CN101518705A - 具有高储存能力和低背压的壁流蜂窝式过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及具有高储存能力和低背压的壁流蜂窝式过滤器，提供了一种壁流蜂窝式过滤器，其包括陶瓷单块，所述陶瓷单块中形成有多个多孔壁。该多个多孔壁限定多个在所述单块的入口端面和出口端面之间延伸的入口单元和出口单元。所述入口单元在入口端面开启且在出口端面或其附近堵塞。所述出口单元在出口端面开启且在入口端面或其附近堵塞。所述单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值大于1。所述单块具有至少一个入口单元群，该单元群包括N×M组入口单元，N和M为大于1的整数，每个入口单元群由多个通过入口群壁分隔的入口单元组成。

Description

具有高储存能力和低背压的壁流蜂窝式过滤器
相关申请的交叉引用
本申请要求享有于2007年11月29日申请的发明名称为“具有高储存能力和低背压的壁流蜂窝式过滤器”的欧洲申请No.07301601的优先权。
技术领域
本发明涉及一种壁流蜂窝式过滤器，例如用于柴油机排放系统的颗粒过滤。
背景技术
典型的壁流蜂窝式过滤器包括一单块(monolith)，该单块具有纵向的、一般由多孔壁限定的平行单元(或通道)。所述单元交替地端塞，从而在单块的入口和出口端面形成方格样的堵塞。具有在单块的入口端面端塞且在单块的出口端面开启的单元称之为出口单元，具有在单块的出口端面端塞且在单块的入口端面开启的单元称之为入口单元。在标准的单元结构中，在单块的任一端面开启单元到堵塞单元的比例通常为1。入口和出口单元通常为方形，可能因为方形单元更容易制造和给它们自己提供交替的入口和出口单元的规则图案，所述交替的入口和出口单元具有用于低压降和背压的相同的横截面积。在操作中，迫使通过入口单元进入壁流蜂窝式过滤器的废气或其他颗粒装载流体由邻接的多孔壁从入口单元进入出口单元，然后通过出口单元离开过滤器，同时多孔壁保留流体中的一部分颗粒。
过滤器可以被催化成降低污染物质例如在流体出过滤器之前流体中的碳氢化合物和CO。过滤器可以通过利用包含活性催化剂物质的清洗涂层(washcoat)涂覆多孔壁和/或在多孔壁的孔内沉积清洗涂层被催化。与无遮蔽的过滤器相比，由于多孔壁上的清洗涂层的厚度增加，入口单元的有效流动面积会下降。有效流动面积的降低会导致穿过蜂窝式过滤器的压降的增加和相应的系统背压的增加。如果清洗涂层在多孔壁的孔内沉积，入口单元的有效流动面积可以不过大地受到影响。然而，当孔内的催化剂负载增加时，过滤器的储存能力会因为用于收集颗粒的孔被清洗涂层部分或整个填满而下降。
发明内容
一方面，壁流蜂窝式过滤器包括：具有在其中形成多个多孔壁的陶瓷单块，该多个多孔壁限定在所述陶瓷单块的入口端面和出口端面之间延伸的多个入口单元和出口单元，所述入口单元在入口端面开启，并且在出口端面或者其附近堵塞，所述出口单元在出口端面开启且在入口端面或其附近堵塞。所述单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比率大于1。该单块具有至少一个包含N×M组入口单元的入口单元群，N和M为大于1的整数。每个入口单元群包括多个通过入口群壁分隔的入口单元。
另一方面，每个入口单元群可由出口单元分界。
另一方面，制造壁流蜂窝式过滤器的方法包括：提供如上所述的壁流蜂窝式过滤器和施加包括活性催化剂的清洗涂层到多孔壁的至少一部分。一方面，第一清洗涂层可施加到入口群壁上，并且第二清洗涂层可施加到不是入口群壁的多孔壁上。所述第一清洗涂层和第二清洗涂层可以不同。
