WO2007094499A1 - セラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to a ceramic heart filter and an exhaust gas purification device suitable for purifying particulate matter contained in exhaust gas of a diesel engine or the like.
  • a Hercam filter is used to remove particulates mainly composed of carbon such as exhaust gas from diesel engines.
  • the her cam filter is alternately plugged at both end faces of the exhaust gas inflow side and outflow side.
  • An example of a conventional ceramic-housed cam filter having such a structure is shown in FIGS. 6 (a) and 6 (b).
  • This ceramic hard filter 50 includes a porous partition wall 2 that forms a plurality of flow paths 3a and 3b, a porous ceramic heart structure 11 that also has a force with an outer peripheral portion 1 that surrounds the porous partition wall 2, and a porous structure.
  • the plugging portion 5 does not overlap with the plugging portion 5 and is arranged in a checkered pattern.
  • the exhaust gas containing fine particles flows into the inflow side open end 12 force channel 3a, passes through the partition wall 2, and then is discharged through the adjacent channel 3b to the outflow side end surface 13 forces. At this time, the fine particles contained in the exhaust gas are collected in pores (not shown) formed in the partition wall 2.
  • the pores of the partition walls 2 will be clogged, greatly reducing the collection function, and increasing the pressure loss and reducing the engine output.
  • the deposited fine particles (PM) are burned by an electric heater, burner, microwave, etc., and the ceramic hard filter 50 is regenerated. Further, oxidation of the fine particles deposited by the catalyst supported on the ceramic hard filter 50 is promoted, and the ceramic hard filter 50 is regenerated.
  • a large amount of fine particles accumulate, and regeneration is not performed sufficiently, engine output decreases, and in the worst case, the filter is damaged.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-371826 discloses an exhaust gas purification apparatus in which a part of a sealing portion is omitted to be in a flow-through state, and the pressure loss of a filter unit cross section is reduced.
  • a ceramic hard cam filter is disclosed. This ceramic hearth filter is provided with a small number of open flow paths at arbitrary positions, which do not have a sealing portion on either side of the exhaust gas inflow side and the exhaust gas outflow side.
  • the open channels provided arbitrarily are adjacent to each other via the partition wall, the exhaust gas flows in a concentrated manner in the adjacent open channel having a low ventilation resistance.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-251137 describes a flow pattern in a pinecone pattern only on one end face of a ceramic hard structure having a large number of axially passing channels partitioned by porous partition walls.
  • a Harcam filter having a sealed end is disclosed.
  • this ceramic hard filter since the sealing portion is not provided on the other end surface, substantially no sealing portion is provided in almost half of all the flow paths. Accordingly, a low pressure loss can be obtained, but there is a problem that the particulate collection performance is not sufficient because there are too many open flow paths without sealing portions.
  • JP-A-57-201518 discloses a ceramic hard filter provided with an open flow path through which 5 to 20% of exhaust gas passes.
  • an open flow path is formed without providing a sealing section in a flow path where a sealing section should be originally provided on the open end side (no sealing section is provided on the four sides). Therefore, the ratio of open channels is about 5% of all channels. However, the ratio of the open channel is too small, and the effect of reducing the pressure loss is not sufficient. Furthermore, all of the periphery of the open flow path is a flow path sealed on one side, and the open flow paths are not adjacent to each other in the diagonal direction. Therefore, there is a problem that the exhaust gas flow is concentrated in an open channel having a small ventilation resistance, and the collection rate of the fine particles is deteriorated.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-3420 is a ceramic hard filter having a large number of cells in which an inlet end and an outlet end are alternately plugged.
  • a ceramic hard cam filter provided with an open flow path having no sealing portion at a rate of% is disclosed.
  • the direction of force S at the center of the ceramic hard filter is easy to deposit fine particles at the center where the exhaust gas easily passes, the effect of reducing the pressure loss is sufficient only with such an outer flow path. Not a minute.
  • Japanese Patent Publication No. 1-27767 is a ceramic housing that suppresses an increase in pressure loss during passage of exhaust gas by providing a vent hole having a diameter larger than that of the partition wall in a part of the exhaust gas passage.
  • -cam A filter is disclosed.
  • an open channel that does not seal both end faces is provided in the ceramic hard cam filter at a ratio of 0.5 to 10% of the total channel.
  • the effect of reducing the pressure loss is not sufficient with an open channel of about 0.5 to 10% of the total channel.
  • an object of the present invention is to provide a ceramic heart cam filter in which pressure loss is reduced without impairing particulate collection performance, and an exhaust gas purification apparatus having a powerful ceramic heart cam filter. There is.
  • the ceramic hearth filter of the present invention is provided on the exhaust gas inflow side or the exhaust gas outflow side of each flow path, and the ceramic honeycomb structure having a large number of flow paths partitioned by porous partition walls.
  • the number of open passages that have no sealing portions on either the exhaust gas inflow side or the exhaust gas outflow side is more than 15% of the total number of flow paths and 40% or less.
  • the arrangement of the open flow paths is diagonal.
  • the open channels adjacent to the diagonally sealed channels are 10 to 90% of the total number of open channels. Is preferred.
