專利名稱：過濾介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種過濾介質(zhì)，其適合被用作過濾介質(zhì)，使用這種過濾介質(zhì)以便將煙灰從柴油內(nèi)燃機裝置的排出氣體中去除。
背景技術(shù)：
包括纖維的過濾介質(zhì)通常被用于將煙灰從燃燒裝置的排出氣體中去除的目的。
包括金屬和/或陶瓷纖維的柴油機煙灰過濾介質(zhì)在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，例如在WO01/00971中所披露的。
包括由多于一層纖維組成的金屬纖維的過濾介質(zhì)也是公知的，例如在US3505038和EP1018357中所披露的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種過濾介質(zhì)，其適合被用作燃燒裝置的過濾介質(zhì)。
按照本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)，這種包括纖維的過濾介質(zhì)包括至少兩層不同的纖維層，以下稱為第一和第二層。
每層“q”具有一定的“層體積”(VLq)，由m3表示，該體積由過濾介質(zhì)的層q的外尺寸確定。通常，但并非限定的，該過濾介質(zhì)為平面，且具有一長度，一寬度和一厚度。此外，每層q具有一定的“層過濾表面”(SLq)，由m2表示。該SLq由存在于過濾介質(zhì)的層q中的所有覆蓋表面(mantle surface)或纖維的累積限定。纖維的覆蓋表面為基本上平行于纖維軸的表面。該覆蓋表面可以這樣計算即，SLq＝Lq*Aq其中，→Lq為存在于層q中的纖維長度之和；→Aq為存在于層q中的纖維的周長。
其中，術(shù)語“層”被理解為，過濾介質(zhì)的體積部分，在其整個體積中，基本上具有相同的性質(zhì)。
按照本發(fā)明，一種過濾介質(zhì)被設(shè)置成具有一第一層(q＝1)，該層的SL1/VL1之比小于32500m2/m3。該過濾介質(zhì)具有一第二層(q＝2)，該層具有的SL2/VL2之比大于1.1×SL1/VL1，優(yōu)選是大于1.25×SL1/VL1或甚至是大于1.4/×SL1/VL1。
為了滿足過濾介質(zhì)的要求，可以對待過濾的排出氣體所流經(jīng)的過濾介質(zhì)的厚度進行選擇。優(yōu)選的是，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的第一層的厚度大于0.2mm，更優(yōu)選的是大于0.5mm或甚至是大于0.75mm。優(yōu)選的是，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的第二層的厚度大于0.05mm，或甚至是大于0.1mm，更優(yōu)選的是大于0.15mm。優(yōu)選的是，該厚度小于1mm或甚至是小于0.5mm。
通過對所述層的孔隙度和纖維當(dāng)量直徑以及纖維的表面形狀進行選擇性的選擇和組合，可獲得所需的SLq/VLq比率。
層q的孔隙度Pq由％表示，為 優(yōu)選的是，第一層(P1)的孔隙度大于50％，更優(yōu)選的是在80％到95％的范圍內(nèi)。優(yōu)選的是第二層(P2)的孔隙度小于90％，更優(yōu)選的是在50％到87％的范圍內(nèi)。
按照本發(fā)明，過濾介質(zhì)的每層q包括纖維。優(yōu)選的是，每層包括多于70％vol或甚至是多于80％vol的纖維?？梢允且粚踊蚨鄬影w維。每一層均可包括添加到纖維中的其它成分例如粉末。
構(gòu)成過濾介質(zhì)的不同層q的纖維的特征在于，具有當(dāng)量直徑(Dq)，表面形狀和“平均長度(LMq)與當(dāng)量直徑之比”-比率(LMq/Dq)。
術(shù)語“當(dāng)量直徑”是指與垂直于纖維的主軸切割的纖維截面的表面具有相同表面的假想圓的直徑。構(gòu)成按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的層的纖維優(yōu)選是在0.5μm到100μm的范圍內(nèi)。通常，第一層由具有在22μm到100μm范圍內(nèi)的D1的纖維構(gòu)成，而第二層由具有在0.5μm到30μm的范圍內(nèi)的D2的纖維構(gòu)成。優(yōu)選是，在第一層中的纖維的當(dāng)量直徑大于在第二層中的纖維的當(dāng)量直徑。兩種或多種具有不同當(dāng)量直徑的纖維可被用于構(gòu)成一層。為清楚起見，該層的覆蓋面積由存在于該層中的每種類型的纖維的長度的覆蓋面積之和來計算。在當(dāng)量直徑Dq上的定量平均長度LMq，為LMq/Dq，優(yōu)選是大于5或10，或甚至是大于25或50，更優(yōu)選的是大于100。
