CN113244702A - 过滤器模块和用于确定过滤器元件的状态的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于过滤流体流的过滤器模块(10),所述过滤器模块具有多个彼此平行地布置在流体通道(4)中的过滤器元件(1、2、3)、例如过滤芯(8)。在每个过滤器元件(1、2、3)上安装有传感器(7)、即流量传感器,用于确定相应的过滤器元件(1、2、3)的状态、尤其是负载状态。本发明还涉及一种用于确定过滤器元件的状态的方法。通过根据本发明的设计方案,以有利的方式实现了确定过滤器模块的一些过滤器元件的状态并且因此在功能不完全正常的单个过滤器元件中进行干预。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于过滤流体流的过滤器模块,该过滤器模块具有多个彼此平行地布置在流体通道中的过滤器元件,其中,在每个过滤器元件上安装有传感器。本发明还涉及一种用于确定过滤器元件的状态的方法。
背景技术
在需要洁净空气的设备中,按照标准多个过滤器元件彼此平行地布置,以便能够提供较大的、净化的空气量。例如在US 7 294 163 B1中示出这样的具有多个过滤芯的过滤器模块。
为了监控过滤器模块的状态,通常测量在整个过滤器模块上的静态的压力差,也就是压力损失。然而,因为过滤器模块的不同过滤器元件不必具有相同的负载状态也或者仅一些过滤器元件也可能具有损坏,所以该总体考虑对于能够做出关于各个过滤器元件的状态的说明是很少有用的。如果过滤器元件具有不同的状态,则这对空气通过相应的过滤器元件的流量的分布产生影响并且产生通过过滤器模块的不对称的空气流。如果例如过滤器元件中的一个过滤器元件现在损坏,则测量参量“在过滤器模块上的压力损失”不改变或不可证明地改变。同样的情况适用于过滤器元件非常强烈地被加载并且不能再有助于清洁空气的情况。并行安装的过滤器元件的数量越大,单个过滤器元件的状态(以及例如其负载状态或缺陷)对所测量的压力损失的影响就越小。如果例如一个过滤器元件损坏并且具有缺口,并且如果另一个过滤器元件被强烈加载并且几乎不能通过空气,则在整个过滤器模块上所测量的压力损失提供不受影响的值,该值不能推断出单个过滤器元件的真正状态。
压力损失的总体测量的缺点是,一些过滤器元件不能够在理想的时间点被清洁或更换,因为其个体状态是未知的。因此,为了运行过滤器模块必须消耗更多的能量。如果预防地或者过早地清洁或者说更换过滤器元件,则这对总效能或者说成本产生不利影响。
此外,问题还在于,为了测量压力差需要原始气体侧的测量位置和清洁气体侧的测量位置。原始气体侧的测量位置易受污染,这会带来测量***失效的风险。
DE 101 40 510 B4示出具有仅一个过滤器元件的过滤器模块。在过滤器元件上安装有传感器,以便能够确定通过过滤器的当前空气速度。因为在过滤器模块中设置有仅一个过滤器元件,所以在此不存在上述问题。
除了测量流体的流动速度外,原则上也已知测量流体的体积流量或质量流量。
发明内容
任务描述
本发明的任务是,提出一种具有多个过滤器元件的过滤器模块,在所述过滤器模块中可以确定各个过滤器元件的状态。
另外的任务是,描述一种方法,利用该方法能够实现对过滤器模块的一些过滤器元件的状态的确定。
技术方案
该任务通过具有下面所述特征的过滤器模块来解决。
根据本发明认为有利的是,每个过滤器元件都被配属有用于确定负载状态的传感器。
根据本发明的过滤器模块用于过滤流体流、尤其是空气流,并且具有多个彼此平行地布置在流体通道、尤其是空气通道中的过滤器元件,其中,流体流从原始气体侧流向清洁气体侧流过所述过滤器元件,并且流体、尤其是空气在此被过滤、即被净化。过滤器元件的布置是并行连接的布置。过滤器模块的过滤器元件被设计为具有褶皱式的过滤介质、即具有曲折褶皱的波纹管的过滤芯。
以有利的方式,在每个过滤器元件上安装传感器,用于间接或直接地确定相应的过滤器元件的状态,尤其是所述过滤元件的负载状态或老化状态。
已经证实为有利的是,传感器构造为流量传感器并且测量通过相应的过滤器元件的相应的子流体流的流量的大小。这种传感器也被称为流量计或流量表。在此,流量尤其指的是运动通过过滤器元件的流体的速度、量或质量。
