ES2300563T3 - Filtro de tipo para purificacion de gas de escape y aparato de purificacion de gas de escape. - Google Patents
Filtro de tipo para purificacion de gas de escape y aparato de purificacion de gas de escape. Download PDFInfo
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Abstract
Un filtro de tipo panal para purificar gases de escape que tiene una estructura en la que: un cuerpo columnar hecho de cerámico poroso comprende un número de orificios de paso que se colocan en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared interpuesta entre ellos; cada uno de dichos orificios de paso se sella con un tapón en el extremo del lado de entrada del gas de escape y un extremo del lado de salida del gas de escape; y una parte o toda dicha parte de pared que separa dichos orificios de paso funciona como filtro para recoger materiales particulados en el que una longitud l (mm) del lado más largo de una sección transversal perpendicular a dicha dirección longitudinal de dicho orificio de paso y una longitud L (mm) en la dirección longitudinal de dicho cuerpo columnar satisfacen la siguiente relación: 60 <_ L/l <_ 500, y una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS B 0601) de la pared interna de dicho orificio de paso satisface la siguiente relación: Ra <_ 100 µm.
Description
Filtro de tipo panal para purificación de gas de
escape y aparato de purificación de gas de escape.
Esta solicitud reivindica beneficios de
prioridad respecto a la Solicitud de Patente Japonesa Nº
2002-57887, presentada el 4 de marzo de 2002, cuyos
contenidos se incorporan a este documento como referencia.
La presente invención se refiere a un filtro de
tipo panal para purificar gases de escape que se usan como filtro
para retirar materiales particulados y similares contenidos en dos
gases de escape descargados de un motor de combustión interna tal
como un motor diésel o similar, y un dispositivo de purificación de
gas de escape que usa el filtro de tipo panal para purificar gases
de escape.
En los últimos años, las PM (materias
particuladas, en lo sucesivo, denominadas en este documento
materiales particulados) contenidos en los gases de escape
descargados de motores de combustión interna de vehículos, tales
como autobuses, camiones o similares y máquinas de construcción y
similares han causado graves problemas ya que estas partículas son
peligrosas para el medioambiente y para el cuerpo humano.
Se han propuestos diversos filtros cerámicos que
permiten que los gases de escape pasen a través de cerámicos
porosos y se recojan los materiales particulados en los gases de
escape para purificar los gases de escape.
Convencionalmente, con respecto al filtro
cerámico de este tipo, se han propuesto filtros de tipo panal que
tienen una estructura en la que numerosos orificios de paso se
sitúan en paralelo entre sí en una dirección y una parte de pared
que separa los orificios de paso entre sí se permite que funcione
como filtros. En otras palabras, cada uno de los orificios de paso
formado en el filtro cerámico está sellado con un tapón en
cualquiera de sus extremos de su lado de entrada de gas de escape y
lado de salida de manera que los gases se escape que han entrado en
un orificio de paso se descargan de otro orificio de paso después de
haber pasado siempre a través de cada parte de pared que separa los
orificios de paso.
Un dispositivo de purificación de gas de escape
tiene una estructura en la que el filtro de tipo panal que tiene la
disposición mencionada anteriormente se proporciona en un pasaje de
gas de escape de un motor de combustión interna, y cuando los
materiales particulados en los gases de escape se descargan del
motor de combustión interna se hacen que pasen a través del filtro
de tipo panal, los materiales particulados se capturan mediante la
parte de pared de manera que los gases de escape se purifica.
Como tal un proceso de purificación para que los
gases de escape progresen, los materiales particulados se acumulan
gradualmente en la pared de división que separa los orificios de
paso del filtro cerámico para provocar la obturación y posterior
interrupción en la permeabilidad a gas. Por esta razón el filtro
cerámico mencionado anteriormente necesita someterse a un proceso
de regeneración regularmente permitiendo calentar los gases
mediante un medio de calentamiento tal como una caldera o similar
para que fluyan a través del orificio de paso para calcinar y
retirar los materiales particulados que provocan la obturación.
En dicho proceso de regeneración del filtro de
tipo panal convencional, sin embargo, es difícil calcinar
completamente y retirar los materiales particulados acumulados en
la pared de división, y el proceso de regeneración del filtro de
tipo panal provoca que los componentes de ceniza residual (cenizas)
derivadas de componentes metálicos de los materiales particulados
en la pared de división. Normalmente, estas cenizas permanecen sobre
toda la cara de la parte de pared en estado uniforme, y el filtro
de tipo panal convencional provoca una dificultad para separar las
cenizas de la parte de pared y apenas puede mover las cenizas hacia
dentro del orificio de paso usando gases que entra en el orificio
de paso en el proceso de regeneración del filtro de tipo panal
(véase Figuras 9(a) a 9(c)).
Aquí, la Figura 9(a) es una fotografía de
sección transversal que muestra una sección transversal de dicho
filtro de tipo panal tomada en paralelo con la dirección
longitudinal, la Figura 9(b) muestra fotografías de sección
transversal parcialmente ampliadas que muestran secciones
transversales del filtro de tipo panal de la Figura 9(a) en
las proximidades del lado de entrada del gas de escape, la parte
central y el lado de salida del gas de escape, y la Figura
9(c) muestra fotografías de sección transversal parcialmente
amplias perpendiculares a la dirección longitudinal en las
proximidades del lado de entrada del gas de escape, la parte
central y el lado de salida del gas de escape del filtro de tipo
panal. En el filtro de tipo panal mencionado anteriormente, se
confirma que las cenizas blancas permanecen sobre casi toda la cara
de la parte de pared.
Por esta razón, en el caso de que el proceso de
recogida de material particulado se realice usando el dispositivo
de purificación de gas de escape usado en el filtro de tipo panal
convencional, como la eficacia de regeneración es baja en el
proceso de regeneración del filtro de tipo panal, la pérdida de
presión aumenta rápidamente para provocar la necesidad de un
proceso de regeneración frecuente del filtro de tipo panal.
Cuando el proceso de recogida y el proceso de
regeneración de materia es particulado se han llevado a cabo de
forma repetida, la cantidad de cenizas que quedan en un estado
uniforme sobre casi toda la cara de la pared de división del filtro
de tipo panal rápidamente aumenta provocando la obturación en la
pared de división debido a las cenizas. En este caso, la pérdida de
presión inicial después del proceso de regeneración del filtro de
tipo panal debido a las cenizas residuales se hace alta, se hace
necesario realizar frecuentemente procesos de lavado para retirar
las cenizas.
En los procesos de lavado para retirar las
cenizas, normalmente el filtro de tipo panal mencionado
anteriormente es necesario separarlo del dispositivo de
purificación de gas de escape proporcionado en el pasaje de gas de
escape en el motor de combustión interna, y someterlo a un proceso
de lavado con agua, un tratamiento químico y similar; por lo tanto,
no es posible usar continuamente el dispositivo de purificación de
gas de escape convencional durante un largo tiempo.
El documento EP 990 777 describe un sistema de
regeneración para un dispositivo de limpieza de gas de escape que
comprende un medio de calentamiento y un filtro de tipo panal SiC
teselado.
El documento
JP-8-028 248 describe un dispositivo
de purificación de gas de escape que comprende unidades de filtro
unidas integralmente entre sí interponiendo un material de
sellado.
El documento
JP-2001-286 725 describe un método y
aparato para tratar gas de escape usando un catalizador de zeolita
relleno en una columna de reacción.
El documento
JP-2-146 212 describe un dispositivo
para atrapar partículas y describe un diámetro mínimo de celdas
internas (sobre 1,5 mm) y la proporción de longitud del pasaje de
cada celda al diámetro interno mínimo (menor de 60).
La presente invención se ha concebido para
resolver los problemas mencionados anteriormente, y su objeto es
proporcionar un filtro de tipo panal para purificar gases de escape
que puedan calcinar casi completamente y retirar los materiales
particulados acumulados en la pared de división de un proceso de
regeneración de filtro de tipo panal, y permitir que las cenizas
residuales sobre la parte de pared se muevan fácilmente al interior
del orificio después del proceso de regeneración porque las cenizas
pueden separarse fácilmente de la parte de pared, y un dispositivo
de purificación de gas de escape en el que el filtro de tipo panal
es menos susceptible a una alta pérdida de presión inicial incluso
después de procesos de regeneración repetitivos del filtro de tipo
panal y puede usarse continuamente durante un largo tiempo.
Un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con un primer aspecto de la presente invención
tiene una estructura en la que: un cuerpo columnar hecho de cerámico
poroso comprende numerosos orificios de paso que se sitúan en
paralelo entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos; cada uno de los orificios de paso
mencionados anteriormente se sella con un tapón en uno del extremo
del lado de entrada de gas de escape y un extremo del lado de salida
del gas de escape; y una parte o toda la parte de pared mencionada
anteriormente que separa los orificios de paso mencionados
anteriormente funciona como filtro para recoger materiales
particulados, en el que una longitud l (mm) del lado más largo en
una sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal
mencionada anteriormente del orificio de paso mencionado
anteriormente y una longitud L (mm) en la dirección longitudinal del
cuerpo columnar mencionado anteriormente satisfacen la siguiente
relación: 60 \leq L/l \leq 500,
y una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS B 0601) de la pared interna del orificio de paso mencionado anteriormente satisface la siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
y una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS B 0601) de la pared interna del orificio de paso mencionado anteriormente satisface la siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
Un filtro de tipo panal para purificar gases de
escape, de acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención,
tiene una estructura en la que: un cuerpo columnar hecho de cerámico
poroso comprende un número de orificios de paso que se sitúan en
paralelo entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos; cada uno de los orificios de paso
mencionados anteriormente se sella con un tapón en un extremo del
lado de entrada de gas de escape y un extremo del lado de salida del
gas de escape; y una parte o toda la parte de pared mencionada
anteriormente que separa los orificios de paso mencionados
anteriormente funciona como filtro para recoger los materiales
particulados, en el que un área S (mm^{2}) de la sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio
de paso mencionado anteriormente y la longitud L (mm) en la
dirección longitudinal del cuerpo columnar mencionado anteriormente
satisfacen la siguiente relación: 20 \leq L/S \leq 400, y una
rugosidad superficial Ra (de acuerdo con
JIS B 0601) de la pared interna del orificio de paso satisface la siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
JIS B 0601) de la pared interna del orificio de paso satisface la siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
Además, un dispositivo de purificación de gas de
escape de acuerdo con la presente invención comprende: una cubierta
conectada a un pasaje de gas de escape de un motor de combustión
interna; y el filtro de tipo panal para purificar gases de escape
de acuerdo con la presente invención y un medio de calentamiento,
que están equipados dentro de la cubierta mencionada anteriormente.
Después de realizar el proceso de regeneración para el filtro de
tipo panal para purificar gases de escape de acuerdo con la presente
invención, los gases calentados por el medio de calentamiento se
hacen fluir hacia el filtro de tipo panal para purificar los gases
de escape en condiciones tales como un caudal de entrada de 0,3 m/s
o mayor y una concentración de oxígeno del 6% o mayor.
La Figura 1(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un filtro de
tipo panal para purificar gases de escape de la presente invención,
y la Figura 1(b) es una vista en sección transversal tomada
a lo largo de la línea A-A de la Figura
1(a).
La Figura 2 es una vista en perspectiva que
muestra esquemáticamente otro ejemplo del filtro de tipo panal de
la presente invención.
La Figura 3(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un miembro cerámico poroso
usado en el filtro de tipo panal de la presente invención mostrado
en la Figura 2 y la Figura 3(b) es una vista en sección
transversal tomada a lo largo de la línea B-B de la
Figura 3(a).
La Figura 4 es una vista en sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de
purificación de gas de escape de la presente invención.
La Figura 5 es una vista en planta que muestra
esquemáticamente un ejemplo de un miembro de sellado de sujeción
usado en el dispositivo de purificación de gas de escape de la
presente invención.
La Figura 6(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de una cubierta
usada en el dispositivo de purificación de gas de escape de la
presente invención y la Figura 6(b) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de otra
cubierta.
La Figura 7 es una vista en sección transversal
que muestra esquemáticamente un estado en el que se fabrica el
filtro de tipo panal mostrado en la Figura 3.
La Figura 8(a) es una fotografía de
sección transversal tomada cortando un miembro cerámico poroso de un
filtro de tipo panal relacionado con el Ejemplo 1 en la dirección
paralela en la dirección longitudinal del mismo y la Figura
8(b) muestra fotografías parcialmente ampliadas del lado de
entrada del gas de escape en la parte central y en el lado de
salida del gas de escape de las fotografías de sección transversal
tomadas cortando un miembro cerámico poroso de un filtro de tipo
panal relacionado con el Ejemplo 1 en una dirección perpendicular a
la dirección longitudinal del miembro cerámico poroso.
La Figura 9(a) es una fotografía de
sección transversal tomada cortando un miembro cerámico poroso de un
filtro de tipo panal relacionado con el Ejemplo Comparativo 1 en la
dirección paralela a la dirección longitudinal del mismo, la Figura
9(b) muestra fotografías parcialmente ampliadas del lado de
entrada del gas de escape en la parte central y en el lado de
salida del gas de escape de las fotografías de sección transversal
mostradas en la Figura 9(a) y la Figura 9(c) muestra
fotografías de sección transversal en el lado de entrada del gas de
escape, en la parte central y en el lado de salida del gas de
escape, tomadas cortando un miembro cerámico poroso de un filtro de
tipo panal relacionado con el Ejemplo Comparativo 1 en una dirección
perpendicular a la dirección longitudinal del mismo.
La Figura 10 es un gráfico que muestra la
relación entre el número de procesos de regeneración y la pérdida
de presión inicial de un filtro de tipo panal relacionado con cada
uno del Ejemplo 17 y Ejemplo Comparativo 12.
- 10, 20
- Filtro de panal para purificación de gases de escape
- 11, 31
- Orificio de paso
- 12, 32
- Tapón
- 13
- Parte de pared
- 24
- Capa adhesiva
- 25
- Bloque cerámico
- 26
- Capa de material de sellado
- 30
- Miembro cerámico poroso
- 33
- Pared de división
\vskip1.000000\baselineskip
Haciendo referencia a los dibujos, la siguiente
descripción explicará filtros de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con el primer y segundo aspectos de la presente
invención y un dispositivo de purificación de gas de escape de la
presente invención.
En primer lugar, se describirán los filtros de
tipo panal para purificar gases de escape de acuerdo con el primer
y segundo aspectos de la presente invención.
El filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención
tiene una estructura en la que:
un cuerpo columnar hecho de cerámico poroso
comprende un número de orificios de paso que se sitúan en paralelo
entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos;
cada uno de los orificios de paso mencionados
anteriormente se sella con un tapón en un extremo del lado de
entrada de gas de escape y un extremo del lado de salida del gas de
escape; y
una parte o toda la parte de pared mencionada
anteriormente que separa los orificios de paso mencionados
anteriormente funciona como filtro para recoger materiales
particulados
en el que
una longitud l (mm) del lado más largo en una
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal
mencionada anteriormente del orificio de paso mencionado
anteriormente y una longitud L (mm) en la dirección longitudinal
del cuerpo columnar mencionado anteriormente satisface la siguiente
relación: 60 \leq L/l \leq 500,
y
una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS
B 0601) en la pared interna del orificio de paso mencionado
anteriormente satisface la siguiente relación: Ra \leq 100
\mum.
El filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención
tiene una estructura en la que:
un cuerpo columnar hecho de cerámico poroso
comprende un número de orificios de paso que se sitúan en paralelo
entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos;
cada uno de los orificios de paso mencionados
anteriormente está sellado con un tapón en un extremo del lado de
entrada del gas de escape y un extremo del lado de salida del gas de
escape; y
un parte o toda la parte de pared mencionada
anteriormente que separa los orificios de paso mencionados
anteriormente funciona como filtro para recoger materiales
particulados
en el que
un área S (mm^{2}) de la sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal mencionada del orificio
de paso mencionado anteriormente y una longitud L (mm) en la
dirección longitudinal del cuerpo columnar mencionado anteriormente
satisface la siguiente relación: 20 \leq L/S \leq 400, y
una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS
B 0601) de la pared interna del orificio de paso satisface la
siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
En otras palabras, el filtro de tipo panal para
purificar gases de escape de acuerdo con el segundo aspecto de la
presente invención tiene la misma estructura que el filtro de tipo
panal para purificar gases de escape de acuerdo con el primer
aspecto de la presente invención excepto que, en lugar de satisfacer
la expresión relacional 60 \leq L/l \leq 500 satisface la
expresión relacional 20 \leq L/S \leq 400. Dependiendo de la
forma de la sección transversal perpendicular a la dirección
longitudinal del orificio de paso, el filtro de tipo panal para
purificar gases de escape de acuerdo con el primer aspecto de la
presente invención es idéntico al filtro de tipo panal para
purificar gases de escape de acuerdo con el segundo aspecto de la
presente invención.
Por lo tanto, la siguiente descripción explicará
simultáneamente el filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con el primer aspecto de la presente invención
junto con el filtro de tipo panal para purificar gases de escape de
acuerdo con el segundo aspecto de la presente invención como el
filtro de tipo panal para purificar gases de escape de la presente
invención, explicándose respectivamente las partes diferentes.
La Figura 1(a) es una vista en
perspectiva que muestra esquemáticamente un ejemplo de un filtro de
tipo panal para purificar gases de escape de acuerdo con la
presente invención (en lo sucesivo en este documento, denominado
simplemente filtro de tipo panal de la presente invención), y la
Figura 1(b) es una vista en sección transversal tomada a lo
largo de la línea A-A del filtro de tipo panal
mostrado en la Figura 1(a).
Como se muestra en la Figura 1(a), un
filtro de tipo panal para purificar gases de escape 10 de la
presente invención tiene una estructura en la que un cuerpo
columnar hecho de cerámico poroso comprende un número de orificios
de paso 11 que se sitúan en paralelo entre sí en la dirección
longitudinal con la parte de pared 13 interpuesta entre ellos; y
una parte o toda la parte de pared 13 mencionada anteriormente que
separa los orificios de paso mencionados anteriormente funciona
como filtro para recoger materiales particulados.
En otras palabras, como se muestra en la Figura
1(b), cada uno de los orificios de paso 11 formados en el
miembro cerámico poroso 10 tiene cualquiera de sus extremos en el
lado de entrada y en el lado de salida de los gases de escape
sellado con un tapón 12; de esta manera, los gases de escape que han
entrado en uno de los orificios de paso 11 están diseñados para
fluir fuera de otro orificio de paso 11 siempre después de pasar a
través de la parte de pared 13 que separa los orificios de paso
correspondientes 11.
