EP2291339A1 - Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom - Google Patents

Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom

Info

Publication number
EP2291339A1
EP2291339A1 EP09753916A EP09753916A EP2291339A1 EP 2291339 A1 EP2291339 A1 EP 2291339A1 EP 09753916 A EP09753916 A EP 09753916A EP 09753916 A EP09753916 A EP 09753916A EP 2291339 A1 EP2291339 A1 EP 2291339A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter
filter device
filter element
mineral phase
gas stream
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09753916A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Johannes Galle
Jochen Linhart
Kathrin Lichtenwalter
Sabine Otterbach
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mann and Hummel GmbH
Original Assignee
Mann and Hummel GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from DE202008007224U external-priority patent/DE202008007224U1/de
Priority claimed from DE202008007223U external-priority patent/DE202008007223U1/de
Application filed by Mann and Hummel GmbH filed Critical Mann and Hummel GmbH
Publication of EP2291339A1 publication Critical patent/EP2291339A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C10/00Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition
    • C03C10/0009Devitrified glass ceramics, i.e. glass ceramics having a crystalline phase dispersed in a glassy phase and constituting at least 50% by weight of the total composition containing silica as main constituent
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C03GLASS; MINERAL OR SLAG WOOL
    • C03CCHEMICAL COMPOSITION OF GLASSES, GLAZES OR VITREOUS ENAMELS; SURFACE TREATMENT OF GLASS; SURFACE TREATMENT OF FIBRES OR FILAMENTS MADE FROM GLASS, MINERALS OR SLAGS; JOINING GLASS TO GLASS OR OTHER MATERIALS
    • C03C14/00Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix
    • C03C14/004Glass compositions containing a non-glass component, e.g. compositions containing fibres, filaments, whiskers, platelets, or the like, dispersed in a glass matrix the non-glass component being in the form of particles or flakes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/01Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics
    • C04B35/46Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates
    • C04B35/462Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates
    • C04B35/478Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products based on oxide ceramics based on titanium oxides or titanates based on titanates based on aluminium titanates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B38/00Porous mortars, concrete, artificial stone or ceramic ware; Preparation thereof
    • C04B38/0006Honeycomb structures
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2111/00Mortars, concrete or artificial stone or mixtures to prepare them, characterised by specific function, property or use
    • C04B2111/00474Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00
    • C04B2111/00793Uses not provided for elsewhere in C04B2111/00 as filters or diaphragms
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2235/00Aspects relating to ceramic starting mixtures or sintered ceramic products
    • C04B2235/02Composition of constituents of the starting material or of secondary phases of the final product
    • C04B2235/30Constituents and secondary phases not being of a fibrous nature
    • C04B2235/34Non-metal oxides, non-metal mixed oxides, or salts thereof that form the non-metal oxides upon heating, e.g. carbonates, nitrates, (oxy)hydroxides, chlorides
    • C04B2235/3427Silicates other than clay, e.g. water glass
    • C04B2235/3463Alumino-silicates other than clay, e.g. mullite
    • C04B2235/3472Alkali metal alumino-silicates other than clay, e.g. spodumene, alkali feldspars such as albite or orthoclase, micas such as muscovite, zeolites such as natrolite
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01NGAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06Ceramic, e.g. monoliths
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

