CN1367712A - 由金属箔制成的颗粒过滤器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种由金属箔(5)制成的颗粒过滤器(1),具有能流过流体(10)的并置通道(2,3,4)。本发明还涉及一种生产所述过滤器的方法。各通道(2,3,4)具有至少一个入口和出口。该颗粒过滤器还具有第一通道(2)和与其相邻的第二通道(3,4),该第一通道(2)在该颗粒过滤器(1)的第一端侧(12)具有敞开的进入截面,该截面至少部分延伸进入第一通道(2)。该第一通道(2)在与该进入截面(11)相对的部分具有朝向第二端侧(14)的封闭部分(13)。所述封闭部分(13)至少尽可能地封闭能流过流体(10)的第一通道(2),其中至少一个形成第一通道(2)的壁(7,8)具有穿孔(9)作为引入第二通道(3,4)的过滤器通路(26),而第二通道(3,4)具有敞开的出口截面(15),该截面至少大约与该进入截面(11)相对应。第一通道(2)和第二通道(3,4)的壁(6,7,8)也由金属箔(5)制成。

Description

由金属箔制成的颗粒过滤器
本发明涉及由金属箔制成的颗粒过滤器，所述过滤器具有能流过流体且相互相邻设置的通道。各通道具有至少一个入口和出口。此外，该颗粒过滤器具有第一通道和与其相邻的第二通道，该第一通道在该颗粒过滤器的第一端侧具有敞开的进入截面。本发明还提供了一种生产颗粒过滤器的方法。
EP0134002公开了一种由纺织金属丝布制成的柴油尾气过滤器及其生产方法。该柴油尾气过滤器由可以一层一层叠置或螺旋式成型以形成组件的数层构成。一层包括起皱的或折叠的筛布和平面状的、封闭的或穿孔的覆盖层。该柴油尾气过滤器的两个端面被设计成使封闭的端面部分正对敞开的端面部分，其中一个端面部分通过挤压封闭。为此将起皱的或折叠的层以层叠状压入该平面状层之上。
本发明的目的是提供一种颗粒过滤器和生产颗粒过滤器的方法，它简化了该颗粒过滤器的生产，同时还在该颗粒过滤器中产生大表面积。
该目的由具有权利要求1的特征的由金属箔制成的颗粒过滤器和具有权利要求14的特征的方法达到。有利的改进和特征在各从属 中给出。
由金属箔制成的颗粒过滤器具有能流过流体且相互相邻设置的通道，各通道具有至少一个入口和出口。该颗粒过滤器具有第一通道和与第一通道相邻的第二通道。该第一通道在该颗粒过滤器的第一端侧具有敞开的进入截面，该截面至少部分延伸进入第一通道。该第一通道在与该进入截面相对的部分具有朝向第二端侧的封闭部分。该颗粒过滤器的特征在于：
—该封闭部分至少尽可能地封闭能流过流体的第一通道，
—至少一个形成第一通道的壁具有穿孔作为引入第二通道的过滤器通路，
—第二通道具有敞开的出口截面，该截面与该进入截面相对应，和
—第一通道和第二通道的壁由金属箔制成。
第一通道和第二通道的壁由金属箔制成使得它们各自具有与流体接触的大表面积。尽管当使用纺织金属丝布时仅有该布的各根丝线可用于提供表面积，但一起形成第一通道的壁除了穿孔之外具有一个封闭的表面。作为引入相邻的第二通道的过滤器通路的穿孔还具有能接触流体的表面。因此，与纺织金属丝布相比，这种穿孔壁具有较大的表面积，例如当提供有合适的涂层时或当适当选择该金属箔的材料时还具有较大的有效表面积。这可以用于催化反应或其他反应或这种颗粒过滤器的可能应用场合。
将这种表面积大的优点与这种颗粒过滤器可以少的加工步骤生产的优点结合。所要求的穿孔例如预制于金属箔中。形成单个通道的相应成型有利地是在一唯一的加工步骤中完成，而与金属箔是否具有穿孔无关。作为举例，有利的是所有形成通道的壁具有穿孔，以便在生产过程中金属箔可以与位置和取向无关地被加工。
此外，对金属箔进行穿孔可以达到过滤器通路在之后形成的颗粒过滤器中的准确位置。纺织金属丝布在加工过程中具有丝线偏移的危险，但这在金属箔穿孔的情况下是不可能的。这种过滤器通路还能使穿孔的密度在金属箔上改变且因此在待形成的通道壁上改变，而且还能使该穿孔的直径改变。若要在该颗粒过滤器中形成不同的过滤器级，尤其可以使用该方案。
为了避免经过该颗粒过滤器而产生高压力损失，第二通道具有对应于进入截面的敞开的出口截面。结果使得可以将压力损失设定为大约与穿孔的数目和尺寸成比例。根据有利的改进，该颗粒过滤器的第一通道具有封闭部分，该部分被设计成不允许任何流体通过。在这种情况下，过滤器通路形成进入第二通道的唯一入口。该第一通道的封闭部分用作阻隔壁，从而迫使流体通过过滤器通路。含于流体流中的颗粒在过滤器通路处聚集，然后在该封闭部分的区域中收集。这可以例如通过在该封闭部分的区域中提供一种菱形体而被促进。由于在封闭部分的区域中的流动设计，在所述位置形成的流体的阻隔增压区域(Staugebiet)可以以如下方式利用，即尽管颗粒确实到达所述区域，但它们随后在该区域沉积。因此，过滤器通路仍然畅通且该颗粒过滤器要求较少的再生循环。为了再生，颗粒过滤器可以在封闭部分的区域中具有合适的再生装置，如电加热装置、催化涂层等。
