DE102023106932A1 - Wabenfilter - Google Patents

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Fumihiko YOSHIOKA
Yudai KURIMOTO
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

Es wird ein Wabenfilter geschaffen, der eine ausgezeichnete Abfangleistung aufweist und in der Lage ist, einen Anstieg des Druckverlusts zu unterdrücken. Die Dicke einer Trennwand 1 ist 0,217 mm oder kleiner, die Porosität der Trennwand 1 ist im Bereich von 57 bis 63 %, der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 ist im Bereich von 6 bis 14 µm, die Anzahl der Poren pro Flächeneinheit, die an einer Oberfläche der Trennwand 1 existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, ist im Bereich von 800 bis 1500 /mm2, der mittlere äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand 1 existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, ist im Bereich von 6,7 bis 12,5 µm, und in einer Porendurchmesserverteilung der Trennwand 1, in dem Fall, in dem der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 10 %, 50 % und 90 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D10, D50 bzw. D90 bezeichnet wird, ist D10 im Bereich von 3,0 bis 7,0 µm, D90 im Bereich von 13,0 bis 27,0 µm und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,75 oder kleiner.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung basierend auf JP 2022-057086 , eingereicht am 30.3.2022 beim Japanischen Patentamt, deren Inhalt hier durch Bezugnahme vollständig mit aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Wabenfilter. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung einen Wabenfilter, der eine ausgezeichnete Abfangleistung besitzt und in der Lage ist, einen Anstieg des Druckverlustes zu unterdrücken.
  • Beschreibung des Stands der Technik
  • Herkömmlicherweise ist ein Wabenfilter mit einer Wabenstruktur als Filter zum Abfangen von Feinstaub in Abgasen, die von einer Brennkraftmaschine, wie z. B. einer Fahrzeugkraftmaschine, ausgestoßen werden, oder als Vorrichtung zum Reinigen toxischer Gaskomponenten wie z. B. CO, HC, NOx bekannt (siehe Patentdokument 1). Die Wabenstruktur enthält eine aus poröser Keramik wie z. B. Cordierit hergestellte Trennwand und mehrere durch die Trennwand definierte Zellen. Ein Wabenfilter enthält eine solche Wabenstruktur, die mit Abdichtungsabschnitten versehen ist, um die offenen Enden auf der der Einströmungsstirnflächenseite und der Ausströmungsstirnflächenseite der mehreren Zellen abwechselnd abzudichten. Mit anderen Worten besitzt der Wabenfilter eine Struktur, bei der Einströmungszellen, deren Einströmungsstirnflächenseite offen ist und deren Ausströmungsstirnflächenseite abgedichtet ist, und Ausströmungszellen, deren Einströmungsstirnflächenseite abgedichtet ist und deren Ausströmungsstirnflächenseite offen ist, abwechselnd angeordnet sind, wobei die Trennwand dazwischen liegt. In dem Wabenfilter dient die poröse Trennwand als Filter zum Abfangen von Feinstaub im Abgas. Nachstehend kann der im Abgas enthaltene Feinstaub als „PM“ bezeichnet sein. PM ist eine Abkürzung für „Particulate Matter“ [engl. für „Feinstaub“]
  • Derzeit werden die Abgasvorschriften für große Dieselfahrzeuge von Jahr zu Jahr strenger, und insbesondere die Emissionsstandards für PM wie z. B. Ruß im ausgestoßenen Abgas (PN-Vorschriften: Regulierung der Feinstaubmenge) werden strenger. Aus diesem Grund müssen Dieselfahrzeuge mit einem Abgasreinigungsfilter, beispielsweise einem Dieselpartikelfilter (DPF), ausgestattet sein.
  • [Patentdokument 1] JP-A-2019-171318
  • Um die Abfangleistung eines Wabenfilters wie z. B. eines DPF zu verbessern, ist es denkbar, einen mittleren Porendurchmesser einer Trennwand als Filter zu reduzieren, doch als dem entgegenstehende Eigenschaft nimmt der Druckverlust tendenziell zu. Andererseits ist jedoch, da die Vorschriften für die Kraftstoffeffizienz von Dieselfahrzeugen und dergleichen von Jahr zu Jahr strenger werden, der Anstieg des Druckverlusts des Wabenfilters unter dem Gesichtspunkt der Kraftstoffeffizienz nicht vorteilhaft.
  • Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf die Probleme mit dem vorstehend beschriebenen Stand der Technik gemacht worden. Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wabenfilter geschaffen, der eine ausgezeichnete Abfangleistung besitzt und in der Lage ist, einen Anstieg des Druckverlustes effektiv zu unterdrücken. Insbesondere ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Wabenfilter geschaffen, der eine hervorragende Abfangleistung aufweist und einen Anstieg des Druckverlusts unterdrücken kann, während er gleichzeitig das Dünnermachen und die hohe Porosität einer Trennwand zufriedenstellend handhabt.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Wabenfilter geschaffen, der nachstehend zu beschreiben ist.
    1. [1] Wabenfilter, der enthält: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit einer porösen Trennwand, die so angeordnet ist, dass sie mehreren Zellen, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstrecken, umgibt; und einen Abdichtungsabschnitt, der an einem offenen Ende an der ersten Stirnflächenseite oder der zweiten Stirnflächenseite jeder der Zellen vorgesehen ist, wobei eine Dicke der Trennwand 0,217 mm oder weniger ist, eine Porosität der Trennwand im Bereich von 57 bis 63 % ist, ein mittlerer Porendurchmesser der Trennwand im Bereich von 6 bis 14 µm ist, eine Anzahl pro Flächeneinheit von Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 800 bis 1500 /mm2 ist, ein mittlerer äquivalenter Kreisöffnungsdurchmesser von Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 6,7 bis 12,5 µm ist, und in einer Porendurchmesserverteilung der Trennwand in dem Fall, in dem der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 10 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D10 bezeichnet ist, der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 50 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D50 bezeichnet ist, und der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 90 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D90 bezeichnet ist, D10 im Bereich von 3,0 bis 7,0 µm ist, D90 im Bereich von 13,0 bis 27,0 µm ist und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,75 oder kleiner ist.
    2. [2] Wabenfilter nach [1], wobei die Dicke der Trennwand 0,204 mm oder kleiner ist, die Porosität der Trennwand im Bereich von 58 bis 62 % ist, der mittlere Porendurchmesser der Trennwand im Bereich von 8 bis 12 µm ist, die Anzahl pro Flächeneinheit der Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 900 bis 1250 /mm2 ist, der mittlere äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser der Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 8,9 bis 11,7 µm ist, D10 im Bereich von 3,7 bis 5,9 µm ist, D90 im Bereich von 15,0 bis 26,0 µm ist und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,67 oder kleiner ist.
    3. [3] Wabenfilter nach [1] oder [2], wobei eine Zellendichte des Wabenstrukturkörpers im Bereich von 43 bis 56 Zellen/cm2 ist.
    4. [4] Wabenfilter nach einem aus [1] bis [3], wobei die Trennwand aus einem Material, das als Hauptbestandteil Cordierit enthält, hergestellt ist.
  • Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung besitzt eine hervorragende Abfangleistung und kann einen Anstieg des Druckverlustes unterdrücken. Mit anderen Worten erreicht der Wabenfilter der vorliegenden Erfindung durch Einstellen der Dicke, der Porosität und des mittleren Porendurchmessers der Trennwand auf die vorstehend beschriebenen Zahlenbereiche eine hervorragende Abfangleistung. Insbesondere wird durch Reduzieren des mittleren Porendurchmessers der Trennwand eine ganz besonders hervorragende Abfangleistung erreicht. Andererseits wird durch Erhöhen der Anzahl der Poren, die sich auf der Oberfläche der Trennwand öffnen, der Abgasstrom durch die Trennwand gleichmäßig gemacht, und der Anstieg des Druckverlustes, der durch Reduzieren des mittleren Porendurchmessers der Trennwand verursacht wird, wird verhindert oder u nterd rückt.
  • Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine hervorragende Abfangleistung realisieren und einen Anstieg des Druckverlustes effektiv unterdrücken, was vorzugsweise beispielsweise dem Dünnermachen und der höheren Porosität der Trennwand entspricht.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung gesehen von einer Einströmungsstirnflächenseite zeigt;
    • 2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Wabenfilters gesehen von der Einströmungsstirnflächenseite; und
    • 3 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A' von 2 zeigt.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Nachstehend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Daher ist zu verstehen, dass Ausführungsformen, für die Modifikationen, Verbesserungen und dergleichen den folgenden Ausführungsformen in geeigneter Weise hinzugefügt worden sind, im Umfang der vorliegenden Erfindung basierend auf dem normalen Wissen der Fachleute auf dem Gebiet sind, ohne von dem Geist der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
  • (1) Wabenfilter
  • Wie in 1 bis 3 gezeigt ist eine erste Ausführungsform eines Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung der Wabenfilter 100, der einen Wabenstrukturkörper 4 und Abdichtungsabschnitte 5 enthält. Der Wabenstrukturkörper 4 ist eine säulenförmige Struktur, die eine poröse Trennwand 1 enthält, die so angeordnet ist, dass sie mehrere Zellen 2 umgibt, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer ersten Stirnfläche 11 zu einer zweiten Stirnfläche 12 erstrecken. In dem Wabenfilter 100 ist der Wabenstrukturkörper 4 säulenförmig und enthält ferner eine Umfangswand 3 an seiner Umfangsseitenfläche. Mit anderen Worten ist die Umfangswand 3 so angeordnet, dass sie die in einem Gittermuster angeordnete Trennwand 1 umgibt.
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Ausführungsform des Wabenfilters gemäß der vorliegenden Erfindung gesehen von einer Einströmungsstirnflächenseite zeigt. 2 ist eine Draufsicht des in 1 gezeigten Wabenfilters gesehen von der Einströmungsstirnflächenseite. 3 ist eine Schnittansicht, die schematisch einen Schnitt entlang der Linie A-A' von 2 zeigt.
  • In dem Wabenfilter 100 ist die Trennwand 1, die den Wabenstrukturkörper 4 bildet, wie nachstehend beschrieben konfiguriert.
  • Der Wabenfilter 100 weist eine Porosität der Trennwand 1 im Bereich von 57 bis 63 % auf. Die Porosität der Trennwand 1 ist ein Wert, der durch ein Quecksilber-Einpressverfahren gemessen wird. Die Porosität Trennwand 1 kann beispielsweise unter Verwendung von Autopore 9500 (Produktname), hergestellt von Micromeritics, gemessen werden. Um die Porosität zu messen, kann ein Teil der Trennwand 1 aus dem Wabenfilter 100 herausgeschnitten werden, um ein Prüfstück für die Messung vorzubereiten. Die Porosität der Trennwand 1 ist vorzugsweise im Bereich von 58 bis 62 % und ist weiter bevorzugt im Bereich von 59 bis 61 %.
  • Durch Einstellen der Porosität der Trennwand 1 auf den Bereich von 57 bis 63 % kann der Druckverlust reduziert werden. Wenn die Porosität der Trennwand 1 kleiner als 57 % ist, wird der Druckverlust des Wabenfilters 100 nicht ausreichend reduziert. Wenn andererseits die Porosität der Trennwand 1 63 % übersteigt, ist die mechanische Festigkeit der Wabenstruktur 100 herabgesetzt.
  • Der Wabenfilter 100 weist einen mittleren Porendurchmesser der Trennwand 1 im Bereich von 6 bis 14 µm auf. Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 ist ein Wert, der durch ein Quecksilber-Einpressverfahren gemessen wird. Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 kann beispielsweise unter Verwendung von Autopore 9500 (Produktname), hergestellt von Micromeritics, gemessen werden. Der mittlere Porendurchmesser kann unter Verwendung des vorstehend beschriebenen Prüfstücks zum Messen der Porosität gemessen werden. Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 ist vorzugsweise im Bereich von 8 bis 12 µm. Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 ist als Porendurchmesser berechnet, der die Hälfte des gesamten Porenvolumens nach dem Quecksilber-Einpressverfahren ergibt. Der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 entspricht dem Wert „D50 (µm)“ in der nachstehend beschriebenen Porendurchmesserverteilung der Trennwand 1.
  • Durch Einstellen des mittleren Porendurchmessers der Trennwand 1 auf einen Bereich von 6 bis 14 µm ist es möglich, die Abfangleistung zu verbessern und gleichzeitig der Druckverlust zu reduzieren. Wenn der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 1 kleiner als 6 µm ist, erhöht sich der Durchgangswiderstand, was im Hinblick auf einen steigenden Druckverlust nicht vorteilhaft ist. Wenn andererseits der mittlere Porendurchmesser der Trennwand 114 µm übersteigt, kann die Filtrationseffizienz des Wabenfilters 100 nicht ausreichend verbessert sein.
  • Zusätzlich ist in der Trennwand 1, die den Wabenstrukturkörper 4 bildet, die Anzahl der Poren pro Flächeneinheit (1 mm2), die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 800 bis 1500 /mm2. Nachstehend kann die Anzahl der Poren (/mm2) pro Flächeneinheit, die an einer Oberfläche der Trennwand 1 existieren, einfach als „Anzahl von Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1“ bezeichnet sein. Wenn die Anzahl der Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1 kleiner als 800 /mm2 ist, ist sie nicht ausreichend effektiv, um einen Anstieg des Druckverlustes zu unterdrücken. Wenn die Anzahl der Poren auf der Oberfläche der Trennwand 11500 /mm2 übersteigt, nimmt die mechanische Festigkeit des Wabenfilters 100 ab.
  • Die Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1 ist nicht besonders eingeschränkt, ist jedoch vorzugsweise im Bereich von 900 bis 1250 /mm2, und weiter bevorzugt im Bereich von 980 bis 1100 /mm2. Mit dieser Konfiguration können die vorstehend beschriebenen Effekte weiter verbessert werden.
  • In der Trennwand 1, die den Wabenstrukturkörper 4 bildet, ist ein mittlerer äquivalenter Kreisöffnungsdurchmesser der Poren, die an der Oberfläche der Trennwand 1 existieren und die einen äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 6,7 bis 12,5 µm. Nachstehend kann der mittlere äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser (µm) der Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand 1 existieren, einfach als „der mittlere äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser (µm) von Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1“ oder „der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) von Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1“ bezeichnet sein Wenn der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1 kleiner als 6,7 µm ist, ist er im Hinblick auf die Verringerung der isostatischen Festigkeit nicht vorteilhaft. Wenn der mittlere Öffnungsdurchmesser von Poren auf der Oberfläche der Trennwand 112,5 µm übersteigt, kann die Filtrationseffizienz des Wabenfilters 100 nicht ausreichend verbessert sein.