另一方面，壁流蜂窝式过滤器包括：具有在其中形成有多个多孔壁的陶瓷单块，所述多个多孔壁限定在陶瓷单块的入口和出口端面之间延伸的多个入口和出口单元，所述入口单元在入口端面开启且在出口端面或者其附近堵塞，所述出口单元在出口端面开启且在入口端面或者其附近堵塞。所述陶瓷单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比率大于1。所述陶瓷单块具有至少一个包含N×M组入口单元的入口单元群，N和M为大于1的整数。每个入口单元群由多个由入口群壁分隔的入口单元组成。所述陶瓷单块也可以具有包含至少一个在其中限定的K×J阵列入口单元的第二入口单元群，K和J为大于1的整数。每个第二群由通过一部分多孔壁结合的多个入口单元组成。
在另一方面，制造壁流蜂窝式过滤器的方法包括：提供如上所述的壁流蜂窝式过滤器和施加包括活性催化剂物质的清洗涂层到多孔壁的至少一部分上，其中，所述至少一部分多孔壁在第一和/或第二群内。
在实施方式中，通过以下描述和所附的权利要求书，本发明的其他特征和优点将会更加显而易见。
附图说明
以下描述的附图表示的是本发明的典型实施方式且不对本发明的范围做出限定，因为本发明可以允许其他的等效实施方式。附图并不需要按比例绘制，且为了清晰和简明的目的，附图的某些特征和某些视角可能在比例上或图解上放大。
图1是根据本发明的一个实施方式的从过滤器的入口端看的壁流蜂窝式过滤器的透视图。
图2是根据本发明的一个实施方式的从过滤器的出口端看的壁流蜂窝式过滤器的透视图。
图3是利用了图1的壁流蜂窝式过滤器的单元结构的平面图，以方形入口单元群为特征。
图4A和图4B是另一种利用了图1的壁流蜂窝式过滤器的单元结构的平面图，以花形入口单元群为特征。
图5是另一种利用了图1的壁流蜂窝式过滤器的单元结构的平面图，以交叉形入口单元群为特征。
图6是用于比较标准过滤器和含有图3中描述的单元结构的过滤器的背压与烟灰负载关系的图。
图7是用于比较催化的标准过滤器和含有图3中描述的单元结构的催化的过滤器的背压和清洗涂层负载关系的图。
图8是用于比较标准过滤器和含有图5中描述的单元结构的过滤器的背压和烟灰负载关系的图。
具体实施方式
以下，将结合一些如附图中所示的优选实施方式来详细描述本发明。在描述优选实施方式时，众多具体细节将被阐述以便提供对本发明的彻底理解。然而，对本领域技术人员而言明显的是，本发明可以在没有这其中的某些或者全部具体细节的情况下实现。另一方面，没有对公知的特征和/或工艺步骤进行详细描述，从而不去没有必要地使本发明不清楚。另外，类似或相同的附图标记用于识别共同的或类似的元件。
蜂窝式壁流过滤器可提供用于清洁排放气体的两个机构。这些机构是(1)过滤和(2)催化。对来自气体废气流的烟灰，灰尘和其他颗粒污染物的过滤，例如柴油机气体废气流的过滤，是通过迫使废气流通过入口单元进入过滤器来完成的，所述入口单元在过滤器基底的入口面开启，穿过多孔壁进入出口单元，所述出口单元在过滤器基底的出口面开启。当废气流穿过过滤器壁时，颗粒物质被捕集在多孔壁上或其中，并且不会穿过过滤器的出口。催化作用是通过使废气流流过催化化学制剂来实现的，所述催化化学制剂已嵌入在过滤器通道的壁面上或其中。这些催化化学制剂去除来自废气流的有毒元素，如碳氢化合物，一氧化碳和NOX。本领域的进展是提供一种过滤器，其允许与较高颗粒存储能力和较低背压平衡的较高催化剂负载。
图1和图2是壁流蜂窝式过滤器100的透视图，该过滤器允许与较高颗粒存储能力和较低背压或压降平衡的较高催化剂负载。图1从过滤器的入口端图示了壁流蜂窝式过滤器100，图2从过滤器的出口端图示了壁流蜂窝式过滤器100。过滤器100的背压对于预定的过滤器操作期较低，在这之后可能需要更新过滤器。壁流蜂窝式过滤器100可无遮蔽的使用或被催化。壁流蜂窝式过滤器包括一单块102，其可由陶瓷材料制成，例如堇青石，金刚砂，钛酸铝，多铝红柱石或其他合适的耐高温的材料，如在过滤器热再生期间使用的那些材料。单块102具有外壳104。外壳104的横截剖面通常是圆或椭圆，但是过滤器100并不限定为具有圆或椭圆横截面形状的单块102。单块102具有入口端面106和出口端面108(在图2中更清晰地示出)，其中端面106，108是相对的关系。
