蜂窝状结构体
2020-01-14

蜂窝状结构体

本发明的目的是提供蜂窝状结构体,该结构体可以增大颗粒捕集的极限量、降低使用时的压力损失、并且即使来自内燃机的排放气体的流量发生变动也可以减少压力损失的变动。本发明的蜂窝状结构体是多个贯通孔隔着间隔壁而并列设置在长度方向上的柱型蜂窝状结构体,其特征是,上述多个贯通孔包括大容积贯通孔群和小容积贯通孔群,所述大容积贯通孔群是按照使被密封的贯通孔组垂直于长度方向的截面的面积总和相对较大的方式对结构体的一端进行密封而形成的,所述小容积贯通孔群是按照使被密封的贯通孔组上述截面的面积总和相对较小的方式对结构体的另一端进行密封而形成的;上述蜂窝状结构体的结构中含有多个柱状多孔陶瓷部件。

在特开昭58-150015号公报中,公开了一种过滤器,该过滤器设有正方形贯通孔和长方形贯通孔,并使贯通孔的气体的流入侧到流出侧的截面形状呈锥形。

上述柱状多孔陶瓷部件的平均气孔直径优选为5μm~100μm。如果平均气孔直径小于5μm,有时颗粒会容易引起堵塞。另一方面,如果平均气孔直径大于100μm,有时颗粒会通过气孔,不能捕集该颗粒,从而不能发挥过滤器的功能。

上述柱状多孔陶瓷部件的平均气孔直径优选为5μm~100μm。如果平均气孔直径小于5μm,有时颗粒会容易引起堵塞。另一方面,如果平均气孔直径大于100μm,有时颗粒会通过气孔,不能捕集该颗粒,从而不能发挥过滤器的功能。

在柱状多孔陶瓷部件20中,多个贯通孔21隔着间隔壁23在其长度方向上平行分布。贯通孔21包括二种数目相同的贯通孔,一种是用密封材料22在柱状多孔陶瓷部件20的出口侧对端部密封而形成的大容积贯通孔21a,一种是用密封材料22在柱状多孔陶瓷部件20的入口侧对端部密封而形成的小容积贯通孔21b。即,在柱状多孔陶瓷部件20中,包括构成大容积贯通孔组的各个大容积贯通孔21a和构成小容积贯通孔组的各个小容积贯通孔21b,其中构成大容积贯通孔组的大容积贯通孔21a的垂直于长度方向的截面占有较大的面积,且两者的贯通孔的数目相同。因此,大容积贯通孔21a组垂直于长度方向的截面的面积相对大于小容积贯通孔21b组的上述面积。流入大容积贯通孔21a的排放气体必须通过隔开各贯通孔21的间隔壁23后,才从小容积贯通孔21b流出,间隔壁23发挥着过滤器的作用。

而且,该密封材料层14优选具有与柱状多孔陶瓷部件20不同的弹性性质。如果密封材料层14与柱状多孔陶瓷部件20彼此具有不同的弹性性质,例如,在一个柱状多孔陶瓷部件20受到排放气体的压力时,即使通过密封材料层14将全部的柱状多孔陶瓷部件20一体化,也可以是仅该柱状多孔陶瓷部件20微小地振动。这样,由于各个柱状多孔陶瓷部件20可以各自独立地振动,因此各个柱状多孔陶瓷部件20可以各自独立地、且均匀地进行颗粒的捕集。相反,如果密封材料层14与柱状多孔陶瓷部件20具有完全相同的弹性性质,即使当各个柱状多孔陶瓷部件20试图各自独立地振动时,整个蜂窝状结构体也趋向于以相同的方式振动,由于在整个蜂窝状结构体中产生各自独立地的振动需要相当大的振动能量,因而,振动实际上趋向于消除。因此,为了促进均匀的颗粒捕集,降低压力损失,据认为柱状多孔陶瓷部件20与密封材料层14具有彼此不同的弹性性质是优选的。

