[发明专利]陶瓷蜂窝过滤器及其制造方法

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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P0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。通过加大隔壁的细孔容积和平均细孔径，减小蜂窝过滤器的压力损失，能够实现所述时间T的延长，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。