專利名稱：耐熱和可再生的具有流通路徑的過濾體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提供一種用來濾掉流過過濾體的氣流中的顆粒的、具有氣流流通路徑的過濾體。該過濾體是耐熱以及可再生的。本發(fā)明還提供一種用來制造耐熱和可再生的過濾體的方法，此過濾體用來濾掉顆粒，特別是從流過過濾體的，尤其是內(nèi)燃機的氣流中濾掉炭黑顆粒。這樣制造出來的過濾體也具有規(guī)定的流通路徑。
本發(fā)明的優(yōu)先應(yīng)用領(lǐng)域是用于內(nèi)燃機廢氣過濾領(lǐng)域。世界范圍內(nèi)越來越強烈的環(huán)保意識促使，特別是在這個領(lǐng)域內(nèi)力求尋找解決的辦法、減小排放、凈化、中和以及最后降低到對于人類和他的環(huán)境盡可能低的程度。這在八十年代中期例如在汽車方面注意力集中到了炭黑顆粒上。為了能夠?qū)⑦@些顆粒從廢氣中濾掉，設(shè)計了各種不同的過濾方案。下面對現(xiàn)有技術(shù)狀況中已知的一些過濾裝置作一綜述，本發(fā)明同樣追述它們的結(jié)構(gòu)、材料和公開的內(nèi)容。
DE3744265公布了一種用于內(nèi)燃機廢氣凈化的炭黑過濾器，炭黑過濾器內(nèi)具有用來使廢氣轉(zhuǎn)變方向的波紋和折皺。在炭黑過濾器的過濾層內(nèi)疊放著平面過濾材料。此外敘述了形成波紋和折皺的制造方法，其中在所采用的鋼板中加工出相隔一定間距的橫向分布的橫檔。由DE3330020已知一種由金屬絲織物制成的柴油機廢氣過濾器，以多種多樣的形狀表示了它的編織結(jié)構(gòu)。張開的和封閉的端面部分相互面對面分布，由此在柴油機廢氣過濾器內(nèi)規(guī)定出流通路徑。封閉的端面部分借助于柴油機廢氣過濾器的構(gòu)件的壓縮變形達(dá)到。EP0134002表示了這方面的可能的結(jié)構(gòu)，并揭示了一種制造方法，帶覆蓋層的織物卷成一個空氣能通過的口袋。在另一份資料，DE2951316中敘述了一種用于柴油機廢氣凈化器的催化過濾器，它由帶波紋的編織物制成的交替層和封閉的覆蓋層的金屬編織結(jié)構(gòu)組成。過濾器的端面借助于覆蓋物這樣地封閉，使封閉的端面部分位于張開的端面部分的對面。催化過濾器的過濾作用通過網(wǎng)眼以及涂在編織物上的氧化層的多孔性實現(xiàn)。另一個技術(shù)結(jié)構(gòu)、在過濾體內(nèi)實現(xiàn)流通路徑，在OS2733640中作了描述。它敘述了一種用于內(nèi)燃機廢氣凈化的催化反應(yīng)器的帶有涂覆的鋼表面的坯體。在鋼板上的突起和凹陷與相鄰的鋼板形狀吻合地相互配合，由此在坯體內(nèi)形成流通路徑。由DE3744265還得知一種炭黑過濾器，其中波紋或折皺材料層在垂直于波紋或折皺的縱向加以封閉。
除了上述金屬板或薄膜制造的過濾器以外擠出成形的或陶瓷的過濾器也屬于現(xiàn)有技術(shù)。由G8700787.8得知一種用于柴油機的炭黑過濾器，其中設(shè)置在不規(guī)則層內(nèi)的陶瓷纖維構(gòu)成一個多孔的過濾體。在過濾體內(nèi)埋入加熱絲，它基本上應(yīng)該將過濾體的整個體積加熱到一定的溫度。由JP-57-163112已知一種炭黑過濾器，其中陶瓷泡沫在兩側(cè)上用金屬薄膜包裹。DE3501182公開一種用于柴油機的廢氣過濾器，它由一種由多孔陶瓷制成的整體過濾塊組成。這種過濾塊具有許多分布在廢氣主流通方向的通道。這些通道交替地通過堵頭堵死。這些堵頭應(yīng)該使廢氣依次地流過一個以上的通道壁。其中在流動方向通過使用堵頭依次連接的通道壁的透氣性應(yīng)該逐漸減小。透氣性的減小應(yīng)該通過在過濾塊毛坯上涂覆透氣性減小劑達(dá)到，其中通過多次涂覆在這樣制造的廢氣過濾器上達(dá)到具有不同的透氣性的不同區(qū)域。這種廢氣過濾器由于必要的堵頭以及也許必要的多次涂覆制造成本很高。通過將整體的過濾塊分成因涂覆而造成不同透氣性的區(qū)域在使用期增加時過濾器前背壓的增加會明顯地減小。由于過濾塊通過它的結(jié)構(gòu)強制形成的流通路徑雖然能保證依次連接的多孔區(qū)能夠流通，但是不可能說清確切的流通路徑。過濾塊內(nèi)的各個氣流也總是相互混淆，并由于由此出現(xiàn)的應(yīng)效在過濾塊內(nèi)引起非預(yù)期的壓力損失。
本發(fā)明的目的是提供一種耐熱和可再生的過濾體，它在過濾和過流時具有高過濾效率和低壓力損失，并且可以在少許幾個工序內(nèi)將其制成。其次本發(fā)明的目的是提供一種制造耐熱和可再生的過濾體的方法，這種方法使過濾體具有特別省工的結(jié)構(gòu)。
用來從流過過濾體的氣流中濾掉顆粒的、具有氣流流通路徑的耐熱和可再生過濾體具有相互分開的流通路徑。在流通路徑內(nèi)沿氣流方向分別依次設(shè)置至少一個第一過濾級和一個第二精密過濾級。流通路徑的分級一方面確保，通過各個過濾級每個部分氣流緩慢走過一個預(yù)先規(guī)定的一定的路程。另一方面防止由于不同部分氣流的混和造成壓力損失。各個流通路徑的分隔也使過濾體的結(jié)構(gòu)造型更容易。這樣一個流通路徑內(nèi)的各個過濾級可以與相鄰流通路徑無關(guān)地設(shè)置。
