帶有低深床的局部壁流式陶瓷過濾器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及帶有低深床的局部壁流式陶瓷過濾器。該局部壁流式過濾器具有蜂窩結(jié)構(gòu)，該蜂窩結(jié)構(gòu)包括入口端、出口端、以及多個平行通道，多個平行通道被安置和配置成使流體從入口端流動到出口端。所述通道由多個多孔壁限定。局部壁流式過濾器具有通道在出口端被堵塞的過濾區(qū)域和通道未被堵塞的旁路區(qū)域。過濾材料的N／S率小于或等于大約0.5、小于或等于0.3、小于或等于0.1、甚至等于0。其中N為由深床煙灰引起的壓降差，和S為由餅床煙灰引起的用于調(diào)節(jié)曲線的從0克每升(g/L)到大約5g/L的壓降變化，其中在過濾材料的全壁流式過濾器上測量N和S。
【專利說明】帶有低深床的局部壁流式陶瓷過濾器
[0001]根據(jù)35U.S.C§ 119，本申請主張申請于2013年2月28日的美國臨時申請序列號為61 / 770，514的優(yōu)先權(quán)，和根據(jù)U.S.C § 120，本申請主張申請于2013年12月17日的申請序列號為14 / 108,444的優(yōu)先權(quán)，通過參考其整體而將其內(nèi)容依據(jù)和結(jié)合于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本公開的示例性實施例涉及一種具有增強了過濾性能的局部壁流式陶瓷過濾器和操作具有該局部壁流式陶瓷過濾器的排氣系統(tǒng)以增強過濾性能的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]用于內(nèi)燃機的尾氣再處理系統(tǒng)包括例如用于從如來自柴油車排氣的煙灰的尾氣流中移除顆粒的顆粒過濾器(PF)。最被廣泛使用的顆粒過濾器為壁流式過濾器。壁流式過濾器可包括通過多個相交的多孔壁形成的具有縱向基本平行的單元通道的陶瓷蜂窩體。一些單元通道可被堵塞有陶瓷堵塞接合劑，以在蜂窩體的端面上形成堵塞模式。過濾器的單元通道在蜂窩體的入口端具有一些未被堵塞的端部，以作為入口通道使用。可在蜂窩基底的出口端上將入口通道堵塞?？稍诜涓C基底的入口端堵塞其余的單元通道，用在蜂窩基底的出口端未被堵塞的一些端部作為出口通道。在使用中，包含被夾帶的煙塵顆粒的尾氣進入未被堵塞的入口通道，流過多孔壁(壁流)且進入出口通道，和通過未被堵塞的出口通道退出，其中多孔壁保留了先前被夾帶在尾氣中的一部分顆粒。 [0004]在壁流式過濾器的設(shè)計中，可在蜂窩基底的入口端或出口端堵塞每一個通道，以使尾氣在入口端進入開啟的通道。在出口端堵塞入口通道，和因此氣體被迫穿過多孔壁進入出口端被開啟但是入口端被堵塞的相鄰?fù)ǖ?，以退出過濾器。顆粒物質(zhì)的過濾在氣體被迫穿過多孔壁時完成。已用壁流式過濾器實現(xiàn)了大于90%的過濾效率。
[0005]可清潔壁流式過濾器以防止過濾器被阻塞和維持過濾器兩端的適當(dāng)壓降低于規(guī)定限額。增大過濾器兩端的壓降通常導(dǎo)致增大針對發(fā)動機的背壓，如果不對其控制，可能造成不利的功率損耗。清潔過濾器的一種方法是通過熱再生移除過濾器中被夾帶的煙灰。再生是被動的或者是主動的或者是其組合。在被動再生中，進入過濾器的尾氣的入口溫度是足夠高的，以一旦滿足穩(wěn)定狀態(tài)下的發(fā)動機運轉(zhuǎn)條件，在大體連續(xù)的基礎(chǔ)上引發(fā)被夾帶在壁流式過濾器中的煙灰的燃燒。在主動再生中，過濾器的位置使過濾器的溫度相對較低并可能要求額外的能量輸入以將排氣(和過濾器)的溫度升高到造成被夾帶在過濾器中的煙灰燃燒的一定水平。可通過將燃料后注入與位于過濾器上游的氧化催化劑相結(jié)合的排氣中來提供額外的能量輸入。
