CN1203912C - 蜂窝状颗粒过滤器 - Google Patents

蜂窝状颗粒过滤器 Download PDF

Info

Publication number
CN1203912C
CN1203912C CNB018169953A CN01816995A CN1203912C CN 1203912 C CN1203912 C CN 1203912C CN B018169953 A CNB018169953 A CN B018169953A CN 01816995 A CN01816995 A CN 01816995A CN 1203912 C CN1203912 C CN 1203912C
Authority
CN
China
Prior art keywords
honeycomb
wall
arrival end
export
unit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
CNB018169953A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1468132A (zh
Inventor
D·L·希克曼
T·D·凯查姆
D·F·汤普森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Corning Inc
Original Assignee
Corning Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Corning Inc filed Critical Corning Inc
Publication of CN1468132A publication Critical patent/CN1468132A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1203912C publication Critical patent/CN1203912C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/02—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust
    • F01N3/021—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters
    • F01N3/022—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous
    • F01N3/0222—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for cooling, or for removing solid constituents of, exhaust by means of filters characterised by specially adapted filtering structure, e.g. honeycomb, mesh or fibrous the structure being monolithic, e.g. honeycombs
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D39/00—Filtering material for liquid or gaseous fluids
    • B01D39/14—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material
    • B01D39/20—Other self-supporting filtering material ; Other filtering material of inorganic material, e.g. asbestos paper, metallic filtering material of non-woven wires
    • B01D39/2068—Other inorganic materials, e.g. ceramics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B28—WORKING CEMENT, CLAY, OR STONE
    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B1/00—Producing shaped prefabricated articles from the material
    • B28B1/001—Rapid manufacturing of 3D objects by additive depositing, agglomerating or laminating of material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2260/00—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for
    • F01N2260/08—Exhaust treating devices having provisions not otherwise provided for for preventing heat loss or temperature drop, using other means than layers of heat-insulating material
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/06—Ceramic, e.g. monoliths
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N2330/00—Structure of catalyst support or particle filter
    • F01N2330/30—Honeycomb supports characterised by their structural details
    • F01N2330/48—Honeycomb supports characterised by their structural details characterised by the number of flow passages, e.g. cell density
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/10—Residue burned
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S55/00—Gas separation
    • Y10S55/30—Exhaust treatment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Filtering Materials (AREA)

Abstract

一种适用于汽车和柴油机发动机的蜂窝结构，其壁厚以一控制方式从蜂窝前表面向后部变化。一种是是柴油机颗粒过滤器前部的壁厚向后部的壁厚逐渐增大。另一种是采用薄壁制成两层蜂窝和/或在蜂窝上游侧的单元密度较低。这可提供较低的热质量前部，同时在蜂窝的后部保持较厚的壁和较高的热质量。蜂窝结构的热质量或热容量沿着从入口端到出口端的轴线在8.5×10-3卡/立方厘米-K到0.25卡/立方厘米—K范围内变化。

