JP5368770B2 - Honeycomb structure, manufacturing method thereof, and honeycomb catalyst body - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハニカム構造体及びその製造方法、並びにハニカム触媒体に関する。更に詳しくは、触媒を担持することにより、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害物質を効率的に浄化することが可能であるとともに、圧力損失の増加を有効に抑制することが可能なハニカム構造体及びその製造方法、並びにこのハニカム構造体に触媒が担持されたハニカム触媒体に関する。 The present invention relates to a honeycomb structure, a manufacturing method thereof, and a honeycomb catalyst body. More specifically, by supporting the catalyst, carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) contained in exhaust gas discharged from automobiles, construction machinery, industrial stationary engines, and combustion equipment, etc. Honeycomb structure capable of efficiently purifying harmful substances such as nitrogen oxide (NO x ) and effectively suppressing an increase in pressure loss, and manufacturing method thereof, and the honeycomb structure The present invention relates to a honeycomb catalyst body on which a catalyst is supported.
現在、各種エンジン等から排出される排気ガスを浄化するために、ハニカム構造体に触媒を担持したハニカム触媒体が用いられている(例えば、特許文献1参照)。このようなハニカム触媒体は、流入側の端面から各セルに流体(排気ガス)を流入させ、排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害物質を触媒により浄化するものである。 Currently, a honeycomb catalyst body in which a catalyst is supported on a honeycomb structure is used to purify exhaust gas discharged from various engines or the like (see, for example, Patent Document 1). In such a honeycomb catalyst body, fluid (exhaust gas) flows into each cell from the end face on the inflow side, and carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NO X ) contained in the exhaust gas. And other harmful substances are purified with a catalyst.
現在、このようなハニカム触媒体に使用されるハニカム構造体は、排気ガスの浄化性能を高めるために、セル密度を高め、触媒が担持される幾何学的面積を大きくし、排気ガスと触媒との接触効率を高めるように作製されている。 At present, the honeycomb structure used in such a honeycomb catalyst body increases the cell density, increases the geometric area on which the catalyst is supported, and increases the exhaust gas and the catalyst in order to improve the exhaust gas purification performance. It is made to increase the contact efficiency.
しかしながら、従来のハニカム構造体及びハニカム触媒体においては、浄化性能を向上させるためにハニカム構造体のセル密度を大きくすると、排気ガスがセル内を通過する際の圧力損失が増大してしまう。 However, in the conventional honeycomb structure and honeycomb catalyst body, if the cell density of the honeycomb structure is increased in order to improve the purification performance, the pressure loss when the exhaust gas passes through the cell increases.
このように、従来のハニカム構造体及びハニカム触媒体においては、浄化性能を向上させることと、圧力損失を低減させることとは、二律背反の関係にあり、両者を両立させることは極めて困難であるという問題があった。 Thus, in the conventional honeycomb structure and honeycomb catalyst body, there is a tradeoff between improving the purification performance and reducing the pressure loss, and it is extremely difficult to achieve both. There was a problem.
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、触媒を担持することにより、排気ガスに含まれる有害物質を効率的に浄化することが可能であるとともに、圧力損失の増加を有効に抑制することが可能なハニカム構造体及びその製造方法、並びにこのハニカム構造体に触媒が担持されたハニカム触媒体を提供するものである。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and by carrying a catalyst, it is possible to efficiently purify harmful substances contained in exhaust gas, and pressure loss It is an object of the present invention to provide a honeycomb structure capable of effectively suppressing an increase in the number of particles, a manufacturing method thereof, and a honeycomb catalyst body in which a catalyst is supported on the honeycomb structure.
本発明者は、前記のような従来技術の課題を解決するために鋭意検討した結果、特定の気孔率及び平均細孔径の多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備えたハニカム構造体において、その流入側の端面におけるセルの開口部を全て開放させるとともに、流出側の端面における特定のセルのみに、その流出側の端面の開口面積を減少させるような開口面積縮小部材を配設し、前記開口面積縮小部材を配設したセルの内部に流入した流体(排気ガス)を、前記特定のセルを区画形成する隔壁を優先的に透過させて隣接するセルに流出させるように構成することによって、上記課題が解決されることに想到し、本発明を完成させた。具体的には、本発明により、以下のハニカム構造体及びその製造方法、並びにハニカム触媒体が提供される。 As a result of intensive investigations to solve the problems of the prior art as described above, the inventor of the present invention, in a honeycomb structure including a honeycomb structure portion having porous partition walls having a specific porosity and average pore diameter, An opening area reducing member is provided to open all the cell openings on the inflow side end face, and to reduce the opening area of the outflow side end face only to specific cells on the outflow side end face. By configuring the fluid (exhaust gas) flowing into the cell in which the area reducing member is disposed to preferentially permeate the partition walls defining the specific cell and to flow out to the adjacent cells, The present invention was completed by conceiving that the problems could be solved. Specifically, according to the present invention, the following honeycomb structure, a manufacturing method thereof, and a honeycomb catalyst body are provided.
[1] 多孔質の隔壁を有し、前記隔壁によって流入側の端面から流出側の端面まで貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成された柱状のハニカム構造部を備え、前記隔壁は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、前記複数のセルは、前記流入側の端面から前記流出側の端面にかけて前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセルと、前記流出側の端面側の端部の開口部内に、その前記開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設され、前記流出側の端面側の端部において前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルと、を含んでなるハニカム構造体であり、少なくとも前記第二のセルは、隔壁を隔てて前記第一のセルと隣接するように配置され、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の総和の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積の総和に対する割合が、20〜95%となるように形成され、且つ、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積に対する割合が、20〜95%となるように形成されているハニカム構造体。 [1] A columnar honeycomb structure portion having a porous partition wall, wherein a plurality of cells serving as a fluid flow path penetrating from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side are formed by the partition wall, The partition wall has a porosity of 50 to 80% and an average pore diameter of 13 to 70 μm, and the plurality of cells are perpendicular to the flow path direction of the cells from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side. An opening area reducing member is arranged in the opening of the end portion on the outflow side end face side so as to block a part of the opening portion, and the first cell having a uniform cross-sectional area. It is set, and the second cell area of the cross section perpendicular to the flow direction of the cell at the end of the end face of the outlet side is formed so as to reduce a honeycomb structure comprising at least The second cell is separated from the first cell by a partition wall. The second cell has an area of the opening before a part of the opening is blocked by the opening area reducing member, the sum of the areas of the openings on the end face on the outflow side. The second cell is formed so that a ratio of the area of the opening on the end surface on the outflow side of the opening is reduced by the opening area reducing member. The honeycomb structure formed so that the ratio with respect to the area of the opening before the portion is blocked is 20 to 95% .
[2] 前記第二のセルは、前記開口面積縮小部材が配置されていない部位におけるセルの流路方向に垂直な断面の面積が、前記第一のセルの流路方向に垂直な断面の面積と同一になるように形成されている前記[1]に記載のハニカム構造体。 [ 2 ] In the second cell, the area of the cross section perpendicular to the flow direction of the cell in the portion where the opening area reducing member is not disposed is the area of the cross section perpendicular to the flow direction of the first cell. The honeycomb structure according to [1 ], wherein the honeycomb structure is formed so as to be the same.
[3] 前記開口面積縮小部材が、気孔率が20〜80%の多孔質体からなる前記[1]又は[2]に記載のハニカム構造体。 [ 3 ] The honeycomb structure according to [1] or [2] , wherein the opening area reducing member is made of a porous body having a porosity of 20 to 80%.
[4] 前記第二のセルの個数が、前記複数のセルの総数に対して45〜50%である前記[1]〜[3]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [ 4 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 3 ], wherein the number of the second cells is 45 to 50% with respect to the total number of the plurality of cells.
[5] 前記開口面積縮小部材が、酸処理によって形成されたものである前記[1]〜[4]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [ 5 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the opening area reducing member is formed by acid treatment.
[6] 前記開口面積縮小部材が、触媒材で形成されたものである前記[1]〜[4]のいずれかに記載のハニカム構造体。 [ 6 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 4 ], wherein the opening area reducing member is formed of a catalyst material.
[7] 前記[1]〜[6]のいずれかに記載のハニカム構造体と、前記ハニカム構造体の前記隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、前記隔壁表面に担持された触媒と、を備えたハニカム触媒体。 [ 7 ] The honeycomb structure according to any one of [1] to [ 6 ], a catalyst supported on the inner surface of the pores of the partition walls of the honeycomb structure, and a catalyst supported on the surface of the partition walls; And a honeycomb catalyst body.
[8] 前記触媒は、前記ハニカム構造体の容積1L当りに、100〜250g担持されている前記[7]に記載のハニカム触媒体。 [ 8 ] The honeycomb catalyst body according to [ 7 ], wherein the catalyst is supported in an amount of 100 to 250 g per 1 L of the volume of the honeycomb structure.
[9] セラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセルを区画形成する隔壁を有する柱状のハニカム成形体を得る工程(1)と、得られた前記ハニカム成形体の一方の端面側の所定のセルの開口部に目封止スラリーを充填して、前記所定のセルの開口部を目封止した目封止ハニカム成形体を得る工程(2)と、得られた前記目封止ハニカム成形体における目封止部に、前記一方の端面側から目封止したセルの内部まで貫通する貫通孔を穿孔して、前記一方の端面側において前記所定のセルの開口部の面積が縮小した開口面積縮小ハニカム成形体を得る工程(3)と、得られた前記開口面積縮小ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る工程(4)と、を備え、得られる前記ハニカム構造体の複数のセルは、流入側の端面から流出側の端面にかけて前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセルと、前記流出側の端面側の端部の開口部内に、その前記開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設され、前記流出側の端面側の端部において前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルと、を含んでなるハニカム構造体であり、少なくとも前記第二のセルは、隔壁を隔てて前記第一のセルと隣接するように配置され、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の総和の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積の総和に対する割合が、20〜95%となるように形成され、且つ、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積に対する割合が、20〜95%となるように形成されているハニカム構造体の製造方法。 [ 9 ] A step (1) of forming a ceramic forming raw material to obtain a columnar honeycomb formed body having partition walls for partitioning and forming a plurality of cells serving as fluid flow paths, and one of the obtained honeycomb formed bodies A step (2) of obtaining a plugged honeycomb formed body in which openings of predetermined cells on the end surface side are filled with a plugging slurry to plug the openings of the predetermined cells; A through-hole penetrating from the one end surface side to the inside of the plugged cell is drilled in the plugged portion of the sealed honeycomb formed body, and the area of the opening portion of the predetermined cell on the one end surface side the honeycomb structure but that includes the step (3) to obtain an opening area reduced honeycomb formed body obtained by reducing a step (4) firing the resulting said opening area reduced honeycomb formed body to obtain a honeycomb structure, the obtained Multiple cells of the body are the end faces on the inflow side The first cell in which the area of the cross section perpendicular to the flow path direction of the cell extends from the cell to the end surface on the outflow side, and the opening in the end portion on the end surface side on the outflow side. An opening area reducing member is disposed so as to block a part of the portion, and a second cross section perpendicular to the flow path direction of the cell is reduced at the end on the outflow side end face side. And at least the second cell is disposed adjacent to the first cell with a partition wall therebetween, and the second cell is an end face on the outflow side. The ratio of the sum of the areas of the openings to the sum of the areas of the openings before the openings are partially closed by the opening area reducing member is 20 to 95%, and , The second cell is the end surface on the outflow side. Of the area of the mouth, the ratio to the area of the opening of the front part of the opening portion by the opening area reduction member is closed The production method 20-95 percent composed so formed with have a honeycomb structure .
[10] 前記工程(2)において、目封止をする前記所定のセルと隔壁を隔てて隣接するセルに、前記隣接するセルの前記一方の端面側の開口部を覆うマスクを配設して、前記所定のセルのみに前記目封止スラリーを充填する前記[9]に記載のハニカム構造体の製造方法。 [ 10 ] In the step (2), a mask that covers the opening on the one end face side of the adjacent cell is disposed on the adjacent cell across the partition wall with the predetermined cell to be plugged. The method for manufacturing a honeycomb structured body according to [ 9 ], wherein only the predetermined cells are filled with the plugging slurry.
本発明のハニカム構造体及びハニカム触媒体は、特定の気孔率及び平均細孔径の多孔質の隔壁を有するハニカム構造部を備えたハニカム構造体において、第二のセルの流出側端面におけるセルの開口部の面積が開口面積縮小部材によって小さくなっているため、第二のセルに流入した流体の一部を、第二のセルを区画形成する隔壁を透過させて隣接する第一のセルの内部に積極的に流出させることができ、排気ガスに含まれる有害物質を効率的に浄化することができる。 The honeycomb structure and the honeycomb catalyst body of the present invention have a honeycomb structure including a honeycomb structure portion having a porous partition wall having a specific porosity and an average pore diameter. Since the area of the portion is reduced by the opening area reducing member, a part of the fluid that has flowed into the second cell is allowed to pass through the partition walls that define the second cell and enter the adjacent first cell. The exhaust gas can be actively discharged, and the harmful substances contained in the exhaust gas can be efficiently purified.
また、本発明のハニカム構造体及びハニカム触媒体は、隔壁の気孔率及び平均細孔径が特定の範囲であり、且つ上記第二のセルにおいては、開口部の面積が縮小されてはいるものの、縮小された開口部から流体の一部を流出させることができる(即ち、完全には開口部が封止されていない)ため、上述したように排気ガスの浄化効率を向上させたとしても、圧力損失の増加を有効に抑制、又は圧力損失を低減することができる。 Further, the honeycomb structure and the honeycomb catalyst body of the present invention have a partition wall porosity and an average pore diameter in a specific range, and in the second cell, although the area of the opening is reduced, Since a part of the fluid can flow out from the reduced opening (that is, the opening is not completely sealed), even if the exhaust gas purification efficiency is improved as described above, the pressure An increase in loss can be effectively suppressed, or pressure loss can be reduced.