第一過濾級從流過的氣流中濾掉具有一定最小尺寸的顆粒。因此它用作粗過濾器，它防止在繼續(xù)流動的氣流中繼續(xù)存在面積和/或體積較大的已有污物。然后經(jīng)過第一次過濾的氣流通向第二個、精密的過濾級?，F(xiàn)在它要從氣流中濾掉比第一過濾級所濾掉的顆粒小的顆粒。將通過過濾體的過濾分成不同的過濾級有這樣的好處，使得從一個過濾級的過濾表面來看，始終存在足夠的空隙，使得比該過濾級應(yīng)該濾掉的顆粒更小的顆粒能夠通過它。如果只存在一個具有唯一的規(guī)定的最大允許通過粒度的過濾級，也許在所有濾掉的顆粒堆積起來時會造成大得多的壓力損失。通過采用依次設(shè)置在一個流通路徑內(nèi)的過濾級，由顆粒堵塞引起的載荷也分配在很多過濾表面上，其中由顆粒引起的總載荷分配在各個相互隔開的流通路徑上。相應(yīng)于各個過濾級過濾表面總和的大小在運行時得到比具有一個唯一的多孔體的過濾器小的壓力損失，如果形成過濾表面總和的流通路徑按流體技術(shù)合理地設(shè)計的話。
在許多應(yīng)用場合下，過濾體具有兩個過濾級就足夠了。但是根據(jù)本發(fā)明應(yīng)用領(lǐng)域、顆粒的類型以及氣流中顆粒的含量的不同，也許過濾體內(nèi)設(shè)置兩個、三個或更多的具有沿氣流方向逐漸減小的過濾網(wǎng)眼的過濾級更合適。由此達(dá)到在過濾體內(nèi)實現(xiàn)非常精確地定量的過濾過程。例如如果知道在待過濾氣流中主要存在一定大小的顆粒，這些顆粒在大小方面具有一定的分散度，那末通過采用許多過濾級(它們在其過濾網(wǎng)的大小方面非常接近)可以將濾出物分成許多(過濾)級。從而從一開始就排除各個過濾級的過載。
耐熱和可再生的過濾體的一種結(jié)構(gòu)形式交替地具有過濾材料層和不透氣材料層。過濾材料層具有沿氣流方向越來越小的過濾網(wǎng)眼尺寸，而不透氣材料層構(gòu)成導(dǎo)流面。導(dǎo)流面迫使氣流兩次或多次轉(zhuǎn)向，使得氣流必須兩次或多次與過濾材料層相遇。導(dǎo)流面用來形成流通路徑并將它們相互隔開，而過濾材料層主要構(gòu)成各個過濾級。過濾材料例如可以是編織物，以及金屬絲過濾網(wǎng)或者其他已知的，耐熱過濾材料。這些例如可以是纖維過濾器或陶瓷泡沫過濾器。后者的一個例子是聚氨酯泡沫，將它用過濾材料(Corderite或A1203)浸泡，接著干燥并焙烤。纖維過濾器在其功效方面與纖維直徑和顆粒直徑的協(xié)調(diào)有很大的關(guān)系。對于過濾顆粒直徑在0.1至1μM之間的汽車柴油機廢氣顆粒纖維直徑約為4至30μM時效果最好。為了達(dá)到足夠的強度，特別是有關(guān)可再生性方面，根據(jù)材料的不同纖維直徑也可以選得更大一些。此外也可以采用鋼絲絨過濾器，它的鋼絲直徑例如為0.25mm。過濾材料層和不透氣材料層的材料可以是金屬，但是也可以是陶瓷材料。材料選擇的限制主要取決于過濾器使用狀態(tài)中的條件。
在一種非常合適的應(yīng)用領(lǐng)域，過濾內(nèi)燃機的顆粒，特別是來自柴油機的炭黑顆粒時，在過濾體再生時溫度的升高也像氣流本身流過過濾體時的溫度一樣，達(dá)到了過濾體材料的極限。用一種催化的非貴金屬涂層可使炭黑燃燒溫度從約500℃降低到約400℃。通過運用金屬的燃料添加劑燃燒溫度甚至可以降低到150℃。但是也應(yīng)注意，例如在行駛中炭黑燃燒時在不合適的條件下溫度也可能達(dá)到和超過1400℃。但是這可以通過按本發(fā)明的過濾體結(jié)構(gòu)予以防止。在過濾體的其他應(yīng)用場合中可采用的材料的限制例如是由于必要的耐酸性、由于顆粒的種類以及它的流動速度或其他影響因素而出現(xiàn)的銹蝕。
但是流通路徑結(jié)構(gòu)造型的成本也與過濾體的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)。這也可以通過各層之間的間隙造成，就像在通過壁板相互隔開的過濾體的結(jié)構(gòu)形式，例如不同的擠出成形的、具有不同間距的圓形套管相互套插在一起形成的過濾體時那樣。如果對這種過濾體從外面用待過濾氣流供氣，那末經(jīng)過過濾的氣流會從最后一個擠出成形的管子內(nèi)部排出。這些套例如可以通過托架相互連接。這些分別起過濾級作用的套管的另一種固定可能性通過支承在它們的端面上得到。為了使這種類型的過濾器形成從外向內(nèi)的流通，在徑向流通時它們的端面必須封閉。最好沿這個方向過濾級的穿透性也逐漸減小。這種流通方向有這樣的好處，在最外面的管或者套，它們當(dāng)然具有最大的表面積，也應(yīng)該擋住最大的顆粒。但是由于套的表面積大，濾掉大的顆粒不會引起像例如在用同樣的氣流和顆粒供氣時在最里面的套中所出現(xiàn)的這么高的壓力損失。流通路徑的另一種結(jié)構(gòu)設(shè)想它是流動管道。因此過濾體可以卷曲、疊裝、擠出成形或者用其他方法制造。作為流動管道特別應(yīng)該注意導(dǎo)流面的結(jié)構(gòu)形式，它構(gòu)成和/或細(xì)分成一個被氣流相交的橫截面，此橫截面與過濾體的其他尺寸相比比較小。
