔材、バインダー、界面活性剤、混合水を添加し、混合、混練を実施する。これを押出成形を実施することでハニカム成形体を得る。押出成形時には、乾燥、焼成による収縮等を予め見込み製作された口金を各試験水準で準備を行い使用した。ハニカム構造体は乾燥した後、同一材料を使用し、市松模様状の目封じを両端面に実施した。これを焼成し、各試験水準のハニカムフィルタのサンプルを得た。
(Examples 1-6, Comparative Examples 1-10)
First, talc, kaolin, alumina, and silica adjusted to become cordierite after firing as a sample are prepared, and a pore former, binder, surfactant, and mixed water are added thereto, and mixing and kneading are performed. . A honeycomb formed body is obtained by carrying out extrusion molding. At the time of extrusion molding, a die prepared in advance for shrinkage due to drying and firing was prepared and used at each test level. After the honeycomb structure was dried, the same material was used, and checkered plugging was performed on both end faces. This was fired to obtain honeycomb filter samples of various test levels.
ハニカムフィルタのセル構造としては、隔壁の厚さ（リブ厚）１２ｍｉｌ（０．３ｍｍ）、セル密度（セル数）３００ｃｐｓｉ（４６．５セル／ｃｍ2）のセル構造と、隔壁の厚さ（リブ厚）１７ｍｉｌ（０．４３ｍｍ）、セル密度（セル数）１００ｃｐｓｉ（１５．５セル／ｃｍ2）のセル構造の２種類とした（表１参照）。そして、表１に、各実施例及び比較例のハニカムフィルタについて、断面積の大きいセルの流路水力直径（大径直径）と断面積の小さいセルの流路水力直径（小径直径）の値と、小径直径に対する大径直径の比の値（大径／小径比）を示す。断面積の大きいセルの角部は全て円弧状（Ｒ形状）で、断面積の小さいセルの角部は全て直角としている。さらに、表１に、各実施例及び比較例の隔壁の交点部の最小厚さ（最小厚さ）、隔壁の厚さ及び隔壁の厚さに対する交点部の最小厚さの比の値（交点部厚さ比）を示す。 The cell structure of the honeycomb filter includes a cell structure having a partition wall thickness (rib thickness) of 12 mil (0.3 mm) and a cell density (cell number) of 300 cpsi (46.5 cells / cm 2 ), and a partition wall thickness (ribs). Two types of cell structures (thickness) 17 mil (0.43 mm) and cell density (number of cells) 100 cpsi (15.5 cells / cm 2 ) were used (see Table 1). Table 1 shows the values of the channel hydraulic diameter (large diameter) of the cells having a large cross-sectional area and the value of the channel hydraulic diameter (small diameter) of the cells having a small cross-sectional area for the honeycomb filters of the examples and comparative examples. The value of the ratio of the large diameter to the small diameter (large diameter / small diameter ratio) is shown. The corners of the cells with a large cross-sectional area are all arc-shaped (R-shaped), and the corners of the cells with a small cross-sectional area are all right angles. Further, Table 1 shows the minimum thickness (minimum thickness) of the intersection portion of the partition walls of each example and comparative example, the thickness of the partition wall, and the value of the ratio of the minimum thickness of the intersection portion to the thickness of the partition wall (intersection portion). Thickness ratio).
得られたハニカムフィルタのサンプルはディーゼルエンジンに取り付けを行い、ＰＭ堆積時の圧損測定を実施した。また、サンプルに所定量の触媒をコートし、一定量のＰＭ堆積をした後、ポストインジェクションによるＰＭ再生を実施した。ＰＭ堆積、再生のサイクルを規定サイクル（試験サイクル）実施し（表１参照）、端面の閉塞状態（目詰まり）を確認した。セル開口部が完全に閉塞しているセルの比率が、排ガスの流入側に開口しているセル全体に対して３０％以上のものを「ＮＧ」、その程度に至らなかったものを「ＯＫ」とした。ハニカムフィルタの強度の測定として、アイソスタティック強度測定を実施した。結果を表１に示す。 The obtained honeycomb filter sample was attached to a diesel engine, and the pressure loss during PM deposition was measured. Further, after a predetermined amount of catalyst was coated on the sample and a certain amount of PM was deposited, PM regeneration by post-injection was performed. The cycle of PM deposition and regeneration was performed as a specified cycle (test cycle) (see Table 1), and the end face was closed (clogged). The ratio of the cells whose cell openings are completely closed is “NG” when the ratio of the cells opened to the exhaust gas inflow side is 30% or more, and “OK” when the ratio does not reach that level. It was. Isostatic strength measurement was performed as a measure of the strength of the honeycomb filter. The results are shown in Table 1.
各ハニカムフィルタのアイソスタティック強度は、次のように測定した。
まず、ハニカムフィルタと同径の金属製の板で、ハニカムフィルタの両端部を覆い、更に、ハニカムフィルタと同径のゴムチューブで、金属製の板を固定した後、当該ゴムチューブとその周辺にゴムテープを貼り付け、水が入らないように密閉した。
次に、この状態で、ハニカムフィルタを水中に沈め、ハニカムフィルタが破損するまで、水圧を上げ、破損した水圧により、アイソスタティック強度（ＭＰａ）を評価した。結果を表１に示す。
The isostatic strength of each honeycomb filter was measured as follows.
