JP2022030686A - ファンユニット - Google Patents

Abstract

【課題】ファンユニットにおいて、事前の試験工数の低減、およびダクト接続時の試運転不要化を実現する。【解決手段】第２コントローラ５２は、第２ファン３１のファンモータ３１ｂの回転数Ｎｘと、第２ファン３１の風量Ｑｘ、風速Ｖｘまたは前後差圧△Ｐｘと、第２ファン３１の風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得して、第１関数：Ｎｙ＝（Ｑｙ／Ｑｘ）２×△Ｐｘ×｛ｍ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｐ｝＋ｎ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｑを用いてファンモータ３１ｂの回転数目標値Ｎｙを演算する。また、前後差圧△Ｐが変動して風速がＶｔからＶまで低下した場合には、第２関数：△Ｎ＝ａ×（Ｖｔ－Ｖ）を用いて回転数目標値への回転数変更量△Ｎを演算する。【選択図】図１１

Description

熱交換した空気を送風するファンを備えるファンユニットに関する。

従来、部屋の空気調和のために送風ファンの回転数を制御する空気調和システムが広く普及している。例えば、特許文献１（特開平１０－２５３１３２号公報）に記載の空気調和システムでは、熱交換器および空調用ファンを有する空調ユニットと、送風ファンを有する複数の通気ユニットと、空調ユニットから通気ユニットに調和空気を分配するダクトとを備えている。

上記のような空気調和システムでは、風量目標値を実現するための回転数を決定するために、従来のような電流値制御を行った場合、事前の試験工数が多くなり、さらにダクト接続時に試運転を行いながら静圧を調整する必要があった。

それゆえ、事前の試験工数の低減、およびダクト接続時の試運転不要化、という課題が存在する。

第１観点のファンユニットは、第１ユニットにダクトを介して接続されるファンユニットであって、ファンと、ケーシングと、第１取得部と、第２取得部と、第３取得部と、制御部とを備えている。ファンは、空気を対象空間に供給する。ケーシングは、吸込口および吹出口が形成され、ファンを収容する。第１取得部は、ファンを駆動するファンモータの回転数を取得する。第２取得部は、ファンの風量、風速および前後差圧のうち少なくとも１つの情報を取得する。前後差圧とは、ケーシングの吸込口と吹出口との空気の圧力差である。第３取得部は、ファンの風量目標値または風速目標値を取得する。制御部は、ファンモータの回転数を、ファンの風量目標値または風速目標値に対応する回転数目標値へ制御する。制御部は、ファンモータの回転数と、ファンの風量、風速または前後差圧と、ファンの風量目標値または風速目標値とを変数とする第１関数または第２関数を用いて、第１関数によりファンモータの回転数目標値を演算し、第２関数によりファンモータの回転数から回転数目標値への回転数変更量を演算する。

このファンユニットでは、回転数目標値の演算に、従来では考慮されていなかった「前後差圧（△Ｐ）」を変数として導入した結果、従来の制御に比べて必要な風量を精度よく実現することができる。

第２観点のファンユニットは、第１観点のファンユニットであって、第１関数および第２関数が、ファンモータの回転数と、ファンの風量または風速と、前後差圧と、ファンの風量目標値または風速目標値とを変数としている。ファンモータの回転数と、ファンの風量または風速と、前後差圧とは、それらの内の２つの値から残り１つの値が導き出される関係を有するパラメータである。

目標風量値を実現する回転数を決定するために、従来のような電流値制御を行った場合、事前の試験工数が多くなる上に、ダクト接続時に試運転を行いながら静圧を調整する必要があった。

特に、ダクト抵抗の変化を考慮した風量制御を実現しようとした場合、ダクト長さが一定でも風速が変わればダクト抵抗も変化するので、ファンモータの回転数とダクト抵抗との相関を予め測定することは極めて困難である。

一方、ダクト抵抗の変化は、ファン前後の静圧の変化となって現れるので、ダクト抵抗の変化を前後差圧の変化で代用することはできる。ファンモータの回転数と前後差圧との相関は、風速センサを用いて比較的容易に測定できることは出願人の実験により確認されている。

このファンユニットでは、風量、風速または前後差圧の情報を取得することにより、回転数および目標風量値を加えた変数を用いる所定関数によって、回転数目標値または回転数変更量を算出することが可能となる。その結果、事前の試験工数が低減され、およびダクト接続時の試運転が不要となる。