Description

蜂窝状颗粒过滤器
技术领域
本发明涉及用于废气流过滤的装置，特别是用于捕获颗粒物质。特别地，本发明是一个多单元结构，具体是沿着流向轴具有不同壁厚或不同热质量的蜂窝，尤其适用于柴油机颗粒过滤器。
背景技术
标准的市售过滤器是用堇青石(2MgO-2Al2O3-5SiO2)制成的。堇青石有低的热膨胀系数(～5-8×10-7/)，良好的热冲击和适中的高熔点(～1460)。伴随这些特性的还有在于制成堇青石原料(如：粘土、滑石、氧化铝和硅石)的低成本，它们使堇青石成为适合于柴油机颗粒过滤器的原料。然而，在一些应用中，如柴油机颗粒过滤器(DPPFs)，即需要截留炭黑的再生反应的应用中，燃烧过程产生的温度峰值可能超过堇青石熔点和产生热冲击，并且引起开裂或甚至使过滤器熔化。因此，伴随着传统的堇青石柴油机颗粒过滤器的严重问题是在所需的过滤器再生循环中易被损坏。
人们花了大量的努力试图发现一种材料具有与堇青石相当的耐热冲击性能并具有更高使用温度。然而，至今还没有发现具有与堇青石相同的易于量产、低成本和相同特性，特别是热膨胀系数的材料。
近来，碳化硅被建议用在柴油机颗粒过滤器中。碳化硅相比堇青石具有相当高的熔点(2750)。然而，碳化硅的缺点包括了过度的模具磨损和烧结困难，这些都导致了制造柴油机颗粒过滤器的高成本，从而限制了在商业上的应用。碳化硅柴油机颗粒过滤器是由一段约一平方英寸的柴油机颗粒过滤器式蜂窝段和含有无机纤维的无机粘合剂而粘合而成的。
另一种高温材料，如NZP被建议使用，但是过度的模具磨损、烧结困难和磷的损失等都导致了非常有限的商业应用。
在本技术领域中，已知部件本体中热质量增加对于由适中温度下熔化的材料，如堇青石制成的柴油机颗粒过滤器是较佳的，同时还能提供足够的低背压和合适的炭黑吸附容量。然而，如果这个部件太厚实，再生反应就很难启动，需要消耗更多的能量输入，通常是燃料，来完成再生反应的启动。
大多数的过滤器设计，再生反应的启动发生在柴油机颗粒过滤器的前面，最高温发生在部件的背面。因此，这将是一个有利因素，即通过过滤器的设计使启动再生反应的能耗最小，同时不会在过滤器下游端的再生反应过程中产生过高的温度。
发明内容
本发明的一实施例是一沿着流向轴具有不同壁厚的如蜂窝状的多单元结构，具体适用于柴油机颗粒过滤器，不过它也可适用于流通蜂窝结构。这种蜂窝结构可以是一整料，也可以是分段柴油机颗粒过滤器。一较佳实施例是具体用于柴油发动机或汽车发动机的蜂窝结构，其结构中蜂窝一端的壁厚于另一端的壁。就一柴油机颗粒过滤器而言，前表面的薄壁允许柴油机颗粒过滤器在低能量消耗下启动再生反应。就一汽车蜂窝结构而言，一壁薄(质轻)的前部允许较快地启动。蜂窝结构可用任一种合适的陶瓷制成，如堇青石或碳化硅。
沿着入口端到出口端的轴线，蜂窝结构具有在8.5×10-3卡/立方厘米-K到0.25卡/立方厘米-K范围内的热容量。
本发明还采用固体自由成型制造工艺，具体是运用粘胶喷墨印刷的方法来制造本发明结构。
附图说明
图1所示为沿着气流方向网(壁)厚持续变厚的蜂窝。
图2所示具有低热质量薄网(壁)前部的蜂窝。
图3所示为是低热质量薄壁蜂窝，非柴油机颗粒过滤器型，厚壁柴油机颗粒过滤器的前部。
具体实施方式
本发明是一多单元结构，具体是一蜂窝结构，它有入口端、出口端和大量从入口端延伸到出口端且发动机废气流过其中的单元，蜂窝结构的壁厚由蜂窝的入口端至出口端而被控制为不同。一例子是将壁厚由过滤器入口端的薄壁连续地逐级变为其出口端处的厚壁。另一例子是在蜂窝上游侧用薄壁和/或可能是单元密度更低的蜂窝制作一个双层蜂窝。这样可以在蜂窝前部形成低热质量，而在蜂窝后部保持厚壁和高热量。
制造本发明结构的合适方法是运用固体自由成型制造工艺，具体是运用粘胶喷墨印刷的方法来制造出本发明结构，如美国专利号5,204,055中所公开的，此处参考了它的全部内容。大致的，一层薄的粉末层被铺在一可移动的支撑台上。一个或一排喷墨状头在粉末支撑台上通过，计算机控制是用来使液态粘胶在粉末支撑台上被选择的地方沉积下来。支撑台往下移动，再在支撑台上施加一层新的粉末层。重复这个过程，就由粘胶和粉末形成一结构。当获得了需要的结构，去除其中松散的粉末。结构可有选择地被烧结成打开或闭合孔隙。
