KR20070045130A

KR20070045130A - 허니컴 구조체

Info

Publication number: KR20070045130A
Application number: KR1020060104578A
Authority: KR
Inventors: 준 오쿠무라
Original assignee: 니뽄 가이시 가부시키가이샤
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2006-10-26
Publication date: 2007-05-02
Also published as: JP2007117829A; US7514136B2; JP4616752B2; EP1790408A3; EP1790408A2; EP1790408B1; KR100778261B1; US20070092693A1; DE602006015145D1

Abstract

디젤 엔진의 배기 가스에서 입자를 수집하는 배기 가스용 수집 필터, 특히 디젤 입자 필터 (DPF) 의 사용 및 재생 동안의 열적 응력으로 인한 크랙, 특히 상기 DPF 의 축선 방향의 크랙 (특히, 크랙 링) 의 발생을 대부분 방지할 수 있어, 그을음 침적 한도를 상당히 향상시킬 수 있는 허니컴 구조체를 제공한다. 상기 허니컴 구조체는, 복수의 허니컴 세그멘트 (2) 가 접합재 층을 통하여 상호 접합면상에서 일체로 접합된, 접합된 허니컴 세그멘트 대상물과, 상기 접합된 허니컴 세그멘트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층을 포함하고, 상기 허니컴 구조체는 유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치되는 구조를 가진다. 허니컴 세그멘트 (2) 에서, 중실 셀 (10) 은 상기 허니컴 세그멘트 (2) 의 각각의 대향 단부면의 네 모서리 및/또는 상기 허니컴 세그멘트 (2) 의 각각의 대향 단부면의 각각의 측의 외주부의 중앙에 미리 배치되며, 상기 중실 셀 (10) 은 상기 허니컴 세그멘트 (2) 와 일체를 이룬다.

Description

허니컴 구조체{HONEYCOMB STRUCTURE}

도 1 은 본 발명에 사용되는 허니컴 세그멘트의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도.

도 2 는 도 1 의 A 부분을 나타내는 단면도.

도 3 은 도 1 의 B-B' 및 C-C' 선을 따라 절단한 단면도.

도 4 는 본 발명에 사용되는 상기 허니컴 세그멘트의 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도.

도 5 는 도 4 의 A 부분을 나타내는 단면도.

도 6 은 도 4 의 B-B' 및 C-C' 선을 따라 절단한 단면도.

도 7 은 본 발명에 사용되는 상기 허니컴 세그멘트의 또 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도.

도 8 은 도 7 의 A 부분을 나타내는 단면도.

도 9 는 도 7 의 B-B' 및 C-C' 선을 따라 절단한 단면도.

도 10 은 이제까지 사용된 허니컴 세그멘트의 일 예를 개략적으로 나타내는 사시도.

도 11 은 도 10 의 A 부분의 단면도.

도 12 는 도 10 의 B-B' 및 C-C' 선을 따라 절단한 단면도.

도 13 은 허니컴 구조체의 일 실시형태 (중앙 축선에 수직한 평면을 따라 절단한 전체 구조체는 원형 단면 형상을 가짐) 의 일 예를 개략적으로 나타낸 사시도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 허니컴 구조체

2: 허니컴 세그멘트

4: 외주 코팅층

5: 셀

7: 충진재

9: 접합재 층

10: 중실 셀

[특허 문헌 1] 일본 특허 공개 공보 제 2002-219317 호

본 발명은 복수의 허니컴 세그멘트가 접합재 층에 의해 서로 일체로 접합된 허니컴 구조체에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 디젤 엔진의 배기 가스에서 분진 등이 수집되도록 배기 가스용 수집 필터, 특히 디젤 입자 필터 (diesel particulate filter; DPF) 의 사용 및 재생 동안에 열응력으로 인한 크랙과 같은 결함의 발생을 효과적으로 방지하는 허니컴 구조체에 관한 것이다.

