NL2003025C2

NL2003025C2 - FILTER DEVICE FOR CLEANING COMBUSTION GAS EMISSIONS FROM A DIESEL ENGINE AND AGGREGATE EQUIPPED THEREFOR.

Info

Publication number: NL2003025C2
Application number: NL2003025A
Authority: NL
Inventors: Johannes Heinrich Franz Hullegie
Original assignee: Bredenoord Expl Mij B V
Priority date: 2009-06-15
Filing date: 2009-06-15
Publication date: 2010-12-16

Description

FILTERINRICHTING VOOR HET REINIGEN VAN DOOR EEN DIESELMOTOR UITGESTOTEN VERBRANDINGSGAS EN DAARMEE UITGEROST AGGREGAATFILTER DEVICE FOR CLEANING COMBUSTION GAS EMISSIONS FROM A DIESEL ENGINE AND AGGREGATE THROUGH THEM

De uitvinding betreft een filterinrichting voor het reinigen van door een dieselmotor uitgestoten verbrandingsgas, omvattend een van een gasinlaat en een gasuitlaat voorziene gasdichte behuizing voor een 5 filterelement, welk filterelement door een inlaatkanaal is verbonden met de gasinlaat en door een uitlaatkanaal is verbonden met de gasuitlaat, waarbij in het inlaatkanaal een verwarmingsmiddel is opgenomen, welke filterinrichting verder is voorzien van drukmeetmiddelen voor het meten van de 10 gasdruk in het inlaatkanaal, en regelmiddelen voor regelen van het verwarmingsmiddel in afhankelijkheid van de door de drukmeetmiddelen gemeten gasdruk, waarbij de regelmiddelen zijn ingericht voor het inschakelen van het verwarmingsmiddel bij een door de drukmeetmiddelen gemeten gasdruk hoger dan 15 een vooraf bepaalde minimale waarde en continu met het verwarmingsmiddel zijn verbonden.The invention relates to a filter device for cleaning combustion gas emitted by a diesel engine, comprising a gas-tight housing provided with a gas inlet and a gas outlet for a filter element, which filter element is connected to the gas inlet by an inlet channel and is connected to the gas outlet by an outlet channel , wherein a heating means is included in the inlet channel, which filter device is furthermore provided with pressure measuring means for measuring the gas pressure in the inlet channel, and control means for controlling the heating means in dependence on the gas pressure measured by the pressure measuring means, the control means being arranged for switching on the heating means at a gas pressure measured by the pressure measuring means higher than a predetermined minimum value and are continuously connected to the heating means.

Een dergelijke inrichting is bekend uit US 2009/0136387 Al. De in deze publicatie beschreven filterinrichting is in het bijzonder bedoeld te worden toegepast in een voertuig 20 voor goederentransport over lange afstanden, dat is voorzien van een door een extra dieselmotor aangedreven vermogenseenheid. Het filter in de beschreven inrichting wordt gereinigd door dit te verhitten met lucht, die langs een verwarmingselement is geleid. Het verwarmingselement 25 wordt ingeschakeld door een regelcircuit, zodra door een druksensor in de gasstroom, stroomopwaarts ten opzichte van het filter, een vooraf bepaalde drempelwaarde wordt gemeten. In de bekende inrichting wordt niet gemeten of het voor het verwarmingselement benodigde vermogen daadwerkelijk 30 beschikbaar is.Such a device is known from US 2009/0136387 A1. The filtering device described in this publication is intended in particular to be used in a long-distance goods transport vehicle 20 which is provided with a power unit driven by an additional diesel engine. The filter in the device described is cleaned by heating it with air that has been passed along a heating element. The heating element 25 is switched on by a control circuit as soon as a predetermined threshold value is measured in the gas flow upstream of the filter by a pressure sensor. In the known device it is not measured whether the power required for the heating element is actually available.

Uit WO 92/14911 is een filterinrichting bekend met twee parallel geschakelde filterelementen, die elk aan hun inlaatzijde zijn voorzien van een verwarmingselement. De 2 bekende inrichting is bedoeld voor het regelen van de emissie van een dieselmotor in kleine tot middelgrote mechanische apparaten, in het bijzonder voor een filtersysteem voor deeltjes in een dieselmotor in een vorkheftruck.WO 92/14911 discloses a filter device with two filter elements connected in parallel, each of which is provided with a heating element on their inlet side. The known device is intended for controlling the emission of a diesel engine in small to medium-sized mechanical devices, in particular for a filter system for particles in a diesel engine in a fork-lift truck.

