專利名稱：微粒過濾器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及微粒過濾器，以及微粒過濾器的再生方法。更具體來說，本發(fā)明涉及用來俘獲發(fā)動機廢氣中含有的微粒并使所述微粒燃燒的微粒過濾器，例如壁流式微粒過
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背景技術(shù)：
環(huán)境方面的問題促使全世界很多地方的人們對內(nèi)燃機的排放提出要求。人們使用催化轉(zhuǎn)化器除去廢氣中包含的許多污染物；但是，人們經(jīng)常需要使用過濾器除去微粒物質(zhì)， 例如灰和煙炱。例如，人們經(jīng)常在發(fā)動機系統(tǒng)中使用壁流式微粒過濾器從廢氣除去微粒。這些微粒過濾器可以用蜂窩狀基材制造，包括用內(nèi)部多孔壁分隔的平行的流動通道或孔道。 流動通道的入口端和出口端可以進行選擇性地堵塞，例如以棋盤格的形式進行堵塞，迫使廢氣在進入基材之后，通過所述內(nèi)部多孔壁，從而使得所述多孔壁截留廢氣中的一部分微粒。多孔壁的微粒俘獲可以在兩個不同的階段進行首先在多孔壁內(nèi)部俘獲(深床過濾)， 然后在流動通道的多孔壁上俘獲(餅床過濾)。通過這種方式，人們發(fā)現(xiàn)壁流式微粒過濾器能夠有效地從廢氣中除去微粒，例如灰和煙炱。但是，隨著多孔壁和通道中俘獲的微粒的量的增加，所述壁流式微粒過濾器上的壓降增大。對于未調(diào)節(jié)的過濾器(例如沒有足夠的灰層，用來阻止微粒物質(zhì)透過所述多孔過濾器壁)，在初始的深床過濾階段通常會發(fā)生快速的壓降升高(通常小于1克/升(g/ L))，然后在餅床過濾階段，隨著微粒的加載，壓降逐漸升高。所述升高的壓降會導(dǎo)致施加給發(fā)動機的背壓逐漸增大，相應(yīng)地降低發(fā)動機的性能。因此，通常在累積過高的水平之前，以受控的再生工藝對煙炱進行氧化，將其除去。例如，一種常規(guī)的再生技術(shù)包括將進入的廢氣加熱至一定的溫度，該溫度支持將煙炱從過濾器中燒掉的過程。但是，此種方法也會以熱能的方式釋放能量，會使得過濾器的溫度升高。如果過濾器中的煙炱水平過高，再生會使得過濾器的溫度升高到引起故障的程度，會導(dǎo)致過濾器的熱引發(fā)裂紋或者熔化。過濾器的故障可能會導(dǎo)致過濾器的過濾效率嚴(yán)重降低，需要替換過濾器。因此，為了避免可能會造成過濾器故障的高過濾器溫度，優(yōu)選在足夠低的煙炱水平情況進行再生。但是，人們還希望避免在過低的煙炱水平下觸發(fā)再生，這是因為這樣會造成不合理的大量的再生操作。重復(fù)的再生操作可能會造成以下不利影響，例如造成油稀釋，不利的 NOx，燃料方面的不利，以及/或者發(fā)動機功率損耗。因此可能希望在兩次再生操作之間有較大的間隔，同時確保在煙炱水平達到臨界煙炱水平之前觸發(fā)再生，以避免在高過濾器溫度下進行再生。
例如，可以用壁流式微粒過濾器上的壓降來監(jiān)控過濾器中的煙炱水平，當(dāng)煙炱的量達到臨界極限的時候，觸發(fā)再生。但是，事實上對過濾器中的實際煙炱水平存在一些不確定性，這是因為存在以下因素的影響，例如測量誤差，不同過濾器中對壓降響應(yīng)的變化，以及/或者壓降響應(yīng)隨著過濾器中灰的存在發(fā)生的變化(例如過濾器是新的或者已經(jīng)包含累積的灰(灰調(diào)節(jié)))。對于那些在餅床過濾階段中的煙炱加載具有較低壓降響應(yīng)的過濾器而言(例如壓降-煙炱加載水平曲線的斜率較淺)，這種不確定性可能是相當(dāng)大的。但是， 出于提高燃料效率的目的，一些常規(guī)的方法將注意力集中在無論微粒加載情況如何，盡可能減小過濾器上的壓降，從而導(dǎo)致不僅在初始的深床過濾階段有低的壓降對煙炱加載的響應(yīng)，而且在餅床過濾階段也有這種情況。但是，保持低的壓降響應(yīng)也會對燃料的經(jīng)濟性造成不利的影響。更具體來說，在餅床過濾階段，針對煙炱加載增加的低的壓降響應(yīng)，特別是當(dāng)利用壓降來觸發(fā)再生操作時，可能會對燃料效率造成負面影響。再生需要對系統(tǒng)輸入能量，使得進入的氣體的溫度升高到足夠高的水平，以引發(fā)煙炱的燃燒。這種能量輸入通常源自燃料的后注入，但是無論采取何種能量輸入裝置，都會導(dǎo)致燃料經(jīng)濟性的損失。因此，人們需要提供一種過濾器，其在餅床過濾階段期間表現(xiàn)出對微粒物質(zhì)加載較高的壓降響應(yīng)(即壓降-煙炱加載水平曲線的斜率較陡)，同時在微粒物質(zhì)加載之前(例如當(dāng)過濾器是清潔的時候)表現(xiàn)出低的壓降，并且在深床過濾階段對微粒物質(zhì)加載表現(xiàn)出較低的壓降響應(yīng)(即壓降-煙炱加載水平曲線具有較淺的斜率)。還希望提供一種過濾器， 使其能夠?qū)崿F(xiàn)較高的過濾效率(FE)。因此，可能希望提供一些過濾器，其具有能夠?qū)崿F(xiàn)上述所需特征的幾何性質(zhì)和微結(jié)構(gòu)性質(zhì)。還希望提供一種過濾器再生技術(shù)，其不會過早地觸發(fā)再生(從而導(dǎo)致太過頻繁的再生)，同時確保在過濾器達到臨界微粒物質(zhì)加載水平之前，進行再生。換句話說，希望提供一種過濾器和再生技術(shù)，與用來觸發(fā)再生的常規(guī)技術(shù)相比，其能夠在更接近臨界加載水平的微粒物質(zhì)加載水平下觸發(fā)再生。發(fā)明概述本發(fā)明可以解決上述一個或多個問題，并且/或者能夠表現(xiàn)出上文所述的一種或多種所需的特征。通過以下的描述，可以明確地了解其它的特征和/或優(yōu)點。根據(jù)各種示例性的實施方式，本發(fā)明提供了一種微粒過濾器，其包括入口端，出口端，以及多個通道，所述通道設(shè)置并構(gòu)造成使得流體從所述入口端向著出口端流動，所述通道由構(gòu)造用來俘獲微粒物質(zhì)的多孔壁限定，所述多孔壁的孔道密度約小于200cpsi，壁厚度約小于14密耳，中值孔徑約為13-20微米，總孔隙率約大于45%，孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于10%的孔隙率。根據(jù)各種另外的示例性實施方式，本發(fā)明提供了一種微粒過濾器，其包括入口端、 出口端，以及多個通道，所述通道設(shè)置并構(gòu)造成使得流體從所述入口端向著出口端流動， 所述通道由構(gòu)造用來俘獲微粒物質(zhì)的多孔壁限定，所述微粒過濾器構(gòu)造成使得在溫度為 500°C、流體流速為1400米7小時的條件下流過所述微粒過濾器的流體從所述入口端到出口端具有小于或等于1. 7千帕的低的清潔壓降，在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載具有低的壓降響應(yīng)，即斜率約小于或等于3. 4千帕/ (克/升煙炱密度)，在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載具有陡的壓降響應(yīng)，即斜率約大于0. 9千帕/ (克/升煙炱密度)。
