WO2016098834A1 - ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法 - Google Patents

ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法 Download PDF

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outlet
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博之 井川
友也 黒田
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住友化学株式会社
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    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28B11/00—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles
    • B28B11/04—Apparatus or processes for treating or working the shaped or preshaped articles for coating or applying engobing layers

Definitions

  • the present invention relates to a honeycomb filter.
  • honeycomb structure is expected to have a smaller pressure loss than a honeycomb structure sealed with a plug.
  • honeycomb structure is supported by a catalyst or a carrier carrying a catalyst, It was found that the pressure loss was increased similarly to the sealed honeycomb structure, and the effect of reducing the pressure loss was reduced.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a honeycomb filter having a high pressure loss reduction effect even when a catalyst or a carrier supporting the catalyst is held.
  • the honeycomb filter according to the present invention includes a plurality of first flow paths (inlet flow paths) opened at one end face (inlet) and closed at the other end face (outlet), and the other end face closed at the one end face. And a columnar and porous honeycomb structure that forms a plurality of second flow paths (exit flow paths) that are opened in (1), and a catalyst or a carrier that supports the catalyst, which is held in the honeycomb structure.
  • the honeycomb structure includes a central partition wall in which cross-sectional areas of the first flow paths and the second flow paths are constant in the axial direction, and the first flow paths from the central partition wall toward the other end surface. And the other end side inclined partition wall in which the sectional area of each of the second flow paths is reduced.
  • the mass of the catalyst held on the other end-side inclined partition wall per apparent unit volume or the carrier supporting the catalyst is the same as that of the catalyst or catalyst held on the central partition wall per apparent unit volume. It is smaller than the mass of the supported carrier.
  • the cross-sectional area of each of the first flow paths is further increased from the central partition toward the one end face, and the cross-sectional area of each of the second flow paths is reduced.
  • One end side inclined partition wall can be provided. Thereby, the pressure loss can be further reduced.
  • the one end surface may be a gas inlet side, and the other end surface may be a gas outlet side.
  • the cross-sectional shape of the plurality of first flow paths and the plurality of second flow paths in the central partition may be hexagonal.
  • the honeycomb filter manufacturing method includes a plurality of first flow paths (inlet flow paths) in which one end face (inlet) is opened and the other end face (outlet) is closed, and the one end face is closed.
  • the honeycomb structure includes a central partition wall in which cross-sectional areas of the first flow paths and the second flow paths are constant in the axial direction, and the first flow paths from the central partition wall toward the other end surface. And the other end side inclined partition wall in which the sectional area of each of the second flow paths is reduced.
  • the holding step includes a step of bringing the liquid containing the catalyst or the carrier into contact with the central partition wall of the honeycomb structure so as not to contact the other end-side inclined partition wall of the honeycomb structure.
  • the above honeycomb filter can be easily manufactured.
  • the holding step may further include a step of covering the other end-side inclined partition wall of the honeycomb structure with a protective layer before bringing the liquid into contact with the honeycomb structure.
  • a honeycomb filter having a high effect of reducing pressure loss even when a catalyst or a carrier carrying a catalyst is held.
  • FIG. 1 is a perspective view of a honeycomb filter 100 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a II-II cross-sectional view of the central partition 10 cent of the honeycomb structure 10 of FIG. 3A is an enlarged view of the end face of the inlet (one end) end face 10E in of FIG. 1, and FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line bb of FIG. 3A.
  • 4A is an enlarged view of the end face of the outlet (other end side) end face 10E out of FIG. 1
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along line bb of FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a schematic view showing a method for manufacturing a honeycomb filter according to the first embodiment.
  • a honeycomb filter 100 includes a columnar and porous honeycomb structure 10 as shown in FIG. 1 and a catalyst held in the honeycomb structure 10 or a carrier on which the catalyst is supported.
  • the honeycomb structure 10 has an inlet end face (one end face) 10E in and an outlet end face (other end face) 10E out .
  • the honeycomb structure 10 has a plurality of inlet channels (a plurality of first channels) 70H in opened at the inlet end surface 10E in and closed at the outlet end surface 10E out , and an outlet end surface closed at the inlet end surface 10E in.
  • a plurality of outlet channels (a plurality of second channels) 70H out opened at 10E out are formed.
  • honeycomb structure an inlet-side inclined partition wall (one side inclined partition wall) 10 in having an inlet end face 10E in, the outlet side inclined partition wall (the other end side inclined partition wall) having an exit end face 10E out 10 out, and these A central partition 10 cent between the two.
  • the outer diameter of the honeycomb structure 10 can be set to, for example, 50 to 250 mm.
  • the axial length of the honeycomb structure 10 can be set to, for example, 50 to 300 mm.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of the central partition 10 cent of the honeycomb structure 10.
  • the central partition 10 cent forms a large number of inlet channels 70H in and a large number of outlet channels 70H out each having a substantially constant cross-sectional area along the axial direction.
  • the middle partition 10 cent so that one of the inlet flow passage 70H in the adjacent three other inlet passage 70H in, and adjacent to the three outlet passage 70H out, the inlet channel 70H in and outlet channel 70H out are regularly arranged.
