DE102018204430B4 - Verfahren zum trocknen von säulenförmigen wabenkörpern und verfahren zum herstellen von säulenförmigen wabenkörpern - Google Patents

Verfahren zum trocknen von säulenförmigen wabenkörpern und verfahren zum herstellen von säulenförmigen wabenkörpern Download PDF

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Abstract

Verfahren zum Trocknen mindestens eines ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) ohne Mikrowellentrocknung, wobei der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) eine mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltende Rohmaterial-Zusammensetzung enthält und eine Vielzahl von einer ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) zu einer zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) hindurchgehende Strömungswege enthaltender Waben (3) innerhalb einer Außen-Seitenwand (109) enthält, wobei die Waben (3) durch Trennwände (2) definiert sind, wobei das Verfahren einen Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) durch Strömenlassen eines heißen Gases, welches 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 3,3 erfüllt und T1 ≤ T3 erfüllt, worin T1 eine Geliertemperatur des Bindemittels (°C) darstellt und T2 eine Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases (°C) darstellt und T3 eine Trockenkugeltemperatur eines heißen Gases (°C) darstellt und T3 niedriger als eine Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels ist, durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben (3) dergestalt, dass das heiße Gas in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) herausströmt, während eine Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) von einer Korrekturform (101, 301, 401, 501) mit einer der Außenflächenform des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) entsprechenden Innenflächenform umgeben ist, enthält, wobei während des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) mindestens ein Teil der Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) einen Druck von der Innenfläche der Korrekturform (101, 301, 401, 501) erfährt, wodurch der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) einer Formkorrektur unterzogen wird.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen eines säulenförmigen Waben-Formkörpers. Die vorliegende Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Produzieren einer säulenförmigen Wabenstruktur.
  • STAND DER TECHNIK
  • Eine Struktur aus Keramik, welche eine Wabenstruktur aufweist und aus einer Vielzahl als Strömungswege für ein Fluid dienender Waben gebildet ist, wird als ein Wärmetauscherelement, ein Katalysatorträger, ein Filter und dergleichen verwendet, Im Allgemeinen wird eine solche Wabenstruktur durch Zusetzen von Wasser und verschiedenen Zusatzstoffen zu Keramik-Rohmaterialien, Kneten derselben und anschließendes Strangpressen des resultierenden Gemischs zu einem säulenförmigen Waben-Formkörper und dann Unterziehen des säulenförmigen Waben-Formkörpers einem Trocknungsschritt und einem Brennschritt produziert.
  • In dem Trocknungsschritt des Waben-Formkörpers wird in dem Waben-Formkörper tendenziell eine Verformung wie eine Verbiegung oder eine Verwindung erzeugt. Ferner kann der Waben-Formkörper in eine Vielzahl von Wabenstruktur-Segmenten unterteilt sein und können diese Segmente zusammengefügt und vereint werden, um eine bestimmte Struktur zu bilden. In einem solchen Fall kommt es, wenn in jedem Segment eine Verformung wie eine Verbiegung oder eine Verwindung erzeugt wird, zu einem Problem, dass das Zusammenfügen schwierig ist. Aus diesem Grund sind herkömmlicherweise verschiedene Verfahren als Verfahren zum Unterdrücken einer Verformung während des Trocknens vorgeschlagen worden.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. H06-298563 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen einer Wabenstruktur durch Anordnen der Wabenstruktur parallel zu einem Paar dielektrischer Elektroden auf einem Tisch dergestalt, dass die Mittel- und Drehachse des Drehtischs mit der Längsachse der Wabenstruktur zusammenfällt, und Ausführen einer dielektrischen Trocknung der Wabenstruktur in diesem Zustand bei gleichzeitigem Drehen des Wabenkörpers.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2000-044326 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Keramik-Formkörpers durch Einblasen heißer Luft in Durchgangslöcher des Keramik-Formkörpers bei gleichzeitigem Bestrahlen des Keramik-Formkörpers mit Mikrowellen.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-130970 A offenbart ein Trocknungsverfahren, enthaltend die Kombination eines Mikrowellen-Trocknungsschritts des Trocknens eines Keramik-Formkörpers durch Mikrowellen mit einem Heißluft-Trocknungsschritt des weiteren Trocknens des durch Mikrowellen getrockneten Formkörper mittels heißer Luft.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2012-223920 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Formkörpers auf Siliciumcarbid-Basis durch Umhüllen des Formkörpers mit einer Harzhülle, damit dieser nicht freiliegt, Halten des umhüllten Formkörpers auf 50 bis 70 °C, um eine Temperatur des gesamten Formkörpers gleichzumachen, und dann Fassen des Formkörpers mit einem Trocknungskorrekturwerkzeug und weiteres Halten des gesamten Formkörpers auf 50 bis 70 °C.
  • WO 2008/117624 A1 offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Waben-Formkörpers durch Strömenlassen von überhitztem Dampf oder eines Mischgases aus Dampf und erwärmter Luft durch die Waben, wobei der überhitzte Dampf oder das Mischgas eine geregelte Temperatur und Feuchte hat, um eine Feuchtkugeltemperatur höher als oder gleich 70 °C zu realisieren.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2003-285312 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Waben-Formkörpers, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen in einem Zustand, in welchem mindestens ein Teil der Außen-Seitenwand von einer Führung bedeckt ist, welche mit der Außen-Seitenwand in Kontakt steht oder nicht mit der Außen-Seitenwand in Kontakt steht, beginnenden Trocknungsschritt enthält. Das Patentdokument offenbart, dass ein Druck von der Führung auf die Außen-Seitenwand bevorzugt kleiner als 0,2 MPa ist, wobei die Führung in dem Trocknungsschritt mit der Außen-Seitenwand in Kontakt kommt, und dass die Trocknung bevorzugt die Kombination von Mikrowellentrocknung und Heißlufttrocknung enthält.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-130973 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Keramik-Formkörpers durch Mikrowellen und weiteren Trocknen des Formkörpers mittels heißer Luft, enthaltend das Umgeben des Keramik-Formkörpers mit aus einem oberen Werkzeug und einem unteren Werkzeug bestehenden Trocknungswerkzeugen, um den Keramik-Formkörper in engen Kontakt mit dem oberen Werkzeug und dem unteren Werkzeug zu bringen, und Trocknen des Keramik-Formkörpers bei gleichzeitigem Ausüben eines Drucks von 0,4 bis 0,6 MPa auf den Keramik-Formkörper.
  • Die japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2001-19533 A offenbart ein Verfahren zum Trocknen eines Keramik-Formkörpers durch Bestrahlen des Keramik-Formkörpers mit Mikrowellen bei gleichzeitigem engem Umgeben im Wesentlichen der gesamten, zu der Längsrichtung parallelen Seitenfläche des eine Wabenstruktur aufweisenden Keramik-Formkörpers mit einem aus zwei separaten Werkzeugen bestehenden Trocknungswerkzeug.
    Weiterer relevanter Stand der Technik ist in folgenden Dokumenten offenbart: EP 2 130 656 A1 , JP 2001 - 130 973 A , EP 2 168 741 A2 .
  • DRUCKSCHRIFTENVERZEICHNIS
  • Patentliteratur
    • Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP H06-298 563 A
    • Patentdokument 2: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2000-044 326 A
    • Patentdokument 3: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2001-130 970 A
    • Patentdokument 4: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2012-223 920 A
    • Patentdokument 5: WO 2008/117 624 A1
    • Patentdokument 6: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2003-285 312 A
    • Patentdokument 7: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2001-130 973 A
    • Patentdokument 8: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. JP 2001-19 533 A
  • KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Technisches Problem
  • Der säulenförmige Waben-Formkörper zur Verwendung in dem Wärmetauscherelement muss im Hinblick auf die Wärmetauschleistung eine hohe Wärmeleitfähigkeit und im Hinblick auf die Dauerzuverlässigkeit eine hohe Festigkeit aufweisen. Somit werden diese Eigenschaften erreicht, indem eine innere Porosität durch Si-Imprägnierung und Brennen auf einen Wert von nahezu null gesteuert wird. Andererseits hängt die Porosität nach der Si-Imprägnierung von der Porosität des Keramikelements (der Porosität des Trockenkörpers) vor der Imprägnierung, einem Betrag einer Wärmeausdehnung während der Si-Imprägnierung und einer Menge von eingebrachtem Si ab. Deshalb erfordert der Trocknungsschritt ein Trocknungsverfahren, welches für eine gleichmäßige Porosität in dem Trockenkörper sorgt.
  • Jedoch hat der säulenförmige Waben-Formkörper zur Verwendung in dem Wärmetauscherelement eine dickere Außen-Seitenwand (z.B. größer als oder gleich 1,5 mm) als ein säulenförmiger Waben-Formkörper für andere Zwecke. Deshalb werden bei den Trocknungskonzepten nach Stand der Technik, welche elektromagnetische Wellen nutzen, (Mikrowellentrocknung und dielektrische Trocknung) elektromagnetische Wellen wahrscheinlich nur in der Außen-Seitenwand absorbiert, was eine langsamere Trocknungsgeschwindigkeit zur Folge hat. Ferner resultieren die Trocknungskonzepte wie oben beschrieben in einer verlängerten Trocknungszeit sowie einem Unterschied in der Schrumpfung infolge eines Unterschieds in der Trocknungsgeschwindigkeit zwischen der Außen-Seitenwand und dem Innern, was zu einer Schwankung der inneren Porosität sowie einer Verschlechterung der Maßgenauigkeit (z.B. einer Verschlechterung der Rundheit und einer erhöhten Schwankung des Durchmessers) führt. Außerdem verursacht der säulenförmige Waben-Formkörper zur Verwendung in dem Wärmetauscherelement ein Problem, dass wahrscheinlich ein Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der Längsrichtung auftritt, was eine Verbiegung zur Folge hat, weil der säulenförmige Waben-Formkörper ein größeres Verhältnis (L/D) einer Länge in der Strömungsweg-Richtung der Waben zu einer Länge in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung hat (L/D = 2 bis 5).
  • Eines der Dokumente zum Stand der Technik schlägt außerdem das Verfahren zum Unterdrücken einer Verformung vor, bei welchem man den Waben-Formkörper zusätzlich dazu, dass man ihn während des Trocknens mit Mikrowellen bestrahlt, mit dem Trocknungswerkzeug in Kontakt bringt. Jedoch können die obigen Probleme noch nicht gelöst werden.
  • Eines der Dokumente zum Stand der Technik schlägt das Verfahren zum Trocknen des Formkörpers auf Siliciumcarbid-Basis vor, bei welchem man den Formkörper mit der Harzhülle umhüllt, damit dieser nicht freiliegt, den umhüllten Formkörper auf 50 bis 70 °C hält, um die Temperatur des gesamten Formkörpers gleichzumachen, und dann den Formkörper mit dem Trocknungskorrekturwerkzeug fasst und den gesamten Formkörper weiter auf 50 bis 70 °C hält. Jedoch verursacht das Verfahren ein Problem einer sehr ausgedehnten Trocknungszeit. Ferner erfordert das Verfahren auch eine Gleichmachung der Temperatur des gesamten Formkörpers unter Verwendung der Harzhülle, wodurch ein Problem verursacht wird, dass dies den Zeit- und Arbeitsaufwand in dem Trocknungsschritt erhöht.
  • Eines der Dokumente zum Stand der Technik schlägt außerdem das Verfahren zum Trocknen des Waben-Formkörpers vor, bei welchem man überhitzten Dampf oder ein Mischgas aus Dampf und heißer Luft durch die Waben strömen lässt, wobei der überhitzte Dampf oder das Mischgas eine geregelte Temperatur und Feuchte hat, um die Feuchtkugeltemperatur höher als oder gleich 70 °C zu realisieren. Jedoch gibt es im Hinblick auf die Gleichmäßigkeit der Porosität und die Verhinderung einer Verformung noch Raum für Verbesserungen.
  • Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Trocknen eines säulenförmigen Waben-Formkörpers, welches den säulenförmigen Wabenkörper bei gleichzeitigem Unterdrücken einer Verformung und einer Porositätsschwankung innerhalb einer kurzen Zeit trocknen kann, bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren zum Produzieren einer säulenförmigen Wabenstruktur unter Verwendung eines solchen Trocknungsverfahrens bereitzustellen.
  • Problemlösung
  • Durch umfassende Untersuchungen zur Lösung der obigen Probleme haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass es wirkungsvoll ist, den säulenförmigen Waben-Formkörper durch direktes Strömenlassen eines heißen Gases durch die Waben des säulenförmigen Waben-Formkörpers schnell zu trocknen, ohne das Trocknen durch Bestrahlen des säulenförmigen Waben-Formkörpers mit elektromagnetischen Wellen auszuführen, und dabei den säulenförmigen Waben-Formkörper vor dem Trocknen in eine Korrekturform zu legen, um eine Verformung des säulenförmigen Waben-Formkörpers während des Trocknens zu unterdrücken.
  • Indem man ein heißes Gas direkt durch die Waben des säulenförmigen Waben-Formkörpers strömen lässt, wird ein Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der zu den Strömungswegen der Waben senkrechten Richtung vermindert und wird ebenso auch ein Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der Strömungsrichtung der Waben vermindert, so dass die säulenförmige Wabenstruktur einer Verformung widersteht. Außerdem kann der säulenförmige Waben-Formkörper innerhalb einer kurzen Zeit getrocknet werden, da die Trocknung vom Innern ausgeht. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben festgestellt, dass durch Erhöhen einer Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases auf annähernd eine Geliertemperatur eines in der Keramik enthaltenen Bindemittels, so dass es hochfeucht wird, das Gelieren des Bindemittels gefördert wird und die Festigkeit erhöht wird, wodurch die Trocknungsschrumpfung während des Trocknens unterdrückt wird und ermöglicht wird, den korrigierten Zustand mühelos aufrechtzuerhalten. Die vorliegende Erfindung wurde auf der Grundlage solcher Feststellungen vollendet und wird wie folgt veranschaulicht.