纖維的表面的形狀可以發(fā)生較大程度的變化。該形狀由纖維的徑向截面的幾何圖形確定?？梢允抢缇匦位蛘叫危瑘A形，三角形，或包括相當(dāng)多鋸齒的截面周緣。對于所使用的大多數(shù)纖維而言，徑向截面的形狀基本上在纖維的整個長度上是相同的。存在于層q中的纖維的形狀也基本上與構(gòu)成該層q的所有纖維的形狀相同。該形狀在較大程度上限定了存在于層q中的纖維的周長Aq。
優(yōu)選的是，層的尺寸按照以下方式進行選擇，即作為“過濾介質(zhì)中空氣體積”與“過濾介質(zhì)中總纖維長度”之比的比率VS大于1000。優(yōu)選是大于5000。該比率VS按照每層q的相應(yīng)比率的總和來計算，即VS=Σq=1xVSq]]>X為層數(shù)，且對于每層qVSq=(Pq/100)*VLqLq]]>其中，Pq為層q的孔隙度Lq為存在于層q中的纖維長度之和VLq為層q的體積優(yōu)選的是，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)由耐高溫纖維例如金屬和/或陶瓷纖維組成。
更優(yōu)選的是，所述層僅包括由金屬形成的纖維，例如可以通過捆扎拉伸或如WO97/04152中更加詳細地描述的，由一盤繞板切成薄片而獲得，或由本領(lǐng)域公知的其它任何方法形成。
按照過濾介質(zhì)的特定用途，不同金屬和/或合金，優(yōu)選是不銹鋼纖維，可被用于提供金屬纖維。
金屬或鋼的合金可以根據(jù)金屬纖維所耐受的溫度范圍進行選擇。優(yōu)選是，300-或400系的AlSl合金或例如lnconel的合金的不銹鋼纖維。在將耐受高溫的情況下，優(yōu)選是包括Fe，Al和Cr的合金，例如Fecr合金(Fecralloy)。
如WO97/04152中所詳細說明的，在所述金屬纖維是通過從一盤繞的板上切成薄片而獲得的情況下，該金屬纖維的徑向截面基本上為矩形。兩側(cè)的長度應(yīng)考慮到對包括該纖維的層的SL的計算。
在所述金屬纖維是通過捆扎拉伸而獲得的情況下，該金屬纖維具有近似呈圓形的五邊形徑向截面。已發(fā)現(xiàn)，通過使用具有與纖維的徑向截面的表面相同的表面的假想圓的周長來近似估計纖維徑向截面的周長。
更優(yōu)選的是，為了對每層中的金屬纖維進行粘合，包括包含金屬纖維的至少兩層的過濾介質(zhì)被燒結(jié)，從而將不同層粘合在一起。在第一燒結(jié)周期期間，第一和第二層可以被燒結(jié)并分別達到所需的孔隙度。在第二燒結(jié)周期期間，在彼此被疊合在一起之后，它們被彼此燒結(jié)在一起?；蛘呤?，在燒結(jié)之前，所述第一和第二層可以被彼此疊和在一起。在第一燒結(jié)周期期間，兩層均被燒結(jié)，且通過燒結(jié)處理兩層被彼此粘合在一起。
雖不是必須的，但所述過濾介質(zhì)可以包括多于2層。一額外的中間層可以位于第一和第二層之間，以便例如在燒結(jié)期間提高兩層之間的粘合度。
按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)適合被用作柴油機煙灰過濾介質(zhì)。
這種應(yīng)用包括以下步驟，提供按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)，將待去除煙灰的排出氣體傳導(dǎo)經(jīng)過所述過濾介質(zhì)，將排出氣體中的煙灰顆粒留置在所述過濾介質(zhì)中。
很明顯，所述過濾介質(zhì)可以是平面的，或可存在于濾筒中，該濾筒包括所述過濾介質(zhì)，且呈折疊狀表面。為了在濾筒中提供更多的過濾表面，后者是更理想的。
所述排出氣體流經(jīng)所述過濾介質(zhì)，使用過濾介質(zhì)的第一層作為流入側(cè)，并使用過濾介質(zhì)的第二層作為流出側(cè)。
按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的第一層用作對被迫使流過該層的煙灰顆粒進行減速的一層，且可能將這些顆粒留置。由于在該層中具有相對較大的孔隙，以及相對有限的纖維覆蓋表面積，運動經(jīng)過該層的顆粒可能擊打纖維表面，或交叉流過所述孔隙。所述顆粒的動能被減小和/或甚至減小到零。在后一種情況下，所述顆粒被留置在第一層的孔隙體積中。其它顆粒，通常是較小的顆粒，在經(jīng)過所述第一層時，可仍然具有一些動能。