  • One outlet channel 70H out is adjacent to the six inlet channels 70H in and is not adjacent to the other outlet channel 70H out .
  • Each flow channel is adjacent to a total of six flow channels, each via a partition wall.
  • the cross-sectional shapes of the inlet channel 70H in and the outlet channel 70H out are substantially hexagonal.
  • the thickness of the wall W separating the two flow paths in the central partition wall 10 cent can be set to 0.10 to 0.35 mm, for example.
  • the density of the flow path can be, for example, 150 to 400 cpsi.
  • the inlet-side inclined partition wall 10 in gradually expands the cross-sectional area of the inlet channel 70H in from the central partition wall 10 cent toward the inlet end surface 10E in as compared to the central partition wall 10 cent , and the outlet channel 70H out the cross-sectional area gradually close shrinking, are inclined relative to the axis of the inlet channel 70H in and outlet channel 70H out.
  • the inlet side inclined partition wall 10 in from the central partition wall 10 cent towards the inlet end face 10E in gradually expanding the cross-sectional area of the inlet flow passage 70H in a substantially hexagonal in central bulkhead 10 cent
  • the cross-sectional shape is triangular, and the cross-sectional area of the outlet flow path 70H out is set to 0 before reaching the inlet end face 10E in .
  • the vertices of each triangle forming the enlarged inlet passage 70H in reaches the center of the outlet passage 70H out, thereby, the outlet passage 70H out is sealed.
  • the axial length H in of the inlet-side inclined partition wall 10 in can be set to 20 mm or less, for example.
  • the thickness of the plate-like portion separating the two flow paths in the inlet side inclined partition wall 10 in can be set to 0.10 to 0.35 mm, for example. This thickness can be a thickness within ⁇ 10% with respect to the thickness of the partition in the central partition 10 cent .
  • outlet side inclined partition wall (other end side inclined partition wall) 10 out is shown.
  • the outlet-side inclined partition wall 10 out gradually expands the cross-sectional area of the outlet channel 70H out from the central partition wall 10 cent toward the outlet end face 10E out as compared to the central partition wall 10 cent , and the inlet channel 70H in the cross-sectional area gradually close shrinking, are inclined relative to the axis of the inlet channel 70H in and outlet channel 70H out.
  • the outlet side inclined partition wall 10 out comprises, from the central partition wall 10 cent to the outlet end face 10E out, each-edge portions of the cross-sectional area of the outlet passage 70H out is substantially hexagonal in central bulkhead 10 cent
  • the cross-sectional area of the outlet flow path 70H out is set to 0 before it gradually expands into a hexagonal shape and reaches the outlet end face 10E out .
  • the apex of each hexagonal enlarged outlet passage 70H out reaches near the center of the inlet flow passage 70H in, thereby, the inlet flow passage 70H in is sealed.
  • the axial length H out of the outlet side inclined partition wall 10 out can be set to 1 to 20 mm, for example.
  • the thickness of the plate-like portion separating the two flow paths in the outlet-side inclined partition wall 10 out can be set to 0.10 to 0.35 mm, for example. This thickness can be a thickness within ⁇ 10% with respect to the thickness of the partition in the central partition 10 cent .
  • the aperture ratio at the inlet end face 10E in can be made larger than the aperture ratio at the outlet end face 10E out .
  • the material of the honeycomb structure 10 is a porous ceramic and has pores that can collect particles such as soot while allowing gas to pass therethrough.
  • ceramics are aluminum titanate, silicon carbide, cordierite.
  • Aluminum titanate can include magnesium, silicon, and the like.
  • the catalyst examples include a catalyst containing at least one metal element selected from the group consisting of Pt, Pd, Rh, silver, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, and copper, or a catalyst made of zeolite particles. is there.
  • the particle size of the catalyst can be, for example, 1 nm to 10 ⁇ m.
  • the catalyst may be directly held on the surface of the honeycomb structure 10 or may be supported on a carrier held on the honeycomb structure.
  • the support may function as a cocatalyst.
  • the support examples include alumina, silica, magnesia, titania, zirconia, ceria, oxides such as La 2 O 3 , BaO, and zeolite, or composite oxide particles containing one or more of these.
  • the particle size of the carrier can be 0.1 to 100 ⁇ m, for example.
  • the mass M out of the catalyst or the carrier carrying the catalyst held in the outlet-side inclined partition wall 10 out per apparent unit volume is held in the central partition wall 10 cent per apparent unit volume.
  • M out / M cent ⁇ 0.7, and more preferably, M out / M cent ⁇ 0.5.
  • the apparent volume of the outlet-side inclined partition wall is the total volume of the non-flow channel part (partition wall part) and the flow channel part (inlet channel and outlet channel) of the outlet-side inclined partition wall 10 out .
  • the apparent volume of the central partition wall is the total volume of the non-flow channel portion (partition wall portion) and the flow channel portion (inlet flow channel and outlet flow channel) of the central partition wall.
  • the mass M in of the catalyst or catalyst-supported carrier held in the inlet-side inclined partition wall 10 in per apparent unit volume is supported by the catalyst or catalyst held in the central partition wall 10 cent per apparent unit volume.
