多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的制作方法

专利名称：多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的制作方法
技术领域：
本发明涉及多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其包括多个径向过滤器筒。本发明还涉及制造多筒柴油机烟灰过滤器的方法以及多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的用途。
背景技术：
例如可以从W02007/079829中知道包括金属纤维的柴油机烟灰颗粒过滤器。这种过滤器由于其流向是轴向的故被称为轴向过滤器。但是，这种类型的过滤器具有许多缺点，例如其面积流量有限，并且压降相对较高。本领域还已知 采用陶瓷过滤器来过滤柴油机排放物。但是，它们的特征都在于高热质量，从而导致再生时间较长。另外，其质量效率不是可调的。

发明内容
本发明的目的在于提供避免出现现有技术缺陷的过滤器。本发明的另一个目的在于提供一种具有轴向流的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其包括多个具有径向流的径向过滤器筒。这些过滤器筒在过滤表面区域中具有较低的压降和更大的流量。本发明的另一个目的在于提供具有高成型的且设计柔性的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，例如使得该过滤器能够与其尺寸或形状无关地结合在现有的消音器结构中。本发明的再一个目的在于提供具有可调质量效率的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器。本发明的再一个目的在于采用本发明模块化多筒构思提供装配、安装和维护成本更低的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器。根据本发明的第一方面提供了一种多筒柴油机烟灰颗粒过滤器。该多筒柴油机烟灰颗粒过滤器包括外壳，其界定了被称为过滤器容积的空间外部边界。多筒柴油机烟灰颗粒过滤器具有中央过滤器轴线。外壳和过滤器容积具有带有至少一个过滤器入口的流入侧和带有至少一个过滤器出口的流出侧。流入侧和流出侧限定了平均流向(average flowdirection)。平均流向基本上与中央过滤器轴线平行。这意味着穿过多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的平均流体流为轴向流。外壳沿着平均流动通道的方向限定了过滤器容积的外部边界。外壳沿着径向方向是不能透气的。过滤器容积填充有多个过滤器筒。每个过滤器筒具有中央过滤器筒轴线。该中央过滤器筒轴线与过滤器的平均流向基本上平行，并且因此与中央过滤器轴线基本上平行。在流入侧处的入口数量为至少一个，并且更优选的是等于过滤器筒的数量，在流出侧处的过滤器出口数量为至少一个，并且更优选的是等于过滤器筒的数量。过滤器筒包括由金属纤维构成的多孔结构。过滤器筒提供穿过过滤器筒的多孔结构的径向流向。过滤器筒的径向流可以是从过滤器筒的外部流向过滤器筒的内部，或者反之亦然，从过滤器筒的内部流向过滤器筒的外部。
在径向流为从过滤器筒的外部流向过滤器筒的内部的情况下，入口流径向向内朝着过滤器筒，而出口流基本上与中央过滤器筒轴线平行，因此沿着轴向方向。在径向流从过滤器筒的内部流向过滤器筒的外部的情况下，过滤器筒的入口流与中央过滤器筒轴线平行，并且出口流朝着过滤器筒的径向向外。在该情况中，入口流为轴向方向，并且出口流为径向向外。因此过滤器筒可以沿着径向方向是透气的。虽然流经筒柴油机烟灰颗粒过滤器的平均流为轴向流，但是流经单个过滤器筒过滤器的流体为径向流。外壳界定了被称为过滤器容积的空间。该外壳可以由任意使得过滤器容积能够沿着径向方向不透气的材料构成。在采用金属纤维 的情况下，外壳可以为金属外壳，任选从用来提供金属纤维的类似或相同金属合金中提供。优选的外壳包括金属管或者金属箔。过滤器容积可以具有任意形状，例如具有圆形横截面的圆筒形或者具有椭圆横截面的形状。过滤器容积可以任选为锥形，例如具有圆形或椭圆形横截面。过滤器容积填充有多个过滤器筒。过滤器筒的数量为至少2个。原则上，在过滤器筒的数量上限方面没有任何限制。