Por consiguiente, los materiales particulados
contenidos en los gases de escape que han entrado en el filtro de
tipo panal 10 son capturados por la parte de pared 13 cuando pasan a
través de la parte de pared 13 de manera que los gases de escape se
purifican.
El filtro de tipo panal 10 de la presente
invención se diseña de manera que una longitud l (mm) del lado más
largo en una sección transversal perpendicular a la dirección
longitudinal del orificio de paso 11 y una longitud L (mm) en la
dirección longitudinal del filtro de tipo panal 10 (cuerpo columnar)
satisfacen la siguiente relación 60 \leq L/l \leq 500, o está
diseñado alternativamente de manera que un área S (mm^{2}) de la
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del
orificio de paso 11 y la longitud L (mm) en la dirección
longitudinal del filtro de tipo panal 10 (cuerpo columnar)
satisfacen la siguiente relación: 20 \leq L/S \leq 400.
En el filtro de tipo panal 10 de la presente
invención, todos los orificios de paso 11 satisfacen preferiblemente
la expresión relacional 60 \leq L/l \leq 500 o la expresión
relacional 20 \leq L/S \leq 400; sin embargo, en el caso de que
el valor de L/l o el valor de L/S sea diferente para cada orificio
de paso, el valor medio del mismo puede satisfacer la expresión
relacional, 60 \leq L/l \leq 500 o la expresión relacional 20
\leq L/S \leq 400.
En particular, la relación mencionada
anteriormente se satisface deseablemente en el lado de entrada del
gas de escape.
Ajustando el valor mencionado anteriormente de
L/l o L/S en dicho intervalo en el proceso de regeneración del
filtro de tipo panal 10, los gases calentados a altas temperaturas
mediante un medio de calentamiento (no mostrado) se hacen fluir al
extremo del lado de salida del gas de escape como un flujo laminar
dentro del orifico de paso 11; de esta manera, como los materiales
particulados depositados en la parte de pared 13 se calcinan
sucesivamente desde el lado de entrada del gas de escape, los
materiales particulados pueden calcinarse casi completamente y
retirarse.
Cuando la relación L/l mencionada anteriormente
es menor de 60 o cuando la relación L/S mencionada anteriormente es
menor de 20, la longitud (l) del lado más largo de la sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio
de paso 11 se hace demasiado larga, o el área (S) de la sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio
de paso 11 se hace demasiado grande o la longitud (L) en la
dirección longitudinal del filtro de tipo panal 10 se hace
demasiado corta. En el caso de que la longitud (l) del lado más
largo en la sección transversal perpendicular a la dirección
longitudinal del orificio de paso 11 se haga demasiado larga o
cuando el área (S) en la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal del orificio de paso 11 se hace demasiado
grande, el orificio de paso 11 en el filtro de tipo panal 10 se hace
demasiado grande, fallando a la hora de formar gases que fluyan
dentro del orificio de paso 11 en un flujo laminar en el proceso de
regeneración del filtro de tipo panal 10. En consecuencia, en el
proceso de regeneración del filtro de tipo panal 10, no es posible
calcinar sucesivamente los materiales particulados depositados en
la parte de pared 13 del lado de entrada del gas de escape; de esta
manera las cenizas tienden a permanecer en la trayectoria o los
materiales particulados no se retiran completamente, dando como
resultado la degradación de la eficacia de regeneración del filtro
de tipo panal y la posterior necesidad de procesos de regeneración
frecuentes del filtro de tipo panal 10. Además, en el caso de que la
longitud (L) en la dirección longitudinal del filtro de tipo panal
10 se haga demasiado corta, como los gases colisionan fácilmente con
la parte sellada (tapón) del otro extremo del filtro de tipo panal
10, se genera un flujo turbulento en el orificio de paso. En
consecuencia, como el proceso de combustión no se inicia desde la
parte de entrada del filtro de tipo panal 10 sino desde todas las
partes dentro del mismo simultáneamente, las cenizas resultantes se
depositan uniformemente en el orificio de paso en su conjunto y no
se permite que se muevan hacia el lado de salida del gas de escape.
Aquí, como la longitud de la parte de pared 13 en la dirección
longitudinal por supuesto se acorta (es decir, el área de filtrado
se hace más pequeña) ocurre obturación rápidamente debido a los
particulados, dando como resultado la necesidad de procesos de
regeneración frecuentes del filtro de tipo panal 10 y el aumento
posterior en los costes de combustible.
En contraste, cuando la relación L/l mencionada
anteriormente supera 500 o cuando la relación L/S mencionada
anteriormente supera 400, la longitud (l) del lado más largo en la
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del
orificio de paso 11 se hace demasiado corta o el área (S) de la
sección transversal perpendicular a la dirección longitudinal del
orificio de paso 11 se hace demasiado pequeña o la longitud (L) en
la dirección longitudinal del filtro de tipo panal 10 se hace
demasiado larga. En el caso de que la longitud (l) del lado más
largo en la sección transversal perpendicular a la dirección
longitudinal del orificio de paso 11 se haga demasiado corta o
cuando el área S en la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal del orificio de paso 11 se hace demasiado
pequeña, se hace difícil que los gases de escape fluyan a través
del orificio de paso 11, fallando en la recogida uniforme de los
materiales particulados; en consecuencia, los materiales
particulados se depositan en la parte en el lado de entrada del gas
de escape del filtro de tipo panal 10 y provocan la formación de
enlaces. En dicho caso, presumiblemente, en el proceso de
regeneración del filtro de tipo panal 10, la calcinación de los
materiales particulados ocurre solo en el lado de entrada del gas
de escape haciendo imposible que las cenizas se muevan hacia el lado
de salida del gas de escape así como provocando grietas debido a la
tensión térmica impuesta sobre el filtro de tipo panal 10.
Además en el caso de que la longitud (L) en la
dirección longitudinal del filtro de tipo panal 10 se haga
demasiado larga, en el proceso de regeneración del filtro de tipo
panal 10, como es difícil que los gases de escape fluyan a través
del orificio de paso 11, se hace difícil recoger uniformemente los
materiales particulados; por consiguiente los materiales
particulados se depositan en la parte del lado de entrada del gas de
escape del filtro de tipo panal 10 y la provocan formación de
enlaces. Además, no es posible calentar el lado de salida del gas
de escape del filtro de tipo panal 10 a una alta temperatura,
fallando a la hora de calcinar y retirar los materiales
particulados depositados en la parte de pared 13 en las proximidades
del lado de salida del gas de escape. En consecuencia, el en
proceso de regeneración del filtro de tipo panal 10, la combustión
de los materiales particulados ocurre desde el lado de entrada del
gas de
escape hasta la parte central dando como resultado grietas debido a las tensiones térmicas en el filtro de tipo panal 10.
escape hasta la parte central dando como resultado grietas debido a las tensiones térmicas en el filtro de tipo panal 10.
Aquí, la relación L/l mencionada anteriormente
se ajusta deseablemente en un intervalo de 100 \leq L/l \leq
300. Este intervalo hace posible calcinar y retirar materiales
particulados depositados sobre la parte de pared 13 más
eficazmente.
Además, en el filtro de tipo panal 10 de la
presente invención la rugosidad superficial Ra de las paredes
internas del orificio de paso 11 se ajusta a Ra \leq 100 \mum.
Esta disposición permite que las cenizas residuales en la parte de
pared 13 se separen fácilmente de la parte de pared 13 mediante el
proceso de regeneración mencionado anteriormente. Por lo tanto, en
el proceso de regeneración mencionado anteriormente, se hace posible
mover fácilmente las cenizas depositadas en la parte de pared 13
usando gases a alta temperatura que fluyen como un flujo laminar y
por consiguiente se evita que las cenizas queden sobre toda la
superficie de la parte de pared 13 en un estado uniforme.
Como se ha descrito anteriormente, uno de los
problemas convencionales es que es difícil separar las cenizas
residuales en la parte de pared y la razón para esto no se ha
aclarado; sin embargo, los presentes inventores han descubierto
mediante estudios que ajustando la rugosidad superficial Ra de las
paredes internas del orificio de paso a Ra \leq 100 \mum, las
cenizas residuales sobre la parte de pared pueden separarse
fácilmente.
En el caso de que la rugosidad superficial Ra de
las paredes internas del orificio de paso 11 supere los 100 \mum,
se hace difícil separar las cenizas depositadas en la parte de pared
13 de la parte de pared 13 después del proceso de regeneración del
filtro de tipo panal 10; de esta manera el proceso de regeneración
mencionado anteriormente falla a la hora de mover las cenizas hacia
el lado de salida del gas de escape del orificio de paso 11 usando
los gases a alta temperatura introducidos en el interior del
orificio de paso 11. Por esta razón, las cenizas mencionadas
anteriormente están presentes en toda la parte de pared 13; de esta
manera cuando el proceso de regeneración del filtro de tipo panal
10 se realiza repetidamente, la pérdida de presión inicial del
filtro de tipo panal 10 sube rápidamente, haciendo imposible usar
continuamente el filtro durante un largo tiempo.
El limite superior de la rugosidad superficial
Ra de las paredes internas del orificio de paso 11 se ajusta
deseablemente a 50 \mum, más deseablemente a 10 \mum. De esta
manera en el proceso de regeneración del filtro de tipo panal 10 se
hace posible separar las cenizas depositadas sobre el orificio de
paso 11 de la parte de pared 13 más eficazmente usando los gases
como un flujo laminar que se hace fluir hacia el orificio de paso
11 y, en consecuencia, mover las cenizas a través del orificio de
paso 11.
En otras palabras, como se muestra en la Figura
3(b), cada uno de los orificios de paso 31 formados en el
miembro cerámico poroso 30 tiene cualquiera de sus extremos en el
lado de entrada y en el lado de salida de los gases de escape
sellado con un tapón 32; de esta manera los gases de escape que han
entrado en uno de los orificios de paso 31 se hacen fluir fuera de
otro orificio de paso 31 después de haber pasado siempre a través
de la parte de pared 33 que separa los orificios de paso
correspondientes 31.
Además, la capa de material de sellado 26 se
pone de manera que se evita que los gases de escape se fuguen a
través de la circunferencia de cada bloque cerámico 25 cuando el
filtro de tipo panal 20 se proporciona en el pasaje de escape de un
motor de combustión interna.
Aquí, en la Figura 3(b), las flechas
indican flujos de gases de escape.
El filtro de tipo panal 20 que tiene la
estructura mencionada anteriormente se sitúa en el pasaje de escape
en un motor de combustión interna de manera que los materiales
particulados en los gases de escape que se descargan del motor de
combustión interna son capturados por la pared de división 33 cuando
pasan a través del filtro de tipo panal 20; de esta manera los
gases de escape se purifican.
Como el filtro de tipo panal 20 de este tipo
tiene una mayor resistencia térmica y proporciona procesos de
regeneración fáciles y similares, se ha aplicado a diversos
vehículos de mayor tamaño y vehículos con motores diésel.
En el filtro de tipo panal 20 de la presente
invención que tiene la estructura mencionada anteriormente, la
longitud del lado más largo del orificio de paso 31 del miembro
cerámico poroso 30 corresponde a l en el filtro de tipo panal
mencionado anteriormente 10, el área del orificio de paso 31 del
miembro cerámico poroso 30 corresponde a S en el filtro de tipo
panal mencionado anteriormente 10 y la longitud en la dirección
longitudinal del miembro cerámico poroso 30 corresponde a L en el
filtro de tipo panal mencionado anteriormente 10. En el filtro de
tipo panal 20 de la presente invención también, l y L mencionadas
anteriormente satisfacen la siguiente relación: 60 \leq L/l
\leq 500 o S y L mencionadas anteriormente satisfacen la siguiente
relación: 20 \leq L/S \leq 400 y la rugosidad superficial Ra
(de acuerdo con JIS B 0601) de la pared interna del orificio de
paso 31 satisface la siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
Con respecto al material para el miembro
cerámico poroso 30, sin limitación particular, pueden usarse los
mismos materiales que para los materiales orgánicos mencionados
anteriormente. En particular, se usa deseablemente carburo de
silicio que tiene una alta resistencia térmica, mejores propiedades
mecánicas y una gran conductividad térmica.
Con respecto a la porosidad y diámetro medio de
poro del miembro cerámico poroso 30, puede usarse la misma
porosidad y diámetro medio de poro que los del filtro de tipo panal
10 de la presente invención explicado usando la Figura 1.
Con respecto al tamaño de partícula de las
partículas cerámicas a usar para la fabricación de los miembros
cerámicos porosos 30, aunque sin limitación particular, se usan
deseablemente aquellas que son menos susceptibles a contracción en
el proceso de sinterización posterior y, por ejemplo, se usan
deseablemente aquellas partículas preparadas combinando 100 partes
en peso de partículas que tienen un tamaño de partícula medio de 0,3
a 50 \mum con de 5 a 65 partes en peso de partículas que tienen
un tamaño de partícula medio de 0,1 a 1,0 \mum. Mezclando polvos
cerámicos que tienen los tamaños de partícula respectivos
mencionados anteriormente en la proporción de mezcla mencionada
anteriormente, es posible proporcionar un miembro cerámico poroso
30.
Con respecto al material de formación de la capa
adhesiva 24, sin limitación particular, pueden usarse por ejemplo
un material compuesto de aglutinante inorgánico, un aglutinante
orgánico, fibras inorgánicas y partículas inorgánicas.
Con respecto al aglutinante inorgánico pueden
usarse, por ejemplo, sol de sílice, sol de alúmina y similares.
Cada uno de estos puede usarse solo o dos o más clases de estos
pueden usarse en combinación. Entre los aglutinantes inorgánicos,
se usa más deseablemente sol de sílice.
Con respecto al aglutinante orgánico, los
ejemplos de los mismos incluyen alcohol polivinílico, metil
celulosa, etil celulosa, carboxi metil celulosa y similares. Cada
uno de estos pueden usarse solos o dos o más clases de estos pueden
usarse en combinación. Entre los aglutinantes orgánicos, se usa más
deseablemente carboxi metil celulosa.
Con respecto a las fibras inorgánicas, los
ejemplos de las mismas incluyen fibras cerámicas tales como
sílice-alúmina, mullita, alúmina, sílice y
similares. Cada una de estas puede usarse en solitario dos o más
clases de estas pueden usarse en combinación. Entre las fibras
inorgánicas, se usan más deseablemente las fibras de
sílice-alúmina.
Con respecto a las partículas inorgánicas, los
ejemplos de las mismas incluyen carburos, nitruros y similares y
los ejemplos específicos de las mismas incluyen polvos o filamentos
inorgánicos hechos de carburo de silicio, nitruro de silicio,
nitruro de boro y similares. Cada una de estos puede usarse solo o
dos o más clases de estos pueden usarse en combinación. Entre las
partículas finas inorgánicas, se usa deseablemente carburo de
silicio que tiene una conductividad térmica muy buena.
En el filtro de tipo panal 20 mostrado en la
Figura 2, el bloque cerámico 24 se forma en forma cilíndrica; sin
embargo no se limita a la forma cilíndrica, el bloque cerámico del
filtro de tipo panal de la presente invención puede tener cualquier
forma deseada, tal como una forma de columna elíptica, una forma de
columna rectangular y similares.
Además, la capa de material de sellado 26 se
forma en la circunferencia del bloque cerámico 25 para evitar que
los gases de escape se fuguen a través de la circunferencia de cada
bloque cerámico 25. Con respecto al material de la capa de material
de sellado 26, sin limitación particular, puede usarse por ejemplo
el mismo material que para la capa adhesiva mencionada
anteriormente 24.
Sin limitación particular, el espesor de la capa
de material de sellado se ajusta deseablemente en un intervalo de
0,3 a 1,0 mm. El espesor de menos de 0,3 mm tiende a provocar la
fuga de los gases de escape por la circunferencia del bloque
cerámico 25 y, en contraste, el espesor que supera los 1,0 mm tiende
a provocar la degradación de la eficacia económica, aunque puede
evitar suficientemente la fuga de gases de escape.
Además, el filtro de tipo panal de la presente
invención puede tener un catalizador capaz de purificar CO, HC, NOx
y similares en los gases de escape.
Cuando dicho catalizador está soportado sobre el
mismo, se permite que el filtro de tipo panal de la presente
invención funcione como un filtro capaz de recoger materiales
particulados en los gases de escape y también que funcione como
miembro de soporte del catalizador para purificar CO, HC, NOx y
similares contenidos en los gases de escape.
Adicionalmente, en el filtro de tipo panal de la
presente invención, recubriendo las paredes internas del orificio
de paso con un catalizador es posible hacer que las cenizas se
desprendan. Normalmente, compuestos tales como sulfuros y fosfitos
contenidos en los gases de escape del combustible o similar
reaccionan con la capa de recubrimiento del catalizador y el filtro
para formar cenizas y adherirse a las mismas. Sin embargo, se
supone que la adhesión de un metal tal como el catalizador hace
posible evitar que las cenizas reaccionen con la capa de
recubrimiento del catalizador y el filtro.
Con respecto al catalizador, sin limitación
particular, siempre y cuando pueda purificar CO, HC, NOx y similares
en los gases de escape, los ejemplos del mismo incluyen metales
nobles tales como platino, paladio, rodio y similares. Además de
los metales nobles, puede añadirse al mismo un elemento tal como un
metal alcalino (Grupo 1 de la Tabla Periódica de los elementos), un
metal alcalinotérreo (Grupo 2 de la Tabla Periódica de los
elementos), un elemento de tierras raras (Grupo 3 de la Tabla
Periódica de los Elementos) o un elemento metálico de
transición.
Además, tras aplicar el catalizador sobre el
filtro de tipo panal de la presente invención, es preferible
aplicar el catalizador, después de que una superficie del mismo se
haya recubierto preliminarmente con un miembro de soporte tal como
alúmina o similar. Esta disposición hace posible aumentar el área
superficial específica, para aumentar el grado de dispersión del
catalizador, y en consecuencia aumentar la parte reactiva del
catalizador. Además, como el miembro de soporte evita la
sinterización del metal catalizador, la resistencia térmica del
catalizador puede mejorarse. Además, la pérdida de presión disminuye
también.
Se permite que el filtro de tipo panal de la
presente invención en el que el catalizador mencionado anteriormente
está soportado funcione como dispositivo de purificación de gas de
la misma manera que los DPF con catalizador conocidos
convencionalmente (filtro de material particulado diésel). Por lo
tanto, en la siguiente descripción, se omite la descripción
detallada del caso en el que el filtro de tipo panal de la presente
invención sirve también como miembro de soporte del
catalizador.
