JP5869407B2 - 複合ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
[2] 第一端面から第二端面まで延びる複数の第一セルを区画形成する第一隔壁を有する第一ハニカム構造部、及び前記第一ハニカム構造部の前記第一隔壁に担持された酸化触媒を備えたハニカム触媒部と、前記第一ハニカム構造部の前記第二端面から前記第一セルの延びる方向に隙間を空けた状態で配置され、前記第二端面と対向する第三端面から第四端面まで延びる複数の第二セルを区画形成する第二隔壁を有する第二ハニカム構造部、及び前記第二ハニカム構造部の前記第二セルの前記第三端面側の端部又は前記第四端面側の端部に配置され、それぞれの前記第二セルのいずれか一方の端部を封止する目封止部を備えたハニカムフィルタ部と、前記ハニカム触媒部及び前記ハニカムフィルタ部の外周部分を覆うように配置され、第五端面から第六端面まで延びる複数の第三セルを区画形成する第三隔壁を有する第三ハニカム構造部、及び最外周に位置し前記第三ハニカム構造部を取り囲むように配設された外周壁を備えた外周ハニカム構造部と、前記ハニカムフィルタ部の前記第四端面から前記第二セルの延びる方向に隙間を空けた状態で配置され、前記第四端面と対向する第七端面から第八端面まで延びる複数の第四セルを区画形成する第四隔壁を有する第四ハニカム構造部、及び前記第四ハニカム構造部の前記第四隔壁に担持された酸化触媒を備えた第二ハニカム触媒部を、備え、前記ハニカム触媒部、前記ハニカムフィルタ部、及び前記第二ハニカム触媒部の外周部分を覆うように、前記外周ハニカム構造部が配置されている複合ハニカム構造体であって、前記ハニカム触媒部の前記第一端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第五端面とが、同一平面上に存在する端面であり、前記第二ハニカム触媒部の前記第八端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第六端面とが、同一平面上に存在する端面である、複合ハニカム構造体。
本発明の複合ハニカム構造体の一の実施形態は、図1〜図4に示すように、ハニカム触媒部6と、ハニカムフィルタ部26と、外周ハニカム構造部46と、を備えた複合ハニカム構造体100である。ここで、図1は、本発明の複合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る。図2は、本発明の複合ハニカム構造体の一の実施形態の、外周ハニカム構造部における第五端面側の端面を模式的に示す平面図である。図3は、本発明の複合ハニカム構造体の一の実施形態の、外周ハニカム構造部における第六端面側の端面を模式的に示す平面図である。図4は、図2のA−A’断面を模式的に示す断面図である。
ハニカム触媒部6は、第一端面11から第二端面12まで延びる複数の第一セル2を区画形成する第一隔壁1を有する第一ハニカム構造部4、及びこの第一ハニカム構造部4の第一隔壁1に担持された酸化触媒7を備えたものである。
図1〜図4に示すように、ハニカムフィルタ部26は、第三端面31から第四端面32まで延びる複数の第二セル22を区画形成する第二隔壁21を有する第二ハニカム構造部24、及び第二セル22のいずれか一方の端部を封止する目封止部33を備えたものである。本実施形態の複合ハニカム構造体100においては、このハニカムフィルタ部26が、排ガスに含まれる粒子状物質を捕集するフィルタ機能を有する部位となる。
図1〜図4に示すように、外周ハニカム構造部46は、ハニカム触媒部6及びハニカムフィルタ部26の外周部分を覆うように配置されたものである。即ち、本実施形態の複合ハニカム構造体100は、この外周ハニカム構造部46の内部に、酸化触媒7を備えたハニカム触媒部6及び実質体にフィルタとして機能するハニカムフィルタ部26と収容された複合ハニカム構造体100である。そして、ハニカム触媒部6における第二端面12と、ハニカムフィルタ部26における第三端面31との間に空間15を有している。
0.1×L1≦N1≦25×L1 (2)
(ここで、上記式(1)及び式(2)において、「L1」、「L2」、「L3」及び「N1」は、以下の通りである。「L1」は、ハニカム触媒部の第一端面から第二端面までの長さである。「L2」は、ハニカムフィルタ部の第三端面から第四端面までの長さである。「L3」は、外周ハニカム構造部の第五端面から第六端面までの長さである。「N1」は、ハニカム触媒部の第一ハニカム構造部の第二端面からハニカムフィルタ部の第三端面までの間隔の長さである。)
