JP2017183702A - 電気容器のための空気ろ過システム - Google Patents

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Abstract

【課題】電機容器の空気ろ過を効率的に行う空気ろ過システムを提供する。
【解決手段】ファンデバイスによって容器の入口へと導入される空気流をろ過するように構成されている少なくとも1つのろ過要素Fiを備え、ろ過システム2はまた、いくつかの独立したろ過セルCiも備える。iは1〜nに及び、nは3以上であり、各ろ過セルCiは可変ろ過能力を有する。iが2以上である各ろ過セルCiは、C1〜Ci−1に及ぶセルのろ過能力の合計が特定の閾値を下回るときに、空気流の一部分をろ過するように作動させられる。
【選択図】図2A

Description

本発明は、電気容器のための空気ろ過システムに関する。
エネルギー効率の理由から、たとえば、電気キャビネットのような電気容器内に収容されている電気デバイスの熱を放散するために、消費される電気エネルギーを考慮に入れることが、現在必要とされている。この熱放散のために、電気容器は一般的に、電気デバイスを冷却するために容器内への空気の導入を支援するためのファンデバイスが位置付けられている空気入口と、高温空気を容器の外部に排出するための空気出口とを備える。粉塵または他の汚染粒子が容器内へと流入することを防止するために、容器の空気入口にフィルタが配置される。このフィルタは、空気が容器内へと流入する間に外部からの粒子を捕捉するために装填されている発泡材料から構成されており、これにより、清浄な空気が電気容器に入ることが可能になっている。電気デバイスの効率的な冷却を保証するために、常に十分な空気の流れが容器へと入っていかなければならない。
近年の設備においては、デバイスの冷却能力を改善するために、ファンの数およびろ過表面積を増大させることが提案されている。したがって、相当量の空気の流れが容器に入るようになっている。このタイプの設備において、各々がファンおよびフィルタを装備するいくつかの換気セルが、たとえば、互いに隣接して配置されている。
したがって、そのような換気構造体では、すべてのフィルタが同時に使用される。それゆえ、それらのフィルタは、同じ速度でまたは不均衡に摩滅する可能性があり、これによってアーキテクチャの維持管理がより複雑になる。そのようなアーキテクチャについて、ろ過システムを維持管理するための様々なシナリオが実施され得るが、それらは決して完全に満足のいくものではない。これらの様々なシナリオは、以下の通りである。
−オペレータが、フィルタをすべて同時に交換するために、すべてのフィルタが十分に摩滅するまで待つ。しかしながら、この結果として、フィルタが過度に汚染された場合に、アーキテクチャの冷却能力が大幅に低減する場合がある。
−オペレータが、各フィルタを、その汚染レベルに基づいて独立して交換することができるが、これには、それらの汚染レベルを定期的にモニタリングする必要がある。
−オペレータが、フィルタが摩滅しすぎる前に、すべてのフィルタを同時に交換することができる。これによってより高い費用が発生し、依然として定期的な検査が必要である。
フィルタの過剰な汚染に関連して冷却能力が大幅に低減した場合、2つの個別の状況が発生し得ることが留意されるべきである。
−第1の状況において、導入される空気流が不十分になり、電気デバイスの温度が上昇しがちになり、これは過熱した場合に、故障、それらの電気デバイスの停止または機能不全をもたらす可能性がある。
−第2の状況において、容器内に収容されている電気デバイスを適切に冷却するために必要とされる空気流は維持されるが、ファンデバイスに課せられる負荷が増大し、最終的にはファンデバイスの耐用寿命に影響を及ぼす可能性がある。
それゆえ、上述した2つの状況のいずれかが発生する前に、空気入口フィルタを適時に清浄化または交換することができるように、空気入口フィルタに関する汚染レベルが考慮に入れられなければならない。
