Un filtro de tipo panal para purificar gases de escape (10), que tiene una estructura en la cual:

una pluralidad de miembros cerámicos porosos (20) columnares están combinados unos con otros a través de una capa adhesiva (14), cada uno de dichos miembros cerámicos porosos (20) columnares comprende un cierto número de orificios transversales (21) que están colocados en paralelo unos con otros en la dirección longitudinal de la pared (23) de partición interpuesta entre ellos de forma que dicha pared (23) de partición que separa dichos orificios transversales (21) actúa como un filtro para recoger partículas y se forma una capa (13) de material sellante como una parte periférica de dicho filtro (10) de tipo panal, en el cual el módulo de Young de dicha capa adhesiva se ajusta a un 60% o menos del módulo de Young de dicho miembro cerámico poroso, y la relación entre el coeficiente de expansión térmica alfaL de dicha capa adhesiva y el coeficiente de expansión térmica alfaF de dicho miembro cerámico poroso es como sigue: 0,01< |(alfa L-alfaF)|/alfaF< 1,0.

Filtro de tipo panal para purificar gases de escape.

Referencia cruzada a solicitud relacionada

Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la solicitud de patente japonesa nº 2002-28644, presentada el 5 de febrero de 2002.

Campo técnico

La presente invención se refiere a un filtro de tipo panal para purificar gases de escape, que es usado como un filtro para separar partículas y similares contenidas en gases de escape expulsados desde un motor de combustión interna como un motor Diesel.

Antecedentes de la técnica

En los últimos años, las partículas contenidas en gases de escape expulsados desde motores de combustión interna de vehículos, como autobuses y camiones y máquinas de construcción, han planteado graves problemas, ya que esas partículas son perjudiciales para el medio ambiente y el cuerpo humano.

Por esta razón, se han propuesto diversos filtros cerámicos que permiten que los gases de escape pasen a través de materiales cerámicos porosos para recoger las partículas en los gases de escape, con el fin de que los gases de escape puedan ser purificados.

Normalmente, el filtro cerámico de este tipo tiene una estructura en la que está dispuesto un cierto número de orificios transversales a un lado y otro en una dirección y para funcionar como filtros se dispone una pared de partición que separa los orificios transversales unos de otros.

Dicho de otro modo, cada uno de los orificios transversales formados en el filtro cerámico está sellado con un taponamiento en cualquiera de los extremos de su lado de entrada y lado de salida de los gases de escape, con el fin de que los gases de escape que han entrado en un orificio transversal sean expulsados desde otro orificio transversal siempre después de haber pasado a través de cada parte de la pared de partición que separa los orificios transversales; por tanto, cuando se hace que los gases de escape pasen a través de la pared de partición, las partículas son capturadas por la pared de partición de forma que los gases de escape son purificados.

A medida que este procedimiento de purificación para gases de escape progresa, las partículas se acumulan gradualmente en la pared de partición que separa los orificios transversales del filtro cerámico, para provocar el taponamiento y posterior interrupción de la permeabilidad de gases. Por esta razón, es necesario que el filtro cerámico anteriormente mencionado sea sometido regularmente a un procedimiento de reciclado, sometiendo a combustión y separando las partículas que provocan el taponamiento, usando medios calentadores como un calentador.

Sin embargo, en este procedimiento de reciclado, es difícil calentar uniformemente el filtro cerámico, por lo que se genera localmente calor debido a la combustión de las partículas, provocando una gran tensión térmica. Además de ello, incluso durante operaciones normales, se produce una distribución no uniforme de la temperatura en el interior del filtro cerámico debido a un impacto térmico o similar, derivado de un cambio brusco de temperatura en los gases de escape, que da lugar a una tensión térmica.

Consecuentemente, en el caso de que el filtro cerámico esté constituido por un único miembro cerámico, hay una tendencia a formar grietas que provocan un grave problema en la recogida de las partículas.

Además de ello, en un intento de producir un filtro cerámico de tamaño grande, como la contracción por el encendido resulta mayor tras el encendido, resulta difícil controlar la forma.

Por esta razón, se ha propuesto un filtro de tipo panal que tiene la siguiente estructura: un filtro cerámico se divide en una pluralidad de miembros cerámicos porosos, con un cierto número de orificios transversales formados en el mismo, y los miembros cerámicos porosos son combinados con unos con otros a través de capas adhesivas.

Con el filtro de tipo panal de esta clase, resulta posible reducir una tensión térmica que es ejercida sobre el filtro de tipo panal durante el procedimiento y las operaciones de reciclado, y también ajustar libremente su tamaño aumentando o reduciendo el número de los miembros cerámicos porosos.

En algunos casos, en un filtro de tipo panal convencional que tiene esta estructura, se ha considerado que es preferible ajustar el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de expansión térmica de la capa adhesiva al mismo nivel.

La razón de esto se explica como sigue: realmente, el filtro de tipo panal anteriormente mencionado es usado en un amplio intervalo de temperaturas, por ejemplo, de 10 a 800ºC, y cuando el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico porosos es diferente del coeficiente de expansión térmica de la capa adhesiva, hay una tendencia a la generación de grietas en el miembro cerámico porosos y la capa adhesiva debido a la diferencia en los coeficientes de estos miembros.

