DE102018002332B4

DE102018002332B4 - Wabenstruktur

Info

Publication number: DE102018002332B4
Application number: DE102018002332.0A
Authority: DE
Inventors: Yoichi Aoki
Original assignee: NGK Insulators Ltd
Current assignee: NGK Insulators Ltd
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-21
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: US20180280961A1; US10688483B2; JP6809963B2; JP2018167218A; CN108686509B; CN108686509A; DE102018002332A1

Abstract

Wabenstruktur, umfassend: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen gitterförmig angeordnet sind und mehrere Zellen als einen Fluidkanal umgeben, der von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verläuft, und einer Umfangswand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt,
wobei die Trennwände mit Vorsprüngen versehen sind, die so hervorstehen, dass sie in die Zellen verlaufen, und kontinuierlich in der Verlaufsrichtung der Zellen angeordnet sind,
mindestens eine der mehreren Zellen eine bestimmte Zelle umfasst, die so ausgebildet ist, dass die Vorsprünge im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen ausgehend von den jeweiligen Trennwänden, die einen Umfangsrand der Zelle bilden, in die Zelle ragen, und
die bestimmte Zelle im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen versehen ist mit einem porösen Material aus demselben Material wie die Trennwände in einem Bereich von 5 bis 50 %, der einen Schnittpunkt umfasst, bezogen auf eine fünfeckige Fläche, welche gebildet wird durch Verbinden des Schnittpunkts, von dem aus zwei Trennwände, die den Umfangsrand der bestimmten Zelle bilden, verlaufen, und zweier Punkte am Fuß bzw. der Spitze der jeweiligen Vorsprünge, die an den beiden Trennwänden angeordnet sind,
wobei die mehreren Zellen an ihren Enden an der ersten Endfläche und an der zweiten Endfläche offen sind.

Description

Die vorliegende Anmeldung ist eine Anmeldung, basierend auf JP-2017-068344 , eingereicht am 30. März 2017 beim japanischen Patentamt, deren gesamte Inhalte hierin durch Verweis aufgenommen sind.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wabenstruktur. Genauer gesagt, bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Wabenstruktur, die besonders geeignet einsetzbar ist als ein Katalysatorträger zum Laden eines Katalysators für die Abgasreinigung.
Beschreibung des Standes der Technik
In den letzten Jahren ist das Bewusstsein in der Gesellschaft für Umweltprobleme insgesamt gestiegen. Aus diesem Grund wurden in Bereichen von Technologien, bei denen Brennstoff zur Erzeugung von Energie verbrannt wird, verschiedenste Technologien zur Entfernung von Schadstoffen wie Stickoxiden aus dem Abgas, die während der Verbrennung des Brennstoffes erzeugt werden, entwickelt. Als die verschiedensten Technologien zur Entfernung der Schadstoffe wurden beispielsweise verschiedenste Technologien zur Entfernung von Schadstoffen wie Stickoxiden aus Abgas, das aus Automotoren ausgestoßen wird, entwickelt. Bei der Entfernung der Schadstoffe aus dem Abgas wird üblicherweise unter Verwendung eines Katalysators eine chemische Reaktion gegen die Schadstoffe ausgelöst, und die Schadstoffe werden in eine andere vergleichsweise unschädliche Komponente umgewandelt. Eine Wabenstruktur wurde als ein Katalysatorträger zum Laden des Katalysators für die Abgasreinigung verwendet.
Üblicherweise wurde als die Wabenstruktur eine Wabenstruktur vorgeschlagen, die einen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden umfasst, die mehrere Zellen als Fluidkanäle definieren. Als die Wabenstruktur wurde eine Wabenstruktur vorgeschlagen, die mit Rippen versehen ist, die von der Trennwand nach innen ragen, wodurch die geometrische Oberfläche der Trennwand erhöht wird (siehe z. B. Patentdokument 1). Eine Wabenstruktur, deren Zellen entweder auf der Einlassseite oder der Auslassseite verschlossen sind, wird in Patentdokument 2 beschrieben. Patentdokument 3 beschreibt einen Wabenkörper mit Hervorhebungen in den Zellen und Patentdokument 4 beschreibt einen Wabenkörper, dessen polygonale Zellen mit porösem Material gefüllte Ecken aufweisen.
[Zitatenliste]
[Patentdokumente]

[Patentdokument 1] JP-A-62-266298
[Patentdokument 2] US 2017/0 065 919 A1
[Patentdokument 3] JP-S-62-266298 A
[Patentdokument 4] EP 2 554 235 A1

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Bei der Wabenstruktur aus Patentdokument 1 kann die geometrische Oberfläche der Trennwand durch Rippen, die an der Trennwand angeordnet sind, vergrößert werden. Bei der Wabenstruktur von Patentdokument 1 wird jedoch die Strömung des Abgases zwischen zwei nebeneinanderliegenden Rippen stocken, was insbesondere ein Faktor einer Herabsetzung der Kontakteigenschaft mit dem Katalysator bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit (speziell einer Raumgeschwindigkeit von etwa 8.300/Stunde oder mehr) ist. Insbesondere sind bei der Wabenstruktur von Patentdokument 1 vorzugsweise gleich viele Rippen auf jeder Seite, die die Zelle bilden, angeordnet. In diesem Fall besteht das Problem, dass es sehr wahrscheinlich zu einer Stauung der Strömung des Abgases kommt und nicht unterbunden werden kann, dass sich die Reinigungsleistung bei der großen Strömungsgeschwindigkeit (bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit) verschlechtert.
Die vorliegende Erfindung entstand im Hinblick auf die Probleme des Standes der Technik. Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Wabenstruktur, die besonders geeignet einsetzbar ist als ein Katalysatorträger zum Laden eines Katalysators für die Abgasreinigung. Genauer gesagt, verursacht die Wabenstruktur kaum eine Stauung der Strömung des Abgases in der Zelle, und es ist eine Verbesserung ihrer Reinigungsleistung zu erwarten, wenn sie als der Katalysatorträger genutzt wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die nachstehend gezeigte Wabenstruktur vorgesehen.
[1] Eine Wabenstruktur, umfassend: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen gitterförmig angeordnet sind und mehrere Zellen als einen Fluidkanal umgeben, der von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verläuft, und einer Umfangswand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt,
wobei die Trennwände mit Vorsprüngen versehen sind, die so hervorstehen, dass sie in die Zellen verlaufen, und kontinuierlich in der Verlaufsrichtung der Zellen angeordnet sind,
mindestens eine der mehreren Zellen eine bestimmte Zelle umfasst, die so ausgebildet ist, dass die Vorsprünge im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen ausgehend von den jeweiligen Trennwänden, die einen Umfangsrand der Zelle bilden, in die Zelle ragen, und
die bestimmte Zelle im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen versehen ist mit einem porösen Material aus demselben Material wie die Trennwände in einem Bereich von 5 bis 50 %, der einen Schnittpunkt umfasst, bezogen auf eine fünfeckige Fläche, welche gebildet wird durch Verbinden des Schnittpunkts, von dem aus zwei Trennwände, die den Umfangsrand der bestimmten Zelle bilden, verlaufen, und zweier Punkte am Fuß bzw. der Spitze der jeweiligen Vorsprünge, die an den beiden Trennwänden angeordnet sind,
wobei die mehreren Zellen an ihren Enden an der ersten Endfläche und an der zweiten Endfläche offen sind.
[2] Die Wabenstruktur gemäß [1], wobei, wenn ein Teil, gebildet durch Anordnen des porösen Materials in dem Bereich von 5 bis 50 %, der den Schnittpunkt umfasst, ein Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material ist, das Verhältnis der Gesamtanzahl an Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material zur Gesamtanzahl der Schnittpunkte an den beiden nebeneinander liegenden Trennwänden, die den Umfangsrand der Zelle bilden, 50 bis 100 % beträgt.
Da bei der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung die Vorsprünge in die Zellen ragen, kann die geometrische Oberfläche der Trennwände durch die Vorsprünge vergrößert werden. Genauer gesagt, verursacht die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kaum eine Stauung der Strömung des Abgases, und ihre Reinigungsleistung verbessert sich, wenn sie als der Katalysatorträger genutzt wird.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Ansicht, die schematisch eine Wabenstruktur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine Draufsicht, die schematisch eine Zulaufendfläche in der Wabenstruktur gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ist eine Draufsicht, die schematisch einen vergrößerten Teil der in 2 gezeigten Zulaufendfläche zeigt; und
4 ist eine Draufsicht, die schematisch einen vergrößerten Teil einer Zulaufendfläche in der bestehenden Wabenstruktur zeigt.

BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nunmehr werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die folgenden Ausführungsformen beschränkt. Daher versteht es sich, dass angemessene Veränderungen, Verbesserungen und dergleichen der folgenden Ausführungsformen basierend auf den gewöhnlichen Kenntnissen des Fachmanns in den Umfang der vorliegenden Erfindung fallen, ohne von den Zwecken der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
(1) Wabenstruktur:
Eine Ausführungsform einer Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung ist die in 1 bis 3 gezeigte Wabenstruktur 100. Die Wabenstruktur 100 weist einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper 10 auf. Der Wabenstrukturkörper 10 weist poröse Trennwände 1 und eine Umfangswand 20 auf, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände 1 umgibt. Die Trennwände 1 sind im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 gitterförmig angeordnet und umgeben mehrere Zellen 2 als einen Fluidkanal, der von einer ersten Endfläche 11 zu einer zweiten Endfläche 12 verläuft. Die Trennwände 1 weisen Vorsprünge 21 auf, die so hervorstehen, dass sie in die Zellen 2 verlaufen und kontinuierlich in der Verlaufsrichtung der Zellen 2 angeordnet sind. Die Wabenstruktur 100 umfasst eine bestimmte Zelle 2a, die mindestens eine der mehreren Zellen 2 ist. Im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist die bestimmte Zelle 2a so ausgebildet, dass die Vorsprünge 21 ausgehend von jeder Trennwand 1, die einen Umfangsrand der Zelle 2 bildet, in die Zelle 2 ragen. Ferner ist im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ein Schnittpunkt, von dem aus zwei Trennwände 1, die den Umfangsrand der bestimmten Zelle 2a bilden, verlaufen, als ein Schnittpunkt K definiert. Im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ist ein Bereich einer fünfeckigen Region (Anordnungsregion für poröses Material 30), die gebildet wird durch Verbinden des Schnittpunkts K und zweier Punkte am Fuß A bzw. der Spitze B jedes Vorsprungs 21, der an den beiden Trennwänden 1 angeordnet ist, als ein Referenzbereich S definiert. In diesem Fall ist in der Wabenstruktur 100 ein Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31, an dem ein poröses Material, welches dasselbe Material ist wie das der Trennwände 1, in der fünfeckigen Region (der Anordnungsregion für poröses Material 30) angeordnet ist, gebildet. Hierbei ist der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31 in einem Bereich von 5 bis 50 %, der den Schnittpunkt K umfasst, bezogen auf den Referenzbereich S, welcher der Bereich der Anordnungsregion für poröses Material 30 ist, angeordnet. Mit anderen Worten, ein Teil, gebildet durch Anordnen des porösen Materials in dem Bereich von 5 bis 50 %, der den Schnittpunkt K umfasst, bezogen auf den Referenzbereich S, ist als der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material definiert. Das heißt, die Zelle, die mit den Vorsprüngen versehen ist und den Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material aufweist, entspricht der „bestimmten Zelle“.
Da die Wabenstruktur 100 die Vorsprünge 21 aufweist, die so vorgesehen sind, dass sie in die Zellen 2 ragen, kann die geometrische Oberfläche der Trennwände 1 vergrößert werden.
Genauer gesagt, verursacht die Wabenstruktur 100 kaum eine Stauung der Strömung des Abgases, selbst wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases groß ist (bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit), und die Reinigungsleistung nach dem Laden des Katalysators, wenn sie als ein Katalysatorträger genutzt wird, kann verbessert werden. Im Speziellen wird sich bei der mit Rippen versehenen bestehenden Wabenstruktur die Strömung des Abgases am Eckabschnitt (Eckabschnitt, wie eine Region, die in 4 mit Punkten angedeutet ist) der Zelle 2 stauen, was ein Faktor für die Verschlechterung der Kontakteigenschaft des Katalysators mit dem Abgas ist, insbesondere wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases groß ist (bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit). Es sei angemerkt, dass sich die Strömung des Abgases am Eckabschnitt stauen wird, wenn sich das Abgas der Region im Umfeld der Oberfläche der Trennwände nähert. Diesbezüglich kommt es bei der Wabenstruktur 100, da die bestimmte Zelle 2a, welche die vorbestimmte Bedingung erfüllt, wie oben beschrieben ausgebildet ist, kaum zu einer Stauung der Strömung des Abgases, selbst bei einer hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases. Mit anderen Worten, es kann verhindert werden, dass es im Voraus zu einer Stauung der Strömung des Abgases durch die Bildung des Eckabschnitts zur Anordnung von porösem Material 31 in der bestimmten Zelle 2a kommt. So wird die Kontakteigenschaft des Katalysators mit dem Abgas in der bestimmten Zelle verbessert, und im Ergebnis wird eine Verbesserung der Reinigungsleistung der Wabenstruktur 100 nach dem Laden des Katalysators erzielt.
Da der in den Teil, wo sich die Strömung des Abgases staut, geladene Katalysator nur wenig zur Reinigung des Abgases beiträgt, ist die durch das Laden des Katalysator erhaltene Wirkung nicht ausreichend, und es wird Katalysator verschwendet. Eine Verschwendung von Katalysator kann verhindert werden, indem die bestimmte Zelle 2a gebildet wird.
(1-1) Trennwand:

Die Trennwände 1 sind im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 gitterförmig angeordnet. Die Trennwände 1 sind „gitterförmig“ angeordnet, und ein Schnittpunktteil einer Wand und der anderen Wand, die die Trennwände bilden, ist mit dem Eckabschnitt versehen. Mit anderen Worten, wenn die Vorsprünge 21 nicht vorgesehen sind, ist die Querschnittsform der durch die Trennwände 1 definierten Zelle 2 beispielsweise ein Vieleck wie ein Viereck und ein Sechseck. In diesem Fall wird die Spitze des Vielecks eine Form mit einem Eckabschnitt (d. h., der Eckabschnitt ist nicht abgeschrägt). Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung weist eine Struktur auf, bei der das poröse Material an einer vorbestimmten Stelle der gitterförmig angeordneten Trennwände angeordnet ist. Mit der oben beschriebenen Ausgestaltung kommt es kaum zu einer Stauung der Strömung des Abgases, selbst bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases, und es kann eine Verbesserung der Reinigungsleistung der Wabenstruktur 100 erzielt werden.