[0006]基于主動再生的排氣后處理系統(tǒng)已成為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，因為其在更低的排氣溫度上理想地操作并保證了通過主動引發(fā)再生在不同的發(fā)動機占空比之下適當(dāng)?shù)匾瞥裏熁摇Ｔ诹硪环矫?，主動再生帶來燃料的?jīng)濟處罰。而且，壁流過濾器可展現(xiàn)相對較高的背壓。
[0007]例如，局部壁流式過濾器包括如上所述的局部壁流和局部流通的任何陶瓷蜂窩體，其中一些通道或多孔網(wǎng)或其它通路在兩個端部上是開啟的并允許包含被夾帶的煙灰顆粒的尾氣自蜂窩基底的入口端到出口端而流經(jīng)單元通道。局部壁流式過濾器可被用于后處理系統(tǒng)，例如，改裝的柴油和汽油越野車，其缺乏精巧的控制、煙灰載荷估算、或先進的再生策略以通過主動再生來調(diào)節(jié)壓降。在這種系統(tǒng)中，局部壁流式過濾器在低煙灰載荷上可展現(xiàn)出相對較低的壓降并允許顆粒物質(zhì)在較高的煙灰載荷上旁路通過，直到在利于被動再生的驅(qū)動條件下可再生過濾器。
[0008]在該【背景技術(shù)】中揭露的上述信息僅用于增強對本發(fā)明的【背景技術(shù)】的理解，因此其可包含沒有形成現(xiàn)有技術(shù)的、也沒有由現(xiàn)有技術(shù)對本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員提出建議的任何部分的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本公開的示例性實施例提供一種用于改進過濾效率的帶有低深床煙灰載荷的局部壁流式顆粒過濾器。
[0010]本公開的示例性實施例還提供一種操作排氣系統(tǒng)的方法，該排氣系統(tǒng)包括用于改進過濾效率的帶有低深床煙灰載荷的局部壁流式顆粒過濾器。
[0011]主張權(quán)利要求的本發(fā)明的附加特征將在下面的詳細描述中提出，和由詳細描述將部分地變得明顯，或通過對主張權(quán)利要求的發(fā)明的實踐中獲知。
[0012]一種示例性的實施例揭露了一種局部壁流式過濾器。局部壁流式過濾器包括蜂窩結(jié)構(gòu)，蜂窩結(jié)構(gòu)具有入口端、出口端、以及平行通道，所述平行通道被安置和配置成使流體從入口端流動到出口端，所述通道由多個多孔壁限定。局部壁流式過濾器包括至少一個過濾區(qū)域和至少一個旁路區(qū)域，其中過濾區(qū)域包括在出口端上被堵塞的通道，旁路區(qū)域包括未被堵塞的通道。過濾材料的N/S率小于或等于大約0.5，其中N為由深床煙灰引起的壓降差，S為由餅床煙灰引起的用于調(diào)節(jié)曲線的從O克每升(g/L)到大約5g / L的壓降變化，其中在過濾材料的全壁流式過濾器上測量N和S。
[0013]一種示例性的實施例還揭露了一種操作排氣系統(tǒng)的方法，該方法包括將具有被夾帶顆粒物質(zhì)的尾氣引導(dǎo)到局部壁流式過濾器。該方法包括使具有被夾帶顆粒物質(zhì)的尾氣通過局部壁流式過濾器，以使一些顆粒物質(zhì)被捕獲，一些顆粒物質(zhì)通過流通通道。
[0014]可以理解的是，前面的大體描述和接下來的詳細描述是示例性的和解釋性的和被旨在提供如權(quán)利要求的對本發(fā)明進一步的解釋。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]所包括的附圖提供對主張權(quán)利的本發(fā)明的進一步理解和被結(jié)合在和構(gòu)成本說明書的一部分，本公開的不意的不例性實施例與詳細描述一起作為對主張權(quán)利的本發(fā)明原理的解釋。
