JPH01304022A

JPH01304022A - ハニカム状フィルター

Info

Publication number: JPH01304022A
Application number: JP13144688A
Authority: JP
Inventors: Kiyotaka Tsukada; 輝代隆塚田
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1988-05-31
Filing date: 1988-05-31
Publication date: 1989-12-07
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JP2675071B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、気体中に含まれる微粒子、特に自動車の排ガ
ス中に含まれるカーボンや未反応燃料等の微粒子を捕集
・除去して排ガスを・浄化するためのハニカム状フィル
ターに関する６［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］例えば
第５図、第６図に示すような薄い隔壁ｉｂを介して蜂の
巣状に連なる無数の貫通孔を有するハニカム構造体の一
方の端部に例えば縦横−つおきに封止材２を充填して封
止し、この封止した貫通孔に隣接している貫通孔の他端
部に封止材３を充填して封止した多孔質隔壁からなるセ
ラミック質のハニカム状フィルターは、自動車のディー
ゼルエンジンを初めとして各種燃焼機器の排ガス中に含
まれる微粒子を吸着して浄化する排ガス浄化装置として
知られている。

通常、排ガス中に含まれる微粒子は前記セラミック質ハ
ニカム状フィルターの隔壁表面に捕集・蓄積されるので
、長期に亙って使用すると、目詰まりが生じ圧力損失が
高くなる。従来、かかる欠点を解消する手段として、フ
ィルターの微粒子捕集部、すなわち隔壁にニクロム線ヒ
ーターなどの発熱金属を組合せて通電加熱したり、該捕
集部に加熱空気を供給したり、あるいは燃料や火花放電
を用いて加熱したり、さらには、フィルター自体をヒー
ターとして電極を設けて発熱させるなどして、前記微粒
子を燃焼・除去してフィルターを再生する方法が採られ
ている。また、上記した手段に触媒等を併用して燃焼効
率を高めて再生する手段も行なわれている。

しかしながら、前記微粒子中、あるいは、各種燃焼器中
に供給される燃料中には灰分などの金属化合物が少なか
らず含まれていたり、燃焼器内の構成部品が酸化したり
摩耗したりして発生する金属微粉、あるいは、自動車用
エンジン等における摺動用の潤滑オイルからの灰分等の
不燃性微粒子が存在する。これらの金属微粉あるいは灰
分等の不燃性微粒子は可燃性微粒子とともに前記隔壁表
面で捕集・蓄積されるが、前記フィルターを再生する際
、隔壁表面で化学反応を起こし、逆に−１強く付着して
目詰まりしてしまい、長期に亙って使用すると圧力損失
が徐々に高くなって、最終的にフィルターの再生が不可
能となる、という欠点があった。

一方、高分子発泡体材料にセラミック泥漿を含浸し、該
高分子発泡体材料を熱処理により消失せしめた後、さら
に焼成して得られたセラミックスケルトン構造体を前記
排ガス用のフィルターに使用することが考えられている
。しかしながら、該セラミックスケルトン構造体を使用
しても、圧力損失は極めて低いが、捕集効率は比較的小
さいという欠点を有している。したがって、自動車の徘
ガス用のようにフィルターの排ガス流入側の圧力変動が
極めて激しい場合には、捕集された微粒子が吹き抜けて
しまうことがあり、効率よくしかも安定して微粒子を捕
集・除去することは困難となるおそれがある。

本発明は、上記した問題点を解消し、徘ガス中に含まれ
る微粒子を効率的に捕集・除去でき、しかも長期に亙り
使用しても圧力損失が小さく安定して使用することがで
きるハニカム状フィルターの提供を目的とする。

［課題を解決するための手段・作用］本発明のハニカム状フィルターは、多孔質セラミック材
より成るハニカム構造体の所定の貫通孔の端部を封止し
て成るハニカム状フィルターであって、気体流入側の端
部が開口している貫通孔内に、セラミック繊維またはウ
ィスカーを充填したことを特徴とする。

以下、図面に基づき本発明をさらに詳細に説明する。

第１図は本発明のハニカム状フィルターの縦断面模式図
である。

すなわち、本発明のハニカム状フィルターは、多孔性の
薄い隔壁１ｂを介してハチの巣状に連なる多数の貫通孔
のうちの所定の貫通孔１ａの一端を封止材２によって封
止し、該封止した貫通孔を除く貫通孔１ｃの他端を封止
材３によって封止して、排ガスが隔壁１ｂを通過する構
造となっているハニカム状フィルターであり、該フィル
ターの気体流入側の端部が開口している貫通孔１ｃの中
にセラミックよりなる繊維、あるいはウィスカーが充填
された構造である。

