DE29600681U1 - Soot filter system - Google Patents
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Description
Hug Engineering Ag HUG960101GDEHug Engineering Ag HUG960101GDE
CH-8484 Weisslingen 16.01.1996CH-8484 Weisslingen 16.01.1996
Die Erfindung bezieht sich auf eine Russfilteranlage zur Abscheidung nichtflüchtiger Stoffe aus einem Abgasstrom, insbesondere von Russpartikeln aus Dieselmotoren, welche Russfilteranlage in einem Gehäuse mit Gaszufuhr- und Gasab-\ fuhrstutzen über Filtermedien verbundene Innenräume hat, wobei die Filtermedien mehrere axial in Abstand verlaufende, stromauf verschlossene und stromab offene Filterpatronen mit einem formfesten, perforierten Innenmantel und einem mit geringem Widerstand gasdurchlässig ausgebildeten Aussenmantel aus einem wärmebeständigen Material, insbesondere einem organischen Fasermaterial, umfassen.The invention relates to a soot filter system for separating non-volatile substances from an exhaust gas stream, in particular soot particles from diesel engines, which soot filter system has interior spaces connected via filter media in a housing with gas supply and gas discharge nozzles, wherein the filter media comprise a plurality of axially spaced, upstream closed and downstream open filter cartridges with a dimensionally stable, perforated inner casing and an outer casing made of a heat-resistant material, in particular an organic fiber material, which is permeable to gas with low resistance.
In Verbrennungsanlagen, insbesondere bei stationären oder mobilen Dieselmotoren, entstehen neben schädlichen gasförmigen Komponenten bei unvollständiger Verbrennung auch nicht-flüchtige Stoffe, in erster Linie Russpartikel. Dieser amorphen Form von reinem Kohlenstoff lagern sich bei der Abkühlung des Abgases sogenannte polyzyklische Kohlenwasserstoffe an. Sowohl diese poly zyklischen Kohlenwasserstoffe als auch die Russpartikel an sich gelten als krebserregend. In combustion systems, particularly in stationary or mobile diesel engines, incomplete combustion produces harmful gaseous components as well as non-volatile substances, primarily soot particles. So-called polycyclic hydrocarbons accumulate on this amorphous form of pure carbon when the exhaust gas cools down. Both these polycyclic hydrocarbons and the soot particles themselves are considered carcinogenic.
Russpartikel von Dieselmotoren sind in der Mehrheit sehr klein, sie können submikrone Ausmasse aufweisen, weshalb sie mit der Atemluft aufgenommen werden und tief in die Lungen geraten können. Mehrere Institute aus verschiedenen LändernSoot particles from diesel engines are mostly very small, they can be submicron in size, which is why they are absorbed with the air we breathe and can penetrate deep into the lungs. Several institutes from different countries
3 stellten bei Dieselruss-Konzentrationen ab etwa 2, 2 mg/m im Tierversuch eine krebserregende Wirkung im Lungenbereich fest. Im Rahmen zunehmenden ökologischen Bewusstseins und entsprechenden gesetzlichen Schranken wird es daher unabdingbar, Abgase von Dieselmotoren aller Art nicht nur von den schädlichen Gaskomponenten, sondern auch von den Russpartikeln zu befreien.3 found a carcinogenic effect in the lungs in animal experiments at diesel soot concentrations of around 2.2 mg/m. In the context of increasing ecological awareness and corresponding legal restrictions, it is therefore essential to remove not only the harmful gas components but also the soot particles from the exhaust gases of all types of diesel engines.
Die EP, Al 0558452 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Entfernen von gasförmigen Schadstoffen aus Abgasen von Verbrennungsanlagen, eingeschlossen Diesel- und Gas-Dieselanlagen- Diese wirtschaftlich arbeitende Anlage hat in bezug auf die Entfernung von gasförmigen Schadstoffen einen hohen Wirkungsgrad, ist jedoch beim Einsatz für Dieselmotoren nicht speziell für die Entfernung von Russpartikeln konzipiert, es muss ein geeigneter Dieselrussfilter vorgeschaltet werden.EP, Al 0558452 describes a method and a device for removing gaseous pollutants from exhaust gases of combustion plants, including diesel and gas-diesel plants. This economical system has a high level of efficiency in terms of removing gaseous pollutants, but is not specifically designed for removing soot particles when used for diesel engines; a suitable diesel soot filter must be installed upstream.
Es ist eine grosse Anzahl von verschiedensten Dieselrussfiltern bekannt, welche grundsätzlich einen offenporigen Schaumstoff oder ein Fasermaterial als Filtermedium verwenden. A large number of different diesel soot filters are known, which basically use an open-pored foam or a fiber material as a filter medium.
Von zentraler Bedeutung ist die Detail-Ausbildung des Filtermediums, welches einerseits die Russpartikel mit hohem Wirkungsgrad aus dem Abgasstrom ausscheiden muss, andererseits jedoch keinen zu hohen, den Wirkungsgrad des Motors herabsetzenden Gegendruck erzeugen darf. Im folgenden werden nur noch die mit der vorliegenden Erfindung gattungsgemässen Filtermedien aus Fasermaterial betrachtet. Faserförmige Filtermedien werden beispielsweise in der WO 93/23657 mit kreuzförmig aufgetragenen Filterlagen, in der DE, Al 4125686 mit im Fasermaterial statistisch verteilten Stützkörpern und in der EP, Bl 0334910 mit zumindest teilweise oder vollständig von einer rundgestrickten Maschenware gebildetem Filtermaterial offenbart.Of central importance is the detailed design of the filter medium, which on the one hand must remove the soot particles from the exhaust gas flow with high efficiency, but on the other hand must not generate too high a back pressure that reduces the efficiency of the engine. In the following, only the filter media made of fiber material of the generic type used in the present invention will be considered. Fibrous filter media are disclosed, for example, in WO 93/23657 with cross-shaped filter layers, in DE, Al 4125686 with support bodies statistically distributed in the fiber material and in EP, Bl 0334910 with filter material formed at least partially or completely from a circular knitted fabric.
