DE112022000024T5

DE112022000024T5 - Partikelklebevorrichtung, verfahren zum herstellen eines filters und säulenförmiger wabenfilter

Info

Publication number: DE112022000024T5
Application number: DE112022000024.4T
Authority: DE
Inventors: Seiya Nakano; Yuichi Tajima
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: Ngk Insulators Ltd Nagoya City Jp
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2022-02-24
Publication date: 2023-07-06
Also published as: CN116367906A; US20230131763A1

Abstract

Eine Partikelklebevorrichtung 100 enthält Folgendes: einen Halter 10; eine Kammer 20; eine Düse 30; eine Einlassöffnung 40 und ein Durchflusssteuerelement 50. Der Halter 10 hält ein Filtersubstrat 70, das eine erste Stirnfläche 71a und eine zweite Stirnfläche 71b besitzt. Die Kammer 20 ist in Verbindung mit dem Halter 10 und ist derart angeordnet, dass die erste Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einem Raum in der Kammer 20 zugewandt ist. Die Düse 30 ist an einer gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Kammer 20, die der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 gegenüberliegt, angeordnet und kann ein Aerosol, das Partikel enthält, zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einspritzen. Die Einlassöffnung 40 ist an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Kammer 20 vorgesehen und kann ein Umgebungsgas aufnehmen. Das Durchflusssteuerelement 50 ist an der gegenüberliegenden Oberfläche 21, die mit der Einlassöffnung 40 versehen ist, angeordnet und kann den Strom des Umgebungsgases steuern.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Partikelklebevorrichtung, ein Verfahren zum Herstellen eines Filters und einen säulenförmigen Wabenfilter.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Schwebstoffe (im Folgenden bezeichnet als PM: Schwebstoffe) wie z. B. Ruß sind in einem Abgas enthalten, das von einer Brennkraftmaschine wie z. B. Dieselkraftmaschinen und Benzinkraftmaschinen abgegeben wird. Der Ruß ist für den menschlichen Körper schädlich und die Emission des Rußes wird reguliert. Gegenwärtig werden Filter, die durch DPF und GPF repräsentiert werden, zum Durchleiten von Abgas durch eine kleine poröse Trennwand, um die PM wie z. B. Ruß zu filtern, häufig verwendet, um Abgasregulierungen zu erfüllen.
Als ein Filter zum Sammeln der PM ist ein säulenförmiger Wabenstrukturfilter des Wandstromtyps bekannt, der Folgendes enthält: mehrere erste Zellen, die von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die erste Stirnfläche geöffnet ist und die zweite Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt; und zweite Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche geöffnet ist und die erste Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt, wobei sämtliche erste Zellen und sämtliche zweite Zellen derart angeordnet sind, dass sie über eine poröse Trennwand zueinander benachbart sind.
In den letzten Jahren wurden mit der Verschärfung von Abgasregulierungen strengere PM-Emissionsnormen (PN-Regulierung: Schwebstoffanzahlregulierung) eingeführt und ist eine höhere PM-Sammlungsleistungsfähigkeit (eine höhere PN-Sammlungseffizienz) für Filter erforderlich. Deshalb ist bekannt, eine Schicht zum Sammeln von PM (die im Folgenden als eine „Sammlungsschicht“ bezeichnet wird) an der Oberfläche der porösen Trennwand, die die Zellen bildet, zu bilden.
Als eine Vorrichtung zum Bilden der Sammelschicht wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die Folgendes enthält: einen Werkstückbefestigungsabschnitt zum Befestigen eines Substrats des Wabenfilters (das im Folgenden als „Wabensubstrat“ abgekürzt wird); einen pulverführenden Abschnitt zum Führen eines Pulvers (das auch als „Partikel“ bezeichnet wird), das in einem Luftstrom (der auch als ein „Fluid“ bezeichnet wird) entlanggleitet, unter Verwendung eines druckbeaufschlagten Gases, wobei der pulverführende Abschnitt auf einer Seite des Werkstückbefestigungsabschnitts angeordnet ist; einen Einleitungsabschnitt, der ein nichtgeschlossener Raum ist, der zwischen dem pulverführenden Abschnitt und dem Werkstückbefestigungsabschnitt angeordnet ist, wobei der Einleitungsabschnitt ferner das Pulver, das durch den Luftstrom aus dem pulverführenden Abschnitt geführt wird, mit einem weiterem Gas mischt und das Gemisch in das Wabensubstrat, das am Werkstückbefestigungsabschnitt befestigt ist, einleitet; und einen Ansaugabschnitt, der auf der anderen Seite des Werkstückbefestigungsabschnitts angeordnet ist, wobei der Ansaugabschnitt das Gas, das das Wabensubstrat, das am Werkstückbefestigungsabschnitt befestigt ist, durchlaufen hat, durch Verringern des Drucks auf der anderen Seite des Werkstückbefestigungsabschnitts in Bezug auf eine Seite des Werkstückbefestigungsabschnitts unter Verwendung eines Ansaugmittels ansaugt (Patentliteratur 1). Gemäß der Vorrichtung wird das Gas, das das Wabensubstrat durchlaufen hat, durch das Ansaugmittel angesaugt, derart, dass der Luftstrom gleichgerichtet wird. Patentliteratur 1 erwähnt, dass durch Einleiten des Pulvers in den gleichgerichteten Luftstrom, um einen Feststoff-Gas-Zweiphasenstrom zu bilden, das Pulver in das Wabensubstrat gleichförmig und stabil eingeleitet werden kann, derart, dass eine Sammlungsschicht, die eine gleichförmige Dicke besitzt, gebildet werden kann.
STAND DER TECHNIK
Patentliteratur
[Patentliteratur 1] Japanisches Patent Nr. 5,597,148 B
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Durch die Erfindung zu lösendes Problem
Obwohl die Vorrichtung, die in Patentliteratur 1 beschrieben ist, hauptsächlich zum Bilden einer Sammlungsschicht an einem Wabensubstrat, das einen kleineren Durchmesser (z. B. ein Durchmesser kleiner als 140 mm) besitzt, geeignet ist, tendiert die Bildung einer Sammlungsschicht, die einen größeren Durchmesser (z. B. ein Durchmesser kleiner als 180 mm) besitzt, am Wabensubstrat in einer ungleichförmigen Dicke der Sammlungsschicht zu resultieren. Speziell wird in einem Querschnitt des Wabensubstrats senkrecht zu einer Durchflussrichtung des Fluids eine Sammelschicht, die eine größere Dicke besitzt, um den zentralen Abschnitt des Wabensubstrats gebildet, während in der Nähe des Außenumfangsabschnitts des Wabensubstrats eine Tendenz besteht, dass eine Sammelschicht gebildet wird, die eine kleinere Dicke besitzt. Der Grund wäre, dass die Partikel dem Wabensubstrat zugeführt werden, bevor sie zur Umgebung des Außenumfangsabschnitts im Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung des Fluids ausreichend diffundiert werden.
Obwohl Patentliteratur 1 voraussetzt, dass die Sammlungsschicht am Wabensubstrat gebildet ist, besitzt ein beliebiges Filtersubstrat außer dem Wabensubstrat auch das Problem, dass es abhängig von der Größe schwierig ist, eine Sammlungsschicht zu bilden, die eine gleichförmige Dicke besitzt.
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die oben genannten Probleme zu lösen. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, eine Partikelklebevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Filters zu schaffen, die eine Sammlungsschicht bilden können, die ungeachtet des Typs und der Größe des Filtersubstrats eine gleichförmige Dicke besitzt.
Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, einen säulenförmigen Wabenstrukturfilter zu schaffen, der eine Sammlungsschicht enthält, die eine gleichförmige Dicke besitzt.
Mittel zum Lösen des Problems
Als Ergebnis intensiver Studien bzgl. der Struktur der Partikelklebevorrichtung, habe die vorliegenden Erfinder, um die oben genannten Probleme zu lösen, festgestellt, dass ein Durchflusssteuerelement, das den Strom eines Umgebungsgases steuern kann, bei einer bestimmten Position vorgesehen ist, wodurch eine Wirbelströmung in einem Fluid in einer Kammer erzeugt werden kann, um die Diffusion von Partikeln zu begünstigen, und haben die vorliegende Erfindung vervollständigt.
Somit bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Partikelklebevorrichtung, die Folgendes umfasst:

einen Halter zum Halten eines Filtersubstrats, wobei das Filtersubstrat eine erste Stirnfläche, in die ein Fluid strömen kann, und eine zweite Stirnfläche, aus der das Fluid herausströmen kann, besitzt;
eine Kammer in Verbindung mit dem Halter, wobei die Kammer derart angeordnet ist, dass die erste Stirnfläche des Filtersubstrats einem Raum in der Kammer zugewandt ist;
eine Düse, die an einer gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer, die der ersten Stirnfläche des Filtersubstrats gegenüberliegt, angeordnet ist, wobei die Düse ein Aerosol, das Partikel enthält, zur ersten Stirnfläche des Filtersubstrats einspritzen kann;
eine Einlassöffnung, die an der gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer vorgesehen ist, wobei die Einlassöffnung ein Umgebungsgas aufnehmen kann; und
ein Durchflusssteuerelement, das an der gegenüberliegenden Oberfläche, die mit der Einlassöffnung versehen ist, angeordnet ist, wobei das Durchflusssteuerelement den Durchfluss des Umgebungsgases steuern kann.

Ferner bezieht sich die vorliegende Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Filters unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung, wie oben beschrieben ist.
Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Erfindung auf einen säulenförmigen Wabenstrukturfilter, der Folgendes umfasst:

ein säulenförmiges Wabensubstrat, das Folgendes umfasst: mehrere erste Zellen, die jeweils von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die erste Stirnfläche geöffnet ist und die zweite Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt; und mehrere zweite Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche geöffnet ist und die erste Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt, wobei sämtliche erste Zellen und sämtliche zweite Zellen derart angeordnet sind, dass sie über eine poröse Trennwand zueinander benachbart sind; und
eine Sammlungsschicht, die an einer Oberfläche der ersten Zellen und/oder der zweiten Zellen gebildet ist, wobei
eine Differenz zwischen Dicken der Sammlungsschicht 15 µm oder weniger ist.

Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Partikelklebevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Filters zu schaffen, die eine Sammlungsschicht bilden können, die ungeachtet des Typs und der Größe des Filtersubstrats eine gleichförmige Dicke besitzt.
Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen säulenförmigen Wabenstrukturfilter zu schaffen, der eine Sammlungsschicht enthält, die eine gleichförmige Dicke besitzt.
Figurenliste

1 ist eine schematische Ansicht einer Partikelklebevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine schematische Querschnittansicht eines säulenförmigen Wabensubstrats zur Verwendung in einer Partikelklebevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine schematische Seitenansicht des säulenförmigen Wabensubstrats von 2;
4 ist eine schematische Draufsicht eines Elements, das mehrere Flügel besitzt;
5 ist eine vergrößerte schematische Querschnittansicht des Elements von 4 in einer Umfangsrichtung;
6 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Partikelklebevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Ansicht, die ein konkretes Beispiel eines Aerosolgenerators schematisch zeigt;
8 ist eine schematische Ansicht einer weiteren Partikelklebevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine schematische Querschnittansicht eines säulenförmigen Wabenstrukturfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
10 ist eine schematische Seitenansicht des säulenförmigen Wabenstrukturfilters von 9.

GENAUE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen konkret beschrieben. Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt und es fällt alles, was zu den folgenden Ausführungsformen auf der Grundlage des Wissens on Fachleuten geeignet hinzugefügte Änderungen, Verbesserungen und dergleichen aufweist, ohne vom Erfindungsgedanken abzuweichen, in den Umfang der vorliegenden Erfindung.
(1) Partikelklebevorrichtung
1 ist eine schematische Ansicht einer Partikelklebevorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt ist, enthält eine Partikelklebevorrichtung 100 Folgendes: einen Halter 10; eine Kammer 20; eine Düse 30; eine Einlassöffnung 40 und ein Durchflusssteuerelement 50. Der Halter 10 hält ein Filtersubstrat 70, das eine erste Stirnfläche 71a, in die ein Fluid strömen kann, und eine zweite Stirnfläche 71b, aus der ein Fluid herausströmen kann, besitzt. Die Kammer 20 ist in Verbindung mit dem Halter 10 und ist derart angeordnet, dass die erste Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einem Raum in der Kammer 20 zugewandt ist. Die Düse 30 ist an einer gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Kammer 20, die der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 gegenüberliegt, angeordnet und kann ein Aerosol, das Partikel enthält, zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einspritzen. Die Einlassöffnung 40 ist an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Kammer 20 vorgesehen und kann ein Umgebungsgas aufnehmen. Das Durchflusssteuerelement 50 ist an der gegenüberliegenden Oberfläche 21, die mit der Einlassöffnung 40 versehen ist, angeordnet und kann den Strom des Umgebungsgases steuern. Durch eine derartige Struktur kann das Durchflusssteuerelement 50 den Strom des Umgebungsgases steuern, um eine Wirbelströmung im Fluid in der Kammer 20 zu erzeugen, wodurch die Diffusion von Partikeln im Fluid (im Aerosol) in der Kammer 20 begünstigt wird. Als Ergebnis wird in einem Querschnitt senkrecht zur Durchflussrichtung des Fluids eine Differenz der diffundierten Menge der Partikel zwischen dem Zentralbereich und dem Außenumfangsbereich verringert, derart, dass eine Sammlungsschicht, die eine gleichförmige Dicke besitzt, gebildet werden kann.
Im Folgenden werden das Filtersubstrat 70, an dem die Sammlungsschicht gebildet ist, und jede Komponente der Partikelklebevorrichtung 100 genau beschrieben.
<Filtersubstrat>
Das Filtersubstrat 70 ist nicht besonders beschränkt, solange es die erste Stirnfläche 71a, in die das Fluid strömen kann, und die zweite Stirnfläche 71b, aus der das Fluid herausströmen kann, besitzt, und es kann verschiedene Formen einsetzen. Zum Beispiel kann das Filtersubstrat 70 ein säulenförmiges Wabensubstrat des Wandstromtyps sein. Der säulenförmige Wabenstrukturfilter, das unter Verwendung des säulenförmigen Wabensubstrats des Wandstromtyps angefertigt wird, kann als DPF und GPF zum Sammeln von PM wie z. B. Ruß, die an einer Abgasleitung einer Verbrennungsvorrichtung, typischerweise einer Kraftmaschine, die an einem Fahrzeug montiert ist, angebracht sind, verwendet werden.
Hier sind 2 und 3 eine schematische Querschnittansicht (eine Querschnittansicht parallel zu einer Ausdehnungsrichtung von Zellen) bzw. eine Seitenansicht (eine Seitenansicht einer ersten Stirnfläche) des säulenförmigen Wabenfilters des Wandstromtyps.
Wie in 2 und 3 gezeigt ist, enthält das säulenförmige Wabensubstrat 72 Folgendes: mehrere erste Zellen 74, die jeweils von einer ersten Stirnfläche 71a zu einer zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die erste Stirnfläche 71a geöffnet ist und die zweite Stirnfläche 71b abgedichtete Abschnitte 73 besitzt; und mehrere zweite Zellen 75, die jeweils von der ersten Stirnfläche 71a zur zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche 71b geöffnet ist und die erste Stirnfläche 71a die abgedichteten Abschnitte 73 besitzt. Das Wabensubstrat 70 enthält ferner Folgendes: eine Außenumfangswand 76 auf Außenseiten der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75 und eine poröse Trennwand 75 zwischen der ersten Zelle 74 und der zweiten Zelle 75. Jede der ersten Zellen 74 und jede der zweiten Zellen 75 abwechselnd angeordnet sind, derart, dass sie über die poröse Trennwand 77 zueinander benachbart sind, wodurch jede der ersten Stirnfläche 71a und der zweiten Stirnfläche 71b eine Wabenform darstellt.
Die Größe des säulenförmigen Wabensubstrats 72 ist nicht besonders beschränkt, jedoch kann das säulenförmige Wabensubstrat 72 einen Durchmesser von 180 mm oder mehr in einem Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75 aufweisen. Für das säulenförmige Wabensubstrat 72, das einen Durchmesser von 180 mm oder mehr besitzt, war es schwierig, unter Verwendung der herkömmlichen Sammlungsschichtbildungsvorrichtung eine Sammlungsschicht zu bilden, die eine gleichförmige Dicke besitzt, wohingegen es unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung 100 möglich ist, eine Sammlungsschicht zu bilden, die eine gleichförmige Dicke besitzt.
Wie hierin verwendet bedeutet der „Durchmesser“ den entsprechenden Kreisdurchmesser, wenn der Querschnitt des säulenförmigen Wabensubstrats 72 nicht kreisförmig ist.
Nicht einschränkende Beispiele von Materialien zum Bilden des säulenförmigen Wabensubstrats 72 enthalten poröse Keramiken. Die Keramiken enthält Cordierit, Mullit, Zirkonphosphat, Aluminiumtitanat, Siliziumkarbid, Silizium-Silizumkarbid-Verbundstoffe (z. B. Si-gebundenes SiC), Cordierit-Silizumkarbid-Verbundstoffe, Zirkonoxid, Spinell, Indialith, Saphirin, Korund, Titandioxid, Siliziumnitrid und dergleichen. Diese Keramiken können allein oder in Kombination von zwei oder mehreren Arten verwendet werden.
Beispiele von Formen der Stirnflächen des säulenförmigen Wabensubstrats 72 enthalten runde Formen wie z. B. eine Kreisform, eine ovale Form, eine Rennbahnform und eine elliptische Form und Polygonformen wie z. B. eine Dreiecksform und eine viereckige Form, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Es ist festzuhalten, dass das veranschaulichte säulenförmige Wabensubstrat 72 ein Beispiel ist, falls die Formen der Stirnflächen kreisförmig sind.
Beispiele von Formen der Zellen (der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75) im Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen enthalten bevorzugt ein Viereck, ein Sechseck, ein Achteck oder eine Kombination davon, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Unter diesen sind das Viereck (insbesondere ein Quadrat) und das Sechseck bevorzugt. Eine derartige Zellenform resultiert in einem verringerten Druckverlust, wenn ermöglicht wird, dass das Fluid durch den säulenförmigen Wabenstrukturfilter strömt.
Die Obergrenze der durchschnittlichen Dicke der porösen Trennwände 77 ist bezüglich des Verhinderns des Druckverlusts bevorzugt 0,238 mm oder weniger und stärker bevorzugt 0,228 mm oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 0,220 mm oder weniger. Allerdings ist die Untergrenze der durchschnittlichen Dicke der porösen Trennwände 77 bezüglich des Sicherstellens der Festigkeit des säulenförmigen Wabensubstrats 72 bevorzugt 0,194 mm oder mehr und stärker bevorzugt 0,204 mm oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 0,212 mm oder mehr.
Die Dicke der porösen Trennwand 77 bezieht sich auf eine Länge, in der ein Liniensegment die Trennwand kreuzt, wenn die Schwerpunkte benachbarter Zellen durch das Liniensegment im Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der Zellen (der ersten Zellen 74, der zweiten Zellen 75) verbunden sind. Die durchschnittliche Dicke der porösen Trennwände 77 bezieht sich auf einen Durchschnittswert der Dicken aller porösen Trennwände 77.
Eine Zellendichte (die Anzahl von Zellen pro Querschnittflächeneinheit) des säulenförmigen Wabensubstrats 72 ist nicht besonders beschränkt und kann z. B. im Bereich von 6 bis 2000 Zellen/Quadratzoll (im Bereich von 0,9 bis 311 Zellen/cm²) und stärker bevorzugt im Bereich von 50 bis 1000 Zellen/Quadratzoll (im Bereich von 7,8 bis 155 Zellen/cm²) und nochmals stärker bevorzugt im Bereich von 100 bis 400 Zellen/Quadratzoll (im Bereich von 15,5 bis 62,0 Zellen/cm²) sein.
Das säulenförmige Wabensubstrat 72 kann auch als ein einteilig gebildetes Produkt vorgesehen sein. Das säulenförmige Wabensubstrat 72 kann durch Verbinden und Integrieren von Außenseitenoberflächen mehrerer säulenförmigen Wabensegmente, die jeweils die Außenumfangswand besitzen, auch als ein Segmentverbundkörper vorgesehen sein. Durch Bereitstellen des säulenförmigen Wabensubstrats 72 als den Segmentverbundkörper kann die Temperaturwechselbeständigkeit erhöht werden.
Das säulenförmige Wabensubstrat 72 kann unter Verwendung eines Verfahrens angefertigt werden, das im Stand der Technik bekannt ist. Das Verfahren zum Herstellen des säulenförmigen Wabensubstrats 72 wird als Beispiel unten beschrieben.
