專利名稱：用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的裝置、系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及過濾，且更具體地說，涉及在排出物后處理系統(tǒng) (exhaustaftertreatment system)中劑量流體(dosing fluid)的過濾。
背景技術(shù)：
許多內(nèi)燃發(fā)動機(jī)產(chǎn)生氮氧化物(N0x)作為燃燒副產(chǎn)物。柴油發(fā)動機(jī)在運行中尤其 產(chǎn)生相對高量的N0x。發(fā)動機(jī)通常通過發(fā)動機(jī)的排出物流(exhaust stream)釋放NOx。
NOx是污染物，其會加劇氣喘癥狀、與空氣中的氧反應(yīng)產(chǎn)生臭氧以及當(dāng)溶于水時最 終形成硝酸。酸雨和霧常常歸因于來自內(nèi)燃發(fā)動機(jī)的N0x的釋放。 因為不期望釋放NOx，所以已經(jīng)實施了各種方案來減少NOx排放。一種這樣的方案 是選擇性催化還原(selective catalytic reduction) (SCR)排出物后處理系統(tǒng)。SCR系統(tǒng) 利用廢氣、添加劑和催化劑之間的化學(xué)反應(yīng)來減少NOx排放。將氣態(tài)或液態(tài)劑量流體(最 常用的氨或尿素)加入廢氣，并且吸收到催化劑上。劑量流體與廢氣中的NOx反應(yīng)形成無 害的&0(水蒸氣)和N2(氮氣)。 在運行中，SCR系統(tǒng)通常包括由運載工具攜帶的劑量流體罐。將劑量流體從罐泵 送通過噴射器(injector)進(jìn)入排出物流。與SCR系統(tǒng)相關(guān)的一個麻煩是劑量流體中的雜 質(zhì)。該雜質(zhì)可呈現(xiàn)懸浮于劑量流體中的粉塵或其它外來碎屑、SCR系統(tǒng)元件的磨損碎片例 如來自泵的小塊葉輪、或者其它物質(zhì)的形式。這種雜質(zhì)會限制劑量流體在SCR系統(tǒng)中任何 地方的流動，且在噴射器中尤其麻煩。外來物質(zhì)可能滯留在相對小的噴射器中，從而減少了 或消除了劑量流體進(jìn)入排出物流的流動。 —些SCR系統(tǒng)包括在劑量流體罐與噴射器之間的箱(housing)中的紙過濾器，以 減少注入的劑量流體中雜質(zhì)的出現(xiàn)。盡管這些過濾器可以提高SCR系統(tǒng)的性能，但是它們 也帶來新的麻煩。紙過濾器具有用于容納雜質(zhì)的足夠低的容量，從而需要在發(fā)動機(jī)的壽命 內(nèi)定期維護(hù)。通常，這涉及更換或清洗紙過濾器。 此外，在SCR系統(tǒng)中所使用的劑量流體常常具有相對高的凝固點。例如，尿素具有 大約-ll攝氏度的凝固點。如果允許劑量流體在低溫下置于過濾箱(filter housing)內(nèi)， 那么過濾箱中的劑量流體就會凝固，從而消除劑量流體的流動，并且往往損壞SCR系統(tǒng)。因 此，在低溫下運行的帶有SCR系統(tǒng)的運載工具常常在SCR系統(tǒng)的過濾箱中包括加熱器。
現(xiàn)有的在SCR系統(tǒng)中過濾劑量流體的方法具有與制造和維護(hù)兩者相關(guān)的高成本。 定期更換紙過濾器元件可能需要昂貴的維護(hù)費，而且將加熱器元件加入到過濾箱增加該系 統(tǒng)的制造成本。這些成本最終由采用這些系統(tǒng)的運載工具的購買者、所有者和操作者來承 擔(dān)。

發(fā)明內(nèi)容
從以上討論可知，很明顯，存在對在SCR系統(tǒng)中過濾劑量流體的裝置、系統(tǒng)和方法
4的需求。有利地，這樣的裝置、系統(tǒng)和方法在從劑量流體中過濾雜質(zhì)的同時，將減少SCR系 統(tǒng)的操作和制造成本。 根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展水平，并且特別是根據(jù)本領(lǐng)域的排出物后處理系統(tǒng)中當(dāng)前可行 的過濾方法尚未能完全解決的問題和需要，已經(jīng)開發(fā)了本發(fā)明。因此，已經(jīng)開發(fā)了本發(fā)明來 提供用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的裝置、系統(tǒng)和方法，其克服了本領(lǐng)域中上 述缺陷中的許多或全部。 過濾器設(shè)置有設(shè)置成功能性地執(zhí)行過濾劑量流體的必要步驟的多個模塊。在所述 的實施方案中的這些模塊包括設(shè)置成容納劑量流體的劑量罐(dosing tank)、設(shè)置在劑量 罐內(nèi)的過濾介質(zhì)、以及支撐過濾介質(zhì)以形成用于劑量流體流的通道的支撐結(jié)構(gòu)。
在一種實施方案中，過濾介質(zhì)設(shè)置在劑量罐的出口處，以便劑量流體在離開劑量 罐之前或之時穿過過濾介質(zhì)。在另一種實施方案中，過濾介質(zhì)設(shè)置在劑量罐的進(jìn)口處，以便 劑量流體在進(jìn)入劑量罐之前或之時穿過過濾介質(zhì)。在另外的實施方案中，過濾器包括連接 機(jī)構(gòu)(attachment mechanism)，該連接機(jī)構(gòu)設(shè)置成將過濾器連接到劑量罐的進(jìn)口和出口中 的一個。 在一種實施方案中，過濾介質(zhì)包括具有基本上恒定直徑的聚合熔噴微絲 (melt-blown microfilament)。在另一種實施方案中，該結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在過濾介質(zhì)上的一 個或多個肋。