JP4535889B2 - エアフィルタの目詰まり検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、エアフィルタの目詰まり検出装置に関し、特に、無線基地局装置の内部に配置されたデバイスを冷却する冷却ファンユニット等に付設されるエアフィルタの目詰まり検出装置に関する。

無線基地局装置等において、装置の内部に実装される各デバイスを冷却する必要がある場合には、ファンによって装置内部に外気を導入して各デバイスを冷却している。しかし、無線基地局装置が設置される周辺環境には、浮遊塵埃等が存在し、装置内部に外気を導入すると、浮遊塵埃も同時に装置内部に流入させることになる。そのような場合には、装置内部の各デバイスに塵埃が付着することもあり、塵埃の付着量又は付着場所によっては、電気部品のショート等を誘発し、装置が故障するなど、重大な事故に繋がる可能性もある。

そのため、冷却ファンによる送風によって内部デバイスを冷却している無線基地局装置は、装置内部のデバイス類への塵埃の付着による装置の故障等を防ぐため、塵埃の除去を目的として、エアフィルタを実装している。このエアフィルタに塵埃を付着させることで、装置内部に送風される空気から塵埃を除去することができる。

しかし、除去された塵埃は、エアフィルタの表面に付着したままとなるため、運用時間の経過に従ってエアフィルタへの塵埃の付着量が増加する。エアフィルタに塵埃が付着すると、エアフィルタの圧力損失が増加するため、エアフィルタを通過する風量が減少し、その結果、装置内部への送風量が低下し、各デバイスの温度が上昇する。

エアフィルタへの塵埃の付着量が増加してエアフィルタの圧力損失がある一定のレベルを超え、装置内部の冷却に必要な風量を確保できない状態にまで塵埃が付着したときに、エアフィルタが目詰まりを起こしたと一般に呼ばれる。エアフィルタが目詰まりを起こした状態では、冷却風の風量が低下するため、装置内部の各デバイス温度が動作保証範囲外まで上昇し、場合によっては、そのデバイスが故障することで装置全体が故障することを考慮する必要がある。

上記に鑑み、エアフィルタを定期的に交換する必要があるが、エアフィルタの目詰まりの状況については、設置環境により空気中の塵埃濃度が異なるため、運用時間から目詰まりの量を定量的に把握することができず、交換時期を運用時間に基づいて決定するのは困難である。また、設置環境が無人の場合には、目詰まりの確認作業を保守作業員によって定期的に実施することになるが、エアフィルタが目詰まりを起こしていない状態では無駄な作業となってしまい非効率的である。

そこで、エアフィルタの目詰まりを事前に検知する手段を装置本体に備えることにより、目詰まりの確認作業を保守作業員等によって行う必要がなく、適切な時期にエアフィルタの交換を行うことを可能とする技術が種々提案されている。

例えば、特許文献１に記載のエアフィルタの目詰まり検出装置は、ホットサーミスタセンサの検出した風速を、自動車が内気循環モードにある場合には、内気温度センサの検出値によって補正し、また自動車が外気導入モードにある場合には、外気温度センサの検出値によって補正し、補正された風速に基づいてエアフィルタの目詰まりを検出する。

また、特許文献２に記載のエアフィルタの目詰まり検知装置は、車両用空調装置のエアフィルタの目詰まり量を容易に視認できるようにするため、検知器のパイプをクーリングユニットのケーシングの外部に取り付け、エアフィルタより上流のダクト内の空気の圧力と車室内圧力との差に応答してピストンがパイプ内を摺動し、目詰まり指示部がピストンの位置に応じてパイプの目詰まり量表示部を指すようにして、冷却風の上流側とエアフィルタ通過後の圧力差を測定し、圧力差の変化の度合いを判断して目詰まりを判定している。

さらに、特許文献３には、エアフィルタの目詰まりの誤検知を防止するとともに、組立て、清掃作業等を容易に行うことを目的として、エアフィルタの上流側の前面パネルの内面に反射部を設け、エアフィルタの下流側に各々離間するようにして発光部及び受光部を一体に設け、発光部からの光をエアフィルタを透過させながら反射部で反射させ、受光部で受けるように構成し、目詰まりの進行に従ったフィルタを通過する光量の変化により目詰まり量を測定している。

特開平１０−３１４５２７号公報 特開平９−１０９６７０号公報 特開平７−２６０２３１号公報

しかし、上記特許文献１に記載の目詰まり検出装置は、エアフィルタ通過前後の温度を測定し、温度差から風量を算出してエアフィルタの目詰まりを検出しているが、装置の風量の変化の要因には、冷却ファンの故障等、エアフィルタの目詰まり以外の要因も考えられるため、エアフィルタの目詰まりを誤検出するおそれがある。

