催化颗粒过滤器的制作方法

文档序号：11510659阅读：246来源：国知局

相关申请的交叉引证

本申请要求于2015年12月14日提交的韩国专利申请第10-2015-0178648号的优先权和权益，将其全部内容通过引证结合于此。

本公开涉及一种催化颗粒过滤器，并且更具体地，涉及一种在使背压的增加最小化的同时可增加催化剂和流体的接触时间(面积)的催化颗粒过滤器。

背景技术：

从内燃机(诸如柴油发动机或各种燃烧设备)排放的气体包括颗粒物(pm)。当pm只是喷射到大气中时，由于造成了环境污染，因而在废气的排放系统上安装有用于收集pm的颗粒过滤器。

颗粒过滤器根据流体的流动可分为流通式(flow-throughtype)颗粒过滤器和壁流式(wallflowtype)颗粒过滤器。根据流通式颗粒过滤器，流入一个通道中的流体不会移动到另一个通道，并且仅在一个通道中流动。因此，使背压的增加最小化，但可需要用于收集流体中所包含的颗粒物的装置，并且过滤能力可劣化。

在壁流式颗粒过滤器中，流入一个通道中的流体移动到另一个相邻通道，并且然后，通过另一个通道从颗粒过滤器排放。即，流入入口通道中的流体通过多孔壁移动到出口通道，并且再次通过出口通道从颗粒过滤器排放。当流体穿过多孔壁时，流体中所包含的颗粒物无法穿过多孔壁并且被收集。虽然壁流式颗粒过滤器可略微增加背压，但对过滤颗粒物是有效的。因此，主要使用壁流式颗粒过滤器。

一个或多个催化转换器与颗粒过滤器一起安装在车辆上。催化转换器被配置为净化废气中所包含的一氧化碳(co)、碳氢化合物(hc)和氧化氮(nox)。催化转换器可在与颗粒过滤器物理分离的同时安装，并且颗粒过滤器涂覆有催化剂，且因此，催化转换器可与颗粒过滤器合并。涂覆有催化剂的颗粒过滤器也被称为催化颗粒过滤器(cpf)。

在cpf中，将入口通道和出口通道分开的多孔壁涂覆有催化剂，并且流体在穿过多孔壁时接触所涂覆的催化剂。在由多孔壁分开的入口通道和出口通道之间生成压力差，并且因此，流体迅速穿过多孔壁。因此，由于催化剂和流体的接触时间短，因而不能充分发生催化反应。

另外，当涂覆在多孔壁上的催化剂厚时，催化剂封闭在壁上形成的微孔，从而阻碍流体从入口通道到出口通道的流动。因此，背压增加。为了使背压的增加最小化，将催化剂薄薄地涂覆在cpf中的壁上。因此，由于涂覆在cpf上的催化剂的量不足，因而不能充分发生催化反应。

为了解决该问题，入口通道和出口通道(在下文中，统称为“单元”)的数量(密度)增加，以增加可涂覆有催化剂的壁的表面积的量。然而，当单元的密度在有限的空间中增加时，壁的厚度减小。壁的厚度的减小可使过滤能力下降。因此，单元的密度不能增加至极限密度或更大。

在该背景技术部分中公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景技术的理解，并且因此，其可包含不构成在本领域中已为本领域普通技术人员所知晓的现有技术的一部分的信息。

技术实现要素：

本公开提供了一种催化颗粒过滤器，其在使背压的增加最小化的同时可增加催化剂负载量。催化颗粒过滤器在使背压的任何增加最小化的同时可增加催化剂和流体的接触时间。

根据本公开的一方面，提供了一种催化颗粒过滤器。该催化颗粒过滤器包括至少一个入口通道，该入口通道具有流体流入其中的一端以及被堵塞的另一端，并且在纵向方向上延伸。该催化颗粒过滤器进一步包括：至少一个出口通道，该出口通道具有被堵塞的一端以及流体流入其中的另一端，并且在纵向方向上延伸；至少多孔壁，限定彼此相邻且在纵向方向上延伸的入口通道与出口通道之间的边界；以及支撑件，在该支撑件上涂覆有催化剂。入口通道和出口通道具有多边形形状，并且至少一个支撑件设置在入口通道和出口通道中的至少一个中。

支撑件可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个平面延伸到除了与该任一个平面邻近的平面之外的其他平面。

支撑件可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个平面延伸到除了形成在该任一个平面上的拐角之外的其他拐角。

支撑件可包括：第一支撑件，该第一支撑件在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个平面延伸到该任一个平面和其他平面；以及第二支撑件，该第二支撑件在纵向方向上延伸，并且从任一个平面和其他平面延伸到其他平面和另一个平面。第一支撑件和第二支撑件可彼此相交。