另外的目的和優(yōu)點將在隨后的描述中部分地陳述，且根據(jù)該描述部分地顯而易見，或可通過實施下述的各方面而了解。通過所附權(quán)利要求中特別指出的要素和組合將會認識和獲得這些目的和優(yōu)點。應(yīng)理解，前面的一般性描述和以下的詳細描述都只是示例和說明性的，不構(gòu)成對權(quán)利要求書的限制。附圖簡要說明可單獨通過以下詳述或通過以下詳述并結(jié)合附圖理解本發(fā)明。包括的附圖提供了對本發(fā)明的進一步理解，附圖被結(jié)合在本說明書中并構(gòu)成說明書的一部分。附圖顯示了一個或多個示例性的實施方式，與描述一起用來解釋各種原理和操作。

圖1是本發(fā)明的微粒過濾器的一個示例性實施方式的透視圖；圖2是圖1的微粒過濾器的截面示意圖；圖3A是根據(jù)本發(fā)明各種示例性實施方式的微粒過濾器的壓降-微粒加載關(guān)系圖；圖;3B是餅床過濾階段，對微粒過濾器的煙炱加載較陡的壓降響應(yīng)圖，以及在餅床過濾階段，對微粒過濾器的煙炱加載較低的壓降響應(yīng)圖，將二者進行比較；圖4顯示對于清潔的過濾器以及加載了煙炱的過濾器，壓降隨著壁孔道密度變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖5顯示了對于具有各種壁孔道密度的過濾器，壓降隨著煙炱加載變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖6顯示了對于具有各種長度的過濾器，壓降隨著煙炱加載變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)
結(jié)果；圖7A，7B和7C顯示了對于具有各種壁厚度的過濾器，壓降隨著煙炱加載變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖8A顯示了對于具有各種幾何結(jié)構(gòu)的過濾器，清潔壓降隨著壁中值孔徑的變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖8B顯示了對于具有各種幾何結(jié)構(gòu)的過濾器，清潔壓降隨著壁中值孔徑的變化關(guān)系的實驗測試結(jié)果；圖9A顯示了對于具有各種幾何結(jié)構(gòu)的過濾器，清潔壓降隨著壁孔隙率的變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖9B顯示了對于具有各種幾何結(jié)構(gòu)的過濾器，清潔壓降隨著壁孔隙率的變化關(guān)系的實驗測試結(jié)果；圖IOA顯示了清潔過濾器效率隨著壁中值孔徑的變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖IOB顯示了清潔過濾器效率隨著壁中值孔徑變化關(guān)系的實驗測試結(jié)果；圖IlA顯示了清潔過濾器效率隨著壁孔隙率變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖IlB顯示了清潔過濾器效率隨著壁孔隙率變化關(guān)系的實驗測試結(jié)果；圖12顯示了壁孔隙率對由于深床過濾造成的初始背壓壓降斜率的影響的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果；圖13顯示了壁孔徑分布對由于深床過濾造成的初始背壓壓降斜率的影響的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果。
優(yōu)詵實施方式詳述如上文所述，當(dāng)使用對于煙炱加載的壓降響應(yīng)來監(jiān)控過濾器的煙炱加載水平，并且在煙炱加載量達到臨界極限的時候，觸發(fā)再生的時候，由于以下的因素，過濾器中實際的煙炱加載水平存在一些不確定性測量誤差，不同過濾器中壓降響應(yīng)的變化，以及壓降響應(yīng)隨著過濾器中存在的灰而發(fā)生的變化。由于這些不確定性，經(jīng)常會在壓降對應(yīng)的煙炱加載水平小于臨界煙炱加載水平的情況下觸發(fā)再生。在一些常規(guī)的過濾器構(gòu)型中，與餅床過濾階段對煙炱加載具有較高壓降響應(yīng)的情況相比，當(dāng)在餅床過濾階段，過濾器對煙炱加載具有較低的壓降響應(yīng)的時候，所述不確定性會使得需要更早地觸發(fā)再生操作。本發(fā)明設(shè)想了構(gòu)造成從流體流除去微粒物質(zhì)的微粒過濾器，以及用來對所述微粒過濾器進行再生的方法。更具體來說，所述微粒過濾器可以構(gòu)造成用來俘獲微粒物質(zhì)，例如發(fā)動機廢氣中包含的煙炱和灰。本發(fā)明考慮了一些微粒過濾器，其在清潔的狀態(tài)下具有低的壓降，而在過濾器變臟的時候具有高的壓降，所謂變臟也即是說，過濾器加載了包括例如煙炱在內(nèi)的微粒物質(zhì)。換句話說，本發(fā)明的各種示例性的實施方式考慮了微粒過濾器構(gòu)型， 所述構(gòu)型在初始情況下，在累積灰和煙炱之前(例如在清潔的情況下)具有低的壓降，在深床過濾階段具有較低的壓降響應(yīng)(例如在過濾器的壁之內(nèi)俘獲灰和煙炱的初始階段具有最小化的斜率)，但是對繼續(xù)的煙炱累積很敏感，對餅床過濾階段過濾器煙炱加載的增加有較陡的壓降響應(yīng)(例如在過濾器壁之上俘獲煙炱的剩余的階段，具有最大化的斜率)。在一個示例性的實施方式中，在深床過濾階段的壓降響應(yīng)接近餅床過濾階段的壓降響應(yīng)。換句話說，在深床過濾和餅床過濾階段，壓降-煙炱加載曲線的斜率基本相同。例如，根據(jù)本發(fā)明的各種示例性實施方式測定的過濾器的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)，例如孔徑、 孔隙率和/或孔徑分布可能足以在過濾器上提供低的清潔壓降，并且在深床過濾階段，過濾器對煙炱加載具有低的壓降響應(yīng)。