Como se ha descrito anteriormente, en el filtro
de tipo panal de la presente invención, con respecto a una sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio
de paso, la longitud l (mm) del lado más largo y la longitud L (mm)
en la dirección longitudinal del filtro de tipo panal (cuerpo
columnar) satisface la siguiente relación: 60 \leq L/l \leq 500
o el área S (mm^{2}) de la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal del orificio de paso y la longitud L (mm) en
la dirección longitudinal del filtro de tipo panal (cuerpo
columnar) satisface la siguiente relación: 20 \leq L/S \leq 400
y la rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS B 0601) de la
pared interna del orificio de paso se ajusta a 100 \mum o
menor.
Por lo tanto, en el filtro de tipo panal de la
presente invención, durante el proceso de regeneración, los gases
calentados a altas temperaturas mediante un medio de calentamiento
se hacen fluir a través del interior del orificio de paso como
flujo laminar; de esta manera, los materiales particulados
depositados en las paredes internas del orificio de paso se
calcinan sucesivamente desde el lado de entrada del gas de escape de
manera que los materiales particulados pueden calcinarse casi
completamente y retirarse.
Además, en el filtro de tipo panal de la
presente invención, la rugosidad superficial Ra se ajusta a 100
\mum o menor; de esta manera, esta disposición permite que las
cenizas residuales que quedan en la parte de pared después del
proceso de regeneración del filtro de tipo panal se separen
fácilmente de la parte de pared. Por lo tanto, en el proceso de
regeneración mencionado anteriormente se hace posible mover
fácilmente las cenizas dentro del orificio de paso usando gases a
alta temperatura que se hacen fluir a través del interior del
orificio de paso como flujo laminar y, en consecuencia, evitar que
las cenizas quedan en toda la superficie de la parte de pared en un
estado uniforme.
La siguiente descripción explicará un
dispositivo de purificación de gas de escape de la presente
invención.
El dispositivo de purificación de gas de escape
comprende:
una cubierta conectada a un pasaje de gas de
escape de un motor de combustión interna;
el filtro de tipo panal para purificar gas de
escape de la presente invención y un medio de calentamiento; que
están equipados dentro de la cubierta mencionada anteriormente,
en el que
después de realizar un proceso de regeneración
para el filtro de tipo panal para purificar gases de escape, los
gases calentados por el medio de calentamiento se hacen fluir hacia
el filtro de tipo panal para purificar gases de escape en las
condiciones de caudal de 0,3 m/s o mayor y una concentración de
oxígeno del 6% o mayor.
La Figura 4 es una vista en sección transversal
que muestra esquemáticamente un ejemplo de un dispositivo de
purificación de gas de escape de acuerdo con la presente
invención.
Como se muestra en la Figura 4, el dispositivo
de purificación de gas de escape 100 de la presente invención está
constituido principalmente por el filtro de tipo panal mencionado
anteriormente de la presente invención, una cubierta 130 que cubre
la circunferencia del filtro de tipo panal 20, un material de
sellado de sujeción 120 situado entre el filtro de tipo panal 20 y
la cubierta 130, y un medio de calentamiento 110 proporcionado en
el lado de entrada del gas de escape en el filtro de tipo panal 20 y
una tubería de introducción 140, acoplada a un motor de combustión
interna tal como un motor, se conecta a un extremo en el lado por el
que se introducen los gases de escape en la cubierta 130, y una
tubería de descarga 150 acoplada al exterior se conecta por el otro
extremo de la cubierta 130. Aquí, en la Figura 4 las flechas indican
flujos de gases de escape.
Aquí, en la Figura 4, se usa el filtro de tipo
panal 20 mostrado en la Figura 2; sin embargo el filtro de tipo
panal a usar en el dispositivo de purificación de gas de escape de
la presente invención puede prepararse como el filtro de tipo panal
10 mostrado en la Figura 1.
En el dispositivo de purificación de gas de
escape 100 de la presente invención que tiene la disposición
mencionada anteriormente, los gases de escape descargados de un
motor de combustión interna tal como un motor o similar se
introducen en la cubierta 130 a través de la tubería de introducción
140 y se deja que pasen a través de la pared de división 33 desde
el orificio de paso 31 del filtro de tipo panal 20 de manera que
después de que los materiales particulados en su interior se hayan
recogido a través de la pared de división 33, los gases de escape
purificados resultantes se descargan fuera a través de la tubería de
descarga 150.
En el dispositivo de purificación de gas de
escape 100 que realiza la operación de purificación de gas de
escape mencionada anteriormente, cuando una gran cantidad de
materiales particulados se ha acumulado en la pared de división 33
del filtro de tipo panal 20 para provocar una alta pérdida de
presión, se realiza un proceso de regeneración en el filtro de tipo
panal 20.
En el proceso de regeneración mencionado
anteriormente, los gases de escape calentados por el medio de
calentamiento 110 se hacen fluir hacia los orificios de paso 31 del
filtro de tipo panal 20 de manera que el filtro de tipo panal 20 se
calienta y los materiales particulados acumulados en la parte de
pared 13 se calcinan completamente y se retiran.
Con respecto a los gases a calentar por el medio
de calentamiento 110, se muestran por ejemplo los gases de escape
descargados de un motor de combustión interna tal como un motor o
similar y aire.
En el dispositivo de purificación de gas de
escape de la presente invención, después de realizar el proceso de
regeneración mencionado anteriormente, los gases calentados por el
medio de calentamiento 110, se hacen fluir hacia el filtro de tipo
panal 20 en condiciones en las que el caudal de entrada es de 0,3
m/s o mayor y la concentración de oxígeno es del 6% o mayor.
Como se ha descrito anteriormente, el filtro de
tipo panal 20 de la presente invención hace posible calcinar casi
completamente y retirar los materiales particulados acumulados en la
pared de división 33 a través de su proceso de regeneración y
permite que las cenizas residuales en la pared de división 33 salgan
fácilmente después del proceso de regeneración. En el dispositivo
de purificación de gas de escape 100 usando el filtro de tipo panal
20 de este tipo, como los gases de alta temperatura, calentados por
el medio de calentamiento 110 en las condiciones mencionadas
anteriormente, se hacen fluir hacia el filtro de tipo panal 20 en
las condiciones mencionadas anteriormente, de manera que se permite
que las cenizas residuales depositadas en casi toda la superficie
de la pared de división 33 del filtro de tipo panal 20 se muevan
hacia el lado de salida del gas de escape del orificio de paso 31 y
se acumulan en esta
parte.
parte.
Como resultado, apenas hay cenizas presentes en
las partes de la pared de división 33 excepto en aquellas partes en
el lado de salida del gas de escape, de manera que es posible
mantener el área de filtrado de la pared de división 33 como un
área amplia durante un largo tiempo y en consecuencia hacer que el
filtro de tipo panal 20 sea menos susceptible a una pérdida de
presión inicial alta incluso cuando el proceso de recogida de
materiales particulados y el proceso de regeneración en el filtro de
tipo panal 20 se realizan repetidamente; de esta manera se hace
posible usar el filtro de tipo panal 20 continuamente durante un
largo tiempo.
Para permitir que los gases mencionados
anteriormente fluyan hacia el filtro de tipo panal 20 en las
condiciones de caudal de 0,3 m/s o mayor y una concentración de
oxigeno del 6% o mayor, en el caso de que los gases de escape se
usen como los gases mencionados anteriormente, por ejemplo, un
dispositivo capaz de ajustar el caudal de los gases de escape y la
concentración de oxígeno se une a la parte media de la tubería de
introducción 140 o en las proximidades de la cara final del lado de
entrada de los gases de escape de la cubierta 130 de manera que los
gases de escape, ajustados a las condiciones de caudal de entrada de
0,3 m/s o mayor y concentración de oxígeno del 6% o mayor mediante
el dispositivo mencionado anteriormente, se hacen fluir hacia el
filtro de tipo panal 20.
Además, en el caso de que se use aire como el
gas mencionado anteriormente, por ejemplo, se une una bomba o
similar a la parte media de la tubería de introducción 140 o en las
proximidades del extremo del lado de entrada de los gases de escape
de la cubierta 130 de manera que el aire, ajustado a las condiciones
de caudal de entrada de 0,3 m/s o mayor y concentración de oxígeno
del 6% o mayor mediante la bomba, se hace fluir hacia el filtro de
tipo panal 20.
El caudal de entrada de gas de menos de 0,3 m/s
falla a la hora de mover las cenizas residuales depositadas en la
pared de división 33 mediante el proceso regeneración mencionado
anteriormente hacia el lado de salida del gas de escape del
orificio de paso 31 y falla también a la hora de calcinar los
materiales particulados acumulados en la pared de división 33 en el
lado de salida del gas de escape en el proceso de regeneración
mencionado anteriormente, dando como resultado una operación de
regeneración insuficiente y similares. Además, la concentración de
oxígeno en el gas de menos del 6% provocó una dificultad en la
calcinación de los materiales particulados acumulados en la pared
de división 33.
El medio de calentamiento 110, que se
proporciona para calentar el gas para hacerlo fluir hacia el
orificio de paso 31 para calcinar y retirar los materiales
particulados depositados en la pared de división 33 en el proceso
de regeneración del filtro de tipo panal 20 como se ha descrito
anteriormente y con respecto al medio de calentamiento 110, sin
limitación particular, puede usarse por ejemplo un dispositivo tal
como un calentador eléctrico, un quemador o similar.
Además, como se muestra en la Figura 4, el
dispositivo de purificación de gas de escape de la presente
invención puede tener un sistema en el que el filtro de tipo panal
20 se calienta mediante el medio de calentamiento 110 proporcionado
en el lado de entrada del gas de escape del filtro de tipo panal 20
o un sistema en el que un catalizador óxido está soportado en el
filtro de tipo panal, haciéndose fluir hidrocarburo hacia el filtro
de tipo panal que soporta el catalizador óxido de manera que el
filtro de tipo panal se calienta, o un sistema en el que un
catalizador óxido se pone en el lado de entrada del gas de escape
del filtro de tipo panal, de manera que permitiendo que el
catalizador óxido genere calor suministrando hidrocarburo al lado de
entrada del gas de escape del catalizador óxido, el filtro de tipo
panal se calienta.
Como la reacción entre el catalizador óxido y el
hidrocarburo es una reacción de generación de calor, el filtro de
tipo panal puede regenerarse en paralelo con el proceso de
purificación de gas de escape utilizando una gran cantidad del
calor generador durante la reacción. Aquí, incluso en este caso, los
gases que se hace fluir hacia el filtro de tipo panal necesitan
satisfacer las condiciones de caudal de entrada de 0,3 m/s o mayor
y una concentración de oxígeno del 6% o mayor.
Con respecto al material de sellado de sujeción
120, sin limitación particular, los ejemplos del mismo incluyen
fibras inorgánicas tales como fibras de alúmina cristalina, fibras
de alúmina-sílice, fibras de sílice y similares, y
fibras que contienen una o más clases de estas fibras inorgánicas y
similares.
Además, el material de sellado de sujeción 120
contiene deseablemente alúmina y/o sílice. Esta estructura hace
posible proporcionar una mejor resistencia térmica y durabilidad del
material de sellado de sujeción 120. En particular, el material de
sellado de sujeción 120 contiene deseablemente no menos del 50% en
peso de alúmina. Esta estructura hace posible proporcionar
elasticidad mejorada incluso a altas temperaturas en un intervalo
de 900 a 950ºC y, en consecuencia, potenciar la resistencia de
sujeción para el filtro de tipo panal 10.
Adicionalmente, deseablemente, el material de
sellado de sujeción 120 está sometido a procesos de perforación con
aguja. Esta disposición permite que las fibras que constituyen el
material de sellado de sujeción 120 se enreden entre sí para
mejorar la elasticidad y potenciar la resistencia de sujeción para
el filtro de tipo panal 20.
Con respecto a la forma del material de sellado
de sujeción 120, sin limitación particular, siempre y cuando se
aplique sobre la circunferencia del filtro de tipo panal 20 puede
usarse cualquier forma deseada; usándose deseablemente una forma
como se muestra en la Figura 5.
La Figura 5 es una vista en planta que muestra
esquemáticamente un ejemplo de material de sellado de sujeción.
Como se muestra en la Figura 5, el material de
sellado de sujeción 120 está constituido por una parte base 121 que
tiene una forma rectangular en su vista en planta, una parte convexa
122 que está formada en uno de los lados cortos de la parte base
121 y una parte cóncava 123 que está formada en el otro lado corto
de la parte base 121.
Con respecto al tamaño del material de sellado
de sujeción 120, sin limitación particular, se ajusta apropiadamente
de acuerdo con el tamaño del filtro de tipo panal 20 y
deseablemente la longitud del lado largo de la parte base 121 se
ajusta a la misma longitud de la circunferencia del filtro de tipo
panal 20. Esta disposición se hace para que no se forme un hueco
entre la circunferencia de filtro de tipo panal 20 y el material de
sellado de sujeción 120 que cubre la circunferencia del mismo.
Además, la longitud del lado corto de la parte
base 121 se ajusta deseablemente a casi la misma longitud que toda
la longitud del filtro de tipo panal 20. Esta disposición permite
que el filtro de tipo panal 20 tenga una mejor estabilidad de
sujeción.
Adicionalmente, los tamaños y posiciones de la
parte convexa 122 y la parte cóncava 123 se disponen deseablemente
de manera que se ajustan entre sí, aplicándose el material de
sellado de sujeción 120 sobre la circunferencia del filtro de tipo
panal 20.
Formando el material de sellado de sujeción 120
en la forma mencionada anteriormente, la tolerancia para el
diámetro externo del filtro de tipo panal 20 y la diferencia
provocada por el proceso de enrollado del material de sellado de
sujeción 120 pueden ajustarse apropiadamente, y también es posible
prevenir desviaciones en el material de sellado de sujeción 120
puesto sobre la circunferencia del filtro de tipo panal 20.
Aquí, con respecto a la forma del material de
sellado de sujeción en el dispositivo de purificación de gas de
escape en la presente invención, sin limitación particular a la
forma del material de sellado de sujeción 120 mostrada en la Figura
5 puede usarse, por ejemplo, cualquier forma deseada tal como una
forma de placa en vista en planta y una forma en la que una
pluralidad de partes convexas y una pluralidad de partes cóncavas
se forman en los dos extremos de la parte base que tiene una forma
rectangular en vista en planta.
Con respecto al material de la cubierta 130, sin
limitación particular, por ejemplo puede usarse acero inoxidable y
similares.
Además, con respecto a la forma de la cubierta,
sin limitación particular, puede usarse una forma cilíndrica como
se muestra en la cubierta 41 de la Figura 6(a), o puede
usarse una forma de carcasa con dos divisiones en la que un
cilindro se divide en dos partes por su eje direccional como se
muestra mediante una cubierta 42 de la Figura 6(b).
El tamaño de la cubierta 130 se ajusta
apropiadamente de manera que el filtro de panel 10 se sitúa en su
interior a través del material de sellado de sujeción 120. Como se
muestra en la Figura 4, la tubería de sujeción 140 usada para
introducir gases de escape se conecta a una de las caras finales de
la cubierta 130 y la tubería de descarga 150 para descargar gases
de escape se conecta en la otra cara final.
Como se ha descrito anteriormente, en el
dispositivo de purificación de gas de escape de la presente
invención, se usa el filtro de tipo panal de la presente invención
y durante el proceso de regeneración del filtro de tipo panal, los
gases calentados por el medio de calentamiento se hacen fluir hacia
el filtro de tipo panal para purificar los gases de escape en las
condiciones de caudal de entrada de 0,3 m/s o mayor y concentración
de oxígeno del 6% o mayor.
Por esta razón, cuando el proceso de
regeneración para el filtro de tipo panal se realiza usando el
dispositivo de purificación de gas de escape de la presente
invención, se permite que las cenizas residuales depositadas sobre
casi toda la superficie de la parte de pared del filtro de tipo
panal se muevan hacia el lado de salida del gas de escape del
orificio de paso, y se acumulen en esta parte.
Como resultado, apenas hay cenizas presentes en
las partes de la parte de pared excepto aquellas partes del lado de
salida del gas de escape de manera que es posible mantener el área
de filtro de la parte de pared como un área amplia durante un largo
tiempo y en consecuencia hacer que el filtro de tipo panal sea menos
susceptible a una alta pérdida de presión inicial incluso cuando
los procesos de recogida y regeneración de materiales particulados
en el filtro de tipo panal se realizan repetidamente; de esta manera
se hace posible usar el filtro de tipo panal continuamente durante
un largo tiempo.
A continuación, la siguiente descripción
explicará ejemplos de un método de fabricación del filtro de tipo
panal de la presente invención y un método de fabricación para el
dispositivo de purificación de gas de escape de la presente
invención.
En primer lugar, se describirá el método de
fabricación para el filtro de tipo panal de la presente
invención.
En el caso de que el filtro de tipo panal de la
presente invención tenga una estructura formada por un solo cuerpo
sinterizado en su conjunto, como se muestra en la Figura 1, se
realiza en primer lugar un proceso de moldeo por extrusión usando
una pasta de material compuesta principalmente por cerámicos como se
ha descrito anteriormente de manera que se forma un cuerpo formado
por cerámico que tiene una forma correspondiente al filtro de tipo
panal 10 como se muestra en la Figura 1.
En el proceso de moldeo por extrusión mencionado
anteriormente, la pasta de material se extruye continuamente a
través de un troquel metálico que se une a la punta de una máquina
de moldeo por extrusión y está provista con numerosos poros finos
formados en su interior, y se corta a una longitud predeterminada de
manera que se fabrica el cuerpo formado por cerámico mencionado
anteriormente y para fabricar el filtro de tipo panal de la
presente invención, la cara de pared de los poros finos formados en
el troquel se somete a un proceso de pulido y similares de manera
que la rugosidad superficial Ra se ajusta a 100 \mum o menor.
La cara de la pared de poros finos del troquel
mencionado anteriormente es una parte que está en contacto directo
con la pasta de material en el proceso de moldeo por extrusión y en
el caso de que la cara de pared tenga una gran rugosidad
superficial, la rugosidad superficial de la pared interna de la
abertura que constituye el orificio de paso de un cuerpo formado
por cerámico a fabricar se hace mayor; de esta manera la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso del filtro
de tipo panal de la presente invención que se fabrica mediante el
post procesado supera los 100 \mum.
Aquí, alternativamente, la viscosidad de la
pasta de material y los tamaños de partícula y proporciones de
mezcla de los materiales respectivos se ajustan apropiadamente de
manera que la rugosidad superficial Ra de la pared interna del
orificio de paso del filtro de tipo panal a fabricar puede ajustarse
a 100 \mum o menor.
