專利名稱：用于凈化廢氣的具有槽孔式旁通部分的金屬纖維過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于凈化廢氣的具有壓差特性的過濾器，更特別地涉及一種用于 凈化廢氣的具有改善壓差特性的過濾器，該過濾器具有形成在過濾構(gòu)件接頭處上的槽孔式 旁通部分。
背景技術(shù)：
盡管柴油發(fā)動機(jī)具有高熱效率和優(yōu)越持久性的優(yōu)點，但是其會排放大量顆粒物質(zhì) (PM)和氮氧化物(NOx)。這些PM和氮氧化物會污染空氣。特別是，由于顆粒物質(zhì)對呼吸系 統(tǒng)表現(xiàn)出高吸附率，因此對人體非常有害。近來，隨著柴油車輛排放顆粒物質(zhì)和氮氧化物 越來越多，其排放的顆粒物質(zhì)和氮氧化物成為了一個嚴(yán)重的社會問題。為此，韓國環(huán)境保 護(hù)部(Ministry of EnvironmentalProtection in Korea)中的柴油車輛環(huán)境保護(hù)委員會 (Diesel Vehicle EnvironmentalProtection Committee)最近制定了一個計劃，力口強(qiáng)廢氣 排放的允許標(biāo)準(zhǔn)，而且當(dāng)柴油汽車核準(zhǔn)銷售時強(qiáng)迫其裝配煙氣后處理裝置(柴油機(jī)PM過濾 器(DPF)，柴油機(jī)氧化催化器(DOC)等)。柴油發(fā)動機(jī)排放廢氣中的顆粒物質(zhì)包括顆粒例如含碳顆粒、含硫(例如硫酸鹽) 顆粒和高分子量的碳?xì)浠衔镱w粒。由于排放出的這些顆粒物質(zhì)為輕質(zhì)的顆粒形式并且漂 浮在空氣中，因此這些顆粒造成環(huán)境污染、降低能見度、造成肺病等。廢氣中的這些顆粒物 質(zhì)已經(jīng)使用常規(guī)的柴油顆粒過濾器(以下稱為‘DPF’ )除去。DPF的功能在于通過收集廢氣中的顆粒物質(zhì)而減少顆粒物質(zhì)的排放。圖1顯示現(xiàn) 有技術(shù)中通常使用的DPF過濾器10的側(cè)面橫斷面視圖。如圖1所示，過濾器的端部11和 11'在以交替的方式保持關(guān)閉，因此在過濾器中收集的顆粒物質(zhì)在過濾器的兩個封閉端部 11和11'內(nèi)進(jìn)行積聚，這樣會造成過濾器的堵塞。當(dāng)過濾器被顆粒物質(zhì)堵塞時，壓差增加， 因此使其不能容易地排出廢氣。結(jié)果使得發(fā)動機(jī)的性能下降。為了恢復(fù)過濾器的性能，由過濾器所俘獲的煙灰應(yīng)該被燃燒掉而再生過濾器。通 常，過濾器再生的方法包括使用催化劑的方法和使用外部能量燃燒PM的方法。然而，過濾 器再生需要很多成本和時間。因此，需要一種用于凈化廢氣中顆粒物質(zhì)的過濾器，該過濾器能夠使用更長的時 間而無需通過改善過濾器的壓差特性來增加背壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個方面提供一種具有改善壓差特性的過濾器。
本發(fā)明的另一方面提供一種用于凈化廢氣的過濾器，其能夠即使在過濾器俘獲煙 塵的量大于最大收集能力時，防止在過濾器前/后端部處的壓差的增加。本發(fā)明的又一方面還提供一種用于凈化廢氣的過濾器，其能夠防止由煙塵收集能 力的增加而使得車輛動力下降。本發(fā)明的又一方面還提供一種用于凈化廢氣的過濾器，其能夠防止積聚在過濾器 內(nèi)部的顆粒物質(zhì)從過濾器中突然流出。根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種用于凈化廢氣的過濾器，該過濾器具有管狀結(jié) 構(gòu)，在管狀結(jié)構(gòu)中套疊式地設(shè)置多個過濾構(gòu)件，其中兩個相鄰過濾構(gòu)件的端部通過接頭彼 此連接，并且位于過濾構(gòu)件的端部上的該接頭交替地設(shè)置在其它過濾構(gòu)件的端部的另一個 接頭上，并且多個槽孔形成在每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部中的至少一個接頭中。