JP6981397B2 - Honeycomb structure and exhaust gas purification filter - Google Patents
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Description
本発明は、ハニカム構造体および排ガス浄化フィルタに関する。 The present invention relates to a honeycomb structure and an exhaust gas purification filter.
ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等の内燃機関、ボイラー等の熱機関から出される排ガス中には、パティキュレートと呼ばれる粒子状物質が含まれる。パティキュレートのことを以下適宜「PM」という。排ガス中のPMを捕集するために排ガス浄化フィルタが用いられている。 Particulate matter called particulate matter is contained in the exhaust gas emitted from internal combustion engines such as diesel engines and gasoline engines, and heat engines such as boilers. Particulate is hereinafter referred to as "PM" as appropriate. An exhaust gas purification filter is used to collect PM in the exhaust gas.
排ガス浄化フィルタは、一般に、多孔質の隔壁によって区画されて形成された複数のセルを有するハニカム構造体と、ハニカム構造体における隔壁の気孔に担持された触媒と、を有している。排ガス浄化フィルタでは、PMの捕集率を高めつつ、圧力損失を低減することが求められている。なお、PMの捕集率を以下適宜「捕集率」といい、圧力損失のことを以下適宜「圧損」という。従来、触媒担持による捕集率・圧損の悪化を抑制するため、主に、触媒担持前の隔壁の気孔径、気孔率、気孔分布を規定することが行われてきた。 The exhaust gas purification filter generally has a honeycomb structure having a plurality of cells formed by being partitioned by a porous partition wall, and a catalyst supported on the pores of the partition wall in the honeycomb structure. The exhaust gas purification filter is required to reduce the pressure loss while increasing the PM collection rate. The collection rate of PM is hereinafter appropriately referred to as “collection rate”, and the pressure loss is hereinafter appropriately referred to as “pressure loss”. Conventionally, in order to suppress deterioration of collection rate and pressure loss due to catalyst support, it has been mainly practiced to define the pore diameter, porosity, and pore distribution of the partition wall before catalyst support.
近年では、多孔質の隔壁の内部構造を規定することにより、PMの捕集率を向上させようとする試みもなされている。例えば、特許文献1では、ハニカム壁におけるセラミック部の3Dモデルを細線化して得られるネットワークについて、そのネットワーク長さの総和を2200mm/m3以上とする技術が開示されている。同文献によれば、上記構成を採用することにより、PMを高い効率で捕集できるとされている。
In recent years, attempts have been made to improve the PM collection rate by defining the internal structure of the porous partition wall. For example,
しかしながら、従来一般に行われてきたように、単に触媒担持前の隔壁の気孔径、気孔率、気孔分布を規定したり、セラミック部が形成するネットワーク長さの総和を規定したりしただけでは、触媒担持後の捕集率・圧損の悪化を必ずしも抑制することができるとはいえない。これは、以下の理由による。隔壁における気孔径、気孔率、気孔分布が同一であっても、隣接するセル間を連通させない気孔から形成される非連通気孔がある場合、非連通気孔内には、触媒担持時に触媒含有スラリーが流れない。したがって、非連通気孔の孔壁に触媒を担持させることが難しい。さらに、触媒担持時に非連通気孔内に入らなかった触媒含有スラリーは、隣接するセル間を連通させる気孔から形成される連通気孔内に必要以上に流れ込む。そのため、連通気孔では触媒による閉塞が多くなる。その結果、触媒担持による捕集率・圧損の悪化を抑制することが困難になる。 However, as has been generally done in the past, simply defining the pore diameter, porosity, and pore distribution of the partition wall before supporting the catalyst, or defining the total network length formed by the ceramic portion is sufficient for the catalyst. It cannot always be said that deterioration of the collection rate and pressure loss after loading can be suppressed. This is due to the following reasons. Even if the pore diameter, porosity, and pore distribution in the partition wall are the same, if there are non-continuous vents formed from pores that do not communicate between adjacent cells, the catalyst-containing slurry is contained in the non-continuous vents when the catalyst is supported. Not flowing. Therefore, it is difficult to support the catalyst on the pore wall of the non-communicating vent. Further, the catalyst-containing slurry that did not enter the non-communicating vents when the catalyst was supported flows into the continuous vents formed from the pores communicating between the adjacent cells more than necessary. Therefore, the continuous ventilation holes are often blocked by the catalyst. As a result, it becomes difficult to suppress deterioration of collection rate and pressure loss due to catalyst support.
なお、特許文献1の技術は、上記のように隔壁の内部構造を規定することで、捕集率の向上を図ろうとするものである。つまり、特許文献1の技術は、セラミック部が形成するネットワーク長さの総和を大きくすることで、単にPMの捕集効率を向上させる技術であり、触媒担持による気孔低減に起因する捕集率・圧損の悪化を考慮して、触媒担持前に触媒を担持するのに有効な気孔を確保しようとするものではない。
The technique of
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することが可能な、触媒が担持される前のハニカム構造体、また、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することが可能な排ガス浄化フィルタを提供しようとするものである。 The present invention has been made in view of the above problems, and is a honeycomb structure before the catalyst is supported, which can suppress deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst support, and trapping by the catalyst support. It is an object of the present invention to provide an exhaust gas purification filter capable of suppressing deterioration of collection rate and pressure loss.
本発明の一態様は、排ガス浄化フィルタに用いられる、触媒が担持される前のハニカム構造体(1)であって、
外皮(11)と、
上記外皮の内側を区画し、多数の気孔(121)が形成された隔壁(12)と、
上記隔壁に囲まれたセル(13)と、を有しており、
上記隔壁は、
隣接する上記セル間を連通させる連通気孔(122)を有しており、
上記連通気孔の数が、18000[本/0.25mm2]以上である、ハニカム構造体(1)にある。
One aspect of the present invention is the honeycomb structure (1) before the catalyst is supported, which is used for the exhaust gas purification filter.
The outer skin (11) and
A partition wall (12) that partitions the inside of the exodermis and has a large number of pores (121) formed therein.
It has a cell (13) surrounded by the partition wall and
The above partition wall
It has a communication ventilation hole (122) that communicates between the adjacent cells.
The honeycomb structure (1) has a number of continuous ventilation holes of 18,000 [lines / 0.25 mm 2] or more.
本発明の他の態様は、上記ハニカム構造体と、上記連通気孔の孔壁(122a)に担持された触媒(2)と、を有する、排ガス浄化フィルタ(3)にある。 Another aspect of the present invention is an exhaust gas purification filter (3) having the honeycomb structure and the catalyst (2) supported on the pore wall (122a) of the communication ventilation holes.
本発明のさらに他の態様は、ハニカム構造体(1)と、触媒(2)と、を有する、排ガス浄化フィルタ(3)であって、
上記ハニカム構造体は、
外皮(11)と、
上記外皮の内側を区画し、多数の気孔(121)が形成された隔壁(12)と、
上記隔壁に囲まれたセル(13)と、を有しており、
上記隔壁は、隣接する上記セル間を連通させる連通気孔(122)を有しており、
上記触媒は、上記連通気孔の孔壁(122a)に担持されており、
上記触媒の担持量は、30g/L以上であり、
上記触媒が担持された状態において隣接する上記セル間を連通している上記連通気孔の数が4500[本/0.25mm2]以上である、排ガス浄化フィルタ(3)にある。
Yet another aspect of the present invention is an exhaust gas purification filter (3) having a honeycomb structure (1) and a catalyst (2).
The honeycomb structure is
The outer skin (11) and
A partition wall (12) that partitions the inside of the exodermis and has a large number of pores (121) formed therein.
It has a cell (13) surrounded by the partition wall and
The partition wall has a communication ventilation hole (122) for communicating between adjacent cells.
The catalyst is supported on the hole wall (122a) of the communication holes.
The amount of the catalyst supported is 30 g / L or more, and the amount is 30 g / L or more.
It is in the exhaust gas purification filter (3) in which the number of the communication holes communicating between the adjacent cells in the state where the catalyst is supported is 4500 [lines / 0.25 mm 2] or more.
上記ハニカム構造体は、上記構成を有しており、特に、隣接するセル間を連通させる連通気孔の数(以下、適宜、連通気孔数という。)が、18000[本/0.25mm2]以上とされている。そのため、上記ハニカム構造体は、触媒担持に寄与する連通気孔数が上記特定値以上に増えることで、排ガス浄化フィルタに用いるために触媒を担持させた場合であっても、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。 The honeycomb structure has the above configuration, and in particular, the number of communication holes for communicating between adjacent cells (hereinafter, appropriately referred to as the number of communication holes) is 18,000 [lines / 0.25 mm 2 ] or more. It is said that. Therefore, in the honeycomb structure, the number of continuous ventilation holes contributing to the catalyst support increases to the above-mentioned specific value or more, so that even when the catalyst is supported for use in the exhaust gas purification filter, the collection rate by the catalyst support is increased. And the deterioration of pressure loss can be suppressed.
このような効果が得られる理由は以下によるものと考えられる。上述したように、触媒担持によって捕集率・圧損が悪化するのは、性能発現に寄与する連通気孔内に余分に触媒が担持され、触媒による連通気孔の閉塞が多くなるためである。この閉塞される連通気孔の量を低減することが、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制する鍵となる。排ガス浄化フィルタにおいて、触媒は、隔壁の連通気孔内に主に担持される。一方、非連通気孔には、触媒担持時に触媒含有スラリーが流入しないため、非連通気孔は、触媒担持に寄与しない。触媒担持に寄与する連通気孔の数が増えることで、同量の触媒を担持させる場合に、触媒を担持できる連通気孔数が多いほど、連通気孔当たりの触媒量が少なくなる。その結果、触媒担持時に触媒によって埋まってしまう連通気孔が少なくなり、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。 The reason why such an effect is obtained is considered to be as follows. As described above, the reason why the collection rate and pressure loss are deteriorated by supporting the catalyst is that an extra catalyst is supported in the communication holes that contribute to the performance development, and the communication holes are often blocked by the catalyst. Reducing the amount of the closed continuous ventilation holes is the key to suppressing the deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst loading. In the exhaust gas purification filter, the catalyst is mainly carried in the communication holes of the partition wall. On the other hand, since the catalyst-containing slurry does not flow into the non-communicating vents when the catalyst is supported, the non-communicated vents do not contribute to the catalyst support. By increasing the number of continuous vents that contribute to supporting the catalyst, when the same amount of catalyst is supported, the larger the number of continuous vents that can support the catalyst, the smaller the amount of catalyst per continuous vent. As a result, the number of continuous ventilation holes that are filled by the catalyst when the catalyst is supported is reduced, and deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst support can be suppressed.
