PL201496B1

PL201496B1 - Filtr o strukturze plastra pszczelego i proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego

Info

Publication number: PL201496B1
Application number: PL363083A
Authority: PL
Inventors: Takashi Harada; Toshiyuki Hamanaka
Original assignee: Ngk Insulators Ltd; Ngk Insulatorsltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2002-02-27
Publication date: 2009-04-30
Also published as: DE60206141T2; DE60206141D1; ZA200208784B; JP2002253916A; EP1366792B1; WO2002070106A1; US6797666B2; US20030138596A1; EP1366792A1; JP4404497B2; PL363083A1; EP1366792A4

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest filtr 10 o strukturze plastra pszczelego, wytworzony przez spojenie wielu segmentów 4 o strukturze plastra pszczelego, z których ka zdy ma wiele przelotowych otworów 21 przegrodzonych porowat a przegrod a 20 i na prze- mian szczelnie zamkni etych przy powierzchni ko n- cowej 16 po stronie wlotu spalin i przy powierzchni ko ncowej 14 po stronie wylotu spalin. S asiednie segmenty 4 o strukturze plastra pszczelego stykaj a si e ze sob a przy czesci przeciwleg lych ko ncowych powierzchni 6 i s a spojone ze sob a przynajmniej w czesci bocznej powierzchni 6 innej ni z czesc sty- kowa 8 przez materia l spajaj acy 24 o wytrzyma lo sci mniejszej ni z wytrzyma lo sc podstawowego korpusu segmentu o strukturze plastra pszczelego. Filtr o strukturze plastra pszczelego mo ze silnie zmniej- sza c powstawanie p ekni ec przez zmniejszanie na- prezenia cieplnego w ka zdej czesci filtru i jest szcze- gólnie przydatny, kiedy g lównym sk ladnikiem jest metaliczny krzem i/lub w eglik krzemu. PL PL PL PL

Description

(21) Numer zgłoszenia: 363083 ⁽¹³⁾

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 27.02.2002 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:

27.02.2002, PCT/JP02/01800 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:

12.09.2002, WO02/70106 PCT Gazette nr 37/02 (51) Int.Cl.

B01D 39/20 (2006.01) B01D 46/00 (2006.01) F01N 3/02 (2006.01) F01N 3/28 (2006.01) B01J 35/04 (2006.01)

Filtr o strukturze plastra pszczelego i proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego

	(73) Uprawniony z patentu:
(30) Pierwszeństwo:	NGK INSULATORS,LTD.,Nagoya-city,JP
01.03.2001,JP,2001-057325	(72) Twórca(y) wynalazku:
(43) Zgłoszenie ogłoszono: 15.11.2004 BUP 23/04	Takashi Harada,Aichi,JP Toshiyuki Hamanaka,Aichi,JP
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 30.04.2009 WUP 04/09	(74) Pełnomocnik: Twardowska Aleksandra, Jan Wierzchoń & Partnerzy, Biuro Patentów i Znaków Towarowych Sp.J.

⁽⁵⁷⁾ Przedmiotem wynalazku jest filtr 10 o strukturze plastra pszczelego, wytworzony przez spojenie wielu segmentów 4 o strukturze plastra pszczelego, z których każdy ma wiele przelotowych otworów 21 przegrodzonych porowatą przegrodą 20 i na przemian szczelnie zamkniętych przy powierzchni końcowej 16 po stronie wlotu spalin i przy powierzchni końcowej 14 po stronie wylotu spalin. Sąsiednie segmenty 4 o strukturze plastra pszczelego stykają się ze sobą przy części przeciwległych końcowych powierzchni 6 i są spojone ze sobą przynajmniej w części bocznej powierzchni 6 innej niż część stykowa 8 przez materiał spajający 24 o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu o strukturze plastra pszczelego. Filtr o strukturze plastra pszczelego moż e silnie zmniejszać powstawanie pęknięć przez zmniejszanie naprężenia cieplnego w każdej części filtru i jest szczególnie przydatny, kiedy głównym składnikiem jest metaliczny krzem i/lub węglik krzemu.

PL 201 496 B1

Opis wynalazku

Przedmiotowy wynalazek dotyczy filtru o strukturze plastra pszczelego, używanego w palniku (np. kocioł) lub do oczyszczania spalin z silnika spalinowego (np. z silnika wysokoprężnego), jak również procesu wytwarzania takiego filtru.

Ostatnio traktuje się poważnie wpływ cząstek materiału stałego emitowanych z silnika wysokoprężnego itd. na środowisko. Jako ważny środek przechwytywania i usuwania takich cząstek materiału stałego stosowany jest przy oczyszczaniu spalin filtr o strukturze plastra pszczelego.

Filtr o strukturze plastra pszczelego do oczyszczania spalin zasadniczo ma konstrukcję posiadającą wiele przelotowych otworów oddzielonych od siebie porowatymi przegrodami i zatkanych na przemian przy swej powierzchni wlotu spalin i przy swej powierzchni wylotu spalin. Filtr o strukturze plastra pszczelego zatrzymuje cząstki materiałów stałych zawarte w spalinach na skutek wymuszonego przepływu spalin, wchodzących do wnętrza filtru w jego otwarte otwory przelotowe po stronie wlotu spalin, przez przegrody w filtrze.

Taki filtr o strukturze plastra pszczelego jest narażony na gwałtowną zmianę temperatury spalin lub lokalne ogrzewanie do wysokiej temperatury podczas eksploatacji. Rozkład temperatury w filtrze staje się nierównomierny. Na skutek tego naprężenie cieplne w filtrze zwiększa się z powodu różnicy rozszerzalności cieplnej pomiędzy odpowiednimi częściami tworzącymi filtr i w konsekwencji w filtrze powstają pęknięcia itd. Problem ten postanowiono rozwiązać.

Kiedy filtr o strukturze plastra pszczelego jest używany zwłaszcza do oczyszczania spalin z silnika wysokoprężnego itd., filtr ten jest lokalnie nagrzewany do wysokiej temperatury w fazie regeneracji filtru, kiedy drobiny węgla osadzone na filtrze są wypalane. Dlatego powstawanie pęknięć itd. w filtrze traktowane jest jako poważ ny problem.

Ponadto, ponieważ taki filtr jest narażony na bardzo wysokie temperatury, używany jest filtr wykonany głównie z odpornego na wysoką temperaturę węglika krzemu lub z metalicznego krzemu i węglika krzemu. Jednakże wę glik krzemu itd. ma wadę polegając ą na dużej wartości współczynnika rozszerzalności cieplnej. Dlatego w filtrze powstają duże naprężenia cieplne i pojawia się problem łatwiejszego powstawania pęknięć itd.

W celu rozwią zania tych problemów zaproponowano dotychczas róż ne struktury plastra pszczelego, z których każda otrzymana jest przez spojenie wielu segmentów struktury plastra pszczelego za pomocą materiału spajającego w celu zmniejszenia naprężeń cieplnych w różnych miejscach struktury plastra pszczelego (miejsca te wzajemnie ograniczają się i nie mogą swobodnie odkształcać się przy naprężeniach cieplnych).

