KR20080074702A - 허니컴 구조체 및 배기 가스 처리 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는, 서로 대략 평행한 제 1 및 제 2 단면과, 양방의 단면을 연결하는 외주면을 가지며, 격벽을 개재시켜 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 관통하는 복수의 관통 셀을 갖는 세라믹 블록과, 당해 허니컴 구조체의 외주면을 구성하는 코트층을 적어도 구비하는 허니컴 구조체로서, 상기 제 2 단면에서의 상기 코트층의 두께는, 상기 제 1 단면에서의 상기 코트층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체가 제공된다.

Description

허니컴 구조체 및 배기 가스 처리 장치{HONEYCOMB STRUCTURE AND EXHAUST GAS TREATMENT DEVICE}
본 발명은, 허니컴 구조체 및 그와 같은 허니컴 구조체를 구비하는 배기 가스 처리 장치에 관한 것이다.
종래부터, 차량 또는 건설 기계 등의 내연 기관용 각종 배기 가스 처리 장치가 제안되어 실용화되어 있다. 일반적인 배기 가스 처리 장치는, 엔진의 배기 가스 매니폴드에 연결된 배기관의 도중에, 예를 들어 금속 등으로 구성된 케이싱을 설치하고, 그 중에 허니컴 구조체를 배치한 구조로 되어 있다. 허니컴 구조체는, 배기 가스 중에 함유되는 파티큘레이트를 포획하여 배기 가스를 정화하는 필터 (DPF : 디젤 파티큘레이트 필터) 로서, 또는 배기 가스 중의 유해 가스 성분 등을 촉매 반응에 의해 정화하는 촉매 담지체로서 기능한다.
예를 들어, 허니컴 구조체가 DPF 로서 사용되는 경우, 허니컴 구조체에는, 다공질의 셀벽을 사이에 두고 길이 방향으로 연신되는 복수의 기둥 형상 셀이 구성된다. 각각의 셀은, 어느 일방의 단부가 밀봉재로 밀봉되어 있기 때문에, 허니컴 구조체 내에 도입된 배기 가스는, 필연적으로 셀벽을 통과하고 나서 허니컴 구 조체 외부로 배출된다. 따라서, 배기 가스가 이 셀벽을 통과할 때, 배기 가스 중의 파티큘레이트 등을 포획할 수 있다. 또, 허니컴 구조체가 촉매 담지체로서 사용되는 경우, 허니컴 구조체 셀벽의 길이 방향의 표면에는, 촉매 담지층 및 촉매가 설치되고, 이 촉매에 의해 배기 가스에 함유되는 CO, HC 및 NOx 등의 유해 가스가 정화된다. 통상, 상기 서술한 허니컴 구조체는, 외주부에 매트 등의 유지 시일재가 감긴 후, 금속 등으로 구성된 케이싱 내에 장착하여 사용된다.
또한, 허니컴 구조체는, 고온에서의 소성 공정 등을 거쳐 제조되는 세라믹 블록을 기본 부재로 함으로써 구성되는데, 소성 직후의 세라믹 블록의 외형 치수의 정밀도는 그다지 양호하지 않다. 따라서, 통상, 세라믹 블록의 외주부에는, 치수 조정을 위한 코트층이 설치된다. 예를 들어, 세라믹 블록의 길이 방향을 따라 코트층의 두께를 조정함으로써, 완성 후에 얻어지는 허니컴 구조체의 진원도 또는 원통도의 정밀도를 향상시키는 기술이 개시되어 있다 (특허 문헌 1).
특허 문헌 1 : 일본 특허공보 평7-14485호
여기에서, 실제 사용시에 허니컴 구조체에 가해지는 열 (및 열응력) 은, 허니컴 구조체의 길이 방향에 대해서 일정하지는 않은 것이 알려져 있다. 예를 들어, 허니컴 구조체를 배기 가스의 DPF 로서 사용한 경우, 허니컴 구조체의 출구측 근방에서는, 배기 가스의 열에 의해 온도가 상승하는 경향이 있다. 특히, 한 번 필터로서 사용된 허니컴 구조체는, 포획된 파티큘레이트를 제거하는 재생 처리 (필터를 재이용 가능하게 하는 복원 처리) 시, 배기 가스의 배출측에서 온도가 현저하게 상승하는 경향이 있다. 따라서 허니컴 구조체의 외주부 (즉 코트층) 의 강도가 불충분한 경우, 열응력에 의해 이 지점에 균열이 발생하거나, 허니컴 구조체가 파손될 위험성이 매우 높아진다는 문제가 있다. 또한, 허니컴 구조체를 촉매 담지체로서 사용한 경우에도, 배기 가스 중의 HC 가스 등과의 촉매 반응 결과 발생한 열에 의해, 허니컴 구조체의 출구측이 고온이 되는 경향이 있어 동일한 문제가 생길 수 있다. 따라서, 이러한 열의 영향 하에서도 충분한 강도를 갖는 허니컴 구조체가 필요하게 되었다.
본 발명은, 이러한 문제를 감안하여 이루어진 것으로서, 고온 하에서 사용해도 상기 서술한 파손이 잘 발생하지 않는 허니컴 구조체를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명에서는, 서로 대략 평행한 제 1 및 제 2 단면과, 양방의 단면을 연결 하는 외주면을 가지며, 격벽을 개재시켜 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 관통하는 복수의 관통 셀을 갖는 세라믹 블록과, 당해 허니컴 구조체의 외주면을 구성하는 코트층을 적어도 구비하는 허니컴 구조체로서,
상기 제 2 단면에서의 상기 코트층의 두께는, 상기 제 1 단면에서의 상기 코트층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체가 제공된다.
여기에서, 상기 코트층은, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 두께가 단순 증가하는 부분 및/또는 두께가 일정한 부분을 가져도 된다. 또는 상기 코트층은, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 두께가 직선적으로 증가해도 된다.
또, 본 발명에 의한 허니컴 구조체는, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지, 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이 실질적으로 일정해도 된다. 또는, 본 발명에 의한 허니컴 구조체는, 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 증대해도 된다.
또한, 상기 복수의 관통 셀의 적어도 일부는, 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 감소해도 된다.
또, 본 발명에 의한 허니컴 구조체의 제 1 및 제 2 단면은, 모두 원 형상이어도 된다.
또한, 상기 관통 셀은, 상기 제 1 단면으로부터 보았을 때, 적어도 2 종류의 형상을 가져도 된다.
또, 상기 관통 셀은, 어느 일방의 단부가 밀봉되어 있어도 된다. 또는, 상기 격벽에는 촉매가 설치되어 있어도 된다.
여기에서, 상기 격벽의 두께는 0.1㎜∼0.3㎜ 의 범위인 것이 바람직하다.
