(57)【要約】局所的な注ぎを通じた加圧された及び／または真空の流体を利用する、フィルタから滞留物を除去するためのシステム及び方法が開示される。本開示は、フィルタ媒体の局所領域を通って流れるように流体を導くことによって、フィルタから蓄積された滞留物を取り除く及び除去する洗浄システム及び洗浄プロセスを実行するためのステップのシーケンスを記載する。加えて、流量の局所的な注ぎによって、高度の空間分解能をもつ、フィルタの清浄度の局所的なモニタリングが可能になる。このフィルタ滞留物除去システム及び方法は、エンジン及び排気システムから生産工場及び機器の広範囲のシステム及びプロセスに広く適用可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注いで、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域から滞留物を取り除く及び除去するための手段を備えた、前記フィルタから前記滞留物を除去するためのシステム。
【請求項２】
前記流体を前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に注ぐための前記手段が、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域をシールする流体ノズルを包含する、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記流体ノズルを前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に位置付けるための作動機構をさらに備えた、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記作動機構が、前記流体ノズルを二次元内において動かし、中心軸を中心にして回転可能なスピンドル、前記スピンドルに取り付けられた線形ハウジング、前記線形ハウジングに備え付けられた少なくとも一つの線形軸受棒、及びキャリッジを備えており、前記ノズルが前記キャリッジに備え付けられており、前記線形アクチュエータに沿う前記少なくとも一つの線形軸受棒によって、前記キャリッジ及び前記キャリッジに備え付けられた前記ノズルの往復運動が可能になる、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記流体ノズルを三次元内において動かすための垂直アクチュエータをさらに備えた、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】
前記流体を前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に注ぐための前記手段が、導管ハウジング内に収容される一つ以上の導管と協調して前記フィルタをシールする、一つ以上のバルブを備えたマニホールドを備えており、前記一つ以上のバルブが、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に対応する前記導管の一つ以上を通り流体が流れるよう開閉するように適応する、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記流体を前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に注ぐための前記手段が、前記フィルタの入口または出口に位置付けられており、前記フィルタの前記入口または前記出口の他方に、導管ハウジング内に収容される一つ以上の導管と協調して前記フィルタの前記入口または前記出口の他方をシールする、多くのバルブのうちの一つを備えた別のマニホールドを備えた、真空または圧力を前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に印加するための手段をさらに備えており、前記バルブの一つ以上が、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に対応する前記導管の一つ以上を通り真空または圧力を印加するよう開閉するように適応する、請求項６に記載のシステム。
【請求項８】
前記フィルタの前記局所領域の一つ以上における前記滞留物の量を測定するための一つ以上のセンサをさらに備えた、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注いで、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域から滞留物を取り除く及び除去するステップを含む、前記フィルタから前記滞留物を除去するための方法。
【請求項１０】
規定の時間の経過後、前記フィルタの前記局所領域の一つを通る前記流体の流れを止めるステップと、
前記ノズルを前記フィルタの他の局所領域に動かすステップと、
前記フィルタの前記他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
規定の最小時間の経過後、前記フィルタの前記局所領域の一つにおけるパラメータを測定するステップと、
前記規定の最小時間の経過後、前記パラメータが規定値である場合に、前記フィルタの前記局所領域の一つを通る前記流体の流れを止めるステップと、
前記ノズルを前記フィルタの前記他の局所領域に動かすステップと、
前記フィルタの前記他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記規定の最小時間の経過後、前記フィルタの前記局所領域の一つにおける前記パラメータが前記規定値ではない場合に、規定の最大時間の間、前記フィルタの前記局所領域の一つを通る前記流体の流れを継続するステップと、
前記規定の最大時間の経過後、前記フィルタの前記局所領域の一つにおける前記パラメータが前記規定値である場合に、前記フィルタの前記局所領域の一つを通る前記流体の流れを止めるステップと、
