DE60221504T2 - Wabenstrukturkörper - Google Patents

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    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wabenstrukturkörper, der beispielsweise in einem Abgasreiniger einer Wärmekraftmaschine (z.B. eines Verbrennungsmotors) oder einem Brenner (z.B. Boiler) oder in einem Reformer für flüssigen oder gasförmigen Treibstoff verwendet wird. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung einen Wabenstrukturkörper, der während der Verwendung kaum Risse bildet und ausgezeichnete Beständigkeit aufweist.
  • Stand der Technik
  • Wabenstrukturkörper werden beispielsweise in einem Abgasreiniger einer Wärmekraftmaschine (z.B. eines Verbrennungsmotors) oder einem Brenner (z.B. einem Boiler) oder in einem Reformer für flüssigen oder gasförmigen Treibstoff verwendet. Es ist bekannt, dass Wabenstrukturkörper auch zum Auffangen und Entfernen einer Teilchensubstanz verwendet werden, die in einem teilchenhältigen Fluid, wie z.B. einem aus einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgases, vorhanden sind.
  • In dem für einen solchen Zweck eingesetzten Wabenstrukturkörper wird die Temperaturverteilung im Wabenstrukturkörper aufgrund der starken Temperaturveränderung des Abgases oder aufgrund örtlichen Erhitzens uneinheitlich und dadurch bestehen Probleme, wie z.B. die Entstehung von Sprüngen in dem Wabenstrukturkörper und dergleichen. Wenn der Wabenstrukturkörper insbesondere als Filter zum Auffangen einer Teilchensubstanz in einem von einem Dieselmotor ausgestoßenen Abgas eingesetzt wird, ist es erforderlich, dass die auf dem Filter abgelagerten feinen Kohlenstoffteilchen zu deren Entfernung und zur Regeneration des Filters verbrannt werden, und in diesem Fall werden im Filter unvermeidlich örtlich hohe Temperaturen erzeugt; in der Folge besteht die Tendenz, dass eine große Wärmebeanspruchung und Sprünge entstehen.
  • Wabenstrukturkörper sind je nach Anwendungszweck größer geworden. Daher ist die Herstellung eines größeren Wabenstrukturkörpers durch Verbinden einer Vielzahl an Wabensegmenten 1, wie in 12 gezeigt, allgemein bekannt. In einem solchen Fall ist es ebenfalls erforderlich, die erzeugte Wärmespannung zu reduzieren.
  • Zur Reduzierung der Wärmespannung ist beispielsweise in US-Patent Nr. 4335783 ein Verfahren zur Herstellung eines Wabenstrukturkörpers offenbart, das das Verbinden einer großen Anzahl von Wabenteilen unter Einsatz eines ungleichmäßigen Haftmittels umfasst.
  • In JP-B-61-51240 wird auch ein wärmeschockbeständiges regenerierendes Rotationswärmeaustauschverfahren vorgeschlagen, das das Ausbilden von Matrixsegmenten eines Wabenstrukturkörpers aus Keramikmaterial mittels Extrusion, das Brennen dieser Matrixsegmente, das Glätten der Außenumfangsabschnitte der gebrannten Segmente durch Bearbeiten, das Beschichten der zu verbindenden Bereiche der resultierenden Segmente mit einem Keramikhaftmittel, das, wenn es gebrannt ist, im Wesentlichen dieselbe Mineralzusammensetzung wie die Matrixsegmente und einen Unterschied in Bezug auf den Wärmeausdehnungskoeffizienten von 0,1 % oder weniger bei 800 °C aufweist, sowie das Brennen der beschichteten Segmente umfasst.
  • In einem SAE-Artikel 860008 aus dem Jahr 1986 wird ein Keramikwabenstrukturkörper offenbart, der durch das Verbinden von Cordierit-Wabensegmenten mit Cordierit-Zement erhalten wird.
  • In JP-A-8-28246 wird ein Keramikwabenstrukturkörper offenbart, der durch das Verbinden von Keramikwabenelementen mit einem elastischen Dichtungsmaterial aus zumindest einer dreidimensional verschlungenen Faser, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel und anorganischen Teilchen erhalten wird.
  • Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Wabenstrukturkörpers, der kaum Sprünge bildet, die durch darin während der Verwendung erzeugte Wärmespannung verursacht werden und der ausgezeichnete Beständigkeit aufweist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es wurde eine Untersuchung aus einem sich vom Stand der Technik gänzlich unterscheidenden Blickwinkel durchgeführt, und es wurde festgestellt, dass durch die Bildung eines Wabenstrukturkörpers, sodass eine der verbundenen Flächen desselben in der Nähe des Schwerpunkts eines Abschnitts des Wabenstrukturkörpers senkrecht zur Achsenrichtung des Wabenstrukturkörpers verläuft, während der Verwendung des Wabenstrukturkörpers in diesem eine geringe Wärmespannung erzeugt wird und es kaum zu Sprüngen kommt. Die vorliegende Erfindung wurde basierend auf obiger Erkenntnis entwickelt.
  • Die vorliegende Erfindung stellt somit einen Wabenstrukturkörper bereit, worin eine Vielzahl an Wabensegmenten, die jeweils eine große Anzahl an Durchgangslöchern aufweisen, welche von Trennwänden umgeben sind und sich in Achsenrichtung des Segments erstrecken, an den Seiten der Wabensegmente parallel zur Achsenrichtung verbunden und mit diesem einstückig ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass in seinem zur Achsenrichtung senkrecht stehenden Abschnitt der kürzeste Abstand (L1) vom Schwerpunkt des Abschnitts zu den verbundenen Flächen der Wabensegmente in diesem Abschnitt 1/10 oder weniger des größten Abstands (L2) vom Schwerpunkt des Abschnitts zum Umfang des Abschnitts beträgt.
  • In der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck „Schwerpunkt des Abschnitts" für den Flächenschwerpunkt eines zur Achsenrichtung senkrecht stehenden Wabenstrukturkörperabschnitts. In der vorliegenden Erfindung steht der Ausdruck „Achsenrichtung" für eine Richtung, die parallel zu den Durchgangslöchern (X-Richtung in 1) verläuft. Nachstehend steht der Ausdruck „Abschnitt", sofern nicht anders angegeben, für einen zur Achsenrichtung des Wabenstrukturkörpers senkrecht stehenden Abschnitt.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Ausführungsform des Wabenstrukturkörpers der Erfindung zeigt.
  • 2 ist eine perspektivische Ansicht, die einen Abschnitt des Wabenstrukturkörpers von 1 zeigt.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht des in Beispiel 1 hergestellten Wabenstrukturkörpers.
  • Die 4(a) und 4(b) sind jeweils eine perspektivische Ansicht, die eine andere Ausführungsform des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 5 ist eine perspektivische Ansicht, die eine weitere Ausführungsform des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die 6(a) bis 6(e) sind jeweils Querschnittsansichten, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Die 7(f) bis 7(i) sind jeweils Querschnittsansichten, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Die 8(j) bis 8(l) sind jeweils Querschnittsansichten, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • Die 9(m) bis 9(o) sind jeweils Querschnittsansichten, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 10 ist eine Querschnittsansicht, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Die 11(q) bis 11(r) sind jeweils Querschnittsansichten, die ein Beispiel der Querschnittsform der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
  • 12 ist eine perspektivische Ansicht, die einen im Vergleichsbeispiel 1 hergestellten herkömmlichen Wabenstrukturkörper zeigt.
  • Die 13(a) und 13(b) zeigen einen Wabenstrukturkörper vom Modell 1, der unter Anwendung des Verfahrens der finiten Elemente zur Berechnung des während eines Regenerationstests erzeugten Wärmespannung verwendet wird.
  • Die 14(a) und 14(b) zeigen einen Wabenstrukturkörper vom Modell 1, der unter Anwendung des Verfahrens der finiten Elemente zur Berechnung des während eines Regenerationstests erzeugten Wärmespannung verwendet wird, wobei 14(a) eine perspektivische Ansicht des Wabenstrukturkörpers und 14(b) eine Draufsicht ist, die das Ende des Wabenstrukturkörpers zeigt.
