KR20080060270A - 허니컴 필터 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 허니컴 필터는, 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합되어 있고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량이 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량보다 높은 것을 특징으로 한다.

Description

허니컴 필터{HONEYCOMB FILTER}

본 발명은, 복수의 세그먼트를 접합함으로써 구성되는 허니컴 필터에 관한 것으로, 특히 제조 공정에 있어서의 열처리 중에 크랙 발생을 억제하는 것이 가능한 허니컴 필터에 관한 것이다.

DPF(디젤 미립자 필터)는 허니컴 필터의 일종으로, 디젤 엔진 등으로부터의 배기가스에 포함되어 있는 미립자를 포착하여 제거하기 때문에, 디젤 엔진의 배기 시스템에 설치되어 있다. 이러한 허니컴 필터는, 탄화규소 등으로 이루어진 다공질의 세그먼트가 접합재에 의해 복수 접합되고, 원형 단면 등의 소정의 형상으로 성형된 후, 외주가 코팅재에 의해 피복된 구조로 되어 있다.

각각의 세그먼트는, 다공질의 격벽에 의해 구획된 상태로 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍을 갖는다. 인접하는 유통 구멍에 있어서는, 일단부가 교대로 밀봉되는데, 즉 하나의 유통 구멍에 있어서는, 일측의 단부가 개구되어 있고 타측의 단부는 밀봉되어 있으며, 이것과 인접하는 다른 유통 구멍에 있어서는, 타측의 단부가 밀봉되어 있고 일측의 단부는 개구되어 있다.

이러한 구조로 함으로써, 세그먼트의 개방 단부로부터 배기가스가 유통 구멍에 유입되면, 배기가스는 다공질의 격벽을 통과하여 다른 유통 구멍으로 유출되어, 격벽을 통과할 때 배기가스 중의 미립자가 격벽에 포착되므로 배기가스를 정화할 수 있다.

이러한 구조의 허니컴 필터는 이하와 같은 공정으로 제조된다. 탄화규소, 코디어라이트 등의 세라믹스 재료에 유기 바인더, 계면활성제, 물 등을 첨가 혼합하여 가소성의 배토로 하고, 이 배토를 압출 성형하여 격벽에 의해 구획된 다수의 유통 구멍이 있는 허니컴 형상으로 하고, 이것을 건조 및 탈지 가열한 후 소결하여 세그먼트를 얻는다.

그리고, 이 세그먼트에 대하여 상술한 밀봉을 행한 후, 세그먼트의 외면에 접합재를 도포해 접합하여 세그먼트 접합체를 제작하고, 세그먼트 접합체를 절삭 가공한 후, 외주면을 코팅재로 피복하고 가열 건조시킴으로써 소정의 입체 형상의 허니컴 필터를 얻는다.

이상의 허니컴 필터의 제조중에는, 허니컴 필터에 크랙이 발생하는 문제가 있다. 크랙 발생은, 특히 촉매 베이킹(catalyst baking) 등을 목적으로 행하는 열처리에서 생기는 것으로, 촉매 베이킹 등의 열처리 공정 후에 있어서 강온 시의 급격한 온도 변화에 의해 세그먼트의 접합부분(접합재)에 많이 생긴다. 이러한 크랙 발생에 관해 본 발명자가 검토한 결과, 이하의 것을 확인하였다.

열처리 공정 후의 강온 과정에서의 온도 분포는, 허니컴 필터의 주변 부분이 가장 저온이고 중심 부분을 향하여 온도가 급격하게 상승하여, 중심이 최고 온도로 되어 있다. 이 상태에서 강온이 단시간 내에 실시되면, 표면에서 온도가 급격히 하강하여 외주 부분에 큰 온도 구배가 발생하고, 그 결과 큰 열응력이 발생한다. 이 열응력에 의해, 접합재에 크랙이 발생하여 세그먼트 상호간의 접합력이 약해지고, 심한 경우에는 세그먼트끼리 분해되어 파괴되기에 이른다.

