DE112015004321T5

DE112015004321T5 - Filterretentatanalyse und -diagnose

Info

Publication number: DE112015004321T5
Application number: DE112015004321.7T
Authority: DE
Inventors: Paul Ragaller; Alexander Sappok; Leslie Bromberg
Original assignee: Filter Sensing Technologies Inc
Current assignee: Filter Sensing Technologies Inc
Priority date: 2014-10-20
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2017-07-06
Also published as: US20160109425A1; US10309953B2; WO2016064821A1; CN106794409A; JP2017538106A

Abstract

Es werden ein Filterretentatanalysesystem und -verfahren offenbart, die Informationen zum Diagnostizieren des aktuellen und verlaufstechnischen Zustands eines Systems liefern, welches das Retentat erzeugt oder durch welches das Retentat hindurchgegangen ist. In der Offenbarung wird die Analyse von Retentatmerkmalen beschrieben, welche die Zusammensetzung, die Menge, die Verteilung und physikalische oder chemische Eigenschaften des Retentats einschließen können, die nützlich sind, um den Zustand, die Gesundheit oder den Betriebsverlauf eines Systems oder Teilsystems zu überwachen oder zu diagnostizieren. Die Analyse ist umfassend auf ein breites Spektrum von Systemen und Prozessen anwendbar, die von Maschinen und Abgassystemen bis zu Produktionsanlagen und -ausrüstung reichen.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität gegenüber der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 62/065,761, eingereicht am 20. Oktober 2014, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollumfänglich aufgenommen ist.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Durch das Entfernen und die Analyse von Materialien, die in Filtern aufgefangen wurden, werden wichtige Informationen geliefert, die nützlich sind, um den Verlauf oder den Betriebszustand des Systems zu ermitteln oder zu diagnostizieren, mit dem die Filter verwendet werden.
Beispiele zur Veranschaulichung der breiten Anwendbarkeit der Filterretentatanalyse schließen Filter ein, die in kommerziellen und industriellen Prozessen und Anwendungen verwendet werden. Durch eine Analyse des an den Filtern aufgefangenen Materials und einen Vergleich mit bekannten Standards oder Referenzmaterialien werden Informationen über den Zustand des Systems geliefert, welches das Retentat erzeugt. Auf diese Art und Weise können Informationen erhalten werden, um den Betriebsverlauf oder Veränderungen hinsichtlich des Betriebs des Systems, welches das Retentat erzeugt, während des Zeitraums festzustellen, in dem der Filter in Betrieb ist.
Ein bestimmtes Beispiel schließt Partikelfilter, wie etwa Dieselpartikelfilter oder Benzinpartikelfilter, ein, es kann jedoch ein beliebiger Filter oder ein beliebiges Retentat-Auffangmedium oder -system verwendet werden. In dem Fall eines Partikelfilters, der in dem Auspuff einer Maschine oder einem anderen System (Anlage oder Prozess) installiert ist, welches ein Retentat erzeugt, fängt der Filter Retentat, das von dem System produziert wird auf und sammelt dieses. Obwohl sie beim Auffangen von Retentat effektiv sind, hat die Verwendung von Filtern auch einige Nachteile.
Erstens kann der Filter Anzeichen für Störungen oder Ausfälle einer Maschine, einer Anlage oder eines Prozesses überdecken oder verbergen. Zum Beispiel können Lecks von Fluiden oder Gasen oder die Erzeugung anderer Emissionen oder Abfallprodukte aus der Maschine, der Anlage oder dem Prozess, die für den Betreiber ansonsten direkt sichtbar sind, auch an dem Filter aufgefangen werden. Im Falle eines Abgaspartikelfilters sind Anzeichen für Störungen einer Maschine, wie etwa blauer, schwarzer oder weißer Rauch, der aus dem Auspuffrohr austritt, möglicherweise nicht mehr sichtbar, da der Rauch oder Dämpfe an dem Filter aufgefangen werden.
Zweitens kann die Ansammlung von Retentat, das als Resultat einer Störung eines Systems erzeugt wurde, wie etwa Partikel, Flüssigkeiten oder andere Komponenten, für die der Filter nicht gedacht war, auch zu Schäden an dem Filter führen. In einem Beispiel kann eine Ölleckage, Kühlmittelleckage oder ungeeignete Verbrennung einer Maschine zu der Ansammlung von Kühlmittel, Öl, Kraftstoff oder einem hohen Anteil von Ruß an dem Abgaspartikelfilter führen, wodurch die Leistung des Filters und die Betriebsdauer zusätzlich zu der der Maschine, des Prozesses oder der Anlage nachteilig beeinflusst werden können.
