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_2

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的3倍。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约4倍,或者甚至超过相邻横向网部分之间距离的约5倍。虽然,图5中显示的所有横向网部分520长度相同,应理解多个横向网部分可以短于多个其他横向网部分,如图1所不。在一些实施方式中,可通过将横向网部分520与桥连网部分530连接来形成弯曲网。根据图5所示的实施方式,桥连网部分530可以圆化并且连接相邻横向网部分520的末端。桥连部分530交替连接离中心轴较近的位置处的相邻横向部分和离中心轴较远的位置处的相邻横向部分,从而形成弯曲网。
[0038]在实施方式中,弯曲网可以通过支持腿510连接到支持网303、302或301。例如,支持腿可将桥连网部分530连接至支持网303、302或301,如图5所示。支持腿可以由任意合适的材料制成,并且可以是与支持网和/或弯曲网相同或不同的材料。支持腿的长度可以短于横向网部分520的长度。在实施方式中,支持腿510的长度可以小于横向网部分520的长度的3/4,或者甚至小于横向网部分的长度的2/3。在其他实施方式中,支持腿的长度可以小于横向网部分的长度的1/2,或者甚至小于横向网部分的长度的1/3。
[0039]现在参考图6,流体排出部分或流体进入部分可以在相邻支持腿510之间形成。流体进入部分或流体排出部分可以贯穿基材的整个长度,或其任意部分。流体可在与基材的中心轴平行的方向上流动。例如,部分620可以是流体排出部分,并且部分610可以是流体进入部分。流体进入或排出部分610和620的宽度W可以大于相邻横向网部分522之间的距离。在实施方式中,流体进入或排出部分610和620的宽度可以大于相邻横向网部分之间距离的约1.1倍,或者甚至大于相邻横向网部分之间距离的约1.3倍。在其他实施方式中,流体进入或排出部分610和620的宽度可以大于相邻横向网部分之间距离的约1.5倍,或者甚至大于相邻横向网部分之间距离的约1.7倍。在一些实施方式中,流体进入或排出部分610和620的宽度W可以大于相邻横向网部分之间距离的约1.9倍。
[0040]可由支持腿510的长度L确定流体进入或排出部分610和620的长度,其可以等于或大于相邻横向网部分522之间的距离。在实施方式中,支持腿与相邻横向网部分之间距离的比率可以是约1.0至约4.0,或者甚至约1.5至约3.5。在其他实施方式中,支持腿与相邻横向网部分之间距离的比率可以是约2.0至约3.0,或者甚至约2.5。简单参考图15,其在下文中更详细地描述,当支持腿长度与相邻横向网部分之间距离的比率从约1.0增加至约2.0时,穿过过滤器壁的压降可显著降低,并且当支持腿长度与相邻横向网部分之间距离的比率增加至3.0以上时,压降降低逐渐停止。因此,在实施方式中,当支持腿与相邻横向网部分之间距离的比率是约1.0至约4.0之间的特定值时,可优化压降。
[0041]除了流体进入和流体排出部分以外,该基材可包含流体过滤器部分。流体过滤器部分包括相邻横向网部分522之间的区域。在实施方式中,第一流体过滤器部分可包含在弯曲网一侧的相邻横向网部分之间的区域,并且第二流体过滤器部分可包含在弯曲网相反侧的相邻横向网部分之间的区域。在一些实施方式中,第一流体过滤器部分可与流体进入部分流体连通,从而形成第一流体通道。在实施方式中,第二流体过滤器部分可与流体排出部分流体连通,从而形成第二流体通道。
[0042]在实施方式中,对于直径为5.7英寸的过滤器,通过该基材的流体流可以是约10SCFM或更高,如约50SCFM或更高,约100SCFM或更高,或约250SCFM或更高。应理解流体流可根据过滤器的构型和尺寸变化。在实施方式中,穿过直径为5.7英寸的过滤器并经过10SCFM的流体流的压降可以低于约1.50kPa,如低于约1.25kPa,低于约1.1OkPa,或者甚至低于约1.0OkPa0
[0043]现在参考图7,在实施方式中,各桥连网部分530可以不与支持网301,302连接。这种构型使流体进入或排出部分的尺寸增加了约2倍或更多。如图7所示,当支持腿510不与桥连网连接时,流体排出部分或流体进入部分增加以跨越支持腿之间。由于进入或排出部分的尺寸相对于相邻横向网部分522之间较窄的距离增加,压降可更低。虽然图7仅显示了一个不通过支持腿与支持网连接的桥连网部分,应理解,超过一个桥连网部分可不通过支持腿与支持网连接。
