ES2278332T3 - Cuerpo con estructura de panal. - Google Patents

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ES2278332T3 ES04745652T ES04745652T ES2278332T3 ES 2278332 T3 ES2278332 T3 ES 2278332T3 ES 04745652 T ES04745652 T ES 04745652T ES 04745652 T ES04745652 T ES 04745652T ES 2278332 T3 ES2278332 T3 ES 2278332T3
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Yukio c/o IBIDEN CO. LTD. OSHIMI
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Abstract

Un cuerpo estructural en forma de panal (30) hecho de un bloque cerámico poroso columnar (35) en el que un gran número de orificios de paso (31a, 31b) se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal de dichos orificios de paso con una porción de pared (33) interpuesta entre los mismos en el que dicho gran número de orificios de paso comprende: un grupo de orificios de paso de alta capacidad y un grupo de orificios de paso de baja capacidad, siendo mayor la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de alta capacidad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso que la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de baja capacidad en dicha sección transversal, cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de alta capacidad está sellado en un extremo de un lado de salida de gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en un lado de entrada del gas de escape, cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de baja capacidad está sellado en un extremo en un lado de entrada del gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en un lado de salida del gas de escape y, una rugosidad superficial Ry de la cara de la pared de dichos orificios de paso se ajusta en un intervalo de 10 a 100 mum.

Description

Cuerpo con estructura de panal.
Campo técnico
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud de Patente Japonesa Nº 2003-161261, presentada el 5 de junio de 2003. La presente invención se refiere a un cuerpo estructural en panal que se usa como filtro para retirar material particulado y similares contenidos en los gases de escape descargados de un motor de combustión interna tal como un motor diesel o similares.
Técnica antecedente
En los últimos años, partículas tales como hollín contenidas en los gases de escape descargados de los motores de combustión interna de vehículos tales como autobuses, camiones y similares y máquinas de construcción han aumentado problemas graves ya que este material particulado es dañino para el entorno y para el cuerpo humano.
Se han propuesto diversos filtros cerámicos que permiten que los gases de escapen pasen a través de cerámicos porosos y recogen material particulado en los gases de escape purificando de esta manera los gases de escape.
Convencionalmente, con respecto al filtro de tipo panal de este tipo, se ha propuesto un filtro que tiene la siguiente estructura en el que: se preparan dos clases de orificios de paso, es decir, un orificio de paso con una capacidad relativamente mayor (en lo sucesivo en este documento denominado el orificio de paso de alta capacidad) y un orificio de paso con una capacidad relativamente menor (en lo sucesivo en este documento denominado el orificio de paso de baja capacidad), y el extremo del lado del lado de salida del gas de escape del orificio de paso de alta capacidad se sella con un obturador, sellando el extremo del lado de entrada del gas de escape del orificio de paso de baja capacidad con un obturador, de manera que el área superficial del orificio de paso con un lado de entrada abierto (en lo sucesivo en este documento denominado orificio de paso del lado de entrada) se hace relativamente mayor que el área superficial del orificio de paso con el lado de salida abierto (en lo sucesivo en este documento denominado orificio de paso del lado de salida); de esta manera, se hace posible suprimir un aumento en la pérdida de presión después de recoger los materiales particulados (por ejemplo, véase la bibliografía de Patentes 1, y la Figura 17 de la bibliografía de Patentes 2).
Además, se ha descrito 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 de los orificios de paso del lado de entrada se hace relativamente mayor que el área superficial de los orificios de paso del lado de salida; de esta manera, se hace posible suprimir un aumento en la pérdida de presión después de recoger los materiales particulados (por ejemplo, véase la Figura 3 de la bibliografía de Patentes 2).
En el caso del filtro de tipo panal usado en los filtros para purificar gases de escape descrito en la bibliografía de Patentes 1 y en la bibliografía de Patentes 2, en comparación con un filtro de tipo panal en el que la cantidad total del área superficial de los orificios de paso del lado de entrada y la cantidad total del área superficial de los orificios de paso del lado de salida son iguales, como el área superficial de los orificios de paso del lado de entrada es relativamente mayor, se obtiene como resultado que la capa de deposición de materiales particulados recogidos se hace más fina, haciendo posible suprimir un aumento en la pérdida de presión en el momento de recoger los materiales particulados.
Además, después de haber recogido una cantidad predeterminada de material particulado, se realiza un proceso de control del motor a través de un sistema de post-inyección o similar para elevar la temperatura del gas de escape y la temperatura de un calentador colocado en el lado aguas arriba de los gases de escape del cuerpo estructural en forma de panal se eleva de manera que, después de quemar los materiales particulados, los materiales particulados se ponen en contacto con gases a alta temperatura para quemarlos fácilmente, haciendo posible acelerar la velocidad de quemado de los materiales particulados.
Sin embargo, en los filtros de panal convencionales mencionados anteriormente, las cenizas que permanecen en forma de posos después de que los materiales particulados se hayan quemado se acumulan sobre la cara de la pared de los orificios de paso donde permanecen sin moverse. Por esta razón, los problemas con las estructuras mencionadas anteriormente son que los poros, formados en la pared de división, se cierran y que las cenizas tienden a formar obturadores para provocar atascamiento en los orificios de paso, dando como resultado una elevación brusca de la pérdida de presión.
Además, en el caso del filtro de tipo panal mostrado en la Figura 17 de la bibliografía de Patentes 2, según el área superficial de los orificios de paso de alta capacidad de hace relativamente más alta, el peso del cuerpo estructural en forma de panal que constituye el filtro de tipo panal tiende a disminuir, dando como resultado una reducción en la capacidad térmica y la posterior respuesta térmica adecuada. En consecuencia, la velocidad de quemado de los materiales particulados se hace demasiado rápida con el resultado de que las cenizas se depositan sobre las caras de la pared de los orificios de paso mientras que permanecen sin moverse, y las cenizas tienden a formar obturadores que provocan el atascamiento de los orificios de paso, dando como resultado un aumento brusco de la pérdida de presión.
Bibliografía de Patente 1: Gaceta de Patentes Nº 3130587. Bibliografía de Patente 2: Gaceta de Patentes de Estados Unidos Nº 4417908 (Figura 3, Figura 17 y similares).
El documento JP-2003-001029 describe un filtro de tipo panal poroso con una porosidad de la pared de la celdilla del 55-75%, un tamaño medio de poro de 10-40 \mum y una rugosidad superficial (mayor altura R_{y}) de \geq 10 \mum.
Descripción de la invención El problema que la invención debe resolver
La presente invención se ha concebido para resolver los problemas mencionados anteriormente y es un objeto de la misma proporcionar un cuerpo estructural en forma de panal (filtro) con una larga vida de servicio, que puede reducir una pérdida de presión a un nivel bajo después de recoger los materiales particulados y mantener la pérdida de presión al nivel bajo durante un largo tiempo incluso después de los procesos de regeneración.
El medio para resolver el problema
La presente invención es un cuerpo estructural en forma de panal (30) hecho de un bloque cerámico poroso columnar (35) en el que un gran número de orificios de paso (31a, 31b) se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal de dichos orificios de paso con una porción de pared (33) interpuesta entre ellos,
en el que
dicho número elevado de orificios de paso comprende: un grupo de orificios de paso de alta capacidad y un grupo de orificios de paso de baja capacidad, constituyendo la suma total de las áreas de los orificios de paso dicho grupo de orificio de paso de alta capacidad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso que es mayor que la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de baja capacidad en dicha sección transversal,
cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificio de pasos de alta capacidad está sellado en un extremo de un lado de salida de gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en un lado de entrada del gas de escape, cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de baja capacidad está sellado en un extremo de un lado de entrada de gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal que tiene un extremo abierto en dicho lado de salida del gas de escape, y
una rugosidad superficial R_{y} de la cara de la pared de dichos orificios de paso se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum.
La siguiente descripción analizará el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
En la presente invención, la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared de los orificios de paso, medida basada en JIS B 0601, se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum; por lo tanto, los poros y granos en la cara de la pared de los orificios de paso se sitúan apropiadamente para formar las irregularidades apropiadas de manera que se permite que el estado de deposición de los materiales particulados cambie dependiendo de estas irregularidades, haciendo posible reducir la pérdida de presión a un nivel bajo después de recoger los materiales particulados.
Además, tras realizar un proceso de regeneración, las cenizas resultantes se mueven fácilmente a través de los orificios de paso al lado externo de los gases de escape, haciendo posible reducir el atascamiento provocado por las cenizas depositadas sobre la cara de la pared de los orificios de paso; por lo tanto, se hace posible utilizar eficazmente la capacidad del orificio de paso de alta capacidad, para mantener la pérdida de presión en un nivel bajo durante un largo tiempo, para reducir la carga impuesta sobre el motor, y en consecuencia para proporcionar un cuerpo estructural en forma de panal que tenga una larga vida de servicio. De esta manera, se hace posible disminuir los costes de mantenimiento necesarios para la re-extracción y similares.
En la presente invención, el mecanismo que hace que la pérdida de presión sea menor aún no se ha aclarado suficientemente; sin embargo, el mecanismo se explica presumiblemente de la siguiente manera:
El cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención tiene el grupo de orificios de paso de alta capacidad y el grupo de orificios de paso de baja capacidad, y las tasas de abertura de las dos caras finales son diferentes entre sí. El cuerpo estructural en forma de panal de este tipo tiene una estructura tal que una proporción de la pared de división localizada entre los orificios de paso que constituyen el grupo de orificios de paso de alta capacidad se hace mayor. En otras palabras, una proporción de la pared de paso localizada entre los orificios de pasos que constituyen el grupo de orificios de pasos de alta capacidad y los orificios de paso que constituyen el grupo de orificios de pase en baja capacidad se hace menor.