另外，根據(jù)本發(fā)明的各種其它的示例性實施方式測定的過濾器的幾何性質(zhì)，例如孔道密度(即每平方英寸的孔道數(shù)(cpsi))、壁厚度、過濾器長度和/或過濾器直徑可能足以在餅床過濾階段對過濾器的煙炱加載提供陡的壓降響應(yīng)。上文所述的以及本文所述的示例性實施方式顯示了一些微粒過濾器，其幾何結(jié)構(gòu)和微結(jié)構(gòu)可以產(chǎn)生低的清潔壓降，在深床過濾階段(如果有的話)對微粒過濾器的微粒加載具有低的壓降響應(yīng)，在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載表現(xiàn)出陡的壓降響應(yīng)，從而促進發(fā)動機燃料的經(jīng)濟性，降低過濾器再生頻率，提高過濾器的過濾效率。在本文中，術(shù)語“微粒過濾器”或“過濾器”表示一種結(jié)構(gòu)，其能夠從通過所述結(jié)構(gòu)的流體流中除去微粒物質(zhì)。本發(fā)明可以用來從任意的流體流除去任意的微粒物質(zhì)，所述流體流可以是氣體或液體的形式。氣體或液體還可包含其它相，例如在氣體或液體流中的固體微粒，或者在氣體流中的液滴。非限制性示例性流體流包括內(nèi)燃機產(chǎn)生的廢氣，例如柴油發(fā)動機和汽油發(fā)動機，水性液體流，煤氣化工藝產(chǎn)生的燃煤煙道氣。所述微粒物質(zhì)可以為任意的相。因此，所述微粒物質(zhì)可以作為在氣體流體流中的固體或液體存在，或者作為在液體流體流中的固體存在。示例性的微粒物質(zhì)包括例如柴油機微粒物質(zhì)(例如由柴油汽車和卡車排放的柴油廢氣中的微粒組分)，其包含柴油煙炱和氣溶膠，例如灰微粒，金屬磨損顆粒，硫酸鹽和/或硅酸鹽。在本文中，術(shù)語“煙炱”表示在內(nèi)燃過程中，由于烴類的不完全燃燒產(chǎn)生的雜質(zhì)碳顆粒。術(shù)語“灰”表示幾乎在所有石油產(chǎn)品中發(fā)現(xiàn)的不可燃的金屬材料。對于柴油機應(yīng)用，灰通常由曲軸箱用油和/或源自燃料的催化劑產(chǎn)生。在本文中，術(shù)語“臨界微粒加載水平”表示具有以下特性的微粒加載水平在此情況下，壓降的障礙過高，使得發(fā)動機無法進行操作，或者再生操作可能由于微粒物質(zhì)燃燒時的高溫和/或大熱梯度給過濾器造成故障。本發(fā)明的微粒過濾器可能具有適合于微粒應(yīng)用的任意形狀或幾何結(jié)構(gòu)，以及各種構(gòu)型和設(shè)計，包括但不限于例如壁流式整體型結(jié)構(gòu)或部分流通式整體型結(jié)構(gòu)(即壁流式整體型結(jié)構(gòu)和流通式整體型結(jié)構(gòu)的任意組合)。示例性的壁流式整體件包括例如任何整體型結(jié)構(gòu)，其包括通道或多孔網(wǎng)絡(luò)或者其它的通路，其中在結(jié)構(gòu)的相反的端部，獨立的通路敞開和堵塞，由此在流體從一端流到另一端的時候，促進流體流通過整體件的通道壁。示例性的部分流通式整體件包括例如具有以下性質(zhì)的任意的整體型結(jié)構(gòu)該結(jié)構(gòu)如上文所述是部分壁流式的，同時是部分流通式的，一部分的通道或多孔網(wǎng)絡(luò)或其它的通路在兩端都是開放的，允許流體流從一端到相反的端流過所述整體件的通路。本發(fā)明的各個示例性的實施方式考慮了采用蜂窩體構(gòu)型的多孔幾何結(jié)構(gòu)，這是因為此種結(jié)構(gòu)每單位體積具有高的表面積，可以用來沉積微粒物質(zhì)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，蜂窩體結(jié)構(gòu)的孔道的橫截面實際上可以具有任意的形狀，不僅限于正方形或六邊形。類似地，通過以下描述可以進一步理解，蜂窩體結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造成壁流式結(jié)構(gòu)或部分流通式結(jié)構(gòu)。圖1顯示適合用來實施本發(fā)明的微粒過濾器的一個示例性實施方式。所述微粒過濾器100具有入口端102、出口端104、以及從所述入口端102延伸到出口端104的多個通道108，110。所述通道108，110由交叉的多孔壁106限定，從而形成大體呈蜂窩體狀的構(gòu)型。盡管圖中顯示微粒過濾器100的通道橫截面(即在垂直于過濾器100縱軸的平面上) 基本為正方形，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，通道108，110可以具有各種其它的幾何結(jié)構(gòu)，例如橫截面為圓形、正方形、三角形、矩形、六邊形、正弦曲線形或其任意組合，而不會背離本發(fā)明的范圍。另外，盡管顯示微粒過濾器100為圓柱形，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，此種形狀僅僅是示例性的，本發(fā)明的微粒過濾器可以具有各種形狀，包括但不限于橢圓形、塊狀、 立方體形、三角形等。所述微粒過濾器100可以由任意合適的材料制成，所述多孔壁106不限于任意特定的多孔材料。示例性的材料包括各種多孔陶瓷，包括，但不限于堇青石、碳化硅、氮化硅、 鈦酸鋁、理霞石、鋁酸鈣、磷酸鋯和鋰輝石。在各種示例性實施方式中，所述微粒過濾器100 可以通過例如擠出和/或模塑形成整體型結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員熟悉用來形成所述陶瓷整體型結(jié)構(gòu)的各種技術(shù)。各種示例性實施方式的微粒過濾器還包括外皮，形成過濾器的外周側(cè)表面。所述外皮可以由與多孔壁相同或不同的材料制造，在各種實施方式中，其厚度可以大于多孔壁。如圖1和圖2所示，本發(fā)明的各個示例性實施方式還考慮了一種微粒過濾器100， 其具有一個或多個選擇性堵塞的通道端部，從而提供壁流式結(jié)構(gòu)，此種結(jié)構(gòu)使得流體流和多孔壁106之間更緊密地接觸。圖2是圖1的微粒過濾器100沿著直線2-2得到的截面示意圖，圖中顯示了微粒過濾器100中的通道108，110。交替的通道108和110在相反的端部用堵塞塊112封閉。例如，在圖1和圖2的示例性實施方式中，通道110在過濾器100的入口端102用堵塞塊112封閉，通道108在過濾器100的出口端104用堵塞塊112封閉。所述通道108、110的封閉迫使流體對流通過多孔壁106。