Фильтр для твердых частиц

Изобретение относится к фильтру для твердых частиц, который установлен в канале выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания. Сущность изобретения: фильтр для твердых частиц, ограниченный пористыми разделительными стенками, имеющими поры, размер которых обеспечивает пропускание через них золы и зольных агрегатов. В фильтре покровный слой, имеющий меньшие поры, чем поры разделительных стенок, предусмотрен в области разделительных стенок от его стороны впуска до положения перед его стороной выпуска. Толщина пористого покровного слоя постепенно уменьшается от стороны впуска пористого покровного слоя по направлению к стороне выпуска пористого покровного слоя. Техническим результатом изобретения является подавление осаждения золы в пристеночном проточном фильтре для твердых частиц и одновременное ограничение перепадов скорости улавливания твердых частиц. 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Область техники

Настоящее изобретение относится к фильтру для твердых частиц, который установлен в канале выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания.

Уровень техники

Традиционные фильтры для улавливания твердых частиц (PM), которые присутствуют в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания, включают пристеночные проточные фильтры для улавливания твердых частиц, в которых поочередно расположены первые каналы, у которых сторона впуска блокируется заглушками, и вторые каналы, у которых сторона выпуска блокируется заглушками, и в котором пористые разделительные стенки расположены между первыми каналами и вторыми каналами.

Были предложены пристеночные проточные фильтры для улавливания твердых частиц, которые представляют собой пристеночные проточные фильтры для улавливания твердых частиц, снабженные сквозными отверстиями в частях заглушек вторых каналов (см., например, Патентный документ 1). Другие пристеночные проточные фильтры для улавливания твердых частиц, которые были предложены, представляют собой пристеночные проточные фильтры для улавливания твердых частиц, на которые нанесен металл, имеющий меньшую электроотрицательность, чем электроотрицательность кальция (Ca) (см., например, Патентный документ 2). Следующие примеры предложенных пристеночных проточных фильтров для улавливания твердых частиц представляют собой фильтры, в которых слой носителя катализатора изготовлен в части стороны впуска поверхности стенок каналов (см., например, Патентный документ 3).

Патентный документ 1: публикация японской патентной заявки №2004-130229 (JP 2004-130229 A);

Патентный документ 2: публикация японской патентной заявки №2001-12229 (JP 2001-12229 A); и

Патентный документ 3: международная патентная заявка №2008/126331 (WO 2008/126331).

Сущность изобретения

Компоненты, образующиеся, например, из топливных присадок и смазочных материалов (моторное масло) в выхлопных газах, которые поступают в фильтр для улавливания твердых частиц, могут прикрепляться к фильтру для улавливания твердых частиц или камерам сгорания двигателя внутреннего сгорания и образовывать соединения, которые называются термином «зола». Например, зола согласно настоящему изобретению представляет собой соединение, такое как сульфат кальция (CaSO₄) или фосфат кальция (Ca₃(PO₄)₂), или сульфат магния (MgSO₄). Эта зола улавливается в фильтр для улавливания твердых частиц таким же образом, как твердые частицы, но не удаляется из фильтра для улавливания твердых частиц, даже когда твердые частицы подвергаются процессу окислительного удаления. Соответственно, на фильтре для улавливания твердых частиц осаждаются зольные агрегаты, что может приводить к закупориванию пор разделительных стенок.

Патентный документ 1 описывает возможные способы решения этой проблемы, которые могут представлять собой, например, увеличение размеров пор разделительных стенок или наличие сквозных отверстий в частях заглушек вторых каналов. Однако вышеупомянутый подход может привести к ситуации, в которой твердые частицы, имеющие размер, сопоставимый или меньший, чем размер частиц золы и зольных агрегатов, проскальзывают через фильтр для улавливания твердых частиц вместе с золой.

В свете изложенного выше, задачей настоящего изобретения является создание технологии, которая позволяет подавлять осаждение золы в пристеночном проточном фильтре для улавливания твердых частиц при одновременном уменьшении перепадов скорости улавливания твердых частиц.

Для решения упомянутой задачи согласно настоящему изобретению создан пристеночный проточный фильтр для улавливания твердых частиц, имеющий множество каналов, ограниченных пористыми разделительными стенками, которые имеют поры, размер которых обеспечивает пропускание через них золы и зольных агрегатов, таким образом, что покровный слой, имеющий меньшие поры, чем поры разделительных стенок образуется в области разделительных стенок, от стороны впуска фильтра до стороны выпуска фильтра.