过滤器筒的数量例如2、4、7、20、37、...。过滤器筒可以按照不同的方式设置在过滤器容积内。过滤器筒例如可以按照这样的方式在过滤器容积上分布设置，即使得不存在中央过滤器筒。不具有中央过滤器筒的结构示例为包括4个过滤器筒的过滤器容积。可选的是，过滤器筒可以布置成一个或多个过滤器筒设置在中央，并且多个过滤器筒设置在围绕着中央设置的过滤器筒的第一层中。可能的是，多个过滤器筒设置在围绕着第一层的第二层中。原则上，对于过滤器筒的层数没有任何限制。这种结构的第一示例包括一个中央设置的过滤器筒，其由在第一层中的围绕着居中布置的过滤器筒设置的六个过滤器筒包围，简称为1+6。另一个示例包括一个中央设置的过滤器筒，围绕着中央设置的过滤器筒设置在第一层中的六个过滤器筒，围绕着六个过滤器筒设置在第二层中的十二个过滤器筒，以及设置在第三层中的十八个过滤器筒，简称为1+6+12+18。根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器包括多孔结构。该多孔结构优选由金属纤维构成。可以采用任意合适的金属或合金来形成金属纤维。金属纤维例如由钢例如不锈钢制成。可能的不锈钢合金为AISI 300或AISI 400系列合金，例如AISI 316L或AISI 347或者包含铁、铝和铬的合金、包含铬、铝和/或镍以及重量百分比0. 05%至0. 3%的钇、铈、镧、铪或钛的不锈钢，例如采用DIN1. 4767合金或Fecralloy 。也可以采用铜或铜合金或者钛或钛合金。金属纤维也可以由镍或镍合金制成。可以通过任意公知的金属纤维生产方法例如通过成束拉拔操作、通过如在JP3083144中所述的线圈刮削操作、通过线材刮削操作(例如钢丝绒)或者通过从熔融金属合金浴提供金属纤维的方法来制造金属纤维。为了提供具有平均长度的金属纤维，可以通过采用如在W002/057035中所述的方法或者通过采用例如在US4664971中所述的提供金属纤维颗粒的方法来切割金属纤维，或者可以使之拉伸断裂。优选的是，金属纤维的当量直径D小于100 V- m,例如小于65 U m,更优选小于36 ii m例如35 V- m、22 y m或17 y m。任选的是,金属纤维的当量直径小于15 u m,例如14 y m、12 y m或11 ii m,或者甚至小于9 u m,例如为8 ii m。任选的是,金属纤维的当量直径D小于7 y m或者小于 6 Ii m,例如小于 5 u m,例如 I u m、I. 5 u m、2 u m、3 u m、3. 5 u m 或 4 u m。金属纤维可以是环形金属纤维，环形纤维为已知的细丝，或者具有纤维平局长度Lfiber,任选地,在例如0. Icm至5cm之间。在优选实施方案中，金属纤维为非烧结金属纤维，其粗糙度高于I. 7，例如高于
I.9，闻于2或闻于2. 5。为了本发明的目的，“粗糙度”定义为特定纤维的横截面周长与假想纤维的横截面的周长的比率，假想纤维具有其表面积等于特定纤维的横截面的平均表面积的圆形径向横截面。该假想纤维的直径被称为当量直径。对于本发明而 言，“横截面”指的是在与纤维主轴垂直地切割纤维时所得到的横截面。非烧结金属纤维具有较高的粗糙度。令人惊讶的是，已经注意到，具有这些粗糙度的金属纤维由于它们有效的俘获颗粒，所以对于柴油机烟灰颗粒过滤而言非常有效。已经注意到，由包含Fe、Al和Cr的合金、包含铬、铝和/或镍以及重量百分比0. 05%至0. 3%的钇、铈、镧、铪或钛的不锈钢制成的粗糙度高于I. 7的金属纤维对于柴油机烟灰颗粒过滤而
言最有效。过滤器筒的多孔结构盘绕在中央过滤器筒轴线上，该轴线与平均流向基本上平行，即基本上平行与多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的中央轴线。在优选实施方案中，过滤器筒还包括中央管道。该多孔结构因此盘绕在该中央管道上。该管道优选为透气的，并且包括例如穿孔管、螺旋缠绕管或线笼。管道可以由金属或金属合金制成。任选的是，管道由用来提供金属纤维的类似或相同金属合金形成。多孔结构可以为纤维网。该纤维网可以为通过合适的成网工艺例如气流成网、湿法成网或梳理纤维网而获得的纤维网。纤维网优选为无纺纤维网，任选为针刺的。在采用可由金属纤维构成的纤维网的情况下，金属纤维网例如其厚度为Imm至50mm,并且表面重量为100g/m2至600g/m2。可选的是，多孔结构可以包括至少一个纤维束。