In vielen Fällen werden Filter regelmäßig zur Reinigung oder Reparatur entfernt, sodass sie wiederverwendet werden können, anstatt ausgetauscht werden zu müssen. In vielen Fällen beinhaltet die Reinigung oder Reparatur des Filters das Entfernen des Retentats aus dem Filter. Übliche Verfahren zur Filterreinigung beinhalten die Verwendung einer zwangsweisen Luftzuführung, um das Retentat aus dem Filter zu blasen, eine flüssigkeitsbasierte Reinigung oder Waschungsverfahren, eine thermische Reinigung, die Verwendung von Vibrationen und andere verwandte Mittel. Bei den meisten Filterreinigungssystemen und -prozessen wird das Retentat, das aus den Filtern in einem Auffangsystem für große Mengen, wie etwa einem Flüssigkeitsspeichertank, einem Staubauffangsystem und Ähnlichem, entfernt wurde, ferner aggregiert und gesammelt. Die Verwendung dieser herkömmlichen Reinigungsprozesse für große Mengen weist ebenso verschiedene Nachteile auf.
Erstens ermöglicht das Auffangen des Retentats, das aus den Filtern in Aggregatauffangsystemen, wie etwa einem Staubauffangsystem oder einem Flüssigkeitsspeichertank, entfernt oder gereinigt wurde, in großen Mengen nicht, dass das Retentat eindeutig identifiziert oder mit dem Filter verknüpft wird, aus dem es entfernt wurde. Demnach ermöglicht eine anschließende Analyse des Retentats keine nützliche Diagnose des Filterzustands oder der Maschine/Ausrüstung, die das Retentat erzeugt hat, da das gesamte Retentat in dem Auffangsystem für große Mengen aus verschiedenen Quellen vermischt wird.
Zweitens schließen Reinigungsverfahren, bei denen die Eigenschaften des Retentats, wie etwa seine Merkmale, oder physikalischen oder chemischen Eigenschaften, zerstört, verändert oder auf andere Weise beeinflusst oder modifiziert werden, ferner eine aussagekräftige Analyse und Diagnose des Zustands der Maschine, der Ausrüstung, der Anlage, des Prozesses oder des Filters aus, aus der bzw. dem das Retentat stammt.
Demnach ist ein System zum Entfernen oder Auffangen von Retentat erwünscht, das es ermöglicht, dass das Retentat, das aus einem bestimmten Filter entfernt wurde, eindeutig mit dem Filter verknüpft wird, aus dem es entfernt wurde oder durch diesen identifiziert wird. Es wird vermerkt, dass es in einigen Fällen nicht zwangsläufig erforderlich ist, das Retentat aus dem Filter zu entfernen, sondern vielmehr einen kleinen Teil des Filters zu entfernen, der das Retentat für die Analyse enthält oder die Analyse des Retentats direkt an dem Filter durchzuführen, ohne das Retentat zu entfernen oder den Filter zu verändern. Zusätzlich ist es äußerst wünschenswert, Änderungen an dem Retentat vor der Analyse zu vermeiden oder zu minimieren.
Demnach wird ein verbesserter Prozess zum Auffangen und Analysieren von Retentat benötigt, der einen erheblichen Nutzen für ein breites Spektrum an Anwendungen und Anwendungsgebieten aufweist.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Es werden ein Filterretentatanalysesystem und -verfahren offenbart, die Informationen zum Diagnostizieren des aktuellen und verlaufstechnischen Zustands eines Systems liefern, welches das Retentat erzeugt oder durch welches das Retentat hindurchgegangen ist. In der Offenbarung wird die Analyse von Retentatmerkmalen beschrieben, welche die Zusammensetzung, die Menge, die Verteilung und physikalische oder chemische Eigenschaften des Retentats einschließen können, die nützlich sind, um den Zustand, die Gesundheit oder den Betriebsverlauf eines Systems oder Teilsystems zu überwachen oder zu diagnostizieren. Die Analyse ist umfassend auf ein breites Spektrum von Systemen und Prozessen anwendbar, die von Maschinen und Abgassystemen bis zu Produktionsanlagen und -ausrüstung reichen.
KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
1 stellt einen Kanal in einem bestimmten Filter dar, der Retentat enthält. 1 ist eine Querschnittsansicht von zwei Kanälen eines zellulären Keramikpartikelfilters, der Retentat enthält, gemäß einer Ausführungsform.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft ein System zum Entfernen und Analysieren von Material, das in Filtern aufgefangen wurde (Retentat) sowie Verfahren zur Materialentfernung, Analyse und Interpretation der Ergebnisse. Das in dieser Offenbarung beschriebene Retentatanalysesystem und -verfahren ermöglichen ein direktes Auffangen des Retentats aus einzelnen Filtern und eine Analyse des Retentats, um Informationen bereitzustellen, die zum Diagnostizieren des aktuellen Zustands oder des vergangenen Verlaufs der Maschine, der Anlage, des Prozesses oder des Systems nützlich sind, welches das Retentat erzeugt.
In 1 wird eine Schnittansicht eines zweikanaligen 102 Kanals in einem Partikelfilter abgebildet, der das Retentat 104 enthält. Das Retentat 104 kann entweder in dem Filter analysiert werden oder nachdem es aus dem Filter entfernt wurde, um Informationen zu erhalten, die zum Diagnostizieren der Betriebsbedingungen oder des Verlaufs des Filters 102 oder eines beliebigen Systems oder einer beliebigen Ausrüstung nützlich sind, das bzw. die mit dem Filter 102 verbunden ist oder mit diesem kommuniziert.
Die Analyse des Retentatmaterials, das aus dem Filter entfernt wurde oder in dem Filter 102 enthalten ist, kann einen oder mehrere der folgenden Parameter einschließen:

1. Menge an Retentat: wie etwa die Menge eines Feststoffes, einer Flüssigkeit oder einer Gasphasenkomponente, der bzw. die in oder an den Filtermedien oder dem Retentatauffangsystem aufgefangen wurde. In einem Beispiel kann die Menge eines Ruß- oder Aschebestandteils, der an einem Filter aufgefangen wurde oder die Menge einer Komponente der flüssigen Phase, die von dem Filter absorbiert wurde oder sogar einer Gasphasenkomponente, die an einem Filter oder Katalysator adsorbiert wurde oder in das Feststoffretentat adsorbiert/absorbiert wurde, quantifiziert werden. In einem Beispiel kann die Menge an Material, das an dem Filter oberhalb oder unterhalb eines Schwellenwerts aufgefangen wurde, ein Anzeichen für einen Störungs- oder Fehlerfall sein.
2. Materialtyp: wie etwa die Zusammensetzung von einem oder mehr als einem Materialtyp bzw. einer oder mehr als einer Materialart.
3. Räumliche Verteilung: wie etwa die Position des Retentats oder der Komponente des Retentats an dem Filter.
4. Physikalische oder chemische Eigenschaften des Retentats: wie etwa seine chemische Zusammensetzung (Identifizierung bestimmter Verbindungen oder Elemente) oder der chemische Zustand, wie etwa der Oxidations- oder Reduktionszustand, die Polarität, der pH-Wert oder eine andere chemische Eigenschaft, die Kristallstruktur, die Phase, die Partikelgröße, die Porosität, die Dichte, die Farbe oder eine beliebige andere physikalische oder chemische Eigenschaft.

Die oben stehende Liste veranschaulicht verschiedene Hauptkategorien von Parametern, die überwacht oder analysiert werden können, ist jedoch keineswegs vollständig. Es können auch viele andere Parameter überwacht oder analysiert werden.
Die allgemeinen Schritte die an der Durchführung der Analyse und ihrer Interpretation oder dem Ziehen von Rückschlüssen aus der Analyse beteiligt sind, werden nachfolgend beschrieben:

1. Ein erster optionaler Schritt ist das Entfernen von einer oder mehreren Retentatproben aus dem Filter, wobei das Retentat von einer oder mehreren Stellen im Filter entfernt wird.
2. Ein zweiter Schritt besteht aus der Analyse des Retentats, das entweder aus dem Filter entfernt wurde oder immer noch direkt an dem Filter enthalten ist.
3. Ein anschließender Schritt beinhaltet den Vergleich der Ergebnisse der Retentatanalyse mit einer Referenz und die Formulierung von einer oder mehreren Schlussfolgerungen oder Diagnosen auf Grundlage des Vergleichs.

