ES2277655T3 - Filtro en nido de abejas y conjunto de filtros ceramicos. - Google Patents

Filtro en nido de abejas y conjunto de filtros ceramicos. Download PDF

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Kazushige Ohno
Koji Shimato
Masahiro Tsuji
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Ibiden Co Ltd
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Abstract

Un conjunto de filtro cerámico integral (39) producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico (15) las superficies exteriores de una pluralidad de filtros (F1), cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado, caracterizado por el hecho de que: una capa de alisado cerámica (16) aplicada en la superficie exterior del conjunto, que tiene una sección transversal generalmente circular o una sección transversal generalmente ovalada.

Description

Filtro en nido de abejas y conjunto de filtros cerámicos.
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 aguas arriba del filtro y el valor de presión tomado aguas 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 resultado de las grietas (véase por ejemplo el documento US-A-59 14187).
A continuación 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, la fuerza de cada filtro de panal debe aumentarse para aumentar la fuerza 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.
Es un primer objeto proporcionar un conjunto de filtro cerámico con una eficiencia de procesamiento de los gases de escape mejorada.
Es un segundo objeto de la presente invención proporcionar un conjunto de filtro cerámico con una fuerza superior.
Es un tercer objeto de la presente invención proporcionar un conjunto de filtro cerámico que evita la fuga de fluido desde la superficie periférica.
Es un cuarto objeto de la presente invención proporcionar un filtro de panal con una pequeña pérdida de presión y una resistencia mecánica superior.
Resumen de la invención
Una perspectiva de la presente invención es un conjunto de filtro cerámico integral producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico las superficies exteriores de una pluralidad de filtros, cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado. El conjunto de filtro cerámico incluye una capa de alisado aplicada en la superficie exterior del conjunto, que tiene una sección transversal generalmente circular o una sección transversal generalmente ovalada.
Breve descripción de los dibujos
La Fig. 1 es una vista esquemática en la que se muestra un aparato para la purificación de los gases de escape, de acuerdo con la presente invención.
La Fig. 2 es una vista en perspectiva en la que se muestra un conjunto de filtro cerámico del aparato para la purificación de los gases de escape de la Fig. 1
La Fig. 3 es una vista en perspectiva en la que se muestra un filtro de panal del conjunto de filtro cerámico de la Fig. 2.
La Fig. 4 es una vista transversal ampliada en la que se muestra la porción principal del aparato de purificación de gases de escape de la Fig. 1.
La Fig. 5 es una vista transversal ampliada en la que se muestra la porción principal de un conjunto de filtro cerámico de la Fig. 2.
La Fig. 6 es una vista transversal ampliada en la que se muestra la porción principal de un conjunto de filtro cerámico de un primer ejemplo modificado.
La Fig. 7 es una vista lateral en la que se muestra un conjunto de filtro cerámico según una realización de la presente invención.
Las Figs. 8(a) a 8(c) son vistas en perspectiva esquemáticas en las que se ilustra un proceso de fabricación del conjunto de filtro cerámico de la Fig. 7.
La Fig. 9 es una vista lateral en la que se muestra un conjunto de filtro cerámico según un ejemplo modificado.
Mejor modo de llevar a cabo la invención
A continuación se describe un aparato de purificación de los gases de escape de un motor diésel 1 según la presente invención en relación con las Fig. 1 a 5.
En relación con la Fig. 1, el aparato de purificación de los gases de escape 1 es un aparato para purificar los gases de escape emitidos por un motor diésel 2, que sirve a un motor de combustión interna. El motor diésel 2 posee una pluralidad de cilindros (no mostrados). Cada cilindro está conectado a una ramificación 4 de un colector de escape 3, que está fabricado a partir de un material metálico. Cada ramificación 4 está conectada a un solo cuerpo de colector 5. En consecuencia, los gases de escape emitidos por cada cilindro se concentran en un punto.
Un primer tubo de escape 6 y un segundo tubo de escape 7, que están fabricados de un material metálico, están dispuestos aguas abajo del colector de escape 3. El extremo aguas arriba del primer tubo de escape 6 está conectado al cuerpo del colector 5. Una carcasa tubular 8 fabricada de un material metálico está dispuesta entre el primer tubo de escape 6 y el segundo tubo de escape 7. El extremo aguas arriba de la carcasa 8 se conecta al extremo aguas abajo del primer tubo de escape 6, y el extremo aguas abajo de la carcasa 8 se conecta al extremo aguas arriba del segundo tubo de escape 7. Con esta estructura, puede considerarse que la carcasa 8 está dispuesta en los tubos de escape 6, 7. El primer tubo de escape 6, la carcasa 8, y el segundo tubo de escape 7 se comunican entre sí de modo que los gases de escape fluyen a través de ellos.
Como se muestra en la Fig. 1, la porción intermedia de la carcasa posee un diámetro superior que el de los tubos de escape 6, 7. En consecuencia, el interior de la carcasa 8 es mayor que el de los tubos de escape 6, 7. Un conjunto de filtro cerámico 9 se aloja en la carcasa 8.
Entre la superficie exterior del conjunto 9 y la superficie interior de la carcasa 8 hay dispuesto un material aislante térmico 10. El material aislante térmico 10 es un material similar a un fieltro que incluye fibras cerámicas y que posee un espesor de diversos milímetros a diversas decenas de milímetros. Es preferible que el material aislante térmico 10 sea térmicamente expansivo. Térmicamente expansivo se refiere a la liberación de tensión térmica a través de una estructura elástica. Esto es para minimizar la pérdida energética durante la reproducción evitando la liberación de calor de la porción más exterior del conjunto 9. Además, la expansión de fibras cerámicas usando el calor producido durante la reproducción evita el desplazamiento del conjunto de filtro cerámico 9, que sería resultado de la presión de los gases de escape o de las vibraciones producidas por el vehículo en movimiento.
El conjunto de filtro cerámico 9 elimina las partículas diésel, por lo que normalmente se hace referencia a él como filtro de partículas diésel (DPF). Como se muestra en la Fig. 2 y la Fig. 4, el conjunto 9 se forma agrupando e integrando una pluralidad de filtros F. Los filtros cuadrados alargados F1 están dispuestos en la porción central del conjunto 9, y la dimensión exterior del filtro cuadrado alargado F1 es 33 mm x 33 mm x 167 mm (véase la Fig. 3). Los filtros F1 que poseen formas diferentes de los filtros cuadrados alargados F1 están dispuestos alrededor de los filtros cuadrados alargados F1. Esto forma el cuerpo de filtro cerámico 9, que en su conjunto es cilíndrico (siendo el diámetro de alrededor de 135 mm).
