DE60033977T2

DE60033977T2 - Wabenförmiger Filter und Anordnung von keramischen Filtern

Info

Publication number: DE60033977T2
Application number: DE60033977T
Authority: DE
Inventors: Kazushige Ohno; Koji Shimato; Masahiro Tsuji
Original assignee: Ibiden Co Ltd
Current assignee: Ibiden Co Ltd
Priority date: 1999-09-29
Filing date: 2000-09-26
Publication date: 2007-12-20
Anticipated expiration: 2020-09-27
Also published as: US20080120950A1; EP1508358A1; DE60042036D1; US6669751B1; EP1508357B1; US7427309B2; KR20030088047A; EP1508358B1; EP1508356B1; DE60033133T2; ES2276695T3; EP1516659A1; ES2281733T3; EP1688171A1; KR100446205B1; DE60032392D1; DE20023988U1; EP1775009A1; DE60033977D1; US20110070129A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen wabenförmigen Filter und eine keramische Filteranordnung und insbesondere auf einen wabenförmigen Filter, der aus einem gesinterten Keramikkörper geformt ist, und auf eine einstückige bzw. integrale keramische Filteranordnung, die durch Aneinanderhaften einer Vielzahl wabenförmiger Filter hergestellt wird.
STAND DER TECHNIK
Die Zahl der Kraftfahrzeuge hat in diesem Jahrhundert drastisch zugenommen. Infolgedessen ist die Menge an Gas, das von Kraftfahrzeugmotoren ausgestoßen wird, fortwährend proportional angestiegen. Verschiedene Substanzen, die im Abgas schweben, das insbesondere aus Dieselmotoren emittiert wird, verschmutzen die Umwelt und beeinflussen diese nachhaltig. Darüber hinaus haben jüngst mitgeteilte Forschungsergebnisse gezeigt, dass die in Gasemissionen schwebenden Feinpartikel (Dieselpartikel) Allergien hervorrufen oder die Spermienzahl senken können. Somit müssen zum Wohle der Menschheit unverzüglich Maßnahmen zur Beseitigung der in Abgasemissionen schwebenden Feinpartikel getroffen werden.
Aufgrund dieser Situation wurden nach bisherigem Stand der Technik etliche Vorrichtungen zur Abgasreinigung vorgeschlagen. Eine typische Vorrichtung zur Abgasreinigung beinhaltet ein Gehäuse, das sich in einem Abgasrohr befindet, das mit einem Abgassammler eines Motors verbunden ist, und einen Filter, der im Gehäuse angeordnet ist und feine Poren besitzt. Außer aus Metall oder einer Legierung kann der Filter auch aus Keramik geformt sein. Ein wabenförmiger Cordieritfilter stellt ein bekanntes Beispiel für einen Keramikfilter dar. Moderne Filter werden häufig aus einem gesinterten porösen Siliziumcarbidkörper geformt, der unter den Gesichtspunkten der Wärmeresistenz und der mechanischen Wärme vorteilhaft ist und zudem eine hohe Sammeleffizienz besitzt, chemisch stabil ist und einen geringen Druckverlust aufweist.
Der Druckverlust bezieht sich auf die Differenz zwischen dem stromauf des Filters genommenen Druckwert und dem stromab des Filters genommenen Druckwert. Eine Hauptursache für Leistungsverlust stellt der Widerstand dar, auf den das Abgas stößt, wenn es einen Filter passiert.
Der wabenförmige Filter beinhaltet eine Vielzahl von Zellen, die sich entlang der axialen Richtung des wabenförmigen Filters erstrecken. Wenn das Abgas den Filter passiert, fangen die Wände der Zellen Feinpartikel ein. Dadurch werden Feinpartikel aus dem Abgas entfernt.
Jedoch erweist sich der wabenförmige Filter, der aus einem gesinterten porösen Siliziumcarbidkörper gefertigt ist, als anfällig gegenüber thermischen Belastungen. Dadurch sind größere Filter rissgefährdet. Dementsprechend wurde jüngst eine Technik zur Herstellung einer großen Keramikfilteranordnung durch Integrieren einer Vielzahl kleiner Filter vorgeschlagen, um ein durch Risse bedingtes Zerbrechen zu verhindern (siehe US-A-3914187).
Nun erfolgt die Erläuterung eines typischen Verfahrens zur Herstellung einer keramischen Filteranordnung. Zunächst wird keramischer Werkstoff kontinuierlich aus einer Form eines Extruders extrudiert, um ein längliches quadratisches mit Wabenform versehenes Produkt zu formen. Nachdem der wabenförmige Filter in Teile gleicher Länge geschnitten ist, werden die zugeschnittenen Teile zwecks Bildung eines Filters gesintert. Im Anschluss an den Sinterprozess wird eine Vielzahl an Filtern gebündelt und durch Anhaften der Außenflächen der Filter aneinander mit einer keramischen Versiegelungs- bzw. Dichtschicht integriert, die eine Dicke von 4 bis 5 mm aufweist. Damit wird die gewünschte Keramikfilteranordnung fertiggestellt.
Ein mattenähnliches wärmeisolierendes Material aus Keramikfaser oder Ähnlichem wird um die Außenfläche der keramischen Filteranordnung gewickelt. In diesem Zustand wird die Anordnung in einem Gehäuse angeordnet, das sich in einem Abgasrohr befindet.
Allerdings besteht nach bisherigen Stand der Technik eine Unzulänglichkeit darin, dass die in der keramischen Filteranordnung eingefangenen Feinpartikel nicht vollständig verbrennen und einige der Feinpartikel unverbrannt zurückbleiben. Dementsprechend ist die Effizienz beim Aufbereiten des Abgases gering.
Außerdem weist der wabenförmige Filter nach Stand der Technik Ecken auf. So herrscht eine Tendenz zur Belastungskonzentration an den Ecken der Außenfläche und zum Absplittern der Ecken. Ferner kann die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht Risse bilden und die keramische Filteranordnung ausgehend von den Ecken zerbrechen, wodurch die ganze keramische Filteranordnung beschädigt wird. Selbst wenn die Anordnung nicht bricht, besteht der Nachteil darin, dass ein unbeabsichtigtes Ausströmen des Abgases die Aufbereitungseffizienz senken an.
Während der Verwendung der Filteranordnung kann eine starke Temperaturdifferenz zwischen den wabenförmigen Filtern thermische Belastung verursachen, welche die wabenförmigen Filter Risse bilden und die gesamte Anordnung zerbrechen lässt. Daher muss die Stärke jedes wabenförmigen Filters vergrößert werden, um die Stärke der wabenförmigen Filteranordnung zu erhöhen.
Die keramische Filteranordnung nach Stand der Technik besitzt als ein Ganzes einen rechteckigen Querschnitt. Deshalb wird die Peripherie der Anordnung zugeschnitten, so dass die Anordnung als ein Ganzes über einen im Allgemeinen runden oder ovalen Querschnitt verfügt.
Allerdings besitzt der Filter eine Vielzahl von Zellen. Falls die Peripherie der Anordnung zugeschnitten wird, sind die Zellwände ausgehend von der peripheren Oberfläche im Anschluss an das Zuschneiden exponiert. Dadurch bilden sich Flächen und Vertiefungen an der peripheren Oberfläche. Selbst wenn die Anordnung im Gehäuse mit an der peripheren Oberfläche der Anordnung befestigtem Wärmeisoliermaterial untergebracht ist, kommt es in Längsrichtung der Filter zur Bildung von Spalten. So neigt das Abgas dazu, durch die Spalten zu entweichen. Dies setzt die Effizienz der Abgasaufbereitung herab.
In Bezug auf die im wabenförmigen Filter eingefangenen Dieselteilchen wurde bestätigt, dass Teilchen mit kleinem Durchmesser ein hohe Lungenanhaftungsrate haben und das Gesundheitsrisiko erhöhen. Somit besteht eine große Notwendigkeit, kleine Partikel einzufangen.
Wenn allerdings der Porendurchmesser und die Porosität des wabenförmigen Filters gering sind, wird der wabenförmige Filter zu dicht und hemmt das gleichmäßige Passieren des Abgases, was wiederum den Druckverlust erhöht. Dies verringert die Fahrleistung des Fahrzeugs, senkt die Brennstoffeffizienz und verschlechtert die Fahrleistung.
Werden hingegen der Porendurchmesser und die Porositätsrate vergrößert, sind zwar die obigen Probleme gelöst, aber die Anzahl der Öffnungen im wabenförmigen Filter wird zu hoch. Daher lassen sich Feinpartikel nicht einfangen. Dies mindert die Einfangeffizienz. Darüber hinaus fällt die mechanische Stärke des wabenförmigen Filters gering aus.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen wabenförmigen Filter zur Verfügung zu stellen, der einen geringen Druckverlust und eine ausgezeichnete mechanische Stärke aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Perspektive der vorliegenden Erfindung ist ein wabenförmiger Filter, der aus einem gesinterten porösen Keramikkörper geformt ist. Ein durchschnittlicher Porendurchmesser des wabenförmigen Filters ist 5 bis 15 μm, eine mittlere Porosität ist 30 bis 50% und der wabenförmige Filter hat 20% oder mehr an durchgängigen Poren.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung, die eine Vorrichtung zur Abgasreinigung zeigt.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die eine keramische Filteranordnung der Vorrichtung zur Abgasreinigung aus 1 zeigt.
3 ist eine perspektivische Darstellung, die einen wabenförmigen Filter der keramischen Filteranordnung aus 2 zeigt.
4 ist eine vergrößerte Querschnittdarstellung, die den Hauptabschnitt der Vorrichtung zur Abgasreinigung aus 1 zeigt.
5 ist eine vergrößerte Querschnittdarstellung, die den Hauptabschnitt der keramischen Filteranordnung aus 2 zeigt.
6 ist eine vergrößerte Querschnittdarstellung, die den Hauptabschnitt einer keramischen Filteranordnung zeigt.
7 ist eine perspektivische Darstellung einer keramischen Filteranordnung.
8 ist eine perspektivische Darstellung, die einen Filter der keramischen Filteranordnung 3 aus 7 zeigt.
9(a) ist eine schematische Querschnittdarstellung, die den Filter aus 8 zeigt, und 9(b) ist eine schematische Seitendarstellung, die den Filter aus 8 zeigt.
10 ist eine perspektivische Darstellung, die einen wabenförmigen Filter zeigt, der mit einer wabenförmigen Struktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
11 ist eine Querschnittdarstellung, die den Filter 59 aus 19 entlang der Linie 20-20 zeigt.
12 ist eine vergrößerte Querschnittdarstellung, die den Hauptabschnitt einer Vorrichtung zur Abgasreinigung zeigt.
13 ist eine perspektivische Darstellung, die eine keramische Filteranordnung zeigt.
BESTER WEG ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Eine Vorrichtung 1 zur Reinigung von Abgas eines Dieselmotors wird nun unter Bezugnahme auf 1 bis 5 beschrieben.
Mit Blick auf 1 handelt es sich bei der Vorrichtung 1 zur Abgasreinigung um eine Vorrichtung zum Reinigen des Abgases, das aus einem Dieselmotor 2 emittiert wird, der als interner Verbrennungsmotor dient. Der Dieselmotor 2 verfügt über eine Vielzahl (nicht dargestellter) Zylinder. Jeder Zylinder ist mit einem Zweig 4 eines Abgassammlers 3 verbunden, der aus einem Metallmaterial ist. Außerdem ist jeder Zweig 4 mit einem einzigen Sammlerkörper 5 verbunden. Folglich konzentriert sich das aus jedem Zylinder emittierte Abgas an einer Stelle.
Ein erstes Abgasrohr 6 und ein zweites Abgasrohr 7, beide gefertigt aus einem metallischem Material, sind stromab des Abgassammlers 3 angeordnet. Das stromauf gelegene Ende des ersten Abgasrohrs 6 ist mit dem Sammlerkörper 5 verbunden. Ein röhrenförmiges Gehäuse 8 aus einem metallischem Material ist zwischen dem ersten Abgasrohr 6 und dem zweiten Abgasrohr 7 angeordnet. Das stromauf gelegene Ende des Gehäuses 8 ist mit dem stromab gelegenen Ende des ersten Abgasrohrs 6 verbunden, und das stromab gelegene Ende des Gehäuses 8 ist mit dem stromauf gelegenen Ende des zweiten Abgasrohrs 7 verbunden. Bei dieser Struktur kann eine Anordnung des Gehäuses 8 in den Abgasrohren 6, 7 erwogen werden. Das erste Abgasrohr 6, das Gehäuse 8 und das zweite Abgasrohr 7 werden kommunikativ miteinander verbunden, so dass das Abgas durch dieselben strömt.
Wie aus 1 hervorgeht, weist der mittlere Abschnitt des Gehäuses 8 einen größeren Durchmesser auf als die Abgasrohre 6, 7. Dementsprechend ist das Innere des Gehäuses 8 größer als jenes der Abgasrohre 6, 7. Eine keramische Filteranordnung 9 ist im Gehäuse 8 untergebracht.
Ein Wärmeisoliermaterial 10 ist zwischen der Außenfläche der Anordnung 9 und der Innenfläche des Gehäuses 8 angeordnet. Beim Wärmeisoliermaterial 10 handelt es sich um ein mattenähnliches Material, welches Keramikfasern enthält und eine Dicke von mehreren Millimetern bis hin zu mehreren Dutzend Millimetern aufweist. Es wird bevorzugt, dass das Wärmeisoliermaterial 10 thermisch expansiv ist. „Thermisch expansiv" bezieht sich auf die Freisetzung thermischer Belastung durch eine elastische Struktur. Der Grund dafür liegt im Minimieren von Energieverlust während der Reproduktion, in dem verhindert wird, dass Wärme aus dem äußersten Abschnitt der Anordnung 9 freigesetzt wird. Außerdem beugt das Ausdehnen keramischer Fasern mittels der während der Reproduktion erzeugten Wärme einer Verlagerung der keramischen Filteranordnung 9 vor, die sich aus dem Druck des Abgases oder aus Vibrationen ergeben würde, die von dem sich bewegenden Fahrzeug hervorgerufen werden.
Die keramische Filteranordnung 9 eliminiert Dieselteilchen, weshalb sie üblicherweise als Dieselteilchen- bzw. -partikelfilter bezeichnet wird. Wie aus 2 und 4 ersichtlich, wird die Anordnung 9 durch Bündeln und Integrieren einer Vielzahl von Filtern F gebildet. Längliche quadratische Filter F1 sind am Mittelabschnitt der Anordnung 9 angeordnet, und die äußeren Abmessungen des länglichen quadratischen Filters F1 belaufen sich auf 33 mm × 33 mm × 167 mm (siehe 3). Jene Filter F1, welche Formen aufweisen, die sich von jener der länglichen quadratischen Filter F1 unterscheiden, sind an den länglichen quadratischen Filtern F1 angeordnet. Dadurch wird der keramische Filterkörper 9 gebildet, der als ein Ganzes zylindrisch ist (und einen Durchmesser von ungefähr 135 mm hat).
Die Filter F1 sind aus gesintertem porösen Siliziumcarbid, das einen Typ gesinterter Keramik darstellt. Der Grund für den Einsatz gesinterten porösen Siliziumcarbids besteht darin, dass es sich insbesondere hinsichtlich seiner ausgezeichneten Wärmeresistenz und Wärmeleitfähigkeit als vorteilhaft erweist.
Wie 3 und die anderen Zeichnungen veranschaulichen, besitzen die Filter F1 eine wabenförmige Struktur. Der Grund für die Verwendung der wabenförmigen Struktur ist darin zu suchen, dass der Druckverlust gering ist, wenn die eingefangene Feinpartikelmenge zunimmt. Jeder Filter F1 verfügt über eine Vielzahl von Durchlöchern 12, die im Allgemeinen quadratische Querschnitte aufweisen und so angeordnet sind, dass sie sich regelmäßig in axialer Richtung erstrecken. Die Durchlöcher 12 sind voneinander durch dünne Zellwände 13 getrennt. Die Außenfläche der Zellwand 13 trägt einen Oxidkatalysator, der aus einem Element der Platingruppe (z.B. Pt) oder anderen Metallelementen und deren Oxiden gebildet wird. Die Öffnung jedes Durchlochs 12 auf einer der Endflächen 9a, 9b wird durch einen Versiegelungs- bzw. Dichtkörper 14 (einen gesinterten porösen Siliziumcarbidkörper) versiegelt bzw. abgedichtet. Dementsprechend haben die Endflächen 9a, 9b das Erscheinungsbild eines Schachbretts. So besitzen die Filter F1 eine Vielzahl von Zellen mit quadratischen Querschnitten. Die Zelldichte beläuft sich auf ungefähr 78/cm (200/inch), die Dicke der Zellwand 13 beträgt etwa 0.3 mm, und der Zellabstand liegt bei circa 1.8 mm. Ungefähr die Hälfte aus der Vielzahl von Zellen sind zur stromauf gelegenen Endfläche 9a hin geöffnet, und die anderen sind an der stromab gelegenen Endfläche 9b geöffnet.
