KR100882401B1 - 벌집형 구조체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 높은 개구율을 확보함과 동시에 강도도 확보하는 것이 가능한 벌집형 구조체를 제공하는 것을 목적으로 하는 것이고, 본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 그의 외연에 외연벽을 갖는 다공질 세라믹 부재가 접착재층을 개재하여 복수개 접착된 벌집형 구조체이며, 상기 다공질 세라믹 부재의 최외주에 위치하는 셀의 1개 이상에는 상기 셀의 각부의 1 부분 이상에 상기 각부를 충전하는 충전체가 설치되어 있고, 상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 셀의 단면 형상은 대략 사각형이고, 상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 충전체의 단면 형상은 대략 직각삼각형상인 것을 특징으로 한다.
벌집형 구조체, 다공질 세라믹 부재, 충전체

Description

벌집형 구조체{HONEYCOMB STRUCTURED BODY}
본 출원은 2005년 11월 18일에 출원된 일본 특허 출원 2005-334782호를 기초 출원으로 하여 우선권 주장하는 출원이다.
본 발명은 디젤 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중의 미립자 물질(particulate matter)(미립자상 물질, 이하, PM이라 함)을 포집(捕集), 제거하는 필터나 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 정화하는 촉매 담체 등으로서 이용되는 벌집형 구조체에 관한 것이다.
버스, 트럭 등의 차량이나 건설 기계 등의 내연 기관으로부터 배출되는 배기 가스 중에 함유되는 매연 등의 PM이 환경이나 인체에 해를 미치는 것이 최근 문제가 되었다.
따라서, 배기 가스 중의 PM을 포집하여 배기 가스를 정화하는 필터로서, 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설된 벌집형 유닛을 포함하는 벌집형 구조체를 이용한 것이 다양하게 제안되었다.
또한, 종래의 벌집형 유닛의 재료로서는 다공질 탄화규소나 코디에라이트 등이 알려져 있다.
종래, 이 종류의 벌집형 구조체로서는, 예를 들면 재생 처리시 등에 발생하 는 열 응력에 대한 강도를 확보하기 위해서 모든 셀의 각 코너부에 보강부를 설치한 벌집형 구조체(예를 들면, 특허 문헌 1, 2 참조)나, 역세척시의 강도를 확보함과 동시에 역세척시의 PM의 가교 결합을 회피하기 위해서 셀벽의 두께와 셀의 형상을 크게 한 벌집형 구조체(예를 들면, 특허 문헌 3 참조)가 개시되었다.
또한, 외주측의 영역에 위치하는 셀에 대해서만 각 코너부에 보강부를 설치한 벌집형 구조체(예를 들면, 특허 문헌 4 참조)도 개시되었다.
특허 문헌 1: 일본 특허 공개 (평)9-299731호 공보
특허 문헌 2: 일본 특허 공개 (소)49-113789호 공보
특허 문헌 3: 일본 특허 공개 (평)2-146212호 공보
특허 문헌 4: 일본 특허 공개 (평)10-264125호 공보
<발명의 개시>
<발명이 해결하고자 하는 과제>
벌집형 구조체는 그의 기본 특성으로서 압력 손실이 낮은 것이 요구되었다. 압력 손실을 낮게 하기 위해서는, 기공률을 높게 하는 것이나 개구율을 높게 하는 것 등이 효과적인 수단이다. 그러나, 예를 들면 기공률을 높게 하면 강도가 저하되는 것을 생각할 수 있고, 기공률을 높게 한 후에 상술한 바와 같이 벌집형 구조체의 강도를 확보하기 위해서 모든 셀의 셀벽에 보강부를 설치한 경우에는, 셀벽의 두께가 그대로이면 개구율이 저하되어 압력 손실이 증대된다는 문제가 있었다.
또한, 압력 손실의 증대를 피하기 위해서 개구율을 확보하면서 보강부를 설치하려고 하면, 셀벽의 두께를 얇게 해야만 하고, 그 경우 벌집형 구조체의 강도를 확보하는 것이 곤란해진다.
이와 같이, 압력 손실을 낮게 억제하는 것과 강도의 확보라고 하는 상반되는 특성을 동시에 확보하는 것이 곤란하였다.
<과제를 해결하기 위한 수단>
본원 발명자는 상기 과제를 해결하기 위해서 예의 검토하여, 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재에 있어서 그의 일부 셀이 이루는 공간의 형상을 특정 형상으로 함으로써, 개구율을 유지하여 압력 손실을 낮게 유지한 상태에서 또한 강도를 확보할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.
본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 그의 외연에 외연벽을 갖는 다공질 세라믹 부재가 접착재층을 개재하여 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,
상기 다공질 세라믹 부재의 최외주에 위치하는 셀의 1개 이상에는 상기 셀의 각부(corner portion)의 1 부분 이상에 상기 각부를 충전하는 충전체가 설치되어 있고,
상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 셀의 단면 형상은 대략 사각형이고,
상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 충전체의 단면 형상은 대략 직각삼각형상인 것을 특징으로 한다.
상기 벌집형 구조체에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재의 상기 외연벽의 두께는 상기 셀벽의 두께보다 두꺼운 것이 바람직하고, 상기 충전체가 설치되어 있는 셀의 각부는 상기 외연벽에 의해 구성되는 각부, 및 상기 외연벽과 상기 셀벽에 의해 구성되는 각부인 것이 바람직하다.
상기 벌집형 구조체에 있어서 상기 셀은 양쪽 단부 중 어느 한쪽 단부가 밀봉되어 있는 것이 바람직하다.
상기 다공질 세라믹 부재의 외주의 하나 이상의 각부는 면취(chamfered corner) 형상으로 되어 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 벌집형 구조체에 있어서 상기 다공질 세라믹 부재의 길이 방향의 각부는 면취 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 상기 다공질 세라믹 부재의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 셀의 개구율은 60 ％ 이상인 것이 바람직하다.