また、回転数目標値の演算式の変数として「前後差圧」を導入することにより、刻々と変化するダクト抵抗の変化を風量目標値の演算に反映することができ、入力値（回転数）に対する出力値（風量）の応答時間の短縮を図ることができる。

第３観点のファンユニットは、第２観点のファンユニットであって、第１関数および第２関数が、前後差圧において、ファンモータの回転数を変化させた場合のファンの風量または風速のデータに基づき決定される。

同一の前後差圧の場合、ファンモータの回転数Ｎは、ファンの風速Ｖの一次式（Ｎ＝ａ×Ｖ＋ｂ）で表すことができるので、前後差圧をパラメータとして、予め風速センサを用いて回転数Ｎと風速Ｖとの相関を取得することができる。取得した回転数Ｎと風速Ｖとの相関を基に、前後差圧ごとに係数ａ、定数項ｂをプロットすることによって、前後差圧に対する係数ａ、定数項ｂが線形的であることが理解できる。

したがって、このファンユニットでは、予めファンモータの回転数を変えて行われる風速の測定試験の結果から得られる演算式に基づき、前後差圧ごとに係数、定数項を算出することができる。

第４観点のファンユニットは、第１観点から第３観点のいずれか１つのファンユニットであって、制御部が、前後差圧が大きくなるほど、単位風量当たりの前記ファンモータの変化量が小さくなるように制御する。

第５観点のファンユニットは、第１観点から第４観点のいずれか１つのファンユニットであって、制御部が、第１プログラムと第２プログラムとを切換可能である。第１プログラムは、第１関数を用いて、ファンモータの回転数目標値を演算する。第２プログラムは、第２関数を用いて、ファンモータの回転数変更量を演算する。

このファンユニットでは、第１プログラムでファンモータの回転数目標値を演算し、第２プログラムでファンモータの回転数変更量を演算するが、第１プログラムと第２プログラムとが切換可能であるため、新たな風量目標値または風速目標値を取得した場合、第１関数および第２関数のいずれの関数を用いてもよい。例えば、新たな風量目標値または風速目標値を取得した場合、第１関数を用いずに、第２関数で回転数変更量を演算しながら回転数を制御することができる。

第６観点のファンユニットは、第５観点のファンユニットであって、第３取得部が、風量目標値または風速目標値を複数回取得する。制御部は、第３取得部が風量目標値または風速目標値を取得した場合、第１プログラムを実行して、ファンモータの回転数目標値を演算する。また、制御部は、第３取得部が風量目標値または風速目標値を取得後、次に取得するまでの間は、第２プログラムに切り換え、第２関数によるファンモータの回転数変更量を演算する。

例えば、制御部は、風量目標値の指示の有無にかかわらず、所定時間間隔で風量目標値を取得する構成の場合、次に取得するまでの間は、第２プログラムに切り換えて、第２関数によりファンモータの回転数変更量を演算すればよい。

本開示の一実施形態に係るファンユニットを搭載した給気システムの構成を示す概念図。 コントローラの構成を説明するためのブロック図。 ダクト長さをパラメータとして、風量とダクト抵抗との関係を示したグラフ。 ファンモータの回転数を１［ｒ／ｍ］変更したときの風量変化量を、第２ユニットの前後差圧を変えて測定した結果を示すグラフ。 前後差圧をパラメータとして、風量とファンモータの回転数との関係を示したグラフ。 前後差圧をパラメータとして、風量とファンモータの回転数との関係を示したグラフ。 前後差圧をパラメータとして、風速とファンモータ回転数との関係を示したグラフ。 図７から導き出した前後差圧と係数および定数項との関係を示すグラフ。 前後差圧をパラメータとして、風量とファンモータの回転数との関係を示したグラフ。 風速とファンモータの回転数との関係を示すグラフ。 風量制御のフローチャート。 第１変形例に係るファンユニットを搭載した給気システムの構成図。 第２変形例に係るファンユニットを搭載した給気システムの構成図。

（１）全体構成
図１は、本開示の一実施形態に係るファンユニットを搭載した給気システム１０の構成図である。図１において、給気システム１０は、第１ユニット２０と、複数の第２ユニット３０と、ダクト４０と、コントローラ５０とを備えている。本願では、説明の便宜上、ファンユニットを第２ユニットと呼ぶ。

第１ユニット２０は、第１ファン２１を有する。各第２ユニット３０は、第２ファン３１を有する。各第２ファン３１は、空気を第２ユニット３０から対象空間１００に供給する。