Bei der Auswahl des gesinterten porösen Siliziumcarbids wird bevorzugt, dass die Wärmeleitfähigkeit des Filters F1 20 W/mK bis 80 W/mK, insbesondere 30 W/mK bis 70 W/mK beträgt.
Mit Blick auf 4 bis 5 sind die Außenflächen einer Gesamtheit von 16 Filtern F1 mittels einer keramischen Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 aneinander gehaftet.
Diese keramische Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 wird nun im Einzelnen beschrieben.
Die Wärmeleitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 beläuft sich auf 0.1 W/mK-10 W/mK und vorzugsweise auf 0.2 W/mK-2W/mK.
Falls die Wärmeleitfähigkeit unter 0.1 W/mK liegt, lässt sich die Wärmeleitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 nicht in ausreichendem Maße verbessern. So stellt die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 weiterhin einen großen Widerstand dar und hemmt die Wärmeleitung zwischen den Filtern F1. Übertrifft hingegen die Wärmeleitfähigkeit 10 W/mK, verschlechtern sich möglicherweise Eigenschaften wie Adhäsion und Wärmeresistenz und bewirken, dass sich die Herstellung als schwer erweist.
Es ist erforderlich, dass die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 0.3 mm-3 mm beträgt. Ferner wird bevorzugt, dass sich die Dicke auf 0.5 mm-2 mm beläuft.
Falls die Dicke t1 3 mm übertrifft, stellt die Versiegelungs- bzw. Dichtsicht 15 weiterhin eine große Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 dar, selbst wenn die Wärmeleitfähigkeit hoch ist und die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Filtern F1 gehemmt wird. Zusätzlich würde das Verhältnis der von den Filtern F1 besetzten Anordnung 9 relativ abnehmen und die Filtrationskapazität senken. Falls hingegen die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 unter 0.3 mm liegt, würde die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 nicht zu einem großen Widerstand werden. Allerdings kann die Kraft, welche die Filter F1 aneinander haften lässt, zu gering werden und bewirken, dass die Anordnung 9 bruchanfällig wird.
Die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 wird aus zumindest einer anorganischen Faser, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel und anorganischen Teilchen gebildet. Überdies handelt es sich bei der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 vorzugsweise um ein elastisches Material, das dadurch geformt wird, dass anorganische Fasern und anorganische Teilchen, die einander dreidimensional schneiden bzw. kreuzen, mit einem anorganischen Bindemittel und einem organischen Bindemittel gebunden werden.
Zumindest ein Keramikfasertyp, ausgewählt aus einer Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Faser, Mullitfaser, Aluminiumoxidfaser und Siliziumdioxidfaser, wird als die anorganische Faser bestimmt, die in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 enthalten sein soll. Unter diesen Fasern wird die Auswahl der keramischen Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Faser am meisten bevorzugt. Die keramische Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Faser besitzt eine ausgezeichnete Elastizität und dient der Absorption thermischer Belastung.
In diesem Fall beträgt der Gehalt der keramischen Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Faser in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 10 Gew.-%-70 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%-40 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 Gew.-%-30 Gew.-%. Falls der Gehalt unter 10 Gew.-% liegt, sinkt die thermische Leitfähigkeit und die Elastizität nimmt ab. Liegt der Gehalt über 70 Gew.-%, verringern sich die thermische Leitfähigkeit und die Elastizität.
Der Perl- bzw. Granaliengehalt der keramischen Siliziumdioxid/Aluminiumoxid-Faser beläuft sich auf 1 Gew.-%-10 Gew.-%, vorzugsweise auf 1 Gew.-%-5 Gew.-% und besonders bevorzugt auf 1 Gew.-%-3 Gew.-%. Falls der Perl- bzw. Granaliengehalt unter 1 Gew.-% liegt, erweist sich die Herstellung als schwer, und falls der Perl- bzw. Granaliengehalt 50 Gew.-% beträgt, kann die Außenfläche des Filters F1 beschädigt werden.
Die Faserlänge der keramischen Siliziumdioxid/Aluminiumoxidfaser beläuft sich auf 1 mm-100 mm, vorzugsweise auf 1 mm-50 mm und besonders bevorzugt auf 1 mm-20 mm. Falls die Faserlänge 1 mm oder weniger beträgt, besteht ein Nachteil dahingehend, dass sich keine elastische Struktur formen lässt. Falls die Faserlänge 100 mm übertrifft, besteht ein Nachteil dahingehend, dass die Faser Faserbälle hervorbringen und die Dispersion anorganischer Feinpartikel verringern kann. Ferner wird es schwer, die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht dünner als 3 mm zu machen und die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Filtern F1 zu verbessern, wenn die Fasern länger als 100 mm sind.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem anorganischen Bindemittel, das in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 enthalten ist, um ein kolloidales Sol, das zumindest entweder aus Siliziumdioxidsol oder Aluminiumoxidsol ausgewählt wird. Die Auswahl von Siliziumdioxidsol wird besonders bevorzugt. Dies ist der Fall, weil sich Siliziumdioxidsol optimal zur Verwendung als adhäsives Agens bei hohen Temperaturen eignet, da es sich durch Sintern zu SiO₂ mühelos gewinnen lässt. Zusätzlich verfügt Siliziumdioxidsol über eine vortreffliche Isoliercharakteristik.
In diesem Fall beläuft sich der Gehalt von Siliziumdioxidsol als Feststoff in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 auf 1 Gew.-%-30 Gew.-%, vorzugsweise auf 1 Gew.-%-15 Gew.-% und ganz besonders bevorzugt auf 5 Gew.-%-9 Gew.-%. Falls der Gehalt unter 1 Gew.-% liegt, sinkt die adhäsive Stärke. Falls hingegen der Gehalt 30 Gew.-% übertrifft, nimmt die thermische Leitfähigkeit ab.
Es wird bevorzugt, dass das organische Bindemittel, das in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 enthalten ist, ein hydrophiles organisches Hochpolymer ist, und weiterhin wird bevorzugt, dass es sich bei dem organischen Bindemittel um ein Polysaccharid handelt, wobei zumindest ein Stoff ausgewählt wird aus Polyvinylalkohol, Methylcellulose, Ethylcellulose und Carboxymethylcellulose. Besonders bevorzugt wird die Auswahl von Carboxymethylcellulose. Der Grund dafür ist, dass die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 aufgrund von Carboxymethylcellulose über optimale Fluidität verfügt und so bei Normaltemperaturen eine ausgezeichnete Adhäsion aufweist.
In diesem Fall beträgt der Gehalt von Carboxymethylcellulose als Feststoff 0.1 Gew.-%-5.0 Gew.-%, vorzugsweise 0.2 Gew.-%-1.0 Gew.-% und besonders bevorzugt 0.4 Gew.-%-0.6 Gew.-%. Falls der Gehalt niedriger ist als 0.1 Gew.-%, erweist sich die ausreichende Hemmung der Migration als schwer. Unter „Migration„ ist ein Phänomen zu verstehen, bei dem sich das Bindemittel in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 bewegt, während das Lösungsmittel entfernt wird, da es trocknet, wenn die zwischen die versiegelten bzw. abgedichteten Körper gefüllte Versiegelungs- bzw. Dichtschicht hart wird. Falls der Gehalt 5.0 Gew.-% übertrifft, verbrennt und beseitigt die hohe Temperatur das organische Bindemittel und verringert die Stärke der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15.
Es wird bevorzugt, dass es sich bei den anorganischen Partikeln, die in der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 enthalten sind, um ein anorganisches Pulver oder ein elastisches Material handelt, das einen Whisker nutzt, der zumindest aus einem der Stoffe Siliziumcarbid, Siliziumnitrid und Bornitrid ausgewählt wird. Ein solches Carbid und derartige Nitride besitzen eine äußerst hohe thermische Leitfähigkeit und tragen zur Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit bei, wenn sie in der Oberfläche einer keramischen Faser oder in der Oberfläche des Inneren eines kolloidalen Sol enthalten sind.
Besonders bevorzugt wird die Auswahl von Siliziumcarbidpulver aus dem obigen Carbid und den obigen Nitriden. Der Grund dafür besteht darin, dass die thermische Leitfähigkeit von Siliziumcarbid äußerst hoch ist und sich problemlos an die keramische Faser anpasst. Zusätzlich ist der Filter F1, bei dem es sich um den versiegelten bzw. abgedichteten Körper handelt, aus gesintertem porösen Siliziumcarbid. Deshalb wird einer Auswahl des gleichen Typs Siliziumcarbidpulver der Vorzug gegeben.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Gehalt des Siliziumcarbidpulvers als Feststoff 3 Gew.-%-80 Gew.-%, vorzugsweise 10 Gew.-%-60 Gew.-% und besonders bevorzugt 20 Gew.-%-40 Gew.-% beträgt. Falls sich der Gehalt auf 3 Gew.-% oder weniger beläuft, nimmt die thermische Leitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 ab, was darin resultiert, dass die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 eine große Wärmeresistenz aufweist. Übertrifft der Gehalt 80 Gew.-%, nimmt die Adhäsionsstärke bei hoher Temperatur ab.
Der Korndurchmesser beträgt 0.01 μm-100 μm, vorzugsweise 0.1 μm-15 μm und besonders bevorzugt 0.1 μm-10 μm. Falls der Korndurchmesser 100 μm übertrifft, verringern sich Adhäsion und thermische Leitfähigkeit. Liegt der Korndurchmesser unter 0.01 μm, steigen die Kosten für das Versiegelungs- bzw. Dichtmaterial 15.
Nun wird das Verfahren zur Herstellung der keramischen Filteranordnung 9 erläutert.
Zunächst erfolgt die Herstellung einer Aufschlämmung aus keramischem Werkstoff, die während eines Extrusionsprozesses benutzt wird, einer Versiegelungs- bzw. Dichtpaste, die während eines Endversiegelungs- bzw. Endabdichtungsprozesses zum Einsatz kommt, und einer Paste zur Bildung einer Versiegelungs- bzw. Dichtschicht, die während eines Prozesses zum Anhaften von Filtern Anwendung findet.
Die Aufschlämmung aus keramischem Rohmaterial wird hergestellt, indem vorbestimmte Mengen eines organischen Bindemittels und Wasser mit Siliziumcarbidteilchen kombiniert und verknetet werden. Die Versiegelungs- bzw. Dichtpaste wird durch Kombinieren und Verkneten eines organischen Bindemittels, eines Gleitmittels, eines Plastikums und Wasser mit Siliziumcarbidpulver vorbereitet. Die Paste zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht wird dadurch bereitgestellt, dass vorgegebene Mengen einer anorganischen Faser, eines anorganischen Bindemittels, eines organischen Bindemittels, anorganischer Partikel und Wasser kombiniert und verknetet werden.
Als Nächstes wird die Aufschlämmung aus keramischem Werkstoff in einen Extruder gegeben und kontinuierlich aus einer Form extrudiert. Danach wird das extrudierte mit Wabenform versehene Produkt in gleiche Längen geschnitten, um längliche quadratische mit Wabenform versehene Produktteile zu erhalten. Außerdem wird eine vorgegebene Menge Versiegelungs- bzw. Dichtpaste in eine der Öffnungen jeder Zelle in den zugeschnittenen Teilen gefüllt, so dass beide Endflächen jedes zugeschnittenen Teils versiegelt bzw. abgedichtet sind.
Dann erfolgt das Hauptsintern dadurch, dass vorbestimmte Bedingungen, wie z.B. Temperatur und Zeit, eingerichtet werden, um die mit Wabenform versehenen Teile und die Versiegelungs- bzw. Dichtkörper 14 vollständig zu sintern. Alle der gesinterten porösen Siliziumcarbidfilter F1, die auf diese Weise erhalten werden, besitzen noch immer eine quadratische Stabform.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Sintertemperatur auf 2100°C bis 2300°C eingestellt, um einen durchschnittlichen Porendurchmesser von 6 μm-15 μm und eine Porosität von 35% bis 50% zu erhalten. Des Weiteren wird die Sinterzeit auf 0.1 Stunden bis 5 Stunden festgelegt. Ferner weist das Innere eines Ofens während des Sinterns eine inerte Atmosphäre auf, und der Druck in dieser Atmosphäre ist der Normaldruck.
Nach dem Formen einer keramischen Unterlageschicht für die Außenfläche der Filter F1, wie erforderlich, wird die Paste zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht darauf aufgetragen. Die Außenflächen von sechzehn solcher Filter F1 werden aneinander gehaftet und so zu einem integralen Teil gemacht.
Im folgenden Prozess des Zuschneidens der Außenform wird die Anordnung 9, die mittels des Filteranhaftprozesses erhalten worden ist und einen quadratischen Querschnitt aufweist, geschliffen, um die Außenform der Anordnung 9 dadurch zu bilden, dass überflüssige Sektionen vom peripheren Abschnitt der Anordnung 9 entfernt werden, und um die keramische Filteranordnung 9 zu bilden, deren Querschnitt rund ist.
Nun erfolgt eine kurze Beschreibung des Einfangens der Feinpartikel, das von der keramischen Filteranordnung 9 vorgenommen wird.
Der im Gehäuse 9a untergebrachten keramischen Filteranordnung 9 wird Abgas zugeleitet. Das via das erste Abgasrohr 6 zugeführte Abgas strömt zunächst in die Zellen, die an der stromauf gelegenen Endfläche 9a geöffnet sind. Dann passiert das Abgas die Zellwand 13 und strömt in die benachbarten Zellen oder in die Zellen, die an der stromab gelegenen Endfläche 9b geöffnet sind. Von den Öffnungen dieser Zellen aus strömt das Abgas aus den stromab gelegenen Endflächen 9b der Filter F1. Allerdings passieren die im Abgas enthaltenen Feinpartikel die Zellwände 13 nicht, sondern werden von den Zellwänden 13 eingefangen. Infolgedessen wird das gereinigte Gas aus der stromab gelegenen Endfläche 9b der Filter F1 abgegeben. Daraufhin passiert das gereinigte Abgas das zweite Abgasrohr 7, um schließlich in die Atmosphäre abgelassen zu werden. Durch den katalytischen Effekt, welcher sich zeigt, wenn die Innentemperatur der Anordnung 9 einen vorbestimmten Wert erreicht, werden die eingefangenen Feinpartikel entzündet und verbrannt.
(Beispiel 1-1)

