部分壁流式过滤器和方法
阅读：414发布：2023-03-09
专利汇可以提供部分壁流式过滤器和方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且具有一些未堵塞的流通通道和一些堵塞通道的部分壁流式 过滤器 。通过t壁≤305um、MPD≤20μm、％P≥50％和CD≥250cpsi的组合可提供过滤效率和背压的所需组合，其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔 密度 。在一个实施方式中，一些堵塞通道毗邻入口端，而一些则毗邻出口端。还描述了包括所述部分壁流式过滤器的系统和方法。，下面是部分壁流式过滤器和方法专利的具体信息内容。
1.一种部分壁流式过滤器，其包括：
形成通道的多个多孔壁，其中一些通道是堵塞通道，一些是未堵塞的流通通道，所述多孔壁还包括：
t壁≤305μm，
MPD≤20μm，
％P≥50％，和
CD≥250cpsi
其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔密度。
2.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，所述堵塞通道包括毗邻过滤器入口端堵塞的一些通道和毗邻过滤器出口端堵塞的其它通道。
3.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其还包括：堵塞通道占通道总数的百分数大于50％。
4.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其还包括：堵塞通道占通道总数的百分数大于70％。
5.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其还包括：堵塞通道占通道总数的百分数大于80％。
6.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，CD≥300cpsi。
7.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，CD≥350cpsi。
8.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，t壁≤254μm。
9.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，t壁≤203μm。
10.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，MPD≤15μm。
11.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，MPD≥12μm。
12.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，12μm≤MPD≤20μm。
13.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，L/D比率≤1.25。
14.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其还包括％P≥60％。
15.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，毗邻入口端堵塞的通道的数目小于毗邻出口端堵塞的通道的数目。
16.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，毗邻出口端堵塞的通道的数目小于毗邻入口端堵塞的通道的数目。
17.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其还包括：各堵塞通道的横截面面积大于各未堵塞通道的横截面面积。