即ち、本発明のハニカム構造体及びハニカム触媒体は、排気ガスの浄化効率の向上と、圧力損失の増加の抑制という、従来の技術では両立困難であった問題を同時に解決することができる。 That is, the honeycomb structure and the honeycomb catalyst body of the present invention can simultaneously solve the problems that are difficult to achieve with the conventional techniques, such as improvement of exhaust gas purification efficiency and suppression of increase in pressure loss.
また、本発明のハニカム構造体の製造方法は、上述した本発明のハニカム構造体を簡便且つ低コストに製造することができる。 Moreover, the honeycomb structure manufacturing method of the present invention can manufacture the above-described honeycomb structure of the present invention simply and at low cost.
以下、本発明を実施するための最良の形態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 will be specifically described. However, the present invention is not limited to the following embodiment, and is within the scope of the gist of the present invention. Based on this knowledge, it should be understood that design changes, improvements, etc. can be made as appropriate.
[1]ハニカム構造体:
まず、本発明のハニカム構造体の一の実施形態について具体的に説明する。ここで、図1Aは、本発明のハニカム構造体の一の実施形態を模式的に示す斜視図であり、図1Bは、図1Aに示すハニカム構造体の流出側の端面を拡大した拡大平面図であり、図1Cは、図1BのA−A’断面を模式的に示す概略断面図である。
[1] Honeycomb structure:
First, an embodiment of the honeycomb structure of the present invention will be specifically described. Here, FIG. 1A is a perspective view schematically showing an embodiment of the honeycomb structure of the present invention, and FIG. 1B is an enlarged plan view in which an end face on the outflow side of the honeycomb structure shown in FIG. 1A is enlarged. FIG. 1C is a schematic cross-sectional view schematically showing the AA ′ cross-section of FIG. 1B.
図1A〜図1Cに示すように、本実施形態のハニカム構造体1は、多孔質の隔壁12を有し、この隔壁12によって流入側の端面32から流出側の端面34まで貫通する、流体の流路となる複数のセル14が区画形成された柱状のハニカム構造部2を備えたハニカム構造体1である。なお、本実施形態のハニカム構造体1は、セル14を区画形成する隔壁12の外周を囲むように配設された外周壁16を有している。
As shown in FIGS. 1A to 1C, the
本実施形態のハニカム構造体1は、各種エンジン等から排出される排気ガスを浄化するためのハニカム触媒体の触媒担体として好適に用いることができる。より具体的には、例えば、上記隔壁の細孔の内表面、及び隔壁表面に触媒を担持してハニカム触媒体を製造し、得られたハニカム触媒体を排気ガスの排気系内部に配置し、その流入側の端面から各セルに流体(排気ガス)を流入させ、流入した排気ガスを、隔壁を透過させることによって、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害物質を触媒により浄化することができる。
The
そして、本実施形態のハニカム構造体1は、上記ハニカム構造部2を構成する多孔質の隔壁12が、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmである。このように、本実施形態のハニカム構造体1は、従来のハニカム触媒体に使用されるハニカム構造体と比較して、気孔率が高く、且つ平均細孔径が大きな多孔質体によって隔壁12が形成されたハニカム構造部2を備えている。このため、ハニカム構造体に触媒を担持してハニカム触媒体として用いた場合に、圧力損失の増加を有効に抑制することができる。使用条件によっては、従来のハニカム触媒体と比較して浄化性能を低下させることなく、圧力損失を低減することも可能である。
In the
なお、本明細書において、「気孔率」とは、水銀ポロシメータ(水銀圧入法)によって測定した値のことをいう。また、「平均細孔径」とは、水銀ポロシメータ(水銀圧入法)によって測定されたもので、多孔質基材(即ち、隔壁)に圧入された水銀の累積容量が、多孔質基材の全細孔容積の50%となった際の圧力から算出された細孔径のことをいう。 In this specification, “porosity” refers to a value measured by a mercury porosimeter (mercury intrusion method). The “average pore diameter” is measured by a mercury porosimeter (mercury intrusion method), and the cumulative volume of mercury injected into the porous substrate (ie, the partition wall) is the total fineness of the porous substrate. The pore diameter calculated from the pressure when the pore volume is 50%.
更に、本実施形態のハニカム構造体1は、隔壁12によって区画形成された複数のセル14が、流入側の端面32から流出側の端面34にかけてセル14の流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセル14aと、流出側の端面34側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材18が配設され、流出側の端面34側の端部においてセル14の流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセル14bと、を含んでいる。なお、本実施形態のハニカム構造体1においては、少なくとも第二のセル14bは、隔壁12を隔てて第一のセル14aと隣接するように配置されている。
Furthermore, in the
このように、本実施形態のハニカム構造体1は、全てのセル14の流入側の端面32における開口部が全て開放されるとともに、流出側の端面34においては、特定のセル(図1A〜図1Cに示すハニカム構造体1においては、第二のセル14b)に、その流出側の端面34の開口面積を減少させるような開口面積縮小部材18が配設され、開口面積縮小部材18が配設されたセル(第二のセル14b)の内部に流入した流体を、第二のセル14bを区画形成する隔壁12を透過させて隣接する第一のセル14aに積極的に流出させることができるように構成されている。このため、隔壁12を透過する流体の量(流量)を増加させて、排気ガスの浄化効率を有効に向上させることができる。特に、少なくとも第二のセルが、隔壁を隔てて第一のセルと隣接するように配置されている場合には、隔壁を透過する流体の量(流量)を効率よく増加させることができ、排気ガスの浄化効率を有効に向上させることができる。
Thus, in the
本実施形態のハニカム構造体1においては、第二のセル14bの開口部の面積が開口面積縮小部材18によって縮小されてはいるものの、縮小された開口部から流体の一部を流出させることができる(即ち、第二のセル14bの開口部は完全には封止されていない)ため、上述したように排気ガスの浄化効率を向上させたとしても、圧力損失の増加を有効に抑制、又は圧力損失を低減することができる。
In the
また、第一のセルにおいては、隣接する第二のセルから隔壁を透過して流入する流体によって、セルの内部を通過する流体が攪拌されるため、セルを区画する隔壁の表面に担持された触媒との接触効率が向上し、浄化性能をより有効に向上させることができる。 Further, in the first cell, the fluid passing through the inside of the cell is agitated by the fluid flowing through the partition from the adjacent second cell, so that it is supported on the surface of the partition that partitions the cell. The contact efficiency with the catalyst is improved, and the purification performance can be improved more effectively.
また、第一のセルに隣接するセルの全てが第二のセルではなく、例えば、第一のセルに隣接するセルの一つが第一のセルである場合(即ち、第一のセル同士が隣接する組み合わせを含む配置である場合)であっても、第二のセルから隔壁を透過して流体が流入した第一のセル(例えば、一の第一のセル)から、この一の第一のセルと隔壁を隔てて隣接する他の第一のセルに流体が更に移動し、セル相互間における流体の移動が連続的に発生して、排気ガスの浄化性能を向上させることもできる。 In addition, when not all the cells adjacent to the first cell are the second cells, for example, one of the cells adjacent to the first cell is the first cell (that is, the first cells are adjacent to each other). The first cell from which the fluid has flowed through the partition wall from the second cell (for example, the first cell). The fluid further moves to another first cell adjacent to the cell and the partition wall, and the movement of the fluid between the cells continuously occurs, so that the exhaust gas purification performance can be improved.
[1−1]ハニカム構造部:
本実施形態のハニカム構造体は、多孔質の隔壁を有し、この隔壁によって流入側の端面から流出側の端面まで貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成された柱状のハニカム構造部を備えている。なお、本実施形態のハニカム構造体を構成するハニカム構造部は、セルを区画形成する隔壁の外周を囲むように配設された外周壁を有している。
[1-1] Honeycomb structure part:
The honeycomb structure of the present embodiment has a porous partition, and a columnar honeycomb in which a plurality of cells serving as fluid flow paths penetrating from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side are partitioned by the partition wall. It has a structural part. Note that the honeycomb structure portion constituting the honeycomb structure of the present embodiment has an outer peripheral wall disposed so as to surround the outer periphery of the partition wall that partitions the cells.
上述したように、この隔壁は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであるが、隔壁の気孔率の下限は60%以上であることが好ましく、65%以上であることが更に好ましく、また、上限は80%以下であることが好ましく、75%以下であることが更に好ましい。このように構成することによって、排気ガスの浄化効率を良好に向上させることができるとともに、圧力損失の増加を有効に抑制し、更には圧力損失を低減することも可能となる。 As described above, this partition wall has a porosity of 50 to 80% and an average pore diameter of 13 to 70 μm, and the lower limit of the partition wall porosity is preferably 60% or more, and more than 65%. In addition, the upper limit is preferably 80% or less, and more preferably 75% or less. With this configuration, the exhaust gas purification efficiency can be improved satisfactorily, the increase in pressure loss can be effectively suppressed, and further the pressure loss can be reduced.
なお、隔壁の気孔率が50%未満であると、上記した第二のセルの構成を採用したとしても、隔壁の気孔率が低すぎて、隔壁の細孔表面積が減少してしまい、浄化効率を向上する効果と、圧力損失の増加を抑制する効果との両立が不可能となる。特に、排気ガスの浄化効率が著しく低下してしまう。一方、隔壁の気孔率が80%を超えると、隔壁を透過する排気ガスの量(流量)が増大し排気ガスの浄化効率は向上するものの、ハニカム構造体の機械的強度が著しく低下することにより、破損等が生じ易く、触媒担体として使用することが困難になる。 If the porosity of the partition walls is less than 50%, even if the above-described second cell configuration is adopted, the porosity of the partition walls is too low, and the pore surface area of the partition walls is reduced, resulting in purification efficiency. It is impossible to achieve both the effect of improving the pressure and the effect of suppressing the increase in pressure loss. In particular, the exhaust gas purification efficiency is significantly reduced. On the other hand, when the porosity of the partition walls exceeds 80%, the amount (flow rate) of the exhaust gas that permeates the partition walls increases and the exhaust gas purification efficiency is improved, but the mechanical strength of the honeycomb structure is significantly reduced. , Damage and the like are likely to occur, making it difficult to use as a catalyst carrier.
また、ハニカム構造体を構成するハニカム構造部の隔壁の平均細孔径は、13〜60μmであることが好ましい。なお、平均細孔径の下限は15μm以上であることが更に好ましく、18μm以上であることが特に好ましく、また、上限は50μm以下であることが更に好ましく、40μm以下であることが特に好ましい。このように構成することによって、排気ガスの浄化効率を良好に向上させることができるとともに、圧力損失の増加を有効に抑制し、更には圧力損失を低減することも可能となる。 Moreover, it is preferable that the average pore diameter of the partition walls of the honeycomb structure part constituting the honeycomb structure is 13 to 60 μm. The lower limit of the average pore diameter is more preferably 15 μm or more, particularly preferably 18 μm or more, and the upper limit is further preferably 50 μm or less, and particularly preferably 40 μm or less. With this configuration, the exhaust gas purification efficiency can be improved satisfactorily, the increase in pressure loss can be effectively suppressed, and further the pressure loss can be reduced.
隔壁の平均細孔径が13μm未満であると、隔壁の細孔の内表面に触媒を担持してハニカム触媒体として使用した場合に、上記細孔が閉塞し、細孔の内表面による排気ガスの浄化が行われなくなり、浄化効率が著しく低下してしまう。一方、隔壁の平均細孔径が70μmを超えると、隔壁の細孔の内表面総面積が低下し、排気ガスの浄化効率が低下してしまう。 When the average pore diameter of the partition walls is less than 13 μm, when the catalyst is supported on the inner surface of the partition wall pores and used as a honeycomb catalyst body, the pores are blocked, and the exhaust gas from the inner surface of the pores is blocked. Purification is not performed, and purification efficiency is significantly reduced. On the other hand, if the average pore diameter of the partition walls exceeds 70 μm, the total inner surface area of the partition wall pores decreases, and the exhaust gas purification efficiency decreases.
本実施形態のハニカム構造体のセル密度は、16〜93セル/cm2(100〜600cpsi)であることが好ましく、42〜62セル/cm2(300〜400cpsi)であることが更に好ましい。セル密度が16セル/cm2未満であると、排気ガスとの接触効率が低下し、浄化効率が低下することがあり、セル密度が93セル/cm2超であると、圧力損失が増大することがある。なお、「cpsi」は「cells per square inch」の略であり、1平方インチ当りのセル数を表す単位である。 Cell density of the honeycomb structure of the present embodiment is preferably from 16 to 93 cells / cm 2 (100~600cpsi), more preferably from 42-62 cells / cm 2 (300~400cpsi). When the cell density is less than 16 cells / cm 2 , the contact efficiency with the exhaust gas is lowered, and the purification efficiency may be lowered. When the cell density is more than 93 cells / cm 2 , the pressure loss is increased. Sometimes. “Cpsi” is an abbreviation for “cells per square inch”, and is a unit representing the number of cells per square inch.
また、隔壁の厚さは、80〜450μmであることが好ましく、230〜330μmであることが更に好ましい。隔壁の厚さが、80μm未満であると、強度が不足して耐熱衝撃性が低下することがあり、450μmを超えると、圧力損失が増大することがある。 Moreover, it is preferable that the thickness of a partition is 80-450 micrometers, and it is still more preferable that it is 230-330 micrometers. If the partition wall thickness is less than 80 μm, the strength may be insufficient and thermal shock resistance may decrease, and if it exceeds 450 μm, pressure loss may increase.