(1) 51.5 Gew.-% eines α-Siliziumcarbidpulvers mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 10 μm und 22 Gew.-% eines α-Siliziumcarbidpulvers mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0.5 μm wurden nassgemischt. Daraufhin wurden 6.5 Gew.-% des organischen Bindemittels (Methylcellulose) und 20 Gew.-% Wasser zu dem erhaltenen Gemisch gegeben und verknetet. Als Nächstes wurde eine geringe Menge des Plastikums und das Gleitmittel dem verkneteten Gemisch hinzugefügt, es erfolgten weiteres Verkneten und dann Extrusion, um das mit Wabenform versehene Produkt zu erhalten. Spezifischer ausgedrückt, wurde das α-Siliziumcarbidpulver mit einem durchschnittlichen Teilchendurchmesser von etwa 10 μm unter dem Produktnamen C-1000F von Yakushima Denkou Kabushiki Kaisha hergestellt, und das α-Siliziumcarbidpulver mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser von etwa 0.5 μm wurde unter dem Produktnahmen GC-15 von Yakushima Denkou Kabushiki Kaisha gefertigt.
(2) Nach Trocknen des geformten Produkts durch einen Mikrowellentrockner wurden die Durchlöcher 12 des geformten Produkts mittels der Versiegelungs- bzw. Dichtpaste aus gesintertem porösen Siliziumcarbid versiegelt bzw. abgedichtet. Danach wurde die Versiegelungs- bzw. Dichtpaste erneut mithilfe des Trockners getrocknet. Nach dem Prozess zur Endflächenversiegelung bzw. -abdichtung wurde der getrocknete Körper bei 400°C entfettet und dann circa drei Stunden lang bei 2200°C in einer Argonatmosphäre bei normalem Druck gesintert. Dadurch wurden die porösen wabenförmigen Siliziumcarbidfilter F1 gewonnen.
(3) 23.3 Gew.-% einer keramischen Faser (Aluminiumoxid/Silicat-Keramikfaser, Perl- bzw. Granaliengehalt 3%, Faserlänge 0.1 mm-100 mm), 30.2 Gew.-% Siliziumcarbid mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 0.3 μm, 7 Gew.-% Siliziumdioxidsol (die umgerechnete Menge vom SiO₂ des Sols beträgt 30 %), das als das anorganische Bindemittel dient, 0.5 Gew.-% Carboxymethylcellulose, die als das organische Bindemittel dient, und 39 Gew.-% Wasser wurden vermischt und verknetet. Das verknetete Material wurde auf eine zweckgemäße Viskosität reguliert zwecks Herstellung der Paste, die zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 benutzt wird.
(4) Dann wurde die Paste zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht gleichmäßig auf die Außenfläche der Filter F1 aufgetragen. Des Weiteren wurden in einem Stadium, in dem die Außenflächen der Filter F1 aneinandergehaftet wurden, die Filter F1 bei Bedingungen von 50°C bis 100°C × 1 Stunde getrocknet und gehärtet. Als Ergebnis davon hat die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 die Filter 1 aneinandergehaftet. Die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 wurde auf 0.5 mm festgelegt. Die Wärmeleitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 belief sich auf 0.3 W/mK.
(5) Als Nächstes wurde der periphere Abschnitt zugeschnitten, um den peripheren Abschnitt zu formen und die keramische Filteranordnung 9, die einen runden Querschnitt besitzt, fertig zu stellen.