Przykładowo w JP-B-61-51240 opisano obrotowy regenerator ciepła odporny na udary cieplne, otrzymane przez spojenie wielu ceramicznych segmentów struktury plastra pszczelego za pomocą materiału spajającego o zasadniczo takim samym składzie jak skład segmentu struktury plastra pszczelego i o współczynniku rozszerzalności cieplnej różniącym się od współczynnika rozszerzalności cieplnej segmentu struktury plastra pszczelego o co najwyżej 0,1% przy 800°C.

W takim obrotowym regeneratorze ciepła, ponieważ skład materiału spajającego jest zasadniczo taki sam jak skład segmentu struktury plastra pszczelego, poszczególne segmenty struktury plastra pszczelego są jednak w znacznym stopniu ograniczone przez materiał spajający i występuje problem polegający na tym, że nie można wystarczająco zmniejszyć naprężenia cieplnego wytwarzanego przez każdy segment struktury plastra pszczelego.

Ponadto w JP-A-8-28246 opisano ceramiczny filtr o strukturze plastra pszczelego, charakteryzujący się lepszą trwałością podstawowego korpusu filtru o strukturze plastra pszczelego, uzyskaną przez spojenie wielu segmentów struktury plastra pszczelego elastycznym materiałem uszczelniającym utworzonym przez spojenie co najmniej trójwymiarowo splecionych włókien nieorganicznych i cząstek nieorganicznych ze sobą za pomocą nieorganicznego spoiwa i organicznego spoiwa.

W tym filtrze o strukturze plastra pszczelego, ponieważ przewodność cieplna materiał u uszczelniającego jest mała, a poszczególne segmenty struktury plastra pszczelego są cieplnie ekranowane od siebie, rozkład temperatury pomiędzy odpowiednimi częściami tworzącymi filtr nie może być jednak wyrównany i nie ma całkowicie wystarczającego zmniejszenia naprężenia cieplnego powstającego w filtrze o strukturze plastra pszczelego.

Przedmiotowy wynalazek opracowano w celu uwzględnienia wymienionych wyżej problemów i opracowania filtru o strukturze plastra pszczelego, który moż e zmniejszać naprężenia cieplne pomię dzy odpowiednimi częściami tworzącymi filtr i może znacznie tłumić powstawanie pęknięć itd., a który

PL 201 496 B1 działa dobrze zwłaszcza wtedy, gdy jest wykonany głównie z węglika krzemu lub z metalicznego krzemu i węglika krzemu oraz procesu wytwarzania takiego filtru o strukturze plastra pszczelego.

Wynalazca przeprowadził badania w celu osiągnięcia powyższego celu. W rezultacie wynalazca stwierdził, że powyższy cel można osiągnąć przez zapewnienie dużej przewodności cieplnej w całej części filtru o strukturze plastra pszczelego wytwarzanego z kontaktowaniem każdych dwóch sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego ze sobą w każdej części zwróconych do siebie stron, a ponadto przez zastosowanie takiej konstrukcji, ż e segmenty struktury plastra pszczelego są spojone przynajmniej w części każdej części poza powyższą częścią (część ta jest następnie nazywana w niektórych przypadkach częścią kontaktową) bezpośrednio lub poprzez człon przewodzący cieplnie za pomocą materiału spajającego o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość materiału podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego. Przedmiotowy wynalazek zrealizowano w oparciu o to stwierdzenie.

Według przedmiotowego wynalazku opracowano filtr o strukturze plastra pszczelego, otrzymany przez spojenie wielu segmentów struktury plastra pszczelego ze sobą, przy czym każdy z nich ma wiele przelotowych otworów oddzielonych od siebie porowatymi przegrodami, a otwory te są na przemian zatkane po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin z segmentu struktury plastra pszczelego, przy czym wynalazek charakteryzuje się tym, że każde dwa sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego mogą kontaktować się ze sobą w każdej części swych stron zwróconych do siebie i są spojone ze sobą przynajmniej w części każdej części tych stron poza częścią kontaktową za pomocą materiału spajającego o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego.

Według przedmiotowego wynalazku korzystne jest, że każda część dwóch stron każdych dwóch sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego, zwróconych do siebie, poza częścią, w której są one skontaktowane ze sobą bezpośrednio lub poprzez człon przewodzący cieplnie (pierwsza część jest dalej nazywana w niektórych przypadkach częścią niekontaktową), jest wykonana tak, że zawiera przynajmniej każdą całą część stron mających część kontaktową, otwartych do strony wlotu spalin do segmentu struktury plastra pszczelego. Korzystniej ta część jest wykonana tak, że zawiera przynajmniej każdą całą część stron posiadających część kontaktową, otwartą do strony wlotu spalin do segmentu struktury plastra pszczelego, strony wylotu spalin z segmentu struktury plastra pszczelego i zewnętrznej powierzchni filtru o strukturze plastra pszczelego. W takim przypadku korzystne jest również to, że niekontaktowa część zawiera przynajmniej każdą część tych stron posiadających część kontaktową, prowadzącą do strony wlotu spalin, a materiał spajający jest nałożony na część niekontaktowej części.

Według przedmiotowego wynalazku korzystne jest również posiadanie takiej struktury, że co najmniej jeden z każdych dwóch sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego ma występ w części swej strony zwróconej do jednej strony drugiego segmentu struktury plastra pszczelego i kontaktuje się poprzez ten występ z częścią jednej strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego, albo co najmniej jeden z każdych dwóch sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego ma przewodzący cieplnie człon wykonany z tego samego materiału co segmenty struktury plastra pszczelego w części swej strony zwróconej do jednej strony drugiego segmentu struktury plastra pszczelego i kontaktuje się poprzez ten przewodzący cieplnie człon z częścią strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego.

Według wynalazku korzystne jest również, że każdy segment struktury plastra pszczelego jest złożony głównie z węglika krzemu lub z metalicznego krzemu i węglika krzemu, że materiał spajający jest złożony głównie z odpornego na wysoką temperaturę materiału nieorganicznego i że przegrody utworzone pomiędzy przelotowymi otworami segmentu struktury plastra pszczelego są obciążone osadzonym na nich metalem aktywnym katalitycznie.

Według wynalazku opracowano również proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego charakteryzujący się tym, że zagniata się materiał proszkowy złożony z ceramiki i/lub metalu, spoiwa i wody, aby otrzymać ciasto i formuje się to ciasto w celu otrzymania struktury plastra pszczelego posiadającej wiele przelotowych otworów oddzielonych od siebie przegrodami, suszy się strukturę plastra pszczelego, a następnie zatyka się wiele przelotowych otworów na przemian po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin ze struktury plastra pszczelego, aby otrzymać wysuszony segment struktury plastra pszczelego, spaja się z częścią każdej strony wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego przewodzący cieplnie człon wykonany z tego samego materiału co wysuszony segment struktury plastra pszczelego, a następnie suszy się i wypala, aby otrzymać kompozytowy seg4

PL 201 496 B1 ment struktury plastra pszczelego, kontaktuje się segment struktury plastra pszczelego wyposażony w czł on przewodzą cy cieplnie za poś rednictwem tego czł onu przewodzą cego cieplnie z częścią strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego i nakłada się przynajmniej na część niekontaktowej części materiał spajający o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego, aby otrzymać jednolity korpus.

