DE69101936T2

DE69101936T2 - Filterelement und Vorrichtung zur Reinigung von Abgasen.

Info

Publication number: DE69101936T2
Application number: DE1991601936
Authority: DE
Inventors: Takao Kusuda; Masaaki Yonemura
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-02-23
Filing date: 1991-02-23
Publication date: 1994-08-18
Anticipated expiration: 2011-02-24
Also published as: EP0443625A1; EP0443625B1; DE69101936D1; AU624037B2; CA2036854A1; AU7132491A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasfilterelement und eine dieses Abgasfilterelement verwendende Abgasreinigungsvorrichtung, das in der Lage ist, in einem von einem Dieselmotor oder dergleichen abgelassenen Gas enthaltene Schwebstoffteilchen zu entfernen und diese Schwebstoffteilchen zu verbrennen, um regeneriert zu werden.
Ein Verfahren zum Entfernen von in einem Abgas enthaltenen Schwebstoffteilchen durch die Anwendung eines Filters wurde gründlich untersucht. Das heißt, die Schwebstoffteilchen werden mittels eines keramischen, wabenförmigen Filters aus Cordierit oder Keramikfasern aufgefangen und die angesammelten Schwebstoffteilchen werden wie sie sind verbrannt. Das Entzünden mittels eines elektrischen Heizaggregates, die Verbrennung mittels eines Brenners und dergleichen wurden als Mittel zur Verbrennung verwendet. Andererseits wurde ein Verfahren zum Verbrennen von Schwebstoffteilchen durch Bestrahlen derselben mit einer Mikrowelle in der DE-A-30 24 539 vorgeschlagen. Entsprechend diesem Verfahren wird eine aus Siliziumdioxidfasern bestehende Matte zur Bildung eines Filters um ein Lochblech gewickelt und dieses Filter in einem von einem Dieselmotor abgegebenen Gas angeordnet, um die Schwebstoffteilchen zu entfernen und zusätzlich werden die angesammelten Schwebstoffteilchen durch einen in einem Filterbehälter vorgesehenen Hohlleiter mit einer Mikrowelle bestrahlt, um verbrannt zu werden.
Entsprechend diesem Verfahren wird die aus Siliziumdioxidfasern hergestellte Matte als ein Material des Filters verwendet, so daß das zylindrische Lochblech als ein Träger erforderlich ist. Außerdem ist es schwierig, dem Filter eine komplizierte Form zu geben und der Filterbereich des Filters ist klein im Vergleich mit einem Volumen der Vorrichtung und somit neigt das Filter zum Verstopfen. Demzufolge wird auch ein Druckabfall erhöht und somit müssen die Schwebstoffteilchen häufig verbrannt werden. Darüberhinaus wurde das aus Siliziumdioxidfasern hergestellte Filter sehr leicht durch einen Abgasstrom weggeblasen und dadurch beschädigt.
Andererseits wird entsprechend einem in der JR-A-60-137 413 offenbarten Verfahren ein Filter (zum Beispiel ein wabenförmiges Filter) aus einem Material mit einem hohen Dielektrizitätskoeffizienten hergestellt und Schwebstoffteilchen werden durch einen in dem zu regenerierenden Filter vorgesehenen Generator mit einer Mikrowelle bestrahlt.
Entsprechend diesem Verfahren ist das wabenförmige Filter aus Titanoxid hergestellt und somit wird eine Wärmekapazität des Filters in der gleichen Weise wie in einer Cordieritwabe erhöht. Demzufolge ist eine lange Zeit erforderlich, um eine Temperatur der Schwebstoffteilchen auf eine Verbrennungstemperatur zu erhöhen und es ist ein erhöhter Verbrauch von Energie notwendig.
Desweiteren wird im Fall des wabenförmigen Filters dieses durch Ausstrahlen einer Mikrowelle von seinem mittleren Teil erwärmt, so daß die in der Nähe der Eintrittfläche des Filters angesammelten Schwebstoffteilchen unverbrannt bleiben. Wenn die Schwebstoffteilchen unter dieser Bedingung nochmals angesammelt werden, wird demzufolge nicht nur die nutzbare Lebensdauer des Filters verkürzt, sondern auch die Menge der Ablagerungen in der Nähe des Einlasses erhöht, so daß mindestens ein offenes Teil der Wabe verstopft wird und somit dem Filter die Langzeitzuverlässigkeit fehlt.
Die EP-A-0 212 396, die den am nächsten liegenden Stand der Technik bestimmt, von der die Erfindung ausgeht, offenbart ein Abgasfilterelement und zeigt außerdem eine Wabenstruktur, in der benachbarte Zellenden der Wabenstruktur abwechselnd verschlossen sind. Die angesammelten Schwebstoffteilchen werden durch die Ausstrahlung von Mikrowellen auf ein Rußfilter verbrannt. Dieses Rußfilter umfaßt eine durch einen aus dielektrischem Material hergestellten Filterträger getragene Filtermatte. Der Filterträger, der nicht in Verbindung mit der Filtration der Schwebstoffteilchen steht, ist an der äußeren Durchströmungsseite der Filtermatte in Bezug auf den Abgasstrom angeordnet, was zu dem nachteiligen Effekt führt, daß die meiste der erzeugten Wärme nicht zum Erhitzen der Filtermatte verwendet werden kann.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Abgasfilterelement zur Anwendung in einer Abgasreinigungsvorrichtung mit einer Mikrowellenquelle vorgesehen, wobei das Filterelement eine Keramikwabenstruktur besitzt, in der benachbarte Zellenden der Wabenstruktur abwechselnd verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement dielektrisches Material umfaßt, das an mindestens einem Teil einer Einströmseite und/oder einem äußeren Randteil einen höheren Dielektrizitätskoeffizienten besitzt als an einem Mittelteil und/oder einer Auslaßseite.