Zunächst wird eine Rohmaterialzusammensetzung, die ein Keramikrohmaterial, ein Dispersionsmedium, einen Porenbildner und ein Bindemittel enthält, geknetet, um einen Grünkörper zu bilden. Der Grünkörper wird dann extrudiert, um einen gewünschten säulenförmigen Wabenformkörper zu bilden. Die Rohmaterialzusammensetzung kann wahlweise einen beliebigen Zusatzstoff wie z. B. ein Dispergiermittel enthalten. Beim Extrusionsformen kann eine Matrize verwendet werden, die eine gewünschte Gesamtform, Zellenform, Trennwanddicke, Zellendichte und dergleichen besitzt.
Nachdem der säulenförmige Wabenformkörper getrocknet worden ist, werden abgedichtete Abschnitte bei vorgegebenen Positionen an beiden Stirnflächen des säulenförmigen Wabenformkörpers gebildet und werden die abgedichteten Abschnitte dann getrocknet, um einen säulenförmigen Wabenformkörper zu erhalten, der die abgedichteten Abschnitte besitzt. Danach wird der säulenförmige Wabenformkörpereinem Entfetten und einem Brennen unterworfen, um eine säulenförmige Wabenstruktur (säulenförmiges Wabensubstrat 72) zu erhalten.
Das Keramikrohmaterial ist ein Rohmaterial für einen Abschnitt, der nach dem Brennen verbleiben und das Gerüst der säulenförmigen Wabenstruktur als Keramik bilden wird. Das Keramikrohmaterial, das hier verwendet werden kann, enthält ein Rohmaterial, das nach dem Brennen die oben beschriebene Keramik bilden kann. Das Keramikrohmaterial kann z. B. in Form eines Pulvers vorgesehen sein. Beispiele des Keramikrohmaterials enthalten Rohmaterialien, die Keramiken wie z. B. Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Spinell, Indialith, Saphirin, Korund und Titandioxid erhalten können. Konkrete Beispiele derartiger Rohmaterialien enthalten Siliziumoxid, Talkum, Aluminiumoxid, Kaolin, Serpentin, Pyrophyllit, Brucit, Böhmit, Mullit, Magnesit und Aluminiumhydroxid, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Das Keramikrohmaterial kann allein oder in Kombination von zwei oder mehreren Typen verwendet werden.
Wenn der säulenförmige Wabenstrukturfilter für DPF, GPF und dergleichen verwendet wird, kann bevorzugt Cordierit als die Keramik verwendet werden. In diesem Fall kann ein cordieritbildendes Rohmaterial als das Keramikrohmaterial verwendet werden. Das cordieritbildende Rohmaterial ist ein Rohmaterial, das durch Brennen Cordierit bildet. Das cordieritbildende Rohmaterial besitzt bevorzugt eine chemische Zusammensetzung, die im Bereich von 30 bis 45 Massen-% Aluminiumoxid (Al₂O₃) (einschließlich einer Menge von Aluminiumhydroxid, das zu Aluminiumoxid umgewandelt wird), im Bereich von 11 bis 17 Massen-% Magnesia (MgO) und im Bereich von 42 bis 57 Massen-% Siliziumoxid (SiO₂) aufweist.
Beispiele des Dispersionsmedium enthalten Wasser oder ein gemischtes Lösungsmittel aus Wasser und einem organischen Lösungsmittel wie z. B. Alkohol. Das Wasser kann stärker bevorzugt verwendet werden.
Der Porenbildner ist nicht besonders beschränkt, solange er nach dem Brennen Poren bildet. Beispiele enthalten Weizenmehl, Stärke, Harzschäume, wasserabsorbierende Harze, poröses Siliziumoxid, Kohlenstoff (z. B. Graphit), Keramikballone, Polyethylen, Polystyrol, Polypropylen, Nylon, Polyester, Acryle und Phenole. Der Porenbildner kann allein oder in Kombination mit zwei oder mehr Typen verwendet werden. Vom Standpunkt des Erhöhens der Porosität des Brennkörpers, ist der Gehalt des Porenbildners bevorzugt 0,5 Massenteile oder mehr und stärker bevorzugt 2 Massenteile oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 3 Massenteile oder mehr, auf der Grundlage von 100 Massenteilen des Keramikrohmaterials. Vom Standpunkt des Sicherstellens der Festigkeit des Brennkörpers ist der Gehalt des Porenbildners bevorzugt 10 Massenteile oder weniger und stärker bevorzugt 7 Massenteile oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 4 Massenteile oder weniger, auf der Grundlage von 100 Massenteilen des Keramikrohmaterials.
Beispiele des Bindemittels können organische Bindemittel wie z. B. Methylzellulose, Hydroxypropylmethylzellulose, Hydroxyethylzellulose, Carboxymethylzellulose und Polyvinylalkohol enthalten. Insbesondere ist bevorzugt, Methylzellulose in Kombination mit Hydroxypropylmethylzellulose als das Bindemittel zu verwenden. Ferner ist der Gehalt des Bindemittels bezüglich des Erhöhens der Festigkeit des Wabenformkörpers bevorzugt 4 Massenteile oder mehr und stärker bevorzugt 5 Massenteile oder mehr und 6 Massenteile, auf der Grundlage von 100 Massenteilen des Keramikrohmaterials. Der Gehalt des Bindemittels ist bezüglich Verhinderns eines Reißens aufgrund anomaler Wärmeerzeugung im Brennschritt bevorzugt 9 Massenteile oder weniger und stärker bevorzugt 8 Massenteile oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 7 Massenteile oder weniger, auf der Grundlage von 100 Massenteilen des Keramikrohmaterials. Das Bindemittel kann allein oder in Kombination mit zwei oder mehr Typen verwendet werden.
Das Dispergiermittel, das verwendet werden kann, enthält Ethylenglykol, Dietrin, Fettsäureseifen, Polyetherpolyol und dergleichen. Das Dispergiermittel kann allein oder in Kombination mit zwei oder mehr Typen verwendet werden. Der Gehalt des Dispergiermittels ist bevorzugt im Bereich von 0 bis 2 Massenteile auf der Grundlage von 100 Massenteilen des Keramikrohmaterials.
Das Verfahren zum Abdichten der Stirnflächen des säulenförmigen Wabenformkörpers ist nicht besonders beschränkt und ein bekanntes Verfahren kann eingesetzt werden. Materialien der abgedichteten Abschnitte 73 sind nicht besonders beschränkt. Keramiken sind bezüglich der Festigkeit und des Wärmewiderstands bevorzugt. Die Keramiken sind bevorzugt ein Keramikmaterial, das mindestens eines enthaltet, das aus der Gruppe gewählt ist, die aus Cordierit, Mullit, Zirkon, Aluminiumtitanat, Siliziumkarbid, Siliziumnitrid, Zirkonoxid, Spinell, Indialith, Saphirin, Korund und Titandioxid besteht. Nochmals stärker bevorzugt besitzen die abgedichteten Abschnitte 73 dieselbe Materialzusammensetzung wie ein Hauptkörperabschnitt des säulenförmigen Wabenformkörpers, weil sie denselben Ausdehnungskoeffizienten während des Brennens liefern und zu einer verbesserten Haltbarkeit führen kann.
Nach dem Trocknen des Wabenformkörpers können ein Entfetten und ein Brennen ausgeführt werden, um die säulenförmige Wabenstruktur (das säulenförmige Wabensubstrat 72) zu erzeugen. Für Bedingungen des Trocknungsschritts, des Entfettungsschritts und des Brennschritts können gemäß der Materialzusammensetzung des Wabenformkörpers bekannte Bedingungen verwendet werden und keine ist spezifische Erläuterung erforderlich. Allerdings sind konkrete Beispiele der Bedingungen unten gegeben.
Im Trocknungsschritt können herkömmlicherweise bekannte Trocknungsverfahren wie z. B. Heißlufttrocknen, Mikrowellentrocknen, dielektrisches Trocknen, Trocknen unter verringertem Druck, Unterdrucktrocknen und Gefriertrocknen verwendet werden. Unter diesen ist ein Trocknungsverfahren, das das Heißlufttrocknen und das Mikrowellentrocknen oder das dielektrische Trocknen kombiniert, dahingehend bevorzugt, dass der gesamte säulenförmige Wabenformkörper schnell und gleichförmig getrocknet werden kann.
Wenn die abgedichteten Abschnitte gebildet werden, ist es bevorzugt, die abgedichteten Abschnitte an beiden Stirnflächen des getrockneten säulenförmigen Wabenformkörpers zu bilden und dann die abgedichteten Abschnitte zu trocknen. Die abgedichteten Abschnitte sind bei vorgegebenen Positionen derart gebildet, dass jede der ersten Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die erste Stirnfläche geöffnet ist und die zweite Stirnfläche die abgedichteten Abschnitte besitzt, und jede der zweiten Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche geöffnet ist und die erste Stirnfläche die abgedichteten Abschnitte besitzt, abwechselnd angeordnet sind, derart, dass sie über die poröse Trennwand zueinander benachbart sind.
Als nächstes wird der Entfettungsschritt beschrieben. Eine Verbrennungstemperatur des Bindemittels beträgt etwa 200 °C und eine Verbrennungstemperatur des Porenbildners beträgt etwa im Bereich von 300 bis 1000 °C. Deshalb kann der Entfettungsschritt durch Erhitzen des säulenförmigen Wabenformkörpers zu einer Temperatur im Bereich von etwa 200 bis 1000 °C ausgeführt werden. Eine Heizzeit ist nicht besonders beschränkt. Sie liegt im Allgemeinen etwa im Bereich von 10 bis 100 Stunden. Der säulenförmige Wabenformkörper nach dem Entfettungsschritt wird als ein kalzinierter Körper bezeichnet.
Abhängig von der Materialzusammensetzung des säulenförmigen Wabenformkörpers kann der Brennschritt z. B. durch Erhitzen des kalzinierten Körpers auf im Bereich von 1350 bis 1600 °C und ihn dort Halten für im Bereich von 3 bis 10 Stunden ausgeführt werden. Somit wird die säulenförmige Wabenstruktur (das säulenförmige Wabensubstrat 72) angefertigt, das Folgendes enthält: die mehreren ersten Zellen 74, die jeweils von der ersten Stirnfläche 71a zur zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die erste Stirnfläche 71a geöffnet ist und die zweite Stirnfläche 71b die abgedichteten Abschnitte 73 besitzt; und die mehreren zweiten Zellen 75, die jeweils von der ersten Stirnfläche 71a zur zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche 71b geöffnet ist und die erste Stirnfläche 71a die abgedichteten Abschnitte 73 besitzt, wobei jede der ersten Zellen 74 und jede der zweiten Zellen 75 derart abwechselnd angeordnet sind, dass sie über die poröse Trennwand zueinander benachbart 77 sind.
<Halter 10>
Der Halter 10 ist ein Element zum Halten des Filtersubstrats 70. Der Halter 10 ist derart strukturiert, dass die erste Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 in einem freigelegten Zustand bei einer Position gehalten werden kann, die der Düse 30 zugewandt ist. In einer Ausführungsform kann der Halter 10 einen Spannfuttermechanismus 11 zum Greifen des Filtersubstrats 70 (z. B. die Außenumfangswand 76 des säulenförmigen Wabensubstrats 72) aufweisen. Beispiele des Spannfuttermechanismus 11 enthalten ein Ballonspannfutter, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Halter 10 besitzt ein Gehäuse 12 zum Begradigen des Aerosols, das das Filtersubstrat 70 durchlaufen hat, in einer Richtung, ohne zerstreut zu werden.
Beispiele des für den Halter 10 verwendeten Materials enthalten Metalle, Keramiken und dergleichen. Beispiele der Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Das Material des Halters 10 ist wegen seiner hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bevorzugt Edelstahl.
<Kammer 20>
