KR101014399B1 - 세라믹 필터 - Google Patents

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다카시 미즈타니
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Abstract

세라믹 필터(1)를 구성하는 허니컴 세그먼트(2)의 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서, 중앙 부분의 밀봉율이 추가 밀봉(13)에 의해 주변 부분의 밀봉율보다도 크다. 이에 따라 각 허니컴 세그먼트(2)의 중앙 부분의 유통 구멍(5)에 퇴적되는 그을음량이 주변 부분보다도 상대적으로 적어진다. 이것은 중앙 부분에서는 그을음의 연소에 의해 발생하는 열량을 작게 하고, 재생시의 온도 상승을 낮게 하며, 나아가서는 세라믹 필터(1)의 최고 온도를 억제한다.

Description

세라믹 필터{CERAMIC FILTER}
본 발명은 DPF(디젤 미립자 필터, Diesel Particulate Filter), 그 밖의 포집 필터에 이용되는 세라믹 필터에 관한 것이다. 이 필터는 디젤 엔진 등으로부터의 배기 가스에 함유되어 있는 그을음(soot) 등의 미립자(particulate)를 포착하여 제거한다.
DPF는 일본 특허 공개 소화 제56-129020호 공보에 기재된다. 탄화규소 등의 세라믹으로 이루어진 다공질의 허니컴 세그먼트가 시멘트로 이루어진 접합층에 의해 복수 접합되어 허니컴 조립체가 된다. 이 허니컴 조립체는 원형 단면 등의 소정의 형상으로 성형된 후, 그 주위가 코팅재층에 의해 피복된다. 이 DPF는 디젤 엔진의 배기계 내에 배치되며, 배기 가스를 정화하기 위해서 사용된다.
각 허니컴 세그먼트는 다공질의 격벽에 의해 구획되고, 또한 축 방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍을 갖고 있다. 인접하는 유통 구멍은 교대로 밀봉된 일단부를 갖는다. 하나의 유통 구멍은 한쪽 단부에서 개구되어 있는 한편, 다른 쪽 단부에서 밀봉된다. 이 유통 구멍과 인접하는 다른 유통 구멍은 다른 쪽 단부에서 밀봉되는 한편, 한쪽 단부에서 개구되어 있다.
이러한 구조의 DPF에서는, 배기 가스가 개구되어 있는 유통 구멍의 단부로부터 유입되고, 다공질의 격벽을 통과하여 다른 유통 구멍으로부터 유출된다. 배기 가스가 격벽을 통과하는 동안에 배기 가스 중의 그을음으로 대표되는 미립자가 격벽에 포착된다. 이에 따라, 배기 가스가 정화된다.
이러한 DPF에서는, 배기 가스의 정화를 계속함으로써, 그을음이 유통 구멍 내에 퇴적된다. 이에 따라, 시간이 경과함에 따라 압력 손실이 증대되고, 정화 효율이 저하된다. 이 때문에, 그을음을 연소시켜 제거하는 재생을 행할 필요가 있다. 이 재생에 있어서, 그을음의 연소열에 의해 각각의 허니컴 세그먼트의 온도가 상승한다. 재생시에 있어서의 온도 분포는 각 허니컴 세그먼트에 있어서의 배기 가스의 출구측 중앙 부분에서 가장 높아진다[간행물 「SAE Technical Paper Series 870010」(1983년 2월 간행) 참조].
이러한 허니컴 세그먼트의 재생 중에 출구측의 최고 온도가 허니컴 세그먼트의 내구 온도 이상이 되었다고 하자. 이 경우, 허니컴 세그먼트에 크랙이 발생하고, 또한, 담지된 촉매의 열화를 초래하는 경우가 있다.
다음은, 이러한 재생시에 있어서의 최고 온도를 억제하기 위한 종래의 방법이다. 재생시에 있어서의 DPF의 입구 온도가 일정 이하가 되도록 온도를 조정하거나 또는 재생시에 공급하는 공기내의 산소 농도나 공기의 흐름량을 제어한다. 허니컴 세그먼트에 퇴적되는 그을음의 양이 일정 이상이 되지 않도록 재생 시기를 조정한다.
