JP2011122795A

JP2011122795A - 風量調整装置

Info

Publication number: JP2011122795A
Application number: JP2009282632A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Takahashi; 慎一高橋; Keizo Yokoyama; 計三横山; Toshiharu Shirai; 敏治白井
Original assignee: NIKKEI CO Ltd; Hibiya Engineering Ltd
Current assignee: NIKKEI CO Ltd; Hibiya Engineering Ltd
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2009-12-14
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】空調用ダクト等の風路内の風量を調整するための風量調整装置であって、設置スペースが小さく、操作者による調整作業を簡便で、円滑に行えるようにした風量調整装置を提供する。
【解決手段】ダクトに接続させる風量調整装置１の筒形の本体２に、気流の流れ方向上流側に、本体２の中心位置で直交させ、内部を連通させて一対のピトー管３を配し、平均風速に係る全圧を捕捉する位置に全圧捕捉孔3a、3bを開口させて全圧測定口５に連通させる。本体２の壁体に内外部を連通させる静圧捕捉孔を開口して外部の静圧測定口６に連通させる。ピトー管３の下流側にダンパー７を設けて、その開度を調整可能とする。ダンパー７の開度を調整して、測定口５、６に現出する全圧と静圧の差圧（動圧）による風量を所望の大きさに調整する。
【選択図】図１

Description

この発明は、建物の空調設備等に用いられるダクト内を流れる空調用空気等のの風量を調整する風量調整装置に関する。

例えば、空調設備により快適な空間を確保するには空調用空気の風量が適切であることが要求されている。この風量調整はダクト内に配されたダンパー等の開度を調整することにより行われる。また、ダクト内を流れる風量を適切に調整することは、空調等に必要なエネルギーを最適に消費するために必要な措置である。例えば、外気導入量が過剰となっていると外気に対する熱処理のためのエネルギーが付加されて、エネルギーコストを増加させている。すなわち、夏季には外気を室温まで低下させるエネルギーを、冬季には室温まで上昇させるエネルギーを、それぞれ必要とする。

一方、ダクト内の風量は、測定位置にて計測された風速と、この測定位置におけるダクトの断面積とで求められる。ダクト内の風速の測定には、例えば、特許文献１に記載された動圧測定装置等が用いられる。この特許文献１に記載された動圧測定装置は、ダクトに設置され該ダクト内の動圧を測定する動圧測定装置であって、前記ダクトの周壁に沿って配置され、前記ダクト内に開口する複数の静圧測定用貫通孔が前記ダクトに沿って所定間隔で形成された静圧測定管と、前記ダクト内をダクト内の気流の平均風速となる位置付近を横切るように配置され、前記平均風速となる複数の位置付近に全圧測定用貫通孔が気流方向に対向して形成された全圧測定管とを備える構造とされたものである。

特許第３６５７３５４号

前記動圧測定装置等の計測機器の計測値より得られた風量をもとに、前記ダンパーの開度を調整して所望の風量を得るようにしている。この調整作業においては、ダンパーの開度を調整し、当該時の計測値により風量を求めるようにして、所望の風量となるようダンパーの開度を求めている。この調整作業を一人の操作者が行う場合には、ダンパーと計測機器との間を繰り返し往復することを要する場合が生じる。また、複数人の操作者で行う場合には、これらの操作者の間の連携に手間がかかる。

特に、建物に配された空調用ダクトは径路が多岐に渡っており、分岐部ごとにダンパーが配されている場合がある。これらダンパーのそれぞれに対応させて前記計測機器を設置することはコストを大幅に上昇させることになって現実的でない。あるいは、ダンパーと計測機器とを設置するためのスペースを確保できない場合がある。このため一般的には、例えば複数箇所の吹出口に連通した経路の途中などの適宜箇所の代表的位置に計測機器を配設して、当該位置における風量によりダンパーの開度を調整している。あるいは、吹出口における風速を携帯型の風速計で測定し、その値に応じてダンパーの開度を調整している。

しかしながら、代表的位置における風量の調整のみでは最適な空調効果を期待できない箇所が存してしまうおそれがある。このため、それぞれのダンパーに対応させて計測機器を設置することが望まれている。

