Un conjunto de filtro cerámico integral (9) producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico (15) las superficies exteriores de una pluralidad de filtros de panal alargados (F1),

cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado, comprendiendo el conjunto de filtro cerámico una capa de alisado (16) en su superficie exterior (39c), en el que el conjunto posee una forma exterior en una sección transversal redondeada o sección transversal ovalada, la capa de sellado posee un espesor de 0,3 a 3 mm y una conductancia térmica que va de 0,1 a 10 W/mk, y dicha capa de sellado es más fina que la capa de alisado (16)

Filtro de panal y conjunto de filtro cerámico.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un filtro de panal y un conjunto de filtro cerámico, y más particularmente, a un filtro de panal formado por un conjunto de cuerpo cerámico sinterizado y un filtro cerámico integral producido al adherir una pluralidad de filtros de panal entre sí.

Antecedentes de la técnica

El número de automóviles ha aumentado drásticamente este siglo. Como resultado de ello, la cantidad de gases descargados por los motores de automóviles han aumentado proporcionalmente. Se emiten diversas sustancias suspendidas en los gases de escape, especialmente de los motores diésel, que provocan polución y afectan gravemente al entorno. Además, los resultados de investigaciones recientes han demostrado que las partículas finas suspendidas en las emisiones (partículas diésel) pueden provocar alergias o reducir el recuento de espermatozoides. Así, deben adoptarse acciones inmediatas para eliminar las partículas finas suspendidas en las emisiones de gas por el bien de la humanidad.

Debido a esta situación, en la técnica anterior se propusieron muchos aparatos para la purificación de los gases de escape. Un aparato típico para la purificación de los gases de escape incluye una carcasa, situada en un tubo de escape conectado al colector de escape de un motor, y un filtro, dispuesto en la carcasa y que posee poros finos. Además de un metal o de una aleación, el filtro puede estar compuesto de material cerámico.

Un filtro de panal de cordierita es un ejemplo conocido de un filtro cerámico. Los filtros frecuentes están formados a menudo a partir de un cuerpo de carburo de silicio poroso sinterizado que resulta ventajoso desde el punto de vista de la resistencia al calor y la resistencia mecánica, posee una elevada eficiencia acumuladora, es químicamente estable y presenta una pequeña pérdida de presión.

La pérdida de presión se refiere a la diferencia entre el valor de presión tomado corriente arriba del filtro y el valor de presión tomado corriente abajo del filtro. Una causa principal de la pérdida de potencia es la resistencia que se encuentran los gases de escape al pasar a través de un filtro.

El filtro de panal incluye una pluralidad de celdas que se extienden a lo largo de la dirección axial del filtro de panal. Cuando los gases de escape pasan a través del filtro, las paredes de las celdas atrapan partículas finas. De este modo se eliminan las partículas finas de los gases de escape.

Sin embargo, el filtro de panal, fabricado a partir de un cuerpo de carburo de silicio poroso sinterizado, es vulnerable a los impactos térmicos. Por lo tanto, los filtros de mayor tamaño tienen tendencia a agrietarse. En consecuencia, se ha propuesto recientemente una técnica para fabricar un conjunto de filtro cerámico de gran tamaño integrando una pluralidad de pequeños filtros para evitar la rotura que se derivan de las grietas.

Por ejemplo, el documento US-A-5 914 187 describe un conjunto de filtro cerámico integral en el que los filtros de panal alargados se mantienen adheridos juntos por una capa de sellado.

Además, el documento US-A-4 329 162 describe un conjunto de filtro cerámico para motores diésel con una sección transversal redondeada.

De modo similar, el documento JP-A-60 065 219 describe un conjunto de filtro con una sección transversal ovalada.

Ahora se describirá un método típico para fabricar un conjunto de filtro cerámico. Primero, se extrude una materia prima cerámica de forma continua desde un molde una extrusora para formar un producto moldeado cuadrado alargado en forma de panal. Tras cortar el filtro de panal en piezas de igual longitud, las piezas cortadas se sinterizan para formar un filtro. Posteriormente al proceso de sinterización, se agrupa una pluralidad de los filtros y se integran adhiriendo la superficie exterior de los filtros entre sí con una capa de sellado cerámico con un espesor de 4 a 5 mm. De este modo se completa el conjunto de filtro cerámico deseado.