18.如权利要求1所述的部分壁流式过滤器，其特征在于，40％≥FE≥70％。
19.一种部分壁流式过滤器，其包括：
形成通道的多个多孔壁，其中一些通道是堵塞通道，一些是未堵塞的流通通道，所述多孔壁还包括：
t壁≤254μm，
12μm≤MPD≤20μm，
％P≥55％，和
CD≥300cpsi
其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔密度。
20.一种操作排气系统的方法，其包括：
提供具有形成通道的多个多孔壁的部分壁流式过滤器，其中一些通道是排废线中的堵塞通道，一些是未堵塞的流通通道，所述多孔壁还包括：
t壁≤305μm，
MPD≤20μm，
％P≥50％，和
CD≥250cpsi
其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔密度，和
使具有夹带于其中的微粒物质的废气通过所述部分壁流式过滤器，其中一些微粒物质被捕获，一些流过流通通道。
部分壁流式过滤器和方法
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请要求2008年5月29日提交的美国临时申请第61/057,079号的优先权。发明领域
[0003] 本发明一般涉及用来过滤废气的壁流式过滤器，更具体地涉及具有一些堵塞通道和一些未堵塞通道的壁流式过滤器。
背景技术
[0004] 柴油机排气系统可包括例如用于从柴油机废气中去除微粒如烟灰的柴油机微粒过滤器(DPF)。最广泛使用的DPF是壁流式过滤器。常规的壁流式过滤器包括陶瓷蜂窝体，其具有由多个相交的多孔壁形成的纵向、大致平行的孔道(cell channel)。所述孔道通常用陶瓷性堵塞水泥堵塞，以在蜂窝体的端面形成棋盘格模式的堵塞。过滤器的单元孔道通常在蜂窝体的入口端面具有一些未被堵塞的末端，本文称为“入口通道”。同样地，通常堵塞所述孔道的其余末端，以在一些末端未堵塞的蜂窝体基材的出口端面形成棋盘格模式的堵塞，本文称为“出口通道”。使用过程中，含夹带的烟灰颗粒的废气进入(未堵塞)入口通道，流过多孔壁(即壁流)，进入出口通道，从(未堵塞)出口通道离开，其中所述多孔壁截留了废气中夹带的一部分颗粒。在常规壁流式过滤器设计中，每个通道在交替末端被堵塞。在该常规设计中，废气进入入口端上的开放通道。所述入口通道在出口端被堵塞，于是气体被迫流过多孔壁进入出口端开放但入口端堵塞的相邻通道以离开过滤器。微粒物质的过滤随着气体被迫通过多孔壁完成。通过常规壁流式过滤器已经实现了大于90％的过滤效率。
[0005] 可彻底清洁常规壁流式过滤器以防止过滤器被堵塞，并在过滤器中保持合适的压降，使其处于规定限度以下。过滤器中压降升高通常导致施加于发动机的背压升高，如果不加以控制，可导致功率损耗。一种已知的彻底清洁过滤器的方法是通过热再生(下文称为“再生”)去除过滤器中捕获的烟灰。再生可以是“被动的”、“主动的”或其组合。在“被动”再生中，废气进入过滤器时的入口温度足够高，以致于一旦满足稳定的状态条件，废气本身可启动壁流式过滤器中捕获的烟灰发生大致连续的燃烧。在“主动”再生中，过滤器的位置使过滤器的温度较低，可能需要额外的能量输入以将废气(和过滤器)的温度升高到可引起过滤器中捕获的烟灰燃烧的水平。通常，通过向废气中后注入燃料以及在过滤器上游设置柴油氧化催化剂来提供额外的能量输入。
[0006] 基于“主动”再生的柴油机排气系统已经成为工业标准，原因在于它们能在较低的废气温度下理想运转，并通过实施再生在不同的发动机工作循环下确保合适的烟灰去除作用。另一方面，“主动”再生伴有燃料经济性缺陷。此外，常规过滤器可具有相对较高的背压。相应地，需要运转过程中发生较少再生事件的系统和过滤器，还需要具有较低背压的过滤器。
发明内容
