[发明专利]用于改进的颗粒过滤性能的过滤结构

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2009年1月21日提交的美国申请12/357,016的优先权权益，该申请以参见的方式纳入本文。

技术领域

本发明涉及过滤结构。具体来说，本发明涉及具有适于用在燃烧后应用、诸如废气过滤的性能的过滤结构。

背景技术

环境问题推动世界上大部分地方内燃机和其它燃烧系统的排放标准的实施。在废气后处理系统中实施的催化式排气净化器已经用于消除废气中存在的多种污染物；但是，通常需要过滤器来去除颗粒物质，诸如灰和炭黑。壁流式颗粒过滤器例如通常用在发动机系统中以从废气中去除颗粒，诸如炭黑和灰。这种颗粒过滤器可由蜂窝状基材制成，该蜂窝状基材具有通过内部多孔壁分开的平行的流道或孔道。流道的入口端和出口端可被选择性地例如以棋盘图案堵塞，从而，一旦进入基材，废气就被强制穿过内部多孔壁，由此多孔壁截留废气内的一部分颗粒。可分两个阶段进行通过多孔壁的颗粒捕集：首先，在多孔壁内的捕集(深床过滤)，且之后，在流道内的多孔壁上的捕集(饼层过滤)。

这样，业已发现壁流式颗粒过滤器在从废气去除诸如灰和炭黑之类的颗粒时是有效的。但是，跨越壁流式颗粒过滤器的压降随着捕集在多孔壁内和通道内的颗粒量的增加而增加。对于未经调整的(即不具有足够的灰层来阻挡颗粒物质渗入多孔过滤壁)过滤器，在初始深床过滤阶段(其中通常少于1g/L(克/升)的颗粒被捕集在过滤器内)通常有压降的显著增加，接着在饼层过滤阶段随着颗粒加载压降逐渐增加。压降增加致使朝向发动机的背压逐渐升高，且发动机的性能相应降低。

过滤器的几何和微结构性能不仅会影响过滤器的过滤效率(FE)，而且还会影响深床过滤阶段期间的初始压降。例如，压降的初始增加在深床过滤阶段更大地受到过滤器的微结构性能的影响，而在饼层过滤阶段中更大地受到其几何性能的影响。因此，理想的可能是提供不仅会在过滤器的任何颗粒加载之前(即，当过滤器清洁时)导致高的过滤器FE，而且会实现与初始背压增加相关的相对低的深床过滤的微结构性能，从而在过滤器清洁时且在深床过滤的初始阶段期间使过滤器的压降最小。

此外，如下文将进一步解释的，可能理想的是提供这样一种过滤结构，其中跨越过滤器的压降在过滤器炭黑加载之前(例如，当过滤器清洁时)以及在炭黑加载的初始阶段期间(例如深床过滤期间)保持相对低。

发明内容

本发明可解决上述问题中的一个或多个和/或可论证上述理想特征中的一个或多个。其它特征和/或优点会从以下说明书中显现出来。

根据各示例性实施例，本发明提供一种颗粒过滤器，包括入口端、出口端以及设置和构造成使流体从入口端流到出口端的多个通道，其中各通道由构造成捕集颗粒物质的多孔壁限定。多孔壁可具有大于约45％的总孔隙率、范围从约13微米至约20微米的中值孔尺寸、以及使得小于10微米的孔贡献小于约10％的孔隙率的孔尺寸分布。

另外的目的和优点将在随后的描述中部分地陈述，且根据该描述部分地显而易见，或可通过本发明的实践部分地获知。通过所附权利要求中特别指出的要素和组合将会认识和获得这些目的和优点。

应当理解以上一般描述和以下详细说明仅仅是示例性和说明性的而不是限制权利要求。

附图说明

可单独从下面的详细描述中理解本发明或与附图一起理解本发明。所包括的附图用于提供对本发明的进一步理解，且被结合到本说明书中并构成其一部分。这些附图示出一个或多个示例性实施例，与说明书一起，用于解释各种原理和运行。

图1是根据本发明的颗粒过滤器的一示例性实施例的立体图；

图2是图1的颗粒过滤器的示意性剖视图；

图3A示出从作为对应于各种几何尺寸的过滤器的壁中值孔尺寸的函数的清洁压降的模拟数据得到的结果；

图3B示出从作为对应于各种几何尺寸的过滤器的壁中值孔尺寸的函数的清洁压降的实验测试得到的结果；

图4A示出从作为对应于各种几何尺寸的过滤器的壁孔隙率的函数的清洁压降的模拟数据得到的结果；

图4B示出从作为对应于各种几何尺寸的过滤器的壁孔隙率的函数的清洁压降的实验测试得到的结果；

图5A示出从作为壁中值孔尺寸的函数的清洁过滤器效率的模拟数据获得的结果；

图5B示出从作为壁中值孔尺寸的函数的清洁过滤器效率的实验测试获得的结果；

图6A示出从作为壁孔隙率的函数的清洁过滤器效率的模拟数据获得的结果；