专利名称：过滤器滤芯的制作方法
技术领域：
本发明涉及过滤器滤芯和提供过滤器滤芯的方法，具体涉及适合从废气中过滤烟 灰的过滤器滤芯，比如适用于过滤柴油机燃烧装置如柴油机燃机的柴油机废气的过滤器滤 芯，例如作为DOC催化剂载体。
背景技术：
包含金属纤维的过滤介质在本领域中已知。作为例子，W003/047720揭示了一种多 层烧结金属纤维过滤介质，用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰。虽然性能令人满意， 但该介质可能具有的缺点在于，在仅仅容纳了有限量的烟灰之后所述介质即告堵塞。这是 由使用了孔隙率较低的过滤介质等等造成的。因此，需要进行非常频繁和大量的再生操作， 例如采用电再生(即在介质中通电流，使所述介质由于焦耳效应而发热)进行的再生或通 过在柴油机或废气中注入催化性化合物进行的再生。其它缺点包括该介质的效率有局限， 介质上的压降较高，且价格相当昂贵。W004/104386描述了一种替代性的多层过滤介质，适合过滤柴油机燃烧装置如柴 油机燃机的废气。该介质由于厚度大得多而增加了烟灰容纳能力。所述介质的缺点在于，为 达到这种增加了的烟灰容纳能力，体积要大，并且可能在过滤介质上获得相对较高的压降， 在生料即未使用的过滤介质时也是如此。所述过滤介质包含金属纤维层，这些层通过气流铺置或湿铺置法提供，诸方法在 本领域中已知。所述纤维层也称为纤维网。所述纤维基本在平行于所述网面(web surface) 的平面内延伸。在各个平面中，所述纤维具有随机取向。在整合到所述过滤器滤芯中之前， 任选地将多个这样的纤维网叠置，以提供所需的网厚度。在例如要提供一个沿其平均流动路径即圆柱形体的轴向包括多个相邻相连的纤 维网的圆柱形过滤器滤芯时，提供多个具有适当厚度的纤维网。任选地，烧结所述诸网，以 粘合网中的纤维和/或增加网的密度即孔隙率。例如通过模切法从各纤维网切出圆盘。以 正确的顺序叠置各圆盘，并封装在圆柱形外壳中。得到一个具有流入口和流出口的过滤器 滤芯，分别位于所述圆柱形外壳的两个外端，限定基本平行于圆柱形外壳的轴的流动路径。 由于纤维基本在平行于网面的平面内延伸，过滤器滤芯中纤维的取向基本垂直于流动路 径。如果外纤维网，即提供过滤器滤芯流入侧和流出侧的两个网未经烧结，则可以提 供防止纤维随提供给过滤器滤芯的气体流出圆柱形外壳的装置。这样的装置可以是金属丝 网或多孔板或片。切割或冲孔操作会影响所述网的整体性。除非对所述网进行烧结，冲孔或切割的 网的整体性会损失并垮散。由于具有可压缩性，在冲孔或切割以及使用过程中难以控制并 且在一段时间后难以维持高孔隙率。
发明内容
本发明的目的是提供一种过滤效果良好且压降减小的过滤器滤芯，以及一种制造这种过滤器滤芯的方法。本发明提供一种过滤器滤芯，特别用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰，其 包括界定过滤器体外边界的罩壳，所述罩壳具有限定平均流动方向的流入侧和流出侧，所 述罩壳具有基本平行于平均流动方向的轴和入口横截面积，所述罩壳界定过滤器体在平均 流动路径方向上的外边界，所述罩壳在径向上具有不透气性，所述过滤器体至少部分地用 包含纤维的过滤材料填充，其中大部分的纤维至少部分地环绕所述轴，所述过滤材料的入 口表面积大于所述罩壳的横截面积。所述过滤材料入口表面积与所述罩壳横截面积之比优 选大于2。根据本发明的一个方面，所述目的还可通过一种过滤器滤芯来达到，所述过滤器 滤芯特别用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰，其包括界定过滤器体外边界的罩壳， 所述罩壳具有限定平均流动方向的流入侧和流出侧，所述罩壳具有基本平行于平均流动方 向的轴，所述罩壳界定过滤器体在平均流动路径方向上的外边界，所述罩壳在径向上具有 不透气性，所述过滤器体至少部分地用包含纤维的过滤材料填充，其中大部分的纤维至少 部分地环绕所述轴，所述过滤器体包含插入物材料，其中所述插入物材料具有高于过滤材 料的透气性，且所述插入物材料仅部分地在平均流动方向上突出。本发明的一些过滤器滤 芯可含有在轴向上不易移位的纤维，任选地为金属纤维，虽然这些纤维并未彼此烧结在一 起。烧结不是必需的，因此可以更为节省成本的方式提供所述过滤器滤芯。由于所述过滤材料具有环绕纤维特别是金属纤维，与现有已知的过滤器滤芯相 比，对于给定的孔隙率，所述过滤材料透气性增加。如果所述过滤器滤芯用来例如从柴油机 燃烧装置如柴油机燃机中过滤废气，过滤介质上的压降减小使所述燃烧装置在其废气中受 到的反压较低。