專利名稱：多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其包括多個徑向過濾器筒。本發(fā)明還涉及制造多筒柴油機煙灰過濾器的方法以及多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的用途。
背景技術(shù)：
例如可以從W02007/079829中知道包括金屬纖維的柴油機煙灰顆粒過濾器。這種過濾器由于其流向是軸向的故被稱為軸向過濾器。但是，這種類型的過濾器具有許多缺點，例如其面積流量有限，并且壓降相對較高。本領(lǐng)域還已知 采用陶瓷過濾器來過濾柴油機排放物。但是，它們的特征都在于高熱質(zhì)量，從而導(dǎo)致再生時間較長。另外，其質(zhì)量效率不是可調(diào)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供避免出現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)缺陷的過濾器。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種具有軸向流的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其包括多個具有徑向流的徑向過濾器筒。這些過濾器筒在過濾表面區(qū)域中具有較低的壓降和更大的流量。本發(fā)明的另一個目的在于提供具有高成型的且設(shè)計柔性的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，例如使得該過濾器能夠與其尺寸或形狀無關(guān)地結(jié)合在現(xiàn)有的消音器結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明的再一個目的在于提供具有可調(diào)質(zhì)量效率的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器。本發(fā)明的再一個目的在于采用本發(fā)明模塊化多筒構(gòu)思提供裝配、安裝和維護成本更低的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器。根據(jù)本發(fā)明的第一方面提供了一種多筒柴油機煙灰顆粒過濾器。該多筒柴油機煙灰顆粒過濾器包括外殼，其界定了被稱為過濾器容積的空間外部邊界。多筒柴油機煙灰顆粒過濾器具有中央過濾器軸線。外殼和過濾器容積具有帶有至少一個過濾器入口的流入側(cè)和帶有至少一個過濾器出口的流出側(cè)。流入側(cè)和流出側(cè)限定了平均流向(average flowdirection)。平均流向基本上與中央過濾器軸線平行。這意味著穿過多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的平均流體流為軸向流。外殼沿著平均流動通道的方向限定了過濾器容積的外部邊界。外殼沿著徑向方向是不能透氣的。過濾器容積填充有多個過濾器筒。每個過濾器筒具有中央過濾器筒軸線。該中央過濾器筒軸線與過濾器的平均流向基本上平行，并且因此與中央過濾器軸線基本上平行。在流入側(cè)處的入口數(shù)量為至少一個，并且更優(yōu)選的是等于過濾器筒的數(shù)量，在流出側(cè)處的過濾器出口數(shù)量為至少一個，并且更優(yōu)選的是等于過濾器筒的數(shù)量。過濾器筒包括由金屬纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)。過濾器筒提供穿過過濾器筒的多孔結(jié)構(gòu)的徑向流向。過濾器筒的徑向流可以是從過濾器筒的外部流向過濾器筒的內(nèi)部，或者反之亦然，從過濾器筒的內(nèi)部流向過濾器筒的外部。
在徑向流為從過濾器筒的外部流向過濾器筒的內(nèi)部的情況下，入口流徑向向內(nèi)朝著過濾器筒，而出口流基本上與中央過濾器筒軸線平行，因此沿著軸向方向。在徑向流從過濾器筒的內(nèi)部流向過濾器筒的外部的情況下，過濾器筒的入口流與中央過濾器筒軸線平行，并且出口流朝著過濾器筒的徑向向外。在該情況中，入口流為軸向方向，并且出口流為徑向向外。因此過濾器筒可以沿著徑向方向是透氣的。雖然流經(jīng)筒柴油機煙灰顆粒過濾器的平均流為軸向流，但是流經(jīng)單個過濾器筒過濾器的流體為徑向流。外殼界定了被稱為過濾器容積的空間。該外殼可以由任意使得過濾器容積能夠沿著徑向方向不透氣的材料構(gòu)成。在采用金屬纖維 的情況下，外殼可以為金屬外殼，任選從用來提供金屬纖維的類似或相同金屬合金中提供。優(yōu)選的外殼包括金屬管或者金屬箔。過濾器容積可以具有任意形狀，例如具有圓形橫截面的圓筒形或者具有橢圓橫截面的形狀。過濾器容積可以任選為錐形，例如具有圓形或橢圓形橫截面。過濾器容積填充有多個過濾器筒。過濾器筒的數(shù)量為至少2個。原則上，在過濾器筒的數(shù)量上限方面沒有任何限制。過濾器筒的數(shù)量例如2、4、7、20、37、...。過濾器筒可以按照不同的方式設(shè)置在過濾器容積內(nèi)。