專利名稱：過濾器濾芯的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及過濾器濾芯和提供過濾器濾芯的方法，具體涉及適合從廢氣中過濾煙 灰的過濾器濾芯，比如適用于過濾柴油機燃燒裝置如柴油機燃機的柴油機廢氣的過濾器濾 芯，例如作為DOC催化劑載體。
背景技術：
包含金屬纖維的過濾介質(zhì)在本領域中已知。作為例子，W003/047720揭示了一種多 層燒結(jié)金屬纖維過濾介質(zhì)，用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰。雖然性能令人滿意， 但該介質(zhì)可能具有的缺點在于，在僅僅容納了有限量的煙灰之后所述介質(zhì)即告堵塞。這是 由使用了孔隙率較低的過濾介質(zhì)等等造成的。因此，需要進行非常頻繁和大量的再生操作， 例如采用電再生(即在介質(zhì)中通電流，使所述介質(zhì)由于焦耳效應而發(fā)熱)進行的再生或通 過在柴油機或廢氣中注入催化性化合物進行的再生。其它缺點包括該介質(zhì)的效率有局限， 介質(zhì)上的壓降較高，且價格相當昂貴。W004/104386描述了一種替代性的多層過濾介質(zhì)，適合過濾柴油機燃燒裝置如柴 油機燃機的廢氣。該介質(zhì)由于厚度大得多而增加了煙灰容納能力。所述介質(zhì)的缺點在于，為 達到這種增加了的煙灰容納能力，體積要大，并且可能在過濾介質(zhì)上獲得相對較高的壓降， 在生料即未使用的過濾介質(zhì)時也是如此。所述過濾介質(zhì)包含金屬纖維層，這些層通過氣流鋪置或濕鋪置法提供，諸方法在 本領域中已知。所述纖維層也稱為纖維網(wǎng)。所述纖維基本在平行于所述網(wǎng)面(web surface) 的平面內(nèi)延伸。在各個平面中，所述纖維具有隨機取向。在整合到所述過濾器濾芯中之前， 任選地將多個這樣的纖維網(wǎng)疊置，以提供所需的網(wǎng)厚度。在例如要提供一個沿其平均流動路徑即圓柱形體的軸向包括多個相鄰相連的纖 維網(wǎng)的圓柱形過濾器濾芯時，提供多個具有適當厚度的纖維網(wǎng)。任選地，燒結(jié)所述諸網(wǎng)，以 粘合網(wǎng)中的纖維和/或增加網(wǎng)的密度即孔隙率。例如通過模切法從各纖維網(wǎng)切出圓盤。以 正確的順序疊置各圓盤，并封裝在圓柱形外殼中。得到一個具有流入口和流出口的過濾器 濾芯，分別位于所述圓柱形外殼的兩個外端，限定基本平行于圓柱形外殼的軸的流動路徑。 由于纖維基本在平行于網(wǎng)面的平面內(nèi)延伸，過濾器濾芯中纖維的取向基本垂直于流動路 徑。如果外纖維網(wǎng)，即提供過濾器濾芯流入側(cè)和流出側(cè)的兩個網(wǎng)未經(jīng)燒結(jié)，則可以提 供防止纖維隨提供給過濾器濾芯的氣體流出圓柱形外殼的裝置。這樣的裝置可以是金屬絲 網(wǎng)或多孔板或片。切割或沖孔操作會影響所述網(wǎng)的整體性。除非對所述網(wǎng)進行燒結(jié)，沖孔或切割的 網(wǎng)的整體性會損失并垮散。由于具有可壓縮性，在沖孔或切割以及使用過程中難以控制并 且在一段時間后難以維持高孔隙率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種過濾效果良好且壓降減小的過濾器濾芯，以及一種制造這種過濾器濾芯的方法。本發(fā)明提供一種過濾器濾芯，特別用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰，其 包括界定過濾器體外邊界的罩殼，所述罩殼具有限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)，所 述罩殼具有基本平行于平均流動方向的軸和入口橫截面積，所述罩殼界定過濾器體在平均 流動路徑方向上的外邊界，所述罩殼在徑向上具有不透氣性，所述過濾器體至少部分地用 包含纖維的過濾材料填充，其中大部分的纖維至少部分地環(huán)繞所述軸，所述過濾材料的入 口表面積大于所述罩殼的橫截面積。所述過濾材料入口表面積與所述罩殼橫截面積之比優(yōu) 選大于2。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，所述目的還可通過一種過濾器濾芯來達到，所述過濾器 濾芯特別用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰，其包括界定過濾器體外邊界的罩殼， 所述罩殼具有限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)，所述罩殼具有基本平行于平均流動方 向的軸，所述罩殼界定過濾器體在平均流動路徑方向上的外邊界，所述罩殼在徑向上具有 不透氣性，所述過濾器體至少部分地用包含纖維的過濾材料填充，其中大部分的纖維至少 部分地環(huán)繞所述軸，所述過濾器體包含插入物材料，其中所述插入物材料具有高于過濾材 料的透氣性，且所述插入物材料僅部分地在平均流動方向上突出。本發(fā)明的一些過濾器濾 芯可含有在軸向上不易移位的纖維，任選地為金屬纖維，雖然這些纖維并未彼此燒結(jié)在一 起。燒結(jié)不是必需的，因此可以更為節(jié)省成本的方式提供所述過濾器濾芯。由于所述過濾材料具有環(huán)繞纖維特別是金屬纖維，與現(xiàn)有已知的過濾器濾芯相 比，對于給定的孔隙率，所述過濾材料透氣性增加。如果所述過濾器濾芯用來例如從柴油機 燃燒裝置如柴油機燃機中過濾廢氣，過濾介質(zhì)上的壓降減小使所述燃燒裝置在其廢氣中受 到的反壓較低。