Die zuvor aufgelisteten Schritte sind nicht zwangsläufig alle erforderlich und ein Fachmann wird gewiss erkennen, dass die Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne von dem Zweck und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
In bestimmten Ausführungsformen folgt auf die hinzugefügten Schritte die Durchführung einer Korrekturmaßnahme.
Die Erfindung wird nun in Bezug auf eine bestimmte Anwendung und Ausführungsform beschrieben, was einem Partikelfilter entspricht, der in dem Auspuff eines internen Verbrennungsmotors installiert ist, der ein Dieselmotor, ein Benzinmotor, ein Erdgasmotor oder ein beliebiger anderer Motor, wie etwa ein Turbinenmotor oder ein Hubkolbenmotor oder Ähnliches sein kann.
In dem Fall des Partikelfilters häuft der Filter Retentat an, welches das Ergebnis von Einspeisungen in der Maschine, wie etwa Kraftstoff, Schmiermittel, Kühlmittel oder Material in dem Ansaugluftstrom sein kann sowie Retentat, das aus den Maschinenkomponenten selbst stammt, wie etwa Abriebpartikel und Retentat, das aus dem Abgassystem, wie etwa dem Abgasrohr und beliebigen Komponenten in dem Abgassystem stammt, die dem Filter vorgelagert sind, wie etwa andere Katalysatoren oder Filter.
Das Retentat, das in dem Filter aufgefangen wurde, kann im Allgemeinen als Ruß und Asche kategorisiert werden, kann jedoch ein beliebiges Material sein, einschließend Feststoffe, Flüssigkeiten oder Gase. In einer Ausführungsform kann der Filter aus dem Abgassystem entfernt und einem Prozess unterzogen werden, um einen Teil des Retentats oder das gesamte Retentat zu entfernen. Der Prozess kann das Entfernen durch die Anwendung von einer oder mehreren Vibrationen oder von einem oder mehreren Stößen, um das Retentat zu verdrängen und zu entfernen, die Anwendung einer zwangsweisen Zufuhr von Luft oder eines anderen Gases, um das Retentat von dem Filter zu blasen oder eine Reinigung mit Flüssigkeit oder Waschungsmittel, eine Erwärmung oder Wiederherstellung oder beliebige andere Mittel beinhalten, um das Retentat zu entfernen. In einer anderen Ausführungsform kann das Retentat aus einer bestimmten Region des Filters, wie etwa durch eine physikalische Extraktion, eine Ausschabung, Abstreichen, Wischen, die Anwendung von Vakuum oder einer Ansaugung oder beliebige andere Mittel entfernt werden, um eine Probe des Retentats aus dem Filter zu erhalten. Unabhängig von den Entfernungsmitteln muss das entfernte Retentat aufgefangen werden, um den Filter, aus dem es stammt, eindeutig zu identifizieren.
Unter bestimmten Umständen wird das Retentat so entfernt, dass seine axiale Position in der Klappe oder dem Filter festgehalten und isoliert wird, besonders wenn der Zeitpunkt der Ansammlung des Retentats mit seiner Position in dem Filter zusammenhängt. Durch diese Herangehensweise werden in einem Beispiel nützliche Informationen über den Verlauf der Anlage oder der Maschine geliefert, wenn das Retentat in den hinteren Teil des Filters transportiert wird und sich dort ansammelt oder anreichert.
Retentatauffangmittel schließen die Verwendung von Probenbeuteln, Filtern, Fläschchen, Gefäßen, Tupfern, Applikatoren, einer röhrenförmigen Entnahme oder Probenahmevorrichtungen oder beliebiger anderer Mittel zum Auffangen des Retentats ein.
In einer anderen Ausführungsform muss das Retentat nicht aus dem Filter entfernt werden, kann jedoch direkt an den Filtermedien analysiert werden.
