DE102019208675A1

DE102019208675A1 - Wabenfilter

Info

Publication number: DE102019208675A1
Application number: DE102019208675.6A
Authority: DE
Inventors: Ren Kasuga; Shogo TAKENO; Kousuke Ujihara; Takuya Nakashima
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2018-06-20
Filing date: 2019-06-14
Publication date: 2019-12-24
Also published as: US20190390584A1; US11085342B2; CN110617122A

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft einen Wabenfilter, der Schwebstoffe in einem Abgas durch Auffangschichten auffangen und die aufgefangenen Schwebstoffe bei einer niedrigeren Temperatur oxidieren und verbrennen kann. Der Wabenfilter enthält eine Wabenstruktur 4 mit porösen Trennwänden 1 und Abdichtabschnitten 5. Die Wabenstruktur 4 enthält ferner auf der Seite der Innenoberfläche jeder Trennwand 1, die eine Einströmzelle 2a umgibt, eine Auffangschicht 14. Die Auffangschicht 14 enthält einen Abschnitt, der wenigstens in der Oberflächenschicht der Auffangschicht 14 aus dem Sinterkörper von CeO-Partikeln besteht, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO-Partikel, die die Auffangschicht 14 bilden, 1,1 m oder weniger ist.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, die auf der JP 2018-116614 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 20.06.2018, und auf der JP 2019-075617 , beim japanischen Patentamt eingereicht am 11.04.2019, beruht, deren Inhalte hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Genauer bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen Wabenfilter, der die Schwebstoffe in einem Abgas durch eine Auffangschicht auffangen und daraufhin die aufgefangenen Schwebstoffe bei einer niedrigeren Temperatur oxidieren und verbrennen kann.
Beschreibung des verwandten Gebiets
In den letzten Jahren sind die Vorschriften hinsichtlich der Entfernung von Schwebstoffen, die in dem von einer Benzinkraftmaschine emittierten Abgas enthalten sind, weltweit strenger geworden. Als die Filter zum Entfernen der Schwebstoffe werden Wabenfilter mit Wabenstrukturen verwendet. Im Folgenden können die Schwebstoffe als „PM“ bezeichnet sein. Das PM steht für „Schwebstoffe“.
Ein Typ eines Wabenfilters enthält z. B. eine Wabenstruktur mit porösen Trennwänden, die mehrere Zellen definieren, und mit Abdichtabschnitten, die eines der Enden der Zellen abdichten. Ein solcher Wabenfilter ist so strukturiert, dass die porösen Trennwände als Filter zum Entfernen von PM wirken. Genauer wird das Abgas, das PM enthält, durch die Einströmstirnfläche des Wabenfilters geleitet, um die PM durch die porösen Trennwände aufzufangen und herauszufiltern, und wird das gereinigte Abgas daraufhin von einer Ausströmstirnfläche des Wabenfilters abgelassen. Auf diese Weise können die PM in dem Abgas entfernt werden.
Als eine Technik zum Verbessern der Auffangleistungsfähigkeit eines Wabenfilters ist bisher eine Technik vorgeschlagen worden, durch die die Dicke der Trennwände einer Wabenstruktur erhöht wird oder durch die die Größe der in den Trennwänden gebildeten Poren verringert wird. Allerdings stellt die Verbesserung der Auffangleistungsfähigkeit durch die oben beschriebene Technik ein Problem, dass die in den Trennwänden gebildeten Poren dazu neigen, leicht durch PM (z. B. Ruß) versetzt zu werden, was somit veranlasst, dass der Druckverlust des Wabenfilters zunimmt. Mit anderen Worten, da die Wirkung zur Verbesserung der Auffangleistungsfähigkeit und die Wirkung zur Unterdrückung einer Zunahme des Druckverlusts miteinander unverträglich sind, ist es schwer zu sagen, dass die oben beschriebene Technik eine wirksame Lösung ist.
Angesichts des oben beschriebenen Hintergrunds ist ein Wabenfilter vorgeschlagen worden, der Auffangschichten zum Auffangen von PM aufweist, wobei die Auffangschichten auf den Oberflächen der Trennwände einer Wabenstruktur vorgesehen sind (siehe z. B. die Patentdokumente 1 bis 4). Zum Beispiel bestehen die Auffangschichten aus porösen Membranen mit Poren mit einem kleineren durchschnittlichen Porendurchmesser als dem durchschnittlichen Porendurchmesser der Trennwände. Gemäß einem solchen Wabenfilter können die PM an den Oberflächen der Auffangschichten angesammelt werden, so dass der Abscheidegrad zum Auffangen der PM verbessert sein kann, während eine plötzliche Zunahme des Druckverlusts, die dadurch verursacht ist, dass die PM die Poren der Trennwände versetzen, unterdrückt wird.

[Patentdokument 1] JP-Patent Nr. 4426381
[Patentdokument 2] JP-Patent Nr. 5524178
[Patentdokument 3] JP-Patent Nr. 5524179
[Patentdokument 4] JP-Patent Nr. 5726414

Wie oben beschrieben worden ist, ist es in Übereinstimmung mit dem Wabenfilter mit den auf den Oberflächen der Trennwände vorgesehenen Auffangschichten weniger wahrscheinlich, dass PM die Poren der Trennwände versetzen, was es somit ermöglicht, eine plötzliche Zunahme des Druckverlusts zu unterdrücken. Allerdings stellt der Wabenfilter ein anderes, im Folgenden beschriebenes Problem, das Gegenmaßnahmen dafür erfordert. Das heißt, in dem mit den Auffangschichten versehenen Wabenfilter sammelt sich auf den Auffangschichten viel Ruß als PM an, so dass es notwendig ist, die einer solchen Ansammlungsschicht von Ruß zuzuschreibende Zunahme des Druckverlusts zu unterdrücken. Insbesondere in einer Verwendungsumgebung wie etwa in einem kalten Gebiet, in dem der Ruß schwer zu verbrennen ist, muss die Regenerationsoperation eines Filters durch Rückspülung, erzwungenes Erhitzen von Ruß oder dergleichen häufig ausgeführt werden. Ferner wird eine Technik untersucht, die die häufig ausgeführte Regenerationsoperation ersetzt. In der Technik werden die Auffangschichten mit einem Oxidationskatalysator geladen und wird die Ansammlungsschicht von Ruß, die sich auf den Auffangschichten angesammelt hat, verbrannt und durch eine katalytische Reaktion entfernt. In der Technik, in der die Ansammlungsschicht von Ruß, die sich auf den Auffangschichten angesammelt hat, verbannt wird und durch die katalytische Reaktion entfernt wird, trägt die Verringerung der Oxidations- und Verbrennungsanfangstemperatur von Ruß erheblich zu der Wirkung der Unterdrückung einer Zunahme des Druckverlusts bei. Aus diesem Grund gibt es einen starken Bedarf an der Entwicklung einer Technik, die es ermöglicht, Ruß bei einer niedrigeren Temperatur zu oxidieren und zu verbrennen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung wurde angesichts der oben beschriebenen Probleme im Stand der Technik gemacht. Die vorliegende Erfindung schafft einen Wabenfilter, der die Schwebstoffe in einem Abgas durch Auffangschichten auffangen und die aufgefangenen Schwebstoffe bei einer niedrigeren Temperatur oxidieren und verbrennen kann.