따라서, 강온 시간을 지연시키고, 냉기의 분무 등과 같은 강제적인 냉각을 하지 않고, 서서히 온도를 낮춤으로써 크랙의 발생을 방지할 수 있지만, 이 경우에는, 강온 시간에 제한이 생기므로, 제조에 긴 시간이 필요할 뿐 아니라, 제조 효율이 저하되는 원인으로 된다.

따라서, 본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 열처리 등을 행하더라도 크랙의 발생을 억제할 수 있으므로, 강온 시간을 길게 할 필요가 없으며, 효율적인 제조가 가능한 허니컴 필터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 특징에 따른 허니컴 필터는, 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량이 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량보다 높은 것을 요지로 한다.

본 발명의 제2 특징에 따른 허니컴 필터는, 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도가 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도보다 높은 것을 요지로 한다.

본 발명의 제3 특징에 따른 허니컴 필터는, 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도가 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도보다 높은 것을 요지로 한다.

본 발명의 제4 특징에 따른 허니컴 필터는, 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 격벽 두께가 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 격벽 두께보다 두꺼운 것을 요지로 한다.

본 발명의 제1 내지 제4 특징에 따른 허니컴 필터에는 촉매가 담지될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태의 허니컴 필터를 나타내는 사시도이다.

도 2는 세그먼트의 사시도이다.

도 3은 도 2의 A-A 선의 단면도이다.

도 4는 단부면이 정원형인 허니컴 필터의 세그먼트의 배치예를 나타내는 단면도이다.

도 5는 단부면이 정원형인 허니컴 필터의 세그먼트의 별도의 배치예를 나타내는 단면도이다.

도 6은 단부면이 정원형이 아닌 허니컴 필터의 세그먼트의 배치예를 나타내는 단면도이다.

도 7은 단부면이 정원형이 아닌 허니컴 필터의 세그먼트의 다른 배치예를 나 타내는 단면도이다.

도 8은 단부면이 정원형인 허니컴 필터의 냉각에 의한 크랙의 발생 유무를 나타내는 특성도이다.

도 1 및 도 2는, 본 발명의 일 실시형태가 적용되는 허니컴 필터(1)의 사시도를 나타낸다. 허니컴 필터(1)는, 복수의 세그먼트(2)가 접합재(9)를 통해 접합됨으로써 형성되는 것으로, 접합재(9)에 의한 세그먼트(2)의 접합 후에, 원형 단면, 타원 단면, 삼각 단면, 및 그 외의 단면(도시하는 형태는 원형 단면)이 되도록 연삭 가공되고 외주면이 코팅재(4)로 피복된다.

이 허니컴 필터(1)를 DPF로서 사용하는 경우, 디젤 엔진의 배기가스의 유로에 배치함으로써, 디젤 엔진에서 배출되는 그을음을 포함한 미립자를 포착할 수 있다.

각각의 세그먼트(2)는, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 다공질의 격벽(6)에 의해 구획된 다수의 유통 구멍(셀; 5)을 갖는다. 유통 구멍(5)은 세그먼트(2)를 축방향으로 관통하고 있고, 인접하는 유통 구멍(5)에 있어서의 일단부가 충전재(7)에 의해 교대로 밀봉되어 있다. 즉, 하나의 유통 구멍(5)에 있어서는, 좌단부가 개방되어 있고 우단부는 충전재(7)에 의해 밀봉되어 있으며, 이것과 인접하는 다른 유통 구멍(5)에 있어서는, 좌단부가 충전재(7)에 의해 밀봉되어 있고 우단부는 개방되어 있다. 이러한 밀봉에 의해, 도 2에 나타낸 바와 같이, 세그먼트(2)의 단부면은 체크무늬 패턴을 나타내게 된다.