上記排ガス浄化フィルタは、上記構成を有している。そのため、上記排ガス浄化フィルタによれば、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。 The exhaust gas purification filter has the above configuration. Therefore, according to the exhaust gas purification filter, it is possible to suppress deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst loading.
なお、特許請求の範囲及び課題を解決する手段に記載した括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであり、本発明の技術的範囲を限定するものではない。 The reference numerals in parentheses described in the scope of claims and the means for solving the problem indicate the correspondence with the specific means described in the embodiments described later, and limit the technical scope of the present invention. It's not a thing.
(実施形態1)
実施形態1のハニカム構造体について、図1〜図13を用いて説明する。図1〜図3に例示されるように、本実施形態のハニカム構造体1は、排ガス浄化フィルタの基材に用いられる、触媒が担持される前のものである。
(Embodiment 1)
The honeycomb structure of the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 13. As illustrated in FIGS. 1 to 3, the
ハニカム構造体1は、例えば、コージェライト等から形成されることができ、外皮11と、隔壁12と、セル13と、を有する。外皮11は、例えば、円筒状のような筒状に形成されることができる。本実施形態では、この筒状の外皮11の軸方向Yをハニカム構造体1の軸方向Yとして以下説明する。また、図2における矢印は、ハニカム構造体1を排ガス管などの排ガスの通り道に配置した際の排ガスの流れを示す。
The
図1および図2に例示されるように、隔壁12は、外皮11の内側を区画する。隔壁12は、一般に、セル壁とも呼ばれる。隔壁12は、例えば、格子状に設けられることができる。ハニカム構造体1は多孔質体であり、図3に例示されるように、隔壁12には多数の気孔121が形成されている。したがって、隔壁12の表面や気孔121内に排ガス中に含まれるPMを堆積させて捕集することができる。PMは、粒子状物質、パティキュレート・マタ、パティキュレートなどと呼ばれる微小粒子である。
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the
隔壁12の平均気孔径は、12μm以上30μm以下、好ましくは、13μm以上28μm以下、より好ましくは、15μm以上25μm以下の範囲で調整することができる。隔壁12の気孔率は、55%以上75%以下、好ましくは、58%以上73%以下、より好ましくは、60%以上70%以下の範囲で調整することができる。隔壁12の平均気孔径が12μm以上30μm以下であり、気孔率が55%以上75%以下である場合には、気孔121への触媒の担持を確実なものとすることができる。また、隔壁12の気孔率が75%以下であれば、ハニカム構造体1の構造信頼性を確保しやすくなる。なお、隔壁12の平均気孔径、気孔率は、実験例で後述するように水銀圧入法により測定できる。
The average pore diameter of the
図1および図2に例示されるように、ハニカム構造体1は、多数のセル13を有する。セル13は、隔壁12に囲まれガス流路を形成する。セル13の伸長方向は、通常、軸方向Yと一致する。
As illustrated in FIGS. 1 and 2, the
図1に例示されるように、軸方向Yと直交方向のフィルタ断面におけるセル形状は、例えば、四角形状であるが、これに限定されない。セル形状は、三角形状、四角形状、六角形状などの多角形や円形状などであってもよい。また、セル形状は、2種以上の異なる形状の組み合わせであってもよい。 As illustrated in FIG. 1, the cell shape in the filter cross section in the direction orthogonal to the axial direction Y is, for example, a quadrangular shape, but the cell shape is not limited to this. The cell shape may be a polygon such as a triangle, a quadrangle, a hexagon, or a circle. Further, the cell shape may be a combination of two or more different shapes.
ハニカム構造体1は、例えば、円柱状等の柱状体であり、その寸法は適宜変更可能である。ハニカム構造体1は、軸方向Yの両端に第1端面14と第2端面15とを有する。ハニカム構造体1を有する排ガス浄化フィルタが排ガス管等の排ガス経路内に配置されると、第1端面14が上流側端面となり、第2端面15が下流側端面となる。
The
セル13としては、第1セル131と第2セル132とを有することができる。図2に例示されるように、第1セル131は、第1端面14に開口し、第2端面15においては栓部16により閉塞されている。第2セル132は、第2端面15に開口し、第1端面14においては栓部16により閉塞されている。栓部16は、封止部とも称され、例えば、コージェライト等のセラミックスにより形成できるが、その他の材質であってもよい。
The
第1セル131と第2セル132とは、軸方向Yに直交する横方向においても、軸方向Yおよび横方向の双方に直交する縦方向においても、例えば、互いに隣り合うよう、交互に並んで形成される。つまり、軸方向Yからハニカム構造体1の第1端面14または第2端面15を見たとき、第1セル131と第2セル132とが、例えば、チェック模様状に配される。
The
隔壁12は、図2に例示されるように、互いに隣接する第1セル131、第2セル132を隔てている。隔壁12内には、図3(a)(b)に例示されるように、多数の気孔121が形成されている。隔壁12内の気孔121は、図3(a)(b)に例示されるように、互いに隣接する第1セル131、第2セル132間を連通させる連通気孔122以外にも、互いに隣接する第1セル131、第2セル132間を連通させない非連通気孔123を含んでいてもよい。なお、図4は、図3の気孔121をさらに簡略的に示したものである。また、これら図3および図4においては、気孔121が二次元に簡略化されて描かれているが、少なくとも連通気孔122は三次元に交差するものが大半を占めると考えられる。
As illustrated in FIG. 2, the
隔壁12において、隣接するセル13間を連通させる連通気孔122の数である連通気孔数は、18000[本/0.25mm2]以上とされる。なお、ここで述べる連通気孔数は、連通気孔122に触媒が担持される前の状態における値である。触媒担持前の連通気孔数が18000[本/0.25mm2]未満になると、触媒担持によって捕集率および圧損が悪化する。これは、触媒担持時に連通気孔122当たりの触媒量が多くなり、その結果、触媒によって埋まってしまう連通気孔122が多くなるためなどの理由による。また、触媒担持前の連通気孔数が18000[本/0.25mm2]未満になると、捕集率の悪化率、圧損の悪化率が高止まりする。これは、触媒担持前の連数気孔数が18000[本/0.25mm2]未満の領域は、触媒担持時に触媒により連通気孔122が閉塞されて排ガスが流れ難い領域となるため、捕集率の悪化率、圧損の悪化率はハニカム構造体1の構造による寄与が支配的となり、触媒担持後の隔壁12内の気孔の寄与が僅少となるためであると考えられる。
In the
連通気孔数は、捕集率の悪化率、圧損の悪化率を低い値で留めやすくなるなどの観点から、好ましくは、19000[本/0.25mm2]以上、より好ましくは、20000[本/0.25mm2]以上、さらに好ましくは、20600[本/0.25mm2]以上、さらにより好ましくは、21000[本/0.25mm2]以上、さらに一層好ましくは、21500[本/0.25mm2]以上、さらにより一層好ましくは、22000[本/0.25mm2]以上、特に好ましくは、22600[本/0.25mm2]以上、もっとも好ましくは、23000[本/0.25mm2]以上とすることができる。なお、ハニカム構造体1、ハニカム構造体1を適用した排ガス浄化フィルタの強度などの観点から、連数気孔数は、30000[本/0.25mm2]以下とすることができる。
The number of continuous ventilation holes is preferably 19000 [pieces / 0.25 mm 2 ] or more, and more preferably 20000 [pieces /) from the viewpoint of facilitating the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of pressure loss at a low value. 0.25 mm 2] or more, more preferably, 20600 [present /0.25mm 2] or more, even more preferably, 21000 [present /0.25mm 2] or more, even more preferably, 21500 [present /0.25Mm 2 ] or more, even more preferably 22000 [lines / 0.25 mm 2 ] or more, particularly preferably 22600 [lines / 0.25 mm 2 ] or more, most preferably 23000 [lines / 0.25 mm 2 ] or more. Can be. From the viewpoint of the strength of the
連通気孔数の測定にあたっては、各気孔121における気孔経路長を一つ一つ算出し、気孔121が交差する場合には、より圧損が低くなる短い経路を選択し、気孔経路長の頻度分布を求めることが重要になる。しかし、例えば、水銀ポロシメータによる気孔径分布の測定では、気孔経路長の測定や気孔121が交差する時の経路の選択が不可である。その結果、水銀ポロシメータによる気孔径分布では、気孔経路長の頻度分布の解析ができない。
When measuring the number of continuous ventilation holes, the pore path lengths in each
そこで、ここでは、CTスキャンで三次元解析した画像データを用いて隔壁12における各気孔121が細線化処理される。そして、画像解析ソフトにより隔壁12内で交差する気孔121については、経路長が短い方を選択する処理を行うことにより、狙いのデータを算出することができる。以下、連通気孔数の測定方法について詳述する。
Therefore, here, each
図5に例示されるように、ハニカム構造体1から採取した測定サンプルについて、隔壁12をCTスキャンすることにより、隔壁12のスキャン画像を撮影する。CTスキャン装置としては、ZEISS社製のXradia520 Versaを用いる。測定条件は、管電圧80kV、管電流87mAである。撮影画像の解像度は1.6μm/pixelである。なお、図5では、測定サンプルにおける一部を示している。
As illustrated in FIG. 5, a scanned image of the
CTスキャンにおけるスキャン方向Sは、隔壁12の厚み方向に沿う方向であって、上流側端面となる第1端面14に開口する第1セル131側の隔壁12の面(以下、適宜、隔壁表面12aという。)から下流側端面となる第2端面15に開口する第2セル132側の隔壁12の面(以下、適宜、隔壁裏面12bという。)に向かう方向とされる。図6および図7にスキャン画像の例を示す。図7は、図6を拡大したものである。図6および図7では、軸方向Yに沿う方向がY方向とされ、Y方向に垂直で、第2セル132を囲む4つの隔壁12うちの一つに沿う方向がX方向とされ、X方向およびY方向に垂直な方向がZ方向とされている。なお、記号Mは、第1端面14における栓部16を意味している。
The scan direction S in the CT scan is a direction along the thickness direction of the
したがって、図6および図7におけるスキャン方向Sは、−Z方向である。この方向のスキャン画像の一例を示したものが、図6および図7における、左上の画像sである。この−Z方向のスキャン画像は、X−Y平面に沿っている。なお、参考のため、Y方向のスキャン画像(X−Z平面に沿う画像)を図6および図7の左下に、−X方向のスキャン画像(Y−Z平面に沿う画像)を図6および図7の右下に併せて示す。 Therefore, the scan direction S in FIGS. 6 and 7 is the −Z direction. An example of a scanned image in this direction is the upper left image s in FIGS. 6 and 7. This scanned image in the −Z direction is along the XY plane. For reference, the scanned image in the Y direction (image along the XZ plane) is shown in the lower left of FIGS. 6 and 7, and the scanned image in the −X direction (image along the YZ plane) is shown in FIGS. 6 and 7. It is also shown in the lower right of 7.