  • Der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) auf der Oberfläche der Trennwand 1 ist nicht besonders eingeschränkt, ist jedoch vorzugsweise im Bereich von 8,9 bis 11,7 µm und weiter bevorzugt im Bereich von 9,6 bis 11,2 µm. Mit einer solchen Konfiguration können die vorstehend beschriebenen Effekte weiter verbessert werden.
  • Die Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1 und der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) von Poren können durch die folgenden Verfahren gemessen werden. Zuerst wird eine Probe zur Messung aus dem Wabenstrukturkörper 4 ausgeschnitten, um die Oberfläche der Trennwand 1 des Wabenstrukturkörpers 4 zu betrachten. Dann wird die Oberfläche der Trennwand 1 der Probe zur Messung mit einem Lasermikroskop fotografiert. Das Lasermikroskop, das verwendet werden kann, ist beispielsweise ein von KEYENCE Corporation hergestelltes Formanalyse-Lasermikroskop „VK X250 / 260 (Produktname)“. Beim Fotografieren der Oberfläche der Trennwand 1 wird eine 480-fache Vergrößerung eingestellt, und es werden beliebige Stellen aus 10 Sichtfeldern fotografiert. Für die aufgenommenen Bilder wird eine Bildverarbeitung ausgeführt, um die Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1 und den mittleren Öffnungsdurchmesser (µm) der Poren zu berechnen. Bei der Bildverarbeitung wird ein Bereich so ausgewählt, dass kein Abschnitt der Trennwand 1 mit Ausnahme der Oberfläche der Trennwand 1 in dem Bereich, der der Bildverarbeitung unterzogen wird, enthalten ist, und die Neigung der Oberfläche der Trennwand 1 wird so korrigiert, dass sie horizontal ist. Danach wird die Obergrenze der Höhe, die als Poren zu erkennen ist, auf -3,0 µm ab einer Referenzfläche geändert. Die Anzahl der Poren und der äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser (µm) jeder Pore der aufgenommenen Bilder werden durch die Bildverarbeitungssoftware unter der Bedingung berechnet, dass Poren mit äquivalenten Kreisöffnungsdurchmessern von 3 µm oder weniger ignoriert werden. Der äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser (µm) der Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1 kann durch Messen einer Öffnungsfläche S jeder Pore und Anwendung der Gleichung für den äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser = √{4 × (Fläche S) / π} in Bezug auf die gemessene Öffnungsfläche S berechnet werden. Der Wert der Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1 ist ein Mittelwert der Messwerte von 10 Sichtfeldern (das hießt die Anzahl der Poren (/mm2) der jeweils aufgenommenen Bilder von 10 Sichtfeldern). Der Wert des mittleren Öffnungsdurchmessers (µm) der Poren auf der Oberfläche der Trennwand 1 ist ein Mittelwert der gemessenen Werte der 10 Sichtfelder (das heißt der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) der jeweiligen aufgenommenen Bilder von 10 Sichtfeldern). Die Bildverarbeitungssoftware, die verwendet werden kann, ist beispielsweise „VK-X (Produktname)“, die im Lieferumfang des von der KEYENCE Corporation hergestellten Formanalyse-Lasermikroskops „VK X250/260 (Produktname)“ enthalten ist. Die Messung des äquivalenten Kreisöffnungsdurchmessers jeder Pore und die Bildanalyse, bei der Poren mit vorbestimmten äquivalenten Kreisöffnungsdurchmessern ignoriert werden, kann unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Bildverarbeitungssoftware ausgeführt werden.
  • Ferner ist es in dem Wabenfilter 100 bevorzugt, dass eine Porendurchmesserverteilung, in der ein durch das Quecksilber-Einpressverfahren gemessenes kumulatives Porenvolumen der Trennwand 1 durch einen Porendurchmesser (µm) auf einer horizontalen Achse und ein logarithmisches differentielles Porenvolumen (cm3/g) auf einer vertikalen Achse angegeben ist, wie folgt konfiguriert ist. In der vorstehend beschriebenen Porendurchmesserverteilung der Trennwand 1 ist der Porendurchmesser (µm), dessen kumuliertes Porenvolumen 10 % des gesamten Porenvolumens ist, durch D10 bezeichnet. In ähnlicher Weise ist der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 50 % des gesamten Porenvolumens ist, durch D50 bezeichnet, und der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 90 % des gesamten Porenvolumens ist, ist durch D90 bezeichnet. In der Porendurchmesserverteilung der Trennwand 1 weist der Wabenfilter 100 D10 im Bereich von 3,0 bis 7,0 µm, D90 im Bereich von 13,0 bis 27,0 µm und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) von 0,75 oder kleiner auf.
  • Wenn D10 im Bereich von 3,0 bis 7,0 µm ist, ist dies hinsichtlich der Unterdrückung des Druckverlusts überlegen. Wenn beispielsweise D10 kleiner als 3,0 µm ist, ist dies im Hinblick auf einen gesteigerten Druckverlust nicht vorteilhaft. Umgekehrt ist es, wenn D10 7,0 µm übersteigt, im Hinblick auf die Verschlechterung der Abfangleistung nicht vorteilhaft. D10 ist vorzugsweise im Bereich von 3,7 bis 5,9 µm.
  • Zusätzlich ist, wenn D90 im Bereich von 13,0 bis 27,0 µm ist, dies hinsichtlich der Verbesserung der Abfangleistung überlegen. Wenn beispielsweise D90 kleiner als 13,0 µm ist, ist dies im Hinblick auf einen gesteigerten Druckverlust nicht vorteilhaft. Umgekehrt ist, wenn D90 größer als 27,0 µm ist, dies hinsichtlich der Verschlechterung der Abfangleistung nicht vorteilhaft. D90 ist vorzugsweise im Bereich von 15,0 bis 26,0 µm.
  • Wenn (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,75 oder kleiner ist, ist dies hinsichtlich der Unterdrückung des Druckverlusts überlegen. (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) ist vorzugsweise 0,67 oder kleiner. Der untere Grenzwert von (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) ist nicht besonders eingeschränkt, jedoch ist der wesentliche untere Grenzwert 0,45.