独国特許出願公開第19949934号明細書は、いくつかのろ過要素が別個の区画内に収容される解決策を共有することを提案している。それらの区画は独立して作動させることができるが、提案されているソリューションは、ろ過要素の汚染レベルに単純に適合することが不可能であるため、満足のいくものではない。
独国特許出願公開第19949934号明細書
本発明の目的は、上記の従来技術の欠点を克服する、電気容器のための空気ろ過システムを提案することである。
この目的は、電気容器のための空気ろ過システムであって、ファンデバイスを通じて上記容器の入口へと導入される空気流をろ過するように構成されている少なくとも1つのろ過要素を備え、上記システムは、
−いくつかの独立したろ過セルCiを備え、iは1〜nに及び、nは3以上であり、各ろ過セルCiは経時的に変化するろ過能力を有し、
−iが2以上である各ろ過セルCiは、セルC1〜Ci−1のろ過能力の合計が特定の閾値を下回るときに、空気流の一部分をろ過するために作動するように制御される、電気容器のための空気ろ過システムによって達成される。
一の特徴によれば、各ろ過セルCiは、入口空気流が、特定の値を超える圧力を有するときに機械的に作動されるように構成されており、上記特定の値は、セルC1〜Ci−1の上記ろ過能力閾値に依存する。
別の特徴によれば、各ろ過セルCiは、開位置と閉位置との間で移動可能な弁を有し、上記弁は、入口空気流の圧力が上記特定の値よりも大きくなるときにその開位置まで動くように調節されている。
別の特徴によれば、弁は、1つの軸を中心として旋回移動可能であるように取り付けられている。
別の特徴によれば、各セルは、弁を閉位置においてロックするように構成されているロックを備える。
第1の代替的な実施形態によれば、各セルにおいて、ろ過要素はセル内で、弁から上流に収容されている。
第2の実施形態によれば、各セルにおいて、ろ過要素は、弁から下流に位置付けられている。
有利には、各ろ過セルは、たとえば、ろ過セルの停止状態に対応する第1の状態、または、セルの作動状態に対応する第2の状態を推定するように構成されているセンサを含むことができる。システムは、たとえば、各センサに接続されるとともに、各センサのステータスを取り出すように構成されている処理ユニットを含む。
有利には、処理ユニットは、2つのろ過セルの2回の連続する作動の間の継続時間を計算するように構成されている計算モジュールを含む。
有利には、処理ユニットは、計算モジュールによって求められている継続時間に基づいてろ過要素の交換時期を予測するためのモジュールを備える。
本発明はまた、電気デバイスを収容するように意図されている電気容器であって、空気入口と、空気出口と、容器の空気入口を通じた空気の導入を支援するように構成されているファンデバイスと、上記で規定されているものによる、空気入口において、容器内へと空気を導入する方向に関してファンデバイスの上流に位置付けられているろ過システムとを有する、電気容器にも関する。
他の特徴および利点が、添付の図面を参照して、以下の詳細な説明から明らかとなる。
本発明のろ過システムが位置付けられる電気容器の概略側面図である。 2つの個別の代替的な実施形態のうちの1つに従って示されている、本発明の空気ろ過システムの概略図である。 2つの個別の代替的な実施形態のうちの1つに従って示されている、本発明の空気ろ過システムの概略図である。 本発明の空気ろ過システムの動作原理を示す図である。 本発明の空気ろ過システムの動作原理を示す図である。 本発明の空気ろ過システムの動作原理を示す図である。 本発明の空気ろ過システムの動作原理を示す図である。 本発明の空気ろ過システムの動作原理を示す図である。 本発明の空気ろ過システムの有利な代替的実施形態を示す図である。
本発明は、電気容器内に設置されている電気デバイスを冷却するために容器内へと導入される空気をろ過するために使用されるろ過システム2に関する。
図1を参照すると、上壁10、下壁11および対になって対向している4つの側壁12を備える平行六面体形状を有する電気容器1の一例が取り上げられている。無論、本発明のろ過システムは、すべてのタイプ、形状およびサイズの電気容器に適合することができる。
