JP4468190B2 - フィルタ目詰まり検出装置および検出方法 - Google Patents

Description

本発明は、冷却装置に冷却用のファンと共に組み込まれた空気濾過用のフィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出装置、及びフィルタ目詰まり検出方法に関する。

各種の電気機器、冷暖房装置、コンピュータ等の情報処理装置等においては、一般に装置の筐体内に発熱源が存在する。したがって、この発熱源を冷却対象として例えばファンを用いて強制冷却を実施するようにしている。

具体的には、筐体の冷却対象を挟んだ互いに対向する側壁に空気の吸気口と排気口とを設け、ファンで、吸気口から外部の空気を吸入して、冷却対象に対して冷却用の空気流を生起させる。この冷却用の空気は冷却対象の熱を吸収して、高温の空気に変換されて排気口から外部に排気される。さらに、吸気口近傍には、ファン及び冷却対象に向かう空気を濾過するフィルタが設けられている。

このような機器や装置に組み込まれた冷却装置においては、この機器や装置が設置された環境にもよるが、長期間稼働するとフィルタが目詰まりを起こす。フィルタに塵埃により目詰まりが生じた場合、ファンが正常に動作しているにも関わらず、筐体内が冷却されずに機器や装置が停止する恐れがある。したがって、目詰まりが発生すると、このフィルタを洗浄したり交換したりする必要がある。

また、冷却能力が低下した場合に、低下した原因がファンの故障なのか、それとも、フィルタの目詰まりなのかを正確に検出することが出来ず、復旧作業時間が長くなってしまう。そのため、フィルタの目詰まりを正確に検出する検出手法が必要とされている。

このような不都合を解消するために、筐体内に風速センサを設置し、フィルタを通して筐体内に流入する空気の流速を測定し、流速がしきい値を下回った場合にフィルタに目詰まりが発生したと判断する手法が特許文献１の「フィルタ目詰まり監視方法および電子機器」に提唱されている。

また、特許文献２の「空気調和装置用フィルタ目詰まり検出装置」には、送風機（ファン）の通電電流値を測定し、別途測定された室温と設定温度との温度差に基づいて決定された基本回転速度に対応した基本電流値と測定された通電電流値とを比較し、測定された通電電流値が基本電流値よりも小さい場合にフィルタの目詰まりが発生したと判断する手法が提唱されている。
特開２００３−１１５６８３号公報 特許第２５１１２１９号公報

しかしながら、上述した各フィルタ目詰まり検出手法においても、まだ解消すべき次のような課題があった。

すなわち、特許文献１に提唱された風速センサを用いる場合においては、風速センサは形状が大きく非常に高価である。また、特許文献２に提唱された送風機（ファン）の通電電流値を測定する場合、送風機自体が故障している場合においても回転速度が低下するために、送風機が故障した場合でもフィルタ目詰まりと検出してしまう恐れがあるために、フィルタ目詰まりを単独で正確に検出することが困難である。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成で、フィルタの目詰まりを単独で正確に検出することができるフィルタ目詰まり検出装置、およびフィルタ目詰まり検出方法を提供することを目的とする。

上記課題を解消するために、本発明は、冷却対象に対して冷却用の空気流を生起するファンと、このファンで生起される空気流の流路におけるファンより上流側に配設されファン及び冷却対象に向かう空気を濾過するフィルタとを備えた冷却装置におけるフィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出装置において、空気流の流路における少なくともフィルタを挟んで互いに離間した位置に設置され、各設置位置の温度を検出する一対の温度センサと、ファンの回転速度を検出する速度検出手段と、この速度検出手段で検出された回転速度に対応する一対の温度センサの設置位置間の温度差のしきい値を算出するしきい値算出手段と、一対の温度センサで検出された各設置位置の温度から求めた設置位置間の温度差が算出されたしきい値を超えると、フィルタに目詰まりが発生したと判定する目詰まり判定手段とを備えている。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出装置においては、フィルタの前後の温度を検出する一対の温度センサを設け、フィルタ前後の温度差を求めている。また、ファンの回転速度を検出している。さらに、検出した回転速度に対応するフィルタ前後の温度差のしきい値を算出している。

