KR100471504B1 - 유동경로를갖는내열성의재생가능한필터체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유동 가스(2)용 유동 경로(10)를 구비한 필터체(1)를 통해 유동하는 유동 가스(2)로부터 입자를 유지시키는 단열성의 재생가능한 필터체로서, 유동 경로(10)가 서로 분리되어 있고, 적어도 하나의 제 1필터 스테이지(6)와 미세한 제 2필터 스테이지(7)가 각각의 유동 경로(10)의 유동 방향에 연속하여 배열되어 있는 필터체를 제공하는 것이다. 또한, 이러한 필터체는 바람직하게는 촉매 작용식 재료가 코팅될 수 있다. 또한, 본 발명은 필터체(1), 바람직하게는 내연기관으로부터 유동하는 유동 가스(2)로부터 입자, 특히 매연 입자를 유지시키며 미리 결정된 유동 경로(10)를 갖춘 단열성의 재생가능한 필터체의 제조 방법을 제공하는 것으로, 이러한 본 발명에 따른 방법은 필터체 내에 유동 경로(10)를 제조할 때, 적어도 하나의 제 1필터 스테이지(6)와 미세한 제 2필터 스테이지(7)를 유동 경로(10)내에 동시에 배열시키며, 필터체(1)를 통한 유동 방향에서 볼 때, 제 1 및 제 2필터 스테이지(7)가 유동 경로(10) 상에 연속적으로 배열시키는 것을 특징으로 한다.

Description

유동 경로를 갖는 내열성의 재생가능한 필터체{HEAT-RESISTANT AND REGENERABLE FILTER BODY WITH FLOW PATHS}
본 발명은 필터체에 관한 것으로, 특히 유동 경로를 따라 흐르는 가스 유동으로부터 입자를 걸러내는 내열성의 재생가능한 필터체에 관한 것이다. 이러한 필터체는 내열성이며 재생가능하다. 또한, 필터체를 통해 흐르는 가스로부터, 바람직하게는 내연기관으로부터 입자, 특히 매연 입자를 걸러내는 내열성의 재생가능한 필터체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이러한 방법에 의해 제조된 필터체는 또한 미리 결정된 가스 유동 경로를 갖추고 있다.
본 발명은 내연기관에서 배출 가스를 여과시키는 분야에 바람직하게 사용된다. 전세계적으로 환경 보전에 대한 자각이 확산됨에 따라, 인류와 환경을 위해 배기 가스를 감소, 정화, 및 중화시키려는 노력, 특히 배기 가스의 배출 가능성을 가능한 한 낮추려는 노력이 행해지고 있다. 자동차 산업에서는 매연 입자에 관심이 집중되었다. 다양한 형태의 필터가 배기 가스로부터 매연 입자를 여과하기 위해 제조되어 왔다. 이하에 종래에 공지된 필터 장치와 그의 구성에 대해 기술한 후, 이후 본 발명에 대해 기술한다.
독일 특허 제 37 44 265호에는 내연기관에 연결되어 있는 배기 가스 정화를 위한 매연 필터가 개시되어 있는데, 이러한 매연 필터는 배기 가스의 방향을 변경시키기 위해 주름지고 접혀진 형태를 가지고 있다. 편평한 필터 재료는 매연 필터의 층에 일체로 형성되어 있다. 또한 주름지고 접혀진 형태의 매연 필터를 제조하는 방법이 개시되어 있는데, 여기서 공간에서 횡방향으로 연장하는 바아부가 사용된 강판 내에 도입된다. 독일 특허 제 33 30 020호에는 와이어 메시(wiremesh)를 포함하는 디젤 배출 가스 필터가 여러 다른 형태로 기술되어 있다. 여기서는 개방되고 폐쇄된 각각의 단부면이 마주하면서 배열되어 있으며, 이에 의해 디젤 배기 가스 필터의 가스 유동 경로가 미리 결정된다. 폐쇄된 단부면은 디젤 배기 가스 필터의 스쿼싱 요소(squashing component)에 의해 제조된다. 독일 특허 제 0 134 002호에는 이러한 관점에서 가능한 형태의 필터가 개시되어 있으며, 가스 투과성 조립체를 형성하기 위해 커버층으로 시이브 메시(sieve mesh)를 감는 제조 방법이 개시되어 있다. 또 다른 참고 문헌으로, 독일 특허 제 29 51 316호에는 디젤 배기 가스 정화용 촉매 필터가 개시되어 있는데, 이러한 촉매 필터는 주름진 시이브 메시와 폐쇄된 커버층을 갖는 금속 시이브 메시 구성체를 포함하고 있다. 필터의 단부면은 폐쇄된 단부면부가 개방된 단부면부와 대향하여 배열되도록 커버 수단에 의해 폐쇄된다. 이러한 촉매 필터에서 여과 작용은 메시 폭과 시이브 메시에 적용될 산화층의 다공성에 의해 달성된다. 필터체에 가스 유동 경로를 제공하는 다른 방법은 독일 공개 공보 제 27 33 640호에 개시되어 있다. 캐리어 매트리스(carrier matrix)가 내연기관과 연결되어 배기 가스를 정화하는 강표면을 갖는 촉매 반응기에 대해 기술되어 있다. 강판에 형성된 돌출부와 홈부는 인접하는 강판과 양호하게 잠기도록 서로 상호 작용하며, 이에 의해 가스 유동 경로가 캐리어 매트리스에 형성된다. 독일 특허 제 37 44 265호에는 주름지거나 접혀진 층이 종방향으로 주름지거나 접혀진 층에 대해 횡방향으로 폐쇄되어 있는 매연 필터가 개시되어 있다.
상기한 금속 강판 또는 포일(foil)로 제조된 필터 이외에도 종래 기술에서는 사출성형 필터 또는 세라믹 필터가 공지되어있다. 영국 특허 제 87 00 787.8호에는 디젤 엔진용 매연 필터가 개시되어 있는데, 여기서는 랜덤하거나 불규칙하게 배열되어 있는 세라믹 섬유가 개방형-기공성 필터체를 형성한다. 필터체에는 필터체의 실질적인 전체 부피를 적절한 온도로 가열할 수 있도록 가열 와이어가 매설되어 있다. 일본 특허 제 57-163 112호에는 금속 포일을 갖는 세라믹 포옴(ceramic foam)이 금속 포일에 의해 양측이 둘러 싸여 있는 매연 필터가 개시되어 있다. 이러한 금속 포일은 전기적 에너지로 가열될 수 있다. 금속 포일을 갖는 세라믹 포옴이 필터체를 형성하기 위해 감겨진다. 독일 특허 제 35 01 182호에는 디젤 엔진용 배기 가스 필터가 개시되어 있는데, 이러한 가스 필터는 다공성 세라믹으로 구성된 단일 필터 블록을 포함하고 있다. 이러한 필터 블록은 배기 가스의 유동 방향을 따라 연장하는 다수의 경로를 갖추고 있다. 이러한 경로는 선택적으로 플러그에 의해 폐쇄되어 있다. 이러한 플러그는 배기 가스가 하나 이상의 경로벽을 통해 연속하여 흐르도록 한다. 이러한 구성에서, 작동 플러그에 의해 연속적으로 연결되어 있는 경로벽의 다공성은 배기 가스 유동 방향에서 감소된다. 다공성의 감소는 필터 블록 블랭크에 다공성 감소제를 적용함으로써 달성되는데, 여러 적용물이 배기 가스 필터에 대한 상이한 다공성 영역을 제공하기 위해 제조된다. 소정의 환경하에서 다수배의 플러그와 벽 코팅이 요구되기 때문에, 배기 가스 필터는 제조비용이 매우 높다. 단일 필터 블록을 상이한 다공성 벽 코팅 영역으로 분할하는 것은 필터의 상류 영역에서의 후방 압력을 현저하게 감소시키며, 작동 수명을 증가시킨다. 구조에 의해 필터 블록을 통해 흐르게 되는 가스 유동 형태는 연속적으로 배열된 다공성 영역을 통한 가스 유동을 보장하지만, 정확한 가스 유동 경로에 대한 정보를 가질 수 있다. 또한, 개별 가스 유동들이 필터 블록에서 반복적으로 혼합되며, 이러한 상황에서 발생되는 영향에 의해 필터 블록 그 자체가 바람직하지 못한 압력으로 저하된다.
