ES2300840T3 - Cuerpo con estructura de panal. - Google Patents
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Abstract
Un cuerpo con estructura de panal (20) con forma de pilar hecho principalmente de cerámicos porosos en el que una pluralidad de orificios de paso (21) se ponen en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una pared de división (23) interpuesta entre ellos, en el que dicha pluralidad de orificios de paso (21) comprende: un grupo de orificios de paso del lado de entrada (21a) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de salida de manera que la suma total de las áreas de las secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal se hace relativamente mayor; y un grupo de orificios de paso del lado de salida (21b) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de entrada de manera que la suma total de áreas en las secciones transversales de los mismos se hace relativamente menor, suponiendo que la tasa de apertura en el lado de entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada a 500ºC por 11,8 cm 2 de la cara final del lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida está representado por Y (J/K), se satisface la relación indicada por las siguientes inecuaciones (1) y (2): 0,0157X - 0,0678 < Y < 1,15X - 5 ...(1) 35 <_ X <_ 60 ... (2)
Description
Cuerpo con estructura de panal.
Esta solicitud reivindica el beneficio de
prioridad respecto a la solicitud de Patente Japonesa Nº
2003-363783, presentada del 23 de octubre de
2003.
La presente invención se refiere a un cuerpo con
estructura de panal usado como filtro para retirar materiales
particulados y contenidos similares en los gases de escape
descargados de un sistema de combustión interna, tal como motor
diésel, un miembro de soporte de un catalizador y similares.
En los últimos años, los materiales particulados
tales como hollín, contenidos en los gases de escape que se
descargan de motores de combustión interna de vehículos, tales como
autobuses, camiones y máquinas de construcción, han hecho surgir
graves problemas puesto que estos materiales particulados son
dañinos para el medio ambiente y para el cuerpo humano.
Se han propuesto diversos cuerpos con estructura
de panal hechos de cerámicos porosos, que sirven como filtros
capaces de recoger materiales particulados en los gases de escape,
para purificar los gases de escape.
Convencionalmente, con respecto a un cuerpo con
estructura de panal de este tipo, se ha propuesto un filtro que
tiene la siguiente estructura, en la que: se preparan dos clases de
orificios de paso, es decir, un grupo de orificios de paso con una
capacidad relativamente grande (en lo sucesivo en este documento,
pueden denominarse orificios de paso de alta capacidad) y un grupo
de orificios de paso con una capacidad relativamente pequeña (en lo
sucesivo en este documento, pueden denominarse orificios de paso de
baja capacidad), y el extremo en el lado de salida del gas de
escape de cada orificio de paso que pertenece al grupo de orificios
de paso de alta capacidad se sella con un tapón, sellándose el
extremo del lado de entrada del gas de escape de cada orificio de
paso que pertenece al grupo de orificios de paso de baja capacidad
con un tapón, de manera que el área superficial de los orificios de
paso con el lado de entrada abierto (en lo sucesivo en este
documento, pueden denominarse orificios de paso del lado de
entrada) se hace relativamente mayor que el área superficial de los
orificios de paso con el lado de salida abierto (en lo sucesivo en
este documento, pueden denominarse orificios de paso del lado de
salida); de esta manera, se hace posible suprimir un aumento de
pérdida de presión tras recoger los materiales particulados (por
ejemplo, véase el Documento de Patente 1, Documento de Patente 2 y
Documento de Patente 3). Con respecto al filtro de este tipo, se han
propuesto filtros en los que las formas de los orificios de paso
del lado de entrada y los orificios de paso del lado de salida
tienen respectivamente una forma octagonal y una forma cuadrangular
(véase, por ejemplo, el Documento de Patente 4 y el Documento de
Patente 5).
Además, se ha propuesto otro filtro en el que el
número de orificios de paso del lado de entrada se hace mayor que
el número de orificios de paso del lado de salida, de manera que el
área superficial del grupo de orificios de paso del lado de entrada
se hace relativamente mayor que el área superficial del grupo de
orificios de paso del lado de salida (véase, por ejemplo, el
Documento de Patente 6 y la Figura 3 del Documento de Patente
7).
En el caso de los cuerpos con estructura de
panal a usar como filtros de purificación de gas descritos en los
Documentos de Patente 1 a 7, en comparación con un cuerpo con
estructura de panal en el que la cantidad total del área
superficial del grupo de orificios de paso del lado de entrada y la
cantidad total del área superficial del grupo de orificios de paso
del lado de salida son iguales, la cantidad total del área
superficial de los orificios de paso del lado se entrada se hace
relativamente mayor; de esta manera, la capa de deposición de
materiales particulados recogidos se hace más fina, haciendo posible
de esta manera suprimir un aumento en la pérdida de presión en el
momento de recoger los materiales particulados y también aumentar la
cantidad límite de recogida de materiales particulados.
Además, después de haber recogido una cantidad
predeterminada de materiales particulados, se realiza un proceso de
control del motor para elevar la temperatura del gas de escape o la
temperatura de un calentador colocado en el lado aguas arriba de
los gases de escape desde el cuerpo con estructura de panal de
manera que se realiza un proceso de regeneración que hace que los
materiales particulados en contacto con los gases a alta temperatura
quemen los materiales particulados; y en este caso, la velocidad de
quemado de los materiales particulados puede aumentarse haciendo que
el espesor de la capa de deposición de materiales particulados sea
más fina.
Entre los cuerpos con estructura de panal en los
que el área superficial del grupo de orificios de paso del lado de
entrada se hace relativamente mayor que el área superficial del
grupo de orificios de paso del lado de salida, en el caso del
cuerpo con estructura de panal que tiene una mayor tasa de apertura,
puede conseguirse una baja densidad y una baja capacidad térmica
porque aumenta la tasa de capacidad de los orificios de paso que
ocupan el cuerpo con estructura de panal; por lo tanto, se hace
posible proporcionar un proceso de elevación de temperatura rápido
y en consecuencia mejorar la propiedad de respuesta ejercida sobre
el calentamiento de los gases de escape.
Sin embargo, los filtros que tienen una mayor
tasa de apertura en el lado de entrada tienen el problema de que
tienden a ocurrir grietas en los tapones que sellan el grupo de
orificios de paso del lado de entrada y en las proximidades del
mismo (en lo sucesivo en este documento puede denominarse partes de
sellado del lado de salida) en el momento del proceso de
regeneración.
Convencionalmente, con respecto al espesor de
los tapones en el cuerpo con estructura de panal, por ejemplo el
Documento de Patente 8 describe que el espesor de ajusta
deseablemente en un intervalo de 2 a 5 mm.
Documento de Patente 1: JP-A
56-124417 (1981)
Documento de Patente 2: JP-A
62-96717 (1987)
Documento de Patente 3: Patente de Estados
Unidos Nº 4364761
Documento de Patente 4: WO 02/10562A1,
folleto
Documento de Patente 5: Patente de Francia Nº
2789327
Documento de Patente 6: JP-A
58-196820 (1983)
Documento de Patente 7: Patente de Estados
Unidos Nº 4417908
Documento de Patente 8: Patente de Estados
Unidos Nº 2003/0041730A1.
Para resolver los problemas mencionados
anteriormente los inventores de la presente invención han
investigado duramente y han encontrado que la razón por la que
ocurren las grietas en las partes de sellado del lado de salida en
el momento del proceso de regeneración se debe a que cuando aumenta
la tasa de apertura X en el lado de entrada, los materiales
particulados tienden a ser capturados en partes más profundas (lado
de salida) de los orificios de paso del lado de entrada y la
capacidad térmica del cuerpo con estructura de panal se hace menor,
provocando una elevación de temperatura brusca en particular en las
partes de sellado del lado de salida en el momento del proceso de
regeneración y la posterior alta temperatura en partes locales.
Basándose en los resultados mencionados
anteriormente, los inventores de la presente invención han
descubierto que, aumentando la capacidad térmica de las partes de
sellado del lado de salida en un cierto grado, se hace posible
evitar que las partes de sellado del lado de salida tengan
localmente una alta temperatura en el momento del proceso de
regeneración y en consecuencia se evita la aparición de grietas en
las partes de sellado del lado de salida; de esta manera, se ha
completado la presente invención.
Aquí, el Documento de Patente 8 mencionado
anteriormente y otros documentos no describen ni implican la
relación entre la tasa de apertura X en lado de entrada y la suma
total Y de las capacidades térmicas de los tapones que sellan el
grupo de orificios de paso del lado de entrada.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, un cuerpo con estructura de panal, que es un cuerpo con
estructura de panal con forma de pilar hecho principalmente de
cerámicos porosos, en el que una pluralidad de orificios de paso se
sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una
pared de división interpuesta entre ellos, en el que dicha
pluralidad de orificios de paso comprende:
un grupo de orificios de paso del lado de
entrada, cuyos extremos están sellados por tapones en el lado de
salida de manera que la suma total de las áreas en las secciones
transversales perpendiculares a la dirección longitudinal se hace
relativamente mayor; y
un grupo de orificios de paso del lado de
salida, cuyos extremos están sellados por tapones en el lado de
entrada de manera que la suma total de áreas en las secciones
transversales de los mismos se hace relativamente menor,
suponiendo que la tasa de apertura en el lado de
entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades térmicas de
los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida
está representado por Y (J/K),
se satisface la relación indicada por las
siguientes inecuaciones (1) y (2).
...(1)0,0157X -
0,0678 < Y < 1,15X -
5
...(2)35 \leq
X \leq
60
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención, el cuerpo con estructura de panal se diseña de manera
que suponiendo que la suma total de capacidades térmicas de los
tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada a 25ºC por 11,8 cm^{2} de cara final del lado de salida
que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida está
representado por Z(J/K), se satisface una relación indicada
por la siguiente inecuación (3).
... (3)0,013X -
0,09 < Z < 0,7X -
2,5
Además, de acuerdo con el primer aspecto de la
presente invención, la estructura de panal deseablemente satisface
la siguiente inecuación (4).
... (4)0,05X -
0,55 < Y < 0,574X -
2
Adicionalmente, de acuerdo con el primer aspecto
de la presente invención, el cuerpo con estructura de panal
deseablemente satisface la siguiente inecuación (5)
... (5)0,05X -
0,55 < Z < 0,354X -
1
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención, el cerámico poroso se prepara deseablemente como un
carburo de silicio poroso.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente
invención, un cuerpo con estructura de panal tiene una estructura
en la que una capa de material de sellado se forma en una cara
circunferencial de un bloque de panal que se forma combinando entre
sí una pluralidad de cuerpos con estructura de panal a través de una
capa de material de sellado.