前記フィルタの前記他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記規定の最大時間の経過後、前記フィルタの前記局所領域の一つにおける前記パラメータが前記規定値ではない場合に、請求項１１及び１２の前記ステップを繰り返すステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記パラメータが前記フィルタの前記局所領域の一つ以上を通る前記流体の流量であり、前記規定の時間の経過後、前記流体の前記流量が規定の閾値超である場合に、前記フィルタの前記局所領域の一つ以上を通る前記流体の流れを止めるステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記フィルタの熱再生を実施するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
前記流体を前記フィルタの前記一つ以上の局所領域に注ぐ前記ステップ前及び／または後に、前記フィルタの前記一つ以上の局所領域を検査及び解析するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１７】
前記フィルタの前記一つ以上の局所領域を検査及び解析する前記ステップが、前記フィルタの重量、滞留物容積、フィルタチャネルの全長、滞留物組成、または前記フィルタの前記一つ以上の局所領域における滞留物の位置の一つ以上を測定するステップを含む、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／０７９，５４５号の優先権を主張し、その開示全体を参照により本明細書に組み込む。
【０００２】
本発明は、全米科学財団によって付与された契約番号ＮＳＰ  ＩＩＰ１２３０４４４の下で為された。全米科学財団は、本発明に一定の権利を有する。
【０００３】
粒子フィルタが、物質または滞留物を捕獲するため、及び出力流体の組成または特性を制御するための両方に、種々の状況及びシステムにおいて使用されている。フィルタ内において捕集された粒子状物質を効率的に除去する能力によって、それらの使用可能時間の延長ならびにフィルタを再び据え付けて再使用する能力が付与される。本発明は、捕捉された物質または滞留物をフィルタから除去及び捕集するためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
粒子フィルタ洗浄システムの広範な適用性を例証する実施例は、商業及び旅客ディーゼル粒子フィルタシステム、ガソリン粒子フィルタ、ならびに任意の廃水河川からの粒子状物質または滞留物（固体、液体または気体）を制御または最小化する必要がある工業プロセス及び用途を含む。
【０００５】
一つの特定の実施例は、滞留物がフィルタに集まり、それを定期的に取り除く及び除去する必要があるディーゼルまたはガソリン粒子フィルタなどの特定のフィルタを包含する。しかしながら、任意のフィルタまたは滞留物捕集媒体もしくはシステムが、この方法を用いた自動洗浄のための候補となる。
【０００６】
粒子フィルタが、ディーゼル車もしくはガソリン車の排気または機器及び動力システムからの特定の望ましくない粒子物質を減少または削減するために使用されている。この事例では、煤及び灰がフィルタ内に蓄積することがある。煤は、炭素系であり、煤と酸素、二酸化窒素または何らかの他の酸化剤との反応を促進するために、フィルタの温度を上昇させる再生プロセスを手段として定期的に酸化される。これにより酸化された炭素系の煤は、炭素酸化物の副産物としてフィルタから離れる。しかしながら、灰は、不燃性物質、大部分が金属の酸化物、硫酸塩、リン酸塩及びフィルタから酸化できない他の物質からなる。フィルタは、エンジン、機器または機械類から定期的に取り外して洗浄する必要がある。
【０００７】
現在、洗浄方法は、加圧空気、熱による洗浄、液体ベースの洗浄、振動及び他の関連手段の組み合わせを包含する。一般に互い違いの端部においてブロックされた複数個のチャネルを備えた多孔性のハニカムタイプ設計であるセラミック粒子フィルタに特有の最も一般的な洗浄方法は、熱による洗浄と逆流加圧空気との組み合わせを包含する。これらのシステムは、一般に、フィルタの出口表面の上方の所与の高さにおいて行き来するノズルからなる。ノズルは、フィルタの背面に加圧空気を吹き付けて堆積した灰を取り除き、それをフィルタの前面に移動させて落とす。加圧空気洗浄の別の変形は、加圧空気が非定常な様式において出口面からフィルタ全体を通り押し進められるパルスされるフローベンチを包含する。
【０００８】
これらの方法は、ある程度成功的ではあるが、多くの不都合を有し、それらは本発明が克服する。往復運動するノズルの場合では、ノズルとフィルタとの間にシールが存在しない。それ故に、空気は、フィルタを通って真っ直ぐには押し進められず、代わりに、抵抗が最も少ない経路をとることがある。この経路は、多くの場合、詰まったフィルタエレメントまたはチャネルを通るのではなく、フィルタの周囲またはフィルタから離れたところである。パルス流技術の場合では、端部キャップがフィルタの出口に適合し、パルス空気が即座にフィルタ全体を通り押し進められる。ここでもまた、この方法の有効性は、空気が（詰まった領域から離れた）抵抗が最も少ない経路をとるという事実によって制限される。この結果として、多くの場合、フィルタの全部分は、洗浄プロセスによる影響を受けない。
【０００９】
利用可能な洗浄方法のさらなる制限は、洗浄プロセス中のフィルタにおける滞留物レベル（または、詰まりの程度）ならびに洗浄後のフィルタの清浄度を定量化するためのｉｎ  ｓｉｔｕ情報の欠如である。局所の詰まり及び欠陥は、多くの場合、洗浄プロセスでは目に見えない。フィルタを最も効率的に洗浄するための洗浄プロセスパラメータを最適化するために、フィルタ内部の滞留物の分量または特性を確認することがさらに望ましい。滞留物レベルまたはフィルタ詰まりの程度のｉｎ  ｓｉｔｕ知識によって、大抵の洗浄システムの場合に現在使用されているように規定の時間ではなく、フィルタが洗浄されたときに洗浄プロセスを終了することも可能になる。
【００１０】