Die Retentatanalyse kann in dem Fall eines Partikelfilters die Analyse der Menge, der Zusammensetzung, der Merkmale und der Eigenschaften des Retentats einschließen, was zum Diagnostizieren des Zustands oder der Beschaffenheit der Maschine, des Fahrzeugs, des Filters oder der Ausrüstung nützlich ist. In einem Beispiel kann eine Analyse der Elemente oder der Zusammensetzung des Retentats unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX), Röntgenfluoreszenz (XRF), einer Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)Analyse, einer Raman-Spektroskopie, einer Massenspektroskopie, einer funken-optischen Emissionsspektroskopie (OES) oder LIBS (Laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie), einer Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) oder einer beliebigen anderen Methode durchgeführt werden, die Informationen über die Elemente oder chemischen Verbindungen liefert, die in dem Retentat vorliegen. Die Ergebnisse der Analyse können mit Referenzen der bekannten Quellen der Materialien oder Bestandteile verglichen werden, die in dem Retentat zu finden sind. In einer anderen Ausführungsform werden nicht zwangsläufig Referenzen verwendet. Die Interpretation der Ergebnisse kann sich in einem anderen Beispiel aus der Erfahrung oder existierendem Fachwissen oder einem Vergleich mit bekannten Materialien, Standards oder Referenzdaten ergeben.
Der Vergleich des Retentats mit Referenzen oder anderen Daten kann von einer Steuerung, wie etwa einer Verarbeitungseinheit in Kombination mit einem Speicherelement, durchgeführt werden. Die Verarbeitungseinheit kann die Analyse von einem beliebigen der zuvor beschriebenen Systeme empfangen und den Vergleich durchführen. In bestimmten Ausführungsformen werden die Referenzwerte in dem Speicherelement gespeichert.
In dem Fall eines Partikelfilters können die Referenzen die Kenntnis der chemischen Verbindungen oder Elemente, die in dem Kraftstoff, Schmieröl oder Kühlmittel vorliegen sowie von Verbindungen oder Elementen einschließen, die in der Betriebsumgebung der Maschine oder der Ausrüstung vorliegen, zusätzlich zu Elementen und Verbindungen, die in der Maschine oder dem Abgassystem an sich vorliegen.
In einem Beispiel kann das Maschinenschmiermittel Zusatzstoffe, wie etwa Calcium, Zink, Bor, Magnesium, Schwefel, Phosphor, Molybdän und beliebige andere Arten von Zusatzelementen enthalten. Die Detektion dieser Materialien in dem Filter kann in einem anderen Beispiel zu dem Verbrauch von Maschinenöl rückbezüglich sein, um einen ungewöhnlichen Ölverbrauch, wie etwa einen hohen Anteil dieser Elemente in dem Filter oder sogar eine Leckage von flüssigem Öl, wie etwa aus dem Turbolader oder Ventildichtungen, zu diagnostizieren.
Ferner sind metallische Elemente, einschließend Eisen, Aluminium, Zinn, Blei, Chrom, Titan, Kupfer und andere, die oftmals in Maschinenkomponenten, wie etwa Lagern, Kolben, Zylinderwänden, Belägen, Ventilen und anderen Komponenten zu finden sind, ebenso in dem Filter zu finden. Die Detektion dieser Materialien oder verwandter Materialien in dem Filter kann verwendet werden, um frühe Anzeichen des Ausfalls von Komponenten zu diagnostizieren, wie etwa Lagerverschleiß in einem Beispiel oder übermäßige Rostbildung oder Korrosion in einem anderen Beispiel.
Katalysatorelemente, wie etwa Edelmetalle, einschließend Platin, Palladium, Rhodium, Vanadium, Kupfer, Eisen und andere sowie Washcoat-Komponenten, einschließend Ceroxid, Aluminiumoxid und sogar Substratkomponenten können ebenso in dem Retentat detektiert werden, das in dem Filter aufgefangen wird. Die Detektion dieser Elemente kann verwendet werden, um den Zustand zu diagnostizieren oder Anzeichen für ein Versagen von Katalysatoren oder anderen Abgasreinigungskomponenten zu detektieren, die dem Filter vorgelagert sind.
Aus Kraftstoff abgeleitete Elemente, einschließend Schwefel oder Natrium oder Kalium, wie in dem Fall von alternativen Kraftstoffen oder Biokraftstoffen oder Kraftstoffzusatzkomponenten, einschließend Platin und Eisen, können ebenso in dem Filter detektiert und verwendet werden, um die Qualität und/oder Zusammensetzung des Kraftstoffes oder der Kraftstoffzusätze zu diagnostizieren, der bzw. die mit der Maschine verwendet wird bzw. werden. Gleichermaßen können ebenso aus Kühlmittel abgeleitete Elemente, einschließend Silizium, in dem Filter detektiert werden, um Anzeichen für eine Kühlmittelleckage zu diagnostizieren.