Более подробно, фильтр для улавливания твердых частиц согласно настоящему изобретению имеет конфигурацию, в которой присутствуют:

множество первых каналов, концы которых блокированы на стороне впуска в направлении потока выхлопных газов;

множество вторых каналов, концы которых блокированы на стороне выпуска в направлении потока выхлопных газов;

пористые разделительные стенки, которые представляют собой элементы, отделяющие первые каналы от вторых каналов, и которые имеют поры, размер которых обеспечивает пропускание через них золы; и

пористый покровный слой, который предусмотрен на части области разделительных стенок от стороны впуска фильтра до положения перед стороной выпуска фильтра и который имеет меньшие поры, чем поры разделительных стенок.

В результате интенсивных экспериментов и исследований было обнаружено, что зола и зольные агрегаты (далее вместе называются термином «зола») легко образуются или осаждаются вблизи стороны выпуска вторых каналов пристеночного проточного фильтра для улавливания твердых частиц. Также было обнаружено, что твердые частицы легко проходят через разделительные стенки перед местами во вторых каналах, в которых зола легко образуется или осаждается.

Таким образом, фильтр для улавливания твердых частиц согласно настоящему изобретению имеет конфигурацию, в которой присутствует покровный слой, имеющий меньшие поры, чем поры разделительных стенок, на части области разделительных стенок, от стороны впуска фильтра до положения перед стороной выпуска. Предпочтительно предлагается покровный слой, по меньшей мере, у разделительных стенок, в которых заключены вторые каналы, из числа разделительных стенок, в которых заключены первые каналы, и разделительных стенок, в которых заключены вторые каналы.

В фильтре для улавливания твердых частиц, имеющем такую конфигурацию, основная часть твердых частиц улавливается в порах покровного слоя, в то время как основная часть золы проходит через поры разделительных стенок, на которых отсутствует покровный слой. В результате этого возможно подавление осаждения золы при одновременном уменьшении перепадов скорости улавливания твердых частиц.

Покровный слой может представлять собой дисперсию, в которой частицы диспергированы практически равномерно. В данном случае между частицами образуются многочисленные пустоты (поры), и, таким образом, еще больше твердых частиц можно улавливать в покровном слое. В результате этого дополнительно уменьшается количество твердых частиц, которые попадают в область вблизи стороны выпуска разделительных стенок (т.е. область разделительных стенок, на которых отсутствует покровный слой). Соответственно, становится возможным удерживание небольшого количества твердых частиц, которые проскальзывают через поры разделительных стенок.

Фильтр для улавливания твердых частиц согласно настоящему изобретению может иметь такую конфигурацию, что металл, имеющий окислительную способность, например, металл группы платины (Pt), присутствует в области вблизи стороны выпуска разделительных стенок, т.е. в области разделительных стенок, в которой отсутствует покровный слой.

Как описано выше, основная часть твердых частиц улавливается в порах покровного слоя в области разделительных стенок от стороны впуска до передней поверхности стороны выпуска (область разделительных стенок, на которых присутствует покровный слой). Однако остающиеся немногочисленные твердые частицы могут в некоторых случаях оказываться вблизи стороны выпуска разделительных стенок. В данном случае эти немногочисленные твердые частицы могут проскальзывать через поры разделительных стенок и выходить из фильтра для улавливания твердых частиц.

С другой стороны, когда металл, имеющий окислительную способность, нанесен в области разделительных стенок вблизи стороны выпуска, т.е. в области разделительных стенок, на которых отсутствует покровный слой, твердые частицы, которые оказываются вблизи стороны выпуска разделительных стенок, окисляются. В результате этого становится возможным удерживание в небольшом количестве твердых частиц, которые проскальзывают через фильтр для улавливания твердых частиц.

Кроме того, покровный слой согласно настоящему изобретению может иметь конфигурацию, включающую металл, у которого склонность к ионизации является выше, чем склонность к ионизации основного компонента золы. Как описано выше, зола легко образуется на разделительных стенках вблизи стороны выпуска вторых каналов, т.е. на частях разделительных стенок, на которых отсутствует покровный слой. Однако в небольшом количестве зола может образовываться или осаждаться на разделительных стенках вблизи стороны впуска вторых каналов, т.е. на частях разделительных стенок, на которых присутствует покровный слой. Соответственно, поры покровного слоя могут закупориваться золой, когда фильтр для улавливания твердых частиц используется в течение продолжительных периодов времени.

