WO2001051173A1 - Structure en nid d'abeilles - Google Patents

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WO2001051173A1
WO2001051173A1 PCT/JP2001/000076 JP0100076W WO0151173A1 WO 2001051173 A1 WO2001051173 A1 WO 2001051173A1 JP 0100076 W JP0100076 W JP 0100076W WO 0151173 A1 WO0151173 A1 WO 0151173A1
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honeycomb
honeycomb structure
cross
segment
bonding layer
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PCT/JP2001/000076
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Takashi Harada
Yukio Miyairi
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Ngk Insulators, Ltd.
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    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Definitions

  • the present invention relates to a honeycomb structure used as a filter for collecting and removing particulate matter discharged in a heat engine such as an internal combustion engine or a combustion device such as a boiler.
  • a partition wall of a flow hole has a filtering ability and a predetermined flow hole is used. It is known to use a honeycomb structure having one end sealed with respect to the other end and the other end sealed with respect to the remaining flow holes.
  • honeycomb structure When such a honeycomb structure is used as a filter for collecting particulate matter in exhaust gas, it is necessary to perform a regeneration process of burning and removing the accumulated carbon fine particles. Since local high temperature is unavoidable, there is a problem that large thermal stress is easily generated and cracks are easily generated.
  • Another measure to reduce thermal stress is to make the temperature distribution in the honeycomb structure uniform.
  • an electric heater is installed between segments to electrically heat parts that are likely to be relatively low in temperature.However, a local temperature gradient increases rather than near the electric heater. There was a problem of generation of thermal stress.
  • the bonding layer between the segments occupies too much of the cross-section in the cross section, resulting in excessive pressure loss of the fluid, deteriorating the engine performance, and excessive heat capacity. There was a problem that it took a long time to raise the temperature and the time required for the regeneration process became longer.
  • the present invention has been made in view of such conventional problems, and has as its object to reduce the generation of thermal stress during use, to have durability without cracking, and to provide a central portion and an outer peripheral portion.
  • An object of the present invention is to provide an eighty-cam structure having a small temperature difference, a small pressure loss of a fluid, a small time required for raising the temperature during the regeneration treatment, and a small energy. Disclosure of the invention
  • the honeycomb structure including two or more honeycomb segments sealing the other end of the sealing and remaining flow holes and a bonding layer for bonding between the two or more honeycomb segments. Young's modulus is not more than 20% of Young's modulus of the honeycomb segment material, or material strength of the bonding layer is smaller than material strength of the honeycomb segment, and at least one of them is satisfied. Is provided.
  • the average surface roughness of a portion occupying at least 30% or more of the surface of the honeycomb segment in contact with the bonding layer is preferably more than Ra 0.4 ⁇ m. It is preferable that the ratio of the total heat capacity of all the bonding layers in the honeycomb structure to the total heat capacity of all the constituting honeycomb segments is 30% or less.
  • the cross section orthogonal to the flow hole is provided.
  • the corners of the honeycomb segment cross-sectional shape are rounded with a radius of curvature of 0.3 mm or more or chamfered to 0.5 mm or more.
  • the ratio of the total cross-sectional area of the bonding layer to the cross-sectional area of the 82-cam structure in a cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure is preferably 17% or less.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the joining layers to the sum of the cross-sectional areas of the partition walls in the cross section of the orthogonal honeycomb structure is preferably 50% or less.
  • the ratio of the cross-sectional area of the joining layer to the cross-sectional area of the partition wall is large in the center and small on the outer peripheral side in the cross section of the honeycomb structure orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure.
  • the material of the honeycomb segment is one selected from the group consisting of cordierite, SiC, SiN, alumina, mullite, and lithium aluminum silicate (LAS) from the viewpoint of strength, heat resistance, and the like.
  • the honeycomb segment carries a catalytic metal, and is used for purifying exhaust gas from a heat engine or a combustion device, or reforming a liquid fuel or a gaseous fuel.
  • the metal having catalytic activity is preferably at least one of Pt, Pd and Rh.
  • the cross-sectional shape of the through-hole of the honeycomb segment is preferably any one of a triangular shape, a square shape, and a hexagonal shape from the viewpoint of manufacturing.