在另外的實施方案中，過濾介質(zhì)包括多個層，所述多個層中的每一層具有特有 的和基本上恒定的孔隙率，所述多個層設(shè)置成使得孔隙率從過濾器的進(jìn)口到過濾器的出口 減小。 在另外的實施方案中，過濾介質(zhì)可包括選自由尼龍、聚酯、聚甲醛(P0M)、聚對苯二 甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二 酯(PBN)、HD-聚丙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚全氟烷氧基(Poly(perfluoroalkoxy))、 聚異丁烯、氟橡膠、LD-聚乙烯和HD-聚乙烯組成的組的材料。在另外的實施方案中，過濾 介質(zhì)包括深層介質(zhì)(d印th media)。 本發(fā)明還提供了一種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的系統(tǒng)。該系統(tǒng)可 通過用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量流體、設(shè)置成容納劑量流體的劑量罐、過濾器、設(shè)置成泵 送劑量流體的泵以及設(shè)置成將劑量流體噴射進(jìn)入排出物流的噴射器來實現(xiàn)。尤其，在一種 實施方案中，該系統(tǒng)中的過濾器包括設(shè)置在劑量罐內(nèi)的過濾介質(zhì)，以便劑量流體在離開劑 量罐之前穿過過濾介質(zhì)。過濾介質(zhì)還可包括支撐過濾介質(zhì)以形成用于劑量流體流的通道的 支撐結(jié)構(gòu)。 在一種實施方案中，該系統(tǒng)的過濾介質(zhì)還可設(shè)置在劑量罐內(nèi)劑量罐的出口處，以 便劑量流體在離開劑量罐之前或之時穿過過濾介質(zhì)。在另一種實施方案中，該系統(tǒng)可包括 設(shè)置成在劑量罐中加熱劑量流體和過濾介質(zhì)的加熱器。在該系統(tǒng)的一種實施方案中，劑量 流體是單一氮氧化物(mono-nitrogen oxide) (N0x)還原劑。在另外的實施方案中，劑量流 體選自由尿素、氨和烴類燃料組成的組。 在該系統(tǒng)的另一種實施方案中，過濾介質(zhì)可包括多個層，所述多個層中的每一層 具有特有的和基本上恒定的孔隙率，所述多個層設(shè)置成使得孔隙率從過濾器的進(jìn)口到過濾 器的出口減小。 本發(fā)明也提供了一種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的方法。所公開的實施方案中的方法基本上包括實施與所述裝置和系統(tǒng)的操作相關(guān)的上述功能所必須的步驟。在一種實施方案中，該方法包括使劑量流體容納在劑量罐中，所述罐包含過濾介質(zhì)。該方法也可包括促使劑量流體通過過濾介質(zhì)。在一種實施方案中，該方法還包括使劑量流體離開罐。 在另外的實施方案中，該方法包括加熱劑量罐內(nèi)的劑量流體。在另一種實施方案中，該方法包括將劑量流體泵送通過再循環(huán)管線。 本發(fā)明還提供了一種用于在排出物后處理系統(tǒng)中對劑量流體的過濾器進(jìn)行配置的方法。在所公開的實施方案中的該方法基本上包括實施與所述裝置和系統(tǒng)的操作相關(guān)的上述功能所必須的步驟。在一種實施方案中，該方法包括提供具有小于劑量流體中的雜質(zhì)的最小孔隙率的過濾介質(zhì)。在某些實施方案中，該方法還包括將過濾介質(zhì)放置在劑量罐內(nèi)，所述劑量罐設(shè)置成容納在排出物后處理系統(tǒng)中所使用的劑量流體，過濾介質(zhì)放置在這樣一個位置，即使得劑量流體在離開罐之前通過過濾介質(zhì)。 整個說明書中提及的特點、優(yōu)點或類似語言并不意味著通過本發(fā)明可實現(xiàn)的所有特點和優(yōu)點都應(yīng)該是或者是在本發(fā)明的任何單一實施方案中。更確切地，提及的特點和優(yōu)點的語言應(yīng)被理解為意味著，結(jié)合實施方案所描述的特定特點、優(yōu)點或特征被包括在本發(fā)明的至少一種實施方案中。因此，在整個說明書中對特點和優(yōu)點及類似語言的論述可以但不必指同一種實施方案。 此外，本發(fā)明所述的特點、優(yōu)點和特征可按任何適合的方式組合在一種或多種實施方案中。相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明也可在缺少具體實施方案的特定特點或優(yōu)點中的一個或多個的情況下實施。在其它例子中，可在某些實施方案中看出的附加特點和優(yōu)點，可能未在本發(fā)明所有實施方案中出現(xiàn)。 從下面的描述和所附的權(quán)利要求，本發(fā)明的這些特點和優(yōu)點將變得更充分明顯，或者可通過下文所闡述的本發(fā)明的實施來了解本發(fā)明的這些特點和優(yōu)點。