Se envuelve un material aislante térmico similar a un fieltro, fabricado de fibra cerámica u otro material similar, alrededor de la superficie exterior del conjunto del filtro cerámico. En este estado, el conjunto se dispone en una carcasa, situada en un tubo de escape.

Sin embargo, en la técnica anterior, existe una deficiencia en el sentido de que las partículas finas atrapadas en el conjunto de filtro cerámico no se queman por completo y algunas de las partículas finas se quedan sin quemar. En consecuencia, la eficiencia del procesamiento de los gases de escape es baja.

Además, el filtro de panal de la técnica anterior posee esquinas. Por lo tanto, existe una tendencia a que la tensión se concentre en las esquinas de la superficie exterior y a que se desportillen las esquinas. Además, la capa de sellado puede agrietarse y romper el conjunto de filtro cerámico desde las esquinas dañando la totalidad del conjunto de filtro cerámico. Incluso, si el conjunto no se rompe, existe un inconveniente en el sentido en que dicha fuga de gases de escape puede reducir la eficiencia del procesamiento.

Durante el uso del conjunto de filtro, una elevada diferencia de temperatura entre los filtros de panal puede provocar tensión térmica que agriete los filtros de panal y rompa todo el conjunto. Por lo tanto, debe aumentarse la resistencia de cada filtro de panal para aumentar la resistencia del conjunto de filtro de panal.

El conjunto de filtro cerámico de la técnica anterior tiene una sección transversal rectangular. Por lo tanto, la periferia del conjunto se corta de modo que el conjunto tenga una sección transversal redondeada u ovalada.

Sin embargo, el filtro posee una pluralidad de celdas. Por lo tanto, si se corta la periferia del conjunto, las paredes de celdas están expuestas desde la superficie periférica posterior al corte. Esto forma elevaciones y depresiones en la superficie periférica. Por lo tanto, incluso si el conjunto se aloja en la carcasa con el material aislante térmico sujeto a la superficie periférica del conjunto, se forman huecos en la dirección longitudinal de los filtros. Por lo tanto, los gases de escape tienden a fugarse a través de los huecos. Esto reduce la eficiencia del procesamiento de los gases de escape.

En relación con partículas diésel atrapadas en el filtro de panal, se ha confirmado que las partículas con un diámetro pequeño poseen una elevada tasa de adherencia al pulmón y aumentan los riesgos para la salud. Por lo tanto, existe una gran necesidad de atrapar las partículas pequeñas.

Sin embargo, cuando el diámetro de poro y la porosidad del filtro de panal son pequeños, el filtro de panal se vuelve demasiado denso y obstaculiza el paso de los gases de escape, lo cual, a su vez, aumenta la pérdida de presión. Esto reduce el rendimiento de la conducción del vehículo, reduce la eficiencia del combustible y deteriora el rendimiento de la conducción.

Por otro lado, si aumentan el diámetro del poro y la tasa de porosidad, se solucionan dichos problemas. No obstante, el número de aperturas del filtro de panal es demasiado grande. Por lo tanto, no pueden atraparse las partículas finas. Esto disminuye la eficiencia de atrapamiento. Además, la resistencia mecánica del filtro de panal se vuelve baja.

Para conseguir el objetivo anterior, se proporciona un conjunto de filtro cerámico integral producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico las superficies exteriores de una pluralidad de filtros de panal alargados, cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado, comprendiendo el conjunto de filtro cerámico una capa de alisado en su superficie exterior, caracterizado por el hecho de que el conjunto posee una forma exterior en una sección transversal redondeada o sección transversal ovalada, la capa de sellado posee un espesor de 0,3 a 3 mm y una conductancia térmica que va de 0,1 a 10 W/mk, y la capa de sellado es más fina que la capa de alisado.