由此可導致較低的燃料消耗，因此所述柴油機燃燒裝置如柴油機燃機的運 行成本也較低。由于存在插入物材料，可承受廢氣的過濾材料的外表面增大。堵塞增大了的過濾 材料外表面的時間也增加了，因此較之不帶插入物材料的相同過濾材料，其隨時間的壓降 減小。所述插入物材料不必提供過濾作用，因此所述插入物材料的透氣性可顯著高于過濾 材料的透氣性。所述插入物材料特別設計為提供自由空間，優(yōu)選形成液體的流動通道，使所 述插入物材料的壓降非常低，可忽略不計。由于所述插入物材料不是在流動方向上沿過濾 材料的整個長度延伸，確保了不會有流體的任何部分不經(jīng)過濾就流過過濾器濾芯。較佳地， 至少一部分的插入物材料始自流入側(cè)，使即將到來的液體的一部分可在過濾器濾芯內(nèi)受到 快速引導。由于過濾材料具有低于插入物材料的透氣性，插入物材料內(nèi)部的壓力低于過濾材 料內(nèi)部。插入物材料內(nèi)部的較高壓力導致的效果是液體可以很容易地在插入物材料內(nèi)部流 動，隨后不僅在過濾器濾芯的軸向上，而且在垂直于其軸向的方向上受迫流過過濾材料。由 于廢氣煙灰具有高于載體氣體的密度，煙灰會在插入物材料的末端累積，使載體氣體仍可 在徑向上流過各表面而不會增大過濾器濾芯產(chǎn)生的壓降。在優(yōu)選的實施方式中，在過濾器體內(nèi)的不同直徑上提供始自流入側(cè)的第一插入物 材料和始自流出側(cè)的第二插入物材料。特別地，以交替的方式提供若干個第一插入物材料 和/或若干個第二插入物材料。沿徑向從過濾器濾芯的中軸到罩殼，第一插入物材料和第 二插入物材料可一個接一個地排列。這樣得到一種過濾材料的設計，在軸向上在橫截面視圖中呈鋸齒形或蜿蜒狀。特別地，相鄰插入物材料之間的距離大體上是恒定的，保障在流動 方向上過濾材料具有恒定的最小厚度。特別地，由于存在第二插入物材料，壓降進一步減 小，因為至少一部分的過濾后流體會沿所述第二插入物材料離開過濾器濾芯。在又一實施方式中，插入物材料由波紋金屬片提供，其中金屬片特別包括開口。由 于該波紋片，在軸向上提供有多個流動通道，其中各流動通道的一個表面由過濾材料提供。 在金屬片中具有開口的情況中，開口區(qū)域為過濾材料所包圍，增加由過濾材料提供的流動 通道表面。包括開口的金屬片甚至可以是其形狀穩(wěn)定性足以提供流動通道的網(wǎng)絲等。金屬 片的波紋設計以橫截面而言可以具有鋸齒形、U形或各種其它形狀，以便在過濾材料內(nèi)提供 空間。所述金屬片優(yōu)選由金屬纖維網(wǎng)制成，特別優(yōu)選由與所述過濾材料相同的材料制 成，其中金屬片具有高于過濾材料的形狀穩(wěn)定性。例如，金屬片的纖維可具有較大的直徑或 排列更緊密。由于插入物材料的金屬纖維網(wǎng)，插入物材料本身可提供額外的過濾作用，因為 廢氣的載體氣體會通過插入物材料，所以煙灰顆粒不僅會由過濾材料留住還會由插入物材 料留住。特別地，插入物材料至少部分地環(huán)繞罩殼的軸，其中插入物材料在平均流動方向 上的橫截面的形狀為環(huán)形或半環(huán)形。由于橫截面具有(半)環(huán)形，在制造過濾器濾芯時，通 過將過濾材料和插入物材料卷繞，可以很容易地提供插入物材料。此外，優(yōu)選為圓柱形的過 濾器體內(nèi)的插入物材料的圓形形狀形成了一種堅固的設計，因為過濾器濾芯的各部分不會 垮散。此外，插入物材料可以管狀形式提供，其中所述管在軸向上可以有狹縫。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，過濾器體內(nèi)過濾材料中至少50%的纖維至少部分地 環(huán)繞所述軸。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，過濾器體內(nèi)過濾材料中至少85%的纖維至少部 分地環(huán)繞所述軸。術語“環(huán)繞”應理解為圍繞。因此，“至少部分地環(huán)繞所述軸的纖維”表示所述纖維 至少部分地圍繞所述軸。這最好按以下方式來看將所述纖維沿平均流動路徑方向投影到 與平均流動路徑垂直的平面AA’上。沿平均流動路徑方向投影到平面AA’上、與平均流動路徑垂直的纖維的投影線不 一定為圓形或圓弧、圓心與軸在該平面AA’上的投影重合。最佳擬合線，即與沿平均流動路 徑方向投影到與平均流動路徑垂直的平面AA’上的纖維的投影線最緊密擬合的線，其凹側(cè) 的朝向軸在該平面AA’上的投影。包含纖維、任選地為金屬纖維的過濾材料具有在70% -90%范圍內(nèi)的孔隙率P。與 包含相同體積的過濾材料、具有相同孔隙率、由相同纖維提供、但其纖維取向平行于一個垂 直于流動路徑的平面的過濾器濾芯相比，依據(jù)本發(fā)明第一方面的過濾器濾芯獲得的透氣性 顯著提高。可提高超過60%。在過濾器濾芯用來從例如柴油機燃燒裝置如柴油機燃機中過 濾廢氣的情況中，對于給定的纖維性質(zhì)(如外表面(mantle surface)、當量直徑平均橫截 面分布等)和給定的過濾介質(zhì)性質(zhì)如孔隙率和過濾材料填充的過濾器體的高度而言，這種 較高透氣性特別有利。所述過濾器體可任選地為圓錐形，例如具有圓形或橢圓形橫截面。對于圓柱形過 濾器體而言，任選地，所述過濾器體可以是具有圓形或橢圓形橫截面的圓柱形。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，大部分的纖維基本至少在過濾器濾芯的軸向上延伸。至少50%的存在于過濾材料中的纖維基本在過濾器濾芯的軸向上延伸。任選地，至少 85 %的存在于過濾材料中的纖維基本在過濾器濾芯的軸向上延伸。