多孔陶瓷过滤器和过滤方法技术

技术编号:20021267 阅读:26 留言:0更新日期:2019-01-06 02:12
本文揭示的微粒过滤系统包含燃料源、燃料燃烧器和多孔陶瓷结构,燃料源包含能够在燃烧之后产生灰的至少一种燃料添加剂。所得到的灰可以沉积在多孔陶瓷结构上,它的量足以改善结构在较短时间段或较短行驶距离上的过滤效率。本文还揭示了包含此类微粒过滤系统和方法用于对来自流体物流的微粒物质进行过滤的交通工具。本文还揭示了对微粒过滤器进行调节以改善初始过滤效率的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔陶瓷过滤器和过滤方法相关申请的交叉参考本申请要求2016年05月17日提交的美国临时申请系列第62/337,552号的优先权,本文以该申请为基础并将其全文通过引用结合于此。
本公开一般地涉及微粒过滤器和从流体物流过滤微粒物质的方法。更具体来说,本公开涉及用于从发动机废气流去除微粒的多孔陶瓷过滤器。
技术介绍
环境方面的问题促使全世界很多地方的人们履行对内燃机的排放要求。虽然已经使用催化转化器来消除废气中存在的许多污染物,但是通常还需要过滤器从废气流去除微粒物质。已经将壁流式微粒过滤器(例如多孔陶瓷蜂窝过滤器)用作发动机废气流的过滤器。但是,随着法律对汽车排放对环境影响的认识提高,排放法规正变得越来越严格。因此,存在对于改进的过滤器和过滤方法的需求。
技术实现思路
在各种实施方式中,本公开涉及微粒过滤系统,其包括:包含至少一种燃料添加剂的燃料源;与燃料源流体连接的燃料燃烧器;和与燃料燃烧器流体连接的多孔陶瓷结构,其中,使得来自燃料燃烧器的包含微粒物质的废气流配置成通过多孔陶瓷结构,其中,所述至少一种燃料添加剂包含至少一种无机组分,所述至少一种无机组分在燃烧之后产生灰,以及其中,所述至少一种燃料添加剂能够产生至少约10mg灰每升燃料燃烧,例如,至少约30mg或者至少约50mg灰每升燃料燃烧。根据各种实施方式,燃料源可以包括柴油燃料或汽油燃料。燃料源的体积范围可以是例如约1升至约500升,例如,约30升至约150升。燃料源可以包括结合了至少一种燃料添加剂的燃料供给,相对于燃料供给的体积,燃料添加剂存在的体积比范围可以是约1:25至约1:500。在某些实施方式中,燃料添加剂包括至少一种无机组分,所述至少一种无机组分含有选自下组的至少一种元素:Si、Al、Sn、Zn、Ti、Ce、Fe、Ca、Mn、Mg、Pb、Sr、V、Y、Zr、Cr、Mo、W、Co、Cu、Sn、Pr,及其组合。示例性多孔陶瓷结构可以包括陶瓷蜂窝体,其包含被多个多孔内壁分隔开的多个通道。由于燃料添加剂的燃烧所产生的灰可以沉积到多孔陶瓷结构的至少一部分表面上,例如,作为膜沉积到外表面或内通道表面上。在一些实施方式中,灰沉积的浓度是至少约10mg/L,例如,至少约30mg/L或者至少约50mg/L,基于多孔陶瓷结构的总体积计。在由于燃料添加剂的燃烧所产生的灰沉积之前,多孔陶瓷结构的初始灰浓度可以是约0mg/L,例如,是“干净的”过滤器。灰组分可以包括但不限于如下物质的氧化物、硫酸盐、碳酸盐、和/或磷酸盐:Si、Al、Zn、Ti、Ce、Fe、Ca、Mn、Mg、Pb、Sr、V、Y、Zr、Cr、Mo、W、Co、Cu、Sn、Pr,及其组合。根据各种实施方式,在灰沉积之前,多孔陶瓷结构可以涂覆至少一种催化剂。本文还揭示了包含微粒过滤系统的交通工具。此类交通工具包含:用于对包含燃料添加剂的燃料(例如,柴油或汽油)(燃料源)进行燃烧的内燃机(燃料燃烧器)和用于对微粒物质进行过滤的多孔陶瓷结构。在一些实施方式中,燃料源可以包括供给到交通工具的初始燃料供给。在初始“磨合(break-in)”阶段之后(例如,行驶距离小于或等于约3000km或者发动机运行时间段小于约72小时之后),可能在多孔陶瓷结构的至少一部分表面上形成包含至少约10mg/L灰的无机膜,例如,至少约30mg/L或至少约50mg/L,相对于多孔陶瓷结构的总体积计。