這些小顆粒被第二層留置，且通常被留置在第二層與第一層相接觸的表面上。由于該第二層基本上在其表面上進行過濾，因此其厚度可以被限制。根據(jù)所述排出氣體的速度，可以對所述第一層的厚度進行選擇。優(yōu)選的是，該厚度大于0.2mm，更優(yōu)選的是大于0.5mm。為了限制在整個過濾介質(zhì)上的壓力下降，所述第二層的厚度范圍優(yōu)選是從0.05mm到0.5mm或1mm。
按照本發(fā)明，已發(fā)現(xiàn)，過濾介質(zhì)包括至少兩層，第一層具有的SL1/VL1小于32500m2/m3，第二層具有的SL2/VL2至少為1.1×SL1/VL1，可具有大于70％的煙灰留置度(retention)，或甚至是大于90％的煙灰留置度以及可接受的壓力下降。該可接受的壓力下降由使用該過濾介質(zhì)的特定燃燒裝置確定。
另外，如果過濾介質(zhì)的VS被保持為大于1000，更優(yōu)選的是大于5000，則可獲得大于5g/m2或甚至是大于8g/m2的最大煙灰留置度。而通過提供一可接受的壓力下降，也可獲得上述的煙灰留置度，例如在70mBar的壓力下降下，可實現(xiàn)8g/m2的煙灰留置度。通過使用已知的陶瓷過濾介質(zhì)也可獲得相同的煙灰留置度，然而，必須提供200mBar的壓力下降。與已知的陶瓷過濾介質(zhì)相比，為了達到一定水平的煙灰留置度，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)大體上僅需要約1/3的壓力下降。
按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的特性參數(shù)按以下方式進行選擇，即，如不滿足按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的標(biāo)準，則與按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)相比，具有相對較低的性能。


現(xiàn)將參照以下附圖對本發(fā)明進行更加詳細的描述，其中，圖1為一示意圖，示出了按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)的橫截面；圖2為一示意圖，示出了按照本發(fā)明的另一過濾介質(zhì)；圖3為一示意圖，示出了具有矩形截面的纖維的徑向截面；圖4為一示意圖，示出了具有圓形截面的纖維的徑向截面；圖5為一示意圖，示出了一種用作柴油機排氣系統(tǒng)中的煙灰捕獲裝置的過濾介質(zhì)。
具體實施例方式
圖1示意性示出了過濾介質(zhì)的一個優(yōu)選實施例。
過濾介質(zhì)11包括一第一層12和一第二層13。每層優(yōu)選是包括或甚至由金屬纖維構(gòu)成，該金屬纖維為耐高溫合金，例如Fe-Cr-Al合金，例如，F(xiàn)ecralloy。
如圖2所示，所述第一層12包括盤繞-切成薄片狀纖維(coil-shaved fibers)。這些盤繞-切成薄片狀纖維21具有基本上呈矩形的徑向截面22，其特征在于，包括一長側(cè)邊23和一短側(cè)邊24。優(yōu)選的是，使用具有35μm的當(dāng)量直徑25的纖維，長側(cè)邊23為50μm，短側(cè)邊24為19μm。所述纖維的圓周長為135μm。
所述第一層優(yōu)選是具有85％的孔隙度。
85％的孔隙度的意思是指，所述層的15％的體積由35μm的當(dāng)量直徑25的金屬纖維所占據(jù)。即，每mm3的過濾介質(zhì)，設(shè)有當(dāng)量直徑為35μm的157.9mm長度的金屬纖維?？紤]到徑向截面的矩形形狀，周長為138μm，其定義，在每mm3的過濾介質(zhì)中對于每mm3層體積VL1而言存在157.9mm*0.138mm＝21.789mm2的覆蓋表面(mantlesurface)或?qū)舆^濾表面SL1。
具有SL1/VL1-21789m2/m3的比。
層厚度14優(yōu)選是在0.4到0.8mm的范圍內(nèi)。
如圖3所示，所述第二層13包括捆扎的拉伸纖維。這些捆扎的拉伸纖維(bundled drawn metal fibers)31具有基本上呈圓形的徑向截面32，其特征在于當(dāng)量直徑為33。優(yōu)選的是，使用當(dāng)量直徑為17μm的纖維。該纖維的圓周長或周長為53.4μm。