支撑件可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个拐角延伸到除了与该任一个拐角共面的拐角之外的其他拐角。支撑件可在纵向方向上延伸，并且多个支撑件可设置在将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的对角线方向上。第一支撑件和第二支撑件可彼此相交。

支撑件可在纵向方向上延伸，从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个平面延伸预定长度，并且从任一个平面和其他平面延伸预定长度。任一个平面和其他平面可为面向彼此的平面。

支撑件可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的相应平面延伸预定长度。支撑件可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的相应拐角延伸预定长度。

支撑件可包括：第一支撑件，该第一支撑件在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个拐角延伸到除了与该任一个拐角共面的拐角之外的其他拐角；以及第二支撑件，该第二支撑件延伸预定长度到第一支撑件的两侧。第二支撑件可在第一支撑件的中心处延伸预定长度。

支撑件可包括：第一支撑件，该第一支撑件在纵向方向上延伸，并且从将入口通道或出口通道隔开的多孔壁的任一个平面延伸到除了与该任一个平面邻近的平面之外的其他平面；以及第二支撑件，该第二支撑件延伸预定长度到第一支撑件的两侧。第二支撑件可在第一支撑件的中心处延伸预定长度。支撑件可形成为在纵向方向上以预定间隔间隔开。

支撑件可在纵向方向上延伸，并且连通孔可以预定间隔形成在支撑件的与将入口通道或出口通道隔开的多孔壁接触的一部分中。

支撑件的表面可涂覆有催化剂。

支撑件可定位在一个或多个入口通道中的至少一个中并定位在一个或多个出口通道中的至少一个中，或者仅定位在一个或多个入口通道中的至少一个中，或者仅定位在一个或多个出口通道中的至少一个中。

根据本发明的另一方面，在催化颗粒过滤器中，支撑件的涂覆有催化剂的面积增加，以增加催化剂和流体(废气)的接触面积(时间)，从而提高通过催化剂的流体的净化能力。与此同时，由于支撑件施加到在入口通道和出口通道上流动的流体的阻力可最小化，因而可使背压的增加最小化。

从本文中提供的公开内容中，其他应用领域将变得显而易见。应当理解的是，该描述和特定实例旨在仅用于例示的目的，而并非旨在限制本公开的范围。

附图说明

为了可更好地理解本公开，现在将参考附图以举例的方式描述本公开的各种形式，在附图中：

图1是根据本公开的教导的催化颗粒过滤器的透视图；

图2是图1的催化颗粒过滤器的剖视图；

图3是示出根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图4是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图5是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图6是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图7是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图8是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图9是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图10是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图11是示出根据本公开的另一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图12是示出根据本公开的又一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图；

图13a和图13b是根据本公开的又一方面的催化颗粒过滤器的剖视图；以及

图14a和图14b是根据本公开的又一方面的催化颗粒过滤器的剖视图。

具体实施方式

以下详细描述在本质上仅仅是示例性的，而非旨在限制本公开、应用或用途。详细参考本公开的各种形式，仅以例示的方式示出和描述本公开的示例。如本领域的技术人员将认识到的，所描述的各种形式可以各种不同方式修改，所有都不背离本发明的精神和范围。

附图和描述将被认为本质上是例示性的而非限制性的，并且在整个说明书中类似参考标号表示类似元件。进一步地，由于为了方便描述，任意地表示附图中所示的每个部件的尺寸和厚度，因而本公开不特定限于所示出的每个部件的尺寸和厚度，并且厚度可被放大且示出，以便清楚表示各种零部件和区域。

根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器可应用于各种通过燃烧矿物燃料获得能量并且在此过程期间将所生成的气体排放到大气的设备以及车辆。在本公开中，催化颗粒过滤器应用于车辆但不限于此，并且不应当解释为催化颗粒过滤器仅应用于车辆。

在车辆上安装用于生成动力的发动机。发动机燃烧其中燃料和空气进行混合的混合空气，以将化学能转换成机械能。发动机连接到进气歧管以接收燃烧室中的空气，并且连接到废气歧管，因此，在燃烧过程期间所生成的废气被收集在废气歧管中，并且然后排放到车辆的外部。在燃烧室或进气歧管上安装喷射器，以将燃烧喷射到燃烧室或进气歧管中。

由发动机生成的废气通过废气设备排放到车辆外部。废气设备可包括废气管和废气再循环(egr)设备。废气管连接到废气歧管，以将废气排放到车辆外部。

egr设备安装在废气管上，并且因此，从发动机排放的废气穿过egr设备。进一步地，egr设备连接到进气歧管，并且使废气中的一些与空气混合以控制燃烧温度。通过对在egr设备中提供的egr阀(未示出)进行打开/关闭控制来控制燃烧温度。即，对egr阀进行打开/关闭控制以控制供应到进气歧管的废气量。