現在の空気圧または空気流洗浄技術の別の制限は、技術の大エネルギ及びインフラ要求である。例えば、非接触の空気ノズルまたは空気ナイフの手法は、ノズルにおけるかなりの量の空気を周囲環境に放つことがある。いくつかの実施例において、これらのシステムは、２０ｓｃｆｍ〜１２０ｓｃｆｍ以上の範囲の流量及び１００〜１５０ｐｓｉ以上のノズル圧力において動作することがある。これらのシステムは、大きくかつ高価な空気圧縮機ならびに空気処理及び調節システムを必要とする。これらのノズルベースの洗浄プロセスはフィルタに接触またはそれをシールしないので、高圧空気の大部分が、フィルタ表面からそれる、フィルタの周囲を流れる、ノズルから遠い領域においてフィルタを通って低速で流れる、またはきれいなもしくは詰まりが最小限であり得るフィルタの領域を通る抵抗が最も少ない経路を辿る。これらのシステムは、粗悪な結果を生み出すだけではなく、プロセスにおいて空気の大部分が浪費もされる。本発明は、フィルタの表面の周囲にシールを作り出し、導かれる高圧空気が詰まったフィルタの領域を通り局所的に流れ、故に、より低いシステム費用、インフラ要求及びより少ない浪費エネルギを伴う優れた結果を生み出す。
【００１１】
高圧圧縮空気のパルスを、フィルタ容積全体を通るように導くパルス流の方法は、フィルタから抜ける空気損失を減少するが、大きいかつ高価な空気圧縮機及びインフラも必要となる。高圧は、安全上の危険を示し、騒音となる望ましくない「爆発」音も生み出すことがある。高圧パルスの突然のバーストも、作業環境に滞留物が漏出する及び抜け出るという追加のリスクを取り込み、健康上及び安全上の危険を示す。さらに、これらのシステムの最大圧力及び流量は高くなり得るが、個々のチャネルを通る局所流は（流れを受ける大きなフィルタ区域を前提とすると）低く、抵抗が最も少ない経路も辿る。空気ノズル手法と同様に、パルスされた洗浄剤は、フィルタからの不完全な及び非効率的な滞留物除去も起こす。
【００１２】
化学溶液、水を用いた湿式洗浄方法などの代替的な洗浄手法、さらには超音波をフィルタに合わせる液体を使用する超音波洗浄も使用される。これらの洗浄方法は、特定のフィルタ媒体との化学的不適合または具体的なフィルタ構成（特定のタイプの粒子フィルタの場合では、繊維マット材など）との不適合を含む制限を被る。湿式洗浄システムの追加の制限は、洗浄に続くフィルタからの洗浄液体または溶液の乾燥または除去、ならびに流体それ自体のリサイクリングまたは処理のための追加のステップを含むことである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
前にリストした実施例は、広範囲の用途及び使用フィールドに対しての相当な有用性を有する、フィルタ媒体上またはその内部において捕集された粒子状物質または滞留物を取り除く及び除去する改善されたプロセスに対する必要性を際立たせる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本開示に記載したフィルタの滞留物洗浄システム及び方法は、直接の、高度に局在化された、フィルタの強制空気による洗浄が、捕集された滞留物媒体を効率的に除去することを可能にする。洗浄プロセス前、中または後に、フィルタまたは滞留物媒体の清浄度を局所レベルにおいて及び集合として定量化することも可能になる。
【００１５】
本発明は、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注いで、フィルタの一つ以上の局所領域から滞留物を取り除く及び除去するための手段を備えた、フィルタから滞留物を除去するためのシステムに関する。
【００１６】
一実施形態において、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注ぐための手段は、フィルタの一つ以上の局所領域をシールする流体ノズルを備える。
【００１７】
一実施形態において、システムは、さらに、流体ノズルをフィルタの一つ以上の局所領域に位置付けるための作動機構を備える。
【００１８】
一実施形態において、作動機構は、流体ノズルを二次元内において動かし、中心軸を中心にして回転可能なスピンドル、スピンドルに取り付けられた線形ハウジング、線形ハウジングに備え付けられた少なくとも一つの線形軸受棒、及びキャリッジを備える。ノズルはキャリッジに備え付けられており、そして線形アクチュエータに沿う線形軸受棒によって、キャリッジ及びキャリッジに備え付けられたノズルの往復運動が可能になる。
【００１９】
一実施形態において、システムは、さらに、流体ノズルを三次元内において動かすための垂直アクチュエータを備える。
【００２０】
一実施形態において、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注ぐための手段は、導管ハウジング内に収容される一つ以上の導管と協調してフィルタをシールする、一つ以上のバルブを備えたマニホールドを備える。一つ以上のバルブは、フィルタの一つ以上の局所領域に対応する導管の一つ以上を通り流体が流れるよう開閉するように適応する。
【００２１】
一実施形態において、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注ぐための手段は、フィルタの入口または出口に位置付けられ、そしてフィルタの入口または出口の他方に、導管ハウジング内に収容される一つ以上の導管と協調してフィルタの入口または出口の他方をシールする、多くのバルブのうちの一つを備えた別のマニホールドを備えた、真空または圧力をフィルタの一つ以上の局所領域に印加するための手段をさらに備える。バルブの一つ以上は、フィルタの一つ以上の局所領域に対応する導管の一つ以上を通り真空または圧力を印加するよう開閉するように適応する。
【００２２】
一実施形態において、一つ以上のセンサが、フィルタの局所領域の一つ以上における滞留物の量を測定する。
【００２３】
本発明は、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注いで、フィルタの一つ以上の局所領域から滞留物を取り除く及び除去するステップを含む、フィルタから滞留物を除去するための方法にも関する。
【００２４】
一実施形態において、方法は、さらに、規定の時間の経過後、フィルタの局所領域の一つを通る流体の流れを止めるステップと、ノズルをフィルタの他の局所領域に動かすステップと、フィルタの他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、を含む。
【００２５】
一実施形態において、方法は、さらに、規定の最小時間の経過後、フィルタの局所領域の一つにおけるパラメータを測定するステップと、規定の最小時間の経過後、パラメータが規定値である場合に、フィルタの局所領域の一つを通る流体の流れを止めるステップと、ノズルをフィルタの他の局所領域に動かすステップと、フィルタの他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、を含む。