또, 상기 세라믹 블록은, 복수의 기둥 형상의 세라믹 유닛과 그 세라믹 유닛끼리를 접합하는 접착층을 가져도 된다.
또한, 본 발명에서는, 배기 가스의 도입부 및 배출부를 가지며, 그 도입부 및 배출부 사이에 설치된 허니컴 구조체를 구비하는 배기 가스 처리 장치로서,
상기 허니컴 구조체는, 상기 서술한 어느 하나의 허니컴 구조체이며, 상기 제 1 단면이 상기 배기 가스의 도입부에 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치가 제공된다.
본 발명에서는, 고온 하에서 사용해도 파손이 잘 발생하지 않는 허니컴 구조체를 제공하는 것이 가능해진다.
이하, 도면에 의해 본 발명의 형태를 설명한다. 또한, 이하의 기재에 있어서는, 배기 가스 중의 파티큘레이트를 포집하는 디젤 파티큘레이트 필터 (DPF) 로서 사용되는 허니컴 구조체를 예로 들어 본 발명을 설명한다. 단, 본 발명의 허니컴 구조체는, 후술하는 바와 같이, 촉매 담지체로 사용할 수도 있음은 당업자에게는 분명하다.
도 1 에는, 본 발명에 의한 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸다. 또 도 2 에는, 도 1 의 허니컴 구조체의 A-A 단면도를 나타낸다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 허니컴 구조체 (100) 는, 2 개의 단면 (이하, 제 1 단면 (160) 및 제 2 단면 (170) 이라고 한다) 과, 양 단면을 연결하는 외주면 (180) 을 갖는다. 또, 본 발명의 허니컴 구조체 (100) 는, 일체형 세라믹 블록 (150) 과, 이 일체형 세라믹 블록 (150) 의 2 개의 단면 (이하, 일체형 세라믹 블록의 제 1 단면 (159) 및 제 2 단면 (169) 이라고 한다) 을 제외한 외주부 (측면) 에 설치된 코트층 (120) 을 갖는다. 따라서, 허니컴 구조체 (100) 의 외주면 (180) 은 코트층 (120) 으로 구성되어 있다. 또, 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 은, 일체형 세라믹 블록의 제 1 단면 (159) 과, 이것과 동일한 측의 코트층 (120) 의 단면으로 구성된다. 마찬가지로, 허니컴 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 은, 일체형 세라믹 블록의 제 2 단면 (169) 과, 이것과 동일한 측의 코트층 (120) 의 단면으로 구성된다.
도 1, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 일체형 세라믹 블록 (150) 에는, 제 1 단면 (159) 으로부터 제 2 단면 (169) 을 향해 연신되는 다수의 셀 (11) 이 병설되어 있고, 셀 (11) 끼리를 가로막는 셀벽 (13) 이 필터로서 기능하게 되어 있다. 즉, 일체형 세라믹 블록 (150) 에 형성된 셀 (11) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 일체형 세라믹 블록의 제 1 단면 (159) 또는 제 2 단면 (169) 중 어느 하나에 상당하는 측이 밀봉재 (12) 에 의해 막혀 있고, 1 개의 셀 (11) 에 유입된 배기 가스는, 반드시 그 셀 (11) 을 가로막는 어느 하나의 셀벽 (13) 을 통과한 후, 다른 셀 (11) 로부터 배출되게 되어 있다.
또한, 본 발명에서는, 일체형 세라믹 블록 내에 구성된 모든 셀에 있어서, 일방의 단부는 밀봉재에 의해 밀봉되어 있으며, 코트층에 의해 밀봉되어 있는 것이 아님에 유의할 필요가 있다. 바꿔 말하면, 각 셀의 단부는, 일체형 세라믹 블록의 제 1 및 제 2 단면에 의해 구성되며, 코트층 (120) 에 의해 형성되어 있는 것은 아니다.
여기에서 본 발명에서는, 허니컴 구조체 (100) 의 외주면 (180) 을 구성하는 코트층 (120) 에 있어서, 허니컴 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 에서의 두께가, 제 1 단면 (160) 에서의 두께보다 두꺼워져 있는 것에 특징이 있다.
예를 들어, 도 1, 2 의 예에서는, 코트층 (120) 의 두께는, 제 1 단면 (160) 에서의 0.2㎜ 에서 제 2 단면의 1.0㎜ 까지 직선적으로 증가하고 있다. 또한, 이 허니컴 구조체 (100) 에서는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 제 1 단부 (159) 와 평행한 면 (즉 X 축에 수직인 면) 의 최대폭 (도 2 의 경우에는 직경) 은, 제 1 단부 (159) 로부터 제 2 단부 (169) 를 향해 직선적으로 감소하고 있다. 또, 이 최대폭의 변화 경향은, 상기 서술한 코트층 (120) 의 두께 변화의 경향과 상쇄되는 관계에 있고, 결과적으로 허니컴 구조체 (100) 의 외주면 (180) 의 윤곽선은, 허니컴 구조체 (100) 의 길이 방향 (도 2 의 X 축) 에 대해서 평행하게 되어 있다. 또한, 일체형 세라믹 블록 (150) 을 이러한 형상으로 하기 위해, 셀 (11) 은, 일체형 세라믹 블록 (150) 의 제 1 단면 (159) 으로부터 제 2 단면 (169) 을 향해, X 축에 수직인 면의 단면적이 감소하도록 형성되어 있다.
이러한 허니컴 구조체 (100) 에서는, 코트층 (120) 이 제 2 단면 (170) 에서 보다 두꺼워져 있기 때문에, 이 지점에서의 고온 강도가 향상된다. 따라서, 배기 가스 처리 장치에 있어서, 허니컴 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 이 보다 고온이 되는 측 (통상은, 배기 가스의 배출측) 에 배치되도록, 허니컴 구조체 (100) 를 배기 가스 처리 장치 내에 설치함으로써, 허니컴 구조체 (100) 의 고온 특성을 개선하는 것이 가능해져 허니컴 구조체 (100) 사용시의 파손을 유의하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
코트층의 두께가 허니컴 구조체의 강도에 미치는 영향의 일례를 참고로 나타내면, 우리들의 측정에서는, 코트층의 두께가 균일한 경우, 셀벽의 두께가 0.4㎜ 이고, 기공률이 42%, 셀 밀도 200cpsi 의 허니컴 구조체에서는, 코트층의 두께를 0.2㎜ 에서 1㎜ 로 증가시킴으로써, 아이소스태틱 강도가 약 2 배로 증대된다 (7.3MPa 가 14.1MPa 로 증대된다) 는 결과가 얻어진다. 여기에서, 아이소스태틱 강도란, 배기 가스 처리체에 등방적인 정수압 하중을 부하한 경우 파괴가 일어났을 때의 압축 파괴 하중이며, 사단법인 자동차 기술 협회 발행의 자동차 규격인 JASO 규격 M505-87 에 규정되어 있다.