Definitions

  • Filter device for removing particles from a gas stream
  • the invention generally relates to a filter device for the removal of
  • the invention relates to a
  • Such filter device for removing soot particles from a Ab ⁇
  • Such a filter device based on aluminum titanate Such a filter device based on aluminum titanate.
  • Such filters are for example in the exhaust aftertreatment
  • Cordierite ceramic bodies are used in
  • Wand1filter usually have a cylindrical shape with two end faces and a lateral surface and are traversed by the first end face to the second end face of a plurality of lying substantially parallel to the cylinder axis flow channels for the exhaust gases of diesel engines.
  • the cross-sectional shape of the wall flow filter depends on the installation requirements of the motor vehicle. Widely used are filter bodies with a round, elliptical or triangular cross-section.
  • the flow channels usually have a square or hexagonal cross section and are arranged in a narrow grid over the entire cross section of the filter body.
  • a diesel particulate filter ideally combines a low coefficient of thermal expansion, low pressure drop, high strength, and low cost. Problems that may arise with the use of cordierite include both low volumetric heat capacity and low thermal conductivity, which can result in unacceptably high temperatures or temperature peaks during operation, as well as low thermal stability. Furthermore, inorganic particulates present in the diesel exhaust may react with the cordierite and cause filter failures.
  • SiC silicon carbide
  • Ceramic filter elements based on aluminum have recently been used.
  • Main component of each of the honeycomb segments comprises at least one of
  • Silicon carbide silicon nitride, cordierite, alumina, molybdenum, zirconium di ⁇
  • DE 10 2006 040 739 A1 discloses a filter for removing particles from a gas stream, in particular soot particles from an exhaust stream of an internal combustion engine, with a filter body of a ceramic filter substrate, wherein the filter substrate is coated with a porous protective layer of a coating material ,
  • the coating material is selected from the group consisting of aluminum oxides, aluminum hydroxide, titanium dioxide, silicon dioxide, zirconium oxide, cerium oxide, aluminum silicates, magnesium aluminum silicates, cordierite, mullite, silicon carbide, aluminum titanate, zeolites, quartz, glasses, mixtures and mixed oxides thereof.
  • the invention is based on the object, a filter for the removal of
  • the present invention solves this problem by providing a
  • Filters for removing particles from a gas stream in particular
  • the filter consisting of aluminum titanate, to which a mineral phase zu ⁇
  • the single FIGURE shows a schematic representation of a Verbren ⁇
  • the figure shows a schematic representation of a Verbrennungskraft ⁇
  • combustion engine 10 is connected via an exhaust pipe 12, in which the
  • Filter device 14 is arranged. With the filter inlet
  • ter for example. In industrial plants, can be used.
  • the filter device 14 includes in the embodiment shown a zy ⁇
  • cylindrical housing 16 in which, for example, a rotationally symmetric, insge ⁇
  • the filter element 18 consists of A-
  • the feldspars used according to the invention offer more suitable material properties with regard to the thermal expansion behavior and the service life of the filter. At the same time, only very small amounts of glass phase are present in the microstructure ( ⁇ 5% by weight), which leads to a significantly improved thermal expansion behavior.
  • the heat capacity can be influenced by this combination of raw materials. From the feldspars used, it is possible to generate different mineral phases, which is not possible with the conventional barium, calcium and strontium feldspars.
  • feldspars are supplied as individual components (barium, calcium, strontium compounds, Al 2 O 3 and SiO 2 or other Al 2 O 3 or SiO 2 -containing compounds), usually as oxides or carbonates, and then react during sintering to the feldspars. In the case of the lithium, sodium and potassium feldspars according to the invention, this reaction does not take place from the individual components. It is possible to use feldspars directly or to use individual components which are sintered via the intermediate step of a glass phase to the required mineral phases.
  • This variant offers the possibility of selectively adjusting microstructures and material properties, since the ratio glass phase; resulting mineral phase, as well as mineral, mineral composition and thus properties such as thermal expansion in a range of 0-2 x 10 " 6 Km" 1 or the heat capacity can be changed.
  • Spinels improve the mechanical properties especially of the strength.
  • Aluminum titanate spinel materials are suitable for use at very high temperatures.
  • specific structural properties can be influenced.
  • Spinels have a high mechanical strength as materials.
  • suitable sintering conditions the spinel can increase the strength in other materials as an additive. This is done by adjusting the sintering conditions, which generates the growth of crystal needles. This in turn leads to a felting of the structure, which can increase the strength.
  • the filter element has the following composition: 35-90% by weight of aluminum titanate; 1-60 wt .-% mineral phase
  • the mineral phase consists of one or more of the following substances in the indicated proportions: 10-80% by weight of MuMt; 0-80% by weight of zirconium titanate; 0-50 wt% alkali feldspars and 0-80 wt% spinels.
  • the filter element may additionally have a glass phase in an amount of ⁇ 5 wt .-%
  • the feldspars present invention are selected from the group consisting of lithium, sodium, potassium feldspar.
  • the filter element may contain zirconium titanate.
  • the microstructure may also contain two or more mineral phases. In this case, can be dispensed with the glass phase.
  • mineral used which stabilize the entire ATi microstructure and at the same time have low thermal expansion, it can be completely dispensed with the glass phase, as this would be a disadvantage for the structure due to higher thermal expansion.
  • the filter device according to the invention consists of a temperature-resistant material and is therefore suitable for use as a diesel particulate filter. By selecting the mineral phase according to the invention, the material properties can be better influenced and the microstructural properties adjusted better.
  • the filter device according to the invention shows a good thermal shock resistance and a low thermal expansion.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)
  • Compositions Of Oxide Ceramics (AREA)
  • Glass Compositions (AREA)