종래의 입구의 온도 조정이나 산소 농도, 공기량 제어, 나아가서는 재생 시 기의 조정은 그것을 위한 정보를 차례대로 감시, 포집하여 각각의 조건에 기초하여 제어할 필요가 있다. 이 때문에, 정보 검출을 위한 센서 등이 필요하며, 이 구조는 복잡한 동시에 제어가 어렵고, 범용성이 부족하다는 문제를 갖고 있다.
본 발명의 목적은 이들 번잡한 제어를 행하지 않고, 또한 재생시의 최고 온도를 간단히 억제하는 세라믹 필터를 제공하는 것이다.
본 발명의 특징은 이하의 세라믹 필터를 제공한다. 세라믹 필터는 서로 접합한 복수의 허니컴 세그먼트를 포함한다. 허니컴 세그먼트는 다공질의 격벽에 의해 구획된다. 허니컴 세그먼트는 배기 가스가 길이 방향으로 입구에서 출구로 유통하는 복수의 유통 구멍을 갖는다. 각 허니컴 세그먼트는 교대로 배치된 제1 유통 구멍과 제2 유통 구멍을 포함한다. 상기 제1 유통 구멍은 상기 입구에서 밀봉되는 동시에 상기 출구에서 개방된다. 상기 제2 유통 구멍은 상기 입구에서 개방되는 동시에 상기 출구에서 밀봉된다. 각 허니컴 세그먼트는 상기 입구에 중앙 부분과 이 중앙 부분을 둘러싸는 주변 부분을 가진 단부면을 갖는다. 상기 중앙 부분의 상기 제2 유통 구멍은 상기 입구에서 추가 밀봉된다. 상기 중앙 부분은 상기 입구에서의 유통 구멍의 밀봉율에 대해서 상기 주변 부분보다도 크다.
본 발명에 따르면, 각 허니컴 세그먼트의 입구로 유입되는 배기 가스의 양은 주변 부분보다도 중앙 부분에서 적어진다. 이 때문에, 각 허니컴 세그먼트의 유통 구멍에 퇴적되는 그을음량은 주변 부분보다도 중앙 부분에서 상대적으로 적어지고, 중앙 부분에서는 그을음의 연소에 의해 발생하는 열량이 작아진다. 이에 따라, 재생시의 온도 상승을 낮추고, 나아가서는 세라믹 필터의 최고 온도를 억제한다.
따라서, 이 세라믹 필터는 재생 중에 크랙이나 촉매 열화가 발생하게 되는 가능성을 줄일 수 있다. 세라믹 필터는 간단한 구조로 최고 온도를 억제 가능하게 되기 때문에, 센서 등의 주변 기기뿐만 아니라 번잡한 제어를 필요로 하지 않는다.
상기 중앙 부분의 추가 밀봉율은 추가 밀봉량에 의해 증가하는 필터 전체의 압력 손실 상승율이 소정값 이하이며, 또한 필터에 퇴적된 그을음 연소시의 최고 온도의 감소율이 소정값 이상인 것을 전제로 하여 설정하여도 좋다.
본 발명에 따르면, 추가 밀봉율을 압력 손실과 최고 온도의 상관 관계에 의해 설정하기 때문에, 상기 중앙 부분의 추가 밀봉에 의한 압력 손실을 일정 이하로 억제한 상태에서 각 허니컴 세그먼트의 최고 온도를 억제한다.
상기 중앙 부분의 추가 밀봉율은 각 허니컴 세그먼트의 입구 단부면의 전면적에 대하여 0.1∼10%의 범위로 하여도 좋다.
본 발명에 따르면, 세라믹 필터의 압력 손실을 일정값 이하로 한 상태에서 그을음 연소시의 최고 온도를 억제하고, 또한, 중앙 부분의 추가 밀봉율을 간단히 설정할 수 있다. 중앙 부분의 추가 밀봉율은 배기 가스의 입구측 단부면의 전면적에 대하여 0.1∼5%의 범위, 또한, 0.1∼3%의 범위로 하여도 좋다.
도 1은 본 발명의 일 실시예가 적용되는 세라믹 필터의 사시도.
도 2는 추가 밀봉전의 도 1의 세라믹 필터를 구성하는 허니컴 세그먼트의 일례를 도시한 사시도.
도 3은 도 2에 있어서 III-III을 따라 취한 단면도.
도 4는 추가 밀봉후의 허니컴 세그먼트의 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서의 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 5는 그을음 연소에 의해 허니컴 세그먼트에 발생하는 온도 분포를 도시한 특성도.