Die vorliegende Erfindung schafft den im Folgenden beschriebenen Wabenfilter.
(1) Wabenfilter, der enthält:

eine Wabenstruktur mit einer porösen Trennwand, die in der Weise vorgesehen ist, dass die poröse Trennwand mehrere Zellen, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche verlaufen, umgibt; und
einen Abdichtabschnitt, der in der Weise angeordnet ist, dass er entweder einen Endabschnitt auf der Seite der Einströmstirnfläche oder auf der Seite der Ausströmstirnfläche jeder der Zellen abdichtet,
wobei die Zelle, in der der Abdichtabschnitt bei dem Endabschnitt auf der Seite der Ausströmstirnfläche vorgesehen ist und die Seite der Einströmstirnfläche geöffnet ist, als eine Einströmzelle definiert ist,
wobei die Zelle, in der der Abdichtabschnitt bei dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmstirnfläche vorgesehen ist und die Seite der Ausströmstirnfläche geöffnet ist, als eine Ausströmzelle definiert ist, wobei
die Wabenstruktur ferner eine Auffangschicht zum Auffangen der Schwebstoffe in einem Abgas aufweist, wobei die Auffangschicht auf einer Seite der Innenoberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt, ist,
die Auffangschicht einen Abschnitt enthält, der aus einem Sinterkörper von CeO₂-Partikeln auf wenigstens einer Oberflächenschicht der Auffangschicht besteht, und
der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht bilden, 1,1 m oder weniger beträgt.

(2) Wabenfilter nach dem vorstehenden [1], wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschicht kleiner als der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand ist.
(3) Wabenfilter nach dem vorstehenden [1] oder [2], wobei die Trennwand aus Cordierit besteht.
(4) Wabenfilter nach einem der vorstehenden [1] bis [3], wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 6 bis 24 m beträgt.
(5) Wabenfilter nach einem der vorstehenden [1] bis [4], wobei die Porosität der Trennwand 45 bis 66 % beträgt.
(6) Wabenfilter nach einem der vorstehenden [1] bis [5], wobei die Dicke der Trennwand 0,10 bis 0,35 mm beträgt.
(7) Wabenfilter nach einem der vorstehenden [1] bis [6], wobei die Dicke der Auffangschicht 20 bis 50 m beträgt.
Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung ist in der Lage, die Schwebstoffe (PM) in einem Abgas durch Auffangschichten aufzufangen und die aufgefangenen PM bei einer niedrigeren Temperatur zu oxidieren und zu verbrennen. Genauer enthalten wenigstens die Oberflächenschichten der Auffangschichten die Abschnitte, die aus den Sinterkörpern von CeO₂-Partikeln bestehen, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten bilden, 1,1 m oder weniger ist, so dass die CeO₂-Partikel die katalytische Aktivität als ein Oxidationskatalysator bei einer niedrigeren Temperatur zeigen. Dies ermöglicht es, die durch die Auffangschichten aufgefangenen PM bei einer niedrigeren Temperatur zu oxidieren und zu verbrennen. Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung erfordert selbst in einer Verwendungsumgebung wie etwa in einem kalten Gebiet, in dem es schwierig ist, PM (insbesondere Ruß) zu verbrennen, keine häufigen Regenerationsoperationen des Filters. Ferner ist der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, durch die Auffangschichten aufgefangene PM ohne die Notwendigkeit, die Auffangschichten mit einem zusätzlichen Oxidationskatalysator zu laden, erfolgreich zu oxidieren und zu verbrennen.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters;
3 ist eine Draufsicht der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters;
4 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Schnitt entlang A-A' aus 2 zeigt; und
5 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Schnitt einer Trennwand zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt. Somit sind selbstverständlich jene, die auf der Grundlage der üblichen Kenntnis des Fachmanns auf dem Gebiet durch Hinzufügen von Änderungen, Verbesserungen und dergleichen zu der folgenden Ausführungsform nach Bedarf erzeugt werden, ohne von dem Erfindungsgedanken der vorliegenden Erfindung abzuweichen, ebenfalls vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung erfasst.
Wabenfilter
Eine Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein in 1 bis 4 gezeigter Wabenfilter 100. 1 ist hier eine perspektivische Ansicht, die schematisch die Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. 2 ist eine Draufsicht der Einströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 3 ist eine Draufsicht der Ausströmstirnfläche des in 1 gezeigten Wabenfilters. 4 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Schnitt entlang A-A' aus 2 zeigt.
Wie in 1 bis 4 gezeigt ist, enthält der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform eine Wabenstruktur 4 und Abdichtabschnitte 5. Die Wabenstruktur 4 weist Trennwände 1 auf, die mehrere Zellen 2, die als Fluiddurchgangskanäle, die von einer Einströmstirnfläche 11 zu einer Ausströmstirnfläche 12 verlaufen, dienen, umgebend vorgesehen sind. Die in 1 bis 4 gezeigte Wabenstruktur 4 ist in einer runden Säulenform konfiguriert, die als beide Stirnflächen eine Einströmstirnfläche 11 und eine Ausströmstirnfläche 12 aufweist, und weist auf der Außenumfangsseitenoberfläche davon eine Umfangswand 3 auf. Genauer ist die Umfangswand 3 in der Weise vorgesehen, dass sie die in einem gitterartigen Muster angeordneten Trennwände 1 umgibt.
Die Abdichtabschnitte 5 sind in der Weise angeordnet, dass sie die Enden entweder auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 oder auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 der Zellen 2 abdichten. Im Folgenden werden unter den mehreren Zellen 2 diejenigen Zellen 2, die auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 mit den Abdichtabschnitten 5 in den Endabschnitten versehen sind und die auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 geöffnet sind, als „die Einströmzellen 2a“ bezeichnet. Ferner werden unter den mehreren Zellen 2 diejenigen Zellen 2, die auf der Seite der Einströmstirnfläche 11 mit den Abdichtabschnitten 5 in den Endabschnitten versehen sind und die auf der Seite der Ausströmstirnfläche 12 geöffnet sind, als „die Ausströmzellen 2b“ bezeichnet. Vorzugsweise sind die Einströmzellen 2a und die Ausströmzellen 2b in dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform abwechselnd angeordnet, wobei die Trennwände 1 dazwischen eingefügt sind.
