JP5868307B2 - ダクト内の汚れ状態を検知するシステム - Google Patents
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Description
本願は、２００７年６月１３日付けで提出した米国仮特許出願第６０／９４３，６２６号、発明の名称“ダクト油脂付着物検知装置、システム及び方法”の優先権を主張し、この米国仮特許出願は全て参照文献として本明細書に結合される。
本発明は、排気換気システム、そしてとくに火災の危険のような起こり得る問題を生じさせる排気システム内に物質が溜まり得る排気換気システムに関するものである。
排気システムは、被空調空間から汚染物質を除去するのにしばしば用いられる。これらのシステムの多くは排気ダクト及びフードに物質を付着させたり堆積させる排出空気流から不完全に除去されるエアゾールを処理する。例えば、キッチン・レンジ・フードはキッチンから調理フューム（蒸気・煙）を除去する。かかるフュームにはしばしば油脂（グリース）フィルタを用いても完全に除去されない油脂エアゾールが含まれている。長期間稼動の後、ある種の油脂は、排気管路の内側に必然的に付着する。これは火災の危険につながったりその他の望ましくない結果となり得る。
キッチンからフュームを除去するため多くの装置が設計され、製造されてきた。天蓋及びバックシェルフフードは普通の形式である。これらは通常、一つ又は複数の調理器具の上方に設けられ、排気ダクトを介してルーフ装着ファンに接続され、ルーフ装着ファンはフードを通して空気を引き込み、外部雰囲気へ放出する。取外し可能なカートリッジ油脂フィルタは、通常、管路の直前のフードに装着される。これらのフィルタは通常、周期的にフードから外されて洗浄して堆積した油脂を除去する。かかるフィルタは完全ではなく、すなわち最も大きな粒子を除去するには有効であるが、排気流中に実質的な量の油脂を残しがちである。フィルタを通過する油脂はフードからの管路内に溜まりそしてファンに堆積し排気システムから一緒に放出され得る。
油脂がダクトに付着して溜まったら、そのダクトを清浄することが可能である。この清浄を行う種々のシステムが公知である。ダクトを清浄する必要があるかどうかを決める一つの手段として視覚検査がある。油脂の堆積を検知する別の方法は、“排気システム内における油脂の堆積を監視する方法及び装置”に関する米国特許第３８９０８２７号に記載されており、ダクト内に装着され、表面に油脂がどの程度堆積したかを測定するために詳細に検査するために外すことのできる取外し可能なパッチが記載されている。多数のパッチはセットして装着され、油脂の堆積状態を見る際に一つのパッチが外される。
火炎検知及び消火は、排気フード及びダクト用の周知の解決法である。従来の火炎検知及び抑制システムは、キッチン排気フード及び管路内に組み込まれ得る。水又は化学消化剤を用いて火災を抑えることができる。例えば、“火炎抑制システム”に関する米国特許第４５２４８３５号には化学火炎抑制システムが記載されている。
当該技術分野においては管路内における油脂及びその他の汚染物の堆積を検知する好適で信頼できる機構が必要である。視覚検査に基づく公知の方法は冗長であり、信頼できず、また実施するには困難である。
管路に汚染付着物が堆積した時に測定する自動装置は、ダクトを清浄する又は交換する必要性をメンテナンス個人に又は自動化清浄機器に知らせるのに使用される。堆積した油脂の属性を検知し、そして堆積の表示信号を発生する種々の実施形態の検知装置が使用され得る。かかる殆んどの装置では、好ましくは、付着する傾向のある物質の種類について検量が行われる。複数の好ましい実施形態では、検知装置は、ダクト内のフューム流に対して表面を提示する。好ましい実施形態では、かかる表面は、最悪ケースの温度を表す温度に冷却され、それにより、検知装置の表面における堆積（凝縮による）は少なくとも、監視されることになる管路における最も冷たい表面ほど多くなる。また、好ましくは、検知装置は、フューム流中の油脂に晒すために最悪ケースの位置にできるだけ近接するように位置決めされる。それで例えば、検知装置は、エアゾール流の性質及び管路の形態に依存して高速位置或いは反転又は淀み境界層に位置決めされ得る。
好ましい形式の検知装置では、油脂の堆積を検知するのにマイクロスケール装置が用いられる。マイクロスケールは、物質が堆積している物体の共振周波数の変化を検出することによって微量の物質を測定するのに用いられる。マイクロスケールの一例として、ある範囲の周波数にわたって駆動される圧電変換器を使用するものがある。装置を適当に較正することによって、ベースラインに対する質量の変化が測定され、清浄を必要とする閾値と比較される。
一実施形態によれば、本発明は、排気流中に表面をもつ部材を配置すること、汚れを表す表面の性質における変化による表面の汚れ状態を表す信号を発生することを含む、ダクト内の汚れ状態を検知する方法である。別の実施形態においては、かかる性質は、光学的不透明度、反射率、光学的散乱、熱伝導率及び質量の少なくとも一つである。別の実施形態では、排気流中に表面をもつ部材を配置することは、使い捨て検知装置を設けることを含み（すなわち備え）、本方法は、さらに、発生後検知装置を交換することを含む。別の実施形態では、本方法は、表面を冷却することを含む。別の実施形態では、本方法は、表面を予定の温度に冷却することを含む。別の実施形態では、性質は、質量を含み、また、信号を発生することは、部材の共振周波数を測定することを含む。別の実施形態では、排気流中に表面をもつ部材を配置することは、フュームの近付く流れに対向するように表面を向けることを含む。別の実施形態では、信号を発生することは、測定した性質の傾向と予定の傾向とを比較して相関関係を特定することを含む。
別の実施形態によれば、本発明は、上記の方法のいずれかを実施するのに用いられ得る装置にある。一実施形態において該装置は、表面に堆積した物質の質量を測定する圧電マイクロスケールを備えている。