有益效果過濾器具有多個形成在接頭處的槽孔，根據(jù)本發(fā)明該接頭形成在過濾構(gòu)件的端部 上，盡管在過濾構(gòu)件表面俘獲和積聚煙塵，但是由于煙塵通過槽孔旁通，使得有些煙塵被吹 出去了，因此該過濾器可用于防止過濾器前/后端部中壓力差(壓差、背壓)的增加。因此， 根據(jù)本發(fā)明的過濾器可用于防止車輛動力的下降，即使在過濾器俘獲的煙塵的量大于其最 大俘獲能力的情況下也是如此，這是因為過量的煙塵很難影響到顆粒物質(zhì)的吹出去和過濾 器前/后端部中的壓力。同時，根據(jù)本發(fā)明的過濾器可用于防止積聚在過濾器內(nèi)部的顆粒 物質(zhì)突然從過濾器流出，因為槽孔形成于過濾器的進(jìn)口處。


以下將結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述，使得本發(fā)明的上述和其它的方面、特征和其它優(yōu) 點得到更清楚的理解。其中圖1是一個側(cè)面橫斷面視圖，圖示出用于凈化廢氣的常規(guī)過濾器，圖2A是一個透視圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明具有改善的壓差特性的過濾器，圖2B是一個根據(jù)本發(fā)明具有改善的壓差特性的過濾器取自其直線A-A的側(cè)面橫 斷面視圖，圖2C是一個照片圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明具有改善的壓差特性的過濾器的進(jìn)口，圖2D是一個照片圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明具有改善的壓差特性的過濾器的出口，圖3是一個原理圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明具有改善的壓差特性的過濾器，圖4是一個示意圖，圖示出金屬纖維介質(zhì)的部件和根據(jù)本發(fā)明的用作過濾構(gòu)件的 金屬纖維介質(zhì)的制備方法，圖5A是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，由單向取向的金屬纖 維制成的金屬纖維墊，圖5B是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，由單向取向的金屬纖 維紗一致地以縱向方向布置而制成的金屬纖維墊，圖5C是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明的一個示例性實施方案，由兩層單向取向的金 屬纖維紗制成的金屬纖維墊，所述金屬纖維紗一致地以縱向方向布置，圖6A是一個照片，圖示出隨機(jī)取向的金屬纖維，其根據(jù)熔體抽拉工藝而制成，圖6B是一個掃描電子顯微鏡(SEM)的圖片(x200)，圖示出根據(jù)熔體抽拉工藝而制成的金屬纖維的橫截面，圖6C是一個掃描電子顯微鏡(SEM)的圖片(x600)，圖示出根據(jù)熔體抽拉工藝而制 成的金屬纖維的側(cè)表面，圖7A是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案制造波紋狀的金屬纖維 介質(zhì)(過濾構(gòu)件)的方法，圖7B是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案制造的波紋狀的金屬纖 維介質(zhì)(過濾構(gòu)件)，圖8是一個圖，圖示出根據(jù)本發(fā)明一個示例性實施方案用于金屬纖維熔體抽拉的 設(shè)備，和，圖9是一個圖表，顯示出取決于實施例1中測量的煙塵收集能力變化的壓差(DP) 的變化。