DE112020004309T5

DE112020004309T5 - Wabenstruktur und abgasreinigungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112020004309T5
Application number: DE112020004309.6T
Authority: DE
Inventors: Shuichi Ichikawa; Takuya Ishihara; Yukio Miyairi; Masaaki Masuda
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2020-05-07
Publication date: 2022-05-25
Anticipated expiration: 2040-05-08
Also published as: JP7313456B2; CN114286718A; CN117323743A; WO2021049095A1; US20220118391A1; JPWO2021049095A1; DE112020004309B4; CN114286718B

Abstract

Eine säulenförmige Wabenstruktur, die säulenförmige Wabensegmente, die über Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden sind, enthält, wobei jedes der säulenförmigen Wabensegmente enthält: eine äußere Umfangswand; und eine poröse Trennwand, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden, und wobei ein Metallelement in jede der Verbindungsmaterialschichten eingebettet ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur und eine Abgasreinigungsvorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Abgase von Kraftfahrzeugen enthalten typischerweise als Ergebnis einer unvollständigen Verbrennung schädliche Komponenten, wie z. B. Kohlenmonoxid, Kohlenwasserstoffe und Stickstoffoxide und/oder feine Kohlenstoffpartikeln oder dergleichen. Unter dem Gesichtspunkt des Verringerns der Gesundheitsrisiken für den menschlichen Körper besteht ein zunehmender Bedarf, die schädlichen Gaskomponenten und Feinpartikel in den Abgasen von Kraftfahrzeugen zu verringern.
Gegenwärtig werden diese schädlichen Komponenten jedoch während eines Zeitraums unmittelbar nach dem Start einer Kraftmaschine, d. h., in einem Zeitraum, in dem die Katalysatortemperatur niedriger und eine katalytische Aktivität unzureichend ist, ausgestoßen. Deshalb können die schädlichen Komponenten im Abgas vor dem Erreichen der Katalysatoraktivierungstemperatur ausgestoßen werden, ohne durch den Katalysator gereinigt zu werden. Um einem derartigen Bedarf zu entsprechen, ist es notwendig, die Emissionen so weit wie möglich zu verringern, die ausgestoßen werden, ohne durch einen Katalysator vor dem Erreichen der Katalysatoraktivitätstemperatur gereinigt zu werden. Im Stand der Technik sind z. B. Maßnahmen unter Verwendung einer Induktionsheiztechnik bekannt.
Als eine derartige Technik schlägt die Patentliteratur 1 eine Technik zum Einfügen eines Magnetdrahtes in einen Teil der Zellen einer Cordierit-Wabe vor, die weithin als eine katalysatorgestützte Wabe verwendet wird. Gemäß dieser Technik kann ein Strom durch die Spule am äußeren Umfang der Wabe geleitet werden, um eine Drahttemperatur durch Induktionserwärmung zu erhöhen, wobei seine Wärme eine Temperatur der Wabe erhöhen kann.
LISTE DER ENTGEGENHALTUNGEN
Patentliteratur
[Patentliteratur 1] US-Patentanmeldung, Veröffentlichungs-Nr. 2017/0022868 A1
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Wie in der Patentliteratur 1 offenbart ist, verursacht das Einfügen der Magnetdrähte in einige der Zellen der Wabenstruktur jedoch ein Problem, dass die Zellen mit den eingefügten Magnetdrähten den Strömungsweg zum Ermöglichen, dass das Abgas strömt, opfern, was zu einem erhöhten Druckverlust führt.
In Anbetracht der obigen Umstände ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Wabenstruktur und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die eine gute Unterdrückung des Druckverlustes aufweisen und feine Kohlenstoffpartikeln durch Induktionserwärmung ausbrennen und entfernen können oder einen Katalysator erwärmen können, der auf der Wabenstruktur getragen wird.
Als Ergebnis intensiver Studien haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung festgestellt, dass die obigen Probleme durch das Konfigurieren einer säulenförmigen Wabenstruktur gelöst werden können, die säulenförmige Wabensegmente umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten so miteinander verbunden sind, dass ein Metallelement in jede der Verbindungsmaterialschichten eingebettet ist. Das heißt, die vorliegende Erfindung ist wie folgt spezifiziert:

(1) Eine säulenförmige Wabenstruktur, die säulenförmige Wabensegmente umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden sind, wobei jedes der säulenförmigen Wabensegmente umfasst: eine äußere Umfangswand; und poröse Trennwände, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden, und wobei ein Metallelement in die Verbindungsmaterialschicht eingebettet ist.
(2) Eine säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangswand; und poröse Trennwände, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet sind, wobei die Trennwände mehrere Zellen definieren, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden, wobei ein Metallelement innerhalb der äußeren Umfangswand oder auf einer Oberfläche der äußeren Umfangswand angeordnet ist.
(3) Eine Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst:
- die Wabenstruktur nach (1) oder (2);
- eine Spulenverdrahtung, die einen äußeren Umfang der Wabenstruktur spiralförmig umgibt; und
- ein Metallrohr zum Aufnehmen der Wabenstruktur und der Spulenverdrahtung.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Wabenstruktur und eine Abgasreinigungsvorrichtung zu schaffen, die eine gute Unterdrückung des Druckverlusts aufweisen können und feine Kohlenstoffpartikeln durch Induktionserwärmung ausbrennen und entfernen oder einen Katalysator, der auf der Wabenstruktur getragen wird, erwärmen können.
Figurenliste

1 ist eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Querschnitt parallel zu einer axialen Richtung der Zellen mit abgedichteten Abschnitten und Trennwände eines Wabensegments gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung schematisch zeigt;
4 ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
5 ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 (A) ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
6 (B) ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 (A) ist eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 (B) ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 (C) ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
8 ist eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische Querschnittsansicht senkrecht zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
10 ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 (A) ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
11 (B) ist eine schematische Querschnittsansicht parallel zu einer axialen Richtung einer Wabenstruktur gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
12 ist eine schematische Ansicht eines Abgasströmungsweges einer Abgasreinigungsvorrichtung, die eine Wabenstruktur enthält; und
13 ist eine graphische Darstellung, die die Ergebnisse eines Erwärmungstests für eine Wabenstruktur gemäß einem Beispiel zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen einer Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung bezüglich der Zeichnung beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen eingeschränkt, wobei verschiedene Änderungen, Modifikationen und Verbesserungen basierend auf den Kenntnissen der Fachleute auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
<1. Wabenstruktur>
1 zeigt eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur 10 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 2 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Wabenstruktur 10 senkrecht zur axialen Richtung. Die Wabenstruktur 10 ist durch das Verbinden mehrerer säulenförmiger Wabensegmente 17 über Verbindungsmaterialschichten 18 strukturiert. Jedes der Wabensegmente 17 weist eine äußere Umfangswand 11 und poröse Trennwände 12 auf, die auf einer Innenseite der äußeren Umfangswand 11 angeordnet sind und mehrere Zellen 15 definieren, die sich von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstrecken, um Strömungswege zu bilden.
Ferner kann eine äußere Form der Wabenstruktur 10 eine Form, wie z. B. eine Säulenform mit kreisförmigen Stirnflächen (zylindrische Form), eine Säulenform mit ovalen Stirnflächen und eine Säulenform mit polygonalen (quadratischen, fünfeckigen, sechseckigen, siebeneckigen, achteckigen und dergleichen) Stirnflächen und dergleichen, sein, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt. Weiterhin ist die Größe der Wabenstruktur 10 nicht besonders eingeschränkt, wobei eine axiale Länge der Wabenstruktur vorzugsweise von 40 bis 500 mm beträgt. Wenn z. B. die äußere Form der Wabenstruktur 10 zylindrisch ist, beträgt ferner ein Radius jeder Stirnfläche vorzugsweise von 50 bis 500 mm.
Die äußere Form der Wabenstruktur 10 kann die gleiche wie die jedes der Wabensegmente 17 sein oder sich von dieser unterscheiden. Es können z. B. mehrere säulenförmige Wabensegmente 17 mit viereckigen Stirnflächen über Verbindungsmaterialschichten 18 verbunden sein, um eine Wabenstruktur 10 mit ebenfalls viereckigen Stirnflächen zu bilden. Außerdem können mehrere säulenförmige Wabensegmente 17 mit viereckigen Stirnflächen über die Verbindungsmaterialschichten 18 verbunden sein, um einen verbundenen Körper mit viereckigen Stirnflächen als ein Ganzes zu bilden, wobei ein äußerer Umfang des verbundenen Körpers geschliffen werden kann, um die säulenförmige Wabenstruktur 10 mit kreisförmigen Stirnflächen zu bilden.