過濾器筒例如可以按照這樣的方式在過濾器容積上分布設(shè)置，即使得不存在中央過濾器筒。不具有中央過濾器筒的結(jié)構(gòu)示例為包括4個過濾器筒的過濾器容積?？蛇x的是，過濾器筒可以布置成一個或多個過濾器筒設(shè)置在中央，并且多個過濾器筒設(shè)置在圍繞著中央設(shè)置的過濾器筒的第一層中。可能的是，多個過濾器筒設(shè)置在圍繞著第一層的第二層中。原則上，對于過濾器筒的層數(shù)沒有任何限制。這種結(jié)構(gòu)的第一示例包括一個中央設(shè)置的過濾器筒，其由在第一層中的圍繞著居中布置的過濾器筒設(shè)置的六個過濾器筒包圍，簡稱為1+6。另一個示例包括一個中央設(shè)置的過濾器筒，圍繞著中央設(shè)置的過濾器筒設(shè)置在第一層中的六個過濾器筒，圍繞著六個過濾器筒設(shè)置在第二層中的十二個過濾器筒，以及設(shè)置在第三層中的十八個過濾器筒，簡稱為1+6+12+18。根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器包括多孔結(jié)構(gòu)。該多孔結(jié)構(gòu)優(yōu)選由金屬纖維構(gòu)成?？梢圆捎萌我夂线m的金屬或合金來形成金屬纖維。金屬纖維例如由鋼例如不銹鋼制成?？赡艿牟讳P鋼合金為AISI 300或AISI 400系列合金，例如AISI 316L或AISI 347或者包含鐵、鋁和鉻的合金、包含鉻、鋁和/或鎳以及重量百分比0. 05%至0. 3%的釔、鈰、鑭、鉿或鈦的不銹鋼，例如采用DIN1. 4767合金或Fecralloy 。也可以采用銅或銅合金或者鈦或鈦合金。金屬纖維也可以由鎳或鎳合金制成?？梢酝ㄟ^任意公知的金屬纖維生產(chǎn)方法例如通過成束拉拔操作、通過如在JP3083144中所述的線圈刮削操作、通過線材刮削操作(例如鋼絲絨)或者通過從熔融金屬合金浴提供金屬纖維的方法來制造金屬纖維。為了提供具有平均長度的金屬纖維，可以通過采用如在W002/057035中所述的方法或者通過采用例如在US4664971中所述的提供金屬纖維顆粒的方法來切割金屬纖維，或者可以使之拉伸斷裂。優(yōu)選的是，金屬纖維的當量直徑D小于100 V- m,例如小于65 U m,更優(yōu)選小于36 ii m例如35 V- m、22 y m或17 y m。任選的是,金屬纖維的當量直徑小于15 u m,例如14 y m、12 y m或11 ii m,或者甚至小于9 u m,例如為8 ii m。任選的是,金屬纖維的當量直徑D小于7 y m或者小于 6 Ii m,例如小于 5 u m,例如 I u m、I. 5 u m、2 u m、3 u m、3. 5 u m 或 4 u m。金屬纖維可以是環(huán)形金屬纖維，環(huán)形纖維為已知的細絲，或者具有纖維平局長度Lfiber,任選地,在例如0. Icm至5cm之間。在優(yōu)選實施方案中，金屬纖維為非燒結(jié)金屬纖維，其粗糙度高于I. 7，例如高于
I.9，聞于2或聞于2. 5。為了本發(fā)明的目的，“粗糙度”定義為特定纖維的橫截面周長與假想纖維的橫截面的周長的比率，假想纖維具有其表面積等于特定纖維的橫截面的平均表面積的圓形徑向橫截面。該假想纖維的直徑被稱為當量直徑。對于本發(fā)明而 言，“橫截面”指的是在與纖維主軸垂直地切割纖維時所得到的橫截面。非燒結(jié)金屬纖維具有較高的粗糙度。令人驚訝的是，已經(jīng)注意到，具有這些粗糙度的金屬纖維由于它們有效的俘獲顆粒，所以對于柴油機煙灰顆粒過濾而言非常有效。已經(jīng)注意到，由包含F(xiàn)e、Al和Cr的合金、包含鉻、鋁和/或鎳以及重量百分比0. 05%至0. 3%的釔、鈰、鑭、鉿或鈦的不銹鋼制成的粗糙度高于I. 7的金屬纖維對于柴油機煙灰顆粒過濾而
言最有效。過濾器筒的多孔結(jié)構(gòu)盤繞在中央過濾器筒軸線上，該軸線與平均流向基本上平行，即基本上平行與多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的中央軸線。在優(yōu)選實施方案中，過濾器筒還包括中央管道。該多孔結(jié)構(gòu)因此盤繞在該中央管道上。該管道優(yōu)選為透氣的，并且包括例如穿孔管、螺旋纏繞管或線籠。管道可以由金屬或金屬合金制成。任選的是，管道由用來提供金屬纖維的類似或相同金屬合金形成。多孔結(jié)構(gòu)可以為纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)可以為通過合適的成網(wǎng)工藝例如氣流成網(wǎng)、濕法成網(wǎng)或梳理纖維網(wǎng)而獲得的纖維網(wǎng)。纖維網(wǎng)優(yōu)選為無紡纖維網(wǎng)，任選為針刺的。在采用可由金屬纖維構(gòu)成的纖維網(wǎng)的情況下，金屬纖維網(wǎng)例如其厚度為Imm至50mm,并且表面重量為100g/m2至600g/m2?？蛇x的是，多孔結(jié)構(gòu)可以包括至少一個纖維束。該纖維束因此可以為線圈刮削金屬纖維束?？蛇x的是，該纖維束可以為通過成束拉拔形成的金屬纖維束。成束拉拔的金屬纖維任選為例如通過在EP280340中所給出的方法卷曲的纖維。