Estos filtros F1 están fabricados de carburo de silicio poroso sinterizado, que es un tipo de material cerámico sinterizado. El motivo para emplear carburo de silicio poroso sinterizado es debido a que resulta ventajoso especialmente en el sentido en que posee una resistencia al calor y una conductancia térmica superior. Además de carburo de silicio poroso sinterizado, el material sinterizado puede ser nitruro de silicio, sialón, alúmina, cordierita, o mullita.
Como se muestra en la Fig. 3 y los dibujos restantes, los filtros F1 poseen una estructura de panal. El motivo para emplear la estructura de panal es que la pérdida de presión es pequeña cuando aumenta la cantidad atrapada de partículas finas. Cada filtro F1 posee una pluralidad de orificios de paso 12, que generalmente tienen secciones transversales cuadradas y están dispuestos normalmente extendiéndose en dirección axial. Los orificios de paso 12 se separan entre sí por finas paredes celulares 13. La superficie exterior de la pared de la celda 13 transporta un catalizador de óxido formado a partir de un elemento del grupo platino (tal como Pt) u otros elementos metálicos y ahí se oxida. La apertura de cada orificio de paso 12 en una de las superficies finales 9a, 9b se sella con un cuerpo de sellado 14 (cuerpo de carburo de sílice poroso sinterizado). En consecuencia, las superficies finales 9a, 9b tienen la apariencia de un tablero de ajedrez. De este modo, los filtros F1 poseen una pluralidad de celdas con secciones transversales cuadradas. La densidad de las celdas es de alrededor de 200/pulgadas, el espesor de la pared de celdas 13 es de alrededor de 0,3 mm, y la distancia entre celdas es de alrededor de 1,8 mm. Entre la pluralidad de celdas, alrededor de la mitad están abiertas en la superficie del extremo aguas arriba 9a, y el resto están abiertas en la superficie del extremo aguas abajo 9b.
El diámetro medio del poro del filtro F1 es de alrededor de 1 \mum - 50 \mum, y más especialmente, 5 \mum - 20 \mum. Si el diámetro medio del poro es inferior a 1 pm, las partículas finas depositadas tienden a atascar el filtro F1. Si el diámetro medio del poro es superior a 50 \mum, las partículas finas no serían atrapadas y disminuiría la eficiencia de atrapamiento.
Es preferible que el índice de porosidad sea de 30% a 70%, y más especialmente, del 40% al 60%. Si el índice de porosidad es inferior al 30%, el filtro F1 será demasiado fino y dificultará la circulación de los gases de escape a través de él. Si el índice de porosidad es superior al 70%, la cantidad de huecos en los filtros F1 sería demasiado grande. De este modo desciende la fuerza de los filtros f1 y se reduce la eficiencia de atrapamiento de las partículas finas.
Al seleccionar el carburo de silicio poroso sinterizado, se prefiere que la conductancia térmica del filtro F1 sea 20 W/mK a 80 W/mK, y más especialmente de 30 W/mK a 70 W/mK.
En relación con las Fig. 4 y 5, las superficies exteriores de un total de 16 filtros F se adhieren entre sí mediante una capa de sellado cerámico 15.
A continuación se describe con detalle la capa de sellado cerámico 15.
Es preferible que la conductancia térmica de la capa de sellado 15 sea de 0,1 W/mK - 10 W/mK, y más especialmente de 0,2 W/mK - 2W/mK.
Si la conductancia térmica es inferior a 0,1 W/mK, la conductancia térmica de la capa de sellado 15 no puede mejorarse lo suficiente. De ese modo, la capa de sellado 15 continúa siendo una gran resistencia y dificulta la conducción térmica entre los filtros F1. Por otro lado, si la conductancia térmica es superior a 10 W/mK, propiedades tales como la adhesión y la resistencia térmica pueden degradarse y hacer que la fabricación resulte difícil.
Es necesario que el espesor t1 de la capa de sellado 15 sea 0,3 - 3 mm. Además, es preferible que el espesor sea 0,5 mm - 2 mm.
Si el espesor t1 sobrepasa 3 mm, la capa de sellado 15 continúa siendo una gran capa de sellado 15 incluso aunque la conductancia térmica sea elevada y se dificulta la conductancia térmica entre los filtros F1. Además, la relación del conjunto 9 ocupada por los filtros F1 disminuiría relativamente y reduciría la capacidad de filtración. Por otro lado, si el espesor t1 de la capa de sellado 15 es inferior a 0,3 mm, la capa de sellado 15 no sería de una gran resistencia. Sin embargo, la fuerza que adhiere a los filtros F1 entre sí puede resultar demasiado baja y hacer que el conjunto 9 sea vulnerable a la rotura.
La capa de sellado 15 está formada al menos por una fibra inorgánica, un aglomerante inorgánico, un aglomerante orgánico y partículas inorgánicas. Además, es preferible que la capa de sellado 15 sea un material elástico formado al unir fibras inorgánicas y partículas inorgánicas, que se interseccionen tridimensionalmente entre sí, con un aglomerante inorgánico y un aglomerante orgánico.
Al menos un tipo de fibra cerámica seleccionada de fibra de sílice y alúmina, fibra de mullita, fibra de alúmina y fibra de sílice se seleccionan como la fibra inorgánica incluida en la capa de sellado 15. Entre dichas fibras, es más preferible seleccionar la fibra cerámica de sílice y alúmina. La fibra cerámica de sílice y alúmina posee una elasticidad superior y sirve para absorber la tensión térmica.
En este caso, el contenido de la fibra cerámica de sílice y alúmina en la capa de sellado 15 es 10% en peso - 70% en peso, preferiblemente 10% en peso - 40% en peso, y más preferiblemente 20% en peso - 30% en peso. Si el contenido es inferior a 10% en peso, la conductividad térmica disminuye y la elasticidad se reduce. Si el contenido sobrepasa el 70%, la conductividad térmica y la elasticidad disminuyen.
El contenido del disparo de la fibra cerámica de sílice y alúmina es 1% en peso -10% en peso, preferiblemente 1% en peso - 5% en peso, y más preferiblemente 1% en peso - 3% en peso. Si el contenido del disparo es inferior a 1% en peso, la fabricación será dificultosa, y si el contenido del disparo es del 50% en peso, la superficie exterior del filtro F1 puede resultar dañada.