  • the mass may be higher than the mass M cent of the carrier, or may be equal to or less than the mass M cent .
  • the honeycomb filter 100 having the inlet side inclined partition wall 10 in and the outlet side inclined partition wall 10 out can have a lower initial pressure loss than the honeycomb filter 100 that seals the flow path by the plug.
  • the honeycomb filter 100 according to the present embodiment it has been found that when the pores of the outlet side inclined partition wall 10 out are closed or narrowed by the catalyst or the carrier supporting the catalyst, the effect of reducing the pressure loss is easily diminished.
  • the mass of the catalyst or the carrier supporting the catalyst held in the outlet-side inclined partition wall 10 out per apparent unit volume of the filter is the center per apparent unit volume of the filter.
  • the air permeability of the outlet side inclined partition 10 out can be made smaller than that of the central partition 10 cent and the inlet side inclined partition 10 in .
  • honey-comb filter a ceramic raw material is extruded using an extruder, and a honeycomb formed body having the same cross-sectional shape as the central partition 10 cent is manufactured.
  • the honeycomb formed body has an outlet passage 70H out of the inlet flow passage 70H in and non-sealing the unsealed opening while penetrating respectively.
  • the composition of the ceramic raw material may be anything that gives a porous ceramic after firing.
  • a ceramic raw material, an organic binder, a pore forming agent, a solvent, and an additive added as necessary can be included.
  • Ceramic raw material is a powder containing elements constituting ceramic.
  • the binder can be an organic binder, and examples thereof include celluloses such as methylcellulose, carboxymethylcellulose, hydroxyalkylmethylcellulose, and sodium carboxymethylcellulose; alcohols such as polyvinyl alcohol; and lignin sulfonate.
  • the additive include a lubricant, a plasticizer, and a dispersant.
  • the cross-sectional shape of the inlet flow passage 70H in becomes triangular, partition wall with each other completely crimped the outlet passage 70H out, outlet stream
  • the path 70H out is sealed. That is, the outlet channel 70H out is closed at the inlet end face 10E in .
  • vibration or ultrasonic waves may be applied to the sealing jig 400.
  • an outlet-side inclined partition wall 10 out is formed on the outlet end face 10E out .
  • Projection of the sealing jig to be inserted into the outlet passage 70H out may be a hexagonal pyramid shape. Then, after drying as necessary, the honeycomb formed body 100 ′ with both end faces sealed is fired to obtain a honeycomb structure.
  • the honeycomb structure 10 holds the catalyst or the carrier carrying the catalyst so as to be smaller than the mass of the carrier.
  • a liquid containing a catalyst or a carrier supporting the catalyst for example, slurry may be brought into contact with the central partition 10 cent so as not to contact the outlet-side inclined partition 10 out .
  • the outlet-side inclined partition 10 out is directed upward so that only the inlet-side inclined partition 10 in and the central partition 10 cent of the honeycomb structure are immersed in the liquid, and the outlet-side inclined partition 10 out is exposed from the liquid.
  • how to dip the honeycomb structure 10 to the liquid Te was placed as the inlet side inclined partition wall 10 in the honeycomb structure is on top, the liquid deposited on the inlet side inclined partition wall 10 in flowed down by the downward air blowing or the like .
  • a method of preventing the liquid from adhering to the outlet side inclined partition wall 10 out after reaching the central partition wall 10 cent by adjusting the air volume and the flow time of the air blow, and the outlet side inclined partition wall 10 out is first made of an organic substance (resin layer Etc.), and then dip into the liquid or flow down the liquid, and then the protective layer disappears by heating in the atmosphere. There is a method to.
  • this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation
  • the arrangement of the inlet channel and the outlet channel that is, the number of outlet channels adjacent to one inlet channel and the number of inlet channels adjacent to one outlet channel are not limited to the above embodiment.
  • “two channels are adjacent” can mean that the two channels are separated in the thickness direction of the partition via one partition.
  • the shape of the inclined partition may be any shape as long as the cross-sectional area of each inlet channel is reduced and the cross-sectional area of each outlet channel is enlarged from the central partition toward the other end surface. Can be appropriately modified according to the cross-sectional shape of each flow path and the arrangement of the flow paths.
  • cross-sectional shape of the flow path is not particularly limited to the above embodiment, and may be a polygon such as a quadrangle or an octagon, a circle, or the like.
  • the honeycomb structure 10 of the above embodiment has a structure having an inlet inclined partition wall not only on the outlet side but also on the inlet side, but the inlet channel is sealed by a plug at the inlet end, and the inlet side inclined partition wall is formed. Implementation is possible even with a structure that does not have.
  • the outer shape of the filter may not be a cylindrical body, and may be, for example, a quadrangular prism.
  • the cell density can be, for example, 200 to 400 cpsi.
  • Reference Example 3 The same honeycomb structure as in Reference Example 1 was made the same as Reference Example 2 except that the catalyst was held only by the outlet-side inclined partition walls. The pressure loss was 6.13 kPa.