허니컴 구조체는, 디젤 엔진 등으로부터 배기 가스에 포함된 입자를 수집 및 제거하기 위해서 디젤 엔진의 배기계 등의 배기 가스용 수집필터, 예컨대 디젤 입자 필터 (diesel particulate filter; DPF) 로서 내장 및 사용된다. 상기 허니컴 구조체는, 전체 허니컴 구조체에서의 온도 상승이 쉽게 불균일하게 되며, 사용 (입자들이 수집 및 제거될 때) 및 재생 (시간의 경과에 따라 상기 필터에 침적된 입자로 인한 압력 손실이 증가되지 않게 하기 위해서 상기 필터에 침적된 입자가 연소되거나 제거될 때) 동안에 열응력으로 인하여 크랙과 같은 결함이 발생하는 단점을 가진다. 이러한 단점을 제거하기 위해서, 복수의 허니컴 세그멘트가 접합재층을 통하여 상호 접합면 상에서 일체로 접합되어 열응력이 감소되는 접합된 허니컴 세그멘트 대상물로 구성된 허니컴 구조체가 제안되었다.

그러나, 실리콘 카바이드 (SiC; silicon carbide) 로 이루어진 허니컴 구조체는 우수한 내열 특성을 가지나, 그 수명에 한계가 있다. 또한, 실리콘 카바이드로 이루어진 허니컴 구조체는 그 열팽창 계수가 근청석으로 만들어진 허니컴 구조체의 열팽창계수 보다 커서, 내열충격성이 좋지 않다는 단점을 가진다. 따라서, 상기 장점을 충분히 활용하기 어렵다는 단점이 있다. 최근에, 상기 필터가 확대됨에 따라, 상기 필터의 사용 및 재생 동안에 발생된 열응력은 이전보다 현저하게 증가되었으며, 이 결과, 상기 열응력을 기본으로 한 상기 결함의 발생 빈도와 상기 결함의 정도는 빠른 속도로 심각하게 되었다.

상기 단점에 대응하기 위해서, 접착 페이스트 층이 측면의 전체 면적의 60% 이상을 차지하도록, 다공성 세라믹 부재 (허니컴 세그멘트) 의 측면에 접착 페이스트 층 (접합재 층) 을 형성하는 단계, 다른 다공성 세라믹 부재를 적층하는 단계를 반복하는 단계, 및 세라믹 블럭을 결합하는 단계를 포함하는 세라믹 구조체 (허니컴 구조체) 를 제조하는 방법이 개시되어 있다 (특허문헌 1 참조).

그러나, 상기 특허문헌 1 에 개시된 세라믹 구조체 (허니컴 구조체) 에서, 강성 접합 구조체는 오히려 온도 구배로부터 발생된 열응력을 증가시킨다. 또한, 접합 부재의 열용량이 커지며, 온도 상승/강하 속도는 다공성 세라믹 부재와 비교하여 낮다. 따라서, 상기 필터의 온도 구배가 쉽게 증가되기 때문에, 상기 열응력으로 인한 결함의 발생은 필요하게 충분히 방지될 수 없다.

또한, 상기 허니컴 구조체가 DPF 에 사용될 때, 침적 그을음의 연소 동안의 온도 구배, 특히 과도하게 침적된 그을음으로 인한 필터의 강제 재생으로 인하여, 국소 열응력이 허니컴 구조체의 가스 유입 축선 방향으로 발생되며, 당김 크랙 (pull crack) (크랙의 링) 이 허니컴 기재의 링 (ring) 방향으로 발생하여, DPF 가 파손된다. 이러한 크랙의 링이 발생되기 때문에, 상기 허니컴 기재의 재료의 내열 한계 온도보다 낮은 온도로 발생된 크랙의 한도는, 그을음 침적 한도가 되며, 상기 허니컴 기재의 재료의 성능은 충분히 활용될 수 없다.

본 발명을 상기 설명된 문제점의 관점으로 발전되었으며, 본 발명의 목적은 디젤 엔진의 배기 가스에서 입자를 수집하는 배기 가스용 수집 필터, 특히 디젤 입자 필터 (DPF) 의 사용 및 재생 동안에 열응력으로 인한 크랙, 특히 상기 DPF 의 축선 방향으로 크랙 (특히, 크랙의 링) 의 발생을 대부분 억제할 수 있어, 그을음 침적 한도를 상당히 상승시킬 수 있는 허니컴 구조체를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 이하의 허니컴 구조체를 제공한다.

[1]. 허니컴 구조체는, 복수의 허니컴 세그멘트가 접합재 층을 통하여 상호 접합면에서 일체로 접합된 접합된 허니컴 세그멘트 대상물과, 상기 접합된 허니컴 세그멘트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층을 포함하며, 상기 허니컴 구조체는 유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 구조를 가지며, 각 허니컴 세그멘트에서, 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 네 모서리 및/또는 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 각 측의 외주부의 중앙에 미리 배치되며, 상기 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트와 일체를 이룬다.