Aus der EP, Al 0515776 ist eine Filterpatrone, dort Russfilterkerze genannt, bekannt, welche von aussen mit Abgas beaufschlagt wird. Der Russ lagert sich auf der Aussenwand ab, welche aus einem Gefüge von temperaturbeständigen Fasern besteht und als Gewebe, Gestricke, Gewirke, Wickel und/oder Filz ausgebildet ist. Die Fasern bestehen aus Keramik und/ oder Metall, beide vorzugsweise gesintert.EP, Al 0515776 describes a filter cartridge, called a soot filter candle, which is exposed to exhaust gas from the outside. The soot is deposited on the outer wall, which consists of a structure of temperature-resistant fibers and is designed as a woven, knitted, warp-knitted, wound and/or felt. The fibers consist of ceramic and/or metal, both preferably sintered.
Während des Betriebes eines Dieselrussfilters werden die praktisch ausschliesslich aus Russ bestehenden Partikel mechanisch und durch Adhäsionskräfte im Fasermaterial abgeschieden, wobei der Filter beladen wird. Die Filtermedien müssen deshalb von Zeit zu Zeit regeneriert werden, wobei der Russ praktisch ohne Rückstand verbrannt wird. Es sind verschiedene Verfahren zur Regeneration bekannt:During operation of a diesel soot filter, the particles, which consist almost exclusively of soot, are separated mechanically and by adhesion forces in the fiber material, loading the filter. The filter media must therefore be regenerated from time to time, whereby the soot is burned practically without residue. Various regeneration processes are known:
- Einem Russfilter wird eine Brennkammer vorgeschaltet und im Innern ein Freiraum geschaffen (DE, Al 4909478 ) . Es ist auch bekannt, einen Brenner sektorenweise einzusetzen {WO 87/073424).- A combustion chamber is installed in front of a soot filter and a free space is created inside (DE, Al 4909478). It is also known to use a burner sector by sector {WO 87/073424).
- Einem Dieselrussfilter wird ein Heissgaserzeuger vorgeschaltet, welcher lösbar anschliessbar ist (DE, Al 4226 901).- A hot gas generator is installed upstream of a diesel soot filter, which can be detachably connected (DE, Al 4226 901).
- Es wird eine elektrische Widerstandsheizeinrichtung in den Dieselrussfilter eingebaut.- An electrical resistance heating device is installed in the diesel soot filter.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Russfilteranlage der eingangs genannten Art zu schaffen, welche bei langlebiger, robuster Konstruktion ein einfaches Recyclingkonzept erlaubt und universell verwendbar ist.The present invention is based on the object of creating a soot filter system of the type mentioned above, which, with a durable, robust construction, allows a simple recycling concept and is universally usable.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die Russfilteranlage wenigstens einen ausbaubaren Russfiltereinsatz oder ausbaubare Russfiltermodule umfasst, wobei diese mit beidends lösbar befestigten Filterpatronen ausgerüstet sind. Spezielle und weiterbildende Ausführungsformen der erfindungsgemässen Vorrichtung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.The object is achieved according to the invention in that the soot filter system comprises at least one removable soot filter insert or removable soot filter modules, whereby these are equipped with filter cartridges detachably attached at both ends. Special and further embodiments of the device according to the invention are the subject of dependent claims.
Während des Betriebs der Russfilteranlage lagern sich auf dem Filtermedium der Filterpatronen kontinuierlich rückstandsfrei verbrennbare Russpartikel und in sehr geringemDuring operation of the soot filter system, residue-free combustible soot particles are continuously deposited on the filter medium of the filter cartridges and in very small quantities
Masse unbrennbare Ablagerungen ab. Beim Regenerieren, d.h. dem Abbrennen des Russes, bleiben die unbrennbaren Ablagerungen im Filtermedium haften. Sind die Eigenschaften des Filtermediums in Folge dieser unbrennbaren Ablagerungen nicht mehr ausreichend, wird der betreffende Russfiltereinsatz beziehungsweise das betreffende Russfiltermodul ausgebaut, eine oder mehrere Filterpatronen entfernt und das FiI-termedium gereinigt oder erneuert. Auch bei einer Erneuerung des Filtermediums kann der Innenmantel von Filterpatronen, auch Lochrohr genannt, mehrmals verwendet werden. Damit können wertvolle Ressourcen gespart und die Wirtschaftlichkeit erhöht werden.Mass non-combustible deposits are deposited. During regeneration, i.e. when the soot is burned off, the non-combustible deposits remain in the filter medium. If the properties of the filter medium are no longer sufficient as a result of these non-combustible deposits, the soot filter insert or the soot filter module in question is removed, one or more filter cartridges are removed and the filter medium is cleaned or replaced. Even when the filter medium is replaced, the inner casing of filter cartridges, also known as perforated tubes, can be used several times. This saves valuable resources and increases efficiency.
Die Filterpatronen sind stromauf verschlossen und müssen in diesem Fall stromab offen sein. Sie sind auf der Gaseintrittseite mit einem im Bereich zwischen den Patronen offenen Filterpatronenhalter, auf der Gasaustrittseite mit einem im Bereich der Patronen offenen Filterpatronenhalter verschraubt. Besondere Beachtung ist der Abdichtung zu schenken, es dürfen keine kriechenden Gasströme am Filtermedium vorbei entstehen, vielmehr muss der gesamte Abgasstrom durch das Filtermedium geleitet sein.The filter cartridges are closed upstream and must in this case be open downstream. They are screwed on the gas inlet side with a filter cartridge holder that is open in the area between the cartridges, on the gas outlet side with a filter cartridge holder that is open in the area of the cartridges. Particular attention must be paid to the seal; no gas streams may creep past the filter medium, instead the entire exhaust gas stream must be guided through the filter medium.