Bei der Wabenstruktur 100 weisen die Trennwände 1 die Vorsprünge 21 auf. Aus diesem Grund vergrößert sich, wenn der Katalysator in die Wabenstruktur 100 geladen wird, die Ladefläche des Katalysators um die Anzahl von Vorsprüngen 21, die in der Wabenstruktur 100 angeordnet sind, im Vergleich zu der Wabenstruktur, in der der Vorsprung 21 nicht angeordnet ist. Im Ergebnis werden die Kontakteigenschaft des Katalysators mit dem Abgas und die Reinigungsleistung für das Abgas verbessert. Die Vorsprünge 21 ragen im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 ausgehend von jeder der Trennwände 1, die den Umfangsrand der Zelle 2 bilden, in die Zelle 2.
Die Form des Vorsprungs 21 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann der Vorsprung 21 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen eine polygonale Form wie eine dreieckige Form und eine viereckige Form, eine halbkreisförmige Form und dergleichen haben. Von diesen Formen hat der Vorsprung 21 bevorzugt eine dreieckige Form. Hat der Vorsprung 21 die dreieckige Form, kann im Vergleich zu anderen Formen unterbunden werden, dass sich der Druckabfall erhöht, während im Vergleich zu anderen Formen die Ladefläche des Katalysators gesichert wird (im Wesentlichen dieselbe Ladefläche gesichert wird, wie im Falle anderer Formen).
Im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen beträgt der Winkel θ eines Fußabschnitts des Vorsprungs 21 bevorzugt 40 bis 70°, stärker bevorzugt 45 bis 65°. Liegt der Winkel der Vorsprünge in dem obigen Bereich, sammelt sich kaum Katalysator rasch an den Füßen der Vorsprünge an, wenn der Katalysator auf eine Oberfläche der Trennwände aufgebracht wird (d. h., bei der Beschichtung mit Katalysator). Aus diesem Grund kann der Oberflächenbereich des Katalysators auf den Trennwänden, nachdem der Katalysator auf die Oberfläche der Trennwände aufgebracht worden ist (d. h., nach der Katalysatorbeschichtung), vergrößert werden, und im Ergebnis verbessert sich die Reinigungsleistung für das Abgas. Liegt der Winkel unter dem unteren Grenzwert, wenn die Höhe der Vorsprünge dieselbe ist und der Winkel verändert wird, vergrößert sich das Volumen der Vorsprünge. Aus diesem Grund besteht, da sich die Wärmekapazität der Wabenstruktur erhöht, die Möglichkeit, dass es lange dauert, bis der Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht hat, und sich die Reinigungsleistung verschlechtert. Übersteigt der Winkel den oberen Grenzwert, besteht die Möglichkeit, dass sich beim Beschichten mit Katalysator ein Großteil des Katalysators an den Füßen der Vorsprünge ansammelt. Mit anderen Worten, es werden sich dicke Schichten des Katalysators an den Füßen der Vorsprünge bilden. Aus diesem Grund besteht die Möglichkeit, dass der Katalysator im Abschnitt der unteren Schicht (Abschnitt nahe der Trennwände) dieser Katalysatorschicht nicht effektiv genutzt wird. Der Winkel der Vorsprünge wird wie folgt gemessen. Zunächst wird eine „Höhe H des Vorsprungs“, welche der kürzeste Abstand von der höchsten Stelle des Vorsprungs zur Grundlinie F ist, erhalten. Es wird eine gerade Linie parallel zur Grundlinie F bei der Hälfte der „Höhe H des Vorsprungs“ gezogen, und der Schnittpunkt K der geraden Linie und jeder Seite (Seitenfläche) eines Dreiecks, ohne die Grundlinie F, wird erhalten. Danach wird eine Tangente zur Seitenfläche am Schnittpunkt K gezogen, und ein Winkel, der von dieser Tangente und der Grundlinie F gebildet wird, wird erhalten und als der Winkel θ definiert. Es sei angemerkt, dass der Winkel des Vorsprungs ein Winkel ist, der von den Winkeln, die von der Oberfläche der Trennwand und einer Seitenfläche des Vorsprungs gebildet werden, ein spitzer Winkel ist.
Das Verhältnis der Höhe des Vorsprungs 21 zum hydraulischen Durchmesser der Zelle beträgt bevorzugt 4 bis 40 %, stärker bevorzugt 4 bis 30 %. Die Höhe jedes Vorsprungs kann gleich oder verschieden sein. Überdies ist der hydraulische Durchmesser der Zelle ein Wert, berechnet mit 4 x (Schnittfläche)/(Umfangslänge) basierend auf der Schnittfläche und der Umfangslänge jeder Zelle. Die Schnittfläche der Zelle kennzeichnet eine Fläche mit einer Form (Schnittform) der Zelle, die im Querschnitt vertikal zur Mittelachsenrichtung der Wabenstruktur erscheint, und die Umfangslänge der Zelle kennzeichnet eine Länge eines Umfangs der Querschnittform der Zelle (Länge einer geschlossenen Linie, welche den Querschnitt umgibt).
Die Anzahl der Vorsprünge 21 ist nicht besonders eingeschränkt, und daher kann eine beliebige Anzahl an Vorsprüngen 21 an jeder der Trennwände, die eine Zelle bilden, angeordnet werden. Es sei angemerkt, dass die Anzahl der Vorsprünge 21, die an jeder der Trennwände angeordnet werden, im Speziellen 1 bis 3, vorzugsweise 3 oder weniger beträgt. Mit anderen Worten, in der bestimmten Zelle ist die Anzahl der Vorsprünge, die auf jeder Seite angeordnet sind, bevorzugt gleich oder kleiner als 3. Dies ist dahingehend effektiv, dass das Abgas besser zwischen den nebeneinanderliegenden Vorsprüngen strömt, es kaum zu einer Stauung der Strömung des Abgases selbst bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit kommt und sich die Reinigungsleistung verbessert. Mit anderen Worten, ist die Anzahl der Vorsprünge 21 gleich oder größer als 4, wird der Spalt zwischen den nebeneinanderliegenden Vorsprüngen zu eng sein, und der Druckabfall wird sich erhöhen.
Die Position des Vorsprungs 21 kann entsprechend ohne besondere Einschränkung bestimmt werden. Beispielsweise kann die Position des Vorsprungs 21 als eine Position festgelegt werden, an der eine Seite, auf der der Vorsprung 21 angeordnet ist, gleich geteilt ist. Beispielsweise zeigt 3 ein Beispiel, bei dem die beiden Vorsprünge 21, die auf jeder Seite angeordnet sind, so angeordnet sind, dass sie jede Seite dreiteilen.
Die Dicke der Trennwand 1 beträgt bevorzugt 40 bis 230 µm, stärker bevorzugt 40 bis 178 µm. Liegt die Dicke der Trennwand unter dem unteren Grenzwert, besteht die Möglichkeit, dass die mechanische Festigkeit unzureichend ist. Übersteigt die Dicke der Trennwand den oberen Grenzwert, besteht die Möglichkeit, dass sich der Druckabfall der Wabenstruktur erhöht. Es sei angemerkt, dass die Dicke der Trennwand die Dicke eines Teils ist, an dem keine Vorsprünge angeordnet sind.
Es gibt keine besondere Einschränkung für das Material der Trennwände 1. Beispielsweise wird bevorzugt Keramik als eine Hauptkomponente verwendet. Im Speziellen ist das Material für die Trennwände 1 bevorzugt mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Cordierit, Mullit, Aluminiumoxid, Aluminiumtitanat, Siliciumnitrid und einem Siliciumcarbid-Cordierit-basierten Verbundmaterial.
(1-2) Zelle:
In der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung sind eine oder mehrere Zellen der mehreren Zellen die bestimmte Zelle. Die bestimmte Zelle ist so ausgebildet, dass die Vorsprünge hervorstehen und sie ein Innenraum (Fluidkanal) ist, in dem der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material gebildet ist. In der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung wird verhindert, dass sich die Strömung des Abgases staut, wenn die Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in der bestimmten Zelle groß ist und die Kontakteigenschaft des Katalysators mit dem Abgas stärker wird. Im Ergebnis verbessert sich die Reinigungsleistung für das Abgas in der Wabenstruktur (insbesondere der Wabenstruktur nach dem Laden des Katalysators).
Unter der Anordnungsregion für poröses Material ist eine „fünfeckige Region“ zu verstehen, die im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 wie folgt gebildet wird. Die „fünfeckige Region“ wird durch Verbinden des Schnittpunkts K (Referenzschnittpunkt K₀), von dem aus zwei Trennwände 1, die den Umfangsrand der bestimmten Zelle 2a bilden, verlaufen, mit zwei Punkten am Fuß A bzw. der Spitze B jedes Vorsprungs 21, der an den beiden Trennwänden 1 angeordnet ist, gebildet, wie in 3 gezeigt. In der vorliegenden Erfindung muss, wenn der Bereich der Anordnungsregion für poröses Material 30 als der Referenzbereich S definiert ist, bezogen auf den Referenzbereich S, der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31 (Abschnitt, in dem das poröse Material in einem Bereich von 5 bis 50 %, der den Referenzschnittpunkt K₀ umfasst, angeordnet wird) gebildet werden. Es sei angemerkt, dass der Referenzschnittpunkt K₀ als der Schnittpunkt, von dem aus zwei nebeneinanderliegende Trennwände 1 verlaufen, definiert ist. Überdies beziehen sich der Fuß A und die Spitze B auf den Fuß A und die Spitze B des Vorsprungs (Referenzvorsprung 21a), der von den Vorsprüngen 21, die auf jeder der beiden sich kreuzenden Trennwände 1 angeordnet sind, dem Referenzschnittpunkt K₀ am nächsten liegt. Unter „Fuß“ ist der Schnittpunkt der Seitenfläche des Referenzvorsprungs 21a (Seitenfläche nahe dem Referenzschnittpunkt K₀ (benachbarte Seitenfläche 21x)) und einer Fläche 1x der Trennwand 1 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 zu verstehen. Ferner ist unter „Spitze“ die höchste Stelle ausgehend von der Fläche 1x der Trennwand 1 auf der benachbarten Seitenfläche 21x des Referenzvorsprungs 21a im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 zu verstehen. Überdies ist unter „umfassend den Schnittpunkt“ zu verstehen, dass die Umrisslinie des Eckabschnitts zur Anordnung von porösem Material 31 im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen 2 den Referenzschnittpunkt K₀ durchquert. Es sei angemerkt, dass verhindert wird, dass es bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases zu einer Stauung der Strömung des Abgases kommt, indem der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31 in dem Bereich, der den Schnittpunkt umfasst, festgelegt wird. Das heißt, es ist wichtig, dass das poröse Material in dem „Bereich, der den Schnittpunkt umfasst,“ in der Anordnungsregion für poröses Material angeordnet wird.