[2]. [1] 에 따른 상기 허니컴 구조체로서, 각각의 허니컴 세그멘트의 인접 셀에서 상호 대향 단부면은 충진재로 채워져 있다.

[3]. 허니컴 구조체는, 복수의 허니컴 세그멘트가 접합재 층을 통하여 상호 접합면에 일체로 접합된 접합된 허니컴 세그멘트 대상물과, 상기 접합된 허니컴 세그먼트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층을 포함하며, 상기 허니컴 구조체는, 유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치되는 구조를 가지며, 상기 각각의 허니컴 세그멘트에서, 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 중앙에 미리 배치되며, 상기 중실셀은 상기 허니컴 세그 멘트와 일체를 이룬다.

[4]. [3] 에 따른 상기 허니컴 구조체로서, 각각의 허니컴 세그멘트의 인접 셀에서 서로 대향하는 단부면은 충진재로 채워져 있다.

[5]. [1] ~ [4] 중 어느 하나에 따른 상기 허니컴 구조체로서, 축선 방향에 수직한 상기 허니컴 세그멘트의 영역에서 상기 중실 셀의 전체 수는 상기 축선 방향에 수직한 상기 허니컴 세그멘트의 영역에서 상기 중실 셀을 포함하는 셀의 전체 수의 0.1 ~ 10% 이다.

본 발명의 상기 허니컴 구조체는, 상기 디젤 엔진의 배기 가스에서 입자를 수집하는 배기 가스용 수집 필터, 특히 디젤 입자 필터 (DPF) 의 사용 및 재생 동안에 열응력으로 인한 크랙, 특히 DPF 의 축선 방향에 수직한 방향의 크랙 (특히 크랙의 링) 의 발생을 대부분 억제할 수 있어, 그을음 침적 한도를 상당히 증가시킬 수 있다.

이하 특정 실시형태를 기준으로 하여 본 발명의 허니컴 구조체를 상세히 설명할 것이나, 본 발명을 이해할 때, 본 발명은 이러한 실시형태로 한정되지는 않으며, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어남 없이 변경, 수정 및 개선될 수 있다는 것을 알 수 있다.

도 1 은 본 발명에 사용되는 허니컴 세그먼트의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 2 는 도 1 의 A 부분을 나타내는 단면도이며, 도 3 은 도 1 의 B-B' 및 C-C' 을 따라 절단한 단면도이며, 도 4 는 본 발명에 사용되는 허니컴 세그 먼트의 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 5 는 도 4 의 A 부분을 나타내는 단면도이며, 도 6 은 도 4 의 B-B' 및 C-C' 를 따라 절단한 단면도이다. 도 7 은 본 발명에 사용되는 허니컴 세그먼트의 또 다른 예를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 8 은 도 7 의 A 부분의 단면도이며, 도 9 는 도 7 의 B-B' 및 C-C' 를 따라 절단된 단면도이며, 도 10 은 이전에 사용된 허니컴 세그먼트의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이며, 도 11 은 도 10 의 A 부분의 단면도이며, 도 12 는 도 10 의 B-B' 및 C-C' 를 따라 절단한 단면도이며, 도 13 은 허니컴 구조체의 일 실시형태 (중앙 축선에 수직한 평면을 따라 절단된 전체 구조체는 원형 단면 형상을 가짐) 의 일례를 개략적으로 나타내는 사시도이다.

예컨대, 도 13 에서 도시된 바와 같이, 본 발명의 허니컴 구조체는, 복수의 허니컴 세그먼트 (2) 가 접합재 층 (9) 을 통하여 상기 허니컴 세그먼트 (2) 의 상호 접합면에 일체로 접합되는, 접합된 허니컴 세그먼트 대상물과, 상기 접합된 허니컴 세그먼트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층 (4) 을 포함하는 허니컴 구조체 (1) 이다. 허니컴 구조체는 유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 서로 평행하게 중앙 축선 방향으로 배치되는 구조를 가진다.