Por lo tanto, esta estructura hace difícil que los gases fluyan directamente desde los orificios de paso que constituyen el grupo de orificios de paso de alta capacidad a los orificios de paso que constituyen el grupo de los orificios de baja capacidad. Por esa razón, en comparación con un cuerpo estructural en forma de panal en el que las tasas de abertura de las dos caras finales son iguales, el caudal de gases que fluyen hacia la pared de división se hace mayor, en el caso del mismo desplazamiento de los motores, con el resultado, de que se forman los materiales particulados de alta densidad y las cenizas y se les permite penetrar fácilmente en los orificios de paso en profundidad.
Además de la estructura mencionada anteriormente, el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se diseña para que tenga una rugosidad superficial predeterminada sobre su cara de la pared de los orificios de paso. Cuando la rugosidad superficial de la cara de la pared de los orificios de paso se hace mayor de un cierto grado, el estado de deposición del hollín y las cenizas en la porción correspondiente se hace irregular y el flujo de gas cambia localmente de manera que es posible evitar que demasiado hollín y cenizas entren en la pared y también el exfoliar fácilmente el hollín y las cenizas; de esta manera, se hace posible evitar la formación de una capa de deposición gruesa y, en consecuencia, reducir la pérdida de presión.
Por lo tanto, en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, aunque la cantidad de deposición de hollín y cenizas aumenta parcialmente, el hollín y las cenizas se exfolian fácilmente, con el resultado de que la pérdida de presión se hace menor.
En el caso en el que la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared, medida basándose en JIS B 0601, sea mayor de 100 \mum, están presentes porciones locales extremadamente altas y porciones locales extremadamente bajas en la pared de división. Además, en el caso en el que la rugosidad superficial sea demasiado grande, como los materiales particulados se depositan sobre la cara de la pared de los orificios de paso regularmente, o se depositan de una manera que invaden la pared, se forman algunas porciones que tienen cenizas que permanecen y otras porciones que no tienen cenizas que permanecen sobre la cara de la pared y dentro de la pared, y se supone que: aquellas porciones que tienen más cenizas que permanecen son aptas para provocar atascamiento y formar obturadores, dando como resultado una alta pérdida de presión.
En el caso en que la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared, sea menor de 10 \mum, se considera que la cara de la pared de los orificios de paso se aplana, y la cara de la pared plana hace difícil que los gases fluyan por su interior, fallando a la hora de proporcionar el efecto exfoliante mencionado anteriormente que provoca una alta pérdida de presión. Además, en el caso de que los materiales particulados formen una capa de deposición sobre la cara de la pared que se ha depositado sobre las cenizas con una alta densidad, las cenizas se condensan (con un aumento de la densidad volumétrica) y se hace difícil exfoliarlos. Cuando se hace difícil que los gases fluyan a su través, se dificulta que se queme el hollín, dando como resultado una dificultad para realizar un proceso de regeneración y el aumento posterior de la pérdida de presión. Además, como el cuerpo estructural en forma de panal se aproxima a un estado compacto, incluso una pequeña cantidad de deposición de material particulado provoca un aumento brusco en la pérdida de presión, dando como resultado una gran carga sobre el motor y la posterior inestabilidad en la cantidad de materiales particulados descargados.
En consecuencia, el estado de recogida de material particulado se hace irregular y tras la regeneración, las cenizas tienden a formar obturadores, tendiendo a ocurrir el atascamiento en los poros y también provocan un aumento en la pérdida de presión.
En esto, la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared medida basada en JIS B 0601 se refiere a un valor obtenido mediante el siguiente proceso: se traza una longitud estándar a partir de una curva de rugosidad en la dirección de su línea media y, con respecto a la porción dibujada, se mide la distancia entre el pico de la línea y la línea inferior en la dirección del aumento longitudinal de la curva de rugosidad; de esta manera, el valor resultante se indica mediante una unidad de \mum.
El efecto de la presente invención
El cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención hace posible suprimir un aumento en la pérdida de presión tras recoger los materiales particulados.
Además, el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención hace posible también mantener la pérdida de presión provocada por la deposición de cenizas a un nivel bajo durante un largo tiempo incluso después de los procesos de regeneración y en consecuencia utilizar eficazmente la capacidad de los orificios de paso de alta capacidad. De esta manera, se hace posible reducir una carga impuesta sobre el motor, y proporcionar un cuerpo estructural en forma de panal que tiene una larga vida de servicio. De esta manera, se hace posible reducir los costes de mantenimiento requeridos para la re-extracción y similares.
Mejor modo para realizar la presente invención
Un cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención es un cuerpo estructural en forma de panal (30) hecho de un bloque cerámico poroso columnar (35) en el que un gran número de orificios de paso (31a, 31b) se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal de dichos orificios de paso con una porción de pared (33) interpuesta entre los mismos, en el que
dicho gran número de orificios de paso comprende: un grupo de orificios de paso de alta capacidad y un grupo de orificios de paso de baja capacidad, constituyendo la suma total de las áreas de los orificios de paso dicho grupo de orificios de paso de alta capacidad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso que es mayor que la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de baja capacidad en dicha sección transversal,
cada uno dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de alta capacidad está sellado en un extremo en un lado de salida de gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en el lado de entrada del gas de escape, cada uno de los orificios de paso en el grupo de orificios de paso de baja capacidad está sellado en un extremo en el lado de entrada del gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en el lado de salida del gas de escape, y
una rugosidad superficial R_{y} de la cara de la pared de dichos orificios de paso se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum.
El cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se hace que un bloque cerámico poroso en el que un gran número de orificios de paso se sitúa en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una porción de pared interpuesta entre los mismos, sin embargo, el bloque cerámico poroso puede constituirse combinando un pluralidad de membranas cerámicas porosas, teniendo cada una una pluralidad de orificios de paso que se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con la pared de división interpuesta entre los mismos, con capas de material de sellado entre unos y otros (en lo sucesivo en este documento, denominado también cuerpo estructural en forma de panal agregado), o puede formarse mediante miembros cerámicos que se sinterizan integralmente como una unidad como un todo (también denominado en lo sucesivo en este documento cuerpo estructural en forma de panal integral).
Además, el cuerpo estructural en forma de panal puede contener el bloque cerámico poroso con una capa de material de sellado formada sobre la circunferencia del mismo.
En el caso del cuerpo estructural en forma de panal agregado, la porción de pared está constituida por una pared de división que separa los orificios de paso de los miembros cerámicos porosos, una pared externa del miembro cerámico poroso y una capa de material de sellado que sirve como capa de agente de unión entre los miembros cerámicos porosos, y en el caso del cuerpo estructural en forma de panal integral, la porción de pared se forma mediante una pared de división de una clase.
Además, el alto número de orificios de paso formados en el cuerpo estructural en forma de panal puede comprender: un grupo de orificios de paso de alta capacidad, cada uno de los cuales está sellado en un extremo del cuerpo estructural en forma de panal de manera que la suma total de las áreas en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal se hace relativamente mayor y un grupo de orificios de paso de baja capacidad cada uno de los cuales está sellado en el otro extremo del cuerpo estructural en forma de panal de manera que la suma total de las áreas en la sección transversal mencionada anteriormente se hace relativamente pequeña.
En esto, cada uno de los orificios de paso puede tener la misma área en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso, y el número de orificios de paso que constituye el grupo de orificios de paso de alta capacidad con un extremo que está sellado se hace mayor que el número de orificios de paso constituido por el grupo de orificios de paso de baja capacidad con el otro extremo sellado, o el área en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso que constituye el grupo de orificios de paso de alta capacidad con un extremo sellado puede hacerse relativamente mayor, mientras que el área en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso constituye el grupo de orificios de paso de baja capacidad con el otro extremo sellado se hace relativamente menor.
Además, en el último caso, no limitado particularmente siempre y cuando la suma total de las áreas en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso que constituye el grupo de orificios de paso de alta capacidad sea mayor que la suma total de las áreas en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso que constituyen el grupo de orificios de paso de baja capacidad, el número de orificios de paso que constituye el grupo de orificios de paso de alta capacidad y número de orificios de paso que constituye el grupo de orificios de paso de baja capacidad puede ser igual o diferente entre sí.
Además, en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, las formas que sirven como unidades básicas se repiten, y desde el punto de vista de las unidades básicas, las proporciones de área en la sección transversal son diferentes entre sí. Por lo tanto, en el caso en el que una estructura específica se incluya en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, cuando las medidas se realizan estrictamente hasta una o dos celdillas en la circunferencia, es necesario realizar los cálculos excluyendo la una o dos celdillas, o es necesario realizar los cálculos excepto para las porciones que no son repeticiones de las unidades básicas de manera que 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 8, un cuerpo estructural en forma de panal que tiene cualquier estructura en la que, en el caso en el que con respecto a la forma de una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de los orificios de paso, las formas de la sección transversal excepto para aquellas en las proximidades de la circunferencia son iguales, las porciones selladas y la porción abierta de cada uno de los extremos se sitúan de una manera tal que se forma un patrón escalonado en un conjunto, se determina para que no se incluya en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
La Figura 1 es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo específico de un cuerpo estructural en forma de panal agregado que es un ejemplo del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, la Figura 2(a) es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un miembro cerámico poroso que forma el cuerpo estructural en forma de panal mostrado en la Figura 1 y la Figura 2(b) es una vista de sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A del miembro cerámico poroso mostrado en la Figura 2(a). En el cuerpo estructural en forma de panal mostrado en la Figura 1, el gran número de orificios de paso está constituido por dos clases de orificios de paso, es decir, orificios de paso de alta capacidad cada uno de los cuales tiene un área comparativamente mayor en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal y/u orificios de paso de baja capacidad cada uno de los cuales tiene un área comparativamente menor sobre la sección transversal mencionada anteriormente.