為了容易理解本發(fā)明的優(yōu)點，以上所簡述的本發(fā)明的更具體的描述將通過參考附圖所示的特定實施方案來給出。應(yīng)理解，這些附圖僅僅圖示了本發(fā)明的典型實施方案，并且因此不應(yīng)被認(rèn)為是本發(fā)明范圍的限制，將通過使用附圖采用附加特征和細(xì)節(jié)來描述和解釋本發(fā)明，其中 圖1是圖示用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)的一種實施方案的示意性框 圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)的一種實施方案的示意性框圖； 圖3是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)中的帶有內(nèi)部過濾器的劑量罐的一種實施方案的示意性框圖； 圖4是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)中的帶有內(nèi)部過濾器的劑量罐的一種實施方案的示意性框圖； 圖5是圖示根據(jù)本發(fā)明的采用深層介質(zhì)的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)的一種實施方案的示意性框圖； 圖6是圖示根據(jù)本發(fā)明的采用梯度密度深層過濾(gradient densityd印thfiltration)的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)的一種實施方案的示意性框 圖7是根據(jù)本發(fā)明的梯度密度深層過濾系統(tǒng)的一種實施方案的橫截面 圖8是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的形成熔噴過濾組件(melt-blownfiltrationassembly)的第一層的熔噴微絲的放大頂視圖；以及 圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于在排出物后處理系統(tǒng)中對劑量流體的過濾器進(jìn)行配置的方法的一種實施方案的示意性流程圖。
具體實施例方式
整個說明書中提及的"一種實施方案"、"一實施方案"或類似語言意味著結(jié)合實施方案所述的具體特點、結(jié)構(gòu)或特征被包括在本發(fā)明的至少一種實施方案中。因此，在整個說明書中，短語"在一種實施方案中"、"在一實施方案中"和類似語言的出現(xiàn)可以但不必都指同一種實施方案。 此外，本發(fā)明所述的特點、結(jié)構(gòu)或者特征可按任何適合的方式組合在一種或多種實施方案中。在下面描述中，提供多個特定細(xì)節(jié)來充分理解本發(fā)明的實施方案。然而，相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，本發(fā)明也可在缺少特定細(xì)節(jié)中的一個或多個或者具有其它方法、部件、材料等等情況下實施。在其它例子中，未詳細(xì)示出或者描述眾所周知的結(jié)構(gòu)、材料或者操作，以避免使本發(fā)明各方面不清楚。 圖1是圖示用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)100的一種實施方案的示意性框圖。劑量系統(tǒng)100包括劑量罐102、加熱器104、過濾器106、泵108、噴射器110和排出物流112。劑量系統(tǒng)100將劑量流體噴射入排出物流112，以減少排出物流112中的污染物。
在一種實施方案中，劑量罐102容納供劑量系統(tǒng)100使用的劑量流體。劑量罐102可包括出口 114，劑量流體通過出口 114離開劑量罐102。劑量罐102可包括能容納劑量流體的任何材料，例如聚合物、金屬或者類似物。 過濾器106從劑量罐102接收劑量流體。過濾器106可通過軟管、管、槽(channel)或者類似物連接到劑量罐。過濾器106將雜質(zhì)從劑量流體中除去。過濾器106可包括纖維素材料、聚合物材料、網(wǎng)或類似物。 在一種實施方案中，過濾器106包括設(shè)置成在過濾器106中加熱劑量流體的加熱器104。加熱器104將過濾器106中的劑量流體維持在劑量流體的凍結(jié)溫度以上。在一種實施方案中，加熱器104包括電阻元件，電阻元件根據(jù)通過該元件的電流通路來產(chǎn)生熱。
泵108從過濾器106接收劑量流體，并將劑量流體泵送到整個系統(tǒng)100。泵108可通過軟管、管、槽或者類似物連接到過濾器106。在一種實施方案中，泵108可包括膜片泵(bladder pump)、蠕動泵或本領(lǐng)域中常用的其它泵。 在一種實施方案中，噴射器110將劑量流體噴射入排出物流112。噴射器110可包括設(shè)置成將劑量流體輸送到排出物流112的一個或多個孔。 圖2是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)200的一種實施方案的示意性框圖。劑量系統(tǒng)200可包括帶有內(nèi)部過濾器204的劑量罐202、泵206、噴射器208以及排出物流210。劑量系統(tǒng)200將劑量流體噴射入排出物流210，以減少排出物流210中的污染物。 在一種實施方案中，劑量罐202包括進(jìn)口 212、出口 214以及內(nèi)部過濾器204。劑量罐202接收、存貯以及輸送供在劑量系統(tǒng)200中使用的劑量流體。劑量流體可以是用來處理在排出物流中的單一氮氧化物(N0x)的任何還原劑。例如，劑量流體可以是尿素、氨、烴類燃料或者類似物。劑量罐202可包括能容納劑量流體的任何材料，例如聚合物、金屬或者類似物。 進(jìn)口 212接收劑量流體流216。如虛線箭頭所示，劑量流體流216進(jìn)入劑量罐202。
出口 214將劑量流體流從劑量罐202輸送到劑量系統(tǒng)200的其它元件。 在一種實施方案中，內(nèi)部過濾器204設(shè)置在劑量罐202內(nèi)。將過濾器204設(shè)置在
劑量罐202內(nèi)消除了用于過濾器204的分離加熱器的需求。在一種實施方案中，內(nèi)部過濾
器204設(shè)置在劑量罐202內(nèi)劑量罐202的出口 214處。在此實施方案中，離開劑量罐202
的劑量流體通過內(nèi)部過濾器204。當(dāng)劑量流體通過內(nèi)部過濾器204時，內(nèi)部過濾器204捕獲
