TWI364491B - Bypass flow filter with improved filter efficiency - Google Patents

Description

1364491 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域:j 發明領域 本發明係有關一種旁流過濾器，其具有多數的胞室係 5 由至少一結構壁層及一過濾層所形成。該旁流過濾器以目 前所知係與具有交替側完全封閉之胞室的過濾器不同。此 類型的旁流過濾器之一特殊使用領域係在動力車輛的廢氣 後處理。 C先前技術3 10 發明背景 一旁流過濾器係例如曾被No. 20117873德國新型專利 所揭露；在該文件中被“公開”揭述的過濾體係使用一結構 性箔膜及一平滑的濾層來製成。該箔膜設有多數的葉片其 具有一葉片高度，它們在任何情況下皆會形成一通道而具 15 有一葉片入口及一葉片出口，該葉片入口與葉片出口係被 設成互呈一角度。其中所述之過濾體的特徵係該葉片高度 約在該結構高度的100%至60%之間，而能確保至少有20% 的流動自由。參照該流動自由顯示其並非一封閉的濾器概 念，而有可能形成一旁通流。有關該等葉片的構形，亦被 20 揭露它們較好係被設在交替側上並具有相同的走向。設在 交替側上意指該等葉片係被定位在相鄰的結構物末端，而 朝該箔膜的不同側突出。在本文中，所謂具有相同的走向 意指該等葉片的通道開孔全部面朝該過濾體的同一軸向。 依據此過濾體之一改良，如在WO 2005/099867 A1專利 5 1364491 截面的旁流過濾器能被置入一對應的殼體内。 流動阻障物可藉提供導片來製設在該等胞室内，而使 一動遙壓力形成於該專導片的前方。此動態壓力會致使流 經該胞室的氣體流之一相當大比例部份穿過—過濾層。假 5使該氣體流具有經由一對應通道逃逸至一較低壓力之胞室 的玎能性，則此動態壓力將會減低。 已發現該通道的構形或走向會對淨化作用有相當的影 響。因此，依據本發明乃建議使該等通道具有漸縮的截面， 且該截面的漸縮部會導向相鄰的導片。換句話說，此乃意 10指該截面的漸縮部係被製成朝向會在該通道附近建立動態 壓力的導片。通常，該等通道會沿該等胞室的方向延伸超 過數mm的距離。在以往所揭露過的設計中，皆是最大的截 面處被導向該導片。此會導致壓力的驟減，而使其不可能 在該過濾層覆蓋該鄰近胞室部份的區域中造成任何微粒的 15充分累積。若倒反該等通道的設置方式’而使該截面加寬， 則會具有令在鄰近於導片之區域中的過渡層亦能被利用的 功效。初步測試顯示此將能增加大約1 〇%的效率。其结果 係即使裝入更多的過濾層，但一通過該旁流過濾器之廢氣 的部份流完全不穿過該過渡層的可能性會減低。 20 在本文中之該漸縮截面最好具有〇.8至18mm2的表面 積:針對1至2.5mm範圍内的胞室寬度，該表面積在β7_2 的純園内尤其較佳。此明顯地驗證其若為一較大的表面 則在操作時特解會被污染物及/或微粒娜塞。此可 保該旁流减器能長久保持其有關低壓力損耗的特性， 8 1364491 即使在不佳的操作條件下。 本發明的另一態樣係提供一種旁流過濾器，其具有多 數的胞室互相緊靠排列，該等胞室係以至少一結構性壁層 與一過遽層來形成。於此情況下，具有一導面的導片等會 5 被設在至少大部份的胞室中。該旁流過濾器的特徵為該等 導片在相鄰的胞室中係互相偏移而以相同於該等導面的定 向排列。 此旁流過濾器係特別被用來形成前述之具有通道截面 漸縮部的旁流過濾器。因此，此時請參考前述有關該壁層 10 和過濾層，以及該等胞室與導片之列設的說明。 