所述第二層13的孔隙度優(yōu)選是在60％到85％的范圍內(nèi)，且厚度15在0.1mm到0.55mm的范圍內(nèi)。
對于第二層13的孔隙度為60％而言，意思是，對于每mm3的過濾介質(zhì)而言，具有長度為1762.3mm，且當(dāng)量直徑為17μm的捆扎拉伸金屬纖維。考慮到徑向截面的圓形形狀，其圓周長為53.4μm，其定義，在每mm3的過濾介質(zhì)中，存在1762.3mm*0.0534mm＝94.10mm2的覆蓋表面或過濾表面SL2。
具有SL2/VL2之比為94109m2/m3。該過濾介質(zhì)的SL2/VL2為4.3×SL1/VL1。該過濾介質(zhì)具有VS＝5724。
在使用相同纖維，在所述第二層13的孔隙度增加到85％的情況下，具有SL/VL-35291m2/m3的比。該過濾介質(zhì)的SL2/VL2為1.6×SL1/VL1。該過濾介質(zhì)具有VS＝6669。
或者是，所述第二層13可以由當(dāng)量直徑為22μm的盤繞-切成薄片狀，且具有長側(cè)邊為25μm、短側(cè)邊為15μm的矩形形狀的金屬纖維提供。該第二層13的孔隙度為60％時，提供的SL2/VL2之比為121263m2/m3，而85％的孔隙度提供的SL2/VL2之比為45474m2/m3。對于孔隙度為60％時，SL2/VL2為5.6×SL1/VL1，且對于孔隙度為85％的層13，SL2/VL2為2.1×SL1/VL1。對于孔隙度為60％時，過濾介質(zhì)具有VS＝5953，對于孔隙度為85％時，過濾介質(zhì)具有VS＝7537。
上述兩層分別燒結(jié)，且在將一層定位在另一層上之后，彼此被燒結(jié)在一起。或者是，可以在燒結(jié)之前，將一層定位在另一層之上。那么，僅需要一次燒結(jié)處理。
可獲得大于60％的煙灰留置率，同時，對于上述實施例中的每一個，污物保持能力均大于11g/m2。在背壓為80mBar且排氣速度為80cm/s的情況下，可獲得上述結(jié)果。
圖4中給出了另一種過濾介質(zhì)。該過濾介質(zhì)包括三層纖維，例如，由Fe-Cr-Al-合金制成的不銹鋼金屬纖維。第一層41與圖1中的第一層12相同，孔隙度為85％且包括當(dāng)量直徑為35μm的盤繞切成薄片狀纖維。該層的SL1/VL1之比為21789m2/m3。該第一層的厚度優(yōu)選為0.52mm。
第二層42與圖1中的第二層13相同，包括當(dāng)量直徑為17μm的捆扎拉伸金屬纖維，且孔隙度為85％。該第二層42的SL2/VL2之比為35291mm2/m3。該層的厚度優(yōu)選為0.52mm。
在上述兩層之間，插入一第三層43，其厚度為0.21mm，且孔隙度為85％。該層使用盤繞切成薄片狀的22μm金屬纖維構(gòu)成。對于該第三層，可計算出，SL3/VL3之比為31579mm2/m3。
該過濾介質(zhì)的SL2/VL2為1.6×SL1/VL1。該過濾介質(zhì)具有VS＝8893。
可獲得大于91％的煙灰留置率，同時，污物保持能力大于26g/m2。在背壓為100mBar且排氣速度為25cm/s的情況下，可獲得上述結(jié)果。
或者是，通過改變層q的不同參數(shù)，例如，孔隙度，厚度，纖維特性和VSq，可獲得按照圖1的具有兩層的過濾介質(zhì)，或者是按照圖4的具有第三層的過濾介質(zhì)。
這些實施例可被用作對從內(nèi)燃柴油機裝置中排出的氣體中的煙灰進行捕獲的過濾介質(zhì)。如圖5所示，按照本發(fā)明的過濾介質(zhì)51被安裝在一柴油機排氣系統(tǒng)52中。排出氣體按照指示待過濾氣體方向的箭頭53所指示的方向被引導(dǎo)到所述過濾介質(zhì)，所述氣體流經(jīng)過濾介質(zhì)51，且沿箭頭54所示方向被排出所述排氣系統(tǒng)。所述過濾介質(zhì)51的第一層55被用作該過濾介質(zhì)51的流入側(cè)，而第二層56被用作過濾介質(zhì)51的流出側(cè)。
煙灰顆粒被捕獲在所述過濾介質(zhì)中。較大煙灰顆粒57被留置在第一層55中，而細微顆粒58被留置在第二層56中。
當(dāng)上述優(yōu)選實施例被用于對排出內(nèi)燃柴油機裝置(例如柴油機)的氣體中的煙灰進行過濾時，可達到90％或更高的過濾效率。
權(quán)利要求
1.一種過濾介質(zhì)，包括至少一第一層和一第二層，所述層包括纖維，其特征在于，第一層和第二層均具有層體積VLq和層過濾表面SLq，所述第一層具有的SL1/VL1之比小于32500m2/m3，所述第二層具有的SL2/VL2之比大于1.1×SL1/VL1。