5 Als uit meting van de gasdruk vóór de filterelementen of volgens een empirische werkwijze is vastgesteld dat het nodig is de filterelementen te regenereren, wordt het apparaat naar een goed geventileerd ventilatiestation gebracht, en worden de verwarmingselementen aangesloten op een door een 10 regelschakeling gestuurde uitwendige voeding, die de verwarmingselementen alternerend inschakelt, terwijl de dieselmotor draait. Het gas door een eerste respectievelijk een tweede filterelement wordt alternerend met behulp van het bijbehorende eerste respectievelijk tweede verwarmingselement 15 verhit, zodat op het eerste respectievelijk tweede filterelement neergeslagen roetdeeltjes als gevolg van de verhoogde temperatuur verbranden, en het filterelement aldus geregenereerd wordt.If measurement of the gas pressure in front of the filter elements or according to an empirical method has determined that it is necessary to regenerate the filter elements, the device is brought to a well-ventilated ventilation station, and the heating elements are connected to an external power supply controlled by a control circuit. , which alternately switches on the heating elements while the diesel engine is running. The gas through a first and a second filter element is heated alternately with the aid of the associated first and second heating element 15, so that soot particles deposited on the first and second filter element burn as a result of the increased temperature, and the filter element is thus regenerated.

Inherent aan de hierboven aangeduide bekende 20 filterinrichting is het vereiste van een paar parallel geplaatste filterelementen die elk van een verwarmingselement moeten zijn voorzien. Een verder nadeel van de bekende filterinrichting is dat deze niet tijdens het normale bedrijf van het door de dieselmotor aangedreven apparaat kan worden 25 gereinigd. Dit vormt in het bijzonder een probleem wanneer de dieselmotor voor het aandrijven van het apparaat met een laag vermogen draait, en het uitgestoten verbrandingsgas rijk aan roetdeeltjes is, als gevolg waarvan de filterelementen na een betrekkelijk korte periode geregenereerd moeten worden. Een 30 bijkomend nadeel komt voort uit het vereiste dat de dieselmotor tijdens de reiniging van de filterelementen moet draaien, en het reinigen dus ook buiten het eigenlijke gebruik van het apparaat tot brandstofkosten en emissies leidt.The requirement of a known filter device indicated above is the requirement of a pair of filter elements placed in parallel, each of which must be provided with a heating element. A further drawback of the known filter device is that it cannot be cleaned during normal operation of the device driven by the diesel engine. This poses a particular problem when the diesel engine is running at low power to power the device, and the combustion gas emitted is rich in soot particles, as a result of which the filter elements must be regenerated after a relatively short period of time. An additional disadvantage arises from the requirement that the diesel engine must run during the cleaning of the filter elements, and that cleaning therefore also leads to fuel costs and emissions outside the actual use of the device.

35 Het is een doel van de uitvinding een filterinrichting te verschaffen waarvan het filterelement geregenereerd kan worden tijdens het normale bedrijf van het door de 3 dieselmotor aangedreven apparaat, in het bijzonder tijdens perioden waarin de dieselmotor voor het aandrijven van het apparaat met een laag vermogen draait, zonder daarbij de dieselmotor en het aangedreven apparaat bij een speciaal 5 daartoe bestemd regenereerstation te moeten plaatsen.It is an object of the invention to provide a filter device whose filter element can be regenerated during the normal operation of the device driven by the diesel engine, in particular during periods in which the diesel engine is running to drive the device with a low power. , without having to place the diesel engine and the driven device at a specially designated regeneration station.

Het is voorts een doel het regenereren van een enkel filterelement uit te kunnen voeren, zonder de noodzaak tijdens het regenereren een deel van het verbrandingsgas door een parallel aan dat filterelement geschakeld tweede 10 filterelement te leiden.It is furthermore an object to be able to carry out the regeneration of a single filter element without the necessity of passing part of the combustion gas through a second filter element connected parallel to that filter element during regeneration.