Według wynalazku opracowano również proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego znamienny tym, że zagniata się proszkowy materiał złożony z ceramiki i/lub metalu, spoiwa i wody, aby otrzymać ciasto i formuje się to ciasto, aby otrzymać strukturę plastra pszczelego z wieloma przelotowymi otworami oddzielonymi od siebie przegrodami, suszy się strukturę plastra pszczelego, a nastę pnie zatyka się te przelotowe otwory na przemian po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin ze struktury plastra pszczelego, aby otrzymać wysuszony segment struktury plastra pszczelego, poddaje się wysuszony segment struktury plastra pszczelego operacji cięcia w celu utworzenia występu na każdej stronie wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego i przeprowadza się wypalanie, aby otrzymać segment struktury plastra pszczelego, kontaktuje się każdy występ utworzony po każdej stronie segmentu struktury plastra pszczelego z częścią strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego, zwróconą do pierwszego segmentu struktury plastra pszczelego i nakłada się przynajmniej w części niekontaktowej części materiał spajający o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego, aby otrzymać jednolity korpus.

W tych procesach według wynalazku sproszkowany materiał jest korzystnie złożony głównie z wę glika krzemu lub metalicznego krzemu i wę glika krzemu. Ponadto materiał spajają cy jest korzystnie złożony głównie z nieorganicznego materiału odpornego na wysoką temperaturę.

Według przedmiotowego wynalazku, ponieważ każde dwa segmenty struktury plastra pszczelego są spojone ze sobą przynajmniej w każdej części materiałem spajającym o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego, mocowanie każdego segmentu struktury plastra pszczelego jest słabe, a poszczególne części filtru mogą być swobodnie odkształcane w zależności od zmian swej temperatury. W konsekwencji naprężenia cieplne powstające w filtrze są słabe, nawet kiedy w różnych częściach filtru podczas jego eksploatacji pojawia się nierównomierny rozkład temperatury. W rezultacie można uniknąć powstawania pęknięć i otrzymać filtr o strukturze plastra pszczelego mający wię kszą trwałość.

Ponadto według przedmiotowego wynalazku, ponieważ wiele segmentów kontaktuje się ze sobą w każdej części swych stron zwróconych ku sobie, kontakt taki zapewnia przewodność cieplną całego filtru wraz z materiałem spajającym albo bez pomocy materiału spajającego i można ujednolicić rozkład temperatury w filtrze. W wyniku można jeszcze zmniejszyć naprężenia cieplne w różnych miejscach filtru podczas jego eksploatacji oprócz wspomnianego powyżej działania materiału spajającego i można w znacznym stopniu uniknąć powstawania pęknięć. Taki wynik jest szczególnie uderzający, kiedy segmenty struktury plastra pszczelego są wykonane głównie z silnie przewodzącego ciepło węglika krzemu lub metalicznego krzemu i węglika krzemu.

Krótki opis rysunków

Figura 1 jest przekrojem przedstawiającym schematycznie przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 2 jest częściowym widokiem z boku przedstawiającym schematycznie inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 3 jest częściowym widokiem z boku przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 4 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 5 jest widokiem perspektywicznym przedstawiają cym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 6 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 7 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 8 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 9 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

PL 201 496 B1

Figura 10 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 11 jest widokiem perspektywicznym przedstawiającym schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku.

Figura 12 (a) i (b) przedstawiają schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku. Fig. 12 (a) jest widokiem perspektywicznym, a fig. 12 (b) jest przekrojem wzdłuż linii Y-Y' z fig. 12 (a).

Figura 13 (a) i (b) przedstawiają schematycznie jeszcze inny przykład wykonania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku. Fig. 13 (a) jest widokiem perspektywicznym, a fig. 13 (b) jest przekrojem wzdłuż linii Z-Z' z fig. 13 (a).

Figura 14 przedstawia schematycznie przykład sposobu formowania części kontaktowej w procesie według przedmiotowego wynalazku.

Figura 15 przedstawia schematycznie inny przykład sposobu formowania części kontaktowej w procesie według przedmiotowego wynalazku.

Figura 16 przedstawia schematycznie jeszcze inny przykład sposobu formowania części kontaktowej w procesie według przedmiotowego wynalazku.

Poniżej przedstawiono przykładowe realizacje wynalazku.

Tryby realizacji niniejszego wynalazku są dokładniej opisane poniżej w odniesieniu do załączonych rysunków.

1. Filtr o strukturze plastra pszczelego

Jak pokazano na fig. 1, filtr 10 o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku jest takim filtrem o strukturze plastra pszczelego, ponieważ oba sąsiednie segmenty 4 o strukturze plastra pszczelego mogą stykać się ze sobą w każdej części swych stron 6 zwróconych do siebie i są spojone ze sobą przynajmniej w części każdej niekontaktowej części 12 za pomocą materiału spajającego 24 o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowych korpusów 4 segmentów struktury plastra pszczelego.

Jak już wspomniano, naprężenia cieplne w różnych położeniach filtru podczas jego stosowania można znacznie zmniejszyć i poważnie zabezpieczyć przed powstawaniem pęknięć itd. Jak pokazano na fig. 1, segmenty 4 struktury plastra pszczelego według wynalazku mają konstrukcję z wieloma przelotowymi otworami 21, które są oddzielone od siebie porowatymi przegrodami 20 i są na przemian zatkane po stronie 16 wlotu spalin i po stronie 14 wylotu spalin segmentu o strukturze plastra pszczelego zamykającym materiałem 26. Na skutek umożliwienia dopływu spalin 30 do wnętrza filtru w przelotowe otwory od strony 16 wlotu spalin i wymuszonego przechodzenia spalin przez przegrody 20 w filtrze cząstki ciał stałych zawartych w spalinach są gromadzone i usuwane.

Jako materiał na segmenty 4 struktury plastra pszczelego można stosować przykładowo materiały ceramiczne, z których każdy zawiera w swej głównej fazie krystalicznej co najmniej jeden materiał wybrany z grupy złożonej z niezorientowanego kordierytu, zorientowanego kordierytu, mullitu z cyrkonem, mullitu, cyrkonu, kordierytu z mullitem, mullitu z tytanianem glinu, węglika krzemu spojonego gliną, metalicznego krzemu, spinelu z dwutlenkiem cyrkonu itd.

Z materiałów tych korzystne są te, z których każdy zawiera w swych głównych kryształach węglik krzemu lub metaliczny krzem oraz węglik krzemu, ponieważ mają one lepszy opór cieplny i przewodność cieplną oraz zapewniają dużą przewodność cieplną całej części filtru, umożliwiając zmniejszenie naprężeń cieplnych w różnych miejscach w filtrze.

Według przedmiotowego wynalazku nie ma żadnego szczególnego ograniczenia co do kształtu i gęstości komórek przelotowych otworów 21 segmentów 4 struktury plastra pszczelego. Żądany kształt i gęstość komórek można odpowiednio wykorzystywać w zależności od zastosowania itd. filtru.