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述纖維可以是固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)的一個部分，繞著基 本平行于平均流動方向的卷軸卷繞。所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)可以是纖維網(wǎng)。所述纖維網(wǎng)可以是 通過任何合適的網(wǎng)成型過程獲得的纖維網(wǎng)，如氣流鋪置網(wǎng)、濕鋪置網(wǎng)或梳理網(wǎng)。所述網(wǎng)優(yōu)選 非織造網(wǎng)，任選地針刺成型。所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)可包含至少一個纖維束。所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)可包含至少一個、 任選多個相同或互不相同的纖維束，不同之處在于纖維類型、纖維性質(zhì)如纖維當量直徑、纖 維材料或纖維束性質(zhì)如束細度。纖維束可以是粗梳條子(card silver) 0所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)，比如網(wǎng)或至少一個纖維束，繞著平行于其一個邊緣的軸卷繞 或纏繞，任選地纏繞于所述邊緣本身，在去除所述罩殼時具有沿徑向膨脹的傾向。情況在所 述罩殼向過濾材料的邊界施加徑向向內(nèi)的力時尤其如此。該向內(nèi)的力具有如下作用在氣 體將要流過過濾器濾芯時，所述過濾材料沿平均流動路徑的方向在過濾器體內(nèi)移位的傾向 較小或甚至無此傾向。所述過濾材料夾持在罩殼和/或插入物材料內(nèi)。由于過濾材料移位 的傾向較小或甚至無移位傾向，抑制纖維移出圓柱形外殼的裝置是不必要的，即使過濾器 體流入側(cè)或流出側(cè)的纖維未經(jīng)過燒結(jié)。任選地，所述過濾介質(zhì)的所有層包含金屬纖維或甚至由金屬纖維組成。任何合適類型的金屬或金屬合金均可用來提供所述金屬纖維。所述金屬纖維由 例如鋼如不銹鋼制成。任選地，不銹鋼合金是AISI 300或AISI 400系列合金，比如AISI 316L或AISI 347，或使用包含鐵、鋁和鉻的合金，包含鉻、鋁和/或鎳、0. 05-0. 3重量％釔、 鈰、鑭、鉿或鈦的不銹鋼，例如DIN1. 4767合金或Fecralloy ?？梢彩褂勉~或銅合金，或鈦或 鈦合金。所述金屬纖維也可由鎳或鎳合金制成。金屬纖維可通過任何現(xiàn)有已知的金屬纖維生產(chǎn)方法制成，例如，通過拉束(bundle drawing)操作、通過JP3083144所描述的削卷(coil shaving)操作、通過削絲(wire shaving)操作(如鋼絲棉)或通過由熔融金屬合金浴提供金屬纖維的方法。為提供具有平 均長度的金屬纖維，可采用W002/057035所描述的方法或采用US4664971所描述的提供金 屬纖維細粒的方法切割所述金屬纖維，或?qū)⑵淅煺蹟唷?yōu)選所述金屬纖維的當量直徑D小于100 μ m,比如小于65 μ m,更優(yōu)選小于36 μ m, 比如35μπι、22μπι或17μπι。任選地，所述金屬纖維的當量直徑小于15 μ m，比如14 μ m、 12μπι或Ι μπι，或甚至小于9μπι，比如8μπι。任選地，所述金屬纖維的當量直徑D小于 7 μ m,或小于 6 μ m,例如小于 5 μ m,比如 1 μ m、1. 5 μ m、2 μ m、3 μ m、3. 5 μ m 或 4 μ m。所述金屬纖維可以是無端金屬纖維，無端纖維也稱為長絲，或者可以具有平均纖 維長度L纖維，任選地在0. lcm-5cm范圍內(nèi)。因此，所述纖維束可以是一束削卷金屬纖維?；蛘撸隼w維束可以是一束通過拉 束獲得的金屬纖維。所述拉束金屬纖維任選地是卷曲纖維，例如通過EP280340所描述的方 法獲得。所述纖維束可包含多條金屬纖維，如200-10000條纖維或長絲，或更多。在使用包含金屬纖維的網(wǎng)的情況中，可通過氣流鋪置或濕鋪置過程提供所述網(wǎng)。 所述金屬纖維網(wǎng)可具有l(wèi)mm-50mm的厚度和100g/m2_600g/m2的單位面積重量(surfaceweight)。所述過濾材料可還包含粉末成分，如金屬粉末顆粒，并/或可包含催化性組分。過濾器體的高度即過濾器體沿平均流動路徑的長度不視作對本發(fā)明的限制?？梢?是3cm-20cm,如通常是5cm。填充過濾器體積的過濾材料可具有例如70% -99%的孔隙率。過濾材料的孔隙率 可以是沿過濾器體的高度保持均勻，或可以沿過濾器體積的高度有所變化?？紫堵蕪牧魅?側(cè)到流出側(cè)可以逐漸或階梯式地發(fā)生變化，其中流入側(cè)的孔隙率大于流出側(cè)。過濾材料入口表面積與罩殼橫截面積之比優(yōu)選大于2。依據(jù)垂直于平均流動路徑 的平面，過濾器體橫截面的表面積可沿過濾器體的高度保持均一(比如圓柱形過濾器體的 情況)或有所變化(比如圓錐形過濾器體的情況)。依據(jù)垂直于平均流動路徑的平面，橫 截面表面積可以是在例如450mm2-IOOOOOmm2范圍內(nèi)，比如在450mm2-13000mm2范圍內(nèi)，例如 12500mm2 或 96200mm2。在使用金屬纖維的情況中，罩殼可以是金屬罩殼，任選地由與用來提供金屬纖維 相似或相同的金屬合金提供。在優(yōu)選的實施方式中，過濾材料在軸向上包含大體為圓錐形的空腔并/或在軸向 上包含大體為圓錐形的延伸部。特別地，所述圓錐形空腔位于流入側(cè)，所述圓錐形延伸部位 于流出側(cè)。由于存在圓錐形空腔，所述過濾器濾芯流入側(cè)的表面增加了。