次いで、スキャン方向Sの撮影画像の群(スキャン方向Sの撮影画像を撮影枚数分(=隔壁12の厚みμm/1pixelの大きさである1.6μm))を用いて解析を行う。以下の例では、解析画像サイズは、X、Y平面の範囲が500μm×500μmであり、−Z方向については、隔壁12の厚みμm/1.6μmの枚数を用いている。
Next, analysis is performed using a group of captured images in the scanning direction S (= the number of captured images in the scanning direction S (= thickness μm of
次いで、スキャン方向Sの撮影画像について二値化処理を行う。二値化処理には画像解析ソフトImageJ(アメリカ国立衛生研究所(NIH)製)を用いる。二値化は、隔壁12における気孔部分と骨格部分とを区別することを目的とする。気孔部分と骨格部分とで輝度が異なるため、二値化処理では、撮影画像に残るノイズの除去を施し、任意の閾値を設定した後に二値化処理を行う。各測定サンプルによって閾値は異なるため、CTスキャンにて撮影された全体画像を目視にて確認しながら、気孔部分と骨格部分とを分離できる閾値を撮影画像ごとに設定する。二値化処理前の撮影画像の一例を図8(a)に、二値化処理後の撮影画像の一例を図8(b)に示す。図8(b)においては、黒色領域が気孔部分であり、灰色領域が骨格部分である。
Next, the captured image in the scanning direction S is binarized. Image analysis software ImageJ (manufactured by the National Institutes of Health (NIH)) is used for binarization. The binarization aims to distinguish between the pore portion and the skeletal portion in the
次いで、二値化処理後の撮影画像に基づいて各気孔121の気孔経路長を測定する。気孔経路長の測定は、ヒューリンクス社製のIGORLを用いる。先ず、二値化処理後の撮影画像の気孔121の細線化処理を実施する。図9に、細線化処理の結果の一例を示す。図9に例示されるように、各気孔121のピクセル中央(画素の中に数字が書いてある部分)を線で結ぶことが細線化処理であり、細線化処理によって得られた、各気孔121のピクセル中央を線で結んでなる経路が細線化経路120である。
Next, the pore path length of each
図9に例示される細線化処理された画像に基づいて、互いに隣り合う第1セル131、第2セル132を隔てる隔壁12について、一方の第1セル131に面する隔壁表面12a側に開口する気孔121の入口からスタートし、遠回りすることなく他方の第2セル132に面する隔壁裏面12b側に開口する気孔121の出口に到達するまでに通過したピクセル数を経路長として算出する。図9における破線で囲われた領域のように、細線化経路120に交点が生じた場合には、経路長が短い方を選択する。三次元解析にて、隔壁表面12aから隔壁裏面12bに至る全ての経路について経路長を算出する。
Based on the thinned image illustrated in FIG. 9, the
図9の例示において、経路長を算出すべき経路の数は3(本)である。また、ピクセル数によって表される経路長は、左からそれぞれ52、51、47である。実際の気孔経路長は、撮影画像の解像度1.6μm/pixelに基づいて、ピクセル数の経路長を1.6倍することにより算出することができる。なお、図9は細線化処理された画像の一例を示すものであり、実際の隔壁12の厚みとは異なっている。
In the example of FIG. 9, the number of routes for which the route length should be calculated is 3 (lines). The path lengths represented by the number of pixels are 52, 51, and 47 from the left, respectively. The actual pore path length can be calculated by multiplying the path length of the number of pixels by 1.6 based on the resolution of the captured image of 1.6 μm / pixel. Note that FIG. 9 shows an example of the thinned image, which is different from the actual thickness of the
また、図10、図11に、細線化処理された画像の他の例を示す。なお、図10、図11は、図9に比べて簡略化されて描かれている。図10に例示される細線化処理された画像において、細線化経路120の入口120aに対応する出口は、出口120f、120gとなる。そして、隔壁裏面12b側には、出口120f、120g以外の出口がない。そのため、図10においては、経路長を算出すべき経路の数は2(本)となる。なお、細線化経路120の入口120bに対応する出口は、出口120f、120gとなり上記と同様なので経路長を算出すべき経路としてカウントされない。細線化経路120の入口120cは、隔壁裏面12b側に出口がなく隔壁12を連通していないので、経路長を算出すべき経路としてカウントされない。細線化経路120の入口120d、120eについても、隔壁裏面12b側に出口がなく隔壁12を連通していないので、経路長を算出すべき経路としてカウントされない。また、図11に例示される細線化処理された画像において、細線化経路120の入口120hに対応する出口は、出口120j、出口120kとなる。細線化経路120の入口120iに対応する出口は、出口120m、出口120nとなる。細線化経路120の出口120lに通じる経路は、スキャン途中から出現しており隔壁12を連通しないため、経路長を算出すべき経路としてカウントされない。そのため、図11においては、経路長を算出すべき経路の数は4(本)となる。
Further, FIGS. 10 and 11 show other examples of the thinned image. It should be noted that FIGS. 10 and 11 are drawn in a simplified manner as compared with FIG. 9. In the thinning-processed image illustrated in FIG. 10, the outlets corresponding to the
上記のようにして隔壁12の気孔経路長を測定することにより、気孔経路長分布、つまり、頻度ヒストグラムが得られる。気孔経路長分布は、算出される全ての気孔経路長についてヒストグラムにて頻度(本)を算出することにより得られる。頻度ヒストグラムは、気孔経路長を10μm毎の階級に区切ったデータの棒グラフとして表される。気孔経路長分布における各頻度を合計したものが、測定サンプルにおける連通気孔数となる。
By measuring the pore path length of the
隔壁12の気孔経路長を上記のごとく10μm毎の階級に区切る理由は、気孔経路長の最小単位となる気孔径相当に区切ることが好ましいからである。そして、隔壁12内には気孔径が例えば1〜100μmの大小様々な気孔が存在するが、中でも気孔径が10〜20μmの気孔の割合が多い。これは、気孔径が気孔形成材料である原料シリカ等の粒径に由来するからであると考えられる。したがって、上記のようにヒストグラムの間隔を10μm毎に区切ることにより、気孔経路長を精度よく分離できると考えられる。
The reason why the pore path length of the
図12に、隔壁12の気孔経路長分布を示す頻度ヒストグラムの一例を示す。図12に例示されるように、例えば、隔壁12の厚みが240μmの場合には、気孔経路長は240μmから開始される。次いで、240μm以上かつ250μm未満の気孔経路長の総数(本)をカウントする。以降については、10μm毎の気孔経路長の総数(本)をカウントすればよい。
FIG. 12 shows an example of a frequency histogram showing the pore path length distribution of the
なお、ハニカム構造体1における連通気孔数は、ハニカム構造体1から採取した6か所の測定サンプルについて上述のように求めた連通気孔数の平均値とされる。測定サンプルは、具体的には、図13に示されるように、ハニカム構造体1における直径の中心部を通る軸方向Yの、中央部分1a、第1端面14側の栓部16の直ぐ内側部分1b、第2端面15側の栓部16の直ぐ内側部分1c、ハニカム構造体1における半径の中心部を通る軸方向Yの、中央部分1d、第1端面14側の栓部16の直ぐ内側部分1e、および、第2端面15側の栓部16の直ぐ内側部分1fの6か所から採取する。測定サンプルの形状は、軸方向Yと直交方向の寸法が縦5mm×横5mm、軸方向Yの長さが5mmである立方体である。
The number of continuous ventilation holes in the
ハニカム構造体1において、隔壁12の厚みは、例えば、100μm以上400μm以下の範囲で調整することができる。なお、隔壁12の厚みは、図13に示されるように、ハニカム構造体1における直径の中心部を通る軸方向Yの、中央部分1a、第1端面14側の栓部16の直ぐ内側部分1b、第2端面15側の栓部16の直ぐ内側部分1cの3か所について測定した厚み測定値の平均値とされる。
In the
ハニカム構造体1は、連通気孔数が18000[本/0.25mm2]以上とされている。そのため、ハニカム構造体1は、触媒担持に寄与する連通気孔数が上記特定値以上に増えることで、排ガス浄化フィルタに用いるために触媒を担持させた場合であっても、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。なお、ハニカム構造体1は、触媒を担持させなくても排ガス中のPMを捕集できるため、排ガス浄化フィルタとして機能させることが可能である。
The
次に、実施形態1の排ガス浄化フィルタについて、図14を用いて説明する。図14に例示されるように、本実施形態の排ガス浄化フィルタ3は、実施形態1のハニカム構造体1と、連通気孔122の孔壁122aに担持された触媒2と、を有している。触媒2は、少なくとも連通気孔122の孔壁122aに担持されておればよく、隔壁12の表面(セルに面する隔壁12の面)にも担持されていてよい。連通気孔122の孔壁122aに触媒2を担持させる方法としては、例えば、吸引により触媒含有スラリーを隔壁12の連通気孔122内に導入する公知のインウォールコート法などを挙げることができる。また、触媒2の種類は用途により異ならせることができるが、例えば、Pt、Rh、Pd等の触媒貴金属を助触媒と同時に担持させることができる。
Next, the exhaust gas purification filter of the first embodiment will be described with reference to FIG. As illustrated in FIG. 14, the exhaust
なお、排ガス浄化フィルタ3は、触媒2が担持された状態においても隣接するセル13間を連通させる連通気孔122が存在している。つまり、排ガス浄化フィルタ3は、ハニカム構造体1への触媒担持後に触媒2によって閉塞されずに残った連通気孔122が存在している。
The exhaust
排ガス浄化フィルタ3によれば、ハニカム構造体1を用いているので、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。排ガス浄化フィルタ3は、ガソリンエンジンから出される排ガスの浄化用途に好適に用いることができる。
According to the exhaust
排ガス浄化フィルタ3において、触媒2の担持量は30g/L以上とすることができる。ハニカム構造体1における連通気孔122内に触媒2が担持されると、排ガス浄化フィルタ3の気孔121の形状が変化する。しかし、上記構成によれば、上記触媒2の担持量であっても、上述したハニカム構造体1を用いているので、触媒担持による捕集率および圧損の悪化の抑制効果を得やすい排ガス浄化フィルタ3が得られる。
In the exhaust
触媒2の担持量は、HC、CO、NOxの浄化性能確保および吸蔵酸素量確保などの観点から、好ましくは、30g/L以上、より好ましくは、50g/L以上、さらに好ましくは、60g/L以上とすることができる。また、触媒2の担持量は、インウォールコート法による触媒担持における連通気孔122の閉塞抑制、触媒反応熱に起因する熱応力によるハニカム構造体1の破損抑制などの観点から、好ましくは、200g/L以下、より好ましくは、150g/L以下、さらに好ましくは、100g/L以下とすることができる。
The supported amount of the
排ガス浄化フィルタ3は、触媒2が担持された状態において隣接するセル13間を連通している連通気孔122の数が4500[本/0.25mm2]以上であるとよい。この構成によれば、触媒担持による捕集率および圧損の悪化の抑制を確実なものとすることができる。また、この構成によれば、強度低下を招く気孔の量低減により、排ガス浄化フィルタ3の排ガス管への組み付け時における破壊を抑制しやすくなるなどの利点がある。触媒2が担持された状態において隣接するセル13間を連通している連通気孔122の数は、好ましくは、4800[本/0.25mm2]以上、より好ましくは、5000[本/0.25mm2]以上、さらに好ましくは、5200[本/0.25mm2]以上、さらにより好ましくは、5300[本/0.25mm2]以上、さらにより一層好ましくは、5400[本/0.25mm2]以上、もっとも好ましくは、5800[本/0.25mm2]以上とすることができる。なお、上記にある強度確保などの観点から、触媒2が担持された状態において隣接するセル13間を連通している連通気孔122の数は、8500[本/0.25mm2]以下とすることができる。
In the exhaust
触媒2が担持された状態において隣接するセル13間を連通している連通気孔122の数は、触媒2が担持されたハニカム構造体1を用い、上述した測定方法に準じて測定することができる。
The number of the continuous ventilation holes 122 communicating between the
触媒2が担持された状態における隔壁12の平均気孔径は、10μm以上28μm以下、好ましくは、11μm以上26μm以下、より好ましくは、13μm以上23μm以下の範囲で調整することができる。触媒2が担持された状態における隔壁12の気孔率は、46%以上66%以下、好ましくは、49%以上64%以下、より好ましくは、51%以上61%以下の範囲で調整することができる。触媒2が担持された状態における隔壁12の平均気孔径が10μm以上28μm以下であり、気孔率が46%以上66%以下である場合には、気孔121への触媒2の担持が確実なものとなる。また、触媒担持による捕集率および圧損の悪化の抑制を確実なものとすることができる。なお、触媒2が担持された状態における隔壁12の平均気孔径、気孔率は、実験例で後述するように水銀圧入法により測定できる。
The average pore diameter of the
(実施形態2)
実施形態2のハニカム構造体および排ガス浄化フィルタについて、実施形態1で用いた図1〜図14を適宜参照しつつ説明する。なお、実施形態2以降において用いられる符号のうち、既出の実施形態において用いた符号と同一のものは、特に示さない限り、既出の実施形態におけるものと同様の構成要素等を表す。
(Embodiment 2)
The honeycomb structure and the exhaust gas purification filter of the second embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 14 used in the first embodiment as appropriate. In addition, among the reference numerals used in the second and subsequent embodiments, the same reference numerals as those used in the above-mentioned embodiments represent the same components and the like as those in the above-mentioned embodiments, unless otherwise specified.