单块102包括多个纵向的，通常为平行的入口单元110和多个纵向的，通常为平行的出口单元112。在单块102内交叉排列的多孔壁114沿着Z轴(即，单块102的纵轴)从单块102的入口端面106延伸到出口端面108。多孔壁114在邻近的入口单元110和出口单元112之间与邻近的出口单元112之间形成隔断。如图1，当入口单元110的端部开启时，出口单元112的端部是堵塞的或用填料116封闭在单块102的入口端面106处。填料116可与或不与端面106齐平。如图2，当入口单元110的端部堵塞或用填料118封闭在出口面108处时，出口单元112的端部在单块的出口端面108处开启。填料118可与或不与端面108齐平。所述填料，或接合剂或堵塞材料(图1中的116，图2中的118)可包括陶瓷材料，例如堇青石，钛酸铝，多铝红柱石，金刚砂和/或其他能耐高温的材料，如在过滤器的热再生期间使用的那些材料。这些陶瓷材料可与粘合剂和增塑剂混合。
在操作中，颗粒载流，例如来自柴油机发动机的尾气，被引导在单块102的入口端面106处。颗粒载流通过入口单元110进入单块102，被迫使通过接合的多孔壁114进入出口单元112，然后在单块102的出口端面108处离开出口单元112。多孔壁114保留颗粒载流中的部分颗粒。通常，从流体中去除的颗粒越多，过滤器的过滤效率越好。多孔壁114的结构，孔隙率，和厚度使得颗粒过滤在不损害单块102的结构完整性的情况下实现。例如，对于柴油机尾气过滤，多孔壁114可具有平均直径1～60μm，或5～30μm的孔。多孔壁114的孔隙率为30％～80％。多孔壁的厚度的范围可在约0.002～0.060英寸(0.05mm～1.5mm)。也可选择单元密度以达到理想的过滤效率。通常，过滤器100可具有的单元密度在约10和400单元/平方英寸(1.5-46.5单元/cm2)之间，或甚至在100和300单元/平方英寸(15.5和31单元/cm2)之间。
图3表示的是图1和图2所示的本发明实施方式的过滤器中使用的单元结构的平面图。如图3所示对应过滤器(图1中的100)的出口端面(图1中的106)。在该图中，当出口单元112堵塞或封闭时，入口单元110的端部开启。在过滤器的出口端面反之亦然，也就是，当出口单元112的端部如前面所述开启时，入口单元110的端部堵塞或封闭。在本发明的一些实施方式中，至少一些入口单元110设置在入口单元群120中。在其他实施方式中，所有的入口单元110可设置在群中。如图3中强调的，粗线用于划分每个入口单元群120的边界。这里，每个入口单元群120是一组相互靠近的入口单元110。入口单元群120不包含出口单元112。入口单元110通过入口群壁124在每个群120中相互连接在一起，其可具有或不具有与多孔壁114相同的特征，所述多孔壁114形成于邻接的入口单元110和出口单元112之间或邻接的出口单元112之间。如多孔壁114的情况，入口群壁124可具有平均直径1～60μm的孔，其孔隙率为30％～80％。然而，对入口群壁124的孔隙率的要求无需与多孔壁114的一样，因为入口群壁124不要求过滤颗粒。