Het is nog een doel het regenereren op verantwoorde wijze te onderbreken tijdens perioden waarin de dieselmotor op maximaal althans hoog vermogen moet draaien.Another object is to interrupt regeneration in a responsible manner during periods in which the diesel engine must run at maximum or at least high power.

Deze doelen worden bereikt, en andere voordelen worden 15 behaald, met een filterinrichting volgens conclusie 1.These goals are achieved, and other advantages are achieved, with a filter device according to claim 1.

In een uitvoeringsvorm van een filterinrichting volgens de uitvinding is een temperatuursensor verschaft voor het meten van de temperatuur van het verbrandingsgas in het ingangskanaal, en zijn de regelmiddelen ingericht voor het 20 uitschakelen dan wel het uitgeschakeld houden van het verwarmingsmiddel bij een door de temperatuursensor gemeten temperatuur hoger dan een vooraf bepaalde minimale waarde.In an embodiment of a filter device according to the invention, a temperature sensor is provided for measuring the temperature of the combustion gas in the input channel, and the control means are adapted to switch off or keep the heating means switched off at a temperature measured by the temperature sensor. higher than a predetermined minimum value.

Door minimale waarde van de temperatuur waarbij het verwarmingsmiddel uitgeschakeld wordt of blijft, wordt 25 bijvoorbeeld bepaald op ca. 400 °C. Bij deze temperatuur verbranden op het filterelement neergeslagen roetdeeltjes spontaan, en is een verwarmingselement overbodig.The minimum value of the temperature at which the heating means is switched off or remains fixed, for example, at approximately 400 ° C. At this temperature, soot particles deposited on the filter element burn spontaneously, and a heating element is superfluous.

In weer een uitvoeringsvorm omvat het verwarmingsmiddel bij voorkeur ten minste een weerstandselement dat door middel 30 van de regelmiddelen met de generator koppelbaar is.In yet another embodiment the heating means preferably comprises at least one resistance element which can be coupled to the generator by means of the control means.

Bij een door een dieselmotor aangedreven generator kan een deel van de gegenereerde stroom door het weerstandselement worden geleid, teneinde de voor de verwarming van het verbrandingsgas benodigde warmte te 35 produceren.With a generator driven by a diesel engine, a part of the generated current can be passed through the resistor element in order to produce the heat required for heating the combustion gas.

De voor het weerstandselement benodigde stroom is ruimschoots beschikbaar in een combinatie van een door een 4 dieselmotor aangedreven generator bij een lage belasting van de generator, wanneer het verbrandingsgas een relatief lage temperatuur heeft en er relatief veel roet op het filterelement neerslaat.The current required for the resistance element is amply available in a combination of a generator driven by a diesel engine at a low load on the generator, when the combustion gas has a relatively low temperature and a relatively large amount of soot precipitates on the filter element.

5 Door het uitschakelen dan wel het uitgeschakeld houden van het weerstandselement bij een door de vermogensmeter gemeten vermogen hoger dan een vooraf bepaalde minimale waarde wordt gewaarborgd dat de generator zijn maximale vermogen kan leveren aan een uitwendige belasting, zonder 10 vermogen aan het weerstandselement te hoeven leveren. Bij het uitschakelen van het weerstandselement wordt in deze uitvoeringsvorm gebruik gemaakt van het inzicht dat bij vol vermogen van de generator en de aandrijvende dieselmotor de verbrandingsgassen voldoende heet zijn om neergeslagen 15 roetdeeltjes op het filterelement spontaan te doen verbranden.By switching off or keeping the resistance element switched off at a power measured by the power meter higher than a predetermined minimum value, it is guaranteed that the generator can supply its maximum power at an external load, without having to supply power to the resistance element . When switching off the resistor element, use is made in this embodiment of the insight that at full power of the generator and the driving diesel engine, the combustion gases are sufficiently hot to cause precipitated soot particles on the filter element to burn spontaneously.

Het filterelement is in een praktisch voordelige uitvoeringsvorm losbaar in de behuizing bevestigd, en bevat bijvoorbeeld een keramisch materiaal.In a practically advantageous embodiment, the filter element is releasably mounted in the housing and comprises, for example, a ceramic material.