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖對本發(fā)明的示例性實施方案進(jìn)行詳細(xì)描述。根據(jù)本發(fā)明的過濾器具有改善的壓差特性，其具有管狀結(jié)構(gòu)，在管狀結(jié)構(gòu)中套疊 式地設(shè)置多個過濾構(gòu)件，其中兩個相鄰過濾構(gòu)件的端部通過接頭彼此連接，并且位于一個 過濾構(gòu)件的端部中的該接頭交替地設(shè)置在其它過濾構(gòu)件端部的另一個接頭上，并且多個槽 孔形成在每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部中的至少一個接頭中。圖2A顯示根據(jù)本發(fā)明的過濾器20，其包括多個5片式波紋狀的過濾構(gòu)件，它的接 頭具有形成在其一個端部中的槽孔，并且同軸地圍繞著沿廢氣流動方向延伸的軸套筒式地 設(shè)置。如圖2B所示，顯示了圖2A中所示過濾器沿線A-A的側(cè)面橫截面圖，形成在過濾構(gòu)件 的兩個端部處的接頭a、b、c和d彼此交替設(shè)置而形成整合形式的過濾器，并且多個槽孔形 成在這些接頭處。這些槽孔可形成在位于每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部中的至少一個接頭 處。當(dāng)槽孔形成在過濾構(gòu)件的一個端部的接頭處時，槽孔可形成在廢氣的進(jìn)口端或出口端。 如果槽孔形成在過濾構(gòu)件的廢氣出口的接頭處，那么積聚在過濾器內(nèi)部的顆粒物質(zhì)會突然 流出，所以槽孔優(yōu)選形成在過濾器的廢氣進(jìn)口的接頭處。槽孔可優(yōu)選以等距離形成。圖2C 和2D分別為照片，圖示出具有在接頭處的槽孔的過濾器的進(jìn)口，和照片，圖示出過濾器的 出口。對于根據(jù)本發(fā)明的過濾器而言，槽孔的形成使得槽孔具有小于或等于廢氣管截面積 (該截面積允許廢氣流入過濾器)50%的面積。由于槽孔必須形成在接頭處，因此槽孔面積 沒有最低值的特殊限制，除非槽孔面積為零。并且，槽孔優(yōu)選形成具有小于或等于廢氣管截 面積50%的面積，從而允許非常少量的已經(jīng)通過過濾器的廢氣通過該槽孔，并且防止煙塵 P余(smoke reduction ratio)白勺T"P$。盡管煙塵會被俘獲和在過濾構(gòu)件的表面上積聚，但是由于槽孔用作旁通而排出一 些煙塵，因此根據(jù)本發(fā)明的具有多個形成在過濾構(gòu)件接口處的槽孔的過濾器防止了過濾器 前/后端部的壓力的增加。圖3顯示了防止在根據(jù)本發(fā)明具有多個形成在過濾構(gòu)件接頭處 的槽孔的過濾器中壓差增加的原理。如圖3所示，盡管過濾構(gòu)件的表面會積聚煙塵，但是由 于廢氣可通過槽孔流入或流出，因此防止壓差的增加。根據(jù)本發(fā)明的具有多個形成在過濾構(gòu)件接頭處的槽孔的過濾器包括任何的具有 管狀結(jié)構(gòu)的過濾器，在該過濾器中套筒式地設(shè)置多個過濾構(gòu)件，其中兩個相鄰過濾構(gòu)件的端部通過接頭彼此連接，并且位于一個過濾構(gòu)件的端部中的該接頭交替地設(shè)置在其它過濾 構(gòu)件端部的另一個接頭上，并且多個槽孔形成在每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部中的至少一 個接頭處。并且，對過濾構(gòu)件沒有材料方面的限制，但是過濾構(gòu)件可以例如用如下所述的金 屬材料(介質(zhì))制成。也就是說，過濾構(gòu)件可為金屬纖維介質(zhì)，包括由多個單向取向的金屬纖維而制成 的金屬纖維墊；和分別附著在金屬纖維墊的上表面和下表面上的載體。所述金屬纖維墊具 有30 95%孔隙率，所述載體具有5 95%孔隙率。