揭示了薄壁多孔陶瓷壁流式过滤器。该过滤器产生相对较低的压降以及相对高的初始过滤效率(FE0)，而且可以将该过滤器封装在较小的体积中。该过滤器包括多个形成孔道的多孔陶瓷壁。这些孔道中的至少一些是堵塞的，迫使一些废气通过所述壁，从而滤除夹带的微粒。所述壁的壁厚度(T壁)为102微米≤T壁＜279微米，其中值孔径(MPD)为10＜T壁/MPD，还可以＜40。与壁厚度(T壁)相比相对小的中值孔径(MPD)使得可以使用较薄的陶瓷壁提供比较厚的壁更小的流动阻力，同时保持足够的初始过滤效率(FE0)。而且，这种薄壁过滤器结构以及不相等的进口/出口面积比(Ai/Ao)使得可以额外地缩短过滤器的长度。
【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】揭示了薄壁多孔陶瓷壁流式过滤器。该过滤器产生相对较低的压降以及相对高的初始过滤效率（FE0)，而且可以将该过滤器封装在较小的体积中。该过滤器包括多个形成孔道的多孔陶瓷壁。这些孔道中的至少一些是堵塞的，迫使一些废气通过所述壁，从而滤除夹带的微粒。所述壁的壁厚度（?)为102微米彡279微米，其中值孔径（MPD)为10<1?/MPD，还可以<40。与壁厚度On)相比相对小的中值孔径（MPD)使得可以使用较薄的陶瓷壁提供比较厚的壁更小的流动阻力，同时保持足够的初始过滤效率（FE0)。而且，这种薄壁过滤器结构以及不相等的进口/出口面积比（Ai/Ao)使得可以额外地缩短过滤器的长度。【专利说明】薄壁多孔陶瓷壁流式过滤器本专利技术专利申请是国际申请号为PCT/US2008/009951，国际申请日为2008年8月21日，进入中国国家阶段的申请号为200880105212.9、专利技术名称为“薄壁多孔陶瓷壁流式过滤器”的专利技术专利申请的分案申请。专利
本专利技术涉及多孔陶瓷壁流式过滤器，具体涉及薄壁多孔陶瓷壁流式过滤器。专利技术背景柴油机微粒过滤器是现有技术中已知的；美国专利第4329162、4420316、4416676和6206944号中描述了它们的例子。目前生产的这些柴油机微粒过滤器(也称为壁流式过滤器、柴油机微粒阱、蜂窝过滤器或排气过滤器)包括多孔陶瓷壁的网状结构，所述壁的壁厚度为12-30密耳(305-762微米)，所述壁从柴油机排气流过滤出烟炱颗粒。这些多孔陶瓷壁整体互连形成气体传导孔道的基质，这些孔道的横截面形状通常为例如正方形、圆形、矩形、三角形、八边形、六边形或它们的组合。陶瓷孔道的基质的外部区域可以由外皮包围，以形成单独一体结构，该结构的形状例如可以是圆柱形，但是可包括应用所要求的任何横截面形状。这些柴油机微粒壁流式过滤器具有用于接受废气的进口端，和用于在过滤之后排出这些气体的出口端。这些孔道由多个多孔陶瓷壁限定，这些壁一般在所述进口端和出口端之间伸长和延伸。对这些多孔陶瓷壁进行排列和设置，一般限定蜂窝结构，该结构的孔密度(CD)约为10-400个孔/平方英寸(cpsi)。由所述多个传导气体的孔限定的孔可以在各端部按例如“棋盘格”图案堵塞；所有进口孔道在出口端堵塞，所有出口孔道在进口端堵塞。这种对结构的堵塞迫使柴油机排气流过多孔陶瓷壁，从而过滤出柴油发动机排气内产生的烟炱颗粒，因此称为“壁流式”。在操作中，排气中的烟炱颗粒被截留在进口孔道的壁上或被截留在壁的孔隙中。随着烟炱颗粒累积在形成孔的陶瓷壁的气体进口侧上，过滤器上的压降(加载了烟炱的背压)增大。在一些应用中，因为烟炱的累积，过滤器的压降变得不可接受地高，必须对过滤器进行热再生。因此，通常要使孔周期性地暴露于引发“燃尽周期”的条件下，“燃尽周期”设计成用于烧蚀(ablate)累积的烟炱颗粒并将其转化成灰。热再生周期完成之后，使该过滤器再次恢复至一般的低背压水平。其他应用可包括明显量的被动再生，使得烟炱在操作中连续转化成灰。在任何情况中，对灰的管理是重要的考虑因素。对于实际应用，过滤器的目的是实现某些重要的性能标准。最重要的有，相对低的压降和相对高的过滤效率。另外，实现相对高的强度以及热耐久性和机械耐久性也是重要的考虑因素。例如，热耐久性是重要的，因为柴油机微粒过滤器的基质的居中陶瓷壁在燃尽周期中可能升高至非常高的温度(超过800°C)，而外皮可能只加热至低得多的温度。所导致的基质芯和外皮之间的温差(有时候为500°C以上)可能在过滤器中产生相当大的热梯度。这些梯度在微粒过滤器中产生可能有害的热应力。机械耐久性也是有利的，因为过滤器在制造和安装过程中经受机械应力，而且在过滤器操作过程中受到向陶瓷壁施加的压力的作用。