(57)【要約】【課題】複数のフィルタを含むフィルタユニットにおいて、フィルタ単位で定量的な性能評価をすることによって、精度のよい品質管理が可能なフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法を提供する。【解決手段】本願は、吸気通路に配置されたフィルタユニットの品質管理を行うためのシステムに関する。本システムは、フィルタユニットのフィルタ層を構成する複数のフィルタの各々について評価パラメータを検出する複数の評価パラメータ検出部を備え、これらの検出値に基づいて評価パラメータの分布を求めることで、品質評価を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路に配置され、複数のフィルタが前記吸気通路の断面方向に沿って配列された少なくとも１つのフィルタ層を含むフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理システムであって、
前記複数のフィルタの少なくとも一部の各々に対応して設けられ、前記フィルタのフィルタ寿命に関する評価パラメータを検出する複数の評価パラメータ検出部と、
前記複数のパラメータ検出部の検出値に基づいて前記複数のフィルタにおける前記評価パラメータの分布を求め、前記分布に基づいて前記フィルタ層の品質を評価する品質評価部と、
を備える、フィルタユニット品質管理システム。
【請求項２】
前記品質評価部は、前記評価パラメータの過渡的変化に基づいて前記複数のフィルタの各々における目詰まり度を評価する、請求項１に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項３】
前記複数のフィルタの各々はハウジング内にフィルタエレメントを収容しており、
前記評価パラメータは前記ハウジング内のフィルタ差圧である、請求項２に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項４】
前記評価パラメータは前記ハウジングの歪み度である、請求項２に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項５】
前記品質評価部は、前記評価パラメータが一時的に増加した第１フィルタがあった場合、前記第１フィルタにおいて目詰まりが生じたと評価する、請求項２から４のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項６】
前記品質評価部は、前記第１フィルタに隣接する第２フィルタにおいて、前記第１フィルタより遅れて前記評価パラメータが増加したか否かに基づいて、前記第１フィルタに対する評価結果を検証する、請求項５に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項７】
前記品質評価部は、前記評価パラメータの絶対値に基づいて前記複数のフィルタの各々における目詰まり度を評価する、請求項１に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項８】
前記評価パラメータは、前記フィルタにおける吸気流量である、請求項７に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項９】
前記品質評価部は、前記評価パラメータが減少した第１フィルタがあった場合、前記第１フィルタにおいて目詰まりが生じたと評価する、請求項７又は８に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１０】
前記品質評価部は、前記第１フィルタに隣接する第２フィルタにおいて、前記第１フィルタより遅れて前記評価パラメータが増加したか否かに基づいて、前記第１フィルタに対する評価結果を検証する、請求項９に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１１】
前記複数のフィルタの各々はハウジング内にフィルタエレメントを収容しており、
前記評価パラメータは、前記ハウジング内のフィルタ差圧、及び、前記フィルタを通過する吸気流量を含み、
前記品質評価部は、前記差圧及び吸気流量を用いて算出される流動抵抗に基づいて前記目詰まり度を評価する、請求項１に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１２】
前記評価パラメータ検出部は、前記少なくとも一つのフィルタ層に含まれる全ての前記フィルタに設けられる、請求項１から１１のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１３】
前記評価パラメータ検出部は、前記少なくとも一つのフィルタ層のうち一部領域に配置された前記フィルタに設けられている、請求項１から１１のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つのフィルタ層は、前記吸気通路に沿って設けられた複数のフィルタ層を含み、
前記評価パラメータ検出部は、前記複数のフィルタ層のうち少なくとも最下流側に配置されたフィルタ層に設けられている、請求項１から１３のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１５】
前記評価パラメータ検出部は、前記品質評価部に対して無線で接続される、請求項１から１４のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１６】
前記吸気通路はガスタービンの吸気口に接続される、請求項１から１５のいずれか一項に記載のフィルタユニット品質管理システム。
【請求項１７】
吸気通路に配置され、複数のフィルタが前記吸気通路の断面方向に沿って配列された少なくとも１つのフィルタ層を含むフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理方法であって、
