JP2017203715A - 風量計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】風量測定装置において、構成部品の気密性を確保して簡便に組み立てられ、装置をコンパクトにし、風量を測定する流路断面の流れの状態が安定する風量計測装置を提供する。【解決手段】集風フード内に生じる風量の変動を補うための補助ファン２と、補助ファン２の吐出側に設置された風量計測器５とを備える。さらに、集風フードの吐出側のフレキシブルダクト１１ａと風量計測器５の吸入側とに対して気密に連結される気密性のあるチャンバー１とを備える。補助ファン２をチャンバー１内に気密に収納する。接続口１１と補助ファン２の吸込み口の間に接続口１１の軸線Ｌ１と交差する方向に風向調整板１４を設置する。【選択図】図１

Description

本発明は、換気扇や空調設備・工場設備等の制気口における風量を計測する風量計測装置に関する。

日本工業規格に定める『換気扇（ＪＩＳＣ９６０３）』や『空気調和・換気設備の風量測定方法（ＪＩＳＡ１４３１）』をはじめとして、例えば特許文献１及び特許文献２のように、換気扇や制気口の風量測定に関する多くの提案がなされている。

例えば換気扇の吸込み風量をＪＩＳＣ９６０３の測定方法に従い実際に測定する場合、補助ファンの吸込み側にＪＩＳ規格の風量測定器“吸込みノズル”を取付け、継手部材である“キャンバス”を介して“補助ファン”に接続する。更に補助ファンの吐出口側でも、キャンバスを介してダクトに繋がり、このダクトを経由して換気扇のある“空気槽”に繋がる。

このように測定対象となる空気の流路は種々の部材からなり、夫々繋がった構成となる。このような計測環境で、換気扇の風量を測定する際に重要な点は、空気の吸込み域から換気扇の吐出域までの間で空気が洩れたり吸い込まれたりすることがないように気密性を確保することにある。

一方、送風機の前後で風量を測定する場合、送風機の吐出・吸込み何れ側の測定においても整流装置を設置することで計測環境が改善されることは良く知られている。

例えば、ＪＩＳＢ８３３０によると送風機の吐出側で測定する場合、送風機出口の口径（Ｄ）の２倍を超える長さの直管部（＞２Ｄ）を隔てた位置に整流装置を設けることとしている。この条件によると、補助ファンの下流域で風量を測定するには相当の直管部が必要なため、装置が肥大化し機動性が損なわれる問題がある。

実開昭６０−９３９１９号公報（実願昭５８−１８６０６２号のマイクロフィルム） 特開２００４−２５７８４２号公報

本発明は、この点に鑑み、構成部品の気密性に係わる空気の漏れや吸込み現象に煩わされず装置が簡便に組み立てられ、装置をコンパクトにすることで機動性を高くできるとともに、風量を測定する流路断面の流れの状態を安定にできる風量計測装置を提供することを目的とする。

請求項１の風量測定装置は、制気口の吹出し口または吸込み口に集風のための集風フードをあてがって該制気口における風量を測定する風量測定装置であって、前記集風フードをあてがうことによって生じる風量の変動を補うための補助ファンと、該補助ファンの吐出側に設置された風量計測器と、前記集風フードの吐出側のダクトと前記風量計測器の吸入側とに対して気密に連結される気密性のあるチャンバーと、を備え、前記補助ファンが前記チャンバー内に気密に収納されていることを特徴とする。

請求項２の風量測定装置は、請求項１に記載の風量測定装置であって、前記補助ファンと前記風量計測器との間に整流装置を備え、
前記整流装置が、前記補助ファンのファンから、該補助ファンの吐出ダクトの口径（Ｄ）の２倍（２Ｄ）以内の位置に設けられていることを特徴とする。

請求項３の風量測定装置は、請求項１または２に記載の風量測定装置であって、前記チャンバーの前記補助ファンの気流の流れ軸方向に沿った壁面に、集風フードと接続するための接続口が設けられていることを特徴とする。

請求項４の風量測定装置は、請求項３に記載の風量測定装置であって、前記接続口と前記補助ファンの吸込み口の間に前記接続口の軸線と交差する方向に風向調整板が設置されていることを特徴とする。

請求項５の風量測定装置は、請求項３または４に記載の風量測定装置であって、前記補助ファンの気流の流れ軸方向の上流域であって、前記チャンバーの該流れ軸方向と直交する壁面に、集風フードと接続するための第２の接続口が設けられていることを特徴とする。