该纤维束因此可以为线圈刮削金属纤维束。可选的是，该纤维束可以为通过成束拉拔形成的金属纤维束。成束拉拔的金属纤维任选为例如通过在EP280340中所给出的方法卷曲的纤维。该纤维束可以包括多根金属纤维，例如200至10000根纤维或长丝或者甚至更多。多孔结构可以包括至少一个、任选为多个相同或相互不同的束，其纤维类型、纤维性能例如纤维当量直径或纤维材料方面不同，或者束性能例如束细度不同。纤维束可以时通过任意合适的成束工艺获得的纤维束。例如，纤维束可以为粗梳条子。围绕着与其一个边缘平行的轴线任选围绕着边缘自身卷绕或缠绕的多孔结构例如纤维网或至少一个纤维束可以具有径向膨胀的趋势。因此，优选的是，在卷绕的多孔结构周围卷绕加强结构。过滤器筒还可以包括粉末例如金属粉末颗粒，和/或可以包括催化剂组分。过滤器容积的高度即过滤器容积沿着平均流道的长度不会被当作是对本发明进行限制。该高度例如可以为2cm至20cm,例如通常为5cm。过滤器筒的多孔材料其孔隙率例如为70%至99%。过滤器筒的孔隙率沿着过滤器筒的高度是均匀的，或者可以沿着过滤器筒的高度改变。孔隙率可以从流入侧向流出侧逐渐或逐步改变，并且在流入侧处的孔隙率大于在流出侧处的孔隙率。
根据与平均流道垂直的平面剖开的过滤器筒的横截面的表面积沿着过滤器筒的高度可以是均匀的(例如在圆筒形过滤器筒的情况下)，或者可以是变化的(例如在锥形过滤器筒的情况下)。根据与平均流道垂直的平面剖开的横截面的表面积可以大约为450_2至 100000mm2，例如为 450mm2 至 13000mm2，例如为 12500mm2 或 96200mm2。在优选实施方案中，过滤器筒包括沿着轴向方向的主要为锥形空腔和/或沿着轴向方向主要为锥形延伸部分。具体地说，锥形空腔可以设置在流入侧处，而锥形延伸部分可以设置在流出侧处。由于该锥形空腔，过滤器筒在流入侧处的表面增大。在这个实施方案中，过滤器筒在流入侧处的堵塞得到延迟或甚至得到防止。具体地说，锥形空腔和锥形延伸部分其形状大体相 同以便为相邻设置的过滤器材料提供轴向面对面接触。可以通过将一种过滤器材料的锥形延伸部分插入到另一个过滤器材料的锥形空腔中来将相邻过滤器筒粘在一起。要理解的是，术语“锥形”还指的是例如截头锥形，或者包括三角形横截面或者部分圆形或椭圆形横截面。 在一个实施方案中，根据本发明的过滤器筒包括其大部分纤维例如至少50 %或至少85%至少部分包围着柴油机烟灰颗粒过滤器的中央轴线的纤维。根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的每个过滤器筒其特征在于流入表面面积Sfi
cartridge
和体积
Vcartridge °
过滤器筒的流入表面面积 Sfi cartridge
限定为与所要过滤的
输入液体或气体流接触尤其与所要过滤的柴油机排放物的输入流接触的过滤器筒的表面。对于具有从过滤器筒的外部向内部的径向流的过滤器筒，过滤器筒的流入表面面积Sfi与过滤器筒的外覆盖表面对应。对于圆筒形过滤器筒而言，过滤器筒的流入表面面积S
fi cartridge
等于A女H，其中A为过滤器筒的横截面的圆周H为过滤器筒的高度。该多筒柴油机烟灰颗粒过滤器其特征在于总流入表面面积Sfi t0talo总流入表面面积Sfi t(rtal为多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的各个过滤器筒的流入表面面积Sfi。
_的总和。根据本发明，根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器包括过滤器筒流入表面面积Sfirartnd9
——过織領本积、V比率为0. 01至0. lm2/l的过滤器筒。更优选的是，该比率
过滤器筒流入表面面积Sfirartndge 99-过滤器符体积V-为03至06m凡例如为0. °4m /I或0. 05m /I。
r n Q ,, _ 过滤器筒流入表面面积 Sfieartndee2 ^ 2^ D另夕卜，比率-也一上工优选为0. OOlmVkff至0. 01m2/kff,并且
发动机功率