또한, 도 1 및 도 2 의 예에서는, 코트층 (120) 은, 막두께가 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 따라 직선적으로 증가하도록 설치되어 있는데, 코트층 (120) 의 X 축 방향의 두께의 변화 양태는 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 코트층 (120) 은, 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해, 두께가 단순 증가하는 부분과 두께가 일정한 부분의 양방을 가져도 되고, 또는 두께가 단순 증가하는 부분만을 가져도 된다. 예를 들 어, 도 3 에는, 코트층 (120) 의 두께가, 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 「단순 증가」 하는 부분과, 「일정한」 부분을 갖는 허니컴 구조체 (100) 가 나타나 있다. 또, 도 4 및 도 5 에는, 코트층 (120) 의 두께가, 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 비직선적으로 「단순 증가」 하는 부분만을 갖는 허니컴 구조체 (100) 가 나타나 있다.
또한, 도 1 및 도 2 의 예에서는, 허니컴 구조체 (100) 의 길이축 (X 축) 에 수직인 면의 단면적은 실질적으로 일정한데, 허니컴 구조체 (100) 의 형상은 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 허니컴 구조체 (100) 의 길이축에 수직인 면의 단면적은, 제 1 단부 (160) 로부터 제 2 단부 (170) 를 따라 증대 또는 감소해도 된다. 예를 들어, 길이축에 수직인 면의 단면적이 일정한 일체화 세라믹 블록 (150) 을 이용하고, 이 측면에, 제 1 단부 (159) 로부터 제 2 단부 (169) 까지 두께가 「단순 증가」 하는 코트층 (120) 을 설치한 경우, 허니컴 구조체 (100) 의 길이축에 수직인 면의 단면적은, 제 1 단부 (160) 로부터 제 2 단부 (170) 를 따라 단순 증가한다.
즉, 본 발명에 있어서 중요한 것은, 코트층 (120) 이, 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 에 비해 제 2 단면 (170) 측에서 보다 두껍게 형성되어 있는 것이고, 이 특징이 유지되는 한, 허니컴 구조체 및/또는 일체형 세라믹 자체의 형상은 그다지 중요하지 않다는 것에 유의할 필요가 있다. 또한, 도 3 내지 도 5 에서는, 코트층 (120) 과 일체형 세라믹 블록 (150) 의 경계를 명확하게 하기 위 해, 코트층 (120) 이 사선으로 나타나 있다.
이러한 본 발명에 의한 허니컴 구조체는, 예를 들어 차량의 배기 가스 처리 장치에 이용할 수 있다.
도 6 에는, 본 발명에 의한 허니컴 구조체 (100) 가 장착된 배기 가스 처리 장치 (70) 의 일례를 모식적으로 나타낸다. 도면에 있어서, 허니컴 구조체 (100) 는, 셀 (11) 의 일방의 단부가 밀봉된 DPF 로서 사용되고 있다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스 처리 장치 (70) 는, 주로 허니컴 구조체 (100), 허니컴 구조체 (100) 를 수용하는 금속제 케이싱 (71), 및 허니컴 구조체 (100) 와 케이싱 (71) 사이에 배치되고, 허니컴 구조체 (100) 를 적절한 위치 에 유지하는 유지 시일재 (72) 로 구성된다. 또, 배기 가스 처리 장치 (70) 의 일방의 단부 (도입부) 에는, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스를 도입하기 위한 도입관 (74) 이 접속되어 있고, 배기 가스 처리 장치 (70) 의 타방의 단부 (배출부) 에는, 배기 가스를 배출하기 위한 배출관 (75) 이 접속되어 있다. 도면에 있어서 화살표는, 배기 가스의 흐름을 나타내고 있다.
본 발명에서는, 허니컴 구조체 (100) 의 제 1 단면 (160) 이, 배기 가스 처리 장치 (70) 의 배기 가스 도입측이 되도록 하여 케이싱 (71) 내에 설치되어 있다. 따라서, 엔진 등의 내연 기관으로부터 배출된 배기 가스는, 도입관 (74) 을 통과하여 케이싱 (71) 내에 도입되고, 도입관 (74) 과 인접하는 허니컴 구조체의 제 1 단면 (160) 측이 개방된 셀 (11) 로부터 허니컴 구조체 (100) 에 유입된다. 허니컴 구조체 (100) 에 유입된 배기 가스는, 셀벽 (13) 을 통과하고, 이 셀벽 (13) 에서 파티큘레이트가 포집되어 정화된 후, 허니컴 구조체의 제 2 단면 (170) 측이 개방된 셀 (11) 을 통과하여 배기 가스 처리 장치로부터 배출되고, 최종적으로 배출관 (75) 을 통과하여 외부로 배출된다. 이와 관련하여, 허니컴 구조체 (100) 가 촉매 담지체로서 사용되는 경우에는, 배기 가스가 촉매 담지체의 셀벽 (13) 을 통과할 때, CO, HC 및 NOx 등 배기 가스 중의 유해한 성분이 제거되어 배기 가스가 정화된다.
여기에서, 본 발명에 의한 배기 가스 처리 장치 (70) 는, 온도가 보다 고온이 되는 배기 가스의 배출측, 즉, 허니컴 구조체 (100) 의 제 2 단면 (170) 에 있어서, 코트층 (120) 의 두께가 보다 두꺼워지도록 구성되어 있다. 따라서, 허니컴 구조체 (100) 는, 코트층의 두께가 일정한 종래의 허니컴 구조체에 비해, 제 2 단면 (170) 에 있어서 보다 높은 강도를 가지며, 제 2 단면 (170) 근방의 온도가 고온이 되어도, 허니컴 구조체 (100) 에 파손이 잘 발생하지 않는다는 특징을 갖는다.
도 7 은, 일반적인 (즉, 코트층이 길이 방향에 대해서 일정한 두께를 갖는다) 허니컴 구조체를 갖는 배기 가스 처리 장치를 재생 처리했을 때의 허니컴 구조체의 온도 변화를 나타낸 것이다. 도면에 있어서, 가는 곡선은, 허니컴 구조체의 입구측 근방 (입구 단면으로부터 길이 방향으로 13㎜ 들어간 면의 대략 중앙부) 의 온도 변화에 대응하고, 굵은 곡선은, 허니컴 구조체의 출구측 근방 (출구 단면으로부터 길이 방향으로 13㎜ 들어간 면의 대략 중앙부) 의 온도 변화에 대응하고 있다. 이 도면과 같이, 허니컴 구조체의 재생 처리시에는, 허니컴 구조체의 출 구측의 온도가 900℃ 를 초과하여 매우 고온이 되는 경우가 있다. 그러나, 본 발명에 의한 허니컴 구조체에서는, 이러한 재생 처리시에도, 출구측 근방에서 파손이 잘 발생하지 않게 된다는 특징을 갖는다.
