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TECHNISCHES GEBIET
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Diese
Anmeldung beansprucht die Priorität der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-165588 ,
eingereicht am 10. Juni 2003, und der
Japanischen Patentanmeldung Nr. 2003-197385 ,
eingereicht am 15. Juli 2003, deren Inhalt durch diesen Hinweis
in die vorliegende Beschreibung einbezogen ist.
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Waben-Strukturkörper, der
für den
Zweck des Entfernens von teilchenförmigen Stoffen und dergleichen
in Abgasen, die aus einem Verbrennungsmotor, wie einem Dieselmotor
oder dergleichen, abgegeben werden, verwendet wird.
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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Seit
kurzem haben teilchenförmige
Stoffe, wie Ruß,
die in Abgasen enthalten sind, welche aus Verbrennungsmotoren von
Kraftfahrzeugen, wie Bussen, LKWs und dergleichen und Baumaschinen
und dergleichen, abgegeben werden, schwere Probleme aufkommen lassen,
da jene teilchenförmigen
Stoffe für
die Umgebung und den menschlichen Körper schädlich sind. Bislang wurden
verschiedene, für
das Sammeln von teilchenförmigen
Stoffen in Abgasen zum Reinigen der Abgase verwendete Filter vorgeschlagen,
und es gibt auch vorgeschlagene Filter mit einer Waben-Struktur.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht, die eine Art von Filter mit einer
Waben-Struktur von
dieser Art zeigt.
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Dieser
Wabenfilter 60, der wie ein Waben-Strukturkörper aufgebaut
ist, welcher aus Siliziumcarbid und dergleichen hergestellt wurde,
hat eine Struktur, bei der eine Vielzahl von quadratisch-säulenförmigen,
porösen
Keramikelementen 70 miteinander durch eine Verschlussmaterialschicht 64,
welche als ein Haftmittel zum Aufbauen eines keramischen Blocks 65 dient,
und eine Verschlussmaterialschicht 63, die auch auf dem
Umfang von diesem keramischen Block 65 ausgebildet ist,
kombiniert wird.
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5(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
das poröse
keramische Element zeigt, das den in 4 gezeigten
Wabenfilter ausmacht, und 5(b) ist
eine Querschnittsansicht entlang der Linie B-B von dem in 5(a) gezeigten porösen keramischen Element.
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Das
poröse
keramische Element 70 hat eine Wabenstruktur, worin eine
Trennwand 73, die eine große Anzahl von durchgehenden Öffnungen 71 abtrennt,
welche parallel miteinander in der Längsrichtung voneinander angeordnet
sind, als ein Filter wirken.
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In
anderen Worten, wie in 5(b) gezeigt,
wird jede der durchgehenden Öffnungen 71,
die in dem porösen
keramischen Element 70 ausgebildet ist, mit einem Versiegelungselement 72 an
einem der Enden an seiner Abgaseinlassseite oder Abgasauslassseite
verschlossen, sodass Abgase, die die durchgehenden Öffnung 71 einschließen, von
anderer durchgehender Öffnung 71 abgelassen
werden, nachdem sie notwendigerweise durch die Trennwand 73,
die die durchgehenden Öffnungen 71 voneinander
trennt, gelangt sind.
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Hierin
wird die auf dem Umfang gebildete Versiegelungsmaterialschicht 63 zum
Verhindern, dass Abgase aus dem Randabschnitt des keramischen Blocks 65 austreten,
wenn das Wabenfilter 60 in einem Abgasdurchgang aus einem
Verbrennungsmotor installiert ist, bereitgestellt.
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Wenn
das Wabenfilter 60 mit einer derartigen Struktur in dem
Abgasdurchgang von dem Verbrennungsmotor installiert wird, werden
teilchenförmige
Stoffe in den Abgasen, die aus dem Verbrennungsmotor ausgestoßen werden,
durch die Trennwand 73 nach Hindurchgelangen durch das
Wabenfilter 60 eingefangen, sodass die Abgase gereinigt
werden.
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Bezüglich der
Filter mit der Wabenstruktur zusätzlich
zu der Struktur, die eine Vielzahl von porösen keramischen Elementen,
miteinander kombiniert, sind jene Filter, gebildet als ein einziger
integraler Keramikkörper,
hergestellt aus Cordierit oder dergleichen, als ein Ganzes, jene
Wabenfilter, gebildet durch ein Extrusions-Formverfahren, durch
Anwenden von anorganischen Fasern, hergestellt aus Aluminiumoxid,
Siliziumdioxid, Mullit oder dergleichen, und jene Wabenfilter, die
durch Unterziehen einer anorganischen Folie, hergestellt aus anorganischen
Fasern durch ein Papierherstellungsverfahren gebildet werden, oder
einem Metallblech zu einem Wellungsverfahren zu einer Rollenform,
bekannt (siehe zum Beispiel Patent-Dokumente 1, 2 und 3).
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Die
Wabenfilter mit den vorstehend erwähnten Strukturen sind in der
Wärmebeständigkeit überlegen und
Teilchenverbrennungs- und Entfernungsvorgänge (hierin nachstehend als
ein Regenerierungsvorgang bezeichnet) und dergleichen werden leicht
darauf ausgeführt;
deshalb werden diese Wabenfilter für verschiedene Kraftfahrzeuge
mit großen
Abmessungen, Kraftfahrzeuge mit eingebautem Dieselmotor und dergleichen
verwendet.
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Darüber hinaus
gibt es bekannte Filter, die teilchenförmige Stoffe in Abgasen sammeln,
und auch toxische Abgase, wie CO, HC, NOx und
dergleichen, reinigen können.
In diesen Filtern wird ein Katalysator, der zum Reinigen von Abgasen
eingesetzt wird, an einen Abschnitt (durch Löcher und dergleichen), der
als ein Filter wirkt, geheftet.
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In
dem Waben-Strukturkörper,
an dem der Katalysator anhaftet, wird, da teilchenförmige Stoffe
auf den Katalysator abgeschieden sind, aktive Energie, die zum Verbrennen
von teilchenförmigen
Stoffen erforderlich ist, durch den Katalysator reduziert, sodass
teilchenförmige
Stoffe auch bei niedrigen Temperaturen verbrannt werden können. Deshalb
wurden Versuche in üblicher
Weise ausgeführt,
um teilchenförmige
Stoffe bei niederen Temperaturen zu verbrennen, und die Reinigungsleistung
für Abgase
durch Verbessern des Dispergiervermögens des Katalysators zur Erhöhung der
Reaktionsstellen zu verbessern.
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In
dem vorstehend erwähnten
Filter werden unter Verwendung eines Katalysators die regenerierenden und
reinigenden Vorgänge
durch Anwenden der nachstehenden zwei Arten von Verfahren ausgeführt.
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In
einem ersten Verfahren wird, obwohl das Reinigungsverfahren für toxische
Gase in Abgasen kontinuierlich ausgeführt wird, das regenerierende
Verfahren nicht begonnen, bis die gesammelten teilchenförmigen Stoffe
eine bestimmte Menge zur Abscheidung erreicht haben. Nachdem die
Abscheidungsmenge erreicht wurde, wird das Regenerierungsverfahren
ausgeführt,
um die teilchenförmigen
Stoffe zu entfernen, und die teilchenförmigen Stoffe werden wiederum
gesammelt. Somit werden diese Verfahren einige Male wiederholt.
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Im
zweiten Verfahren werden, obwohl das reinigende Verfahren für toxische
Gase in Abgasen kontinuierlich ausgeführt wird, Brenn- und Entfernungsverfahren
von teilchenförmigen
Stoffen auch kontinuierlich ausgeführt, sodass die teilchenförmigen Stoffe,
ohne abgeschieden zu werden, erfolgreich verbrannt werden.
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Um
effiziente Reaktionen bei niedrigem Druckverlust unter Verwendung
dieser Verfahren auszuüben, ist
es bevorzugt, die Reaktionsstellen zwischen teilchenförmigen Stoffen
und dem Katalysator zu erhöhen; deshalb
wird es als bevorzugt betrachtet, dass die spezifische Oberfläche des
Waben-Strukturkörpers
erhöht ist.
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Wenn
in diesem Fall jedoch ein Verfahren übernommen wird, bei dem die
spezifische Oberfläche
des Waben-Strukturkörpers
durch Erhöhen
der Anzahl an durchgehenden Öffnungen
pro Einheitsquerschnittsfläche
expandiert ist, wobei die Querschnittsfläche der durchgehenden Öffnungen
von dem Waben-Strukturkörper
verringert ist, erschwert die geringe Querschnittsfläche der
durchgehenden Öffnung
das Hindurchfließen der
Abgase, wodurch ein hoher Druckverlust verursacht wird, was kein
praktisches Verfahren bereitstellt.
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Ein
weiteres wirksames Verfahren wurde vorgeschlagen, bei dem die Dichte
des Wandabschnitts, der das Filter ausmacht, verringert wird, um
die Porosität
zu erhöhen,
sodass eine große
Anzahl von offenen Poren darin eingeschlossen wird. Somit werden
auch Porenabschnitte in tieferen Schichten des Filterwandabschnitts teilchenförmige Stoffe
sammeln können,
sodass die teilchenförmigen
Stoffe mit dem innerhalb des Wandabschnitts angeordneten Katalysator
in Kontakt kommen.
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Wenn
jedoch die vorstehend erwähnten
Verfahren in den vorstehend erwähnten
Filtern verwendet werden, wird die Festigkeit der Filter niedriger.
Insbesondere im Fall des in Patent-Dokument 1 offenbarten Filters,
wird die Festigkeit des Filters beträchtlich niedrig. Aus diesem
Grund wird nach Verbrennen und Entfernen gesammelter Teilchen (hierin
nachstehend als ein regenerierendes Verfahren bezeichnet), der Filter
dieser Art wahrscheinlich einem starken Temperaturunterschied in
der Längsrichtung
des Filters, begleitet von dem Verbrennungsvorgang der teilchenförmigen Stoffe,
unterliegen, was Schädigungen,
wie Risse in dem Filter, aufgrund der anschließenden thermischen Belastung
ergibt. Folglich werden die vorstehend erwähnten Filter in der Regel die
Funktionen als Filter verlieren.
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Um
darüber
hinaus aus dem Motor erzeugte Abgaswärme wirksam zu nutzen, sodass
die Regenerierungs- und Reinigungsvorgänge ausgeführt werden, wird der Filter
wünschenswerterweise
unmittelbar unter dem Motor installiert; jedoch ist der Installationsraum
sehr begrenzt. Aus diesem Grund muss der Filter zu einer komplizierten
Form geformt werden; jedoch ist es sehr schwierig, den üblichen
Filter zu einer komplizierten Form zu formen.