由此可导致较低的燃料消耗，因此所述柴油机燃烧装置如柴油机燃机的运 行成本也较低。由于存在插入物材料，可承受废气的过滤材料的外表面增大。堵塞增大了的过滤 材料外表面的时间也增加了，因此较之不带插入物材料的相同过滤材料，其随时间的压降 减小。所述插入物材料不必提供过滤作用，因此所述插入物材料的透气性可显著高于过滤 材料的透气性。所述插入物材料特别设计为提供自由空间，优选形成液体的流动通道，使所 述插入物材料的压降非常低，可忽略不计。由于所述插入物材料不是在流动方向上沿过滤 材料的整个长度延伸，确保了不会有流体的任何部分不经过滤就流过过滤器滤芯。较佳地， 至少一部分的插入物材料始自流入侧，使即将到来的液体的一部分可在过滤器滤芯内受到 快速引导。由于过滤材料具有低于插入物材料的透气性，插入物材料内部的压力低于过滤材 料内部。插入物材料内部的较高压力导致的效果是液体可以很容易地在插入物材料内部流 动，随后不仅在过滤器滤芯的轴向上，而且在垂直于其轴向的方向上受迫流过过滤材料。由 于废气烟灰具有高于载体气体的密度，烟灰会在插入物材料的末端累积，使载体气体仍可 在径向上流过各表面而不会增大过滤器滤芯产生的压降。在优选的实施方式中，在过滤器体内的不同直径上提供始自流入侧的第一插入物 材料和始自流出侧的第二插入物材料。特别地，以交替的方式提供若干个第一插入物材料 和/或若干个第二插入物材料。沿径向从过滤器滤芯的中轴到罩壳，第一插入物材料和第 二插入物材料可一个接一个地排列。这样得到一种过滤材料的设计，在轴向上在横截面视图中呈锯齿形或蜿蜒状。特别地，相邻插入物材料之间的距离大体上是恒定的，保障在流动 方向上过滤材料具有恒定的最小厚度。特别地，由于存在第二插入物材料，压降进一步减 小，因为至少一部分的过滤后流体会沿所述第二插入物材料离开过滤器滤芯。在又一实施方式中，插入物材料由波纹金属片提供，其中金属片特别包括开口。由 于该波纹片，在轴向上提供有多个流动通道，其中各流动通道的一个表面由过滤材料提供。 在金属片中具有开口的情况中，开口区域为过滤材料所包围，增加由过滤材料提供的流动 通道表面。包括开口的金属片甚至可以是其形状稳定性足以提供流动通道的网丝等。金属 片的波纹设计以横截面而言可以具有锯齿形、U形或各种其它形状，以便在过滤材料内提供 空间。所述金属片优选由金属纤维网制成，特别优选由与所述过滤材料相同的材料制 成，其中金属片具有高于过滤材料的形状稳定性。例如，金属片的纤维可具有较大的直径或 排列更紧密。由于插入物材料的金属纤维网，插入物材料本身可提供额外的过滤作用，因为 废气的载体气体会通过插入物材料，所以烟灰颗粒不仅会由过滤材料留住还会由插入物材 料留住。特别地，插入物材料至少部分地环绕罩壳的轴，其中插入物材料在平均流动方向 上的横截面的形状为环形或半环形。由于横截面具有(半)环形，在制造过滤器滤芯时，通 过将过滤材料和插入物材料卷绕，可以很容易地提供插入物材料。此外，优选为圆柱形的过 滤器体内的插入物材料的圆形形状形成了一种坚固的设计，因为过滤器滤芯的各部分不会 垮散。此外，插入物材料可以管状形式提供，其中所述管在轴向上可以有狭缝。依据本发明的一些实施方式，过滤器体内过滤材料中至少50%的纤维至少部分地 环绕所述轴。依据本发明的一些实施方式，过滤器体内过滤材料中至少85%的纤维至少部 分地环绕所述轴。术语“环绕”应理解为围绕。因此，“至少部分地环绕所述轴的纤维”表示所述纤维 至少部分地围绕所述轴。这最好按以下方式来看将所述纤维沿平均流动路径方向投影到 与平均流动路径垂直的平面AA’上。沿平均流动路径方向投影到平面AA’上、与平均流动路径垂直的纤维的投影线不 一定为圆形或圆弧、圆心与轴在该平面AA’上的投影重合。最佳拟合线，即与沿平均流动路 径方向投影到与平均流动路径垂直的平面AA’上的纤维的投影线最紧密拟合的线，其凹侧 的朝向轴在该平面AA’上的投影。包含纤维、任选地为金属纤维的过滤材料具有在70% -90%范围内的孔隙率P。与 包含相同体积的过滤材料、具有相同孔隙率、由相同纤维提供、但其纤维取向平行于一个垂 直于流动路径的平面的过滤器滤芯相比，依据本发明第一方面的过滤器滤芯获得的透气性 显著提高。可提高超过60%。在过滤器滤芯用来从例如柴油机燃烧装置如柴油机燃机中过 滤废气的情况中，对于给定的纤维性质(如外表面(mantle surface)、当量直径平均横截 面分布等)和给定的过滤介质性质如孔隙率和过滤材料填充的过滤器体的高度而言，这种 较高透气性特别有利。所述过滤器体可任选地为圆锥形，例如具有圆形或椭圆形横截面。