  • Das kumulative Porenvolumen der Trennwand 1 ist ein Wert, der durch das Quecksilber-Einpressverfahren gemessen wird. Das kumulative Porenvolumen der Trennwand 1 kann beispielsweise unter Verwendung von Autopore 9500 (Produktname), hergestellt von Micromeritics, gemessen werden. Die Messung des kumulativen Porenvolumens der Trennwand 1 kann durch das folgende Verfahren ausgeführt werden. Zuerst wird ein Teil der Trennwand 1 aus dem Wabenfilter 100 herausgeschnitten, um ein Prüfstück zum Messen des kumulativen Porenvolumens herzustellen. Die Größe des Prüfstücks ist nicht besonders eingeschränkt, das Prüfstück ist jedoch beispielsweise vorzugsweise ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge, einer Breite und einer Höhe von etwa 10 mm, etwa 10 mm bzw. etwa 20 mm. Der Abschnitt der Trennwand 1, aus dem das Prüfstück herausgeschnitten wird, ist nicht besonders eingeschränkt, jedoch wird das Prüfstück vorzugsweise durch Schneiden aus der Nähe der Mitte des Wabenstrukturkörpers in axialer Richtung hergestellt. Das erhaltene Prüfstück wird in eine Messzelle einer Messvorrichtung platziert, und das Innere der Messzelle wird drucklos gemacht. Als Nächstes wird Quecksilber in die Messzelle eingeleitet. Als Nächstes wird das in die Messzelle eingeleitete Quecksilber unter Druck gesetzt, und das Volumen des Quecksilbers, das während der Druckbehandlung in die im Prüfstück existierenden Poren gepresst wird, wird gemessen. Zu diesem Zeitpunkt wird, wenn der Druck auf das Quecksilber erhöht wird, das Quecksilber in die Poren fortschreitend von den Poren mit größerem Porendurchmesser und dann in die Poren mit kleinerem Porendurchmesser gepresst. Daher kann die Beziehung zwischen „den Porendurchmessern der in dem Prüfstück gebildeten Poren“ und „dem kumulativen Porenvolumen“ aus der Beziehung zwischen „dem dem Quecksilber zuzuführenden Druck“ und „dem in die Poren gepressten Quecksilbervolumen“ bestimmt werden. Insbesondere dringt, wie vorstehend beschrieben, durch das Quecksilber-Einpressverfahren, wenn allmählich ein Druck auf das Quecksilber ausgeübt wird, um in die Poren der Probe (Teststück) in einem vakuumversiegelten Behälter einzudringen, das unter Druck gesetzte Quecksilber in die größeren Poren und dann in die kleineren Poren der Probe ein. Basierend auf dem Druck und der Menge des zu diesem Zeitpunkt eingedrungenen Quecksilbers können die Porendurchmesser der in der Probe gebildeten Poren und die Volumen der Poren berechnet werden. Nachstehend muss, wenn die Porendurchmesser mit D1, D2, D3 ... bezeichnet sind, die Beziehung D1>D2>D3 ... erfüllt sein. In diesem Fall kann der mittlere Porendurchmesser D zwischen den Messpunkten (z. B. von D1 bis D2) auf der horizontalen Achse durch „den mittleren Porendurchmesser D = (D1 + D2) / 2“ angegeben sein. Das logarithmische differenzielle Porenvolumen auf der vertikalen Achse kann durch einen Wert angegeben werden, der sich aus der Division eines Inkrements dV des Porenvolumens zwischen Messpunkten durch einen Differenzwert erhalten wird, der als Logarithmus der Porendurchmesser behandelt wird (d. h. „log (D1) - log (D2)“).
  • Die Dicke der Trennwand 1 ist 0,217 mm oder kleiner. Die Dicke der Trennwand 1 kann beispielsweise unter Verwendung eines Rasterelektronenmikroskops oder eines Mikroskops gemessen werden. Falls die Dicke der Trennwand 10,217 mm übersteigt, wird ein Anstieg des Druckverlustes nicht ausreichend unterdrückt. Die Dicke der Trennwand 1 ist vorzugsweise 0,204 mm oder kleiner. Die Untergrenze der Dicke der Trennwand 1 ist nicht besonders eingeschränkt, falls jedoch die Dicke der Trennwand 1 beispielsweise extrem dünn ist, können die Abfangleistung und die mechanische Festigkeit beeinträchtigt sein. Aus diesem Grund kann die Untergrenze für die Dicke der Trennwand 10,152 mm sein, ohne jedoch besonders eingeschränkt zu sein.
  • Der Wabenfilter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform besitzt eine hervorragende Abfangleistung und kann einen Anstieg des Druckverlustes unterdrücken. Beispielsweise erreicht der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Einstellen der Dicke, der Porosität und des mittleren Porendurchmessers der Trennwand auf die vorstehend beschriebenen Zahlenbereiche eine hervorragende Abfangleistung. Insbesondere wird durch Reduzieren des mittleren Porendurchmessers der Trennwand 1 eine ganz besonders hervorragende Abfangleistung erreicht. Andererseits wird durch die Erhöhung der Anzahl der auf der Oberfläche der Trennwand 1 geöffneten Poren der Abgasstrom durch die Trennwand 1 gleichmäßig gemacht, und der Anstieg des Druckverlustes, der durch das Reduzieren des mittleren Porendurchmessers der Trennwände 1 verursacht wird, wird verhindert oder unterdrückt. Der Wabenfilter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann eine hervorragende Abfangleistung realisieren und einen Anstieg des Druckverlustes effektiv unterdrücken, was vorzugsweise beispielsweise dem Dünnermachen und der höheren Porosität der Trennwand entspricht.
  • Das Material der Trennwand 1 ist nicht besonders eingeschränkt, und es kann irgendein poröses Material verwendet werden, solange die Porendurchmesserverteilung der Trennwand 1, die Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand 1 und der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) der Poren die vorstehend beschriebene Konfiguration erfüllen. Beispielsweise enthält das Material der Trennwand 1 vorzugsweise wenigstens eine Art, die aus der Gruppe bestehend aus Cordierit, Siliziumkarbid, Silizium-Siliziumkarbid-Verbundmaterial, Cordierit-Siliziumkarbid-Verbundmaterial, Siliziumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid und Aluminiumtitanat ausgewählt ist. Das Material, das die Trennwand 1 bildet, ist vorzugsweise ein Material, das 90 Masseprozent oder mehr der in der vorstehenden Gruppe aufgeführten Materialien enthält, ist ferner vorzugsweise ein Material, das 92 Masseprozent oder mehr der in der vorstehenden Gruppe aufgeführten Materialien enthält, und ist besonders bevorzugt ein Material, das 95 Masseprozent oder mehr der in der vorstehenden Gruppe aufgeführten Materialien enthält. Das Silizium-Siliziumkarbid-Verbundmaterial ist ein Verbundmaterial, das unter Verwendung von Siliziumkarbid als Aggregat und Silizium als Bindemittel gebildet ist. Das Cordierit-Siliziumkarbid-Verbundmaterial ist ein Verbundmaterial, das unter Verwendung von Siliziumkarbid als Aggregat und Cordierit als Bindemittel gebildet ist. Bei dem Wabenfilter 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist das Material, aus dem die Trennwand 1 besteht, besonders bevorzugt ein Material, das Cordierit als Hauptkomponente enthält.
  • Die Form der Zellen 2, die in dem Wabenstrukturkörper 4 gebildet sind, ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann die Form der Zellen 2 in einem Schnitt, der orthogonal zur Erstreckungsrichtung der Zellen 2 ist, eine polygonale Form, eine kreisförmige Form, eine elliptische Form und dergleichen enthalten. Die polygonale Form kann ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck, ein Achteck und dergleichen enthalten. Die Form der Zellen 2 ist vorzugsweise ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck oder ein Achteck. Außerdem können in Bezug auf die Formen der Zellen 2 alle Zellen 2 die gleiche Form oder unterschiedliche Formen aufweisen. Beispielsweise können, obwohl es nicht gezeigt ist, viereckige Zellen und achteckige Zellen gemischt sein. Ferner können in Bezug auf die Größen der Zellen 2 alle Zellen 2 die gleiche Größe oder unterschiedliche Größen aufweisen. Zum Beispiel können, obwohl es nicht gezeigt ist, unter den mehreren Zellen einige Zellen groß sein, und andere Zellen können relativ klein sein. In der vorliegenden Erfindung bedeuten die Zellen 2 die von der Trennwand 1 umgebenen Räume.
