JP6285247B2 - ハニカム構造体 - Google Patents
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Description
本発明のハニカムフィルタの一の実施形態について説明する。本実施形態のハニカム構造体は、流入側の端面から流出側の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、複数のセルのうちの一部のセルのいずれかの端面側の開口部に配設された目封止部と、を備えたものである。以下、流入側の端面を、「流入端面」ということがある。流出側の端面を、「流出端面」ということがある。例えば、本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム構造部の流入端面側のみに、一部のセルの開口部を封止する目封止部が設けられたハニカム構造体であってもよい。また、本実施形態のハニカム構造体は、ハニカム構造部の流出端面側のみに、一部のセルの開口部を封止する目封止部が設けられたハニカム構造体であってもよい。以下、ハニカム構造部の流入端面側又は流出端面側のみに、一部のセルの開口部を封止する目封止部が設けられたハニカム構造体のことを、「片側目封止ハニカム構造体」ということがある。
次に、本発明のハニカム構造体の製造方法について説明する。ただし、本発明のハニカム構造体を製造する方法については、以下の製造方法に限定されることはない。
参考例1では、複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、複数のセルのうちの一部のセルの前記流入端面側の開口部に配設された目封止部と、を備えたハニカム構造体を作製した。
ハニカム構造体の外周に、厚さ0.5mmのウレタンゴム製のシートを巻き付けた。ハニカム構造体の両端部にも円形のウレタンゴム製のシートを当て、さらに、このウレタンゴム製のシートに厚さ20mmのアルミニウム製の円板を当てた状態で、アルミニウム製の円板とウレタンゴム製のシートの周りをビニールテープで巻くことによりハニカム構造体の両端部を封止した。この両端部を封止したハニカム構造体を試験用サンプルとした。なお、アルミニウム製の円板や円形のウレタンゴム製のシートの半径はハニカム構造体の端部の半径と同じにした。試験用サンプルを圧力容器に入れ、0.3〜3.0MPa/分の速度で圧力を上昇させ、ハニカム構造体に破壊あるいはクラックを生じたか否かを調べた。クラックの発生は、圧力をかけていた時の破壊音の有無、及びハニカム構造体の外観を目視することにより確認した。ハニカム構造体に破壊あるいはクラックを生じた際の圧力を、ハニカム構造体の機械的強度(MPa)とした。また、測定された機械的強度の値から、以下の評価基準により、機械的強度の判定を行った。「機械的強度(MPa)」、及び下記の判定による結果を、表2に示す。
・判定A:機械的強度が、5.0MPa以上の場合(特に良好)。
・判定B:機械的強度が、3.0MPa以上で、且つ5.0MPa未満の場合(良好)。
・判定C:機械的強度が、1.5MPa以上で、且つ3.0MPa未満の場合(普通又はやや不良)。
・判定D:機械的強度が、1.5MPa未満の場合(不良)。
PM(粒子状物質)が堆積していないハニカム構造体に、8Nm3/minの流量で常温(25℃)の空気を流入させ、ハニカム構造体の上流と下流との圧力差を、差圧計で測定し、ハニカム構造体の圧力損失(kPa)を測定した。また、測定された圧力損失の値から、以下の評価基準により、圧力損失の判定を行った。「圧力損失(kPa)」、及び下記の判定による結果を、表2に示す。
・判定A:圧力損失が、1.5kPa以下の場合(特に良好)。
・判定B:圧力損失が、1.5kPa超で、且つ3.0kPa未満の場合(良好)。
・判定C:圧力損失が、3.0kPa超で、且つ4.5kPa未満の場合(普通又はやや不良)。
・判定D:圧力損失が、4.5kPa超の場合(不良)。
軽油燃料を不完全燃焼させてススを発生させる装置を用い、スス発生量10g/時間、200℃の空気(流量3.5Nm3/分)の条件でハニカム構造体にススを含む排ガスを流した。このハニカム構造体の上流側と下流側とのそれぞれから、バルブを介した配管によりろ紙に通過させ、ろ紙の質量の増加を計測し、上流側と下流側との排ガス中のスス濃度を求めた。質量の計測は、20分毎に6回実施し、各回の((上流の気体中のスス濃度−下流の気体中のスス濃度)/(上流の気体中のスス濃度)×100)の平均値をハニカム構造体の捕集効率とした。捕集効率の測定結果及び下記の判定による結果を、表2に示す。
・判定A:捕集効率が、50%以上の場合(特に良好)。