Obwohl die Materialien der Trennwände 12 und der äußeren Umfangswand 11 jedes Wabensegments 17 nicht besonders eingeschränkt sind, ist es erforderlich, dass das Wabensegment ein poröser Körper mit einer großen Anzahl von Poren ist. Deshalb ist das Wabensegment 1 typischerweise aus einem Keramikmaterial ausgebildet. Die Beispiele für das Keramikmaterial enthalten einen keramischen Sinterkörper, der Cordierit, Siliciumcarbid, Silicium, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit, Aluminiumoxid, ein Verbundmaterial auf Silicium-Siliciumcarbid-Basis oder ein Verbundmaterial auf Siliciumcarbid-Cordierit-Basis umfasst, insbesondere einen Sinterkörper, der hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial oder Siliciumcarbid basiert. Der Ausdruck „auf Siliciumcarbidbasis“, wie er hier verwendet wird, bedeutet, dass das Wabensegment 17 Siliciumcarbid in einer Menge von 50 Masse-% oder mehr des gesamten Wabensegments 17 enthält. Die Redewendung „das Wabensegment 17 basiert hauptsächlich auf einem Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial“ bedeutet, dass das Wabensegment 17 90 Masse-% oder mehr des Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterials (Gesamtmasse) basierend auf der gesamten Wabenstruktur 10 enthält. Hier enthält das Silicium-Siliciumcarbid-Verbundmaterial Siliciumcarbid-Partikeln als ein Aggregat und Silicium als ein Bindematerial zum Binden der Siliciumcarbid-Partikeln, wobei mehrere Siliciumcarbid-Partikeln vorzugsweise durch Silicium gebunden sind, um zwischen den Siliciumcarbid-Partikeln Poren zu bilden. Die Redewendung „das Wabensegment 17 basiert hauptsächlich auf Siliciumcarbid“ bedeutet, dass das Wabensegment 17 90 Masse-% oder mehr Siliciumcarbid (Gesamtmasse) basierend auf dem gesamten Wabensegment 17 enthält.
Das Wabensegment 17 weist hinsichtlich einer Erwärmung des Wabensegments 17 im Inneren des Segments in einem kurzen Zeitraum vorzugsweise eine höhere Wärmeleitfähigkeit auf. Das Material für diesen Zweck enthält vorzugsweise wenigstens ein Keramikmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siliciumcarbid, Silicium und Siliciumnitrid umfasst. Die Wärmeleitfähigkeit des Keramikmaterials des Wabensegments 17 beträgt vorzugsweise 3 W/mK oder größer und bevorzugter 10 W/mK oder größer.
Das Wabensegment 17 weist hinsichtlich des Unterdrückens von Wärmespannung, die durch eine Differenz zwischen den Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials und des Metallelements während des Erwärmens erzeugt wird, vorzugsweise einen Wert des Wärmeausdehnungskoeffizienten des Keramikmaterials auf, der sich näher bei dem des Metallelements befindet. Vorzugsweise enthält das Material für diesen Zweck Keramikmaterialien, wie z. B. wenigstens ein Keramikmaterial, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Siliciumcarbid, Silicium und Siliciumnitrid; Mullit; Aluminiumoxid und dergleichen umfasst. Der Wärmeausdehnungskoeffizient des Keramikmaterials des Wabensegments 17 beträgt vorzugsweise 3 × 10^-6 oder größer. Der Wärmeausdehnungskoeffizient wird z. B. mit einem Wärmeausdehnungsmessgerät in einem Bereich von Raumtemperatur bis 800 °C gemessen.
Eine Form jeder Zelle des Wabensegments 17 kann vorzugsweise eine polygonale Form, wie z. B. ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck; eine Kreisform; oder eine Ellipsenform oder eine undefinierte Form, in einem Querschnitt orthogonal zur Mittelachse des Wabensegments 17 sein, ist aber nicht besonders darauf eingeschränkt.
Jede der Trennwände 12 des Wabensegments 17 weist hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorzugsweise eine Dicke von 0,10 bis 0,50 mm und bevorzugter von 0,25 bis 0,45 mm auf. Die Dicke von 0,10 mm oder größer verbessert z. B. die Festigkeit der Wabenstruktur 10. Die Dicke von 0,50 mm oder kleiner kann zu einem geringeren Druckverlust führen, wenn die Wabenstruktur 10 als ein Filter verwendet wird. Es sollte angegeben werden, dass die Dicke der Trennwände 12 ein Durchschnittswert ist, der durch ein Verfahren zum Beobachten des axialen Querschnitts mit einem Mikroskop gemessen wird.
Ferner weisen die Trennwände 12, die das Wabensegment 17 bilden, hinsichtlich einer einfachen Herstellung vorzugsweise eine Porosität von 30 bis 70 % und bevorzugter von 40 bis 65 % auf. Die Porosität von 30 % oder größer der Trennwände 12 verringert tendenziell den Druckverlust. Die Porosität von 70 % oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur 10 aufrechterhalten.
Die porösen Trennwände 12 weisen vorzugsweise eine durchschnittliche Porengröße von 5 bis 30 µm und bevorzugter von 10 bis 25 µm auf. Die durchschnittliche Porengröße von 5 µm oder größer kann den Druckverlust verringern, wenn die Wabenstruktur 10 als ein Filter verwendet wird. Eine durchschnittliche Porengröße von 30 µm oder kleiner kann die Festigkeit der Wabenstruktur 10 aufrechterhalten. Die Begriffe „durchschnittlicher Porendurchmesser“ und „Porosität“, wie sie hier verwendet werden, bedeuten einen durchschnittlichen Porendurchmesser bzw. eine Porosität, die durch Quecksilberporosimetrie gemessen worden sind.
Das Wabensegment 17 weist vorzugsweise eine Zellendichte in einem Bereich von 5 bis 93 Zellen/cm² und bevorzugter 5 bis 63 Zellen/cm² und sogar bevorzugter in einem Bereich von 31 bis 54 Zellen/cm² auf. Die Zellendichte des Wabensegments 17 von 5 Zellen/cm² oder größer kann es ermöglichen, dass der Druckverlust einfach verringert wird, während die Zellendichte von 93 Zellen/cm² oder kleiner es ermöglichen kann, dass die Festigkeit der Wabenstruktur 10 aufrechterhalten wird.
Wie in 3 veranschaulicht ist, kann das Wabensegment 17 enthalten: mehrere Zellen A, die auf der Seite der einen Stirnfläche geöffnet sind und an der anderen Stirnfläche abgedichtete Abschnitte 38 aufweisen; und mehrere Zellen B, die abwechselnd mit den Zellen A angeordnet sind und die auf der Seite der anderen Stirnfläche geöffnet sind und an der einen Stirnfläche abgedichtete Abschnitte 39 aufweisen. Die Zellen A und die Zellen B sind abwechselnd so angeordnet, dass sie über die Trennwände 12 einander benachbart sind, wobei beide Stirnflächen ein Schachbrettmuster bilden. Die Anzahlen, die Anordnungen, die Formen und dergleichen der Zellen A und B sind nicht eingeschränkt, wobei sie je nach Bedarf geeignet entworfen sein können. Eine derartige Wabenstruktur 10 kann als ein Filter (Wabenfilter) zum Reinigen eines Abgases verwendet werden. Es sollte angegeben werden, dass, wenn die Wabenstruktur 10 nicht als der Wabenfilter verwendet wird, die abgedichteten Abschnitte 38, 39 nicht vorgesehen sein können.
Die Wabenstruktur 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann einen Katalysator aufweisen, der auf den Oberflächen der Trennwände 12 und/oder in Poren der Trennwände 12 getragen ist.
Ein Typ des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß den Verwendungszwecken und Anwendungen der Wabenstruktur 10 geeignet gewählt werden. Die Beispiele für den Katalysator enthalten Edelmetallkatalysatoren oder andere Katalysatoren. Veranschaulichende Beispiele für Edelmetallkatalysatoren enthalten einen Drei-Wege-Katalysator und einen Oxidationskatalysator, der erhalten wird, indem die Oberflächen von Aluminiumoxidporen ein Edelmetall, wie z. B. Platin (Pt), Palladium (Pd) und Rhodium (Rh), tragen, und einen Co-Katalysator, wie z. B. Ceroxid und Zirkonoxid, enthält, oder einen NO_x-Speicherreduktionskatalysator (LNT-Katalysator), der ein Erdalkalimetall und Platin als die Speicherkomponenten für Stickstoffoxide (NO_x) enthält. Veranschaulichende Beispiele für einen Katalysator, der das Edelmetall nicht verwendet, enthalten einen selektiven NOx-Reduktionskatalysator (SCR-Katalysator), der einen kupfer- oder eisensubstituierten Zeolithen enthält, und dergleichen. Außerdem können zwei oder mehr Katalysatoren verwendet werden, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die diese Katalysatoren umfasst. Ein Verfahren zum Tragen des Katalysators ist nicht besonders eingeschränkt und kann gemäß einem herkömmlichen Verfahren zum Tragen des Katalysators auf der Wabenstruktur ausgeführt werden.