Der Wabenfilter 100 ist durch die Wabenstruktur 4 charakterisiert, die wie im Folgenden konfiguriert ist. Das heißt, wie in 5 gezeigt ist, weist die Wabenstruktur 4 ferner auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die Einströmzellen 2a umgebend, Auffangschichten 14 zum Auffangen der Schwebstoffe (im Folgenden als die „PM“ bezeichnet) in einem Abgas auf. Ferner enthalten die Auffangschichten 14 wenigstens in den Oberflächenschichten der Auffangschichten 14 Abschnitte, die aus dem Sinterkörper der CeO₂-Partikel bestehen. Mit anderen Worten, die Auffangschichten 14 sind poröse Membranen, die Abschnitte enthalten, die aus dem Sinterkörper der CeO₂-Partikel bestehen. Ferner beträgt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten 14 bilden, 1,1 m oder weniger. 5 ist hier die Schnittansicht, die schematisch den Schnitt der Trennwand zeigt. Anhand von 5 bezeichnet das Bezugszeichen 7 in der Trennwand 1 gebildete Poren.
Die Oberflächenschicht jeder der Auffangschichten 14 bedeutet einen Abschnitt, der den Bereich von 10 m in der Richtung der Dicke von der Oberflächenseite der Auffangschicht 14 enthält. Somit enthält der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform den Abschnitt, der wenigstens in dem Bereich von 10 m in der Richtung der Dicke von der Oberflächenseite der Auffangschicht 14 aus dem Sinterkörper der CeO₂-Partikel besteht. Der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform kann in der Weise konfiguriert sein, dass die gesamte Auffangschicht 14 den Sinterkörper der CeO₂-Partikel enthält. Falls die gesamte Auffangschicht 14 den Sinterkörper der CeO₂-Partikel enthält, übersteigt der Gehalt des CeO₂ in der Auffangschicht 14 vorzugsweise 70 Masseprozent. Falls die gesamte Auffangschicht 14 den Sinterkörper der CeO₂-Partikel enthält und falls der Gehalt des CeO₂ in der Auffangschicht 14 70 Masseprozent beträgt, kann die Auffangschicht 14 im Folgenden als „die Auffangschicht 14, die aus den CeO₂-Partikeln besteht,“ bezeichnet sein.
Dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten 14 bilden, 1,1 m oder weniger beträgt, veranlasst, dass die CeO₂-Partikel die katalytische Aktivität als ein Oxidationskatalysator bei einer niedrigeren Temperatur zeigen. Dies ermöglicht es, die durch die Auffangschichten 14 aufgefangenen PM bei einer niedrigeren Temperatur zu oxidieren und zu verbrennen. Der Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform erfordert selbst in einer Verwendungsumgebung wie etwa einem kalten Gebiet, in der es schwierig ist, PM (insbesondere Ruß) zu verbrennen, keine häufigen Regenerierungsoperationen des Filters. Ferner ist der Wabenfilter der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, durch die Auffangschichten 14 aufgefangene PM ohne die Notwendigkeit, die Auffangschichten 14 mit einem zusätzlichen Oxidationskatalysator zu laden, erfolgreich zu oxidieren und zu verbrennen. Falls der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten 14 bilden, 1,1 m übersteigt, nimmt die Temperatur, bei der die CeO₂-Partikel die katalytische Aktivität zeigen, zu, so dass es schwierig wird, die PM bei einer niedrigen Temperatur zu oxidieren und zu verbrennen.
In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten 14 bilden, wie im Folgenden beschrieben gemessen werden. Zunächst wird aus der Wabenstruktur 4, die den Wabenfilter 100 bildet, ein Teil der Trennwand 1 und der Auffangschicht 14 als ein Probestück ausgeschnitten und wird das Probestück, das ausgeschnitten worden ist, in ein Harz eingebettet. Daraufhin wird das in das Harz eingebettete Probestück in der Richtung orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 geschnitten und wird die Schnittfläche poliert. Nachfolgend wird die polierte Schnittfläche unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops (im Folgenden auch als „das REM“ bezeichnet) abgebildet und wird ein REM-Bild bei einer Vergrößerung des 200-fachen erhalten. „REM“ steht für „Rasterelektronenmikroskop“. Das REM-Bild soll ein Bild sein, in dem ein Pixel vertikal 0,261 m und horizontal 0,261 m misst. Als das Rasterelektronenmikroskop kann z. B. ein Rasterelektronenmikroskop „Modell: S3400-N“ von Hitachi High-Technologies verwendet werden. In der Messung des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der CeO₂-Partikel wird ein Probestück bei der zentralen Position des Wabenfilters 100 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 und in dem Bereich von 20 mm × 20 mm × 20 mm, einschließlich des zentralen Teils, der von der Umfangswand 3 des Wabenfilters 100 am weitesten ist, genommen. Die Größe des vorzubereitenden Probestücks beträgt 6 mm × 6 mm × 6 mm. Es wird das REM-Bild des wie oben beschrieben vorbereiteten Probestücks erhalten.
Nachfolgend wird an der Auffangschicht 14 in dem erhaltenen REM-Bild die Bildverarbeitung ausgeführt und werden die Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht 14 bilden, gemessen. Genauer wird zunächst ein Gebiet von 1 m in der Richtung der Dicke der Auffangschicht 14 und 100 m in der horizontalen Richtung bei einer zufällig gewählten Position, wo das Masseverhältnis des CeO₂ in dem REM-Bild der Auffangschicht 14 70 Masseprozent oder mehr beträgt, umgeben. Zu dieser Zeit soll die Auffangschicht 14 in dem REM-Bild in Bezug auf die Trennwand 1 horizontal sein und wird das Gebiet so spezifiziert, dass das Gebiet parallel zu der Horizontallinie ist. Das in dem REM-Bild wie oben beschrieben spezifizierte Gebiet wird im Folgenden als „das spezifizierte Gebiet“ bezeichnet. Das spezifizierte Gebiet in dem REM-Bild wird unter Verwendung von Image-Pro 9.3.2 (Handelsname) von Nippon Roper K.K. einer Binarisierungsverarbeitung ausgesetzt. Die Binarisierungsverarbeitung trennt die Auffangschicht 14 in dem spezifizierten Gebiet in dem REM-Bild in die Entitätsteile als die Sinterkörper der CeO₂-Partikel und in die Zwischenräume zwischen den CeO₂-Partikeln. Die Binarisierungsverarbeitung wird mit einem oben erwähnten Pixel als die Minimaleinheit ausgeführt. Daraufhin wird die Fläche jedes als der Entitätsteil erkannten Teils, der der Sinterkörper des CeO₂-Partikels ist, durch eine Breite von 1 m dividiert, um den Partikeldurchmesser jedes CeO₂-Partikels in dem spezifizierten Gebiet zu messen. Es wird der Durchschnittswert der Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel berechnet, die gemessen worden sind. Dieser Prozess wird in zwei Gebieten ausgeführt und der berechnete Durchschnittswert wird als der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht 14 bilden, definiert.