  • Reference Example 4 The same honeycomb structure as in Reference Example 1 was made the same as Reference Example 2 except that the catalyst was held only by the inlet side inclined partition walls and the outlet side inclined partition walls. The pressure loss was 6.64 kPa.
  • Reference Example 5 The same honeycomb structure as in Reference Example 1 was the same as Reference Example 2 except that the catalyst was held in all of the inlet-side inclined partition walls, the central partition wall, and the outlet-side inclined partition walls.
  • the pressure loss was 9.47 kPa.
  • Reference Example 6 It was the same as Reference Example 1 except that it was not sealed with an inclined partition but sealed with a plug. The catalyst is not retained. The pressure loss was 6.04 kPa.
  • Example 1 It was the same as Reference Example 2 except that the catalyst was held only in the inlet side partition wall and the central partition wall. The pressure loss was 6.06 kPa. Comparison of Reference Examples 1 to 4 shows that pressure loss tends to increase when the catalyst is held in the outlet side partition. In Reference Examples 2 to 4, since the catalyst is held only in the portion other than the central partition wall of the honeycomb structure, the performance as a catalyst is insufficient. In Example 1, a large reduction in pressure loss was realized as compared with Reference Example 5 while holding the carrier in the central partition. The results are shown in Table 1.

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Abstract

　ハニカム構造体１０は、各入口流路（第１流路）７０Ｈｉｎ及び各出口流路（第２流路）７０Ｈｏｕｔの断面積が軸方向に一定である中央隔壁１０ｃｅｎｔと、中央隔壁１０ｃｅｎｔから出口端面１０Ｅｏｕｔに向かって、各入口流路７０Ｈｉｎの断面積が縮小され、かつ、各出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積が拡大される、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔとを有する。見かけの単位体積あたりの出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量は、見かけの単位体積あたりの中央隔壁１０ｃｅｎｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量よりも小さい。

Description

ハニカムフィルタ及びハニカムフィルタの製造方法
　本発明は、ハニカムフィルタに関する。
　従来より、プラグによる封口でなく、隔壁の変形、すなわち、封口対象の流路に隣接する流路の断面積を拡大するように端部の隔壁を傾斜させて封口対象の流路を封口したハニカム構造体が知られている。
特開２００３－１６６４１０号公報 特開２００３－４９６３１号公報
　ところで、このようなハニカム構造体は、プラグにより封口したハニカム構造体に比べて圧力損失が小さくなることが期待されるが、触媒又は触媒を担持する担体をハニカム構造体に保持させると、プラグにより封口したハニカム構造体と同様に圧力損失が大きくなってしまい、圧力損失の低減の効果が低くなることが判明した。
　本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、触媒又は触媒を担持する担体を保持させてもなお、圧力損失低減効果の高いハニカムフィルタを提供することを目的とする。
　本発明に係るハニカムフィルタは、一端面（入口）で開放されて他端面（出口）で閉じられた複数の第１流路（入口流路）、及び、前記一端面で閉じられて前記他端面で開放された複数の第２流路（出口流路）を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体、及び、前記ハニカム構造体に保持された、触媒、又は、触媒を担持した担体を備える。
　前記ハニカム構造体は、各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積が軸方向に一定である中央隔壁と、前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を有する。
