DE60009463T2

DE60009463T2 - Körper mit wabenstruktur

Info

Publication number: DE60009463T2
Application number: DE2000609463
Authority: DE
Inventors: Takashi Harada; Yukio Miyairi
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 1999-11-19
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2005-01-13
Anticipated expiration: 2020-11-16
Also published as: JP4455800B2; EP1153643A4; WO2001037971A1; EP1153643A1; US6939522B1; EP1153643B1; DE60009463D1

Description

Fachgebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur zur Beladung mit einem Katalysator, der in einem Abgasreiniger einer Wärmekraftmaschine (z.B. ein Verbrennungsmotor) oder eines Brenners (z.B. ein Boiler), einer Reformierungseinheit für einen flüssigen Brennstoff oder einen gasförmigen Brennstoff und dergleichen verwendet wird; sowie auf eine Wabenstruktur, die als Filter verwendet wird.
Stand der Technik
Wabenstrukturen mit einer darauf aufgeladenen Katalysatorkomponente sind in Abgasreinigern von Wärmekraftmaschinen (z.B. ein Verbrennungsmotor) oder Brennern (z.B. ein Boiler), Reformierungseinheiten für flüssige oder gasförmige Brennstoffe und dergleichen verwendet worden. Es ist bekannt, dass Wabenstrukturen auch als ein Filter zum Einfangen und Entfernen von in einem staubhältigen Fluid, wie z.B. von einem Dieselmotor emittiertes Abgas, enthaltenen Feststoffteilchen eingesetzt werden.
Die zu diesem Zweck verwendeten Wabenstrukturen haben die folgenden Probleme aufgewiesen: Sie unterziehen sich z.B. durch die Wirkung eines Abgases einer raschen Temperaturveränderung oder lokalen Erwärmung, wodurch eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in diesen entsteht und diese folglich Risse ausbilden. Insbesondere wenn sie als ein Filter zum Einfangen und Entfernen von Feststoffteilchen, die in einem von einem Dieselmotor emittierten Abgas enthalten sind, herangezogen werden, traten leicht Risse auf, da die auf dem Filter angehäuften Kohlenstofffeinteilchen zum Entfernen verbrennt werden müssen und es dadurch unvermeidlich zu einer lokalen Erwärmung auf hohe Temperaturen kommt und eine enorme Wärmebeanspruchung erzeugt wird. In diesem Fall entsteht die Wärmebeanspruchung, da es die ungleichmäßige Temperaturverteilung zulässt, dass unterschiedliche Abschnitte der Wabenstruktur unterschiedliche Wärmausdehnungsverformungen aufweisen und folglich jeder Abschnitt durch den anderen beschränkt ist und sich nicht frei verformen kann.
Um die Beanspruchung zu verringern, wurde z.B. in der JP-A-59-199586 eine Wabenstruktur vorgeschlagen, die eine große Anzahl von Durchgangslöchern besitzt, die jeweils von Trennwänden umgeben sind, worin die Trennwandbereiche, die zumindest einen Schlitz aufweisen, beinahe gleichmäßig an gegebenen Abschnitten der Wabenstruktur ausgebildet sind.
Bei diesem Vorschlag sind schmale Schlitze gleichmäßig in einer Wabenstruktur verteilt, wodurch die Festigkeit der Gesamtwabenstruktur verringert wird und die Verformungsfreiheit vergrößert wird, und somit eine die Spannungen herabsetzende Wirkung erzielt wird. Das Ausmaß, in dem die Verformungsfreiheit zunimmt, reicht jedoch für eine Wabenstruktur, die unter schwierigen Bedingungen verwendet wird, wo die Temperaturverteilung noch ungleichmäßiger wird, nicht aus.
Hinsichtlich der oben erwähnten Probleme beim Stand der Technik zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Wabenstruktur bereitzustellen, bei der während der Verwendung keine Risse aufgrund der Wärmebeanspruchung entstehen und deren Lebensdauer höher ist.