<발명의 효과>
종래의 벌집형 구조체에 있어서는, 외력이 가해진 경우, 셀의 각부에 응력이 집중되어 이 집중점에서 균열이 발생된다고 추정되지만, 본 발명의 벌집형 구조체에 따르면, 이 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 최외주에 위치하는 셀의 1개 이상에는 상기 셀의 각부의 1 부분 이상에 상기 각부를 충전하는 충전체가 설치되어 있고, 상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 셀의 단면 형상은 대략 사각형이며, 상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 충전체의 단면 형상은 대략 직각삼각형상이기 때문에, 각부에 응력이 집중되지 않아 균열이 발생하기 어렵다고 생각된다. 또한, 각부의 충전체는 셀벽을 보강하는 보강체로서도 기능하여, 다공질 세라믹 부재에 외력이 가해진 경우에도 셀벽의 변형을 방지하여 균열의 발생을 억제할 수 있다고 생각된다.
또한, 셀의 개구율이 60 ％ 이상으로 개구율을 높게 한 경우에도 균열의 발생을 억제할 수 있기 때문에, 압력 손실을 낮게 유지함과 동시에 강도를 확보할 수 있고, 또한 압출 성형시의 토출량의 변동을 작게 억제함으로써 균열 등의 파손을 억제할 수 있다. 또한, 제조시 등에 기계로 파지(把持)하였을 때나 세라믹 부재끼리 등이 접촉하였을 때에 부스러짐 등의 파손이 발생되는 것을 방지할 수 있다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 벌집형 구조체는 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 그의 외연에 외연벽을 갖는 다공질 세라믹 부재가 접착재층을 개재하여 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,
상기 다공질 세라믹 부재의 최외주에 위치하는 셀의 1개 이상에는 상기 셀의 각부의 1 부분 이상에 상기 각부를 충전하는 충전체가 설치되어 있고,
상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 셀의 단면 형상은 대략 사각형이고,
상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 충전체의 단면 형상은 대략 직각삼각형상인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 벌집형 구조체에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타내는 사시도이고, 도 2(a)는 도 1에 나타낸 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일례를 나타내는 사시도이고, 도 2(b)는 (a)에 나타낸 다공질 세라믹 부재의 A-A선 단면도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 벌집형 구조체 (10)은, 탄화규소질 세라믹 등을 포함하는 다공질 세라믹 부재 (20)이 시일재층(접착재층) (11)을 개재하여 복수개 조합되어 원주상의 세라믹 블록 (15)를 구성하고, 이 세라믹 블록 (15)의 주위에 시일재층(코팅층) (12)가 형성되어 있다.
도 1에 나타낸 벌집형 구조체 (10)에서는 세라믹 블록의 형상이 원주상이지만, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 세라믹 블록은 기둥형이라면 원주상으로 한정되지 않고, 예를 들면 타원주상이나 각주상 등 임의의 형상의 것일 수도 있다.
다공질 세라믹 부재 (20)은 도 2(a), (b)에 나타낸 바와 같이, 복수개의 셀 (21)이 셀벽 (23b)를 사이에 두고 길이 방향(도 2(a) 중 화살표 a의 방향)으로 병설되고, 외연에 외연벽 (23a)가 형성된 벌집형 유닛에 있어서, 셀 (21) 중 어느 단부가 밀봉재 (22)로 밀봉된 것으로, 셀 (21) 사이를 나누는 셀벽 (23b)가 필터로서 기능하도록 되어 있다. 즉, 다공질 세라믹 부재 (20)에 형성된 셀 (21)은, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 배기 가스의 입구측 또는 출구측의 단부 중 어느 것이 밀봉재 (22)에 의해 밀봉되고, 하나의 셀 (21)에 유입된 배기 가스는 반드시 셀 (21)을 나누는 셀벽 (23b)를 통과한 후 다른 셀 (21)로 유출되도록 되어 있다.
도 3은 도 2(a)에 나타낸 다공질 세라믹 부재의 일례의 단면만을 확대하여 나타낸 정면도이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 다공질 세라믹 부재 (20)의 최외주의 단면이 사각형인 셀 (21a)의 각부에는 단면 형상이 직각삼각형상인 충전체가 설치되어 있다. 충전체가 설치되어 있는 각부는 외연벽 (23a)에 의해 구성되는 각부, 및 외연벽 (23a)와 셀벽 (23b)로 구성되는 각부이다.
이와 같이, 최외주에 위치하는 단면이 사각형인 셀 (21a)의 각부에 단면 형상이 직각삼각형상인 충전체를 설치함으로써, 다공질 세라믹 부재의 강도를 확보함과 동시에 셀벽의 두께를 얇게 하지 않고 개구율을 확보할 수 있기 때문에, 압력 손실을 낮게 유지함과 동시에 균열 등의 파손의 발생을 회피할 수 있다.
특히, 직각삼각형이 직각 이등변 삼각형이면, 충전체는 각부를 기준으로 하여 대칭인 형상이 되기 때문에, 각부 부근의 중량 균형이나 열전도 균형이 양호하여 다공질 세라믹 부재에 가해진 열이나 응력을 효율적으로 분산시킬 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 도 3에 나타낸 다공질 세라믹 부재에서는, 최외주에 위치하는 단면이 사각형인 셀 (21a)의 소정의 각부에 단면 형상이 직각삼각형상인 충전체가 설치되어 있고, 나머지 셀 (21b)는 사각형상을 가지지만, 본 발명의 벌집형 구조체 (10)을 구성하는 다공질 세라믹 부재 (20)에 있어서는, 최외주에 위치하는 단면이 사각형인 셀 (21a)의 모든 각부에 단면 형상이 직각삼각형상인 충전체가 설치되어 있을 수도 있고, 상기 나머지 사각형 셀 (21b) 일부의 각부 또는 전부의 각부에 단면 형상이 직각삼각형상인 충전체가 설치되어 있을 수도 있다.
또한, 최외주에 위치하는 셀 (21a)에서 직각삼각형상의 충전체의 1변 길이(도 3 중 L2)는 사각형 셀 (21a)의 1변 길이(도 3 중 L1)의 5 내지 40 ％인 것이 바람직하다.
5 ％ 미만이면 충전체를 형성한 효과를 발휘할 수 없는 경우가 있고, 한편 40 ％를 초과하면 외주부에 위치하는 셀이 너무 작아지는 경우가 있기 때문이다.