Abstract

Es wird eine Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterelement bereit gestellt, wobei das Filterelement aus Aluminiumtitanat besteht, dem eine Mineralphase zugegeben ist. Die Mineralphase besteht aus Alkalifeldspäten und Mullit und/oder Spinellen und/oder Zirkontitanat.

Description

Beschreibung
Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom
Technisches Gebiet
[0001] Die Erfindung betrifft allgemein eine Filtereinrichtung zur Entfernung von
Partikeln aus einem Gasstrom. Insbesondere betrifft die Erfindung eine
solche Filtereinrichtung zur Entfernung von Rußpartikeln aus einem Ab¬
gasstrom einer Brennkraftmaschine. Ganz speziell betrifft die Erfindung
eine solche Filtereinrichtung auf der Basis von Aluminiumtitanat.
[0002] Derartige Filter werden zum Beispiel bei der Abgasnachbehandlung
selbstentzündender Verbrennungskraftmaschinen, insbesondere in die¬
selbetriebenen Kraftfahrzeugen eingesetzt. Üblicherweise sind solche Fil¬
ter aus einem keramischen Material, zum Beispiel Cordierit oder Silizium-
carbid gefertigt. Keramische Körper aus Cordierit finden Verwendung in
einer Vielzahl von Hochtemperatur-Anwendungen, wie zum Beispiel kata-
lytischen Konvertern, NOx-Adsorbern, elektrisch geheizten Katalysatoren,
chemischen Prozesssubstraten und eben auch Dieselpartikelfilter.
[0003] Bei der Filtration von Dieselabgasen war Cordierit als kostengünstiges
Material, das einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf¬
weist, lange das Material der Wahl. Poröse Cordierit-Keramikfilter wurden
in Form von Wandflussfiltern seit den frühen 80er Jahren zur Entfernung
von Partikeln im Abgasstrom von Dieselmotoren verwendet. [0004] Wandflussfilter besitzen in der Regel eine zylindrische Form mit zwei Stirnflächen und einer Mantelfläche und werden von der ersten Stirnfläche zur zweiten Stirnfläche von einer Vielzahl von im Wesentlichen parallel zur Zylinderachse liegenden Strömungskanälen für die Abgase von Dieselmotoren durchzogen. Die Querschnittsform der Wandflussfilter hängt von den Einbauerfordernissen am Kraftfahrzeug ab. Weit verbreitet sind Filterkörper mit rundem, elliptischem oder dreiecksförmigem Querschnitt. Die Strömungskanäle weisen meist einen quadratischen oder hexagonalen Querschnitt auf und sind in einem engen Raster über den gesamten Querschnitt der Filterkörper angeordnet.
[0005] Ein Dieselpartikelfilter (DPF) vereint idealerweise einen niedrigen thermischen Ausdehnungskoeffizienten, einen geringen Druckabfall, hohe Festigkeit und geringe Kosten. Probleme, die bei der Verwendung von Cordie- rit auftauchen können, umfassen sowohl eine niedrige volumetrische Wärmekapazität und niedrige thermische Leitfähigkeit, was zu nicht akzeptablen hohen Temperaturen oder Temperaturspitzen während des Betriebs führen kann, als auch eine geringe thermische Beständigkeit. Des weiteren können im Dieselabgas vorhandene anorganische Partikel mit dem Cordierit reagieren und Filterausfälle hervorrufen.
[0006] Ein alternatives Material zu Cordierit bei der Herstellung von Diesel- Partikelfiltern ist Siliciumcarbid (SiC). Obwohl dieses Material sowohl eine hohe volumetrische Wärmekapazität als auch eine hohe thermische Leit- fähigkeit aufweist, besitzt es, als Ergebnis einer relativ hohen Wärmeaus¬