【００２６】
一実施形態において、方法は、さらに、規定の最小時間の経過後、フィルタの局所領域の一つにおけるパラメータが規定値ではない場合に、規定の最大時間の間、フィルタの局所領域の一つを通る流体の流れを継続するステップと、規定の最大時間の経過後、フィルタの局所領域の一つにおけるパラメータが規定値である場合に、フィルタの局所領域の一つを通る流体の流れを止めるステップと、フィルタの他の局所領域の各々に前述のステップを繰り返すステップと、を含む。
【００２７】
一実施形態において、方法は、さらに、規定の最大時間の経過後、フィルタの局所領域の一つにおけるパラメータが規定値ではない場合に、前述のステップを繰り返すステップを含む。
【００２８】
一実施形態において、パラメータはフィルタの局所領域の一つ以上を通る流体の流量であり、さらに、規定の時間の経過後、流体の流量が規定の閾値超である場合に、フィルタの局所領域の一つ以上を通る流体の流れを止めるステップを含む。
【００２９】
一実施形態において、方法は、さらに、フィルタの熱再生を実施するステップを含む。
【００３０】
一実施形態において、方法は、さらに、流体をフィルタの一つ以上の局所領域に注ぐステップ前及び／または後に、フィルタの一つ以上の局所領域を検査及び解析するステップを含む。
【００３１】
一実施形態において、フィルタの一つ以上の局所領域を検査及び解析するステップは、フィルタの重量、滞留物容積、フィルタチャネルの全長、滞留物組成、またはフィルタの一つ以上の局所領域における滞留物の位置の一つ以上を測定するステップを含む。
【００３２】
本発明の追加の利益及び利点は、添付の図面と併せて、次の実施形態の記述及び添付の特許請求の範囲から、本発明に関連する当業者に明らかになる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】作動された加圧ノズルを使用するフィルタ滞留物除去システムを描写する。
【図２】フィルタ媒体の一部分をシールする加圧流体供給を描写する。
【図３】フィルタ媒体の両端部における流体導管束と協調したバルブのあるマニホールドを使用する自動フィルタ滞留物除去システムを描写する。
【図４】時間及び流量測定フィードバックとともに、位置付けられたノズルを使用する一つの可能な洗浄方法を例証する例示的なフローチャートを描写する。
【図５】洗浄プロセスを詳述する例示的なフローチャートを描写する。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１は、フィルタ媒体１０２の一部分をシールするノズル１１４を通じて注がれた加圧流体の組み合わせを使用する自動フィルタ滞留物除去システムの一実施形態を表す。別の実施例ではバルブのあるマニホールドまたは流体導管群などの他の手段によってもまたは手動手段でも達成できるが、この実施形態における自動化は、ノズルが物理的に動かされる作動システム１２０を通じて達成される。
【００３５】
ノズル１１４を物理的に動かす目的のための作動機構１２０が図１に表される。一実施形態において、スピンドル１１６が、ステッパモータなどのアクチュエータ１２６を手段として中心軸を中心にして回転するが、任意のアクチュエータを使用することもできる。スピンドル１１６は線形ハウジング１０６に取り付けられ、ここには一つ以上の線形軸受棒１０８が備え付けられる。線形アクチュエータ１２２に沿うこれらの棒１０８によって、キャリッジ１１０は前後に動くことができる。線形ハウジング１０６が回転し、キャリッジ１１０が行き来するので、キャリッジ１１０の物理的位置は、二次元平面空間内において任意の位置に動くことができる。
【００３６】
この実施形態における作動機構１２０によって、二次元の極座標空間内におけるノズル１１４の位置付けが可能になる。しかしながら、デバイスは、ノズルを動かす目的のための任意の座標系またはアクチュエータの組み合わせ、及び任意の座標系を使用することができる。これは、例えば、デカルト座標によって表されるようなｘ及びｙ方向においてノズルが動く二次元線形作動ステージを含むことができる。この実施形態では、ノズルを正確な位置に動かすのにステッパモータ１２２及び１２６が使用される。位置フィードバックをもつ直流モータ、エンコーダを備えた角度ポジショナ、ラックアンドピニオンシステム、空気圧もしくは油圧シリンダ、線形モータ、または線形及び／または回転作動のための任意の他の手段を含む代替的な作動方法を用いることができる。通例、洗浄されるフィルタの表面をスキャンして、どの時点でも局所領域における洗浄を実行する任意の方法を使用できる。別の実施形態では、同じ結果を達成するように、ノズル１１４を固定して、フィルタ媒体１０２を動かすまたは回転することもできる。
【００３７】
この実施形態では、ノズル１１４を三次元内において動かすために、垂直アクチュエータ１１２がキャリッジ１１０に備え付けられる。アクチュエータ１１２は、加圧流体供給装置１２４も含有し、それによって動力を与えられるが、ソレノイド、スクリュまたは他の手段によって動力を与えても良いし、加圧流体供給装置は、他の場所に収容されても良い。
【００３８】
別の実施形態では、二次元作動機構１２０及び垂直アクチュエータ１１２は、３自由度を有する単一システムに一体化しても良い。別の実施例では、複数の作動システムを使用しても良い。システムが動作中である時間のすべてまたは一部分においてノズル１１４がフィルタ媒体１０２にシールされているのであれば、フィルタ媒体１０２と相対的なノズル１１４の位置または方位を変更するために、任意の位置決めまたは作動システムまたはアセンブリを用いることができる。
【００３９】
フィルタ媒体１０２は、ノズル１１４がその表面の上方の平面において動くように作動機構１２０の下方に備え付けることができる。アクチュエータ１１２は、ノズル１１４とフィルタ１０２との間にシールが作り出されるようにノズル１１４をフィルタ媒体１０２の表面に下げるように作動し、加圧流体を高速でフィルタ１０２の局所領域を通るように流す。供給圧力は、実施形態の具体的な幾何学的形状、フィルタ媒体の性質、ならびに所望の流量及び条件に大きく応じて決めることができる。例えば、流体供給は、２５ｐｓｉｇ〜２００ｐｓｉｇの範囲であっても良い。流体供給は、定常的、一時的または脈動的であっても良い。