また、特許文献２に記載の目詰まり検出装置は、エアフィルタの通過前後の圧力を測定し、その圧力差で目詰まりを判定するため、エアフィルタ通過後の風量を正確に測定することができる。しかし、温度により回転数を制御している冷却ファンを用いている場合には、ファンの回転数の変化により冷却風量が変化するため、圧力差だけでは目詰まり量を検出することができず、エアフィルタ通過前後の圧力差の他、ファンの回転数等の複数のパラメータによって目詰まりを判断する必要があり、装置が複雑になり、装置の製造コストが上昇するという問題があった。

さらに、特許文献３に記載の目詰まり検出装置は、エアフィルタに付着した塵埃の量によってエアフィルタを通過する光量の変化を測定することによって目詰まりの検知を行っているが、この方式では、エアフィルタを通過する光量を測定しているため、測定環境の明るさが変化した場合には、同程度の目詰まりの度合いでも異なった測定結果として出力される可能性がある。場合によっては目詰まりを誤検知することも考えられ、無線基地局装置のように設置場所を特定することができない場合には問題である。また、ある程度の光を通過するエアフィルタを前提とするため、細かい塵埃の捕集を目的とする不織布等を用いた目の細かいエアフィルタについては、目詰まりを検出することができないという問題があった。

そこで、本発明は、上記従来のエアフィルタの目詰まり検出装置における問題点に鑑みてなされたものであって、冷却ファンの回転数が変化したり、冷却ファンが故障したような場合であっても、エアフィルタの目詰まりを検出することができ、測定環境の明るさが変化したり、不織布等の目の細かいエアフィルタについても、容易かつ確実にエアフィルタの目詰まりを検出することのできる装置等を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、エアフィルタの目詰まり検出装置であって、エアフィルタの表面色を測定する色情報取得部と、該色情報取得部によって測定された色情報をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によって数値化し、色度（ａ＊ｂ＊）を導き出す色情報変換部と、前記エアフィルタの初期状態の色度と使用開始後の色度との差（色差）に基づいて該エアフィルタの目詰まり状態を検出する制御部とを備えることを特徴とする。

そして、本発明によれば、エアフィルタの目詰まりの進行状況、すなわち塵埃の付着量の変化によってエアフィルタ表面の色が変化することに着目し、色情報取得部で測定したエアフィルタの表面色を測定し、色情報変換部でＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によって数値化し、制御部で、前記数値化された色相と彩度に関する情報から前記エアフィルタの目詰まり状態を検出することができる。

空気中に浮遊している塵埃は、二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３）等を主成分とする土ぼこりであるので、フィルタの目詰まりが進行すると、フィルタ表面の色は茶褐色に変化することが一般的に知られている。しかし、ＲＧＢでは、赤、緑、青の各要素の色の度合いが各々数値化されるため、測定物の周辺の明るさが変化すると、同じ色を測定した場合でも出力値が変化する可能性がある。そこで、エアフィルタ表面色の変化をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によって判定し、測定物に照射される光の明るさが変化した場合でも、色相と彩度の情報は、変化することなく測定することが可能であるため、色相と彩度を示す色度（ａ＊ｂ＊）を指標とし、エアフィルタの表面色を正確に測定し、目詰まり状態の判断を行うことができる。

前記エアフィルタの目詰まり検出装置において、前記色情報取得部を、カラーセンサ又はＣＣＤカメラを備えるように構成することができる。

また、 前記制御部によって検出された前記エアフィルタの目詰まり状態を表示する表示部を備えるように構成することができる。これによって、設定した目詰まり量を超えたことを視覚的に知らせることができる。

さらに、前記制御部によって検出された前記エアフィルタの目詰まり状態を外部に送信するための出力部を備えるように構成することができる。これによって、エアフィルタの目詰まりの状態を外部に通知することができ、遠隔監視が可能となり、補修作業員による定期的なエアフィルタの確認作業が不要となる。

また、本発明は、冷却ファンユニットであって、上記いずれかのエアフィルタの目詰まり検出装置と、冷却ファンと、前記エアフィルタの目詰まり検出装置の前記出力部によって出力されたエアフィルタの目詰まり検出信号を受信すると、冷却ファンの回転数を増加させるファン回転制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、目詰まり検出装置がエアフィルタの目詰まりを検出した場合には、冷却ファンユニットのファン回転制御部に送信し、異常時動作として冷却ファンの回転数を増加させて装置の冷却に必要な風量を確保することができる。