過濾器濾芯流入 側(cè)的堵塞得到延遲或甚至阻止。特別地，所述圓錐形空腔和圓錐形延伸部的形狀大體相同， 用于提供相鄰設置的過濾材料軸向上的面對面接觸?？赏ㄟ^將一個過濾材料的圓錐形延伸 部插入另一個過濾材料的圓錐形空腔中來將相鄰過濾器濾芯固著在一起。應理解，術語“圓 錐形”也表示平截頭體形狀，或包含三角形的橫截面或半圓形或橢圓形的橫截面。本發(fā)明的目的也可以依據(jù)本發(fā)明的第二方面通過提供過濾器濾芯的方法達到。所 述方法包括以下步驟-提供包含纖維的固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)，所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)至少具有前緣；-將所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)繞著平行于所述前緣的卷軸卷繞，由此提供具有第一直徑 的過濾材料；-以在軸向上僅部分地在過濾材料上的方式提供插入物材料；-繞著卷軸將所述插入物材料卷繞到過濾材料上；-將另一個固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)繞著所述卷軸卷繞，由此提供具有第二直徑的過濾材 料；-提供一個在基本平行于所述卷軸的方向上接觸過濾材料外邊界的不透氣罩殼， 以提供用過濾材料填充的過濾器體，所述罩殼向所述過濾器體提供限定平均流動方向的流 入側(cè)和流出側(cè)，所述過濾器體的軸基本平行于該平均流動方向。如此，則提供一種過濾器濾芯，其包括罩殼，限定出優(yōu)選為圓錐形的過濾材料。依 據(jù)本發(fā)明的第一方面，所述過濾材料包含纖維，其中的大部分纖維，比如至少50 %或至少 85 %，至少部分地環(huán)繞所述軸。由于采用卷繞，所述過濾材料的直徑可進行精確調(diào)整。此外， 不同的層由其下一個外層夾持在一起，形成堅固的過濾器濾芯。在卷繞插入物材料的過程 中，過濾材料可同時繞著其處未提供插入物材料的表面卷繞。雖然使用不同材料，但可確保 在軸向上直徑恒定。
特別地，連續(xù)的卷繞插入物材料和卷繞固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)的步驟進行一次以上，優(yōu)選 進行若干次。較佳地，第一插入物材料的位置始自流入側(cè)，第二插入物材料的位置始自流出 側(cè)。由于卷繞過濾材料和卷繞插入物材料的卷繞步驟可重復若干次，可以提供一種承受廢 氣等的過濾材料表面顯著增加的堅固的過濾器濾芯，其中僅有少量的不同制造步驟是必需 的。由于第一插入物材料和第二插入物材料以彼此交替的方式排列，所述過濾材料在軸向 上的橫截面呈蜿蜒狀，增加了用于進氣的表面并減小了壓降。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，可通過用箔或板在基本平行于卷軸的方向上覆蓋過 濾材料的外邊界來提供所述不透氣罩殼，方法是將所述箔或板卷繞在過濾材料上并密封所 述箔或板，以提供在軸向上接觸過濾器體積外邊界、在徑向上具有不透氣性的罩殼。通過將 箔或板如金屬箔或金屬板卷繞在卷繞過的過濾材料上提供的罩殼，會對過濾材料施加徑向 向內(nèi)(即朝向所述卷軸)的力。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述過濾器體可配有接觸過 濾器體外邊界的罩殼，沿過濾器體積的軸將其分為至少兩個部分，以提供至少兩個過濾器 濾芯?？梢源朔绞接行У靥峁┌嗤^濾材料和罩殼的眾多過濾器濾芯。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)可以繞著其前緣卷繞。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)可以是纖維網(wǎng)。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)包含至少一個纖維束。通過改變存在于網(wǎng)中給定位置的纖維量，或通過局部增加網(wǎng)、卷繞束或纏繞束的 層數(shù)來改變存在于平均流動路徑給定位置的纖維量。特別地，在使用纖維束進行卷繞時，可 以很方便地改變位于平均流動路徑給定高度的纖維量以及過濾器濾芯在該區(qū)段的孔隙率。任選地，所述纖維是金屬纖維，而所述罩殼通過將金屬箔或板卷繞在包含所述金 屬纖維的過濾材料來提供。依據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種提供過濾模塊的方法。所述方法包括以下步 驟-依據(jù)本發(fā)明的第二方面并如上所述，提供N個過濾器濾芯，N等于或大于2；-將第i個過濾器濾芯的流入口與第i_l個過濾器濾芯的流出側(cè)偶聯(lián)，i的變化范 圍是2至N。這N個過濾器濾芯的罩殼可具有相同的外周長。在所述罩殼由金屬制成的情況 中，所述過濾器濾芯的偶聯(lián)可通過將所述罩殼相互焊接或夾持在一起來完成。不同的過濾器濾芯可包含不同的過濾材料。通過卷繞相同或不同的固結(jié)纖維結(jié)構(gòu) 提供所述過濾材料。在優(yōu)選的實施方式中，通過采用相應形狀的工具在軸向上對過濾器濾芯施加壓 力，向所述過濾器濾芯提供在軸向上大體為圓錐形的空腔，并/或提供在軸向上大體為圓 錐形的延伸部?？赏ㄟ^夾持裝置例如夾具等經(jīng)由罩殼來夾持住所述過濾器濾芯。在所述過 濾器濾芯被固定后，可將圓錐形工具壓入所述過濾材料中，用于提供圓錐形空腔。由于施加 壓力，所述過濾材料會在壓制方向上發(fā)生局部移動，使所述過濾材料的軸向厚度保持恒定。 