低的压降有利于尽可能减小对有效排出排气的干扰，该干扰会使发动机中的功率降低。而且，在某些应用中，要求初始过滤效率(FEO)相对较高，从而在初始时实现从排气充分去除微粒物质。对于在操作时经历大百分比的被动再生的过滤器而言，这是特别有利的。已经证明要达到这些组合的过滤器是非常困难的。而且，虽然目前的商品化过滤器提供可接受的性能组合，但是它们不能实现上述性质的优越组合。对用于排气系统的指定体积的过滤器，降低其压降的一种简单途径是减小形成孔的陶瓷壁的厚度。这些较薄的壁对通过该陶瓷壁的排气流呈现较低的阻力。但是，根据陶瓷过滤器领域中先前的学说，通过为柴油机微粒过滤器提供厚度小于12.0密耳的较薄的陶瓷壁所获得的任何压降优势将超过机械强度降低和初始过滤效率降低的组合劣势。另夕卜，这些较薄的壁还具有降低的本体热容量，在燃尽周期中可能导致高温和高热梯度，以及可能要求较高频率的燃料消耗性燃尽周期以烧蚀累积的烟炱(按主动再生方案)，从而保持可接受的低的操作压降。对于堇青石陶瓷材料尤其如此。因此，已经证明壁流式过滤器很难能够保持相对高的初始过滤效率和相对低的压降。因此，已经证明实现相对高的初始过滤效率和相对低的压降、以及还表现出足够的机械强度和/或足够的体相热容量的这些组合属性当然甚至是更困难的。专利技术概述一般而言，揭示了多孔陶瓷壁流式过滤器。这种过滤器例如特别适合作为微粒过滤器，可用于发动机排气过滤应用，例如用于柴油机排气过滤。所揭示的过滤器可实现的一种杰出的优点是，可以将所述多孔陶瓷壁流式过滤器封装在比以前的过滤器设计小得多的体积内。这对于排气后处理系统升级(翻新应用)尤其重要。例如，升级的系统除了微粒烟炱过滤之外可能要求NOx处理。在这些升级中，一般来说，可能需要将额外的陶瓷基材部件容纳在相同或类似空间的外壳内，以解决NOx处理问题。因此，本专利技术的一个大优势在于，可以使用明显较小(体积或长度方面)的过滤器。因此，本专利技术可以有额外的外壳空间用于容纳这些额外的后处理部件。而且，本专利技术的另一个大优势在于，可以将初始过滤效率(FEO)与无负荷(clean)背压降(APc)组合，这是以前无法实现的。因此，根据本专利技术的实施方式，提供了一种陶瓷壁流式过滤器，该过滤器包括多个形成孔道的多孔陶瓷壁，这些孔道中的至少一些包括堵塞物，其中这些壁的厚度(T11)大于或等于102密耳279微米)且小于11.0密耳(〈279微米)，所述多孔壁呈现中值孔径(MPD)，并提供比值(WP)，该比值定义为WP = Tlt/MPD,使得WP > 10。为了确保足够低的背压，比值Tn/MPD还可小于40、小于35、小于30、小于25、或者甚至小于20。相对于壁厚度(T11)相对小的MH)使得可以使用较薄的陶瓷壁，并提供比较厚的壁更小的流动阻力，但同时出乎意料地保持相同的初始过滤效率(FEO)。事实上，通过本专利技术可实现初始过滤效率(FEO)大于30%、大于35%、大于40%、大于50%、或者甚至大于60%。在一些实施方式中，初始过滤效率(FEO)可实现大于70 %、大于80 %、或者甚至大于90 %。较薄的壁还增大气体传导孔的横截面面积，进一步减小流动阻力。而且，较薄的壁使得在需要烧蚀去除烟炱之前可以累积较多的烟炱。这有利地减小燃料消耗性燃尽周期的频率(在主动再生的情况中)。将这个方面与包含平均横截面面积大于出口孔道的进口孔道的额外特性组合，使得能够进一步额外地本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种陶瓷壁流式过滤器，所述过滤器包括：多个形成孔道的多孔陶瓷壁，这些孔道中的至少一些包含堵塞物，其中所述多孔陶瓷壁具有以下特性：102微米≤T壁＜279微米，和15＜WP＜42其中，WP是一种比值，该比值定义为WP＝T壁/MPD，MPD是所述壁中孔隙的中值孔径，单位是微米，T壁是所述壁的壁厚度，单位是微米；其中所述陶瓷壁流式过滤器采用不对称孔技术(ACT)；且所述陶瓷壁流式过滤器的结构(孔密度(cpsi)/壁厚(密尔))选自200/9ACT,270/10ACT,270/15ACT,300/8ACT,300/10ACT,300/12ACT和100/10ACT。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：D·M·比尔，A·K·海贝尔，P·坦登，
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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