另一合适的方法是使用掩膜和喷嘴，如美国专利号5,940,674中所公开的，此处参考了它的全部内容。
还有别的合适的方法是使用无机粘合剂把低单元密度的和/或薄壁的蜂窝“粘合”或一同烧结到在柴油机颗粒过滤器的上游侧。各种各样的陶瓷粘合剂被用来将小片的蜂窝制造成较大的结构，通常在垂直于蜂窝通道轴线的方向可得到较大尺寸。制成薄壁的蜂窝可以被简单地粘接到另一个制成厚壁的蜂窝前部，通道同时需注意不要使通道堵塞。一般希望粘合剂与被粘接的蜂窝具有相似的热膨胀和使用温度。当把两个烧结过的蜂窝件粘接在一起时，粘合剂需在低于蜂窝熔点的温度下凝固或“固化”。
这个方法的变型在世界专利94/22556中有描述，已干燥而非烧结的蜂窝经过再水合和重塑构成过滤器的插头，这样可以将薄壁蜂窝粘接到厚壁蜂窝上去。至少两个不同厚度的蜂窝被分别挤压和干燥。两个蜂窝中的至少一端被再水合(不用水作为溶剂来软化)且再水合端被压在一起形成紧密的连接。复合的蜂窝干燥后再烧结，壁厚有厚薄的蜂窝制成了。当然重复这个过程可以制作出壁厚有薄至厚持续增厚的蜂窝。
对于仅有两种不同壁厚或热质量区域的柴油机颗粒过滤器而言，这种粘接、再水合和压制方法是较佳的。
还有别的合适的方法是在蜂窝表面使用一些类似腐蚀或磨损的方法。就象软质沙“喷射”在烧结或“绿色”的结构上，使前表面上的壁变薄。比通道尺寸小许多的细沙被用于烧结的蜂窝中。氧化铝和碳化硅磨粒比硅石更能加速这个过程。磨粒夹杂在流体中，具体是在于压缩空气中并且以足够高的速率将蜂窝表面打薄，但不是过度地腐蚀它。这个工艺还可以应用于挤压后被干燥但尚未烧结的蜂窝上。在这种情况下，流体的流量和压力不需要那么高，且磨粒也可以不需要那么多或粗糙。
图1所示为特别适用于柴油机颗粒过滤器的蜂窝结构10。蜂窝结构10有一个入口端12和出口端14，还有大量从入口端12延伸至出口端14的单元或通道16，这些单元具有带孔的壁18，所有单元中的一部分在入口端12处沿着其长度方向被堵住20，其余单元的入口端是打开22但在其出口端沿着其长度方向被堵住，所以，从入口端至出口端流过蜂窝单元的发动机废气流流入开口单元，经过单元壁，再经过出口端处开口的单元流出蜂窝结构。。
为了降低再生反应中的能量输入，单元壁18沿着气流方向(如图中箭头所示)，从入口端12至出口端14持续增厚。
图2所示为特别适用于柴油机颗粒过滤器中有两层不同壁厚的蜂窝结构10。入口端12处的壁17比出口端14处的壁19厚。这种构造可以使得蜂窝上游侧入口端有较低的单元密度。
对以上两种实施例，插头20比插头24薄。这种堵法支持在前部或入口端具有低热质量薄壁和后部或出口端具有高热容量壁的过滤器设计。
薄插头20较合适的厚度需比现有2至5毫米更薄或插入深度约在0.3至0.5毫米较为合适。当运用固体自由成型制造工艺时，通过锥度的形成可以做出薄壁锥形端插头，锥度可从一面壁跨到其对面壁，在从两个相对的壁之间；从三面壁到一垂直面或从四个壁到中心形成。
具有低热容量前部的过滤器设计能够实现方便的、低燃料消耗和再生启动，还可使得部件后部有足够热容量来防止熔化。在某种程度上，炭黑的沉积作用也不十分均匀。由于较低的压力下降，起初，具有薄壁的蜂窝入口端或前部至少可以收集到更多的炭黑。随着炭黑层的堆积，本身产生了背压。结果，贯穿整个柴油机颗粒过滤器的沉积速率变得更均匀。这导致部件前部的炭黑层有些偏厚。这在再生反应点燃后将会有影响作用，即使部件入口端或前部的能量沉积增加、温度升高，而使(相对来说)过滤器出口端或后部能量沉积降低并且降低最高温度，。
图3所示为特别适用于柴油机颗粒过滤器的蜂窝结构30。蜂窝结构30分为两段32和34。第一段32是一个未被堵住的薄的或低单元密度蜂窝，即低热容量、薄壁、未被堵住蜂窝结构。第二段34是一个被堵住的蜂窝结构。第一段32的壁36比第二段34的壁38薄，再次形成一种前部或入口端31低热质量，后部或出口端33高热容量的设计。即使不是渗过蜂窝壁的气流中的一部分，有些炭黑也会沉积在蜂窝上。此处如上所描述，第二段34含有的插头35比插头37薄。