  • An exhaust gas purifier according to the present invention is characterized by comprising the above ceramic hard filter.
  • the ceramic hearth filter of the present invention having the above structure impairs the collection performance of fine particles. Since the pressure loss has been reduced without success, it is suitable for efficiently removing particulate matter contained in exhaust gas from diesel engines and the like.
  • FIG. 1 (a) is a front view showing one end face of an example of a ceramic honeycomb filter of the present invention.
  • FIG. 1 (b) is a partial cross-sectional view showing an example of a ceramic hard cam filter of the present invention.
  • FIG. 1 (c) is a rear view showing the other end face of an example of the ceramic honeycomb filter of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic view showing an example of a production process of a ceramic hard cam filter of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic view showing a process of applying a tape to a film having a through hole so as to form an open channel.
  • FIG. 4 (a) is a front view showing one end face of another example of the ceramic honeycomb filter of the present invention.
  • FIG. 4 (b) is a partial cross-sectional view showing another example of the ceramic hard filter of the present invention.
  • FIG. 4 (c) is a rear view showing the other end surface of another example of the ceramic honeycomb filter of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic view showing an apparatus for injecting a plugging material.
  • FIG. 6 (a) is a front view showing one end face of a conventional ceramic honeycomb filter.
  • FIG. 6 (b) is a partial cross-sectional view showing a conventional ceramic hearth filter.
  • the ceramic hearth filter 10 of the present invention has 15 open channels 30 adjacent to each other in the diagonal direction. Since it exceeds 40% and is below 40%, it has the following effects.
  • the exhaust gas flowing into the flow path 3a from the exhaust gas inflow side end face 12 of the ceramic heavy filter 10 is a force that passes through the partition wall 2 and also flows out of the adjacent flow path 3b.
  • Exhaust gas inflow side and exhaust gas outflow side Since the exhaust gas that has flowed into the open flow path 30 that does not have the sealing portions 5 and 6 flows out as it is without passing through the partition wall 2, it is possible to suppress an increase in pressure loss.
  • the open flow channel surrounded by the open flow channel has a ventilation resistance, and the exhaust gas flow concentrates there. Therefore, the open flow paths 30 are not adjacent to each other through the partition wall, and the exhaust gas flow does not concentrate. As a result, the exhaust gas flow is dispersed in the open channel 30 adjacent in the diagonal direction, and the outflow of fine particles in the exhaust gas can be suppressed while reducing the pressure loss.
  • the number of open channels 30 is 15% or less of the total number of channels, the effect of reducing pressure loss is small. If the number of open channels 30 exceeds 40%, the amount of fine particles flowing out increases, and the collection rate decreases.
  • the number of open channels 30 is 20 to 35% of the total number of channels.
  • Each open channel 30 is adjacent to four channels in the diagonal direction, and at least one of the channels may be an open channel.
  • the number of open channels adjacent to the sealed channels in the diagonal direction is preferably 10 to 90% of the number of all open channels.
  • the exhaust gas flow is dispersed by the open flow path 30 having a small ventilation resistance, and the outflow of fine particles in the exhaust gas is reduced. If it is less than 10% or more than 90%, the ability to collect fine particles with low effect of reducing pressure loss is low.
  • the diagonally adjacent sealed channels are 20-60% of the number of all open channels 30.
  • the partition wall and the sealing portion of the ceramic hard cam structure mainly function as a filter for removing particulates in the exhaust gas of the diesel engine, and thus are made of a material having excellent heat resistance.
  • a ceramic material whose main crystal is at least one selected from the group strength of cordierite, alumina, mullite, silicon nitride, silicon carbide, LAS, aluminum titanate, titania, zircoure, and aluminum nitride. It is preferable to use it.
  • ceramic hard filters with cordierite as the main crystal are most preferred because they are inexpensive, have excellent heat and corrosion resistance, and have low thermal expansion.
  • the porosity of the partition walls of the ceramic hard cam structure is preferably 45 to 80%. Most of the fine particles in the exhaust gas flowing into the open flow path pass through the flow path as they are, but if the partition wall porosity is 45 to 80%, some of the fine particles are formed in the partition walls. Since it is collected in the pores, the collection rate does not decrease so much. If the porosity is less than 45%, the pressure loss of the Hercam filter will increase, leading to a decrease in engine output.If the porosity exceeds 80%, the strength of the partition will decrease, and it will be damaged by thermal shock or vibration. It becomes easy.
  • the porosity of the plugging material of the two-cam structure may be either lower, lower, or higher than the partition wall porosity, but if it is higher than the partition wall porosity, Since the exhaust gas can also pass through the inside of the pores in the plugging material, the deposition of fine particles on the exhaust gas inflow side end face 51 of the exhaust gas inflow side plugged portion is preferable.
  • the partition wall thickness of the ceramic hard structure is preferably 0.1 to 0.5 mm.
  • the partition wall pitch is 1.2 m. m or more is preferable. If the partition wall thickness is less than 0.1 mm, the strength of the ceramic hard structure decreases, and if the partition wall thickness exceeds 0.5 mm, the ventilation resistance of the partition wall against exhaust gas increases and the pressure loss of the filter increases. A more preferable partition wall thickness is 0.2 to 0.4 mm. Also, if the partition wall pitch is less than 1.3 mm, the opening area on the exhaust gas inflow side of the her cam structure becomes small, and the pressure loss at the filter inlet increases.