С другой стороны, когда в покровном слое содержится металл, у которого склонность к ионизации является выше, чем склонность к ионизации основного компонента золы, другие компонентов выхлопных газов преимущественно адсорбируются или удерживаются в покровном слое по сравнению с основным компонентом. В результате этого основной компонент золы не может легко связываться с другими компонентами выхлопных газов на поверхности покровного слоя. Таким образом, подавляются образование и осаждение золы на поверхности покровного слоя.

Согласно настоящему изобретению Ca, например, представляет собой основной компонент золы. В данном случае покровный слой может иметь такую конфигурацию, в которой содержится металл, такой как калий (K) или барий (Ba), который имеет более высокую склонность к ионизации, чем кальций. Сера (S), фосфор (P) или другие элементы, которые содержатся в выхлопных газах, преимущественно адсорбируются на покровном слое по сравнению с кальцием в том случае, где в покровном слое содержится K или Ba. В результате этого зола, такая как CaSO₄ или Ca₃(PO₄)₂, не может легко образовываться на поверхности покровного слоя.

Разделительные стенки согласно настоящему изобретению могут образовываться таким образом, что средний размер пор в стенках составляет от 25 до 50 мкм. Покровный слой может представлять собой дисперсию частиц (порошка), причем средний размер частиц составляет от 1 до 10 мкм.

Факты, обнаруженные авторами настоящей заявки, обнаружили, что зола и зольные агрегаты могут проскальзывать через поры разделительных стенок, когда средний размер пор разделительных стенок составляет приблизительно 25 мкм или более. Другими словами, зола и зольные агрегаты могут проскальзывать через поры разделительных стенок, когда средний размер пор разделительных стенок превышает приблизительно в 250 раз или более размер частиц золы. Однако прочность основного материала, который образует разделительные стенки, может уменьшаться, когда средний размер пор составляет более чем 50 мкм. Таким образом, становится возможным подавление осаждения золы при одновременном уменьшении падения прочности основного материала, когда образуются разделительные стенки, таким образом, что средний размер пор в этих стенках составляет от 25 до 50 мкм.

Обнаруженные факты показали, что пустоты, имеющие соответствующий размер для улавливания твердых частиц, образуются между частицами, когда средний размер частиц, которые образуют покровный слой, составляет 1 мкм или более. Согласно настоящему изобретению, потеря давления в фильтре для улавливания твердых частиц резко увеличивается, когда средний размер частиц превышает 10 мкм. Таким образом, можно улавливать еще большее количество твердых частиц при одновременном уменьшении роста потери давления, когда покровный слой состоит из дисперсии частиц, у которых средний размер составляет от 1 мкм до 10 мкм. Согласно настоящему изобретению, термин «средний размер частиц» означает не средний размер частиц (первичных частиц), которые используются для изготовления дисперсии, но средний размер частиц (вторичных частиц), существующих в то время, когда образуется устойчивая (полная) дисперсия.

Способ изготовления покровного слоя (дисперсии) на поверхности разделительных стенок не ограничивается определенным образом. В качестве примера, можно представить способ, который включает нанесение на поверхность разделительных стенок суспензии, содержащей первичные частицы, после чего осуществляется высушивание и обжиг. Согласно такому способу, размер пор покровного слоя (дисперсии) можно регулировать на основании размера первичных частиц в суспензии. Другими словами, размер вторичных частиц, которые составляют дисперсию можно регулировать на основании размера первичных частиц в суспензии. Соответственно, средний размер пор покровного слоя можно регулировать, получая желательный размер (т.е. размер, подходящий для улавливания твердых частиц) путем установления размера первичных частиц таким образом, чтобы средний размер вторичных частиц составлял от 1 мкм до 10 мкм.

Размер первичных частиц составляет менее чем размер вторичных частиц, и размер вторичных частиц составляет менее чем размер пор разделительных стенок. В результате этого первичные частицы можно в некоторых случаях внедрять в поры разделительных стенок, когда разделительные стенки покрыты суспензией. Таким образом, покровный слой можно изготавливать, используя способ, который включает нанесение суспензии после того, как поры разделительных стенок заполняются веществом, которое можно выжигать, причем данный способ включает гидрофобизацию разделительных стенок и использование жидкости, в которой содержится вода или растворимое в воде органическое вещество в качестве жидкой среды суспензии, или способ, который включает внедрение и содержание летучего растворителя в порах разделительных стенок, и последующее нанесение суспензии, в которой содержится летучий растворитель в качестве основной дисперсионной среды.