虽然所示图片都涉及的是柴油机颗粒过滤器，需理解的是，本发明也适用于其它类型的过滤装置，如汽车触媒基层和流通整料。
蜂窝壁的厚薄变化相当大。通常唯一的应用限制在于制造这种结构的能力。对汽车触媒反应片来说，蜂窝壁的厚度可在2微英寸或是50微米的范围。1微英寸或25微米的厚度似乎可以达到，因为在这个尺寸范围内，对壁厚没有基础科学限制。较适宜的是，薄壁的厚度超过20微米。更为适宜的是壁厚超过45微米。对于柴油机颗粒过滤器，厚壁的壁厚需超过300微米。较适宜的是壁厚超过400微米，更为适宜的是，壁厚超过500微米。
取代逐级变化壁厚的另一个实施例是部分厚薄多重交替制成的蜂窝。从某种程度上说，更多的炭黑集聚在薄的区域，少量在厚的区域。这样可允许有高的炭黑负载，但是当炭黑再生反应时，蜂窝壁厚部分将在控制下保持最高温度。从某种程度上说，这使得炭黑加载到整个过滤器上的均匀性胜于壁厚从薄至厚连续变化的那种。
过滤器元件通常由低热膨胀系数、高热冲击和较高熔点的陶瓷材料制成，如堇青石。对于柴油机颗粒过滤器，整料过滤器元件有个含有大量平行通通道的蜂窝结构。这些通道被分成交替的入口通道和出口通道。入口通道在过滤元件入口端处被打开，在出口端被堵住。相反地，出口通道在入口端被堵住，在出口端被打开。因此，每个单元仅在一端被堵住。较好的排列方式是每隔一个单元的特定表面堵住犹如棋盘图形一样。入口通道和出口通道被薄的带孔的纵向管壁隔开，这种结构的壁允许废气沿着通道壁的长度方向经入口通道流入出口通道。这种结构可使废气与基层的带孔壁之间有更充分的接触。废气流入基层经过入口端打开的单元、带孔的单元壁、再经过出口端打开的单元流出蜂窝结构。。此处所述的过滤器被称作“壁流”过滤器，因为这种由于交替的通道堵塞所形成的流动路径需要被处理的废气在流出过滤器之前先流过陶瓷多孔壁。通常，蜂窝单元密度在93个/平方厘米(600个/平方英寸)到4个/平方厘米(25个/平方英寸)范围之间。
在一较佳的柴油机颗粒过滤器实施例中，入口和出口通道有大致矩形横截面形状。较佳的，矩形入口和出口通道尺寸是近似8至12英寸长，0.083英寸宽。然而，入口和出口通道的宽度尺寸从0.05英寸变化到0.15英寸，其长度尺寸范围可在2至24英寸之间。蜂窝整料元件在每单元容量中提供了非常大的过滤表面面积，极大地减小了颗粒过滤器的尺寸。
在一较佳汽车触媒基层实施例中，入口和出口通道具有大致矩形截面形状。较佳的，矩形入口和出口通道尺寸约是4至12英寸长，0.033英寸宽。然而，入口和出口通道的宽度尺寸从0.0058英寸变化到0.15英寸，长度尺寸范围可在2至24英寸之间。蜂窝整料元件随着非常低的背压在每单元容量中提供非常大的几何表面区域。
较佳的，蜂窝的前部或入口端的或热质量或热容量在8.5×10-3卡/立方厘米-K以上。后部或出口端合适的的热容量或热质量在0.25卡/立方厘米-K以下。更为合适的是蜂窝的热容量在废气流从入口端到出口端的方向的上游从8.5×10-3卡/立方厘米-K变化至0.25卡/立方厘米-K。
另一实施例中，前部的低单元密度可通过密谋仔细地从从蜂窝表面去除部分蜂窝壁而制成。这可以在蜂窝烧结前或后完成。将蜂窝一面上每第四个相交的蜂窝壁去除，只要不伤及外围的蜂窝壁，连同四面相邻的蜂窝壁去除得越多越好。这是借助于精密的钻孔机/碾磨机来完成的，且这些工具可组成一群以便一次加工可去除多组相交的蜂窝壁。被去除的相交蜂窝壁深度约在1毫米至1厘米左右。振动/超声波探针也可以代替钻孔机/碾磨机来完成蜂窝壁的去除，它们还具备一次加工去除多组相交蜂窝壁的优势。对汽车触媒基层来说，这种使用钻孔机/碾磨机或振动探针机的加工方法是适宜的。
虽然图中所示的本发明被应用于具有正方形格栅的正方形蜂窝，但可以理解，本发明还可被应用于其他蜂窝形状。