도 6은 중앙 부분의 추가 밀봉율에 대한 최고 온도 감소율 및 압력 손실의 변화를 도시한 그래프.
도 7은 실시예에 이용한 허니컴 세그먼트의 배기 가스 입구측 단부면의 제1 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 8은 실시예에 이용한 허니컴 세그먼트의 배기 가스 입구측 단부면의 제2 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 9는 실시예에 이용한 허니컴 세그먼트의 배기 가스의 입구측 단부면의 제3 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 10은 실시예에 이용한 허니컴 세그먼트의 배기 가스의 입구측 단부면의 제4 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 11은 실시예에 이용한 허니컴 세그먼트의 배기 가스의 입구측 단부면의 제5 밀봉 패턴을 도시한 정면도.
도 1에 있어서, 본 발명의 실시 형태의 세라믹 필터(1)는 서로 부착된 복수의 허니컴 세그먼트(2)로 구성된다.
세라믹 필터(1)는 원기둥형의 허니컴(3)과, 허니컴(3) 주위에 배치된 코팅제 층(4)을 포함한다. 허니컴(3)은 서로 접합된 복수의 허니컴 세그먼트(2)를 포함한다. 허니컴 세그먼트(2)는 접합층(9)에 의해 서로 접합된다. 허니컴 세그먼트(2)를 접합시킨 후, 허니컴(3)은 외주 부분에서 연삭 가공되며, 원형 단면, 타원 단면, 삼각 단면 또는 그 밖의 단면이 된다. 허니컴(3) 주위는 코팅제층(4)에 의해 피복되어 세라믹 필터(1)가 된다. DPF로서의 이 세라믹 필터(1)는 디젤 엔진의 배기 가스의 유로에 배치되어 디젤 엔진으로부터 배출되는 그을음을 함유하는 미립자를 포착한다.
도 2 및 도 3에 있어서, 단일 허니컴 세그먼트(2)는 다공질의 격벽(6)에 의해 구획된 다수의 유통 구멍(5)을 갖고 있다. 유통 구멍(5)은 허니컴 세그먼트(2)를 길이 방향으로 관통한다. 인접한 유통 구멍(5a, 5b)은 일단에 있어서 충전재(7)에 의해 교대로 밀봉되어 있다. 즉, 하나의 유통 구멍(5a)은 좌단에서 개방되는 한편, 우단에서 충전재(7)에 의해 밀봉된다. 유통 구멍(5a)과 인접한 유통 구멍(5b)은 좌단에서 충전재(7)에 의해 밀봉되는 한편, 우단에서 개방된다.
도 3을 참조하면, 허니컴 세그먼트(2)가 부착된 세라믹 필터(1)를 배기 가스의 유로 내에 배치한다. 배기 가스(G)는 도 3의 좌측에서부터 각 허니컴 세그먼트(2)의 유통 구멍(5) 내로 유입되어 우측을 향해 이동한다. 즉, 도 3에 있어서는 허니컴 세그먼트(2)의 좌측 단부면이 배기 가스의 입구측이 되고, 그 우측 단부면이 출구측이 된다. 배기 가스(G)는 밀봉되지 않고 개방되어 있는 유통 구멍(5a)(출구측이 밀봉되어 있는)으로부터 허니컴 세그먼트(2) 내로 유입된다. 이 배기 가스(G)는 다공질의 격벽(6)을 통과하여 다른 유통 구멍(5b)(출구측이 개방되어 있는)으로 이동하고, 우측 단부면으로부터 유출된다. 배기 가스(G)가 격벽(6)을 통과하는 사이에 격벽(6)은 배기 가스(G) 속의 그을음을 함유하는 미립자를 포착하여 배기 가스(G)를 정화한다. 이 포착에 의해 허니컴 세그먼트(2)의 내부에 그을음을 시간이 경과함에 따라 퇴적시켜, 압력 손실을 증대시킨다. 이 때문에, 그을음을 연소시켜 재생한다.
허니컴 세그먼트(2)는 정방형 단면 이외에 삼각형 단면, 육각형 단면 등의 적절한 단면 형상으로 하여도 좋다. 유통 구멍(5)은 단면 형상에 있어서, 삼각형, 육각형, 원형, 타원형, 그 밖의 형상으로 하여도 좋다.
