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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Staubabscheidevorrichtung zum Reinigen
verschiedener Staub enthaltender Abgase, die von industriellen Maschinen, verschiedenen
Fabriken oder dergleichen abgegeben werden, und im Spezielleren ein Steuersystem für
einen Umkehrwaschmechanismus in der Staubabscheidevorrichtung.
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In der japanischen Patentoffenlegungsschrift JP-A-4-271806 (1992) wird eine
Staubabscheidevorrichtung dieser Art offenbart, die ein aufrechtes Gehäuse, das oberhalb eines
Staubsammelbehälters angeordnet ist, eine Keramik-Filteranordnung, die im Gehäuse
angeordnet ist, um Staubteilchen aus den Abgasen zu sammeln, die in einen
Bodenabschnitt des Gehäuses, das stromauf davon positioniert ist, eingeführt werden, sowie
einen Umkehrwaschmechanismus, der auf dem Gehäuse stromab der Filteranordnung
angeordnet ist, um die gesammelten Staubteilchen in den Staubsammelbehälter von der
Filteranordnung, wenn diese aktiviert ist, fallen zu lassen.
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Da die Wirksamkeit der Filterung der Filteranordnung aufgrund der Anhäufung von in
der Filteranordnung gesammelten Staubteilchen gesenkt wird, wird der
Umkehrwaschmechanismus in einem vorbestimmten Zeitintervall aktiviert. In der
Staubabscheidevorrichtung kommt es aufgrund der Fluktuation der Eigenschaft der zu reinigenden Abgase
oder aufgrund der Zufuhrbedingungen des Abgases, so etwa der Menge der
Staubteilchen in den Abgasen, der Zufuhrmenge der Abgase, Temperatur und Druck der
Abgase, etc., zu einer zeitlich zu späten oder zu frühen Aktivierung des
Umkehrwaschmechanismus. Dies führt zu einer unzureichenden Entfernung der abgeschiedenen
Staubteilchen oder einer unnötigen Aktivierung des Umkehrwaschmechanismus.
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Aus diesem Grund ist es ein vorrangiges Ziel der vorliegenden Erfindung, ein
Steuersystem für die Staubabscheidevorrichtung bereitzustellen, welches in der Lage ist, den
Umkehrwaschmechanismus zu einem optimalen Zeitpunkt zu aktivieren, um die
abgeschiedenen Staubteilchen von der Filteranordnung wirksam zu entfernen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Staubabscheidevorrichtung bereit gestellt,
umfassend ein aufrechtes Gehäuse, das oberhalb eines Staubsammelbehälters
angeordnet ist, einer Keramik-Filteranordnung, die im Gehäuse angeorndet ist, um die
Staubteilchen aus Abgasen, die in einen Bodenabschnitt des Gehäuses, das stromaufwärts von
der Keramik-Filteranordnung positioniert ist, zugeführt werden, abzuscheiden, einen
Umkehrwaschmechanismus, der auf dem Gehäuse stromab der Filteranordnung
montiert ist, um die abgeschiedenen Staubteilchen in den Staubsammelbehälter von der
Filteranordnung, wenn diese aktiviert ist, fallen zu lassen, und ein Steuersystem, wobei
das Steuersystem ein erstes Detektionsmittel zur Detektion von Temperatur (T1) und
Druck (P1) der in den Bodenabschnitt des Gehäuses stromauf der Filteranordnung
zugeführten Abgase umfasst; ein zweites Detektionsmittel zur Detektion von Temperatur (T2)
und Druck (P2) von gereinigten Abgasen, die von der Filteranordnung in einen oberen
Abschnitt des Gehäuses, das stromab der Filteranordnung angeordnet ist, abgeleitet
werden; ein drittes Detektionsmittel zur Detektion der Strömungsmenge (Q1) der
gereinigten Gase, die vom Gehäuse stromab des Umkehrwaschmechanismus abgeleitet
werden; und einer elektronischen Steuervorrichtung, die auf die Detektionssignale des
ersten, zweiten und dritten Detektionsmittels reagiert, um eine durchschnittliche
Temperatur T = f(T1, T2), eine Strömungsmenge Q = f(Q1, T), eine Viskosität η = f(T)
und einen Druckverlustskoeffizienten K = f(ΔP, Q, η) der Abgase, die durch die
Filteranordnung strömen, auf Basis der detektierten Temperatur (T1, T2), dem detektierten
Druck (P1, P2) und der Strömungsmenge (Q1) zu berechnen, und um den
Umkehrwaschmechanismus zu aktivieren, wenn der berechnete Druckverlustkoeffizient einen
vorbestimmten Wert (K0) übersteigt, und diesen Umkehrwaschmechanismus zu
deaktivieren, wenn der berechnete Druckverlustkoeffizient unter einen vorbestimmten
Wert (K0) fällt.