更优选为 0. 002m2/kff 至 0. 005m2/kff,例如为 0. 003m2/kff 或 0. 004m2/kW。根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器尤其适用于高功率发动机，例如功率高于350kW例如高于420kW的发动机。这些发动机的示例为重型车辆(卡车)中的发动机和越野型发动机例如发电机组、建筑设备、农用设备、机车和船用发动机。根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器与本领域所公知的柴油机烟灰颗粒过滤器相比具有许多优点。一个优点在于，例如可以通过选择纤维重量、纤维直径、过滤器筒的孔隙率、过滤器筒的尺寸、过滤器筒在外壳内的结构等来调节过滤器的质量效率。质量效率定义为在通过重量分析测量确定的在过滤之前和之后的重量降低百分比。另外，通过选择纤维重量、纤维直径、过滤器筒的孔隙率、过滤器筒的尺寸等来使得过滤器筒的设计灵活。在外壳的形状方面没有任何限制。对于外壳的每个形状而言，可以选择过滤器筒的最佳数量、尺寸和类型。由于热质量较低，所以再生循环缩短。该材料能够获得高机械稳定性。另外，根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的细小颗粒效率较高。与SiC过滤器相比，根据本发明的多筒柴油机烟灰 颗粒过滤器的重量降低。减少高达65%或者甚至高达80%的重量是可能的。这个重量降低使得能够将该多筒柴油机烟灰颗粒过滤器更靠近发动机设置。该多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的组装方便。另一个优点在于，其它功能的集成是可能的，例如降噪的集成。根据本发明的第二方面，提供了一种生产多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的方法。该方法包括下面的步骤提供多个过滤器筒，所述过滤器筒包括由金属纤维构成的多孔结构，所述过滤器筒具有中央过滤器筒轴线，所述过滤器筒提供了穿过所述多孔结构的径向流向；将所述多个过滤器筒设置在外壳中，所述外壳具有限定了平均流量的流入侧和流出侧，所述外壳为可以沿着径向方向是不透气的，由此所述过滤器筒按照这样的方式设置在所述外壳中，从而所述过滤器筒的所述中央过滤器筒轴线与所述过滤器的所述平均流向基本上平行。制造过滤器筒的方法包括以下步骤提供具有至少一前缘的多孔结构；与所述前缘平行地卷绕所述多孔结构，直到获得预定直径，即所述过滤器筒的外径。根据本发明制造过滤器筒的可选方法包括以下步骤提供至少具有一前缘的多孔结构；提供管道，所述管道的直径几乎等于所述过滤器筒的内径；将所述多孔结构与所述前缘平行地卷绕到所述管道上，直到获得预定的直径，SP所述过滤器筒的所述外径。任选的是，制造过滤器筒的方法包括以下步骤提供至少具有网状前缘的加强结构；与所述网状前缘平行地将所述加强结构卷绕到所述已卷绕的多孔结构上。所述加强结构例如为网、薄箔、片材或板材。任选的是，将所述加强结构烧结成卷绕的多孔结构。根据本发明的第三方面，提供了多筒柴油机烟灰颗粒过滤器在功率超过350kW例如超过420kW的发动机上的用途。


下面参照在图中所示的实施方案对本发明进行更详细说明。
图Ia至Id示意性地显示出提供由纤维网构成的过滤器筒的方法的一些连续步骤。图2a至2c示意性地显示出提供包括纤维网的可选过滤器筒的方法的一些连续步骤。图3显示出位于由纤维网构成的过滤器筒中的纤维的凸出部。
图4a至4c示意性地显示出提供由纤维束构成的过滤器筒的方法的一些连续步骤。图5a和5b示意性地显示出提供由纤维束构成的可选过滤器筒的方法的一些连续步骤。图6示意性地显示出提供由纤维束构成的过滤器筒的另一个实施方案的方法步骤；图7显示出处于由纤维束构成的过滤器筒中的纤维的凸出部；图8a至Sc为根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器。图9a和9b显示出根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的可选实施方案的横截面。图10显示出特定金属纤维的横截面。