허니컴 세그먼트(2)는 재료로서 강도, 내열성의 관점에서, 코디어라이트(cordierite), 멀라이트(mullite), 알루미나(alumina), 스피넬(spinel), 탄화규소, 탄화규소-코디어라이트계 복합재, 규소-탄화규소 복합재, 질화규소, 리튬알루미늄실리케이트(lithium aluminum silicate), 티탄산알루미늄, Fe-Cr-Al계 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 복수 종을 조합한 재료를 사용한다.
허니컴 세그먼트(2)의 제조에서는 전술한 중에서 선택된 재료에 바인더, 계면활성제나 물 등을 첨가하여 가소성의 배토로 한다. 바인더는 예컨대 메틸셀룰로오스(methylcellulose), 히드록시프로필셀룰로오스(hydroxypropoxylcellulose), 히드록시에틸셀룰로오스(hydroxyethylcellulose), 카르복시메틸셀룰로오스(carboxylmethylcellulose), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol)을 사용한다. 이 배토는 압출 성형되어 격벽(6)에 의해 구획되고 또한 길이 방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍(5)을 갖는 허니컴 구조가 된다. 이 허니컴 구조는 마이크로파, 열풍 등 에 의해 건조된 후, 소결되어 허니컴 세그먼트(2)를 제작한다.
접합층(9)은 재료로서 무기 입자 또는 섬유와 콜로이달졸의 혼합물을 사용한다. 무기 입자는 예컨대 시멘트를 비롯하여 탄화규소, 질화규소, 코디어라이트, 알루미나, 멀라이트이다. 콜로이달졸은 예컨대 콜로이달 실리카, 콜로이달 알루미나이다. 접합층(9)은 이 혼합물에 필요에 따라 금속 섬유 등의 금속, 조공재, 각종 세라믹스 입자 등을 첨가한 재료를 사용한다.
도 4에 있어서, 허니컴 세그먼트(2)는 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서, 충전재(7)에 의해 밀봉된 입구를 갖는 유통 구멍(5b)과, 개방된 입구를 갖는 유통 구멍(5a)을 포함한다. 밀봉 및 개방된 유통 구멍(5a, 5b)은 교대로 배치되어 있다. 유통 구멍(5b)은 해칭으로 도시한 바와 같이, 충전재에 의해 밀봉된 입구(11)를 갖는다. 유통 구멍(5a)은 밀봉없이 개방된 입구(12)이다.
이 실시 형태에 있어서, 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서의 중앙 부분의 밀봉율이 주변 부분의 밀봉율보다도 커지도록 설정된다. 여기서, 「밀봉율」은 허니컴 세그먼트 1개당의 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서의 소정 면적(중앙 부분과 주변 부분)에 대하여 동 면적 내에 존재하는 밀봉된 입구의 면적 비율을 말한다. 「중앙 부분 또는 내측 부분」이란 허니컴 세그먼트 단부면의 외형 내에 있고, 상기 단부면의 외형에 대하여 상사비(相似比) 70%의 상사형 내부 영역이다. 중앙 부분은 상기 단부면의 외형 내에서 임의로 설정하여도 좋다. 상사의 중심은 전(前) 조건 하에 임의로 선택되며, 예컨대, 상기 외형의 기하 중심으로 설정하여도 좋다. 「기하 중심」이란 상기 외형의 면적 모멘트의 대표가 되는 점이다. 「주변 부분 또는 외측 부분」이란 상기 단부면의 외형 및 상기 상사형 사이의 영역이다.
이와 같이 배기 가스의 입구측 단부면에 있어서의 중앙 부분은 밀봉율을 주변 부분보다도 크게 한다. 이 때문에, 도 4에 있어서, 크로스 해칭으로 도시한 입구(13)를 충전재에 의해 추가 밀봉한다. 이에 따라, 중앙 부분(C1)에 대하여 밀봉한 입구(11, 13)를 많이 배치한다. 여기서, 주변 부분(P1)이란 예컨대 허니컴 세그먼트(2)의 단부면의 외형에 있어서, 각각 변으로부터 내부를 향해 각각 가로 및 세로 치수의 15% 이내의 영역이다. 중앙 부분(C1)이란 예컨대 상기 주변 부분보다도 내부의 영역이다. 달리 말하면, 중앙 부분(C1)은 기하학적 중심(C2)을 상사의 중심으로 하여 상사비 70%의 상사형 내측의 영역이며, 주변 부분(P1)은 상기 단부면의 외형 및 상기 상사형 사이의 영역이다.