도 1은 제 1필터 스테이지 및 미세한 제 2필터 스테이지를 구비한 필터체의 일부를 도시한 도면이다.
도 2는 각각이 트랩을 갖는 제 1 및 제 2필터 스테이지를 구비한 다른 필터체의 일부를 도시한 도면이다.
도 3은 여과될 가스의 유동 방향이 변화하는 상태의 필터체를 도시한 도면이다.
도 4는 반경방향-축선방향으로 편향된 유동 경로를 구비한 필터체를 도시한 도면이다.
도 5는 다른 필터체의 확대도이다.
도 6은 필터체의 층 구조를 도시한 확대도이다.
도 7은 가스가 층을 이룬 필터체를 통과하여 유동하는 상태를 도시한 도면이다.
도 8은 제 1 및 제 2필터 스테이지를 구비한 필터체를 도시한 도면이다.
도 9는 가스가 필터체에서 반경방향으로 흐르는 상태를 도시한 도면이다.
도 10은 가스가 반경방향으로 흐를 수 있는 권선되거나 코일형태로 감겨진 다른 필터체를 도시한 도면이다.
도 11은 내열성의 재생가능한 필터체의 제조 방법을 도시한 도면이다.
도 12는 필터체의 다른 제조 방법의 개략도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 필터체 1.1, 1.2, 1.3 : 필터체 부분
2 : 가스 유동 3 : 상부층
4 : 하부층 5 : 필터재료의 주름진 층
6 : 제 1필터 스테이지(제 1필터 장치)
7 : 제 2필터 스테이지(제 2필터 장치)
8 : 제 3필터 스테이지(제 3필터 장치)
9.1, 9.2, 9.3 : 필터 스테이지의 개구
10 : 가스 유동 경로
10.1 : 공급 수단으로부터 합쳐진 유동 경로
10.2, 10.3 : 분리된 유동 경로 11 : 트랩
11.1 : 제 1트랩 11.2 : 제 2트랩
12, 12.1, 12.2 : 가스 불투과성 제 1층
13, 13.1, 13.2 : 필터 재료의 제 2층
14 : 관형 케이싱 15 : 편향 방향
16 : 전력 연결부 17 : 유동 통로
18 : 전력 연결 바아 19 : 유동 안내면
20 : 백열 장치 21 : 절연층
22 : 제 1단부면 23 : 제 1공급부
24 : 제 2공급부
25 : 제올라이트, 촉매제와 같은 재료
26 : 캐비티 27 : 돌출부
28 : 리세스부 29 : 관
29.1 : 제 1관 29.2 : 제 2관
30 : 제 2관의 내부 31 : 관의 단부면
32 : 필터체의 단부면 33 : 분리 웨브
34 : 감김부 35 : 접촉점
36, 36.1, 36.2 : 성형 로울러
37.1, 37.2 : 측부 형상 38 : 프로파일
39 : 절단 장치
40.1, 40.2, 40.3 : 용기 41 : 밸브
42 : 공급 라인 43 : 다이
A : 진폭 B : 필터체의 구조
?? : 주름진 층의 주름 길이
본 발명의 목적은 가스 여과 효과와 가스 유동을 저하시키는 저압력하에서 고등급의 여과력을 가지며 간단한 공정에 의해 제조될 수 있는 내열성의 재생가능한 필터체를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 간단한 공정에 의해 제조될 수있는 필터체 제조 방법을 제공하는 것이다.
가스 경로를 가지며 가스 유동으로부터 입자를 걸러내는 내열성의 재생가능한 필터체는 상호 분리되어 있는 가스 유동 경로를 구비하고 있다. 적어도 제 1필터 스테이지(제 1필터 장치)와 제 2필터 스테이지(제 2필터 장치)가 각각의 가스 유동 경로의 유동 방향에 배열되어 있다. 가스 유동 경로의 분리는 한편으로는 개별적인 필터 스테이지(필터 장치)를 통해 미리 형성된 가스 유동 경로가 각각 부분적인 가스 유동 경로로 이어지도록 한다. 다른 한편으로는, 상이한 부분 가스 유동 경로들의 혼합에 의한 압력 손실을 방지한다. 개별적인 가스 유동 경로의 분리는 또한 필터체의 구조적 형상을 단순화시킨다. 가스 유동 경로에서 각각의 필터 스테이지는 인접한 가스 유동 경로와 독립적으로 배열된다.
제 1필터 스테이지는 가스 유동 경로를 통해 흐르는 최소의 크기의 입자를 걸러낸다. 즉, 제 1필터 스테이지는 표면적 및/또는 부피의 단위로 존재하는 큰 불순물이 필터를 통해 흐르는 것을 방지하는 조대한 필터로서 역할을 한다. 제 1시간동안 여과된 가스 유동은 이후 보다 미세한 제 2필터 스테이지를 향하게 된다. 제 2필터 스테이지는 제 1필터 스테이지에서 걸려진 입자보다 더 미세한 입자들을 여과할 수 있다. 필터를 통한 여과 작용을 상이한 필터 스테이지로 분리하는 것은 장점을 가지는데, 즉 필터 스테이지의 필터 표면에 대해 고려할 때, 동일한 경로를 갖는 필터 스테이지에서 여과될 입자 보다 미세한 입자를 여과할 수 있는 충분한 중간 공간을 갖는다는 점이다. 만일 미리 결정된 최대 허용가능한 투과력을 갖는 단일의 필터 스테이지만이 존재한다면, 소정의 환경하에서 과도한 압력 저하가 발생되어서 여과될 모든 입자가 축적될 것이다. 입자에 기인한 모든 로딩이 개별적이고 상호 분리된 유동 경로에 분포되는 반면, 가스 유동 경로에 연속적으로 배열되어 있는 필터 스테이지의 사용은 입자의 로딩이 다수의 필터 표면상에 분포되도록 한다. 작동 중에, 필터 스테이지의 필터 표면의 크기에 대응하여, 함께 합쳐진 필터 표면에 대한 유동 경로가 유동성 측면에서 유리한 구성을 갖는다면, 이러한 구성은 단일 등급의 다공성을 갖는 필터와 비교하여 보다 작은 압력 저하를 제공한다.
많은 사용 분야에서, 필터체가 두 개의 필터 스테이지를 갖는 것은 충분하다. 그렇지만, 입자의 특성, 가스 유동시 입자의 로딩, 및 본 발명의 사용 영역에 따라, 필터 개구의 크기가 유동 방향으로 향하면서 감소되는 3개 이상의 필터 스테이지를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 방식에 의해, 매우 정교하게 조절되고 계량된 방식으로 필터체에서 여과 공정을 행할 수 있다. 만일 여과될 가스 경로에서 주어진 입자 크기를 알고 있고 이러한 입자가 그의 면적에 대해 소정의 분산 폭을 가진다는 점을 알고 있다면, 필터 개구 크기에 따라 서로 인접해 있는 다수의 필터 스테이지의 사용은 여과 효과를 분배한다. 이러한 방식에 의해, 개별적인 필터 스테이지의 과로딩은 시작부로부터 감소된다.