さらに、本発明は、無線基地局装置であって、上記いずれかのエアフィルタの目詰まり検出装置又は上記冷却ファンユニットを備えることを特徴とする。これによって、無線基地局装置の内部に配置されたデバイスを確実に冷却して装置の故障を未然に防ぐことが可能となるとともに、無線基地局装置の遠隔監視が可能となり、補修作業員による定期的なエアフィルタの確認作業が不要となり、無線基地局装置の運用コストを削減することができる。

以上のように、本発明によれば、冷却ファンの回転数が変化したり、冷却ファンが故障したような場合であっても、エアフィルタの目詰まりを検出することができ、測定環境の明るさが変化したような場合でも、容易かつ確実にエアフィルタの目詰まりを検出することのできるエアフィルタの目詰まり検出装置等を提供することが可能となる。

図１は、本発明にかかるエアフィルタの目詰まり検出装置（以下、「目詰まり検出装置」と略称する）を適用した無線基地局装置を示し、この無線基地局装置１は、シェルフ２等を実装するためのラック１を備えている。ラック１は、カード３等を実装するため、シェルフ２を固定可能な構造とし、シェルフ２は、カード３と、電源ユニット４と、冷却ファンユニット５と、フィルタユニット６と、後述する目詰まり検出装置等を固定可能に構成される。

冷却ファンユニット５は、図２に示すように、ファンボックス８に、冷却ファン９と、回転制御部１１と、冷却ファン９の異常を表示するファンアラーム表示部１０とを備える。

図３に示すように、フィルタユニット６は、図２に示した冷却ファン９による装置内部への送風時の塵埃を除去することを目的として設けられ、エアフィルタボックス１２に交換可能なエアフィルタ１３が装着される。

図１に示した無線基地局装置１の内部を冷却するための冷却空気の流れは、図４に矢印で示すように、装置下部のフィルタユニット６から取り込まれ、冷却ファンユニット５により送風され、カード３を冷却した後、装置上部より排気される。

図５に示すように、目詰まり検出装置１４は、フィルタユニット６の近傍に取り付けられる。図３に示したエアフィルタ１３には、冷却風の上流側の面に塵埃が付着するため、目詰まり検出装置１４をフィルタユニット６の下側に配置する。目詰まり検出装置１４は、図６に示すように、エアフィルタ１３への塵埃１６の付着による色の変化を検知するカラーセンサ（色情報取得部）１５と、設定した目詰まり量を超えたことを視覚的に知らせるための表示部１７と、リセットボタン１９とを備える。また、目詰まり検出装置１４は、制御部１８を備え、これによりカラーセンサ１５からの数値情報を定量的に判断することが可能となっている。

尚、目詰まり検出装置１４をエアフィルタ１３の近傍に配置すると、エアフィルタ１３を通過する冷却風の流量に影響し、目詰まり検出装置１４近傍のエアフィルタ１３への塵埃１６の付着量が他の部位と異なってしまうため、目詰まり検出装置１４をエアフィルタ１３から測定距離Ｌだけ離して配置する。測定距離Ｌは、採用するカラーセンサ１５の性能によって変更可能である。尚、カラーセンサ１５の代わりに、ＣＣＤを用いることもできる。

次に、上記構成を有するエアフィルタ１３の目詰まり検出装置１４の動作について説明する。

カラーセンサ１５によって測定されたエアフィルタ１３の表面色の情報は、ＲＧＢ信号として数値データ化される。但し、ＲＧＢでは、赤、緑、青の各要素の色の度合いが各々数値化されるため、測定物の周辺の明るさが変化すると、同じ色を測定した場合でも出力値が変化する可能性がある。設置環境が特定されない無線基地局装置１では、測定する環境の明るさが変化することは十分に考えられるため、ＲＢＧ化されたフィルタ表面色の数値情報のままでは、同程度の目詰まりを示すエアフィルタ１３でも、測定環境周辺の明るさが変化することで異なる目詰まり状態と判断される可能性があり、場合によってはエアフィルタ１３の目詰まりを誤検知することも考えられる。

この設置環境の明るさの変化を考慮したエアフィルタ１３の表面色を正確に測定するため、本発明では、エアフィルタ１３の表面色の変化をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によって判定する。