流體沿著方向箭頭F，通過入口端102，經(jīng)由通道108流入微粒過濾器100，在通道中出口端104處被堵塞塊112封閉。此種封閉在封閉的通道108內(nèi)造成壓力累積，迫使流體通過通道108的多孔壁106。當(dāng)流體受迫通過多孔壁106的時候，微粒物質(zhì)被俘獲在壁106中，而流體則不受阻礙地通過。然后過濾之后的流體進入相鄰的通道110，經(jīng)由出口端104，通過通道110離開微粒過濾器100。所述堵塞塊112可以由任意合適的材料制成，不限于任何特定的堵塞糊料或材料。在各種示例性實施方式中，例如具體來說在由堇青石制造的過濾器中，所述堵塞塊112 可以由與粘結(jié)劑和填料一起使用的堇青石熟料形成。例如，示例性的堵塞塊還可以包括由以下組分的混合物組成的堵塞糊料鈦酸鋁粉末、鋁酸鈣粉末、Kaowool 鋁硅酸鹽纖維、二氧化硅溶膠、甲基纖維素粘結(jié)劑和水，通過加熱使其固化。根據(jù)本發(fā)明的各種示例性的實施方式，所述多孔壁106可以以各種不同的方式俘獲微粒物質(zhì)，例如將微粒物質(zhì)俘獲在多孔壁106的厚度之內(nèi)，以及俘獲在多孔壁106的表面 107上。將微粒物質(zhì)俘獲在過濾器壁之內(nèi)的過程通常被稱作深床過濾。但是，在超過某一程度的時候，多孔壁106內(nèi)的微粒物質(zhì)的沉積會充分地降低壁的透過性，使得隨后的微粒物質(zhì)俘獲在多孔壁106的表面107上發(fā)生。此種俘獲經(jīng)常被稱作餅床過濾。在深床過濾階段，隨著微粒過濾器的煙炱加載，背壓發(fā)生陡的增大。因此，希望在深床過濾階段，對微粒物質(zhì)加載具有低的壓降響應(yīng)(例如盡可能減小壓降響應(yīng)曲線的斜率)。由于沉積的微粒物質(zhì)本身作為過濾介質(zhì)，還觀察到過濾效率從初始的(清潔過濾器)過濾效率增大到最大過濾效率。與深床過濾相比，在餅床過濾階段，最大程度地增大過濾效率，背壓隨著煙炱加載的增大更緩和(例如針對煙炱加載的壓降響應(yīng)通常較小)。因此，與餅床過濾階段相比，在深床過濾階段的微粒過濾器針對微粒物質(zhì)加載的壓降響應(yīng)通常較大，因此在過濾器的壓降響應(yīng)曲線200中形成彎曲202(如圖3A所示)。為了盡可能減小壓降響應(yīng)曲線200在彎曲202處的斜率變化，本發(fā)明的各種示例性實施方式考慮了在深床過濾的初始階段減小壓降響應(yīng)曲線的斜率(即與深床過濾階段通常觀察到的較高的斜率相比，提供較淺的斜率)，以接近之后的餅床過濾階段的壓降響應(yīng)曲線的斜率 (見圖3A)。為了消除和/或最大程度減小初始的彎曲202 (例如提供具有基本連續(xù)斜率的曲線200)，各種另外的示例性實施方式還考慮對一種微粒過濾器進行構(gòu)造(例如基于其微結(jié)構(gòu))，從而消除或最大程度減小深床過濾，該過濾器的微粒加載直接導(dǎo)致餅床過濾。但是在此情況下，本發(fā)明仍然考慮了一些過濾器，這些過濾器構(gòu)造成具有低的清潔壓降，在餅床過濾階段對微粒加載具有陡的壓降響應(yīng)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，圖1和圖2所示以及上文所述的堵塞的通道端部的圖案僅僅是示例性的，可以在不背離本發(fā)明范圍的前提下采用其它的堵塞通道的布局。 另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，還可以在不背離本發(fā)明范圍的前提下使用部分流通式過濾器結(jié)構(gòu)(即過濾器的一部分通道被堵塞，過濾器的一些通道在兩端都是開放的)。以上關(guān)于深床過濾和餅床過濾的描述，以及關(guān)于這些過濾階段的壓降響應(yīng)的描述，可以與壁流式過濾器結(jié)構(gòu)等價地用于部分流通式過濾器結(jié)構(gòu)，這是因為部分流通式結(jié)構(gòu)中流過通道的至少一部分流體通過多孔過濾器壁，使得微粒物質(zhì)被俘獲在這些壁之內(nèi)。如上文所述，所述微粒過濾器，如圖1和圖2所示的微粒過濾器100的幾何結(jié)構(gòu)以及多孔壁結(jié)構(gòu)性質(zhì)會影響發(fā)動機的燃料經(jīng)濟性，微粒過濾器的過濾效率，以及微粒過濾器的再生頻率。在下文中將更詳細地描述，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，具有低的清潔壓降并且對微粒加載(例如在餅床過濾階段)具有陡的壓降響應(yīng)的微粒過濾器可以促進燃料經(jīng)濟性和過濾效率，同時降低過濾器再生的頻率。另外，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，微粒過濾器幾何結(jié)構(gòu)和多孔壁結(jié)構(gòu)性質(zhì)的組合能夠?qū)崿F(xiàn)高的初始過濾效率，低的清潔壓降，在深床過濾階段(如果有的話)對微粒加載低的壓降響應(yīng)，以及在餅床過濾階段對微粒加載陡的壓降響應(yīng)。在本文中，術(shù)語“清潔壓降”表示當(dāng)微粒過濾器是清潔的時候，流體在從入口端向著出口端流過微粒過濾器的時候的壓降。因此，具有“低的清潔壓降”的微粒過濾器表示具有以下性質(zhì)的過濾器其在初始的時候能夠允許流體相對自由地通過，在流體通過過濾器的時候，獲得低的壓降。在本文中，術(shù)語“對微粒加載的壓降響應(yīng)”表示當(dāng)過濾器變臟，加載了微粒物質(zhì)的時候，當(dāng)流體從入口端向著出口端流過所述微粒過濾器的時候，造成的流體的壓降變化。在本文中，術(shù)語“在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的低壓降響應(yīng)”表示一種過濾器在深床過濾的初始階段對微粒加載的敏感性降低(與常規(guī)過濾器相比)，使得在微粒過濾器中加載微粒物質(zhì)的時候，通過該過濾器的流體的壓降增加相對較低(與常規(guī)過濾器相比)。在本文中，術(shù)語“在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的陡的壓降響應(yīng)”表示一種過濾器在之后的餅床過濾階段對微粒加載的敏感性升高(與常規(guī)過濾器相比)，使得在微粒過濾器中加載微粒物質(zhì)的時候，通過該過濾器的流體的壓降增加相對較大 (與常規(guī)過濾器相比)。圖3A顯示了根據(jù)本發(fā)明的微粒過濾器中對微粒加載的壓降響應(yīng)的示意圖。