La longitud de la fibra cerámica de sílice y alúmina es 1 mm - 100 mm, preferiblemente 1 mm - 50 mm, y más preferiblemente 1 mm - 20 mm. Si la longitud de la fibra es de 1 mm o menos, se da el inconveniente de que no puede formarse una estructura elástica. Si la longitud de la fibra es superior a 100 mm, se da el inconveniente de que la fibra puede producir bolas de fibras y reducir la dispersión de partículas finas inorgánicas. Además, si la longitud de la fibra es superior a 100 mm, será difícil hacer que la capa de sellado sea más delgada de 3 mm y mejorar la conductancia térmica entre los filtros F1.
Es preferible que el ligante inorgánico incluido en la capa de sellado 15 sea un sol coloidal seleccionado de al menos un sílice sol y alúmina sol. Es especialmente preferible que se seleccione sílice sol. Esto se debe a que el sílice sol resulta óptimo para su uso como agente adhesivo bajo temperaturas elevadas puesto que puede obtenerse fácilmente y sinterizarse fácilmente en SiO_{2}. Además, el sílice sol posee una característica aislante superior.
En este caso, el contenido de sílice sol en la capa de sellado 15 como un sólido es 1% en peso - 30% en peso, preferiblemente 1% en peso - 15% en peso, y más preferiblemente 5% en peso - 9% en peso. Si el contenido es inferior a un 1% en peso, disminuye la fuerza de adhesión. Por otro lado, si el contenido es superior 30% en peso, la conductividad térmica disminuirá.
Se prefiere que el ligante orgánico incluido en la capa de sellado 15 sea un alto polímero orgánico hidrofílico y también es preferible que el ligante orgánico sea un polisacárido seleccionado de al menos un alcohol polivinílico, metilcelulosa, etilcelulosa y carboximetilcelulosa. Se prefiere especialmente que se seleccione carboximetilcelulosa. Esto se debe a que la capa de sellado 15 posee una fluidez óptima debido a la carboximetilcelulosa y por lo que posee una adhesión superior bajo temperaturas normales.
En este caso, el contenido de carboximetilcelulosa como un sólido es 0,1% en peso - 5,0% en peso, preferiblemente 0,2% en peso - 1,0% en peso, y más preferiblemente 0,4% en peso - 0,6% en peso. Si el contenido es inferior al 0,1% en peso, se dificulta la inhibición suficiente de la migración. La migración se refiere a un fenómeno en el que el ligante de la capa de sellado 15 se mueve a medida que se extrae el solvente al secarse cuando se endurece la capa de sellado 15 cargada entre los cuerpos sellados. Si el contenido es superior 5,0% en peso, la temperatura elevada quema y elimina el ligante orgánico y disminuye la resistencia de la capa de sellado 15.
Es preferible que las partículas inorgánicas incluidas en la capa de sellado 15 sean un polvo inorgánico o un material elástico que emplee un whisker seleccionado de al menos un carburo de silicio, nitruro de silicio y nitruro de boro. Dichos carburos y nitruros poseen una conductividad térmica extremadamente elevada y, cuando se incluyen en la superficie de una fibra cerámica o en la superficie del interior de un sol coloidal, contribuye a aumentar la conductividad térmica.
Entre los carburos y nitruros mencionados, se prefiere especialmente que se seleccione polvo de carburo de silicio. Esto se debe a que la conductividad térmica del carburo de silicio es extremadamente elevada y se adapta fácilmente a la fibra cerámica. Además, en la primera realización, el filtro F1, que es el cuerpo sellado, está fabricado de carburo de silicio poroso sinterizado. De este modo, se prefiere que se seleccione el mismo tipo de polvo de carburo de silicio.
En este caso, es preferible que el contenido de polvo de carburo de silicio como un sólido sea 3% en peso - 80% en peso, preferiblemente 10% en peso
- 60% en peso, y más particularmente, 20% en peso - 40% en peso. Si el contenido es 3% en peso o menos, la conductividad térmica de la capa de sellado 15 disminuye lo que tiene como resultado que la capa de sellado 15 tenga una mayor resistencia térmica. Si el contenido es superior al 80% en peso, disminuye la fuerza de adhesión cuando la temperatura es elevada.
El diámetro del grano es 0,01 \mum - 100 \mum, preferiblemente 0,1 \mum -15 \mum, y más preferiblemente 0,1 pm - 10 \mum. Si el diámetro del grano es superior a 100 \mum, la adhesión y la conductividad térmica disminuye. Si el diámetro del grano es inferior a 0,01 \mum, aumenta el coste del material de sellado 15.
A continuación se describirá el procedimiento para fabricar el conjunto de filtro cerámico 9.
En primer lugar, se preparan un lodo de materia prima cerámica usado durante un proceso de extrusión, una pasta de sellado usada durante un proceso de sellado de la superficie final, y una pasta formadora de capa de sellado usada durante un proceso de adhesión del filtro.
El lodo de materia prima cerámica se prepara combinando y amasando cantidades predeterminadas de un ligante orgánico y agua con partículas de carburo de silicio. La pasta de sellado se prepara combinando y amasando un ligante orgánico, un agente lubricante, un agente plástico, y agua con polvo de carburo de silicio. La pasta formadora de la capa de sellado se prepara combinando y amasando cantidades predeterminadas de una fibra inorgánica, un ligante inorgánico, un ligante orgánico, partículas inorgánicas y agua.
A continuación, el lodo de materia prima cerámica se introduce en una extrusora y se extrude a partir de un molde. Posteriormente, el producto moldeado en panal extruido se corta en longitudes equivalentes para obtener piezas de producto moldeado en panal cuadradas y alargadas. Además, se carga una cantidad predeterminada de pasta de sellado en una de las aperturas de cada celda de las piezas cortadas, de modo que se sellan las superficies de ambos extremos de cada pieza cortada.
A continuación, se realiza la sinterización principal fijando condiciones predeterminadas, tales como la temperatura y el tiempo, para sinterizar por completo las piezas moldeadas en panal y los cuerpos de sellado 14. Todos los filtros F1 de carburo de silicio poroso sinterizado obtenidos de esta forma tienen aún la forma de poste cuadrado.
La temperatura de sinterización se fija de 2.100°C a 2.300°C en la presente realización para obtener un diámetro medio del poro de 6 \mum - 15 \mum y una porosidad del 35% al 50%. Además, se fija el tiempo de sinterización de 0,1 horas a 5 horas. Además, el interior de un horno posee una atmósfera inerte durante la sinterización y la presión en dicha atmósfera es la presión normal.
A continuación, tras formar una capa cerámica estratificada en la superficie exterior de los filtros F1 según sea necesario, se aplica la pasta formadora de la capa de sellado. Las superficies exteriores de dieciséis de dichos filtros F1 se adhieren entre sí y de este modo se integran.