또한, 각 허니컴 세그멘트 (2) 는 허니컴 구조체 (1) 의 전체 구조체의 일부 (접합된 허니컴 세그멘트 대상물) 를 구성하는 형상을 가지며, 상기 허니컴 세그멘트가 허니컴 구조체 (1) 의 중앙 축선과 수직한 방향으로 조립될 때 상기 전체 구조체를 구성하게 하는 형상을 가진다. 셀 (5) 은 허니컴 구조체 (1) 의 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치되어 있으며, 인접 셀 (5) 의 상호 단부는 충진 재 (7) 로 채워진다.

이때에, 예컨대, 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용된 허니컴 세그먼트의 일 례에서, 중실 셀 (10) 은 허니컴 세그먼트 (2) 의 각 대향 단부면의 네 모서리에 미리 배치된다. 또한, 도 3 에 도시된 바와 같이, 상기 중실 셀 (10) 은 허니컴 세그먼트 (2) 와 일체를 이룬다.

또한, 예컨대 도 4 및 도 5 에 도시된 바와 같이 본 발명에 사용된 허니컴 세그먼트의 다른 예에서, 중실 셀 (10) 은 허니컴 세그먼트 (2) 의 각 대향 단부면의 네 모서리와, 허니컴 세그멘트 (2) 의 각 대향 단부면의 각 측의 외주부의 중앙에 미리 배치된다. 또한, 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 중실 셀은 허니컴 세그멘트 (2) 와 일체를 이룬다.

또한, 예컨대, 도 7 및 도 8 에 도시된 바와 같이, 본 발명에 사용된 허니컴 세그멘트의 또 다른 예에서, 중실 셀 (10) 은 허니컴 세그멘트 (2) 의 각 대향 단부면의 중앙에 미리 배치된다. 또한, 도 9 에 도시된 바와 같이, 중실 셀 (10) 은 허니컴 세그멘트 (2) 와 일체를 이룬다,.

즉, 본 발명에 사용되는 허니컴 세그멘트의 주요한 특징은, 허니컴 세그멘트의 압출 성형 동안에, 상호 대향 측에서 인접 셀의 단부면이 충진재로 채워지기 전에, 중실 셀이 동시에 규정된 위치 (특히, 네 모서리 및 중앙) 에 형성된다는데 있다.

이 결과, 본 발명의 허니컴 세그멘트는 허니컴 세그멘트의 구조적 강도를 증가시킬 수 있으며, 허니컴 세그멘트의 굽힘을 감소시킬 수 있다. 중실 셀은 허니컴 세그멘트의 열 용량을 증가시킨다.

또한, 본 발명에 사용되는 허니컴 세그멘트가 허니컴 구조체 (예컨대, DPF) 에 적용되는 경우에, 국소 열 응력이 허니컴 구조체의 가스 유입 축선 방향으로 발생하더라도, 중실 셀에 의한 구조적 강성을 증가시킴으로써 크랙의 링 (허니컴 구조체의 외주 방향을 가지는 크랙) 의 발생을 억제할 수 있다. 허니컴 세그멘트의 열 용량이 증가될 때, 재생 동안에 온도 상승은 억제될 수 있다. 따라서, 발생된 열 응력은 억제될 수 있다. 재생 동안에 최대 온도는 일반적으로 허니컴 세그멘트의 중앙에서 나타난다. 따라서, 중실 셀을 허니컴 세그멘트의 중앙에 배치하는 것은 온도 상승의 억제에 대하여 효과적이다. 이러한 효과로 인하여, 중실 셀은 허니컴 구조체 (DPF) 의 붕괴를 억제할 수 있으며, 허니컴 기재 물질의 성능이 충분히 활용되며, 상기 허니컴 구조체 (DPF) 의 그을음 (soot) 침척 한도가 상승될 수 있다.

또한, 중실 셀이 세그멘트의 중앙에 배치될 때, 비록 하나의 중실 셀이라도 허니컴 구조체의 붕괴를 효과적으로 억제할 수 있다. 중실 셀의 비가 증가될 때, 상기 세그멘트의 구조적 강도의 증가와 열 용량의 증가의 효과는 현저하게 된다. 보다 효과적으로, 허나컴 구조체의 붕괴가 억제될 수 있으나, 다른 한편, 필터 영역의 감소로 인하여 압력 손실은 증가된다. 실제적으로 허용가능한 범위로 압력 손실의 증가를 억제하기 위해서, 중실 셀의 전체 수는 상기 세그멘트의 셀 (중실 셀을 포함함) 의 전체 수의 10% 또는 이보다 적게 설정되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 축선 방향에 수직한 허니컴 세그멘트의 영역에서 중실 셀의 전체 수는, 축선 방향에 수직한 허니컴 세그멘트의 영역에서 중실 셀을 포함하는 셀의 전체 수의 0.1 ~ 10% (보다 바람직하게는 1.5 ~ 6%) 인 것이 바람직하다.