Durch eine lösbare mechanische Verbindung, z.B. Verschraubung, der Einzelteile entstehen solide Russfiltereinsätze oder Russfiltermodule, welche in sich stabil sind. Die Abdichtung kann durch ein bevorzugt mehrteiliges Klemmstück erfolgen, welches innenseitig benachbart des stromab liegenden Filterpatronenhalters angeordnet ist und über eine Dichtung auf den steifen Innenmantel der Filterpatronen einwirkt. A detachable mechanical connection, e.g. screwing, of the individual parts creates solid soot filter inserts or soot filter modules that are stable in themselves. The seal can be achieved by a preferably multi-part clamping piece which is arranged on the inside next to the downstream filter cartridge holder and acts on the rigid inner casing of the filter cartridges via a seal.
Die Halte- und Stützteile der Russfilteranlage bestehen bevorzugt aus einem rostfreien Stahl, dadurch kann eine Verzunderung der Metallteile weitgehend verhindert und eine sehr hohe Lebensdauer erreicht werden. Besondere Aufmerksamkeit wird der Ausbildung des formfesten Innenmantels vonThe holding and support parts of the soot filter system are preferably made of stainless steel, which largely prevents scaling of the metal parts and ensures a very long service life. Special attention is paid to the design of the dimensionally stable inner casing of
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Filterpatronen geschenkt. Die Porosität wird in der Regel durch Ausbildung von Rund- und/oder Langlöchern in einem Blechmantel erreicht. Eine zylindrische Oberfläche mit der notwendigen mechanischen Festigkeit kann aber auch mit einem Draht- oder Bändergitter erreicht werden.Filter cartridges are given as a gift. The porosity is usually achieved by forming round and/or elongated holes in a sheet metal casing. A cylindrical surface with the necessary mechanical strength can also be achieved with a wire or ribbon grid.
Der formfeste Innenmantel hat den die Abscheidung der Russpartikel bewirkenden Aussenmantel der Filterpatronen abzustützen. Das wärmebeständige, anorganische Fasermaterial besteht aus Hochtemperaturfilamenten oder -garnen mit hohem Adsorptionsvermögen, wobei die Garne in an sich bekannter Weise als Multifilamentgarn oder Faserngarn, gedreht oder ungedreht, ausgebildet sein können. Die summarisch als Fasern bezeichneten Filamente oder Garne sind vorzugsweise als wenigstens einlagiges Geflecht aufgetragen. Der Aussenmantel kann jedoch auch als ein- oder mehrlagiges Gestrick, Gewirk, Vlies oder dgl. aufgetragen sein.The dimensionally stable inner casing must support the outer casing of the filter cartridges, which separates the soot particles. The heat-resistant, inorganic fiber material consists of high-temperature filaments or yarns with high adsorption capacity, whereby the yarns can be designed in a conventional manner as multifilament yarn or fiber yarn, twisted or untwisted. The filaments or yarns, collectively referred to as fibers, are preferably applied as at least a single-layer braid. The outer casing can, however, also be applied as a single- or multi-layer knitted fabric, warp-knitted fabric, fleece or the like.
Das grosse Adsorptionsvermögen der Hochtemperaturfasern, physikalisch ausgedrückt die hohen van der Waals-Kräfte, wird durch die Ausbildung einer hohen spezifischen Oberfläche gewährleistet. Die eingesetzten Hochtemperaturfasern bestehen vorzugsweise aus Glas oder Keramik.The high adsorption capacity of the high-temperature fibers, in physical terms the high van der Waals forces, is ensured by the formation of a high specific surface. The high-temperature fibers used are preferably made of glass or ceramic.
Zur Verbrennung des während des Filterbetriebs abgeschiedenen Russes muss in an sich bekannter Weise, z.B. nach einer vorstehend beschriebenen Variante, eine Regenerationstemperatur von etwa 600 0C überschritten werden, dann verbrennt der Russ ohne Rückstand.In order to burn the soot separated during filter operation, a regeneration temperature of about 600 ° C must be exceeded in a known manner, e.g. according to a variant described above, then the soot burns without residue.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Russzündtemperatur auf etwa 300 - 400°C abgesenkt werden, wenn das filternde Fasermaterial· mit einem katalytisch aktiven Material beschichtet ist. Diese besteht beispielsweise aus Vanadiumoxid (V-O1-), auch mit einem Edelmetallanteil, z.B. Platin (Pt).According to a particularly preferred embodiment of the present invention, the soot ignition temperature can be reduced to about 300 - 400°C if the filtering fiber material is coated with a catalytically active material. This consists, for example, of vanadium oxide (VO 1 -), also with a noble metal component, eg platinum (Pt).
Für einen sehr guten Wirkungsgrad der Russfilteranlage ist weiter von Bedeutung, dass keine Lecks zwischen den einzelnen Russfiltereinsätzen oder Russfiltermodulen entstehen können, was ungereinigte Kriechgasströme zur Folge hätte. Insbesondere Russfiltermodule werden vorzugsweise mit einer elastischen Glasgewebeabdichtung wirkungsvoll gegeneinander abgedichtet.For a very good efficiency of the soot filter system, it is also important that no leaks can occur between the individual soot filter inserts or soot filter modules, which would result in uncleaned creeping gas flows. Soot filter modules in particular are preferably effectively sealed against each other with an elastic glass fabric seal.
