專利名稱：：包括在偏心組件中匯集的多個蜂巢形元件的過濾器的制作方法包括在偏心組件中匯集的多個蜂巢形元件的過濾器本發(fā)明涉及可選地包括催化劑部件的組件型過濾結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，例如用在柴油內(nèi)燃機(jī)的排氣管線中的過濾結(jié)構(gòu)。允許處理氣體并去除典型地由柴油發(fā)動機(jī)排出的炭黑的過濾器在現(xiàn)有技術(shù)中是眾所周知的。這些結(jié)構(gòu)通常都具有蜂巢形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的其中一個面允許吸入要處理的排氣，而另一個面允許排出處理后的排氣。在吸氣面和排氣面之間，該結(jié)構(gòu)包括一套相鄰的管道或通道，該管道或通道之間具有相互平行的軸線，且由多孔的壁隔開。管道在其一端或另一端處封閉，以限定入口腔室和出口腔室的邊界，入口腔室通向吸氣面，出口腔室通向排氣面。通道備選地按順序封閉，使得排氣穿過蜂巢體時被迫穿過入口通道的側(cè)壁以到達(dá)出口通道。以這種方式，微?；蛱亢诔练e并累積在過濾器主體的多孔壁上。當(dāng)前，使用由多孔陶資制成的過濾器來過濾氣體，例如由堇青石、氧化鋁、莫來石、氮化硅、硅/碳化硅混合物或碳化硅制成的過濾器。炭黑的多孔過濾器或過濾結(jié)構(gòu)大規(guī)模用在用來控制來自柴油內(nèi)燃機(jī)，或更少見地，來自汽油發(fā)動機(jī)的排氣的污染的裝置上。盡管不限于此，但本發(fā)明尤其涉及此類裝置。以已知的方式，在微粒過濾器在機(jī)動車輛排氣管線中使用期間，微粒過濾器經(jīng)受連續(xù)的過濾(炭黑累積)和再生(炭黑去除)階段。在過濾階段，由發(fā)動機(jī)發(fā)出的炭黑微粒被保持并沉積在過濾器中。在再生階段期間，在過濾器內(nèi)燃燒炭黑微粒，從而恢復(fù)其過濾性能。該多孔的結(jié)構(gòu)當(dāng)時面臨強(qiáng)熱學(xué)及機(jī)械應(yīng)力，這會導(dǎo)致微裂紋，微裂紋隨著時間流逝易于導(dǎo)致該單元嚴(yán)重的過濾能力損失，或者甚至導(dǎo)致其完全鈍化。尤其在大直徑的單體過濾器中觀察到此現(xiàn)象。為解決這些問題，并延長過濾器的使用壽命，近來已經(jīng)提出了更復(fù)雜的過濾結(jié)構(gòu)，其在過濾器塊中結(jié)合了若干個單體的蜂巢形元件。這些元件通常通過在其間使用在本說明書以下部分稱為接縫膠泥(cimentdejoint)或接縫的陶瓷質(zhì)膠結(jié)材料的粘合而匯集。在例如專利申請EP816065，EP1142619,EP1455923或甚至WO2004/090294中給出了此類過濾結(jié)構(gòu)的實(shí)例。還已知在發(fā)動機(jī)的排氣管線中引入如前所述的微粒過濾器導(dǎo)致壓降，該壓降導(dǎo)致過濾器性能下降。組裝的過濾器必須隨后進(jìn)行配置以便避免此類劣化或至少將其降低至最低程度。根據(jù)本發(fā)明的微粒過濾器通過用接縫膠泥將平行管狀的、通常為正方形的元件組裝在一起而制造。兩個接觸的元件之間的接縫的厚度為lmm到3mm的級別。在膠結(jié)材料固化并凝固后，獲得毛坯形狀(formebrute)，其具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度來進(jìn)行機(jī)加工，以便獲得適于其在排氣管線中的殼體的過濾器形狀。通常，該過濾器通過覆蓋隔開組合的過濾器的涂層膠結(jié)材料的步驟來完成。運(yùn)行中的過濾器的良好強(qiáng)度必需的一個附加要求涉及用于制造該結(jié)構(gòu)自身的方法，且更具體地涉及各種元件的機(jī)力。工的問題。因此，在機(jī)加工之后，似乎如果該結(jié)構(gòu)的最外面的元件的剩余部分太小，會存在過大的材料脫落的危險，以及所獲得的端部結(jié)構(gòu)機(jī)械性薄弱的必然結(jié)果，并且甚至在極端的情況下，元件會完全從其膠結(jié)材料上脫落。