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Weiterhin
wurden auch laminierte Filter vorgeschlagen; jedoch werden diese
Filter durch Zusetzen von Keramikfasern zu einem Keramikmaterial
(Ton) in der Zähigkeit
verstärkt,
wodurch die Idee des Realisierens hoher Porosität fehlt (siehe Patent-Dokument 4).
Patent-Dokument
1:
JP-A 06-182228 (1994)
Patent-Dokument
2:
JP-A 04-2674 (1992)
Patent-Dokument
3:
JP-A 2001-252529 Patent-Dokument
4:
JP-A 08-12460 (1996)
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSENDE
AUFGABEN
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Die
vorliegende Erfindung wurde ausgeführt, um die vorstehend erwähnten Probleme
zu lösen,
und ihre Aufgabe ist es, einen Waben-Strukturkörper bereitzustellen, der eine
große
Menge Katalysator tragen kann, eine Erhöhung des Druckverlustes nach
Sammeln von teilchenförmigen
Stoffen zurückzudrängen und wirksam
ein Regenerierungsverfahren und/oder ein Reinigungsverfahren für toxische
Gase auszuführen.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER
AUFGABEN
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Hierzu
wird ein säulenförmiger Wabenstrukturkörper, der
hauptsächlich
aus anorganischen Fasern zusammengesetzt ist und eine Struktur dahingehend
aufweist, dass eine Vielzahl an durchgehenden Öffnungen parallel zueinander
mit einer dazwischen angeordneten Trennwand in der Längsrichtung
angeordnet ist, wobei die anorganischen Fasern, die den Wabenstrukturkörper ausmachen,
in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass mehr Fasern entlang
einer Fläche,
rechtwinklig zu der Längsrichtung
der durchgehenden Öffnungen,
anstatt entlang einer Fläche,
parallel zur Längsrichtung
der durchgehenden Öffnungen,
ausgerichtet sind, bereitgestellt.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
werden durch Ansprüche
2 bis 6 abgedeckt.
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Die
Erfindung betrifft auch den für
eine Abgasreinigungsvorrichtung verwendeten Waben-Strukturkörper.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird ein säulenförmiger Wabenstrukturkörper, der
hauptsächlich aus
anorganischen Fasern zusammengesetzt ist und eine Struktur dahingehend
aufweist, dass eine Vielzahl an durchgehenden Öffnungen parallel zueinander
mit einer dazwischen angeordneten Trennwand in der Längsrichtung
angeordnet ist, wobei die anorganischen Fasern, die den Wabenstrukturkörper ausmachen,
in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass mehr Fasern entlang
einer Fläche,
rechtwinklig zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen,
anstatt entlang einer Fläche,
parallel zur Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen, ausgerichtet sind,
bereitgestellt.
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Hierin,
in der vorliegenden Erfindung, bedeutet der Ausdruck "mehr Fasern entlang
einer Fläche, rechtwinklig
zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen, anstatt entlang einer
Fläche,
parallel zur Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen angeordnet" das Nachstehende.
Das heißt,
wie in 8 gezeigt, sind, basierend
auf der Beobachtung an einem Querschnitt des Waben-Strukturkörpers (eine
Trennwand, die durchgehende Öffnungen
trennt), unter der Annahme, dass: anorganische Fasern 101, die ausgerichtet
sind, während
ein Winkel α von
0 bis 45° mit
der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen gehalten wird, als "anorgani-sche Fasern,
die angeordnet sind, in Parallelrichtung mit der Bildungsrichtung
der durchgehenden Öffnungen" definiert werden,
und dass: anorganische Fasern 102, die ausgerichtet sind, während ein
Winkel α von
45 bis 90° mit
der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen gehalten wird, als "anorganische Fasern,
die in rechtwinkliger Richtung mit der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen angeordnet
sind" definiert
werden, mehr anorganische Fasern in der rechtwinkligen Richtung
anstatt in der Parallelrichtung zur Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen
angeordnet. Hierin kann die Anordnung der anorganischen Fasern an
dem Querschnitt des Waben-Strukturkörpers (eine Trennwand, die
die durchgehenden Öffnungen
trennt) durch Anwenden eines Raster-Elektronen-Mikroskops (SEM)
und dergleichen bestätigt werden.
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Hierin
nachstehend wird die Beschreibung der erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper angegeben.
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Jeder
der erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper hat
dahingehend eine Struktur, dass eine große Anzahl von (oder eine Vielzahl
von) durchgehenden Öffnungen
parallel miteinander in der Längsrichtung
angeordnet sind. Diese durchgehenden Öffnungen können durch normale durchgehende Öffnungen
ohne verschlossene Enden gebildet werden, oder können durchgehenden Öffnungen,
bei denen eines der Enden verschlossen ist (hierin nachstehend als
mit einem Boden versehene Öffnung
bezeichnet), einschließen.
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In
dem Fall, indem die durchgehenden Öffnungen normale durchgehende Öffnungen
ohne verschlossene Enden darstellen, wirkt der Waben-Strukturkörper nicht
als Filter zum Sammeln von teilchenförmigen Stoffen; jedoch indem
man einen Katalysator an dem Abschnitt, der die durchgehenden Öffnungen
einschließt, anhaften
lässt,
kann der Waben-Strukturkörper
als eine Reinigungsvorrichtung für
toxische Gase wirken.
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Im
Gegensatz dazu wirkt in dem Fall, wenn die große Anzahl an durchgehenden Öffnungen
als mit einem Boden versehene Öffnungen,
wobei eines der Enden verschlossen ist, hergestellt werden, der
Waben-Strukturkörper
als ein Filter, der zum Sammeln von teilchenförmigen Stoffen verwendet wird;
und wenn weiterhin ein Katalysator daran anhaftet, wirkt er als
ein Filter zum Sammeln von teilchenförmigen Stoffen und als eine
Reinigungsvorrichtung für
toxische Gase.
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Hierin
nachstehend wird die Beschreibung hauptsächlich für einen Wabenfilter gegeben,
der als ein Filter zum Sammeln von teilchenförmigen Stoffen und als Reinigungsvorrichtung
für toxische
Gase wirkt; jedoch, wie vorstehend beschrieben, können die
Waben-Strukturkörper
einfach als ein Filter dienen, oder können als eine Reinigungsvorrichtung
für toxische
Gase dienen.
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Da
die erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper anorganische
Fasern als ein Hauptbestandteilsmaterial anwenden, ist es möglich, den
Waben-Strukturkörper
mit ausreichend Festigkeit mit einer hohen Porosität zu erreichen.
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Hierin
bedeutet der Ausdruck "anorganische
Fasern werden als ein Hauptbestandteilsmaterial verwendet", dass mehr als eine
Hälfte
der Bestandteilsmaterialien aus Materialien mit der Form der verbleibenden anorganischen
Fasern zusammengesetzt ist, und die restliche Hälfte der Bestandteilsmaterialien
aus einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel
und dergleichen zusammengesetzt ist.
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Darüber hinaus
sind in den anorganischen Fasern, die den erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper ausmachen,
mehr Fasern entlang der Fläche,
rechtwinklig zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen
angeordnet, anstatt entlang der Fläche parallel mit der Bildungsrichtung
der durchgehenden Öffnungen angeordnet.
Da Abgase leicht durch den Wandabschnitt hindurchgelangen werden,
wird es deshalb möglich, den
anfänglichen
Druckverlust zu vermindern, und auch teilchenförmigen Stoffen zu erlauben,
durch tiefere Schichten innerhalb des Wandabschnitts zu gelangen;
somit ist es möglich,
die Bildung von Kuchenschichten auf der Oberfläche der Trennwand zu verhindern
und folglich eine Erhöhung
des Druckverlustes nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen zu unterdrücken. Da
darüber
hinaus ein Katalysator an den anorganischen Fasern anhaftet, die
als ein Bestandteilsmaterial des Waben-Strukturkörpers dienen, wird der Katalysator
an dem Waben-Strukturkörper
in einer Weise angeheftet, sodass er gleichförmiger dispergiert ist.
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Im
Ergebnis ermöglicht
es der erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper, die
Reinigungsfunktion für toxische
Gase zu verbessern.
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Wenn
ein Katalysator an den anorganischen Fasern anhaftet, da die Rate
von: Fasern, die in einer Richtung, nahe zu einer rechtwinkligen
Richtung zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen
angeordnet sind, zu jenen Fasern, die auf einer Fläche parallel
mit der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen angeordnet sind, zunimmt,
erhöht
sich die Rate von Abgasen, die parallel mit der ausgeglichenen Richtung
der anorganischen Fasern strömt;
deshalb erhöht
sich die Chance (Möglichkeit)
von teilchenförmigen Stoffen,
die mit dem auf den anorganischen Fasern abgeschiedenen Katalysator
in Kontakt kommen, wodurch die teilchenförmigen Stoffe leicht verbrennen
können.
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Da
darüber
hinaus eine kleine thermische Kapazität aufgrund der hohen Porosität erreicht
werden kann, ist es möglich,
den Katalysator auf eine aktive Temperatur (für Regenerations- und Reinigungsvorgänge) davon
in einer frühen
Stufe durch Anwenden von Abgaswärme,
die aus dem Verbrennungsmotor abgegeben wird, zu erhitzen. Insbesondere
ist diese Struktur vorteilhafter, wenn der Filter genau unter dem
Motor angeordnet wird, sodass er die Abgaswärme daraus effektiv nutzt.
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Da
außerdem
in den erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpern ein
Katalysator auf anorganische Fasern angewendet werden kann, die
als ein Bestandteilsmaterial vor der Bildung davon dienen, wird
der Katalysator deshalb in einem gleichförmiger dispergierten Zustand
angeheftet. Da jeder von diesen Strukturkörpern eine laminier te Struktur
in der Längsrichtung
aufweist, kann die laminierte Struktur gebildet werden, wobei das
Katalysatordispergiervermögen
und die Arten an Katalysator bezüglich
der Längsrichtung
frei gemäß der Verwendung
der Strukturkörper
kombiniert werden. Folglich machen es die erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper möglich, den
Regenerierungsvorgang und die Reinigungsfunktion für toxische
Gase wirksam zu verbessern.
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Wenn
der Katalysator genau unter dem Motor angeordnet ist, wird der Filterraum äußerst begrenzt, und
eine komplizierte Filterform ist erforderlich; jedoch, wenn der
erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper die
laminierte Struktur in der Längsrichtung
aufweist, ist es möglich,
diese Probleme, ohne Verursachen von abfallmäßiger Verwendung von Materialien,
leicht zu lösen.