了劑量流體內(nèi)懸浮的雜質(zhì)。 內(nèi)部過濾器204可包括過濾介質(zhì)。過濾介質(zhì)可包括能從劑量流體中除去雜質(zhì)的任何介質(zhì)。例如，過濾介質(zhì)可包括纖維素材料。在另一個例子中，過濾介質(zhì)可包括聚合物材料。在一種實施方案中，過濾介質(zhì)可包括如下面關(guān)于圖7所描述的熔噴聚合物深層介質(zhì)。
在某些實施方案中，內(nèi)部過濾器204通過連接機(jī)構(gòu)218連接到劑量罐202。連接機(jī)構(gòu)218可包括扣(clasp)、鉤、抓鉤(catch)、線、軟管、管、槽或者本領(lǐng)域中已知的其它連接機(jī)構(gòu)218。在可選的實施方案中，內(nèi)部過濾器204可通過焊接、粘合劑或者類似物連接到劑量罐202。在又一種實施方案中，內(nèi)部過濾器204可與劑量罐202 —起形成。例如，內(nèi)部過濾器204可與劑量罐202的注模同時注模。 泵206從劑量罐202接收劑量流體，并且將劑量流體泵送到整個系統(tǒng)200。泵206可通過軟管、管、槽或者類似物連接到過濾器204。在一種實施方案中，泵206可包括膜片泵、蠕動泵或本領(lǐng)域中常用的其它泵。 在可選的實施方案中，泵206可設(shè)置在劑量罐202內(nèi)。在劑量流體通過內(nèi)部過濾器204之前，泵206可對劑量流體施加作用。在另一種實施方案中，泵206可設(shè)置在劑量罐202內(nèi)，并且在劑量流體通過內(nèi)部過濾器204之后對劑量流體施加作用。例如，泵206可位于內(nèi)部過濾器204內(nèi)，并且將劑量流體泵送通過劑量罐202的出口 214。
在一種實施方案中，噴射器208將劑量流體噴射入排出物流210。噴射器208可包括設(shè)置成將劑量流體輸送到排出物流210的一個或多個孔。 在某些實施方案中，劑量系統(tǒng)200可包括再循環(huán)管線220。在某些實施方案中，再循環(huán)管線220將劑量流體從泵206返回至劑量罐202。根據(jù)劑量流體不是正被噴射入排出物流210的判定(determination)，例如當(dāng)發(fā)動機(jī)不工作并且不產(chǎn)生排出物時，劑量系統(tǒng)200可通過再循環(huán)管線220使劑量流體再循環(huán)。所使用的再循環(huán)管線220可運行來在寒冷天氣中劑量系統(tǒng)200的運行期間使泵206中的劑量流體免于凍結(jié)。 圖3圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)中帶有內(nèi)部過濾器的劑量罐302的一種實施方案的橫截面圖。在一種實施方案中，劑量罐302包括進(jìn)口 212、出口 214、內(nèi)部過濾器304以及加熱器306。劑量罐302接收、存貯和輸送供在劑量系統(tǒng)中使用的劑量流體。劑量罐302可包括能容納劑量流體的任何材料，例如聚合物、金屬或者類似物。在一種實施方案中，按與關(guān)于圖2所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置進(jìn)口 212和出口 214。
8
在一種實施方案中，內(nèi)部過濾器304設(shè)置在劑量罐302內(nèi)。內(nèi)部過濾器304可包括過濾介質(zhì)308和支撐結(jié)構(gòu)310。內(nèi)部過濾器304過濾劑量流體流216。
過濾介質(zhì)308可包括能從劑量流體中除去雜質(zhì)的任何介質(zhì)。例如，過濾介質(zhì)308可包括纖維素材料。在另一個例子中，過濾介質(zhì)308可包括聚合物材料。在一種實施方案中，過濾介質(zhì)308可包括如下面關(guān)于圖7所描述的熔噴聚合物深層介質(zhì)。如本領(lǐng)域技術(shù)人員可知的，過濾介質(zhì)308可包括用在過濾介質(zhì)的任何材料。例如，過濾介質(zhì)可包括尼龍、聚酯、聚甲醛(POM)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二酯(PBN) 、 HD-聚丙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚全氟烷氧基、聚異丁烯、氟橡膠、LD-聚乙烯和/或HD-聚乙烯。 過濾介質(zhì)308可由支撐結(jié)構(gòu)310支撐。在一種實施方案中，支撐結(jié)構(gòu)310支撐過濾介質(zhì)308，以形成用于劑量流體流216的通道。支撐結(jié)構(gòu)310可分開過濾介質(zhì)308的相鄰表面，以產(chǎn)生用于劑量流體流216的通道。過濾介質(zhì)基于自身結(jié)構(gòu)完整性可自身包括支撐結(jié)構(gòu)，根據(jù)本公開內(nèi)容，這對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說將是明顯的。 例如，支撐結(jié)構(gòu)310可包括在過濾介質(zhì)308內(nèi)表面上的一個或多個肋。在本例中，過濾介質(zhì)308可類似濾袋(sock)形成有連接到劑量罐302出口 214的濾袋開口。濾袋形(sock-shaped)過濾介質(zhì)308的內(nèi)表面可襯有形成支撐結(jié)構(gòu)310的一個或多個肋，支撐結(jié)構(gòu)310保持濾袋形過濾介質(zhì)的相鄰內(nèi)表面分開，以形成劑量流體流216的通道。