過濾級在一個由單獨的過濾器組成的結(jié)構(gòu)中或在另一種由多個過濾器組成的結(jié)構(gòu)中也做成層狀。過濾體的一種優(yōu)良結(jié)構(gòu)具有一個分層的和/或卷曲的帶有金屬薄膜的層，其中在一層中做入一個第一和/或第二過濾器。用這種方法過濾層可以任意地成形，其中在過濾體中它對于它的牢固性也起一定作用。其次，一個或兩個過濾器拼合在一個帶金屬薄膜的層中也允許采用這樣的材料作過濾器，它本身沒有足夠的強度或者不能制成一定的形狀，例如布料等等。其中一個過濾器配設(shè)于一個過濾級。一個過濾級或多個后續(xù)的過濾級的另一種結(jié)構(gòu)設(shè)想，第一和第二過濾器形成一個相互組合的過濾器。這可以理解為，組合過濾器延伸至多個流通路徑，或者在一個流通路徑中依次排列的過濾級通過過濾器本身相互組合在一起。這種過濾器例如可以是一種金屬織物，其中織物的網(wǎng)眼在其整個長度上各不相同，并由此形成不同的過濾級。但是也可以考慮其他過濾器，如由前面所提到的現(xiàn)有技術(shù)狀況得知的那些過濾器。
為了特別有效地利用一個過濾級或一個過濾器，如果它這樣地設(shè)置在一個流動管道的一個平面內(nèi)，使得流動管道內(nèi)的過濾級的可以用待凈化氣體供氣的橫截面積大于這個流動管道的最小橫截面積的話，有好處。氣流在穿過一個過濾級時分布在一個比管道橫截面積大的表面上一方面避免較大的壓力損失。另一方面由于與在橫截面內(nèi)垂直于管道設(shè)置的過濾級相比網(wǎng)眼的數(shù)量增加使網(wǎng)眼更不容易堵塞。其次用這種方法對于過濾器或過濾級在結(jié)構(gòu)方面也是有利的。特別是它們可以這樣地設(shè)置，使得它們對于過濾體的牢固性所起的作用和它對它的彈性所起的作用一樣大。因此在一種過濾體的結(jié)構(gòu)中過濾級在載荷作用下是可變形的。根據(jù)過濾體在相應(yīng)的應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)打算承受多大的載荷的不同，這種可變形性既可以是塑性的也可以是彈性的。
過濾體的一種具體結(jié)構(gòu)，具有一個帶凹槽的過濾級的過濾體，這個過濾級過濾掉的顆粒首先積聚在這個凹槽內(nèi)。凹槽的意思是一方面可以理解為一種空間結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中由于流過這個過濾級相應(yīng)的幾何形狀促使在這個過濾級上濾下來的顆粒有一個漂移運動。這個漂移運動可以通過過濾級合適的結(jié)構(gòu)改變方向。為此它可以有凹陷、槽、收縮、類似棱柱形的東西，就像導(dǎo)向面一樣。另一方面凹槽可以理解為所有那些在過濾級上的、使濾下來的顆粒好像有一個主要的吸引點這種措施。這可以是一種化學(xué)的，物理的或電氣的措施。
過濾體經(jīng)過較長時間流通在過濾級上凹槽內(nèi)或周圍產(chǎn)生的顆粒積聚使得過濾體的再生更容易。在過濾體長期使用時，從時間方面來看它的過濾效果越來越差。因此必須設(shè)法能夠至少近似地重新達(dá)到原來的過濾效果。在過濾體的結(jié)構(gòu)中它至少在靠近凹槽的地方具有過濾級的再生裝置。這可以是一種使積聚在那里的顆粒受熱轉(zhuǎn)化的裝置。但是其他措施，例如顆粒的排出通道等等也是可以的。過濾體的再生可以用化學(xué)的、熱力學(xué)的或者機械的方法進(jìn)行，這里正常情況下所選擇的再生類型取決于很多參數(shù)。根據(jù)過濾體結(jié)構(gòu)、其中所用的材料和過濾體所處的設(shè)備的不同可以確定，機械排除，例如顆粒的振動或液力清除是否比其他再生可能性更優(yōu)越。過濾掉的顆粒的種類和它的特性，例如粘接性，當(dāng)然也起一定影響。過濾體的不同過濾級采用不同的再生方法，也可能是有好處的。例如在沿流動方向順次排列的過濾級中這樣做可能是有利的，特別細(xì)的顆粒用熱力轉(zhuǎn)化，而沿流動方向在前面的過濾級上的較大顆粒用機械方法排除更好。因此再生方法的選擇還與能量方面的考慮有關(guān)。
在過濾體的一種優(yōu)先結(jié)構(gòu)中它至少局部具有有催化作用的涂層。這可以用來使流過過濾體的氣流發(fā)生反應(yīng)，而且對于過濾體本身也有作用。這可以是由于催化反應(yīng)使過濾體的一部分或整個過濾體加熱，就是一個過濾級可能的再生一樣。過濾體可以用在化工設(shè)備以及一種排氣設(shè)備中，在這種排氣設(shè)備中氣流溫度高到使不耐熱的過濾體受到損壞的程度。
在用于柴油發(fā)動機汽車時最好在蜂窩體內(nèi)采用兩種不同催化活性涂層，以便有目的地改善一定的性能。例如如果存在碳?xì)浠衔铮軌蚺c減少一氧化氮的氧相結(jié)合，那末兩種涂層可以最有效地使廢氣中的一氧化氮轉(zhuǎn)化為無害成分。因此過濾體的第一級優(yōu)先配備用來使一氧化氮分解的還原反應(yīng)所需要的涂層。然后接著配備留下來的碳?xì)浠衔?和一氧化碳，如果存在的話)的氧化反應(yīng)所需要的涂層。
同時或者作為一種選擇方案也可以，不同的層配備不同的涂層，特別是里面有炭黑積聚的透氣層配備一種使炭黑燃燒溫度降低的活性涂層，而不透氣的層配備一種對于碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)所需要的涂層。