为了简化该颗粒过滤器的生产，第一通道和第二通道具有相同的形状，但以相互相对的方向设置。这意味着对于金属箔仅需要一种生产工具；在具有层状结构的颗粒过滤器的情况下，所有金属箔可以先在一个方向上进行加工，然后将其交替地在相互相对的方向上翻转。有利的是，第一和第二通道还形成可优选以这种方式生产的蜂窝体，即其中第一和第二通道相互交替。
根据有利的改进，第一和第二通道的壁由单一的金属箔形成。这使得金属箔由一金属箔卷解绕出来，然后进行所需的穿孔步骤，并在随后的加工位置将所需的形状压印于金属箔上。然后可以将金属箔制成卷绕或层叠形式的颗粒过滤器。只是在该加工步骤中才必须将金属箔从金属箔卷上切除。已经以该方式层压或卷绕的颗粒过滤器在单个壁相互接触的位置处具有接头，例如通过硬钎焊接产生。
优选使用在加工前具有涂层的金属箔。该涂层可以具有催化性质，结果使得该颗粒过滤器的表面的尺寸由于该涂层而再次显著增加，或该涂层还可以包含连接剂，如焊料，以将相互接触的颗粒过滤器壁连接起来。为此，例如将连接剂在加工成该颗粒过滤器过程中或加工之后条状地施于金属箔上。该连接剂还可以例如涂施于该金属箔的一相应的涂层上。
为了增加该颗粒过滤器的表面积，第一和/或第二通道具有渐缩的截面也被证明是有利的。该截面优选呈楔形。对于第一通道，该渐缩的截面用作入口，结果降低了所流入的流体的压力损失。此外，流体所作用到的有效表面积尺寸增加，因为流体以一定角度流到表面上。与此同时，这种设置使得已经聚集在过滤器通路处的颗粒被流入颗粒上的流体变相地冲洗掉。结果待过滤掉的颗粒向前移动到第一通道的封闭部分的区域中。颗粒的这种移动因该金属过滤器的相对壁总是具有穿孔这一事实而得到促进。结果，沿这些壁形成流动层，流体沿该流动层保持移动。由于在这种通道的中央区域形成的涡流，颗粒在通道的长度方向上被继续向前带入通道封闭部分的区域中，在那里它们可能发生沉积。
颗粒过滤器的另一重要参数是其引起的压力损失。然而，为了能形成大表面积，同时具有高过滤作用但不带来高压力损失，试验已经表明有利的是改变过滤器通路的直径。已经证明有利的是过滤器通路为金属箔中的小孔，其尺寸为3-25微米，优选5微米。采用这种直径可以优化这些否则会相互矛盾的参数。这在颗粒过滤器具有大约80,000-120,000个过滤器通路/米2壁时得到促进。在这种情况下米2壁以流动的流体可流于其上的方式定义。
由于颗粒过滤器特别是在用于机动车中时经受高温，因此它必须是热稳定的且还应对机械振动稳定。这可以用能够产生具有厚20-65微米，优选30-40微米的过滤器通路的壁的金属箔达到。特别是30-40微米壁厚区可以低成本地生产通道，但却可得到一个特别轻但在操作中具有足够的稳定性和强度的颗粒过滤器。
颗粒过滤器的涂层在产生通道后施加也已证明是有利的。
此外，本发明提供了一种由金属箔生产颗粒过滤器的方法，该方法特别可用于生产上述颗粒过滤器。该方法包括下列步骤：
—从至少一个无端存储器拉出金属箔，
—特别是以条状形式施加连接剂，
—在金属箔中成型以后的通道，
—卷绕或叠置金属箔，从而形成以相反方向设置的第一和第二通道，该第一通道在该颗粒过滤器的第一端侧具有敞开的进入截面，该截面至少部分延伸进入第一通道，该第一通道在与该进入截面相对的部分具有朝向第二端侧的封闭部分，以及
—永久性地连接相互贴靠的通道的接触表面，从而仅仅由金属箔形成颗粒过滤器。
根据有利的改进，该方法通过在上述步骤之前或之后涂覆金属箔而被进一步发展。该方法的进一步设置在于将金属箔在上述步骤之前或之后进行穿孔。
本发明的其他有利设置和改进以及特征参照下列附图更详细地说明，其中：
图1说明由被涂覆的金属箔制成的颗粒过滤器，
图2说明由金属箔制成的第二颗粒过滤器，
图3说明颗粒过滤器的金属箔中穿孔的变化，以及
图4说明由金属箔生产颗粒过滤器的生产线。