本発明の複合ハニカム構造体の更に他の実施形態として、図13〜図16に示すような複合ハニカム構造体500を挙げることができる。この複合ハニカム構造体500は、ハニカムフィルタ部26の第四端面32から第二セル22の延びる方向に隙間を空けた状態で配置された、第二ハニカム触媒部66を更に備えたものである。第二ハニカム触媒部66は、第四端面32と対向する第七端面71から第八端面72まで延びる複数の第四セル62を区画形成する第四隔壁61を有する第四ハニカム構造部64、及び上記第四隔壁61に担持された酸化触媒67を備えたものである。
次に、本発明の複合ハニカム構造体の製造方法について、図1〜図4に示す複合ハニカム構造体100を製造する方法を例に説明する。
(ハニカム触媒部の作製)
セラミック原料として、コージェライト化原料を用いて、ハニカム触媒部の第一ハニカム構造部を作製した。具体的には、コージェライト化原料に、分散媒、有機バインダ、分散剤、及び造孔材を混合してセラミック成形原料を得た。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
セラミック原料として、炭化珪素(SiC)を用いて、ハニカムフィルタ部の第二ハニカム構造部を作製した。具体的には、SiC粉、金属Si粉を80:20の質量割合で混合し、これに、バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉と吸水性樹脂、界面活性剤及び水を混合してセラミック成形原料を得た。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
セラミック原料として、炭化珪素(SiC)を用いて、外周ハニカム構造部の第三ハニカム構造部を作製した。具体的には、SiC粉、金属Si粉を80:20の質量割合で混合し、これに、バインダとしてメチルセルロース及びヒドロキシプロポキシメチルセルロース、造孔材として澱粉と吸水性樹脂、界面活性剤及び水を混合してセラミック成形原料を得た。得られたセラミック成形原料を、ニーダーを用いて混練して、坏土を得た。
次に、第一ハニカム構造部と第二ハニカム構造体とを、セルの延びる方向に直列に、且つ互いの端面の間に10mmの間隔ができるように配置した。そして、この状態で、第一ハニカム構造部と第二ハニカム構造体と外周部分に接合材を塗布し、第一ハニカム構造部及び第二ハニカム構造体と、第三ハニカム構造部とを接合して接合体を作製した。
ハニカム触媒部、ハニカムフィルタ部、及び外周ハニカム構造部の構成を、表1及び表2に示すよう変更した以外は、実施例1と同様の方法で、複合ハニカム構造体を製造した。実施例2〜16の複合ハニカム構造体の「外径(mm)」、「断面積(cm2)」及び「全長(mm)」を表1に示す。また、ハニカム触媒部の「断面積S1」、「断面積の比率(S1/S3)」、及び「全長」を表1に示す。ハニカムフィルタ部の「断面積S2」、「断面積の比率(S2/S3)」、及び「全長」を表1に示す。外周ハニカム構造部の「断面積S3−S1」、及び「全長」を表1に示す。
ハニカム触媒部、及びハニカムフィルタ部の構成を、表1及び表2に示すよう変更した以外は、実施例1と同様の方法で、ハニカム触媒部、及びハニカムフィルタ部を作製した。得られたハニカム触媒部とハニカムフィルタ部と、それぞれ単独の触媒担持体、及びハニカムフィルタとして、排ガス浄化装置を作製した。即ち、上記ハニカム触媒部からなる触媒担持体と、上記ハニカムフィルタ部からなるハニカムフィルタとを、セルの延びる方向に直列に、対向する端面の間隔が10mmとなるように配置して、排ガス浄化装置を作製した。なお、表1における比較例1の「複合ハニカム構造体」の欄には、上述した排ガス浄化装置の構成を示す。
得られた複合ハニカム構造体について、以下の方法で、「アッシュ容量」、「初期圧損」、「熱容量」、「燃費」、及び「総合」の評価を行った。評価結果を、表3に示す。
まず、ハニカム触媒部の排ガスが流入する入口側(第一端面側)の開口セルの総体積を、隔壁厚さ、セル数より算出した。隙間部分については隙間体積をアッシュ容量として加味した。このようなアッシュ容量の算出の結果を元に、以下のように評価を行った。比較例1のアッシュ容量の測定値に対して、各実施例における測定値が、+10%以上である場合を「◎」とし、+5%以上である場合を「○」とし、+5未満の場合を「△」とした。なお、「◎」は、比較例1と比較してより良好であることを示す。「○」は、比較例1と比較して良好であることを示す。「△」は、比較例1と同程度であることを示す。