別の実施形態によれば、本発明は、上記の方法のいずれかを実施するシステムにある。該システムは、排気システムが稼動していない時にサンプル（試料）測定を行うコントローラを備え得る。
別の実施形態によれば、本発明は、ダクトを通って流れる排気流と流体連通する検知装置を設けることを含む（すなわち備える）、ダクトにおける堆積汚染物のレベルを検知する方法にある。本方法は、さらに、検知装置を用いてダクトにおける堆積汚染物のレベルを測定することを含み得る。本方法は、さらに、かかる測定に基づいて信号を出力することを含み得る。別の実施形態においては、本方法は、さらに、信号の出力に基づいてアラームを作動することを含み得る。別の実施形態においては、本方法は、さらに、信号の出力に基づいて堆積汚染物のレベルをユーザに表示することを含み得る。別の実施形態においては、検知装置は、表面を備える感知要素及び感知要素に問い合わせるコントローラを備え得る。別の実施形態では、検知装置を設けることは、排気流において感知要素の表面を、排気流中の汚染物に晒される最悪ケースの位置となるように方向決めすることを含み得る。別の実施形態では、ダクトにおける堆積汚染物のレベルを測定することは、コントローラを用いること、感知要素に問い合わせてダクトにおける堆積汚染物のレベルを表す測定値を得ることを含み得る。別の実施形態では、本方法は、さらに、検知装置を目標温度に冷却することを含み得る。別の実施形態では、本方法は、さらに、ダクトの壁の実時間モデル、排気流の温度及び／又は雰囲気温度に従って目標温度を決めることを含み得る。
本発明の別の実施形態によれば、ダクト中の汚れを検知する方法は、ダクトを通って流れる排気流から物理的に分離されるようにダクトに対して外部に検知装置を配置すること、検知装置を用いてダクトに問い合わせて検知結果を発生すること、及び検知結果をダクトの内面に堆積した汚れの量と相関付けることを含み得る。
別の実施形態では、検知装置は、音響源及び音響センサーを備え得、検知装置を設けることは、ダクトの外部の第１側に音響源及び音響センサーを配置することを含み得、上記ダクトに問い合わせることは、音響源からダクトの第１側へ音響信号を伝達すること、及び音響センサーで反射音響信号を測定することを含み得、また上記相関付けることは、音響インピーダンスを計算すること及び音響インピーダンスを堆積した汚れの厚さに関連付けることを含み得る。
別の実施形態では、検知装置は、放射性源及び放射性センサーを備え得、上記検知装置を設けることは、ダクトの外部の第１側に放射性源及び放射性センサーを配置すること、ダクトの外部の第２側に放射性源を対向させることを含み得、上記ダクトに問い合わせることは、放射性源から放射性エネルギーを伝送すること及び放射性センサーで放射線を測定することを含み得、また上記相関付けることは、測定した放射線を堆積した汚れの厚さに関連付けることを含み得る。
別の実施形態では、検知装置は、放射性源及び放射性センサーを備え得、上記検知装置を設けることは、ダクトの外部の第１側に放射性源を位置決めすること、及び放射性源の反対側のダクトの外部の第２側に放射性センサーを配置することを含み得、上記ダクトに問い合わせることは、放射性源から放射性エネルギーを伝送すること及び放射性センサーで放射線を測定することを含み得、また上記相関付けることは、測定した放射線を堆積した汚れの厚さに関連付けることを含み得る。
本発明の目的、利点及び特徴は、添付図面と共に考察する際に本発明の以下の詳細な説明から明らかとなる。
本明細書に結合されかつ本明細書の一部を成す添付図面には本発明の幾つかの実施形態を例示し、そして上述の概説及び以下の詳細な説明と共に本発明の特徴を説明するのに役立つ。全図面を通して同じ参照番号は同じ要素を表している。
さて図１を参照すると、ダクト１１２は開口１１６を備え、この開口１１６を通して汚れ検知装置１２５が挿入される。汚れ検知装置はプレート１０８を備え、プレート１０８は取り外し可能な保護シート１０２で保護された検知表面１０９を備えている。圧電結晶体のような振動子アクチュエータ１０４は、ダクト１１２に取付けた取り付け支持体１０６に対してプレート１０８を振動させる。油脂小滴のような懸濁汚染物粒子を含むガス流１２０は検知表面１０９の周りを通過し、懸濁粒子を検知表面に衝突させる。時間の経過により、検知表面１０９上に被膜が成長していく。被膜はプレート１０８の質量を増大させ、それでプレートの共振周波数の変化により質量の変化を検知できる。センサー／ドライバー１１０は、プレート１０８を振動させかつ共振周波数を検知する駆動信号を供給する。
適当な検知装置は当該技術分野において公知であり、低付着速度に対して高い感度の要求される付着検知のためにしばしば用いられる。かかる装置の一例はマイクロスケールである。適用可能な技術の例は以下の特許に示され、各特許はその全体を本明細書に参照文献として結合される。
“付着監視システム”に関する米国特許第６８８０４０２号、
“エンドポイント・プラズマ・クリーンによるエッチングからチャンバ壁を保護する方法” に関する米国特許第６１２４９２７号、
“半導体製造装置”に関する米国特許第５９８５０３２号、
“チャンバ内の付着を監視する方法、プラズマ処理方法、チャンバをドライクリーニングする方法、及び半導体製造装置”に関する米国特許第５８９７３７８号、
“複合物質製造における付着厚さの測定” に関する米国特許第５８４３２３２号、
“石油を基材とする組成物を分析する及びその中の成分の凝固を感知する音響波センサー装置”に関する米国特許第５６６１２３３号、
“処理チャンバの状態を光学的にモニタする手段を備えた半導体デバイスの製造装置及び方法”に関する米国特許第５５３６３５９号、
“圧電モニタ結晶体における付着の測定及び制御”に関する米国特許第５１１２６４２号、
“厚さ測定ゲージ”に関する米国特許第５６６６３９４号、
“パイプライン付着物の特徴化及びパイプライン付着物のモニタリング用音響センサー”に関する米国特許第６７０１７８７号、
“パイプ又は容器内の付着物をモニタする装置及び方法”に関する米国特許第５６１８９９２号、