前記複数のフィルタの少なくとも一部の各々について目詰まり度に関する評価パラメータをそれぞれ検出する工程と、
前記検出された評価パラメータの各々に基づいて前記複数のフィルタにおける前記評価パラメータの分布を求め工程と、
前記分布に基づいて前記フィルタ層の品質を評価する工程と、
を備える、フィルタユニット品質管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、吸気通路を流れる吸気に含まれる異物を除去するためのフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、吸気通路を介して空気やガスなどの気体を取り込む機器では、吸気中に含まれる粉塵などの異物を除去するために、フィルタ装置を備えるものがある。フィルタ装置のフィルタ寿命(使用可能な最大圧力損失に到達するまでの時間)は、機器の使用に伴って、フィルタエレメント上に捕集された異物が蓄積されることにより、次第に低下する。そのため、フィルタ寿命を適切に管理するためには、フィルタ性能を監視し、所定のタイミングでフィルタエレメント交換などのメンテナンスを行うことで、品質を管理することが必要である。
【０００３】
例えば特許文献１には、内燃機関エンジンの吸気通路に設置されるフィルタエレメントの状態を監視するための装置及び方法が開示されている。この文献では、フィルタエレメントの入口側圧力と出口側圧力とを測定し、それらの差圧に基づいてフィルタエレメントの状態を評価している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３４６９３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このようなフィルタ装置を備える機器には、上記特許文献１のような内燃機関エンジンよりも大型な機器、例えばガスタービンなども含まれる。このような大型機器では、吸気量の増大に伴って大径の吸気通路が用いられるため、吸気通路に配置されるフィルタ装置も大型化する傾向にある。
【０００６】
ここで図１４及び図１５を参照して、大型機器であるガスタービンの吸気通路に用いられるフィルタ装置に関する品質管理手法の一例について説明する。図１４は、ガスタービンの吸気通路１に設置されるフィルタユニット１０の断面構成を概略的に示す模式図であり、図１５は図１４のフィルタユニット１０に含まれるフィルタ層１２の一つを吸気通路１の上流側から示す平面図である。
【０００７】
吸気通路１は、ガスタービンの吸気側に接続されたダクトであり、外部から取り込んだ吸気をガスタービンに導入する。吸気通路１には、吸気に含まれる粉塵などの異物を除去するためのフィルタ装置としてフィルタユニット１０が設けられている。フィルタユニット１０は、吸気の流れ方向に沿って配置された複数のフィルタ層１２を含んでおり、上流側から順に１次フィルタ層１２ａ、２次フィルタ層１２ｂ、及び、３次フィルタ層１２ｃを含む。
【０００８】
図１５に示されるように、吸気通路１は略正方形状の流路断面を規定する内壁１ａを有する。フィルタユニット１０に含まれる各フィルタ層１２は、当該断面に対応する外形状を有しており、吸気通路１を流れる吸気は、各フィルタ層１２を通過して、下流側のガスタービンに供給される。
【０００９】
各フィルタ層１２は、吸気通路１の断面方向に沿って配置された複数のフィルタ１４を有する。フィルタ１４の各々は、ハウジング内にフィルタエレメントを収容して構成されており、吸気通路１の略垂直断面上において互いに対向する内壁１ａ間に格子状に形成された架台１６によって保持されている。各フィルタ層１２に含まれるフィルタ１４の数は、機器の仕様にもよるが、ガスタービンのような大型機器では数１００個にも及ぶ。
【００１０】
このような構成を有するフィルタユニット１０のフィルタ寿命は、例えば、各フィルタ層１２の上流側空間と下流側空間との間の差圧を計測することにより評価できる。図１４では、１次フィルタ層１２ａの上流側空間と下流側空間との間の差圧を計測するための第１差圧計１３ａと、２次フィルタ層１２ｂの上流側空間と下流側空間との間の差圧を計測するための第２差圧計１３ｂと、３次フィルタ層１２ｃの上流側空間と下流側空間との間の差圧を計測するための第３差圧計１３ｃと、が示されている。これらの差圧計の検出値は、コンピュータのような電子演算装置から構成される処理装置（例えばガスタービンの制御ユニット）に取り込まれ、使用限界に対応する基準値と比較することにより、各フィルタ層１２のフィルタ寿命が評価される。
【００１１】
ところで、このようなフィルタ寿命の評価手法では、各フィルタ層１２の上流側空間と下流側空間との間の差圧に基づいて行われるため、各フィルタ層１２を単位とした性能評価しかすることができない。そのため、特定のフィルタ層１２でフィルタ寿命の低下が確認された場合、当該フィルタ層１２を構成する全てのフィルタ１４を交換しなければならない。しかしながら、上述したように各フィルタ層１２は数１００個ものフィルタ１４から構成されることから、このような交換作業は、多くの作業員を動員する必要があり、また長時間の機器停止を伴うため、経済的にも作業的にもユーザの負担が大きい。
尚、各フィルタ層１２のうち吸気に含まれる異物量が多くなると見込まれる領域のフィルタ１４を優先的に交換することで、ユーザの負担軽減が行われることもあるが、精度のよい定量的評価に基づいたものではないのが実情である。
【００１２】
また特定のフィルタ層１２において性能低下が確認された場合、そのまま使用を継続すると破損などの不具合につながるおそれがあることから、早期対応が必要となる。しかしながら、交換用のフィルタ１４を予め大量に用意することは、ユーザ側の経済的負担が大きい。特にフィルタ１４が受注生産品である場合には、大量の交換品を用意するためには数ヶ月のリードタイムが必要となる。そのため、各フィルタ層１２のフィルタ寿命を継続的に監視し、使用限界に到達する時期を予測することで、前もって交換品を用意する必要があるが、フィルタ寿命の低下傾向は使用限界に近づくに従って指数関数的に加速するため、正確に予測することは困難である。またフィルタ１４は、フィルタエレメントを構成する繊維の線径分布や目付量によって捕集効率や容量に個体差があり、更に、大量のフィルタ１４には異なるロット製造品も含まれる。このような事情もまた、フィルタ性能を評価する上で無視できないファクターとなる。
