陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法技术

一种具有有着被多孔质的隔壁分开的多个流路的蜂窝结构体，和被交互地设于所述流路的废气流入侧或废气流出侧的密封部的陶瓷蜂窝过滤器，开口于所述隔壁的表面的细孔的面积率为２０％以上，在由所述隔壁的内部的相互连通的细孔所形成的连通孔内，具有由与气体一起插入的耐热性粒子构成，以堵塞所述连通孔的方式被形成的多孔性的交联状结构物，所述交联状结构物在所述陶瓷蜂窝过滤器的废气流出侧比在废气流入侧形成得多。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及净化从柴油机等排出的含有粒状物质的废气所使用陶瓷 蜂窝过滤器及其制造方法。
技术介绍
在柴油机的废气中，含有由碳质构成的煤和高沸点碳氢化合物成分所构成的SOF成分(Soluble Organic Fraction:可溶性有机成分)为主成分 PM (Particulate Matter:粒状物质)，若其被排放到大气中，则有可能对人 体和环境造成不利影响。因此，历来进行的是在柴油机的排气管的途中装 配用于捕集PM的陶瓷蜂窝过滤器(以下将陶瓷蜂窝过滤器称为"蜂窝过 滤器")。捕集并净化废气中的PM的蜂窝过滤器的一例显示在图2 (a)及 图2 (b)中。蜂窝过滤器10包括陶瓷蜂窝结构体，其由形成多个流出 侧封闭流路3和流入侧封闭流路4的多孔质隔壁2和外周壁1构成；上游 侧密封部6a和下游侧密封部6c，其将流出侧封闭流路3和流入侧封闭流 路4的废气流入侧端面8和废气流出侧端面9格子状地交互封闭。蜂窝的 所述外周壁1被金属网或陶瓷制的垫子等所形成的夹持构件(未图示)夹 持而使之在使用中无法移动，并被配置在金属制收纳容器(未图示)内。在蜂窝过滤器10中，废气的净化以如下方式进行。如虚线箭头所示， 废气从开口在废气流入侧端面8上的流出封闭流路3流入。然后在通过隔 壁2时，详细地说是在通过由存在于隔壁2的表面及内部的相互连通的细 孔形成的连通孔时，废气中所含的PM被捕集。得到净化的废气从开口于 废气流出侧端面9上的流入侧封闭流路4流出，被排放到大气中。若PM继续被隔壁2捕集，则隔壁的表面和内部的连通孔被PM堵塞， 废气通过蜂窝过滤器时的压力损失增加。因此需要在压力损失达到规定值 前燃烧除去PM以使蜂窝过滤器再生。然而，在通常的柴油机的运转状态下，PM越燃烧，高的废气温度得到的就越少，因此，例如将作为高比表 面积材料的氧化铝中负载有白金族金属和氧化铈等稀土类氧化物的氧化 催化剂一体地负载于隔壁2的表面和细孔内，由此促进氧化反应，以使即 使在低废气温度下也可以燃烧除去PM的催化剂负载型的蜂窝过滤器被实 用化。使用该催化剂负载型蜂窝过滤器时，即使在比较低的废气温度下， 催化剂也会使燃烧得到促进，因此在通常的柴油机的运转状态下连续再生(连续性的PM的燃烧和除去)也得以进行。在废气的温度更低，上述连续再生无法进行(催化剂未被活化)这样的运转状态下，PM在隔壁的表面及隔壁的内部的连通孔内堆积，蜂窝过滤器的压力损失增加。这种情况下，会采取加热器等的加热装置，以及在废气中混合未燃的燃料以燃烧除去PM这种所谓的强制再生。蜂窝过滤器从开始PM的捕集到进行强制再生的压力损失的变化显示 在图3中。PM的捕集开始时为PO的压力损失，经过一段时间随着PM的 堆积量增加而变大，成为规定值P1时进行强制再生。为了进行强制再生， 无论是利用加热器的热量还是将未燃的燃料混合到废气中，都会伴有能量 消耗，因此，从捕集开始至强制再生被进行的时间T优选为长的方面。为 了延长所述时间T，虽然可以借助加大隔壁的细孔容积和平均细孔径，以 减小蜂窝过滤器的压力损失，但这种方法会发生初期(图中A的期间)的 PM捕集效率降低的问题。针对上述问题，特开2006-685号公开有一种使陶瓷粒子粘合在隔壁 表面使之堵塞开口的粗大的细孔的蜂窝结构体，该蜂窝结构体即使加大隔 壁的细孔容积和平均细孔径，捕集效率的降低也很少，特别记载在PM捕 集初期的捕集效率的降低也很少。作为类似的技术，特开2004-74002号公 开有一种配设了涂层粒子的捕集效率高且压力损失小的蜂窝过滤器，该涂 层粒子只覆盖包含细孔的开口部及其附近在内的隔壁表面的一部分。