図７は、ＪＩＳ Ｚ ８７２９ によって規定されるＬ＊ａ＊ｂ＊表色系の概要を示し、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系では、明度（Ｌ＊）と、色相と彩度を示す色度（ａ＊ｂ＊）が各々別々の指標として表現することを特徴とする。明度が独立した指標として表現されるため、測定物に照射される光の明るさが変化した場合でも、色相と彩度の情報は、変化することなく測定することが可能である。そのため、無線基地局装置のように、設置環境を特定することができず、測定面周辺の明るさを予め予測できない環境においても、エアフィルタ１３の表面色を正確に測定し、目詰まり状態の判断を行うことは十分に可能である。

また、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系によれば、色相及び彩度を示す色度は、図７に示すように、２次元平面上で表現することができる。従って、図６のカラーセンサ１５によって測定されたＲＧＢによる色情報を、図示しない色情報変換部によって、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系に変換すれば、図８に示すように、エアフィルタの使用開始前の色度Ａと、運用開始後Ｎ時間後の色度Ａ’を同一平面上にプロットすることができるため、各々の色差（ΔＡ）を数値情報として求めることが可能となる。この色差を利用すれば、フィルタ表面色の変化をフィルタの目詰まりの進行として置き換えることが可能となり、その結果、エアフィルタの目詰まりの検出が可能となる。

図９に示すように、色差ΔＡの上限値を定め、これをしきい値とすれば、上記無線基地局装置１の運用時間の経過によって進行するエアフィルタ１３の目詰まりの度合いを示すエアフィルタ１３の表面の色差ΔＡとしきい値とを比較し、Ｎ’時間経過後に、しきい値を超えた段階で目詰まりと判断してエラー出力を行えば、エアフィルタ１３の交換を促すことが可能となり、事前に装置故障等のトラブルを防ぐことが可能となる。

前記カラーセンサ１５によって測定された色情報から、エアフィルタ１３の目詰まりを判定するのは、目詰まり検出装置１４内に構成される制御部１８によって行われる。図１０を参照しながら、制御部１８によって行われる色判定の動作について説明する。

まず、前回までの情報を読み出し、色差の判定に用いるしきい値、エアフィルタ１３の初期状態の色度Ａ等の判別情報を準備する（ステップＳ１）。次に、エアフィルタ１３の表面の色の測定を開始する。図６の目詰まり検出装置１４には、リセットボタン１９が備えられており、エアフィルタ１３を交換した場合には、リセットボタン１９を押す（ステップＳ２）と、前回までの情報を初期化してエアフィルタ１３の表面色の初期状態を再測定する（ステップＳ３）。再測定された色情報はＲＢＧデータであるため、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系に変換され（ステップＳ４）、数値化された色度の情報からエアフィルタ１３の目詰まりと判断するためのしきい値Ｈを算出し、初期状態の色情報Ａとともに制御部１８内のメモリに登録する（ステップＳ５）。この登録された判別値は、リセットボタン１９を押さない限り初期化されないため、運用中に装置電源を再投入する次回起動時にも有効で、消えることはない。

一方、ステップＳ２において、リセットボタン１９を押さない場合には、エアフィルタ１３の表面の最新の色情報を測定する（ステップＳ６）。測定後に測定データ（ＲＢＧデータ）をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系に変換（ステップＳ７）して色度Ａを求め、エアフィルタ１３の初期状態の色度Ａ’との色差（ΔＡ）を計算して両者を比較する（ステップＳ８）。その結果、色差（ΔＡ）がしきい値Ｈを超えない場合には、再びエアフィルタ１３の表面色の測定を行い、色差の比較を行う動作を繰り返す。色差（ΔＡ）としきい値Ｈの比較において、色差（ΔＡ）がしきい値Ｈを超えた場合には、アラームを表示し（ステップＳ９）、外部に信号を出力する（ステップＳ１０）。

アラームは、目詰まり検出装置１４に設けられた表示部１７に表示され、エアフィルタ１３の交換を促すことができる。さらに、目詰まり検出装置１４に外部からの通信手段が接続されている場合には、図１１に示すように、無線基地局装置１の監視所等にエアフィルタ１３の目詰まり情報を送信し、エアフィルタ１３が目詰まりを起こしたことを知らせることが可能である。これにより、補修作業員が無線基地局装置１のエアフィルタ１３を直接確認しなくても、エアフィルタ１３の目詰まりを確認することができる。

上記の通り、カラーセンサ１５でエアフィルタ１３の表面色を常時監視することで、初期状態の色から一定量の変化を判別することが実現可能となるため、エアフィルタ１３が目詰まりを起こし、図２に示す冷却ファン９による冷却風量が減少する前に外部にアラームを出すことが可能となる。