　そして、見かけの単位体積あたりの前記他端側傾斜隔壁に保持された前記触媒又は前記触媒を担持した担体の質量は、見かけの単位体積あたりの前記中央隔壁に保持された前記触媒又は前記触媒を担持した担体の質量よりも小さい。
　本発明によれば、触媒又は触媒を担持した担体をハニカム構造体に保持させることによる他端側傾斜隔壁の細孔の閉塞等を抑制できる。
　ここで、前記ハニカム構造体は、さらに、前記中央隔壁から前記一端面に向かって、各前記第１流路の断面積が拡大され、かつ、各前記第２流路の断面積が縮小される、一端側傾斜隔壁を有することができる。
　これにより、より一層の圧力損失の低減が可能である。
　前記一端面はガスの入口側であり、前記他端面はガスの出口側であることができる。
　また、複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路の前記中央隔壁における断面形状は六角形であることができる。
　本発明に係るハニカムフィルタの製造方法は、一端面（入口）が開放されて他端面（出口）が閉じられた複数の第１流路（入口流路）、及び、前記一端面が閉じられて前記他端面が開放された複数の第２流路（出口流路）を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体に触媒又は触媒を担持した担体を保持させる工程を備える。
　前記ハニカム構造体は、各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積が軸方向に一定である中央隔壁と、前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を有する。
　前記保持させる工程は、前記触媒又は前記担体を含む液を、前記ハニカム構造体の前記他端側傾斜隔壁に接触しないように、前記ハニカム構造体の前記中央隔壁に接触させる工程を含む。
　本発明によれば、上記のハニカムフィルタを容易に製造することができる。
　ここで、前記保持させる工程は、前記液を前記ハニカム構造体に接触させる前に、前記ハニカム構造体の前記他端側傾斜隔壁を保護層で被覆する工程を更に含むことができる。
　本発明によれば、触媒又は触媒を担持した担体を保持させてもなお、圧力損失低減効果の高いハニカムフィルタが提供される。
図１は第１実施形態に係るハニカムフィルタ１００の斜視図である。 図２は図１のハニカム構造体１０の中央隔壁１０ｃｅｎｔのＩＩ－ＩＩ断面図である。 図３の（ａ）は、図１の入口（一端側）端面１０Ｅｉｎの端面の拡大図、図３の（ｂ）は図３の（ａ）のｂ－ｂ断面図である。 図４の（ａ）は、図１の出口（他端側）端面１０Ｅｏｕｔの端面の拡大図、図４の（ｂ）は図４の（ａ）のｂ－ｂ断面図である。 図５は、第１実施形態に係るハニカムフィルタの製造方法を示す模式図である。
　図面を参照しながら本発明の第１実施形態について説明する。
　（第１実施形態）
　本実施形態に係るハニカムフィルタ１００は、図１に示すような柱状で多孔質のハニカム構造体１０及び当該ハニカム構造体１０に保持された触媒又は触媒が担持された担体を備える。ハニカム構造体１０は、入口端面（一端面）１０Ｅｉｎ及び出口端面（他端面）１０Ｅｏｕｔを有する。ハニカム構造体１０は、入口端面１０Ｅｉｎで開放されて出口端面１０Ｅｏｕｔで閉じられた複数の入口流路（複数の第１流路）７０Ｈｉｎ、及び、入口端面１０Ｅｉｎで閉じられて出口端面１０Ｅｏｕｔで開放された複数の出口流路（複数の第２流路）７０Ｈｏｕｔを形成する。また、ハニカム構造体１０は、入口端面１０Ｅｉｎを有する入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）１０ｉｎ、出口端面１０Ｅｏｕｔを有する出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）１０ｏｕｔ、及び、これらの間にある中央隔壁１０ｃｅｎｔを有する。
　ハニカム構造体１０の外径は、例えば、５０～２５０ｍｍとすることができる。ハニカム構造体１０の軸方向長さは、例えば、５０～３００ｍｍとすることができる。
　図２は、ハニカム構造体１０の中央隔壁１０ｃｅｎｔの断面である。中央隔壁１０ｃｅｎｔは、軸方向に沿って断面積がそれぞれ実質的に一定の多数の入口流路７０Ｈｉｎ及び多数の出口流路７０Ｈｏｕｔを形成する。本実施形態では、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおいて、１つの入口流路７０Ｈｉｎが３つの他の入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、かつ、３つの出口流路７０Ｈｏｕｔと隣接するように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔが規則的に配置されている。１つの出口流路７０Ｈｏｕｔは６つの入口流路７０Ｈｉｎと隣接し、他の出口流路７０Ｈｏｕｔとは隣接しない。各流路は、合計６つの流路とそれぞれ隔壁を介して隣接している。中央隔壁１０ｃｅｎｔにおいて、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの断面形状は略六角形である。中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける、２つの流路を隔てる壁Ｗの厚みは、例えば、０．１０～０．３５ｍｍとすることができる。流路の密度は、例えば、１５０～４００ｃｐｓｉとすることができる。
