专利名称：耐热和可再生的具有流通路径的过滤体的制作方法
技术领域：
本发明提供一种用来滤掉流过过滤体的气流中的颗粒的、具有气流流通路径的过滤体。该过滤体是耐热以及可再生的。本发明还提供一种用来制造耐热和可再生的过滤体的方法，此过滤体用来滤掉颗粒，特别是从流过过滤体的，尤其是内燃机的气流中滤掉炭黑颗粒。这样制造出来的过滤体也具有规定的流通路径。
本发明的优先应用领域是用于内燃机废气过滤领域。世界范围内越来越强烈的环保意识促使，特别是在这个领域内力求寻找解决的办法、减小排放、净化、中和以及最后降低到对于人类和他的环境尽可能低的程度。这在八十年代中期例如在汽车方面注意力集中到了炭黑颗粒上。为了能够将这些颗粒从废气中滤掉，设计了各种不同的过滤方案。下面对现有技术状况中已知的一些过滤装置作一综述，本发明同样追述它们的结构、材料和公开的内容。
DE3744265公布了一种用于内燃机废气净化的炭黑过滤器，炭黑过滤器内具有用来使废气转变方向的波纹和折皱。在炭黑过滤器的过滤层内叠放着平面过滤材料。此外叙述了形成波纹和折皱的制造方法，其中在所采用的钢板中加工出相隔一定间距的横向分布的横档。由DE3330020已知一种由金属丝织物制成的柴油机废气过滤器，以多种多样的形状表示了它的编织结构。张开的和封闭的端面部分相互面对面分布，由此在柴油机废气过滤器内规定出流通路径。封闭的端面部分借助于柴油机废气过滤器的构件的压缩变形达到。EP0134002表示了这方面的可能的结构，并揭示了一种制造方法，带覆盖层的织物卷成一个空气能通过的口袋。在另一份资料，DE2951316中叙述了一种用于柴油机废气净化器的催化过滤器，它由带波纹的编织物制成的交替层和封闭的覆盖层的金属编织结构组成。过滤器的端面借助于覆盖物这样地封闭，使封闭的端面部分位于张开的端面部分的对面。催化过滤器的过滤作用通过网眼以及涂在编织物上的氧化层的多孔性实现。另一个技术结构、在过滤体内实现流通路径，在OS2733640中作了描述。它叙述了一种用于内燃机废气净化的催化反应器的带有涂覆的钢表面的坯体。在钢板上的突起和凹陷与相邻的钢板形状吻合地相互配合，由此在坯体内形成流通路径。由DE3744265还得知一种炭黑过滤器，其中波纹或折皱材料层在垂直于波纹或折皱的纵向加以封闭。
除了上述金属板或薄膜制造的过滤器以外挤出成形的或陶瓷的过滤器也属于现有技术。由G8700787.8得知一种用于柴油机的炭黑过滤器，其中设置在不规则层内的陶瓷纤维构成一个多孔的过滤体。在过滤体内埋入加热丝，它基本上应该将过滤体的整个体积加热到一定的温度。由JP-57-163112已知一种炭黑过滤器，其中陶瓷泡沫在两侧上用金属薄膜包裹。DE3501182公开一种用于柴油机的废气过滤器，它由一种由多孔陶瓷制成的整体过滤块组成。这种过滤块具有许多分布在废气主流通方向的通道。这些通道交替地通过堵头堵死。这些堵头应该使废气依次地流过一个以上的通道壁。其中在流动方向通过使用堵头依次连接的通道壁的透气性应该逐渐减小。透气性的减小应该通过在过滤块毛坯上涂覆透气性减小剂达到，其中通过多次涂覆在这样制造的废气过滤器上达到具有不同的透气性的不同区域。这种废气过滤器由于必要的堵头以及也许必要的多次涂覆制造成本很高。通过将整体的过滤块分成因涂覆而造成不同透气性的区域在使用期增加时过滤器前背压的增加会明显地减小。由于过滤块通过它的结构强制形成的流通路径虽然能保证依次连接的多孔区能够流通，但是不可能说清确切的流通路径。过滤块内的各个气流也总是相互混淆，并由于由此出现的应效在过滤块内引起非预期的压力损失。
本发明的目的是提供一种耐热和可再生的过滤体，它在过滤和过流时具有高过滤效率和低压力损失，并且可以在少许几个工序内将其制成。其次本发明的目的是提供一种制造耐热和可再生的过滤体的方法，这种方法使过滤体具有特别省工的结构。
用来从流过过滤体的气流中滤掉颗粒的、具有气流流通路径的耐热和可再生过滤体具有相互分开的流通路径。在流通路径内沿气流方向分别依次设置至少一个第一过滤级和一个第二精密过滤级。流通路径的分级一方面确保，通过各个过滤级每个部分气流缓慢走过一个预先规定的一定的路程。另一方面防止由于不同部分气流的混和造成压力损失。各个流通路径的分隔也使过滤体的结构造型更容易。这样一个流通路径内的各个过滤级可以与相邻流通路径无关地设置。