在過濾體的另一種結(jié)構(gòu)中它可以加熱。這可以用電、但是也可以用其他方法，例如通過化學(xué)效應(yīng)、熱傳導(dǎo)等等實現(xiàn)。優(yōu)先的是，第一或第二過濾級可以直接加熱。一方面這可以使氣流加熱，另一方面用這種方法也可以使過濾級再生。過濾體的加熱可以包括整個過濾體，但是也可以僅僅包括它的某一個部分。這可以通過過濾體的結(jié)構(gòu)以及例如在電加熱時通過電氣接線加以控制。特別是過濾體可以設(shè)計成這樣，使得一部分表面溫度可以加熱得特別高，而另一些表面與此不同，只加熱到一定程度。
按照本發(fā)明的另一個目的還應(yīng)該創(chuàng)造一種用來制造耐熱和可再生的過濾體的方法，這種過濾體用來從流過過濾體的、特別是在內(nèi)燃機中的氣流中濾掉顆粒，特別是炭黑顆粒。這種過濾體還具有流過氣流的規(guī)定的流通路徑。在過濾體中的流通路徑的制造過程中在流通路徑內(nèi)至少同時設(shè)置一個第一過濾級和一個第二精密過濾級，其中從流過過濾體的流動方向看，第一和第二過濾級一個接一個依次排列在流通路徑上。這一類的方法特別是提供一種帶有第一和第二過濾級的過濾體，就如前面已經(jīng)說過的那樣。這種方法具有這樣的優(yōu)點，取消了后續(xù)的、在過濾體完工以后作為一個工序再將過濾級裝入過濾體內(nèi)。由此與現(xiàn)有技術(shù)狀況中的迄今為止已知的方法相比這種方法不僅節(jié)約時間，而且具有成本低的優(yōu)點。因此根據(jù)本發(fā)明“同時”這個概念也可以理解為一個工序，在這個工序中加工出流通路徑，例如在鋼板層時通過不同板材的疊放或者板材的卷曲。如果涉及到一種擠出成形物體，這個方法可以這樣地進(jìn)行，使得在過濾體擠出成形時它的透氣性通過改變或選擇擠出材料的透氣性達(dá)到符合于過濾級所要求的透氣性。這可以通過所采用的擠出材料的不同尺寸達(dá)到，例如在淘洗時使它分別以不同的孔隙率混合。如果過濾體應(yīng)該是燒結(jié)的，這里存在這樣的可能性，燒結(jié)模根據(jù)過濾級所要求的透氣性裝入不同大小的燒結(jié)材料。用來制造這種過濾體的相應(yīng)裝置最好具有混合器，它允許在制造過濾體時改變材料的粒度。根據(jù)所要求的過濾級的不同這種方法可以設(shè)計成這樣，一方面使得可以從一種透氣性連續(xù)轉(zhuǎn)變到另一種透氣性，另一方面這種方法又允許兩種不同的透氣性之間有一定的界限。
在下面對圖形的說明中表示并較詳細(xì)地敘述本發(fā)明的其他優(yōu)良結(jié)構(gòu)和特征。本發(fā)明的優(yōu)良具體結(jié)構(gòu)和它們的組合可以由上面的說明和下面還要提到的特征形成。其中表示

圖1．一個具有第一過濾級和一個第二，精密過濾級的過濾體的局部視圖，圖2．一個具有各帶一個凹槽的第一和第二過濾級的過濾體的局部視圖，圖3．過濾氣流轉(zhuǎn)變方向的過濾體的局部視圖，圖4．其流通路徑徑向一軸向轉(zhuǎn)向的過濾體，圖5．拆散表示的另一種過濾體，圖6．過濾體的一層的結(jié)構(gòu)的拆散的視圖，圖7．分層構(gòu)成的過濾體的流通圖的局部視圖，圖8．帶有第一和第二過濾級的過濾體，圖9．徑向流通的過濾體的原理圖，圖10．另一種卷曲成形的、可徑向流通的過濾體，圖11．用來制造可再生和耐熱的過濾體的方法，圖12．用來制造過濾體的另一種方法的原理草圖，圖1表示過濾體1的一個局部，氣流2流過這個過濾器。在這個所表示的局部中可以看到一個頂層3、一個底層4和一個處于中間的由過濾材料制成的波紋層5。頂層3和底層4是不透氣的，并形成導(dǎo)流面。波紋層5設(shè)置在導(dǎo)流面之間，它具有多個過濾級。第一過濾級6的可流通的網(wǎng)眼的數(shù)量比后面的兩級，第二過濾級7和第三過濾級8少。各個過濾級6、7、8上的網(wǎng)眼尺寸沿氣流2的流動方向越來越小，它們的區(qū)別在于網(wǎng)眼9.1,9.2和9.3的網(wǎng)目不同。因此依次設(shè)置的過濾級6、7和8也過濾不同大小的顆粒。所選擇的層5的過濾材料可以是陶瓷，但是也可以是金屬絲或金屬織物。在圖1的實施例中氣流2流過在頂層3和底層4之間形成的流通路徑，而沒有由此引起轉(zhuǎn)向。當(dāng)然通過圍繞網(wǎng)眼9.1、9.2和9.3的橫隔會產(chǎn)生一定的轉(zhuǎn)向。現(xiàn)在在流通路徑10內(nèi)過濾材料層5具有這樣的波紋，使得在它的波長λ上氣流2兩次流過波紋層5。間距λ不是強制規(guī)定的，也可以是其他尺寸的波紋。這不僅涉及波長，而且也涉及振幅A。從過濾體方面看振幅可以減小也可以加大。由此在過濾體內(nèi)得到不同的流速，根據(jù)氣流2中顆粒含量的不同這種速度可能是有利的。構(gòu)成各個過濾級6、7和8的過濾材料層5可以具有撓曲的、折疊的或其他的幾何形狀。從一個過濾級到另一個過濾級的過渡也不必像這里所表示的那樣，有規(guī)律地按波長λ的間隔進(jìn)行。第一過濾級6和第二過濾級7之間的轉(zhuǎn)變也可以是連續(xù)的，隨層5制造過程的不同而不同。
圖2同樣表示一個過濾體1的局部，此過濾體具有同樣設(shè)置在頂層3和底層4之間的一個第一過濾級6、一個第二過濾級7和一個第三過濾級8。各個過濾級6、7和8具有凹槽11。凹槽11做成在各個過濾級6、7和8上的一種凹陷，其中在各個過濾級的逆流方向上第一凹槽11.1有一個沿流通路徑10的氣流2流動方向的凹陷，而第二凹槽11.2與流動方向相反朝反方向。在第一凹槽11.1上顆粒積聚在中間，而第二凹槽將流過來的顆粒分向兩側(cè)。如果氣流2中顆粒的含量沒有大到使顆粒在唯一的一個地方的積聚而導(dǎo)致太大的壓力損失的話，那末相應(yīng)于第一凹槽11.1的結(jié)構(gòu)是合適的。當(dāng)過濾級有堵死的危險時相應(yīng)于第二凹槽11.2的結(jié)構(gòu)由于顆粒的分散具有優(yōu)越性。一個過濾級也可以具有多個凹槽。