  • Die 15(a) und 15(b) zeigen einen Wabenstrukturkörper vom Modell 3, der unter Anwendung des Verfahrens der finiten Elemente zur Berechnung des während eines Regenerationstests erzeugten Wärmespannung verwendet wird, wobei 15(a) eine perspektivische Ansicht des Wabenstrukturkörpers und 15(b) eine Draufsicht ist, die das Ende des Wabenstrukturkörpers zeigt.
  • Die 16(a) und 16(b) zeigen einen Wabenstrukturkörper vom Modell 4, der unter Anwendung des Verfahrens der finiten Elemente zur Berechnung des während eines Regenerationstests erzeugten Wärmespannung verwendet wird, wobei 16(a) eine perspektivische Ansicht des Wabenstrukturkörpers und 16(b) eine Draufsicht ist, die das Ende des Wabenstrukturkörpers zeigt.
  • 17 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse der in einem Regenerationstest durchgeführten Berechnung der Wärmespannung zeigt.
  • Beste Art der Durchführung der Erfindung
  • Nachstehend sind Ausführungsformen der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keinster Weise auf diese Ausführungsformen beschränkt.
  • 1 zeigt eine Ausführungsform des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung. Im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung ist eine Vielzahl an Wabensegmenten 1 an ihren parallel zur Achsenrichtung (X) der Wabensegmente verlaufenden Seiten mittels Klebstoff verbunden, was die Ausbildung der verbundenen Flächen 5 darstellt.
  • 2 zeigt in einem Abschnitt des Wabenstrukturkörpers von 1 das Verhältnis zwischen dem Schwerpunkt und den verbundenen Flächen 5. Das wichtige Merkmal der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass der kürzeste Abstand (L1) vom Schwerpunkt 7 des Abschnitts zu den verbundenen Flächen 5 des Abschnitts 1/10 oder weniger, vorzugsweise 1/20 oder weniger, noch bevorzugter 1/30 oder weniger, insbesondere 1/40 oder weniger des größten Abschnitts (L2) vom Schwerpunkt des Abschnitts zum Umfang 9 des Abschnitts beträgt. Am meisten bevorzugt beträgt L1 0, was bedeutet, dass die verbundenen Flächen 5 durch den Schwerpunkt 7 wie in 3 gezeigt hindurchtreten. Da die verbundenen Flächen 5 in der Nähe des Schwerpunkts 1 des Abschnitts, insbesondere durch den Schwerpunkt 7 verlaufen, wird die um den Mittelpunkt des Abschnitts während der Verwendung oder Regeneration des Wabenstrukturkörpers erzeugte Wärmespannung freigesetzt, die Spannung des gesamten Wabenstrukturkörpers gering gehalten und die Bildung von Sprüngen unterdrückt. In der vorliegenden Erfindung befindet sich ein Zwischenabschnitt 6 der verbundenen Flächen 5 vorzugsweise in der Nähe des Schwerpunkts des Abschnitts bzw. noch bevorzugter auf dem Schwerpunkt.
  • In Bezug auf die Querschnittsform des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung gibt es keine besonderen Einschränkungen. Wie in den 6(a) bis 6(e), 7(f) bis 7(i), 8(j) bis 8(l), 9(m) bis 9(o), in 10 und in den 11(q) und 11(r) gezeigt, können verschiedene Formen, wie z.B. Kreis, Ellipse, Superellipse und dergleichen sowie verschiedene Größen verwendet werden. In diesen Formen kommt es aufgrund dessen, dass die verbundenen Flächen wie in 6(a) bis 11(r) gezeigt in der Nähe des jeweiligen Schwerpunkts verlaufen, ebenfalls zur Freisetzung der während der Verwendung erzeugten Wärmespannung in der Nähe des Schwerpunkts, wobei die Spannung des gesamten Wabenstrukturkörpers gering gehalten und die Bildung von Sprüngen unterdrückt wird.
  • Die Abmessungen in 7(f) bis 9(o) liegen lediglich für Verweiszwecke vor, und der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung ist in keinster Weise auf diese Abmessungen beschränkt.
  • Die Anzahl der im Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung verwendeten Wabensegmente kann abhängig von der Wabenstrukturkörpergröße, etc. frei gewählt werden. Die Anzahl beträgt zumindest 2 oder mehr, vorzugsweise 3 oder mehr, insbesondere 5 oder mehr.
