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Hocheffiziente keramische Filtermedien für die Rußpartikelfiltration

 
: Petasch, U.; Mammitzsch, L.; Beckert, W.; Adler, J.; Cheng, L.; Wiegmann, A.

Förderkreis Abgasnachbehandlungstechnologien für Dieselmotoren -FAD-, Dresden:
Herausforderung - Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren. 10. FAD-Konferenz 2012 : 7.11 - 8.11.2012 in Dresden; Beiträge
Dresden: FAD, 2012 (Wissenschaft, Forschung, Entwicklung, Zusammenarbeit)
S.281-293
Konferenz Herausforderung - Abgasnachbehandlung für Dieselmotoren <10, 2012, Dresden>
Deutsch
Konferenzbeitrag
Fraunhofer IKTS ()
Dieselmotor; Rußpartikel; keramischer Filter; Porengröße; Flüssigphasesintern; Siliciumcarbid

Abstract
Poröses LPS-SiC (liquid phase sintered silicon carbide) besitzt ein hohes Potenzial für den Einsatz als Wall-Flow-Filter in der Rußpartikelfiltration. Ein Vorteil liegt in der reproduzierbaren Einstellung der Porosität. Filtermedien mit homogenem Aufbau der Filterwand zeigen Gegendruckverläufe und Filtrationskurven, die ein typisches Verhalten poröser Materialien in der Feinstaubabscheidung wiederspiegeln. Die Rußabscheidung startet mit einer kurzen Phase der Tiefenfiltration und Rußeinlagerung in der porösen Keramikstruktur. Mit dem Beginn der Ausbildung einer Rußschicht auf dem Filtermedium geht der Abscheidemechanismus in eine Oberflächenfiltration der Rußpartikel am gebildeten Filterkuchen über. In dieser Phase liegt die Filtrationseffizienz über 99%. Vergleichende Untersuchungen von Materialien mit Variation der mittleren Porenweite zwischen 11 und 19 µm zeigen den Einfluss der Porengröße auf das Gegendruck- und Abscheideverhalten. Mit einer Steigerung der Porengröße wird eine Erhöhung der spezifischen Permeabilität der Filtermedien erreicht, aus der ein niedriger Gegendruck im unbeladenen Zustand resultiert. Bei der Berußung wird bei diesen Materialien eine größere Rußmenge in die Filterwand eingelagert. Gegenüber Filtermedien mit geringerer Porenweite resultiert eine Verlängerung der Tiefenfiltrationsphase, in der noch nicht die höchste Filtrationseffizienz erreicht wird. Außerdem führt die verstärkte Rußeinlagerung in der Filterwand zu einer geringeren Permeabilität, was sich negativ auf den Gesamtgegendruck des Filters auswirkt. Hocheffiziente keramische Filterme dien werden durch den Aufbau einer zusätzlichen feinporösen Filtrationsmembran auf der Filterwand erreicht. Zur Optimierung der 'Performance von LPS-SiC-Filtermedien wurden mit der Mikrostruktursimulation Vorschläge für den strukturellen Aufbau von Membranen erarbeitet, die im Anschluss experimentell umgesetzt wurden. Bei optimaler Ausbildung einer Filtrationsmembran wird der Anfangsgegendruck des unbeladenen Filtermaterials nur geringfügig beeinflusst. Dagegen lässt sich die Tiefenfiltration mit Rußeinlagerung in der Filterwand vollständig vermeiden, womit der Gegendruck bei der Rußbeladung deutlich unter dem von Filtermaterialien mit herkömmlicher Porosität bleibt. Die so hergestellten Filtermedien zeigen eine sehr hohe Filtrationseffizienz für synthetisch hergestellten Ruß, die bereits für das unbeladene Filtermedium bei ca. 99 % liegt.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-229342.html