为了更详细地阐明本发明，以下提供了非限制实施例。
实施例一
以下是根据本发明利用激光驱动聚合使用固体自由成型加工工艺制造碳化硅柴油机颗粒过滤器的实施例说明。一盆固体容积少于60％的碳化硅液浆被置于缓慢的循环盆中，在液浆表面约200微米下处有一个的底台或支撑。在计算机控制下，激光聚合液浆中的精细线条，“变硬”的聚合物+碳化硅粉末被置留到支撑上。支撑下降200微米，同时液浆高度保持不变，并重复此过程。过滤器后部的壁厚约有20微英寸或500微米，前部的壁厚约可达8微英寸或200微米厚。这些单元具有正方形的横截面，其中心距为1.8毫米。前部单元带有四棱锥状的锥形插头。壁厚朝着后部方向逐级持续增厚，变化大小由激光在发生聚合时所能产生的最小间距来决定。过滤器后部有长度超过5毫米的厚插头。这个结构被分成段状以减少受到热冲击的破坏。当变硬的粉末+聚合物过滤器结构形成了，将液浆从这个装置中倒掉。经过再次的干燥和固化，把它从液浆盆中取出，放入炉子，在200～600的低温下，粘胶在氧气中被燃尽，然后放到1500～2300的高温和惰性气体中烧结。这样制成的过滤器可期望得到40％到60％的孔隙率。
实施例二
以下是根据本发明制作堇青石汽车触媒基层的实施例说明。
每平方英寸(cpsi)900个单元，2.7微英寸壁厚正方形单元蜂窝是通过反应烧结，以甲基纤维为粘合剂，和水、还可能是油和蜡的配料制成的堇青石挤压成型的。每平方英寸900个单元，1微英寸厚正方形单元过滤器也可以此制得。挤压出来的工件被切割和干燥。烧结前，2.7微英寸壁厚的蜂窝与1微英寸壁厚的蜂窝一起被再水合而软化。两个再水合的面被压在一起，使用足够的压力使他们形成良好的结合，但此压力不能过大而使蜂窝倒塌。如果能调整蜂窝壁的排列，将有益于降低背压。蜂窝干燥后再烧结，如通常一样，将质量减轻的、壁薄的面向上。这样可望得到前部质轻的蜂窝。质轻的前部可降低热质量，比基本型蜂窝将降低20％以上的热容量。
实施例三
以下是根据本发明制作碳化硅柴油机颗粒过滤器的实施例说明。两碳化硅柴油机颗粒过滤器通过挤压成型法制成。一个是每平方英寸200个单元，18微英寸，450微米壁厚的蜂窝，另一个是每平方英寸200个单元，8微英寸壁厚的蜂窝。干燥后，18微英寸壁厚的蜂窝被粘度类似于挤压配料但略低一些的碳化硅配方按棋盘图形方式堵住。柴油机颗粒过滤器入口边的地方可有意识地堵住得少些。当插头干燥后，未烧结柴油机颗粒过滤器的入口面就被再水合，同时，8微英寸壁厚蜂窝的硅土面也被再水合。
两个再水合的面被压在一起，用足够的压力使他们形成良好的结合，但此压力不能过而使蜂窝倒塌。如果能调整蜂窝壁的排列是最好的了。蜂窝干燥后再烧结，如通常一样，将质量减轻的、壁薄的面向上。放入熔炉，在200～600的低温下，粘胶在氧气中被燃尽。然后在1500～2300高温和惰性气体中烧结。
这样制成的18微英寸壁厚过滤器可望得到40％到60％的孔隙率。这可以制成前部质量比柴油机颗粒过滤器热质量部分轻的蜂窝。对于受控再生反应，能使加热至炭黑再生启动温度的速度快于具有高热质量的柴油机颗粒过滤器，从而降低燃料消耗。
实施例四
以下是根据本发明制作汽车触媒基层的实施例说明。
用于制作汽车触媒基层的每平方英寸600个单元，4微英寸壁厚的方形单元蜂窝是用通过反应烧结，以甲基纤维为粘合剂，和水、还可能是油和蜡的配料制成的堇青石挤压成型的。挤压出来的工件被切割和干燥。烧结前，将蜂窝一面上每第四个相交的蜂窝壁去除，只要不伤及外围的蜂窝壁，连同四面相邻的蜂窝壁去除得越多越好。这是借助于精密的钻孔机/碾磨机来完成的，这些工具组成一群一次加工可以去除多个相交的蜂窝壁。被去除的相交蜂窝壁的深度约在1毫米1厘米左右。振动/超声波探针也可以代替钻孔机/碾磨机来完成蜂窝壁的去除，且还具备一次加工去除多个相交蜂窝壁的优势。蜂窝如通常一样将质轻壁薄的面向上烧结。这可以制成前部质量比基本型热团蜂窝低1/2的蜂窝。
除了上述实施例以外，对本技术领域的普通技术人员而言，只要不脱离本发明的实质和范围还可做出多样的变化和变型。