【００１３】
本発明の少なくとも一実施形態は上述の事情に鑑みなされたものであり、複数のフィルタを含むフィルタユニットにおいて、フィルタ単位で定量的な性能評価をすることによって、精度のよい品質管理が可能なフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
（１）本発明の少なくとも一実施形態に係るフィルタユニット品質管理システムは上記課題を解決するために、
吸気通路に配置され、複数のフィルタが前記吸気通路の断面方向に沿って配列された少なくとも１つのフィルタ層を含むフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理システムであって、
前記複数のフィルタの少なくとも一部の各々に対応して設けられ、前記フィルタのフィルタ寿命に関する評価パラメータを検出する複数の評価パラメータ検出部と、
前記複数のパラメータ検出部の検出値に基づいて前記複数のフィルタにおける前記評価パラメータの分布を求め、前記分布に基づいて前記フィルタ層の品質を評価する品質評価部と、
を備える。
【００１５】
上記（１）の構成によれば、フィルタ層に含まれる複数のフィルタの少なくとも一部の各々には、フィルタ寿命に関する評価パラメータを検出するための評価パラメータ検出部が設けられる。品質評価部では、各フィルタで検出された評価パラメータに基づいて、複数のフィルタにおける評価パラメータの分布が求められ、当該分布に基づいて当該フィルタ層の品質が評価される。これにより、特定のフィルタ層においてフィルタ寿命の低下が検出された場合に、フィルタ層のどの領域でフィルタ寿命の低下が生じているのかを、フィルタ単位で定量的に評価することで精度のよい品質管理が可能となる。
【００１６】
（２）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記品質評価部は、前記評価パラメータの過渡的変化に基づいて前記複数のフィルタの各々における目詰まり度を評価する。
【００１７】
上記（２）の構成によれば、品質評価部では、各フィルタにおける評価パラメータの過渡的変化を監視することで、フィルタ単位で目詰まり度の評価ができる。
【００１８】
（３）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、
前記複数のフィルタの各々はハウジング内にフィルタエレメントを収容しており、
前記評価パラメータは前記ハウジング内のフィルタ差圧である。
【００１９】
上記（３）の構成によれば、各フィルタの差圧の過渡的変化を監視することで、フィルタ単位で目詰まり度の評価ができる。
【００２０】
（４）幾つかの実施形態では上記（２）の構成において、
前記評価パラメータは前記ハウジングの歪み度である。
【００２１】
上記（４）の構成によれば、各フィルタのハウジングの歪み度の過渡的変化を監視することで、フィルタ単位で目詰まり度を評価できる。
【００２２】
（５）幾つかの実施形態では上記（２）から（４）のいずれか一構成において、
前記品質評価部は、前記評価パラメータが一時的に増加した第１フィルタがあった場合、前記第１フィルタにおいて目詰まりが生じたと評価する。
【００２３】
上記（５）の構成によれば、目詰まりが生じた第１フィルタでは吸気の通気性が低下することにより評価パラメータが一時的増加するため、品質評価部は当該振る舞いを検出することで目詰まりの有無を判断できる。
【００２４】
（６）幾つかの実施形態では上記（５）の構成において、
前記品質評価部は、前記第１フィルタに隣接する第２フィルタにおいて、前記第１フィルタより遅れて前記評価パラメータが増加したか否かに基づいて、前記第１フィルタに対する評価結果を検証する。
【００２５】
上記（６）の構成によれば、第１フィルタに隣接する第２フィルタでは、目詰まりが生じた第１フィルタを通過できない吸気が流れ込むことで評価パラメータが増加するため、品質評価部は当該振る舞いを検出することで、第１フィルタに対する評価結果を検証でき、より信頼性のある品質管理が可能となる。
【００２６】
（７）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記品質評価部は、前記評価パラメータの絶対値に基づいて前記複数のフィルタの各々における目詰まり度を評価する。
【００２７】
上記（７）の構成によれば、各フィルタにおける評価パラメータの絶対値を監視することで、フィルタ単位で目詰まり度の評価ができる。
【００２８】
（８）幾つかの実施形態では上記（７）の構成において、
前記評価パラメータは、前記フィルタにおける吸気流量である。
【００２９】
上記（８）の構成によれば、各フィルタにおける吸気流量の絶対値を監視することで、フィルタ単位で目詰まり度の評価ができる。
【００３０】
（９）幾つかの実施形態では上記（７）又は（８）の構成において、
前記品質評価部は、前記評価パラメータが減少した第１フィルタがあった場合、前記第１フィルタにおいて目詰まりが生じたと評価する。
【００３１】
上記（９）の構成によれば、目詰まりが生じた第１フィルタでは吸気の通気性が低下することにより、評価パラメータが減少するため、品質評価部は当該振る舞いを検出することで、目詰まりが生じた第１フィルタを特定できる。
【００３２】
（１０）幾つかの実施形態では上記（９）の構成において、
前記品質評価部は、前記第１フィルタに隣接する第２フィルタにおいて、前記第１フィルタより遅れて前記評価パラメータが増加したか否かに基づいて、前記第１フィルタに対する評価結果を検証する。
【００３３】
