DE112021000093T5

DE112021000093T5 - Prüfvorrichtung und Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter

Info

Publication number: DE112021000093T5
Application number: DE112021000093.4T
Authority: DE
Inventors: Yohei KAJIURA; Yuji Watanabe; Yoshihiro Sato; Yuichi Tajima
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2021-06-18
Filing date: 2021-10-01
Publication date: 2023-03-02
Also published as: CN115708417A; US20220404261A1

Abstract

Eine Prüfvorrichtung 100 für einen säulenförmigen Wabenfilter 1 enthält Folgendes: einen Gehäuseabschnitt 10, der einen säulenförmigen Wabenfilter 1 aufnehmen kann; ein Einlassrohr 20 und ein Auslassrohr 30, durch die ein Gas strömen kann, wobei das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 jeweils mit dem Gehäuseabschnitt 10 verbunden sind; einen Partikelerzeugungsabschnitt 40 zum Erzeugen von Partikeln; einen Partikeleinbringabschnitt 50 zum Einbringen der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, in das Einlassrohr 20; einen Gasdurchmischungsabschnitt 60, der im Einlassrohr 20 auf einer Stromaufwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in einer Gasströmungsrichtung X angeordnet ist; und Partikelzähler 70a, 70b zum Messen der Anzahl der Partikel, wobei die Partikelzähler 70a, 70b im Einlassrohr 20 und im Auslassrohr 30 auf einer Stromabwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet sind.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter.
Hintergrund der Erfindung
In einem Abgas, das von einer Brennkraftmaschine wie etwa Dieselkraftmaschinen und Benzinkraftmaschinen ausgelassen wird, sind Feststoffpartikel wie etwa Ruß (hier als PM: Feststoffpartikel bezeichnet) enthalten. Die PM wie etwa Ruß sind schädlich für den menschlichen Körper und die Emission der PM wird reguliert. Aktuell werden Filter, die durch Dieselpartikelfilter (DPF) und Benzinpartikelfilter (GPF) repräsentiert werden, zum Leiten eines Abgases durch eine kleinporige Trennwand, um die PM wie etwa Ruß zu filtern, weit verbreitet verwendet, um Abgasvorschriften zu erfüllen.
Als einen Filter zum Abscheiden der PM wie etwa Ruß ist eine säulenförmige Wabenstruktur eines Wandströmungstyps (im Folgenden ebenso als ein „säulenförmiger Wabenfilter“ bezeichnet) bekannt, die Folgendes enthält: eine Trennwand, die mehrere erste Zellen und zweite Zellen definiert, die sich jeweils von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche erstrecken, wobei die ersten Zellen und die zweiten Zellen derart angeordnet sind, dass sie über die Trennwand zueinander benachbart sind, und die erste Stirnfläche jeder ersten Zelle und die zweite Stirnfläche jeder Zelle geöffnet sind und die zweite Stirnfläche jeder ersten Zelle und die erste Stirnfläche jeder zweiten Zelle mit einem verschlossenen Abschnitt versehen sind.
In den letzten Jahren sind mit der Verschärfung von Abgasvorschriften strengere PM-Emissionsstandards (PN-Regulierung: Regulierung der Feststoffpartikelanzahl) eingeführt worden und für Filter ist eine höhere PM-Abscheidungsleistung (ein höherer PN-Abscheidegrad) erforderlich.
Es ist ein herkömmliches Prüfverfahren bekannt, das einem Filter Rußpartikel mit einer mittleren Partikelgröße von 300 nm zuführt, die Anzahl der Rußpartikel, bevor und nachdem sie dem Filter zugeführt werden, mittels eines Partikelzählers misst und eine Differenz dazwischen bestimmt (Patentliteratur 1). Ferner ist außerdem ein Verfahren des Zuführens eines Gases, das feine Partikel enthält, zu einer ersten Stirnfläche eines säulenförmigen Wabenfilters und des Bestrahlens einer zweiten Stirnfläche mit einem folienartigen Licht parallel zur zweiten Stirnfläche, derart dass die gesamte Stirnfläche abgedeckt wird, und des Abbildens der gesamten zweiten Stirnfläche mit einer Kamera bekannt (Patentliteratur 2).
Stand der Technik
Patentliteratur

[Patentliteratur 1] US-Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2020/0254435 A1
[Patentliteratur 2] das Japanische Patent Nr. 6,756,939 B

Zusammenfassung der Erfindung
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Bei dem Prüfverfahren aus Patentliteratur 1 besteht die Tendenz, dass sich eine Menge der zugeführten Rußpartikel abhängig von Positionen im Filter ändert. Dies ist so, weil es bei dem Prüfverfahren aus Patentliteratur 1 schwierig ist, die Rußpartikel zu durchmischen, derart, dass bewirkt wird, dass die Konzentrationsverteilung der Rußpartikel in einer Ebene, die zu einer Zuführrichtung der Rußpartikel senkrecht ist, abweicht. Daher kann selbst dann, wenn dasselbe Erzeugnis geprüft wird, der Messwert abhängig von der Ausrichtung des Filters und dem Anordnungsverfahren variieren, derart, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung verschlechtert werden kann.
Ferner wertet das Prüfverfahren aus Patentliteratur 2 einfach auf der Grundlage der Tatsache, dass das folienartige Licht gestreut wird, wenn es auf die feinen Partikel trifft, den Helligkeitsunterschied auf dem Bild aus. Daher kann nicht ausgesagt werden, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung ausreichend ist.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die obigen Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter mit einer höheren Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung zu schaffen.
Mittel zum Lösen des Problems
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben entdeckt, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung verbessert werden kann, indem ein Gasdurchmischungsabschnitt an einer vorgegebenen Position der Prüfvorrichtung für den säulenförmigen Wabenfilter vorgesehen wird, um die Partikel auf wirksame Weise zu durchmischen und die Abweichung der Konzentrationsverteilung der Rußpartikel in einer Ebene, die zu einer Gasströmungsrichtung X senkrecht ist, zu unterbinden, und sie haben die vorliegende Erfindung vollendet.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter, wobei die Prüfvorrichtung Folgendes umfasst:

einen Gehäuseabschnitt, der einen säulenförmigen Wabenfilter aufnehmen kann;
ein Einlassrohr und ein Auslassrohr, durch die ein Gas strömen kann, wobei das Einlassrohr und das Auslassrohr jeweils mit dem Gehäuseabschnitt verbunden sind;
einen Partikelerzeugungsabschnitt zum Erzeugen von Partikeln;
einen Partikeleinbringabschnitt zum Einbringen der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt erzeugt werden, in das Einlassrohr;
einen Gasdurchmischungsabschnitt, der im Einlassrohr auf einer Stromaufwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts in einer Gasströmungsrichtung angeordnet ist; und
Partikelzähler zum Messen der Anzahl der Partikel, wobei die Partikelzähler im Einlassrohr und im Auslassrohr auf einer Stromabwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts in der Gasströmungsrichtung angeordnet sind.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

einen Partikelerzeugungsschritt des Erzeugens von Partikeln;
einen Partikeleinbringschritt des Einbringens der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt erzeugt werden, in ein Gas, das durch einen Gasdurchmischungsabschnitt durchmischt wird;
einen Partikelzuführschritt des Zuführens des Gases mit den eingebrachten Partikeln zum säulenförmigen Wabenfilter; und
einen Partikelmessschritt des Messens der Anzahl der Partikel im Gas auf einer Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite des säulenförmigen Wabenfilters in einer Gasströmungsrichtung.

Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter, die eine höhere Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung aufweisen, zu schaffen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine Querschnittsansicht eines säulenförmigen Wabenfilters, der für eine Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
3 ist eine Endansicht des säulenförmigen Wabenfilters in 2;
4 ist eine vergrößerte Ansicht der Peripherie des Partikeleinbringabschnitts in 1;
5 ist eine Draufsicht einer Gasdurchmischungsplatte, die in einer Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
6 ist eine Querschnittsansicht, die entlang der Linie a-a' der Gasdurchmischungsplatte in 5 aufgenommen ist; und
7 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Genaue Beschreibung der Erfindung
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass jene, die auf geeignete Weise hinzugefügte Änderungen, Verbesserungen und dergleichen an den folgenden Ausführungsformen auf der Grundlage des Wissens eines Fachmanns auf dem Gebiet aufweisen, ohne vom Erfindungsgeist der vorliegenden Erfindung abzuweichen, in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen.
(1) Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter
1 ist eine schematische Ansicht einer Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält eine Prüfvorrichtung 100 für einen säulenförmigen Wabenfilter Folgendes: einen Gehäuseabschnitt 10, der einen säulenförmigen Wabenfilter aufnehmen kann; ein Einlassrohr 20 und ein Auslassrohr 30, durch die ein Gas strömen kann und die mit dem Gehäuseabschnitt 10 verbunden sind; einen Partikelerzeugungsabschnitt 40 zum Erzeugen von Partikeln; einen Partikeleinbringabschnitt 50 zum Einbringen der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, in das Einlassrohr 20; einen Gasdurchmischungsabschnitt 60, der im Einlassrohr 20 auf einer Stromaufwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in einer Gasströmungsrichtung X angeordnet ist; und Partikelzähler 70a, 70b, die im Einlassrohr 20 bzw. im Auslassrohr 30 auf der Stromabwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet sind und die die Anzahl der Partikel messen. Eine derartige Struktur führt zu einer einfachen Diffusion der Partikel in das Gas, derart, dass jegliche Abweichung einer Konzentrationsverteilung der Partikel in einer Ebene, die zur Gasströmungsrichtung X senkrecht ist, unterbunden werden kann. Daraufhin wird die Anzahl der Partikel durch die Partikelzähler 70a, 70b unter Verwendung der Partikel, bei denen die Abweichung der Konzentrationsverteilung unterbunden worden ist, gemessen, derart, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung verbessert werden kann.
Es sei erwähnt, dass 1 ein Beispiel zeigt, bei dem Elemente wie etwa das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 horizontal angeordnet sind, jedoch können diese Elemente vertikal angeordnet sein.
Im Folgenden wird jede Komponente des zu prüfenden säulenförmigen Wabenfilters und der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter im Einzelnen beschrieben.
<Säulenförmiger Wabenfilter>
Der säulenförmige Wabenfilter, der in der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter verwendet wird, ist eine säulenförmige Wabenstruktur eines Wandströmungstyps. Der säulenförmige Wabenfilter kann als DPF und GPF zum Abscheiden von PM wie etwa Ruß, die an einer Abgasleitung von einer Verbrennungsvorrichtung, üblicherweise einer Kraftmaschine, die auf einem Fahrzeug angebracht ist, befestigt sind, verwendet werden.
2 und 3 sind eine schematische Querschnittsansicht (Querschnittsansicht parallel zu einer Ausdehnungsrichtung der Zellen) und eine Endansicht (Endansicht einer ersten Stirnfläche) des säulenförmigen Wabenfilters.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, enthält der säulenförmige Wabenfilter 1 Folgendes: eine Außenumfangswand 2; mehrere erste Zellen 4a, die auf einer Innenseite der Außenumfangswand 2 angeordnet sind, wobei sich jede der ersten Zellen 4a von einer ersten Stirnfläche 3a bis zu einer zweiten Stirnfläche 3b erstreckt, wobei die erste Stirnfläche 3a geöffnet ist und die zweite Stirnfläche 3b einen verschlossenen Abschnitt 6 aufweist; mehrere zweite Zellen 4b, die auf der Innenseite der Außenumfangswand 2 angeordnet sind, wobei sich jede der zweiten Zellen 4b von der ersten Stirnfläche 3a zur zweiten Stirnfläche 3b erstreckt, die erste Stirnfläche 3a den verschlossenen Abschnitt 6 aufweist und die zweite Stirnfläche 3b geöffnet ist; und eine poröse Trennwand 5, die die ersten Zellen 4a und die zweiten Zellen 4b definiert. Jede der ersten Zellen 4a und jede der zweiten Zellen 4b sind über die Trennwand 5 zueinander benachbart abwechselnd angeordnet, wobei die erste Stirnfläche 3a und die zweite Stirnfläche 3b jeweils eine Wabenform aufweisen.
Wenn ein Abgas, das PM wie etwa Ruß enthält, der ersten Stirnfläche 3a auf einer Stromaufwärtsseite des säulenförmigen Wabenfilters 1 zugeführt wird, wird das Abgas in die ersten Zellen 4a eingebracht und bewegt sich in den ersten Zellen 4a in Richtung der Stromabwärtsseite fort. Da die ersten Zellen 4a die verschlossenen Abschnitte 6 auf der zweiten Stirnfläche 3b auf der Stromabwärtsseite aufweisen, tritt das Abgas durch die poröse Trennwand 5 hindurch, die die ersten Zellen 4a von den zweiten Zellen 4b trennt, und strömt in die zweiten Zellen 4b. Da die PM nicht durch die Trennwand 5 hindurchtreten können, werden sie abgeschieden und in den ersten Zellen 4a abgelagert. Nachdem die PM entfernt worden sind, bewegt sich das saubere Abgas, das in die zweiten Zellen 4b geströmt ist, in den zweiten Zellen 4b in Richtung der Stromabwärtsseite fort und strömt aus der zweiten Stirnfläche 3b auf der Stromabwärtsseite.
Nicht einschränkende Beispiele für Materialien zum Bilden des säulenförmigen Wabenfilters 1 enthalten poröse Keramikwerkstoffe. Die Keramikwerkstoffe enthalten Cordierit, Mullit, Zirconiumphosphat, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Silizium-Siliziumcarbid-Verbundwerkstoffe (z. B. Si-gebundenes SiC), Cordierit-Siliziumcarbid-Verbundwerkstoffe, Zirconiumdioxid, Spinell, Indialit, Sapphirin, Korund, Titandioxid, Siliziumnitrid und dergleichen. Diese Keramikwerkstoffe können alleine oder in einer Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Der säulenförmige Wabenfilter 1 kann einen Katalysator zur Unterstützung der PM-Verbrennung auf einer Oberfläche der Trennwand 5 oder im Inneren der Trennwand 5 tragen. Beispiele für den Katalysator enthalten Edelmetalle (Pt, Pd, Rh und dergleichen), Alkalimetalle (Li, Na, K, Cs und dergleichen), Erdalkalimetalle (Ca, Ba, Sr und dergleichen), Seltene Erden (Ce, Sm, Gd, Nd, Y, Zr, Ca, La, Pr und dergleichen) und Übergangsmetalle (Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Sc, Ti, V, Cr und dergleichen).
Beispiele für Formen der Stirnflächen der säulenförmigen Wabenstruktur enthalten runde Formen wie etwa eine Kreisform, eine ovale Form, eine Rennstreckenform und eine elliptische Form und polygonale Formen wie etwa eine dreieckige Form und eine viereckige Form, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Es sei erwähnt, dass der veranschaulichte säulenförmige Wabenfilter 1 ein Beispiel ist, bei dem die Formen der Stirnflächen kreisförmig sind und die äußere Form säulenförmig ist.
Beispiele für Formen der Zellen (der ersten Zellen 4a und der zweiten Zellen 4b) im Querschnitt senkrecht zur Strömungswegrichtung der Zellen enthalten vorzugsweise ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Von diesen werden ein Quadrat und ein Sechseck bevorzugt. Eine derartige Zellenform ergibt einen verminderten Druckverlust, wenn ermöglicht wird, dass das Fluid durch den säulenförmigen Wabenfilter 1 strömt.