예를 들면, 상기 직각삼각형상의 충전체의 1변 길이는, 셀 (21a)의 충전체를 설치하기 전의 셀 (21a)의 1변 길이가 1.2 mm이면, 직각삼각형상의 충전체의 1변 길이 (L2)는 0.06 내지 0.48 mm인 것이 바람직하다.
또한, 다공질 세라믹 부재 (20)에서는, 길이 방향에 수직인 단면에 있어서 외연에 위치하는 외연벽 (23a)의 두께(도 3 중 L3)은 셀벽 (23b)의 두께(도 3 중 L4)보다 두껍게 되어 있을 수도 있다. 셀벽 (23b)란 도 3에 있어서는 외연벽 (23a) 이외의 모든 셀벽을 말한다.
외연벽 (23a)의 두께 (L3)은 반드시 셀벽 (23b)의 두께 (L4)보다 두꺼울 필요는 없지만, 이러한 구성으로 함으로써 높은 개구율을 유지하면서 보다 강도를 확보할 수 있고, 예를 들면 다공질 세라믹 부재끼리 등의 접촉에 의한 부스러짐 등의 파손을 보다 한층 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 외연벽 (23a)의 두께 (L3)은 셀벽 (23b)의 두께 (L4)의 1.3 내지 3.0배가 바람직하다.
1.3배 미만이면 강도를 확보하는 효과를 발휘할 수 없는 경우가 있고, 3.0배를 초과하면 개구율을 확보하기 위해서 중앙부의 셀벽을 얇게 할 필요가 있어, 중앙부의 셀벽에서 균열 등의 파손이 발생하기 쉬워진다.
또한, 셀벽 (23b)의 두께 (L4)는 그의 하한이 0.1 mm이며, 그의 상한이 0.4 mm인 것이 바람직하다.
셀벽 (23b)의 두께 (L4)가 0.1 mm 미만이면 셀벽 (23b)의 강도가 낮아져 균열 등의 파손이 발생하는 경우가 있고, 한편 셀벽 (23b)의 두께 (L4)가 0.4 mm를 초과하면 개구율을 높게 유지할 수 없으며, 그 결과 압력 손실이 너무 커지는 경우가 있다. 셀벽 (23b)의 두께 (L4)의 보다 바람직한 하한은 0.2 mm이고, 보다 바람직한 상한은 0.3 mm이다.
다공질 세라믹 부재 (20)에서는 셀 (21)의 양쪽 단부 중 어느 한쪽 단부가 밀봉재 (22)로 밀봉되어 있지만, 본 발명의 벌집형 구조체에 있어서 다공질 세라믹 부재의 셀의 단부는 반드시 밀봉되어 있을 필요는 없고, 벌집형 구조체의 용도에 따라서 밀봉할 수 있다.
구체적으로는, 예를 들면 본 발명의 벌집형 구조체를 DPF(디젤ㆍ파티큘레이트ㆍ필터)로서 사용하는 경우에는 셀의 단부가 밀봉되어 있는 것이 바람직하고, 상기 벌집형 구조체를 촉매 담체로서 사용하는 경우에는 셀의 단부가 밀봉되어 있지 않을 수도 있다.
본 발명에서는, 최외주에 위치하는 셀에서 각부의 1 부분 이상에 충전체가 설치된 셀이 1개 이상 존재할 수 있지만, 그 수는 되도록이면 많은 것이 바람직하고, 최외주에 위치하는 셀의 전부에 대하여 각부의 1 부분 이상에 충전체가 설치되어 있는 것이 보다 바람직하다.
본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재 (20)은 하나 이상의 각부가 면취 형상으로 되어 있는 것이 바람직하다.
다공질 세라믹 부재 (20)의 각부가 면취 형상으로 되어 있음으로써, 보다 균열이 발생하기 어려워진다. 이 이유에 대해서는 분명하지 않지만, 본 발명에 있어서는 다공질 세라믹 부재 (20)의 각부가 면취 형상이기 때문에, 각부가 뾰족한 경우와 비교하여 응력이 완화되어 균열이 발생하기 어려워지는 것은 아닌가라고 생각된다.
또한, 본 명세서 내에서 면취 형상이란 면과 면의 교차 각에 평면 또는 곡면을 포함하는 경사면을 형성한 형상의 것을 말한다.
본 발명에서는 다공질 세라믹 부재 (20)의 하나 이상의 각부가 면취 형상으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 면취 형상으로 되어 있는 각부는 많을수록 바람직하고, 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 다공질 세라믹 부재 (20)의 길이 방향의 모든 각부가 면취 형상으로 되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
면취 형상은 특별히 한정되지 않고, 면취 부분이 평면으로 이루어지는 면취 형상(C 면취 형상)일 수도, 면취 부분이 곡면으로 이루어지는 면취 형상일 수도 있지만, 면취 부분이 곡면으로 이루어지는 면취 형상이 응력 완화성이 우수한 점에서 바람직하고, 특히 셀에 수직인 단면 형상이 원호로 이루어지는 R 면취 형상(도 2(a) 참조)이 보다 바람직하다.
셀에 수직인 단면에 있어서, 면취 부분의 길이 (L6)의 바람직한 하한은 0.3 mm이고, 바람직한 상한은 2.5 mm이다. 보다 바람직한 하한은 0.5 mm이고, 보다 바람직한 상한은 1.5 mm이다. 셀에 수직인 단면에 있어서, 다공질 세라믹 부재 (20)의 1변 길이 (L5)에 대한 면취 부분의 길이 (L6)비의 바람직한 하한은 0.8 ％이고, 바람직한 상한은 7.5 ％이다. 보다 바람직한 하한은 2.5 ％이고, 보다 바람직한 상한은 6 ％이다(도 2(a) 참조).
본 발명에서는 다공질 세라믹 부재 (20)에 있어서 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 셀의 개구율이 60 ％ 이상인 것이 바람직하다.
상기 개구율이 60 ％ 미만이면, 벌집형 구조체의 압력 손실이 커진다.
보다 바람직한 하한은 63 ％이고, 더욱 바람직한 하한은 65 ％이다.
여기서, 셀의 개구율이란 다공질 세라믹 부재 (20)의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서 셀이 차지하는 비율을 말한다. 또한, 상기 수직인 단면은 밀봉재에 의해 밀봉되어 있지 않은 단면으로 한다.