Von besonderem Vorteil ist die Verwendung einer erfindungsgemässen Russfilteranlage oder von Russfiltermodulen einer erfindungsgemässen Russfilteranlage in einer Abgasreinigungsanlage in Kombination mit einem nachgeschalteten selektiven Reduktionskatalysator oder einem nachgeschalteten selektiven Reduktions- und Oxidationskatalysator. Bevorzugt hat jeder Russfiltereinsatz oder jedes Russfiltermodul wenigstens einen stromab angeordneten, z.B. angeflanschten Katalysator, wobei die Querschnittsdimensionierung und die Anzahl der Elemente auf den Abgasvolumenstrom abgestimmt ist.Of particular advantage is the use of a soot filter system according to the invention or of soot filter modules of a soot filter system according to the invention in an exhaust gas purification system in combination with a downstream selective reduction catalyst or a downstream selective reduction and oxidation catalyst. Preferably, each soot filter insert or each soot filter module has at least one catalyst arranged downstream, e.g. flanged, wherein the cross-sectional dimensioning and the number of elements are matched to the exhaust gas volume flow.
Zweckmässig kann eine Russfilteranlage mit Russfiltereinsätzen oder Russfiltermodulen und nachgeschalteten Katalysatoren in einer Abgasreinigungsanlage gemäss der EP, Al 0558452 eingebaut werden. Eine nachstehend als Beispiel beschriebene Anlage dieses Typs zur Herstellung von elektrischem Strom hat einen Dieselmotor von 6000 kW. Bei 100% Last liegt die Gastemperatur im Bereich bis etwa 550 0C, wobei einA soot filter system with soot filter inserts or soot filter modules and downstream catalysts can be conveniently installed in an exhaust gas purification system according to EP, Al 0558452. A system of this type for producing electrical power described below as an example has a diesel engine of 6000 kW. At 100% load, the gas temperature is in the range of up to about 550 0 C, with a
Abgasvolumenstrom von 100' 000 m /h erzeugt wird. Als Treibstoff wird schwefelarmer (etwa 0,05 % S) Dieselbrennstoff und als Motorenschmieröl aschefreies oder synthetisches Schmieröl verwendet. Bei optimal eingestelltem Motor wird ein Abgasgegendruck von etwa 12 mbar erzeugt, der Rohgas-Exhaust gas volume flow of 100,000 m3 /h is generated. Low-sulphur (approx. 0.05% S) diesel fuel is used as fuel and ash-free or synthetic lubricating oil is used as engine lubricating oil. With the engine optimally adjusted, an exhaust gas back pressure of approx. 12 mbar is generated, the raw gas
3
Staubgehalt liegt bei etwa 120 mg/Nm .3
Dust content is about 120 mg/Nm .
In dieser Anlage werden 176 Russfiltermodule mit nachgeschaltetem selektivem Reduktions- und Oxidations-Katalysator eingesetzt, wobei jedes Russfiltermodul von 150 &khgr; 150 &khgr;In this plant, 176 soot filter modules with a downstream selective reduction and oxidation catalyst are used, with each soot filter module having a capacity of 150 x 150 x
1000 mm neun Filterpatronen mit einem Durchmesser von 47 mm und einer Länge von etwa 1000 mm umfasst. Die Abgasbelastung1000 mm comprises nine filter cartridges with a diameter of 47 mm and a length of about 1000 mm. The exhaust gas pollution
3
pro Modul beträgt etwa 570 m /h.3
per module is about 570 m /h.
Bei Normallast ist ein Russabscheidegrad von wenigstens etwa 90 % gemessen worden, meist wenigstens etwa 95%.At normal load, a soot separation efficiency of at least about 90% has been measured, usually at least about 95%.
Die Lebensdauer der Russfiltermodule ist abhängig von den inerten, d.h. nicht abbrennbaren festen Teilchen im Motorenabgas. Diese Asche besteht aus Verbindungen folgender Elemente :The service life of the soot filter modules depends on the inert, i.e. non-combustible solid particles in the engine exhaust. This ash consists of compounds of the following elements :
Kalzium >30Gew.-%
Zink 10 bis 30 Gew. -%
; Phosphor 3 bis 10 Gew. -%Calcium >30% w/w
Zinc 10 to 30 wt.%
; Phosphorus 3 to 10 wt.%
Der Rest besteht aus Verbindungen von Aluminium, Eisen, Magnesium,
Blei und Silicium, mit einem Gehalt von je etwa 1 bis 3 Gew.-%.
20The remainder consists of compounds of aluminium, iron, magnesium, lead and silicon, each containing about 1 to 3% by weight.
20
Die Menge dieser Verbindungen ist abhängig vom Verbrauch an Brennstoff und Schmieröl, natürlich auch von deren Zusammensetzung. Ein einzelnes Russfiltermodul für einen Betriebs-The amount of these compounds depends on the consumption of fuel and lubricating oil, and of course also on their composition. A single soot filter module for an operating
3
volumenstrom von etwa 600 m /h kann maximal mit etwa 80 g Asche beladen werden. Ein Teil der Asche sickert im Laufe der
Zeit nach innen durch das Filtermedium. Wenn die Asche auf der Innenseite des Filtermediums den Abgasstrom erreicht,
wird sie mitgerissen. Dank des Einsickerns der Asche werden die Reinigungsintervalle grosser.3
A volume flow of around 600 m3 /h can be loaded with a maximum of around 80 g of ash. Over time, some of the ash seeps inwards through the filter medium. When the ash on the inside of the filter medium reaches the exhaust gas flow, it is carried along. Thanks to the seepage of the ash, the cleaning intervals become longer.
Sind die Eigenschaften des Filtermediums in Folge überhöhter unbrennbarer Ablagerungen nicht mehr ausreichend, wird die betreffende Filterpatrone demontiert und das Filtermedium gereinigt oder erneuert. Der Innenmantel der Filterpatrone kann mehrmals verwendet und dadurch wertvolle Ressourcen gespart werden.If the properties of the filter medium are no longer sufficient due to excessive non-combustible deposits, the filter cartridge in question is dismantled and the filter medium cleaned or replaced. The inner casing of the filter cartridge can be used several times, thus saving valuable resources.