対象空間１００は、例えば、建物内の部屋である。部屋は、例えば、床、天井及び壁によって空気の移動が制限された空間である。１つまたは複数の対象空間１００に対して、複数の第２ユニット３０が配設される。

図１には、複数の第２ユニット３０を備える給気システム１０の代表例として、２つの第２ユニット３０を備える給気システム１０が１つの対象空間１００に対して配設されている例が示されている。

第２ユニット３０の個数は、３以上であってもよく、適宜設定されるものである。第２ユニット３０が配設される対象空間１００は、２以上であってもよい。

ダクト４０は、第１ユニット２０から第１ファン２１により送出される第１空気ＳＡを、複数の第２ユニット３０に分配する。ダクト４０は、主管４１と、主管４１から分岐した枝管４２とを含んでいる。

図１では、主管４１が、第１ユニット２０の外に配置されている場合が示されているが、主管４１は、第１ユニット２０の中に配置されてもよく、また第１ユニット２０の中から第１ユニット２０の外まで延びるように配置されてもよい。

主管４１は、第１ユニット２０の中に配置されている場合には、第１ユニット２０のケーシング２６の一部が主管４１として機能する場合も含む。図１では、主管４１の入口４１ａは、第１ユニット２０に接続されている例が示されている。

第１ファン２１は、第１ユニット２０内に配置されている。ここでは、第１ファン２１から吹出される空気は、全てダクト４０に流れ込むように構成されている。

ダクト４０の主管４１の出口４１ｂは、枝管４２の入口４２ａに接続されている。主管４１から枝管４２に分岐させる構成として、分岐チャンバを用いた構成であってもよい。

第２ユニット３０のケーシング３３は、吸込口３３ａと吹出口３３ｂとを有し、枝管４２の複数の出口４２ｂは、複数の第２ユニット３０の吸込口３３ａに接続されている。

各第２ユニット３０と、対象空間１００とは、通風路８１により繋がっている。通風路８１の入口８１ａが第２ユニット３０の吹出口３３ｂに接続されている。各第２ファン３１は、第２ユニット３０の中で、ダクト４０の出口４２ｂから通風路８１の入口８１ａに向う気流を発生させる。したがって、各第２ファン３１は、枝管４２の出口４２ｂから第１空気ＳＡを吸引している。

各第２ファン３１は、モータの回転数を変更することにより各第２ユニット３０の吸込口３３ａと吹出口３３ｂとの空気の圧力差である前後差圧を変更することができる。各第２ファン３１は、ダクト４０の静圧が一定であるとすると、回転数を大きくすることにより、各第２ユニット３０の前後差圧を大きくすることができる。

第２ユニット３０の前後差圧が大きくなると、通風路８１を流れる第１空気ＳＡの空気量が多くなる。このように流れる空気量が変わることによって、各通風路８１の出口８１ｂから対象空間１００に吹出される給気風量が変わる。

コントローラ５０は、第１コントローラ５１と複数の第２コントローラ５２とを含んでいる。第１コントローラ５１と複数の第２コントローラ５２とは互いに接続されている。

第１コントローラ５１は、第１ファン２１の回転数を制御する。第１ファン２１の回転数が増加すると、第１ファン２１の送風量が多くなる。

１つの第２ユニット３０に対して、１つの第２コントローラ５２が設けられている。各第２コントローラ５２は、対応する第２ファン３１の風量を制御する。各第２コントローラ５２は、第１コントローラ５１から受信する風量目標値を記憶する。

各第２コントローラ５２は、風量目標値に対して給気風量が不足していれば第２ファン３１の回転数を増加させる。逆に、第２コントローラ５２は、風量目標値に対して給気風量が過剰であれば、第２ファン３１の回転数を減少させる。

コントローラ５０は、複数の第２ファン３１により対象空間１００に供給される空気の空気量の情報を得る。空気量の情報は、例えば、１秒間当たり、または１分間当たりに対象空間１００に供給すべき必要給気風量である。

各第２コントローラ５２は、空気量の情報を第１コントローラ５１に出力する。得られた空気量の情報を基に、第１ファン２１の要求すべき出力を決定する。

（２）詳細構成
（２－１）第１ユニット２０
第１ユニット２０は、第１ファン２１、熱交換器２２、第１風量検出手段２３、温度センサ２４及び水量調整弁２５を有している。