  • Jedes Wabensegment 1 der vorliegenden Erfindung weist eine Anzahl an Durchgangslöchern 13 auf, die von Trennwänden 11 umgeben sind und sich wie in 4(a) und 4(b) gezeigt in Achsenrichtung (X-Richtung) erstrecken. Die Querschnittsform (Zellform) jedes der Durchgangslöcher 13 ist in Hinblick auf die einfache Herstellung des Wabensegments vorzugsweise dreieckig, viereckig oder sechseckig und geriffelt. In 4(a) und 4(b) sind die Trennwände 11 und Durchgangslöcher 13 nur in einem Teil des oberen Endes des Wabensegments gezeigt; tatsächlich liegen die Trennwände 11 und die Durchgangslöcher 13 jedoch in der gesamten Fläche des oberen Endes vor.
  • Die Dichte der durch die Trennwände ausgebildeten Zellen, nämlich die Anzahl der Durchgangslöcher (Zellen) pro Einheitsfläche des Abschnitts beträgt vorzugsweise 6 bis 2.000 Zellen/Quadratzoll (0,9 bis 311 Zellen/cm2), noch bevorzugter 50 bis 400 Zellen/Quadratzoll (7,8 bis 62 Zellen/cm2). Wenn die Zelldichte geringer als 6 Zellen/Quadratzoll (0,9 Zellen/cm2) ist, ist die Festigkeit und wirksame GSA (geographi sche Oberfläche) des Wabensegments unzureichend. Wenn die Zelldichte mehr als 2.000 Zellen/Quadratzoll (310 Zellen/cm2) beträgt, kommt es im Wabensegment beim Durchleiten von Gas zu einem großen Druckverlust.
  • Die Dicke der jeweiligen Trennwand 11 des Wabensegments 1 beträgt vorzugsweise 50 bis 2.000 μm. Wenn die Dicke der Trennwand weniger als 50 μm beträgt, weist das Wabensegment keine ausreichende Festigkeit auf; wenn die Dicke mehr als 2.000 μm beträgt ist die wirksame GSA des Wabensegments gering und dieses zeigt ferner beim Durchleiten von Gas einen großen Druckverlust.
  • Hinsichtlich der Querschnittsform der jeweiligen Wabensegmente gibt es keine besondere Einschränkung. Vorzugsweise weist das Wabensegment eine viereckige Grundform auf und die Formen der äußersten Wabensegmente werden der Form des herzustellenden Wabenstrukturkörpers angepasst. Es ferner möglich, dass das jeweilige Wabensegment, wie in 4(a) gezeigt, einen fächerförmigen Abschnitt aufweist.
  • In der vorliegenden Erfindung umfasst die Hauptkomponente des Wabensegments hinsichtlich Festigkeit, Hitzebeständigkeit, etc. des Wabensegments vorzugsweise zumindest eine aus der aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Lithiumaluminiumsilicat, Aluminiumtitanat und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählte Keramikart, ein Metall vom Fe-Cr-Al-Typ oder metallischem Si und SiC. Siliciumbarbid, das hohe thermische Leitfähigkeit aufweist, wird dabei besonders bevorzugt, weil es Hitze auf einfache Weise freisetzt. Der Ausdruck „Hauptkomponente" des Wabensegments steht hierin für eine Komponente, die 80 Gew.-% oder mehr des Wabensegments bildet.
  • In der vorliegenden Erfindung werden die verbundenen Flächen 5 durch das Miteinanderverbinden der Wabensegmente ausgebildet. Die Dicke der verbundenen Flächen 5 beträgt vorzugsweise 0,5 bis 6,0 mm, noch bevorzugter 0,5 bis 3,0 mm, insbesondere 0,5 bis 2,0 mm. Wenn die Dicke der verbundenen Flächen zu gering ist, kommt es zu keiner ausreichenden Bindungsfestigkeit. Wenn die Dicke zu groß ist, kommt es beim Durchleiten von Gas zu einem großen Druckverlust.
  • Die Hauptkomponente des die verbundenen Flächen bildenden Klebstoffs kann aus den oben angeführten Materialien als geeignete Hauptkomponenten für das Wabensegment ausgewählt werden.