这种过滤器模块具有的优点是,确定各个过滤器元件的状态,并且能够对整个过滤器模块作出不仅一个全局的说明。因此,在一些过滤器元件功能不完全正常时能够实现干预。
在过滤器模块的特别有利的并且因此优选的进一步改进方案中,传感器定位在相应的过滤器元件的清洁气体侧上并且因此被保护免受污染。
在过滤器模块的进一步改进方案中,过滤芯具有带有居中的空隙的圆形法兰,并且传感器安装在法兰的区域中,即安装在清洁气体侧。
根据第一变型方案,流量传感器可以在考虑动态压力的情况下测量相应的过滤器元件中的压差,例如在使用普朗特探头、即具有根据所谓的普朗特管的结构的传感器、标准压力探头或压差标准挡板的情况下进行测量。
例如,在该变型方案中,可以在法兰上的狭窄位置处测量相对于局部静压力的动压。该参量是流量的直接度量。这相应于压差标准挡板的一种独特的变型。在此有利的是,不是针对附加地引入的挡板几何形状进行校准,而是针对本来在结构上存在的几何形状、即法兰的狭窄位置进行校准。
根据第二变型方案,流量传感器可以例如借助于叶轮-风速计、热线-风速计或类似物来测量流体(例如在相应的过滤器元件中或之后的空气)的流动速度。
本发明还涉及一种用于确定过滤器模块中的过滤器元件的状态、尤其是负载状态或老化状态的方法,该过滤器模块具有多个彼此平行地布置在流体通道、尤其是空气通道中的过滤器元件,尤其是如前所述。该方法包括以下步骤:
-借助所谓的流量传感器测量通过相应的过滤器元件的流体、尤其空气的流量。原则上,不同的测量参量可以是合适的,只要它们是流量的度量即可。
-将测量结果与在存储器中针对相应的过滤器元件存储的流量值进行比较。该比较可以在定位在过滤器模块外部的计算单元中进行。为此,测量值以数据传输技术的方式被转发给计算单元,例如借助近场通信(NFC)和/或因特网。计算单元可以具有数据存储器或者可以与数据存储器连接,在该数据存储器中存储有经验值、额定流量值、装载状态和/或极限值。所存储的流量值可以是例如在新的未污染的且功能完全正常的过滤器元件上确定的经验值。
-基于通过计算单元事先实施的比较,推导相应的过滤器元件的状态、尤其是负载状态和/或老化状态。
在第一方法步骤中的测量中,优选可以检测流体(例如过滤器元件中的空气)的流动速度或压差。基于这些测量值也可以计算体积流量(即通过将流动速度的测量值与被流过的横截面面积相乘)并且可以进一步评估体积流量。
在该方法的进一步改进方案中,在附加的步骤中进行检验:测量结果是低于还是超过预定义的极限值,和/或测量结果的时间上的变化是否与所存储的经验值有偏差,并且在适当的情况下随后进行信号的输出。
极限值和存储的经验值分别专门针对过滤器元件的类型进行规定。在此,也可以规定分级的极限值,以便实现不同的警告级别,例如用于提前预告不久所预期的差的负载状态、用于通知临界的负载状态和用于在存在具有所预期的间接损伤的负载状态时进行警告。
可以进行检验:流量是否超过确定的极限值。这可以是对过滤器元件有缺陷并且例如在过滤介质中具有孔的提示。
可以进行检验:负载状态是否超过确定的极限值,或者流量是否低于确定的极限值。这可以是对过滤器元件被强烈添加颗粒并且不再能够以足够的程度执行其过滤任务的提示。
可以进行检验,负载状态的随时间的变化是否与确定的可容忍的经验值强烈地偏差。这可以是对过滤器元件已经具有强烈的老化、可能已经达到其使用寿命的终点并且因此其过滤性能不再足够的提示。
根据检验的结果,该信号可以是:
-向机器操作者或设备操作者发出的警告信号,例如通过机器控制器或设备控制器的屏幕或通过移动设备(智能电话或平板电脑),
-向机器操作者或设备操作者发出的关断信号,
-机器或设备的关断信号,该关断信号产生到机器或设备控制器中的直接干预,
-用于过滤器元件的清洁过程的触发信号,
-用于预测性维护任务的触发信号,以维护或维修所述过滤器元件,或者
-用于备用过滤器元件的订购过程的触发信号,例如通过在在线商店中订购。
该信号优选包括允许配属给过滤器模块中的多个过滤器元件中的确定的过滤器元件的信息。该信号例如可以包括以下信息:左后侧的过滤器元件有缺陷,另一信号可以包括以下信息:右前侧的过滤器元件在其使用寿命的终点,并且在这两种情况下,通过机器或设备控制器的屏幕或通过移动设备(智能电话或平板电脑)可以向机器操作者或设备操作者输出警告信号。