【００４０】
別の実施形態では、ノズル１１４は、フィルタ媒体１０２の下方に備え付けても良いし、一つのノズルがフィルタ１１４の上方かつ一つのノズルがフィルタ１１４の下方に位置する二つのノズル１１４を使用しても良い。別の実施形態では、複数のノズル１１４を使用し、連続して、並行してまたはそのいくぶんの模倣において作動させることができる。フィルタが使用中であるときの一つの流れは、主要な流れの反対方向になる。
【００４１】
フィルタ媒体１０２の支持材１０４が、除去された滞留物がフィルタ１０２の反対側を通って外に出ることができるように設計される。この滞留物は、廃棄しても良いし、捕集して解析しても良い。
【００４２】
滞留物除去は、フィルタ１０２または捕集媒体から粒子状物質を取り除くための振動の使用を含んでも良いし、含まなくても良い。振動を使用するときには、それはフィルタ媒体１０２に直接的に印加しても良いし、間接的に印加しても良い。つまり、示すように振動要素１１８は、フィルタ媒体１０２に直接的に付け加えても良いし、洗浄スタンド１０４を通じてアクチュエータ機構１０６に、ノズル１１４を通じて、筺体を通して、または何らかの他の手段によって間接的に付けても良い。振動は、加圧された流体の洗浄前、中もしくは後のいずれにも、またはその任意の組み合わせにおいて印加することができる。この実施形態では、振動は、洗浄中に印加され、ｇが重力に起因する加速度である場合に１０ｇ〜２００ｇの加速度の範囲であっても良い。しかしながら、一実施形態では、超音波周波数を含む任意の振動レベル及び周波数を使用することができる。
【００４３】
別の実施形態では、フィルタ媒体１０２は、局所的に流体を注ぐことができるように、ノズル１１４に対して動く、またはその位置を調整することができる。この実施形態は、移動性の静止ノズル、位置付けられたフィルタ媒体、またはノズルとフィルタ位置制御とのいくつかの組み合わせを含むことができる。
【００４４】
加圧流体を利用する現在のフィルタ洗浄技術は、フィルタを通る流体の全体的な流れ、または洗浄されるフィルタの上方の所与の高さにおける二次元空間内でのフィルタの上方でのノズルの移動を包含する。それ故に、流体は、大きな区域にわたる抵抗が最も少ない経路をとり得、これはこれらの技術の最も重要な不都合となる。図２は、作動によってノズル２０４が下げられて、フィルタ２０２の表面をシールするところのこの問題に対する解決策を例証する。それ故に、加圧流体は、ノズル２０４からフィルタ媒体２０２を通って流れるように押し進められ、故に、既にきれいな経路を通る、またはフィルタ２０２それ自体の周囲もしくはそれから離れる選択流を阻止する。
【００４５】
例証する実施形態では、ノズル２０４は、フィルタ表面と垂直な方向２０６において下げられる。ノズル２０４とフィルタ２０２との間のシールを改善するために、ガスケットまたはリングシール２０８を使用することができる。その結果、加圧流体は、フィルタ表面と垂直な方向２０６においてノズル２０４を通り、そしてフィルタ媒体２０２を通って流れるように導かれる。ノズル２０２を通る流量は、供給圧力及び洗浄媒体（気体、液体または固体）に高度に応じて変化させる及び決めることができる。この実施形態では、流量は、例えば、供給圧力、ノズル２０４サイズ及びフィルタ媒体の清浄度を含むその性質に応じて、１０ｓｃｆｍ〜１５０ｓｃｆｍの範囲にすることができる。
【００４６】
別の実施形態では、フィルタ２０２それ自体が、それ自体とノズルとをシールするように動くまたは位置付くことができる。この実施形態では、ノズル、濾過媒体またはそれらのいくつかの組み合わせの位置付けが可能である。
【００４７】
図３は、フィルタの表面における空間的位置決めを得るために、流体導管群と協調したバルブのあるマニホールド３０８を通じた作動を使用して、フィルタの表面と相対的に洗浄ノズルの位置を動かすための追加の作動システムの必要性を完全にまたは部分的に回避することができるデバイスの代替的な実施形態を例証する。
【００４８】
一実施形態において、フィルタ媒体３０２は、固定することができる。ここに示すようにフィルタ出口または上側に導管ハウジング３０４が取り付けられる。ハウジング３０４は、フィルタ３０２をシールする。一つの特定の実施形態では、ハウジング３０４は、流体がフィルタ３０２内を通り抜けることができる、そして固定できるまたは調整可能であるひと続きの貫通穴からなることができる。ハウジング３０４は、流体導管３０６の群も収容する。導管３０６は、バルブ作動のマニホールド３０８からの加圧流体をハウジング３０４に運ぶ。バルブ作動のマニホールド３０８は、加圧流体供給装置３１０によって供給される。別の実施形態では、フィルタ媒体３０２は、導管ハウジング３０４に関連して動き、その位置を調整することができる。
【００４９】
一実施形態において、流体は、供給装置３１０からマニホールド３０８に流れる。バルブまたはひと続きのバルブ３１４が、流体が導管ハウジング３０４を通じて、フィルタ３０２の表面における特定の位置に対応する特定の導管３０６を通り流れることができるように開閉する。ガスケットまたは他の手段の使用を通じてハウジングをフィルタにシールすることによって、流体がその特定の位置におけるフィルタを通って進むことが保証される。それ故に、位置制御によってではなく、バルブによる作動を通じて流量の局所的な制御が保証される。
【００５０】
代替的に、図３におけるフィルタ３０２の底面に例証するようなフィルタの入口にシステムを適用することによってもこの構成を使用できる。この事例では、ハウジング３０４は、ガスケットまたは他の手段によってフィルタの入口をシールする。導管３０６が、ハウジングと、バルブまたはひと続きのバルブ３１６を備えた第二のバルブのあるマニホールド３０８とを接続する。しかしながら、この事例では、マニホールドは、一実施形態では真空源３１２または別の実施形態では圧力源によって供給される。一実施形態において、圧力源を利用して、フィルタの背部を通じた滞留物の漏出を検出する、またはフィルタからの滞留物除去を向上するための乱流を生成することができる。漏出検出のための前方流の使用では、導管の集合を用いても用いなくても良いが、これは単一ノズルを通じたものであっても良い。
【００５１】