このファンの回転速度Ｚとフィルタ前後の温度差Ｔのしきい値Ｔhとの関係を図２を用いて説明する。ファンで生起される空気流の流路におけるファンより上流側に配設されファン及び冷却対象に向かう空気を濾過する機能を有するフィルタにおいても、僅かながら断熱機能を有するので、フィルタ前後で温度差Ｔが生じる。この温度差Ｔはフィルタを通過する空気の流量が大きいと小さくなり、空気の流量が小さいと大きくなる。フィルタを通過する空気の流量はファンの回転速度Ｚに対応するので、フィルタ前後の温度差Ｔはファンの回転速度Ｚの増加に対して減少する関数Ｆ₁（Ｚ）となる。

Ｔ＝Ｆ₁（Ｚ） …(1)
フィルタに目詰まりが生じると、フィルタ前後の温度差Ｔは大きくなる。しかし、フィルタに目詰まりが生じたときの時の温度差Ｔはファンの回転速度Ｚによって変化する。また、許容温度も回転速度Ｚによって変化する。よって、フィルタに目詰まりが生じたときの時の温度差Ｔのしきい値Ｔhも、温度差Ｔの関数Ｆ₂（Ｚ）となる。

Ｔh＝Ｆ₂（Ｚ） …(2)
したがって、一対の温度センサで検出されたフィルタ前後の各温度Ｘ、Ｙの温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が、その時のファンの回転速度Ｚにおけるしきい値Ｔhを超えると、フィルタに目詰まりが生じたと判定できる。

なお、ファンが故障して、ファンの回転速度Ｚが低下、又はファンの回転が停止した場合は、フィルタ前後の温度差Ｔも大きくなるが、温度差Ｔのしきい値Ｔh自体も大きくなるので、このファンの故障を「フィルタの目詰まり」と誤判定することはない。

よって、フィルタの目詰まりを単独で確実に検出することができる。

また、別の発明は、上述した発明のフィルタ目詰まり検出装置に対して、さらに、目詰まり判定手段が目詰まり発生を判定したとき、フィルタ目詰まりアラームを外部機器に出力するアラーム出力手段を付加している。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出装置においては、フィルタ目詰まりを外部機器にて遠隔監視できる。

また、別の発明は、上述した発明のフィルタ目詰まり検出装置に対して、さらに、一対の温度センサのうちの冷却対象に近い方の温度センサで検出された温度に対応するファンの下限回転速度を設定する下限回転速度設定手段と、設置位置間の温度差が算出されたしきい値を超えないときで、かつ、速度検出手段が検出したファンの回転速度が設定された下限回転速度を下回ると、ファンの故障と判定する故障判定手段とを備えている。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出装置において、一対の温度センサのうちの冷却対象に近い方の温度センサで検出される冷却対象近傍の温度Ｙとファンの下限回転速度Ｚminとの関係を図３を用いて説明する。

一般的に、ファンは冷却対象が予め定められた設定温度Ｔsになるようにその回転速度Ｚが自動制御される。したがって、検出された温度Ｙが設定温度Ｔsより大幅に大きい場合は、ファンの目標回転速度Ｚsは、温度を低下させようとして、大きな値となる。逆に、検出された温度Ｙが設定温度Ｔsより少しだけ大きい場合は、ファンの目標回転速度Ｚsは小さい値となる。

このように、ファンの目標回転速度Ｚsは、その時検出された温度Ｙの関数Ｆ₃（Ｙ）となる。

Ｚs＝Ｆ₃（Ｙ） …(3)
ここで、ファンの目標回転速度Ｚsからその時検出された温度Ｙで設定された許容範囲を減じた回転速度をファンの下限回転速度Ｚminと定義すると、下限回転速度Ｚminも温度Ｙの関数Ｆ₄（Ｙ）となる。