구체적으로는, 중앙 부분(C1)은 5 지점의 추가 밀봉한 입구(13)를 갖는다. 이에 따라, 중앙 부분(C1)에는 9 지점의 밀봉한 입구(11, 13)를 집중적으로 배치한다. 이 배치에 의해 중앙 부분(C1)은 밀봉율에 대해서 주변 부분(P1)보다 크다.
추가 밀봉한 입구(13)를 가진 유통 구멍(5c)은 입구 및 출구의 양측에서 밀봉되기 때문에, 배기 가스가 유통 구멍(5c) 내로 유입되지 않는다. 이에 따라, 유통 구멍(5c)에 그을음이 퇴적되지 않아 그을음 연소에 따른 발열이 발생하지 않는다. 따라서, 추가 밀봉은 그 주위의 그을음 재생 중에 온도를 낮추는 냉각 효과를 가져온다.
도 5에 있어서, 세라믹 필터(1)의 재생을 위해 그을음을 연소시킨 경우, 허니컴 세그먼트(2)의 출구 부분에서의 온도 분포를 설명한다.
도 5는 허니컴 세그먼트의 축 방향을 따라 취한 단면을 나타내고 있다. 디젤 엔진으로부터의 배기 가스(G)는 화살표 방향으로부터 허니컴 세그먼트(2)로 유입된다. 즉, 화살표(G)측(도 5에 있어서의 상측)이 배기 가스의 입구측이며, 반대측(도 5에 있어서의 아래쪽)이 배기 가스의 출구측이다.
추가 밀봉된 입구를 중앙 부분에 많이 배치하지 않는 경우에는, 특성 곡선 J로 나타낸 바와 같이, 출구측에서의 최고 온도가 높아진다. 이것에 대하여, 추가 밀봉한 입구(13)를 중앙 부분에 배치한 경우, 특성 곡선 M으로 나타낸 바와 같이, 출구측에서의 최고 온도가 높아지지 않는다.
특성 곡선 M에 있어서는 허니컴 세그먼트(2)의 단면에 있어서의 주변이 최고 온도가 된다. 한편, 허니컴 세그먼트(2)는 외측에 열 용량이 큰 접합층(9)(도 1 참조)을 가지며, 접합층(9)이 열을 흡수하기 때문에, 특성 곡선 J와 같이 최고 온도가 높아지지 않는다.
즉, 특성 곡선 J로 나타내는 재생시의 온도 분포에서는, 온도는 각 허니컴 세그먼트(2)의 입구측보다도 출구측에서 높아진다. 출구측에서의 온도 분포는 파선의 특성 곡선 J로 나타낸 바와 같이, 대략 포물선을 그리는 분포가 된다. 즉, 온도는 허니컴 세그먼트의 단면의 중앙에서 최고 온도가 되고, 주변으로 향함에 따라 낮아진다. 입구측에 비하여 출구측에서 온도가 높아지는 것은 재생에서는 입구측의 그을음에서부터 연소를 시작하고, 이 연소열의 출구측으로의 열전도와 함께 출구측을 향해 그을음의 연소가 이동하기 때문이다. 출구측의 중앙이 최고 온도가 되는 것은 허니컴 세그먼트(2)는 그 주변에 큰 열 용량의 시멘트 등의 접합층을 가지며, 이 접합층이 열을 흡수할 수 있기 때문이다.
이와 같이 재생시의 세라믹 필터의 최고 온도를 억제하기 때문에, 재생시에 허니컴 세그먼트(2)에 크랙이나 촉매 열화를 발생시키지 않는다. 배기 가스 유입측에 있어서의 중앙 부분의 밀봉율을 주변 부분보다도 크게 하고, 구체적으로는 밀봉된 입구를 중앙 부분에 많이 배치한다. 이것은 재생시의 세라믹 필터의 최고 온도를 억제 가능하기 때문에, 센서 등의 주변 기기가 불필요한 간단한 구조가 되어 번잡한 제어를 불필요하게 한다.
이상의 허니컴 세그먼트 1개당의 배기 가스 입구측 단부면에 있어서의 중앙 부분의 밀봉율은 밀봉량에 의해 증가하는 필터 전체의 압력 손실 상승율이 소정값 이하이며, 또한 필터에 퇴적된 그을음 연소시의 최고 온도의 감소율이 소정값 이상인 것을 전제로 하여 설정된다.