  • Die Zellendichte der Zellen 2, die durch die Trennwand 1 definiert sind, ist vorzugsweise im Bereich von 43 bis 56 Zellen/cm2, weiter bevorzugt im Bereich von 48 bis 51 Zellen/cm2. Mit dieser Konfiguration kann der Wabenfilter 100 vorzugsweise als Filter zur Reinigung des von einer Kraftfahrzeugkraftmaschine ausgestoßenen Abgases verwendet werden.
  • Die Umfangswand 3 des Wabenstrukturkörpers 4 kann mit der Trennwand 1 integral konfiguriert sein, oder kann aus einer umlaufenden Beschichtungsschicht bestehen, die durch Aufbringen eines umlaufenden Beschichtungsmaterials auf die Umfangsseite der Trennwand 1 gebildet ist. Beispielsweise kann, obwohl nicht gezeigt, die umlaufende Beschichtungsschicht auf der Umfangsseite der Trennwand vorgesehen sein, nachdem die Trennwand und die Umfangswand integral gebildet worden sind, und dann wird die gebildete Umfangswand durch ein bekanntes Verfahren, wie z. B. Schleifen, in einem Herstellungsprozess entfernt.
  • Die Form des Wabenstrukturkörpers 4 ist nicht besonders eingeschränkt. Die Form des Wabenstrukturkörpers 4 kann eine Säulenform sein, in der eine Form der ersten Stirnfläche 11 (beispielsweise der Einströmungsstirnfläche) und der zweiten Stirnfläche 12 (beispielsweise der Ausströmungsstirnfläche) eine runde Form, eine elliptische Form, eine polygonale Form oder dergleichen enthält.
  • Die Größe des Wabenstrukturkörpers 4, beispielsweise die Länge von der ersten Stirnfläche 11 zu der zweiten Stirnfläche 12, und die Größe eines Schnitts orthogonal zu der Erstreckungsrichtung der Zellen 2 des Wabenstrukturkörpers 4 sind nicht besonders eingeschränkt. Jede Größe kann wie jeweils erforderlich so gewählt werden, dass eine optimale Reinigungsleistung erhalten wird, wenn der Wabenfilter 100 als Filter zur Abgasreinigung verwendet wird.
  • In dem Wabenfilter 100 sind die Abdichtungsabschnitte 5 an den offenen Enden auf der Seite der ersten Stirnfläche 11 der vorbestimmten Zellen 2 und an den offenen Enden auf der Seite der zweiten Stirnfläche 12 der übrigen Zellen 2 angeordnet. Falls die erste Stirnfläche 11 als die Einströmungsstirnfläche definiert ist und die zweite Stirnfläche 12 als die Ausströmungsstirnfläche definiert ist, sind die Zellen 2, deren Abdichtungsabschnitte 5 an den offenen Enden auf der Ausströmungsstirnflächenseite angeordnet sind und deren Einströmungsstirnflächenseite offen ist, als Einströmungszellen 2a definiert. Außerdem sind die Zellen 2, deren Abdichtungsabschnitte 5 an den offenen Enden auf der Einströmungsstirnflächenseite angeordnet sind und deren Ausströmungsstirnflächenseite offen ist, als Ausströmungszellen 2b definiert. Die Einströmungszellen 2a und die Ausströmungszellen 2b sind vorzugsweise abwechselnd angeordnet, wobei die Trennwand 1 dazwischen liegt. Dadurch wird vorzugsweise ein Schachbrettmuster durch die Abdichtungsabschnitte 5 und „die offenen Enden der Zellen 2“ an beiden Stirnflächen des Wabenfilters 100 gebildet.
  • Das Material der Abdichtungsabschnitte 5 ist vorzugsweise ein Material, das als das Material der Trennwand 1 bevorzugt ist. Das Material der Abdichtungsabschnitte 5 und das Material der Trennwand 1 können gleich oder unterschiedlich sein.
  • In dem Wabenfilter 100 ist die Trennwand 1, die die mehreren Zellen 2 definiert, vorzugsweise mit einem Katalysator zur Abgasreinigung beladen. Das Beladen der Trennwand 1 mit einem Katalysator bezieht sich auf das Beschichten des Katalysators auf die Oberfläche der Trennwand 1 und der Innenwände der in der Trennwand 1 gebildeten Poren.
  • (2) Herstellungsverfahren des Wabenfilters
  • Es gibt keine besondere Einschränkung für das Herstellungsverfahren des Wabenfilters gemäß der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform, und der Wabenfilter kann beispielsweise nach dem folgenden Verfahren hergestellt werden. Zuerst wird ein plastisches geknetetes Material vorbereitet, um einen Wabenstrukturkörper herzustellen.. Das geknetete Material zum Herstellen des Wabenkörpers kann beispielsweise wie folgt vorbereitet werden. Talkum, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Siliziumdioxid und dergleichen werden als Ausgangsmaterialpulver verwendet, und diese Ausgangsmaterialpulver können so vorbereitet werden, dass sie eine chemische Zusammensetzung erhalten, die Siliziumdioxid im Bereich von 42 bis 56 Massenprozent, Aluminiumoxid im Bereich von 30 bis 45 Massenprozent und Magnesiumoxid im Bereich von 12 bis 16 Massenprozent enthält.
  • In dem Wabenfilter gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind die Werte von D10 und D90 in der Porendurchmesserverteilung der Trennwand innerhalb vorbestimmter Zahlenbereiche, und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) ist 0,84 oder kleiner. Zusätzlich sind die Anzahl der Poren (/mm2) auf der Oberfläche der Trennwand und der mittlere Öffnungsdurchmesser (µm) der Poren ebenfalls innerhalb spezieller Zahlenbereiche. Beispiele für das Verfahren zum Herstellen eines solchen Wabenfilters enthalten ein Verfahren zum Verwenden eines Ausgangsmaterials, das wenigstens eines aus Quarzglas und porösem Siliziumdioxid als Ausgangsmaterial des gekneteten Materials enthält, und Anpassen der Verteilung von Quarzglas und porösem Siliziumdioxid, die in einem solchen Ausgangsmaterial enthalten sind.
  • Als Nächstes wird das so erhaltene geknetete Material extrudiert, um einen wabenförmigen Körper herzustellen, der eine Trennwand, die mehrere Zellen definiert, und eine Außenwand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwand umschließt, aufweist.
  • Der so erhaltene wabenförmige Körper wird beispielsweise durch Mikrowellen und Heißluft getrocknet, und die offenen Enden der Zellen werden unter Verwendung des gleichen Materials, das zum Herstellen des Wabenkörpers verwendet wird, abgedichtet, wodurch die Abdichtungsabschnitte hergestellt werden. Der wabenförmige Körper kann nach der Herstellung der Abdichtungsabschnitte weiter getrocknet werden.
