ES2300840T3 - Cuerpo con estructura de panal. - Google Patents

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ES2300840T3 ES04792936T ES04792936T ES2300840T3 ES 2300840 T3 ES2300840 T3 ES 2300840T3 ES 04792936 T ES04792936 T ES 04792936T ES 04792936 T ES04792936 T ES 04792936T ES 2300840 T3 ES2300840 T3 ES 2300840T3
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Abstract

Un cuerpo con estructura de panal (20) con forma de pilar hecho principalmente de cerámicos porosos en el que una pluralidad de orificios de paso (21) se ponen en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una pared de división (23) interpuesta entre ellos, en el que dicha pluralidad de orificios de paso (21) comprende: un grupo de orificios de paso del lado de entrada (21a) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de salida de manera que la suma total de las áreas de las secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal se hace relativamente mayor; y un grupo de orificios de paso del lado de salida (21b) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de entrada de manera que la suma total de áreas en las secciones transversales de los mismos se hace relativamente menor, suponiendo que la tasa de apertura en el lado de entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada a 500ºC por 11,8 cm 2 de la cara final del lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida está representado por Y (J/K), se satisface la relación indicada por las siguientes inecuaciones (1) y (2): 0,0157X - 0,0678 < Y < 1,15X - 5 ...(1) 35 <_ X <_ 60 ... (2)

Description

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

Claims (6)

1. Un cuerpo con estructura de panal (20) con forma de pilar hecho principalmente de cerámicos porosos en el que una pluralidad de orificios de paso (21) se ponen en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una pared de división (23) interpuesta entre ellos,
en el que dicha pluralidad de orificios de paso (21) comprende:
un grupo de orificios de paso del lado de entrada (21a) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de salida de manera que la suma total de las áreas de las secciones transversales perpendiculares a la dirección longitudinal se hace relativamente mayor; y
un grupo de orificios de paso del lado de salida (21b) cuyos extremos están sellados mediante tapones (22) en el lado de entrada de manera que la suma total de áreas en las secciones transversales de los mismos se hace relativamente menor,
suponiendo que la tasa de apertura en el lado de entrada es X (%) y que la suma total de las capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada a 500ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida está representado por Y (J/K),
se satisface la relación indicada por las siguientes inecuaciones (1) y (2):
...(1)0,0157X - 0,0678 < Y < 1,15X - 5
... (2)35 \leq X \leq 60
2. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo con la reivindicación 1, en el que, suponiendo que la suma total de las capacidades térmicas de los tapones que sellan el grupo de orificios de paso del lado de entrada a 25ºC por 11,8 cm^{2} de la cara final del lado de salida que contiene el grupo de orificios de paso del lado de salida está representada por Z (J/K), se satisface una relación indicada por la siguiente inecuación (3):
...(3)0,013X - 0,09 < Z < 0,7X - 2,5
3. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que se satisface adicionalmente una relación indicada por la siguiente inecuación (4):
... (4)0,05X - 0,55 < Y < 0,574X - 2
4. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en el que se satisface adicionalmente una relación indicada por la siguiente inecuación (5):
... (5)0,05X - 0,55 < Z < 0,354X - 1
5. El cuerpo con estructura de panal de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho cerámico poroso es carburo de silicio poroso.
6. Un cuerpo con estructura de panal (10), en el que la capa de material sellante (13) está formada sobre una cara circunferencial de un bloque de panal que se forma combinando una pluralidad de cuerpos con estructura de panal (20) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 mediante una capa de material de sellado (14) entre sí.
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