（２－１－１）熱交換器２２
熱交換器２２には、熱源ユニット６０から熱媒体として例えば冷水または温水が供給される。熱交換器２２に供給される熱媒体は、冷水または温水以外のもの、例えばブラインであってもよい。

（２－１－２）第１風量検出手段２３
第１風量検出手段２３には、例えば、風量センサ、風速センサまたは差圧センサを用いることができる。本実施形態では、第１風量検出手段２３は、第１ファン２１が送風する風量を検出する。

第１風量検出手段２３は、第１コントローラ５１に接続されている。第１風量検出手段２３が検出した風量値は、第１風量検出手段２３から第１コントローラ５１に送信される。

第１風量検出手段２３が検出した風量は、ダクト４０の主管４１を流れる風量であり、複数の第２ユニット３０から対象空間１００に供給される給気風量の総量でもある。

（２－１－３）温度センサ２４
温度センサ２４は、第１ファン２１からダクト４０に送られる第１空気ＳＡの温度を検出する。温度センサ２４は、第１コントローラ５１に接続されている。温度センサ２４が検出した値は、第１コントローラ５１に入力される。

（２－１－４）水量調整弁２５
第１ユニット２０は、通風路８２を介して、対象空間１００に繋がっている。通風路８２を通って対象空間１００から戻ってきた第２空気ＲＡは、第１ファン２１により、熱交換器２２を通ってダクト４０に送り出される。

対象空間１００から戻ってきたこの第２空気ＲＡは、対象空間１００の中に在った空気である。熱交換器２２を通るときに、戻ってきた第２空気ＲＡは、熱交換器２２を流れる冷水または温水と熱交換して調和空気になる。

熱交換器２２で熱交換をしてダクト４０に送り出される第１空気ＳＡに与えられる熱量は、水量調整弁２５によって調整される。水量調整弁２５の開度は、第１コントローラ５１により制御される。水量調整弁２５の開度が大きくなれば、熱交換器２２に流れる水量が多くなり、熱交換器２２と第１空気ＳＡとの間で単位時間あたりに交換される熱量が多くなる。逆に、水量調整弁２５の開度が小さくなれば、熱交換器２２に流れる水量が少なくなり、熱交換器２２と第１空気ＳＡとの間の単位時間あたりの熱交換量が少なくなる。

（２－２）第２ユニット３０
第２ユニット３０は、第２ファン３１と、第２ファン３１を回転させるファンモータ３１ｂと、第２風量検出手段３２とを有している。

各ファンモータ３１ｂは、対応する１つの第２コントローラ５２に接続されており、ファンモータ３１ｂから回転数が第２コントローラ５２に送られる。各第２風量検出手段３２は、対応する１つの第２コントローラ５２に接続されている。

第２風量検出手段３２には、例えば、風量センサ、風速センサまたは差圧センサを用いることができる。本実施形態では、第２風量検出手段３２は、第２ファン３１が送風する風量を検出する。

第２風量検出手段３２が検出した風量値は、第２コントローラ５２に入力される。第２風量検出手段３２が検出した風量は、通風路８１を流れる風量であり、各第２ユニット３０から対象空間１００に供給される給気風量でもある。

（２－３）リモートセンサ７０
複数のリモートセンサ７０は、温度センサの機能を有している。各リモートセンサ７０は、対応する第２コントローラ５２に、対象空間１００の第２空気ＲＡの温度を示すデータを送信できるように構成されている。

（２－４）コントローラ５０
図２は、コントローラ５０の構成を説明するためのブロック図である。図２において、コントローラ５０は、第１コントローラ５１と複数の第２コントローラ５２とを含んでいる。第１コントローラ５１と複数の第２コントローラ５２とは互いに接続されている。

（２－４－１）第１コントローラ５１
第１コントローラ５１は、プロセッサ５１ａと、メモリ５１ｂとを含む。プロセッサ５１ａは、メモリ５１ｂに記憶されている第１ファン２１の風量制御プログラムを読み取り、第１ファン２１、各第２コントローラ５２に必要な指令を出力する。

メモリ５１ｂは、第１ファン２１の風量制御プログラムの他、第１風量検出手段２３および温度センサ２４の検出値を随時記憶する。

プロセッサ５１ａは、メモリ５１ｂに記憶された第１風量検出手段２３および温度センサ２４の検出値を読み取り、第１ファン２１の風量目標値（対象空間１００に供給すべき目標風量の総量）を演算する。

