JP2012088054A - 空気処理システム内のフィルタのフィルタ寿命を追跡する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】空気処理システムのための制御システムとこれに関連した方法。本発明は、一側面では、別々に求められた煙濃度と埃濃度との関数としてブロワ速度を制御するための制御システムおよび方法を提供する。
【解決手段】一実施形態では、この制御システムおよび方法は、速度間の不要な急激な変化に対処するために、モータ速度における変化の間の遅延された変数を提供する。本発明は、別の側面において、時間期間にわたってより均一な動作を実現するために、センサを較正するためのシステムおよび方法を提供する。本発明は、さらに別の側面において、時間期間にわたってよりむらがなくかつより均一なモータ速度を実現するためにモータを較正するためのシステムおよび方法を提供する。本発明は、さらに、時間、モータ速度、および／または、環境内の微粒子濃度のような検出された変数の関数としてよってフィルタ寿命を追跡するためのシステムおよび方法を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、制御システムおよび制御方法に関し、特に、空気処理システムのための制御システムおよび制御方法に関する。

空気処理システムは様々な制御システムと共に使用可能である。幾つかの空気処理システムが、モータ速度と動作時間とのような空気処理システムの動作の様々な側面をユーザが手動で制御することを可能にする手動制御システムを含む。これは、例えば紙巻き煙草の煙が室内に入る時に、環境条件に応答して、ユーザがモータ速度を手動で増大させることを可能にする。より複雑な制御システムの中には、モータ速度と動作時間とを含む選択動作の自動化を可能にするものがある。例えば、制御システムの中には、空気中の煙および微粒子の濃度に応答してモータ速度を調整する能力を有するシステムがある。これは、環境条件に合致するようにユーザが空気処理システムを連続的に調整することを不要にする。

時間の経過に応じて、従来のフィルタは、空気からフィルタされた汚染物質によって次第に埋め尽くされていく。汚染物質の蓄積は空気処理システムの性能に対して次第に大きな悪影響を与えていく。何らかの時点において、そのフィルタは、そのフィルタが交換されなければならない状態に達する。空気処理システムの中には、ユーザが適切なフィルタ交換時点を判定することを補助するために、使用状態を追跡しかつフィルタが交換されなければならない時点の概算を計算する能力を有する空気処理システムが存在する。典型的には、このタイプのシステムは、フィルタを交換しなければならない時に、点灯されたＬＥＤのような視覚表示を提供する。フィルタ寿命を追跡する能力を持たないシステムよりは改良されてはいるが、このタイプの従来の制御システムは、フィルタ寿命に関連する要因を過剰に簡略化し、したがって、フィルタ寿命の特に正確な概算を実現しないだろう。

既存の制御システムが空気処理システムの動作を自動化するのに役立つが、様々な環境条件を考慮することが可能なより効率的で効果的な制御システムが依然として必要とされている。この要求は、さらに、より正確で効果的なフィルタ寿命の追跡方法を有する制御システムにも及ぶ。

本発明は、一側面において、別々に測定された煙濃度と埃濃度とに応答して空気処理システムのブロワ速度を自動的に制御するためのシステムを提供する。

本発明は、別の側面において、自動動作モード中におけるモータ速度に対する可変的な遅延制御を実現するシステムを提供する。

本発明は、さらに別の側面において、空気処理システムの中に組み込まれている微粒子センサまたは化学センサを較正するためのシステムを提供する。

本発明は、さらに別の側面において、ブロワモータ速度を較正するためのシステムを提供する。

本発明は、さらに別の側面において、時間、ブロワ速度、および／または、微粒子濃度またはフィルタ中に蓄積された微粒子総量のような検出された変数の関数として、フィルタ寿命を追跡するシステムを提供する。

本発明のこれらの目的と利点と特徴とその他の目的と利点と特徴とが、現在の実施形態の詳細な説明を参照することによって容易に理解され認識されるだろう。

図１は、自動モータ速度制御アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図２は、埃アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図３は、煙アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図４は、微粒子レベル測定アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図５は、センサ較正アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図６は、モータ速度較正アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。 図７は、フィルタ寿命アルゴリズムの一実施形態の概略的な諸段階を示す流れ図である。

本発明を、プレフィルタと微粒子フィルタと臭気フィルタとを通過させて空気を移動させるブロワを有する空気処理システムに関連して説明する。この空気処理システムは、このシステムの動作を監視および制御する制御システムを含む。この制御システムは、一般的に、プログラム可能マイクロコントローラと１つまたは複数のセンサとのような従来通りの構成要素を含む。一実施形態では、この制御システムは、空気中の微粒子物質の量に関する情報を提供する微粒子センサと、ブロワモータの速度に関する情報を提供するＲＰＭセンサとを含む。

このマイクロコントローラは、複数の制御アルゴリズムを実行するように、および、センサからの入力を受け取るように構成されている。概略的に述べると、この制御システムは、微粒子センサの出力の関数としてブロワモータ速度を自動的に調整する自動動作アルゴリズムを含むだろう。この自動制御アルゴリズムは、ブロワモータ速度を決定するために別々の煙レベルアルゴリズムと埃レベルアルゴリズムとを使用するだろう。この制御システムは、さらに、異なる速度への調整を可能にする前にブロワが特定の速度の状態のままである最小時間量をユーザが制御することを可能にするための可変遅延アルゴリズムを含むだろう。この制御システムは、さらに、この制御システムの性能を向上させる較正アルゴリズムも含むだろう。一実施形態では、この較正アルゴリズムは、製造中における微粒子センサの較正と動作中の定期的な微粒子センサの較正とのためにに実行されることが可能な微粒子センサ較正アルゴリズムを含む。この較正アルゴリズムは、さらに、ブロワモータ速度の進行中の較正を実現するために実行されることが可能なモータ較正アルゴリズムを含むだろう。この制御システムは、さらに、プレフィルタと臭気フィルタと微粒子フィルタとの寿命を追跡するためのアルゴリズムを含んでもよい。この制御フィルタ寿命アルゴリズムは、時間、ブロワ速度、そのシステムの中に入る微粒子の合計量、および／または、微粒子濃度とに基づいてフィルタ寿命を追跡し、および、フィルタをクリーニングまたは交換することが必要である時に、インジケータを点灯するといった適切な動作を行うだろう。