申請人已經(jīng)確定，在機(jī)加工后，最外面的元件的剩余體積必須典型地保持低于機(jī)加工前體積的大約六分之一，且優(yōu)選地為八分之一，以便此類情形發(fā)生的風(fēng)險最小化，并從而使該方法適于工業(yè)生產(chǎn)。現(xiàn)有出版物中描述的和當(dāng)前銷售的組裝過濾器都具有至少一條對稱軸線。最具特征性的形狀是圓形，如專利申請EP1455923或WO2004/090294中所述，或卵形，如專利申請EP816065或甚至EP1626037中所述。盡管前述兩種形狀是最常見的，但也已經(jīng)描述了其它非常不一樣的形狀。單元元件典型地例如具有寬度在30mm到50mm之間的橫截面寬度。例如，要合成具有大約14cm直徑的圓形過濾器，需要14個具有正方形的橫截面以及36mm寬度的單元元件。在所有的這些組件中，在橫截面平面中，過濾器的幾何中心或者與其中一個元件的中心重合，或者與由形成兩個元件之間的結(jié)合處的接縫膠泥占據(jù)的位置重合，或者甚至與形成該過濾器的四個元件之間的結(jié)合處的接縫膠泥的位置重合，分別如圖la,lb以及l(fā)c所示。專利申請EP1371406描述了組裝的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)的截面的重心與結(jié)合面之間的最短距離小于所述重心和該過濾器的圓周之間最大距離的1/10。因此本發(fā)明的目的是提供一種新穎類型的蜂巢形結(jié)構(gòu)，以允許解決前述所有問題。更具體地，本發(fā)明涉及一種過濾結(jié)構(gòu)，其包括如前所述的多個單體蜂巢形元件的組件，并為了最大的過濾效率及長期使用，結(jié)合如下特性-運(yùn)行中典型地在內(nèi)燃機(jī)的排氣管線上的最小壓降，-用來承受該過濾器的運(yùn)行壓力的足夠的熱機(jī)械強(qiáng)度，-機(jī)加工后最終組件中外部元件的最小體積，該提及至少等于中心位置處元件體積的六分之一，優(yōu)選為八分之一。根據(jù)本發(fā)明的該過濾結(jié)構(gòu)其特征在于元件的偏心即偏移組裝，即，所述結(jié)構(gòu)的幾何中心不與元件的中心對應(yīng)，或不與存在于兩個或更多個所述元件之間的對稱元件重合，例如如圖la,lb或lc中所示。在其最通常的形式中，本發(fā)明涉及用于過濾充滿微粒的氣體的結(jié)構(gòu)，其包括由接縫連接的蜂巢型元件的組件，各元件結(jié)合一套相鄰的管道或通道，該管道或通道之間具有相互平行的軸線，且由多孔的壁隔開，所述管道由塞子在其一端或另一端處堵塞，以便限定入口腔室或出口腔室的邊界，入口腔室通向氣體吸入面，出口腔室通向氣體排放面，以這樣的方式過濾后的氣體穿過多孔的壁，所述結(jié)構(gòu)其特征在6于沿該結(jié)構(gòu)垂直于其主軸線的橫截面，其幾何中心不對應(yīng)于該組件中一個元件或一組元件的對稱元件，并且其在所述橫截面平面中對應(yīng)于如下幾^可特性-如果0<D^3xLe+4xLj或者如果4xLe+5xLj^D^4.25xLe+4xLj或者如果6xLe+5xLj^DS7xLe+6xLj或者如果8xLe十7xLj^DS8.5xLe+6xLj，則d唯一地處于0和O.lxLjxLe之間，-如果3xLe+4xLjSD^3.5xLe+5xLj,或者如果4.25xLe+5xLj^D^5xLe+5xLj，則d處于0.2xLjxLe和0.35xLjxLe之間，其中D是這樣的段，其具有連接過濾器外殼的兩個點(diǎn)的最大距離，d是位于該組件中心位置處最近的元件的中心和該過濾器的幾何中心之間的距離，Le是整個單元元件的寬度，而Lj是接縫的平均厚度。參數(shù)D，d，Lj和Le對應(yīng)于標(biāo)稱值并以mm表示。優(yōu)選地，根據(jù)本發(fā)明，段D還穿過該過濾器的幾何中心，或者甚至穿過該過濾器的主對稱軸線。就本說明書而言，基于SiC的材料意味著所述材料包括至少占重量30。/。的SiC,優(yōu)選地包括至少占重量70%的SiC，并且最優(yōu)選地包括至少占重量98%的SiC。優(yōu)選地，該過濾結(jié)構(gòu)包括多個基于SiC的、由接縫膠泥結(jié)合到一起的過濾元件，在2(TC和800。C之間該接縫膠泥的熱傳導(dǎo)率至少為0.3W/m.K。