In dem Filter der vorliegenden Erfindung ist das stromaufwärts gelegene Teil des Filters selbst höher dielektrisch als das stromabwärts gelegene Teil. Dieses führt zu der Wirkung, daß die durch die Absorption der Mikrowellen erzeugte Wärme effektiv genutzt wird, um die durch das Filter eingefangenen Schwebstoffteilchen zu verbrennen und es ohne Beschädigung bei Nachlassen der durch die Hitze hervorgerufenen Spannung zu beenden. Entsprechend der erfindungsgemäßen Konstruktion werden die Schwebstoffteilchen um den Einlaß herum, die normalerweise wegen des Kühlens durch die Verbrennungsluft und der schwierigen Konzentration der Mikrowellen nicht verbrannt werden können, durch die Wärme verbrannt, die dadurch erzeugt wird, daß das Filter selbst aus einem Material mit höherer Dielektrizität hergestellt wird.
Weitere vorteilhafte Ausführungen sind in den Ansprüchen 2 bis 12 definiert.
Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Hauptteiles eines Abgasfilterelementes entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine grobe Schnittansicht des Abgasfilterelementes von Fig. 1;
Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Abgasreinigungsvorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 4 ist eine schematische Schnittansicht eines Abgasfilterelementes, das mit einem Teil versehen ist, das an einem Ende auf der Einströmseite einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten hat;
Fig. 5 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Abgasfilterelementes, das mit einem Teil versehen ist, das einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten in einem äußersten Randteil besitzt; und
Fig. 6 ist eine schematische Schnittzeichnung eines Abgasfilterelementes, dessen äußeres Randteil hochdielektrisch ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Abgasfilterelement mit einer Keramikwabenstruktur, in der benachbarte Zellenden abwechselnd verschlossen sind, wobei das Filterelement aus einem Material hergestellt ist, das an mindestens einem Teil einer Einströmseite und/oder einem äußeren Randteil einen höheren Dielektrizitätskoeffizienten als an einem inneren Teil hat.
Desweiteren betrifft die vorliegende Erfindung eine Abgasreinigungsvorrichtung, die das Abgasfilterelement und ein Mittel zum Bestrahlen des Abgasfilterelements mit einer Mikrowelle zum Verbrennen von auf dem Abgasfilterelement angesammelten Schwebstoffteilchen umfaßt, das dabei regeneriert wird.
Ein Beispiel eines Aufbaus des erfindungsgemäßen Abgasfilterelements ist in Fig. 1 und Fig. 2 (ein Längsschnitt) gezeigt. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet ein Filter, während das Bezugszeichen 2 eine Zelle mit einer Wabenstruktur, das Bezugszeichen 3a einen Verschluß auf der Einströmseite für ein Abgas und das Bezugszeichen 4 einen Verschluß auf der Auslaßseite für das abgegebene Gas bezeichnet.
In dem erfindungsgemäßen Abgasfilterelement sind die die Keramikwabenstruktur bildenden Zellen abwechselnd an ihren beiden Enden verschlossen, wie es in Fig. 2 dargestellt ist. Die Zelle 2 ist aus einem geeigneten, nicht brennbaren, porösen Material hergestellt. Wenn das Verbrennungsgas durch die Poren des porösen Materials ausgetragen wird, werden die Schwebstoffteilchen (hauptsächlich Kohlenstoffpartikel), die unverbrannte Bestandteile sind, durch das die Zellen bildende poröse Material aufgefangen. Die aufgefangenen Schwebstoffteilchen reduzieren einen Filterungswirkungsgrad des Filterelementes, so daß sie fortlaufend oder intermittierend verbrannt werden, um das Filterelement zu regenerieren.
Erfindungsgemäß wird diese Verbrennung durchgeführt, indem das einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten aufweisende Material mit der Bestrahlung mit einer Mikrowelle kombiniert wird.