Настоящее изобретение позволяет подавлять осаждение золы в пристеночном проточном фильтр для улавливания твердых частиц при одновременном уменьшении перепадов скорости улавливания твердых частиц.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - изображение продольного сечения, иллюстрирующее схематическую конфигурацию фильтра для улавливания твердых частиц, в котором используется настоящее изобретение.

Фиг. 2 - изображение поперечного сечения, иллюстрирующее схематическую конфигурацию фильтра для улавливания твердых частиц, в котором используется настоящее изобретение.

Фиг. 3 - увеличенное изображение сечения разделительных стенок, на которых присутствует покровный слой.

Фиг. 4 - изображение, схематически иллюстрирующее конфигурацию покровного слоя.

Фиг. 5 - изображение, иллюстрирующее соотношение, в котором находятся средний размер частиц, которые составляют покровный слой, потеря давления фильтра для улавливания твердых частиц и количество твердых частиц, которые проскальзывают через фильтр для улавливания твердых частиц.

Фиг. 6 - изображение, иллюстрирующее конфигурацию разделительных стенок, в которых заключается второй канал.

Фиг. 7 - изображение, схематически иллюстрирующее конфигурацию покровного слоя во втором рабочем примере.

Фиг. 8 - изображение, иллюстрирующее следующую примерную конфигурацию покровного слоя во втором рабочем примере.

Фиг. 9 - изображение, схематически иллюстрирующее конфигурацию разделительных стенок в третьем рабочем примере, на части которых отсутствует покровный слой.

Фиг. 10 - изображение, схематически иллюстрирующее следующую конфигурацию разделительных стенок в третьем рабочем примере, на части которых отсутствует покровный слой.

Фиг. 11 - изображение, иллюстрирующее следующую примерную конфигурацию покровного слоя.

Способы осуществления изобретения

Далее на основе прилагаемых чертежей будут разъясняться конкретные варианты осуществления настоящего изобретения. Если не определены другие условия, размеры, материалы, формы составляющих частей и относительное расположение составляющих частей, а также и другие отличительные признаки, которые описаны в следующих вариантах осуществления, не предназначаются для ограничения каким-либо образом технического объема настоящего изобретения исключительно данными отличительными признаками.

Рабочий пример 1

Первый рабочий пример настоящего изобретения будет разъясняться сначала со ссылкой на фиг. 1-6. Согласно настоящему изобретению, фиг. 1 представляет изображение продольного сечения фильтра для улавливания твердых частиц, в котором настоящее изобретение используется, и фиг. 2 представляет изображение поперечного сечения фильтра для улавливания твердых частиц, в котором настоящее изобретение используется.

Фильтр 1 для улавливания твердых частиц, который проиллюстрирован на фиг. 1 и 2, располагается в канале выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания и улавливает твердые частицы, которые присутствуют в выхлопных газах двигателя внутреннего сгорания. Имеющий форму колонны основной материал 3 находится внутри цилиндрического корпуса 2 фильтра для улавливания твердых частиц 1.

Множество каналов 4, 5, которые проходят в аксиальном направлении (в направлении потока выхлопных газов), образуются в основном материале 3. Это множество каналов 4, 5 располагаются в сотовой форме. Другими словами, основной материал 3 образуется таким способом, чтобы определять множество каналов 4, 5, которые располагаются в сотовой форме. Число каналов 4, 5, которые проиллюстрированы на фиг. 1 и 2, представляет собой просто пример, и его можно определять, насколько это необходимо, в соответствии с техническими характеристиками транспортного средства или двигателя внутреннего сгорания.

Для множества каналов 4, 5 стороны впуска каналов 4 в направлении потока выхлопных газов блокированы заглушками 40. Для множества каналов 4, 5 стороны выпуска остальных каналов 5 в направлении потока выхлопных газов блокированы заглушками 50. Каналы 4 и каналы 5 располагаются поочередно. Далее каналы 4 называются термином «первые каналы 4», и каналы 5 называются термином «вторые каналы 5».

Участки (разделительные стенки) 30 основного материала 3, которые расположены между первыми каналами 4 и вторыми каналами 5, изготовлены из пористого материала. Только разделительные стенки 30 основного материала 3 могут представлять собой пористый материал; в качестве альтернативы, весь основной материал 3 может представлять собой пористый материал. Традиционные материалы, которые являются подходящими для улавливания твердых частиц в выхлопных газах, могут быть использованы согласно настоящему изобретению в качестве пористого материала. Что касается прочности и термостойкости, однако, предпочтительно используется керамический материал, который представляет собой, например, карбид кремния, нитрид кремния, кордиерит, диоксид циркония, диоксид титана, оксид алюминия, диоксид кремния, муллит, алюмосиликат лития и фосфат циркония.