　次に、図３の（ａ）及び（ｂ）を参照して、入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）１０ｉｎの構造を示す。入口側傾斜隔壁１０ｉｎは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから入口端面１０Ｅｉｎに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔに比べて入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に拡大し、かつ、出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を徐々に縮小して閉じるように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの軸に対して傾斜している。具体的には、入口側傾斜隔壁１０ｉｎは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから入口端面１０Ｅｉｎに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔで略六角形である入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に拡大して入口端面１０Ｅｉｎでは断面形状を三角形にし、かつ、入口端面１０Ｅｉｎに到達する以前に出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を０とする。入口端面１０Ｅｉｎにおいて、拡大された入口流路７０Ｈｉｎを形成する各三角形の頂点が出口流路７０Ｈｏｕｔの中心に到達し、これにより、出口流路７０Ｈｏｕｔが封口されている。入口側傾斜隔壁１０ｉｎの軸方向長さＨｉｎは、例えば、２０ｍｍ以下とすることができる。入口側傾斜隔壁１０ｉｎにおける、２つの流路を隔てる板状部分の厚みは、例えば、０．１０～０．３５ｍｍとすることができる。この厚みは、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける隔壁の厚みに対して±１０％以内の厚みであることができる。
　次に、図４の（ａ）及び（ｂ）を参照して、出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）１０ｏｕｔの構造を示す。出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから出口端面１０Ｅｏｕｔに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔに比べて出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を徐々に拡大し、かつ、入口流路７０Ｈｉｎの断面積を徐々に縮小して閉じるように、入口流路７０Ｈｉｎ及び出口流路７０Ｈｏｕｔの軸に対して傾斜している。具体的には、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔは、中央隔壁１０ｃｅｎｔから出口端面１０Ｅｏｕｔに向かって、中央隔壁１０ｃｅｎｔで略六角形である出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積をそれぞれ辺の部分が角になるような六角形に徐々に拡大し、かつ、出口端面１０Ｅｏｕｔに到達する以前に出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積を０とする。出口端面１０Ｅｏｕｔにおいて、拡大された出口流路７０Ｈｏｕｔの各六角形の頂点が入口流路７０Ｈｉｎの中央付近に到達し、これにより、入口流路７０Ｈｉｎが封口されている。出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの軸方向長さＨｏｕｔは、例えば、１～２０ｍｍとすることができる。出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔにおける、２つの流路を隔てる板状部分の厚みは、例えば、０．１０～０．３５ｍｍとすることができる。この厚みは、中央隔壁１０ｃｅｎｔにおける隔壁の厚みに対して±１０％以内の厚みであることができる。
　入口端面１０Ｅｉｎにおける開口率は、出口端面１０Ｅｏｕｔにおける開口率よりも大きくすることができる。
　ハニカム構造体１０の材料は多孔質セラミックであり、ガスが通過できる一方煤などの粒子を捕集できる空孔を有する。セラミックの例は、チタン酸アルミニウム、炭化ケイ素、コージェライトである。チタン酸アルミニウムは、マグネシウムやケイ素などを含むことができる。
　触媒の例は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、銀、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅からなる群より選択される少なくとも１つの金属元素を含む触媒、又は、ゼオライト粒子からなる触媒である。触媒の粒径は、例えば、１ｎｍ～１０μｍとすることができる。
　触媒は、ハニカム構造体１０の表面に直接保持されても良いが、ハニカム構造体に保持された担体に担持されていてもよい。担体は、助触媒として機能する場合もある。
　担体の例は、アルミナ、シリカ、マグネシア、チタニア、ジルコニア、セリア、Ｌａ２Ｏ３、ＢａＯ、ゼオライト等の酸化物、あるいは、これらの内の１種以上を含む複合酸化物の粒子である。担体の粒径は、例えば、０．１～１００μｍとすることができる。
　特に、本実施形態においては、見かけの単位体積あたりの出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに保持された、触媒又は触媒を担持した担体の質量Ｍｏｕｔが、見かけの単位体積あたりの中央隔壁１０ｃｅｎｔに保持された、触媒又は触媒を担持した担体の質量Ｍｃｅｎｔよりも低い。好ましくは、Ｍｏｕｔ／Ｍｃｅｎｔ≦０．７であり、より好ましくは、Ｍｏｕｔ／Ｍｃｅｎｔ≦０．５である。ここで、出口側傾斜隔壁の見かけの体積とは、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの非流路部（隔壁部）及び流路部（入口流路及び出口流路）の合計体積である。また、中央隔壁の見かけの体積とは、中央隔壁の非流路部（隔壁部）及び流路部（入口流路及び出口流路）の合計体積である。
　また、見かけの単位体積あたりの入口側傾斜隔壁１０ｉｎに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量Ｍｉｎは、見かけの単位体積あたりの中央隔壁１０ｃｅｎｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量Ｍｃｅｎｔよりも高くしてもよいし、質量Ｍｃｅｎｔ以下であってもよい。