於此又另一特徵係該等導片具有一導面。該導面係被 設成實質朝向該胞室或其胞室軸心斜傾。此時會建議該等 被直接排列成互相偏移的導片相對於該等導面皆具有相同 的定向；請瞭解此最好係包含該旁流過濾器的所有全部導 15 片。換言之，此亦意味著，例如，該等導面係被設成相對 於該廢氣流的主流向實質具有相同的斜傾角度。此並不一 定須要全部的導面皆具有相同的斜傾角度，但所有的導面 皆應被以一對應於該主流向的方式來定向。此亦意味著該 等導片係大致以如下方式來排列，即令針對一所考量之導 20 片流入的廢氣會衝擊到該導面最突出於該胞室内的區域 (葉片末端），而針對相鄰的導片者會衝擊到最靠近於該壁層 的區域（根部末端），或者相反而為（此係被稱為“交替排 列”）。此種具有相同走向之導面的導片之排列方式會導向 被製成具有漸縮截面的通道，而該等截面的漸縮部會導向 9 1364491 相鄰的導片。因此，利用此種特定的導片排列方式，將4 達成刖述有關保持此類導片前端之動態壓力的正面效果。 依據一更佳的改良，該等通道係被設成具有導片列設 在相鄰的胞室中且具有一導面，其中互相偏移的導片係被 5列設在該壁層的相鄰極端。換言之，此乃是說(例如若為規 則波狀結構的壁層）該等被排列成互相偏移的導片會被設 在一波峰處及—相鄰的波谷處。於此情況下，該等導片最 好以相反方向延伸，即令設在波谷處的導片向上延伸，而 設在波峰處的導片向下延伸。因為在此區域的波狀層係凹 ίο凸不平或形成該等導片，故該等通道會被形成具有一截面 漸縮部°於此情況下，在相鄰極端處之導片其構態係相對 各自的胞室被呈對稱地形成將會較佳，雖此並非一定必要的。 依據該旁流過濾器之一改良，其中該等通道係被製成 設有導片其具有一導面，該等導面係相對於一胞室軸心呈 15 一最多45°的角度來形成。於此例中，假使一通道寬度最大 為例如2.5mm，則該導面的角度在5°至2〇。的範圍内尤佳。 該角度會特別有關於該導面朝向通過該旁流過濾器之廢氣 流向的斜傾度。 又，亦要建議假使一旁流過濾器具有通道設有賦具一 20 導面的導片’則該等導面係被以3至8mm的長度來製成。若 該等導面的長度係在4至6mm的範圍内則會十分甚佳。 在本文中顯然當選擇該等導片之導面的角度和長度 時，該壁層的結構高度和結構長度亦應被納入考量。一開 始其波紋咼度或胞室寬度大致是在1至5mm的範圍内，尤其 10 1364491 則地），尤其是已被焊接在一起者。 亦建議多數的薄片其包含一壁層與一過滤層會被互相 連結來列設在一殼體内。應請瞭解尤其是多數呈s狀排列的 薄片，在各情況下包含一結構壁層與一實質平滑的過濾層 5 者。然而，該等片層的堆疊（直線式）或螺旋狀排列方式亦可 適用，因此該旁流過濾器的特定構形於此並不欲予加以任 何限制。但是，舉例而言，S形或堆疊式的排列可具有如下 之優點：即該等薄片或壁層和過濾層的所有端部皆可被使 用接合技術，例如焊接或熔接來連結於該殼體。此乃能確 10 保該等個別的薄片之間，以及該等薄片與殼體之間的可靠結合。 本發明亦推薦一種旁流過濾器，其中該壁層或過濾層 的至少一次區域具有一催化活性塗層。就此而言，一種該 壁層和過濾層在該旁流過濾器的部份體積中皆設有催化活 性塗層的構造尤其較佳，該催化活性塗層較好包含貴金屬 15 觸媒，其可例如用來氧化該廢氣中所含的污染成分。此等 貴金屬觸媒之例乃包括鉑、铑、或鈀。 對汽車内燃引擎排出廢氣的後處理係被建議為此類旁 流過濾器之一特佳的用途。因此，本發明亦推薦一種車輛 的排氣系統，其具有上述之依本發明的旁流過濾器；以及 20 —種具有此種旁流過濾、器的車輛。 圖式簡單說明 本發明及其技術背景會被參照圖式來更詳細說明。