废气净化过滤器及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种废气净化过滤器，其甚至在具有高孔隙率时也具有高颗粒物(PM)捕获率。废气净化过滤器(1)具有外壳(11)、分隔壁(12)和孔道(13)。分隔壁(12)是多孔的，外壳(11)的内部通过分隔壁(12)分隔成多个孔道(13)。分隔壁(12)具有多个连通孔(122)，它们在与相应的分隔壁(12)相邻的孔道(13)之间连通。连通孔(122)的曲折度L/T满足L/T≥1.1，其中T(μm)是分隔壁(12)的厚度，L(μm)是连通孔(122)的平均流路长度。此外，废气净化过滤器使用振实堆积密度不大于预定值的多孔二氧化硅制造。

Waste gas purification filter and its manufacturing method

【技术实现步骤摘要】
废气净化过滤器及其制造方法
本公开涉及一种废气净化过滤器，其具有外壳、将外壳内部分隔的多孔分隔壁和由所述分隔壁围绕的孔道(cell)；以及该废气净化过滤器的制造方法。
技术介绍
从内燃机(例如柴油发动机和汽油发动机)以及从燃烧装置(例如锅炉)排出的废气包含颗粒物，所述颗粒物在下文中出于简洁而被称为“PM”，有时被称为颗粒。废气净化过滤器用于捕获废气中的PM。废气净化过滤器通常具有经多孔分隔壁分隔而形成的多个孔道、以及密封各个孔道的一端的密封部分。需要在提高PM的捕获率(captureratio)的同时降低由废气净化过滤器引起的压力损失。在下文中，PM的捕获率被简称为“捕获率”，并且由过滤器引起的压力损失被称为“压力损失”。提高分隔壁的孔隙率对于降低压力损失而言是有效的。然而，当孔隙率提高时，捕获率趋于降低。近年来，已经尝试通过限定多孔分隔壁的内部构造来改善捕获率同时提高孔隙率。例如，日本未经审查的专利申请公开No.2017-164691(JP-2017-164691-A)——在下文中被称为PTL1——公开了一种用于增加通过减薄蜂窝壁的陶瓷部分的3D模型而获得的网络的网络长度的技术。根据PTL1，通过采用这种构造，蜂窝壁的形式可以变得复杂，并且尽管由此提高了孔隙率，但是可以高效地捕获诸如烟灰等颗粒。
技术实现思路
然而，PM主要在通过分隔壁之间相连的孔隙时被捕获。因此，对PM收集有效的孔隙结构是其中存在连通孔的孔隙结构，所述连通孔从各个分隔壁的气体入口侧延伸到气体出口侧。然而，废气净化过滤器的陶瓷部分的网络结构中的孔隙构造不一定与该结构充分对应。在PTL1中描述的延长陶瓷部分的网络的技术没有充分地改变其中收集PM的连通孔的结构。也就是说，即使陶瓷部分的网络长度增加，PM通过的连通孔的构造也不一定变得更加复杂，因此这种技术可以实现的捕获率的改善受限。本公开旨在通过提供一种废气净化过滤器来克服上述问题，其中凭借这种废气净化过滤器，即使在过滤器的孔隙率提高时也可以高捕获率收集PM。根据第一方式，本公开提供了一种废气净化过滤器，其具有外壳、将外壳的内部分隔成多个孔道的多孔分隔壁、和在与相应分隔壁相邻的孔道之间连通的多个连通孔，由此，当所述连通孔的曲折度(degreeoftortuosity)被定义为所述连通孔的平均流路长度L(μm)与所述分隔壁的厚度T(μm)之比时，满足以下等式(1)的关系：L/T≥1.1(1)。根据另一方式，本公开提供一种制造废气净化过滤器的方法，其包括：混合振实堆积密度(tappedbulkdensity)小于0.38g/cm3的多孔二氧化硅、滑石和Al源(铝源)以制备堇青石形成原料的混合步骤，制备含有堇青石形成原料的粘土和模塑所述粘土以形成模塑体的模塑步骤，和烧制所述模塑体的烧制步骤。具有外壳、孔道和连通孔的构造的上述废气净化过滤器的连通孔曲折度L/T被定义为连通孔的平均流路长度L(μm)与分隔壁的厚度T(μm)之比，其中曲折度L/T满足以上等式(1)。也就是说，如此形成平均流路长度，以使其为分隔壁的厚度T(μm)的至少1.1倍。分隔壁的这种构造对于使连通孔曲折是有效的。废气净化过滤器的捕获率取决于PM与分隔壁的碰撞频率。通过将曲折度设定为至少1.1，PM通过的连通孔的结构变得复杂，并且这导致PM与分隔壁的碰撞频率增大。也就是说，可以认为PM的惯性碰撞的频率由于连通孔的曲折而增大。结果，即使孔隙率增大，废气净化过滤器也可以表现出高捕获率。上述废气净化过滤器的制造方法具有混合步骤、形成步骤和烧制步骤。在混合步骤中，将多孔二氧化硅、滑石和Al源混合以制备堇青石形成原料。在形成步骤中，制备含有堇青石形成原料的粘土，并模塑所述粘土以制备模塑体。在烧制步骤中，烧制模塑体，从而获得废气净化过滤器。在混合步骤中使用振实堆积密度为0.38g/cm3以下的多孔二氧化硅。由此可以提高多孔二氧化硅在堇青石形成原料中所占的体积比例。结果，连通孔的曲折度L/T增大，从而能够制造例如满足关系L/T≥1.1的废气净化过滤器。由此可以获得具有高捕获率的废气净化过滤器。应当注意，所附权利要求书和以下说明书中出现的括号中的数字用于示出在下文中描述的实施方案的要素的对应关系，并不限制本公开的技术范围。附图说明附图中：图1是根据第一实施方案的废气净化过滤器的透视图；图2是在与过滤器的轴向平行的平面内取得的根据第一实施方案的废气净化过滤器的部分截面的放大图；图3A和3B示出了根据第一实施方案的废气净化过滤器的分隔壁的放大概念截面图的实例；图4A和4B是分别以简化形式示出了图3A和3B的孔隙的分隔壁的概念截面图；图5是关于第一实施方案中的分隔壁的CT扫描的说明图；图6是示出了第一实施方案中的分隔壁的CT扫描图像的实例的图；图7是图6所示的扫描图像的放大图；图8A是示出了第一实施方案中的分隔壁的CT扫描图像的实例的图；图8B是示出了CT扫描图像的二值化处理图像的图；图9是示出了用于测量曲折度中的从根据第一实施方案的废气净化过滤器收集测量样品的位置的图；图10是根据第二实施方案的分隔壁的放大截面图，其概念性地图示了连通孔中的颈部的位置；图11是第二实施方案中的分隔壁的CT扫描图像，其示出了连通孔中的颈部的位置；图12是第一实验实施例的其中具有试验体设置(set)的颈部直径测量夹具的截面图；图13示出了第一实验实施例的表示压力和流速之间关系的压力曲线；图14是表示第一实验实施例的颈部直径与频率之间的关系的曲线图；图15是表示第一实验实施例的曲折度与捕获率之间的关系的曲线图；图16是表示第一实验实施例的曲折度与压力损失之间的关系的曲线图；图17是表示第一实验实施例的平均颈部直径Φ1/平均孔径Φ2之比与捕获率之间的关系的曲线图；图18是表示第一实验实施例的平均颈部直径Φ1/平均孔径Φ2之比与压力损失之间的关系的曲线图；图19是表示第二实验实施例的多孔二氧化硅的振实堆积密度TDS与捕获率的关系的曲线图；图20是表示第二实验实施例的捕获率与PDM/TDST之间的关系的曲线图，其中所述PDM/TDST为堇青石形成原料的压缩堆积密度PDM(g/cm3)与多孔二氧化硅和滑石的混合粉末的振实堆积密度TDST(g/cm3)之比；且图21是表示第二实验实施例的捕获率与A1/A2之间的关系的图，其中所述A1/A2为多孔二氧化硅的平均粒径A1与氢氧化铝的平均粒径A2之比。具体实施方式[第一实施方案]将参考图1至9描述废气净化过滤器的实施方案。如图1至3所示例说明的，本实施方案的由堇青石等形成的废气净化过滤器1具有外壳11、分隔壁12和孔道13。本实施方案的外壳11具有圆柱形状，其中将外壳11的轴向指定为轴向Y。图2中的箭头表示当将废气净化过滤器设置成使来自排气管等中的废气通本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.废气净化过滤器，其包括：/n外壳(11)；和/n将所述外壳的内部分隔成多个孔道(13)的多孔分隔壁(12)，/n其中所述分隔壁具有在与相应的分隔壁相邻的孔道之间连通的多个连通孔(122)，/n并且其中由所述连通孔的平均流路长度L(μm)与所述分隔壁的厚度T(μm)之比限定的曲折度L/T满足以下等式(1)：/nL/T≥1.1 (1)。/n