  • the apparatus for purifying exhaust gas according to the present invention which includes a ceramic hearth filter having 20 to 40% of the total number of open channels, maintains a good particulate collection rate. However, the pressure loss is low. By disposing such a ceramic hard cam filter downstream of the SCR catalyst, it is possible to efficiently remove fine particles and NOx with low pressure loss.
  • FIG. 2 shows a manufacturing process of the ceramic hard cam filter of the present invention.
  • the ceramic hard structure 11 having a large number of channels surrounded by the partition walls is obtained by kneading and extruding the clay of the ceramic raw material powder, and firing the obtained honeycomb structure formed body.
  • a through hole 8 is opened in the film 7 by laser processing or the like [step (b)]. Instead of opening the through-holes 8 so as to form the open flow path 30, as shown in FIG.
  • the film 7 After the through-holes 8 are opened so that the sealed flow paths are arranged in a pine pattern, the film 7 The through-hole 8 at a position corresponding to the open flow path 30 may be blocked by sticking the tape 9a on the top. Depending on the arrangement of the open channel 30, a tape 9b may be further applied.
  • a through-hole 8 ′ is opened in a checkered pattern by laser processing or the like in the strong flow path without providing the sealing portion 5 and the sealing material slurry is introduced into the flow path end on the other end face 13 side
  • the film 7 is dried to obtain molded bodies having the sealing portions 5 and 6 on the side of the end faces 12 and 13. By firing this, the sealing portions 5 and 6 are separated from the partition walls 2.
  • An integrated ceramic hard cam filter 10 is obtained [step (g)].
  • the sealing material slurry may be directly introduced by inserting the nozzle 32 of the sealing material injection device 31 shown in FIG. 5 into the flow path without attaching the film 7 to the one end surface 12.
  • the sealing portion 5 can be formed inside the flow path as shown in FIG.
  • Kaolin powder, talc powder, silica powder, aluminum hydroxide powder and alumina powder are composed of 47 to 53 mass% SiO, 32 to 38 mass% A10, and 21 to 16 mass% MgO.
  • the cordierite-producing raw material powder was prepared by blending so as to have the following composition.
  • This cordierite-producing raw material powder was sufficiently mixed with water, a forming aid and a pore former to prepare a ceramic clay which can be extruded into a honeycomb structure.
  • This ceramic clay was extruded to produce a honeycomb structure with an outer peripheral wall and a square-shaped channel surrounded by partition walls inside the outer peripheral wall, dried and fired. Diameter 267 mm, total length
  • a honeycomb structure having a partition wall structure of L300 mm, partition wall pitch 1.5 mm, partition wall thickness 0.3 mm, and partition wall porosity of 65% was manufactured.
  • a ceramic hard filter of the present invention was produced.
  • a resin film 7 is pasted on the end face 12 of the ceramic hard cam structure [step (a)], and a through-hole 8 is opened in the film 7 with a laser so that an open channel having the arrangement shown in Table 1 is formed.
  • Step (b) The end face 12 of the ceramic hard structure 11 was immersed in the sealing slurry 21 in the container 20 [step (c)], and the sealing material slurry was introduced into the end of the flow path [step (d)]. After removing the film, the sealing part 5 was dried [step (e)].
  • the film 7 is attached to the other end surface 13, and a through hole 8 ′ is formed in the film 7 in a pinch pattern by the laser so that only one end is sealed in the sealing flow path, and the end surface 12
  • the sealing material slurry was introduced into the end portion of the flow path [Step (£)].
  • the sealing part 6 was dried and the sealing parts 5 and 6 were baked to obtain a ceramic heart filter in which the sealing parts 5 and 6 were integrated with the partition wall.
  • the ceramic hard filter had sealing channels arranged in a checkered pattern and open channels arranged in a diagonal direction.
  • Example 1 Except for changing the method of opening the through-holes 8 of the resin film 7 affixed to the end face 12 of the ceramic honeycomb structure so as to form an open channel having the arrangement shown in Table 1, Example 1 and In the same manner, a ceramic hard cam filter was produced.
  • the ceramic heavy cam filter of Comparative Example 3 was not provided with an open channel.
  • the nozzle 32 is inserted into the flow path forming the sealing portion so that the open flow path having the arrangement shown in Table 1 is formed, and the end face 12 to 10 mm is inserted. Slurry was introduced at the position to form a sealing portion 5 on the end face 12 of the ceramic hard cam structure. Except for this, a ceramic hard filter was produced in the same manner as in Example 1. The ceramic high cam filter of Comparative Example 6 was not provided with an open channel.
  • the pressure loss and the collection rate of the particulate matter were measured for the ceramic hard filters of Examples 1 to 9 and Comparative Examples 1 to 6.
  • the pressure loss was determined from the pressure difference between the inlet and outlet sides of the ceramic herm filter at an air flow rate of 15 Nm 3 / min using a pressure loss test stand, and relative to the measurement result of Example 1 as 1. Shown by value.