電気容器1は、たとえば、レールに固定されている電気デバイス6を収容するように意図されており、それを通じて空気が電気容器1の内部に導入される空気入口4と、電気容器1の外部に高温空気を放出するための空気出口5とを含む。
ファンデバイス3が、容器の空気入口4に位置付けられている。作動されると、ファンデバイスは、容器1の内部へと導入される空気流を生成する。
本発明のろ過システム2は、空気入口4で、容器内へと空気を導入する方向に関してファンデバイス3から上流に位置付けられる。ろ過システムは、ファンデバイス3を用いて、空気入口を介して容器内へと導入される空気流をろ過するように意図されている。ろ過システムの出口は、容器1の空気入口に接続されている。
本明細書の残りの部分について、また添付の図面においては、空気は容器内へと、したがって、ろ過システム2の出口において、一定の流速Qの流れ(図面においては「Q cst」で示されている)および一定の圧力P(図面においては「P cste」で示されている)で容器内へと導入されると仮定される。
図1において、本発明のろ過システムを装備した電気容器が側面図において示されており、非限定的に、以下の構成を提示する。
空気入口および空気出口は、図面の平面に垂直な2つの対向する側壁12に表現されている。
ろ過システム2は、容器1の外側で容器の1つの側壁12に固定されている。
ファンデバイスは、容器内へと空気を導入する方向に関してろ過システム2から下流に位置付けられている。
無論、この構成は一例としてのみ与えられており、とりわけ、空気入口および空気出口を他方の2つの対向する側壁に置くか、または、空気入口もしくは空気出口に上壁を使用することによって、任意の他の構成がもたらされてもよい。
本発明によれば、図2Aおよび図2Bを参照して、ろ過システム2は、独立して互いから分離されている、いくつかのろ過セルCiを含む(iは1〜nに及び、nは3以上であることが好ましい)。容器のサイズに従って、セルCiの数nは、たとえば、冷却能力を調整するように適合されるものとする。「独立したセル(independent cell)」という用語によって、各セルは他のセルに対して区切られており、各他のセルを通る空気流とは別に、空気流が通ることが可能であることは理解されたい。各セルは、外部に向けて外方に開口している空気入口と、電気容器の空気入口に向けて開口している空気出口とを含むものとする。容器の空気入口とセルの空気出口との間にチャンバが配置され得る。下記に説明するように、各セルの入口および/または出口は、最初は弁によって閉じられ得る。
各ろ過セルCiは、セルを通過する空気流をろ過するように構成されているろ過要素Fiを含む。各ろ過要素は、独立した取り外し可能なものとすることができ、または、いくつかのろ過セルの間で共有される、単一のより大きいろ過要素の領域を形成することができる。添付の図面に示すように、たとえば、単一のろ過要素がすべてのろ過セルに対して使用されてもよく、このろ過要素は、システム内に存在するろ過セルと同数のろ過領域で共有される。単純にするために、各々が1つの個別のろ過セルCiと関連付けられているいくつかの独立したろ過要素Fiが本明細書の残りの部分において記載される。
ろ過システムは、より具体的には、以下を含む。
−最初に作動し、他のすべてのろ過セルがまだ作動していないときに、ファンデバイスによって生成される空気流Q全体が通過する一次ろ過セルC1。
−すでに作動しているろ過セルのろ過要素Fiにおいて汚染レベルが増大するにつれて増分的に作動される、C2〜Cnとして示されている、増分的に作動するろ過セル。
添付の図面において、一例として、また非限定的に、本発明のろ過システム2は、5つのろ過セルを有して表現されている。
増分的に作動するろ過セルC2〜Cnは、以下のように作動される。セルC1〜セルCi−1のろ過能力が不十分になると、すなわち、これらのセルC1〜Ci−1と関連付けられるすべてのろ過要素F1〜Fi−1の全体的な汚染レベルが特定の閾値を超えると、作動していないセルCiが作動するようになる。この全体的な汚染レベル閾値を超えると、ファンデバイスを通じて生成される空気流全体をより多数のセルへと分割するために、少なくとも1つの新たなろ過セルが作動され、それによって、システムのろ過面が増大し、ろ過能力が十分なレベルに維持される。ろ過セルを増分的に作動させることによってシステムのろ過能力が十分である限り、ろ過要素の交換は必ずしも必要とされなくてもよい。加えて、ファンデバイス3がより大きい空気流Qを生成するように制御される場合、いくつかのろ過セルを同時にまたはより近い時間間隔で作動させることによって、システムのろ過能力を増大させることができる。