本実施形態のハニカム構造体1は、隔壁12の厚みTμmに対する連通気孔122の平均流路長Lμmの比で定義される屈曲度L/Tが、1.2以上とされている。連通気孔122の平均流路長Lμmは、次のようにして求められる。実施形態1と同様にして、二値化処理後の撮影画像を準備する。当該二値化処理後の撮影画像を、解析ソフトGeoDict(SCSK社製)に読み込ませ、1Voxel当たり0.685μmの条件で、気孔部分および骨格部分の構造を三次元モデル化した仮想モデルを作成する。そして、得られた仮想モデルにつき、全ての連通気孔122の流路長(μm)を測定する。ここで、PMは、ガスの流れに沿って流れる。ガスは、流体として、連通気孔122内で最短流路を通って流れようとする。上記にて長さを測定する流路は、連通気孔122内をガスが流れていく最短流路である。つまり、連通気孔122における流路長は、連通気孔122の孔径の中央を結んだ線の長さとは必ずしも一致しないパラメータであるといえる。得られた全ての連通気孔122の流路長の平均値が、連通気孔122の平均流路長Lμmとされる。また、仮想モデルの厚み(μm)が、屈曲度を算出する際の隔壁12の厚みTμmとされる。そして、上記のようにして求めた連通気孔122の平均流路長Lμmを隔壁12の厚みTμmで除することにより、測定サンプルの屈曲度が算出される。ハニカム構造体1における屈曲度は、ハニカム構造体1から採取した6か所の測定サンプルについて、上述のように求めた各測定サンプルの屈曲度の平均値から算出される。なお、各測定サンプルは、実施形態1にて上述した連通気孔数の測定サンプルと同じ採取位置から採取される。
In the
本実施形態のハニカム構造体1は、屈曲度が上記範囲とされている。当該屈曲度が上記範囲であれば、連通気孔122の流路構造が複雑になり、連通気孔122の抵抗である管路摩擦により生じる管路抵抗が上昇する。そのため、ハニカム構造体1に触媒2を担持させる際に、触媒2を含有する触媒含有スラリーの流動性が低下し、連通気孔122の孔壁122aに触媒2を所定量担持させやすくなる。
The
ハニカム構造体1において、屈曲度は、連通気孔122への触媒2の担持性向上等の観点から、好ましくは、1.25以上、より好ましくは、1.30以上、さらに好ましくは、1.35以上とすることができる。なお、当該屈曲度が過度に高くなると、排ガス浄化フィルタ製造時における触媒担持工程において、触媒含有スラリーの管路抵抗が大きくなり、触媒2により気孔121の閉塞が増加する傾向が見られる。そのため、当該屈曲度は、好ましくは、1.8以下、より好ましくは、1.7以下、さらに好ましくは、1.6以下とすることができる。
In the
本実施形態の排ガス浄化フィルタ3は、本実施形態のハニカム構造体1を有している点で、実施形態1の排ガス浄化フィルタ3と異なっている。本実施形態の排ガス浄化フィルタ3は、本実施形態のハニカム構造体1を用いているので、所定量の触媒2の保持を確実なものとしやすい。
The exhaust
本実施形態の排ガス浄化フィルタ3において、ハニカム構造体1の連通気孔122に触媒2が担持された状態における屈曲度は、1.4以上とされている。連通気孔122に触媒2が担持された状態における屈曲度は、連通気孔122に触媒2が担持されたハニカム構造体1を用い、上述した方法にて求めることができる。
In the exhaust
本実施形態の排ガス浄化フィルタ3は、触媒2が担持された状態における屈曲度が上記範囲とされている。当該屈曲度が上記範囲であれば、連通気孔122の孔壁122aへの所定量の触媒2の担持を確実なものとすることができる。
The exhaust
排ガス浄化フィルタ3において、触媒2が担持された状態における屈曲度は、捕集率の向上と圧損の抑制などの観点から、好ましくは、1.45以上、より好ましくは、1.50以上、さらに好ましくは、1.55以上、さらにより好ましくは、1.60以上とすることができる。なお、当該屈曲度が過度に高くなると、圧損が上昇する傾向が見られる。そのため、当該屈曲度は、好ましくは、2.2以下、より好ましくは、2.1以下、さらに好ましくは、2.0以下とすることができる。その他の構成および作用効果は、実施形態1の排ガス浄化フィルタ3と同様である。
In the exhaust
(実施形態3)
実施形態3の排ガス浄化フィルタについて、実施形態1で用いた図1〜図14を適宜参照しつつ説明する。排ガス浄化フィルタ3は、ハニカム構造体1と、触媒2と、を有している。ハニカム構造体1は、外皮11と、外皮11の内側を区画し、多数の気孔121が形成された隔壁12と、隔壁12に囲まれたセル3と、を有している。隔壁12は、隣接するセル3間を連通させる連通気孔122を有している。触媒2は、連通気孔122の孔壁122aに担持されている。触媒2の担持量は、30g/L以上である。触媒2が担持された状態において隣接するセル3間を連通している連通気孔122の数は、4500[本/0.25mm2]以上である。
(Embodiment 3)
The exhaust gas purification filter of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 14 used in the first embodiment as appropriate. The exhaust
なお、本実施形態の排ガス浄化フィルタ3は、実施形態1、実施形態2で示した連通気孔数が18000[本/0.25mm2]以上であるハニカム構造体1を用い、気孔121内に触媒2を担持させるインウォールコート法により触媒2を30g/L以上担持させることによって得ることができる。
The exhaust
本実施形態の排ガス浄化フィルタ3によれば、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができる。なお、本実施形態の排ガス浄化フィルタ3の構成および作用効果については、実施形態1、実施形態2の記載を適宜参照し、当てはめることができる。
According to the exhaust
(実験例1) (Experimental Example 1)
ハニカム構造体は、コージェライトを主成分とすることができる。この場合、ハニカム構造体の製造にあたっては、コージェライト組成が生成するように、Si源、Al源、およびMg源を含むコージェライト形成原料が用いられる。コージェライト形成原料は、焼成によりコージェライト組成を生成できる原料のことである。コージェライト形成原料としては、シリカ、タルク、水酸化アルミニウム、アルミナ、カオリン等を適宜混合した混合物を用いることができる。シリカとしては、多孔質シリカを用いることが好ましい。また、気孔率を高めることができるという観点から、Al源としては、水酸化アルミニウムを用いることが好ましい。ハニカム構造体の製造においては、コージェライト形成原料に、水、バインダ、潤滑油、造孔材等を適宜混合し、コージェライト形成原料を含む坏土を準備することができる。なお、坏土作製時のコージェライト形成原料の混合条件については、実験例2にて詳述する。そして、準備した坏土を押出成形し、焼成した後、栓部を形成することにより、ハニカム構造体を得ることができる。 The honeycomb structure can contain cordierite as a main component. In this case, in the production of the honeycomb structure, a cordierite forming raw material containing a Si source, an Al source, and an Mg source is used so as to generate a cordierite composition. The cordierite forming raw material is a raw material capable of producing a cordierite composition by firing. As the raw material for forming cordierite, a mixture in which silica, talc, aluminum hydroxide, alumina, kaolin and the like are appropriately mixed can be used. As the silica, it is preferable to use porous silica. Further, from the viewpoint of increasing the porosity, it is preferable to use aluminum hydroxide as the Al source. In the production of the honeycomb structure, water, a binder, a lubricating oil, a pore-forming material and the like can be appropriately mixed with the cordierite-forming raw material to prepare a clay containing the cordierite-forming raw material. The mixing conditions of the cordierite-forming raw material at the time of soil preparation will be described in detail in Experimental Example 2. Then, the prepared clay is extruded, fired, and then a stopper is formed, whereby a honeycomb structure can be obtained.
