[发明专利]过滤介质

说明书

技术领域

本发明涉及过滤介质，具体地说，涉及用于过滤诸如柴油发动机之类的柴 油燃烧装置的柴油废气的过滤介质、包括该柴油炭黑过滤介质的汽车、以及制 造和操作该过滤介质的方法。

背景技术

包括金属纤维的过滤介质在本领域是已知的。例如，WO03/047720披露了 一种多层烧结金属纤维过滤介质，用于从柴油发动机的废气中过滤柴油炭黑。 尽管表现令人满意，但是该介质可能有以下缺点：在介质堵塞之前只能保持有 限数量的炭黑。结果，需要进行非常频繁和多次的再生作用，例如通过使用电 再生来进行再生(即，引导电流通过介质，引起介质由于焦耳效应而发热)， 或者通过将催化化合物喷射入柴油或废气中来进行再生。另一缺点是该介质效 率有限且相当昂贵。

WO04/104386中描述了另外一种多层过滤介质，适于过滤诸如柴油发动机 之类的柴油燃烧装置的柴油废气。该介质由于其基本上较大的厚度而具有增大 的炭黑保持能力。该介质有以下缺点，为了达到该增大的炭黑保持能力，需要 大的体积，且在过滤介质上会获得相对较高的压降，在新的(即，未使用的) 过滤介质的情况下也是如此。然而，在过滤介质的下游使用其它废气清洁元件 (例如借助SCR工艺来将NO_x还原成NO₂的元件)的情况下，大量炭黑是不 利的。在再生过程中，点燃大量炭黑，且在氧化过程中，会对经过过滤介质的 废气和因此再生过程中的SCR工艺提供太高的温度。这种高温可能会不利地 影响SCR工艺的工作。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的过滤介质以及制造和操作该过滤介质的 方法。例如，该介质和方法可解决现有技术中已知的过滤介质的至少一些问题。 本发明的一些实施例的优点是提供一种过滤介质，该过滤介质具有比目前已知 的一些过滤介质等同或更好的过滤效率。本发明的一些实施例的另一优点是提 供一种过滤介质，该过滤介质生产成本较低。本发明一些实施例的另一优点可 以是提供一种过滤介质，该过滤介质提供可接受的炭黑承载能力，然而可供选 择的是与目前已知的炭黑过滤介质相比需要较小的体积。

本发明的一些实施例示出了在过滤介质的体积上更加等同和均质的炭黑 保持性。应该认为，过滤介质的这种更加均质的承载可由气流流过过滤介质时 所经受的均匀压降来引起。

在过滤介质用来过滤废气，例如过滤来自诸如柴油发动机之类的柴油燃烧 装置的废气的情况下，过滤介质上减小的压降引起燃烧装置经受较小的背压。 因此，由于诸如柴油发动机之类的柴油燃烧装置设有根据本发明的包括过滤介 质的废气过滤器，这可导致该柴油燃烧装置的较低的燃耗和因此较低的工作成 本。

以上目的通过根据本发明的过滤介质和制造该过滤介质的方法来实现。

根据本发明的第一方面，提供一种过滤介质。过滤介质具有限定流动方向 的流入侧和流出侧。过滤介质包括至少n个相继层Lx的纤维介质，x在1至n 之间变化，n大于或等于2，L1是n个相继层中最靠近过滤介质的流入侧的一 层，Ln是n个相继层中最靠近过滤介质的流出侧的一层。对于至少n个相继 层中的所有层Lx来说，比值Hx/(kx*Ax)在测量公差内是相等的，其中，Hx 是层Lx沿着流动方向的平均厚度，Ax是沿着垂直于流动方向的平面所取的横 截面的平均面积，kx是该层Lx的渗透系数。

对于流过过滤层的具有动态粘度μ的流体的给定项目Q(m³/h)来说，将获 得过滤层上的压降ΔP，该压降可使用达西公式算出：

ΔP＝μ*(H/k)*(Q/A)，其中

ΔP是在过滤层上的压降。

μ＝所用流体的动态粘度；

Q＝每时间单位流过该层的流体量。

A＝提供流量Q的过滤层的面积。换而言之，它是沿着垂直于流动方向的 平面所取的横截面的面积。

Q/A＝流过过滤层时的气体速度；

H/k＝渗透因子

H＝厚度(m)

k＝渗透系数(l/m²)

因此，当根据本发明的过滤介质用来过滤每时间单位的给定量(Q)时， 该流体具有给定的动态粘度μ，这导致在至少n个相继层的每个Lx层上基本 上相等的ΔP。这可通过合适地选定Hx、kx和Ax以获得基本上相等的ΔP来 获得。