該纖維束可以包括多根金屬纖維，例如200至10000根纖維或長絲或者甚至更多。多孔結(jié)構(gòu)可以包括至少一個、任選為多個相同或相互不同的束，其纖維類型、纖維性能例如纖維當量直徑或纖維材料方面不同，或者束性能例如束細度不同。纖維束可以時通過任意合適的成束工藝獲得的纖維束。例如，纖維束可以為粗梳條子。圍繞著與其一個邊緣平行的軸線任選圍繞著邊緣自身卷繞或纏繞的多孔結(jié)構(gòu)例如纖維網(wǎng)或至少一個纖維束可以具有徑向膨脹的趨勢。因此，優(yōu)選的是，在卷繞的多孔結(jié)構(gòu)周圍卷繞加強結(jié)構(gòu)。過濾器筒還可以包括粉末例如金屬粉末顆粒，和/或可以包括催化劑組分。過濾器容積的高度即過濾器容積沿著平均流道的長度不會被當作是對本發(fā)明進行限制。該高度例如可以為2cm至20cm,例如通常為5cm。過濾器筒的多孔材料其孔隙率例如為70%至99%。過濾器筒的孔隙率沿著過濾器筒的高度是均勻的，或者可以沿著過濾器筒的高度改變?？紫堵士梢詮牧魅雮?cè)向流出側(cè)逐漸或逐步改變，并且在流入側(cè)處的孔隙率大于在流出側(cè)處的孔隙率。
根據(jù)與平均流道垂直的平面剖開的過濾器筒的橫截面的表面積沿著過濾器筒的高度可以是均勻的(例如在圓筒形過濾器筒的情況下)，或者可以是變化的(例如在錐形過濾器筒的情況下)。根據(jù)與平均流道垂直的平面剖開的橫截面的表面積可以大約為450_2至 100000mm2，例如為 450mm2 至 13000mm2，例如為 12500mm2 或 96200mm2。在優(yōu)選實施方案中，過濾器筒包括沿著軸向方向的主要為錐形空腔和/或沿著軸向方向主要為錐形延伸部分。具體地說，錐形空腔可以設(shè)置在流入側(cè)處，而錐形延伸部分可以設(shè)置在流出側(cè)處。由于該錐形空腔，過濾器筒在流入側(cè)處的表面增大。在這個實施方案中，過濾器筒在流入側(cè)處的堵塞得到延遲或甚至得到防止。具體地說，錐形空腔和錐形延伸部分其形狀大體相 同以便為相鄰設(shè)置的過濾器材料提供軸向面對面接觸?？梢酝ㄟ^將一種過濾器材料的錐形延伸部分插入到另一個過濾器材料的錐形空腔中來將相鄰過濾器筒粘在一起。要理解的是，術(shù)語“錐形”還指的是例如截頭錐形，或者包括三角形橫截面或者部分圓形或橢圓形橫截面。 在一個實施方案中，根據(jù)本發(fā)明的過濾器筒包括其大部分纖維例如至少50 %或至少85%至少部分包圍著柴油機煙灰顆粒過濾器的中央軸線的纖維。根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的每個過濾器筒其特征在于流入表面面積Sfi
cartridge
和體積
Vcartridge °
過濾器筒的流入表面面積 Sfi cartridge
限定為與所要過濾的
輸入液體或氣體流接觸尤其與所要過濾的柴油機排放物的輸入流接觸的過濾器筒的表面。對于具有從過濾器筒的外部向內(nèi)部的徑向流的過濾器筒，過濾器筒的流入表面面積Sfi與過濾器筒的外覆蓋表面對應(yīng)。對于圓筒形過濾器筒而言，過濾器筒的流入表面面積S
fi cartridge
等于A女H，其中A為過濾器筒的橫截面的圓周H為過濾器筒的高度。該多筒柴油機煙灰顆粒過濾器其特征在于總流入表面面積Sfi t0talo總流入表面面積Sfi t(rtal為多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的各個過濾器筒的流入表面面積Sfi。
_的總和。根據(jù)本發(fā)明，根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器包括過濾器筒流入表面面積Sfirartnd9
——過織領(lǐng)本積、V比率為0. 01至0. lm2/l的過濾器筒。更優(yōu)選的是，該比率
過濾器筒流入表面面積Sfirartndge 99-過濾器符體積V-為03至06m凡例如為0. °4m /I或0. 05m /I。
r n Q ,, _ 過濾器筒流入表面面積 Sfieartndee2 ^ 2^ D另夕卜，比率-也一上工優(yōu)選為0. OOlmVkff至0. 01m2/kff,并且
發(fā)動機功率
更優(yōu)選為 0. 002m2/kff 至 0. 005m2/kff,例如為 0. 003m2/kff 或 0. 004m2/kW。根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器尤其適用于高功率發(fā)動機，例如功率高于350kW例如高于420kW的發(fā)動機。這些發(fā)動機的示例為重型車輛(卡車)中的發(fā)動機和越野型發(fā)動機例如發(fā)電機組、建筑設(shè)備、農(nóng)用設(shè)備、機車和船用發(fā)動機。根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器與本領(lǐng)域所公知的柴油機煙灰顆粒過濾器相比具有許多優(yōu)點。一個優(yōu)點在于，例如可以通過選擇纖維重量、纖維直徑、過濾器筒的孔隙率、過濾器筒的尺寸、過濾器筒在外殼內(nèi)的結(jié)構(gòu)等來調(diào)節(jié)過濾器的質(zhì)量效率。