본 발명에 따른 내열성의 재생가능한 필터체의 일 실시예에서는 필터 재료층과 가스 불투과성 재료층이 번갈아 형성되어 있다. 필터 재료층은 가스 유동 방향을 향하면서 크기가 감소되는 필터 개구를 갖추고 있는 반면, 가스 불투과성 재료층은 유동 안내면을 갖추고 있다. 이러한 유동 안내면은 가스 유동 경로를 2배 이상 편향시켜서, 2배 이상의 가스가 필터 재료층을 가로질러 흐르도록 한다. 유동 안내면은 상호 분리된 가스 유동 경로를 형성하는 반면, 필터 재료층은 각각의 필터 스테이지를 형성하는 역할을 한다. 필터 재료는 예컨대 시이브 메시 뿐만 아니라 브레이드(braid)일 수도 있으며, 또한 다른 공지된 내열성 필터 물질일 수도 있다. 이들은 예컨대 섬유 필터 또는 세라믹 포옴 필터일 수도 있다. 세라믹 포옴 필터의 한 예로는 필터 재료[코르데라이트(corderite) 또는 A 1203]이 충진되어서 건조되고 하소된 폴리우레탄 포옴이 있다. 0.1 내지 1㎛의 입자 크기를 갖는 자동차 배기 가스 내의 디젤 입자를 여과하기 위해서는, 약 4 내지 30㎛의 섬유직경이 매우 효과적이다. 재생력에 대한 적절한 안정성을 부여하기 위해, 섬유 직경은 함유된 재료에 따라 선택될 수 있다. 더욱이, 와이어 직경이 예컨대 0.25mm인 강직물섬유(steel wool fibre)를 사용할 수 있다. 필터 재료층과 가스 불투과성 재료층은 금속일 수도 있지만, 세라믹 재료일 수도 있다. 재료의 선택은 필터체가 사용되는 조건에 따라 제한된다.
유리한 사용 영역에서, 내연기관으로부터 입자를 걸러내기 위해, 특히 디젤 엔진으로부터 매연 입자를 걸러내기 위해, 필터체의 재생에 대한 온도 증가는 필터체를 통과할 때의 가스 유동의 온도와 같은 필터체 재료에 대한 한계를 나타낸다. 비귀금속 촉매 코팅물을 구비함에 의해 약 500 내지 400??의 매연 점화 온도를 저하시킬 수 있다. 금속성 연료 첨가제의 사용은 점화 온도를 150??로 저하시킬 수 있다. 그렇지만, 역조건하에서 매연 가스가 연소할 때에는, 1400?? 이상의 온도가 발생할 수 있다. 그렇지만, 이러한 현상은 본 발명에 따르면 필터체의 형상에 의해 방해된다. 필터체의 다른 사용에 있어서, 사용된 재료는 내산성, 입자 특성에 기인한 부식성, 및 입자의 유동 속도 또는 다른 영향 인자에 의해 제한된다.
그렇지만, 가스 유동 경로의 구조적 형태의 비용은 필터체의 사용 분야에 의존한다. 가스 유동 경로는 층들 사이의 갭에 의해 제공될 수도 있으며, 본 발명의 실시예에서는 예컨대 상이한 공간에서 사출된 원형 케이스 또는 관과 같은 상호 이격된 벽에 의해 제공될 수도 있다. 만일 필터체가 여과될 가스 유동에 대해 외부로부터 영향을 받는다면, 여과된 가스는 최종 사출된 관부재의 내부로부터 배출될 수 있을 것이다. 케이스 또는 관은 지지 수단에 의해 서로 연결될 수 있다. 필터 스테이지로서 역할을 하는 관들을 유지시키는 다른 방법은 그들의 단부면에서 지지하는 것이다. 필터체를 통한 반경방향 유동시에, 관의 단부면은 외부로부터 필터의 내부로 가스 유동 경로가 형성되도록 폐쇄되어야 한다. 유리하게, 필터 스테이지의 투과력이 또한 반경 방향에서 감소된다. 이러한 유동 방향은 가장 큰 표면적을 갖는 가장 큰 입자가 최외부 관부재 또는 케이스에서 걸러지는 장점이 있다. 관의 표면적의 크기에 의해, 걸려진 큰 입자들은 최내부 관에서 발생할 수 있는 압력 저하 만큼의 압력 저하를 발생시키지 않는다. 다른 형태의 가스 유동 경로가 유동 통로의 형태로 동일하게 제공된다. 따라서, 필터체는 다른 방식으로 권선되고 층을 이루며 사출되거나 제조될 수 있다. 특히, 유동 경로로서 고려된 구조물은 유동 안내면의 형태이며, 이는 필터체의 다른 치수보다 작은 가스 유동 경로의 단면을 형성 및/또는 분할한다.
필터체의 한 구성에서 필터 스테이지는 다시 개별적인 필터로부터 형성되는 반면, 다른 구성에서는 필터 스테이지가 다수의 필터로부터 형성되어 층배열을 이룬다. 본 발명에 따른 필터체의 바람직한 실시예는 금속 포일의 적층 및/또는 권선층을 구비하며, 제 1 및/또는 제 2필터는 층 내에서 결합되어 있다. 이러한 방식에 의해, 층은 원하는 데로 형상화될 수 있으며, 필터체의 안정성에 기여할 수 있다. 하나 또는 두 개의 필터의 금속 포일을 갖는 층으로의 일체화는 또한 적절한 수준의 강도 또는 특정한 구성 형태를 갖지 못하는 필터 재료, 즉 느슨한 충진물과 같은 필터 재료의 사용을 가능하게 한다. 이러한 구성에서, 필터는 필터 스테이지와 관계가 있다. 필터 스테이지 또는 다수의 연속하는 필터 스테이지의 다른 형태는 제 1 및 제 2필터가 내부 연결된 또는 응집성 필터를 형성하도록 한다. 이는 연속적으로 배열되어 있는 필터 스테이지들이 필터 그 자체에 의해 연결되어 있음을 의미한다. 필터는 예컨대 금속 메시일 수 있으며, 이러한 경우 금속 메시의 메시 공간은 그의 길이에 따라 변화되며, 이에 의해 상이한 필터 스테이지가 제공된다. 그렇지만, 상기한 종래기술에 공지된 다른 필터를 고려할 수도 있다.
필터 스테이지 또는 필터를 특별히 효과적으로 사용하기 위해, 유동 경로에서 정화될 가스와 작용될 수 있는 필터 스테이지의 단면적이 유동 경로의 필터 스테이지를 통과하는 최소 단면적보다 크도록 유동 경로에 평면을 이루면서 배열되는 것이 바람직하다. 가스가 필터 스테이지를 통과할 때, 경로의 단면적과 비교하여 보다 큰 표면적에 대한 가스 유동의 분배는 한편으로는 보다 많은 개구가 필터 스테이지를 통한 가스 유동을 유용하게 하기 때문에 현저한 압력 저하를 방지시킨다. 다른 한편으로는, 이러한 개구들이 단면에 수직하게 배열된 필터 스테이지와 비교하여 증가된 숫자에 의해 차단되는 것은 어렵다. 더욱이, 필터 또는 필터 스테이지가 또한 구조적으로 유용하게 사용된다. 특히, 필터 스테이지는 탄성력과 같은 필터체에 안정성을 부여하도록 배열될 수 있다. 본 발명에 따른 필터체의 실시예에서, 필터 스테이지는 로딩하에서 변형될 수 있다. 이러한 변형은 필터체의 사용면적에서 받게되는 로딩에 따라 소성 변형일 수도 있지만 탄성 변형일 수도 있다.