在一種實施方案中，加熱器306加熱劑量罐302中的劑量流體。加熱器306也可加熱內(nèi)部過濾器304周圍的劑量流體。對劑量流體加熱來維持劑量流體在劑量流體使用的最低要求溫度以上。例如，當(dāng)尿素被用作劑量流體時，加熱器306可維持該罐中的劑量流體在尿素凝固點以上的溫度，該溫度是大約-11攝氏度。 圖4圖示了根據(jù)本發(fā)明的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)中帶有內(nèi)部過濾器的劑量罐402的一種實施方案的橫截面圖。在一種實施方案中，劑量罐402包括進(jìn)口 212、出口 214、內(nèi)部進(jìn)口過濾器404、內(nèi)部出口過濾器406以及加熱器306。劑量罐402接收、存貯和輸送供在劑量系統(tǒng)中使用的劑量流體。劑量罐402可包括能容納劑量流體的任何材料，例如聚合物、金屬或者類似物。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖2所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置進(jìn)口212和出口214。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖3所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置加熱器306。 在一種實施方案中，內(nèi)部進(jìn)口過濾器404設(shè)置在劑量罐402內(nèi)。內(nèi)部進(jìn)口過濾器404可包括過濾介質(zhì)308和支撐結(jié)構(gòu)310。當(dāng)劑量流體流216進(jìn)入劑量罐402時，內(nèi)部進(jìn)口過濾器404過濾劑量流體流216。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖3所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置過濾介質(zhì)308和支撐結(jié)構(gòu)310。 在一種實施方案中，內(nèi)部進(jìn)口過濾器404設(shè)置在劑量罐402內(nèi)，并且在進(jìn)口 212處連接到劑量罐402。內(nèi)部進(jìn)口過濾器404可設(shè)成當(dāng)劑量流體流216進(jìn)入劑量罐402時橫貫于劑量流體流216。在一種實施方案中，內(nèi)部進(jìn)口過濾器404可形成為如上面關(guān)于圖3所述的濾袋構(gòu)型(sockconfiguration)，其中濾袋開口圍繞劑量罐402的進(jìn)口 212。在可選的實施方案中，內(nèi)部進(jìn)口過濾器404可形成為籃狀物構(gòu)型(basket configuration)，其中籃狀物開口圍繞進(jìn)口 212。 在一種實施方案中，內(nèi)部出口過濾器406設(shè)置在劑量罐402內(nèi)。內(nèi)部出口過濾器406可包括過濾介質(zhì)308和支撐結(jié)構(gòu)310。當(dāng)劑量流體流216離開劑量罐402時，內(nèi)部出口 過濾器406過濾劑量流體流216。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖3所述的同樣編號部件的相似方式來 設(shè)置過濾介質(zhì)308和支撐結(jié)構(gòu)310。 在一種實施方案中，內(nèi)部出口過濾器406設(shè)置在劑量罐402內(nèi)，并且在出口 214處 連接到劑量罐402。內(nèi)部出口過濾器406可設(shè)成當(dāng)劑量流體流216離開劑量罐402時橫貫 于劑量流體流216。在一種實施方案中，內(nèi)部出口過濾器406可形成為如上面關(guān)于圖3所述 的濾袋構(gòu)型，其中濾袋開口圍繞劑量罐402的出口 214。在可選的實施方案中，內(nèi)部出口過 濾器406可形成為籃狀物構(gòu)型，其中籃狀物開口圍繞出口 214。 圖5圖示了根據(jù)本發(fā)明的采用深層介質(zhì)的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量系統(tǒng)500 的一種實施方案。劑量系統(tǒng)500包括劑量罐102、過濾箱502、深層介質(zhì)504、泵108、噴射器 110以及排出物流112。劑量系統(tǒng)500將劑量流體噴射入排出物流112，以減少排出物流112 中的污染物。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖1所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置劑量罐102、泵 108、噴射器110以及排出物流112。 在一種實施方案中，過濾箱502提供容納深層介質(zhì)504的結(jié)構(gòu)，并且提供使劑量流 體流動通過深層介質(zhì)504的通道。在一種實施方案中，過濾箱502從劑量罐102接收劑量 流體流。 過濾箱502可以是可維護(hù)的，意思是可從過濾箱502中除去和更換深層介質(zhì)504。 在另一種實施方案中，過濾箱502可以可拆裝地連接到劑量系統(tǒng)500，以便可除去和更換帶 有相關(guān)的深層介質(zhì)504的過濾箱。在又一種實施方案中，過濾箱502可以是在正常情況下 不需要維護(hù)的終身過濾器(lifetime filter)。 在一種實施方案中，過濾箱502設(shè)置在劑量罐102與泵108之間的劑量流體流通 道中。在另一種實施方案中，過濾箱502設(shè)置在泵108與噴射器110之間的劑量流體流通 道中。在某些實施方案中，過濾箱502還可包括加熱器。 深層介質(zhì)504橫切劑量流體流通道，并且當(dāng)劑量流體通過深層介質(zhì)504時從劑量 流體中除去雜質(zhì)。