【技术特征摘要】
20181001 JP 2018-186312;20181213 JP 2018-2335551.废气净化过滤器，其包括：
外壳(11)；和
将所述外壳的内部分隔成多个孔道(13)的多孔分隔壁(12)，
其中所述分隔壁具有在与相应的分隔壁相邻的孔道之间连通的多个连通孔(122)，
并且其中由所述连通孔的平均流路长度L(μm)与所述分隔壁的厚度T(μm)之比限定的曲折度L/T满足以下等式(1)：
L/T≥1.1(1)。


2.如权利要求1所述的废气净化过滤器，其中，颈部直径的平均值Φ1(μm)与所述分隔壁中的平均孔径Φ2(μm)之比满足以下等式(3)，其中所述颈部直径的平均值Φ1(μm)由所述连通孔中具有最小流路面积的颈部的相应等效圆直径的平均值限定：
Φ1/Φ2≥0.2…(3)。


3.如权利要求1或2所述的废气净化过滤器，其中，所述分隔壁的孔隙率大于或等于55％且小于或等于75％，且所述平均孔径大于或等于12μm且小于或等于30μm。


4.如权利要求1至3中任一项所述的废气净化过滤器，其中，所述废气净化过滤...

【专利技术属性】
技术研发人员：嘉山浩章，
申请(专利权)人：株式会社电装，
类型：发明
国别省市：日本;JP