Como se muestra en la Figura 1, el cuerpo estructural en forma de panal 10 de la presente invención tiene una estructura en la que una pluralidad de miembros cerámicos porosos 20 se combinan entre sí mediante capas de material de sellado 14 para formar un bloque cerámico 15, usando una capa de material de sellado 13 para evitar que las fugas de gas de escape se formen en la periferia de este bloque cerámico 15. En esto, se forma la capa de material de sellado, si fuera necesario.
En esto, en el miembro cerámico poroso 20, un gran número de orificios de paso 21 se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal, y los orificios de paso 21 están constituidos por dos clases de orificios de paso, es decir, orificios de paso de alta capacidad 21a cada uno de los cuales tiene un área comparativamente mayor en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal y orificios de paso de baja capacidad 21b cada uno de los cuales tiene un área comparativamente menor en la sección transversal mencionada anteriormente, y cada uno de los orificios de paso de alta capacidad 21a se sella con un obturador 22 en el extremo del lado de salida del gas de escape del cuerpo estructural en forma de panal 10, mientras que cada uno de los orificios de paso de baja capacidad 21b se sella con un obturador 22 en el extremo en el lado de entrada del gas de escape del cuerpo estructural en forma de panal 10; de esta manera, se permite que una pared de división 23 que separa estos orificios de paso, funcione como filtro. En otras palabras, se permite que los gases de escape que han entrado en los orificios de paso de alta capacidad 21a fluyan fuera
de los orificios de paso de baja capacidad 21 después de pasar necesariamente a través de la pared de división 23.
En el cuerpo estructural en forma de panal 10 mostrado en la Figura 1, la forma se forma como una forma de columna; sin embargo, sin limitarse particularmente a la forma de columna puede usarse, por ejemplo, cualquier forma deseada tal como una forma de columna elíptica y una forma de pilar rectangular.
En el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, con respecto al material para el material cerámico poroso, sin limitación particular, los ejemplos de los mismos incluyen: cerámicos de nitruro tales como, nitruro de aluminio, nitruro de silicio, nitruro de boro y nitruro de titanio; cerámicos de carburo, tales como, carburo de silicio, carburo de zirconio, carburo de titanio, carburo de tantalio y carburo de volframio; cerámicos de óxido tales alúmina, zirconia, cordierita, mullita y similares. Además, el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención puede hacerse de un material compuesto de silicio y carburo de silicio o similares, o puede hacerse de titanato de aluminio. Entre estos, el carburo de silicio, que tiene una alta resistencia térmica, propiedades mecánicas mejoradas y alta conductividad térmica, se usa deseablemente.
Aunque sin limitación particular, la porosidad del miembro cerámico poroso se ajusta preferiblemente en un intervalo del 20 al 80%. Cuando la porosidad es menor del 20%, es más probable que el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se atasque, mientras que una porosidad que sobrepasa el 80% provoca la degradación en la resistencia del miembro cerámico poroso, con el resultado de que puede romperse fácilmente. Como la rugosidad de la cara de la pared de los orificios de paso varía también dependiendo de la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal, es necesario producir el cuerpo estructural en forma de panal considerando factores tales como la lisura macroscópica en la que los poros no se tienen en cuenta y la porosidad, de manera que la rugosidad superficial (altura mayor) R_{y} de la cara de la pared, medida basándose en JIS B 0601, se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum.
En esto, la porosidad mencionada anteriormente puede medirse mediante métodos conocidos, tales como el método de presión de mercurio, el método de Arquímedes y un método de medida usando un microscopio electrónico de barrido (SEM).
El diámetro medio de poro de los miembros cerámicos porosos se ajusta preferiblemente en un intervalo de 1 a 100 \mum. El diámetro medio de poro de menos de 1 \mum tiende a provocar el atascamiento de los materiales particulados fácilmente. En contraste, el diámetro medio de poro mayor de 100 \mum tiende a provocar que los materiales particulados pasen a través de los poros, con el resultado de que los materiales particulados no pueden recogerse, haciendo a los miembros incapaces de funcionar como filtro.
Con respecto al tamaño de partícula de las partículas cerámicas a usar tras la fabricación de los miembros cerámicos porosos, aunque sin limitación particular a aquellos que son menos susceptibles de contracción en el proceso de sinterización posterior, se usan preferiblemente y por ejemplo aquellas partículas preparadas combinando 100 partes en peso de partículas que tienen un tamaño medio de partícula de 0,3 a 50 \mum, usando preferiblemente de 5 a 60 partes en peso de partículas que tienen un tamaño medio de partícula de 0,1 a 1,0 \mum. Mezclando polvos cerámicos que tienen los tamaños de partícula respectivos mencionados anteriormente a la proporción de mezcla mencionada anteriormente, es posible proporcionar un miembro cerámico poroso.
Además, ajustando los tamaños de partícula de las dos clases mencionadas anteriormente de polvos, en particular, el tamaño de partícula del polvo que tiene el mayor tamaño de partícula, puede ajustarse la rugosidad de la cara de la pared de los orificios de paso. En el caso en de que se produzca el cuerpo estructural en forma de panal integral, puede usarse el mismo método.
El obturador mencionado anteriormente se hace preferiblemente de materiales cerámicos.
En el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, como el miembro cerámico poroso con un extremo sellado con el obturador se hace de cerámicos porosos, preparando el obturador usando los mismos cerámicos porosos que en el miembro cerámico poroso, se hace posible aumentar la resistencia de enlace entre los dos materiales, y ajustado la porosidad del obturador de la misma manera que el miembro cerámico poroso mencionado anteriormente, es posible ajustar el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de expansión térmica del obturador; por lo tanto, se hace posible evitar la aparición de un hueco entre el obturador y la pared de división debido a las tensiones térmicas ejercidas tras la producción así como tras el uso y la aparición de una grieta en el obturador o la porción de la pared de división con la que el obturador entra en contacto.
En el caso en el que el obturador se hace de cerámicos porosos, con respecto al material del mismo, sin limitación particular, puede usarse el mismo material que el material cerámico que forma el miembro cerámico poroso.
En el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, las capas de material de sellado 13 y 14 se forman entre los miembros cerámicos porosos 20 así como sobre la periferia del bloque cerámico 15. Además, la capa de material de sellado 14, formada entre los miembros cerámicos porosos 20, sirve también como agente de enlace que une una pluralidad de miembros cerámicos porosos 20 entre sí, y la capa de material de sellado 13 formada sobre la periferia del bloque cerámico 15, sirve como material de sellado usado para evitar la fuga de gases de escape de la porción periférica del bloque cerámico 15, cuando el cuerpo estructural en forma de panal 10 de la presente invención se sitúa en un conducto de escape de un motor de combustión interna.
Con respecto al material para formar la capa de material de sellado, los ejemplos no limitados particularmente de los mismos incluyen un aglutinante inorgánico, un aglutinante orgánico y fibras inorgánicas y/o partículas inorgánicas.
En esto, como se ha descrito anteriormente, en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, la capa de material de sellado se forma entre los miembros cerámicos porosos así como sobre la periferia del bloque cerámico; y estas capas de material de sellado pueden hacerse a partir del mismo material o materiales diferentes entre sí. Además, en el caso en el que las capas de material de sellado se hacen del mismo material, las proporciones de mezcla de los materiales pueden ser iguales o diferentes entre sí.
Con respecto al aglutinante inorgánico pueden usarse, por ejemplo, sol de sílice, sol de alúmina y similares. Cada uno de estos puede usarse solo o dos o más clases de estos pueden usarse en combinación. Entre los aglutinantes inorgánicos, el sol de sílice es el que se usa más preferiblemente.
Con respecto al aglutinante orgánico, los ejemplos de los mismos incluyen alcohol polivinílico, metilcelulosa, etilcelulosa y carboximetilcelulosa. Cada uno de estos puede usarse solo o dos o más clases de estos pueden usarse en combinación. Entre los aglutinantes orgánicos, se usa más preferiblemente carboximetilcelulosa.
Con respecto a las fibras inorgánicas, los ejemplos de las mismas incluyen fibras cerámicas tales como sílice-alúmina, mullita, alúmina y sílice. 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 preferiblemente.
Con respecto a las partículas inorgánicas, los ejemplos de las mismas incluyen carburos, nitruros y similares, y los ejemplos específicos incluyen polvo inorgánico o fibras de óxido metálico hechas de carburo de silicio, nitruro de silicio, nitruro de boro y similares. Cada una de estas puede usarse sola o dos o más clases de estas pueden usarse en combinación. Entre las partículas finas inorgánicas se usa preferiblemente el carburo de silicio, que tiene una mejor conductividad térmica.
La capa de material de sellado 14 puede hacerse a partir de un material compacto o puede prepararse a partir de un material poroso para permitir que los gases de escape fluyan en su interior; sin embargo, la capa de material de sellado 13 se hace preferiblemente de un material compacto. Esto es porque la capa de material deseado 13 se forma para evitar las fugas de gases de escape de la periferia del bloque cerámico 15 cuando el cuerpo estructural en forma de panal 10 de la presente invención se sitúa en un conducto de escape de un motor de combustión interna.