如圖 3A所示，根據(jù)本發(fā)明各種示例性實施方式的過濾器可以具有低的清潔壓降(例如當(dāng)過濾器是清潔的)，記作204，在深床過濾階段對微粒加載具有較低的(或淺的)壓降響應(yīng)(例如在圖3A中曲線200直到彎曲202處表示的初始的很短的微粒加載過程)，記作206，在餅床過濾階段對微粒加載具有較陡的壓降響應(yīng)(例如在圖3A曲線的線性部分顯示的微粒加載過程中)，記作208。如圖3A所示，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，盡管曲線中表示深床過濾階段的 206部分的斜率大于曲線中記作208的餅床過濾階段的斜率，但是與常規(guī)的過濾器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的示例性實施方式的壓降響應(yīng)曲線在深床過濾階段具有較淺的斜率，在餅床過濾階段具有較陡的斜率。參見圖3B，曲線300顯示了微粒過濾器對煙炱加載的壓降響應(yīng)在餅床過濾階段具有較淺的壓降響應(yīng)(例如，常規(guī)過濾器)，曲線302顯示了在餅床過濾階段具有較陡的壓降響應(yīng)的微粒過濾器。代表淺的壓降響應(yīng)的曲線300如果外推到煙炱加載水平為零，則具有較低的清潔壓降，而且在餅床過濾階段具有較低的煙炱加載壓降，獲得總體上淺的對煙炱加載的響應(yīng)斜率。如果將對應(yīng)于陡的壓降響應(yīng)的曲線302外推到煙炱加載水平為零，則具有較低的清潔壓降，以及在餅床過濾階段對煙炱加載陡的響應(yīng)斜率。在圖3B中，將臨界煙炱加載水平，也即是為了避免過濾器在再生過程中溫度升高到無法接受的水平，因此不能超過的煙炱加載水平，記作SL。。如上文所討論，與實際的煙炱加載相比，通過監(jiān)控微粒過濾器上的壓降來預(yù)測煙炱加載存在一定的不確定性。如上文所討論，各種因素，例如給定過濾器的壓降響應(yīng)的變化，過濾器中存在的灰的水平，以及/或者用于該計算的傳感器的準(zhǔn)確性，都會對此種不確定性作出貢獻。因此，壓降的不確定性的范圍在圖3B的壓降軸上用括號304顯示。為了避免超過SL。，后處理系統(tǒng)通常使用壓降不確定范圍的下限來觸發(fā)再生。在圖:3B中，該不確定范圍的下限對應(yīng)于煙炱加載目標(biāo)值(SLt)，此時有足夠的置信度表明，在考慮不確定性的情況下，尚未超過SL。，在此時觸發(fā)再生。如圖:3B所示，陡的壓降響應(yīng)曲線的SLt(SLt,te)遠遠超過淺的壓降響應(yīng)曲線的SLt(SLt,s)。因此，在兩種過濾器具有相同的 SL。的情況下，與在餅床過濾階段對煙炱加載具有淺的壓降響應(yīng)的微粒過濾器相比，在餅床過濾階段具有陡的壓降響應(yīng)的微粒過濾器的再生(曲線302表示)可以以再生操作之間較長的間隔時間進行。如上文所討論，本發(fā)明考慮了構(gòu)造具有各種幾何性質(zhì)和多孔壁微結(jié)構(gòu)性質(zhì)的微粒過濾器，從而實現(xiàn)所需的在餅床過濾階段對過濾器的微粒(例如煙炱)加載具有陡的壓降響應(yīng)，同時在過濾器為清潔的時候，保持低的壓降和高的過濾效率。在一些示例性的實施方式中，本發(fā)明還考慮了一種微粒過濾器構(gòu)型，其中發(fā)生很少的深床過濾，或者不發(fā)生深床過濾，微粒加載基本上直接導(dǎo)致餅床過濾。但是，在其它的示例性實施方式中，本發(fā)明還考慮了構(gòu)造一種微粒過濾器，其中發(fā)生深床過濾，在深床過濾階段實現(xiàn)對微粒加載的低的壓降響應(yīng)。為了確定過濾器設(shè)計的變量(例如幾何性質(zhì)和多孔壁微結(jié)構(gòu)性質(zhì))的范圍，以實現(xiàn)所需的高過濾器FE，低的清潔壓降，在深床過濾階段(如果有的話)對微粒(例如煙炱) 加載的低壓降響應(yīng)，以及在餅床過濾階段對微粒(例如煙炱)加載的陡的壓降響應(yīng)，本發(fā)明人使用以下結(jié)合圖4-13顯示和描述的模擬數(shù)據(jù)和實驗結(jié)果。圖4顯示了清潔壓降和加載煙炱后的壓降(單位為英寸汞柱，英寸Hg)隨著過濾器多孔壁的孔道密度(單位為孔道/平方英寸(cpsi))的變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)。在圖4中， 在氣體流速為陽磅/分鐘，溫度為570°C的條件下，對直徑為8英寸、長度為12英寸的微粒過濾器進行模擬。如圖4所示，清潔壓降(表示為0克/升(g/1))隨著壁孔道密度(cpsi) 的增大而增大，而加載煙炱后的壓降(用6g/l表示)隨著壁孔道密度的減小而增大。另外，清潔壓降和加載煙炱后的壓降之差隨著壁孔道密度的減小而增大。圖4顯示了對于壁孔道密度約小于200cpsi的情況，此種效果特別強烈，隨著壁孔道密度的減小，加載煙炱后的壓降顯著增大。因此，為了提供低的清潔壓降以及對煙炱加載陡的壓降響應(yīng)，本發(fā)明考慮了具有低壁孔道密度的微粒過濾器，例如壁孔道密度約小于200cpsi，例如壁孔道密度約小于150cpsi。在圖4中，隨著壁孔道密度的變化，壁厚度也發(fā)生變化，使得不同的比較過濾器的等價體積密度恒定(例如為200/18和200/12cpsi/密耳)。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，在比較過濾器的時候，有時候很重要的是要保持體積密度恒定，這是因為體積密度能夠決定給定微粒加載水平情況下，再生過程中的最大過濾器溫度增加。圖5顯示了類似的效果，圖5顯示了在各種壁孔道密度150cpsi，200cpsi，250cpsi 和300cpsi的條件下，壓降隨著煙炱加載的變化關(guān)系的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果。在圖5中，在氣體流速為1400米7小時，溫度為500°C的條件下，對直徑為12英寸、長度為8英寸、壁厚度為8 密耳(1密耳=1/1000英寸)、孔隙率為50%、中值孔徑為19微米的微粒過濾器進行模擬。 如圖5所示，對于較低的壁孔道密度，200cpsi和150cpsi，壓降隨著煙炱加載而增大的程度較高。圖6顯示了對于各種過濾器長度8英寸，10英寸，12英寸和14英寸，壓降隨著煙炱加載(單位為克(g))而變化的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果(顯示為曲線150/14/8 ;150/14/10; 150/14/12 ；和150/14/14，其中系列編號中的最后一個數(shù)字表示過濾器的長度)。