質(zhì)量效率定義為在通過重量分析測量確定的在過濾之前和之后的重量降低百分比。另外，通過選擇纖維重量、纖維直徑、過濾器筒的孔隙率、過濾器筒的尺寸等來使得過濾器筒的設(shè)計靈活。在外殼的形狀方面沒有任何限制。對于外殼的每個形狀而言，可以選擇過濾器筒的最佳數(shù)量、尺寸和類型。由于熱質(zhì)量較低，所以再生循環(huán)縮短。該材料能夠獲得高機械穩(wěn)定性。另外，根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的細小顆粒效率較高。與SiC過濾器相比，根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰 顆粒過濾器的重量降低。減少高達65%或者甚至高達80%的重量是可能的。這個重量降低使得能夠?qū)⒃摱嗤膊裼蜋C煙灰顆粒過濾器更靠近發(fā)動機設(shè)置。該多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的組裝方便。另一個優(yōu)點在于，其它功能的集成是可能的，例如降噪的集成。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種生產(chǎn)多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的方法。該方法包括下面的步驟提供多個過濾器筒，所述過濾器筒包括由金屬纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，所述過濾器筒具有中央過濾器筒軸線，所述過濾器筒提供了穿過所述多孔結(jié)構(gòu)的徑向流向；將所述多個過濾器筒設(shè)置在外殼中，所述外殼具有限定了平均流量的流入側(cè)和流出側(cè)，所述外殼為可以沿著徑向方向是不透氣的，由此所述過濾器筒按照這樣的方式設(shè)置在所述外殼中，從而所述過濾器筒的所述中央過濾器筒軸線與所述過濾器的所述平均流向基本上平行。制造過濾器筒的方法包括以下步驟提供具有至少一前緣的多孔結(jié)構(gòu)；與所述前緣平行地卷繞所述多孔結(jié)構(gòu)，直到獲得預(yù)定直徑，即所述過濾器筒的外徑。根據(jù)本發(fā)明制造過濾器筒的可選方法包括以下步驟提供至少具有一前緣的多孔結(jié)構(gòu)；提供管道，所述管道的直徑幾乎等于所述過濾器筒的內(nèi)徑；將所述多孔結(jié)構(gòu)與所述前緣平行地卷繞到所述管道上，直到獲得預(yù)定的直徑，SP所述過濾器筒的所述外徑。任選的是，制造過濾器筒的方法包括以下步驟提供至少具有網(wǎng)狀前緣的加強結(jié)構(gòu)；與所述網(wǎng)狀前緣平行地將所述加強結(jié)構(gòu)卷繞到所述已卷繞的多孔結(jié)構(gòu)上。所述加強結(jié)構(gòu)例如為網(wǎng)、薄箔、片材或板材。任選的是，將所述加強結(jié)構(gòu)燒結(jié)成卷繞的多孔結(jié)構(gòu)。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了多筒柴油機煙灰顆粒過濾器在功率超過350kW例如超過420kW的發(fā)動機上的用途。


下面參照在圖中所示的實施方案對本發(fā)明進行更詳細說明。
圖Ia至Id示意性地顯示出提供由纖維網(wǎng)構(gòu)成的過濾器筒的方法的一些連續(xù)步驟。圖2a至2c示意性地顯示出提供包括纖維網(wǎng)的可選過濾器筒的方法的一些連續(xù)步驟。圖3顯示出位于由纖維網(wǎng)構(gòu)成的過濾器筒中的纖維的凸出部。
圖4a至4c示意性地顯示出提供由纖維束構(gòu)成的過濾器筒的方法的一些連續(xù)步驟。圖5a和5b示意性地顯示出提供由纖維束構(gòu)成的可選過濾器筒的方法的一些連續(xù)步驟。圖6示意性地顯示出提供由纖維束構(gòu)成的過濾器筒的另一個實施方案的方法步驟；圖7顯示出處于由纖維束構(gòu)成的過濾器筒中的纖維的凸出部；圖8a至Sc為根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器。圖9a和9b顯示出根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的可選實施方案的橫截面。圖10顯示出特定金屬纖維的橫截面。