本実施形態のハニカム構造体の、中心軸に垂直な断面の形状は、即ち、隔壁を囲うように配置された外周壁の形状は、特に限定されないが、例えば、円、楕円、長円、台形、三角形、四角形、六角形、又は左右非対称な異形形状を挙げることができる。なかでも、円、楕円、長円が好ましい。 The shape of the cross section perpendicular to the central axis of the honeycomb structure of the present embodiment, that is, the shape of the outer peripheral wall arranged so as to surround the partition wall is not particularly limited, but for example, a circle, an ellipse, an ellipse, a trapezoid , Triangles, quadrangles, hexagons, or left-right asymmetrical irregular shapes. Of these, a circle, an ellipse, and an ellipse are preferable.
本実施形態のハニカム構造体の隔壁を構成する材料としては、セラミックスを主成分とする材料を好適例として挙げることができる。セラミックスとしては、炭化珪素、コージェライト、チタン酸アルミニウム、サイアロン、ムライト、窒化珪素、リン酸ジルコニウム、ジルコニア、チタニア、アルミナ、若しくはシリカ、又はこれらを組み合わせたものを好適例として挙げることができる。特に、炭化珪素、コージェライト、ムライト、窒化珪素、アルミナ等のセラミックスが、耐アルカリ特性の観点から好適である。なかでも酸化物系のセラミックスは、コストが安い点でも好ましい。 As a material constituting the partition walls of the honeycomb structure of the present embodiment, a material mainly composed of ceramics can be given as a suitable example. Preferred examples of ceramics include silicon carbide, cordierite, aluminum titanate, sialon, mullite, silicon nitride, zirconium phosphate, zirconia, titania, alumina, silica, or a combination thereof. In particular, ceramics such as silicon carbide, cordierite, mullite, silicon nitride, and alumina are preferable from the viewpoint of alkali resistance. Among these, oxide-based ceramics are preferable because of their low cost.
なお、隔壁を囲うように配置された外周壁については、ハニカム構造部の成形時に、ハニカム構造部と一体的に形成させる成形一体壁であってもよいし、その外周に壁を有するハニカム構造部を成形した後、このハニカム構造部の外周の壁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あってもよい。 Note that the outer peripheral wall disposed so as to surround the partition walls may be a molded integrated wall that is formed integrally with the honeycomb structure portion at the time of forming the honeycomb structure portion, or a honeycomb structure portion having a wall on the outer periphery thereof. Alternatively, the outer peripheral wall of the honeycomb structure portion may be ground into a predetermined shape and the outer peripheral wall may be formed of cement or the like.
このような外周壁は、例えば、上述した隔壁を構成する材料と同様の材料を用いて形成することができる。 Such an outer peripheral wall can be formed using the material similar to the material which comprises the partition mentioned above, for example.
また、本実施形態のハニカム構造体は、例えば、図示は省略するが、多孔質の隔壁を有し、隔壁によって流入側の端面から流出側の端面まで貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成された柱状のハニカムセグメントが、接合材層を介して複数個組み合わされた構造を有するハニカム構造体(以下、「接合型ハニカム構造体」ということがある)であってもよい。 The honeycomb structure of the present embodiment has, for example, a plurality of fluid passages that have a porous partition wall and pass through from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side. It may be a honeycomb structure having a structure in which a plurality of columnar honeycomb segments in which cells are partitioned are combined via a bonding material layer (hereinafter also referred to as “bonded honeycomb structure”).
このような、複数個のハニカムセグメントが接合材層によって一体化されてなる接合型ハニカム構造体であっても、各ハニカムセグメントを構成する多孔質の隔壁が、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、更に、隔壁によって区画形成された複数のセルが、流入側の端面から流出側の端面にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセルと、流出側の端面側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設され、流出側の端面側の端部においてセルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルとを含んでなることによって、排気ガスの浄化効率を有効に向上させることができる。 Even in such a bonded honeycomb structure in which a plurality of honeycomb segments are integrated by a bonding material layer, the porous partition walls constituting each honeycomb segment have a porosity of 50 to 80%. In addition, the average pore diameter is 13 to 70 μm, and the plurality of cells defined by the partition walls have a constant cross-sectional area perpendicular to the flow direction of the cells from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side. An opening area reducing member is disposed in the opening of the first cell formed at the end and the end of the end face on the outflow side so as to block a part of the opening, and the end on the end face side of the outflow side By including the second cell formed so that the area of the cross section perpendicular to the cell flow path direction is reduced in the part, the exhaust gas purification efficiency can be effectively improved.
[1−2]セル:
本実施形態のハニカム構造体においては、多孔質の隔壁によって、流入側の端面から流出側の端面まで貫通する複数のセルが区画形成されている。このセルは、流体、即ち、排気ガスの流路となり、流入側の端面から流入した排気ガスの一部を、そのセルを区画する隔壁を透過させて、隣接するセル内に流出させ、その際に、隔壁の細孔の内表面、及び隔壁表面に担持された触媒によって有害物質を浄化し、得られた浄化ガスを流出側の端面から排出することができるように構成されている。
[1-2] Cell:
In the honeycomb structure of the present embodiment, a plurality of cells penetrating from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side are partitioned by the porous partition walls. This cell serves as a flow path for fluid, that is, exhaust gas, and a part of the exhaust gas flowing in from the end surface on the inflow side passes through the partition wall that partitions the cell and flows out into the adjacent cell. In addition, harmful substances are purified by the inner surface of the pores of the partition walls and the catalyst supported on the partition surface, and the resulting purified gas can be discharged from the end face on the outflow side.
図1A〜図1Cに示すように、本実施形態のハニカム構造体1においては、この複数のセル14が、流入側の端面32から流出側の端面34にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセル14aと、流出側の端面34側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材18が配設され、流出側の端面34側の端部においてセルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセル14bと、を含んでなる。
As shown in FIGS. 1A to 1C, in the
本実施形態のハニカム構造体においては、少なくとも第二のセル14bは、隔壁を隔てて第一のセル14bと隣接するように配置されている。即ち、本実施形態のハニカム構造体1においては、少なくとも第二のセル14bに隣接するセル14は、全て第一のセル14bであり、第二のセル14b同士が隔壁12を隔てて隣接することがないように構成されている。第二のセル14bは、流出側の端面34側の端部においてセルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小しているため、流入側の端面32の開口部から排気ガスが流入すると、流出側の端面34に移動するに従って、排気ガスの流速が低下し、且つ第二のセル14bの圧力も増加する。一方、第一のセル14aは、流入側の端面32から流出側の端面34にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成されているため、上記第二のセル14bと比較して、流出側の端面34側における圧力の増加が少なくなっている。このため、第二のセル14bに流入した排気ガスは、相対的にセル内の圧力が低くなっている第一のセル14a内へと隔壁12を透過して移動するため、隔壁12の透過時に触媒による浄化が有効に行われる。
In the honeycomb structure of the present embodiment, at least a
[1−2a]第一のセル:
第一のセル14aは、流入側の端面32から流出側の端面34にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成されたセル14である。即ち、ハニカム構造部2を構成する隔壁12によって区画形成されたのみの、流入側の端面32から流出側の端面34に貫通する流路である。
[1-2a] First cell:
The
この第一のセルは、それぞれの第一のセルにおいて、流入側の端面から流出側の端面にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成されていればよく、複数の第一のセル同士の流路方向に垂直な断面の面積がそれぞれ同一でなくともよい。即ち、セルの流路方向に垂直な断面の形状が異なり、また、その断面の面積の大きさが異なる複数種類のセルによって、上記第一のセルが構成されていてもよいし、勿論、全ての第一のセルにおいて、流路方向に垂直な断面の面積の大きさが同一に構成されていてもよい。 The first cells need only have a cross-sectional area perpendicular to the cell flow path direction from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side in each first cell. The areas of the cross sections perpendicular to the flow direction of the first cells may not be the same. That is, the first cell may be constituted by a plurality of types of cells having different cross-sectional shapes perpendicular to the cell flow path direction and different cross-sectional area sizes. In the first cell, the size of the cross-sectional area perpendicular to the flow path direction may be the same.
第一のセルの流路方向に垂直な断面の形状については、特に制限はなく、例えば、三角形、四角形、又は八角形のセルと四角形のセルと組み合わせたものであることが好ましい。このように構成することによって、ハニカム構造体の流出側の端面において、開口面積縮小部材を千鳥状に配設することが可能となり、第一のセルと第二のセルとを隔壁を隔てて隣接するように配置することができる。 The shape of the cross section perpendicular to the flow path direction of the first cell is not particularly limited, and for example, it is preferable to combine a triangular, quadrangular, or octagonal cell with a quadrangular cell. With this configuration, it becomes possible to dispose the opening area reducing members in a staggered manner on the end surface on the outflow side of the honeycomb structure, and the first cell and the second cell are adjacent to each other with a partition wall therebetween. Can be arranged to do.
[1−2b]第二のセル:
第二のセル14bは、流出側の端面34側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材18が配設され、流出側の端面34側の端部においてセルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成されたセル14である。即ち、この第二のセル14bは、第一のセル14aと同様に形成されたセルの流出側の端面34側の端部の開口部内に、上記開口面積縮小部材18が配設されたセル14である。
[1-2b] Second cell:
In the
この第二のセルは、開口面積縮小部材によって流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成されたセルであれば、それぞれの第二のセルにおける流路方向に垂直な断面の面積が同一でなくともよい。即ち、セルの流路方向に垂直な断面の形状が異なり、また、その断面の面積(開口面積縮小部材が配設された箇所以外の断面の面積)の大きさが異なる複数種類のセルによって、上記第二のセルが構成されていてもよいし、勿論、全ての第二のセルにおいて、流路方向に垂直な断面の面積(開口面積縮小部材が配設された箇所以外の断面の面積)が同一に構成されていてもよい。 If this second cell is a cell formed so that the area of the cross section perpendicular to the flow path direction is reduced by the opening area reducing member, the area of the cross section perpendicular to the flow path direction in each second cell. May not be the same. That is, the shape of the cross section perpendicular to the flow direction of the cell is different, and a plurality of types of cells having different sizes of the cross section area (the cross section area other than the portion where the opening area reducing member is disposed), The second cell may be configured. Of course, in all the second cells, the cross-sectional area perpendicular to the flow path direction (the cross-sectional area other than the portion where the opening area reducing member is disposed) May be configured identically.
また、開口面積縮小部材が配設された、流出側の端面側の端部における流路方向に垂直な断面の面積(即ち、流出側の端面側の開口部の面積)においても、全ての第二のセルが同一の大きさに構成されていてもよし、異なる大きさに構成されていてもよい。なお、本実施形態のハニカム構造体においては、第二のセルの上記流出側の端面側の開口部の面積は、同一の大きさに構成されていることが好ましい。 Also, in the area of the cross section perpendicular to the flow path direction at the end on the outflow side where the opening area reducing member is disposed (that is, the area of the opening on the end surface on the outflow side), The two cells may be configured to be the same size or different sizes. In the honeycomb structure of the present embodiment, the area of the opening on the outflow side end face side of the second cell is preferably configured to have the same size.
また、第二のセルの流路方向に垂直な断面(開口面積縮小部材が配設された箇所以外の断面)の形状についても、特に制限はなく、例えば、上記した第一のセルにおける好ましい断面形状と同様の形状を好適例として挙げることができる。なお、第一のセルが八角形で第二のセルが四角形、或いは第一のセルが四角形で第二のセルが八角形、というのも好ましい実施態様の一つである。 Also, the shape of the cross section perpendicular to the flow direction of the second cell (the cross section other than the portion where the opening area reducing member is disposed) is not particularly limited, and for example, a preferable cross section in the first cell described above. A shape similar to the shape can be cited as a preferred example. One of the preferred embodiments is that the first cell is an octagon and the second cell is a rectangle, or the first cell is a rectangle and the second cell is an octagon.
本実施形態のハニカム構造体においては、第二のセルは、流出側の端面における開口部の面積(即ち、開口面積縮小部材によって縮小した部分の開口部の面積)の、開口面積縮小部材によって開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積に対する割合(以下、「流出側の端面における開口部の面積の割合」ということがある)、20〜95%となるように形成されている。なお、上記流出側の端面における開口部の面積の割合の下限は30%以上であることが更に好ましく、40%以上であることが特に好ましく、また、上限は80%以下であることが更に好ましく、70%以下であることが特に好ましい。このように構成することによって、圧力損失の増加を有効に抑制することができる。 In the honeycomb structure of the present embodiment, the second cell is opened by the opening area reducing member with the area of the opening on the outflow side end face (that is, the area of the opening reduced by the opening area reducing member). proportion to the area of the opening of the front part of the section is closed (hereinafter, sometimes referred to as "the ratio of the area of the opening at the end face of the outlet-side"), that has been formed so as to be 20 to 95% . In addition, the lower limit of the ratio of the area of the opening in the end face on the outflow side is more preferably 30% or more, particularly preferably 40% or more, and the upper limit is further preferably 80% or less. 70% or less is particularly preferable. By comprising in this way, the increase in pressure loss can be suppressed effectively.