[0016]圖1A和IB為根據(jù)本公開的舉例性實施例的柴油排氣系統(tǒng)示意圖。
[0017]圖2A為用于圖1A和IB的排氣系統(tǒng)中的根據(jù)本公開的示例性實施例的局部壁流式過濾器的透視圖，圖2B為圖2A的局部壁流式過濾器的入口端的放大部分，示出了所有通道在入口 ％5被堵塞。
[0018]圖3為根據(jù)本公開的示例性實施例的局部壁流式過濾器的剖面示圖，示出了在入口端未被堵塞的通道和在過濾器的出口端被堵塞的較大通道。[0019]圖4為圖2A的局部壁流式過濾器的出口端的放大部分，示出了根據(jù)本公開的示例性實施例的過濾器的出口端被堵塞的較大通道。
[0020]圖5為作為用于全壁流顆粒過濾器的煙灰載荷的函數(shù)的壓降響應(yīng)示意圖。
[0021]圖6為用于根據(jù)本公開的示例性實施例的局部壁流過式濾器的流體分配示意圖。
[0022]圖7為作為用于全壁流顆粒過濾器的煙灰載荷的函數(shù)的過濾效率示意圖。
[0023]圖8為用于全壁流濾波器的壓降響應(yīng)示意圖。
[0024]圖9A為在過濾區(qū)域通道(入口通道)的多孔壁上安置的涂層的示意圖，和圖9B示出了安置在根據(jù)本公開的示例性實施例的旁路區(qū)域通道(出口通道)的多孔壁上的涂層。
[0025]圖10為表明用調(diào)節(jié)改進過濾效率的數(shù)據(jù)圖形。
【具體實施方式】
[0026]參考示出了示例性實施例的附圖，在下文中將更充分地描述本公開。然而，權(quán)利要求可以由多種不同的形式具體化且不應(yīng)被解釋為局限于此處所提出的實施例。而且，提供這些實施例以使本公開更詳盡，并向本【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員充分地傳達權(quán)利要求的范圍。在附圖中，為了清晰可見，可放大層和區(qū)域的尺寸和相對尺寸。附圖中相同的參考標(biāo)號指明相同的元件。
[0027]將被理解的是，當(dāng)元件被稱為“在另一元件上”或“被連接到”另一元件時，其可為直接在另一元件上或直接連接到另一元件，或可呈現(xiàn)中介元件。相反地，當(dāng)元件被稱為“直接在另一元件上”或“直接被連接到”另一元件時，沒有呈現(xiàn)中介元件。將被理解的是，為了實現(xiàn)本公開的目的，“X，Y和Z中的至少一個”可被解釋為僅X、僅Y、僅Z，或X，Y和Z中的兩項或多項的任意組合(例如，XYZ, XYY, YZ, ZZ)。
[0028]圖1A描繪了排氣系統(tǒng)100，用于從如柴油發(fā)動機或汽油發(fā)動機的內(nèi)燃機107的排氣集管105通風(fēng)排氣。如圖所示，排氣系統(tǒng)100包括帶有入口端101和出口端103的排氣管路102。入口端101通過排氣集管105被聯(lián)接到發(fā)動機107上。入口端101可包括連接裝置104，其可采用任意適合的形式。例如，連接裝置104可為凸緣，該凸緣可被聯(lián)接到在排氣集管105的連接部分109上的相似的凸緣上。雖然所示的排氣管路102大體是直的，實際上其可采用其它形狀并可包括直的和彎曲的剖面和/或不同直徑的剖面。
[0029]排氣系統(tǒng)100包括被相鄰于排氣管路102的入口端101安置的如此處所描述的局部壁流式過濾器的第一顆粒過濾器106。第一過濾器106相對發(fā)動機107以及排氣集管105可處于“緊密聯(lián)接”位置上。在該“緊密聯(lián)接”位置上，當(dāng)與下游(第二)過濾器比較時，第一顆粒過濾器106利用較高伴隨排氣溫度來影響被捕獲煙灰的實質(zhì)上更大范圍的“被動”再生。此處所使用的術(shù)語“緊密聯(lián)接”，表示過濾器在緊密接近發(fā)動機107的排氣流的位置上，和更具體地，當(dāng)沿排氣流的路徑測量時，緊密接近發(fā)動機的燃燒室。