Die JP-A-50-114409 zeigt eine Wabenstruktur mit Schlitzen, die entlang der gesamten Länge der Umfangsfläche und teilweise an der Endfläche freiliegen.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Wabenstruktur nach Anspruch 1 bereitgestellt.
Bei der obigen Wabenstruktur sind die Schlitze vorzugsweise parallel zur Richtung der Durchgangslöcher ausgebildet. Indem die Schlitze erfindungsgemäß ausgebildet werden, kann sich jeder Abschnitt der Wabenstruktur, selbst wenn eine ungleichmäßige Temperaturverteilung auftritt, frei verformen, ohne dass andere Abschnitte dabei einschränkend wirken. Dadurch ist eine Verringerung der Wärmebeanspruchung möglich und das Entstehen von Rissen kann verhindert werden.
Da jeder Schlitz zumindest an einer Endfläche freiliegt, um zwei Punkte der Endflächenkante durchgehend zu verbinden, weist diese Wabenstruktur eine erhöhte Verformungsfreiheit in der Umgebung jeder Endfläche auf, ist eine Verringerung der Wärmebeanspruchung möglich und wird die Entstehung von Rissen verhindert.
Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird vorzugsweise jeder Schlitz mit einem Füller gefüllt.
Die obige Wabenstruktur besteht vorzugsweise aus einem Material, das als eine Hauptkristallphase zumindest ein aus der aus Cordierit, SiC, SiN, Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumtitanat und Lithiumaluminiumsilicat bestehenden Gruppe ausgewähltes Material enthält.
Die vorliegende Wabenstruktur kann ein darauf aufgeladenes Metall mit einer katalytischen Wirkung aufweisen, das zur Reinigung der von einer Wärmekraftmaschine (z.B. ein Verbrennungsmotor), einem Brenner (z.B. ein Boiler) oder dergleichen abgegebenen Abgase oder zum Reformieren eines flüssigen Brennstoffs oder eines gasförmigen Brennstoffs verwendet werden kann. Das Metall mit katalytischer Wirkung ist vorzugsweise eines ausgewählt aus Pt, Pd und Rh.
Bei der vorliegenden Wabenstruktur ist die Querschnittsgestalt der Durchgangslöcher aus herstellungstechnischen Gründen vorzugsweise eine beliebige aus einem einem Dreieck, einem Viereck, einem Sechseck und einer Riffelung.
Wenn die vorliegende Wabenstruktur als ein Filter zum Einfangen und Entfernen von in einem staubhältigen Fluid, wie z.B. ein Feinstfilter für einen Dieselmotor, enthaltenen Feststoffteilchen verwendet wird, wird bevorzugt, dass die die Durchgangslöcher umgebenden Trennwände eine Filtrationsfähigkeit aufweisen, ein gegebener Teil der Durchgangslöcher an einem Ende blockiert ist und die verbleibenden Durchgangslöcher am anderen Ende blockiert sind.
Bei der vorliegenden Erfindung bezieht sich "die Außenfläche der Wabenstruktur" auf die gesamte Außenfläche der Wabenstruktur und schließt nicht nur die Außenfläche entlang der axialen Richtung ein sondern auch die Endflächen.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
1 sind perspektivische Ansichten, die Beispiele von Vergleichswabenstrukturen darstellen.
2 sind perspektivische Ansichten, die weitere Beispiele von Vergleichswabenstrukturen darstellen.
3 sind perspektivische Ansichten, die wiederum andere Beispiele von Vergleichswabenstrukturen darstellen.
4 sind perspektivische Ansichten, die erste Beispiele der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
5 sind perspektivische Ansichten, die weitere Beispiele der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellen.
6(a) ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 6(b) ist eine Ansicht entlang der Schnittlinie Y-Y in 6(a).