Eine Zellendichte (die Anzahl von Zellen pro Einheitsquerschnittsfläche) ist nicht insbesondere eingeschränkt und sie kann z. B. im Bereich von 6 bis 2000 Zellen/Quadratzoll (von 0,9 bis 311 Zellen/cm²) und stärker bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 Zellen/Quadratzoll (von 7,8 bis 155 Zellen/cm²) und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 400 Zellen/Quadratzoll (von 15,5 bis 62,0 Zellen/cm²) liegen.
Der säulenförmige Wabenfilter 1 kann außerdem als ein einteilig ausgebildetes Erzeugnis bereitgestellt werden. Der säulenförmige Wabenfilter 1 kann außerdem als ein Körper aus verbundenen Segmenten bereitgestellt werden, indem die Außenseitenflächen mehrerer säulenförmiger Wabensegmente, die jeweils die Außenumfangswand 2 aufweisen, verbunden und integriert werden. Indem der säulenförmige Wabenfilter 1 als der Körper aus verbundenen Segmenten bereitgestellt wird, kann die Temperaturwechselbeständigkeit erhöht werden.
Der säulenförmige Wabenfilter 1 kann unter Verwendung eines im Gebiet bekannten Verfahrens hergestellt werden. Das Verfahren zum Herstellen des säulenförmigen Wabenfilters 1 wird unten als ein Beispiel beschrieben.
Zuerst wird eine Rohmaterialzusammensetzung, die ein keramisches Rohmaterial, ein Dispersionsmedium, einen Porenbildner und ein Bindermittel enthält, durchknetet, um einen Grünkörper zu bilden. Der Grünkörper wird daraufhin stranggepresst, um einen gewünschten, säulenförmigen, wabenartig ausgebildeten Körper zu bilden. Die Rohmaterialzusammensetzung kann wahlweise beliebige Zusätze wie etwa ein Dispergiermittel enthalten. Beim Strangpressformen kann eine Form mit einer gewünschte Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke, Zellendichte und dergleichen verwendet werden.
Nachdem der säulenförmige, wabenartig ausgebildete Körper getrocknet ist, werden auf beiden Stirnflächen des säulenförmigen, wabenartig ausgebildeten Körpers verschlossene Abschnitte gebildet, und anschließend werden die verschlossenen Abschnitte getrocknet, um einen säulenförmigen, wabenartig ausgebildeten Körper zu erhalten, der die verschlossenen Abschnitte aufweist. Danach wird der säulenförmige, wabenartig ausgebildete Körper Entfetten und Brennen unterzogen, um einen säulenförmigen Wabenfilter 1 herzustellen.
Das keramische Rohmaterial, das hier verwendet werden kann, enthält ein Rohmaterial, das nach dem Brennen die obigen Keramikwerkstoffe bilden kann. Das keramische Rohmaterial kann z. B. in Pulverform bereitgestellt werden. Beispiele für das keramische Rohmaterial enthalten Rohmaterialen zum Erhalten von Keramikwerkstoffen wie etwa Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Zirconiumdioxid, Spinell, Indialit, Sapphirin, Korund und Titandioxid. Spezifische Beispiele enthalten Siliziumdioxid, Talk, Aluminiumoxid, Kaolin, Serpentin, Pyrophyllit, Brucit, Böhmit, Mullit, Magnesit und Aluminiumhydroxid, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Das keramische Rohmaterial kann alleine oder in einer Kombination von zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Für Filteranwendungen wie etwa DPF und GPF kann vorzugsweise Cordierit als die Keramik verwendet werden. In diesem Fall kann ein Cordierit bildendes Rohmaterial als das keramische Rohmaterial verwendet werden. Das Cordierit bildende Rohmaterial ist ein Rohmaterial, das durch Brennen Cordierit bilden wird. Das Cordierit bildende Material besteht vorzugsweise aus einer chemischen Zusammensetzung, die 30 bis 45 Gew.-% Aluminiumoxid (Al₂O₃) (wobei eine Menge Aluminiumhydroxid, das in Aluminiumoxid umgesetzt wird, enthalten ist), 11 bis 17 Gew.-% Magnesiumoxid (MgO) und 42 bis 57 Gew.-% Siliziumdioxid (SiO₂) aufweist.
Beispiele für das Dispersionsmedium enthalten Wasser oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel wie etwa Alkohol. Das Wasser kann stärker bevorzugt verwendet werden.
Der Porenbildner ist nicht insbesondere eingeschränkt, solange er nach dem Brennen Poren bildet. Beispiele enthalten Weizenmehl, Stärke, Schaumharze, wasserabsorbierende Harze, poröses Siliziumdioxid, Kohlenstoff (z. B. Graphit), Keramikblasen, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen, Nylon, Polyester, Acryle und Phenole. Der Porenbildner kann alleine oder in einer Kombination mit zwei oder mehr Arten verwendet werden. Unter dem Gesichtspunkt des Erhöhens der Porosität des gebrannten Körpers beträgt der Gehalt des Porenbildners auf der Grundlage von 100 Gewichtsanteilen des keramischen Rohmaterials vorzugsweise 0,5 Gewichtsanteile oder mehr und stärker bevorzugt 2 Gewichtsanteile oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 3 Gewichtsanteile oder mehr. Unter dem Gesichtspunkt des Sicherstellens der Festigkeit des gebrannten Körpers beträgt der Gehalt des Porenbildners auf der Grundlage von 100 Gewichtsanteilen des keramischen Rohmaterials vorzugsweise 10 Gewichtsanteile oder weniger und stärker bevorzugt 7 Gewichtsanteile oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 4 Gewichtsanteile oder weniger.
Beispiele für das Bindemittel enthalten organische Bindemittel wie etwa Methylzellulose, Hydroxypropyl-Methylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose und Polyvinylalkohol. Von diesen wird bevorzugt, Methylzellulose in Kombination mit Hydroxypropyl-Methylzellulose zu verwenden. Ferner beträgt der Gehalt des Bindemittels hinsichtlich des Erhöhens der Festigkeit des wabenartig ausgebildeten Körpers auf der Grundlage von 100 Gewichtsanteilen des keramischen Rohmaterials vorzugsweise 4 Gewichtsanteile oder mehr und stärker bevorzugt 5 Gewichtsanteile oder mehr und 6 Gewichtsanteile. Der Gehalt des Bindemittels beträgt hinsichtlich des Unterbindens von Rissbildung aufgrund einer anomalen Wärmeerzeugung im Brennschritt auf der Grundlage von 100 Gewichtsanteilen des keramischen Rohmaterials vorzugsweise 9 Gewichtsanteile oder weniger und stärker bevorzugt 8 Gewichtsanteile oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 7 Gewichtsanteile oder weniger. Das Bindemittel kann alleine oder in einer Kombination mit zwei oder mehr Arten verwendet werden.
Das Dispergiermittel, das verwendet werden kann, enthält, Ethylenglycol, Dextrin, Fettsäureseifen, Polyether-Polyol und dergleichen. Das Dispergiermittel kann alleine oder in einer Kombination mit zwei oder mehr Arten verwendet werden. Der Gehalt des Dispergiermittels liegt auf der Grundlage von 100 Gewichtsanteilen des keramischen Rohmaterials vorzugsweise im Bereich von 0 bis 2 Gewichtsanteilen.
Das Verfahren zum Verschließen der Stirnflächen des säulenförmigen, wabenartig ausgebildeten Körpers ist nicht insbesondere eingeschränkt und ein wohlbekanntes Verfahren kann eingesetzt werden. Die Materialien der verschlossenen Abschnitte 6 sind nicht insbesondere eingeschränkt. Hinsichtlich Festigkeit und Wärmebeständigkeit werden Keramikwerkstoffe bevorzugt. Die Keramikwerkstoffe sind vorzugsweise ein keramisches Material, das mindestens eines enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Zirconiumdioxid, Spinell, Indialit, Sapphirin, Korund und Titandioxid besteht. Nochmals stärker bevorzugt weisen die verschlossenen Abschnitte 6 dieselbe Materialzusammensetzung wie jene eines Hauptkörperabschnitts des wabenartig ausgebildeten Körpers auf, weil dies denselben Ausdehnungskoeffizienten während des Brennens bereitstellen kann, was zu einer verbesserten Lebensdauer führt.