[0007] 在一个广泛的方面，本文公开一种部分壁流式过滤器，其包含一些堵塞通道和一些未堵塞的流通通道。所述部分壁流式过滤器包括形成通道的多个多孔壁，其中一些通道是堵塞通道，一些是未堵塞的流通通道，所述多孔壁还包括t壁≤305μm，MPD≤20μm，％P≥50％和CD≥250cpsi，其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔密度。
[0008] 在某些壁流式过滤器的实施方式中，所述过滤器包括一些未堵塞通道和一些堵塞通道，其中所述堵塞通道包括邻近所述部分壁流式过滤器入口端堵塞的一些通道和邻近出口端堵塞的其它通道。
[0009] 根据另一个方面，提供一种操作排气系统的方法，包括提供具有形成通道的多个多孔壁的部分壁流式过滤器，其中一些通道是排废线中的堵塞通道，一些是未堵塞的流通通道，所述多孔壁还包括t壁≤305μm，MPD≤20μm，％P≥50％和CD≥250cpsi，其中t壁是多孔壁的横向厚度，MPD是多孔壁的平均孔径，％P是多孔壁的总孔隙率，CD是通道的孔密度。
[0012] 以下所述的附图显示示例性的实施方式，不应认为限制本发明的范围。为了清楚和简明起见，附图不一定按比例绘制，附图的某些特征和某些视图可按比例放大显示或示意性显示。
[0013] 图1A和1B是示例性实施方式所述的柴油机排气系统的示意图。
[0014] 图2A和2B是用于图1A和1B的排气系统的部分壁流式过滤器的透视图。
[0015] 图3是示例性实施方式所述的部分壁流式过滤器的另一个实施例。
[0016] 图3A-3D是示例性实施方式所述的部分壁流式过滤器可采用的堵塞模式的实施例。
[0017] 图4A显示图2A和2B的部分壁流式过滤器两端均采用的部分堵塞模式。
[0018] 图4B和4C显示部分壁流式过滤器两端均采用的替代部分堵塞模式。
[0019] 图5和6显示示例性实施方式所述的部分壁流式过滤器两个端面均采用的替代部分堵塞模式。
[0020] 图7显示示例性实施方式所述的部分壁流式过滤器的各种构型的性能图。
[0021] 发明详述
[0022] 附图中显示了一些示例性实施方式。在描述示例性实施方式时，列出各种具体细节是为了彻底理解所述实施方式。然而，本领域技术人员不难了解，这些具体细节中的一部分或全部并不是必需的。在其它情况中，没有详细描述众所周知的特征和/或方法步骤，以免不必要地混淆各实施方式。此外，类似或相同的编号用于识别相同或类似的元件。
[0023] 图1A显示排气系统100，如柴油机排气系统，用于从柴油机107的排废管汇105中排出废气。如图所示，排气系统100包括具有入口端101和出口端103的排废线102。入口端101通过排废管汇105与柴油机107结合。入口端101可包括可采用任何合适形式的连接装置104。例如，连接装置104可以是法兰，该法兰可与排废管汇105连接部分109上的类似法兰结合。尽管显示排废线102通常是直的，但实际上其可采用其它外形，可包括直的和弯曲的部分和/或不同直径的部分。
[0024] 排气系统100包括设置在毗邻排废线102入口端101的第一微粒过滤器106，如本文所述的部分壁流式过滤器。所述第一过滤器可处于与发动机107、当然也与排废管汇105“紧密结合”的位置。在该“紧密结合”位置，与下游的(第二)过滤器相比，第一微粒过滤器106可利用较高的入射废气温度以实现被捕获烟灰实质性更高程度的“被动”再生。
本文所用的术语“紧密结合”指过滤器位于排气流中紧邻发动机107的位置，具体而言是紧邻发动机燃烧室的位置，所述位置沿排气流测定。例如，“紧密结合”认为是沿排废线测定的紧邻发动机107，从而使运转周期中至少某部分的温度超过250℃。就运转中至少50％的部分而言，第一过滤器的入口温度(T1)优选超过200℃。在如图1A所示的一个实施例中，涡轮增压器111位于排废线102中，第一微粒过滤器106位于涡轮增压器111的上游，从而使热气体直接冲击到第一过滤器106上。在另一个实施方式中，第一过滤器106直接位于涡轮增压器111的下游(参见图1B)。在紧密结合位置，对于实质量的运转周期(大于10％或甚至大于20％)，第一过滤器106可经历250℃或更高的温度条件。这些条件促进实质量的“被动”再生。在一些实施方式中，为避免对过滤器造成不必要的损害，入口温度T1应优选不超过约400℃。