  • Zur Lösung des vorbeschriebenen Problems wir ein Verfsahren zum Trocknen mindestens eines ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers mit den Merkmalen von Anspruch 1 angegeben. Zudem wird ein Verfahren zum Produzieren einer Wabenstruktur aus Keramik mit den Merkmalen von Anspruch 20 angegeben. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteranspürchen definiert. In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung bereit:
    • ein Verfahren zum Trocknen mindestens eines ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers, wobei der Waben-Formkörper eine mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltende Rohmaterial-Zusammensetzung enthält und eine Vielzahl von einer ersten Grundfläche zu einer zweiten Grundfläche hindurchgehende Strömungswege enthaltender Waben innerhalb einer Außen-Seitenwand enthält, wobei die Waben durch Trennwände definiert sind,
    • wobei das Verfahren einen Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers durch Strömenlassen eines heißen Gases, welches 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 3,3 erfüllt, worin T1 eine Geliertemperatur des Bindemittels (°C) darstellt und T2 eine Feuchtkugeltemperatur eines heißen Gases (°C) darstellt, durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben dergestalt, dass das heiße Gas in die erste Grundfläche hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche herausströmt, während eine Außenfläche des Waben-Formkörpers von einer Korrekturform mit einer der Außenflächenform des Waben-Formkörpers entsprechenden Innenflächenform umgeben ist, enthält, wobei während des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers mindestens ein Teil der Außenfläche des Waben-Formkörpers einen Druck von der Innenfläche der Korrekturform erfährt, wodurch der Waben-Formkörper einer Formkorrektur unterzogen wird.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist T1 ≤ T3 erfüllt, worin T3 eine Trockenkugeltemperatur eines heißen Gases (°C) darstellt und T3 niedriger als eine Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels ist.
  • In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers, während die Außenfläche des Waben-Formkörpers so, dass für ein Verhältnis einer Innenquerschnittsfläche S1 des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Schritts des Trocknens in einer zu einer Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung zu einer Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung 0,96 ≤ S1/S2 ≤ 1,04 gilt, von der Korrekturform umgeben ist.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers dergestalt, dass das heiße Gas mit einer Gasgeschwindigkeit größer als oder gleich 2,0 m/s durch die Strömungswege der Waben hindurchströmt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers, während auf einer stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche eine Ablenkplatte angeordnet ist, um das heiße Gas am Eindringen in einen Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform zu hindern.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung ist die Ablenkplatte so auf der stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche angeordnet, dass die Ablenkplatte die Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers, den Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform und 5 bis 30% einer Anzahl aller Waben von den an einem äußersten Rand angeordneten Waben zu den innenseitigen Waben hin bedeckt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung liegt ein Wassergehalt in der Rohmaterial-Zusammensetzung, bezogen auf 100 Massen-% des mindestens einen Keramik-Rohmaterials, zwischen 17,0 Massen-% und 26,0 Massen-%.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers dergestalt, dass ein Wassergehalt in einem getrockneten Waben-Formkörper kleiner als oder gleich 0,07 g pro 1 g des getrockneten Waben-Formkörpers ist.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Beziehung L/D ≤ 15 erfüllt, in welcher L eine Länge des Waben-Formkörpers in einer Strömungsweg-Richtung der Waben darstellt und D eine Länge des Waben-Formkörpers in einer zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung darstellt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung hat die Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers eine Dicke größer als oder gleich 0,2 mm.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung besteht die Korrekturform aus einem Paar Halbteile, welche entlang einer Strömungsweg-Richtung der Waben geteilt sind.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung nimmt eine Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform in einer zu einer Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung von einer Seite der ersten Grundfläche zu einer Seite der zweiten Grundfläche hin zu.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers das Strömenlassen des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl in einem Unterdruck-Zustand gehaltener Waben.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung ist in dem Trocknungsschritt des Trocknens des Waben-Formkörpers ein Gasvolumen des aus der zweiten Grundfläche des Waben-Formkörpers herausströmenden heißen Gases größer als ein Gasvolumen des in die erste Grundfläche des Waben-Formkörpers hineinströmenden heißen Gases.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers das Rückführen mindestens eines Teils des aus der zweiten Grundfläche des Waben-Formkörpers herausströmenden heißen Gases, um das heiße Gas als einen Teil des heißen Gases oder als das gesamte heiße Gas, welches in die erste Grundfläche des Waben-Formkörpers hineinströmt, zu nutzen.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
    wird das heiße Gas durch Erwärmen eines durch ein Druckgebläse zugeführten Trocknungsgases mittels einer Heizung erzeugt,
    steht ein Weg des aus der zweiten Grundfläche des Waben-Formkörpers herausströmenden heißen Gases an einem Zusammenfluss auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Druckgebläses über einen Rückführungsweg mit einem Weg des Trocknungsgases in Verbindung und
    sind Ventile in dem Weg des Trocknungsgases beziehungsweise in dem Weg des aus der zweiten Grundfläche des Waben-Formkörpers herausströmenden heißen Gases angeordnet.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren, während des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers, das Umkehren einer Strömungsrichtung des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben dergestalt, dass das heiße Gas in die zweite Grundfläche hineinströmt und aus der ersten Grundfläche herausströmt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält das Verfahren ferner, nach dem Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers, einen Schritt des Abkühlens des Waben-Formkörpers durch Strömenlassen eines kalten Gases anstelle des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl der Waben dergestalt, dass das kalte Gas in die erste Grundfläche hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche herausströmt.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung enthält der Schritt des Abkühlens des Waben-Formkörpers das Ausführen des Schritts des Abkühlens, während ein in einem Weg des in die erste Grundfläche des Waben-Formkörpers strömenden heißen Gases angeordnetes Ventil geschlossen ist und ein in einem Weg des in die erste Grundfläche des Waben-Formkörpers strömenden kalten Gases angeordnetes Ventil geöffnet ist.
  • In noch einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
    ist ein Weg des heißen Gases in eine Vielzahl von Zweigwegen, welche mit den ersten Grundflächen einer Vielzahl der Waben-Formkörper in Verbindung stehen, verzweigt und
    enthält das Verfahren das Umschalten des in die ersten Grundflächen der Vielzahl der Waben-Formkörper hineinströmenden heißen Gases durch eine Öffnungs- und Schließbetätigung in jedem der Zweigwege des heißen Gases angeordneter Ventile.
  • In einem weiteren Aspekt stellt die vorliegende Erfindung bereit:
    • ein Verfahren zum Produzieren einer Wabenstruktur aus Keramik, enthaltend:
      • das Kneten mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltender Rohmaterialien, um ein Gemisch zu erhalten;
      • das Strangpressen des Gemischs, um einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörper, enthaltend eine Vielzahl von Waben, enthaltend von einer ersten Grundfläche zu einer zweiten Grundfläche hindurchgehende Strömungswege, innerhalb einer Außen-Seitenwand, wobei die Waben durch Trennwände definiert sind, zu erhalten;
      • das Unterziehen des ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers dem Verfahren zum Trocknen des mindestens einen Waben-Formkörpers nach einem der Ansprüche 1 bis 20, um einen getrockneten Waben-Formkörper zu erhalten; und
      • das Brennen des getrockneten Waben-Formkörpers.
  • Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung kann der mindestens eine säulenförmige Waben-Formkörper bei gleichzeitigem Unterdrücken der Verformung und der Porositätsschwankung innerhalb einer kurzen Zeit getrocknet werden. Deshalb wird die vorliegende Erfindung zu einer Verbesserung der Produktivität und zu einer Verbesserung der Stabilität der Qualität der säulenförmigen Wabenstruktur beitragen.
  • Figurenliste
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein Beispiel eines Waben-Formkörpers zur Verwendung in einem Verfahren zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche ein weiteres Beispiel eines Waben-Formkörpers zur Verwendung in einem Verfahren zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
    • 3 zeigt ein Beispiel einer zu einer Strömungsweg-Richtung von Waben senkrechten Querschnittsstruktur in einem Waben-Formkörper mit in einer Außen-Seitenwand desselben gebildeten Schlitzen.
    • 4 zeigt ein Beispiel einer zu einer Strömungsweg-Richtung von Waben senkrechten Querschnittsstruktur in einem von unten gesehen ringförmigen Waben-Formkörper.
    • 5 zeigt ein Beispiel einer zu einer Strömungsweg-Richtung von Waben senkrechten Querschnittsstruktur in einem Waben-Formkörper, in welchem die Waben radial angeordnet sind.
    • 6 zeigt ein Beispiel einer Anordnung eines Heißgaserzeugers bei horizontalem Anordnen eines einzelnen von einer Korrekturform umgebenen säulenförmigen Waben-Formkörpers und ein Beispiel einer Anordnung einer Ablenkplatte an einer stromaufwärts liegenden Grundfläche.
    • 7 zeigt ein Beispiel einer Anordnung eines Heißgaserzeugers bei horizontalem Anordnen einer Vielzahl von einer Korrekturform umgebener säulenförmiger Waben-Formkörper und ein Beispiel einer Anordnung einer Ablenkplatte an einer stromaufwärts liegenden Grundfläche.
    • 8 zeigt ein Beispiel einer Anordnung eines Heißgaserzeugers bei vertikalem Anordnen eines einzelnen von einer Korrekturform umgebenen säulenförmigen Waben-Formkörpers und ein Beispiel einer Anordnung einer Ablenkplatte an einer stromaufwärts liegenden Grundfläche.
    • 9 ist eine schematische Zeichnung zur Veranschaulichung eines Beispiels eines Verfahrens zum Ändern einer Feuchtkugeltemperatur.
    • 10 ist eine von der Unterseite her gesehene schematische Darstellung eines Zustands, in welchem ein Waben-Formkörper in Beispielen von einer Korrekturform umgeben ist (ohne Ablenkplatte).
    • 11 ist eine von der stromaufwärts liegenden Grundfläche eines Waben-Formkörpers her gesehene schematische Darstellung eines Zustands, in welchem ein Waben-Formkörper von einer Korrekturform umgeben ist (mit Ablenkplatte).
    • 12 zeigt ein Beispiel einer Anordnung eines Heißgaserzeugers bei horizontalem Anordnen eines einzelnen von einer Korrekturform, deren Innenquerschnittsfläche zu der stromabwärts liegenden Seite hin zunimmt, umgebenen säulenförmigen Waben-Formkörpers.
    • 13 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen eines Verfahrens zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 14 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen eines Verfahrens zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 15 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen eines Verfahrens zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 16 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen eines Verfahrens zum Trocknen eines Waben-Formkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung.
    • 17 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen eines Verfahrens zum Trocknen von Waben-Formkörpern gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • (1) Trocknungsschritt
  • In einem Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Trocknen mindestens eines ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers bereit, bei welchem der mindestens eine ungebrannte säulenförmige Waben-Formkörper aus einer mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltenden Rohmaterial-Zusammensetzung bestehen kann und mit einer Vielzahl von einer ersten Grundfläche zu einer zweiten Grundfläche hindurchgehende Strömungswege aufweisender Waben innerhalb einer Außen-Seitenwand versehen sein kann, wobei die Waben durch Trennwände definiert sind.
  • Zu Beispielen des Keramik-Rohmaterials zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Keramiken auf Oxidbasis wie Aluminiumoxid, Mullit, Zirconiumdioxid und Cordierit; und Keramiken auf oxidfreier Basis wie Siliciumcarbid, Siliciumnitrid und Aluminiumnitrid. Außerdem können Verbundwerkstoffe aus Siliciumcarbid und metallischem Silicium, Siliciumcarbid/Graphit-Verbundwerkstoffe und dergleichen verwendet werden. Davon ist bei Verwendung für Wärmetauscherelemente Siliciumcarbid, welches eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, zu bevorzugen.
  • Das Keramik-Rohmaterial kann bevorzugt in Form von Pulver vorliegen. In diesem Fall ist es im Hinblick auf die Produktionskosten der Wabenstruktur zu bevorzugen, die Partikelgrößenverteilung des Keramikrohmaterial-Pulvers so einzustellen, dass die Klopfdichte höher ist.
  • Der Wassergehalt in der Rohmaterial-Zusammensetzung, das heißt, der Wassergehalt des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Trocknungsschritts, kann, bezogen auf 100 Massen-% des Keramik-Rohmaterials, bevorzugt zwischen 17,0 und 26,0 Massen-% und bevorzugter zwischen 19,5 und 22,5 Massen-% und noch bevorzugter zwischen 19,5 und 20,5 Massen-% liegen. Der Wassergehalt in der Rohmaterial-Zusammensetzung größer als oder gleich 17,0 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des Keramik-Rohmaterials, sorgt mühelos für einen Vorteil, dass die Qualität eines Grünkörpers sich tendenziell stabilisiert. Der Wassergehalt in der Rohmaterial-Zusammensetzung kleiner als oder gleich 24,5 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des Keramik-Rohmaterials, kann einen Betrag einer Schrumpfung während des Trocknens verringern und eine Verformung unterdrücken. Wie hierin verwendet, ist der Wassergehalt in der Rohmaterial-Zusammensetzung ein mittels des Trocknungsverlust-Verfahrens gemessener Wert.
  • Das wärmegelierende Bindemittel ist ein Bindemittel mit einer Eigenschaft, dass das Gelieren bei steigender Temperatur auftritt, so dass die Viskosität zunimmt (einer Wärmegelier-Eigenschaft). Zu Beispielen des wärmegelierenden Bindemittels zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Methylcellulose, Hydroxypropylmethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Hydroxyethylmethylcellulose und dergleichen. Davon wird meist Methylcellulose verwendet. Die Geliertemperaturen dieser wärmegelierenden Bindemittel hängen von deren Art ab und können zwischen ungefähr 50 und 90 °C liegen und zum Beispiel bei Methylcellulose ungefähr 55 °C betragen. Es kann auch ein Gemisch verschiedener wärmegelierender Bindemittel verwendet werden.
  • Die Menge der Rohmaterial-Zusammensetzung zugesetzten wärmegelierenden Bindemittels kann, bezogen auf 100 Massen-% des Keramik-Rohmaterials, bevorzugt von 3 bis 15 Massen-% und bevorzugter von 7 bis 10 Massen-% betragen. Die Menge des zugesetzten wärmegelierenden Bindemittels größer als oder gleich 3 Massen-% sorgt mühelos für einen Vorteil, dass eine Verformung des geformten Produkts unterdrückt werden kann. Die Konzentration des wärmegelierenden Bindemittels kleiner als oder gleich 15 Massen-% sorgt mühelos für einen Vorteil, dass ein Betrag einer Schrumpfung während des Trocknens verringert werden kann und eine Formgenauigkeit des Trockenkörpers verbessert werden kann.
  • Wie hierin verwendet, ist die Geliertemperatur des wärmegelierenden Bindemittels eine Temperatur, bei welcher die Viskosität sich drastisch ändert, wenn die Temperatur mit einer Geschwindigkeit von 1 °C/min von 10 °C auf 90 °C erhöht wird und dann mit einer Geschwindigkeit von 0,5 °C/min auf 10 °C gesenkt wird, während die Viskosität einer wässrigen Lösung des Bindemittels gemessen wird.
  • Beispiele von Strukturen von Waben-Formkörpern sind in 1 und 2 gezeigt. In einem Waben-Formkörper 1 ist eine Vielzahl von Waben 3 mit von einer ersten Grundfläche 5 zu einer zweiten Grundfläche 6 hindurchgehenden Strömungswegen durch Trennwände 2 innerhalb einer Außen-Seitenwand 4 definiert.