Według przedmiotowego wynalazku nie ma również żadnego szczególnego ograniczenia, jeśli chodzi o kształt segmentów 4 struktury plastra pszczelego. Można jednak wymienić przykładowo segment struktury plastra pszczelego otrzymany przez cięcie przykładowo kolumny na trzy lub cztery części płaszczyzną przechodzącą przez środkową oś 31 kolumny (przekrój segmentu plastra pszczelego prostopadły do kierunku osi ma kształt wachlarza), jak pokazano na fig. 4-11; oraz segment struktury plastra pszczelego otrzymany przez cięcie przykładowo kolumny na dziewięć lub więcej części w kierunku osiowym w określonych odstępach (przekroje poszczególnych segmentów 4 struktury plastra pszczelego prostopadłe do kierunku osiowego mają różne kształty, takie jak kształt wachlarza, kształt kwadratu itp.), jak pokazano na fig. 12 (a) i (b) oraz na fig. 13 (a) i (b). Korzystny jest taki segment 4 struktury plastra pszczelego stosowany jako filtr 10, który jest podzielony na dziewięć lub wię6

PL 201 496 B1 cej części, jak pokazano na fig. 12 (a) i (b) oraz na fig. 13 (a) i (b), ponieważ w takim segmencie struktury plastra pszczelego część stykowa 8 może być zastosowana w dużej liczbie i trójwymiarowo, a naprężenie cieplne w filtrze o strukturze plastra pszczelego może być znacznie zmniejszone.

Kiedy filtr 10 o strukturze plastra pszczelego jest używany jako element służący do oczyszczania spalin z silnika spalinowego lub palnika, korzystne jest umieszczenie metalu aktywnego katalitycznie, takiego jak Pt, Pd, Rh itp., na przegrodach 20, aby przyspieszać spalanie i usuwanie przechwyconych cząstek ciał stałych oraz skutecznie przeprowadzać regenerację filtru.

Filtr 10 o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku ma konstrukcję, w której, jak wspomniano powyżej, każde dwa sąsiednie segmenty 4 o strukturze plastra pszczelego stykają się ze sobą w każdej części swych boków 6 zwróconych do siebie. Dzięki temu przewodność cieplna zapewniona jest w całej części filtru 10 bez pomocy żadnego materiału spajającego 24, albo za pomocą takiego materiału spajającego 24, a naprężenia cieplne w różnych częściach filtru mogą być zmniejszone.

W niniejszym opisie określenie kontakt oznacza stan, w którym istnieje przewodzenie cieplne pomiędzy segmentami 4 struktury plastra pszczelego, gdy na skutek rozszerzalności cieplnej pojawi się odkształcenie, a wzajemne położenie boków segmentów 4, zwróconych do siebie, może ulec zmianie.

Jako filtr o strukturze plastra pszczelego można w szczególności wymienić np. filtr pokazany na fig. 1, w którym jeden segment 4 struktury plastra pszczelego z dwóch sąsiednich segmentów 4 ma występ 2a w części boku 6 zwróconej do boku 6 drugiego segmentu 4 struktury plastra pszczelego i jest skontaktowany z częścią boku 6 drugiego sąsiedniego segmentu 4 struktury plastra pszczelego poprzez występ 2a; filtr o strukturze plastra pszczelego, jak pokazano na fig. 2, w którym jeden segment 4 z dwóch sąsiednich segmentów 4 struktury plastra pszczelego ma przewodzący cieplnie człon 18 wykonany z takiego samego materiału jak segment 4 struktury plastra pszczelego na części boku 6 zwróconego do boku 6 drugiego segmentu 4 struktury plastra pszczelego i jest skontaktowany z częścią boku 6 sąsiedniego drugiego segmentu 4 struktury plastra pszczelego poprzez przewodzący cieplnie człon 18; oraz filtr o strukturze plastra pszczelego, jak pokazano na fig. 3, w którym każdy z dwóch sąsiednich segmentów 4 ma występ (nie pokazano), albo przewodzący cieplnie człon 18 na części boku 6 (boki 6 są zwrócone ku sobie), a sąsiednie segmenty 4 struktury plastra pszczelego są skontaktowane ze sobą poprzez odpowiednie występy lub człony przewodzące cieplnie.

Korzystny z nich jest filtr o strukturze plastra pszczelego, w którym co najmniej jeden filtr 4 o strukturze plastra pszczelego z dwóch sąsiednich takich filtrów 4 ma przewodzący cieplnie człon 18, 19 wykonany z tego samego materiału co segment 4 i jest skontaktowany z sąsiednim segmentem 4 struktury plastra pszczelego poprzez przewodzący cieplnie człon 18, 19.

W odniesieniu do części kontaktowej 8 i niekontaktowej części 12 można wymienić przykładowo przypadki pokazane na fig. 4-11, gdzie kontaktowa część 8 jest przewidziana pośrodku filtru 10 o strukturze plastra pszczelego bez sięgania do zewnętrznej powierzchni 23, powierzchni 16 wlotu spalin i powierzchni 14 wylotu spalin z filtru o strukturze plastra pszczelego, a niekontaktowa część 12 jest wykonana tak, by zawierała cały częściowy otwór do powierzchni 23 i do powierzchni 14 i 16.

Jak pokazano na fig. 4-11, w takich filtrach o strukturze plastra pszczelego, ponieważ spajający materiał 24 może obejmować cały częściowy otwór do powierzchni 16 wlotu spalin, powierzchni 14 wylotu spalin i zewnętrznej powierzchni 23 filtru 10 o strukturze plastra pszczelego, staje się możliwa konstrukcja, w której można skutecznie powstrzymywać przedmuch sadzy. Ponadto, ponieważ kontaktowa część 8 jest usytuowana pośrodku filtru, temperatura całej części filtru może być łatwo wyrównana, a część 37 pozbawiona materiału spajającego 24 może być przewidziana na zewnątrz kontaktowej części 8 (w kierunku powierzchni wlotu spalin, powierzchni wylotu spalin i zewnętrznej powierzchni filtru o strukturze plastra pszczelego); a zatem możliwa jest konstrukcja, w której można skuteczniej zmniejszyć naprężenie cieplne. Ponadto, ponieważ kontaktowy obszar 8 jest usytuowany bardziej w kierunku do środka filtru 10 o strukturze plastra pszczelego niż materiał spajający 24, kontakt można zapewnić niezawodnie nawet wtedy, gdy w filtrze pojawi się odkształcenie spowodowane przez rozszerzalność cieplną.

Według przedmiotowego wynalazku nie ma żadnego szczególnego ograniczenia, jeśli chodzi o kształt kontaktowej części 8. W odniesieniu do kształtu przekroju w kierunku osiowym filtru 10 o strukturze plastra pszczelego można wymienić przykładowo kształt trójkątny, prostokątny, kwadratowy, rombowy, trapezoidalny, eliptyczny, kołowy, kształt koła gąsienicowego, kształt półeliptyczny

PL 201 496 B1 i półkołowy. Korzystny jest kształt elipsy, koła, koła gąsienicowego itd., poniewa ż łatwo można wtedy wyrównać temperaturę całej części filtru 10.

Według przedmiotowego wynalazku kontaktowa część 8 korzystnie ma odpowiednie pole powierzchni, aby zwiększyć przewodność cieplną i dzięki temu zmniejszyć naprężenia cieplne segmentów 4 struktury plastra pszczelego, jak również w związku przykładowo z wytrzymałością spojenia segmentów 4 struktury plastra pszczelego przy materiale spajającym 24 (jak opisano dalej) i przewodności cieplnej przy materiale spajającym 24.