次のセクションが、上述の制御アルゴリズムを詳細に説明する。

Ｉ． 自動モータ速度制御
本発明は、その一側面において、検出された変数の関数として空気処理システム内のブロワモータの速度を自動的に制御するためのアルゴリズムを提供する。例えば、一実施形態では、このシステムは、微粒子センサによって検出された微粒子の量の関数としてブロワモータ速度を自動的に増減する。この実施形態では、ブロワモータは、５つの別々のモータ速度の間で移行させられることが可能である。異なるモータ速度の数は、必要に応じて用途毎に変化させられてよい。一実施形態では、ブロワモータ速度は、従来の技術および装置を使用して、ブロワモータに供給される速度制御信号のパーセントデューティサイクルを変化させることによって調整される。

この実施形態では、空気処理システムは、空気中の微粒子物質の量に応じて変化する出力電圧を有する概ね従来通りの微粒子センサを含む。１つの適切な微粒子センサが、Ｓｈａｒｐから部品番号ＧＰ２Ｙ１０１０ＡＵとして入手可能である。この微粒子センサは、光センサから間隔を置かれているＬＥＤを含む。光センサは、そのセンサに到達するＬＥＤによって放出される光の量に比例している電圧を有する信号を供給するように構成されている。このセンサは、ＬＥＤによって放出される光がその光センサに対する直通路を持たないように構成されている。むしろ、ＬＥＤ光は、その光センサに向かって反射される場合にだけ、その光センサに到達する。空気中の微粒子は、ＬＥＤ光の一部を光センサに向けて方向付けるのに必要な反射を生じさせる。空気中の微粒子のサイズおよび／または数が大きければ大きいほど、光センサに反射される光の量が多くなり、および、したがって、出力電圧が大きくなる。この微粒子センサはアナログ信号を提供し、および、マイクロコントローラ上のアナログ入力に接続されてよい。このマイクロコントローラは、処理のための対応するディジタル信号にアナログ信号を変換するだろう。

上述したように、この制御システムは、５つの異なるブロワモータ速度の中の１つの速度でブロワモータを動作させるように構成されている。微粒子センサの測定値と異なるブロワモータ速度との間の直接的な相関を実現するために、測定可能なセンサの測定値の範囲が５つの部分範囲に分割される。この部分範囲の数は、所望のブロワ速度の数に応じて変化することが可能である。例えば、３つのブロワ速度が必要とされている場合には、測定可能なセンサ測定値は３つの別々の部分範囲に分割されるだろう。部分範囲を決定するための方法は用途毎に異なるだろう。これに加えて、部分範囲に対する速度の相関が変化するだろう。例えば、各々の部分範囲に関して２つの速度が存在することが可能である。
しかし、この実施形態では、部分範囲は、測定可能なセンサ測定値の範囲を５つの互いに同等の部分範囲に単純に分割することによって決定される。代替案として、この部分範囲は重み付けられてもよく、または、そうでない場合には、範囲全体の互いに不等の分割部分であってもよい。部分範囲を決定する別の方法の例を後述する。

一実施形態では、制御アルゴリズム１０が、特定の割合で微粒子センサから周期的な測定値を受け取る（図１を参照されたい）（１２）。例えば、一実施形態では、制御ソフトウェアは、５０ミリ秒毎に１回ずつ微粒子センサから測定値を取得する。この測定値の頻度は用途毎に異なってよい。実際には、より詳細に後述するように、この頻度は、センサ出力を較正するための機構として変化させられることが可能である。

一実施形態では、本発明は、一方のアルゴリズムが空気中の煙のレベルを測定する（１６）ように構成されており、他方のアルゴリズムが空気中の埃のレベルを測定する（１８）ように構成されている、２つの異なるアルゴリズムを使用して、周期的なセンサ測定値から微粒子レベルを求める（２０）。この微粒子レベルは、ブロワモータ速度を設定するために使用されることが可能であり（２２）、および、さらには、ユーザに対して表示されてもよい。煙が微粒子センサの出力に対してより穏やかではあるが一貫した影響を与えるということが判明している。一方、埃のような微粒子は、微粒子センサの出力におけるより多くのピークの原因となる。煙レベルと埃レベルとの両方の関数として、微粒子レベルを測定することと、したがってブロワモータ速度を決定することによって、向上した性能が実現される。

一般的に、埃アルゴリズム１００は、複数の連続した時間期間の全体にわたってピークセンサ測定値の集まりを考慮することによって動作する（１０２）（図２を参照されたい）。このアルゴリズムは、微粒子レベル出力を求めるために、これらのピークセンサ測定値をルックアップテーブルに対して比較する。この実施形態では、この埃アルゴリズムは、別々の時間セグメントに各々が関連付けられている、変数の循環先入れ先出し（ＦＩＦＯ）待ち行列を維持する（１０２）。これらの時間セグメントの各々は「バケット（ｂｕｃｋｅｔ）」と呼ばれている。この実施形態では６つのバケットが存在するが、バケットの数は用途毎に異なってよい。各バケットは、固定された時間期間に関連付けられており、この時間期間は一実施形態では１０秒の間隔である。しかし、この間隔の長さは用途毎に異なってよい。このアルゴリズムは、各バケット（すなわち、１０秒の間隔）に関する別々のピーク値を維持するために、上述のＦＩＦＯ変数待ち行列を使用する。したがって、６つのバケットは最後の６０秒に集合的に関連付けられており、および、各バケットに関するピーク値変数が、対応するバケット（すなわち、１０秒の時間間隔）中に取得された最大のセンサ測定値を含む。