Claims (8)

1.一种适用于汽车和柴油机发动机的蜂窝结构，所述蜂窝结构包括一入口端，一出口端，和许多沿着入口端到出口端轴线的单元；
其中，所述蜂窝结构包括了第一段和第二段，第一段沿着轴线从入口端延伸一段距离，第二段沿着轴线从第一段向出口端延伸一段距离，第二段中的单元壁比第一段的单元壁厚，所述两段中的单元壁始终保持着均匀的壁厚；
入口端的部分单元和出口端的部分单元被堵住，入口端单元被堵住的部分与出口端单元被堵住的部分不同，至使废气通过入口端的开口进入蜂窝结构，流经孔壁，从出口端的开口流出蜂窝结构；
单元出口端的插头比单元入口端的插头厚。
2.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，入口端具有质轻、壁薄的前部。
3.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，入口端单元中的插头沿着轴线伸入蜂窝结构内一段距离，入口端具有质轻、壁薄、未被堵住的前部。
4.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，所述壁的较薄部分的厚度大于20微米。
5.如权利要求4所述的蜂窝结构，其特征在于，所述壁的较薄部分的厚度大于45微米。
6.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，所述壁的较厚部分的厚度大于300微米。
7.如权利要求6所述的蜂窝结构，其特征在于，所述壁的较厚部分的厚度大于400微米。
8.如权利要求1所述的蜂窝结构，其特征在于，沿着入口端到出口端的轴线，蜂窝结构具有在8.5×10-3卡/立方厘米-K到0.25卡/立方厘米-K范围内的热容量。
CNB018169953A 2000-10-13 2001-09-18 蜂窝状颗粒过滤器 Expired - Fee Related CN1203912C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US09/687,211 US6508852B1 (en) 2000-10-13 2000-10-13 Honeycomb particulate filters
US09/687,211 2000-10-13

