CAPA FILTRANTE PARA UN CUERPO DE NIDO DE ABEJA, ESPECIALMENTE CONICO, DE TRATAMIENTO DE GASES DE ESCAPE Y PROCEDIMIENTO PARA FABRICAR LA CA PA FILTRANTE.

Capa filtrante (1) hecha de material al menos parcialmente permeable al gas,

que comprende una pluralidad de segmentos (2) que están ensamblados uno con otro de modo que la capa filtrante (1) presente cantos opuestos (3) de diferente longitud (19), y que se caracteriza porque la capa filtrante (1) presenta en la zona de al menos un canto (3) un collar (5) impermeable al gas

Capa filtrante para un cuerpo de nido de abeja, especialmente cónico, de tratamiento de gases de escape y procedimiento para fabricar la capa filtrante.

La presente invención concierne a una capa filtrante constituida por un material al menos parcialmente permeable al gas, así como a un procedimiento de fabricación de una capa filtrante de esta clase. Además, se describen ejecuciones ventajosas de cuerpos de nido de abeja y dispositivos de depuración de gases de escape, especialmente para el tratamiento de gases de escape de vehículos automóviles.

En la depuración de gases de escape de motores de combustión móviles y estacionarios se tiene que, aparte de la transformación química de contaminantes gaseosos, se encuentra también en el foco del interés actual la retención o transformación de partículas (como hollín, ceniza y similares). Para reducir emisiones de partículas se conocen filtros de hollín que están constituidos por un sustrato cerámico y que presentan canales en los que puede entrar el gas de escape que se debe depurar. Los canales contiguos están alternativamente cerrados, de modo que el gas de escape entra en el canal por el lado de entrada, atraviesa una pared cerámica y escapa de nuevo por el lado de salida a través de un canal contiguo. Este concepto adolece del inconveniente de que una regeneración segura del filtro de hollín en el sistema de gas de escape de un automóvil sigue planteando problemas. La regeneración del filtro de hollín es necesaria, ya que la creciente acumulación de partículas en las paredes del canal que deben ser atravesadas por fluido tiene como consecuencia una pérdida de presión continuamente creciente que da lugar a repercusiones negativas sobre la potencia del motor. La regeneración comprende el calentamiento de corta duración del filtro de hollín o de las partículas acumuladas en el mismo, de modo que las partículas se conviertan en constituyentes gaseosos. Esta regeneración tiene como consecuencia un alto esfuerzo térmico del filtro de hollín, por lo que hay que contar con una reducida vida útil.

Para evitar esta regeneración discontinua y muy fomentadora térmicamente de desgaste se ha desarrollado un sistema de regeneración continua de filtros (CRT: "continuous regeneration trap" - trampa de regeneración continua). En este sistema se queman ya las partículas a temperaturas por encima de 200ºC por medio de oxidación con NO₂. El NO₂ necesario para ello es generado frecuentemente en el gas de escape por un catalizador de oxidación que está dispuesto aguas arriba delante de la trampa de partículas. Para proporcionar la cantidad necesaria de NO₂ se pueden alimentar también aditivos al gas de escape (por ejemplo, urea).

Asimismo, se ha reconocido que se mejora la conversión de los contaminantes del gas de escape cuando se garantiza un alto tiempo de permanencia de las partículas aún no convertidas en el filtro. En este contexto, se ha desarrollado un concepto que se ha dado a conocer sustancialmente bajo el término de "sistema de filtro abierto". El sistema de filtro abierto se caracteriza porque se prescinde de un cierre constructivo alternativo de todos los canales del filtro. Se prevé que las paredes de los canales estén constituidas al menos en parte por un material poroso y que los canales de flujo del filtro abierto presenten estructuras de desviación o de guía. Estas estructuras internas dan lugar a que el flujo o las partículas contenidas en el mismo sean conducidos hacia las zonas de material poroso. Se ha comprobado sorprendentemente a este respecto que las partículas permanecen adheridas en una proporción muy grande en y/o sobre la pared porosa del canal. Para combinar estas acciones son de importancia las diferencias de presión en el perfil de flujo del gas de escape circulante. Gracias a la desviación se pueden originar, además, condiciones de depresión o de sobrepresión locales que conduzcan a un efecto de filtración a través de la pared porosa.