複合ハニカム構造体に200℃の一定流量の空気を流入した。複合ハニカム構造体の入口側(第五端面側)と出口側(第六端面側)での圧力を測定し、その差圧を初期圧損とする。このような初期圧損の測定の結果を元に、以下のように評価を行った。比較例1の初期圧損の測定値に対して、各実施例における測定値が、−0.1kPa以上の減少の場合を「◎」とし、−0.1〜+0.1kPaである場合を「○」とし、+0.1kPa以上の増加の場合を「△」とした。なお、「◎」は、比較例1と比較してより良好であることを示す。「○」は、比較例1と比較して良好であることを示す。「△」は、比較例1と同程度であることを示す。
第一ハニカム構造部、第二ハニカム構造部、及び第三ハニカム構造部の質量をそれぞれ測定した。その値とそれぞれのハニカム構造部(基材)特有の比熱の積を熱容量とした。このような熱容量の算出の結果を元に、以下のように評価を行った。比較例1の熱容量の測定値に対して、各実施例における測定値が、−20%以上の減少の場合を「◎」とし、−10%以上の減少の場合を「○」とし、+5〜−5%である場合を「△」とした。なお、「◎」は、比較例1と比較してより良好であることを示す。「○」は、比較例1と比較して良好であることを示す。「△」は、比較例1と同程度であることを示す。
上記熱容量の評価において、比較例1の熱容量の測定値に対して、各実施例における測定値が、−20%以上の減少の場合を「◎」とした。比較例1の熱容量の測定値に対して、各実施例における測定値が、−10%以上の減少の場合を「○」とした。上記「◎」及び「○」以外の評価については、「△」とした。なお、「◎」は、比較例1と比較してより良好であることを示す。「○」は、比較例1と比較して良好であることを示す。「△」は、「○」の評価よりも劣ることを示す。
上記「アッシュ容量」、「初期圧損」、「熱容量」、及び「燃費」の評価において、「燃費」の評価が「◎」で、且つ「アッシュ容量」の評価が「◎」の場合を、総合の評価を「◎」とした。また、「燃費」の評価が「◎」で、「アッシュ容量」の評価が「○」又は「△」の場合を、総合の評価を「○」とした。また、「燃費」の評価が「○」で、「アッシュ容量」の評価が「◎」、「○」又は「△」の場合も、総合の評価を「○」とした。「アッシュ容量」、「初期圧損」、「熱容量」、及び「燃費」の評価結果が、上記に当てはまらない場合は、総合の評価を「△」とした。なお、「◎」は、より良好であることを示す。「○」は、良好であることを示す。「△」は、「○」の評価よりも劣ることを示す。
実施例1〜16の全ての複合ハニカム構造体において、熱容量の低減が確認された。これにより、燃費の評価についても、実施例1〜16の全ての複合ハニカム構造体で良好な結果を得ることができた。具体的には、熱容量の低減により、複合ハニカム構造体を高温にするまでの熱エネルギーが少なくて済むため、自動車のエンジンから排出される排ガスを浄化する場合に、煤が隔壁に堆積し続けることなく、随時燃焼して燃え続ける。そのため、複合ハニカム構造体の強制的な再生が不要となり、燃費が改善される。また、ハニカム触媒部とハニカムフィルタ部との間に隙間を設けることで、その隙間にアッシュを堆積させることができた。ハニカム触媒部と、ハニカムフィルタ部の隙間を長くすることにより、アッシュ容積の評価結果が劇的に向上した。そして、この隙間を長くすることで、その他の評価結果が悪化するような事例も確認されなかった。
Claims (8)
- 第一端面から第二端面まで延びる複数の第一セルを区画形成する第一隔壁を有する第一ハニカム構造部、及び前記第一ハニカム構造部の前記第一隔壁に担持された酸化触媒を備えたハニカム触媒部と、
前記第一ハニカム構造部の前記第二端面から前記第一セルの延びる方向に隙間を空けた状態で配置され、前記第二端面と対向する第三端面から第四端面まで延びる複数の第二セルを区画形成する第二隔壁を有する第二ハニカム構造部、及び前記第二ハニカム構造部の前記第二セルの前記第三端面側の端部又は前記第四端面側の端部に配置され、それぞれの前記第二セルのいずれか一方の端部を封止する目封止部を備えたハニカムフィルタ部と、
前記ハニカム触媒部及び前記ハニカムフィルタ部の外周部分を覆うように配置され、第五端面から第六端面まで延びる複数の第三セルを区画形成する第三隔壁を有する第三ハニカム構造部、及び最外周に位置し前記第三ハニカム構造部を取り囲むように配設された外周壁を備えた外周ハニカム構造部と、を備えた、複合ハニカム構造体であって、