そこで、この発明は、小さいスペースであってもダンパーと計測機器とを設置することができ、また、設備コストの上昇を抑制すると共に、操作者による作業の簡便化を図ることができるようにした風量調整装置を提供することを目的としている。

前記目的を達成するための技術的手段として、この発明に係る風量調整装置は、ダクトの途中に設置することによって、該ダクトを流れる風量を調整するための風量調整装置において、前記ダクトの途中に連結させる筒状の本体と、前記本体の一部であって、ダクト内の流れの上流側に配した風量測定部と、前記本体の一部であって、前記風量測定部の下流側に配した風量調整部とを備えたことを特徴としている。

前記本体に風量測定部と風量調整部とを具備させて、この本体を空調用ダクトの途中に接続するようにしたものである。前記風量測定部によりダクト内を流れる風量を測定する。この計測値に基づいて前記風量調整部を操作して風量を調整する。

また、請求項２の発明に係る風量調整装置は、前記風量測定部は、本体の内部に、上流側に対向して全圧捕捉孔を開口した一対のピトー管の内部を連通させてほぼ直交させて配し、本体の壁体に静圧捕捉孔を開口させてなり、前記風量調整部は、本体の内部で流れ方向と直交する方向を軸として回動することにより開口面積を変更させるダンパーからなり、前記一対のピトー管の一方の端部を本体の外部に導き出して前記全圧捕捉孔に連通した全圧測定口を配し、前記静圧捕捉孔に連通させて本体の外部に静圧測定口を配したことを特徴としている。

前記ピトー管を管体により形成し、このピトー管を一対にしてほぼ直交した状態に組み合わせ、内部を連通させた構造としてある。連通させる構造としては、十字形の管継ぎ手を用いて４本の管体を接続する構造や、ダクト内の空気の流れ方向に２本の管体を中央部で重畳させ、重畳させて部分を連通させた構造等とする。なお、「ほぼ直交」とは管体を連通させる工作の際に生じる誤差により一対のピトー管が直交しない状態を含む意味である。そして、一対のピトー管には、気流の上流側を指向させた全圧捕捉孔が形成されており、一方のピトー管の端部を本体の外部に導き出して前記全圧捕捉孔に連通させた全圧測定口が配され、この全圧測定口よりダクト内を流れる気流の全圧を測定する。また、本体の壁体に形成した開口を静圧捕捉孔としてこれに静圧測定口を連通させて静圧を測定する。これら全圧と静圧との差圧からダクト内の流速が求められるから、この流速とダクトの測定位置における開口面積とから風量を求めることができる。

また、前記ダンパーを操作することによりダンパー内での角度が変更されて開口面積が変更される。このため、ダクト内の流速が変化して全圧と静圧が変化するから、これらの差圧の大きさを確認しながら、所望の流速、すなわち風量となるようにダンパーの角度を調整して開口面積の大きさを調整する。

また、請求項３の発明に係る風量調整装置は、前記本体を円筒形に形成し、前記ピトー管を該円筒の径方向でほぼ直交させて配し、それぞれのピトー管に形成した前記全圧測定孔は、前記ダクト内を流れる気流の平均風速となる位置の近傍に複数個を形成したことを特徴としている。

平均風速を代表値とし、平均風速を示す位置における全圧を求めて、ダクト内の流速として風量を算出するようにしたものである。例えば、ダクト内の気流が層流である場合の速度分布は、中心部で最大速度を示し、壁面部では「０」となる放物線を描くことが知られている。すなわち、ダクト内では径方向における位置で風速が異なっている。このため、平均風速を代表値としてダクト内の風速を求めることとしたものである。

この発明に係る風量調整装置では、風量測定部と風量調整部とが本体に配設された構造であるから、この風量調整装置を設置するスペースを、これら風量測定部と風量調整部とを別個に設置した場合に比べて小さくすることができる。しかも、これら風量測定部と風量調整部とが組み込まれた本体を製作するものであるから製作コストを抑制でき、全ての風量調整部に風量測定部を設置するものであっても設備コストを極力抑制できる。しかも、所望の箇所で風量を調整できるから、快適な空調空気を供給できると共に、外気導入ダクトにあっては適切な風量の外気を導入してエネルギー効率を良好にすることができる。