20 Een losbaar in de behuizing bevestigd filterelement is gemakkelijk uitneembaar, en kan op snelle en eenvoudige wijze van een eerste filterinrichting naar een tweede filterinrichting worden overgebracht. Dit biedt in het bijzonder een kostenbesparing indien een gebruiker de 25 beschikking heeft over meerdere van een filterinrichting voorziene dieselmotoren, die evenwel niet tegelijkertijd ingezet behoeven te worden, zodat niet voor iedere filterinrichting een relatief kostbaar filterelement hoeft te worden aangeschaft.A filter element detachably mounted in the housing is easily removable, and can be transferred from a first filter device to a second filter device in a quick and simple manner. This offers in particular a cost saving if a user has access to a plurality of diesel engines provided with a filtering device, which, however, need not be used simultaneously, so that a relatively expensive filtering element does not have to be purchased for each filtering device.

30 Omwille van een goede warmte- en geluidsisolatie is het inwendige van de behuizing bijvoorbeeld opgevuld met warmte-isolerend en geluidabsorberend materiaal.For the sake of good heat and sound insulation, the interior of the housing is, for example, filled with heat-insulating and sound-absorbing material.

In weer een uitvoeringsvorm is de behuizing aan zijn buitenzijde bekleed met warmte-isolerend en geluidabsorberend 35 materiaal.In yet another embodiment, the housing is covered on its outside with heat-insulating and sound-absorbing material.

Het warmte-isolerende en geluidabsorberende materiaal is bijvoorbeeld een mineraal materiaal, dat bijvoorbeeld is 5 geselecteerd uit de groep aluminiumsilicaat, basaltwol, calciumsilicaat, geschuimd glas, keramische glasvezels, steenwol, vermiculiet, glaswol en perliet.The heat-insulating and sound-absorbing material is, for example, a mineral material selected from the group consisting of aluminum silicate, basalt wool, calcium silicate, foamed glass, ceramic glass fibers, rock wool, vermiculite, glass wool and perlite.

De uitvinding betreft voorts een aggregaat, omvattend 5 een combinatie van een dieselmotor en een door die dieselmotor aangedreven generator, waarbij de dieselmotor is voorzien van een hierboven beschreven filterinrichting.The invention furthermore relates to an aggregate comprising a combination of a diesel engine and a generator driven by that diesel engine, wherein the diesel engine is provided with a filter device described above.

De uitvinding zal in het volgende worden toegelicht aan de hand van een uitvoeringsvoorbeeld, onder verwijzing naar 10 de tekeningen.The invention will be elucidated hereinbelow on the basis of an exemplary embodiment, with reference to the drawings.

In de tekeningen tonenShow in the drawings

Fig. 1 in perspectivisch beeld een uitvoeringsvorm van een geopende behuizing in liggende stand voor een filterinrichting volgens de uitvinding, 15 Fig. 2 in perspectivisch beeld de in fig. 1 getoonde behuizing in staande stand, gezien op het vlak dat in fig. 1 de onderzijde vormt, enFIG. 1 is a perspective view of an embodiment of an opened housing in landscape position for a filter device according to the invention, FIG. 2 is a perspective view of the housing shown in fig. 1 in the upright position, viewed on the plane which forms the bottom side in fig. 1, and

Fig. 3 in een vereenvoudigde schematische weergave een combinatie van een dieselmotor, een door die dieselmotor 20 aangedreven generator en een filterinrichting volgens de uitvinding.FIG. 3 in a simplified schematic representation a combination of a diesel engine, a generator driven by said diesel engine 20 and a filter device according to the invention.

In de figuren worden overeenkomstige onderdelen aangeduid met dezelfde verwi]zingsgetallen.Corresponding components are designated in the figures with the same reference numerals.