dehnung und eines hohen Elastizitätsmoduls auch eine schlechte Tempe¬
raturwechselbeständigkeit. Dies macht es notwendig, SiC-Filter zu seg¬
mentieren, um bei der Verwendung Ausfälle zu verhindern. Auch resultie¬
ren die Verarbeitungserfordernisse (d.h., hohe Temperaturen, Inertat¬
mosphäre und Segmentation) in hohen Herstellungskosten.
[0007] In neuerer Zeit sind keramische Filterelemente auf der Basis von Alumini-
umtitanat bekannt geworden, die geeignete Eigenschaften zur Anwendung
bei hohen Temperaturen, wie z.B. Fahrzeug-Abgaskontrolle und Diesel¬
abgas-Nachbehandlungssysteme wie DPFs, aufweisen. Aluminiumtitanat
ist die stöchiometrische Mischphase von Aluminiumoxid und Titandioxid.
Es zeichnet sich aus durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit, einen sehr
niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten und eine damit verbundene
sehr hohe Temperaturwechselbeständigkeit.
Stand der Technik
[0008] Aus DE 602 17 084 T2 ist eine Wabenstruktur mit einer Vielzahl von Wa¬
bensegmenten bekannt, die zu einem Einheitskörper verbunden sind. Die
Hauptkomponente jedes der Wabensegmente umfasst zumindest eine aus
Siliciumcarbid, Siliciumnitrid, Cordierit, Aluminiumoxid, MuIMt, Zirkoniumdi¬
oxid, Zirkoniumphosphat, Aluminiumtitanat, Titandioxid und Kombinatio¬
nen davon. [0009] Die DE 10 2006 040 739 A1 offenbart einen Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Rußpartikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterkörper aus einem keramischen Filtersubstrat, wobei das Filtersubstrat mit einer porösen Schutzschicht aus einem Beschichtungsmaterial beschichtet ist. Das Beschichtungsmaterial ist ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus A- luminiumoxide, Aluminiumhydroxid, Titandioxid, Siliziumdioxid, Zirkondi- oxid, Ceroxid, Aluminiumsilikate, Magnesium-Aluminiumsilikate, Cordierit, Mullite, Siliciumcarbid, Aluminiumtitanat, Zeolithe, Quarz, Gläser, Mischungen und Mischoxide daraus.
[0010] Schließlich offenbart die WO 2005/046840 einen keramischen Körper zur Verwendung als DPF mit einer Zusammensetzung, die umfasst: 8(AI2O3TiO2) + b(CaO AI2O3-2SiO2) + c(SrO AI2O3-2SiO2) + d(BaO AI2O3-2SiO2) + e(3AI2O3-2SiO2) + f(AI2O3) + g(SiO2) + In(Fe2O3TiO2) + i(MgO-2TiO2), worin a, b, c, d, e, f, g, h, und i Gewichtsfraktionen jeder Komponente darstellen, so dass (a+b+c+d+e+f+g+h+i)=1 , und die folgenden Bedingungen erfüllt sind 0.5 < a < 0.95; 0 ≤ b ≤ 0,5; 0 < c < 0.5; 0 < d < 0.5; 0 < e < 0.5; 0 < f < 0.5; 0 < g < 0.1 ; 0 < h < 0.3; 0 < i < 0.3; b+d > 0,01. Es handelt sich hierbei um eine Mischung aus A- luminiumtitanat und einer Glasphase in einer Menge von > 5 Gew.-%, wobei es sich bei den Gläsern um solche aus Erdalkalien, Alkalien, Siliziumdioxid, Aluminiumdioxid, Alkali- und Erdalkaligläsern handelt. Des weiteren enthält die Mischung eine Mineralphase, wie bspw. Barium-, Calcium- und
Strontium-Feldspäte sowie optional Mullit. Nachteile der Barium-, Calcium-
und Strontiumfeldspäte liegen in der hohen Sintertemperatur und der