이러한 세그먼트(2)가 접합된 허니컴 필터(1)를 배기가스의 유로 내에 배치한 경우, 배기가스는 도 3의 화살표로 나타낸 바와 같이, 좌측으로부터 각 세그먼트(2)의 유통 구멍(5) 내로 유입되어 우측으로 이동한다. 유통 구멍(5)내에 유입된 배기가스는, 다공질의 격벽(6)을 통과하여 다른 유통 구멍으로 유출된다. 그리고, 격벽(6)을 통과할 때 배기가스 중의 그을음을 포함하는 미립자가 격벽(6)에 포착된다.

또한, 도시하는 세그먼트(2)는 정방형 단면으로 되어 있지만, 삼각형 단면, 육각형 단면 등의 적절한 단면 형상으로 하는 것도 가능하다. 또, 유통 구멍(5)의 단면 형상에 있어서도, 삼각형, 육각형, 원형, 타원형, 그 밖의 형상으로 할 수 있다.

세그먼트(2)의 재료로는, 탄화규소, 규소-탄화규소계 복합재료, 질화규소, 코디어라이트, 멀라이트, 알루미나, 스피넬, 탄화규소-코디어라이트계 복합재, 규소-탄화규소 복합재, 리튬 알루미늄 실리케이트, 티탄산알루미늄, Fe-Cr-Al계 금속으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 혹은 복수종을 조합한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

허니컴 필터(1)의 제조에 있어서는, 우선 세그먼트(2)를 제작한다. 세그먼트(2)의 제작에 있어서는, 상술한 것 중에서 선택된 재료에 메틸 셀룰로오스, 히드록시프로폭실 셀룰로오스, 히드록시에틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알콜 등의 바인더, 계면활성제나 물 등을 첨가하여 가소성의 배토로 하고, 이 배토를 압출 성형함으로써, 격벽(6)에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수 의 유통 구멍(5)이 있는 허니컴 형상으로 한다. 그리고, 이것을 마이크로파, 열풍 등에 의해 건조시킨 후 탈지 가열하고, 그 후 소결함으로써 세그먼트(2)로 한다.

유통 구멍(5)의 밀봉에 사용하는 충전재(7)로는 세그먼트(2)와 동일한 재료를 사용할 수 있다. 충전재(7)에 의한 밀봉은, 밀봉하지 않을 유통 구멍(5)을 마스킹한 상태로, 세그먼트(2)의 단부면을 슬러리형의 충전재(7)에 침지하여 개구되어 있는 유통 구멍(5)에 충전함으로써 행할 수 있다.

이상과 같은 세그먼트(2)의 제작후, 세그먼트(2)의 외면에 슬러리형의 접합재(9)를 도포하여 소정의 입체 형상이 되도록 복수의 세그먼트(2)를 접합하고, 이 접합 상태에서 압착하면서 가열 건조한다. 이에 따라, 복수의 세그먼트(2)가 접합된 접합체를 제작한다. 그 후, 접합체를 연삭 가공하고 외주면을 코팅재(4)로 피복하여 가열 건조한다. 이로써, 도 1에 나타내는 허니컴 필터(1)를 제작할 수 있다. 이 경우, 접합재(9) 및 코팅재(4)로는 동일한 재료를 사용할 수 있다.

이 실시형태에 있어서, 허니컴 필터(1)에 대해 촉매를 담지시킬 수 있다. 촉매로는, Pt, Pd, Rh 등의 백금족 금속; 산화마그네슘, 산화칼슘, 산화바륨, 산화스트론튬 등의 알칼리토금속 산화물; 산화리튬, 산화나트륨, 산화칼륨 등의 알칼리금속 산화물 중의 적어도 일종 또는 이종 이상을 선택할 수 있다. 또, 이들 재료에 구리, 란탄, 망간 등의 금속을 첨가한 재료일 수도 있다.