而且，過濾構(gòu)件可為金屬纖維介質(zhì)，包括由縱向?qū)R的金屬纖維紗制成的金屬纖 維墊，每個金屬纖維紗包括20 500束單向取向的金屬纖維并且具有每1克(Ig)O. 45 0. 6米的長度和具有每米1 9圈(turns/m)的扭轉(zhuǎn)，并且該金屬纖維墊具有30 95%的 孔隙率；和分別附著在金屬纖維墊的上表面和下表面的載體并具有5 95%的孔隙率。更特別地，金屬纖維介質(zhì)30作為過濾構(gòu)件可包括金屬纖維墊1 ‘和分別附著在金 屬纖維墊1'上表面和下表面上的載體2和2'，如圖4所示。金屬纖維介質(zhì)30可通過附 著到金屬纖維墊1上表面和下表面的作為載體的金屬絲網(wǎng)2和2'而制成，該金屬纖維墊1 由縱向?qū)R的金屬纖維制成(圖5A)，或者金屬纖維墊1'或1"由金屬纖維紗制成(圖5B 和5C)，如圖4中所示。金屬絲網(wǎng)2和2'用于保持金屬纖維墊1、1'或1"的形狀并且增 強(qiáng)金屬纖維介質(zhì)30的強(qiáng)度。由于金屬纖維墊1、1'或1"通過附著在金屬纖維墊1、1'或 1"的上表面和下表面的載體2和2'而得到加強(qiáng)，其中金屬纖維或金屬纖維紗縱向?qū)R的 墊被固定。因此，在隨后將該墊成形到具有一定形狀的過濾器的工藝期間可能防止經(jīng)對齊 的金屬纖維或金屬纖維紗發(fā)生移動，從而增加金屬纖維介質(zhì)30的強(qiáng)度。金屬纖維墊1、1' 或1 “可由金屬纖維或金屬纖維制成的紗而制成。可用于金屬纖維介質(zhì)30的不同類型的金 屬纖維墊如圖5A到5C所示。對金屬纖維的密度沒有特殊限制，但是金屬纖維優(yōu)選具有100到4000g/m2的密 度。密度低于100g/m2是不合適的，因為在這種情況下形成的孔的等量直徑會超過大約 250 μ m。密度大于4000g/m2也不合適，因為在這種情況下會由于過濾器這種重厚結(jié)構(gòu)而很 難形成過濾器。對金屬纖維的成分沒有特殊限制，但是由鐵-鉻-鋁基合金制成的費(fèi)克拉洛伊合 金(Fecralloy)可用作金屬纖維。優(yōu)選地，可以使用改善的費(fèi)克拉洛伊合金，其包含0. 05 至0. 5wt%、并且更優(yōu)選地包含0. 1至0. 3wt%的鋯(Zr)。當(dāng)由包含上文所述含量范圍的鋯 (Zr)的費(fèi)克拉洛伊合金的金屬纖維制成的墊用作過濾介質(zhì)時，該墊具有極好的氧化壽命。 通常的，費(fèi)克拉洛伊合金是已知的。例如，可以使用費(fèi)克拉洛伊合金，其包含13至30wt% 的鉻(Cr)、3至7wt%的鋁(Al)，余量的鐵(Fe)。費(fèi)克拉洛伊合金優(yōu)選進(jìn)一步包含0. 05至 0. 5wt%的鋯(&)，和更優(yōu)選包含0. 1至0. 3wt%的鋯(Zr)。對于金屬纖維沒有特殊限制，但是由熔體抽拉法制成的隨機(jī)取向金屬纖維可用在 制造金屬纖維或由金屬纖維制成的紗上。熔體抽拉工藝是即時抽拉直徑為20至70μπι的 金屬纖維的方法，該方法包括將直徑為12mm的圓形桿定位在熔化裝置的感應(yīng)線圈附近； 并且熔化桿的端部而使得桿的熔化部分與盤接觸，該盤以1至100米/秒(m/sec)的高速 旋轉(zhuǎn)，如以本申請人的名義提出的美國專利第6，604，570號中所述。由熔體抽拉工藝制成 的精細(xì)金屬纖維為沒有任何取向的隨機(jī)排列，即隨機(jī)取向，如圖6A中所示。金屬纖維具有半月形的橫截面，如圖6B中所示。每個金屬纖維具有多個形成在其側(cè)表面的突起，該突起 具有1至5μπι的高度，如圖6C中所示。按照熔體抽拉工藝制造的金屬纖維為隨機(jī)取向金 屬纖維，并且因此有必要在使用隨機(jī)取向金屬纖維制備金屬纖維墊時給予金屬纖維一定的 方向性。通過連續(xù)地多次對隨機(jī)取向的金屬纖維進(jìn)行梳理使得精細(xì)的金屬纖維彼此在一個 方向上平行而對金屬纖維賦予方向性。因此，如圖5Α所示的金屬纖維墊1可由梳理隨機(jī)取 向金屬纖維而得到，該金屬纖維按照金屬抽拉工藝制成并對該金屬纖維進(jìn)行單向取向。