  • the particulate collection rate was 10 Nm 3 / min with an air flow rate, and carbon powder with an average particle size of 0.042 ⁇ m was charged into the ceramic house filter for 2 hours at a rate of 3 g / h.
  • the weight was measured and calculated according to the following formula: (Captured force, weight of one bon powder, weight of charged carbon powder) X 100 (%). These results are shown in Table 1.
  • Example 1 16 None Yes 35 End face 1 80
  • Example 2 20 None Yes 35 End face 0.95 75
  • Example 3 25 None Yes 30 End face 0.90 69
  • Example 4 30 None Yes 30 End face 0.85 59
  • Example 5 35 None Yes 20 faces 0.80
  • Example 6 40 No Yes 20 0.75
  • Example 7 20 No Yes 35 Minor side 0.94
  • Example 8 30 No Yes Yes 30 Inside 0.84
  • Example 9 40 No Yes 20 Inside 0.73
  • Comparative example 1 10 No Yes Yes 30 3 ⁇ 4 ⁇ surface 1.15
  • Comparative Example 2 50 None Yes 0 0.30
  • Comparative Example 3 0 None None 0 End Face 1.25
  • Comparative Example 4 10 None Yes 30 Inside 1.14
  • Comparative Example 5 50 None Yes 0 Inside 0.29 31 Comparative Example 6 0 None None 0 Inside 1.23 91
  • FIG. 4 (c) shows a case where the sealing portion is provided on the inner side of the end face of the flow path.
  • the open-flow channels are diagonally adjacent, and the number of particles is more than 15% and less than 40% of the total number of channels. It can be seen that the pressure loss is reduced without any damage. In particular, when the proportion of the open channel was 20 to 35%, the balance between the particulate collection performance and the pressure loss was good.
  • the ceramic harmonic filters of Comparative Examples 1 and 4 in which the number of open channels was 15% or less of the total number of channels were large in pressure loss.
  • the ceramic Ha-cam filters of Comparative Examples 2 and 5 with open channels exceeding 45% of the total number of channels have a low pressure loss but a practical level with low collection rate. I helped. In Comparative Examples 3 and 6 having no open channel, the collection rate was good, but the pressure loss was high.

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Abstract

　多孔質の隔壁で仕切られた多数の流路を有するセラミックハニカム構造体と、所定の流路の排気ガス流入側又は排気ガス流出側に設けられた封止部とを有し、排気ガス流入側及び排気ガス流出側のいずれにも封止部を有さない開放流路が全流路の数の15％超40％以下であり、隣接する開放流路の配置が対角線方向であるセラミックハニカムフィルタ。

Description

セラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置
技術分野