상기 다공질 세라믹 부재는 주로 다공질 세라믹으로부터 제조되고, 그 재료로서는, 예를 들면 질화알루미늄, 질화규소, 질화붕소, 질화티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화규소, 탄화지르코늄, 탄화티탄, 탄화탄탈, 탄화텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 실리카, 티탄산알루미늄 등의 산화물 세라믹 등을 들 수 있다. 또한, 다공질 세라믹 부재는 실리콘과 탄화규소와의 복합체로부터 형성된 것일 수도 있다. 실리콘과 탄화규소와의 복합체를 이용하는 경우에는, 실리콘을 전체의 0 내지 45 중량％가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 다공질 세라믹 부재의 재료로서는, 내열성이 높으며 기계적 특성이 우수하고 또한 열전도율도 높은 탄화규소질 세라믹이 바람직하다. 또한, 탄화규소질 세라믹이란 탄화규소가 60 중량％ 이상인 것을 말한다.
상기 다공질 세라믹 부재의 평균 기공 직경은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 1 ㎛이고, 바람직한 상한은 50 ㎛이다. 보다 바람직한 하한은 5 ㎛이고, 보다 바람직한 상한은 30 ㎛이다. 평균 기공 직경이 1 ㎛ 미만이면 압력 손실이 높아지고, 한편 평균 기공 직경이 50 ㎛를 초과하면 PM이 기공을 빠져 나가기 쉬워지고, 상기 PM을 충분히 포집할 수 없어 PM의 포집 효율이 저하되는 경우가 있다.
상기 다공질 세라믹 부재의 기공률은 특별히 한정되지 않지만, 바람직한 하한은 40 ％이고, 바람직한 상한은 70 ％이다. 보다 바람직한 하한은 45 ％이고, 보다 바람직한 상한은 60 ％이다. 40 ％ 미만이면 벌집형 구조체의 기공이 바로 클로깅을 일으키는 경우가 있고, 한편 70 ％를 초과하면 벌집형 구조체의 강도가 낮아 쉽게 파괴되는 경우가 있다.
또한, 상기 기공률은, 예를 들면 수은 압입법, 아르키메데스법 및 주사형 전자 현미경(SEM)에 의한 측정 등의 종래에 공지된 방법에 의해 측정할 수 있다.
상기 다공질 세라믹 부재의 길이 방향에 수직인 단면의 면적은 특별히 한정되지 않지만, 통상적으로 5 내지 50 cm2인 것을 이용하는 것이 바람직하다.
5 cm2 미만이면 필터로서의 유효 여과 면적이 작아지고, 한편 50 cm2를 초과하면 제조시나 사용시에 열 응력에 의해 균열 등의 파손이 발생하기 쉬워지기 때문이다.
상기 다공질 세라믹 부재의 단부를 밀봉하는 밀봉재 (22)와 셀벽 (23b)(외연벽 (23a))는 동일한 다공질 세라믹으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이에 의해, 양자(兩者)의 밀착 강도를 높게 할 수 있음과 동시에, 밀봉재 (22)의 기공률을 셀벽 (23b)(외연벽 (23a))와 동일하게 조정함으로써, 셀벽 (23b)(외연벽 (23a))의 열 팽창률과 밀봉재 (22)의 열 팽창률과의 정합(整合)을 도모할 수 있고, 제조시나 사용시의 열 응력에 의해 밀봉재 (22)와 셀벽 (23)(외연벽 (23a)) 사이에 간극이 생기거나, 밀봉재 (22)나 밀봉재 (22)에 접촉하는 부분의 셀벽 (23)(외연벽 (23a))에 균열이 발생하거나 하는 것을 방지할 수 있다.
밀봉재 (22)의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 밀봉재 (22)가 다공질 탄화규소로부터 제조되는 경우, 바람직한 하한은 1 mm이고, 바람직한 상한은 20 mm이다.
상기 밀봉재의 길이가 1 mm 미만이면 셀의 단부를 확실하게 밀봉할 수 없는 경우가 있고, 한편 20 mm를 초과하면, 벌집형 구조체에 있어서의 유효 여과 면적이 저하되기 때문이다.
상기 밀봉재의 길이의 보다 바람직한 하한은 2 mm이고, 보다 바람직한 상한은 10 mm이다.
벌집형 구조체 (10)에 있어서, 시일재층(접착재층) (11)은 다공질 세라믹 부재 (20) 사이에 형성되며, 배기 가스가 누설되는 것을 방지하는 기능을 가지고, 또한 복수개의 다공질 세라믹 부재 (20)끼리를 결속하는 접착재로서 기능하는 것이고, 한편 시일재층(코팅층) (12)는 세라믹 블록 (15)의 외주면에 형성되며, 벌집형 구조체 (10)을 내연 기관의 배기 통로에 설치하였을 때, 세라믹 블록 (15)의 외주면으로부터 셀을 통과하는 배기 가스가 누설되는 것을 방지하기 위한 밀봉재로서 기능하고, 또한 세라믹 블록 (15)의 외주 형상을 갖춤과 동시에 외주부를 보강하는 보강재로서 기능하는 것이다.
또한, 벌집형 구조체 (10)에 있어서, 접착재층 (11)과 코팅층 (12)는 동일한 재료로부터 제조되는 것일 수도 있고, 다른 재료로부터 제조되는 것일 수도 있다. 또한, 접착재층 (11) 및 코팅층 (12)가 동일한 재료로부터 제조되는 것인 경우, 그 재료의 배합비는 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 또한, 치밀질일 수도 다공질일 수도 있다.
접착재층 (11) 및 코팅층 (12)를 구성하는 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 무기 결합제와 유기 결합제와 무기 섬유 및/또는 무기 입자를 포함하는 것 등을 들 수 있다.
상기 무기 결합제로서는, 예를 들면 실리카 졸, 알루미나 졸 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 결합제 중에서는 실리카 졸이 바람직하다.
상기 유기 결합제로서는, 예를 들면 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 유기 결합제 중에서는 카르복시메틸셀룰로오스가 바람직하다.
