DE4126733A1 - Verfahren und vorrichtung zum nachweis der verschmutzung des luftfilters eines luefters - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum nachweis der verschmutzung des luftfilters eines lueftersInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung
zum Nachweis der Verschmutzung des eintrittsseitigen Luft
filters eines Lüfters gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1
bzw. 4.
In Schaltschränken und sonstigen Gehäusen von Computern,
elektronischen Geräten usw. wird Verlustwärme erzeugt, die
zu Störungen bzw. Ausfällen führen kann. Um dies zu ver
meiden, werden Lüfter verwendet, die Frischluft in das
Gehäuse blasen. Die erzeugte Verlustwärme wird von der
Frischluft aufgenommen und austrittsseitig nach außen abge
führt. Dabei wird in der Regel die Luft in das Gehäuse
eingeblasen, damit in dem Gehäuse ein leichter Überdruck
aufrechterhalten wird, der das Eindringen von Staub verhin
dert. Damit die Innentemperatur des Gehäuses nicht über den
zulässigen Wert ansteigt, muß eine ausreichende Frischluft
zufuhr gewährleistet sein. Die zunehmende Verschmutzung des
eintrittsseitigen Luftfilters, üblicherweise eine Filter
matte, verringert die Frischluftzufuhr und gefährdet damit
die Betriebssicherheit.
Es ist daher in der Praxis üblich, die Filtermatten routine
mäßig in empirisch ermittelten Zeitintervallen oder aufgrund
visueller Kontrolle auszutauschen. Das Auswechseln in festen
Zeitintervallen führt dazu, daß häufig noch funktionsfähige
Filtermatten ausgetauscht werden, was kostenaufwendig ist.
Das Auswechseln aufgrund der visuellen Erscheinung ist
unsicher, da je nach Färbung der anfallenden Staubpartikel
eine zu starke oder eine zu geringe Verschmutzung vorge
täuscht werden kann.
Es ist weiter bekannt, die Verschmutzung des Luftfilters
durch Messung der Strömungsgeschwindigkeit der Luft zu
bestimmen. Hierzu kann beispielsweise die Druckdifferenz vor
und hinter der Filtermatte bestimmt werden, oder es kann die
durch die Luftströmung bewirkte Kühlung eines temperaturemp
findlichen Widerstands ausgenützt werden. Diese Verfahren
arbeiten entweder ungenau, oder es muß ein unvertretbar
hoher Aufwand betrieben werden, um die erforderliche Ge
nauigkeit zu erzielen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, mit kostengünsti
gen Mitteln einen zuverlässigen und genauen Nachweis der
Verschmutzung des Luftfilters eines Lüfters zu ermöglichen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfah
ren nach Anspruch 1 und die Vorrichtung nach Anspruch 4.
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den
rückbezogenen Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung nützt die Erkenntnis aus, daß sich das radiale
Geschwindigkeitsprofil der vom Lüfter austretenden Luftströ
mung charakteristisch ändert, wenn der eintrittsseitige
Luftfilter verschmutzt und sich dadurch dessen Luftdurchsatz
verringert. Wird nämlich durch die Verschmutzung des ein
trittsseitigen Luftfilters die Frischluftzufuhr zu dem
Lüfter verringert, so reduziert sich die austrittsseitige
Luftströmung in Geschwindigkeit und Volumen nicht gleich
mäßig über die radiale Verteilung. Der Lüfter fördert viel
mehr in dem radial äußeren Bereich auch bei reduzierter
Frischluftzufuhr noch eine wesentliche Luftmenge. Reicht
aufgrund der Verschmutzung des eintrittsseitigen Luftfilters
die zuströmende Frischluft nicht aus, um die im radial
äußeren Bereich von dem Lüfter austrittsseitig ausgeblasene
Luftmenge nachzuliefern, so saugt der Lüfter im radial
inneren Bereich von der Austrittsseite Luft an, d. h. im
radial inneren Bereich des Austrittsquerschnitts kehrt die
Luftströmungsrichtung um, und es bildet sich ein torusförmi
ger Ringwirbel.
Erfindungsgemäß wird die Änderung der radialen Geschwindig
keitsverteilung der Strömung der Luft an der Austrittsseite
des Lüfters als Nachweis für die Verschmutzung des ein
trittsseitigen Luftfilters verwendet. Sinkt die Strömungsge
schwindigkeit im radial mittleren Bereich auf der Austritts
seite des Lüfters unter einen bestimmten Betrag ab, so wird
dies als Signal dafür verwendet, den eintrittsseitigen
Luftfilter, in der Regel eine Filtermatte, auszutauschen.
