[发明专利]具有改进结构强度的非对称蜂窝状壁流过滤器

说明书

本申请是申请日为“2004年9月17日”、申请号为“200480027597.3”、题为“具有改进结构强度的非对称蜂窝状壁流过滤器”的分案申请。 

背景技术

蜂窝状壁流过滤器用于去除柴油机中的碳烟。图1A示出了传统的蜂窝状壁流过滤器，它具有入口端102、出口端104以及从入口端102和出口端104中纵向伸出的一系列相互连接的多孔壁106。相互连接的多孔壁106限定了格状的入口通道108和出口通道110。在入口端102处，用过滤材料112端塞出口通道110，而不端塞入口通道108。虽然图中不可见，但在出口端104处，用过滤材料端塞入口通道108，而不端塞出口通道110。每个入口通道108的所有侧面都与出口通道110相接，反之亦然。图1B示出了用于蜂窝状过滤器的孔眼结构的详细结构图。限定限定入口和出口通道(或孔眼)108和110的多孔壁106是笔直的，并且入口和出口通道108和110具有方形的截面与相等的水力直径。 

再回到图1A，柴油机的排气从入口通道108的未堵塞端流入蜂窝状过滤器100并从出口通道110的未堵塞端流出该蜂窝状过滤器。在该蜂窝状过滤器100内部，强制柴油机的排气从入口通道108通过多孔壁106流入出口通道110。由于柴油机的排气流过该蜂窝状过滤器100，则烟灰微粒就积累在多孔壁106上，从而就降低了入口通道108的有效通流面积。有效通流面积的降低产生了穿过该蜂窝状过滤器的压降，而这就导致了柴油机背压的逐渐升高。当压降变得不可接受时，就用热再生来去除捕获在蜂窝状过滤器内的烟尘微粒。而包括金属氧化物杂质、润滑油添加剂、硫酸盐在内的灰尘微粒是非易燃的，无法使用热再生来清除。热再生时，会出现过高的温度峰值，而这会导致该蜂窝状过滤器的热震动、破裂甚至熔化。 

希望有一种具有足够的结构强度而能够经受住热再生的蜂窝状过滤器。为了避免频繁的热再生，则还希望该蜂窝状过滤器具有较大容量来存储烟尘微粒。对于入口和出口通道具有相等水力直径的孔眼结构来说，入口通道的有效通流面积很容 易变成远小于出口通道的有效通流面积，从而就产生穿过该蜂窝状过滤器的巨大压降。一种已提出用来减小该压降的方法是使得入口通道的水力直径(或有效横截通流面积)大于出口通道的水力直径。这样由于烟尘微粒在多孔壁入口部分的累积，仍然会使入口通道的有效通流面积趋向于等于出口通道的有效通流面积。 

对于图1B中示出的传统蜂窝状孔眼结构，可以通过减小出口孔眼110的水力直径而使得入口孔眼108的水力直径大于出口孔眼110的水力直径。图1C示出了在减小出口孔眼110的水力直径而使得出口孔眼110相较于入口孔眼108具有较小的水力直径之后的图1B的蜂窝状孔眼结构。可以做出另一种修改来增加入口孔眼108的水力直径。该修改具有增加在该蜂窝状过滤器入口部分收集烟尘微粒可用的有效表面积的优点，而这最终会增加该蜂窝状过滤器的整体存储能力。图1D示出了在增加入口孔眼108的水力直径之后的图1C的蜂窝状孔眼结构。在不改变蜂窝状过滤器孔眼密度的情况下，对入口孔眼108水力直径的任何增加都会导致入口孔眼108相邻角之间壁厚的相应减小(比较图1D中的t₂和图1C中的t₁)。由于减小了入口孔眼各个角之间的壁厚，就降低了该蜂窝状过滤器的结构强度，从而使得该蜂窝状过滤器在热再生过程中更易于热震动和破裂。 

从前述可知，需要一种能改善蜂窝状过滤器的存储能力同时又保持通过蜂窝状过滤器的良好流量并且不会显著降低该蜂窝状过滤器结构强度的方法。 

发明内容

一方面内，本发明涉及一种包括了一系列相互连通的多孔壁的蜂窝状过滤器，其中所述多孔壁限定了一系列的第一和第二通道。所述第一通道的各个侧面都与所述第二通道相接并且具有大于所述第二通道的水力直径。所述第一通道具有方形截面，而所述第一通道的转角所具有的形状使得所述第一通道的多孔壁邻接角厚度与第一和第二通道的多孔壁邻接边缘的厚度是可比的。 

在另一个方面，本发明涉及一种包括了一系列相互连通的多孔壁的蜂窝状过滤器，其中所述多孔壁限定了一系列具有方形截面的第一通道和具有方形截面的第二通道。所述第一通道的各个侧面都与所述第二通道相接。所述第一通道的边缘和第二通道的边缘排列成行。所述第一通道的水力直径大于所述第二通道的水力直径。