図2Aおよび図2Bを参照すると、増分的に作動されるろ過セルC2〜Cnは、たとえば、空洞20を含み、壁200によって隣接するろ過セルから分離されている。増分的に作動される各ろ過セルは、閉位置と開位置との間で動くように適合されている弁201を含む。ろ過セルが作動されていないとき、弁201は閉位置にあり、空気流のいかなる部分もこれを通過しない。セルと関連付けられるろ過要素は、以下の2つの可能性のある変形形態に従って位置付けることができる。
−空気流を導入する方向に関して弁から上流(図2A)、または
−空気流を導入する方向に関して弁から下流(図2B)。
ろ過要素を弁から上流に設置することは、とりわけ、弁を外部環境の汚染から保護する役割を果たす。
ろ過要素を弁から下流に設置することは、とりわけ、ファンデバイスが始動されるか、または、ファンデバイスの速度制御が変動している間に発生する、空気流速の急上昇を制限する役割を果たす。
本発明の作用および特徴は、ろ過要素が弁に対する関係においてどのように配置されているかに関わりなく、有効である。
弁201は、単一片または複数片において構築されてもよい。弁は、以下の異なる機構を使用して1つの位置から別の位置へと動くことができる。
−弁が単一部品から構成される場合は軸202を中心として、または、弁が2つの部品から構成される場合は2つの平行な軸を中心として弁を回転させるために使用される旋回機構、
−弁がスライドすることを可能にするために提供されるスライド機構によってスライドする。
図2Aおよび図2Bにおいて、非限定的に、各弁201は、1つの軸を中心として旋回移動可能に取り付けられる。これらの図面において、セルC2の弁は、その閉位置で実線を使用し、かつ、その開位置で点線を使用して表現されている。
弁を開くことによるセルの作動は、下記に説明するいくつかの個別の変形形態に従って実施されてもよい。
第1の変形形態において、ろ過セルCiの弁201は、単純な機械的効果によってその閉位置からその開位置へと動く。セルC1〜Ci−1のろ過能力が特定の閾値を下回ると、容器内へと導入されるべき空気の圧力が増大し、セルCiの弁201を開くのに十分な機械力が生成される。したがって、セルの増分的な作動は、ファンデバイスを用いて、容器内へと導入されるべき空気の圧力に対する関係においてそれらの弁201の開放を調節することによって実施される。弁201を開くのに必要とされる圧力レベルは、様々な方法で調整されてもよい。これは、たとえば、弁の表面を調整するように、または、空洞および/もしくはセルの空気入口ダクトのサイズを調整するように、バラストウェイトを適切な様式で弁に配置することによって、行われてもよい。選択されるソリューションは、とりわけ、使用されるファンデバイスのタイプに応じて決まり得て、ファンデバイスは、制御電子機器を使用することによって、常に一定である空気流速、または、可変空気流速を生成することができる。
第2の代替的な実施形態において、ろ過セルCiの作動は、コンピュータ処理ユニットによって制御される。セルC1〜Ci−1のろ過能力が上記特定の閾値を下回り、処理ユニット内に記憶されると、処理ユニットは、追加のろ過セルCiの作動を制御する。この制御は、たとえば、以下のものに対して電気信号を発することである。
−作動されると、弁201をロック解除する電気機械式ロックであって、弁は、自然重力によって、または、バネもしくはアクチュエータタイプの機械的要素を用いて開かれる、電気機械式ロック、および/あるいは
−弁201を、その閉位置からその開位置へと作動させるように構成されているアクチュエータ。
セルのろ過能力は、以下の種々の方法で決定され得る。
−任意の既知の測定システムを使用してろ過要素の汚染レベルを測定することによって。処理ユニットは、測定される汚染レベルを、記憶されている汚染閾値と比較する。