Das die Zellen bildende, in der vorliegenden Erfindung verwendete, poröse Material umfaßt Materialien, die durch Sintern von hitzebeständigen anorganischen Fasern, wie zum Beispiel Alumosilikatfasern, Alumoborsilikat, Silikatfaser, Siliziumdioxidfaser, Aluminofaser, Mineral wolle und dergleichen, zusammen mit Ton, wie zum Beispiel Selisit, Kaolinit, Kieselsäure, isolierendes Magnesia- und Tonerdeziegelmaterial und dergleichen, erhalten wird. Es ist meistens ausreichend, daß die anorganischen Fasern und dergleichen sowie der Ton und dergleichen zusammen mit geeigneten hochmolekularen Bindemitteln, wie zum Beispiel Vinylazetat-Acrylnitril-Copolymeremulsion, Polyvinylalkohol und dergleichen, in Wasser dispergiert sind, um einem Papierherstellungsprozeß unterworfen zu werden, durch den eine Papierbahn erhalten wird, aus der eine Wabenstruktur hergestellt wird.
Ein Material mit einem Dielektrizitätskoeffizienten, der höher ist als der des inseitigen Materials der Wabenstruktur, kann erhalten werden, indem verschiedene Arten von dielektrischem Mikrowellenkeramikmaterial, wie zum Beispiel Siliziumkarbid, Titanoxid, Zinkoxid und Erdkalimetalltitanat (z.B. Strontiumtitanat und Bariumtitanat) zu den oben beschriebenen hitzebeständigen, anorganischen Fasern und Ton und dergleichen gegeben und die erhaltene Mischung einem Papierherstellungsprozeß unterworfen oder zusammen mit einem organischen Bindemittel in derselben Art und Weise wie in dem oben beschriebenen Zellmaterial geformt wird, gefolgt vom Brennen, und dann Sintern bei einer hohen Temperatur von ungefähr 1000ºC bis ungefähr 1400ºC.
Es wird bevorzugt, daß das dielektrische Keramikmaterial mit einem Anteil von ungefähr 10 bis ungefähr 50 Gewichts-% verwendet wird, vorzugsweise ungefähr 15 bis ungefähr 30 Gewichts-%, basierend auf dem Gesamtgehalt an anorganischen Fasern, Ton und dergleichen sowie des dielektrischen Keramikmaterials. In dem Fall, daß das dielektrische Keramikmaterial nur in dem Verschlußmaterial auf der Einströmseite enthalten ist, wird es mit einem erhöhten Anteil verwendet. In dem Fall, daß das dielektrische Keramikmaterial auf der Einströmseite der Wabenstruktur enthalten ist, kann sein Anteil zur Auslaßseite allmählich reduziert werden. Es ist meistens vorteilhaft, daß der Dielektrizitätskoeffizient über eine Länge von ungefähr 5 % bis ungefähr 50 %, vorzugsweise von ungefähr 10 % bis ungefähr 30 %, der Gesamtlänge des Abgasfilterlementes allmählich reduziert wird. Außerdem kann der Dielektrizitätskoeffizient von dem äußersten Rand nach innen allmählich reduziert werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, daß der Dielektrizitätskoeffizient allmählich über von ungefähr 5 % bis ungefähr 35 %, vorzugsweise von ungefähr 20 % bis ungefähr 30 %, eines Radius des Abgasfilterelementes reduziert wird.
In Fig. 3 ist eine schematische Schnittansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Abgasfilterelementes dargestellt. Ein Abgasfilterelment 1a ist in einem zwischen einer Einströmkammer 8 und einer Auslaßkammer 18 vorgesehenen Gehäuse 7 angeordnet. Auf der Einströmseite ist ein Mikrowellengenerator 11 befestigt.
Der Mikrowellengenerator 11 kann zum Beispiel von 2,45 GHz mit ungefähr 200 W bis ungefähr 1200 W als Eingangsleistung verwendet werden.
Mit der oben beschriebenen Konstruktion kann der Dielektrizitätskoeffizient eines Teiles, an dem eine große Menge von Ruß in einem Abgas gesammelt wird, insbesondere einem Teil an der Einströmseite des Filterelementes erhöht werden, so daß die Mikrowelle bei der Regenerierung des Filters durch Verbrennen des Rußes auf dieses Teil, an dem eine große Menge von Ruß gesammelt ist, konzentriert werden kann.
Im Fall des wabenförmigen filterelementes beginnt außerdem bei der Bestrahlung mit der Mikrowelle das Erwärmen von dem Mittelteil des Filterelementes, während die Temperatur in der Nähe eines äußeren Randes des Filterelementes aufgrund einer Ableitung von Wärme zu einem Auflagematerial und dergleichen schwer zu erhöhen ist, so daß die an diesem Teil angesammelten Schwebstoffteilchen nicht verbrannt werden können und zurückbleiben. Als Ergebnis der Erwärmung des Mittelteiles ist das Filterelement aufgrund einer großen, aus einem Temperaturgefälle in dem äußeren Randteil resultierenden, thermischen Spannung dafür anfällig, brüchig und beschädigt zu werden. Diese Probleme können durch Verwenden eines Materials mit einem höheren Dielektrizitätskoeffizienten in dem äußeren Randteil als der eines innenseitigen Materials gelöst werden.
Darüberhinaus kann die Bildung von Rissen und ähnlichem aufgrund der Lokalisierung von Wärme durch allmähliches Reduzieren des Dielektrizitätskoeffizienten zur Innenseite hin verhindert werden.
Das Abgasfilterelement, das Verfahren der Herstellung desselben und die Abgasreinigungsvorrichtung entsprechend der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Beispiele dargestellt.