Der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material ist aus einem porösen Material, welches dasselbe ist wie das der Trennwände 1. Beispielsweise können die Trennwände und die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material integral ausgebildet sein, oder die Trennwände und die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material können voneinander getrennt sein (d. h. nicht integral ausgebildet).
Wie oben beschrieben, wird der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material in dem Bereich von 5 bis 50 %, der den Schnittpunkt K umfasst, bezogen auf den Referenzbereich S, welcher der Bereich der Anordnungsregion für poröses Material ist, gebildet. Vorzugsweise wird der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material in einem Bereich von 10 bis 40 %, der den Schnittpunkt K umfasst, gebildet, und stärker bevorzugt wird der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material in einem Bereich von 10 bis 30 %, der den Schnittpunkt K umfasst, gebildet. Es wird verhindert, dass es bei der hohen Strömungsgeschwindigkeit des Abgases in der bestimmten Zelle zu einer Stauung der Strömung des Abgases kommt, indem das Verhältnis des porösen Materials, das in der Anordnungsregion für poröses Material angeordnet wird, in dem Bereich festgelegt wird. Im Ergebnis verbessert sich die Reinigungsleistung für das Abgas in der Wabenstruktur (insbesondere der Wabenstruktur nach dem Laden des Katalysators).
Es gibt keine besondere Einschränkung für die Anzahl der Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material, die in einer bestimmten Zelle gebildet werden, und daher können die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material an allen Eckabschnitten der Zelle oder einem Eckabschnitt gebildet werden. Mit anderen Worten kann der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31 beispielsweise an allen vier Eckabschnitten, wie in 3 gezeigt, in einer Zelle mit einer viereckigen Querschnittsform gebildet werden, und der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material 31 kann an einem Eckabschnitt gebildet werden.
Hierbei beträgt das Verhältnis der Gesamtanzahl der Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material 31 zur Gesamtanzahl der Schnittpunkte zweier nebeneinanderliegender Trennwände, die den Umfangsrand der Zellen bilden, vorzugsweise 50 bis 100 %, stärker bevorzugt 60 bis 100 %. Mit anderen Worten, vorzugsweise werden die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material 31 gebildet, wenn die Gesamtanzahl der Schnittpunkte gleich oder größer als 50 % ist. So wird die Reinigungsleistung für das Abgas in der Wabenstruktur nach dem Laden des Katalysators noch stärker verbessert.
Es sei angemerkt, dass die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung mit einer Zelle (d. h. einer normalen Zelle) versehen sein kann, in der irgendeines von dem Vorsprung und dem Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material angeordnet ist. Das Verhältnis der Gesamtanzahl der normalen Zellen zur Gesamtanzahl der Zellen ist nicht besonders eingeschränkt.
Die Flächenform des Eckabschnitts zur Anordnung von porösem Material (Form der Fläche, die der bestimmten Zelle ausgesetzt) ist nicht besonders eingeschränkt. Beispielsweise kann sie, wie in 3, auch wenn die Flächenform eine lineare Form (planare Form) ist, eine konkav oder konvex gekrümmte Form oder dergleichen sein.
Die Form (Form der Zelle im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen) der Zelle ist nicht besonders eingeschränkt und kann daher beispielsweise ein Vieleck wie ein Dreieck, ein Viereck, ein Fünfeck, ein Sechseck und ein Achteck oder eine Kombination aus einem Viereck, einem Sechseck, einem Achteck oder dergleichen sein. Von diesen ist das Viereck bevorzugt. Es sei angemerkt, dass unter der „Form der Zelle“ eine Form zu verstehen ist, wenn der Vorsprung und der Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material nicht angeordnet sind. Der Vorsprung ist ein Abschnitt, der mit Hilfe einer Ebene F (siehe 3), die durch die Ausdehnung der Fläche 1x der Trennwand 1 erhalten wird, ausgeschnitten wird.
(1-3) Umfangswand:
Die Umfangswand 20 ist eine Wand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände 1 umgibt. Die Umfangswand 20 kann integral mit den Trennwänden 1 ausgebildet sein.
Die Dicke der Umfangswand 20 beträgt bevorzugt 0,1 bis 6,0 mm, besonders bevorzugt 0,1 bis 3,0 mm. Liegt die Dicke der Umfangswand 20 unter dem unteren Grenzwert, kann sich die mechanische Festigkeit verringern. Übersteigt die Dicke der Umfangswand 20 den oberen Grenzwert, muss viel Platz zur Unterbringung der Wabenstruktur sichergestellt werden.
Die Zelldichte der Wabenstruktur 100 beträgt bevorzugt 31 bis 155 Zellen/cm², besonders bevorzugt 43 bis 148 Zellen/cm². Liegt die Zelldichte unter dem unteren Grenzwert, besteht die Möglichkeit, dass die Stabilität nicht erhalten bleibt. Übersteigt die Zelldichte den oberen Grenzwert, besteht die Möglichkeit, dass sich der Druckabfall der Wabenstruktur erhöht.
(2) Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur:
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann mit Hilfe eines Verfahrens hergestellt werden, das einen Wabenformungsprozess und einen Brennprozess umfasst. Nachstehend wird jeder Prozess beschrieben.
(2-1) Wabenformungsprozess:
In diesem Prozess wird ein keramisches Formungsrohmaterial, das ein keramisches Rohmaterial enthält, unter Bildung eines Wabenformkörpers, bei dem die Trennwände so angeordnet sind, dass sie mehrere Zellen als einen Fluidkanal definieren, geformt.
Als das in dem keramischen Formungsrohmaterial enthaltene keramische Rohmaterial ist mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe, bestehend aus einem Cordierit bildenden Rohmaterial, Cordierit, Siliciumcarbid, einem Silicium-Siliciumcarbid-basierten Verbundmaterial, Mullit, Aluminiumtitanat, bevorzugt. Es sei angemerkt, dass das Cordierit bildende Rohmaterial ein keramisches Rohmaterial ist, das so gemischt ist, dass eine chemische Zusammensetzung mit 42 bis 56 Masse-% Siliciumdioxid, 30 bis 45 Masse-% Aluminiumoxid und 12 bis 16 Masse-% Magnesiumoxid erhalten wird. Das Cordierit bildende Rohmaterial wird gebrannt und wird zu Cordierit.
Überdies kann das keramische Formungsrohmaterial durch Mischen eines Dispersionsmediums, eines organischen Bindemittels, eines anorganischen Bindemittels, eines Porenbildners, eines oberflächenaktiven Mittels und dergleichen mit dem obigen keramischen Rohmaterial hergestellt werden. Das Zusammensetzungsverhältnis jedes Rohmaterials ist nicht besonders eingeschränkt, und daher wird das Zusammensetzungsverhältnis vorzugsweise entsprechend der Struktur, des Materials und dergleichen der herzustellenden Wabenstruktur eingestellt.
Bei der Formung des keramischen Formungsrohmaterials wird das keramische Formungsrohmaterial zunächst unter Erhalt eines gekneteten Materials geknetet, und das erhaltene geknetete Material wird in die Wabenform gebracht. Beispiele für ein Verfahren zum Kneten eines keramischen Formungsrohmaterials zur Bildung eines gekneteten Materials können ein Verfahren unter Verwendung einer Knetmaschine, eines Vakuum-Tonkneters und dergleichen umfassen. Beispiele für ein Verfahren zum Formen eines Wabenformkörpers durch Formen eines gekneteten Materials können die bekannten Formungsverfahren wie Extrusion und Spritzguss umfassen.
Im Speziellen kann ein Verfahren zum Formen eines Wabenformkörpers durch Extrusion unter Verwendung einer Düse und dergleichen ein bevorzugtes Beispiel sein. Als ein Material für die Düse ist Sinterhartmetall, das sich nur schwer abnutzt, bevorzugt.
Vorzugsweise wird eine folgendermaßen hergestellte Düse verwendet. Mit anderen Worten, zunächst wird die zur Herstellung der allgemein bekannten Wabenstruktur mit Rippen verwendete Düse (herkömmliche Düse) hergestellt. Danach werden Regionen, die komplementär sind zu den Vorsprüngen (Regionen, in denen die Vorsprünge durch Eindringungen des gekneteten Materials gebildet wurden) mittels elektroerosiver Bearbeitung aus Schlitzen (Spalt zur Bildung der Trennwände) der herkömmlichen Düse nach außen gebildet. Ferner werden sie mittels elektroerosiver Bearbeitung von Regionen mit einer Form, die komplementär ist zu den Eckabschnitten zur Anordnung des porösen Materials an sich schneidenden Teilen (Teilen, welche die Schnittpunkte der Trennwände sind) aus Schlitzen der herkömmlichen Düse gebildet. So kann eine vorbestimmte Düse hergestellt werden.
Der Wabenformkörper, dessen Vorsprünge die Bedingungen der Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung erfüllen, kann günstigerweise unter Verwendung der Düse hergestellt werden.