Ponadto w filtrze 10 o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku każde dwa sąsiadujące segmenty 4 struktury plastra pszczelego są spojone ze sobą w każdej części odpowiednich niekontaktowych części 12 za pomocą materiału spajającego 24 o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość głównego korpusu segmentu 4. Dzięki temu w filtrze, w którym segmenty 4 struktury plastra pszczelego są złączone, mocowanie za pomocą materiału spajającego 24 jest osłabione, a naprężenia cieplne w różnych miejscach filtru mogą być zmniejszone.

W niniejszym opisie określenie wytrzymałość odnosi się do wartości otrzymanej przez pomiar przeprowadzony według testu wytrzymałości na zginanie w czterech punktach (JIS 1601).

Według przedmiotowego wynalazku materiałem spajającym 24 może być każdy materiał spajający, którego wytrzymałość jest mniejsza niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentów 4 struktury plastra pszczelego, jak wspomniano powyżej, i nie musi to być materiał przewodzący cieplnie, by zapewnić przewodnictwo cieplne w całej części filtru 10. Jednakże korzystna jest możliwość, by materiał spajający był złożony ze składnika przewodzącego cieplnie, aby zapewnić przez to przewodność cieplną zarówno w częściach kontaktowych 8, jak i przy spajających częściach 35, ponieważ można uzyskać znaczne zmniejszenie naprężenia cieplnego.

Ponieważ materiał spajający podlega działaniu wysokich temperatur podczas eksploatacji filtru, jest on korzystnie złożony głównie z odpornego na wysoką temperaturę materiału nieorganicznego, który ma dużą oporność cieplną i odporność na gwałtowną zmianę temperatury. Jeśli chodzi o materiał nieorganiczny odporny na wysoką temperaturę, można wymienić przykładowo materiały otrzymane przez zmieszanie materiału włóknistego (zawierającego ceramikę i/lub metal, stosowane w wymienionym wyżej materiale proszkowym) lub proszku z klejem itd.

Korzystny jest materiał otrzymany przez zmieszanie materiału włóknistego (zawierającego ceramikę i/lub metal, stosowane w materiale proszkowym) z klejem itd., ponieważ materiał taki ma duży moduł sprężystości i może znacznie zmniejszać naprężenie cieplne. Jeśli chodzi o klej, można tu wymienić klej uwodniony, klej termoutwardzalny itd., przy czym klej termoutwardzalny jest korzystny ze względu na swą wytrzymałość i możliwość obrabiania.

Według przedmiotowego wynalazku materiał spajający 24 może być zastosowany w całej nie przewodzącej części 12, jak pokazano na fig. 8-11, albo w części nie przewodzącej części 12, jak pokazano na fig. 4-7.

W pierwszej konstrukcji możliwe jest zwiększenie wytrzymałości na naprężenia mechaniczne całej części filtru 10 o strukturze plastra pszczelego. Natomiast w drugiej konstrukcji możliwe jest dalsze zmniejszenie naprężenia cieplnego całej części filtru 8 o strukturze plastra pszczelego.

Kiedy materiał spajający 24 jest użyty w części niekontaktowej części 12, wówczas część 37 pozbawiona materiału spajającego 24 (ta część jest dalej nazywana w pewnych przypadkach częścią niespajającą) jest korzystnie usytuowana w miejscu odchodzącym od kontaktowej części 8 w kierunku do powierzchni 16 wlotu spalin lub do powierzchni 14 wylotu spalin.

Dzięki temu naprężenia cieplne na powierzchni 16 wlotu spalin i na powierzchni 14 wylotu spalin (na powierzchniach tych podczas eksploatacji filtru występuje duże naprężenie cieplne) mogą być punktowo zmniejszane, a naprężenie cieplne w całej części filtru 10 o strukturze plastra pszczelego może być skutecznie zmniejszane.

Aby uniknąć przedmuchiwania sadzy, materiał spajający 24 korzystnie obejmuje przynajmniej całą niekontaktową część 12, otwartą na powierzchnię 16 wlotu spalin, korzystniej tak, by ten materiał spajający obejmował całą niekontaktową część 12, otwartą do powierzchni 16 wlotu spalin, powierzchni 14 wylotu spalin i zewnętrznej powierzchni 23.

W takim przypadku, jak pokazano na fig. 4 i fig. 13 (a) i (b), materiał spajający 24 może być stosowany na stałej szerokości od zewnętrznej powierzchni, powierzchni 16 wlotu spalin i powierzchni 14 wylotu spalin w kierunkach prostopadłych do 23, 16 i 14; albo, jak pokazano na fig. 5-Z, materiał spajający 24 może być stosowany w różnych szerokościach.

PL 201 496 B1

W przypadku przedmiotowego wynalazku, jak pokazano na fig. 4-7, niespajająca część 37 może mieć kształt, taki jak czworobok (np. prostokąt, kwadrat lub romb), trapezoid, koło, koło gąsienicowe itp. w zależności od kształtu kontaktowej części 8, albo - jak pokazano na fig. 13 (a) i (b) - niespajająca część 37 może mieć kształt inny niż kształt kontaktowej części 8.

2. Proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego

W procesie wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku najpierw materiał proszkowy złożony z ceramiki i/lub metalu, spoiwa i wody zagniata się i formuje, by uzyskać strukturę plastra pszczelego z wieloma przelotowymi otworami oddzielonymi od siebie przegrodami. Strukturę taką suszy się, a następnie przelotowe otwory zatyka się naprzemiennie po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin, by uzyskać wysuszony segment struktury plastra pszczelego.

Jako materiał proszkowy złożony z ceramiki i/lub metalu można tu wspomnieć przykładowo materiały, z których każdy zawiera jako swój główny składnik co najmniej jeden materiał wybrany z grupy złożonej z metalicznego krzemu, węglika krzemu, tytanu, cyrkonu, węglika boru, węglika tytanu, węglika cyrkonu, azotku krzemu, azotku boru, azotku glinu, tlenku glinu, tlenku cyrkonu, mullitu, materiałów nadających się do utworzenia kordierytu, tytanianu glinu, sialonu, kaolinu, talku, wodorotlenku glinu, stopionej krzemionki i kwarcu. Spośród tych materiałów korzystne są materiały złożone głównie z metalicznego krzemu i węglika krzemu, albo z węglika krzemu, a to ze względu na przewodność cieplną i opór cieplny.

Jako spoiwo można tu wspomnieć przykładowo hydroksymetylocelulozę, metylocelulozę, hydroksyetylocelulozę, karboksymetylocelulozę i alkohol poliwinylowy. Spoiwa te mogą być używane oddzielnie lub w połączeniu dwóch lub więcej takich spoiw ze sobą.

Według przedmiotowego wynalazku możliwy jest ponadto jako niezbędny dodatek glikol etylenowy, dekstryna, zmydlony kwas tłuszczowy, polialkohol itp., zawsze stosowane głównie jako środek pomocniczy przy formowaniu.