Разделительные стенки 30 изготовлены таким образом, что средний размер пор, образованных в разделительных стенках 30, составляет более чем размер частиц золы и зольных агрегатов. В частности, разделительные стенки 30 изготовлены таким образом, что средний размер пор составляет от 25 мкм до 50 мкм. Согласно настоящему изобретению, 25 мкм представляет собой минимальное значение, которое обеспечивает проскальзывание большей части золы и зольных агрегатов, и 50 мкм представляет собой минимальное значение размера пор, которое считается обеспечивающим баланс прочности и долговечности основного материала 3.

Пористый покровный слой 300 нанесен на поверхность разделительных стенок 30, в которых заключены вторые каналы 5. Покровный слой 300 нанесен в области разделительных стенок 30 от стороны впуска фильтра в направлении потока выхлопных газов до положения перед стороной выпуска. Таким образом, положение стороны впуска покровного слоя 300 в направлении потока выхлопных газов совпадает с положением стороны впуска разделительных стенок 30, но сторона выпуска покровного слоя 300 расположена еще ближе по направлению к передней стороне (стороне впуска), чем сторона выпуска разделительных стенок 30.

В результате интенсивных экспериментов и исследований авторы настоящей заявки обнаружили, что при поступлении выхлопных газов во вторые каналы 5 большая часть твердых частиц в выхлопных газах легко поступает в поры, которые присутствуют от стороны впуска разделительных стенок 30 вплоть до передней поверхности стороны выпуска, в то время как зола и зольные агрегаты легко образуются и осаждаются вблизи стороны выпуска разделительных стенок 30. При установлении стороны выпуска покровного слоя 300 в свете данных обнаруженных фактов становится возможным обеспечение поступления большей части твердых частиц в поры покровного слоя 300, и большая часть золы поступает в поры разделительных стенок 30, на которые не нанесен покровный слой 300.

Например, покровный слой 300 представляет собой твердофазную дисперсию, в которой практически сферические частицы 301 равномерно диспергируются и образуют слоистую структуру, как проиллюстрировано на фиг. 3. Пустоты 302 образуются между частицами 301 и частицами 301, как проиллюстрировано на фиг. 4, в том случае, где покровный слой 300 состоит из такой дисперсии. Эти пустоты 302 функционируют как поры для улавливания твердых частиц.

Частицы керамического материала, которые идентичны частицам основного материала 3, можно использовать как частицы 301, которые составляют дисперсию, но предпочтительно используются частицы металла (например, металла платиновой группы), который имеет окислительную способность. Когда дисперсия состоит из частиц металла платиновой группы, твердые частицы, улавливаемые в пустотах 302, быстро окисляются и удаляются в том случае, где в фильтр 1 для улавливания твердых частиц поступают выхлопные газы, имеющие высокую температуру, или выхлопные газы, содержащие несгоревший топливный компонент.

Средний размер частиц 301, из которых образуется дисперсия, предпочтительно составляет от 1 мкм до 10 мкм. Это объясняется тем, что количество твердых частиц, которые проскальзывают через фильтр 1 для улавливания твердых частиц, является большим в том случае, где средний размер частиц составляет менее чем 1 мкм, в то время как потеря давления в фильтре 1 для улавливания твердых частиц увеличивается в том случае, где средний размер частиц составляет более чем 10 мкм, как проиллюстрировано на фиг. 5. Таким образом, твердые частицы можно улавливать, одновременно подавляя увеличение потерю давления, когда покровный слой (дисперсия) образуется из частиц, имеющих средний размер, который составляет от 1 до 10 мкм.

Предпочтительно, площадь поперечного сечения канала части вторых каналов 5, в которых присутствует покровный слой 300, равняется площади поперечного сечения канала в части, в которой не присутствует покровный слой 300. Соответственно, толщина в местах, в которых присутствует покровный слой 300 может составлять менее чем толщина в местах, в которых не присутствует покровный слой 300, на разделительных стенках 30, в которых заключены вторые каналы 5, как проиллюстрировано на фиг. 3 и описано выше. Другими словами, диаметр A1 вторых каналов 5 в части, где должен присутствовать покровный слой 300, может быть установлен большим на месте, где не присутствует покровный слой 300 на вторых каналах 5, чем диаметр A2 вторых каналов 5 в части, где покровный слой 300 не должен присутствовать, как проиллюстрировано на фиг. 6.