  • Als Nächstes wird ein Wabenfilter hergestellt, indem der wabenförmige Körper, in dem die Abdichtungsabschnitte hergestellt wurden, gebrannt wird. Eine Brenntemperatur und eine Brennatmosphäre unterscheiden sich abhängig von dem Ausgangsmaterial, und Fachleute können die Brenntemperatur und die Brennatmosphäre auswählen, die die für das ausgewählte Material am besten geeigneten sind.
  • (Beispiele)
  • Das Folgende beschreibt die vorliegende Erfindung spezifischer anhand von Beispielen, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Ein geknetetes Material wurde vorbereitet, indem ein Porenbildner von 2,0 Masseteilen, ein Dispergiermedium von 1,0 Masseteilen und ein organisches Bindemittel von 6 Masseteilen zu einem Cordierit-bildenden Ausgangsmaterial von 100 Masseteilen hinzugefügt, gemischt und geknetet wurden. Als organisches Bindemittel wurde Methylcellulose verwendet. Als Dispergiermittel wurde eine Kaliumlauratseife verwendet. Als Porenbildner wurde ein wasserabsorbierendes Polymer mit einem mittleren Partikeldurchmesser von 20 µm verwendet. Talkum, Kaolin, Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid und poröses Siliziumdioxid wurden als Cordierit-bildendes Ausgangsmaterial verwendet.
  • Als Nächstes wurde das erhaltene geknetete Material unter Verwendung eines Extruders geformt, um einen wabenförmigen Körper herzustellen.. Als Nächstes wurde der erhaltene wabenförmige Körper durch dielektrische Hochfrequenzerwärmung getrocknet und dann unter Verwendung eines Heißlufttrockners weiter getrocknet. Die Form der Zellen in dem wabenförmigen Körper war viereckig.
  • Als nächstes wurden die Abdichtungsabschnitte in dem getrockneten wabenförmigen Körper gebildet. Zuerst wurde die Einströmungsstirnfläche des wabenförmigen Körpers maskiert. Als Nächstes wurde der mit der Maske versehene Endabschnitt (der Endabschnitt auf Einströmungsstirnflächenseite) in die Abdichtungsaufschlämmung getaucht, und die offenen Enden der Zellen ohne Maske (die Ausströmungszellen) wurden mit der Abdichtungsaufschlämmung aufgefüllt. Auf diese Weise wurden die Abdichtungsabschnitte auf der Einströmungsstirnflächenseite des wabenförmigen Körpers gebildet. Dann wurden die Abdichtungsabschnitte auch in den Einströmungszellen auf die gleiche Weise für die Ausströmungsstirnfläche des getrockneten wabenförmigen Körpers gebildet.
  • Als Nächstes wurde der wabenförmige Körper, in dem die Abdichtungsabschnitte gebildet worden sind, mit einem Mikrowellentrockner getrocknet und weiter mit einem Heißlufttrockner vollständig getrocknet, und dann wurden beide Stirnflächen des wabenförmigen Körpers geschnitten und auf eine vorbestimmte Größe angepasst. Der getrocknete wabenförmige Körper wurde entfettet und gebrannt, um den Wabenfilter von Beispiel 1 herzustellen.
  • Der Wabenfilter aus Beispiel 1 hatte einen Durchmesser der Stirnflächen von 228,6 mm und eine Länge in Erstreckungsrichtung der Zellen von 184,2 mm. Ferner war die Dicke der Trennwand 0,191 mm, und die Zellendichte war 50 Zellen/cm2. Die Dicke der Trennwand und die Zellendichte sind in Tabelle 1 gezeigt.
  • An dem Wabenfilter aus Beispiel 1 wurde die Porosität der Trennwand nach dem folgenden Verfahren gemessen. Das kumulative Porenvolumen der Trennwand wurde ebenfalls gemessen, und basierend auf dem Messergebnis wurde eine Porendurchmesserverteilung, die den Porendurchmesser (µm) auf der horizontalen Achse und das logarithmische differentielle Porenvolumen (cm3/g) auf der vertikalen Achse angibt, erzeugt, und D10 (µm), D50 (µm) und D90 (µm) der erzeugten Porendurchmesserverteilung wurden bestimmt. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis. D50 (µm) ist der mittlere Porendurchmesser (µm) der Trennwand. Die Werte von (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) wurden aus den Werten von D10 (µm), D50 (µm) und D90 (µm) berechnet. Die berechneten Werte sind in der Spalte „Gleichung (1)“ in Tabelle 1 gezeigt. In Tabelle 1 repräsentiert Gleichung (1) (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50). Zusätzlich repräsentiert D50 (µm) den mittleren Porendurchmesser (µm) der Trennwand. [Tabelle 1]
    Dicke der Trennwand (mm) Zellendichte (Zellen/cm2) Porosität (%) D50 (mittlerer Porendurchmesser) (µm) D10 (µm) D90 (µm) Anzahl von Poren (/mm2) Mittlerer Öffnungsdurchmesser der Poren (µm) Gleichung (1) *Anm. 1
    Vergleichsbeispiel 1 0,191 48 57,0 14,0 6,0 31,0 600 13,8 0,62
    Vergleichsbeispiel 2 0,193 49 57,5 11,0 3,3 23,0 780 12,6 0,81
    Vergleichsbeispiel 3 0,188 50 61,0 8,0 3,7 15,0 1550 6,6 0,67
    Vergleichsbeispiel 4 0,196 50 56,5 8,2 3,7 13,9 1393 7,6 0,63
    Vergleichsbeispiel 5 0,193 51 63,4 10,5 5,2 20,0 1080 10,0 0,57
    Vergleichsbeispiel 6 0,196 51 59,3 5,8 2,8 12,0 1250 8,8 0,83
    Vergleichsbeispiel 7 0,185 49 59,5 14,5 7,3 28,0 830 12,3 0,50
    Vergleichsbeispiel 8 0,229 51 59,8 10,4 5,1 18,8 970 11,0 0,56
    Beispiel 1 0,191 50 59,6 10,2 5,0 18,6 1000 10,8 0,57
    Beispiel 2 0,177 51 61,0 10,0 4,9 18,1 1050 10,8 0,57
    Beispiel 3 0,196 51 57,7 8,8 4,4 16,1 1085 10,3 0,60
    Beispiel 4 0,188 50 58,9 9,6 5,6 16,5 1245 8,9 0,48
    Beispiel 5 0,185 50 58,1 8,0 3,7 15,0 1100 10,1 0,67
    Beispiel 6 0,198 50 59,2 12,0 5,9 26,2 905 11,7 0,60
    Beispiel 7 0,191 51 61,8 10,2 4,9 19,3 980 10,8 0,59
    Beispiel 8 0,203 51 59,8 9,8 4,8 18,1 1050 10,6 0,58
    Beispiel 9 0,193 51 57,2 9,8 4,6 17,0 1060 10,5 0,57
    Beispiel 10 0,196 50 58,1 6,6 3,2 13,3 1176 9,6 0,75
    Beispiel 11 0,185 51 62,3 8,2 3,8 15,5 1500 6,8 0,67
    Beispiel 12 0,188 51 59,8 13,5 6,8 26,7 820 12,4 0,53
    Beispiel 13 0,191 50 62,8 11,0 5,3 21,0 980 11,2 0,57
    Beispiel 14 0,213 51 60,3 9,9 4,8 17,9 1070 10,6 0,57
    Bemerkungen *Anmerkung 1: Gleichung (1) repräsentiert (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50).