Daraufhin wird das Wärmeisoliermaterial 10 um die in obengenannter Weise erhaltene Anordnung 9 gewunden. In diesem Stadium wird die Anordnung 9 im Gehäuse 8 untergebracht, woraufhin ihr das Abgas zugeleitet wird. Nach Verstreichen einer vorbestimmten Zeit wird die Anordnung 9 entfernt und an einer Vielzahl von Stellen zugeschnitten. Die Schnittflächen wurden mit bloßem Auge betrachtet.
Folglich wurden keine Feinpartikelreste am peripheren Abschnitt der Anordnung 9 (insbesondere am peripheren Abschnitt nahe der stromab gelegenen Endfläche) festgestellt, wo sich nicht verbrannte Teilchen tendenziell niederlassen. Natürlich wurden die Feinpartikel an anderen Abschnitten vollständig verbrannt. Es kommt in Betracht, dass solche Ergebnisse erhalten werden, weil die Verwendung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 einer Verringerung der Wärmeleitfähigkeit zwischen den Filtern F1 vorbeugt und dadurch die Temperatur am peripheren Abschnitt der Anordnung 9 in ausreichendem Maß erhöht wird. Dementsprechend ist in Beispiel 1-1 offensichtlich, dass das Abgas einer effizienten Aufbereitung unterzogen wurde.
(Beispiele 1-2, 1-3)
In Beispiel 1-2 erfolgte die Herstellung der keramischen Filteranordnung 9, indem die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 auf 1.0 mm eingerichtet wurde. Die weiteren Bedingungen wurden grundsätzlich in Entsprechung zu Beispiel 1-1 festgelegt. In Beispiel 1-3 wurde die keramische Filteranordnung 9 durch Einrichten der Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 auf 2.5 mm gestaltet. Die weiteren Bedingungen wurden grundsätzlich in Entsprechung zu Beispiel 1-1 festgelegt.
Dann kamen die beiden erhaltenen Anordnungs 9 -Typen für einen bestimmten Zeitraum zum Einsatz, und die zugeschnittenen Flächen wurden mit bloßem Auge betrachtet. Erzielt wurden die gleichen wünschenswerten Ergebnisse wie in Beispiel 1-1. So ist offensichtlich, dass in den Beispielen 1-2 und 1-3 eine effiziente Aufbereitung des Abgases vorgenommen wurde.
(Beispiel 1-4)
In Beispiel 1-4 wurde die zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht verwendete Paste durch Vermischen und Verkneten von 25 Gew.-% einer keramischen Faser (Mullitfaser, Perl- bzw. Granaliengehaltsrate 5 Gew.-%, Faserlänge 0.1 mm-100 mm), 30 Gew.-% Siliziumnitridpulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 1.0 μm, 7 Gew.-% Aluminiumoxidsol (die umgerechnete Menge von Aluminiumoxidsol beträgt 20 %), das als anorganisches Bindemittel dient, 0.5 Gew.-% Polyvinylalkohol, der als organisches Bindemittel dient, und 37.5 Gew.-% Alkohol. Die anderen Abschnitte wurden in Entsprechung zu Beispiel 1-1 geformt, um die keramische Filteranordnung 9 fertig zu stellen. Die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 wurde auf 1.0 mm eingerichtet. Die thermische Leitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 belief sich auf 0.2 W/mK.
Dann kam die erhaltene Anordnung 9 für einen bestimmten Zeitraum zum Einsatz, und die zugeschnittenen Flächen wurden mit bloßen Auge betrachtet. Erzielt wurden die gleichen wünschenswerten Ergebnisse wie in Beispiel 1. Somit ist offensichtlich, dass das Abgas in Beispiel 1-4 in wirkungsvoller Weise aufbereitet wurde.
(Beispiel 1-5)
In Beispiel 1-5 wurde die zur Bildung der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht verwendete Paste hergestellt durch Vermischen und Verkneten von 23 Gew.-% einer keramischen Faser (Aluminiumoxidfaser, Perl- bzw. Granaliengehaltrate 4 Gew.-%, Faserlänge 0.1 mm-100 mm), 35 Gew.-% Bornitridpulver mit einem durchschnittlichen Korndurchmesser von 1 μm, 8 Gew.-% Aluminiumoxidsol (die umgerechnete Menge von Aluminiumoxidsol beträgt 20%), das als anorganisches Bindemittel dient, 0.5 Gew.-% Ethylcellulose, die als organisches Bindemittel dient, und 35.5 Gew.-% Aceton. Die weiteren Abschnitte wurden in Entsprechung zu Beispiel 1 geformt, um die keramische Filteranordnung 9 fertig zu stellen. Die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 wurde auf 1.0 mm festgelegt. Die thermische Leitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 betrug 2 W/mK.
Dann kam die erhaltene Anordnung 9 für einen bestimmten Zeitraum zum Einsatz, und die zugeschnittenen Flächen wurden mit bloßem Auge betrachtet. Erzielt wurden die gleichen wünschenswerten Ergebnisse wie in Beispiel 1. Somit ist offensichtlich, dass in Beispiel 1-5 die Aufbereitung des Abgases wirkungsvoll durchgeführt wurde.
Die keramische Filteranordnung 9 der ersten Ausführungsform bringt die folgenden Vorteile mit sich:

(1) In jedem Beispiel ist die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 im bevorzugten Bereich von 0.3 mm-3 mm eingerichtet, und die thermische Leitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 ist im bevorzugten Bereich von 0.1 W/mK-10 W/mK angesiedelt. Dies verbessert die thermische Leitfähigkeit der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht und verhindert, dass die thermische Leitfähigkeit zwischen den Filtern F1 gesenkt wird. Dementsprechend wird Wärme gleichmäßig und schnell an die gesamte Anordnung 9 abgeführt. Dies beugt der Erzeugung einer Temperaturdifferenz in der Anordnung 9 vor. Folglich erhöht sich die Einheitlichkeit der thermischen Bedingungen in der Anordnung 9, und das lokale Auftreten nicht verbrannter Teilchen wird vermieden. Die Anordnung 1 zur Abgasreinigung, welche die Anordnung 9 nutzt, verfügt über eine ausgezeichnete Abgasaufbereitungseffizienz. Falls die Dicke t1 und die thermische Leitfähigkeit innerhalb des obengenannten Bereichs liegen, bleiben grundlegende Eigenschaften, wie z.B. die Haftungsfähigkeit und die Wärmeresistenz, die gleichen. Dies verhindert, dass sich das Herstellen der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 mühevoll gestaltet. Da die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 zum Anhaften der Filter F1 aneinander dient, wird ein Zerbrechen der Anordnung 9 vermieden. Anders ausgedrückt, ist die Anordnung 9 relativ einfach zu fertigen und weist eine vortreffliche Lebendsauer auf.
(2) In jedem Beispiel enthält die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 10 Gew.-%-70 Gew.-% keramischer Fasern als Feststoff. Dies ermöglicht, dass die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 eine hohe thermische Leitfähigkeit und Elastizität besitzt. So wird die thermische Leitfähigkeit zwischen den Filtern F1 verbessert und die thermische Leitfähigkeit der Anordnung 9 weiter gesteigert.
(3) In jedem Beispiel enthält die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 keramische Fasern, deren Längen 100 mm oder weniger betragen. Dementsprechend lässt sich die Dicke t1 der Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 problemlos auf 3 mm oder weniger festlegen. Dies erhöht die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Filtern F1 und trägt so zu einheitlichen thermischen Bedingungen in der Anordnung 9 bei.
(4) In jedem Beispiel enthält die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 3 Gew.-%-80 Gew.-% anorganischer Teilchen als Feststoff. Somit verfügt die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 über eine hohe thermische Leitfähigkeit. Dies steigert die Wärmeleitfähigkeit zwischen den Filtern F1 und trägt zu einheitlichen thermischen Bedingungen in der Anordnung 9 bei.
(5) Die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 in den obengenannten Beispielen wird aus zumindest einer anorganischen Faser, einem anorganischen Bindemittel, einem organischen Bindemittel und anorganischen Teilchen gebildet. Des Weiteren besteht die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 aus einem elastischen Material, das entsteht, indem sich dreidimensional schneidende bzw. kreuzende anorganische Fasern mit den anorganischen Teilchen mittels eines anorganischen Bindemittels und eines organischen Bindemittels verbunden werden.

Ein derartiges Material bringt die nachstehend erläuterten Vorteile mit sich. Eine ausreichende Adhäsionsstärke wird sowohl in einem niedrigen Temperaturbereich als auch in einem hohen Temperaturbereich erzielt. Außerdem verfügt das Material über Elastizität. Somit ist bei Beaufschlagung der Anordnung 9 mit thermischer Belastung die Freisetzung der thermischen Belastung gewährleistet.
Die Ausführungsform lässt sich modifizieren, wie nachstehend beschrieben.

(a) Die Anzahl der Filter F1 ist nicht auf 16 begrenzt, sondern kann beliebig sein. In diesem Fall können Filter F1 mit verschiedenen Dimensionen und Formen kombiniert werden.
(b) Mit Blick auf 6 sind in einer keramischen Filteranordnung 21 einer weiteren Ausführungsform die Filter F1 gegeneinander in einer Richtung versetzt, die senkrecht zur axialen Richtung des Filters ist, und die Filter F1 sind durch die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 angehaftet. In diesem Fall widersetzten sich die Filter F1 einer Verlagerung, wenn sie im Gehäuse 8 untergebracht sind. Dies verbessert die Bruchstärke der Anordnung 21. In der keramischen Filteranordnung 21 aus 6 umfasst die Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 15 keine kreuzähnlichen Abschnitte. Es wird erachtet, dass dies zur Verbesserung der Bruchstärke beiträgt. Da überdies die thermische Leitfähigkeit in radialer Richtung der Anordnung 21 weiter verbessert ist, zeigen sich die einheitlichen thermischen Bedingungen in der Anordnung 21 weiter verstärkt.
(c) Anstelle der Wabenform können die Filter F1 eine dreidimensionale Maschenstruktur, eine schaumartige Struktur, eine nudelähnliche Struktur oder eine faserartige Struktur besitzen.
(d) Vor dem Prozess zum Zuschneiden der Außenform ist die Form des Filters F1 nicht auf die längliche quadratische Form eingeschränkt und kann auch als dreieckige Stabform oder hexagonale Stabform ausfallen. Ferner muss die Anordnung 9 während des Prozesses zum Zuschneiden der Außenform nicht zwangsläufig so geformt werden, dass sie danach einen runden Querschnitt besitzt, und kann beispielsweise mit einem ovalen Querschnitt versehen werden.