对于圆柱形过 滤器体而言，任选地，所述过滤器体可以是具有圆形或椭圆形横截面的圆柱形。依据本发明的一些实施方式，大部分的纤维基本至少在过滤器滤芯的轴向上延伸。至少50%的存在于过滤材料中的纤维基本在过滤器滤芯的轴向上延伸。任选地，至少 85 %的存在于过滤材料中的纤维基本在过滤器滤芯的轴向上延伸。依据本发明的一些实施方式，所述纤维可以是固结纤维结构的一个部分，绕着基 本平行于平均流动方向的卷轴卷绕。所述固结纤维结构可以是纤维网。所述纤维网可以是 通过任何合适的网成型过程获得的纤维网，如气流铺置网、湿铺置网或梳理网。所述网优选 非织造网，任选地针刺成型。所述固结纤维结构可包含至少一个纤维束。所述固结纤维结构可包含至少一个、 任选多个相同或互不相同的纤维束，不同之处在于纤维类型、纤维性质如纤维当量直径、纤 维材料或纤维束性质如束细度。纤维束可以是粗梳条子(card silver) 0所述固结纤维结构，比如网或至少一个纤维束，绕着平行于其一个边缘的轴卷绕 或缠绕，任选地缠绕于所述边缘本身，在去除所述罩壳时具有沿径向膨胀的倾向。情况在所 述罩壳向过滤材料的边界施加径向向内的力时尤其如此。该向内的力具有如下作用在气 体将要流过过滤器滤芯时，所述过滤材料沿平均流动路径的方向在过滤器体内移位的倾向 较小或甚至无此倾向。所述过滤材料夹持在罩壳和/或插入物材料内。由于过滤材料移位 的倾向较小或甚至无移位倾向，抑制纤维移出圆柱形外壳的装置是不必要的，即使过滤器 体流入侧或流出侧的纤维未经过烧结。任选地，所述过滤介质的所有层包含金属纤维或甚至由金属纤维组成。任何合适类型的金属或金属合金均可用来提供所述金属纤维。所述金属纤维由 例如钢如不锈钢制成。任选地，不锈钢合金是AISI 300或AISI 400系列合金，比如AISI 316L或AISI 347，或使用包含铁、铝和铬的合金，包含铬、铝和/或镍、0. 05-0. 3重量％钇、 铈、镧、铪或钛的不锈钢，例如DIN1. 4767合金或Fecralloy 。可也使用铜或铜合金，或钛或 钛合金。所述金属纤维也可由镍或镍合金制成。金属纤维可通过任何现有已知的金属纤维生产方法制成，例如，通过拉束(bundle drawing)操作、通过JP3083144所描述的削卷(coil shaving)操作、通过削丝(wire shaving)操作(如钢丝棉)或通过由熔融金属合金浴提供金属纤维的方法。为提供具有平 均长度的金属纤维，可采用W002/057035所描述的方法或采用US4664971所描述的提供金 属纤维细粒的方法切割所述金属纤维，或将其拉伸折断。优选所述金属纤维的当量直径D小于100 μ m,比如小于65 μ m,更优选小于36 μ m, 比如35μπι、22μπι或17μπι。任选地，所述金属纤维的当量直径小于15 μ m，比如14 μ m、 12μπι或Ι μπι，或甚至小于9μπι，比如8μπι。任选地，所述金属纤维的当量直径D小于 7 μ m,或小于 6 μ m,例如小于 5 μ m,比如 1 μ m、1. 5 μ m、2 μ m、3 μ m、3. 5 μ m 或 4 μ m。所述金属纤维可以是无端金属纤维，无端纤维也称为长丝，或者可以具有平均纤 维长度L纤维，任选地在0. lcm-5cm范围内。因此，所述纤维束可以是一束削卷金属纤维。或者，所述纤维束可以是一束通过拉 束获得的金属纤维。所述拉束金属纤维任选地是卷曲纤维，例如通过EP280340所描述的方 法获得。所述纤维束可包含多条金属纤维，如200-10000条纤维或长丝，或更多。在使用包含金属纤维的网的情况中，可通过气流铺置或湿铺置过程提供所述网。 所述金属纤维网可具有lmm-50mm的厚度和100g/m2_600g/m2的单位面积重量(surfaceweight)。所述过滤材料可还包含粉末成分，如金属粉末颗粒，并/或可包含催化性组分。过滤器体的高度即过滤器体沿平均流动路径的长度不视作对本发明的限制。可以 是3cm-20cm,如通常是5cm。填充过滤器体积的过滤材料可具有例如70% -99%的孔隙率。过滤材料的孔隙率 可以是沿过滤器体的高度保持均勻，或可以沿过滤器体积的高度有所变化。孔隙率从流入 侧到流出侧可以逐渐或阶梯式地发生变化，其中流入侧的孔隙率大于流出侧。过滤材料入口表面积与罩壳横截面积之比优选大于2。依据垂直于平均流动路径 的平面，过滤器体横截面的表面积可沿过滤器体的高度保持均一(比如圆柱形过滤器体的 情况)或有所变化(比如圆锥形过滤器体的情况)。