なお、「開口面積縮小部材によって縮小した部分の開口部の面積」とは、開口面積縮小部材に形成された貫通孔の面積を指すものであるが、例えば、図1Dに示すように、開口面積縮小部材18に形成された貫通孔の面積が、開口面積縮小部材18の深さ方向において一定でない場合には、開口面積縮小部材18に形成された貫通孔の面積が最小となる部位の面積Lを、開口面積縮小部材18によって縮小した部分の開口部の面積とする。ここで、図1Dは、本発明のハニカム構造体の他の実施形態を模式的に示す断面図である。なお、図1Dに示す断面は、図1Cに示す断面と同じ部位を示す断面である。
The “area of the opening portion reduced by the opening area reducing member” refers to the area of the through hole formed in the opening area reducing member. For example, as shown in FIG. When the area of the through-hole formed in the reducing
開口面積縮小部材によって縮小した部分の開口部の面積は、画像解析によって容易に算出することができるが、図1Dに示すように、開口部の面積(即ち、貫通孔の面積)が一定でない場合には、必要に応じて、一定間隔に断面を切削することによって、最小となる部位の面積Lを求めることができる。 The area of the opening of the portion reduced by the opening area reducing member can be easily calculated by image analysis. However, as shown in FIG. 1D, the area of the opening (that is, the area of the through hole) is not constant. If necessary, the area L of the minimum part can be obtained by cutting the cross section at regular intervals.
なお、上述した流出側の端面における開口部の面積の割合が20%未満であると、第二のセルの流出側の端面における開口部(即ち、開口面積縮小部材によって縮小した開口部)からの排気ガスの流出が殆ど行われなくなり、実質的に第一のセルによる浄化しか行われなくなることがある。一方、95%を超えると、第二のセル内と第一のセル内とにおける圧力差が生じ難くなるため、第二のセル内から第一のセル内への排気ガスの透過が行われ難くなり、浄化効率の向上効果が低下することがある。 Note that when the ratio of the area of the opening on the outflow side end face described above is less than 20%, from the opening on the outflow side end face of the second cell (that is, the opening reduced by the opening area reducing member). There is a case where exhaust gas hardly flows out and only purification by the first cell can be performed. On the other hand, if it exceeds 95%, a pressure difference between the second cell and the first cell is less likely to occur, so that it is difficult for the exhaust gas to permeate from the second cell into the first cell. Thus, the effect of improving the purification efficiency may be reduced.
また、第二のセルは、流出側の端面における開口部の面積の総和(即ち、開口面積縮小部材によって縮小した部分の開口部の面積の総和)の、開口面積縮小部材によって開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積の総和に対する割合(以下、「流出側の端面における開口部の総和面積の割合」ということがある)が、20〜95%となるように形成されている。なお、上記流出側の端面における開口部の総和面積の割合の下限は30%以上であることが更に好ましく、40%以上であることが特に好ましく、また、上限は80%以下であることが更に好ましく、70%以下であることが特に好ましい。 In addition, the second cell has a part of the opening by the opening area reducing member, which is the sum of the areas of the openings on the end surface on the outflow side (that is, the sum of the areas of the openings reduced by the opening area reducing member). proportion to the sum of the areas of the front opening is closed (hereinafter, sometimes referred to as "the ratio of the sum area of the openings at the end face on the outflow side") is, that have been formed to be 20 to 95% . The lower limit of the ratio of the total area of the openings on the outflow side end face is more preferably 30% or more, particularly preferably 40% or more, and the upper limit is further 80% or less. It is preferably 70% or less.
なお、上述した流出側の端面における開口部の総和面積の割合が20%未満であると、第二のセルの流出側の端面における開口部(即ち、開口面積縮小部材によって縮小した開口部)から流出される排気ガスの総流量が減少し、実質的に第一のセルによる浄化しか行われなくなることがある。一方、95%を超えると、第二のセル内と第一のセル内とにおける圧力差が生じ難くなるため、第二のセル内から第一のセル内への排気ガスの透過が行われ難くなり、浄化効率の向上効果が低下することがある。 When the ratio of the total area of the openings on the outflow side end face described above is less than 20%, from the opening on the outflow side end face of the second cell (that is, the opening reduced by the opening area reducing member). In some cases, the total flow rate of the exhaust gas flowing out decreases, and only purification by the first cell can be performed. On the other hand, if it exceeds 95%, a pressure difference between the second cell and the first cell is less likely to occur, so that it is difficult for the exhaust gas to permeate from the second cell into the first cell. Thus, the effect of improving the purification efficiency may be reduced.
なお、上記した、流出側の端面における開口部の面積の割合、及び流出側の端面における開口部の総和面積の割合は、ハニカム構造体の端面全体で均一であってもよいが、部分的に変化させてもよい。例えば、排気ガスの流速の早い、端面中央近傍は開口部の割合を小さくし、一方、排気ガスの流速の遅い、端面外周部近傍は大きくすることも、流速分布の均一化効果を併せ持たせる意味で、好適な実施態様である。 Note that the ratio of the area of the opening on the end face on the outflow side and the ratio of the total area of the opening on the end face on the outflow side may be uniform over the entire end face of the honeycomb structure. It may be changed. For example, reducing the ratio of the opening in the vicinity of the center of the end surface where the exhaust gas flow rate is fast, while increasing the vicinity of the outer peripheral portion of the end surface where the exhaust gas flow rate is slow and slow increases the flow velocity distribution uniformity effect. In the sense, this is a preferred embodiment.
本実施形態のハニカム構造体においては、例えば、ハニカム構造部の軸方向(即ち、セルの流路方向)に垂直な断面における隔壁が格子状に形成され、セルの流路方向に垂直な断面の形状が四角形である場合、第一のセルと第二のセルとが隔壁を隔てて交互に、即ち、第一のセルと第二のセルとが千鳥状に配置されていることが好ましい。このように構成することによって、第二のセルから第一セルへの排気ガスの透過がより効率的に行われ、排気ガスの浄化効率を良好に向上させることができる。 In the honeycomb structure of the present embodiment, for example, partition walls in a cross section perpendicular to the axial direction of the honeycomb structure portion (that is, the cell flow direction) are formed in a lattice shape, and the cross section perpendicular to the cell flow direction is formed. When the shape is a quadrangle, it is preferable that the first cells and the second cells are alternately arranged across the partition walls, that is, the first cells and the second cells are arranged in a staggered manner. By comprising in this way, the permeation | transmission of the exhaust gas from a 2nd cell to a 1st cell is performed more efficiently, and the purification | cleaning efficiency of exhaust gas can be improved favorably.
また、本実施形態のハニカム構造体においては、第二のセルの個数が、複数のセルの総数に対して45〜50%であることが好ましく、47.5〜50%であることが更に好ましい。このように構成することによって、圧力損失の上昇を抑制しつつ、排気ガスの浄化効率を有効に向上させることが可能となる。 In the honeycomb structure of the present embodiment, the number of second cells is preferably 45 to 50%, more preferably 47.5 to 50%, based on the total number of cells. . With this configuration, it is possible to effectively improve the exhaust gas purification efficiency while suppressing an increase in pressure loss.
[1−2b−1]開口面積縮小部材:
開口面積縮小部材は、第二のセルの流出側の端面側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように配設された部材である。
[1-2b-1] Opening area reducing member:
The opening area reducing member is a member disposed so as to block a part of the opening in the opening on the end face on the outflow side of the second cell.
このような開口面積縮小部材は、例えば、まず、第二のセルの流出側の端面側の端部の開口部(以下、単に「流出側開口部」ということがある)に、開口面積縮小部材を構成する材料を含む開口面積縮小用のスラリーを充填し、第二のセルの流出側開口部を完全に封止し、その後、開口面積縮小用のスラリーによって封止された部位の一部に、流出側の端面側から第二のセルの内部に貫通する貫通孔を穿孔することにより形成することができる。なお、開口面積縮小部材の形成方法については、上述した方法に限定されることはなく、例えば、予め貫通孔が形成された栓状の部材を、第二のセルの流出側開口部に配設することによって形成することもできる。 Such an opening area reducing member is, for example, an opening area reducing member in an opening at the end of the second cell on the outflow side (hereinafter sometimes simply referred to as “outflow side opening”). The slurry for reducing the opening area containing the material constituting the material is filled, and the outflow side opening of the second cell is completely sealed, and then part of the part sealed by the slurry for reducing the opening area It can be formed by drilling a through-hole penetrating from the end surface side on the outflow side to the inside of the second cell. The method for forming the opening area reducing member is not limited to the above-described method. For example, a plug-like member having a through-hole formed in advance is disposed in the outflow side opening of the second cell. It can also be formed.
開口面積縮小部材は、第二のセルの流出側開口部の開口面積を縮小することができるものであれば、その材質については特に制限はないが、例えば、隔壁と同質のもの、それに酸処理を施したもの、触媒材等を好適に用いることができる。 The opening area reducing member is not particularly limited as long as the opening area of the outflow side opening of the second cell can be reduced. For example, the opening area reducing member has the same quality as the partition, and acid treatment. Those having been subjected to the above, a catalyst material and the like can be suitably used.
また、開口面積縮小部材は、気孔率が20〜80%の多孔質体からなることが好ましい。このように構成することによって、開口面積縮小部材でも細孔の表面積を利用した浄化性能向上に寄与することができる。なお、気孔率が20%未満では、細孔の表面積を十分に利用することができないことがあり、一方、気孔率が80%を超えると、開口面積縮小部材の機械的強度が著しく低下することにより、破損等が生じることがある。開口面積縮小部材の気孔率は、40〜75%であることが更に好ましく、65〜75%であることが特に好ましい。 The opening area reducing member is preferably made of a porous body having a porosity of 20 to 80%. By comprising in this way, even an opening area reduction member can contribute to the purification performance improvement using the surface area of a pore. If the porosity is less than 20%, the surface area of the pores may not be fully utilized. On the other hand, if the porosity exceeds 80%, the mechanical strength of the opening area reducing member is significantly reduced. May cause damage or the like. The porosity of the opening area reducing member is more preferably 40 to 75%, and particularly preferably 65 to 75%.
また、この開口面積縮小部材は、酸処理によって形成されたものであってもよい。より具体的には、開口面積縮小部材の気孔率を高めるため、塩酸などへの浸漬により、細孔を大きくすることによって形成されたものでもよい。このように構成することによって、目的とする気孔率を得ることができる。 Further, the opening area reducing member may be formed by acid treatment. More specifically, it may be formed by enlarging the pores by immersion in hydrochloric acid or the like in order to increase the porosity of the opening area reducing member. By comprising in this way, the target porosity can be obtained.
また、開口面積縮小部材は、触媒材(例えば、触媒組成物)で形成されたものであってもよい。より具体的には、ハニカム構造体にコートされている触媒材(例えば、触媒組成物)によって形成されたものでもよい。このように構成することによって、開口面積縮小部材も触媒性能を示し、浄化性能向上に寄与することができる。 Further, the opening area reducing member may be formed of a catalyst material (for example, a catalyst composition). More specifically, it may be formed by a catalyst material (for example, a catalyst composition) coated on the honeycomb structure. By comprising in this way, an opening area reduction member also shows catalyst performance and can contribute to purification performance improvement.
開口面積縮小部材は、流出側開口部における端面から、第二のセル内部側の端面までの長さ、即ち、開口面積縮小部材の配設深さが、0.3〜10mmであることが好ましく、0.5〜5mmであることが更に好ましい。例えば、上記長さ(配設深さ)が0.3mm未満であると、開口面積縮小部材の機械的強度が低下し、また、開口面積縮小部材と隔壁との接合力が十分に得られず、排気ガスの圧力や外部から振動等によって開口面積縮小部材が破損し易くなることがある。一方、10mmを越えると、流路方向に垂直な断面の面積が縮小される部位の長さが長くなり過ぎて、排気ガスが透過するための隔壁の有効な面積が減少してしまい、十分な浄化効率が得られないことがある。 The opening area reducing member preferably has a length from the end face in the outflow side opening to the end face on the second cell inner side, that is, the arrangement depth of the opening area reducing member is 0.3 to 10 mm. More preferably, it is 0.5-5 mm. For example, when the length (arrangement depth) is less than 0.3 mm, the mechanical strength of the opening area reducing member decreases, and the bonding force between the opening area reducing member and the partition cannot be sufficiently obtained. The opening area reducing member may be easily damaged by exhaust gas pressure or external vibration. On the other hand, if it exceeds 10 mm, the length of the portion where the area of the cross section perpendicular to the flow path direction is reduced becomes too long, and the effective area of the partition wall through which the exhaust gas permeates decreases. Purification efficiency may not be obtained.
なお、開口面積縮小部材によって、セルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルの流出側の開口部の形状については、第二のセルの開口部を縮小させることにより、これまでに説明した本発明の効果を得られるような形状であれば特に制限はない。例えば、図1Bにおいては、第二のセル14bの流出側の開口部に開口面積縮小部材18が配設され、開口面積縮小部材18によって第二のセル14bの開口部が円形に形成された場合の例を示しているが、図示は省略するが、第二のセルの開口部の形状は、四角、三角、六角、楕円等の形状であってもよい。また、一定の形状に定まっていない不定形状であってもよい。また、各第二のセル毎に、開口面積縮小部材により形成される開口部の形状が異なっていてもよい。
For the shape of the opening on the outflow side of the second cell formed so that the area of the cross section perpendicular to the cell flow path direction is reduced by the opening area reducing member, the opening of the second cell is There is no particular limitation as long as the shape can achieve the effects of the present invention described above by reducing the size. For example, in FIG. 1B, the opening
[2]ハニカム構造体の製造方法:
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法の一の実施形態について具体的に説明する。
[2] Manufacturing method of honeycomb structure:
Next, an embodiment of a method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention will be specifically described.