特开2006-685号记载的蜂窝结构体和特开2004-74002记载的蜂窝过 滤器，因为有陶瓷粒子堵塞开口于隔壁表面的细孔，所以PM难以进入隔 壁内部的细孔而被隔壁表面捕集，因此初期的PM捕集效率的降低小，而 被期待。然而，若PM难以流入到隔壁内部的细孔，则难以与细孔所负载 的催化剂接触，无法充分获得PM的燃烧促进效果。因此，废气即使是能4够使催化剂活化的程度的温度也无法进行连续再生，由于堆积在隔壁表面 的PM导致短时间内压力损失增加，从而产生频率地进行强制再生的需要。特开2005-296935，公开有一种PM捕集初期的捕集效率高，且压力 损失小的废气过滤器，其连接装备有在细孔的内部或表面具有微小间隙的 微粒子的凝集体。特开2005-296935号记载的废气过滤器，其着眼于由堆 积在现有的蜂窝过滤器的隔壁上的PM构成的层作为压力损失低，且捕集 效率高的过滤器有用的点，人工地形成替代该PM层的微细孔结构，其被 视为可有效地用于使初期的高PM捕集效率和小的压力损失并立。然而， 为了减小压力损失，虽然记载的是需要使微细孔结构的厚度在3.5一m以 下，但实际上使用几乎球状的微粒子形成厚度3.5pm以下这种非常薄的微 细孔结构非常困难。如果使用的微粒子是纤维状的，那么虽然可以形成所 述微细孔结构，但是纤维状的微粒子有可能给人体带来不良影响，制造过 程中的处理有困难。特开2007-130629号公开有一种由多孔质材料构成的废气净化过滤 器，其是通过以耐热性材料被覆过滤器的细孔内而使之在细孔内具有三维 的交联结构，由此，即使在没有PM堆积层时，也能够发挥高的捕集率。 然而，耐热性材料的被覆是通过浸渍进行，因此隔壁表面的细孔开口部堵 塞而直径变小，耐热性粒子在隔壁内部的细孔内面附着，细孔直径变小， 具有压力损失上升这样的问题。
技术实现思路
因此本专利技术的目的在于，获得一种制造容易且难以阻碍连续再生，在 PM捕集初期也具有高的捕集效率的蜂窝过滤器。鉴于上述目的而锐意研究的结果是，本专利技术者等发现，如果不形成与 PM层同等的微细孔结构，而是在捕集开始后使PM附着和堆积，将PM 层容易快速形成的结构形成于隔壁内部的连通孔内，则能够解决上述问 题，从而想到本专利技术。艮口，本专利技术的蜂窝过滤器，是具有有着被多孔质的隔壁分开的多个流 路的蜂窝结构体，和交互地设于所述流路的废气流入侧或废气流出侧的密 封部的陶瓷蜂窝过滤器，其中，开口于所述隔壁的表面的细孔的面积率为20%以上，在由所述隔壁的内部的相互连通的细孔所形成的连通孔内，具 有由与气体一起插入的耐热性粒子构成，以堵塞所述连通孔的方式被形成 的多孔性的交联状结构物，所述交联状结构物在所述陶瓷蜂窝过滤器的废 气流出侧比在废气流入侧形成得多。本专利技术的蜂窝过滤器，优选所述耐热性粒子的平均粒径是所述隔壁的平均细孔直径的2/3倍以下，且在0.5pm以上。制造所述陶瓷蜂窝过滤器的本专利技术的方法，是从所述废气流入侧将所 述耐热性粒子与气体一起插入。优选在所述连通孔内将所述耐热性粒子与气体一起插入之前，预先使 水浸透所述连通孔内。优选在所述连通孔内将所述耐热性粒子与气体一起插入之前，仅先使 所述流路的废气流入侧没于水中，由此使水浸透所述连通孔内。本专利技术蜂窝过滤器，PM捕集初期的捕集效率高，很难发生压力损失 的上升，连续再生被更有效率地进行，因此至进行强制再生的时间长。另 外根据本专利技术的方法，能够在蜂窝过滤器的下游侧的隔壁内更有效率地形 成多孔性的交联状结构物。附图说明图1是表示本专利技术蜂窝过滤器的隔壁的模式剖面图。 图2 (a)是本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种陶瓷蜂窝过滤器，其特征在于，包括：具有被多孔质的隔壁分开的多个流路的蜂窝结构体；被交互地设于所述流路的废气流入侧或废气流出侧的密封部，其中，开口于所述隔壁的表面上的细孔的面积率为２０％以上，在由所述隔壁的内部的相互连通的细孔形成的连通孔内，具有由与气体一起插入的耐热性粒子构成，以堵塞所述连通孔的方式形成的多孔性的交联状结构物，所述交联状结构物在所述陶瓷蜂窝过滤器的废气流出侧比在废气流入侧形成得多。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：石泽俊崇，
申请(专利权)人：日立金属株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]