Die Kammer 20 ist ein rohrförmiges Element wie z. B. zylindrische und rechteckige zylindrische Formen. Die Kammer 20 ist mit dem Halter 10 in Verbindung und ist derart angeordnet, dass die erste Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 dem Raum in der Kammer 20 zugewandt ist.
Die Kammer 20 besitzt eine Seitenwand 22, die mit dem Halter 10 und einer Oberfläche (der gegenüberliegenden Oberfläche 21), die der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 gegenüberliegt, verbunden ist. Die gegenüberliegende Oberfläche 21 besitzt eine Einsetzöffnung für die Düse 30. Mit einer derartigen Struktur kann das Aerosol, das aus der Düse 30 eingespritzt wird, in die Kammer 20 direkt eingeleitet werden.
Beispiele des verwendeten Materials für die Kammer 20 enthalten Metalle, Keramiken und dergleichen. Beispiele der Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Das Material der Kammer 20 ist wegen seiner hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bevorzugt Edelstahl.
Die gegenüberliegende Oberfläche 21 der Kammer 20 ist mit einer Einlassöffnung 40 versehen, die ein Umgebungsgas aufnehmen kann. Durch Aufnehmen des Umgebungsgases aus der Einlassöffnung 40, die an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 vorgesehen ist, strömt das Umgebungsgas in derselben Richtung wie die Durchflussrichtung des Aerosols, das aus der Düse 30 eingespritzt wird, derart, dass jede Störung des Aerosols beseitigt werden kann, um das Aerosol zu stabilisieren.
Die Form der Einlassöffnung 40 ist nicht besonders beschränkt, kann jedoch eine runde Form wie z. B. ein Kreis, eine Ellipse, eine Rennbahnform und eine ovale Form und ein Polygon wie z. B. ein Dreieck oder ein Viereck sein.
Die Größe und die Anzahl der Einlassöffnungen 40 können gemäß der Größe der gegenüberliegenden Oberfläche 21 geeignet eingestellt werden und sind nicht besonders beschränkt.
In einer Ausführungsform können als die gegenüberliegende Oberfläche 21 eine Stanzplatte und/oder ein Vliesstoff verwendet werden. Ferner kann ein Filter an der Außenoberfläche der gegenüberliegenden Oberfläche 21 installiert sein, um die Aufnahme von angehäuftem Pulver, Schmutz des Filtersubstrats 70, Staub und dergleichen zu verhindern.
Wenn eine Strömungswegquerschnittfläche in der Kammer 20 senkrecht zur Durchflussrichtung des Aerosols größer als die der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 ist, kann ein Verjüngungsabschnitt 23 auf der stromabwärts liegenden Seite der Seitenwand 22 gebildet sein, derart, dass die Strömungswegquerschnittfläche zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 allmählich abnimmt. Es ist bevorzugt, dass die Kontur des stromabwärts liegenden Endabschnitts des Verjüngungsabschnitts 23 mit der äußeren peripheren Kontur der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 übereinstimmt. Mit einer derartigen Struktur werden die Partikel zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einfach eingespeist.
Eine Entfernung vom Auslass der Düse 30 zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 ist bevorzugt abhängig von der Fläche der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 ausgelegt. Speziell ist bevorzugt, dass, wenn die Fläche der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 erhöht wird, die Entfernung vom Auslass der Düse 30 zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 erhöht wird, weil das Aerosol dazu tendiert, sich in der Richtung senkrecht zur Durchflussrichtung des Aerosols gleichförmig zu verbreiten. In einer Ausführungsform kann die Entfernung vom Auslass der Düse 30 zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 im Bereich von 500 mm bis 2000 mm liegen.
<Düse 30>
Die Düse 30 ist nicht besonders beschränkt, solange sie das Aerosol, das Partikel enthält, zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 einspritzen kann.
Die Düse 30 ist bevorzugt bei einer Position und in einer Richtung angeordnet, wobei das Aerosol in einer Richtung senkrecht zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 eingespritzt wird, und stärker bevorzugt bei einer Position und in einer Richtung angeordnet, wobei das Aerosol zum zentralen Abschnitt der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 eingespritzt wird.
In einer Ausführungsform ist bevorzugt, dass die Düse 30 im zentralen Abschnitt der gegenüberliegenden Oberfläche 21 vorgesehen ist und mehrere Einlassöffnungen 40 an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 um die Düse 30 vorgesehen sind. Eine derartige Struktur kann die Wirkung des Begünstigens der Diffusion von Partikeln im Aerosol, das in der Kammer 20 mit dem Umgebungsgas gemischt wird, verbessern.
<Durchflusssteuerelement 50>
Das Durchflusssteuerelement 50 ist ein Element, das an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 (einer Innenoberfläche der gegenüberliegenden Oberfläche 21), die mit der Einlassöffnung 40 versehen ist, angeordnet ist und das den Strom des Umgebungsgases steuern kann.
Das Durchflusssteuerelement 50 ist nicht besonders beschränkt, solange es eine Struktur besitzt, in der der Strom des Umgebungsgases gesteuert werden kann, jedoch ist bevorzugt, dass es mehrere Flügel 51 besitzt, die den Strom des Umgebungsgases steuern können.
Ein Neigungswinkel θ der mehreren Flügel 51 in Bezug auf die gegenüberliegende Oberfläche 21 ist nicht besonders beschränkt, kann jedoch bevorzugt 80 ° oder weniger und stärker bevorzugt 70 ° oder weniger und nochmals stärker bevorzugt 60 ° oder weniger sein. Das Steuern zu einem derartigen Neigungswinkel θ kann ermöglichen, dass eine Wirbelströmung im Umgebungsgas erzeugt wird und es mit dem Aerosol, das aus der Düse 30 eingespritzt wird, effizient gemischt wird, derart, dass die Diffusion von Partikeln im Aerosol, das mit dem Umgebungsgas gemischt wird, begünstigt werden kann. Andererseits tendieren dann, wenn der Neigungswinkel θ zu niedrig ist, die Partikel dazu, an den Flügeln 51 zu haften, und ein Verlust des Rohmaterials kann zunehmen. Deshalb ist der Neigungswinkel θ bevorzugt 10° oder mehr und stärker bevorzugt 15 ° oder mehr und nochmals bevorzugt 30 ° oder mehr.
Wenn die mehreren Flügel 51 an der gegenüberliegenden Oberfläche 21, die mit der Einlassöffnung 40 versehen ist, vorgesehen sind, können lediglich die mehreren Flügel 51 vorgesehen sein, jedoch kann vom Standpunkt der Leichtigkeit der Anordnung ein Element, das die mehreren Flügel 51 besitzt, vorgesehen sein.
Hier zeigt 4 eine schematische Draufsicht des Elements, das die mehreren Flügel 51 besitzt. Ferner zeigt 5 eine vergrößerte schematische Querschnittansicht (die auch die gegenüberliegende Oberfläche 21 zeigt) des Elements in der Umfangsrichtung.
Wie in 4 und 5 gezeigt ist, ist bevorzugt, dass das Element, das die mehreren Flügel 51 besitzt, ferner einen ebenen Oberflächenabschnitt 52 parallel zur gegenüberliegenden Oberfläche 21 und mehrere Öffnungen 53, die am ebenen Oberflächenabschnitt 52 vorgesehen sind und mindestens einen Teil der Einlassöffnung 40 freilegen, enthält und jeder Flügel 51 bei einer Grenze zwischen dem ebenen Oberflächenabschnitt 52 und der Öffnung 53 vorgesehen ist und zur Seite der Öffnung 53 geneigt ist. Ferner ist bevorzugt, dass jeder Flügel 51 im Wesentlichen dieselbe Form wie die Außenkantenform der Öffnung 53 aufweist. Das Element, das eine derartige Form besitzt, kann einfach hergestellt werden, indem Schlitze in Abschnitten gebildet werden, die die Öffnungen 53 und die Flügel 51 (mit Ausnahme der Grenze zwischen dem ebenen Oberflächenabschnitt 52 und der Öffnung 53) sein werden, und dann die schlitzförmigen Abschnitte herausgedrückt werden.
In einer Ausführungsform können die mehreren Flügel 51 in zwei oder mehr Reihen in der radialen Richtung vom zentralen Abschnitt der gegenüberliegenden Oberfläche 21 zum Außenumfangsabschnitt vorgesehen sein. Eine derartige Struktur kann die Wirkung des Erzeugens der Wirbelströmung im Umgebungsgas verbessern.
Beispiele des für das Durchflusssteuerelement 50 verwendeten Materials enthalten Metalle, Keramiken und dergleichen. Beispiele der Metalle enthalten Edelstahl, Titanlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Messing und dergleichen. Das Material des Durchflusssteuerelements 50 ist wegen seiner hohen Haltbarkeit und Zuverlässigkeit bevorzugt Edelstahl.
Wie in 6 gezeigt ist, kann die Partikelklebevorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner einen Aerosolgenerator 60 enthalten, der mit der Düse 30 verbunden ist. Das Mittel zum Verbinden der Düse 30 mit dem Aerosolgenerator 60 ist nicht besonders beschränkt, jedoch können die Düse 30 und der Aerosolgenerator 60 z. B. mittels einer Verbindungsleitung 61 verbunden sein. Die Verwendung des Aerosolgenerators 60 kann ermöglichen, dass das Aerosol zur Düse 30 stabil eingespeist wird.
Der Aerosolgenerator 60 ist eine Vorrichtung, die Partikel zusammen mit einem Fluid (einem Antriebsgas) einspritzt. Der Typ des Aerosolgenerators 60 ist nicht besonders beschränkt und ein beliebiger Aerosolgenerator, der im Stand der Technik bekannt ist, kann verwendet werden. Zum Beispiel ist es möglich, einen Aerosolgenerator 60 zu verwenden, der einen Mechanismus zum Ansaugen von Partikeln und ihrem Abgeben zusammen mit dem Fluid unter Verwendung eines Unterdrucks, der durch das Fluid bei der hohen Geschwindigkeit erzeugt wird, besitzt.
Unter Verwendung eines komprimierten Gases wie z. B. Druckluft mit gesteuertem Druck als das Fluid (das Antriebsgas) kann die Einspritzdurchflussmenge des Aerosols aus der Düse 30 gesteuert werden. Ferner wird als das Antriebsgas Trockenluft (die z. B. einen Taupunkt von 10 °C oder weniger aufweist) bevorzugt verwendet, um die Aggregation von Partikeln zu verhindern.
Der Aerosolgenerator 60 besitzt eine Schicht, die aus einem Material, das aus Diamant, DLC (diamantartigem Kohlenstoff), Titannitrid (TiN), Titankarbonitrid (TiCN), Siliziumkarbonitrid (SiCN), Siliziumkarbid (SiC), Siliziumnitrid (SiN), einem superharten Material oder einem Gemisch davon oder einer Kombination davon besteht, hergestellt ist, an der Oberfläche des Aerosolgenerators 60, die mit den Partikeln in Kontakt ist, um Verschleiß aufgrund von Reibung, die durch Kontakt mit den Partikeln verursacht wird, zu verringern. Diese Schicht kann durch Beschichten, Plattierung, die auskleidet oder dergleichen gebildet sein.
Hier ist ein konkretes Beispiel des Aerosolgenerators 60 in 7 gezeigt.
Der Aerosolgenerator 420, der in 7 gezeigt ist, enthält Folgendes:

einen Antriebsgasströmungsweg 427, um einem druckbeaufschlagten Antriebsgas zu ermöglichen, zu strömen;
einen Speiseanschluss 427i, der in der Mitte des Antriebsgasströmungswegs 427 vorgesehen ist und in der Lage ist, Partikel (z. B. Keramikpartikel 422) von der Außenumfangsseite des Antriebsgasströmungswegs 427 zum Innenraum des Antriebsgasströmungswegs 427 anzusaugen;
eine Düse 421, die an der Spitze des Antriebsgasströmungswegs 427 angebracht ist und in der Lage ist, ein Aerosol einzuspritzen;
einen Strömungsweg 423 zum Ansaugen und Führen der Keramikpartikel 422, wobei der Strömungsweg 423 einen Auslass 423e besitzt, der mit dem Speiseanschluss 427i in Verbindung ist; und
einen Gehäuseabschnitt zum Aufnehmen der Keramikpartikel 422 und Einspeisen der Keramikpartikel 422 zum Strömungsweg 423 zum Ansaugen und Führen.

Für den Gehäuseabschnitt 429 kann z. B. ein Trichter verwendet werden. Der Gehäuseabschnitt 429 nimmt die Keramikpartikel 422 auf, die an eine vorgegebene Partikelgrößenverteilung angepasst ist. Die Keramikpartikel 422, die in den Gehäuseabschnitt 429 aufgenommen sind, werden aus einem Auslass 429e, der auf der Unterseite des Gehäuseabschnitts 429 vorgesehen ist, durch die Ansaugkraft vom Antriebsgasströmungsweg 427 über den Strömungsweg 423 zu einem Auslass 423e geführt und dann über den Speiseanschluss 427i in den Antriebsgasströmungsweg 427 eingeleitet. In diesem Fall wird das Umgebungsgas (typischerweise Luft), das aus dem Einlass 429i des Gehäuseabschnitts gesaugt wird, zusammen mit den Keramikpartikeln 422 auch über den Strömungsweg 423 in den Antriebsgasströmungsweg 427 eingeleitet. Der Auslass 423e und der Speiseanschluss 427i stimmen miteinander überein. Ferner werden die Keramikpartikel 422 aus einer Richtung, die zur Durchflussrichtung des Antriebsgases, das durch den Antriebsgasströmungsweg 427 strömt, im Wesentlichen senkrecht ist, in den Antriebsgasströmungsweg 427 eingeleitet.
Die Keramikpartikel 422, die in den Antriebsgasströmungsweg 427 eingespeist werden, treffen auf das Antriebsgas, das durch den Antriebsgasströmungsweg 427 strömt, und werden gemischt, während sie zerquetscht werden, um ein Aerosol zu bilden, das durch die Düse 421 eingespritzt wird. Die Düse 421 ist bevorzugt bei einer Position und in einer Richtung angeordnet, wobei das Aerosol in einer Richtung senkrecht zur Bodenoberfläche auf der Einlassseite der säulenförmigen Wabenstruktur eingespritzt wird. Stärker bevorzugt ist die Düse 421 bei einer Position und in einer Richtung angeordnet, wobei das Aerosol in einer Richtung senkrecht zur Bodenoberfläche auf der Einlassseite zum zentralen Abschnitt der Bodenoberfläche auf der Einlassseite eingespritzt wird.
Das Einspeisen der Keramikpartikel 422 zum Gehäuseabschnitt 429 kann bevorzugt unter Verwendung z. B. einer Pulverdosierungszufuhrvorrichtung 4211 wie z. B. eines Schneckenbeschickungsmechanismus und ein Förderband ausgeführt werden, obwohl es nicht darauf beschränkt ist. Die Keramikpartikel 422, die von der Pulverdosierungszufuhrvorrichtung 4211 abgegeben werden, können durch die Schwerkraft in den Gehäuseabschnitt 429 fallen gelassen werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Mitte des Antriebsgasströmungswegs 427 einen Venturi-Abschnitt 427v auf, in dem der Strömungsweg verengt ist, und der Antriebsgasströmungsweg 427 ist mit einem Speiseanschluss 427i auf der stromabwärts liegenden Seite des am stärksten verengten Strömungswegs des Venturi-Abschnitts 427v versehen. Wenn der Antriebsgasströmungsweg 427 den Venturi-Abschnitt 427v aufweist, wird die Geschwindigkeit des Antriebsgases, das den Venturi-Abschnitt 427v durchläuft, erhöht, derart, dass ermöglicht werden kann, dass ein schnelleres Antriebsgas auf die Keramikpartikel 422 trifft, die stromabwärts des Venturi-Abschnitts 427v eingespeist werden, was die Quetschkraft verbessert. Um die Quetschkraft des Antriebsgases zu erhöhen, ist der Speiseanschluss 427i bevorzugt auf der stromabwärts liegenden Seite des am stärksten verengten Abschnitts des Venturi-Abschnitts 427v und diesem Abschnitt benachbart vorgesehen. Diese Struktur kann z. B. durch Verbinden des Antriebsgasströmungswegs 427 mit dem Strömungsweg 423 zum Ansaugen und Führen unter Verwendung eines Venturi-Auswerfers 4210 erreicht werden.
Die Untergrenze der Durchflussmenge des Antriebsgases unmittelbar vor dem Durchlaufen des Venturi-Abschnitts 427v ist bezüglich des Erhöhens der Quetschkraft der Keramikpartikel bevorzugt 13 m/s oder mehr und stärker bevorzugt 20 m/s oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 26 m/s oder mehr. Die Obergrenze der Durchflussmenge des Antriebsgases unmittelbar vor dem Durchlaufen des Venturi-Abschnitts 427v ist nicht besonders gesetzt, jedoch kann sie im Allgemeinen 50 m/s oder weniger und typischerweise 40 m/s oder weniger sein.
Die Untergrenze eines Verhältnisses einer Strömungswegquerschnittfläche unmittelbar vor dem Venturi-Abschnitt 427v zu einer Strömungswegquerschnittfläche des Venturi-Abschnitts 427v ist bezüglich des Erhöhens der Quetschkraft bevorzugt 8 oder mehr und stärker bevorzugt 16 oder mehr. Die Obergrenze des Verhältnisses der Strömungswegquerschnittfläche unmittelbar vor dem Venturi-Abschnitt 427v zur Strömungswegquerschnittfläche des Venturi-Abschnitts 427v ist nicht besonders beschränkt, wenn es jedoch zu groß ist, wird der Druckverlust des Venturi-Abschnitts 427v erhöht und so kann es bevorzugt 64 oder weniger und stärker bevorzugt 32 oder weniger sein. Wie hierin verwendet bedeutet die Strömungswegquerschnittfläche des Venturi-Abschnitts 427v eine Strömungswegquerschnittfläche im schmalsten Abschnitt des Strömungswegs im Venturi-Abschnitt 427v. Ferner bedeutet die Strömungswegquerschnittfläche unmittelbar vor dem Venturi-Abschnitt 427v, dass die Strömungswegquerschnittfläche unmittelbar vor dem Strömungsweg auf der stromaufwärts liegenden Seite des Venturi-Abschnitts 427v schmal wird.
Die Verwendung des Venturi-Auswerfers 4210 kann ermöglichen, dass eine größere Ansaugkraft auf den Strömungsweg 423 zum Ansaugen und Führen ausgeübt wird, z. B. dann, wenn das Antriebsgas durch den Antriebsgasströmungsweg 427 geleitet wird, wodurch verhindert wird, dass der Strömungsweg 423 durch die Keramikpartikel 422 verstopft wird. Der Venturi-Auswerfer 4210 ist auch als Mittel zum Entfernen der Keramikpartikel 422 wirksam, wenn der Strömungsweg 423 zum Ansaugen und Führen durch die Keramikpartikel 422 verstopft ist.
Unter Verwendung eines komprimierten Gases wie z. B. Druckluft mit angepasstem Druck als das Antriebsgas kann die Einspritzdurchflussmenge des Aerosols aus der Düse 421 gesteuert werden. Als das Antriebsgas wird bevorzugt Trockenluft (die z. B. einen Taupunkt von 10 °C oder weniger aufweist) verwendet, um die Aggregation der Keramikpartikel zu verhindern.
Die feinen Keramikpartikel 422 besitzen die Eigenschaft, dass sie einfach aggregiert werden. Allerdings kann die Verwendung des Aerosolgenerators 420 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Keramikpartikel 422 einspritzen, die die Zielpartikelgrößenverteilung besitzen, durch die eine Aggregation verhindert wird.
Wie in 8 gezeigt ist, kann die Partikelklebevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner ein Gebläse 65 zum Ausüben einer Anziehungskraft auf die zweite Stirnfläche 71b des Filtersubstrats 70 enthalten. Das Gebläse 65 kann mit dem Halter 10 mittels der Auslassleitung 66 verbunden sein. Die Verwendung des Gebläses 65 kann ermöglichen, dass die Durchflussmenge des Umgebungsgases, das in die Kammer 20 strömt, abhängig von der Ansaugkraft des Gebläses 65 angepasst wird.
Das Gebläse 65 ist eine Vorrichtung, die eine Auslassfunktion besitzt. Der Typ des Gebläses 65 ist nicht besonders beschränkt und ein beliebiges Gebläse, das im Stand der Technik bekannt ist, kann verwendet werden.
Ein Durchflussmesser (der nicht gezeigt ist) kann in der Auslassleitung 66 angeordnet sein, um die Gasdurchflussmenge, die durch den Durchflussmesser gemessen wird, zu überwachen und die Stärke des Gebläses 65 abhängig von der Gasdurchflussmenge zu steuern.
(2) Verfahren für Herstellen eines Filters
Das Verfahren zum Herstellen eines Filters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung 100 ausgeführt. Da die Partikelklebevorrichtung 100 den Strom des Umgebungsgases durch das Durchflusssteuerelement 50 steuern kann, um die Wirbelströmung im Fluid in der Kammer 20 zu erzeugen, kann sie die Diffusion von Partikeln im Fluid (im Aerosol) in der Kammer 20 begünstigen. Deshalb kann die Verwendung der Partikelklebevorrichtung 100 ermöglichen, dass ein Filter, der eine Sammlungsschicht besitzt, die eine gleichförmige Dicke aufweist, angefertigt wird.
In einer Ausführungsform enthält das Verfahren zum Herstellen des Filters gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: einen Schritt des Haltens des Filtersubstrats 70 im Halter 10 (der im Folgenden als ein „Halteschritt“ bezeichnet wird); und einen Schritt des Einspritzens des Aerosols durch die Düse 30 zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 während des Steuern des Stroms des Umgebungsgases, das aus der Einlassöffnung 40, die an der gegenüberliegenden Oberfläche 21 der Kammer 20 durch das Durchflusssteuerelement 50 vorgesehen ist, aufgenommen wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Partikel am Filtersubstrat 70 haften (was im Folgenden als ein „Partikelklebeschritt“ bezeichnet wird). Durch Ausführen eines derartigen Schritts kann die Partikelklebevorrichtung 100 geeignet gesteuert werden, derart, dass ein Filter, der eine Sammelschicht besitzt, die eine gleichförmige Dicke aufweist, angefertigt werden kann.
Im Halteschritt wird die erste Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 angeordnet und gehalten, derart, dass sie dem Raum in der Kammer 20 zugewandt ist. Das Halteverfahren kann abhängig vom Typ des Halters 10 geeignet eingestellt werden und ist nicht besonders beschränkt.
Im Partikelklebeschritt kann der Strom des Umgebungsgases durch das Durchflusssteuerelement 50 gesteuert werden, um die Wirbelströmung im Fluid in der Kammer 20 zu erzeugen. Deshalb kann, wenn das Aerosol durch die Düse 30 zur ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 eingespritzt wird, die Diffusion von Partikeln durch die Wirbelströmung des Umgebungsgases begünstigt werden. Entsprechend können die Partikel in dem Aerosol, das mit dem Umgebungsgas vor Eintreffen bei der ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70 gemischt wird, gleichförmig verteilt sein. Als Ergebnis können die Partikel zur gesamten ersten Stirnfläche 71a des Filtersubstrats 70, die dem Raum in der Kammer 20 zugewandt ist, gleichförmig eingespeist werden, wodurch eine Sammlungsschicht gebildet wird, die eine gleichförmige Dicke besitzt. Zum Beispiel werden, wenn das Filtersubstrat 70 das säulenförmige Wabensubstrat 72 ist, die Partikel in die ersten Zellen 74, die an der ersten Stirnfläche 71a geöffnet sind, gesaugt und haften die Partikel, die in die ersten Zellen 74 gesaugt werden, an den Oberflächen der ersten Zellen 74, um die Sammlungsschicht zu bilden.