  • FIGS. 1 (a), 1 (b), 1 (c) and 1 (d) are explanatory views showing various division patterns of a honeycomb segment of a honeycomb structure according to the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view showing the cell structure of the honeycomb structure.
  • FIG. 3 is an explanatory sectional view showing an example of the honeycomb structure.
  • FIG. 4 is a partially enlarged view showing a cell structure and a bonding layer of the honeycomb structure.
  • FIG. 5 is a perspective view showing an example of a test piece cut out from the 82 cam structure.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of a four-point bending test. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • 1 (a), 1 (b), 1 (c) and 1 (d) are explanatory views showing various division patterns of a honeycomb segment of a honeycomb structure according to the present invention. .
  • reference numeral 10 denotes a honeycomb structure
  • the honeycomb structure 10 includes two or more honeycomb segments 11 and a portion between the honeycomb segments 11. It consists of a joining layer 12 to be joined.
  • the honeycomb segment 11 has, as shown in FIG. 2, a large number of flow holes 15 penetrating in the axial direction partitioned by partition walls 14.
  • Reference numeral 4 has a filtering ability, and has a configuration in which one end of the predetermined flow hole 15 is sealed and the other end of the remaining flow hole 15 is sealed.
  • the Young's modulus of the material forming the bonding layer 12 is set to 20% or less, more preferably 1% or less of the Young's modulus of the material forming the honeycomb segment 11.
  • the material strength of the bonding layer 12 is smaller than the material strength of the honeycomb segment 11.
  • the Young's modulus of the bonding layer 12 and the Young's modulus of the honeycomb segment 11 indicate the Young's modulus of the material itself, and indicate physical properties inherent to the material.
  • the material strength of the bonding layer is smaller than the material strength of the second cam segment.
  • test piece 20 cut out from the honeycomb structure of the present invention as shown in FIG. 5 is prepared.
  • the test piece 20 is cut so that the length in the direction perpendicular to the flow hole is 40 mm or more and the bonding layer 12 is located at the center.
  • this test piece 20 is subjected to a four-point bending test (according to JISR 1601) as shown in FIG. 6 in the joining layer 12 or at the interface between the joining layer 12 and the honeycomb segment 11.
  • the fact that the probability of fracture is 50% or more is defined as “the material strength of the bonding layer is smaller than the material strength of the honeycomb segment”.
  • the average surface roughness of a portion occupying at least 30% or more of the surface of the honeycomb segment 11 in contact with the bonding layer 12 is Ra 0.4 ⁇ m. It is preferable to exceed. As a result, the bonding between the two or more honeycomb segments 11 becomes stronger, and the possibility of peeling during use can be almost eliminated.
  • the surface roughness Ra is more preferably at least 0.8 micron.
  • the ratio of the total heat capacity of all the bonding layers in the honeycomb structure to the total heat capacity of all the honeycomb segments constituting the honeycomb structure is set to 30% or less, more preferably 15% or less.
  • the corners of the honeycomb segment cross-sectional shape in a cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure are rounded with a radius of curvature of 0.3 mm or more, or 0.5 mm or more.
  • Chamfering is preferable because it can reduce the generation of thermal stress during use and can provide large durability so that cracks do not occur in the honeycomb structure.
  • the ratio of the total cross-sectional area of the bonding layer to the cross-sectional area of the honeycomb structure in a cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure is preferably 17% or less, and more preferably 8% or less. Is more preferable. This will be described with reference to FIG. 3.
  • the total cross-sectional area S s of the bonding layer 12 is the total area of the hatched portion A (cross-sectional portion of the bonding layer 12) in FIG.
  • S that S ZS H is 17% or less is preferable from the viewpoint of reducing the pressure loss of the fluid.
  • the ratio of the sum of the cross-sectional areas of the joining layers to the sum of the cross-sectional areas of the partition walls in the cross section of the honeycomb structure orthogonal to the through holes of the honeycomb structure is preferably 50% or less, and more preferably 24% or less. Is more preferable. This will be described with reference to FIG. 4.