7(b) ist eine perspektivische Ansicht, die ein weiteres Beispiel der Wabenstruktur gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. 7(b) ist eine Ansicht entlang der Schnittlinie Z-Z in 7(a).
8(a), die keine Ausführungsform der Erfindung darstellt, zeigt ein Verfahren zur Ausbildung von Schlitzen und zeigt einen Zustand an, in dem die Schlitze parallel zu den Trennwänden ausgebildet werden. 8(b), die ebenfalls keine Ausführungsform der Erfindung ist, zeigt einen Zustand an, in dem die Schlitze so ausgebildet werden, dass sie die Trennwände schräg schneiden.
9(a) zeigt eine Schlitzform, die durch Einschneiden eines Teils der Trennwände ausgebildet worden ist. 9(b) zeigt eine Schlitzform, die durch Entfernen eines Teils der Trennwände ausgebildet worden ist.
10(a) ist eine Draufsicht, die ein Beispiel der Schlitzanordnung in der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung veranschaulicht. Und 10(b) ist eine Ansicht des Beispiels von unten.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung weist eine große Anzahl an Durchgangslöchern auf, die in der axialen Richtung ausgebildet sind und durch Trennwände definiert sind, worin die Schlitze so ausgebildet sind, dass sie zumindest an einem Teil der Außenfläche der Wabenstruktur freiliegen. Daher erzeugt die vorliegende Wabenstruktur keine Risse durch die Wärmebeanspruchung, die während der Verwendung auftritt, und besitzt eine höhere Lebensdauer.
Die vorliegende Erfindung wird untenstehend mit Verweis auf die in den begleitenden Abbildungen dargestellten Ausführungsformen sowie die Vergleichsausführungsformen detaillierter beschrieben.
In den 1(a), 1(b), 1(c) und 1(d) stellt die Verweiszahl 10 eine Wabenstruktur dar. Die Wabenstruktur 10 weist eine große Anzahl an Durchgangslöchern 11 auf, die in der axialen Richtung [eine Richtung X in den 1(a), 1(b), 1(c) und 1(d)] ausgebildet sind und durch Trennwände definiert sind. In der Wabenstruktur 10 sind vier Schlitze 12 so ausgebildet, dass sie an einem Teil der Außenfläche 13 entlang der axialen Richtung freiliegen und parallel zur Richtung der Durchgangslöcher 11 sind. Jeder Schlitz 12 ist so ausgebildet, dass er die Kante 15 der Endfläche 14 schneidet.
In 1(a) sind vier Schlitze 12 so ausgebildet, dass sie die Kante 15 der Endfläche 14 schneiden und jeweils die Gestalt eines Dreiecks aufweisen. In 1(b) ist jeder Schlitz 12 in der Gestalt eines Vierecks ausgebildet. In 1(c) ist jeder Schlitz 12 so ausgebildet, dass er an der Gesamtlänge der Außenfläche 13 in axialer Richtung entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur 10 freiliegt und die Tiefe der Schlitze 12 allmählich geringer wird und jeder Schlitz die Gestalt eines Dreiecks aufweist. In 1(d) ist jeder Schlitz 12 so ausgebildet, dass er an der Gesamtlänge der Außenfläche 12 in axialer Richtung entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur 10 freiliegt und die Tiefe des Schlitzes 12 in der axialen Richtung der Wabenstruktur 10 konstant wird. Durch Ausbilden der Schlitze 12 wie in den 1(a), 1(b), 1(c) und 1(d) dargestellt wird, kann sich jeder Abschnitt der Wabenstruktur 10 frei verformen, ohne dabei durch einen anderen Abschnitt eingeschränkt zu werden, selbst wenn es in der Wabenstruktur 10 zu einer ungleichmäßigen Temperaturverteilung kommt (d.h. ein Temperaturunterschied ist zwischen den Abschnitten der Wabenstruktur 10 vorhanden); Dadurch wird die Wärmebeanspruchung verringert und die Entstehung von Rissen minimiert.