Ｚmin＝Ｆ₄（Ｙ） …(4)
したがって、検出したファンの回転速度Ｚが、その時検出された温度Ｙで設定された下限回転速度Ｚmin（＝Ｆ₄（Ｙ））を下回ると、ファンの故障と判定できる。なお、この故障判定は、フィルタ目詰まりが発生していない条件、すなわち、フィルタ前後の各温度Ｘ、Ｙの温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が、その時のファンの回転速度Ｚにおけるしきい値Ｔhを超えないときにおいて有効である。

このように、フィルタ目詰まりとファンの故障とを個別に検出できる。

また、別の発明は、冷却対象に対して冷却用の空気流を生起するファンと、このファンで生起される空気流の流路におけるファンより上流側に配設されファン及び冷却対象に向かう空気を濾過するフィルタとを備えた冷却装置におけるフィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出方法において、空気流の流路における少なくともフィルタを挟んで互いに離間した位置に設置された一対の温度センサで、各設置位置の温度を検出する温度検出ステップと、ファンの回転速度を検出する速度検出ステップと、この速度検出ステップで検出された回転速度に対応する一対の温度センサの設置位置間の温度差のしきい値を算出するしきい値算出ステップと、温度検出ステップで検出された各設置位置の温度から求めた設置位置間の温度差が算出されたしきい値を超えると、フィルタに目詰まりが発生したと判定する目詰まり判定ステップとを備えている。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出方法においては、先に説明したフィルタ目詰まり検出装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

また、別の発明は、上述した発明のフィルタ目詰まり検出方法に対して、さらに、目詰まり判定ステップが目詰まり発生を判定したとき、フィルタ目詰まりアラームを外部機器に出力するアラーム出力ステップを付加している。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出方法においても、先に説明したフィルタ目詰まり検出装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

また、別の発明は、上述した発明のフィルタ目詰まり検出方法に対して、さらに、一対の温度センサのうちの冷却対象に近い方の温度センサで検出された温度に対応するファンの下限回転速度を設定する下限回転速度設定ステップと、設置位置間の温度差が算出されたしきい値を超えないときで、かつ、速度検出ステップで検出したファンの回転速度が設定された下限回転速度を下回ると、ファンの故障と判定する故障判定ステップとを付加している。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出方法においても、先に説明したフィルタ目詰まり検出装置とほぼ同じ作用効果を奏することが可能である。

本発明においては、フィルタの前後の温度を検出する一対の温度センサを設け、フィルタ前後の温度差を求めて、この温度差が、この時点で検出した回転速度に対応するフィルタ前後の温度差のしきい値を超えると、フィルタ目詰まりと判定している。

したがって、簡単な構成で、フィルタの目詰まりを単独で正確に検出することができる。

以下、本発明の一実施形態を図面を用いて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係わるフィルタ目詰まり検出方法が適用されフィルタ目詰まり検出装置が組込まれた冷却装置の概略構成を示す断面模試図である。

箱形形状を有する筐体１の前方側壁１ａに冷却用の空気７の吸気口２が形成され、筐体１の後方側壁１ｂに冷却用の空気７の排気口３が形成されている。筐体１内における吸気口２から排気口３までの冷却用の空気７の流路に沿って、上流側から下流側へ、フィルタ４、ファン５、冷却対象６が配列されている。ファン５は冷却対象６に対して冷却用の空気７の矢印方向の流を生起する。ファン５の回転数に応じたパルス信号を発生するセンスピンがファン５に備えられている。このセンスピンからの信号に基づき、図示しない変換手段によりファン５の回転速度が求められ、この求められたファン５の回転速度Ｚはマイクロコンピュータからなる演算部１０へ送出される。フィルタ４は、吸気口２から流入し、ファン５及び冷却対象６に向かう空気７を濾過する。

さらに、吸気口２とフィルタ４とに間には入口温度センサ８が配設され、ファン５と冷却対象６との間には出口温度センサ９が配設されている。すなわち、入口温度センサ８と出口温度センサ９とは、冷却用の空気７の矢印方向の流路におけるフィルタ４の上流側及び下流側に配設されている。