具體實施例方式現(xiàn)在將針對具體實施方案并且參照附圖對本發(fā)明進行說明，但是本發(fā)明不限于此，而是只是由權(quán)利要求書限定。所述附圖只是示意性的，而不是限制性的。在這些附圖中，為了便于說明，一些元件的尺寸放大并且不是按比例繪制。這些尺寸和相關(guān)的尺寸不會對應(yīng)于本發(fā)明實施的實際減小。下面的術(shù)語僅僅提供用來幫助理解本發(fā)明。術(shù)語“孔隙率” P理解為P = 100 * (1-d)，其中d = (Im3燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)的重量)/(SF)，其中SF =形成燒結(jié)金屬纖維介質(zhì)的金屬纖維的合金的每m3的重量。采用如在NF 95-352 (等同于ISO 4002)中所述的設(shè)備測量出“透氣率”(也稱為AP)。改變NF 95-352即ISO 4002的測試方法以使得這些設(shè)備適用于更大直徑的過濾器容積。這是通過在過濾器容積和設(shè)備的流入孔之間安裝中間隧道狀元件來實現(xiàn)的。該隧道狀元件在一側(cè)處與流入孔的周邊配合，在另一側(cè)處與過濾器外殼的周邊配合。將隧道形元件密封在流入孔和過濾器外殼上以避免泄漏。術(shù)語特定纖維的“當量直徑”應(yīng)該理解為具有圓形徑向橫截面的假想纖維的直徑，該橫截面具有與特定纖維橫截面的表面積的平均值相等的表面積。術(shù)語“包圍”應(yīng)該理解為圍繞。因此“至少部分圍繞著軸線的纖維”指的是纖維至少部分圍繞著軸線。這可以通過將纖維沿著平均流道方向投影在與平均流道垂直的平面AA’上來最清楚地看出。沿著平均流道方向在與平均流道垂直的平面AA’上投影的纖維的投影線不必是其中心與軸線在該平面AA’上的投影一致的圓形或者圓的一段弧。最佳的擬合線，即與沿著平均流道方向在與平均流道垂直的平面AA’上投影的纖維投影線最接近擬合的線條具有朝著軸線在平面AA’上的投影取向的凹面。在圖Ia至Ic中顯示出提供根據(jù)本發(fā)明的過濾器筒的連續(xù)步驟。如在圖Ia中的第一步驟中所示一樣，提供包括纖維102的多孔結(jié)構(gòu)101。例如為纖維網(wǎng)的多孔結(jié)構(gòu)101具有前緣103、后緣104以及兩個側(cè)緣105和106。多孔結(jié)構(gòu)101例如為基本上矩形的纖維網(wǎng)。多孔結(jié)構(gòu)例如為當量直徑為35pm的線圈刮削金屬纖維的隨機氣流成網(wǎng)纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)的寬度例如為IOmm至150mm，并且其表面重量大約為300g/m2?？蛇x的是當量直徑為22pm的線圈刮削金屬纖維的隨機氣流成網(wǎng)纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)其寬度例如為IOmm至150mm,并且其表面重量為450g/m2。另一個可選方案是當量直徑為17 pm的成束拉拔金屬纖維的隨機氣流成網(wǎng)纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)其寬度例如為IOmm至150mm，并且其表面重量為300g/m2。另一個可選方案是當量直徑為12 的成束拉拔金屬纖維的隨機氣流成網(wǎng)纖維網(wǎng)。該纖維網(wǎng)其寬度例如為IOmm至150mm，并且其表面重量為200g/m2。
優(yōu)選的是，在多孔結(jié)構(gòu)101中的纖維102基本上在與纖維網(wǎng)表面107平行的平面中取向。在該平面中，纖維的取向是隨機的。一些纖維與前緣或后緣基本上對準，其它沿著與側(cè)緣平行的方向延伸，還有一些具有在它們之間的取向。由纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)101現(xiàn)在纏繞或卷繞在具有卷繞軸線130的管道160上，該卷繞軸線130與前緣103平行。管道160具有直徑d。纏繞或卷繞根據(jù)如箭頭131所示的方向進行。在卷繞期間，由于多孔結(jié)構(gòu)101基本上為矩形，所以側(cè)緣105和106可以各自保持對準，因此它們一旦卷繞則處于一個平面內(nèi)。顯然，也可以纏繞多孔結(jié)構(gòu)的其它形狀，并且卷繞結(jié)構(gòu)的側(cè)面可以切成適當?shù)拈L度。任選的是，用加強結(jié)構(gòu)110例如網(wǎng)來包圍卷繞的多孔結(jié)構(gòu)。優(yōu)選的是，對由加強結(jié)構(gòu)包圍的卷繞結(jié)構(gòu)進行機械或熱固定步驟。圖Ic和圖Id顯示出在使用中的過濾器筒100,即表示出入口流和出口流。過濾器筒100具有高度H和直徑D。在圖Ic中，過濾器筒100具有從過濾器筒100的內(nèi)部流向過濾器筒100的外部的
徑向流。過濾器筒100具有與過濾器筒100的軸線170基本上平行的入口流174和從過濾器筒100徑向向外的出口流175。過濾器筒100可以設(shè)有端蓋(未示出)。在圖Id中，過濾器筒100具有從過濾器筒100的外部流向過濾器筒100的內(nèi)部的
徑向流。過濾器筒具有從過濾器筒100徑向向內(nèi)的入口流176和與過濾器筒100的軸線170基本上平行的出口流177。過濾器筒100可以設(shè)有端蓋(未示出)。如將在下面更詳細說明的一樣，大部分纖維102(在該實施方案中，例如大于85% )至少部分包圍著軸線130。纖維的部分包圍可以通過以下事實來說明，即纖維處于纖維網(wǎng)中，并且與網(wǎng)表面107基本上平行取向。在網(wǎng)表面107轉(zhuǎn)變成圍繞著軸線130盤繞的螺旋形時，與網(wǎng)表面107共面的纖維將遵循這樣的路線，該路線根據(jù)該螺旋形至少部分包圍著軸線130。根據(jù)具有與前緣或后緣平行的分量的方向處于網(wǎng)中的纖維將至少部分包圍著軸線130。根據(jù)具有與側(cè)緣平行的分量的方向處于網(wǎng)中的纖維將至少部分沿著過濾器筒100的軸線方向延伸。過濾器筒其孔隙率例如為85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%或98%?？梢圆捎迷诹魅雮?cè)和流出側(cè)之間的200Pa的壓降來測量出2251/dm2/分鐘的透氣率，這取決于纖維當量直徑、過濾器筒的高度和孔隙率。