在一種實施方案中，深層介質(zhì)504包括具有在劑量流體流通道方向上漸 減的孔隙率的一系列層。關(guān)于圖7更詳細(xì)地論述深層介質(zhì)504。 在一種實施方案中，深層介質(zhì)504包括在本領(lǐng)域中已知的罐過濾器構(gòu)型 (canister filter configuration)。深層介質(zhì)504可包括熔噴聚合物材料。在一種實 施方案中，深層介質(zhì)504可包括纖維素材料。在又一種實施方案中，深層介質(zhì)504可包 括各種材料的組合。例如，在一種實施方案中，深層介質(zhì)504可包括在罐構(gòu)型(canister configuration)中的褶狀紙材料，其中一層或多層聚合物材料設(shè)置在褶狀紙材料的外表面 上。 圖6圖示了根據(jù)本發(fā)明的采用梯度密度深層過濾的用于排出物后處理系統(tǒng)的劑 量系統(tǒng)600的一種實施方案。劑量系統(tǒng)600包括劑量罐102、第一過濾箱602、深層介質(zhì)504、 泵108、第二過濾箱604、噴射器110以及排出物流112。劑量系統(tǒng)600將劑量流體噴射入排 出物流112，以減少排出物流112中的污染物。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖1所述的同樣編號部件 的相似方式來設(shè)置劑量罐102、泵108、噴射器110以及排出物流112。優(yōu)選地，按與關(guān)于圖 5所述的同樣編號部件的相似方式來設(shè)置深層介質(zhì)504。 在一種實施方案中，按與關(guān)于圖5所述的過濾箱502的相似方式來設(shè)置第一過濾箱602。第一過濾箱602可設(shè)置在劑量罐102與泵108之間的劑量流體流通道中。第一過 濾箱602可容納用于過濾劑量流體的深層介質(zhì)504。在某些實施方案中，第一過濾箱602還 可包括加熱器。 在一種實施方案中，按與關(guān)于圖5所述的過濾箱502的相似方式來設(shè)置第二過濾 箱604。第二過濾箱604可設(shè)置在泵108與噴射器110之間的劑量流體流通道中。第二過 濾箱604可容納用于過濾劑量流體的深層介質(zhì)504。在某些實施方案中，第二過濾箱604還 可包括加熱器。 現(xiàn)參見圖7，根據(jù)本發(fā)明的用于劑量流體的梯度密度深層過濾系統(tǒng)700通?？?包括熔噴過濾組件702，該熔噴過濾組件702具有不同孔隙率的多個熔噴層704、706和 708-這里所用到的孔隙率是指在層中的空隙百分?jǐn)?shù)。實際上，孔隙率的變化產(chǎn)生間隙或孔 大小的相應(yīng)變化，于是提供不同的層過濾性能。這種依賴于孔隙率或者密度梯度變化來改 變層過濾性能的方法有利于由縮醛和/或可與各種劑量流體相容的其它基本上尺寸穩(wěn)定 的熱塑性塑料所制成的有效深層介質(zhì)型過濾器。 在一些實施方案中，例如，熔噴過濾組件702的第一層704可包括介于大約90% 和98%之間的孔隙率，以提供初始的小顆粒過濾。第一層704可連接到適合于提供減小量 值的小顆粒過濾的第二層706。與第二層706相應(yīng)的孔隙率可例如，在大約85%和97%之 間變動。最后，熔噴過濾組件702的第二層706可連接到適合于提供細(xì)顆粒過濾的第三層 708。與第三層708相應(yīng)的孔隙率可例如，在大約80%和96%之間變動。這樣，本發(fā)明的熔 噴過濾組件702提供了具有從第一層704到第三層708的行進(jìn)方向的劑量流體216的漸細(xì) 過濾(increasingly fine filtration)。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識到，上述公開的熔 噴過濾組件702的第一層704、第二層706和第三層708僅僅是用于示例性目的，且根據(jù)本 發(fā)明的熔噴過濾組件702可包括設(shè)置成提供漸細(xì)過濾的任意層數(shù)。此外，在一些實施方案 中，熔噴過濾組件702可包括結(jié)合成一個整體的熔噴微絲的漸變配置，以便熔噴過濾組件 702基本上沒有可單獨識別的層。在一種實施方案中，熔噴過濾組件702可包括單層。
在一些實施方案中，熔噴過濾組件702可連接到適合于相對較粗過濾的至少一個 通用過濾元件708，于是進(jìn)一步有助于漸變過濾效果。在某些實施方案中，熔噴過濾組件 702可被夾在兩個通用過濾元件708a和708b之間，以便基本上密封熔噴過濾組件702的較 精密的熔噴層，從而保護(hù)了熔噴過濾組件702以及有助于整個過濾。 通用過濾元件708a和708b可包括紡粘過濾介質(zhì)(spun bonded filtrationmedium)，指的是無紡材料類，其中新形成的絲立即受到冷空氣，以停止它們變 細(xì)。通用過濾元件708a和708b可具有高于對應(yīng)于熔噴過濾組件702的第一層704的孔隙 率的孔隙率，以便通用過濾元件708a和708b提供從流體中初步過濾相對大顆粒物質(zhì)。通用 過濾元件708a和708b可包括，例如，紡粘尼龍、聚酯、縮醛、特氟綸②(Teflon )或者本領(lǐng) 域技術(shù)人員已知的其它紡粘過濾介質(zhì)。這樣的介質(zhì)的平均絲徑可包括，例如，大約100 ym。
圖8是根據(jù)本發(fā)明的某些實施方案的形成熔噴過濾組件的第一層的熔噴微絲的 放大頂視圖。在一種實施方案中，尺寸基本上穩(wěn)定的諸如縮醛的熱塑性塑料可被熔噴來產(chǎn) 生具有基本上恒定直徑尺寸804的微絲802。例如，在一些實施方案中，每個微絲的直徑804 可在大約2. 5 m和30 m之間變動。如圖8所示，本發(fā)明的熔噴過濾組件702的第一層 704可包括大約96%的孔隙率806，以提供流體的粗孔隙率過濾。如圖7所示的第二層706