・判定B:捕集効率が、40%以上で、且つ50%未満の場合(良好)。
・判定C:捕集効率が、30%以上で、且つ40%未満の場合(普通又はやや不良)。
・判定D:捕集効率が、30%未満の場合(不良)。
以下の評価基準により、ハニカム構造体に対する総合評価を行った。下記の判定による総合評価の結果を、表2に示す。
・合格:機械的強度、圧力損失、及び捕集効率の評価において、評価Dが1個もなく、評価Cが1個以下の場合を合格とする。
・不合格:機械的強度、圧力損失、及び捕集効率の評価において、評価Dが1個以上、又は評価Cが2個以上の場合を不合格とする。
実施例11〜14、及び参考例2〜10,15〜18においては、参考例1のハニカム構造体と同様に、流入側の端面のみに目封止部が配設されたハニカム構造体を作製した。ただし、実施例11〜14、及び参考例2〜10,15〜18においては、隔壁の厚さ、セル密度、オフセット、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、気孔率、外径D1、長さL1、及び長さ/外径比(L1/D1)が、表1に示すような値となるようにハニカム構造体を作製した。ハニカム構造体の作製方法は、参考例1の製造方法に準じて行った。参考例2〜4において、気孔率は、坏土に添加する造孔材の量を変更して調節した。参考例5〜10、実施例11〜14において、隔壁の厚さ、セル密度、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、外径D1、及び長さ/外径比(L1/D1)は、坏土を押出成形する押出成形用口金を変更して調節した。参考例15〜18において、長さL1は、ハニカム成形体を押出成形する長さを変更して調節した。
実施例29〜32、及び参考例19〜28,33〜36においては、流出側の端面のみに目封止部が配設されたハニカム構造体を作製した。ただし、実施例29〜32、及び参考例19〜28,33〜36においては、隔壁の厚さ、セル密度、オフセット、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、気孔率、外径D1、長さL1、及び長さ/外径比(L1/D1)が、表3に示すような値となるようにハニカム構造体を作製した。ハニカム構造体の作製方法は、参考例1の製造方法に準じて行った。参考例19のハニカム構造体は、参考例1のハニカム構造体における目封止部の配設位置が流出側の端面となったものである。参考例20〜22において、気孔率は、坏土に添加する造孔材の量を変更して調節した。参考例23〜28及び実施例29〜32において、隔壁の厚さ、セル密度、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、外径D1、及び長さ/外径比(L1/D1)は、坏土を押出成形する押出成形用口金を変更して調節した。参考例33〜36において、長さL1は、ハニカム成形体を押出成形する長さを変更して調節した。
比較例1〜10においては、参考例1のハニカム構造体と同様に、流入側の端面のみに目封止部が配設されたハニカム構造体を作製した。ただし、比較例1〜10においては、隔壁の厚さ、セル密度、オフセット、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、気孔率、外径D1、長さL1、及び長さ/外径比(L1/D1)が、表1に示すような値となるようにハニカム構造体を作製した。ハニカム構造体の作製方法は、参考例1の製造方法に準じて行った。
比較例11〜20においては、参考例19のハニカム構造体と同様に、流出側の端面のみに目封止部が配設されたハニカム構造体を作製した。ただし、比較例11〜20においては、隔壁の厚さ、セル密度、オフセット、面積S1、面積S2、面積比率(S2/S1)、気孔率、外径D1、長さL1、及び長さ/外径比(L1/D1)が、表3に示すような値となるようにハニカム構造体を作製した。ハニカム構造体の作製方法は、参考例1の製造方法に準じて行った。
実施例11〜14,29〜32、及び参考例1〜10,15〜28,33〜36のハニカム構造体は、総合評価について、全て合格との評価であった。比較例1〜10及び比較例11〜20のハニカム構造体は、以下のような結果となった。
(1)比較例1及び比較例11のハニカム構造体は、上述した構成(A)〜構成(C)及び構成(E)の要件を満たす場合において、気孔率が低すぎて、第二セルから第一セルの排ガスの移動が行われ難く、捕集効率が著しく低いものであった。
(2)比較例2及び比較例12のハニカム構造体は、上述した構成(A)〜構成(C)及び構成(E)の要件を満たす場合において、気孔率が高すぎて、機械的強度が著しく低いものであった。