“放射性管厚測定”に関する米国特許第３０２３３１２号、及び
“赤外線厚さの測定装置”に関する米国特許第４４２９２２５号。
“付着監視システム”に関する米国特許第６８８０４０２号、
“エンドポイント・プラズマ・クリーンによるエッチングからチャンバ壁を保護する方法” に関する米国特許第６１２４９２７号、
“半導体製造装置”に関する米国特許第５９８５０３２号、
“チャンバ内の付着を監視する方法、プラズマ処理方法、チャンバをドライクリーニングする方法、及び半導体製造装置”に関する米国特許第５８９７３７８号、
“複合物質製造における付着厚さの測定” に関する米国特許第５８４３２３２号、
“石油を基材とする組成物を分析する及びその中の成分の凝固を感知する音響波センサー装置”に関する米国特許第５６６１２３３号、
“処理チャンバの状態を光学的にモニタする手段を備えた半導体デバイスの製造装置及び方法”に関する米国特許第５５３６３５９号、
“圧電モニタ結晶体における付着の測定及び制御”に関する米国特許第５１１２６４２号、
“厚さ測定ゲージ”に関する米国特許第５６６６３９４号、
“パイプライン付着物の特徴化及びパイプライン付着物のモニタリング用音響センサー”に関する米国特許第６７０１７８７号、
“パイプ又は容器内の付着物をモニタする装置及び方法”に関する米国特許第５６１８９９２号、
“放射性管厚測定”に関する米国特許第３０２３３１２号、及び
“赤外線厚さの測定装置”に関する米国特許第４４２９２２５号。
本目的のために付着膜を検知するために必要な質量測定は、上記の特許に記載されたもののような幾つかの産業において要求されるように正確である必要はない。さらに、物質の実質的な質量は、付着物の形成の適当な表示を提供することができ、それで圧電以外の振動システムは例えばスピーカー・コイル及びバネ又はその他の装置を用いて構成できる。
保護シート１０２は例えば裏面に接着剤を施したプラスチック・シートであり得る。保護シート１０２を設けることによって、汚れ検知装置は、ガス流から堆積した物質で恒久的に被覆されるを保護され得る。汚れ検知装置１２５は、センサー／ドライバー１１０によって表示が発生された後、ダクトから外され、保護シート１０２は交換され得る。好ましくは、センサー／ドライバー１１０は、一日に一度又は数日毎に一度のようなスケジュールでテストするように構成される。従って、センサー／ドライバー１１０にはアラームが設けられ得、或いはセンサー／ドライバー１１０は、一つ以上の遠隔端子に信号を伝送するためにコンピュータ・ネットワークに接続され得る。
図２には多数の汚れ検知装置２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃを保持している支持体２０６が示されている。各汚れ検知装置は、表面２０２Ａ、２０２Ｂ、２０２Ｃ、検知部分２０４Ａ、２０４Ｂ、２０４Ｃを備え、これらの検知部分は図１の実施形態の場合のように振動アクチュエータであり得、プレート２０８Ａ、２０８Ｂ、２０８Ｃに堆積した質量を測定する。図２に示すように、汚れ検知装置２２５Ａ、２２５Ｂ、２２５Ｃで例示したように汚れ検知装置に対して種々の取り付け形態が可能である。また、図２に示すように、多数の汚れ検知装置は、汚れの最悪ケースの傾向に応じた形態を導くことが困難である場合には組み合わせられ得る。例えば、汚れ検知装置２２５Ａは汚れ検知装置２２５Ｂによってガス流から部分的に“隠され”る。これにより渦及び淀み領域が生じ得、フュームの最悪ケースの付着速度となる。乱流の性質は、方向が最悪ケースの結果となる実際の形態において決めることが可能でないかも知れないように予測するのが難しい。従って、各々異なる方向又は形態（例えば“隠れた”）をもつ多数の検知装置が単一装置において用いられ得る。汚れ検知装置２２５Ａだけが用いられる場合には、代わりに影部材が用いられ得ることが認められる。
変えられ得るその他の形態パラメータには、検知装置が影部材の下流に配置される距離、検知装置に対する影部材のサイズ、及び影部材の向き（例えば斜め）が含まれる。また非直線状に及び／又は非対角線状に角度を成すような他の方向決めも可能である。
図３Ａを参照すると、好ましくは任意の所与形態の検知装置は付着表面を備え、この付着表面は、流れに対する表面の向き及び表面に衝突する流れの形式以外のダクトの最悪ケースの特性をモデル化している。例えば、油脂エアゾールはしばしば、粒子の温度が縮合点に達すると、付着する。汚れを受けるダクト表面は煙の流れより冷たく、従って煙の流れ中では蒸気相にある物質が沈殿し得る。検知装置が少なくとも最悪ケースの部分と同様に有効に物質を集めるのを保証するために、検知装置の付着表面を冷却する機構が使用され得る。図３Ａには、能動冷却機構３３２例えば熱電冷却器を備えた汚れ検知装置３２５が示されている。センサー／ドライバー１１０及び検知部分３０４は、検知表面３０２に付着した物質の質量を測定する働きをする。熱電対又はサーミスタ或いはその他の適当な温度センサー３３０が、管路を取巻く空間に対する温度センサーＴ３３６と共に設けられ得る。
コントローラ３４０は、公知のフィードバック制御に従って、検知表面３０２の温度を調整し得、それで検知表面の温度は最悪ケースの管路表面部分にほぼ相応する或いは僅かに悪くなるようにされる。例えばかかる温度は、管路の晒される最低空気温度の温度に維持され得る。かかる温度は、殆どダクト表面の各側における膜抵抗のためにまた存在する場合には絶縁体の抵抗のために、少なくとも定常動作中にあらゆるダクト内面より低い。従って、ダクト内部（排気流に対する温度センサー３３４で指示される）と雰囲気との間の中間温度を用いるのがより好ましい。