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Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, und um zu zeigen, wie diese
in die Praxis umgesetzt werden kann, wird nun anhand von Beispielen auf die
beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
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Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Steuersystems für einen
Umkehrwaschmechanismus in einer Staubabscheidevorrichtung; und
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Fig. 2 Flussdiagramm eines Steuerungsprogrammes ist, das von einem elektronischen
Steuersystem ausgeführt wird, wie dies in Fig. 1 veranschaulicht ist.
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In Fig. 1 der Zeichnungen wird eine Staubabscheidevorrichtung veranschaulicht, die ein
aufrechtes Gehäuse 10, eine Filteranordnung 20, die in dem Gehäuse 10 angeordnet ist,
einen Umkehrwaschmechanismus 30, der auf dem Gehäuse 10 montiert ist, und ein
Steuersystem 40 für den Umkehrwaschmechanismus umfasst. Das Gehäuse 10 besteht
aus einem Gehäusekörper 11 mit rechteckigem Querschnitt, der auf einer (nicht
gezeigten) Rahmenkonstruktion montiert ist, und einem pyramidenförmigen Trichter 12,
der mit dem Bodenabschnitt des Gehäusekörpers 11 zusammengebaut und oberhalb
eines Staubsammelbehälters 13 angeordnet ist. Der Gehäusekörper 1 weist eine
Auslassöffnung 11a auf, die an seiner Umfangswand ausgebildet ist, um gereinigte Gase
abzugeben, während der Trichter 12 eine Einlassöffnung 12a aufweist, die an seiner
Umfangswand ausgebildet ist, um Abgase zuzuführen.
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Die Filteranordnung 20 ist zwischen den Einlass- und Auslassöffnungen 12a und 11a
des Gehäusekörpers 11 angeordnet. Die Filteranordnung 20 besteht aus einer Vielzahl
von Keramik-Filterelementen 21, die parallel ausgerichtet und durch ein Paar
Seitenplatten 22a und 22b festgeklemmt sind. Die Seitenplatten 22a und 22b sind jeweils in
ihrem Querschnitt in einer L-Form ausgebildet. Die Seitenplatten 22a und 22b sind
einstückig ausgebildet, um einen quadratischen Rahmen mit Einlass- und Auslassöffnungen
an seinen gegenüberliegenden Enden zu bilden. Die Keramik-Filterelemente 21 sind
jeweils aus porösem Keramikmaterial hergestellt und weisen eine dünnwandige
zellulare oder Waben-Struktur mit quadratischem Querschnitt auf, die mit einer Vielzahl
sich axial erstreckender Durchgänge gebildet ist, die durch dünne Trennwände
voneinander getrennt sind. Eine erste Gruppe der Filterdurchgänge hat die Form von
Einlassdurchgängen, die an ihren oberen Enden in einem Schachbrettmuster geschlossen sind
und an ihren unteren Enden offen sind, um die Abgase darin einzubringen. Eine zweite
Gruppe der Filterdurchgänge hat die Form von Auslassdurchgängen, die an ihren
unteren Enden in einem Schachbrettmuster geschlossen und an ihren oberen Enden
offen sind, um gereinigte Gase daraus abzugeben. Die dünne Trennungswände der
Filterelemente 21 wirken jeweils als Filter, um Staubteilchen aus den Abgasen, die diese
durchdringen, abzuscheiden.
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Die festgeklemmten Filterelemente 21 werden von einem Stützrahmen 23 getragen, der
auf einem unteren Flansch 11b des Gehäusekörpers 11 montiert ist, und die
Seitenplatten 22a, 22b sind an einem oberen Flansch 11c des Gehäusekörpers 11 mittels
Befestigungsbolzen 11d befestigt. Die oberen Enden der Filterelemente 21 sind mit
einem Paar Kästen 24 und 25 bedeckt, die auf den oberen Enden der Seitenplatten 22a
und 22b luftdicht montiert sind. Die oberen Wände der Kästen 24, 25 sind in einer
vorbestimmten Distanz von den oberen Enden der Filterelemente 21 beabstandet, um
dadurch ein Paar geschlossener Kammern R auszubilden. Ein Paar Abgabeleitungen 24a
und 25a sind an den oberen Wänden der Kästen 24 und 25 vorgesehen, um den Strom
gereinigter Gase, die durch diese hindurch zur Auslassöffnung 11a des Gehäusekörpers
11 abgegeben werden, durchströmen zu lassen.