第一过滤级从流过的气流中滤掉具有一定最小尺寸的颗粒。因此它用作粗过滤器，它防止在继续流动的气流中继续存在面积和/或体积较大的已有污物。然后经过第一次过滤的气流通向第二个、精密的过滤级。现在它要从气流中滤掉比第一过滤级所滤掉的颗粒小的颗粒。将通过过滤体的过滤分成不同的过滤级有这样的好处，使得从一个过滤级的过滤表面来看，始终存在足够的空隙，使得比该过滤级应该滤掉的颗粒更小的颗粒能够通过它。如果只存在一个具有唯一的规定的最大允许通过粒度的过滤级，也许在所有滤掉的颗粒堆积起来时会造成大得多的压力损失。通过采用依次设置在一个流通路径内的过滤级，由颗粒堵塞引起的载荷也分配在很多过滤表面上，其中由颗粒引起的总载荷分配在各个相互隔开的流通路径上。相应于各个过滤级过滤表面总和的大小在运行时得到比具有一个唯一的多孔体的过滤器小的压力损失，如果形成过滤表面总和的流通路径按流体技术合理地设计的话。
在许多应用场合下，过滤体具有两个过滤级就足够了。但是根据本发明应用领域、颗粒的类型以及气流中颗粒的含量的不同，也许过滤体内设置两个、三个或更多的具有沿气流方向逐渐减小的过滤网眼的过滤级更合适。由此达到在过滤体内实现非常精确地定量的过滤过程。例如如果知道在待过滤气流中主要存在一定大小的颗粒，这些颗粒在大小方面具有一定的分散度，那末通过采用许多过滤级(它们在其过滤网的大小方面非常接近)可以将滤出物分成许多(过滤)级。从而从一开始就排除各个过滤级的过载。
耐热和可再生的过滤体的一种结构形式交替地具有过滤材料层和不透气材料层。过滤材料层具有沿气流方向越来越小的过滤网眼尺寸，而不透气材料层构成导流面。导流面迫使气流两次或多次转向，使得气流必须两次或多次与过滤材料层相遇。导流面用来形成流通路径并将它们相互隔开，而过滤材料层主要构成各个过滤级。过滤材料例如可以是编织物，以及金属丝过滤网或者其他已知的，耐热过滤材料。这些例如可以是纤维过滤器或陶瓷泡沫过滤器。后者的一个例子是聚氨酯泡沫，将它用过滤材料(Corderite或A1203)浸泡，接着干燥并焙烤。纤维过滤器在其功效方面与纤维直径和颗粒直径的协调有很大的关系。对于过滤颗粒直径在0.1至1μM之间的汽车柴油机废气颗粒纤维直径约为4至30μM时效果最好。为了达到足够的强度，特别是有关可再生性方面，根据材料的不同纤维直径也可以选得更大一些。此外也可以采用钢丝绒过滤器，它的钢丝直径例如为0.25mm。过滤材料层和不透气材料层的材料可以是金属，但是也可以是陶瓷材料。材料选择的限制主要取决于过滤器使用状态中的条件。
在一种非常合适的应用领域，过滤内燃机的颗粒，特别是来自柴油机的炭黑颗粒时，在过滤体再生时温度的升高也像气流本身流过过滤体时的温度一样，达到了过滤体材料的极限。用一种催化的非贵金属涂层可使炭黑燃烧温度从约500℃降低到约400℃。通过运用金属的燃料添加剂燃烧温度甚至可以降低到150℃。但是也应注意，例如在行驶中炭黑燃烧时在不合适的条件下温度也可能达到和超过1400℃。但是这可以通过按本发明的过滤体结构予以防止。在过滤体的其他应用场合中可采用的材料的限制例如是由于必要的耐酸性、由于颗粒的种类以及它的流动速度或其他影响因素而出现的锈蚀。
但是流通路径结构造型的成本也与过滤体的应用领域有关。这也可以通过各层之间的间隙造成，就像在通过壁板相互隔开的过滤体的结构形式，例如不同的挤出成形的、具有不同间距的圆形套管相互套插在一起形成的过滤体时那样。如果对这种过滤体从外面用待过滤气流供气，那末经过过滤的气流会从最后一个挤出成形的管子内部排出。这些套例如可以通过托架相互连接。这些分别起过滤级作用的套管的另一种固定可能性通过支承在它们的端面上得到。为了使这种类型的过滤器形成从外向内的流通，在径向流通时它们的端面必须封闭。最好沿这个方向过滤级的穿透性也逐渐减小。这种流通方向有这样的好处，在最外面的管或者套，它们当然具有最大的表面积，也应该挡住最大的颗粒。但是由于套的表面积大，滤掉大的颗粒不会引起像例如在用同样的气流和颗粒供气时在最里面的套中所出现的这么高的压力损失。流通路径的另一种结构设想它是流动管道。因此过滤体可以卷曲、叠装、挤出成形或者用其他方法制造。作为流动管道特别应该注意导流面的结构形式，它构成和/或细分成一个被气流相交的横截面，此横截面与过滤体的其他尺寸相比比较小。