上記（１０）の構成によれば、第１フィルタに隣接する第２フィルタでは、目詰まりが生じた第１フィルタを通過できない吸気が流れ込むことで評価パラメータが増加するため、品質評価部は当該振る舞いを検出することで、第１フィルタに対する評価結果を検証でき、より信頼性のある品質管理が可能となる。
【００３４】
（１１）幾つかの実施形態では上記（１）の構成において、
前記複数のフィルタの各々はハウジング内にフィルタエレメントを収容しており、
前記評価パラメータは、前記ハウジング内のフィルタ差圧、及び、前記フィルタを通過する吸気流量を含み、
前記品質評価部は、前記差圧及び吸気流量を用いて算出される流動抵抗に基づいて前記目詰まり度を評価する。
【００３５】
上記（１１）の構成によれば、各フィルタで評価パラメータとして差圧及び吸気流量が検出される。品質評価部では、当該検出された差圧及び吸気流量を用いて各フィルタの流動抵抗が算出されることで、各フィルタのフィルタ寿命を直接的に管理できる。
【００３６】
（１２）幾つかの実施形態では上記（１）から（１１）のいずれか一構成において、
前記評価パラメータ検出部は、前記少なくとも一つのフィルタ層に含まれる全ての前記フィルタに設けられる。
【００３７】
上記（１２）の構成によれば、管理対象となるフィルタ層を構成する全てのフィルタに評価パラメータ検出部を設けることで、フィルタの品質を全数管理できる。
【００３８】
（１３）幾つかの実施形態では上記（１）から（１１）のいずれか一構成において、
前記評価パラメータ検出部は、前記少なくとも一つのフィルタ層のうち一部領域に配置された前記フィルタに設けられている。
【００３９】
上記（１３）の構成によれば、管理対象となるフィルタ層を構成する複数のフィルタのうち一部領域に対して限定的に評価パラメータ検出部が設けられる。これにより、フィルタを全数管理する場合にコストを抑制しながら、効果的な品質管理が可能となる。
【００４０】
（１４）幾つかの実施形態では上記（１）から（１３）のいずれか一構成において、
前記少なくとも１つのフィルタ層は、前記吸気通路に沿って設けられた複数のフィルタ層を含み、
前記評価パラメータ検出部は、前記複数のフィルタ層のうち少なくとも最下流側に配置されたフィルタ層に設けられている。
【００４１】
上記（１４）の構成によれば、フィルタに対する要求性能が厳しく、部品単価も高価になりがちな下流側のフィルタ層に対して評価パラメータ検出部を重点的に設けることで、コストを抑制しながら効果的な品質管理が可能となる。
【００４２】
（１５）幾つかの実施形態では上記（１）から（１４）のいずれか一構成において、
前記評価パラメータ検出部は、前記品質評価部に対して無線で接続される。
【００４３】
上記（１５）の構成によれば、多数のフィルタに対して評価パラメータ検出部を設けた場合であっても、各評価パラメータ検出部は品質評価部に対して無線で接続されるため、評価パラメータ検出部と品質評価部との間に通信用ケーブルなどの設置が不要となり、省スペースを達成できる。また通信用ケーブルの引き回し作業も不要となり、効率化を図れるとともに、誤配線も防止できる。
【００４４】
（１６）幾つかの実施形態では上記（１）から（１５）のいずれか一構成において、
前記吸気通路はガスタービンの吸気口に接続される。
【００４５】
上記（１６）の構成によれば、大型機器であるガスタービンに適用されるフィルタユニットに関する品質管理を好適に実施できる。
【００４６】
（１７）本発明の少なくとも一実施形態に係るフィルタユニット品質管理方法は上記課題を解決するために、
吸気通路に配置され、複数のフィルタが前記吸気通路の断面方向に沿って配列された少なくとも１つのフィルタ層を含むフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理方法であって、
前記複数のフィルタの少なくとも一部の各々について目詰まり度に関する評価パラメータをそれぞれ検出する工程と、
前記検出された評価パラメータの各々に基づいて前記複数のフィルタにおける前記評価パラメータの分布を求め工程と、
前記分布に基づいて前記フィルタ層の品質を評価する工程と、
を備える。
【００４７】
上記（１７）の方法は、上述のフィルタユニット品質管理システム（上記各種態様を含む）によって好適に実施可能である。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の少なくとも一実施形態によれば、複数のフィルタを含むフィルタユニットにおいて、フィルタ単位で定量的な性能評価をすることによって、精度のよい品質管理が可能なフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】第１実施形態に係るフィルタユニット品質管理システムの概略構成を示す模式図である。
【図２】図１のフィルタユニットに含まれるフィルタ層の一つを吸気通路の上流側から示す平面図である。
【図３】図１のフィルタユニットが有するフィルタ層に含まれるフィルタの断面構成図である。
【図４】図１の解析部によって実施される品質評価方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図５】図４のステップＳ１０で取得した差圧センサの時間的変化の一例である。
【図６】第２実施形態におけるフィルタの断面構成図である。
【図７】図６の歪センサで検出される歪み度の時間的変化の一例である。
【図８】第２実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図９】第３実施形態におけるフィルタの断面構成図である。
【図１０】図９の差圧センサで検出される流量の時間的変化の一例である。
【図１１】第３実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図１２】第４実施形態におけるフィルタの断面構成図である。