Aquí, el cuerpo con estructura de panal de
acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, como una
unidad sencilla, puede usarse como filtro, excepto si se usa como
miembros constituyentes de un cuerpo con estructura de panal de
acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención.
En la siguiente descripción, un cuerpo con
estructura de panal que tiene una estructura en su conjunto como
una unidad integral, es decir, el cuerpo con estructura de panal de
acuerdo con el primer aspecto de la presente invención, se denomina
también cuerpo con estructura de panal integral, y un cuerpo con
estructura de panal que tiene una estructura en la que una
pluralidad de miembros cerámicos se combinan entre sí a través de la
capa de material de sellado, es decir, el cuerpo con estructura de
panal de acuerdo con el segundo aspecto de la invención, se
denomina también cuerpo con estructura de panal agregado. Aquí, en
el caso de que no se requiera discriminación entre el cuerpo con
estructura de panal integral y el cuerpo con estructura de panal
agregado, el cuerpo estructural correspondiente se denomina cuerpo
con estructura de panal.
De acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención, el cuerpo con estructura de panal se diseña de manera
que con respecto a la tasa de apertura X (%) en el lado de entrada y
la suma total Y de las capacidades térmicas de los tapones que
sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada a 500ºC por
11,8 cm^{2} de la cara final en el lado de salida que contiene el
grupo de orificios de paso del lado de salida, se satisface la
relación indicada por las inecuaciones (1) y (2) mencionadas
anteriormente; por lo tanto, se hace posible evitar que las partes
de sellado del lado de salida tengan localmente una alta temperatura
en el momento del proceso de regeneración y también aliviar una
tensión térmica impuesta en las partes de sellado del lado de
salida para suprimir la aparición de grietas en su interior. Además,
con respecto a la relación entre la tasa de apertura X en el lado
de entrada, la suma total Y de las capacidades térmicas de los
tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final en el lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de
salida, y/o la suma total Z de las capacidades térmicas de los
tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada
a 25ºC, se satisfacen las inecuaciones (3) a (5) mencionadas
anteriormente, de manera que se hace posible aliviar de una forma
más eficaz una tensión térmica impuesta en las partes de sellado
del lado de salida y en consecuencia suprimir la aparición de
grietas.
En el cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con el primer aspecto de la presente invención, en el caso de usar
carburo de silicio poroso como material cerámico poroso, se hace
posible proporcionar una mejor conductividad térmica, resistencia
al calor, propiedades mecánicas, resistencia química y
similares.
En el cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con el segundo aspecto de la presente invención, una pluralidad de
cuerpos con estructura de panal de acuerdo con el primer aspecto de
la presente invención se combinan entre sí a través de la capa de
material de sellado; por lo tanto, se hace posible reducir una
tensión térmica usando la capa de material de sellado para mejorar
la resistencia al calor y también se hace posible ajustar libremente
el tamaño aumentando o reduciendo el número de cuerpos con
estructura de panal de acuerdo con el primer aspecto de la presente
invención. Se permite, por supuesto, que el cuerpo con estructura de
panal de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención
ejerza los mismos efectos que el cuerpo con estructura de panal de
acuerdo con el primer aspecto de la presente invención.
Un cuerpo con estructura de panal de acuerdo con
el primer aspecto de la presente invención es un cuerpo con
estructura de panal con forma de pilar hecho principalmente de
cerámicos porosos en el que una pluralidad de orificios de paso se
sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una
pared de división interpuesta entre ellos, en el que dicha
pluralidad de orificios de paso comprende:
un grupo de orificios de paso del lado de
entrada, cuyos extremos están sellados por tapones en el lado de
salida de manera que la suma total de áreas en las secciones
transversales perpendiculares a la dirección longitudinal se hace
relativamente mayor;
un grupo de orificios de paso del lado de
salida, cuyos extremos se sellan mediante tapones en el lado de
entrada de manera que la suma total de las áreas en las secciones
transversales de los mismos se hace relativamente menor,
suponiendo que la tasa de apertura en el lado de
entrada es X (%) y que la suma total de las capacidad térmicas de
los tapones con el sellado del grupo de orificios de paso del lado
de entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final en el lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida
se representa mediante Y (J/K),
se satisface la relación indicada por las
siguientes inecuaciones (1) y (2)
...(1)0,0157X -
0,0678 < Y < 1,15X -
5
... (2)35
\leq X \leq
60
En este caso, la tasa de apertura X en el lado
de entrada se refiere a una proporción de la suma total de las
áreas del grupo de orificios de paso del lado entrada al área total
de la cara final del lado de entrada del cuerpo con estructura de
panal. Aquí, el área total de la cara final del lado entrada del
cuerpo con estructura de panal corresponde a la suma total de las
áreas de las partes constituidas por los orificios de paso y la
pared de división y está definida de manera que no incluye la parte
ocupada por la capa del material de sellado en el área total de la
cara final en el lado de entrada.
La Figura 1(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un cuerpo con
estructura de panal integral de la presente invención y la Figura
1(b) es una vista de sección transversal tomada a lo largo
de la línea A-A del cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención mostrada en la Figura
1(a).
Como se muestra en la Figura 1, el cuerpo con
estructura de panal integral 20 que tiene una forma de pilar
aproximadamente cuadrado tiene una estructura en la que numerosos
orificios de paso 21 se sitúan en paralelo entre sí en la dirección
longitudinal con una pared de división 23 interpuesta entre ellos.
Los orificios de paso 21 incluyen dos clases de orificios de paso,
es decir, un grupo de orificios de paso del lado de entrada 21a
cuyos extremos están sellados por tapones 22 en el lado de salida
del cuerpo con estructura de panal integral 20 y un grupo de
orificios de paso del lado de salida 21b cuyos extremos están
sellados por tapones 22 en el lado de entrada del cuerpo con
estructura de panal integral 20, y la suma total de las áreas en la
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del
grupo de orificios de paso del lado de entrada 21a se hace
relativamente mayor en comparación con la del grupo de orificios de
paso del lado de salida 21b, de manera que se permite que la pared
de división 23 que separa estos orificios de paso 21 sirva como
filtro. En otras palabras, se deja que los gases de escape que han
entrado en el grupo de orificios de paso del lado de entrada 21a
fluyan fuera del grupo de orificios de paso del lado de salida 21b
después de haber pasado siempre a través de la pared de división
23.
En el cuerpo con estructura de panal integral de
la presente invención, suponiendo que la tasa de apertura en el
lado de entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades
térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso
del lado de entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final en el
lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado
de salida está representada por Y (J/K), se satisface la relación
indicada por las siguientes inecuaciones (1) y (2).
...(1)0,0157X -
0,0678 < Y < 1,15X -
5
... (2)35
\leq X \leq
60
Aquí, la suma total Y de las capacidades
térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso
del lado de entrada 21a a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final
del lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del
lado de salida se refiere a la suma total de las capacidades
térmicas que se obtienen midiendo las capacidades térmicas a 500ºC,
con respecto a una pluralidad de tapones 22, cuyos extremos están
incluidos por área de 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de
salida del cuerpo con estructura de panal integral 20, estando
constituida dicha cara final en el lado de salida por la pared de
división 23, los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de
paso del lado de entrada 21a y el grupo de orificios de paso del
lado de salida 21b.
En el cuerpo con estructura de panal integral de
la presente invención, como el filtro que purifica el gas de escape
se calienta a una alta temperatura de aproximadamente 500ºC en el
momento del proceso de regeneración, la suma total Y de las
capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios
de paso del lado de entrada 21a a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la
cara final en el lado de salida que contiene el grupo de orificios
de paso del lado de salida, satisface la relación indicada por la
inecuación (1) mencionada anteriormente con respecto a la tasa de
apertura X en el lado de entrada.
El límite inferior de la suma total Y de las
capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios
de paso del lado de entrada 21a a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la
cara final en el lado de salida que contiene el grupo de orificios
de paso del lado de salida se ajusta a 0,0157X- 0,0678, y el límite
superior de la suma total Y de las mismas se ajusta a 1,15X - 5. En
el caso de que 0,0157X - 0,0678 \geq Y, la suma total Y de las
capacidades térmicas de los tapones 22 que sellan el grupo de
orificios de paso del lado de entrada 21a se hace demasiado pequeña
en asociación con la tasa de apertura X en el lado de entrada. De
esta manera, en el momento del proceso de regeneración, las partes
de sellado del lado de salida tienen un aumento de temperatura
brusco debido a la generación de calor provocada por la combustión
de los materiales particulados acumulados en las partes profundas
de los orificios de paso del lado de entrada 21a, que provoca
grietas debido a la tensión térmica. En contraste, en el caso de
que Y \geq 1,15 X - 5, la suma total Y de las capacidades térmicas
de los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de paso del lado
de entrada 21a, se hace demasiado grande en asociación con la tasa
de apertura X en el lado de entrada; de esta manera, en el momento
del proceso de regeneración, la pared de división 23 que entra en
contacto con los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de
paso del lado de entrada 21a tiene un aumento brusco de temperatura
debido a la generación de calor provocada por la combustión de los
materiales particulados acumulados en las partes profundas de los
orificios de paso del lado de entrada 21a, mientras que los tapones
22 que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada 21a
tiene un pequeño aumento de temperatura; de esta manera, tienden a
ocurrir grietas debido a tensión térmica en las proximidades de la
interfaz entre los tapones 22 y la pared de división 23.
El límite inferior de la suma total Y de las
capacidades térmicas de los tapones 22 que sellan el grupo de
orificios de paso del lado de entrada 21a a 500ºC por 11,8 cm^{2}
de la cara final del lado de salida que contiene el grupo de
orificios de paso del lado de salida se ajusta deseablemente a 0,05X
- 0,55, y el límite superior de la suma total Y de las mismas se
ajusta deseablemente a 0,574X - 2. En otras palabras, deseablemente,
el cuerpo con estructura de panal integral de la presente invención
satisface también la siguiente inecuación (4).