然后,使用上述密封材料浆料,在上述陶瓷组件的外周部形成厚度为1.0mm的密封材料浆料层。接着,在120℃干燥该密封材料浆料层,得到圆柱形状的蜂窝状结构体。

在本发明的蜂窝状结构体中,在柱状多孔陶瓷部件20之间以及陶瓷组件15的外周形成有密封材料层13、14。因此,在柱状多孔陶瓷部件20之间形成的密封材料层14起到粘结剂的作用,将多个柱状多孔陶瓷部件20彼此结合,另一方面,在陶瓷组件15的外周形成的密封材料层13起到密封材料的作用,防止本发明的蜂窝状结构体10设置在内燃机的排气通路时气体从陶瓷组件15的外周漏出。

在特开昭58-196820号公报、特公平3-49608号公报及美国专利第4417908号说明书(图3~图17)中,公开了设有三角形、四边形、六边形等形状的贯通孔的蜂窝状结构体、及蜂窝状过滤器,该过滤器通过使流入侧贯通孔的数量比流出侧贯通孔的数量多,从而使排放气体流入侧的开口率相对大于排放气体流出侧的开口率。

对上述成型助剂没有特别限定,可举出例如乙二醇、糊精、脂肪酸皂、聚醇等。

图5是示意地表示配置有本发明的蜂窝状结构体的车辆的排放气体净化装置的一个例子的截面图。

作为上述有机粘合剂,可举出例如聚乙烯醇、甲基纤维素、乙基纤维素、羧甲基纤维素等。这些物质可以单独使用,也可以二种或二种以上组合使用。在上述有机粘合剂中,优选羧甲基纤维素。

近来,从公共汽车、卡车等车辆及施工机器等的内燃机排出的废气中含有的颗粒对环境和人体构成危害成为问题。

图1是本发明的蜂窝状结构体的一个例子的示意性透视图;图2(a)是构成图1中所示的蜂窝状结构体的柱状多孔陶瓷部件的一个例子的示意性透视图,图2(b)是图2中所示的柱状多孔陶瓷部件的A-A线截面图;图3(a)~(d)、(f)是构成本发明的蜂窝状结构体的柱状多孔陶瓷部件的垂直长度方向的截面的一个例子的示意性截面图,图3(e)是构成现有蜂窝状结构体的柱状多孔陶瓷部件的垂直长度方向的截面的示意性截面图,图3(g)、(h)是构成本发明的蜂窝状结构体的、相邻的二个柱状多孔陶瓷部件的垂直长度方向的截面的一个例子的示意性截面图;图4是制造本发明的蜂窝状结构体的方式的示意性侧面图;图5是使用本发明的蜂窝状结构体的排放气体净化装置的一个例子的示意性截面图;图6(a)是现有蜂窝状结构体的一个例子的示意性透视图,图6(b)是其B-B线截面图;图7是蜂窝状结构体的一个例子的示意性透视图;图8是蜂窝状结构体的另一个例子的示意性透视图;图9是表示实施例1和比较例1所涉及的蜂窝状结构体的压力损失及流入的排放气体的温度与运作时间(颗粒捕集量)的关系的曲线图;图10是描述在蜂窝状结构体中对压力损失产生影响的主要因素的示意图;图11(a)~(f)是构成本发明的蜂窝状结构体的柱状多孔陶瓷部件的垂直长度方向的截面的一个例子的示意性截面图;图12是构成本发明的蜂窝状结构体的柱状多孔陶瓷部件的垂直长度方向的截面的一个例子的示意性截面图。

大容积贯通孔21a的垂直于长度方向的截面的宽为1.65mm、小容积贯通孔21b的上述截面的宽为1.33mm,在柱状多孔陶瓷部件20的垂直于长度方向的截面中,大容积贯通孔21a的面积比例为38.2%,小容积贯通孔21b的面积比例为24.6%。