  • Der Waben-Formkörper kann jede beliebige Form wie eine Säulenform mit vieleckigen Grundflächen (viereckige, fünfeckige, sechseckige, siebeneckige und achteckige Formen usw.), eine Säulenform mit runden Grundflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Grundflächen oder dergleichen haben. Der in 1 gezeigte Waben-Formkörper hat die Säulenform mit rechteckigen Grundflächen, und der in 2 gezeigte Waben-Formkörper hat die Säulenform mit runden Grundflächen. Um die Temperaturschockbeständigkeit zu verbessern, kann auch eine Vielzahl von Schlitzen in der Außen-Seitenwand 4 entlang der Strömungsweg-Richtung der Waben gebildet sein, wie in 3 gezeigt. Um einen Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der Radialrichtung zu verringern, kann der Waben-Formkörper auch eine von unten gesehen ringförmige Säulenform dergestalt, dass der Waben-Formkörper einen Hohlraum nahe der Mittelachse des Waben-Formkörpers enthält, haben, wie in 4 gezeigt.
  • Der Waben-Formkörper erfüllt eine Beziehung: L/D ≤ 15 und bevorzugt L/D ≤ 6, worin L eine Länge des Waben-Formkörpers in der Strömungsweg-Richtung der Waben ist und D eine Länge des Waben-Formkörpers in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung ist, so dass die Anzahl von Produktionsschritten verringert werden kann und der Waben-Formkörper zu niedrigeren Kosten produziert werden kann. Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner der Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der Längsrichtung verringert werden, so dass eine hochgleichmäßige Trocknung möglich ist, auch wenn das Verhältnis L/D erhöht ist, und kann der Betrag der Verformung während des Trocknens verringert werden. Zum Beispiel kann das Verhältnis 2 ≤ L/D sein oder kann es 3 ≤ L/D sein. Wie hierin verwendet, bezeichnet die Länge D des Waben-Formkörpers in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung einen Durchmesser des Waben-Formkörpers, wenn die Grundflächenformen des Waben-Formkörpers rund sind. Wenn die Grundflächen des Waben-Formkörpers eine von einem Kreis verschiedene Form haben, entspricht dieser einem Durchmesser eines Kreises mit dem gleichen Flächeninhalt wie demjenigen einer Grundfläche.
  • Obwohl die Länge L des Waben-Formkörpers in der Strömungsweg-Richtung der Waben nicht beschränkt ist, kann die Länge bevorzugt 60 mm ≤ L und bevorzugter 140 mm ≤ L sein, weil eine größere Länge eine höhere Massenproduktivität zur Folge hat. Andererseits wird, wenn die Länge L größer ist, der Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit tendenziell auf der Druckseite und der Saugseite des heißen Gases, das heißt, in der Strömungsweg-Richtung der Waben, erzeugt, so dass tendenziell Schwankungen der inneren Poren auftreten. Deshalb kann die Länge L bevorzugt L ≤ 400 mm und bevorzugter L ≤ 300 mm sein. Obwohl die Länge D des Waben-Formkörpers in der zu der Strömungsrichtung der Waben senkrechten Richtung nicht beschränkt ist, kann die Länge D bevorzugt 30 mm ≤ D und bevorzugter 40 mm ≤ D sein, weil eine größere Länge die Fluid-Durchflussmenge erhöhen kann. Andererseits kann die Länge D bevorzugt D ≤ 150 mm und bevorzugter D ≤ 120 mm sein, um zu verhindern, dass der Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit tendenziell zwischen der näheren Umgebung der Mittelachse des Waben-Formkörpers und der näheren Umgebung der Außen-Seitenwand erzeugt wird, und die Erzeugung einer unzureichenden Trocknung zu verhindern.
  • Die Form der Wabe in dem zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Querschnitt ist, ohne darauf beschränkt zu sein, bevorzugt ein Quadrat, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon. In den in den 1 und 2 gezeigten Waben-Formkörpern ist die Form der Wabe in dem zu der Strömungsrichtung der Waben senkrechten Querschnitt ein Rechteck. Von diesen sind quadratische und sechseckige Formen zu bevorzugen. Eine solche Wabenform wird, wenn man ein Gas durch den Waben-Formkörper strömen lässt, in einem verminderten Druckverlust resultieren. Wie in 5 gezeigt, ist es auch möglich, mit bogenförmigen und geraden Linien gebildete Waben radial anzuordnen, indem man eine Vielzahl konzentrischer Kreise mit von der Mittelachse ausgehenden radialen Geraden kombiniert.
  • In dem zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Querschnitt kann der Waben-Formkörper bevorzugt eine Wabendichte von 4 bis 186 Waben/cm2 und bevorzugter von 6 bis 62 Waben/cm2 haben. Die Wabendichte größer als oder gleich 4 Waben/cm2 wird tendenziell in einer höheren Wärmerückgewinnungsleistung resultieren. Die Wabendichte kleiner als oder gleich 186 Waben/cm2 wird tendenziell einen Vorteil, dass eine Zunahme des Druckverlusts unterbunden wird, bieten. Die Wabendichte ist ein durch Dividieren der Anzahl von Waben durch den Flächeninhalt eines Grundflächenteils des Waben-Formkörpers ohne den Bereich der Außen-Seitenwand erhaltener Wert.
  • Die Dicke der Trennwand in dem Waben-Formkörper kann bevorzugt 0,05 bis 1,5 mm und bevorzugter 0,2 bis 0,5 mm betragen. Wenn der Waben-Formkörper als ein Wärmetauscherelement verwendet wird, ermöglicht die Dicke der Trennwand größer als oder gleich 0,05 mm, eine höhere Wärmerückgewinnungsleistung mühelos zu erzielen, und ermöglicht die Dicke der Trennwand kleiner als oder gleich 1,5 mm, einen geringeren Druckverlust aufrechtzuerhalten. Wie hierin verwendet, ist die Dicke der Trennwand als eine Länge eines die Trennwand durchquerenden Liniensegments, wenn die Linie so gezogen ist, dass sie Schwerpunkte zweier benachbarter Waben miteinander verbindet, in dem zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Querschnitt des Waben-Formkörpers definiert.
  • Die Dicke der Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers kann bevorzugt größer als oder gleich 0,2 mm sein, und bei Verwendung als Wärmetauscherelement kann sie bevorzugter größer als oder gleich 1,0 mm sein oder kann sie möglicherweise größer als oder gleich 1,5 mm sein. Die Dicke der Außen-Seitenwand größer als oder gleich 1,0 mm kann als das Wärmetauscherelement eine erhöhte mechanische Festigkeit ermöglichen. Bei Verwendung des Waben-Formkörpers als Wärmetauscherelement kann die Dicke der Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers bevorzugt kleiner als oder gleich 20 mm und bevorzugter kleiner als oder gleich 5 mm sein. Die Dicke der Außen-Seitenwand kleiner als oder gleich 20 mm gestattet das Strangpressen. Wie hierin verwendet, ist die Dicke der Außen-Seitenwand als eine Dicke in der Richtung der Normalen zu der Außenfläche der Außen-Seitenwand definiert.
  • Zusätze wie Netzmittel und Porenbildner können nach Bedarf in die Rohmaterial-Zusammensetzung aufgenommen werden.
  • Zu Beispielen des Netzmittels, welche verwendet werden können, zählen Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäure-Seife, Polyalkohol und dergleichen. Diese können allein oder in Kombination mit zwei oder mehr Mitteln verwendet werden.
  • Der Porenbildner ist nicht besonders beschränkt, solange er nach dem Brennen Poren bildet, und enthält zum Beispiel Graphit, Stärken, aufschäumbare Harze, wasserabsorbierende Harze, Kieselgel und dergleichen.
  • Der ungebrannte säulenförmige Waben-Formkörper kann durch Kneten des Rohmaterial-Gemischs, um einen Grünkörper zu bilden, und anschließendes Strangpressen des Grünkörpers, um einen gewünschten säulenförmigen Waben-Formkörper herzustellen, gebildet werden. Beim Strangpressen kann eine Matrize mit einer gewünschten Gesamtform, Wabenform, Trennwanddicke, Wabendichte und dergleichen verwendet werden.
  • Der resultierende ungebrannte Formkörper wird getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen. In einer Ausführungsform enthält das Trocknungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung einen Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers durch Strömenlassen eines heißen Gases, welches 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 3,3 erfüllt, worin T1 eine Geliertemperatur des Bindemittels (°C) darstellt und T2 eine Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases (°C) darstellt, durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben dergestalt, dass das heiße Gas in die erste Grundfläche hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche herausströmt, während die Außenfläche des Waben-Formkörpers von einer Korrekturform, deren Innenflächenform der Außenflächenform des Waben-Formkörpers entspricht, umgeben ist. In dem Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers erfährt die Außenfläche des Waben-Formkörpers einen Druck von der Innenfläche der Korrekturform, wodurch der Waben-Formkörper einer Formkorrektur unterzogen wird. Wie hierin verwendet, ist die Feuchtkugeltemperatur eines heißen Gases ein mittels eines Psychrometers gemessener Wert.
  • Im Hinblick auf die Form des getrockneten Waben-Formkörpers kann die Form der Innenfläche der Korrekturform unter der Maßgabe, dass die Form der Innenfläche der Korrekturform eine der Außenflächenform des Waben-Formkörpers entsprechende Form ist, zweckmäßig geändert werden. Zum Beispiel kann in dem Fall, in welchem der Waben-Formkörper einen Bereich mit einer lokal stärkeren Schrumpfung aufweist, die lokale Schrumpfung verringert werden, indem die Innenflächenform so eingestellt wird, dass der Zwischenraum zu der Korrekturform in diesem Bereich vergrößert wird. Wie hierin verwendet, bedeutet der Satz „Die Form der Innenfläche der Korrekturform ist eine der Außenflächenform des Waben-Formkörpers entsprechende Form“, dass der Zwischenraum zwischen der Innenfläche der Korrekturform und der Außenfläche des Waben-Formkörpers konstant kleiner als oder gleich 1 mm ist. Außerdem bedeutet der Satz „Der Zwischenraum zwischen der Innenfläche der Korrekturform und der Außenfläche des Waben-Formkörpers ist konstant kleiner als oder gleich 1 mm“, dass, wenn der Waben-Formkörper vor dem Ausführen des Trocknungsschritts in die Korrekturform gelegt wird, der kürzeste Abstand zwischen einem beliebigen Punkt an der Außenfläche und der Innenfläche der Korrekturform kleiner als oder gleich 1 mm ist.
  • Somit wird gemäß der Ausführungsform der säulenförmige Waben-Formkörper schnell getrocknet, weil das heiße Gas direkt durch die Waben des säulenförmigen Waben-Formkörpers strömen gelassen wird. Dann wird durch direktes Strömenlassen des heißen Gases durch die Waben des säulenförmigen Waben-Formkörpers der Unterschied in der Trocknungsgeschwindigkeit in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung verringert und ist eine Verformung schwierig und geht die Trocknung von dem Innern des säulenförmigen Waben-Formkörpers aus, so dass der säulenförmige Waben-Formkörper innerhalb einer kurzen Zeit getrocknet werden kann. Ferner wird, da das heiße Gas durch Erhöhen der Feuchtkugeltemperatur auf annähernd die Geliertemperatur des in der Keramik enthaltenen Bindemittels hochfeucht geworden ist, das Gelieren des Bindemittels gefördert und wird die Festigkeit erhöht, so dass die Trocknungsschrumpfung während des Trocknens unterdrückt wird und der korrigierte Zustand mühelos aufrechterhalten wird. Außerdem kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Umgeben des säulenförmigen Waben-Formkörpers mit der Korrekturform die Wirkung des Unterdrückens der Verformung während des Trocknens steigern. Das heißt, in der vorliegenden Ausführungsform kann die Trocknung bei stark unterdrückter Verformung und Porositätsschwankung durch die Kombination der Wirkung des Korrigierens der Form durch die Korrekturform, der Wirkung des gleichmäßigen Erwärmens innerhalb einer kurzen Zeit durch das durch die Waben hindurchströmende heiße Gas und der Wirkung des Unterdrückens der Verformung durch das eine höhere Feuchte aufweisende heiße Gas innerhalb einer kurzen Zeit erreicht werden.
  • Die Form und die Maße der Korrekturform sind nicht beschränkt, solange die Korrekturform die der Außenflächenform des Waben-Formkörpers entsprechende Innenflächenform haben kann und mindestens ein Teil der Außenfläche des Waben-Formkörpers in dem Trocknungsschritt einen Druck von der Innenfläche des Waben-Formkörpers erfahren kann. Deshalb können in einer Ausführungsform, wenn die Außenfläche des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Trocknungsschritts mit der Korrekturform umgeben wird, die Außenfläche des Waben-Formkörpers und die Innenfläche der Korrekturform ganz oder teilweise in Kontakt miteinander gebracht werden. In einer weiteren Ausführungsform stehen, wenn die Außenfläche des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Trocknungsschritts mit der Korrekturform umgeben wird, die Außenfläche des Waben-Formkörpers und die Innenfläche der Korrekturform möglicherweise überhaupt nicht miteinander in Kontakt. Auch wenn die Außenfläche des Waben-Formkörpers und die Innenfläche der Korrekturform überhaupt nicht miteinander in Kontakt stehen und der Zwischenraum zwischen diesen vorhanden ist, kann der Waben-Formkörper durch einen mindestens teilweisen Kontakt mit der Korrekturform infolge einer geringen Verformung des Waben-Formkörpers während des Trocknens einen Druck von der Korrekturform erfahren und kann er die Verformungsunterdrückungswirkung erfahren, so dass der Waben-Formkörper sich nicht weiter verformt. Jedoch werden, wenn der Zwischenraum zu groß ist, der Waben-Formkörper und die Korrekturform nicht in Kontakt miteinander gebracht oder werden die sich berührenden Bereiche sogar während des Trocknens vermindert, so dass die korrigierende Wirkung der Korrekturform geringer sein wird.