好ましくは、目標温度は、ダクト壁の形式、排気流の温度及び／又は雰囲気温度に従って逐次変えられ得、それで実時間最悪ケースの表面温度を達成するようにしている。かかる実時間モデルは、プログラム可能なプロセッサを用いてかつ又、適当なダクト壁モデルの性質と共に指示した温度入力に基づいて容易に構成され得る。例えば、ダクト壁の一次元熱モデルは、伝導、対流及び放射熱伝達の公知の式を用いて導き出され得る。所与排気流量の場合、測定した排気流温度及び雰囲気温度はダクトの表面温度を導き出すために熱モデルで用いられ得る。測定した温度の変化はダクト表面の温度の変化と相関付けられ得る。この計算したダクト表面温度は、検知表面を冷却するための目標温度として用いられ得る。能動冷却機構は、上述の又は下述の汚れ検知装置の実施形態或いはその他のものに適用され得る。
図３Ｂには、受動冷却式汚れ検知装置３７５を示している。支持体３５４は、ダクト内部３７８に汚れ検知装置３５０を支持している。チャンネル３５２は、チャンネル３５２を通る外気３８０をダクト内部３５２へ運び、ダクト内部は雰囲気に対して負圧にある。チャンネル３５２を通しての外気３８０の流れは汚れ検知装置３５０と接触し、ダクト内部３７８の温度に対して汚れ検知装置３５０を冷却する。調整可能なダンパー・ブレード３５８はチャンネル３５２を通る流れ３５６を調整できるように止める。センサー／ドライバー３１０は、汚れ検知装置を制御し、そしてまたオペレータが汚れ検知装置３５０の温度に基づいてダンパー・ブレード３５８を調整できるように温度センサー３６２で表示された温度を検知し得る。空気ポンプ３６６はチャンネルの伸張部３６４に用いられて、ダクト内部３７８が低い負圧又は正圧にある時にチャンネル３５２内へ空気を押込む。能動冷却機構は、上述の又は下述の汚れ検知装置の実施形態又はその他の装置のいずれにも用いられ得る。
図４には、熱効果を使用してプレート４１４の検知表面４１２に付着した物質の量を測定する汚れ検知装置が示されている。検知装置４００は、温度センサー、例えばプレート４１４のダクト側の空気／ガスの温度及びプレート４１４の被加熱側の温度を表示するセンサー４１６、４１５から相応した信号を受信することで一つ以上の温度をモニタする。ヒーター４１０は（検知装置４００の制御の下で）プレートの温度がモニタされる際にプレート４１２を加熱する。絶縁体４３４は雰囲気４２２によりプレート４１４の冷却を低減するために設けられ得る。プレート４１４の温度が上昇する際に、時間と温度との関係は検知表面４１２における付着物の層４１９によって発生した絶縁に相応する。検知装置４００は、例えば、オフ動作時間が経過しているクロック表示に従ってテストを行う或いは排気系（システム）の状態を検知することにより排気系が止められる時にテストを行うように構成され得る。好ましくは、テストは、ダクト側の雰囲気ガス（空気）４２０の温度が一定でありしかも流れのない時に行われ、それで付着物の層４１９によってなされる絶縁が測定され得る。
図４Ｂには、電力出力がＱである無限の平面状加熱源についての単純な一次元ネットワーク・モデルを示し、熱は、熱容量がＣＷであるノードへ及びダクト空気４２０側における膜抵抗ＲＦ及び付着物ＲＣの抵抗に等しい熱抵抗を通ってダクト空気４２０の温度ＴＤで無限シンクへ熱を伝達する。又図４Ｃを参照すると、未知である量は、定常ではないモデル（ｔで表す時間）についての測定温度（例えばＲＣの高い値に相当する４３０又はＲＣの低い値に相当する４３２）をプロットすることによってＲＣの値を解くことで得られ得る。同様に、定常状態温度（例えばＴ１、Ｔ２）は補間によって導き出され、そして定常状態モデルにおいて用いられる。このモデルは熱対流のため温度による膜係数の変化を考慮し得、それでＲＦは温度及び時間の関数であり得ることが認められる。ＲＦについて、付着した層の厚さは、付着した物質のサンプルを用いて得られた較正データによって得られ得る。
図５Ａには、図４Ａのものより単純なモデルに相当する熱汚れ検知装置を示している。この検知装置は、被加熱ワイヤ５１０を使用し、その表面は検知表面として機能している。図５Ｂに示すネットワーク・モデルは上述の実施形態の場合のように一次元である（また代わりの実施形態であり平面等価である）。ここで、熱源は電気及び熱絶縁体上の伝導性膜であり得る。温度により電気抵抗が既知変動する物質、例えば白金が用いられ得る。検知装置５００を用いて電圧及び電流を測定することによって、始動時間からの時間を通して電力消費率及び温度が得られ、測定され得る。上述の例の場合のように、温度測定をシステムの適当なモデルに合わせることによってＲＦの未知の値が導き出され、そしてそこから付着した層の厚さが導き出され得る。
図６には、照射源６０６及び光センサー６０４を設けたプレート６１８を備える光学汚れ検知装置６４０が示されている。ドライバー／検知装置６００は、照射源例えばレンズを備えた発光ダイオードに給電し、それにより照射源は、検知表面に物質が付着していない時に検知表面６１６に直角な方向に光を指向する。６１２で示すように物質が表面に堆積されている場合は、射源６０６からの光は物質層６１２で散乱され、そして散乱光線６１０で示すように光センサー６０４で受光される。物質層６１２の厚さが厚くなるにつれて、散乱は多くなり、一層多くの光が光センサー６０４で受光される。ドライバー／検知装置６００は、散乱光線の閾値量が検知された時に、汚れの特定の程度の表示信号を発生するように構成され得る。照射源６０６及び光センサー６０４はライン６２２を介して電気信号を発生する完全な装置であり得る。或いはそれらは、６２２で示す光学繊維チャンネルの端子であり得る。後者の場合には、それらは互いに極めて近接して配置され得る。さらに、照射源６０６及び光センサー６０４は一対を成し、或いはそれぞれ又は両方とも一つ以上設けられ得る。
図７Ａ及び図７Ｂには別の形式の光学汚れ検知装置８２２が示され、光源８０２は、レンズ又は窓８０４の表面がきれいな時には、矢印（光線を表している）８０８で示すように光が検知装置８０６に落ちないように光を指向する。レンズ又は窓８０４の表面が付着物質で覆われてくると、光源８０２からの光は矢印８１０で示すように散乱する。そして散乱光線の幾分かが検知装置８０６に入る。ドライバー／検知装置（図示していない）は図６の実施形態の場合のように機能して、検知装置８０６に入った光の量が閾値に達した後、汚れの予め決めた程度を表す表示信号を発生する。支持体８１４は、光源８０２及び検知装置８０６の両方をダクト内の適位置に保持できる。