Die Form des Wabenformkörpers ist nicht besonders eingeschränkt, und daher können Beispiele für die Form des Wabenformkörpers eine runde Säulenform, eine elliptische Säulenform und eine polygonale prismatische Säulenform mit einer Endfläche als „Quadrat, Rechteck, Dreieck, Fünfeck, Sechseck, Achteck und dergleichen“ umfassen.
Überdies kann der erhaltene Wabenformkörper nach dem oben erwähnten Formen getrocknet werden. Das Trocknungsverfahren ist nicht besonders eingeschränkt. Beispiele für das Trocknungsverfahren können Heißlufttrocknung, Mikrowellentrocknung, dielektrische Trocknung, Trocknung unter vermindertem Druck, Vakuumtrocknung, Gefriertrocknung und dergleichen umfassen. Von diesen wird vorzugsweise die dielektrische Trocknung, Mikrowellentrocknung oder Heißlufttrocknung allein oder in Kombination ausgeführt.
(2-2) Brennprozess:
Als nächstes wird der Wabenformkörper zur Herstellung des gebrannten Wabenkörpers gebrannt. Das Brennen (Hauptbrennen) des Wabenformkörpers sintert das Formungsrohmaterial, das den kalzinierten Wabenformkörper bildet, um das Formungsrohmaterial zu verdichten, und wird zum Erlangen einer vorbestimmten Festigkeit durchgeführt. Da die Brennbedingungen (Temperatur, Zeit, Atmosphäre und dergleichen) entsprechend der Art der Formungsrohmaterialien variieren, müssen geeignete Bedingungen entsprechend der Art der Formungsrohmaterialien ausgewählt werden. Wenn beispielsweise das Cordierit bildende Rohmaterial verwendet wird, beträgt die Brenntemperatur bevorzugt 1.410 bis 1.440 °C. Überdies beträgt die Brennzeit, als Zeit zum Halten der Höchsttemperatur, bevorzugt 4 bis 8 Stunden. Beispiele für einen Apparat zur Durchführung des Kalzinierens und Hauptbrennens können einen Elektroofen, einen Gasofen oder dergleichen umfassen. Der so erhaltene gebrannte Wabenkörper kann als die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung verwendet werden. Das Verfahren zur Herstellung einer Wabenstruktur kann ferner einen wie nachstehend gezeigten Umfangsbeschichtungsprozess umfassen.
Wie oben beschrieben, können, auch wenn die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material unter Verwendung der Düse integral mit den Trennwänden ausgebildet werden können, die Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material unter Verwendung einer Aufschlämmung aus dem porösen Material, welches dasselbe ist wie das der Trennwände, auch getrennt von den Trennwänden gebildet werden. Im Speziellen wird zunächst der Wabenformkörper mit den Vorsprüngen hergestellt, und die Aufschlämmung wird an den Eckabschnitten der Zellen mit Hilfe eines Verfahrens, bei dem die Aufschlämmung in die Zellen des Wabenformkörpers gegossen wird und dergleichen, abgeschieden, und dann kann der Brennprozess erfolgen.
(2-3) Umfangsbeschichtungsprozess:
In dem Prozess wird unter Bildung der Umfangswand ein Umfangsbeschichtungsmaterial auf den Umfang des erhaltenen gebrannten Wabenkörpers aufgebracht. Es sei angemerkt, dass die Umfangswand so gebildet werden kann, dass sie bei der Herstellung des Wabenformkörpers in die Trennwände integriert wird. Es kann verhindert werden, dass die Wabenstruktur angeschlagen wird, wenn eine äußere Kraft durch die weitere Formung der Umfangswand durch den Umfangsbeschichtungsprozess auf die Wabenstruktur ausgeübt wird.
Beispiele für das Umfangsbeschichtungsmaterial können jene umfassen, die durch die Zugabe von Wasser zu jenen, die durch die Zugabe von Additiven wie einem organischen Bindemittel, einem verschäumbaren Harz und einem Dispergiermittel zu anorganischen Rohmaterialien wie einer anorganischen Faser, kolloidalem Siliciumdioxid, Ton und SiC-Teilchen erhalten wurden, und Kneten dieser erhalten wurden. Beispiele für das Verfahren zum Aufbringen eines Umfangsbeschichtungsmaterials können ein Verfahren, bei dem der „geschnittene gebrannte Wabenkörper“ unter Verwendung eines Gummispatels oder dergleichen beschichtet wird, während der „geschnittene gebrannte Wabenkörper“ auf einer Drückmaschine gedreht wird, umfassen.
(Beispiele)
Nachstehend wird die vorliegende Erfindung speziell basierend auf den Beispielen beschrieben, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Beispiele beschränkt.
(Beispiel 1)
In Beispiel 1 wurde zunächst das Formungsrohmaterial zur Herstellung der Wabenstruktur hergestellt. Im Speziellen wurde das Formungsrohmaterial durch die Zugabe eines Bindemittels, eines oberflächenaktiven Mittels, eines Porenbildners und Wasser zu einem keramischen Rohmaterial hergestellt. Als das keramische Rohmaterial wurden Kaolin, Talk und Aluminiumoxid, die das Cordierit bildende Rohmaterial sind, verwendet.
Als nächstes wurde das erhaltene Formungsrohmaterial mit der Knetmaschine geknetet und dann in dem Vakuum-Tonkneter unter Bildung des gekneteten Materials tongeknetet. Als nächstes wurde das erhaltene geknetete Material unter Verwendung der Düse zur Herstellung des Wabenformkörpers extrudiert. Es wurde die mit den bestimmten Zellen, in denen die Vorsprünge und Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material gebildet wurden, versehene Düse genutzt. Nach dem Brennen des Wabenformkörpers betrug die Dicke der Trennwand 0,089 mm, und die Zelldichte betrug 62 Zellen/cm². Die Formen der Zellen des Wabenformkörpers sind Vierecke. Der Wabenformkörper hat eine runde Säulenform. Der Durchmesser der Endflächen jedes runden säulenförmigen Wabenformkörpers beträgt nach dem Brennen 118,4 mm. Es sei angemerkt, dass die oben erwähnte Düse so gestaltet war, dass die hergestellte Wabenstruktur jeweils die in den Tabellen 1 und 3 gezeigten Bedingungen erfüllte.
Als nächstes wurde durch Trocknen des Wabenformkörpers der getrocknete Wabenkörper erhalten. Was das Trocknen anbelangt, erfolgt zunächst Mikrowellentrocknen und dann Heißlufttrocknen bei einer Heißlufttemperatur von 120 °C für 2 Stunden. Als nächstes wurden beide Endabschnitte des getrockneten Wabenkörpers geschnitten.
Als nächstes wurde der erhaltene getrocknete Wabenkörper entfettet. Das Entfetten erfolgte bei 450 °C für 5 Stunden. Als nächstes wurde der entfettete getrocknete Wabenkörper unter Erhalt eines gebrannten Wabenkörpers gebrannt. Das Brennen erfolgte bei 1.425 °C in Atmosphäre für 7 Stunden. Die Temperatur wurde über 5 Stunden von 1.200 auf 1.425 °C angehoben. So wurde die Wabenstruktur von Beispiel 1 hergestellt.
Der Winkel θ des Fußabschnitts des Vorsprungs im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen der Wabenstruktur von Beispiel 1 betrug 45°. Überdies betrug die Höhe H des Vorsprungs 0,14 mm. Überdies waren im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen die Vorsprünge auf jeder Seite angeordnet, wie in der folgenden Tabelle 1 gezeigt. Im Speziellen waren, wie in 3 gezeigt, zwei Vorsprünge auf jeder der vier Seiten in gleichen Anständen angeordnet. Ebenso betrug der Bereich des Eckabschnitts zur Anordnung von porösem Material 5 % bezogen auf den Referenzbereich S, welcher der Bereich des Bereiches zur Anordnung von porösem Material an allen der Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material ist (in den folgenden Tabellen 1 und 3 in der Spalte „Bereich zur Anordnung von porösem Material“ gezeigt). Ferner betrug das Verhältnis (Gesamtanzahl von Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material/Anzahl aller Schnittpunkte x 100) der Gesamtanzahl der Eckabschnitte zur Anordnung von porösem Material zur Gesamtanzahl der Schnittpunkte zweier nebeneinanderliegender Trennwände, die den Umfangsrand der Zelle bilden, 50 % (in den folgenden Tabellen 1 und 3 in der Spalte „Verhältnis der Gesamtanzahl von Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material“ gezeigt). Die erhaltene Wabenstruktur hatte umgekehrt dieselbe Form wie die Düse.
Der Winkel θ des Vorsprungs und die Höhe H des Vorsprungs wurden mit dem Profilprojektor („kleines CNC-Bildmesssystem Quick Vision ELF (QV ELF)“, hergestellt von Mitutoyo Co.) und der Bildanalysesoftware („QVPAC“, hergestellt von Mitutoyo Co.) gemessen. Überdies wurde die Position der Vorsprünge auf der Seite bestätigt. Im Speziellen erfolgten Messung und Bestätigung, indem zunächst die Endfläche der Wabenstruktur unter Verwendung des Profilprojektors unter Erhalt eines Bildes fotografiert, das Bild binarisiert und dann die Messfunktion der Bildanalysesoftware genutzt wurde.
Der Winkel des Vorsprungs wurde wie folgt gemessen. Zunächst wurde eine gerade Linie parallel zur Grundlinie F in der Hälfte der „Höhe H des Vorsprungs“ gezogen, und der Schnittpunkt K der geraden Linie und jeder Seite (Seitenfläche) eines Dreiecks, ohne die Grundlinie F, wurde erhalten. Danach wurde eine Tangente zur Seitenfläche am Schnittpunkt K gezogen, und der Winkel, der von dieser Tangente und der Grundlinie F gebildet wurde, wurde erhalten und als der Winkel θ definiert. Es sei angemerkt, dass unter der „Höhe H des Vorsprungs“ der kürzeste Abstand ausgehend von der höchsten Stelle des Vorsprungs zur Grundlinie F zu verstehen ist.
In der Wabenstruktur von Beispiel 1 wurden die Dicke (mm) der Trennwand, die Porosität (%) der Trennwände und die Zelldichte (Anzahl/cm²) mit Hilfe des folgenden Verfahrens gemessen. Die Dicke (mm) der Trennwand und die Zelldichte (Anzahl/cm²) wurden mit dem Profilprojektor und der Bildanalysesoftware gemessen, und die Porosität (%) der Trennwände wurde mittels Quecksilber-Porosimetrie gemessen. Die Ergebnisse sind in den folgenden Tabellen 1 und 3 gezeigt. In den folgenden Tabellen 1 und 3 ist die „Porosität (%) der Trennwände“ durch die „Porosität (%)“ dargestellt.