本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、これまでに説明した本発明のハニカム構造体、即ち、図1A及び図1Bに示すような、流入側の端面32から流出側の端面34にかけてセルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセル14aと、流出側の端面34側の端部の開口部内に、その開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材18が配設され、流出側の端面34側の端部においてセルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセル14bと、を含んでなる複数のセル14が多孔質の隔壁12によって区画形成された柱状のハニカム構造部2を備えたハニカム構造体1を製造する方法である。
The manufacturing method of the honeycomb structure of the present embodiment is the same as that of the honeycomb structure of the present invention described above, that is, as shown in FIGS. 1A and 1B, from the inflow end face 32 to the
本実施形態のハニカム構造体の製造方法は、図2Aに示すように、セラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセル54を区画形成する隔壁52を有する柱状のハニカム成形体72を得る工程(1)と、図2Bに示すように、得られたハニカム成形体72の一方の端面84側の所定のセル54bの開口部に目封止スラリー86を充填して、所定のセル54bの開口部を目封止した目封止ハニカム成形体74を得る工程(2)と、図2Cに示すように、得られた目封止ハニカム成形体74における目封止部64に、一方の端面84側から目封止した所定のセル54bの内部まで貫通する貫通孔66を穿孔して、一方の端面84側において所定のセル54bの開口部の面積が縮小した開口面積縮小ハニカム成形体76を得る工程(3)と、図2Dに示すように、得られた開口面積縮小ハニカム成形体76を焼成してハニカム構造体71を得る工程(4)と、を備えたハニカム構造体の製造方法である。
As shown in FIG. 2A, the method for manufacturing a honeycomb structure of the present embodiment is a columnar honeycomb formed body having
ここで、図2A〜図2Dは、本発明のハニカム構造体の製造方法の一の実施形態の各工程を説明する説明図である。なお、図2Aは、工程(1)を示し、図2Bは、工程(2)を示し、図2Cは、工程(3)を示し、図2Dは、工程(4)を示す。 Here, FIG. 2A to FIG. 2D are explanatory views for explaining each step of one embodiment of the method for manufacturing a honeycomb structure of the present invention. 2A shows the step (1), FIG. 2B shows the step (2), FIG. 2C shows the step (3), and FIG. 2D shows the step (4).
このように構成することによって、図1A及び図1Bに示すようなハニカム構造体1を簡便且つ低コストに製造することができる。
By comprising in this way, the
なお、本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、図2Bに示すように、上記工程(2)において、隔壁52を隔てて所定のセル54bと隣接するセル(残余のセル54a)に、その隣接するセル54aの一方の端面84側の開口部を覆うマスク68を配設して、所定のセル54bのみに目封止スラリー86を充填することが好ましい。
In the method for manufacturing a honeycomb structured body of the present embodiment, as shown in FIG. 2B, in the step (2), in the cell adjacent to the
即ち、上述した所定のセル54b(図2C参照)によって、第二のセル14bが形成され、開口部にマスク68(図2B参照)を配設した残余のセル54a(図2B参照)によって、第一のセル14aが形成される。また、目封止スラリーを充填する一方の端面84(図2B参照)が、ハニカム構造体の流出側の端面34となり、その反対側の端面(他方の端面82(図2B参照))が、流入側の端面32となる。
That is, the
以下、本実施形態のハニカム構造体の製造方法を、各工程毎に更に詳細に説明する。 Hereinafter, the manufacturing method of the honeycomb structure of the present embodiment will be described in more detail for each step.
[2−1]工程(1):
工程(1)は、図2Aに示すように、セラミック原料を含有するセラミック成形原料を成形して、流体の流路となる複数のセル54を区画形成する隔壁52を有する柱状のハニカム成形体72を得る工程である。この工程(1)は、従来公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。
[2-1] Step (1):
In the step (1), as shown in FIG. 2A, a columnar honeycomb formed
[2−2]工程(2):
工程(2)は、図2Bに示すように、得られたハニカム成形体72の一方の端面84側の所定のセル54bの開口部に目封止スラリー86を充填して、所定のセル54bの開口部を目封止した目封止ハニカム成形体74を得る工程である。
[2-2] Step (2):
In the step (2), as shown in FIG. 2B, the plugging
本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、第二のセルの流出側開口部に配設される開口面積縮小部材を形成する際に、上記目封止スラリー86によって、流出側開口部を一旦目封止し、その後の工程(3)において、目封止部に貫通孔を穿孔して、第二のセルの流出側開口部の一部を覆う開口面積縮小部材を形成する。
In the manufacturing method of the honeycomb structure of the present embodiment, when the opening area reducing member disposed in the outflow side opening of the second cell is formed, the outflow side opening is formed by the plugging
そして、本実施形態のハニカム構造体の製造方法においては、目封止をする所定のセル54bと隔壁52を隔てて隣接するセル(残余のセル54a)に、隣接するセル54aの一方の端面84側の開口部を覆うマスク68を配設して、所定のセル54bのみに目封止スラリー86を充填することが好ましい。
And in the manufacturing method of the honeycomb structure of the present embodiment, one
このように構成することによって、得られるハニカム構造体において、少なくとも第二のセルは、隔壁を隔てて第一のセルと隣接するように配置されることになり、本発明のハニカム構造体を効率的に製造することができる。 With this configuration, in the obtained honeycomb structure, at least the second cell is disposed so as to be adjacent to the first cell with the partition wall therebetween, and the honeycomb structure of the present invention can be efficiently used. Can be manufactured automatically.
なお、残余のセル54aにマスク68を配設する方法については特に制限はないが、例えば、ハニカム成形体72の一方の端面84全体に粘着性フィルム68aを貼着し、その粘着性フィルム68aを部分的(即ち、マスクを施さない所定のセル54bの開口部に対応する部位)に孔開けする方法等を挙げることができる。より具体的には、ハニカム成形体72の一方の端面84全体に粘着性フィルム68aを貼着した後に、目封止部64を形成しようとするセル(所定のセル54b)に相当する部分のみをレーザーにより孔を開ける方法等を好適に用いることができる。粘着性フィルム68aとしては、ポリエステル、ポリエチレン、熱硬化性樹脂等の樹脂からなるフィルムの一方の表面に粘着剤が塗布されたもの等を好適に用いることができる。
The method of disposing the
また、工程(1)にて成形したハニカム成形体が、その軸方向に垂直な断面における隔壁が格子状に形成され、セルの流路方向に垂直な断面の形状が四角形である場合には、所定のセル54bと残余のセル54aとが隔壁52を隔てて交互に、即ち、所定のセル54bと残余のセル54aとが千鳥状に配置されるように、上記マスク68を配設する、換言すれば、上記粘着性フィルム68aに孔を開けることが好ましい。
Further, when the honeycomb formed body formed in the step (1) is formed such that partition walls in a cross section perpendicular to the axial direction thereof are formed in a lattice shape, and the shape of the cross section perpendicular to the flow path direction of the cell is a square, The
開口面積縮小部材を形成するための目封止スラリーとしては、例えば、上述したハニカム成形体を得るために用いられたセラミック原料と添加剤を配合したスラリーを挙げることができる。添加剤として、水やバインダ、造孔材、界面活性剤等を混合して、粘度150〜400dPa・sに調整することが好ましく、180〜350dPa・sに調整することが更に好ましい。 Examples of the plugging slurry for forming the opening area reducing member include a slurry in which the ceramic raw material and the additive used for obtaining the above-described honeycomb formed body are blended. As an additive, water, a binder, a pore former, a surfactant and the like are mixed to adjust the viscosity to 150 to 400 dPa · s, and more preferably to 180 to 350 dPa · s.
また、このように目封止スラリーによって目封止部64を形成した後、得られた目封止ハニカム成形体74を更に乾燥してもよい。
Further, after forming the plugged
[2−3]工程(3):
工程(3)は、図2Cに示すように、得られた目封止ハニカム成形体74における目封止部64に、一方の端面84側から目封止した所定のセル54bの内部まで貫通する貫通孔66を穿孔して、一方の端面84側において所定のセル54bの開口部の面積が縮小した開口面積縮小ハニカム成形体76を得る工程である。
[2-3] Step (3):
In step (3), as shown in FIG. 2C, the plugged
これにより、貫通孔66が穿孔された目封止部64が、所定のセル54bの流出側開口部の一部を塞ぐように配設された開口面積縮小部材を形成することができる。
Thereby, the opening area reduction member arrange | positioned so that the plugging
貫通孔66を穿孔する方法については特に制限はないが、例えば、図2Cに示すように、剣山のような、複数の針状の突起88aを有する冶具88を用いて行うことができる。このような冶具88は、上記複数の針状の突起88aが、貫通孔66を穿孔する所定のセル54bの流出側開口部の中心に位置するように構成されていることが好ましい。また、この冶具88の突起88aの外径の大きさによって、貫通孔66の孔径を調整することができる。
Although there is no restriction | limiting in particular about the method of drilling the through-
[2−4]工程(4):
工程(4)は、図2Dに示すように、得られた開口面積縮小ハニカム成形体76を焼成してハニカム構造体71を得る工程である。このようにして、図1A及び図1Bに示すような、本発明のハニカム構造体を簡便且つ低コストに製造することができる。この工程(4)は、従来公知のハニカム構造体の製造方法に準じて行うことができる。
[2-4] Step (4):
Step (4) is a step of obtaining the
目封止部及び貫通孔の配設は、ハニカム成形体を焼成した後に行うことも可能である。なお、本発明のハニカム構造体を製造する方法として、上記方法に限定されることはなく、例えば、以下のような方法を用いてもよい。 The plugging portions and the through holes can be arranged after the honeycomb formed body is fired. The method for manufacturing the honeycomb structure of the present invention is not limited to the above method, and for example, the following method may be used.
まず、従来公知の方法に準じて、多孔質の隔壁を有し、前記隔壁によって流入側の端面から流出側の端面まで貫通する、流体の流路となる複数のセルが区画形成されたハニカム構造体を作製する。次に、ハニカム構造体の(目封止を設ける側の)端面全体に粘着性フィルムを貼着した後に、目封止部を形成したいセルに相当する部分のみをレーザーによって孔を開ける。粘着性フィルムとしては、ポリエステル、ポリエチレン、熱硬化性樹脂等の樹脂からなるフィルムの一方の表面に粘着材が塗布されたもの等を好適に用いることができる。 First, in accordance with a conventionally known method, a honeycomb structure having a porous partition wall, in which a plurality of cells serving as fluid flow paths are formed by the partition wall from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side. Create a body. Next, after adhering an adhesive film to the entire end face (on the side where the plugging is provided) of the honeycomb structure, holes are formed in the portions corresponding to the cells where the plugging portions are to be formed with a laser. As an adhesive film, what applied the adhesive material to the one surface of the film which consists of resin, such as polyester, polyethylene, a thermosetting resin, etc. can be used conveniently.
その後、フィルム貼着面から、開口面積を縮小させたい深さまで、開口面積縮小用スラリーに浸漬することによって、所望のセルのみ、その開口面積を縮小させることができる。開口面積縮小用スラリーの粘性や縮小させたい程度によって、前記浸漬から引き上げのみの操作で、所望の大きさに開口部を縮小させることができる。なお、必要に応じて、圧縮エアー等で余剰スラリーを吹く払うことによって、所望の大きさに開口部を縮小させることが好ましい。また、ハニカム構造体の端面において、部分的に圧縮エアー等を噴射することにより、また、噴射する圧縮エアー等の圧力を変えることにより、開口面積を縮小させる各セルにおいて、開口面積の縮小程度にそれぞれ変化を持たせることも可能となる。 Then, the opening area can be reduced only for a desired cell by immersing in the slurry for reducing the opening area from the film sticking surface to a depth at which the opening area is desired to be reduced. Depending on the viscosity of the slurry for reducing the opening area and the degree to be reduced, the opening can be reduced to a desired size only by the operation of pulling up from the immersion. In addition, it is preferable to reduce an opening part to a desired magnitude | size by blowing off surplus slurry with compressed air etc. as needed. In addition, in each cell that reduces the opening area by partially injecting compressed air or the like on the end face of the honeycomb structure, or by changing the pressure of the compressed air to be injected, etc. Each can be changed.
[3]ハニカム触媒体:
次に、本発明のハニカム触媒体の一の実施形態について具体的に説明する。本実施形態のハニカム触媒体は、これまでに説明した本発明のハニカム構造体(例えば、図1Aに示すハニカム構造体1)と、このハニカム構造体の隔壁の細孔の内表面に担持されるとともに、隔壁表面に担持された触媒と、を備えたハニカム触媒体である。
[3] Honeycomb catalyst body:
Next, an embodiment of the honeycomb catalyst body of the present invention will be specifically described. The honeycomb catalyst body of the present embodiment is supported on the inner surface of the pores of the partition walls of the honeycomb structure of the present invention described above (for example, the
このようなハニカム触媒体は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスを、流入側の端面から各セルに流入させ、流入した排気ガスを、隔壁を透過させて、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害物質を触媒により浄化するものである。このようにして隔壁を透過した透過流体(浄化ガス)は、隣接するセルの流出側の端面の開口部から流出される。 Such a honeycomb catalyst body allows exhaust gas discharged from automobile, construction machine, and industrial stationary engines, combustion equipment, and the like to flow into each cell from the end face on the inflow side, The partition wall is used to purify harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC), nitrogen oxide (NO x ), etc. with a catalyst. The permeated fluid (purified gas) that has permeated through the partition wall in this manner flows out from the opening on the end surface on the outflow side of the adjacent cell.
本実施形態のハニカム触媒体は、第二のセルの流入側端面におけるセルの開口部の面積が開口面積縮小部材によって小さくなっているため、第二のセルに流入した流体の一部を、第二のセルを区画形成する隔壁を透過させて隣接する第一のセルの内部に積極的に流出させることができ、排気ガスに含まれる有害物質を効率的に浄化することができる。 In the honeycomb catalyst body of the present embodiment, the area of the opening of the cell on the inflow side end face of the second cell is reduced by the opening area reducing member. The partition walls forming the two cells can be permeated to actively flow out into the adjacent first cells, and harmful substances contained in the exhaust gas can be efficiently purified.