废气设备可进一步包括安装在废气管上以收集废气中所包括的颗粒物的颗粒过滤器。颗粒过滤器可以为根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器，用于净化除废气中所包括的颗粒物之外的有害物质。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器。

参考图1，提供了根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器的透视图。在图2中，示出了根据图1的催化颗粒过滤器的剖视图。在图3中提供了示出根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图。

如图1所示，根据本公开的一方面的催化颗粒过滤器1包括位于壳体中的一个或多个入口通道10和一个或多个出口通道20。多个入口通道10和出口通道20由壁30隔开。进一步地，支撑件40可设置在一个或多个入口通道10和一个或多个出口通道20中的一个或多个通道中。

在本公开中，入口通道10和出口通道20两者可被统称为“单元”。进一步地，在本公开中，例示了壳体具有圆柱形形状并且单元具有多边形形状，但壳体的形状和单元的形状不限于所例示的形状。

现在参考图2和图3，入口通道10沿废气的流动延伸。入口通道10的前端敞开，并且因此，废气通过入口通道10流入催化颗粒过滤器1中。入口通道10的后端被第一塞子12堵塞。因此，催化颗粒过滤器1中的废气不可通过入口通道10流出到催化颗粒过滤器1的外部。

出口通道20可根据废气的流动延伸，并且设置成与入口通道10平行。一个或多个入口通道10定位在出口通道20的周边上。

例如，当单元具有四边形形状时，围绕出口通道20的壁30具有四个平面。这四个平面之中的至少一个平面定位在出口通道20和与该出口通道20相邻的入口通道10之间。当单元具有四边形形状时，出口通道20可被4个相邻的入口通道10围绕，并且入口通道10可被4个相邻的出口通道20围绕，但本公开不限于此。

出口通道20的前端被第二塞子22堵塞，并且因此，废气不可通过出口通道20流入催化颗粒过滤器1中。出口通道20的后端敞开，并且因此，催化颗粒过滤器1中的废气通过出口通道20流出到催化颗粒过滤器1的外部。

壁30设置在彼此相邻的入口通道10和出口通道20之间以限定边界。壁30可为多孔壁30，该多孔壁30具有至少一个在其中形成的微孔。多孔壁30可使彼此相邻的入口通道10和出口通道20彼此流体连通。因此，流入入口通道10中的废气可通过多孔壁30移动到出口通道20。进一步地，多孔壁30不会使废气中所包含的颗粒物通过。当废气通过多孔壁30从入口通道10移动到出口通道20时，废气中所包含的颗粒物被多孔壁30过滤。多孔壁30可由钛酸铝、堇青石、碳化硅等以及它们的混合物制造，但不受限制。

多孔壁30可涂覆有催化剂50。多孔壁30可涂覆的催化剂50的组合物不受限制。即，根据设计意图，壁30可涂覆有各种催化剂50组合物，包括但不限于稀燃nox捕集(lnt)催化剂、三重催化剂、氧化催化剂、碳氢化合物捕集催化剂、选择性催化还原(scr)催化剂等。进一步地，壁30可涂覆有两种或更多种催化剂50。例如，入口通道10的内壁可涂覆有lnt催化剂，并且出口通道20的内壁可涂覆有scr催化剂，但本公开不限于此。

支撑件40可设置在入口通道10和出口通道20中的至少一个中。另选地，支撑件40可仅设置在入口通道10中或仅设置在出口通道20中。

现在参考图3，示出了支撑件40平行于入口通道10和/或出口通道20延伸所沿的方向延伸，但支撑件40可具有各种形状，如以下所述的实例中获知的。

支撑件40涂覆有催化剂50。支撑件40所涂覆的催化剂50组合物不受限制。即，根据设计意图，支撑件40可涂覆有各种催化剂50组合物，包括但不限于稀燃nox捕集(lnt)催化剂、三重催化剂、氧化催化剂、碳氢化合物捕集催化剂、选择性催化还原(scr)催化剂等。进一步地，支撑件40可涂覆有两种或更多种催化剂50。例如，支撑件40可相继涂覆有lnt催化剂和scr催化剂，但本公开不限于此。此外，支撑件40的一个平面和其他平面可涂覆有不同种类的催化剂50。进一步地，支撑件40所涂覆的催化剂50的类型可与壁30所涂覆的催化剂50的类型相同或不同。

同时，由于提供支撑件40不是为了起过滤器的作用，而是为了保持催化剂50，因而支撑件40不需要特别地由多孔材料制造。即，支撑件40可由与多孔壁30相同的材料或不同的材料制造。虽然支撑件40由多孔材料制造，但由于压力差仅存在于由支撑件40隔开的入口通道10或出口通道20的两个部分之间，因而废气未穿过支撑件而是沿支撑件40和壁30移动。进一步地，由于支撑件40不需要起过滤器的作用，因而支撑件40不需要形成为厚的。