製造されるハニカム構造体の隔壁における連通気孔数を上述した特定の範囲まで高めるためには、連通気孔数と関係のある隔壁の気孔経路長分布を均一にすることが有効である。気孔経路長分布を均一にできる原料条件について以下の通り検討した。 In order to increase the number of continuous ventilation holes in the partition wall of the manufactured honeycomb structure to the above-mentioned specific range, it is effective to make the pore path length distribution of the partition wall related to the number of continuous ventilation holes uniform. The raw material conditions that can make the stomatal length distribution uniform were examined as follows.
シリカ、タルクは、高温で溶融して気孔を形成できるため、気孔形成材料と呼ぶことができる。この気孔形成材料の粒子数割合が高いほど、粒子同士の接触性が向上し、気孔経路長分布を均一にすることが可能になる。そこで、コージェライト形成原料を含む坏土を押出成形したときにおいて、坏土中に含まれるシリカとタルクの粒子数割合を制御すればよい。 Silica and talc can be called pore-forming materials because they can be melted at a high temperature to form pores. The higher the ratio of the number of particles of the pore-forming material, the better the contact property between the particles, and the more uniform the pore path length distribution becomes possible. Therefore, when the clay containing the cordierite forming raw material is extruded, the ratio of the number of particles of silica and talc contained in the clay may be controlled.
しかし、粒子数割合は、測定が困難であり、さらに成形条件によって測定値がばらつくことが想定される。そのため、シリカ、タルク、Al源などの原料粉末の条件制御により気孔経路長分布を調整できる指標が望まれる。このような観点から、原料粉末の加圧嵩密度に着目して以下の検討を行った。 However, it is difficult to measure the particle number ratio, and it is assumed that the measured value varies depending on the molding conditions. Therefore, an index capable of adjusting the stomatal path length distribution by controlling the conditions of raw material powders such as silica, talc, and Al source is desired. From this point of view, the following studies were conducted focusing on the pressurized bulk density of the raw material powder.
具体的には、表1に示される配合の坏土を考える。ここでは、表1に示されるように多孔質シリカまたは溶融シリカ、タルク、水酸化アルミニウムを適宜配合することにより、コージェライト形成原料が調整される。なお、本明細書において、「平均粒子径」は、レーザ回折・散乱法によって求められた粒度分布における体積積算値50%での粒径のことである。コージェライト形成原料には、適宜、グラファイトからなる造孔材、水、潤滑油、メチルセルロースからなるバインダが添加される。このような混合原料から坏土を作製することを考える。 Specifically, consider the clay of the composition shown in Table 1. Here, as shown in Table 1, the raw material for forming cordierite is prepared by appropriately blending porous silica or molten silica, talc, and aluminum hydroxide. In the present specification, the "average particle size" is the particle size at a volumetric integrated value of 50% in the particle size distribution obtained by the laser diffraction / scattering method. A pore-forming material made of graphite, water, a lubricating oil, and a binder made of methyl cellulose are appropriately added to the cordierite forming raw material. Consider making a clay from such a mixed raw material.
一方で、坏土を模擬した評価方法を検討すべく、原料粉末の加圧嵩密度を測定した。具体的には、先ず、島津製作所社製の加圧測定機「オートグラフ」における直径25mm、長さ20mmの測定器内に原料粉末の混合粉を投入し、混合粉の加圧を開始した。加圧速度は1mm/minである。圧力15MPaに相当する荷重7kNに到達した際に、リミット制御で加圧を停止した。この加圧により、混合粉からなる円柱状のペレットが得られる。このペレットの重量及び高さを測定した。 On the other hand, in order to study an evaluation method simulating clay, the pressurized bulk density of the raw material powder was measured. Specifically, first, the mixed powder of the raw material powder was put into a measuring instrument having a diameter of 25 mm and a length of 20 mm in the pressure measuring machine "Autograph" manufactured by Shimadzu Corporation, and the pressurization of the mixed powder was started. The pressurizing speed is 1 mm / min. When the load corresponding to the pressure of 15 MPa reached 7 kN, the pressurization was stopped by the limit control. By this pressurization, columnar pellets made of mixed powder are obtained. The weight and height of the pellets were measured.
ペレットの高さの測定は、ノギス、マイクロメータ、三次元測定機などによって行うことができる。ここでは、マイクロメータを用いて測定を行った。ペレットの直径は25mmとなるため、直径と高さとの積からペレットの体積を算出した。 The height of the pellet can be measured by a caliper, a micrometer, a coordinate measuring machine or the like. Here, the measurement was performed using a micrometer. Since the diameter of the pellet is 25 mm, the volume of the pellet was calculated from the product of the diameter and the height.
また、ペレットの体積と重量から密度を算出した。密度は、重量を体積で割ることにより算出される。この密度を加圧嵩密度とした。なお、原料の混合粉には、バインダとして松本油脂製薬社製のメチルセルロース「65MP−4000」が添加されている。バインダは、ペレット状の混合粉を取り扱いやすくするためのものであり、他のバインダを用いることも可能である。具体的には、原料粉末1.5g、バインダ0.5gの合計2gを用いている。 In addition, the density was calculated from the volume and weight of the pellets. Density is calculated by dividing the weight by the volume. This density was defined as the pressurized bulk density. Methyl cellulose "65MP-4000" manufactured by Matsumoto Yushi Pharmaceutical Co., Ltd. is added as a binder to the mixed powder of the raw material. The binder is for facilitating the handling of the pellet-shaped mixed powder, and other binders can be used. Specifically, a total of 2 g of raw material powder (1.5 g) and binder (0.5 g) is used.
一般に、粒子径と嵩密度には相関があり、粒子径が小さい程、粒子間に空間が形成されるため、嵩密度は小さくなる。ある体積内に配置される粒子数は、粒子径が小さいほど粒子数が多くなる。したがって、嵩密度が小さいほど粒子数は多くなる。すなわち、嵩密度と粒子数とは反比例の関係にある。 In general, there is a correlation between the particle size and the bulk density, and the smaller the particle size, the smaller the bulk density because a space is formed between the particles. As for the number of particles arranged in a certain volume, the smaller the particle diameter, the larger the number of particles. Therefore, the smaller the bulk density, the larger the number of particles. That is, the bulk density and the number of particles are inversely proportional to each other.
混合粉における気孔形成材料の粒子数割合Rは、シリカとタルクの粒子数NSTと、ハニカム構造体の製造に用いられるすべての原料混合粉の粒子数NMとから、以下の式(x)により算出される。
R=NST/NM ・・・(x)
The particle number ratio R of the pore-forming material in the mixed powder is calculated from the following formula (x) from the number of particles N ST of silica and talc and the number of particles N M of all the raw material mixed powders used in the production of the honeycomb structure. Is calculated by.
R = N ST / N M ... (x)
式(x)に、上述の嵩密度と粒子数の関係を適用すると、気孔形成材料の粒子数割合Rは、すべての原料混合粉の加圧嵩密度ρMと、シリカとタルクの混合粉の加圧嵩密度ρSTとから、以下の式(xi)で表される。
R=ρM/ρST ・・・(xi)
Applying the above-mentioned relationship between the bulk density and the number of particles to the formula (x), the particle number ratio R of the pore-forming material is the pressurized bulk density ρ M of all the raw material mixed powders and the mixed powder of silica and talc. From the pressurized bulk density ρ ST , it is expressed by the following equation (xi).
R = ρ M / ρ ST ... (xi)
本実験例において、原料混合粉は、シリカ、タルク、水酸化アルミニウムであるため、加圧嵩密度ρMは、シリカとタルクと水酸化アルミニウムとの混合粉の加圧嵩密度である。したがって、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度を大きくすること、シリカとタルクとの混合粉の加圧嵩密度を小さくすることにより、粒子数割合Rを増大できることになる。 In this experimental example, since the raw material mixed powder is silica, talc, and aluminum hydroxide, the pressurized bulk density ρ M is the pressurized bulk density of the mixed powder of silica, talc, and aluminum hydroxide. Therefore, the particle number ratio R can be increased by increasing the pressurized bulk density of aluminum hydroxide and decreasing the pressurized bulk density of the mixed powder of silica and talc.
そこで、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度をρAとし、シリカとタルクからなる気孔形成材料の粒子数割合Rの指標として、ρA/ρSTを算出した。これらの加圧嵩密度は、上述の方法により測定される。その結果を表2に示す。 Therefore, the pressurized bulk density of aluminum hydroxide was set to ρ A, and ρ A / ρ ST was calculated as an index of the particle number ratio R of the pore-forming material composed of silica and talc. These pressurized bulk densities are measured by the methods described above. The results are shown in Table 2.
また、表1に示した多孔質シリカ、溶融シリカの種類とタップデンサによる嵩密度を表3に示す。測定は、タップ密度法流動性付着力測定器によって行われる。具体的には、セイシン企業社製のタップデンサを用いた。そして、測定器のシリンダに測定対象粉末である各シリカを充填した。次いで、シリカをタッピングにより圧縮させ、圧縮状態のシリカの質量とシリンダの体積とから嵩密度を算出した。その結果を表3に示す。 In addition, Table 3 shows the types of porous silica and molten silica shown in Table 1 and the bulk density by tap densers. The measurement is performed by a tap density method fluidity adhesion measuring instrument. Specifically, a tap densa manufactured by Seishin Enterprise Co., Ltd. was used. Then, the cylinder of the measuring instrument was filled with each silica which is the powder to be measured. Next, the silica was compressed by tapping, and the bulk density was calculated from the mass of the compressed silica and the volume of the cylinder. The results are shown in Table 3.
表2および表3から分かるように、試料2〜4においては、タップデンサでの嵩密度が低い多孔質シリカBおよび多孔質シリカCを用いている。これらの試料2〜4においては、多孔質シリカとタルクの混合粉の加圧嵩密度ρSTが低いことがわかる。
As can be seen from Tables 2 and 3, in
また、水酸化アルミニウムとして、平均粒子径が相対的に大きな大径粉と、平均粒子径が相対的に小さな小径粉とを併用することにより、充填性が向上して水酸化アルミニウムの嵩密度が大きくなる。大径粉と小径粉とからなる水酸化アルミニウムにおいては、一般に、小径粉の混合割合を5〜35質量%に調整することが充填性の向上に適していると言われている。 Further, by using a large-diameter powder having a relatively large average particle diameter and a small-diameter powder having a relatively small average particle diameter as aluminum hydroxide in combination, the filling property is improved and the bulk density of aluminum hydroxide is increased. growing. In aluminum hydroxide composed of large-diameter powder and small-diameter powder, it is generally said that adjusting the mixing ratio of the small-diameter powder to 5 to 35% by mass is suitable for improving the filling property.