  • In der vorliegenden Erfindung beträgt der durch Si/(Si+SiC) festgelegte Si-Gehalt im Wabensegment vorzugsweise 5 bis 50 Gew.-%, noch bevorzugter 10 bis 40 Gew.-%, wenn das Wabensegment und der Klebstoff jeweils aus metallischem Si und SiC bestehen. Denn wenn der Si-Gehalt weniger als 5 Gew.-% beträgt, bleibt die Si-Zugabe wirkungslos und wenn der Si-Gehalt mehr als 50 Gew.-% beträgt, ist es unmöglich, die für Si charakteristische Hitzebeständigkeit und hohe thermische Leiffähigkeit zu erzielen.
  • In einem solchen Fall ist es erwünscht, dass der durch Si/(Si+SiC) festgelegte Si-Gehalt des Klebstoffs jenem des Wabensegments entspricht oder darüber liegt und 10 bis 80 Gew.-% beträgt. Wenn der Si-Gehalt des Klebstoffs niedriger als jener des Wabensegments ist, wird die erforderliche Bindungsfestigkeit nicht erzielt; wenn der Si-Gehalt mehr als 80 Gew.-% beträgt, wird bei hohen Temperaturen keine ausreichende Oxidationsbeständigkeit erreicht.
  • Wenn der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als Katalysatorträger zur Reinigung von Abgas, das aus einer Wärmekraftmaschine (z.B. Verbrennungsmotor) oder einem Brenner (z.B. Boiler) ausgestoßen wird, oder zur Reformierung von flüssigem oder gasförmigem Brennstoff verwendet wird, wird auf den Wabenstrukturkörper vorzugsweise ein Katalysator, beispielsweise ein Metall mit katalytischer Aktivität, geladen. Als Beispiele für Metalle mit katalytischer Aktivität können Pt, Pd und Rh angeführt werden. Vorzugsweise wird zumindest eine Art dieser Metalle auf den Wabenstrukturkörper geladen.
  • Wenn der Wabenstrukturkörper der vorliegendem Erfindung hingegen als Filter (z.B. Dieselpartikelfilter) zum Auffangen und Entfernen von Teilchensubstanzen, die in einem teilchenhältigen Fluid vorhanden sind, verwendet wird, weisen die darin verwendeten einzelnen Segmente eine solche Struktur auf, dass die Trennwände der Durchgangslöcher über eine Filtrierfähigkeit verfügen, wobei vorgegebene Durchgangslöcher an einem Ende des Wabensegments verschlossen sind und die restlichen Durchgangslöcher am anderen Ende des Wabensegments verschlossen sind.
  • Wenn ein teilchenhältiges Fluid in den durch solche Wabensegmente ausgebildeten Wabenstrukturkörper an dessen einem Ende eingeführt wird, dringt das teilchenhältige Fluid aus jenen Durchgangslöchern, deren ein Ende nicht verschlossenen ist, in den Wabenstrukturkörper, strömt durch die filtrierfähigen, porösen Trennwände und dringt in jene Durchgangslöcher, die am anderen Ende des Wabenstrukturkörpers nicht verschlossen sind. Wenn das teilchenhältige Fluid durch die Trennwände strömt, wird die im Fluid vorhandene Teilchensubstanz von den Trennwänden aufgefangen, und das Fluid, aus dem die Teilchensubstanz entfernt wurde, aus dem anderen Ende des Wabenstrukturkörpers ausgelassen.
  • Wenn der Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung als Filter verwendet wird, wird die aufgefangene Teilchensubstanz auf den Trennwänden abgeschieden. Mit voranschreitender Abscheidung verstopft sich das Filter und dessen Funktion nimmt ab; daher wird der Wabenstrukturkörper regelmäßig durch Heizmittel, wie z.B. ein Heizelement oder dergleichen, erhitzt, um die Teilchensubstanz zu verbrennen und zu entfernen und die Filterfunktion zu regenerieren. Zur Beschleunigung der Verbrennung der Teilchensubstanz während der Regeneration kann der oben angeführte Katalysator auf den Wabenstrukturkörper geladen werden.