개량된 필터체는 필터 스테이지에서 여과된 입자가 바람직하게 축적되는 트랩(trap)을 갖춘 필터 스테이지를 구비하고 있다. '트랩'이라는 용어는 한편으로는 필터 스테이지를 통과하는 유동에 의해 형성된 적절한 기하학적 형상이 필터 스테이지에서 걸려진 입자를 이동시키도록 하는 공간적인 구성을 나타낸다. 이러한 이동은 필터 스테이지의 적절한 구성 수단에 의해 안내될 수 있다. 이를 위해, 필터 스테이지는 안내면 뿐만 아니라 리세스, 그루브, 압착 수단, 및 그리드 수단을 구비할 수도 있다. 다른 한편으로, '트랩'은 필터 스테이지에서 걸려진 입자에 가상 주인력점이 존재한다는 것을 확인하는 모든 수단을 나타낸다. 이들은 화학적, 물리적, 또는 전기적 특성일 수도 있다.
가스가 연장된 시간동안 필터체를 통해 유동할 때 필터 스테이지에서 발생하는 트랩 내 및 주위의 입자들의 축적은 필터체의 재생력을 증가시킨다. 필터체가 장시간 사용될 때, 그의 여과력은 감소된다. 따라서, 초기 여과력을 적절하게 회복시키기 위한 시도를 행해야 한다. 본 발명에 따른 필터체의 실시예에서, 필터체는 트랩에 인접한 위치에 필터 스테이지의 재생을 위한 수단을 구비하고 있다. 이러한 재생 수단은 축적되어 있는 입자들의 열전환 수단일 수도 있다. 입자들에 대한 배출 경로와 같은 다른 수단이 가능할 수도 있다. 필터체의 재생은 화학적, 열적, 또는 기계적으로 영향을 받는 반면, 선택된 형태의 재생은 일반적으로 다수의 변수에 의존한다. 예컨대 입자의 요동 또는 부유 등에 의한 기계적 제거가 다른 가능한 재생 형태 보다 더 유리한지에 대한 결정은 필터체 각각의 구조, 사용된 재료, 및 필터체의 설치 위치에 의존한다. 걸려진 입자의 특성 및 그들의 거동은 또한 매우 중요한 부분을 차지한다. 필터체의 상이한 필터 스테이지가 상이하게 재생될 수 있다면 또한 유리할 수도 있다. 예컨대, 필터 스테이지가 가스 유동 방향에서 연속하여 놓여있는 경우, 유동 방향의 상류에 있는 필터 스테이지의 조대한 입자들이 기계적 수단에 의해 양호하게 배열되는 반면, 특별히 미세한 입자는 열적으로 변환되는 것이 바람직하다. 재생 과정의 선택은 또한 에너지적 관점도 고려되어야 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 필터체는 적어도 부분적으로 촉매 작용식 코팅물을 구비하고 있다. 이는 필터체를 통한 가스 유동을 전환시키는 역할을 하지만, 또한 필터체 그 자체의 역할을 할 수 있다. 이는 촉매 반응에 의해 필터체의 일부 또는 전체 필터체의 온도를 증가시킬 뿐만 아니라 필터 스테이지의 재생을 가능하게 한다. 필터체는 배기 또는 폐기가스를 처리하는 화학 설비에 사용될 수 있는데, 여기서 가스 유동은 필터체가 손상될 수 있는 고온에서 행해진다.
디젤 차량에 사용될 때, 소정의 성질을 특별히 양호하게 개선시키기 위해서는 벌집체 내에서 촉매식으로 작용하는 두 개의 상이한 코팅물을 제공하는 것이 바람직하다. 따라서, 배기 가스 내의 산화질소의 무해한 성분으로의 전환은 산화질소에 의해 환원될 산소와 결합하는 탄화수소가 존재하는 경우에 가장 효율적이다. 바람직하게, 필터체의 제 1스테이지에는 산화질소를 분해하기 위해 환원 효과를 촉진시키는 코팅물이 제공되어 있다. 잔존하는 탄화수소(만일 존재하는 경우 일산화탄소)의 산화를 촉진시키는 코팅물이 후속한다.
매연이 축적되어 있고 매연 점화 온도를 저하시키는 촉매 작용식 코팅물을 갖춘 가스 침투성층과 탄화수소의 산화를 촉진시키는 코팅물을 갖춘 가스 불투과성층과 같은 상이한 코팅물을 갖춘 다양한 층들을 동시에 또는 선택적으로 제공할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 필터체는 가열가능하다. 이는 전기적으로 또는 열전달과 같은 화학적 작용에 의해 수행될 수 있다. 가능하다면 제 1 및/또는 제 2필터 스테이지를 직접 가열하는 것이 바람직하다. 한편으로는 가스 경로를 가열할 수 있으며, 다른 한편으로는 필터 스테이지가 재생될 수 있다. 필터체의 전체를 가열할 수도 있지만, 단지 어느 일부분만을 가열할 수도 있다. 이는 전기 가열 장치를 사용하는 경우, 필터체의 구조, 즉 전기적 연결부에 의해 제어될 수 있다. 특히 필터체는 가열 정도가 소정의 등급만을 갖는 면과 비교하여 왕성하게 가열되는 면을 갖도록 구성될 수 있다.
본 발명의 다른 목적에 따르면, 내연기관과 연결되어 있는 필터체를 통과하는 가스 유동으로부터 입자, 특히 매연 입자를 걸르는 내열성의 재생가능한 필터체를 제조하는 방법을 제공한다. 이러한 필터체는 또한 가스가 유동할 수 있는 유동 경로를 구비하고 있다. 필터체 내에 유동 경로를 제조하는 방법에 있어서, 적어도 제 1필터 스테이지 및 미세한 제 2필터 스테이지가 동시에 유동 경로에 배치되는데, 제 1 및 제 2필터 스테이지는 유동 경로 상에서 가스의 유동방향으로 연속적으로 배치되어 있다. 제 1 및 제 2필터 스테이지를 구비하는 필터체를 제조하는 방법은 이전에 이미 기술하였다. 이러한 방법은 필터체에 끼워맞춤되어 있는 연속하는 필터 스테이지가 제조 단계에서 제거될 수 있는 장점을 가진다. 결과적으로, 본 발명에 따른 방법은 종래의 방법에 비해 작업 시간을 절약할 수 있으며, 제조 비용도 저렴한 장점을 가진다. 또한, 본 명세서에서 사용된 '동시에(simultaneously)' 라는 용어는 예컨대 다양한 금속 시이트를 적용하거나 권선시킴으로서 금속 시이트층을 제조하는 제조 단계를 나타내기 위해 사용된다. 만일 상기한 구성이 사출성형된 몸체를 포함한다면, 상기 방법은 필터체의 사출시에, 필터체의 다공성이 필터 스테이지의 원하는 다공성에 따라 사출 재료의 다공성을 변화시키거나 선택함으로써 달성되도록 수행될 수 있다. 이는 사출 재료 또는 사용된 재료의 상이한 치수에 의해 달성될 수 있다. 슬러리를 처리할 때, 이들은 상이한 다공성으로 혼합된다. 만일 필터체가 소결된다면, 소결 몰드는 필터 스테이지의 원하는 다공성에 따라 상이한 크기의 소결 재료로 충진될 수 있다. 이러한 종류의 필터체를 제조하는 적절한 장치는 바람직하게 필터체의 제조시에 사용되는 재료의 크기를 변화시킬 수 있는 혼합 장치를 구비한다. 원하는 필터 스테이지에 따라, 본 발명에 따른 제조 방법은 한편으로는 하나의 다공성으로부터 다른 다공성으로 정상 전이하고 다른 한편으로는 상이한 두 개의 다공성 사이에 특정한 경계를 허용하도록 수행될 수 있다.
