具有弯曲网的基材以及包含该基材的颗粒过滤器的制造方法
【专利说明】具有弯曲网的基材以及包含该基材的颗粒过滤器
[0001]背景
[0002]相关申请的交叉引用
[0003]本申请根据35U.S.C.§ 119要求2012年11月30日提交的美国临时申请系列第61/731,840号的优先权，本文以该申请的内容为基础并将其通过引用全文纳入本文。本申请根据35U.S.C.§ 120还要求2013年3月14日提交的美国专利申请系列号第13/826，476号的优先权，本文以该申请为基础并将其全部内容结合于此。
[0004]本申请与2012年11月30日提交的美国专利申请系列号第13/690，186相关，但不要求其优先权，该申请涉及包含集成热电发电机的槽式过滤器，包含槽式过滤器的车辆，和处理废气的方法。
技术领域
[0005]本发明涉及用于气流的催化转化或过滤的基材，并且涉及包含陶瓷的适用于明显径向壁流的壁流过滤器。
技术背景
[0006]已知用于汽车废气系统的陶瓷蜂窝体基材和蜂窝体过滤器。通常通过挤出制成正方形和长方形的蜂窝体单元室(honeycomb cells)。通常由包含低热膨胀材料，如堇青石或钛酸铝基材料，的壁流蜂窝体处理从柴油发动机排出的废气中的颗粒排放物。市售的产品具有通常直的、轴向排列的具有均一截面的通道，以及在蜂窝片的末端的交替方格图案的封堵物以使废气通过单元室通道壁。
[0007]概述
[0008]本发明的实施方式提供了具有可通过流体的纵向通道的基材。该基材可包含中心纵轴、第一支持网(support web)和第二支持网。弯曲网可位于第一支持网和第二支持网之间。弯曲网可包含横向网部分和桥连网部分，其中桥连网部分交替连接离纵轴较近的相邻横向网部分的末端以及离纵轴较远的相邻横向网部分的末端。桥连网部分和横向网部分可在与纵轴垂直的截面中形成弯曲形状。弯曲网可通过在桥连网部分与背对纵轴的第一支持网的表面之间延伸的支持腿连接至第一支持网。弯曲网可通过在桥连网部分与朝向纵轴的第二支持网的表面之间延伸的支持腿连接至第二支持网。支持腿长度与横向网部分之间距离的比率可以是约1.0至约4.00
[0009]附图简要说明
[0010]当结合以下附图阅读时，能对本发明下文的【具体实施方式】的详细描述有最好的理解，附图中相同的结构用相同的附图标记表示，其中:
[0011]图1显示了相关领域的单层过滤器，其中过滤槽具有两种不同的长度；
[0012]图2显示了相关领域的单层过滤器，其中过滤槽有一种长度；
[0013]图3显示了一种基材，其具有:弯曲过滤器元件的两个冠(crown)、三个支持网以及连接弯曲过滤器元件和圆柱形支持网的支持腿；
[0014]图4显示了一种基材，其具有:弯曲过滤器元件的四个冠、五个支持网以及连接弯曲过滤器元件和支持网的支持腿；
[0015]图5是显示弯曲过滤元件和支持网中的元件的示意图；
[0016]图6是显示流体进入部分和流体排出部分的示意图；
[0017]图7是显示弯曲过滤结构的进入和排出部分的示意图，其中所有的横向网部分都不相等，并且不是所有的桥连网部分都是连接的桥连网部分；
[0018]图8A和8B是分别显不偏移和对齐的支持腿的不意图；
[0019]图9A和9B是显示排出部分和过滤槽的封堵和显示进入部分和过滤槽的封堵的示意图；
[0020]图1OA和1B是显示多个排出部分和所有过滤槽的封堵和显示多个进入部分和所有过滤槽的封堵的示意图；
[0021]图11是显示与正方形单元室蜂窝体相比的槽式过滤器的净压降对比气流的图；
[0022]图12是显示与正方形单元室蜂窝体相比的槽式过滤器的再生最高温度与烟尘负荷的关系的图；以及
[0023]图13是显示槽式过滤器的压降与槽的数量和槽网厚度的关系的图。
[0024]图14是槽式过滤元件的3D流体流模型的示意图。
[0025]图15是压降与支持腿长度和横向网部分之间的距离之比的关系的图。
[0026]详细描述
[0027]应当理解，上述一般描述和以下详细描述仅仅是示例性和说明性的，而非限制性的。其他实施方式就说明书而言是显而易见的。
[0028]本文所述的基材可提供通过多孔陶瓷壁的增强的径向流，并且可以是指颗粒过滤器或径向壁流颗粒过滤器。可以采用颗粒过滤器来从废气流(如内燃机废气流)中去除颗粒材料。
[0029]图1和图2显示了相关领域的颗粒槽式过滤器。颗粒槽式过滤器100可具有中心纵轴104，过滤器100可包含多个在纵轴104周围周向排列的相邻槽106。各槽106可具有一个开放末端116和设置在开放末端116的相反侧的封闭末端118。