  • Als Nächstes wird das Verfahren zur Herstellung des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung beschrieben. Das Verfahren zur Herstellung des Wabenstrukturkörpers der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt.
  • Als Rohmaterialpulver für das Wabensegment wird ein oben angeführtes geeignetes Material verwendet, beispielsweise ein Mischpulver aus SiC-Pulver und metallischem SiC-Pulver. Dazu werden ein Bindemittel, beispielsweise Methylcellulose und Hydroxypropoxymethylcellulose, zugesetzt. Ferner werden ein Tensid und Wasser zugesetzt, um ein plastisches Material herzustellen. Dieses plastische Material wird einem Extrusionsverfahren unterzogen, um eine Vielzahl an Wabensegmenten herzustellen, die jeweils eine Trennwanddicke von 0,3 mm, eine Zelldichte von 31 Zellen/cm2 und einen Körper nach dem Zusammenbau nach 1 aufweisen.
  • Diese Vielzahl an Wabensegmenten wird unter Verwendung eines Mikrowellengeräts und heißer Luft getrocknet; anschließend wird ein Klebstoff mit beispielsweise der gleichen Zusammensetzung wie das obige Kunststoffmaterial auf Flächen beschichtet, die den verbundenen Flächen 5 von 1 entsprechen, und die Wabensegmente werden verbunden; die daraus resultierende Anordnung wird getrocknet. Die getrocknete Anordnung wird beispielsweise in N2-Atmosphäre erhitzt, um es von Bindemittel zu befreien (Entbinden) und anschließend in Inertatmosphäre, wie z.B. Ar oder dergleichen gebrannt, wodurch ein Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung erhalten werden kann.
  • In der vorliegenden Erfindung wird zum Verbinden der Wabensegmente das oben angeführte Verfahren des Beschichtens eines Klebstoffs auf vorgegebene zu verbindende Flächen verwendet. Alternativ dazu ist es möglich, eine aus einem Klebstoff bestehende Platte mit vorgegebener Dicke zu verwenden, und die Wabensegmente unter Verwendung dieser Platte und eines bereits auf die Segmente beschichteten Klebstoffs zu verbinden. Dieses Verfahren wird zur Gewährleistung einer erforderlichen Dicke bevorzugt.
  • Ein Wabenstrukturkörper, dessen Durchgangslöcher an jedem der einen Enden verschlossen sind, kann hergestellt werden, indem ein Wabenstrukturkörper durch obiges Verfahren hergestellt wird, wonach die Durchgangslöcher abwechselnd an jedem Ende des Wabenstrukturkörpers verschlossen werden.
  • Das Beladen eines Katalysators auf den so hergestellten Wabenstrukturkörper kann mit einem Verfahren durchgeführt werden, das herkömmlich von Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung angewandt wird. Beispielsweise wird eine Katalysatoraufschlämmung auf einen Wabenstrukturkörper waschbeschichtet und das resultierende Material getrocknet und gebrannt, womit ein Katalysator beladen werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ist nachstehend anhand von Beispielen detaillierter beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch in keinster Weise auf diese Beispiele beschränkt.
  • (Beispiel 1)
  • Als Rohmaterial wurde ein Mischpulver verwendet, dass aus 75 Gew.-% eines SiC-Pulvers und 25 Gew.-% eines metallischen Si-Pulvers bestand. Dazu wurden Methylcellulose, Hydroxypropoxymethylcellulose, ein Tensid und Wasser zugesetzt, um ein plastisches Material herzustellen. Dieses plastische Material wurde extrusionsgeformt, was eine Vielzahl an Wabensegmenten ergab, die jeweils eine Trennwanddicke von 0,30 mm, 300 Zellen/Quadratzoll (46,50 Zellen/cm2) Zelldichte und 55 mm Länge einer Seite aufwiesen.