Ferner können die Partikel, die die Auffangschicht 14 bilden, die die CeO₂-Partikel sind, durch die im Folgenden beschriebene qualitative Analyse verifiziert werden. Zur Zeit der REM-Abbildung wird außerdem eine EDS-Messung ausgeführt und das Gesamtmasseverhältnis zwischen dem Element Ce und dem Element O gemessen. Falls das Masseverhältnis 90 Masseprozent oder mehr beträgt, werden die Partikel als die CeO₂-Partikel angesehen. Das EDS steht für energiedispersive Röntgenspektroskopie.
Vorzugsweise sind die Auffangschichten 14 nur auf den Innenoberflächen der Trennwände 1, die die Einströmzelle 2a umgeben, vorgesehen. Die Auffangschichten 14 außerdem auf anderen als den Innenoberflächen der Trennwände 1, die die Einströmzelle 2a umgeben, vorzusehen, kann eine Zunahme des Druckverlusts des Wabenfilters 100 veranlassen.
Vorzugsweise ist der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschichten 14 kleiner als der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1. Mit dieser Anordnung können die in einem Abgas enthaltenen PM erfolgreich durch die Auffangschichten 14, die auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände 1, die die Einströmzelle 2a umgeben, vorgesehen sind, aufgefangen werden.
Der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschichten 14 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 15 m, bevorzugter 0,5 bis 8 m und besonders bevorzugt 0,5 bis 1 m.
Die Porosität der Auffangschichten 14 beträgt vorzugsweise 50 bis 90 %, bevorzugter 70 bis 90 % und besonders bevorzugt 80 bis 90 %. Falls die Porosität der Auffangschichten 14 unter 50 % liegt, kann der Druckverlust zunehmen. Falls die Porosität der Auffangschichten 14 andererseits 90 % übersteigt, kann sich der Abscheidegrad verschlechtern.
Die Porosität und der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschichten 14 können durch das im Folgenden beschriebene Verfahren gemessen werden. Zunächst wird der Schnittabschnitt der Auffangschicht 14 durch ein Rasterelektronenmikroskop betrachtet, um ein REM-Bild davon zu erfassen. Das REM-Bild wird für die Beobachtung 200-mal vergrößert. Nachfolgend wird das erfasste REM-Bild einer Bildanalyse ausgesetzt, um dadurch den Entitätsteil der Auffangschicht 14 und den Zwischenraumteil in der Auffangschicht 14 zu binarisieren. Somit wird der Prozentsatz des Verhältnisses des Zwischenraumteils in der Auffangschicht 14 in Bezug auf den Gesamtbereich des Entitätsteils und des Zwischenraumteils der Auffangschicht 14 berechnet, wobei der erhaltene Wert als die Porosität der Auffangschicht 14 definiert wird. Die Zwischenräume zwischen den Partikeln in dem REM-Bild werden getrennt binarisiert und ihre Größen werden durch eine Skala direkt gemessen. Auf der Grundlage der Messwerte werden die Porendurchmesser in der Auffangschicht 14 berechnet. Der Durchschnittswert der berechneten Porendurchmesser wird als der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschicht 14 definiert.
Die Dicke der Auffangschicht 14 beträgt vorzugsweise 20 bis 50 m, bevorzugter 20 bis 40 m und besonders bevorzugt 20 bis 30 m. Eine Dicke der Auffangschicht 14 unter 20 m ist nicht bevorzugt, da der verbesserungsfähige Wert des Abscheidegrads kleiner werden kann. Andererseits ist eine Dicke der Auffangschicht 14, die 50 m übersteigt, nicht bevorzugt, da die Verbesserung des Abscheidegrads hoch bleiben kann und der Druckverlust zunehmen kann.
Die Dicke der Auffangschicht 14 kann durch das im Folgenden beschriebene Verfahren gemessen werden. Zunächst werden in einem Schnitt, der durch die Mittelachse in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 des Wabenfilters 100 geht und der parallel zu den Trennwänden 1 ist, die folgenden sechs Schnittpunkte bestimmt. Die sechs Schnittpunkte sind die sechs Punkte, bei denen sich drei Geraden, die den Schnitt in der Verlaufsrichtung der Zelle 2 vierteilen, und zwei Geraden, die den Schnitt in der Richtung senkrecht zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 dreiteilen, schneiden. Daraufhin wird zentriert um jeden der Schnittpunkte parallel zu dem Schnitt ein Probestück ausgeschnitten, das ein Gebiet enthält, das vertikal 20 mm und horizontal 20 mm misst. Die Dicke des Probestücks (d. h. die Tiefe parallel zu dem Schnitt) kann zufällig entschieden werden. Aus dem Probestück wird zufällig ein Paar der Einströmzelle 2a und der Ausströmzelle 2b, die aneinander angrenzen, gewählt und in dem Bereich von näherungsweise 8 mm in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 wird durch ein 3D-Formmessinstrument der Durchschnittswert der Oberflächenhöhe jeder Zelle 2 (genauer der Oberflächenhöhe in der Richtung senkrecht zu der Trennwand 1 jeder Zelle 2) erhalten. Nachfolgend wird die Differenz der Oberflächenhöhe zwischen der Einströmzelle 2a und der Ausströmzelle 2b berechnet, wobei das berechnete Ergebnis als die Dicke der Auffangschicht 14 definiert wird.
Der in einem Abgas enthaltene Ruß wird durch die Oberfläche der Auffangschicht 14 aufgefangen, so dass wenigstens die äußerste Oberfläche der Auffangschicht 14 vorzugsweise eine Oxidationskatalysatorfunktion aufweist. Alternativ kann die Auffangschicht 14 die Auffangschicht 14 sein, die wie oben beschrieben aus den CeO₂-Partikeln besteht.
Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 1 beträgt vorzugsweise 6 bis 24 m, bevorzugter 9 bis 24 m und besonders bevorzugt 16 bis 24 m. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 1 ist ein Wert, der durch ein Quecksilbereinpressverfahren gemessen wird. Der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des AutoPore 9500 (Handelsname) von Micromeritics gemessen werden. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser der Trennwand 1 unter 6 m ist nicht bevorzugt, da der Permeationswiderstand der Trennwand 1 zunehmen kann und der Druckverlust zunehmen kann. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser der Trennwände 1, der 24 m übersteigt, ist in dem Aspekt der Formbarkeit in dem Membranformprozess der Auffangschichten 14 nicht bevorzugt.