이상의 설명에서는, 일체 성형에 의해 제조된 일체형 세라믹 블록 (150) 을 이용하여 구성되는 허니컴 구조체 (100) 를 예로 들어 본 발명의 특징을 설명하였다. 그러나, 본 발명은, 이것과는 다른 형식의, 예를 들어 접착재로 이루어지는 접착층 (210) 을 개재시켜 복수의 다공질 허니컴 유닛 (230) 을 접합한 세라믹 블록 (250) 에 의해 구성되는 허니컴 구조체 (200) 에도 적용하는 것이 가능하다.
도 8 에는, 그와 같이 구성된 허니컴 구조체의 일례를 나타낸다. 또, 도 9 에는, 세라믹 블록을 구성하는 다공질 허니컴 유닛의 일례를 나타낸다. 또한 이하, 상기 서술한 도 1 및 도 2 에 나타내는 허니컴 구조체를 「일체형 허니컴 구조체」 로 칭하고, 도 8 과 같은, 접착층 (210) 을 개재시켜 복수의 다공질 허니컴 유닛 (230) 을 접합함으로써 구성되는 형식의 허니컴 구조체를 「접합형 허니컴 구조체」 로 칭한다.
도 8 에 나타내는 바와 같이, 접합형 허니컴 구조체 (200) 는, 서로 실질적으로 평행한 제 1 단부 (260) 및 제 2 단부 (270) 와, 양 단면을 연결하는 외주면 (280) 을 갖는다. 또, 접합형 허니컴 구조체 (200) 는, 세라믹 블록 (250) 과, 그 세라믹 블록 (250) 의 측면에 설치된 코트층 (220) 을 갖는다.
코트층 (220) 은, 세라믹 블록 (250) 의 양 단면을 제외한 측면에 설치되고, 접합형 허니컴 구조체 (200) 의 외주면 (280) 을 형성하고 있다. 여기에서, 코 트층 (220) 은, 접합형 허니컴 구조체 (200) 의 제 2 단면 (270) 측의 두께가, 제 1 단면 (260) 측보다 두꺼워지도록 설치되어 있다.
세라믹 블록 (250) 은, 허니컴 구조체 (200) 의 상기 제 1 및 제 2 단면 (260, 270) 에 대응하는 위치에, 각각 제 1 단부 (259) 및 제 2 단부 (269) 를 갖는다. 또, 세라믹 블록 (250) 은, 예를 들어 도 9 에 나타내는 사각 기둥 형상의 다공질 허니컴 유닛 (230) 을, 접착층 (210) 을 개재시켜 복수개 (도 8 의 예에서는, 종횡 4 열씩 16 개) 접합시키고, 또한 절단 또는 연마 등의 기계 가공 등에 의해 외주부를 소정의 형상으로 성형함으로써 구성된다. 도 9 에 나타내는 바와 같이, 다공질 허니컴 유닛 (230) 은, 중심축 (X 축) 을 따라 병설된 다수의 셀 (21) 을 가지며, 셀 (21) 끼리를 가로막는 셀벽 (23) 이 필터로서 기능한다. 그 때문에, 상기 서술한 일체형 세라믹 블록 (150) 과 마찬가지로, 셀 (21) 은 어느 일방의 단부가 밀봉재 (22) 에 의해 막혀 있다.
도 8 및 9 의 예에서는, 세라믹 블록 (250) 을 구성하는 각 다공질 허니컴 유닛 (230) 은, 길이 방향 (도 9 의 X 축) 에 대해서 평행한 측면을 갖는다. 또 코트층 (220) 은, 세라믹 블록의 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 두께가 단순 증가하고 있다. 이 때문에, 완성 후의 접합형 허니컴 구조체 (200) 는, X 축에 수직인 면의 단면적이 제 1 단부 (260) 로부터 제 2 단부 (270) 를 따라 단순 증가하는 외주면 형상을 갖는다.
단, 접합형 허니컴 구조체의 외주 형상은, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 접합형 허니컴 구조체는, 상기 서술한 일체형 허니컴 구조체 (100) 와 같이, 윤곽선이 길이 방향으로 평행한 외주면 (280) 을 가져도 된다. 이 경우, 코트층 (220) 의 두께 변화 경향을 상쇄하도록, 세라믹 블록의 측면을 형성할 필요가 있다. 그러한 세라믹 블록은, 길이 방향에 수직인 면의 단면적이, 일방의 단부로부터 타방의 단부를 향해 감소하는 형상을 갖는 다공질 허니컴 유닛을 복수개 조합함으로써 제조할 수 있다.
상기 서술한 일체형 세라믹 블록 (150), 및 세라믹 블록 (250) 을 구성하는 다공질 허니컴 유닛 (230) (이하, 이들을 모두 「세라믹 구성재」 라고 한다) 은, 예를 들어 질화 알루미늄, 질화 규소, 질화 붕소, 질화 티탄 등의 질화물 세라믹, 탄화 규소, 탄화 지르코늄, 탄화 티탄, 탄화 탄탈, 탄화 텅스텐 등의 탄화물 세라믹, 알루미나, 지르코니아, 코디에라이트, 멀라이트, 실리카, 티탄산 알루미늄 등의 산화물 세라믹 등으로 구성된다. 또 「세라믹 구성재」 는, 금속 규소와 탄화 규소의 복합재 등 2 종류 이상의 재료로 구성되어도 된다. 금속 규소와 탄화 규소의 복합재를 이용하는 경우에는, 금속 규소를 전체의 0∼45 중량% 가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다.
다공질 허니컴 유닛의 경우, 상기 세라믹 재료 중에서는, 내열성이 높고, 기계적 특성이 우수하고, 또한 열전도성이 양호한 탄화 규소질 세라믹이 바람직하다. 또한, 탄화 규소질 세라믹이란, 탄화 규소가 60 중량% 이상 함유되는 재료를 말한다. 일체형 세라믹 블록의 경우, 내열 충격성이 높고, 열팽창 계수가 작은 코디에라이트, 티탄산 알루미늄이 바람직하다.
「세라믹 구성재」 의 셀벽 (13, 23) 과 밀봉재 (12, 22) 는, 실질적으로 동 일한 재료로 구성되고, 실질적으로 동일한 기공률을 갖는 것이 바람직하다. 이에 의해, 양자의 밀착 강도를 높일 수 있음과 함께, 셀벽 (13, 23) 의 열팽창률과 밀봉재 (12, 22) 의 열팽창률 사이의 정합을 도모할 수 있고, 제조시나 사용시의 응력에 의해, 밀봉재 (12, 22) 와 셀벽 (13, 23) 사이에 크랙 또는 간극이 생기는 것을 방지할 수 있다.