また、本実施形態のハニカム触媒体は、隔壁の気孔率及び平均細孔径が特定の範囲であり、且つ上記第二のセルにおいては、開口部の面積が縮小されてはいるものの、縮小された開口部から流体の一部を流出させることができる(即ち、完全には開口部が封止されていない)ため、上述したように排気ガスの浄化効率を向上させたとしても、圧力損失の増加を有効に抑制、又は圧力損失を低減することができる。 Further, in the honeycomb catalyst body of the present embodiment, the porosity and average pore diameter of the partition walls are in a specific range, and in the second cell, although the area of the opening is reduced, it is reduced. Since a part of the fluid can flow out from the opening (that is, the opening is not completely sealed), the pressure loss increases even if the exhaust gas purification efficiency is improved as described above. Can be effectively suppressed or pressure loss can be reduced.
即ち、本実施形態のハニカム触媒体は、排気ガスの浄化効率の向上と、圧力損失の増加の抑制という、従来の技術では両立困難であった問題を同時に解決することができる。 That is, the honeycomb catalyst body of the present embodiment can simultaneously solve the problems that are difficult to achieve with the conventional techniques, such as improvement of exhaust gas purification efficiency and suppression of increase in pressure loss.
本実施形態のハニカム触媒体に用いられる触媒は、排気ガスに含まれる有害物質を浄化することができるものであれば、特に制限はないが、例えば、貴金属として白金(Pt)、ロジウム(Rh)、パラジウム(Pd)の少なくとも1種を含有し、活性アルミナ、及び酸素吸蔵剤としてのセリアを更に含有するもの等が好ましい。このような触媒は、一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害物質の浄化に特に有効である。 The catalyst used in the honeycomb catalyst body of the present embodiment is not particularly limited as long as it can purify harmful substances contained in the exhaust gas. For example, platinum (Pt), rhodium (Rh) as noble metals Further, those containing at least one kind of palladium (Pd), further containing activated alumina and ceria as an oxygen storage agent are preferable. Such a catalyst is particularly effective for purification of harmful substances such as carbon monoxide (CO), hydrocarbons (HC), and nitrogen oxides (NO x ).
触媒の担持量については、触媒の種類、触媒担体として使用するハニカム構造体の大きさやセル構造、及び浄化する排気ガスの種類や処理量等によっても異なるが、例えば、ハニカム構造体の容積1L当りに、100〜250gの触媒が担持されていることが好ましい。このように構成することによって、排気ガスの浄化効率を向上させることができ、且つ、圧力損失の増加を有効に抑制することができる。なお、触媒の担持量は、ハニカム構造体の容積1L当りに、150〜200gであることが更に好ましく、160〜180gであることが特に好ましい。 The amount of catalyst supported varies depending on the type of catalyst, the size and cell structure of the honeycomb structure used as the catalyst carrier, and the type and amount of exhaust gas to be purified. For example, per 1 L of the honeycomb structure volume Further, it is preferable that 100 to 250 g of catalyst is supported. By comprising in this way, the purification | cleaning efficiency of exhaust gas can be improved and the increase in pressure loss can be suppressed effectively. The catalyst loading is more preferably 150 to 200 g, and particularly preferably 160 to 180 g, per liter of the honeycomb structure volume.
隔壁の細孔の内表面に担持された触媒は、隔壁表面に担持される触媒の量に対し同量以上であることが好ましい。隔壁の細孔の内表面に担持された触媒が、隔壁表面に担持された触媒の量に対し同量以上でないと、細孔内表面積を有効に使えず浄化率が悪化することがある。隔壁の細孔の内表面に担持された触媒の量と隔壁表面に担持された触媒の量との比率は、隔壁の断面微構造写真で、各々の断面積を比較することによって、簡易的に評価することができる。 The amount of the catalyst supported on the inner surface of the pores of the partition walls is preferably equal to or greater than the amount of the catalyst supported on the partition surface. If the catalyst supported on the inner surface of the pores of the partition walls is not equal to or greater than the amount of the catalyst supported on the partition surface, the surface area in the pores cannot be used effectively and the purification rate may deteriorate. The ratio between the amount of catalyst supported on the inner surface of the pores of the partition walls and the amount of catalyst supported on the partition wall surfaces can be simplified by comparing the cross-sectional areas of the cross-sectional microstructure images of the partition walls. Can be evaluated.
[3−1]ハニカム触媒体の製造方法:
次に、本実施形態のハニカム触媒体を製造する方法の一例について説明する。なお、本実施形態のハニカム触媒体を製造する方法については、以下の方法に限定されることはない。
[3-1] Manufacturing method of honeycomb catalyst body:
Next, an example of a method for manufacturing the honeycomb catalyst body of the present embodiment will be described. Note that the method for manufacturing the honeycomb catalyst body of the present embodiment is not limited to the following method.
まず、本実施形態のハニカム触媒体の触媒担体としてのハニカム構造体を作製する。本実施形態のハニカム触媒体においては、これまでに説明した本発明のハニカム構造体が使用されるため、例えば、上述した本実施形態のハニカム構造体の製造方法の実施形態に準じてハニカム構造体を製造することができる。 First, a honeycomb structure as a catalyst carrier of the honeycomb catalyst body of the present embodiment is manufactured. In the honeycomb catalyst body of the present embodiment, since the honeycomb structure of the present invention described so far is used, for example, the honeycomb structure according to the embodiment of the manufacturing method of the honeycomb structure of the present embodiment described above. Can be manufactured.
次に、得られたハニカム構造体の隔壁表面と、隔壁の細孔の内表面とに触媒を担持する。触媒の担持方法については特に制限はなく、従来公知のハニカム触媒体の製造方法において用いられる方法に準じて触媒を担持することができる。例えば、ハニカム構造体に対して、触媒成分を含む触媒液をウォッシュコートした後、高温で熱処理して焼き付ける方法等を挙げることができる。 Next, the catalyst is supported on the partition wall surfaces of the obtained honeycomb structure and the inner surfaces of the pores of the partition walls. The catalyst loading method is not particularly limited, and the catalyst can be loaded according to a method used in a conventionally known honeycomb catalyst body manufacturing method. For example, after the honeycomb structure is wash-coated with a catalyst solution containing a catalyst component, it can be heat treated at a high temperature and baked.
なお、触媒は、目封止部に貫通孔を空けた後、隔壁に形成された細孔へ触媒溶液が含侵されるように、例えば、脱気処理を施して触媒を担持することができる。なお、脱気処理を施して触媒を担持する方法としては、例えば、減圧雰囲気下で触媒担持を行う方法を挙げることができる。 In addition, the catalyst can carry | support a catalyst, for example by performing a deaeration process so that a catalyst solution may be impregnated into the pore formed in the partition, after making a through-hole in a plugging part. An example of a method for carrying a catalyst by performing a deaeration process is a method of carrying a catalyst in a reduced-pressure atmosphere.
以下、本発明を実施例に基づいて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。また、各物性の測定は、下記の方法によった。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated concretely based on an Example, this invention is not limited to these Examples. Each physical property was measured by the following method.
[平均細孔径(μm)]:細孔径は、水銀ポロシメータ(水銀圧入法)によって測定されたもので、多孔質基材に圧入された水銀の累積容量が、多孔質基材の全細孔容積の50%となった際の圧力から算出された細孔径を意味するものとする。水銀ポロシメータとしては、Micromeritics社製、商品名:Auto Pore III 型式9405を用いた。 [Average pore diameter (μm)]: The pore diameter was measured by a mercury porosimeter (mercury intrusion method), and the cumulative volume of mercury injected into the porous substrate was the total pore volume of the porous substrate. It means the pore diameter calculated from the pressure when it becomes 50%. As the mercury porosimeter, the product name: Auto Pore III Model 9405 manufactured by Micromeritics was used.
[気孔率(%)]:細孔径同様に、水銀ポロシメータを用いた。 [Porosity (%)]: Similar to the pore diameter, a mercury porosimeter was used.
[孔開口率(%)]:ハニカム構造体を構成するハニカム構造部における、第二のセルの流出側の端面における開口部の面積(開口面積縮小部材により縮小された状態における開口部の面積)の総和の、開口面積縮小部材によって開口部の一部が塞がれる前の第二のセルの開口部の面積の総和に対する割合(百分率)を、第二のセルの孔開口率(%)とした。 [Hole Opening Ratio (%)]: The area of the opening on the outflow side end face of the second cell in the honeycomb structure constituting the honeycomb structure (the area of the opening in the state reduced by the opening area reducing member) The ratio (percentage) of the total area of the second cell before the part of the opening is closed by the opening area reducing member to the total opening area of the second cell is expressed as the hole opening ratio (%) of the second cell. did.
[触媒担持量(g/L)]:触媒担体としてのハニカム構造体の容積1L当りの、触媒の担持量(g/L)を算出した。 [Catalyst loading (g / L)]: The catalyst loading (g / L) per liter of the volume of the honeycomb structure as the catalyst carrier was calculated.
[白金族金属担持量(g/L)]:触媒担体としてのハニカム構造体の容積1L当りの、触媒に含まれる白金族金属の担持量(g/L)を算出した。白金族金属は、白金(Pt)とロジウム(Rh)との割合(Pt:Rh)が、5:1となるように構成されている。 [Platinum group metal loading (g / L)]: The platinum group metal loading (g / L) contained in the catalyst per 1 L volume of the honeycomb structure as the catalyst carrier was calculated. The platinum group metal is configured such that the ratio of platinum (Pt) to rhodium (Rh) (Pt: Rh) is 5: 1.
[圧力損失(kPa)]:ハニカム触媒体に、25℃、1atmの測定用ガス(空気)を一定量通気して、流入側の端面と流出側の端面との圧力をそれぞれ測定し、その圧力差を圧力損失(kPa)とした。上記圧力の測定は、測定用ガスの流量を、0.92Nm3/minから9.91Nm3/minまで、流量を約1Nm3/minずつ増加させて、合計10回の測定を行った。 [Pressure loss (kPa)]: A predetermined amount of measurement gas (air) at 25 ° C. and 1 atm was passed through the honeycomb catalyst body to measure the pressures at the end face on the inflow side and the end face on the outflow side. The difference was taken as pressure loss (kPa). Measurements of the pressure, the flow rate of the measurement gas, from 0.92 nm 3 / min until 9.91Nm 3 / min, to increase the flow rate by about 1 Nm 3 / min, it was measured a total of 10 times.
[有害成分排出量(g/mile)]:有害成分排出量の測定は、排気量2リッターのガソリンエンジン車両の排気系に、各実施例又は比較例のハニカム触媒体を配設し、このガソリンエンジン車両を用いてFTP(米国連邦規制の、LA−4)運転モードで運転し、走行距離1mile(マイル)あたりに排出される排出ガスに含まれる有害成分の排出量(g)を測定した。有害成分としては、排出ガス中の炭化水素(HC)と窒素酸化物(NOX)との量(g)をそれぞれ測定した。なお、有害成分排出量の測定は、白金族金属担持量が1g/Lの場合と、白金族金属担持量が2g/Lの場合との場合とで測定を行った。 [Hazardous component emission (g / mile)]: The measurement of the harmful component emission was performed by disposing the honeycomb catalyst body of each example or comparative example in the exhaust system of a gasoline engine vehicle having a displacement of 2 liters. The engine vehicle was operated in the FTP (US federal regulation, LA-4) operation mode, and the emission amount (g) of harmful components contained in the exhaust gas discharged per mile of the mileage was measured. As harmful components, the amount (g) of hydrocarbon (HC) and nitrogen oxide (NO x ) in the exhaust gas was measured. In addition, the amount of harmful component discharge was measured when the platinum group metal loading was 1 g / L and when the platinum group metal loading was 2 g / L.
(実施例1)
タルク、カオリン、仮焼カオリン、アルミナ、水酸化アルミニウム、及びシリカのうちから複数を組み合わせて、その化学組成が、SiO242〜56質量%、Al2O330〜45質量%、及びMgO12〜16質量%となるように所定の割合で調合されたコージェライト化原料100質量部に対して、造孔材としてグラファイトを10〜20質量部添加した。更に、メチルセルロース、及び界面活性剤をそれぞれ適当量添加した後、調製した杯土を真空脱気した後、押出成形することによりハニカム成形体を得た。このハニカム成形体の隔壁厚さは、200μm(8mil)であり、セル密度は62セル/cm2(400cpsi)である。なお、「1mil」は1000分の1インチであり、「cpsi」は「セル/平方インチ」のことである。
Example 1
Talc, combined kaolin, calcined kaolin, alumina, aluminum hydroxide, and a plurality from among silica, the chemical composition, SiO 2 42 to 56 wt%, Al 2
次に、得られたハニカム成形体の、流出側の端面に相当する一方の端面側のセルの開口部に、その流出側の端面が市松模様状(即ち、千鳥状)を呈するように、第二のセルに相当する所定のセルの端部に目封止部を形成し、目封止ハニカム成形体を得た。なお、目封止部の配設深さは、ハニカム成形体の端面から2mmとした。目封止部を形成する目封止スラリーとしては、上記ハニカム成形体成形用の坏土に用いられたコージェライト化原料と同様の割合で調合されたコージェライト化原料とバインダーとを配合し、増粘剤にて粘度を180〜350dPa・sに調整したものを用いた。 Next, in the obtained honeycomb molded body, in the opening of the cell on one end surface side corresponding to the end surface on the outflow side, the end surface on the outflow side exhibits a checkered pattern (that is, a staggered pattern). A plugged portion was formed at the end of a predetermined cell corresponding to the second cell to obtain a plugged honeycomb formed body. In addition, the arrangement | positioning depth of the plugging part was 2 mm from the end surface of the honeycomb molded body. As the plugging slurry for forming the plugged portion, a cordierite forming raw material and a binder prepared at the same ratio as the cordierite forming raw material used for the above-mentioned honeycomb molded body kneaded material are blended, What adjusted the viscosity to 180-350 dPa * s with the thickener was used.