例如，如果沒有呈現(xiàn)渦輪增壓器111，在排氣集管之后定位第一過濾器106呈現(xiàn)了緊密聯(lián)接(圖1A)。例如，當(dāng)呈現(xiàn)渦輪增壓器111時，在渦輪增壓器111之后的第一過濾器106被緊密聯(lián)接(圖1B)。在圖1A中示出的例子中，渦輪增壓器111被定位在排氣管路102中，第一顆粒過濾器106被定位在渦輪增壓器111的上游，以使熱氣直接撞擊第一過濾器106。在另一實施例中，第一過濾器106被直接定位在渦輪增壓器111的下游(見圖1B)。在緊密聯(lián)接的位置上，第一過濾器106可經(jīng)歷在操作周期上的250°C或大量更高、高于10%或甚至高于20%的溫度條件。這些條件提升了大量的“被動”再生。
[0030]在一些實施例中，排氣系統(tǒng)100可進一步包括被定位在排氣管路102中的第二顆粒過濾器108，并與第一顆粒過濾器106間隔一定距離(d)。在被示于圖1A，IB的示例中，第二顆粒過濾器108可被定位在渦輪增壓器111的下游。附加顆粒過濾器可被定位在排氣管路102中、第二顆粒過濾器108的下游以滿足所希望得到的過濾和背壓要求。上游氧化催化劑114在第二顆粒過濾器108之前。例如，圖中未示，上游氧化催化劑(DOC)還可在第一顆粒過濾器106之前。例如，對于重型柴油(HDD)應(yīng)用，一種布置可包括在集管104和第一顆粒過濾器106之間的氧化催化劑114，其中氧化催化劑114和第一顆粒過濾器106可在車身底部(UB)的位置上。如另一例子，對于輕型柴油(LDD)應(yīng)用，一種布置可包括在集管104和第一顆粒過濾器106之間的氧化催化劑114，其中氧化催化劑114和第一顆粒過濾器106可在緊密聯(lián)接位置上且第二顆粒過濾器108在UB位置上。在柴油發(fā)動機107的例子中，氧化催化劑可為柴油氧化催化劑(DOC)，其可與任何已知的活性催化物質(zhì)相結(jié)合用于凈化排氣，如在本【技術(shù)領(lǐng)域】中已知的，用于氧化一氧化碳、碳氫化合物、顆粒的可溶性有機成分的催化物質(zhì)。排氣系統(tǒng)100可進一步包括的設(shè)備如顆粒過濾器106，108的入口和出口端上的擴散和膨脹錐體110，112，以有助于在顆粒過濾器中達到要求的排氣流分配、和/或排氣管路102的尺寸和重量的減小。
[0031]如圖1A中的箭頭116所指示的，在發(fā)動機107的正常操作中，如在柴油發(fā)動機的操作中，來自發(fā)動機107和排氣集管105的排氣接續(xù)通過第一顆粒過濾器106、渦輪增壓器111 (如果呈現(xiàn))、氧化催化劑114 (如果呈現(xiàn))、和第二顆粒過濾器108。當(dāng)排氣經(jīng)過第一和第二顆粒過濾器106，108時，排氣中的顆粒被捕獲在第一和第二顆粒過濾器106，108內(nèi)。更具體地，部分煙灰被捕獲在第一過濾器中，而一些余留煙灰被捕獲在第二過濾器中。第一顆粒過濾器106和第二顆粒過濾器108均可在緊密聯(lián)接位置上或第一顆粒過濾器106和第二顆粒過濾器108均可在UB位置上。
[0032]根據(jù)一些實施例，第一顆粒過濾器106可為局部壁流式過濾器。此處所定義的局部壁流式過濾器為具有形成通道的多孔壁的顆粒過濾器，其中一些通道在過濾區(qū)域上被堵塞，一些通道在旁路區(qū)域上完全未被堵塞(“流通通道”)。與全壁流式過濾器相比，這種局部壁流式過濾器大體具有相對低的壓降，其中在全壁流式過濾器的情形中，所有通道都被堵塞(例如，或者在入口端或者在出口端)。根據(jù)一些其它實施例，第二顆粒過濾器108還為局部壁流式過濾器。在一些其它實施例中，僅過濾器106和108中的一個為局部壁流式過濾器。在一些其它實施例中，僅過濾器106和108中的一個被用于排氣系統(tǒng)100。