[0001] 本発明は、ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれる粒子状物質を浄ィ匕する のに好適なセラミックハ-カムフィルタ及び排気ガス浄ィ匕装置に関する。
背景技術
[0002] 環境保全のため、ディーゼルエンジンの排気ガスカゝら炭素を主成分とする微粒子を 除去するハ-カムフィルタが使用されている。ハ-カムフィルタは、排気ガスの流入側 及び流出側の両端面が交互に目封止されている。このような構造を有する従来のセ ラミックハ-カムフィルタの一例を図 6(a)及び図 6(b)に示す。このセラミックハ-カムフ ィルタ 50は、複数の流路 3a, 3bを形成する多孔質隔壁 2と、多孔質隔壁 2を包囲する 外周部 1と力もなる多孔質セラミックハ-カム構造体 11と、多孔質セラミックハ-カム構 造体 11の一方の端部において流路 3bを封止した結果、巿松模様に配列した目封止 部 5と、多孔質セラミックハ-カム構造体 11の他方の端部において流路 3aを封止した 結果目封止部 5と重ならな 、市松模様に配列した目封止部 6とからなる。微粒子を含 有する排気ガスは流入側開口端 12力 流路 3aに流入し、隔壁 2を通過した後、隣接 した流路 3bを経て、流出側端面 13力 排出される。この際、排気ガス中に含まれる微 粒子は、隔壁 2に形成された細孔（図示せず）に捕集される。セラミックハ-カムフィル タ 50に微粒子が捕集され続けると、隔壁 2の細孔に目詰まりを生じて捕集機能を大幅 に低下させるとともに、圧力損失が大きくなりエンジン出力を低下させる。堆積した微 粒子 (PM)は、電気ヒータ、バーナー、マイクロ波等で燃焼させ、セラミックハ-カムフ ィルタ 50を再生する。またセラミックハ-カムフィルタ 50に担持した触媒により堆積した 微粒子の酸化を促進し、セラミックハ-カムフィルタ 50を再生することも行われて 、る 。ところが、運転状態によっては、多量の微粒子が堆積してしまい、再生が十分に行 われずにエンジン出力が低下し、最悪の場合はフィルタが破損してしまう。
[0003] 上記問題を解決するために、特開 2002-371826号は、封止部の一部分を欠落させ てフロースルー状態とし、フィルタ単位断面の圧力損失を小さくした排出ガス浄ィ匕用 セラミックハ-カムフィルタを開示している。このセラミックハ-カムフィルタには、排気 ガス流入側及び排気ガス流出側の ヽずれにも封止部を有さな ヽ少数の開放流路が 任意の位置に設けられている。し力しながら、このセラミックハ-カムフィルタでは、任 意に設けられた開放流路同士が隔壁を介して隣接する場合、排気ガスは通気抵抗 の小さい隣接した開放流路に集中して流れるため、排気ガス中の微粒子が流出し易 くなり捕集率が悪くなるという問題がある。
[0004] 特開 2004-251137号は、多孔質の隔壁により仕切られた軸方向に貫通する多数の 流路を有するセラミックハ-カム構造体の片側の端面においてのみ、巿松模様に流 路の端部を封止してなるハ-カムフィルタを開示して 、る。このセラミックハ-カムフィ ルタでは、他端面には封止部が設けられていないため、実質的には全流路のほぼ半 分に封止部がないことになる。従って、低圧力損失は得られるが、封止部のない開放 流路が多すぎるため微粒子捕集性能が十分でな 、と 、う問題がある。
[0005] 特開昭 57-201518号は、全体の 5〜20%の排ガスが通過する開放流路が設けられ たセラミックハ-カムフィルタを開示している。このセラミックハ-カムフィルタでは、開 口端側で本来封止部が設けられるべき流路 (その四辺に封止部が設けられていない )に封止部を設けずに開放流路を形成しているので、開放流路の割合は全流路の約 5%である。しかしながら、開放流路の割合が少なすぎて圧力損失を低減する効果が 十分でない。さらに、開放流路の周囲は全て一方が封止された流路であり、開放流 路同士は対角線方向に隣接していない。そのため、排気ガス流は通気抵抗の小さい 開放流路に集中し、微粒子の捕集率が悪くなるという問題がある。
[0006] 特開昭 60-3420号は、入口端と出口端とを交互に目封止した多数のセルを有する セラミックハ-カムフィルタであって、外周壁付近に全流路の 1〜15%の割合で封止 部を有さない開放流路を設けたセラミックハ-カムフィルタを開示して 、る。しかしな がら、セラミックハ-カムフィルタの中心部の方力 S排気ガスを通し易ぐ中心部に微粒 子が堆積し易いため、このような外側流路だけでは、圧力損失を低減する効果が十 分でない。
[0007] 特公平 1-27767号は、排気ガス流路の一部に、隔壁の細孔より径の大きい吹抜孔 を設けることで、排ガス通過時の圧力損失が上昇するのを抑制したセラミックハ-カム フィルタを開示している。さらに、このセラミックハ-カムフィルタに両端面とも封止しな い開放流路を全流路の 0.5〜10%の割合で設けることも開示している。しかしながら、 全流路の 0.5〜10%程度の開放流路では圧力損失を低減する効果が十分でない。
[0008] 上記先行技術では、開放流路の配置にっ 、て検討がされて 、な 、。鋭意研究の 結果、隣接する開放流路があると、隔壁を介して両者間に差圧がないので、排気ガ スは隔壁を通ることなく流れ、その結果、排気ガスの流れが隣接する開放流路に集 中し、全体的に微粒子の捕集率が悪くなることが分った。
発明の開示
発明が解決しょうとする課題