11可包括直徑804基本上等于圖8中所示的直徑的微絲802。然而，第二層706的微絲802可 包括大約94%的孔隙率806，以提供劑量流體的中等孔隙率過濾。最后，如圖7所示的第三 層708可包括直徑804與如圖7所示的第一層704和第二層706相似的微絲802，但是第三 層708可顯示大約92%的孔隙率806，以提供細(xì)孔隙率深層過濾。 熔噴微絲802可包括聚合物熔噴微絲。在某些實施方案中，這些微絲可包括尼龍、 聚酯、聚甲醛(POM)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸 乙二酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二酯(PBN)、HD-聚丙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚全氟烷氧 基、聚異丁烯、氟橡膠、LD-聚乙烯和/或HD-聚乙烯。 隨后的示意性流程圖通常是作為邏輯流程圖而提出。同樣地，所示順序和標(biāo)記步 驟表示所述方法的一種實施方案。其它的步驟和方法可被理解為是在功能、邏輯或者效果 上與所述方法的一個或多個步驟或其部分等效的。另外，所用的形式和符號是用來解釋本 方法的邏輯步驟，并且不應(yīng)被理解為限制本方法的范圍。雖然可在流程圖中使用各種箭頭 型和線型，但是它們不應(yīng)被理解為限制相應(yīng)方法的范圍。實際上，一些箭頭或者其它連接符 可用來僅僅指出本方法的邏輯流程。例如，箭頭可指出所述方法的所列舉步驟之間未指定 持續(xù)時間的等待或者監(jiān)控期。另外，具體方法發(fā)生的順序可以嚴(yán)格或者可以不嚴(yán)格遵從所 示相應(yīng)步驟的順序。 圖9是圖示根據(jù)本發(fā)明的用于在排出物后處理系統(tǒng)中對劑量流體的過濾器進(jìn)行 配置的方法900的一種實施方案的示意性流程圖。在某些實施方案中，方法900是上述圖 的系統(tǒng)和裝置的使用方法，并且將參考這些圖來論述。 如圖9所示，方法900首先在902熔噴微絲802。微絲802可包括關(guān)于圖8所述的 具有基本上恒定直徑的基本上穩(wěn)定的熱塑性塑料。 接下來，在904，將微絲802形成為具有基本上恒定孔隙率806的層?？蓪⑽⒔z802 形成為多個層，每一層具有不同的孔隙率806。例如，可將微絲形成為第一層704、第二層 706和第三層708，每一層具有漸小的孔隙率806。 接下來，在906，根據(jù)它們的相對密度設(shè)置多個熔噴層，以形成過濾組件702。例 如，可將上述的第一層704、第二層706和第三層708設(shè)置成形成過濾組件702。在一種實 施方案中，這些層可被層壓來形成粘著過濾組件(cohesive filtration assembly) 702。
接下來，在908，將過濾組件702設(shè)置在劑量流體流通道216中?？稍?08將過濾 組件702設(shè)置在劑量罐202內(nèi)。在另一種實施方案中，可在908將過濾組件702設(shè)置在劑 量罐外的劑量流體流通道216中，諸如在過濾箱502中。 最后，在910，使劑量流體過濾通過過濾組件702的過濾介質(zhì)。在910的過濾發(fā)生 在懸浮于劑量流體中的雜質(zhì)被過濾組件702的這些層所捕獲時。 本發(fā)明可按其它的具體形式來實施，而不偏離本發(fā)明的精神或主要特征。從任何 方面來看，所述實施方案都被認(rèn)為僅僅是說明性的而非限制性的。因此，本發(fā)明的范圍由所 附的權(quán)利要求指出，而非由上述的說明指出。落在權(quán)利要求的等價的含義和范圍內(nèi)的任何 改變都包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
1權(quán)利要求
一種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的過濾器，所述過濾器包括劑量罐，其設(shè)置成容納劑量流體；過濾介質(zhì)，其設(shè)置在所述劑量罐內(nèi)；以及支撐結(jié)構(gòu)，其支撐所述過濾介質(zhì)，以形成用于劑量流體流的通道。
2. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)設(shè)置在所述劑量罐的出口處，以便劑量流體在離開所述劑量罐之前或之時穿過所述過濾介質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)設(shè)置在所述劑量罐的進(jìn)口處，以便劑量流體在進(jìn)入所述劑量罐之前或之時穿過所述過濾介質(zhì)。
4. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其還包括連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)設(shè)置成將所述過濾器連接到所述劑量罐的進(jìn)口和出口中的一個。
5. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)還包括具有基本上恒定直徑的聚合熔噴微絲。
6. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述支撐結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述過濾介質(zhì)上的一個或多個肋。
7. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)包括多個層，所述多個層中的每一層具有特有的和基本上恒定的孔隙率，所述多個層設(shè)置成使得孔隙率從所述過濾器的進(jìn)口到所述過濾器的出口減小。
8. 如權(quán)利要求7所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)包括選自由尼龍、聚酯、聚甲醛(P0M)、聚對苯二甲酸丁二酯(PBT)、聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二酯(PEN)、聚萘二甲酸丁二酯(PBN)、 HD-聚丙烯、聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚全氟烷氧基、聚異丁烯、氟橡膠、LD-聚乙烯和HD-聚乙烯組成的組的材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾介質(zhì)包括深層介質(zhì)。
10. —種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括用于排出物后處理系統(tǒng)的劑量流體；劑量罐，其設(shè)置成容納所述劑量流體；過濾器，其包括過濾介質(zhì)，其設(shè)置在所述劑量罐內(nèi)，以便所述劑量流體在離開所述劑量罐之前穿過所述過濾介質(zhì)；以及支撐結(jié)構(gòu)，其支撐所述過濾介質(zhì)，以形成用于劑量流體流的通道；泵，其設(shè)置成泵送所述劑量流體；以及噴射器，其設(shè)置成將所述劑量流體噴射進(jìn)入排出物流。
11. 如權(quán)利要求io所述的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)設(shè)置在所述劑量罐內(nèi)所述劑量罐的出口處，以便所述劑量流體在離開所述劑量罐之前或之時穿過所述過濾介質(zhì)。
12. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其還包括加熱器，所述加熱器設(shè)置成加熱所述劑量罐中的所述劑量流體和所述過濾介質(zhì)。
13. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述劑量流體是單一氮氧化物(NOx)還原劑。
14. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述劑量流體選自由尿素、氨和烴類燃料組成的組。
15. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述過濾介質(zhì)包括多個層，所述多個層中的每一層具有特有的和基本上恒定的孔隙率，所述多個層設(shè)置成使得孔隙率從所述過濾器的進(jìn)口到所述過濾器的出口減小。
16. —種劑量流體過濾裝置，其包括劑量流體罐，其設(shè)置成容納劑量流體，所述劑量流體用在排出物后處理系統(tǒng)中；設(shè)置在所述劑量流體罐內(nèi)用于過濾所述劑量流體的設(shè)備；用于支撐設(shè)置在所述劑量流體罐內(nèi)用于過濾所述劑量流體的所述設(shè)備的設(shè)備，用于支撐的所述設(shè)備形成通過設(shè)置在所述劑量流體罐內(nèi)用于過濾所述劑量流體的所述設(shè)備的劑量流體流動的通道。
17. 如權(quán)利要求16所述的劑量流體過濾裝置，其還包括用于加熱在所述劑量罐內(nèi)的所述劑量流體的設(shè)備。
18. —種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的方法，所述方法包括使劑量流體容納在劑量罐中，所述罐包括過濾介質(zhì)；促使所述劑量流體通過所述過濾介質(zhì)；以及使所述劑量流體離開所述罐。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，其還包括加熱所述劑量罐內(nèi)的所述劑量流體。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其還包括將所述劑量流體泵送通過再循環(huán)管線。
21. —種用于在排出物后處理系統(tǒng)中對劑量流體的過濾器進(jìn)行配置的方法，所述方法包括提供具有小于劑量流體中的雜質(zhì)的最小孔隙率的過濾介質(zhì)；以及將所述過濾介質(zhì)放置在劑量罐內(nèi)，所述劑量罐設(shè)置成容納在排出物后處理系統(tǒng)中使用的劑量流體，所述過濾介質(zhì)放置在這樣一個位置，即使得所述劑量流體在離開所述罐之前通過所述過濾介質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的裝置、系統(tǒng)和方法。公開了一種用于在排出物后處理系統(tǒng)中過濾劑量流體的過濾器的裝置、系統(tǒng)和方法。所述過濾器可包括設(shè)置成容納劑量流體的劑量罐、設(shè)置在劑量罐內(nèi)的過濾介質(zhì)以及支撐過濾介質(zhì)以形成用于劑量流體流的通道的支撐結(jié)構(gòu)。有利地，本發(fā)明的裝置、系統(tǒng)和方法減少了SCR系統(tǒng)的操作和制造成本。
文檔編號B01D35/02GK101732915SQ20081017753
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月18日
發(fā)明者加里·里克爾, 朱莉·格拉柏, 維克蘭特·阿加瓦爾, 阿倫·羅切克斯 申請人:康明斯濾清系統(tǒng)知識產(chǎn)權(quán)公司