Fig. 1 toont een liggende gasdichte behuizing 1 in 25 geopende toestand, met een filterelement 2, aan de bodemzijde een inlaat 3 (voorgesteld door een gestreepte cirkel) voor door een dieselmotor uitgestoten verbrandingsgas en een uitlaat 4 voor gereinigd gas. Het filterelement 2 is door een gesloten inlaatkanaal 5 verbonden met de gasinlaat 3 en door 30 een uitlaatkanaal 6 verbonden met de gasuitlaat 4. In het inlaatkanaal 5 is een verwarmingelement 7 opgenomen (voorgesteld door stippellijnen). Het uitlaatkanaal 6 is deels samengesteld uit geperforeerde plaatdelen 8, om demping van geluid te bevorderen. Het filterelement 2 is een op zich 35 bekend katalytisch filter met een honingraatstructuur 12 van siliciumcarbide waarop een oppervlaktelaag van een oxidatie bevorderende katalysator is aangebracht. Het filterelement 2 6 is standaard voorzien van afdichtende isolatiebanden 9 en een draagbeugel 11, en is losbaar in het huis 1 opgenomen, geborgd met een op zich bekende klemconstructie. In een omtreksgroef 13 in een hittebestendig koord 14 opgenomen, 5 waarop een deksel gasdicht kan rusten. Om geluid maximaal te dempen zijn de ruimtes tussen de wanden 15 van het huis 1 en de ingangs- en uitgangskanalen 5, 7 opgevuld met basaltwol (niet getoond).FIG. 1 shows a horizontal gas-tight housing 1 in the opened state, with a filter element 2, on the bottom side an inlet 3 (represented by a dashed circle) for combustion gas emitted by a diesel engine and an outlet 4 for purified gas. The filter element 2 is connected to the gas inlet 3 through a closed inlet channel 5 and connected to the gas outlet 4 through an outlet channel 6. A heating element 7 (represented by dotted lines) is included in the inlet channel 5. The outlet channel 6 is partly composed of perforated plate parts 8, to promote sound damping. The filter element 2 is a per se known catalytic filter with a honeycomb structure 12 of silicon carbide on which a surface layer of an oxidation promoting catalyst is provided. The filter element 6 is provided with sealing insulating tapes 9 and a support bracket 11 as standard, and is detachably received in the housing 1, secured with a clamp construction known per se. Received in a circumferential groove 13 in a heat-resistant cord 14, on which a cover can rest gas-tight. To maximize sound attenuation, the spaces between the walls 15 of the housing 1 and the input and output channels 5, 7 are filled with basalt wool (not shown).

Fig. 2 toont de behuizing 1 van fig. 1 in staande stand, 10 gezien op het vlak dat in fig. 1 de onderzijde vormt, met een geluiddempend paneel dat is uitgevoerd als bak met brede omtreksrand 16 en een geperforeerde plaat 17, waarin een geluiddempend materiaal (niet getoond) is opgesloten. De inlaat 3 van de filterinrichting 10 steekt door een plaatje 15 18 op de geperforeerde plaat 17, en kan daar worden aangesloten op de uitlaat van een dieselmotor. In de inlaat 3 steekt een druksensor 19 voor het meten van de druk van het ingelaten verbrandingsgas. De figuur toont voorts een toegangspaneel 21 met een aansluiting 22 voor het 20 verwarmingselement 7 (aangeduid in fig. 1) en een aansluiting 23 voor een temperatuursensor die in het ingangskanaal 5 steekt.FIG. 2 shows the housing 1 of fig. 1 in the upright position, viewed on the surface that forms the bottom side in fig. 1, with a sound-damping panel designed as a container with a wide peripheral edge 16 and a perforated plate 17, in which a sound-damping material (not shown) is locked up. The inlet 3 of the filter device 10 extends through a plate 18 on the perforated plate 17, and can be connected there to the outlet of a diesel engine. A pressure sensor 19 is provided in the inlet 3 for measuring the pressure of the introduced combustion gas. The figure further shows an access panel 21 with a connection 22 for the heating element 7 (indicated in Fig. 1) and a connection 23 for a temperature sensor which protrudes into the input channel 5.

Fig. 3 toont een schema van een combinatie 30 van een dieselmotor 24, een door die dieselmotor 24 aangedreven 25 generator 25 en een filterinrichting 10 volgens de uitvinding, met een regelschakeling 20. De regelschakeling 20 ontvangt inkomende signalen 26, 27 en 28 van respectievelijk de druksensor 19, de temperatuursensor 23 en de generator 25, en zendt na verwerking van deze inkomende signalen een 30 uitgaand signaal 29 waarmee het verwarmingselement 7 wordt geregeld. Pijlen 31 en 32 stellen respectievelijk het door de dieselmotor 24 uitgestoten verbrandingsgas en het door het filterelement 2 gereinigde gas voor.FIG. 3 shows a diagram of a combination 30 of a diesel engine 24, a generator 25 driven by that diesel engine 24 and a filter device 10 according to the invention, with a control circuit 20. The control circuit 20 receives incoming signals 26, 27 and 28 from the pressure sensor, respectively. 19, the temperature sensor 23 and the generator 25, and after processing of these incoming signals sends an outgoing signal 29 with which the heating element 7 is controlled. Arrows 31 and 32 respectively represent the combustion gas emitted by the diesel engine 24 and the gas cleaned by the filter element 2.