Способ изготовления покровного слоя 300 не ограничивается определенным образом, но, в качестве примера, может быть использован способ, который включает нанесение на поверхность разделительных стенок 30 суспензии, в которой содержится металл частицы платиновой группы, после чего осуществляется высушивание и обжиг. В данном случае оказывается достаточным, что средний размер, который имеют металлические частицы (первичные частицы), составляет менее чем средний размер, который имеют частицы 301 (вторичные частицы) после образования покровного слоя 300, и что средний размер вторичных частиц находится в интервале от 1 мкм до 10 мкм.

Средний размер первичных частиц в суспензии составляет менее чем средний размер пор разделительных стенок 30, когда средний размер пор разделительных стенок 30 находится в интервале от 25 мкм до 50 мкм, и средний размер частиц 301 находится в интервале от 1 мкм до 10 мкм. Соответственно, первичные частицы могут в некоторых случаях внедряться в поры разделительных стенок 30, когда разделительные стенки 30 покрываются суспензией. Когда высушивание и/или обжиг осуществляется в состоянии, в котором первичные частицы внедряются в поры разделительных стенок 30, размер пор разделительных стенок 30 может уменьшаться, и поры разделительных стенок 30 могут блокироваться. В таком случае потеря давления в фильтре 1 для улавливания твердых частиц может необязательно увеличиваться.

Таким образом, покровный слой 300 предпочтительно образуется, когда используется способ, который включает нанесение суспензии после того, как поры разделительных стенок 30 заполняются веществом, которое выгорает в процессе высушивания или в процессе обжига, способ, который включает гидрофобизацию разделительных стенок 30 и использование жидкости, в которой содержится вода или растворимое в воде органическое вещество в качестве жидкой среды суспензии, или способ, который включает удерживание летучего растворителя в порах разделительных стенок 30 последующее нанесение суспензии, в которой содержится летучий растворитель в качестве основной дисперсионной среды.

В фильтре 1 для улавливания твердых частиц, имеющем конфигурацию, которая описана выше, выхлопные газы, которые поступают в фильтр 1 для улавливания твердых частиц, сначала поступают во вторые каналы 5. Выхлопные газы, которые поступили во вторые каналы 5, поступают в первые каналы 4 через пустоты 302 покровного слоя 300 и поры разделительных стенок 30. При этом основная масса твердых частиц в выхлопных газах улавливается в покровном слое 300. Зола в выхлопных газах и зола, которая образуется во вторых каналах 5, поступает в первые каналы 4 через поры области (области вблизи стороны выпуска) разделительных стенок 30, в который не присутствует покровный слой 300. Выхлопные газы и зола, которые поступили в первые каналы 4, выходят со стороны выпуска фильтра для улавливания твердых частиц 1 через отверстия на стороне выпуска первых каналов 4.

Таким образом, становится возможным подавление осаждения золы на фильтре 1 для улавливания твердых частиц при одновременном уменьшении падения скорости улавливания твердых частиц в фильтре для улавливания твердых частиц 1.

Рабочий пример 2

Далее второй рабочий пример настоящего изобретения будет разъясняться на основании фиг. 7 и 8. В настоящем документе разъясняются характерные признаки, которые отличаются от характерных признаков описанного выше первого рабочего примера, в то время как разъяснение идентичных характерных признаков не будет представлено.

Данный рабочий пример отличается от описанного выше первого рабочего примера тем, что здесь покровный слой 300 содержит металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации кальция. Как разъясняется в первом рабочем примере, зола легко образуется и осаждается на разделительных стенках 30 вблизи стороны выпуска вторых каналов 5, т.е. на частях разделительных стенок 30, на которых не присутствует покровный слой 300. Однако в некоторых случаях зола в небольшом количестве может образовываться на разделительных стенках 30 вблизи стороны впуска вторых каналов 5, т.е. на частях, где присутствует покровный слой 300 на разделительные стенки 30. Соответственно, зола может осаждаться на покровный слой 300, и пустоты 302 покровного слоя 300 могут блокироваться, когда увеличивается продолжительность использования фильтра для улавливания твердых частиц 1.

С другой стороны, когда в покровном слое 300 содержится металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации основного компонента золы, другие компоненты в выхлопных газах преимущественно адсорбируются или улавливаются покровным слоем 300 по сравнению с основным компонентом. В результате этого основной компонент золы с трудом связывается с другими компонентами выхлопных газов на поверхности покровного слоя 300. Таким образом, подавляется образование золы на поверхности покровного слоя 300.