2.如權(quán)利要求1所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層的厚度大于0.2mm，所述第二層的厚度大于0.05mm。
3.如權(quán)利要求1至2中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層的厚度大于0.5mm。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層包括當(dāng)量直徑在22μm到100μm范圍內(nèi)的纖維，所述第二層包括當(dāng)量直徑在0.5μm到35μm范圍內(nèi)的纖維。
5.如權(quán)利要求1至3中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層由當(dāng)量直徑在22μm到100μm范圍內(nèi)的纖維構(gòu)成，所述第二層由當(dāng)量直徑在0.5μm到35μm范圍內(nèi)的纖維構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1至5中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層的孔隙度大于50％，所述第二層的孔隙度小于90％。
7.如權(quán)利要求1至6中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層的孔隙度在80％到95％的范圍內(nèi)，所述第二層的孔隙度在50％到87％的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1至7中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述過濾介質(zhì)包括金屬纖維。
9.如權(quán)利要求8中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述過濾介質(zhì)由金屬纖維構(gòu)成。
10.如權(quán)利要求9中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述第一層和第二層由燒結(jié)的金屬纖維構(gòu)成。
11.如權(quán)利要求1至10中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述層彼此被燒結(jié)在一起。
12.如權(quán)利要求8或9中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述金屬纖維可通過捆扎拉伸獲得。
13.如權(quán)利要求8或9中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述金屬纖維可通過盤繞切成薄片狀而獲得。
14.如權(quán)利要求1至13中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述介質(zhì)包括位于所述第一層和所述第二層之間的第三層。
15.如權(quán)利要求1至14中任何一個所述的過濾介質(zhì)，其特征在于，所述過濾介質(zhì)具有的VS大于1000，所述VS為所有層的VSq之和，所述VSq為層q中空氣的體積除以所述層q中纖維的總長度所得的比率。
16.使用如權(quán)利要求1至15中任何一個所述的過濾介質(zhì)，將從內(nèi)燃柴油機裝置排出的氣體中的煙灰去除。
17.如權(quán)利要求16中所述的過濾介質(zhì)的應(yīng)用，包括以下步驟，-提供一種如權(quán)利要求1至15中任何一項所述的過濾介質(zhì)；-將柴油內(nèi)燃機裝置的排出氣體引導(dǎo)到所述過濾介質(zhì)；-在所述過濾介質(zhì)中留置所述排出氣體中的煙灰。
全文摘要
一種過濾介質(zhì)(11)，至少包括一第一層(12)和一第二層(13)，第一層和第二層兩層均具有層體積VLq和層過濾表面SLq，其中SLq為存在于該層q中的纖維的覆蓋面積的累積。所述第一層具有的SL1/VL1之比小于32500m
文檔編號B01D39/14GK1599635SQ02824383
公開日2005年3月23日 申請日期2002年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月7日
發(fā)明者梅鋒, 威利·馬爾考 申請人:貝克特股份有限公司