Eine erfindungsgemässe Russfilteranlage ist dank der auswechselbaren Russfiltereinsätze oder Russfiltermodule mit einzeln ersetzbaren Filterpatronen von einfachem Grundkonzept, flexibel im Einsatz und wirtschaftlich in Herstellung und Betrieb. Mit einer kleinen Anzahl von Elementen können die vielfaltigsten Russfilteranlagen gebaut werden, zu den kostengünstigen Grosserien kommt eine niedrige Lagerhaltung, was die Wirtschaftlichkeit weiter verbessert. Ein bevorzugtes, speziell ausgebildetes Klemmstück kann am stromabseitigen Ende Temperaturspannungen abfangen und Schwingungen aufnehmen.A soot filter system according to the invention has a simple basic concept, is flexible in use and economical in production and operation thanks to the replaceable soot filter inserts or soot filter modules with individually replaceable filter cartridges. With a small number of elements, the most diverse soot filter systems can be built, and in addition to the cost-effective large series, there is low storage, which further improves economic efficiency. A preferred, specially designed clamping piece can absorb temperature stresses and vibrations at the downstream end.
Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen, welche auch Gegenstand von abhängigen Ansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:The invention is explained in more detail using embodiments shown in the drawing, which are also the subject of dependent claims. They show schematically:
- Fig. 1 eine teilweise aufgeschnittene Seitenansicht- Fig. 1 a partially cutaway side view
eines Russfiltermoduls einer stationären Russfilteranlage,
20a soot filter module of a stationary soot filter system,
20
- Fig. 2 eine Stirnansicht des Moduls von der Abgasein- Fig. 2 a front view of the module from the exhaust inlet
trittsseite,tread side,
- Fig. 3 eine Stirnansicht des Moduls von der Abgasaustrittsseite, - Fig. 3 a front view of the module from the exhaust outlet side,
- Fig. 4 eine teilweise aufgeschnittene Ansicht einer- Fig. 4 is a partially cutaway view of a
Filterpatrone,filter cartridge,
- Fig. 5 eine teilweise detaillierte Ansicht de"b Innenmantels der Filterpatrone,- Fig. 5 a partially detailed view of the inner casing of the filter cartridge,
-Fig. 6 eine Ansicht eines mehrteiligen Klemmstücks,-Fig. 6 a view of a multi-part clamping piece,
- Fig. 7 eine aufgeschnittene Ansicht einer mobilen Russ-- Fig. 7 a cutaway view of a mobile soot
filteranlage mit einem Russfiltereinsatz,filter system with a soot filter insert,
- Fig. 8 einen Radialschnitt bei VIII - VIII in Fig. 7,- Fig. 8 a radial section at VIII - VIII in Fig. 7,
-Fig. 9 einen Russfiltereinsatz für Fig. 7, 5-Fig. 9 a soot filter insert for Fig. 7, 5
- Fig. 10 der stromauf liegende Filterpatronenhalter von- Fig. 10 the upstream filter cartridge holder of
Fig. 9, Fig.9 ,
- Fig. 11 der stromab liegende Filterpatronenhalter von Fig. 9,- Fig. 11 the downstream filter cartridge holder of Fig. 9,
- Fig. 12 ein Klemmstück des Russfiltereinsatzes nach Fig.- Fig. 12 a clamping piece of the soot filter insert according to Fig.
9 und9 and
- Fig. 13 einen Axialschnitt durch eine Filterpatrone im- Fig. 13 an axial section through a filter cartridge in
Bereich der Ausstrittsseite.Area of the exit side.
Ein Russfiltermodul 10 einer stationären Russfilteranlage gemäss Fig.l bis 3 ist im wesentlichen quaderförmig ausgebildet, es hat einen Querschnitt von etwa 150 &khgr; 150 mm und eine Länge von etwa 1000 mm. Ein Modul umfasst neun Filterpatronen 12 mit einem formfesten Innenmantel 14 eines Durchmessers von 34 mm und einen Aussenmantel 16 aus einem geflochtenen anorganischen Fasermaterial, welches strumpfförmig über den Innenmantel 14 gezogen ist.A soot filter module 10 of a stationary soot filter system according to Fig. 1 to 3 is essentially cuboid-shaped, it has a cross section of about 150 x 150 mm and a length of about 1000 mm. A module comprises nine filter cartridges 12 with a dimensionally stable inner casing 14 with a diameter of 34 mm and an outer casing 16 made of a braided inorganic fiber material, which is pulled over the inner casing 14 in the shape of a stocking.