过滤级在一个由单独的过滤器组成的结构中或在另一种由多个过滤器组成的结构中也做成层状。过滤体的一种优良结构具有一个分层的和/或卷曲的带有金属薄膜的层，其中在一层中做入一个第一和/或第二过滤器。用这种方法过滤层可以任意地成形，其中在过滤体中它对于它的牢固性也起一定作用。其次，一个或两个过滤器拼合在一个带金属薄膜的层中也允许采用这样的材料作过滤器，它本身没有足够的强度或者不能制成一定的形状，例如布料等等。其中一个过滤器配设于一个过滤级。一个过滤级或多个后续的过滤级的另一种结构设想，第一和第二过滤器形成一个相互组合的过滤器。这可以理解为，组合过滤器延伸至多个流通路径，或者在一个流通路径中依次排列的过滤级通过过滤器本身相互组合在一起。这种过滤器例如可以是一种金属织物，其中织物的网眼在其整个长度上各不相同，并由此形成不同的过滤级。但是也可以考虑其他过滤器，如由前面所提到的现有技术状况得知的那些过滤器。
为了特别有效地利用一个过滤级或一个过滤器，如果它这样地设置在一个流动管道的一个平面内，使得流动管道内的过滤级的可以用待净化气体供气的横截面积大于这个流动管道的最小横截面积的话，有好处。气流在穿过一个过滤级时分布在一个比管道横截面积大的表面上一方面避免较大的压力损失。另一方面由于与在横截面内垂直于管道设置的过滤级相比网眼的数量增加使网眼更不容易堵塞。其次用这种方法对于过滤器或过滤级在结构方面也是有利的。特别是它们可以这样地设置，使得它们对于过滤体的牢固性所起的作用和它对它的弹性所起的作用一样大。因此在一种过滤体的结构中过滤级在载荷作用下是可变形的。根据过滤体在相应的应用领域内打算承受多大的载荷的不同，这种可变形性既可以是塑性的也可以是弹性的。
过滤体的一种具体结构，具有一个带凹槽的过滤级的过滤体，这个过滤级过滤掉的颗粒首先积聚在这个凹槽内。凹槽的意思是一方面可以理解为一种空间结构，在这种结构中由于流过这个过滤级相应的几何形状促使在这个过滤级上滤下来的颗粒有一个漂移运动。这个漂移运动可以通过过滤级合适的结构改变方向。为此它可以有凹陷、槽、收缩、类似棱柱形的东西，就像导向面一样。另一方面凹槽可以理解为所有那些在过滤级上的、使滤下来的颗粒好像有一个主要的吸引点这种措施。这可以是一种化学的，物理的或电气的措施。
过滤体经过较长时间流通在过滤级上凹槽内或周围产生的颗粒积聚使得过滤体的再生更容易。在过滤体长期使用时，从时间方面来看它的过滤效果越来越差。因此必须设法能够至少近似地重新达到原来的过滤效果。在过滤体的结构中它至少在靠近凹槽的地方具有过滤级的再生装置。这可以是一种使积聚在那里的颗粒受热转化的装置。但是其他措施，例如颗粒的排出通道等等也是可以的。过滤体的再生可以用化学的、热力学的或者机械的方法进行，这里正常情况下所选择的再生类型取决于很多参数。根据过滤体结构、其中所用的材料和过滤体所处的设备的不同可以确定，机械排除，例如颗粒的振动或液力清除是否比其他再生可能性更优越。过滤掉的颗粒的种类和它的特性，例如粘接性，当然也起一定影响。过滤体的不同过滤级采用不同的再生方法，也可能是有好处的。例如在沿流动方向顺次排列的过滤级中这样做可能是有利的，特别细的颗粒用热力转化，而沿流动方向在前面的过滤级上的较大颗粒用机械方法排除更好。因此再生方法的选择还与能量方面的考虑有关。
在过滤体的一种优先结构中它至少局部具有有催化作用的涂层。这可以用来使流过过滤体的气流发生反应，而且对于过滤体本身也有作用。这可以是由于催化反应使过滤体的一部分或整个过滤体加热，就是一个过滤级可能的再生一样。过滤体可以用在化工设备以及一种排气设备中，在这种排气设备中气流温度高到使不耐热的过滤体受到损坏的程度。
在用于柴油发动机汽车时最好在蜂窝体内采用两种不同催化活性涂层，以便有目的地改善一定的性能。例如如果存在碳氢化合物，它能够与减少一氧化氮的氧相结合，那末两种涂层可以最有效地使废气中的一氧化氮转化为无害成分。因此过滤体的第一级优先配备用来使一氧化氮分解的还原反应所需要的涂层。然后接着配备留下来的碳氢化合物(和一氧化碳，如果存在的话)的氧化反应所需要的涂层。
同时或者作为一种选择方案也可以，不同的层配备不同的涂层，特别是里面有炭黑积聚的透气层配备一种使炭黑燃烧温度降低的活性涂层，而不透气的层配备一种对于碳氢化合物的氧化反应所需要的涂层。
在过滤体的另一种结构中它可以加热。这可以用电、但是也可以用其他方法，例如通过化学效应、热传导等等实现。优先的是，第一或第二过滤级可以直接加热。一方面这可以使气流加热，另一方面用这种方法也可以使过滤级再生。过滤体的加热可以包括整个过滤体，但是也可以仅仅包括它的某一个部分。这可以通过过滤体的结构以及例如在电加热时通过电气接线加以控制。特别是过滤体可以设计成这样，使得一部分表面温度可以加热得特别高，而另一些表面与此不同，只加热到一定程度。