每个入口单元群120具有多个入口单元110且由出口单元120分界。入口单元群120的形状可以为方形，即正方形或矩形，或也可以包含方形群，或者可以是非方形的，例如，交叉形。入口单元110的形状可为方形或非方形。在图3，4A和4B中，入口单元群120和入口单元110可包含方形形状，例如正方形。图4A表示的是其他单元结构，其中，入口单元群120具有例如花形的方形形状，每个入口单元群120内的入口单元110具有例如正方形的方形形状。图5表示的是另一种单元结构，其中入口单元群120具有非方形形状，例如交叉形，但每个入口单元群120内的入口单元110具有方形形状，例如正方形。图4和图5从过滤器的入口端的方向看过滤器。在过滤器的入口端，当出口单元112关闭或密封时，入口单元110开启。当单元结构从过滤器的出口端看时，反之亦然。也就是说，当出口单元112开启时，入口单元110关闭或封闭。可以对单元结构进行其他修改。例如，每个入口单元群120可包括不同形状的入口单元110。不在入口单元群120内的出口单元112和其他入口单元110可具有方形或非方形的形状。
在本发明的实施方式中，在入口面处的每个入口单元群通过出口单元与邻近的入口单元群分离，所述出口单元堵塞在入口面。在其他实施方式中，所述入口单元群通过至少一个出口单元相互分分隔，堵塞在入口面。在其他实施方式中，在入口面至少有两个入口单元群，沿入口面的X和Y轴，由至少一个堵塞的出口单元分隔。
参考图3，4A和5，至少一部分入口单元110设置在多个入口单元群120内，其中，每个入口单元群120由出口单元112分界。在本发明的一些实施方式中，每个入口单元群120的长宽比小于1.5。在一个实施例中，长宽比被定义为沿着第一轴线性测量的入口单元群120的第一尺寸与沿着第二轴线性测量的入口单元的第二尺寸的比值。所述第一轴和第二轴是相互垂直的且垂直于单块(图1中的102)的纵轴。第一尺寸要比第二尺寸长或等于第二尺寸且小于1.5倍第二尺寸。在图3，4，5中，例如，第一轴可以是Y轴，而第二轴可以为X轴，其中X轴和Y轴相互垂直且垂直于单块的纵轴(图1中的Z)。X轴和Y轴可在与单块(图1中的102)的纵轴垂直的横截面上。在一些实施方式中，例如图3和4中所示的，每个入口单元群120包括至少4个以2×2方形结构设置的入口单元。在一些实施方式中，如图5所示，每个入口单元群120具有交叉的形状。
再参看图3，该单元结构包括二维(2D)方形(正方形或矩形)阵列的入口单元群120。2D方形阵列具有N×M尺寸，其中N和M为大于1的整数。换句话说，2D方形阵列具有N列，且每N列具有M行。在2D方形阵列中的每个入口单元群120由多个通过多孔入口群壁124互连的入口单元110组成。
参看图4A，该单元结构包括第一2D方形阵列的入口单元群120和第二2D方形阵列的入口单元群120。为了图示的目的，图4B通过方形标记120a标识第一2D方形阵列中的入口单元群120，通过圆形标记120b标识第二2D方形阵列中的入口单元群120。第一2D方形阵列具有N×M尺寸，其中N和M为大于1的整数。换句话说，第一D方形阵列具有N列，且每N列具有M行。第二2D方形阵列具有K×J尺寸，其中K和J为大于1的整数。换句话说，2D方形阵列具有K列，且每K列具有J行。第二2D方形阵列偏离第一2D方形阵列，使得在第二2D方形阵列中的入口单元群120与第一2D方形阵列中的入口单元群120区分开，或与第一2D方形阵列中的入口单元群120非重叠设置。图5中描述的单元结构具有与图4A和4B中相似的阵列图案。图5中描述的单元结构可被描述为入口单元(I)和出口单元(O)的重复图案，其中，该重复阵列横穿过蜂窝式单块的入口面，从左到右(或沿着X轴，其中箭头表示X轴)是：
该重复图案，从顶到底(或沿着Y轴，其中箭头表示Y轴)是：
以另一种方式表示，如图5所示的该重复图案是：
Figure A200810189571D00122
在实施例2(图3)中的可在X和Y方向上重复的图案是：
Figure A200810189571D00123
在实施例7(图4A)中可在X和Y方向上重复的图案是：
Figure A200810189571D00131