上記の記載は、一例であって、上記記載内容に限定されるものではない。

（２－４－２）第２コントローラ５２
第２コントローラ５２は、プロセッサ５２ａと、メモリ５２ｂとを含む。プロセッサ５２ａは、メモリ５２ｂに記憶されている第２ファン３１の風量制御プログラムを読み取り、第２ファン３１に必要な指令を出力する。

メモリ５２ｂは、第２ファン３１の風量制御プログラムの他、第１コントローラ５１から出力される風量目標値、第２風量検出手段３２の検出値を随時記憶する。

プロセッサ５２ａは、メモリ５２ｂに記憶された風量目標値および第２風量検出手段３２の検出値を読み取り、第２ファン３１の回転数目標値を演算する。

上記の記載は、一例であって、上記記載内容に限定されるものではない。

（３）給気システム１０の動作の概要
各第２コントローラ５２は、それぞれに接続されているリモートセンサ７０から対象空間１００の温度測定値を受信する。各第２コントローラ５２は、設定温度を示すデータを温度設定値として保持している。

各第２コントローラ５２は温度設定値と温度測定値を第１コントローラ５１に送信する。第１コントローラ５１は、温度設定値と温度測定値に基づき、各第２ユニット３０の風量目標値を決定する。第１コントローラ５１は、風量目標値の値を各第２コントローラ５２に送信する。

第１コントローラ５１は、対象空間１００に供給すべき目標風量の総量に応じて、第１ファン２１の風量目標値を決定して各第２コントローラ５２に送信する。各第２ユニット３０では、対応する第２コントローラ５２によって第２ファン３１の回転数が調整される。複数の第２ファン３１の回転数の調整は互いに独立して行われる。

各第２コントローラ５２は、給気風量を風量目標値に一致させるべく、各第２ファン３１の回転数を制御する。複数の第２コントローラ５２は、互いに独立して、複数の第２ファン３１の回転数を制御する。各第２コントローラ５２は、風量目標値に対して、第２風量検出手段３２が検出した風量が小さければ、各第２ファン３１の回転数を増加させる。各第２コントローラ５２は、風量目標値に対して、第２風量検出手段３２が検出した風量が多ければ、各第２ファン３１の回転数を減少させる。

具体的な風量制御については、「（５）風量制御」の節で述べる。

（４）ダクト抵抗について
（４－１）ダクト抵抗の特性
第１ユニット２０と第２ユニット３０とを接続するダクト４０の長さは、第２ユニット３０の吹出口の位置によって異なり、また、第１ユニット２０と第２ユニット３０とが据え付けられる物件によっても異なる。

ダクト４０内を流れる空気とダクト４０の内面との間には抵抗（以後、ダクト抵抗という。）があり、ダクト４０内を流れる空気の静圧は摩擦により減少する。ダクト４０が長いほど、ダクト抵抗は大きくなる。

図３は、ダクト長さをパラメータとして、風量とダクト抵抗との関係を示したグラフである。図３において、ダクト抵抗は、ダクト４０内を流れる空気の風量に対して非線形に変化している。したがって、風量はファンの回転数に比例しない。それゆえ、目標風量値を実現する回転数は比例的に計算できない。

（４－２）第２ユニット３０の送風特性
第２ユニット３０の吹出口における静圧と吸込口における静圧の差を、第２ユニット３０の前後差圧という。

図４は、ファンモータ３１ｂの回転数を１［ｒ／ｍ］変更したときの風量変化量を、第２ユニット３０の前後差圧を変えて測定した結果を示すグラフである。変更前のファンモータ３１ｂの回転数は１００［ｒ／ｍ］である。

図３および図４において、温度調節をするために風量を変化させると、ダクト抵抗が変動するので、第２ユニット３０の前後差圧が変化する。ファン回転数を１［ｒ／ｍ］変えたときに変化する風量がそのときの状況（前後差圧）によって異なるので、調整が困難である。それゆえ、ダクト抵抗の変化分を考慮してファン回転数を調整しなければ、目標風量に到達しない可能性がある。

例えば、図５に示すように、風量を１０［ｍ^３／ｍｉｎ］から１５［ｍ^３／ｍｉｎ］に変更する場合でも、ダクト抵抗が異なれば同じ風量変化量であっても、必要となるファンモータ３１ｂの回転数変更量は異なる。なぜなら、風量変化によってダクト抵抗も変化するからである。したがって、ダクト抵抗の変化を考慮した風量調整機能が必要となる。