  • Deshalb kann in einer bevorzugten Ausführungsform der Trocknungsschritt so ausgeführt werden, dass für ein Verhältnis einer Querschnittsfläche S1 (welche dem Flächeninhalt einer Grundfläche des Waben-Formkörpers entspricht) des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Trocknungsschritts in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung zu einer Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben senkrechten Richtung in einem Zustand, in welchem die Außenfläche des Waben-Formkörpers von der Korrekturform umgeben ist, 0,96 ≤ S1/S2 ≤ 1,04, bevorzugt 0,98 ≤ S1/S2 ≤ 1,04 gilt. Wenn das Verhältnis S1/S2 gleich 1 ist, steht die Außenfläche des Waben-Formkörpers vor dem Ausführen des Trocknungsschritts in engem Kontakt mit der Innenfläche der Korrekturform. Wenn das Verhältnis S1/S2 in dem obigen Bereich liegt, kann während des Trocknens ohne weiteres ein geeigneterer Druck durch die Korrekturform auf den Waben-Formkörper ausgeübt werden und kann eine verbesserte Wirkung des Unterdrückens der Verformung erzielt werden. Im Sinn einer weiteren Steigerung der Wirkung des Unterdrückens der Verformung während des Trocknens ist es zu bevorzugen, dass die Außenfläche des Waben-Formkörpers und die Innenfläche der Korrekturform vor dem Ausführen des Trocknungsschritts in vollen Kontakt miteinander gebracht werden, um den Waben-Formkörper ein wenig zusammenzudrücken. Deshalb kann für das Verhältnis bevorzugter 1,00 ≤ S1/S2 ≤ 1,04 und noch bevorzugter 1,01 ≤ S1/S2 ≤ 1,04 gelten.
  • Ferner kann, wie in 12 gezeigt, die Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform in dem obigen Bereich von S1/S2 zu der stromabwärts liegenden Seite des heißen Gases hin zunehmen. Mit der Korrekturform, bei welcher sich die Innenfläche parallel zu der Strömungsweg-Richtung der Waben erstreckt und die Innenquerschnittsfläche S2 konstant ist, hat der Waben-Formkörper wegen des Unterschieds in der Trocknungsgeschwindigkeit in der Strömungsweg-Richtung der Waben tendenziell auf der stromabwärts liegenden Seite des heißen Gases einen kleineren Außendurchmesser als auf der stromaufwärts liegenden Seite. Deshalb kann die Gleichmäßigkeit des Außendurchmessers des Waben-Formkörpers nach dem Ausführen des Trocknungsschritts durch Korrigieren der Form des Waben-Formkörpers mittels der Korrekturform, bei welcher die Innenquerschnittsfläche S2 von der Seite der ersten Grundfläche zu der Seite der zweiten Grundfläche hin (zu der stromabwärts liegenden Seite des heißen Gases hin) zunimmt, verbessert werden.
  • In diesem Fall ist es wirkungsvoll, wenn 0,92 ≤ S3/S4 ≤ 1,00 erfüllt wird, worin S3 eine Innenquerschnittsfläche eines Endteils auf der stromaufwärts liegenden Seite der Korrekturform darstellt und S4 eine Innenquerschnittsfläche eines Endteils auf der stromabwärts liegenden Seite darstellt. Wenn S3 gleich S4 ist, wird der Außendurchmesser des getrockneten Waben-Formkörpers auf der stromabwärts liegenden Seite des heißen Gases kleiner als auf der stromaufwärts liegenden Seite sein. Durch Verringern des Verhältnisses S3/S4 kann der Schrumpfungsbetrag auf der stromabwärts liegenden Seite unterdrückt werden, so dass ein Unterschied in dem Außendurchmesser zwischen der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite vermindert werden kann. Da der Unterschied in dem Außendurchmesser zwischen der stromaufwärts liegenden Seite und der stromabwärts liegenden Seite zunimmt, wenn eine Höhe L (Länge in der Strömungsweg-Richtung) des Waben-Formkörpers zunimmt, ist es zu bevorzugen, das Verhältnis S3/S4 entsprechend dem Wert von L einzustellen. Für 60 mm ≤ L < 200 mm kann bevorzugter ein Bereich von 0,94 ≤ S3/S4 ≤ 1,00 verwendet werden, und für 200 mm ≤ L kann noch bevorzugter ein Bereich von 0,92 ≤ S3/S4 < 0,98 verwendet werden.
  • Es ist zu beachten, dass S1 und S2 vor Umgeben des Waben-Formkörpers mit der Korrekturform mittels einer Laser-Verschiebungsmessvorrichtung und einer dreidimensionalen Messvorrichtung gemessene Werte sind. Ferner ist S2, wenn die Korrekturform aus einer Vielzahl von geteilten Teilen (zum Beispiel Halbteilen) konfiguriert ist, ein bei ohne den Waben-Formkörper zusammengesetzten jeweiligen Teilen gemessener Wert.
  • Zu Beispielen von Werkstoffen für die Korrekturform zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Edelstahl, Eisen, Harze, Keramiken und dergleichen, und Eisen kann zu bevorzugen sein, wenn die Form aus einem Blech besteht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform kann die Korrekturform aus einem Paar Halbteile, welche entlang einer Strömungsweg-Richtung der Waben geteilt sind, bestehen. Eine solche Konfiguration der Korrekturform ist im Hinblick auf die Handhabung vorteilhaft.
  • Die Trocknung des Waben-Formkörpers unter Verwendung des die Bedingung 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 3,3, worin T1 die Geliertemperatur des Bindemittels in dem Waben-Formkörper (°C) darstellt und T2 die Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases (°C) darstellt, erfüllenden heißen Gases bietet Vorteile, dass die Schrumpfung während des Trocknens unterdrückt werden kann und eine Schwankung der Formgenauigkeit des Trockenkörpers und eine Schwankung der inneren Porosität verringert werden können. Da das Gelieren des Bindemittels eigentlich bei einer Temperatur, welche geringfügig niedriger als die Geliertemperatur T1 ist, beginnt, geht das Gelieren hinreichend vonstatten, auch wenn die Feuchtkugeltemperatur T2 geringfügig niedriger als die Geliertemperatur T1 ist. Ferner kann die Bedingung im Sinn einer Verkürzung der Trocknungszeit bevorzugt 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 2,2 und bevorzugter 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 1,0 lauten. Zum Beispiel ist die folgende Bedingung möglich: 50 °C ≤ T1 ≤ 90 °C oder 40 °C ≤ T2 ≤ 300 °C.
  • Während des Trocknens kann eine Lüftungstrocknung in Kombination mit der Heißgastrocknung ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die Lüftungstrocknung vor der Heißgastrocknung ausgeführt werden und kann dann die Heißgastrocknung ausgeführt werden. Ferner kann die Lüftungstrocknung auch nach der Heißgastrocknung ausgeführt werden. Die Lüftungstrocknung ist ein Verfahren zum Trocknen des Waben-Formkörpers durch Strömenlassen von Luft auf Umgebungstemperatur durch die Waben des Waben-Formkörpers. Jedoch ist die Bestrahlung des Waben-Formkörpers mit elektromagnetischen Wellen wie Mikrowellentrocknung und dielektrische Trocknung nicht zu bevorzugen, weil sie wegen der lokalen Erwärmung der Außen-Seitenwand tendenziell eine Verformung verursacht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform, vorausgesetzt, dass die Trockenkugeltemperatur des heißen Gases T3 (°C) ist, ist die Beziehung T1 ≤ T3 erfüllt und ist T3 niedriger als eine Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels in dem Waben-Formkörper. Das Einstellen der Trockenkugeltemperatur des heißen Gases auf einen Wert höher als die oder gleich der Geliertemperatur des Bindemittels ist insofern vorteilhaft, als die Trocknungsgeschwindigkeit kürzer sein kann und die Verformung während des Trocknens mühelos unterdrückt werden kann. Ferner ist das Einstellen der Trockenkugeltemperatur des heißen Gases auf einen niedrigeren Wert als die Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels insofern vorteilhaft, als die Festigkeit des Trockenkörpers aufrechterhalten werden kann. In einer bevorzugteren Ausführungsform, vorausgesetzt, dass die Trockenkugeltemperatur des heißen Gases T3 (°C) ist, ist die Beziehung 120 °C ≤ T3 ≤ 170 °C erfüllt und ist T3 mindestens 5 °C niedriger als die Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels.
  • Für die Trockenkugeltemperatur T3 (°C) des heißen Gases und die Feuchtkugeltemperatur T2 (°C) des heißen Gases kann im Sinn einer Verkürzung der Trocknungszeit bevorzugt T3 - T2 > 0, bevorzugter T3 - T2 ≥ 60 und noch bevorzugter T3 - T2 ≥ 90 gelten. Je größer der Unterschied zwischen T3 und T2, desto höher die Trocknungsgeschwindigkeit, was zu der Verkürzung der Trocknungszeit beiträgt.
  • Wie hierin verwendet, ist die Trockenkugeltemperatur des heißen Gases ein mittels eines Thermoelements gemessener Wert. Wie hierin verwendet, ist die Beginntemperatur der thermischen Zersetzung ein mittels TG-DTA (thermogravimetrischer Differenz-Thermoanalyse) gemessener Wert.
  • Da die Gasgeschwindigkeit des heißen Gases höher ist, ist die Trocknungszeit kürzer und kann die Verformung des Waben-Formkörpers mühelos unterdrückt werden. Deshalb kann die Gasgeschwindigkeit des durch die Strömungswege der Waben strömenden heißen Gases bevorzugt größer als oder gleich 2,0 m/s und bevorzugter größer als oder gleich 4,0 m/s sein. Ferner ist die Wirkung der Verkürzung der Trocknungszeit durch Erhöhen der Gasgeschwindigkeit begrenzt. Deshalb kann die Gasgeschwindigkeit des durch die Strömungswege der Waben strömenden heißen Gases im Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit bevorzugt kleiner als oder gleich 10 m/s und bevorzugter kleiner als oder gleich 9 m/s sein. Wie hierin verwendet, ist die Gasgeschwindigkeit des durch die Strömungswege der Waben strömenden heißen Gases ein mittels eines thermischen Anemometers gemäß JIS T8202-1997 gemessener Wert.
  • Während des Trocknens wird die Wirkung des Unterdrückens der trocknungsbedingten Verformung gesteigert, wenn das heiße Gas nicht in einen Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform gelangt. Deshalb wird in einer bevorzugten Ausführungsform der Trocknungsschritt in einem Zustand ausgeführt, in welchem eine Ablenkplatte zur Verhinderung des Eindringens des heißen Gases in den Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform auf der stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche angeordnet ist.
  • Das Trocknen wird bevorzugt in einem Zustand ausgeführt, in welchem ein Druck (P2) (absoluter Druck) des heißen Gases unmittelbar nach Herausströmen aus der zweiten Grundfläche des Waben-Formkörpers kleiner als oder gleich 100 kPa ist und kleiner als oder gleich einem Druck (P1) des heißen Gases unmittelbar vor Hineinströmen in die erste Grundfläche des Waben-Formkörpers ist, weil das Einströmen von Außenluft verhindert wird und ein Partialdruck von Wasserdampf verringert wird, so dass die Trocknungsgeschwindigkeit erhöht werden kann. Das heißt, während des Trocknens sind die Beziehungen P2 ≤ 100 kPa und 0 ≤ P1 - P2 bevorzugt erfüllt. Jedoch ändert sich, wenn P2 zu klein ist, die Strömung des heißen Gases und geht die Wirkung des Erhöhens der Trocknungsgeschwindigkeit zurück. Deshalb ist die Beziehung 10 Pa ≤ P2 bevorzugt erfüllt.
  • Um das heiße Gas am Eindringen in den obigen Grenzbereich zu hindern, kann die Ablenkplatte bevorzugt so auf der stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche angeordnet sein, dass die Ablenkplatte die Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers, den Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform und 5 bis 30% der Anzahl aller Waben, bevorzugt 15 bis 30% der Anzahl aller Waben, bevorzugter 20 bis 30% der Anzahl aller Waben von den an dem äußersten Rand angeordneten Waben zu den innenseitigen Waben hin bedeckt.
  • Zu Werkstoffen für die Ablenkplatte zählen, ohne darauf beschränkt zu sein, Aluminium, Edelstahl, Eisen, Harze, Keramiken und dergleichen.
  • 6 zeigt schematisch eine auf der stromaufwärts liegenden Seite einer ersten Grundfläche 104 eines von einer Korrekturform 101 umgebenen säulenförmigen Waben-Formkörpers 102 angeordnete Ablenkplatte 106. In 6 ist der Waben-Formkörper 102 horizontal angeordnet, so dass die Strömungsweg-Richtung der Waben 108 horizontal verläuft. Die Strömung des heißen Gases ist durch Pfeile 107 angegeben. Das von einem Heißgaserzeuger 103 erzeugte heiße Gas strömt durch einen in dem Mittelteil der Ablenkplatte 106 vorgesehenen kreisrunden Öffnungsteil 112 hindurch, strömt von der ersten Grundfläche 104 des von der Korrekturform 101 umgebenen Waben-Formkörpers 102 in die Waben 108 hinein und strömt aus einer zweiten Grundfläche 105 heraus. Die Ablenkplatte 106 ist an einem Endteil auf der stromaufwärts liegenden Seite der Korrekturform 101 befestigt. Das Befestigungsverfahren schließt, ohne darauf beschränkt zu sein, zum Beispiel Verschrauben und Schweißen ein. Die Ablenkplatte 106 ist so angeordnet, dass die Ablenkplatte 106 eine Außen-Seitenwand 109 des Waben-Formkörpers, einen Grenzbereich 110 zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform und einen vordefinierten Prozentsatz der Waben von den an dem äußersten Rand angeordneten Waben zu den innenseitigen Waben hin bedeckt. Der Mittelpunkt des Öffnungsteils 112 der Ablenkplatte 106 liegt auf der Mittelachse des Waben-Formkörpers, wodurch das heiße Gas aus der Nähe der Mittelachse des Waben-Formkörpers 102 zu der Außen-Seitenwand 109 hin geleitet werden kann, so dass eine gleichmäßige Trocknung gefördert wird und die Wirkung des Unterdrückens der Verformung während des Trocknens verbessert wird.
  • Beim Trocknen des Waben-Formkörpers 102 mittels des heißen Gases kann eine Vielzahl von Waben-Formkörpern 102 in der Strömungsweg-Richtung der Waben hintereinander angeordnet sein und können diese gleichzeitig getrocknet werden wie in 7 gezeigt. Alternativ kann der Waben-Formkörper in einem Zustand, in welchem der Waben-Formkörper vertikal angeordnet ist, so dass die Strömungsweg-Richtung der Waben 108 vertikal ist, mittels des heißen Gases getrocknet werden wie in 8 gezeigt.