... (4)0,05X -
0,55 < Y < 0,574X -
2
Además, el filtro que purifica el gas de escape
se calienta desde la temperatura normal (aproximadamente 25ºC) a
aproximadamente 500ºC en el momento del proceso de regeneración; por
lo tanto, en el cuerpo con estructura de panal integral de la
presente invención, la suma total Z (J/K) de capacidades térmicas de
los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada 21a a 25ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida
se permite deseablemente que satisfaga una relación indicada por la
siguiente inecuación (3) y que satisfaga adicionalmente una relación
indicada por la siguiente inecuación (5), con respecto a la tasa de
apertura X en el lado de entrada.
... (3)0,013X -
0,09 < Z < 0,7X -
2,5
... (5)0,05X -
0,55 < Z < 0,354X -
1
El límite inferior de la tasa de apertura X en
el lado de entrada es del 35% y el límite superior del mismo del
60%.
En el caso de que la tasa de apertura X en el
lado de entrada sea menor del 35% o la tasa de apertura X en el
lado de entrada supere el 60%, ya no se ejerce más la tendencia de
que los materiales particulados se recojan fácilmente en las partes
profundas de los orificios de paso del lado de entrada 21a; por lo
tanto, no es necesario ajustar particularmente la tasa de apertura
X en el lado de entrada y la suma total Y de las capacidades
térmicas de los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de paso
del lado de entrada 21a. El límite inferior de la tasa de apertura
X en el lado de entrada se ajusta deseablemente al 40% y el límite
superior de la misma se ajusta deseablemente al 55%.
En el cuerpo con estructura de panal integral de
la presente invención, con respecto a la tasa de apertura X en el
lado de entrada y la suma total Y de las capacidades térmicas de los
tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de
salida, se satisfacen las relaciones indicadas por la inecuaciones
(1) y (2) mencionadas anteriormente, de manera que se hace posible
aliviar la generación de una tensión térmica en las partes de
sellado del lado de salida y en consecuencia suprimir la generación
de grietas. Además, con respecto a la relación entre: la tasa de
apertura X (%) en el lado de entrada; y la suma total Y de las
capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de
orificios de paso del lado de entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de
la cara final en el lado de salida que contiene el grupo de
orificios de paso del lado de salida y/o la suma total Z de las
capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios
de paso del lado de entrada a 25ºC, se satisfacen las inecuaciones
(3) a (5) mencionadas anteriormente de manera que se hace posible
aliviar de una forma más eficaz una tensión térmica impuesta en lado
de salida de las partes de sellado debido a un aumento brusco de
temperatura y, en consecuencia, se puede suprimir la aparición de
grietas.
Aquí, la suma total Y de las capacidades
térmicas de los tampones 22 que sellan el grupo de orificios de paso
del lado de entrada 21a y la suma total Z de las capacidades
térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso de
lado de entrada a 500ºC se determina seleccionando apropiadamente,
por ejemplo, el material de los tapones 22 y el espesor de los
tapones 22 (la cantidad de inyección hacia el grupo de orificios de
paso del lado de entrada 21a) de manera que satisfaga las relaciones
de las inecuaciones (1) a (5) mencionadas anteriormente.
El cuerpo con estructura de panal integral 20 se
hace principalmente de un material cerámico poroso y los ejemplos
de material incluyen: cerámicos de tipo nitruro tales como nitruro
de aluminio, nitruro de silicio, nitruro de boro nitruro de titanio
y similares; cerámicos de tipo carburo tales como carburo de
silicio, carburo de zirconio, carburo de titanio, carburo de
tantalio, carburo de volframio y similares, cerámicos de tipo óxido
tales como alúmina, zirconia, cordierita, mullita, sílice y
similares. Además, el cuerpo con estructura de panal integral 20
puede hacerse de un material compuesto de silicio y carburo de
silicio o similares o puede estar hecho de dos o más clases de
materiales tales como titanato de aluminio.
Con respecto al tamaño de partícula del material
cerámico a usar tras la fabricación del cuerpo con estructura de
panal integral 20, aunque no está particularmente limitado, se usan
deseablemente aquellos materiales que es menos probable que se
contraigan en el proceso de sinterización posterior y, por ejemplo,
se usan deseablemente aquellos materiales preparados mezclando 100
partes en peso del polvo que tiene un tamaño de partícula medio en
el intervalo de 0,3 a 50 \mum y de 5 a 65 partes en peso del polvo
que tiene un tamaño de partícula medio en el intervalo de 0,1 a 1,0
\mum. Mezclando polvos cerámicos que tienen los tamaños de
partículas mencionados anteriormente a las proporciones de mezcla
mencionadas anteriormente, se fabrica un cuerpo con estructura de
panal integral hecho de cerámicos porosos.
Aquí, los tapones 22 y la pared de división 23
que constituye el cuerpo con la estructura de panal integral 20 se
hacen deseablemente del mismo material cerámico poroso. Esta
disposición hace posible aumentar la resistencia del enlace entre
los dos miembros y ajustar la porosidad de los tapones 22 de la
misma manera que la de la pared de división 23, es posible
conseguir igualar el coeficiente de expansión térmica de la pared de
división 23 y el coeficiente de expansión térmica de los tapones
22; de esta manera, se hace posible evitar la aparición de un hueco
entre los tapones 22 y la pared de división 23 y la aparición de un
grieta en los tapones 22 o en la pared de división 23 en una parte
con la que el tapón 22 entra en contacto, debido a la tensión
térmica que se ejerce durante la producción así como durante el
uso.
Los tapones 22 pueden contener metales y
similares además de los cerámicos mencionados anteriormente para
ajustar la capacidad térmica de los mismos.
Con respecto al metal, los ejemplos de los
mismos no particularmente limitados incluyen hierro, aluminio,
silicio metálico (Si) y similares. Cada uno de estos materiales
puede usarse en solitario o dos o más clases de ellos pueden usarse
en combinación.
Con respecto al espesor de los tapones 22,
aunque sin limitación particular, en el caso de que los tapones 22
se hagan de carburo de silicio poroso, como la capacidad térmica
específica del carburo de silicio a 25ºC es 690 J/K\cdotkg y como
la capacidad térmica específica a 500ºC es 1120 J/K\cdotkg, el
espesor se ajusta deseablemente en un intervalo de 1 a 40 mm para
satisfacer la relación indicada por la inecuaciones (1) y (2)
mencionadas anteriormente y se ajusta más deseablemente en un
intervalo de 3 a 20 mm para satisfacer la relación indicada por las
inecuaciones (3) y (4) mencionadas anteriormente.
Aunque no está particularmente limitado, el
límite inferior del espesor de la pared de división 23 se ajusta
deseablemente a 0,1 mm y el límite superior del espesor de ajusta
deseablemente a 1,2 mm. Un espesor de menos 0,1 mm tiende a
provocar una resistencia insuficiente en el cuerpo con estructura de
panal 20. El espesor que supera los 1,2 mm hace difícil que la
pared de división 23 en las partes en las que entra en contacto con
los tapones 22 que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada 21a, tenga un aumento de temperatura, dando como resultado
en ocasiones grietas debido a la tensión térmica en las proximidades
de la interfaz entre los tapones 22 y la pared de división 23.
Aunque no está particularmente limitado, el
límite inferior de la porosidad del cuerpo con estructura de panal
integral 20 se ajusta deseablemente al 20%, y el límite superior de
la misma se ajusta deseable al 80%. Cuando la porosidad es menor
del 20%, es más probable que el cuerpo con estructura de panal 20
genere obturación, mientras que la porosidad que supera el 80%
provoca la degradación de la resistencia del cuerpo con estructura
de panal 20; de esta manera, podría romperse fácilmente.
Aquí, la porosidad mencionada anteriormente
puede medirse por métodos conocidos tales como el método de
inyección de mercurio, el método de Arquímedes y un método de medida
usando un microscopio electrónico de barrido (SEM).
El límite inferior del diámetro de poro medio
del cuerpo con estructura de panal integral 20 se ajusta
deseablemente a 1 \mum y el límite superior del mismo se ajusta
deseablemente a 100 \mum. El diámetro de poro medio de menos de 1
\mum tiende a provocar obturación de los materiales particulados
fácilmente. En contraste, el diámetro de poro medio que supera los
100 \mum tiende a provocar que los materiales particulados pasen
a través de los poros; de esta manera los materiales particulados
pueden acumularse, haciendo imposible su funcionamiento como
filtro.
El cuerpo con estructura de panal integral 20
mostrado en la Figura 1 tiene una forma de pilar aproximadamente
cuadrada, sin embargo, la forma del cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención no está particularmente limitada,
siempre y cuando tenga forma de pilar y pueden usarse, por ejemplo,
formas de pilar que tienen una forma tal como una forma poligonal,
una forma circular, una forma elíptica y una forma de arco de
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal.
\newpage
Además, en el cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención, los orificios de paso están
constituidos por dos tipos de orificio de paso es decir un grupo de
orificios de paso del lado de entrada cuyos extremos están sellados
por tapones en el lado de salida de manera que la suma total de las
áreas en las secciones transversales perpendiculares a la dirección
longitudinal se hace relativamente mayor y un grupo de orificios de
paso del lado de salida cuyos extremos están sellados mediante
tapones en el lado de entrada de manera que la suma total de las
áreas en las secciones transversales de los mismos se hace
relativamente menor.
Con respecto a combinaciones entre el grupo de
orificios de paso del lado de entrada y el grupo de orificios de
paso del lado de salida, se proponen las siguientes combinaciones:
(1) respecto a los orificios de paso individuales que constituyen
el grupo de orificios de paso del lado de entrada y orificios de
paso individuales que constituyen el grupo de orificios de paso del
lado de salida, las áreas de las secciones transversales
perpendiculares a la dirección longitudinal son iguales, haciéndose
mayor el número de orificios de paso que constituyen parte del
grupo de orificios de paso del lado de entrada; (2) respecto a los
orificios de paso individuales que constituyen el grupo de
orificios de paso del lado de entrada y los orificios de paso
individuales que constituyen el grupo de orificios de paso del lado
de salida, las áreas de las secciones transversales perpendiculares
a la dirección longitudinal son diferentes entre sí, siendo los
números de los orificios de paso de los dos tipos diferentes entres
sí; y (3) respecto a los orificios de paso individuales que
constituyen el grupo de orificios de paso del lado de entrada y los
orificios de paso individuales que constituyen el grupo de
orificios de paso de lado de salida, el área de las secciones
transversales de los orificios de paso que constituyen parte del
grupo de orificios de paso del lado de entrada es mayor, siendo
igual el número de orificios de paso de los dos tipos.