Die Wabenstruktur 10 kann Oberflächenschichten mit Permeabilität auf wenigstens einem Abschnitt der Oberflächen der Trennwände 12 aufweisen. Wie der Ausdruck hier verwendet wird, bedeutet „mit Permeabilität“, dass die Permeabilität jeder Oberflächenschicht 1,0 × 10^-13 m² oder größer ist. Vom Standpunkt des weiteren Verringerns des Druckverlusts ist die Permeabilität vorzugsweise 1,0 × 10^-12 m² oder größer. Weil jede Oberflächenschicht die Permeabilität aufweist, kann der durch die Oberflächenschichten verursachte Druckverlust der Wabenstruktur 10 unterdrückt werden.
Ferner bezieht sich die „Permeabilität“, wie sie hier verwendet wird, auf den Wert einer physikalischen Eigenschaft, der durch die folgende Gleichung (1) berechnet wird, wobei dieser Wert ein Index ist, der den Durchgangswiderstand angibt, wenn ein bestimmtes Gas durch ein Objekt (die Trennwände 12) hindurchgeht. In der folgenden Gleichung (1) repräsentiert hier C eine Permeabilität (m²), repräsentiert F eine Gasdurchflussmenge (cm³/s), repräsentiert T eine Dicke einer Probe (cm), repräsentiert V eine Gasviskosität (dyn·s/cm²), repräsentiert D einen Durchmesser der Probe (cm) und repräsentiert P einen Gasdruck (psi). Die Zahlenwerte in der folgenden Gleichung (1) sind: 13,839 (psi) = 1 (atm) und 68947,6 (dyn·s/cm²) = 1 (psi).
[Gleichung 1] $C = \frac{8 F T V}{π D^{2} (P^{2} - {13,829}^{2}) / 13,829 \times 68947,6} \times 10^{- 4}$
Wenn die Permeabilität gemessen wird, werden die Trennwände 12 mit den Oberflächenschichten herausgeschnitten, wird die Permeabilität an den Trennwänden 12 mit den Oberflächenschichten gemessen und wird dann die Permeabilität an den Trennwänden 12 gemessen, von denen die Oberflächenschichten entfernt worden sind. Aus einem Verhältnis der Dicken der Oberflächenschicht und der Trennwand und den Ergebnissen der Permeabilitätsmessung wird die Permeabilität der Oberflächenschichten berechnet.
Die Oberflächenschichten weisen vorzugsweise eine Porosität von 50 % oder größer und bevorzugter von 60 % oder größer und noch bevorzugter von 70 % oder größer auf. Durch eine Porosität von 50 % oder größer kann der Druckverlust unterdrückt werden. Falls jedoch die Porosität zu hoch ist, werden die Oberflächenschichten spröde und lösen sich leicht ab. Deshalb ist die Porosität vorzugsweise 90 % oder kleiner.
Als ein Verfahren zum Messen der Porosität der Oberflächenschichten durch das Quecksilbereinpressverfahren wird eine Differenz zwischen einer Quecksilberporositätskurve einer Probe mit Oberflächenschichten und einem Substrat und einer Quecksilberporositätskurve nur des Substrats, von dem nur die Oberflächenschichten abgeschabt und entfernt worden sind, als die Quecksilberporositätskurve der Oberflächenschichten bestimmt, wobei die Porosität der Oberflächenschichten aus der Masse der abgeschabten Oberflächenschichten und der Quecksilberporositätskurve berechnet wird. Es kann ein REM-Bild aufgenommen werden, wobei die Porosität der Oberflächenschichten durch Bildanalyse der Oberflächenschichtabschnitte aus einem Flächenverhältnis der Hohlraumabschnitte und der substantiellen Abschnitte berechnet werden kann.
Die Oberflächenschichten weisen vorzugsweise einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner und bevorzugter von 5 µm oder kleiner und weiter bevorzugt von 4 µm oder kleiner und besonders bevorzugt von 3 µm oder kleiner auf. Der durchschnittliche Porendurchmesser von 10 µm oder kleiner kann einen höheren Partikelsammelwirkungsgrad erreichen. Falls jedoch der durchschnittliche Porendurchmesser der Oberflächenschichten zu klein ist, nimmt der Druckverlust zu. Deshalb ist der durchschnittliche Porendurchmesser vorzugsweise 0,5 µm oder größer.
Als ein Verfahren zum Messen des durchschnittlichen Porendurchmessers der Oberflächenschichten durch das Quecksilbereinpressverfahren wird in der Form von Spitzenwerten im Quecksilberporosimeter eine Differenz zwischen einer Quecksilberporositätskurve (Porenvolumenhäufigkeit) auf dem Substrat, auf dem die Oberflächenschichten ausgebildet sind, und einer Quecksilberporositätskurve nur auf dem Substrat, von dem nur die Oberflächenschichten abgeschabt und entfernt worden sind, als eine Quecksilberporositätskurve der Oberflächenschichten bestimmt, wobei deren Spitze als der durchschnittlicher Porendurchmesser bestimmt wird. Ferner kann ein REM-Bild des Querschnitts der Wabenstruktur 10 aufgenommen werden, wobei der Abschnitt der Oberflächenschicht einer Bildanalyse unterzogen werden kann, um die Hohlraumabschnitte und die substantiellen Abschnitte zu binarisieren, wobei zwanzig oder mehr Hohlräume zufällig ausgewählt werden können, um die einbeschriebenen Kreise zu mitteln, und der Durchschnitt als der durchschnittliche Porendurchmesser bestimmt werden kann.
Ferner ist die Dicke jeder Oberflächenschicht nicht besonders eingeschränkt. Um jedoch die Wirkung der Oberflächenschichten auffallender zu erhalten, ist die Dicke jeder Oberflächenschicht vorzugsweise 10 µm oder größer. Andererseits ist die Dicke jeder Oberflächenschicht vom Standpunkt des Vermeidens einer Zunahme des Druckverlustes vorzugsweise 80 µm oder kleiner. Die Dicke jeder Oberflächenschicht ist vorzugsweise 50 µm oder kleiner. Für ein Verfahren zum Messen der Dicke jeder Oberflächenschicht wird z. B. die Wabenstruktur 10, auf der die Oberflächenschichten ausgebildet sind, in einer Richtung senkrecht zur Zellerstreckungsrichtung geschnitten, wobei die Dicke jeder Oberflächenschicht aus dem Querschnitt der Wabenstruktur 10 gemessen wird und die gemessenen Dicken an beliebigen fünf Punkten gemittelt werden können.
Ein Verbindungsmaterial, das die Verbindungsmaterialschichten 18 zum Verbinden der Wabensegmente 17 bildet, das hier verwendet werden kann, kann z. B. durch Mischen eines Keramikpulvers, keramischer Fasern, eines Dispersionsmediums (z. B. Wasser oder dergleichen) und optionaler Zusatzstoffe, wie z. B. eines anorganischen Bindemittels, eines organischen Bindemittels, eines Entflockungsmittels und eines Schäumungsharzes, hergestellt werden. Die Keramik kann vorzugsweise eine Keramik sein, die wenigstens eine enthält, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Zirkondioxid, Spinell, Indialit, Saphir, Korund und Titandioxid umfasst, und die vorzugsweise das gleiche Material wie das des Wabensegments 17 aufweist. Die Zugabe der Keramikfasern ist zum Verleihen einer Funktion der Spannungsrelaxation wirksam, wobei Aluminiumoxidfasern, Magnesiumsilicatfasern und dergleichen hinsichtlich der Einhaltung der REACH-Vorschriften geeignet verwendet werden. Das anorganische Bindemittel enthält kolloidales Siliciumdioxid, während das organische Bindemittel Polyvinylalkohol, Methylcellulose, CMC (Carboxymethylcellulose) und dergleichen enthält.
Das Metallelement 21 ist in die Verbindungsmaterialschichten 18 auf der Wabenstruktur 10 eingebettet. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass ein elektrischer Strom in eine Spulenverdrahtung um den äußeren Umfang der Wabenstruktur 10 eingespeist wird und die Temperatur des Metallelements 21 durch Induktionserwärmung erhöht wird, wobei diese Wärme ermöglichen kann, dass die Temperatur der Wabenstruktur 10 erhöht wird. Die Wabenstruktur 10 hat keinen Einfluss auf den Druckverlust, weil die Metallelemente 21 in den Verbindungsmaterialschichten 18 anstatt in den Zellen 15 eingebettet sind.
Eine bevorzugte Form des Metallelements 21 enthält, ist aber nicht eingeschränkt auf, eine Draht-, Folien- oder Netzform. Das Metallelement 21 in der Draht-, Folien- oder Netzform kann zu einem einfachen Einbetten des Metallelements 21 in die Verbindungsmaterialschicht 18 und einer effizienten Anordnung um das Wabensegment 17 führen.