  • Die Feuchtkugeltemperatur kann auch durch Rückführen des heißen Gases, welches durch den Waben-Formkörper 102 hindurchgeströmt ist, eingestellt werden. Das heiße Gas, welches durch den Waben-Formkörper 102 hindurchgeströmt ist, enthält aus dem Waben-Formkörper 102 gestreute Feuchtigkeit. Deshalb kann das Rückführen des heißen Gases die Feuchtkugeltemperatur erhöhen. Zum Beispiel kann, wie in 9 gezeigt, eine Rückführungsleitung 114 installiert sein. Die Rückführungsleitung 114 dient dazu, das heiße Gas, welches durch den Waben-Formkörper 102 hindurch und aus der zweiten Grundfläche 105 herausgeströmt ist, wieder in die erste Grundfläche 104 des Waben-Formkörpers 102 einzuspeisen. Ein Sauggebläse 116 ist in dem Verlauf der Rückführungsleitung 114 installiert. Das heiße Gas kann mittels der Blasfunktion des Gebläses 116 durch die Rückführungsleitung 114 rückgeführt werden. Ferner sind zum Einstellen der Durchflussmenge fähige Ventile (nicht gezeigt) in einer Auslassleitung 118 beziehungsweise einer Ansaugleitung 120 installiert. Durch Einstellen des Öffnungsgrads jedes Ventils werden eine Menge aus der Auslassleitung 118 abgeführten Abgases und eine Menge Ansaugluft aus der Ansaugleitung 120 eingestellt, wodurch die Feuchtkugeltemperatur eingestellt wird.
  • Die Ablenkplatte 106 kann sich bevorzugt so nah wie möglich an der ersten Grundfläche 104 des Waben-Formkörpers 102 befinden, um das heiße Gas am Eindringen in den Grenzbereich 110 zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers und der Innenfläche der Korrekturform zu hindern. Spezieller kann der Spalt zwischen der Ablenkplatte 106 und der ersten Grundfläche 104 des Waben-Formkörpers 102 in der Strömungsweg-Richtung der Waben bevorzugt kleiner als oder gleich 10 mm und bevorzugter kleiner als oder gleich 5 mm sein, und noch bevorzugter wird die Ablenkplatte 16 in Kontakt mit der ersten Grundfläche 104 des Waben-Formkörpers 102 gebracht.
  • Im Sinn einer Verringerung der Schwankung des Gesamt-Porenvolumens des Waben-Formkörpers in der Strömungsrichtung der Waben kann der Trocknungsschritt bevorzugt so ausgeführt werden, dass der Wassergehalt des getrockneten Waben-Formkörpers kleiner als oder gleich 0,07 g pro 1 g des getrockneten Waben-Formkörpers und bevorzugt kleiner als oder gleich 0,05 g und bevorzugter kleiner als oder gleich 0,02 g ist. Die Untergrenze des Wassergehalts braucht nicht besonders festgelegt zu werden, und der Wassergehalt des getrockneten Waben-Formkörpers kann 0 g pro 1 g des getrockneten Waben-Formkörpers betragen.
  • Wenn der Waben-Formkörper durch Strömenlassen des heißen Gases durch die Waben in einer Richtung getrocknet wird, verläuft die Trocknung von der näheren Umgebung der Mittelachse des Waben-Formkörpers auf der stromaufwärts liegenden Seite des heißen Gases zu der stromabwärts liegenden Seite hin und in der Radialrichtung, so dass tendenziell ein Unterschied in dem Außendurchmesser des Waben-Formkörpers in der Strömungsweg-Richtung der Waben auftritt. Deshalb ist es zu bevorzugen, den Wabenkörper während des Trocknungsschritts umzudrehen oder die Blasrichtung des heißen Gases umzukehren. Dies ermöglicht eine Verringerung des Unterschieds in der Trocknungsgeschwindigkeit des Waben-Formkörpers in der Strömungsweg-Richtung der Waben, so dass der Unterschied in dem Außendurchmesser des Waben-Formkörpers in der Strömungsweg-Richtung der Waben vermindert werden kann. Darüber hinaus geht die Verschwendung von Wärmeenergie zurück und kann die Trocknung effizient vonstatten gehen, so dass auch die Trocknungszeit verkürzt werden kann. Der Zeitpunkt des Umkehrens des heißen Gases oder des Umdrehens des Waben-Formkörpers kann je nach der Größe des Waben-Formkörpers und dem Wabenaufbau zweckmäßig gewählt werden.
  • Trocknungssystem 300
  • 13 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen des Verfahrens zum Trocknen der Waben-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Trocknungssystem 300 gemäß der Ausführungsform enthält eine Rohrleitung 312 zum Bilden eines Wegs eines Trocknungsgases 303; einen in dem Weg des Trocknungsgases 303 angeordneten und von einer Korrekturform 301 umgebenen Waben-Formkörper 302; eine auf der stromaufwärts liegenden Seite einer ersten Grundfläche 304 des Waben-Formkörpers 302 angeordnete Heizung 306 wie eine elektrische Heizung; ein auf der stromaufwärts liegenden Seite der Heizung 306 angeordnetes Druckgebläse 308; und ein auf der stromabwärts liegenden Seite einer zweiten Grundfläche 305 des Waben-Formkörpers 302 angeordnetes Sauggebläse 310.
  • In dem Trocknungssystem 300 gemäß der Ausführungsform wird das durch das Druckgebläse 308 zugeführte Trocknungsgas 303 mittels der Heizung 306 erwärmt, während es durch die Rohrleitung 312 strömt. Das erwärmte Trocknungsgas 303 (heiße Gas) strömt dann in die erste Grundfläche 304 des Waben-Formkörpers 302 hinein, durch die Strömungswege der Waben hindurch und aus der zweiten Grundfläche 305 heraus. Das Trocknungsgas 303, welches aus der zweiten Grundfläche 305 herausgeströmt ist, wird durch das Sauggebläse 310 abgeführt. In dem Trocknungssystem 300 gemäß der Ausführungsform kann das Innere der Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers 302 auf einem Unterdruck gehalten werden, indem man zum Beispiel das Gasvolumen des Sauggebläses 310 größer als das Gasvolumen des Druckgebläses 308 macht.
  • Trocknungssystem 400
  • 14 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen des Verfahrens zum Trocknen der Waben-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Trocknungssystem 400 gemäß der Ausführungsform enthält eine Rohrleitung 412 zum Bilden eines Wegs eines Trocknungsgases 403; einen in dem Weg des Trocknungsgases 403 angeordneten und von einer Korrekturform 401 umgebenen Waben-Formkörper 402; eine auf der stromaufwärts liegenden Seite einer ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 angeordnete Heizung 406 wie eine elektrische Heizung; ein auf der stromaufwärts liegenden Seite der Heizung 406 angeordnetes Druckgebläse 408; und ein auf der stromabwärts liegenden Seite einer zweiten Grundfläche 405 des Waben-Formkörpers 402 angeordnetes Sauggebläse 410.
  • In dem Trocknungssystem 400 gemäß der Ausführungsform wird das durch das Druckgebläse 408 zugeführte Trocknungsgas 403 mittels der Heizung 406 erwärmt, während es durch die Rohrleitung 412 strömt. Das erwärmte Trocknungsgas 403 (heiße Gas) strömt dann in die erste Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 hinein, durch die Strömungswege der Waben hindurch und aus der zweiten Grundfläche 405 heraus. Das Trocknungsgas 403, welches aus der zweiten Grundfläche 405 herausgeströmt ist, wird durch das Sauggebläse 410 abgeführt.
  • In dem Trocknungssystem 400 gemäß der Ausführungsform enthält die Rohrleitung 412 einen den Weg des zu dem Druckgebläse 408 hin strömenden Trocknungsgases 403 bildenden Rohrleitungsteil 412a; einen den Weg des aus der zweiten Grundfläche 405 des Waben-Formkörpers 402 herausströmenden heißen Gases bildenden Rohrleitungsteil 412b; und einen zum Bilden eines Rückführungswegs an einem Verzweigungspunkt 416 des Rohrleitungsteils 412b abgezweigten und mit einem Zusammenfluss 413 des Rohrleitungsteils 412a verbundenen Rohrleitungsteil 412c. Deshalb steht das aus der zweiten Grundfläche 405 des Waben-Formkörpers 402 herausströmende heiße Gas an dem Zusammenfluss 413 auf der stromaufwärts liegenden Seite des Druckgebläses 408 über den Rückführungsweg mit dem Weg des Trocknungsgases in Verbindung. Gemäß dem Trocknungssystem 400 der Ausführungsform kann mindestens ein Teil des aus der zweiten Grundfläche 405 des Waben-Formkörpers 402 herausströmenden heißen Gases rückgeführt werden, um das heiße Gas als einen Teil des heißen Gases oder als das gesamte heiße Gas, welches in die erste Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 hineinströmt, zu nutzen.
  • In dem Trocknungssystem 400 gemäß der Ausführungsform ist ein Ventil 411 auf der stromaufwärts liegenden Seite des Zusammenflusses 413 des Rohrleitungsteils 412a vorgesehen und ist ein Ventil 415 auf der stromabwärts liegenden Seite des Zusammenflusses 416 des Rohrleitungsteils 412b vorgesehen. Eine Menge rückgeführten heißen Gases kann durch Einstellen des Öffnungsgrads jedes der Ventile 411 und 415, wodurch die Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases eingestellt wird, gesteuert werden.
  • Ferner ist in dem Trocknungssystem 400 gemäß der Ausführungsform ein Ventil 414 in dem Rohrleitungsteil 412c vorgesehen. Eine Menge rückgeführten heißen Gases kann außerdem durch Einstellen des Öffnungsgrads des Ventils 414 gesteuert werden. Außerdem kann das rückgeführte heiße Gas durch Schließen des Ventils 414 abgestellt werden.
  • Zu Beispielen der Ventile 411, 414 und 415 zählen EIN/AUS-Ventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad nur zwei Zustände „vollständig geöffnet“/„vollständig geschlossen“ annehmen kann, wie motorbetätigte Ventile und elektromagnetische Ventile; und Proportionalventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad kontinuierlich geändert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind das Ventil 411 und das Ventil 415 Proportionalventile und ist das Ventil 414 ein EIN/AUS-Ventil.
  • Trocknungssystem 500
  • 15 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen des Verfahrens zum Trocknen der Waben-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform enthält eine Rohrleitung 512a zum Bilden eines Wegs eines Trocknungsgases 503a; einen in dem Weg des Trocknungsgases 503a angeordneten und von einer Korrekturform 501 umgebenen Waben-Formkörper 502; eine auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503a gesehen, stromaufwärts liegenden Seite einer ersten Grundfläche 504 des Waben-Formkörpers 502 angeordnete Heizung 506a wie eine elektrische Heizung; ein auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503a gesehen, stromaufwärts liegenden Seite der Heizung 506a angeordnetes Druckgebläse 508a; und ein auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503a gesehen, stromabwärts liegenden Seite einer zweiten Grundfläche 505 des Waben-Formkörpers 502 angeordnetes Sauggebläse 510a.
  • Das Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform enthält außerdem ein in dem Weg des Trocknungsgases 503a und zwischen der ersten Grundfläche 504 des Waben-Formkörpers 502 und dem Druckgebläse 508a angeordnetes Ventil 514a; und ein in dem Weg des Trocknungsgases 503a und zwischen der zweiten Grundfläche 505 des Waben-Formkörpers 502 und dem Sauggebläse 510a angeordnetes Ventil 516a.
  • Ferner steht in dem Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform eine einen Einströmweg des Trocknungsgases 503b bildende Rohrleitung 512b mit einer Rohrleitung 512a zwischen einem Ventil 516a und der zweiten Grundfläche 505 des Waben-Formkörpers 502 in Verbindung. Die Rohrleitung 512b enthält ein Druckgebläse 508b; eine auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503b gesehen, stromabwärts liegenden Seite des Druckgebläses 508b angeordnete Heizung 506b; und ein auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503b gesehen, stromabwärts liegenden Seite der Heizung 506b angeordnetes Ventil 514b.
  • Ferner steht in dem Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform eine einen Ausströmweg des Trocknungsgases 503b bildende Rohrleitung 512c mit der Rohrleitung 512a zwischen dem Ventil 514a und der ersten Grundfläche 504 des Waben-Formkörpers 502 in Verbindung. Die Rohrleitung 512c enthält das Sauggebläse 510b und das auf der, aus der Strömungsrichtung des Trocknungsgases 503b gesehen, stromaufwärts liegenden Seite des Sauggebläses 510b angeordnete Ventil 516b.
  • In dem Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform wird, wenn das Druckgebläse 508a und die Heizung 506a bei geöffneten Ventilen 514a und 516a und geschlossenen Ventilen 514b und 516b betrieben werden, das durch das Druckgebläse 508a zugeführte Trocknungsgas 503a mittels der Heizung 506a erwärmt, während es durch die Rohrleitung 512a strömt. Das erwärmte Trocknungsgas 503a (heiße Gas) strömt dann in die erste Grundfläche 504 des Waben-Formkörpers 502 hinein, durch die Strömungswege der Waben hindurch und aus der zweiten Grundfläche 505 heraus. Das Trocknungsgas 503a, welches aus der zweiten Grundfläche 505 herausgeströmt ist, wird durch das Sauggebläse 510a abgeführt.
  • Ferner wird in dem Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform, wenn das Druckgebläse 508b und die Heizung 506b bei geöffneten Ventilen 514b und 516b und geschlossenen Ventilen 514a und 516a betrieben werden, das durch das Druckgebläse 508b zugeführte Trocknungsgas 503b mittels der Heizung 506b erwärmt, während es durch die Rohrleitung 512b strömt. Das erwärmte Trocknungsgas 503b (heiße Gas) strömt dann in die zweite Grundfläche 505 des Waben-Formkörpers 502 hinein, durch die Strömungswege der Waben hindurch und aus der ersten Grundfläche 504 heraus. Das Trocknungsgas 503b, welches aus der ersten Grundfläche 504 herausgeströmt ist, wird durch das Sauggebläse 510b abgeführt.
  • Anders ausgedrückt, gemäß dem Trocknungssystem 500 gemäß der Ausführungsform kann die Richtung des durch die Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers hindurchströmenden heißen Gases durch Umschalten der Druckgebläse und der Ventile umgekehrt werden. Das Umkehren kann auch während des Trocknens ausgeführt werden.
  • Zu Beispielen der Ventile 514a, 514b, 516a und 516b zählen EIN/AUS-Ventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad nur zwei Zustände „vollständig geöffnet“/„vollständig geschlossen“ annehmen kann, wie motorbetätigte Ventile und elektromagnetische Ventile; und Proportionalventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad kontinuierlich geändert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Ventile 514a, 514b, 516a und 516b EIN/AUS-Ventile.
  • Trocknungssystem 600
  • 16 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen des Verfahrens zum Trocknen der Waben-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Trocknungssystem 600 gemäß der Ausführungsform hat die gleiche Grundkonfiguration wie diejenige des Trocknungssystems 400 wie in 14 gezeigt, und die mit gleichen Bezugszeichen bezeichneten Elemente sind einander gleich. Deshalb wird auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet.