강도 및 열 저항의 관점에서, 본 발명에 사용된 허니컴 세그멘트 (2) 의 재료로서, 실리콘 카바이드, 실리콘-실리콘 카바이드계 복합재, 실리콘 질화물, 근청석 (cordierite), 뮬라이트, 알루미나, 스피넬 (spinel), 실리콘 카바이드-근청석계 복합재, 실리콘-실리콘 카바이드 복합재, 리튬 알루미늄 규산염, 알루미늄 티탄산염 및 Fe-Cr-Al 계 금속으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 일 종 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 이 중에서, 실리콘 카바이드 또는 실리콘-실리콘 카바이드계 복합재가 바람직하다.

다음으로, 허니컴 세그멘트 (2) 는 예컨대, 상기 설명된 재료로부터 적절히 선택된 재료에, 메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로폭실 (hydroxypropoxyl) 셀룰로오스, 하이드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 (carboxymethyl) 셀룰로오스 또는 폴리비닐 알콜과 같은 바인더, 계면 활성제, 용매로서의 물 등을 첨가하여 가소성 클레이 (clay) 를 얻으며, 이 클레이가 상기 언급된 형상으로 형성되도록, 준비된 다이로부터 상기 클레이를 압출하고, 이 클레이를 마이크로웨이브에 의해 뜨거운 공기 등으로 건조시킨 후에 상기 클레이를 소결시켜, 준비될 수 있다.

셀 (5) 을 채우는데 사용하는 충진재 (7) 로서, 허니컴 세그멘트 (2) 와 유사한 재료가 사용될 수 있다. 채워지지 않은 셀 (5) 이 가려진 상태에서 개방된 셀 (5) 이 채워지도록, 허니컴 세그멘트 (2) 의 단부면을 충진재 (7) 의 슬러리 에 담구어 충진재 (7) 로 채워질 수 있다. 허니컴 세그멘트 (2) 가 형성된 후에, 점화 (firing) 전 또는 후에 충진재 (7) 로 채울 수 있으나, 점화 단계는 한번에 끝나기 때문에, 이 점화 이전에 충진하는 것이 바람직하다.

상기에 설명된 바와 같이 허니컴 세그멘트 (2) 를 준비한 후에, 허니컴 세그멘트 (2) 의 외주면은 접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 의 슬러리로 코팅되며, 복수의 허니컴 세그멘트 (2) 는 규정된 3 차원 형상 (허니컴 구조체 (1) 의 전체 구조체) 이 얻어지도록 조립된다. 조립된 세그멘트는 소정 압력하에 서로 부착되어, 가열 및 건조된다. 그래서, 복수의 허니컴 세그멘트 (2) 가 일체로 접합되는 접합된 대상물이 준비된다. 다음으로, 이러한 접합된 대상물은 상기 형상으로 연마되며, 상기 대상물의 외주면은 코팅재로 코팅되며, 상기 대상물은 가열 및 건조된다. 이러한 방법으로 허니컴 구조체 (1) 는 도 13 에 도시된 바와 같이 준비된다.

본 발명에 사용되는 접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 은 허니컴 세그멘트 (2) 의 외주면에 적용되며, 상기 접합재 층은 허니컴 세그멘트 (2) 를 접합하게 하는 기능을 한다. 접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 의 구성의 예로서, 허니컴 세그멘트 (2) 를 준비한 후에, 허니컴 세그멘트 (2) 의 외주면은 접합재 층 (9) 의 슬러리로 코팅되며, 복수의 허니컴 세그멘트 (2) 는 규정된 3 차원 형상 (허니컴 구조체 (1) 의 전체 구조체) 이 얻어지도록 조립되며, 조립된 세그멘트는 소정 압력하에서 서로 부착되어, 가열 및 건조된다. 이러한 경우에, 인접 허니컴 세그멘트 (2) 의 외주면에는 접합재 층이 제공될 수 있거나 또는, 인접 허니컴 세그 멘트 (2) 사이의 대응 외주면의 하나에는 접합재 층이 제공될 수 있다.