Wenn das Metallelement 21 in der Drahtform ausgebildet ist und als ein Metalldraht verwendet wird, ist der Metalldraht vorzugsweise so vorgesehen, dass er um den äußeren Umfang des Wabensegments 17 innerhalb der Verbindungsmaterialschicht 18 verläuft. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass das Metallelement 21 effizienter um das Wabensegment 17 angeordnet ist. Der Metalldraht ist vorzugsweise auf der Oberfläche des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 vorgesehen. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass die Wabensegmente 17 effektiv erwärmt werden.
Wenn das Metallelement 21 in der Folienform ausgebildet ist und als eine Metallfolie verwendet wird, ist die Metallfolie vorzugsweise auf der Oberfläche des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 vorgesehen. Außerdem ist die Metallfolie bevorzugter so vorgesehen, dass sie die gesamte Oberfläche des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 bedeckt. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass die Wabensegmente 17 effektiv erwärmt werden.
Wenn das Metallelement 21 in der Netzform ausgebildet ist und als ein Metallnetz verwendet wird, ist das Metallnetz vorzugsweise auf der Oberfläche des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 vorgesehen. Außerdem ist das Metallnetz bevorzugter so vorgesehen, dass es die gesamte Oberfläche des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 bedeckt. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass die Wabensegmente 17 effektiv erwärmt werden.
2 zeigt ein Beispiel des Metallelements 21, das in der Drahtform ausgebildet ist und als ein Metalldraht 22 verwendet wird. 4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht parallel zur axialen Richtung der in 2 gezeigten Wabenstruktur 10. Der Metalldraht 22 ist so vorgesehen, dass er um den äußeren Umfang des Wabensegments 17 verläuft und einen Flussweg für den Schleifenstrom bildet, der den äußeren Umfang des Wabensegments 17 in einem Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung der Wabenstruktur 10 umlaufend bedeckt. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass der Strom so fließt, dass er um den Metalldraht 22 zirkuliert, um den Schleifenstrom einfach zu erzeugen. Dies kann eine Induktionserwärmung sogar bei einer relativ tiefen Frequenz von einigen zehn kHz oder weniger ermöglichen. Weil der Schleifenstrom durch die Anordnung des Metalldrahtes 22 einfach erzeugt wird, gibt es ferner keine Einschränkung an den Curiepunkt des Materials, wie z. B. eine Notwendigkeit, notwendigerweise eine ferromagnetische Substanz für den Metalldraht 22 zu verwenden, wodurch die Wabenstruktur 10 mit einer guten Erwärmungsgeschwindigkeit erhalten werden kann. Die Größe des Metalldrahtes 22 ist nicht besonders eingeschränkt, wobei aber der Metalldraht 22 z. B. so ausgebildet sein kann, dass er einen Durchmesser von 0,3 bis 2 mm aufweist.
In jeder der in den 2 und 4 gezeigten Wabenstrukturen 10 ist ein Wabensegment 17 mit mehreren Metalldrähten 22 versehen. Die jeweiligen Metalldrähte 22 sind jeder in einer Ringform ausgebildet, so dass sie um das Wabensegment 17 verlaufen, und sind voneinander beabstandet. Gemäß einer derartigen Struktur können, selbst wenn einige der Metalldrähte 22 einer Beschädigung, wie z. B. Schneiden, ausgesetzt sind, die anderen Metalldrähte 22, die als ringförmige Metallelemente 21 verbleiben, die um die Wabensegmente 17 verlaufen, verhindern, dass das gesamte Wabensegment 17 nicht erwärmt wird. Jeder Metalldraht 22 kann um das Wabensegment 17 innerhalb der Verbindungsmaterialschicht 18 gewickelt sein oder kann von der Oberfläche des Wabensegments 17 beabstandet sein.
Die Anzahl der Wabensegmente 17, die mit den Metalldrähten 22 versehen sind, die um die Wabensegmente 17 verlaufen, ist nicht besonders eingeschränkt und kann abhängig von den gewünschten Induktionserwärmungswirkungsgraden nach Bedarf eingestellt werden. In der Wabenstruktur 10 nach 2 sind vier Wabensegmente 17 in jeder der vertikalen und der horizontalen Richtung, insgesamt 16 Wabensegmente 17, durch die Verbindungsmaterialschichten 18 verbunden, von denen 12 Wabensegmente 17, die sich am äußeren Umfang befinden, während des Produktionsschritts geschliffen werden und ihre ursprünglichen Formen nicht beibehalten. Mit Ausnahme der 12 Wabensegmente 17 sind die 4 zentralen Wabensegmente 17 jeweils von den Metalldrähten 22 umgeben. Es ist folglich bevorzugt, die Metalldrähte 22 um alle Wabensegmente 17 mit Ausnahme jener vorzusehen, die sich am äußeren Umfang der Wabenstruktur 10 befinden, da dies den Induktionserwärmungswirkungsgrad weiter erhöht.
In jeder der in den 2 und 4 gezeigten Wabenstrukturen 10 sind die Metalldrähte 22 so vorgesehen, dass sie um ein Wabensegment 17 entlang seinem äußeren Umfang verlaufen, obwohl sie nicht darauf eingeschränkt sind. Wie in 5 gezeigt ist, können die Metalldrähte 22 so vorgesehen sein, dass sie um den äußeren Umfang eines Segments verlaufen, das aus den insgesamt 4 Wabensegmente 17, d. h., zwei Wabensegmenten 17, die in jeder der vertikalen und der horizontalen Richtung einander benachbart sind, besteht. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass ein größerer Schleifenstrom erzeugt wird, wodurch eine Induktionserwärmung sogar bei einer tieferen Frequenz ermöglicht wird. In 5 sind die vier Wabensegmente 17 als ein einziges Segment vorgesehen, so dass die Metalldrähte 23 um den Umfang des Segments verlaufen, obwohl sie nicht darauf eingeschränkt sind, solange sie als Flusswege für den Schleifenstrom dienen. Es können z. B. zwei, drei, fünf oder mehr Wabensegmente 17 als ein einziges Segment zusammen gruppiert sein, wobei die Metalldrähte 23 so vorgesehen sein können, dass sie um den äußeren Umfang des einzelnen Segments verlaufen.
In jeder der in den 2 und 4 gezeigten Wabenstrukturen 10 ist ein Wabensegment 17 mit mehreren Metalldrähten 22 in den Ringformen versehen, die um das eine Wabensegment 17 verlaufen und voneinander beabstandet sind. Wie in 6 (A) gezeigt ist, kann ein Wabensegment 17 jedoch mit einem Metalldraht 24 versehen sein, der spiralförmig um das Wabensegment 17 verläuft. Weil ein Metalldraht 24 folglich spiralförmig um das Wabensegment 17 verläuft, kann nur ein Metalldraht 24 irgendwo entlang der axialen Richtung um das Wabensegment 17 verlaufen. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass das Metallelement 21 effizient in die Verbindungsmaterialschicht 18 eingebettet ist. Der Metalldraht 24 kann um das Wabensegment 17 innerhalb der Verbindungsmaterialschicht 18 gewickelt sein oder kann von der Oberfläche des Wabensegments 17 beabstandet sein.
Wie in 6 (B) gezeigt ist, kann die Wabenstruktur 10 mit Metalldrähten 25 versehen sein, die sich parallel zur axialen Richtung des Wabensegments 17 in der Verbindungsmaterialschicht 18 erstrecken. Obwohl ein Metalldraht 25 in der Verbindungsmaterialschicht 18 zwischen zwei Wabensegmenten 17, die einander benachbart sind, vorgesehen sein kann, ist es bevorzugt, zwei oder mehr Metalldrähte zu haben, weil der Erwärmungswirkungsgrad der Wabensegmente 17 erhöht ist.
Die Metallelemente 21 können im gesamten Wabensegment 17 oder in einigen Bereichen des Wabensegments 17 in der axialen Richtung vorgesehen sein. Wenn die Metallelemente 21 im gesamten Wabensegment 17 in der axialen Richtung vorgesehen sind, ist der Erwärmungswirkungsgrad des Wabensegments 17 mehr erhöht. Wenn das Metallelement 21 in einem Abschnitt des Wabensegments 17 in der axialen Richtung vorgesehen ist, z. B. wenn das Metallelement 21 in einem Bereich auf einer Einlassseite des Gasströmungswegs des Wabensegments 17 vorgesehen ist, kann das gesamte Wabensegment 17 effizient erwärmt werden, weil das an einer Startposition der Gasströmung erwärmte Gas zu einer Auslassseite des Wabensegments 17 weitergeht. Ferner kann der im Wabensegment 17 angesammelte Ruß effektiver entfernt werden, wenn das Metallelement 21 im Bereich auf der Auslassseite vorgesehen ist, weil sich der Ruß tendenziell an der Auslassseite des Gasströmungswegs des Wabensegments 17 ansammelt. Weiterhin kann, wenn das Metallelement 21 in einem Abschnitt des Wabensegments 17 in der axialen Richtung vorgesehen ist, eine am äußeren Umfang der Wabenstruktur 10 vorgesehene Spule kompakt gemacht werden, wenn die Wabenstruktur 10 als eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendet wird.