なお、入口温度センサ８を吸気口２の外側へ取り付けることも可能である。また、出口温度センサ９は、フィルタ４の下流側位置から排気口３までの任意位置に取り付けることも可能である。入口温度センサ８で検出された入口温度Ｘ、及び出口温度センサ９で検出された出口温度Ｙは、演算部１０へ入力される。演算部１０はフィルタ４の目詰まりとファン５の故障とを検出して、アラーム（警報）をインターネット１１を介して監視員１２が常駐する管理室に設置された外部機器としての遠隔監視装置１３に送信する。

図４は、マイクロコンピュータからなる演算部１０の概略構成を示すブロック構成図である。記憶部１４内にはしきい値特性メモリ１５と下限回転速度メモリ１６とが設けられている。

しきい値特性メモリ１５内には、図２を用いて説明したように、ファン５の回転速度Ｚと、出口温度Ｙから入口温度Ｘを差し引いたフィルタ４前後の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）との関係を実験的に求めた(2)式で示されるしきい値特性が記憶されている。

Ｔh＝Ｆ₂（Ｚ） …(2)
下限回転速度メモリ１６内には、図３を用いて説明したように、冷却対象６に近い方の出口温度センサ９で検出される出口温度Ｙと、下限回転速度Ｚminとの関係を実験的に求めた(4)式で示す下限回転速度特性が記憶されている。

Ｚmin＝Ｆ₄（Ｙ） …(4)
センスピンで検出されたファン５の回転速度Ｚは、しきい値算出部１７及び故障判定部１８へ入力される。入口温度センサ８で検出された入口温度Ｘは温度差算出部１９へ入力される。さらに、出口温度センサ９で検出される出口温度Ｙは温度差算出部１９及び下限回転速度設定部２０へ入力される。

しきい値算出部１７は、しきい値特性メモリ１５内に記憶されている(2)式で示されるしきい値特性［Ｔh＝Ｆ₂（Ｚ）］に、入力された現在時点の回転速度Ｚを代入して、現在時点の回転速度Ｚに対応する温度差Ｔのしきい値Ｔhを算出して、目詰まり判定部２１へ送出する。温度差算出部１９は、現在時点の出口温度Ｙから現在時点の入口温度Ｘを差し引いて温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）を求めて目詰まり判定部２１へ送出する。

目詰まり判定部２１は、現在時点の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が現在時点の回転速度Ｚに対応するしきい値Ｔhを超えると（Ｔ＞Ｔh）、フィルタ４に目詰まりが発生したと判定し、アラーム出力部２２へフィルタ目詰まり発生を通知する。なお、現在時点の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が現在時点の回転速度Ｚに対応するしきい値Ｔh以下の場合（Ｔ≦Ｔh）、フィルタ４に目詰まりが発生していなくて、フィルタ４は正常であると判定し、ファン５に対する故障判定部１８へフィルタ正常を通知する。

アラーム出力部２２は、フィルタ目詰まり発生を受領すると、通信部２３、インターネット１１を介して監視員１２が監視している遠隔監視装置１３へ「フィルタ目詰まり発生アラーム」を送出する。遠隔監視装置１３は「フィルタ目詰まり発生アラーム」を表示器に表示出力すると共に警報音を発生する。

下限回転速度設定部２０は、下限回転速度メモリ１６内に記憶されている(4)式で示される目標回転速度特性［Ｚmin＝Ｆ₄（Ｙ）］に、入力された現在時点の出口温度Ｙを代入して、現在時点の出口温度Ｙに対応する下限回転速度Ｚminを算出して、故障判定部１８へ送出する。故障判定部１８は、目詰まり判定部２１からフィルタ正常が通知されている条件において、現在時点の回転速度Ｚが現在時点の出口温度Ｙに対応する下限回転速度Ｚminを下回ると（Ｚ＜Ｚmin）、ファン５が故障していると判定し、アラーム出力部２４へファン故障発生を通知する。