La Figura 3(a) es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo específico de un cuerpo estructural en forma de panal integral que es un ejemplo de un cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, y la Figura 3(b) es una vista de sección transversal tomada a lo largo de la línea B-B de la Figura 3(a). En esto, en el cuerpo estructural en forma de panal mostrado en la Figura 3, un gran número de orificios de paso están constituidos por dos clases de orificios de paso, es decir, orificios de paso de alta capacidad cada uno de los cuales tiene un área en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal que es relativamente mayor, y orificios de paso de baja capacidad cada uno de los cuales tiene un área de sección transversal que es relativamente menor.
Como se muestra en la Figura 3(a), el cuerpo estructural en forma de panal 30 incluye un bloque cerámico poroso columnar 35 en el que un gran número de orificios de paso 31 se sitúa en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una pared de división 33 interpuesta entre los mismos. Los orificios de paso 31 están constituidos por dos clases de orificios de paso, es decir, orificios de paso de alta capacidad 31a cada uno de los cuales tiene un área en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal que es relativamente mayor, y orificios de paso de baja capacidad 31b cada uno de los cuales tiene un área en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal que es relativamente menor, y cada uno de los orificios de paso de alta capacidad 31a está sellado con un obturador 32 en un extremo del lado de salida del gas de escape del cuerpo estructural en forma de panal 30, mientras que cada uno de los orificios de paso de baja capacidad 31b está sellado con un obturador 32 en un extremo del lado de entrada de gas de escape del cuerpo estructural 30, de manera que se permite que una pared de división 33 que separa los orificios de paso 31 sirva como filtro.
Aunque no se muestra en la Figura 3, una capa de material deseado puede formarse sobre la circunferencia del bloque cerámico poroso 35 de la misma manera que el cuerpo estructural en forma de panal 10 mostrado en la Figura 1.
Excepto porque el bloque cerámico poroso 35 tiene una estructura integral formada a través de un proceso de sinterización, el cuerpo estructural en forma de panal 30 tiene la misma estructura que el cuerpo estructural en forma de panal agregado 10 de manera que se permite que los gases de escape que han entrado en los orificios de paso de alta capacidad 31a fluyan fuera de los orificios de paso de baja capacidad 31b después de pasar a través de la pared de división 33 que separa los orificios de paso 31.
Por lo tanto, el cuerpo estructural en forma de panal integral 30 tiene también los mismos efectos que aquellos del cuerpo estructural en forma de panal agregado.
De la misma manera que el cuerpo estructural en forma de panal agregado 10, la forma y tamaño del cuerpo estructural en forma de panal 30 puede determinarse deseablemente y la porosidad del mismo se ajusta preferiblemente en un intervalo del 20 al 80%, ajustándose el diámetro de poro preferiblemente en un intervalo de 1 a 100 \mum, de la misma manera que en el cuerpo estructural en forma de panal agregado.
Con respecto a los cerámicos porosos que constituyen el bloque cerámico poroso 35, sin limitarse particularmente, los mismos cerámicos de nitruro, carburo y óxido usados en el cuerpo estructural en forma de panal agregado pueden proponerse, y en general se usan los cerámicos de óxidos tales como corderita. Estos materiales hacen posible reducir los costes de fabricación, y como estos materiales tienen un coeficiente de expansión térmica comparativamente pequeño, es posible hacer el cuerpo estructural en forma de panal menos susceptible a desperfectos debido a las tensiones térmicas que se ejerce durante la producción y durante el uso.
El obturador 32 a usar en el cuerpo estructural en forma de panal integral 30 se hace también preferiblemente de cerámicos porosos, y con respecto al material del mismo, aunque sin limitación particularmente, pueden usarse, por ejemplo, los mismos materiales cerámicos que para la formación del bloque de cerámico poroso 35 mencionado anteriormente.
En el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención que tiene la estructura mostrada en las Figuras 1 y 3, la densidad de los orificios de paso sobre la sección transversal perpendicular en la dirección longitudinal se ajusta preferiblemente en un intervalo de 15,5 a 62 (pcs/cm^{2}).
Cuando la densidad de los orificios de paso sobre la sección perpendicular a la dirección longitudinal es mayor de 62 (pcs/cm^{2}), el área de la sección transversal de cada uno de los orificios de paso se hace demasiado pequeña, con el resultado de que las cenizas tienden a formar obturadores que provocan atascamiento, en contraste, en el caso en el que la densidad de los orificios de paso sea menor de 15,5 (pcs/cm^{2}), como el área de filtro se reduce en el cuerpo estructural en forma de panal, la pérdida de presión, provocada tras la recogida de los materiales particulados, se hace mayor dando como resultado una gran carga sobre el motor y la posterior inestabilidad en la cantidad de descarga de materiales particulados.
En consecuencia, el estado de recogida de material particulado se hace también inestable con el resultado de que tras la regeneración, las cenizas tienden a formar obturadores que provocan el atascamiento en los poros y el posterior aumento en la pérdida de presión.
Además, en el cuerpo estructural en forma de panal mencionado anteriormente, la forma de una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de cada uno estos orificios de paso (orificios de paso de alta capacidad y/o orificios de paso de baja capacidad) se forma preferiblemente en una forma poligonal, más preferiblemente, un cuadrángulo o un octágono.
Esta forma poligonal elimina las porciones del orificio de paso que provocan mayor fricción cuando se permite pasar a los gases de escape a través del orificio de paso de alta capacidad y/o el orificio de paso de baja capacidad debido a la forma del orificio de paso, y en consecuencia reducen una pérdida de presión provocada por la fricción de los gases de escape tras pasar a través del orificio de paso y elimina porciones de una pared de división con espesores irregulares, es decir, porciones que hacen localmente difícil que los gases de escape pasen a través para reducir una pérdida de presión provocada por la resistencia de una pared de división ejercida cuando los gases de escape pasan a través de la pared de división; de esta manera, se permite que la forma poligonal ejerza cualquiera de los efectos mencionados anteriormente.
Además, entre las formas poligonales, se usa preferiblemente una forma poligonal de cuadrángulo o mayor y al menos uno de los vértices se forma preferiblemente como ángulo obtuso. Con esta disposición, se hace posible reducir una pérdida de presión provocada por la fricción de los gases de escape tras fluir a través del lado de entrada del orificio de paso o la fricción de los gases de escape tras fluir a través del lado de salida del orificio de paso.
Además, en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal, se hace que al menos un ángulo en el que una porción de pared, compartida por un orificio de paso de alta capacidad y un orificio de paso de alta capacidad adyacente, y una porción de pared compartida por un orificio de paso de la alta capacidad y un orificio de paso de baja capacidad adyacente se corten entre sí, preferiblemente se ajusta a un ángulo obtuso.
Las proximidades de cada una de los vértices en la sección transversal del orificio de paso de alta capacidad y/o el orificio de paso de baja capacidad se forma preferiblemente mediante una línea curva. Formando el vértice en una línea curva, se hace posible evitar la aparición de grietas provocadas por una concentración de tensiones en el vértice.
En la presente invención la proporción de áreas (grupo de orificios de paso de alta capacidad/grupo de orificios de paso baja capacidad) en la sección transversal entre el grupo de orificios de paso de alta capacidad y el grupo de orificios de paso de baja capacidad se ajusta preferiblemente en un intervalo de 1,01 a 6.
Cuando la proporción de áreas (el grupo de orificios de paso de alta capacidad/el grupo de orificios de paso de baja capacidad) es mayor de 6, la capacidad del grupo de orificios de paso de baja capacidad se hace demasiado pequeña, con el resultado de que la pérdida de presión, provocada por la fricción tras el paso a través del lado de salida del orificio de paso y la resistencia tras pasar a través de la pared de división, aumenta para provocar un aumento en la pérdida de presión inicial. La proporción de las áreas (el grupo de orificios de paso de alta capacidad/el grupo de orificio de paso de baja capacidad) se ajusta preferiblemente en un intervalo de 1,2 a 5. Más preferiblemente, la proporción de las áreas (el grupo de orificios de paso de alta capacidad/el grupo de orificios de baja capacidad) se ajusta en un intervalo de 1,2 a 3,0.
Además, la proporción de áreas (el grupo de orificios de paso de alta capacidad/el grupo de orificios de paso de baja capacidad) en la sección transversal entre el grupo de orificios de paso de alta capacidad y el grupo de orificios de paso de baja capacidad se ajusta preferiblemente en un intervalo de 1,01 a 6. La proporción de áreas (el grupo de orificios de paso de alta capacidad/el grupo de orificios de paso de baja capacidad) se denomina también proporción de abertura.
Cuando la proporción de apertura es mayor de 6, la capacidad del grupo de orificios de paso de baja capacidad se hace demasiado pequeña, con el resultado de que la pérdida de presión, provocada por la fricción tras el paso a través del lado de salida de los orificios de paso y la resistencia tras el paso a través de la pared de división, aumenta para provocar un aumento en la pérdida de presión inicial. La proporción de abertura mencionada anteriormente se ajusta preferiblemente en un intervalo de 1,2 a 5. Además, la proporción de abertura mencionada anteriormente se ajusta más preferiblemente en un intervalo de 1,2 a 3,0.