밀봉재 (12, 22) 의 셀 길이 방향의 길이는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 1∼20㎜ 인 것이 바람직하고, 3∼10㎜ 인 것이 보다 바람직하다.
셀벽 (13, 23) 의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 강도 면에서 바람직한 하한은 0.1∼0.2㎜ 이고, 압력 손실 면에서 바람직한 상한은 0.6㎜ 이다. 또한, 셀벽 (13, 23) 의 두께는, 셀의 길이 방향을 따라 반드시 일정할 필요는 없다. 예를 들어, 도 2 에 나타낸 측면 형상을 갖는 일체형 세라믹 블록 (150) 에 있어서, 적어도 일부의 셀벽 (13) (특히 외주에 가까운 측의 셀벽) 의 두께는, 도 2 와는 달리, 제 1 단면 (160) 으로부터 제 2 단면 (170) 을 향해 서서히 감소해도 된다. 마찬가지로, 다공질 허니컴 유닛에 대해서도, 그 다공질 허니컴 유닛이, 일방의 단면으로부터 타방의 단면을 향해, 길이 방향에 대해서 수직인 면의 단면적이 서서히 감소하는 측면 형상을 갖는 경우, 적어도 일부의 셀벽 (23) (특히 외주에 가까운 측의 셀벽) 의 두께는, 일방의 단면으로부터 타방의 단면을 향해 서서히 감소해도 된다.
본 발명의 허니컴 구조체 (100, 200) 에 있어서, 코트층 (220) 은 어떠한 재료로 구성되어도 된다. 예를 들어, 무기 바인더와 유기 바인더와 무기 섬유 및 /또는 무기 입자로 이루어지는 것을 사용할 수 있다.
상기 무기 바인더로는, 예를 들어 실리카 졸, 알루미나 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상의 것을 혼합하여 사용해도 된다. 상기 무기 바인더 중에서는 실리카 졸이 바람직하다.
상기 유기 바인더로는, 예를 들어 폴리비닐알코올, 메틸셀룰로오스, 에틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스 등을 사용할 수 있고, 이들은 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상의 것을 혼합하여 사용해도 된다. 상기 유기 바인더 중에서는, 카르복시메틸셀룰로오스가 바람직하다.
상기 무기 섬유로는, 예를 들어 실리카-알루미나, 멀라이트, 알루미나, 실리카 등의 세라믹 화이버를 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상의 것을 혼합하여 사용해도 된다. 상기 무기 섬유 중에서는, 실리카-알루미나 화이버가 바람직하다.
상기 무기 입자로는, 예를 들어 탄화물, 질화물 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는, 탄화 규소, 질화 규소, 질화 비소 등으로 이루어지는 무기 분말 또는 위스커 등을 사용할 수 있다. 이들은, 단독으로 사용해도 되고, 2 종류 이상의 것을 혼합하여 사용해도 된다. 상기 무기 입자 중에서는, 열전도성이 우수한 탄화 규소가 바람직하다.
또한, 통상의 경우, 코트층 (220) 은, 상기 성분을 함유하는 페이스트액을 원료로서 조제하고, 이것을 소정의 지점에 설치한 후, 건조시킴으로써 형성된다. 원료가 되는 페이스트액에는, 필요에 따라 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미 소 중공구체인 벌룬이나, 구상 아크릴 입자, 그라파이트 등의 조공제 (造孔劑) 를 첨가해도 된다.
본 발명의 접합형 허니컴 구조체 (200) 에 있어서, 접착층 (210) 은, 코트층 (220) 과 동일한 재료이어도 되고, 상이한 재료이어도 된다.
본 발명의 허니컴 구조체 (100, 200) 에 있어서, 제 1 단면 (160, 260) (또는 제 2 단면 (170, 270)) 과 평행한 면의 단면 형상은 어떠한 형상이어도 된다. 예를 들어, 허니컴 구조체의 단면 형상은, 도 1, 도 8 에 나타내는 원형 외에, 타원형 또는 다각형이어도 된다. 다각형상인 경우에는, 각 정점부가 모따기되어 있어도 된다.
또, 허니컴 구조체의 제 1 단면측으로부터 보았을 때의 셀 (11, 21) 의 형상은 어떠한 형상이어도 되고, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 삼각형, 육각형 또는 팔각형이다. 또한, 각 셀의 상기 형상은 모두 동일한 형상일 필요는 없고, 서로 상이한 형상이어도 된다.
도 10 에는, 제 1 및 제 2 단면 (161, 171) 과, 양자를 연결하는 외주면 (181) 을 갖는, 도 1 과는 다른 일체형 허니컴 구조체 (101) 의 일례를 나타낸다. 또, 도 11 및 도 12 에는, 접합형 허니컴 구조체를 구성하는, 도 9 와는 다른 다공질 허니컴 유닛을, 일방의 단면측으로부터 본 도면을 나타낸다. 도 10 의 예에서는, 일체형 세라믹 블록 (151) 은, 2 종류의 셀, 즉 팔각형과 사각형의 단면 형상의 셀 (11a, 11b) 을 구비하고 있다. 또, 사각형 셀 (11b) 은 허니컴 구조체 (101) 의 제 1 단면 (161) 측에서 밀봉되어 있고, 팔각형 셀 (11a) 은 허니컴 구조체 (101) 의 제 2 단면 (171) 측에서 밀봉되어 있다. 마찬가지로, 도 11 의 다공질 허니컴 유닛 (231) 은, 단면 형상이 팔각형과 사각형인 셀 (21a, 21b) 을 가지며, 도 12 의 다공질 허니컴 유닛 (232) 은, 단면 형상이 또 다른 팔각형과 사각형인 셀 (21c, 21d) 을 갖는다. 이들 셀 구성 배치에서는, 셀벽의 두께는, 축방향에 수직인 단면에서 본 경우, 모든 셀 (11, 21) 이 동일한 셀 단면 치수를 갖는 허니컴 구조체 (예를 들어, 도 1 및 도 8) 의 셀벽에 비해 상대적으로 벽량이 저하되는 경향이 있다. 따라서, 특히, 허니컴 구조체의 제 2 단면측에서는, 강도가 보다 저하되는 경향이 있다. 그러나, 본 발명에서는, 상기 서술한 코트층의 효과에 의해, 이러한 허니컴 구조체의 경우에도, 출구측 단부에서의 사용시의 파손이 억제된다는 특징이 얻어진다.
(일체형 허니컴 구조체의 제조 방법)
이하, 도 1 및 도 2 에 나타낸 일체형 허니컴 구조체 (100) 의 제조 방법의 일례에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 서술한 세라믹 재료를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 사용하여 압출 성형을 실시하고, 일체형 세라믹 블록의 성형체를 제조한다. 다음으로, 압출 성형된 성형체를, 마이크로 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 건조체로 한다.