본 발명의 유리한 구성 및 특징에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 바람직한 개조 및 조합은 상기한 특징과 이하에 기술될 특징으로부터 형성될 수 있다.
도 1은 가스 유동(2)이 흐르는 필터체(1)의 일부를 도시하고 있다. 필터체(1)는 상부층(3), 하부층(4), 및 이들 사이의 주름진 필터 재료층(5)을 포함하고 있다. 상부층(3) 및 하부층(4)은 가스가 침투하지 못하는 유동 안내면이 형성되어 있다. 주름진 층(5)은 유동 안내면 사이에 배치되어 있고, 다수의 필터 스테이지(필터 장치)를 구비하고 있다. 제 1필터 스테이지(제 1필터 장치; 6)는 연속하는 두 개의 필터 스테이지, 즉 제 2필터 스테이지(제 2필터 장치; 7)와 제 3필터 스테이지(제 3 필터 장치; 8) 보다 적은 수의 가스 통과 개구가 형성되어 있다. 각각의 필터 스테이지(6,7,8)에서의 개구(9)는 가스 유동(2)의 유동 경로를 따라 감소되는 직경을 가지며, 이러한 직경의 차이는 상이한 직경의 개구(9.1, 9.2, 9.3)에 의해 특징화된다. 따라서, 연속적으로 배열된 필터 스테이지(6,7,8)는 상이한 크기의 입자를 여과한다. 주름진 층(5)의 필터 재료는 세라믹일 수도 있으며, 금속 와이어 또는 금속 메시(metal mesh)일 수도 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 가스 유동(2)은 상부층(3)과 하부층(4) 사이에 형성된 유동 경로(10)를 통해 유동한다. 개구(9.1, 9.2, 9.3)를 둘러싸는 바아부(bar portion)에 의해 유동 방향으로 소정의 변화가 발생함을 주목해야 한다. 유동 경로(10)에서, 필터 재료층(5)은 주름 길이(??)에 대해 주름진 층(5)을 두 번 통과하도록 하는 주름진 형상을 가지고 있다. 주름 거리(??)는 반드시 규정될 필요는 없으며, 주름 형태가 상이한 치수를 포함하도록 할 수 있다. 이는 주름길이 뿐만 아니라 진폭(A)도 포함하고 있다. 진폭(A)은 감소되거나 증가될 수도 있다. 결과적으로, 필터체의 유량 속도가 상이하게 되며, 이는 가스 유동(2)에서의 입자 로딩에 따라서 유리하게 작용한다. 개별적인 필터 스테이지(6,7,8)를 형성하는 필터 재료층(5)은 접혀지거나 또는 다른 기하학적 형상을 가질 수도 있다. 하나의 필터 스테이지로부터 다음의 필터 스테이지로의 전이부는 도면에 도시된 바와 같이 규칙적인 거리의 주름 길이(??)에서 발생하지 않는다. 이에 반해, 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7) 사이의 전이부는 층(5)을 형성하는 각각의 제조 방법에 따라 점진적으로 변할 수도 있다.
도 2는 상부층(3)과 하부층(4) 사이에 제 1필터 스테이지(6), 제 2필터 스테이지(7), 및 제 3필터 스테이지(8)를 구비하는 필터체(1)의 일부를 도시하고 있다. 개별적인 필터 스테이지(6,7,8)는 트랩(11)을 구비하고 있다. 이러한 트랩(11)은 각각의 필터 스테이지(6,7,8)에서 딥(dip) 또는 함몰부(depression)의 형태로 형성되어 있는데, 각각의 필터 스테이지에 대한 유입 유동 방향에서 제 1트랩(11.1)은 가스 유동(2)의 유동 방향으로 딥 또는 함몰부를 가지는 반면, 제 2트랩(11.2)은 유동 방향의 역방향으로 형성되어 있다. 입자들이 제 1트랩(11.1)의 중앙에 축적되는 반면, 제 2트랩(11.2)은 양측부에서 유입된 입자들을 분배한다. 제 1트랩(11.1)에 대응하는 형상은 특히 가스 유동(2) 내의 입자 로딩이 단일 위치에 축적된 입자가 과도하게 높은 압력 저하를 발생시키지 않을 정도로 높지 않을 때 바람직하다. 필터 스테이지가 막히는 경우에는, 제 2트랩(11.2)이 입자를 분배하는 형상을 가지기 때문에 보다 유리하다. 필터 스테이지는 또한 다수의 트랩을 가질 수도 있다.
도 3은 가스 불투과성 재료로 이루어진 제 1층(12)과 필터 재료로 이루어진 제 2층(13)을 갖는 필터체(1)의 일부를 도시하고 있다. 제 1층(12)은 가스 유동(2)의 방향이 수차례 변화되도록 형성되어 있으며, 이에 의해 제 1층(12)은 필터 재료로 구성된 제 2층(13)과 수차례 교차한다. 제 2층(13)에서는 제 1필터 스테이지(6), 제 2필터 스테이지(7), 및 제 3필터 스테이지(8)가 서로 연결되어 있다. 이러한 실시예에서, 유동 안내면이 형성되어 있는 가스 불투과성 재료로 이루어진 제 1층(12)은 주름져 있는 반면, 삽입된 필터 재료로 이루어진 제 2층(13)은 각각의 주름부 상에서 평활하게 놓여 있는데, 가스 유동(2)은 필터체의 길이에 걸쳐 고려할 때 도 1 및 도 2에 도시된 필터체 보다 더 긴 길이를 덮고 있다. 만일 가스 유동(2)이 필터체(1)에서 처리된다면, 열적으로든 촉매식으로든 원하는 치수와 필수적인 경로에 따라 가장 적절한 필터 형태가 선택될 수 있다. 도 3에 도시된 필터체(1)에서 가스 유동 방향의 변화에 의해, 본 실시예에 따른 필터체는 상기한 두 필터체에서 발생한 효과와 비교할 때 상이한 혼합 효과를 제공한다. 다른 형태의 필터체(1)는 또 다른 혼합 효과를 제공하는 유동 안내면을 적어도 일부분 구비한다. 이는 본 출원인의 모터 차량용 촉매 변환기에 연결되는 공지된 바와 같은 개구들 뿐만 아니라 구조물일 수도 있다. 도시된 바와 같은 가스 유동(2)이 제 1, 제 2, 및 제 3필터 스테이지(6,7,8)에 대응하는 서로 별개의 필터 개구를 갖는 제 2층(13)을 여러번 통과하기 때문에, 다른 실시예에 따른 제 2층(13)은 각각의 필터 스테이지 중 하나의 개시부에 추가 개구들(도시되지 않음)을 구비하고 있다. 가스 유동은 이들 개구들을 통해 비여과된 상태로 연속하는 각각의 필터 스테이지의 일부분에 침입할 수 있다. 이러한 방법에 의해, 필터 스테이지 내에서의 입자의 단계적으로 걸러내는 결과가 달성된다. 이러한 목적을 위해, 부가된 개구의 수는 유동 방향으로 진행하면서 점진적으로 감소하는 것이 가장 바람직하다. 필터 스테이지의 최종 부분은 어떠한 부가 개구들도 갖추고 있지 않다.