本文所用的术语“紧密结合”指过滤器位于排气流中紧邻发动机107的位置，具体而言是紧邻发动机燃烧室的位置，所述位置沿排气流测定。例如，“紧密结合”认为是沿排废线测定的紧邻发动机107，从而使运转周期中至少某部分的温度超过250℃。就运转中至少50％的部分而言，第一过滤器的入口温度(T1)优选超过200℃。在如图1A所示的一个实施例中，涡轮增压器111位于排废线102中，第一微粒过滤器106位于涡轮增压器111的上游，从而使热气体直接冲击到第一过滤器106上。在另一个实施方式中，第一过滤器106直接位于涡轮增压器111的下游(参见图1B)。在紧密结合位置，对于实质量的运转周期(大于10％或甚至大于20％)，第一过滤器106可经历250℃或更高的温度条件。这些条件促进实质量的“被动”再生。在一些实施方式中，为避免对过滤器造成不必要的损害，入口温度T1应优选不超过约400℃。
[0025] 排气系统100还可包括位于排废线102中与第一微粒过滤器106间隔一段距离(d)的第二微粒过滤器108。在图1A和1B所示的实施例中，第二微粒过滤器106可位于涡轮增压器111的下游。其它微粒过滤器可位于排废线102中第二微粒过滤器106的下游，以满足所需的过滤和背压要求。第二微粒过滤器106之前可设置上游柴油氧化催化剂(DOC)114，其可包括任何已知的用于纯化废气的活性催化物质，如本领域中已知的用于氧化一氧化碳、烃类和微粒的可溶性有机部分的催化物质。如果包括DOC114，其可位于第一过滤器106和第二过滤器108之间。排气系统100还可在微粒过滤器106和108的入口端和出口端包括如扩散和膨胀的锥形件110和112的装置，以辅助在微粒过滤器中实现所需的废气流分布和/或在排废线102中实现尺寸和重量的减少。
[0026] 在发动机的正常运转过程如柴油机的运转过程中，来自发动机107和排废管汇105的废气如图1A中的箭头116所示依次通过第一微粒过滤器106、涡轮增压器111(如果存在)、氧化催化剂114(如果存在)和第二微粒过滤器108。在废气通过第一微粒过滤器
106和第二微粒过滤器108时，废气中的微粒被捕获在这些过滤器内。具体而言，一部分烟灰被捕获在第一过滤器中，而剩余的一些烟灰被捕获在第二过滤器中。可设定发动机运转条件和第一过滤器106相对于发动机107的位置，使废气在第一过滤器106的入口温度T1本身足以启动第一过滤器106中捕获的烟灰燃烧，即促进“被动”再生。相反地，第二过滤器108与第一过滤器106间隔一定的距离(d)，使第二过滤器的入口温度T2低于第一过滤器106的入口温度T1。具体而言，间隔的距离(d)通常使入口温度之比(T1/T2)大于或等于1.1，或甚至大于或等于1.15。优选过滤器的间距使温度差T1-T2为20℃或更大，或甚至为25℃或更大。
106和第二微粒过滤器108时，废气中的微粒被捕获在这些过滤器内。具体而言，一部分烟灰被捕获在第一过滤器中，而剩余的一些烟灰被捕获在第二过滤器中。可设定发动机运转条件和第一过滤器106相对于发动机107的位置，使废气在第一过滤器106的入口温度T1本身足以启动第一过滤器106中捕获的烟灰燃烧，即促进“被动”再生。相反地，第二过滤器108与第一过滤器106间隔一定的距离(d)，使第二过滤器的入口温度T2低于第一过滤器106的入口温度T1。具体而言，间隔的距离(d)通常使入口温度之比(T1/T2)大于或等于1.1，或甚至大于或等于1.15。优选过滤器的间距使温度差T1-T2为20℃或更大，或甚至为25℃或更大。