Beispiel 1

20 Gewichtsteile Alumosilikatfaser mit einem mittleren Durchmesser von ungefähr 3um und auf eine Länge von 0,1 bis 10 mm zerkleinert, wurden in 1000 Gewichtsteilen Wasser ausreichend dispergiert, um eine Suspension zu erhalten. Andererseits wurden 15 Gewichtsteile Selisitton als das keramische Rohmaterialpulver in 50 Gewichtsteilen Wasser suspendiert. Die Fasersuspension und die Suspension des keramischen Rohmaterialpulvers wurden durch Rühren vermischt. Nachfolgend wurde 1 Gewichtsteil einer Vinylazetetat-Acrylnitril-Copolymer-Emulsion als ein organisches Bindemittel hinzugefügt und durch Rühren ausreichend vermischt, gefolgt von dem Zufügen eines hochmolekularen Koagulierungsmittels zum Binden der Alumosilikatfasern, des Selisittones und des organischen Bindemittels aneinander, um eine flockenartige Suspension zu ergeben. Die erhaltene flockenartige Suspension wurde auf 3000 Gewichtsteile mit Wasser verdünnt und dann in einer Fortlinear- Papiermaschine einem Papierherstellungsprozeß unterworfen, um eine Papierbahn herzustellen.
Auf der anderen Seite wurden 10 Gewichtsteile pulverisierte Alumosilikatfaser, 15 Gewichtsteile Selisitton und 12 Gewichtsteile Siliziumkarbid-Whisker mit einer wäßrigen Lösung aus Polyvinylalkohol zusammengeknetet, um ein pastöses Verschlußrohmaterial A zu erhalten; und 20 Gewichtsteile Alumosilikat und 15 Gewichtsteile Selisitton wurden in derselben Art und Weise verknetet, um ein pastöses Verschlußmaterial B zu erhalten.
Die erhaltene Papierbahn wurde in zwei Teile geteilt und eine von ihnen in einer Wellmaschine, die zwei verzahnte Rollen hat, in eine Wellform gebracht und gleichzeitig wurden Kleber, die durch Vermischen der pulverisierten Alumosilikatfasern und des Selisittones erhalten wurden, auf die Wellränder aufgetragen, wobei das Verschlußrohmaterial A auf eine Fläche des gewellten Blattes an einem Endteil aufgebracht und auf den Rand das andere ebene Blatt geklebt wurde. Die oben beschriebenen Kleber wurden auf die Wellränder auf der Rückseite der oben erhaltenen gewellten kartonförmigen Schichtung aufgetragen, wobei das Verschlußrohmaterial B auf der Rückseite an dem anderen Endteil aufgebracht wurde, und das daraus Erhaltene wurde dann zylindrisch zu einem wabenförmigen Material gewickelt. Dieses wabenförmige Material war eine Ansammlung von zahlreichen Zellen; eine Art der Zellen wurde an einem Ende der Einströmseite des Abgases mit dem Verschlußrohmaterial A abgedichtet und am anderen Ende offen gelassen und die andere Art der Zellen wurde an dem Ende der Einströmseite offen gelassen und an dem anderen Ende mit dem Verschlußmaterial B abgedichtet; und beide Arten der Zellen wurden abwechselnd angeordnet. Beim Brennen dieser Schichtung für zwei Stunden in einem auf 1250ºC erwärmten Elektroofen wurden die organischen Bestandteile verbrannt und die Alumosilikatfasern und der Selisitton zu Keramik gesintert, wodurch ein Filterelement mit einer faserigen Keramikwabenstruktur erhalten wurde. Hierbei wurde beobachtet, daß ein Verschluß, der mit dem Verschlußrohmaterial A gefüllt war, in einem Teil zu den Alumosilkatfasern und dem Selisitton gesintert war, bei dem eine Oberfläche des Siliziumkarbid-Whiskers leicht zu Siliziumdioxid oxidiert war, das heißt, die Integration wurde durch die Mischung erreicht. Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht dieser Ausführungsform und Fig. 2 eine schematische Schnittansicht dieser Ausführungsform. Das Bezugszeichen 1a bezeichnet ein Abgasfilterelement, das Zellen 2 enthält, die aus einer in eine wellförmige, wabenartige Form gebrachten Keramikplatte besteht, wobei die Zelle 2 mit einem einströmseitigen Verschluß 3a, der mit dem Siliziumkarbid-Whisker inkorporiert ist und in das einströmseitige Ende der Hälfte der Zellen gesteckt ist, und einem auslaßseitigen Verschluß 4 versehen ist, der in das auslaßseitige Ende der übrigen Zellen gesteckt ist, und der einströmseitige Verschluß 3a und der auslaßseitige Verschluß 4 abwechselnd angeordnet sind. Das Mittelteil ist ein Teil eines Kernes 5, um den das Wellpapier gewickelt wurde, und ist gleichermaßen mit dem einströmseitigen Verschlußmaterial A darin versehen.
Dieses Abgasfilterelement 1a wurde in einem in Fig. 3 gezeigten Regeneriersystem eingebaut. Das Abgasfilterelement 1a wurde mit einem aus Alumosilikatfasern hergestellten, isolierenden Auflagematerial 6 überzogen und in einem Gehäuse 7 untergebracht, wobei eine auf einer Einströmseite des Abgases des Gehäuses 7 vorgesehene Einströmkammer 8 mit einem darin mündenden Luftrohr 10 zum Zuführen von Luft mittels einer Luftpumpe 9, mit einem darin mündenden Hohlleiter 12, der mit einem Mikrowellengenerator 11 verbunden ist, und mit einem Abgaseinleitungsrohr 15 versehen ist, das ein Ventil 14 zum Sperren eines Abgases und Einleiten desselben in eine Nebenleitung 13 besitzt. Auf der anderen Seite ist das Abgasfilterelement 1a mit einer Abgaskammer 18 mit einem Abgasrohr 17 versehen, die eine Mikrowellen-Trennplatte 16 besitzt, die offen damit verbunden ist. Die Nebenleitung 13 ist auf halbem Weg des Auslaßrohres 17 offen. In diesem Regeniersystem wird das Abgas meistens über das Abgaseinleitungsrohr 15 in die Einströmkammer 8 eingeführt und dann aus der Abgaskammer 18 durch das Abgasrohr 17 an die Luft ausgestoßen, wobei Schwebstoffteilchen mittels des Abgasfilterelementes 1a entfernt werden.
Wenn sich an dem Abgasfilterelement 1a eine vorgegebene Menge von Schwebstoffteilchen angesammelt hat, wurde das Ventil 14 betätigt, damit das Abgas in die Nebenleitung 13 strömt, und um gleichzeitig die Seite der Einströmkammer 8 zu sperren. Nachfolgend wurde die Luftpumpe 9 betätigt, um die Einströmkammer 8 mit Luft für die Verbrennung der Schwebstoffteilchen in einer bestimmten Durchflußgeschwindigkeit zu versorgen. Auf der anderen Seite wurde auch der Mikrowellengenerator 11 betrieben, um das Abgasfilterelement 1a durch den Hohlleiter 12 mit einer Mikrowelle zu bestrahlen. Auf diese Weise wurde die Verbrennung der Schwebstoffteilchen in der Nähe des Mittelpunktes des Abgasfilterelementes 1a durch ihre eigene Erwärmung gestartet. Zusätzlich wurde an einem Einlaß des Abgasfilterelementes der Dielektrizitätskoeffizient des Verschlusses 3 auf der Einströmseite durch das Inkorporieren des Siliziumkarbid-Whiskers erhöht, so daß durch die Bestrahlung mit der Mikrowelle die Wärme entsteht. Die Schwebstoffteilchen, die in einem konventionellen Abgasfilterelement an der Stirnfläche der Einströmseite und ihrem Rand unverbrannt geblieben sind, konnten durch diese Wärme verbrannt werden und damit konnte das Abgasfilterelement vollständig regeneriert werden.
In dieser Ausführungsform wurde Luft zugeführt, um die Schwebstoffteilchen zu verbrennen. Wenn auch das Endteil auf der Einströmseite des Abgasfilterelmentes durch diese Luft gekühlt wurde, konnten die an der Stirnfläche und dem Endteil angesammelten Schwebstoffteilchen doch vollständig verbrannt werden.