別言すれば、排ガス中に含まれる゛不燃性微粒子と可燃
性微粒子とを主として前記セラミック繊維あるいはウィ
スカ一部分で捕集し、一方、セラミック繊維あるいはウ
ィスカーで捕集されず吹き抜けた微粒子をハニカム状フ
ィルターの隔壁１ｂの表面で捕集せんとする構造体であ
る。したがって、捕集された微粒子は、加熱空気を加え
たり燃料を用いたり、あるいはそれらの手段に触媒を加
える等の方法を施してフィルターの燃焼再生処理を行な
うと、残存する不燃性微粒子は、前記セラミック繊維あ
るいはウィスカーに主として蓄積されるのである。

したがって、本発明のハニカム状フィルターは、従来の
フィルターのように隔壁１ｂのみで微粒子の捕集・除去
を行なうのではなく、セラミック繊維あるいはウィスカ
ーと隔壁１ｂとの２段階の濾過手段が施されているので
、不燃性微粒子の隔壁１ｂへの蓄積を極めて低く抑える
ことができる。長期使用により、セラミック繊維等に不
燃性微粒子が多く蓄積した場合は、該セラミック繊維等
のみを交換すれば、再びフィルターを使用することがで
きる。

なお、前記セラミック繊維等の交換は、ハニカム状フィ
ルターの気体流出側より加圧逆洗して除去し、新たな繊
維やウィスカーを充填すればよい。

本発明によれば、前記セラミック繊維あるいはウィスカ
ーは平均繊維径が８０μｍ以下であることが好ましい。

平均繊維径が８０μｍより大きいと１つの貫通孔に入る
繊維の数量が少なくなり、排ガスとの接触面積が小さく
なるため、この部分での排ガス中の微粒子を効率よく除
去することができなくなるからである。

また、前記セラミック繊維あるいはウィスカーは気体流
入側に開口部を有する貫通孔の容積に対し、少なくとも
１ｏｖｏｌ％充填されていることが好ましい、１０ｖｏ
ｌ％よりも少ないと効率のよい排ガス濾過ができなくな
るからである。

より効率のよい濾過を行なうためには繊維径が細く、そ
れらが複雑に絡み合って充填されていることが好ましく
、中でも繊維径が０．５〜ｌＯμｍのものを２０〜３０
ｖｏｌ％充填することによって圧力損失が小さく、しか
も高い効率で排ガス中の微粒子を除去することができ効
果的である。

さらに、上記充填物が複雑に絡み合って形成された平均
気孔径が２０〜１８０μｍ、さらには５０〜１５０μｍ
であることがより一層効果的である。

前記セラミック繊維またはウィスカーとしては、Ｓ　ｉ
Ｃ，５ｘ３Ｎ＜　、Ｔｉ　Ｂｘ　、ＺｒＢｚ　。

Ｂ、Ｃ，ＢＮ、ＡＬａ○３．Ｚｒｏ、、チラノ繊維、Ｔ
ｉ０ｚ、ＭｇＯから選ばれるいずれか少なくとも１つの
化合物を主体として構成されるものが好ましい。

これらの成分で構成される繊維あるいはウィスカーは、
フィルター再生時、すなわち可燃性微粒子の燃焼除去時
において発生する熱に対して優れた耐熱性と耐酸化性を
有しており、溶融したりあるいは融着してハニカム母体
と結合することが極めて小さいからであり、なかでもＳ
ｉＣ繊維、ＳｉＣウィスカー、Ｓ　Ｌ３　Ｎ　４ウイス
カー、Ａ１□０３繊維、Ａ１□０３ウィスカー、チラノ
繊維が優れている。

また、本発明のハニカム状フィルターの開放気孔率は５
５〜８０ｖｏｌ％であることが好ましい。

開放気孔率が５５ｖｏｌ％よりも小さいとフィルター内
での圧力損失が高くなり、８０ｖｏｌ％を超えると圧力
損失は小さくなるが、同時に隔壁の厚さが薄くなるので
、フィルターの機械的強度が小さくなるおそれがある。

より好ましくは６０〜７５ｖｏｌ％である。また、以上
のことと相撲って、隔壁の厚さは、０．１ｍｍ以上が好
ましい。

また、本発明のハニカム状フィルターの気体流入側の端
部が開口している貫通孔（以下、場合により、「流入側
貫通孔」と称す。）と気体流出側の端部が開口している
貫通孔（以下、場合により、「流出側貫通孔」と称す、
）との容積比率は、１．１〜２：１であることが好まし
い。その理由は、流入側貫通孔には前記充填・物が充填
されているので、流入側貫通孔の容積を大きくすること
により、流入側と流出側の有効開口面積が同一になり、
その結果、気体の流速を同一にすることができ濾過効率
が上昇するからである。流入側貫通孔が流出側貫通孔に
対して１．１倍よりも小さい場合、あるいは２倍よりも
大きい場合には、いずれも気体の有効通過面積が小さく
なり使用時の濾過圧力が大きくなる傾向がある。