次に、埃アルゴリズムの動作を更に詳細に説明する。上述したように、制御システムは５０ミリ秒ごとにセンサ測定値を取得する。各々の測定値が取得された後に、このアルゴリズムは、クロックを維持するための割込みの使用のような従来のタイミング技術を使用して適切なバケットを決定する（１０６）。このセンサ測定値は、適切なバケットに関するピーク値変数に含まれている現在値に対して比較される（１０８）。センサ測定値がピーク値変数の現在値よりも大きい（１１０）場合には、このセンサ測定値がピーク値変数に格納されて、既存の値を上書きする（１１２）。そうでない場合には、センサ測定値は無視され、既存の値が保持される。このプロセスは、各々のセンサ測定値に関して反復する（１１４）。各々の１０秒の間隔の終了後に、関連したバケットに関するピーク値変数が、その１０秒の間隔に関するピーク値を保持し、および、その次のバケットに関して処理が継続する。各々の新たなバケットに移行する時に、センサ測定値が、その新たなバケットに関するピーク値変数に対する書込みに関して考慮される。６つのバケットが完了する（すなわち、ＦＩＦＯ待ち行列が満杯である）時に、そのアルゴリズムはその６つのバケットの中の最も古いバケットに関するピーク値変数を上書きする。このプロセスは、残っている最も古いバケットに関するピーク値変数を使用して、各々の新たなバケットに対して継続される。この結果として、埃アルゴリズムは、直前の６つの１０秒間隔の各々に関する最大のセンサ測定値を含む６つのピーク値変数の待ち行列を形成して維持する。

煙アルゴリズム１５０が同じ５０ミリ秒のセンサ測定値を別個に評価するが、この煙アルゴリズムは異なる仕方でこれを行う（図３を参照されたい）。煙アルゴリズムは、固定数の測定値に関する測定値のローリングアベレージ（ｒｏｌｌｉｎｇ ａｖｅｒａｇｅ）を維持する。例えば、一実施形態では、煙アルゴリズム１５０は、最後の１００個のセンサ測定値のローリングアベレージを維持する。この１００個の測定値は、回転先入れ先出し（ＦＩＦＯ）バッファ１５４内に維持される（１６０）。これと同時に、バッファ内に含まれている測定値のランニングトータル（ｒｕｎｎｉｎｇ ｔｏｔａｌ）が維持される（１５２）。新たな測定値が取得される毎に（１６２）、そのバッファ内の最も古い値が合計から減算され（１５６）、および、その新たな測定値が加算される（１６０）。したがって、そのバッファ内の１００個のセンサ測定値の平均が、ランニングトータルを１００で除算することによって容易に計算されることが可能である。

この実施形態では、煙アルゴリズムと埃アルゴリズムとによって維持されるデータが、総合的な「微粒子レベル」を計算するために使用される。その次に、この微粒子レベルはブロワモータ速度を制御するために使用される。この実施形態の自動制御アルゴリズムは、微粒子レベルを求めるために、埃アルゴリズムと煙アルゴリズムとによって維持されたデータを周期的に処理する。この実施形態では、データは５秒毎に処理される。微粒子レベルを求めるためのアルゴリズム２００の一実施形態が図４に示されている。各々の５秒間隔で、自動制御アルゴリズムは、最後の１００個のサンプルのランニングトータルを取り出すことと、平均センサ測定値を得るために１００でその数を除算することとによって、煙アルゴリズムデータを処理する（２０８）。その次に、煙レベルを得るために、この平均センサ測定値は、（この実施形態では、埃レベルの部分範囲と同じである）５つの微粒子レベルの部分範囲に対して比較される（２１０）。この自動制御アルゴリズムは、埃レベルを求めるために、埃アルゴリズムによって維持された６つのピーク埃レベル変数に対して操作することによって埃アルゴリズムデータを処理する。この実施形態では、６つのピーク埃レベル変数の各々に含まれている値は、各々の特定のバケットに関する対応する埃レベルを求めるために５つの埃レベルの部分範囲に対して別々に比較される（２０６）。各々の埃レベルに関して、そのアルゴリズムは、対応する埃レベルを有する６つの現在のバケットの数を含むカウンタを維持する。例えば、６つのバケットが、埃レベル４の範囲内のピーク値を有する３つのバケットを含む場合には、埃レベル４のカウンタの値は３であるだろう。同様に、バケットの２つが埃レベル３の範囲内のピーク値を含んだ場合には、埃レベル３のカウンタの値は２であるだろう。最後に、最後のバケットが埃レベル５の範囲内のピーク値を含んだ場合には、埃レベル５のカウンタの値は１であるだろう。
ゼロではない各々の埃レベルカウンタに関して、このカウンタは、対応する「一時的微粒子レベル（ｔｅｍｐｏｒａｒｙ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｌｅｖｅｌ）」を求めるために、ルックアップテーブルと比較される。その次に、自動制御アルゴリズムは、そのルックアップテーブルから戻された一時的値の関数として微粒子レベルを求める。例えば、微粒子レベルは、単純に、各バケットに関して戻された埃レベルの最大のものであってよい。あるいは、微粒子レベルは、戻された埃レベルの単純平均または加重平均として求められることが可能である。次に示すものが、一実施形態の一時的微粒子レベルのルックアップテーブルである。

上述の例では、ルックアップテーブルから得られた一時的微粒子レベルは「埃レベル４」と、「埃レベル２」と、「埃レベル３」である。このアルゴリズムは、実際微粒子レベルとして、これらの一時的微粒子レベルの中の最高のものを戻す。この場合には、このアルゴリズムは、４の微粒子レベルを戻すだろう。

その次に、自動制御アルゴリズムは、煙レベルと埃レベルとの関数として実際微粒子レベル（および、したがって、モータブロワ速度）を求める（２１２）。一実施形態では、このアルゴリズムは、埃レベルと煙レベルとのどちらか大きい方を単純に取得し、および、実際ブロワ速度を設定するための微粒子レベルとしてこの値を使用する。他の実施形態では、実際ブロワ速度は、埃レベルと煙レベルの何らかの他の関数であってよい。例えば、実際ブロワ速度は、埃レベルと煙レベルとの単純平均または加重平均であってもよい。

代案の実施形態では、制御システムは、埃アルゴリズムとの関係において使用するための複数の異なるルックアップテーブルを含んでよく、これらのルックアップテーブルは、異なる感度レベルを反映するように構成されている。この代案の実施形態では、所望の感度レベルに対応するルックアップテーブルを選択する機構がユーザに提供される。例えば、この代案の実施形態の一例では、制御システムは、５つの選択可能な一時的微粒子レベルのルックアップテーブルを含むだろう。この代案の実施形態の典型的な一例に関する５つの選択可能な一時的微粒子レベルのルックアップテーブルは次の通りである。理解できるように、これらの選択可能なルックアップテーブルは、連続したテーブルの各々が検出値に対して次第に大きくなる総合的な応答を提供するように構成されている。ユーザが所望のテーブルを選択することを可能にすることによって、このシステムは、異なるレベルの感度をユーザに提供することが可能である。