[0030]在图2所示的过滤器中，在开放末端116处的槽106的壁114基本上在相同的外径ROl或内径RIl处终止(取决于槽的径向定向)，并且槽106的封闭末端118基本上设置在相同外径ROl或内径RIl处。然而，如图1所示，槽106的壁114可能不在基本上相同的外径ROl或内径RIl处终止，并且槽106的封闭末端118可能不设置在基本上相同的外径ROl或内径RIl处。
[0031]再次参考图1和图2，过滤器100还可包含在槽106周围的外周壁140。在所示的构型中，外周壁140通过与槽106的封闭末端118连接的支持部分201来覆盖槽106的开放末端116，并且此外，外周壁140基本上沿着过滤器100的完整长度来覆盖槽106的径向朝外的开放末端116。
[0032]图1显示了各槽106的壁114，其具有靠近其开放末端116的圆化表面185和靠近其封闭末端118的圆化表面187。如图1所示，槽106包含槽的第一 195和第二 197子结构，第一子结构195的槽106的封闭末端118设置为比第二子结构197的槽106的封闭末端118更远离中心纵轴104。在槽的各子结构中，靠近开放末端116的圆化表面185围绕相邻的槽，使得相邻的槽壁汇聚形成一个在圆化表面185的最外部分和外径ROl之间的共同径向延伸的壁段117。在第二子结构197的槽中，靠近封闭末端118的圆化表面187互相围绕，使得槽壁汇聚形成一个在圆化表面187的最内部分和内径RIl之间的共同径向延伸的壁段119。如图1所示，过滤器还包括半径约等于ROl的外周壁140和半径约等于RIl的内周壁200，使得各槽的壁114的最外部分通过支持部分201接触外周壁140，并且各槽的壁114的最内部分通过支持部分201接触内周壁200。
[0033]图2显示了与图1中所示的构型相似的构型，除了所有相似定向的槽106的封闭末端118设置在距离中心纵轴104大致相同距离处，并且靠近各槽封闭末端118的圆化表面187彼此相对圆化，使得各槽的槽壁114汇聚形成一个在圆化表面187的最内部分和内径RIl之间共同的径向延伸的壁段119。
[0034]现在参考图3，在实施方式中，该基材可包含弯曲网312和311的两个冠。弯曲网312通过支持网301在其内径处结合，并且通过支持网302在其外径处结合。支持网301和302可由与弯曲网相同或不同的材料制成。在实施方式中，支持网301和302可以是多孔的；然而，在其他实施方式中，支持网301和302可以是无孔的。包含第二冠的弯曲网311可由与弯曲网312相同或不同的材料制成。在实施方式中，弯曲网311可通过支持网302在其内径处接触，并且弯曲网311可通过支持网303在其外径处接触。在实施方式中，支持网303可由与支持网301和302相同或不同的材料制成。在实施方式中，支持网303可以是多孔的；然而，在其他实施方式中，支持网可以是无孔的。
[0035]应理解，基材可包含任意合适数量的弯曲网冠。例如，基材可包含三个或更多个冠、四个或更多个冠、五个或更多个冠、六个或更多个冠、或者七个或更多个冠等。在实施方式中，可以对冠进行配置，使得一个冠的外径支持网也用作相邻冠的内径支持网。例如，在图4所示的实施方式中，该基材包含具有增加直径的四个冠。四个冠各自包含由5个支持网301、302、303、304和305结合的弯曲网312、311、313和314。支持网302可以是包含冠的弯曲网312的外径支持网，并且其可以是包含冠的弯曲网311的内径支持网。类似地，支持网303可以是包含冠的弯曲网311的外径支持网，并且其可以是包含冠的弯曲网313的内径支持网。相似的结构可以在包含冠的弯曲网314和支持网304及305中重复。
[0036]在实施方式中，如图3和4所示，该基材可以具有通常圆形的横截面形状，虽然其他实施方式可以具有其他截面形状，如正方形、长方形、三角形、椭圆形或六边形。在一些构型中，如图3和图4所示，该基材是圆柱形过滤器体。
[0037]现在参考图5，将更详细地描述单个冠的组件。在各冠中的弯曲网可包含横向网部分520和桥连网部分530。在实施方式中，横向网部分520可以长于相邻横向网部分522之间的间隙。在一些实施方式中，横向网部分的长度可以超过相邻横向网部分之间距离的2倍，或者甚至超过相邻横向网部分之间距离