Nach dem Trocknen des wabenartig ausgebildeten Körpers können das Entfetten und das Brennen ausgeführt werden, um den säulenförmigen Wabenfilter herzustellen. Für die Bedingungen des Trocknungschrittes, des Entfettungsschrittes und des Brennschrittes können bekannte Bedingungen gemäß der Materialzusammensetzung des wabenartig ausgebildeten Körpers verwendet werden und es ist keine spezifische Erklärung erforderlich. Jedoch werden unten spezifische Beispiele für die Bedingungen gegeben.
Im Trocknungsschritt können herkömmlicherweise bekannte Trocknungsverfahren wie etwa Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter verringertem Druck, Vakuumtrocknung und Sublimationstrocknung verwendet werden. Von diesen wird ein Trocknungsverfahren, das die Heißlufttrocknung und die Mikrowellentrocknung oder die dielektrische Trocknung kombiniert, dahingehend bevorzugt, dass das gesamte gebildete Erzeugnis schnell und gleichmäßig getrocknet werden kann. Wenn die verschlossenen Abschnitte gebildet werden, wird bevorzugt, die verschlossenen Abschnitte auf beiden Stirnflächen des getrockneten, wabenartig ausgebildeten Körpers zu bilden und anschließend die verschlossenen Abschnitte zu trocknen.
Als nächstes wird der Entfettungsschritt beschrieben. Eine Verbrennungstemperatur des Bindemittels beträgt etwa 200 °C und eine Verbrennungstemperatur des Porenbildners liegt im Bereich von etwa 300 bis 1000 °C. Daher kann der Entfettungsschritt ausgeführt werden, indem der wabenartig ausgebildete Körper auf eine Temperatur in einem Bereich von etwa 200 bis 1000 °C erwärmt wird. Eine Erwärmungszeit ist nicht insbesondere eingeschränkt. Sie liegt im Allgemeinen im Bereich von etwa 10 bis 100 Stunden. Der wabenartig ausgebildete Körper nach dem Entfettungsschritt wird als ein kalzinierter Körper bezeichnet.
Abhängig von der Materialzusammensetzung des wabenartig ausgebildeten Körpers kann der Brennschritt z. B. ausgeführt werden, indem der kalzinierte Körper auf 1350 bis 1600 °C erwärmt und für 3 bis 10 Stunden gehalten wird.
Der gebrannte, wabenartig ausgebildete Körper kann unverändert als ein Filter verwendet werden oder es können poröse Schichten zum Abscheiden von PM getrennt auf der Trennwand 5 gebildet werden, um den PN-Abscheidegrad zu verbessern. Ein beliebiges bekanntes Verfahren kann als das Verfahren zum Bilden der porösen Schichten eingesetzt werden. In einer Ausführungsform kann die poröse Schicht insgesamt 50 Gew.-% oder mehr von einem oder mehreren, die aus Siliziumcarbid, Cordierit, Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Mullit und Aluminiumtitanat ausgewählt sind, enthalten.
<Gehäuseabschnitt 10>
Der Gehäuseabschnitt 10 ist ein Element, das den säulenförmigen Wabenfilter 1 aufnehmen kann.
Die Form des Gehäuseabschnitts 10 ist nicht insbesondere eingeschränkt, sondern sie kann gemäß der Form des säulenförmigen Wabenfilters 1 geeignet eingestellt werden. Wenn die äußere Form des säulenförmigen Wabenfilters 1 z. B. zylindrisch ist, kann der Gehäuseabschnitt 10 zylindrisch sein.
Der säulenförmige Wabenfilter 1 ist derart im Gehäuseabschnitt 10 aufgenommen, dass die erste Stirnfläche 3a der Seite des Einlassrohrs 20 zugewandt ist und die zweite Stirnfläche 3b der Seite des Auslassrohrs 30 zugewandt ist.
Beispiele für das Material, das für den Gehäuseabschnitt 10 verwendet wird, enthalten Metalle, Keramikwerkstoffe und dergleichen. Beispiele für die Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Das Material des Gehäuseabschnitts 10 ist wegen seiner hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit vorzugsweise Edelstahl.
<Einlassrohr 20 und Auslassrohr 30>
Das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 sind Elemente, durch die ein Gas strömen kann und die mit dem Gehäuseabschnitt 10 verbunden sind. Das Einlassrohr 20 ist auf der Stromaufwärtsseite des Gehäuseabschnitts 10 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet. Ferner ist das Auslassrohr 30 auf der Stromabwärtsseite des Gehäuseabschnitts 10 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet.
Die Formen des Einlassrohrs 20 und des Auslassrohrs 30 sind nicht insbesondere eingeschränkt. Sie können jeweils eine zylindrische Form, bei der ein Querschnitt senkrecht zur Gasströmungsrichtung X kreisförmig ist; eine rechtwinklige, zylindrische Form, bei der der Querschnitt dreieckig, viereckig, fünfeckig oder sechseckig ist, und eine elliptische, zylindrische Form, bei der der Querschnitt elliptisch ist, aufweisen. Von diesen sind das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 vorzugsweise zylindrisch.
Das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 weisen jeweils einen beliebigen Durchmesser (Außendurchmesser und Innendurchmesser) auf und ein Abschnitt von ihnen kann einen vergrößerten oder verkleinerten Durchmesser aufweisen. Eine derartige Struktur kann z. B. zu einer einfachen Verbindung mit anderen Elementen oder einer einfachen Anordnung anderer Elemente führen.
Beispiele für die Materialien, die für das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 verwendet werden, enthalten Metalle, Keramikwerkstoffe und dergleichen. Beispiele für die Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Die Materialien des Einlassrohrs 20 und des Auslassrohrs 30 sind wegen seiner hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit vorzugsweise Edelstahl.
<Partikelerzeugungsabschnitt 40>
Der Partikelerzeugungsabschnitt 40 ist ein Abschnitt, der Partikel erzeugt, die in den säulenförmigen Wabenfilter 1 eingebracht werden sollen. Der Partikelerzeugungsabschnitt 40 kann ein Gas erzeugen, das Partikel enthält. Beispiele für das Gas in dem Gas, das Partikel enthält, enthalten Luft, Stickstoff, Helium, Wasserstoff, Argon und dergleichen, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Von diesen wird unter dem Gesichtspunkt von Kosten und Sicherheit insbesondere die Luft bevorzugt.
Die Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, enthalten Rußpartikel, Kohlenstoffpartikel, Ölpartikel wie etwa DEHS-Partikel (Sebacinsäure-bis(2-ethylhexyl)ester-Partikel), NaCl-Partikel und Harzpartikel wie etwa Polystyrol-Latex-Partikel, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Eine Vorrichtung, die diese Partikel erzeugen kann, ist handelsüblich. Daher kann die handelsübliche Vorrichtung als der Partikelerzeugungsabschnitt 40 verwendet werden.
Der Partikelerzeugungsabschnitt 40 ist nicht insbesondere eingeschränkt, und z. B. kann ein Rußpartikelgenerator, der Rußpartikel erzeugen kann, verwendet werden. Der Rußpartikelgenerator ist z. B. mit einer Propanquelle, einer Stickstoffquelle und einer Luftquelle verbunden und kann durch unvollständige Verbrennung von Propan Rußpartikel erzeugen.
Die Prüfgenauigkeit kann durch eine Partikelgrößenverteilung der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, die näher an der Partikelgrößenverteilung der PM, die im tatsächlichen Abgas enthalten sind, liegt, verbessert werden. Zum Beispiel liegt ein mittlerer Durchmesser D50 (im Folgenden wird der mittlere Durchmesser 50 als ein „durchschnittlicher Partikeldurchmesser“ bezeichnet) auf der Grundlage der Anzahl der PM, die im Kraftfahrzeugabgas enthalten sind, im Bereich von 50 bis 100 nm in einer kumulativen Partikelgrößenverteilung, die durch eine elektrostatische Partikelklassifizierungseinrichtung und einen Zähler für zusammengeballte Partikel und dergleichen erhalten wird. Daher ist es ideal, dass der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, ebenfalls in diesem Bereich liegt. Jedoch können selbst dann, wenn die Partikel eine Partikelgrößenverteilung aufweisen, die sich von jener der PM, die im tatsächlichen Abgas enthalten sind, unterscheidet, jene Partikel ebenso verwendet werden, weil der Abscheidungsmechanismus bis zu etwa 1000 nm identisch ist.
Die Abscheidung der Partikel wird hauptsächlich in die folgenden vier Arten klassifiziert:

(I) Diffusion (abgeschieden durch eine von der Strömung unterschiedliche Bewegung aufgrund der Brown'schen Molekularbewegung der Partikel);
(II) Unterbrechung (abgeschieden durch physikalischen Kontakt selbst dann, wenn die Partikel von der Strömung getragen werden;
(III) Ablagerung (große Partikel weichen aufgrund der Schwerkraft von der Strömung ab und können nicht hindurchtreten); und
(IV) Trägheit (große Partikel werden selbst dann, wenn sich die Strömungsrichtung ändert, abgeschieden, ohne von der Strömung getragen zu werden).

Für Partikel mit einem Partikeldurchmesser von bis zu etwa 1000 nm sind die Diffusion und die Unterbrechung beherrschend, derart, dass die Verwendung von Partikeln mit einem geringeren Partikeldurchmesser ermöglichen kann, dass die tatsächliche Abscheidungsleistung simuliert wird.
Daher liegt der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, vorzugsweise im Bereich von 100 bis 1000 nm. Durch das Steuern des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der Partikel in einen derartigen Bereich kann die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung stabil verbessert werden.
Ferner kann im Fall der Prüfung der Abscheidungsleistung des säulenförmigen Wabenfilters 1 mit einer allgemeinen Abscheidungsfähigkeit der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikel im obigen Bereich liegen. Jedoch ergibt im Fall des Prüfens der Abscheidungsleistung des säulenförmigen Wabenfilters 1 mit einer höheren Abscheidungsfähigkeit ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser von 300 nm oder größer im Wesentlichen dasselbe Prüfergebnis, derart, dass es schwierig ist, Einzelheiten der Abscheidungsleistung zu erhalten. Daher ist in einem derartigen Fall der durchschnittliche Partikeldurchmesser der Partikel vorzugsweise 30 nm oder größer und kleiner als 300 nm und liegt stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 250 nm. Durch Steuern des durchschnittlichen Partikeldurchmessers der Partikel in einem derartigen Bereich können die Einzelheiten der Abscheidungsleistung selbst dann erhalten werden, wenn der säulenförmige Wabenfilter 1 mit einer höheren Abscheidungsfähigkeit geprüft wird, derart, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung verbessert werden kann.
<Partikeleinbringabschnitt 50>
Der Partikeleinbringabschnitt 50 ist ein Abschnitt, der die Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, in das Einlassrohr 20 einbringt. Der Partikeleinbringabschnitt 50 und der Partikelerzeugungsabschnitt 40 können unter Verwendung eines rohrförmigen Elements wie etwa eines Rohrs verbunden sein.
Der Partikeleinbringabschnitt 50 ist nicht insbesondere eingeschränkt, jedoch wird unter dem Gesichtspunkt des gleichmäßigen Einbringens der Partikel in das Einlassrohr 20 bevorzugt, eine Sprüheinrichtung zu verwenden.
Wie in 4 gezeigt ist, weist eine Richtung der Partikel, die in den Partikeleinbringabschnitt 50 eingebracht werden, vorzugsweise einen Winkel θ größer als 90° und stärker bevorzugt einen Winkel θ im Bereich von 100° bis 180° und nochmals stärker bevorzugt einen Winkel θ im Bereich von 150° bis 180° und insbesondere bevorzugt einen Winkel von 180 ° in Bezug auf die Gasströmungsrichtung X auf. Es sei erwähnt, dass 4 eine vergrößerte Ansicht der Peripherie des in 1 gezeigten Partikeleinbringabschnitts 50 ist. Indem die Einbringrichtung der Partikel auf diese Weise gesteuert wird, wird bewirkt, dass die Partikel leichter in das Gas diffundieren, derart, dass eine Wirkung des Unterbindens der Abweichung der Konzentrationsverteilung der Partikel in der Ebene senkrecht zur Gasströmungsrichtung X verstärkt werden kann. Die Anzahl der Partikel wird durch die Partikelzähler 70a, 70b unter Verwendung der Partikel, bei denen die Abweichung der Konzentrationsverteilung unterbunden worden ist, gemessen, derart, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung weiter verbessert werden kann.
Der Partikeleinbringabschnitt 50 weist vorzugsweise eine Partikelauslassöffnung an einer Position, die der Gasströmungsrichtung X zugewandt ist, auf und stärker bevorzugt weist er eine Partikelauslassöffnung an einer Position, die der Gasströmungsrichtung X gegenüberliegt, auf. Indem die Auslassöffnung an einer derartigen Position vorgesehen ist, können die Partikel derart eingebracht werden, dass sie einen Winkel θ größer als 90 ° in Bezug auf die Gasströmungsrichtung X aufweisen.
Diverse Bedingungen wie etwa eine Menge und eine Geschwindigkeit der Partikel, die in den Partikeleinbringabschnitt 50 eingebracht werden, können abhängig von der Art des Partikeleinbringabschnitts 50, der Größe des Einlassrohrs 20 und dergleichen geeignet eingestellt werden und sind nicht insbesondere eingeschränkt.
<Gasdurchmischungsabschnitt 60>
Ein Gasdurchmischungsabschnitt 60 ist ein Element mit einer Funktion, ein Gas zu durchmischen. Der Gasdurchmischungsabschnitt 60 ist im Einlassrohr 20 auf der Stromaufwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet.
Der Gasdurchmischungsabschnitt 60 ist nicht insbesondere eingeschränkt, jedoch kann er vorzugsweise eine Gasdurchmischungsplatte sein.
Hier ist in 5 eine Draufsicht einer üblichen Gasdurchmischungsplatte (eine Draufsicht von der Stromaufwärtsseite der Gasströmungsrichtung X aus betrachtet) gezeigt. Ferner ist in 6 eine Querschnittsansicht gezeigt, die entlang der Linie a-a' in Fig, 5 aufgenommen ist.
Wie in 5 und 6 gezeigt ist, weist die Gasdurchmischungsplatte 61 ein Paar Ebenen 62a, 62b, die zur Gasströmungsrichtung X senkrecht sind, und mehrere Öffnungen 63, die das Ebenenpaar 62a, 62b durchdringen, auf.
Die Verwendung der Gasdurchmischungsplatte 61 als den Gasdurchmischungsabschnitt 60 führt zu einem negativen Druck auf einer Wirbelströmungsseite (Seite der Ebene 62b) der Gasdurchmischungsplatte 61, woraus sich eine Rückströmung des Gases ergibt, derart, dass eine Rückführungsströmung gebildet wird. Indem die Partikel aus dem Partikeleinbringabschnitt 50 in diesen Abschnitt eingebracht werden, wird bewirkt, dass die Partikel in das Gas diffundieren, während sie in die Rückführungsströmung hineingezogen werden, derart, dass die Abweichung der Konzentrationsverteilung der Partikel in der Ebene senkrecht zur Gasströmungsrichtung X unterbunden wird. Als ein Ergebnis können die Partikel dem zu prüfenden säulenförmigen Wabenfilter 1 gleichmäßig zugeführt werden. Ferner besitzt die Gasdurchmischungsplatte 61 eine einfachere Struktur als jene einer Durchmischungsvorrichtung, die einen Mechanismus mit umlaufendem Blatt aufweist, und erfordert keine externe elektrische Leistung, derart, dass diverse Kosten unterbunden werden können.