Sin embargo, en el caso de que el coeficiente de expansión térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de expansión térmica de la capa adhesiva sean completamente iguales uno a otro, este caso es igual que el caso que usa un único miembro cerámico. Por lo tanto, cuando las partículas son localmente sometidas a combustión en el filtro de tipo panal, es decir, cuando se produce un cambio local de temperaturas en el mismo, debido a: cantidades no uniforme de partículas acumuladas; cantidades no uniformes de catalizador en el caso de que se permita que el filtro de tipo panal actúe de soporte del catalizador; y falta de uniformidad del calor aplicado proporcionado por un calentador, los gases de escape y similares, se genera una gran tensión térmica entre la parte que tiene este cambio local de temperatura y las otras partes, con el resultado de que hay una tendencia a la generación de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.

Por otra parte, en relación con este problema, el documento JP Kokai 2001-190916 ha descrito un filtro de tipo panal en el que el módulo de Young de la capa adhesiva se ajusta a 20% o menos del módulo de Young del miembro cerámico poroso y un filtro de tipo panal en el que la resistencia del material de la capa adhesiva se hace inferior a la resistencia del material del miembro cerámico poroso. En este caso, en el filtro de tipo panal en el que el módulo de Young de la capa adhesiva se hace inferior al módulo de Young del miembro cerámico poroso, la capa adhesiva que tiene un módulo de Young comparativamente bajo tiende ser extendida más fácilmente que el miembro cerámico poroso tras la aplicación de la misma fuerza sobre la capa adhesiva y el miembro cerámico poroso, haciendo posible así atenuar la tensión térmica que debe ser impuesta sobre el miembro cerámico poroso.

Sin embargo, en el caso de que el filtro de tipo panal en el que la capa adhesiva es ajustada a 20% o menos del módulo de Young del miembro cerámico poroso y el filtro de tipo panal en el que la resistencia del material de la capa adhesiva se hace inferior a la resistencia del material del miembro cerámico poroso, los tipos de los materiales de la capa adhesiva y el miembro cerámico poroso que van a ser usados son limitados. Además de ello, incluso en el caso de los filtros de tipo panal anteriormente mencionados, cuando el coeficiente de la expansión térmica del miembro cerámico poroso y el coeficiente de la expansión térmica de la capa adhesiva eran equivalentes uno a otro, en el caso de la aparición de un cambio local de la temperatura, no fue posible atenuar suficientemente una gran tensión térmica, dando lugar al problema de la generación de grietas en el miembro cerámico poroso y la capa adhesiva.

El documento EP 8.816.065.A1 describe un segundo filtro de partículas de tipo panal segmentado fabricado mediante la cementación de elementos únicos de forma conjunta usando una capa de material adhesivo elástico. En una realización diferente, el filtro puede ser montado en el alojamiento usando una capa de material sellante externa. No se reivindica ningún módulo de Young y no se da explícitamente una relación entre los coeficientes de expansión térmica de los segmentos y la capa adhesiva.

El documento EP 1.142.619.A1 describe un filtro de partículas de tipo panal segmentado fabricado mediante la segmentación de elementos únicos de forma conjunta, usando una capa de material elástico adhesivo. En una realización diferente,... [Seguir leyendo]

1. Un filtro de tipo panal para purificar gases de escape (10), que tiene una estructura en la cual:

una pluralidad de miembros cerámicos porosos (20) columnares están combinados unos con otros a través de una capa adhesiva (14),

cada uno de dichos miembros cerámicos porosos (20) columnares comprende un cierto número de orificios transversales (21) que están colocados en paralelo unos con otros en la dirección longitudinal de la pared (23) de partición interpuesta entre ellos de forma que dicha pared (23) de partición que separa dichos orificios transversales (21) actúa como un filtro para recoger partículas y se forma una capa (13) de material sellante como una parte periférica de dicho filtro (10) de tipo panal, en el cual

el módulo de Young de dicha capa adhesiva se ajusta a un 60% o menos del módulo de Young de dicho miembro cerámico poroso, y

la relación entre el coeficiente de expansión térmica α_L de dicha capa adhesiva y el coeficiente de expansión térmica α_F de dicho miembro cerámico poroso es como sigue:

0,01 < |(α_L-α_F)|/α_F < 1,0.

2. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según la reivindicación 1, que comprende adicionalmente un catalizador soportado en el mismo.

3. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según la reivindicación 1 ó 2, en el que α_L está en el intervalo de 0,1 x 10^-6 a 10,0 x 10^-6 1/k.

4. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que |(α_L-α_F)|α_F tiene un valor límite inferior que sobrepasa 0,02 y un valor límite superior de menos de 0,5.

5. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicha capa adhesiva comprende al menos un componente seleccionado entre el grupo que consiste en un material espumante, una resina termoplástica, una resina termoestable y balones hechos de una sustancia inorgánica y una sustancia orgánica.

6. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha capa 13 de material sellante comprende al menos un tipo de partícula inorgánica incluida en dicha capa adhesiva (14).

7. El filtro de tipo panal para purificar gases de escape según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicha capa (13) de material sellante comprende al menos una partícula inorgánica de carburo o nitruro.