  • Jedoch unterscheidet sich das Trocknungssystem 600 gemäß der Ausführungsform insofern von dem System 400, als das erstere außerdem eine Rohrleitung 612 enthält, welche mit der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 in Verbindung steht und einen Zuführweg für ein Kühlgas 603 bildet. Deshalb kann nach dem Trocknungsschritt ein kaltes Gas anstelle des heißen Gases der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 zugeführt werden. Nachdem das kalte Gas durch die Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers 402 hindurch und aus der zweiten Grundfläche 405 herausgeströmt ist, wird das kalte Gas wie das heiße Gas durch das Sauggebläse 410 abgeführt.
  • In dem in 14 gezeigten Trocknungssystem 400 dauert es, auch wenn das Druckgebläse 408 und die Heizung 406 ausgeschaltet werden, um den Trocknungsschritt zu beenden, eine bestimmte Zeit, den Waben-Formkörper 402 abzukühlen. Ferner wird, auch wenn das Druckgebläse 408 in dem Zustand, in welchem die Heizung 406 ausgeschaltet ist, weiter betrieben wird, die Rohrleitung 412 nicht unmittelbar abgekühlt, so dass es eine bestimmte Zeit dauert, den Waben-Formkörper 402 abzukühlen. Im Gegensatz dazu kann gemäß dem in 16 gezeigten Trocknungssystem 600 der Waben-Formkörper 402 schnell abgekühlt werden, weil das Kühlgas 603 über einen anderen, nicht durch die Heizung 406 verlaufenden Weg strömt.
  • Ein Ventil 614 kann in der den Weg des Trocknungsgases 403 bildenden Rohrleitung 412 und zwischen dem Druckgebläse 408 und der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402, üblicherweise zwischen der Heizung 406 und der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402, installiert sein. Ferner kann ein Ventil 616 in dem Weg der den Zuführweg für das Kühlgas 603 bildenden Rohrleitung 612 und auf der, aus der Strömungsrichtung des Kühlgases 603 gesehen, stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 installiert sein. Nach Abschluss des Trocknungsschritts kann das Kühlgas 603 durch Schließen des Ventils 614 und Öffnen des Ventils 616 dem Waben-Formkörper 402 unmittelbar zugeführt werden.
  • Zu Beispielen der Ventile 614 und 616 zählen EIN/AUS-Ventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad nur zwei Zustände „vollständig geöffnet“/„vollständig geschlossen“ annehmen kann, wie motorbetätigte Ventile und elektromagnetische Ventile; und Proportionalventile, in welchen der Ventilöffnungsgrad kontinuierlich geändert werden kann. In einer bevorzugten Ausführungsform sind beide Ventile 614 und 616 EIN/AUS-Ventile.
  • Die Rohrleitung 612 kann mit der ersten Grundfläche 404 des Waben-Formkörpers 402 in direkter Verbindung stehen, ohne sich in dem Weg der Rohrleitung 612 mit der Rohrleitung 412 zu vereinigen. Ferner kann die Rohrleitung 612 sich an einem Zusammenfluss 616 in dem Weg der Rohrleitung 612 mit der Rohrleitung 412 vereinigen. In dem letzteren Fall sind die Ventile 614 und 616 bevorzugt auf der stromaufwärts liegenden Seite des Zusammenflusses 616 installiert.
  • Die Temperatur des Kühlgases 603 kann bevorzugt niedriger als oder gleich 50 °C und bevorzugter niedriger als oder gleich 40 °C und noch bevorzugter niedriger als oder gleich 30 °C sein, um die Sicherheit beim Entnehmen des Waben-Formkörpers nach dem Trocknen zu verbessern und die Abkühlgeschwindigkeit zu erhöhen. Die Temperatur des Kühlgases 603 kann bevorzugt höher als oder gleich 5 °C und bevorzugter höher als oder gleich 10 °C sein, um das Gefrieren von Kondenswasser während des Trocknens zu verhindern.
  • Trocknungssystem 700
  • 17 zeigt schematisch noch eine weitere Ausführungsform eines Trocknungssystems zum Ausführen des Verfahrens zum Trocknen der Waben-Formkörper gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein Trocknungssystem 700 gemäß der Ausführungsform hat die gleiche Grundkonfiguration wie diejenige des Trocknungssystems 400 wie in 14 gezeigt, und die mit gleichen Bezugszeichen bezeichneten Elemente sind einander gleich. Deshalb wird auf eine ausführliche Beschreibung verzichtet.
  • Jedoch unterscheidet sich das Trocknungssystem 700 gemäß der Ausführungsform darin von dem in 14 gezeigten Trocknungssystem 400, dass der Weg des erwärmten Trocknungsgases 403 (heißen Gases) verzweigt ist und mit den ersten Grundflächen 404 einer Vielzahl von Waben-Formkörpern 402 in Verbindung steht. Wie in 17 gezeigt, ist die den Weg des Trocknungsgases bildende Rohrleitung 412 auf der stromabwärts liegenden Seite der Heizung 406 verzweigt und steht sie mit den ersten Grundflächen 404 der Vielzahl parallel angeordneter Waben-Formkörper 402 in Verbindung.
  • Darüber hinaus können Ventile 702 in den jeweiligen Zweigwegen des heißen Gases installiert sein. Es ist möglich, das in die ersten Grundflächen 404 der Vielzahl von Waben-Formkörpern 402 hineinströmende heiße Gas durch Öffnen beziehungsweise Schließen jedes Ventils 702 umzuschalten. Zum Beispiel kann die Vielzahl von Waben-Formkörpern 402 gleichzeitig getrocknet werden, indem alle Ventile 702 aus der Vielzahl von Ventilen 702 gleichzeitig geöffnet werden. Ferner können einige der Waben-Formkörper 402 aus der Vielzahl von Waben-Formkörpern 402 selektiv getrocknet werden, indem eines oder mehrere der Ventile 702 aus der Vielzahl von Ventilen 702 geöffnet und das (die) übrige(n) Ventil(e) 702 geschlossen wird (werden). Während des Trocknens einiger der Waben-Formkörper 402 kann (können) der (die) anschließend zu trocknende(n) Waben-Formkörper 402 eingesetzt werden oder kann (können) der (die) getrocknete(n) Waben-Formkörper 402 abgekühlt werden. Dann kann das heiße Gas durch Umschalten der Ventile 702 schnell dem (den) anschließend zu trocknenden Waben-Formkörper(n) 402 zugeführt werden, unmittelbar nachdem das Trocknen einiger der Waben-Formkörper 402 abgeschlossen ist. Dadurch wird es überflüssig, die Heizung 406 pausieren zu lassen, so dass der Betriebswirkungsgrad der Heizung 406 verbessert werden kann.
  • (2) Schritte nach dem Trocknen
  • Nach dem Ausführen des Trocknungsschritts kann eine Wabenstruktur aus Keramik durch Brennen des getrockneten Waben-Formkörpers produziert werden. Ein Entfettungsschritt zum Entfernen des Bindemittels kann außerdem vor dem Brennen ausgeführt werden. Nach dem Trocknen können an dem Außenumfang Schleifarbeiten zur Verbesserung der Zylindrizität vorgenommen werden oder kann die Außenumfangswand einer Schlitzbearbeitung unterzogen werden, sofern erforderlich. Außerdem ist es auch möglich, den Waben-Formkörper so zu beschneiden und zu verarbeiten, dass er gemäß geforderten Spezifikationen eine vordefinierte Länge in der Strömungsweg-Richtung der Waben hat. Diese Verarbeitungsbehandlungen können zu jedem Zeitpunkt vor dem Entfetten/Brennen und nach dem Entfetten/Brennen ausgeführt werden. Jedoch werden diese Verarbeitungsbehandlungen bevorzugt vor dem Entfetten/Brennen ausgeführt, wenn sie wegen einer höheren Festigkeit nach dem Entfetten/Brennen schwierig sind wie in dem Fall des Si-Imprägnierungs-Brennens. Obwohl das Entfetten und das Brennen unter beliebigen bekannten Bedingungen ausgeführt werden können, ist es zu bevorzugen, die Temperatur, die Zeit und die Atmosphäre entsprechend dem Rohmaterial-System zweckmäßig festzulegen. Typische Entfettungsbedingungen und Brennbedingungen in dem Fall des Produzierens des Wärmetauscherelements werden im Folgenden dargestellt.
  • Obwohl das Bindemittel und das Formhilfsmittel beim Formen notwendig sind, sind sie zum Schluss überflüssig. Deshalb ist es zu bevorzugen, den Entfettungsschritt auszuführen, um sie vor dem Brennen zu entfernen. Die Heiztemperatur des Waben-Formkörpers in dem Entfettungsschritt kann, im Hinblick auf leichtes Verbrennen des Bindemittels, bevorzugt 300 °C oder höher und bevorzugter 350 °C oder höher und noch bevorzugter 400 °C oder höher sein. Die Heiztemperatur des Waben-Formkörpers in dem Entfettungsschritt kann bevorzugt 600 °C oder niedriger und bevorzugter 550 °C oder niedriger und noch bevorzugter 500 °C oder niedriger sein, um die Produktionskosten beim Entfetten zu senken.
  • Die Heizdauer bei der obigen Heiztemperatur des Waben-Formkörpers kann, im Hinblick auf leichtes Verbrennen des Bindemittels, bevorzugt 1 Stunde oder länger und bevorzugter 2 Stunden oder länger und noch bevorzugter 3 Stunden oder länger sein. Die Heizdauer bei der obigen Heiztemperatur des Waben-Formkörpers kann bevorzugt 10 Stunden oder kürzer und bevorzugter 8 Stunden oder kürzer und noch bevorzugter 6 Stunden oder kürzer sein, um die Produktionskosten beim Entfetten zu senken.
  • Die Atmosphäre beim Ausführen des Entfettungsschritts kann eine Luftatmosphäre, eine inerte Atmosphäre oder eine Unterdruck-Atmosphäre sein. Davon kann die inerte Unterdruck-Atmosphäre bevorzugt werden, weil diese ein unzureichendes Sintern infolge einer Oxidation der Rohmaterialien verhindern und in den Rohmaterialien enthaltene Oxide leicht reduzieren kann.
  • Das Brennverfahren umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein, Reaktionssintern, Umkristallisierungs-Sintern, Si-Imprägnierung bei Unterdruck, Si-Imprägnierung bei Normaldruck oder „Si-Bond-SiC“. Das Reaktionssintern ist ein Brennverfahren des Imprägnierens eines aus SiC und C bestehenden Formkörpers mit geschmolzenem Si und des Gewinnens von SiC durch Reagieren von C mit Si. Das Umkristallisierungs-Sintern ist ein Brennverfahren des Sinterns mit hoher Dichte geformter SiC-Partikel bei einer hohen Temperatur von 2000 °C oder höher. Die Si-Imprägnierung bei Unterdruck ist ein Brennverfahren des Durchführens einer Imprägnierung mit metallischem Silicium bei einem verminderten Druck. Die Si-Imprägnierung bei Normaldruck ist ein Brennverfahren des Durchführens einer Imprägnierung mit metallischem Silicium bei Normaldruck. Das „Si-Bond-SiC“-Verfahren ist ein Brennverfahren des Brennens eines aus SiC und Si bestehenden Rohmaterial-Gemischs, um einen Sinterkörper mit einer Struktur, in welcher SiC durch Si gehalten wird, zu erhalten. Die Entfernung des Bindemittels kann entsprechende Lücken in dem Formkörper erzeugen. Folglich ist es zu bevorzugen, das Verfahren des Brennens des Formkörpers auszuführen, während dieser mit metallischem Silicium in Kontakt gebracht steht, um das metallische Silicium zu schmelzen und die Lücken mit Si zu imprägnieren. Ein solcher Si-imprägnierter Sinterkörper kann eine verbesserte mechanische Festigkeit und eine verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
  • Das Brennen kann bevorzugt in einer inerten Unterdruck-Atmosphäre ausgeführt werden, um ein unzureichendes Sintern infolge einer Oxidation der Rohmaterialien zu verhindern und in den Rohmaterialien enthaltene Oxide mühelos zu reduzieren. Die inerte Atmosphäre schließt eine Stickstoffgas-Atmosphäre, eine Edelgas-Atmosphäre wie Argon oder eine Mischgas-Atmosphäre, in welcher diese Gase gemischt sind, ein.
  • Die Brenntemperatur kann bevorzugt 1350 °C oder höher und bevorzugter 1400 °C oder höher und noch bevorzugter 1450 °C oder höher sein, um das Sintern hinreichend durchzuführen. Die Brenntemperatur kann bevorzugt 2200 °C oder niedriger und bevorzugter 1800 °C oder niedriger und noch bevorzugter 1600 °C oder niedriger sein, um die Produktionskosten beim Brennen zu senken.
  • Um das Sintern hinreichend auszuführen, kann die Heizdauer des Formkörpers bei der Brenntemperatur wie oben beschrieben bevorzugt 0,25 Stunden oder länger und bevorzugter 0,5 Stunden oder länger und noch bevorzugter 0,75 Stunden oder länger sein. Um die Produktionskosten beim Brennen zu senken, kann die Heizdauer des Formkörpers bei der Brenntemperatur wie oben beschrieben bevorzugt 5 Stunden oder kürzer und bevorzugter 4 Stunden oder kürzer und noch bevorzugter 3 Stunden oder kürzer sein.
  • Zu Brennöfen, die verwendet werden können, zählen, ohne besonders darauf beschränkt zu sein, ein Elektroofen, ein Gasofen und dergleichen.
  • Die Wabenstruktur aus Keramik gemäß der vorliegenden Erfindung kann zum Beispiel als ein Wärmetauscherelement, ein Katalysatorträger, ein Filter und dergleichen verwendet werden.
  • BEISPIELE
  • Im Folgenden werden zum besseren Verstehen der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile Beispiele dargestellt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf die Beispiele beschränkt.
  • Versuchsbeispiel 1: Versuch zur Auswirkung der Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases
  • Als Siliciumcarbid- (SiC-) Pulver wurde ein Siliciumcarbid- (SiC-) Pulver mit einer bimodalen Partikelgrößenverteilung bereitgestellt.
  • Als das Bindemittel wurde Hydroxypropylmethylcellulose (Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.: „METOLOSE®“, 65SH-75000) bereitgestellt. Die Geliertemperatur des Bindemittels betrug 65 °C, und die Beginntemperatur der thermischen Zersetzung betrug 200 °C.
  • Das Siliciumcarbid-Pulver, das Bindemittel, ein Formhilfsmittel und Wasser wurden gemischt, um ein Rohmaterial-Gemisch herzustellen.