In der Gasdurchmischungsplatte 61 sind die mehreren Öffnungen 63 vorzugsweise in einem Bereich auf einer Außenumfangsseite der Gasdurchmischungsplatte 61 vorgesehen. Indem die mehreren Öffnungen 63 in einem derartigen Bereich vorgesehen sind, wird auf der Wirbelströmungsseite der Gasdurchmischungsplatte 61 auf einfache Weise eine Rückführungsströmung gebildet, derart, dass die Wirkung des Bewirkens, dass die Partikel in das Gas diffundieren, verstärkt wird.
Hier bezieht sich der Bereich auf der Außenumfangsseite der Gasdurchmischungsplatte 61 auf einen Bereich vom Außenumfangsabschnitt der Gasdurchmischungsplatte 61 bis zu ½ eines Durchmessers (z. B. einem Radius im Fall einer Scheibenform) von der Mitte der Gasdurchmischungsplatte 61 zum Außenumfang.
In der Gasdurchmischungsplatte 61 weisen die mehreren Öffnungen 63 vorzugsweise ein Öffnungsverhältnis im Bereich von 5 bis 50 % und stärker bevorzugt im Bereich von 10 bis 40 % auf. Indem das Öffnungsverhältnis in einem derartigen Bereich gesteuert wird, wird die Rückführungsströmung auf der Wirbelströmungsseite der Gasdurchmischungsplatte 61 auf einfache Weise gebildet, derart, dass die Wirkung des Bewirkens, dass die Partikel in das Gas diffundieren, verstärkt wird.
Hier bedeutet das Öffnungsverhältnis z. B. ein Verhältnis einer Fläche der Öffnungen 63 zur Gesamtfläche der Ebene 62a und der Öffnungen 63 in der Draufsicht aus 5.
Es ist wahrscheinlicher, dass die Rückführungsströmung auf der Wirbelströmungsseite der Gasdurchmischungsplatte 61 gebildet wird, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit des Gases, das durch das Einlassrohr 20 strömt, höher ist (eine Durchflussmenge höher ist). Daher liegt die Durchflussmenge des Gases vorzugsweise im Bereich von 500 bis 10000 l/min.
Die Größe der Gasdurchmischungsplatte 61 ist nicht insbesondere eingeschränkt und sie kann abhängig von der Größe des Einlassrohrs 20, in dem die Gasdurchmischungsplatte 61 angeordnet ist, geeignet angepasst werden. Zum Beispiel kann der Außendurchmesser der Gasdurchmischungsplatte 61 dem Innendurchmesser des Einlassrohrs 20 entsprechen.
Beispiele für das Material, das für die Gasdurchmischungsplatte 61 verwendet wird, enthalten Metalle, Keramikwerkstoffe und dergleichen. Beispiele für die Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Das Material der Gasdurchmischungsplatte 61 ist wegen seiner hohen Lebensdauer und Zuverlässigkeit vorzugsweise Edelstahl.
Ein Abstand zwischen dem Partikeleinbringabschnitt 50 und dem Gasdurchmischungsabschnitt 60 in der Gasströmungsrichtung X beträgt vorzugsweise das Dreifache oder weniger, stärker bevorzugt das 2,5-fache oder weniger, des Innendurchmessers des Einlassrohrs 20 an der Position, an der der Gasdurchmischungsabschnitt 60 angeordnet ist. Indem der Abstand zwischen dem Partikeleinbringabschnitt 50 und dem Gasdurchmischungsabschnitt 60 in einem derartigen Bereich gesteuert wird, können die Partikel stabil in den Bereich eingebracht werden, in dem die Rückführungsströmung gebildet wird, derart, dass die Wirkung des Bewirkens, dass die Partikel in das Gas diffundieren, verstärkt werden kann.
Das Gas (das Gas, das als ein Träger für die Partikel dient), das durch den Gasdurchmischungsabschnitt 60 durchmischt wird, enthält Luft, Stickstoff, Wasserstoff und Argon, ist jedoch nicht darauf eingeschränkt. Von diesen wird unter dem Gesichtspunkt von Kosten und Sicherheit die Luft bevorzugt.
<Partikelzähler 70a, 70b>
Die Partikelzähler 70a, 70b sind Vorrichtungen zum Messen der Anzahl der Partikel in dem Gas, das durch das Einlassrohr 20 und das Auslassrohr 30 strömt. Der Partikelzähler 70a ist im Einlassrohr 20 auf der Stromabwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts 50 in der Gasströmungsrichtung X angeordnet. Ferner ist der Partikelzähler 70b im Auslassrohr 30 angeordnet.
Die Partikelzähler 70a, 70b sind nicht insbesondere eingeschränkt, solange sie die Anzahl der Partikel, die im Gas enthalten sind, messen können. Wenn jedoch die Abscheidungsleistung des säulenförmigen Wabenfilters 1 mit einer höheren Abscheidungskapazität geprüft wird, wird bevorzugt, Partikel mit einem kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser zu verwenden, wie oben beschrieben ist. Um derartige Partikel mit einem kleineren durchschnittlichen Partikeldurchmesser zu messen, wird bevorzugt, Partikelzähler 70a, 70b auszuwählen, die die Anzahl von Partikeln mit einem Partikeldurchmesser von 100 nm oder größer messen können.
Beispiele für die Partikelzähler 70a, 70b, die hier verwendet werden können, enthalten einen optischen Partikelzähler, ein Laserphotometer und eine Staubabscheideeinrichtung. Von diesen wird der optische Partikelzähler bevorzugt verwendet. Die Verwendung des optischen Partikelzählers ermöglicht, dass die Anzahl der Partikel einfach und genau gemessen wird. Da der optische Partikelzähler handelsüblich ist (z. B. KC-24 oder KC-22B von RION Co., Ltd.), kann das handelsübliche Erzeugnis für die Partikelzähler 70a, 70b verwendet werden.
Ein Abstand zwischen dem Partikeleinbringabschnitt 50 und dem Partikelzähler 70a, der im Einlassrohr 20 angeordnet ist, in der Gasströmungsrichtung X kann vorzugsweise mindestens das Zweifache des Innendurchmessers des Einlassrohrs 20 an der Position, an der der Partikelzähler 70a angeordnet ist, betragen. Indem der Partikelzählen 70a in einem derartigen Bereich angeordnet wird, kann die Anzahl der Partikel, die im Gas enthalten sind, genau gemessen werden.
Die Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wahlweise ferner eine Verdünnungseinrichtung 80 zum Anpassen der Konzentration der Partikel, die zwischen dem Partikelerzeugungsabschnitt 40 und dem Partikeleinbringabschnitt 50 bereitgestellt werden, enthalten, wie in 7 gezeigt ist. Da die Verdünnungseinrichtung 80 mit einer derartigen Funktion handelsüblich ist (z. B. Modell 3332 von TSI), kann das handelsübliche Erzeugnis verwendet werden.