접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 의 사용량이 감소될 수 있도록 상기 대응 표면의 하나에 적용하는 것이 바람직하다. 접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 의 두께는 허니컴 세그멘트들 (2) 사이의 접합력을 고려하여 결정되며, 예컨대, 0.2 ~ 4.0mm 의 범위에서 적절히 선택된다.

본 발명에 사용되는 접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 의 바람직한 예는 무기 섬유, 무기 바인더, 유기 바인더 및 무기 입자로 이루어진 층을 포함한다. 구체적으로, 무기 섬유의 예는 알루미노 (alumino) 규산염, 알루미나 등의 산화 섬유, 및 다른 섬유 (예컨대, SiC 섬유) 를 포함한다. 무기 바인더의 예는 실리카 졸, 알루미나 졸 및 클레이를 포함한다. 유기 바인더의 예는 폴리비닐 알콜 (PVA; polyvinyl alcohol), 카르복실메틸 셀룰로오스 (CMC; carboxymethyl cellulose) 및 메틸 셀룰로오스 (MC; methyl cellulose) 를 포함한다. 무기 입자의 예는 실리콘 카바이드, 실리콘 질화물, 근청석, 알루미나 및 뮬라이트와 같은 세라믹을 포함한다.

외주 코팅층 (4) 은 허니컴 세그멘트 (2) 의 접합 대상물의 외주면에 적용되어 있으며, 허니컴 세그멘트 (2) 의 접합된 대상물의 외주면을 보호하는 역할을 한다. 외주 코팅층 (4) 의 두께는 예컨대, 0.1 ~ 1.5mm 범위에서 적절히 선택된다.

접합재 층 (부분 접합재 층) (9) 및 외주 코팅층 (4) 열 전도성은 0.1 ~ 5.0 W/m·k 이다. 열 충격 등에 의해 발생된 크랙을 방지하기 위해서 접합재 층 ( 부분 접합재 층) (9) 및 외주 코팅층 (4) 의 열 팽창 계수는 비교적 작은 것이 바람직하며, 1 x 10^-6~ 8 x 10^-6/℃ 의 범위인 것이 바람직하다.

[예]

이하 예에 따라 본 발명을 상세히 설명할 것이나, 본 발명은 이러한 예에 의해 한정되지는 않는다.

(허니컴 세그멘트의 준비)

허니컴 세그멘트재로서, SiC 분말과 금속 Si 분말을 80 : 20 의 질량비로 혼합하였다. 세공 형성재로서, 전분 (starch) 및 발포된 수지를 상기 혼합된 분말에 추가하였다. 또한, 가소성 클레이를 준비하기 위해서 메틸 셀룰로오스, 하이드록시프로폭실 메틸 셀룰로오스, 계면 활성재 및 물을 상기 분말에 추가하였다.

다이를 사용하여 상기 클레이를 압출하였고, 마이크로 웨이브와 뜨거운 공기로 건조시켜, 31㎛ 의 격벽 두께와 약 46.5 셀/㎠ (300 셀/in²) 의 셀 밀도를 가지는 형성된 허니컴 세그멘트 대상물을 얻었다. 상기 대상물의 영역은 일측이 35mm 인 일반적인 4 각형이었으며, 상기 대상물의 길이는 152mm 이었다.

다음으로, 형성된 허니컴 세그멘트 대상물의 단부면이 격자의 패턴 형상을 가지도록 셀의 대향 단부면을 채웠다. 즉, 서로 대향된 단부면에 의해 인접 셀이 감싸지도록 채웠다. 채워진 재료로서, 허니컴 세그멘트재와 유사한 물질을 사용하였다. 셀의 대향 단부면을 채우고 건조시킨 후에, 상기 대상물을 약 400 ℃ 의 외부 공기 분위기에서 탈지하였다. 다음으로, 상기 대상물을 약 1450℃ 의 Ar 비활성 분위기에서 점화하여, SiC 결정 입자가 Si 에 의해 결합된 다공성 구조를 가지는 허니컴 세그멘트가 얻어졌다.