在一些实施方式中,在小于或等于约3000km的磨合阶段之后(例如,约100km至约1000km),多孔陶瓷结构的微粒数量过滤效率(PNFE)可以大于约80%,例如大于约90%。还提供了对来自流体的微粒进行过滤的方法,该方法包括使得流体流动通过如本文所揭示的微粒过滤系统。本文还揭示了对微粒过滤器进行调节的方法,该方法包括:将多孔陶瓷结构放置成与燃料燃烧器流体连接;将包含至少一种燃料添加剂的燃料源供给到燃料燃烧器;使得燃料源燃烧;和使得来自燃料燃烧器的包含微粒物质的废气流通过多孔陶瓷结构,其中,所述至少一种燃料添加剂包含至少一种无机组分,所述至少一种无机组分能够在燃烧之后产生灰,以及其中,所述至少一种燃料添加剂能够产生至少约10mg灰每升燃料燃烧,例如,至少约30mg或者至少约50mg灰每升燃料燃烧。示例性方法可以包括在安装到交通工具中之后对多孔陶瓷结构进行调节,例如,在用于交通工具的初始燃料供给中包含至少一种燃料添加剂,或者在安装到交通工具中之前,对多孔陶瓷结构进行预调节。本文还揭示了包含发动机和发动机尾气处理子系统(其包括过滤器)的交通工具系统,其中,过滤器包含的灰的灰负载是至少约10mg/L,基于过滤器的总体积计,灰包括燃料添加剂的无机残留物,以及其中,过滤器已经暴露于来自发动机的尾气持续小于72小时的发动机运行。本文还揭示了包含过滤器的废气过滤系统,过滤器包含的灰的灰负载是至少约10mg/L,基于过滤器的总体积计,灰包括燃料添加剂的无机残留物,其中,过滤器已经暴露于来自发动机的尾气持续小于72小时的发动机运行。本文还揭示了将过滤器提供给交通工具制造商或者提供给发动机尾气系统制造商的方法,该方法包括通过加速过滤器中的灰负载对过滤器进行调节。在以下的详细描述中给出了本公开的其他特征和优点,其中的部分特征和优点对本领域的技术人员而言,根据所作描述就容易看出,或者通过实施包括以下详细描述、权利要求书以及附图在内的本文所述的方法而被认识。应理解,前面的一般性描述和以下的详细描述都表示本文的各种实施方式,用来提供对于权利要求的性质和特性的总体理解或框架性理解。包括的附图提供了对本文的进一步的理解,附图被结合在本说明书中并构成说明书的一部分。附图以图示形式说明了本公开的各种实施方式,并与说明书一起用来解释本公开的原理和操作。附图说明当结合以下附图阅读时可以进一步理解如下具体实施方式,其中,只要有可能,相同的附图标记用于表示相同元件,以及:图1A-B显示示例性多孔陶瓷蜂窝结构;图2显示根据本公开各种实施方式的示例性微粒过滤系统;图3显示包含根据本公开某些实施方式的微粒过滤系统的交通工具;图4显示以不同行驶循环的交通工具中运行的示例性过滤器的过滤效率演变;图5显示过滤效率与行驶距离的关系图;图6显示过滤效率与消耗的燃料添加剂的体积的关系图;图7显示示例性燃料添加剂的热重分析图;以及图8显示过滤效率与消耗的具有不同灰含量的燃料添加剂的体积的关系图。具体实施方式过滤制品在许多国家已经严格规定了汽油和柴油发动机的微粒数(PN)排放法规,并且为了符合现有和/或将来的环境法规,需要具有高PN过滤效率(PNFE)(例如约为70-90%PNFE)的柴油微粒过滤器(DPF)或汽油微粒过滤器(GPF)来成功地制造和销售交通工具。在过滤器的寿命过程中,可能自然地在过滤器上形成一层灰或烟炱,这可以随着时间推移改善过滤器的PNFE。这种膜的逐渐积累通常被称作“灰调节”,并且可能与用于发动机润滑的油中无机添加剂的燃烧相关,或者在某些情况下,与燃料供给的燃料承载的催化剂(FBC)的添加相关。但是,灰调节是较为缓慢的过程,在形成足够的膜之前,可能需要发动机运行数千公里。此外,不同发动机的润滑剂(油)的消耗是高度变化的,并且会是难以预测的。在一些国家,在对交通工具进行认证测试或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微粒过滤系统,其包括:包含至少一种燃料添加剂的燃料源;与所述燃料源流体连接的燃料燃烧器;以及与所述燃料燃烧器流体连接的多孔陶瓷结构,其中,来自所述燃料燃烧器的包含微粒物质的废气流配置成通过所述多孔陶瓷结构,其中,所述至少一种燃料添加剂包含在燃烧之后产生灰的至少一种无机组分,以及其中,所述至少一种燃料添加剂能够产生至少约10mg灰每升燃料燃烧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.17 US 62/337,5521.