上述したように、この制御システムは、さらに、様々な選択可能なルックアップテーブルの１つをユーザが選択することを可能にするための機構も備えている。一実施形態では、この制御システムは、制御パネル上でのユーザの入力に応答して別のルックアップテーブルを循環するように構成されている。例えば、例示されている実施形態では、ユーザは、制御システムが感度選択アルゴリズムを開始させるためにプラグインされる時に、ユーザは制御パネル上の「自動」ボタンと「タイマ」ボタンの両方を押し下げて保持するだろう。このアルゴリズムは、「自動」ボタンが押される毎に、その次の選択可能なルックアップに循環する。最も高感度のルックアップテーブルが選択されている時にこのボタンが押される場合には、このシステムは、最も低感度のルックアップテーブルに循環して戻る。この制御システムは、「自動」ボタンが特定の時間期間の間にわたって押されない場合に、感度選択アルゴリズムを抜け出るだろう。例えば、制御アルゴリズムは、「自動」ボタンが５秒間にわたって押されない場合に、感度選択アルゴリズムを抜け出るだろう。制御パネルは、現在の感度設定の視覚的表示を含むだろう。例えば、制御パネルは、各々の設定に関する別々のＬＥＤを含むだろうし、および、適切なＬＥＤが現在の感度を示すために点灯されるだろう。

ＩＩ． 変数遅延
自動動作モードでは、求められた実際ブロワ速度がブロワ速度毎に比較的急激に変化する可能性がある。ブロワ速度が常にまたは急激に変化することによってユーザが注意散漫になる可能性がある。したがって、自動制御アルゴリズムは、最小限の時間期間にわたって特定のブロワ速度にブロワを維持する遅延アルゴリズムを含む。例えば、ブロワが少なくとも３０秒間にわたって特定の速度のままであるように、遅延期間が３０秒に設定されるだろう。煙アルゴリズムと埃アルゴリズムとが、ブロワ速度がこの最初の３０秒間の遅延の間に変化させられるべきであるということを決定する場合に、それにも係わらず、この自動制御アルゴリズムは、３０秒間の終了時点まで現在のブロワ速度を維持するだろう。３０秒間の終了時には、その自動制御アルゴリズムは、煙アルゴリズムと埃アルゴリズムとの関数としてブロワ速度が調整されることを再び許可するだろう。この遅延機能を実現するために、制御ソフトウェアは、最後のブロワ速度が変化して以来経過した時間のカウンタを維持する。ブロワ速度が変更される毎に、このカウンタはゼロにリセットされる。自動制御アルゴリズムは、ブロワ速度の変更を実行する前にこのカウンタを調べる。このカウンタが３０秒未満である場合には、自動制御アルゴリズムは、煙アルゴリズムと埃アルゴリズムとによって決定された新たなブロワ速度設定を単純に無視する。このカウンタが３０秒以上である場合には、自動制御アルゴリズムはブロワ速度の変更を実行して、カウンタをゼロにリセットする。

特定の用途では、ブロワ速度制御アルゴリズムに含まれている遅延の量を変化させることが望ましいことがある。例えば、空気処理システムの実演を行う時に、室内の微粒子濃度の変化に応答してブロワ速度の迅速な変化を実演することが望ましいことがある。別の例では、ユーザがより長いかまたはより短い遅延を好むことがある。遅延の長さが変化させられることを可能にするために、制御ソフトウェアは可変遅延アルゴリズムを含む。この可変遅延アルゴリズムは、ブロワが特定の速度のままである時間期間をユーザが設定することを可能にする。一実施形態では、可変遅延アルゴリズムは、例えば１０秒の間隔で５秒から５５秒の範囲内の様々なプリセットされた時間遅延の１つをユーザが選択することを可能にする。この実施形態では、遅延の変更が、対応する「可変遅延」制御ボタンの起動によって生じさせられてよい。あるいは、この代わりに、遅延の変更は、例えば「ブロワ速度」制御ボタンと「自動」制御ボタンの同時押しに応答した様々な遅延値の循環によって、他の制御ボタンの組合せを押すことによって生じさせられてもよい。

特定の状況では、埃レベルが２つの範囲の間の境界線の辺りを推移することがある。この境界線の上下の埃レベルの動揺が、可変遅延アルゴリズムによって可能にされる最速の速度にブロワモータ速度を連続的に増減することを制御アルゴリズムに生じさせるだろう。特定の用途では、ブロワモータ速度にこうした急激で反復的な変化があることは望ましくないだろう。したがって、制御アルゴリズムは、センサ測定値が実質的に１つ下のより低い範囲内にある時にだけ、１つのレベルからその次のレベルにモータ速度が減速されることを可能にする追加の遅延アルゴリズムを含んでよい。一実施形態では、そのシステムは、微粒子センサ測定値が少なくとも１００ミリボルトだけ１つ下のより低い範囲の中にある場合にだけ、ブロワモータ速度を減少させる。しかし、１つ下のより低いブロワモータ速度への移行を可能にするのに必要とされる特定のオフセットが、用途毎に異なるだろう。このアルゴリズムの上述の実施形態は、ブロワ速度の下向きの移行だけに影響するが、この代わりに、このアルゴリズムは、ブロワモータ速度の上向きの移行だけに、または、上向きの変化と下向きの移行の両方に影響を与えることも可能である。

ＩＩＩ． センサ較正アルゴリズム
すべての微粒子センサが空気中の同一の微粒子濃度に応答して必ずしも同一の出力電圧を提供するわけではないということが、経験によって明らかになっている。これらの変動は、ＬＥＤによって放出される光の変動と、光センサの不完全性とのような様々な要因の結果であるだろう。さらに、このセンサの出力は、構成要素のライフサイクルの経過に応じて自然に生じるＬＥＤまたは光センサの動作の変化の結果として、時間の経過に応じて変化する可能性がある。