請求項６の風量測定装置は、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の風量測定装置であって、平板と該平板に垂直に接続されたパイプとからなる圧力検出体であって、前記平板に、該平板の厚みの１／２以下の孔径を有する測定孔が形成されるとともに、前記パイプに前記測定孔に連通する接続孔が形成された圧力検出体を備え、前記集風フード内の静圧を前記圧力検出体を介して検出することを特徴とする。

本発明によれば、補助ファンが、集風フードの吐出側と風量計測器の吸入側とに気密に連結される気密性のあるチャンバー内に気密に収納されているので、チャンバーに対してフレキシブルダクト等を介して集風フードを連結するだけで、構成部品の気密性に係わる空気の漏れや吸込み現象に煩わされず装置を簡便に組み立てることができる。また、装置がコンパクトになって機動性が高くなる。また、チャンバー内が空気槽となって、この空気槽内を通過する空気の抵抗を低減することで補助ファンの潜在能力を引き出すことができるとともに、風量を測定する流路断面の流れの状態が安定する。

本発明の実施形態の風量測定装置の一部破砕側面図である。 本発明の実施形態の風量測定装置の正面図である。 本発明の実施形態の風量測定装置の背面図である。 本発明の実施形態の風量測定装置の上面図である。 本発明の実施形態の風量測定装置における第１の接続口とフレキシブルダクトの接続例を示す図である。 本発明の実施形態にける圧力検出体の正面図及び一部破砕側面図である。 本発明の実施形態の風量測定装置におけるチャンバー内の空気の流れの概略を示す図である。 本発明の実施形態の風量測定装置における風向調整板がない場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態の風量測定装置における第２の接続口とフレキシブルダクトの接続例を示す図である。 本発明の実施形態の風量測定装置における第２の接続口がない場合の問題を説明する図である。 本発明の実施形態の風量測定装置の校正時の接続例を示す図である。

次に、本発明の風量測定装置の実施形態を図面を参照して説明する。図１は実施形態の風量測定装置の一部破砕側面図、図２は実施形態の風量測定装置の正面図、図３は実施形態の風量測定装置の背面図、図４は実施形態の風量測定装置の上面図である。なお、以下の説明における「上下」の概念は図１の図面における上下に対応する。

この実施形態の風量測定装置１００は、換気扇や空調設備・工場設備等の制気口（吹き出し口）における風量を計測するものであり、基板１０の裏面四隅にキャスター２０を有し、基板１０上に立方体に近い直方体の形状のチャンバー１を備えている。また、この風量測定装置１００は、補助ファン２、整流装置３、キャンバスダクト４、風量計測器５、レジューサ６を備えている。そして、チャンバー１内に補助ファン２、整流装置３及びキャンバスダクト４が収納されている。

チャンバー１において、天板１Ａの正面寄りには円形の第１の吸入孔１Ａａが形成され、前面板１Ｂの下方寄りには円形の第２の吸入孔１Ｂａが形成され、さらに、背面板１Ｃの下方寄りには円形の排出孔１Ｃａが形成されている。第１の吸入孔１Ａａには円筒状の第１の接続口１１が取り付けられ、第２の吸入孔１Ｂａには円筒状の第２の接続口１２が取り付けられている。また、排出孔１Ｃａには円筒状の排出口１３が取り付けられている。第１の吸入孔１Ａａと第１の接続口１１は軸線Ｌ１を中心とし、第２の吸入孔１Ｂａと第２の接続口１２は軸線Ｌ２を中心とし、排出孔１Ｃａと排出口１３は軸線Ｌ３を中心としている。そして、第１の接続口１１、第２の接続口１２及び排出口１３と、チャンバー１とは、それぞれ気密に接合されており、補助ファン２はチャンバー１内に気密に収納されている。

図１乃至図４は実施形態の風量測定装置１００の一使用形態を示すものであり、この使用形態では第１の接続口１１にフレキシブルダクト１１ａが接続されている。そして、このフレキシブルダクト１１ａを介して第１の接続口１１は後述の集風フード５０と接続される。また、この使用形態では、第２の接続口１２は蓋１２ｂによって封止されている。

補助ファン２は軸線Ｌ０１に沿って空気を送風する軸流ファンであり、この補助ファン２は円筒状の吐出ダクト２１内にファン２２を備えている。すなわち、軸線Ｌ０１は補助ファン２の気流の流れ軸方向である。そして、この補助ファン２の吸入側は第２の吸入孔１Ｂａ及び第２の接続口１２に対向している。また、補助ファン２の吐出ダクト２１の排出側に整流装置３が取り付けられ、この整流装置３と排出孔１Ｃａはキャンバスダクト４によって接続されている。さらに、排出口１３には風量計測器５が接続され、風量計測器５の出口側にレジューサ６が接続されている。そして、第２の接続口１２（第２の吸入孔１Ｂａ）、補助ファン２、整流装置３、キャンバスダクト４、排出口１３（排出孔１Ｃａ）及び風量計測器５は、それぞれ同軸に配置されている。すなわち、第２の接続口１２の軸線Ｌ２、補助ファン２の軸線Ｌ０１、排出口１３の軸線Ｌ３及び風量計測器５の軸線Ｌ０２は一直線上にある。