[0009] 従って本発明の目的は、微粒子の捕集性能を損なうことなく圧力損失を低減させた セラミックハ-カムフィルタ、及び力かるセラミックハ-カムフィルタを有する排気ガス 浄ィ匕装置を提供することにある。
課題を解決するための手段
[0010] 上記目的に鑑み鋭意研究の結果、本発明者等は、両側に封止部を有さない開放 流路を対角線方向に隣接するように形成すると、微粒子の捕集性能を損なうことなく 圧力損失が低減することを発見し、本発明に想到した。
[0011] すなわち、本発明のセラミックハ-カムフィルタは、多孔質の隔壁で仕切られた多数 の流路を有するセラミックハニカム構造体と、各流路の排気ガス流入側又は排気ガス 流出側に設けられた封止部とを有し、排気ガス流入側及び排気ガス流出側のいずれ にも封止部を有さない開放流路が全流路の数の 15%超 40%以下であり、隣接する開 放流路の配置が対角線方向であることを特徴とする。
[0012] 対角線方向に封止流路 (排気ガス流入側又は排気ガス流出側に封止部を有する 流路）と隣接する開放流路は、全開放流路の数の 10〜90%であるのが好ましい。
[0013] 本発明の排気ガス浄ィ匕装置は上記セラミックハ-カムフィルタを具備することを特 徴とする。
発明の効果
[0014] 上記構造を有する本発明のセラミックハ-カムフィルタは、微粒子の捕集性能を損 なうことなく圧力損失を低減したため、ディーゼルエンジン等の排気ガス中に含まれ る粒子状物質を効率よく除去するのに好適である。
図面の簡単な説明
[0015] [図 1(a)]本発明のセラミックハニカムフィルタの一例の一端面を示す正面図である。
[図 1(b)]本発明のセラミックハ-カムフィルタの一例を示す部分断面図である。
[図 1(c)]本発明のセラミックハニカムフィルタの一例の他端面を示す背面図である。
[図 2]本発明のセラミックハ-カムフィルタの製造工程の一例を示す概略図である。
[図 3]開放流路を形成するように貫通孔を有するフィルムにテープを貼る工程を示す 概略図である。
[図 4(a)]本発明のセラミックハニカムフィルタの他の例の一端面を示す正面図である。
[図 4(b)]本発明のセラミックハ-カムフィルタの他の例を示す部分断面図である。
[図 4(c)]本発明のセラミックハニカムフィルタの他の例の他端面を示す背面図である。
[図 5]目封止材を注入する装置を示す模式図である。
[図 6(a)]従来のセラミックハニカムフィルタの一端面を示す正面図である。
[図 6(b)]従来のセラミックハ-カムフィルタを示す部分断面図である。
発明を実施するための最良の形態
[0016] 図 1(a)〜図 1(c)に示すように、本発明のセラミックハ-カムフィルタ 10は、対角線方 向に隣接する開放流路 30の数が全流路の数の 15%超 40%以下であるため、以下の 作用効果を有する。セラミックハ-カムフィルタ 10の排気ガス流入側端面 12から流路 3 aに流入した排気ガスは、隔壁 2を通過して隣接する流路 3b力も流出する力 排気ガ ス流入側と排気ガス流出側に封止部 5, 6を有さない開放流路 30に流入した排気ガス は、隔壁 2を通過することなくそのまま流出するので、圧力損失が高くなるのを抑える ことができる。また隔壁面を介して隣接する開放流路があると、周囲を開放流路が囲 まれた開放流路は通気抵抗力 、さぐそこに排気ガス流が集中するが、本発明では 開放流路 30が対角線方向に隣接するように配置されて 、るので、開放流路 30同士は 隔壁面を介して隣接せず、排気ガス流の集中も起こらない。その結果、排気ガス流は 対角線方向に隣接する開放流路 30に分散され、圧力損失を低減しつつ、排気ガス 中の微粒子の流出を抑えることができる。 [0017] 開放流路 30の数が全流路の数の 15%以下であると圧力損失の低減効果が小さぐ また 40%を超えると流出する微粒子が多くなるので捕集率が低下する。好ましくは開 放流路 30の数は全流路の数の 20〜35 %である。各開放流路 30には対角線方向に 4 つの流路が隣接するが、そのうち少なくとも 1つの流路が開放流路であれば良い。
[0018] 対角線方向に封止流路と隣接する開放流路は全開放流路の数の 10〜90%である のが好ましい。これにより、排気ガス流は通気抵抗の小さい開放流路 30により分散さ れ、排気ガス中の微粒子の流出が少なくなる。 10%未満又は 90%超の場合、圧力損 失の低減効果が小さぐ微粒子の捕集能が低い。好ましくは対角線方向に隣接する 封止流路は全開放流路 30の数の 20〜60%である。
[0019] セラミックハ-カム構造体の隔壁及び封止部は、主にディーゼルエンジンの排気ガ ス中の微粒子を除去するためのフィルタとして作用するため、耐熱性に優れた材料 で構成されるのが好ましい。具体的には、コージエライト、アルミナ、ムライト、窒化珪 素、炭化珪素、 LAS、チタン酸アルミニウム、チタ二了、ジルコユア、窒化アルミニウム 力 なる群力も選ばれた少なくとも 1種を主結晶とするセラミック材料を用いるのが好 ましい。中でも、コージエライトを主結晶とするセラミックハ-カムフィルタは、安価で耐 熱性及び耐食性に優れ、また低熱膨張であることから最も好まし ヽ。