Das Metallelement 21 kann aus einem oder mehreren hergestellt sein, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die Kupfer, Eisen, Aluminium, Nickel, Chrom und Kobalt umfasst. Eine derartige Konfiguration schafft eine Erwärmungswirkung aufgrund des Wirbelstromverlusts, der durch den Fluss eines elektrisches Stroms in einem Leiter verursacht wird. Die Verwendung des Metalldrahtes als das Metallelement bietet einen Vorteil, dass eine gute Erwärmung sogar möglich ist, falls die Frequenzen tiefer ist, wie z. B. einige zehn kHz, weil die Länge des Weges, durch den die Wirbelströme fließen, sichergestellt sein kann.
Es ist bevorzugt, dass das Metallelement 21 wenigstens teilweise aus einer magnetischen Substanz hergestellt ist. Eine derartige Konfiguration schafft einen verbesserten Erwärmungswirkungsgrad der Wabensegmente 17 aufgrund einer Wirkung des Erhöhens der Dichte des Magnetfeldes, der Permeabilität, die eine Einfluss auf den Wirbelstromverlust haben. Das Inhaltsverhältnis der magnetischen Substanz im Metallelement 21 kann nach Bedarf im Hinblick auf den Erwärmungswirkungsgrad der Wabenstruktur 10 entworfen sein. Die magnetische Substanz, aus der das Metallelement 21 besteht, ist vorzugsweise in einer Menge von 20 Volumen-% oder mehr des Metallelements 21 enthalten, wobei das gesamte Metallelement 21 vorzugsweise aus der magnetischen Substanz hergestellt ist. Die Metallelemente 21, die aus der magnetischen Substanz hergestellt sind, und jene, die aus einem Metallmaterial mit Ausnahme der magnetischen Substanz hergestellt sind, können in der Verbindungsmaterialschicht 18 separat vorgesehen sein.
Die magnetische Substanz des Metallelements 21 weist vorzugsweise einen Curie-Punkt von 450 °C oder mehr auf. Der Curie-Punkt der magnetischen Substanz von 450 °C oder mehr kann es ermöglichen, dass ein auf der Wabenstruktur 10 getragener Katalysator erwärmt werden kann, wobei dies ebenso dazu führen kann, dass die in den Zellen 15 angesammelten PMs (Schwebstoffe) einfach ausgebrannt und entfernt werden, um einen Wabenstrukturfilter zu regenerieren. Die magnetische Substanz mit einem Curie-Punkt von 450 °C oder mehr enthält z. B. den Restgehalt Co - 20 Masse-% Fe; den Restgehalt Co - 25 Masse-% Ni - 4 Masse-% Fe; den Restgehalt Fe - 15-35 Masse-% Co; den Restgehalt Fe - 17 Masse-% Co - 2 Masse-% Cr - 1 Masse-% Mo; den Restgehalt Fe - 49 Masse-% Co - 2 Masse-% V; den Restgehalt Fe - 18 Masse-% Co - 10 Masse-% Cr - 2 Masse-% Mo - 1 Masse-% AI; den Restgehalt Fe - 27 Masse-% Co - 1 Masse-% Nb; den Restgehalt Fe - 20 Masse-% Co - 1 Masse-% Cr - 2 Masse-% V; den Restgehalt Fe - 35 Masse-% Co - 1 Masse-% Cr; reines Kobalt; reines Eisen; elektromagnetisches Weicheisen; den Restgehalt Fe - 0,1-0,5 Masse-% Mn; den Restgehalt Fe - 3 Masse-% Si; den Restgehalt Fe - 6,5 Masse-% Si; den Restgehalt Fe - 18 Masse-% Cr; den Restgehalt Ni - 13 Masse-% Fe - 5,3 Masse-% Mo; den Restgehalt Fe - 45 Masse-% Ni; und dergleichen. Der Curie-Punkt der magnetischen Substanz bezieht sich hier auf eine Temperatur, bei der eine ferromagnetische Eigenschaft verloren wird.
Die magnetische Substanz des Metallelements 21 weist vorzugsweise einen Eigenwiderstandswert von 20 µΩcm oder größer bei 25 °C auf. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann eine durch Induktionserwärmung erzeugte Wärmemenge weiter erhöht werden. Die Beispiele für die magnetische Substanz mit einem Eigenwiderstandswert von 20 µΩcm oder größer bei 25 °C enthalten den Restgehalt Fe -18 Masse-% Cr; den Restgehalt Fe - 13 Masse-% Cr - 2 Masse-% Si; den Restgehalt Fe - 20 Masse-% Cr - 2 Masse-% Si - 2 Masse-% Mo; den Restgehalt Fe - 10 Masse-% Si - 5 Masse-% AI; den Restgehalt Fe - 18 Masse-% Co - 10 Masse-% Cr - 2 Masse-% Mo - 1 Masse-% AI; den Restgehalt Fe - 36 Masse-% Ni; den Restgehalt Fe - 45 Masse-% Ni; den Restgehalt Fe - 49 Masse-% Co - 2 Masse-% V; den Restgehalt Fe - 18 Masse-% Co - 10 Masse-% Cr - 2 Masse-% Mo - 1 Masse-% AI; den Restgehalt Fe - 17 Masse-% Co - 2 Masse-% Cr - 1 Masse-% Mo; und dergleichen.
Die magnetische Substanz des Metallelements 21 weist vorzugsweise eine maximale magnetische Permeabilität von 1000 oder mehr auf. Gemäß einer derartigen Konfiguration kann, wenn die Wabenstruktur 10 dielektrisch erwärmt wird, die Temperatur in einem kurzen Zeitraum bis zu einer Temperatur, bei der Wasser verdampft (etwa 100 °C), und ferner bis zu einer Temperatur, bei der der Katalysator aktiviert wird (etwa 300 °C), erhöht werden. Die Beispiele für die magnetische Substanz mit einer maximalen magnetischen Permeabilität von 1000 oder mehr enthalten z. B. den Restgehalt Fe - 10 Masse- % Si - 5 Masse-% AI; den Restgehalt 49 Masse-% Co - 49 Masse-% Fe - 2 Masse- % V; den Restgehalt Fe - 36 Masse-% Ni; den Restgehalt Fe - 45 Masse-% Ni; den Restgehalt Fe - 35 Masse-% Cr; den Restgehalt Fe - 18 Masse-% Cr; und dergleichen.
Die magnetische Substanz des Metallelements 21 wird durch ein Magnetfeld magnetisiert, wobei ein Zustand der Magnetisierung abhängig von der Intensität des Magnetfelds variiert. Dies wird durch eine „Magnetisierungskurve“ dargestellt. Die Magnetisierungskurve kann ein Magnetfeld H auf einer horizontalen Achse und eine magnetische Flussdichte B auf einer vertikalen Achse aufweisen (B-H-Kurve). Ein Zustand, in dem kein Magnetfeld an die magnetische Substanz angelegt ist, bezieht sich auf einen Entmagnetisierungszustand, der durch einen Ursprung O dargestellt ist. Wenn ein Magnetfeld angelegt ist, wird eine Kurve gezeichnet, in der die magnetische Flussdichte vom Ursprung O bis zu einem gesättigten Zustand zunimmt. Diese Kurve ist eine „anfängliche Magnetisierungskurve“. Ein Anstieg einer Geraden, die einen Punkt auf der anfänglichen Magnetisierungskurve mit dem Ursprung verbindet, ist eine „Permeabilität“. Die Permeabilität gibt eine Leichtigkeit der Magnetisierung der magnetischen Substanz in einem derartigen Sinn an, dass das Magnetfeld durchdringt. Die magnetische Permeabilität in der Nähe des Ursprungs, wo das Magnetfeld kleiner ist, ist eine „anfängliche magnetische Permeabilität“, während eine magnetische Permeabilität, die auf der anfänglichen Magnetisierungskurve maximal ist, eine „maximale magnetische Permeabilität“ ist.
Die Wabenstruktur 10 kann eine Beschichtungsschicht 32 auf der äußeren Umfangsfläche aufweisen, wie in den 7 (A) und 7 (B) gezeigt ist. Das Material, das die Beschichtungsschicht 32 bildet, ist nicht besonders eingeschränkt, wobei verschiedene bekannte Beschichtungsmaterialien geeignet verwendet werden können. Das Beschichtungsmaterial kann ferner kolloidales Siliciumdioxid, ein organisches Bindemittel, Ton und dergleichen enthalten. Das organische Bindemittel wird vorzugsweise in einer Menge von 0,05 bis 0,5 Masse-% und bevorzugter von 0,1 bis 0,2 Masse-% verwendet. Ferner wird der Ton vorzugsweise in einer Menge von 0,2 bis 2,0 Masse-% und bevorzugter von 0,4 bis 0,8 Masse-% verwendet.