En el siguiente proceso de corte de la forma externa, el conjunto 9, que se ha obtenido a través del proceso de adherencia del filtro y que posee una sección transversal cuadrada, se conecta para formar la forma exterior del conjunto 9 eliminando las secciones innecesarias de la porción periférica del conjunto 9 y formando el conjunto de filtro cerámico 9, cuya sección transversal es redondeada.
A continuación se describirá brevemente el atrapamiento de las partículas finas realizado por el conjunto de filtro cerámico 9.
Se alimentan gases de escape al conjunto de filtro cerámico 9 alojado en la carcasa 9a. Los gases de escape suministrados a través del primer tubo de escape 6 entran primero en las celdas que están abiertas en la superficie final aguas arriba 9a. A continuación los gases de escape pasan a través de la pared de celdas 13 y entran en las celdas adyacentes, o en las celdas abiertas en la superficie final aguas abajo 9b. Desde las aperturas de dichas celdas, los gases de escape fluyen por las superficies finales aguas abajo 9b de los filtros F1. Sin embargo, las partículas finas incluidas en los gases de escape no pasan a través de las paredes de las celdas 13 y quedan atrapadas en las paredes de las celdas 13. Como resultado de ello, los gases purificados se descargan por la superficie final aguas abajo 9b de los filtros F1. A continuación los gases de escape purificados pasan a través del segundo tubo de escape 7 para ser finalmente descargados en la atmósfera. Las partículas finas atrapadas se encienden y se queman por el efecto catalítico que se produce cuando la temperatura interna del conjunto 9 alcanza una temperatura predeterminada.
Ejemplo 1-1
(1) Se mezcló humedecido 51,5% en peso de un polvo de carburo de silicio con un diámetro de grano medio de 10 \mum y 22% en peso de polvo de carburo de \alpha-silicio con un diámetro de grano medio de 0,5 \mum. Entonces, se añadieron a la mezcla obtenida y se amasaron el 6,5% en peso del ligante orgánico (metilcelulosa) y el 20% en peso de agua. A continuación, se añadió una pequeña cantidad del agente plástico y el agente lubricante a la mezcla amasada, se volvió a amasar y extrudir para obtener el producto moldeado en panal. Más específicamente, el polvo de carburo de \alpha-silicio con un diámetro de partícula medio de alrededor de 10 \mum fue producido por Yakus hima Denkou Kabushiki Kaisha, con el nombre de producto C-1000F, y el polvo de carburo de \alpha-silicio con un diámetro de partícula medio de alrededor de 0,5 \mum fue producido por Yakushima Denkou Kabushiki Kaisha con el nombre de producto GC-15.
(2) A continuación, tras secar el producto moldeado con un secador de microondas, los orificios de paso 12 del producto moldeado se sellaron con la pasta de sellado fabricada de carburo de silicio poroso sinterizado. Después de eso, la pasta de sellado se volvió a secar con el secador. Tras el proceso de sellado de la superficie final se desgrasó del cuerpo seco a 400ºC y a continuación se sinterizó durante alrededor de tres horas a 2.200°C en una atmósfera de argón a presión normal. De este modo se obtuvieron los filtros de panal de carburo de silicio poroso F1.
(3) Se mezcló y amasó el 23,3% en peso de una fibra cerámica (fibra cerámica de silicato de alúmina, contenido del disparo 3%, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 30,2% en peso de carburo de silicio con un diámetro medio del grano de 0,3 \mum, 7% en peso de sílice sol (siendo la cantidad convertida de SiO_{2} de sol del 30%) que sirvió como ligante inorgánico, 0,5% en peso de carboximetilcelulosa que sirvió como ligante orgánico y 39% en peso de agua. El material amasado se ajustó hasta una viscosidad apropiada para preparar la pasta usada para formar la capa de sellado 15.
(4) A continuación, se aplicó uniformemente la pasta formadora de capa de sellado en la superficie exterior de los filtros F1. Además, en un estado en el que las superficies exteriores de los filtros F1 se adhirieron entre sí, los filtros F1 se secaron y endurecieron bajo la condición de 50°C a 100°C durante 1 hora. Como resultado de ello, la capa de sellado 15 adhirió los filtros F1 entre sí. El espesor t1 de la capa de sellado 15 se ajustó a 0,5 mm. La conductividad térmica de la capa de sellado 15 era de 0,3 W/mK.
(5) A continuación, se cortó la porción periférica para darle forma y completar el conjunto de filtro cerámico 9, cuya sección transversal era redondeada.
A continuación, se enrolla el material aislante térmico 10 alrededor del conjunto 9 obtenido de la forma descrita. En este estado, el conjunto 9 se aloja en la carcasa 8 y se le alimentan gases de escape. Transcurrido un tiempo predeterminado, el conjunto 9 se extrae y se corta en una pluralidad de ubicaciones. Se observaron las superficies cortadas a simple vista.
En consecuencia, no se confirmó la presencia de residuos de las partículas finas en la porción periférica del conjunto 9 (especialmente, la porción periférica próxima a la superficie final aguas abajo) donde las partículas sin quemar tienen tendencia a permanecer. Por supuesto, las partículas finas se quemaron por completo en otras porciones. Se considera que dichos resultados se obtienen debido a que el uso de la capa de sellado 15 evita que disminuya la conductancia térmica entre los filtros F1 y la temperatura aumente lo suficiente en la porción periférica del conjunto 9. En consecuencia, en el ejemplo 1-1, resulta aparente que los gases de escape se procesaron de forma eficiente.
Ejemplos 1-2, 1-3
En el ejemplo 1-2, el conjunto de filtro cerámico 9 se preparó ajustando el espesor t1 de la capa de sellado 15 a 1,0 mm. Las condiciones restantes se fijaron según el ejemplo 1-1. En el ejemplo 3, el conjunto de filtro cerámico 9 se formó ajustando el espesor t1 de la capa de sellado 15 a 2,5 mm. Las condiciones restantes se fijaron según el ejemplo 1-1.
A continuación, se usaron los dos tipos de conjuntos 9 obtenidos durante un periodo de tiempo determinado, y se observaron las superficies cortadas a simple vista. Se obtuvieron los mismos resultados deseables que en el ejemplo 1-1. Por lo tanto, resulta aparente que los gases de escape se procesaron eficientemente en los ejemplos 1-2 y 1-3.