Die Porosität der Trennwände 1 der Wabenstruktur 4 beträgt vorzugsweise 45 bis 66 %, bevorzugter 52 bis 66 % und besonders bevorzugt 60 bis 66 %. Die Porosität der Trennwände 1 ist ein Wert, der durch das Quecksilbereinpressverfahren gemessen wird. Die Porosität der Trennwände 1 kann z. B. unter Verwendung des AutoPore 9500 (Handelsname) von Micromeritics gemessen werden. Die Porosität der Trennwände 1 unter 45 % ist nicht bevorzugt, da der Permeationswiderstand der Trennwände 1 zunimmt und der Druckverlust zunimmt. Eine Porosität der Trennwände 1, die 66 % übersteigt, ist nicht bevorzugt, da sich die Festigkeit erheblich verschlechtern kann.
Die Dicke der Trennwand 1 der Wabenstruktur 4 beträgt vorzugsweise 0,10 bis 0,35 mm, bevorzugter 0,10 bis 0,24 mm und besonders bevorzugt 0,10 bis 0,18 mm. Die Dicke der Trennwand 1 kann z. B. unter Verwendung eines Profilprojektors gemessen werden. Falls die Dicke der Trennwand 1 unter 0,10 mm liegt, kann keine ausreichende Festigkeit erhalten werden. Andererseits kann der Druckverlust zunehmen, wenn auf der Oberfläche der Trennwand 1 die Auffangschicht 14 vorgesehen ist, falls die Dicke der Trennwand 10,35 mm übersteigt.
An die Formen der in der Wabenstruktur 4 gebildeten Zellen 2 gibt es keine bestimmten Beschränkungen. Die Formen der Zellen 2 in dem Schnitt, der orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist, kann z. B. mehreckig, kreisförmig, elliptisch oder dergleichen sein. Eine Mehreckform kann dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig, achteckig oder dergleichen sein. Vorzugsweise sind die Formen der Zellen 2 dreieckig, viereckig, fünfeckig, sechseckig oder achteckig. Ferner können hinsichtlich der Formen der Zellen 2 alle Zellen 2 dieselbe Form oder unterschiedliche Formen aufweisen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, können z. B. viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt sein. Ferner können hinsichtlich der Größen der Zellen 2 alle Zellen 2 dieselbe Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen. Obgleich dies nicht gezeigt ist, können z. B. unter den mehreren Zellen einige Zellen größer sein und einige andere Zellen verhältnismäßig kleiner sein. In der vorliegenden Erfindung bedeuten die Zellen 2 die Räume, die von den Trennwänden 1 umgeben sind.
Die Zellendichte der durch die Trennwände 1 definierten Zellen 2 beträgt vorzugsweise 30 bis 60 Zellen/cm² und bevorzugter 30 bis 50 Zellen/cm². Dieser Aufbau macht die Zellen zur Verwendung als die Filter zum Auffangen der PM in einem Abgas, das von einer Kraftmaschine eines Fahrzeugs oder dergleichen emittiert wird, geeignet.
Die Umfangswand 3 der Wabenstruktur 4 kann mit den Trennwänden 1 einteilig konfiguriert sein oder kann eine Umfangsüberzugsschicht sein, die durch Auftragen eines Umfangsüberzugsmaterials, um die Trennwände 1 zu umgeben, gebildet ist. Obgleich dies nicht gezeigt ist, kann die Umfangsüberzugsschicht auf der Umfangsseite der Trennwände vorgesehen werden, nachdem die Trennwände und die Umfangswand einteilig gebildet worden sind, wobei die gebildete Umfangswand durch ein öffentlich bekanntes Verfahren wie etwa Schleifen in dem Herstellungsprozess entfernt wird.
An die Form der Wabenstruktur 4 gibt es keine besonderen Beschränkungen. Die Wabenstruktur 4 kann eine Säulenform sein, wobei die Formen der Einströmstirnfläche 11 und der Ausströmstirnfläche 12 kreisförmig, elliptisch, mehreckig oder dergleichen sind.
An die Größe der Wabenstruktur 4 einschließlich z. B. der Länge der Wabenstruktur 4 in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 (im Folgenden als „die volle Länge“ bezeichnet) und an die Größe des Schnitts der Wabenstruktur 4, der orthogonal zu der Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist (im Folgenden auch als „die Schnittfläche“ bezeichnet), gibt es keine besonderen Beschränkungen. Diese Größen können geeignet in der Weise gewählt werden, dass die optimale Reinigungsleistungsfähigkeit erhalten wird, wenn der Wabenfilter 100 verwendet wird. Die volle Länge der Wabenstruktur 4 beträgt vorzugsweise 90 bis 160 mm und bevorzugter 120 bis 140 mm. Außerdem beträgt die Schnittfläche der Wabenstruktur 4 vorzugsweise 8000 bis 16000 mm² und bevorzugter 10000 bis 14000 mm²
Das Material der Trennwände 1 enthält vorzugsweise wenigstens eines, das aus einer Gruppe gewählt ist, die Cordierit, Siliciumcarbid, ein Verbundmaterial auf der Grundlage von Silicium-Siliciumcarbid, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und ein Verbundmaterial auf der Grundlage von Siliciumcarbid-Cordierit enthält. Das Material, das die Trennwände 1 bildet, ist vorzugsweise ein Material, das 30 Masseprozent oder mehr des in der vorstehenden Gruppe aufgeführten Materials enthält, bevorzugter ein Material, das 40 Masseprozent oder mehr enthält und besonders bevorzugt ein Material das 50 Masseprozent oder mehr enthält. In dem Wabenfilter 100 der vorliegenden Ausführungsform ist das Material, das die Trennwände 1 bildet, besonders bevorzugt Cordierit.
Verfahren zur Herstellung des Wabenfilters
An das Verfahren zur Herstellung des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung gibt es keine besonderen Beschränkungen, wobei z. B. das folgende Verfahren verwendet werden kann.
Zunächst wird ein plastisches Knetmaterial zur Herstellung der Trennwände der Wabenstruktur vorbereitet. Das Knetmaterial zur Herstellung der Trennwände der Wabenstruktur kann unter Verwendung eines Additivs wie etwa eines Bindemittels, eines Porenbildners und von Wasser nach Bedarf zu einem Rohstoffpulver vorbereitet werden, um das für die vorstehenden Trennwände geeignete Material herzustellen. Als das Rohstoffpulver kann z. B. Aluminiumoxid, Talk, Kaolin und Siliciumdioxidpulver verwendet werden. Beispiele des Bindemittels sind Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose und dergleichen. Ferner sind Beispiele des Additivs ein oberflächenaktiver Stoff und dergleichen.