Beispiel 2

Die durch Koagulieren der Mischung aus Alumosilikatfasern, Selisitton und dergleichen erhaltene Suspension, die entsprechend dem Beispiel 1 hergestellt wurde, wird als eine Suspension A bezeichnet. Auf der anderen Seite wird die durch Koagulieren einer Mischung aus 20 Gewichtsteilen Alumosilikatfasern, 12 Gewichtsteilen Selisitton und 9 Gewichtsteilen Titanoxid erhaltene Suspension als eine Suspension B bezeichnet. Der Papierherstellungsprozeß wurde mit gleichzeitiger Zuführung eines Netzes mit den Suspensionen A und B von separaten Zuführöffnungen in einer Fortlinear-Papiermaschine durchgeführt, um eine Papierbahn zu erzeugen, die in einer vorgegebenen Breite von den beiden Seitenrändern der Papierbahn Titanoxid enthält.
Ein Verschlußrohmaterial C wurde auf die gleiche Weise wie in Beispiel 1 erhalten, außer daß 14 Gewichtsteile Alumosilikatfasern, 9 Gewichtsteile Selisitton und 9 Gewichtsteile Titanoxid verwendet wurden.
Die daraus entstandene Papierbahn wurde in zwei Teile geteilt und das Verschlußrohmaterial C wurde auf der Seite der Papierbahn, die das Titanoxid enthält, verfüllt, während das Verschlußrohmaterial B auf der anderen Seite in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 verfüllt wurde, um ein Abgasfilterelement 1b mit einem hochdielektrischen Verschluß 3b auf der Einströmseite zu erhalten, dargestellt in Fig. 4. Entsprechend Fig. 4 bezeichnet das Bezugszeichen 19 ein hochdielektrisches Teil, das aus einer Titanoxid enthaltenden Faserkeramik hergestellt ist, die aus der Suspension B bereitet wird.
Dieses Abgasfilterelement 1b wurde in dem in Fig. 3 dargestellten Regeneriersystem in dergleichen Art und Weise wie in Beispiel 1 eingebaut, mit dem Ergebnis, daß nicht nur die Stirnfläche auf der Einströmseite, sondern auch das Innere der Zelle im Vergleich mit Beispiel 1 schneller regeneriert werden konnte.
Da Titanoxid einen hohen Dielektrizitätskoeffizienten hat und nicht nur der Verschluß, sondern auch die Faserkeramik hochdielektrisch ist, wurde auf diese Weise ein Heizwert auf der Einströmseite außerordentlich erhöht. Das heißt, eine in dem Verschluß erzeugte Wärme erwärmte die zugeführte Luft und diese Luft förderte die Verbrennung der angesammelten Schwebstoffteilchen mit nachfolgendem Erwärmen der Faserkeramik in Beispiel 1. Im Gegensatz dazu erzeugte auch die Faserkeramik selbst Wärme, so daß die Schwebstoffteilchen im Beispiel 2 unmittelbar verbrannt werden konnten.
Die Länge des das Titanoxid enthaltenden hochdielektrischen Teiles in dem Abgasfilterelement von 150 mm Länge beträgt vorzugsweise 15 bis 40 mm. Der Gehalt an Titanoxid in der Längsrichtung des Abgasfilterelementes wurde durch EDX mit dem Ergebnis analysiert, daß das Mischen der Suspension A und der Suspension B innerhalb von 15 mm während des Papierherstellungsprozesses bewirkt wurde. Demzufolge kann das Abgasfilterelement mit dem allmählich reduzierten Gehalt an Titanoxid durch Zuführen verschiedener Mischungen von Suspensionen, die Titanoxid in schrittweise reduzierten Mengen enthalten, und gleichzeitiges Durchführen des Papierherstellungsprozesses hergestellt werden.
Das einzubringende hochdielektrische Material ist nicht durch das in den Beispielen offenbarten Siliziumkarbid-Whisker und das Titanoxid beschränkt. Es können auch Siliziumkarbidpulver, ein Zinkoxid-Whisker oder dergleichen verwendet werden. Diese dielektrischen Materialien weisen die gleichen Ergebnisse bei der Regenerierung auf, wie sie mit dem Siliziumkarbid-Whisker erhalten werden.
Der Faserkeramiksinterkörper ist eine poröse Keramik mit einer Struktur, bei der Faserkeramiken geschichtet sind, einer Porosität von gewöhnlich 60 bis 80 % und einer bedeutend reduzierten Wärmekapazität, so daß das Einbringen des hochdielektrischen Materials die Temperatur durch Bestrahlen mit einer Mikrowelle ohne Verschlechtern der Eigenschaften der Faserkeramik einfach und ausreichend erhöhen kann.
Demzufolge, daß das Abgasfilterelement der gewellten Wabenstruktur durch Teilen der aus diesem Material hergestellten Papierschichtung in zwei Teile vor dem Brennen erhalten wurde, wobei eines der daraus entstandenen zwei Teile dem Wellprozeß unterworfen wird, um an dem anderen Teil verklebt und aufgewikkelt zu werden, wobei eine zylindrische, gewellte Wabe gebildet wird und die offenen Teile der entstehenden zylindrischen, gewellten Wabe abwechselnd mit dem Verschlußmaterial verschlossen werden, gefolgt vom Brennen, konnte die Nähe der Einströmseite durch Bestrahlen mit einer Mikrowelle, dadurch daß insbesondere dem Verschlußmaterial auf der Einströmseite oder einem vorgegebenen Teil auf der Einströmseite der gewellten Wabe ein höherer Dielektrizitätskoeffizient gegeben wurde, auf eine hohe Temperatur erwärmt werden. Auf diese Weise können bei der Verbrennung der Schwebstoffteilchen durch Bestrahlen mit einer Mikrowelle selbst die Schwebstoffteilchen, die in einer konventionellen Einrichtung dazu neigen, an der Stirnfläche der Einströmseite und in deren Nähe unverbrannt zu bleiben, leicht verbrannt werden.