性能を改善するために、本発明は、微粒子センサを較正するためのアルゴリズムを提供する。このアルゴリズムは、センサの製造によって結果的に生じる変動を吸収するために生産中にそのセンサが較正されることを可能にし、かつ、構成要素のライフサイクルの経過に応じて生じる変動を吸収するために空気処理システムの寿命全体にわたってそのセンサが定期的に較正されることを可能にする。実際には、このアルゴリズムは、所望のブロワ速度と相関させるためにセンサの出力電圧をシフトおよび／または基準化するだろう。
センサ較正データは、計算され終わると、そのシステムが電力を失う場合にさえそのセンサ較正データが取り出されることが可能であるように、ＥＥＰＲＯＭ内に格納されるだろう。本発明が微粒子センサの較正に関連付けて説明されているが、この較正アルゴリズムは、化学センサのような他のタイプのセンサの較正での使用にも十分に適している。

一実施形態では、較正アルゴリズムは、基準電圧（または、ベースライン電圧）の調整を可能にするように較正されている（図５を参照されたい）。この基準電圧は、微粒子濃度がゼロであるかゼロに相当に近い時にセンサからの予測される出力電圧である。この基準電圧を較正するために、この較正アルゴリズム２５０は、（ｉ）センサから第１のサンプル測定値を取得する段階（２５２）と、（ｉｉ）局所変数の中にこの第１のサンプル測定値を格納する段階（２５４）と、（ｉｉｉ）センサからサンプル測定値を取得する段階（２５６）と、（ｉｖ）この測定値を局所変数の値と比較する段階（２５８）と、（ｖ）この測定値が局所変数よりも低い場合に、そのサンプル測定値を局所変数の中に格納する段階（２６２）と、（ｖｉ）合計２０個のサンプル測定値が収集され終わるまで１００ミリ秒の間隔で段階（ｉｉｉ）と段階（ｉｖ）とを繰り返す段階２６４と、（ｉｖ）局所変数の中に格納されている値を基準電圧として使用する段階とを含む。別の実施形態では、基準電圧が、予め決められた数の測定値の平均を計算することによって求められてもよい。例えば、制御アルゴリズムは、（ｉ）センサから第１のサンプル測定値を取得する段階と、（ｉｉ）この第１のサンプル測定値を局所変数の中に格納する段階と、（ｉｉｉ）センサからサンプル測定値を取得する段階と、（ｉｖ）そのサンプル測定値を局所変数の値に加算する段階と、（ｖ）合計２０個のサンプル測定値が取得され終わり、かつ、その２０個のサンプル測定値の合計が局所変数の中に格納されるまで、段階（ｉｉｉ）から段階（ｉｖ）までを繰り返す段階と、（ｖｉ）局所変数の中に格納されている値を２０で除算することによって平均サンプル測定値を求める段階と、（ｖｉｉ）基準電圧として平均サンプル測定値を使用する段階とを含んでよい。

基準電圧が得られると、制御ソフトウェアは、採用可能なブロワ速度に一致するセンサ測定値範囲を計算することが可能である。この実施形態では、制御システムは、５つの異なる速度でブロワモータを動作させるように構成されている。したがって、センサ測定値範囲は、５つの対応する部分範囲に分割されることになっている。一実施形態では、これら５つの部分範囲が、求められた基準電圧に基づいて５つの連続した２５０ミリボルト窓を計算することによって決定される。例えば、基準電圧が１．２３５ボルトであると決定されている場合には、これら５つの部分範囲は、（１）１．２３５ミリボルトから１．４８５ミリボルト、（２）１．４８６ミリボルトから１．７３６ミリボルト、（３）１．７３７ミリボルトから１．９８７ミリボルト、（４）１．９８８ミリボルトから２．２３８ミリボルト、（５）２．２３９ミリボルトから２．４８９ミリボルトであるだろう。１．２３５ミリボルト未満の値が、第１の部分範囲に関連付けられてもよい。同様に、２．４８９ミリボルトより大きい値が第５の部分範囲に関連付けられてもよい。

別の実施形態では、部分範囲の大きさを変更することが望ましいことがある。例えば、センサの出力電圧が空気中の微粒子濃度に直線的に比例しない用途では、出力電圧の曲線に追従するように部分範囲の大きさを変化させることが望ましいことがある。特定のセンサに関する出力電圧の曲線が、センサが実質的に清浄な空気を検出している時のセンサの出力電圧（すなわち、基準電圧）に大きく基づいて変化することがすでに判明している。
実際には、上述されておりかつ本発明の一実施形態で使用されている微粒子センサの製造業者が、センサの基準電圧に基づいたそのセンサに関する出力電圧曲線に関する情報を提供する。特定のセンサに関する部分範囲を調整するために、そのアルゴリズムは、上述の方法を使用してセンサに関する基準電圧を計算する。基準電圧が得られると、その部分範囲アルゴリズムは、部分範囲を求めるためにその基準電圧を使用する。一実施形態では、その部分範囲アルゴリズムは、基準電圧を、そのシステム内に格納されているルックアップテーブルに対して比較する。このルックアップテーブルは、各々の個別の基準電圧に対応する部分範囲を定義する。例えば、このルックアップテーブルは、各々の部分範囲の境界を表す値を含んでよい。別の実施形態では、ルックアップテーブルは、各々の部分範囲の適切な境界を概算する式によって置き換えられてもよい。

センサを較正するための別の方法が存在する。別の実施形態では、較正アルゴリズムは、通常動作中にセンサからサンプルが取得される頻度を変化させてもよい。サンプリング頻度が、センサから得られる出力電圧に影響を与えるということが明らかになっている。
このことは、少なくとも上述の微粒子センサに当てはまる。このことの明確な理由は判明していないが、センサの固有の特徴が原因であるように思われる。例えば、サンプリング頻度を増大させることによって、同一の空気条件に関してセンサの出力電圧の減少が生じることがすでに判明している。同様に、サンプリング頻度を低減させることによって、同一の空気条件に関してセンサの出力電圧の増大が生じるだろう。したがって、この実施形態では、較正アルゴリズムは、（ｉ）固定された頻度で固定された数のサンプル測定値を取得する段階と、（ｉｉ）最低の測定値を所望の基準電圧と比較する段階と、（ｉｉｉ）この最低の測定値が基準電圧の許容範囲内にある場合には、停止して、サンプリング頻度をその現在値のままにする段階と、（ｉｖ）最低の測定値が許容可能範囲よりも大きい場合には、サンプリング頻度を増大させて、段階（ｉ）から段階（ｉｉｉ）までを繰り返す段階と、（ｖ）最低の測定値が許容可能範囲よりも小さい場合には、サンプリング頻度を減少させて、段階（ｉ）から段階（ｉｉｉ）までを繰り返す段階とを含む。一実施形態では、初期頻度は、センサ測定値に関して５０ミリ秒の間隔を実現するように設定され、および、サンプリング頻度が５ミリ秒セグメントから１０ミリ秒セグメントの固定されたセグメントにおいて調整されてよい。あるいは、この頻度は、最低のサンプル測定値と許容可能な範囲との間の差の関数として調整されてもよい。例えば、このサンプリング頻度は、最低のサンプル測定値が許容可能範囲から大きく離れていればいるほど、より大きい量だけ調整されるだろう。