Además, la longitud (L' (mm)) en la dirección
longitudinal del cuerpo formado por cerámicos se determina de
acuerdo con la longitud (l' (mm)) del lado más largo (diámetro
interno a partir del que la pared se excluye) de la abertura que
constituye el orificio de paso del cuerpo formado por cerámico o el
área (S' (mm^{2})) de la abertura y más específicamente L' se
ajusta de manera que las L' y l' mencionadas anteriormente
satisfacen 60 \leq L'/l' \leq 500 o de manera que las L' y S'
mencionadas anteriormente satisfacen 20 \leq L'/S' \leq 400.
De esta manera, ajustando apropiadamente la
longitud L' en la dirección longitudinal del cuerpo formado por
cerámico, puede fabricarse el filtro de tipo panal de acuerdo con el
primer aspecto de la presente invención en el que la longitud (l
(mm)) del lado más largo (diámetro interno a partir del cual se
excluye la pared) de la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal del orificio de paso de la longitud L (mm)
en la dirección longitudinal del filtro de tipo panal (cuerpo
columnar) satisfacen la relación 60 \leq L/l \leq 500 o el
filtro de tipo panal de acuerdo con el segundo aspecto de la
presente invención en el que el área (S (mm^{2})) de la sección
transversal perpendicular a la dirección longitudinal del orificio
de paso y la longitud L (mm) en la dirección longitudinal del filtro
de tipo panal (cuerpo columnar) satisfacen la relación 20 \leq
L/S \leq 400.
A continuación, el cuerpo formado por cerámico
mencionado anteriormente se somete a procesos de desengrasado y
sinterización en condiciones predeterminadas de manera que se
fabrica un filtro de tipo panal que está formado por cerámicos
porosos y constituido por un solo cuerpo sinterizado en su
conjunto.
Con respecto a la composición de la pasta de
material y condiciones de los procesos de desengrasado y
sinterización del cuerpo formado por cerámico y similares, pueden
usarse las condiciones usadas convencionalmente que se aplican al
filtro de tipo panal hecho a partir de cerámicos porosos.
Adicionalmente, tras los procesos de
desengrasado y sinterización del cuerpo formado por cerámico,
ajustando el caudal de entrada de gases que fluyen a través del
orificio de paso del cuerpo formado por cerámico, puede ajustarse
la rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
del filtro de tipo panal de la presente invención, y aumentando el
caudal de entrada de los gases, puede aumentarse la rugosidad de
superficie Ra de la pared interna del orificio de paso del filtro
de tipo panal de la presente invención.
Adicionalmente, tras los procesos de
desengrasado y sinterización del cuerpo formado por cerámico,
ajustando el caudal de entrada de gases que deben fluir a través
del orificio de paso del cuerpo formado por cerámico, puede
ajustarse la rugosidad superficial Ra de la pared interna del
orificio de paso del filtro de tipo panal de la presente invención
y aumentando el caudal de entrada de los gases, puede aumentarse la
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
del filtro de tipo panal de la presente invención.
En el caso de que el filtro de tipo panal de la
presente invención soporte un catalizador, es preferible realizar
un proceso de sinterización para el cuerpo formado por cerámico
mientras que se realiza un proceso de reducción usando gas
hidrógeno. Presumiblemente, esta disposición hace posible modificar
la superficie del cuerpo sinterizado cerámico para cambiar la
capacidad de humectación y en consecuencia permitir que el
catalizador se aplique fácilmente.
En el caso de que el filtro de tipo panal de la
presente invención soporte un catalizador es preferible sumergir el
cuerpo sinterizado cerámico en ácido fluorhídrico. Presumiblemente,
esta disposición hace posible modificar la naturaleza del cerámico
para cambiar la capacidad de humectación y en consecuencia permitir
que el catalizador se aplique fácilmente.
A continuación, en el caso de que un catalizador
esté soportado sobre el filtro de tipo panal de la presente
invención, se forma deseablemente una película de alúmina sobre la
superficie del cuerpo formado por cerámico que se ha sinterizado y
el catalizador se aplica a la película de alúmina.
Más específicamente, realizando los siguientes
procesos (A), (B) y (C) en este orden, la película de alúmina, un
promotor y un catalizador se aplican al mismo.
Este proceso de impregnación con solución se
realiza para recubrir la película de alúmina sumergiendo la
superficie del cuerpo formado por cerámico que se ha sometido al
proceso de sinterización con una solución de un compuesto metálico
que contiene alúmina mediante un método sol-gel.
Pueden usarse un compuesto inorgánico metálico y
un compuesto orgánico metálico, con respecto al compuesto metálico
de partida en la solución del compuesto metálico que contiene
alúmina.
Con respecto al compuesto inorgánico metálico,
los ejemplos del mismo incluyen: Al(NO_{3})_{3},
AlCl_{3}, AlOCl, AIPO_{4},
Al_{2}(SO_{4})_{3}, Al_{2}O_{3},
Al(OH)_{3} y Al. Entre estos, en particular
Al(NO_{3})_{3} y AlCl_{3} que se disuelven
fácilmente en un disolvente tal como alcohol, agua o similares y
pueden manejarse fácilmente se usan deseablemente.
Con respecto al compuesto orgánico metálico
mencionado anteriormente, los ejemplos del mismo incluyen: alcóxido
metálico, acetilacetonato metálico y carboxilato metálico Al. Los
ejemplos específicos del mismo incluyen
Al(OCH_{3})_{3},
Al(OC_{2}H_{3})_{3} y
Al(iso-OC_{3}H_{7})_{3}.
Con respecto al disolvente para la solución de
compuesto metálico que contiene aluminio, al menos uno o más
materiales seleccionados entre el grupo compuesto por agua, alcohol,
diol, alcohol polihídrico, etilenglicol, óxido de etileno,
trietanol, amina y xileno, teniendo en cuenta la solubilidad del
compuesto metálico, se mezclan y se usan en el mismo.
Además, después de preparar la solución, puede
añadirse ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido
acético, ácido fluorhídrico o similares como disolvente.
Aquí, se propone
Al(NO_{3})_{3} como un ejemplo deseable del
compuesto metálico y este se disuelve en un disolvente a una
temperatura comparativamente baja de manera que la solución de
material se prepara fácilmente. Aquí, con respecto al disolvente
deseado, se propone 1,3-butano diol. La primera
razón para usar este material es porque tiene una viscosidad
apropiada y hace posible aplicar una película en forma de gel que
tiene un espesor apropiado en un estado de gel. La segunda razón
para usar este material es porque el disolvente forma un alcóxido
metálico en solución de manera que un polímero de óxido metálico
hecho mediante enlaces de
oxígeno-metales-oxígeno es decir,
un precursor de un gel de ácido metálico, se forma fácilmente.
La cantidad de de
Al(NO_{3})_{3} se ajusta deseablemente en un
intervalo del 10 al 50% en peso. Una cantidad de menos del 10% en
peso falla a la hora de soportar la cantidad de alúmina que tiene un
área superficial suficiente capaz de mantener la actividad del
catalizador durante un largo tiempo; en contraste una cantidad que
supera el 50% en peso provoca una gran cantidad de generación de
calor durante la disolución haciendo que la solución gelifique
fácilmente.
Con respecto a la temperatura para la
preparación de la solución de impregnación del compuesto metálico,
es deseable ajustarla en un intervalo de 50 a 130ºC. La temperatura
de menos de 50ºC provoca una menor solubilidad en el soluto,
mientras que la temperatura que supera los 130ºC provoca un progreso
brusco de la reacción para formar gel, haciendo imposible usar como
resolución de recubrimiento.
Después de preparar la solución de impregnación
de compuesto metálico, el tiempo de agitación se ajusta
deseablemente en un intervalo de 1 a 9 horas. Este intervalo hace
posible estabilizar la viscosidad de la solución.
En el proceso de impregnación, deseablemente, el
cuerpo formado por cerámico que se ha sinterizado se impregna
parcialmente con la solución del compuesto metálico ajustada como se
ha descrito anteriormente de manera que el compuesto metálico se
fija sobre el mismo y por ejemplo, permitiendo que el cuerpo formado
por cerámico sinterizado se impregne a una parte diana para
soportar el catalizador, se forman la parte de soporte y la parte
de no soporte. De esta manera, la secuencia transcurre al siguiente
proceso de secado.
En el proceso de secado, los componentes
volátiles tales como NO_{2} y similares se evaporan y se retiran
de manera que la solución se somete a gelificación para fijarla
sobre la superficie de partículas cerámicas, retirando
simultáneamente el exceso de solución; de esta manera, el proceso de
calentamiento se realiza a un intervalo de temperatura de 120 a
170ºC durante aproximadamente 2 horas. Cuando la temperatura de
calentamiento es menor de 120ºC, se hace difícil evaporar los
componentes volátiles, mientras que cuando la temperatura de
calentamiento es mayor de 170ºC, el espesor de la película
gelificada se hace no uniforme.
Este proceso de sinterización preliminar es un
proceso para realizar una operación de sinterización preliminar
para retirar los componentes residuales para formar una película de
alúmina amorfa y es preferible calentar el cuerpo formado a una
temperatura en el intervalo de 300ºC a 500ºC. Cuando la temperatura
de la sinterización preliminar es menor de 300ºC se hace difícil
retirar las sustancias orgánicas residuales; en contraste, cuando
la temperatura es mayor de 500ºC, cristaliza Al_{2}O_{3}, de
manera que no puede formarse boehmita sobresaliente en pequeñas
fibras en el tratamiento hidrotérmico posterior.
En un tratamiento hidrotérmico, el cuerpo
formado por cerámico sinterizado preliminarmente se sumerge en agua
caliente de manera que se forma una película de alúmina hecha a
partir de boehmita sobresaliente de fibras pequeñas. Cuando se
realiza dicho tratamiento hidrotérmico, las partículas en la
superficie de la película de alúmina de morfa se someten a una
acción de peptización inmediatamente después del tratamiento, y se
liberan a la solución en estado de sol y las partículas de boehmita
generadas por hidratación se forman en protuberancias de fibras
pequeñas y se condensan de manera que se forma una estado estable
frente a peptización.
En otras palabras, este tratamiento hidrotérmico
permite que las partículas de alúmina se adhieran individualmente a
la superficie de cada partícula cerámica para formar pequeñas fibras
(partículas con forma de aguja) que se pegan lado a lado a mostrar
la denominada estructura de trasplante de cabello, dando como
resultado una superficie rugosa. En consecuencia, se hace posible
formar una película de alúmina que tiene una alta superficie
específica. La temperatura del tratamiento hidrotérmico mencionada
anteriormente se ajusta deseablemente en un intervalo de 50 a
100ºC. Cuando la temperatura es menor de 50ºC, la hidratación no
progresa en la película de alúmina amorfa, fallando a la hora de
formar boehmita protuberante en fibras pequeñas. En contraste,
cuando la temperatura es mayor de 100ºC, el agua se evapora,
haciendo difícil mantener el proceso durante un largo tiempo. El
tiempo de tratamiento se ajusta deseablemente a una hora o mayor. El
tiempo de tratamiento menor de una hora hace que la hidratación de
alúmina amorfa sea insuficiente.
En este proceso la boehmita generada por la
hidratación se somete a deshidratación para formar cristales de
alúmina. El proceso de sinterización principal se realiza
deseablemente a una temperatura de un intervalo de 500 a 1000ºC
durante 5 a 20 horas. Cuando la temperatura de la sinterización
principal es menor de 500ºC, la cristalización no progresa
suficientemente; en contraste, cuando la temperatura de la misma es
mayor de 1000ºC, la cristalización progresa excesivamente, dando
como resultado un reducción en el área superficial.
Aquí, los procesos de (A-3) y
(A-4) pueden omitirse.
Con respecto a otro método de soporte para el
material de soporte, puede proponerse el siguiente método.
En primer lugar, con respecto a un método de
preparación para la solución, el polvo del material de soporte se
machaca finamente usando un molinillo o similar, y se mezcla con un
disolvente mientras que se agita para formar una solución. Más
específicamente, se forma un polvo de un óxido tal como alúmina,
titania, zirconia o similares usando un método
sol-gel o similar. En este caso, dicho material que
tiene una superficie específica tan alta como sea posible se usa
deseablemente para formar una capa de recubrimiento de un
catalizador; y el material que tiene un alto valor de área
superficial específica de 250 m^{2}/g o mayor se selecciona
deseablemente. Aquí, se selecciona deseablemente
\gamma-alúmina que tiene una alta área superficial
específica. Además, para acelerar la reacción de descomposición de
azufre, se añade también deseablemente titania al mismo.
A esto polvos, se les añade un aglutinante
inorgánico tal como alúmina hidratada, sal de alúmina, sal de sílice
o similares, y aproximadamente del 5 al 20% en peso de un
disolvente tal como agua pura, agua, alcohol, diol, alcohol
polihídrico, etilenglicol, óxido de etileno, trietanolamina, xileno,
o similares y la mezcla resultante se tritura y se agita. En este
momento, se realiza el proceso de trituración hasta que el tamaño
del óxido a usar como material de soporte ha alcanzado un nivel de
500 nm o menor. Este proceso de trituración final hace posible
formar una película de alúmina sobre cada partícula
uniformemente.
El cuerpo sinterizado se impregna parcialmente
con una solución que contiene el polvo mencionado anteriormente de
óxido metálico como se ha descrito anteriormente.
Después de haber secado durante el proceso de
calentamiento a de 110 a 200ºC durante aproximadamente 2 horas,
esto se somete a un proceso de sinterización principal. La
temperatura del proceso de sinterización principal se ajusta
deseablemente a una temperatura en un intervalo de 500 a 1000ºC, y
el proceso se realiza durante 1 a 20 horas. Cuando la temperatura
del proceso de sinterización principal es menor de 500ºC, la
cristalización no progresa suficientemente; en contraste, cuando la
temperatura supera los 1000ºC, la cristalización progresa
excesivamente, dando como resultado una reducción del área
superficial. Además, midiendo el peso antes y después de estos
procesos, es posible calcular la cantidad de soporte.
Este proceso de impregnación de solución se
realiza para recubrir la superficie del cuerpo formado por cerámico
sinterizado con una película tal como una película de óxido de
tierras raras o similar, es decir, una película que contiene un
metal alcalino, un metal alcalinotérreo, un elemento de tierras
raras y un elemento metálico de transición, impregnando la
superficie del mismo con una solución de un compuesto metálico que
contiene un elemento de tierras raras y similares mediante un
método sol-gel.
Con respecto a la solución de compuesto que
contiene cerio, entre las soluciones de compuesto metálico que
contienen un elemento de tierras raras y similares, pueden usarse,
por ejemplo, Ce(NO_{3})_{3}, CeCl_{3},
Ce_{2}(SO_{4})_{3}, CeO_{2},
Ce(OH)_{3} y
Ce_{2}(CO_{3})_{3}.
Con respecto al disolvente de la solución mixta,
al menos uno o más materiales seleccionados entre el grupo
compuesto por agua, alcohol, diol, alcohol polihídrico,
etilenglicol, óxido de etileno, trietanol amina y xileno teniendo
en cuenta la solubilidad del compuesto metálico, se mezclan y se
usan aquí.
Además, con respecto al catalizador usado para
la preparación de la solución, pueden añadirse ácido clorhídrico,
ácido sulfúrico, ácido nítrico, ácido acético, ácido fluorhídrico o
similares.
Adicionalmente, para mejorar la resistencia al
calor de la película de alúmina, además del óxido de tierras raras,
una sustancia sencilla tal como Li, K, Ca, Sr, Ba, La, Pr, Nd. Sl,
Zr y similares, y un compuesto de las mismas puede añadirse al
material de partida.
Aquí, Ce(NO_{3})_{3} se
propone como ejemplo deseable del compuesto metálico y este se
disuelve en un disolvente a una temperatura comparativamente baja
de manera que la solución de material se prepara fácilmente. Aquí,
con respecto al disolvente deseado, se propone etilenglicol. La
razón para usar este material es porque tiene una viscosidad
apropiada y hace posible formar una película de gel que tiene un
espesor apropiado sobre la partícula cerámica.
La cantidad de Ce(NO_{3})_{3}
se ajusta deseablemente en un intervalo del 1 al 30% en peso. La
cantidad de menos del 1% en peso falla a la hora de promover la
oxidación de hollín; en contraste, la cantidad que supera el 30% en
peso provoca el crecimiento de partículas de CeO_{2} después del
proceso de sinterización.
La proporción de mezcla entre
Al(NO_{3})_{3} y Ce(NO_{3})_{3}
se ajusta deseablemente a 10:2. La razón para esta proporción es
porque el grado de dispersión de partículas de CeO_{2} después del
proceso de sinterización se mejora haciendo más rico al
Al(NO_{3})_{3}.
Con respecto a la temperatura de preparación de
la solución de impregnación del compuesto metálico, se ajusta
deseablemente en un intervalo de 50 a 130ºC. La temperatura de menos
de 50ºC provoca una baja solubilidad en el soluto, mientras que la
temperatura que supera los 130ºC provoca un progreso brusco de la
reacción para formar una solución no uniforme haciendo imposible
usar la solución.
Después de preparar la solución de impregnación
de compuesto metálico, el tiempo de agitación se ajusta
deseablemente en un intervalo de 1 a 9 horas. Este intervalo hace
posible estabilizar la viscosidad de la solución.
Con respecto al compuesto metálico que contiene
Ce(NO_{3})_{3}, además del ejemplo mencionado
anteriormente, puede usarse preferiblemente el siguiente método
para obtener el óxido compuesto mencionado anteriormente: por
ejemplo ZrO (NO_{3})_{2} y ZrO_{2} se usan como fuentes
de zirconio para preparar un óxido compuesto o una solución sólida
con zirconio y disolviendo estos materiales en agua y etilenglicol
para formar una solución mixta y después de impregnar el cuerpo
formado por cerámico o sinterizado con esta solución mixta, el
material resultante se seca y se sinteriza para formar el compuesto
metálico que contiene cerio en su interior.
En el proceso de impregnación con solución,
deseablemente, el cuerpo formado por cerámico que se ha sinterizado,
se impregnó parcialmente con la solución del compuesto metálico
ajustada como se ha descrito anteriormente de manera que la
solución se fija sobre el mismo y se permite por ejemplo que el
cuerpo formado por cerámico se impregne en una parte diana para
soportar el catalizador, formándose la parte de soporte y la parte
de no soporte. De esta manera, la secuencia transcurre al siguiente
proceso de secado.
En el proceso de secado, los componentes
volátiles como NO_{2} y similares se evaporan y se retiran de
manera que la solución se dispersa para fijarla sobre la superficie
de partículas cerámicas, retirando simultáneamente el exceso de
solución; de esta manera, el proceso de calentamiento se realiza en
un intervalo de temperatura de 120 a 170ºC durante aproximadamente
2 horas. Cuando la temperatura de calentamiento es menor de 120ºC se
hace difícil evaporar los componentes volátiles, mientras cuando la
temperatura de calentamiento es mayor de 170ºC, la dispersión se
hace no uniforme.