  • the sum of the cross-sectional area (shaded area B) of the bonding layer 12 in the cross section of the honeycomb structure 10 is S s
  • the sum of the cross-sectional area (network part C) of the partition wall 14 is S Assuming that c , S S ZS C is preferably 50% or less from the viewpoint of reducing the pressure loss of the force fluid.
  • the ratio of the bonding layer cross-sectional area to the partition wall cross-sectional area is large at the center and small on the outer peripheral side.
  • the cross-sectional shape of the cross section orthogonal to the flow holes of the honeycomb structure can take various shapes such as a circle, an ellipse, and a race track.
  • the honeycomb segments constituting the honeycomb structure of the present invention include cordierite, SiC, SiN, alumina, mullite, and lithium aluminum silicate (LAS) from the viewpoint of strength, heat resistance, and the like. It is preferable that one kind selected from the group consisting of the following is used as the main crystal phase, and S i C having a high thermal conductivity is particularly preferable in that heat is easily radiated.
  • the cell density of the honeycomb segment is preferably from 6 to 150 cells Z square inch (0.9 to 23 cells / cm 2 ), and from 50 to 400 cells / square inch (7.8 to 62 cells / cm 2 ). cm 2 ) is more preferred. When the cell density is less than 6 cell square inches, the strength and effective GSA (geometric surface area) of the honeycomb segment are insufficient, and when the cell density exceeds 150 cells Z square inch, the pressure loss when gas flows increases. Become.
  • the cross-sectional shape (cell shape) of the flow hole in the 82-cam structure is preferably any one of a triangle, a quadrangle, and a hexagon from the viewpoint of manufacturing.
  • a material of a bonding layer for bonding between each of the 82 cam segments it is preferable to use a heat-resistant ceramic fiber, ceramic powder, cement, or the like alone or as a mixture, and furthermore, if necessary.
  • An organic binder, an inorganic binder, or the like may be used as a mixture, but is not limited thereto.
  • the honeycomb structure of the present invention has a large number of flow holes penetrating in the axial direction partitioned by partition walls, and the partition walls of the flow holes have a filtering ability. And the remaining flow holes are sealed at the other end. It can be suitably used in a filter for collecting and removing substances.
  • the dust-containing fluid when allowed to pass through one end face of the honeycomb structure having such a structure, the dust-containing fluid flows into the inside of the honeycomb structure from the flow hole whose end on the one end face side is not sealed. , And passes through a porous partition wall having a filtering ability, and enters another unsealed flow hole at the other end surface side of the honeycomb structure.
  • the particulate matter in the dust-containing fluid is captured by the partition, and the purified fluid from which the particulate matter has been removed is discharged from the other end face of the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure is periodically heated by a heating means such as a heater. Burns and removes particulate matter to regenerate the filter function.
  • a metal having catalytic activity as described below may be supported on the cam segment.
  • the honeycomb segment of the present invention is used as a catalyst carrier for purifying exhaust gas of a heat engine such as an internal combustion engine or reforming a liquid fuel or a gaseous fuel
  • the honeycomb segment is provided with catalytic ability.
  • Representative examples of metals having catalytic activity include Pt, Pd, and Rh, and it is preferable that at least one of these metals is supported on the honeycomb segment.
  • honeycomb structures Joining using a SiC honeycomb segment with a partition wall thickness of 0.38 mm, a cell density of 200 cells Z square inch (31 cells Z cm 2 ), and an outer peripheral part thickness of 0.5 mm
  • honeycomb structures having dimensions of ⁇ 144 mm x 153 mm with various divided structures were fabricated.
  • Table 1 shows the characteristics of the obtained honeycomb structure, such as the divided structure and the Young's modulus of the material.
  • the surface roughness in Table 1 indicates the average surface roughness of the entire surface of the honeycomb segment in contact with the bonding layer.
  • This honeycomb structure is a diesel engine exhaust purification particulate filter having a structure in which a predetermined flow hole is sealed at one end and the remaining flow hole is sealed at the other end.
  • the fluid was subjected to a fluid pressure loss test and a regeneration test. The results are shown in Table 1.
  • the honeycomb structure of the present invention during use, heat generation is small, cracks are not generated, and a temperature difference between the central portion and the outer peripheral portion hardly occurs. In addition, it has a remarkable effect that the pressure loss of the fluid is small.