Ejemplo 1-4
En el ejemplo 1-4, la pasta formadora de la capa de sellado empleada se preparó mezclando y amasando 25% en peso de una fibra cerámica (fibra de mullita, relación del contenido del disparo 5% en peso, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 30% en peso de polvo de nitruro de silicio con un diámetro medio de grano de 1,0 \mum, 7% en peso de sol alúmina (siendo la cantidad de conversión de alúmina sol del 20%) sirviendo como ligante inorgánico, 0,5% en peso de alcohol polivinílico que sirvió como ligante orgánico, y 37,5% en peso de alcohol. Las demás porciones se formaron según el ejemplo 1-1 para completar el conjunto de filtro cerámico 9. El espesor t1 de la capa de sellado 15 se ajustó a 1,0 mm. La conductividad térmica de la capa de sellado 15 fue 0,2 W/mK.
A continuación, se usó el conjunto 9 obtenido durante un periodo de tiempo determinado, y se observaron las superficies cortadas a simple vista. Se obtuvieron los mismos resultados deseables que en el ejemplo 1. Por lo tanto, resulta aparente que los gases de escape se procesaron eficientemente en el ejemplo 4.
Ejemplo 1-5
En el ejemplo 1-5, la pasta formadora de la capa de sellado empleada se preparó mezclando y amasando 23% en peso de una fibra cerámica (fibra de alúmina, relación del contenido del disparo 4% en peso, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 35% en peso de polvo de nitruro de boro con un diámetro medio del grano de 1 pm, 8% en peso de alúmina sol (siendo la cantidad de conversión de alúmina sol del 20%) sirviendo como ligante inorgánico, 0,5% en peso de etilcelulosa que sirvió como ligante orgánico y 35,5% en peso de acetona. Las demás porciones se formaron según el ejemplo 1 para completar el conjunto de filtro cerámico 9. El espesor t1 de la capa de sellado 15 se ajustó a 1,0 mm. La conductividad térmica de la capa de sellado 15 fue 2 W/mK.
A continuación, se usó el conjunto 9 obtenido durante un periodo de tiempo determinado, y se observaron las superficies cortadas a simple vista. Se obtuvieron los mismos resultados deseables que en el ejemplo 1. Por lo tanto, resulta aparente que los gases de escape se procesaron eficientemente en el ejemplo 5.
El conjunto de filtro cerámico 9 de la primera realización posee las siguientes ventajas:
(1) En cada ejemplo, el espesor t1 de la capa de sellado 15 se determina en el intervalo preferible de 0,3 mm - 3 mm, y la conductividad térmica de la capa de sellado 15 se determina en el intervalo preferible de 0,1 W/mK - 10 W/mK. De este modo se mejora la conductividad térmica de la capa de sellado y se evita que disminuya la conductividad térmica entre los filtros F1. En consecuencia, el calor se conduce rápida y uniformemente a todo el conjunto 9. De este modo se evita que se produzca una diferencia de temperatura en el conjunto 9. En consecuencia, la uniformidad térmica del conjunto 9 aumenta y se evita que se produzcan partículas sin quemar localmente. El aparato de purificación de los gases de escape 1, que usa el conjunto 9, posee una eficiencia superior de procesamiento de los gases de escape.
Además, si el espesor t1 y la conductividad térmica se encuentran dentro del intervalo descrito, las propiedades básicas, tales como la adhesividad y la resistencia térmica, permanecen igual. De esta forma se evita que la fabricación de la capa de sellado 15 sea difícil. Además, puesto que la capa de sellado 15 sirve para adherir los filtros F1 entre sí, se evita la rotura del conjunto 9. Es decir, el conjunto 9 es relativamente fácil de fabricar y posee una durabilidad superior.
(2) La capa de sellado 15 de cada ejemplo contiene como un sólido 10% en peso - 70% en peso de fibras cerámicas. Esto permite que la capa de sellado 15 tenga una elevada conductividad térmica y elasticidad. Por lo tanto, la conductividad térmica entre los filtros F1 se mejora, y la conductividad térmica del conjunto 9 también aumenta.
(3) La capa de sellado 15 de cada ejemplo contiene fibras cerámicas, cuyas longitudes son 100 mm o menos. En consecuencia, el espesor t1 de la capa de sellado 15 puede ajustarse en 3 mm o menos sin que se produzcan más dificultades. De este modo se aumenta la conductividad térmica entre los filtros F1, contribuyendo así a la uniformidad térmica del conjunto 9.
(4) La capa de sellado 15 de cada ejemplo contiene como un sólido 3% en peso - 80% en peso de partículas inorgánicas. Por lo tanto, la capa de sellado 15 posee una elevada conductividad térmica. De este modo se aumenta la conductividad térmica entre los filtros F1, contribuyendo a la uniformidad térmica del conjunto 9.
(5) La capa de sellado 15 en los ejemplos anteriores están formadas por al menos una fibra inorgánica, un ligante inorgánico, un ligante orgánico, y partículas inorgánicas. Además, la capa de sellado 15 está fabricada de un material elástico formado al unir interseccionando de forma tridimensional las fibras inorgánicas con las partículas inorgánicas con un ligante inorgánico y un ligante orgánico.
Este material tiene las ventajas que se describen a continuación. Se obtiene una fuerza de adhesión suficiente en un intervalo de baja temperatura y en un intervalo de alta temperatura. Además, el material es elástico. Por lo tanto, cuando se aplica tensión térmica al conjunto 9, se garantiza la liberación de la tensión térmica.
Esta primera realización de la presente invención puede modificarse tal y como se describe a continuación.
(a) El número de los filtros F1 no está limitado a 16 y podría ser cualquier número. En este caso, pueden combinarse filtros F1 con diferentes dimensiones y formas.
(b) En relación con la Fig. 6, en un conjunto de filtro cerámico 21 de otra realización, los filtros F1 están desplazados entre sí en una dirección perpendicular a la dirección axial del filtro, y los filtros F1 están adheridos mediante la capa de sellado 15. En este caso, los filtros F1 resisten el desplazamiento cuando se los aloja en la carcasa 8. De este modo se mejora la fuerza de rotura del conjunto 21. En el conjunto de filtro cerámico 21 de la Fig. 6, la capa de sellado 15 no incluye porciones transversales. Se considera que esto contribuye a la mejora de la fuerza de rotura. Además, puesto que la conductividad térmica en la dirección radial del conjunto 21 está mejorada, la uniformidad térmica del conjunto 21 se mejora aún
más.
(c) En lugar de filtros F1 de panal, los filtros pueden tener una estructura de malla tridimensional, una estructura enmarañada, o una estructura tipo fibra.
(d) Previamente al proceso de corte de la forma exterior, la forma del filtro F1 no se limita a la forma de cuadrado alargado y puede tener una forma triangular en forma de poste o una forma hexagonal en forma de poste. Además, el conjunto 9 no tiene que estar formado necesariamente para tener una sección transversal redondeada durante el proceso de corte de la forma exterior y puede formarse para tener, por ejemplo, una sección transversal ovalada.