Este proceso de sinterización es un proceso para
realizar una operación de sinterización para retirar componentes
residuales para depositar CeO_{2} sobre la película de alúmina y
se prefiere calentar el cuerpo formado a una temperatura en un
intervalo de 500ºC a 800ºC durante 1 a 2 horas. Cuando la
temperatura de sinterización preliminar es menor de 500ºC, se hace
difícil retirar las sustancias orgánicas residuales; en contraste,
cuando la temperatura es mayor de 800ºC, tiende a ocurrir el
crecimiento de partícula.
La superficie del cuerpo formado por cerámico
sinterizado se recubre, por ejemplo, con una película de alúmina
que contiene un óxido de tierras raras, y un componente activo tal
como platino o similar se soporta sobre la película de alúmina. La
cantidad de componente activo soportado sobre la misma se determina
de manera que el cuerpo de soporte se sumerge en la solución acuosa
que contiene platino y similares para absorber su cantidad de
absorción de agua, de manera que la superficie del mismo empieza a
humedecerse ligeramente.
Aquí, la cantidad de absorción de agua que
contiene el cuerpo formado por cerámico sinterizado se determina de
la siguiente manera: suponiendo que el valor medido de absorción de
agua de un cuerpo formado por cerámico sinterizado seco es el
22,46% en peso y que el peso del cuerpo formado por cerámico
sinterizado es 110 g y la capacidad del mismo es 0,1631, este
cuerpo formado por cerámico sinterizado puede absorber 24,7 g/l de
agua.
Aquí, con respecto a la sustancia de partida de
platino, se usa por ejemplo una solución de ácido nítrico de
dinitro diamina platino
([Pt(NH_{3})_{2}(NO_{2})_{2}]HNO_{3}),
concentración de platino: 4,53% en peso). Por ejemplo, para
depositar 1,7 g/l de platino sobre todo el cuerpo formado por
cerámico sinterizado, se depositan 1,7 (g/l) x 0,163 (1) = 0,272 g
de platino en el cuerpo formado por cerámico sinterizado; de esta
manera, la solución de ácido nítrico de dinitro diamina platino
(concentración de platino: 4,53% en peso) se diluye con agua
destilada. En otras palabras, la proporción en peso X (%) de la
solución de ácido nítrico de dinitro diamina platino (concentración
de platino: 4,53% en peso)/agua destilada se calcula mediante la
expresión, X = 0,272 (cantidad en gramos de platino/24,7 (contenido
de agua en g)/ 4,53 (concentración de platino: % en peso), y se
encuentra es del 24,8% en peso.
Con respecto a la solución acuosa de solución de
ácido nítrico de dinitro diamina platino preparada como se ha
descrito anteriormente, una cantidad deseada a depositar sobre el
cuerpo formado por cerámico sinterizado diana se vierte sobre una
plataforma.
Entonces, en el caso de las condiciones
mencionadas anteriormente, la concentración se ajusta al 24,8% en
peso y la solución se mantiene en este estado durante un periodo
predeterminado de tiempo hasta que la solución se ha absorbido
totalmente. De esta manera, se dispersa platino y se fija
uniformemente sobre la superficie de la película de soporte de
alúmina que cubre el cuerpo formado por cerámico sinterizado.
El cuerpo formado por cerámico sinterizado que
se ha impregnado con la solución acuosa se seca mediante un proceso
de calentamiento a 110ºC durante aproximadamente 2 horas de manera
que después de que la humedad se haya retirado, se somete a un
proceso de sinterización a aproximadamente 500ºC durante una hora en
una atmósfera de nitrógeno de manera que se forma platino en el
metal.
Aquí, en la presente realización, con respecto
al método para soportar el componente activo tal como platino o
similar, se usa un método para permitir que platino se deposite a
través del proceso de absorción de agua; sin embargo, puede usarse
otro método tal como un método de impregnación en el que el cuerpo
formado por cerámico sinterizado se fija a una posición
predeterminada en la solución a impregnar durante un periodo de
tiempo predeterminado para que se deposite sobre una posición
diana, un método de evaporación hasta sequedad, un método de
absorción en equilibrio, un método de humedad incipiente o un método
de pulverización.
Después de los procesos mencionados
anteriormente, el material de soporte, el promotor, el catalizador
de tipo de absorción de NOx y el catalizador se soportan sobre la
superficie del cuerpo formado por cerámico sinterizado.
En este caso, con respecto a la altura de cada
uno de los materiales, (longitud a lo largo de la dirección de
flujo del gas de escape en el filtro de tipo panal), aunque sin
limitación particular, las alturas de los otros materiales se
ajustan deseablemente a la altura a la que se soporta el
catalizador. Cuando todas las alturas del miembro de soporte, el
promotor, catalizador de tipo absorción de NOx y catalizador se
hacen coincidentes entre sí, los efectos de regeneración se mejoran
debido a efectos sinérgicos y cuando algunos de estos se omiten en
las partes innecesarias, se hace posible reducir la pérdida de
presión y también y eliminar el uso anti-económico
de materiales para reducir
costes.
costes.
Además, en el caso de que el filtro de tipo
panal de la presente invención tenga una estructura en la que, como
se muestra en la Figura 2, una pluralidad de miembros cerámicos
porosos se combinan entre sí mediante capas adhesivas, se realiza
en primer lugar un proceso de moldeo por extrusión usando una pasta
de material compuesta principalmente por los cerámicos mencionados
anteriormente de manera que se forma un cuerpo formado por
cerámicos, que tiene una forma correspondiente al miembro cerámico
poroso 30 como se muestra en la Figura 3.
Aquí, el proceso de moldeo por extrusión se
realiza en las mismas condiciones que las del proceso de moldeo por
extrusión del filtro de tipo panal hecho de un solo cuerpo
sinterizado. Sin embargo, el troquel a usar para la preparación de
la materia prima que forma el cuerpo es diferente del troquel usado
para la formación del filtro de tipo panal hecho de un solo cuerpo
sinterizado tanto en su forma como en las posiciones de los poros
finos.
A continuación, el cuerpo formado por cerámico
mencionado anteriormente se somete a procesos de desengrasado y
sinterización en condiciones predeterminadas de manera que se
fabrica un miembro cerámico poroso que tiene una estructura en la
que una pluralidad de orificios de paso se sitúan en paralelo entre
sí en la dirección longitudinal con una pared de división
interpuesta entre ellos.
Adicionalmente, tras el proceso de desengrasado
y sinterización del cuerpo formado por cerámico, ajustando el
caudal de entrada de los gases que tienen que fluir a través del
orificio de paso del cuerpo formado, puede ajustarse la rugosidad
superficial Ra de las paredes internas del orificio de paso del
filtro de tipo panal de la presente invención y aumentado el caudal
de entrada de los gases, puede aumentarse la rugosidad superficial
Ra de la pared interna del orificio de paso del filtro de tipo panal
de la presente invención.
En el caso de que el filtro de tipo panal de la
presente invención soporte un catalizador, es preferible realizar
un proceso de sinterización para el cuerpo formado por cerámico
mientras que se realiza un proceso de reducción usando hidrógeno
gas. Presumiblemente, esta disposición hace posible modificar la
superficie del cuerpo sinterizado cerámico para cambiar la
humectabilidad y, en consecuencia, permitir que el catalizador se
aplique fácilmente.
En el caso de que el filtro de tipo panal de la
presente invención soporte un catalizador, es preferible sumergir
el cuerpo sinterizado cerámico en ácido fluorhídrico.
Presumiblemente, esta disposición hace posible modificar la
naturaleza del cuerpo sinterizado cerámico para cambiar la
humectabilidad y, en consecuencia, permitir que el catalizador se
aplique fácilmente.
A continuación, en el caso de que un catalizador
se soporte sobre el filtro de tipo panal de la presente invención,
se forma deseablemente una película de alúmina sobre la superficie
del cuerpo formado por cerámico que se ha sinterizado y el
catalizador se aplica a la película de alúmina de la misma manera
que en los procesos de fabricación mencionados anteriormente del
filtro de tipo panal hecho de un cuerpo sinterizado único.
A continuación, como se muestra en la Figura 7,
los miembros cerámicos porosos 30 se sitúan en una base 80 cuya
parte superior se diseña para que tenga forma de V en sección
transversal para permitir que los miembros cerámicos porosos 30 se
apilen sobre la misma de una manera inclinada, y después se aplica
pasta adhesiva para formar una capa adhesiva 24 sobre las dos caras
30a y 30b orientadas hacia arriba con un espesor uniforme para
formar una capa de enlace 81. Posteriormente, un proceso de laminado
para formar otro miembro cerámico poroso 30 sobre la placa de
enlace 81 se repite sucesivamente de manera que se fabrica un cuerpo
laminado cerámico columna rectangular 30 que tiene un tamaño
predeterminado. En este momento, con respecto a los miembros
cerámicos porosos 30 correspondientes a las cuatro esquinas del
cuerpo laminado cerámico, un miembro cerámico poroso columnar
triangular 30c, que se forma cortando un miembro cerámico poroso
columnar cuadrangular en dos, se une a un miembro de resina 82 que
tiene la misma forma que el miembro cerámico poroso columnar
triangular 30c usando una cinta en ambos lados que se desprende
fácilmente para preparar un miembro de esquina y estos miembros de
esquina se usan para las cuatro esquinas del cuerpo laminado
cerámico y después del proceso de laminado de los miembros de
cerámico porosos 30, se retiran todos los miembros de resina 82 que
forman las cuatro esquinas del cuerpo laminado cerámico y, de esta
manera, puede formarse un cuerpo laminado cerámico que tiene una
forma de columna poligonal en su sección transversal. Con esta
disposición es posible reducir la cantidad de residuos
correspondiente a los miembros cerámicos porosos a desechar, después
de la formación del bloque cerámico cortando la parte periférica
del cuerpo laminado cerámico.
Con respecto a un método para fabricar el cuerpo
laminado cerámico que tiene forma de columna poligonal en su
sección transversal excepto para el método mostrado en la Figura 7,
por ejemplo, puede usarse un método en el que se omiten los
miembros cerámicos poroso localizados en las cuatro esquinas y un
método en el que los miembros cerámicos porosos que tienen una
forma triangular se combinan entre sí, de acuerdo con la forma de
un filtro de tipo panal a fabricar. Aquí, puede fabricarse un
miembro cerámico columnar cuadrangular, por supuesto.
A continuación, el cuerpo laminado de este
miembro cerámico poroso 30 se calienta de manera que la capa de
enlace 81 se seca y solidifica para formar una capa adhesiva 24, y
la parte periférica de ésta se corta en una forma como se muestra
en la Figura 2 usando por ejemplo una cortadora de diamante de
manera que se fabrica un bloque cerámico 25.
Después, una capa de material de sellado 26 se
forma sobre la circunferencia del bloque cerámico 25 de manera que
se fabrica un filtro de tipo panal que tiene una estructura en la
que una pluralidad de miembros cerámicos porosos se combinan entre
sí mediante capas adhesivas.
Aquí, con respecto a la pasta de material
mencionada anteriormente, en las composiciones de la pasta de
material adhesivo y de sellado, puede adoptarse las condiciones de
los procesos de desengrasado y sinterización del cuerpo formado,
usándose las mismas condiciones y similares que para la fabricación
de un filtro de tipo panal convencional que tiene una estructura en
la que una pluralidad de miembros cerámicos porosos se combinan
entre sí mediante capas adhesivas.
Cada una de los filtros de tipo panal fabricado
como se ha descrito anteriormente tiene una forma de columna que
tiene una estructura en la que un número de orificios de paso se
disponen en paralelo entre sí con una pared de división interpuesta
entre ellos.
En el caso de que un filtro de tipo panal tenga
una estructura formada por un solo cuerpo sinterizado en su
conjunto como se muestra en la Figura 1, se permite que la pared de
separación que separa un número de orificios de paso funcione como
filtro de recogida partículas en su conjunto. En contraste, en el
caso de que el filtro de tipo panal tenga una estructura en la que
una pluralidad de miembros cerámicos porosos se combinen entre sí
mediante capas adhesivas como se muestra en la Figura 2, como cada
una de la parte de pared de separación de múltiples orificios de
paso está constituida por una pared de división que forma el miembro
cerámico poroso y la capa adhesiva usada para combinar los miembros
cerámicos porosos, una parte del mismo, es decir, la parte de pared
de división que no está en contacto con la capa adhesiva del miembro
cerámico poroso, se permite que funcione como filtro de recogida de
partículas.
A continuación, la siguiente después explicará
un método de fabricación para el dispositivo de purificación de gas
de escape de la presente invención.
Tras la fabricación el dispositivo de
purificación de gas de escape de la presente invención, se prepara
en primer lugar un material de sellado de sujeción con el que se
recubre la circunferencia del filtro de tipo panal de la presente
invención.
Para formar el material de sellado de sujeción,
se forma en primer lugar un material inorgánico con forma de
esterilla (banda) usando fibras inorgánicas tales como fibras de
alúmina cristalina, fibras de alúmina-sílice,
fibras de sílice y similares y fibras y similares que contienen una
o más clases de estas fibras inorgánicas.
Aquí, con respecto al método para formar el
material inorgánico con forma de esterilla mencionado anteriormente,
sin limitación particular, se propone por ejemplo un método en el
que las fibras mencionadas anteriormente y similares se dispersan
en una solución que contiene un adhesivo de manera que utilizando
una máquina de papel y similares para formación de papel, se forma
una material inorgánico con forma de esterilla.
Además, la materia inorgánica con forma de
esterilla mencionada anteriormente se somete deseablemente a un
proceso de perforación con aguja. Este proceso de perforación con
aguja permite que las fibras se enreden entre sí de manera que es
posible preparar un material de sellado de sujeción que tenga un
alta elasticidad y que sea mejor para sujetar el filtro de tipo
panal.
Posteriormente, el material inorgánico con forma
de esterilla mencionado anteriormente se somete a un proceso de
cortado de manera que se forma un material de sellado de sujeción
que tiene por ejemplo la forma mostrada en la Figura 5.
A continuación, la circunferencia del filtro de
tipo panal de la presente invención se recubre con el material de
sellado de sujeción mencionado anteriormente de manera que el
material sellado de sujeción se fija al mismo.
Con respecto al medio para fijar el material de
sellado de sujeción mencionado anteriormente, sin limitación
particular, por ejemplo, puede usarse un medio para enlazar el
material de sellado de sujeción mediante un adhesivo o un medio
para atar usando un miembro con forma de cuerda. Además, la
secuencia puede transcurrir al siguiente proceso con el filtro de
tipo panal recubierto con el material de sellado de sujeción, sin
fijarlo usando ningún medio específico. Aquí, el miembro con forma
de cuerda mencionado anteriormente puede prepararse de un material
que se descompone con el calor. Incluso si el miembro con forma de
cuerda se descompone con el calor después de que el filtro de tipo
panal se haya puesto dentro de la cubierta, el material de sellado
de sujeción es libre de desprenderse, ya que el filtro de tipo panal
ya se ha situado dentro de la cubierta.
A continuación, el filtro de tipo panal sometido
a los procesos mencionados anteriormente se sitúa dentro de la
cubierta.
Aquí, como el material, forma, estructura y
similares de la cubierta mencionada anteriormente ya se han descrito
antes, se omite la descripción de los mismos.
Con respecto al método para instalar el filtro
de tipo panal en la cubierta, en el caso de que la cubierta esté
preparada como una cubierta con forma cilíndrica 41 (Figura
68(a)), se propone por ejemplo el siguiente método: un
filtro de tipo panal recubierto con el material de sellado de
sujeción se empuja hacia una de sus caras finales y después de que
se ha situado en una posición predeterminada, las caras finales a
conectar con la tubería de introducción, tuberías, una tubería de
descarga y similares se forman en los dos extremos de la cubierta
41. Aquí, la cubierta 41 puede tener una forma cilíndrica con una
cara inferior. En esta estructura, para evitar que el filtro de
tipo panal asegurado se mueva fácilmente, es necesario ajustar los
factores tales como espesor del material de sellado de sujeción, el
tamaño del filtro de tipo panal del tamaño del filtro de tipo panal
y el tamaño de la cubierta 41, a un grado en el que el proceso de
empujado pueda realizarse aplicando una fuerza de presión
considerablemente alta.
Además, en el caso de que la cubierta se prepare
como una cubierta con forma de carcasa dividida en dos 42 (Figura
6(b)), por ejemplo, se propone el siguiente método: después
de que el filtro de tipo panal se haya situado en una posición
predeterminada dentro de una carcasa inferior, con forma de
semi-cilindro 42b, una carcasa superior con forma
de semi-cilindro 42a se sitúa en la carcasa inferior
42b de manera que los orificios de paso 43a formados en una parte
de fijación superior 53 y los orificios de paso 44a formados en una
parte de fijación inferior 44 se hacen coincidentes entre sí.
Adicionalmente, se inserta un perno 45 a través de cada uno de los
orificios de paso 43a y 44a y se sujeta con una tuerca o similar de
manera que la carcasa superior 42a y la carcasa inferior 42b se
aseguran entre sí. Después las caras finales que tienen aberturas
para conectarse a una tubería de introducción, tuberías, una tubería
de descarga y similares se forman en los dos extremos de la
cubierta 42. En este caso también, para evitar que el filtro de tipo
panal asegurado se mueva, es necesario ajustar factores tales como
el espesor del material de sellado de sujeción, el tamaño del
filtro de tipo panal, y el tamaño de la cubierta 42.
Esta cubierta con forma de carcasa dividida en
dos 42 hace posible realizar procesos de intercambio para el filtro
de tipo panal situado dentro de la misma más fácilmente en
comparación con la cubierta con forma cilíndrica 41.
A continuación, se instala en su interior un
medio de calentamiento, que se usa para calentar los gases que se
van hacer fluir hacia los orificios de paso en el filtro de tipo
panal después de realizar un proceso de regeneración para el filtro
de tipo panal de la presente invención.
Con respecto al medio de calentamiento, sin
limitación particular, puede usarse por ejemplo, un calentador
eléctrico, un quemador o similares.
El medio de calentamiento mencionado
anteriormente normalmente se sitúa en las proximidades de la cara
final del lado de entrada del gas de escape de un filtro de tipo
panal situado dentro de la cubierta.
A continuación, la cubierta en la que se
instalan el filtro de tipo panal de la presente invención y el medio
de calentamiento se conecta a un pasaje de gas de escape de un
motor de combustión interna.
Más específicamente, la cara final de la
cubierta en el lado al que se une el medio de calentamiento se
conecta a la tubería de introducción que se acopla al motor de
combustión interna tal como un motor, conectándose la otra cara
final a la tubería de descarga conectada al exterior.