アラーム出力部２４は、ファン故障を受領すると、通信部２３、インターネット１１を介して遠隔監視装置１３へ「ファン故障発生アラーム」を送出する。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出装置の全体の動作を図５の流れ図を用いて説明する。先ず、入口温度センサ８で現在時点の入口温度Ｘを検出し（ステップＳ１）、
出口温度センサ９で現在時点の出口温度Ｙを検出し（Ｓ２）、センスピンで現在時点のファン５の回転速度Ｚを検出する（Ｓ３）。

次に、しきい値算出部１７で現在時点の回転速度Ｚに対応する温度差Ｔのしきい値Ｔhを算出する（Ｓ４）。さらに、下限回転速度設定部２０で現在時点の出口温度Ｙに対応する下限回転速度Ｚminを算出する（Ｓ５）。

現在時点の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が現在時点の回転速度Ｚに対応するしきい値Ｔhを超えると（Ｔ＞Ｔh）、フィルタ４に目詰まりが発生したと判定し（Ｓ６）、遠隔監視装置１３へ「フィルタ目詰まり発生アラーム」を送出する（Ｓ７）。

また、現在時点の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が現在時点の回転速度Ｚに対応するしきい値Ｔh以下（Ｔ≦Ｔh）の場合（Ｓ６）、現在時点の回転速度Ｚが現在時点の出口温度Ｙに対応する下限標回転速度Ｚminを下回る（Ｚ＜Ｚmin）と（Ｓ８）、ファン５が故障していると判定し、遠隔監視装置１３へ「ファン故障発生アラーム」を送出する（Ｓ９）。

フィルタ目詰まり及びファン故障が発生していない場合は（Ｓ６、Ｓ８）、Ｓ１へ戻り、再度、入口温度センサ８で現在時点の入口温度Ｘを検出する。

このように構成されたフィルタ目詰まり検出装置においては、フィルタ４の前後の温度Ｘ、Ｙを検出する入口温度センサ８と出口温度センサ９を設けている。また、ファン５の現在の回転速度Ｚを検出している。そして、検出した現在の回転速度Ｚに対応するフィルタ前後の温度差Ｔのしきい値Ｔhを算出している。さらに、フィルタ４の前後の現在の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）を求め、この求めた現在の温度差Ｔ（＝Ｙ―Ｘ）が現在の回転速度Ｚに対応する値Ｔhを超えたときに、フィルタ目詰まり発生と判定している。

前述したように、ファン５が故障して、ファン５の回転速度Ｚが低下、又はファン５の回転が停止した場合は、フィルタ５前後の温度差Ｔも大きくなるが、温度差Ｔのしきい値Ｔh自体も大きくなるので、このファン５の故障を「フィルタ目詰まり」と誤判定することはない。よって、フィルタの目詰まりを単独で確実に検出することができる。

さらに、「フィルタ目詰まり」でないときに、検出したファンの回転速度Ｚが、その時検出された温度Ｙで設定された下限回転速度Ｚmin（＝Ｆ₄（Ｙ））を下回ると、ファンの故障と判定している。

このように、上述した実施形態のフィルタ目詰まり検出装置及びフィルタ目詰まり検出方法においてはフィルタ目詰まりとファンの故障とを個別に検出できる。

なお、上述した実施形態のフィルタ目詰まり検出装置の他に、ファン５の故障を検出する手段として、ただ単に、ファン５の回転速度Ｚのみを監視し、この回転速度Ｚが予め設定された下限回転速度Ｚ_L未満に低下した場合に、ファン故障と判定してもよい。

本発明の一実施形態に係わるフィルタ目詰まり検出方法が適用され、フィルタ目詰まり検出装置が組込まれた冷却装置の概略構成を示す断面模試図 本発明の動作原理を説明するためのしきい値特性を示す図 同じく本発明の動作原理を説明するための目標回転特性及び下限回転特性を示す図 本発明の一実施形態に係わるフィルタ目詰まり検出装置に組込まれた演算部の概略構成を示すブロック図 同実施形態に係わるフィルタ目詰まり検出装置の全体動作を示す流れ図