検知装置８２２は低価格の材料及び設計で構成され得、それで、ダクトを清掃する毎に交換することができることが認められる。従って、検知装置８２２は単一表示信号を発生し、その後交換される。検知装置８２２と組み合わされたドライバー／検知装置は、恒久的な構成要素であり得る。時間の経過による汚れ検知装置の性能特性の変化又は不適切なクリーニングの結果を避けるために使い捨て検知装置が好ましい。上述のすべての実施形態は、図７Ａ及び図７Ｂに関して説明したような一回使用の使い捨て構成要素を含み得る。
図６並びに図７Ａ及び図７Ｂの両方の実施形態においては、単に散乱作用により検知装置に入る光の総量に基づく汚れの表示を行うよりはむしろ、時間の経過に基づく光強度の曲線を得て、記憶することができ、そして汚れ状態となった検知表面の代表的輪郭と比較できる。このことは、付着した物質が乾燥した形態で多く伝播しない場合、例えば油脂粒子がすすを含んでいる場合に好ましい。そのような場合には、検知装置における光強度がある特定の時点でピークに達し、そして付着した物質による更なるブロッキングのために低下する代表的な輪郭となり得る。汚れ検知表示は、ピークを検知することによって又は加えてそこに流れるある一定量の光強度の降下後に発生され得る。
図８Ａ及び図８Ｂには、秤装置を示し、秤７５０は、ダクト７２６内のフューム７２８に晒される検知表面７２４と、ダクト７２６内のフューム７２８の外側すなわちフューム７２８からシールドされた部分７０２とを備えている。秤は矩形チャンネル形状であり（しかしその他の形状でもよく）、それで壁７３２は、壁７３２と秤７５０との間の流路７２８を画定する凹部内に突出している。フュームがダクト７２６を通って流れる際に、ダクトの外部からの空気は流路７２８を通って流れ、検知表面７２４を冷却する。秤７５０は、開口７０８で画定したノッチ７１６によって配置されるナイフ７１４上で回動し、それで、検知表面７２４がきれいな時には、検知表面７２４は平衡状態にあるため水平である。ノッチ７１６と一致する回動点は重心の上方に位置しているので、秤７５０は、検知表面７２４に付着する質量の大きさに応じて異なった角度で平衡状態となる。壁７３２は、秤７５０が排気系の動作中にフューム７２８からの動圧のために回動し過ぎないようにし、それにより検知表面７２４は常に図８Ｂにおける輪郭図７０４で示すように実質的に水平に留まる。汚れ表面７２４にある一定量の物質が付着すると、秤７５０は、秤７５０と接点７１０とが接触するまで傾斜され、回路を形成し、汚れ状態の表示を行う。上述の実施形態の場合のように、テストは、クロック又は排気系状態の検知装置に従って排気系が作動していない時のみ行われ得る。検知装置７００は、最少の時間間隔の間、一定の閉回路が汚れ状態の表示を発生するために維持されなければならないように構成され得る。壁７３２及び／又はナイフ７１４は、構造体によって電気回路を規定する仕方に応じて一つ以上の電気絶縁体を備え得る。上述の実施形態の場合のように、秤は、汚れ状態が表示された後、交換される使い捨て構成要素であり得る。
図９Ａには、別の光学形式の汚れ検知装置を示し、付着した膜で生じた不透明度が検知され、見えなくなる程度は、汚れ状態を表示する基礎として用いられる。光源９１８は、窓９１４を通ってウエル９０２内に設けた検知装置９０１に向って光を照射する。空気９０５は、検知装置９０１を物質で汚さないようにするためにウエル９０２を通って引き込まれる。光は、矢印９１２で示すように、検知装置９０１に向って照射され、検知装置９０１は検知装置コントローラ９０８で受光される光量を表す信号を発生する。検知装置コントローラ９０８は、受光した光量が閾値レベル以下に落ちる時、汚れ状態表示信号を発生する。窓９１４は、ハウジング９１９に適当な開口を設けることによって、矢印９１７で示すように空気の流れによって冷却され得る。検知装置９０１及び光源９１８はダクト９００の対向側に配置され、それでフュームは窓９１４に付着される。図９Ｂには、ダクトの両側すなわち対向側に検知装置の部分を配置する必要のない汚れ検知装置９５２の代わりの実施形態を示している。光源９６０はミラー９５８に向って光を照射し、ミラー９５８は検知装置９６２に向って光を反射させる。ミラー９５８は下方輪郭アーム９５８で支持され、それで排気はミラーのまわりに流れることができ、排気中の物質をミラー９５８に容易に付着させることができる。汚れ検知装置９５２はダクト壁９６６の単一のアクセス開口に設けられ得る。能動又は受動冷却機構９５６が設けられ得る。汚れ検知装置９５２は、ミラーがほぼ任意の所望の角度で配置されすなわち光源９６０及び検知装置を位置決めするように構成され得る。ミラーの角度は、拡散反射装置又は逆反射装置部材（代表的には向きに関係なく光を光源に戻す球状粒子のベッド）で置き換えられる場合には臨界的ではない。
図１０ａには、汚れ検知装置１０００の別の実施形態を示し、レバー１００４を使用し、その自由端１０２０の偏向によって検知表面１０１８における油脂の付着を表示できるセンサー１００８を備えている。レバー１００４は、回動点１０１２に回転可能に取付けられている。バネ１０１０は、回動点１０１２のまわりに設けられ、レバーに油脂が付着していない時にレバーを平行な向きに保持して調整される。支持体１０１４は回動点１０１２及びバネ１０１０を介してレバー１００４をダクト壁１００２に対して固定位置に保持している。ダクト内の流れ１００６中の油脂が検知表面１０１８に付着するにつれて、レバー１００４の質量が増加し、レバーは回動点１０１２のまわりを反時計回りに回転する。センサー１００８は、ダクト壁１００２の外側の位置でレバー１００４と接触して設けられ得る。例えば、センサー１００８は歪みゲージであり得る。別の実施形態では、センサー１００８は力センサーであり得る。さらに別の例では、センサー１００８は、容量センサーのような変位センサーであり得る。センサー１００８は、検知表面１０１８に付着した油脂の付加的な質量によるレバーの動きを表す信号を発生する。コントローラ１０１６はこの信号を用いて検知表面に付着した油脂量のようなダクトの汚れ状態を測定できる。