도 4는 유동 경로(10)가 반경 방향으로 편향되어 있거나 방향이 변하는 필터체(1)를 도시하고 있다. 필터체(1)는 관형 케이싱(14)에 삽입되어 있으며, 가스 불투과성 재료로 이루어진 제 1층(12)과 필터 재료로 이루어진 제 2층(13)이 권선되거나 코일형태로 감겨져 있다. 필터 재료로 이루어진 제 2층(13)은 또한 도 3에 도시된 바와 같이 직선형으로 연장되어 있다. 권선된 가스 불투과성 제 1층(12)은 주름진 형태를 가지는 동시에 필터체(1)를 통한 가스의 유동 방향에 수직하게 연장되어 있다. 제 1층(12)은 필터체(1)의 축선방향 및 반경 방향으로 각각의 가스 유동 경로(10)를 편향시킬 수 있는 형태를 가지고 있다. 이러한 방향(15)들은 기하학적으로 필터체(1)에서 상호 평행하게 배열될 수 있다. 관형 케이싱(14)은 또한 전체 필터체(1) 또는 필터체(1)의 일부분을 전원에 연결하는 전기적 연결부(16)를 구비하고 있다. 필터체(1) 내에 도전성 경로들이 형성되도록 필터체(1)를 구성하는 것이 바람직하다.
도 5는 다른 형태의 필터체(1)의 확대도이다. 필터체(1)의 3부분(1.1, 1.2, 1.3)는 사출성형 또는 소결로 형성되거나, 또는 층으로 구성된다. 유동 경로(10)로서 유동 통로(16)가 각각의 부분(1.1, 1.2, 1.3)에 제공되어 있다(도 1에서는 파선으로 표시됨). 각각의 부분(1.1, 1.2)과 부분(1.2, 1.3) 사이에는 제 1필터 스테이지(6)와 제 1필터 스테이지(7)가 배열되어 있다. 다중 필터체(1)의 경우에, 두 개의 필터 스테이지(6,7)가 부분들(1.1, 1.2, 1.3) 사이로 간단하게 배열되거나, 또는 부분들(1.1, 1.2, 1.3) 상에 적절한 고정수단으로 유지될 수 있다. 이러한 종류의 다중 필터체(1)는 한편으로는 그의 모듈구조에 의해 다른 부분 및 필터 스테이지를 부가함으로써 원하는데로 확대될 수 있는 장점이 있다. 필터 스테이지(6,7)는 비교적 용이하게 끼워맞춤되고 제거될 수 있으며, 각각의 스테이지에 대해 교환이 용이하다. 이는 필터 스테이지에서의 부식 또는 침식을 방지할 수 있다. 이와 같은 각각의 부분(1.1, 1.2, 1.3) 사이에 필터 스테이지(6,7)의 구성은 많은 구조적 문제점을 일으키지 않으면서 전원에 연결될 수 있도록 한다. 필터 스테이지(6 또는 7)가 금속이라면, 이는 단지 전원 연결 바아(18)와 같은 적절한 연결부에 의해서만 전원에 연결되어야 한다. 전원 연결 바아(18)의 각각의 형태에 따라, 상기 구성은 필터 스테이지(6,7)의 전기 가열가능한 요소를 포함할 수도 있다. 이는 특히 여과된 입자가 축적되어 있는 트랩일 수도 있다. 필터체(1)의 다른 도전 요소에 대한 전기 장치가 필터 스테이지의 고정물에 제공된다. 필터 스테이지는 또한 금속으로 제조될 필요가 없다. 또한, 혼합재료를 포함하는 필터 스테이지가 사용될 수도 있다. 필터체(1)는 촉매 코팅물(도시되지 않음)을 구비할 수도 있다. 촉매 코팅물은 필터체 전체에 제공되거나 유동 경로를 형성하는 표면상에 바람직하게 제공될 수도 있다. 다중 필터체(1)인 경우에는, 필터체(1)의 부분들(1.1, 1.2, 1.3)에 각각의 코팅물이 제공되어서 동일하게 조합될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 필터체의 구조(B)를 도시하고 있다. 필터체의 유동 경로에 대한 구조(B)는 제 1필터 스테이지(6)와 함께 유동 안내면(19)을 갖춘 가스 불투과성 재료로 이루어진 제 1층(12)과, 전기 가열가능한 백열 장치(electrically heatable incandescent device; 20)와, 그리고 제 2필터 스테이지(7)로부터 백열 장치(20)를 전기적으로 분리하는 다공성 절연층(21)을 포함하고 있다. 확대 도시된 이러한 구조(B)는 대응하는 구조(B)가 연결되어 있다. 그러나, 추가적인 구조(B)는 또한 상이한 형상일 수 있다. 도시된 제 1층(12)은 인접하는 제 1층(도시되지 않음)과 함께 필터체(1)의 다른 유동 경로(10)로부터 분리된 유동 경로(10)를 형성한다. 그렇지만, 제 1층(12)의 유동 안내면(19)은 유동경로 내에서 완전한 혼합 효과가 발생되도록 한다. 이러한 구성은 유동 경로(10)를 따라 유동하는 가스가 제 1필터 스테이지(6) 및 제 2필터 스테이지(7)를 통해 항상 신뢰성 있게 유동하도록 한다. 제 1필터 스테이지(6) 및 제 2필터 스테이지(7)는 백열 장치(20)에 의해 직접 또는 간접적으로 가열될 수 있다. 도 6에 도시된 구조(B)는 단지 하나의 백열 장치(20)를 구비하고 있다. 제 1필터 스테이지(6)에는 조대한 입자(coarser particles)가 걸려지는 반면, 제 2필터 스테이지(7)에는 미세한 입자(finer particles)가 걸려진다. 이러한 경우, 절연층(21)은 걸려진 미세한 입자들이 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7)에 축적될 때 완충물로서 역할을 할 수 있다. 미세한 입자들이 중량은 동일하지만 조대한 입자들과 비교하여 보다 넓은 표면적을 차지하기 때문에, 백열 장치(20)에 의해 미세한 입자들을 보다 용이하게 열반응시킬 수 있다. 바람직하게, 제 1필터스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7) 사이에 삽입되어 있는 백열 장치는 제 2필터 스테이지(7)에 더 근접해 있다. 미세한 입자의 발열 반응시에, 자유롭게된 에너지는 추가 백열 장치를 필요로 하지 않으면서 제 1필터 스테이지(6)에 의해 조대한 입자들의 열전환을 발생시키기에 충분하다. 실시예에서, 발열 반응을 촉진시키기 위해, 절연층(21)은 유리하게 열전도성 또는 촉매 성질을 갖는다.
도 7은 층식 구성을 갖는 필터체(1)의 일부를 도시하고 있다. 가스 유동(2)은 필터체(1)의 제 1단부면을 통해 필터체(1)내로 유동한다. 여기서 가스 유동은 상이한 경로(10)로 분할된다. 도 7에 도시된 구성에서, 제 1공급부(23)와 제 2공급부(24)는 유동 경로(10.1)를 형성하기 위해 함께 합쳐진다. 필터체(1)를 통해 더 진행하면서, 합쳐진 유동 경로(10.1)는 다른 유동 경로(10)로부터 분리된다. 이러한 방식으로 유동이 진행하도록 하기 위해, 필터체(1)는 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7)를 함께 형성하는 가스 불투과성 제 1층(12)과 가스 투과성 제 2층(13)으로 이루어진다. 부가재료(25)가 필터 재료(13.1, 13.2)로 이루어진 두 개의 제 2층 사이에 제공되어 있다. 부가 재료(25)는 도 6에 도시된 바와 같은 절연 재료일 수 있으며, 제올라이트와 같은 촉매식으로 작용하는 재료일 수도 있다. 마찬가지로, 산화 촉매제를 선택할 수 있으며, 디젤 엔진의 경우에 배기 가스를 처리하기 위해 배치할 수 있다. 각각의 필터 스테이지(6,7)에 의해 입자를 지닌 가스 유동(2)을 여과하기 이전에, 촉매 재료(25)는 입자들로 덮혀 있는 촉매식으로 작용하는 층에 의해 악영향을 받지 않는다. 입자들은 미리 걸려진 상태이다. 도시된 필터체(1)의 구조에서, 두 개의 가스 불투과성 제 1층(12.1,12.2) 사이에 캐비티(26)가 존재한다. 이들 캐비티(26)들은 예컨대 전류 공급 수단 또는 다른 유체의 유동 통로로서 역할을 한다. 만일 필터체(1)가 냉각이 요구되는 온도에서 작용된다면, 캐비티(26)는 냉각 유체가 통과될 수 있을 것이다. 가스 유동 방향에 수직한 캐비티(26)에서의 유체 유동은 에너지의 관점에서 열전달에 유리하다. 필터체(1)를 냉각하는 대신에 가열할 수도 있으며, 이러한 경우에 서로 분리되어 있는 캐비티(26)는 또한 선택적인 열전달을 허용한다.