該 等圖式乃示出本發明的較佳變化實施例，但本發明並不限 制於該等實施例。其中： 12 1364491 第1圖示出一結構壁層具有導片用以形成通道的立體 示意圖； 第2圖係概示出第1圖的壁層與一過濾層及不同的廢氣 部份流等； ~ 5 第3圖係詳細示出該旁流過濾器之另一實施例的截面圖. 第4圖係概示出另一變化實施例之旁流過濾器的端視圖； 第5圖係概示出本發明的旁流過濾器之另一變化實施 例的截面圖；及 第6圖概示出一具有旁流過濾器的動力車輛。 10 【實方式】 較佳實施例之詳細說明 第1圖示出一壁層3之一部份的立體示意圖，其係由一 金屬箔膜17所形成。該金屬箔膜π具有一呈規則的波紋形 狀，其各極端10係互相鄰接而在此例中形成一波峰35與一 15 波谷36。此波狀結構或胞室2等係被設計成具有大致相同尺 寸的胞室寬度15。該等胞室2係構形成互相平行並沿一胞室 軸心12延伸。 假使為一單純的波紋結構，則廢氣將會以流層方式沿 該等胞室2流動。因此，為使通過該等胞室2的廢氣轉向， 2〇 乃設有多數的導片5來使其發生轉向。於此所示之變化實施 例中，被列設在波峰35上的導片5會被向下壓低，而列設在 波谷36中的導片5會被向上推高。該等導片5的形狀實質上 是由導面9來界定；在該導面的末端，一近乎部份圓筒狀部 乃可被提供，而略呈一環圈造型。該等導片之特定構形的 13 1364491 進一步細節乃可參閱No. 20117873德國新型專利，其在介紹 中有被引述。該等導片5會阻擋該胞室2之一可觀比例的截 面，而使流過該胞室的廢氣轉向。該等導片5會造成流動阻 力，因此一對應的動態壓力會產生於該等導片5或導面9的 5 前方。為確保廢氣的強烈流動轉向和有效率的淨化，該等 導片較好係被設計成具有一 10至20mm的偏距16。 對該等導片5的構形特別有利的是令在相鄰胞室2中被 互相偏移排列的導片5之導面9具有相同走向。換言之，針 對第1圖示出之例’此係指所示之較靠左邊的導片5應具有 10 —導面9其會由左下方朝向右上方。在相鄰的胞元2中相對 於前述之導片呈偏移列設的導片5具有相同的走向，意即由 左下方朝向右上方。假使有考慮使用向下壓低的導片5，則 該等導片會為相鄰的胞室形成一通道6，這些通道6具有一 漸縮的截面。該等導片5之導面9被以相同方式來定向的結 15 果即該截面的漸縮部會朝向相鄰的導片5定向。此排列方式 的效果現將參照第2圖來說明。 於此，第2圖示出第1圖中之壁層3的相同設計。此外’ 該圖示出一過濾層4的次區域，其大致位於該壁層3的波峰 上。針對一胞室2的流動狀況現將利用對應的箭號來舉例說 2〇明。流入胞室2的廢氣會衝擊到導片5，該導片係被設在其 中而構成一流動阻障。此會在一上游胞室區中造成一動態 壓力，而使一大比例的廢氣穿過該過濾層4，如用以表示過 濾流24的箭號所示。但是，該旁流過濾器丨不僅會產生一過 濾流24，亦可容許廢氣部份流等流過它，並且通過導片5本 14 身’此係被稱為支流25 ’且亦會由一胞室2經由通道6逸入 —相鄰的胞室（即為旁通流26)。由於所述之本發明之通道6 的構形’或該等導面9的相同走向，其乃可在該胞室之一較 大區域中保持該動態壓力，並同時相對於相鄰的導片保持 該等距離或偏移。此將會使該種旁流過濾器產生驚人的效 率提升。 第3圖又再示出該旁流過濾器1之另一變化實施例的截 面詳示圖。該圖示出一胞室2係被一結構性金屬箔膜17及一 金屬線織物18所界定。該金屬箔膜π係被示出具有一導片5 其具有一導面9。該導面9較好是被設成對該胞室軸心12呈 一角度11約在由5。至25。