En contraste con los sistemas de tamiz o de filtro cerrados conocidos, la trampa de partículas está abierta, ya que no están previstos pasillos ciegos de flujo. Por tanto, esta propiedad puede servir también para caracterizar tales trampas de partículas, de modo que, por ejemplo, el parámetro "libertad de flujo" es adecuado a fines de descripción. Así, una libertad de flujo del 20% significa que en una (o en cada) consideración de sección transversal no está cerrado aproximadamente el 20% de la superficie. Para ilustrar estos conceptos se hace referencia especialmente a las publicaciones WO 2004/050219 y DE 201 17 873 U1, cuyo contenido queda incorporado también aquí para complementar la descripción de la constitución de una trampa de partículas abierta. Particularmente en la fabricación de trampas de partículas abiertas se han manifestado como especialmente flexibles los materiales metálicos, de modo que tales trampas de partículas están realizadas preferiblemente con láminas metálicas y/o capas filtrantes metálicas.

En cuanto a los diferentes campos de utilización para tales dispositivos de depuración de gas de escape y trampas de partículas, se puede ofrecer un gran número de formas y configuraciones diferentes. Así, los dispositivos de depuración de gas de escape constituidos por capas (metálicas) pueden estar realizados en forma de una pila, un arrollamiento y similares. En general, se utiliza aquí una capa filtrante constituida por un material al menos parcialmente permeable al gas, la cual está configurada o posicionada de acuerdo con la forma deseada del dispositivo de depuración del gas de escape. Para evitar costosos procedimientos de fabricación en lo que respecta a la capa filtrante era usual hasta ahora utilizar únicamente capas filtrantes en forma de cinta o de rectángulo para la fabricación de dispositivos de depuración de gas de escape.

El documento US-A1-2003/0086837 muestra una trampa de partículas que está constituida por capas filtrantes. Las capas filtrantes están segmentadas y ensambladas una con otra de tal manera que la capa filtrante presente cantos opuestos de longitud diferente.

El documento US-A1-2003/0202919 describe un cuerpo de nido de abeja que se ha fabricado por un procedimiento que comprende los pasos de habilitar una chapa metálica de forma de cinta, separar la chapa en varios segmentos y disponer los segmentos de modo que queden formadas capas con cantos opuestos de longitud diferente.

Partiendo de esto, el cometido de la presente invención consiste en mitigar o resolver al menos parcialmente los problemas técnicos conocidos con respecto al estado de la técnica. En particular, se pretende proponer una capa filtrante que deberá simplificar la fabricación de dispositivos de depuración de gas de escape, especialmente de trampas de partículas para el sector del automóvil, debiendo quedar garantizada especialmente la diversidad de ejecuciones, formas y variantes del dispositivo de depuración del gas de escape. Además, deberá quedar asegurada una fabricación barata y flexible de tales capas filtrantes.

Estos problemas se resuelven con una capa filtrante según las características de la reivindicación 1 y con un procedimiento para fabricar una capa filtrante con las características de la reivindicación 8. Otras ejecuciones y aplicaciones ventajosas se describen en las reivindicaciones formuladas en forma subordinada. Cabe consignar que las características técnicas expuestas individualmente en las reivindicaciones pueden combinarse unas con otras de cualquier manera tecnológicamente pertinente, con lo que se ofrecen más ejecuciones de la invención.

Según la invención, la capa filtrante constituida por un material al menos parcialmente permeable al gas comprende una pluralidad de segmentos que están ensamblados uno con otro de modo que la capa filtrante presente cantos opuestos de longitud diferente.