[Tabelle 1]

	Dicke Trennwand	Zelldichte	Porosität	Anzahl der Vorsprünge pro Seite	Winkel des Vorsprungs	Zellenform	Anordnungsbereich des porösen Materials	Verhältnis Gesamtanzahl von Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material
	(mm)	(Zellen/cm²)	(%)	(Anzahl)	(°)	Zellenform	(%)	(%)
Vergleichsbeispiel 1	0,089	62	35	2	45	Viereck	0	0
Beispiel 1	0,089	62	35	2	45	Viereck	5	50
Beispiel 2	0,089	62	35	2	45	Viereck	10	100
Beispiel 3	0,089	62	35	2	45	Viereck	30	100
Beispiel 4	0,089	62	35	2	45	Viereck	40	100
Beispiel 5	0,089	62	35	2	45	Viereck	50	100
Vergleichsbeispiel 2	0,089	62	35	2	45	Viereck	60	100
Beispiel 6	0,089	62	35	2	45	Viereck	20	60
Beispiel 7	0,089	62	35	2	45	Viereck	20	80
Beispiel 8	0,089	62	35	2	40	Viereck	20	50
Beispiel 9	0,089	62	35	2	65	Viereck	20	50
Beispiel 10	0,089	62	35	2	70	Viereck	20	50
Beispiel 11	0,089	62	35	2	30	Viereck	20	50
Beispiel 12	0,089	62	35	2	80	Viereck	20	50
Beispiel 13	0,089	62	35	3	45	Viereck	20	50
Beispiel 14	0,089	62	35	4	45	Viereck	20	50