Adicionalmente, una bomba o similar que permite
que los gases que se usan para el proceso de regeneración del
filtro de tipo panal fluyan hacia el filtro de tipo panal, se sitúa
en la parte media de la tubería de introducción en las proximidades
del lado de entrada del gas de escape de la cubierta.
Después de realizar el proceso de regeneración
del filtro de tipo panal, la bomba o similar instalada de esta
manera permite que los gases calentados por el medio de
calentamiento fluyan hacia el filtro de tipo panal en condiciones
de caudal de entrada de 0,3 m/s o mayor y una concentración de
oxígeno del 6% o mayor.
Además, en lugar de instalar la bomba o similar,
puede instalarse un dispositivo o similar capaz de ajustar el
caudal de entrada y la concentración de oxígeno de los gases de
escape descargados de un motor de combustión interna tal como un
motor en la parte media de la tubería de introducción, en las
proximidades de la cara final de la cubierta en el lado de entrada
del gas de escape.
Realizando los procesos mencionados
anteriormente, se hace posible fabricar positivamente el filtro de
tipo panal y el dispositivo de purificación de gas de escape de la
presente invención.
La siguiente descripción explicará la presente
invención en detalle mediante ejemplos; sin embargo la presente
invención no pretende limitarse a estos ejemplos.
Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo
Comparativo
1
(1) Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha
que tenía un tamaño de partícula medio de 5 \mum (60% en peso) y
polvo de carburo de silicio de tipo \beta que tiene un tamaño
partícula media de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo
y 100 partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y molieron
con 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metil celulosa) y
10 partes en peso de agua para obtener una pasta de material. A
continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad de
plastificante y lubricante a la pasta de material y haber amasado
esto adicionalmente, la pasta de material resultante se formó por
extrusión usando troqueles que tienen diferentes valores, es decir,
100 \mum, 50 \mum y 120 \mum, de la rugosidad superficial Ra
de las caras de la pared de poros finos puesta directamente en
contacto con la pasta de material de manera que se formaron tres
clases de cuerpos en bruto que tenían diferentes valores de
rugosidad superficial de las paredes internas de las aberturas que
se forman en paralelo entre sí en la dirección longitudinal.
A continuación, los cuerpos brutos formados
mencionados anteriormente se secaron usando una secadora de
microondas y los orificios de paso predeterminados se llenaron
entonces con una pasta que tenía la misma composición que el cuerpo
formado en bruto y después de que esto se hubiera secado de nuevo
usando una secadora, esto se desengrasó a 400ºC y se sinterizó a
2200ºC en una atmósfera de argón a presión normal durante 3 horas
para fabricar miembros cerámicos porosos como se muestra en la
Figura 3, cada uno de los cuales estaba hecho de un cuerpo
sinterizado de carburo de silicio y tenía un tamaño de 34,4 mm x
34,4 mm x 300 mm, un número de orificios de paso de 144, una
longitud del lado más largo l de 2,39 mm, una longitud L en la
dirección longitudinal de 300 mm y un espesor de la parte pared de
0,44 mm.
(2) A continuación, un número de miembros
cerámicos poroso se combinaron entre sí usando fibras inorgánicas
que contenían un adhesivo resistente al calor tal como fibras
cerámicas y similares y partículas inorgánicas tales como carburo
de silicio y similares y después se cortaron usando una cortadora de
diamante; de esta manera, se obtuvo un bloque cerámico con forma
cilíndrica que tenía un diámetro de 165 mm y una longitud de 300
mm, como se muestra en la Figura 2.
A continuación, se formó una capa de material de
sellado sobre la circunferencia del bloque cerámico usando el
adhesivo resistente al calor de manera que se fabricó un filtro de
tipo panal con forma cilíndrica como se muestra en la Figura 2.
De acuerdo con JIS B 0601, los valores de la
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
de los filtros de tipo panal fabricados de esta manera era
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 1), 50 \mum (Ejemplo 2) y 120
\mum (Ejemplo Comparativo 1), ajustando L/l a 125,5.
\newpage
Ejemplos 3 y 4, y Ejemplo
Comparativo
2
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 1 y 2, excepto que en (1) de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo
Comparativo 1, la longitud L en la dirección longitudinal del
miembro cerámico poroso se ajustó a 500 mm para obtener un miembro
cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1, de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que los valores de la
rugosidad superficial Ra de las paredes internas del orificio de
paso eran respectivamente 100 \mum (Ejemplo 3), 50 \mum (Ejemplo
4) y 120 \mum (Ejemplo Comparativo 2), ajustándose L/l a
209,2.
Ejemplos Comparativos 3 a
5
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1, en (1) de los Ejemplos 1 y
2, y Ejemplo Comparativo 1, excepto que la longitud L en la
dirección longitudinal del miembro cerámico poroso se ha ajustado a
100 mm para obtener un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que los valores de la
rugosidad superficial Ra de las paredes internas del orificio de
paso eran respectivamente 100 \mum (Ejemplo Comparativo 3), 50
\mum (Ejemplo Comparativo 4) y 120 \mum (Ejemplo Comparativo
5), ajustándose L/l a 41,8.
Ejemplos 5 y 6, y Ejemplo
Comparativo
6
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1, en (1) de los Ejemplos 1 y
2, y Ejemplo Comparativo 1, excepto que el miembro cerámico poroso
tenía un tamaño de 34,42 mm x 34,42 mm x 100 mm, el número de
orificios de paso era de 324 y una longitud del lado más largo l de
1,49 y una longitud L en la dirección longitudinal de 100 para
fabricar un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que los valores de la
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
eran respectivamente 100 \mum (Ejemplo 5), 50 \mum (Ejemplo 6) y
120 \mum (Ejemplo Comparativo 6) ajustándose L/l a 67,1.
Ejemplos 7 y 8, Ejemplo Comparativo
7
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 5 y 6, y Ejemplo Comparativo 7, en (1) de los Ejemplos 5 y
6, y Ejemplo Comparativo 6, excepto que la longitud L en la
dirección longitudinal del miembro cerámico poroso se ajustó a 300
mm para fabricar un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que valores de la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso eran
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 7), 50 \mum (Ejemplo 8) y 120
\mum (Ejemplo Comparativo 7) ajustándose L/l a 201,3.
Ejemplos 9 y 10, y Ejemplo
Comparativo
8
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 5 y 6, y Ejemplo Comparativo 7, en (1) de los Ejemplos 5 y
6, y Ejemplo Comparativo 6, excepto que la longitud L en la
dirección longitudinal del miembro cerámico poroso se ajustó a 500
mm para fabricar un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que valores de la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso eran
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 9), 50 \mum (Ejemplo 10) y 120
\mum (Ejemplo Comparativo 8) ajustándose L/l a 335,6.
Ejemplos 11 y 12 y Ejemplo
Comparativo
9
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1, en (1) de los Ejemplos 1 y
2, y Ejemplo Comparativo 1, excepto que el miembro cerámico poroso
tenía un tamaño de 34,43 mm x 34,43 mm x 100 mm, el número de
orificios de paso era de 484, la longitud del lado más largo l del
orificio de paso era d 1,22 mm y la longitud L en la dirección
longitudinal era de 100 mm para fabricar un miembro cerámico
poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que valores de la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso eran
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 11), 50 \mum (Ejemplo 12) y
120 \mum (Ejemplo Comparativo 9) ajustándose L/l a 82,0.
Ejemplos 13 y 14 y Ejemplo
Comparativo
10
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 11 y 12, y Ejemplo Comparativo 9, en (1) de los Ejemplos
11 y 12, y Ejemplo Comparativo 9, excepto que la longitud L en la
dirección longitudinal del miembro cerámico poroso se ajustó a 300
mm para fabricar un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que valores de la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso eran
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 13), 50 \mum (Ejemplo 14) y
120 \mum (Ejemplo Comparativo 9) ajustándose L/l a 245,9.
Ejemplos 15 y 16 y Ejemplo
Comparativo
11
(1) Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 11 y 12, y Ejemplo Comparativo 9, en (1) de los Ejemplos
11 y 12, y Ejemplo Comparativo 9, excepto que la longitud L en la
dirección longitudinal del miembro cerámico poroso se ajustó a 500
mm para fabricar un miembro cerámico poroso.
(2) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 1 y 2, y Ejemplo Comparativo 1 de manera que se
fabricaron filtros de tipo panal en los que valores de la rugosidad
superficial Ra de la pared interna del orificio de paso eran
respectivamente 100 \mum (Ejemplo 15), 50 \mum (Ejemplo 16) y
120 \mum (Ejemplo Comparativo 11) ajustándose L/l a 409,8.
Cada uno de los filtros de tipo panal fabricados
en los Ejemplos 1 a 16 y Ejemplos Comparativos 1 a 11 se instaló en
la cubierta del dispositivo de purificación de gas de escape como se
muestra en la Figura 4 y se sometió a ensayos de evaluación en los
que el proceso de recogida de los materiales particulados y los
procesos de regeneración se realizaron repetidamente 100 veces y
cada uno de los filtros de tipo panal resultante se extrajo y se
cortó. Con respecto a la cara de corte de cada filtro de tipo panal,
el estado de regeneración de los materiales particulados se observó
visualmente y se midió la proporción de cantidades acumuladas de
cenizas (B/A) entre la cantidad de cenizas acumuladas (A) en las
proximidades del extremo del lado de salida del gas de escape
(punto a 1/3 del lado de salida del centro del filtro) y la cantidad
acumulada de cenizas (B) en las proximidades del extremo en el lado
de entrada del gas de escape (punto a 1/3 del lado de entrada en el
centro del filtro). Aquí, la cantidad acumulada se midió midiendo el
espesor de cenizas. En el caso de que quedaran materiales
particulados residuales, las medidas se realizaron después de que
aquellos materiales particulados residuales se hubieran calcinado
en un horno eléctrico.
Aquí, en el proceso de regeneración mencionado
anteriormente, usando la bomba situada en las proximidades del
extremo del lado de entrada del gas de escape de la cubierta, se
hace fluir aire (concentración de oxígeno: 21%) a través del filtro
de tipo panal a un caudal de entrada de 0,8 m/s.
Los resultados del mismo se muestran en la
siguiente Tabla 1.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 1, los filtros de
tipo panal referidos a los Ejemplos 1 a 16, apenas acumularon
materiales particulados en la pared de división y con respecto a las
cenizas casi todas se separaron de la pared de división y se
movieron hacia el lado de salida del gas de escape.
Aquí, la Figura 8(a) es una fotografía de
sección transversal tomada cortando un filtro de tipo panal referido
al Ejemplo 1 que se ha sometido al ensayo de evaluación en la
dirección paralela a la dirección longitudinal del miembro cerámico
poroso; y la Figura 8(b) muestra fotografías parcialmente
ampliadas del lado de entrada del gas de escape en la parte central
y en el lado de salida del gas de escape de fotografías de sección
transversal tomadas cortando un miembro cerámico poroso de un
filtro de tipo panal referido al Ejemplo 1 en una dirección
perpendicular a la dirección longitudinal del miembro cerámico
poroso.
Como se muestra en las Figuras 8(a) y
8(b) en el filtro de tipo panal referido al Ejemplo 1, se
confirmó visualmente que apenas se acumularon materiales
particulados en la pared de división, mientras que las cenizas se
acumularon en el lado de salida del gas de escape del orificio de
paso.
En los filtros de tipo panal referidos a los
Ejemplos 2 a 16, se confirmó casi el mismo estado.
En contraste, los filtros de tipo panal
referidos a los Ejemplos Comparativos 1 y 2, y Ejemplos Comparativos
6 a 11, aunque apenas se acumularon materiales particulados en la
pared de división, quedaron cenizas en la pared de división en un
estado casi uniforme. Además, en los filtros de tipo panal referidos
a los Ejemplos Comparativos 3 y 4, quedaron muchos materiales
particulados en la pared de división sin que se hubieran calcinado
completamente; sin embargo, cuando se confirmó después que los
materiales particulados se habían calcinado, la mayoría de las
cenizas se separaron de la pared de división y se movieron hacia el
lado de salida del gas de escape del orificio de paso. Además, en
el caso del filtro de tipo panal referido al Ejemplo Comparativo 5,
muchos materiales particulados quedaron en la pared de división sin
haberse calcinados y las cenizas quedaron en la pared de división
en un estado casi uniforme.
Aquí, la Figura 9(a) es una fotografía de
sección transversal que muestra una sección transversal del filtro
de tipo panal referido al Ejemplo Comparativo (1), tomada en
paralelo a la dirección longitudinal del miembro cerámico poroso,
la Figura 9(b) muestra fotografías de sección transversal
parcialmente ampliadas que muestran secciones transversales del
filtro de tipo panal de la Figura 9(a) en el lado de entrada
del gas de escape en la parte central y en el lado de salida del
gas de escape y la Figura 9(c) muestra fotografías de sección
transversal parcialmente ampliadas perpendiculares a la dirección
longitudinal del miembro cerámico poroso que muestras secciones
transversales del filtro de tipo panal referido al Ejemplo
Comparativo 1 en el lado de entrada del gas de escape, en la parte
central y en el lado de salida del gas escape.
Como se muestra en las Figuras 9(a) a
9(c) en el filtro de tipo panal referido al Ejemplo
Comparativo 1, se confirmó visualmente que aunque apenas se
acumularon materiales particulados en la pared de división, las
cenizas se acumularon en toda la cara de la pared de división en un
estado casi uniforme.
En los filtros de tipo panal referidos a los
Ejemplos Comparativos 2, 6 a 11 también se confirmó casi el mismo
estado.
Como se indica claramente por los resultados
mostrados en la Tabla 1, en el caso de que la longitud l del lado
más largo del orificio de paso del filtro de tipo panal y la
longitud L del miembro cerámico poroso se localicen en un intervalo
de 60 \leq L/l \leq 500, mientras que el área S del orificio de
paso del filtro de tipo panal y la longitud L del miembro cerámico
poroso se localicen en un intervalo de 20 \leq L/S \leq 400, es
posible calcinar y retirar los materiales particulados acumulados en
la pared de división casi completamente, y en el caso de que la
rugosidad superficial Ra de las paredes internas del orificio de
paso satisfaga Ra \leq 100 \mum se hace posible separar
fácilmente las cenizas residuales en la pared de división y en
consecuencia mover fácilmente las cenizas hacia el interior del
orificio de paso utilizando gases que se hacen fluir a través del
orificio de paso en el proceso de regeneración del filtro de
tipo
panal.
panal.
Ejemplos 17 y 18, y Ejemplo
Comparativo
12
El filtro de tipo panal referido al Ejemplo 1 se
puso en la cubierta del dispositivo de purificación de gas de
escape como se muestra en la Figura 4 usando el método explicado en
la descripción detallada de la invención de manera que se fabricó
el dispositivo de purificación del gas de escape. En las
proximidades del extremo de la cubierta en el lado de entrada del
gas de escape del dispositivo de purificación del gas de escape, se
instaló una bomba, que permite que el aire (concentración de
oxígeno: 21%) fluya hacia el filtro de tipo panal a un caudal de
entrada deseado en el proceso de regeneración del filtro de tipo
panal, y un detector de contrapresión, que mide una pérdida de
presión en el filtro de tipo panal.
Aquí, en el proceso de regeneración del filtro
de tipo panal los valores del caudal de entrada de aire que se hace
fluir hacia el filtro de tipo panal se ajustaron respectivamente a
0,3 m/s (Ejemplo 17), 1,0 m/s (Ejemplo 18) y 0,2 m/s (Ejemplo
Comparativo 12).
Ejemplos 19 y 20, y Ejemplo
Comparativo
13
Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 17 y 18, y Ejemplo Comparativo 12 excepto que se usó el
filtro de tipo panal referido al Ejemplo 2 de manera que se fabricó
el dispositivo de purificación del gas de escape.
Aquí, en el proceso de regeneración del filtro
de tipo panal, los valores del caudal de entrada de aire que se
hace fluir hacia el filtro de tipo panal se ajustaron
respectivamente a 0,3 m/s (Ejemplo 1), 1,0 m/s (Ejemplo 20) y 0,2
m/s (Ejemplo Comparativo 13).
Ejemplos Comparativos 14 y
15
Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 17 y 18, y Ejemplo Comparativo 12 excepto que se usó el
filtro de tipo panal referido al Ejemplo Comparativo 1 de manera que
se fabricó un dispositivo de purificación del gas de escape.
Aquí, en el proceso de regeneración del filtro
de tipo panal, los valores del caudal de entrada de aire que se
hizo fluir hacia el filtro de tipo panal se ajustaron
respectivamente a 0,3 m/s (Ejemplo Comparativo 14), 1,0 m/s
(Ejemplo Comparativo 15).
Ejemplos Comparativos 16 y
17
Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 17 y 18, y Ejemplo Comparativo 12 excepto que se usó el
filtro de tipo panal referido al Ejemplo Comparativo 3 de manera que
se fabricó un dispositivo de purificación del gas de escape.
Aquí, en el proceso de regeneración del filtro
de tipo panal, los valores del caudal de entrada de aire que se
hizo fluir hacia el filtro de tipo panal se ajustaron
respectivamente a 0,3 m/s (Ejemplo Comparativo 16) y 1,0 m/s
(Ejemplo Comparativo 17).
Ejemplos 21 a
24
Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 17 a 20 excepto que en el proceso de regeneración del
filtro de tipo panal el gas que se hizo fluir al filtro de tipo
panal se cambió por un gas mezcla de
oxígeno-nitrógeno que tenía una concentración de
oxígeno del 6%.
\newpage
Ejemplos Comparativos 18 a
21
Se realizaron los mismos procesos que en los
Ejemplos 17 a 20 excepto que en el proceso de regeneración del
filtro de tipo panal, el gas que se hizo fluir al filtro de tipo
panal se cambió por un gas mixto de
oxígeno-nitrógeno que tenía una concentración de
oxígeno del 4%.
Cada uno de los dispositivos de purificación de
gas de escape fabricados en los Ejemplos 17 a 24 y Ejemplos
Comparativos 12 a 21 se instaló en un pasaje de gas de escape de un
motor, y se sometió a ensayos de evaluación en los que se
realizaron procesos recogida de materiales particulados y procesos
de regeneración del filtro de tipo panal repetidamente 100 veces,
de manera que se midió la pérdida de presión en la etapa inicial (en
lo sucesivo en este documento denominada pérdida de presión
inicial) de cada filtro de tipo panal después de cada proceso de
regeneración. Además, después de los ensayos de evaluación cada uno
de los filtros de tipo panal que se había usado en cada uno de los
dispositivos de purificación de gas de escape se extrajo y se
cortó. De esta manera, se midió la proporción de cantidades
acumuladas de cenizas (B/A) entre la cantidad de cenizas acumuladas
(A) de las proximidades del extremo en el lado de salida del gas de
escape y la cantidad de cenizas acumuladas (B) en las proximidades
del extremo en el lado de entrada del gas de escape. Aquí, la
cantidad acumulada se midió midiendo el espesor de
cenizas.
cenizas.