依据垂直于平均流动路径的平面，横 截面表面积可以是在例如450mm2-IOOOOOmm2范围内，比如在450mm2-13000mm2范围内，例如 12500mm2 或 96200mm2。在使用金属纤维的情况中，罩壳可以是金属罩壳，任选地由与用来提供金属纤维 相似或相同的金属合金提供。在优选的实施方式中，过滤材料在轴向上包含大体为圆锥形的空腔并/或在轴向 上包含大体为圆锥形的延伸部。特别地，所述圆锥形空腔位于流入侧，所述圆锥形延伸部位 于流出侧。由于存在圆锥形空腔，所述过滤器滤芯流入侧的表面增加了。过滤器滤芯流入 侧的堵塞得到延迟或甚至阻止。特别地，所述圆锥形空腔和圆锥形延伸部的形状大体相同， 用于提供相邻设置的过滤材料轴向上的面对面接触。可通过将一个过滤材料的圆锥形延伸 部插入另一个过滤材料的圆锥形空腔中来将相邻过滤器滤芯固着在一起。应理解，术语“圆 锥形”也表示平截头体形状，或包含三角形的横截面或半圆形或椭圆形的横截面。本发明的目的也可以依据本发明的第二方面通过提供过滤器滤芯的方法达到。所 述方法包括以下步骤-提供包含纤维的固结纤维结构，所述固结纤维结构至少具有前缘；-将所述固结纤维结构绕着平行于所述前缘的卷轴卷绕，由此提供具有第一直径 的过滤材料；-以在轴向上仅部分地在过滤材料上的方式提供插入物材料；-绕着卷轴将所述插入物材料卷绕到过滤材料上；-将另一个固结纤维结构绕着所述卷轴卷绕，由此提供具有第二直径的过滤材 料；-提供一个在基本平行于所述卷轴的方向上接触过滤材料外边界的不透气罩壳， 以提供用过滤材料填充的过滤器体，所述罩壳向所述过滤器体提供限定平均流动方向的流 入侧和流出侧，所述过滤器体的轴基本平行于该平均流动方向。如此，则提供一种过滤器滤芯，其包括罩壳，限定出优选为圆锥形的过滤材料。依 据本发明的第一方面，所述过滤材料包含纤维，其中的大部分纤维，比如至少50 %或至少 85 %，至少部分地环绕所述轴。由于采用卷绕，所述过滤材料的直径可进行精确调整。此外， 不同的层由其下一个外层夹持在一起，形成坚固的过滤器滤芯。在卷绕插入物材料的过程 中，过滤材料可同时绕着其处未提供插入物材料的表面卷绕。虽然使用不同材料，但可确保 在轴向上直径恒定。
特别地，连续的卷绕插入物材料和卷绕固结纤维结构的步骤进行一次以上，优选 进行若干次。较佳地，第一插入物材料的位置始自流入侧，第二插入物材料的位置始自流出 侧。由于卷绕过滤材料和卷绕插入物材料的卷绕步骤可重复若干次，可以提供一种承受废 气等的过滤材料表面显著增加的坚固的过滤器滤芯，其中仅有少量的不同制造步骤是必需 的。由于第一插入物材料和第二插入物材料以彼此交替的方式排列，所述过滤材料在轴向 上的横截面呈蜿蜒状，增加了用于进气的表面并减小了压降。依据本发明的一些实施方式，可通过用箔或板在基本平行于卷轴的方向上覆盖过 滤材料的外边界来提供所述不透气罩壳，方法是将所述箔或板卷绕在过滤材料上并密封所 述箔或板，以提供在轴向上接触过滤器体积外边界、在径向上具有不透气性的罩壳。通过将 箔或板如金属箔或金属板卷绕在卷绕过的过滤材料上提供的罩壳，会对过滤材料施加径向 向内(即朝向所述卷轴)的力。依据本发明的一些实施方式，所述过滤器体可配有接触过 滤器体外边界的罩壳，沿过滤器体积的轴将其分为至少两个部分，以提供至少两个过滤器 滤芯。可以此方式有效地提供包含相同过滤材料和罩壳的众多过滤器滤芯。依据本发明的一些实施方式，固结纤维结构可以绕着其前缘卷绕。依据本发明的一些实施方式，所述固结纤维结构可以是纤维网。依据本发明的一些实施方式，所述固结纤维结构包含至少一个纤维束。通过改变存在于网中给定位置的纤维量，或通过局部增加网、卷绕束或缠绕束的 层数来改变存在于平均流动路径给定位置的纤维量。特别地，在使用纤维束进行卷绕时，可 以很方便地改变位于平均流动路径给定高度的纤维量以及过滤器滤芯在该区段的孔隙率。任选地，所述纤维是金属纤维，而所述罩壳通过将金属箔或板卷绕在包含所述金 属纤维的过滤材料来提供。依据本发明的第三方面，提供一种提供过滤模块的方法。所述方法包括以下步 骤-依据本发明的第二方面并如上所述，提供N个过滤器滤芯，N等于或大于2；-将第i个过滤器滤芯的流入口与第i_l个过滤器滤芯的流出侧偶联，i的变化范 围是2至N。这N个过滤器滤芯的罩壳可具有相同的外周长。在所述罩壳由金属制成的情况 中，所述过滤器滤芯的偶联可通过将所述罩壳相互焊接或夹持在一起来完成。不同的过滤器滤芯可包含不同的过滤材料。通过卷绕相同或不同的固结纤维结构 提供所述过滤材料。在优选的实施方式中，通过采用相应形状的工具在轴向上对过滤器滤芯施加压 力，向所述过滤器滤芯提供在轴向上大体为圆锥形的空腔，并/或提供在轴向上大体为圆 锥形的延伸部。