図１０ｂには、汚れ検知装置１０５０の別の実施形態を示し、この検知装置１０５０では片持ち梁１０５２が使用され、この片持ち梁１０５２には、それの自由端１０６２の偏向により検知表面１０６０における油脂の付着を表すことのできる歪みゲージ１０５４が設けられている。支持体１０５６はダクト壁１００２に隣接して片持ち梁１０５２を堅固に固定している。ダクト内の流れ１００６中の油脂が検知表面１０６０に付着するにつれて、片持ち梁１０５２の質量が増え、片持ち梁は曲がる。歪みゲージ１０５４は片持ち梁の頂面（又は底面）に設けられ、曲がりの量を測定する。歪みゲージの測定の較正は、片持ち梁自体の重さによる片持ち梁の自然な曲がりを補償するために必要である。従って、歪みゲージ１０５４は、検知表面１０６０に付着した油脂の付加的な質量による片持ち梁の曲がりの程度を表す信号を発生する。コントローラ１０５８はこの信号を用いて、検知表面に付着した油脂量のようなダクトの汚れ状態を測定できる。
図１１ａには、汚れ検知装置１１０８の汎用化した概要１１００を示している。排気ダクトのような空気輸送部材１１０２は、調理器具のような汚染源１１０４からの排気流１１０６を運ぶのに用いられる。排気流１１０６は油脂エアゾールのようなエアゾールを搬送し得、これらのエアゾールは空気輸送部材１１０２の内面に付着され得る。汚れ検知装置１１０８は、エアゾール又はその他の汚染物質の付着を検知するために設けられ得る。特に、汚れ検知装置１１０８は感知要素１１１０及びコントローラ１１１２を備え得る。
感知要素１１１０は、エアゾール又は汚染物質と相互作用できるように空気輸送部材１１０２における排気流１１０６中に配置され得る。例えば、感知要素１１１０は、排気流１１０６に晒される検知表面を備え得、この検知表面にエアゾール及び／又は汚染物質が付着し、その結果検知表面の性質が変化することになる。
コントローラ１１１２は、感知要素１１１０に機能的に接続され得る。コントローラ１１１２は、感知要素１１１０に問い合わせて、ダクト内の付着したエアゾール及び／又は汚染物質のレベルを表す測定値を得ることができる。例えば、コントローラ１１１２は、感知要素１１１０に問い合わせて、検知表面の質量の変化を測定することができる。コントローラ１１１２は、また、問合せに基づいて順次出力１１１４を発生するように構成することもできる。例えば、コントローラ１１１２は、付着した汚染物質の量が予定の閾値を超えた場合にアラーム・システムを作動し得る。コントローラ１１１２は、また、付着した汚染物質のレベルをユーザに表示することもできる。かかる表示は、相対的に安全なレベルを表す番号又は色付き表示（例えば、緑色は動作するのに安全であることを表し得、黄色は空気輸送部材を直ぐ掃除すべきであることを表し得、又赤色は動作するのに安全でないことを表し得る）の形式を取り得る。コントローラ１１１２は、また、出力１１１４を自動空気輸送クリーニング・システムのような他のシステムに供給するようにもでき、自動空気輸送クリーニング・システムは、付着した汚染物質のレベルが予定の閾値に達すると、空気輸送部材１１０２のクリーニングを行うようにされ得る。
図１１ｂには、汚れ検知装置１１３２の汎用化した概要１１３０を示している。排気ダクトのような空気輸送部材１１０２は、調理器具のような汚染源１１０４からの排気流１１０６を搬送するのに用いられる。図１１ａの概要と違って、図１１ｂの汚れ検知装置１１３２は空気輸送部材１１０２の外側に設けられて、空気輸送部材壁おけるエアゾール又はその他の汚染物質の付着を検知することができる。特に、汚れ検知装置１１３２は、源１１３４と、感知要素１１３８と、コントローラ１１４２とを備え得る。従って、汚れ検知装置１１３２は、排気流１１０６中の汚染物質から分離されている。源１１３４は、信号１１３６を発生することによって空気輸送部材１１０２の表面に問い合せ、又感知要素１１３８は問い合せの結果１１４０を測定して空気輸送部材１１０２の表面に付着した汚染物質の量を決めるようにしている。例えば、源１１３４は、音響又は電磁放射線源であり得る。放射線は、ある形態に変更され、そして感知要素１１３８によって測定される。源１１３４及び感知要素１１３８の両方は、空気輸送部材１１０２の同じ側に配置され得、そして好ましくは源１１３４から発生され空気輸送部材１１０２で変更された放射線が感知要素１１３８で受けられ得るように方向決めされ得る。コントローラ１１４２は、感知要素１１３８に機能的に接続され得、そして感知要素の測定値を用いて空気輸送部材１１０６内の付着した汚染物質のレベルを測定することができる。図１１ａにおけるコントローラ１１１２と同様に、コントローラ１１４２はまた、付着した汚染物質のレベルの測定に基づいて順次出力１１４４を供給するように構成され得る。
特殊な実施形態では、源１１３４は音響送信機であり、また感知要素１１３８は音響センサーであり得る。音響送信機は音響信号を発生し得る。この音響信号は空気輸送部材と相互に作用し、反射される。最初の反射は空気輸送部材の外面で起きる。第２の反射は空気輸送部材の内面で起きる。第３の反射は空気輸送部材の内面に付着した汚染物質層の表面で起きる。これらの反射信号は音響センサーで受信される。そしてコントローラは受信した反射信号を用いて、例えば、全体が参照文献として結合される米国特許第６７０１７８７号に記載されているように、音響インピーダンスを計算することができる。この音響インピーダンスは付着した層の厚さに関連付けられ得る。
さらに別の実施形態では、源１１３４は放射線源であり、また感知要素１１３８は遅い中性子検知装置であり得る。例えば、放射線源からの中性子は、ダクトの内面に汚染物質の付着したダクトの壁と相互作用し得る。速く動く中性子は相当には相互作用せずに管壁を貫通して汚染物質中の水素又は炭素原子によって弾性的に散乱され得る。散乱作用は中性子を遅くし、幾分かの中性子は反射され及び／又は放射線源に向って後方拡散し得る。ＢＦ３遅い中性子検知装置のような検知装置は、反射した及び／又は拡散した遅い中性子を測定するために放射線源に近い適位置に配置され得る。こうして検知した遅い中性子は、付着した汚染物質の厚さを表している。