schwierigen Verarbeitbarkeit. Calcium- und insbesondere Bariumverbin¬
dungen sind sehr reizend, Strontiumverbindungen sind schwach radioak¬
tiv.
[0011] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Filter zur Entfernung von
Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere ein Dieselpartikelfilter auf
der Basis von Aluminiumtitanat bereit zu stellen, das bei höheren Tempe¬
raturen einsetzbar ist, und bei dem eine bessere Beeinflussung der Mate¬
rialeigenschaften möglich ist und die Gefügeeigenschaften gut einstellbar
sind. Weitere Aufgaben liegen in der Bereitstellung einer höheren mecha¬
nischen Festigkeit und einer niedrigeren Wärmedehnung.
Offenbarung der Erfindung
[0012] Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch Bereitstellen eines
Filters zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere
von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine,
wobei der Filter aus Aluminiumtitanat besteht, dem eine Mineralphase zu¬
gegeben ist, und die Mineralphase aus Alkalifeldspäten und Mullit
und/oder Spinellen und/oder Zirkontitanat besteht. Optional kann das Fil¬
terelement zusätzlich eine Glasphase von
< 5 Gew.-% enthalten. Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0013] Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Verbren¬
nungskraftmaschine mit einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung.
Ausführungsform(en) der Erfindung
[0014] Die Figur zeigt eine schematische Darstellung einer Verbrennungskraft¬
maschine mit einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung. Die Verbren¬
nungskraftmaschine 10 ist über ein Abgasrohr 12 verbunden, in dem die
erfindungsgemäße Filtereinrichtung 14 angeordnet ist. Mit der Filterein¬
richtung 14 werden Rußpartikel aus dem im Abgasrohr 12 strömenden
Abgas herausgefiltert. Dies ist insbesondere bei Dieselkraftmaschinen er¬
forderlich, um gesetzliche Bestimmungen einzuhalten. Es ist darauf hin¬
zuweisen, dass die erfindungsgemäße Filtereinrichtung nicht auf die Ver¬
wendung als DPF beschränkt ist, sondern ganz allgemein als Heißgasfil¬
ter, bspw. in Industrieanlagen, eingesetzt werden kann.
[0015] Die Filtereinrichtung 14 umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein zy¬
lindrisches Gehäuse 16, in dem bspw. ein rotationssymmetrisches, insge¬
samt ebenfalls zylindrisches Filterelement 18 angeordnet ist. Andere Ge¬
häuseformen sind ebenfalls möglich. Das Filterelement 18 besteht aus A-
luminiumtitanat, dem eine Mineralphase zugesetzt ist, die aus Alkalifeld-
späten und/oder Spinellen besteht.
[0016] Bisher wurden bei Dieselpartikelfiltern auf Aluminiumtitanatbasis aus¬
schließlich Calcium-, Barium- und Strontium-Feldspäte als zusätzliche
Phasen und eine Glasphase in einer Menge von > 5 Gew.-% verwendet. Die erfindungsgemäß verwendeten Feldspäte bieten geeignetere Werkstoffeigenschaften im Hinblick auf das Wärmeausdehnungsverhalten und die Lebensdauer des Filters. Gleichzeitig sind nur sehr geringe Mengen an Glasphase im Gefüge vorhanden (< 5 Gew.