Beispiel 3

20 Gewichtsteile Alumosilikatfasern mit einem mittleren Durchmesser von 3 um und in einer Länge von 0,1 bis 10 mm gekürzt, wurden hinreichend in 1000 Gewichtsteilen Wasser zu einer Suspension dispergiert. Außerdem wurden 15 Gewichtsteile Selisit als das keramische Rohmaterialpulver in 50 Gewichtsteilen Wasser suspendiert. Die erhaltene Fasersuspension wurde mit der Suspension des Keramikrohmaterialpulvers durch Rühren vermischt. Nachfolgend wurde 1 Gewichtsteil einer Vinylazetat-Acrylnitril-Copolymer- Emulsion als organisches Bindemittel zu der Suspension gegeben und durch Rühren hinreichend gemischt; und anschließend wurde ein hochmolekulares Koagulationsmittel hinzugefügt, um die Alumosilikatfasern, den Selisitton und das organische Bindemittel miteinander zu verbinden und eine flockenartige Suspension zu bilden. Die erhaltene, agglutinierte Suspension wurde mit 3000 Gewichtsteilen Wasser verdünnt und dann dem Papierherstellungsprozeß in der üblichen Fortlinear-Papiermaschine unterworfen, um ein Papier A herzustellen.
Außerdem wurden 10 Gewichtsteile Selisitton und 8 Gewichtsteile Titanoxidpulver zu derselben Suspension wie die oben beschriebene Alumosilikatfasersuspension gegeben, und die entstehende Mischung gleichermaßen agglutiniert und nachfolgend dem Papierherstellungsprozeß unterworfen, um ein Titanoxid enthaltendes Papier B herzustellen.
Im Gegensatz dazu wurde eine Verschlußrohmaterialmasse A durch Vermischen von 20 Gewichtsteilen pulverisierten Alumosilikatfasern, 9 Gewichtsteilen Selisitton und 9 Gewichtsteilen Titanoxid mit einer wäßrigen Lösung aus Polyvinyal al kohol bereitet; während eine Verschlußrohmaterialmasse B unter Verwendung von 20 Gewichtsteilen Alumosilikatfasern und 15 Gewichtsteilen Selisitton bereitet wurde.
Die erhaltene Papierbahn A wurde in zwei Teile geteilt und eine von ihnen in einer Wellmaschine mit zwei verzahnten Rollen in eine Wellform gebracht und gleichzeitig Kleber, die durch Vermischen der pulverisierten Alumosilikatfasern und Selisitton erhalten wurden, auf einen gewellten Rand aufgebracht, wobei das Verschlußrohmaterial B auf eine Seitenfläche der Wellung aufgebracht und eine Bahn daran befestigt wird. Die oben beschriebenen Kleber wurden auf einen gewellten Rand der erhaltenen gewellten kartonartig geformten Schichtung aufgebracht und gleichzeitig wurde die gewellte kartonartig geformte Schichtung zylindrisch gewickelt, wobei das oben beschriebene Verschlußrohmaterial B auf die andere Seitenfläche aufgebracht wurde, und ihr äußerer Mantel wurde durch mindestens eine Schicht des Papiers B umgeben, um ein wabenförmiges Material zu erhalten. Dieses Material hat einen solchen Aufbau, daß ein Ende einer Hälfte der gebildeten Wabenzellen mit dem Verschlußrohmaterial A auf der Einströmseite des Abgases abgedichtet ist, während das andere Ende offen ist, und das gegenüberliegende Ende der verbleibenden Wabenzellen, die neben den zuvor erwähnten Zellen liegen, mit dem Verschlußrohmaterial B abgedichtet sind. Beim Brennen dieses Materials bei 1250ºC für zwei Stunden in einem Elektroofen wurden die organischen Substanzen verbrannt und die Alumosilikatfasern und der Selisitton wurden miteinander zu Keramik gesintert, wodurch ein Filterelement mit faseriger Keramikwabenstruktur erhalten wurde. Das dieses Abgasfilterelement bildende Material hat eine Porosität von ungefähr 73 % und auch die Wärmekapazität bei Raumtemperatur war entsprechend der Porosität klein. Fig. 5 ist eine schematische Abbildung, die diese Ausführungsform zeigt. Das Bezugszeichen 1c bezeichnet ein Abgasfilterelement, das Zellen 2 umfaßt, die aus einer keramischen Bahn gebildet werden, die in eine gewellte Wabenform gebracht wurde, wobei die Zelle 2 mit einem einströmseitigen Verschluß 3c, der mit Titanoxid an seinem einen Ende inkorporiert ist, einem auslaßseitigen Verschluß 4, der an ihrem anderen Ende eingesetzt ist, und einer Titanoxid enthaltenden Faserkeramik (hochdielektrisches Teil 20), die seinen äußeren Mantel umgibt, versehen ist und der einströmseitige Verschluß 3c und der auslaßseitige Verschluß 4 abwechselnd angeordnet sind. Das Mittelteil ist ein Kern 5, um den die gewellte kartonartig geformte Schichtung gewickelt wurde, und der mit dem einströmseitigen Verschlußmaterial A versehen ist, das darin eingesetzt ist.
Das Abgasfilterelement 1c wurde in einem in Fig. 3 dargestellten Regeneriersystem in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 eingebaut. In diesem Regeniersystem wird das Abgas meistens über ein Abgaseinleitungsrohr 15 in die Einströmkammer 8 eingeführt und dann aus der Abgaskammer 18 durch ein Abgasrohr 17 an die Luft ausgestoßen, wobei Schwebstoffteilchen mittels des Abgasfilterelementes 1c entfernt werden. Wenn sich in dem Abgasfilterelement 1c eine vorgegebene Menge von Schwebstoffteilchen angesammelt hat, wird ein Ventil 14 betätigt, damit das Abgas in die Nebenleitung 13 strömt, und um gleichzeitig die Seite der Einströmkammer 8 zu sperren. Nachfolgend wird eine Luftpumpe 9 betätigt, um die Einströmkammer 8 mit Luft für die Verbrennung der Schwebstoffteilchen in einer bestimmten Durchflußgeschwindigkeit zu versorgen. Auf der anderen Seite wird auch ein Mikrowellengenerator 11 betrieben, um das Abgasfilterelement 1c durch einen Hohlleiter 12 mit einer Mikrowelle zu bestrahlen. Auf diese Weise wird die Verbrennung der Schwebstoffteilchen in der Nähe des Mittelpunktes des Abgasfilterelementes 1c durch ihre eigene Erwärmung gestartet. Zusätzlich wird an dem einströmseitigen Verschluß 3c und dem äußeren Mantel 20 des Abgasfilterelementes 1c der Dielektrizitätskoeffizient durch das Inkorporieren von Titanoxid erhöht, so daß durch die Bestrahlung mit einer Mikrowelle die Wärme entsteht. Die Schwebstoffteilchen, die in einem konventionellen Abgasfilterelement an der Stirnfläche des Einströmseite, ihrem Rand und dem äußeren Mantel unverbrannt geblieben sind, konnten durch Leitung dieser Wärme verbrannt werden und damit das Abgasfilterelement vollständig regeneriert werden.
In dieser bevorzugten Ausführungsform wurde Luft zum Verbrennen der Schwebstoffteilchen zugeführt. Wenn auch das Endteil auf der Einströmseite des Abgasfilterelementes durch diese Luft gekühlt wurde, konnten auch die an der Stirnfläche und dem Endteil angesammelten Schwebstoffteilchen wegen der Erzeugung der Wärme des Titanoxid enthaltenden Verschlusses vollständig verbrannt werden.