  • Das Rohmaterial-Gemisch wurde mittels eines Vakuum-Grünkörperkneters geknetet, um einen zylindrischen Grünkörper herzustellen. Der resultierende zylindrische Grünkörper wurde mittels einer Strangpresse geformt, um einen ungetrockneten Waben-Formkörper, in welchem jede Wabe einen quadratischen Querschnitt hatte, zu erhalten. Soll-Außenmaße des ungetrockneten Waben-Formkörpers waren ein Durchmesser (D) von 57 mm × eine Höhe (L) von 165 mm. Eine Soll-Wabendichte betrug 14 Waben/cm2, eine Solldicke der Trennwand betrug 0,38 mm, und eine Solldicke der Außen-Seitenwand betrug 2,5 mm. Der Wassergehalt des ungetrockneten Waben-Formkörpers betrug 20,0 Massen-%, bezogen auf 100 Massen-% des dem Rohmaterial-Gemisch beigemischten Siliciumcarbid- (SiC-) Pulvers.
  • Der so, dass die Strömungsweg-Richtung der Waben horizontal war, horizontal angeordnete Waben-Formkörper wurde dann aus den vertikalen Richtungen mit einer aus einem Paar Halbteile, welche entlang einer Strömungsweg-Richtung der Waben geteilt waren, bestehenden eisernen Korrekturform mit einer zylindrischen Innenfläche umgeben (Versuchsbeispiele 1-1 bis 1-6). Die Bedingungen für S1/S2 entsprachen den Versuchsnummern wie in Tabelle 1 gezeigt. 10 ist eine von der Seite der stromaufwärts liegenden Grundfläche her gesehene schematische Darstellung des Zustands, in welchem der Waben-Formkörper 102 von der Korrekturform 101 umgeben war. Der Waben-Formkörper 102 wurde mittels eines Heißgaserzeugers getrocknet, indem man das heiße Gas unter den in Tabelle 1 gezeigten, den Versuchsnummern entsprechenden Bedingungen in dem Zustand, in welchem die Außenfläche des Waben-Formkörpers 102 von der Korrekturform 101 umgeben war, durch die Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers 102 hindurchströmen ließ. Andererseits wurde jeder der Waben-Formkörper des Versuchsbeispiels 1-7 mittels des Heißgasgenerators getrocknet, indem man das heiße Gas unter den in Tabelle 1 gezeigten Bedingungen in dem Zustand, in welchem der Waben-Formkörper nicht in der Korrekturform lag, durch die Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers hindurchströmen ließ.
  • In Tabelle 1 sind die Messverfahren von „S1/S2“, „Geliertemperatur (T1)“, „Feuchtkugeltemperatur (T2)“, „Trockenkugeltemperatur (T3)“ und „Gasgeschwindigkeit“ wie vorher beschrieben. Bei diesem Versuch wurde die Heißgastrocknung ausgeführt, bis der Wassergehalt des Waben-Formkörpers vollständig entfernt war (das heißt, gleich 0 g war). In Tabelle 1 ist „Trocknungszeit bis zum absolut trockenen Zustand“ eine Zeit, die erforderlich war, bis der Wassergehalt nach dem Trocknen des Waben-Formkörpers 0 g erreichte. Die Trocknungszeit bis zum absolut trockenen Zustand wurde aus einer Beziehung zwischen der Trocknungszeit und einer Gewichtsänderung, welche man unter Verwendung einer anderen, unter den gleichen Produktionsbedingungen gewonnenen Waben-Formkörper-Probe erhalten hatte, ermittelt.
  • Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurde die „Zylindrizität“ mittels einer dreidimensionalen Messvorrichtung automatisch gemessen. Die „Zylindrizität“ ist ein Wert, welcher durch einen Unterschied zwischen einem geometrischen Zylinder (Standardzylinder) mit dem maximalen Radius, welcher der Außenfläche der Wabenstruktur umbeschrieben werden kann, und einem geometrischen Zylinder (Standardzylinder) mit dem minimalen Radius, welcher der Außenfläche der Wabenstruktur einbeschrieben werden kann, dargestellt wird und welcher den Grad, in welchem es sich um einen geometrischen Zylinderkörper handelt, angibt. Bei kleinerer Zylindrizität kann der Zylinder eine einem geometrischen Zylinder näherkommende Form haben, was eine geringere Verformung während des Trocknens zur Folge haben kann. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt.
  • Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurde die Schwankung des Gesamt-Porenvolumens mittels Quecksilberporosimetrie gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Es ist zu beachten, dass die Schwankung des Gesamt-Porenvolumens einen Unterschied zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert, welche an durch Herausschneiden aller drei Positionen an beiden Enden und in der Mitte in der Strömungsrichtung der Waben aus jedem Waben-Formkörper gewonnenen 15-ml-Proben gemessen wurden wie oben beschrieben, bezeichnet.
  • [Tabelle 1-1]
    Bindemittel Heißgasbedingungen
    S1/S2 Geliertemperatur (T1) Feuchtkugeltemperatur (T2) T2/T1 Trockenkugeltemperatur (T3) Gasgeschwindigkeit Trocknungszeit bis zum absolut trockenen Zustand
    °C °C °C m/s min
    Versuchsbsp. 1-1 1,02 65 40 0,615 160 2,0 5
    Versuchsbsp. 1-2 1,02 65 55 0,846 160 2,0 6
    Versuchsbsp. 1-3 1,02 65 60 0,923 160 2,0 6,2
    Versuchsbsp. 1-4 1,02 65 150 2,308 160 2,0 9
    Versuchsbsp. 1-5 1,02 65 210 3,231 300 2,0 6
    Versuchsbsp. 1-6 1,02 65 240 3,692 300 2,0 8
    Versuchsbsp. 1-7 - 65 40 0,615 160 2,0 4
  • [Tabelle 1-2]
    Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung d. Wärmetauschleistung Anmerkungen
    mm cm3/g
    Versuchsbsp. 1-1 0,8 0,01 × 2,0% Vergleichsbeispiel
    Versuchsbsp. 1-2 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 1-3 0,6 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 1-4 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 1-5 0.7 0,004 ○ 0,8%
    Versuchsbsp. 1-6 0,95 0,007 × 1,4% Vergleichsbeispiel
    Versuchsbsp. 1-7 1,2 0,01 × 2,0% Vergleichsbeispiel
  • Versuchsbeispiel 2: Versuch zur Auswirkung der Ablenkplatte
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der so, dass die Strömungsweg-Richtung der Waben horizontal war, horizontal angeordnete Waben-Formkörper wurde dann von oben und von unten mit der gleichen Korrekturform wie der in Versuchsbeispiel 1-2 verwendeten umgeben, abgesehen davon, dass, wie in 11 gezeigt, eine eiserne Ablenkplatte 106 mittels Schrauben an dem Endteil auf der stromaufwärts liegenden Seite der Korrekturform 101 befestigt war. Das Verhältnis S1/S2 war das gleiche wie dasjenige in Versuchsbeispiel 1-2.
  • 11 ist eine von der stromaufwärts liegenden Grundfläche (der ersten Grundfläche) des Waben-Formkörpers her gesehene schematische Darstellung des Zustands, in welchem der Waben-Formkörper 102 von der Korrekturform 101 umgeben war. Die gestrichelte Linie in der Zeichnung gibt den Umriss der durch die Ablenkplatte 106 verborgenen Außenfläche des Waben-Formkörpers 102 an. In jedem der Versuchsbeispiele war die Ablenkplatte 106 so angeordnet, dass die Außen-Seitenwand 109 des Waben-Formkörpers 102 sowie der Grenzbereich 110 zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers 102 und der Innenfläche der Korrekturform 101 verborgen waren. In diesem Fall war der Spalt zwischen der Ablenkplatte 106 und der stromaufwärts liegenden Grundfläche (der ersten Grundfläche) 104 des Waben-Formkörpers 102 in der Strömungsweg-Richtung der Waben kleiner als oder gleich 3 mm. Ferner wurde der auf alle Waben bezogene Prozentsatz der Anzahl der durch die Ablenkplatte bedeckten Waben von den an dem äußersten Rand angeordneten Waben zu den innenseitigen Waben hin (in den Tabellen angegebener „Prozentsatz bedeckter Waben“) durch Ändern der Größe des Öffnungsteils 112 entsprechend den Versuchsnummern variiert. Bei der Ermittlung der Anzahl bedeckter Waben wurden nur die Waben gezählt, welche, von der Seite der stromaufwärts liegenden Grundfläche des Waben-Formkörpers her gesehen, vollständig verborgen waren.
  • Jeder Waben-Formkörper wurde unter Verwendung des Heißgasgenerators bei der gleichen Feuchtkugeltemperatur, der gleichen Trockenkugeltemperatur und der gleichen Gasgeschwindigkeit wie in Versuchsbeispiel 1-2 in dem Zustand, in welchem die Außenfläche des Waben-Formkörpers von der Korrekturform umgeben war, bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet, indem man das heiße Gas durch die Strömungswege der Waben des Waben-Formkörpers strömen ließ. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels dergleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 dargestellt.
  • [Tabelle 2]
    Prozentsatz bedeckter Waben Trocknungszeit bis zum abs. trock. Zustand Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung d. Wärmetauschleistung
    (%) min mm cm3/g
    Versuchsbsp. 1-2 0 (keine Ablenkplatte) 6 0,65 0.002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 2-1 5 6 0.5 0.002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 2-2 15 6,1 0,45 0.002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 2-3 30 6,3 0,52 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 2-4 50 7 0,75 0,002 × 0,4%
  • Versuchsbeispiel 3: Versuch zur Auswirkung der Gasgeschwindigkeit
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der ungetrocknete Waben-Formkörper wurde in die Korrekturform gelegt und abgesehen davon, dass die Gasgeschwindigkeit entsprechend den in Tabelle 3 gezeigten Bedingungen geändert wurde, unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels der gleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. [Tabelle 3]
    Gasgeschwindigkeit Trocknungszeit bis zum absolut trockenen Zustand Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung d. Wärmetauschleistung
    m/s min mm cm3/g
    Versuchsbsp. 1-2 2,0 6 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 3-1 1,0 9 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 3-2 4,0 5 0,55 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 3-3 6,0 4,5 0,55 0,002 ○ 0,4%
  • Versuchsbeispiel 4: Versuch zur Auswirkung von S1/S2
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der ungetrocknete Waben-Formkörper wurde in die Korrekturform gelegt und abgesehen davon, dass das Verhältnis „S1/S2“ entsprechend den in Tabelle 4 gezeigten Bedingungen geändert wurde, indem die Innenquerschnittsfläche der Korrekturform geändert wurde, unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels der gleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 4 dargestellt. [Tabelle 4]
    S1/S2 Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung der Wärmetauschleistung Anmerkungen
    mm cm3/g
    Versuchsbsp. 1-2 1,02 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 4-1 0,94 1,2 0,002 × 0,4%
    Versuchsbsp. 4-2 0,96 0,7 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 4-3 0,98 0,65 0.002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 4-4 1,04 0,6 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbsp. 4-5 1,06 0,6 0,002 × 0,4% Erzeugung von Verformungen von Waben
  • Versuchsbeispiel 5: Versuch zur Auswirkung der Trockenkugeltemperatur des heißen Gases
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der ungetrocknete Waben-Formkörper wurde in die Korrekturform gelegt und abgesehen davon, dass die Trockenkugeltemperatur entsprechend den in Tabelle 5 gezeigten Bedingungen geändert wurde, unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels dergleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 5 dargestellt. [Tabelle 5]
    Trockenkugeltemperatur (T3) Trocknungszeit bis zum absolut trockenen Zustand Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung d. Wärmetauschleistung
    °C min mm cm3/g
    Versuchsbeispiel 1-2 160 6 0,65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 5-1 170 5,8 0,64 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 5-2 120 8 0,7 0,002 ○ 0.4%
    Versuchsbeispiel 5-3 100 9 0,8 0,002 × 0,4%
  • Versuchsbeispiel 6: Trocknungsversuch mit Mikrowellenerwärmung (Vergleichsbeispiel)
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der Waben-Formkörper wurde unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 in die Korrekturform gelegt. Das Ganze wurde in dem Zustand, in welchem der Waben-Formkörper so, dass die Strömungsweg-Richtung der Waben horizontal war, horizontal angeordnet war, in eine Mikrowellentrocknungsvorrichtung gelegt und dann unter den in Tabelle 6 gezeigten Bedingungen getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels dergleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Der „Wassergehalt nach dem Trocknen“ wurde mittels des Trocknungsverlust-Verfahrens ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 dargestellt. [Tabelle 6]
    Leistung Trocknungszeit Wassergehalt nach Trocknung Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung der Wärmetauschleistung Anmerkungen
    W min g/g mm cm3/g
    Versuchsbsp. 6-1 500 1,5 0,1 1,4 0,015 × 3,0% Übermäßige Verformung der Stirnseite
    Versuchsbsp. 6-2 250 3 0,13 1,2 0,012 × 2,4%
    Versuchsbsp. 6-3 250 12 0 1,3 0,012 × 2,4%
  • Versuchsbeispiel 7: Versuch zur Auswirkung des Wassergehalts nach dem Trocknen
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. Der ungetrocknete Waben-Formkörper wurde in die Korrekturform gelegt und abgesehen davon, dass die Trocknungszeit entsprechend den in Tabelle 7 gezeigten Bedingungen geändert wurde, unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels der gleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Der „Wassergehalt nach dem Trocknen“ wurde mittels des Trocknungsverlust-Verfahrens ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt. [Tabelle 7]
    Trocknungszeit Wassergehalt nach Trocknung Zylindrizität Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung der Wärmetauschleistung
    min g/g mm cm3/g
    Versuchsbeispiel 1-2 6 ○ 0.65 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 7-1 5 0,03 0,6 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 7-2 4 0,07 0,65 0,003 ○ 0,6%
    Versuchsbeispiel 7-3 3 0,1 0,65 0,006 × 1,2%
  • Versuchsbeispiel 8: Versuch zur Auswirkung von S3/S4
  • Der gleiche ungetrocknete Waben-Formkörper wie derjenige in Versuchsbeispiel 1-2 wurde produziert. In den Versuchsbeispielen 1 bis 7 war S3 gleich S4, wobei S3 die Innenquerschnittsfläche des stromaufwärts liegenden Endteils der Korrekturform ist und S4 die Innenquerschnittsfläche des stromabwärts liegenden Endteils ist. In Versuchsbeispiel 8 wurde der ungetrocknete Waben-Formkörper in die Korrekturform gelegt und abgesehen davon, dass das Verhältnis „S3/S4“ der Innenquerschnittsfläche des stromaufwärts liegenden Endteils zu der Innenquerschnittsfläche des stromabwärts liegenden Endteils der Korrekturform und die „Höhe des Waben-Formkörpers“ entsprechend den in Tabelle 8 gezeigten Bedingungen geändert wurden, unter den gleichen Bedingungen wie in Versuchsbeispiel 1-2 bis zum absolut trockenen Zustand getrocknet. Für jeden getrockneten Waben-Formkörper wurden die „Zylindrizität“ und die „Schwankung des Gesamt-Porenvolumens“ mittels der gleichen Verfahren wie derjenigen in Versuchsbeispiel 1-2 ermittelt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 8 dargestellt. [Tabelle 8]
    S3/S4 Zylindrizität Höhe (L) des Wabenkörpers Schwankung des Gesamt-Porenvolumens Unters. d. Wärmebeständigkeit Schwankung der Wärmetauschleistung
    mm mm cm3/g
    Versuchsbeispiel 4-4 1,00 0,60 165 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-1 0,98 0,52 165 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-2 0,96 0,52 165 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-3 0,94 0,59 165 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-4 0,92 0,63 165 0,002 ○ 0.4%
    Versuchsbeispiel 8-5 0,90 0,70 165 0,002 ○ 0.4%
    Versuchsbeispiel 8-6 1,02 0,67 165 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-7 1,00 0,75 200 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-8 0,98 0,65 200 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-9 0,96 0,62 200 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-10 0,94 0,64 200 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-11 0,92 0,72 200 0,002 ○ 0.4%
    Versuchsbeispiel 8-12 0,90 0,78 200 0,002 ○ 0,4%
    Versuchsbeispiel 8-13 1,02 0,80 200 0,002 ○ 0,4%
  • Versuch zur Leistung als Wärmetauscherelement
  • Zehn unter den in den jeweiligen Versuchsbeispielen beschriebenen Bedingungen produzierte Waben-Formkörper wurden jeweils hergestellt. Jeder davon wurde verarbeitet, entfettet, gebrannt und ferner oxidiert, um eine Wabenstruktur zu erhalten. Das Entfetten erfolgte 3 Stunden lang bei 550 °C in einer oxidierenden Atmosphäre. Das Brennen erfolgte 2 Stunden lang bei 1450 °C in einer Argonatmosphäre. Die Oxidationsbehandlung erfolgte 1 Stunde lang bei 1300 °C in einer oxidierenden Atmosphäre.