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1468132A CN1468132A (zh) 2004-01-14
CN1203912C true CN1203912C (zh) 2005-06-01

Family

ID=24759511

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB018169953A Expired - Fee Related CN1203912C (zh) 2000-10-13 2001-09-18 蜂窝状颗粒过滤器

Country Status (6)

Country Link
US (1) US6508852B1 (zh)
EP (1) EP1326696B1 (zh)
JP (1) JP4727902B2 (zh)
CN (1) CN1203912C (zh)
DE (1) DE60112463T2 (zh)
WO (1) WO2002032545A1 (zh)

Families Citing this family (57)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2821281B1 (fr) * 2001-02-28 2003-04-18 Inst Francais Du Petrole Separateur en matiere poreuse comprenant une structure en feutre et appareil comprenant un tel separateur
JP2003103181A (ja) * 2001-09-28 2003-04-08 Ngk Insulators Ltd ハニカム触媒、ハニカム中間体及びハニカム触媒の製造方法
US20030101718A1 (en) * 2001-10-06 2003-06-05 Marcus Pfeifer Method and device for the catalytic conversion of gaseous pollutants in the exhaust gas of combustion engines
US7107763B2 (en) * 2002-03-29 2006-09-19 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic honeycomb filter and exhaust gas-cleaning method
US7090714B2 (en) * 2002-06-17 2006-08-15 Hitachi Metals, Ltd. Ceramic honeycomb filter
US7119044B2 (en) * 2003-06-11 2006-10-10 Delphi Technologies, Inc. Multiple washcoats on filter substrate
JP4285096B2 (ja) * 2003-06-16 2009-06-24 株式会社デンソー 内燃機関の排ガス浄化装置
KR20060036449A (ko) * 2003-07-14 2006-04-28 히타치 긴조쿠 가부시키가이샤 세라믹 허니콤 필터 및 그 제조 방법
US7601194B2 (en) * 2003-09-25 2009-10-13 Corning Incorporated Asymmetric honeycomb wall-flow filter having improved structural strength
US7247184B2 (en) * 2003-09-25 2007-07-24 Corning Incorporated Asymmetric honeycomb wall-flow filter having improved structural strength
JP4439236B2 (ja) * 2003-10-23 2010-03-24 イビデン株式会社 ハニカム構造体
JP2005177747A (ja) * 2003-11-27 2005-07-07 Hitachi Metals Ltd セラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置
FR2864576B1 (fr) * 2003-12-24 2006-03-03 Saint Gobain Ct Recherches Bloc pour la filtration de particules contenues dans les gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne
KR100766357B1 (ko) * 2004-03-23 2007-10-15 니뽄 가이시 가부시키가이샤 세라믹 필터
FR2869072B1 (fr) * 2004-04-19 2009-10-30 Peugeot Citroen Automobiles Sa Dispositif de purification de gaz d'echappement
FR2874964B1 (fr) * 2004-09-06 2009-05-29 Saint Gobain Ct Recherches Structure de filtration des gaz d'echappement d'un moteur a combustion interne et ligne d'echappement associee
JP2006272157A (ja) * 2005-03-29 2006-10-12 Hitachi Metals Ltd セラミックハニカムフィルタ及び排気ガス浄化装置
US7375167B2 (en) * 2005-05-09 2008-05-20 Basf Se Hydrolysis-resistance composition
GB2429417B (en) * 2005-08-25 2010-08-11 Perkins Engines Co Ltd Autoselective regenerating particulate filter
JP2007275869A (ja) * 2006-03-17 2007-10-25 Ngk Insulators Ltd セル構造体の製造方法
US7722827B2 (en) * 2006-03-31 2010-05-25 Corning Incorporated Catalytic flow-through fast light off ceramic substrate and method of manufacture
US7575793B2 (en) * 2006-03-31 2009-08-18 Corning Incorporated Radial cell ceramic honeycomb structure
KR100747088B1 (ko) * 2006-06-20 2007-08-07 희성엥겔하드주식회사 열내구성이 개선된 디젤엔진 매연여과장치용 촉매식 ｄｐｆ
KR101457238B1 (ko) * 2006-12-21 2014-10-31 다우 글로벌 테크놀로지스 엘엘씨 개선된 매연 필터
WO2008078799A1 (ja) * 2006-12-27 2008-07-03 Ngk Insulators, Ltd. ハニカム構造体及びその製造方法
WO2008105081A1 (ja) * 2007-02-28 2008-09-04 Ibiden Co., Ltd. ハニカムフィルタ
DE102007018239A1 (de) * 2007-04-18 2008-10-23 Elringklinger Ag Keramischer Formkörper für ein Dieselpartikelfilter
US7806956B2 (en) * 2007-08-09 2010-10-05 Cummins Filtration Ip, Inc. Tuning particulate filter performance through selective plugging and use of multiple particulate filters to reduce emissions and improve thermal robustness
CA2701851C (en) 2007-10-08 2017-01-17 Nawid Kashani-Shirazi Use of shaped bodies having catalytic properties as reactor internals
WO2009048994A2 (en) * 2007-10-12 2009-04-16 Dow Global Technologies Inc. Improved thermal shock resistant soot filter
EP2065575B1 (en) * 2007-11-29 2012-08-15 Corning Incorporated Wall-flow honeycomb filter having high-storage capacity and low backpressure
DE102007062703A1 (de) 2007-12-27 2009-07-02 Robert Bosch Gmbh Filterelement und Abgasnachbehandlung einer Brennkraftmaschine sowie Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Filterelements
JP5096978B2 (ja) * 2008-03-27 2012-12-12 日本碍子株式会社 ハニカム触媒体
JP5188237B2 (ja) * 2008-03-28 2013-04-24 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
WO2009141890A1 (ja) * 2008-05-20 2009-11-26 イビデン株式会社 ハニカム構造体および排ガス浄化装置
US20100083642A1 (en) * 2008-10-02 2010-04-08 Hyundai Motor Company Exhaust gas purification device, manufacturing method thereof, and manufacturing device thereof
US20100115930A1 (en) * 2008-11-07 2010-05-13 Gm Global Technology Operations, Inc. Exhaust after treatment system
US8137637B2 (en) * 2008-11-20 2012-03-20 Corning Incorporated Particulate filter and method of making
US20100154370A1 (en) * 2008-12-22 2010-06-24 Caterpillar Inc, System and methods for particulate filter
JP5456353B2 (ja) * 2009-03-31 2014-03-26 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
CN102470310B (zh) * 2009-10-08 2014-07-23 揖斐电株式会社 废气净化装置和废气净化方法
US8794298B2 (en) * 2009-12-30 2014-08-05 Rolls-Royce Corporation Systems and methods for filtering molten metal
WO2011125768A1 (ja) * 2010-03-31 2011-10-13 日本碍子株式会社 ハニカムフィルタ
US8273315B2 (en) * 2010-08-09 2012-09-25 Ford Global Technologies, Llc Engine emission control system
US8609032B2 (en) * 2010-11-29 2013-12-17 Corning Incorporated Porous ceramic honeycomb articles and methods for making the same
CN104018915B (zh) * 2013-02-28 2016-11-02 东北林业大学 长木纤维滤芯柴油车pm过滤装置
JP2015131255A (ja) * 2014-01-09 2015-07-23 日本碍子株式会社 ハニカム構造体
JP2016022397A (ja) * 2014-07-16 2016-02-08 住友化学株式会社 ハニカムフィルタ
JP6488216B2 (ja) * 2015-09-11 2019-03-20 日本碍子株式会社 ハニカム構造体の製造方法、ハニカム構造体の製造装置及びハニカム構造体
WO2018052287A1 (en) 2016-09-13 2018-03-22 Stichting Energieonderzoek Centrum Method for additive manufacturing of a 3d structure
NL2017453B1 (en) * 2016-09-13 2018-03-20 Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland Method for additive manufacturing of a 3D structure
JP6729356B2 (ja) * 2016-12-27 2020-07-22 株式会社デンソー 多孔質ハニカムフィルタ
MX2019009034A (es) 2017-01-31 2019-11-21 Corning Inc Cuerpos de panal de abeja con patrón conectado, filtros de partículas y troqueles de extrusión de los mismos.
JP7218300B2 (ja) 2017-04-17 2023-02-06 ベスビウス ユーエスエー コーポレイション 多孔質耐火材、その使用及び製造
US11554339B2 (en) 2018-11-16 2023-01-17 Corning Incorporated Plugged honeycomb bodies, extrusion dies and methods of manufacturing thereof
DE102020104196A1 (de) 2020-02-18 2021-08-19 Volkswagen Aktiengesellschaft Abgasnachbehandlungsvorrichtung
CN114810294B (zh) * 2022-04-06 2023-01-31 深圳大学 一种流速解耦式机动车尾气有害物催化转化结构