Die Spalten „Anzahl der Vorsprünge pro Seite“ in der obigen Tabelle 1 und der folgenden Tabelle 3 zeigen die Anzahl der Vorsprünge, die auf jeder der vier Seiten (erste Seite α bis vierte Seite σ (siehe 3)) der viereckigen Zelle angeordnet sind. In der obigen Tabelle 1 und der folgenden Tabelle 3 zeigen die Spalten „Anordnungsbereich für poröses Material“ den Bereich für das poröse Material, wenn das poröse Material in der Anordnungsregion für poröses Material angeordnet ist.
(LA-4-Test)
An der hergestellten Wabenstruktur wurde ein Test basierend auf dem LA-4-Modus des US-Stadtzyklus wie folgt durchgeführt. Zunächst wurden 200 g/l Katalysator (Drei-Wege-Katalysator) auf die Trennwände der Wabenstruktur geladen. Die mit Katalysator beladene Wabenstruktur wurde einer Alterungsbehandlung bei 950 °C für 12 Stunden unter Verwendung eines Elektroofens unterzogen. Als nächstes wurde der LA-4-Test durchgeführt, während die Wabenstruktur, auf die der Katalysator geladen war, unter dem Boden eines Fahrzeugs mit einem Hubraum von 2.400 cm³ montiert war. In dem LA-4-Test wurde die direkte Modalmasse jeder Abgaskomponente unter Verwendung einer Abgasmessvorrichtung (Modell Nr. „MEXA-7400“, hergestellt von HORIBA, Co.) gemessen. Überdies wurde die Emissionsmenge an HC als die repräsentative Abgaskomponente gemessen. Die Raumgeschwindigkeit des Abgases in dem Test betrug etwa 10.000 (1/Stunde) (hohe Strömungsgeschwindigkeit).
In der Wabenstruktur war die Emissionsmenge an Abgas eines zweiten Peaks nach der Beschleunigung groß. Aus diesem Grund wurde das Verhältnis des integrierten Wertes der Modalmasse beim Start der Beschleunigung des zweiten Peaks und des integrierten Wertes der Modalmasse am Ende der Beschleunigung des zweiten Peaks unter Erhalt des HC-Emissionszuwachses (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung berechnet. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt. In der folgenden Tabelle 2 ist der „HC-Emissionszuwachs vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung in dem Test basierend auf dem LA-4-Modus“ als „HC-Emissionszuwachs vor und nach dem zweiten Peak in dem LA-4“ ausgedrückt.
(Feststellung im LA-4-Test)
Im Vergleich zu der Wabenstruktur, in der die Trennwände keine Vorsprünge aufweisen, ist die Wabenstruktur, in der die Trennwände die Vorsprünge aufweisen, bei einer „Bag-Emission“ vorteilhaft, und daher muss der HC-Emissionszuwachs (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung gleich oder kleiner als 35 % sein. Aus diesem Grund erfolgte die Feststellung im LA-4-Test basierend auf den folgenden Kriterien.
Feststellung „gut“: Der Fall, bei dem der HC-Emissionszuwachs (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung gleich oder kleiner ist als 35 %, ist als „gut“ definiert.
Feststellung „nicht akzeptabel“: Der Fall, bei dem der HC-Emissionszuwachs (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung 35 % übersteigt, ist als „nicht akzeptabel“ definiert.
Überdies beginnt bei der Wabenstruktur, da die Zeit, bei der der Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht, früh ist, die Reinigung des Abgases früher, so dass sich die Emissionsmenge des Abgases, das nicht gereinigt wird, verringert. Hierbei erhöht sich das Gewicht der Wabenstruktur, da die porösen Materialien an den Eckabschnitten der Zellen angeordnet sind. In diesem Fall wird, da sich die Wärmekapazität erhöht, die Zeit, bis der Katalysator die Aktivierungstemperatur erreicht, lang. Im Ergebnis erhöht sich die Emissionsmenge des Abgases.
Im Vergleich zu der Wabenstruktur, bei der die Trennwände keine Vorsprünge aufweisen, muss, damit die Wabenstruktur, bei der Trennwände die Vorsprünge aufweisen, bei der „Bag-Emission“ von Vorteil ist, das Verhältnis des HC-Emissionszuwachses vor und nach dem ersten Peak auf 175 % oder weniger gesenkt werden. Aus diesem Grund erfolgte die Feststellung im LA-4-Test basierend auf den folgenden Kriterien.
Feststellung „gut“: Der Fall, bei dem das Verhältnis des HC-Emissionszuwachses vor und nach dem ersten Peak gleich oder kleiner ist als 175 %, wird als „gut“ definiert.
Feststellung „nicht akzeptabel“: Der Fall, bei dem das Verhältnis des HC-Emissionszuwachses vor und nach dem ersten Peak 175 % übersteigt, wird als „nicht akzeptabel“ definiert.
Die Feststellungsergebnisse des LA-4-Tests sind in der folgenden Tabelle 2 gezeigt.