상기 무기 섬유로서는, 예를 들면 알루미나, 실리카, 실리카-알루미나, 유리, 티탄산칼륨, 붕산알루미늄 등을 포함하는 세라믹 파이버 등이나, 예를 들면 알루미나, 실리카, 지르코니아, 티타니아, 세리아, 멀라이트, 탄화규소 등을 포함하는 위스커 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 섬유 중에서는 알루미나 파이버가 바람직하다.
상기 무기 입자로서는, 예를 들면 탄화물, 질화물 등을 들 수 있고, 구체적으로는, 탄화규소, 질화규소, 질화붕소 등을 포함하는 무기 분말 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 상기 무기 입자 중에서는 열전도성이 우수한 탄화규소가 바람직하다.
또한, 시일재층을 형성하기 위해서 사용되는 페이스트에는, 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬이나, 구형 아크릴 입자, 흑연 등의 조공제(造孔劑)를 첨가할 수도 있다.
상기 벌룬으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 알루미나 벌룬, 유리 마이크로 벌룬, 시라스(shirasu) 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬), 멀라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 알루미나 벌룬이 바람직하다.
또한, 본 발명의 벌집형 구조체에는 촉매가 담지되어 있을 수도 있다.
본 발명의 벌집형 구조체로서는 CO, HC 및 NOx 등의 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 정화할 수 있는 촉매를 담지시킴으로써, 촉매 반응에 의해 배기 가스 중의 유해한 가스 성분을 충분히 정화하는 것이 가능해진다. 또한, PM의 연소를 돕는 촉매를 담지시킴으로써, PM을 보다 용이하게 연소 제거할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 벌집형 구조체는 배기 가스 중의 가스 성분의 정화 성능을 향상시킬 수 있고, 또한 PM을 연소시키기 위한 에너지를 저하시키는 것도 가능해진다.
상기 촉매로서는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속을 포함하는 촉매를 들 수 있다. 또한, 이들 귀금속뿐 아니라 알칼리 금속(원소 주기표 1족), 알칼리 토류 금속(원소 주기표 2족), 희토류 원소(원소 주기 표 3족), 전이 금속 원소 등을 포함하여 담지되어 있을 수도 있다.
또한, 상기 벌집형 구조체에 상기 촉매를 부착시킬 때는, 미리 그 표면을 알루미나 등의 촉매 담지층으로 피복한 후에, 상기 촉매를 부착시키는 것이 바람직하다. 이에 의해, 비표면적을 크게 하여 촉매의 분산도를 높이고, 촉매의 반응 부위를 늘릴 수 있다. 또한, 촉매 담지층에 의해서 촉매 금속의 소결을 방지할 수 있다.
상기 촉매 담지층으로서는, 예를 들면 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카 등의 산화물 세라믹을 들 수 있다.
상기 촉매가 담지된 벌집형 구조체는 종래에 공지된 촉매 부착 DPF(디젤ㆍ파티큘레이트ㆍ필터)와 동일한 가스 정화 장치로서 기능하는 것이다. 따라서, 여기서는, 본 발명의 벌집형 구조체가 촉매 담지체로서도 기능하는 경우에 대한 상세한 설명을 생략한다.
다음에, 상기 벌집형 구조체의 제조 방법에 대하여 설명한다.
우선, 상술한 바와 같은 세라믹 재료를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 행하여 사각주 형상의 세라믹 성형체를 제조한다.
상기 원료 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 제조 후의 다공질 세라믹 부재의 기공률이 40 내지 70 ％가 되는 것이 바람직하고, 예를 들면 상술한 바와 같은 세라믹을 포함하는 분말(세라믹 분말)에 결합제, 분산매액 등을 첨가한 것을 들 수 있다.
상기 세라믹 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 후의 소성 공정에서 수축이 적은 것이 바람직하고, 예를 들면 3 내지 70 ㎛의 평균 입경을 갖는 분말 100 중량부와 0.1 내지 1.0 ㎛의 평균 입경을 갖는 분말 5 내지 65 중량부를 조합한 것이 바람직하다. 또한, 상기 세라믹 분말은 산화 처리가 실시된 것일 수도 있다.
상기 결합제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 등을 들 수 있다.
상기 결합제의 배합량은 통상적으로 세라믹 분말 100 중량부에 대하여 1 내지 15 중량부 정도가 바람직하다.
상기 분산매액으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 벤젠 등의 유기 용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등을 들 수 있다.
상기 분산매액은 상기 원료 페이스트의 점도가 일정 범위내가 되도록 적량 배합된다.
이들 세라믹 분말, 결합제 및 분산매액을 아트라이터 등으로 혼합하고, 혼련기 등으로 충분히 혼련한 후, 압출 성형한다.
또한, 상기 원료 페이스트에는, 필요에 따라서 성형 보조제를 첨가할 수도 있다.
상기 성형 보조제로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누, 폴리비닐알코올 등을 들 수 있다.
또한, 상기 원료 페이스트에는, 필요에 따라서 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬이나, 구형 아크릴 입자, 흑연 등의 조공제를 첨가할 수도 있다.
상기 벌룬으로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면 알루미나 벌룬, 유리 마이크로 벌룬, 시라스 벌룬, 플라이 애쉬 벌룬(FA 벌룬), 멀라이트 벌룬 등을 들 수 있다. 이들 중에서는 알루미나 벌룬이 바람직하다.
또한, 이 공정에서는 압출 성형을 행할 때, 사각형의 셀의 각부에 단면 형상이 직각삼각형인 충전체를 형성한 형상이 되도록 금형을 선정한다.
그리고, 압출 성형에 의해 상술한 형상을 갖는 다공질 세라믹 부재의 성형체를 제조하는 경우, 하기와 같은 과제를 해결할 수 있다.
또한, 충전체는 이와 같이 압출 성형 공정에서 설치할 수도 있고, 압출 성형보다 후의 공정, 예를 들면 후술하는 밀봉재를 설치하는 공정에서 별도로 설치할 수도 있지만, 압출 성형 공정에서 설치하는 것이 생산성이 우수하기 때문에 바람직하다.
