1. Estructura de nido de abeja cerámica que tiene una cara de entrada y una cara de salida,

que comprende una pluralidad de celdas de entrada y una pluralidad de celdas de salida que se extienden a través de la estructura desde la cara de entrada hasta la cara de salida, estando las celdas de entrada abiertas en la cara de entrada y cerradas donde están adyacentes a la cara de salida, y estando las celdas de salida abiertas en la cara de salida y cerradas donde están adyacentes a la cara de entrada, caracterizada porque:las celdas de entrada y de salida tienen una sección transversal cuadrangular y están dispuestas en un patrón alterno,las celdas de salida tienen un área de sección transversal generalmente inferior a la de las celdas de entrada y tienen un ángulo interior agudo.2. Estructura según la reivindicación primera caracterizada porque:las celdas de entrada y de salida tienen una sección transversal rómbica.3. Estructura según reivindicación primera, caracterizada porque las celdas de entrada y de salida están situadas en una disposición de tablero de ajedrez y las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están giradas unas respecto a otras.4. Estructura de nido de abeja cerámica según la reivindicación 3, en la que las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están giradas unas con respecto a otras un ángulo superior a 1 grado.5. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que ningún punto de una celda de entrada dada está más cerca de una celda de entrada adyacente que de una celda de salida adyacente.6. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la superficie de filtración por volumen de filtro está comprendida entre 0,8 y 1 mm{sup,2}/mm{sup,3}.7. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la razón de abertura es superior al 35%.8. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas de salida tienen un ángulo interior agudo ({al}) que oscila desde 50 hasta 85 grados.9. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas de entrada tienen un ángulo interior agudo ({be}) y las celdas de salida tienen un ángulo interior agudo ({al}), y ({be}) es superior a ({al}).10. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas rómbicas o cuadrangulares tienen una o más esquinas achaflanadas o redondeadas.11. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas adyacentes están separadas mediante paredes de división que tienen un espesor que oscila desde 100 hasta 500 micras.12. Estructura de nido de abeja cerámicasegún cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más minerales seleccionados del grupo que consiste en carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio, mullita, cordierita, circonia, titania, sílice, magnesia, alúmina, espinela, tialita, cianita, sillimanita, andalucita, silicato de litio y aluminio y titanato de aluminio.13. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un coeficiente de expansión térmica comprendido entre 0 y 9·10{sup,-6} K{sup,-1}.14. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas tienen una rugosidad de superficie Ra comprendida entre 1 y 100 micras.15. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una porosidad total comprendida entre el 20 y el 80%.16. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un diámetro de poro d{sub,50} comprendido entre 1 y 60 micras

Estructuras de nido de abeja cerámicas.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a estructuras de nido de abeja cerámicas que comprenden un patrón alterno de celdas de entrada y celdas de salida de forma definida, a un procedimiento para la preparación de estas estructuras y a su uso en filtros de partículas de gases de escape, tales como filtros diésel.

Antecedentes de la invención

Las estructuras de nido de abeja cerámicas se usan comúnmente en la técnica en la fabricación de filtros para medios líquidos y gaseosos, y en particular en la fabricación de filtros para la eliminación de partículas finas a partir de gases de escape; los filtros se colocan en los tubos de escape de motores diésel de vehículos, con el fin de eliminar el componente de hollín de los gases de escape. Estos filtros pueden ser monolitos o nidos de abeja cerámicos segmentados, que comprenden celdas o canales de dimensiones que oscilan comúnmente desde 500 hasta 2000 micras, con una porosidad de pared controlada. Las celdas están obstruidas de manera alterna en el lado de entrada y de salida, de modo que se fuerza el gas de escape a través de la pared cerámica porosa entre los canales y la filtración se produce cuando el gas atraviesa la pared.

Estructuras de nido de abeja adecuadas proporcionan un equilibrio de varias propiedades deseables, tales como eficacia de filtrado suficiente, es decir, el gas de escape que pasa por el filtro debe estar sustancialmente libre de partículas diésel; disminución de presión limitada, es decir, el filtro debe mostrar una capacidad suficiente para dejar que la corriente de gas de escape pase a través de sus paredes; y resistencia química suficiente frente a los compuestos presentes en el gas de escape de motores diésel a lo largo de un amplio intervalo de temperatura.