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Darüber hinaus
wird nach Ausführen
des Regenerierungsverfahren ein starker Temperaturunterschied in
der Filterlängenrichtung
ausgeübt,
welcher den Verbrennungsvorgang der teilchenförmigen Stoffe begleitet, und
die anschließende
starke thermische Belastung wird dem Filter auferlegt; wenn jedoch
der erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper die
laminierte Struktur in der Längsrichtung
aufweist, selbst wenn ein solcher starker Temperaturunterschied
dem gesamten Filter auferlegt wird, ist der auf jede der entsprechenden
Einheiten auferlegte Temperaturunterschied gering, und die anschließende thermische
Belastung wird kleiner. Somit wird der Waben-Strukturkörper weniger wahrscheinlich
unter Schädigungen
leiden. Insbesondere, obwohl der vorstehend erwähnte Filter mit einer komplizierten
Form in der Regel bezüglich
der thermischen Belastung schwächer
wird, wird der erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper weniger
wahrscheinlich unter Schädigungen,
wie Rissen, leiden, aufgrund der vorstehend erwähnten Gründe, auch wenn er eine komplizierte
Form aufweist.
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Hierin
ist es in dem erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper leicht
möglich,
Unregelmäßigkeiten
auf der Oberfläche
des Wandabschnitts des Waben-Strukturkörpers durch Laminierungsunterschiedseinheiten
alternativ oder statistisch zu bilden. Weiterhin machen es die auf
der Oberfläche
des Wandabschnitts gebildeten Unregelmäßigkeiten möglich, die Filterfläche zu erhöhen, und
folglich einen Druckverlust nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen
zu vermindern. Darüber
hinaus erlau ben die Unregelmäßigkeiten
dem Abgasstrom, einen turbulenten Strom zu bilden, der es möglich macht,
den Temperaturunterschied in dem Filter zu vermindern und folglich
Schädigungen,
wie Risse, aufgrund von thermischer Belastung, zu verhindern. Wenn
hierin in der vorliegenden Erfindung die durchgehenden Öffnungen
eine laminierte Struktur aufweisen, können die vorstehenden Funktionen
und Wirkungen erhalten werden.
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In
einem Herstellungsverfahren für
den Waben-Strukturkörper
sind gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung außerdem Folien, wobei jede davon
hauptsächlich
aus anorganischen Fasern zusammengesetzt ist und darin gebildete
durchgehenden Öffnungen
aufweist, so laminiert, dass die durchgehenden Öffnungen übereinander gelegt sind.
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Unter
Verwendung des Herstellungsverfahrens für den Waben-Strukturkörper gemäß diesem
Aspekt der vorliegenden Erfindung können die erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper vorzugsweise
hergestellt werden.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Der
erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper hat
eine Struktur, worin mehrere anorganische Fasern entlang einer Fläche, rechtwinklig
zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen, anstatt entlang einer
Fläche
angeordnet, parallel mit der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen
angeordnet sind, sodass durch Erhöhen der Porosität mehr Katalysator
an dem Waben-Strukturkörper
angeheftet wird, einschließlich
der Innenseite des Waben-Strukturkörpers, um die Reinigungsfunktion
für Abgase
zu verbessern; somit wird es möglich,
den anfänglichen
Druckverlust zu vermindern, teilchenförmige Stoffe an tieferen Schichten innerhalb
des Wandabschnitts zu filtrieren, und folglich eine Kuchenschicht,
die auf der Oberfläche
des Wandabschnitts gebildet wurde, zu verhindern, sowie eine Erhöhung des
anfänglichen
Druckverlustes nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen zu verhindern.
Da hier der erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper anorganische
Fasern als sein Bestandsmaterial anwendet, ist es möglich, ausreichend
Festigkeit zu halten, selbst wenn die Porosität erhöht ist.
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Wenn
sich das Verhältnis
von anorganischen Fasern, die entlang einer Richtung, nahe zu der
rechtwinkligen Richtung zu der Bildungsrichtung von den durchgehenden Öffnungen
zu den anorganischen Fasern, ausgerichtet auf einer Fläche parallel
zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen, erhöht, wird
die Rate der Abgase, die parallel mit der Anordnungsrichtung der
anorganischen Fasern strömen,
derart erhöht, dass
sich die Chance der die teilchenförmigen Stoffe, mit dem auf
den anorganischen Fasern abgeschiedenen Katalysator in Kontakt zu
kommen, erhöht,
wodurch es möglich
wird, leicht die teilchenförmigen
Stoffe zu verbrennen.
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Darüber hinaus
wird durch Erhöhen
der Porosität
die Wärmekapazität kleiner,
sodass die Temperatur des Waben-Strukturkörpers leicht zu einer für den Katalysator
wirksamen Temperatur erhöht
wird, durch Nutzen von Abgaswärme,
die von dem Motor abgegeben wird. Somit wird es möglich, wirksam
die Abgaswärme für den Regenerierungsvorgang
und den Reinigungsvorgang zu nutzen.
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Darüber hinaus
macht es das Herstellungsverfahren für einen Waben-Strukturkörper gemäß einem Aspekt
der vorliegenden Erfindung möglich,
die erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper in
wünschenswerter
Weise herzustellen.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Zunächst wird
eine Beschreibung hinsichtlich der Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpers angegeben.
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Ein
Waben-Strukturkörper
gemäß einer
Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein säulenförmiger Waben-Strukturkörper, der
hauptsächlich
aus anorganischen Fasern zusammengesetzt ist, und eine Struktur
dahingehend aufweist, dass eine große Zahl von durchgehenden Öffnungen,
jeweils an einem Ende davon, verschlossen ist (hierin nachstehend
als mit einem Boden versehenen Öffnungen
bezeichnet), parallel miteinander in der Längsrichtung mit einer Trennwand,
die dazwischen angeordnet ist, worin die anorganischen Fasern, die
den Waben-Strukturkörper
bilden, in einer derartigen Weise angeordnet sind, dass weitere
Fasern entlang einer Fläche,
rechtwinklig zu der Bildungsrichtung der mit einem Boden versehenen Öffnungen,
angeordnet sind, anstatt entlang einer Fläche, parallel zu der Bildungsrichtung
der mit einem Boden versehenen Öffnungen,
angeordnet sind.
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Der
erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper ist
hauptsächlich
aus anorganischen Fasern zusammengesetzt.
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Bezüglich der
anorganischen Fasern schließen
Beispiele davon Oxidkeramik, wie Siliziumdioxid Aluminiumoxid, Mullit,
Aluminiumoxid und Siliziumdioxid, Nitridkeramik, wie Aluminiumnitrid,
Siliziumnitrid, Bornitrid und Titannitrid, und Carbidkeramik, wie
Siliziumcarbid, Zirconiumcarbid, Titancarbid, Tantalcarbid und Wolframcarbid,
ein.
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Jeder
von diesen kann einzeln verwendet werden oder zwei oder mehrere
Arten von diesen können in
Kombination verwendet werden.
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Bezüglich der
Faserlänge
von anorganischen Fasern wird ein bevorzugter unterer Grenzwert
auf 0,1 mm eingestellt, und ein bevorzugter oberer Grenzwert wird
auf 100 mm eingestellt, bevorzugter wird der untere Grenzwert auf
0,5 mm eingestellt und der obere Grenzwert wird auf 50 mm eingestellt.
Ein bevorzugter unterer Grenzwert von anorganischer Faserlänge wird
mit 1 μm
eingestellt und ein bevorzugter oberer Grenzwert davon wird auf
30 μm eingestellt,
bevorzugter wird der untere Grenzwert auf 2 μm eingestellt und der obere Grenzwert
wird auf 20 μm
eingestellt.
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Zusätzlich zu
den vorstehend erwähnten
anorganischen Fasern kann der Waben-Strukturkörper ein Bindemittel enthalten,
das zum Vereinigen der anorganischen Fasern miteinander, sodass
eine vorbestimmte Form gehalten wird, verwendet wird.
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Bezüglich des
vorstehend erwähnten
Bindemittels können,
nicht besonders begrenzt, anorganisches Glas, wie Silikatglas, Silikatalkaliglas
und Borsilikatglas, Aluminiumoxidsol, Siliziumoxidsol, Titanoxidsol
und dergleichen, verwendet werden.
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Bezüglich des
Anteils an Bindemittel wird ein bevorzugter unterer Grenzwert auf
5 Gewichtsprozent eingestellt und ein bevorzugter oberer Grenzwert
wird auf 50 Ge wichtsprozent eingestellt; bevorzugter wird der untere
Grenzwert auf 10 Gewichtsprozent eingestellt und der obere Grenzwert
wird auf 40 Gewichtsprozent eingestellt; besonders bevorzugt wird
der obere Grenzwert auf 20 Gewichtsprozent eingestellt.
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Bezüglich der
scheinbaren Dichte des Waben-Strukturkörpers wird ein bevorzugter
unterer Grenzwert auf 0,05 g/cm3 eingestellt
und ein bevorzugter oberer Grenzwert wird auf 1,00 g/cm3 eingestellt;
bevorzugter wird der untere Grenzwert auf 0,10 g/cm3 eingestellt
und der obere Grenzwert wird auf 0,50 g/cm3 eingestellt.
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Bezüglich der
Porosität
des Waben-Strukturkörpers
wird ein bevorzugter unterer Grenzwert auf 60 Volumenprozent eingestellt
und ein bevorzugter oberer Grenzwert wird auf 98 Volumenprozent
eingestellt; bevorzugter wird der untere Grenzwert auf 80 Volumenprozent
eingestellt und der obere Grenzwert wird auf 95 Volumenprozent eingestellt.
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Die
Porosität,
die 60 Volumenprozent übersteigt,
erlaubt den Teilchen, in den Waben-Strukturkörper tiefer einzudringen, um
leicht filtriert zu werden, sodass die teilchenförmigen Stoffe leicht mit dem
auf der inneren Wand getragenen Katalysator in Kontakt gebracht
werden; somit wird es möglich,
die Reaktivität
zu verbessern. Jedoch verursacht die Porosität, die 98 % übersteigt,
in der Regel unzureichende Festigkeit.
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Hierin
können
die scheinbare Dichte und Porosität durch bekannte Verfahren,
wie ein Wägeverfahren, Archimedes-Verfahren
und ein Messverfahren, unter Anwendung eines Raster-Elektronen-Mikroskops
(SEM) gemessen werden.