Die Filterpatronen 12 sind bezüglich eines Abgasstroms 18 stromauf mit einer Verschlusskappe 20 versehen, durch Öffnungen im Filterpatronenhalter 24 strömt das Abgas 18 in den Innenraum 26 zwischen den Filterpatronen 12. Über den faserförmigen Aussenmantel 16 und den porösen Innenmantel 14 gelangt das Abgas 18 in den Innenraum 28 der Filterpatronen 12, wobei die Russpartikel im Faserngeflecht des Aussenmantels 16 abgeschieden werden. Der von festen Partikeln befreite Abgasstrom 18 tritt aus den stromab offenen Filterpatronen 12 ungehindert aus. An diesem Austrittsende ist über eine Klemmbride 34 eine koaxiale Flanschhülse 30 befestigt. DieThe filter cartridges 12 are provided with a closure cap 20 upstream of an exhaust gas flow 18. The exhaust gas 18 flows through openings in the filter cartridge holder 24 into the interior 26 between the filter cartridges 12. The exhaust gas 18 reaches the interior 28 of the filter cartridges 12 via the fibrous outer casing 16 and the porous inner casing 14, whereby the soot particles are separated in the fiber mesh of the outer casing 16. The exhaust gas flow 18, freed of solid particles, exits unhindered from the filter cartridges 12, which are open downstream. A coaxial flange sleeve 30 is attached to this outlet end via a clamping bracket 34. The
• ··
Hülse 30 durchgreift entsprechend dimensionierte Öffnungen 36 im stromab liegenden Filterpatronenhalter 38. Verschlusskappe 20 und Flanschhülse 30 sind durch Punktschweissen mit dem Innenmantel verbunden, also nicht gasdicht. Die Abdichtung erfolgt durch je eine stirnseitige Klemmbride 34, welche auf den Aussenmantel 16 aufgesetzt und im Bereich der Verschlusskappe 20 und der Flanschhülse 30 angezogen werden. Die nicht gasdichten Uebergänge Verschlusskappe 20 - Innenmantel 14 - Flanschhülse 30 liegen somit im Reingasbereich.Sleeve 30 passes through appropriately dimensioned openings 36 in the downstream filter cartridge holder 38. Closure cap 20 and flange sleeve 30 are connected to the inner casing by spot welding, so they are not gas-tight. Sealing is achieved by a front clamp 34, which is placed on the outer casing 16 and tightened in the area of closure cap 20 and flange sleeve 30. The non-gas-tight transitions closure cap 20 - inner casing 14 - flange sleeve 30 are therefore in the clean gas area.
Innenseitig ist ein mehrteiliges Klemmstück 40, 42, welches in Fig. 6 im Detail dargestellt ist, mit dem Filterpatronenhalter 38 verschraubt, die Verschraubung ist mit 56 bezeichnet. Dieses Klemmstück dient der austrittsseitigen Abdichtung des Innenraums 26 um die Filterpatronen 12 und damit der Verhinderung von Leckströmen. Die Dichtungen sind mit 44, 46 bezeichnet.On the inside, a multi-part clamping piece 40, 42, which is shown in detail in Fig. 6, is screwed to the filter cartridge holder 38, the screw connection is designated 56. This clamping piece serves to seal the outlet side of the interior 26 around the filter cartridges 12 and thus to prevent leakage currents. The seals are designated 44, 46.
Stromauf ist die Verschlusskappe 20 der Filterpatronen 12 über einen Gewindebolzen 48 und eine entsprechende Schraubenmutter 50 am Filterpatronenhalter 24 befestigt. Schliesslich wird die Formstabilität des Russfiltermoduls 10 noch weiter verbessert, indem der Filterpatronenhalter 24 einen nach innen umgelegten Rand 52, der Filterpatronenhalter 38 einen umgelegten Rand 54 hat. Beim Stapeln von Modulen 10 bilden die umgelegten Ränder 52, 54 die Auflageflächen,Upstream, the closure cap 20 of the filter cartridges 12 is attached to the filter cartridge holder 24 via a threaded bolt 48 and a corresponding screw nut 50. Finally, the dimensional stability of the soot filter module 10 is further improved by the filter cartridge holder 24 having an inwardly folded edge 52 and the filter cartridge holder 38 having a folded edge 54. When modules 10 are stacked, the folded edges 52, 54 form the support surfaces.
Auf der in Fig.2 dargestellten Einströmseite des Russfiltermoduls 10 ist der schalenförmige Filterpatronenhalter 24 mit im wesentlichen quadratischen Aussparungen versehen. Die über die Verschlusskappen 20 stirnseitig verschraubten Filterpatronen lassen stromauf einen Innenraum 26 frei, welcher dank den Öffnungen 22 problemlos vom zu reinigenden Abgas durchströmt wird.On the inflow side of the soot filter module 10 shown in Fig. 2, the bowl-shaped filter cartridge holder 24 is provided with essentially square recesses. The filter cartridges, which are screwed on at the front via the closure caps 20, leave an interior space 26 free upstream, through which the exhaust gas to be cleaned can flow without any problems thanks to the openings 22.
Im stromab liegenden Filterpatronenhalter 38 gemäss Fig. 3 sind neben den Öffnungen 36 für den Innenmantel der Filterpa-In the downstream filter cartridge holder 38 according to Fig. 3 in addition to the openings 36 for the inner casing of the filter cartridge,
•11•11
tronen die Verschraubungen 56 für das Klemmstück 40, 42 sichtbar.The screw connections 56 for the clamping piece 40, 42 are visible.
Der in Fig. 4 gekürzt dargestellte Innenmantel 14 einer FiI-terpatrone 12 (Fig.l) umfasst am stromaufseitigen Ende die Verschlusskappe 20 mit einem Schweissbolzen 48, welcher als Gewindestange ausgebildet ist. Am stromabseitigen Ende des Innenmantels 14 ist eine Flanschhülse 30, auch Kragen genannt, aufgezogen und mit dem Innenmantel punktverschweisst. The inner casing 14 of a filter cartridge 12 (Fig. 1), shown in abbreviated form in Fig. 4, comprises the closure cap 20 with a welding bolt 48, which is designed as a threaded rod, at the upstream end. A flange sleeve 30, also called a collar, is fitted onto the downstream end of the inner casing 14 and spot-welded to the inner casing.
Fig. 5 zeigt den ausgebreiteten, ebenfalls verkürzt dargestellten Innenmantel 14 gemäss Fig. 4. Die Porosität besteht in regelmässig angeordneten Rundlöchern 58, welche über den ganzen Innenmantel 14 verteilt sind. Die Rundlöcher 58 haben im vorliegenden Fall einen Durchmesser von 5 mm und einen allseitigen Abstand d von 7 mm. So gewährleistet die hexagonale Lochung eine hinreichende mechanische Stabilität zum Tragen des faserförmigen Aussenmantels 16 (Fig. 1).Fig. 5 shows the expanded inner casing 14, also shown in abbreviated form, according to Fig. 4. The porosity consists of regularly arranged round holes 58, which are distributed over the entire inner casing 14. In this case, the round holes 58 have a diameter of 5 mm and a distance d of 7 mm on all sides. The hexagonal perforation thus ensures sufficient mechanical stability to support the fibrous outer casing 16 (Fig. 1).