Ilość dodanej wody wynosi zwykle 10-40 części wag. na 100 części wag. wymienionego wyżej materiału proszkowego. Po dodaniu wody uzyskaną mieszaninę zagniata się za pomocą mieszarki próżniowej itp., aby uzyskać plastyczny materiał.

Do formowania stosuje się korzystnie wytłaczanie, które można przeprowadzać przykładowo za pomocą wytłaczarki tłokowej lub wytłaczarki dwuślimakowej o pracy ciągłej.

Jako sposób suszenia struktury plastra pszczelego można tu przykładowo wspomnieć suszenie gorącym powietrzem, suszenie mikrofalami, suszenie dielektryczne, suszenie przy zmniejszonym ciśnieniu, suszenie próżniowe i suszenie przez wymrażanie. Spośród tych sposobów suszenie dielektryczne, suszenie mikrofalowe i suszenie gorącym powietrzem można korzystnie stosować oddzielnie lub w połączeniu.

Materiałem do zatykania może być materiał zwykle stosowany. Przykładowo można użyć tego samego materiału jak wymieniony wyżej materiał proszkowy.

W procesie wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku formuje się następnie na części jednej strony wysuszonego segmentu o strukturze plastra pszczelego, otrzymanego powyżej, część kontaktową, przeznaczoną do kontaktu z bokiem innego wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego po wysuszeniu i wypaleniu, aby otrzymać segment struktury plastra pszczelego.

Jako sposób formowania części kontaktowej można tu wspomnieć przykładowo sposób, według którego, jak pokazano na fig. 14, wysuszony segment 1 struktury plastra pszczelego poddawany jest cięciu lub innej obróbce w celu utworzenia występu na części strony 2 oraz sposób, według którego, jak pokazano na fig. 15, z częścią strony 2 wysuszonego segmentu 1 struktury plastra pszczelego spajany jest przewodzący cieplnie człon 18 wykonany z takiego samego materiału jak wysuszony segment 1 struktury plastra pszczelego. Ten ostatni sposób jest korzystny, ponieważ umożliwia łatwe skonstruowanie części kontaktowej.

Jak pokazano na fig. 16, występy (nie pokazano) lub przewodzące cieplnie człony 18 i 19 mogą być wykonane w dwóch wyschniętych segmentach 1 o strukturze plastra pszczelego z przeznaczeniem do stykania się ze sobą.

Sposób suszenia jest taki sam jak wyżej wymieniony sposób suszenia struktury plastra pszczelego. Jeśli chodzi o warunki wypalania, można wybrać odpowiednie warunki w zależności od rodzaju użytego materiału.

PL 201 496 B1

W procesie wytwarzania według przedmiotowego wynalazku uformowaną część kontaktową (którą jest przewodzący cieplnie człon lub występ) segmentu struktury plastra pszczelego kontaktuje się z częścią boku innego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego. Ponadto przynajmniej na części niekontaktowej części zastosowany jest materiał spajający o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego, dzięki czemu uzyskuje się jednolity korpus.

Położenie części kontaktowej itd. oraz składniki materiału spajającego itd. są takie same, jak opisano dla filtru o strukturze plastra pszczelego według przedmiotowego wynalazku, a więc nie trzeba tu powtarzać tego opisu.

Jednakże jako nieorganiczny materiał odporny na wysoką temperaturę, stosowany jako składnik materiału spajającego, używana jest korzystnie mieszanina otrzymana przez dodanie według potrzeby spoiwa organicznego lub nieorganicznego itd. Materiał spajający może być stosowany przykładowo w postaci wysuszonego materiału płytkowego lub zawiesiny.

Spajanie za pomocą materiału spajającego można przykładowo przeprowadzać przez nakładanie materiału spajającego na część niekontaktowej części i przeprowadzanie uwodnienia lub obróbki cieplnej zależnie od składnika materiału spajającego.

Jeśli spajanie przeprowadza się przez obróbkę cieplną, odpowiednią temperaturę obróbki cieplnej można wybrać w zależności od składnika materiału spajającego. Obróbkę cieplną przeprowadza się korzystnie w temperaturze 200-400°C.

Jeśli stosuje się wysuszony płytkowy materiał spajający, wówczas spajanie można przeprowadzać przykładowo przez zwilżenie materiału spajającego i dociśnięcie go, a następnie przeprowadzenie uwodnienia lub obróbki cieplnej. Jeśli stosuje się zawiesinowy materiał spajający, wówczas nakłada się taki materiał zawiesinowy, a następnie przeprowadza się uwodnienie lub obróbkę cieplną.

Przedmiotowy wynalazek opisano poniżej szczegółowo w przykładach. Jednakże wynalazek ten nie jest ograniczony przez te przykłady.

P r z y k ł a d 1

Jako materiał ceramiczny zastosowano zmieszany proszek złożony z 75% wag. proszku SiC i 25% wag. proszku metalicznego Si. Do 100 części wag. tego zmieszanego proszku dodano 6 części wag. spoiwa złożonego z metylocelulozy i hydroksypropoksylometylocelulozy, 0,8 części wag. środka powierzchniowo czynnego i 22 części wag. wody. Uzyskaną mieszaninę zagnieciono za pomocą zagniatarki, by otrzymać plastyczne ciasto.

Następnie ciasto to formowano przez wytłaczanie, by uzyskać struktury plastra pszczelego, z których każ da miał a taki wygl ą d i kształ t, jaki otrzymuje się przez przecię cie kolumny na cztery części płaszczyzną zawierającą oś środkową z wachlarzowym przekrojem w kierunku prostopadłym do kierunku osi, przy czym grubość przegrody wynosiła 0,3 mm, a gęstość komórek wynosiła 31 komórek/cm².

Następnie każdą strukturę plastra pszczelego suszono za pomocą mikrofal i gorącego powietrza, po czym jej przelotowe otwory zatykano na przemian zarówno po stronie wlotu spalin jak i po stronie wylotu spalin, by otrzymać wysuszony segment struktury plastra pszczelego.

Następnie ten wysuszony segment struktury plastra pszczelego powleczono na części jego boku zawiesiną złożoną z tego samego materiału, z którego jest wykonany wysuszony segment struktury plastra pszczelego, po czym płytkowy człon przewodzący cieplnie, wykonany z takiego samego materiału jak wysuszony segment struktury plastra pszczelego, spojono z dociskiem z częścią powleczoną zawiesiną, po czym przeprowadzono suszenie, by uzyskać wysuszony segment struktury plastra pszczelego, z którym spojony był człon przewodzący cieplnie.

Następnie uzyskany wysuszony segment kompozytowy poddano rozspojeniu w atmosferze azotu w temperaturze około 40°C, po czym wypalono w atmosferze obojętnej, takiej jak atmosfera argonu itp., przy około 1550°C, by otrzymać złożony segment struktury plastra pszczelego.

Następnie część kontaktową (utworzoną przez człon przewodzący cieplnie) złożonego segmentu struktury plastra pszczelego skontaktowano z częścią strony sąsiedniego segmentu plastra pszczelego zwróconej do pierwszego segmentu. Następnie na każdą część odpowiednich niekontaktowych części nałożono materiał spajający złożony z włókien na bazie krzemianu glinu, proszku SiC, nieorganicznego spoiwa i wody. Odpowiednie segmenty struktury plastra pszczelego spojono w jednolity korpus, by otrzymać filtr o strukturze plastra pszczelego, posiadający strukturę pokazaną na fig. 4. Taki jednolity filtr o strukturze plastra pszczelego miał wymiary 144 mm (średnica) x 152 mm (długość), a jego część niekontaktowa miał a szczelinę 2 mm.