【図１３】第４実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。
【図１４】ガスタービンの吸気通路に設置されるフィルタユニットの断面構成を概略的に示す模式図である。
【図１５】図１４のフィルタユニットに含まれるフィルタ層の一つを吸気通路の上流側から示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【００５１】
＜第１実施形態＞
図１は第１実施形態に係るフィルタユニット品質管理システム１００の概略構成を示す模式図であり、図２は図１のフィルタユニット１０に含まれるフィルタ層１２の一つを吸気通路１の上流側から示す平面図であり、図３は図１のフィルタユニット１０が有するフィルタ層１２に含まれるフィルタ１４の断面構成図である。
【００５２】
図１に示されるように、吸気通路１は、ガスタービンの吸気側に接続されたダクトであり、外部から取り込んだ吸気をガスタービンに導入する。吸気通路１には、吸気に含まれる粉塵などの異物を除去するためのフィルタ装置としてフィルタユニット１０が設けられている。フィルタユニット１０は、吸気の流れ方向に沿って配置された複数のフィルタ層１２を含んでおり、上流側から順に１次フィルタ層１２ａ、２次フィルタ層１２ｂ、及び、３次フィルタ層１２ｃを含む。
【００５３】
図２に示されるように、吸気通路１は略正方形状の流路断面を規定する内壁１ａを有する。フィルタユニット１０に含まれる各フィルタ層１２は、吸気通路１の流路断面に対応する外形状を有しており、吸気通路１を流れる吸気は、各フィルタ層１２を通過して、下流側のガスタービンに導入されるように構成されている。
【００５４】
各フィルタ層１２は、吸気通路１の断面方向に沿って配置された複数のフィルタ１４を有する。フィルタ１４の各々は、図３に示されるように、ハウジング１５内にフィルタエレメント１７を収容して構成されており、吸気通路１の略垂直断面上において互いに対向する内壁１ａ間に格子状に形成された架台１６によって、マトリクス状に保持されている。
【００５５】
尚、ハウジング１５と架台１６との間にある隙間には、当該隙間からの吸気の漏れを防止するためのパッキン１９が配置されている。
【００５６】
各フィルタ層１２に含まれるフィルタ１４の各々は、例えば、一辺Ｌ１が約６００ｍｍ程度の略正方形状を有しており、奥行きは、１次フィルタ層１２ａでは１００ｍｍ以下、２次フィルタ層１２ｂ及び３次フィルタ層１２ｃでは３００ｍｍ程度である。また各フィルタ層１２におけるフィルタ１４の数は、吸気通路１の断面積に応じて設定されるが、例えば数１００個程度である。
【００５７】
フィルタユニット１０のうち最上流側に位置する１次フィルタ層１２ａを構成するフィルタ１４は、比較的粗い粒径（例えば１０μｍ以上）の異物を捕集するためのフィルタエレメント１７を有する。１次フィルタ１２ａより下流側に位置する２次フィルタ層１２ｂを構成するフィルタ１４は、１次フィルタ１２ａより小さな粒径（例えば１μｍ程度）の異物を捕集する中性能フィルタであるフィルタエレメント１７を有する。２次フィルタ１２ｂより下流側に位置する３次フィルタ層１２ｃを構成するフィルタ１４は、２次フィルタ１２ｂより更に小さな粒径（例えばサブミクロン程度）の異物を捕集するＨＥＰＡフィルタであるフィルタエレメント１７を有する。これにより、フィルタユニット１０に取り込まれた吸気は、各フィルタ層１２を通過することによって異物が除去され、クリーンな吸気となって下流側に排出される。
尚、このように下流側になるほど要求されるフィルタ性能が高くなるため、一般的に下流側のフィルタ層１２を構成するフィルタ１４の方が、交換品の価格も高くなる傾向にある。
【００５８】
このような構成を有するフィルタユニット１０の品質は、フィルタユニット品質管理システム１００によって管理される。フィルタユニット品質管理システム１００は、フィルタ層１２を構成するフィルタ１４に対応して設けられた評価パラメータ検出部である差圧センサ１０２と、差圧センサ１０２の検出値に基づいて解析処理を行うための解析部１０４とを備える。差圧センサ１０２は、図３に示されるように、各フィルタ１４のハウジング１５内、或いはハウジング１５外面に設けられる。差圧センサ１０２は、対応するフィルタ１４の目詰まり度に関する評価パラメータとして、フィルタ１４の差圧を検出する（図３に示されるように、差圧センサ１０２は、チューブ１０２ａを介してフィルタ上流側の端部における圧力取り出し口で取得した圧力と、チューブ１０２ｂを介してフィルタ下流側の端部における圧力取り出し口で取得した圧力の差分から差圧が検知可能に構成されている）。
【００５９】
本実施形態では特に、差圧センサ１０２は解析部１０４に対して無線通信によって接続されている。そのため、各フィルタ層１２を構成する多数のフィルタ１４に対して差圧センサ１０２を設けた場合であっても、通信用ケーブルなどによってスペースが圧迫されることがない。
【００６０】
解析部１０４は、例えばコンピュータのような電子演算装置から構成され、差圧センサ１０２の検出値を取得することにより、フィルタ層１２の品質評価を行う。解析部１０４の内部構成は、図１で機能ブロックとして示されるように、差圧センサ１０２の検出値に基づいてフィルタ層１２の品質を評価する品質評価部１０６を備える。このような解析部１０４は、例えば、以下に説明する品質評価方法を実施するためのプログラムが所定の記録媒体に記録したものを電子演算装置で読み込み、インストールすることにより構成される。
尚、解析部１０４は、不図示のガスタービンの制御ユニットと一体的に構成されていてもよい。
【００６１】
図４は図１の解析部１０４によって実施される品質評価方法を工程毎に示すフローチャートである。解析部１０４は、各フィルタ層１２を構成するフィルタ１４に設けられた差圧センサ１０２の検出値を連続的に取得する（ステップＳ１０）。これにより、各フィルタ層１２を構成する各フィルタ１４における差圧の時間的変化が、解析部１０４によって取得される。