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Description

明 細 書 ハニカム構造体 技術分野
本発明は、 内燃機関等の熱機関又はボイラー等の燃焼装置において排出される 粒子状物質を捕集除去するフィルタとして用いられるハニカム構造体に関する。 背景技術
従来、 ディ一ゼルェンジン等から排出される排気ガスのような含塵流体中に含 まれる粒子状物質を捕集除去する方法として、 流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所 定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を 封じてなるハニカム構造体を用いることが知られている。
このようなハニカム構造体が排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ一として 用いられる場合には、 溜まったカーボン微粒子を燃焼させて除去するという再生 処理を行うことが必要であり、 この際に局所的な高温化が避けられないため、 大 きな熱応力が発生し易く、 クラックが発生し易いという問題があった。
このような構造部品に発生する熱応力を低減する方策として、 その構造部品を より小さなセグメントに分割する方法が知られており、 これを排気ガス中の微粒 子捕集用のハニカム構造体に適用する提案は、 既に、 例えば特開平 6-241017号公 報、 特開平 8-28246号公報、 特開平 7-54643号公報、 特開平 8-28248号公報等にお いてなされている。
しかしながら、 上記の提案で示された例によっても、 セグメント表面の応力低 減効果が不十分であり、 クラック発生の問題は完全には解決できなかった。 また 、 使用中、 セグメント間に軸方向のずれが生じる問題があり、 軸方向のずれを防 止する保持部材を用いる方法が特開平 6-241017号公報で提案されているが、 排気 ガスの高温に晒された際の保持部材の変形と劣化の問題があった。
熱応力を低減する他の方策として、 ハニカム構造体内の温度分布を均一化すべ く、 セグメント間に電気ヒータを設置して、 相対的に低温になり易い部位を電気 加熱する方法も提案されているが、 電気ヒータ近傍ではむしろ、 局所的な温度勾 配が大きくなることによる新たな熱応力発生の問題があった。
また、 セグメント間の接合層が断面に占める割合が大きすぎ、 流体の圧力損失 が過大になり、 エンジン性能を悪化させる問題や、 熱容量が大きくなりすぎ、 力 一ボン微粒子を燃焼除去させる再生処理において昇温に時間がかかり、 再生処理 に必要な時間が長くなつてしまう問題があつた。
本発明はこのような従来の課題に鑑みてなされたものであり、 その目的とする ところは、 使用時における熱応力の発生が小さく、 クラックが発生しない耐久性 を有し、 中央部と外周部の温度差が生じにくく、 かつ、 流体の圧力損失が小さく 、 再生処理時の昇温に必要な時間、 エネルギーの小さい八二カム構造体を提供す ることにある。 発明の開示
すなわち、 本発明によれば、 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流 通孔を有し、 該流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔については一方の端 部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を封じてなる 2個以上のハニカム セグメントと、 該 2個以上のハニカムセグメント間を接合する接合層とからなる ハニカム構造体において、 該接合層材質のヤング率が該ハニカムセグメント材質 のヤング率の 2 0 %以下であること、 又は、 該接合層の材料強度が該ハニカムセ グメントの材料強度より小さいことのうち、 少なくともいずれか一方を満足する ことを特徴とするハニカム構造体が提供される。
本発明においては、 接合層に接するハニカムセグメント表面の内少なくとも 3 0 %以上の面積を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4ミクロンを超える ことが好ましく、 また、 ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの 総熱容量に対する、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率が 3 0 % 以下であることが好ましい。
さらに、 本発明のハニカム構造体においては、 その流通孔に直交する断面にお けるハニカムセグメント断面形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm以上で丸められて いるか、 または 0 . 5 mm以上の面取りがされていることが好ましい。