ＩＶ． モータ速度の較正
むらのないブロワの動作を実現するために、本発明は、モータ速度を較正するためのアルゴリズムを提供する。一実施形態では、モータ速度較正アルゴリズムは、このシステムの寿命全体にわたってむらのないブロワ動作を連続的に維持するために動作している。この実施形態では、モータ速度較正アルゴリズムは、モータ速度が変化する都度に実行される。あるいは、この代わりに、このモータ速度較正アルゴリズムは、連続的に、または、様々な時間期間において実行されてもよい。

一実施形態では、モータは、モータのＲＰＭを表している周波数でのパルス信号を提供するＲＰＭセンサを含む。このＲＰＭセンサは、マイクロコントローラ上のディジタル入力に接続されるだろう。このマイクロコントローラはＰＷＭ信号の周波数を求めるだろう。

一実施形態では、モータ速度較正アルゴリズムは、モータ速度が変更される毎に実行される。この実施形態（図６を参照されたい）では、モータ速度較正アルゴリズム３００は、次の概略的な諸段階を含み、すなわち、（ｉ）変更がブロワモータ速度であった後に３０秒間待機し（３０２）、（ｉｉ）１秒間の間隔でＲＰＭセンサから３０個の測定値を取得し（３０４）、（ｉｉｉ）これらの３０個の測定値の平均を計算し（３０６）、（ｉｖ）この平均値を、許容可能なＲＰＭの予め決められた範囲と比較し（３０８）、（ｖ）この平均値がそのモータ速度に関する許容可能範囲内にある場合に、停止し、（ｖｉ）この平均値が高である場合に（３１０）、モータに与えられる速度制御信号のパーセントデューティサイクル（ｐｅｒｃｅｎｔ ｄｕｔｙ ｃｙｃｌｅ）が１パーセントだけ低減させられ（３１２）、（ｖｉ）平均測定値が低である場合に（３１４）、モータに与えられる速度制御信号のパーセントデューティサイクルが１パーセントだけ増加させられ（３１６）、（ｖｉｉ）平均測定値が許容可能範囲内に収まるまで、段階（ｉｉ）から段階（ｖｉｉ）までを繰り返す。必要に応じて、パーセントデューティサイクルの変化がある毎に、その特定のブロワモータ速度に関する新たな値が、電源故障からそのシステムが回復した後にその値が取り出されることが可能であるように、ＥＥＰＲＯＭ内に格納されることが可能である。

上述したように、一実施形態のモータ較正アルゴリズムは、ブロワモータ速度が変化する毎に実行される。必要に応じて、そのシステムは、初期起動時に５つのブロワ速度すべての較正を実現するように構成されてもよい。例えば、その制御システムは、初期起動時に各々のブロワ速度を１つずつ実行し、および、したがって各々のブロワ速度における較正を生じさせるだろう。

Ｖ． フィルタ寿命
本発明は、１つまたは複数のフィルタの寿命を追跡するためのアルゴリズムを含む。このアルゴリズムの目的は、フィルタをクリーニングまたは交換することが必要である時点の表示をユーザに提供することである。一実施形態では、本発明は、プレフィルタと、微粒子フィルタ（例えば、ＨＥＰＡフィルタ）と、臭気フィルタ（例えば、活性炭フィルタ）を有する空気処理システムで使用されるようになっている。本発明は、これらのフィルタの各々の寿命を監視するためのアルゴリズムを含む。プレフィルタの寿命と臭気フィルタの寿命は、時間とモータ速度との関数として計算される。微粒子の寿命は、時間とモータ速度と微粒子センサの出力との関数として計算される。一実施形態では、制御システムが各フィルタに関する個別のフィルタ寿命変数を維持する。動作中には、この変数が、関連した係数（例えば、時間、ブロワ速度、および／または、微粒子センサ出力）の関数として求められる値だけ増分される。

一実施形態では、プレフィルタに関するフィルタ寿命アルゴリズムは、次の概略的な諸段階を含み、すなわち、（ｉ）モータ速度値を得て、（ｉｉ）プレフィルタのルックアップテーブルから対応するモータ速度係数を取り出し、（ｉｉｉ）時間間隔を得て、（ｉｖ）この時間間隔にモータ速度係数を乗算し、（ｖ）時間間隔とモータ速度係数との積だけプレフィルタ寿命カウンタを増分する。

一実施形態では、臭気フィルタに関するフィルタ寿命アルゴリズムは、異なるルックアップテーブルを使用するということを除いて、プレフィルタアルゴリズムと実質的に同一である。この臭気フィルタアルゴリズムは、次の概略的な諸段階を含み、すなわち、（ｉ）モータ速度値を得て、（ｉｉ）臭気フィルタのルックアップテーブルから対応するモータ速度係数を取り出し、（ｉｉｉ）時間間隔を得て、（ｉｖ）モータ速度係数を時間間隔に乗算し、（ｖ）時間間隔とモータ速度係数の積だけ臭気フィルタ寿命カウンタを増分する。