Beispiel 4

Durch Agglutinieren einer Mischung bestehend aus Alumosilikatfasern und Selisitton wurde in der gleichen Weise wie im Beispiel 1 eine Suspension A erhalten. Auf der anderen Seite wurden 20 Gewichtsteile Alumosilikatfasern, 10 Gewichtsteile Selisitton und 6 Gewichtsteile Titanoxid gemischt und die entstehende Mischung wurde agglutiniert, um eine Suspension B zu erhalten. Um eine Fortlinear-Papier-Maschine mit dieser Suspension A bzw. B zu versorgen, wurde ein Ventil vorgesehen. In dieser Fortlinear-Papiermaschine wurde zuerst die Suspension B dem Papierherstellungsprozeß unterworfen, um ein Papier zu erhalten, das eine ausreichende Länge hat, um erste bis dritte Überlappungen von einer äußeren Seite des Abgasfilterelements zusammenzusetzen, und nachfolgend wurde die Suspension A mit allmählicher Umschaltung beider Ventile zugeführt und dem Papierherstellungsprozeß unterworfen, durch den ein Papier für ein Abgasfilterelement erhalten wurde. Danach wurde der Arbeitsgang wieder auf die Suspension B umgeschaltet. Der oben beschriebene Prozeß wurde wiederholt. Diese Papierbahn enthält in einem gegebenen Abschnitt Titanoxid und sein Gehalt wurde allmählich in der Papierherstellungsführung verändert. Zwei Arten von Papierbahnen, das heißt, eine Papierbahn für die Anwendung in einer Wellplatte und eine Papierbahn für die Anwendung als eine flache Platte, wurden zubereitet, um durch Anwendung des Verschlußrohmaterials A und B in dergleichen Art und Weise wie im Beispiel 3 ein Abgasfilterelement 1d zu erzeugen.
In dem aus diesen Papierbahnen hergestellten Abgasfilterelement 1d wurden die ersten bis dritten Überlappungen von einem äußeren Rand (hochdielektrisches Teil 21) und ein Verschluß 3d auf der Einströmseite aus einem Titanoxid enthaltenden hochdielektrischen Material gebildet. Ein Gehalt an Titanoxid war am äußeren Rand am größten und wurde zu dritten Uberlappung hin allmählich reduziert. Desweiteren konnte eine Papierbahn, in der der Gehalt an Titanoxid zahlenwertmäßig verändert wurde, durch Umschalten der Ventile für die Suspension A und B zu dem Zeitpunkt in dem oben beschriebenen Herstellungsprozeß hergestellt werden. Darüberhinaus konnte selbst in dem Fall, daß Titanate, wie zum Beispiel Strontiumtitanat und Kalziumtitanat, zusätzlich zu dem Titanoxid verwendet wurden, eine Mischung in der gleichen Art und Weise erhalten werden und somit das hochdielektrische Material.
Es wurde ein Versuch mit der Verwendung dieses Abgasfilterelements in der gleichen Art und Weise wie in Beispiel 3 durchgeführt, mit dem Ergebnis, daß Schwebstoffteilchen an einem Endteil an der Einströmseite und in der Nähe des äußeren Randes vollständig verbrannt werden konnten und auch ein innerhalb des Abgasfilterelementes erzeugtes Temperaturgefälle war kleiner als in Beispiel 3. Demzufolge kann ein Regeneriersystem mit einer längeren funktionssicheren, nutzbaren Lebensdauer effektiver zusammengesetzt werden.
Nebenbei, die faserigen Keramiksinterkörper entsprechend den oben beschriebenen jeweiligen Beispielen sind poröse Keramiken mit einer Struktur, bei der die Faserkeramiken geschichtet sind und solche Eigenschaften besitzen, daß die Porosität 60 bis 80 % beträgt und die Wärmekapazität erheblich reduziert ist. Demzufolge kann dieses Material leicht auf hohe Temperaturen erwärmt werden, wenn es von einer Mikrowelle bestrahlt wird, ohne die Eigenschaften der Faserkeramiken durch Inkorporieren des hochdielektrischen Materials darin zu verschlechtern.