Nachfolgend wird das wie oben beschrieben erhaltene Knetmaterial einer Extrusion ausgesetzt, um den säulenförmigen Wabenformling herzustellen, der Trennwände, die mehrere Zellen definieren, und die Umfangswand, die die Trennwände umgebend vorgesehen ist, aufweist. Daraufhin wird der erhaltene Wabenformling z. B. durch Mikrowellen und Warmluft getrocknet.
Nachfolgend werden an dem getrockneten Wabenformling die Abdichtabschnitte gebildet. Die Abdichtabschnitte können gemäß einem herkömmlich bekannten Herstellungsverfahren für einen Wabenformfilter gebildet werden. Zum Beispiel wird zunächst auf der Einströmstirnfläche des Wabenformlings eine Maske vorgesehen, um die Einströmzellen zu bedecken. Danach wird in den Endabschnitt des Wabenformlings, der mit der Maske versehen ist, Abdichtbrei gerieben und werden die geöffneten Enden der Ausströmzellen, die keine Maske aufweisen, mit dem Abdichtbrei gefüllt. Danach werden ebenfalls für die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings die geöffneten Enden der Einströmzellen gemäß demselben wie oben beschriebenen Verfahren mit dem Abdichtbrei gefüllt. Danach wird der Wabenformling mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten durch einen Warmlufttrockner weiter getrocknet.
Nachfolgend wird der Wabenformling mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten gebrannt, um einen Wabenfiltervorläufer herzustellen, der noch nicht mit den Auffangschichten versehen ist. Die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre zum Brennen des Wabenformlings variieren gemäß dem Ausgangsstoff zur Herstellung des Wabenformlings, wobei der Fachmann auf dem Gebiet eine Brenntemperatur und eine Brennatmosphäre, die für ein gewähltes Material am besten geeignet sind, wählen kann.
Nachfolgend werden die CeO₂-Partikel zum Herstellen der Auffangschichten vorbereitet. Als die CeO₂-Partikel können z. B. geeignet CeO₂-Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 0,2 bis 1,1 m verwendet werden. Daraufhin werden die vorbereiteten CeO₂-Partikel zu einem Brei verarbeitet, der durch Zugeben von Wasser, einem Dispergiermittel, einem Porenbildner, einen Koagulator und einem Viskositätsmodifizierer hergestellt wird, so dass die Größe der agglomerierten Partikel, die CeO₂ enthalten, verhindert, dass die agglomerierten Partikel in die Poren des Wabenfiltervorläufers eintreten. Der Brei wird von der Unterseite in der vertikalen Richtung des auf die Aufspannvorrichtung einer Membranbildungsvorrichtung gesetzten Wabenfiltervorläufers zugeführt und von der Oberseite wird eine Permeationsflüssigkeit geschüttet. Nachdem eine vorgegebene Menge des Breis geschüttet worden ist, wird der Wabenfiltervorläufer zusammen mit der Aufspannvorrichtung umgedreht und wird die Aufspannvorrichtung von dem Wabenfiltervorläufer entfernt. Danach wird der Wabenfiltervorläufer mit den agglomerierten Partikeln in dem auf den Oberflächen der Trennwände vorgesehenen Brei getrocknet und gebrannt.
Somit werden auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die die Einströmzellen des Wabenfiltervorläufers umgeben, Auffangschichten gebildet, die aus den CeO₂-Partikeln bestehen. Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann wie oben beschrieben hergestellt werden.
(Beispiele)
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung in Verbindung mit Beispielen genauer beschrieben; allerdings ist die vorliegende Erfindung keinesfalls durch die Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
Zunächst werden die Rohstoffe Aluminiumoxid, Talk, Kaolin und Siliciumdioxid zur Herstellung der Trennwände einer Wabenstruktur vorbereitet. Zu den vorbereiteten Ausgangsstoffen Aluminiumoxid, Talk, Kaolin und Siliciumdioxid werden 2 Masseanteile eines Dispergiermediums und 7 Masseanteile eines organischen Bindemittels zugegeben, woraufhin diese Materialien gemischt und geknetet werden, um ein Knetmaterial vorzubereiten. Als das Dispergiermedium wurde Wasser verwendet. Als das organische Bindemittel wurde Methylzellulose verwendet. Als das Dispergiermittel wurde ein oberflächenaktiver Stoff verwendet.
Nachfolgend wurde das Knetmaterial unter Verwendung einer Form extrudiert, um einen Wabenformling herzustellen, um einen Wabenformling zu erhalten, dessen Gesamtform eine runde Säulenform war. Die Formen der Zellen des Wabenformlings waren viereckig.
Nachfolgend wurde der Wabenformling durch einen Mikrowellentrockner getrocknet und durch einen Warmlufttrockner weiter getrocknet, bis der Wabenformling vollständig getrocknet war. Daraufhin wurde beiden Stirnflächen des Wabenformlings abgeschnitten, um den Wabenformling auf vorgegebene Dimensionen zu bilden.
Nachfolgend wurden an dem getrockneten Wabenformling die Abdichtabschnitte gebildet. Genauer wurde zunächst auf der Einströmstirnfläche des Wabenformlings eine Maske vorgesehen, um die Einströmzellen zu bedecken. Danach wurde in den Endabschnitt des mit der Maske versehenen Wabenformlings Abdichtbrei gerieben und wurden die geöffneten Enden der Ausströmzellen, die nicht mit einer Maske versehen waren, mit dem Abdichtbrei gefüllt. Daraufhin wurden die geöffneten Enden der Einströmzellen ebenfalls für die Ausströmstirnfläche des Wabenformlings gemäß denselben oben beschriebenen Verfahren mit dem Abdichtbrei gefüllt. Danach wurde der Wabenformling mit den darin gebildeten Abdichtabschnitten durch einen Warmlufttrockner weiter getrocknet.
Nachfolgend wurde der getrocknete Wabenformling entfettet und gebrannt, um einen Wabenfiltervorläufer herzustellen, der noch nicht mit den Auffangschichten versehen ist.
Nachfolgend wurden auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die die Einströmzellen des Wabenfiltervorläufers umgeben, gemäß dem folgenden Verfahren die Auffangschichten hergestellt. Genauer wurden zunächst die CeO₂-Partikel mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 1,3 m vorbereitet. Als die CeO₂-Partikel wurde Ceroxidpulver von Treibacher verwendet. Daraufhin wurden die vorbereiteten CeO₂-Partikel koaguliert, um den Brei zum Bilden der Auffangschichten vorzubereiten. Nachfolgend wurde der Brei zum Bilden der Auffangschicht von der Unterseite in der vertikalen Richtung des auf die Aufspannvorrichtung der Membranbildungsvorrichtung gesetzten Wabenfiltervorläufers zugeführt und wurde die Permeationsflüssigkeit von der Oberseite geschüttet. Nachdem die vorgegebene Menge des Breis zum Bilden der Auffangschichten geschüttet worden ist, wurde der Wabenfiltervorläufer zusammen mit der Aufspannvorrichtung umgedreht und wurde die Aufspannvorrichtung von dem Wabenfiltervorläufer entfernt. Danach wurde der Wabenfiltervorläufer bei einer Raumtemperatur 22 Stunden getrocknet und daraufhin 24 Stunden bei 80 °C getrocknet. Ferner wurde die Temperatur bei einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 200 °C/h auf 1200 °C erhöht und wurde der Wabenfiltervorläufer zwei Stunden bei 1200 °C gebrannt, wodurch die Auffangschichten hergestellt wurden.