Vorzugsweise wird die Umkehr der Strömungsrichtung detek
tiert, um das Überschreiten der zulässigen Verschmutzung
anzuzeigen. Die Bestimmung der Strömungsumkehr ist mit
besonders einfachen Mitteln zu realiseren, da es nicht
notwendig ist, die Strömungsgeschwindigkeit dem Betrage nach
zu bestimmen. Störeinflüsse, wie z. B. die Lufttemperatur,
Spannungsschwankungen und dergleichen, die sich auf die
Bestimmung der Strömungsgeschwindigkeit dem Betrage nach
auswirken können, beeinflussen die Bestimmung des Umkehr
punktes der Strömungsgeschwindigkeit nicht.
Für das erfindungsgemäße Verfahren kann das Profil der
Strömungsgeschwindigkeit über die gesamte radiale Verteilung
bestimmt werden, wozu ein radial verschiebbarer Sensor oder
mehrere radial verteilte Sensoren verwendet werden. In einer
für die meisten Anwendungsfälle ausreichenden besonders
kostengünstigen Ausführung genügt es jedoch, im radial
inneren Bereich des Austrittsquerschnittes einen Sensor
anzuordnen, der die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt
und/oder insbesondere die Umkehr der Strömungsrichtung
detektiert. Eine Bestimmung des Betrages der Strömungsge
schwindigkeit ermöglicht eine kontinuierliche, z. B. analoge
Anzeige des Verschmutzungsgrades, wobei der Zeitpunkt bzw.
der Verschmutzungsgrad, bei welchem ein Auswechseln des
Filters vorgesehen wird, frei gewählt werden kann. Die
Bestimmung des Betrages der Strömungsgeschwindigkeit macht
allerdings in der Regel eine Kompensation von Störeinflüssen
und eine entsprechende Eichung notwendig. Die Detektion der
Umkehr der Strömungsrichtung gibt ein einfaches Signal bei
dem entsprechenden Verschmutzungsgrad, welches beispielswei
se optisch oder akustisch angezeigt werden kann oder ein
Relais oder eine Triggerschaltung ansteuert. In dieser
Ausführung sind die Anforderungen an den Sensor geringer, da
in der Regel eine Kompensation von Störeinflüssen und eine
exakte Eichung nicht erforderlich sind.
Als Sensoren können im wesentlichen alle Sensoren verwendet
werden, die auf die Strömungsgeschwindigkeit der Luft an
sprechen. Insbesondere können die bekannten Sensoren einge
setzt werden, die die von der Luftströmung abhängige Kühlung
eines elektrischen Widerstands ausnützen oder auf Druckdif
ferenz ansprechen.
Besonders einfach sind Sensoren, bei welchen ein der Luft
strömung ausgesetztes Plättchen elastisch ausgelenkt wird
und die Auslenkung als Maß für die Luftströmung ausgewertet
wird. Das Plättchen kann insbesondere eine einseitig einge
spannte Blattfeder sein, die mit ihrem freien Ende in den
radial inneren Bereich der austrittsseitigen Luftströmung
ragt. Die Auslenkung kann magnetisch z. B. durch ein magne
tisch aktives Halbleiterelement, wie z. B. einen Hall-Sensor,
bestimmt werden. Ebenso können Dehnungsmeßstreifen oder
induktive oder kapazitive Näherungssensoren zur Bestimmung
der Auslenkung verwendet werden. Schließlich kann auch die
Auslenkung bei Umkehr der Strömungsrichtung durch eine
Lichtschranke abgetastet werden.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeich
nung schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher
erläutert. Es zeigt
Abb. 1 einen Axialschnitt durch einen Lüfter bei
unverschmutztem Filter,
Abb. 2 den Lüfter bei verschmutztem Filter und
Abb. 3 ein Ausführungsbeispiel eines erfindungs
gemäß einsetzbaren Sensors.
Wie Fig. 1 zeigt, besteht der Lüfter aus einem Gehäuse 10,
in welchem ein durch einen Elektromotor 12 angetriebener
Axiallüfter 14 angeordnet ist. Auf der in der Zeichnung
linken Lufteintrittsseite des Gehäuses 10 ist ein Luftfilter
16 in Form einer Filtermatte eingesetzt. Auf der in der
Zeichnung rechten Austrittsseite weist das Gehäuse 10 einen
kreisringförmigen, zur Achse des Lüfters 14 koaxialen offe
nen Austrittsquerschnitt 18 auf.