-%), was zu einem wesentlich verbesserten Wärmedehnungsverhalten führt. Die Wärmekapazität ist durch diese Kombination der Rohstoffe beeinflussbar. Aus den verwendeten Feldspäten lassen sich gezielt verschiedene Mineralphasen erzeugen, was mit den herkömmlichen Barium-, Calcium- und Strontiumfeldspäten nicht gelingt. Diese werden als Einzelkomponenten (Barium-, Calcium-, Strontiumverbindungen, AI2O3 und SiO2 oder andere AI2O3- bzw. Siθ2-haltige Verbindungen), meist als Oxide oder Carbonate, zugeführt und reagieren dann während des Sinterns zu den Feldspäten. Bei den erfindungsgemäßen Lithium-, Natrium- und Kaliumfeldspäten findet diese Reaktion aus den Einzelkomponenten nicht statt. Es besteht die Möglichkeit, direkt Feldspäte einzusetzen oder Einzelkomponenten zu verwenden, welche über den Zwischenschritt einer Glasphase zu den geforderten Mineralphasen gesintert werden. Diese Variante bietet die Möglichkeit, Gefüge und Werkstoffeigenschaften gezielt einzustellen, da das Verhältnis Glasphase ; entstehende Mineralphase, sowie Mineralart, Mineralzusammensetzung und damit Eigenschaften wie Wärmedehnung in einem bereich von 0-2 x 10"6 Km"1 oder die Wärmekapazität verändert werden können. [0018] Spinelle verbessern die mechanischen Eigenschaften speziell der Festigkeit. Aluminiumtitanat-Spinell-Werkstoffe eignen sich für den Einsatz bei sehr hohen Temperaturen. Außerdem lassen sich gezielt Gefügeeigenschaften beeinflussen. Spinelle besitzen als Werkstoffe eine hohe mechanische Festigkeit. Durch geeignete Sinterbedingungen kann der Spinell als Zusatz die Festigkeit in anderen Werkstoffen erhöhen. Dies geschieht durch Einstellung der Sinterbedingungen, die das Wachstum von Kristallnadeln erzeugt. Dies wiederum führt zu einer Verfilzung des Gefüges, was die Festigkeit erhöhen kann.
[0019] In einer ersten Ausführungsform weist das Filterelement die folgende Zusammensetzung auf: 35-90 Gew.-% Aluminiumtitanat; 1-60 Gew.-% Mineralphase Die Mineralphase besteht dabei aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe in den angegebenen Mengenverhältnissen: 10-80 Gew.- % MuIMt; 0-80 Gew.-% Zirkontitanat; 0-50 Gew.-% Alkalifeldspäte und 0-80 Gew.-% Spinelle.
[0020] In einer zweiten Ausführungsform kann das Filterelement zusätzlich eine Glasphase in einer Menge von < 5 Gew.-% aufweisen
[0021] Die erfindungsgemäß vorhandenen Feldspäte sind ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Lithium-, Natrium-, Kaliumfeldspat. Außerdem kann das Filterelement Zirkontitanat enthalten.
[0022] Das Gefüge kann auch zwei oder mehr Mineralphasen enthalten. In diesem Fall kann auf die Glasphase verzichtet werden. Werden Mineralpha- sen eingesetzt, die das gesamte ATi-Gefüge stabilisieren und gleichzeitig niedrige Wärmedehnung haben, so kann auf die Glasphase vollständig verzichtet werden, da diese aufgrund höherer Wärmedehnung von Nachteil für das Gefüge wäre. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung besteht aus einem temperaturbeständigen Material und ist daher für den Einsatz als Dieselpartikelfilter geeignet. Durch die Auswahl der erfindungsgemäßen Mineralphase lassen sich die Materialeigenschaften besser beeinflussen und die Gefügeeigenschaften besser einstellen. Die erfindungsgemäße Filtereinrichtung zeigt eine gute Temperaturwechselbeständigkeit und eine niedrige Wärmeausdehnung.