如果是這樣，可在相反側(cè)提供相應形狀的工具，以保障過濾材料的確定形狀的圓錐形延伸 部。依據(jù)一些實施方式，N個過濾器濾芯中至少有一個包含催化組分。如果N個過濾 器濾芯中至少有兩個包含催化組分，N個過濾器濾芯之一中的催化組分可不同于其它過濾器濾芯的催化組分。依據(jù)本發(fā)明的一些實施方式，所述方法可包括在第一過濾器濾芯之前或兩個連續(xù) 的過濾器濾芯之間提供至少一個加熱器的步驟。任選地，在第一過濾器濾芯之前以及在一 些或各對連續(xù)的過濾器濾芯之間提供加熱器。加熱器可以是電加熱器?？筛鶕?jù)位于連續(xù)的過濾器濾芯之前或之間的溫度和/或壓力傳感器對所述加熱 器進行控制。依據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種過濾模塊。所述過濾模塊包括N個過濾器濾芯， N等于或大于2，所述過濾器濾芯是如上所述的本發(fā)明第一方面所述的過濾器濾芯。通過將 第i個過濾器濾芯的流入口與第i_l個過濾器濾芯的流出側(cè)偶聯(lián)來使N個過濾器濾芯相互 偶聯(lián)，i的變化范圍是2至N。依據(jù)本發(fā)明的實施方式，至少有一個過濾器濾芯包含催化組分。依據(jù)本發(fā)明的實施方式，所述過濾模塊可包括至少一個、任選地多個如N個位于 第一過濾器濾芯之前或兩個連續(xù)的過濾器濾芯之間的加熱器。在所附的獨立權(quán)利要求和從屬權(quán)利要求中列出了本發(fā)明的具體和優(yōu)選的方面?？?以將從屬權(quán)利要求中的特征與獨立權(quán)利要求中的特征以及其它從屬權(quán)利要求中的特征進 行適當組合，而并不僅限于權(quán)利要求書中所明示陳述的情況。雖然本領域中一直存在對裝置的改進、改變和發(fā)展，但認為本發(fā)明的概念代表了 實質(zhì)性新的和新穎的改進，包括脫離現(xiàn)有技術慣例，得以提供具有該性質(zhì)的更有效、穩(wěn)定和 可靠的裝置。本發(fā)明揭示的內(nèi)容允許設計改進的柴油機廢氣過濾系統(tǒng)，例如用于過濾柴油機燃 燒裝置如柴油機燃機的廢氣。由于透氣性增大，過濾介質(zhì)上的壓降減小，使燃燒裝置所承受 的反壓變低。由此可使燃料消耗降低，并使配有包含本發(fā)明過濾介質(zhì)的廢氣過濾器的柴油 機燃燒裝置如柴油機燃機的運行成本降低。燃料消耗降低也意味著CO2排放降低，符合關 于微粒物質(zhì)和NOx的柴油機排放的嚴格規(guī)定，降低溫室氣體排放。通過以下詳細描述，結(jié)合通過實施例說明本發(fā)明原理的附圖
，本發(fā)明的以上和其 它特性、特征和優(yōu)點將是顯而易見的。提供的這種描述僅用于示例之目的，不對本發(fā)明的范 圍進行限制。以下引用的附圖標記表示所述附圖。附圖簡要說明圖la-lc、圖2a_2d和圖3a_3c顯示本發(fā)明一個方面的提供過濾器濾芯的方法的示 意性連續(xù)步驟。圖2e顯示本發(fā)明過濾器濾芯的入口表面積增大的另一個實施方式。圖4a和圖4b是存在于本發(fā)明一個方面的過濾器濾芯的纖維的投影視圖。圖5示意性地顯示本發(fā)明一個方面的提供過濾模塊的方法的連續(xù)步驟。圖6示意性地顯示本發(fā)明一個方面的過濾模塊。圖7示意性地顯示本發(fā)明一個方面的過濾器濾芯的徑向橫截面視圖。圖8示意性地顯示如圖7所示的過濾器濾芯的軸向橫截面視圖。
在不同的圖中，相同的附圖標記表示相同或類似的元件。
具體實施例方式
將就具體實施方式
并參照特定附圖對本發(fā)明進行描述，但本發(fā)明并不受此限制，而是僅由權(quán)利要求書限定。這些附圖僅為示意性而不具限制性。在附圖中，為達到說明的 目的，可能放大了一些元件的尺寸而未按比例繪制。這些尺寸和相對尺寸并不與本發(fā)明落 實在實踐中時的實際相對應。此外，在說明書以及權(quán)利要求書中的術語“第一”、“第二”和“第三”等是用來區(qū)別 類似的元件，而不必然地描述時間上或空間上的等級順序或任何其它方式的順序。應理解， 在合適的情況下，如此使用的術語可互換使用，本發(fā)明描述的實施方式能夠按照除本文所 描述或說明的順序以外的其它順序進行操作。此外，在說明書和權(quán)利要求書中，術語“頂部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述 目的，而不必然地用于描述相對位置。應理解，在合適的情況下，如此使用的術語可互換使 用，本發(fā)明描述的實施方式能夠按照本文所描述或說明的方向以外的其它方向進行操作。應注意，權(quán)利要求書中使用的術語“包含”不應解釋為被限制在其后列出的器件 上，這個術語并不排除其它元件或步驟。因此應將其解釋為指明所提到的特征、整數(shù)、步驟 或組件的存在，但并不排除一個或多個其它特征、整數(shù)、步驟或組件或其組合的存在或增 加。因此，“包含裝置A和B的設備”表述的范圍不應局限于僅由組件A和B組成的設備。 它表示就本發(fā)明而言，所述設備的相關組件僅僅是A和B。類似地，應注意，同樣用于權(quán)利要求書的術語“偶聯(lián)”不應解釋為僅限制于直接連 接。可以使用術語“偶聯(lián)”和“連接”，以及它們的衍生詞。應理解，這些術語不是用作彼此 的同義詞。因此，“與裝置B偶聯(lián)的裝置A”表述的范圍不應局限于裝置A的輸出端與裝置 B的輸入端直接連接的裝置或系統(tǒng)。它意味著A的輸出端和B的輸入端之間存在一個路徑， 這個路徑可以是包括其它裝置或器件的路徑?！芭悸?lián)”可表示兩個或多個元件有直接的物理 接觸或電接觸，或兩個或多個元件相互沒有直接接觸但仍相互協(xié)同或彼此交互。