图1说明第一颗粒过滤器1。该颗粒过滤器具有第一通道2，第二通道3和第三通道4。该过滤器由一层一层层叠的金属箔5构成。金属箔5形成通道2、3、4的壁6。一起形成第一通道2的第一壁7和第二壁8具有作为引入第二通道3和第三通道4的过滤器通路的第一穿孔9。流过颗粒过滤器1的流体10(由箭头表示)在颗粒过滤器1的第一端侧12处进入敞开的进入截面11。该进入截面延伸进入第一通道2中。第一通道2在与该进入截面11相对的位置具有朝向第二端侧14的封闭部分13使得流体被迫通过穿孔9。这是因为由在该封闭部分13处建立的反压强迫流体10进入第二通道3和第三通道4。根据所示实施方案，该封闭部分13并不具有任何穿孔，因此以气密方式封闭能够流过的流体10。在另一设计(这里并未示出)中，该封闭部分13也具有穿孔。这允许流体10流过第一通道2的整个长度。根据其他有利的设置，仅在该封闭部分13的第一区域A中提供穿孔，而在该封闭部分13的第二区域B中并没有穿孔。结果由于第二区域B中缺少流动，该区域作为死区和在第一通道2中聚集颗粒的位置。
第二通道3具有敞开的出口截面15，其对应于第一通道2的敞开的进入截面11。该图所示敞开的进入截面11和敞开的出口截面15具有的优点是，由于其尺寸的缩小或增加，它们喷嘴或喷雾器状地作用于流体10，这有助于使通过第一颗粒过滤器1产生的压力损失减至最小。然而，也可以使该出口截面15大于进入截面11，结果使得流体的流动减慢。另一方面，若需要在颗粒过滤器的下游增加流速，则出口截面15也可以小于进入截面11。
图2说明第二颗粒过滤器16。该第二颗粒过滤器16由金属箔17生产。充满颗粒的第二流体18(如箭头所示)经由第四通道19流动，通过第二穿孔20进入第五通道21。该金属箔17经折叠而形成通道19、21的第三壁22和第二封闭部分23。通道19、21的截面渐缩。在该优选的设置中，该截面以楔形收缩。这样，可以在通道的整个长度上达到喷嘴状效果并增加流体直接流于其上的各通道的面积。
图3说明金属箔的一部段24，其上具有改变的第三穿孔25。过滤器通路26的密度在该部段24的长度上增加。这可以通过改变过滤器通路26之间的距离以及这些通路的数目和直径而达到。如图所示，箭头所示的流体有利地流经该部段24。在该通道中，结果是流动利用了该部段24的整个长度。
图4说明有利的生产线27，其可以用于实施由金属箔生产颗粒过滤器，特别是所要求保护的颗粒过滤器的方法。为此，将金属箔29从无端存储器-在此是一金属箔卷28-解绕。在接下来的加工步骤中，将连接剂30施于金属箔29上。这可以以条状形式有利地进行，而且宜沿着随后相互抵靠的表面相互接触并待相互连接的那些区域。在另一步中，对颗粒过滤器的之后形成的通道进行成型。在所示的实施方案中，这通过第一压机31和第二压机32进行。第一压机31将与第二压机32相同的几何图案压到金属箔28上。然而，它们相互之间旋转180°。在随后的加工步骤中，压入的几何图案33与金属箔29分离。交替偏移180°的压印允许已经以该方式压印的几何图案一层一层地连续相互叠置。叠置导致形成第一和第二通道，所述通道一方面具有相同的形状，但另一方面以相互相反的方向设置。然后，在未示出的加工步骤中，相互压靠的接触表面永久地相互连接，例如通过硬钎焊接，从而仅仅由金属箔形成颗粒过滤器。在生产线27的接下来的加工步骤中，颗粒过滤器35通过激光34穿孔。优选地，在进行穿孔之前，颗粒过滤器35例如被设有一催化涂层，该步骤进一步增加了颗粒过滤器35的表面积。
参考号的列表1     第一颗粒过滤器2     第一通道3     第二通道4     第三通道5     金属箔6     壁7     第一壁8     第二壁9     第一穿孔10    流体11    敞开的进入截面12    第一端侧13    封闭部分14    第二端侧15    敞开的出口截面16    第二颗粒过滤器17    金属箔18    第二流体19    第四通道20    第二穿孔21    第五通道22    第三壁23    第二封闭部分24    部段25    第三穿孔26    过滤器通路27    加工站28    金属箔的无端存储器(卷)29      金属箔30      连接剂31      第一压机32      第二压机33      压印的几何图案34      激光35      颗粒过滤器

Claims (16)

1.一种由金属箔(5；17；29)制成的颗粒过滤器(1；16；35)，具有能流过流体(10；18)且相互相邻设置的通道(2，3，4；19，21)，各通道(2，3，4；19，21)具有至少一个入口和出口，该颗粒过滤器具有一个第一通道(2；19)和与第一通道相邻的第二通道(3，4；21)，该第一通道(2；19)在该颗粒过滤器(1；16；35)的第一端侧(12)具有一个敞开的进入截面(11)，该截面至少部分延伸进入第一通道(2；19)，该第一通道(2；19)在与该进入截面(11)相对的部分具有朝向第二端侧(14)的封闭部分(13；23)；该颗粒过滤器的特征在于：