可通过夹持装置例如夹具等经由罩壳来夹持住所述过滤器滤芯。在所述过 滤器滤芯被固定后，可将圆锥形工具压入所述过滤材料中，用于提供圆锥形空腔。由于施加 压力，所述过滤材料会在压制方向上发生局部移动，使所述过滤材料的轴向厚度保持恒定。 如果是这样，可在相反侧提供相应形状的工具，以保障过滤材料的确定形状的圆锥形延伸 部。依据一些实施方式，N个过滤器滤芯中至少有一个包含催化组分。如果N个过滤 器滤芯中至少有两个包含催化组分，N个过滤器滤芯之一中的催化组分可不同于其它过滤器滤芯的催化组分。依据本发明的一些实施方式，所述方法可包括在第一过滤器滤芯之前或两个连续 的过滤器滤芯之间提供至少一个加热器的步骤。任选地，在第一过滤器滤芯之前以及在一 些或各对连续的过滤器滤芯之间提供加热器。加热器可以是电加热器。可根据位于连续的过滤器滤芯之前或之间的温度和/或压力传感器对所述加热 器进行控制。依据本发明的第四方面，提供一种过滤模块。所述过滤模块包括N个过滤器滤芯， N等于或大于2，所述过滤器滤芯是如上所述的本发明第一方面所述的过滤器滤芯。通过将 第i个过滤器滤芯的流入口与第i_l个过滤器滤芯的流出侧偶联来使N个过滤器滤芯相互 偶联，i的变化范围是2至N。依据本发明的实施方式，至少有一个过滤器滤芯包含催化组分。依据本发明的实施方式，所述过滤模块可包括至少一个、任选地多个如N个位于 第一过滤器滤芯之前或两个连续的过滤器滤芯之间的加热器。在所附的独立权利要求和从属权利要求中列出了本发明的具体和优选的方面。可 以将从属权利要求中的特征与独立权利要求中的特征以及其它从属权利要求中的特征进 行适当组合，而并不仅限于权利要求书中所明示陈述的情况。虽然本领域中一直存在对装置的改进、改变和发展，但认为本发明的概念代表了 实质性新的和新颖的改进，包括脱离现有技术惯例，得以提供具有该性质的更有效、稳定和 可靠的装置。本发明揭示的内容允许设计改进的柴油机废气过滤系统，例如用于过滤柴油机燃 烧装置如柴油机燃机的废气。由于透气性增大，过滤介质上的压降减小，使燃烧装置所承受 的反压变低。由此可使燃料消耗降低，并使配有包含本发明过滤介质的废气过滤器的柴油 机燃烧装置如柴油机燃机的运行成本降低。燃料消耗降低也意味着CO2排放降低，符合关 于微粒物质和NOx的柴油机排放的严格规定，降低温室气体排放。通过以下详细描述，结合通过实施例说明本发明原理的附图
，本发明的以上和其 它特性、特征和优点将是显而易见的。提供的这种描述仅用于示例之目的，不对本发明的范 围进行限制。以下引用的附图标记表示所述附图。附图简要说明图la-lc、图2a_2d和图3a_3c显示本发明一个方面的提供过滤器滤芯的方法的示 意性连续步骤。图2e显示本发明过滤器滤芯的入口表面积增大的另一个实施方式。图4a和图4b是存在于本发明一个方面的过滤器滤芯的纤维的投影视图。图5示意性地显示本发明一个方面的提供过滤模块的方法的连续步骤。图6示意性地显示本发明一个方面的过滤模块。图7示意性地显示本发明一个方面的过滤器滤芯的径向横截面视图。图8示意性地显示如图7所示的过滤器滤芯的轴向横截面视图。
在不同的图中，相同的附图标记表示相同或类似的元件。
具体实施例方式
将就具体实施方式
并参照特定附图对本发明进行描述，但本发明并不受此限制，而是仅由权利要求书限定。这些附图仅为示意性而不具限制性。在附图中，为达到说明的 目的，可能放大了一些元件的尺寸而未按比例绘制。这些尺寸和相对尺寸并不与本发明落 实在实践中时的实际相对应。此外，在说明书以及权利要求书中的术语“第一”、“第二”和“第三”等是用来区别 类似的元件，而不必然地描述时间上或空间上的等级顺序或任何其它方式的顺序。应理解， 在合适的情况下，如此使用的术语可互换使用，本发明描述的实施方式能够按照除本文所 描述或说明的顺序以外的其它顺序进行操作。此外，在说明书和权利要求书中，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述 目的，而不必然地用于描述相对位置。应理解，在合适的情况下，如此使用的术语可互换使 用，本发明描述的实施方式能够按照本文所描述或说明的方向以外的其它方向进行操作。应注意，权利要求书中使用的术语“包含”不应解释为被限制在其后列出的器件 上，这个术语并不排除其它元件或步骤。因此应将其解释为指明所提到的特征、整数、步骤 或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤或组件或其组合的存在或增 加。