前記ハニカム触媒部の前記第一端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第五端面とが、同一平面上に存在する端面であり、
前記ハニカムフィルタ部の前記第四端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第六端面とが、同一平面上に存在する端面である、複合ハニカム構造体。 - 第一端面から第二端面まで延びる複数の第一セルを区画形成する第一隔壁を有する第一ハニカム構造部、及び前記第一ハニカム構造部の前記第一隔壁に担持された酸化触媒を備えたハニカム触媒部と、
前記第一ハニカム構造部の前記第二端面から前記第一セルの延びる方向に隙間を空けた状態で配置され、前記第二端面と対向する第三端面から第四端面まで延びる複数の第二セルを区画形成する第二隔壁を有する第二ハニカム構造部、及び前記第二ハニカム構造部の前記第二セルの前記第三端面側の端部又は前記第四端面側の端部に配置され、それぞれの前記第二セルのいずれか一方の端部を封止する目封止部を備えたハニカムフィルタ部と、
前記ハニカム触媒部及び前記ハニカムフィルタ部の外周部分を覆うように配置され、第五端面から第六端面まで延びる複数の第三セルを区画形成する第三隔壁を有する第三ハニカム構造部、及び最外周に位置し前記第三ハニカム構造部を取り囲むように配設された外周壁を備えた外周ハニカム構造部と、
前記ハニカムフィルタ部の前記第四端面から前記第二セルの延びる方向に隙間を空けた状態で配置され、前記第四端面と対向する第七端面から第八端面まで延びる複数の第四セルを区画形成する第四隔壁を有する第四ハニカム構造部、及び前記第四ハニカム構造部の前記第四隔壁に担持された酸化触媒を備えた第二ハニカム触媒部を、備え、
前記ハニカム触媒部、前記ハニカムフィルタ部、及び前記第二ハニカム触媒部の外周部分を覆うように、前記外周ハニカム構造部が配置されている複合ハニカム構造体であって、
前記ハニカム触媒部の前記第一端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第五端面とが、同一平面上に存在する端面であり、
前記第二ハニカム触媒部の前記第八端面と、前記外周ハニカム構造部の前記第六端面とが、同一平面上に存在する端面である、複合ハニカム構造体。 - 前記外周ハニカム構造部が、前記第三ハニカム構造部の前記第三セルの前記第五端面側の端部又は前記第六端面側の端部に配置され、それぞれの前記第三セルのいずれか一方の端部を封止する目封止部を更に備えた請求項1又は2に記載の複合ハニカム構造体。
- 前記第三セルの延びる方向に垂直な断面において、前記外周ハニカム構造部の前記外周壁によって囲われる面積S3に対する、前記ハニカム触媒部の面積S1の比率が、64%以上である請求項1〜3のいずれか一項に記載の複合ハニカム構造体。
- 前記第三セルの延びる方向に垂直な断面において、前記外周ハニカム構造部の前記外周壁によって囲われる面積S3に対する、前記ハニカムフィルタ部の面積S2の比率が、64%以上である請求項1〜4のいずれか一項に記載の複合ハニカム構造体。
- 前記ハニカム触媒部の前記第一端面から前記第二端面までの、前記第一セルの延びる方向の前記ハニカム触媒部の長さL1と、前記ハニカムフィルタ部の前記第三端面から前記第四端面までの、前記第二セルの延びる方向の前記ハニカムフィルタ部の長さL2との比が、2:8〜5:5である請求項1〜5のいずれか一項に記載の複合ハニカム構造体。
- 前記外周ハニカム構造部の前記第五端面から前記第六端面までの、前記第三セルの延びる方向の前記外周ハニカム構造部の長さL3に対する、前記ハニカム触媒部の前記第二端面から前記ハニカムフィルタ部の前記第三端面までの、前記第三セルの延びる方向の前記間隔の長さN1の比率が、3〜30%である請求項1〜6のいずれか一項に記載の複合ハニカム構造体。
- 前記ハニカム触媒部の前記第一隔壁、前記ハニカムフィルタ部の前記第二隔壁、及び前記外周ハニカム構造部の前記第三隔壁のそれぞれの材質が、炭化珪素、ムライト、アルミニウムチタネート、及びアルミナからなる群から選択される少なくとも1種を含有するものである請求項1〜7のいずれか一項に記載の複合ハニカム構造体。
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