도 8은 필터체(1) 내에서 서로 분리되어 있는 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7)를 갖는 다른 필터체(1)의 일부를 도시하고 있다. 두 개의 유동 경로(10.2, 10.3)가 도시되어 있다. 가스 불투과성 제 1층(12)의 형태에 의해 유동가스 방향이 변화된다. 제 1층(12)은 돌출부(27)와 리세스부(28)를 포함하고 있다. 이러한 형태는 각각의 유동 경로(10)에 대한 유동 안내면(19)을 제공한다. 도 8은 또한 도 6을 참조하여 이미 기술한 종류의 유동 경로를 도시하고 있다. 유동 경로(10.2, 10.3)는 필터체(1)의 층식 구조에 의해 서로 분리되어 있다. 그렇지만, 유동 경로(10.2) 내에는 리세스부(28) 또는 돌출부(27)에 의해 형성된 공간으로 분리될 가능성이 있다. 그럼에도 불구하고, 가스 유동(2)은 서로 분리된 유동 경로(10) 상에 잔존한다.
도 9는 관형 케이싱(14)에 배열된 필터체(1)의 다른 실시예의 원리를 개략적으로 도시하고 있다. 가스는 필터체(1)를 통해 외부로부터 내측으로 반경방향으로 유동한다. 이를 위해, 본 실시예에서는 케이스 또는 관(29)(상세하게 도시되지 않음)을 구비하고 있다. 가스 유동(2)은 제 1관(29.1)을 통해 유동하고, 그후 제 2관(29.2)을 통해 유동한다. 제 1관(29.1) 및 제 2관(29.2)은 각각 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7)를 각각 형성하고 있다. 이러한 구성을 통한 외부로부터 내측으로의 반경 방향 유동의 장점은 보다 큰 직경, 즉 보다 큰 필터 영역이 제 2관(29.2) 보다 제 1관(29.1)에서 유용하다는 것이다. 가스 유동(2)은 제 2관(29.2)의 내부(30)로부터 다시 필터체(1)로부터 방출된다. 각각의 관(29)은 세라믹 또는 금속 재료와 같은 상이한 재료로 구성될 수 있다. 이들의 다공성과 두께는 또한 사용 조건에 따라 적용될 수 있다. 관(29)의 단부면은 적절한 호울더를 구비하여 관형 케이싱(14)과 연결되며, 그 결과 필터체(1)에 대해 각각 폐쇄된 단부면(32)을 형성한다. 이는 가스 유동이 내부(30)로부터 배출되는 동안, 필터체(1)가 외부로부터의 가스 유동(2)에 의해 작용되도록 한다. 단지 두 개만의 관(29.1, 29.2)이 관형 케이싱(14)에 배열되는 것이 아니라 원하는 여과력에 따라 보다 많은 수의 필터 스테이지가 제공될 수도 있다. 관(29)은 또한 다수의 층으로 구성될 수 있다. 가스 유동이 필터체(1)를 통해 반경 방향으로 유동할 때, 이러한 구성은 최소의 단일 유동 경로(10)를 포함한다. 유동 경로(10)는 외부로부터 내부로 또는 그 반대로 연장한다. 이는 가스 유동(2)을 나타내는 화살표에 의해 표시되어 있다. 만일 각각의 관(29) 사이로 지지 장치가 설치된다면, 지지 장치는 유동 경로가 서로에 대해 분리되도록 배열되는 것이 바람직하다.
도 10은 가스 유동이 방사형으로 흐를 수 있고 관형 케이싱(14) 내에 설치된 필터체(1)를 도시하고 있다. 이러한 필터체(1)는 권선되어 있는데, 개별적인 감김부(34) 사이에 분리 웨브(33)를 구비하여서 서로 분리된 유동 경로를 제공한다. 감김부(34)는 번갈아 가면서 접촉점(35)을 갖는다. 이들 접촉점(35)은 이들 가스 유동(2)이 감김부(34)를 통해 흐르도록 필터체(1)를 세분한다. 감김부(34)가 금속층을 포함할 때, 접촉점(35)은 그러한 위치에서 압착된 층에 의해 형성될 수 있다. 소결 또는 사출 성형과 같은 제조 공정에서 대응하는 다이(dies)의 형태를 예상할 수 있음에 주목해야 한다.
도 11은 내열성의 재생가능한 필터체(1)의 제조 방법의 원리를 도시한 개략도이다. 도 3에 도시된 부분과 유사하게, 필터체(1)는 가스 불투과성 제 1층(12)을 상호 결합하는 2개의 성형 로울러(36,1, 36.2)에 공급함에 의해 제조된 층을 포함하고 있다. 성형 로울러(36)는 각각의 측부 형상(37.1, 37.2)이 프로파일(38)을 가스 불투과성 제 1층(12)에 분배할 수 있도록 치형 형상을 갖는다. 필터 재료의 하부 제 2층(13.1) 및 상부 제 2층(13.2)이 상부층(3) 및 하부층(4)으로서 가스 불투과성 제 1층(12)에 각각 적용된다. 각각의 층들은 서로 결합될 수 있다. 이는 납땜, 용접, 또는 다른 결합 공정에 의해 수행될 수 있다. 필터 재료의 가스 불투과성 제 1층(12)과 제 2층(13)의 동시 공급은 제 1필터 스테이지(6)의 유동 경로(10)에서 제 1필터 스테이지(6)와 미세한 제 2필터 스테이지(7)의 배열과 동일한 성형 공정을 보장한다. 이러한 목적을 위해, 도시된 공정에서, 제 2층(13.1, 13.2)은 그의 넓이에 대해 상이한 다공성을 가지는데, 즉 필터체(1)에 제 1필터 스테이지(6)와 제 2필터 스테이지(7)를 공급하는 것이다. 서로 적층된 각각의 층(13.1, 12, 13.2)이 절단 장치(39)에 의해 절단되며, 이후 필터체(1)를 형성하기 위해 층식 구조로 배열된다. 성형 공정 이전에, 사용된 층들(13.1,13.2, 12)은 후속 처리가 필요치 않도록 예비 처리될 수도 있다. 이러한 예비처리는 촉매 코팅물, 부식 보호, 또는 전기적 및 열적 절연물을 포함한다. 도시된 공정의 개량에 있어서, 다수의 장치가 인접한 상태로 배열되어서 불필요한 절단부를 적층시킨다. 완전한 필터체(1)는 이후 분할된다. 가스 불투과성 제 1층(12)은 도시된 형태로 제한되지 않는다. 반대로, 필터 재료의 제 2층(13)이 추가 또는 그 자체로 형상화될 수 있다. 이러한 관점에서, 원하는 형상화 공정은 2개의 성형 로울러(36.1, 36.2)의 마주 보도록 배치된 측부 형상(37.2)과 관련한 측부 형상(37.1)에 따라 제공된다. 이는 또한 노치부를 구비하는데, 이에 의해 횡단 바아부가 제 1 및 제 2층 내에 형성된다. 그렇지만, 성형 로울러(36.1, 36.2) 이외에도 연속 제조 공정을 보장하는 다른 성형 기구가 사용될 수 있다.