Wie in 7 (C) gezeigt ist, kann ferner ein Metallelement 31 innerhalb der Beschichtungsschicht 32 angeordnet sein. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass die Wabenstruktur 10 effektiver erwärmt wird. Das Metallelement 31 kann auf der Oberfläche der Beschichtungsschicht 32 angeordnet sein. Das Metallelement 31 kann so vorgesehen sein, dass es um den äußersten Umfang der Wabenstruktur 10 verläuft, oder kann so vorgesehen sein, dass es sich parallel zur axialen Richtung der Wabenstruktur 10 erstreckt.
8 zeigt eine schematische Außenansicht einer säulenförmigen Wabenstruktur 20 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 9 zeigt eine schematische Querschnittsansicht der Wabenstruktur 20 senkrecht zur axialen Richtung. Die Wabenstruktur 20 weist eine äußere Umfangswand 11 und poröse Trennwände 12 auf, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand 11 angeordnet sind und mehrere Zellen 15 definieren, die sich jeweils von einer Stirnfläche zur anderen erstrecken, um einen Strömungsweg zu bilden. Das Innere der äußeren Umfangswand 11 ist mit einem Metallelement 41 versehen. Das Metallelement kann auf der Oberfläche der äußeren Umfangswand 11 angeordnet sein. Eine derartige Struktur kann es ermöglichen, dass ein elektrischer Strom in eine Spule um den äußeren Umfang der Wabenstruktur 20 eingespeist wird, um eine Temperatur des Metallelements 41 durch Induktionserwärmung zu erhöhen, wobei diese Wärme ermöglichen kann, dass die Wabentemperatur erhöht wird. Ferner kann die Wabenstruktur 20 den Druckverlust gut unterdrücken, weil das Metallelement 41 an der Innenseite der äußeren Umfangswand 11 anstatt in den Zellen 15 angeordnet ist.
Das Metallelement 41 der Wabenstruktur 20 kann die gleiche Form und das gleiche Material wie jene des oben beschriebenen Metallelements 21 der Wabenstruktur 10 verwenden. Das Metallelement 41 kann z. B., wie in den 9 und 10 gezeigt ist, in einer Drahtform ausgebildet sein und als ein Metalldraht 42 verwendet werden. Der Metalldraht 42 ist so vorgesehen, dass er um den äußeren Umfang der Wabenstruktur 20 verläuft, und bildet einen Schleifenstromweg, der entlang dem äußeren Umfang der Wabenstruktur 20 im Querschnitt senkrecht zur axialen Richtung der Wabenstruktur 20 umläuft. In der in den 9 und 10 gezeigten Wabenstruktur 20 ist die Wabenstruktur 20 mit mehreren Metalldrähten 42 versehen. Die jeweiligen Metalldrähte 42 sind jeder in einer Ringform ausgebildet, so dass sie um die Wabenstruktur 20 verlaufen, und sind voneinander beabstandet. Das Metallelement 41 der Wabenstruktur 20 kann so vorgesehen sein, dass ein Metalldraht 44 spiralförmig um die Wabenstruktur 20 verläuft, wie in 11 (A) gezeigt ist. Die Wabenstruktur 20 kann mit Metalldrähten 45 versehen sein, die sich parallel zur axialen Richtung der Wabenstruktur 20 innerhalb der äußeren Umfangswand 11 erstrecken, wie in 11 (B) gezeigt ist.
<2. Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur>
Das Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur 10 wird ausführlich beschrieben. Zuerst wird die Wabenstruktur mit den porösen Trennwänden und den mehreren durch die Trennwände definierten Zellen hergestellt. Wenn die Wabenstruktur aus Cordierit hergestellt wird, wird zuerst ein cordierit-bildender Ausgangsstoff als ein Material für einen Rohling vorbereitet. Der cordieritbildende Ausgangsstoff enthält eine Siliciumdioxid-Quellkomponente, eine Magnesiumoxid-Quellkomponente und eine Aluminiumoxid-Quellkomponente und dergleichen, um jede Komponente so zu formulieren, um eine theoretische Zusammensetzung des Cordierit zu haben. Unter ihnen enthält die Siliciumdioxid-Quellkomponente, die verwendet werden kann, vorzugsweise Quarz und Quarzglas, wobei der Partikeldurchmesser der Siliciumdioxid-Quellkomponente vorzugsweise von 100 bis 150 µm beträgt.
Die Beispiele für die Magnesiumoxid-Quellkomponente enthalten Talkum und Magnesit. Unter ihnen ist Talkum bevorzugt. Das Talkum ist vorzugsweise in einer Menge von 37 bis 43 Masse-% im cordierit-bildenden Ausgangstoff enthalten. Das Talkum weist vorzugsweise einen Partikeldurchmesser (durchschnittlichen Partikeldurchmesser) von 5 bis 50 µm und bevorzugter von 10 bis 40 µm auf. Ferner kann die Magnesiumoxid-Quellkomponente (MgO-Quellkomponente) Fe₂O₃, CaO, Na₂O, K₂O und dergleichen als Verunreinigungen enthalten.
Die Aluminiumoxid-Quellkomponente enthält hinsichtlich weniger Verunreinigungen vorzugsweise wenigstens eines von Aluminiumoxid und Aluminiumhydroxid. Ferner ist Aluminiumhydroxid vorzugsweise in einer Menge von 10 bis 30 Masse-% enthalten, während Aluminiumoxid vorzugsweise in einer Menge von 0 bis 20 Masse-% in dem cordierit-bildenden Ausgangsstoff enthalten ist.
Dann wird ein Material für einen Rohling hergestellt, das dem cordierit-bildenden Ausgangsstoff zugesetzt wird, (Zusatzstoff). Als Zusatzstoffe werden wenigstens ein Bindemittel und ein Porenbildner verwendet. Zusätzlich zu dem Bindemittel und dem Porenbildner kann ein Dispergiermittel oder ein oberflächenaktiver Stoff verwendet werden.
Der Porenbildner, der verwendet werden kann, enthält eine Substanz, die durch Reagieren mit Sauerstoff bei einer Temperatur, die gleich einer oder tiefer als eine Brenntemperatur des Cordierits ist, oxidativ entfernt werden kann, oder einen niedrigschmelzenden Reaktanten, der einen Schmelzpunkt bei einer Temperatur aufweist, die gleich der oder tiefer als die Brenntemperatur des Cordierits ist, oder dergleichen. Die Beispiele für die Substanz, die oxidativ entfernt werden kann, enthalten Harze (insbesondere partikelförmige Harze), Graphit (insbesondere partikelförmigen Graphit) und dergleichen. Die Beispiele für den niedrigschmelzenden Reaktanten, der verwendet werden kann, enthalten wenigstens ein Metall, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Eisen, Kupfer, Zink, Blei, Aluminium und Nickel umfasst, Legierungen, die hauptsächlich auf diesen Metallen basieren (z. B. Kohlenstoffstahl oder Gusseisen für Eisen, rostfreier Stahl), oder Legierungen, die hauptsächlich auf zwei oder mehr dieser Metalle basieren. Darunter ist der niedrigschmelzende Reaktant vorzugsweise eine Eisenlegierung in der Form von Pulver oder Fasern. Ferner weist der niedrigschmelzende Reaktant vorzugsweise einen Partikeldurchmesser oder einen Faserdurchmesser (einen durchschnittlichen Durchmesser) von 10 bis 200 µm auf. Die Beispiele einer Form des niedrigschmelzenden Reaktanten enthalten eine Kugelform, eine gewundene Rautenform, eine Konpeito-Form und dergleichen. Diese Formen sind bevorzugt, weil die Form der Poren einfach gesteuert werden kann.
Die Beispiele für das Bindemittel enthalten Hydroxypropylmethylcellulose, Methylcellulose, Hydroxyethylcellulose, Carboxymethylcellulose, Polyvinylalkohol und dergleichen. Weitere Beispiele für das Dispergiermittel enthalten Dextrin, Polyalkohol und dergleichen. Weiterhin enthalten die Beispiele für den oberflächenaktiven Stoff Fettsäureseifen. Der Zusatzstoff kann allein oder in Kombination aus zwei oder mehr verwendet werden.
Anschließend werden zu 100 Masseteilen des cordierit-bildenden Ausgangsstoffs von 3 bis 8 Masseteile des Bindemittels, von 3 bis 40 Masseteile des Porenbildners, von 0,1 bis 2 Masseteile des Dispergiermittels und von 10 bis 40 Masseteile Wasser zugegeben, wobei diese Materialien für einen Rohling geknetet werden, um einen Rohling vorzubereiten.