도 6을 참조하여 중앙 부분의 추가 밀봉율과, 필터 전체의 압력 손실의 상승율과, 재생에 있어서의 그을음 연소시의 최고 온도의 감소율을 플롯한 그래프를 설명한다. 「중앙 부분의 추가 밀봉율」이란 허니컴 세그먼트의 입구에 있어서의 단부면의 전면적(중앙 부분 및 주변 부분)에 대하여 상기 단부면의 중앙 부분에서 추가 밀봉된 유통 구멍의 총면적의 비율이다. 특성 곡선 X는 필터(1)를 구성하는 각 허니컴 세그먼트(2)의 중앙 부분의 추가 밀봉율에 대한 그을음 연소시의 최고 온도의 감소율을 나타낸다. 특성 곡선 Y는 필터(1)를 구성하는 각 허니컴 세그먼트(2)의 중앙 부분의 추가 밀봉율에 대한 필터(1) 전체의 압력 손실을 나타낸다.
특성 곡선 Y는 포물선에 가까운 커브를 나타내고, 압력 손실은 허니컴 세그 먼트(2)의 중앙 부분의 밀봉율이 커짐에 따라 증가한다. 한편, 그을음 연소시의 최고 온도는 특성 곡선 X로 나타낸 바와 같이, 허니컴 세그먼트(2)의 중앙 부분의 추가 밀봉율이 커짐에 따라 저하한다. 한편, 밀봉율이 일정값을 초과하면, 중앙 부분을 둘러싸는 주변 부분의 단위 체적당 그을음 퇴적량이 증가한다. 이에 따라, 재생시에 상기 주변 부분의 온도가 상승하고, 결과로서 상기 중앙 부분의 최고 온도가 올라가게 된다(최고 온도 감소율이 저하함).
이 실시 형태에서는 이상의 관계를 고려하여 필터를 구성하는 각 허니컴 세그먼트의 중앙 부분의 추가 밀봉율을 압력 손실의 상승율이 소정값 이하이고, 또한 최고 온도의 감소율이 소정값 이상이 되도록 설정한다. 이에 따라, 상기 중앙 부분의 추가 밀봉에 의한 압력 손실을 일정 이하로 억제한 상태에서 최고 온도를 억제할 수 있게 된다.
이러한 관계를 고려한 경우, 상기 중앙 부분의 추가 밀봉율은 허니컴 세그먼트 1개당의 배기 가스의 입구측 단부면의 전면적에 대하여 0.1∼10%의 범위로 설정한다. 이 중앙 부분의 추가 밀봉율은 실용적으로는 입구측 단부면의 전면적에 대하여 0.1∼5%의 범위가 더 양호하며, 0.1∼3%의 범위가 가장 양호하다.
실시예
1변이 35 ㎜인 정방형 단면의 허니컴 세그먼트를 제작하였다. 이 허니컴 세그먼트를 복수개 접합하여 도 1에 도시된 원통 형상의 세라믹 필터(DPF)를 제작하였다. 내장한 허니컴 세그먼트의 길이 및 수, 세라믹 필터(DPF)의 외경 사이즈를 표 1에 나타낸다.
표 1에 있어서의 「셀 구조」는 이용한 허니컴 세그먼트에 형성한 유통 구멍의 입구 사이즈이다. 10/300은 격벽의 두께/셀 밀도를 나타낸다. 격벽의 두께 10은 10 mil(1 mil＝0.0254 ㎜)를 나타낸다. 셀 밀도 300은 300 cpsi(cell per square inch)를 나타낸다.
「중앙 부분의 추가 밀봉수」란 밀봉한 입구와 밀봉하지 않고 개방되어 있는 입구가 인접하도록 교대로 배치한 체크 패턴에 있어서의 중앙 부분으로서, 추가 밀봉된 유통 구멍의 입구 수를 나타낸다. 「중앙 부분의 추가 밀봉 면적」은 중앙 부분에 있어서 추가 밀봉된 유통 구멍의 입구에 해당하는 밀봉 면적이다. 「중앙 부분의 추가 밀봉율」은 허니컴 세그먼트의 배기 가스의 입구측 단부면의 전면적에 대한 상기 중앙 부분의 추가 밀봉 면적의 비율이다.
