[发明专利]尤其用于燃烧设备的废气净化的蜂窝状结构的优化和其它应用领域

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有蜂窝状结构的、可被流体流动通过的装置，一种用于对所述蜂窝状结构的进行模块式优化的系统，以及一种制造这种结构的方法。

背景技术

在特别是在推进技术中的化石能量载体的燃烧中，在最近10年中，对环保的理解已经发生了这样的改变，即仅内燃机的燃烧优化不能实现充分的效果，以降低流动流体、即负载有颗粒的废气或废气颗粒状的体积流的浓度以使其对于环境是可容忍的。随着催化转化器的引入和制度化，已经开始应用气体材料。数年来，对负载有固体的废气流的过滤也已成为技术开发的核心内容。这里，在颗粒过滤中，由于最初的实际长期结果是已知的，这种技术处于验证阶段。在后续的多代颗粒过滤器中，对在此期间在大批量生产中使用的颗粒过滤器系统的问题以及它们已有的初始缺陷进行处理。

作为具有颗粒负载的所有类型的燃烧废气流的代表，这里针对用于柴油燃料驱动的内燃机的颗粒过滤器元件来说明问题和解决方案，其中所示的系统解决方案适用于液体燃料和气体燃料并且当然也适用于固体燃料或它们的组合。

所有燃烧类型的共同之处在于，气态废气体积流中包含或多或少高浓度的固体颗粒，其中所述固体颗粒或者源自例如燃料中的不可燃烧的组分、通常是杂质，或者源自不充分的燃烧过程本身、主要是炭黑，或者源自净化过程的催化剂的系统、所谓的添加剂或者源自它们的组合。但废气流中的固体流的其它组分也可以是燃烧设备本身的磨损组分。

受颗粒污染的燃烧设备的主要的但非排他的种类包括乘用车、商用车、可移动的或静止的作业机、轨道或水上推进机，以及用于加热或发电的设备例如家用加热设备、热电设备机组和工业热电设备，以及所有类型的涡轮或喷气式发动机，这些仅是可能的组件的示例。

根据现有技术，通常已知的主要由金属或陶瓷制成的、通常具有用于净化气态燃烧产物的催化剂涂层的整体式的催化转化器；其流动原理是废气体积流在该整体的壁上经过的流动，以及在此单片上的气体转化。对于颗粒的过滤，根据当前的现有技术，通过主要由陶瓷制成的、具有交替封闭的流入和流出通道的整体过滤器元件中的多孔壁进行的壁通过过滤、通过引导受负载的气体通过由陶瓷或也由金属制成的泡沫进行的过滤，或者通过通常由金属制成的通流过滤器进行的过滤在文献中和在市场上都有充分的说明。

对于颗粒过滤器中的发明创造，浓缩是新颖的并在技术上有重大的意义。

专利文献和专利申请文献，如US 4276071“Ceramic filter fordiesel exhaust particulates”、欧洲专利文献EP 0318958“Exhaust gastreating device”或国际专利申请WO 2005/033477“Partikelfilter füreinen Berbrennungsmotor”记载了使结构元素与实际要求相适应的第一类原则。在上述制造方法中，根据现有技术，主要是使用长期以来公知的方法：挤压模塑、具有所属的接合技术的薄膜浇铸和拉制技术、发泡、粉浆浇铸、模压和冲压。但是，对于制造企业和工业上的制造工艺，最常用的方法为专利文献EP 0627983“Verfahren zurHerstellung von  mit vorbestimmter Porenstruktur”中所述的利用喷嘴进行模制体的三维丝网印刷和模制体的三维印刷的方法。相反，蚀刻、侵蚀和激光方法实际证明对于原型演示是实用的，但是对于批量生产不实用。

发明内容

本发明的目的是，系统地和面向应用地消除催化转化器和过滤器中的具体弱点和问题，并且能够通过特别是与材料无关的面向产品的构造改变而应对同时新出现的问题。

本发明给出了问题的系统性解决方案，所述解决方案可在批量生产中实现，并且提高颗粒过滤器以及催化转化器的效率。这里，在本发明中，专注于在提高操作可靠性、优化效率、以及个体的可加工性和作为产品的使用的方面实现颗粒过滤器和催化转化器的部件的针对具体类型的可理想化性。

关于作为产品使用，在本发明的范围中，不同的目标参数均起到一定的作用，其中根据应用场合不同，可能希望实现一个或多个目标参数。这种目标参数例如可以是产品的导热性、流阻、对流动的流体如携带颗粒的气体、尤其是燃烧废气的导向的作用、机械稳定性和/或温度稳定性。