Der vorbereitete Rohling wird dann durch ein Strangpressverfahren, ein Spritzgießverfahren, ein Pressformverfahren oder dergleichen in eine Wabenform gebracht, um einen rohen Wabenformling zu erhalten. Vorzugsweise wird das Strangpressverfahren eingesetzt, weil ein kontinuierliches Formen einfach ist und z. B. die Cordieritkristalle orientiert werden können. Das Strangpressverfahren kann unter Verwendung einer Vorrichtung, wie z. B. eines Vakuum-Rohlingkneters, einer Stempel-Strangpressmaschine, einer kontinuierlichen Doppelschnecken-Strangpressmaschine oder dergleichen, ausgeführt werden.
Der Wabenformling wird dann getrocknet und auf eine vorgegebene Größe eingestellt, um einen getrockneten Wabenkörper zu erhalten. Der Wabenformling kann durch Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter verringertem Druck, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung und dergleichen getrocknet werden. Es ist bevorzugt, ein kombiniertes Trocknen aus der Heißlufttrocknung und der Mikrowellentrocknung oder der dielektrischen Trocknung auszuführen, weil der gesamte Wabenformling schnell und gleichmäßig getrocknet werden kann.
Der getrocknete Wabenkörper wird dann gebrannt, um einen gebrannten Wabenkörper herzustellen. Jeder der gebrannten Wabenkörper wird dann als ein Wabensegment verwendet, wobei die Seiten der Wabensegmente über die Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden und integriert werden, um eine Wabenstruktur mit den miteinander verbundenen Wabensegmenten zu bilden. Die Wabenstruktur mit den miteinander verbundenen Wabensegmenten kann z. B. wie folgt hergestellt werden.
Zuerst wird das Verbindungsmaterial auf die Verbindungsflächen (Seitenflächen) jedes Wabensegments aufgetragen, während an beiden Stirnflächen jedes Wabensegments Masken zum Verhindern der Haftung des Verbindungsmaterials angebracht werden. Diese Wabensegmente werden dann einander benachbart angeordnet, so dass die Seitenflächen der Wabensegmente einander gegenüberliegen, wobei die benachbarten Wabensegmente unter Druck miteinander verbunden und dann erwärmt und getrocknet werden. Folglich wird die Wabenstruktur, bei der die Seitenflächen der benachbarten Wabensegmente über die Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden sind, hergestellt.
Das Material der Maske zum Verhindern der Haftung des Verbindungsmaterials, das hier geeignet verwendet werden kann, enthält, ist jedoch nicht besonders eingeschränkt auf, Kunstharze, wie z. B. Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyimid oder Teflon (eingetragenes Warenzeichen) und dergleichen. Ferner ist die Maske vorzugsweise mit einer Klebstoffschicht versehen, wobei das Material der Klebstoffschicht vorzugsweise ein Acrylharz, ein Kautschuk (z. B. ein Kautschuk, der hauptsächlich auf einem Naturkautschuk oder einem synthetischen Kautschuk basiert) oder ein Silikonharz ist. Die Beispiele für die Maske zum Verhindern der Haftung des Verbindungsmaterials, die hier geeignet verwendet werden können, enthalten einen Klebstofffilm mit einer Dicke von 20 bis 50 µm.
Bevor die Seiten benachbarter Wabensegmente über die Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden werden, wie oben beschrieben worden ist, wird das Metallelement durch das Wickeln des Metalldrahts um den äußeren Umfang des Wabensegments oder durch andere Mittel im Voraus bereitgestellt, wobei dann das Verbindungsmaterial auf den äußeren Umfang des Wabensegments aufgetragen wird, um das Metallelement zu bedecken, wodurch die Wabenstruktur mit dem in die Verbindungsmaterialschicht eingebetteten Metallelement hergestellt wird.
Ferner kann, wenn die resultierende Wabenstruktur in einem Zustand hergestellt wird, in dem die äußere Umfangswand auf der äußeren Umfangsfläche der Wabenstruktur ausgebildet ist, die äußere Umfangsfläche geschliffen werden, um die äußere Umfangswand zu entfernen. Das Beschichtungsmaterial wird in einem nachfolgenden Schritt auf den äußeren Umfang der Wabenstruktur, von der folglich die äußere Umfangswand entfernt worden ist, aufgetragen, um eine Beschichtungsschicht zu bilden. Ferner kann beim Schleifen der äußeren Umfangsfläche ein Abschnitt der äußeren Umfangswand geschliffen und entfernt werden, wobei auf diesem Abschnitt die Beschichtungsschicht durch das Beschichtungsmaterial gebildet werden kann.
Wenn das Beschichtungsmaterial hergestellt wird, kann es z. B. unter Verwendung eines biaxialen vertikalen Rotationsmischers hergestellt werden. Ferner kann das Beschichtungsmaterial kolloidales Siliciumdioxid, ein organisches Bindemittel, Ton und dergleichen enthalten. Der Gehalt des organischen Bindemittels beträgt vorzugsweise von 0,05 bis 0,5 Masse-% und bevorzugter von 0,1 bis 0,2 Masse-%. Der Gehalt des Tons beträgt vorzugsweise von 0,2 bis 2,0 Masse-% und bevorzugter von 0,4 bis 0,8 Masse-%.
Das Beschichtungsmaterial wird auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur aufgetragen, wobei das aufgetragene Beschichtungsmaterial getrocknet wird, um die Beschichtungsschicht zu bilden. Eine derartige Struktur kann eine wirksame Unterdrückung der Rissbildung in der Beschichtungsschicht während des Trocknens und der Wärmebehandlung ermöglichen. Außerdem kann der Metalldraht vorher, wie z. B. durch das Wickeln des Metalldrahtes um die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur und dann das Auftragen des Beschichtungsmaterials auf die äußere Umfangsfläche der Wabenstruktur, um das Metallelement zu bedecken, bereitgestellt werden, wodurch die Wabenstruktur mit dem in die Beschichtungsschicht eingebetteten Metallelement hergestellt wird.
Die Beispiele für ein Verfahren zum Aufbringen des Beschichtungsmaterials können ein Verfahren zum Auftragen des Beschichtungsmaterials enthalten, bei dem die Wabenstruktur auf einen Drehtisch gelegt und dieser gedreht wird und eine schaufelförmige Auftragsdüse entlang dem äußeren Randabschnitt der Wabenstruktur gepresst wird, während das Beschichtungsmaterial aus der Auftragsdüse ausgestoßen wird. Eine derartige Konfiguration kann es ermöglichen, dass das Beschichtungsmaterial mit einer gleichmäßigen Dicke aufgetragen wird. Ferner kann dieses Verfahren zu einer verringerten Oberflächenrauigkeit der gebildeten äußeren Umfangsbeschichtung führen und zu einer äußeren Umfangsbeschichtung führen, die ein verbessertes Aussehen aufweist und durch einen thermischen Schock schwer zu brechen ist.
Das Verfahren zum Trocknen des aufgetragenen Beschichtungsmaterials ist nicht eingeschränkt, wobei es aber hinsichtlich des Verhinderns der Trockenrissbildung z. B. ein Verfahren zum Trocknen von 25 % oder mehr des Wassergehalts im Beschichtungsmaterial geeignet verwenden kann, indem das Beschichtungsmaterial für 24 Stunden oder länger bei Zimmertemperatur aufrechterhalten wird und es dann für 1 Stunde oder länger in einem Elektroofen bei 600 °C aufrechterhalten wird, um Feuchtigkeit und organische Stoffe zu entfernen.
Wenn der Katalysator auf der Wabenstruktur getragen ist, ist das Verfahren zum Tragen des Katalysators nicht besonders eingeschränkt, wobei es gemäß dem Verfahren zum Tragen des Katalysators ausgeführt werden kann, das in dem herkömmlichen Verfahren zum Herstellen der Wabenstruktur ausgeführt wird.
<3. Abgasreinigungsvorrichtung>
Unter Verwendung der Wabenstruktur gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann eine Abgasreinigungsvorrichtung gebildet werden. 12 zeigt als ein Beispiel eine schematische Ansicht eines Abgasströmungsweges einer Abgasreinigungsvorrichtung 50, die die Wabenstruktur 10 enthält. Die Abgasreinigungsvorrichtung 50 enthält die Wabenstruktur 10 und eine Spulenverdrahtung 54, die den äußeren Umfang der Wabenstruktur 10 spiralförmig umgibt. Außerdem weist die Abgasreinigungsvorrichtung 50 ein Metallrohr 52 zum Aufnehmen der Wabenstruktur 10 und der Spulenverdrahtung 54 auf. Die Abgasreinigungsvorrichtung 50 kann in einem Abschnitt 52a mit vergrößertem Durchmesser des Metallrohrs 52 angeordnet sein. Die Spulenverdrahtung 54 kann an der Innenseite des Metallrohrs 52 durch ein Befestigungselement 55 befestigt sein. Das Befestigungselement 55 ist vorzugsweise ein hitzebeständiges Element, wie z. B. Keramikfasern. Die Wabenstruktur 10 kann einen Katalysator tragen.