Das mehrteilige Klemmstück, von welchem je ein End- und Mittelstück 40, 42 dargestellt sind, weist gemäss Fig. 6 im wesentlichen halbkreisförmige Aussparungen 60 auf, welche insgesamt der Anzahl von aufzunehmenden Filterpatronen entsprechen. Die Aussparungen 60 haben einen etwa 1 mm grösseren Radius als die Flanschhülse 30. Weiter sind Schraubenlöcher 62 vorgesehen, welche der Befestigung am stromab liegenden Filterpatronenhalter 38 (Fig. 1,3) dienen.The multi-part clamping piece, of which an end and middle piece 40, 42 are shown, has, according to Fig. 6, essentially semicircular recesses 60, which in total correspond to the number of filter cartridges to be accommodated. The recesses 60 have a radius approximately 1 mm larger than the flange sleeve 30. Screw holes 62 are also provided, which serve to attach to the downstream filter cartridge holder 38 (Fig. 1, 3).
Fig. 7,8 zeigen eine mobile Russfilteranlage 66 mit einem entfernbaren Russfiltereinsatz 70 und einem nachgeschalteten Katalysator 64 zur Entfernung von schädlichen gasförmigen Komponenten mittels selektiver Reduktion oder selektiver Reduktion und Oxidation. Eine stationäre Russfilteranlage im Sinne von Fig. 7, 8 kann anstelle eines Russfiltereinsatzes 70 eine beliebige Mehrzahl von Russf iltermodulen gemäss Fig. 1 enthalten. Der Katalysator hat in diesem FallFig. 7, 8 show a mobile soot filter system 66 with a removable soot filter insert 70 and a downstream catalyst 64 for removing harmful gaseous components by means of selective reduction or selective reduction and oxidation. A stationary soot filter system in the sense of Fig. 7, 8 can contain any number of soot filter modules according to Fig. 1 instead of a soot filter insert 70. In this case, the catalyst has
zweckmässig eine entsprechende Anzahl von gleich dimensionierten Katalysatormodulen, auch Waben genannt. Zur Bildung des Filterkatalysators ist zweckmässig ein Katalysatorgehäuse 72 an ein Russfiltergehäuse 68 angeflanscht. Die Verschraubung 74 ist in eine beide Gehäuse umgebende Isolationsschicht 76 eingebettet.expediently a corresponding number of equally dimensioned catalytic converter modules, also called honeycombs. To form the filter catalyst, a catalyst housing 72 is expediently flanged to a soot filter housing 68. The screw connection 74 is embedded in an insulation layer 76 surrounding both housings.
Der zu reinigende Abgasstrom 18 fliesst über einen angeflanschten Gaszufuhrstutzen 78 in das Russfiltergehäuse 68, dort weiter durch die Öffnungen des Filterpatronenhalters 24 in den Bereich des Russfiltereinsatzes 70, welcher in Fig. 9 im Detail gezeigt ist. Die Gehäuse 68, 72 sind unter Zwischenlage eines Dichtungsrings 80 aneinander geflanscht. Im Innern des Katalysatorgehäuses 72 ist eine peripher umlaufende Quellmatte 82 und stirnseitig beidseits ein Quellmattenring 84 eingelegt. In Richtung der Längsachse L werden diese Polsterungen durch einen eingelegten Distanzhalter 86 und eine ringförmige Einschnürung 88 im Katalysatorgehäuse 72 begrenzt. Stromab ist ein Gasabfuhrstutzen 90 am Katalysatorgehäuse 72 angeflanscht.The exhaust gas flow 18 to be cleaned flows via a flanged gas supply nozzle 78 into the soot filter housing 68, then through the openings of the filter cartridge holder 24 into the area of the soot filter insert 70, which is shown in detail in Fig. 9. The housings 68, 72 are flanged together with a sealing ring 80 in between. A peripherally running swelling mat 82 is inserted inside the catalyst housing 72 and a swelling mat ring 84 is inserted on both sides of the front. In the direction of the longitudinal axis L, these paddings are limited by an inserted spacer 86 and an annular constriction 88 in the catalyst housing 72. Downstream, a gas discharge nozzle 90 is flanged to the catalyst housing 72.
Benachbart des Gaszufuhrstutzens 78 durchgreift ein Rohr 92 mit Kabelhülle die Isolationsschicht 76 und das Russfiltergehäuse 68. Es dient der Einführung einer Messonde und ist bei Nichtgebrauch verschlossen.Adjacent to the gas supply nozzle 78, a pipe 92 with a cable sheath passes through the insulation layer 76 and the soot filter housing 68. It is used to insert a measuring probe and is closed when not in use.
In Fig. 8 ist ein Radialschnitt VII-VII gemäss Fig. 7 dargestellt. Der Russfiltereinsatz 70 umfasst neunzehn Filterpatronen 12 mit Innenmantel 14 und Aussenmantel 16. Das Russfiltergehäuse 68 mit der Isolationsschicht 76 ist von einem Spannring 94 umgeben, welcher mit einer Verschraubung 96 feststellbar ist.Fig. 8 shows a radial section VII-VII according to Fig. 7. The soot filter insert 70 comprises nineteen filter cartridges 12 with inner casing 14 and outer casing 16. The soot filter housing 68 with the insulation layer 76 is surrounded by a clamping ring 94, which can be secured with a screw connection 96.