因此，“包含装置A和B的设备”表述的范围不应局限于仅由组件A和B组成的设备。 它表示就本发明而言，所述设备的相关组件仅仅是A和B。类似地，应注意，同样用于权利要求书的术语“偶联”不应解释为仅限制于直接连 接。可以使用术语“偶联”和“连接”，以及它们的衍生词。应理解，这些术语不是用作彼此 的同义词。因此，“与装置B偶联的装置A”表述的范围不应局限于装置A的输出端与装置 B的输入端直接连接的装置或系统。它意味着A的输出端和B的输入端之间存在一个路径， 这个路径可以是包括其它装置或器件的路径。“偶联”可表示两个或多个元件有直接的物理 接触或电接触，或两个或多个元件相互没有直接接触但仍相互协同或彼此交互。说明书中提及“一个实施方式”或“一种实施方式”即意味着结合该实施方式描述 的具体特征、结构或性质被包括在本发明的至少一个实施方式中。因此，在说明书中各处出 现的短语“在一个实施方式中”或“在一实施方式中”不必然地全部都指向同一个实施方式， 但也可能是如此。此外，具体的特性、结构或特征在一个或多个实施方式中可以任何合适的 方式组合，其通过本发明的描述对本领域普通技术人员是显然的。类似地，应理解，在对本发明示例性实施方式的描述中，为达到简化说明和有助于 理解各个创造性方面中的一个或多个方面的目的，有时将本发明的各种特征在单个实施方 式、附图或其描述中组合在一起。然而，这种进行说明的方法不应解释为反映了本发明需要 比各权利要求中明文引用的特征更多的特征的意图。相反，如所附权利要求书所反映，创造 性方面就在于比单个上述实施方式的所有特征少。因此，将详细说明书之前的权利要求书 在此明示结合到该详细说明书中，其中各权利要求独自作为本发明的独立实施方式。此外，本领域技术人员应理解，尽管本文描述的一些实施方式包括一部分的包括 在其它实施方式中的特征，但却不包括其它的包括在其它实施方式中的特征，但是，不同实 施方式中各特征的组合应处于本发明的范围之内，形成不同的实施方式。例如，在所附权利 要求书中，可以任何组合使用任何要求保护的实施方式。此外，一些实施方式在本文中被描述为可由计算机系统的处理器或实施所述功能 的其它手段实现的方法或方法要素的组合。因此，具有实施这样的方法或方法要素的必要 指令的处理器形成实施所述方法或方法要素的手段。此外，本文所描述的设备实施方式的要素是用于实施由实施本发明目的的要素所执行的功能的一种手段的示例。在本文提供的描述中列出大量具体细节。然而应理解，本发明实施方式可以在没 有这些具体细节的情况下实施。在其它实例中，为了不妨害对本发明描述的理解，没有详细 显示众所周知的方法、结构和技术。提供以下术语仅为有助于对本发明的理解术语“孔隙率叩应理解为P = 100* (1-d) / (SF)，其中d = (Im3烧结金属纤维介质 的重量)，SF =提供烧结金属纤维介质的金属纤维的每立方米合金的比重。“透气性”(也称为AP)采用作为ISO 4002等效物的NF 95-352所描述的设备测 定。修正NF 95-352也即ISO 4002的测试方法以使所述设备适应更大的过滤器体直径。这 是通过在过滤器体和所述设备的流入孔之间安装一个中间漏斗形元件来实现的。该漏斗形 元件一侧与流入孔的外周长匹配，另一侧与过滤罩壳的外周长匹配。所述漏斗形元件与流 入孔和过滤罩壳上皆密封以避免渗漏。术语特定纤维的“当量直径”应理解为具有圆形径向横截面的假想纤维的直径，这 种横截面具有与所述特定纤维的平均横截面表面积相同的表面积。现在通过对本发明若干实施方式的详细描述来描述本发明。很明显，可根据本领 域技术人员的知识构建本发明的其它实施方式，而不背离本发明的真正精神和技术教示， 本发明仅受所附权利要求书条款的限制。图Ia-Ic显示本发明第二方面的提供过滤器滤芯的连续步骤。如图Ia中的第一步所示，提供固结纤维结构101，所述结构101包含纤维102。所 述固结纤维结构是纤维网，具有前缘103、后缘104以及两个侧缘105和106。固结纤维结 构101是基本为矩形的纤维网。固结纤维结构的一些合适的例子是例如当量直径为35 μ m的削卷金属纤维的 随机气流铺置网。所述网的宽度是例如10mm-150mm，单位面积重量是约300g/m2。一种 替代物是当量直径为22μπι的削卷金属纤维的随机气流铺置网。所述网的宽度是例如 10mm-150mm，单位面积重量是约450g/m2。另一种替代物是当量直径为17 μ m的拉束金属纤 维的随机气流铺置网。所述网的宽度是例如10mm-150mm，单位面积重量是约300g/m2。另 一种替代物是当量直径为12 μ m的拉束金属纤维的随机气流铺置网。