[0044]图8A和8B显示了各冠中弯曲网的构型。图8A显示了一种构型,其中来自一个冠的支持腿并不在冠之间的支持网处与相邻冠的支持腿会合(即,径向对齐)。图8A中的构型可称为偏移构型。图SB显示了一种构型,其中一个冠的支持腿在冠之间的支持网处与相邻冠的支持腿会合(即,径向对齐)。该构型可称为对齐构型。然而,应理解可能难以将径向对称的基材或具有一定曲率的基材中的各支持腿精确对齐,因此,对齐的构型可不使支持腿精确对齐。
[0045]基材100可包含一个或多个纵向末端封堵物,该末端封堵物接触性地在基材的一个或两个纵向末端封堵所选的流体通道。在一些实施方式中,纵向末端封堵物可包含多孔陶瓷。在其他实施方式中,纵向末端封堵物可包含抑制从中通过的气流的无孔材料。如下文更详细的描述,可封堵基材的全部或部分纵向末端。
[0046]可以采用多种封堵几何形状,并且并不限于以下实施方式。如图9A的实施方式所示,可以封堵第一流体通道(即,流体进入部分和相关的第一流体过滤器部分)。图9B显示了封堵第二流体通道(即,流体排出部分和相关的第二流体过滤器部分)。这种封堵可存在于基材的相反侧向末端(lateral end),其中侧向末端可包含与中心轴垂直的基材的最外表面。例如,基材的一个侧向末端可封堵进入部分和与它们连通的过滤槽,并且基材的相对侧向末端可封堵排出部分和与它们连通的过滤槽。
[0047]其他根据实施方式的封堵构型示于图1OA和10B。如图1OA所示,封堵了第一流体通道(即,流体进入部分和相关的第一流体过滤器部分)和第二流体通道。如图1OB所示,封堵了第二流体通道(即,流体排出部分和相关的第二流体过滤器部分)和第一流体通道。图1OA和图1OB所示的封堵构型可单独使用或一起使用。例如,图1OA所示的封堵构型可用在基材的一个侧向末端,并且图1OB所示的封堵构型可用在基材的相对侧向末端。这种构型会使流体仅在进入或排出部分进入或排出基材,并且因此可使流体在过滤器槽中停留更长的时间以增加流体过滤。
[0048]可通过以下方法制造基材,如挤出、3D打印、使用陶瓷生坯片的折叠和结合方法、注模或粉浆浇铸。
[0049]可优选地通过挤出制造实施方式的基材。形状可以是垂直、水平或以之间的任意角度挤出。在实施方式中,基材可在模具出口处迅速变硬,或者它们可从模具挤出到心轴上以避免形状塌陷。可以使模具图案化以使用本领域技术人员已知的方法挤出形状,这些方法包括但不限于直接金属激光烧结(DMLS)。
[0050]也可通过粉浆浇铸/加压浇铸来制备本发明的基材的实施方式。可以非常低的质量制备内部模具以避免冗长的模具烧尽/升华程序或成本。对于加压浇铸,模具可能需要显著的结构刚性,但是应该具有流体逃逸的准备,如具有向模具中心的孔或多孔性数量逐渐加大的多孔表面层。对于粉浆浇铸,模具可能在孔隙率上是相对均匀的,但是粉浆载剂应该润湿模具。粉浆浇铸也可具有分级的孔隙率结构。两种模具都应该是空心的或几乎空心的,其具有强化/支持肋材。内部模具可在心轴上得到支持,并考虑到粉浆载剂的逃逸进一步降低模具中材料的量。
[0051]也可通过注模来制备本发明的基材的实施方式。对于注模,内部模具可向内径逐渐变小,并且槽的内部部分也可能逐渐变小使得可容易地去除注入的部分。
[0052]注模用于加压浇铸或粉浆浇铸的聚合物模具可为一种高效的方法。陶瓷的注模可具有高成本,因为陶瓷粉末磨损模具并且导致模具寿命短。然而,大多数聚合物/有机材料并不像陶瓷填充材料那样多地磨损模具,并且聚合物模具产品通常有更大的弹性/塑性,由此产生更高的产率和更复杂的设计和特征的可能性。
[0053]本发明的实施方式是固体但多孔的壁流陶瓷废气过滤器,其可提供比大致圆周方向上定向的单元室壁明显更多的在大致径向方向上定向的单元室壁。本发明的过滤器的实施方式可在径向/圆周方向上同时提供比常规正方形单元室/长方形单元室/六边形单元室蜂窝体过滤器更多的废气流。本发明的过滤器结构的实施方式可比已知的蜂窝体结构,尤其是正方形单元室蜂窝体,有更多的径向/圆周顺应性。
[0054]在本发明的实施方式中的弯曲网的横向网部分之间更短的距离被认为与具有相似壁厚度的灰尘储存概念单元室设计或常规正方形单元室相比,可提供更低的穿过颗粒过滤器的压降并降低净背压。本发明的实施方式的过滤器也可提供比正方形单元室更低的再生温度。具有超过一个冠的过滤器可提供更高的过滤容量、更高的烟尘负荷、和更低的烟尘负荷背压。过滤器的实施方式可被容易地封堵并且通过挤出来制备,其可能导致更低的成本。
[0055]对于整体式圆柱形的柴油和汽油发动机废气过滤器,槽式过滤器可以在直径上超过3英寸,或者甚至在直径上超过约4英寸。在一些实施方式中,过滤器可以在直径上超过约5英寸,或者甚至在直径上超过约6英寸。过滤器可以是3英寸或更长,或者甚至长于4
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