Der in Fig. 9 dargestellte Russfiltereinsatz 70 entspricht im wesentlichen einem Russfiltermodul 10 gemäss Fig. 1. Bei sechseckiger Gestaltung der den Aussenumfang bildenden Filterpatronenhalter 24, 38 bzw. von deren umgelegten RändernThe soot filter insert 70 shown in Fig. 9 corresponds essentially to a soot filter module 10 according to Fig. 1. With a hexagonal design of the filter cartridge holders 24, 38 forming the outer circumference or of their folded edges
52, 54 (Fig. 1) wird der Russfiltereinsatz 70 zum Russfiltermodul
10 mit neunzehn Filterpatronen 12. Die vorderste Filterpatrone 12 der mittleren Ebene ist in voller Grosse sichtbar,
die übrigen sind teilweise verdeckt.
552, 54 (Fig. 1), the soot filter insert 70 becomes the soot filter module 10 with nineteen filter cartridges 12. The frontmost filter cartridge 12 of the middle level is visible in full size, the others are partially covered.
5
Bei einem grösseren Abgasvolumenstrom kann der Russfiltereinsatz 70 durch Anlegen weiterer Kränze von Filterpatronen vergrössert werden. Aus mechanischen und statischen Gründen muss für einen Russfiltereinsatz eine Grenze für die Anzahl von Filterpatronen festgelegt werden, der Russfiltereinsatz wird durch mehrere Russfiltermodule ersetzt.If the exhaust gas volume flow is larger, the soot filter insert 70 can be enlarged by adding additional rings of filter cartridges. For mechanical and static reasons, a limit for the number of filter cartridges must be set for a soot filter insert; the soot filter insert is replaced by several soot filter modules.
Der Filterpatronenhalter 24 gemäss Fig. 10 auf der Eintrittsseite entspricht im wesentlichen Fig. 2. Wegen der hexagonalen Struktur des Russfiltereinsatzes 70 sind die Öffnungen 22 jedoch dreieckförmig ausgebildet. Die neunzehn Löcher 98 dienen der Aufnahme von Gewindebolzen 48 {Fig. 4) zur Befestigung der nicht dargestellten Filterpatronen. Analog entspricht der Filterpatronenhalter 38 gemäss Fig. 11 der vorstehenden Fig. 3. Die zahlreichen Löcher 100 dienen der Befestigung eines mehrteiligen Klemmstücks. An der Peripherie sind weitere Schraubenlöcher 102 zum Anflanschen eines Katalysatorgehäuses 72 (Fig. 7) vorgesehen.The filter cartridge holder 24 according to Fig. 10 on the inlet side corresponds essentially to Fig. 2. Due to the hexagonal structure of the soot filter insert 70, the openings 22 are, however, triangular in shape. The nineteen holes 98 serve to accommodate threaded bolts 48 (Fig. 4) for fastening the filter cartridges (not shown). Similarly, the filter cartridge holder 38 according to Fig. 11 corresponds to the above Fig. 3. The numerous holes 100 serve to fasten a multi-part clamping piece. On the periphery further screw holes 102 are provided for flanging a catalyst housing 72 (Fig. 7).
Ein dem Filterpatronenhalter 38 auf der Austrittsseite zugeordnetes Klemmstück gemäss Fig. 12 ist fünfteilig ausgebildet. Die beiden endständigen Klemmstücke 40 haben auf ihrer geraden Längsseite drei im wesentlichen halbkreisförmige Aussparungen 60, welche einen etwa 1 mm grösseren Radius als die Flanschhülsen 30 (Fig. 4) haben. Die vier mittleren Klemmstücke 41 haben auf ihren Längsseiten drei bis fünf entsprechende halbkreisförmige Aussparungen 60. Zwischen den Klemmstücken 4O7 41 ist jeweils ein etwa 1 mm breiter Schlitz 104 ausgespart. Die Anordnung der Löcher 100 für die Verschraubungen 56 (Fig. 1,9) entspricht exakt derjenigen des stromab angeordneten Filterpatronenhalters 38.A clamping piece according to Fig. 12 assigned to the filter cartridge holder 38 on the outlet side is made up of five parts. The two terminal clamping pieces 40 have three essentially semicircular recesses 60 on their straight long sides, which have a radius approximately 1 mm larger than the flange sleeves 30 (Fig. 4). The four middle clamping pieces 41 have three to five corresponding semicircular recesses 60 on their long sides. Between the clamping pieces 40 7 41 there is a slot 104 approximately 1 mm wide. The arrangement of the holes 100 for the screw connections 56 (Fig. 1,9) corresponds exactly to that of the filter cartridge holder 38 arranged downstream.
Fig. 13 zeigt eine Variante der Abdichtung des Innenraums 26 (Fig. 1,2) ausserhalb der Filterpatronen in einem Russfiltermodul oder Russfiltereinsatz. Benachbart der Stirnseite weist der Innenmantel 14 eine punktgeschweisste Flanschhülse 30 auf. Ein an dieser Flanschhülse stirnseitig anliegendes Klemmstück 40, 42 drückt beim Anziehen der Schrauben 56 (Fig. 1,9) die Flanschhülse 30 gegen die Dichtung 44 und den Filterpatronenhalter 38. Die Filterpatronen 12 müssen also nicht mit einer Dichtung im Filterpatronenhalter 38 gehaltert sein.Fig. 13 shows a variant of the sealing of the interior 26 (Fig. 1,2) outside the filter cartridges in a soot filter module or soot filter insert. Adjacent to the front side, the inner casing 14 has a spot-welded flange sleeve 30. A clamping piece 40, 42 resting against the front side of this flange sleeve presses the flange sleeve 30 against the seal 44 and the filter cartridge holder 38 when the screws 56 (Fig. 1,9) are tightened. The filter cartridges 12 therefore do not have to be held in the filter cartridge holder 38 with a seal.
Claims (9)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 19960523 |
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| R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 19990427 |
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| R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years |
Effective date: 20020228 |
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| R158 | Lapse of ip right after 8 years |
Effective date: 20040803 |