また、 ハニカム構造体の流通孔に直交する断面における八二カム構造体断面積 に占める接合層総断面積の比率が 1 7 %以下であることが好ましく、 さらには、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面における隔壁断面積の総 和に対する接合層断面積の総和の比率が 5 0 %以下であることが好ましい。 さら にまた、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面内において、 隔 壁断面積に対する接合層断面積の比率が中央で大きく、 外周側で小さくなってい ることが好ましい。
上記ハニカムセグメントの材質としては、 強度、 耐熱性等の観点から、 コ一ジ エライト、 S i C、 S i N、 アルミナ、 ムライト及びリチウムアルミニウムシリ ケート （L A S ) からなる群より選ばれた 1種を主結晶相とすることが好ましい また、 前記ハニカムセグメントには、 触媒能を有する金属を担持し、 熱機関若 しくは燃焼装置の排気ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用い られるようにすることが好ましい。 触媒能を有する金属としては、 P t 、 P d及 び R hのうちの少なくとも 1種であることが好ましい。
さらに、 ハニカムセグメントの流通孔の断面形状は、 製作上の観点から、 三角 形、 四角形及び六角形のうちのいずれかであることが好ましい。 図面の簡単な説明
図 1 (a) (b) (c) (d)は、 本発明に係るハニカム構造体のハニカムセグメントの各 種分割パターンを示す説明図である。
図 2は、 ハニカム構造体のセル構造を示す一部拡大図である。
図 3は、 ハニカム構造体の一例を示す断面説明図である。
図 4は、 ハニカム構造体のセル構造と接合層を示す一部拡大図である。
図 5は、 八二カム構造体から切り出されたテストピースの一例を示す斜視図で ある。 図 6は、 4点曲げ試験の例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明を図面に示す実施形態に基づき更に詳細に説明するが、 本発明は これらの実施形態に限定されるものではない。
図 1 (a) (b) (c) (d)は本発明に係るハニカム構造体のハニカムセグメントの各種 分割パターンを示す説明図である。 .
図 1 (a) (b) (c) (d)において、 1 0はハニカム構造体であり、 ハニカム構造体 1 0は、 2個以上のハニカムセグメント 1 1と、 これらのハニカムセグメント 1 1 間を接合する接合層 1 2とからなっている。 なお、 詳しくは図示しないが、 ハニ カムセグメント 1 1は、 図 2のように、 隔壁 1 4により仕切られた軸方向に貫通 する多数の流通孔 1 5を有し、 流通孔 1 5の隔壁 1 4が濾過能を有し、 所定の流 通孔 1 5については一方の端部を封じ、 残余の流通孔 1 5については他方の端部 を封じた構成を有しているものである。
本発明のハニカム構造体においては、 接合層 1 2を構成する材質のヤング率を 、 ハニカムセグメント 1 1を構成する材質のヤング率の 2 0 %以下、 より好まし くは 1 %以下とするか、 あるいは、 接合層 1 2の材料強度を、 ハニカムセグメン ト 1 1の材料強度より小さくしている。 このように、 接合層 1 2とハニカムセグ メント 1 1の材質のヤング率を規定することにより、 使用時における熱応力の発 生が小さくて、 クラックが発生しないような耐久性を有する八二カム構造体とす ることができる。 また、 接合層 1 2のヤング率がハニカムセグメント 1 1のヤン グ率の 2 0 %を超える場合でも、 接合層 1 2の材料強度がハニカムセグメント 1 1の材料強度より小さければ、 接合層 1 2のみにクラックが生じ、 ハニカムセグ メント 1 1にはダメージがないため、 ハニカム構造体としては十分に機能を維持 することができる。
ここで、 接合層 1 2のヤング率、 ハニカムセグメント 1 1のヤング率はそれぞ れ材料自体のヤング率を指し、 材料固有の物性を指すものである。
また、 「接合層の材料強度が Λ二カムセグメントの材料強度より小さい」 とい うことの定義について、 図 5及び図 6を用いて説明する。
すなわち、 図 5に示すような、 本発明のハニカム構造体より切り出したテスト ピース 2 0を準備する。 なお、 テストピース 2 0は流通孔に直角方向の長さが 4 0 mm以上で、 その中央部に接合層 1 2が位置するように切断する。 本発明では 、 このテストピース 2 0を、 図 6のような 4点曲げ試験 （J I S R 1 6 0 1に 準ずる） において、 接合層 1 2内部、 あるいは接合層 1 2とハニカムセグメント 1 1の界面で破壊する確率が 5 0 %以上であることを、 上記の 「接合層の材料強 度がハニカムセグメントの材料強度より小さい」 と定義する。