Bei 7 handelt es sich um eine schematische Perspektivdarstellung einer keramischen Filteranordnung 49. Die keramische Filteranordnung 49 wird von einer Vielzahl rechteckiger stabartiger Filter F100 mit Wabenform gebildet.
In jedem wabenförmigen Filter F100 wird die Strömungsrichtung des Abgases (die zur Filterendfläche senkrecht verlaufende Richtung), bei welchem es sich um das aufbereitete Fluid handelt, als Filterlänge L (mm) definiert. Des Weiteren wird jene Fläche, die beim Zuschneiden jedes wabenförmigen Filters F100 in einer zur Strömungsrichtung senkrechten Richtung (anders ausgedrückt, parallel zur Filterendfläche) erhalten wird, als die Filterquerschnittfläche S (mm²) definiert.
In diesem Fall soll sich der L/S-Wert auf 0.06 mm/m² bis 0.75 mm/mm² belaufen. Bevorzugt beträgt der L/S-Wert 0.10 mm/mm² bis 0.60 mm/mm², und besonders bevorzugt beläuft sich der L/S-Wert 0.15 mm/mm² bis 0.40 mm/mm².
Überschreitet der L/S-Wert 0.75 mm/mm², wird eine Temperaturdifferenz in Längsrichtung des Filters erzeugt. Als Ergebnis davon wird der wabenförmige Filter F100 mit einem hohen Maß an thermischer Belastung beaufschlagt, was Rissen ihre Entstehung leicht macht. Wenn hingegen der L/S-Wert 0.06 mm/mm² oder weniger beträgt, wird eine Temperaturdifferenz in einer zur Längsrichtung des Filters senkrechten Richtung erzeugt. Auch dadurch wird der wabenförmige Filter F100 mit einem hohen Maß an thermischer Belastung beaufschlagt, wodurch Rissen ihre Entstehung leicht gemacht wird.
Insbesondere wird bevorzugt, dass sich die Filterlänge L auf 120 mm bis 300 mm beläuft, und ganz besonders bevorzugt wird eine Filterlänge L von 140 mm bis 200 mm. Insbesondere wird bevorzugt, dass sich die Filterquerschnittfläche S auf 400 mm² bis 2500 mm² beläuft, und ganz besonders bevorzugt wird eine Querschnittfläche S von 600 mm² bis 2000 mm², und ganz besonders bevorzugt wird eine Querschnittfläche S von 600 mm² bis 2000 mm². Wenn die Werte von L und S außerhalb des bevorzugten Bereichs liegen, entsteht im wabenförmigen Filter F100 eine Temperaturdifferenz. Infolgedessen baut sich leicht ein hohes Maß an thermischer Belastung auf.
Beispiel 4-1
Grundsätzlich wurde die gleiche Anordnung 49 wie jene aus Beispiel 1-1 gefertigt. Die Höhe W des Filters F100 betrug 33 mm, die Breite W2 33 mm und die Länge L 167 mm. Dementsprechend belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 1,089 mm² und der L/S-Wert auf 0.15 mm/mm² (= 167/1089).
Dann wurde das Wärmeisoliermaterial 10 um die Anordnung 49 gewickelt. In diesem Stadium wurde die Anordnung 49 im Gehäuse 8 festgehalten und ihr wurde Abgas zugeleitet.
Bezugnehmend auf 9(A) und 9(B) wurden die Thermoelemente jeweils in die Stellen P1 bis P6 eingebettet und die Temperaturen T1 bis T6 wurden jeweils für einen bestimmten Zeitraum gemessen. Des Weiteren wurden die Maximaltemperaturunterschiede Δ T(°C) an jeder der Stellen P1 bis P6 erhalten. Der weiße Pfeil in der Zeichnung weist auf die Richtung des Abgasstroms hin. Die Temperaturmessung wurde am wabenförmigen Filter F100 vorgenommen, der in 7 mit Bezugszeichen X bezeichnet ist.
Nach einer vorbestimmten Zeit wurde die Anordnung 49 herausgenommen, und die wabenförmigen Filter F100 wurden jeweils mit bloßem Auge betrachtet. Im Ergebnis betrug die Maximaltemperaturdifferenz ΔT (°C) aus Beispiel 4-1 ungefähr 5°C, wobei es sich um einen äußerst niedrigen Wert handelt. Ferner wurden bei keinem der wabenförmigen Filter F100 Risse festgestellt.
(Beispiele 4-2 bis 4-6)
In den Beispielen 4-2 bis 4-6 wurde Anordnung 49 in gleicher Weise hergestellt wie in Beispiel 4-1. Allerdings war in Beispiel 4-2 die Höhe W1 jedes wabenförmigen Filters F100 auf 50 mm, die Breite W2 auf 50 mm und die Länge L auf 150 mm festgelegt. Folglich belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 2500 mm² und der L/S-Wert auf (150/2500 =) 0.06 mm/mm².
In Beispiel 4-3 war die Höhe W1 auf 20 mm, die Breite W2 auf 20 mm und die Länge L auf 300 mm festgelegt. Dementsprechend belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 4000 mm² und der L/S-Wert auf (300/400 =) 0.75 mm/mm².
In Beispiel 4-4 war die Höhe W1 auf 33 mm, die Breite W2 auf 33 mm und die Länge L auf 230 mm festgelegt. Also belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 1089 mm² und der L/S-Wert auf (230/1089 =) 0.21 mm/mm².
In Beispiel 4-5 war die Höhe W1 auf 25 m, die Breite W2 auf 25 m und die Länge L auf 300 mm festgelegt. Folglich belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 625 mm² und der L/S-Wert auf (300/625 =) auf 0.48 mm/mm².
In Beispiel 4-6 war die Höhe W1 auf 22 m, die Breite W2 auf 22 m und die Länge L auf 300 mm festgelegt. Dementsprechend belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 484 mm² und der L/S-Wert auf (300/484 =) 0.62 mm/mm².
Ein Versuch wurde an den fünf Typen von Anordnungen 59 in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 4-1. Im Ergebnis betrug die Maximaltemperaturdifferenz ΔT (°C) ungefähr 0°C bis 10°C, wobei diese Werte äußerst niedrig sind. Ferner wurden bei keinem der wabenförmigen Filter F100 Risse nachgewiesen.
(Vergleichsbeispiel 1)
In Vergleichsbeispiel 1 wurde die Anordnung 49 in gleicher Weise hergestellt wie in Beispiel 4-1. Allerdings war die Höhe W1 jedes wabenförmigen Filters F100 auf 20 mm, die Breite W2 auf 20 mm und die Länge L auf 400 mm festgelegt. Dementsprechend belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 1000 mm² und der L/S-Wert auf (400/400 =) 1.00 mm/mm².
Ein Versuch wurde an Anordnung 49 in gleicher Weise vorgenommen wie in Beispiel 4-1. Im Ergebnis belief sich die Maximaltemperaturdifferenz ΔT (°C) auf ungefähr 30°C und war somit größer als bei jeder anderen Ausführungsform. Die Länge L in Vergleichsbeispiel 4-1 war besonders groß. So war eine Tendenz zur Entstehung einer Temperaturdifferenz in Längsrichtung des Filters vorhanden.
Darüber hinaus wurden Risse in einigen der wabenförmigen Filter F100 vorgefunden, und die wabenförmigen Filter F100 waren beschädigt.
(Vergleichsbeispiel 2)
In Vergleichsbeispiel 2 wurde die Anordnung 49 in gleicher Weise hergestellt wie in Beispiel 4-1. Allerdings war die Höhe W1 auf 70 mm, die Breite W2 auf 70 mm und die Länge L auf 167 mm festgelegt. Dementsprechend belief sich die Querschnittfläche S des Filters auf 4900 mm² und der L/S-Wert auf (167/4900 =) 0.03 mm/mm².
Ein Versuch wurde an Anordnung 49 in gleicher Weise durchgeführt wie in Beispiel 4-1. Im Ergebnis belief sich die Maximaltemperaturdifferenz ΔT (°C) auf etwa 20°C und war somit größer als bei jeder anderen Ausführungsform. Die Querschnittfläche S des Filters in Vergleichsbeispiel 4-2 fiel besonders groß aus. So bestand eine Tendenz zur Entstehung einer Temperaturdifferenz in einer zur Längsrichtung des Filters senkrechten Richtung. Darüber hinaus wurden in einigen der wabenförmigen Filter F100 Risse vorgefunden, und die wabenförmigen Filter F100 waren beschädigt.
Die Vorteile der keramischen Filteranordnung 49 werden nachstehend erläutert.

(1) Durch Festlegen des Verhältnisses L/S zwischen der Filterlänge L und der Filterquerschnittfläche S im bevorzugten Bereich wird der Erzeugung einer erheblichen thermischen Belastung vorgebeugt, ohne dass eine große Temperaturdifferenz in jedem der wabenförmigen Filter F100 hervorgerufen wird. Dies verhindert die Entstehung von Rissen in den wabenförmigen Filtern F100, und die wabenförmigen Filter F100 sind beschädigungsresistent. Bedingt durch die Zunahme der Stärke jedes wabenförmigen Filters F100 wird die keramische Filteranordnung 49 mit ausgezeichneter Stärke versehen. Darüber hinaus steigert der Einsatz der Anordnung 49 die Stärke der Vorrichtung 1 zur Abgasreinigung und ermöglicht deren Verwendung über einen langen Zeitraum.

Die Ausführungsform kann modifiziert werden, wie nachstehend erläutert.

(a) Solange der L/S-Wert im Bereich von 0.06 mm/mm² bis 0.75 mm/mm² liegt, kann die Form des wabenförmigen Filters F100 zu einer zylindrischen stabähnlichen Form, einer dreieckigen stabähnlichen Form oder einer hexagonalen stabförmigen Form geändert werden.
(b) Zusätzlich zur Verwendung der wabenförmigen Filter F100 als den keramischen Filter 49 bildende Elemente besteht die Möglichkeit, den wabenförmigen Filter F100 als unabhängigen Filter zu nutzen.