In 2(a) sind drei Schlitze 12 ausgebildet. Wie in 1(c) ist jeder Schlitz so ausgebildet, dass er an der Gesamtlänge der Außenfläche 13 in axialer Richtung entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur 10 freiliegt und die Tiefe des Schlitzes 12 allmählich geringer wird und jeder Schlitz eine dreieckige Gestalt aufweist. In 2(b) sind drei Schlitze ausgebildet und wie in 1(d) ist jeder Schlitz 12 so ausgebildet, dass er an der Gesamtlänge der Außenfläche 13 in axialer Richtung entlang der axialen Richtung der Wabenstruktur 10 freiliegt und die Tiefe des Schlitzes 12 in axialer Richtung der Wabenstruktur 10 konstant wird. Diese Konstruktionen sind besonders wirksam, wenn die Wabenstruktur unter Be dingungen verwendet wird, in denen eine ungleiche Temperaturverteilung über die Gesamtlänge der Wabenstruktur auftritt.
Im Vergleichsbeispiel aus 3(a) sind Schlitze 12 so ausgebildet, dass sie an einer Endfläche 14 freiliegen und zwei Punkte (A und B) oder (C und D) einer Endflächenkante 15 verbinden. Im Beispiel aus 3(b) sind Schlitze 12 an zwei Endflächen 14 und 16 so ausgebildet, dass jeder von diesen zwei Punkte einer Endflächenkante 15 verbindet.
Die 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) sind perspektivische Ansichten, die Beispiele der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung zeigen.
In jedem Beispiel der 4(a), 4(b), 4(c) und 4(d) befindet sich in jedem Abschnitt einer Wabenstruktur 10, die einen Schlitz 12 einschließt, ein durchgehender Bereich 17 in der Mitte der Wabenstruktur 10, in dem kein Schlitz 12 ausgebildet ist. Dieser durchgehende Bereich 17 ist der Außenfläche der Wabenstruktur, d.h. einer beliebigen Außenfläche 13 entlang der axialen Richtung, der oberen Endfläche 14 und der unteren Endfläche 16, nicht ausgesetzt. Die Gestalt des durchgehenden Bereichs 17 ist in 4(a) zufällig ein Rechteck, in 4(b) ein Kreis, in 4(c) ein Oval und in 4(d) ein gleichseitiges Viereck. Durch das Ausbilden der Wabenstruktur in einer solchen Gestalt, entstehen keine Risse in der Wabenstruktur, selbst wenn in der gesamten Wabenstruktur eine stark ungleichmäßige Temperaturverteilung vorliegt (z.B. ein großer Temperaturunterschied zwischen den Abschnitten der Wabenstruktur).
In jedem Beispiel in den 5(a), 5(b), 5(c) und 5(d) befindet sich in jedem Abschnitt einer Wabenstruktur 10 mit einem Schlitz 12 ein durchgehender Bereich 17 ohne Schlitz 12 und ein Teil des durchgehenden Bereichs 17 liegt an der unteren Endfläche 16 der Wabenstruktur 10 frei.
Die 6(a) und 6(b) und die 7(a) und 7(b) sind weitere Beispiele, in denen ein durchgehender Bereich nicht an der Außenfläche der Wabenstruktur freiliegt. 6(a) ist eine perspektivische Ansicht und 6(b) ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie Y-Y in 6(a). 7(a) ist eine perspektivische Ansicht und 7(b) ist eine Schnittansicht entlang der Schnittlinie Z-Z in 7(a).
Im Beispiel der 6(a) und 6(b) ist die Gestalt des durchgehenden Bereichs 17 wie in 4(a) ein Rechteck und der durchgehende Bereich 17 liegt an der Außenfläche der Wabenstruktur 10 nicht frei. In diesem Beispiel ist jedoch die Anzahl der Schlitze 12 größer als in 4(a). Im Beispiel von 7(a) und 7(b) ist der durchgehende Bereich 17 in Form einer Ellipse gestaltet und der durchgehende Bereich 17 liegt an der Außenfläche der Wabenstruktur 10 nicht frei.
Bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung sind Schlitze vorzugsweise in Punktsymmetrie in einem Wabenstrukturquerschnitt normal zu den Durchgangslöchern ausgebildet, da in der Wabenstruktur eine Verformung im Wesentlichen ohne Vorzugsrichtung auftritt. Die Ausbildung der Schlitze ist jedoch nicht darauf beschränkt und die Schlitze 12 können z.B. wie in den 10(a) und 10(b) dargestellt angeordnet sein.
Schlitze 12 können so ausgebildet sein, dass sie die Trennwände 20, wie in 8(b) dargestellt, schräg (nicht parallel dazu) schneiden. Die Schlitze sind jedoch vorzugsweise parallel zu den Trennwänden 20 ausgebildet, wie in 8(a) gezeigt wird, da die Beanspruchungskonzentration am vorderen Ende jedes Schlitzes 12 gering ist.
Wenn die Querschnittsgestalt der Durchganglöcher 11 der Wabenstruktur 10 ein Dreieck ist, verlaufen die Schlitze 12 vorzugsweise aus demselben Grund wie oben in eine Richtung von 60° oder 120°.
Die Breite jedes Schlitzes 12 ist nicht entscheidend und kann beliebig gewählt werden. Die Breite ist jedoch wünschenswerterweise kleiner als die Breite jedes Durchgangslochs, da eine zu große Schlitzbreite die Anzahl der Füllschritte und die Menge an Füllstoff erhöht und die Anzahl an für die Reinigung eines Fluids (z.B. Gas) verwendbaren Zellen verringert.
Die Gestalt jedes Schlitzes 12 kann eine Gestalt sein, die durch teilweises Schneiden von Trennwänden 20 einer Wabenstruktur 10, wie in 9(a) ersichtlich, oder durch teilweises Entfernen von Trennwänden 20, wie in 9(b) ersichtlich, erhalten wird.
In der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann die Querschnittsgestalt jedes Durchgangslochs unterschiedlich sein, wie z.B. ein Kreis, eine Ellipse und ein Oval.
Das die vorliegende Wabenstruktur ausbildende Material enthält vorzugsweise als eine Hauptkristallphase zumindest eines der Beschaffenheit, welches ausgewählt aus der aus Cordierit, SiC, SiN, Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumtitanat und Lithiumaluminiumsilikat bestehenden Gruppe gebildet ist. SiC mit hoher Wärmeleitfähigkeit ist insbesondere bevorzugt, da es die absorbierte Wärme problemlos freisetzt.
Die Dichte der Zellen, die von den Trennwänden umgeben sind, beträgt vorzugsweise 6 bis 2.000 Zellen/in.² (0,9 bis 311 Zellen/cm²), und insbesondere 50 bis 400 Zellen/in.² (7,8 bis 62 Zellen/cm²). Wenn die Zelldichte geringer ist als 6 Zellen/in.² (0,9 Zellen/cm²), besitzen die resultierenden Wabensegmente eine unzureichende Festigkeit und effektive geometrische Fläche (GSA, geometrical surface area). Wenn die Zelldichte mehr als 2.000 Zellen/in.² (311 Zellen/cm²) beträgt, zeigen die resultierenden Wabensegmente einen großen Druckverlust, wenn ein Gas durch diese strömt.
Die Querschnittsgestalt der Durchgangslöcher, d.h. die Zellgestalt ist hinsichtlich der Wabenherstellung vorzugsweise eine beliebige aus einem Dreieck, einem Viereck und einem Sechseck.
In Bezug auf den Füller, der zum Füllen der in der Wabenstruktur ausgebildeten Schlitze verwendet wird, wird vorzugsweise eine Keramikfaser, ein Keramikpulver, ein Zement, etc., die alle wärmebeständig sind, allein oder in einer Beimischung herangezogen. Falls notwendig, kann ein organisches Bindemittel, ein anorganisches Bindemittel, etc. zum Füller zugesetzt werden.