Die Spulenverdrahtung 54 ist spiralförmig um den äußeren Umfang der Wabenstruktur 10 gewickelt. Außerdem wird angenommen, dass zwei oder mehr Spulenverdrahtungen 54 verwendet werden. Ein von einer Wechselstrom-Leistungsversorgung CS zugeführter Wechselstrom fließt in Reaktion auf das Einschalten (EIN) eines Schalters SW durch die Spulenverdrahtung 54, wobei im Ergebnis ein sich periodisch änderndes Magnetfeld um die Spulenverdrahtung 54 erzeugt wird. Das Ein-/Ausschalten des Schalters SW ist durch eine Steuereinheit 53 gesteuert. Die Steuereinheit 53 kann den Schalter SW synchron mit dem Start einer Kraftmaschine einschalten und einen Wechselstrom durch die Spulenverdrahtung 54 leiten. Es wird außerdem angenommen, dass die Steuereinheit 53 den Schalter SW ungeachtet des Starts der Kraftmaschine (z. B. in Reaktion auf die Betätigung eines durch einen Fahrer gedrückten Heizungsschalters) einschaltet.
In der vorliegenden Offenbarung wird eine Temperatur der Wabenstruktur 10 in Reaktion auf die Änderung des Magnetfelds gemäß dem durch die Spulenverdrahtung 54 fließenden Wechselstrom erhöht. Basierend darauf werden feine Kohlenstoffpartikeln und dergleichen, die durch die Wabenstruktur 10 aufgefangen werden, ausgebrannt. Außerdem, wenn die Wabenstruktur 10 den Katalysator trägt, erhöht der Anstieg der Temperatur der Wabenstruktur 10 die Temperatur des durch den in der Wabenstruktur 10 enthaltenen Katalysatorträger getragenen Katalysators, wobei er die katalytische Reaktion fördert. Kurz, Kohlenmonoxid (CO), Stickstoffoxid (NO_x) und Kohlenwasserstoff (CH) werden zu Kohlendioxid (CO₂), Stickstoff (N₂) und Wasser (H₂O) oxidiert oder reduziert.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Beispielen spezifisch beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf die Beispiele eingeschränkt.
<Beispiel 1>
Ein säulenförmiges Cordierit-Wabensegment mit einem Quadrat von 42 mm, einer Länge von 85 mm, einer Trennwanddicke von 0,1 mm und einem Abstand zwischen den Trennwänden von etwa 1 mm wurde hergestellt. Ein Metalldraht mit einem Drahtdurchmesser von 0,45 mm, der aus dem Restgehalt Fe - 17 Masse-% Cr hergestellt wurde, wurde um die äußere Umfangsfläche des Wabensegments gewickelt. Cordierit-Wabensegmente, die die gleiche Größe aufwiesen und nicht mit dem Metalldraht umwickelt waren, wurden unter Verwendung des Verbindungsmaterials mit dem Umfang des Wabensegments verbunden, um das der Metalldraht gewickelt war, um einen verbundenen Körper zu erzeugen. Das verwendete Verbindungsmaterial war eine Mischung aus Cordieritpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von 15 µm, Aluminiumoxidfasern mit einer durchschnittlichen Länge von 200 µm, kolloidalem Siliciumdioxid und Carboxymethylcellulose. Das Wabensegment, um das der Metalldraht gewickelt war, wurde in der Mitte des verbundenen Körpers verwendet, wobei der äußere Umfang bearbeitet wurde, um eine Zylinderform mit einem Durchmesser von 82 mm zu bilden, um eine Wabenstruktur zu erhalten.
Anschließend wurde ein Erwärmungstest der Wabenstruktur mit einer Induktionsheizspule mit einem Durchmesser von 100 mm unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung ausgeführt, wobei eine Temperatur der Stirnfläche der Wabenstruktur mit einem Infrarotthermometer gemessen wurde. Die Erwärmungsleistung der Wabenstruktur wurde bei einer Eingangsleistung von 14 kW und bei einer Induktionsheizfrequenz von 30 kHz gemessen. 13 zeigt eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen einer Zeit (Sekunden) und einer Temperatur (°C) darstellt.
Bezugszeichenliste

10, 20: Wabenstruktur
11: äußere Umfangswand
12: Trennwand
15: Zelle
17: Wabensegment
18: Verbindungsmaterialschicht
21, 31, 41: Metallelement
22, 23, 24, 25, 42, 44, 45: Metalldraht
32: Beschichtungsschicht
38, 39: abgedichteter Abschnitt
50: Abgasreinigungsvorrichtung
52: Metallrohr
53: Steuereinheit
54: Spulenverdrahtung
55: Befestigungselement

Claims

Säulenförmige Wabenstruktur, die säulenförmige Wabensegmente umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden sind, wobei jedes der säulenförmigen Wabensegmente umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine poröse Trennwand, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden, und wobei ein Metallelement in die Verbindungsmaterialschicht eingebettet ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei die säulenförmige Wabenstruktur ferner eine Überzugsschicht auf einer äußeren Umfangsfläche der Wabenstruktur umfasst, und wobei das Metallelement innerhalb der Beschichtungsschicht oder auf einer Oberfläche der Beschichtungsschicht angeordnet ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallelement ein Metalldraht ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 3, wobei der Metalldraht so vorgesehen ist, dass er um einen äußeren Umfang des Wabensegments in der Verbindungsmaterialschicht verläuft.
Wabenstruktur nach Anspruch 4, wobei der Metalldraht, der so vorgesehen ist, dass er um den äußeren Umfang des säulenförmigen Wabensegments verläuft, einen Schleifenstrom-Flussweg, der entlang dem äußeren Umfang des säulenförmigen Wabensegments verläuft, in einem Querschnitt senkrecht zu einer axialen Richtung der säulenförmigen Wabenstruktur bildet.
Wabenstruktur nach Anspruch 3, wobei die Metalldrähte so vorgesehen sind, dass sie sich parallel zu einer axialen Richtung des Wabensegments in den Verbindungsmaterialschichten erstrecken.
Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Metallelement eine Metallfolie oder ein Metallnetz ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Metallelement aus einem oder mehreren hergestellt ist, die aus Kupfer, Eisen, Aluminium, Nickel, Chrom und Kobalt ausgewählt sind.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei wenigstens ein Abschnitt der Metallelemente eine magnetische Substanz umfasst.
Wabenstruktur nach Anspruch 9, wobei alle Metallelemente eine magnetische Substanz umfassen.
Wabenstruktur nach Anspruch 9 oder 10, wobei die magnetische Substanz einen Curie-Punkt von 450 °C oder mehr aufweist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die magnetische Substanz einen Eigenwiderstandswert von 20 µΩcm oder mehr bei 25 °C aufweist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die magnetische Substanz eine maximale magnetische Permeabilität von 1000 oder mehr aufweist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Trennwand und die äußere Umfangswand ein Keramikmaterial umfassen, und wobei das Keramikmaterial eine Wärmeleitfähigkeit von 3 W/mK oder größer aufweist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Trennwand und die äußere Umfangswand ein Keramikmaterial umfassen, und wobei das Keramikmaterial einen Wärmeausdehnungskoeffizienten von 3 × 10^-6 oder größer aufweist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Trennwand und die äußere Umfangswand ein Keramikmaterial umfassen, und wobei das Keramikmaterial wenigstens eines ist, das aus Cordierit, Siliciumcarbid, Silicium, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid, Mullit und Aluminiumoxid ausgewählt ist.
Säulenförmige Wabenstruktur, die umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine poröse Trennwand, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden, wobei ein Metallelement innerhalb der äußeren Umfangswand oder auf einer Oberfläche der äußeren Umfangswand angeordnet ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 17, wobei die Wabenstruktur säulenförmige Wabensegmente umfasst, die über Verbindungsmaterialschichten miteinander verbunden sind, und wobei jedes der säulenförmigen Wabensegmente umfasst: eine äußere Umfangswand; und eine poröse Trennwand, die an einer Innenseite der äußeren Umfangswand angeordnet ist, wobei die Trennwand mehrere Zellen definiert, wobei sich jede der Zellen von einer Stirnfläche zur anderen Stirnfläche erstreckt, um einen Strömungsweg zu bilden.
Abgasreinigungsvorrichtung, die umfasst: die Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 18; eine Spulenverdrahtung, die einen äußeren Umfang der Wabenstruktur spiralförmig umgibt; und ein Metallrohr zum Aufnehmen der Wabenstruktur und der Spulenverdrahtung.