図１に示すように、整流装置３は、補助ファン２のファン２２から、吐出ダクト２１の口径（Ｄ）の２倍（２Ｄ）以内の位置に設けられている。なお、整流装置３は補助ファン２の軸線Ｌ０１と平行な多数の整流板によって構成されている。

風量計測器５は、排出口１３と同径の円筒状のケーシング５１内に、整流格子５２とセンサー部５３を収容して構成されている。整流格子５２はケーシング５１内での旋回流を防止し、センサー部５３は、例えば上流側のパイプで空気の全圧を検知し、下流側のパイプで平均静圧より低めの圧力を検出し、両圧力の圧力差から、流量を検知する。

チャンバー１の天板１Ａ側の第１の接続口１１（第１の吸入孔１Ａａ）と補助ファン２は、軸線Ｌ１と軸線Ｌ０１とが直交するように配置されている。また、チャンバー１内には、天板１Ａ（第１の吸入孔１Ａａ）と対向するように、天板１Ａに対して平行となる風向調整板１４が設置されている。この風向調整板１４は前面板１Ｂの裏面から背面板１Ｃに向けて延設されており、この風向調整板１４の端部と背面板１Ｃとの間には矩形の流路１４ａが確保されている。

チャンバー１の天板１Ａは補助ファン２の軸線Ｌ０１に沿った平行な壁面である。すなわち、チャンバー１の補助ファン２の気流の流れ軸方向に沿った壁面である天板１Ａに、集風フード５０と接続するための接続口１１が設けられている。また、天板１Ａ側の接続口１１と補助ファン２の吸込み口の間に、接続口１１の軸線Ｌ１と交差する方向に風向調整板１４が設置されている。また、補助ファン２の気流の流れ軸方向、すなわち軸線Ｌ０１の方向の上流域で、チャンバー１の軸線Ｌ０１と直交する壁面である前面板１Ｂに、集風フード５０と接続するための第２の接続口１２が設けられている。

チャンバー１の背面板１Ｃには、当該風量測定装置１００の全体を制御するコントローラを内蔵した制御ボックス３０が取り付けられている。また、チャンバー１の天板１Ａ上には測定された差圧や流量等を表示したり、差圧や流量データを出力するための表示ボックス４０が取り付けられている。

図５は実施形態の風量測定装置１００における第１の接続口１１とフレキシブルダクト１１ａの接続例を示す図である。なお、以下の図面において、符号は要部部材のみに付してその他の部材は符号を適宜省略する。図５に示すように、フレキシブルダクト１１ａには集風フード５０が接続されている。集風フード５０は、一面が開口された立方体形状のフードであり、開口と反対側の低部にフレキシブルダクト１１ａを接続する接続口５０ａを有している。また、集風フード５０の４つの側面には、集風フード５０内の静圧を検出するための圧力検出体７が取り付けられている。

図６は圧力検出体７の正面図（図６（Ａ））及び一部破砕側面図（図６（Ｂ））である。この圧力検出体７は、円盤状の平板７１と、この平板７１に垂直に接続されたパイプ７２とを一体に形成したものである。平板７１にはその中心に測定孔７１ａが形成され、この測定孔７１ａの孔径は平板７１の厚みの１／２以下であり、かつ、測定孔７１ａの長さは孔径の２倍以上となっている。また、パイプ７２には、測定孔７１ａに連通する接続孔７２ａが形成されており、測定孔７１ａと接続孔７２ａは圧力検出体７を貫通している。そして、各圧力検出体７のパイプ７２はチューブなどを介して表示ボックス４０内の差圧計に接続され、更に表示ボックス４０から出力される差圧データは制御ボックス３０内のインバータに接続されている。

以上の構成により、集風フード５０を測定対象の制気口に取り付けて、風量を測定する。すなわち、圧力検出体７を介して検出される集風フード５０内の静圧が、集風フード５０の外側の圧力、すなわち大気圧と等しくなるように、補助ファン２の回転数をインバータ等により自動制御する。すなわち、制気口から吹き出される空気の流れに対する集風フード５０による抵抗分を取り除くように、制御する。これにより、制気口から吹き出される空気は、集風フード５０、フレキシブルダクト１１ａ、第１の接続口１１を介してチャンバー１内に流れ込む。また、チャンバー１内では、風向調整板１４の上部の空間から、矩形の流路１４ａを通って風向調整板１４の下部の空間に流れ込む。この空気は、補助ファン２の吸入側から排出側に流れ、整流装置３で整流されて排出口１３から風量計測器５に流される。そして、風量計測器５で風量が計測され、計測された風量が表示ボックス４０にて表示される。