圖3表示一個過濾體1的局部，此過濾體具有由不透氣材料制成的第一層12和由過濾材料制成的第二層13。第一層12做成這樣，使得氣流2多次轉(zhuǎn)向，從而使氣流多次遇到由過濾材料制成的第二層13。第二層13具有連在一起的過濾級，第一過濾級6、第二過濾級7和第三過濾級8。因為在這一實施例中構(gòu)成導(dǎo)流面的不透氣層12是做成波紋的，相反位于它們之間的第二層13的過濾材料平直地貼合在各個波紋上，從過濾體1的長度上觀察，氣流2走過一段比過濾體的長度更長的路程，如圖1和2中所示。如果現(xiàn)在應(yīng)該在過濾體1中處理氣流2，應(yīng)該是熱力的或者催化的，可以根據(jù)所要求的尺寸和必要的流通路徑選擇最合適的過濾器形狀。此外根據(jù)在按圖3的過濾體1內(nèi)的轉(zhuǎn)向還得到另一種與前述兩種過濾體中所出現(xiàn)的不同的攪和。過濾體1的另一種結(jié)構(gòu)具有其至少局部帶有附加的另外的導(dǎo)流面的導(dǎo)流面，附加的導(dǎo)流面提供進(jìn)一步的攪和。這可以是一個裂口，就像在專利申報者的汽車催化器中所知道的結(jié)構(gòu)那樣。因為氣流2多次流過具有相應(yīng)于第一6、第二7或第三8過濾級的相同的過濾網(wǎng)眼的第二層13，如圖所示，另一種結(jié)構(gòu)的第二層13在每個過濾級的開頭具有一個附加的網(wǎng)眼，然而這里沒有畫出來。通過這個附加的網(wǎng)眼氣流可以未經(jīng)過濾地出現(xiàn)在各個過濾級的后續(xù)部分上。用這種方法可以達(dá)到在一個過濾級之內(nèi)顆粒的分級過濾。此外從整個流通路徑10來看這種附加網(wǎng)眼的數(shù)量沿氣流方向越來越少是最合適的。這樣過濾過的最后一部分盡可能不再有附加網(wǎng)眼。
圖4表示一個過濾體1，其流通路徑10具有徑向一軸向的轉(zhuǎn)向。過濾體1埋在一個外殼管14內(nèi)，并由卷曲的不透氣材料制成的第一層12和過濾材料制成的第二層13制成。和圖3中的實施例一樣，由過濾材料制成的第二層13也是直線形分布的。而由不透氣材料制成的第一層12與此相反是做成波紋的，但是這次波紋本身垂直于氣流2通過過濾體1的流動方向延伸?，F(xiàn)在第一層12這樣地取向和成形，使得它可以使各個流通路徑10沿過濾體1的軸向軸線也能徑轉(zhuǎn)向。這種轉(zhuǎn)向15在過濾體1中在其幾何結(jié)構(gòu)方面可以相互平行地設(shè)置，也可以相互錯開，就像在過濾體1中沿氣流方向最后面所發(fā)生的那樣。其次外殼管14有一個電氣接頭16，用這個接頭整個過濾體或者僅僅一部分可以與電源連接。最好過濾體1設(shè)計成這樣，在這個過濾體內(nèi)確定一個導(dǎo)電路徑。
圖5表示另一個過濾體1，這次是以拆散的視圖表示。過濾體1的三個零件1.1、1.2和1.3是擠出成形的，燒結(jié)的或者分層制造的，并拼裝成過濾體1。在各個零件1.1、1.2和1.3中存在作為流通路徑10的流通管道16，在零件1.1中它以虛線表示。在各個零件1.1和1.2或1.2和1.3之間設(shè)有第一過濾級6或第二過濾級7。在這種多件過濾體1中兩個過濾級6和7可以簡單地放在零件1.1、1.2和1.3之間或者用相應(yīng)的固定裝置固定在零件1.1,1.2或1.3上。這種類型的多件過濾體1一方面具有這樣的優(yōu)點，由于它們模塊化結(jié)構(gòu)它可以通過進(jìn)一步拼接零件和過濾級任意地擴展。過濾級6和7也可以比較簡單地裝拆，這使得或許要更換過濾級變得非常方便。例如這可能會由于過濾級銹蝕或腐蝕的結(jié)果變得非常必要。零件1.1和1.2或1.2和1.3之間的過濾級6和7的這種結(jié)構(gòu)允許設(shè)置一個電源接頭而不致引起太多的結(jié)構(gòu)問題。如果過濾級6和7由金屬制成，它只需要通過適當(dāng)?shù)慕宇^(通過電源接頭18表示)與電源連接。這里根據(jù)電源接頭18結(jié)構(gòu)的不同可以優(yōu)先地給各個過濾級6或7配備可電加熱的零件。這特別地可以是一個積聚濾出顆粒的凹槽。相對于過濾體1其他導(dǎo)電零件的電絕緣例如可以設(shè)置在過濾級的固定裝置中。過濾級也不必完全由金屬制成。也可以采用混合材料制成的過濾級，其次過濾體1也可以具有催化涂層，這里沒有具體畫出來。涂層可以涂在全部表面上，也可以局部地優(yōu)先涂在圍成流通路徑的表面上。在一種如這里所表示的多件結(jié)構(gòu)過濾體1中也可以通過各自的涂覆在過濾體1的零件1.1、1.2和1.3上設(shè)置不同的催化涂層，并在過濾體內(nèi)組合起來。