具体实施例方式现在将针对具体实施方案并且参照附图对本发明进行说明，但是本发明不限于此，而是只是由权利要求书限定。所述附图只是示意性的，而不是限制性的。在这些附图中，为了便于说明，一些元件的尺寸放大并且不是按比例绘制。这些尺寸和相关的尺寸不会对应于本发明实施的实际减小。下面的术语仅仅提供用来帮助理解本发明。术语“孔隙率” P理解为P = 100 * (1-d)，其中d = (Im3烧结金属纤维介质的重量)/(SF)，其中SF =形成烧结金属纤维介质的金属纤维的合金的每m3的重量。采用如在NF 95-352 (等同于ISO 4002)中所述的设备测量出“透气率”(也称为AP)。改变NF 95-352即ISO 4002的测试方法以使得这些设备适用于更大直径的过滤器容积。这是通过在过滤器容积和设备的流入孔之间安装中间隧道状元件来实现的。该隧道状元件在一侧处与流入孔的周边配合，在另一侧处与过滤器外壳的周边配合。将隧道形元件密封在流入孔和过滤器外壳上以避免泄漏。术语特定纤维的“当量直径”应该理解为具有圆形径向横截面的假想纤维的直径，该横截面具有与特定纤维横截面的表面积的平均值相等的表面积。术语“包围”应该理解为围绕。因此“至少部分围绕着轴线的纤维”指的是纤维至少部分围绕着轴线。这可以通过将纤维沿着平均流道方向投影在与平均流道垂直的平面AA’上来最清楚地看出。沿着平均流道方向在与平均流道垂直的平面AA’上投影的纤维的投影线不必是其中心与轴线在该平面AA’上的投影一致的圆形或者圆的一段弧。最佳的拟合线，即与沿着平均流道方向在与平均流道垂直的平面AA’上投影的纤维投影线最接近拟合的线条具有朝着轴线在平面AA’上的投影取向的凹面。在图Ia至Ic中显示出提供根据本发明的过滤器筒的连续步骤。如在图Ia中的第一步骤中所示一样，提供包括纤维102的多孔结构101。例如为纤维网的多孔结构101具有前缘103、后缘104以及两个侧缘105和106。多孔结构101例如为基本上矩形的纤维网。多孔结构例如为当量直径为35pm的线圈刮削金属纤维的随机气流成网纤维网。该纤维网的宽度例如为IOmm至150mm，并且其表面重量大约为300g/m2。可选的是当量直径为22pm的线圈刮削金属纤维的随机气流成网纤维网。该纤维网其宽度例如为IOmm至150mm,并且其表面重量为450g/m2。另一个可选方案是当量直径为17 pm的成束拉拔金属纤维的随机气流成网纤维网。该纤维网其宽度例如为IOmm至150mm，并且其表面重量为300g/m2。另一个可选方案是当量直径为12 的成束拉拔金属纤维的随机气流成网纤维网。该纤维网其宽度例如为IOmm至150mm，并且其表面重量为200g/m2。
优选的是，在多孔结构101中的纤维102基本上在与纤维网表面107平行的平面中取向。在该平面中，纤维的取向是随机的。一些纤维与前缘或后缘基本上对准，其它沿着与侧缘平行的方向延伸，还有一些具有在它们之间的取向。由纤维构成的多孔结构101现在缠绕或卷绕在具有卷绕轴线130的管道160上，该卷绕轴线130与前缘103平行。管道160具有直径d。缠绕或卷绕根据如箭头131所示的方向进行。在卷绕期间，由于多孔结构101基本上为矩形，所以侧缘105和106可以各自保持对准，因此它们一旦卷绕则处于一个平面内。显然，也可以缠绕多孔结构的其它形状，并且卷绕结构的侧面可以切成适当的长度。任选的是，用加强结构110例如网来包围卷绕的多孔结构。优选的是，对由加强结构包围的卷绕结构进行机械或热固定步骤。图Ic和图Id显示出在使用中的过滤器筒100,即表示出入口流和出口流。过滤器筒100具有高度H和直径D。在图Ic中，过滤器筒100具有从过滤器筒100的内部流向过滤器筒100的外部的
径向流。过滤器筒100具有与过滤器筒100的轴线170基本上平行的入口流174和从过滤器筒100径向向外的出口流175。过滤器筒100可以设有端盖(未示出)。在图Id中，过滤器筒100具有从过滤器筒100的外部流向过滤器筒100的内部的
径向流。过滤器筒具有从过滤器筒100径向向内的入口流176和与过滤器筒100的轴线170基本上平行的出口流177。过滤器筒100可以设有端盖(未示出)。如将在下面更详细说明的一样，大部分纤维102(在该实施方案中，例如大于85% )至少部分包围着轴线130。纤维的部分包围可以通过以下事实来说明，即纤维处于纤维网中，并且与网表面107基本上平行取向。在网表面107转变成围绕着轴线130盘绕的螺旋形时，与网表面107共面的纤维将遵循这样的路线，该路线根据该螺旋形至少部分包围着轴线130。根据具有与前缘或后缘平行的分量的方向处于网中的纤维将至少部分包围着轴线130。根据具有与侧缘平行的分量的方向处于网中的纤维将至少部分沿着过滤器筒100的轴线方向延伸。过滤器筒其孔隙率例如为85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%或98%。可以采用在流入侧和流出侧之间的200Pa的压降来测量出2251/dm2/分钟的透气率，这取决于纤维当量直径、过滤器筒的高度和孔隙率。