촉매의 담지는, 촉매 재료의 용액에 허니컴 필터(1)를 침지, 분무 등에 의해 함침시킨 후, 열처리하고 베이킹함으로써 실시한다. 500∼600℃ 정도로 가열함으로써 열처리를 행하고, 그 후 강온시킴으로써 촉매를 담지한다. 이와 같이 촉매를 담 지시킴으로써, 미립자를 효율적으로 연소시킬 수 있기 때문에, 배기가스를 효율적으로 정화하는 것이 가능해진다.

이상에 의해 제작되는 허니컴 필터(1)에 있어서는, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량이 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량보다 높아지도록 설정된다.

여기서, 중심측에 배치되어 있는 세그먼트란, 허니컴 필터의 단면적 중심을 포함하거나 단면적 중심에 인접하는 세그먼트, 또는 모든 측면이 다른 세그먼트와 접해 있는 세그먼트, 즉 허니컴 필터의 최외주면을 구성하지 않는 세그먼트이고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트란, 허니컴 필터의 단면적 중심에 인접하지 않으며 허니컴 필터의 최외주벽의 일부를 구성하는 세그먼트이다.

이것을 도 4 및 도 5에 의해 구체적으로 설명하면, 도 4는 단면적 중심에 접합재(9)의 교점이 위치하는 경우의 허니컴 필터(1)를 나타내고, 도 5는 단면적 중심에 세그먼트(2)가 위치하는 경우의 허니컴 필터(1)를 나타낸다.

도 4에 있어서, 중심측에 배치되어 있는 세그먼트란, 단면적 중심을 둘러싸는 위치의 세그먼트(2a, 2b, 2c, 2d)이고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트란, 이들 주위에 위치하는 다른 모든 세그먼트이다. 도 5에 있어서, 중심측에 배치되어 있는 세그먼트란, 단면적 중심에 위치하는 세그먼트(2q) 및 그 주위 4개의 세그먼트(2r, 2s, 2t, 2u)이고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트란, 이들을 제외한 모든 세그먼트이다.

이 실시형태에 있어서, 이러한 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(2a, 2b, 2c, 2d 및 2q, 2r, 2s, 2t, 2u)의 열용량은, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량보다 낮게 설정된다. 또, 단면이 정원형이 아닌 경우의 예를 도 6 및 도 7에 의해 구체적으로 설명한다. 도 6은, 단면적 중심에 접합재(9)의 교점이 위치하는 경우의 허니컴 필터(1)를 나타내고, 도 7은, 단면적 중심에 세그먼트(2)가 위치하는 경우의 허니컴 필터(1)를 나타낸다.

도 6에 있어서, 중심측에 배치되어 있는 세그먼트란, 단면적 중심을 둘러싸는 위치의 세그먼트(3a, 3b, 3c, 3d)이고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트란, 이들의 주위에 위치하는 다른 모든 세그먼트이다. 도 7에 있어서, 중심측에 배치되어 있는 세그먼트란, 단면적 중심에 위치하는 세그먼트(3q) 및 그 양측 2개의 세그먼트(3r, 3s)이고, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트란, 이들을 제외한 모든 세그먼트이다.

이 실시형태에 있어서, 이러한 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(3a, 3b, 3c, 3d 및 3q, 3r, 3s)의 열용량은, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량보다 낮게 설정된다.

이에 따라, 가열 처리 등의 후에 있어서의 강온시에는, 외주측의 세그먼트의 온도 저하가 완만해져, 외주측의 세그먼트와 중심측의 세그먼트의 온도 구배가 작아진다. 이 때문에, 강온시에 있어서의 외주측의 세그먼트와 중심측의 세그먼트 사이의 열응력이 작아지고, 이들 사이에 개재된 접합재(9)에 작용하는 응력도 작아진다.

이와 같이 응력이 작아짐으로써, 접합재(9)에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 강온을 서서히 행할 필요가 없는 동시에, 강제적인 냉각을 하더라도 크랙이 발생하지 않게 되어, 단시간의 제조가 가능하고, 효율적인 제조가 가능해진다. 또, 촉매를 담지시킨 허니컴 필터(1)를 확실하게 제조할 수 있다.