즉, 종래 기술에 개시되어 있는 다공질 세라믹 부재(벌집형 구조체)와 같이, 모든 셀의 형상을 사각형의 셀의 각부에 단면 형상이 직각삼각형인 충전체를 형성한 형상으로 한 경우, 압출되는 원료 페이스트의 토출량이 토출 부위에 따라서 변동되기 때문에, 압출된 성형체가 휘거나, 성형체의 단면 형상이 각 외연의 변이 내측을 향해 오목한 형상이 되는 경우가 있고, 그 때문에 수율이 저하되거나, 완성품에서 균열 등의 파손이 발생하는 경우가 있었다.
또한, 이러한 문제는, 예를 들면 충전체가 형성된 부위의 토출량이 너무 많기 때문에 발생하기 쉬운 것이지만, 충전체가 형성된 부위의 토출량을 적게 하려고 해도, 금형의 후면 구멍의 크기는 설계상 무제한으로 작게 할 수 없다는 점에서 해소가 곤란하다.
또한, 예를 들면 원료 페이스트의 점도를 항상 일정하게 유지하는 것이 곤란하기 때문에, 특히 개구율을 높게 설정한 경우 토출량을 일정하게 하는 것이 곤란한 것도 상기 문제를 해소하는 것이 곤란한 하나의 원인이다.
이에 대하여, 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재와 같이, 최외주에 위치하는 셀에만 충전체가 형성되어 있는 경우에는 상술한 바와 같은 문제가 발생하지 않고, 소정 형상의 성형체를 압출 성형에 의해 제조할 수 있다.
다음에, 상기 세라믹 성형체를 마이크로파 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 건조체를 형성한다. 이어서, 입구측 셀군의 출구측 단부 및 출구측 셀군의 입구측 단부에, 밀봉재가 되는 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 셀을 밀봉한다.
상기 밀봉재 페이스트로서는 특별히 한정되지 않지만, 후속 공정을 거쳐 제조되는 밀봉재의 기공률이 30 내지 75 ％가 되는 것이 바람직하고, 예를 들면 상기 원료 페이스트와 동일한 것을 사용할 수 있다.
또한, 이 공정에서는 충전하는 페이스트량을 조정함으로써, 후속 공정을 거쳐 형성되는 밀봉재의 길이를 조정할 수 있다.
다음에, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 세라믹 건조체를 소정 조건에서 탈지(예를 들면, 200 내지 500 ℃), 소성(예를 들면, 1400 내지 2300 ℃)시킴으로써, 전체가 하나의 소결체로 구성되고, 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되며, 상기 셀 중 어느 한쪽 단부가 밀봉된 다공질 세라믹 부재 (20)을 제조할 수 있다.
상기 세라믹 건조체의 탈지 및 소성 조건은 종래부터 다공질 세라믹으로부터 필터를 제조할 때에 이용되는 조건을 적용할 수 있다.
다음에, 다공질 세라믹 부재 (20)의 측면에 접착재층 (11)이 되는 접착재 페이스트를 균일한 두께로 도포하여 접착재 페이스트층을 형성하고, 이 접착재 페이스트층 위에 차례로 다른 다공질 세라믹 부재 (20)을 적층하는 공정을 반복하여 소정 크기의 다공질 세라믹 부재 집합체를 제조한다. 또한, 다공질 세라믹 부재 (20) 사이의 스페이스를 확보하기 위해서, 다공질 세라믹 부재 (20) 표면에 공극 유지재를 접착시키고, 공극 유지재를 통해 복수개의 다공질 세라믹 부재 (20)을 조합함으로써 집합체를 제조한 후, 다공질 세라믹 부재 (20) 사이의 공극에 접착재 페이스트를 주입하는 방법도 있다.
또한, 상기 접착재 페이스트를 구성하는 재료로서는, 이미 설명하였기 때문에 여기서는 그에 대한 설명을 생략한다.
다음에, 이 다공질 세라믹 부재 집합체를 가열하여 접착재 페이스트층을 건조, 고화시켜 접착재층 (11)로 만든다.
다음에, 다이아몬드 커터 등을 이용하여, 다공질 세라믹 부재 (20)이 접착재층 (11)을 통해 복수개 접착된 다공질 세라믹 부재 집합체에 절삭 가공을 실시하고, 원주 형상의 세라믹 블록 (15)를 제조한다. 각종 형상의 다공질 세라믹 부재를 조합하여 접착재로 접착하고, 전체가 원주상인 원주 형상의 세라믹 블록을 제조할 수도 있다.
그리고, 세라믹 블록 (15)의 외주에 상기 시일재 페이스트를 이용하여 시일재층 (12)를 형성함으로써, 다공질 세라믹 부재 (20)이 접착재층 (11)을 통해 복수개 접착된 원주 형상의 세라믹 블록 (15)의 외주부에 시일재층 (12)가 설치된 벌집형 구조체 (10)을 제조할 수 있다.
그 후, 필요에 따라서 벌집형 구조체에 촉매를 담지시킨다. 상기 촉매의 담지는 집합체를 제조하기 전의 다공질 세라믹 부재에 행할 수도 있다.
촉매를 담지시키는 경우에는, 벌집형 구조체의 표면에 높은 비표면적의 알루미나막을 형성하고, 이 알루미나막의 표면에 조촉매 및 백금 등의 촉매를 부여하는 것이 바람직하다.
상기 벌집형 구조체의 표면에 알루미나막을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면 Al(NO3)3 등의 알루미늄을 함유하는 금속 화합물의 용액을 벌집형 구조체에 함침시켜 가열하는 방법, 알루미나 분말을 함유하는 용액을 벌집형 구조체에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.
조촉매를 부여하는 방법으로서는, 예를 들면 Ce(NO3)3 등의 희토류 원소 등을 함유하는 금속 화합물 용액을 벌집형 구조체에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.
촉매를 부여하는 방법으로서는, 예를 들면 디니트로디암민 백금 질산 용액([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3, 백금 농도 4.53 중량％) 등을 벌집형 구조체에 함침시켜 가열하는 방법 등을 들 수 있다.