También resultan deseables un bajo coeficiente de expansión térmica y una alta resistencia al choque térmico, ya que pueden ayudar a que un filtro sobreviva a los varios ciclos de regeneración a los que se somete normalmente durante su vida útil, que suponen un rápido calentamiento hasta temperaturas sustancialmente superiores a la temperatura de funcionamiento normal. De hecho, durante las actividades de filtrado, los canales de entrada de las estructuras de nido de abeja se llenan progresivamente con hollín, reduciendo así las actividades de filtrado de las estructuras. Por tanto el filtro debe regenerarse periódicamente; la limpieza del filtro se realiza calentando el filtro hasta una temperatura suficiente para inflamar las partículas diésel recogidas a altas temperaturas (normalmente superiores a 1000ºC), provocando así la combustión del hollín. Si los filtros no tienen suficiente resistencia al choque térmico, las tensiones mecánicas y/o térmicas pueden provocar grietas en el material cerámico, dando como resultado una disminución o pérdida de la eficacia de filtrado y por consiguiente de la vida útil del filtro.

Con el fin de aumentar la vida útil y la eficacia de filtrado de los filtros de nido de abeja, se han realizado diversos intentos en la técnica por desarrollar materiales cerámicos con propiedades mejoradas, tales como minerales de carburo de silicio (SiC), mullita, tialita o sillimanita.

Se han dirigido esfuerzos adicionales a desarrollar diseños asimétricos de las celdas, en los que las celdas de entrada son mayores que las celdas de salida; en la técnica se han investigado dos maneras principales de crear asimetría. La primera solución comprende el uso de paredes curvadas de los canales, tal como se describe por ejemplo en la figura 6 del documento EP-A-1 676 622; en estos diseños, las celdas, que normalmente tienen secciones transversales cuadradas o rectangulares, pueden estar parcialmente deformadas para crear la asimetría. Tal como se muestra también en la figura 1, todos los lados de las celdas de entrada sobresalen hacia fuera (los canales de entrada están "inflados") mientras que los lados correspondientes de las celdas de salida sobresalen hacia dentro para dar un área de sección transversal reducida; el resultado es una ondulación de las paredes y un patrón que sobresale teniendo las celdas de entrada un área ligeramente superior a la de las celdas de salida. No obstante, este diseño requiere el uso de boquillas complejas y costosas en la fabricación del filtro; además, las muchas tensiones acumuladas en la estructura pueden conducir a problemas con el rendimiento de la cerámica. Un inconveniente adicional de esta solución es que los canales de entrada adyacentes están muy cerca unos de otros, reduciendo así la eficacia de filtración. Por tanto, estos diseños han demostrado tener inconvenientes cuando se usan para filtros de nido de abeja, en particular para filtros de monolito.

Una segunda manera de crear asimetría conocida en la técnica supone el uso de canales de entrada que tienen una sección transversal superior a la sección transversal de los canales de salida, tal como se muestra en la figura 2. Por ejemplo, el documento WO 03/020407 describe una estructura de nido de abeja en la que los canales de celdas tienen una sección transversal cuadrada, desigual. Este diseño tiene la desventaja de que la distancia que separa dos cuadrados de entrada adyacentes se vuelve más pequeña, creando así zonas de fragilidad para la estructura que pueden originar fracturas. Este inconveniente puede compensarse parcialmente creando chaflanes en el cuadrado, creando así celdas octagonales; no obstante, la superficie del chaflán conduce a una disminución de la eficacia de filtrado, ya que una parte significativa de las paredes de la celda de entrada está más cerca de una celda de entrada adyacente que de la celda de salida más próxima, lo que necesita una trayectoria de flujo más larga a través de la pared.

Por tanto, existe una necesidad en la técnica de una nueva estructura de nido de abeja cerámica que tenga un diseño asimétrico, que pueda proporcionar filtros de nido de abeja con una vida útil y una eficacia de filtrado aumentadas, al mismo tiempo que se evitan los problemas de los diseños asimétricos conocidos en la técnica.