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4390355A (en) * 1982-02-02 1983-06-28 General Motors Corporation Wall-flow monolith filter
US4423090A (en) * 1982-02-02 1983-12-27 General Motors Corporation Method of making wall-flow monolith filter
US4416676A (en) 1982-02-22 1983-11-22 Corning Glass Works Honeycomb filter and method of making it
US4416675A (en) * 1982-02-22 1983-11-22 Corning Glass Works High capacity solid particulate filter apparatus
JPS5928010A (ja) * 1982-08-05 1984-02-14 Nippon Denso Co Ltd 排気ガス浄化用構造物
JPS5958117A (ja) * 1982-09-24 1984-04-03 Toyota Motor Corp 内燃機関の排気ガス浄化用触媒
US4509966A (en) * 1983-05-18 1985-04-09 General Motors Corporation Wall-flow monolith filter with porous plugs
JPS60237109A (ja) * 1984-05-10 1985-11-26 Nippon Denso Co Ltd 内燃機関の微粒子捕集用セラミツクフイルタ
JPS61136412A (ja) * 1984-12-07 1986-06-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd 排ガスフイルタ
EP0225402A1 (en) * 1985-11-05 1987-06-16 Nippondenso Co., Ltd. Porous ceramic structure
JPS62179318A (ja) * 1986-02-03 1987-08-06 井関農機株式会社 コンバインの脱穀物選別装置
JPS63185425A (ja) * 1987-01-28 1988-08-01 Ngk Insulators Ltd 排ガス浄化用セラミツクハニカムフイルタ
US4923487A (en) * 1988-10-17 1990-05-08 The Duriron Company, Inc. Cross flow diesel particulate trap
US4960449A (en) * 1989-02-28 1990-10-02 Cummins Engine Company, Inc. Ceramic particulate trap and method of making the same
DE3923985C1 (zh) * 1989-07-20 1990-06-28 Daimler-Benz Aktiengesellschaft, 7000 Stuttgart, De
US5204055A (en) 1989-12-08 1993-04-20 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional printing techniques
US5223318A (en) * 1990-08-06 1993-06-29 Corning Incorporated Titania substrates and fabrication
US5098455A (en) * 1990-12-21 1992-03-24 The Dow Chemical Company Regenerable exhaust gas filter element for diesel engines
US5114581A (en) * 1991-01-10 1992-05-19 Ceramem Corporation Back-flushable filtration device and method of forming and using same
DE4111029C2 (de) * 1991-04-05 1995-08-31 Eberspaecher J Durch Freibrennen regenerierbarer Partikelfilter für die Abgase von Brennkraftmaschinen
US5183608A (en) 1992-01-03 1993-02-02 Corning Incorporated Method of making diesel particulate filters
US5492679A (en) * 1993-03-08 1996-02-20 General Motors Corporation Zeolite/catalyst wall-flow monolith adsorber
DK40293D0 (da) 1993-04-05 1993-04-05 Per Stobbe Method for preparing a filter body
US5641332A (en) 1995-12-20 1997-06-24 Corning Incorporated Filtraion device with variable thickness walls
US5782941A (en) * 1996-09-23 1998-07-21 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Particulate trap for diesel engine
JPH10176519A (ja) * 1996-12-18 1998-06-30 Sumitomo Electric Ind Ltd ディーゼルエンジン用パティキュレートトラップ
US5940674A (en) 1997-04-09 1999-08-17 Massachusetts Institute Of Technology Three-dimensional product manufacture using masks
JP3555382B2 (ja) * 1997-04-22 2004-08-18 松下電器産業株式会社 排ガスフィルターとその製造方法及びこの排ガスフィルターを備えたディーゼルエンジン
DE19912846A1 (de) 1999-03-22 2000-09-28 Emitec Emissionstechnologie Katalysatorkörper mit anströmseitig verringerter Wanddicke

Also Published As

Publication number Publication date
US6508852B1 (en) 2003-01-21
JP2004511335A (ja) 2004-04-15
EP1326696A1 (en) 2003-07-16
CN1468132A (zh) 2004-01-14
DE60112463D1 (de) 2005-09-08
WO2002032545A1 (en) 2002-04-25
EP1326696A4 (en) 2004-09-22
EP1326696B1 (en) 2005-08-03
JP4727902B2 (ja) 2011-07-20
DE60112463T2 (de) 2006-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1203912C (zh) 蜂窝状颗粒过滤器
JP4367683B2 (ja) ハニカムフィルター
JP4969103B2 (ja) ハニカム構造体
CN1305664C (zh) 通道尺寸变化的蜂窝状结构及其制造用模具
DE602004007054T2 (de) Wabenkörperstruktur mit verschiedenen Porositäten und Porendurchmessern
US6669751B1 (en) Honeycomb filter and ceramic filter assembly
CN1306985C (zh) 过滤器
EP2241362A1 (en) Partially seal-less dpf
JP4408183B2 (ja) 排ガス浄化用ハニカムフィルター
US7285214B2 (en) Honeycomb structure and method of manufacturing the same
WO2004076027A1 (ja) セラミックハニカム構造体
WO2005079165A2 (ja) ハニカム構造体及び排気ガス浄化装置
EP2412419A1 (en) Honeycomb filter and method for producing honeycomb filter
WO2006041174A1 (ja) セラミックハニカム構造体
JPWO2005002709A1 (ja) ハニカム構造体
CN102625727A (zh) 微粒过滤器和过滤微粒物质的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20050601

Termination date: 20140918

EXPY Termination of patent right or utility model