Der Wabenfilter des Beispiels 1 hatte eine Säulenform, wobei die Formen der Einströmstirnfläche und der Ausströmstirnfläche kreisförmig waren. Die Länge des Wabenfilters in der Verlaufsrichtung der Zellen betrug 127,1 mm. Die Durchmesser der Stirnflächen des Wabenfilters betrugen 118,5 mm. In der Wabenstruktur, die den Wabenfilter bildet, betrug die Dicke der Trennwände 0,158 mm und betrug die Zellendichte 33,3 Zellen/cm². Die Porosität der Trennwände der Wabenstruktur betrug 48,6 %.
Der Wabenfilter des Beispiels 1 wies die Auffangschichten auf, die aus den CeO₂-Partikeln auf der Seite der Innenoberfläche der Trennwände, die die Einströmzellen umgaben, bestanden. Die Dicke der Auffangschicht betrug 26 m. Die Gesamtmasse der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten bildeten, betrug 33 g. Die Ergebnisse sind in der Spalte „Masse der CeO₂-Partikel (g)“ aus Tabelle 1 gezeigt. Ferner betrug die Masse pro Flächeneinheit der Auffangschicht 24 g. Die Ergebnisse sind in der Spalte „Masse der Auffangschicht pro Flächeneinheit (g/m²)“ aus Tabelle 1 gezeigt. Die Masse der Auffangschicht pro Flächeneinheit bedeutet die Masse pro 1 m² der porösen Schicht, die eine Schicht ist, die aus den CeO₂-Partikeln besteht und die als die Auffangschicht wirksam ist. Der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten bilden, gemessen durch das folgende Messverfahren, betrug 1,1 m. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Messverfahren für die CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten bilden)

Zunächst wurde durch Ausschneiden des Probestücks von der Wabenstruktur, die den Wabenfilter bildet, ein Probestück für die Messung vorbereitet. Aus einem Bereich von 20 mm × 20 mm × 20 mm, wobei der Bereich bei der zentralen Position in der Verlaufsrichtung der Zellen des Wabenfilters war und einen zentralen Teil enthielt, der von der Umfangswand des Wabenfilters am weitesten war, wurde das Probestück mit einer Größe von 6 mm × 6 mm × 6 mm ausgeschnitten. Nachfolgend wurde das Probestück, das ausgeschnitten worden ist, in ein Harz eingebettet. Daraufhin wurde das in das Harz eingebettete Probestück in der Richtung senkrecht zu der Verlaufsrichtung der Zellen geschnitten und wurde die Schnittfläche poliert. Nachfolgend wurde die polierte Schnittfläche unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops abgebildet und wurde ein REM-Bild mit einer Vergrößerung des 200-fachen erhalten. Das verwendete Rasterelektronenmikroskop war ein Rasterelektronenmikroskop „Modell: S3400-N“ von Hitachi High-Technologies. Nachfolgend wurde an der Auffangschicht in dem erhaltenen REM-Bild die Bildverarbeitung ausgeführt und wurden die Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht bildeten, gemessen. Genauer wurde zunächst ein Gebiet mit einer Größe von 1 m in der Richtung der Dicke der Auffangschicht und von 100 m in der horizontalen Richtung bei einer zufällig gewählten Position in dem REM-Bild der Auffangschicht umgeben. Zu dieser Zeit war die Auffangschicht in dem REM-Bild in Bezug auf die Trennwände der Wabenstruktur horizontal und wurde das Gebiet in der Weise spezifiziert, dass das Gebiet zu der Horizontallinie parallel war. Das Gebiet wurde unter Verwendung von „Image-Pro 9.3.2 (Handelsname)“ von Nippon Roper K.K. einer Binarisierungsverarbeitung ausgesetzt. Nachfolgend wurde die Fläche jedes Teils, der als der Entitätsteil als der Sinterkörper der CeO₂-Partikel erkannt wurde, durch eine Breite von 1 m dividiert, wodurch der Partikeldurchmesser jedes CeO₂-Partikels in dem spezifizierten Gebiet gemessen wurde. Es wurde der Durchschnittswert der gemessenen Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel berechnet. Der Prozess wurde in zwei Gebieten ausgeführt und der berechnete Durchschnittswert wurde als der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht bildeten, definiert. (Tabelle 1)

	Trennwand			Auffangschicht					Rußoxidations-Anfangstemperatur (°C)
	Dicke (mm)	Porosität (%)	durchschnittlicher Porendurchmesser (m)	CeO₂-Partikel		Dicke (m)	Masse des CeO₂-Partikels (g)	Masse der Auffangschicht pro Flächeneinheit (g_/m²)
	Dicke (mm)	Porosität (%)	durchschnittlicher Porendurchmesser (m)	durchschnittlicher Partikeldurchmesser [Ausgangsstoff] (m)	durchschnittlicher Partikeldurchmesser [Auffangschicht] (m)	Dicke (m)	Masse des CeO₂-Partikels (g)	Masse der Auffangschicht pro Flächeneinheit (g_/m²)
Beispiel 1	0,158	48,6	12,9	1,3	1,1	26	33	24	464
Beispiel 2	0,158	48,6	12,9	0,6	0,7	25	29	21	455
Vergleichsbeispiel 1	0,158	48,6	12,9	1,9	2,1	26	35	25	467
Vergleichsbeispiel 2	0,158	48,6	12,9	3,7	4,5	27	33	24	469
Vergleichsbeispiel 3	0,158	48,6	12,9	5,1	5,5	30	31	22	468

An dem Wabenfilter des Beispiels 1 wurde gemäß dem im Folgenden beschriebenen Verfahren die Messung der „Rußoxidations-Anfangstemperatur (°C)“ ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Rußoxidations-Anfangstemperatur (°C))
Zunächst wurde durch den Wabenfilter jedes Beispiels ein Abgas geleitet, das Ruß enthielt, wobei der Ruß in dem Abgas durch die Auffangschichten des Wabenfilters aufgefangen wurden. Das Abgas wurde durch die Auffangschichten geleitet, bis die Menge des durch die Auffangschichten aufgefangenen Rußes 1 g pro 1 l Volumen des Wabenfilters erreichte. Daraufhin wurden die Trennwand und die Auffangschicht jedes Wabenfilters in der Weise geschnitten, dass eine Seite 0,5 bis 1,5 cm lang war, um ein Probestück zum Messen der Rußoxidations-Anfangstemperatur herzustellen. Da der Ruß an den Oberflächen der Auffangschichten angehaftet hatte, wurde das Probestück unter Beachtung dessen hergestellt, dass nicht veranlasst wurde, dass der Ruß von den Oberflächen der Auffangschichten gelöst wurde. Daraufhin wurde jedes vorbereitete Probestück der Temperatur-programmierten Desorptionsmassenspektrometrie (TPD-MS) ausgesetzt. Genauer wurde zunächst jedes vorbereitete Probestück in