在本发明的实施方式中，过滤器的单元结构使得入口单元110的结合横截面积与出口单元112的结合横截面积的比值大于1。这一限定考虑了所有的入口单元110，包括在入口单元群120内的入口单元110。优选地，入口单元110的结合横截面积与出口单元112的结合横截面积的比值至少为1.5。单元的横截面积是在过滤器端面上的单元的印记的面积。通常，过滤器的单元结构也使得每个入口单元群120内所有入口单元110的结合横截面积大于每个出口单元112的横截面积。在本发明的单元结构中，单块102内小于100％的多孔壁是过滤壁，该过滤壁为处于邻近的入口和出口单元110，112之间的多孔壁114。群120内的多孔壁或入口群壁124可视为非过滤的或减弱的过滤壁，因为它们不是位于入口单元和出口单元之间。也就是，废气穿过过滤器单块，从入口面到出口面，不需要穿过群内的多孔壁以便从出口通道离开单块，所述出口通道在出口面处开启(不堵塞)。然而，废气必须穿过入口单元和出口单元之间的多孔壁以便通过出口通道离开单块，所述出口通道在出口面处开启(非堵塞)。因此，入口群壁124不需要通过过滤机构清洁废气。一部分多孔壁114也可为非过滤的或减弱的过滤壁，例如位于邻近的出口单元112之间的那些。这些可叫作出口单元群壁112。
群120b内的入口群壁124可提供清洁废气的催化机构。这些群120内的入口群壁124可为高催化剂负载提供途径而不会严重影响背压。例如，如果多孔壁被要求用来提供过滤和催化，照这种情形，在具有西洋跳棋盘堵塞图案的传统蜂窝式过滤器中，多孔基底上施加催化层会限制底层的孔隙率。不想受到理论的限制，催化层可填充陶瓷基底的孔，降低材料的孔隙率。孔隙率减少的材料具有增加的背压。在本发明的实施方式中，由于过滤壁(入口和出口单元之间)和催化壁(入口单元群内)分隔，且可分别处理，多孔壁的清洗涂层堵塞的现象减少，因此背压降低。对于催化过滤器100，含有活性催化剂物质的清洗涂层优选地涂敷在入口群壁124上和/或结合在入口群壁124的孔内。所述清洗涂层也可涂敷或结合在过滤多孔壁114的孔内，但是通常优选利用群120内的入口群壁124作为活性催化剂物质的主要支撑基底。所述清洗涂层可包含任何公知的用于净化废气的活性催化剂物质，例如用于氧化一氧化碳，碳氢化合物，NOX，和可溶的有机颗粒分馏物，如本领域公知的。
在实施方式中，在图1—5中所示的图案中堵塞陶瓷单块过滤器也可增加陶瓷单块的存储烟灰和灰渣的能力。不想受到特定理论的限制，由于在使用过程中，烟灰和灰渣在陶瓷壁流过滤器的过滤壁内聚积，过滤壁产生了烟灰和灰渣的结块，随着时间的推移，增加了背压。在本发明的实施方式中，烟灰和灰渣可沉积在入口群壁上。入口群壁上烟灰和灰渣的聚积对背压的形成具有较小的影响。
在实施方式中，涂敷程序可在单块堵塞后进行，以便通过将过滤器从入口端浸泡在含有清洗涂层的浆料中，仅仅涂敷入口单元，且通过将过滤器从出口端浸泡在含有清洗涂层的浆料中，仅仅涂敷出口单元。通过这种方法，可以处理出口单元内的入口群壁，与过滤壁的方式不同。
入口群壁124可通过将无遮蔽的堵塞过滤器(图1中的100)浸泡在清洗涂层的浆料中来涂敷清洗涂层。过滤器被倒置浸泡，入口端首先进入涂敷浆料中。然后，过滤器从浆料中移开且往过滤器内吹气，从出口端面(图1中的108)到入口端面(图1中的106)。然后干燥过滤器。如果过滤器是由陶瓷材料制成，过滤器也要烧制。浸泡，吹气，干燥和烧制的步骤可以重复几次。例如，过滤器可首先在第二涂覆溶液中浸泡出口端。涂敷好的过滤器然后被吹气，干燥和视需要烧制。该浸泡，吹气，干燥和烧制的步骤可重复。