的範圍内，同時具有一長度13是在 4mm至8mm的範圍内，故而最後會造成一高度14，其係在 該胞室寬度15的70%至100%之範圍内。結果，該胞室的截 面會可觀地窄化，因此本來會沿著流向27流動的廢氣將會 轉向。一通至相鄰胞室的通道6會被設在該流向27的相反方 向，即a玄導片5的上游處。該通道6係例如以在該波峰處之 一對應的導片來形成，而具有一漸縮的截面7,該截面7的 漸縮部8會朝向該相鄰的導片5 ’該導片5係沿該流向27在其 下游處，即所示之右方。該通道6與對應的導片5較好間隔 分開一不大於l〇mm的距離34,最好是在2至6mm的範圍内。 該通道6的漸縮部8朝向所示出的導片5會使被產生於 該導片5前方的動態壓力只能“緩慢，’地消減，因此該金屬線 織物18之一較大區域能夠被用來過濾該廢氣。此可使該旁 流過濾、器的效率大大地提升。 1364491 第4圖示出該旁流過濾器1之一變化實施例的端視示意 圖。該過濾器包含多數的薄片19，其各包含一壁層3與一過 濾層4以形成多數的胞室2。該等薄片19係至少部份地呈S 形排列方式捲繞在一起，並在其端部以接合技術尤其是藉 5 焊接來連結於該殼體20。由於該等薄片19係在兩端被固 定，故會形成一十分穩定的旁流過濾器1，其能夠承受甚高 變動的熱和動態應力。 第5圖示出該旁流過濾器1之另一實施例的截面圖。該 旁流過濾器1包含多數的薄片19係由壁層3和過濾層4所組 10 成其可形成多數的胞室2，而被排列在一殼體20内。沿該流 向27流入的廢氣首先會衝擊到被示於左方的端側28，並分 成多數廢氣部份流再通過該等胞室2。由於有導片5列設在 該等胞室2内，且具有對應走向的導面9,故該等廢氣部份 流將會偏轉，而使它們被迫穿過該濾層4，但胞室不會被完 15 全地封閉。 在所示的變化實施例中，該旁流過濾器1係被設計成具 有一次區域21，其中該壁層和過濾層係設有一催化活性塗 層22。最好該等塗層22包含一貴金屬觸媒，以使其中能例 如以一連續再生阱（CRT)的方式來促進二氧化氮的生成，而 20 此二氧化氮的生成將會在該旁流過濾器1的後續次段中促 成被捕獲的油煙微粒轉化成二氧化碳，即使在大約600°C的 低溫中。 最後，第6圖示出一車輛30，其係被設計成具有一如前 述的旁流過濾器1。該内燃引擎32(尤其是一火花點火引擎 16 1364491 或一柴油引擎）會產生不同成分的廢氣成為一引擎控制器 31的函數，且此廢氣會通過一排氣系統23。於此所示之例 中，該廢氣會在進入一下游的旁流過濾器1之前，首先通過 濾一可生成二氧化氮的氧化觸媒轉化器29，在該處油煙微 5 粒會被捕獲並利用前已被產生的二氧化氮來轉化。該廢氣 嗣可被饋至各其它的廢氣處理單元33，以使該廢氣中的其 它污染成分能在最後被排放至大氣之前亦會被轉化。 於此所推薦之旁流過濾器的構造會造成效率的甚大提升。 I：圖式簡單說明3 10 第1圖示出一結構壁層具有導片用以形成通道的立體 不意圖， 第2圖係概示出第1圖的壁層與一過濾層及不同的廢氣 部份流等； 第3圖係詳細示出該旁流過濾器之另一實施例的截面圖； 15 第4圖係概示出另一變化實施例之旁流過濾器的端視圖； 第5圖係概示出本發明的旁流過濾器之另一變化實施 例的截面圖；及 第6圖概示出一具有旁流過濾器的動力車輛。 【主要元件符號說明】 1...旁流過濾器 6...通道 2...胞室 7...截面 3...壁層 8".漸縮部 4...過遽層 9...導面 5...導片 10···極端 17 1364491 11…角度 24."過濾流 12...胞室軸心 25...支流 13...長度 26...旁通流 14...高度 27…流向 15...胞室寬度 28...端側 16...偏移距離 29...氧化觸媒轉化器 17…金屬箔膜 30…車輛 18…金屬線織物 31...引擎控制器 19…薄片 32...内燃引擎 20...殼體 33...廢氣處理單元 21...次區域 34…距離 22...塗層 35."波峰 23.. 非氣系統 36...波谷 18