并且，金屬纖維墊可由金屬纖維紗制成。該金屬纖維紗可通過重復(fù)執(zhí)行給予單向 取向直到大約20至500根金屬纖維捆扎形成一束紗的工藝而制成。當(dāng)由少于20根金屬纖 維制成一束紗時，該金屬纖維會由于金屬纖維的數(shù)量少而不能充分纏繞，難以構(gòu)成紗。另一 方面，當(dāng)由超過500根金屬纖維制成一束紗時，由于金屬纖維過多的數(shù)量而使得在最終制 成的過濾器中產(chǎn)生的壓差增加。在這種情況下，還存在使得過濾器的厚度和重量增加的另 一問題。對于制造紗的金屬纖維沒有特殊限制，但是任何金屬纖維可在這里使用。如上文 所述，按照熔體抽拉工藝制成的金屬纖維相比使用常規(guī)機(jī)械加工方法制成的金屬纖維更容 易構(gòu)成紗，原因是該金屬纖維可以在制造成紗時依靠其形成在金屬纖維表面上的突起而防 止金屬纖維脫落，該突起具有微米級的高度。詳細(xì)的描述可參考韓國專利申請?zhí)?005-4249 的公開內(nèi)容。例如，一束金屬纖維紗可以通過多次梳理隨機(jī)取向金屬纖維而由20至500根 單向取向的金屬纖維束形成，該隨機(jī)取向金屬纖維可根據(jù)熔體抽拉方法制成。并且，金屬纖維紗可制成具有0. 45至0. 6米每克(m per lg)的長度(0. 45至 0. 6Nm)和具有1至9圈/米(turns/m)的扭轉(zhuǎn)。紗的長度小于0. 45米每克(mper Ig)時 是不合適，因為紗的長度增加使得孔隙率降低。另一方面，當(dāng)紗的長度超過0.6米每克(m per lg)時，存在由于紗過細(xì)而不能連續(xù)保持均一厚度的問題。同時，紗的扭轉(zhuǎn)小于1圈/ 米(turns/m)是不合適，因為由于紗的扭轉(zhuǎn)不足而使得金屬纖維可能被解開。另一方面，當(dāng) 紗的扭轉(zhuǎn)超過9圈/米(turns/m)時，由于過濾構(gòu)件存在的孔不夠，而可能造成壓差的增 加。由金屬纖維紗所制成金屬纖維墊如圖5B和5C所示。優(yōu)選地，金屬纖維墊具有30至95%的孔隙率。當(dāng)孔隙率小于30%時，由于廢氣中 的顆粒物質(zhì)和粉塵被過濾出去會造成壓差突然增加。另一方面，當(dāng)孔隙率超過95%時，孔過 大以致于不能有效過濾出顆粒物質(zhì)和粉塵。優(yōu)選地，金屬纖維載體具有5至95%的孔隙率。當(dāng)金屬纖維載體的孔隙率小于5% 時，金屬纖維載體的強(qiáng)度為高，但是過濾器的壓差太高。另一方面，當(dāng)金屬纖維的孔隙率超 過95%時，過濾器中的壓差為低，但是會造成強(qiáng)度的下降。金屬纖維墊上下的載體可具有 相同或不同的孔隙率。載體也可由與金屬纖維相同的材料制成，即上述的費(fèi)克拉洛伊合金。 金屬纖維和載體具有耐熱性。優(yōu)選地，金屬纖維介質(zhì)具有0. 5至3mm的厚度。當(dāng)金屬纖維介質(zhì)具有小于0. 5mm 的厚度時，金屬纖維介質(zhì)的孔隙率會由于纖維密度高而出現(xiàn)不合意的下降，這會導(dǎo)致壓差 的增加。另一方面，當(dāng)金屬纖維介質(zhì)具有大于3mm的厚度時，金屬纖維介質(zhì)的孔隙率太高以 至于不能過濾出粉塵。當(dāng)由多個單向取向的金屬纖維制成的金屬纖維墊或者由縱向?qū)R的金屬纖維紗 制成的金屬纖維墊用于制造過濾器的時候，金屬纖維墊可以具有單層或多層結(jié)構(gòu)，其包括 兩個或更多個縱向?qū)訅旱膶印＠?，?dāng)紗的厚度大時金屬纖維墊可具有單層結(jié)構(gòu)，而當(dāng)紗的厚度小時金屬纖維墊可具有多層結(jié)構(gòu)。還有，考慮到使用金屬纖維墊的物理性質(zhì)的要求，金 屬纖維墊可具有包括兩個或更多個層壓的層的多層結(jié)構(gòu)。過濾器的過濾構(gòu)件可為波紋狀的過濾構(gòu)件。