[0027] 根据一些实施方式，第一微粒过滤器106可以是部分壁流式过滤器。本文所定义的部分壁流式过滤器是具有形成通道的多孔壁的微粒过滤器，其中一些通道是堵塞通道，一些通道是完全未堵塞的流通通道。相比在常规情况中，所有通道均是堵塞(例如在一端或另一端)的常规过滤器，这样的部分壁流式过滤器通常具有相对较低的压降。
[0028] 在一个实施例中，第一微粒过滤器106可足够小，以适合置于排废管汇105附近，在排废管汇105和涡轮增压器111之间或紧邻涡轮增压器下游的可用空间内。容纳第一微粒过滤器106所需的物理空间(体积)可小于容纳第二过滤器108的空间(体积)，因为第二微粒过滤器108需要额外的体积以满足过滤要求。在一种实施过程中，例如，第二微粒过滤器108可以是常规壁流式过滤器。然而，常规壁流式过滤器通常由于“紧密结合”位置的过滤器对尺寸和压降的要求而不适合用作第一微粒过滤器106。具体而言，需要第一过滤器具有低压降。由于低压降的要求，第一微粒过滤器106提供的过滤效率可低于第二微粒过滤器108。例如，第一微粒过滤器106的初始过滤效率(FE@0g/L)可低于约80％。然而，根据一些实施方式，可实现初始过滤效率FE@0g/L≥20％，或FE@0g/L≥30％，FE@0g/L≥40％，或甚至FE@0g/L≤50％。
[0029] 其它实施方式包括如上所述具有用于排气系统的极佳性质的部分壁流式过滤器。应理解，所述部分壁流式过滤器可用于排气系统中作为系统中唯一的废气处理组件。例如，所述系统可仅包括部分壁流式过滤器，可对其进行催化或不进行催化。任选地，所述部分壁流式过滤器可与其它常规废气处理组件联用，且所述部分壁流式过滤器是系统中唯一的过滤器。例如，可联用所述部分壁流式过滤器与柴油氧化催化剂(DOC)或NOx处理组件。例如，所述部分壁流式过滤器之前可设置上游DOC组件。如所讨论的那样，可将催化剂用于部分壁流式过滤器的壁中，如用于处理一氧化碳、烃类和/或氮氧化物，如柴油氧化催化剂或NOx催化剂。所述壁上可携带合适的贵金属，如铂、铑和钯。也可携带非贵金属，如铜、二氧化钛、钒、沸石和钙钛矿催化剂。
[0030] 现在详细描述部分壁流式过滤器200，参照图2A和2B显示和描述第一实施方式。部分壁流式过滤器200如此命名是因为其具有堵塞通道和未堵塞流通通道的组合。在未堵塞的流通通道中，气流一般直接通过通道，即不通过壁。在堵塞通道中，有一些气流通过壁。因此，“部分”表示仅有一部分气流通过壁，而一部分气流不流经壁而通过过滤器。根据某些实施方式，部分壁流式过滤器200包括多孔蜂窝体202，而该多孔蜂窝体具有形成通道
210a、210b和210c的多个多孔壁208，其中一些通道是堵塞通道，其余是未堵塞的流通通道
210a。在该实施方式中，所述堵塞通道(210b和210c)包括毗邻过滤器200入口端210b，即在入口端或入口端附近堵塞的一些通道。其它通道210c在毗邻过滤器300的出口端，即在出口端或出口端附近堵塞。例如，可在一些通道210的端面提供堵塞物212，而其余通道
210保持开放(未堵塞)。这与所有孔道末端均被堵塞(一端或另一端)的常规壁流式过滤器不同。在一些实施方式中，两端204和206均开放并沿其长度方向未堵塞的未堵塞流通通道210a均匀地分布在堵塞通道210b之间，或反之亦然。任选地，可在距离末端一定间隔的位置提供堵塞物。
210a、210b和210c的多个多孔壁208，其中一些通道是堵塞通道，其余是未堵塞的流通通道
210a。在该实施方式中，所述堵塞通道(210b和210c)包括毗邻过滤器200入口端210b，即在入口端或入口端附近堵塞的一些通道。其它通道210c在毗邻过滤器300的出口端，即在出口端或出口端附近堵塞。例如，可在一些通道210的端面提供堵塞物212，而其余通道
210保持开放(未堵塞)。这与所有孔道末端均被堵塞(一端或另一端)的常规壁流式过滤器不同。在一些实施方式中，两端204和206均开放并沿其长度方向未堵塞的未堵塞流通通道210a均匀地分布在堵塞通道210b之间，或反之亦然。任选地，可在距离末端一定间隔的位置提供堵塞物。