また、 この八二カム構造体では、 接合層 1 2に接するハニカムセグメント 1 1 の表面の内で少なくとも 3 0 %以上の面積を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4ミクロンを超えることが好ましい。 これにより、 2個以上のハニカムセ グメント 1 1間の接合がより強固になり、 使用時に剥がれるおそれを殆どなくす ることをできる。 上記の表面粗さ R aは、 0 . 8ミクロン以上が更に好ましい。 また、 ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの総熱容量に対す る、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率を 3 0 %以下、 より望ま しくは 1 5 %以下とすることにより、 再生時に捕集したカーボン微粒子を燃焼処 理する際 （フィル夕再生） 、 昇温にかかる時間を許容範囲内に小さく抑えること ができ、 好ましい。
さらに、 本発明のハニカム構造体においては、 ハニカム構造体の流通孔に直交 する断面におけるハニカムセグメント断面形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm以上 で丸められているか、 または 0 . 5 mm以上の面取りがされていることが、 使用 時における熱応力の発生を小さくし、 ハニカム構造体にクラックが発生しないよ うな大きな耐久性を付与することができるため、 好ましい。
さらにまた、 本発明では、 ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハ 二カム構造体断面積に占める接合層総断面積の比率が 1 7 %以下であることが好 ましく、 8 %以下であることがより好ましい。 これを図 3を用いて説明すると、 直径 Dの断面が円形のハニカム構造体 1 0において、 ハニカム構造体 1 0の総断 卤積 SHは、 SH= (π/4) XD2
となり、 一方、 接合層 12の総断面積 Ssは、 図 3の斜線部分 A (接合層 12の 断面部） の総面積となる。
ここで、 SSZSHが 17 %以下であることが、 流体の圧力損失低減の観点から 好ましい。
また、 本発明においては、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体 断面における隔壁断面積の総和に対する接合層断面積の総和の比率が 50 %以下 であることが好ましく、 24 %以下であることがさらに好ましい。 これを図 4を 用いて説明すると、 ハニカム構造体 10の断面における接合層 12の断面積 （斜 線部分 B) の総和を Ssとし、 隔壁 14の断面積 （網目部分 C) の総和を Scとす ると、 SSZSCが 50 %以下であること力 流体の圧力損失低減の観点から好ま しい。
さらに、 本発明では、 ハニカム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面 内において、 隔壁断面積に対する接合層断面積の比率が中央部で大きく、 外周側 で小さくなつていることが好ましい。 このような構成とすると、 中央付近での単 位体積当たりのカーボン微粒子捕集量が外周近傍よりも少なくなり、 カーボン微 粒子を燃焼させる再生処理時 （再生燃焼時） において、 高温となりやすい中央近 傍での発熱量を低く抑えられ、 しかも中央近傍で接合層が密になっているため、 その部分での熱容量を大きくできることからも、 中央近傍での温度上昇を低く抑 えられる。 その結果、 中央部と外周側の温度差を低減することができ、 ハニカム 構造体における熱応力を低減することができ、 好ましい。
本発明において、 ハニカム構造体の流通孔に直交する断面の断面形状は、 円、 楕円、 レーストラックなど、 各種の形状を取り得る。
また、 本発明のハニカム構造体を構成するハニカムセグメントは、 強度、 耐熱 性等の観点から、 コ一ジェライト、 S i C、 S i N、 アルミナ、 ムライト及びリ チウムアルミニウムシリケ一ト （LAS) からなる群より選ばれた 1種を主結晶 相とするものであることが好ましく、 熱伝導率の高い S i Cは、 被熱を放熱しや すいという点で特に好ましい。 ハニカムセグメントのセル密度は、 6〜 1 5 0 0セル Z平方インチ （0 . 9〜 2 3 3セルノ c m2) が好ましく、 5 0〜4 0 0セル/平方インチ （7 . 8〜6 2セルノ c m2) が更に好ましい。 セル密度が 6セルノ平方インチ未満になると 、 ハニカムセグメントとしての強度及び有効 G S A (幾何学的表面積） が不足し 、 1 5 0 0セル Z平方インチを超えると、 ガスが流れる場合の圧力損失が大きく なる。