　続いて、本実施形態に係るハニカムフィルタの作用を説明する。このような入口側傾斜隔壁１０ｉｎ及び出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔを有するハニカムフィルタ１００は、プラグにより流路を封口するハニカムフィルタ１００に比べて、低い初期圧力損失を有することができる。しかしながら、本発明者らによれば、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの空孔が触媒又は触媒を担持した担体により閉塞あるいは狭められると、圧力損失の低減効果が減殺されやすいことが判明した。本実施形態にかかるハニカムフィルタ１００によれば、フィルタの見かけの単位体積あたりの出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量が、フィルタの見かけの単位体積あたりの中央隔壁１０ｃｅｎｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量よりも低い。これにより、フィルタの圧力損失に大きく寄与する出口側傾斜隔壁の空孔に対する触媒や担体による閉塞や狭隘化を抑えて、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔによる圧力損失低減効果を十分に発揮させることができ、したがって、ハニカムフィルタ１００の初期圧力損失を抑制することができる。
　このフィルタにおいては、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの通気度を、中央隔壁１０ｃｅｎｔ及び入口側傾斜隔壁１０ｉｎに比べて小さくすることも可能である。
　続いて、このようなハニカムフィルタの製造方法を説明する。まず、セラミック原料を押出成形機により押出成形して、中央隔壁１０ｃｅｎｔと同じ断面形状を有するハニカム成形体を製造する。このハニカム成形体は、未封口の入口流路７０Ｈｉｎ及び未封口の出口流路７０Ｈｏｕｔをそれぞれ貫通した状態で有する。
　セラミック原料の組成は、焼成後に多孔質のセラミックを与える物であればよい。例えば、セラミック原料と、有機バインダと、造孔剤と、溶媒と、必要に応じて添加される添加物を含むことができる。
　セラミック原料は、セラミックを構成する元素を含有する粉末である。バインダは、有機バインダであることができ、メチルセルロース、カルボキシルメチルセルロース、ヒドロキシアルキルメチルセルロース、ナトリウムカルボキシルメチルセルロースなどのセルロース類；ポリビニルアルコールなどのアルコール類；リグニンスルホン酸塩を例示できる。添加物としては、例えば、潤滑剤および可塑剤、分散剤が挙げられる。
　続いて、図５に示すように、得られた未焼成のハニカム成形体１００’の入口端面１０Ｅｉｎにおいて、入口側傾斜隔壁１０ｉｎを形成する。具体的には、三角錐形状の多数の突起４１０ａを有する封口用治具４００を用意する。そして、各突起４１０ａが入口流路７０Ｈｉｎ内に入るように、封口用治具４００を移動させる。これにより、入口流路７０Ｈｉｎの隔壁が変形され、流路の断面積が拡大される一方、出口流路７０Ｈｏｕｔの断面積が縮小される。そして、最終的には、図３の（ａ）及び（ｂ）に示すように、入口流路７０Ｈｉｎの断面形状は三角形となり、出口流路７０Ｈｏｕｔで隔壁同士が完全に圧着し、出口流路７０Ｈｏｕｔは封止される。すなわち、出口流路７０Ｈｏｕｔは入口端面１０Ｅｉｎにおいて閉じられる。なお、封口用治具４００に対して振動や超音波を与えても良い。
　次に、同様に、出口端面１０Ｅｏｕｔに出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔを形成する。出口流路７０Ｈｏｕｔに挿入する封口用治具の突起は、六角錐形状とすることができる。その後、必要に応じて乾燥した後、両端面を封止されたハニカム成形体１００’を焼成してハニカム構造体を得る。
　続いて、見かけの単位体積あたりの出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量が、見かけの単位体積あたりの中央隔壁１０ｃｅｎｔに保持された触媒又は触媒を担持した担体の質量よりも小さくなるように、ハニカム構造体１０に触媒又は触媒を担持した担体を保持させる。
　具体的には、触媒又は触媒を担持した担体を含む液、例えば、スラリーを、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに接触しないように、中央隔壁１０ｃｅｎｔに接触させればよい。
　例えば、ハニカム構造体の入口側傾斜隔壁１０ｉｎ及び中央隔壁１０ｃｅｎｔのみが上記液に浸かり、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔが液から露出するように、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔが上向きとなるようにしてハニカム構造体１０を液にディップする方法、ハニカム構造体の入口側傾斜隔壁１０ｉｎが上になるように載置し、入口側傾斜隔壁１０ｉｎに付着させた液を下向きエアブロー等で流下させ、エアブローの風量や流下時間を調節することにより、液が中央隔壁１０ｃｅｎｔに達した後に出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに付着しないようにする方法、出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔを最初に有機物（樹脂層等）を主成分とする保護層で被覆し、その後、液中へのディップや液の流下を行い、その後、大気中での加熱等により保護層を消失させる方法等がある。
　触媒を担持していない担体をハニカム構造体に保持させた後、当該担体に触媒を担持させることもできる。この場合、触媒を担持していない担体を含む液を出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔに接触しないように中央隔壁１０ｃｅｎｔに塗布し、その後、同様にして触媒を含有する液体をハニカム構造体に塗布すればよい。
　なお、本発明は上記実施形態に限定されず様々な変形態様が可能である。
　例えば、入口流路及び出口流路の配置、すなわち１つの入口流路に隣接する出口流路の数及び１つの出口流路に隣接する入口流路の数も、上記実施形態に限定されない。なお、本明細書において、「２つの流路が隣接する」ことは、２つの流路が１つの隔壁を介して隔壁の厚み方向に隔てられることを意味することができる。