圖6舉例表示過濾體造型的結(jié)構(gòu)B。帶導(dǎo)流面19的不透氣的第一層12連同第一過濾級，它上面放著可電加熱的加熱裝置20以及多孔的絕緣層21(它將加熱裝置與第二過濾級電隔離)形成過濾體中流通路徑的結(jié)構(gòu)B。在這個以拆散表示的視圖中所表示的結(jié)構(gòu)B上又可以連接一個相應(yīng)的結(jié)構(gòu)B。但是這可以設(shè)計得不同。所示的第一層12和一個相鄰的沒有畫出來的第一層12一起構(gòu)成一個流通路徑10，它與過濾體1的另一些流通路徑10隔開。但是第一層12的導(dǎo)流面做成這樣，使得在流通路徑10內(nèi)一定能進(jìn)行混和。無論如何始終確保，氣流在它的流通路徑10上可靠地流過一個第一過濾級6以及一個第二過濾級7。第一6和第二過濾級7可以直接也可以間接地加熱，例如這里所畫的通過加熱裝置20加熱。第一過濾級6濾掉較粗的顆粒，而第二過濾級7濾掉較細(xì)的顆粒。這里絕緣層21可以用作寄存空間，濾下來的在第一6和第二7過濾級之間的較細(xì)顆粒積聚在這個寄存空間里。因為細(xì)微顆粒所需要的過濾面積與同樣重量的粗顆粒所需要的過濾面積要大得多，所以也比較容易使細(xì)微顆粒借助于加熱裝置20進(jìn)行熱反應(yīng)。因此加熱裝置優(yōu)先裝在緊密安裝在一起的第一過濾級6和第二過濾級7中靠近第二過濾級7的地方。這樣這里在細(xì)微顆粒放熱反應(yīng)時所釋放出來的能量也使通過第一過濾級6的粗顆粒進(jìn)行熱反應(yīng)，而不必附加的加熱裝置。因此為了支持放熱反應(yīng)在一種結(jié)構(gòu)中絕緣層21具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性或者還有催化性能。
圖7表示分層制造的過濾體1的局部視圖。氣流2流向過濾體1的第一個端面22。在那里氣流分成不同的流通路徑。如圖所示，其中第一輸入口23和第二輸入口24拼合成一個流通路徑10.1。這個拼合的流通路徑10.1在其通過過濾體1的后續(xù)流程中與其他流通路徑10是隔開的。為了保證這種形式的氣流導(dǎo)向，過濾體1由不透氣的第一層12和透氣的第二層13制成，第二層同時構(gòu)成第一過濾級6和第二過濾級7。在兩個帶過濾材料13.1和13.2的第二層之間裝有另一種材料25。這可以是如圖6中所示的絕緣層，但是也可以是起催化作用的材料，例如沸石。同樣也可以選擇氧化催化器，并且例如安裝在用于柴油機廢氣處理的地方。由于含顆粒的氣流2通過各個過濾級6和7的預(yù)先過濾，通過顆粒對起催化作用的涂層的覆蓋對催化材料25的有效性沒有損害。這些顆粒預(yù)先都濾掉了。其次在一種可能的過濾體1的表示結(jié)構(gòu)中兩個不透氣層12.1和12.2之間存在一個空腔26。這個空腔例如可以用作電線的入口，或者也可以作為另一種液流的流動管道。如果例如過濾體1在高溫中運行，其中必須冷卻，空腔26可以用來流通冷卻液。特別是垂直于氣流2分布的空腔26內(nèi)的液流從能量的觀點看在熱傳遞方面有好處。當(dāng)然也可以不進(jìn)行冷卻而使過濾體1加熱，其中相互隔開的空腔26也使得可以進(jìn)行選擇性的熱傳遞。
圖8表示另一個過濾體1的局部視圖，此過濾體具有一個第一過濾級6和一個第二過濾級7，在這種結(jié)構(gòu)形式中它們相互分開安裝在過濾體1內(nèi)。畫出了兩個流通路徑10.2和10.3，它們表示了由于不透氣的第一層12的造型所形成的轉(zhuǎn)向。第一層具有突起27以及凹陷28。由此形成各個流通路徑的導(dǎo)流面19。其次圖8表示在圖6中已經(jīng)說明過的流通路徑的類型。由于過濾體1的層狀結(jié)構(gòu)流通路徑10.2和10.3相互隔開。但是在流通路徑10.2的內(nèi)部存在這樣的可能性，使得例如在它里面由于凹陷28或突起27使形成的空間分隔開。然而氣流2本身仍然留在規(guī)定的、與其他隔開的流通路徑10.2上。
圖9以原理草圖表示過濾體1的另一種結(jié)構(gòu)，此過濾體裝在一個外殼管14內(nèi)。過濾體1徑向從外向內(nèi)流通。為此在這個實施例中它具有未詳細(xì)畫出其厚度的套29。在這個原理圖中氣流2流過第一個套29.1，接著流過第二個套29.2。第一個套29.1或第二個套29.2構(gòu)成第一過濾級6或第二過濾級7。從外向內(nèi)的徑向流通具有這樣的好處，第一個套29.1與第二個套29.2相比有較大的直徑，從而也有較大的過濾表面可供使用。氣流2從第二個套29.2的內(nèi)部30重新排出過濾體1。套29可以各自由不同的材料制成，例如陶瓷或金屬材料。其透氣性以及其厚度也可以根據(jù)應(yīng)用場合的不同與之匹配。套29本身例如可以用它們的端面安裝在相應(yīng)的支架內(nèi)，使得與外殼管14一起形成過濾體1的封閉端面32。這使得過濾體1可以從外面用氣流2供氣，并從內(nèi)部30排出。當(dāng)然在外殼管14內(nèi)不僅可以安裝兩個套29.1和29.2，而且根據(jù)所希望的過濾效果的不同可以相應(yīng)地安裝多個過濾級。套29也可以由過濾層制成，例如很多層制成一個套29。在過濾體1徑向流通時得到一個最少的唯一的規(guī)定的通道10。這個通道從外向內(nèi)伸展或正好相反。它用氣流2的箭頭表示。如果例如各個套29之間有支承，那末它最好這樣地設(shè)置，使得保證流通路徑相互隔開。