按照本发明的另一个目的还应该创造一种用来制造耐热和可再生的过滤体的方法，这种过滤体用来从流过过滤体的、特别是在内燃机中的气流中滤掉颗粒，特别是炭黑颗粒。这种过滤体还具有流过气流的规定的流通路径。在过滤体中的流通路径的制造过程中在流通路径内至少同时设置一个第一过滤级和一个第二精密过滤级，其中从流过过滤体的流动方向看，第一和第二过滤级一个接一个依次排列在流通路径上。这一类的方法特别是提供一种带有第一和第二过滤级的过滤体，就如前面已经说过的那样。这种方法具有这样的优点，取消了后续的、在过滤体完工以后作为一个工序再将过滤级装入过滤体内。由此与现有技术状况中的迄今为止已知的方法相比这种方法不仅节约时间，而且具有成本低的优点。因此根据本发明“同时”这个概念也可以理解为一个工序，在这个工序中加工出流通路径，例如在钢板层时通过不同板材的叠放或者板材的卷曲。如果涉及到一种挤出成形物体，这个方法可以这样地进行，使得在过滤体挤出成形时它的透气性通过改变或选择挤出材料的透气性达到符合于过滤级所要求的透气性。这可以通过所采用的挤出材料的不同尺寸达到，例如在淘洗时使它分别以不同的孔隙率混合。如果过滤体应该是烧结的，这里存在这样的可能性，烧结模根据过滤级所要求的透气性装入不同大小的烧结材料。用来制造这种过滤体的相应装置最好具有混合器，它允许在制造过滤体时改变材料的粒度。根据所要求的过滤级的不同这种方法可以设计成这样，一方面使得可以从一种透气性连续转变到另一种透气性，另一方面这种方法又允许两种不同的透气性之间有一定的界限。
在下面对图形的说明中表示并较详细地叙述本发明的其他优良结构和特征。本发明的优良具体结构和它们的组合可以由上面的说明和下面还要提到的特征形成。其中表示
图1．一个具有第一过滤级和一个第二，精密过滤级的过滤体的局部视图，图2．一个具有各带一个凹槽的第一和第二过滤级的过滤体的局部视图，图3．过滤气流转变方向的过滤体的局部视图，图4．其流通路径径向一轴向转向的过滤体，图5．拆散表示的另一种过滤体，图6．过滤体的一层的结构的拆散的视图，图7．分层构成的过滤体的流通图的局部视图，图8．带有第一和第二过滤级的过滤体，图9．径向流通的过滤体的原理图，图10．另一种卷曲成形的、可径向流通的过滤体，图11．用来制造可再生和耐热的过滤体的方法，图12．用来制造过滤体的另一种方法的原理草图，图1表示过滤体1的一个局部，气流2流过这个过滤器。在这个所表示的局部中可以看到一个顶层3、一个底层4和一个处于中间的由过滤材料制成的波纹层5。顶层3和底层4是不透气的，并形成导流面。波纹层5设置在导流面之间，它具有多个过滤级。第一过滤级6的可流通的网眼的数量比后面的两级，第二过滤级7和第三过滤级8少。各个过滤级6、7、8上的网眼尺寸沿气流2的流动方向越来越小，它们的区别在于网眼9.1,9.2和9.3的网目不同。因此依次设置的过滤级6、7和8也过滤不同大小的颗粒。所选择的层5的过滤材料可以是陶瓷，但是也可以是金属丝或金属织物。在图1的实施例中气流2流过在顶层3和底层4之间形成的流通路径，而没有由此引起转向。当然通过围绕网眼9.1、9.2和9.3的横隔会产生一定的转向。现在在流通路径10内过滤材料层5具有这样的波纹，使得在它的波长λ上气流2两次流过波纹层5。间距λ不是强制规定的，也可以是其他尺寸的波纹。这不仅涉及波长，而且也涉及振幅A。从过滤体方面看振幅可以减小也可以加大。由此在过滤体内得到不同的流速，根据气流2中颗粒含量的不同这种速度可能是有利的。构成各个过滤级6、7和8的过滤材料层5可以具有挠曲的、折叠的或其他的几何形状。从一个过滤级到另一个过滤级的过渡也不必像这里所表示的那样，有规律地按波长λ的间隔进行。第一过滤级6和第二过滤级7之间的转变也可以是连续的，随层5制造过程的不同而不同。
图2同样表示一个过滤体1的局部，此过滤体具有同样设置在顶层3和底层4之间的一个第一过滤级6、一个第二过滤级7和一个第三过滤级8。各个过滤级6、7和8具有凹槽11。凹槽11做成在各个过滤级6、7和8上的一种凹陷，其中在各个过滤级的逆流方向上第一凹槽11.1有一个沿流通路径10的气流2流动方向的凹陷，而第二凹槽11.2与流动方向相反朝反方向。在第一凹槽11.1上颗粒积聚在中间，而第二凹槽将流过来的颗粒分向两侧。如果气流2中颗粒的含量没有大到使颗粒在唯一的一个地方的积聚而导致太大的压力损失的话，那末相应于第一凹槽11.1的结构是合适的。当过滤级有堵死的危险时相应于第二凹槽11.2的结构由于颗粒的分散具有优越性。一个过滤级也可以具有多个凹槽。