—该封闭部分(13；23)至少尽可能地封闭能流过流体(10；18)的第一通道(2；19)，
—至少一个形成第一通道(2；19)的壁(7，8)具有穿孔(9)作为引入第二通道(3，4；21)的过滤器通路(26)，
—第二通道(3，4；21)具有敞开的出口截面(15)，该截面至少大约与该进入截面(11)相对应，和
—第一通道(2；19)和第二通道(3，4；19)的壁(6，7，8)由金属箔(5；17；29)制成。
2.如权利要求1所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于过滤器通路(26)形成进入第二通道(3，4；21)的唯一入口。
3.如权利要求1或2所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于第一通道(2；19)和第二通道(3，4；19)具有相同的形状，但以相互相反的方向设置。
4.如权利要求1，2或3所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于第一通道(2；19)和第二通道(3，4；19)相互交替形成蜂窝体。
5.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于第一通道(2；19)和第二通道(3，4；19)的壁由单一的金属箔(5；17；29)形成。
6.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于第一通道(2；19)和/或第二通道(3，4；19)具有渐缩的截面。
7.如权利要求6所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于该渐缩的截面呈楔形。
8.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于过滤器通路(26)为金属箔(5；17；29)中的孔，其直径为3-25微米，优选5微米。
9.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于颗粒过滤器(1；16；35)具有大约80,000-120,000个过滤器通路(26)/米2壁(6)。
10.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于具有过滤器通路(26)的壁(3，4)的厚度为20-65微米，优选30-40微米。
11.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于颗粒过滤器(1；16；35)具有涂层。
12.如权利要求11所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于涂层在产生通道(2，3，4)之后施加。
13.如前述权利要求之一所要求的颗粒过滤器(1；16；35)，其特征在于穿孔(9)在通道(2，3，4)生成之后产生。
14.一种由金属箔生产颗粒过滤器(1；16；35)，特别是权利要求1所要求的颗粒过滤器(1；16；35)的方法，包括下列步骤：
—从至少一个无端存储器(28)拉出金属箔，
—特别是以条状形式施加连接剂(30)，
—在金属箔(29)中成型之后形成的通道，
—卷绕或叠置金属箔(29)，从而形成以相反方向设置的第一通道(2；19)和第二通道(3，4；21)，该第一通道(2；19)在该颗粒过滤器(1；16；35)的第一端侧(12)具有敞开的进入截面(11)，该截面至少部分延伸进入第一通道(2；19)，该第一通道(2；19)在与该进入截面(11)相对的部分具有朝向第二端侧(14)的封闭部分(13；23)，以及
—永久性地连接相互压靠的通道的接触表面，从而仅仅由金属箔(28)形成颗粒过滤器(1；16；35)。
15.如权利要求14所要求的方法，其特征在于金属箔(28)在权利要求14所述的步骤之前或之后被涂覆。
16.权利要求14或15所要求的方法，其特征在于金属箔(28)在权利要求14或权利要求15所述的步骤之前或之后被穿孔。
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