圖10同樣表示一個可徑向流通的過濾體1，此過濾體也裝在一個外殼管14內(nèi)。該過濾體1是卷曲成形的，其中各個卷管34之間的隔板33用來使流通路徑相互隔開。各個卷管又做成這樣使它們具有接觸點35。這些接觸用來這樣地劃分過濾體1，迫使氣流2流過一個卷管34，從而強制地流過一個過濾級。在金屬層的卷管時接觸點35可以通過層的擠壓形成。當(dāng)然也可以考慮在制造過程，如燒結(jié)或擠出成形時采用相應(yīng)地造型的模具。
現(xiàn)在圖11用原理草圖表示一種方法，怎樣來制造耐熱和可再生的過濾體1。分層組成的類似于圖3中所示的局部視圖的過濾體1通過將不透氣的第一層12送入兩個相互交叉的成形軋輥36.1或36.2來制造。成形軋輥36具有這樣的凹凸形狀，使得不透氣的第一層的各個幾何輪廓壓出一個型材38。在現(xiàn)在已壓成型材的第一層12上放上作為頂層3或底層4的由過濾材料制成的下第二層13.1或上第二層13.2。相互疊放的各個層接著可以相互連接在一起。這可以借助于釬焊，焊接或其他連接方法進(jìn)行。通過同時送入不透氣的第一層12和過濾材料制成的第二層13在同一個工序中保證這樣制成的過濾體1的流通路徑10中第一過濾級6和第二、精密過濾級7的設(shè)置。為此在這里所示的方法中兩個第二層13.1和13.2在其延展方向上具有不同的透氣性，這在過濾體1內(nèi)得到第一過濾級6和第二過濾級7?，F(xiàn)在相互分層的各層13.1、12和13.2例如借助于一個切割裝置39切成單件，接著堆放成過濾體1。所用的各個層13.1、13.2和12加工以前已經(jīng)進(jìn)行過這樣的處理，使得不必再進(jìn)行后續(xù)處理。這特別涉及到催化涂層，防銹或者電氣或熱的絕緣。在所示方法的一種改進(jìn)方案中多個這樣的裝置并排排列，它不用再將剪切好的單件堆在一起。這樣切下來的成為一個完整的過濾體1。其次不透氣的第一層12所示的凹凸輪廓不局限于這一種。而且由過濾材料制成的第二層同樣可以附加地或者也可以單獨地制成凹凸輪廓。其中所希望的輪廓根據(jù)兩個成形軋輥36.1和36.2的幾何輪廓37.1與對面的幾何輪廓37.2的關(guān)系得到。這些輪廓也可以具有凹槽，由此在第一和/或第二層內(nèi)形成橫向加固。但是除了成形軋輥36.1和36.2以外還可以采用其他成形工具，它保證連續(xù)的制造過程。
圖12表示另一種方法，用這種方法時在制造過濾體1內(nèi)的流通路徑10的同一個工序內(nèi)在流通路徑10內(nèi)至少設(shè)置一個第一過濾級6和一個第二、精密過濾級7。在這個原理草圖中表示一個第一容器40.1、一個第二容器40.2和一個第三容器40.3。這些容器分別含有具有不同透氣性的擠出成形或燒結(jié)材料。各種材料的流入量通過閥門41這樣地選擇，使得待擠出成形或燒結(jié)的過濾體1根據(jù)它的過濾級6或7所要求的透氣性在制造流通路徑10時改變其透氣性。通過一個所有容器40.1、40.2和40.3的共同的輸送管42這樣地混和的或者也可以是分開的輸出材料送入一個模具43，用這個模具加工出帶有它的流通路徑10的過濾體1的結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在所示的過濾體1由于擠出成形材料的選擇或者它們的混和分別具有三種不同的壁板透氣性，它們形成第一過濾級6、第二過濾級7和第三過濾級8。為此必須保證，流過的氣流2穿過過濾體1的各個壁板。例如這可以通過應(yīng)用不同的模具43達(dá)到，這些模具各自具有不同的結(jié)構(gòu)，使得氣流2必須穿過壁板，而不必再在另一個工序中堵塞過濾體1的通道。這種制造方法也用于由套制成的過濾體。每個要制造的套最好僅僅由一種材料制成。
本發(fā)明創(chuàng)造一種耐熱的和可再生的過濾體，它特別適合用來過濾具有不同的顆粒大小分布的含顆粒氣流，而不出現(xiàn)大的壓力損失。由于其結(jié)構(gòu)和加工方法這種過濾體還提供這樣的可能性，可以以與以前所用的過濾器形狀相同的形狀用在迄今為止已知的過濾系統(tǒng)中。因此不必改變已經(jīng)存在的系統(tǒng)。其次所創(chuàng)造的方法使這種價格合適的過濾體也可以作為成批大量生產(chǎn)的產(chǎn)品，而不致使這種過濾體和與之相關(guān)的過濾設(shè)備的價格不必要地提高。
權(quán)利要求
1．具有用于氣流(2)的流通路徑(10)的、用來從流過過濾體(1)的氣流(2)中濾掉顆粒的、耐熱和可再生的過濾體(1)，其中流通路徑(10)相互隔開，并在流通路徑(10)內(nèi)沿氣流方向各自依次設(shè)置至少一個第一過濾級(6)和一個第二、精密過濾級(7)。
2．按權(quán)利要求1的過濾體(1)，其特征在于在過濾體(1)內(nèi)存在三個或更多具有沿氣流方向越來越小的過濾網(wǎng)眼(9.1,9.2,9.3)的過濾級(6、7、8)。
3．按權(quán)利要求1或2的過濾體，其特征在于過濾體(1)由交替的過濾材料層(5；13,13.1,13.2)和不透氣材料層(3,4；12,12.1,12.2)組成，其中過濾材料層(5；13,13.1,13.2)具有沿氣流方向越來越小的過濾網(wǎng)眼(9.1,9.2,9.3)，并且不透氣材料層(3,4；12,12.1,12.2)構(gòu)成導(dǎo)流面(19)，它使氣流(2)兩次或多次轉(zhuǎn)向，使得氣流必須兩次或多次與過濾材料層(5；13,13.1,13.2)相遇。