Además con respecto a los orificios de paso que
constituyen parte del grupo de orificios de paso del lado de
entrada y/o los orificios de paso que constituyen parte del grupo de
orificios de paso del lado de salida, pueden usarse los orificios
de paso de un tipo que tienen la misma forma y la misma área en la
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal, o no
pueden usarse orificios de paso de dos o más tipos que tienen
diferentes formas y diferentes áreas en la sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal.
Además, en el cuerpo con estructura de panal de
la presente invención, la forma que sirve como unidad básica se
repite y, a la vista de la unidad básica, las proporciones de áreas
de secciones transversales entre el grupo de orificios de paso del
lado de entrada y el grupo de orificios de paso del lado de salida
son diferentes entre sí. En las partes más cercanas a la periferia
hay una parte que es diferente de la unidad básica y esta parte no
se conforma a la regla mencionada anteriormente de la unidad básica.
Por lo tanto, justo debido a que las medidas se realizan
estrictamente hasta una o dos celdillas en la periferia, el cuerpo
con estructura de panal puede incluirse en la presente invención.
En dicho caso, es necesario realizar cálculos excluyendo una o dos
celdillas, o es necesario realizar los cálculos excepto para las
partes que no son repeticiones de las unidades básicas; entonces se
realiza una determinación de si la estructura se incluye o no en la
presente invención. Más específicamente, por ejemplo como se
muestra en la Figura 9 un cuerpo con estructura de panal que tiene
una estructura en la que todas las formas de las secciones
transversales perpendiculares a la dirección longitudinal de los
orificios de paso son iguales excepto para aquellas en las
proximidades de la periferia, con cualquiera de los extremos
sellado con respecto a los orificios de paso con la misma forma de
sección transversal, las partes selladas y las partes abiertas de
cada uno de los extremos se colocan en un patrón escalonado en su
conjunto, se determina que no se incluye en el cuerpo con estructura
de panal de la presente invención.
En el filtro de purificación de gas de escape,
en el caso de que se regenere un filtro de purificación de gas de
escape que ha recogido materiales particulados que provocan un
aumento en la pérdida de presión, los materiales particulados se
queman y además de carbono y similares que se queman para
eliminarlos, los materiales particulados contienen metales y
similares que se queman para formar óxidos; de esta manera los
óxidos y similares se dejan en el filtro de purificación del gas de
escape en forma de cenizas. Como las cenizas normalmente permanecen
en las partes más cercanas a la salida del filtro de purificación
del gas de escape, los orificios de paso que sirven como filtros de
purificación del gas de escape se llenan con cenizas empezando desde
la parte más cercana a la salida del filtro de purificación del gas
de escape y el volumen de la parte llena con las cenizas aumenta
gradualmente mientras que la capacidad (área) de la parte capaz de
funcionar como filtro de purificación de gas de escape disminuye
gradualmente. Cuando la cantidad de cenizas acumuladas ha crecido
demasiado, los orificios de paso ya no funcionan más como filtros;
por lo tanto, los filtros resultantes se sacan del tubo de escape y
someten a un proceso de lavado a contracorriente para retirar las
cenizas de los filtros de purificación de gas de escape, o se
desechan como se filtros de purificación de gas de escape
usados.
En comparación con otro cuerpo con estructura de
panal integral en el que la capacidad del grupo de orificios de
paso del lado de entrada y la capacidad del grupo de orificios de
paso del lado salida sean iguales, el cuerpo con estructura de
panal integral de la presente invención tiene una menor proporción
de reducción en la capacidad (área) de la parte que funciona como
filtro de purificación del gas de escape incluso después de que las
cenizas se hayan acumulado de manera que la pérdida de presión
provocada por las cenizas disminuye. Por lo tanto, se hace posible
prolongar el periodo de tiempo hasta que es necesario de nuevo un
lavado a contracorriente y similar, y por consiguiente proporcionar
una mayor vida útil de los filtros de purificación de gas de escape.
De esta manera, se hace posible reducir los costes de mantenimiento
requeridos para el lavado a contracorriente, intercambio de miembros
y similares.
\newpage
En el cuerpo con estructura de panal integral de
la presente invención, los materiales particulados se acumulan
uniformemente no sólo en una pared de división común a un orificio
de paso que constituye parte del grupo de orificios de paso del
lado de entrada y un orificio de paso que constituye parte del grupo
de orificios de paso del lado de salida que son adyacentes entre
sí, sino también una pared de división común entre orificios de
paso localizados de forma adyacente que constituyen el grupo de
orificios de paso del lado de entrada. La razón para esto se
explica a continuación. Como inmediatamente después del inicio de la
recogida de los materiales particulados los gases fluyen desde los
orificios de paso que constituyen parte del grupo de orificios de
paso del lado de entrada hacia los orificios de paso que constituyen
parte del grupo de orificios de paso del grupo del salida, los
materiales particulados se acumulan en una pared de división común
entre un orificio de paso que constituye parte del grupo de
orificios de paso del lado de entrada y un orificio de paso que
constituye parte del grupo de orificios de paso del lado de salida
que son adyacentes entre sí; sin embargo, según progresa el proceso
de recogida de material particulado para formar una capa en forma de
torta, se hace difícil que los gases pasen a través de la pared de
división común entre un orificio de paso que constituye parte del
grupo de orificios de paso del lado de entrada y un orificio de paso
que constituye parte del grupo de orificios de paso del lado de
salida; de esta manera, el gas fluye gradualmente también en la
pared de división común entre orificios de paso localizados de
forma adyacente que constituyen el grupo de orificios de paso del
lado de entrada. Por consiguiente, después de que los materiales
particulados se hayan recogido durante un cierto periodo de tiempo,
se deja gradualmente que los materiales particulados se depositen
uniformemente sobre la pared de división de los orificios de paso
que constituyen parte del grupo de orificios de paso del lado de
entrada.
Por lo tanto, cuando se compara con un filtro
que no tiene pared de división común entre los orificios de paso
que constituyen parte del grupo de orificios de paso del lado de
entrada siendo la tasa de apertura un valor constante, el cuerpo
con estructura de panal integral de la presente invención, que tiene
un área superficial mayor de la pared de división usada para
filtrado, hace posible reducir el espesor de los materiales
particulados acumulados en cada pared de división cuando se acumula
la misma cantidad de material particulado sobre el mismo. Por esta
razón, el cuerpo con estructura de panal integral de la presente
invención hace posible reducir la velocidad de aumento de la
pérdida de presión, que aumenta según transcurre el tiempo desde el
comienzo del uso y, por consiguiente, reducir la pérdida de presión
a la vista de toda la vida útil del filtro.
En el cuerpo con estructura de panal integral
20, el límite inferior de la proporción de tasas de apertura (tasa
de apertura X en el lado de entrada/tasa de apertura en el lado de
salida) se ajusta deseablemente a 1,5, y el límite superior de la
misma se ajusta deseablemente a 8,0. Cuando la proporción de tasas
de apertura es menor de 1,5, la cantidad de cenizas acumuladas
aumenta rápidamente, provocando un aumento en la pérdida de
presión, y para reducir la pérdida de presión, es necesario que la
pared de división sea más fina; de esta manera, el cuerpo con
estructura de panal integral 20 tiende a tener una resistencia
insuficiente. En contraste, cuando la proporción de tasas de
apertura supera los 8,0, la tasa de apertura en el lado de salida se
hace demasiado pequeña; de esta manera, una pérdida de presión
provocada por fricción cuando los gases pasan a través del grupo de
orificios de paso del lado de salida 21b tiende a subir por encima
del nivel necesario.
En el cuerpo con estructura de panal integral
20, aunque sin limitación particular, el número de orificios de
paso que constituyen los orificios de paso del lado de entrada 21a y
el número de orificios de paso que constituyen los orificios de
paso del lado de salida 21b se ajusta deseablemente para que sea
aproximadamente el mismo número. Con esa disposición, es posible
minimizar el número de orificios de paso que difícilmente se
dedican a la filtración de los gases de escape y, por consiguiente,
evitar que la pérdida de presión provocada por la fricción cuando
los gases pasan a través del grupo de orificios de paso del lado de
entrada y/o fricción cuando los gases pasan a través del grupo de
orificios de paso del lado de salida, suba por encima del nivel
necesario. Por ejemplo, en comparación con un cuerpo con estructura
de panal 100 en el que los números de orificios de paso entre el
grupo de orificios de paso de lado de entrada 101 y el grupo de
orificios de paso del lado de entrada 102 se ajusta a
aproximadamente a 1:2, como se muestra en la Figura 2, la estructura
en la que los números de orificios de paso se ajustan a
aproximadamente el mismo número hace posible reducir la pérdida de
presión provocada por la fricción cuando los gases pasan a través
del grupo de orificios de paso del lado de salida y, por
consiguiente, reducir la pérdida de presión con respecto al cuerpo
con estructura de panal en su conjunto.
La siguiente descripción analizará ejemplos
específicos de estructuras en la sección transversal perpendicular a
la dirección longitudinal del cuerpo con estructura de panal de la
presente invención de los orificios de paso que constituyen los
orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso que
constituyen los orificios de paso de baja capacidad.
Las Figuras 3(a) a 3(d) y las
Figuras 4(a) a 4(f) son vistas de sección transversal
cada una de las cuales muestra esquemáticamente una sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal en el cuerpo
con estructura de panal integral de la presente invención; y la
Figura 3(e) es una vista de sección transversal que muestra
esquemáticamente una sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal en un cuerpo con estructura de panal
convencional.
En el cuerpo con estructura de panal integral
110 mostrado en la Figura 3(a), la proporción de tasas de
apertura se ajusta a aproximadamente 1,55; en el cuerpo con
estructura de panal integral 120 mostrado en la Figura 3(b),
la proporción se ajusta a aproximadamente 2,54; en el cuerpo con
estructura de panal integral 130 mostrado en la Figura 3(c),
la proporción se ajusta a aproximadamente 4,45; y en el cuerpo con
estructura de la panal integral 140 mostrado en la Figura
3(d) la proporción se ajusta a aproximadamente 9,86. Además,
en las Figuras 4(a), 4(c) y 4(e), todas las
proporciones de tasas de apertura se ajustan a aproximadamente 4,45
en las Figuras 4(b), 4(d) y 4(f) todas las
proporciones de tasas de apertura se ajustan a aproximadamente
6,00.