Los resultados de los mismos se muestran en la
siguiente Tabla 2 y en la Figura 10.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 2, en los filtros de
tipo panal de los dispositivos de purificación de gas de escape
referidos a los Ejemplos 17 a 24, las cenizas se acumularon en el
lado de salida del gas de escape del orificio de paso, quedando
apenas cenizas en la pared de división en el lado de entrada al gas
de escape y en la parte central del orificio de paso.
En contraste, en los filtros de tipo panal de
los dispositivos de purificación del gas de escape referidos a los
Ejemplos Comparativos 12 a 15, quedan cenizas en la pared de
división en un estado casi uniforme.
Además, la Figura 10 muestra un gráfico que
indica la relación entre el número de proceso de regeneración de
cada uno de los filtros de tipo panal referidos al Ejemplo 17 y
Ejemplo Comparativo 12; y la pérdida de presión inicial en cada uno
de los filtros de tipo panal después de los procesos de
regeneración.
Como se muestra en la Figura 10, en el caso del
filtro de tipo panal referido al Ejemplo 17, la pérdida de presión
inicial después del primer proceso de regeneración es de 4 kPa, y la
pérdida de presión inicial aumenta gradualmente en la curva
cuadrática; de esta manera la pérdida de presión inicial después del
100º proceso de regeneración muestra 9 kPa; de esta manera, es
posible mantener un bajo nivel en la pérdida de presión inicial
durante un largo
tiempo.
tiempo.
Aquí, con respecto a la relación entre el número
de procesos de regeneración y la pérdida de presión inicial de cada
uno de los filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos 18 a 24,
se obtuvo una relación casi igual que en el Ejemplo 17.
Por lo tanto, en los dispositivos de
purificación de gas de escape referidos a los Ejemplos 17 a 24, es
posible mantener una amplia área permisible de filtrado en el
filtro de tipo panal incluso después de los ensayos de evaluación
mencionados anteriormente; es decir se hace posible evitar que la
pérdida de presión inicial del filtro de tipo panal se haga
demasiado grande después de los procesos de regeneración y, en
consecuencia, se puede usar continuamente el filtro incluso después
de los ensayos de evaluación mencionados anteriormente.
En contraste, en el caso del filtro de tipo
panal referido al Ejemplo Comparativo 12, aunque la pérdida de
presión inicial después del primer proceso de regeneración es de 4
kPa, la pérdida de presión inicial aumenta linealmente de una
manera comparativamente brusca; de esta manera la pérdida de presión
inicial después del 100º proceso de regeneración muestra 16 kPa; en
consecuencia la pérdida de presión inicial fácilmente se hace
mayor.
Aquí, con respecto a la relación entre el número
de procesos de regeneración y la pérdida de presión inicial de cada
una de los filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos
Comparativos 13 a 15, se obtuvo casi la misma relación que en el
Ejemplo Comparativo 12.
Por lo tanto, en el caso de los dispositivos de
purificación de gas de escape referidos a los Ejemplos Comparativos
12 a 15, ocurre obturación en la pared de división del filtro de
tipo panal debido a las cenizas después de los ensayos de
evaluación mencionados anteriormente, lo que provoca una alta
pérdida de presión inicial en el filtro de tipo panal; en
consecuencia es necesario lavar el filtro de tipo panal mediante un
lavado con agua o similar después de los ensayos de evaluación,
haciendo imposible usar el filtro continuamente.
Además, en el caso del filtro de tipo panal de
cada uno de los dispositivos de purificación de gas de escape
referidos a los Ejemplos Comparativos 16 y 17, aunque una parte de
cenizas se acumula en el lado de salida del gas de escape del
orificio de paso, quedan cenizas en la pared de división en el lado
de entrada del gas de escape y en la parte central del orificio de
paso junto con muchos materiales particulados, que facilitan que la
pérdida de presión inicial después del proceso de regeneración sea
mayor; de esta manera, es necesario realizar el proceso de
regeneración de material particulado más frecuentemente en
comparación con los dispositivos de purificación de gas de escape
referidos a los Ejemplos 17 a 20. Además, aunque los dispositivos de
purificación del gas de escape referidos a los Ejemplos
Comparativos 16 y 17 no requieren un proceso de lavado del filtro
de tipo panal mediante lavado con agua o similar inmediatamente
después del ensayo de evaluación, estos dispositivos requieren un
proceso de lavado en un periodo de tiempo más corto en comparación
con los dispositivos de purificación de gas de escape referidos a
los Ejemplos
17 a 24.
17 a 24.
Además, en el filtro de tipo panal de cada uno
de los dispositivos de purificación de gas de escape referidos a
los Ejemplos Comparativos 18 a 21, los materiales particulados se
calcinan insuficientemente para permanecer, dando como resultado
una mayor cantidad acumulada de cenizas.
Como se indica claramente por los resultados
mostrados en la Tabla 2, en los procesos de regeneración del filtro
de tipo panal en el dispositivo de purificación del gas de escape
usando el filtro de tipo panal de la presente invención, ajustando
el caudal de entrada de gases que deben fluir hacia el filtro de
tipo panal a 0,3 m/s o mayor, se hace posible mover las cenizas
residuales en la pared de división hacia el lado de salida del gas
de escape del orificio de paso, mantener una amplia área permisible
para filtración en la pared de división y, en consecuencia, usar el
filtro de tipo panal continuamente durante un largo tiempo.
Además, en el caso de que por ejemplo el caudal
de entrada de los gases que fluyen hacia el filtro de tipo panal se
ajuste a 0,3 m/s o mayor en el proceso de regeneración del filtro de
tipo panal, no es posible mover las cenizas residuales en la pared
de división hacia el lado de salida del gas de escape del orificio
de paso sin usar el filtro de tipo panal de la presente invención;
en consecuencia no es posible usar el filtro durante un largo
tiempo.
Además, cuando la concentración de oxígeno de
los gases que se van a hacer fluir hacia el filtro de tipo panal es
baja, los materiales particulados no se calcinan suficientemente
quedando sobre el mismo; de esta manera la cantidad acumulada de
ceniza se hace mayor.
Ejemplos 25 y 26, y Ejemplos de
Referencia
1
(1) Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha
que tiene un tamaño de partícula mayor de 5 \mum (60% en peso) y
polvo de carburo de silicio del tipo \beta que tenía un tamaño de
partícula medio de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo
y 100 partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y molieron
con 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metil celulosa) y
10 partes en peso de agua para obtener una pasta de material. A
continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad de
plastificante y lubricante a la pasta de material y que esto se
hubiera amasado adicionalmente, la pasta de material resultante se
formó por extrusión usando un troquel que tiene una rugosidad
superficial Ra de 0,1 \mum de las caras de la pared de poros
finos puestas directamente en contacto con la pasta de material de
manera que se fabricó un cuerpo formado en bruto en el que
múltiples orificios de paso se dispusieron en paralelo entre sí en
la dirección longitudinal con la pared de división interpuesta
entre los mismos.
A continuación, después de que el cuerpo formado
en bruto mencionado anteriormente se hubiera secado usando una
secadora de microondas, los orificios de paso predeterminados se
llenaron con una pasta que tenía la misma composición que el cuerpo
formado en bruto y esto se secó de nuevo usando una secadora.
A continuación, el cuerpo formado en bruto se
sometió a un proceso de desengrasado a 400ºC y se sinterizó a
2200ºC durante 3 horas haciéndose fluir argón a través de todos los
orificios de paso del cuerpo formado en bruto a un caudal de 15 m/s
(Ejemplo 25), 12 m/s (Ejemplo 26) o 5 m/s (Ejemplo de Referencia 1),
respectivamente. De esta manera, como se muestra en la Figura 3, se
prepararon miembros cerámicos porosos, cada uno de los cuales
estaba hecho de un cuerpo sinterizado de carburo de silicio y que
tenía un tamaño de 34,4 mm X 34,4 mm X 300 mm, un número de
orificios de paso de 144, una longitud de lado más largo l de 2,39,
un área S del orificio de paso en la sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal de 5,71 m^{2}, una
longitud L en la dirección longitudinal de 300 mm y un espesor de la
parte de pared de 0,44 mm.
(2) A continuación un número de miembros
cerámicos porosos se combinaron entre sí usando fibras inorgánicas
que contenían adhesivo resistente a calor tales como fibras
cerámicas y similares y partículas inorgánicas tales como carburo
de silicio y similares, después se cortaron usando una cortadora de
diamante; de esta manera, se obtuvo un bloque cerámico con forma
cilíndrica que tenía un diámetro de 165 mm y una longitud de 300 mm
como se muestra en la Figura 2.
A continuación, se formó una capa de material de
sellado en la circunferencia del bloque cerámico usando el adhesivo
resistente a calor de manera que se fabricó un filtro de tipo panal
con forma cilíndrica como se muestra en la Figura 2.
De acuerdo con JIS B 0601, los valores de
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
de los filtros de tipo panal fabricados de esta manera eran
respectivamente 10 \mum (Ejemplo 25), 1 \mum (Ejemplo 26) y 0,5
\mum (Ejemplo de Referencia 1) ajustándose L/l y L/S
respectivamente a 125,5 y 21,97.
\newpage
Ejemplos 27 y 28, y Ejemplo
Comparativo
22
(1) Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha
que tenía un tamaño de partícula medio de 5 \mum (60% en peso) y
polvo de carburo de silicio del tipo \beta que tenía un tamaño de
partícula medio de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo
y 100 partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y molieron
con 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metil celulosa) y
10 partes en peso de agua para obtener una pasta de material. A
continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad de
plastificante y lubricante a la pasta de material y que esto se
hubiera amasado adicionalmente, la pasta de material resultante se
formó por extrusión usando troqueles que tenían diferentes valores,
es decir 100 \mum, 50 \mum y 120 \mum en la rugosidad
superficial Ra de las caras de la pared de poros finos puestas
directamente en contacto con la pasta de material de manera que se
fabricaron tres clases de cuerpos formados en bruto que tenían
diferentes valores de rugosidad superficial de las paredes internas
en las aberturas que se formaron en paralelo entre sí en la
dirección longitudinal.
A continuación, los cuerpos formados en bruto
mencionados anteriormente se secaron usando una secadora de
microondas y los orificios de paso predeterminados se llenaron con
una pasta que tenía la misma composición que el cuerpo formado en
bruto y después de que esto se secara de nuevo usando una secadora,
esto se desengrasó a 400ºC y se sinterizó a 2200ºC en una atmósfera
de argón a presión normal durante 3 horas para fabricar miembros
cerámicos porosos, como se muestra en la Figura 3, cada uno de los
cuales se hizo de un cuerpo sinterizado de carburo de silicio y
tenía un tamaño de 34,4 mm X 34,4 mm X 300 mm, un número de
orificios de paso era 144, una longitud de lado más largo l de
2,39, una longitud L en la dirección longitudinal de 300 mm y un
espesor de la pared de división de 0,44 mm.
Adicionalmente, cada uno de los miembros
cerámicos porosos se sumergió en ácido fluorhídrico (concentración:
0,1%) durante 5 minutos de manera que la superficie del mismo se
modificó.
(2) Se añadió Al(NO_{3})_{3} a
1,3-butano diol y esta mezcla se agitó a 60ºC
durante 5 horas de manera que se preparó una solución de
1,3-butano diol que contenía el 30% en peso de
Al(NO_{3})_{3}. Después de que el miembro
cerámico poroso se hubiera sumergido en esta solución de
1,3-butano diol, el miembro cerámico poroso
resultante se calentó a 150ºC durante 2 horas y después se calentó
también a 400ºC durante 2 horas y después de haberlo sumergido
adicionalmente en agua a 80ºC durante 2 horas esto se calentó a
700ºC durante 8 horas de manera que se formó una capa de alúmina
sobre la superficie del miembro cerámico poroso. Se añadió
Ce(NO_{3})_{3} a alquilenglicol y esta mezcla se
agitó a 90ºC durante 5 horas de manera que se preparó una solución
de etilenglicol que contenía un 6% en peso de
Ce(NO_{3})_{3}. Después de que el miembro cerámico
poroso se hubiera sumergido en esta solución de etilenglicol, el
miembro cerámico poroso resultante se calentó a 150ºC durante 2
horas y después se calentó también a 650ºC durante 2 horas en una
atmósfera de nitrógeno de manera que se formó una capa de alúmina
que contenía un óxido de tierras raras, que se usó para soportar un
catalizador, sobre la superficie del miembro cerámico poroso.
Una solución de ácido nítrico de dinitro diamina
platino
([Pt(NH_{3})_{2}(NO_{2})_{2}]
NHO_{3}) que contenía un 4,53% en peso de platino se diluyó en
agua destilada y el miembro cerámico poroso que tenía la cantidad
de absorción de agua de 28,0 g/l se sumergió en esta solución de
manera que contenía 2 g/l de platino y el miembro cerámico poroso
resultante se calentó después a 110ºC durante 2 horas y se calentó
adicionalmente en una atmósfera de nitrógeno a 500ºC durante 1 hora
de manera que un catalizador de platino se soportó sobre la
superficie del miembro cerámico poroso.
(3) A continuación, un número de miembros
cerámicos porosos se combinaron entre sí usando fibras inorgánicas
que contenían un adhesivo resistente a calor tales como fibras
cerámicas y similares y partículas inorgánicas tales como carburo
de silicio y similares, y esto se cortó usando una cortadora de
diamante; de esta manera, se formó un bloque cerámico con forma
cilíndrica, mostrado en la Figura 2, que tenía un diámetro de 165 mm
y una longitud de 300 mm.
A continuación, se formó una capa de material de
sellado sobre la circunferencia del bloque cerámico usando el
adhesivo resistente a calor de manera que se fabricó un filtro de
tipo panal con forma cilíndrica como se muestra en la Figura 2.
De acuerdo con JIS B 0601, los valores de
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
de los filtros de tipo panal fabricados de esta manera eran
respectivamente 10 \mum (Ejemplo 25), 50 \mum (Ejemplo 28) y
120 \mum (Ejemplo Comparativo 22), ajustándose L/l a 125,5.
Ejemplos 29 y 30 y Ejemplo de
Referencia
2
(1) Polvo de carburo de silicio de tipo \alpha
que tenía un tamaño de partícula medio de 5 \mum (60% en peso) y
polvo de carburo de silicio del tipo \beta que tenía un tamaño de
partícula medio de 0,5 \mum (40% en peso) se mezclaron en húmedo
y 100 partes en peso de la mezcla resultante se añadieron y molieron
con 5 partes en peso de un aglutinante orgánico (metil celulosa) y
10 partes en peso de agua para obtener una pasta de material. A
continuación, después de haber añadido una pequeña cantidad de
plastificante y lubricante a la pasta de material y que esto se
hubiera amasado adicionalmente, la pasta de material resultante se
formó por extrusión usando un troquel que tenía 0,1 \mum de
rugosidad superficial Ra de las caras de la pared de poros finos
puestas directamente en contacto con la pasta de material de manera
que se fabricó un cuerpo formado en bruto en el que múltiples
orificios de paso se dispusieron en paralelo entre sí en la
dirección longitudinal con la pared de división interpuesta entre
los mismos.
A continuación, una vez que el cuerpo formado en
bruto mencionado anteriormente se hubiera secado usando una
secadora de microondas, los orificios de paso predeterminados se
llenaron con una pasta que tenía la misma composición que el cuerpo
formado en bruto y esto se secó de nuevo usando una secadora.
A continuación, el cuerpo formado en bruto se
sometió a un proceso de desengrasado a 400ºC de una manera que
permite que el gas argón fluya a través de todos los orificios de
paso del cuerpo formado en bruto a un caudal de entrada de 15 m/s
(Ejemplo 29), 12 m/s (Ejemplo 30) o 5 m/s (Ejemplo de Referencia
2).
Sucesivamente, el cuerpo formado en bruto se
sometió a un proceso de sinterización a 2200ºC durante 3 horas de
manera que se permite que el gas hidrógeno fluya a través de todos
los orificios de paso del cuerpo formado en bruto a un caudal de
entrada de 15 m/s (Ejemplo 29), 12 m/s (Ejemplo 30) o 5 m/s (Ejemplo
de Referencia 2).
En consecuencia, como se muestra en la Figura 3,
se prepararon miembros cerámicos porosos, cada uno de los cuales
estaba hecho de un cuerpo sinterizado de carburo de silicio, y tenía
un tamaño de 34,4 mm X 34,4 mm X 300 mm y el número de orificios de
paso era de 144, una longitud de lado más largo l de 2,39, un área S
del orificio de paso en la sección transversal perpendicular a la
dirección longitudinal de 5,71 mm^{2}, una longitud L en la
dirección longitudinal de 300 mm y un espesor de la parte de pared
de 0,44 mm.
Adicionalmente, cada uno de los miembros
cerámicos porosos se sumergió en ácido fluorhídrico (concentración:
0,1%) durante 5 minutos de manera que se modificó la superficie del
mismo.
(2) Se añadió Al(NO_{3})_{3} a
1,3-butano diol y esta mezcla se agitó a 60ºC
durante 5 horas de manera que se preparó una solución de
1,3-butano diol que contenía el 30% en peso de
Al(NO_{3})_{3}. Después de que el miembro
cerámico poroso se hubiera sumergido en esta solución de
1,3-butano diol, el miembro cerámico poroso
resultante se calentó a 150ºC durante 2 horas y después se calentó
también a 400ºC durante 2 horas y después de haberlo sumergido
adicionalmente en agua a 80ºC durante 2 horas esto se calentó a
700ºC durante 8 horas de manera que se formó una capa de alúmina
sobre la superficie del miembro cerámico poroso. Se añadió
Ce(NO_{3})_{3} al etilenglicol y esta mezcla se
agitó a 90ºC durante 5 horas de manera que se preparó una solución
de etilenglicol que contenía el 6% en peso de
Ce(NO_{3})_{3}. Después de que el miembro cerámico
poroso se hubiera sumergido en esta solución de etilenglicol, el
miembro cerámico poroso resultante se calentó a 150ºC durante 2
horas y después se calentó también a 650ºC durante 2 horas en una
atmósfera de nitrógeno de manera que una capa de alúmina que
contenía un óxido de tierras raras, que se usó para soportar un
catalizador, se formó sobre la superficie del miembro cerámico
poroso.