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Auf
den anorganischen Fasern, die den Waben-Strukturkörper aufbauen,
kann ein aus einem Edelmetall, wie Platin, Palladium und Rhodium,
hergestellter Katalysator getragen werden. Zusätzlich zu den Edelmetallen
kann ein Element, wie ein Alkalimetall (Gruppe 1 des Periodensystems),
ein Erdalkalimetall (Gruppe 2 des Periodensystems), ein Seltenerdenelement
(Gruppe 3 des Periodensystems) und ein Übergangsmetallelement dazugegeben
werden.
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Wenn
ein solcher Katalysator darauf getragen wird, kann der Filter unter
Anwendung des erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpers als
ein Filter wirken, der teilchenförmige
Stoffe in Abgasen sammeln kann, und auch als ein Katalysatorkonverter
zum Reinigen von CO, HC, NOx und dergleichen,
die in Abgasen enthalten sind, wirken.
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Der
erfindungsgemäße Wabenfilter,
worin der vorstehend erwähnte
Katalysator getragen wird, kann als eine Gasreinigungsvorrichtung
in der gleichen Weise wie die üblich
bekannten DPF (Diesel-Filter für
teilchenförmige
Stoffe) mit Katalysator, wirken. Deshalb wird eine detaillierte
Erläuterung
des Falls, worin der erfindungsgemäße Wabenfilter auch als ein
Katalysatorkonverter dient, weggelassen.
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Bezug
nehmend auf Figuren, wird eine Beschreibung der erfindungsgemäßen Ausführungsformen
gegeben.
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Der
Waben-Strukturkörper
kann eine geringe Menge anorganischer Teilchen und Metallteilchen
enthalten. Bezüglich
der anorganischen Teilchen schließen Beispiele davon Carbide,
Nitride und Oxide ein. Spezielle Beispiele davon schließen anorganisches
Pulver, hergestellt aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrit, Bornitrit, Aluminiumoxid,
Siliziumoxid, Zirconiumoxid, Titanoxid, oder dergleichen ein. Bezüglich der
Metallteilchen schließen
Beispiele davon metallisches Silizium, Aluminium, Eisen, Titan und
dergleichen ein.
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Jeder
von diesen kann einzeln verwendet werden oder zwei oder mehrere
Arten von diesen können in
Kombination verwendet werden.
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1(a) ist eine schematische perspektivische Ansicht,
die ein spezielles Beispiel eines erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpers zeigt,
und 1(b) ist eine Querschnittsansicht,
die entlang Linie A-A von 1(a) genommen
wird.
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Wie
in 1(a) gezeigt, hat der Waben-Strukturkörper 10 eine
säulenartige
Struktur, worin eine große Anzahl
von mit einem Boden versehener Öffnungen 11,
wobei eines der Enden verschlossen ist, parallel miteinander in
der Längsrichtung
mit einer Trennwand 13, die dazwischen angeordnet ist,
sodass sie als ein Filter wirken, angeordnet ist.
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In
anderen Worten wird, wie in 1(b) gezeigt,
jedes von der mit einem Boden versehenen Öffnungen 11 an jeweils
einer seiner Abgaseinlassseite oder -auslassseite verschlossen,
sodass Abgase, die in mit einem Boden versehene Öffnung 11 eingedrungen
sind, aus einer weiteren mit einem Boden versehenen Öffnung 11 abgelassen
werden, immer nachdem die Trennwand 13 passiert wurde,
die die mit einem Boden versehenen Öffnungen 11 trennt;
somit kann der Waben-Strukturkörper
als ein Filter wirken.
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Bezüglich der
Dicke des Wandabschnitts wird ein bevorzugter unterer Grenzwert
auf 0,2 mm eingestellt und ein bevorzugter oberer Grenzwert wird
auf 10,0 mm eingestellt; bevorzugter wird der untere Grenzwert auf
0,3 mm eingestellt und der obere Grenzwert wird auf 6 mm eingestellt.
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Bezüglich der
Dichte der durchgehenden Öffnungen
auf einem Querschnitt, rechtwinklig zu der Längsrichtung des Waben-Strukturkörpers, wird
ein bevorzugter unterer Grenzwert auf 0,16 Anzahl/cm2 (1,0
Anzahl/inch2) eingestellt, und ein bevorzugter
oberer Grenzwert wird auf 62 Anzahl/cm2 (400
Anzahl/inch2) eingestellt; bevorzugter wird
der untere Grenzwert auf 0,62 Anzahl/cm2 (4,0
Anzahl/inch2) eingestellt und der obere Grenzwert
wird auf 31 Anzahl/cm2 (200 Anzahl/inch2) eingestellt.
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Hierin
wird die Größe der durchgehenden Öffnung vorzugsweise
in einem Bereich von 1,4 mm × 1,4 mm
bis 16 mm × 16
mm eingestellt.
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Der
erfindungsgemäße Waben-Strukturkörper kann
eine Integralstruktur, wie vorstehend beschrieben, aufweisen; alternativ,
wie in 1 gezeigt, wird er vorzugsweise
als ein laminierter Körper,
gebildet durch Laminieren von blattförmigen Elementen 10a mit
einer Dicke in einem Bereich von 0,1 bis 20 mm in der Längsrichtung
gebildet.
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In
diesem Fall werden die blattförmigen
Elemente 10a vorzugsweise derart laminiert, dass die durchgehenden Öffnungen 11 in
der Längsrichtung übereinander
gelegt werden.
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Hierin
bedeutet der Ausdruck "die
durchgehenden Öffnungen 11 werden übereinander
gelegt", dass die
blattförmigen
Elemente 10 derart laminiert werden, dass die entsprechenden,
in der Nachbarschaft angeordneten, blattförmigen Elemente mit durchgehenden Öffnungen
miteinander kommunizieren können.
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Die
blattförmigen
Elemente werden leicht durch ein Papierherstellungsverfahren und
dergleichen erhalten, und durch Laminieren derselben hergestellt,
wobei ein Waben-Strukturkörper aus
einem laminierten Körper
erzeugt wird. Der laminierte Körper
kann durch Binden der Elemente unter Verwendung eines anorganischen
Bindemittels oder dergleichen gebildet werden, oder kann durch einfaches
Laminieren der Elemente physikalisch gebildet werden. Nach Herstellung
des laminierten Körpers
werden die blattförmigen
Elemente direkt in einem Gehäuse
(ein zylindrisches, aus Metall hergestelltes Element) laminiert,
um verwendet zu werden, wenn an ein Abgasrohr angebracht, und ein
Druck wird darauf angewendet, sodass ein Waben-Strukturkörper gebildet wird. Da in diesem
Fall der laminierte Körper
mit einer Vielzahl von Schichten anfänglich gebildet wird, wird
es möglich,
das Auftreten von Rissen und dergleichen zu verhindern. Das Bildungsverfahren
und Laminierungsverfahren für
das blattförmige
Element wird später
beschrieben.
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In
dem in 1 gezeigten Waben-Strukturkörper 10 wird
die Form als eine Säulenform
hergestellt; jedoch nicht besonders begrenzt auf die Säulenform,
kann der Waben-Strukturkörper
gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung jede gewünschte Säulenform, wie eine elliptische
Säulenform,
und eine rechtwinklige Säulenform,
und jede Größe aufweisen.
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Wenn
der Filter genau unter dem Motor installiert wird, ist der Filterraum
zudem äußerst begrenzt
und eine komplizierte Filterform ist erforderlich; jedoch in dem
Fall gemäß der vorliegenden
Erfindung kann auch eine komplizierte Form, wie ein Filter 30,
mit einem konkaven Abschnitt auf einer Seite, wie in 9(a) gezeigt, und ein Filter 40, mit
konkaven Abschnitten auf zwei Seiten, wie in 9(b) gezeigt,
wirksam durch Übereinanderlegen
von durch Papierherstellung verarbeiteten Folien 30b oder 40b in
der Längsrichtung
gebildet werden. Da die durch Papierherstellung verarbeiteten Folien 30b oder 40b darüber hinaus
in der Längsrichtung übereinander
gelegt werden, kann auch eine gekrümmte Form in der Längsrichtung
oder eine de formierte Form, die schrittweise in der Längsrichtung
verändert
wird, leicht gebildet werden.
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Folglich
entspricht der Regenerierungsvorgang eines Filters unter Verwendung
des Waben-Strukturkörpers
einem Verbrennungsvorgang für
teilchenförmige
Stoffe, und bezüglich
des Regenerierungsvorgangs für
den Waben-Strukturkörper,
gemäß dem ersten
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren, worin der
Waben-Strukturkörper durch
ein Heizmittel, das an der Abgaseinlassseite installiert wurde,
erhitzt wird, angewendet werden, oder ein Verfahren, worin ein Oxidationskatalysator
auf dem Waben-Strukturkörper
getragen wird, sodass Wärme,
die durch Oxidation von Kohlenwasserstoff oder dergleichen in Abgasen
aufgrund des Oxidationskatalysators erzeugt wird, angewendet wird,
um den Regenerierungsvorgang parallel mit dem Reinigungsverfahren
für Abgase
zu nutzen, können
verwendet werden. Darüber
hinaus kann ein weiteres Verfahren, worin ein Katalysator im festen
Zustand, der direkt teilchenförmige
Stoffe oxidiert, der auf dem Filter oder einem Oxidationskatalysator
angeordnet ist, angeordnet an der Stromaufwärtsseite des Filters, verwendet
werden, um NO2 durch Oxidieren von NOx zu erzeugen, sodass die teilchenförmigen Stoffe
durch Anwenden des erhaltenen NO2 oxidiert
werden, verwendet werden.
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Bezüglich der
Anwendung des erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpers, obwohl
nicht besonders begrenzt, wird er vorzugsweise für Abgasreinigungsvorrichtungen
zur Verwendung in Kraftfahrzeugen verwendet.
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3 zeigt
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung zur
Verwendung in Kraftfahrzeugen zeigt, welche mit einem beliebigen
von den Waben-Strukturkörpern
gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung versehen ist.
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Wie
in 3 gezeigt, ist eine Abgasreinigungsvorrichtung 200 hauptsächlich aus
einem beliebigen vom Waben-Strukturkörper 20 gemäß dem ersten
und zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung aufgebaut, und einem
Gehäuse 23,
das den äußeren Abschnitt
des Waben-Strukturkörpers 20 abdeckt;
und einem Einführungsrohr 24,
das mit einem Verbrennungssystem, wie einem Motor, verbunden ist,
welches mit dem Ende des Gehäuses 23 an
der Seite verbunden ist, zu der Abgase einge führt werden, und einem Abgasrohr 25,
außen
angekoppelt, ist an das andere Ende des Gehäuses 23 verbunden.