Claims

A filtering device (10) for cleaning combustion gas (31) emitted by a diesel engine (24), comprising a gas-tight housing (1) for a filter element (2) provided with a gas inlet (3) and a gas outlet (4) Filter element (2) is connected by an inlet channel (5) to the gas inlet (3) and is connected by an outlet channel (6) to the gas outlet (4), a heating means (7) being included in the inlet channel (5), which filter device (10) is further provided with pressure measuring means (19) for measuring the gas pressure in the inlet channel (5), and control means (20) for controlling the heating means (7) in dependence on the pressure measuring means (19) provided by the pressure measuring means (19) measured gas pressure, wherein the control means (20) are adapted to switch on the heating means (7) at a gas pressure measured by the pressure measuring means (19) higher than a predetermined minimum value and are continuously connected to the heating means (7), the characteristic that ee n power meter is provided for measuring the power supplied by a generator (25) to be driven by the diesel engine (24), and the control means (20) are adapted to switch off or keep the heating means switched off ( 7) at a power measured by the power meter higher than a predetermined minimum value.

Filtering device (10) according to claim 1, characterized in that a temperature sensor (23) is provided for measuring the temperature of the combustion gas (31) in the input channel (5), and the control means (20) are adapted to switching off or keeping the heating means (7) switched off at a temperature measured by the temperature sensor (23) higher than a predetermined minimum value.

Filtering device (10) according to one of claims 1-2, characterized in that the heating means (7) comprises at least one resistance element that can be coupled to the generator (24) by means of the control means (20).

A filter device (10) according to any one of claims 1-3, characterized in that the filter element (2) contains a ceramic material.

A filter device (10) according to any one of claims 1-4, characterized in that the filter element (2) is releasably mounted in the housing (1).

Filtering device (10) according to one of claims 1 to 5, characterized in that the interior of the housing (1) is filled with heat-insulating and sound-absorbing material.

Filtering device (10) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the housing (1) is covered on its outside with heat-insulating and sound-absorbing material.

Filtering device (10) according to one of claims 6 to 7, characterized in that the heat-insulating and sound-absorbing material is a mineral material.

9. Filtering device (10) according to claim 8, characterized in that the mineral material is selected from the group consisting of aluminum silicate, basalt wool, calcium silicate, foamed glass, ceramic glass fibers, rock wool, vermiculite, glass wool and perlite.

10. Filtering device (10) according to claim 1, characterized in that the housing (1) is provided on a first side with an inlet (3) for combustion gas emitted by the diesel engine (24) and on a side opposite the first side second side of a cleaned gas outlet (4), the filter element (2) being connected to the gas inlet (3) through a closed inlet channel (5) and connected to the gas outlet (4) through an outlet channel (6), and a heating element (7) is included in the inlet channel (5).

11. Filtering device (10) according to claim 10, characterized in that the outlet channel (6) is partly composed of perforated plate parts (8).

A filter device (10) according to any one of claims 10-11, characterized in that the filter element (2) is provided with a carrying handle (1) 1 and is accommodated releasably in the housing (1).

A filter device (10) according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the spaces between the walls (15) of the housing (1) and the input and output channels (5, 7) are filled with basalt wool.

Filtering device (10) according to one of claims 10 to 13, characterized in that it is provided with a pressure sensor (19) in the inlet (3).

Filtering device (10) according to one of claims 10 to 14, characterized in that it is provided with a temperature sensor in the input channel (5).

A filtering device (10) according to any one of claims 10-15, characterized in that an access panel (21) for the heating element (7) is provided in the housing (2).

17. Aggregate comprising a combination (30) of a diesel engine (24) and a generator (25) driven by said diesel engine (24), characterized in that the diesel engine (24) is provided with a filter device (10) according to one of claims 1-16.