PL 201 496 B1

P r z y k ł a d 2

Wysuszony segment o strukturze plastra pszczelego wykonano w taki sam sposób jak w przykładzie 1. Ten wysuszony segment o strukturze plastra pszczelego rozcinano w celu wykonania występu na jego boku, po czym przeprowadzono wypalanie, by utworzyć segment o strukturze plastra pszczelego.

Następnie takie segmenty o strukturze plastra pszczelego łączono, tak że występ segmentu o strukturze plastra pszczelego stykał się bezpoś rednio z bokiem drugiego segmentu o strukturze plastra pszczelego sąsiadującego z pierwszym segmentem. Taki sam materiał spajający jak w przykładzie 1 nałożono na część każdej niekontaktowej części stron zwróconych do siebie (sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego nie kontaktowały się ze sobą w częściach niekontaktowych). Sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego spojono ze sobą w jeden element. Dzięki temu uzyskano filtr o strukturze plastra pszczelego, pokazany na fig. 4.

Segment struktury plastra pszczelego miał wymiary 144 mm (średnica) x 152 mm (długość), grubość przegrody 0,3 mm i gęstość komórek 31 komórek/cm².

P r z y k ł a d y 3-5

Filtry o strukturze plastra pszczelego otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 1 z tym wyjątkiem, że zastosowano odpowiednio struktury przedstawione na fig. 8, fig. 12 (a) i (b) oraz fig. 13 (a) i (b).

Porównawczy przykład 1

Filtr o strukturze plastra pszczelego otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 1 z tym wyjątkiem, że na każde dwa sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego nałożono materiał spajający złożony z włókien na bazie krzemianu glinu, sproszkowanego SiC, nieorganicznego spoiwa i wody, na każdej całej części odpowiednich stron zwróconych do siebie, by utworzyć strukturę pozbawioną części kontaktowych.

Porównawczy przykład 2

Filtr o strukturze plastra pszczelego otrzymano w taki sam sposób jak w przykładzie 1 z tym wyjątkiem, że każde dwa sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego powleczono zawiesiną złożoną z tego samego materiału, z którego wykonany był wysuszony segment struktury plastra pszczelego, na każdej całej części odpowiednich stron, a następnie płytkowy człon przewodzący cieplnie, wykonany z tego samego materiału co wyschnięty segment struktury plastra pszczelego, spojono z dociskiem z każdą częścią powleczoną zawiesiną, po czym przeprowadzono suszenie, by spoić człony przewodzące cieplnie z dwoma wysuszonymi segmentami struktury plastra pszczelego, przez co otrzymano strukturę pozbawioną części kontaktowych.

Sposób oceny

Ceramiczną nieprzeciwogniową matę owinięto jako materiał przytrzymujący wokół zewnętrznej powierzchni każdego z filtrów o strukturze plastra pszczelego na bazie węglika krzemu, otrzymanych w przykł adach 1-5 i w porównawczych przykł adach 1 i 2. Każ dy otrzymany filtr o strukturze plastra pszczelego wciśnięto w osłonę puszkową z SUS 409, by otrzymać konstrukcje puszkowe. Następnie spaliny zawierające sadze ze spalania oleju napędowego (paliwo do silników wysokoprężnych) wpuszczono do takiej konstrukcji puszkowej od dołu (strona wlotu spalin), a wypuszczano po stronie górnej (strona wylotu spalin) struktury plastra pszczelego na każdym z wymienionych wyżej rysunków, przy czym sadza była zatrzymywana wewnątrz struktury plastra pszczelego.

Następnie każdą konstrukcję puszkową pozostawiono do ochłodzenia do temperatury pokojowej, po czym spaliny zawierające określoną ilość tlenu wpuszczano przy temperaturze 900°C od strony górnej (strona wylotu spalin) struktury plastra pszczelego w celu wypalenia i usunięcia sadzy. W ten sposób przeprowadzono test regeneracji filtru.

W tym teś cie regeneracji filtru czas zwię kszania temperatury dopł ywają cego gazu do 900°C i ciężar zatrzymanej sadzy ustalano na trzech poziomach i przeprowadzano regenerację filtru, po czym sprawdzono powstawanie pęknięć na górnej powierzchni (strona wylotu spalin), dolnej powierzchni (strona wlotu spalin), z boku i wewnątrz struktury plastra pszczelego. Wyniki oceny zestawiono w tablicy 1. W tablicy 1 trójkąt oznacza powstawanie pęknięć, a kółko oznacza brak pęknięć.

Ocena

Jak to wynika z tablicy 1, nawet w normalnych warunkach obserwowano powstawanie pęknięć na powierzchni wylotu spalin z filtru o strukturze plastra pszczelego z porównawczego przykładu 1, gdzie każdy z sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego był spojony za pomocą materiału spajającego na każdej całej części swych stron zwróconych ku sobie. Powstawanie pęknięć obserwowano również na powierzchni wlotu spalin, powierzchni wylotu spalin, z boku i wewnątrz filtru

PL 201 496 B1 o strukturze plastra pszczelego według porównawczego przykładu 2, gdzie strony każdych dwóch sąsiednich segmentów struktury plastra pszczelego, zwrócone ku sobie, były spojone ze sobą na całych swych częściach za pomocą przewodzącego ciepło członu wykonanego z tego samego materiału co wysuszony segment struktury plastra pszczelego.

Natomiast nie obserwowano żadnych pęknięć w filtrach o strukturze plastra pszczelego z przykładów 1-5, gdzie każde dwa sąsiednie segmenty struktury plastra pszczelego były skontaktowane ze sobą w każdej części swych stron zwróconych ku sobie i były spojone ze sobą przynajmniej w części każdej części swych stron poza częścią kontaktową za pośrednictwem materiału spajającego o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowego korpusu segmentu struktury plastra pszczelego.

Gdy okres przechodzenia był skrócony, ciężar przechwyconej sadzy był większy, a nierównomierność temperatury była bardzo duża, wówczas obserwowano powstawanie pęknięć nawet w przykładach realizacji przedmiotowego wynalazku. Jednakże powstawanie pęknięć było niewielkie w przykładzie 1 i 5, gdzie materiał spajający był zastosowany na części niekontaktowej części, jak pokazano na fig. 4 i fig. 13 (a) i (b), w porównaniu z wynikami w przykładach 3 i 4, gdzie materiał spajający był stosowany na całej części niekontaktowej części, jak pokazano na fig. 8 i fig. 12 (a) i (b).

PL 201 496 B1

Tablica 1

*3 Bok: powierzchnia zewnętrzna

PL 201 496 B1

Powstawanie pęknięć było bardzo niewielkie w filtrach o strukturze plastra pszczelego z przykładów 4 i 5, gdzie filtr o strukturze plastra pszczelego był podzielony na dziewięć części, część kontaktowa była stosowana w dużej liczbie, a objętość każdego segmentu struktury plastra pszczelego była niewielka, jak pokazano na fig. 12 (a) i (b) oraz fig. 13 (a) i (b) w porównaniu z wynikami z przykładów 1 i 5, gdzie filtr o strukturze plastra pszczelego był podzielony na cztery części płaszczyzną zawierającą oś środkową.