(접합재의 준비)

무기 섬유와 같은 알루미노규산염 섬유, 무기 바인더로서 콜로이드 실리카 및 클레이 및 무기 입자로서 SiC 를 혼합하였고, 최종 재료에 물을 또한 첨가하였다. 만약 필요하다면, 유기 바인더 (CMC, PVA), 발포된 수지 및 분산제를 상기 재료에 추가하였고, 상기 재료를 믹서로 30 분 동안 반죽하여, 반죽된 결합 대상물을 얻었다.

(허니컴 구조체의 준비)

허니컴 세그멘트의 외벽면을 약 1mm 의 두께의 접합재로 코팅하여 접합재 층을 형성하였다. 다음으로, 코팅된 면에 다른 허니컴 세그멘트를 적층하는 단계를 반복하여 16 개의 허니컴 세그멘트로 이루어진 적층된 허니컴 세그멘트 대상물을 준비하였다. 외부 압력을 상기 대상물에 가하였고, 전체 대상물을 접합시켰다. 다음으로, 두 시간 동안 140℃ 에서 상기 대상물을 건조하여 접합된 허니컴 세그멘트 대상물을 얻었다. 다음으로, 접합된 허니컴 세그멘트 대상물의 외주를 원통형 형상으로 연마하였으며, 코팅 재료를 도포하였으며, 두 시간 동안 700℃ 에서 상기 대상물을 건조하여 경화시켜, 허니컴 구조체를 얻었다.

(예 1 ~ 예 3, 비교 예)

예 1 에서, 영역의 중앙에 최대한 근접하게 위치된 셀이 중실이 되도록 다이 를 준비하였으며, 최종 형성된 허니컴 세그멘트 대상물은 하나의 중실 셀이 상기 영역의 중앙 근처에 배치될 수 있는 구조를 가졌다 (도 8 참조). 허니컴 구조체를 준비하는데 마지막으로 사용된 허니컴 세그멘트는 도 7 에 도시된 형상을 가졌다. 예컨대, 일반적인 허니컴 구조체를 압출 성형하기 위한 다이로부터 중실 셀에 대응하는 셀 블럭을 제거하여 중실 셀을 성형하기 위한 다이를 얻었다.

예 2 에서, 영역의 네 모서리에 위치된 셀이 중실이 되도록 다이를 준비하였으며, 최종 형성된 허니컴 세그멘트 대상물은, 중실 셀이 영역의 네 모서리에 배치될 수 있는 구조를 가졌다 (도 2 참조). 허니컴 구조체의 준비에 마지막으로 사용된 허니컴 세그멘트는 도 1 에 나타낸 형상을 가졌다.

예 3 에서, 예 2 의 위치 외에 최외주의 각각의 네 측의 중심 근방에 배치된 셀이 중실이 되도록 다이를 준비하였으며, 최종 형성된 허니컴 세그멘트 대상물은, 일 중실 셀이 영역의 각각의 네 모서리에 배치되고, 일 중실 셀이 각각의 네 측의 중앙 근방에 배치될 수 있는 구조를 가졌다 (도 5 참조). 허니컴 구조체를 준비하는데 마지막으로 사용된 허니컴 세그멘트는 도 4 에 나타낸 형상을 가졌다.

비교예에서, 압출성형 동안에 사용하기 위한 다이를 전체가 균일한 표면을 가지는 구조로 설계하였으며, 최종 성형된 허니컴 세그멘트 대상물은 셀이 전체면에 균일하게 배치된 허니컴 구조체를 가졌다 (도 11 참조). 허니컴 구조체를 준비하는데 마지막으로 사용된 허니컴 세그멘트는 도 10 에 나타낸 형상을 가졌다.

(평가)

예 1 ~ 예 3 및 비교예에서 얻어진 허니컴 구조에서, 급속 가열 시험 (버너 분쇄 시험 (burner spalling test: B-sp 시험) 을 수행하였다. 또한, 각 접합된 허니컴 대상물을 절단하여, 절단된 표면을 관찰하였으며, 결함을 측정하였다. 결과를 표 1 에 나타낸다.