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Der Umkehrwaschmechanismus 30 umfasst ein Paar Rohrtüllen 31 und 32, die auf der
oberen Wand des Gehäusekörpers 11 montiert sind und sich in die geschlossenen
Kammern R erstrecken, um Düsenströme an Druckluft in die Abgabeleitungen 24a und
25a zuzuführen. Ein Luftzufuhrkanal 33 ist an seinem einen Ende mit den Rohrtüllen
31, 32 und an seinem anderen Ende mit einem Kompressor 34 durch einen
Luftspeichertank 35 verbunden. Der Luftzufuhrkanal 33 ist mit einem Abschaltventil 36a
und einem Durchflussregelventil 36b versehen, die jeweils in der Form eines
elektromagnetischen Ventils ausgebildet sind. Im Betrieb des Kompressors 34 werden das
Abschaltventil 36a und das Durchflussregelventil 36b unter Steuerung einer
elektronischer Steuervor-richtung 41 des Steuersystems 40 geöffnet, um Druckluft vom
Kompressor 34 in die Rohrtüllen 31 und 32 hindurchzuführen. Die Druckluft tritt aus
den Rohrtüllen 31, 32 in die Abgabeleitungen 24a, 25a aus und strömt in die Auslassdurchgänge
der Filterelemente 21, um in die Einlassdurchgänge der Filterelemente 21
durch die Trennwände zu strömen. Dadurch werden die abgeschiedenen Staubteilchen
aus den Abgasen von den Trennwänden der Filterelemente 21 getrennt und fallen in
den Staubsammelbehälter 13.
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Das Steuersystem 40 für den Umkehrwaschmechanismus 30 umfasst Treiberschaltungen
42a, 42b und 42c, die mit der elektronischen Steuervorrichtung 41 zur Steuerung des
Kompressors 34, dem Abschaltventil 36a und dem Durchflussregelventil 36b verbunden
sind. Die elektronische Steuervorrichtung 41 ist in der Form eines Mikrocomputers
vorgesehen, der mit einem ersten Temperatursensor 43a und einem ersten Drucksensor
44a, welche im Gehäuse 10 stromauf der Filteranordnung 20 angeordnet sind, weiters
mit einem zweiten Temperatursensor 43b und einem zweiten Drucksensor 44b, welche
im Gehäuse 10 stromab der Filteranordnung 20 angeordnet sind, und schließlich mit
einem dritten Temperatursensor 43c, einem dritten Drucksensor 44c und einem
Strömungsmengesensor 45, die in einer Auslassöffnung 11a des Gehäuses 10 stromab
der Rohrtüllen 31, 32 angeordnet sind, verbunden ist.
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Der erste Temperatursensor 43a und der erste Drucksensor 44a sind so angeordnet, dass
sie die Temperatur T1 und den Druck P1 der Abgase, die in die Einlassöffnung 12a des
Gehäuses 10 stromauf der Filteranordnung 20 zugeführt werden, detektieren. Der
zweite Temperatursensor 43b und der zweite Drucksensor 44b sind auf eine Weise
angeordnet, dass sie die Temperatur T2 und den Druck P2 von gereinigten Gasen, die
von den Filterelementen 21 stromab davon abgegeben werden, detektieren. Der dritte
Temperatursensor 43c und der dritte Drucksensor 44c befinden sich in einer
Anordnung, so dass sie die Temperatur T3 und den Druck P3 der gereinigten Gase, die
von der Auslassöffnung 11a des Gehäuses 11 stromab des Umkehrwaschmechanismus
30 abgegeben werden, detektieren. Der Strömungsmengensensor 45 ist so angeordnet
situiert, so dass er eine Strömungsmenge der von der Auslassöffnung 11a des
Gehäusekörpers 11 abgegebenen Abgase detektiert.