別の実施形態では、真空は、導管束３０６及びハウジング３０４と協調したバルブのあるマニホールド３０８の使用を通じて、フィルタ媒体３０２の入口面における具体的な位置に適用することができる。流体は、マニホールド３０８から真空供給装置３１２に流れるように導くことができる。バルブまたはひと続きのバルブは、流体が導管ハウジング３０４を通ってフィルタ３０２の表面における特定の位置に対応する特定の導管３０６を通り流れることができるように開閉する。ガスケットまたは他の手段の使用を通じてハウジングをフィルタにシールすることによって、流体がその特定の位置におけるフィルタを通って進むことが保証される。この実施形態では、二つの側面のうちの一つは、導管の群ではなく単一導管を含んでも良い。つまり、供給装置３１０からの加圧流体を、バルブまたはひと続きのバルブ３１４を備えたバルブのあるマニホールド３０８によって、フィルタ３０２の背面における導管群３０６を通じて局所的に導くことができ、一方で真空は、前面における単一導管３０６を通じて引き込まれる。代替的に、加圧流体を、単一導管３０６を通じてフィルタ３０２に導き、一方で真空を、導管群３０６及びバルブまたはひと続きのバルブ３１６を備えたバルブのあるマニホールド３０８を通じて前面に局所的に印加することもできる。
【００５２】
図３に例証するようなバルブによる作動方法を使用して、加圧流体をフィルタの背部媒体に注ぐ、負のゲージ圧における流体をフィルタ媒体の前面に注ぐ、または圧力及び真空の任意の組み合わせを利用することができることの任意の組み合わせまたは構成を使用することができる。
【００５３】
別の実施形態では、フィルタ媒体それ自体が、加圧流体もしくは真空のいずれかまたはそれらのいくつかの組み合わせを用いて、具体的な一つ以上の領域を通じて局所的に流体を導くように動くまたは位置付くことができる。この実施形態は、圧力、真空またはそれらのいくつかの組み合わせと同じ局所的な適用効果を生み出すような、作動とバルブのあるマニホールドとの組み合わせも含むことができる。
【００５４】
本発明の一つの有意な利点は、流れ特性、大まかな衛生度、清浄度、及びフィルタ媒体の他の性質を局所的に測定する能力である。現在のフィルタ洗浄技術は、仮にあったとしてもフィルタの全体的な流れ抵抗に関する情報しか提供できない。しかしながら、本発明では、具体的なフィルタ位置における流れ及び清浄度特性の測定が可能になる。これらの測定には、加圧流体供給装置と一列に並んだ圧力及び／または流量センサ、またはシステムを通じる流量を測定する他の手段の追加を伴うことがある。各位置において、非常に高い圧力差または非常に低い圧力差のいずれかとともに、詰まった（低流動性）位置及びきれいな（高流動性）位置、さらには損傷領域も特定するために、流量測定を為すことができる。加えて、滞留物除去プロセスを最適化するために、各位置における時間の長さは変えることができる。流量及び圧力測定によって、各位置におけるノズルの規定のまたはｉｎ−ｓｉｔｕのドウェル時間及び流量を考慮することができる。後者の場合は、流量測定は、流量が許容可能な閾値を超えて増大したときに応じて、所与の位置における洗浄が完全である場合を信号で伝えるのに使用できる。圧力、流量及びドウェル時間情報を使用して、さらなる洗浄及び検査を必要とする区域の位置決めを援助する、フィルタのフローマップを作図することができる。そのようなマップは、詰まった領域または機能不全の領域それぞれを示す、高いまたは低い流量制限をもつ領域の空間的指標を付与する。
【００５５】
図１を参照するように、導管１２４内の圧力及び流量を測定するための一つ以上の圧力センサ及び一つ以上の流量センサは、ノズル１１４及び導管１２４と一列に（または、それと流体連絡するように）備え付けることができる。圧力及び流量センサは、同一のものであっても良いし、別個のものであっても良い。任意のタイプの圧力センサ及び任意の適切な流量センサ、または流量測定システムまたは方法を使用することができる。
【００５６】
別の実施形態は、調整可能なノズルを含むことができる。さらなる洗浄またはより局所的な洗浄が必要な区域が特定されたときに、上流圧力またはノズルの幾何学的形状の調整によって、これらに限定されないが、流量、速度及び音波状態を含む流れ特性を変更するようにノズル寸法を調節できる。ノズル寸法は、具体的な使用サイズに、または詰まりに対処するように調整できる。これらの調整は、出口直径、存在する場合にはスロート直径、ノズル断面形状、またはそれらの組み合わせの変更を含むことができる。ノズル形状及びサイズの調整は、流量測定に関連させても良いし、洗浄手順の一部として実行しても良い。
【００５７】
現在のまたは瞬間の滞留物レベルまたは詰まりを決定するための他の進歩的な検知技術もｉｎ−ｓｉｔｕで使用することができる。一つのそのような実施例には、セラミックフィルタ内部の瞬間の粒子状物質の充填を決定するための無線周波数検知があり得る。ただし、任意の滞留物検知技術を任意のフィルタ基質に使用できる。
【００５８】
図４は、時間及び流量測定フィードバックとともに位置制御されたノズルを使用する一つの可能なフィルタ滞留物除去方法を例証するフローダイヤグラムを描写する。任意の所与の位置におけるノズル滞留時間を、瞬間の流量とともに追跡記録することができる。最小滞留時間またはノズルドウェル時間が達し、所与の位置における瞬間の流量が閾値超であるならば、ノズルは、次の位置に動くことができる。流量に加えて、（閾値未満の測定される圧力を基準が要求する場合には）圧力、または任意の他の適切なパラメータも使用することができる。特に、フィルタ効率を低減する裂け目のある壁がフィルタにある場合には、洗浄または検査のための潜在的領域を指し示す、洗浄されたフィルタのマップを生成することができる。別の実施例では、マップは、フィルタ内部の高流量制限または詰まりの領域を指し示すことができる。
【００５９】
一つの例示の方法及び実施形態において、フィルタを最初に洗浄装置に備え付ける４０２。洗浄プロセスを開始する４０４とすぐに、ノズルがその開始位置に動く４０６。この時点で、主要な洗浄サイクルを始めることができる。
【００６０】