Hierin, in 3, zeigen Pfeile die Ströme der Abgase
an.
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In
der Abgasreinigungsvorrichtung 200 mit der vorstehend erwähnten Anordnung
werden Abgase, die aus dem Verbrennungsmotor, wie einem Motor, ausgegeben
werden, in das Gehäuse 23 durch
das Einführungsrohr 24 eingeführt, und
in den Waben-Strukturkörper 20 strömen lassen,
und durch den Wandabschnitt (die Trennwand) gelangen lassen; somit
werden die Abgase gereinigt, wobei teilchenförmige Stoffe davon in dem Wandabschnitt
(der Trennwand) gesammelt werden und dann außerhalb durch das Abgasrohr 25 ausgegeben
werden.
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Nachdem
eine große
Menge an teilchenförmigen
Stoffen auf dem Wandabschnitt (der Trennwand) des Waben-Strukturkörpers 20 akkumuliert
wurden, um eine Erhöhung
des Druckverlustes zu verursachen, wird der Waben-Strukturkörper 20 einem
Regenerierungsverfahren unter Anwendung der vorstehend erwähnten Mittel
unterzogen.
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Anschließend wird
Beschreibung für
ein Herstellungsverfahren für
einen Waben-Strukturkörper gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung angegeben.
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Das
Herstellungsverfahren für
den erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper ist
durch seine Anordnung gekennzeichnet, worin Folien, die hauptsächlich aus
anorganischen Fasern hergestellt werden und mit durchgehenden Öffnungen
ausgestattet sind, derart laminiert werden, dass die durchgehenden Öffnungen übereinander
gelegt sind.
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Durch
Anwenden des Herstellungsverfahrens für den erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper ist es
möglich,
in wünschenswerter
Weise den Waben-Strukturkörper
der ersten oder zweiten Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung zu bilden.
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Bezug
nehmend auf 2 erfolgt eine Beschreibung
einer Reihe von Verfahren von einem Beispiel des Herstellungsverfahrens
für den
erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper.
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(1) Verfahren zum Aufbringen eines Katalysators
auf anorganische Fasern
-
Anorganische
Fasern, wie Aluminiumoxidfasern, werden mit einer Aufschlämmung eines
Oxids imprägniert,
worauf ein Katalysator, hergestellt aus einem Edelmetall, wie Pt,
getragen wird, und dann aus der Aufschlämmung herausgehoben und erhitzt,
um anorganische Fasern, an denen der Katalysator anhaftet, herzustellen.
Hierin können
anorganische Fasern mit einem Katalysator, enthaltend eine Aufschlämmung imprägniert und
herausgenommen und erhitzt werden, sodass der Katalysator direkt
an den anorganischen Fasern anhaften kann. Die Abscheidungsmenge
des Katalysators wird vorzugsweise in einem Bereich von 0,01 bis
1 g/10 g anorganischer Fasern eingestellt. Wenn der Waben-Strukturkörper ohne
einen abgeschiedenen Katalysator darauf hergestellt wird, wird dieser
Vorgang weggelassen.
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Auf
diese Weise kann der Katalysator in dem erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörper, da
ein Katalysator an die anorganischen Fasern angehaftet wird, die
als ein Bestandteilsmaterial vor dem Bilden des Waben-Strukturkörpers dienen,
an den Waben-Strukturkörper
in einer Weise angeheftet werden, dass sie gleichförmiger dispergiert
werden. Folglich macht es der erhaltene Waben-Strukturkörper möglich, die
Brennfunktion von teilchenförmigen
Stoffen und die Reinigungsfunktion für toxische Gase zu verbessern.
Hierin kann das, den Katalysator anwendende Verfahren ausgeführt werden,
nachdem die Folien durch ein Papierherstellungsverfahren gebildet
wurden.
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(2) Verfahren zur Herstellung der Aufschlämmung zum
Papierherstellen
-
Nun
wird der, die anorganischen Fasern tragende Katalysator, der in
dem Verfahren (1) erhalten wurde, in Wasser (1l) mit einer
Rate von 5 bis 100 g dispergiert, und zusätzlich zu diesem wurden 10
bis 40 Gewichtsteile eines anorganischen Bindemittels, wie Siliziumdioxidsol,
und 1 bis 10 Gewichtsteile eines organischen Bindemittels, wie ein
Acryllatex, zu 100 Gewichtsteilen der anorganischen Fasern gegeben, und
dazu wurde eine geringe Menge eines Koagulierungsmittels, wie Aluminiumsulfat,
und eines Aggregationsmittels, wie Polyacrylamid, falls erforderlich,
gegeben und ausreichend gerührt,
um eine Aufschlämmung
zum Papierherstellen herzustellen.
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Bezüglich des
organischen Bindemittels schließen
Beispiele davon Methylcellulose, Carboxymethylcellulose, Hydroxyethylcellulose,
Polyethylenglycol, Phenolharz, Polyvinylalkohol und Styrolbutadienkautschuk
ein.
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(3) Papierherstellungsverfahren
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Die
in Verfahren (2) erhaltene Aufschlämmung wurde einem Papierherstellungsverfahren
durch Verwendung eines perforierten Siebes unterzogen, worin Löcher mit
einer vorbestimmten Form mit statistisch vorbestimmten Intervallen
ausgebildet sind, und der erhaltene Stoff wurde bei einer Temperatur
im Bereich von 100 bis 200°C
getrocknet, sodass durch ein Papierherstellungsverfahren 10a erhaltene
Folien, die durchgehende Öffnungen
aufwiesen, und eine vorbestimmte Dicke, wie in 2(a) gezeigt, erhalten wurden. Die Dicke von jeder
durch das Papierherstellungsverfahren 10a erhaltener Folie
wurde vorzugsweise in einem Bereich von 0,1 bis 20 mm eingestellt.
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Gemäß der vorliegenden
Erfindung ist es durch Anwenden zum Beispiel eines Siebs mit vorbestimmt geformten
Löchern,
die in einem versetzt angeordneten Muster gebildet werden, möglich, durch
Papierherstellung verarbeitete Folien 10b, die an beiden
Enden zu verwenden sind, zu erhalten. In anderen Worten, durch Anwenden
dieser durch Papierherstellung verarbeiteten Folien an beiden Enden
ist es möglich,
einen Waben-Strukturkörper
zu erhalten, der als ein Filter ohne die Notwendigkeit des Aufweisens
von vorbestimmten, verschlossenen durchgehenden Öffnungen an den zwei Enden
nach Bilden der durchgehenden Öffnungen wirkt.
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(4) Laminierungsverfahren
-
Durch
Anwenden eines zylindrischen Gehäuses 23 mit
einem Pressteil auf einer Seite, wie in 2(b) gezeigt,
werden verschiedene durch Papierherstellung verarbeitete Folien 10b für beide
Enden innerhalb des Gehäuses 23 laminiert,
und eine Viel zahl von inneren durch Papierherstellung verarbeiteten
Folien 10a werden dann darin laminiert. Anschließend werden
verschiedene durch Papierherstellung verarbeitete Folien 10b für beide
Enden zum Schluss laminiert, und nach dem Verpressen wird ein weiteres
Pressteil auch auf die andere Seite gelegt und so darauf befestigt,
dass ein Waben-Strukturkörper,
der einem Verdosungsvorgang unterzogen wurde, hergestellt wird.
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In
diesem Verfahren werden die durch Papierherstellung verarbeiteten
Folien 10a, 10b, derart laminiert, dass die durchgehenden Öffnungen übereinander
gelegt werden.
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Wenn
der Waben-Strukturkörper
durch einfaches Laminieren von durch Papierherstellung verarbeiteten
Folien auf diese Weise physikalisch gebildet wird, auch wenn ein
bestimmter Grad an Temperaturverteilung in dem Waben-Strukturkörper stattfindet,
wenn an einem Abgasausgang installiert, ist eine Temperaturverteilung
pro eine Folie vergleichsweise klein, sodass die Folien weniger
wahrscheinlich unter Rissen und dergleichen leiden.
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Wenn
hierin in dem Papierherstellungsverfahren die anorganischen Fasern
fast parallel mit der Hauptfläche
der durch Papierherstellung verarbeiteten Folien nach Bilden des
laminierten Körpers
ausgerichtet sind, werden mehr anorganische Fasern entlang einer
Fläche,
rechtwinklig zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen,
anstatt entlang einer Fläche
parallel zur Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen angeordnet. Folglich
wird es den Abgasen ermöglicht,
leichter durch den Wandabschnitt des Waben-Strukturkörpers zu
gelangen, was es somit ermöglicht,
den Anfangsdruckverlust zu vermindern, und auch den teilchenförmigen Stoffen
erlaubt, durch tiefere Schichten innerhalb des Wandabschnitts zu
gelangen. Deshalb ist es möglich,
die Bildung von Kuchenschichten auf der Oberfläche der Trennwand zu verhindern
und folglich eine Erhöhung
in dem Druckverlust nach Sammeln der teilchenförmigen Stoffe zu unterdrücken.
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Da
darüber
hinaus die Geschwindigkeit des Abgasströmens parallel zu der ausgerichteten
Richtung der anorganischen Fasern steigt, erhöht sich die Chance der teilchenförmigen Stoffe,
mit dem an den anorganischen Fasern anhaftenden Katalysator in Kontakt
zu kommen, was es möglich
macht, das Verbrennen der teilchenförmigen Stoffe zu erleichtern.
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Weiterhin,
im Fall, wo durch Papierherstellung verarbeitete Folien, die verschiedene
Abmessungen in den Löchern
aufweisen, derart gebildet werden, dass diese laminiert werden,
wird den mit einem Boden versehenen Öffnungen erlaubt, Unregelmäßigkeiten
zu bilden, mit dem Ergebnis, dass die mit einem Boden versehenen Öffnungen
mit einer größeren Oberfläche gebildet
werden können.
Dafür wird
die Filterfläche
größer gemacht,
was es ermöglicht,
einen Druckverlust nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen zu vermindern. Folglich
wird es möglich,
weitere teilchenförmige
Stoffe zu sammeln. Bezüglich
der Form der Öffnungen,
die nicht besonders auf eine viereckige Form begrenzt ist (Quadrat),
kann jede erwünschte
Form, wie ein Dreieck, ein Hexagon, ein Octagon, ein Dodecagon,
eine runde Form und eine elliptische Form verwendet werden.