이상과 같이, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량을 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량보다 높아지도록 설정하기 위한 구체적 수단으로는, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도를 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도보다 높게 하는 수법이 있다. 여기서, 부피 밀도란, 비어 있는 구멍인 유통 구멍(5)을 포함한 세그먼트(2)의 단위 체적 당의 질량이다.

또, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량을 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량보다 높아지도록 설정하기 위한 다른 구체적 수단으로는, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도를 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도보다 높게 설정하는 수법이 있다.

외주측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량을 중심측에 배치되어 있는 세그먼트(2)의 열용량보다 높아지도록 설정하기 위한 또 다른 구체적 수단으로는, 외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 격벽 두께를 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 격벽 두께보다 두껍게 설정하는 수법이 있다.

이들 수법 모두에 있어서는, 가열 처리 등의 후에 있어서의 강온 시에, 외주측의 세그먼트와 중심측의 세그먼트 사이의 온도 구배가 작아지고, 강온시에 있어서의 외주측의 세그먼트와 중심측의 세그먼트 사이의 열응력이 작아져서, 이들 사이에 개재된 접합재(9)에 작용하는 응력이 작아지므로, 접합재(9)에 크랙이 발생하 는 것을 억제할 수 있다.

이상에 더하여, 본 실시형태에 있어서는, 외주면을 피복하는 코팅재(4)로서, 기공률이 큰 재료를 사용할 수 있다. 기공률을 크게 하기 위해, 상술한 세그먼트(2)의 재료에 대하여, 콜로이달 실리카, 콜로이달 알루미나 등의 콜로이달 졸, 금속 섬유, 무기 재료 또는 유기 재료로 이루어진 입상체 필러를 첨가한다.

이와 같이 기공률이 커짐으로써, 코팅재(4)의 가열 건조 후의 강온시에 있어서의 코팅재(4)의 온도 구배를 완화할 수 있어, 외주측의 열전도율을 낮춰 방열을 억제할 수 있다. 이에 따라, 코팅재(4)의 크랙 발생을 방지할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 실시형태에 따른 허니컴 필터에 의하면, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높기 때문에, 열처리 공정 후의 강온 시에 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아진다. 이 때문에, 강온시에 있어서의 외주측과 중심측 사이의 열응력이 작아지고, 이들 사이에 개재된 접합재에 작용하는 응력도 작아진다. 이에 따라, 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 이 때문에, 강온을 서서히 행할 필요가 없는 동시에, 강제적인 냉각을 하더라도 크랙이 발생하지 않아, 단시간에 제조할 수 있고, 효율적인 제조가 가능해진다.

또, 본 실시형태에 따른 허니컴 필터에 의하면, 외주측의 세그먼트의 평균 부피 밀도가 중심측의 세그먼트의 평균 부피 밀도보다 높기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다. 이 때문에, 열처리 공정 후의 강온 시에 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아지고, 강온 시에 있어서의 외주측과 중심측 사이에서의 열응력이 작아지며, 이들 사이에 개재된 접합재에 작 용하는 응력이 작아져, 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 따른 허니컴 필터에 의하면, 외주측의 세그먼트의 평균 셀 밀도가 중심측의 세그먼트의 평균 셀 밀도보다 높기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다. 이 때문에, 열처리 공정 후의 강온 시에 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아지고, 강온 시에 있어서의 외주측과 중심측 사이에서의 열응력이 작아지며, 이들 사이에 개재된 접합재에 작용하는 응력이 작아져, 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또, 본 실시형태에 따른 허니컴 필터에 의하면, 외주측의 세그먼트의 평균 격벽 두께가 중심측의 세그먼트의 평균 격벽 두께보다 두껍기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다. 이 때문에, 열처리 공정 후의 강온 시에 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아지고, 강온 시에 있어서의 외주측과 중심측 사이에서의 열응력이 작아지며, 이들 사이에 개재된 접합재에 작용하는 응력이 작아져, 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따른 허니컴 필터에 의하면, 촉매가 담지됨으로써, 허니컴 필터가 미립자를 효율적으로 연소시킬 수 있기 때문에, 배기가스를 효율적으로 정화할 수 있다. 또, 촉매를 담지하고 있는 경우라도, 베이킹을 위한 열처리를 행하는 경우라도, 허니컴 필터에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