图3表示一个过滤体1的局部，此过滤体具有由不透气材料制成的第一层12和由过滤材料制成的第二层13。第一层12做成这样，使得气流2多次转向，从而使气流多次遇到由过滤材料制成的第二层13。第二层13具有连在一起的过滤级，第一过滤级6、第二过滤级7和第三过滤级8。因为在这一实施例中构成导流面的不透气层12是做成波纹的，相反位于它们之间的第二层13的过滤材料平直地贴合在各个波纹上，从过滤体1的长度上观察，气流2走过一段比过滤体的长度更长的路程，如图1和2中所示。如果现在应该在过滤体1中处理气流2，应该是热力的或者催化的，可以根据所要求的尺寸和必要的流通路径选择最合适的过滤器形状。此外根据在按图3的过滤体1内的转向还得到另一种与前述两种过滤体中所出现的不同的搅和。过滤体1的另一种结构具有其至少局部带有附加的另外的导流面的导流面，附加的导流面提供进一步的搅和。这可以是一个裂口，就像在专利申报者的汽车催化器中所知道的结构那样。因为气流2多次流过具有相应于第一6、第二7或第三8过滤级的相同的过滤网眼的第二层13，如图所示，另一种结构的第二层13在每个过滤级的开头具有一个附加的网眼，然而这里没有画出来。通过这个附加的网眼气流可以未经过滤地出现在各个过滤级的后续部分上。用这种方法可以达到在一个过滤级之内颗粒的分级过滤。此外从整个流通路径10来看这种附加网眼的数量沿气流方向越来越少是最合适的。这样过滤过的最后一部分尽可能不再有附加网眼。
图4表示一个过滤体1，其流通路径10具有径向一轴向的转向。过滤体1埋在一个外壳管14内，并由卷曲的不透气材料制成的第一层12和过滤材料制成的第二层13制成。和图3中的实施例一样，由过滤材料制成的第二层13也是直线形分布的。而由不透气材料制成的第一层12与此相反是做成波纹的，但是这次波纹本身垂直于气流2通过过滤体1的流动方向延伸。现在第一层12这样地取向和成形，使得它可以使各个流通路径10沿过滤体1的轴向轴线也能径转向。这种转向15在过滤体1中在其几何结构方面可以相互平行地设置，也可以相互错开，就像在过滤体1中沿气流方向最后面所发生的那样。其次外壳管14有一个电气接头16，用这个接头整个过滤体或者仅仅一部分可以与电源连接。最好过滤体1设计成这样，在这个过滤体内确定一个导电路径。
图5表示另一个过滤体1，这次是以拆散的视图表示。过滤体1的三个零件1.1、1.2和1.3是挤出成形的，烧结的或者分层制造的，并拼装成过滤体1。在各个零件1.1、1.2和1.3中存在作为流通路径10的流通管道16，在零件1.1中它以虚线表示。在各个零件1.1和1.2或1.2和1.3之间设有第一过滤级6或第二过滤级7。在这种多件过滤体1中两个过滤级6和7可以简单地放在零件1.1、1.2和1.3之间或者用相应的固定装置固定在零件1.1,1.2或1.3上。这种类型的多件过滤体1一方面具有这样的优点，由于它们模块化结构它可以通过进一步拼接零件和过滤级任意地扩展。过滤级6和7也可以比较简单地装拆，这使得或许要更换过滤级变得非常方便。例如这可能会由于过滤级锈蚀或腐蚀的结果变得非常必要。零件1.1和1.2或1.2和1.3之间的过滤级6和7的这种结构允许设置一个电源接头而不致引起太多的结构问题。如果过滤级6和7由金属制成，它只需要通过适当的接头(通过电源接头18表示)与电源连接。这里根据电源接头18结构的不同可以优先地给各个过滤级6或7配备可电加热的零件。这特别地可以是一个积聚滤出颗粒的凹槽。相对于过滤体1其他导电零件的电绝缘例如可以设置在过滤级的固定装置中。过滤级也不必完全由金属制成。也可以采用混合材料制成的过滤级，其次过滤体1也可以具有催化涂层，这里没有具体画出来。涂层可以涂在全部表面上，也可以局部地优先涂在围成流通路径的表面上。在一种如这里所表示的多件结构过滤体1中也可以通过各自的涂覆在过滤体1的零件1.1、1.2和1.3上设置不同的催化涂层，并在过滤体内组合起来。
图6举例表示过滤体造型的结构B。带导流面19的不透气的第一层12连同第一过滤级，它上面放着可电加热的加热装置20以及多孔的绝缘层21(它将加热装置与第二过滤级电隔离)形成过滤体中流通路径的结构B。在这个以拆散表示的视图中所表示的结构B上又可以连接一个相应的结构B。但是这可以设计得不同。所示的第一层12和一个相邻的没有画出来的第一层12一起构成一个流通路径10，它与过滤体1的另一些流通路径10隔开。但是第一层12的导流面做成这样，使得在流通路径10内一定能进行混和。无论如何始终确保，气流在它的流通路径10上可靠地流过一个第一过滤级6以及一个第二过滤级7。第一6和第二过滤级7可以直接也可以间接地加热，例如这里所画的通过加热装置20加热。