Ist der Filter 16 unverschmutzt, so daß er den Luftdurch
tritt nicht behindert, so fördert der Lüfter 14, wie in
Abb. 1 durch die Pfeile angedeutet ist, die Luft im
wesentlichen laminar und wirbelfrei axial durch das Gehäuse
10. An dem Austrittsquerschnitt 18 bildet sich dabei ein
radiales Profil der Strömungsgeschwindigkeit aus, wie dies
in Abb. 1 durch das Profil 20 eingezeichnet ist. Diesem
Profil 20 entspricht eine über die gesamte radiale Breite
des Austrittsquerschnitts 18 im wesentlichen konstante in
Austrittsrichtung gerichtete Strömungsgeschwindigkeit.
Sobald der Filter 16 verschmutzt ist und dadurch der Ein
tritt von Frischluft (in der Zeichnung von links) stark
reduziert ist, bildet sich die in Abb. 2 durch Pfeile
eingezeichnete ringwirbelförmige Luftströmung in dem Gehäuse
10 aus. Der Axiallüfter 14 fördert durch die Zentrifugal
kräfte seiner Flügel die Luft in dem Gehäuse nach außen, so
daß in dem radial äußeren Bereich des Gehäuses 10 ein Über
druck entsteht, der in Abb. 2 durch + gekennzeichnet
ist. Im radial inneren Bereich des Gehäuses 10 entsteht ein
durch - gekennzeichneter Unterdruck. Der im radial äußeren
Bereich herrschende Überdruck führt dazu, daß im radial
äußeren Bereich des Austrittsquerschnitts 18 Luft in Aus
trittsrichtung ausströmt. Der Unterdruck im radial inneren
Bereich führt dazu, daß im radial inneren Bereich des Aus
trittsquerschnitts 18 Luft von der Austrittsseite in das
Gehäuse nach innen strömt, da der Zustrom von Frischluft
durch den verschmutzten Filter 16 nicht zum Ausgleich des
Unterdrucks ausreicht. Es bildet sich am Austrittsquer
schnitt 18 somit das in Abb. 2 gezeigte Strömungsprofil
22 aus. Im radial äußeren Bereich des Austrittsquerschnitts
18 strömt die Luft in Austrittsrichtung nach außen, während
im radial inneren Bereich des Austrittsquerschnitts 18 die
Luft mit entgegengesetzter Strömungsrichtung nach innen in
das Gehäuse 10 strömt.
Mit zunehmender Verschmutzung des frisch eingesetzten Fil
ters 16 ändert sich der Verlauf des Strömungsprofils konti
nuierlich von der anfänglichen Profilform 20 der Abb. 1
zu der Profilform 22 der Abb. 2.
Um diese Änderung des Strömungsprofils zu bestimmen und zum
Nachweis der Verschmutzung des Filters 16 auszunutzen, wird
erfindungsgemäß zumindest in dem radial inneren Bereich des
Austrittsquerschnitts 18 ein Sensor angeordnet, der die
Strömungsgeschwindigkeit ermittelt. In der einfachsten
Ausführung genügt ein Sensor, der auf die Umkehr der Strö
mungsrichtung anspricht und somit feststellt, wann der
Filter 16 so stark verschmutzt ist, daß nicht mehr ausrei
chend Frischluft durch den Filter 16 in das Gehäuse 10 ge
langt, so daß sich die in Abb. 2 durch Pfeile darge
stellten Ringwirbel bilden und eine ausreichende Wärmeabfuhr
durch die zugeführte Frischluft nicht mehr gewährleistet
ist.
Ein Ausführungsbeispiel eines solchen Sensors ist in
Abb. 3 dargestellt.
Mittig an dem Motor 12 ist das eine Ende einer streifenför
migen Blattfeder 24 befestigt. Das freie Ende der Blattfeder
24 ragt radial in den radial inneren Bereich des Austritts
querschnitts 18. Die Blattfeder 24 wird somit durch die
Luftströmung im radial inneren Bereich des Austrittsquer
schnitts 18 gegen ihre Eigenelastizität ausgelenkt. In dem
auslenkbaren Bereich der Blattfeder 24 ist ein kleiner
Permanentmagnet 26 angebracht. Dem Permanentmagnet 26 gegen
über ist an dem Motor 12 ein Hall-Detektor 28 befestigt.