【００６２】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ１０で取得した差圧センサ１０２の検出値に基づいて、各フィルタ１４で検出された差圧の時間的変化に過渡的変化があったか否かが判定される（ステップＳ１１）。ここで過渡的変化があったか否かは、例えば、差圧センサ１０２の検出値を連続的に監視することにより、差圧が所定期間内に基準値を上回る変化量を示したか否かにより判断される。
【００６３】
続いて、過渡的変化があると判定された場合（ステップＳ１１：ＹＥＳ）、品質評価部１０６は、複数の差圧センサ１０２の検出値に基づいて複数のフィルタ１４における差圧の分布を求める（ステップＳ１２）。図５は図４のステップＳ１０で取得した差圧センサ１０２の時間的変化の一例である。ここで図２に示されるように、各フィルタ層１２を構成する複数のフィルタ１４のうち、特定の第１フィルタ１４ａにおいて目詰まりが生じているケースを想定することとし、図５では、目詰まりが生じた第１フィルタ１４ａにおける差圧の時間的変化を実線で示すとともに、第１フィルタ１４ａに隣接する第２フィルタ１４ｂにおける差圧の時間的変化を破線で示している。
【００６４】
第１フィルタ１４ａでは、時刻ｔ０で目詰まりが生じると、第１フィルタ１４ａの流動抵抗が増大することで、差圧が一時的に増加する。このときフィルタ１４aの流動抵抗の増大によりフィルタ１４aへの流入量の低下のため、一時的に増加した差圧は、時刻ｔ１で最大値を示した後、低下する。一方、第１フィルタ１４ａに隣接する第２フィルタ１４ｂでは、第１フィルタ１４ａを通過できない吸気が流れ込むことにより、差圧が上昇する。このような第２フィルタ１４ｂにおける差圧上昇は、時刻ｔ１より遅い時刻ｔ２で生じる。
尚、以下の説明では、目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａに対応する差圧の時間変化をパターンＡと称し、第１フィルタ１４ｂに対応する差圧の時間変化をパターンＢと称することとする。
【００６５】
このように第１フィルタ１４ａで目詰まりが生じると、第１フィルタ１４ａにおける流動抵抗が増加するため、第１フィルタ１４ａの流量が低下し、各フィルタ１４における差圧が均一化するように流量配分が変化し、その影響が周囲にある第２フィルタ１４ｂに及ぶことで差圧分布に変化が生じることとなる。ステップＳ１２では、各フィルタ１４における差圧の時間的変化を評価することにより、パターンＡ又はＢを有する過渡的変化が生じている第１フィルタ１４ａ又は第２フィルタ１４ｂをマッピングすることにより分布が作成される。図２では、このように作成された分布の一例が示されており、目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａを囲むように第２フィルタ１４ｂが位置することが示されている。
【００６６】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ１２で作成された分布に基づいて目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａを特定するとともに（ステップＳ１３）、ステップＳ１２で作成された分布に基づいて第２フィルタ１４ｂを特定する（ステップＳ１４）。そして、ステップＳ１３及びＳ１４の特定結果に基づいて、各フィルタ層１２のフィルタ寿命をフィルタ１４単位で評価する（ステップＳ１５）。このようにして、品質評価部１０６では、多数のフィルタ１４を有する各フィルタ層１２において、どのフィルタ１４で目詰まりが生じているのかが判別される。
【００６７】
尚、本実施形態では、分布から第１フィルタ１４ａ及び第２フィルタ１４ｂの両方が特定可能な場合について例示しているが、第２フィルタ１４ｂが特定不能な場合には、第１フィルタ１４ａのみによって、目詰まりが生じている領域を特定してもよい。一方、第１フィルタ１４ａが特定不能な場合には、第２フィルタ１４ｂの分布状況を特定することによって、当該第２フィルタ１４ｂに隣接する第１フィルタ１４ａを間接的に特定してもよい。
【００６８】
尚、本実施形態では差圧センサ１０２が全てのフィルタ１４に設けられている場合について例示したが、差圧センサ１０２が一部のフィルタ１４にしか設けられていない場合には、差圧センサ１０２が配置されたフィルタ１４の位置によっては第１フィルタ１４ａ及び第２フィルタ１４ｂの両方を直積的に特定できない場合も考えられる。しかしながら、このような場合であっても、前述したように第１フィルタ１４ａのみによって、目詰まりが生じている領域を特定してもよいし、第２フィルタ１４ｂの分布状況を特定することによって、当該第２フィルタ１４ｂに隣接する第１フィルタ１４ａを間接的に特定してもよい。
【００６９】
尚、フィルタユニット１０の品質管理するための差圧センサ１０２は、フィルタユニット１０を構成する全てのフィルタ層１２（１次フィルタ層１２ａ、２次フィルタ層１２ｂ及び３次フィルタ層１２ｃ）に設けられていてもよいし、一部のフィルタ層１２のみに設けられていてもよい。後者の場合、好ましくは、差圧センサ１０２は少なくとも最下流側の３次フィルタ層１２ｃに設けられていてもよい。この場合、交換品が高価である下流側のフィルタ層１２を重点的に管理対象とすることで、全てのフィルタ層１２を管理対象とする場合に比べて、コストを抑えながら効果的な品質管理ができる。また最下流側の３次フィルタ層１２ｃは、吸気供給先であるタービンの運用上、重要度が高く、仮に破損が生じるとタービンの運転停止などの影響を与えやすいことからも、下流側のフィルタ層１２を重点的に管理対象とするとよい。
【００７０】
また各フィルタ層１２では、当該フィルタ層１２を構成する全てのフィルタ１４に差圧センサ１０２が設けられていてもよい。この場合、コストがかかるものの、フィルタ層１２を構成するフィルタ１４の品質を全数管理できる。
【００７１】