図７は実施形態の風量測定装置１００におけるチャンバー１内の空気の流れの概略を示す図である。制気口から吹き出される空気は第１の接続口１１からチャンバー１内に流れ込むが、チャンバー１内には、風向調整板１４が設置されており、風向調整板１４による矩形の流路１４ａは、補助ファン２の排出側に位置している。一方、補助ファン２の排出側は整流装置３とキャンバスダクト４とによって、チャンバー１の内部空間と隔絶されているので、矩形の流路１４ａから風向調整板１４の下部の空間に流れ込む空気は、補助ファン２の外周を通って排出側（後方側）から吸入側へ流れる。したがって、補助ファン２により安定した流れの空気を整流装置３に送ることができる。

これに対して、例えば図８に示すように、風向調整板１４がない風量測定装置２００では、フレキシブルダクト１１ａからチャンバー１′に流入する気流の状態は、フレキシブルダクト１１ａの取り回しにより大きく変動する。例えば図８（Ａ）、図８（Ｂ）に示すように、気流の変動は、補助ファン２′側の下流域の風速分布にも影響を及ぼす。すなわち、フレキシブルダクト１１ａの振れている向きや曲がりの度合い（曲率）によって、接続口１１′から流れ込む補助ファン２′の下流域での風速分布も異なることになる。したがって、安定した速度分布を得ることができない。しかし、実施形態においては、風向調整板１４及び流路１４ａにより、このような問題はない。

すなわち、実施形態では、補助ファン２を収納するチャンバー１内に風向調整板１４を設置することで補助ファン２に流入する気流は、フレキシブルダクト１１ａの向きや曲がりの状態によらず安定化する。この吸込み域での安定的な流れが、ファン吐出側の気流状態の安定化に繋がることから、ファン吐出域に設置した風量計測器５への気流の影響も限定される。

図９は実施形態の風量測定装置１００における第２の接続口１２とフレキシブルダクト１２ａの接続例を示す図である。この使用形態では、第２の接続口１２にフレキシブルダクト１２ａが接続されている。そして、このフレキシブルダクト１２ａを介して第２の接続口１２は集風フード５０と接続される。また、この使用形態では、第１の接続口１１は蓋１１ｂによって封止されている。

制気口は天井面や足元など多様な箇所に設置されることが多く、同一の施設内でも取付け位置は混在している。このような計測環境では、集風フード５０とチャンバー１との間をフレキシブルダクトなどで接続することで利便性を高めることができる。しかしながら、図１０に示すように、チャンバー１′の一面だけに集風フード５０との接続口１１′を設けると、足元近くの吹出し口の風量測定では、フレキシブルダクト１１ａの取り回しが長くなり、装置全体の風の抵抗が大きくなる。その結果、補助ファンの能力を発揮できず、所定の風量を確保できなかったりする。

これに対して、実施形態の風量測定装置１００では、第１の接続口１１に加えて、第２の接続口１２を備えているので、足元近くの吹出し口に対してもフレキシブルダクト１１ａを直線状にでき、上記のような問題はない。すなわち、換気扇や制気口にあてがう集風フード５０と接続口の距離を最適化するフレキシブルダクト１１ａの取り回しができ、過剰な流路抵抗を低減することができる。このことで、補助ファン２の能力を下げることができ、ファン重量やコスト低減が可能となる。

また、実施形態の風量測定装置１００は以上のように構成されているので、以下のよぅな効果が得られる。従来は、風量測定装置を構築する際に、空気の漏えいや吸引を起こし易い補助ファンやキャンバス及び接合部分の気密性を確保するため、慎重な装置の組立と確認作業に多くの時間を要した。これに対して、実施形態では、チャンバー１内に、補助ファン２、整流装置３及びキャンバスダクト４が気密に収納されているので、気密性を確保できるとともに装置の組立と確認作業も容易になる。

また、整流装置３を補助ファン２の吐出側近傍に設置しているので、風量測定上問題となる旋回流や著しい偏流に対し効果が見込めるとともに、装置のコンパクト化と軽量化が実現され、機動性が高まる。