さらに、エアフィルタに付着する塵埃の種類は設置環境によって異なるため、目詰まりの進行によるエアフィルタの表面の色の変化は設置環境により様々である。従って、本発明による目詰まり検出装置においても、エアフィルタに付着した塵埃の種類が異なることによるエアフィルタの表面色の変化を考慮しなければならない。本発明では、エアフィルタの初期状態の表面色からの変化を色差として捉えるため、使用するエアフィルタの色を特定する必要がない。従って、設置環境によって異なる塵埃に対応するためにエアフィルタを変更することも可能である。

図１２は、本発明にかかる目詰まり検出装置のもう一つの実施の形態を示し、本実施の形態では、目詰まり検出装置１４が冷却ファンユニット５と接続されている。

目詰まり検出装置１４がエアフィルタ１３の目詰まりを検出した場合には、目詰まり検出装置１４のアラーム信号を冷却ファンユニット５のファン回転制御部１１に送信し、異常時動作として冷却ファン９の回転数を増加させて装置の冷却に必要な風量を確保する。尚、冷却ファン９の回転数増の動作は、エアフィルタ１３が交換され、アラーム信号の出力が停止するまで続けられる。また、アラーム信号は、監視装置２１にも送信され、エアフィルタ１３の目詰まりを知らせることで、エアフィルタ１３の交換作業を保守作業員に促すことができる。

図１３は、本発明にかかる目詰まり検出装置のもう一つの実施の形態を示し、この目詰まり検出装置１４は、設置環境が暗い場合に用いられる。設置環境が暗いと、カラーセンサ１５によるエアフィルタ１３の表面色の測定が十分ではなくなるが、外部照明２０を設置してエアフィルタ１３の表面を照らすことで、カラーセンサ１５による測定を確実に実施することが可能となる。

本発明にかかるエアフィルタの目詰まり検出装置を適用した無線基地局装置を示す外観斜視図である。 図１の無線基地局装置に設置される冷却冷却ファンユニットを示す外観斜視図である。 図１の無線基地局装置に設置されるフィルタユニットを示す外観斜視図である。 図１の無線基地局装置内の冷却風の流れを示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置の設置場所の一例の説明図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置の一実施の形態を示す詳細図である。 本発明にかかるＬ＊ａ＊ｂ＊表色系を用いた色差による目詰まり判定の説明図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置を用いた目詰まりの判定方法の説明図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置を用いた目詰まりの判定方法の説明図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置を用いた目詰まりの判定方法を示すフロー図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置における検知信号の流れを示す図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置のもう一つの実施の形態を示すブロック図である。 本発明にかかる目詰まり検出装置のもう一つの実施の形態を示す詳細図である。

符号の説明

１ 無線基地局装置
２ シェルフ
３ カード
４ 電源ユニット
５ 冷却ファンユニット
６ フィルタユニット
７ ラック
８ ファンボックス
９ 冷却ファン
１０ ファンアラーム表示部
１１ 回転制御部
１２ エアフィルタボックス
１３ エアフィルタ
１４ 目詰まり検出装置
１５ カラーセンサ
１６ （フィルタに付着した）塵埃
１７ 表示部
１８ 制御部
１９ リセットボタン
２０ 外部照明
２１ 監視装置

Claims (6)

1. エアフィルタの表面色を測定する色情報取得部と、
   該色情報取得部によって測定された色情報をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系によって数値化し、色度（ａ＊ｂ＊）を導き出す色情報変換部と、
   前記エアフィルタの初期状態の色度と使用開始後の色度との差（色差）に基づいて該エアフィルタの目詰まり状態を検出する制御部とを備えることを特徴とするエアフィルタの目詰まり検出装置。
2. 前記色情報取得部は、カラーセンサ又はＣＣＤカメラを備えることを特徴とする請求項１に記載のエアフィルタの目詰まり検出装置。
3. 前記制御部によって検出された前記エアフィルタの目詰まり状態を表示する表示部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のエアフィルタの目詰まり検出装置。
4. 前記制御部によって検出された前記エアフィルタの目詰まり状態を外部に送信するための出力部を備えることを特徴とする請求項１、２又は３に記載のエアフィルタの目詰まり検出装置。
5. 請求項４に記載のエアフィルタの目詰まり検出装置と、
   冷却ファンと、
   前記エアフィルタの目詰まり検出装置の前記出力部によって出力されたエアフィルタの目詰まり検出信号を受信すると、冷却ファンの回転数を増加させるファン回転制御部とを備えることを特徴とする冷却ファンユニット。
6. 請求項１乃至４のいずれかに記載のエアフィルタの目詰まり検出装置又は請求項５に記載の冷却ファンユニットを備えることを特徴とする無線基地局装置。

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