[0031] 在一些实施方式中，毗邻出口端206提供的堵塞物比入口端附近多。包括该构型和大于45％的高孔隙率的实施方式显示相对最低压降与烟灰负荷有函数关系。例如，图8显示25％堵塞物毗邻入口端、25％堵塞物毗邻出口端且孔隙率大于60％的部分流式过滤器构型显示在0-2g/l的烟灰负荷范围内具有低于0.5kPa的压降。具有大于60％的高孔隙率和约50％背部堵塞物(rear plugs)(出口端处或出口端附近)的部分流式过滤器也显示低压降变化与烟灰负荷有函数关系。在一些实施方式中，相比出口端，毗邻入口端提供更大百分比的堵塞物。
[0033] 参照图3显示和描述部分壁流式过滤器300的第二实施方式。在该实施方式中，过滤器300包括多孔蜂窝体302，该多孔蜂窝体具有相交以确定和形成多个通道的多个多孔壁308。所述通道包括一些未堵塞通道(未堵塞通道310a)和一些堵塞通道(堵塞通道310b)。在该实施方式中，堵塞物312全部包括于过滤器300入口端304上。在该实施方式中，约50％的通道是堵塞的，其余的包括流通通道。
[0034] 根据所述部分壁流式过滤器的其它实施方式，已发现可实现良好初始过滤效率((@0g/L)和较低背压的组合。根据实施方式，发明人已发现部分壁流式过滤器200和300中的以下特征在单独提供或联合提供时可产生所需的过滤器性质。例如，甚至在总孔隙率(％P)是％P≥50％或甚至％P≥60％时，也可能实现较高的深层过滤效率。由此可同时获得较低的背压和良好的深层过滤效率。发明人已发现壁厚(T壁)增大可对压降产生显著影响，但仅对过滤效率产生边缘效应。由此，多孔壁208和308的横向厚度T壁可以是T壁≤305μm，T壁≤254μm或甚至T壁≤203μm，仅对背压产生边缘影响。同样地，增大平均孔径(MPD)可提高深层模式的过滤效率，但仅轻微降低背压。由此，多孔壁208和308可包括平均孔径(MPD)为MPD≤20μm或甚至MPD≤15μm的孔，在一些实施方式中，12μm≤MPD≤30μm。此外，深层过滤效率随孔密度(CD)升高而显著升高，而背压仅略有升高。相应地，所述部分流式过滤器(如200和300)的孔密度(CD)是2 2
CD≥250cpsi(CD≥37.5孔/cm)或甚至CD≥300cpsi(CD≥45孔/cm)。
CD≥250cpsi(CD≥37.5孔/cm)或甚至CD≥300cpsi(CD≥45孔/cm)。
[0035] 部分壁流式过滤器200和300包括例如大致圆柱形的多孔蜂窝体202和302。蜂窝体202的横截面可以是圆形、卵形、椭圆形、正方形或可具有其它所需形状。蜂窝体202和302具有入口端204和304、出口端206和306以及在两端之间延伸的内部多孔壁208和308。所述通道可具有正方形截面或其它类型的截面，例如三角形、圆形、八边形、矩形、六边形或其组合。蜂窝体基材202和302优选由多孔陶瓷材料制成，如堇青石、钛酸铝、碳化硅酸盐或其它类似陶瓷材料，特别是开放互连孔隙率可控的陶瓷材料。
[0036] 仅在一侧具有堵塞物的部分壁流式过滤器300中，通过使废气通过一些壁而一些气流直接通过过滤器(即不通过壁)来实现部分过滤。在堵塞物位置毗邻过滤器300的入口端304时，废气进入未堵塞的流通通道310a，所述未堵塞的流通通道和毗邻的堵塞通道310b之间的压差迫使一些废气通过壁，经堵塞通道的出口侧306离开。在该情况中，烟灰累积在未堵塞的流通通道壁上。在堵塞物312位置毗邻所述过滤器出口端306(将图3中过滤器的方向倒转)时，堵塞通道和未堵塞的流通通道之间的压差导致废气从堵塞通道向未堵塞的流通通道转移，烟灰可累积在堵塞通道中。
[0037] 已发现联用堵塞通道和未堵塞的流通通道且％P≥50％甚至％P≥60％的过滤器作为第一过滤器特别有效，可促进第一过滤器捕获大量烟灰并显示低压降。