상기 급속 가열 시험 (버너 분쇄 시험: B-sp 시험) 은, 버너로 가열된 공기가 허니컴 구조체를 통하여 순환하여 중앙과 외부 사이에서 온도 차이를 만드는 시험이며, 내열 충격성은 어떠한 크랙이 상기 허니컴 구조체에서 발생되지 않는 한계 온도에 의해 평가되며, 실제 사용 동안에 침적된 그을음을 버닝하는 상황 (재생) 이 시뮬레이션 된다 (온도가 높을수록 내열 충격성은 높아진다). 표 1 에서, 접합된 대상물 (절단된 표면) 에 어떠한 결함도 발생되지 않는 경우는 ○ 로 평가하였으며, 결함이 발생된 경우는 × 로 평가하였다.

[표 1]

	중실 셀이 배치된 장소 및 셀의 수	목표 DPF 에서의 최대 온도 (℃)
	중실 셀이 배치된 장소 및 셀의 수	600	650	700	800
예 1	세그멘트 영역 중심에서의 하나의 셀	○	○	×	×
예 2	세그멘트 영역의 각각의 네 모서리에서의 하나의 셀, 총 네 개의 셀	○	○	○	×
예 3	세그멘트 영역의 각각의 네 모서리, 각각의 네 측의 중앙 근방의 하나의 셀, 총 8 개의 셀	○	○	○	×
비교예	없음	○	×	×	×

표 1 의 결과로부터, 상기 세그멘트에 중실 셀이 제공된 예 1 ~ 예 3 에서, 결함의 발생 온도는 상승되고, 비교예와 비교해 보았을 때 성능이 향상되었다는 것을 발견할 수 있다.

본 발명의 허니컴 구조체는 배기 가스용 수집 필터, 예컨대, 디젤 엔진 등으 로부터 배기 가스에 포함된 입자를 수집 및 제거하기 위한 디젤 입자 필터 (DPF) 용으로서 사용될 수 있다.

본 발명으로 디젤 엔진의 배기 가스에서 입자를 수집하는 배기 가스용 수집 필터, 특히 디젤 입자 필터 (DPF) 의 사용 및 재생 동안에 열응력으로 인한 크랙, 특히 상기 DPF 의 축선 방향으로 크랙 (특히, 크랙의 링) 의 발생을 대부분 억제할 수 있어, 그을음 침적 한도를 상당히 상승시킬 수 있는 허니컴 구조체를 제공할 수 있다.

Claims

복수의 허니컴 세그멘트가 접합재 층을 통하여 상호 접합면 상에 일체로 접합된 접합된 허니컴 세그멘트 대상물과,

상기 접합된 허니컴 세그멘트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층을 포함하고,

유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치된 구조를 가진 허니컴 구조체로서,

각각의 상기 허니컴 세그멘트에서, 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 네 모서리 및/또는 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 각 측의 외주부의 중심에 미리 배치되며, 상기 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트와 일체를 이루는 허니컴 구조체.
제 1 항에 있어서, 각각의 허니컴 세그멘트의 인접 셀에서 상호 대향 단부면은 충진재로 채워지는 허니컴 구조체.
복수의 허니컴 세그멘트가 접합재 층을 통하여 상호 접합면에 일체로 접합된 접합된 허니컴 세그멘트 대상물과, 상기 접합된 허니컴 세그멘트 대상물의 외주면을 감싸는 외주 코팅층을 포함하고, 유체 채널을 구성하는 복수의 셀이 중앙 축선 방향으로 서로 평행하게 배치되는 구조를 가진 허니컴 구조체로서,

상기 각각의 허니컴 세그멘트에서, 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트의 각각의 대향 단부면의 중앙에 미리 배치되며, 상기 중실 셀은 상기 허니컴 세그멘트와 일체를 이루는 허니컴 구조체.
제 3 항에 있어서, 각각의 허니컴 세그멘트의 인접 셀에서 상호 대향하는 단부면은 충진재로 채워지는 허니컴 구조체.
제 1 항에 있어서, 축선 방향에 수직한 상기 허니컴 세그멘트의 영역에서 중실 셀의 전체 수는 상기 축선 방향에 수직한 허니컴 세그멘트의 영역에서 상기 중실 셀을 포함하는 셀의 전체 수의 0.1 ~ 10% 인 허니컴 구조체.
제 3 항에 있어서, 축선 방향에 수직한 상기 허니컴 세그멘트의 영역에서 상기 중실 셀의 전체 수는 상기 축선 방향에 수직한 허니컴 세그멘트의 영역에서 상기 중실 셀을 포함하는 셀의 전체 수의 0.1 ~ 10% 인 허니컴 구조체.