該接縫膠泥的高熱傳導(dǎo)率有利地用于使該過濾器中的熱傳導(dǎo)均勻，而低于0.3W/m.K的低熱傳導(dǎo)率(典型地在600°C的溫度下測量)有利于增加接縫和過濾器中的熱梯度以及熱機(jī)械應(yīng)力。通常，元件的橫截面是平行的管狀，并優(yōu)選地為正方形，并且其中該元件的寬度在30mm到50mm之間。典型地，該結(jié)構(gòu)的接縫的平均厚度在0.5mm到4mm之間。有利地，壁的厚度在200jim到500(am之間。該結(jié)構(gòu)還可包括用于處理污染氣體的催化劑覆層，該污染氣體類型為CO或HC和NOx。根據(jù)本發(fā)明的典型結(jié)構(gòu)包括用接縫膠泥結(jié)合在一起的多個蜂巢形元件，過濾元件中的通道的數(shù)目為大約每平方厘米7.75個到大約每平方厘米62個之間，所述通道具有大約0.5mm2到9mm2的橫截面。本發(fā)明還涉及如在其中一個前述權(quán)利要求中要求如柴油或汽油發(fā)動機(jī)的排氣管線中的微粒過濾器的結(jié)構(gòu)的使用，優(yōu)選地為柴油發(fā)動機(jī)。以下非限制性實(shí)例將提供對本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)的更好理解。實(shí)例在如下實(shí)例中，嘗試合成一系列滿足要求的根據(jù)本發(fā)明的過濾器，并舉例說明了其相對其它系列過濾器的優(yōu)點(diǎn)，這些其它的過濾器用于比較的目的并且不滿足根據(jù)本發(fā)明的標(biāo)準(zhǔn)。所有的過濾器均通過如下方法合成l)元件的合成單元元件按如下方式合成在混合器中使用周知的技術(shù)準(zhǔn)備如下初始混合物，該混合物包括碳化硅粉末，聚乙烯型的成孔劑，以及曱基纖維素型的有機(jī)粘合劑。將水加入該粉末混合物并繼續(xù)混合，以獲得均勻的漿，該漿的塑性允許其通過模具擠出，該模具具有單體蜂巢形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有正方形的橫截面，且尺寸特征如表1所示通道幾何形狀正方形通道密度180cpsi(每平方英寸通道數(shù)，1英寸=2.54厘米)壁的厚度350(jm長度15.2cm寬度3.6cm82.47升孔隙率約47%中值孔徑約15(im表1之后用微波將獲得的毛坯單體干燥足夠時間，以將非化學(xué)結(jié)合的水含量降至低于按重量計算的1%。單體各面的通道備選地根據(jù)周知的技術(shù)封堵，例如如專利申請WO2004/065088中所述的技術(shù)。然后以20。C/小時的溫升對該單體進(jìn)行燒制，直至達(dá)到約2000°C的溫度，將該溫度保持兩個小時。最終獲得一系列碳化硅單體，它們具有相同的微結(jié)構(gòu)特性。2)組裝過濾器根據(jù)專利申請EP816065的教導(dǎo)，之后通過使用陶瓷質(zhì)膠結(jié)材料的粘合而將元件結(jié)合到一起，之后進(jìn)行機(jī)加工，以形成具有適當(dāng)直徑的過濾器。通過混合如下物質(zhì)制備接縫膠泥-重量占85%的SiC粉末，其微粒尺寸分布在lOpm到200pm之間，-重量占4%的Almatis銷售的煅燒氧化鋁粉末，-重量占10%的Almatis銷售的活性氧化鋁粉末，-重量占0.8%的纖維素型臨時膠結(jié)料和增塑劑，-重量占0.2%的TPPNa型(三聚磷酸鈉)抗絮劑。加入對應(yīng)于該混合物重量30%的一定量的水，以獲得具有合適粘性的膠結(jié)材料。在此合成過程之后，通過改變過濾器的形狀，其直徑，以及元件在過濾器中相對于其幾何中心的位置和大小，合成根據(jù)本發(fā)明的各種過濾器或相當(dāng)?shù)倪^濾器。通過混合如下物質(zhì)用低熱導(dǎo)性膠結(jié)材料執(zhí)行測試曙重量占44%的SiC粉末，其微粒尺寸分布在10pm到200^im之9間，-重量占5%的Almatis銷售的煅燒氧化鋁粉末，-重量占10%的Almatis銷售的活性氧化鋁粉末，-40%的由Envirospheres以"e-spheres"的名稱銷售的空心球，其具有典型的60%的Si02和40%的A1203的化學(xué)成分，以及約lOO)im的中徑尺寸，-重量占0.8%的纖維素型臨時膠結(jié)材料和增塑劑，-重量占0.2%的TPPNa型(三聚磷酸鈉)抗絮劑。