Aquí, en el caso de que la proporción de tasas
de apertura sea mayor que la indicada para el cuerpo con estructura
de panal integral 140 de la Figura 3(d), la capacidad de los
orificios de paso de baja capacidad 141b que constituyen el grupo de
orificios de paso del lado de salida se hace demasiado pequeña; de
esta manera, la pérdida de presión inicial se hace demasiado
alta.
En las Figuras 3(a) a 3(d) la
forma de sección transversal de cada uno de los orificios de paso de
baja capacidad 111a, 121a, 131a y 141a que constituyen todos ellos
grupos de orificios de paso de alta capacidad se ajusta a una forma
octagonal, y la forma de la sección transversal de cada uno de los
orificios de paso de baja capacidad 111b, 121b, 131b y 141b que
constituyen todos ellos grupos de orificios de paso de alta
capacidad se ajusta a una forma cuadrangular (cuadrada); y estos se
disponen respectivamente alternativamente de manera que cambiando
el área de sección transversal de los orificios de paso de baja
capacidad y también cambiando ligeramente la forma de la sección
transversal de los orificios de paso de alta capacidad, es posible
variar fácilmente la proporción de tasas de apertura deseablemente.
De la misma manera, con respecto al cuerpo con estructura de panal
integral mostrado en la Figura 4 también es posible variar
fácilmente la proporción de tasas de apertura deseablemente.
Aquí, en un cuerpo con estructura de panal
integral 150 mostrado en la Figura 3(e), tanto las formas de
sección transversal de los orificios de paso del lado de entrada
151a como los orificios de paso del lado de salida 152b son formas
cuadradas y están dispuestas alternativamente, respectivamente.
En los cuerpos con estructura de panal integral
160 y 260 mostrados en las Figura 4(a) y 4(b), las
formas de sección transversal de los orificios de paso de alta
capacidad 161a y 261a que constituyen los grupos de orificios de
paso del lado de entrada se ajustan a una forma pentagonal y, en
esta forma, tres ángulos de las mismas se ajustan a aproximadamente
ángulos rectos y las formas de sección transversal de los orificios
de paso de baja capacidad 161b y 261b que constituyen los grupos de
orificios de paso del lado de salida se ajustan a una forma
cuadrangular, de manera que se permite que ocupen respectivamente
partes de una forma cuadrangular mayor que está orientada
diagonalmente entre sí. En los cuerpos de estructura de panal
integral 170 u 270 mostrados en las Figuras 4(c) y
4(d) que tienen formas modificadas respecto a las secciones
transversales mostradas en la Figuras 3(a) a 3(d),
una pared de división común entre cada uno de los orificios de paso
de alta capacidad 171a, 217a que constituye el grupo de orificios
de paso del lado de entrada y cada uno de los orificios de paso de
baja capacidad 171b, 271b que constituyen el grupo de orificios de
paso del lado de salida se expande hacia el lado del orificio de
paso de baja capacidad con una cierta curvatura. Esta curvatura se
ajusta deseablemente y la línea curvada que constituye la pared de
división puede corresponder por ejemplo a 1/4 del círculo. En este
caso, la proporción mencionada anteriormente de tasas de apertura es
3,66. Por lo tanto, en los cuerpos de estructura de panal integral
170 y 270 mostrados en las Figuras 4(c) a 4(d), el
área de la sección transversal de cada uno de los orificios de paso
de baja capacidad 171b y 271b se hace aún más pequeña que la
sección transversal en la que la línea curvada que constituye la
pared de división corresponde a un 1/4 del círculo. En cada uno de
los cuerpos con estructura de panal integral 180 y 280 mostrados en
las Figuras 4(e) a 4(f), un orificio de paso de alta
capacidad 181a, 281a que pertenece al grupo de orificios de paso
del lado de entrada y un orificio de paso de baja capacidad 181b,
281b que pertenece al grupo de orificios de paso del lado de
salida, cada uno de los cuales tiene una forma cuadrangular (forma
rectangular), se sitúan adyacentes entre sí longitudinalmente para
formar una unidad constitutiva rectangular y estas unidades
constitutivas se sitúan de forma continua en la dirección
longitudinal y se alinean también en la dirección lateral de una
manera apilada.
Con respecto a otro ejemplo específico de las
estructuras de los orificios de paso que constituyen parte del
grupo de orificios de paso del lado de entrada y el grupo de
orificios de paso del lado de salida en la cara de sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del cuerpo con
estructura de panal de la presente invención, por ejemplo, se
propone un cuerpo con estructura de panal integral 190 mostrado en
la Figura 5, que tiene orificios de paso de alta capacidad 191a que
constituyen el grupo de orificios de paso del lado de entrada y
orificios de paso de baja capacidad 191b que constituyen el grupo de
orificios de paso del lado de salida, y se proponen también otros
cuerpos con estructura de panal integral 200, 210, 220, 230
mostrados en las Figuras 6(a), 6(d) cada uno de los
cuales tiene orificios de paso de alta capacidad 201a, 211a, 221a,
231a que constituyen el grupo de orificios de paso del lado de
entrada y orificios de paso de baja capacidad que constituyen el
grupo de orificios de paso del lado de
salida.
salida.
Además, el cuerpo con estructura de panal 20
puede tener un catalizador capaz de purificar CO, CH, NOx y
similares en los gases de escape depositados en su interior.
Cuando dicho catalizador esta soportado en su
interior, se permite que el cuerpo con estructura de panal integral
20 funcione como un filtro capaz de recoger materiales particulados
en los gases de escape, funcionando también como un convertidor
catalítico para purificar CO, HC, NOx y similares contenidos en los
gases de escape.
Con respecto al catalizador que va soportarse en
el cuerpo con estructura de panal integral 20, no está
particularmente limitado puesto que puede purificar CO, HC, NOx y
similares contenidos en los gases de escape. Los ejemplos del mismo
incluyen metales nobles tales como platino, paladio, rodio y
similares. Entre estos, un catalizador denominado de tres vías,
hecho de platino, paladio y rodio se usa deseablemente. Además,
aparte del metal noble un elemento tal como un metal alcalino (un
Elemento del Grupo 1 de la Tabla Periódica), un metal alcalinotérreo
(un Elemento del Grupo 2 de la Tabla Periódica), un elemento de
tierras raras (un Elemento del Grupo 3 de la Tabla Periódica) y un
elemento de transición, pueden añadirse al mismo como
co-catalizador).
El catalizador mencionado anteriormente puede
soportarse sobre la superficie de cada uno de los poros en el
cuerpo con estructura de panal 20 o puede soportarse sobre la
superficie de cada una de las paredes de división 23 con un cierto
espesor. Además, el catalizador mencionado anteriormente puede
soportarse sobre la superficie cada una de las paredes de división
23 y/o la superficie de cada uno de los poros uniformemente o puede
soportarse en un cierto lugar fijo del mismo de una manera
inclinada. Entre estos lugares, el catalizador se soporta más
deseablemente sobre la superficie de cada una de las paredes de
división 23 o la superficie de cada uno de los poros en las
proximidades de la superficie dentro de los orificios de paso 21 que
constituye un grupo de orificios de paso del lado de entrada, y el
catalizador se soporta más deseablemente en ambos de estos lugares.
Esta disposición facilita que el catalizador y los materiales
particulados entren en contacto entre sí, haciendo posible de esta
manera realizar el proceso de combustión de los materiales
particulados eficazmente.
Además, tras aplicar el catalizador al cuerpo
con estructura de panal 20, es deseable aplicar el catalizador
después de que la superficie del cuerpo con estructura de panal
integral se haya recubierto con un miembro de soporte tal como
alúmina. Con esta disposición, el área superficial específica se
hace mayor de manera que el grado de dispersión del catalizador
mejora y los sitios de reacción del catalizador aumentan. Como es
posible evitar la sinterización del catalizador metálico mediante el
miembro de soporte, la resistencia térmica del catalizador mejora
también. Además, se hace posible reducir la pérdida de presión.
Se permite que el cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención que está provisto con el
catalizador mencionado anteriormente funcione como un dispositivo de
purificación de gas de la misma manera que los DPF conocidos
convencionalmente (Filtros de Particulados de Diesel) con un
catalizador. Por lo tanto, con respecto al caso en el que el cuerpo
con estructura de panal integral de la presente invención funcione
también como un miembro de soporte de catalizador, se omite la
descripción detallada del mismo.
Un cuerpo con estructura de panal integral de la
presente invención puede usarse como filtro de tipo integral como
un solo cuerpo, sin embargo más deseablemente una pluralidad de
ellos pueden combinarse entre sí a través de la capa de material de
sellado y usarse como un filtro de tipo agregado. El filtro de tipo
agregado hace posible reducir la tensión térmica mediante la capa
de material de sellado para mejorar la resistencia térmica del
filtro y, de esta manera, el número de cuerpos con estructura de
panal integral puede aumentarse o reducirse, haciendo posible
ajustar libremente el tamaño y similares del dispositivo. Aquí,
tanto el filtro de tipo integral como el filtro de tipo agregado
tienen las mismas funciones.
En el filtro de tipo integral formado por el
cuerpo con estructura de panal integral de la presente invención
normalmente se usa un material de óxido cerámico tal como cordierita
como material del mismo. Esto se debe a que este material hace
posible reducir los costes de fabricación y, como este material
tiene un coeficiente de expansión térmica comparativamente pequeño,
es posible hacer el cuerpo con estructura de panal con menos
probabilidades de sufrir desperfectos debido a la tensión térmica
que se ejerce durante la producción así como durante el uso.
En el filtro de tipo integral formado por el
cuerpo con estructura de panal de la presente invención, aunque no
se muestra en la Figura 1, una capa de material de sellado hecha de
un material que apenas transmite gases en comparación con el cuerpo
con estructura de panal integral de la presente invención, se forma
deseablemente en la cara circunferencial del mismo. En el caso de
que la capa de material de sellado se forme en la cara
circunferencial, el cuerpo con estructura de panal integral de la
presente invención se comprime mediante la capa de material de
sellado de manera que es posible aumentar la resistencia y también
evitar el aislamiento de las partículas de cerámico debido a la
aparición de grietas.