說明書中提及“一個實施方式”或“一種實施方式”即意味著結(jié)合該實施方式描述 的具體特征、結(jié)構(gòu)或性質(zhì)被包括在本發(fā)明的至少一個實施方式中。因此，在說明書中各處出 現(xiàn)的短語“在一個實施方式中”或“在一實施方式中”不必然地全部都指向同一個實施方式， 但也可能是如此。此外，具體的特性、結(jié)構(gòu)或特征在一個或多個實施方式中可以任何合適的 方式組合，其通過本發(fā)明的描述對本領域普通技術人員是顯然的。類似地，應理解，在對本發(fā)明示例性實施方式的描述中，為達到簡化說明和有助于 理解各個創(chuàng)造性方面中的一個或多個方面的目的，有時將本發(fā)明的各種特征在單個實施方 式、附圖或其描述中組合在一起。然而，這種進行說明的方法不應解釋為反映了本發(fā)明需要 比各權(quán)利要求中明文引用的特征更多的特征的意圖。相反，如所附權(quán)利要求書所反映，創(chuàng)造 性方面就在于比單個上述實施方式的所有特征少。因此，將詳細說明書之前的權(quán)利要求書 在此明示結(jié)合到該詳細說明書中，其中各權(quán)利要求獨自作為本發(fā)明的獨立實施方式。此外，本領域技術人員應理解，盡管本文描述的一些實施方式包括一部分的包括 在其它實施方式中的特征，但卻不包括其它的包括在其它實施方式中的特征，但是，不同實 施方式中各特征的組合應處于本發(fā)明的范圍之內(nèi)，形成不同的實施方式。例如，在所附權(quán)利 要求書中，可以任何組合使用任何要求保護的實施方式。此外，一些實施方式在本文中被描述為可由計算機系統(tǒng)的處理器或?qū)嵤┧龉δ?的其它手段實現(xiàn)的方法或方法要素的組合。因此，具有實施這樣的方法或方法要素的必要 指令的處理器形成實施所述方法或方法要素的手段。此外，本文所描述的設備實施方式的要素是用于實施由實施本發(fā)明目的的要素所執(zhí)行的功能的一種手段的示例。在本文提供的描述中列出大量具體細節(jié)。然而應理解，本發(fā)明實施方式可以在沒 有這些具體細節(jié)的情況下實施。在其它實例中，為了不妨害對本發(fā)明描述的理解，沒有詳細 顯示眾所周知的方法、結(jié)構(gòu)和技術。提供以下術語僅為有助于對本發(fā)明的理解術語“孔隙率叩應理解為P = 100* (1-d) / (SF)，其中d = (Im3燒結(jié)金屬纖維介質(zhì) 的重量)，SF =提供燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)的金屬纖維的每立方米合金的比重?！巴笟庑浴?也稱為AP)采用作為ISO 4002等效物的NF 95-352所描述的設備測 定。修正NF 95-352也即ISO 4002的測試方法以使所述設備適應更大的過濾器體直徑。這 是通過在過濾器體和所述設備的流入孔之間安裝一個中間漏斗形元件來實現(xiàn)的。該漏斗形 元件一側(cè)與流入孔的外周長匹配，另一側(cè)與過濾罩殼的外周長匹配。所述漏斗形元件與流 入孔和過濾罩殼上皆密封以避免滲漏。術語特定纖維的“當量直徑”應理解為具有圓形徑向橫截面的假想纖維的直徑，這 種橫截面具有與所述特定纖維的平均橫截面表面積相同的表面積?，F(xiàn)在通過對本發(fā)明若干實施方式的詳細描述來描述本發(fā)明。很明顯，可根據(jù)本領 域技術人員的知識構(gòu)建本發(fā)明的其它實施方式，而不背離本發(fā)明的真正精神和技術教示， 本發(fā)明僅受所附權(quán)利要求書條款的限制。圖Ia-Ic顯示本發(fā)明第二方面的提供過濾器濾芯的連續(xù)步驟。如圖Ia中的第一步所示，提供固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101，所述結(jié)構(gòu)101包含纖維102。所 述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)是纖維網(wǎng)，具有前緣103、后緣104以及兩個側(cè)緣105和106。固結(jié)纖維結(jié) 構(gòu)101是基本為矩形的纖維網(wǎng)。固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)的一些合適的例子是例如當量直徑為35 μ m的削卷金屬纖維的 隨機氣流鋪置網(wǎng)。所述網(wǎng)的寬度是例如10mm-150mm，單位面積重量是約300g/m2。一種 替代物是當量直徑為22μπι的削卷金屬纖維的隨機氣流鋪置網(wǎng)。所述網(wǎng)的寬度是例如 10mm-150mm，單位面積重量是約450g/m2。另一種替代物是當量直徑為17 μ m的拉束金屬纖 維的隨機氣流鋪置網(wǎng)。所述網(wǎng)的寬度是例如10mm-150mm，單位面積重量是約300g/m2。另 一種替代物是當量直徑為12 μ m的拉束金屬纖維的隨機氣流鋪置網(wǎng)。所述網(wǎng)的寬度是例如 10mm-150mm，單位面積重量是約200g/m2。固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101中的纖維102基本在一個平行于網(wǎng)表面107的平面內(nèi)取向。在 該平面中，纖維的取向是隨機的。一些纖維基本沿后緣或前緣排列，其它在平行于側(cè)緣的方 向上延伸，還有一些的取向在二者之間。