Una solución de ácido nítrico de dinitro diamina
platino
([Pt(NH_{3})_{2}(NO_{2})_{2}]
NHO_{3}) que contenía un 4,53% en peso de platino se diluyó en
agua destilada y el miembro cerámico poroso que tenía la cantidad
de absorción de agua de 28,0 g/l se sumergió en esta solución de
manera que contenía 2 g/l de Pt y el miembro cerámico poroso
resultante se calentó después a 110ºC durante 2 horas y se calentó
adicionalmente en una atmósfera de nitrógeno a 500ºC durante 1 hora
de manera que un catalizador de platino se soportó sobre la
superficie del miembro cerámico poroso.
(3) Se realizaron los mismos procesos que en (2)
de los Ejemplos 25, 26 y Ejemplo de Referencia 1 de manera que se
fabricó un filtro de tipo panal con forma cilíndrica.
De acuerdo con JIS B 0601, los valores de
rugosidad superficial Ra de la pared interna del orificio de paso
de los filtros de tipo panal fabricados de esta manera eran
respectivamente 10 \mum (Ejemplo 25), 1 \mum (Ejemplo 30) y 0,5
\mum (Ejemplo de Referencia 2), ajustándose L/l y L/S
respectivamente a 125,5 y 21,97.
Ejemplos 31 a 72, Ejemplos de
Referencia 3 a 16 y Ejemplos Comparativos 23 a
50
Se realizaron los mismos procesos que para los
Ejemplos 1 y 2 y 25 a 30, Ejemplo Comparativo 1 y Ejemplos de
Referencia 1 y 2, excepto que tras la fabricación de los miembros
cerámicos porosos, se ajustaron el lado más largo l del orificio de
paso y el área S del orificio de paso en la sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal, mientras que la longitud
L en la dirección longitudinal se ajustó ajustando el número de
orificios de paso y el tamaño de cada orificio de paso como se
muestra en las Tablas 3 a 6 de manera que se fabricaron filtros de
tipo panal que tenían una forma cilíndrica.
Cada uno de los filtros de tipo panal fabricados
en los Ejemplos 25 a 72, Ejemplos de Referencia 1 a 16 y Ejemplos
Comparativos 22 a 50 se pusieron en una cubierta de un dispositivo
de purificación de gas de escape como se muestra en la Figura 4 y
después de haberlos sometido a un ensayo de evaluación en el que los
procesos de recogida del material particulado y regeneración se
repitieron 100 veces, cada filtro de tipo panal se extrajo y se
cortó. Con respecto a la cara de corte de cada filtro de tipo panal,
el estado de regeneración de los materiales particulados se observó
visualmente y se midió la proporción de cantidades de cenizas
acumuladas (B/A) entre la cantidad de cenizas acumuladas (A) en las
proximidades del extremo del lado de salida del gas de escape y la
cantidad de cenizas acumuladas (B) en las proximidades del extremo
del lado del entrada del gas de escape. Aquí, la cantidad acumulada
se midió midiendo el espesor de las cenizas.
Aquí, en el proceso de regeneración mencionado
anteriormente, usando la bomba situada en las proximidades del
extremo del lado de entrada del gas de escape de la cubierta, se
hace fluir aire (concentración de oxígeno: 21%) a través del filtro
de tipo panal a un caudal de entrada de 0,8 m/s.
Los resultados de los ensayos se muestran en las
Tablas 3 a 6.
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Como se muestra en las Tablas 3 y 4, en los
filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos 25 a 72, apenas se
acumularon materiales particulados en la pared de división y con
respecto a las cenizas, casi todas ellas se separaron de la pared
de división y se movieron hacia el lado de salida del gas de
escape.
En contraste, como se muestra en la Tabla 5, en
los filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos de Referencia 1
a 16, aunque apenas se acumularon materiales particulados en la
pared de división, las cenizas quedaron en la pared de división en
el lado de entrada del gas de escape del orificio de paso.
Además, como se muestra en la Tabla 6, en los
filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos Comparativos 24 a
44, quedaron muchos materiales particulados sobre la pared de
división sin haberse calcinado completamente y las cenizas quedaron
sobre la pared de división en el lado de entrada del gas de escape
del orificio de paso.
Como se indica claramente mediante los
resultados mostrados en las Tablas 3 a 6 en el caso de que el lado
más largo l del orificio de paso del filtro de tipo panal y la
longitud L del miembro cerámico poroso se ajusten en un intervalo
de 60 \leq L/l \leq 500, ajustándose el área del orificio de
paso del filtro de tipo panal y la longitud L del miembro cerámico
poroso en un intervalo de 20 \leq L/S \leq 400, es posible
calcinar y retirar los materiales particulados acumulados en la
pared de división casi completamente mediante el proceso de
regeneración del filtro de tipo panal, y cuando la rugosidad
superficial Ra en la pared interna del orificio de paso se ajusta
también en un intervalo de 1 a 10 \mum, se permite que las cenizas
residuales acumuladas en la pared de división salgan fácilmente y
en el proceso de regeneración, se hace posible mover fácilmente las
cenizas a través del orificio de paso usando gases que se hacen
fluir hacia el orificio de paso.
\newpage
Ejemplos 73 a 88, Ejemplos de
Referencia 17 a 20 y Ejemplos Comparativos 51 a
66
Cada uno de los filtros de tipo panal referidos
a los Ejemplos 25, 26, 29, 30, Ejemplos de Referencia 1 y 2 y
Ejemplos Comparativos 25 y 31 se puso en la cubierta del dispositivo
de purificación de gas de escape como se muestra en la Figura 4
usando el método que se ha explicado en la descripción detallada de
la invención de manera que se fabricó el dispositivo de
purificación de gas de escape. En las proximidades del extremo de
la cubierta del lado de entrada del gas de escape del dispositivo de
purificación de gas de escape, se instaló una bomba, que permite
que el aire (concentración de oxígeno: 21%), un gas mixto de
oxígeno-nitrógeno que tenía una concentración de
oxígeno del 6%, un gas mixto de oxígeno-nitrógeno
que tenía una concentración de oxígeno del 4% fluyera hacia el
filtro de tipo panal a un caudal de entrada deseado en el proceso de
regeneración del filtro de tipo panal y un detector de
contrapresión, que mide una pérdida de presión en el filtro de tipo
panal.
Aquí, como se muestra en la Tabla 7, en el
proceso de regeneración del filtro de tipo panal, aire
(concentración de oxígeno: 21%), un gas mixto de
oxígeno-nitrógeno que tenía una concentración de
oxígeno del 6% o un gas mixto de oxígeno-nitrógeno
que tenía una concentración de oxígeno del 4% se hizo fluir hacia el
filtro de tipo panal y los caudales de entrada del mismo se
ajustaron respectivamente a 0,3 m/s, 1,0 m/s y 0,2 m/s.
Cada uno de los dispositivos de purificación de
gas de escape fabricados en los Ejemplos 73 a 88, Ejemplos de
Referencia 17 a 20 y Ejemplos Comparativos 51 a 66 se instalaron en
un pasaje de gas de escape de un motor y se sometieron a ensayos de
evaluación en los que los procesos de recogida de materiales
particulados y procesos de regeneración de los filtros de tipo
panal se realizaron repetidamente 100 veces de manera que se midió
la perdida de presión en la etapa inicial de cada filtro de tipo
panal en cada uno de los procesos de regeneración. Además, después
de los ensayos de evaluación cada uno de los filtros de tipo panal
que se había usado en cada uno de los dispositivos de purificación
de gas de escape se extrajo y se cortó. De esta manera, se midió la
proporción de cantidades acumuladas de cenizas (B/A) entre la
cantidad acumulada de cenizas a las proximidades del extremo del
lado de salida del gas de escape y la cantidad acumulada de cenizas
en las proximidades del extremos del lado de entrada del gas de
escape. Aquí, la cantidad acumulada se midió midiendo el espesor de
cenizas.
Los resultados de los mismos se muestran en la
Tabla 7.
\vskip1.000000\baselineskip
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Tabla 7, en los filtros de
tipo panal de los dispositivos de purificación de gas de escape
referidos a los Ejemplos 73 a 88, apenas se acumularon cenizas en la
pared de división del lado de entrada del gas de escape y la parte
central del orificio de paso mientras que se acumularon algunas
cenizas en el lado de salida del gas de escape del orificio de
paso. Además, en los filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos
73 a 88, la relación entre el número de procesos de regeneración del
filtro de tipo panal y la pérdida de presión inicial era casi la
misma que la del Ejemplo 17 y como se muestra en la Figura 10, la
pérdida de presión inicial aumenta gradualmente en la curva
cuadrática cada vez que se repite el proceso de regeneración de
manera que es posible mantener un bajo nivel en la pérdida de
presión inicial durante un largo tiempo.
Por lo tanto, en los dispositivos de
purificación de gas de escape de los Ejemplos 73 a 88, es posible
mantener una amplia área permisible de filtración en el filtro de
tipo panal incluso después de los ensayos de evaluación mencionados
anteriormente; de esta manera, se hace posible evitar que la pérdida
de presión inicial del filtro de tipo panal se haga demasiado alta
después de los procesos de regeneración y, en consecuencia, usar
continuamente el filtro incluso después de los ensayos de
evaluación mencionados anteriormente.
En contraste, en el caso de los filtros de tipo
panal referidos a los Ejemplos 17 a 20, las cenizas permanecieron
en la pared de división en el lado de entrada del gas de escape del
orificio de paso. Además, con respecto a la relación entre el
número de procesos de regeneración y la pérdida de presión inicial
de cada uno de los filtros de tipo panal referidos a los Ejemplos
17 a 20, se obtuvo casi la misma relación que en el Ejemplo
Comparativo 12 y, como se muestra en la Figura 10, la pérdida de
presión inicial aumenta linealmente de forma comparativamente
brusca cada vez que se repite el proceso de regeneración; de esta
manera, la pérdida de presión inicial se hace mayor
rápidamente.
Por lo tanto, en el caso de los dispositivos de
purificación del gas de escape referidos a los Ejemplos Comparativos
17 a 20 ocurre obturación en la pared de división del filtro de
tipo panal debido a las cenizas después de los ensayos de
evaluación mencionados anteriormente, que provoca una pérdida de
presión inicial alta en el filtro de tipo panal; en consecuencia,
es necesario lavar el filtro de tipo panal mediante un proceso de
lavado similar después de los ensayos de evaluación, haciendo
imposible usar el filtro continuamente.
En el caso del filtro de tipo panal de cada uno
de los dispositivos de purificación del gas de escape referidos a
los Ejemplos Comparativos 51 a 66, aunque una parte de las cenizas
se acumularon en el lado de salida del gas de escape del orificio
de paso, las cenizas se dejaron en la pared de división del lado de
entrada del gas de escape y la parte central del orificio de paso
junto con muchos materiales particulados para hacer fácilmente que
la pérdida de presión inicial después del proceso de regeneración
fuera mayor; de esta manera, es necesario realizar los procesos de
regeneración de material particulado más frecuentemente en
comparación con los dispositivos de purificación de gas de escape
referidos a los Ejemplos 73 a 88. Además, aunque los dispositivos
de purificación de gas de escape referidos a los Ejemplos
Comparativos 51 a 66 no requieren un proceso de lavado del filtro
de tipo panal mediante un lavado con agua o similar inmediatamente
después del ensayo de evaluación, estos dispositivos requieren el
proceso de lavado en un periodo más corto de tiempo en comparación
con los dispositivos de purificación de gas de escape referidos a
los Ejemplos 73 a 88.
Como se indica claramente mediante los
resultados mostrados en la Tabla 7, en el proceso de regeneración
del filtro de tipo panal en el dispositivo de purificación de gas
de escape usado en el filtro de tipo panal de la presente
invención, ajustando el caudal de entrada de gases que se hacen
fluir hacia el filtro de tipo panal a 0,3 m/s o mayor, se hace
posible mover las cenizas residuales sobre la pared de división
hacia el lado de salida del gas de escape del orificio de paso para
mantener una amplia área permisible de filtración en la pared de
división y, en consecuencia, usar un filtro de panel continuamente
durante un largo tiempo.
Además, en el caso de que por ejemplo el caudal
de entrada de gases que fluyen hacia el filtro de tipo panal se
ajuste a 0,3 m/s o mayor en el proceso de regeneración del filtro de
tipo panal no es posible mover las cenizas residuales sobre la
pared de división hacia el lado de salida del gas de escape del
orificio de paso sin usar el filtro de tipo panal de la presente
invención; por consiguiente no es posible usar el filtro durante un
largo tiempo.
Además, cuando la concentración de oxígeno de
los gases que se hacen fluir hacia el filtro de tipo panal es baja,
los materiales particulados no se calcinan suficientemente para
permanecer sobre el mismo; de esta manera la cantidad acumulada de
cenizas se hace mayor.
Los filtros de tipo panal para purificar los
gases de escape de acuerdo con el primer y segundo aspectos de la
presente invención son como se han descrito anteriormente; por lo
tanto, en un proceso de regeneración de filtro de tipo panal es
posible calcinar casi completamente y retirar los materiales
particulados acumulados sobre la parte de pared y también permitir
que las cenizas residuales en la parte de pared se muevan fácilmente
al interior del orificio de paso porque las cenizas pueden
separarse fácilmente de la parte de pared.
Además, el dispositivo de purificación de gas de
escape de la presente invención es como se ha descrito
anteriormente, lo que hace posible mantener una amplia área
permisible de filtrado en la parte de pared incluso después de la
recogida continua de material particulado y de los procesos de
regeneración del filtro de tipo panal; de esta manera, se hace
posible evitar que la pérdida de presión inicial del filtro de tipo
panal se haga demasiado alta después de los procesos de
regeneración y, en consecuencia, usar el filtro de tipo panal
continuamente durante un largo tiempo.
Claims (14)
1. Un filtro de tipo panal para purificar gases
de escape que tiene una estructura en la que:
un cuerpo columnar hecho de cerámico poroso
comprende un número de orificios de paso que se colocan en paralelo
entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos;
cada uno de dichos orificios de paso se sella
con un tapón en el extremo del lado de entrada del gas de escape y
un extremo del lado de salida del gas de escape; y
una parte o toda dicha parte de pared que separa
dichos orificios de paso funciona como filtro para recoger
materiales particulados
en el que
una longitud l (mm) del lado más largo de una
sección transversal perpendicular a dicha dirección longitudinal de
dicho orificio de paso y
una longitud L (mm) en la dirección longitudinal
de dicho cuerpo columnar satisfacen la siguiente relación: 60
\leq L/l \leq 500, y
una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS
B 0601) de la pared interna de dicho orificio de paso satisface la
siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
2. Un filtro de tipo panal para purificar gases
de escape que tiene una estructura en la que:
un cuerpo columnar hecho de cerámico poroso
comprende un número de orificios de paso que se colocan en paralelo
entre sí en la dirección longitudinal con la parte de pared
interpuesta entre ellos;
cada uno de dichos orificios de paso se sella
con un tapón en el extremo del lado de entrada del gas de escape y
un extremo del lado de salida del gas de escape; y
una parte o toda dicha parte de pared que se
separa dichos orificios de paso funciona como filtro para recoger
materiales particulados,
en el que
un área S (mm^{2}) de la sección transversal
perpendicular a la dirección longitudinal de dicho orificio de paso
y la longitud L (mm) en la dirección longitudinal de dicho cuerpo
columnar satisface la siguiente relación: 20 \leq L/S \leq 400,
y
una rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS
B 0601) de la pared interna del orificio de paso satisface la
siguiente relación: Ra \leq 100 \mum.
3. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que
la rugosidad superficial Ra (de acuerdo con JIS
B 0601) de la pared interna del orificio de paso satisface la
siguiente relación: 1,0 \mum \leq Ra \leq 100 \mum.
4. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en el que
el cuerpo columnar se constituye combinando una
pluralidad de miembros cerámicos porosos columnares rectangulares
mediante una capa adhesiva, comprendiendo cada una de los miembros
cerámicos porosos columnares un número de orificios de paso que se
coloca en paralelo entre sí en la dirección longitudinal con una
pared de división interpuesta entre ellos.
5. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 1, 2 o 3, en el que
el cuerpo columnar está formado por una sola
pieza del miembro cerámico poroso columnar.
6. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 1, 2, 3, 4 o 5, en el
que
un catalizador se soporta sobre el mismo.
7. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el
catalizador comprende:
(A) una capa de recubrimiento de alúmina;
(B) un óxido de tierras raras contenido en la
capa de recubrimiento de alúmina; y
(C) un catalizador de metal noble contenido en
la capa de recubrimiento de alúmina.
8. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 7, que puede obtenerse
mediante un proceso que comprende las etapas de:
(a) aplicar el componente (A) en un disolvente a
un cuerpo columnar sinterizado hecho de cerámico poroso, seguido de
secado y sinterización;
(b) aplicar el componente (B) en un disolvente a
un cuerpo columnar sinterizado hecho de cerámico poroso tras lo
cual una capa de recubrimiento de alúmina se ha depositado según se
obtiene en la etapa (a), seguido de secado y sinterización;
(c) aplicar el componente (C) en un disolvente a
un cuerpo columnar sinterizado hecho de cerámico poroso que
contiene una capa de recubrimiento de alúmina que contiene un óxido
de tierras raras según se ha obtenido en (b), seguido de secado y
sinterización.
9. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con la reivindicación 8, en el que se realizan
una o más etapas de sinterización mediante un proceso de reducción
en una atmósfera que contiene hidrógeno gas.
10. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escapes de acuerdo con la reivindicación 8 o 9, en el que el
cuerpo columnar sinterizado hecho de cerámico poroso se sumerge en
ácido fluorhídrico antes de la aplicación de un catalizador.
11. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10,
en el que la etapa (a) comprende la adición de una solución de
Al(NO_{3})_{3} y la etapa (b) comprende la
adición de una solución de Ce(NO_{3})_{3}.
12. El filtro de tipo panal para purificar gases
de escape de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11,
en el que óxido de tierras raras (B) sobre la superficie del cuerpo
columnar sinterizado hecho de cerámico poroso es un óxido de cerio
y el metal noble del catalizador de metal noble (C) sobre la
superficie del cuerpo columnar sinterizado hecho de cerámico poroso
es platino.
13. Un dispositivo de purificación de gas de
escape que comprende:
una cubierta conectada a un pasaje de gas de
escape de un motor de combustión interno; y
el filtro de tipo panal para purificar gases de
escape de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8,
9, 10, 11 o 12 y un medio de calentamiento, que se instalen dentro
de dicha cubierta.
14. Un proceso para realizar la regeneración del
filtro de tipo panal para purificar gases de escape instalado en el
dispositivo de purificación de gas de escape de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que
los gases calentados por el medio de
calentamiento se hacen fluir hacia el filtro de tipo panal para
purificar los gases de escape en condiciones tales que un caudal de
entrada es de 0,3 m/s o mayor y una concentración de oxígeno es del
6% o mayor.
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