El cuerpo con estructura de panal agregado de la
presente invención se fabrica formando una capa de material de
sellado sobre la cara circunferencial de un bloque de panal en el
que una pluralidad de cuerpos con estructura de panal integrales de
la presente invención se combinan entre sí a través de una capa de
material de sellado y funciona como un filtro de tipo agregado.
La Figura 7 es una vista en perspectiva que
muestra esquemáticamente un ejemplo del cuerpo con estructura de
panal agregado de la presente invención. En el cuerpo con estructura
de panal agregado mostrado en la Figura 7 se constituyen numerosos
orificios de paso mediante un grupo de orificios de paso del lado de
entrada, estando sellado cada uno de los extremos del lado de
salida con un tapón de manera que el área total de las secciones
transversales perpendiculares a la dirección longitudinal que se
hace relativamente mayor y un grupo de orificios de paso del lado
de salida, estando sellado con cada uno de los extremos del lado de
entrada con el tapón de manera que el área total de las secciones
transversales mencionadas anteriormente se hace relativamente más
pequeña.
Como se muestra en la Figura 7, el cuerpo con
estructura de panal agregado 10, que se usa como filtro de
purificación de gases de escape, tiene un estructura en la que una
pluralidad de miembros con estructura de panal integral 20 se
combinan entre sí a través de la capa de material de sellado 14 para
formar un bloque de panal 15, con una capa material de sellado 13
para evitar las fugas de los gases de escape que se forman sobre la
periferia del bloque de panal 15.
Aquí, en el cuerpo con estructura de panal
agregado 10, se usa deseablemente carburo de silicio, que tiene una
mejor conductividad térmica, resistencia al calor, propiedades
mecánicas y resistencia química como material para constituir el
cuerpo con estructura de panal integral 20.
En el cuerpo con estructura de panal agregado
10, la capa de material de sellado 14 se forma entre los cuerpos
estructurales cerámicos integrales 20 y sirve como agente de enlace
que une los cuerpos con estructura cerámica integral 20 entre sí y
la capa de material de sellado 13, por otro lado, que se forma en la
cara circunferencial del bloque de panal 15 sirve como material de
sellado que evita que los gases de escape fluyan a través de los
orificios de paso y escapen de la cara circunferencial del bloque de
panal 15, cuando el cuerpo con estructura de panal agregado 10 se
pone en un tubo de escape en un motor de combustión interna.
Aquí, en el cuerpo con estructura de panal
agregado 10, la capa de material de sellado 13 y la capa de material
de sellado 14 pueden hacerse del mismo material o pueden hacerse de
materiales diferentes. En el caso de que la capa de material de
sellado 13 y la capa de material de sellado 14 estén hechas del
mismo material, la proporción de mezcla de los dos materiales puede
ser igual o diferente entre sí.
La capa de material de sellado 14 puede hacerse
de un material denso o puede hacerse de un material poroso para
permitir que los gases de escape fluyan a su interior; sin embargo,
la capa de material de sellado 13 se hace deseablemente de un
material denso. Esto es porque la capa de material de sellado 13 se
forma de manera que evita las fugas de gases de escape de la cara
circunferencial del bloque cerámico 15 cuando el cuerpo con
estructura de panal agregado 10 se sitúa en el tubo de escape de un
motor de combustión interna.
Con respecto al material para formar la capa de
material de sellado 13 y la capa de material de sellado 14, los
ejemplos no particularmente limitados de los mismos incluyen un
aglutinante inorgánico, un aglutinante orgánico y un material hecho
de fibras inorgánicas y/o partículas inorgánicas.
Con respecto al aglutinante inorgánico, puede
usarse, por ejemplo, sol de sílice, sol de alúmina y similares.
Cada uno de ellos puede usarse solo o dos o más clases de estos
pueden usarse en combinación. Entre los aglutinantes inorgánicos, el
sol de sílice se usa más deseablemente.
Con respecto al aglutinante orgánico, los
ejemplos de los mismos incluyen alcohol polivinílico, metil
celulosa, etil celulosa, carboximetil celulosa y similares. Cada
uno de estos puede usarse solo o dos o más clases de estos pueden
usarse en combinación. Entre los aglutinantes orgánicos, se
carboximetil celulosa se usa más deseablemente.
Con respecto a las fibras inorgánicas, los
ejemplos de las mismas incluyen fibras cerámicas tales como
sílice-alúmina, mullita, alúmina, sílice y
similares. Cada una de estas puede usarse sola o dos o más clases de
estas pueden usarse en combinación. Entre las fibras inorgánicas,
las fibras de sílice-alúmina se usan más
deseablemente.
Con respecto a las partículas inorgánicas, los
ejemplos de las mismas incluyen carburos, nitruros y similares y
los ejemplos específicos incluyen polvos o filamentos hechos de
carburo de silicio, nitruro de silicio, nitruro de boro y
similares. Cada uno de estos puede usarse solo o dos o más clases de
estos pueden usarse en combinación. Entre las partículas finas
inorgánicas, se usa deseablemente carburo de silicio que tiene una
conductividad térmica muy buena.
En el caso de que el cuerpo con estructura de
panal integral de la presente invención, se use tal cual como
filtro de purificación gases de escape como se ha descrito
anteriormente, la capa de material de sellado, que es la misma que
la del cuerpo con estructura de panal agregado de la presente
invención, puede formarse sobre la cara circunferencial del cuerpo
con estructura de panal integral de la presente invención.
El cuerpo con estructura de panal agregado 10
mostrado en la Figura 7 tiene una forma cilíndrica; sin embargo la
forma del cuerpo con estructura de panal agregado de la presente
invención no está particularmente limitada siempre y cuando sea un
cuerpo con forma de pilar y pueda estar formado por ejemplo en una
forma de pilar que tiene una forma de sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal tal como una forma
poligonal, una forma elíptica y similares.
El cuerpo con estructura de panal agregado de la
presente invención puede fabricarse mediante procesos en los que,
después de que una pluralidad de cuerpos con estructura de panal
integral de la presente invención se combinan entre sí, la parte
periférica del mismo se mecaniza de manera que se forma la sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal en una forma
tal como una forma poligonal, una forma circular o una forma
elíptica o procesos en los que, después de que las secciones
transversales de los cuerpos con estructura de panal integral de la
presente invención se hayan mecanizado preliminarmente, los cuerpos
estructurales resultantes se combinan entre sí usando un material
de sellado para formar la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal en una forma tal como una forma poligonal,
una forma circular o una forma elíptica; es decir, por ejemplo
cuatro cuerpos con estructura de panal integral con forma de pilar
de la presente invención, teniendo cada uno de ellos una forma de
arco en su sección transversal perpendicular a la dirección
longitudinal, es decir, una de cuatro porciones divididas
igualmente de un círculo, pueden combinarse entre sí para fabricar
un cuerpo con estructura de panal agregado con forma de pilar de la
presente invención.
\newpage
A continuación, la siguiente descripción
analizará un ejemplo de un método de fabricación para el cuerpo con
estructura de panal mencionado anteriormente de la presente
invención.
En el caso de que el cuerpo con estructura de
panal de la presente invención sea un filtro de tipo integral en el
que toda la estructura está hecha de un solo cuerpo sinterizado, en
primer lugar, se realiza un proceso de moldeo por extrusión usando
la pasta de material compuesta principalmente por los cerámicos
mencionados anteriormente de manera que se fabrica un cuerpo
moldeado cerámico que tiene aproximadamente la misma forma que el
cuerpo con estructura de panal integral de la presente invención. En
este caso, los moldes metálicos que se usan para moldear por
extrusión dos tipos de orificios de paso, es decir, por ejemplo
orificios de paso de alta capacidad y orificios de paso de baja
capacidad, se preparan de acuerdo con las densidades de los
orificios de paso.
Con respecto a la pasta de material, no está
particularmente limitada, puede usarse cualquier pasta de material
siempre y cuando la porosidad del cuerpo con estructura de panal
integral después del proceso de fabricación se ajuste en un
intervalo del 20 al 80% y puede usarse, por ejemplo, la pasta de
material preparada añadiendo un aglutinante y una solución
dispersante al polvo hecho de los cerámicos mencionados
anteriormente.
Con respecto al aglutinante mencionado
anteriormente, los ejemplos no particularmente limitados del mismo
incluyen metil celulosa, carboximetil celulosa, hidroxietil
celulosa, polietilenglicol, resinas de fenol, resinas epoxi y
similares. Normalmente la proporción de mezcla del aglutinante
mencionado anteriormente se ajusta deseablemente de 1 a 10 partes
en peso por 100 partes en peso de polvo cerámico.
Con respecto a la solución de dispersante
mencionado anteriormente, no está particularmente limitado, puede
usarse por ejemplo un disolvente orgánico tal como benceno, alcohol
tal como metanol, agua y similares. Una cantidad apropiada de la
solución de dispersante mencionada anteriormente se mezcla de manera
que la viscosidad de la pasta de material se ajusta en un intervalo
predeterminado.
Este polvo cerámico, aglutinante y solución de
dispersante se mezclan en una moledora o similar y se amasan
suficientemente en una amasadora o similar y después se moldean por
extrusión.
Además, puede añadirse un adyuvante de moldeo a
la pasta de material mencionada anteriormente, si fuera necesario.
Con respecto al adyuvante de moldeo, los ejemplos no particularmente
limitados del mismo incluyen: etilenglicol, dextrina, jabón de ácido
graso, polialcohol y similares.
Adicionalmente, un agente formador de poros tal
como bolas que son esferas huecas finas compuestas por cerámicos
basados en óxido, partículas acrílicas esféricas y grafito puede
añadirse a la pasta de material mencionada anteriormente, si fuera
necesario. Con respecto a las bolas mencionados, anteriormente sin
limitación particular, pueden usarse por ejemplo bolas de alúmina,
microbolas de vidrio, bolas Shirasu, bolas de cenizas volantes
(bolas FA), bolas de mullita y similares. Entre estas, las bolas de
cenizas volantes se usan más deseablemente.
A continuación, el cuerpo moldeado cerámico
mencionado anteriormente se seca usando una secadora tal como una
secadora de microondas, una secadora de aire caliente, una secadora
dieléctrica, una secadora de descompresión, una secadora al vacío,
una secadora por congelación y similares para formar un cuerpo
secado cerámico. A continuación, una cantidad predeterminada de la
pasta de la material sellado (tapón) que formará los tapones se
inyecta en los extremos del lado de salida del grupo de los
orificios del lado de entrada y los extremos del lado de entrada
del grupo de los orificios de paso del lado de salida de una manera
que se satisface la ecuación (1) mencionada anteriormente; de esta
manera, los orificios de paso quedan sellados.