여기에서, 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해, 길이 방향에 수직인 면의 단면적이 감소하는 측면을 갖는 일체형 세라믹 블록을 제조하기 위해 성형체를 제조할 때에는, 이하의 어느 하나의 방법을 채용하는 것이 바람직하다.
1) 성형체의 압출 성형시의 속도를 점증 또는 점감시킨다. 압출 속도를 빠르게 함으로써, 길이 방향에 대해서 수직인 면의 단면적을 저하시킬 수 있고, 반대로 압출 속도를 저하시킴으로써, 길이 방향에 대해서 수직인 면의 단면적을 증가시킬 수 있다.
2) 성형체의 건조 공정에 있어서, 길이 방향에 있어서의 건조 속도를 변화시킨다. 건조 속도가 높아 빠르게 건조되는 지점일수록, 성형체의 수축률이 커져 길이 방향에 대해서 수직인 면의 단면적이 감소하기 때문에, 이 수축성의 차이를 이용하여 성형체의 길이 방향에 수직인 면의 단면적을 변화시킬 수 있다.
또한, 원료 페이스트는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 제조 후의 일체형 세라믹 블록의 기공률이 40∼75% 가 되는 것이 바람직하고, 예를 들어 상기 서술한 세라믹으로 이루어지는 분말에, 바인더 및 분산 용매 등을 첨가한 것이어도 된다. 세라믹 분말의 입경은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 0.3∼50㎛ 의 평균 입경을 갖는 분말 100 중량부와, 0.1∼1.0㎛ 의 평균 입경을 갖는 분말 5∼65 중량부를 조합한 것이 바람직하다.
상기 바인더로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 히드록시에틸셀룰로오스, 폴리에틸렌글리콜 등을 사용할 수 있다. 상기 바인더의 배합량은, 통상 세라믹 분말 100 중량부에 대해서 1∼10 중량부인 것이 바람직하다.
상기 분산 용매로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 벤젠 등의 유기 용매, 메탄올 등의 알코올, 물 등이 사용된다. 분산 용매는, 원료 페이스 트의 점도가 소정 범위 내가 되도록 적당량 배합된다.
이들 세라믹 분말, 바인더 및 분산 용매는, 아트라이터 등으로 혼합하고, 니더 등으로 충분히 혼련한 후, 압출 성형된다.
또, 상기 원료 페이스트에는, 필요에 따라 성형 보조제를 첨가해도 된다. 성형 보조제로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 에틸렌글리콜, 덱스트린, 지방산, 지방산 비누, 폴리비닐알코올 등이 사용된다. 또 상기 원료 페이스트에는, 필요에 따라 산화물계 세라믹을 성분으로 하는 미소 중공구체인 벌룬이나, 구상 아크릴 입자, 그라파이트 등의 조공제를 첨가해도 된다.
건조 공정 후, 얻어진 건조체의 양 단면에 있어서, 소정의 셀 단부에 밀봉재 페이스트를 충전하여 각 셀의 어느 일방의 단부를 막는다.
상기 밀봉재 페이스트로는 이것에 한정되는 것은 아니지만, 후공정을 거쳐 형성되는 밀봉재의 기공률이 30∼75% 가 되는 것이 바람직하고, 예를 들어 상기 서술한 원료 페이스트와 동일한 것을 사용해도 된다.
다음으로, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 건조체에 대해서, 소정의 조건에서 탈지 처리 (예를 들어 200∼500℃) 및 소성 (예를 들어 1400∼2300℃) 처리를 실시함으로써, 일체형 세라믹 블록이 얻어진다. 상기 건조체의 탈지 및 소성 조건은, 종래의 허니컴 구조체를 제조할 때 사용되는 것을 적용할 수 있다.
다음으로, 일체형 세라믹 블록의 외주면에, 코트층용 페이스트 (상기 원료 페이스트, 상기 밀봉재 페이스트 또는 다른 원료 페이스트이어도 된다) 를 도포하여 건조, 고착시킴으로써 코트층을 형성한다. 여기에서, 코트층용 페이스트는, 그 페이스트 도포 후, 일체형 세라믹 블록의 측면이 길이 방향과 실질적으로 평행해지도록 도포된다.
그 후, 코트층을 건조 고화시킴으로써, 제 2 단면의 코트층의 두께가 제 1 단면의 코트층에 비해 두꺼워져 있는 일체형 허니컴 구조체를 제조할 수 있다.
또한, 이상의 제조 방법은 일례로서, 다른 방법에 의해 일체형 허니컴 구조체를 제조하는 것도 가능함은 당업자에게는 분명하다. 예를 들어, 일체형 세라믹 블록의 각 셀의 단부의 밀봉 처리와, 일체형 세라믹 블록의 성형체의 소성 처리의 순서를 반대로 해도 된다.
(접합형 허니컴 구조체의 제조 방법)
다음으로, 도 8 에 나타낸 접합형 허니컴 구조체 (200) 의 제조예에 대해 설명한다.
먼저, 상기 서술한 세라믹 재료를 주성분으로 하는 원료 페이스트를 이용하여 압출 성형을 실시하고, 예를 들어 사각 기둥 형상의 세라믹 유닛 성형체를 제조한다.
다음으로, 압출 성형된 세라믹 유닛 성형체를, 마이크로 건조기, 열풍 건조기, 유전 건조기, 감압 건조기, 진공 건조기, 동결 건조기 등을 이용하여 건조시켜 세라믹 유닛 건조체로 한다. 다음으로, 세라믹 유닛 건조체의 소정의 셀 단부에, 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 각 셀의 어느 일방의 단부를 막는다.
다음으로, 상기 밀봉재 페이스트가 충전된 세라믹 유닛 건조체에 대해서, 소정의 조건에서 탈지 처리 (예를 들어 200∼500℃) 및 소성 (예를 들어 1400∼2300 ℃) 처리를 실시함으로써, 예를 들어 사각 기둥 형상의 다공질 허니컴 유닛을 제조할 수 있다.
다음으로, 다공질 허니컴 유닛의 측면에, 나중에 접착층이 되는 접착층용 페이스트를 균일한 두께로 도포한 후, 이 접착층용 페이스트를 개재시켜 순차로 다른 다공질 허니컴 유닛을 적층한다. 이 공정을 반복하여 원하는 치수의 (예를 들어, 다공질 허니컴 유닛이 종횡 4 개씩 배열된) 세라믹 블록을 제조한다. 또한 상기 접착층용 페이스트에는, 상기 서술한 원료 페이스트 또는 밀봉재 페이스트를 사용해도 된다.
다음으로 이 세라믹 블록을 가열하고, 접착층용 페이스트를 건조, 고정화시켜 접착층을 형성시킴과 함께, 각 다공질 허니컴 유닛끼리를 고착시킨다.