이 실시예에서는 표 1의 세라믹 필터(DPF)의 각각에 대하여 그을음을 10 g/ℓ 퇴적하였다. 그 후, 엔진의 포스트 인젝션(post injection)에 의해 세라믹 필터(DPF)에 있어서의 배기 가스 유입측의 온도를 650℃까지 상승시켰다. DPF의 길이 방향에 있어서의 압력차가 저하된 시점에서 포스트 인젝션을 정지하여 아이들 상태로 하였다. 그 때의 최고 온도의 감소율 및 압력 손실의 상승율을 측정하였다.
도 7 내지 도 11은 허니컴 세그먼트(2A, 2B, 2C, 2D, 2E)에 있어서의 배기 가스 유입측의 밀봉 패턴으로서, 부호는 도 4의 부호에 대응하고 있다. 도 7 내지 도 11의 밀봉 패턴은 표 1에 있어서의 「기타」란에 대응하는 도면 번호를 붙여서 표시하였다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 밀봉 추가 비율이 0.1∼10%의 범위에 있 어서, 그을음 포집율에 대한 악영향이 없는 압력 손실의 상태에서 세라믹 필터(DPF)의 최고 온도를 확실하게 저감시킨다.
DPF 사이즈 DPF 단면적(mm2) 세그먼트 사이즈(mm) 세그먼트 단면적(mm2) 세그먼트 갯수(개) 셀 구조 중앙부분의 추가 밀봉수 중앙부분의 추가 밀봉 면적(mm2) 중앙부분의 추가 밀봉율(%) 최고온도 감소율(%) 압력 상승율(%) 기타
φ5.66"x 6"L 16241 35.9 1289.0 16 10/300 5 7.4 0.6 10 3%이내
36.5 1332.0 15/200 5 10.0 0.7 10 3%이내
36.5 1332.0 17/200 5 9.3 0.7 10 3%이내
34.2 1170.0 16/185 5 10.7 0.9 10 3%이내
35.9 1289.0 12/300 1 1.3 0.1 5 1%이내
35.9 1289.0 12/300 4 5.4 0.4 9 1%이내 도 7
35.9 1289.0 12/300 5 6.7 0.5 10 3%이내 도 8
35.9 1289.0 12/300 8 10.8 0.8 12 5% 도 9
35.9 1289.0 12/300 9 12.1 0.9 13 7% 도 10
35.9 1289.0 12/300 13 17.6 1.4 16 10% 도 11
35.9 1289.0 12/300 25 33.8 2.6 23 16%
35.9 1289.0 12/300 100 134.9 10.5 31 95%
35.9 1289.0 12/300 190 256.4 19.9 22 238%
35.9 1289.0 12/300 0 0 0 0 0
57.6 3318.0 4
 12/300 5 7 0.2 4 3%이내
57.6 3318.0 12/300 25 34 1.0 7 8%
본 발명의 세라믹 필터는 배기 가스 중의 미립자를 포착하는 필터로서 이용하는 것으로서, DPF, 보일러 등에 대하여 양호하게 적용된다.

Claims (4)

  1. 다공질의 격벽에 의해 구획되고 배기 가스가 길이 방향으로 입구로부터 출구로 유통하는 복수의 유통 구멍을 가지는 허니컴 세그먼트가 복수 개가 서로 접합되어 이루어지며,
    각 허니컴 세그먼트는 서로 교대로 배치된 복수의 제1 유통 구멍과 복수의 제2 유통 구멍을 포함하며,
    상기 복수의 제1 유통 구멍은 상기 입구에서 밀봉되고 상기 출구에서 개방되며,
    상기 복수의 제2 유통 구멍은 상기 입구에서 개방되고 상기 출구에서 밀봉되며,
    각 허니컴 세그먼트는 상기 입구에 중앙 부분과 이 중앙 부분을 둘러싸는 주변 부분을 가진 단부면을 가지며,
    상기 복수의 제2 유통 구멍 중, 상기 중앙 부분에 속하는 제2 유통 구멍의 하나 이상은 상기 입구에서 밀봉되어,
    상기 입구측 단부면에 있어서, 상기 중앙 부분의 유통 구멍의 밀봉율이 상기 주변 부분의 유통 구멍의 밀봉율보다 크고, 상기 입구가 밀봉되는 제2 유통 구멍의 면적은 각 허니컴 세그먼트의 단부면의 전면적(全面積)에 대하여 0.1% 내지 3%의 범위인 것인 세라믹 필터.
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