Sumario de la invención

El solicitante ha encontrado inesperadamente que los problemas anteriores se solucionan mediante estructuras de nido de abeja cerámicas que tienen un patrón definido de celdas de entrada y de salida alternas, con formas de sección transversal definidas. Las estructuras de nido de abeja cerámicas de la invención tienen una cara de entrada y una cara de salida, que comprenden una pluralidad de celdas de entrada y una pluralidad de celdas de salida que se extienden a través de la estructura desde la cara de entrada hasta la cara de salida, estando las celdas de entrada abiertas en la cara de entrada y cerradas donde están adyacentes a la cara de salida, y estando las celdas de salida abiertas en la cara de salida y cerradas donde están adyacentes a la cara de entrada.

Según un primer aspecto, la presente invención se refiere a una estructura de nido de abeja cerámica en la que:

las celdas de entrada y de salida tienen una sección transversal rómbica y están dispuestas en un patrón alterno, y

las celdas de salida tienen un área de sección transversal generalmente inferior a la de las celdas de entrada y tienen un ángulo interior agudo.

Las celdas de salida pueden tener una sección transversal en forma de diamante, mientras que las celdas de entrada pueden tener una sección transversal en forma de diamante o de cuadrado. En la estructura de nido de abeja cerámica de esta realización, preferiblemente ningún punto de una celda de entrada dada está más cerca de una celda de entrada adyacente que de una celda de salida adyacente.

Según un segundo aspecto, la presente invención se refiere a una estructura de nido de abeja cerámica en la que:

las celdas de entrada y de salida están dispuestas en una disposición en tablero de ajedrez,

las celdas de entrada tienen una sección transversal cuadrangular; y

las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están giradas unas con respecto a otras.

Las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están desplazadas angularmente unas con respecto a otras un ángulo superior a 1 grado.

Las celdas de salida pueden tener un área de sección transversal generalmente inferior a la de las...

1. Estructura de nido de abeja cerámica que tiene una cara de entrada y una cara de salida, que comprende una pluralidad de celdas de entrada y una pluralidad de celdas de salida que se extienden a través de la estructura desde la cara de entrada hasta la cara de salida, estando las celdas de entrada abiertas en la cara de entrada y cerradas donde están adyacentes a la cara de salida, y estando las celdas de salida abiertas en la cara de salida y cerradas donde están adyacentes a la cara de entrada, caracterizada porque:

las celdas de entrada y de salida tienen una sección transversal cuadrangular y están dispuestas en un patrón alterno,

las celdas de salida tienen un área de sección transversal generalmente inferior a la de las celdas de entrada y tienen un ángulo interior agudo.

2. Estructura según la reivindicación primera caracterizada porque:

las celdas de entrada y de salida tienen una sección transversal rómbica.

3. Estructura según reivindicación primera, caracterizada porque las celdas de entrada y de salida están situadas en una disposición de tablero de ajedrez y las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están giradas unas respecto a otras.

4. Estructura de nido de abeja cerámica según la reivindicación 3, en la que las celdas de entrada adyacentes a lo largo de una diagonal dada de la disposición en tablero de ajedrez están giradas unas con respecto a otras un ángulo superior a 1 grado.

5. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en la que ningún punto de una celda de entrada dada está más cerca de una celda de entrada adyacente que de una celda de salida adyacente.

6. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la superficie de filtración por volumen de filtro está comprendida entre 0,8 y 1 mm²/mm³.

7. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la razón de abertura es superior al 35%.

8. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas de salida tienen un ángulo interior agudo (α) que oscila desde 50 hasta 85 grados.

9. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas de entrada tienen un ángulo interior agudo (β) y las celdas de salida tienen un ángulo interior agudo (α), y (β) es superior a (α).

10. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas rómbicas o cuadrangulares tienen una o más esquinas achaflanadas o redondeadas.

11. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas adyacentes están separadas mediante paredes de división que tienen un espesor que oscila desde 100 hasta 500 micras.

12. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más minerales seleccionados del grupo que consiste en carburo de silicio (SiC), nitruro de silicio, mullita, cordierita, circonia, titania, silice, magnesia, alúmina, espinela, tialita, cianita, sillimanita, andalucita, silicato de litio y aluminio y titanato de aluminio.

13. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un coeficiente de expansión térmica comprendido entre 0 y 9•10^-6 K^-11.

14. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que las celdas tienen una rugosidad de superficie Ra comprendida entre 1 y 100 micras.

15. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene una porosidad total comprendida entre el 20 y el 80%.

16. Estructura de nido de abeja cerámica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que tiene un diámetro de poro d₅₀ comprendido entre 1 y 60 micras.