由于與廢氣增加了接觸面積，該波紋 狀的過濾構(gòu)件可具有更優(yōu)異的煙塵收集效率和改善壓差的能力。例如，通過將金屬纖維介 質(zhì)打褶而制備的波紋狀金屬纖維介質(zhì)可以作為過濾構(gòu)件。波紋狀的金屬纖維介質(zhì)可通過在垂直于金屬纖維或金屬纖維紗的縱向方向上給 金屬纖維介質(zhì)打褶而制成，從而形成波紋，并且向著波紋狀的方向擠壓打褶的金屬纖維介 質(zhì)從而固定波紋。對打褶的金屬纖維介質(zhì)沒有特殊限制。任何上述類型的金屬纖維介質(zhì)可 打褶而形成波紋狀的金屬纖維介質(zhì)。具體而言，可能使用圖5A到5C中所示的金屬纖維墊 之一通過給該金屬纖維介質(zhì)打褶而制成波紋狀的金屬纖維介質(zhì)。例如，將作用力施加在有待如圖7A所示打褶的金屬纖維介質(zhì)30中金屬纖維或金 屬纖維紗的相對的縱向端部上，來給金屬纖維介質(zhì)30在垂直于金屬纖維或金屬纖維紗的 縱向方向上打褶，并且對打褶的金屬纖維介質(zhì)擠壓而固定波紋。因此，能獲得具有大約等于 波紋深度的厚度的金屬纖維介質(zhì)30'。優(yōu)選地，波紋深度范圍可為3至30mm。當(dāng)波紋深度 小于3mm時，不能形成有效的波紋。在這種情況下，不能或者很少能通過波紋增加表面積。 另一方面，當(dāng)波紋深度超過30mm時，金屬纖維介質(zhì)會由再生過程產(chǎn)生的熱或由高壓而發(fā)生 變形。當(dāng)波紋深度為3mm時，金屬纖維介質(zhì)的表面積相對形成波紋前的金屬纖維介質(zhì)的表 面積為1. 5倍增長。當(dāng)波紋深度為30mm時，金屬纖維介質(zhì)的表面積為15倍增長。金屬纖維介質(zhì)和波紋狀金屬纖維介質(zhì)優(yōu)選地具有平均孔尺寸對應(yīng)于等量直徑10 至250 μ m。當(dāng)平均孔尺寸的等量直徑小于10 μ m時，微小粉塵能有效的過濾出，但是孔可能 會由于過濾器表面上收集的微小粉塵而發(fā)生堵塞，這會導(dǎo)致壓力的突然增大。另一方面，當(dāng) 平均孔尺寸的等量直徑超過250 μ m時，就不能得到合適的過濾特性。當(dāng)使用金屬纖維介質(zhì) 或波紋狀金屬纖維介質(zhì)作為過濾構(gòu)件制成過濾器時，過濾器表現(xiàn)的孔隙率為85至97%。對于管式過濾器的橫截面沒有特殊限制，但是管式過濾器的橫截面可為，例如圓 形、橢圓形、或者多邊形例如正方形或五邊形。優(yōu)選地，管式過濾器為圓筒形，其橫截面為球 形的。多管式過濾器可包括兩個或更多個套筒式的過濾構(gòu)件。對于套筒式的過濾構(gòu)件的數(shù) 量沒有特殊限制，但是考慮到過濾器的效率和能力，套筒式過濾構(gòu)件的數(shù)量應(yīng)該適當(dāng)選擇。 在管式過濾器或多管式過濾器中的過濾構(gòu)件由上述波紋狀金屬纖維制成，該過濾構(gòu)件可具 有波紋狀管式(圓筒)的結(jié)構(gòu)。在具有管狀結(jié)構(gòu)的過濾器的情況下，其等量直徑對長度的比率范圍優(yōu)選在 1 1.5至15之間。在具有多管過濾器的過濾器的情況下，其最里面的管式過濾構(gòu)件的等 量直徑-長度的比率范圍優(yōu)選在1 1.5至15之間。當(dāng)長度小于等量直徑的1.5倍時，過 濾面積相對于過濾器的容積會減少。另一方面，當(dāng)長度大于等量直徑的15倍時，過濾器過 長以致于不能安裝到車輛中。優(yōu)選地，當(dāng)?shù)攘恐睆接美迕妆硎緯r，在管式過濾器或多管式過 濾器的一個管式過濾構(gòu)件中的波紋數(shù)量小于或等于過濾器等量直徑的15倍。當(dāng)波紋數(shù)量 大于等量直徑的15倍時，相鄰波紋之間的間隙過窄以致于由于波紋數(shù)量過大而不能提供 寬的過濾表面。同時，常規(guī)的陶瓷過濾器已經(jīng)用于具有氧化鋁的陶瓷過濾器本體并且在氧化鋁之 上載有催化劑。