Claims

1. Abgasfilterelement zur Anwendung in einer Abgasbehandlungsvorrichtung mit einer Mikrowellenquelle (11), wobei das Filterelement (1a) eine Keramikwabenstruktur (2) hat, in der benachbarte Zellenden der Wabenstruktur (2) abwechselnd verschlossen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Filterelement (1a) dielektrisches Material mit einem höheren Dielektrizitätskoeffizienten an mindestens einem Teil einer Einströmselte (3a; 3b; 3c; 3d; 19) und/oder einem äußeren Umfangsabschnitt (20; 21) als an einem Mittelteil (5) und/oder einer Auslaßseite (4) umfaßt.

2. Abgasfilterelement nach Anspruch 1, bei dem ein Dielektrizitätskoeffizient eines Verschlußmaterials an der Einströmseite (3a; 3b; 3c; 3d; 19) größer ist als der eines Materials der Wabe (2).

3. Abgasfilterelement nach Anspruch 2, bei dem das Verschlußmaterial aus dem gleichen Material wie die Wabe (2) und einem Material mit einem größeren Dielektrizitätskoeffizienten als der der Wabe zusammengesetzt ist.

4. Abgasfilterelement nach Anspruch 1, bei dem die Wabenstruktur (2) eine gewellte Wabenstruktur ist, die durch abwechselndes Schichten von aus einer Keramikbahn hergestellten gewellten Platten und ebenen Platten und Wickeln derselben gebildet wird, und bei dem der Dielektrizitätskoeffizient der Zelle an der Einströmseite über eine vorgegebene Länge höher ist.

5. Abgasfilterelement nach Anspruch 1, bei dem die Wabenstruktur (2) eine gewellte Wabenstruktur ist, die durch abwechselndes Schichten von aus einer Keramikbahn hergestellten gewellten Platten und ebenen Platten und Wickeln derselben gebildet wird, und bei dem der Dielektrizitätskoeffizient von der Einströmseite des Gases zu einer Auslaßseite des Gases allmählich reduziert ist.

6. Abgasfilterelement nach Anspruch 1, bei dem das äußere Randteil (20) der keramischen Wabenstruktur (2) eine außenliegende Schutzschicht ist.

7. Abgasfilterelement nach Anspruch 1, bei dem äußere Umfangsabschnitt (21) der keramischen Wabenstruktur aus einem außenliegenden Umfangsabschnitt und verschiedenen Schichten der Wabe von einem äußeren Umfang her besteht, und bei dem der Dielektrizitätskoeffizient zu einer inneren Schicht allmählich reduziert ist.

8. Abgasfilterlement nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem die keramische Wabenstruktur aus wärmebeständigen anorganischen Fasern und keramischen Rohmaterialpulvern zusammengesetzt ist.

9. Abgasfilterelment nach Anspruch 8, bei dem die wärmebeständigen anorganischen Fasern mindestens eine Art ist, die aus der aus Siliziumdioxidfasern, Alumosilikatfasern, Aluminiumoxidfasern und Alumoborsilikatfasern bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.

10. Abgasfilterelment nach Anspruch 1 bis 8, bei dem die Keramikstruktur zusätzlich zu den wärmebeständigen anorganischen Fasern und den keramischen Rohmaterialpulvern aus einem Karbid, einem Oxid oder einem Titanat zusammengesetzt ist, das aus der aus Siliziumkarbid, Titanoxid, Zinkoxid, Strontiumtitanat und Bariumtitanat bestehenden Gruppe ausgewählt wurde.

11. Abgasfilterelement nach Anspruch 10, bei dem das zu inkorporierende Karbid und das Oxid in der Form von Whisker oder Faser verwendet wird.

12. Abgasbehandlungsvorrichtung, die ein Abgasfilterelement und ein Mittel zum Bestrahlen des Abgasfilterelementes mit einer Mikrowelle umfaßt, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung mit einem Abgasfilterelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 versehen ist.