Bei 10 handelt es sich um eine perspektivische Darstellung eines wabenförmigen Filters 59 mit einer wabenförmigen Struktur gemäß der vorliegenden Erfindung. 11 ist eine Darstellung im Querschnitt entlang der Linie 20-20 des Filters 59 aus 10. Bei 12 handelt es sich um eine Querschnittdarstellung, die einen Hauptabschnitt einer Vorrichtung zur Abgasreinigung veranschaulicht.
Vorzugsweise befindet sich die Zelldichte des wabenförmigen Filters 59 in einem Bereich von 120 bis 180/inch². Wenn die Zelldichte unter 120 liegt, nimmt der Kontaktbereich mit dem Abgas ab, was das Reinigungsvermögen des wabenförmigen Filters 59 mindert.
Vorzugsweise beläuft sich die Dicke der Zellwand 13 im Bereich von 0.20 bis 0.46 mm liegt. Wenn die Dicke der Zellwand 13 über 0.46 mm liegt, verkleinert sich der Öffnungsbereich der Zelle, und der Kontaktbereich mit dem Abgas nimmt ab. Dies senkt das Reinigungsvermögen des wabenförmigen Filters 59. Wird die Zellwand 13 bei gleichbleibendem Zellöffnungsbereich dicker als 0.46 mm angelegt, vergrößert sich der gesamte wabenförmige Filter 59.
Der durchschnittliche Porendurchmesser des wabenförmigen Filters 59 ist 5 μm bis 15 μm, und besonders bevorzugt wird, dass der durchschnittliche Porendurchmesser 8 μm bis 12 μm beträgt. Falls der durchschnittliche Porendurchmesser unter 5 μm liegt, verstopft die Ablagerung von Teilchen den wabenförmigen Filter 59. Dies steigert den Druckverlust. So sinkt die Antriebsleistung des Fahrzeugs, die Brennstoffeffizienz verringert sich, und das Fahrgefühl wird unzufriedenstellend. Falls hingegen der durchschnittliche Porendurchmesser 50 μm übertrifft, lassen sich Feinpartikel nicht einfangen. Dies vermindert die Einfangeffizienz und verschlechtert die Teilchenfilterfunktion.
Die Porosität des wabenförmigen Filters 59 ist 30% bis 50% und stärker bevorzugt 35% bis 49%. Falls die Porosität unter 30% liegt, wird der wabenförmige Filter 59 zu dicht. Dies hemmt den inneren Strom des Abgases. Falls die Porosität 50% übertrifft, wird die Porenzahl im wabenförmigen Filter 59 über die Maßen groß. Dies kann die Stärke verringern und die Feinpartikeleinfangeffizienz senken.
20% oder mehr der Poren des wabenförmigen Filters 59 sind durchgängige Poren. Besonders bevorzugt, sind 20% bis 80% durchgängige Poren, und ganz besonders bevorzugt sind 20% bis 50% durchgängiger Löcher. Unter einem durchgängigen Loch ist ein Spalt zu verstehen, der sich durch eine Zellwand 13 erstreckt und benachbarte Löcher 12 verbindet. Falls die durchgängigen Poren weniger als 20% der Poren stellen, fällt der Druckverlust hoch aus. So sinkt die Fahrleistung des Fahrzeugs, die Brennstoffeffizienz nimmt ab, und das Fahrgefühl wird unzufriedenstellend. Falls hingegen die durchgängigen Poren mehr als 80% der Poren stellen, kann sich die Herstellung als schwer erweisen und möglicherweise wird die stabile Versorgung mit Material erschwert.
Vorzugsweise ist das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters 59 ¼ bis 2-mal so hoch wie die Gesamtverdrängung des Motors. Besonders bevorzugt ist das Gesamtvolumen ½ bis 1.5-mal so hoch wie die Gesamtverdrängung. Falls der Wert unter ¼ liegt, verstopft die Teilchenablagerung den wabenförmigen Filter 59. Falls der Wert das Doppelte überschreitet, wird der wabenförmige Filter 59 vergrößert. Bei einer Vergrößerung des wabenförmigen Filters 59 besteht eine Tendenz zur Temperaturdifferenz zwischen Abschnitten des Filters 59 während der Verbrennung. Dies erhöht die thermische Belastung, mit welcher der wabenförmige Filter 59 beaufschlagt wird, und steigert die Wahrscheinlichkeit der Rissbildung.
Der wabenförmige Filter 59 besteht aus gesintertem porösen Siliziumcarbid, bei dem es sich um einen Typ gesinterten Carbids handelt. Die im gesinterten porösen Siliziumcarbid enthaltenen Unreinheiten belaufen sich auf 5 Gew.-% oder weniger. Bevorzugt wird, dass die Menge der Unreinheiten 1 Gew.-% oder weniger beträgt, und besonders bevorzugt wird, dass die Menge der Unreinheiten 0.1 Gew.-% oder weniger stellt. Falls die Unreinheiten 5 Gew.-% überschreiten, konzentrieren sich Unreinheiten an der Korngrenze der Siliziumkarbidkristallkörner und verringern die Stärke an der Korngrenze signifikant (jene Stärke, welche die Kristallkörner bindet). Dies macht die Korngrenze bruchanfällig. Zu den Unreinheiten gehören Al, Fe, O und freier C. Ebenso wie der wabenförmige Filter 59 ist der wabenförmige Filter 59 aus gesintertem porösen Siliziumcarbid gefertigt.
(Beispiel 5-1)
Grundsätzlich in gleicher Weise wie in Beispiel 4-1 wurden die Durchlöcher 12 des geformten Produkts mit einem Mikrowellentrockner getrocknet und dann mit einer Versiegelungs- bzw. Dichtpaste aus gesintertem porösen Siliziumcarbid versiegelt bzw. abgedichtet. Danach wurde der Trockner zwecks Trocknung der Versiegelungs- bzw. Dichtpaste erneut in Anspruch genommen. Im Anschluss an das Ende des Versiegelungs- bzw. Dichtprozesses wurde das getrocknete Produkt bei 400°C entfettet und dann etwa drei Stunden lang bei 2250°C in einer Argonatmosphäre unter normalem Druck gesintert.
Als Ergebnis davon besaß der hergestellte gesinterte poröse Siliziumcarbid-Filter 59 mit Wabenform einen Porendurchmesser von 10 μm, eine Porosität von 42%, einen Bestandanteil durchgängiger Poren von 25% bezüglich der Poren, eine Zelldichte von 23/cm² (150 inch²) und eine Dicke der Zellwand 13 von 0.4 mm. Der wabenförmige Filter 59 wies einen Durchmesser von 100 mm auf, eine Länge von 200 mm und ein Gesamtvolumen von 2300 cm³. Unter dem Gesamtvolumen ist jenes Volumen zu verstehen, das durch Subtrahieren des Volumens der Durchlöcher 12 vom Volumen des gesamten wabenförmigen Filters 59 erhalten wird. Vorzugsweise beläuft sich die Dicke der Zellwand 13 auf 0.46 mm oder weniger, und besonders bevorzugt liegt sie im Bereich von 0.20 bis 0.46 mm.
Dann wurde ein Wärmeisoliermaterial 10 um den wabenförmigen Filter 59 gewickelt. In diesem Stadium wurde der wabenförmige Filter 59 im Gehäuse gehalten. Ein Motor mit einer Verdrängung von etwa 3000 cc kam zum Einsatz, um der Vorrichtung 1 zur Abgasreinigung Abgas mit einer Strömungsrate von 7m/Sek. zuzuführen. In diesem Stadium wurde der Druckwert des Abgases an der stromauf gelegenen Seite des wabenförmigen Filters 59 und der Druckwert des Abgases an der stromab gelegenen Seite gemessen. Erhalten wurde ein Druckverlust ΔP (mmAq), der die Differenz zwischen den Werten darstellt. Überdies wurde die Rußmenge an der Rückseite des wabenförmigen Filters 59 gemessen, um die Menge der nicht eingefangenen Teilchen festzustellen. Ferner wurde der wabenförmige Filter 59 nach einem bestimmten Zeitraum herausgenommen und mit bloßem Auge betrachtet, um Risse nachzuweisen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 aufgelistet.
Wie in Tabelle 1 aufgeführt, betrug der Druckverlust ΔP in Beispiel 5-1 ungefähr 80 mmAq, wobei es sich um einen äußerst niedrigen Wert handelt. Die Menge der entweichenden Teilchen belief sich auf 0.01 g/km, was einen extrem geringen Wert darstellt. Der wabenförmige Filter 59 wies eine Biegefestigkeit von 6.5 Mpa auf und verfügte über ein äußerst hohes Maß an mechanischer Stärke. Außerdem zeigte der wabenförmige Filter 59 keine Risse.
(Beispiele 5-2, 5-3)
In den Beispielen 5-2 und 5-3 wurde der wabenförmige Filter 59 grundsätzlich in gleicher Weise hergestellt wie jener in Beispiel 5-1. Allerdings war in den Beispielen 5-2 und 5-3 nur das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters 59 das gleiche wie jenes aus Beispiel 5-1. Das Mischverhältnis, die Sintertemperatur, die Sinterzeit, etc. wurden in der nachstehend beschrieben Form geändert, um den Porendurchmesser, die Porosität und den Bestandanteil der durchgängigen Poren in Bezug auf die Poren zu regulieren.
Im hergestellten gesinterten porösen Siliziumcarbid-Filter 59 mit Wabenform aus Beispiel 5-2 betrug der Porendurchmesser 6 μm, die Porosität 32% und der Bestandanteil durchgängiger Poren 30%. Der gleiche Versuch wie jener aus Beispiel 5-1 wurde durchgeführt. Der Druckverlust ΔP belief sich auf 100 mmAq, wobei es sich um einen äußerst niedrigen Wert handelt. Die Menge der entweichenden Teilchen betrug 0.01 g/km, was einen äußerst geringen Wert darstellt. Der wabenförmige Filter 59 besaß eine Biegefestigkeit von 6.2 Mpa und wies ein äußerst hohes Maß an mechanischer Stärke auf. Darüber hinaus zeigte der wabenförmige Filter 59 keine Risse.
Im hergestellten gesinterten porösen Siliziumcarbid-Filter 59 mit Wabenform aus Beispiel 5-3 betrug der Porendurchmesser 14 μm, die Porosität 48% und der Bestandanteil durchgängiger Löcher 45%. Im Versuchsergebnis aus diesem Beispiel belief sich der Druckverlust ΔP auf 60 mmAq, was einen extrem kleinen Wert repräsentiert. Die Menge der entweichenden Teilchen lag bei etwa 0.015 g/km, wobei es sich um einen äußerst niedrigen Wert handelt. Der wabenförmige Filter 59 besaß eine Biegefestigkeit von 6.0 Mpa und wies ein äußerst hohes Maß an mechanischer Stärke auf. Im wabenförmigen Filter 59 zeigten sich keine Risse.
(Vergleichsbeispiele 1 bis 3)
In den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 wurden die wabenförmigen Filter grundsätzlich in gleicher Weise hergestellt wie in Beispiel 5-1. Allerdings betrug in Vergleichsbeispiel 5-1 das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters 700 ccm³, was weniger als ¼ der Verdrängung (3000 cc) darstellt. Ferner werden der Porendurchmesser, die Porosität und der Bestandanteil durchgängiger Poren bezüglich der Poren nachstehend beschrieben.
Im hergestellten gesinterten porösen Siliziumcarbid-Filter mit Wabenform aus Vergleichsbeispiel 1 betrug der Porendurchmesser 3 μm, die Porosität 10% und der Bestandanteil durchgängiger Poren 10%. Im Versuchsergebnis aus Vergleichsbeispiel 1 belief sich der Druckverlust ΔP auf circa 300 mmAq, was einen äußerst hohen Wert darstellt. Die Menge entweichender Teilchen betrug etwa 0.005 g/km, wobei es sich um einen äußerst niedrigen Wert handelt. Der wabenförmige Filter besaß eine Biegefestigkeit von 7.2 Mpa und wies ein äußerst hohes Maß an mechanischer Stärke auf. Im wabenförmigen Filter traten keine Risse auf.
In Vergleichsbeispiel 2 war das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters größer als jenes aus den Beispielen 1 bis 3 und belief sich auf 7000 ccm³, was doppelt so hoch ist wie die Verdrängung (3000 cc) oder noch höher. Zudem betrug im hergestellten gesinterten porösen Silizium-Carbidfilter mit Wabenform der Porendurchmesser 20 μm, die Porosität 70% und der Bestandanteil durchgängiger Poren 15%. Im Versuchsergebnis aus Vergleichsbeispiel 2 belief sich der Druckverlust ΔP auf 40 mmAq, also auf einen äußerst niedrigen Wert. Die Menge entweichender Teilchen betrug etwa 0.04 g/km, was einen extrem kleinen Wert darstellt. Der wabenförmige Filter besaß eine Biegefestigkeit von 2.5 Mpa, und eine zufriedenstellende mechanische Stärke wurde nicht erzielt. Risse wies der wabenförmige Filter keine auf.
In Vergleichsbeispiel 3 wurde ein wabenförmiger Cordierit-Filter mittels eines bekannten Herstellungsverfahrens gefertigt, das sich vom Herstellungsverfahren aus den Vergleichsbeispielen 1 und 2 unterscheidet. Das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters belief sich auf 700 cm³. Im wabenförmigen Filter betrug der Porendurchmesser 30 μm, die Porosität 20 % und der Bestandanteil durchgängiger Poren 15%. Im Versuchsergebnis aus Vergleichsbeispiel 3 lag der Druckverlust ΔP bei ungefähr 120 mmAq, wobei es sich um einen hohen Wert handelt. Die Menge entweichender Teilchen betrug etwa 0.015 g/km, was einen hohen Wert darstellt. Der wabenförmige Filter besaß eine Biegefestigkeit von 3.1 Mpa, und eine zufriedenstellende mechanische Stärke wurde nicht erzielt. Risse zeigten sich im wabenförmigen Filter nicht.
Tabelle 1 listet die Vergleichsergebnisse aus den Beispielen 5-1 bis 5-3 und aus den Vergleichsbeispielen 1 bis 3 auf, wie oben beschrieben.
(Versuchsergebnis)
Wie aus Tabelle 1 ersichtlich, bestätigte sich, dass das Abgas alle der wabenförmigen Filter 59 in den Beispielen 5-1 bis 5-3 problemlos passiert hat. Des Weiteren war die Menge der entweichenden Teilchen im Wesentlichen gleich null, und die erforderliche mechanische Stärke des wabenförmigen Filters wurde erreicht. Im Vergleich dazu wurde die erforderliche mechanische Stärke des wabenförmigen Filters auch in Vergleichsbeispiel 1 erzielt. Jedoch hat das Abgas den wabenförmigen Filter nicht problemlos passiert. Ferner hat das Abgas in Vergleichsbeispiel 2 den wabenförmigen Filter problemlos passiert. Jedoch blieb die erforderliche mechanische Stärke aus. In Beispiel –3 hat das Abgas den wabenförmigen Filter nicht problemlos passiert, und die erforderliche mechanische Stärke wurde auch nicht erreicht.
Die Vorteile des wabenförmigen Filters 59 dieser Ausführungsform werden nun erläutert.