−セルの出口において空気流速を測定することによって。セルの出口における空気流速が、処理ユニット内に記憶されている特定の閾値を下回る場合、これは、ろ過要素がもはや十分なろ過能力を有しないことを意味する。
−ろ過要素の動作時間を測定し、製造業者データから得られる有効動作の通常継続時間と比較することによって、または、学習期間を実施することによって。
−任意の他の測定および/または計算ソリューションによって。
さらに、セルを作動させるために使用される代替的な実施形態に関わりなく、弁201は、最初は、偶然に開くことを防止するためにその閉位置においてロックすることができる。弁201は、対応するろ過セルを作動させなければならないときに、たとえば、上記処理ユニットが電気機械式ロックにロック解除電気信号を送信することによって、ロック解除することができる。
図3A〜図3Eを参照すると、本発明による、たとえば、メインろ過セルと、増分的に作動される4つのろ過セルとを備えるろ過システムは、下記に説明するように動作する。これらの図面において、動作は図2Bの実施形態を使用して示されているが、原理は図2Aの実施形態について同じであることが理解されなければならない。
図3A:
メインろ過セルC1のみが作動する。ファンデバイスによって容器内へと導入されるべきすべての空気流Qが、メインろ過セルC1のろ過要素によってろ過される。
図3B:
メインろ過セルC1のろ過能力が特定の閾値を下回っており、結果として、ろ過システム2を通る空気の圧力が増大している。圧力がセルC2の弁の開放閾値を上回ると、このセルC2の弁が開く。セルの作動閾値は、たとえば、メインろ過セルC1を通るQ/2に等しい空気流速に対して設定される。セルC2が作動すると、Q/2に等しい空気流速がメインろ過セルC1を通過し、Q/2に等しい空気流速がろ過セルC2を通過する。
図3C:
メインろ過セルおよび上記で作動されたろ過セルC2のろ過能力が不十分になり、特定の閾値を下回り、再び、結果として、ろ過システム2を通る空気の圧力が増大している。空気の圧力がセルC3の弁の開放閾値を上回ると、このセルC3の弁が開く。前述のように、セルの作動閾値は、たとえば、メインろ過セルC1およびろ過セルC2によって形成されるアセンブリについてのQ/2に等しい空気流速に対して設定される。セルC3が作動すると、Q/4に等しい空気流速がメインろ過セルC1を通過し、Q/4に等しい空気流速がろ過セルC2を通過し、Q/2に等しい空気流速がろ過セルC3を通過する。
図3D:
上記で作動されたメインろ過セル、ろ過セルC2およびろ過セルC3のろ過能力が不十分になり、特定の閾値を下回り、再び、結果として、ろ過システム2を通る空気の圧力が増大している。空気の圧力がセルC4の弁の開放閾値を上回ると、このセルC4の弁が開く。前述のように、セルC4の作動閾値は、たとえば、メインろ過セル、ろ過セルC2およびろ過セルC3によって形成されるアセンブリについてのQ/2に等しい空気流速に対して設定される。セルC4が作動すると、Q/6に等しい空気流速がメインろ過セルC1を通過し、Q/6に等しい空気流速がろ過セルC2を通過し、Q/6に等しい空気流速がろ過セルC3を通過し、Q/2に等しい空気流速がろ過セルC4を通過する。
図3E:
上記で作動されたメインろ過セル、ろ過セルC2、ろ過セルC3およびろ過セルC4のろ過能力が不十分になり、特定の閾値を下回り、再び、結果として、ろ過システムを通る空気の圧力が増大している。空気の圧力がセルC5の弁の開放閾値を上回ると、このセルC5の弁が開く。前述のように、セルC5の作動閾値は、たとえば、メインろ過セル、ろ過セルC2、ろ過セルC3およびろ過セルC4によって形成されるアセンブリについてのQ/2に等しい空気流速に対して設定される。セルC5が作動すると、Q/8に等しい空気流速がメインろ過セルを通過し、Q/8に等しい空気流速がろ過セルC2を通過し、Q/8に等しい空気流速がろ過セルC3を通過し、Q/8に等しい空気流速がろ過セルC4を通過し、Q/2に等しい空気流速がろ過セルC5を通過する。