(실시예)

이 실시예에서는, 80질량%의 SiC 및 20질량%의 금속 Si로 이루어진 혼합 분말을 원료로서 사용하고, 여기에 메틸 셀룰로오스 및 히드록실메틸 셀룰로오스, 계 면활성제, 및 물을 첨가하여 가소성의 배토를 제작하여, 허니컴 형상의 세그먼트를 성형했다. 이 세그먼트의 양 단부면을 교대로 밀봉하여 건조한 후, 질소 분위기 중에서 400℃로 탈지하고, 그 후 아르곤 불활성 분위기 중에서 약 1550℃로 소성했다. 이에 의해, 규소결합 탄화규소질로 이루어지고, 형상이 한 변 35㎜의 정방형인 세그먼트를 제작했다. 이하의 실시예 1∼3 및 비교예에서는, 제작되는 세그먼트의 조건이 다른 것이다.

(실시예 1)

평균 세공 직경 20㎛이고, 형상이 한 변 35㎜의 정방형인 세그먼트의 집합체로 이루어지고, 기공률 60%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.45g/㎤의 세그먼트를 중심측에 배치하고, 기공률 52%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.53g/㎤의 세그먼트를 외주측에 배치한 허니컴 필터를 제작했다. 이 허니컴 필터에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 스 흐름 방향에 수직인 단면 중앙에 세그먼트 단면 중앙이 위치하도록 조립했다. 그리고, 직경 144㎜, 전체 길이 153㎜에 외주 연마가공하고, 그 외주면에 기공률 30%, 밀도 1.7g/㎤의 코팅재를 도포했다.

(실시예 2)

평균 세공 직경 20㎛이고, 형상이 한 변 35㎜의 정방형인 세그먼트의 집합체로 이루어지고, 기공률 60%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.45g/㎤의 세그먼트를 중심측에 배치하고, 기공률 60%, 격벽 두 께 0.4㎜(15mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.57g/㎤의 세그먼트를 외주측에 배치한 허니컴 필터를 제작했다. 이 허니컴 필터에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가스 흐름 방향에 수직인 단면 중앙에 세그먼트 단면 중앙이 위치하도록 조립했다. 그리고, 직경 144㎜, 전체 길이 153㎜로 외주 연마 가공하고, 그 외주면에 기공률 30%, 밀도 1.7g/㎤의 코팅재를 도포했다.

(실시예 3)

평균 세공 직경 20㎛이고, 형상이 한 변 35㎜의 정방형인 세그먼트에 집합체로 이루어지고, 기공률 60%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.45g/㎤의 세그먼트를 중심측에 배치하고, 기공률 60%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 543K셀/㎡(350셀/in²), 부피 밀도 0.52g/㎤의 세그먼트를 외주측에 배치한 허니컴 필터를 제작했다. 이 허니컴 필터에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 가스 흐름 방향에 수직인 단면 중앙에 세그먼트 단면 중앙이 위치하도록 조립했다. 그리고, 직경 144㎜, 전체 길이 153㎜로 외주 연마 가공하고, 그 외주면에 기공률 30%, 밀도 1.7g/㎤의 코팅재를 도포했다.

(비교예)

평균 세공 직경 20㎛이고, 기공률 60%, 격벽 두께 0.3㎜(12mil), 셀 밀도 465K셀/㎡(300셀/in²), 부피 밀도 0.45g/㎤로 이루어지고, 형상이 한 변 35㎜의 정방형인 세그먼트를 조립하고, 외주 연마 가공하여 직경 144㎜, 전체 길이 153㎜의 허니컴 필터를 제작했다. 이 허니컴 필터에서는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 가스 흐름 방향에 수직인 단면 중앙에 접합재의 교점이 위치하도록 세그먼트를 조립했다. 그리고, 외주면에 대하여 기공률 30%의 코팅재를 도포했다.