Wenn die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung als ein Katalysatorträger zum Reinigen der von einer Wärmekraftmaschine (z.B. ein Verbrennungsmotor) oder einem Brenner (z.B. ein Boiler) abgegebenen Abgase oder zum Reformieren eines flüssigen Brennstoffs oder eine gasförmigen Brennstoffs verwendet wird, wird ein Metall mit katalytischer Wirkung auf die Wabensegmente aufgeladen, die die Wabenstruktur ausbilden. Als repräsentative Metalle mit einer katalytischen Wirkung können Pt, Pd und Rh angeführt werden. Zumindest eines dieser Metalle ist vorzugsweise auf die Wabensegmente aufgeladen.
Wenn die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung hingegen als ein Filter zum Abfangen und Entfernen der in einem staubhältigen Fluid enthaltenen Feststoffteilchen verwendet wird, z.B. ein Feinstfilter für einen Dieselmotor, dann weist die Wabenstruktur vorzugsweise eine solche Struktur auf, dass die die Durchgangslöcher umgebenden Trennwände eine Filtrationsfähigkeit aufweisen, gegebene Anteile der Durchgangslöcher an einem Ende blockiert sind und die verbleibenden Durchgangslöcher am anderen Ende blockiert sind.
Wenn ein staubhältiges Fluid von einer Endfläche in eine derartige Wabenstruktur eindringen gelassen wird, tritt das staubhältige Fluid durch die nicht blockierten Durchgangslöcher in der obigen Endfläche in das Innere der Wabenstruktur ein, strömt durch die Trennwände, die eine Filtrationseigenschaft aufweisen, und dringt in andere nicht blockierte Durchgangslöcher in der anderen Endfläche ein. Während dem Zeitraum, in dem sich das staubhältige Fluid durch die Trennwände hindurchbewegt, werden die im Fluid enthaltenen Feststoffteilchen durch die Trennwände eingefangen und ein Feststoftteilchen-freies, gereinigtes Fluid wird von der anderen Endfläche der Wabenstruktur abgegeben.
Mit fortschreitender Anhäufung von eingefangenen Feststoffteilchen auf den Trennwänden kommt es zu einer Verstopfung, was wiederum die Filtrationsfähigkeit der Wabenstruktur reduziert. Daher wird die Wabenstruktur regelmäßig mittels eines Heizelements oder dergleichen erwärmt, wodurch die eingefangenen Feststoffteilchen vollständig verbrannt werden und die Filtrationsfähigkeit wieder gestärkt wird. Um das Verbrennen von Feststoffteilchen während der Revitalisierung voranzutreiben, ist es möglich, die Wabenstruktur des oben erwähnten Metalls mit katalytischer Fähigkeit beladen zu lassen.
Die vorliegenden Erfindung wird untenstehend anhand von Tests detaillierter beschrieben.
Test 1
Wabenstrukturen, die jeweils als ein Feststoffteilchenfilter für die Reinigung von Abgasen eines Dieselmotors verwendet wurden, wurden hergestellt, indem eine Wabenstruktur aus SiC mit einer Größe von 144 mm (Durchmesser) und 152 mm, einer Trennwanddicke von 0,3 mm und einer Zelldichte von 31 Zellen/cm² verwendet wurde und ein vorbestimmter Anteil der Durchgangslöcher an einem Ende und die verbleibenden Durchgangslöcher am anderen Ende blockiert wurden. Sie wurden so ausgebildet, dass sie wie in 1(a), 1(d), 3(a), 3(b), 4(a), 4(b) oder 7 dargestellte Schlitze aufwiesen, oder so, dass sie keine Schlitze hatten (eine Basiswabenstruktur). Bei den Wabenstrukturen der 1(a) und 1(d) betrug die Länge jedes Schlitzes an der oberen Endfläche 14 die Hälfte des Radius der Wabenstruktur 10. Bei den Wabenstrukturen der 1(a) und 3(a) war die Länge jedes Schlitzes in axialer Richtung an der Außenfläche 13 20 mm. Bei der Wabenstruktur aus 3(b) betrug die Länge jedes Schlitzes an der oberen Endfläche 14 in axialer Richtung 15 mm und die Außenflächenlänge jedes Schlitzes an der unteren Endfläche 16 in axialer Richtung 30 mm.