다음으로 다이아몬드 커터 등을 이용하여, 세라믹 블록을, 예를 들어 원주 형상으로 절단 가공하고, 외주가 축방향을 따라 평행한 세라믹 블록을 제조한다.
다음으로, 세라믹 블록 (250) 의 외주면에, 코트층용 페이스트 (상기 접착재 페이스트 또는 다른 원료 페이스트이어도 된다) 를 균일하게 도포하고, 이것을 건조, 고착시킴으로써 코트층을 형성한다.
코트층이 건조 고화된 후, 제 2 단면의 코트층의 두께가 제 1 단면의 코트층에 비해 두꺼워지도록, 길이축 방향을 따라 코트층을 연마한다. 또는, 미리 제 2 단부에서의 코트층용 페이스트의 두께를, 제 1 단부에서의 두께보다 두껍게 설치해 두고, 이것을 건조, 고착시킴으로써, 제 2 단면에서의 두께가 보다 두꺼운 코트층을 형성해도 된다. 이러한 공정을 거쳐, 본 발명에 의한 일체형 허니컴 구조 체를 제조할 수 있다.
또, 복수의 상이한 형상의 다공질 허니컴 유닛을 제조하고, 이들을 접착층용 페이스트를 개재시켜 적층하여 세라믹 블록으로 해도 된다. 이 경우, 외주의 절단 가공을 생략할 수 있다.
(촉매 담지체의 제조 방법)
또한, 상기 서술한 기재에서는 허니컴 구조체 (100, 200) 를 DPF 로서 사용하는 경우를 예로서 나타냈지만, 허니컴 구조체는, 배기 가스에 함유되는 CO, HC 및 NOx 등을 정화하기 위한 촉매 담지체로서 사용할 수도 있다. 그래서, 이하, 본 발명의 허니컴 구조체를 이용하여 촉매 담지체를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
본 발명의 허니컴 구조체를 촉매 담지체로서 사용하는 경우, 상기 서술한 셀 단부의 밀봉 처리 대신에, 셀벽에 대한 귀금속 등의 촉매를 설치하는 처리가 실시된다.
먼저 처음으로, 셀벽에 촉매 담지층이 설치된다. 촉매 담지층으로는, 예를 들어 알루미나, 티타니아, 지르코니아, 실리카, 세리아 등의 산화물 세라믹을 들 수 있다. 또, 셀벽에 알루미나 촉매 담지층을 형성하는 방법으로는, 예를 들어 허니컴 구조체를 알루미나 분말을 함유하는 용액 중에 침지시키고, 들어 올린 후, 이것을 가열하는 방법이 있다. 그 후, 추가로 Ce(NO3)3 등의 용액 중에 허니컴 구조체를 침지시키고, 촉매 담지층 중에 희토류 원소를 함침시켜도 된다.
다음으로, 촉매 담지층에 촉매가 설치된다. 촉매 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 백금, 팔라듐, 로듐 등의 귀금속을 들 수 있다. 또 알칼리 금속, 알칼리 토금속, 희토류 원소, 전이 금속 등을 함유한 화합물을 담지시켜도 된다. 백금 촉매를 설치하는 방법으로는, 예를 들어 촉매 담지층이 설치된 「세라믹 구성재」 를 디니트로디암민 백금 질산 용액 ([Pt(NH3)2(NO2)2]HNO3) 등에 함침시키고, 가열하는 방법 등이 이용된다.
또한 일체형 허니컴 구조체 (100) 의 경우에는, 일체형 세라믹 블록 (150) 이 제조되고 나서, 상기 공정에 의해 촉매가 설치된다. 한편, 접합형 허니컴 구조체 (200) 의 경우, 촉매의 설치는, 다공질 허니컴 유닛 (230) 이 제조된 후이면, 어느 단계에서 실시되어도 상관없음에 주의할 필요가 있다.
이하, 실시예에 의해 본 발명의 효과를 상세하게 설명한다.
실시예 1
[접합형 허니컴 구조체의 제조]
먼저, γ 알루미나 입자 (평균 입경 2㎛) 40 중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10㎛, 평균 섬유 길이 100㎛, 어스펙트비 10) 10 중량%, 실리카 졸 (고체 농도 30 중량%) 50 중량% 를 혼합하고, 얻어진 혼합물 100 중량부에 대해서 유기 바인더로서 메틸셀룰로오스 6 중량부, 가소제 및 윤활제를 소량 첨가하고 추가로 혼합·혼련하여 혼합 조성물을 얻었다. 다음으로, 이 혼합 조성물을 압출 성형기에 의해 압출 성형을 실시하여 가공하지 않은 성형체를 얻었다.
다음으로, 마이크로파 건조기 및 열풍 건조기를 이용하여 가공하지 않은 성형체를 충분히 건조시키고, 400℃ 에서 2 시간 유지하여 탈지하였다. 그 후, 800℃ 에서 2 시간 유지하여 소성을 실시하고, 셀 단면 형상이 대략 정사각형이고, 셀 밀도가 93 개/㎠ (600cpsi), 벽두께가 0.2㎜ 인 각기둥 형상 (34.3㎜×34.3㎜×150㎜) 의 허니컴 유닛을 얻었다.
다음으로, γ 알루미나 입자 (평균 입경 2㎛) 29 중량%, 실리카-알루미나 섬유 (평균 섬유 직경 10㎛, 평균 섬유 길이 100㎛) 7 중량%, 실리카 졸 (고체 농도 30 중량%) 34 중량%, 카르복시메틸셀룰로오스 5 중량% 및 물 25 중량% 를 혼합하여 밀봉재 페이스트를 조제하였다. 허니컴 유닛의 소정의 셀 단부에, 이 밀봉재 페이스트를 소정량 충전하여 각 셀의 어느 일방의 단부를 막았다.
다음으로, 상기 서술한 밀봉재 페이스트와 동일한 조성의 접착층용 페이스트를 이용하여 허니컴 유닛끼리를 접합시켰다. 접착층의 두께는 약 1㎜ 로 하였다. 이와 같이 하여, 종횡으로 허니컴 유닛이 4 열씩 접합된 세라믹 블록을 제조하였다.
다음으로, 다이아몬드 커터를 이용하여, 이 세라믹 블록이 원통 형상이 되도록 절단하였다. 얻어진 세라믹 블록의 제 1 및 제 2 단면은, 직경이 약 142.8㎜ 인 원이었다.