[0033]在一例子中，第一顆粒過濾器106足夠小到以適用在排氣集管105和渦輪增壓器111之間、或正好在渦輪增壓器111下游的排氣集管105附近的可用空間內(nèi)。因為第二顆粒過濾器108提供需要滿足過濾需求的附加體積，需要容置第一顆粒過濾器106的物理空間(體積)可比容置第二顆粒過濾器108的空間(體積)相對較小。在一些執(zhí)行中，例如，第二顆粒過濾器108為全壁流式過濾器。然而，因為過濾器在緊密聯(lián)接位置上的尺寸和壓降要求，全壁流過濾器典型地不適合用作第一顆粒過濾器106。更具體地，第一過濾器展現(xiàn)低壓降是可取的。因為低壓降需求，相較于第二過濾器108，第一顆粒過濾器106可提供更低的過濾效率(即，在排氣中捕獲的較低顆粒百分比)。如一個例子，第一顆粒過濾器106可具有小于大約80%的初始或“清潔”過濾效率(FE@0g / L)。然而，根據(jù)一些實施例，可達到初始過濾效率 FE@Og/L ≤ 20%、或 FEOOg /L^ 30%,FEiOg /L^ 40%、或 FEOOg /L≤50%。如此處所使用的，用載荷在過濾器中的顆粒煙灰百分比表達過濾效率(FE)(即，每升過濾器體積的煙灰克數(shù)，或g / L)。“清潔的”過濾器將具有零(0)g / L的煙灰載荷。
[0034]在一種廣泛的方面中，此處所揭露的局部壁流式過濾器包括形成具有對稱尺寸的通道的多個多孔壁，其中呈現(xiàn)了一些被堵塞的通道和一些未被堵塞的流通通道。在一種實施例中，相鄰的通道在尺寸上是對稱的和由液壓直徑Dhl和Dh2定義，以使比率Dhl和Dh2在1.1和1.6之間。在一種實施例中，通道在過濾器的入口端是未被堵塞的，和較大的通道(具有液壓直徑Dhl)在過濾器的出口端被堵塞。在一種實施例中，所有的較大通道均在出口端被堵塞。在另一種實施例中，少于所有的較大通道在出口端被堵塞，以使較大通道中的一些是流通通道。在一種實施例中，過濾器具有的長度直徑比在0.2和3之間。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有橫向厚度(t)，其中t < 457μπι。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有平均孔徑(MPD)，其中MPD < 20 μ m。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有總孔隙率(％?)，其中％?≤40%。在一些實施例中，過濾器的通道具有單元密度(⑶)，其中⑶ >每平方英寸200個單元(cpsi)。在一些實施例中，過濾器具有上面描述的壁厚t、平均孔徑MPD、總孔隙率％ P、和/或單元密度⑶的組合。
[0035]根據(jù)另一方面，提供一種操作排氣系統(tǒng)的方法，方法包括提供具有多個多孔壁的局部壁流式過濾器，多孔壁形成具有對稱尺寸的通道，其中，呈現(xiàn)有一些被堵塞的通道和一些未被堵塞的流通通道。在一些實施例中，相鄰的通道在尺寸上是對稱的和由液壓直徑Dhl和Dh2定義，以使比率Dhl和Dh2在1.1和1.6之間。在一種實施例中，通道在過濾器的入口端是未被堵塞的，較大的通道(具有液壓直徑Dhl)在過濾器的出口端被堵塞。在一種實施例中，所有的較大通道均在出口端被堵塞。在另一種實施例中，少于所有的較大通道在出口端被堵塞，以使較大通道中的一些是流通通道。在一種實施例中，過濾器具有的長度直徑比在0.2和3之間。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有橫向厚度(0，其中〖< 457口111。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有平均孔徑(MPD)，其中MPD < 20 μ m。在一些實施例中，過濾器的多孔壁具有總孔隙率P)，其中％ P≤40%。在一些實施例中，過濾器的通道具有單元密度(⑶)，其中⑶ > 每平方英寸200個單元(cpsi)。在一些實施例中，過濾器具有以上描述的壁厚t、平均孔徑MPD、總孔隙率％ P、和/或單元密度⑶的組合。