La Fig. 7 es una vista transversal esquemática en la que se muestra un filtro cerámico 39 según una realización de la presente invención.
En relación con la Fig. 7 y la Fig. 8(b), el conjunto de filtro cerámico 39 de la realización posee una superficie exterior 39c a la cual se aplica una capa cerámica de alisado 16. La capa de alisado 16 está fabricada a partir de un material cerámico que incluye al menos fibras cerámicas y un ligante. Es preferible que el material cerámico incluya partículas inorgánicas, tales como carburo de silicio, nitruro de silicio y nitruro de boro. Es preferible que se use como ligante un ligante inorgánico, tal como el sílice sol o alúmina sol, o un ligante orgánico, tal como un polisacárido. Es preferible que el material cerámico esté formado al unir interseccionando tridimensionalmente fibras y partículas inorgánicas con un ligante. Es preferible que la capa de alisado 16 esté formada a partir del mismo tipo de material que la capa de sellado 15, y se prefiere especialmente que la capa de alisado 16 esté fabricada exactamente del mismo material que la capa de sellado 15.
Es preferible que el espesor de la capa de alisado 16 sea 0,1 mm a 10 mm, prefiriéndose además que el espesor sea de 0,3 mm a 2 mm, y siendo óptimo que el espesor sea 0,5 mm a 1 mm. Si la capa de alisado 16 es demasiado fina, las depresiones 17 que se forman en la superficie exterior 9c del conjunto de filtro cerámico 9 no pueden llenarse por completo. De este modo, los huecos tienden a permanecer en el mismo sitio. Por otro lado, si se aumenta el espesor de la capa de alisado 16, la formación de la capa puede resultar difícil, y que el diámetro de todo el conjunto 9 sea de mayor tamaño.
Es preferible que la capa de sellado 15 sea más fina que la capa de alisado 16, y más especialmente, se forme en el intervalo de 0,3 mm a 3 mm. Cuando la capa de sellado 15 es más fina que la capa de alisado, se evita de antemano que la capacidad de filtrado y la conductancia térmica disminuyan.
El procedimiento para fabricar el conjunto de filtro cerámico 39 se describirá a continuación en relación con la Fig. 8.
En primer lugar, se preparan un lodo de materia prima cerámica usado durante un proceso de extrusión, una pasta de sellado usada durante un proceso de sellado de la superficie final, una pasta formadora de capa de sellado usada durante un proceso de adhesión del filtro y una pasta formadora de capa de alisado. Al usar la pasta formadora de capa de sellado para formar la capa de alisado, no tiene que prepararse la pasta formadora de la capa de alisado.
El lodo de materia prima cerámica se prepara combinando y amasando cantidades predeterminadas de un ligante orgánico y agua con partículas de carburo de silicio. La pasta de sellado se prepara combinando y amasando un ligante inorgánico, un agente lubricante, un agente plástico, y agua con polvo de carburo de silicio. La pasta formadora de la capa de sellado (pasta formadora de la capa de alisado) se prepara combinando y amasando cantidades predeterminadas de una fibra inorgánica, un ligante inorgánico, un ligante orgánico, partículas inorgánicas y agua.
A continuación, el lodo de materia prima cerámica se introduce en una extrusora y se extrude a partir de un molde. Posteriormente, el producto moldeado en panal extruido se corta en longitudes equivalentes para obtener piezas de producto moldeado en panal cuadradas y alargadas. Además, se carga una cantidad predeterminada de pasta de sellado en una de las aperturas de cada celda de las piezas cortadas para sellar las superficies de ambos extremos de cada pieza cortada.
A continuación, se realiza la sinterización principal fijando condiciones predeterminadas, tales como la temperatura y el tiempo, para sinterizar por completo las piezas moldeadas en panal y los cuerpos de sellado 14. Todos los filtros F1 de carburo de silicio poroso sinterizado obtenidos de esta forma tienen aún la forma de poste cuadrado.
La temperatura de sinterización se fija de 2.100°C a 2.300°C en la presente realización para obtener un diámetro medio del poro de 6 pm a 15 pm y una porosidad del 3,5% a 50%. Además, se fija el tiempo de sinterización de 0,1 horas a 5 horas. Además, el interior de un horno posee una atmósfera inerte durante la sinterización y la presión en dicha atmósfera es la presión normal.
A continuación, tras formar una capa cerámica estratificada en la superficie exterior de los filtros F1 según sea necesario, se aplica la pasta formadora de la capa de sellado. Las superficies exteriores de dieciséis de dichos filtros F1 se adhieren entre sí y de este modo se integran. Llegados a este punto, el conjunto de filtro cerámico 39A posee una sección transversal cuadrada, como se muestra en la Fig. 8(a).
En el siguiente proceso de corte de la forma externa, el conjunto 39A, que se ha obtenido a través del proceso de adherencia del filtro y que posee una sección transversal cuadrada, se conecta para formar la forma exterior del conjunto 9 eliminando las secciones innecesarias de la porción periférica del conjunto 39A.
Como resultado de ello, se obtiene el conjunto de filtro cerámico 39 con una sección transversal circular, como se muestra en la Fig. 8(b) las paredes de las celdas 13 están parcialmente expuestas desde la superficie formada durante el corte de la forma exterior. Por lo tanto, se forman depresiones 17 en la superficie exterior 39c. Las depresiones 17 tienen alrededor de 0,5 mm a 1 mm y están definidas por cordilleras y valles que se extienden en dirección axial del conjunto 39 (es decir, la dirección longitudinal de los filtros F1).
En el posterior proceso de formación de la capa de alisado, se usa la pasta formadora de la capa de sellado como pasta formadora de la capa de alisado y se aplica uniformemente en la superficie exterior 9c del conjunto 39. De este modo se completa el conjunto de filtro cerámico 39 mostrado en la Fig. 8(c).
Ejemplo 3-1
(1) Se mezcló humedecido 51,5% en peso un polvo de carburo de silicio y 22% en peso de polvo de carburo de \beta-silicio. Entonces, se añadieron a la mezcla obtenida y se amasaron el 6,5% en peso del ligante orgánico (metilcelulosa) y el 20% en peso de agua. A continuación, se añadió una pequeña cantidad del agente plástico y el agente lubricante a la mezcla amasada, se volvió a amasar y extrudir para obtener el producto moldeado en panal.