Zastosowanie przemysłowe

Jak opisano powyżej, przedmiotowy wynalazek może stanowić filtr o strukturze plastra pszczelego, w którym powstawanie pęknięć itd. na skutek naprężenia cieplnego może być silnie zmniejszona w porównaniu z przypadkiem stosowania konwencjonalnych filtrów o strukturze plastra pszczelego, a właściwość ta jest uderzająca zwłaszcza wtedy, gdy filtr jest wykonany głównie z węglika krzemu lub z metalicznego krzemu i węglika krzemu; jak również proces wytwarzania takiego filtru o strukturze plastra pszczelego.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Filtr o strukturze plastra pszczelego (10) otrzymany przez spojenie wielu segmentów (4) struktury plastra pszczelego, z których każdy ma wiele przelotowych otworów (21) oddzielonych od siebie porowatymi przegrodami (20) i które są zatkane w segmencie struktury plastra pszczelego na przemian po stronie wlotu (16) spalin i po stronie wylotu (14) spalin, znamienny tym, że każde dwa sąsiednie segmenty (4) struktury plastra pszczelego mają możliwość kontaktowania się ze sobą i są spojone ze sobą przynajmniej w części każdej części wymienionych stron (6), poza częścią kontaktową (8) przez materiał spajający (24) o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość podstawowej bryły segmentu (4) struktury plastra pszczelego.
2. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że każda część każdej strony (6) poza częścią kontaktową (8) jest wykonana tak, że zawiera przynajmniej całą część wymienionych stron (6) otwartych ku stronie wlotu (16) gazu do segmentu (4) struktury plastra pszczelego.
3. Filtr według zastrz. 1, znamienny tym, że każda część wymienionych stron (6) poza częścią kontaktową (8) jest wykonana tak, że zawiera przynajmniej całą część wymienionych stron (6) otwartą ku stronie wlotu (16) spalin segmentu (4) struktury plastra pszczelego, strony wylotu (14) spalin segmentu (4) struktury plastra pszczelego i zewnętrznej powierzchni filtru o strukturze plastra pszczelego.
4. Filtr według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że każda część wymienionych stron (6) poza częścią kontaktową (8) obejmuje przynajmniej całą część wymienionych stron (6) prowadzącą do strony wlotu (16) spalin segmentu (4) o strukturze plastra pszczelego, a materiał spajający (24) jest umieszczony na części każdej części wymienionych stron (6) poza częścią kontaktową (8).
5. Filtr według zastrz. 4, znamienny tym, że co najmniej jeden z każdych dwóch sąsiednich segmentów (4) struktury plastra pszczelego ma występ (2a) na części swej strony (6) zwróconej do jednej strony drugiego segmentu struktury (4) plastra pszczelego i styka się poprzez ten występ (2a) z częścią wymienionej strony (6) drugiego sąsiedniego segmentu (4) struktury plastra pszczelego.
6. Filtr według zastrz. 4, znamienny tym, że co najmniej jeden z każdych dwóch sąsiednich segmentów (4) struktury plastra pszczelego ma przewodzący ciepło człon (18) wykonany z tego samego materiału co segment (4) struktury plastra pszczelego na części swej strony (6) zwróconej do jednej strony (6) drugiego segmentu (4) struktury plastry pszczelego i styka się poprzez wymieniony człon (18) przewodzący cieplnie z częścią wymienionej strony (6) drugiego sąsiedniego segmentu (4) struktury plastra pszczelego.
7. Filtr według zastrz. 6, znamienny tym, że segmenty (4) struktury plastra pszczelego są wykonane głównie z węglika krzemu lub metalicznego krzemu i węglika krzemu.
8. Filtr według zastrz. 7, znamienny tym, że materiał spajający jest złożony głównie z nieorganicznego materiału odpornego na wysoką temperaturę.
9. Filtr według zastrz. 8, znamienny tym, że przegrody (20) są obciążone metalem aktywnym katalitycznie.
10. Proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego, znamienny tym, że zagniata się materiał proszkowy złożony z ceramiki i/lub metalu, spoiwa i wody, aby otrzymać ciasto i formuje się to ciasto w celu otrzymania struktury plastra pszczelego posiadającej wiele przelotowych otworów od14

PL 201 496 B1 dzielonych od siebie przegrodami, suszy się strukturę plastra pszczelego, a następnie zatyka się wiele przelotowych otworów na przemian po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin ze struktury plastra pszczelego, aby otrzymać wysuszony segment struktury plastra pszczelego, spaja się z częścią każdej strony wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego przewodzący cieplnie człon wykonany z tego samego materiału co wysuszony segment struktury plastra pszczelego, a następnie suszy się i wypala, aby otrzymać kompozytowy segment struktury plastra pszczelego, kontaktuje się segment struktury plastra pszczelego wyposażony w człon przewodzący cieplnie za pośrednictwem tego członu przewodzącego cieplnie z częścią strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego i nakłada się na część każdej części dwóch zwróconych do siebie stron poza częścią kontaktową materiał spajający o wytrzymałości mniejszej niż podstawowy korpus segmentu struktury plastra pszczelego, aby otrzymać jednolity korpus.
11. Proces wytwarzania filtru o strukturze plastra pszczelego, znamienny tym, że zagniata się proszkowy materiał złożony z ceramiki i/lub metalu, spoiwa i wody, aby otrzymać ciasto i formuje się to ciasto, aby otrzymać strukturę plastra pszczelego z wieloma przelotowymi otworami oddzielonymi od siebie przegrodami, suszy się strukturę plastra pszczelego, a następnie zatyka się te przelotowe otwory na przemian po stronie wlotu spalin i po stronie wylotu spalin ze struktury plastra pszczelego, aby otrzymać wysuszony segment struktury plastra pszczelego, poddaje się wysuszony segment struktury plastra pszczelego operacji cięcia w celu utworzenia występu na każdej stronie wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego i przeprowadza się wypalanie, aby otrzymać segment struktury plastra pszczelego, kontaktuje się każdy występ utworzony po każdej stronie segmentu struktury plastra pszczelego z częścią strony drugiego sąsiedniego segmentu struktury plastra pszczelego, zwróconą do pierwszego segmentu struktury plastra pszczelego i nakłada się przynajmniej w części każdej części tych dwóch zwróconych do siebie stron, poza częścią kontaktowaną, materiał spajający o wytrzymałości mniejszej niż wytrzymałość wysuszonego segmentu struktury plastra pszczelego, aby otrzymać jednolity korpus.
12. Proces według zastrz. 11, znamienny tym, że materiał proszkowy złożony jest głównie z węglika krzemu.
13. Proces według zastrz. 11, znamienny tym, że materiał proszkowy złożony jest głównie z metalicznego krzemu i węglika krzemu.
14. Proces według zastrz. 13, znamienny tym, że materiał spajający jest złożony głównie z nieorganicznego materiału odpornego na wysoką temperaturę.