Preferiblemente, la capa de sellado consta de un 70% en peso o menos de fibra cerámica como un sólido.

Aún más preferiblemente, la capa de sellado se compone de fibras cerámicas que poseen unos tramos de fibra de 100 mm o menos.

Todavía más preferiblemente, la capa de sellado se compone como un sólido de un 3% en peso a un 80% en peso de partículas inorgánicas.

Típicamente, el conjunto es un filtro de partículas...

1. Un conjunto de filtro cerámico integral (9) producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico (15) las superficies exteriores de una pluralidad de filtros de panal alargados (F1), cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado, comprendiendo el conjunto de filtro cerámico una capa de alisado (16) en su superficie exterior (39c), en el que el conjunto posee una forma exterior en una sección transversal redondeada o sección transversal ovalada, la capa de sellado posee un espesor de 0,3 a 3 mm y una conductancia térmica que va de 0,1 a 10 W/mk, y dicha capa de sellado es más fina que la capa de alisado (16).

2. El conjunto de filtro cerámico según la 1ª reivindicación, en el que la capa de sellado consta de un 70% en peso o menos de fibra cerámica como un sólido.

3. El conjunto de filtro cerámico según la 1ª ó 2ª reivindicaciones, en el que la capa de sellado se compone de fibras cerámicas que poseen unos tramos de fibra de 100 mm o menos.

4. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 3ª, en el que la capa de sellado se compone como un sólido de un 3% en peso a un 80% en peso de partículas inorgánicas.

5. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 4ª, en el que el conjunto es un filtro de partículas diésel.

6. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 5ª, en el que la capa de sellado se compone de al menos fibras inorgánicas, un ligante inorgánico, un ligante orgánico y partículas inorgánicas, y se forma a partir de un material elástico obtenido al unir las fibras inorgánicas y las partículas inorgánicas, que se interrelacionan tridimensionalmente entre sí, con el ligante inorgánico y el ligante orgánico.

7. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 6ª, en el que la capa de sellado se forma a partir de un 10% en peso a un 70% en peso de fibra cerámica de sílice y alúmina, un 1% en peso a un 30% en peso de sílice sol, un 0,1% en peso a un 5,0% en peso de carboximetilcelulosa, y un 3% en peso a un 80% en peso de polvo de carburo de silicio.

8. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 7ª, en el que los filtros están dispuestos en un estado desplazado los unos de los otros en una dirección perpendicular a la dirección axial del filtro.

9. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 8ª, en el que el filtro posee una pluralidad de celdas, y cada celda posee una superficie exterior que lleva al menos un catalizador de oxidación seleccionado entre un elemento del grupo platino, otros elementos metálicos y óxidos de los mismos.

10. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 9ª, en el que el filtro posee una porosidad media que va de un 30% a un 70%.

11. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 10ª, en el que el filtro posee una conductancia térmica que va de 20 W/mK a 80 W/mK.

12. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 11ª, en el que la capa de sellado posee un espesor que va de 0,5 mm a 1,0 mm y una conductancia térmica que va de 0,3 W/mK a 10 W/mk.

13. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 12ª, en el que dicha capa de alisado (16) está formada a partir del mismo tipo de material que la capa de sellado (15).

14. Un aparato para la purificación de los gases de escape que posee el conjunto de filtro cerámico de cualquiera de las reivindicaciones 1ª a 13ª dispuesto en una carcasa que se coloca en un conducto de paso de los gases de escape de un motor de combustión interna.

15. El aparato para la purificación de los gases de escape según la 14ª reivindicación, en el que una porción intermedia de la carcasa posee un diámetro mayor que el del conducto de paso de los gases de escape.

16. El aparato para la purificación de los gases de escape según la 14ª ó 15ª reivindicación, en el que se dispone un material aislante térmico compuesto por un material similar a un fieltro que incluye fibras cerámicas entre la superficie exterior del conjunto de filtro cerámico y la superficie interior de la carcasa.