다음으로, 외주면에 코트층을 형성하기 위해, 상기 서술한 접착층용 페이스트를, 상기 세라믹 블록의 측표면 (즉 절단면) 에 도포하였다. 여기에서, 접착층용 페이스트는, 제 1 단면 (두께 0.2㎜) 으로부터 제 2 단면 (두께 1.0㎜) 까지 두께가 서서히 증가하도록 도포하였다. 다음으로, 이것을 120℃ 에서 건조시킨 후, 700℃ 에서 2 시간 유지하고, 접착층 및 외주 코트층의 탈지를 실시하여, 코트층의 두께가 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 따라 서서히 증가하는 허니컴 구조체를 얻었다. 허니컴 구조체의 전체 길이는 150㎜ 이었다.
[재생 시험]
상기 서술한 바와 같이 제조한 허니컴 구조체를 이용하여 배기 가스 처리 장치를 구성하고, 재생 시험을 실시하였다. 배기 가스 처리 장치는, 허니컴 구조체의 외주에 무기 섬유 매트 (두께 6㎜) 를 감고, 이것을 금속 케이싱 (내경 150㎜×길이 190㎜) 내에 설치하여 구성하였다. 또한, 허니컴 구조체는, 제 1 단면이 배기 가스 처리 장치의 입구측에 상당하도록 하여 장치 내에 장착하였다.
재생 시험은, 엔진 (2 리터 직접 분사 엔진) 의 배기관의 유입측에 배기 가스 처리 장치를 설치하여 이하와 같이 실시하였다. 먼저, 엔진을 회전수 2000rpm, 토크 100Nm 의 조건에서 9 시간 운전시키고, 허니컴 구조체에 약 18.8g/L 의 매연을 포집시켰다. 다음으로, 허니컴 구조체에 포획된 매연을 연소시키기 위해, 엔진의 운전을 포스트인젝션 방식으로 전환하고, 포스트인젝션 개시부터 1 분 후에, 허니컴 구조체의 입구 온도가 약 600℃ 가 되는 조건에서 운전하였다. 매연을 연소시킨 후, 엔진을 정지하여 배기 가스 처리 장치로부터 허니컴 구조체를 회수하고, 허니컴 구조체의 파손 상황을 확인하였다.
시험 후, 허니컴 구조체의 제 2 단면 근방에는, 파손은 발생하지 않았다.
비교예 1
실시예 1 의 경우와 동일한 방법에 의해, 접합형 허니컴 구조체를 제조하여 배기 가스 처리 장치를 구성하였다. 단, 이 비교예 1 에서는, 외주면의 코트층의 두께는, 허니컴 구조체의 길이 방향에 대하여 거의 일정하며, 0.2㎜ 이었다.
실시예 1 의 경우와 동일한 방법에 의해, 이 허니컴 구조체를 장착한 배기 가스 처리 장치를 이용하여 재생 시험을 실시하였다. 시험 후, 허니컴 구조체의 제 2 단면 근방에 파손이 발생한 것이 확인되었다.
도 1 은 본 발명의 일체형 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 허니컴 구조체의 A-A 선에서의 단면도이다.
도 3 은 본 발명에 의한 다른 허니컴 구조체의 측면도의 일례이다.
도 4 는 본 발명에 의한 또 다른 허니컴 구조체의 측면도의 일례이다.
도 5 는 본 발명에 의한 또 다른 허니컴 구조체의 측면도의 일례이다.
도 6 은 본 발명의 허니컴 구조체가 설치된 배기 가스 처리 장치의 일례를 모식적으로 나타낸 단면도이다.
도 7 은 일반적인 허니컴 구조체의 재생 처리시의 입구측 및 출구측에 있어서의 온도 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8 은 본 발명의 접합형 허니컴 구조체의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 9 는 본 발명의 접합형 허니컴 구조체를 구성하는 다공질 허니컴 유닛의 일례를 모식적으로 나타낸 사시도이다.
도 10 은 2 종류의 단면 형상의 셀을 갖는 일체형 허니컴 구조체를 나타내는 도면이다.
도 11 은 2 종류의 단면 형상의 셀을 갖는 다공질 허니컴 유닛을, 일방의 단면측으로부터 본 도면이다.
도 12 는 2 종류의 단면 형상의 셀을 갖는 다른 다공질 허니컴 유닛을, 일방 의 단면측으로부터 본 도면이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11, 21 : 셀
12, 22 : 밀봉재
13, 23 : 셀벽
70 : 배기 가스 처리 장치
71 : 케이싱
72 : 유지 시일재
74 : 도입관
75 : 배출관
100, 101, 200 : 허니컴 구조체
120, 121, 220 : 코트층
150, 151 : 일체형 세라믹 블록
159, 259 : 세라믹 블록의 제 1 단면
160, 260 : 허니컴 구조체의 제 1 단면
169, 269 : 세라믹 블록의 제 2 단면
170, 270 : 허니컴 구조체의 제 2 단면
180, 181, 280 : 외주면
210 : 접착층
230, 231, 232 : 다공질 허니컴 유닛
250 : 세라믹 블록

Claims (13)

  1. 서로 대략 평행한 제 1 및 제 2 단면과, 양방의 단면을 연결하는 외주면을 가지며,
    격벽을 개재시켜 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 관통하는 복수의 관통 셀을 갖는 세라믹 블록과, 당해 허니컴 구조체의 외주면을 구성하는 코트층을 적어도 구비하는 허니컴 구조체로서,
    상기 제 2 단면에서의 상기 코트층의 두께는, 상기 제 1 단면에서의 상기 코트층의 두께보다 두꺼운 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 코트층은, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해, 두께가 단순 증가하는 부분을 가지며, 또는 두께가 단순 증가하는 부분과 일정한 부분의 양방을 갖는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코트층은, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해, 두께가 직선적으로 증가하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    본 허니컴 구조체는, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면까지 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이 실질적으로 일정한 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    본 허니컴 구조체는, 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 증대되는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 관통 셀의 적어도 일부는, 상기 제 1 단면과 평행한 면의 단면적이, 상기 제 1 단면으로부터 제 2 단면을 향해 감소하는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 및 제 2 단면은, 모두 원 형상인 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  8. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 셀은, 상기 제 1 단면으로부터 보았을 때, 적어도 2 종류의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  9. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 관통 셀은, 어느 일방의 단부가 밀봉되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  10. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격벽에는, 촉매가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  11. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 격벽의 두께는 0.1㎜∼0.3㎜ 의 범위인 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  12. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 세라믹 블록은, 복수의 기둥 형상의 세라믹 유닛과 그 세라믹 유닛끼리를 접합하는 접착층을 갖는 것을 특징으로 하는 허니컴 구조체.
  13. 배기 가스의 도입부 및 배출부를 가지며, 그 도입부 및 배출부 사이에 설치된 허니컴 구조체를 구비하는 배기 가스 처리 장치로서,
    상기 허니컴 구조체는, 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 허니컴 구조체이며, 상기 제 1 단면이, 상기 배기 가스의 도입부에 대향하도록 설치되는 것을 특징으로 하는 배기 가스 처리 장치.
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