Con respecto a la pasta de material de sellado
mencionada anteriormente (tapón), no está particularmente limitada
siempre y cuando la porosidad de un tapón fabricado mediante un
post-procesado se ajuste en un intervalo del 20 al
80%; puede usarse, por ejemplo, la misma pasta de material que se ha
descrito anteriormente; sin embargo, aquellas pastas preparadas
añadiendo fibras cerámicas, polvo hecho del metal mencionado
anteriormente, un lubricante, un disolvente, un dispersante y un
aglutinante al polvo cerámico usado como la pasta de material
mencionado anteriormente se usan deseablemente. Con esta
disposición, se hace posible ajustar la capacidad térmica del tapón
fabricado mediante los procesos y también evitar que las partículas
cerámicas en la pasta de material de sellado (tapón) sedimenten en
medio del proceso de sellado.
Con respecto a las fibras cerámicas, los
ejemplos sin limitación particular de las mismas incluyen fibras
hechas de sílice-alúmina, mullita, alúmina, sílice y
similares. Cada una de estas puede usarse sola o dos o más clases de
estas pueden usarse en combinación.
A continuación, el cuerpo secado cerámico lleno
con la pasta de material de sellado (tapón) se somete a procesos de
desengrasado y sinterización en condiciones predeterminadas para
fabricar un cuerpo con estructura de panal integral de la presente
invención, que está hecho de cerámicos porosos y formado como un
solo cuerpo sinterizado en su conjunto.
Aquí, con respecto a las condiciones de
desengrasado y sinterización y similares del cuerpo secado cerámico,
es posible aplicar condiciones que se han usado convencionalmente
para fabricar un filtro hecho de cerámicos porosos.
En el caso de que un catalizador esté soportado
sobre el cuerpo con estructura de panal integral de la presente
invención, es deseable formar una película de alúmina que tenga un
área superficial específica sobre la superficie del cuerpo
sinterizado cerámico obtenido mediante el proceso de sinterización y
para aplicar un co-catalizador y un catalizador tal
como platino sobre la superficie de esta película de alúmina.
Con respecto al método para formar la película
de alúmina sobre la superficie del cuerpo sinterizado cerámico, se
propone un método en el que el cuerpo sinterizado cerámico se
impregna con una solución de un compuesto metálico que contiene
aluminio tal como Al(NO_{3})_{3} y después se
calienta y un método en el que el cuerpo sinterizado cerámico se
impregna con una solución que contiene alúmina en polvo y después se
calienta.
Con respecto al método para aplicar un
co-catalizador a la película de alúmina, por
ejemplo, se propone un método en el que el cuerpo sinterizado
cerámico se impregna con una solución del compuesto metálico que
contiene un elemento de tierras raras, tal como
Ce(NO_{3})_{3}, y después se calienta.
Con respecto al método para aplicar un
catalizador a la película de alúmina se propone, por ejemplo, un
método en el que el cuerpo sinterizado cerámico se impregna con una
solución de ácido nítrico diamina dinitro platino
([Pt(NH_{3})_{2}
(NO_{2})_{2}]HNO_{3} que tiene una concentración de platino del 4,53% en peso) y después se calienta.
(NO_{2})_{2}]HNO_{3} que tiene una concentración de platino del 4,53% en peso) y después se calienta.
Además, en el caso de que el cuerpo con
estructura de panal de la presente invención se prepare como un
cuerpo con estructura de panal agregado 10 que está constituido por
una pluralidad de cuerpos con estructura de panal 20 combinados
entre sí a través de la capa de material de sellado 14 como se
muestra en la Figura 7, una capa de pasta de material de sellado 81
se forma aplicando una pasta de material de sellado para formar una
capa de material de sellado 14 sobre una cara lateral del cuerpo
con estructura de panal integral 20 con un espesor uniforme y los
procesos para laminar otro cuerpo con estructura de panal integral
20 se repiten sucesivamente para formar un cuerpo laminado de un
cuerpo con estructura de panal integral con forma de pilar cuadrado
20 que tienen un tamaño predeterminado en esta capa de pasta de
material de sellado 81. Aquí, con respecto al material para formar
la pasta de material de sellado, se omite la descripción del mismo
ya que la descripción ya se ha dado.
A continuación, el cuerpo laminado del cuerpo
con estructura de panal integral 20 se calienta de manera que la
capa de pasta de material de sellado 81 se seca y solidifica para
formar la capa de material de sellado 14, y la parte periférica de
la misma se corta entonces en una forma como se muestra en la Figura
7 para fabricar un bloque de panal 15.
Después, una capa de material de sellado 13 se
forma sobre la parte periférica del bloque de panal 15 usando la
pasta de material de sellado para fabricar el filtro agregado 10 de
la presente invención que tiene una estructura en la que una
pluralidad de cuerpos con estructura de panal integral 20 se
combinan entre sí a través de la capa de material de sellado 14.
Aunque no está particularmente limitado, el
cuerpo con estructura de panal de la presente invención se aplica
deseablemente a un dispositivo de purificación de gas de escape para
usar en vehículos.
La Figura 8 es una vista de sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de dispositivo de
purificación de gas de escape de un vehículo en el que se coloca el
cuerpo con estructura de panal de la presente invención.
Como se muestra en la Figura 8, el dispositivo
de purificación de gas de escape 600 está constituido principalmente
por un cuerpo con estructura de panal 60 de la presente invención,
una cubierta 630 que cubre la parte externa del cuerpo con una
estructura de panal 60, un material de sellado de soporte 620 que se
sitúa entre el cuerpo con estructura de panal 60 y la cubierta 630
y un medio de calentamiento 610 situado en el lado de entrada del
gas de escape del cuerpo con estructura de panal 60, y una tubería
de introducción 640 que está conectada a un sistema de combustión
interna tal como un motor, y está conectada a un extremo de la
cubierta 630 en el lado de entrada del gas de escape y una tubería
de escape 650 acoplada externamente que se conecta al otro extremo
de la cubierta 630. En la Figura 8, las flechas muestras los flujos
de los gases de escape.
Además, en la Figura 8, el cuerpo con estructura
de panal 60 puede prepararse como el cuerpo con estructura de panal
integral 20 mostrado en la Figura 1 o como el cuerpo con estructura
de panal agregado 10 mostrado en la Figura 7.
En el dispositivo de purificación de gas de
escape 600 que tiene la disposición mencionada anteriormente, los
gases de escape, descargados del sistema de combustión interna tal
como un motor, se introducen en la cubierta 630 a través de la
tubería de introducción 640 y se deja que fluyan hacia el cuerpo con
estructura de panal 60 a través de un grupo de orificios de paso
del lado de entrada 21a y que pasen a través de una pared de
división 23; de esta manera, los gases, de escape se purifican,
recogiéndose los materiales particulados de los mismos en la pared
de división 23, y después se descargan fuera del cuerpo con
estructura de panal 60 desde un grupo de orificios de paso del lado
de salida 21b y se descargan externamente a través de la tubería de
escape 650.
En el dispositivo de purificación del gas de
escape 600, después de que una cantidad de materiales particulados
se haya acumulado en la pared de división del cuerpo con estructura
de panal 60, provocando un aumento en la pérdida de presión, el
cuerpo con estructura de panal 60 se somete a un proceso de
regeneración.
En el proceso de regeneración, se deja que los
gases calentados usando un medio calefactor 610 fluyan hacia los
orificios de paso del cuerpo con estructura de panal 60 de manera
que el cuerpo con estructura de panal 60 se calienta para quemar y
eliminar los materiales particulados depositados sobre la pared de
división. Además del método mencionado anteriormente, los
materiales particulados pueden quemarse y eliminarse usando un
sistema de post-inyección.
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a las Figuras 1, 3 y 7, la
siguiente descripción analizará la presente invención detalla
mediante ejemplos; sin embargo, la presente invención no pretende
limitarse a estos ejemplos.
\vskip1.000000\baselineskip
Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que
tiene un tamaño de partícula medio de 10 \mum (60% en peso) y
polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tiene un tamaño de
partícula medio de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo
y a 100 partes en peso de la mezcla resultante se le añadieron y
amasaron 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metil
celulosa) y 10 partes en peso de agua para preparar una composición
mixta. A continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad
de plastificante y lubricante y amasarla en su interior, la mezcla
resultante se moldeó por extrusión de manera que se fabricó un
producto moldeado en bruto que tenía una forma de sección
transversal que era aproximadamente la misma forma de sección
transversal mostrada en la Figura 3(a), con una tasa de
apertura en el lado interno del 37,97% y una proporción de tasas de
apertura de 1,52.
A continuación, después de que el producto
moldeado en bruto mencionado anteriormente se haya secado usando
una secadora de microondas o similar para formar un cuerpo secado
cerámico, los orificios de paso predeterminados se llenaron con una
pasta de material de sellado (tapón) que tenía la misma composición
que el producto moldeado en bruto para formar una capa que tenía un
espesor de 1,0 mm después de haberla secado. Después de secarlo de
nuevo usando una secadora, el producto resultante se desengrasó a
400ºC y se sinterizó a 2200ºC en una atmósfera de argón a presión
normal durante 3 horas para fabricar un cuerpo con estructura de
panal integral 20, que era un cuerpo sinterizado de carburo de
silicio y tenía una porosidad del 42%, un diámetro de poro medio de
9 \mum, un tamaño de 34,3 mm x 34,3 mm x 150 mm, el número de
orificios de paso era 21 era de 28/cm^{2} (orificios de paso de
alta capacidad 21a: 14 pcs/cm^{2}, orificios de paso de baja
capacidad 21b: 14 pcs/cm^{2}) y un espesor de aproximadamente en
toda la pared de división 23 de 0,40 mm.
Aquí, en el cuerpo con estructura de panal
integral 20, solo los orificios de paso de alta capacidad 21a se
sellaron mediante tapones en la cara final del lado de salida, y
solo los orificios de paso de baja capacidad 21b se sellaron con
los tapones en la cara final del lado de entrada. Además, la suma
total de las capacidades térmicas de los tapones 22 en el lado de
salida medida a 25ºC por 11,8 cm^{2} de cara final del lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso en el lado de
salida era de 0,56 J/K, y la suma total de las capacidades térmicas
de los tapones 22 en el lado de salida medio a 500ºC por 11,8
cm^{2} en la cara final del lado de salida que contiene el grupo
de orificios de paso en el lado de salida era de 0,91 J/K.