[Tabelle 2]

	HC-Emissionszuwachs vor und nach dem zweiten Peak im LA-4		HC-Emissionszuwachs vor und nach dem ersten Peak im LA-4		Gesamtfeststellung
	(%)	Feststellung	(%)	Feststellung	Gesamtfeststellung
Vergleichsbeispiel 1	36	nicht akzeptabel	120	gut	nicht akzeptabel
Beispiel 1	32	gut	130	gut	gut
Beispiel 2	29	gut	145	gut	gut
Beispiel 3	28	gut	150	gut	gut
Beispiel 4	27	gut	160	gut	gut
Beispiel 5	26	gut	170	gut	gut
Vergleichsbeispiel 2	25	gut	180	nicht akzeptabel	nicht akzeptabel
Beispiel 6	30,5	gut	150	gut	gut
Beispiel 7	31,5	gut	160	gut	gut
Beispiel 8	31	gut	140	gut	gut
Beispiel 9	29	gut	160	gut	gut
Beispiel 10	28	gut	170	gut	gut
Beispiel 11	33	gut	135	gut	gut
Beispiel 12	27	gut	175	gut	gut
Beispiel 13	33	gut	170	gut	gut
Beispiel 14	33	gut	175	gut	gut

(Gesamtfeststellung)
Die Gesamtfeststellung erfolgte gemäß den folgenden Kriterien basierend auf der Feststellung im LA-4-Test.
Feststellung „gut“: Der Fall, bei dem die Feststellung für den HC-Emissionszuwachs (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung „gut“ und die Feststellung für den HC-Emissionszuwachs vor und nach dem ersten Peak „gut“ ist, wird als „gut“ definiert.
Feststellung „nicht akzeptabel“: Der Fall bei dem entweder die Feststellung für den HC-Emissionszuwachs (%) vor und nach dem zweiten Peak ab der Beschleunigung oder die Feststellung für den HC-Emissionszuwachs vor und nach dem ersten Peak nicht „gut“ ist, wird als „nicht akzeptabel“ definiert.
(Beispiele 2 bis 21, Vergleichsbeispiele 1 bis 4)
Wie in der obigen Tabelle 1 und der folgenden Tabelle 3 gezeigt, wurde die Wabenstruktur in derselben Weise hergestellt, wie in Beispiel 1, außer dass die Wabenstruktur unter Veränderung des Anordnungsbereiches für das poröse Material, des Verhältnisses des Eckabschnitts zur Anordnung von porösem Material und des Verhältnisses der bestimmten Zelle hergestellt wurde.

[Tabelle 3]

	Dicke Trennwand	Zelldichte	Porosität	Anzahl der Vorsprünge pro Seite	Winkel des Vorsprungs	Zellenform	Anordnungsbereich des porösen Materials	Verhältnis Gesamtanzahl von Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material
	(mm)	(Zellen/cm²)	(%)	(Anzahl)	(°)	Zellenform	(%)	(%)
Vergleichsbeispiel 3	0,089	62	35	2	45	Sechseck	0	0
Beispiel 15	0,089	62	35	2	45	Sechseck	5	50
Beispiel 16	0,089	62	35	2	45	Sechseck	10	100
Beispiel 17	0,089	62	35	2	45	Sechseck	30	100
Beispiel 18	0,089	62	35	2	45	Sechseck	40	100
Beispiel 19	0,089	62	35	2	45	Sechseck	50	100
Vergleichsbeispiel 4	0,089	62	35	2	45	Sechseck	60	100
Beispiel 20	0,089	62	35	2	45	Sechseck	20	60
Beispiel 21	0,089	62	35	2	45	Sechseck	20	80

[Tabelle 4]

	HC-Emissionszuwachs vor und nach dem zweiten Peak im LA-4		HC-Emissionszuwachs vor und nach dem ersten Peak im LA-4		Gesamtfeststellung
	(%)	Feststellung	(%)	Feststellung	Gesamtfeststellung
Vergleichsbeispiel 3	36	nicht akzeptabel	110	gut	nicht akzeptabel
Beispiel 15	33	gut	125	gut	gut
Beispiel 16	29	gut	145	gut	gut
Beispiel 17	28	gut	150	gut	gut
Beispiel 18	27	gut	160	gut	gut
Beispiel 19	26	gut	170	gut	gut
Vergleichsbeispiel 4	24	gut	180	nicht akzeptabel	nicht akzeptabel
Beispiel 20	30,5	gut	150	gut	gut
Beispiel 21	31,5	gut	160	gut	gut

Auch für die Wabenstrukturen der Beispiele 2 bis 21 und Vergleichsbeispiele 1 bis 4, wurden die Dicke (mm) der Trennwand, die Porosität (%) der Trennwände und die Zelldichte (Zellen/cm²) in derselben Weise wie in Beispiel 1 gemessen und der LA-4-Test durchgeführt. Die Ergebnisse sind in den obigen Tabellen 2 und 4 gezeigt.
(Ergebnis)
Wie in den obigen Tabellen 2 und 4 gezeigt, versteht es sich, dass bei den Wabenstrukturen der Beispiele 1 bis 21 die Reinigungsleistung für das Abgas nach dem Laden des Katalysators im Vergleich zu den Wabenstrukturen der Vergleichsbeispiele 1 bis 4 viel besser ist.
Die Wabenstruktur der vorliegenden Erfindung kann als der Katalysatorträger für die Abgasreinigung zur Reinigung des Abgases genutzt werden.
Bezugszeichenliste

1: Trennwand,
1x: Oberfläche der Trennwand,
2: Zelle,
2a: bestimmte Zelle,
10: Wabenstrukturkörper,
11: erste Endfläche,
12: zweite Endfläche,
20: Umfangswand,
21: Vorsprung,
21a: Referenzvorsprung,
21x: benachbarte Seitenfläche,
30: Anordnungsregion für poröses Material,
31: Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material,
α: erste Seite,
β: zweite Seite,
γ: dritte Seite,
σ: vierte Seite,
A: Fuß,
B: Spitze,
F: Grundlinie (Ebene),
H: Höhe des Vorsprungs,
K: Schnittpunkt,
K0: Referenzschnittpunkt,
S: Referenzbereich,
100: Wabenstruktur.

Claims

Wabenstruktur, umfassend: einen säulenförmigen Wabenstrukturkörper mit porösen Trennwänden, die im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen gitterförmig angeordnet sind und mehrere Zellen als einen Fluidkanal umgeben, der von einer ersten Endfläche zu einer zweiten Endfläche verläuft, und einer Umfangswand, die so angeordnet ist, dass sie die Trennwände umgibt, wobei die Trennwände mit Vorsprüngen versehen sind, die so hervorstehen, dass sie in die Zellen verlaufen, und kontinuierlich in der Verlaufsrichtung der Zellen angeordnet sind, mindestens eine der mehreren Zellen eine bestimmte Zelle umfasst, die so ausgebildet ist, dass die Vorsprünge im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen ausgehend von den jeweiligen Trennwänden, die einen Umfangsrand der Zelle bilden, in die Zelle ragen, und die bestimmte Zelle im Querschnitt orthogonal zur Verlaufsrichtung der Zellen versehen ist mit einem porösen Material aus demselben Material wie die Trennwände in einem Bereich von 5 bis 50 %, der einen Schnittpunkt umfasst, bezogen auf eine fünfeckige Fläche, welche gebildet wird durch Verbinden des Schnittpunkts, von dem aus zwei Trennwände, die den Umfangsrand der bestimmten Zelle bilden, verlaufen, und zweier Punkte am Fuß bzw. der Spitze der jeweiligen Vorsprünge, die an den beiden Trennwänden angeordnet sind, wobei die mehreren Zellen an ihren Enden an der ersten Endfläche und an der zweiten Endfläche offen sind.
Wabenstruktur nach Anspruch 1, wobei, wenn ein Teil, gebildet durch Anordnen des porösen Materials in dem Bereich von 5 bis 50 %, der den Schnittpunkt umfasst, ein Eckabschnitt zur Anordnung von porösem Material ist, das Verhältnis der Gesamtanzahl an Eckabschnitten zur Anordnung von porösem Material zur Gesamtanzahl der Schnittpunkte an den beiden nebeneinanderliegenden Trennwänden, die den Umfangsrand der Zelle bilden, 50 bis 100 % beträgt.