(검사)

이상의 실시예 1∼3 및 비교예에 대하여, 허니컴의 중심 부분 및 최외각 둘레부분의 온도를 측정하면서 급랭 시험을 행했다. 급랭 시험은, 비어있는 전기로를 소정의 설정 온도까지 승온시킨 후, 시료를 전기로 내에 셋팅하고 전기로의 덮개를 덮어, 시료 전체가 균일한 온도에 도달할 때까지 유지한 후, 전기로의 덮개를 열고 시료를 꺼내어 철망 위에 두어 자연 냉각하였다. 그리고, 냉각 후에 시료의 표면을 관찰하여, 외주의 코팅재 및 접합재에 크랙이 발생했는지를 검사했다. 결과를 도 8에 나타낸다. 도 8에 있어서, 「○」는 코팅재와 접합재 중 어느 것에도 크랙이 없는 것을, 「×」는 코팅재, 접합재 중 어느 하나 또는 모두에 크랙이 발생한 것을 나타낸다.

도 8에서는, 실시예 1∼3은 모두 비교예에 비하여, 크랙이 발생하지 않는 한계 설정 온도(안전 온도)가 500℃ 이하로 높아(비교예에서는 450℃ 이하), 급랭에 의한 크랙이 잘 발생하지 않는 것으로 나타났다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 특징에 따르면, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높기 때문에, 열처리 등의 후의 강온 시에 있어서의 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아지고, 이들 사이에서의 열응력이 작아진다. 이에 따라, 이들 사이에 개재된 접합재에 작용하는 응력도 작아져, 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 강온을 서서히 행할 필요가 없어 제조 시간을 단축할 수 있는 동시에, 효율적인 제조가 가능해진다.

본 발명의 제2 특징에 따르면, 외주측의 세그먼트의 평균 부피 밀도가 중심측의 세그먼트의 평균 부피 밀도보다 높기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다.

본 발명의 제3 특징에 따르면, 외주측의 세그먼트의 평균 셀 밀도가 중심측의 세그먼트의 평균 셀 밀도보다 높기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다.

본 발명의 제4 특징에 따르면, 외주측의 세그먼트의 평균 격벽 두께가 중심측의 세그먼트의 평균 격벽 두께보다 두껍기 때문에, 외주측의 세그먼트의 열용량이 중심측의 세그먼트의 열용량보다 높아진다.

이에 따라, 본 발명의 제2 내지 제4 특징에서는, 본 발명의 제1 특징과 마찬가지로, 열처리 등의 후의 강온 시에 있어서의 외주측과 중심측의 온도 구배가 작아지고, 이들 사이에서의 열응력이 작아지기 때문에, 이들 사이에 개재된 접합재에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 따라서, 강온을 서서히 행할 필요가 없어 제조 시간을 단축할 수 있는 동시에, 효율적인 제조가 가능해진다.

본 발명의 제5 특징에 따르면, 배기가스의 효율적인 정화를 할 수 있을 뿐만 아니라, 제조시에 허니컴 필터에 크랙이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

Claims (5)

1. 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서,

   외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량이 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 열용량보다 높은 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.
2. 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서,

   외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도가 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 부피 밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.
3. 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서,

   외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도가 중심측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 셀 밀도보다 높은 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.
4. 다공질의 격벽에 의해 구획되고 축방향으로 관통하는 다수의 유통 구멍이 있는 세그먼트의 복수가 접합재에 의해 접합된 허니컴 필터로서,

   외주측에 배치되어 있는 세그먼트의 평균 격벽 두께가 중심측에 배치되어 있 는 세그먼트의 평균 격벽 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   촉매가 담지되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 필터.

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