所述网的宽度是例如 10mm-150mm，单位面积重量是约200g/m2。固结纤维结构101中的纤维102基本在一个平行于网表面107的平面内取向。在 该平面中，纤维的取向是随机的。一些纤维基本沿后缘或前缘排列，其它在平行于侧缘的方 向上延伸，还有一些的取向在二者之间。金属箔110沿后缘104附着于固结纤维结构101，例如通过焊缝112将箔110沿 后缘焊接到固结纤维结构101上。箔110是铁-铬-铝合金箔如FECRALL0Y 箔，其宽度 W与固结纤维结构101的宽度相同，长度Lf至少足以环绕缠绕后的固结纤维结构的周长一 次。箔的厚度约230 μ m。箔的宽度可以通过将宽度约为700mm的箔纵切成宽度为W的合适 部分的方式进行调整。将固结纤维结构101绕着卷轴130缠绕或卷绕，所述卷轴130平行于前缘103。在 本实施方式中，固结纤维结构101绕着前缘103自身缠绕。缠绕以如箭头131所示的方向 进行。在缠绕过程中，由于固结纤维结构101基本为矩形，可将侧缘105和106分别保持排列成一行，使其一旦被卷绕就处在一个平面之中。通过卷绕固结纤维结构101提供过滤材料111。如即将进一步详细解释的那样， 大部分纤维102(在本实施方式中，例如大于85% )至少部分地环绕轴130。这是因为所述 纤维存在于网中，其取向基本平行于网表面107。由于网表面107现在转变为螺旋形，绕着 轴130形成螺旋，与网表面107共面的纤维遵循一个按照该螺旋至少部分地环绕轴130的 路径。通过用箔110以基本平行于卷轴130的方向覆盖过滤材料111的外边界113来提 供不透气罩壳。这是如图Ib所示通过继续将所述箔卷绕在过滤材料上来完成的。由于箔 110与固结纤维结构101相互偶联，这可以在一次操作中完成。箔110至少在过滤材料111 上完整地缠绕一次。在箔110的后缘114接触箔时，如图Ic所示，例如通过沿焊缝141进 行焊接，将所述箔密封到自身上。如此，得到一种罩壳140，所述罩壳140以基本平行于卷 轴130的方向接触过滤材料111的外边界113，以提供一个用过滤材料111填充的过滤器体 150。罩壳140在径向即由轴130向外的方向上具有不透气性。通过在缠绕过程中对所述箔施加充分大的缠绕张力，过滤材料111在径向上受到 向内压缩。这种压缩导致过滤材料在径向上受到预加张力。所述张力将过滤材料夹持在罩 壳中，避免过滤材料和过滤材料的纤维部分发生移位，随通过过滤器滤芯的气体在轴向上 发生移动。如此，得到本发明第一方面的过滤器滤芯100。过滤器滤芯100包括不透气罩壳 140，所述罩壳向过滤器体150提供限定平均流动方向153的流入侧151和流出侧152。圆 柱形的过滤器体150的轴与卷轴130相同，基本平行于平均流动方向153。过滤器滤芯100 的过滤器体150的高度H与宽度Ww相同。按照具有平行于后缘或前缘的分量的方向存在于纤维网中的纤维，至少部分地环 绕轴130。按照具有平行于侧缘的分量的方向存在于纤维网中的纤维，至少部分地在过滤器 滤芯100的轴向上延伸。固结纤维结构101是纤维网，而箔110卷绕的方式使得过滤器滤芯的直径D为 127mm。过滤材料的孔隙率为例如97%或更大。透气率可以通过在流入侧151和流出侧152 之间的200 压降来测定，这种压降取决于纤维的当量直径、过滤器体的高度、孔隙率等， 如以下表1所示。表权利要求
1.一种过滤器滤芯，用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰，其包括界定过滤器 体外边界的罩壳，所述罩壳具有限定平均流动方向的流入侧和流出侧，所述罩壳具有基本 平行于平均流动方向的轴，所述罩壳界定过滤器体在平均流动路径方向上的外边界，所述 罩壳在径向上具有不透气性，所述过滤器体至少部分用包含纤维的过滤材料填充，其中大 部分的纤维至少部分地环绕所述轴，所述过滤器体包含插入物材料，其中所述插入物材料 具有高于所述过滤材料的透气性，且所述插入物材料仅部分地在平均流动方向上突出。
2.如权利要求1所述的过滤器滤芯，其特征在于，在所述过滤器体内的不同直径上提 供始自流入侧的第一插入物材料和始自流出侧的第二插入物材料。
3.如权利要求1或2所述的过滤器滤芯，其特征在于，由波纹金属片提供所述插入物材 料，其中所述金属片包括开口。
4.如权利要求3所述的过滤器滤芯，其特征在于，所述金属片由金属纤维网制成，优选 由与过滤材料相同的材料制成，其中所述金属片具有高于所述过滤材料的形状稳定性。
5.如权利要求1-4中任一项所述的过滤器滤芯，其特征在于，所述插入物材料至少部 分地环绕所述罩壳的轴，其中所述插入物材料在平均流动方向上的横截面的形状是环形或 半环形。