また、 八二カム構造体における流通孔の断面形状 （セル形状） は、 製作上の観 点から、 三角形、 四角形及び六角形のうちのいずれかであることが好ましい。 また、 各八二カムセグメント間を接合する接合層の材質としては、 耐熱性を有 するセラミックスファイバ一、 セラミックス粉、 セメント等を単独で、 あるいは 混合して用いることが好ましく、 更に必要に応じて有機バインダー、 無機バイン ダ一等を混合して用いてもよいが、これらに限られるものではない。
本発明のハニカム構造体は、 前記したように、 隔壁により仕切られた軸方向に 貫通する多数の流通孔を有し、 該流通孔の隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔に ついては一方の端部を封じ、 残余の流通孔については他方の端部を封じてなる構 造を有するものであるので、 ディーゼルエンジン用パティキユレ一トフィルタ一 のような、 含塵流体中に含まれる粒子状物質を捕集除去するためのフィル夕一に 好適に用いることができる。
すなわち、 このような構造を有するハニカム構造体の一端面より含塵流体を通 気させると、 含塵流体は、 当該一端面側の端部が封じられていない流通孔よりハ 二カム構造体内部に流入し、 濾過能を有する多孔質の隔壁を通過して、 ハニカム 構造体の他端面側が封じられていない他の流通孔に入る。 そして、 この隔壁を通 過する際に含塵流体中の粒子状物質が隔壁に捕捉され、 粒子状物質を除去された 浄化後の流体がハニカム構造体の他端面より排出される。
なお、 捕捉された粒子状物質が隔壁上に堆積してくると、 目詰まりを起こして フィルターとしての機能が低下するので、 定期的にヒーター等の加熱手段でハニ カム構造体を加熱することにより、 粒子状物質を燃焼除去し、 フィルター機能を 再生させるようにする。 この再生時の粒子状物質を燃焼を促進するために、 ハニ カムセグメントに後述のごとき触媒能を有する金属を担持させてもよい。
一方、 本発明の八二カム構造体を、 触媒担体として内燃機関等の熱機関の排気 ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いようとする場合、 ハニ カムセグメントに触媒能を有する金属を担持するようにする。 触媒能を有する金 属の代表的なものとしては、 P t、 P d、 R hが挙げられ、 これらのうちの少な くとも 1種をハニカムセグメントに担持することが好ましい。 以下、 本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、 本発明はこれらの実 施例に限定されるものではない。
(実施例 1〜 1 0、 比較例 1 )
隔壁の厚さが 0 . 3 8 mm、 セル密度が 2 0 0セル Z平方インチ （ 3 1セル Z c m2) 、 外周部厚さが 0 . 5 mmの S i C製ハニカムセグメントを用い、 接合 層としてセラミックスファイバ一、 セラミックス粉、 有機及び無機バインダーの 混合物を用いて、 種々の分割構造を有する、 寸法が Φ 1 4 4 mm x 1 5 3 mmの ハニカム構造体を作製した。 得られたハニカム構造体の分割構造、 材質のヤング 率などの特性を表 1に示す。 また、 表 1中の表面粗さは、 接合層に接するハニカ ムセグメントの表面全体の平均的な表面粗さを示す。
このハニカム構造体は、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流 通孔については他方の端部を封じてなる構造のディーゼルエンジン排気浄化パー ティキュレートフィルタであり、 このハニカム構造体について、 流体の圧力損失 試験、 及び再生試験を行った。 その結果を表 1に示す。
難例 1 雞例 3 雞例 5 雞例 6 例 7 例 8 例 9 麵列 10 賺 !jl 分》M (a) (b) (b> (b) (c) (c) (c) (d) (c) (c) 一体品 隨才質ヤング率 (Gpa) 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 42 齢層材質ヤング率 (Gpa) 0.4 4 4 4 8 8 8 4 30 30
齢層ヤング率 Z隔!^ング率(％) 1 10 10 10 19 19 19 10 71 71