[0038] 在本文所述的部分壁流式过滤器中，烟灰在废气通过所述过滤器时累积在多孔壁上。该烟灰累积降低壁的穿透性，减少进入毗邻未堵塞的流通通道210a的相邻通道的废气流。由此，部分壁流式过滤器捕获烟灰的能力随烟灰在过滤器中累积而下降。过滤效率降低的过滤器的一个优点是可确定所述过滤器的最大烟灰负荷，过滤器中的烟灰超负荷在部分壁流式过滤器中不大可能发生。在常规壁流式过滤器中，过滤效率通常随多孔壁上烟灰负荷累积增加而升高，使过滤器更易发生烟灰超负荷。烟灰超负荷是不利的，因为再生过程中过滤器中遇到的最高温度通常与烟灰负荷成正比。各实施方式的部分壁流式过滤器对由烟灰超负荷引起的高温偏差具有内置式保护作用。
[0039] 现将描述部分壁流式过滤器的部分堵塞模式的各种实施例。然而，除非本文另有说明，这些实施例不应理解为对实施方式进行限制。
[0040] 在一组实施方式中，所述部分壁流式过滤器包括以棋盘模式(堵塞通道和未堵塞通道交替存在)在第一端堵塞的蜂窝体，所述蜂窝体以非棋盘模式在相反的第二端堵塞，其中第一端未堵塞的一些通道在第二端也未堵塞，例如，50％的通道在第一端堵塞，少于50％的通道在第二端堵塞。
[0041] 图3A显示过滤器200入口端的部分堵塞模式，其中堵塞通道210c的数目大于未堵塞的流通通道210a的数目。对于各端，未堵塞的流通通道210a可均匀地分布在堵塞通道210c之间。在一些实施方式中，堵塞通道总数与过滤器通道总数之比以百分比表示可大于50％、大于60％、大于或等于75％或甚至大于或等于80％。该构型的堵塞通道可位于入口端或出口端，但优选位于出口端。与偶联高孔隙率出口端相比，出口端堵塞物的百分比较高，大于45％或甚至大于或等于50％可提供的初始过滤效率(FE@0g/L)为FE@0g/L≥40％，FE@0g/L≥50％或甚至FE@0g/L≥60％。
[0042] 图3B显示过滤器200的一种替代堵塞模式，其中未堵塞的流通通道210a的数目大于堵塞通道210c的数目。同样地，所述堵塞通道可均匀地分布在未堵塞的流通通道210a之间。例如，未堵塞的流通通道的数目占通道总数的比例可大于50％，或甚至大于60％，或甚至为75％或更多。
[0043] 图3C显示包括未堵塞的流通通道410a和堵塞通道410c的部分壁流式过滤器400的部分堵塞模式，其中堵塞通道和未堵塞流通通道的液压直径不同。具体而言，堵塞通道410c的液压直径大于未堵塞的流通通道410a的液压直径。所述堵塞通道可毗邻入口端或出口端。具体而言，过滤器堵塞面积和开放面积的面积比优选1.1或更大，1.2或更大，或甚至1.3或更大。
[0044] 图3D显示包括未堵塞的流通通道510a和堵塞通道510c的部分壁流式过滤器500的另一种部分堵塞模式，其中未堵塞的流通通道的液压直径大于堵塞通道的液压直径。在图3C和3D中，未堵塞的流通通道均匀地分布在堵塞通道之间。优选所述堵塞物仅位于图3C和3D实施方式中的入口端上，如图3所示，除面积比大于1.1以外。
[0045] 上述部分堵塞模式及其变化形式可用于蜂窝体基材的一个端面或两个端面。毗邻入口端堵塞的通道用双阴影线显示，而毗邻出口端堵塞的孔用单阴影线显示。流通通道无阴影线。例如，图4A显示图3B的部分堵塞模式应用于蜂窝体基材202的两个端面时蜂窝体基材202的局部俯视图。未堵塞的流通通道指定为210a。在蜂窝体基材202的端面之一上的堵塞通道指定为210b。在蜂窝体基材202另一个端面上的堵塞通道(用双阴影线显示)指定为210c。在该实施例中，堵塞通道210b和210c占蜂窝体基材202中通道总数的约50％，未堵塞的流通通道210a均匀地分布在蜂窝体基材202内。图4B和4C显示其它部分堵塞构型。
[0046] 一些实施方式具有堵塞出口通道(在入口端堵塞)多于入口通道(在出口端堵塞)的构型，其中毗邻所示端堵塞的通道用双阴影线显示，而毗邻另一端堵塞的孔用单阴影线显示，流通通道无阴影线；在一些这类实施方式中，出口端堵塞的通道占孔道总数的约25％，而入口端的堵塞通道占通道总数的约50％，如图所示。由此孔道总数的75％是堵塞的。