Bei den so hergestellten Wabenstrukturen wurden die Zellen, in denen Schlitze ausgebildet worden waren, mit einem Füllstoff gefüllt. Dann wurde eine sich nicht ausdehnende Matte aus Keramik (als ein Halterungselement) um den Umfang jeder Wabenstruktur gewickelt. Die dadurch entstandene Wabenstruktur wurde in ein Umhüllungsgehäuse aus SUS 409 gegeben, um verschiedene Umhüllungsstrukturen auszubilden. Diese Umhüllungsstrukturen wurden jeweils dem folgenden Filterrevitalisierungstest unterzogen. Das heißt, ein Ruß-hältiges Verbrennungsgas, das durch Verbrennen eines Gasöls eines Dieselmotors erzeugt worden war, wurde von der unteren Endfläche (untere Endfläche in jeder Abbildung) in jede Wabenstruktur strömen und aus der oberen Endfläche austreten gelassen, wodurch der Ruß im Verbrennungsgas innerhalb der Wabenstruktur eingefangen wurde. Die Wabenstruktur mit dem eingefangenen Ruß wurde auf Zimmertemperatur abkühlen gelassen, und anschließend wurde ein Verbrennungsgas mit einem gegebenen Sauerstoffanteil von der unteren Endfläche mit einer Temperatur von 800°C in die Wabenstruktur strömen gelassen, um den in der Wabenstruktur eingefangenen Ruß vollständig verbrennen zu lassen.
Die Übergangszeit, die zum Erhöhen der Einlassgastemperatur auf 800°C notwendig war, und das Gewicht des eingefangenen Rußes wurden jeweils auf drei Werte eingestellt und der Filterrevitalisierungstest wurde durchgeführt. Das Auftreten von Rissen wurde an jeder Stelle der oberen Endfläche (Auslass), der unteren Endfläche (Einlass) und der Außenfläche entlang der axialen Richtung und des Inneren der Wabenstruktur untersucht. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 angeführt.
Wie aus Tabelle 1 deutlich hervorgeht, traten in der Wabenstruktur ohne Schlitz selbst bei Standardbedingungen Risse an den Endflächen (Einlass und Auslass) auf. Im Gegensatz dazu kam es bei den Wabenstrukturen der vorliegenden Erfindung aus 1(a), 1(d), 3(a), 3(b), 4(a), 4(b) und 7 zu keiner Rissbildung.
Wenn die Übergangszeit verkürzt wurde und das Gewicht des eingefangenen Rußes erhöht wurde, kam es zu einer stärkeren ungleichmäßigen Temperaturverteilung und Risse traten teilweise auf, wenn Schlitze nur in der Nähe einer Endfläche der Wabenstruktur ausgebildet worden waren, wie in den 1(a) und 3(a). Es kam jedoch im Wesentlichen zu keiner Rissbildung, wenn keine durchgehende Fläche an der Außenfläche der Wabenstruktur freilag, wie in 4(b) dargestellt ist, und es entstanden keine Risse, wenn eine erhöhte Anzahl an Schlitzen ausgebildet worden war, wie in 7 ersichtlich ist.