Usando una pasta de material de sellado
resistente al calor que contiene el 30% en peso de fibras de alúmina
que tienen una longitud de fibra de 0,02 mm, el 21% en peso de
partículas de carburo de silicio que tienen un tamaño de partícula
medio de 0,6 \mum, el 15% en peso de sol de sílice, el 5,6% de
carboximetil celulosa y el 28,4% en peso de agua, un gran número de
cuerpos con estructura de panal integral 20 se combinaron entre sí
usando el método explicado con referencia a la Figura 8 y este se
cortó entonces usando una cortadora de diamante para formar un
bloque cerámico cilíndrico 15.
En este caso, el espesor de la capa de material
de sellado usada para combinar los cuerpos con estructura de la
panal integral 20 se ajustó a 1,0 mm.
A continuación, las fibras cerámicas hechas de
silicato de alúmina (contenido corto: 3%, longitud de fibra 0,01 a
100 mm) (23,3% en peso), que servían como fibras inorgánicas, polvo
de carburo de sílice, que tenía un tamaño de partícula medio de 0,3
\mum (30,2% en peso), que servía como partículas inorgánicas, sol
de sílice (contenido de SiO_{2} en el sol; 30% en peso) (7% en
peso), que servía como aglutinante inorgánico, carboximetil
celulosa (0,5% en peso) que servía como aglutinante orgánico y agua
(39% en peso) se mezclaron y amasaron para preparar una pasta de
material de sellado.
A continuación, una capa de pasta de material de
sellado que tenía un espesor de 0,2 mm se formó en la parte
circunferencial del bloque cerámico 15 usando la pasta de material
de sellado mencionada anteriormente. Adicionalmente, esta capa de
pasta de material de sellado se secó a 120ºC de manera que se
fabricó un cuerpo con estructura de panal cilíndrico 10 que tenía un
diámetro de 143,8 mm y una longitud de 150 mm.
\newpage
Ejemplos 2 a 24, Ejemplos
Comparativos 1 a
8
Se realizaron los mismos procesos que en el
Ejemplo 1 excepto que la forma de la sección transversal (tasa de
apertura del lado de entrada, proporción de tasas de apertura)
perpendicular a la dirección longitudinal en el cuerpo con
estructura de panal integral 20 y el espesor de los tapones 22 se
cambiaron como se indica en la Tabla 1 para fabricar un cuerpo con
estructura de panal integral 10.
Aquí, la forma de sección transversal en la
dirección longitudinal del cuerpo con estructura de panal integral
20 se ajustó cambiando la forma del troquel usado para moldear por
extrusión la composición de la mezcla. Además, el espesor de los
tapones 22 se ajustó cambiando la cantidad de llenado de la pasta de
material de sellado (tapón) a los orificios de paso 21.
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Como se muestra en la Figura 8, cada uno de los
cuerpos con estructura de panal agregados de los ejemplos y
ejemplos comparativos se puso en un tubo de escape de un motor para
formar un dispositivo de purificación del gas de escape, y el motor
se accionó a un número de revoluciones de 3000 min^{-1} y un par
motor de 50 Nm durante un periodo de tiempo predeterminado y el
cuerpo con estructura de panal resultante se sometió entonces a un
proceso de regeneración; y estos procesos se realizaron de forma
continua mientras que el tiempo de accionamiento se cambió,
variando la cantidad de recogida para examinar si aparecían grietas
o no en el cuerpo con estructura de panal agregado. Después,
basándose en las cantidades de materiales particulados que se
habían recogido tras la aparición de grietas y que se habían
recogido sin la aparición grietas, el valor máximo de la cantidad
de material particulado recogido sin provocar grietas se definió
como valor límite de regeneración.
Más específicamente, cada uno de los filtros
hechos de los cuerpos con estructura de panal agregado de acuerdo
con los ejemplos y ejemplos comparativos se puso en un tubo de
escape en un motor de inyección directa de 2 l y un catalizador de
óxido hecho de cordierita (\phi 144 x 76 mm (5,66 x 3 pulgadas),
número de celdillas 62 cpsc (400 cpsi), espesor de la pared 0,2 mm
(8 mil), cantidad de Pt 3,18 g/l (90 g/pie^{3})) se puso
adyacente a los mismos, de manera que se preparó el dispositivo de
purificación del gas de escape, y el motor se accionó a un número
de revoluciones de 3000 min^{-1} y un par motor de 50 Nm durante
un periodo de tiempo predeterminado de manera que se recogió una
cantidad predeterminada de materiales particulados. Posteriormente,
el motor se accionó a un número de revoluciones de 4000 min^{-1}
con un par motor de 200 Nm y cuando la temperatura del filtro se
hizo constante a aproximadamente 700ºC, el motor se mantuvo a un
número de revoluciones de 1050 min^{-1} con un par motor de 30
Nm, de manera que los materiales particulados recogidos se quemaron
de manera forzada. Este experimento de proceso de regeneración se
realizó de la misma manera en diversos filtros cambiando la
cantidad recogida de materiales particulados para examinar si
ocurrían grietas o no. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
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\vskip1.000000\baselineskip
(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Como se muestra en la Tabla 1, los cuerpos con
estructura de panal agregados de acuerdo con los ejemplos que
satisfacen las inecuaciones (1) y (2) mencionadas anteriormente
tenían unos altos valores del límite de regeneración. En contraste,
los cuerpos con estructura de panal agregado de acuerdo con los
Ejemplos comparativos que fallaron a la hora de satisfacer las
inecuaciones (1) y (2) mencionadas anteriormente era más probable
que generaran grietas en las partes de sellado del lado de salida
durante el proceso de regeneración y tenían bajos valores del límite
de regeneración.
La Figura 1(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemática un ejemplo de un cuerpo con
estructura de panal integral de la presente invención, y la Figura
1(b) es una vista de sección transversal tomada a lo largo de
la línea A-A del cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención mostrada en la Figura
1(a).
La Figura 2 es una vista de sección transversal
que muestra esquemáticamente una sección transversal perpendicular a
la dirección longitudinal de un cuerpo con estructura de panal de la
presente invención en el que la proporción de los números de
orificios de paso entre un grupo de orificios de paso del lado de
entrada 101 y un grupo de orificios de paso del lado de salida 102
se ajusta a aproximadamente a 1:2.
Las Figuras 3(a) a 3(d) son vistas
de sección transversal cada una de las cuales muestra
esquemáticamente una sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal de un cuerpo con estructura de panal integral
de la presente invención, y la Figura 3 es una vista de sección
transversal que muestra que esquemáticamente una sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal de un cuerpo con
estructura de panal integral convencional.
Las Figuras 4(a) a 4(f) son vistas
de sección transversal, cada una de las cuales muestra
esquemáticamente una parte de una sección transversal perpendicular
a la dirección longitudinal de un cuerpo con estructura de panal
integral de la presente invención.
La Figura 5 es una vista de sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de una sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal de un cuerpo con
estructura de panal integral de la presente invención.
Las Figuras 6(a) a 6(d) son vistas
de sección transversal, cada una de las cuales muestra
esquemáticamente un ejemplo de una sección transversal perpendicular
a la dirección longitudinal de un cuerpo con estructura de panal de
la presente invención.
La Figura 7 es una vista en perspectiva que
muestra esquemática un ejemplo de un cuerpo con estructura de panal
agregado de la presente invención.
La Figura 8 es una vista de sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de
purificación de gas de escape para un vehículo en el que se instala
el cuerpo con estructura de panal de la presente invención.
La Figura 9 es una vista de sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de un cuerpo con estructura
de panal convencional.
- 10
- Cuerpo con estructura de panal integral
- 13
- Capa de material sellante
- 14
- Capa de material sellante
- 15
- Bloque de panal
- 20
- Cuerpo con estructura de panal integral
- 21
- Orificio de paso
- 21a
- Grupo de orificios de paso del lado de entrada
- 21b
- Grupo de orificios de paso del lado de salida
- 22
- Tapón
- 23
- Pared de división
Claims (6)
1. Un cuerpo con estructura de panal (20) con
forma de pilar hecho principalmente de cerámicos porosos en el que
una pluralidad de orificios de paso (21) se ponen en paralelo entre
sí en la dirección longitudinal con una pared de división (23)
interpuesta entre ellos,
en el que dicha pluralidad de orificios de paso
(21) comprende:
un grupo de orificios de paso del lado de
entrada (21a) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en
el lado de salida de manera que la suma total de las áreas de las
secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal
se hace relativamente mayor; y
un grupo de orificios de paso del lado de salida
(21b) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado
de entrada de manera que la suma total de áreas en las secciones
transversales de los mismos se hace relativamente menor,
suponiendo que la tasa de apertura en el lado de
entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades térmicas de
los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de
entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de
salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida
está representado por Y (J/K),
se satisface la relación indicada por las
siguientes inecuaciones (1) y (2):
...(1)0,0157X -
0,0678 < Y < 1,15X -
5
... (2)35
\leq X \leq
60
2. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que, suponiendo que la suma total de
las capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de
orificios de paso del lado de entrada a 25ºC por 11,8 cm^{2} de la
cara final del lado de salida que contiene el grupo de orificios de
paso del lado de salida está representada por Z (J/K), se satisface
una relación indicada por la siguiente inecuación (3):
...(3)0,013X -
0,09 < Z < 0,7X -
2,5
3. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, en el que se satisface adicionalmente
una relación indicada por la siguiente inecuación (4):
... (4)0,05X -
0,55 < Y < 0,574X -
2
4. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con la reivindicación 1 ó 2, en el que se satisface adicionalmente
una relación indicada por la siguiente inecuación (5):
... (5)0,05X -
0,55 < Z < 0,354X -
1
5. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho
cerámico poroso es carburo de silicio poroso.
6. Un cuerpo con estructura de panal (10), en el
que la capa de material sellante (13) está formada sobre una cara
circunferencial de un bloque de panal que se forma combinando una
pluralidad de cuerpos con estructura de panal (20) de acuerdo con
una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 mediante una capa de
material de sellado (14) entre sí.
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