根據(jù)本發(fā)明第一方面的可選過濾器筒可以通過其連續(xù)步驟在圖2a至2c中顯示出的方法來提供。在該示例性實施方案中，多孔結(jié)構(gòu)201具有矩形或基本上矩形的形狀，并且按照與針對圖I所述的相同方式卷繞，其唯一區(qū)別在于沒有使用管道，因此用卷繞軸線230來卷繞纖維網(wǎng)201?？梢园凑沾嬖谥醒胩幊ㄩ_的方式來卷繞纖維網(wǎng)201。任選的是，如圖2b和2c中所示一樣，將加強結(jié)構(gòu)例如網(wǎng)210卷繞在已纏繞的纖維網(wǎng)201上?？赡艿氖?，然后將該產(chǎn)品軟燒結(jié)或者通過機械裝置固定。圖3顯示出處于與圖I的過濾器筒100對應(yīng)的過濾器筒中的纖維的投影。在圖3中，305表示軸線130的投影。301示意性地顯示出沿著平均流動路徑153的方向投影在與平均流動路徑300垂直的平面AA’上的一些纖維的投影線303。在圖3中的302示意性顯示出一些纖維在平面BB’ 上的投影線304，包括沿著與該平面BB’垂直的方向投影的平均流動路徑。從301中可以清楚看出，纖維在平面AA’上的投影顯示出至少部分包圍著軸線的投影305的路徑。因此，在平面AA’上投影的纖維因此如在3D中所看到的一樣至少部分包圍著軸線。最佳擬合線的凹面?zhèn)瘸蛲队安?05。從302中可以清楚看出，纖維在平面BB’上的投影顯示出具有沿著軸向方向延伸的分量的路線。例如，其投影由306表示的纖維在軸向方向上延伸一段長度La?？梢圆捎闷溥B續(xù)步驟顯示在圖4a至4c中的方法來提供根據(jù)本發(fā)明第一方面的過濾器筒的另一個實施方案。提供包括纖維402的束408的多孔結(jié)構(gòu)401。多孔結(jié)構(gòu)401具有前緣403。束408包括線圈刮削或成束拉拔的金屬纖維，其具有適當?shù)漠斄恐睆嚼?5 y m或22 y m。纖維束具有通常為3g/m的細度。在采用成束拉拔金屬纖維束的情況下，任選的是，在纖維束中的纖維設(shè)有卷曲以提高纖維以及纖維束的蓬松度。在多孔結(jié)構(gòu)401中的纖維402基本上在纖維束408中平行取向。多孔結(jié)構(gòu)401現(xiàn)在纏繞或卷繞在管道432上，該管道限定了卷繞軸線430。根據(jù)用箭頭431表示的方向來完成卷繞。纖維束408在管道432上纏繞一段長度LI。纖維束由往復(fù)式引導(dǎo)裝置434引導(dǎo)，從而在軸上的兩個末端(所表示的點a和b)之間引導(dǎo)纖維束408。管道的旋轉(zhuǎn)和引導(dǎo)裝置的往復(fù)運動將纖維束在例如螺旋或盤旋路徑中纏繞在管道432上。通過沿著軸的長度在給定位置處仔細限定了繞組數(shù)量，從而可以確定和改變處于不同位置處的纖維量，并且可以在過濾器筒的整個高度H上獲得均勻的孔隙率。任選的是，如圖4b所示，進一步通過網(wǎng)410來包圍卷繞的纖維束。之后，可以燒結(jié)以卷繞的纖維束408和網(wǎng)410。圖4b和圖4c顯示出在使用中的過濾器筒400,即表示出入口流和出口流。過濾器筒400具有高度H和直徑D。在圖4b中，過濾器筒400具有從過濾器筒400的內(nèi)部流向過濾器筒400的外部的
徑向流。過濾器筒400具有與過濾器筒400的軸線470基本上平行的入口流474和從過濾器筒400徑向向外的出口流475。過濾器筒400可以設(shè)有端蓋(未示出)。在圖4c中，過濾器筒100具有從過濾器筒400的外部流向過濾器筒400的內(nèi)部的
徑向流。
過濾器筒具有從過濾器筒400徑向向內(nèi)的入口流476和與過濾器筒400的軸線470基本上平行的出口流477。過濾器筒400可以設(shè)有端蓋(未示出)。在另一個示例性實施方案中，如圖5a和5b所示，提供了過濾器筒。在該實施方案中，多孔結(jié)構(gòu)401按照與針對圖4a和4b所述相同的方式卷繞，并且其區(qū)別僅在于沒有采用管道，因此用卷繞軸線431來卷繞多孔結(jié)構(gòu)401。圖6顯示出用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的過濾器筒的另一個可選起始位置。這里，將多根纖維束卷繞到管道上，其中那些纖維束全部相互平行卷繞。所用的纖維束量取決于所要生產(chǎn)的過濾器筒的長度H。在采用根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)過濾器筒的方法時，可以采用具有不同金屬組分的纖維束。如將在下面更詳細說明的一樣，大部分纖維402 (例如85%或更多)至少部分包圍著軸線430。