Например, согласно настоящему изобретению Ca рассматривается как основной компонент золы. Кальций связывается с серой, фосфором или кислородом (O₂) в выхлопных газах, и образуется зола, например, CaSO₄ или Ca₃(PO₄)₂.

Когда в покровном слое 300 содержится металл, такой как K, Ba или подобный металл, имеющий более высокую склонность к ионизации, чем Ca, то S, P или подобные элементы в выхлопных газах преимущественно соединяются с K или Ba по сравнению с Ca. В результате этого зола, такая как CaSO₄ или Ca₃(PO₄)₂, с трудом образуется на поверхности покровного слоя 300.

Способ внедрения K или Ba в покровный слой 300 может включать, например, смешивание с частицами 301, которые образуют покровный слой 300, причем частицы 303 K или Ba имеют средний размер, идентичный среднему размеру частиц 301, как проиллюстрировано на фиг. 7. Можно осуществлять нанесение частиц 303 K или Ba на поверхность покровного слоя 300, как проиллюстрировано на фиг. 8.

Как описано выше, в данном рабочем примере обеспечивается улучшенное подавление образования и осаждения золы на покровный слой 300. В результате этого способность улавливания твердых частиц покровного слоя 300 может сохраняться в течение продолжительных периодов времени.

В данном рабочем примере разъясняется случай, в котором покровный слой 300 содержит металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации Ca, но в покровном слой 300 может содержаться металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации магния (Mg); в качестве альтернативы, в покровном слой 300 могут одновременно содержаться металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации Ca, и металл, у которого склонность к ионизации составляет более чем склонность к ионизации Mg.

Рабочий пример 3

Далее третий рабочий пример настоящего изобретения будет разъясняться на основании фиг. 9 и 10. В настоящем документе разъясняются характерные признаки, которые отличаются от характерных признаков описанного выше первого рабочего примера, в то время как разъяснение идентичных характерных признаков не будет представлено.

Данный рабочий пример отличается от описанного выше первого рабочего примера тем, что здесь металл, имеющий окислительная способность, нанесен в тех областях разделительных стенок 30, в которых заключены вторые каналы 5, где не присутствует покровный слой 300. Основная масса твердых частиц, которые поступают в фильтр 1 для улавливания твердых частиц (вторые каналы 5), улавливается в порах покровного слоя 300 в области, которая проходит от стороны впуска вплоть до поверхности на стороне выпуска вторых каналов 5. Однако в небольшом количестве твердые частицы могут попадать на разделительные стенки 30 вблизи стороны выпуска вторых каналов 5 (т.е. на части разделительных стенок 30, на которых не присутствует покровный слой 300). В данном случае в небольшом количестве твердые частицы могут проскальзывать через поры разделительных стенок 30 и выходить из фильтра для улавливания твердых частиц 1.

С другой стороны, когда, металл, имеющий окислительную способность, нанесен на разделительные стенки 30 вблизи стороны выпуска вторых каналов 5 (т.е. на частях разделительных стенок 30, на которых не присутствует покровный слой 300), твердые частицы, которые находятся вблизи стороны выпуска вторых каналов 5, вступают в контакт с металлом и окисляются. В результате этого становится возможным обеспечение уменьшенного количества твердых частиц, которые проскальзывают через фильтр 1 для улавливания твердых частиц.

Способы, которые можно использовать, чтобы осуществлять нанесение металла, имеющего окислительную способность, в области разделительных стенок 30, на которых не присутствует покровный слой 300, могут включать, например, нанесение покровного слоя 310, в котором содержатся частицы металла платиновой группы, например Pt (далее называется термином «каталитический покровный слой»), на поверхность разделительных стенок 30, как проиллюстрировано на фиг. 9. Кроме того, может быть также использован способ, в котором каталитический покровный слой 310 присутствует также и на внутренней поверхности стенок пор 311 разделительных стенок 30, помимо его присутствия на поверхности разделительных стенок 30, как проиллюстрировано на фиг. 10. В данном случае средний размер пор разделительных стенок 30 и толщина каталитического покровного слоя 310 устанавливаются таким образом, что средний размер пор после нанесения каталитического покровного слоя 310 составляет от 25 до 50 мкм. Каталитический покровный слой 310, который описан в рабочем примере, может присутствовать только на разделительных стенках 30 в части, где не присутствует покровный слой 300, или он может присутствовать на всей поверхности разделительных стенок 30.