6.如权利要求1-5中任一项所述的过滤器滤芯，其特征在于，所述纤维是固结纤维结 构的一部分，其绕着基本平行于平均流动方向的卷轴卷绕。
7.如权利要求1-6中任一项所述的过滤器滤芯，其特征在于，所述过滤材料在轴向上 包括大体为圆锥形的空腔并/或在轴向上包括大体为圆锥形的延伸部。
8.一种提供过滤器滤芯的方法，所述方法包括以下步骤-提供包含纤维的固结纤维结构，所述固结纤维结构至少具有前缘；-将所述固结纤维结构绕着平行于所述前缘的卷轴卷绕，由此提供具有第一直径的过 滤材料；-提供在轴向上仅部分地在所述过滤材料上的插入物材料；-将所述插入物材料围绕卷轴卷绕到所述过滤材料上；-将另一个固结纤维结构绕着卷轴卷绕，由此提供具有第二直径的过滤材料；-提供在基本平行于卷轴的方向上接触过滤材料外边界的不透气罩壳，用于提供用过 滤材料填充的过滤器体，所述罩壳向过滤器体提供限定平均流动方向的流入侧和流出侧， 所述过滤器体的轴基本平行于平均流动方向。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，随后卷绕插入物材料和卷绕固结纤维结构 的步骤进行一次以上，优选进行若干次，其中第一插入物材料的位置始自流入侧，第二插入 物材料的位置始自流出侧。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，通过用箔或板在基本平行于卷轴的方 向上覆盖过滤材料的外边界来提供所述不透气罩壳，通过将所述箔或板卷绕在过滤材料上 并密封所述箔或板，用于提供在轴向上接触过滤器体外边界、在径向上具有不透气性的罩壳。
11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，将所述罩壳和过滤器体积沿过滤器体的 轴分为至少两部分，以提供至少两个过滤器滤芯。
12.一种提供过滤模块的方法，所述方法包括以下步骤-如权利要求8-11中任一项所述，提供N个过滤器滤芯，N等于或大于2 ；-将第i个过滤器滤芯的流入口与第i_l个过滤器滤芯的流出侧偶联，i的变化范围是 2至N。
13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，通过采用相应形状的工具在轴向上对所 述过滤器滤芯施加压力向所述过滤器滤芯在轴向上提供大体为圆锥形的空腔并/或在轴 向上提供大体为圆锥形延伸部。
14.一种包括N个过滤器滤芯的过滤模块，N等于或大于2，所述过滤器滤芯是如权利 要求1-7中任一项所述的过滤器滤芯，通过将第i个过滤器滤芯的流入口与第i_l个过滤 器滤芯的流出侧偶联来使N个过滤器滤芯相互偶联，i的变化范围是2至N。
15.如权利要求14所述的过滤模块，其特征在于，所述过滤模块包括至少一个位于第 一过滤器滤芯之前或两个连续的过滤器滤芯之间的加热器。
16.一种过滤器滤芯，特别用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰，其包括界定过 滤器体积外边界的罩壳，所述罩壳具有限定平均流动方向的流入侧和流出侧，所述罩壳具 有基本平行于平均流动方向的轴和入口横截面积，所述罩壳界定在平均流动路径方向上的 过滤器体外边界，所述罩壳在径向上具有不透气性，所述过滤器体至少部分用包含纤维的 过滤材料填充，其中大部分的纤维至少部分地环绕所述轴，所述过滤材料的入口表面积大 于所述罩壳的横截面积。
17.如权利要求16所述的过滤器滤芯，其特征在于，所述过滤材料入口表面积与所述 罩壳横截面积之比大于2。
全文摘要
本发明的过滤器滤芯包括具有限定平均流动方向的流入侧和流出侧的过滤器体(702)。所述过滤器体具有基本平行于平均流动方向的轴(708)，且还包括界定平均流动路径方向上过滤器体外边界的罩壳(716)。所述罩壳在径向上具有不透气性。所述过滤器体用过滤材料填充，所述过滤材料包含纤维，大部分纤维至少部分地环绕所述轴。所述过滤材料还包含插入物材料(704，706)，其透气性高于过滤材料。所述插入物材料仅部分地在平均流动方向上突出。所述过滤器滤芯优选用于从柴油机燃机废气中过滤柴油机烟灰。
文档编号B01D39/20GK102089059SQ200880130401
公开日2011年6月8日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者E·兰伯特, F·韦斯切夫, I·谢尔德曼斯, J·范达默 申请人:N.V.贝卡特股份有限公司