  • Diese Wabenstrukturkörpersegmente wurden unter Einsatz einer Mikrowelle und heißer Luft getrocknet und anschließend mittels Klebstoff verbunden, der ein Gemisch aus einer Keramikfaser, einem Keramikpulver, einem organischen Bindemittel und einem anorganischen Bindemittel war, wodurch ein zylinderförmiger Wabenstrukturkörper mit einem Durchmesser von 144 mm und einer Höhe von 153 mm mit einer Querschnittsform wie in 3 und einer Dicke von 1 mm in den verbundenen Flächen 5 zusammengebaut wurde. Der Wabenstrukturkörper wurde getrocknet, auf etwa 400 °C in N2-Atmosphäre zum Entbinden erhitzt und bei etwa 1.550 °C in Ar-Atmosphäre gebrannt, was einen Keramikstrukturkörper ergab.
  • (Vergleichsbeispiel 1)
  • Ein Wabenstrukturkörper wurde auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, mit der Ausnahme, dass die Positionen der verbundenen Flächen 5 wie in 12 gezeigt verändert wurden.
  • (Regenerationstest 1)
  • Eine nichtschwellende Matte aus Keramik wurde als Haltematerial um den Umfang (die Umfangsseite) jedes der in Beispiel 1 und Vergleichsbeispiel 1 erhaltenen Wabenstrukturkörper gewickelt. Jeder der mattenumwickelten Wabenstrukturkörper wurde in ein aus SUS 409 hergestelltes Gehäuse gestopft, um einen gekapselten Körper herzustellen. Ein durch Verbrennung eines Dieselgasöls gebildetes rußhältiges Verbrennungsgas wurde in jeden gekapselten Strukturkörper von dessen unterem Ende [unterstes Ende in 1 oder 12 (nicht angeführt)] eingeströmt und aus dem oberen Ende [oberstes Ende in 1 oder 12] ausgeströmt, wodurch der Ruß im Wabenstrukturkörper aufgefangen wurde. Der Wabenstrukturkörper wurde anschließend auf Raumtemperatur abgekühlt, wonach ein Verbrennungsgas mit einem vorgegebenen Anteil Sauerstoff in den Wabenstrukturkörper bei 650 °C aus seinem unteren Ende einströmen gelassen wurde, um den Ruß zu verbrennen und zu entfernen. Dann wurde ein Filterregenerationstest durchgeführt.
  • Das Gewicht des aufgefangenen Rußes änderte sich von 10 g/l (Liter) auf 16 g/l, und die Bildung von Sprüngen im Wabenstrukturkörper nach dem Filterregenerationstest wurde sichtgeprüft. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt. Der in Beispiel 1 erhaltene Wabenstrukturkörper bildete keine Sprünge bis zu einer Rußmenge von 14 g/l, während der in Vergleichsbeispiel 1 erhaltene Wabenstrukturkörper bei einer Rußmenge von 12 g/l Bildung von Sprüngen aufwies. Tabelle 1
    L1 L2 L1/L2 Auftreten von Sprüngen
    Rußmenge
    (mm) (mm) 10 g/l 12 g/l 14 g/l 16 g/l
    Bsp. 1 0 72 0 nein nein nein ja
    Vgl.-Bsp. 1 27,5 72 1/2,6 nein ja – –
  • (Beispiele 2 bis 6) (Regenerationstest 2)
  • Wabenstrukturkörper wurden auf gleiche Weise wie in Beispiel 1 hergestellt, mit der Ausnahme, dass die Positionen des Schwerpunkts und verbundenen Flächen im Abschnitt leicht verändert wurden und der kürzeste Abstand L1 auf 1,80 mm, 3,60 mm, 7,20 mm, 10,8 mm oder 14,4 mm geändert wurde. Ein Test wurde auf gleiche Weise wie im Regenerationstest 1 durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2
    L1 L2 L1/L2 Auftreten von Sprüngen
    Rußmenge
    (mm) (mm) 10 g/l 12 g/l 14 g/l 16 g/l
    Bsp. 2 1,8 72 1/40 nein nein nein ja
    Bsp. 3 3,6 72 1/20 nein nein nein ja
    Bsp. 4 7,2 72 1/10 nein nein nein ja
    Bsp. 5 10,8 72 1/6,7 nein nein ja
    Bsp. 6 14,4 72 1/5 nein nein ja
  • Wie aus Tabelle 2 hervorgeht, kam es zu einem Anstieg der Rußmenge, bei welcher keine Sprünge gebildet wurden, nämlich bei der kritischen Rußmenge, wenn L1/L2 1/10 oder weniger betrug.