さらに、操作者は風量測定部で得られた計測値を基づいて風量調整部を操作することができるから、一人の操作者による簡便な操作で迅速に風量の調整を行うことができる。

また、請求項２の発明に係る風量調整装置によれば、風量測定部と風量調整部とを簡単な構造にすることができる。したがって、製作コストを十分に抑制することができる。

また、請求項３の発明に係る風量調整装置によれば、ダクト内の風量を簡単に求めることができて、迅速に風量の調整を行うことができる。

この発明に係る風量調整装置の概略構造を示す正面図である。図１に示す風量調整装置の側面図である。

以下、図示した好ましい実施の形態に基づいて、この発明に係る風量調整装置を具体的に説明する。

図１はこの発明に係る風量調整装置１の正面図であり、円筒形の本体２の内部には、径方向に一対のピトー管３がほぼ直交する状態に配されている。この一対のピトー管３は管体により形成されており、その管壁部にはこの風量測定装置１を流れる、図２上矢標Ｐ方向で示す気流の方向の上流を指向した開口により全圧捕捉孔3a、3bが形成されている。また、一対のピトー管３は本体２の中心で交差しており、この交差部で連通させてある。例えば、十字形の管継ぎ手４により４本の管体を接続させてこれら管体を連通させ、それぞれの管体に前記全圧捕捉孔3a、3bを形成することができる。

前記一対のピトー管３のうちの一方のピトー管３の端部を本体２の外側に導き出して全圧測定口５が形成されている。

また、本体２の壁体であって、前記ピトー管３が配されて位置の上流側には、本体２の内外部を連通させる静圧捕捉孔が形成されており、図２に示すように、本体２の外周部に設けられた静圧測定口６にこの静圧捕捉孔を連通させてる。

また、図２に示すように、前記ピトー管３の下流側には、本体２の径方向に配された支持軸7aを中心として回動可能なダンパー７が設けられている。このダンパー７の角度により本体２の開口面積を変化させることできる。前記支持軸7aの本体２の外側に突出させた端部には指示板８が固定されており、この指示板８から伸長させたレバー部8aを把持して回動させることによりダンパー７の角度を変更できるようにしてある。指示板８の前記支持軸7aに対してレバー部8aと反対側には、指示針部8bが形成されている。また、指示板８の裏面側には指標板９が取り付けられており、この指標板９に形成された指標部9aを前記指示針部8bが指示することでダンパー７の開度を把握できるようにしてある。

次に、前記ピトー管３に開口される全圧捕捉孔3a、3bの位置について説明する。

前記全圧捕捉孔3a、3bにより捕捉される全圧は、ダクト内の気流の平均風速を示すものであるようにする。このため、「遷移領域における平均速度と最高速度（中心風速）との関係Ｖ／Ｖmax」による平均風速法により算出する。なお、ダクト内の気流が層流の場合と乱流の場合とで異なり、滑らかな円筒内では以下に算出される。

（層流の時）
Ｖ = Ｖmax（１−（ｒ−ｙ）^２／ｒ^２）式１
式１において、Ｖ：平均風速、Ｖmax：最高風速（中心風速）、ｒ：ダクトの半径、ｙ：管壁からの距離、をそれぞれ示している。
また、層流の時にはRe：レイノルズ数は２＊10^３以下であり、Ｖ／Ｖmaxは１／２ = ０.５となる。ここで、平均風速の検出は、ダクトの半径「ｒ」に基づいて、平均風速の正確な測定が見込まれる検出点の位置を求め、この検出点にて行う。

前記式１を解式すると、層流の時のＶ／Ｖmax = １／２より、
Ｖ = Ｖmax（１−（ｒ−ｙ）^２／ｒ^２） = Ｖmax＊１／２式２
よって、
１−（ｒ−ｙ）^２／ｒ^２） = ０.５式３
（ｒ−ｙ）^２／ｒ^２ = １−０.５ = ０.５式４
（ｒ−ｙ）^２ = ｒ^２＊０.５式５
ｒ−ｙ = （ｒ^２＊０.５）^１／２式６
ｙ = ｒ−（ｒ^２＊０.５）^１／２式７
ここで、「ｒ」の係数を求めるため、ｒを１.０とすると、
ｙ = 0.292893218＊ｒ ≒ 0.293＊ｒ式８
となる。
例えば、ダンパーの構想図のサイズより、ｒ = 100.9を代入して「ｙ」を求めると、
ｙ ≒ 29.6 式９
となる。