また、実施形態では、前記圧力検出体７を用いて集風フード５０内の静圧を検出しているので、従来の検出方法であるピトー管のようにフード内の気流の向きにより、その設置方向を変更する必要がない圧力検出方法を実施できる。なお、集風フード５０の壁面に静圧を検出する測定孔を直接設ける方法では、静圧を正確に測定するために測定孔の孔径を壁面厚みの１／２以下にする必要がある。そのため、壁面の厚みが薄い場合は、測定孔の孔径をより小さくすることになり、加工上の難しさや孔の目詰まりなどのリスクが高くなる。このため、壁面の厚みを厚くすることで対応すると、集風フードが重くなるため、ハンドリング上の問題が発生する。これに対して、実施形態においては、前記のような圧力検出体７を用いているので、このような問題はない。

なお、実施形態の風量測定装置１００は、風量計測器５の校正を容易に行うことができる。校正方法としては以下のようにする。図１１（Ａ）に示すように、フレキダクト１１ａの先端（あるいは第１の接続口１１や第２の接続口１２）にＪＩＳ規格の吸入ノズルＡを取り付ける。この吸入ノズルＡは形状寸法がＪＩＳ規格で決められていて、圧力検出部Ａ１を介して検出される圧力と吸入ノズルＡ内の風量との相関が決まっている。なお、図１１（Ｂ）に示すように、ＪＩＳ規格の吸入ノズルＡは向きを変えても正確な風量を計測できる。そして、制御ボックス３０内のインバータを用い、補助ファン２の回転数を制御することで、風量を数段階変化させて、この各風量域で吸入ノズルＡにて求める風量と、風量計測器５で検出される風量を照合する。また、吸入ノズルＡの向きを変えても同様な結果が得られることを確認する。このようにして得られる計測データを基に、風量計測器５の指示風量値をＪＩＳ規格の吸入ノズルＡが示す風量に近づける（補正する）ことができる。これにより、より正確な風量測定を行うことができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。

１ チャンバー
１Ａ 天板
１Ａａ 第１の吸入孔
１Ｂ 前面板
１Ｂａ 第２の吸入孔
１Ｃ 背面板
１Ｃａ 排出孔
１１ 第１の接続口
１１ａ フレキシブルダクト
１１ｂ 蓋
１２ 第２の接続口
１２ｂ 蓋
１３ 排出口
１４ 風向調整板
１４ａ 矩形の流路
２ 補助ファン
２１ 吐出ダクト
２２ ファン
３ 整流装置
４ キャンバスダクト
５ 風量計測器
５１ ケーシング
５２ 整流格子
５３ センサー部
６ レジューサ
７ 圧力検出体
７１ 平板
７２ パイプ
７１ａ 測定孔
７２ａ 接続孔
５０ 集風フード
１００ 風量測定装置
Ｌ１ 軸線
Ｌ２ 軸線
Ｌ３ 軸線
Ｌ０１ 軸線
Ｌ０２ 軸線

Claims (6)

1. 制気口の吹出し口または吸込み口に集風のための集風フードをあてがって該制気口における風量を測定する風量測定装置であって、
   前記集風フードをあてがうことによって生じる風量の変動を補うための補助ファンと、該補助ファンの吐出側に設置された風量計測器と、前記集風フードの吐出側のダクトと前記風量計測器の吸入側とに対して気密に連結される気密性のあるチャンバーと、を備え、
   前記補助ファンが前記チャンバー内に気密に収納されていることを特徴とする風量測定装置。
2. 前記補助ファンと前記風量計測器との間に整流装置を備え、
   前記整流装置が、前記補助ファンのファンから、該補助ファンの吐出ダクトの口径（Ｄ）の２倍（２Ｄ）以内の位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の風量測定装置。
3. 前記チャンバーの前記補助ファンの気流の流れ軸方向に沿った壁面に、前記集風フードと接続するための接続口が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の風量測定装置。
4. 前記接続口と前記補助ファンの吸込み口の間に前記接続口の軸線と交差する方向に風向調整板が設置されていることを特徴とする請求項３に記載の風量測定装置。
5. 前記補助ファンの気流の流れ軸方向の上流域であって、前記チャンバーの該流れ軸方向と直交する壁面に、前記集風フードと接続するための第２の接続口が設けられていることを特徴とする請求項３または４に記載の風量測定装置。
6. 平板と該平板に垂直に接続されたパイプとからなる圧力検出体であって、前記平板に、該平板の厚みの１／２以下の孔径を有する測定孔が形成されるとともに、前記パイプに前記測定孔に連通する接続孔が形成された圧力検出体を備え、
   前記集風フード内の静圧を前記圧力検出体を介して検出することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の風量測定装置。

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