Claims

Ansprüche
1. Filtereinrichtung (14) zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom, insbesondere von Partikeln aus einem Abgasstrom einer Verbrennungskraftmaschine, mit einem Filterelement (18), wobei das Filterelement aus Aluminiumti- tanat besteht, dem eine Mineralphase zugegeben ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralphase aus Alkalifeldspäten und MuIMt und/oder Spinellen und/oder Zirkontitanat besteht.
2. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement zusätzlich eine Glasphase enthält.
3. Filtereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Glasphase in einer Menge von < 5 Gew.-% vorhanden ist.
4. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkalifeldspäte ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Lithium-, Natrium-, Kaliumfeldspat.
5. Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement Zirkontitanat enthält.
6. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement zwei oder mehr Mineralphasen enthält.
7. Filtereinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement folgende Zusammensetzung aufweist: 35-90 Gew.-% Aluminiumtita- nat; 1-60 Gew.-% Mineralphase.
8. Filtereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralphase aus einem oder mehreren der folgenden Stoffe besteht: 10-80 Gew.-% MuIMt; 0-80 Gew.-% Zirkontitanat; 0-50 Gew.-% Alkalifeldspäte und 0-80 Gew.- % Spinelle.
9. Dieselpartikelfilter, bestehend aus einem wabenförmigen Filterelement (18) mit wechselseitig verschlossenen Strömungskanälen, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement aus Aluminiumtitanat besteht, dem eine Mineralphase zugegeben ist und dass die Mineralphase aus Alkalifeldspäten und/oder Spinellen besteht.
10. Dieselpartikelfilter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (18) eine Zusammensetzung nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist.
EP09753916A 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom Withdrawn EP2291339A1 (de)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE202008007224U DE202008007224U1 (de) 2008-05-29 2008-05-29 Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom
DE202008007223U DE202008007223U1 (de) 2008-05-29 2008-05-29 Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom
PCT/EP2009/056494 WO2009144261A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP2291339A1 true EP2291339A1 (de) 2011-03-09

Family

ID=40996596

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09753916A Withdrawn EP2291339A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom
EP09753917A Withdrawn EP2300392A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom
EP09753915A Withdrawn EP2291340A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP09753917A Withdrawn EP2300392A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom
EP09753915A Withdrawn EP2291340A1 (de) 2008-05-29 2009-05-28 Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom

Country Status (2)

Country Link
EP (3) EP2291339A1 (de)
WO (3) WO2009144262A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9339791B2 (en) 2013-06-18 2016-05-17 Corning Incorporated Low thermal expansion aluminum titanate zirconium tin titanate ceramics
WO2015144909A1 (en) * 2014-03-28 2015-10-01 Imerys Ceramic structures

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006096634A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Hitachi Metals Ltd 多孔質セラミック体

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6221756A (ja) * 1985-07-22 1987-01-30 日本碍子株式会社 チタン酸アルミニウム―ムライト系セラミック体の製造方法
US4758542A (en) * 1987-02-13 1988-07-19 W. R. Grace & Co. Low thermal expansion ZrTiO4 --Al2 TiO5 --ZrO2 compositions
DE68922193D1 (de) * 1988-12-02 1995-05-18 Ngk Insulators Ltd Keramische Stoffe für den Verbundguss und Verfahren zu ihrer Herstellung.
JP2845046B2 (ja) * 1992-08-06 1999-01-13 株式会社ブリヂストン 溶融ステンレス合金用セラミックフィルター
JPH06305828A (ja) * 1993-04-28 1994-11-01 Kawasaki Refract Co Ltd チタン酸アルミニウム複合材料及びその製造方法
JP3096814B1 (ja) * 1999-11-08 2000-10-10 勉 福田 チタン酸アルミニウム焼結体の製造方法
JP3489030B1 (ja) * 2002-04-26 2004-01-19 勉 福田 チタン酸アルミニウム系焼結体の製造方法
JP4750415B2 (ja) * 2002-07-31 2011-08-17 コーニング インコーポレイテッド チタン酸アルミニウムベースのセラミック製品
ATE430616T1 (de) * 2003-08-22 2009-05-15 Ohcera Co Ltd Wabenfilter zur reinigung von abgas und verfahren zu dessen herstellung
JP5144256B2 (ja) * 2004-04-21 2013-02-13 ダウ グローバル テクノロジーズ エルエルシー 多孔質セラミック物体の強度の増大方法及びこの方法から製造された物体
US20060021308A1 (en) * 2004-07-29 2006-02-02 Merkel Gregory A Mullite-aluminum titanate body and method for making same
US7071135B2 (en) * 2004-09-29 2006-07-04 Corning Incorporated Ceramic body based on aluminum titanate and including a glass phase
US7959704B2 (en) * 2005-11-16 2011-06-14 Geo2 Technologies, Inc. Fibrous aluminum titanate substrates and methods of forming the same
EP2057105A1 (de) * 2006-08-29 2009-05-13 Corning Incorporated Hochporöse hitzeschockresistente keramikstrukturen
CN101861288B (zh) * 2007-11-14 2013-05-22 日立金属株式会社 钛酸铝质陶瓷蜂窝状结构体、其制造方法及用于制造其的原料粉末