[0047] 图5和6显示可用于部分壁流式过滤器的堵塞模式的其它实施方式。在这些实施方式中，入口端堵塞孔用单阴影线显示，出口端堵塞孔用双阴影线显示，流通孔无阴影线。在这些实施例中，约50％的孔道被堵塞，堵塞孔道中的一些毗邻入口端(即入口端处或入口端附近)，一些毗邻出口端。部分壁流式过滤器中可采用堵塞孔和未堵塞孔的其它组合。
例如，与通道总数相比，大于50％、大于60％或甚至75％或更多的通道可被堵塞。各种模拟实施方式见以下表格。
例如，与通道总数相比，大于50％、大于60％或甚至75％或更多的通道可被堵塞。各种模拟实施方式见以下表格。
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[0054] 实施例51-56入口液压直径和出口液压直径之比是1.3。
[0055] 如以上表格所示，我们发现，背侧上缺失堵塞物会导致更高的过滤效率，虽然压降略有升高(特别是就烟灰负荷过滤器而言)。由此，相比前侧缺失堵塞物，优选背侧缺失堵塞物。尽管缺失堵塞物的分数依赖于压降规规，就大于25％的堵塞通道百分比而言，所述过滤效率(FE)较高。低于25％的堵塞通道，FE继续随烟灰负荷降低，就高烟灰负荷水平而言可非常低。FE随CPSI显著升高，压降略有升高，特别是就烟灰负荷过滤器而言；优选CPSI大于250，更优选大于300，最优选大于350。壁厚增大使压降显著升高，过滤效率略有升高；优选壁厚小于12密耳，更优选小于10密耳，最优选小于8密耳。增大过滤器长度使FE显著升高，而压降相应略有升高。增大直径不会对FE产生显著影响，但会显著降低压降；优选-1 -1 -1
过滤器的空间速度小于100秒 ，更优选小于70秒 ，最优选小于35秒 。优选MPS小于
20μm，更优选大于20um的范围。FE和压降均随孔隙率升高而升高；优选孔隙率大于50％，更优选大于60％。
过滤器的空间速度小于100秒 ，更优选小于70秒 ，最优选小于35秒 。优选MPS小于
20μm，更优选大于20um的范围。FE和压降均随孔隙率升高而升高；优选孔隙率大于50％，更优选大于60％。
[0056] 图7显示所述部分壁流式过滤器的两组实施方式。两组实施方式的过滤器直径均是5.66英寸，壁厚均是8密耳，壁孔隙率均是60％，壁平均孔径(MPS)均是15微米。在590℃的温度下以375千克/小时的废气质量流率对各过滤器进行测试。在第一过滤器(实线)的堵塞模式中，50％的入口通道和37.5％的出口通道是堵塞的(即50/37.5)，长度9英寸，孔密度275孔/平方英寸(CPSI)。从图7可见，第一过滤器(实线)在很宽范围的过滤器烟灰负荷(0-5g/L)下具有基本恒定的过滤效率(例如60-70％)。在第二过滤器(虚线)的堵塞模式中，50％的入口通道和无出口通道是堵塞的(即50/0)，长度6英寸，孔密度
200孔/平方英寸(CPSI)。从图7可见，第二过滤器(虚线)显示过滤效率随过滤器烟灰负荷增大而降低(0-5g/L烟灰负荷对应40-15％FE)。第二过滤器对于过滤器基本上自我调节或自动调节例如压降的应用是有利的，即如果过滤器负荷的烟灰过多，则烟灰倾向于经过或穿过过滤器，由此这些过滤器可用作自旁路系统(self bypass system)，特别是用于翻新应用。
200孔/平方英寸(CPSI)。从图7可见，第二过滤器(虚线)显示过滤效率随过滤器烟灰负荷增大而降低(0-5g/L烟灰负荷对应40-15％FE)。第二过滤器对于过滤器基本上自我调节或自动调节例如压降的应用是有利的，即如果过滤器负荷的烟灰过多，则烟灰倾向于经过或穿过过滤器，由此这些过滤器可用作自旁路系统(self bypass system)，特别是用于翻新应用。
[0057] 尽管本发明描述了有限数量的实施方式，但受益于本发明的本领域技术人员应理解，可在不背离本发明要求保护的范围的前提下设计其它的实施方式。相应地，本发明的范围应仅由所附权利要求限定。
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