  • Wärmespannungssimulation
  • Vier in 13(a) bis 16(b) gezeigte bestimmte Modellelemente wurden hergestellt. Für diese Modelle wurde die Temperaturverteilung während des Regenerationstests durch numerische Analyse ermittelt und unter Verwendung der Daten die jeweilige Wärmespannung berechnet. Die Ergebnisse sind in 17 angeführt. Die numerische Analyse der Temperaturverteilung wurde durchgeführt, indem die Berechnung für einen Fall vorgenommen wurde, bei dem ein Gas mit 650 °C in einem Zustand durchgeströmt wurde, bei dem 14 g/l am Träger im Modellinneren einheitlich haften geblieben waren. Auch in der Analyse des bestimmten Elements wurden als Eigenschaften des Materials die gemessenen Daten der Probe von Beispiel 1 verwendet.
  • Das Modell 1[13(a) und 13(b)] und das Modell 3[15(a) und 15(b)] sind Modelle, bei denen der Schwerpunkt am Abschnittsmittelpunkt des Wabenstrukturkörpers und L1/L2 1/3,1 bzw. 1/4,1 ist. Das Modell 2[14(a) und 14(b)] und das Modell 4[16(a) und 16(b)] sind Modelle, bei denen die verbundenen Flächen durch den Schwerpunkt verlaufen, und zwar ist L1 = 0 (Null). Aus 17, welche die Ergebnisse der Simulation zeigt, geht hervor, dass die Wärmespannung der erfindungsgemäßen Körper (Modelle 2 und 4) kleiner als jene anderer Körper (Modelle 1 und 3) ist.
  • Gewerbliche Anwendbarkeit
  • Wie oben beschrieben, kann gemäß dem Wabenstrukturkörper der vorliegenden Erfindung die während der Verwendung, insbesondere während der Regeneration, bei der es zu örtlichem Erhitzen kommt, erzeugte Wärmespannung verringert werden; folglich kann die Bildung von Sprüngen verhindert werden.

Claims (8)

  1. Wabenstruktur, worin eine Vielzahl an Wabensegmenten, die jeweils eine große Anzahl an Durchgangslöchern aufweisen, welche von Trennwänden umgeben sind und sich in Achsenrichtung des Segments erstrecken, an den Seiten der Wabensegmente parallel zur Achsenrichtung verbunden und mit diesen einstückig ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass in seinem zur Achsenrichtung senkrecht stehenden Abschnitt der kürzeste Abstand (L1) vom Schwerpunkt des Abschnitts zu den verbundenen Flächen der Wabensegmente in diesem Abschnitt zwischen 1/10 und 1/40 des größten Abstands (L2) vom Schwerpunkt des Abschnitts zum Umfang des Abschnitts beträgt.
  2. Wabenstruktur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kürzeste Abstand (L1) 1/20 oder weniger des größten Abstands (L2) beträgt.
  3. Wabenstruktur nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptkomponente jedes Wabensegments zumindest eine aus der aus Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Spinell, Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Lithiumaluminiumsilicat, Aluminiumtitanat und Kombinationen davon bestehenden Gruppe ausgewählte Keramikart, ein Metall vom Fe-Cr-Al-Typ oder metallischem Si und SiC umfasst.
  4. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wabensegmente mit einem Katalysator beladen sind.
  5. Wabenstruktur nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Katalysator zumindest eine aus Pt, Pd und Rh ausgewählte Art ist.
  6. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangslöcher der Wabensegmente eine Querschnittsform aufweisen, die jeweils ein Dreieck, ein Viereck oder ein Sechseck sein kann.
  7. Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in jedem Wabensegment die Trennwände, welche die Durchgangslöcher umgeben, über eine Filtrierfähigkeit verfügen, wobei vorgegebene Durchgangslöcher an einem Ende des Wabensegments verschlossen sind und die restlichen Durchgangslöcher am anderen Ende des Wabensegments verschlossen sind.
  8. Wabenstruktur nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie als Filter zum Auffangen und Entfernen einer Teilchensubstanz in einem teilchenhältigen Fluid verwendet wird.
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