在圖6中，在氣體流速為1400米7小時，溫度為500°C的條件下，對直徑為12英寸、壁厚度為14密耳、壁孔隙率為50%、中值孔徑為19微米、150cpsi的微粒過濾器進行模擬。如圖6所示， 具有較低長度/直徑比的過濾器(例如具有較短的過濾器長度的過濾器)的壓降-煙炱加載曲線的斜率較大。例如，長度/直徑比為8/12 (0.66)的過濾器對應(yīng)于空速約為7(^^1 其斜率約為長度/直徑比為14/12(1. 17)的過濾器的斜率的三倍，后者對應(yīng)的空速約為40 秒Λ因此，為了提供對煙炱加載陡的壓降響應(yīng)，本發(fā)明考慮了具有較低的長度/直徑比的微粒過濾器，例如長度/直徑比約小于1，例如長度/直徑比約小于0. 85，或者例如長度/直徑比約小于0.7，對應(yīng)于較大的空速，例如空速約大于仙秒、或者例如空速約大于70秒人圖7Α，7Β和7C顯示了對于各種通道壁厚度8密耳、10密耳、12密耳和14密耳，在各種壁孔道密度150cpsi (圖7A)、200cpsi (圖7B)和300cpsi (圖7C)條件下，壓降響應(yīng)對煙炱加載的靈敏度。在圖7A，7B和7C中，在氣體流速為1400米7小時，溫度為500°C的條件下，對直徑為12英寸、長度為8英寸，壁孔隙率為50%、中值孔徑為19微米的微粒過濾器進行模擬。如各圖所示，如圖中的各條曲線所示，壁厚度的增大會造成微粒過濾器的清潔壓降增大，還會造成微粒過濾器的加載煙炱后的壓降的增大，從而導(dǎo)致隨著煙炱加載的壓降增大具有較高的斜率。但是，如圖7A，7B和7C所示，此種由于壁厚度增大造成的斜率的增大的程度適中。因此，無論采取何種壁孔道密度(cpsi)，較小的壁厚度保持低的清潔壓降的益處總會超過隨著煙炱加載造成的壓降增加的斜率較高的效果。因此，為了保持低的清潔壓降，本發(fā)明考慮了通道壁厚度例如約小于14密耳的微粒過濾器。盡管微粒過濾器的多孔壁微結(jié)構(gòu)似乎不會對高煙炱加載水平情況下(例如餅床過濾階段)的流體壓降造成顯著影響，但是已知壁孔隙率、孔徑和孔徑分布之類的參數(shù)會對過濾器的清潔壓降以及過濾器的過濾效率和由于深床過濾造成的初始壓降的增加造成影響。因此，這樣的微結(jié)構(gòu)性質(zhì)還可以用于在餅床過濾階段對煙炱加載具有陡的壓降響應(yīng)的微粒過濾器。如上文所討論，本發(fā)明考慮利用微粒過濾器的各種微結(jié)構(gòu)性質(zhì)來實現(xiàn)所需的低的清潔壓降，高的過濾效率，以及初始壓降的增加減少。與前文所述的情況相同，為了確定這些微結(jié)構(gòu)性質(zhì)，用模擬數(shù)據(jù)和實驗數(shù)據(jù)獲得具有這些所需特征的微粒過濾器的結(jié)構(gòu)設(shè)計變量的范圍。圖8A和8B以及9A和9B分別顯示了對于壁孔道密度/壁厚度的各種組合，即 200cpsi/12密耳、200cpsi/18密耳和275cpsi/12密耳，清潔壓降對壁的中值孔徑和壁孔隙率的靈敏性。在圖8A和9A中，在氣體流速為427千克/小時，溫度為25°C的條件下，對直徑5. 66英寸、長度6英寸的微粒過濾器進行模擬。如圖8A所示，孔隙率約為50%的微粒過濾器在壁中值孔徑約小于13微米的情況下，清潔壓降顯著增大，而在壁中值孔徑約大于13 微米的時候，清潔壓降僅發(fā)生中等程度的減小。如圖9A所示，具有約15微米的壁中值孔徑 (MPS)的微粒過濾器的清潔壓降隨著壁孔隙率的增大發(fā)生中等的減小。因此，圖中顯示清潔壓降對壁孔隙率的增大比較不靈敏，但是對壁中值孔徑的減小(例如約小于13微米)較為靈敏。類似地，圖8B和9B顯示了具有各種壁孔道密度/壁厚度組合的過濾器(即， 200cpsi/12密耳，對應(yīng)于菱形；200cpsi/18密耳，對應(yīng)于正方形；275cpsi/12密耳，對應(yīng)于三角形)進行的實驗測試的結(jié)果。如上文所述，在氣體流速為427千克/小時，溫度為25°C 的條件下，對直徑5. 66英寸、長度6英寸的過濾器進行測試。對以上模擬數(shù)據(jù)進行證實，圖
18B還顯示了清潔壓降對壁孔隙率的增大比較不靈敏，而圖9B還顯示了清潔壓降對壁中值孔徑的減小比較靈敏。圖IOA和IOB以及IlA和IlB所示的結(jié)果證明了初始(清潔過濾器)過濾器效率對壁中值孔徑和壁孔隙率的靈敏性。在圖IOA和IlA中，在氣體流速為15. 59cfm(立方英尺/分鐘)、溫度為25°C的條件下，對壁孔道密度為275cpsi、壁厚度為12密耳Q75/12)、 直徑為5. 66英寸、長度為6英寸的過濾器進行模擬。如圖IOA所示，當(dāng)壁的中值孔徑從大約20微米減小到大約14微米的時候，壁孔隙率約為50%的微粒過濾器的初始過濾器效率從大約34%增大到大約58%。如圖IlA所示，當(dāng)過濾器的壁孔隙率從大約48%增大到大約55%的時候，中值孔徑約為17微米的微粒過濾器的初始過濾器效率從大約42%增大到大約45%。因此，圖中顯示初始過濾器效率對壁孔隙率的增大比較不靈敏，但是對壁中值孔徑的減小比較靈敏，隨著壁中值孔徑的減小而顯著增大。類似地，圖IOB和IlB顯示了具有各種壁孔道密度/壁厚度組合的過濾器(即 275cpsi/12密耳(275/12，對應(yīng)于正方形)，和200cpsi/12密耳(200/12，對應(yīng)于菱形))的實驗測試結(jié)果，所述過濾器的直徑為5. 66英寸，長度為6英寸，在氣體流速為15. 59cfm、溫度為25°C的條件下進行測試。為了對模擬數(shù)據(jù)進行證實，圖IlB中的275/12曲線還顯示了初始過濾器效率對壁孔隙率的增大較為不靈敏，而圖IOB中的275/12曲線進一步顯示了初始過濾器效率對壁中值孔徑的減小比較靈敏。圖12顯示了壁孔隙率對由于深床過濾造成的初始背壓壓降斜率的影響的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果。如圖12所示，在氣體流速為26. 25cfm、溫度為25°C的條件下對微粒過濾器進行模擬，所述微粒過濾器的直徑為2英寸，長度為6英寸，中值孔徑約為20微米，小于10微米的孔貢獻大約6 %的孔隙率，大于40微米的孔貢獻10. 25 %的孔隙率，隨著壁孔隙率從48 %增大到M%，初始壓降斜率(在y軸上測得)減小。因此，為了使得微粒過濾器實現(xiàn)所需的壓降以及過濾器效率，本發(fā)明示例性的實施方式考慮了使用多孔壁的中值孔徑約為13-20微米、或者約為13-16微米的結(jié)構(gòu)，其可以獲得較高的過濾器效率性能，同時不會使得過濾器的清潔壓降顯著增大。