Wenn die optischen Partikelzähler als die Partikelzähler 70a, 70b ausgewählt werden, ist erwünscht, die Konzentration der Partikel im Gas zu verringern, weil der optische Partikelzähler leicht durch die Partikel verschmutzt wird. Daher kann die Verdünnungseinrichtung 80 zwischen dem Partikelerzeugungsabschnitt 40 und dem Partikeleinbringabschnitt 50 vorgesehen sein, derart, dass die Partikelkonzentration angepasst werden kann, wodurch eine Verschmutzung des optischen Partikelzählers unterbunden wird.
Die Verdünnungseinrichtung 80 verdünnt vorzugsweise die Konzentration der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, um das 2 bis 1000-fache. Mit einem derartigen Verdünnungsverhältnis kann die Verschmutzung des optischen Partikelzählers stabil unterbunden werden.
Die Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wahlweise ferner eine Berechnungseinheit 90 zum Berechnen eines Abscheidegrads der Partikel auf der Grundlage der Anzahl der Partikel, die durch die Partikelzähler 70a, 70b gemessen wird, die im Einlassrohr 20 und im Auslassrohr 30 angeordnet sind, enthalten, wie in 7 gezeigt ist. Beispiele für die Berechnungseinheit 90 mit einer derartigen Funktion enthalten einen Computer und dergleichen.
Indem eine derartige Berechnungseinheit 90 bereitgestellt wird, kann der Abscheidegrad in Echtzeit berechnet werden, derart, dass die Prüfung schnell durchgeführt werden kann.
(2) Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter 1
Ein Prüfverfahren für den säulenförmigen Wabenfilter 1 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält Folgendes: einen Partikelerzeugungsschritt (S1); einen Partikeleinbringschritt (S2); einen Partikelzuführschritt (S3) und einen Partikelmessschritt (S4). Indem diese Schritte durchgeführt werden, kann die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung des säulenförmigen Wabenfilters 1 verbessert werden. Dieses Prüfverfahren kann unter Verwendung der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 wie oben beschrieben durchgeführt werden.
Der Partikelerzeugungsschritt (S1) ist ein Schritt des Erzeugens von Partikeln. Dieser Schritt kann durch Aktivieren des Partikelerzeugungsabschnitts 40 in der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 ausgeführt werden.
Der Partikeleinbringschritt (S2) ist ein Schritt des Einbringens der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt (S1) erzeugt werden, in das Gas, das durch den Gasdurchmischungsabschnitt 60 durchmischt wird. Dieser Schritt kann unter Verwendung des Partikeleinbringabschnitts 50 der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1, um die Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt 40 erzeugt werden, in das Einlassrohr 20 einzubringen, ausgeführt werden. Indem die Partikel durch ein derartiges Verfahren in das Gas eingebracht werden, wird bewirkt, dass die Partikel leicht in das Gas diffundieren, derart, dass die Abweichung der Konzentrationsverteilung der Partikel unterbunden werden kann.
Eine Richtung der Partikel, die im Partikeleinbringschritt (S2) eingebracht werden, weist vorzugsweise einen Winkel θ größer als 90 ° in Bezug auf die Gasströmungsrichtung X auf. Indem die Einbringrichtung der Partikel in einem derartigen Verfahren gesteuert wird, wird bewirkt, dass die Partikel leichter in das Gas diffundieren, derart, dass die Wirkung des Unterbindens der Abweichung der Konzentrationsverteilung der Partikel in der Ebene senkrecht zur Gasströmungsrichtung X verstärkt werden kann.
Der Partikelzuführschritt (S3) ist ein Schritt des Zuführens des Gases mit den eingebrachten Partikeln zum säulenförmigen Wabenfilter 1. Da die Partikel in dem Gas, das dem säulenförmigen Wabenfilter 1 zugeführt wird, die unterbundene Abweichung der Konzentrationsverteilung aufweisen, kann bewirkt werden, dass die Menge der Partikel, die in den säulenförmigen Wabenfilter 1 zugeführt werden, gleichmäßig ist. Als ein Ergebnis wird es selbst dann, wenn die Ausrichtung des säulenförmigen Wabenfilters 1 und das Anordnungsverfahren unterschiedlich sind, schwer sein, dass die Messwerte variieren, derart, dass die Prüfgenauigkeit der Abscheidungsleistung verbessert wird.
Der Partikelmessschritt (S4) ist ein Schritt des Messens der Anzahl der Partikel in dem Gas auf der Stromaufwärtsseite und auf der Stromabwärtsseite des säulenförmigen Wabenfilters 1 in der Gasströmungsrichtung X. Dieser Schritt wird unter Verwendung der Partikelzähler 70a, 70b in der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 ausgeführt.
Das Prüfverfahren für den säulenförmigen Wabenfilter 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wahlweise ferner einen Partikelkonzentrations-Verdünnungsschritt (S5) zum Verdünnen der Konzentration der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt (S1) erzeugt werden, enthalten. Dieser Schritt kann zwischen dem Partikelerzeugungsschritt (S1) und dem Partikeleinbringschritt (S2) ausgeführt werden und wird unter Verwendung der Verdünnungseinrichtung 80 in der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 ausgeführt.
Im Partikelkonzentrations-Verdünnungsschritt (S5) wird die Konzentration der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt erzeugt werden, vorzugsweise um das 2 bis 1000-fache verdünnt, wie oben beschrieben ist. Dieser Schritt kann ermöglichen, dass die Konzentration der Partikel angepasst wird, derart, dass jegliche Verschmutzung der optischen Partikelzähler unterbunden wird.
Das Prüfverfahren für den säulenförmigen Wabenfilter 1 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann wahlweise ferner einen Abscheidegrad-Berechnungsschritt (S6) zum Berechnen des Partikelabscheidegrads aus der Anzahl der Partikel, die im Partikelmessschritt (S4) erhalten wird, enthalten. Der Abscheidegrad kann durch die folgende Gleichung berechnet werden: $\begin{array}{l} Abscheidegrad [%] = (Anzahl der Partikel im Gas auf der Stromaufw \ddot{a} rtsseite des \\ s \ddot{a} ulenf \ddot{o} rmigen Wabenfilters 1 - Anzahl der Partikel im Gas auf der \\ Stromabw \ddot{a} rtsseite der s \ddot{a} ulenf \ddot{o} rmigen Wabenfilters 1) / Anzahl der Partikel im \\ Gas auf der Stromaufw \ddot{a} rtsseite der s \ddot{a} ulenf \ddot{o} rmigen Wabenfilters 1 \times 100 . \end{array}$
Der Abscheidegrad-Berechnungsschritt (S6) kann nach dem Partikelmessschritt (S4) ausgeführt werden und wird unter Verwendung der Berechnungseinheit 90 in der Prüfvorrichtung 100 für den säulenförmigen Wabenfilter 1 ausgeführt. Dieser Schritt kann ermöglichen, dass der Abscheidegrad in Echtzeit berechnet wird, wobei eine schnelle Prüfung ermöglicht wird.
Bezugszeichenliste