  • Porosität
  • Die Porosität der Trennwand 1 wurde unter Verwendung von Autopore 9500 (Produktname), hergestellt von Micromeritics, gemessen. Bei der Messung der Porosität wurde ein Teil der Trennwand aus dem Wabenfilter herausgeschnitten, um ein Prüfstück zu erhalten, und die Porosität unter Verwendung des erhaltenen Prüfstücks gemessen. Das Prüfstück war ein rechteckiges Parallelepiped mit einer Länge, einer Breite und einer Höhe von etwa 10 mm, etwa 10 mm bzw. etwa 20 mm. Der Probeentnahmeort des Prüfstücks war in der Nähe der Mitte des Wabenstrukturkörpers in der axialen Richtung eingestellt.
  • Kumulatives Porenvolumen (D10, D50, D90, und Gleichung (1))
  • Das kumulative Porenvolumen der Trennwand wurde unter Verwendung von Autopore 9500 (Produktname), hergestellt von Micromeritics, gemessen. Auch bei der Messung des kumulativen Porenvolumens wurde das zum Messen der der Porosität verwendete Prüfstück verwendet.
  • Auf dem Wabenfilter aus Beispiel 1 wurden die Druckverlustleistung, die Abfangleistung und die isostatische Festigkeit mit den folgenden Verfahren bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • Bewertung der Druckverlustleistung
  • Es wurde ermöglicht, dass Abgas, das aus einer 6,7-Liter-Dieselkraftmaschine ausgestoßen wurde, in die Wabenfilter jedes Beispiels und Vergleichsbeispiels strömte, und der Ruß in dem Abgas wurde an der Trennwand des Wabenfilters abgefangen. Das Abfangen von Ruß wurde ausgeführt, wird die Ablagerungsmenge der Rußpartikel pro Volumeneinheit (1 l) des Wabenfilters 3 g/l war. Dann wurde ermöglicht, dass das Abgas bei 200 °C mit einer Strömungsrate von 12 Nm3/min in den Wabenfilter strömte, wobei die Ablagerungsmenge der Rußpartikel 3 g/l war, und die Drücke in den Wabenfilter der Einströmungsendflächenseite und der Ausströmungsendflächenseite des Wabenfilters wurden gemessen. Dann wurde der Druckverlust (kPa) jedes der Wabenfilter durch Berechnen der Druckdifferenz zwischen der Einströmungsstirnflächenseite und der Ausströmungsstirnflächenseite bestimmt. Die Wabenfilter jedes Beispiels und Vergleichsbeispiels wurden basierend auf den folgenden Bewertungskriterien bewertet. Zuerst wurde der Wert des Druckverlustes des Wabenfilters aus Vergleichsbeispiel 1 mit Po bezeichnet, der Wert des Druckverlustes jedes Wabenfilters mit Px bezeichnet, und der Wert von (Px-P0)/P0 wurde berechnet. Der berechnete Wert wurde als „Druckverlustverhältnis (%)“ definiert, und der Fall, in dem das Druckverlustverhältnis (%) ein negativer Wert (kleiner als 0 %) ist, wurde als bestanden betrachtet, und der Fall, in dem das Druckverlustverhältnis (%) 0 % oder größer ist, wurde als fehlerhaft betrachtet.
  • Bewertung der Abfangleistung
  • Es wurde ermöglicht, dass Abgas, das aus einer 6,7-Liter-Dieselkraftmaschine ausgestoßen wurde, in die Wabenfilter jedes Beispiels und Vergleichsbeispiel strömte, der Ruß in dem Abgas wurde an der Trennwand des Wabenfilters abgefangen. Bei der Bestimmung der Anzahl der Rußpartikel ist angenommen, dass die Gesamtzahl der Rußpartikel, die nach dem WHTC- („World Harmonized Transient Cycle“-) Betrieb ausgestoßen werden, die Anzahl der Rußpartikel des zu bestimmenden Wabenfilters ist, und die Wabenfilter jedes Beispiels und des Vergleichsbeispiels wurden basierend auf den folgenden Bewertungskriterien bewertet. Zuerst wurde die Anzahl der Rußpartikel, die aus dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 1 ausgestoßen wurden, mit No bezeichnet, die Anzahl der Rußpartikel, die aus jedem Wabenfilter ausgestoßen wurden, wurde mit Nx bezeichnet, und der Wert von (Nx-N0)/N0 wurde berechnet. Der berechnete Wert wurde als „Zahlenverhältnis des Rußausstoßes (%)“ definiert, und der Fall, in dem das Zahlenverhältnis des Rußausstoßes (%) ein negativer Wert (kleiner als 0 %) ist, wurde als bestanden betrachtet, und der Fall, in dem das Zahlenverhältnis des Rußausstoßes (%) 0 % oder größer ist, wurde als fehlerhaft betrachtet.
  • Bewertung der isostatischen Festigkeit
  • Die isostatischen Festigkeit (MPa) der Wabenfilter jedes Beispiels und des Vergleichsbeispiels wurden nach einem Messverfahren für isostatische Bruchfestigkeit gemessen, spezifiziert im JASO-Standard M505-87, einem Automobilstandard, der von der „Society of Automotive Engineers of Japan, Inc.“ herausgegeben wird. Bei der Bewertung der isostatischen Festigkeit wurde der Fall, in dem die isostatische Festigkeit 0,7 MPa oder größer ist, als bestanden betrachtet, und der Fall, in dem die isostatische Festigkeit kleiner als 0,7 MPa ist, wurde als fehlerhaft betrachtet. [Tabelle 2]
    Bewertung der Druckverlustleistung Bewertung der Abfangleistung Bewertung der isostatischen Festigkeit (MPa)
    Vergleichsbeispiel 1 0 % 0% 2,2
    Vergleichsbeispiel 2 10 % -25 % 2,2
    Vergleichsbeispiel 3 -19 % -82 % 0,6
    Vergleichsbeispiel 4 2 % -78 % 2,0
    Vergleichsbeispiel 5 -25 % -43 % 0,6
    Vergleichsbeispiel 6 3 % -90 % 1,5
    Vergleichsbeispiel 7 -8 % 14% 1,6
    Vergleichsbeispiel 8 3 % -66 % 2,5
    Beispiel 1 -13 % -51 % 1,5
    Beispiel 2 -17 % -56 % 1,4
    Beispiel 3 -6 % -70 % 1,8
    Beispiel 4 -16 % -69 % 1,7
    Beispiel 5 -5 % -80 % 1,6
    Beispiel 6 -13 % -22 % 1,5
    Beispiel 7 -19 % -51 % 1,2
    Beispiel 8 -8 % -58 % 1,8
    Beispiel 9 -1 % -56 % 2,0
    Beispiel 10 -5 % -89 % 1,6
    Beispiel 11 -23 % -78 % 0,7
    Beispiel 12 -13 % -7 % 1,3
    Beispiel 13 -21 % -40 % 0,8
    Beispiel 14 -2 % -61 % 2,2
  • (Beispiele 2 bis 14)
  • In den Beispielen 2 bis 14 wurden die Wabenfilter mit der in Tabelle 1 angegebenen Dicke der Trennwand und Zellendichte unter Verwendung des nachstehend gezeigten Ausgangsmaterials bei der Vorbereitung des gekneteten Materials zum Herstellen der wabenförmigen Körper hergestellt. In dem erhaltenen Wabenfilter wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 die Porosität der Trennwand gemessen. Das kumulative Porenvolumen der Trennwand wurde ebenfalls gemessen, und D10 (µm), D50 (µm) und D90 (µm) wurden aus der Porendurchmesserverteilung basierend auf dem Messergebnis bestimmt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. In den Beispielen 2 bis 14 wurden der mittlere Partikeldurchmesser des wasserabsorbierenden Polymers und dergleichen, das Mischungsverhältnis und der zuzusetzende Wassergehalt im Ausgangsmaterial verändert.