First, cover both ends of the honeycomb filter with a metal plate having the same diameter as that of the honeycomb filter, and further fix the metal plate with a rubber tube having the same diameter as that of the honeycomb filter. A rubber tape was affixed and sealed to prevent water from entering.
Next, in this state, the honeycomb filter was submerged in water, the water pressure was increased until the honeycomb filter was broken, and the isostatic strength (MPa) was evaluated by the broken water pressure. The results are shown in Table 1.
大径／小径比が１．２より小さい構造については、端面にＰＭ閉塞が発生する。一方、比率が１．２以上のものについてはＰＭの閉塞が無く良好である。リブ厚に対する交点部最小リブ厚の比の値（交点部厚さ比）が０．７より小さいものは、四角セル形状のアイソスタティック強度よりも低く、好ましくない。０．７以上のものは四角セルよりもアイソスタティック強度が高くなり好ましい。これは角部をＲ形状とすることで、応力の集中が無くなり、分散されることで、良い結果が得られていると考えられる。１．３以上となると、ＰＭ堆積圧損が高くなる。これは、セルの開口率を低下させるためであり、圧損が上昇するものと考えられる。 For structures having a large diameter / small diameter ratio of less than 1.2, PM clogging occurs at the end face. On the other hand, when the ratio is 1.2 or more, there is no PM blockage, which is good. A value of the ratio of the intersection portion minimum rib thickness to the rib thickness (intersection portion thickness ratio) smaller than 0.7 is lower than the isostatic strength of the square cell shape and is not preferable. Those of 0.7 or more are preferable because they have higher isostatic strength than the square cells. It can be considered that a good result is obtained when the corner portion is formed in an R shape so that the concentration of stress is eliminated and dispersed. When it is 1.3 or more, the PM deposition pressure loss increases. This is to reduce the aperture ratio of the cell, and the pressure loss is considered to increase.
上記のように断面積の小さなセルの流路水力直径に対する、断面積の大きなセルの流路水力直径の比の値が１．２以上で、少なくとも大きなセルの角部がＲ形状であり、リブ厚に対する交点部の最小リブ厚の比の値が０．７以上１．３未満のフィルタは、圧損、端面のＰＭ閉塞、強度的に優れたフィルタとなり、有効である。 As described above, the ratio of the flow channel hydraulic diameter of the cell having a large cross-sectional area to the flow channel hydraulic diameter of the cell having a small cross-sectional area is 1.2 or more, and at least the corners of the large cell are R-shaped, A filter having a ratio of the minimum rib thickness of the intersection portion to the thickness of 0.7 or more and less than 1.3 is effective because it is a filter excellent in pressure loss, PM blockage at the end face, and strength.
本発明のハニカムフィルタ及び排ガス処理装置は、内燃機関、ボイラー等の排ガス中の微粒子や有害物質を排ガス中から除去するために利用することができる。特にディーゼルエンジンから排出される微粒子の除去に優れた効果を発揮する。 The honeycomb filter and the exhaust gas treatment apparatus of the present invention can be used for removing fine particles and harmful substances in exhaust gas from internal combustion engines, boilers, and the like from the exhaust gas. In particular, it exhibits an excellent effect in removing fine particles discharged from diesel engines.
１，１０，２０…ハニカムフィルタ、２，２ａ，２ｂ…隔壁、３…セル、３ａ，１３ａ，２３ａ…所定のセル、３ｂ，１３ｂ，２３ｂ…残余のセル、４，５…目封じ部、６，１６，２６…一方の端面、７，１７，２７…他方の端面、８…交点部、９ａ，９ｂ…開口部、Ａ…一方の端部、Ｂ…他方の端部、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３…角部に相当する部分。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記セルの長手方向に垂直な平面で切断した断面において、前記所定のセルの断面積と前記残余のセルの断面積とが異なり、断面積の小さい前記セルの流路水力直径に対する断面積の大きい前記セルの流路水力直径の比の値が１．２以上であり、全てのセルの断面形状が、四つの角部に相当する部分が円弧状の四角形であり、前記隔壁の厚さに対する、前記隔壁が交差する部分（交点部）の最小厚さの比の値が、０．７以上１．３未満であるハニカムフィルタ。 A predetermined cell (predetermined cell) provided with a porous partition wall that partitions and forms a plurality of cells serving as fluid flow paths, one end of which is open and the other end is sealed; The remaining cells (residual cells) whose end portions are sealed and whose other end portions are opened are alternately arranged, and the predetermined cells flow in from the one end portions where the predetermined cells open. A honeycomb filter that allows fluid to permeate through the partition walls and flow out into the remaining cells as a permeated fluid, and allow the permeated fluid to flow out from the other end where the remaining cells open,
In a cross-section cut along a plane perpendicular to the longitudinal direction of the cell, the cross-sectional area of the predetermined cell is different from the cross-sectional area of the remaining cell, and the cross-sectional area of the cell having a small cross-sectional area is large with respect to the channel hydraulic diameter The ratio value of the flow channel hydraulic diameter of the cell is 1.2 or more, and the cross-sectional shape of all the cells is a circular arc-shaped portion corresponding to the four corners, with respect to the thickness of the partition wall, A honeycomb filter in which a value of a ratio of minimum thicknesses of a portion (intersection portion) where the partition walls intersect is 0.7 or more and less than 1.3.
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