1: säulenförmiger Wabenfilter
2: Außenumfangswand
3a: erste Stirnfläche
3b: zweite Stirnfläche
4a: erste Zelle
4b: zweite Zelle
5: Trennwand
6: verschlossener Abschnitt
10: Gehäuseabschnitt
20: Einlassrohr
30: Auslassrohr
40: Partikelerzeugungsabschnitt
50: Partikeleinbringabschnitt
60: Gasdurchmischungsabschnitt
61: Gasdurchmischungsplatte
62a, 62b: Ebene
63: Öffnung
70a, 70b: Partikelzähler
80: Verdünnungseinrichtung
90: Berechnungseinheit
100: Prüfvorrichtung
X: Gasströmungsrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2020/0254435 A1 [0005]
JP 6756939 B [0005]

Claims

Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter, wobei die Prüfvorrichtung Folgendes umfasst: einen Gehäuseabschnitt, der einen säulenförmigen Wabenfilter aufnehmen kann; ein Einlassrohr und ein Auslassrohr, durch die ein Gas strömen kann, wobei das Einlassrohr und das Auslassrohr jeweils mit dem Gehäuseabschnitt verbunden sind; einen Partikelerzeugungsabschnitt zum Erzeugen von Partikeln; einen Partikeleinbringabschnitt zum Einbringen der Partikel, die durch den Partikelerzeugungsabschnitt erzeugt werden, in das Einlassrohr; einen Gasdurchmischungsabschnitt, der im Einlassrohr auf einer Stromaufwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts in einer Gasströmungsrichtung angeordnet ist; und Partikelzähler zum Messen der Anzahl der Partikel, wobei die Partikelzähler im Einlassrohr und im Auslassrohr auf einer Stromabwärtsseite des Partikeleinbringabschnitts in der Gasströmungsrichtung angeordnet sind.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 1, wobei der Gasdurchmischungsabschnitt eine Gasdurchmischungsplatte ist, die ein Paar Ebenen aufweist, die zur Gasströmungsrichtung senkrecht sind, und mehrere Öffnungen aufweist, die das Ebenenpaar durchdringen.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 2, wobei die mehreren Öffnungen in einem Bereich auf einer Außenumfangsseite der Gasdurchmischungsplatte vorgesehen sind und ein Öffnungsverhältnis im Bereich von 5 bis 50 % aufweisen.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Richtung der Partikel, die in den Partikeleinbringabschnitt eingebracht werden, einen Winkel größer als 90 ° in Bezug auf die Gasströmungsrichtung aufweist.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Partikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich von 100 bis 1000 nm aufweisen.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine Durchflussmenge des Gases im Bereich von 500 bis 10000 l/min liegt.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Partikelzähler die Anzahl der Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 100 nm oder größer messen können.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei jeder der Partikelzähler ein optischer Partikelzähler ist.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner eine Verdünnungseinrichtung zum Anpassen der Konzentration der Partikel, die zwischen dem Partikelerzeugungsabschnitt und dem Partikeleinbringabschnitt bereitgestellt werden, umfasst.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 9, wobei die Verdünnungseinrichtung die Konzentration der Partikel, die im Partikelerzeugungsabschnitt erzeugt werden, um das 2 bis 1000-fache verdünnt.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die ferner eine Berechnungseinheit zum Berechnen eines Abscheidegrads der Partikel auf der Grundlage der Anzahl der Partikel, die durch die Partikelzähler gemessen wird, die im Einlassrohr und im Auslassrohr angeordnet sind, umfasst.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei ein Abstand zwischen dem Partikeleinbringabschnitt und dem Gasdurchmischungsabschnitt in der Gasströmungsrichtung das 3-fache oder weniger eines Innendurchmessers des Einlassrohrs an der Position, an der der Gasdurchmischungsabschnitt angeordnet ist, beträgt.
Prüfvorrichtung für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei ein Abstand zwischen dem Partikeleinbringabschnitt und dem Partikelzähler, der im Einlassrohr angeordnet ist, in der Gasströmungsrichtung mindestens das Zweifache eines Innendurchmessers des Einlassrohrs an der Position, an der der Partikelzähler angeordnet ist, beträgt.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: einen Partikelerzeugungsschritt des Erzeugens von Partikeln; einen Partikeleinbringschritt des Einbringens der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt erzeugt werden, in ein Gas, das durch einen Gasdurchmischungsabschnitt durchmischt wird; einen Partikelzuführschritt des Zuführens des Gases mit den eingebrachten Partikeln zum säulenförmigen Wabenfilter; und einen Partikelmessschritt des Messens der Anzahl der Partikel in dem Gas auf einer Stromaufwärtsseite und einer Stromabwärtsseite des säulenförmigen Wabenfilters in einer Strömungsrichtung des Gases.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 14, wobei der Gasdurchmischungsabschnitt eine Gasdurchmischungsplatte ist, die ein Paar Ebenen, die zur Gasströmungsrichtung senkrecht sind, aufweist und mehrere Öffnungen, die das Ebenenpaar durchdringen, aufweist.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 15, wobei die mehreren Öffnungen in einem Bereich auf einer Außenumfangsseite der Gasdurchmischungsplatte vorgesehen sind und ein Öffnungsverhältnis im Bereich von 5 bis 50 % aufweisen.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei eine Richtung der Partikel, die im Partikeleinbringschritt eingebracht werden, einen Winkel größer als 90 ° in Bezug auf die Gasströmungsrichtung aufweist.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die Partikel einen durchschnittlichen Partikeldurchmesser im Bereich von 100 bis 1000 nm aufweisen.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 18, wobei eine Durchflussmenge des Gases im Bereich von 500 bis 10000 l/min liegt.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 19, wobei der Partikelmessschritt das Messen der Anzahl der Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 100 nm oder größer umfasst.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 20, wobei die Anzahl der Partikel unter Verwendung optischer Partikelzähler gemessen wird.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 21, das ferner einen Partikelkonzentrations-Verdünnungsschritt des Verdünnens der Konzentration der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt erzeugt werden, umfasst.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach Anspruch 22, wobei der Partikelkonzentrations-Verdünnungsschritt das Verdünnen der Konzentration der Partikel, die im Partikelerzeugungsschritt erzeugt werden, um das 2 bis 1000-fache umfasst.
Prüfverfahren für einen säulenförmigen Wabenfilter nach einem der Ansprüche 14 bis 23, das ferner einen Abscheidegrad-Berechnungsschritt des Berechnens eines Abscheidegrads der Partikel aus der Anzahl der Partikel, die im Partikelmessschritt erhalten wird, umfasst.