しかし、粒子径の組み合わせや粒子形状、分布等によって、大径粉と小径粉との最適な配合比は変わる。表1に示されるように、試料1および試料5においては、平均粒子径5μmの水酸化アルミニウムを単独で用いている。試料2および試料3においては、平均粒子径3μmの小径粉の水酸化アルミニウムと平均粒子径8μmの大径粉の水酸化アルミニウムとを小径粉:大径粉=3:7の比で混合した混合粉を用いている。試料4においては、平均粒子径3μmの小径粉の水酸化アルミニウムと平均粒子径8μmの大径粉の水酸化アルミニウムとを小径粉:大径粉=5:5の比で混合した混合粉を用いている。
However, the optimum blending ratio of the large-diameter powder and the small-diameter powder varies depending on the combination of particle diameters, particle shape, distribution, and the like. As shown in Table 1, in
表2に示されるように、このような水酸化アルミニウムの粒子径の組み合わせでは、小径粉の配合割合が30〜50質量%において加圧嵩密度が同程度になることがわかる。異なる平均粒子径の水酸化アルミニウムをブレンドせずに、単独のものを用いた試料1および試料5に比べて、試料2〜4は、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度が大きくなっていることがわかる。
As shown in Table 2, it can be seen that in such a combination of the particle sizes of aluminum hydroxide, the pressurized bulk density is about the same when the mixing ratio of the small diameter powder is 30 to 50% by mass. Compared with
表2に示されるように、各試料における加圧嵩密度から、多孔質シリカとタルクの粒子数割合を算出した結果、粒子数割合の大小関係は、試料1および試料5<試料3および試料4<試料2で表される。この結果によれば、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度を大きくし、多孔質シリカとタルクとの混合物の加圧嵩密度を小さくすることにより、原料混合粉における気孔形成材料の粒子数割合を高められることがわかる。つまり、Al源の加圧嵩密度、気孔形成材料の加圧嵩密度を制御し、気孔形成材料の粒子数割合を高めることにより、粒子同士の接触性を向上させ、気孔経路長分布を均一にすることが可能になるといえる。
As shown in Table 2, as a result of calculating the particle number ratio of porous silica and talc from the pressurized bulk density in each sample, the magnitude relationship of the particle number ratio is as follows:
なお、本実験例においては、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度ρA/多孔質シリカとタルクとの混合原料の加圧嵩密度ρSTにより、気孔形成材料の多孔質シリカとタルクの粒子数割合を算出したが、水酸化アルミニウムの加圧嵩密度に代えて、コージェライト形成原料全体の加圧嵩密度を用いることもできる。つまり、気孔形成材料の多孔質シリカとタルクの粒子数割合を、(コージェライト形成原料の加圧嵩密度ρM)/(多孔質シリカとタルクとの混合原料の加圧嵩密度ρST)により算出してもよい。 In this experimental example, the pressurized bulk density ρ A of aluminum hydroxide / the pressurized bulk density ρ ST of the mixed raw material of porous silica and talc is used to determine the ratio of the number of particles of porous silica and talc as the pore-forming material. However, instead of the pressurized bulk density of aluminum hydroxide, the pressurized bulk density of the entire cordierite forming raw material can also be used. That is, the ratio of the number of particles of porous silica and talc as the pore-forming material is determined by (pressurized bulk density ρ M of the raw material for forming cordierite) / (pressurized bulk density ρ ST of the mixed raw material of porous silica and talc). It may be calculated.
具体的には、コージェライト形成原料として、例えば、カオリンやアルミナを用いた場合には、これらを含めた混合粉の加圧嵩密度を用いることができる。また、造孔材を用いる場合には、造孔材を含めた混合粉の加圧嵩密度を用いることができる。また、隔壁の気孔率が減少してもよい場合には、水酸化アルミニウムの混合物に、水酸化アルミニウムとは平均粒子径が異なるアルミナを添加することができる。水酸化アルミニウムとアルミナとの混合物において、水酸化アルニウムとしては、1種類の平均粒子径のものを用いてもよいし、2種以上の平均粒子径のものを併用してもよい。アルミナについても同様である。また、Al源として、水酸化アルミニウムの代わりにアルミナを用いてもよい。これらの組み合わせは、成形性、収縮率、コスト等の観点から適宜選択することができる。 Specifically, when, for example, kaolin or alumina is used as the raw material for forming corgerite, the pressurized bulk density of the mixed powder containing these can be used. When a pore-forming material is used, the pressurized bulk density of the mixed powder including the pore-forming material can be used. Further, when the pore ratio of the partition wall may be reduced, alumina having an average particle size different from that of aluminum hydroxide can be added to the mixture of aluminum hydroxide. In the mixture of aluminum hydroxide and alumina, as the aluminum hydroxide, one having an average particle size of one kind may be used, or one having an average particle size of two or more kinds may be used in combination. The same applies to alumina. Further, as the Al source, alumina may be used instead of aluminum hydroxide. These combinations can be appropriately selected from the viewpoints of moldability, shrinkage rate, cost and the like.
(実験例2)
本実験例においては、隔壁の連通気孔数が異なる12種類のハニカム構造体を製造する。これらのハニカム構造体をそれぞれ、試験体H1〜H12という。先ず、各ハニカム構造体の製造方法について説明する。
(Experimental Example 2)
In this experimental example, 12 types of honeycomb structures having different numbers of continuous ventilation holes in the partition wall are manufactured. These honeycomb structures are referred to as test bodies H1 to H12, respectively. First, a method for manufacturing each honeycomb structure will be described.
各試験体のハニカム構造体の製造にあたっては、表4および表5に示すように所定のシリカ、タルク、水酸化アルミニウムを適宜配合することにより、コージェライト形成原料を調整した。 In the production of the honeycomb structure of each test piece, as shown in Tables 4 and 5, predetermined silica, talc, and aluminum hydroxide were appropriately blended to prepare a cordierite forming raw material.
表4および表5に示すように、コージェライト形成原料には、適宜、グラファイトからなる造孔材、水、潤滑油、メチルセルロースからなるバインダを添加した。このような混合原料から坏土を作製した。試験体H1、H4、および、H7については、一般的に坏土の混練時間が30分〜2時間程度であるのに対して、粒子同士の接触性向上による連通性および屈曲度向上のため、坏土の混練時間を長くした。但し、坏土の混練時間が長くなり過ぎると水分が蒸発し、十分な成形性が得られなくなることから、本実験例では、1.3〜1.6倍程度、坏土の混練時間を長くした。これらにより作製された坏土を押出成形し、1410℃で焼成した後、栓部を形成することにより、各ハニカム構造体を得た。各ハニカム構造体は、直径132mm、軸方向の長さ101mmの円柱形状であり、隔壁の厚みは、後述の表6に示される通りである。また、セル形状は、図1に例示されるような四角形状とした。 As shown in Tables 4 and 5, a pore-forming material made of graphite, water, a lubricating oil, and a binder made of methyl cellulose were appropriately added to the cordierite-forming raw material. Soil was prepared from such a mixed raw material. For the specimens H1, H4, and H7, the kneading time of the clay is generally about 30 minutes to 2 hours, but the communication and bending degree are improved by improving the contact between the particles. The kneading time of the clay was lengthened. However, if the kneading time of the clay is too long, the water evaporates and sufficient moldability cannot be obtained. Therefore, in this experimental example, the kneading time of the clay is lengthened by about 1.3 to 1.6 times. did. The clay produced by these was extruded, fired at 1410 ° C., and then a stopper was formed to obtain each honeycomb structure. Each honeycomb structure has a cylindrical shape with a diameter of 132 mm and an axial length of 101 mm, and the thickness of the partition wall is as shown in Table 6 below. The cell shape was a quadrangular shape as illustrated in FIG.
「気孔率および平均気孔径」
各ハニカム構造体の隔壁における気孔率および平均気孔径を、水銀圧入法の原理を用いた水銀ポロシメータにより測定した。水銀ポロシメータとしては、島津製作所社製のオートポアIV9500を用いた。測定条件は、以下の通りである。
"Porosity and average pore diameter"
The porosity and the average pore diameter in the partition wall of each honeycomb structure were measured by a mercury porosimeter using the principle of the mercury intrusion method. As the mercury porosimeter, Autopore IV9500 manufactured by Shimadzu Corporation was used. The measurement conditions are as follows.
まず、ハニカム構造体から試験片を切り出した。試験片は、軸方向と直交方向の寸法が縦15mm×横15mmであり、軸方向の長さが20mmである直方体である。次いで、水銀ポロシメータの測定セル内に試験片を収納し、測定セル内を減圧した。その後、測定セル内に水銀を導入して加圧し、加圧時の圧力と試験片の気孔内に導入された水銀の体積より、気孔径と気孔容積とを測定した。 First, a test piece was cut out from the honeycomb structure. The test piece is a rectangular parallelepiped having dimensions in the direction orthogonal to the axial direction of 15 mm in length × 15 mm in width and a length in the axial direction of 20 mm. Next, the test piece was housed in the measurement cell of the mercury porosimeter, and the pressure inside the measurement cell was reduced. Then, mercury was introduced into the measurement cell and pressurized, and the pore diameter and the pore volume were measured from the pressure at the time of pressurization and the volume of mercury introduced into the pores of the test piece.
測定は、圧力0.5〜20000psiaの範囲で行った。なお、0.5psiaは、0.35×10-3kg/mm2に相当し、20000psiaは14kg/mm2に相当する。この圧力範囲に相当する気孔径の範囲は0.01〜420μmである。圧力から気孔径を算出する際の常数として、接触角140°および表面張力480dyn/cmを使用した。平均気孔径は、気孔容積の積算値50%での気孔径のことである。気孔率は、次の関係式より算出した。なお、コージェライトの真比重は2.52である。
気孔率(%)=総気孔容積/(総気孔容積+1/コージェライトの真比重)×100
The measurement was performed in the pressure range of 0.5 to 20000 psia. In addition, 0.5 psia corresponds to 0.35 × 10 -3 kg / mm 2 , and 20000 psia corresponds to 14 kg / mm 2 . The range of the pore diameter corresponding to this pressure range is 0.01 to 420 μm. A contact angle of 140 ° and a surface tension of 480 dyn / cm were used as constants when calculating the pore diameter from the pressure. The average pore diameter is the pore diameter at an integrated value of 50% of the pore volume. The porosity was calculated from the following relational expression. The true relative density of cordierite is 2.52.