Vom Standpunkt des Verbesserns einer Stabilität der Dicke einer dünnen Schicht der Partikel, die an den Oberflächen der ersten Zellen 74 haften, ist im Partikelklebeschritt eine durchschnittliche Durchflussmenge des Aerosols, das in die Kammer 20 strömt, bevorzugt im Bereich von 0,5 m/s bis 3,0 m/s und stärker bevorzugt im Bereich von 1,0 m/s bis 2,0 m/s.
Vom Standpunkt des Verbesserns der Stabilität der Dicke einer dünnen Schicht der Partikel, die an der Oberfläche der ersten Zellen 74 haften, ist die Untergrenze der durchschnittlichen Durchflussmenge des Aerosols, das im Partikelklebeschritt in das säulenförmige Wabensubstrat 72 strömt, bevorzugt 0,5 m/s oder mehr und stärker bevorzugt 1 m/s oder mehr. Ferner ist, um die hohe Porosität der porösen Trennwand 77 aufrechtzuerhalten, die Obergrenze der durchschnittlichen Durchflussmenge des Aerosols, das in das säulenförmige Wabensubstrat 72 strömt, bevorzugt 20 m/s oder weniger und bevorzugt 15 m/s oder weniger.
Wenn der Partikelklebeschritt fortgesetzt wird, wird der Druckverlust zwischen der ersten Stirnfläche 71a und der zweiten Stirnfläche 71b des Filtersubstrats 70 erhöht, wenn der Klebebetrag von Partikeln erhöht wird. Deshalb kann durch Erhalten der Beziehung zwischen dem Klebebetrag von Partikeln und dem Druckverlust im Voraus der Endpunkt des Partikelklebeschritts auf der Grundlage des Druckverlusts bestimmt werden. Deshalb kann in der Partikelklebevorrichtung 100 ein Differenzdruckmesser angeordnet sein, um den Druckverlust zwischen der ersten Stirnfläche 71a und der zweiten Stirnfläche 71b des Filtersubstrats 70 zu messen, und kann der Endpunkt des Partikelklebeschritts auf der Grundlage des Werts des Differenzdruckmessers bestimmt werden.
Wenn das Filtersubstrat 70 das säulenförmige Wabensubstrat 72 ist, haften die Partikel an der ersten Stirnfläche 71a des säulenförmigen Wabensubstrats 72 durch Ausführen des Partikelklebeschritts. Deshalb werden die Partikel bevorzugt mittels Unterdrucks oder dergleichen angesaugt und entfernt, während die erste Stirnfläche 71a unter Verwendung einer Vorrichtung wie z. B. eines Spachtels nivelliert wird.
Die Partikel, die im Aerosol enthalten sind, sind nicht besonders beschränkt, sind jedoch bevorzugt Keramikpartikel.
Die Keramikpartikel, die hier verwendet werden, können, die oben erwähnten Keramikpartikel, die die porösen Trennwände 77 bilden, enthalten. Zum Beispiel enthalten die Keramikpartikel, die hier verwendet werden können, Keramikpartikel die ein oder mehrere enthalten, die aus Cordierit, Siliziumkarbid (SiC), Talkum, Glimmer, Mullit, Tonscherbe, Aluminiumtitanat, Aluminiumoxid, Siliziumnitrid, Sialon, Zirkonphosphat, Zirkonoxid, Titandioxid und Siliziumoxid gewählt sind. Eine Hauptkomponente der Keramikpartikel ist bevorzugt Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Cordierit oder Mullit. Die Hauptkomponente der Keramikpartikel bezieht sich auf eine Komponente, aus der 50 Massen-% oder mehr der Keramikpartikel bestehen. Die Keramikpartikel enthalten bevorzugt 50 Massen-% oder mehr und stärker bevorzugt 70 Massen% oder mehr und nochmals stärker bevorzugt 90 Massen-% oder mehr SiC.
Nach dem Partikelklebeschritt wird ein Filter durch eine Wärmebehandlung unter Bedingungen fertiggestellt, wobei das Filtersubstrat 70, an dem das Haften der Partikel ermöglicht wurde, für 1 Stunde oder länger, z. B. für 1 Stunde bis 6 Stunden, bei einer Höchsttemperatur von 1000 °C oder mehr und typischerweise für 1 Stunde bis 6 Stunden bei einer Höchsttemperatur im Bereich von 1100 °C bis 1400 °C gehalten wird. Die Wärmebehandlung kann z. B. durch Anordnen des Filtersubstrats 70, an dem das Haften der Partikel ermöglicht wurde, in einem Elektroofen oder einem Gasofen ausgeführt werden. Durch die Wärmebehandlung werden die Partikel miteinander verbunden und werden die Partikel am Filtersubstrat 70 festgesetzt, um die Sammlungsschicht zu bilden. Wenn die Wärmebehandlung unter sauerstoffhaltigen Bedingungen wie z. B. Luft ausgeführt wird, wird eine dünne Oxidschicht an der Oberfläche der Partikel gebildet und wird das Verbinden zwischen den Partikeln begünstigt. Als Ergebnis kann die Sammlungsschicht erhalten werden, die ist vom Filtersubstrat 70 schwer ablöst.
(3) Säulenförmiger Wabenstrukturfilter
9 ist eine schematische Querschnittansicht (eine Querschnittansicht parallel zur Ausdehnungsrichtung der Zellen) des säulenförmigen Wabenstrukturfilters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ferner ist 10 eine schematische Seitenansicht (eine Seitenansicht der ersten Stirnfläche) des säulenförmigen Wabenstrukturfilters.
Wie in 9 und 10 gezeigt ist, enthält ein säulenförmiger Wabenstrukturfilter 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung Folgendes: ein säulenförmiges Wabensubstrat 72, das Folgendes aufweist: mehrere erste Zellen 74, die jeweils von einer ersten Stirnfläche 71a zu einer zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die erste Stirnfläche 71a geöffnet ist und die zweite Stirnfläche 71b abgedichtete Abschnitte 73 besitzt; mehrere zweite Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche 71a zur zweiten Stirnfläche 71b verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche 71b geöffnet ist und die erste Stirnfläche 71a die abgedichteten Abschnitte 73 besitzt, wobei jede der ersten Zellen 74 und jede der zweiten Zellen 75 derart abwechselnd angeordnet sind, dass sie über eine poröse Trennwand 77 zueinander benachbart sind; und eine Sammlungsschicht 80, die an den Oberflächen der ersten Zellen 74 gebildet ist. Es ist festzuhalten, dass, obwohl 9 und 10 ein Beispiel zeigen, in dem die Sammlungsschicht 80 an den Oberflächen der ersten Zellen 74 gebildet ist, die Sammlungsschicht 80 an den Oberflächen der zweiten Zellen 75 oder sowohl den Oberflächen der ersten Zellen 74 als auch der zweiten Zellen 75 gebildet sein kann.
Der säulenförmige Wabenstrukturfilter 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt eine Differenz zwischen Dicken der Sammlungsschicht 80 von 15 µm oder weniger und bevorzugt 13 µm oder weniger. Wenn die Differenz in diesem Umfang ist, kann man sagen, dass die Sammlungsschicht 80 eine gleichförmige Dicke besitzt, derart, dass die Sammlungswirkung der Schwebstoffe (PM) verbessert werden kann.
Die Dicke der Sammlungsschicht 80 tendiert, sich zu unterscheiden, insbesondere zwischen dem zentralen Abschnitt und dem Außenumfangsabschnitt im Querschnitt des säulenförmigen Wabenstrukturfilters 200 senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75. Deshalb ist es bevorzugt, die Differenz zwischen Dicken der Sammlungsschicht 80 durch Erhalten der Differenz zwischen den Dicken des zentralen Abschnitts und des Außenumfangsabschnitts im Querschnitt zu berechnen. Wie hierin verwendet bedeutet der zentrale Abschnitt einen Abschnitt des Querschnitts in einer Entfernung bis zu 1/3 vom Zentrum zum Durchmesser (eine Entfernung vom Zentrum zum Außenumfang) und bedeutet der Außenumfangsabschnitt einen Abschnitt in einer Entfernung bis zu 1/3 vom Außenumfang zum Durchmesser.
Die Dicke der Sammlungsschicht 80 kann unter Verwendung einer dreidimensionalen Messmaschine (Modell VR-3200 oder VR-5200) von KEYENCE CORPORATION gemessen werden. Die Messung kann bei einer Position 25 mm in Richtung der Zellen (der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75), die sich von den Stirnflächen (der ersten Stirnfläche 71a und der zweiten Stirnfläche 71b) erstreckt, ausgeführt werden.
Im säulenförmigen Wabenstrukturfilter 200 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird, während ein Abgas, das Schwebstoffe (PM) wie z. B. Ruß enthält, zur ersten Stirnfläche 71a des säulenförmigen Wabenstrukturfilters 200 eingespeist wird, das Abgas in die ersten Zellen 74 eingeleitet, derart, dass es sich in den ersten Zellen 74 stromabwärts fortbewegt. Da die ersten Zellen 74 die abgedichteten Abschnitte 73 an der zweiten Stirnfläche 71b auf der stromabwärts liegenden Seite besitzen, durchdringt das Abgas die porösen Trennwände 77, an denen die Sammelschicht 80 gebildet ist und die die ersten Zellen 74 und die zweiten Zellen 75 definieren, um in den zweiten Zellen 75 zu strömen. Da die Schwebstoffe die porösen Trennwände 77, an denen die Sammlungsschicht 80 gebildet wurde, nicht durchlaufen können, werden die Schwebstoffe in den ersten Zellen 74 gesammelt und abgeschieden. Nachdem die Schwebstoffe entfernt worden sind, bewegt sich das saubere Abgas, das in den zweiten Zellen 75 strömt, in den zweiten Zellen 75 stromabwärts fort und strömt aus der zweiten Stirnfläche 71b auf der stromabwärts liegenden Seite heraus.
Der säulenförmige Wabenstrukturfilter 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besitzt bevorzugt einen Durchmesser von 180 mm oder mehr in einem Querschnitt senkrecht zur Ausdehnungsrichtung der ersten Zellen 74 und der zweiten Zellen 75. Während es für die herkömmliche Partikelklebevorrichtung schwierig ist, die Sammelschicht 80, die die gleichförmige Dicke besitzt, am säulenförmigen Wabensubstrat 72, das den Durchmesser von 180 mm oder mehr besitzt, zu bilden, kann die Partikelklebevorrichtung 100 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Sammlungsschicht 80, die die gleichförmige Dicke besitzt, selbst an dem säulenförmigen Wabensubstrat 72, das den Durchmesser von 180 mm oder mehr besitzt, bilden.
Der säulenförmige Wabenstrukturfilter 200 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann gemäß dem Verfahren zum Herstellen des Filters, das oben beschrieben ist, unter Verwendung des säulenförmigen Wabensubstrats 72 als das Filtersubstrat 70 angefertigt werden.
BEISPIELE
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf Beispiele genauer beschrieben, jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(A) Herstellung des säulenförmigen Wabensubstrats Zu 100 Massenteilen cordieritbildendes Rohmaterial wurden 3 Massenteile Porenbildner, 55 Massenteile Dispersionsmedium, 6 Massenteile organisches Bindemittel und 1 Massenteil eines Dispergiermittels hinzugefügt, gemischt und geknetet, um einen Grünkörper anzufertigen. Aluminiumoxid, Aluminiumhydroxid, Kaolin, Talkum und Siliziumoxid wurden als das cordieritbildende Rohmaterial verwendet. Wasser wurde als das Dispersionsmedium verwendet, ein wasserabsorbierendes Polymer wurde als der Porenbildner verwendet, Hydroxypropylmethylzellulose wurde als das organische Bindemittel verwendet und Fettsäureseife wurde als das Dispergiermittel verwendet.
Der Grünkörper wurde in eine Strangpresse eingeführt und durch eine Matrize, die eine vorgegebene Form besitzt, extrudiert, um einen zylindrischen Wabenformkörper zu erhalten. Der resultierende Wabenformkörper wurde dielektrischem Trocknen und Heißlufttrocknen unterworfen und beide Stirnflächen wurden dann zugeschnitten, um vorgegebene Abmessungen aufzuweisen, um einen Wabentrockenkörper zu erhalten.
Die resultierende getrocknete Wabe wurde unter Verwendung von Cordierit als Material abgedichtet, derart, dass jede der ersten Zellen und jede der zweiten Zellen benachbart zueinander abwechselnd angeordnet waren, und dann durch Erhitzen in einer Luftatmosphäre bei etwa 200 °C entfettet und ferner in einer Luftatmosphäre bei 1420 °C 5 Stunden gebrannt, um ein säulenförmiges Wabensubstrat zu erhalten.
Die Spezifikationen des säulenförmigen Wabensubstrats sind wie folgt:

Gesamtform: zylindrische Form, die einen Durchmesser 270 mm x eine Höhe von 300 mm besitzt;
Zellenform in einem Querschnitt senkrecht zu Ausdehnungsrichtung der Zellen:
- quadratisch;
Zellendichte (Anzahl von Zellen pro Querschnitteinheit): 200 Zellen/Quadratzoll (31,1 Zellen/cm²); und
Dicke einer porösen Trennwand: 0,2 mm (nomineller Wert auf der Grundlage der Matrizenspezifikationen).

(B) Herstellung des säulenförmigen Wabenstrukturfilters
Unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung, die die Struktur, die in 8 gezeigt ist, besitzt, wurde ermöglicht, dass Keramikpartikel an den Oberflächen der ersten Zellen des säulenförmigen Wabensubstrats haften, wie oben beschrieben ist, indem ein Aerosol, das die Keramikpartikel enthält, durch die Düse zur ersten Stirnfläche des säulenförmigen Wabensubstrats eingespritzt wurde, während der Strom des Umgebungsgases, das aus der Einlassöffnung, die an der gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer vorgesehen ist, aufgenommen wurde, durch das Durchflusssteuerelement gesteuert wurde.
Die Spezifikationen und die Betriebsbedingungen der Partikelklebevorrichtung sind wie folgt:

<Durchflusssteuerelement>
Struktur: das Durchflusssteuerelement, das die Struktur besitzt, die in 4 gezeigt ist (zwei Reihen von Flügeln wurden in der radialen Richtung vom zentralen Abschnitt zum Außenumfang der gegenüberliegenden Oberfläche vorgesehen);
Neigungswinkel θ des Flügels in Bezug auf die gegenüberliegende Oberfläche: im Bereich von 15 bis 60 ° (der bestimmte Neigungswinkel θ in jedem Beispiel ist in Tabelle 1 gezeigt; in Vergleichsbeispiel 1 wurde das Durchflusssteuerelement nicht verwendet).

<Kammer>

Form: zylindrische Form;
Innendurchmesser: 300 mm;
Länge: 850 mm;
Umgebungsgas: Luft;
Struktur der gegenüberliegenden Oberfläche: Stanzplatte;
Installation eines Filters bei der Einlassöffnung: Ja;
Düsenposition: zentraler Abschnitt der gegenüberliegenden Oberfläche; und
Entfernung vom Auslass der Düse zu ersten Stirnfläche des säulenförmigen Wabensubstrats: 850 mm.

<Aerosol Generator>
Produktname: keiner (eigene Herstellung) (die die Struktur besitzt, die in 7 gezeigt ist);

Typ: kontinuierlicher Aerosolgenerator;
Mittel zum Verbinden des Antriebsgasströmungswegs mit dem Strömungsweg zum Ansaugen und Führen: Venturi-Auswerfer;
Installationsposition des Speiseanschlusses für Keramikpartikel: die Position auf der stromabwärts liegenden Seite des Venturi-Abschnitts, bei der der Strömungsweg am stärksten beschränkt war, und benachbart zu dieser Position;
Mittel zum Einspeisen von Keramikpartikeln in den Gehäuseabschnitt: Schneckenbeschickungsmechanismus;
Typ des Gehäuseabschnitts: Trichter;
Typ von Keramikpartikeln, die in den Gehäuseabschnitt aufgenommen werden sollen: SiC-Partikel;
Partikelgrößenverteilung von Keramikpartikeln auf Volumengrundlage (gemessen durch ein Laserbeugungs-/Laserstreuungs-Verfahren): Mediandurchmesser (D50) = 3 µm, SiC-Partikel mit einem Partikeldurchmesser von 10 µm oder mehr: ≤ 20 Vol.-%;
Antriebsgas: komprimierte Trockenluft (Taupunkt von 10 °C oder weniger);
Umgebungsgas, das angesaugt werden soll: Luft;

Durchschnittliche Durchflussmenge des Umgebungsgases, das durch Strömungsweg zum Ansaugen und Führen strömt: 40 L/min:

Durchschnittliche Durchflussmenge des Antriebsgases, das durch den Antriebsgasströmungsweg strömt, vor dem Zusammenführen mit dem angesaugtem Umgebungsgas: 80 L/min;
Verhältnis der Strömungswegquerschnittfläche unmittelbar vor dem Venturi-Abschnitt zur Strömungswegquerschnittfläche des Venturi-Abschnitts = 1 : 0,028;
Durchschnittliche Durchflussmenge des Aerosols, das von der Düse eingespritzt wird: 26 m/s (gemessen bei einer Position im Bereich von 10 bis 20 mm auf der stromabwärts liegenden Seite der Düse durch ANEMOMASTER [KANOMAX, Modell: 6162]);
Durchschnittliche Durchflussmenge des Aerosol, das von der Düse eingespritzt wird: 120 L/min (gemessen durch einen Durchflussmesser); und
Massendurchflussmenge von Keramikpartikeln in dem Aerosol, das von der Düse eingespritzt wird: 0,5 g/s (gemessen durch einen Durchflussmesser).

<Betriebsbedingungen>

Ansaugdurchflussmenge des Gebläses: 4000 L/min;
Durchschnittliche Durchflussmenge des Aerosol, das im säulenförmigen Wabensubstrat strömt: etwa 10 m/s (berechnet durch Durchflussmenge/Zellenöffnungsfläche); und
Endpunkt des Keramikpartikelklebeschritts: zu dem Zeitpunkt, zu dem der Wert des Differenzdruckmessers im Bereich von +0,1 kPa bis +0,4 kPa angekommen ist (der Differenzdruckwert ist verschieden, weil die Masse der dünnen Schicht, die durch das Produktvolumen eingestellt wird, verschieden ist).