在過濾器由金屬纖維介質(zhì)制成的情況下，然而，可能不使用分開的氧化鋁涂覆工藝就將金屬催化劑負(fù)載在過濾器上，因為金屬纖維介質(zhì)的金屬纖維用包括鋁成分的費(fèi) 克拉洛伊合金(Fecralloy)制成并且在高溫下鋁氧化成為氧化鋁。按照本發(fā)明，金屬催化 劑可以為選自Pt、Pd、Rh和Ru中的至少一種。因此，在過濾器上催化劑的涂覆按照本發(fā)明 可以更容易地完成。也就是說，在金屬纖維介質(zhì)的過濾構(gòu)件制成過濾器后，過濾器可優(yōu)選在 氧氣氣氛下加熱到500至1200°C，如果需要，持續(xù)1至24個小時，使得金屬纖維組成中的鋁 氧化成為氧化鋁，從而將催化劑負(fù)載在氧化鋁上。當(dāng)在50(TC溫度或更低持續(xù)小于1小時或 更少時間下完成加熱時，鋁沒有充分氧化成為氧化鋁。另一方面，當(dāng)在1200°C溫度或更高持 續(xù)大于24小時或更多時間完成加熱時，費(fèi)用會過高。過濾器可用作廢氣凈化器，特別地作為凈化廢氣中的顆粒物質(zhì)的過濾器。具體而 言，過濾器可用作凈化柴油發(fā)動機(jī)和柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的廢氣的過濾器。以下，將結(jié)合實施例詳細(xì)描述本發(fā)明。這些實施例只是作為說明的目的，而且本發(fā) 明不能理解為受限于這些實施例。實施例實施例1以下在本實施例制造過濾器。按照美國專利第6，604570號公開的方法，將具有 12mm的直徑的圓形桿設(shè)置靠近如圖8所示的熔化裝置的感應(yīng)線圈，并且被加熱到1600°C從 而使桿的端部熔化。桿的已熔化的端部與以20米/秒高速旋轉(zhuǎn)的盤接觸，從而即時生產(chǎn)等 量直徑為50 μ m的金屬纖維。制造的金屬纖維是隨機(jī)排列的，沒有賦予其取向。這里，金屬 纖維具有半月形的橫截面并且具有大約10至18cm的長度。該金屬纖維具有包含22襯％的 鉻，5. 5wt%的鋁，0. 3wt%的鋯，和余量的鐵(Fe)的組成。隨機(jī)取向的金屬纖維連續(xù)被梳理以形成金屬纖維紗，直到形成80股單向取向金 屬纖維。制得的金屬纖維紗具有0.55米每1克(per lg)的長度，和具有8圈/米(turns/ m)的扭轉(zhuǎn)。然后，金屬纖維紗縱向?qū)R成兩層而形成金屬纖維墊。本發(fā)明實施例1的金屬 纖維墊具有1. 5kg/m2的密度和85%的孔隙率。金屬纖維介質(zhì)隨后通過將耐熱性金屬絲網(wǎng)(作為載體)附著到金屬纖維墊的上表 面和下表面而制備，所述耐熱性金屬絲網(wǎng)分別具有45%和72%的孔隙率。金屬絲網(wǎng)具有 這樣的組成包括18wt%的鉻，3. 0wt%的鋁，和余量的鐵(Fe)。制得的金屬纖維介質(zhì)具有 1. Omm的厚度，和對應(yīng)于等量直徑為40 μ m的平均孔尺寸。準(zhǔn)備好的金屬纖維介質(zhì)被打褶成8mm的深度，然后被擠壓成lkg/cm2的密度而形 成具有直徑70mm、長度300mm和52個波紋的圓筒形過濾構(gòu)件。然后，過濾構(gòu)件的兩個相對 端部都被焊接，從而過濾構(gòu)件的相對端部可交替地排列，如圖2A所示，槽孔形成在過濾構(gòu) 件的接頭處，該接頭形成在廢氣進(jìn)口的端部，并且固定構(gòu)件安裝到過濾器的兩個端部上而 得到具有6. 4L容積的過濾器。該槽孔在過濾構(gòu)件的接頭處以等距離形成，其面積范圍對應(yīng) 于具有50mm直徑的廢氣管的截面積的35%。在制得的過濾器中收集煙塵，數(shù)量分別為0g/L，3g/L，5g/L，7g/L和8. 25g/L的。 然后，以2至12m7min的流速使得空氣通過過濾器，根據(jù)煙塵收集的容量測量壓差的變化。 測量的壓差的變化如圖9中所示。如圖9所示，當(dāng)8. 25g/L的煙塵收集在過濾器中時，過濾 器具有小于100毫巴(mbar)的壓差。還有，通過過濾器的煙氣減少率以如下方式測定在制得的過濾器中分別收集Og/L和9g/L的煙塵，并且在最大RPM處載荷增長10%的地方使用Lug-Down試驗在安裝過 濾器的前/后測量煙塵的水平。也就是說，煙塵水平作為負(fù)荷試驗來測量，該試驗用于測量 從車輛中煙塵排放的水平，當(dāng)RPM從最大RPM(3400RPM)增長10%的地方被降到兩倍低時。 在相同的條件下(模式1至3)，進(jìn)行三次煙塵水平的測量，并且煙塵減少率的結(jié)果如下表1 中所列出。表1