(2) A continuación, tras secar el producto moldeado con un secador de microondas, los orificios de paso 12 del producto moldeado se sellaron con la pasta de sellado fabricada a partir de carburo de silicio poroso sinterizado. Después de eso, la pasta de sellado se volvió a secar con el secador. Tras el proceso de sellado de la superficie final se desgrasó del cuerpo seco a 400ºC y a continuación se sinterizó durante alrededor de tres horas a 2.200°C en una atmósfera de argón a presión normal. De este modo se obtuvieron los filtros de panal de carburo de silicio poroso F1.
(3) Se mezcló y amasó el 23,3% en peso de una fibra cerámica (fibra cerámica de silicato de alúmina, contenido del disparo 3%, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 30,2% en peso de carburo de silicio con un diámetro medio del grano del 0,3 \mum, 7% en peso de sílice sol (siendo la cantidad convertida de SiO_{2} de sol del 30%) que sirvió como ligante inorgánico, 0,5% en peso de carboximetilcelulosa que sirvió como ligante orgánico y 39% en peso de agua. El material amasado se ajustó hasta una viscosidad apropiada para preparar la pasta usada para formar la capa de sellado 15 y la capa de alisado 16.
(4) A continuación, se aplicó uniformemente la pasta formadora de capa de sellado en la superficie exterior de los filtros F1. Además, en un estado en el que las superficies exteriores de los filtros F1 se adhirieron entre sí, los filtros F1 se secaron y endurecieron bajo la condición de 50°C a 100°C durante 1 hora. Como resultado de ello, la capa de sellado 15 adhirió los filtros F1 entre sí. El espesor t1 de la capa de sellado 15 se ajustó a 1,0 mm.
(5) A continuación, se cortó la porción periférica para darle forma y completar el conjunto de filtro cerámico 39, cuya sección transversal era redondeada. A continuación, se aplicó uniformemente la pasta de sellado y alisado en la superficie exterior expuesta 39c. Se secó la capa de alisado 16 con un espesor de 0,6 mm y se endureció bajo unas condiciones de 50ºC a 100ºC durante 1 hora para completar el conjunto 39.
El conjunto 39 obtenido de la forma anteriormente descrita se observó a simple vista. Las depresiones 17 de la superficie exterior 39c fueron rellenadas por completo sustancialmente por la capa de alisado 16, y la superficie exterior 39c quedó lisa. Además, no se produjeron grietas en las porciones limítrofes de la capa de alisado 16 y de la capa de sellado 15. En consecuencia, esto indica que los niveles de adhesión y sellado eran elevados en las porciones limítrofes.
No se formaron huecos en la superficie exterior 9c del conjunto 39 cuando se aloja el conjunto 39 rodeado por el material aislante térmico de la carcasa 8. Además, cuando se alimenta gases de escape, no de producen fugas de ellos a través de los huecos de la superficie exterior 39c desde el lado aguas abajo. Así resulta aparente que se procesan eficientemente los gases de escape en la tercera realización.
Ejemplo 3-2
En el ejemplo 3-2, se preparó la pasta de sellado y alisado mezclando y amasando 25% en peso de una fibra cerámica (fibra de mullita, relación del contenido del disparo 5% en peso, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 30% en peso de polvo de nitruro de silicio con un diámetro medio de grano de 1,0 \mum, 7% en peso de sol alúmina (siendo la cantidad de conversión de alúmina sol del 20%) sirviendo como ligante inorgánico, 0,5% en peso de alcohol polivinílico que sirvió como ligante orgánico, y 37,5% en peso de alcohol. Las demás porciones se formaron según el ejemplo 3-1 para completar el conjunto de filtro cerámico 39.
A continuación, se realizaron observaciones a simple vista del mismo modo que en el ejemplo 1. Las depresiones 17 de la superficie exterior 39c fueron rellenadas por completo sustancialmente por la capa de alisado 16. Además, no se produjeron grietas en las porciones limítrofes de la capa de alisado 16 y de la capa de sellado 15. En consecuencia, esto indica que los niveles de adhesión y sellado eran elevados en las porciones limítrofes.
No se formaron huecos en la superficie exterior 39c del conjunto 39 durante su uso. Además, no se produjo fuga de gases de escape a través de huecos en la superficie exterior 39c. Por lo tanto, resulta aparente que los gases de escape se procesaron eficientemente en el ejemplo 3-2 del mismo modo que en el ejemplo 3-1.
Ejemplo 3-3
En el ejemplo 3-3, se preparó la pasta de sellado y alisado mezclando y amasando 23% en peso de una fibra cerámica (fibra de alúmina, relación del contenido del disparo 4% en peso, longitud de la fibra 0,1 mm - 100 mm), 35% en peso de polvo de nitruro de boro con un diámetro medio del grano de 1 \mum, 8% en peso de alúmina sol (siendo la cantidad de conversión de alúmina sol del 20%) sirviendo como ligante inorgánico, 0,5% en peso de etilcelulosa que sirvió como ligante orgánico y 35,5% en peso de acetona. Las demás porciones se formaron según el ejemplo 3-1 para completar el conjunto de filtro cerámico 39.
A continuación, se realizaron observaciones a simple vista del mismo modo que en el ejemplo 3-1. Las depresiones 17 de la superficie exterior 39c fueron rellenadas por completo sustancialmente por la capa de alisado 16. Además, no se produjeron grietas en las porciones limítrofes de la capa de alisado 16 y de la capa de sellado 15. En consecuencia, esto indica que los niveles de adhesión y sellado eran elevados en las porciones limítrofes.
No se formaron huecos en la superficie exterior 39c del conjunto 39 durante su uso. Además, no se produjo fuga de gases de escape a través de huecos en la superficie exterior 39c. Por lo tanto, resulta aparente que los gases de escape se procesaron eficientemente en el ejemplo 3-3 del mismo modo que en el ejemplo 3-1.
Ejemplo comparativo
En el ejemplo comparativo, la capa de alisado 16 no se formó en la superficie exterior 39c. Las demás porciones se formaron según el ejemplo 3-1 para completar un conjunto de filtro cerámico.
A continuación, se realizaron observaciones a simple vista del mismo modo que en el ejemplo 3-1. Se produjeron depresiones 17 en la superficie exterior 39c. Por lo tanto, se formaron huecos en la superficie exterior 39c durante el uso del conjunto, y se produjo la fuga de gases a través de los huecos. En consecuencia, en comparación con los ejemplos 3-1 a 3-3, es aparente que la eficiencia del procesamiento de los gases de escape fue inferior.
En consecuencia, el conjunto de filtro cerámico 39 tiene las ventajas que se describen a continuación.