Umgebungsquellen, wie etwa Umgebungsstaub, Schmutz, Salznebel (Natriumchlorid), Mineralien und andere Materialen, die sich aus der Umgebung ergeben, in der die Maschine oder die Ausrüstung betrieben wird, können ebenso in dem Filter detektiert und verwendet werden, um den Zustand des Ansaugluftfiltrationssystems der Maschine oder Ausrüstung zu diagnostizieren.
Die Analyse muss nicht ausschließlich auf eine chemische Analyse oder eine Analyse der Zusammensetzung beschränkt sein, sondern kann auch eine visuelle Analyse oder eine Prüfung des Retentats sowie eine Charakterisierung der Retentateigenschaften, entweder in Form eines Feststoffes, einer Flüssigkeit oder eines Gases, beinhalten. Zum Beispiel kann bzw. können flüssiges Öl, Kraftstoff oder Kühlmittel oder nasse Stellen an dem Filter ohne Weiteres beobachtet werden und ein Anzeichen für eine Störung einer Maschine oder einer Ausrüstung liefern. Ein hoher Anteil von Ruß oder Asche kann außerdem verwendet werden, um einen ungewöhnlichen Betrieb oder eine ungewöhnliche Verbrennung einer Maschine oder einen Ausfall oder Anzeichen eines Ausfalls der Maschine oder zugehöriger Teilsysteme anzuzeigen. In einem anderen Beispiel können die chemischen oder physikalischen Eigenschaften, die Zusammensetzung oder die Struktur des Retentats, wie etwa die Kristallstruktur, ein Anzeichen für den vorherigen Temperaturverlauf des Retentats oder Filters darstellen.
Die Analyse kann eine Abscheidung von Retentatkomponenten oder das Entfernen bestimmter Komponenten, wie etwa über eine Oxidation oder das Induzieren bevorzugter Veränderungen in den Komponenten, wie etwa durch beabsichtigte chemische Reaktionen, einschließen. In einem Beispiel können die Reaktionen durch die Anwendung von Säuren, Mikrowellen, Erwärmung oder Ähnliches stattfinden. In einem Beispiel können die Reaktionen die Vorbereitung oder den Aufschluss einer Probe für ICP einschließen. In einem anderen Beispiel kann die Analyse die Zersetzung des Retentats, wie etwa durch eine Erwärmung oder eine chemische Reaktion und eine Analyse der Reaktionsprodukte oder Abfallprodukte einschließen, um die Retentatzusammensetzung oder -eigenschaften, wie etwa Schwefelgehalt in einem Beispiel, zu ermitteln. In einem anderen Beispiel können Methoden der thermischen Analyse, wie etwa eine thermogravimetrische Analyse oder TGA, verwendet werden.
In einem anderen Beispiel kann die Analyse eine Analyse des Verlaufstrends einschließen, um die Menge und/oder Eigenschaften und Merkmale, wie etwa die Zusammensetzung, des Retentats in dem Filter zeitlich nachzuvollziehen und zu beurteilen. In einer anderen Ausführungsform kann die Analyse einen Vergleich einzelner Datenpunkte oder von Sammlungen von Verlaufsdatenpunkten mit einer Referenz in einem Beispiel oder mit Durchschnittswerten aus einer größeren Population von Proben in einem anderen Beispiel einschließen. Es kann eine statistische Analyse oder Trendanalyse angewendet werden oder nicht und ein Vergleich mit einer Referenz kann erforderlich sein oder nicht.
In einem anderen Beispiel kann die Quelle von unbekannten Retentatbestandteilen durch Folgendes ermittelt werden:

1. Auffangen von Proben aus den Einspeisungen für die Maschine, den Prozess, die Anlage oder das System, wie etwa Kraftstoff, Öl, Kühlmittel und beliebige andere Systemeinspeisungen.
2. Auffangen von Proben aus der Umgebung, in der die Maschine oder Ausrüstung betrieben wird.
3. Auffangen von Proben oder Ermitteln der Zusammensetzung der verschiedenen Komponenten und Systeme, umfassend die Maschine, die Anlage, den Prozess, die Ausrüstung oder das System.
4. Auffangen von Proben aus beliebigen zusätzlichen Komponenten, die mit dem Filter in Kommunikation stehen können.
5. Analysieren der Merkmale, wie etwa der Zusammensetzung und der chemischen oder physikalischen Eigenschaften der Probenelemente aus den Schritten 1–4.