金屬箔110沿后緣104附著于固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101，例如通過焊縫112將箔110沿 后緣焊接到固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101上。箔110是鐵-鉻-鋁合金箔如FECRALL0Y 箔，其寬度 W與固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101的寬度相同，長度Lf至少足以環(huán)繞纏繞后的固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)的周長一 次。箔的厚度約230 μ m。箔的寬度可以通過將寬度約為700mm的箔縱切成寬度為W的合適 部分的方式進行調(diào)整。將固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101繞著卷軸130纏繞或卷繞，所述卷軸130平行于前緣103。在 本實施方式中，固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101繞著前緣103自身纏繞。纏繞以如箭頭131所示的方向 進行。在纏繞過程中，由于固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101基本為矩形，可將側(cè)緣105和106分別保持排列成一行，使其一旦被卷繞就處在一個平面之中。通過卷繞固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101提供過濾材料111。如即將進一步詳細解釋的那樣， 大部分纖維102(在本實施方式中，例如大于85% )至少部分地環(huán)繞軸130。這是因為所述 纖維存在于網(wǎng)中，其取向基本平行于網(wǎng)表面107。由于網(wǎng)表面107現(xiàn)在轉(zhuǎn)變?yōu)槁菪危@著 軸130形成螺旋，與網(wǎng)表面107共面的纖維遵循一個按照該螺旋至少部分地環(huán)繞軸130的 路徑。通過用箔110以基本平行于卷軸130的方向覆蓋過濾材料111的外邊界113來提 供不透氣罩殼。這是如圖Ib所示通過繼續(xù)將所述箔卷繞在過濾材料上來完成的。由于箔 110與固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101相互偶聯(lián)，這可以在一次操作中完成。箔110至少在過濾材料111 上完整地纏繞一次。在箔110的后緣114接觸箔時，如圖Ic所示，例如通過沿焊縫141進 行焊接，將所述箔密封到自身上。如此，得到一種罩殼140，所述罩殼140以基本平行于卷 軸130的方向接觸過濾材料111的外邊界113，以提供一個用過濾材料111填充的過濾器體 150。罩殼140在徑向即由軸130向外的方向上具有不透氣性。通過在纏繞過程中對所述箔施加充分大的纏繞張力，過濾材料111在徑向上受到 向內(nèi)壓縮。這種壓縮導致過濾材料在徑向上受到預加張力。所述張力將過濾材料夾持在罩 殼中，避免過濾材料和過濾材料的纖維部分發(fā)生移位，隨通過過濾器濾芯的氣體在軸向上 發(fā)生移動。如此，得到本發(fā)明第一方面的過濾器濾芯100。過濾器濾芯100包括不透氣罩殼 140，所述罩殼向過濾器體150提供限定平均流動方向153的流入側(cè)151和流出側(cè)152。圓 柱形的過濾器體150的軸與卷軸130相同，基本平行于平均流動方向153。過濾器濾芯100 的過濾器體150的高度H與寬度Ww相同。按照具有平行于后緣或前緣的分量的方向存在于纖維網(wǎng)中的纖維，至少部分地環(huán) 繞軸130。按照具有平行于側(cè)緣的分量的方向存在于纖維網(wǎng)中的纖維，至少部分地在過濾器 濾芯100的軸向上延伸。固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)101是纖維網(wǎng)，而箔110卷繞的方式使得過濾器濾芯的直徑D為 127mm。過濾材料的孔隙率為例如97%或更大。透氣率可以通過在流入側(cè)151和流出側(cè)152 之間的200 壓降來測定，這種壓降取決于纖維的當量直徑、過濾器體的高度、孔隙率等， 如以下表1所示。表權(quán)利要求
1.一種過濾器濾芯，用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰，其包括界定過濾器 體外邊界的罩殼，所述罩殼具有限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)，所述罩殼具有基本 平行于平均流動方向的軸，所述罩殼界定過濾器體在平均流動路徑方向上的外邊界，所述 罩殼在徑向上具有不透氣性，所述過濾器體至少部分用包含纖維的過濾材料填充，其中大 部分的纖維至少部分地環(huán)繞所述軸，所述過濾器體包含插入物材料，其中所述插入物材料 具有高于所述過濾材料的透氣性，且所述插入物材料僅部分地在平均流動方向上突出。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾器濾芯，其特征在于，在所述過濾器體內(nèi)的不同直徑上提 供始自流入側(cè)的第一插入物材料和始自流出側(cè)的第二插入物材料。
3.如權(quán)利要求1或2所述的過濾器濾芯，其特征在于，由波紋金屬片提供所述插入物材 料，其中所述金屬片包括開口。