Test 2
Unter Verwendung der Wabenstrukturen aus Tabelle 2, die, abgesehen davon, dass die Anordnungen und Längen der Schlitze verändert wurden, dieselbe Gestalt und Größe wie die in Test 1 verwendeten aufwiesen, wurde auf dieselbe Art wie in Test 1 ein Filterrevitalisierungstest zum vollständigen Verbrennen und Entfernen des angesammelten Rußes durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 angeführt. Tabelle 2

O:: keine Risse
X:: Rissbildung
g/l:: Gramm/Liter

Wie aus den Resultaten aus Tabelle 2 hervorgeht, führt eine Erhöhung des Gewichts an eingefangenem Ruß zu einer verstärkten Rissbildung, wenn die Längen der Schlitze an der Endfläche und Außenfläche geringer sind als die vorgegebenen Werte.
Wie oben beschrieben wurde, kann bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung jeder Abschnitt der Wabenstruktur frei verformt werden, ohne dabei durch andere Abschnitte eingeschränkt zu werden, selbst wenn eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in der Wabenstruktur vorliegt, und dadurch eine geringere Wärmebeanspruchung erzielt wird. Folglich kann die Bildung von Rissen verhindert werden.

Claims

Wabenstruktur, die eine große Anzahl an Durchgangslöchern aufweist, die sich in axialer Richtung von einer ihrer axialen Endflächen zur anderen erstrecken und durch Trennwände definiert sind, worin Schlitze (12) so in der Wabenstruktur ausgebildet sind, dass sie entlang der vollen Länge der sich axial erstreckenden Außenumfangsfläche (13) der Wabenstruktur und an den axialen Endflächen (14, 16) der Wabenstruktur freiliegen, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schlitz (12) an zumindest einer der axialen Endflächen (14, 16) entlang einer Linie freiliegt, die sich zwischen zwei Punkten an der Umfangskante der axialen Endfläche kontinuierlich über die axiale Endfläche erstreckt, und für jeden Schlitz (12) am Querschnitt der Wabenstruktur, der den Schlitz einschließt, ein durchgehender Bereich (17) der Wabenstruktur vorhanden ist, an dem der Schlitz nicht ausgebildet ist.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, worin der durchgehende Bereich (17) an der Außenfläche der Wabenstruktur nicht freiliegt oder nur an der axialen Endfläche freiliegt.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, worin jeder Schlitz (12) an jeder der axialen Endflächen (14, 16) entlang einer Linie freiliegt, die sich zwischen zwei Punkten an der Umfangskante der axialen Endfläche kontinuierlich über die axiale Endfläche erstreckt.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 2, worin die Schlitze (12) parallel zur Richtung der Durchgangslöcher ausgebildet sind.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin jeder Schlitz (12) mit einem Füllstoff gefüllt ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 5, die aus einem Material besteht, das als Hauptkristallphase zumindest eines aus Cordierit, SiC, SiN, Aluminiumoxid, Mullit, Aluminiumtitanat und Lithiumaluminiumsilikat enthält.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 6, auf die ein Metall aufgeladen ist, das katalytische Wirkung aufweist und zur Reinigung des Abgases, das von einer Wärmekraftmaschine oder einem Brenner abgegeben wird, oder zum Reformieren eines flüssigen Brennstoffs oder eines gasförmigen Brennstoffs eingesetzt werden kann.
Wabenstruktur nach Anspruch 7, worin das Metall mit katalytischer Wirkung zumindest eines aus Pt, Pd und Rh ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 8, worin die Querschnittsgestalt der Durchgangslöcher eine beliebige aus Dreieck, Viereck, Sechseck oder eine Riffelung ist.
Wabenstruktur nach einem der Ansprüche 1 bis 9, worin die Trennwände, die die Durchgangslöcher umgeben, Filtrationsfähigkeit aufweisen, ein Teil der Durchgangslöcher an einem Ende blockiert ist und die verbleibenden Durchgangslöcher am anderen Ende blockiert sind.
Verwendung einer Wabenstruktur nach Anspruch 10 als Filter zum Einfangen und Entfernen der in einem staubhältigen Fluid enthaltenen Schwebstoffe.