[0036]如此處所描述的，帶有對稱通道尺寸的局部過濾器在入口端未被堵塞和具有在出口端被堵塞的至少一部分大通道導(dǎo)致過濾器性能產(chǎn)生高過濾效率(例如，大于50% )和在低煙灰載荷(即，接近Og / L)上的低壓降，和在高煙灰載荷水平(大于5g/L)上的低過濾效率(例如，小于10% )。通過具有不是所有的較大通道在過濾器出口端被堵塞的過濾器可進一步增加過濾效率(FE)與煙灰載荷的斜率。通過在低煙灰載荷水平上要求的最小過濾效率確定未被堵塞的大通道的數(shù)量。
[0037]進一步的實施例包括具有優(yōu)秀性能的局部壁流式過濾器，用于上面描述的排氣系統(tǒng)。應(yīng)該理解的是，可在排氣系統(tǒng)中將局部壁流式過濾器用作系統(tǒng)中的唯一排氣處理部件。例如，系統(tǒng)可僅包括或者被催化或者不被催化的局部壁流式過濾器。任選地，局部壁流式過濾器可被與其它傳統(tǒng)排氣處理部件相組合使用，局部壁流式過濾器為系統(tǒng)中的唯一過濾器。例如，氧化催化劑(如，D0C)或NOx處理部件可被與局部壁流式過濾器相組合采用。例如，局部壁流式過濾器可在上游氧化催化劑部件之前。如所討論的，催化劑可被應(yīng)用于局部壁流式過濾器的壁，如用于處理一氧化碳、碳氫化合物、和/或氮氧化物，如氧化催化劑、可選催化還原催化劑、稀燃NOx捕獲催化劑，或稀燃NOx催化劑。氧化催化劑可包含適當(dāng)?shù)娜玢f、銠、和鈀的貴金屬?？蛇x催化還原催化劑可包括堿金屬氧化物，堿金屬氧化物例如包含釩、鎢、氧化鈦、氧化鈰、氧化鋯、鈰-鋯、鐵以及它們的混合物、如FAU、MF1、MEL、BEA、CHA和其它的不同晶體結(jié)構(gòu)的沸石材料；不同晶體結(jié)構(gòu)的SAPO材料。例如，稀燃NOx捕獲催化劑可包括含有堿土金屬的存儲材料混合物，堿土金屬例如Ba、K、L1、Na、Ca和Sr，與例如氧化鋁、氧化鈰、氧化鋯、鎢、硅等或它們的混合物的高表面區(qū)域氧化材料相組合，和例如Pt、Rh和Pd的貴金屬。稀燃NOx催化劑為各種沸石基或氧化鋁基、貴金屬或堿金屬基催化劑。
[0038]現(xiàn)在更詳細地描述具有對稱通道尺寸的蜂窩局部壁流式過濾器200，參考圖2A和2B示出和描述了一種示例性實施例。圖2A示出的局部過濾器200具有柱狀體202，柱狀體202的剖面形狀由外皮(或周壁)204限定。外皮204的輪廓為典型的圓形或橢圓形，但是實施例不限制于任何特定的外皮輪廓。柱狀體202具有互連的多孔壁206陣列，多孔壁206與外皮204相交。多孔壁206在柱狀體202中限定第一通道208和第二通道210網(wǎng)格。第一和第二通道208，210沿柱狀體202的長度縱向延伸。第一通道208具有第一液壓直徑Dhl，第二通道210具有第二液壓直徑Dh2。在一種實施例中，Dhl和Dh2的比率在1.1和
1.6之間。然而，在另一種實施例中，Dhl和Dh2的比率可包括1.0。典型地，通過擠壓成型柱狀體202。典型地，柱狀體202由如堇青石、鈦酸鋁或碳化硅的陶瓷材料制成，但還可由如玻璃、陶瓷玻璃、金屬、和各種金屬氧化物的其它可擠壓材料制成。蜂窩過濾器200具有用于接收如尾氣流的流體的入口端212、和出口或退出端214，被過濾的流體可通過出口或退出端214退出蜂窩過濾器。