なお、ハニカム状フィルターの材質は　威的な材料、コ
ージヱライト、ムラメト、炭化ケイ素。

アルミナ等を使用できるが、とりわけ、熱伝導性に優れ
た炭化ケイ素が好適である。

次に、本発明を実施例を用いて説明する。

実施例１炭化ケイ素９８％、ホウ素０．３％からなる粉末より押
出成形によって製造したハニカム構造体に、封止材をハ
ニカム構造体と同じ材料を使用して製造し所定の位置の
貫通孔の端部に栓詰めした。このハニカム状フィルター
は、隔壁の厚み０．４ｍｒｎ、開口部寸法、すなわち貫
通孔の横断面形状が１．５Ｘ１．５ｍｍの正方形であり
、開放気孔率が６１．５ｖｏｌ％、隔壁の平均気孔径が
２８％ｍ、直径１４２ｍｍＸ長さ１５０ｍｍであった。

なお、流入側と流出側の開口部の封止状態は流入側貫通
孔容積：流出側貫通孔容積が１．２：１となるようにし
た１次いで、流入側開口部に９９％が炭化ケイ素からな
るウィスカー、平均繊維径１．８μｍ、平均アスペクト
比８５のものを２５ｖｏｌ％充填した。

このフィルターを第２図に示す排ガス処理装置内に装填
して、エンジン負荷１００％回転数３００Ｏｒｐｍで発
生したディーゼルエンジンのパティキュレートをｔ濾過
した。

この時流出側の排ガスの含まれるパティキュレートの量
をサンプリングし、流入側の濃度とガス量により濾過効
率を求め、さらに初期圧力損失を調べた。

運転時間は圧力損失が２００　ｍｍＨｇとなるまで行な
った。そして、フィルター自体を酸化雰囲気中、８００
℃で加熱して可燃性微粒子を完全に燃焼させ、フィルタ
ーを再生した。

フィルターの捕集効率および初期圧力損失を再生回数ご
とに調べたのが第３及び第４図である。

第３図から明らかなように初回の捕集効率は７６％で１
００回の繰り返し再生を行なっても７８％であり、高い
捕集効率でその変動も少なかった。

また、第４図から明らかなように、初期圧力損失は初回
と１００回再生後とでは若干増加したにすぎず、少ない
圧力損失で高い捕集効率を得ることができた。１００回
再生後、フィルターに２゜５ｋｇ／ｃｍ”で加圧逆洗を
施して充填していたウィスカーを除去し、再度、新しい
ウィスカーを同様に充填して圧力損失を測定したところ
、４６　ｍｍＨｇであり、フィルターの圧力損失はほと
んど上昇していないことがわかった。

比較例１コージェライト質によって実施例１と同様、ハニカム構
造体に封止材を充填してハニカム状フィルターを製造し
た。このハニカム構造体は、隔壁の厚みは０．４ｍｍ、
貫通孔の横断面形状は１．５Ｘ１．５ｍｍの正方形、開
放気孔率は６１．９ｖｏｌ％、隔壁の平均気孔径は２６
μｍ、直径１４２ｍｍＸ長さ１５０ｍｍであった。流入
側貫通孔容積と流出側貫通孔容積の比率はｌ：１とした
。実施例１と同様にパティキュレートの捕集と圧力損失
を測定し第３図、第４図において比較した。

第３図から明らかなように、捕集効率は最初６５％であ
り、再生回数を増すごとに捕集効率は上昇する傾向があ
り、１００回の再生時には９５％と上昇変動した。

また、第４図から明らかなように初期圧力損失は２５　
ｍｍＨｇであるが、再生回数を増すごとに初期圧力損失
は上昇する傾向となり、１００回の再生ではｌＯ５ｍｍ
Ｈｇとなり、フィルターの再生ごとに処理することので
きる排ガス量も徐々に低下した。すなわち、ハニカム状
フィルターの隔壁の気孔が徐々に目詰まりを生じ、再生
加熱処理を行なっても従来の気孔と同様にはならないこ
とがわかった。