  • Für jede der resultierenden Wabenstrukturen wurden die folgenden Untersuchungen der Wärmebeständigkeit und der Wärmetauschleistung ausgeführt.
  • (1) Untersuchung der Wärmebeständigkeit
  • Die Untersuchung der Wärmebeständigkeit wurde für jedes Versuchsbeispiel an fünf Wabenstrukturen ausgeführt. Nach Einsetzen jeder Wabenstruktur in eine Abwärmerückgewinnungsvorrichtung und 30 Minuten langem Strömenlassen von 100 g/s Abgas auf 950 °C durch die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung wurde die Temperatur gesenkt, und vor und nach dem Erhöhen und Senken der Temperatur wurde die Wabenstruktur darauf untersucht, ob die Wabenstruktur Defekte (Risse oder dergleichen) aufwies. Der Fall, in welchem in allen fünf Wabenstrukturen kein Defekt festgestellt wurde, wurde mit „O“ (einem einfachen Kreis) gekennzeichnet, und der Fall, in welchem mindestens ein Defekt festgestellt wurde, wurde mit „x“ (einem Kreuz) gekennzeichnet.
  • (2) Untersuchung der Wärmetauschleistung
  • Die Untersuchung der Wärmetauschleistung wurde für jedes Versuchsbeispiel an fünf Wabenstrukturen ausgeführt. Ein Wärmetauscher wurde zusammengebaut, indem jede Wabenstruktur von einem einen Einlass und einen Auslass für ein Wärmetauschmedium aufweisenden Gehäuse so umschlossen wurde, dass das Wärmetauschmedium an der Außenfläche jeder Wabenstruktur strömen konnte. Nach Einsetzen des Wärmetauschers in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung wurde das Abgas durch die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung strömen gelassen. Dann wurde die Wärmetauschleistung in dem Fall, in welchem Wasser als das Wärmetauschmedium verwendet wurde, gemessen. Die Wärmetauschleistung wurde, beruhend auf Messungen einer in die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung eingespeisten Wärmemenge und einer durch die Abwärmerückgewinnungsvorrichtung rückgewonnenen Wärmemenge, mittels der folgenden Gleichung berechnet. W a ¨ rmetauschleistung ( % ) = r u ¨ ckgewonnene W a ¨ rmemenge/eingespeiste W a ¨ rmemenge × 100
    Figure DE102018204430B4_0001
  • Für jedes Versuchsbeispiel wurde die Wärmetauschleistung für die fünf Wabenstrukturen ermittelt und wurde der Unterschied zwischen dem Maximalwert und dem Minimalwert der Messwerte der Wärmetauschleistung als die Schwankung der Wärmetauschleistung ermittelt.
  • Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 bis 8 dargestellt. In Versuchsbeispielen mit schlechter Zylindrizität war die Schwankung der Dicke der Außen-Seitenwand größer und wurden während der Untersuchung der Wärmebeständigkeit Risse erzeugt. Deshalb konnten die Wabenstrukturen nicht als Wärmetauscherelemente verwendet werden. Obwohl die Wabenstrukturen mit einer größeren Schwankung des Gesamt-Porenvolumens sich nicht auf die Erzeugung von Rissen während der Untersuchung der Wärmebeständigkeit auswirken, weisen sie eine größere Schwankung der Wärmetauschleistung bei den einzelnen Produkten auf. Deshalb gibt es im Hinblick auf die Stabilität der Qualität noch Raum für Verbesserungen. Im Gegensatz dazu erzeugen die Wabenstrukturen mit guter Zylindrizität und guter Schwankung des Gesamt-Porenvolumens während der Untersuchung der Wärmebeständigkeit keine Risse und zeichnen sie sich durch eine geringere Schwankung der Wärmetauschleistung aus, so dass sie zweckmäßigerweise als Wärmetauscherelemente verwendet werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Waben-Formkörper
    2
    Trennwand
    3
    Wabe
    4
    Außen-Seitenwand
    5
    erste Grundfläche
    6
    zweite Grundfläche
    101
    Korrekturform
    102
    Waben-Formkörper
    103
    Heißgaserzeuger
    104
    erste Grundfläche
    105
    zweite Grundfläche
    106
    Ablenkplatte
    107
    Strömung des heißen Gases
    108
    Wabe
    109
    Außen-Seitenwand
    110
    Grenzbereich
    112
    Öffnungsteil
    114
    Rückführungsleitung
    116
    Gebläse
    118
    Auslassleitung
    120
    Ansaugleitung

Claims (20)

  1. Verfahren zum Trocknen mindestens eines ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) ohne Mikrowellentrocknung, wobei der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) eine mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltende Rohmaterial-Zusammensetzung enthält und eine Vielzahl von einer ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) zu einer zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) hindurchgehende Strömungswege enthaltender Waben (3) innerhalb einer Außen-Seitenwand (109) enthält, wobei die Waben (3) durch Trennwände (2) definiert sind, wobei das Verfahren einen Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) durch Strömenlassen eines heißen Gases, welches 0,8 ≤ T2/T1 ≤ 3,3 erfüllt und T1 ≤ T3 erfüllt, worin T1 eine Geliertemperatur des Bindemittels (°C) darstellt und T2 eine Feuchtkugeltemperatur des heißen Gases (°C) darstellt und T3 eine Trockenkugeltemperatur eines heißen Gases (°C) darstellt und T3 niedriger als eine Beginntemperatur der thermischen Zersetzung des Bindemittels ist, durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben (3) dergestalt, dass das heiße Gas in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) herausströmt, während eine Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) von einer Korrekturform (101, 301, 401, 501) mit einer der Außenflächenform des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) entsprechenden Innenflächenform umgeben ist, enthält, wobei während des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) mindestens ein Teil der Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) einen Druck von der Innenfläche der Korrekturform (101, 301, 401, 501) erfährt, wodurch der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) einer Formkorrektur unterzogen wird.
  2. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach Anspruch 1, wobei das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502), während die Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) so, dass für ein Verhältnis einer Innenquerschnittsfläche S1 des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) vor dem Ausführen des Schritts des Trocknens in einer zu einer Strömungsweg-Richtung der Waben (3) senkrechten Richtung zu einer Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform (101, 301, 401, 501) in der zu der Strömungsweg-Richtung der Waben (3) senkrechten Richtung 0,96 ≤ S1/S2 ≤ 1,04 gilt, von der Korrekturform (101, 301, 401, 501) umgeben ist, enthält.
  3. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, wobei das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) dergestalt, dass das heiße Gas mit einer Gasgeschwindigkeit größer als oder gleich 2,0 m/s durch die Strömungswege der Waben (3) hindurchströmt, enthält.
  4. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502), während auf einer stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) eine Ablenkplatte (106) angeordnet ist, um das heiße Gas am Eindringen in einen Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) und der Innenfläche der Korrekturform (101, 301, 401, 501) zu hindern, enthält.
  5. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach Anspruch 4, wobei die Ablenkplatte (106) so auf der stromaufwärts liegenden Seite der ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) angeordnet ist, dass die Ablenkplatte (106) die Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502), den Grenzbereich zwischen der Außenfläche des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) und der Innenfläche der Korrekturform (101, 301, 401, 501) und 5 bis 30% einer Anzahl aller Waben (3) von den an einem äußersten Rand angeordneten Waben zu den innenseitigen Waben hin bedeckt.
  6. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei ein Wassergehalt der Rohmaterial-Zusammensetzung, bezogen auf 100 Massen-% des mindestens einen Keramik-Rohmaterials, zwischen 17,0 und 26,0 Massen-% liegt.
  7. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Verfahren das Ausführen des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) dergestalt, dass ein Wassergehalt in einem getrockneten Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) kleiner als oder gleich 0,07 g pro 1 g des getrockneten Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) ist, enthält.
  8. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei eine Beziehung L/D ≤ 15 erfüllt ist, in welcher L eine Länge des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) in einer Strömungsweg-Richtung der Waben (3) darstellt und D eine Länge des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) in einer zu der Strömungsweg-Richtung der Waben (3) senkrechten Richtung darstellt.
  9. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Außen-Seitenwand des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) eine Dicke größer als oder gleich 0,2 mm hat.
  10. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Korrekturform (101, 301, 401, 501) aus einem Paar Halbteile, welche entlang einer Strömungsweg-Richtung der Waben (3) geteilt sind, besteht.
  11. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei eine Innenquerschnittsfläche S2 der Korrekturform (101, 301, 401, 501) in einer zu einer Strömungsweg-Richtung der Waben (3) senkrechten Richtung von einer Seite der ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) zu einer Seite der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) hinzunimmt.
  12. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei der Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) das Strömenlassen des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl in einem Unterdruck-Zustand gehaltener Waben (3) enthält.
  13. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach Anspruch 12, wobei in dem Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) ein Gasvolumen des aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) herausströmenden heißen Gases größer als ein Gasvolumen des in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) hineinströmenden heißen Gases ist.
  14. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei der Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) das Rückführen mindestens eines Teils des aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) herausströmenden heißen Gases, um das heiße Gas als einen Teil des heißen Gases oder als das gesamte heiße Gas, welches in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) hineinströmt, zu nutzen, enthält.
  15. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach Anspruch 14, wobei das heiße Gas durch Erwärmen eines durch ein Druckgebläse (308, 408, 508a, 508b) zugeführten Trocknungsgases mit einer Heizvorrichtung (306, 406, 506a, 506b) erzeugt wird, ein Weg des aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) herausströmenden heißen Gases an einem Zusammenfluss auf einer stromaufwärts liegenden Seite des Druckgebläses (308, 408, 508a, 508b) über einen Rückführungsweg mit einem Weg des Trocknungsgases in Verbindung steht und Ventile in dem Weg des Trocknungsgases beziehungsweise in dem Weg des aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) herausströmenden heißen Gases angeordnet sind.
  16. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei das Verfahren, während des Schritts des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502), das Umkehren einer Strömungsrichtung des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl von Waben (3) dergestalt, dass das heiße Gas in die zweite Grundfläche (105, 305, 405, 505) hineinströmt und aus der ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) herausströmt, enthält.
  17. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, wobei das Verfahren ferner, nach dem Schritt des Trocknens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502), einen Schritt des Abkühlens des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) durch Strömenlassen eines kalten Gases anstelle des heißen Gases durch die Strömungswege der Vielzahl der Waben (3) dergestalt, dass das kalte Gas in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) hineinströmt und aus der zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) herausströmt, enthält.
  18. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach Anspruch 17, wobei der Schritt des Abkühlens des Waben-Formkörpers(1, 102, 302, 402, 502) das Ausführen des Schritts des Abkühlens, während ein in einem Weg des in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) strömenden heißen Gases angeordnetes Ventil geschlossen ist und ein in einem Weg des in die erste Grundfläche (104, 304, 404, 504) des Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) strömenden kalten Gases angeordnetes Ventil geöffnet ist, enthält.
  19. Verfahren zum Trocknen des mindestens einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, wobei ein Weg des heißen Gases in eine Vielzahl von Zweigwegen, welche mit den ersten Grundflächen (104, 304, 404, 504) einer Vielzahl der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) in Verbindung stehen, verzweigt ist und wobei das Verfahren das Umschalten des in die ersten Grundflächen (104, 304, 404, 504) der Vielzahl der Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) hineinströmenden heißen Gases durch eine Öffnungs- und Schließbetätigung in jedem der Zweigwege des heißen Gases angeordneter Ventile enthält.
  20. Verfahren zum Produzieren einer Wabenstruktur aus Keramik, enthaltend: das Kneten mindestens ein Keramik-Rohmaterial, Wasser und mindestens ein wärmegelierendes Bindemittel enthaltender Rohmaterialien, um ein Gemisch zu erhalten; das Strangpressen des Gemischs, um einen ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502), enthaltend eine Vielzahl von Waben (3), enthaltend von einer ersten Grundfläche (104, 304, 404, 504) zu einer zweiten Grundfläche (105, 305, 405, 505) hindurchgehende Strömungswege, innerhalb einer Außen-Seitenwand, wobei die Waben durch Trennwände definiert sind, zu erhalten; das Unterziehen des ungebrannten säulenförmigen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) dem Verfahren zum Trocknen des mindestens einen Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, um einen getrockneten Waben-Formkörper (1, 102, 302, 402, 502) zu erhalten; und das Brennen des getrockneten Waben-Formkörpers (1, 102, 302, 402, 502).
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