[0039]如此命名局部壁流式過濾器200是因為其展現(xiàn)了被堵塞通道和未被堵塞的流通通道的組合。在旁路區(qū)域的未被堵塞的流通通道中，流體直線通過通道，即不通過壁。在過濾區(qū)域的被堵塞通道中，一些流體流經(jīng)壁。因此，所述“局部”指示僅一部分流體通過多孔壁，而部分流體流經(jīng)過濾器而沒有流經(jīng)壁。
[0040]在一種實施例中，至少一部分第一組通道208為被堵塞通道，第二組通道210為未被堵塞的流通通道。這與所有通道208，210均被端部堵塞(或者在入口端212或在出口端214)的全壁流式過濾器不同。在鄰近過濾器的出口端214之處、即在出口端214或出口端214附近(圖3和圖4)堵塞通道208。包括該配置和大于45%的高壁孔隙率的實施例展現(xiàn)了作為煙灰載荷函數(shù)的相對最小的壓降。在一些實施例中，例如可在通道208的出口端214處提供塞頭216。在其它實施例中，可在與出口端間隔的位置上提供塞頭216。典型地，塞頭216的材料由例如堇青石、鈦酸鋁或碳化硅的陶瓷材料制成。
[0041]在一些實施例中，例如可在少于所有通道208的出口端214提供塞頭216，留下的一部分通道208如流通通道那樣是開啟的(未被堵塞)。在一些實施例中，沿其長度未被堵塞的未被堵塞流通通道208穿過過濾器表面在堵塞的通道208之中被均勻地公布。
[0042]圖2B示出了蜂窩過濾器200的通道結(jié)構(gòu)的特寫視圖。各個第一通道208被第二通道210鄰接和反之亦然。蜂窩過濾器200可包括分別具有較大和較小液壓直徑的較大和較小通道208，210。然而，根據(jù)另一示例性實施例，通道208，210可具有相同的尺寸和液壓直徑。在示圖中，通道208，210具有大體正方形的幾何形狀。在一些實施例中，通道的角部可被提供有圓角或斜角。在一些實施例中，可選定圓角或斜角的尺寸使較大單元208的液壓直徑最大化，用于被選定的單元密度和被關(guān)閉的正面區(qū)域。
[0043]如下定義單元的液壓直徑Dh:
【權(quán)利要求】
1.一種局部壁流式過濾器，包括: 蜂窩結(jié)構(gòu)，所述蜂窩結(jié)構(gòu)包括入口端、出口端、以及多個平行通道，所述多個平行通道被安置和配置成使流體從入口端流動到出口端，所述通道由多個多孔壁限定； 至少一個過濾區(qū)域和至少一個旁路區(qū)域，其中所述過濾區(qū)域包括在出口端被堵塞的通道，所述旁路區(qū)域包括未被堵塞的通道；和 過濾材料的N / S率小于或等于大約0.5，其中N為由深床煙灰引起的在全壁流式過濾器中的過濾材料的壓降差，S為由餅床煙灰引起的在全壁流式過濾器中的用于調(diào)節(jié)曲線的從O克每升(g/L)到大約5g/L的過濾材料的壓降變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述局部壁流式過濾器包括堇青石、鈦酸鋁(AT)和碳化硅中的至少一種陶瓷材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，進一步包括被安置在旁路區(qū)域的壁表面上的涂層，其中所述過濾區(qū)域的壁表面沒有被安置的涂層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.3。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.1。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述過濾區(qū)域的通道具有的液壓直徑大于所述旁路區(qū)域的通道的液壓直徑。