加入對應(yīng)于該混合物重量30%的一定量的水，以獲得具有合適粘性的膠結(jié)材料。在組裝之前，根據(jù)最終過濾器的尺寸和形狀，沿某些單元元件的主軸線，即長度方向?qū)ζ溥M(jìn)行切割，以便對每個組件使用所需的最少數(shù)量的所述元件。較大的元件通過使用適于元件的所述大小的擠壓模制備。過濾器的特性通過如下過程測量A.壓降測量就本發(fā)明而言，壓降指的是過濾器上游端和下游端之間的不同壓力。對于環(huán)境空氣流中300mVh的空氣流率，壓降通過本領(lǐng)域技術(shù)測量。B.熱才幾4戒強(qiáng)度測量將各種過濾器安裝在2.0L的柴油發(fā)動機(jī)上的排氣管線上，柴油發(fā)動機(jī)以全速(4000rpm)運(yùn)行30分鐘，然后拆除并稱重，以確定它們的初始重量。然后將過濾器重新裝配在發(fā)動機(jī)測試平臺上，該平臺的速度為3000rpm,扭矩為50Nm,以便在過濾器中獲得8g/1的炭黑負(fù)載。將充滿炭黑的過濾器重新裝配到管線上，以^c受如下限定的嚴(yán)苛再生在以1700rpm的發(fā)動機(jī)速度對于95Nm的扭矩穩(wěn)定2分鐘后，對18mmV沖程的延遲噴射率以70。的相位實(shí)施延遲噴射。一旦開始炭黑的燃燒，更具體地是當(dāng)壓降下降至少4秒鐘后，發(fā)動機(jī)速度對于40Nm的扭矩降低至1050rpm達(dá)5分鐘，以加速炭黑的燃燒。然后過濾器經(jīng)歷4000rpm的發(fā)動機(jī)速度30分鐘，以去除剩余的炭黑。過濾器開裂的程度優(yōu)選地使用非破壞性方法測量，如專利申請F(tuán)R-A-2840405所述，該方法尤其包括穿過過濾器的超聲波傳播測量。在多種傳播參數(shù)中(傳播速度，波頻以及波幅)，速度被證明是裂紋的數(shù)量和嚴(yán)重性的可靠指示。和通過新材料的超聲波傳播速度相比過快的傳播速度下降實(shí)際上可與裂紋的存在相關(guān)。裂紋指數(shù)對應(yīng)于超聲波穿過再生過濾器的傳播速度與穿過再生前的新過濾器傳播速度的變化的百分比，這兩種測量都由相同的操作過程進(jìn)行。此指數(shù)通常是負(fù)的。超聲波傳播速度在50KHz的典型頻率下測量。所用的設(shè)備可例如為由CNSFamell以名稱"PunditPlus，，銷售的單元。對于根據(jù)本發(fā)明或在本發(fā)明之外的合成的過濾器，以下的表2用來比較在壓降和機(jī)械強(qiáng)度方面獲得的性能。<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>在表l中，可觀察到分別與本發(fā)明領(lǐng)域之外的實(shí)例la,2a及2b，3a,4a,6a以及7a相比，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例1，2，3，4和7在裂紋指數(shù)和壓降方面在測量時至少顯示出令人滿意的熱機(jī)械行為。還可觀察到，對比過濾器2b顯示了比本發(fā)明產(chǎn)品更低的壓降，但對于作為微粒過濾器的應(yīng)用，其某些周邊元件顯示出超低的機(jī)械強(qiáng)度。該低機(jī)械強(qiáng)度是過濾器的某些周邊元件的殘余容積存在的原因，該殘余容積小于位于中心位置的元件的容積的1/16,或甚至1/8。由于非常差的傳導(dǎo)膠結(jié)材料而區(qū)分的對比實(shí)例5a顯示了比根據(jù)本發(fā)明的實(shí)例3弱得多的機(jī)械特性。此外，對于等效的尺寸和形狀，表2顯示根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)對于其可運(yùn)行的組件需要的單元元件數(shù)量最小。權(quán)利要求1.