利用这种方法，入口群壁124或入口单元群壁124可具有，比过滤壁114，或者比不在入口单元114群内的壁，更多结合到壁上的清洗涂层。例如，含有催化化合物的清洗涂层可利用上述浸涂方法结合到入口群壁上。过滤壁114可作少量的浸涂处理，或者不进行浸涂处理以施加清洗涂层。随着流体如废气流进入到本发明实施方式的过滤器中，气流进入到开启的入口单元中，该入口单元包含具有结合到入口群壁上的清洗涂层的入口群壁。随着流体穿过含有催化化合物的清洗涂层，有害化学物质(包括一氧化碳，碳氢化物和NOX)通过化学催化剂从流体中清除。这些流体然后流过过滤壁进入出口单元。随着流体穿过过滤壁，颗粒物从流体流中移除。然后，流体通过过滤器中开启的出口单元流出过滤器。由于过滤壁已用清洗涂层或催化清洗涂层处理(仅在过滤壁的入口单元端)，结合到过滤壁上的清洗涂层比结合到入口群壁上的清洗涂层少，所述入口群壁在其双面上都用清洗涂层作了处理。这些过滤壁没有显著增加背压，因为它们并没有明显妨碍对从过滤器的入口单元到出口单元的污染气体的流体过滤。因此，在实施方式中，本发明的壁流蜂窝式过滤器，当用清洗涂层进行不同的处理后，可提供更好的催化能力，而不增加整个过滤器的背压。
在另一实施方式中，可使用例如真空操作来进行过滤和对入口群壁，或群和非群壁的涂敷。所述真空操作包括将过滤器的一端浸泡到清洗涂层浆料中。该浆料利用真空泵泵送到过滤器。随后，过剩的浆料从过滤器中移除，并对过滤器干燥和烧制。泵送浆料，移除过剩的浆料，干燥，和烧制的步骤在过滤器的其他端面上重复。真空操作可重复几次以达到理想的催化剂负载。
具有如上所述的单元结构的，图3，4和5中所示的壁流蜂窝式过滤器(图1和2中的100)允许较高的催化剂负载而不会显著地增加背压、减小颗粒存储能力。与具有标准西洋跳棋盘堵塞图案的过滤器相比，过滤器100在单块的入口端面具有更多开启的单元，在单块内更少的过滤壁，和在单块内更多的入口群壁。在标准西洋跳棋盘堵塞式过滤器中，所有的壁都是过滤壁。本发明的过滤器的实施方式中，具有处于入口单元群内的入口群壁。当过滤器无遮蔽的使用或被催化时，过滤壁的减少不会对背压产生显著的影响。颗粒可以沉积在入口群壁上，减少过滤壁上块的形成，从而降低了背压。另外，每个群(图3，4和5中的120)内的入口群壁(图3，4和5中的124)可制成为比过滤壁(图3，4和5中的114)还要薄，以使群120内的入口单元110的有效流动面积增加或最大化，并进一步降低背压。
实施例
提供以下实施例仅为了说明的目的，而不用于限制本发明，如本文中别处所述的。本文中探讨的所有的测定和实施例都是利用直径为2英寸和长度为6英寸的样本进行的。
比较实施例1
制造具有标准西洋跳棋盘图案的过滤器，200/12壁流蜂窝式过滤器，其具有单元壁厚为12密耳(0.30mm)，单元密度为200单元/平方英寸(31单元/cm2)的方形入口和出口单元。过滤器的直径为2英寸，长度为6英寸。入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值为1。在过滤器中不设入口单元群。每个入口单元的横截面积与每个出口单元的横截面积相等。过滤器中100％的多孔壁为过滤壁。过滤器不被催化。
实施例2
制造具有图3所述的单元结构的壁流蜂窝式过滤器，其单元壁厚为12密耳(0.30mm)，单元密度为200单元/平方英寸(31单元/cm2)。该过滤器包括入口单元群。入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值为1.25。每群的横截面积大约为每个出口单元的横截面积的4倍。每群内的入口群壁具有12密耳(0.30mm)的壁厚。过滤器内66％的多孔壁为过滤壁。过滤器不被催化。
实施例3
实施例1和实施例2中的壁流蜂窝式过滤器装载有人工生成的烟灰。烟灰流的流速为8立方英尺/分钟。图6示出了随着过滤器内渐渐增加的烟灰负载的背压变化。从图6可知，实施例2中的壁流蜂窝式过滤器(通过标记为三角形(△)的曲线示出，具有图3所示的入口单元群)具有比实施例1中的标准西洋跳棋盘堵塞式的壁流蜂窝式过滤器(图6内由菱形(◇)标记示出的曲线)更低的背压。
比较实施例4