一実施形態では、微粒子フィルタに関するフィルタ寿命アルゴリズムは、微粒子センサ測定値を考慮することがあるので、その他のフィルタ寿命アルゴリズムよりも幾分か複雑である。図７に示されている微粒子フィルタ寿命アルゴリズム４００は、次の概略的な諸段階を含み、（ｉ）モータ速度値を得て（４０８）、（ｉｉ）微粒子フィルタのルックアップテーブルから対応するモータ速度係数を取り出し（４１０）、（ｉｉｉ）現在の微粒子レベル値を得て（４１２）、（ｉｖ）ルックアップテーブルから対応する微粒子レベル係数を取り出し（４１４）、（ｖ）時間間隔を得て（４１６）、（ｖｉ）モータ速度係数と微粒子レベル係数と時間間隔とを乗算し（４１８）、（ｖｉｉ）モータ速度係数と微粒子レベル係数と時間間隔との積だけフィルタ寿命カウンタを増分する（４２０）。

別の実施形態では、微粒子フィルタに関するフィルタ寿命アルゴリズムは、そのフィルタの中にすでに入り込んでいる微粒子の合計量を求め、および、予め決められた限界に対してその合計量を比較する。使用されている現行のフィルタでは、この限界は１６０グラムである。この限界は、フィルタの設計と用途とに応じて変化することが可能である。この場合の微粒子フィルタ寿命アルゴリズムは、次の概略的な諸段階を含み、すなわち、（ｉ）モータ速度値を得て、（ｉｉ）現在微粒子レベル値を得て、（ｉｉｉ）微粒子密度（グラム／立方フィート）を計算するために、または、ルックアップテーブルから微粒子密度を取り出すために、その微粒子レベル値を使用し、（ｉｖ）最後の計算以来の時間間隔を得て、（ｖ）モータ速度と微粒子密度と時間間隔とを乗算し、（ｖｉ）モータ速度と微粒子密度と時間間隔との積だけフィルタ寿命累算器を増分する。

このフィルタ寿命アルゴリズムは、特定のフィルタに関するフィルタ寿命が予め決められた値を超えると、様々な予め決められた作用のいずれかを行うことができる。例えば、フィルタ寿命アルゴリズムは、フィルタの交換が必要であることをユーザに通知するためにＬＥＤまたは他の表示器を点灯してもよい。ユーザが特定の時間期間内にフィルタを交換しそびれた場合には、フィルタ寿命アルゴリズムがそのシステムの動作を中止させることもできる。

フィルタ寿命アルゴリズムを、微粒子センサを有する空気処理システムに関連して説明している。したがって、微粒子フィルタ寿命アルゴリズムは微粒子センサの出力を考慮する。さらに、これらのアルゴリズムは、他のタイプの関連した入力を考慮する場合の使用にも十分に適している。例えば、空気処理システムが化学センサを含む場合には、臭気フィルタ寿命アルゴリズムが、微粒子フィルタ寿命アルゴリズムが微粒子センサ出力を考慮するのと本質的に同じ仕方で化学センサの出力を考慮するだろう。

上述の説明は、本発明の現行の実施形態の説明である。同等物の原則を含む特許法の原則に基づいて解釈されるべきである、添付されている特許請求項に定義されている本発明の着想とより広範な側面とから逸脱することなしに、様々な変更と改変とが加えられることが可能である。例えば冠詞「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」、または、「ｓａｉｄ」を使用した特許請求項要素の単数形でのあらゆる言及は、この要素を単数に限定するものと解釈されてはならない。

Claims (36)