　また、傾斜隔壁の形状も、中央隔壁から他端面に向かって、各入口流路の断面積が縮小され、かつ、各出口流路の断面積が拡大されるものであればよく、詳細な形状は、各流路の断面形状、流路の配置に応じて適宜変形できる。
　また、流路の断面形状も特に上記実施形態に限定されず、四角形、八角形等の多角形、円形等が可能である。
　また、上記実施形態のハニカム構造体１０は、出口側だけでなく、入口側にも入口傾斜隔壁を有する構造であるが、入口端において入口流路がプラグにより封口されていて入口側傾斜隔壁を有さない構造でも実施は可能である。
　さらに、フィルタの外形形状も円柱体でなくても良く、例えば、四角柱でもよい。セル密度は、例えば、２００～４００ｃｐｓｉとすることができる。
　（参照例１）
　触媒及び触媒を担持した担体を保持させていない、上記実施形態で示すような構造を有するコージェライト製の多孔質のハニカム構造体を用意した。外径は１１８．４ｍｍ、長さ９１ｍｍ、セル密度は２５０ｃｐｓｉ、壁厚み１０ｍｉｌ（０．２５ｍｍ）、入口端の開口率４３％、出口端の開口率３０％、隔壁の空隙率５８％、平均空孔径１８μｍであった。入口側傾斜隔壁及び出口側傾斜隔壁の軸方向長さはそれぞれ１８ｍｍとした。室温で６００Ｎｍ３／ｈの空気を供給した際の圧力損失は、４．７３ｋＰａであった。
　（参照例２）
　参照例１と同じハニカム構造体について、入口側傾斜隔壁のみに触媒を保持させた。具体的にはゼオライト粒子ＺＳＭ－５（触媒：平均粒径２．２μｍ）及び溶媒として水を含有する液を用意し、ディップ法により入口側傾斜隔壁のみに塗布し、乾燥させた。圧力損失は、４．９１ｋＰａであった。見かけの単位体積あたりの入口側傾斜隔壁に保持された前記触媒の質量を９０ｇ／Ｌ程度とした。
　（参照例３）
　参照例１と同じハニカム構造体に対して、出口側傾斜隔壁のみに触媒を保持させる以外は、参照例２と同様にした。圧力損失は、６．１３ｋＰａであった。
　（参照例４）
　参照例１と同じハニカム構造体に対して、入口側傾斜隔壁及び出口側傾斜隔壁のみに触媒を保持させる以外は、参照例２と同様にした。圧力損失は、６．６４ｋＰａであった。
　（参照例５）
　参照例１と同じハニカム構造体に対して、入口側傾斜隔壁、中央隔壁、及び、出口側傾斜隔壁の全てに触媒を保持させる以外は参照例２と同様とした。圧力損失は、９．４７ｋＰａであった。
　（参照例６）
　傾斜隔壁により封口するのではなく、プラグにより封口する以外は参照例１と同様とした。触媒を保持させていない。圧力損失は、６．０４ｋＰａであった。
　（実施例１）
　入口側隔壁及び中央隔壁のみに触媒を保持させる以外は参照例２と同様とした。圧力損失は、６．０６ｋＰａであった。
　参照例１～４の比較により、出口側隔壁に触媒を保持させると圧力損失が高くなりやすいことがわかる。なお、参照例２～４は、ハニカム構造体の中央隔壁以外の部分にしか触媒を保持していないため、触媒としての性能が不十分な状態である。実施例１では、中央隔壁に担体を保持させつつ、参照例５に比べて圧力損失の大きな低減が実現された。
　結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　７０Ｈｉｎ…入口流路（第１流路）、７０Ｈｏｕｔ…出口流路（第２流路）、１０…ハニカム構造体、１０ｃｅｎｔ…中央隔壁、１０ｏｕｔ…出口側傾斜隔壁（他端側傾斜隔壁）、１０ｉｎ…入口側傾斜隔壁（一端側傾斜隔壁）、１０Ｅｉｎ…入口端面（一端面）、１０Ｅｏｕｔ…出口端面（他端面）、１００…ハニカムフィルタ、４００…封口用治具、４１０ａ…突起、Ｈｉｎ…入口側傾斜隔壁１０ｉｎの軸方向長さ、Ｈｏｕｔ…出口側傾斜隔壁１０ｏｕｔの軸方向長さ、Ｗ…壁。

Claims (6)

  1. 　一端面で開放されて他端面で閉じられた複数の第１流路、及び、前記一端面で閉じられて前記他端面で開放された複数の第２流路を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体、及び、
    　前記ハニカム構造体に保持された、触媒、又は、触媒を担持した担体を備え、
    　前記ハニカム構造体は、
    　各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積が軸方向に一定である中央隔壁と、
    　前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を有し、
    　見かけの単位体積あたりの前記他端側傾斜隔壁に保持された前記触媒又は前記触媒を担持した担体の質量は、見かけの単位体積あたりの前記中央隔壁に保持された前記触媒又は前記触媒を担持した担体の質量よりも小さい、ハニカムフィルタ。
  2. 　前記ハニカム構造体は、さらに、前記中央隔壁から前記一端面に向かって、各前記第１流路の断面積が拡大され、かつ、各前記第２流路の断面積が縮小される、一端側傾斜隔壁を有する、請求項１記載のハニカムフィルタ。
  3. 　前記一端面はガスの入口側であり、前記他端面はガスの出口側である、請求項１又は２記載のハニカムフィルタ。
  4. 　複数の前記第１流路及び複数の前記第２流路の前記中央隔壁における断面形状は六角形である、請求項１～３のいずれか１項に記載のハニカムフィルタ。
  5. 　一端面が開放されて他端面が閉じられた複数の第１流路、及び、前記一端面が閉じられて前記他端面が開放された複数の第２流路を形成する柱状で多孔質のハニカム構造体に触媒又は触媒を担持した担体を保持させる工程を備えるハニカムフィルタの製造方法であって、
    　前記ハニカム構造体は、各前記第１流路及び各前記第２流路の断面積が軸方向に一定である中央隔壁と、
    　前記中央隔壁から前記他端面に向かって、各前記第１流路の断面積が縮小され、かつ、各前記第２流路の断面積が拡大される、他端側傾斜隔壁と、を有し、
    　前記保持させる工程は、前記触媒又は前記触媒を担持した担体を含む液を、前記ハニカム構造体の前記他端側傾斜隔壁に接触しないように、前記ハニカム構造体の前記中央隔壁に接触させる工程を含む、ハニカムフィルタの製造方法。
  6. 　前記保持させる工程は、前記液を前記ハニカム構造体に接触させる前に、前記ハニカム構造体の前記他端側傾斜隔壁を保護層で被覆する工程を更に含む、請求項５記載の方法。
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