たとえば、Q/2より低い空気流速に対応して、システムのすべてのセルによって形成されるアセンブリが有するろ過能力が特定の閾値を下回ると、ろ過要素は交換される必要がある。
図4に示す本発明の代替的な実施形態によれば、ろ過システム2は、セルが作動されるときにモーメントを検出するための、増分的に作動される各ろ過セルC2〜Cnと関連付けられるセンサ203を含む。システム2はまた、各センサのステータスを判定するために、各々が別個のセンサ203と関連付けられる複数の入力を有するCPUプロセッサをも含む。処理ユニットは、2つの連続するセル作動の間に経過した時間に基づいて各ろ過要素Fiの交換時期T_Fiを求めるように構成されている計算モジュールを含む。

Claims (12)

  1. 電気容器(1)のための空気ろ過システム(2)であって、ファンデバイス(3)によって前記容器(1)の入口へと導入される空気流をろ過するように構成されている少なくとも1つのろ過要素(Fi)を備え、前記システム(2)が、
    いくつかの独立したろ過セルCiを備え、iは1〜nに及び、nは3以上であり、各ろ過セルCiは可変ろ過能力を有し、
    iが2以上である各ろ過セルCiは、C1〜Ci−1に及ぶ前記セルの前記ろ過能力の合計が特定の閾値を下回るときに、前記空気流の一部分をろ過するように作動させられることを特徴とする、空気ろ過システム(2)。
  2. 各ろ過セルCiが、入口空気流が特定の値を超える圧力を有するときに機械的に作動されるように構成されており、前記特定の値は、前記セルC1〜Ci−1の前記ろ過能力閾値に依存することを特徴とする、請求項1に記載のろ過システム。
  3. 各ろ過セルCiが、開位置と閉位置との間で移動可能な弁(201)を有し、前記弁は、前記入口空気流の前記圧力が前記特定の値よりも大きくなるときにその開位置まで動くように調節されていることを特徴とする、請求項1または2に記載のろ過システム。
  4. 前記弁(201)が、軸(202)を中心として旋回移動可能に取り付けられていることを特徴とする、請求項3に記載のろ過システム。
  5. 各セルが、前記弁(201)を前記閉位置においてロックするように構成されているロックを備えることを特徴とする、請求項3または4に記載のろ過システム。
  6. 各セルにおいて、前記ろ過要素(Fi)が、前記セル内で前記弁から上流に収容されていることを特徴とする、請求項3〜5のいずれか一項に記載のろ過システム。
  7. 各セルにおいて、前記ろ過要素(Fi)が、前記弁から下流に位置付けられていることを特徴とする、請求項3〜5のいずれか一項に記載のろ過システム。
  8. 各ろ過セルが、前記ろ過セルの停止状態に対応する第1の状態、または、前記セルの作動状態に対応する第2の状態を推定するように構成されているセンサ(203)を含むことを特徴とする、請求項1〜7のいずれか一項に記載のろ過システム。
  9. 前記ろ過システムが、各センサ(203)に接続されるとともに、各センサのステータスを取り出すように構成されている処理ユニット(CPU)を備えることを特徴とする、請求項8に記載のろ過システム。
  10. 前記処理ユニット(CPU)が、2つのろ過セルの2回の連続する作動の間の継続時間を計算するように構成されている計算モジュールを含むことを特徴とする、請求項9に記載のろ過システム。
  11. 前記処理ユニット(CPU)が、前記計算モジュールによって求められている前記継続時間に基づいて前記ろ過要素の交換時期を予測するためのモジュールを含むことを特徴とする、請求項10に記載のろ過システム。
  12. 電気デバイスを収容するように意図されている電気容器(1)であって、空気入口(4)と、空気出口(5)と、前記容器の前記空気入口を通じた空気の導入を支援するように構成されているファンデバイス(3)とを有し、前記電気容器が、11における請求項1のいずれか一項において規定されているものに一致し、前記空気入口において、前記容器内へと空気を導入する方向に関して前記ファンデバイス(3)から上流に位置付けられているろ過システム(2)を有することを特徴とする、電気容器(1)。
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