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BEISPIELE
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Anschließend wird
eine Beschreibung über
die vorliegende Erfindung im Einzelnen mit Hilfe von Beispielen
gegeben; jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht vorgesehen,
auf diese Beispiele begrenzt zu werden.
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(Beispiel 1)
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(1) Verfahren zum Aufbringen von Katalysator
auf anorganische Fasern
-
Aluminiumoxidfasern
(mittlerer Faserdurchmesser: 5 μm,
mittlere Faserlänge:
0,3 mm) wurden mit einer Aluminiumoxidaufschlämmung, die Pt trägt (Pt-Konzentration:
5 Gewichtsprozent), für
zwei Minuten imprägniert,
und dann auf 500°C
erhitzt, um Aluminiumoxidfasern herzustellen, an die der Katalysator
anhaftet. Die Abscheidungsmenge an Pt war 0,24 g/10 g Aluminiumoxid.
-
(2) Verfahren zur Herstellung von Aufschlämmung zur
Papierherstellung
-
Nun
wurden die aus dem Verfahren (1) erhaltenen anorganischen Fasern
in Wasser (1l) mit einer Geschwindigkeit von 10 g dispergiert, und
zusätzlich
zu diesen wurden 5 Gewichtsprozent Siliziumdioxidsol, das als anorganisches
Bindemittel dient, und 3 Gewichtsprozent von einem Acryllatex, der
als ein organisches Bindemittel dient, dazugegeben. Weiterhin wurden
eine geringe Menge Aluminiumsulfat, das als ein Koagulationsmittel
dient, und Polyacrylamid, das als ein Aggregationsmittel dient,
weiterhin zugesetzt, und das Gemisch wurde ausreichend gerührt, um
eine Aufschlämmung
zur Papierherstellung herzustellen.
-
(3) Papierherstellungsverfahren
-
Die
in dem Verfahren (2) erhaltene Aufschlämmung wurde einem Papierherstellungsverfahren
unter Verwendung eines perforierten Siebes mit einem Durchmesser
von 143,8 mm unterzogen, worin Öffnungen mit
einer Größe von 4,5
mm × 4,5
mm mit wechselseitigen Intervallen von 2 mm gebildet wurden, und
der erhaltene Stoff wurde bei einer Temperatur von 150°C getrocknet,
sodass durch Papierherstellung verarbeitete Folien A1,
die Öffnungen
mit einer Größe von 4,5
mm × 4,5
mm, die über
die gesamte Oberfläche
mit Intervallen von 2 mm gebildet wurden, und eine Dicke von 1 mm
aufwiesen, erhalten wurden.
-
Um
weiterhin Folien für
beide Enden zu erhalten, wurden die gleichen Papierherstellungs-
und Trocknungsverfahren durch Anwenden eines Siebs ausgeführt, worin Öffnungen
mit einer Größe von 4,5
mm × 4,5 mm
in einem versetzten Muster gebildet wurden, um durch Papierherstellung
verarbeitete Folien B herzustellen.
-
(4) Laminierungsverfahren
-
Ein
Gehäuse
(zylindrischer Metallbehälter)
mit einem Druckelement auf einer Seite wurde mit der Seite, an der
das Druckelement befestigt war, nach unten zeigend an geordnet. Nachdem
drei der durch Papierherstellung verarbeiteten Folien B laminiert
wurden, wurden 150 der durch Papierherstellung verarbeiteten Folien
A1 laminiert, und drei der durch Papierherstellung
verarbeiteten Folien wurden schließlich dorthinein laminiert,
und dies wurde weiterhin einem Verpressverfahren unterzogen, und
ein weiteres Druckelement wurde auch auf die andere Seite gelegt
und derart darauf befestigt, dass ein Waben-Strukturkörper mit
einer Länge von
150 mm, hergestellt aus einem laminierten Körper, hergestellt wurde. Die
Menge an Pt-Abscheidung von diesem Waben-Strukturkörper war
5 g/l.
-
In
diesem Verfahren wurden die Folien derart laminiert, dass die durchgehenden Öffnungen übereinander
gelegt sind.
-
(Beispiele 2 und 3)
-
Die
gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 wurden ausgeführt, mit
der Ausnahme, dass die Abscheidungsmengen an Pt-Katalysator auf
0,1 g/10 g Aluminiumoxid (Beispiel 2) und 0,15 g/10 g Aluminiumoxid
(Beispiel 3) verändert
wurden, um Waben-Strukturkörper
zu erhalten. Die Menge an Pt-Abscheidung des Waben-Strukturkörpers gemäß Beispiel
2 war 2 g/l und die Menge an Pt-Abscheidung des Waben-Strukturkörpers gemäß Beispiel
3 war 3 g/l.
-
(Beispiele 4 und 5)
-
Die
gleichen Verfahren wie Beispiel 1 wurden ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
die Faserlängen der
Aluminiumoxidfasern auf 10 mm (Beispiel 4) und 50 mm (Beispiel 5)
verändert
wurden, um Waben-Strukturkörper
zu erhalten.
-
(Beispiele 6 und 7)
-
Die
gleichen Verfahren wie Beispiel 1 wurden ausgeführt, mit der Ausnahme, dass,
anstelle von Aluminiumoxidfasern, Siliziumoxidaluminiumoxidfasern
(Beispiel 6: mittlerer Faserdurchmesser: 3 μm, mittlere Faserlänge: 1 mm)
und Siliziumoxidaluminiumoxidfasern (Beispiel 7: mittlerer Faserdurchmesser:
3 μm, mittlere
Faserlänge:
20 mm), entsprechend verwendet wurden, um Waben-Strukturkörper zu
erhalten.
-
(Beispiel 8)
-
Die
gleichen Verfahren wie Beispiel 1 wurden ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
durch Papierherstellung verarbeitete Folien A2 mit
der gleichen Form wie durch Papierherstellung verarbeitete Folien
A1 mit einer Dicke von 2 mm verwendet wurden,
und dass die Anzahl an durch Papierherstellung verarbeiteten Folien A2, die laminiert werden soll, auf 75 eingestellt
wurde, um einen Waben-Strukturkörper
zu erhalten.
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(Beispiel 9)
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Die
gleichen Verfahren wie Beispiel 1 wurden ausgeführt, mit der Ausnahme, dass
durch Papierherstellung verarbeitete Folien A3 mit
der gleichen Form wie durch Papierherstellung verarbeitete Folien
A1 und mit einer Dicke von 15 mm verwendet
wurden, und dass die Anzahl der durch Papierherstellung verarbeiteten Folien
A3, die laminiert werden soll, auf 10 eingestellt
wurde, um einen Waben-Strukturkörper
zu erhalten.
-
(Beispiel 10)
-
Die
gleichen durch Papierherstellung verarbeiteten Folien A1 (75
Folien) wie jene von Beispiel 1 wurden gebildet, und durch Papierherstellung
verarbeitete Folien A4 (75 Folien) wurden
durch Ausführen
der gleichen Verfahren, wie jene von den durch Papierherstellung
verarbeiteten Folien A1, gebildet, mit der
Ausnahme, dass die Größe der Öffnungen
auf 4,0 mm × 4,0
mm verändert
wurde; somit wurden die gleichen Verfahren wie Beispiel 1 ausgeführt, mit
der Ausnahme, dass diese Folien alternierend laminiert wurden, um
einen Waben-Strukturkörper
zu erhalten.
-
(Beispiel 11)
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Die
gleichen durch Papierherstellung verarbeiteten Folien A1 (75
Folien), wie jene von Beispiel 1, wurden gebildet, und durch Papierherstellung
verarbeitete Folien A5 (75 Folien) wurden
durch Ausführen
der gleichen Verfahren, wie jene von den durch Papierherstellung
verarbeiteten Folien A1, gebildet, mit der
Ausnahme, dass die Grö ße der Öffnungen
auf 3,5 mm × 3,5
mm verändert
wurde; und die gleichen Verfahren wie Beispiel 1 ausgeführt wurden,
mit der Ausnahme, dass diese Folien alternierend laminiert wurden,
um einen Waben-Strukturkörper
zu erhalten.
-
(Vergleichsbeispiel 1)
-
Das
gleiche Katalysator-auftragende Verfahren (1) zu anorganischen Fasern
und Herstellungsverfahren (2) für
eine Aufschlämmung
für die
Papierherstellung, wie jene von Beispiel 1, wurden ausgeführt, und
die erhaltene Aufschlämmung
wurde einem Papierherstellungsverfahren unter Verwendung eines Siebes
von 144 mm × 150
mm ohne Öffnungen
unterzogen, sodass der erhaltene Stoff bei 150°C getrocknet wurde, um eine durch
Papierherstellung verarbeitete Folie C mit einer Größe von 144
mm × 150
mm × 2
mm herzustellen. Darüber
hinaus wurde die durch Papierherstellung verarbeitete Folie C zu
einer Größe von 144
mm × 4,5
mm × 2 mm
geschnitten, sodass die durch Papierherstellung verarbeiteten Folien
D gebildet wurden.
-
(4) Laminierungsverfahren
-
Die
durch Papierherstellung verarbeitete Folie D wurde gebunden und
an die Oberfläche
der durch Papierherstellung verarbeiteten Folie C unter Verwendung
eines anorganischen Haftmittels geklebt, wobei seine Oberfläche von
144 mm × 2
mm damit in Kontakt gebracht wurde, mit Intervallen von 5 mm, sodass
eine Laminierungsfolie mit einer Größe von 144 mm × 150 mm × 6,5 mm
hergestellt wurde. Weiterhin wurden diese Laminierungsfolien gebunden
und durch Anwenden eines anorganischen Haftmittels aneinander laminiert,
um einen viereckigen säulenförmigen Waben-Strukturkörper mit
einer Größe von 144
mm × 150
mm × 145
mm zu bilden.
-
Anschließend wurde
der periphere Abschnitt davon einem Schneideverfahren unterzogen,
um schließlich
eine Säulenform
mit einem Durchmesser von 143,8 mm zu bilden, und ein Versiegelungsmaterial wurde
auf den Rand davon durch Anwenden eines anorganischen Haftmittels
aufgetragen, sodass ein säulenförmiger Waben-Struktur-körper mit
durchgehenden Öffnungen
mit jeweils einer Größe von 4,5
mm × 4,5
mm erhalten wurde.