6. Vergleichen der Ergebnisse der Filterretentatanalyse mit der Probenanalyse in Schritt 5 und mithilfe eines Vergleichs, Ermitteln der Quelle der unbekannten Retentatbestandteile.
7. Ermitteln, ob der in Schritt 6 identifizierte unbekannte Retentatbestandteil akzeptabel ist oder nicht (ob eine zusätzliche Korrekturmaßnahme gerechtfertigt ist).

Auf diese Art und Weise kann die Quelle der Bestandteile, die das Retentat umfassen, identifiziert werden, um zu ermitteln, ob die Maschine, die Ausrüstung, der Filter, der Prozess, die Anlage oder das System auf akzeptable Weise betrieben wird oder ob die unbekannten Retentatbestandteile ein Anzeichen für ein zugrundeliegendes Problem sind, das angegangen werden muss.
In jeder dieser Ausführungsformen kann auf die Diagnose eine Korrekturmaßnahme folgen. Diese Korrekturmaßnahme kann Folgendes einschließen: Reparatur oder Austausch eines Ölfilters, eines Öldichtrings oder einer Öldichtung; Reparatur oder Austausch eines Lagers, eines Kolbens, eines Ventils oder einer anderen Komponente; Reparatur oder Austausch eines Katalysators oder einer anderen Abgasreinigungskomponente; Reparatur einer Kühlmittelleckage; Austausch oder Reparatur des Ansaugluftfiltrationssystems.
Beim Entfernen oder Auffangen von Filterretentat oder beliebiger Proben, die zum Ziehen von Vergleichen mit dem Filterretentat nützlich sind, sollte sorgfältig vorgegangen werden, um zu vermeiden, dass das Retentat oder die Probe verunreinigt, gestört oder anderweitig unbeabsichtigt verändert wird. Eine solche Sorgfalt kann die Verwendung sorgfältiger Probenahme- und Handhabungsverfahren sowie derartiger Werkzeuge und einer derartigen Ausrüstung erforderlich machen.
Das Retentat-Probenahme- und Analysesystem kann einen Filter, der Retentat enthält, ein System zum Entfernen und Auffangen von Retentat und ein Retentatanalysesystem, wie etwa ein Instrument zum Analysieren der physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Retentats, einschließen. In einem Beispiel kann der Filter ein zellulärer Keramikpartikelfilter sein und das System für die Retentatentfernung kann ein Vibrationsreinigungssystem sein und das Retentatauffangsystem kann eine Auffangwanne oder ein Ascheneimer sein und das Analyseinstrument kann ein ICP-Analysegerät sein. In einem anderen Beispiel kann ein Extraktionswerkzeug, wie etwa ein Ansaugrohr oder eine Hohlröhre verwendet werden, um das Retentat aus dem Filter aufzufangen und zu entfernen. In einem anderen Beispiel kann das System für die Retentatentfernung ein pneumatisches Reinigungssystem sein. In noch einem anderen Beispiel muss das Retentat nicht zwangsläufig aus dem Filter entfernt werden.
In-situ-Analysen des Retentats können durchgeführt werden, ohne dass es erforderlich ist, das Retentat aus dem Filter zu entfernen. Zum Beispiel kann eine LIBS-Analyse durch die Verwendung eines Lasersystems durch den offenen Kanal (ohne eine Beleuchtung der Filterwände) In-situ-Informationen über die Elementzusammensetzung des Retentats mit einer Beobachtung durch denselben offenen Kanal liefern. Gleichermaßen kann eine Funken-OES verwendet werden, wobei die Entladung (Funke) in dem Kanal von geeigneten Elektroden erzeugt wird. Es können ebenso nicht-optische Methoden, wie etwa NAA und ein CT-Scan, verwendet werden. In einem anderen Beispiel kann eine XRF verwendet werden.
Ein Fachmann wird gewiss erkennen, dass die zuvor beschriebenen Schritte in einer anderen Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne von dem Zweck und dem Umfang der Erfindung abzuweichen.
Obwohl bestimmte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurden, ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von der vorliegenden Erfindung in ihren breiteren Aspekten abzuweichen. Es wird beabsichtigt, dass alle Gegenstände, die in der oben stehenden Beschreibung enthalten sind und in den beigefügten Zeichnungen gezeigt werden, als veranschaulichend und nicht auf eine einschränkende Weise ausgelegt werden sollen.