另外，盡管清潔壓降僅僅隨著壁孔隙率的增大發(fā)生中等程度的提高，但是較大的壁孔隙率還可以幫助減小由于深床過濾造成的高的初始背壓。因此，本發(fā)明還考慮了使用多孔壁的總孔隙率約大于45%的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另外的示例性實施方式還考慮了使用多孔壁的總孔隙率約為 45-60%的微粒過濾器，以解決由于較高的孔隙率水平可能造成的對過濾器的體積密度/ 熱質(zhì)量的負面影響。圖13顯示了壁孔徑分布對由于深床過濾造成的初始背壓壓降斜率的影響的模擬數(shù)據(jù)結(jié)果。如圖13所示，初始背壓壓降對由孔徑小于10微米的孔(通過水銀孔隙率技術(shù)測定的小孔)貢獻的孔隙率較為靈敏。如圖所示，微粒過濾器在氣體流速為26. 25cfm、溫度為25°C的條件下進行模擬，所述過濾器的直徑為2英寸，長度為6英寸，中值孔徑約為19微米，孔隙率為52%，當(dāng)孔徑小于10微米的孔貢獻的孔隙率從大約2. 15%增大到大約12%的時候(同時，孔徑大于40微米的孔貢獻的孔隙率從大約10. 68%減小到大約9. 6%，以維持孔徑分布有恒定的中值)，深床過濾階段的初始壓降的斜率增大大約66%。因此，通過提供一種過濾器結(jié)構(gòu)，其孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于10%的孔隙率，例如約小于 6%的孔隙率，例如約小于2%的孔隙率，可能有助于在深床過濾階段減小初始壓降的增大。
本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠理解，參照圖4-13顯示和描述的結(jié)果和對應(yīng)的幾何和微結(jié)構(gòu)性質(zhì)僅僅是示例性的，并不會對本發(fā)明或權(quán)利要求書的范圍構(gòu)成限制。例如，進入所述結(jié)構(gòu)的流體流的性質(zhì)，例如溫度、壓力、流體中的污染物和/或其他物質(zhì)的濃度、以及流速(流入系統(tǒng)、在系統(tǒng)中流過，以及從系統(tǒng)流出的流速)也是需要考慮的因素，以便根據(jù)本發(fā)明選擇過濾器的幾何和微結(jié)構(gòu)性質(zhì)。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解，本發(fā)明的微粒過濾器以及用于微粒過濾器再生的方法可以包括多種幾何和微結(jié)構(gòu)參數(shù)，這些參數(shù)能夠獲得低的清潔壓降，在餅床過濾階段對微粒加載的陡的壓降響應(yīng)，以及在陡床過濾階段對微粒加載的低的壓降響應(yīng)。以下實施例顯示了模型微粒過濾器，其具有各種過濾器參數(shù)，在各種氣體流速條件下提供低的清潔壓降，在深床過濾階段對煙炱加載的低的壓降響應(yīng)(例如壓降-煙炱加載曲線的淺的斜率)，以及在餅床過濾階段對煙炱加載的高的壓降響應(yīng)(例如壓降-煙炱加載曲線的陡的斜率)。根據(jù)本發(fā)明，在流速(Qrrf)為1400米7小時、溫度(Trrf)為500°C的廢氣條件下， 直徑為12英寸、長度為8英寸、壁厚度為12密耳、壁孔道密度為200cpsi、壁孔隙率為45%、 中值孔徑為19微米、其中小于10微米的孔貢獻10%的孔隙率的微粒過濾器具有以下的壓降和壓降響應(yīng)1. 67kPa(千帕)的低的清潔壓降，在0. 05克/升的煙炱加載條件下的深床壓降為1.84kPa，在1克/升的煙炱加載條件下的餅床壓降(對于調(diào)節(jié)后的過濾器)為 2. 57kPa0另外，在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的低的壓降響應(yīng)(在深床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為3. 4kPa/(克/升煙炱)，在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的陡的壓降響應(yīng)(餅床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為0. 9kPa/(克/升煙炱)。使用與上文所述相同的過濾器參數(shù)和廢氣參數(shù)，區(qū)別在于，過濾器的孔徑分布中， 小于10微米的孔貢獻6%的孔隙率，1. 61kPa的低的清潔壓降，0. 05克/升條件下的深床壓降為1. 75kPa。另外，在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的低的壓降響應(yīng)(在深床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為2. SkPa/ (克/升煙炱)，在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的陡的壓降響應(yīng)(餅床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為0. 9吐&/(克/升煙炱)。使用與上文所述相同的過濾器參數(shù)和廢氣參數(shù)，區(qū)別在于，過濾器的孔徑分布中， 小于10微米的孔貢獻2%的孔隙率，1. 55kPa的低的清潔壓降，0. 05克/升條件下的深床壓降為1. 66kPa。另外，在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的低的壓降響應(yīng)(在深床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為2. 2kPa/ (克/升煙炱)，在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的陡的壓降響應(yīng)(餅床過濾階段的壓降響應(yīng)斜率)為0. 9kPa/(克/升煙炱)。但是，使用下文所述的縮放法和公式，可以從任意成組的流速和溫度條件縮放所需的壓降響應(yīng)以及相關(guān)的過濾器幾何性質(zhì)和微結(jié)構(gòu)。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠利用下文所述的縮放法確定過濾器，該過濾器構(gòu)造成能實現(xiàn)低的清潔壓降，深床過濾階段低的壓降響應(yīng)斜率，以及餅床過濾階段陡的壓降響應(yīng)斜率。歐拉數(shù)Eu和雷諾數(shù)Re的定義如下