-
Nun,
nachdem drei der durch Papierherstellung verarbeiteten Folien B
innerhalb eines Gehäuses
(zylindrischer Metallbehälter)
an ein Ende davon laminiert wurden, welches ein Druckelement daran
befestigt aufwies, wurde der erhaltene, säulenförmige Waben-Strukturkörper gezogen
und hineingeschoben, und drei der durch Papierherstellung verarbeiteten
Folien B wurden weiterhin darauf laminiert; dann schließlich wurde
ein weiteres Druckelement auch auf die andere Seite des Gehäuses gelegt
und derart darauf gesichert, dass ein Waben-Strukturkörper mit
einem Durchmesser von 143,8 mm und einer Länge von 150 mm hergestellt
wurde.
-
(Vergleichsbeispiel 2)
-
- (1) Pulver vom Siliziumcarbid-α-Typ mit
einer mittleren Teilchengröße von 10 μm (80 Gewichtsprozent)
und Pulver von Siliziumcarbid vom β-Typ mit einer mittleren Teilchengröße von 0,5 μm (20 Gewichtsprozent) wurden
feucht vermischt und zu 100 Gewichtsteilen des erhaltenen Gemisches
gegeben und mit 5 Gewichtsteilen eines organischen Bindemittels
(Methylcellulose) und 10 Gewichtsteilen Wasser verknetet, um einen
verkneteten Stoff zu erhalten. Nun, nachdem eine geringe Menge Plastifizierungsmittel
und ein Gleitmittel weiter zugegeben und darin verknetet wurden,
wurde das erhaltene Gemisch Extrusions-geformt, sodass ein Rohmaterialformkörper gebildet
wurde.
Nun wurde der vorstehend erwähnte Rohmaterialformkörper durch
Anwenden eines Mikrowellentrockners getrocknet und nachdem vorbestimmte
durchgehende Öffnungen
mit einer Versiegelungsmaterialpaste mit der gleichen Zusammensetzung
wie der Rohmaterialformkörper
gefüllt
wurden, wurde das erhaltene Produkt unter Anwendung eines Trockners
erneut getrocknet und dann bei 400°C entfettet, und bei 2200°C in einer
Normaldruck-Argonatmosphäre
für 3 Stunden
gesintert, um ein poröses
Keramikelement herzustellen, das ein Siliziumcarbidsinterkörper war,
und eine Größe von 33
mm × 33
mm × 150
mm aufwies, wobei die Anzahl an durchgehenden Öffnungen von 3,1/cm2 und die Dicke derdurchgehenden Öffnungen
2 mm war.
- (2) Durch Anwenden einer wärmeresistenten
Versiegelungsmaterialpaste, die 19,6 Gewichtsprozent Aluminiumoxidfasern
mit einer Faserlänge
von 0,2 mm enthält,
wurden 67,8 Gewichtsprozent Siliziumcarbidteilchen mit einer mittleren
Teilchengröße von 0,6 μm, 10,1 Gewichtsprozent
Siliziumdioxidsol und 2,5 Gewichtsprozent Carboxymethylcellulose,
eine große
Anzahl der porösen
Keramikelemente miteinander kombiniert und dies wurde dann unter
Anwendung eines Diamantschneiders geschnitten, um einen säulenförmigen Keramikblock
mit einem Durchmesser von 141,8 mm zu bilden.
-
Nun
wurden Keramikfasern, hergestellt aus Aluminiumoxidsilikat (Kurzgehalt:
3 %, Faserlänge:
0,1 bis 100 mm) (23,3 Gewichtsprozent), die als anorganische Fasern
dienten, Siliziumcarbidpulver mit einer mittleren Teilchengröße von 0,3 μm (30,2 Gewichtsprozent),
das als anorganische Teilchen diente, Siliziumoxidsol (SiO2 Gehalt in dem Sol: 30 Gewichtsprozent)
(7 Gewichtsprozent), das als ein anorganisches Bindemittel diente, Carboxymethylcellulose
(0,5 Gewichtsprozent), das als ein organisches Bindemittel diente,
und Wasser (39 Gewichtsprozent) vermischt und verknetet, um eine
Versiegelungsmaterialpaste herzustellen.
-
Nun
wurde eine Versiegelungsmaterialpastenschicht mit einer Dicke von
1,0 mm auf dem Umfangsabschnitt des keramischen Blocks durch Anwenden
der vorstehend erwähnten
Versiegelungsmaterialpaste gebildet. Weiterhin wurde diese Versiegelungsmaterialpastenschicht
bei 120°C
derart getrocknet, dass ein säulenförmiger Waben-Strukturkörper hergestellt
wurde. Dann wurde Pt an diesem Waben-Strukturkörper mit einer Rate von 5 g/l
durch Anwenden eines üblichen
Verfahrens befestigt.
-
(Vergleichsbeispiel 3)
-
- (1) Aluminiumoxidfasern (mittlere Teilchengröße: 5 μm, mittlere
Faserlänge:
0,3 mm) (65 Gewichtsprozent), Siliziumdioxidsol (30 Gewichtsprozent),
ein organisches Bindemittel (Methylcellulose) (3 Gewichtsprozent) und
ein Plastifizierungsmittel sowie ein Gleitmittel (bzw. 1 Gewichtsprozent)
vermischt und verknetet, und das erhaltene Gemisch wurde derart
Extrusions-geformt, dass ein Rohmaterialformkörper gebildet wurde.
Nun
wurde der vorstehend erwähnte
Rohmaterialformkörper
durch Anwenden eines Mikrowellentrockners getrocknet und nachdem
vorbestimmte durchgehende Öffnungen
mit einer Versiegelungsmaterialpaste mit der gleichen Zusammensetzung
wie der Rohmaterialformkörper
gefüllt
wurden, wurde das erhaltene Produkt durch Anwenden eines Trockners
erneut getrocknet und dann bei 400°C entgast, und bei 1200°C in einer
Normaldruck-Argonatmosphäre
für 3 Stunden
gesintert, um einen Waben-Strukturkörper herzustellen, der einen
Durchmesser von 143,8 mm × eine
Länge von
150 mm aufwies, wobei die Anzahl an durchgehenden Öffnungen
von 3,1/cm2 und die Dicke der Trennwand
2 mm war.
- (2) Anschließend
wurde Pt an diesem Waben-Strukturkörper mit einer Rate von 5 g/l,
durch Anwenden eines üblichen
Verfahrens (worin der Waben-Strukturkörper mit einer Aluminiumoxidaufschlämmung, die
Pt trägt,
imprägniert
wird), befestigt.
-
(Bewertungsverfahren)
-
(1) Beobachtung der Eindringung von teilchenförmigen Stoffen
in den inneren Abschnitt
-
Die
gleichen Waben-Strukturkörper
wie jene der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden hergestellt, mit
der Ausnahme, dass kein Katalysator darauf abgeschieden wurde, und
jeder von den Waben-Strukturkörpern
in einen Abgasweg von einem Motor angeordnet wurde, um als ein Filter
zu dienen; somit wurde eine Abgasreinigungsvorrichtung gebildet.
Dann wurde der Motor bei einer Umdrehungszahl von 3000 min-1 und einem Drehmoment von 50 Nm für 10 Minuten
betrieben und der erhaltene Waben-Strukturkörper wurde mit einer Fläche rechtwinklig
zu der Längsrichtung,
geschnitten, sodass die Querschnittsfläche durch Anwenden einer Raster-Elektronen-Mikroskopphotographie
(SEM) beobachtet wurde, um zu bestimmen, welche Tiefe die teilchenförmigen Stoffe
erreicht hatten; somit wurde die Tiefe, die die teilchenförmigen Stoffe
erreicht hatte, bestimmt. Tabelle 2 zeigt den Grad der inneren Eindringung.
-
(2) Beobachtung hinsichtlich des Regenerierungsvorgangs
-
Die
gleichen Waben-Strukturkörper
wie jene der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurden hergestellt, mit
der Ausnahme, dass kein Katalysator darauf abgeschieden wurde, und
jeder der Waben-Strukturkörper
in einem Abgasweg eines Motors als ein Filter angeordnet wurde;
somit wurde eine Abgasreinigungsvorrichtung gebildet. Dann wurde
der Motor bei der Umdrehungszahl von 3000 min-1 und
einem Drehmoment von 50 Nm für
10 Minuten betrieben, bis 8 g/l teilchenförmige Stoffe in dem Filter
gesammelt wurden, und der Filter wurde dann einem Regenerierungsverfahren
unterzogen, um die teilchenförmigen
Stoffe zu verbrennen.
-
Hierin
wurden in den Waben-Strukturkörpern
von Beispielen 1 bis 11 Temperaturmessungen innerhalb des Filters
während
des Regenerierungsverfahrens, vor und nachdem die Folie bei einer
Position 20 mm entfernt von der Abgaseinlassseite, sowie vor und
nachdem die Folie bei einer Position 20 mm entfernt von der Abgasauslassseite
lokalisiert war, ausgeführt.
Somit wurde ein Temperaturunterschied, der sich in der Längsrichtung
pro Folie auswirkte, bezüglich
jeder der Positionen berechnet. Darüber hinaus wurden in den Waben-Strukturkörpern von
Vergleichsbeispielen 1 bis 3 Temperaturmessungen an einer Position
20 mm entfernt von der Abgaseinlassseite sowie bei einer Position
20 mm entfernt von der Abgasauslassseite ausgeführt. Dann wurde ein Temperaturunterschied,
der sich in der Längsrichtung
von jedem Waben-Strukturkörper
auswirkte, berechnet.
-
Darüber hinaus
wurden die vorstehend erwähnten
Sammlungsverfahren von 8 g/l von teilchenförmigen Stoffen und Regenerierungsverfahren
100-mal wiederholt, und jeder von den Waben-Strukturkörpern wurde
mit einer Fläche
rechtwinklig zu der Längsrichtung
des Waben-Strukturkörpers
geschnitten und die Querschnittsfläche wurde durch Verwenden einer
Raster-Elektronen-Mikroskopphotographie (SEM) auf jegliche darin
vorkommende Risse untersucht.
-
(3) Beobachtung einer Erhöhung im
Druckverlust
-
Jeder
der Filter gemäß den Beispielen
und Vergleichsbeispielen wurde in einem Abgasweg eines Motors angeordnet,
um eine Abgasreinigungsvorrichtung zu bilden. Dann wurde der Motor
bei der Umdrehungszahl von 1200 min-1 und
einem Drehmo ment von 10 Nm für
100 Minuten betrieben, und die Menge an gesammeltem teilchenförmigem Stoff
und der Druckverlust wurden gemessen.
-
(4) Porosität von Waben-Strukturkörpern
-
Die
Porosität
des Waben-Strukturkörpers
wurde unter Verwendung eines Gewichts-Porositäts-Messverfahren gemessen.