這是因為這些纖維沿著與纖維束平行的方向處 于纖維束中。在纖維束108轉(zhuǎn)變成具有軸線430的螺旋形時，這些纖維遵循這樣的路線，該路線至少部分包圍著軸線430。由于大部分纖維沿著纖維束的方向處于纖維束408中，所以大部分纖維將至少部分包圍著軸線430。由于纖維束螺旋或盤旋卷繞，所以纖維的方向可以具有軸向分量，因此大部分纖維將至少部分沿著過濾器筒的軸向方向延伸。如將在下面更詳細說明的一樣，大部分纖維402(在該實施方案中，例如多于85% )至少部分圍繞著軸線430。圖7顯示出處于與圖4的過濾器筒對應(yīng)的過濾器筒中的纖維的投影。在圖7中，415表示軸線130的投影。411示意性地顯示出沿著平均流動路徑的方向在與平均流動路徑153垂直的平面AA’上投影的一些纖維的投影線413。在圖7中的412示意性地顯示出一些纖維在平面BB’上的投影線414，其包括沿著與該平面BB’垂直的方向投影的平均流動路徑。從411可以清楚看出，纖維在平面AA’上的投影顯示出至少部分包圍著軸線的投影部415的路徑。因此，在平面AA’上投影的纖維因此如在3D中所看到的一樣至少部分包圍著軸線。最佳擬合線的凹面?zhèn)瘸蛲队安?15。從412中可以清楚看到，纖維在平面BB’上的投影顯示出具有沿著軸線方向延伸的分量的路徑。例如，其投影為416的纖維在軸向方向上延伸長度La。圖8和圖9顯示出根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的一些實施方案中。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將很容易想到其它用于實現(xiàn)本發(fā)明的方法和過濾器筒的目的的結(jié)構(gòu)。要理解的是，雖然在這里已經(jīng)針對根據(jù)本發(fā)明的裝置描述了優(yōu)選實施方案、特定結(jié)構(gòu)和構(gòu)造，但是在不脫離由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍的情況下可以在形式和細節(jié)上作出各種改變或變化。圖8a顯示出根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器800。該多筒過濾器800包括七個過濾器筒802。不透氣的外殼804通過覆蓋過濾器容積806的外邊界來設(shè)置。外殼804具有流入側(cè)810和流出側(cè)808，并且限定了平均流向812。外殼804和過濾器容積806具有與平均流向812基本上平行的軸線814，并且外殼804限定了過濾器容積806沿著平均流動路徑的方向的外部邊界。外殼804在徑向方向上是不透氣的。在外殼內(nèi)的過濾器容積填充有多個過濾器筒802。圖Sb顯示出在圖8a中所示的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的橫截面。圖8c顯示出具有外殼804的多筒柴油機煙灰顆粒800過濾器。過濾器流出側(cè)808具有七個過濾器出口 814。圖9a和9b顯示出根據(jù)本發(fā)明的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的其它實施方案的橫截面。圖9a顯示出具有四個過濾器筒902的柴油機煙灰顆粒過濾器900的橫截面。圖9b顯示出具有1+6+19+37過濾器筒960的柴油機煙灰顆粒過濾器950的橫截面。一個過濾器筒961設(shè)置在中央。該中央過濾器筒961由 處于第一層中的6個過濾器筒962、處于第二層中的19個過濾器筒963以及處于第三層中的37個過濾器筒964包圍。圖10顯示出其粗糙度至少為I. 7的金屬纖維的橫截面1000。所示的金屬纖維其當量直徑為22pm。其當量直徑為22 的假想纖維的周邊由1020顯示出。實際纖維的橫截面的周邊由1010顯示出。被限定為實際纖維橫截面的周邊1010與具有當量直徑的假想纖維橫截面的周邊1020的比率的粗糙度為1.9。
權(quán)利要求
1.一種多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其包括界定了過濾器容積的外邊界的外殼，所述過濾器具有中央過濾器軸線，所述外殼具有限定了平均流向的流入側(cè)和流出側(cè)，所述平均流向與所述中央過濾器軸線基本上平行，所述外殼沿著徑向方向是氣體不可滲透的，所述過濾器容積填充有至少兩個過濾器筒，每個所述過濾器筒具有中央過濾器筒軸線，所述中央過濾器筒軸線與所述過濾器的平均流向基本上平行，所述過濾器筒包括由金屬纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，所述過濾器筒形成穿過所述多孔結(jié)構(gòu)的徑向流動方向。
2.如權(quán)利要求I所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中每個所述過濾器筒具有徑向向內(nèi)流入所述過濾器筒的入口流和與所述中央過濾器筒軸線基本上平行的出口流。