權(quán)利要求
1.一種微粒過濾器，其包括入口端、出口端以及多個通道，所述通道設(shè)置并構(gòu)造成使得流體從入口端向著出口端流動，所述通道由構(gòu)造用來俘獲微粒物質(zhì)的多孔壁限定，所述多孔壁具有以下性質(zhì)孔道密度約小于200cpsi，壁厚度約小于14密耳，中值孔徑約為13-20微米，總孔隙率約大于45%，孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于10%的孔隙率。
2.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器具有蜂窩體結(jié)構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多孔壁構(gòu)造用來俘獲煙炱。
4.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述孔道密度約小于150cpsi。
5.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述總孔隙率約為45-60%。
6.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述中值孔徑約為13-16微米。
7.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于6%的孔隙率。
8.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于2%的孔隙率。
9.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器的長度/直徑比約小于1。
10.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器的長度/直徑比約小于0. 85。
11.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器的長度/直徑比約小于0. 7。
12.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器的長度/直徑比對應(yīng)于空速約大于40秒Λ
13.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器的長度/直徑比對應(yīng)于空速約大于70秒Λ
14.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述多個通道構(gòu)造成用來使得發(fā)動機廢氣流過。
15.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器是柴油機微粒過濾ο
16.如權(quán)利要求1所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器包含陶瓷材料。
17.如權(quán)利要求16所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器包含堇青石。
18.如權(quán)利要求16所述的微粒過濾器，其特征在于，所述微粒過濾器包含碳化硅。
19.一種微粒過濾器，其包括入口端、出口端以及多個通道，所述通道設(shè)置并構(gòu)造成使得流體從入口端向著出口端流動，所述通道由構(gòu)造用來俘獲微粒物質(zhì)的多孔壁限定，所述微粒過濾器構(gòu)造成使得在溫度為500°C、流體流速為1400米7小時的條件下從所述微粒過濾器流過的流體具有以下性質(zhì)從入口端到出口端具有約小于或等于1. 7千帕的低清潔壓降，在深床過濾階段，對微粒過濾器的微粒加載具有低的壓降響應(yīng)，定義為斜率約小于或等于3. 4kPa/ (g/L煙炱密度)，在餅床過濾階段，對微粒過濾器的微粒加載具有陡的壓降響應(yīng)，定義為斜率約大于0. 9kPa/(g/L煙炱密度)。
20.如權(quán)利要求19所述的微粒過濾器，其特征在于，所述在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載低的壓降響應(yīng)是約小于2. 75kPa/(g/L煙炱密度)。
21.如權(quán)利要求19所述的微粒過濾器，其特征在于，所述在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載低的壓降響應(yīng)是約小于2kPa/(g/L煙炱密度)。
22.如權(quán)利要求19所述的微粒過濾器，其特征在于，所述在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載低的壓降響應(yīng)是約小于1. 5kPa/ (g/L煙炱密度)。
23.如權(quán)利要求19所述的微粒過濾器，其特征在于，所述低的清潔壓降是在不同的廢氣溫度和廢氣流速下，通過乘以歐拉數(shù)和雷諾數(shù)而計算得到。
24.如權(quán)利要求19所述的微粒過濾器，其特征在于，所述在深床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的低的壓降響應(yīng)以及在餅床過濾階段對微粒過濾器的微粒加載的陡的壓降響應(yīng)是在不同的廢氣溫度和廢氣流速下，通過乘以歐拉數(shù)、雷諾數(shù)和斯托克斯-庫寧漢姆校正因子而計算得到的。
全文摘要
一種微粒過濾器[100]可以包括入口端[102]、出口端[104]以及多個通道[108，110]，所述多個通道設(shè)置并構(gòu)造成使得流體從入口端[102]向著出口端[104]流動，所述通道[108，110]由構(gòu)造用來俘獲微粒物質(zhì)的多孔壁[106]限定。所述多孔壁[106]的孔道密度約小于200cpsi，壁厚度約小于14密耳，中值孔徑約為13-20微米，總孔隙率約大于45％，孔徑分布使得小于10微米的孔貢獻約小于10％的孔隙率。
文檔編號F01N3/022GK102325970SQ201080009554
公開日2012年1月18日 申請日期2010年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月21日
發(fā)明者A·K·海貝爾, D·M·比爾, P·坦登 申請人:康寧股份有限公司