次に、得られた目封止ハニカム成形体における目封止部に、流出側の端面側から目封止したセルの内部まで貫通する貫通孔を穿孔して、流出側の端面側において所定のセル(第二のセル)の開口部の面積が縮小した開口面積縮小ハニカム成形体を得た。本実施例においては、第二のセルの孔開口率(%)が25%となるように、上記貫通孔を穿孔した。 Next, a through-hole penetrating from the end surface on the outflow side to the inside of the plugged cell is drilled in the plugged portion of the obtained plugged honeycomb formed body, and a predetermined hole is formed on the end surface side on the outflow side. An opening area reduced honeycomb formed body in which the area of the opening of the cell (second cell) was reduced was obtained. In the present example, the through hole was drilled so that the hole opening ratio (%) of the second cell was 25%.
次に、得られた開口面積縮小ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を製造した。表1に、ハニカム構造体の、隔壁厚さ(μm)、セル密度(セル/cm2)、平均細孔径(μm)、及び気孔率(%)を示す。なお、各実施例及び比較例にて製造したハニカム構造体は、全ての実施例及び比較例において、端面の直径が105.7mm、軸方向の長さが114.3mmの円柱形状であり、開口面積縮小部材を配設したものについては、その配設深さを2mmとした。 Next, the obtained opening area-reduced honeycomb formed body was fired to manufacture a honeycomb structure. Table 1 shows the partition wall thickness (μm), cell density (cell / cm 2 ), average pore diameter (μm), and porosity (%) of the honeycomb structure. Note that the honeycomb structures manufactured in each of the examples and comparative examples have a cylindrical shape with an end face diameter of 105.7 mm and an axial length of 114.3 mm in all of the examples and comparative examples. About what provided the area reduction member, the arrangement | positioning depth was 2 mm.
次に、得られたハニカム構造体に、白金(Pt)とロジウム(Rh)との割合(Pt:Rh)が、5:1となるように調製された白金族金属を含む触媒を、触媒担持量が160g/Lとなるように担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例1)。なお、担持した触媒の助触媒としては、セリウム(Ce)の酸化物(CeO2)とジルコニウム(Zr)の酸化物(ZrO2)を用いた。また、白金族金属担持量は2g/Lである。 Next, a catalyst containing a platinum group metal prepared so that the ratio (Pt: Rh) of platinum (Pt) and rhodium (Rh) is 5: 1 is added to the obtained honeycomb structure. A honeycomb catalyst body was manufactured by supporting the catalyst so that the amount was 160 g / L (Example 1). As the promoter of the supported catalyst, cerium (Ce) oxide (CeO 2 ) and zirconium (Zr) oxide (ZrO 2 ) were used. The platinum group metal loading is 2 g / L.
実施例1のハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。圧力損失の測定結果を表2、及び有害成分排出量の測定結果を表3に示す。また、ここで、図3は、圧力損失の測定結果を示すグラフであり、横軸が測定用ガスの流量(Nm3/min)を示し、縦軸が圧力損失(kPa)を示す。また、図4及び図5は、有害成分排出量の測定結果を示すグラフであり、横軸が白金族金属担持量(g/L)を示し、縦軸が有害成分排出量(g/mile)を示す。なお、図4は、有害成分として炭化水素(HC)を測定した結果であり、図5は、有害成分として窒素酸化物(NOX)を測定した結果である。 With respect to the honeycomb catalyst body of Example 1, the above-described measurement of pressure loss and the amount of harmful component discharge were measured. Table 2 shows the measurement results of pressure loss, and Table 3 shows the measurement results of harmful component discharge. FIG. 3 is a graph showing the measurement result of the pressure loss, where the horizontal axis indicates the flow rate (Nm 3 / min) of the measurement gas, and the vertical axis indicates the pressure loss (kPa). 4 and 5 are graphs showing the measurement results of the harmful component emission amount, the horizontal axis represents the platinum group metal loading (g / L), and the vertical axis represents the harmful component emission amount (g / mile). Indicates. 4 shows the result of measuring hydrocarbon (HC) as a harmful component, and FIG. 5 shows the result of measuring nitrogen oxide (NO x ) as a harmful component.
(実施例2〜4)
第二のセルの孔開口率(%)を、表1に示すように変化させたこと以外は、実施例1と同様に構成されたハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、実施例1と同様の方法によって触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例2〜4)。実施例2〜4のそれぞれのハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表2及び表3に示す。
(Examples 2 to 4)
Except for changing the hole opening ratio (%) of the second cell as shown in Table 1, a honeycomb structure configured in the same manner as in Example 1 was manufactured. A catalyst was supported by the same method as in Example 1 to manufacture honeycomb catalyst bodies (Examples 2 to 4). About each honeycomb catalyst body of Examples 2-4, the measurement of the above-mentioned pressure loss and the measurement of harmful component discharge | emission amount were performed. The results are shown in Tables 2 and 3.
(比較例1)
ハニカム構造体の、隔壁厚さ(μm)、セル密度(セル/cm2)、平均細孔径(μm)、気孔率(%)が表1に示すようなハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、表1に示すように、触媒担持量が200g/Lとなるように触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(比較例1)。比較例1のハニカム構造体は、実施例1のハニカム構造体を製造した原材料から造孔材を除いたものを用いた。得られた比較例1のハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表2及び表3に示す。
(Comparative Example 1)
A honeycomb structure having a partition wall thickness (μm), a cell density (cell / cm 2 ), an average pore diameter (μm), and a porosity (%) as shown in Table 1 was manufactured and obtained. As shown in Table 1, a catalyst was supported on the honeycomb structure so that the catalyst loading was 200 g / L, and a honeycomb catalyst body was manufactured (Comparative Example 1). The honeycomb structure of Comparative Example 1 was obtained by removing the pore former from the raw material from which the honeycomb structure of Example 1 was manufactured. With respect to the obtained honeycomb catalyst body of Comparative Example 1, the above-described pressure loss measurement and harmful component discharge amount measurement were performed. The results are shown in Tables 2 and 3.
(結果1)
表2、及び図3に示すように、圧力損失の測定において、実施例1のハニカム触媒体は、測定用ガスの流量が5m3/min以上で比較例1よりも高い値を示したが、実施例2〜4は、10m3/minまで比較例1よりも低い値を示した。8Nm3/minで比較すると、実施例2では圧力損失が10%程度低減していることが確認された。
(Result 1)
As shown in Table 2 and FIG. 3, in the measurement of pressure loss, the honeycomb catalyst body of Example 1 showed a higher value than Comparative Example 1 at a flow rate of the measurement gas of 5 m 3 / min or more. Examples 2-4 showed the value lower than the comparative example 1 to 10 m < 3 > / min. When compared at 8 Nm 3 / min, in Example 2, it was confirmed that the pressure loss was reduced by about 10%.
また、表3、図4及び図5に示すように、有害成分排出量の測定において、実施例1〜4のハニカム触媒体では、孔開口率が小さくなるにつれて、浄化性能が向上することが確認された。また、孔開口率が95%の実施例4でもHCが25%程度、NOXが40%程度低減できる可能性が示された。 Further, as shown in Table 3, FIG. 4 and FIG. 5, in the measurement of the harmful component discharge amount, it was confirmed that the purification performance of the honeycomb catalyst bodies of Examples 1 to 4 improved as the hole opening ratio decreased. It was done. Further, even in Example 4 where the hole opening ratio was 95%, it was shown that HC could be reduced by about 25% and NO x could be reduced by about 40%.
また、図6に、圧力損失と有害成分排出量(炭化水素(HC)排出量)との関係を示す。図6においては、比較例1の圧力損失と有害成分排出量とに対する、各実施例1〜4の比率を示したものであり、横軸が、比較例1の圧力損失を1とした場合の比率であり、縦軸が、比較例1の有害成分排出量を1とした場合の比率である。 FIG. 6 shows the relationship between pressure loss and harmful component emissions (hydrocarbon (HC) emissions). In FIG. 6, the ratio of each Example 1-4 with respect to the pressure loss and harmful component discharge | emission amount of the comparative example 1 is shown, and a horizontal axis is a case where the pressure loss of the comparative example 1 is set to 1. It is a ratio, and a vertical axis | shaft is a ratio when the harmful component discharge | emission amount of the comparative example 1 is set to 1.
図6に示すように、実施例1〜4のハニカム触媒体は、比較例1の圧力損失及び有害成分排出量に対して、15%の低減が確認されるトレードオフラインXを超え、圧力損失と浄化性能という二律背反の関係の性能を両立させることができた。なお、上記した「15%の低減が確認されるトレードオフライン」とは、圧力損失の比率と、有害成分排出量の比率とを積算した値の二乗根が、0.85(即ち、比較例1の値の85%)となる点を結んだ曲線のことをいう。 As shown in FIG. 6, the honeycomb catalyst bodies of Examples 1 to 4 exceeded the trade-off line X in which a reduction of 15% was confirmed with respect to the pressure loss and harmful component discharge amount of Comparative Example 1, and the pressure loss and It was possible to achieve both the trade-off of purification performance. In addition, the above-mentioned “trade-off line in which reduction of 15% is confirmed” means that the square root of the value obtained by integrating the ratio of the pressure loss and the ratio of the harmful component discharge amount is 0.85 (that is, Comparative Example 1). Is a curve connecting points that are 85% of the value of.
(実施例5〜7、及び比較例2、3)
平均細孔径(μm)を、表4に示すように変化させたこと以外は、実施例2(孔開口率50%)と同様に構成されたハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、実施例1と同様の方法によって触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例5〜7、及び比較例2、3)。実施例5〜7、及び比較例2、3のそれぞれのハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表5及び表6に示す。また、ここで、図7は、圧力損失の測定結果を示すグラフであり、横軸が測定用ガスの流量(Nm3/min)を示し、縦軸が圧力損失(kPa)を示す。また、図8及び図9は、有害成分排出量の測定結果を示すグラフであり、横軸が白金族金属担持量(g/L)を示し、縦軸が有害成分排出量(g/mile)を示す。なお、図8は、有害成分として炭化水素(HC)を測定した結果であり、図9は、有害成分として窒素酸化物(NOX)を測定した結果である。
(Examples 5 to 7 and Comparative Examples 2 and 3)
Except for changing the average pore diameter (μm) as shown in Table 4, a honeycomb structure configured in the same manner as in Example 2 (pore opening ratio 50%) was manufactured, and the resulting honeycomb structure Then, a catalyst was supported by the same method as in Example 1 to manufacture honeycomb catalyst bodies (Examples 5 to 7 and Comparative Examples 2 and 3). With respect to each of the honeycomb catalyst bodies of Examples 5 to 7 and Comparative Examples 2 and 3, the above-described pressure loss measurement and harmful component discharge amount were measured. The results are shown in Tables 5 and 6. FIG. 7 is a graph showing the measurement result of the pressure loss, where the horizontal axis indicates the flow rate (Nm 3 / min) of the measurement gas, and the vertical axis indicates the pressure loss (kPa). 8 and 9 are graphs showing the measurement results of the harmful component discharge amount, the horizontal axis represents the platinum group metal loading (g / L), and the vertical axis represents the harmful component discharge amount (g / mile). Indicates. 8 shows the result of measuring hydrocarbon (HC) as a harmful component, and FIG. 9 shows the result of measuring nitrogen oxide (NO x ) as a harmful component.
(結果2)
表5、及び図7に示すように、圧力損失の測定において、実施例5〜7のハニカム触媒体は、比較例1のハニカム触媒体よりも低い値を示した。
(Result 2)
As shown in Table 5 and FIG. 7, in the measurement of pressure loss, the honeycomb catalyst bodies of Examples 5 to 7 showed lower values than the honeycomb catalyst body of Comparative Example 1.
また、表6、図8及び図9に示すように、有害成分排出量の測定において、平均細孔径には最適値があり、実施例6の20μm近傍に最適値があることがわかった。即ち、比較例2のように平均細孔径が13μmよりも小さい場合は、隔壁の細孔が閉塞され、細孔表面積を利用できなくなり、有害成分排出量が大幅に増加する。また、比較例3のように平均細孔径が70μmよりも大きい場合は、隔壁内の細孔による表面積が著しく低下し、有害成分排出量が大幅に増加する。 Further, as shown in Table 6, FIG. 8, and FIG. 9, it was found that the average pore diameter has an optimum value in the measurement of the harmful component discharge amount, and the optimum value is in the vicinity of 20 μm in Example 6. That is, when the average pore diameter is smaller than 13 μm as in Comparative Example 2, the pores of the partition walls are blocked, making it impossible to use the surface area of the pores, and the harmful component discharge amount is greatly increased. Moreover, when the average pore diameter is larger than 70 μm as in Comparative Example 3, the surface area due to the pores in the partition walls is remarkably reduced, and the harmful component discharge amount is greatly increased.
また、図10に、圧力損失と有害成分排出量(炭化水素(HC)排出量)との関係を示す。図10においては、比較例1の圧力損失と有害成分排出量とに対する、各実施例5〜7、及び比較例2、3の比率を示したものであり、横軸が、比較例1の圧力損失を1とした場合の比率であり、縦軸が、比較例1の有害成分排出量を1とした場合の比率である。 FIG. 10 shows the relationship between pressure loss and harmful component emissions (hydrocarbon (HC) emissions). In FIG. 10, the ratio of each Example 5-7 with respect to the pressure loss and harmful component discharge | emission amount of the comparative example 1 and the comparative examples 2 and 3 is shown, and a horizontal axis is the pressure of the comparative example 1. This is the ratio when the loss is 1, and the vertical axis is the ratio when the harmful component discharge amount of Comparative Example 1 is 1.