（乱流の時）
Ｖ = Ｖmax（ｙ／ｒ）^ｎ式10
ｎ：積分の乗則値
乱流の時の平均風速Ｖと最高風速Ｖmaxとの関係は、式10を積分することで求められ（カルマン−プラントルの１／７乗べきの法則）、乱流域でRe：レイノルズ数３〜５＊10⁴程度で乗則の値ｎは１／７で、乱流の時は、Ｖ／Ｖmax = ０.８１７より、次の通りｙの値が計算される。
Ｖ = Ｖmax（ｙ／ｒ）^ｎ = Ｖmax＊0.817 式11
よって、
（ｙ／ｒ）^１／７ = 0.817 式12
ここで、「ｒ」の係数を求めｒを１.０とすると、

ｙ = 0.817^７＊ｒ = 0.242970974＊ｒ ≒ 0.243＊ｒ式13
例えば、ダンパーの構想図のサイズより、ｒ = 100.9を代入して「ｙ」を求めると、
ｙ ≒ 24.5 式14

上述した平均風速法は、乱流域Re = ３〜５＊10^４より、層流域Re = ２＊10^３以下の時で、検出点は、
Re = ２＊10^３以下（層流）で、管壁からの距離 29.6mm
Re = ３〜５＊10^４（乱流）で、管壁からの距離 24.5mm
となる。
すなわち、前記全圧捕捉孔3aを管壁から24.5mmの位置に、全圧捕捉孔3bを管壁から29.6mmの位置に配する。そして、これらの全圧捕捉孔3a、3bで捕捉された全圧に基づいて算出した風速をダクト内の平均風速として扱うことができる。

以上により構成された風量調整装置１を、風量の調整を要する箇所のダクトの途中に接続する。風量を調整する操作者は、前記レバー部8aを把持してダンパー７の角度を調整する。これにより、本体１の開口面積が変化するから、風速が変化する。このときの、全圧測定口５から得られる全圧と静圧測定口６から得られる静圧との差である動圧を差圧計によって計測し、その計測値から風速を求める。このとき、例えば、計測値と風速、風量とを対応させる換算表を利用することができる。そして、操作者は所望の風量となる動圧となるようにダンパー７の角度を調整すればよい。

この発明に係る風量調整装置によれば、風量測定部と風量調整部とをダクトに接続させて設置することができるから、小さいスペースであっても設置でき、しかも製作コストが抑制されることにより設備コストが抑制されことから、よりきめ細かい空調空間を提供することに寄与する。

１風量調整装置
２本体
３ピトー管
3a、3b 全圧捕捉孔
４管継ぎ手
５全圧測定口
６静圧測定口
７ダンパー

Claims

ダクトの途中に設置することによって、該ダクトを流れる風量を調整するための風量調整装置において、
前記ダクトの途中に連結させる筒状の本体と、
前記本体の一部であって、ダクト内の流れの上流側に配した風量測定部と、
前記本体の一部であって、前記風量測定部の下流側に配した風量調整部とを備えたことを特徴とする風量調整装置。
前記風量測定部は、本体の内部に、上流側に対向して全圧捕捉孔を開口した一対のピトー管の内部を連通させてほぼ直交させて配し、本体の壁体に静圧捕捉孔を開口させてなり、
前記風量調整部は、本体の内部で流れ方向と直交する方向を軸として回動することにより開口面積を変更させるダンパーからなり、
前記一対のピトー管の一方の端部を本体の外部に導き出して前記全圧捕捉孔に連通した全圧測定口を配し、前記静圧捕捉孔に連通させて本体の外部に静圧測定口を配したことを特徴とする請求項１に記載の風量調整装置。
前記本体を円筒形に形成し、前記ピトー管を該円筒の径方向でほぼ直交させて配し、それぞれのピトー管に形成した前記全圧測定孔は、前記ダクト内を流れる気流の平均風速となる位置の近傍に複数個を形成したことを特徴とする請求項２に記載の風量調整装置。