符号の説明

１…筐体、２…吸気口、３…排気口、４…フィルタ、５…ファン、６…冷却対象、７…空気、８…入口温度センサ、９…出口温度センサ、１０…演算部、１１…インターネット、１２…監視員、１３…遠隔監視装置、１４…記憶部、１５…しきい値特性メモリ、１６…下限回転速度メモリ、１７…しきい値算出部、１８…故障判定部、１９…温度差判定部、２０…下限回転速度設定部、２１…目詰まり判定部、２２，２４…アラーム出力部、２３…通信部

Claims (6)

1. 冷却対象に対して冷却用の空気流を生起するファンと、このファンで生起される空気流の流路における前記ファンより上流側に配設され前記ファン及び冷却対象に向かう空気を濾過するフィルタとを備えた冷却装置における前記フィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出装置において、
   前記空気流の流路における少なくとも前記フィルタを挟んで互いに離間した位置に設置され、各設置位置の温度を検出する一対の温度センサと、
   前記ファンの回転速度を検出する速度検出手段と、
   この速度検出手段で検出された回転速度に対応する前記一対の温度センサの設置位置間の温度差のしきい値を算出するしきい値算出手段と、
   前記一対の温度センサで検出された各設置位置の温度から求めた設置位置間の温度差が前記算出されたしきい値を超えると、前記フィルタに目詰まりが発生したと判定する目詰まり判定手段と
   を備えたことを特徴とするフィルタ目詰まり検出装置。
2. 前記目詰まり判定手段が目詰まり発生を判定したとき、フィルタ目詰まりアラームを外部機器に出力するアラーム出力手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のフィルタ目詰まり検出装置。
3. 前記一対の温度センサのうちの前記冷却対象に近い方の温度センサで検出された温度に対応する前記ファンの下限回転速度を設定する下限回転速度設定手段と、
   前記設置位置間の温度差が前記算出されたしきい値を超えないときで、かつ、前記速度検出手段が検出した前記ファンの回転速度が前記設定された下限回転速度を下回ると、前記ファンの故障と判定する故障判定手段と
   を備えたことを特徴とする請求項１又は２記載のフィルタ目詰まり検出装置。
4. 冷却対象に対して冷却用の空気流を生起するファンと、このファンで生起される空気流の流路における前記ファンより上流側に配設され前記ファン及び冷却対象に向かう空気を濾過するフィルタとを備えた冷却装置における前記フィルタの目詰まりを検出するフィルタ目詰まり検出方法において、
   前記空気流の流路における少なくとも前記フィルタを挟んで互いに離間した位置に設置された一対の温度センサで、各設置位置の温度を検出する温度検出ステップと、
   前記ファンの回転速度を検出する速度検出ステップと、
   この速度検出ステップで検出された回転速度に対応する前記一対の温度センサの設置位置間の温度差のしきい値を算出するしきい値算出ステップと、
   前記温度検出ステップで検出された各設置位置の温度から求めた設置位置間の温度差が前記算出されたしきい値を超えると、前記フィルタに目詰まりが発生したと判定する目詰まり判定ステップと
   を備えたことを特徴とするフィルタ目詰まり検出方法。
5. 前記目詰まり判定ステップが目詰まり発生を判定したとき、フィルタ目詰まりアラームを外部機器に出力するアラーム出力ステップを備えたことを特徴とする請求項４記載のフィルタ目詰まり検出方法。
6. 前記一対の温度センサのうちの前記冷却対象に近い方の温度センサで検出された温度に対応する前記ファンの下限回転速度を設定する下限回転速度設定ステップと、
   前記設置位置間の温度差が前記算出されたしきい値を超えないときで、かつ、前記速度検出ステップで検出した前記ファンの回転速度が前記設定された下限回転速度を下回ると、前記ファンの故障と判定する故障判定ステップと
   を備えたことを特徴とする請求項４又は５記載のフィルタ目詰まり検出方法。

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