  • (Vergleichsbeispiele 1 bis 8)
  • In den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 wurden die Wabenfilter mit der in den Tabellen 1 angegebenen Dicke der Trennwand und Zellendichte unter Verwendung des nachstehend gezeigten Ausgangsmaterials bei der Vorbereitung des gekneteten Materials zum Herstellen der wabenförmigen Körper hergestellt. In dem erhaltenen Wabenfilter wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 die Porosität der Trennwand gemessen. Das kumulative Porenvolumen der Trennwand wurde ebenfalls gemessen, und D10 (µm), D50 (µm) und D90 (µm) wurden aus der Porendurchmesserverteilung basierend auf dem Messergebnis bestimmt. Tabelle 1 zeigt die Ergebnisse. In den Vergleichsbeispielen 1 bis 8 wurden der mittlere Partikeldurchmesser des wasserabsorbierenden Polymers und dergleichen, das Mischungsverhältnis und der zuzusetzende Wassergehalt im Ausgangsmaterial verändert. Zusätzlich wurde in einigen Vergleichsbeispielen dem Porenbildner ein porenbildendes Harz hinzugefügt.
  • Bei den Wabenfiltern der Beispiele 2 bis 14 und der Vergleichsbeispiele 1 bis 8 wurden die Druckverlustleistung, die Abfangleistung und die isostatische Festigkeit auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 gezeigt.
  • (Ergebnisse)
  • Es wurde bestätigt, dass die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 14 jede Leistung des Wabenfilters des Vergleichsbeispiels 1, das bei allen Bewertungen der Druckverlustleistung, der Abfangleistung und der isostatischen Festigkeit als Referenz dient, übertrafen. Daher sind die Wabenfilter der Beispiele 1 bis 14 hervorragend in der Abfangleistung und können einen Anstieg des Druckverlustes im Vergleich zu einem herkömmlichen Wabenfilter wie z. B. dem Wabenfilter von Vergleichsbeispiel 1 effektiv unterdrücken.
  • Andererseits waren die Wabenfilter der Vergleichsbeispiele 2 bis 8 unter der Leistung des Wabenfilters von Vergleichsbeispiel 1, das als Referenz bei der Bewertung der Druckverlustleistung, der Abfangleistung oder der isostatischen Festigkeit dient.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 2 war die Anzahl der Poren auf der Oberfläche der Trennwand nur 780 /mm2, und die Druckverlustleistung war schlecht.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 3 war die Anzahl der Poren auf der Oberfläche der Trennwand mit 1550 /mm2 groß, und die isostatische Festigkeit war gering.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 4 war die Porosität der Trennwand nur 56,5 %, und die Druckverlustleistung war schlecht.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 5 war die Porosität der Trennwand mit 63,4 % hoch, und die isostatische Festigkeit war gering.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 6 waren die Werte von D10, D50 und D90 niedriger als die vorbestimmten Zahlenbereiche, und die Druckverlustleistung war schlecht.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 7 überstiegen die Werte von D10, D50 und D90 die vorbestimmten Zahlenbereiche, und die Abfangleistung war schlecht.
  • In dem Wabenfilter des Vergleichsbeispiels 8 war die Trennwanddicke 0,229 mm dick, die Werte von D10 und D90 lagen außerhalb der vorbestimmten Zahlenbereiche und die Druckverlustleistung war schlecht.
  • Gewerbliche Verwertbarkeit
  • Der Wabenfilter gemäß der vorliegenden Erfindung kann als Abfangfilter zum Entfernen von im Abgas enthaltenen Partikeln und dergleichen verwendet werden.
  • Beschreibung der Bezugszeichen
  • 1: Trennwand; 2: Zelle; 2a: Einströmungszelle; 2b: Ausströmungszelle; 3: Umfangswand; 4: Wabenstrukturkörper; 5: Abdichtungsabschnitt; 11: erste Stirnfläche; 12: zweite Stirnfläche; und 100: Wabenfilter.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • JP 2022057086 [0001]
    • JP 2019171318 A [0005]

Claims (4)

  1. Wabenfilter, der umfasst: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit einer porösen Trennwand, die so angeordnet ist, dass sie mehreren Zellen, die als Fluiddurchgangskanäle dienen, die sich von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstrecken, umgibt; und einen Abdichtungsabschnitt, der an einem offenen Ende auf der ersten Stirnflächenseite oder der zweiten Stirnflächenseite jeder der Zellen vorgesehen ist, wobei eine Dicke der Trennwand 0,217 mm oder kleiner ist, eine Porosität der Trennwand im Bereich von 57 bis 63 % ist, ein mittlerer Porendurchmesser der Trennwand im Bereich von 6 bis 14 µm ist, die Anzahl der Poren pro Flächeneinheit, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die einen äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 800 bis 1500 /mm2 ist, ein mittlerer äquivalenter Kreisöffnungsdurchmesser von Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die einen äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 6,7 bis 12,5 µm ist, und in einer Porendurchmesserverteilung der Trennwand, in dem Fall, in dem der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 10 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D10 bezeichnet ist, der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 50 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D50 bezeichnet ist, und der Porendurchmesser (µm), dessen kumulatives Porenvolumen 90 % des gesamten Porenvolumens ist, mit D90 bezeichnet ist, D10 im Bereich von 3,0 bis 7,0 µm ist, D90 im Bereich von 13,0 bis 27,0 µm ist und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,75 oder kleiner ist.
  2. Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei die Dicke der Trennwand 0,204 mm oder kleiner ist, die Porosität der Trennwand im Bereich von 58 bis 62 % ist, der mittlere Porendurchmesser der Trennwand im Bereich von 8 bis 12 µm ist, die Anzahl der Poren pro Flächeneinheit, die an der Oberfläche der Trennwand existieren und die einen äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 900 bis 1250 /mm2 ist, der mittlere äquivalente Kreisöffnungsdurchmesser der Poren, die an einer Oberfläche der Trennwand existieren und die einen äquivalenten Kreisöffnungsdurchmesser von mehr als 3 µm aufweisen, im Bereich von 8,9 bis 11,7 µm ist, D10 im Bereich von 3,7 bis 5,9 µm ist, D90 im Bereich von 15,0 bis 26,0 µm ist und (Log(D90)-Log(D10))/Log(D50) gleich 0,67 oder kleiner ist.
  3. Wabenfilter nach Anspruch 1 oder 2, wobei eine Zellendichte des Wabenstrukturkörpers im Bereich von 43 bis 56 Zellen/cm2 ist.
  4. Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trennwand aus einem Material, das als Hauptbestandteil Cordierit enthält, hergestellt ist.
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