Als nächstes wurden die Keramikpartikel, die an der ersten Stirnfläche haften, während des Nivellieren unter Verwendung eines Spachtels der ersten Stirnfläche des säulenförmigen Wabensubstrats, an der die Keramikpartikel somit hafteten, durch Unterdruck angesaugt und entfernt. Das säulenförmige Wabensubstrat wurde dann in einem Elektroofen angeordnet und in einer Luftatmosphäre unter der Bedingung des Haltens bei einer Höchsttemperatur von 1200 °C für 2 Stunden wärmebehandelt, um einen säulenförmigen Wabenstrukturfilter zu bilden, in dem die Sammelschicht an den Oberflächen der ersten Zellen gebildet war.
Für den säulenförmigen Wabenstrukturfilter, der oben erhalten wurde, wurden die Dicken des zentralen Abschnitts und des Außenumfangsabschnitts bei einer Position 25 mm in Richtung der ersten Zellen, die sich von der ersten Stirnfläche erstreckt, unter Verwendung einer dreidimensionalen Messmaschine (Modell VR-3200 oder VR-5200) von KEYENCE CORPORATION bestimmt.
Ferner wurde bei der Herstellung des oben beschriebenen säulenförmigen Wabenstrukturfilters ein Verlust des Rohmaterials im Klebeschritt der Keramikpartikel berechnet. Der Verlust des Rohmaterials wurde durch Subtrahieren der Menge von Keramikpartikeln, die am säulenförmigen Wabensubstrat haften, von der Speisemenge von Keramikpartikeln, die zum Bilden der Sammlungsschicht verwendet wurde, berechnet. Die Speisemenge der Keramikpartikel, die zum Bilden der Sammlungsschicht verwendet wurde, war die Speisemenge der Keramikpartikel für den Schneckenbeschickungsmechanismus. Die Menge von Keramikpartikeln, die am säulenförmigen Wabensubstrat haften, wurde aus einer Differenz zwischen den Massen des säulenförmigen Wabensubstrats vor und nach der Bildung der Sammlungsschicht berechnet.

Tabelle 1 zeigt die Bewertungsergebnisse, wie oben beschrieben ist. [Tabelle 1]

	Neigungswinkel θ des Flügels [°]	Dicke der Sammlungsschicht [µm]			Verlust von Rohmaterial [G]
	Neigungswinkel θ des Flügels [°]	Mittenabschnitt	Außenumfangsabschnitt	Differenz	Verlust von Rohmaterial [G]
Beispiel 1	15	30	25	5	12
Beispiel 2	30	30	23	7	10
Beispiel 3	45	30	22	8	8
Beispiel 4	60	30	18	12	6
Vgl. 1	-	30	12	18	1

Wie in Tabelle 1 gezeigt ist, wies die Sammlungsschicht, die unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung, die nicht mit dem Durchflusssteuerelement versehen war, gebildet wurde, eine größere Differenz zwischen Dicken des zentralen Abschnitts und des Außenumfangsabschnitts auf (Vergleichsbeispiel 1), wohingegen die Sammlungsschicht, die unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung, die mit dem Durchflusssteuerelement versehen war, gebildet wurde, eine kleinere Differenz zwischen Dicken des zentralen Abschnitts und des Außenumfangsabschnitts aufwies (Beispiele 1 bis 4). Ferner tendierten, während der Neigungswinkel θ des Flügels des Durchflusssteuerelements kleiner wurde, die Keramikpartikel dazu, an den Flügeln zu haften, derart, dass der Verlust des Rohmaterials, dazu tendierte, zuzunehmen.
Wie aus den oben beschriebenen Ergebnissen ersichtlich ist, ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, eine Partikelklebevorrichtung und ein Verfahren zum Herstellen eines Filters zu schaffen, die eine Sammlungsschicht bilden können, die ungeachtet des Typs und der Größe des Filtersubstrats eine gleichförmige Dicke besitzt. Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, einen säulenförmigen Wabenstrukturfilter zu schaffen, der eine Sammlungsschicht enthält, die eine gleichförmige Dicke besitzt.
Bezugszeichenliste

10: Halter
20: Kammer
21: Gegenüberliegende Oberfläche
22: Seitenwand
23: Verjüngungsabschnitt
30: Düse
40: Einlassöffnung
50: Durchflusssteuerelement
51: Flügel
52: Ebener Oberflächenabschnitt
53: Öffnung
60: Aerosolgenerator
61: Verbindungsleitung
65: Gebläse
66: Auslassleitung
70: Filtersubstrat
71a: Erste Stirnfläche
71b: Zweite Stirnfläche
72: Säulenförmiges Wabensubstrat
73: Abgedichteter Abschnitt
74: Erste Zelle
75: Zweite Zelle
76: Außenumfangswand
77: Poröse Trennwand
80: Sammlungsschicht
100: Partikelklebevorrichtung
200: Säulenförmiger Wabenstrukturfilter
420: Aerosolgenerator
421: Düse
422: Keramikpartikel
423: Strömungsweg
423e: Auslass
427: Antriebsgasströmungsweg
427i: Speiseanschluss
427v: Venturi-Abschnitt
429: Gehäuseabschnitt
429i: Einlass
429e: Auslass
4210: Venturi-Auswerfer
4211: Pulverdosierungszufuhrvorrichtung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5597148 B [0006]

Claims

Partikelklebevorrichtung, die Folgendes umfasst: einen Halter zum Halten eines Filtersubstrats, wobei das Filtersubstrat eine erste Stirnfläche, in die ein Fluid strömen kann, und eine zweite Stirnfläche, aus der das Fluid herausströmen kann, besitzt; eine Kammer in Verbindung mit dem Halter, wobei die Kammer derart angeordnet ist, dass die erste Stirnfläche des Filtersubstrats einem Raum in der Kammer zugewandt ist; eine Düse, die an einer gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer, die der ersten Stirnfläche des Filtersubstrats gegenüberliegt, angeordnet ist, wobei die Düse ein Aerosol, das Partikel enthält, zur ersten Stirnfläche des Filtersubstrats einspritzen kann; eine Einlassöffnung, die an der gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer vorgesehen ist, wobei die Einlassöffnung ein Umgebungsgas aufnehmen kann; und ein Durchflusssteuerelement, das an der gegenüberliegenden Oberfläche, die mit der Einlassöffnung versehen ist, angeordnet ist, wobei das Durchflusssteuerelement den Durchfluss des Umgebungsgases steuern kann.
Partikelklebevorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Durchflusssteuerelement mehrere Flügel besitzt, die einen Neigungswinkel im Bereich von 10 bis 80° in Bezug auf die gegenüberliegende Oberfläche besitzen.
Partikelklebevorrichtung nach Anspruch 2, wobei das Durchflusssteuerelement ferner Folgendes umfasst: einen ebenen Oberflächenabschnitt parallel zur gegenüberliegenden Oberfläche und mehrere Öffnungen, die im ebenen Oberflächenabschnitt vorgesehen sind, wobei jede Öffnung mindestens einen Teil der Einlassöffnung freilegt, und jeder Flügel bei einer Grenze zwischen dem ebenen Plattenabschnitt und jeder Öffnung vorgesehen ist und zu jeder Öffnung geneigt ist.
Partikelklebevorrichtung nach Anspruch 3, wobei jeder Flügel im Wesentlichen dieselbe Form wie eine Außenkantenform jeder Öffnung besitzt.
Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei die Flügel in zwei oder mehr Reihen in einer radialen Richtung von einem zentralen Abschnitt zu einem Außenumfangsabschnitt der gegenüberliegenden Oberfläche vorgesehen sind.
Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Düse im zentralen Abschnitt der gegenüberliegenden Oberfläche vorgesehen ist und mehrere Einlassöffnungen an der gegenüberliegenden Oberfläche um die Düse vorgesehen sind.
Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Filtersubstrat ein säulenförmiges Wabensubstrat ist, das Folgendes umfasst: mehrere erste Zellen, die jeweils von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die erste Stirnfläche geöffnet ist und die zweite Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt; und mehrere zweite Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche geöffnet ist und die erste Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt und sämtliche erste Zellen und sämtliche zweite Zellen derart angeordnet sind, dass sie über eine poröse Trennwand zueinander benachbart sind.
Partikelklebevorrichtung nach Anspruch 7, wobei das säulenförmige Wabensubstrat in einem Querschnitt senkrecht zu einer Ausdehnungsrichtung der ersten Zellen und der zweiten Zellen einen Durchmesser von 180 mm oder mehr besitzt.
Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die ferner einen Aerosolgenerator umfasst, der mit der Düse verbunden ist.
Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, die ferner ein Gebläse zum Ausüben einer Ansaugkraft auf die zweite Stirnfläche des Filtersubstrats umfasst.
Verfahren zum Herstellen eines Filters unter Verwendung der Partikelklebevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10.
Verfahren zum Herstellen des Filters nach Anspruch 11, das Folgendes umfasst: einen Schritt des Haltens des Filtersubstrats im Halter und einen Schritt des Einspritzens des Aerosols durch die Düse zur ersten Stirnfläche des Filtersubstrats, während der Strom des Umgebungsgases, das aus der Einlassöffnung, die an der gegenüberliegenden Oberfläche der Kammer vorgesehen ist, aufgenommen wird, durch das Durchflusssteuerelement gesteuert wird, wodurch ermöglicht wird, dass die Partikel am Filtersubstrat haften.
Verfahren zum Herstellen des Filters nach Anspruch 11 oder 12, wobei die Partikel Keramikpartikel sind.
Verfahren zum Herstellen des Filters nach Anspruch 13, wobei eine Hauptkomponente der Keramikpartikel Siliziumkarbid, Aluminiumoxid, Siliziumoxid, Cordierit oder Mullit ist.
Säulenförmiger Wabenstrukturfilter, der Folgendes umfasst: ein säulenförmiges Wabensubstrat, das Folgendes umfasst: mehrere erste Zellen, die jeweils von einer ersten Stirnfläche zu einer zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die erste Stirnfläche geöffnet ist und die zweite Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt; und mehrere zweite Zellen, die jeweils von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche verlaufen, wobei die zweite Stirnfläche geöffnet ist und die erste Stirnfläche abgedichtete Abschnitte besitzt, wobei sämtliche erste Zellen und sämtliche zweite Zellen derart angeordnet sind, dass sie über eine poröse Trennwand zueinander benachbart sind; und eine Sammlungsschicht, die an einer Oberfläche der ersten Zellen und/oder der zweiten Zellen gebildet ist, wobei eine Differenz zwischen Dicken der Sammlungsschicht 15 µm oder weniger ist.