1. 空気処理システムのための制御システムであって、
   微粒子センサと、
   周囲空気中の微粒子濃度を示すデータを前記微粒子センサから収集する手段と、
   微粒子濃度を示す前記データの関数として煙濃度を求める手段と、
   微粒子濃度を示す前記データの関数として埃濃度を求める手段と、
   前記煙濃度と前記埃濃度との関数としてモータの速度を決定する手段と、
   を備える制御システム。
2. 煙濃度を求める前記手段は、前記センサデータの平均を計算する手段を含む請求項１に記載のシステム。
3. 前記埃濃度を求める前記手段は、前記データから複数のピークセンサ値を得る手段を含み、および、各々のピークセンサ値は、異なる時間期間に関連付けられており、および、前記埃濃度は前記ピークセンサ値の関数として求められる請求項２に記載のシステム。
4. 記憶装置内に記憶されているルックアップテーブルをさらに含み、
   埃濃度を求める手段は、前記埃濃度を求めるために前記ルックアップテーブルに対して前記ピークセンサ値を比較することを含む請求項３に記載のシステム。
5. 記憶装置内に記憶されている複数のルックアップテーブルと、前記ルックアップテーブルの１つをユーザが選択することを可能にする手段とをさらに含み、
   埃濃度を求める手段は、前記埃濃度を求めるために前記ピークセンサ値を前記選択されたルックアップテーブルに対して比較することを含む請求項３に記載のシステム。
6. 前記モータ速度を求める前記手段は、前記煙濃度と前記埃濃度とのどちらか大きい方を選択する手段を含む請求項５に記載のシステム。
7. 前記モータは複数の異なる速度で動作することが可能であり、および、前記煙濃度と前記埃濃度は、前記複数の異なる速度の１つに対応する値を提供するために求められる請求項３に記載のシステム。
8. モータを有する空気処理システムの動作を制御する方法であって、
   周囲空気中の前記微粒子濃度を示すデータを収集する段階と、
   前記収集されたデータから、周囲空気中の煙の濃度を表す煙濃度を求める段階と、
   前記収集されたデータから、周囲空気中の埃の濃度を表す埃濃度を求める段階と、
   前記煙濃度と前記埃濃度との関数としてモータ速度を求める段階と、
   前記モータ速度に前記モータの速度を設定する段階と、
   を含む方法。
9. 前記収集する段階は、さらに、微粒子センサからの複数のセンサ測定値を表すデータを収集することとして定義される請求項８に記載の方法。
10. 前記煙濃度を求める段階は、前記収集する段階で得られたデータの少なくとも一部分の平均をとることを含む請求項９に記載の方法。
11. 前記煙濃度を求める段階は、前記収集する段階で得られたデータの少なくとも一部分の回転平均をとることを含む請求項９に記載の方法。
12. 前記埃濃度を求める段階は、異なった時間期間において各々が取得された複数のピークデータ値の関数として前記埃濃度を求める段階を含む請求項１１に記載の方法。
13. 前記埃濃度を求める段階は、
    個別の時間期間に関する複数のピークデータ値を求めるために、前記収集段階で得られたデータを分析することと、
    前記埃濃度を求めるために前記ピークデータ値をルックアップテーブルに対して比較することと、
    を含む請求項１１に記載の方法。
14. 前記埃濃度を求める段階は、
    個別の時間期間に関する複数のピークデータ値を求めるために、前記収集段階で得られたデータを分析することと、
    前記埃濃度を求めるために前記ピークデータ値を複数のルックアップテーブルの１つに対して比較することと、
    を含む請求項１１に記載の方法。
15. 前記設定する段階は、
    前記モータが現在速度において動作した時間の量を表すデータを維持する段階と、
    最小時間期間にわたって前記現在速度で前記モータが動作し終わった時にだけ、前記モータの速度の変更を許可する段階と、
    を含む請求項８に記載の方法。
16. 前記最小時間期間をユーザが変更することを可能にする段階をさらに含む請求項１５に記載の方法。
17. 複数の異なる最小時間期間を示すデータを記憶する段階をさらに含み、および、前記ユーザが最小時間期間を変更することを可能にする前記段階は、ユーザの入力に応答して複数の異なる最小時間期間を循環することを含む請求項１６に記載の方法。
18. センサのための基準電圧を設定する方法であって、
    前記センサから複数のサンプル測定値を取得する段階と、
    前記複数のサンプル測定値の関数として前記基準電圧を設定する段階と、
    を含む方法。
19. 前記設定する段階は、
    最低サンプル測定値を表すデータを維持する段階と、
    前記最低サンプル測定値の関数として前記基準電圧を設定する段階と、
    を含む請求項１８に記載の方法。
20. 前記設定する段階は、
    前記複数のサンプル測定値を表すデータを個別に維持する段階と、
    前記複数のサンプル測定値を表す前記維持されたデータの関数として前記基準電圧を設定する段階
    とを含む請求項１８に記載の方法。
21. 前記設定する段階は、
    前記複数のサンプル測定値を表すデータを維持する段階と、
    前記複数のサンプル測定値の平均として前記基準電圧を設定する段階と、
    を含む請求項１８に記載の方法。
22. 前記取得する段階は、
    前記センサから第１のサンプル測定値を取得する段階と、
    前記第１のサンプル測定値を局所変数の中に格納する段階と、
    前記センサから追加のサンプル測定値を取得する段階と、
    各々の追加の測定値を前記局所変数に対して比較し、前記測定値が前記局所変数よりも小さい場合に、前記サンプル測定値を前記局所変数の中に格納する段階と、
    予め決められた回数にわたって、前記追加のサンプル測定値の取得の段階と、前記比較段階とを繰り返す段階と、
    を含み、
    前記設定段階は、さらに、前記局所変数の中に格納されている値であるように前記基準電圧値を設定することと定義される
    請求項１８に記載の方法。
23. 空気処理システムにおけるブロワモータに関するモータ速度を較正する方法であって、 一定の時間期間にわたって前記モータ速度を示す複数の測定値を収集する段階と、
    前記収集された測定値の関数として比較値を計算する段階と、
    予め決められた許容可能範囲に対して前記比較値を比較する段階と、
    前記比較値が前記予め決められた許容可能範囲の外側にある場合に、前記モータの速度を調整する段階と、
    を含む方法。
24. 前記比較値が前記予め決められた許容可能範囲内に収まるまで、前記収集する段階と前記計算段階と前記比較する段階と前記調整する段階とを繰り返す段階をさらに含む請求項２３に記載の方法。
25. 前記調整する段階は、前記モータに印加される電力のデューティサイクルを変化させることを含む請求項２４に記載の方法。
26. 前記収集する段階を開始する前にモータ速度の変化が生じた後に、予め決められた時間期間を待機する段階をさらに含む請求項２３に記載の方法。
27. 前記収集する段階は、予め決められた間隔でＲＰＭセンサから複数の測定値を取得する段階を含む請求項２３に記載の方法。
28. 前記計算する段階は、前記複数の測定値の平均を計算する段階と、前記計算された平均として前記比較値を設定する段階とを含む請求項２７に記載の方法。
29. 前記収集する段階と前記計算する段階と前記比較する段階と前記調整する段階は、前記ブロワモータ速度が変化する毎に行われる請求項２８に記載の方法。
30. 空気処理システム内のフィルタのフィルタ寿命を追跡する方法であって、
    モータの動作時間とモータ速度とを示すデータを維持する段階と、
    前記維持されたデータを予め決められた値に対して比較する段階と、
    前記維持されたデータが前記予め決められた値に合致するかこの値を上回る時にユーザに表示を与える段階と、
    を含む方法。
31. 前記データを維持する前記段階は、
    フィルタ寿命を表す変数を維持する段階と、
    モータ速度を得る段階と、
    時間間隔を得る段階と、
    増分値を得るために、モータ速度を表す値を前記時間間隔に乗算する段階と、
    前記増分値だけ前記フィルタ寿命変数を増分する段階と、
    を含む請求項３０に記載の方法。
32. 前記乗算する段階は、さらに、
    ルックアップテーブルからモータ速度係数を取り出す段階と、
    前記増分値を得るために前記モータ速度係数を前記時間間隔に乗算する段階と、
    を含むものとして定義される請求項３１に記載の方法。
33. 微粒子レベル値を得る段階をさらに含み、
    前記乗算段階は、さらに、前記増分値を得るために、モータ速度を表す値と前記微粒子レベル値を表す値とを前記時間間隔に乗算することとして定義される
    請求項３１に記載の方法。
34. 微粒子レベル値を得る段階と、
    式とルックアップテーブルとの少なくとも一方から微粒子レベル係数を得る段階と、
    をさらに含み、
    前記乗算する段階は、前記増分値を得るために、モータ速度を表す値と前記微粒子レベル値を表す値とを前記時間間隔に乗算することとしてさらに定義される
    請求項３１に記載の方法。
35. 前記空気処理システムによって処理される空気の特徴を表す値を得る段階をさらに含み、
    前記乗算する段階は、さらに、前記増分値を得るために、モータ速度を表す値と前記特徴を表す値とを前記時間間隔に乗算することとして定義される
    請求項３１に記載の方法。
36. 前記時間間隔は、さらに、最後のモータ速度が得られて以来経過した時間間隔として定義される請求項３１に記載の方法。

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