Claims (1)

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20 10孽1背1日1修(更)正替換頁 第96119485號專利申請案申請專利範圍修正本 100_10·11· 十、申請專利範圍： 1. 一種旁流過濾器，具有多數並置的管道，其係由至少一 結構壁層與一過濾層所形成，其中在至少大多數的該等 管道中於任何情況下設有數個具有一導面、用以於一上 游管道區域内建立一動壓的導片，且於任何情況下設有 由該壁層所形成的通道，用以允許排出流部份脫逸進入 一相鄰管道並用以允許排出流部份以該相鄰管道之方 向通過該過濾層，其中於經由通道彼此連接之相鄰管道 中，在相鄰管道中互相偏置之導片具有相同的導面定 向。 2. 如申請專利範圍第1項之旁流過濾器，其中該等通道係 以列設在相鄰管道中具有一導面的導片來形成；其特徵 在於：該等互相偏移的導片係被列設在該壁層的相鄰極 端處。 3. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其中該等通道 係以具有一導面的導月來形成，其特徵在於：該等導面 係相對於一管道軸以一高達45°的角度來設置。 4. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其中該等通道 係以具有一導面的導片來形成，其特徵在於：該等導面 具有一3mm至8mm的長度。 5. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其中該等通道 係以具有一導面的導片來形成，其特徵在於：該等導面 具有其為一個別管道寬度的50%至100%的一高度。 19 1364491 5

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1〇0牟1〇月1 ’曰修(更)正替換頁 第96119485號專利申請案申請專利範圍修正本 100.10.11. 6. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其中該等通道 係以具有一導面的導片來形成，其特徵在於：該等相鄰 導片於該管道軸之方向上具有一至少10mm的偏移》 7. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其特徵在於： 至少有6個導片被設在一管道中。 8. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其特徵在於： 該結構壁層係為一金屬羯膜，且該過濾層為一金屬線織 物。 9.如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其特徵在於： 10 包含一壁層與一過濾層的數個層係於一殼體中捲繞在 —起° 10. 如申請專利範圍第1或2項之旁流過濾器，其特徵在於： 至少該壁層或該過遽層之至少一部分區域具有一催化 活性塗層。 11. 一種車輛的排氣系統，其具有一如申請專利範圍第1至 10項中任一項的旁流過濾器。 12. —種車輛，其具有如申請專利範圍第1至10項中任一項 的旁流過濾器。 20