一方、各フィルタ層１２では、当該フィルタ層１２を構成するフィルタ１４のうち、一部領域のフィルタ１４に差圧センサ１０２を限定的に設けてもよい。この場合、差圧センサ１０２が配置される領域は、過去のデータや経験から目詰まりが生じやすい領域として推定するとよい。例えば、フィルタユニット１０は多面形で数階建ての吸気フィルタ室に配置されることがあるが、周辺工場や主要道路を数多く往来するトラックなどから排出される煤塵は、風に乗ってタービン敷地内に飛来することで、工場や主要道路の有る方角の面で量が多くなる傾向にある。また、重力落下の影響により低階層で多くなる傾向もある。このような状況に基づいて、差圧センサ１０２が設けられる領域を選択することで、差圧センサ１０２の数を抑えることで、コストを削減しつつ効果的な管理ができる。
【００７２】
＜第２実施形態＞
図６は第２実施形態におけるフィルタ１４の断面構成図である。尚、第２実施形態に係るフィルタユニット１０の構成については、特段の記載がない限りにおいて前述の実施形態と同様であり、対応する構成には共通の符号を付すこととする。
【００７３】
図６に示されるように、第２実施形態のフィルタ１４では、第１実施形態の差圧センサ１０２に代えて、架台１６に保持されるフィルタ１４のハウジング１５の歪み度を検出するための歪センサ１１０が設けられている。歪センサ１１０は、架台１６とハウジング１５との間において、パッキン１９に隣接するように配置されており、架台１６とハウジング１５との間における歪み度を検出する。
【００７４】
尚、歪センサ１１０は解析部１０４に対して無線通信によって接続されている。そのため、各フィルタ層１２を構成する多数のフィルタ１４に対して歪センサ１１０を設けた場合であっても、通信用ケーブルなどによってスペースが圧迫されることがない。
【００７５】
第１フィルタ１４ａで目詰まりが生じると、当該フィルタ１４における流動抵抗が増加することにより、第１フィルタ１４が吸気から受ける荷重が増加する。このような荷重によって、架台１６とハウジング１５との間における歪みが変化する。
【００７６】
図７は、図６の歪センサ１１０で検出される歪み度の時間的変化の一例である。ここで第１実施形態と同様に、各フィルタ層１２を構成する複数のフィルタ１４のうち、特定の第１フィルタ１４ａにおいて目詰まりが生じているケースを想定することとし、図７では、目詰まりが生じた第１フィルタ１４ａにおける歪み度の時間的変化を実線で示すとともに、第１フィルタ１４ａに隣接する第２フィルタ１４ｂにおける歪み度の時間的変化を破線で示している。図５と図７とを比較して明らかなように、歪センサ１１０で検出される歪み度の時間的変化は、第１実施形態の差圧センサ１０２で検出される差圧の時間的変化と同じ傾向を示す。
【００７７】
図８は第２実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。図８の各ステップに示されるように、歪センサ１１０で検出される歪み度の過渡的変化を、差圧センサ１０２で検出される差圧の過渡的変化と同様に扱うことで、各フィルタ層１２のフィルタ１４の品質管理を行うことができる。
【００７８】
尚、本実施形態では、歪センサ１１０の検出対象は、異物が補足されたフィルタ１４では流動抵抗が増加することによって生じる歪みである場合を示しているが、各フィルタ１４で異物が補足されることでフィルタ１４の重量が増加することにより生じる歪みであってもよい。この場合も上述と同様に取り扱うことができる。
【００７９】
＜第３実施形態＞
図９は第３実施形態におけるフィルタ１４の断面構成図である。尚、第３実施形態に係るフィルタユニット１０の構成については、特段の記載がない限りにおいて前述の実施形態と同様であり、対応する構成には共通の符号を付すこととする。
【００８０】
図９に示されるように、第３実施形態のフィルタ１４では、第１実施形態の差圧センサ１０２に代えて、フィルタ１４の吸気流量を検出するための差圧センサ１２０が設けられている。差圧センサ１２０は、フィルタ１４のハウジング１５の下流側にオリフィス１２２を有しており、当該オリフィス１２２の前後における差圧に基づいて、フィルタ１４を通過する吸気の流量を検出可能に構成されている。
【００８１】
尚、差圧センサ１２０は解析部１０４に対して無線通信によって接続されている。そのため、各フィルタ層１２を構成する多数のフィルタ１４に対して差圧センサ１２０を設けた場合であっても、通信用ケーブルなどによってスペースが圧迫されることがない。
【００８２】
図１０は、図９の差圧センサ１２０で検出される流量の時間的変化の一例である。ここで前述の実施形態と同様に、各フィルタ層１２を構成する複数のフィルタ１４のうち、特定の第１フィルタ１４ａにおいて目詰まりが生じているケースを想定することとし、図１０では、目詰まりが生じた第１フィルタ１４ａにおける流量の時間的変化を実線で示すとともに、第１フィルタ１４ａに隣接する第２フィルタ１４ｂにおける流量の時間的変化を破線で示している。
【００８３】
第１フィルタ１４ａでは、時刻ｔ０で目詰まりが生じると、第１フィルタ１４ａを通過する吸気流量が減少する。このような第１フィルタ１４ａにおける吸気流量の減少は、時刻ｔ０以降も、第１フィルタ１４ａにおける目詰まりが解消しない限りにおいて継続する。一方、第１フィルタ１４ａに隣接する第２フィルタ１４ｂでは、第１フィルタ１４ａを通過できない吸気が流れ込むことにより、吸気流量が増加する。このような第２フィルタ１４ｂにおける吸気流量の増加もまた、時刻ｔ０以降も、第１フィルタ１４ａにおける目詰まりが解消しない限りにおいて継続する。
【００８４】
第３実施形態では、目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａに対応する吸気流量の時間変化をパターンＣと称し、第２フィルタ１４ｂに対応する吸気流量の時間変化をパターンＤと称すると、各フィルタ１４における吸気流量がパターンＣ又はＤのいずれかであるかを評価することで、各フィルタ１４における目詰まりを検証することができる。
【００８５】