实施例1的标准西洋跳棋盘堵塞式的壁流蜂窝式过滤器用多孔氧化钛基清洗涂层(氧化钛DT51D产品可从多种化学物质中提取，所述化学物质与例如购自纳科公司(Nyacol)的纳科(Nyacol)TMAL20的粘合剂混合)涂敷。标准真空操工序用于涂敷过滤器。这包括数次将清洗涂层真空吸入到过滤壁中，在每次反复中进行过滤器的干燥和烧制。
实施例5
实施例2中的壁流蜂窝式过滤器(具有如图3所示的入口单元群)用多孔氧化钛基清洗涂层(氧化钛DT51D产品可从多种化学物质中提取，所述化学物质与例如购自纳科公司(Nyacol)的纳科(Nyacol)TMAL20的粘合剂混合，注：氧化铝，氧化锆，沸石等可作为催化剂支撑材料)涂敷。过滤器的的入口面浸泡到清洗涂层的浆料内。然后空气从过滤器的入口鼓吹到出口。然后过滤器被干燥和烧制。该步骤可重复几次。该工序的目的是在每个具有清洗涂层的群的内部涂敷入口群壁。
实施例6
如实施例4和5所述，在实施例4-5的具有增加的清洗涂层负载的壁流蜂窝式过滤器内测定背压。图7表示随着过滤器内渐增的清洗涂层负载而产生的背压的变化。如图7所示，从实施例4的标准设计测量的背压(通过菱形(◇)标记的曲线来表示)沿着与实施例5的发明设计同样的曲线增加，直到几乎达到100g/L阈。随着标准过滤器的负载超过100g/L，背压随着渐增的清洗涂层负载而明显增加。当过滤器的负载的清洗涂层在20和40g/L之间时，两种过滤器都可提供适当的过滤，随着清洗涂层负载增加到100g/L时，两个过滤器的性能显著背离。当负载为100g/L或更多的清洗涂层时，实施例5的发明设计(通过三角形(△)标记的曲线表示)连续表示可接受的背压水平。背压受发明设计中清洗涂层负载增加的影响较小。通过用清洗涂层涂敷入口群壁，可在发明设计中供应的清洗涂层多于在实施例4的标准设计中可供应的清洗涂层。
实施例7
制造具有图4A所述的单元结构的壁流蜂窝式过滤器，其单元壁厚为12密耳(0.30mm)，单元密度为200单元/平方英寸(31单元/cm2)。该过滤器包括入口单元群。入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值为2。每群的横截面积大约为每个出口单元的横截面积的8倍。每群内的入口群壁具有12密耳(0.30mm)的壁厚。过滤器内58％的多孔壁为过滤壁。
实施例8
制造用清洗涂层涂敷的，具有如图3所示的入口单元群的，具有如实施例5所述的单元结构的壁流蜂窝式过滤器，其单元壁厚为12密耳(0.30mm)，单元密度为200单元/平方英寸(31单元/cm2)。该过滤器包括入口单元群。入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值为1.67。每群的横截面积大约为每个出口单元的横截面积的5倍。每群内的入口群壁具有12密耳(0.30mm)的壁厚。过滤器内75％的多孔壁为过滤壁。过滤器不被催化。
实施例9
实施例1和实施例8中的壁流蜂窝式过滤器装载有流速为8立方英尺/分钟的人工生成的烟灰。图9示出了随着过滤器内渐渐增加的烟灰负载的背压的变化。从图9可知，实施例8中的壁流蜂窝式过滤器具有比实施例1中标准的壁流蜂窝式过滤器更低的背压。
本发明的壁流蜂窝式过滤器具有多个入口和出口单元。至少一部分入口单元设置在群内。所述单元结构使得入口单元的结合横截面积大于出口单元的结合横截面积。该单元结构还使得过滤器中小于100％的多孔壁为过滤壁。过滤壁的减少不会显著影响背压。而且，群内的入口群壁用作支撑含有活性催化剂物质的清洗涂层，并为颗粒的沉积提供了附加的表面区域。当过滤器装载有颗粒时，可实现较低的背压，这是因为过滤器储存颗粒能力的改善。过滤器可使用标准的冲塞和堵塞操作，所述堵塞图案按上述修改以用于上述单元结构。入口群壁可用如上所述的工序催化。过滤壁也可用标准工序催化。