(3)比較例3及び比較例13のハニカム構造体は、上述した構成(B)〜構成(E)の要件を全て満たす場合において、隔壁の厚さが薄すぎて、機械的強度が著しく低いものであった。
(4)比較例4及び比較例14のハニカム構造体は、上述した構成(B)〜構成(E)の要件を全て満たす場合において、隔壁の厚さが厚すぎて、機械的強度が著しく低いものであった。
(5)比較例5及び比較例15のハニカム構造体は、上述した構成(A)及び構成(C)〜構成(E)の要件を全て満たす場合において、セル密度が小さすぎて、機械的強度及び捕集効率についての向上が図れなかった。
(6)比較例6及び比較例16のハニカム構造体は、上述した構成(A)及び構成(C)〜構成(E)の要件を全て満たす場合において、セル密度が大きすぎて、圧力損失が著しく高くなった。
(7)比較例7及び比較例17のハニカム構造体は、上述した構成(A),構成(B),構成(D),構成(E)の要件を全て満たす場合において、面積比率(S2/S1)が小さすぎて、圧力損失が著しく高いものであった。
(8)比較例8及び比較例18のハニカム構造体は、上述した構成(A),構成(B),構成(D),構成(E)の要件を全て満たす場合において、面積比率(S2/S1)が大きすぎて、捕集効率が著しく低いものであった。
(9)比較例9及び比較例19のハニカム構造体は、上述した構成(A)〜構成(D)の要件を全て満たす場合において、長さ/外径比(L1/D1)が小さすぎて、捕集効率が著しく低いものであった。
(10)比較例10及び比較例20のハニカム構造体は、上述した構成(A)〜構成(D)の要件を全て満たす場合において、長さ/外径比(L1/D1)が大きすぎて、圧力損失が著しく高いものであった。
Claims (7)
- 流入側の端面から流出側の端面まで延びる複数のセルを区画形成する多孔質の隔壁を有するハニカム構造部と、前記複数のセルのうちの一部のセルの前記端面側の開口部に配設された目封止部と、を備えたハニカム構造体であって、
前記隔壁の厚さが、0.20〜0.41mmであり、
前記ハニカム構造体のセル密度が、31〜62個/cm2であり、
前記複数のセルのうち、前記セルの開口部に前記目封止部が配設されたセルを、第一セルとし、且つ、前記セルの開口部に前記目封止部が配設されていないセルを、第二セルとし、
前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第一セルの形状と前記第二セルの形状とが異なる形状であり、且つ、前記第一セルと前記第二セルが交互に配設されており、前記第一セルの面積S1に対する、前記第二セルの面積S2の比率(S2/S1)が、0.36〜0.54又は1.85〜2.80であり、
前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記隔壁を挟んで隣接する二つのセルの重心の中点と、当該二つのセルの間の前記隔壁の中央と、の距離が、0〜0.15mmであり、
前記隔壁の気孔率が、40〜65%であり、
前記ハニカム構造部の外径D1に対する、前記ハニカム構造部の前記流入側の前記端面から前記流出側の前記端面までの長さL1の比率(L1/D1)が、1.11〜2.1である、ハニカム構造体。 - 前記目封止部が、前記流入側の前記端面のみに配設されている、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記目封止部が、前記流出側の前記端面のみに配設されている、請求項1に記載のハニカム構造体。
- 前記目封止部が、前記ハニカム構造部の端面に千鳥状に配設されている、請求項1〜3のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の前記流入側の前記端面から前記流出側の前記端面までの長さL1が、40〜300mmである、請求項1〜4のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第一セルの形状が、三角形、四角形、六角形、及び八角形からなる群より選択される少なくとも1種の形状である、請求項1〜5のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
- 前記ハニカム構造部の前記セルの延びる方向に垂直な断面において、前記第二セルの形状が、三角形、四角形、六角形、及び八角形からなる群より選択される少なくとも1種の形状である、請求項1〜6のいずれか一項に記載のハニカム構造体。
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