特に、図１０を参照して前述したように、時刻ｔ０における吸気流量の増減は、時刻ｔ０以降も継続するため、差圧センサ１２０の検出値を、正常状態に対応する基準流量と比較することで絶対値として目詰まりを評価できる。すなわち、前述の第１及び第２実施形態では、過渡的変化に基づいて目詰まりを評価していたが、本実施形態では過渡的変化によらず絶対値に基づく目詰まりの評価が可能である。
【００８６】
図１１は第３実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。解析部１０４は、各フィルタ層１２を構成するフィルタ１４に設けられた差圧センサ１２０の検出値を取得する（ステップＳ３０）。これにより、各フィルタ層１２を構成する各フィルタ１４における吸気流量が、解析部１０４によって取得される。
【００８７】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ３０で取得した差圧センサ１２０の検出値に基づいて、複数のフィルタ１４における吸気流量の分布を求める（ステップＳ３１）。このような吸気流量の分布は、各差圧センサ１２０の検出値が、パターンＣ又はＤのいずれであるかをマッピングすることによって作成される。
【００８８】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ３１で作成された分布に基づいて目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａを特定するとともに（ステップＳ３２）、ステップＳ３１で作成された分布に基づいて第２フィルタ１４ｂを特定する（ステップＳ３３）。そして、ステップＳ３２及びＳ３３の特定結果に基づいて、各フィルタ層１２のフィルタ寿命をフィルタ１４単位で評価する（ステップＳ３４）。このようにして、品質評価部１０６では、多数のフィルタ１４を有する各フィルタ層１２において、どのフィルタ１４で目詰まりが生じているのかが判別される。
【００８９】
＜第４実施形態＞
図１２は第４実施形態におけるフィルタ１４の断面構成図である。尚、第４実施形態に係るフィルタユニット１０の構成については、特段の記載がない限りにおいて前述の実施形態と同様であり、対応する構成には共通の符号を付すこととする。
【００９０】
図１２に示されるように、本実施形態のフィルタ１４は、第１実施形態と同様の差圧センサ１０２と、第３実施形態と同様の差圧センサ１２０との両方を備える。解析部１０４は、各フィルタ１４について、差圧センサ１０２からハウジング１５内の差圧を取得するとともに、差圧センサ１２０からフィルタ１４を通過する吸気の流量を取得し、これらの差圧と流量に基づいて、各フィルタ１４の流動抵抗を算出する。このように算出された流動抵抗は、各フィルタ１４の性能を直接的に示す評価パラメータであるため、より精度の高い目詰まり度の評価が可能となる。
【００９１】
図１３は第４実施形態に係るフィルタユニット管理方法を工程毎に示すフローチャートである。解析部１０４は、各フィルタ層１２を構成するフィルタ１４に設けられた差圧センサ１０２及び差圧センサ１２０の検出値を取得する（ステップＳ４０）。これにより、各フィルタ層１２を構成する各フィルタ１４における差圧及び吸気流量が、解析部１０４によって取得される。
【００９２】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ４０で取得した差圧センサ１０２及び差圧センサ１２０の検出値に基づいて、各フィルタ１４における流動抵抗を算出し（ステップＳ４１）、複数のフィルタ１４における流動抵抗の分布を求める（ステップＳ４２）。
【００９３】
続いて品質評価部１０６は、ステップＳ４２で作成された分布に基づいて目詰まりが生じている第１フィルタ１４ａを特定する（ステップＳ４３）。このような第１フィルタ１４ａの特定は、例えば、流動抵抗が所定の基準値を超えているか否かにより行われる。
【００９４】
以上説明したように上述の各実施形態によれば、複数のフィルタ１４を含むフィルタユニット１０において、フィルタ１４単位で定量的な性能評価をすることによって、精度のよい品質管理が可能なフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法を提供できる。
【産業上の利用可能性】
【００９５】
本発明の少なくとも一実施形態は、吸気通路を流れる吸気に含まれる異物を除去するためのフィルタユニットの品質管理を行うためのフィルタユニット品質管理システム及びフィルタユニット品質管理方法に利用可能である。
【符号の説明】
【００９６】
１  吸気通路
１ａ  内壁
１０  フィルタユニット
１２  フィルタ層
１４  フィルタ
１５  ハウジング
１６  架台
１７  フィルタエレメント
１９  パッキン
１００  フィルタユニット品質管理システム
１０２  差圧センサ
１０４  解析部
１０６  品質評価部
１１０  歪センサ
１２０  差圧センサ
１２２  オリフィス
【図１】
2019130487.tif 000003
【図２】
2019130487.tif 000004
【図３】
2019130487.tif 000005
【図４】
2019130487.tif 000006
【図５】
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【図６】
2019130487.tif 000008
【図７】
2019130487.tif 000009
【図８】
2019130487.tif 000010
【図９】
2019130487.tif 000011
【図１０】
2019130487.tif 000012
【図１１】
2019130487.tif 000013
【図１２】
2019130487.tif 000014
【図１３】
2019130487.tif 000015
【図１４】
2019130487.tif 000016
【図１５】
2019130487.tif 000017