(1) La capa de alisado 16 rellena las depresiones y alisa la superficie exterior 9c. En consecuencia, no se forman huecos en la superficie exterior 39c cuando se utiliza el conjunto 39. De este modo se evita la fuga de gases de escape. Como resultado de ello, el conjunto de filtro cerámico 39 posee una eficiencia de procesamiento de los gases de escape superior. Esto, a su vez, tiene como resultado el aparato de purificación de los gases de escape 1 con una eficiencia de procesamiento de los gases de escape superior.
La capa de alisado 16 está fabricada de material cerámico, por lo cual su adhesión al filtro F1 es superior, el cual se fabrica de un material cerámico poroso sinterizado, y posee una resistencia térmica superior. En consecuencia, incluso aunque el conjunto 39 se exponga a una temperatura elevada de varios cientos de grados Celsius, la capa de alisado 16 no se quema ni se deforma. De este modo, se mantiene la fuerza de adhesión deseada.
(2) El espesor de la capa de alisado 16 se fija en el intervalo preferido de 0,1 mm a 10 mm. De este modo se evita la fuga de gases de escape sin dificultar la fabricación del conjunto 39.
(3) La capa de sellado 15 es más fina que la capa de alisado 16. De este modo se evita que disminuyan la capacidad de filtrado y la conductividad térmica.
(4) La capa de alisado 16 está fabricada del mismo material que la capa de sellado 15. Puesto que el coeficiente de expansión térmica de la capa de alisado 16 y de la capa de sellado 15 es el mismo, las porciones limítrofes de la capa de sellado y de alisado 15, 16 no se agrietan. Es decir, se garantiza una elevada adhesividad, sellado y fiabilidad de las porciones
limítrofes.
Además, no tiene que prepararse una pasta formadora de capa de alisado además de la pasta formadora de capa de sellado. Esto simplifica la fabricación del conjunto 39 y evita un aumento de los costes de fabricación.
(5) Puede utilizarse el material descrito a continuación como material para formar la capa de sellado 15 y la capa de alisado 16. Un material elástico que incluye al menos una fibra inorgánica, un ligante inorgánico, un ligante orgánico, y partículas inorgánicas se unen entre sí mediante el ligante inorgánico y puede usarse el ligante orgánico.
Dicho material posee las ventajas descritas a continuación. El material posee una fuerza de adhesión satisfactoria tanto en intervalos de baja temperatura como de alta temperatura. Además, el material es un material elástico. Así, cuando se aplica tensión térmica, se alivia la tensión térmica. Además, el material posee una conductancia térmica superior. Así, el calor se conduce uniforme y rápidamente por todo el conjunto 39. Esto permite el procesamiento eficiente de los gases de escape.
Esta tercera realización de la presente invención puede modificarse tal y como se describe a continuación.
(a) Como se muestra en la Fig. 9, la presente invención puede incorporarse en un conjunto de filtro cerámico 321 desplazando los filtros F1 entre sí en una dirección perpendicular a la dirección axial del filtro.
(b) La capa de alisado 16 puede estar formada de un material cerámico diferente del de la capa de sellado 15.
(c) La capa de alisado 16 puede tener el mismo espesor que la capa de sellado 15 o puede tener un espesor mayor que el de la capa de sellado 15.
(d) Además de formar la capa de alisado 16 empleando una técnica de aplicación, pueden emplearse otros métodos, tal como una técnica de impresión, una técnica de tinción, una técnica de inmersión, y una técnica de recubrimiento de cortina.
Aplicación industrial
El conjunto de filtro cerámico de la presente invención puede aplicarse a un filtro de purificación de gases de escape de un motor diésel 2, un dispositivo de intercambio de calor, un filtro para fluidos de alta temperatura o vapor de alta temperatura, etc.

Claims (18)

1. Un conjunto de filtro cerámico integral (39) producido adhiriendo con una capa de sellado cerámico (15) las superficies exteriores de una pluralidad de filtros (F1), cada uno de los cuales está formado a partir de un cuerpo cerámico poroso sinterizado, caracterizado por el hecho de que:
una capa de alisado cerámica (16) aplicada en la superficie exterior del conjunto, que tiene una sección transversal generalmente circular o una sección transversal generalmente ovalada.
2. El conjunto de filtro cerámico según la Reivindicación 1, en donde la capa de alisado tiene un espesor de 0,1 mm a 10 mm.
3. El conjunto de filtro cerámico según la Reivindicación 1 ó 2, en donde la capa de sellado es más fina que la capa de alisado.
4. El conjunto de filtro cerámico según las Reivindicaciones 1 a 3, en donde la capa de sellado (15) tiene un espesor (t1) de 0,3 a 3 mm.
5. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, en donde la capa de sellado (15) tiene una conductancia térmica de 0,1 a 10 W/mK.
6. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 5, en donde la capa de alisado está fabricada del mismo material que la capa de sellado.
7. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 6, en donde el conjunto es un filtro de partículas diésel.
8. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 7, en donde el filtro se forma a partir de un cuerpo de carburo de silicio poroso sinterizado.
9. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 8, en donde la capa de sellado (15) incluye 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, interseccionándolas tridimensionalmente entre sí, con el ligante inorgánico y el ligante orgánico.
10. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 9, en donde la capa de sellado se forma a partir de 10% en peso hasta 70% en peso de fibra cerámica de sílice y alúmina como un sólido, 1% en peso hasta 30% en peso de sílice sol, 0,1% en peso hasta 5,0% en peso de carboximetilcelulosa, y 3% en peso hasta 80% en peso de polvo de carburo de silicio.
11. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 10, en donde los filtros están dispuestos en un estado desplazado los unos de los otros en una dirección perpendicular a la dirección axial del filtro.
12. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 11, en donde el filtro posee una pluralidad de celdas, y cada celda posee una superficie exterior que lleva al menos un catalizador de oxidación seleccionado de un elemento del grupo platino, otros elementos metálicos y sus óxidos.
13. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 12, en donde el filtro tiene un diámetro medio del poro de 1 a 50 \mum.
14. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 13, en donde el filtro tiene una porosidad media de 30 a 70%.
15. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 14, en donde antes de aplicar la capa de alisado cerámica, las paredes de las celdas del filtro se exponen parcialmente desde una superficie exterior para formar depresiones definidas por cordilleras y valles que se extienden en dirección axial del conjunto.
16. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 15, en donde la capa de alisado está formada de un material cerámico diferente del de la capa de sellado.
17. El conjunto de filtro cerámico según cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 16, en donde la capa de alisado tiene una conductancia térmica de 0,1 a 10 W/mK.
18. Un aparato de purificación de gases de escape que incluye el conjunto de filtro cerámico de cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 17 dispuesto en una carcasa (8) situada en la entrada de los gases de escape de un motor de combustión interna (2).
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