4．按權(quán)利要求1、2或3的過濾體，其特征在于過濾體(1)可用來從內(nèi)燃機的氣流(2)中濾掉特別是炭黑顆粒。
5．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾體(1)可徑向流通。
6．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾體(1)具有其內(nèi)設(shè)有第一過濾級(6)和第二過濾級(7)的流通管道(17)。
7．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾體(1)具有一個疊置的和/或卷曲成形的帶金屬薄膜的層，其中在這個層內(nèi)做上第一和/或第二過濾器。
8．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于第一和第二過濾器做成連接在一起的過濾器。
9．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾器或過濾級這樣地設(shè)置在一個平面內(nèi)的一個流通管道內(nèi)，使得它在流通管道(17)內(nèi)的可用待凈化氣體供氣的橫截面大于這個流通管道(17)的最小橫截面。
10．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾級(6,7,8)具有一個凹槽(11,11.1,11.2)，過濾級(6,7,8)濾出的顆粒首先積聚在這個凹槽內(nèi)。
11．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾器(1)具有再生裝置。
12．按權(quán)利要求10和11的過濾體(1)，其特征在于過濾級(6,7,8)的再生裝置設(shè)置在盡量靠近凹槽(11)的地方，特別是用來使積聚在那里的顆粒起熱反應(yīng)的裝置。
13．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于過濾體(1)至少局部涂有催化層。
14．按權(quán)利要求13的過濾體(1)，其特征在于過濾體(1)至少具有兩種不同類型的催化活性涂層。
15．按權(quán)利要求14的過濾體(1)，其特征在于在第一過濾級(6)內(nèi)存在特別是對于氧化氮的反應(yīng)所需要的催化活性涂層，并且在至少一個后續(xù)過濾級(7)中存在特別是對于碳?xì)浠衔锏难趸磻?yīng)需要的催化活性涂層。
16．按權(quán)利要求14或15的過濾體(1)，其特征在于過濾材料層(5；13,13.1,13.2)具有一個不同于不透氣材料層(3,4；12,12.1,12.2)的、尤其是降低炭黑燃燒溫度的催化活性涂層，不透氣材料層主要具有氧化反應(yīng)需要的涂層。
17．按上述權(quán)利要求之任一項的過濾體(1)，其特征在于它是可加熱的。
18．按權(quán)利要求17的過濾體(1)，其特征在于第一(6)和/或第二過濾級(7)可直接加熱。
19．耐熱和可再生過濾體(1)的制造方法，此過濾體用來從流過過濾體(1)的特別是內(nèi)燃機的氣流中濾掉顆粒，特別是碳黑顆粒，其中過濾體(1)具有規(guī)定的流道(10)，其特征在于在過濾體(1)內(nèi)的流通路徑(10)的制造過程中同時至少在流通路徑(10)內(nèi)設(shè)置一個第一過濾級(6)和一個第二、精密過濾級(7)，·其中沿通過過濾體(1)的流動方向看，第一和第二過濾級(6、7)一個接一個依次位于流通路徑(10)上。
20．按權(quán)利要求19的方法，其特征在于制造出按權(quán)利要求1至15之任一項的、具第一(6)和第二過濾級(7)的過濾體(1)。
21．按權(quán)利要求19或20的方法，其特征在于·過濾體是擠出成形或燒結(jié)的，·其中它的透氣性通過根據(jù)過濾級(6、7、8)所希望的透氣性從許多具有不同透氣性的擠出成形或燒結(jié)材料從選擇擠出成形或燒結(jié)材料的透氣性加以改變。
全文摘要
本發(fā)明創(chuàng)造一種耐熱和可再生的、尤其是帶催化活性材料涂層的、用來從流過它的氣流(2)中濾掉顆粒的、具有用于氣流(2)的流通路徑的過濾體(1),其中流通路徑(10)相互分開,并且在流通路徑(10)內(nèi)各自沿氣流方向至少依次設(shè)置一個第一過濾級(6)和一個第二、精密過濾級(7),其次創(chuàng)造一種用來制造耐熱和可再生的過濾體(1)的方法,此過濾體用來從流過它的尤其是內(nèi)燃機的氣流(2)中濾掉顆粒,特別是炭黑顆粒,其中過濾體(1)具有規(guī)定的流通路徑(10),這種方法具有以下特征:在制造過濾體(1)內(nèi)的流通路徑(10)的過程中同時至少在流通路徑(10)內(nèi)設(shè)置一個第一過濾級(6)和一個第二,精密過濾級(7),其中從流過過濾體(1)的氣流方向看,第一和第二過濾級(6、7)一個接一個地依次排列在流通路徑(10)上。
文檔編號B01D53/86GK1216087SQ98800082
公開日1999年5月5日 申請日期1998年1月20日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月4日
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