最初にノズルをフィルタ基質上に下げ４０８、ノズルとフィルタとの間にシールを作り出す。シールが作り出されると、流体がノズルを通じてフィルタ内に入る４１０。流体が入った４１０後、プロセスは、ノズルを通ったフィルタ内への流量を測定し始める４１４。同時に、プロセスは、指定の付加的な待機期間を必要とする４１２。これは規定であっても良く、これにより流体が、捕捉された滞留物のいくつかを解放する及び外に出すことが可能になる。指定の待機時間４１２の経過後、プロセスは、最小洗浄時間に達したか否かを決定するための論理条件を要求する４１６。時間に達しなかった場合には、プロセスは、待機状態に戻る４１２。最小時間に達した場合には、プロセスは、フィルタを通る流量または圧力が許容可能な閾値に達したか否かを決定するための第二の論理条件に進むことができる４１８。この時点で、流量が洗浄部分を暗示するのに十分でない場合には、プロセスは、その特定の位置での滞留時間が特定の上値に達したかどうかを決定するための第三の論理条件に進むことができる４２０。そうでない場合には、プロセスは、シーケンスを繰り返す待機時間インクリメントに戻ることができる。流量が閾値限界値超４１８または最大時間が経過した４２０のいずれかの場合には、プロセスは、流れを止める４２２に進むことができる。この時点で、ノズルを上昇し４２４、そしてプロセスは、洗浄プロセス全体が完了したか否かを決定するためのその最終の論理条件４２６に進行することができる。完了していない場合には、ノズルは、次に続く位置においてプロセスを繰り返すことができる次の位置に動くことができる４２８。そうでなければ、プロセスは、完了し、終了することができる４３０。
【００６１】
この実施形態は、フィルタの各位置における最小滞留時間４１６及び最大滞留時間４２０の両方を記載する。この実施形態は、その特定の位置におけるフィルタの流れ抵抗を決定するために、流量などの測定分量も利用する４１４ことができるが、これは圧力を含む任意の分量であっても良い。しかしながら、他の実施形態では、各位置における滞留時間を決定するために、種々の測定分量を使用することができる。そのような分量は、背圧、Ｘ線解析、共鳴または非共鳴手段を使用する無線周波数問い合わせ、重量測定、光もしくはレーザ透過または吸収測定、超音波探傷、音響測定、テラヘルツ測定、または任意の他の適切な測定システムなどの全体的なまたは空間的に固有のパラメータを含むことができる。代替的に、プロセスは、フィードバックのための測定分量を使用しない、各位置における固定された滞留時間を包含することができる。
【００６２】
図５は、フィルタ洗浄プロセスの一つの例示の実施形態のフローダイヤグラムを示す。ステップは、図１〜図４を参照して記載したシステム及び方法または任意の他の適切な洗浄システムを使用して実行できる。第一のステップ５１０において、フィルタ１０２を入手し、製造番号、部品番号、フィルタサイズ、幾何学的形状、材料、または任意の他の識別または関連情報を含み得る情報を記録することができる。次に、続くステップ５１２において、情報をデータベースに入力するまたは任意の適切な手段によって記録することができる。記録は、手入力であっても良いし、例えば、一実施例では走査または画像処理による自動のものであっても良い。
【００６３】
さらなる次のステップ５１４において、検査、解析または一つ以上の試験を実施して、フィルタの状態、滞留物の蓄積の程度、またはフィルタもしくは機器の機能不良もしくは不具合の指標に関する情報を確認することができる。一実施形態において、検査及び解析ステップ５１４は、以下の測定または解析、すなわち、フィルタの重量、滞留物容積、開口チャネルの全長、滞留物組成、またはフィルタ内部の滞留物の位置の一つ以上を含むことができる。局所領域における所与の流量の低圧力降下（または、所与の圧力降下に関する高い流量）は、フィルタの不具合も指し示すことができる。加えて、染み、異常な堆積、煤もしくは滞留物の漏出、石油、燃料もしくは冷却剤材料の堆積、亀裂、孔、プリーツの欠け、末端プラグの欠け、チャネルにおける裂け目などの不適切な動作の兆候、または異常な動作の他の兆候、もしくはフィルタの欠陥もしくは不具合についてのフィルタ表面の目視検査も実施することができる。ボアスコープ、ファイバースコープ、Ｘ線、光解析、または何らかの他の手段によって、フィルタ１０２の内部検査も遂行することができる。
【００６４】
検査及び解析ステップ５１４に利用できるツールまたは測定／検査技術の実施例は、これらに限定されないが、ピンゲージまたは降下棒による測定、Ｘ線解析、共鳴または非共鳴手段を使用する無線周波数問い合わせ、ラマンを使用する材料解析、Ｘ線回折、誘導結合プラズマ、蛍光Ｘ線、エネルギ分散Ｘ線、フーリエ変換赤外分光分析法、重量測定、光もしくはレーザ透過または吸収測定、光ボックス測定、超音波探傷、音響測定、テラヘルツ測定、または任意の他の適切な測定システムを含むことができる。フィルタにわたる流量及び圧力降下のいずれかまたは両方を測定するような、フローベンチテストなどを通じたフィルタ流量制限の測定も使用できる。好ましい実施形態において、フィルタの流量制限は、動作中にフィルタが受ける流量に類似する流量の範囲にわたって評価され、フィルタにわたる具体的な流量及び圧力降下が測定される。
【００６５】
フィルタ材料または捕集された滞留物のサンプルは、ステップ５１４における次の解析または特性化のために、フィルタ１０２の表面またはチャネルもしくはフィルタ１０２のプリーツの内部から除去することもできる。一つの例示の実施形態において、滞留物サンプルを一つ以上の位置においてフィルタ１０２から除去し、組成解析を受けさせることができる。さらなるステップ（図５には示さない）において、組成解析を使用して、フィルタが据え付けられている機器または機械類の動作状態を決定または推定することができる。一つの例示の実施形態において、滞留物解析の結果を使用して、高い石油の消費量、質の悪い燃料、インジェクタの機能不良、冷却剤の漏出、上流フィルタもしくは排気触媒または任意の他のシステムコンポーネントの不具合を検出することができる。
【００６６】
検査ステップ５１４の結果を使用して、ステップ５１６において、フィルタが洗浄、再調節または再製造するのに適切か否かを決定することができる。一実施例において、ステップ５１４の結果が、亀裂、融解した領域、フィルタ部分の欠け、末端プラグの欠け、焼結堆積物、または（化学結合などによって）除去できない滞留物の蓄積などのフィルタの不具合の兆候を検出した場合には、その結果、ステップ５３２においてフィルタ１０２を拒否し、次のステップ５３４において、廃棄またはリサイクルすることができる。いくつかの場合において、フィルタ１０２の不具合または欠陥の程度に応じて、（図示しない）ステップにおいて不具合または欠陥を修復することができ、フィルタ１０２は洗浄プロセスフローにおけるステップ５１０またはステップ５１６に戻した。フィルタの修復は、セルの再差し込みまたは欠けた末端プラグの交換、触媒材料の追加、マット材または被覆の交換などを含むことができる。