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Die elektronische Steuervorrichtung 41 ist so programmiert, dass sie ein
Steuerprogramm, das durch ein Flussdiagramm in der Fig. 2 dargestellt ist, ausführt. Während
das Steuerprogramm ausgeführt wird, berechnet die elektrische Steuervorrichtung 41 in
Abhängigkeit von Detektionssignalen, die von den Temperatursensoren 43a-43c, den
Drucksensoren 44a-44c und dem Strömungsmengensensor 45 abgegeben werden, eine
durchschnittliche Temperatur [T = f(T1, T2)], eine Strömungsmenge [Q = f(Q1, T3, T,
P3)], Viskosität [η = f(T)] und einen Druckverlustkoeffizienten [K = F(ΔP, Q, η)] der
Abgase, die durch die Filteranordnung 20 strömen, und vergleicht den berechneten
Druckverlustkoeffizienten K mit einem vorbestimmten Wert oder
Druckverlustkoeffizienten K0, um den Umkehrwaschmechanismus 30 zu aktivieren, wenn der
berechnete Druckverlustkoeffizient K größer als der vorbestimmte Wert K0 wird, und
um den Umkehrwaschmechanismus 30 zu deaktivieren, wenn der berechnete
Druckverlustkoeffizient K unter den vorbestimmten Wert K0 sinkt.
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Während des Betriebs der Staubabscheidevorrichtung werden Abgase, die von einem
Dieselmotor, der in einer Fabriksanlage installiert ist, abgegeben werden, in den
Bodenabschnitt des Gehäuses 10 durch die Einlassöffnung 12 und in die Einlassdurchgänge
der Filterelemente 21 eingeführt. In diesem Fall wirken die dünnen Trennwände der
Filterelemente 21, um Staubteilchen aus den Abgasen, die in die Auslassdurchgänge der
Filterelemente 21 durch- und eindringen, abzuscheiden, um die Abgase dadurch einer
Reinigung zu unterziehen. Somit werden die gereinigten Gase von den
Auslassdurchgängen der Filterelemente 21 in die geschlossenen Kammern R abgegeben, während die
Staubteilchen auf den Oberflächen der Trennwände angesammelt werden. Die
gereinigten Gase werden in den oberen Abschnitt des Gehäusekörpers 11 aus den
geschlossenen Kammern R durch die Abgabeleitungen 24a, 25a abgegeben und nach
außen durch die Auslassöffnung 11a des Gehäusekörpers 11 abgegeben.
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Während einer solcher Behandlung der Abgase wird der Umkehrwaschmechanismus 30
unter Steuerung der elektronischen Steuervorrichtung 41 aktiviert, um die
angesammelten Staubteilchen von den Trennwänden der Filterelemente 21 zu trennen und
diese in den Staubsammelbehälter 13 fallen zu lassen. Unter der Annahme, dass die
Steuervorrichtung 41 des Steuersystems 40 begonnen hat, das in Fig. 2 gezeigte
Steuerprogramm im Betrieb der Staubabscheidevorrichtung zu aktivieren, wird das
Steuerprogramm bei Stufe 51 initialisiert, um den Kompressor 34 zu deaktivieren und das
Abschaltventil 36a und das Durchflussregelventil 36b zu schließen. Setzt das Programm
mit der Stufe 52 fort, berechnet die elektrische Steuervorrichtung 41 in Abhängigkeit
von Detektionssignalen, die von den Temperatursensoren 43a-43c, den Drucksensoren
44a-44 und dem Strömungsmengensensor 45 abgegeben werden, eine durchschnittliche
Temperatur [T = f(T1, T2)], eine Strömungsmenge [Q = f(Q2, T3, T, P3)], Viskosität
[η = f(T)] und einen Druckverlustkoeffizienten [K = f(ΔP, Q, η)] der Abgase, die durch die
Filterelemente 21 strömen. Im Anschluss daran bestimmt die Steuervorrichtung 41 bei
Stufe 53, ob der berechnete Druckverlustkoeffizient K kleiner als der vorbestimmte Wert
K0 ist oder nicht. Ist die Antwort bei Stufe 53 "ja", so führt die Steuervorrichtung 41 das
Programm zur Stufe 51 zurück, um den Umkehrwaschmechanismus 30 in einem
deaktivierten Zustand zu halten.