如表1中列出，顯示出當(dāng)9g/L的煙塵在過濾構(gòu)件中被俘獲時，根據(jù)本發(fā)明的具有 在過濾構(gòu)件接頭處形成的槽孔的過濾器具有35%或更高的優(yōu)異煙塵減少率。盡管根據(jù)示例性的實施方案對本發(fā)明進(jìn)行了展示和說明，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而 言顯而易見的是，可以作出改變和變化而不偏離如在所附權(quán)利要求中限定的本發(fā)明的精神 和范圍。
權(quán)利要求
具有管狀結(jié)構(gòu)的過濾器，在該過濾器中多個過濾構(gòu)件套筒式地設(shè)置，其中每個過濾構(gòu)件由多個金屬纖維制成，兩個相鄰過濾構(gòu)件的端部通過接頭彼此連接，并且一個過濾構(gòu)件的端部中的接頭交替地排列到另一個的過濾構(gòu)件的端部的另外的接頭上，并且多個槽孔形成在每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部的至少一個接頭中。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述槽孔形成在過濾器廢氣進(jìn)口中形成的接頭處。
3.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述槽孔具有小于或等于廢氣管截面積50%的面積。
4.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述槽孔以等距離形成。
5.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述槽孔形成在所述過濾構(gòu)件的兩個端部中形成 的接頭處。
6.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾構(gòu)件是金屬纖維介質(zhì)，其包括由多個單 向取向的金屬纖維制成的金屬纖維墊，和分別附著到該金屬纖維墊的上表面和下表面的載 體，所述金屬纖維墊具有30至95%的孔隙率，所述載體具有5至95%的孔隙率。
7.如權(quán)利要求1所述的過濾器，其中所述過濾器用于凈化由柴油發(fā)動機(jī)或柴油發(fā)電機(jī) 排出的廢氣。
全文摘要
公開了一種用于凈化廢氣具有改善壓差特性的過濾器，該過濾器具有形成在過濾構(gòu)件接頭處的槽孔式旁通部分。該過濾器具有管式結(jié)構(gòu)，其中多個過濾構(gòu)件套筒式地設(shè)置，其中每個過濾構(gòu)件由多個金屬纖維制成，兩個相鄰過濾構(gòu)件的端部通過接頭彼此連接，并且一個過濾構(gòu)件的端部處的接頭交替地排列到另一個過濾構(gòu)件的端部的另一個接頭上，并且多個槽孔形成在每個過濾構(gòu)件的兩個相對端部的至少一個接頭處。
文檔編號F01N3/022GK101918684SQ200880117381
公開日2010年12月15日 申請日期2008年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月22日
發(fā)明者C·萬, D·李, G·李, J·武, K·馬特蘇達(dá), M·樸, S·李, S·紀(jì), Y·H·雍 申請人:約翰遜馬西催化劑韓國有限公司