Kehrt infolge der Verschmutzung des Filters 16 die Luft
strömung im radial inneren Bereich des Austrittsquerschnitts
18 ihre Richtung um, so bewegt sich die Blattfeder 24 auf
grund der in Abb. 3 durch einen Pfeil dargestellten
Luftströmung gegen den Motor 12, und der Permanentmagnet 26
nähert sich dem Hall-Detektor 28. Der Hall-Detektor 28
liefert damit ein Signal, welches ein Maß für die Strömungs
geschwindigkeit der Luft im radial inneren Bereich des
Austrittsquerschnitts 18 und damit ein Maß für die Ver
schmutzung des Filters 16 darstellt.
Claims (10)
1. Verfahren zum Nachweis der Verschmutzung des eintritts
seitigen Luftfilters eines Lüfters durch Messung der
Strömungsgeschwindigkeit der Luft an der Austrittsseite
des Lüfters, dadurch gekennzeichnet, daß die Änderung
des radialen Geschwindigkeitsprofils der Strömung an der
Austrittsseite des Lüfters als Nachweis für die Ver
schmutzung des Luftfilters verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit im radial
inneren Bereich des Strömungsprofils an der Austritts
seite verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die Umkehr der Strömungsrichtung im radial inneren
Bereich des Strömungsprofils an der Austrittsseite als
Nachweis für die Verschmutzung verwendet wird.
4. Vorrichtung zum Nachweis der Verschmutzung des ein
trittsseitigen Luftfilters eines Lüfters durch Messung
der Strömungsgeschwindigkeit der Luft an der Austritts
seite des Lüfters, gekennzeichnet durch wenigstens einen
Sensor zur Bestimmung des radialen Geschwindigkeitspro
fils (20, 22) am Austrittsquerschnitt (18) des Lüfters
(14).
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
mehrere Sensoren radial versetzt am Austrittsquerschnitt
(18) des Lüfters (14) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Sensor über die radiale Breite des Austrittsquer
schnitts (18) des Lüfters (14) verschiebbar angeordnet
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Sensor im radial inneren Bereich des Austrittsquer
schnitts (18) angeordnet ist, der die Strömungsgeschwin
digkeit mißt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß
der Sensor auf die Umkehr der Strömungsrichtung an
spricht.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeich
net, daß der Sensor ein durch die Luftströmung elastisch
auslenkbares Element (Blattfeder 24) aufweist, welches
in den radial inneren Bereich des Austrittsquerschnitts
(18) ragt und dessen Auslenkung gemessen wird.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Auslenkung des Elements (Blattfeder 24) magnetisch,
induktiv, kapazitiv, durch Dehnungsmeßstreifen oder
optisch bestimmt wird.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914126733 DE4126733C2 (de) | 1991-08-13 | 1991-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis der Verschmutzung des eintrittsseitigen Luftfilters eines Lüfters |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE19914126733 DE4126733C2 (de) | 1991-08-13 | 1991-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis der Verschmutzung des eintrittsseitigen Luftfilters eines Lüfters |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE4126733A1 true DE4126733A1 (de) | 1993-02-18 |
DE4126733C2 DE4126733C2 (de) | 1996-12-19 |
Family
ID=6438205
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19914126733 Expired - Fee Related DE4126733C2 (de) | 1991-08-13 | 1991-08-13 | Verfahren und Vorrichtung zum Nachweis der Verschmutzung des eintrittsseitigen Luftfilters eines Lüfters |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE4126733C2 (de) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1695752A1 (de) * | 2005-02-23 | 2006-08-30 | Behr GmbH & Co. KG | Vorrichtung zur Überwachung eins Filters sowie Verfahren zur Filterüberwachung |
FR2887984A1 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-05 | Saint Gobain Ct Recherches | Methode de controle non destructive d'un filtre a particule et dispositif de mise en oeuvre associe |
-
1991
- 1991-08-13 DE DE19914126733 patent/DE4126733C2/de not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Patent abstracts of Japan, C-573, 1989, 13/No. 95, JP 63-274422 (A) * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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FR2887984A1 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-05 | Saint Gobain Ct Recherches | Methode de controle non destructive d'un filtre a particule et dispositif de mise en oeuvre associe |
WO2007003839A2 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-01-11 | Saint-Gobain Centre De Recherches Et D'etudes Europeen | Methode de controle non destructive d'un filtre a particules et dispositif de mise en œuvre associe |
WO2007003839A3 (fr) * | 2005-06-29 | 2007-06-14 | Saint Gobain Ct Recherches | Methode de controle non destructive d'un filtre a particules et dispositif de mise en œuvre associe |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE4126733C2 (de) | 1996-12-19 |
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