一種用于充滿微粒的氣體的過濾結(jié)構(gòu)，其包括由接縫連接的蜂巢型元件的組件，各元件結(jié)合一套相鄰的管道或通道，該管道或通道之間具有相互平行的軸線，且由多孔的壁隔開，所述管道由塞子在其一端或另一端處堵塞，以便限定入口腔室或出口腔室的邊界，該入口腔室通向氣體吸入面，而該出口腔室通向氣體排放面，以這樣的方式要過濾的氣體穿過該多孔的壁，所述結(jié)構(gòu)其特征在于，沿該結(jié)構(gòu)垂直于其主軸線的橫截面，所述結(jié)構(gòu)的幾何中心不對應(yīng)于該組件中一個元件或一組元件的對稱元件，并且所述結(jié)構(gòu)符合如下幾何特性-如果0<D≤3×Le+4×Lj，或者如果4×Le+5×Lj≤D≤4.25×Le+4×Lj，或者如果6×Le+5×Lj≤D≤7×Le+6×Lj，或者如果8×Le+7×Lj≤D≤8.5×Le+6×Lj，則d唯一地處于0和0.1×Lj×Le之間，-如果3×Le+4×Lj≤D≤3.5×Le+5×Lj，或者如果4.25×Le+5×Lj≤D≤5×Le+5×Lj，則d處于0.2×Lj×Le和0.35×Lj×Le之間，其中D是這樣的段，其具有連接過濾器外殼的兩個點(diǎn)并穿過該過濾器的幾何中心、或者甚至穿過該過濾器的主對稱軸線的最大距離，d是位于該組件內(nèi)的中心位置處的元件的中心和該過濾器的幾何中心之間的距離，Le是整個單元元件的寬度，而Lj是接縫的平均厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的過濾結(jié)構(gòu)，其特征在于，段D還穿過該過濾器的幾何中心，或者甚至穿過該過濾器的主對稱軸線。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的過濾結(jié)構(gòu)，其特征在于，該過濾結(jié)構(gòu)包括多個基于SiC的、由接縫膠泥結(jié)合到一起的過濾元件，在20。C和800。C之間該接縫膠泥的熱傳導(dǎo)率至少為0.3W/m-K。4.根據(jù)權(quán)利要求1到3所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，元件的橫截面是平行的管狀，并優(yōu)選地為正方形，并且其中該元件的寬度在30mm到50mm之間。5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接縫的平均厚度在0.5mm到4mm之間。6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，壁的厚度在200pm到500(im之間。7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)還包括用于處理污染氣體的催化劑覆層，該污染氣體類型為CO或HC和NOx。8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)，其特征在于，用接縫膠泥將多個蜂巢形元件結(jié)合在一起，過濾元件中的通道的數(shù)目為大約每cm27,75個到大約每cm262個之間，所述通道具有大約0.5mm2到9mi^的橫截面。9.一種如前述權(quán)利要求中任一項所述的結(jié)構(gòu)的用途，該結(jié)構(gòu)為柴油發(fā)動機(jī)或汽油發(fā)動機(jī)，優(yōu)選地為柴油發(fā)動機(jī)的排氣管線中的微粒過濾器。全文摘要本發(fā)明涉及一種用于充滿微粒的氣體的過濾結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括用接縫連接的蜂巢形元件組件，各元件結(jié)合一套相鄰的管道或通道(20)，該管道或通道(20)之間具有相互平行的軸線，且由多孔的壁隔開，這些管道在其一端或另一端處由塞子封堵以便限定入口腔室和出口腔室的邊界，入口腔室通向進(jìn)氣面，而出口腔室通向排氣面(25)，以這樣的方式要過濾的氣體穿過多孔的壁，所述結(jié)構(gòu)其特征在于，沿該結(jié)構(gòu)垂直于其主軸線的橫截面，該結(jié)構(gòu)的幾何中心不對應(yīng)于該組件中一個元件或一組元件(30)的對稱元件。文檔編號B01D46/24GK101489646SQ200780026569公開日2009年7月22日申請日期2007年7月6日優(yōu)先權(quán)日2006年7月18日發(fā)明者A·賈西,F·J·卡蘭扎申請人:歐洲技術(shù)研究圣戈班中心