セグメント角部 R0.3 鋭角 R0.3 R0.3 R0.3 R0.3 R0.3 R0.3 R0.3 R0.3 再生 果 量大 無し 有り 都 都 有り 有り 有り 有り 無し 無し 有り (セグメントクラック） 量標準 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 無し 有り
Figure imgf000011_0001
3¾¥έ 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 0.38 齢層點 2 2 2 2 4 2 5 2 1 2 2 層 3.5 4.4 4.4 4.4 17 8.5 21 5.3 4.3 8.5
9.7 12.2 12.2 12.2 50 24.5 70.5 14.7 12.3 24.5 流 果 許容範困 m 許容繊 豁麵 許容範囲 許容範囲 大 許容範囲 許容範囲 許容範囲 許容範囲 再生時間 許容範囲 許容範囲 許容範囲 m 許容範囲 許容範囲 長 許容範囲 許容範囲 許容範囲 許容範囲 辦 »匕(％) 6 7 7 7 30 15 42 9 8 15 齢層贿セグメント鶴こ対して） 大 大 大 大 大 大 大 大 小 小
(評価）
表 1の結果から明らかなように、 本発明で規定する要件を満足する場合には、 流体の圧力損失もそれほど大きくならず、 許容範囲 （l O kP a) 内であり、 再 生時間も許容範囲 （15m i n) 内であった。 産業上の利用可能性
以上説明したように、 本発明のハニカム構造体によれば、 使用時において熱応 力の発生が小さく、 クラックが発生しない耐久性を有するとともに、 中央部と外 周部の温度差が生じにくく、 しかも流体の圧力損失が小さいという顕著な効果を 奏するものである。

Claims

求 の 範 囲
1 . 隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の流通孔を有し、 該流通孔の 隔壁が濾過能を有し、 所定の流通孔については一方の端部を封じ、 残余の流通孔 については他方の端部を封じてなる 2個以上のハニカムセグメントと、 該 2個以 上のハニカムセグメント間を接合する接合層とからなるハニカム構造体において 該接合層材質のヤング率が該ハニカムセグメント材質のヤング率の 2 0 %以下 であること、 又は、 該接合層の材料強度が該ハニカムセグメントの材料強度より 小さいことのうち、 少なくともいずれか一方を満足することを特徴とするハニカ ム構造体。
2 . 接合層に接するハニカムセグメント表面の内少なくとも 3 0 %以上の面積 を占める部分の平均的な表面粗さが R a 0 . 4ミクロンを超えることを特徴とす る請求項 1記載のハニカム構造体。
3 . ハニカム構造体を構成する全てのハニカムセグメントの総熱容量に対する 、 ハニカム構造体内の全ての接合層の総熱容量の比率が 3 0 %以下であることを 特徴とする請求項 1又は 2記載のハニカム構造体。
4. ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカムセグメント断面 形状の角部が曲率半径 0 . 3 mm以上で丸められているか、 または 0 . 5 mm以 上の面取りがされていることを特徴とする請求項 1〜 3のいずれか 1項に記載の 八二カム構造体。
5 . ハニカム構造体の流通孔に直交する断面におけるハニカム構造体断面積に 占める接合層総断面積の比率が 1 7 %以下であることを特徴とする請求項 1〜 4 のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
6 . 八二カム構造体の流通孔に直交するハニカム構造体断面における隔壁断面 積の総和に対する接合層断面積の総和の比率が 5 0 %以下であることを特徵とす る請求項 1〜 5のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
7 . 前記ハニカムセグメントが、 コージエライト、 S i C、 S i N、 アルミナ 、 ムライト及びリチウムアルミニウムシリケート （LAS) からなる群より選ば れた 1種を主結晶相とする請求項 1〜 6のいずれか 1項に記載のハニカム構造体
8. 前記ハニカムセグメントに触媒能を有する金属を担持し、 熱機関若しくは 燃焼装置の排気ガスの浄化、 又は液体燃料若しくは気体燃料の改質に用いられる ようにした請求項 1〜 7のいずれか 1項に記載のハニカム構造体。
9. 前記触媒能を有する金属が、 P t、 P d及び Rhのうちの少なくとも 1種 である請求項 8記載のハニカム構造体。
10. 前記ハニカムセグメントの前記流通孔の断面形状が、 三角形、 四角形及 び六角形のうちのいずれかである請求項 1〜 9のいずれか 1項に記載のハニカム 構造体。
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