さらに別の例では、源１１３４は赤外線（ＩＲ）送信機のような電磁放射線源であり、また感知要素１１３８は電磁放射線センサーであり得る。ＩＲ送信機はＩＲ信号を発生し得る。ＩＲ信号は空気輸送部材と相互作用し、そしてそれの遭遇する物質で反射及び／又は吸収される。第１の反射は空気輸送部材の外面で生じる。第２の反射は空気輸送部材の内面で生じる。第３の反射は空気輸送部材の内面に付着した汚染物質層の表面で起きる。これらの反射信号は電磁放射線センサーで受信される。そしてコントローラは受信した反射信号を用いて、付着した層の厚さを計算することができる。
図１１ｃには、汚れ検知装置１１６２の汎用化した概要１１６０を示している。排気ダクトのような空気輸送部材１１０２は、調理器具のような汚染源１１０４からの排気流１１０６を搬送するのに用いられる。汚れ検知装置１１６２は空気輸送部材１１０２の外側に設けられた源１１６６と、感知要素１１６４と、コントローラ１１６８とを備え得る。従って、汚れ検知装置１１６２は、排気流１１０６中の汚染物質をから分離されている。図１１ｂの概要と違って、図１１ｃの汚れ検知装置１１６２では、源１１６６は、感知要素１１６４に対して空気輸送部材１１０２の反対側に設けられている。
源１１６６は、信号１１７０を発生することによって空気輸送部材１１０２の表面に問い合せ、そして感知要素１１６４は、空気輸送部材１１０２で変更された信号１１７０を測定して空気輸送部材１１０２の表面に付着した汚染物質の量を決めるようにしている。例えば、源１１６６は、音響又は電磁放射線源であり得る。放射線は、ある形態に変更され、そして感知要素１１６４によって測定される。源１１６６及び感知要素１１６４の両方は、互いに相対して配置され、そして好ましくは源１１６６から発生され空気輸送部材１１０２で変更された放射線は感知要素１１６４で受けられ得るように方向決めされることが認められる。コントローラ１１６８は、感知要素１１６４に機能的に接続され得、そして感知要素の測定値を用いて空気輸送部材１１０２内の付着した汚染物質のレベルを測定することができる。図１１ａにおけるコントローラ１１１２と同様に、コントローラ１１６８はまた、付着した汚染物質のレベルの測定に基づいて順次出力１１７２を発生するように構成され得る。
特殊な実施形態では、源１１６６は音響送信機であり、また感知要素１１６４は音響センサーであり得る。音響送信機は音響信号を発生し得る。この音響信号は空気輸送部材と相互に作用し、反射される。空気輸送部材１１０２を通って伝送された信号は音響センサーで受信される。そしてコントローラは受信した伝送信号を用いて、付着した層の厚さを計算し得る。
さらに別の例では、源１１６６は赤外線（ＩＲ）送信機のような電磁放射線源であり、また感知要素１１６４は電磁放射線センサーであり得る。ＩＲ送信機はＩＲ信号を発生し得る。ＩＲ信号は空気輸送部材と相互作用し、そして空気輸送部材内を移行中に遭遇する物質で選択的に吸収される。こうして減衰した伝送信号は電磁放射線センサーで受信される。そしてコントローラは受信した減衰信号を用いて、付着した層の厚さを計算することができる。
上記の実施形態のいずれも、ある特定の実施形態を参照して説明したような能動又は受動冷却機構を使用し得る。上記の実施形態のいずれにおいても、クロック、排気系状態の検知（例えばファン駆動信号）表示に基づいて排気系の非運転期間中に及び／又は手動でサンプルを採取し得る。上記の実施形態のいずれにおいても、ある期間に検知した特性をサンプリングし、値を記憶して傾向を取得し、そしてその傾向パターンを用いて瞬時の状態ではなく汚れ状態を特定し得る。かかる傾向は、検知表面の汚れ状態と比較して表示信号の特性を検討し、そして制御に対する適切な基準を設けることによって導き出され得る。予め知られていない排気系の種々の種類の使用による汚れは、汚れ検知装置による相応した応答に各々関連した種々の形式の結果をもたらし得、それでこれらの変動は汚れ状態の表示の精度において改善するように考慮される。
本発明はある特定の実施形態を参照して説明してきたが、添付の特許請求の範囲に記載したように、本発明の範囲から逸脱せずに、上述の実施形態に対して種々の変更、改造及び変形が可能である。従って、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明は特許請求の範囲の文言及びその同等なものによって規定される全範囲に及ぶものである。
１０２： 保護シート
１０４： 振動アクチュエータ
１０６： 取付け支持体
１０８，２０８Ａ〜２０８Ｃ，４１４，６１８： プレート
１０９，３０２，４１２，６１６，７２４，１０１８，１０６０： 検知表面
１１０，３１０： センサー／ドライバー
１１２，９００： ダクト
１１６，７０８： 開口
１２０： ガス流
１２５，２２５Ａ〜２２５Ｃ，３２５，３５０，９５２，１０００，１０５０，１１０８，１１３２，１１６２： 汚れ検知装置
２０２Ａ〜２０２Ｃ： 表面
２０４Ａ〜２０４Ｃ，３０４： 検出部分
２０６，３５４，８１４，１０１４，１０５６： 支持体
３３０，３３４，３６２，４１５，４１６： 温度センサー
３３２，９５６： 冷却機構
３４０，１０１６，１０５８，１１１２，１１４２，１１６８： コントローラ
３５２： チャンネル
３５６，１００６： 流れ
３５８： ダンパー・ブレード
３６４： チャンネルの伸張部
３６６： 空気ポンプ
３７５： 受動冷却式汚れ検知装置
３７８： ダクト内部
３８０，４２２： 外気
４００，５００，７００，８０６，９０１，９６２： 検知装置
４１０： ヒーター
４１９： 付着物の層
４２０： ダクト空気
４３４： 絶縁体
５１０： 被加熱ワイヤ
６００： ドライバー／検知装置
６０４： 光センサー
６０６： 照射源
６１０： 散乱光線
６１２： 物質層
６２２： ライン
６４０，８２２： 光学汚れ検知装置