도 12는 필터체(1) 내에 유동 경로(10)를 제조하는 것과 동일한 성형 공정에서 적어도 하나의 제 1필터 스테이지(6)와 미세한 제 2필터 스테이지(7)가 유동 경로(10)에 배치되어 있는 다른 공정을 도시하고 있다. 도 12는 제 1용기(40.1), 제 2용기(40.2), 및 제 3용기(40.3)를 도시하고 있다. 이들은 각각 상이한 다공성을 갖는 사출 성형 또는 소결 재료를 저장하고 있다. 각각의 재료의 공급 흐름은 밸브(41)에 의해 선택되는데, 이에 의해 유동 경로(10) 제조 공정에서 사출 성형될 필터체(1)는 필터 스테이지에서 원하는 다공성으로 개조된다. 혼합되거나 분리된 개시 재료는 모든 용기(40.1, 40.2, 40.3)에 대한 공통의 공급 라인(42)을 통해 가스 유동 경로(10)와 함께 필터체(1)의 구조를 형성하는 몰드 또는 다이(43)로 공급된다. 사출 성형 재료 또는 그의 혼합물의 선택에 의해, 도시된 필터체(1)는 각각의 경우에 따라 제 1필터 스테이지(6), 제 2필터 스테이지(7), 및 제 3필터 스테이지(8)를 형성하는 3개의 다른 벽 다공성을 갖는다. 이를 위해, 필터체를 통과하는 가스 유동(2)이 필터체(1)의 각각의 벽을 통과하도록 보장하는 것이 필수적이다. 이는 가스 유동(2)이 다른 성형 공정에서 폐쇄될 필터체(1)를 통과하지 않고 벽을 통과하도록 다른 형상을 갖는 상이한 다이(43)를 사용함으로써 달성된다. 이러한 제조 방법은 또한 슬리브 또는 관을 포함하는 필터체의 제조에 사용된다. 이후 제조될 각각의 관은 바람직하게는 하나의 재료로만 제조된다.
본 발명은 높은 압력 저하를 방지하면서 입자가 충진된 가스 유동을 상이한 입자 크기 분포로 여과하기에 적합한 내열성의 재생가능한 필터체를 제공하는 것이다. 이러한 필터체는 그의 구조와 제조 방법에 의해 종래에 사용된 필터의 형태와 비교하여 비개조된 형태로 이미 공지된 필터 시스템에 사용될 수 있는 가능성을 제공한다. 이미 공지된 시스템은 상기한 목적을 달성하기 위해 개조될 필요가 없다. 본 발명에 의해 제공된 제조 방법은 필터체의 제조 비용을 낮출 수 있고, 또한 설치 비용도 낮출 수 있다.

Claims (15)

  1. 필터체를 통하여 흐르는 가스 유동으로부터 입자를 걸러내기 위한 내열성의 재생가능한 필터체로서,
    하나의 가스 유동을 다수의 상호 개별적인 부분 가스 유동으로 분할하고 상기 다수의 부분 가스 유동을 하나의 유동 방향으로 안내하는 상호 개별적인 유동 통로를 형성하는 유동 안내면을 형성하는 가스 불침투성 재료층과, 그리고
    제 1필터 장치와 제 2필터 장치를 포함하는 두 개 이상의 필터 장치를 포함하며,
    상기 제 1필터장치와 상기 제 2 필터 장치가 상기 상호 개별적인 유동 통로의 각각에 있는 상기 유동 방향으로 연속하여 배치되어서 상기 부분 가스 유동 각각은 1차적으로 상기 제 1필터 장치를 통과하고 나서 상기 제 2필터 장치를 통과하며, 상기 두 개 이상의 필터 장치는 상기 유동 방향으로 크기가 감소하는 상이한 필터 개구를 가지며, 상기 두 개 이상의 필터 장치 중 하나 이상은 필터 재료층 및 상기 가스 불침투성 재료층이 교대로 형성되어 있는 필터체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 두 개 이상의 필터 장치는 상기 유동 방향으로 감소하는 크기를 가지는 필터 개구를 가지는 3개 이상의 필터 장치인 필터체.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 가스 불침투성 재료층은 가스 유동을 두 번 이상 편향시키는 필터체.
  4. 제 1항에 있어서, 금속 포일을 구비한 적층 또는 권선층을 포함하며, 상기 두 개 이상의 필터 장치 중 하나 이상이 상기 층에 통합되는 필터체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 필터 장치 중 하나 이상이 상기 하나 이상의 필터 장치에서 여과된 입자가 축적되는 트랩을 가지는 필터체.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 필터 장치 중 하나 이상이 적어도 부분적으로 촉매식으로 코팅되어 있는 필터체.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 필터 장치 중 하나 이상이 두 개 이상의 상이한 종류의 촉매식으로 작용하는 코팅물을 가지는 필터체.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 제 1장치는 환원을 촉진하는 촉매식으로 작용하는 코팅물을 가지며, 하나 이상의 후속하는 필터 장치는 산화를 촉진하는 촉매식으로 작용하는 코팅물을 가지는 필터체.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 제 1장치의 촉매식으로 작용하는 코팅물은 질소 산화물의 환원을 촉진하며, 상기 하나 이상의 후속하는 필터 장치의 촉매식으로 작용하는 코팅물은 탄화수소의 산화를 촉진하는 필터체.
  10. 제 3항에 있어서, 상기 하나 이상의 필터 장치는 두 개 이상의 상이한 종류의 촉매식으로 작용하는 코팅물을 가지며, 상기 필터 재료층은 상기 가스 불침투성 재료층과는 상이한 촉매식으로 작용하는 코팅물을 가지는 필터체.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 필터 재료층은 매연의 점화 온도를 감소시키는 코팅물을 가지며, 상기 가스 불침투성 재료층은 산화 촉진 코팅물을 가지는 필터체.
  12. 필터체를 통하여 흐르는 가스 유동으로부터 입자를 걸러내기 위한 내열성의 재생가능한 필터체로서,
    제 1필터 장치 및 제 2필터 장치와,
    상기 제 1필터 장치 및 상기 제 2필터 장치를 통과하는 상호 개별적인 유동 통로를 형성하고, 하나의 가스 유동을 다수의 상호 개별적인 부분 가스 유동으로 분할하며, 유동 방향으로 상기 다수의 부분 가스 유동을 안내하는 유동 안내면을 형성하는 가스 불침투성 재료층을 포함하며, 그리고
    상기 제 1필터 장치와 상기 제 2필터 장치는 상기 상호 개별적인 유동 통로의 각각에 있는 상기 유동 방향으로 연속하여 배치되어서 상기 부분 가스 유동 각각은 1차적으로 상기 제 1필터 장치를 통과하고 나서 상기 제 2필터 장치를 통과하며,
    상기 제 1필터는 상기 제 2필터 장치 보다 더 큰 필터 개구를 가지며,
    상기 제 1필터 장치와 상기 제 2필터 장치 중 하나 이상은 필터 재료층과 상기 가스 불침투성 재료층이 교대로 형성되어 있는 필터체.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 두 개 이상의 필터 장치는 상기 유동 방향으로 감소하는 크기를 구비한 필터 개구를 가지는 3개 이상의 필터 장치인 필터체.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 가스 불침투성 재료층은 가스 유동을 두 번 이상 편향시키는 필터체.
  15. 제 12항에 있어서, 금속 포일을 구비한 적층 또는 권선층을 포함하며, 상기 두 개 이상의 필터 장치 중 하나 이상이 상기 층과 통합되어 있는 필터체.
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