第一过滤级6滤掉较粗的颗粒，而第二过滤级7滤掉较细的颗粒。这里绝缘层21可以用作寄存空间，滤下来的在第一6和第二7过滤级之间的较细颗粒积聚在这个寄存空间里。因为细微颗粒所需要的过滤面积与同样重量的粗颗粒所需要的过滤面积要大得多，所以也比较容易使细微颗粒借助于加热装置20进行热反应。因此加热装置优先装在紧密安装在一起的第一过滤级6和第二过滤级7中靠近第二过滤级7的地方。这样这里在细微颗粒放热反应时所释放出来的能量也使通过第一过滤级6的粗颗粒进行热反应，而不必附加的加热装置。因此为了支持放热反应在一种结构中绝缘层21具有优良的导热性或者还有催化性能。
图7表示分层制造的过滤体1的局部视图。气流2流向过滤体1的第一个端面22。在那里气流分成不同的流通路径。如图所示，其中第一输入口23和第二输入口24拼合成一个流通路径10.1。这个拼合的流通路径10.1在其通过过滤体1的后续流程中与其他流通路径10是隔开的。为了保证这种形式的气流导向，过滤体1由不透气的第一层12和透气的第二层13制成，第二层同时构成第一过滤级6和第二过滤级7。在两个带过滤材料13.1和13.2的第二层之间装有另一种材料25。这可以是如图6中所示的绝缘层，但是也可以是起催化作用的材料，例如沸石。同样也可以选择氧化催化器，并且例如安装在用于柴油机废气处理的地方。由于含颗粒的气流2通过各个过滤级6和7的预先过滤，通过颗粒对起催化作用的涂层的覆盖对催化材料25的有效性没有损害。这些颗粒预先都滤掉了。其次在一种可能的过滤体1的表示结构中两个不透气层12.1和12.2之间存在一个空腔26。这个空腔例如可以用作电线的入口，或者也可以作为另一种液流的流动管道。如果例如过滤体1在高温中运行，其中必须冷却，空腔26可以用来流通冷却液。特别是垂直于气流2分布的空腔26内的液流从能量的观点看在热传递方面有好处。当然也可以不进行冷却而使过滤体1加热，其中相互隔开的空腔26也使得可以进行选择性的热传递。
图8表示另一个过滤体1的局部视图，此过滤体具有一个第一过滤级6和一个第二过滤级7，在这种结构形式中它们相互分开安装在过滤体1内。画出了两个流通路径10.2和10.3，它们表示了由于不透气的第一层12的造型所形成的转向。第一层具有突起27以及凹陷28。由此形成各个流通路径的导流面19。其次图8表示在图6中已经说明过的流通路径的类型。由于过滤体1的层状结构流通路径10.2和10.3相互隔开。但是在流通路径10.2的内部存在这样的可能性，使得例如在它里面由于凹陷28或突起27使形成的空间分隔开。然而气流2本身仍然留在规定的、与其他隔开的流通路径10.2上。
图9以原理草图表示过滤体1的另一种结构，此过滤体装在一个外壳管14内。过滤体1径向从外向内流通。为此在这个实施例中它具有未详细画出其厚度的套29。在这个原理图中气流2流过第一个套29.1，接着流过第二个套29.2。第一个套29.1或第二个套29.2构成第一过滤级6或第二过滤级7。从外向内的径向流通具有这样的好处，第一个套29.1与第二个套29.2相比有较大的直径，从而也有较大的过滤表面可供使用。气流2从第二个套29.2的内部30重新排出过滤体1。套29可以各自由不同的材料制成，例如陶瓷或金属材料。其透气性以及其厚度也可以根据应用场合的不同与之匹配。套29本身例如可以用它们的端面安装在相应的支架内，使得与外壳管14一起形成过滤体1的封闭端面32。这使得过滤体1可以从外面用气流2供气，并从内部30排出。当然在外壳管14内不仅可以安装两个套29.1和29.2，而且根据所希望的过滤效果的不同可以相应地安装多个过滤级。套29也可以由过滤层制成，例如很多层制成一个套29。在过滤体1径向流通时得到一个最少的唯一的规定的通道10。这个通道从外向内伸展或正好相反。它用气流2的箭头表示。如果例如各个套29之间有支承，那末它最好这样地设置，使得保证流通路径相互隔开。
图10同样表示一个可径向流通的过滤体1，此过滤体也装在一个外壳管14内。该过滤体1是卷曲成形的，其中各个卷管34之间的隔板33用来使流通路径相互隔开。各个卷管又做成这样使它们具有接触点35。这些接触用来这样地划分过滤体1，迫使气流2流过一个卷管34，从而强制地流过一个过滤级。在金属层的卷管时接触点35可以通过层的挤压形成。当然也可以考虑在制造过程，如烧结或挤出成形时采用相应地造型的模具。