Las Figuras 4(a) a 4(d) así como las Figuras 5(a) a 5(f) son vistas de sección transversal cada una de las cuales muestra esquemáticamente una porción de la sección transversal de un miembro cerámico poroso que constituye el cuerpo estructural en forma de panal agregado de acuerdo con la presente invención y la Figura 6 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente una sección transversal de un miembro cerámico poroso que constituye el cuerpo estructural en forma de panal integral de acuerdo con la presente invención. En esto, independientemente, del tipo integral y del tipo agregado, las formas de las secciones transversales de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad son respectivamente iguales; por lo tanto, haciendo referencia a estas figuras, se explican las formas de sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
En la Figura 4(a), la proporción de apertura es de casi 1,55, en la Figura 4(b), es casi de 2,54, en la Figura 4(c), es casi de 4,45, y en la Figura 4(d) es casi de 6,00. Además, las Figuras 5(a), 5(c) y 5(e), todas las proporciones de abertura son casi 4,45, las Figuras 5(b), 5(d) y 5(f), todas las proporciones de abertura son de casi de 6,0 y en la Figura 6, la proporción de abertura es de 3,0.
En las Figuras 4(a) a 4(d), cada una de las formas de sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad es un octágono y cada una de las formas de sección transversal de los orificios de paso de baja capacidad es un cuadrángulo (cuadrado) y estos se disponen alternativamente; de esta manera, cambiando el área de sección transversal de cada uno de los orificios de paso de baja capacidad, cambiando ligeramente la forma de sección transversal de cada uno de los orificios de paso de alta capacidad , es posible cambiar deseablemente la proporción de abertura fácilmente. De la misma manera, con respecto a los filtros de panal mostrados en las Figuras 5 y 6, las proporciones de abertura de los mismos pueden cambiarse deseablemente.
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En esto, en los cuerpos estructurales en forma de panal 160 y 260 mostrado en las Figuras 5(a) y 5(b) cada una de las formas de sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad 161a y 261a es un pentágono con tres vértices del mismo ajustados a ángulos casi rectos, y cada una de las formas de sección transversal de los orificios de paso de baja capacidad 161b y 261b es un cuadrángulo, y los cuadrángulos respectivos se sitúan en porciones de un cuadrángulo mayor, que se enfrentan diagonalmente entre sí. Los cuerpos estructurales en forma de panal 170 y 270, mostrados en las Figura 5(c) y 5(d), tienen formas modificadas de secciones transversales que se muestran en las Figuras 4(a), 4(d) de manera que cada pared de división compartida por cada uno de los orificios de paso de alta capacidad 171a, 271a y cada uno de los orificios de paso de baja capacidad 171b, 271b se expande hacia el lado del orificio de paso de baja capacidad con una cierta curvatura. Esta curvatura puede ajustarse arbitrariamente.
En este caso, la línea curva, que constituye la pared de división compartida por cada uno de los orificios de paso de alta capacidad 171a, 271a y cada uno de los orificios de paso de baja capacidad 171b, 271b corresponde a 1/4 de un círculo.
En los cuerpos estructurales en forma de panal 180 y 280 mostrados en las Figuras 5(e) a 5(f), los orificios de paso de alta capacidad 181a, 281a y los orificios de paso de baja capacidad 181b, 281b están formando cuadrángulos (formas rectangulares) como se muestra en las Figuras, estos orificios de paso se disponen de manera que cuando los dos orificios de paso de alta capacidad y los dos orificios de paso de baja capacidad se combinan entre sí, se forma una forma casi cuadrada.
En un cuerpo estructural en forma de panal 60 basado en la Figura 6, un orificio de paso de baja capacidad 61b con forma de cuadrado se forma en cada una de las porciones correspondientes a puntos de cruce de una disposición rectangular, y cada uno de los orificios de paso de alta capacidad 61a tiene una forma cuadrada con cuatro vértices tallados con pequeños cuadrángulos y, se forma una pared de división 62a y 62b que los separa.
En la presente invención, la distancia entre los centros de gravedad de secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal de orificios de paso de alta capacidad adyacente se diseña preferiblemente para que sea igual a la distancia entre los centros de gravedad de las secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal de los orificios de paso de baja capacidad adyacentes.
La expresión "la distancia entre los centros de gravedad de las secciones transversales de orificios de paso de alta capacidad" representa la menor distancia entre el centro de gravedad de una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio de paso de alta capacidad y el centro de gravedad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de un orificio de paso de alta capacidad adyacente; y la expresión "la distancia entre los centros de gravedad de secciones transversales de orificios de paso de baja capacidad adyacentes" representa la menor distancia entre el centro de gravedad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de un orificio de paso de baja capacidad y el centro de gravedad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de un orificio de paso de pequeña de capacidad adyacente.
En el caso en el que las dos distancias mencionadas anteriormente entre los centros de gravedad sean iguales entre sí, como el calor se dispersa uniformemente tras la regeneración, es posible evitar que la temperatura dentro del cuerpo estructural en forma de panal se distribuya localmente de una manera parcial, y en consecuencia proporciona un filtro que tiene una durabilidad mejorada sin grietas provocadas por un estrés térmico, incluso después de un uso a largo plazo.
Cuando el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se usa como filtro, los materiales particulados recogidos se depositan gradualmente en el interior de cada uno de los orificios de paso que constituyen el cuerpo estructural del panal. En la presente invención, como la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared de los orificios de paso, medida basándose en JIS B 0601, se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum, los poros y granos en la cara de la pared de los orificios de paso se sitúan apropiadamente para formar irregularidades apropiadas de manera que se permiten que los materiales particulados se depositen sobre la cara de la pared de cada orificio de paso uniformemente debido a dichas irregularidades apropiadas; de esta manera se hace posible suprimir la pérdida de presión tras recoger los materiales particulados a un bajo nivel.
Además, como la cantidad de material particulado depositada se hace mayor, la pérdida de presión aumenta gradualmente, y cuando supera un valor predeterminado, la carga impuesta sobre el motor empieza ser demasiado alta; por lo tanto, el filtro se regenera quemando los materiales particulados.
Además del carbono y similares que se queman para hacerlos desaparecer, los materiales particulados incluyen metales y similares que forman óxidos cuando se queman con el resultado de que incluso después de que los materiales particulados se hayan quemado, los óxidos y similares de estos metales permanecen en el filtro en forma de cenizas.
La manera como estas cenizas permanecen está influida en gran medida por la estructura del filtro y similares. Sin embargo, en la presente invención, como la rugosidad superficial (mayor altura) R_{y} de la cara de la pared de los orificios de paso, medido basándose en JIS B 0601, se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum, como se ha descrito anteriormente, las cenizas se mueven fácilmente al lado de salida del gas de escape a través de los orificios de paso después de realizar el proceso de regeneración de manera que la cara de la pared de cada orificio de paso se hace menos susceptible al atascamiento; por lo tanto, la capacidad de cada orificio de paso de alta capacidad se utiliza eficazmente, la pérdida de presión se mantiene en un nivel bajo durante un largo tiempo para reducir la carga impuesta sobre el motor, y se hace posible proporcionar un cuerpo estructural en forma de panal que tiene una larga vida de servicio. En consecuencia, se hace posible reducir los costes de mantenimiento necesarios para la re-extracción y similares.
La siguiente descripción analizará un ejemplo de un método de fabricación para el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención. En el caso en el que la estructura del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se prepare como cuerpo estructural en forma de panal integral constituido por un cuerpo sinterizado como un todo como se muestra en la Figura 3, se realiza en primer lugar un proceso de moldeo de extrusión usando las pasta de material mencionada anteriormente compuesta principalmente por cerámicos para fabricar un cuerpo cerámico formado que tiene casi la misma forma que el cuerpo estructural en forma de panal 30 mostrado en la Figura 3.
En este caso, los moldes metálicos a usar para moldeo por extrusión de los dos tipos de orificios de paso, es decir, por ejemplo, los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad, se seleccionan apropiadamente junto con la densidad de cada uno de los orificios de paso.
Con respecto a la pasta de material, no está limitada particularmente, siempre y cuando la porosidad del bloque cerámico poroso que se ha fabricado se ajuste en un intervalo del 20 al 80%, por ejemplo, puede usarse el material mencionado anteriormente, preparado añadiendo un aglutinante y una solución de dispersante al polvo hecho a partir de cerámicos. Con respecto al aglutinante mencionado anteriormente, los ejemplos no particularmente limitados de los mismos incluyen:
metilcelulosa, carboxi metilcelulosa, hidroxi etilcelulosa, polietilenglicol, resina fenólica, resina epoxi y similares.
En general, la cantidad mezclada del aglutinante mencionado anteriormente se ajusta preferiblemente de una a diez partes en peso con respecto a cien partes en peso de polvo cerámico.
Con respecto a la solución de dispersante, los ejemplos no particularmente limitados de los mismos, incluyen: 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 en su interior de manera que la viscosidad de la pasta de material se ajusta dentro de un intervalo fijado.
Este polvo cerámico aglutinante y solución de dispersante se mezclan mediante una moledora o similares, y se amasan suficientemente mediante una amasadora o similar, y después se moldean por extrusión de manera que se fabrica el cuerpo cerámico formado mencionado anteriormente. Además, puede añadirse un adyuvante de moldeo a la pasta de material si fuera necesario.
Con respecto al adyuvante de moldeo, los ejemplos no particularmente limitados de los mismos incluyen: etilenglicol, dextrina, jabón de ácido graso, polialcohol y similares.
Además, un agente de formación de poros, tal como globos que son esferas huecas finas compuestas por cerámicos basados en óxido, partículas acrílicas esféricas y grafito pueden añadirse a la pasta de material mencionada anteriormente, si fuera necesario. Con respecto a los globos mencionados anteriormente, pueden usarse sin limitación particular, por ejemplo, globos de alúmina, micro-globos de vidrio, globos de Shirasu, globos de cenizas volantes (globos FA) y globos de mullita. Entre estos, los balones de cenizas volantes se usan más preferiblemente.