根据本发明第一方面的可选过滤器筒可以通过其连续步骤在图2a至2c中显示出的方法来提供。在该示例性实施方案中，多孔结构201具有矩形或基本上矩形的形状，并且按照与针对图I所述的相同方式卷绕，其唯一区别在于没有使用管道，因此用卷绕轴线230来卷绕纤维网201。可以按照存在中央处敞开的方式来卷绕纤维网201。任选的是，如图2b和2c中所示一样，将加强结构例如网210卷绕在已缠绕的纤维网201上。可能的是，然后将该产品软烧结或者通过机械装置固定。图3显示出处于与图I的过滤器筒100对应的过滤器筒中的纤维的投影。在图3中，305表示轴线130的投影。301示意性地显示出沿着平均流动路径153的方向投影在与平均流动路径300垂直的平面AA’上的一些纤维的投影线303。在图3中的302示意性显示出一些纤维在平面BB’ 上的投影线304，包括沿着与该平面BB’垂直的方向投影的平均流动路径。从301中可以清楚看出，纤维在平面AA’上的投影显示出至少部分包围着轴线的投影305的路径。因此，在平面AA’上投影的纤维因此如在3D中所看到的一样至少部分包围着轴线。最佳拟合线的凹面侧朝向投影部305。从302中可以清楚看出，纤维在平面BB’上的投影显示出具有沿着轴向方向延伸的分量的路线。例如，其投影由306表示的纤维在轴向方向上延伸一段长度La。可以采用其连续步骤显示在图4a至4c中的方法来提供根据本发明第一方面的过滤器筒的另一个实施方案。提供包括纤维402的束408的多孔结构401。多孔结构401具有前缘403。束408包括线圈刮削或成束拉拔的金属纤维，其具有适当的当量直径例如35 y m或22 y m。纤维束具有通常为3g/m的细度。在采用成束拉拔金属纤维束的情况下，任选的是，在纤维束中的纤维设有卷曲以提高纤维以及纤维束的蓬松度。在多孔结构401中的纤维402基本上在纤维束408中平行取向。多孔结构401现在缠绕或卷绕在管道432上，该管道限定了卷绕轴线430。根据用箭头431表示的方向来完成卷绕。纤维束408在管道432上缠绕一段长度LI。纤维束由往复式引导装置434引导，从而在轴上的两个末端(所表示的点a和b)之间引导纤维束408。管道的旋转和引导装置的往复运动将纤维束在例如螺旋或盘旋路径中缠绕在管道432上。通过沿着轴的长度在给定位置处仔细限定了绕组数量，从而可以确定和改变处于不同位置处的纤维量，并且可以在过滤器筒的整个高度H上获得均匀的孔隙率。任选的是，如图4b所示，进一步通过网410来包围卷绕的纤维束。之后，可以烧结以卷绕的纤维束408和网410。图4b和图4c显示出在使用中的过滤器筒400,即表示出入口流和出口流。过滤器筒400具有高度H和直径D。在图4b中，过滤器筒400具有从过滤器筒400的内部流向过滤器筒400的外部的
径向流。过滤器筒400具有与过滤器筒400的轴线470基本上平行的入口流474和从过滤器筒400径向向外的出口流475。过滤器筒400可以设有端盖(未示出)。在图4c中，过滤器筒100具有从过滤器筒400的外部流向过滤器筒400的内部的
径向流。
过滤器筒具有从过滤器筒400径向向内的入口流476和与过滤器筒400的轴线470基本上平行的出口流477。过滤器筒400可以设有端盖(未示出)。在另一个示例性实施方案中，如图5a和5b所示，提供了过滤器筒。在该实施方案中，多孔结构401按照与针对图4a和4b所述相同的方式卷绕，并且其区别仅在于没有采用管道，因此用卷绕轴线431来卷绕多孔结构401。图6显示出用于生产根据本发明的过滤器筒的另一个可选起始位置。这里，将多根纤维束卷绕到管道上，其中那些纤维束全部相互平行卷绕。所用的纤维束量取决于所要生产的过滤器筒的长度H。在采用根据本发明生产过滤器筒的方法时，可以采用具有不同金属组分的纤维束。如将在下面更详细说明的一样，大部分纤维402 (例如85%或更多)至少部分包围着轴线430。这是因为这些纤维沿着与纤维束平行的方向处 于纤维束中。在纤维束108转变成具有轴线430的螺旋形时，这些纤维遵循这样的路线，该路线至少部分包围着轴线430。由于大部分纤维沿着纤维束的方向处于纤维束408中，所以大部分纤维将至少部分包围着轴线430。由于纤维束螺旋或盘旋卷绕，所以纤维的方向可以具有轴向分量，因此大部分纤维将至少部分沿着过滤器筒的轴向方向延伸。