Porosity (%) = total pore volume / (total pore volume + 1 / true specific density of cordierite) x 100
「連通気孔数および屈曲度L/T(触媒担持前)」
触媒を担持させる前の各ハニカム構造体における隔壁の連通気孔数および屈曲度L/Tを、実施形態1で説明した方法により測定した。なお、二値化処理には、アメリカ国立衛生研究所(NIH)製の画像解析ソフトImageJ バージョン1.46を用いた。気孔経路長の測定には、ヒューリンクス社製のIGORL バージョン6.0.3.1を用いた。屈曲度を算出する際の流路長の測定には、SCSK社製の解析ソフトGeoDict バージョン 2017を用いた。図15に試験体H2の気孔経路長分布、図16に試験体H3の気孔経路長分布、図17に試験体H4の気孔経路長分布、図18に試験体H5の気孔経路長分布、図19に試験体H6の気孔経路長分布、図20に試験体H7の気孔経路長分布を示す。
"Number of continuous ventilation holes and bending degree L / T (before catalyst support)"
The number of continuous ventilation holes and the bending degree L / T of the partition wall in each honeycomb structure before supporting the catalyst were measured by the method described in the first embodiment. For the binarization process, image analysis software ImageJ version 1.46 manufactured by the National Institutes of Health (NIH) was used. IGORL version 6.0.3.1 manufactured by Hulinks was used to measure the pore path length. The analysis software GeoDoct version 2017 manufactured by SCSK Corporation was used for the measurement of the flow path length when calculating the bending degree. FIG. 15 shows the pore path length distribution of the test piece H2, FIG. 16 shows the pore path length distribution of the test piece H3, FIG. 17 shows the pore path length distribution of the test piece H4, and FIG. 18 shows the pore path length distribution of the test piece H5. 2 shows the pore path length distribution of the test piece H6, and FIG. 20 shows the pore path length distribution of the test piece H7.
「捕集率の悪化率および圧損の悪化率」
隔壁内まで触媒含有スラリーを満たした後、ハニカム構造体の一方端面または両端面から触媒含有スラリーを吸引する、公知のインウォールコート法を用い、各ハニカム構造体における隔壁の気孔内に触媒を担持させた。触媒の担持量は、60g/Lとした。そして、触媒担持前後のハニカム構造体を用い、触媒担持前後でのPM捕集率、圧損を測定した。
"Deterioration rate of collection rate and deterioration rate of pressure loss"
A catalyst is supported in the pores of the partition wall in each honeycomb structure by using a known in-wall coating method in which the catalyst-containing slurry is filled into the partition wall and then the catalyst-containing slurry is sucked from one end surface or both end faces of the honeycomb structure. I let you. The amount of the catalyst supported was 60 g / L. Then, using the honeycomb structure before and after the catalyst support, the PM collection rate and the pressure loss before and after the catalyst support were measured.
PM捕集率および圧損は、具体的には、次のように測定した。触媒担持前後のハニカム構造体をガソリン直噴エンジンの排気管内に取り付け、ハニカム構造体にPMを含む排ガスを流した。このとき、ハニカム構造体に流入する前の排ガス中のPM数、ハニカム構造体から流出する排ガス中のPM数を測定し、PM捕集率を算出した。測定条件は、温度450℃、排ガス流量2.8m3/minである。また、圧損は、捕集率の測定と同時に圧力センサによりハニカム構造体前の圧力とハニカム構造体後の圧力とを測定し、その差分を圧力損失として計測した。測定条件は、温度720℃、排ガス流量11.0m3/minとした。いずれの測定も、ハニカム構造体内にPMが堆積していない初期状態について行った。PM数の測定は、AVL社製のPM粒子数カウンタを用いて行った。 Specifically, the PM collection rate and the pressure drop were measured as follows. The honeycomb structures before and after the catalyst support were attached to the exhaust pipe of the gasoline direct injection engine, and the exhaust gas containing PM was flowed through the honeycomb structure. At this time, the number of PMs in the exhaust gas before flowing into the honeycomb structure and the number of PMs in the exhaust gas flowing out from the honeycomb structure were measured, and the PM collection rate was calculated. The measurement conditions are a temperature of 450 ° C. and an exhaust gas flow rate of 2.8 m 3 / min. As for the pressure loss, the pressure before the honeycomb structure and the pressure after the honeycomb structure were measured by the pressure sensor at the same time as the collection rate was measured, and the difference was measured as the pressure loss. The measurement conditions were a temperature of 720 ° C. and an exhaust gas flow rate of 11.0 m 3 / min. All measurements were made for the initial state in which PM was not deposited in the honeycomb structure. The PM number was measured using a PM particle number counter manufactured by AVL.
そして、100×(触媒担持後のPM捕集率[%]−触媒担持前のPM捕集率[%])/(触媒担持前のPM捕集率[%])より算出される値の絶対値を、捕集率の悪化率として求めた。また、100×(触媒担持後の圧損[kPa]−触媒担持前の圧損[kPa])/(触媒担持前の圧損[kPa])より算出される値の絶対値を、圧損の悪化率として求めた。 Then, the absolute value calculated from 100 × (PM collection rate after catalyst support [%] − PM collection rate before catalyst support [%]) / (PM collection rate before catalyst support [%]) is absolute. The value was calculated as the deterioration rate of the collection rate. Further, the absolute value of the value calculated from 100 × (pressure loss after supporting the catalyst [kPa] − pressure loss before supporting the catalyst [kPa]) / (pressure loss before supporting the catalyst [kPa]) is obtained as the deterioration rate of the pressure loss. rice field.
表6に、上記の測定結果をまとめて示す。また、図21に触媒担持前のハニカム構造体における連通気孔数と捕集率の悪化率との関係、図22に触媒担持前のハニカム構造体における連通気孔数と圧損の悪化率との関係を示す。 Table 6 summarizes the above measurement results. Further, FIG. 21 shows the relationship between the number of continuous ventilation holes in the honeycomb structure before supporting the catalyst and the deterioration rate of the collection rate, and FIG. 22 shows the relationship between the number of continuous ventilation holes in the honeycomb structure before supporting the catalyst and the deterioration rate of pressure loss. show.
これらの結果によれば、以下のことがわかる。試験体H2、試験体H3は、触媒担持前の連通気孔数が18000[本/0.25mm2]未満である。そのため、試験体H2、試験体H3は、触媒を担持させた場合に、捕集率の悪化率、圧損の悪化率がいずれも高い値となった。これらに対し、試験体H1、試験体H4〜H12は、触媒を担持させた場合であっても、試験体H2、試験体H3に比べ、捕集率の悪化率、圧損の悪化率が低くなり、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制することができた。これは、試験体H1、試験体H4〜H12では、触媒担持に寄与する連通気孔数が18000[本/0.25mm2]以上に増大されているため、同量の触媒を担持させる場合に、連通気孔当たりの触媒量が少なくなった結果、触媒担持時に触媒によって埋まってしまう連通気孔が少なくなり、触媒担持による捕集率および圧損の悪化を抑制できたためである。 From these results, we can see the following. The test body H2 and the test body H3 have a number of continuous ventilation holes of less than 18,000 [lines / 0.25 mm 2] before the catalyst is supported. Therefore, in the test body H2 and the test body H3, when the catalyst was supported, the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of the pressure drop were both high values. On the other hand, in the test bodies H1 and the test bodies H4 to H12, the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of the pressure drop are lower than those of the test body H2 and the test body H3 even when the catalyst is supported. , It was possible to suppress the deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst loading. This is because in the test bodies H1 and the test bodies H4 to H12, the number of continuous ventilation holes contributing to the catalyst support is increased to 18,000 [lines / 0.25 mm 2 ] or more, so that when the same amount of catalyst is supported, the same amount of catalyst is supported. This is because, as a result of reducing the amount of catalyst per continuous vent, the number of continuous vents that are filled with the catalyst when the catalyst is supported is reduced, and the deterioration of the collection rate and pressure loss due to the catalyst support can be suppressed.
また、図21、図22に示されるように、触媒担持前の連通気孔数が18000[本/0.25mm2]未満の領域では、捕集率の悪化率および圧損の悪化率が高止まりしていることがわかる。これは、触媒担持前の連数気孔数が18000[本/0.25mm2]未満の領域は、触媒担持時に触媒により連通気孔が閉塞されて排ガスが流れ難い領域となるため、捕集率の悪化率、圧損の悪化率はハニカム構造体の構造による寄与が支配的となり、触媒担持後の隔壁内の気孔の寄与が僅少となるためであると考えられる。また、図21、図22に示されるように、触媒担持前の連通気孔数が18000[本/0.25mm2]以上の領域において、捕集率の悪化率および圧損の悪化率が低く維持される領域が見られた。これは、連通気孔数が多い領域は、触媒の担持がされない連通気孔が生じる領域であり、捕集率、圧損の絶対値としては向上していくが、触媒担持前後における変化率という観点では、触媒の担持がなされない連通気孔の捕集率・圧損への寄与が大きくなり、悪化率としては僅少にとどまるためであると考えられる。なお、捕集率および圧損の悪化率の挙動は、いずれもガス流れに起因するため、サチュレートする理由はどちらも同じとなる。 Further, as shown in FIGS. 21 and 22, in the region where the number of continuous ventilation holes before supporting the catalyst is less than 18,000 [lines / 0.25 mm 2 ], the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of the pressure loss remain high. You can see that. This is because the region where the number of pores before the catalyst is supported is less than 18,000 [lines / 0.25 mm 2 ] is the region where the air vents are blocked by the catalyst when the catalyst is supported and the exhaust gas is difficult to flow. It is considered that the deterioration rate and the deterioration rate of the pressure loss are dominated by the contribution of the structure of the honeycomb structure, and the contribution of the pores in the partition wall after the catalyst is supported is small. Further, as shown in FIGS. 21 and 22, the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of the pressure loss are maintained low in the region where the number of continuous ventilation holes before supporting the catalyst is 18,000 [lines / 0.25 mm 2] or more. Area was seen. This is because the region where the number of continuous ventilation holes is large is the region where continuous ventilation holes where the catalyst is not supported are generated, and the collection rate and the absolute value of the pressure loss are improved, but from the viewpoint of the rate of change before and after the catalyst is supported. It is considered that this is because the contribution to the collection rate and pressure loss of the continuous ventilation holes in which the catalyst is not supported becomes large, and the deterioration rate remains small. Since the behaviors of the collection rate and the deterioration rate of the pressure drop are both caused by the gas flow, the reasons for saturating are the same.
(実験例3)
実験例2に示した、触媒担持前のハニカム構造体である試験体H1〜試験体H12に触媒を担持させたもの(触媒の担持量60g/L)を、それぞれ試験体F1〜試験体F12の排ガス浄化フィルタとする。
(Experimental Example 3)
Test bodies H1 to H12, which are honeycomb structures before supporting the catalyst, shown in Experimental Example 2 on which a catalyst is supported (catalyst support amount 60 g / L) are used in the test bodies F1 to F12, respectively. Use as an exhaust gas purification filter.