本发明还涉及一种具有如上所述的过滤器模块的设备,其中,该设备被构造为能量产生设备、用于废气净化的除尘设备、涡轮机或者生产设备。涡轮机也称作流体机器并且例如可以设计为燃气轮机或构成为压缩机。生产设备可以用于表面技术,例如作为涂漆设备,用于生产医药产品或用于制造食品或饮料。
所描述的本发明和本发明的所描述的有利的进一步改进方案也彼此组合地(只要这在技术上是有意义的即可)表示本发明的有利的进一步改进方案。
关于本发明的其它优点和在结构和功能方面有利的进一步设计方案,参见从属权利要求以及参考附图对实施例的描述。
附图说明
实施例
本发明还应借助附图更详细地阐述。彼此相应的元件和构件在附图中设有相同的附图标记。为了更好地使附图清楚,省去了按比例的图示。
在此,以示意图示出
图1示出根据本发明的过滤器模块的结构
图2示出过滤芯形式的过滤器元件
图3示出针对图2的细节图示
图4示出矩形的过滤器元件
图5a和图5b示出用于示出负载状态和流量的图表。
具体实施方式
图1示出根据本发明的过滤器模块10的结构。在过滤器模块10的空气通道4中存在多个过滤器元件、在此是布置在并行连接中的第一过滤器元件1、第二过滤器元件2和第三过滤器元件3。然而也可以想到呈矩阵状布置的更多数量的过滤器元件。空气从原始气体侧5流向清洁气体侧6并且在此被过滤。在过滤器模块10的入口和出口处流过总体积流Vges。该总体积流Vges这样分开,使得第一子体积流V1流过第一过滤器元件1,第二子体积流V2流过第二过滤器元件2并且第三子体积流V3流过第三过滤器元件V3。为了能够做出关于相应的过滤器元件1、2、3的状态的说明,在每个过滤器元件1、2、3上在其清洁气体侧上布置有传感器7,该传感器用于测量通过相应的过滤器元件1、2、3的流量。
在图2中示出过滤芯8形式的过滤器元件1、2、3。这样的过滤器元件1、2、3可以嵌入在过滤器模块10中。过滤芯8具有褶皱式的过滤介质8.2,该过滤介质卷成柱形。过滤介质8.2由未示出的圆形的底部和同样圆形的带有中间空隙的法兰8.1来保持。待过滤的空气(如通过箭头所示)在过滤芯8的周面上流入、穿过过滤介质8.2并且通过法兰8.1中的空隙离开过过滤芯。在法兰8.1的区域中,在清洁气体侧安装有传感器7,用于测量通过过滤芯8的流量。
图3是针对图2的细节图示,其更详细地示出传感器7的结构,更准确地说:所述传感器的采样位置(Probenamestelle)。传感器7的结构基于普朗特管的测量原理:在法兰8.1的区域中的压力采样位置被确定为用于清洁气体侧的总压力的测量位置7.1和用于清洁气体侧的静压力的测量位置7.2,所述压力采样位置处于空气的主流动方向的区域中(通过箭头7.3说明)并且由此能实现有代表性的测量结果。在用于清洁气体侧的总压力的测量位置7.1和用于清洁气体侧的静压力的测量位置7.2的延续中,在法兰8.1中引入通道,所述通道通往压差传感器7.4、7.5的测量输入端。在压差传感器7.4、7.5中,测量压差并且将压差转换成表示通过过滤芯8的流量的度量的电测量信号。该测量信号可以通过未示出的传输技术装置在数据传输技术上被转发给计算单元以用于进一步处理和评估。
图4示出形式为折叠式过滤器9的矩形的过滤器元件1、2、3。褶皱式的过滤介质9.2由框架9.1容纳。在清洁气体侧在折叠式过滤器9处布置有传感器7,用于测量通过折叠式过滤器9的流量。传感器7定位在主流动方向7.3上。为了传输传感器7的测量结果,该传感器具有电触点7.6,所述电触点能实现到计算单元(未示出)上的在数据传输技术上的传输。这样的折叠式过滤器9也可以嵌入在过滤器模块中。
所示出和描述的过滤器类型和传感器类型仅是示例性的。也可以想到其它的过滤器类型和传感器类型。
在图5a中示出用于示出过滤器元件1的负载状态的图示。过滤器元件1的负载B在时间t的过程中增加。如果超过了所存储的极限值BG,则发出信号,例如向机器操作者发出“请更换过滤器元件1”的警告信号。过滤器元件1的更换的时间点通过星号*表征。新的过滤器元件1的负载B为零,并且该负载B在随后的时间的过程中再次增加。