如将在下面更详细说明的一样，大部分纤维402(在该实施方案中，例如多于85% )至少部分围绕着轴线430。图7显示出处于与图4的过滤器筒对应的过滤器筒中的纤维的投影。在图7中，415表示轴线130的投影。411示意性地显示出沿着平均流动路径的方向在与平均流动路径153垂直的平面AA’上投影的一些纤维的投影线413。在图7中的412示意性地显示出一些纤维在平面BB’上的投影线414，其包括沿着与该平面BB’垂直的方向投影的平均流动路径。从411可以清楚看出，纤维在平面AA’上的投影显示出至少部分包围着轴线的投影部415的路径。因此，在平面AA’上投影的纤维因此如在3D中所看到的一样至少部分包围着轴线。最佳拟合线的凹面侧朝向投影部415。从412中可以清楚看到，纤维在平面BB’上的投影显示出具有沿着轴线方向延伸的分量的路径。例如，其投影为416的纤维在轴向方向上延伸长度La。图8和图9显示出根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的一些实施方案中。本领域普通技术人员将很容易想到其它用于实现本发明的方法和过滤器筒的目的的结构。要理解的是，虽然在这里已经针对根据本发明的装置描述了优选实施方案、特定结构和构造，但是在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下可以在形式和细节上作出各种改变或变化。图8a显示出根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器800。该多筒过滤器800包括七个过滤器筒802。不透气的外壳804通过覆盖过滤器容积806的外边界来设置。外壳804具有流入侧810和流出侧808，并且限定了平均流向812。外壳804和过滤器容积806具有与平均流向812基本上平行的轴线814，并且外壳804限定了过滤器容积806沿着平均流动路径的方向的外部边界。外壳804在径向方向上是不透气的。在外壳内的过滤器容积填充有多个过滤器筒802。图Sb显示出在图8a中所示的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的横截面。图8c显示出具有外壳804的多筒柴油机烟灰颗粒800过滤器。过滤器流出侧808具有七个过滤器出口 814。图9a和9b显示出根据本发明的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的其它实施方案的横截面。图9a显示出具有四个过滤器筒902的柴油机烟灰颗粒过滤器900的横截面。图9b显示出具有1+6+19+37过滤器筒960的柴油机烟灰颗粒过滤器950的横截面。一个过滤器筒961设置在中央。该中央过滤器筒961由 处于第一层中的6个过滤器筒962、处于第二层中的19个过滤器筒963以及处于第三层中的37个过滤器筒964包围。图10显示出其粗糙度至少为I. 7的金属纤维的横截面1000。所示的金属纤维其当量直径为22pm。其当量直径为22 的假想纤维的周边由1020显示出。实际纤维的横截面的周边由1010显示出。被限定为实际纤维横截面的周边1010与具有当量直径的假想纤维横截面的周边1020的比率的粗糙度为1.9。
权利要求
1.一种多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其包括界定了过滤器容积的外边界的外壳，所述过滤器具有中央过滤器轴线，所述外壳具有限定了平均流向的流入侧和流出侧，所述平均流向与所述中央过滤器轴线基本上平行，所述外壳沿着径向方向是气体不可渗透的，所述过滤器容积填充有至少两个过滤器筒，每个所述过滤器筒具有中央过滤器筒轴线，所述中央过滤器筒轴线与所述过滤器的平均流向基本上平行，所述过滤器筒包括由金属纤维构成的多孔结构，所述过滤器筒形成穿过所述多孔结构的径向流动方向。
2.如权利要求I所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中每个所述过滤器筒具有径向向内流入所述过滤器筒的入口流和与所述中央过滤器筒轴线基本上平行的出口流。
3.如权利要求I所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中每个所述过滤器筒具有与所述中央过滤器筒轴线基本上平行的入口流和从所述过滤器筒径向向外的出口流。