einer Messzelle für die TPD-MS angeordnet und wurde veranlasst, dass ein He/O₂- (20 %-) Gas mit einem Durchfluss davon, der auf 50 ml/min geregelt wurde, durch die Messzelle strömte. Nachdem die Temperatur in der Messzelle auf 300 °C erhöht wurde, wurde die Temperatur in der Messzelle mit einer Temperaturerhöhungsgeschwindigkeit von 20 °C/min auf 700 °C weiter erhöht. Zu dieser Zeit wurde die Konzentration von CO₂ in dem von der Messzelle abgelassenen Gas gemessen. Das heißt, die Anstiegstemperatur in der Messzelle verursachte, dass der durch die Auffangschichten aufgefangene Ruß verbrannte, um CO₂ zu erzeugen. Auf der Grundlage der Messergebnisse der CO₂-Konzentration wurde ein Graph hergestellt, in dem die Abszissenachse die Temperatur in der Messzelle (200 bis 700 °C) angab und die Ordinatenachse die CO₂-Konzentration (beliebige Einheit (a. o.)) angab. Die Gesamtfläche der CO₂-Konzentrationsspitze wurde durch A_100% bezeichnet und die Temperatur, bei der das Flächenverhältnis der CO₂-Konzentrationsspitze 20 % erreichte, d. h. A_20%, wurde bestimmt. Die Temperatur, bei der A_20% erreicht wurde, wurde als Rußoxidations-Anfangstemperatur (°C) definiert.
(Beispiel 2 und Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
Abgesehen davon, dass die durchschnittlichen Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel zum Bilden der Auffangschichten wie in Tabelle 1 gezeigt geändert waren, wurden die Wabenfilter gemäß demselben Verfahren wie für Beispiel 1 hergestellt. Die durchschnittlichen Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten der Wabenfilter des Beispiels 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 bildeten, wurden gemessen, wobei der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Beispiels 2 0,7 m betrug, der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Vergleichsbeispiels 1 2,1 m betrug, der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Vergleichsbeispiels 2 4,5 m betrug und der durchschnittliche Partikeldurchmesser des Vergleichsbeispiels 3 5,5 m betrug. Die Konfigurationen der Trennwände und der Auffangschichten in den Wabenfiltern des Beispiels 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 waren wie in Tabelle 1 gezeigt.
An den Wabenfiltern des Beispiels 2 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 wurde ebenfalls die Messung der Rußoxidations-Anfangstemperatur (°C) gemäß demselben Verfahren wie für Beispiel 1 ausgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
(Ergebnis)
Es wurde verifiziert, dass die Rußoxidations-Anfangstemperatur des Wabenfilters des Beispiels 1 464 °C betrug, was niedriger als die Rußoxidations-Anfangstemperaturen der Wabenfilter der Vergleichsbeispiele 1 bis 3 war. Ferner betrug die Rußoxidations-Anfangstemperatur des Wabenfilters des Beispiels 2 455 °C, was verifiziert, dass die Rußoxidations-Anfangstemperatur noch niedriger war. Aus den oben beschriebenen Ergebnissen wurde ermittelt, dass entflammbare PM wie etwa Ruß, die durch die Auffangschichten aufgefangen werden, durch Einstellen des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der CeO₂-Partikel, die die Auffangschichten bilden, auf 1,1 m oder niedriger bei einer niedrigeren Temperatur oxidiert und verbrannt werden können.
Industrielle Anwendbarkeit
Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann als ein Filter zum Auffangen von Schwebstoffen in einem Abgas verwendet werden.
Bezugszeichenliste
1: Trennwand; 2: Zelle; 2a: Einströmzelle; 2b: Ausströmzelle; 3: Umfangswand; 4: Wabenstruktur; 5: Abdichtabschnitt; 7: Pore; 11: Einströmstirnfläche; 12: Ausströmstirnfläche; 14: Auffangschicht; und 100: Wabenfilter.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2018116614 [0001]
JP 2019075617 [0001]
JP 4426381 [0006]
JP 5524178 [0006]
JP 5524179 [0006]
JP 5726414 [0006]

Claims

Wabenfilter, der Folgendes umfasst: eine Wabenstruktur mit einer porösen Trennwand, die in der Weise vorgesehen ist, dass die poröse Trennwand mehrere Zellen, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die von einer Einströmstirnfläche zu einer Ausströmstirnfläche verlaufen, umgibt; und einen Abdichtabschnitt, der in der Weise angeordnet ist, dass er entweder einen Endabschnitt auf der Seite der Einströmstirnfläche oder auf der Seite der Ausströmstirnfläche jeder der Zellen abdichtet, wobei die Zelle, in der der Abdichtabschnitt bei dem Endabschnitt auf der Seite der Ausströmstirnfläche vorgesehen ist und die Seite der Einströmstirnfläche geöffnet ist, als eine Einströmzelle definiert ist, wobei die Zelle, in der der Abdichtabschnitt bei dem Endabschnitt auf der Seite der Einströmstirnfläche vorgesehen ist und die Seite der Ausströmstirnfläche geöffnet ist, als eine Ausströmzelle definiert ist, wobei die Wabenstruktur ferner eine Auffangschicht zum Auffangen der Schwebstoffe in einem Abgas aufweist, wobei die Auffangschicht auf einer Seite der Innenoberfläche der Trennwand, die die Einströmzelle umgibt, ist, die Auffangschicht einen Abschnitt enthält, der aus einem Sinterkörper von CeO₂-Partikeln auf wenigstens einer Oberflächenschicht der Auffangschicht besteht, und der durchschnittliche Partikeldurchmesser der CeO₂-Partikel, die die Auffangschicht bilden, 1,1 m oder weniger beträgt.
Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Auffangschicht kleiner als der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand ist.
Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Trennwand aus Cordierit besteht.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der durchschnittliche Porendurchmesser der Trennwand 6 bis 24 m beträgt.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Porosität der Trennwand 45 bis 66 % beträgt.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Dicke der Trennwand 0,10 bis 0,35 mm beträgt.
Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Dicke der Auffangschicht 20 bis 50 m beträgt.