[0020] セラミックハ-カム構造体の隔壁の気孔率は 45〜80%であるのが好ましい。開放流 路に流入した排気ガス中の微粒子の大部分は、そのまま流路を通過して流出するが 、隔壁の気孔率が 45〜80%であると、微粒子の一部は隔壁に形成された細孔に捕 集されるので、捕集率をそれほど低下させることがない。気孔率が 45%未満であると 、ハ-カムフィルタの圧力損失が上昇しエンジンの出力低下につながり、気孔率が 80 %を超えると、隔壁の強度が低下し、熱衝撃や振動により破損しやすくなる。またハ 二カム構造体の目封止材の気孔率は、隔壁の気孔率に比べて低い場合、同程度の 場合、又は高い場合いずれの場合でも良いが、隔壁の気孔率より高い場合は、排気 ガスが目封止材中の細孔内部を通過することも可能となるため、排気ガス流入側目 封止部の排気ガス流入側端面 51への微粒子の堆積が起こりに《なるので好ま ヽ
[0021] セラミックハ-カム構造体の隔壁厚は 0.1〜0.5 mmが好ましぐ隔壁のピッチは 1.2 m m以上が好ましい。隔壁厚が 0.1 mm未満では、セラミックハ-カム構造体の強度が低 下し、隔壁厚が 0.5 mmを超えると、排気ガスに対する隔壁の通気抵抗が大きくなり、 フィルタの圧力損失が大きくなる。より好ましい隔壁厚さは、 0.2〜0.4 mmである。また 、隔壁のピッチが 1.3 mm未満であると、ハ-カム構造体の排気ガス流入側の開口面 積が小さくなることから、フィルタ入口の圧力損失が大きくなる。
[0022] 開放流路が全流路の数の 20〜40%であるセラミックハ-カムフィルタを具備する本 発明の排気ガスを浄ィ匕する装置は、良好な微粒子の捕集率を保持しながら圧力損 失が低 、。このようなセラミックハ-カムフィルタを SCR触媒の後段に配置することによ り、低圧力損失で微粒子及び NOxを効率よく除去することができる。
[0023] 図 2は本発明のセラミックハ-カムフィルタの製造工程を示す。隔壁により囲まれた 多数の流路を有するセラミックハ-カム構造体 11は、セラミックス原料粉末の坏土を 混練し、押出成形し、得られたハニカム構造の成形体を焼成することにより得られる。 セラミックハ-カム構造体 11の端面 12に榭脂製フィルム 7を貼り付け [工程 (a)]、封止 流路が巿松模様に配列し、開放流路 30が対角線方向に配列するように、フィルム 7に レーザ加工等により貫通孔 8を開ける [工程 (b)]。また開放流路 30を形成するように貫 通孔 8を開ける代りに、図 3に示すように、封止流路が巿松模様に配列するように貫 通孔 8を開けた後、フィルム 7上にテープ 9aを貼り付けて、開放流路 30に相当する位 置にある貫通孔 8を塞いでもよい。開放流路 30の配置に応じて、さらにテープ 9bを貼 つても良い。
[0024] セラミックハ-カム構造体 11の端面 12を容器 20内の封止用スラリー 21に浸漬し [ェ 程 (c)]、セラミックハ-カム構造体 11の他端面 13を加圧手段 22により押し、貫通孔 8よ り封止材スラリーを流路端部に導入する [工程 (d)]。フィルム 7を除去し、乾燥すること により、ハ-カム構造体 11の端面 12に封止部 5を設ける [工程 ( ]。他端面 13にも同 様にフィルム 7を貼り付けて、端面 12側で封止部 5を設けな力つた流路にレーザ加工 等により市松模様に貫通孔 8'を開け、封止材スラリーを他端面 13側の流路端部に導 入する [工程 (£)]。フィルム 7を除去後、乾燥することにより、端面 12, 13側にそれぞれ 封止部 5, 6を有する成形体を得る。これを焼成することにより、封止部 5, 6が隔壁 2と 一体ィ匕したセラミックハ-カムフィルタ 10を得る [工程 (g)]。 [0025] なお一端面 12にフィルム 7を貼り付けずに、図 5に示す封止材注入装置 31のノズル 3 2を流路に挿入し、封止材スラリーを直接導入しても良い。封止材注入装置 31を使用 すると、図 4に示すように流路内部に封止部 5を形成することができる。
[0026] 本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明するが、本発明はそれらに限定さ れるものではない。
[0027] 実施例 1
カオリン粉末、タルク粉末、シリカ粉末、水酸化アルミニウム粉末及びアルミナ粉末 を、 47〜53質量％の SiO、 32〜38質量％の A1 0、及び 21〜16質量％の MgOからな
2 2 3
り、 CaO、 Na 0、 K 0、 TiO、 Fe 0、 PbO、 P O等の不可避的不純物が全体で 2.5%
2 2 2 2 3 2 5
以下の組成となるように配合し、コーディエライト生成原料粉末を作製した。このコー ジェライト生成原料粉末を、水、成形助剤及び造孔剤と十分混合し、ハニカム構造に 押出成形可能なセラミック坏土を調製した。このセラミック坏土を押出成形し、外周壁 と、外周壁の内側で隔壁により囲まれた断面四角形状の流路を有するハニカム構造 の成形体を作製し、乾燥後焼成し、直径 267 mm,全長 L300 mm,隔壁のピッチ 1.5 m m及び隔壁厚さ 0.3 mmの隔壁構造を有し、隔壁の気孔率が 65%のハニカム構造体 を作製した。
[0028] 図 2に示す手順に従って本発明のセラミックハ-カムフィルタを作製した。セラミック ハ-カム構造体の端面 12に榭脂製フィルム 7を貼り付け [工程 (a)]、表 1に示す配置 の開放流路が形成されるようにフィルム 7にレーザにより貫通孔 8を開けた [工程 (b)]。 セラミックハ-カム構造体 11の端面 12を容器 20内の封止用スラリー 21に浸漬し [工程 ( c)]、封止材スラリーを流路端部に導入した [工程 (d)]。フィルムを除去した後、封止部 5を乾燥した [工程 (e)]。他端面 13にも同様にフィルム 7を貼り付け、封止流路では一 方の端部だけが封止されるように、レーザによりフィルム 7に巿松模様に貫通孔 8'を 開け、端面 12側と同様に封止材スラリーを流路端部に導入した [工程 (£)]。フィルム 7 を除去後、封止部 6を乾燥させ、両封止部 5、 6を焼成することにより、両封止部 5、 6が 隔壁に一体ィ匕したセラミックハ-カムフィルタを得た [工程 (g)]。セラミックハ-カムフィ ルタは、市松模様に配列した封止流路と、対角線方向に配列した開放流路とを有し ていた。 [0029] 実施例 2〜6及び比較例 1〜3