现在图11用原理草图表示一种方法，怎样来制造耐热和可再生的过滤体1。分层组成的类似于图3中所示的局部视图的过滤体1通过将不透气的第一层12送入两个相互交叉的成形轧辊36.1或36.2来制造。成形轧辊36具有这样的凹凸形状，使得不透气的第一层的各个几何轮廓压出一个型材38。在现在已压成型材的第一层12上放上作为顶层3或底层4的由过滤材料制成的下第二层13.1或上第二层13.2。相互叠放的各个层接着可以相互连接在一起。这可以借助于钎焊，焊接或其他连接方法进行。通过同时送入不透气的第一层12和过滤材料制成的第二层13在同一个工序中保证这样制成的过滤体1的流通路径10中第一过滤级6和第二、精密过滤级7的设置。为此在这里所示的方法中两个第二层13.1和13.2在其延展方向上具有不同的透气性，这在过滤体1内得到第一过滤级6和第二过滤级7。现在相互分层的各层13.1、12和13.2例如借助于一个切割装置39切成单件，接着堆放成过滤体1。所用的各个层13.1、13.2和12加工以前已经进行过这样的处理，使得不必再进行后续处理。这特别涉及到催化涂层，防锈或者电气或热的绝缘。在所示方法的一种改进方案中多个这样的装置并排排列，它不用再将剪切好的单件堆在一起。这样切下来的成为一个完整的过滤体1。其次不透气的第一层12所示的凹凸轮廓不局限于这一种。而且由过滤材料制成的第二层同样可以附加地或者也可以单独地制成凹凸轮廓。其中所希望的轮廓根据两个成形轧辊36.1和36.2的几何轮廓37.1与对面的几何轮廓37.2的关系得到。这些轮廓也可以具有凹槽，由此在第一和/或第二层内形成横向加固。但是除了成形轧辊36.1和36.2以外还可以采用其他成形工具，它保证连续的制造过程。
图12表示另一种方法，用这种方法时在制造过滤体1内的流通路径10的同一个工序内在流通路径10内至少设置一个第一过滤级6和一个第二、精密过滤级7。在这个原理草图中表示一个第一容器40.1、一个第二容器40.2和一个第三容器40.3。这些容器分别含有具有不同透气性的挤出成形或烧结材料。各种材料的流入量通过阀门41这样地选择，使得待挤出成形或烧结的过滤体1根据它的过滤级6或7所要求的透气性在制造流通路径10时改变其透气性。通过一个所有容器40.1、40.2和40.3的共同的输送管42这样地混和的或者也可以是分开的输出材料送入一个模具43，用这个模具加工出带有它的流通路径10的过滤体1的结构。现在所示的过滤体1由于挤出成形材料的选择或者它们的混和分别具有三种不同的壁板透气性，它们形成第一过滤级6、第二过滤级7和第三过滤级8。为此必须保证，流过的气流2穿过过滤体1的各个壁板。例如这可以通过应用不同的模具43达到，这些模具各自具有不同的结构，使得气流2必须穿过壁板，而不必再在另一个工序中堵塞过滤体1的通道。这种制造方法也用于由套制成的过滤体。每个要制造的套最好仅仅由一种材料制成。
本发明创造一种耐热的和可再生的过滤体，它特别适合用来过滤具有不同的颗粒大小分布的含颗粒气流，而不出现大的压力损失。由于其结构和加工方法这种过滤体还提供这样的可能性，可以以与以前所用的过滤器形状相同的形状用在迄今为止已知的过滤系统中。因此不必改变已经存在的系统。其次所创造的方法使这种价格合适的过滤体也可以作为成批大量生产的产品，而不致使这种过滤体和与之相关的过滤设备的价格不必要地提高。
权利要求
1．具有用于气流(2)的流通路径(10)的、用来从流过过滤体(1)的气流(2)中滤掉颗粒的、耐热和可再生的过滤体(1)，其中流通路径(10)相互隔开，并在流通路径(10)内沿气流方向各自依次设置至少一个第一过滤级(6)和一个第二、精密过滤级(7)。
2．按权利要求1的过滤体(1)，其特征在于在过滤体(1)内存在三个或更多具有沿气流方向越来越小的过滤网眼(9.1,9.2,9.3)的过滤级(6、7、8)。
3．按权利要求1或2的过滤体，其特征在于过滤体(1)由交替的过滤材料层(5；13,13.1,13.2)和不透气材料层(3,4；12,12.1,12.2)组成，其中过滤材料层(5；13,13.1,13.2)具有沿气流方向越来越小的过滤网眼(9.1,9.2,9.3)，并且不透气材料层(3,4；12,12.1,12.2)构成导流面(19)，它使气流(2)两次或多次转向，使得气流必须两次或多次与过滤材料层(5；13,13.1,13.2)相遇。
4．按权利要求1、2或3的过滤体，其特征在于过滤体(1)可用来从内燃机的气流(2)中滤掉特别是炭黑颗粒。
5．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤体(1)可径向流通。