７０２： シールドされた部分
７０４： 輪郭図
７１０： 接点
７１４： ナイフ
７１６： ノッチ
７２８： フューム
７３２： 壁
７５０： 秤
８０２，９１８，９６０： 光源
８０４，９１４： 窓
８０８，８１０，９１２，９１７： 矢印
９０２： ウエル
９０５： 空気
９０８： 検知装置コントローラ
９１９： ハウジング
９５８： ミラー
９６６，１００２： ダクト壁
１００４： レバー
１００８： センサー
１０１０： バネ
１０１２： 回動点
１０２０，１０６２： 自由端
１０５２： 片持ち梁
１０５４： 歪みゲージ
１１０２： 空気輸送部材
１１０４： 汚染源
１１０６： 排気流
１１１０，１１３８，１１６４： 感知要素
１１１４，１１４４，１１７２： 出力
１１３６，１１７０： 信号
１１６６： 源
ＣＷ： 熱容量
Ｑ： 電力出力
ＲＣ： 付着物
ＲＦ： 膜抵抗
ＴＤ： 温度
１０４： 振動アクチュエータ
１０６： 取付け支持体
１０８，２０８Ａ〜２０８Ｃ，４１４，６１８： プレート
１０９，３０２，４１２，６１６，７２４，１０１８，１０６０： 検知表面
１１０，３１０： センサー／ドライバー
１１２，９００： ダクト
１１６，７０８： 開口
１２０： ガス流
１２５，２２５Ａ〜２２５Ｃ，３２５，３５０，９５２，１０００，１０５０，１１０８，１１３２，１１６２： 汚れ検知装置
２０２Ａ〜２０２Ｃ： 表面
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２０６，３５４，８１４，１０１４，１０５６： 支持体
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３３２，９５６： 冷却機構
３４０，１０１６，１０５８，１１１２，１１４２，１１６８： コントローラ
３５２： チャンネル
３５６，１００６： 流れ
３５８： ダンパー・ブレード
３６４： チャンネルの伸張部
３６６： 空気ポンプ
３７５： 受動冷却式汚れ検知装置
３７８： ダクト内部
３８０，４２２： 外気
４００，５００，７００，８０６，９０１，９６２： 検知装置
４１０： ヒーター
４１９： 付着物の層
４２０： ダクト空気
４３４： 絶縁体
５１０： 被加熱ワイヤ
６００： ドライバー／検知装置
６０４： 光センサー
６０６： 照射源
６１０： 散乱光線
６１２： 物質層
６２２： ライン
６４０，８２２： 光学汚れ検知装置
７０２： シールドされた部分
７０４： 輪郭図
７１０： 接点
７１４： ナイフ
７１６： ノッチ
７２８： フューム
７３２： 壁
７５０： 秤
８０２，９１８，９６０： 光源
８０４，９１４： 窓
８０８，８１０，９１２，９１７： 矢印
９０２： ウエル
９０５： 空気
９０８： 検知装置コントローラ
９１９： ハウジング
９５８： ミラー
９６６，１００２： ダクト壁
１００４： レバー
１００８： センサー
１０１０： バネ
１０１２： 回動点
１０２０，１０６２： 自由端
１０５２： 片持ち梁
１０５４： 歪みゲージ
１１０２： 空気輸送部材
１１０４： 汚染源
１１０６： 排気流
１１１０，１１３８，１１６４： 感知要素
１１１４，１１４４，１１７２： 出力
１１３６，１１７０： 信号
１１６６： 源
ＣＷ： 熱容量
Ｑ： 電力出力
ＲＣ： 付着物
ＲＦ： 膜抵抗
ＴＤ： 温度
Claims (9)
- キッチンレンジフードのダクト内油脂による汚れ状態を検知するシステムであって、
排気流中に配置される表面を備える部材と、
前記部材の表面に向かって光を導くように構成された光源と、
汚れを表す前記表面の性質の変化による表面の汚れ状態を示す信号を生成する制御部と、を備え、
光が検出器へ反射されて戻るように、前記表面は、ミラー、拡散反射装置、及び逆反射装置部材の中のいずれかであり、
前記検出器と前記光源とがともに前記表面とは対向して位置し、前記部材、前記検出器、及び前記光源が、ダクト壁に設けられた単一のアクセス開口に配置され、
前記単一のアクセス開口から延びる下方輪郭アームによって前記部材がダクト内に位置するように、前記部材は前記下方輪郭アームによって前記光源と前記検出器とに取り付けられており、
前記性質は、前記表面の光学的反射率であり、
前記表面は前記ダクト壁に対して平行に配置されていること
を特徴とするキッチンレンジフードのダクト内油脂による汚れ状態を検知するシステム。 - 前記検出器は、前記制御部が前記汚れ状態を示す信号を生成した後に交換可能な使い捨て検出器であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記表面を冷却する冷却機構を備える請求項１に記載のシステム。
- プログラム可能なプロセッサによる温度入力に基づいて、予め定められた温度に前記表面を能動的に冷却する能動冷却機構を備える請求項１に記載のシステム。
- 前記制御部は、測定した性質の傾向と予定の傾向とを比較して相関関係を特定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記制御部は、排気システムが作動していない時にサンプル測定を行うことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記制御部は、ある期間に検知した特定をサンプリングし、値を記憶して傾向を取得し、傾向パターンを用いて前記汚れ状態を特定することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
- 前記予め定められた温度は、前記プログラム可能なプロセッサによるダクト壁のモデルによって、逐次変化することを特徴とする請求項４に記載のシステム。
- 前記予め定められた温度は、前記温度入力及び前記ダクト壁の特性に基づくことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
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