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006096634A (ja) * 2004-09-30 2006-04-13 Hitachi Metals Ltd 多孔質セラミック体

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of WO2009144261A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2300392A1 (de) 2011-03-30
EP2291340A1 (de) 2011-03-09
WO2009144260A1 (de) 2009-12-03
WO2009144261A1 (de) 2009-12-03
WO2009144262A1 (de) 2009-12-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2181749B1 (de) Dieselpartikelfilter mit verbesserten Staudruckeigenschaften
EP0996601B1 (de) Feuerfester werkstoff auf basis chromkorund, chromkorund-stein sowie verwendung des steins
EP3981493A1 (de) Partikelfilter
US20080004171A1 (en) High porosity filters for 4-way exhaust gas treatment
KR101093467B1 (ko) 배기가스 정화 허니컴 필터 및 그 제조방법
DE102004040549A1 (de) Katalytisch beschichtetes Partikelfilter und Verfahren zu seiner Herstellung sowie seine Verwendung
DE102009041585B4 (de) Wabenstruktur und Verfahren zu deren Herstellung
DE202004021341U1 (de) Wabenstrukturkörper
CA2560801A1 (en) Low thermal expansion articles
DE102017205259A1 (de) Poröser stoff, herstellungsverfahren eines porösen stoffes, und wabenstruktur
JP2012528074A (ja) ランタン含有コージェライト体および製造方法
DE102006040739A1 (de) Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom sowie Verfahren zu seiner Herstellung
WO2007014562A1 (de) Thermoschock- und korrosionsbeständiger keramikwerkstoff, verfahren zu seiner herstellung sowie verwendung
EP2668147A1 (de) Keramischer körper aus einer aluminiumtitanatmischung
DE112020001644T5 (de) Abgasreinigungsfilter
DE102019001997A1 (de) Poröser Keramikkörper und Verfahren zu dessen Herstellung und Staubsammelfilter
WO2009144261A1 (de) Filtereinrichtung zur entfernung von partikeln aus einem gasstrom
EP3257571A1 (de) Partikelfilter mit integrierter nox-speicher- und h2s-sperrfunktion
DE202008007224U1 (de) Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom
DE102007047871A1 (de) Cordierit-Keramik und Verfahren für das Herstellen derselben
DE102007039249A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines keramischen Trägers sowie Filter
DE102007039248A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines katalytisch aktiven, keramischen Trägers sowie Filter
DE202008007223U1 (de) Filtereinrichtung zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom
DE102007021468A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Filters sowie Filter
DE102006026769A1 (de) Filter zur Entfernung von Partikeln aus einem Gasstrom sowie Verfahren zu seiner Herstellung

Legal Events

Date Code Title Description
PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

17P Request for examination filed

Effective date: 20101221

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: AL BA RS

RIN1 Information on inventor provided before grant (corrected)

Inventor name: OTTERBACH, SABINE

Inventor name: LICHTENWALTER, KATHRIN

Inventor name: LINHART, JOCHEN

Inventor name: GALLE, JOHANNES

DAX Request for extension of the european patent (deleted)
17Q First examination report despatched

Effective date: 20120402

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20160531