4.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中每个所述过滤器过滤器筒流入表面面积Sfl cartnd筒限定了流入表面面积Sfi cartridge和体积Veartridge，其中比率——过織難积'V d一~在 O. 01m2/l 至 O. lm2/l 之间。
5.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中比率过滤器筒面积Sfltatal 0.001m2/kw至0.01m2/kw之间，并且过滤器总流入表面面 发动机功率积Sfi total为所述多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的各个过滤器筒的流入表面面积Sfi cartridge的总和。
6.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中所述过滤器适用于功率高于350kw的发动机。
7.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中所述过滤器筒的所述多孔结构围绕着所述中央过滤器筒轴线卷绕。
8.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中过滤器筒包括中央管道，所述过滤器筒的多孔结构围绕着所述中央管道卷绕。
9.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中所述多孔结构为纤维网。
10.如权利要求I至6中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中所述多孔结构包括至少一条纤维束。
11.如前面权利要求中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器，其中所述过滤器包括至少一个中央过滤器筒和至少两个外部过滤器筒，所述外部过滤器筒围绕着所述中央过滤器筒布置。
12.一种制造如权利要求I至11中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的方法。该方法包括以下步骤 提供多个过滤器筒，所述过滤器筒包括由金属纤维构成的多孔结构，所述过滤器筒具有一轴线，所述过滤器筒提供穿过所述多孔结构的径向流向； 将所述多个过滤器筒布置在外壳中，所述外壳具有限定了平均流向的流入侧和流出侦牝所述外壳在径向方向上是气体不可渗透的，所述过滤器筒被布置在所述外壳中，使得所述过滤器筒的轴线与所述过滤器的所述平均流向基本上平行。
13.如权利要求12所述的制造多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的方法，其中所述过滤器筒由包括以下步骤的方法制造 提供至少具有前缘的多孔结构； 与所述前缘平行地卷绕所述多孔结构，直到达到预定的直径。
14.如权利要求12或13所述的制造多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的方法，其中围绕着所卷绕的多孔结构卷绕加强结构。
15.如权利要求I至11中任一项所述的多筒柴油机烟灰颗粒过滤器用于其功率超过350kW的发动机的应用。
全文摘要
本发明涉及多筒柴油机烟灰颗粒过滤器(100)，其包括界定了过滤器容积的外边界的外壳。该过滤器具有中央过滤器轴线(170)。该外壳具有限定了与中央轴线基本上平行的平均流向的流入侧和流出侧。过滤器容积填充有至少两个过滤器筒，每个过滤器筒具有中央过滤器筒轴线(170)。过滤器筒的中央过滤器筒轴线(170)与过滤器的平均流向基本上平行。过滤器筒包括由金属纤维构成的多孔结构(101)。过滤器筒形成穿过所述多孔结构(101)的径向流向。经过多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的流体流是轴向的，而经过过滤器筒的流体流是径向的。本发明还涉及制造多筒柴油机烟灰颗粒过滤器的方法。
文档编号B01D46/52GK102803670SQ201080028019
公开日2012年11月28日 申请日期2010年6月23日 优先权日2009年6月25日
发明者I·席尔德曼斯, J·旺达姆, F·韦沙瓦 申请人:贝卡尔特公司