En el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, la rugosidad superficial R_{y} de la cara de la pared de los orificios de paso, medida asándose en JIS B 0601, se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum; por lo tanto, para permitir que la cara de la pared de los orificios de paso del cuerpo estructural en forma de panal producido tenga una superficie rugosa que tenga la rugosidad mencionada anteriormente, la porción que forma la superficie del orificio de paso de un molde metálico a usar para el proceso de moldeo por extrusión se hace rugoso mediante el método apropiado.
La rugosidad de superficie puede cambiarse cambiando las condiciones de secado en el siguiente proceso de secado. Sin embargo, como tienden a ocurrir grietas en el cuerpo moldeado en bruto dependiendo de las condiciones, preferiblemente las condiciones de secado no se cambian respecto al método de fabricación convencional.
Además, cambiando la densidad (porosidad) del cuerpo estructural en forma de panal, la rugosidad superficial del orificio de paso puede cambiarse. En este caso, cambiando la combinación de los tamaños de partículas de dos clases de polvos cerámicos contenidos en la pasta de material, puede cambiarse la densidad del cuerpo estructural en forma de panal.
A continuación, después de que el cuerpo cerámico formado mencionado anteriormente se haya secado usando un secador tal como un secador de microondas, un secador de aire caliente, un secador dieléctrico, un secador de presión reducida, un secador de vacío, y un secador de congelación, los orificios de paso predeterminados se rellenan con una pasta de obturador para formar obturadores de manera que se realiza un proceso de cierre para obturar los orificios de paso.
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Con respecto a la pasta para obturador mencionada anteriormente, sin limitación particular, siempre y cuando la porosidad de un obturador fabricado mediante los post-procesos se ajuste en un intervalo del 20 al 80%, puede usarse, por ejemplo, la misma pasta del material descrito anteriormente; sin embargo, se usan preferiblemente aquellas pastas preparadas añadiendo un lubricante, un disolvente, un dispersante y un aglutinante a un polvo cerámico usado como la pasta de material mencionada anteriormente. Con esta disposición, se hace posible evitar que las partículas de cerámicos en la pasta de obturador sedimenten en el medio del proceso de sellado.
A continuación, el cuerpo cerámico secado relleno con la pasta de obturador se somete a un proceso de desengrasado y sinterización en condiciones predeterminadas de manera que se fabrica un cuerpo estructural en forma de panal constituido por un único cuerpo sinterizado como un todo.
En esto, con respecto a las condiciones de desengrasado y sinterización y similares del cuerpo cerámico secado, es posible aplicar condiciones que se han usado convencionalmente para fabricar un cuerpo estructural en forma de panal hecho a partir de cerámicos porosos.
La rugosidad de la cara de la pared de los orificios de paso puede ajustarse sometiendo los orificios de paso del cuerpo estructural en forma de panal resultante a un proceso de modificación de la rugosidad tal como un proceso de chorro de arena.
En el caso en el que la estructura del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención se prepare como un cuerpo estructural en forma de panal agregado constituido por una pluralidad de miembros cerámicos porosos combinados entre sí mediante capas de material de sellado como se muestra en la Figura 1, en primer lugar, se realiza un proceso de moldeo por extrusión usando la base de material mencionado anteriormente compuesta principalmente por cerámicos para fabricar un cuerpo cerámico en bruto formado que tiene una forma tal como un miembro cerámico poroso 20 mostrado en la Figura 2. En este momento, para permitir que la cara de la pared de los orificios de paso del cuerpo estructural en forma de panal producido tenga una superficie rugosa que tenga una rugosidad predeterminada, se modifica la rugosidad de la porción de formación de superficie del orificio de paso de un molde metálico a usar para el proceso de moldeo por extrusión mediante un método apropiado.
En esto, con respecto a la pasta de material, puede usarse la misma pasta de material explicada en el cuerpo estructural en forma de panal agregado mencionado anteriormente.
Después de que el cuerpo moldeado bruto mencionado anteriormente se haya secado usando un secador de microondas o similar para formar un cuerpo secado, la pasta de obturador, que forma obturadores, se inyecta en los orificios de paso predeterminados del cuerpo secado de manera que se realizan los procesos de sellado para sellar los orificios de paso.
En esto, con respecto a la pasta de obturador, puede usarse la misma pasta de obturador que la explicada para el cuerpo estructural en forma de panal integral mencionado anteriormente, y con respecto al proceso de sellado, puede usarse el mismo método que el método para el cuerpo estructural en forma de panal integral mencionado anteriormente excepto que el sujeto a rellenar con la pasta de obturador es diferente.
A continuación, el cuerpo secado que se ha sometido al proceso de sellado se somete a procesos de desengrasado y sinterización en condiciones predeterminadas de manera que se fabrica un miembro cerámico 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 los mismos. En esto, con respecto a las condiciones y similares de los procesos de desengrasado y sinterización para el cuerpo moldeado en bruto, pueden usarse aquellas condiciones usadas convencionalmente para fabricar un cuerpo estructural en forma de panal constituido por una pluralidad de miembros cerámicos porosos que están combinados entre sí a través de capas de material de sellado.
A continuación, la pasta de material de sellado a usar para formar una capa de material de sellado 14 se aplica con un espesor uniforme para formar una capa de pasta de material de sellado, y sobre esta capa de pasta de material se sellado, un proceso para laminar otro miembro cerámico poroso 20 se repite sucesivamente de manera que se fabrica un cuerpo laminado de miembros cerámicos porosos 20 que tienen una forma de pilar rectangular con un tamaño predeterminado.
Con respecto al material para formar la pasta de material sellado, como puede usarse el mismo material que el explicado en el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, se omite la descripción del mismo.
A continuación, el cuerpo laminado del miembro cerámico poroso 20 se calienta de manera que la capa de pasta de material de sellado se seca y solidifica para formar la capa de material de sellado 14; posteriormente, cortando la porción periférica, por ejemplo en una forma como se muestra en la Figura 1, usando un cortador de diamante o similar de manera que se fabrica un bloque cerámico 15.
Una capa de material de sellado 13 se forma sobre la circunferencia del bloque cerámico 15 usando la pasta de material de sellado de manera que se fabrica un cuerpo estructural en forma de panal en el que una pluralidad de miembros cerámicos porosos se combinan con entre sí mediante las capas de material de sellado.
Cualquiera de los cuerpos estructurales en forma de panal producido de esta manera tiene una forma de pilar, y las estructuras de los mismos se muestran en las Figuras 1 y 2.
Con respecto a la aplicación del cuerpo estructural de la presente invención, aunque sin limitación particular, se prefiere usarlo para dispositivos de purificación de gas de escape para usar en vehículos.
La Figura 7 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de purificación de gas de escape para usar en vehículos que se proporciona con el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
Como se muestra en la Figura 7, un dispositivo de purificación de gas de escape 800 está constituido fundamentalmente por un cuerpo estructural en forma de panal 80 de la presente invención, una carcasa 830 que cubre la porción externa del cuerpo estructural en forma de panal 80, un material de sellado de contención 820 que se sitúa entre el cuerpo estructural en forma de panal 80 y el alojamiento 830 y un medio de calentamiento 810 situado en el lado de entrada del gas de escape del cuerpo estructural del panal 80, y una tubería de admisión 840 que se conecta a un dispositivo de combustión interna tal como un motor, se conecta a un extremo de la carcasa 830 en el lado de entrada del gas de escape, y una tubería de salida de 850 acoplada externamente se conecta al otro extremo de la carcasa 830. En la Figura 7, las flechas muestran los flujos de gases de escape.
Además, en la Figura 7, el cuerpo estructural en forma de panal 80 puede prepararse como el cuerpo estructural en forma de panal 10 mostrado en la Figura 1 o como el cuerpo estructural en forma de panal 30 mostrado en la Figura 3.
En el dispositivo de purificación de gases de escape 800 que tiene la disposición mencionada anteriormente, los gases de escape, descargados del sistema de combustión interna tal como un motor, se dirigen hacia la carcasa 830 a través de la tubería de admisión 840, y se deja que fluyan hacia el cuerpo estructural en forma de panal 80 a través del lado de entrada a través de los orificios y que pasen a través de la porción de pared (pared de división); de esta manera, los gases de escape se purifican, recogiéndose los materiales particulados de los mismos en la porción de pared (pared de división), y después se descargan fuera a través de la tubería de escape 850.
Después de que una gran cantidad de material particulado se haya acumulado sobre la porción de pared (la pared de división) del cuerpo estructural en forma de panal 80 para provocar un aumento en la pérdida de presión, el cuerpo estructural en forma de panal 80 se somete a un proceso de regeneración.
En el proceso de regeneración, un gas calentado usando un medio calefactor 810, se deja que fluya hacia los orificios de paso del cuerpo estructural en forma de panal 80 de manera que el cuerpo estructural en forma de panal 80 se calienta para quemar y eliminar los materiales particulados depositados sobre la porción de pared (pared de división).
Además, en la presente invención, además del método mencionado anteriormente, los materiales particulados pueden quemarse y eliminarse usando un sistema de post-inyección.
Además, el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención puede tener un catalizador capaz de purificar CO, HC, NOx y similares en los gases de escape.
Cuando dicho catalizador se soporta en el mismo, se permite que el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención funcione como un cuerpo estructural en forma de panal capaz de recoger material particulado en los gases de escape, y también que funcione como conversor catalítico para purificar CO, HC, NOx y similares contenidos en los gases de escape. Además, dependiendo de los casos, el cuerpo estructural en forma de panal hace posible disminuir la temperatura de quemado de los materiales particulados.