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，進一步包括被安置在所述旁路區(qū)域的壁內(nèi)側(cè)的涂層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，進一步包括被安置在所述旁路區(qū)域的壁內(nèi)側(cè)的涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.3。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.1。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述過濾區(qū)域的通道具有的液壓直徑大于所述旁路區(qū)域的通道的液壓直徑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，進一步包括被安置在所述旁路區(qū)域和所述過濾區(qū)域的壁表面上的調(diào)節(jié)層，所述調(diào)節(jié)層包括煙灰或灰燼，其中所述多孔壁上基本沒有深床煙灰。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.3。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/ S率小于或等于0.1。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述過濾區(qū)域的通道具有的液壓直徑大于所述旁路區(qū)域的通道的液壓直徑。
16.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/S率小于或等于0.3。
17.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述N/S率小于或等于0.1。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2中任意一項所述的局部壁流式過濾器，其特征在于，所述過濾區(qū)域的通道具有的液壓直徑大于所述旁路區(qū)域的通道的液壓直徑。
19.一種操作排氣系統(tǒng)的方法，包括: 將具有被夾帶在其中的顆粒物質(zhì)的尾氣引導(dǎo)到局部壁流式過濾器，所述局部壁流式過濾器具有入口端、出口端、以及多個平行通道，所述多個平行通道被安置和配置成使流體從入口端流動到出口端，所述通道由多個多孔壁限定，所述局部壁流式過濾器包括至少一個過濾區(qū)域和至少一個旁路區(qū)域，其中所述過濾區(qū)域包括在出口端被堵塞的通道，所述旁路區(qū)域包括未被堵塞的通道，所述局部壁流式過濾器所包括的過濾材料的N / S率小于或等于大約0.5，其中N為由深床煙灰引起的在全壁流式過濾器中的過濾材料的壓降差，S為由餅床煙灰引起的在全壁流式過濾器中的用于調(diào)節(jié)曲線的從O克每升(g / L)到大約5g/L的過濾材料的壓降變化；和 使具有被夾帶在其中的顆粒物質(zhì)的尾氣通過所述局部壁流式過濾器，其中一些顆粒物質(zhì)被捕獲，一些顆粒物質(zhì)通過流通通道。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，進一步包括: 將深床煙灰沉積在所述多孔壁上； 將餅床煙灰沉積在所述多孔壁上；和 燒盡來自所述多孔壁內(nèi)的深床煙灰，同時將餅床煙灰層保持在所述多孔壁上。
【文檔編號】F01N3/022GK104018916SQ201410141401
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年2月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月28日
【發(fā)明者】何蘇浩, A·K-E·海貝爾 申請人:康寧股份有限公司