Die Herstellungsbedingungen und Bewertungsergebnisse werden in Tabellen
1 und 2 gezeigt. TABELLE 1
| Anorganisches
Fasermaterial | Mittlerer
Faserdurchmesser (μm) | Mittlere
Faserlänge
(mm) | Faserrichtung |
Beispiel
1 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
2 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
3 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
4 | Aluminiumoxid | 5 | 10 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
5 | Aluminiumoxid | 5 | 50 | Rechtwinklig
zu der mit einem |
| | | | Boden
versehenen Öffnung |
Beispiel
6 | Siliziumdioxid– Aluminiumoxid | 3 | 1,0 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
7 | Siliziumdioxid– Aluminiumoxid | 3 | 20 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
8 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
9 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
10 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Beispiel
11 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Rechtwinklig
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Vergl.Beisp.
1 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Parallel
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
Vergl.Beisp.
2 | - | - | - | - |
Vergl.Beisp.
3 | Aluminiumoxid | 5 | 0,3 | Parallel
zu der mit einem Boden versehenen Öffnung |
TABELLE 2
| Temperaturunterschied, der
in Waben-Strukturkörper
beim Regenerieren ausgeübt
wird | Vorliegen oder
Abwesenheit von Rissen | Druckverlust
(kPa) | Porosität (%) | Eindringgrad
(mm) |
| Temperaturunterschied,
der auf eine Folie, angeordnet bei einer Position 20 mm entfernt von
der Abgaseinlassseite, ausgeübt wird
(°C) | Temperaturunterschied,
der auf eine Folie, angeordnet bei einer Position 20 mm entfernt von
der Abgasauslassseite, ausgeübt wird
(°C) | | Anfänglicher DruckVerlust | DruckVerlust
nach Sammeln von 6 g/l | | |
Beispiel
1 | 1 | 2 | Abwesenheit | 10,3 | 21,9 | 90 | 2,0 |
Beispiel
2 | 1 | 2 | Abwesenheit | 10,3 | 23,1 | 92 | 2,0 |
Beispiel
3 | 1 | 2 | Abwesenheit | 10,3 | 23,4 | 87 | 2,0 |
Beispiel
4 | 1 | 2 | Abwesenheit | 8,6 | 19,6 | 85 | 2,0 |
Beispiel
5 | 1 | 2 | Abwesenheit | 7,2 | 18,2 | 89 | 2,0 |
Beispiel
6 | 1 | 2 | Abwesenheit | 9,1 | 20,1 | 88 | 2,0 |
Beispiel
7 | 1 | 2 | Abwesenheit | 8,8 | 19,8 | 90 | 2,0 |
Beispiel
8 | 2 | 5 | Abwesenheit | 10,4 | 22,4 | 84 | 2,0 |
Beispiel
9 | 2 | 5 | Abwesenheit | 10,7 | 22,7 | 85 | 2,0 |
Beispiel
10 | 15 | 25 | Abwesenheit | 11,2 | 20,1 | 88 | 2,0 |
Beispiel
11 | 15 | 25 | Abwesenheit | 12,1 | 19,7 | 89 | 2,0 |
Vergl.Beisp.1 | 190 | Vorliegend | 11,4 | 29,4 | 87 | 1,0 |
Vergl.Beisp.2 | 170 | Vorliegend | 15,7 | 40,0 | 45 | 0 |
Vergl.Beisp.3 | 195 | Vorliegend | 11,6 | 30,1 | 85 | 0,9 |
-
Anmerkung:
In Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden Temperaturmessungen an entsprechenden
Positionen, angeordnet 20 mm entfernt von der Abgaseinlassseite
und 20 mm entfernt von der Abgasauslassseite, ausgeführt, und
ein Temperaturunterschied zwischen zwei Positionen wurde berechnet,
sodass dieser Wert als ein Temperaturunterschied bestimmt wird,
der sich in dem Waben-Strukturkörper
nach Regenerieren auswirkte.
-
Wie
deutlich durch die in Tabellen 1 und 2 gezeigten Ergebnisse ausgewiesen,
sind in dem Waben-Strukturkörper
gemäß jeder
der Ausführungsformen
bezüglich
der anorganischen Fasern, die den Waben-Strukturkörper ausmachen,
mehr Fasern entlang einer Fläche,
rechtwinklig zu der Bildungsrichtung der durchgehenden Öffnungen,
angeordnet, anstatt entlang einer Fläche parallel zu der Bildungsrichtung
der durchgehenden Öffnungen
(mit einem Boden versehene Öffnungen),
angeordnet; deshalb, im Vergleich mit einem Waben-Strukturkörper gemäß Vergleichsbeispiel
1, worin mehr Fasern entlang der Fläche, parallel zu der Bildungsrichtung
der durchgehenden Öffnungen
ausgerichtet sind (mit einem Boden versehene Öffnungen), und einem Waben-Strukturkörper (Vergleichsbeispiel
2), gebildet durch Sintern von Keramikteilchen, wird diesen teilchenförmigen Stoffen
ermöglicht,
innere Abschnitte von dem Waben-Strukturkörper zu erreichen.
-
6 und 7 sind
SEM-Photographien, die Zustände
innerhalb der Wand, an der Position 1,5 mm entfernt von der durchgehenden Öffnung Abgaseinfließseite,
von jedem der Waben-Strukturkörper
gemäß Beispiel
1 und Vergleichsbeispiel 1 zeigen. Diese Photographien zeigen deutlich,
dass in dem Waben-Strukturkörper
von dem Beispiel teilchenförmigen
Stoffen erlaubt wird, auch diesen Abschnitt zu erreichen und gesammelt
zu werden, während
in dem Waben-Strukturkörper
von Vergleichsbeispiel 1 teilchenförmige Stoffe diesen Abschnitt
nicht erreicht haben. Bezüglich
des Waben-Strukturkörpers
gemäß Vergleichsbeispiel
2 wird die entsprechende Figur weggelassen.
-
Darüber hinaus
werden in dem Waben-Strukturkörper
gemäß dem Beispiel,
da die Porosität,
im Vergleich mit dem Waben-Strukturkörper, erhöht wurde (Vergleichsbeispiel
2), hergestellt durch Sintern von Keramikteilchen, der anfängliche
Druckverlust und der Druckverlust nach Sammeln von 6 g/l vermindert.
-
Wie
deutlich durch die Ergebnisse in Tabelle 2 ausgewiesen, war in dem
Waben-Strukturkörper gemäß jedem
der Beispiele der auf einen foliengeformten Stoff beim Regenerieren
ausgeübte
Temperaturunterschied in einem Bereich von 1 bis 25°C.
-
Im
Gegensatz dazu war in dem Waben-Strukturkörper gemäß jedem der Vergleichsbeispiele
der beim Regenerieren in dem Waben-Strukturkörper ausgeübte Temperaturunterschied in
einem Bereich von 170 bis 195°C.
-
Wie
folglich auch in Tabelle 2 gezeigt, wurden in den Waben-Strukturkörpern gemäß den Vergleichsbeispielen
Risse nach dem Regenerierungsvorgang beobachtet; im Gegensatz dazu,
wurden in den Waben-Strukturkörpern
gemäß den Beispielen
auch nach dem Regenerierungsvorgang keine Risse beobachtet.
-
Da
darüber
hinaus in dem Waben-Strukturkörper
gemäß dem Beispiel
die Porosität
höher gemacht wurde,
im Vergleich mit dem Waben-Strukturkörper (Vergleichsbeispiel 2),
hergestellt durch Sintern von Keramikteilchen, waren der Anfangsdruckverlust
und der Druckverlust nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen vermindert.
-
Weiterhin
werden in den Waben-Strukturkörpern
gemäß Beispielen
10 und 11 Unregelmäßigkeiten
auf der Oberfläche
des Wandabschnitts gebildet, sodass es der Waben-Strukturkörper von
diesem Typ deutlich möglich
macht, den Druckverlust nach Sammeln von teilchenförmigen Stoffen
zu vermindern.
-
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
den Waben-Strukturkörper
gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt; und 1(b) ist
eine Querschnittsansicht, genommen entlang Linie A-A des in 1(a) gezeigten Waben-Strukturkörpers.
-
2(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
ein Beispiel von durch Papierherstellung verarbeiteten Folien zeigt,
welche den Waben-Strukturkörper
gemäß der vorliegenden
Erfindung ausmachen; und 2(b) ist
eine perspektivische Ansicht, die ein Herstellungsverfahren zeigt,
worin der Waben-Strukturkörper
durch Laminieren der in 2(a) gezeigten
durch Papierherstellung verarbeiteten Folien gebildet wird.
-
3 ist
eine Querschnittsansicht, die schematisch ein Beispiel einer Abgasreinigungsvorrichtung
unter Verwendung des erfindungsgemäßen Waben-Strukturkörpers zeigt.
-
4 ist
eine perspektivische Ansicht, die einen üblichen Wabenfilter zeigt.
-
5(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
ein poröses
Keramikelement zeigt, das einen in 4 gezeigten
Wabenfilter aufbaut; und 5(b) ist eine
Querschnittsansicht, genommen entlang Linie B-B des in 5(a) gezeigten porösen Keramikelements.
-
6 ist
eine SEM-Photographie, die einen Zustand innerhalb einer durchgehenden Öffnung,
1,5 mm entfernt von der Öffnung
des Waben-Strukturkörpers
gemäß Beispiel
1 zeigt.
-
7 ist
eine SEM-Photographie, die einen Zustand innerhalb einer durchgehenden Öffnung,
1,5 mm entfernt von der Öffnung
des Waben-Strukturkörpers
gemäß Vergleichsbeispiel
1 zeigt.
-
8(a) ist eine Vorderansicht, die schematisch einen
Waben-Strukturkörper
zeigt;
-
und 8(b) ist eine Querschnittsansicht, genommen entlang
Linie B-B von dem in 8(a) gezeigten
Waben-Strukturkörper.
-
9(a) ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch
ein weiteres Beispiel des Waben-Strukturkörpers gemäß der vorliegenden Erfindung
zeigt; und 9(b) ist eine perspektivische
Ansicht, die schematisch noch ein weiteres Beispiel des Waben-Strukturkörpers gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt.
-
- 10
- Waben-Strukturkörper
- 10a,
10b
- durch
Papierherstellung verarbeitete Folie
- 11
- mit
einem Boden versehene Öffnung
(durchgehende Öffnung)
- 13
- Wandabschnitt
- 20
- Waben-Strukturkörper
- 23
- Gehäuse
- 200
- Abgasreinigungsvorrichtung