Con respecto al catalizador, los ejemplos del mismo incluyen metales nobles tales como platino, paladio, rodio y similares. El catalizador, hecho de un metal noble tal como platino, paladio, rodio y similares, es un catalizador denominado de tres vías, y se permite que el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención que está provisto con dicho catalizador de tres vías funcione de la misma manera que los conversores catalíticos conocidos convencionalmente. Por lo tanto, con respecto al caso en el que el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención funcione también como un conversor catalítico, se omite la descripción detallada del mismo.
En esto, con respecto al catalizador que se soporta sobre el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención, sin limitación particular al metal noble mencionado anteriormente, cualquier catalizador puede soportarse siempre y cuando pueda purificar CO, HC, NOx y similares contenidos en los gases de escape.
Ejemplos
La siguiente descripción analizará la presente invención con detalle mediante ejemplos; sin embargo, la presente invención no debe entenderse como limitada por estos ejemplos.
Ejemplo 1
(1) Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que tiene un tamaño medio de partícula de 11 \mum (60% en peso) y polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tiene un tamaño medio de partícula de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo, y 100 partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y se amasaron con 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 10 partes en peso de agua para obtener una composición mixta. A continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad de un plastificante y un lubricante y amasarlo, la mezcla resultante se moldeo por extrusión usando un molde metálico que tenía una rugosidad superficial Ra de 10 \mum en las porciones correspondientes a los orificios de paso de manera que se fabricó un producto moldeado en bruto que tenía casi la misma forma de sección transversal que cada una de las formas de sección transversal mostradas en las Figuras 4(a) a 4(d), con una proporción de abertura de 2,54.
A continuación, el producto moldeado en bruto mencionado anteriormente se secó usando un secador de microondas para formar cuerpos cerámicos secados, y después de haber rellenado los orificios de paso predeterminados con una pasta de obturador que tenía la misma composición que el producto moldeado, el producto resultante se secó de nuevo usando un secador y después se desengraso a 400ºC, y se sintetizó a 2200ºC en una atmósfera de argón a presión normal durante 3 horas para fabricar un miembro cerámico poroso 20, que era una cuerpo sinterizado de carburo de silicio y tenía una porosidad del 42%, un diámetro medio de poro de 9 \mum, un tamaño de 34,3 mm x 34,3 mm x 150 mm, el número de orificios de paso de 23,3/cm^{2} y un espesor en casi toda la pared de división 23 de 0,41 mm, con orificios de paso de alta capacidad y orificios de paso de baja capacidad.
En esto, en una cara final del miembro cerámico poroso columnar 20, únicamente los orificios de paso de alta capacidad 21a se sellaron con obturadores, y por la otra cara final del mismo, sólo los orificios de paso de baja capacidad 21b se sellaron con obturadores.
(2) Usando una pasta de material de sellado resistente al calor que contenía el 30% en peso de fibras de alúmina que tenían una longitud de fibra de 0,2 mm, el 21% en peso de partículas de carburo de silicio que tenían un tamaño medio de partícula de 0,6 \mum, el 15% en peso de sol de sílice, el 5,6% en peso de carboximetilcelulosa y el 28,4% en peso de agua, un gran número de los miembros de carburo de silicio porosos se combinaron entre sí, y esto se cortó después usando un cortador de diamante para formar un bloque cerámico con forma cilíndrica.
En este caso, el espesor de las capas de material de sellado usadas para combinar los miembros cerámicos porosos se ajustó a 1,0 mm.
A continuación, la fibras cerámicas hechas de silicato de alúmina (contenido de partículas: 3%, longitud de la fibra: 0,1 a 100 mm) (23,3% en peso), que sirvieron como fibras inorgánicas, carburo de silicio en polvo que tenía un tamaño medio de partícula de 0,3 \mum (30,2% en peso) que sirvió como partículas inorgánicas, sol de sílice (contenido de SiO_{2} en el sol, 30% en peso) (7% en peso), que sirvió como aglutinante inorgánico, carboximetilcelulosa (0,5% en peso) que sirvió 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 sobre la porción circunferencial del bloque cerámico usando la pasta de material de sellado mencionada anteriormente.
Además, esta capa de pasta de material de sellado se secó a 120ºC de manera que se produjo un cuerpo estructural en forma de panal con forma de cilindro que tenía un diámetro de 144 mm.
La rugosidad superficial de las caras de la pared que constituyen los orificios de paso del cuerpo estructural en forma de panal y la porosidad del cuerpo estructural del panal se muestran en la Tabla 1.
Ejemplos 2 a 6 y 11 a 13
Se realizaron los mismos procesos que para el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, ajustando el espesor de la pared a un valor mostrado en la Tabla 1, de manera que se fabricó un miembro poroso y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal. El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 7
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con formas mostradas en la Tabla 1, cambiando las condiciones de sinterización a 2000ºC y 3 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de pared del orificio de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 8
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de pasos de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, cambiando las condiciones de sinterización a 2200ºC y 1 hora, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de la caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 9
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, y que se obtuvo una composición mixta usando 100 partes de peso de una mezcla formada por el 80% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partícula de 50 \mum y el 20% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tenía un tamaño medio de partícula del 0,5 \mum, 15 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 20 partes en peso de agua, cambiando las condiciones de sinterización a 2300ºC y 3 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo 10
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, y que se obtuvo una composición mixta usando 100 partes en peso de una mezcla formada por el 80% en peso de carburo de silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partícula de 50 \mum y el 20% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tenía un tamaño medio de partícula de 0,5 \mum, 15 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 20 partes en peso de agua, cambiando las condiciones de sinterización a 2300ºC y 6 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad de superficie R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Ejemplo Comparativo 1
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1, excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con la formas mostradas en la Tabla 1 y que el espesor de la pared se ajustó a un valor mostrado en la Tabla 1 de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal. El espesor de la pared, la rugosidad de superficie R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
En esto, el cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con el Ejemplo Comparativo 1 corresponde a una cuerpo estructural en forma de panal 400 mostrado en la Figura 8, y el área de sección transversal de cada uno de los orificios de paso 401 que se forman entre las porciones de pared 402 tiene el mismo valor excepto para las porciones finales.
Ejemplo Comparativo 2
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, y que se obtuvo una composición mixta usando 100 partes en peso de una mezcla formada por el 60% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partícula de 11 \mum y el 40% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tenía un tamaño medio de partícula de 0,5 \mum, 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 20 partes en peso de agua, cambiando las condiciones de sinterización a 1800ºC y 3 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
\newpage
Ejemplo Comparativo 3
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1) las formas de las sección transversal de los orificios de paso de la alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, y que se obtuvo una composición mixta usando 100 partes en peso de una mezcla formada por el 80% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partícula de 50 \mum y el 20% en peso de carburo de silicio de tipo \beta que tenía tamaño medio de partícula de 0,5 \mum, 15 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 20 partes en peso de agua, cambiando las condiciones de sinterización a 2300ºC y 12 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de las paredes de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la
Tabla 1.
Ejemplo Comparativo 4
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1) las formas de la sección transversal de los orificios de paso de la alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1, y que se obtuvo una composición mixta usando 100 partes en peso de una mezcla formada por el 80% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \alpha que tenía un tamaño medio de partícula de 50 \mum y el 20% en peso de polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tenía un tamaño medio de partícula de 0,5 \mum, 15 partes en peso de un aglutinante orgánico (metilcelulosa) y 20 partes en peso de agua, cambiando las condiciones de sinterización a 2300ºC y 24 horas, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal.
El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de las paredes de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la
Tabla 1.
Ejemplo de Referencia 1
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Figura 9, de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal. El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
En esto, el cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con el Ejemplo de Referencia 1 corresponde a un cuerpo estructural en forma de panal 200 mostrado en la Figura 9, y los orificios de paso del mismo están constituidos por orificios de paso de alta capacidad 201 teniendo cada uno de los cuales una sección transversal con forma hexagonal y orificios de paso de baja capacidad 202 cada uno de los cuales tiene sección transversal con forma triangular, ajustándose el número de orificios de paso de baja capacidad 202 a aproximadamente dos veces el número de orificios de paso de alta capacidad 201.
Ejemplos de Referencia 2 y 3
Se realizaron los mismos procesos que en el Ejemplo 1 excepto que en el proceso (1), las formas de la sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad y los orificios de paso de baja capacidad se formaron con las formas mostradas en la Tabla 1 y que el espesor de la pared se ajustó a un valor mostrado en la Tabla 1 de manera que se fabricó un miembro cerámico poroso, y después se produjo un cuerpo estructural en forma de panal. El espesor de la pared, la rugosidad superficial R_{y} de las caras de la pared de los orificios de paso, la densidad de los orificios de paso y la porosidad del cuerpo estructural en forma de panal resultante se muestran en la Tabla 1.
Método de evaluación (1) Medidas de la rugosidad superficial en la cara de la pared de los orificios de paso
Cada uno de los cuerpos estructurales en forma de panal de acuerdo con los ejemplos, ejemplos comparativos y ejemplos de referencia se cortó en paralelo con el orificio de paso de manera que se expone el orificio de paso, y la rugosidad superficial del orificio de paso se midió usando un dispositivo para medir la rugosidad superficial (SURFCOM 920A, hecho en Tokio Seimitsu Co., Ltd) y basándose en estos resultados, la rugosidad superficial R_{y} se determinó de conformidad con JIS B 0601. La Tabla 1 muestra los resultados.