(1) Der gesinterte poröse Siliziumcarbid-Filter 59 mit Wabenform ist im Gehäuse 8 angeordnet. Der wabenförmige Filter 59 ist so gestaltet, dass der durchschnittliche Porendurchmesser 5 bis 15 μm, die mittlere Porosität 30 bis 40% und der Bestandanteil der durchgängigen Poren in Bezug auf die Poren 20% oder mehr beträgt. Da der wabenförmige Filter 59 nicht über die Maßen dicht ist, passiert Abgas sein Inneres problemlos, und der Druckverlust wird gesenkt. Dies verbessert die Brennstoffeffizienz und beugt einer Verschlechterung des Fahrgefühls vor. Außerdem werden Feinpartikel eingefangen und die Einfangeffizienz verbessert, weil die Menge an Spalten im wabenförmigen Filter 59 nicht übermäßig hoch ist. Zusätzlich wird eine zufriedenstellende mechanische Stärke erzielt, selbst wenn der wabenförmige Filter 59 porös ist. So ist der hergestellte wabenförmige Filter 59 resistent gegenüber einem Zerbrechen, das durch Vibrationen und thermische Belastung hervorgerufen wird.
(2) Der wabenförmige Filter 59 ist so gestaltet, dass der durchschnittliche Porendurchmesser 8 bis 12 μm beträgt, die mittlere Porosität 35 bis 49% und der Bestandanteil der durchgängigen Poren in Bezug auf die Poren 20 bis 50% oder mehr. So wird der Druckverlust weiter gesenkt, wohingegen die Stärke erhöht wird.
(3) Die Endflächen des wabenförmigen Filters 59 sind so gestaltet, dass die Versiegelungs- bzw. Dichtkörper 14 die Zellen alternierend versiegeln bzw. abdichten. Die Anzahl der Zellen pro Quadratzentimeter (pro Quadrat-Inch) beläuft sich auf 18 oder mehr (120 oder mehr), und die Dicke der Zellwand beträgt 13 bis 0.46 mm oder weniger. Dies vergrößert den Kontaktbereich mit dem Abgas und steigert das Reinigungsvermögen des wabenförmigen Filters 59.
(4) Das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters 59 ist ¼ bis 2-mal so hoch wie die Gesamtverdrängung des Dieselmotors 2. Da die abgelagerte Menge der Teilchen nicht übermäßig groß wird, wird einem Verstopfen des wabenförmigen Filters 59 vorgebeugt. Zudem wird der wabenförmige Filter 59 nicht vergrößert. Dies verhindert das Auftreten von Temperaturdifferenzen zwischen verschiedenen Stellen des wabenförmigen Filters 59 während der Verbrennung. Dementsprechend wird die thermische Belastung gesenkt, mit welcher der wabenförmige Filter 59 beaufschlagt wird, und Risse werden nicht verursacht.

Die Ausführungsform lässt sich modifizieren, wie nachstehend beschrieben.

(a) Die Form des wabenförmigen Filters 59 beschränkt sich nicht auf eine zylindrische stabähnliche Form, sondern kann zu einer zylindrischen stabähnlichen Form, einer dreieckigen stabähnlichen Form oder einer hexagonalen stabähnlichen Form gewandelt werden.
(b) Wie 13 veranschaulicht, kann eine Vielzahl (16) wabenförmiger Filter 523 integriert werden, um eine keramische Filteranordnung 521 herzustellen. In jedem polygonalen wabenförmigen Filter 523 beträgt der durchschnittliche Porendurchmesser 8 bis 12 μm und die mittlere Porosität 35 bis 49%; ferner sind 20 bis 50% der Poren durchgängige Poren. Die Außenflächen der wabenförmigen Filter 523 sind durch eine keramische Versiegelungs- bzw. Dichtschicht 522 miteinander verbunden.

INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Der keramische Filter der vorliegenden Erfindung kann Anwendung finden bei einem Abgasreinigungsfilter eines Dieselmotors 2, einem Element einer Wärmetauscheinrichtung, einem Filter für Hochtemperaturfluid oder Hochtemperaturdampf, etc.

Claims

Wabenförmiger Filter (59), der aus einem gesinterten, porösen Keramikkörper gebildet ist, wobei der wabenförmige Filter dadurch gekennzeichnet ist, daß: ein mittlerer Porendurchmesser des wabenförmigen Filters 5 bis 15 μm ist, eine mittlere Porosität 30 bis 50 % beträgt und der wabenförmige Filter 20 % oder mehr durchgehende Poren bzw. durchlässige Poren bzw. Durchgangsporen aufweist.
Wabenförmiger Filter nach Anspruch 1, wobei der mittlere Porendurchmesser 8 bis 12 μm, die mittlere Porosität 35 bis 49 % und das Verhältnis der Durchgangsporen 20-50 % beträgt.
Wabenförmiger Filter nach Anspruch 1 oder 2, umfassend eine Mehrzahl von Zellen, enthaltend eine erste Zelle, die eine erste Endoberfläche aufweist, die durch einen Versiegelungs- bzw. Dichtkörper (14) abgedichtet bzw. versiegelt ist, und eine zweite Zelle benachbart der ersten Zelle, wobei die zweite Zelle eine zweite Endoberfläche aufweist, welche der ersten Oberfläche gegenüberliegt, wobei die zweite Endoberfläche durch einen Dichtkörper abgedichtet ist, wobei die Zellanzahl pro Quadratzentimeter (Zoll) von 18 (120) bis 28 (180) reicht und die Dicke einer Zellwand, die die Zellen definiert, von 0,20 bis 0,46 mm reicht.
Wabenförmiger Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der gesinterte poröse Keramikkörper aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Sialon, Aluminiumoxid, Cordierit und Mullit gewählt ist.
Wabenförmiger Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Filter eine Mehrzahl von Zellen aufweist und jede Zelle eine Außenoberfläche aufweist, welche wenigstens einen Oxidationskatalysator, gewählt aus einem Platingruppenelement, anderen Metallelementen und den Oxiden davon trägt.
Wabenförmiger Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Filter aus einem gesinterten porösen Siliziumcarbidkörper gebildet ist, und die darin enthaltenen Verunreinigungen 5 Gew.-% oder weniger betragen.
Wabenförmiger Filter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Verunreinigungen Al, Fe, O und freies C beinhalten.
Keramische Filteranordnung (521), die aus einer Mehrzahl von Filtern nach einem der Ansprüche 1 bis 7 gebildet ist, wobei die Außenoberflächen der wabenförmigen Filter (523) aneinander durch eine keramische Versiegelungsschicht (522) angehaftet sind.
Filteranordnung nach Anspruch 8, wobei die Versiegelungsschicht wenigstens anorganische Fasern, ein anorganisches Bindemittel, ein organisches Bindemittel und anorganische Teilchen beinhaltet und aus einem elastischen Material gebildet ist, das durch ein Verbinden bzw. Bonden der anorganischen Fasern und von anorganischen Teilchen, welche einander dreidimensional schneiden bzw. kreuzen, mit dem anorganischen Bindemittel und dem organischen Bindemittel erhalten ist.
Filteranordnung nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Versiegelungsschicht aus 10 Gew.-% bis 70 Gew.-% einer Siliziumdioxid-Aluminiumoxid-Keramikfaser als einem Feststoff, 1 Gew.-% bis 30 Gew.-% Siliziumdioxidsol, 0,1 Gew.-% bis 5,0 Gew.-% einer Carboxymethylcellulose und 3 Gew.-% bis 80 Gew.-% Siliziumkarbidpulver gebildet ist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die Versiegelungsschicht eine Dicke (t1) von 0,3 bis 3 mm aufweist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei die Versiegelungsschicht eine thermische Leitfähigkeit bzw. Wärmeleitfähigkeit von 0,1 bis 10 W/mK aufweist.
Abgasreinigungsvorrichtung (1), beinhaltend den wabenförmigen Filter (59) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, der in einem Gehäuse (8) angeordnet ist, welches in einem Abgasdurchtritt einer Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet ist, um Partikel zu eliminieren, die in dem Abgas enthalten sind.
Abgasreinigungsvorrichtung (1) enthaltend die Filteranordnung (521) nach einem der Ansprüche 8 bis 12, die in einem Gehäuse (8) angeordnet ist, welches in einem Abgasdurchtritt einer Verbrennungskraftmaschine (2) angeordnet ist, um Partikel zu eliminieren, die in dem Abgas enthalten sind.
Abgasreinigungsvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Gesamtvolumen des wabenförmigen Filters 1/4 bis 2 Mal der Gesamtverdrängung bzw. des gesamten Hubraums der Verbrennungskraftmaschine ist.