또한, 미리 알루미나 입자에 촉매를 부여하고, 촉매가 부여된 알루미나 분말을 함유하는 용액을 벌집형 구조체에 함침시켜 가열하는 방법으로 촉매를 부여할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 차량의 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 배기 가스 정화 장치 (40)은 주로 벌집형 구조체 (10), 벌집형 구조체 (10)의 외측을 덮는 케이싱 (41), 벌집형 구조체 (10)과 케이싱 (41) 사이에 배치되는 유지 시일재 (42)로 구성되어 있고, 케이싱 (41)의 배기 가스가 도입되는 측의 단부에는 엔진 등의 내연 기관에 연결된 도입관 (43)이 접속되어 있고, 케이싱 (41)의 다른 단부에는 외부에 연결된 배출관 (44)가 접속되어 있다. 또한, 도 4 중 화살표는 배기 가스의 흐름을 나타낸다.
또한, 도 4에 있어서 벌집형 구조체 (10)의 형상은 특별히 한정되지 않고, 원주상일 수도 있고, 타원주상일 수도 있다. 단, 케이싱은 각각의 모양에 맞는 형상으로 만들 필요가 있다.
이러한 구성을 포함하는 배기 가스 정화 장치 (40)에서는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는 도입관 (43)을 통해 케이싱 (41)내에 도입되고, 입구측 셀로부터 벌집형 구조체 (10)의 내부로 유입되어 격벽을 통과하며, 이 격벽에서 PM이 포집되어 정화된 후, 출구측 셀에서 벌집형 구조체 밖으로 배출되고, 배출관 (44)를 통해 외부로 배출된다.
또한, 배기 가스 정화용 촉매가 담지된 배기 가스 필터에서는, 상술한 바와 같이 배기 가스에 함유되는 CO, HC 및 NOx 등의 유해 성분이 CO2, HO2 및 N2 등으로 정화되어 외부로 배출된다.
또한, 배기 가스 정화 장치 (40)에서는, 벌집형 구조체 (10)의 격벽에 대량의 PM이 퇴적되어 압력 손실이 높아지면 벌집형 구조체 (10)의 재생 처리가 행해진다.
상기 재생 처리에서는, 도시하지 않은 가열 수단을 이용하여 가열된 가스를 벌집형 구조체의 내부에 유입시킴으로써, 벌집형 구조체 (10)을 가열하여 격벽에 퇴적된 PM을 연소 제거한다. 또한, 후주입(post-injection) 방식을 이용하여 PM을 연소 제거할 수도 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예만으로 한정되지 않는다.
(실시예 1)
평균 입경 22 ㎛의 α형 탄화규소 분말(이하, SiC 조분말이라 함) 6000 중량부, 평균 입경 0.5 ㎛의 α형 탄화규소 분말(이하, SiC 미분말이라 함) 2570 중량부, 유기 결합제(메틸셀룰로오스) 700 중량부, 내부에 빈 구멍이 형성된 평균 입경 20 ㎛의 조공제(아크릴 수지) 300 중량부, 윤활재(유니러브) 330 중량부, 글리세린 150 중량부 및 적량의 물을 배합하여 균일하게 혼합함으로써 원료의 혼합 조성물을 제조하였다. 이 혼합 조성물을 압출 성형기에 충전하고, 압출 성형을 행하여 도 2에 나타내는 셀의 각부에 충전체가 설치되고, 성형체의 각부가 R 면취 형상이 된 생성형체(raw molded body)를 제조하였다.
다음에, 마이크로파 건조기 등을 이용하여 상기 생성형체를 건조시켜 세라믹 건조체로 만든 후, 압출 성형에 이용한 조성물과 동일한 조성의 밀봉재 페이스트를 소정의 셀에 충전하였다.
이어서, 다시 건조기를 이용하여 건조시킨 후, 400 ℃에서 탈지하고, 상압의 아르곤 분위기하에 2200 ℃에서 3 시간 소성을 행함으로써, 그 크기가 34.3 mm×34.3 mm× 150 mm, 셀 (21)의 수(셀 밀도)가 46.5개/cm2, 셀벽의 두께가 0.241 mm, 외연벽의 두께가 0.400 mm, 개구율이 66.4 ％인 탄화규소 소결체를 포함하는 다공질 세라믹 부재 (20)을 제조하였다. 또한, 셀의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 정사각형의 셀의 각부에 설치된 직각(이등변) 삼각형상의 충전재의 1변의 길이 (L2)는 원래 셀의 1변의 길이 (L1)에 대하여 10 ％이고, 다공질 세라믹 부재 (20)의 각부에 설치된 1/4 원형상의 R 면취 부분의 길이는 1 mm이다.
또한, 본 실시예와 같이 금형 형상을 적절하게 선택하여 처음부터 면취 형상을 갖는 상태로 압출 성형할 수도 있고, 각이 있는 상태로 압출 성형해두고 압출 성형 후에 가공(피아노 선이나 다이아몬드 커터 등에 의한 절단이나 그라인더 등에 의한 연마)을 실시함으로써 면취 형상을 형성할 수도 있다. 면취 형상을 형성하는 시기는 압출 성형으로부터 탈지나 건조 처리를 거쳐 소성 후까지 특별히 한정되지 않고, 작업 효율 등을 고려하여 적절하게 선택할 수 있지만, 처음부터 면취 형상을 갖는 상태로 압출 성형하는 경우가 압출 성형의 금형 제조 후에 별도로 가공을 실시할 필요가 없기 때문에 효율적이다.
다음에, 평균 섬유 길이 20 ㎛의 알루미나 파이버 30 중량％, 평균 입경 0.6 ㎛의 탄화규소 입자 21 중량％, 실리카 졸 15 중량％, 카르복시메틸셀룰로오스 5.6 중량％ 및 물 28.4 중량％를 포함하는 내열성 접착재 페이스트를 이용하여 다공질 세라믹 부재 (20)을 다수개 접착시키고, 또한 120 ℃에서 건조시키며, 계속해서 다이아몬드 커터를 이용하여 절단함으로써 접착재층의 두께가 1 mm인 원주상의 세라믹 블록 (15)를 제조하였다.
다음에, 무기 섬유로서 알루미나 실리케이트로부터 제조되는 세라믹 파이버( 쇼트 함유율: 3 ％, 평균 섬유 길이: 100 ㎛) 23.3 중량％, 무기 입자로서 평균 입경 0.3 ㎛의 탄화규소 분말 30.2 중량％, 무기 결합제로서 실리카 졸(졸 중의 SiO2의 함유율: 30 중량％) 7 중량％, 유기 결합제로서 카르복시메틸셀룰로오스 0.5 중량％ 및 물 39 중량％를 혼합, 혼련하여 시일재 페이스트를 제조하였다.