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(2) Variaciones en la pérdida de presión
Como se muestra en la Figura 7, cada uno de los cuerpos estructurales en forma de panal de los ejemplos, ejemplos comparativos y ejemplos de referencia se situó en un conducto de escape de un motor para formar un dispositivo de purificación de los gases de escape, y el motor se hizo funcionar al número de revoluciones de 3000 min^{-1} y un par motor de 50 Nm durante un periodo de tiempo predeterminado de manera que se midió la cantidad de materiales particulados recogidos y se midió la pérdida de presión. El valor de la pérdida de presión inicial en este momento y la pérdida de presión en la cantidad de materiales particulados recogidos de 6 (g/l) se muestran en la Tabla 1.
(3) Relación entre el peso de cenizas y la pérdida de presión
Como se muestra en la Figura 7, cada uno de los cuerpos estructurales en forma de panal de los ejemplos, ejemplos comparativos y ejemplos de referencia se situó en un conducto de escape del motor para formar un dispositivo de purificación de los gases de escape, y el motor se hizo funcionar al número de revoluciones de 3000 min^{-1} y un par motor de 50 Nm durante un periodo de tiempo predeterminado; posteriormente, los experimentos para repetir los procesos de regeneración se realizaron de manera que se midió el peso de las cenizas acumuladas en los orificios de paso que constituían el cuerpo estructural del panal y se midió la pérdida de presión del cuerpo estructural en forma de panal. El valor de la pérdida de presión en el momento en el que se acumularon 150 g de cenizas se muestra en la Tabla 1.
La Figura 10 es un gráfico que indica una relación entre la densidad de los orificios de paso y la pérdida de presión, y la Figura 11 es un gráfico que indica una relación entre la rugosidad superficial de la cara de la pared de los orificios de paso y la pérdida de presión.
(4) Medidas de porosidad
La porosidad se midió usando el método de Arquímedes. Los resultados se muestran en la Tabla 1.
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(Tabla pasa a página siguiente)
1
2
Como se indica claramente mediante los resultados mostrados en la Tabla 1 y en las Figuras 10 y 11, aunque no hay una diferencia significativa en la pérdida de presión inicial en comparación con los cuerpos estructurales en forma de panal de acuerdo con los ejemplos comparativos, los cuerpos estructurales en forma de panal de los ejemplos tenían un aumento menor de perdida de presión tras la recogida de 6, (g/l) de materiales particulados así como tras la deposición de 150 g de cenizas, cuando la densidad de los orificios de paso estaba fuera del intervalo de la presente invención así como cuando la rugosidad superficial de las caras de pared que forman los orificios de paso estaba fuera del intervalo de la presente invención. De esta manera, la presente invención hace posible mantener la pérdida de presión tras la recogida de material particulado a un nivel bajo y también mantener la pérdida de presión provocada por la deposición de cenizas a un nivel bajo durante un largo tiempo; de esta manera, se hace posible utilizar eficazmente la capacidad de los orificios de paso de alta capacidad, para reducir la carga impuesta sobre un motor, y en consecuencia proporcionar un cuerpo estructural en forma de panal que tiene una larga vida de servicio. En consecuencia, se hace posible reducir los coste de mantenimiento necesarios para la re-extracción y similares.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
La Figura 2(a) es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un miembro cerámico poroso que constituye el cuerpo estructural en forma de panal mostrado en la Figura 1; y (b) es un vista de sección transversal tomada a lo largo de la línea A-A del miembro cerámico poroso mostrado en (a).
La Figura 3(a) es una vista en perspectiva que muestra esquemáticamente otro ejemplo del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención y (b) es una vista de sección transversal tomada a lo largo de la línea B-B del cuerpo estructural en forma de panal mostrado en (a).
Las Figuras 4(a) a (d) son vistas de sección transversal cada una de las cuales muestra esquemáticamente una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del miembro cerámico poroso que constituye el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
Las Figuras 5(a) a (f) son vistas de sección transversal que muestran esquemáticamente un ejemplo del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
La Figura 6 es una vista de sección transversal longitudinal que muestra esquemáticamente otro ejemplo del cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
La Figura 7 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de purificación de gas de escape que usa el cuerpo estructural en forma de panal de la presente invención.
La Figura 8 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente un ejemplo de un cuerpo estructural en forma de panal convencional.
La Figura 9 es una vista de sección transversal que muestra esquemáticamente un ejemplo del cuerpo estructural en forma de panal.
La Figura 10 es un gráfico que muestra una relación entre la densidad de orificios de paso y la pérdida de presión de cuerpos estructurales en forma de panal de acuerdo con los ejemplos, ejemplos comparativos y ejemplos de referencia.
La Figura 11 es un gráfico que muestra una relación entre la rugosidad superficial de la cara de la pared de los orificios de paso y la pérdida de presión de los cuerpos estructurales en forma de panal de acuerdo con los ejemplos, ejemplos comparativos y los ejemplos de referencia.
Explicación de los símbolos
10, 30 cuerpo estructural en forma de panal,
13, 14 capa de material de sellado
15 bloque cerámico
20, 40, 50, 70 miembro cerámico poroso
21a, 31a, 41a, 51a, 71a orificio de paso de alta capacidad
21b, 31b, 41b, 51b, 71b orificio de paso de baja capacidad
22 obturador
23, 43, 53, 73 pared de división
33 porción de pared
160,170, 180, 260, 270, 280 miembro cerámico poroso
161a, 171a, 181a, 261a, 271a, 281a orificio de paso de alta capacidad
161b 171b, 181b, 261b, 271b, 281b orificio de paso de baja capacidad
163, 173, 183, 263, 273, 283 porción de pared
60 miembros cerámicos porosos
61a orificio de pase de alta capacidad
61b orificio de pase de baja capacidad
62a, 62b porción de pared

Claims (12)

  1. \global\parskip0.950000\baselineskip
    1. Un cuerpo estructural en forma de panal (30) hecho de un bloque cerámico poroso columnar (35) en el que un gran número de orificios de paso (31a, 31b) se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal de dichos orificios de paso con una porción de pared (33) interpuesta entre los mismos en el que dicho gran número de orificios de paso comprende: un grupo de orificios de paso de alta capacidad y un grupo de orificios de paso de baja capacidad, siendo mayor la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de alta capacidad en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso que la suma total de las áreas de los orificios de paso que constituyen dicho grupo de orificios de paso de baja capacidad en dicha sección transversal, cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de alta capacidad está sellado en un extremo de un lado de salida de gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en un lado de entrada del gas de escape, cada uno de dichos orificios de paso en el grupo de orificios de paso de baja capacidad está sellado en un extremo en un lado de entrada del gas de escape de dicho cuerpo estructural en forma de panal y tiene un extremo abierto en un lado de salida del gas de escape y,
    una rugosidad superficial R_{y} de la cara de la pared de dichos orificios de paso se ajusta en un intervalo de 10 a 100 \mum.
  2. 2. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con la reivindicación 1, en el que una densidad de los orificios de paso en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal se ajusta en un intervalo de 15,5 a 62 pcs/cm^{2}.
  3. 3. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que el gran número de orificios de paso está constituido por dos clases de orificio de paso, es decir, orificios de paso de alta capacidad cada uno de los cuales tiene un área relativamente mayor en una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso y orificios de paso de baja capacidad cada uno de los cuales tiene un área relativamente menor sobre dicha sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal de dichos orificios de paso.
  4. 4. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la forma de una sección transversal de un orificio de paso perpendicular a la dirección longitudinal de cada uno de los orificios de paso es una forma poligonal.
  5. 5. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la forma de una sección transversal de un orificio de paso perpendicular a la dirección longitudinal de cada uno de los orificios de paso es una forma octagonal o una forma cuadrangular.
  6. 6. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la proporción de la suma de las áreas de sección transversal (grupo de orificios de paso de alta capacidad/grupo de orificios de paso de baja capacidad) se ajusta en un intervalo de 1,01 a 6.
  7. 7. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la proporción de las áreas de sección transversal de los orificios de paso de alta capacidad individuales con respecto a los orificios de paso de baja capacidad individuales se ajusta en un intervalo de 1,01 a 6.
  8. 8. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que en la sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal, al menos un ángulo en el que una porción de pared, compartida por uno de dichos orificios de paso de alta capacidad y un orificio de paso de alta capacidad adyacente, y una porción de pared, compartida por uno de dichos orificios de paso de alta capacidad y un orificio de paso de baja capacidad adyacente, se cortan entre sí formando un ángulo obtuso.
  9. 9. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 8, en el que las proximidades de cada una de los vértices de la sección transversal del orificio de paso de alta capacidad y/o el orificio de paso de baja capacidad se forman mediante una línea curva.
  10. 10. El cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que la distancia entre los centros de gravedad de orificios de paso de alta capacidad localizados adyacentemente de secciones perpendiculares a la dirección longitudinal se ajusta para que sea igual a la distancia entre los centros de gravedad de orificios de paso de baja capacidad localizados adyacentemente de secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal.
  11. 11. El cuerpo estructural en forma de panal (30) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el bloque cerámico poroso (35) se constituye combinando una pluralidad de miembros cerámicos porosos columnares entre sí mediante capas de material de sellado, teniendo cada miembro cerámico una pluralidad de orificios de paso (32a, 31b), que se sitúan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una pared de división (33) interpuesta entre los mismos.
  12. 12. Un filtro para usar en un dispositivo de purificación de gases de escape usado para un vehículo, en el que se instala el cuerpo estructural en forma de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
    \global\parskip1.000000\baselineskip
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