一种微粒过滤系统,其包括:包含至少一种燃料添加剂的燃料源;与所述燃料源流体连接的燃料燃烧器;以及与所述燃料燃烧器流体连接的多孔陶瓷结构,其中,来自所述燃料燃烧器的包含微粒物质的废气流配置成通过所述多孔陶瓷结构,其中,所述至少一种燃料添加剂包含在燃烧之后产生灰的至少一种无机组分,以及其中,所述至少一种燃料添加剂能够产生至少约10mg灰每升燃料燃烧。2.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,所述至少一种燃料添加剂能够产生至少约30mg灰每升燃料燃烧。3.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,所述燃料源包括柴油燃料或汽油燃料。4.如权利要求3所述的微粒过滤系统,其特征在于,燃料源体积是约30升至约150升。5.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,燃料源包括结合了所述至少一种燃料添加剂的燃料供给,以及其中,燃料添加剂与燃料供给的体积比是约1:25至约1:500。6.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,所述至少一种无机组分包含选自下组的至少一种元素:Si、Al、Sn、Zn、Ti、Ce、Fe、Ca、Mn、Mg、Pb、Sr、V、Y、Zr、Cr、Mo、W、Co、Cu、Sn、Pr,及其组合。7.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,燃料燃烧器包括内燃机。8.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,多孔陶瓷结构是陶瓷蜂窝体,其包括被多个多孔内壁分隔的多个通道。9.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,多孔陶瓷结构涂覆了至少一种催化剂。10.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,通过燃料添加剂的燃烧所产生的灰沉积到多孔陶瓷结构的至少一部分表面上。11.如权利要求10所述的微粒过滤系统,其特征在于,灰在多孔陶瓷结构的至少一部分的多孔内壁表面上形成膜。12.如权利要求10所述的微粒过滤系统,其特征在于,灰包括如下至少一种:Si、Al、Sn、Zn、Ti、Ce、Fe、Ca、Mn、Mg、Pb、Sr、V、Y、Zr、Cr、Mo、W、Co、Cu、Sn、Pr的氧化物、硫酸盐、碳酸盐或磷酸盐,或其组合。13.如权利要求10所述的微粒过滤系统,其特征在于,灰沉积的浓度是至少约10mg/L,基于多孔陶瓷结构的总体积计。14.如权利要求1所述的微粒过滤系统,其特征在于,多孔陶瓷结构的初始灰浓度约为0mg/L。15.一种交通工具,其包括如权利要求1所述的微粒过滤系统。16.如权利要求15所述的交通工具,其特征在于,燃料源包括交通工具的初始燃料供给。17.如权利要求15所述的交通工具,其特征在于,在小于或等于约3000km的行驶距离之后,在多孔陶瓷结构的至少一部分表面上形成包含至少约10mg/L灰的无机膜,其中,浓度是基于多孔陶瓷结构的总体积计。18.如权利要求15所述的交通工具,其特征在于,在小于或等于约3000km的行驶距离之后,多孔陶瓷结构的颗粒数过滤效率大于约80%。19.如权利要求18...

【专利技术属性】
技术研发人员:D·罗斯
申请(专利权)人:康宁股份有限公司
类型:发明
国别省市:美国,US

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