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Übersteigt der berechnete Druckverlustkoeffizient K den vorbestimmten Wert K0,
bestimmt die Steuervorrichtung 41 bei Stufe 53 eine "nein"-Antwort und setzt das
Programm mit Stufe 54 fort. Bei Stufe 54 aktiviert die Steuervorrichtung 41 den
Kompressor 34 des Umkehrwaschmechanismus 30 über eine vorbestimmte Zeitspanne
und öffnet das Abschaltventil 35a und das Durchflussregelventil 36b, um durch diese
hindurch Druckluft in die Rohrtüllen 31 und 32 unter einem konstanten Druck aus dem
Kompressor 34 zu führen. Die Druckluft wird von den Rohrtüllen 31, 32 in die
Abgabeleitungen 24a, 25a zugeführt und strömt in die Auslassdurchgänge der Filterelemente
21. Dabei werden die angesammelten Staubteilchen von den Trennwänden der
Filterelemente 21 unter Zufuhr von Druckluft getrennt und fallen in den
Staubsammelbehälter 13.
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Wird der Kompressor 34 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne deaktiviert,
berechnet die Steuervorrichtung 41 bei Stufe 55 den Druckverlustkoeffizienten K und
bestimmt bei Stufe 56, ob der berechnete Druckverlustkoeffizient K geringer als der
vorbestimmte Wert K0 ist oder nicht. Untersteigt der berechnete Druckverlustkoeffizient
K den vorbestimmten Wert K0, bestimmt die Steuervorrichtung 41 bei Stufe 56 eine
"ja"-Antwort und setzt das Programm auf Stufe 51 zurück, um den Kompressor 34 zu
deaktivieren und das Abschaltventil 36a und das Durchflussregelventil 36b zu
schließen. Ist der berechnete Druckverlustkoeffizient K immer noch größer als der
vorbestimmte Wert K0, bestimmt die Steuervorrichtung 41 bei Stufe 56 eine "nein"-
Antwort und setzt das Programm mit Stufe 57 fort. In Stufe 57 aktiviert die
Steuervorrichtung 41 weiters den Kompressor 34 für die vorbestimmte Zeitspanne und steuert
den Öffnungsgrad des Durchflussregelventils 36b, um auf diese Weise den Druck der
Druckluft, der auf die Filterelemente 21 stromab wirkt, zu erhöhen.
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Wird der Kompressor 34 nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne deaktiviert, setzt
die Steuervorrichtung 41 das Programm auf Stufe 55 zurück, um darauffolgend den
Druckverlustkoeffizienten K zu berechnen. Ist der berechnete Druckverlustkoeffizient K
geringer als der vorbestimmte Wert K0, bestimmt die Steuervorrichtung 41 bei Stufe 56
eine "ja"-Antwort und setzt das Programm auf Stufe 51 zurück, um den Kompressor 34
zu deaktivieren und das Abschaltventil 36a und das Durchflussregelventil 36b zu
schließen. Dies führt zu einer Deaktivierung des Umkehrwaschmechanismus 30. Im
Anschluss daran führt die Steuervorrichtung 41 erneut die Verarbeitung in den Stufen 52
bis 57 in derselben Weise, wie sie oben beschrieben wurde, aus.
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Aus der obigen Beschreibung versteht man, dass mit dem Steuersystem für den
Umkehrwaschmechanismus die Temperatur T1 und der Druck P1 der Abgase stromauf der
Filteranordnung 20, die Temperatur T2 und der Druck P2 der gereinigten Gase stromab
der Filteranordnung 20 und die Temperatur T3, der Druck P3 und die Strömungsmenge
Q1 der gereinigten Gase stromab des Umkehrwaschmechanismus 30 durch die
Temperatursensoren 43a-43c, die Drucksensoren 44a-44c und den
Strömungsmengensensor 45 detektiert werden, um die durchschnittliche Temperatur [T = f(T1, T2)], die
Strömungsmenge [Q = f(Q1, T3, T, P3)], Viskosität [η
= f(T)] und den Druckverlustkoeffizienten
[K = f(ΔP, Q, η)] zu berechnen, und dass der
Umkehrwaschmechanismus 30 aktiviert wird, wenn der berechnete Druckverlustkoeffizient K den
vorbestimmten Wert K0 übersteigt, und deaktiviert wird, wenn der berechnete
Druckverlustkoeffizient K geringer als der vorbestimmte Wert K0 ist. Da der
Druckverlustkoeffizient K unabhängig vom zuführenden Druck und der Menge der Abgase, der
Menge der Staubteilchen, die in den Abgasen enthalten sind, der Temperatur und
Viskosität der Abgase, etc., als ein Konstantwert berechnet wird, kann der
Umkehrwaschmechanismus 30 zu einem optimalen Zeitpunkt auf Basis der Berechnung des
Druckverlustkoeffizienten K aktiviert werden, um die abgeschiedenen Staubteilchen von
der Filteranordnung 20 wirksam zu entfernen.