図10に示すように、実施例5〜7のハニカム触媒体は、比較例1の圧力損失及び有害成分排出量に対して、15%の低減が確認されるトレードオフラインXを超え、圧力損失と浄化性能という二律背反の関係の性能を両立させることができた。 As shown in FIG. 10, the honeycomb catalyst bodies of Examples 5 to 7 exceed the trade-off line X in which a reduction of 15% is confirmed with respect to the pressure loss and harmful component discharge amount of Comparative Example 1, and the pressure loss and It was possible to achieve both the trade-off of purification performance.
(実施例8〜10、及び比較例4、5)
気孔率(%)を、表7に示すように変化させたこと以外は、実施例2(孔開口率50%)と同様に構成されたハニカム構造体を製造し、得られたハニカム構造体に、実施例1と同様の方法によって触媒を担持し、ハニカム触媒体を製造した(実施例8〜10、及び比較例4、5)。実施例8〜10、及び比較例4、5のそれぞれのハニカム触媒体について、上記した圧力損失の測定と、有害成分排出量の測定を行った。結果を表8及び表9に示す。また、ここで、図11は、圧力損失の測定結果を示すグラフであり、横軸が測定用ガスの流量(Nm3/min)を示し、縦軸が圧力損失(kPa)を示す。また、図12及び図13は、有害成分排出量の測定結果を示すグラフであり、横軸が白金族金属担持量(g/L)を示し、縦軸が有害成分排出量(g/mile)を示す。なお、図12は、有害成分として炭化水素(HC)を測定した結果であり、図13は、有害成分として窒素酸化物(NOX)を測定した結果である。
(Examples 8 to 10 and Comparative Examples 4 and 5)
Except for changing the porosity (%) as shown in Table 7, a honeycomb structure configured in the same manner as in Example 2 (pore opening ratio 50%) was manufactured, and the resulting honeycomb structure was obtained. A catalyst was supported by the same method as in Example 1 to manufacture honeycomb catalyst bodies (Examples 8 to 10 and Comparative Examples 4 and 5). With respect to each of the honeycomb catalyst bodies of Examples 8 to 10 and Comparative Examples 4 and 5, the above-described pressure loss measurement and harmful component discharge amount were measured. The results are shown in Table 8 and Table 9. FIG. 11 is a graph showing the measurement result of the pressure loss. The horizontal axis indicates the flow rate of the measurement gas (Nm 3 / min), and the vertical axis indicates the pressure loss (kPa). FIG. 12 and FIG. 13 are graphs showing the measurement results of the harmful component discharge amount, the horizontal axis indicates the platinum group metal loading (g / L), and the vertical axis indicates the harmful component discharge amount (g / mile). Indicates. FIG. 12 shows the result of measuring hydrocarbon (HC) as a harmful component, and FIG. 13 shows the result of measuring nitrogen oxide (NO X ) as a harmful component.
(結果3)
表8、及び図11に示すように、圧力損失の測定において、実施例8〜10のハニカム触媒体は、比較例1のハニカム触媒体よりも低い値を示した。
(Result 3)
As shown in Table 8 and FIG. 11, in the measurement of pressure loss, the honeycomb catalyst bodies of Examples 8 to 10 showed lower values than the honeycomb catalyst body of Comparative Example 1.
また、表9、図12及び図13に示すように、有害成分排出量の測定において、気孔率には最適値があり、実施例10の65〜80%近傍に最適値があることがわかった。即ち、比較例4のように気孔率が50%よりも小さい場合は、隔壁の細孔表面積が減少し、有害成分排出量が大幅に増加する。また、比較例5のように気孔率が80%よりも大きい場合は、有害成分排出量は最も低いものの、強度が低下するため、実際の車載への適用に向かないと考えられる。 Moreover, as shown in Table 9, FIG. 12, and FIG. 13, in the measurement of the harmful component emission amount, it was found that there is an optimum value for the porosity, and there is an optimum value in the vicinity of 65 to 80% of Example 10. . That is, when the porosity is smaller than 50% as in Comparative Example 4, the pore surface area of the partition walls is decreased, and the harmful component discharge amount is greatly increased. In addition, when the porosity is larger than 80% as in Comparative Example 5, the harmful component discharge amount is the lowest, but the strength is lowered, so that it is not suitable for actual vehicle application.
また、図14に、圧力損失と有害成分排出量(炭化水素(HC)排出量)との関係を示す。図14においては、比較例1の圧力損失と有害成分排出量とに対する、各実施例8〜10、及び比較例4、5比率を示したものであり、横軸が、比較例1の圧力損失を1とした場合の比率であり、縦軸が、比較例1の有害成分排出量を1とした場合の比率である。 FIG. 14 shows the relationship between pressure loss and harmful component emissions (hydrocarbon (HC) emissions). FIG. 14 shows the ratios of Examples 8 to 10 and Comparative Examples 4 and 5 with respect to the pressure loss and harmful component discharge amount of Comparative Example 1, and the horizontal axis represents the pressure loss of Comparative Example 1. Is a ratio when the toxic component emission amount of Comparative Example 1 is 1.
図14に示すように、実施例8〜10のハニカム触媒体は、比較例1の圧力損失及び有害成分排出量に対して、15%の低減が確認されるトレードオフラインXを超え、圧力損失と浄化性能という二律背反の関係の性能を両立させることができた。 As shown in FIG. 14, the honeycomb catalyst bodies of Examples 8 to 10 exceed the trade-off line X in which a reduction of 15% is confirmed with respect to the pressure loss and harmful component discharge amount of Comparative Example 1, and the pressure loss and It was possible to achieve both the trade-off of purification performance.
このような実施例1〜実施例10のハニカム触媒体と、従来の触媒体である比較例1との比較から、本発明のハニカム触媒体は、浄化効率の向上により、触媒に用いる貴金属の使用量を最低でも30%程度削減できる可能性を示した。 From the comparison between the honeycomb catalyst bodies of Examples 1 to 10 and Comparative Example 1 which is a conventional catalyst body, the honeycomb catalyst body of the present invention uses the noble metal used for the catalyst by improving the purification efficiency. The possibility of reducing the amount by at least 30% was shown.
本発明のハニカム構造体は、触媒を担持することにより、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)を効率的に浄化することが可能であるとともに、圧力損失の増加を有効に抑制することができ、ハニカム触媒体の触媒担体として好適に利用することができる。 The honeycomb structure according to the present invention supports carbon monoxide (CO) and hydrocarbons contained in exhaust gas discharged from automobiles, construction machines, industrial stationary engines, combustion equipment, and the like by supporting a catalyst. (HC) and nitrogen oxides (NO x ) can be efficiently purified, and an increase in pressure loss can be effectively suppressed, which can be suitably used as a catalyst carrier of a honeycomb catalyst body. it can.
また、本実施例のハニカム触媒体は、自動車用、建設機械用、及び産業用定置エンジン、並びに燃焼機器等から排出される排気ガスに含まれる一酸化炭素(CO)、炭化水素(HC)、窒素酸化物(NOX)等の有害成分を浄化するために好適に利用することができる。 Moreover, the honeycomb catalyst body of the present example is a carbon monoxide (CO), hydrocarbon (HC) contained in exhaust gas discharged from automobiles, construction machinery, industrial stationary engines, combustion equipment, and the like. It can be suitably used to purify harmful components such as nitrogen oxides (NO x ).
1:ハニカム構造体、2:ハニカム構造部、12:隔壁、14:セル、14a:第一のセル、14b:第二のセル、16:外周壁、18:開口面積縮小部材、22:開口部封止部材、32:流入側の端面、34:流出側の端面、52:隔壁、54:セル、54a:セル(残余のセル)、54b:セル(所定のセル)、64:目封止部、66:貫通孔、68:マスク。68a:粘着フィルム、71:ハニカム構造体、72:ハニカム成形体、74:目封止ハニカム成形体、76:開口面積縮小ハニカム成形体、82:他方の端面、84:一方の端面、86:目封止スラリー、88:冶具、88a:突起。L:開口面積縮小部材に形成された貫通孔の面積が最小となる部位の面積。 1: honeycomb structure, 2: honeycomb structure part, 12: partition wall, 14: cell, 14a: first cell, 14b: second cell, 16: outer peripheral wall, 18: opening area reducing member, 22: opening part Sealing member, 32: end face on the inflow side, 34: end face on the outflow side, 52: partition wall, 54: cell, 54a: cell (remaining cell), 54b: cell (predetermined cell), 64: plugging portion , 66: through hole, 68: mask. 68a: Adhesive film, 71: Honeycomb structure, 72: Honeycomb formed body, 74: Plugged honeycomb formed body, 76: Opened area reduced honeycomb formed body, 82: The other end face, 84: One end face, 86: Eye Sealing slurry, 88: jig, 88a: protrusion. L: The area of the part where the area of the through hole formed in the opening area reducing member is minimized.
Claims (10)
前記隔壁は、気孔率が50〜80%であり、且つ平均細孔径が13〜70μmであり、
前記複数のセルは、前記流入側の端面から前記流出側の端面にかけて前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセルと、前記流出側の端面側の端部の開口部内に、その前記開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設され、前記流出側の端面側の端部において前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルと、を含んでなるハニカム構造体であり、
少なくとも前記第二のセルは、隔壁を隔てて前記第一のセルと隣接するように配置され、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の総和の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積の総和に対する割合が、20〜95%となるように形成され、且つ、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積に対する割合が、20〜95%となるように形成されているハニカム構造体。 A columnar honeycomb structure part having a porous partition wall and penetrating from the end surface on the inflow side to the end surface on the outflow side by the partition wall, in which a plurality of cells serving as fluid flow paths are partitioned;
The partition wall has a porosity of 50 to 80% and an average pore diameter of 13 to 70 μm,
The plurality of cells include a first cell having a cross-sectional area perpendicular to the cell flow path direction from the inflow side end surface to the outflow side end surface, and the outflow side end surface. An opening area reducing member is disposed in the opening at the end on the side so as to block a part of the opening, and has a cross-section perpendicular to the flow direction of the cell at the end on the outflow side. A second cell formed so as to reduce the area , and a honeycomb structure comprising :
At least the second cell is disposed so as to be adjacent to the first cell with a partition wall therebetween, and the second cell is the total opening area of the opening on the outflow side end surface. The ratio of the area of the opening before the opening is partially closed by the reducing member is 20 to 95%, and the second cell has an end face on the outflow side. The honeycomb structure is formed such that the ratio of the area of the opening to the area of the opening before the opening is reduced by the opening area reducing member is 20 to 95% .
得られた前記ハニカム成形体の一方の端面側の所定のセルの開口部に目封止スラリーを充填して、前記所定のセルの開口部を目封止した目封止ハニカム成形体を得る工程(2)と、
得られた前記目封止ハニカム成形体における目封止部に、前記一方の端面側から目封止したセルの内部まで貫通する貫通孔を穿孔して、前記一方の端面側において前記所定のセルの開口部の面積が縮小した開口面積縮小ハニカム成形体を得る工程(3)と、
得られた前記開口面積縮小ハニカム成形体を焼成してハニカム構造体を得る工程(4)と、を備え、
得られる前記ハニカム構造体の複数のセルは、流入側の端面から流出側の端面にかけて前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が一定の大きさに形成された第一のセルと、前記流出側の端面側の端部の開口部内に、その前記開口部の一部を塞ぐように開口面積縮小部材が配設され、前記流出側の端面側の端部において前記セルの流路方向に垂直な断面の面積が縮小するように形成された第二のセルと、を含んでなるハニカム構造体であり、
少なくとも前記第二のセルは、隔壁を隔てて前記第一のセルと隣接するように配置され、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の総和の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積の総和に対する割合が、20〜95%となるように形成され、且つ、前記第二のセルは、前記流出側の端面における前記開口部の面積の、前記開口面積縮小部材によって前記開口部の一部が塞がれる前の開口部の面積に対する割合が、20〜95%となるように形成されているハニカム構造体の製造方法。 A step (1) of obtaining a columnar honeycomb formed body having partition walls that form a plurality of cells that serve as fluid flow paths by forming a ceramic forming raw material;
A step of filling a plugging slurry into a predetermined cell opening on one end face side of the obtained honeycomb molded body to obtain a plugged honeycomb molded body plugged with the predetermined cell opening (2) and
A through-hole penetrating from the one end surface side to the inside of the plugged cell is drilled in the plugged portion of the obtained plugged honeycomb formed body, and the predetermined cell is formed on the one end surface side. A step (3) of obtaining an opening area-reduced honeycomb formed body in which the area of the opening is reduced;
And firing the obtained opening area-reduced honeycomb formed body to obtain a honeycomb structure (4) ,
The plurality of cells of the obtained honeycomb structure includes a first cell in which an area of a cross section perpendicular to a flow direction of the cell is formed in a constant size from an end surface on the inflow side to an end surface on the outflow side, An opening area reducing member is disposed in the opening at the end on the outflow side so as to block a part of the opening, and at the end on the outflow side in the flow direction of the cell. A second cell formed so that the area of the vertical cross section is reduced, and a honeycomb structure comprising:
At least the second cell is disposed so as to be adjacent to the first cell with a partition wall therebetween, and the second cell is the total opening area of the opening on the outflow side end surface. The ratio of the area of the opening before the opening is partially closed by the reducing member is 20 to 95%, and the second cell has an end face on the outflow side. In the honeycomb structure, the ratio of the area of the opening to the area of the opening before the opening is reduced by the opening area reducing member is 20 to 95% . Production method.
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