実施例２〜８、比較例２〜５ハニカム構造体の開放気孔率を７７．９％とした他は、
実施例Ｉと同様の場合（実施例２）、ハニカム構造体の
開放気孔率を４４．４ｖｏｌ％とした他は実施例１と同
様の場合（比較例２）、充填物として平均繊維径５．！
５ｕｍ、平均アスペクト比７０の炭化ケイ素繊維を用い
、充填率を２６ｖｏｌ％とした他は実施例１と同様の場
合（実施例３）、平均繊維径２８μｍの炭化ケイ素繊維
（より線：平均繊維径５．５μｍ平均アスペクト比７０
単繊維をよったもの）を用い、充填率を２７ｖｏｌ％と
した他は実施例１と同様の場合で実施例４）、炭化ケイ
素繊維の平均繊維径１２０μｍの炭化ケイ素繊維（より
線；平均繊維径５．５％ｍ平均アスペクト比７０単繊維
をよったもの）を充填率２８ｖｏｌ％で充填し、開放気
孔率を６１．９％とした他は実施例１と同様の場合（比
較例３）、炭化ケイ素ウィスカーの充填率を３５ｖｏｌ
％とした他は実施例１と同様の場合（実施例５）、炭化
ケイ素ウィスカーの充填率を５　ｖｏｌ％とし、開放気
孔率を６１．９％とした他は実施例１と同様の場合（比
較例４）、充填物として、平均ｍ維径８．５μｍ、平均
アスペクト比６０のチラノ繊維、または平均繊維径３．
０μｍ、平均アスペクト比６０のへ２□０３繊維を充填
した他は実施例１と同様の場合（実施例６．７）、流入
側貫通孔と流出側貫通孔との容積比率を１．６：１とし
た他は実施例１と同様の場合（実施例８）、流入側貫通
孔と流出側貫通孔との容積比率を３：１とし、炭化ケイ
素繊維の充填率を２５ｖｏｌ％とした他は比較例４と同
様の場合（比較例５）によって得られたハニカム状フィ
ルターを、それぞれ実施例１と同様にパティキュレート
の捕集効率と圧力損失を調べて次表に示す。

表からも明らかなように、本発明のハニカム状フィルタ
ーは、圧力損失が小さく高い捕集効率を長期に亙って維
持していることがわかる。

［発明の効果］以上詳述したように、本発明のハニカム状フィルターは
、気体流入側貫通孔にセラミック繊維またはウィスカー
が充填されているので、排ガス等の気体に含まれる微粒
子を効率よく捕集・除去し、しかも、フィルターの再生
のための燃焼処理に伴う不燃性微粒子の隔壁への付着・
蓄積を防ぐことができ、フィルターを長期間に亙り使用
しても、圧力損失が上昇せずに高い捕集効率を維持する
ことができる。

また、本発明のハニカム状フィルターは、セラミック繊
維やウィスカーが充填されているので、高温焼却炉や高
温反応炉等において使用される高温付着性のある粒子を
含んだガスを濾過するフィルターとしても有用である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のハニカム状フィルターを示す縦断面
模式図である。第２図は、実施例、比較例において使用
した排ガス処理装置を示す模式図である。第３図及び第
４図は、実施例１と比較例１で測定した捕集効率と初期
圧力損失を示す図である。第５図は、一般的なハニカム
状フィルターを説明するための正面図であり、第６図は
、気体の流入、流出状態を示す模式図である。ｌ−ハニカム状フィルター、２．３−封止材第３図再支回（も第４図第１図第５図第６図

Claims

【特許請求の範囲】１、多孔質セラミック材より成るハニカム構造体の所定
の貫通孔の端部を封止して成るハニカム状フィルターで
あって、気体流入側の端部が開口している貫通孔内に、
セラミック繊維またはウィスカーを充填したことを特徴
とするハニカム状フィルター。２、前記ハニカム構造体の開放気孔率が５５〜８０ｖｏ
ｌ％である請求項１記載のハニカム状フィルター。３、前記セラミック繊維またはウィスカーの平均繊維径
が８０μｍ以下である請求項１または２記載のハニカム
状フィルター。４、前記セラミック繊維またはウィスカーが貫通孔の容
積に対し、少なくとも１０ｖｏｌ％を占めてなる請求項
１〜３のいずれか１に記載のハニカム状フィルター。５、前記セラミック繊維またはウィスカーが、ＳｉＣ、
Ｓｉ＿３Ｎ＿４、ＴｉＢ＿２、ＺｒＢ＿２、Ｂ＿４Ｃ、
ＢＮ、Ａｌ＿２Ｏ＿３、ＺｒＯ＿２、チラノ繊維、Ｔｉ
Ｏ＿２、ＭｇＯから選ばれるいずれか少なくとも１種を
主成分として構成される請求項１〜４のいずれか１に記
載のハニカム状フィルター。６、気体流入側の端部が開口している貫通孔と、気体流
出側の端部が開口している貫通孔との容積比率が、１．
１〜２：１の割合である請求項１〜５のいずれか１に記
載のハニカム状フィルター。