В описанном выше рабочем примере твердые частицы, которые не улавливаются в покровном слое 300, из числа твердых частиц, которые поступают в фильтр 1 для улавливания твердых частиц (т.е. твердые частицы, которые поступают во вторые каналы 5), окисляются на разделительных стенках 30 вблизи стороны выпуска вторых каналов 5. В результате этого становится возможным обеспечение уменьшенного количества твердых частиц, которые проскальзывают через фильтр 1 для улавливания твердых частиц.

Описанные выше второй рабочий пример и третий рабочий пример могут быть объединены. В частности, металл, имеющий более высокую склонность к ионизации, чем склонность к ионизации основного компонента золы, можно включать в покровный слой 300, и металл, имеющий окислительную способность, можно наносит на разделительные стенки 30 в области, на которой не присутствует покровный слой 300. В данном случае образование и осаждение золы на покровный слой 300 можно подавлять еще более надежным способом при одновременном подавлении проскальзывания твердых частиц через разделительные стенки 30 на частях, где не присутствует покровный слой 300.

В описанных выше рабочих примерах 1-3 разъясняются случаи, в которых толщина покровного слоя 300 является практически постоянной в направлении потока выхлопных газов, но толщина на стороне впуска может превышать толщину на стороне выпуска. Например, толщина покровного слоя 300 может постепенно уменьшаться от стороны впуска по направлению к стороне выпуска, как проиллюстрировано на фиг. 11.

Твердые частицы в выхлопных газах легче улавливаются в тех местах покровного слоя 300, которые находятся вблизи стороны впуска, чем в местах, которые удалены от нее. Соответственно, можно улавливать большинство твердых частиц в выхлопных газах, даже если толщина покровного слоя 300 уменьшается от стороны впуска по направлению к стороне выпуска. Кроме того, потеря давления уменьшается при уменьшении толщины покровного слоя 300 на стороне выпуска. Таким образом, становится возможным обеспечение минимального увеличения потери давления, вызываемой покровным слоем 300.

В описанных выше рабочих примерах 1-3 разъясняются случаи, в которых покровный слой 300 присутствует только на разделительных стенках 30, в которых заключены вторые каналы 5, но покровный слой 300 может также присутствовать и на разделительных стенках 30, в которых заключены первые каналы 4. Однако потеря давления в фильтре 1 для улавливания твердых частиц может увеличиваться в значительной степени, когда покровный слой 300 присутствует одновременно на разделительных стенках 30, в которых заключены вторые каналы 5, и на разделительных стенках 30, в которых заключены первые каналы 4. Соответственно, покровный слой 300 может присутствовать одновременно на всех разделительных стенках 30, при том условии, что потеря давления в фильтр 1 для улавливания твердых частиц находится в пределах допустимого интервала.

Перечень ссылочных позиций

1 - фильтр для улавливания твердых частиц

2 - корпус

3 - основной материал

4 - первые каналы

5 - второй канал

30 - разделительная стенка

40 - заглушка

50 - заглушка

300 - покровный слой

301 - частица

302 - пустота

303 - частица

310 - каталитический покровный слой

311 - пора

1. Фильтр для твердых частиц, содержащий:
множество первых каналов, концы которых блокированы на стороне впуска в направлении потока выхлопных газов;
множество вторых каналов, концы которых блокированы на стороне выпуска в направлении потока выхлопных газов;
пористые разделительные стенки, которые представляют собой элементы, отделяющие первые каналы от вторых каналов, и которые имеют поры, размер которых обеспечивает пропускание через них золы; и
пористый покровный слой, который расположен на части области разделительных стенок от стороны впуска разделительных стенок до положения перед стороной выпуска разделительных стенок и который имеет меньшие поры, чем поры разделительных стенок, при этом толщина пористого покровного слоя постепенно уменьшается от стороны впуска пористого покровного слоя по направлению к стороне выпуска пористого покровного слоя.

2. Фильтр по п. 1, в котором в области разделительных стенок, на которой не предусмотрен покровный слой, имеется катализатор, имеющий окислительную способность.

3. Фильтр по п. 1 или 2, в котором разделительные стенки имеют поры, средний размер которых составляет от 25 до 50 мкм.

4. Фильтр по п. 1 или 2, в котором пористый покровный слой представляет собой дисперсию, состоящую из частиц, средний размер которых составляет от 1 до 10 мкм.

5. Фильтр по п. 1 или 2, в котором пористый покровный слой включает металл, склонность которого к ионизации больше, чем у основного компонента золы.