虽然本发明已参考有限的几个实施方式进行了描述，但是对本领域技术人员而言，可以从说明书公开的内容中受益，应理解的是，也可以设计其他的不偏离在此公开的本发明的保护范围的实施方式。因此，本发明的范围应该仅仅受所附的权利要求书的限制。

Claims (8)

1、一种壁流蜂窝式过滤器，包括：
其中形成有多个多孔壁的陶瓷单块，该多孔壁限定在所述单块的入口端面和出口端面之间延伸的多个入口单元和多个出口单元，所述入口单元在所述入口端面处开启，且在所述出口端面处或出口端面旁堵塞，所述出口单元在所述出口端面处开启，且在所述入口端面处或入口端面旁堵塞；
所述单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值大于1；
所述单块具有至少一个入口单元群，该单元群包括N×M组入口单元，N和M为大于1的整数，每个入口单元群由多个由入口群壁分隔的入口单元组成；每个入口单元群由出口单元分界。
2、如权利要求1所述的壁流蜂窝式过滤器，其特征在于，所述入口群壁的载体涂层负载比入口单元群外部的单元壁的高。
3、如权利要求1所述的壁流蜂窝式过滤器，其特征在于，所述入口群壁负载有与入口单元群外部的单元壁的不同的催化剂物质。
4、如权利要求1所述的壁流蜂窝式过滤器，其特征在于，所述入口群壁的孔隙率与入口单元群外部的单元壁的孔隙率不同。
5、如权利要求1所述的壁流蜂窝式过滤器，其特征在于，所述入口群壁比入口单元群外部的单元壁薄。
6、一种壁流蜂窝式过滤器，包括：
其中形成有多个多孔壁的陶瓷单块，所述多个多孔壁限定沿Z轴在所述单块的入口端面和出口端面之间延伸的多个入口单元和多个出口单元，所述入口单元在所述入口端面开启，且在所述出口端面处或出口端面旁堵塞，所述出口单元在所述出口端面处开启，且在所述入口端面出或入口端面旁堵塞；
所述单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值大于1；
其中，入口单元(I)和出口单元(O)沿X和Y轴设置，在下面的重复图案中，X和Y轴都与Z轴垂直：
Figure A200810189571C00031
其中，箭头表示X轴和Y轴。
7、一种生产壁流蜂窝式过滤器的方法，包括：
提供壁流蜂窝式过滤器，该过滤器包括具有在其中形成的多个多孔壁的单块，所述多个多孔壁限定在所述单块的入口端面和出口端面之间延伸的多个入口单元和多个出口单元，所述入口单元在所述入口端面处开启，且在所述出口端面处或出口端面旁堵塞，所述出口单元在所述出口端面处开启，且在所述入口端面处或入口端面旁堵塞；
所述单块的入口单元的结合横截面积与出口单元的结合横截面积的比值大于1；
所述单块具有至少两个入口单元群，其中，入口单元群包括至少两个共享至少一个入口群壁的入口单元；
通过将所述单块浸到含有来自所述单块的入口端面的活性催化剂物质的清洗涂层的浆料中，将含有活性催化剂物质的清洗涂层施加到至少一个入口群壁上；其中，施加到至少一个入口群壁上的清洗涂层与施加到入口单元群外的多孔壁上的清洗涂层不同。
8、一种壁流蜂窝式过滤器，包括：
其中形成有多个多孔壁的陶瓷单块，所述多个多孔壁限定沿Z轴在所述单块的入口端面和出口端面之间延伸的多个入口单元和多个出口单元，所述入口单元在所述入口端面处开启，且在所述出口端面处或出口端面旁堵塞，所述出口单元在所述出口端面处开启，且在所述入口端面处或入口端面旁堵塞；
所述单块具有至少两个入口单元群，其中，入口单元群包括至少两个共享至少一个入口群壁的入口单元，
其中，所述入口单元群由出口单元分界；所述入口群壁涂敷有第一清洗涂层；
所述多孔壁不在涂敷有第二清洗涂层的入口单元群内；并且所述第一清洗涂层和第二清洗涂层不相同。
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