【００６７】
ステップ５１６において、フィルタ１０２が洗浄または再製造するのに適切であると決定された場合には、フィルタ１０２は、熱再生ステップ５１８を受けることができる。熱再生は、置いておく再生もしくはハイアイドル再生、バーナ、インライン電気ヒータ、マイクロ波加熱、プラズマ支援再生などのエンジンを使用して、または窯、オーブンもしくは炉、もしくはフィルタ１０２を加熱するための任意の他の適切な手段を使用して実施することができる。再生ステップ５１８において、供給的な酸素、水素またはＮＯｘ（ＮＯ２）を含む追加のガス状成分を適用しても良いし、しなくても良い。再生は、８時間〜４０時間などの規定の時間、または任意の適切な時間であっても良い。別の実施形態では、再生は、圧力、重量、無線周波数、光学的な、光ベースのＸ線または任意の他の適切な測定によって決定されるものとして、煤及び可燃性物質がフィルタから実質的に除去されるまで実施することができる。
【００６８】
一実施形態において、温度はランプ速度で増大し、再生プロセス中の設定点の温度を制御することができる。別の実施形態では、室温のまたは加熱された空気を取り込んで、フィルタ１０２の一部分またはすべてを通して流すことができる。別の実施形態では、一実施例では灰などの不燃性滞留物の容積縮小を優先的に誘発する６００℃超の温度を再生プロセス中に達成することができる。
【００６９】
再生ステップ５１８に続いて、ステップ５２０において再生の完全性の決定を為すことができる。ステップ５２０は、煤または可燃性物質が十分に酸化されたか否かを決定することを包含する。決定は、目視検査、ボアスコープもしくはハイバースコープの使用、重量測定、ピンゲージ測定、Ｘ線もしくは光学的測定、または任意の他の適切な測定もしくは検査方法に基づいて為すことができる。流量制限または圧力降下の測定も使用することができる。ステップ５２０において煤または可燃性物質が十分に酸化されていないことを決定した場合には、ステップ５３６に指し示されているようにステップ５１６を繰り返すことができる。
【００７０】
ステップ５２０においてフィルタ１０２が十分に再生されていることを決定した場合には、その結果、ステップ５２２において灰または滞留物の洗浄及び除去を開始することができる。滞留物除去は、図１〜図４を参照して記載したように、空気圧または振動手段を含むことができる。洗浄は、所定の時間継続することができ、例えば、フィルタ全体１０２または全体よりも少ないその一部分にわたる圧力または流量の測定を通じて、もしくは無線周波数測定、Ｘ線測定、（一実施例では質量または容積などによる）除去される量または滞留物の測定、もしくは別の実施例ではフィルタに残存する滞留物の量の測定、または任意の他の適切な測定による、フィルタ詰まりまたは滞留物レベルのｉｎ  ｓｉｔｕ測定に基づいて制御することができる。ｉｎ  ｓｉｔｕ測定を使用して、（振動洗浄を使用する場合には）振動レベルまたは空気流量もしくは圧力などの、洗浄システムについての動作及びプロセスパラメータを制御することができる。
【００７１】
ステップ５２２に続いて、５２４に指定するように追加の検査、解析または試験ステップを完了することができる。検査及び解析ステップ５２４は、ステップ５１４を参照して記載したようなフィルタ状態または性能の測定の少なくとも一つを含むことができる。検査及び解析ステップ５２４の結果を使用して、ステップ５２６に基づいて、フィルタが許容可能な状態に戻ったか否かを決定することができる。フィルタ１０２が許容可能な状態に戻っていない場合には、プロセスは、ステップ５１６、さらには（図５に明確には示さない）ステップ５１０または５１２を繰り返すことができる。
【００７２】
ステップ５２６においてフィルタ１０２が許容可能な状態に戻ったことを決定した場合には、ステップ５２８において、洗浄プロセスのステップ５１８〜５２４の結果を、データベース、レコード、ログブックまたは適切な場所に記録し、そしてステップ５３０において、任意の適切な手段を使用して、フィルタ１０２を顧客に戻すことができる。
【００７３】
図５にリストされたすべてのステップを完了する必要はなく、そしてまたステップは、リストされた順序またはシーケンスにおいて完了する必要もない。例えば、ステップ５１８は、フィルタ１０２に蓄積された可燃性物質が無視してよいレベルである場合には除外することができる。別の実施例では、フィルタ１０２に含まれる不燃性物質が無視してよい量である場合には、ステップ５２２を除外することができる。別の実施例では、ステップ５１０〜５１４またはステップ５２４を除外することができる。それ故に、明確に記載されないが、同じ全体的な目的を達成できる、図５にリストされたものに基づいて思い付くことができるステップの多くの組み合わせが存在する。
【００７４】
前の記述は多くの特異性を含むが、任意の実施形態の範囲を限定しないものとして、その現在の好ましい実施形態の例示として解釈されるはずである。さまざまな実施形態の教示内において多くの他の分岐及び変化が可能である。例えば、洗浄システムの構成及びレイアウトは、本明細書に記載したものから容易に変更することができ、代替的な実施形態は、構成要素のすべてを含んでも含まなくても良く、本開示に記載したシステムの動作方法のすべてを利用してもしなくても良い。
【００７５】
本開示が、粒子フィルタ洗浄システム及び方法だけでなく、汚染物質または任意の他の物質によるフィルタ充填の知識、フィルタ動作の制御も重要である、例えば、エアフィルタ、液体フィルタ、フィルタバッグハウスなどの任意のタイプのフィルタを洗浄するためのシステム及び方法にも関することが当業者に明らかである。
【００７６】
故に、本発明の範囲は、所与の実施例ではなく、添付の特許請求の範囲及びそれらの法的な均等物によって決定されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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