表 1に示す配置の開放流路が形成されるように、セラミックハニカム構造体の端面 1 2に貼り付けた榭脂製フィルム 7の貫通孔 8の開け方を変更した以外は、実施例 1と同 様にして、セラミックハ-カムフィルタを作製した。比較例 3のセラミックハ-カムフィル タには開放流路を設けなかった。
[0030] 実施例 7〜9及び比較例 4〜5
図 5に示す封止材注入装置 31を用い、表 1に示す配置の開放流路が形成されるよ うに、封止部を形成する流路内にノズル 32を挿入し、端面 12から 10 mmの位置にスラ リーを導入して、セラミックハ-カム構造体の端面 12に封止部 5を形成した。これ以外 は実施例 1と同様にして、セラミックハ-カムフィルタを作製した。比較例 6のセラミック ハ-カムフィルタには開放流路を設けなかった。
[0031] 実施例 1〜9及び比較例 1〜6のセラミックハ-カムフィルタに対して、圧力損失及 び粒子状物質の捕集率の測定を行った。圧力損失は、圧力損失テストスタンドを用 い、 15 Nm3/minの空気流量におけるセラミックハ-カムフィルタの入口側と出口側と の差圧力ゝら求め、実施例 1の測定結果を 1として相対値で示す。微粒子捕集率は、空 気流量 10 Nm3/minで、平均粒径 0.042 μ mのカーボン粉を 3 g/hの割合で 2時間セラ ミックハ-カムフィルタに投入し、捕集したカーボン粉の重量を測定し、（捕集した力 一ボン粉の重量 Z投入したカーボン粉の重量） X 100 (%)の式により算出した。これ らの結果を表 1に示す。
[0032] [表 1]
開放流路
封止部 圧力 割合 ω 捕集率 例 No. 隔壁面を介 対角線方向 対角線方向に封止流路
の位置1 :3) 損失 (%) (%) する隣接 の隣接 と隣接する割合 (2)(%)
実施例 1 16 なし 有 35 端面 1 80 実施例 2 20 なし 有 35 端面 0.95 75 実施例 3 25 なし 有 30 端面 0.90 69 実施例 4 30 なし 有 30 端面 0.85 59 実施例 5 35 なし 有 20 面 0.80 51 実施例 6 40 なし 有 20 0.75 43 実施例 7 20 なし 有 35 內側 0.94 76 実施例 8 30 なし 有 30 内側 0.84 60 実施例 9 40 なし 有 20 内側 0.73 44 比較例 1 10 なし 有 30 ¾}面 1.15 85 比較例 2 50 なし 有 0 0.30 30 比較例 3 0 なし なし 0 端面 1.25 90 比較例 4 10 なし 有 30 内側 1.14 86 比較例 5 50 なし 有 0 内側 0.29 31 比較例 6 0 なし なし 0 内側 1.23 91 注: (1)全流路数に対する開放流路数の割合。
(2)全開放流路のうち、対角線方向に封止流路が隣接するものの数の割合。
(3)「端面」は図 1(a)〜図 1(c)に示すように封止部が流路の端面に接して設けられ ている場合であり、「内側」は図 4(a)〜図 4(c)に示すように封止部が流路端面より内側 に設けられて 、る場合である。
表 1から、開放流路が対角線方向に隣接し、その数が全流路の数の 15%超 40%以 下である実施例 1〜9のセラミックハ-カムフィルタでは、微粒子の捕集性能が損なわ れずに圧力損失が低減して!/、ることが分る。特に開放流路の割合が 20〜35%の場 合、微粒子の捕集性能と圧力損失とのバランスが良好であった。一方、開放流路が 全流路の数の 15%以下である比較例 1及び 4のセラミックハ-カムフィルタは、圧力 損失が大きかった。開放流路が全流路の数の 45%を超えた比較例 2及び 5のセラミツ クハ-カムフィルタは、圧力損失は小さ力つたが捕集率が低ぐ実用レベルに至らな 力つた。開放流路を全く有さない比較例 3及び 6は、捕集率は良好であつたが、圧力 損失が高力つた。
以上本発明を添付図面を参照して詳細に説明したが、本発明はそれらに限定され るものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で種々の変更が可能である。

Claims

請求の範囲
多孔質の隔壁で仕切られた多数の流路を有するセラミックハニカム構造体と、所定 の流路の排気ガス流入側又は排気ガス流出側に設けられた封止部とを有するセラミ ックハ-カムフィルタにお 、て、排気ガス流入側及び排気ガス流出側の ヽずれにも封 止部を有さない開放流路が全流路の数の 15%超 40%以下であり、隣接する開放流 路の配置が対角線方向であることを特徴とするセラミックハ-カムフィルタ。
請求項 1に記載のセラミックハ-カムフィルタにお 、て、対角線方向に封止流路と 隣接する開放流路が全開放流路の数の 10〜90%であることを特徴とするセラミックハ 二カムフイノレタ。
請求項 1又は 2に記載のセラミックハ-カムフィルタを具備することを特徴とする排気 ガス浄化装置。
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