다음에, 상기 시일재 페이스트를 이용하여 세라믹 블록 (15)의 외주부에 두께 0.2 mm의 시일재 페이스트층을 형성하였다. 또한, 이 시일재 페이스트층을 120 ℃에서 건조시켜 직경 143.8 mm×길이 150 mm의 원주상의 집합체형 벌집형 구조체 (10)을 제조하였다.
또한, 제조된 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 상세한 형상이나 치수를 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다. 표 2에 있어서 b 및 c는 표 1의 b 및 c의 형상의 다공질 세라믹 부재를 이용한 것을 나타낸다.
(실시예 2 내지 9)
다공질 세라믹 부재의 구조, 개구율, 셀벽의 두께, 외연벽의 두께, 셀 밀도, 충전체의 1변의 비율을 하기 표 1 내지 2에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다. 또한, 각부에 면취 형상을 형성한 경우, 그 면취 형상은 실시예 1과 동일한 R 면취 형상이다.
(비교예 1 내지 7)
다공질 세라믹 부재의 구조, 개구율, 셀벽의 두께, 외연벽의 두께, 셀 밀도, 셀 1변 길이에 대한 충전체의 1변의 비율을 하기 표 1 및 3에 나타낸 바와 같이 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 벌집형 구조체를 제조하였다. 또한, 각부에 면취 형상을 형성한 경우, 그 면취 형상은 실시예 1과 동일한 R 면취 형상이다.
또한, 충전체의 단면 형상에 대하여 「직각삼각형의 사변(斜邊)이 만곡」이란, 충전체의 단면 형상이 직각삼각형의 예각이 되는 2 정점을 연결하여 그 사변이 순조롭게 만곡되어 있는 형상이며, 상기 사변이 상기 직각삼각형의 직각이 되는 정점측, 즉 셀의 외측을 향해 만곡되어 있는 형상인 것을 나타낸다.
얻어진 실시예 1 내지 9에 따른 벌집형 구조체 및 비교예 1 내지 7에 따른 벌집형 구조체에 대하여 하기의 평가(측정)를 행하였다.
(1) 압력 손실의 측정
각 실시예 및 비교예에 따른 다공질 세라믹 부재를 송풍기에 접속하고, 유속13 m/s로 가스(공기)를 유통시켜 벌집형 구조체의 압력 손실을 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 3에 나타내었다.
(2) 재생시의 균열 유무
각 실시예 및 비교예에 따른 벌집형 구조체에 PM을 8 g/l 포집시킨 후, 다공질 세라믹 부재를 재생하고, 이 재생한 다공질 세라믹 부재에 균열이 발생하는지 여부를 관찰하였다. 그 결과를 하기의 표 2 및 3에 나타내었다.
벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 구조
a 외연벽을 두껍게 한 구조
b 최외주 셀의 외연벽에 의해 구성되는 각부 및 외연벽과 셀벽에 의해 구성되는 각부에 충전체를 설치한 구조
c a의 구조 및 b의 구조를 모두 구비함
d a의 구조도 b의 구조도 구비하지 않음
e 모든 셀의 모든 각부에 충전체를 설치한 구조
Figure 112007000586044-pct00001
Figure 112007000586044-pct00002
표 2에 나타낸 바와 같이, 실시예에 따른 벌집형 구조체(벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재)는 압력 손실은 낮아지지 않고, 8 g/l 포집시에 균열은 발생하지 않았던 것에 대하여, 표 3에 나타낸 바와 같이, 비교예에 따른 벌집형 구조체(벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재)는 압력 손실이 높아지거나 균열이 발생하였다. 단, 실시예 2에서는 다공질 세라믹 부재의 각에 약간의 균열이 발생하였다. 이것은 각부가 면취 형상이 아닌 것에서 기인한다고 생각된다.
또한, 동일하게, R 면취 형상 대신에 C 면취 형상을 형성하여 동일한 시험을 행하였지만, 거의 동일한 결과가 얻어졌다.
도 1은 본 발명의 벌집형 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2(a)는 본 발명의 벌집형 구조체를 구성하는 다공질 세라믹 부재의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이고, (b)는 그의 A-A선 단면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 다공질 세라믹 부재의 일례의 단면을 모식적으로 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명의 벌집형 구조체가 설치된 배기 가스 정화 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 벌집형 구조체
11: 시일재층(접착재층)
12: 시일재층(코팅층)
15: 세라믹 블록
20: 다공질 세라믹 부재
21: 셀
22: 밀봉재
23a: 외연벽
23b: 셀벽

Claims (7)

  1. 복수개의 셀이 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 병설되고, 그의 외연에 외연벽을 갖는 다공질 세라믹 부재가 접착재층을 개재하여 복수개 접착된 벌집형 구조체이며,
    상기 다공질 세라믹 부재의 최외주에 위치하는 셀의 1개 이상에는 상기 셀의 각부의 1 부분 이상에 상기 각부를 충전하는 충전체가 설치되어 있고,
    상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 셀의 단면 형상은 사각형이고,
    상기 셀의 길이 방향에 직교하는 면에서의 상기 충전체의 단면 형상은 직각삼각형상이고,
    상기 충전체가 설치되어 있는 셀의 각부는 상기 외연벽에 의해 구성되는 각부, 및 상기 외연벽과 상기 셀벽에 의해 구성되는 각부인 것을 특징으로 하는 벌집형 구조체.
  2. 제1항에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재의 상기 외연벽의 두께가 상기 셀벽의 두께보다 두꺼운 벌집형 구조체.
  3. 삭제
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 셀의 양쪽 단부 중 어느 한쪽 단부가 밀봉되어 있는 벌집형 구조체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재의 외주의 하나 이상의 각부가 면취 형상으로 되어 있는 벌집형 구조체.
  6. 제5항에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재의 길이 방향의 각부가 면취 형상으로 되어 있는 벌집형 구조체.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 다공질 세라믹 부재의 길이 방향에 수직인 단면에 있어서의 셀의 개구율이 60 ％ 이상인 벌집형 구조체.
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