即，支撑件40的厚度优选地形成为小于壁30的厚度，并且因此，使背压的增加最小化。当支撑件40由多孔材料制造时，支撑件40的表面和支撑件40中的微孔涂覆有催化剂50组合物。可替换地，当支撑件40由非多孔材料制造时，支撑件40的表面涂覆有催化剂50。

如以上所提及的，支撑件40和多孔壁30两者可涂覆有催化剂50组合物。在这种情况下，支撑件40所涂覆的催化剂50的量可大于多孔壁30所涂覆的催化剂50的量。由于多孔壁30起过滤器的作用，因而多孔壁30可薄薄地涂覆有催化剂50。然而，由于支撑件40不需要起过滤器的作用，因而支撑件40可厚厚地涂覆有催化剂50。因此，催化颗粒过滤器1所涂覆的催化剂的量可增加。在本文中，催化剂50的量意指每长度或每面积所涂覆的催化剂的量。

在下文中，将参考附图详细描述根据本公开的另一方面的各种支撑件的形状。根据本公开中的一个，作为实例，描述了入口通道和出口通道具有四边形形状。然而，本公开的范围不限于特定实例、附图和描述。

支撑件40设置在入口通道10和出口通道20中，并且定位在至少一个入口通道10和至少一个出口通道20中的至少一个中。

首先，将详细描述根据本公开的一方面的支撑件的配置。参考图3，提供了示出催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图。

如图3所示，催化颗粒过滤器的支撑件40在入口通道10和出口通道20延伸所沿的方向(在下文中，“纵向方向”)上延伸。进一步地，支撑件40从将入口通道10或出口通道20隔开的多孔壁30的任一个平面延伸到除了与这一个平面邻近的平面之外的另一个平面。在这种情况下，支撑件40可延伸入口通道10和出口通道20的总长度，或者延伸入口通道10和出口通道20的部分长度。支撑件40可在将入口通道10和出口通道20隔开的多孔壁30的中心处延伸。

接着，将详细描述根据本发明的另一方面的支撑件的配置。现在参考图4，提供了示出催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图。

如图4所示，催化颗粒过滤器的支撑件40在纵向方向上延伸，并且从将入口通道10和出口通道20隔开的多孔壁30的任一个平面延伸到除了形成在该任一个平面上的拐角之外的另一个拐角。在这种情况下，支撑件40可包括多个支撑件41和42。当入口通道10或出口通道20具有四边形形状并且形成有两个支撑件40时，入口通道10或出口通道20可被支撑件40分成三个空间。

如上所述，由于支撑件40所涂覆的催化剂和流体(废气)的接触面积(时间)增加，因而流体(废气)的净化速率可增加，并且进一步地，可使背压的增加最小化。

接着，将详细描述根据本发明的又一方面的支撑件的配置。现在参考图5，提供了示出催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图。

如图5所示，催化颗粒过滤器的支撑件40包括：第一支撑件41，该第一支撑件41在纵向方向上延伸，并且从任一个平面延伸到将入口通道10和出口通道20隔开的多孔壁30的任一个平面和其他平面；以及第二支撑件42，该第二支撑件42在纵向方向上延伸，并且从任一个平面和其他平面延伸到其他平面和另一个平面。在这种情况下，第一支撑件41和第二支撑件42可形成为彼此相交。

当入口通道10或出口通道20具有四边形形状时，入口通道10或出口通道20可被第一支撑件41和第二支撑件42分成四个空间。第一支撑件41可从多孔壁30的任一个平面的中心延伸到任一个平面和其他平面的中心。第二支撑件42可从多孔壁30的任一个平面和其他平面的中心延伸到其他平面和另一个平面的中心。

如上所述，支撑件40包括第一支撑件41和第二支撑件42，以增加设置在入口通道10或出口通道20中的支撑件40的面积，并且因此，由于支撑件40所涂覆的催化剂和流体(废气)的接触面积(时间)增加，因而废气的净化速率可增加。

接着，将详细描述本发明的又一方面的支撑件的配置。现在参考图6，提供了示出催化颗粒过滤器的部分入口通道和部分出口通道的前视图。

如图6所示，催化颗粒过滤器的支撑件40可在纵向方向上延伸，并且从将入口通道10或出口通道20隔开的多孔壁30的任一个拐角延伸到除了与该任一个拐角共面的拐角之外的其他拐角。例如，当入口通道10或出口通道20具有四边形形状时，支撑件40可在多孔壁30的对角线方向上延伸。