6．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤体(1)具有其内设有第一过滤级(6)和第二过滤级(7)的流通管道(17)。
7．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤体(1)具有一个叠置的和/或卷曲成形的带金属薄膜的层，其中在这个层内做上第一和/或第二过滤器。
8．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于第一和第二过滤器做成连接在一起的过滤器。
9．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤器或过滤级这样地设置在一个平面内的一个流通管道内，使得它在流通管道(17)内的可用待净化气体供气的横截面大于这个流通管道(17)的最小横截面。
10．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤级(6,7,8)具有一个凹槽(11,11.1,11.2)，过滤级(6,7,8)滤出的颗粒首先积聚在这个凹槽内。
11．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤器(1)具有再生装置。
12．按权利要求10和11的过滤体(1)，其特征在于过滤级(6,7,8)的再生装置设置在尽量靠近凹槽(11)的地方，特别是用来使积聚在那里的颗粒起热反应的装置。
13．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于过滤体(1)至少局部涂有催化层。
14．按权利要求13的过滤体(1)，其特征在于过滤体(1)至少具有两种不同类型的催化活性涂层。
15．按权利要求14的过滤体(1)，其特征在于在第一过滤级(6)内存在特别是对于氧化氮的反应所需要的催化活性涂层，并且在至少一个后续过滤级(7)中存在特别是对于碳氢化合物的氧化反应需要的催化活性涂层。
16．按权利要求14或15的过滤体(1)，其特征在于过滤材料层(5；13,13.1,13.2)具有一个不同于不透气材料层(3,4；12,12.1,12.2)的、尤其是降低炭黑燃烧温度的催化活性涂层，不透气材料层主要具有氧化反应需要的涂层。
17．按上述权利要求之任一项的过滤体(1)，其特征在于它是可加热的。
18．按权利要求17的过滤体(1)，其特征在于第一(6)和/或第二过滤级(7)可直接加热。
19．耐热和可再生过滤体(1)的制造方法，此过滤体用来从流过过滤体(1)的特别是内燃机的气流中滤掉颗粒，特别是碳黑颗粒，其中过滤体(1)具有规定的流道(10)，其特征在于在过滤体(1)内的流通路径(10)的制造过程中同时至少在流通路径(10)内设置一个第一过滤级(6)和一个第二、精密过滤级(7)，·其中沿通过过滤体(1)的流动方向看，第一和第二过滤级(6、7)一个接一个依次位于流通路径(10)上。
20．按权利要求19的方法，其特征在于制造出按权利要求1至15之任一项的、具第一(6)和第二过滤级(7)的过滤体(1)。
21．按权利要求19或20的方法，其特征在于·过滤体是挤出成形或烧结的，·其中它的透气性通过根据过滤级(6、7、8)所希望的透气性从许多具有不同透气性的挤出成形或烧结材料从选择挤出成形或烧结材料的透气性加以改变。
全文摘要
本发明创造一种耐热和可再生的、尤其是带催化活性材料涂层的、用来从流过它的气流(2)中滤掉颗粒的、具有用于气流(2)的流通路径的过滤体(1),其中流通路径(10)相互分开,并且在流通路径(10)内各自沿气流方向至少依次设置一个第一过滤级(6)和一个第二、精密过滤级(7),其次创造一种用来制造耐热和可再生的过滤体(1)的方法,此过滤体用来从流过它的尤其是内燃机的气流(2)中滤掉颗粒,特别是炭黑颗粒,其中过滤体(1)具有规定的流通路径(10),这种方法具有以下特征:在制造过滤体(1)内的流通路径(10)的过程中同时至少在流通路径(10)内设置一个第一过滤级(6)和一个第二,精密过滤级(7),其中从流过过滤体(1)的气流方向看,第一和第二过滤级(6、7)一个接一个地依次排列在流通路径(10)上。
文档编号B01D53/86GK1216087SQ98800082
公开日1999年5月5日 申请日期1998年1月20日 优先权日1997年2月4日
发明者沃尔夫冈·毛斯 申请人:发射技术有限公司