3.如權(quán)利要求I所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中每個所述過濾器筒具有與所述中央過濾器筒軸線基本上平行的入口流和從所述過濾器筒徑向向外的出口流。
4.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中每個所述過濾器過濾器筒流入表面面積Sfl cartnd筒限定了流入表面面積Sfi cartridge和體積Veartridge，其中比率——過織難積'V d一~在 O. 01m2/l 至 O. lm2/l 之間。
5.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中比率過濾器筒面積Sfltatal 0.001m2/kw至0.01m2/kw之間，并且過濾器總流入表面面 發(fā)動機功率積Sfi total為所述多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的各個過濾器筒的流入表面面積Sfi cartridge的總和。
6.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中所述過濾器適用于功率高于350kw的發(fā)動機。
7.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中所述過濾器筒的所述多孔結(jié)構(gòu)圍繞著所述中央過濾器筒軸線卷繞。
8.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中過濾器筒包括中央管道，所述過濾器筒的多孔結(jié)構(gòu)圍繞著所述中央管道卷繞。
9.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中所述多孔結(jié)構(gòu)為纖維網(wǎng)。
10.如權(quán)利要求I至6中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中所述多孔結(jié)構(gòu)包括至少一條纖維束。
11.如前面權(quán)利要求中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器，其中所述過濾器包括至少一個中央過濾器筒和至少兩個外部過濾器筒，所述外部過濾器筒圍繞著所述中央過濾器筒布置。
12.一種制造如權(quán)利要求I至11中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的方法。該方法包括以下步驟 提供多個過濾器筒，所述過濾器筒包括由金屬纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)，所述過濾器筒具有一軸線，所述過濾器筒提供穿過所述多孔結(jié)構(gòu)的徑向流向； 將所述多個過濾器筒布置在外殼中，所述外殼具有限定了平均流向的流入側(cè)和流出偵牝所述外殼在徑向方向上是氣體不可滲透的，所述過濾器筒被布置在所述外殼中，使得所述過濾器筒的軸線與所述過濾器的所述平均流向基本上平行。
13.如權(quán)利要求12所述的制造多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的方法，其中所述過濾器筒由包括以下步驟的方法制造 提供至少具有前緣的多孔結(jié)構(gòu)； 與所述前緣平行地卷繞所述多孔結(jié)構(gòu)，直到達到預(yù)定的直徑。
14.如權(quán)利要求12或13所述的制造多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的方法，其中圍繞著所卷繞的多孔結(jié)構(gòu)卷繞加強結(jié)構(gòu)。
15.如權(quán)利要求I至11中任一項所述的多筒柴油機煙灰顆粒過濾器用于其功率超過350kW的發(fā)動機的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及多筒柴油機煙灰顆粒過濾器(100)，其包括界定了過濾器容積的外邊界的外殼。該過濾器具有中央過濾器軸線(170)。該外殼具有限定了與中央軸線基本上平行的平均流向的流入側(cè)和流出側(cè)。過濾器容積填充有至少兩個過濾器筒，每個過濾器筒具有中央過濾器筒軸線(170)。過濾器筒的中央過濾器筒軸線(170)與過濾器的平均流向基本上平行。過濾器筒包括由金屬纖維構(gòu)成的多孔結(jié)構(gòu)(101)。過濾器筒形成穿過所述多孔結(jié)構(gòu)(101)的徑向流向。經(jīng)過多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的流體流是軸向的，而經(jīng)過過濾器筒的流體流是徑向的。本發(fā)明還涉及制造多筒柴油機煙灰顆粒過濾器的方法。
文檔編號B01D46/52GK102803670SQ201080028019
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月25日
發(fā)明者I·席爾德曼斯, J·旺達姆, F·韋沙瓦 申請人:貝卡爾特公司