La capa filtrante consiste preferiblemente en un material resistente a altas temperaturas y estable frente a la corrosión, de modo que la capa filtrante pueda aguantar precisamente también las cargas térmicas y dinámicas presentes en el sistema de gas de escape de un vehículo automóvil. Se trata aquí preferiblemente de un material de acero que, por ejemplo, presenta altas proporciones de aluminio (por ejemplo, al menos 4,5% en peso), cromo (por ejemplo, alrededor de 19% en peso) y/o níquel, pero es posible también que el material comprenda una cerámica o un material semejante a cerámica. El propio material permeable al gas puede comprender los componentes de material consistentes en polvo, fibras y/o formas mixtas de éstos....

1. Capa filtrante (1) hecha de material al menos parcialmente permeable al gas, que comprende una pluralidad de segmentos (2) que están ensamblados uno con otro de modo que la capa filtrante (1) presente cantos opuestos (3) de diferente longitud (19), y que se caracteriza porque la capa filtrante (1) presenta en la zona de al menos un canto (3) un collar (5) impermeable al gas.

2. Capa filtrante (1) según la reivindicación 1, en la que al menos un segmento (2) presenta la forma de un trapecio.

3. Capa filtrante (1) según la reivindicación 1 ó 2, en la que los segmentos (2) forman una superficie filtrante (4) del mismo tamaño.

4. Capa filtrante (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la capa filtrante (1) tiene la forma de un segmento de corona circular.

5. Capa filtrante (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que al menos una parte de la pluralidad de segmentos (2) están unidos directamente uno con otro por mediación de un material.

6. Cuerpo de nido de abeja (6) que comprende al menos una capa filtrante (1) según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, al menos una lámina metálica (7) al menos parcialmente estructurada y una carcasa (8) de forma cónica, estando dispuestas la al menos una capa filtrante (1) y la al menos una lámina metálica (7) en la carcasa (8) de modo que se forma un gran número de canales (9) que presentan una respectiva sección transversal de canal variable (10).

7. Cuerpo de nido de abeja (6) según la reivindicación 6, en el que los canales (9) están cerrados al menos parcialmente en al menos un sitio (11).

8. Procedimiento para fabricar una capa filtrante (1) a partir de un material al menos parcialmente permeable al gas, que comprende al menos los pasos siguientes:

a) habilitar un velo (12) de fibras metálicas en forma de cinta;

b) separar el velo (12) de fibras en varios segmentos (2);

c) disponer los varios segmentos (2) de modo que se forme la capa filtrante (1) con cantos opuestos (3) de longitud diferente (19);

d) unir los varios segmentos (2);

caracterizado porque entre el paso a) y el paso b) se realiza todavía el paso ab), que comprende la instalación de un collar (5) impermeable al gas en la zona de al menos un canto (3) del velo (12) de fibras.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que el paso b) comprende una operación de corte del velo (12) de fibras de tal manera que se generen trazados de corte (14) oblicuos y especularmente simétricos con respecto a un eje central (13) del segmento (2).

10. Procedimiento según la reivindicación 8 ó 9, en el que el paso c) comprende un posicionamiento alternativo de los segmentos (2).

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que al menos uno de los pasos ab) y d) comprende una operación de soldadura por medio de soldadura autógena de costura con rodillo.

12. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, en el que se realiza además, como paso e), una mecanización final de los lados en la que al menos un lado (15) de la capa filtrante (1) recibe una forma prefijada.

13. Dispositivo (16) de depuración de gas de escape que comprende al menos:

- al menos una capa filtrante (1) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 o fabricada según un procedimiento conforme a las reivindicaciones 8 a 12, o

- al menos un cuerpo de nido de abeja (6) según cualquiera de las reivindicaciones 6 ó 7 para retener al menos temporalmente y convertir al menos parcialmente partículas de una corriente de gas de escape de un motor de combustión interna (17) de un vehículo automóvil (18).