Claims

Verfahren zum Diagnostizieren eines Systems in Kommunikation mit einem Filter, umfassend: Auffangen von Retentat in dem Filter; Analysieren des Retentats in dem Filter, um zumindest eines der Folgenden zu bestimmen: eine Menge des Retentats, eine Art von Material in denn Retentat, eine räumliche Verteilung des Retentats und physikalische oder chemische Eigenschaften des Retentats; und Erstellen einer Diagnose über das System auf Grundlage des Analysierens.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Analysieren physikalischer oder chemischer Eigenschaften einer Komponente in dem System, und das Vergleichen der physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Komponente mit den physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Retentats, um das System zu diagnostizieren.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Komponente Maschinenschmiermittel umfasst und die Detektion physikalischer oder chemischer Eigenschaften des Maschinenschmiermittels in dem Retentat einen ungewöhnlichen Verbrauch des Schmiermittels oder ein Leck anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die chemischen Eigenschaften des Schmiermittels das Vorhandensein von Zusatzstoffen umfassen.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Zusatzstoffe aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Calcium, Zink, Bor, Magnesium, Schwefel, Phosphor, Molybdän.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei die Komponente eine Maschinenkomponente umfasst und die Detektion physikalischer oder chemischer Eigenschaften der Maschinenkomponente in dem Retentat einen Ausfall oder eine Korrosion der Maschinenkomponente anzeigt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die Maschinenkomponente zumindest eines von einem Lager, einer Zylinderwand, einem Belag, einem Ventil und einem Kolben ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die physikalische oder chemische Eigenschaft das Vorhandensein eines metallischen Elements umfasst.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das metallische Element mindestens eines von Eisen, Aluminium, Zinn, Blei, Chrom, Titan und Kupfer umfasst.
Verfahren einem der Ansprüche 6 bis 9, wobei die Maschinenkomponente einen Katalysator oder eine Abgasreinigungskomponente umfasst und wobei die physikalische oder chemische Eigenschaft das Vorhandensein von Platin, Palladium, Rhodium, Vanadium, Kupfer, Eisen, Ceroxid und Aluminiumoxid umfasst.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend das Entfernen des Retentats aus dem Filter vor dem Analysieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend das Vergleichen der physikalischen oder chemischen Eigenschaften der Komponente mit den physikalischen oder chemischen Eigenschaften des Retentats gegenüber Umgebungsquellen, um ein Aufnahmefiltrationssystem zu diagnostizieren.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Analysieren mindestens eines der Folgenden umfasst: Abscheidung von Retentatkomponenten; Entfernen von Retentatkomponenten; Oxidation; Anwendung von Säure, Mikrowellen oder Wärme; und thermische Analyse.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Analysieren zeitlich durchgeführt wird und Verlaufstrends erstellt werden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, ferner umfassend das Durchführen einer Korrekturmaßnahme auf Grundlage der Diagnose.
Diagnosesystem, umfassend: einen Filter zum Auffangen von Retentat; ein System zum Entfernen und Auffangen von Retentat; und ein System für die Retentatanalyse.
System nach Anspruch 16, wobei die Retentatanalyse unter Verwendung von induktiv gekoppeltem Plasma (ICP), einer energiedispersiven Röntgenanalyse (EDX), Röntgenfluoreszenz (XRF), einer Fourier-Transform-Infrarot(FTIR)-Analyse, einer Raman-Spektroskopie, einer Massenspektroskopie, einer funken-optischen Emissionsspektroskopie (OES), LIBS (Laserinduzierte Breakdown-Spektroskopie), einer Neutronenaktivierungsanalyse (NAA) oder einer beliebigen anderen Methode durchgeführt wird, die Informationen über die Elemente oder chemischen Verbindungen liefert, die in dem Retentat vorliegen.
System nach Anspruch 16 oder 17, wobei Auffangmittel für das System zum Entfernen und Auffangen von Retentat aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus Probenbeuteln, Filtern, Fläschchen, Gefäßen, Tupfern, Applikatoren, einer röhrenförmigen Entnahme, einer Auffangwanne, einem Ascheneimer oder Probenahmevorrichtungen.
System nach Anspruch 16, 17 oder 18, wobei Entfernungsmittel für das System zum Entfernen und Auffangen von Retentat aus der Gruppe ausgewählt sind, bestehend aus einem Vibrationsreinigungssystem, einem Extraktionswerkzeug und einem pneumatischen Reinigungssystem.