在图5b中示出用于表示通过过滤器元件1的流量D的图示。过滤器元件1的流量D在时间t的过程中减小。然而,流量D例如由于过滤介质的损坏而突然强烈增大。如果超过了所存储的极限值DG,则发出信号,例如向机器操作者发出“请检查过滤器元件1”的警告信号。过滤器元件1的控制和更换的时间点通过星号*表征。新的过滤器元件1重新具有正常的流量D并且流量D由于过滤器元件1被加载而在随后的时间的过程中再次减小。
附图标记列表
1 第一过滤器元件
2 第二过滤器元件
3 第三过滤器元件
4 流体通道,例如空气通道
5 原始气体侧
6 清洁气体侧
7 传感器
7.1 清洁气体侧的总压力的测量位置
7.2 清洁气体侧的静压力的测量位置
7.3 主流动方向
7.4 压差传感器的测量输入端
7.5 压差传感器的测量输入端
7.6 电触点(接头)
8 过滤芯
8.1 法兰
8.2 过滤介质
9 矩形的折叠式过滤器
9.1 框架
9.2 过滤介质
10 过滤器模块
V1 通过第一过滤器元件的子体积流
V2 通过第二过滤器元件的子体积流
V3 通过第三过滤器元件的子体积流
Vges 通过过滤器模块的总体积流
D 流量
DG 流量的极限值
B 负载状态
BG 负载状态的极限值。
Claims (11)
1.一种用于过滤流体流的过滤器模块(10),所述过滤器模块具有多个彼此平行地布置在流体通道(4)中的过滤器元件(1、2、3),
其中,在每个过滤器元件(1、2、3)上安装有传感器(7),以用于确定相应的过滤器元件(1、2、3)的状态、尤其是负载状态,
其特征在于,
各所述过滤器元件(1、2、3)被构造为过滤芯(8),所述过滤芯具有褶皱式的过滤介质(8.2),并且
各所述传感器(7)被构造为流量传感器。
2.根据权利要求1所述的过滤器模块,其特征在于,各所述传感器(7)定位在相应的过滤器元件(1、2、3)的清洁气体侧(6)上。
3.根据权利要求2所述的过滤器模块,其特征在于,所述过滤芯(8)相应具有圆形的法兰(8.1),所述法兰带有居中的空隙,并且所述传感器(7)相应安装在法兰(8.1)的区域中。
4.根据前述权利要求中任一项所述的过滤器模块,其特征在于,各所述传感器(7)测量体积流量或质量流量。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤器模块,其特征在于,各所述传感器(7)测量流动速度。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的过滤器模块,其特征在于,所述传感器(7)测量压差。
7.一种用于确定过滤器模块(10)中的过滤器元件(1、2、3)的状态的方法,所述过滤器模块具有多个彼此平行地布置在流体通道(4)中的过滤器元件(1、2、3),所述状态尤其是负载状态,所述过滤器模块尤其是根据前述权利要求中任一项所述的过滤器模块,所述方法包括以下步骤:
a)测量通过相应的过滤器元件(1、2、3)的流体的流量,
b)将a)中的测量结果与在存储器中针对相应的过滤器元件(1、2、3)存储的流量值进行比较,
c)基于根据b)所执行的比较,推导相应的过滤器元件的状态、尤其是负载状态和/或老化状态。
8.根据权利要求7所述的用于确定状态的方法,其特征在于,在a)中的所述测量检测在过滤器元件(1、2、3)中的流体的流动速度或压差。
9.根据权利要求7或8所述的用于确定状态的方法,包括如下附加的步骤:
b')检验:测量结果是低于还是超过预定义的极限值,和/或所述测量结果的时间上的变化是否与存储的经验值有偏差,并且随后
d)输出信号。
10.根据权利要求9所述的用于确定状态的方法,其特征在于,所述信号是:
-向机器操作者或设备操作者发出的警告信号,
-向机器操作者或设备操作者发出的关断信号,
-设备或机器的关断信号,
-用于过滤器元件(1、2、3)的清洁过程的触发信号,
-用于预测性维护任务的触发信号,或者
-用于备用过滤器元件(1、2、3)的订购过程的触发信号。
11.一种具有根据权利要求1至6中任一项所述的过滤器模块(10)的设备,其中,所述设备构造为能量产生设备、构造为废气流净化设备、构造为涡轮机或者构造为生产设备。
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