4.如權(quán)利要求3所述的過濾器濾芯，其特征在于，所述金屬片由金屬纖維網(wǎng)制成，優(yōu)選 由與過濾材料相同的材料制成，其中所述金屬片具有高于所述過濾材料的形狀穩(wěn)定性。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項所述的過濾器濾芯，其特征在于，所述插入物材料至少部 分地環(huán)繞所述罩殼的軸，其中所述插入物材料在平均流動方向上的橫截面的形狀是環(huán)形或 半環(huán)形。
6.如權(quán)利要求1-5中任一項所述的過濾器濾芯，其特征在于，所述纖維是固結(jié)纖維結(jié) 構(gòu)的一部分，其繞著基本平行于平均流動方向的卷軸卷繞。
7.如權(quán)利要求1-6中任一項所述的過濾器濾芯，其特征在于，所述過濾材料在軸向上 包括大體為圓錐形的空腔并/或在軸向上包括大體為圓錐形的延伸部。
8.一種提供過濾器濾芯的方法，所述方法包括以下步驟-提供包含纖維的固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)，所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)至少具有前緣；-將所述固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)繞著平行于所述前緣的卷軸卷繞，由此提供具有第一直徑的過 濾材料；-提供在軸向上僅部分地在所述過濾材料上的插入物材料；-將所述插入物材料圍繞卷軸卷繞到所述過濾材料上；-將另一個固結(jié)纖維結(jié)構(gòu)繞著卷軸卷繞，由此提供具有第二直徑的過濾材料；-提供在基本平行于卷軸的方向上接觸過濾材料外邊界的不透氣罩殼，用于提供用過 濾材料填充的過濾器體，所述罩殼向過濾器體提供限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)， 所述過濾器體的軸基本平行于平均流動方向。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，隨后卷繞插入物材料和卷繞固結(jié)纖維結(jié)構(gòu) 的步驟進行一次以上，優(yōu)選進行若干次，其中第一插入物材料的位置始自流入側(cè)，第二插入 物材料的位置始自流出側(cè)。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，通過用箔或板在基本平行于卷軸的方 向上覆蓋過濾材料的外邊界來提供所述不透氣罩殼，通過將所述箔或板卷繞在過濾材料上 并密封所述箔或板，用于提供在軸向上接觸過濾器體外邊界、在徑向上具有不透氣性的罩殼。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，將所述罩殼和過濾器體積沿過濾器體的 軸分為至少兩部分，以提供至少兩個過濾器濾芯。
12.一種提供過濾模塊的方法，所述方法包括以下步驟-如權(quán)利要求8-11中任一項所述，提供N個過濾器濾芯，N等于或大于2 ；-將第i個過濾器濾芯的流入口與第i_l個過濾器濾芯的流出側(cè)偶聯(lián)，i的變化范圍是 2至N。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，通過采用相應形狀的工具在軸向上對所 述過濾器濾芯施加壓力向所述過濾器濾芯在軸向上提供大體為圓錐形的空腔并/或在軸 向上提供大體為圓錐形延伸部。
14.一種包括N個過濾器濾芯的過濾模塊，N等于或大于2，所述過濾器濾芯是如權(quán)利 要求1-7中任一項所述的過濾器濾芯，通過將第i個過濾器濾芯的流入口與第i_l個過濾 器濾芯的流出側(cè)偶聯(lián)來使N個過濾器濾芯相互偶聯(lián)，i的變化范圍是2至N。
15.如權(quán)利要求14所述的過濾模塊，其特征在于，所述過濾模塊包括至少一個位于第 一過濾器濾芯之前或兩個連續(xù)的過濾器濾芯之間的加熱器。
16.一種過濾器濾芯，特別用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰，其包括界定過 濾器體積外邊界的罩殼，所述罩殼具有限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)，所述罩殼具 有基本平行于平均流動方向的軸和入口橫截面積，所述罩殼界定在平均流動路徑方向上的 過濾器體外邊界，所述罩殼在徑向上具有不透氣性，所述過濾器體至少部分用包含纖維的 過濾材料填充，其中大部分的纖維至少部分地環(huán)繞所述軸，所述過濾材料的入口表面積大 于所述罩殼的橫截面積。
17.如權(quán)利要求16所述的過濾器濾芯，其特征在于，所述過濾材料入口表面積與所述 罩殼橫截面積之比大于2。
全文摘要
本發(fā)明的過濾器濾芯包括具有限定平均流動方向的流入側(cè)和流出側(cè)的過濾器體(702)。所述過濾器體具有基本平行于平均流動方向的軸(708)，且還包括界定平均流動路徑方向上過濾器體外邊界的罩殼(716)。所述罩殼在徑向上具有不透氣性。所述過濾器體用過濾材料填充，所述過濾材料包含纖維，大部分纖維至少部分地環(huán)繞所述軸。所述過濾材料還包含插入物材料(704，706)，其透氣性高于過濾材料。所述插入物材料僅部分地在平均流動方向上突出。所述過濾器濾芯優(yōu)選用于從柴油機燃機廢氣中過濾柴油機煙灰。
文檔編號B01D39/20GK102089059SQ200880130401
公開日2011年6月8日 申請日期2008年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月14日
發(fā)明者E·蘭伯特, F·韋斯切夫, I·謝爾德曼斯, J·范達默 申請人:N.V.貝卡特股份有限公司