実施形態1で上述した方法により、実験例2と同様にして、触媒担持後の気孔率、平均気孔径、連通気孔数、および、屈曲度L/Tを測定した。その結果を、表7に示す。なお、表7には、実験例2にて求めた捕集率の悪化率および圧損の悪化率を再度掲載した。また、表7には、便宜上、実験例4にて後述するNOx浄化率も併せて示してある。実験例2の結果と本実験例の結果とから、触媒担持前のハニカム構造体における連通気孔数と触媒担持後のハニカム構造体における連通気孔数との関係を整理した。その結果を、図23に示す。 By the method described above in the first embodiment, the porosity, the average pore diameter, the number of continuous vent holes, and the tortuosity L / T after the catalyst was supported were measured in the same manner as in Experimental Example 2. The results are shown in Table 7. In Table 7, the deterioration rate of the collection rate and the deterioration rate of the pressure drop obtained in Experimental Example 2 are shown again. In addition, Table 7 also shows the NOx purification rate described later in Experimental Example 4 for convenience. From the results of Experimental Example 2 and the results of this Experimental Example, the relationship between the number of continuous vent holes in the honeycomb structure before the catalyst was supported and the number of continuous vent holes in the honeycomb structure after the catalyst was supported was summarized. The result is shown in FIG.
表7に示されるように、触媒量60g/Lにおいては、触媒により連通気孔が埋まり、気孔率、気孔径ともに低減することがわかる。また、触媒で気孔が埋まることで、連通気孔数が減り、その結果、隔壁を最短距離で連通する連通気孔の流路と相関のある屈曲度L/Tは上昇する。触媒量が増加すれば、この影響は大きくなり、触媒量が減れば、この影響は小さくなる。 As shown in Table 7, it can be seen that at a catalyst amount of 60 g / L, the continuous ventilation holes are filled with the catalyst, and both the porosity and the pore diameter are reduced. Further, by filling the pores with the catalyst, the number of continuous ventilation holes is reduced, and as a result, the tortuosity L / T correlating with the flow path of the continuous ventilation holes communicating with the partition wall at the shortest distance is increased. As the amount of catalyst increases, this effect increases, and as the amount of catalyst decreases, this effect decreases.
また、図23に示されるように、触媒担持前の連通気孔数と触媒担持後の連通気孔数とは、正の線形関係があることがわかる。触媒担持前の連通気孔数を18000[本/0.25mm2]以上とすれば、触媒担持後に残存する連通気孔の数を4500[本/0.25mm2]以上とすることができる。 Further, as shown in FIG. 23, it can be seen that there is a positive linear relationship between the number of continuous ventilation holes before the catalyst is supported and the number of continuous ventilation holes after the catalyst is supported. If the number of continuous ventilation holes before the catalyst is supported is 18,000 [lines / 0.25 mm 2 ] or more, the number of continuous ventilation holes remaining after the catalyst is supported can be 4500 [lines / 0.25 mm 2 ] or more.
(実験例4)
本実験例では、上述した実験例3における試験体の排ガス浄化フィルタを用い、触媒担持前のハニカム構造体における屈曲度L/T、触媒担持後の触媒層厚さ、および、排ガス浄化フィルタのNOx浄化性能の関係を調査するため、以下の実験を行った。
(Experimental Example 4)
In this experimental example, the exhaust gas purification filter of the test body in Experimental Example 3 described above is used, and the bending degree L / T in the honeycomb structure before the catalyst is supported, the catalyst layer thickness after the catalyst is supported, and the NOx of the exhaust gas purification filter. The following experiments were conducted to investigate the relationship between purification performance.
図24に示されるように、配管部91と、排ガス浄化フィルタ3が内部に収容されるケース部92と、配管部91とケース部92との間を繋ぐコーン部93と、を有する評価コンバータ9を準備した。ケース部92の上流側の配管部91は、排ガスを発生させるエンジンEに接続されている。本実験例では、エンジンEには、排気量2.0L、自然吸気、4気筒のガソリンエンジンを用いた。また、ケース部92の上流側の配管部91および下流側の配管部91には、図24に示す配置となるように、それぞれA/Fセンサ94、ガス濃度計「入」95、ガス濃度計「出」96を設置した。ガス濃度計「入」95、ガス濃度計「出」96には、堀場製作所社製、MEXA−7500を用いた。
As shown in FIG. 24, the
NOx浄化率の評価にあたっては、A/Fを14.4にコントロールし、吸入空気量50g/s、3500rpmにてガス濃度を評価した。窒素酸化物(NOx)の浄化率は、以下の式により算出した。
NOx浄化率=100×(ガス濃度計「入」で示されるNOx濃度[ppm]−ガス濃度計「出」で示されるNOx濃度[ppm])/(ガス濃度計「入」で示されるNOx濃度[ppm])
In the evaluation of the NOx purification rate, the A / F was controlled to 14.4, and the gas concentration was evaluated at an intake air amount of 50 g / s and 3500 rpm. The purification rate of nitrogen oxides (NOx) was calculated by the following formula.
NOx purification rate = 100 x (NOx concentration [ppm] indicated by gas densitometer "ON" -NOx concentration [ppm] indicated by gas densitometer "Out") / (NOx concentration indicated by gas densitometer "ON") [Ppm])
また、実験例2で上述した水銀圧入法による平均気孔径を用い、以下の式から触媒層の厚さを求めた。
触媒層厚さ=0.5×(触媒担持前の平均気孔径−触媒担持後の平均気孔径)
In addition, the thickness of the catalyst layer was determined from the following formula using the average pore diameter by the mercury intrusion method described above in Experimental Example 2.
Catalyst layer thickness = 0.5 × (average pore diameter before catalyst support-average pore diameter after catalyst support)
連通気孔数の増加は、触媒を担持することができる面積を向上させる。連通気孔数が、十分なNOx浄化率を発現させるための触媒層厚さを担保することができるかは、さらに好ましくは触媒担持前の屈曲度L/Tが影響する。図25に示されるように、触媒担持前の屈曲度L/Tが低いと、排ガス浄化フィルタに求められるNOx浄化性能が低下していく。図26に示されるように、NOx浄化率に関し、触媒層の厚さが薄い場合、NOxガスが触媒層へ十分な拡散をしないため、NOx浄化性能は低下する傾向になる。図27に示されるように、触媒担持前の屈曲度L/Tが低くなり、連通気孔における管路抵抗が低下すると、触媒担持時の触媒担持性が下がり、触媒層が薄く形成されやすくなる。したがって、NOx浄化性能の確保を確実なものとするには、図25〜図27の結果に示されるように、触媒担持前の屈曲度L/Tを1.2以上とすることが有効であるといえる。なお、触媒担持前の屈曲度L/T=1.2に明確な境界が存在するのは、NOxを浄化する触媒との反応時間は物性値として一定値であるため、ある反応時間が担保される、すなわち、反応距離が担保できる触媒層厚さであれば反応が十分に完了するためであると考えられる。 Increasing the number of open vents improves the area in which the catalyst can be supported. Whether or not the number of continuous ventilation holes can secure the catalyst layer thickness for developing a sufficient NOx purification rate is more preferably affected by the tortuosity L / T before the catalyst is supported. As shown in FIG. 25, when the tortuosity L / T before supporting the catalyst is low, the NOx purification performance required for the exhaust gas purification filter deteriorates. As shown in FIG. 26, regarding the NOx purification rate, when the thickness of the catalyst layer is thin, the NOx gas does not sufficiently diffuse into the catalyst layer, so that the NOx purification performance tends to decrease. As shown in FIG. 27, when the bending degree L / T before supporting the catalyst is lowered and the conduit resistance in the continuous ventilation hole is lowered, the catalyst supporting property at the time of supporting the catalyst is lowered, and the catalyst layer is easily formed thin. Therefore, in order to ensure the NOx purification performance, it is effective to set the tortuosity L / T before carrying the catalyst to 1.2 or more, as shown in the results of FIGS. 25 to 27. It can be said that. The reason why there is a clear boundary in the degree of bending L / T = 1.2 before supporting the catalyst is that the reaction time with the catalyst that purifies NOx is a constant value as a physical property value, so that a certain reaction time is guaranteed. That is, it is considered that the reaction is sufficiently completed if the catalyst layer thickness is such that the reaction distance can be guaranteed.
本発明は、上記各実施形態、各実験例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。また、各実施形態、各実験例に示される各構成は、それぞれ任意に組み合わせることができる。 The present invention is not limited to each of the above embodiments and experimental examples, and various modifications can be made without departing from the gist thereof. In addition, each configuration shown in each embodiment and each experimental example can be arbitrarily combined.
1 ハニカム構造体
11 外皮
12 隔壁
121 気孔
122 連通気孔
122a 孔壁
13 セル
2 触媒
3 排ガス浄化フィルタ
1 Honeycomb
Claims (11)
外皮(11)と、
上記外皮の内側を区画し、多数の気孔(121)が形成された隔壁(12)と、
上記隔壁に囲まれたセル(13)と、を有しており、
上記隔壁は、
隣接する上記セル間を連通させる連通気孔(122)を有しており、
上記連通気孔の数が、18000[本/0.25mm2]以上である、ハニカム構造体(1)。 A honeycomb structure (1) used for an exhaust gas purification filter before a catalyst is supported.
The outer skin (11) and
A partition wall (12) that partitions the inside of the exodermis and has a large number of pores (121) formed therein.
It has a cell (13) surrounded by the partition wall and
The above partition wall
It has a communication ventilation hole (122) that communicates between the adjacent cells.
Honeycomb structure (1) in which the number of the communication holes is 18,000 [lines / 0.25 mm 2] or more.
上記ハニカム構造体は、
外皮(11)と、
上記外皮の内側を区画し、多数の気孔(121)が形成された隔壁(12)と、
上記隔壁に囲まれたセル(13)と、を有しており、
上記隔壁は、隣接する上記セル間を連通させる連通気孔(122)を有しており、
上記触媒は、上記連通気孔の孔壁(122a)に担持されており、
上記触媒の担持量は、30g/L以上であり、
上記触媒が担持された状態において隣接する上記セル間を連通している上記連通気孔の数が4500[本/0.25mm2]以上である、排ガス浄化フィルタ(3)。 An exhaust gas purification filter (3) having a honeycomb structure (1) and a catalyst (2).
The honeycomb structure is
The outer skin (11) and
A partition wall (12) that partitions the inside of the exodermis and has a large number of pores (121) formed therein.
It has a cell (13) surrounded by the partition wall and
The partition wall has a communication ventilation hole (122) for communicating between adjacent cells.
The catalyst is supported on the hole wall (122a) of the communication holes.
The amount of the catalyst supported is 30 g / L or more, and the amount is 30 g / L or more.
An exhaust gas purification filter (3) in which the number of communication holes communicating between adjacent cells in a state where the catalyst is supported is 4500 [lines / 0.25 mm 2] or more.
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