また、図１のように、主管４１から分岐した枝管４２がそれぞれ第２ユニット３０に接続されている場合には、第２ユニット３０の前後差圧が、他の第２ユニット３０の風量変化や、第１ユニット２０の空気吐出圧の影響を受ける。

また、図６に示すように、他の第２ユニット３０の風量や、第１ユニット２０からの空気吐出圧が変化して、前後差圧が図６の点線ラインまで増加した場合、ファンモータ３１ｂの回転数を維持しただけでは、風量は１０［ｍ^３／ｍｉｎ］から５［ｍ^３／ｍｉｎ］まで低下するので、当初の風量１０［ｍ^３／ｍｉｎ］を維持するためには、ファンモータ３１ｂの回転数を増加させなければならない。

一方、前後差圧が図６の２点鎖線ラインまで低下した場合、ファンモータ３１ｂの回転数を維持し続けると、風量は１０［ｍ^３／ｍｉｎ］から１５［ｍ^３／ｍｉｎ］まで増加するので、当初の風量１０［ｍ^３／ｍｉｎ］を維持するためには、ファンモータ３１ｂの回転数を減少させなければならない。

したがって、第２ユニット３０は、前後差圧の変化を考慮した風量維持機能も必要となる。

（５）風量制御
上記の通り、第２ユニット３０の風量制御には、ダクト抵抗、他の第２ユニット３０の風量、および第１ユニット２０の空気吐出圧を考慮した風量維持機能が必要であることは分かった。しかしながら、第１ユニット２０および第２ユニット３０が据え付けられる物件、または第２ユニット３０の据え付け位置によってダクト長さは変わり、そのダクト抵抗もダクト長さ、そのダクト内を流れる空気の風量によって変動する。それゆえ、従来の試運転調整によってファンモータ３１ｂの回転数と風量との関係をデータ化することは困難である。

そこで、出願人は、ダクト抵抗の変化は前後差圧となって現れることに着目し、第２ユニット３０の風量、風速または前後差圧の情報を取得して、ファンモータ３１ｂの回転数および目標風量値を加えた変数を用いる関数によって、ファンモータ３１ｂの回転数目標値またはファンモータ３１ｂの回転数変更量を算出することを見出した。

これによって、事前の試験工数が低減され、およびダクト接続時の試運転が不要となる。以下、風量制御ロジックについて説明する。

（５－１）前後差圧△Ｐの導出
図７は、前後差圧△Ｐをパラメータとして、風速Ｖとファンモータ３１ｂの回転数Ｎとの関係を示すグラフである。図７において、前後差圧△Ｐが同じ場合、ファンモータ３１ｂの回転数Ｎは、係数ａおよび定数項ｂを用いて、風速Ｖの一次式で表すことができる。
Ｎ＝ａ×Ｖ＋ｂ ［１］
図７に示す通り、前後差圧一定の場合、少なくとも３点の値を得る試験を実施することにより、［１］式を導き出すことができる。

また、図８は、図７から導き出した前後差圧△Ｐと係数ａおよび定数項ｂとの関係を示すグラフである。図８において、前後差圧△Ｐと係数ａおよび定数項ｂとの関係は、以下の式で表すことができる。
ａ＝ｍ×△Ｐ＋ｎ ［２］
ｂ＝ｐ×△Ｐ＋ｑ ［３］
上記［１］、［２］および［３］式から、回転数Ｎ、風速Ｖ、前後差圧△Ｐの関係は、次式で表される。
Ｎ＝（ｍ×△Ｐ＋ｎ）×Ｖ＋（ｐ×△Ｐ＋ｑ） ［４］
［４］式から、さらに次式が導き出される。
△Ｐ＝（Ｎ－ｎ×Ｖ－ｑ）／（ｍ×Ｖ＋ｐ） ［５］
［５］式は、第２ファン３１のファンモータ３１ｂが回転数Ｎで運転したときの風速Ｖを計測すれば前後差圧△Ｐを計算することができることを意味している。

したがって、ファンモータ３１ｂの回転数Ｎと、第２ファン３１の風速Ｖまたは風量Ｑと、前後差圧△Ｐとは、それらの内の２つの値から残り１つの値が導き出される関係を有するパラメータである。

（５－２）ダクト抵抗変化を考慮した風量調整機能
上記［５］式とファンの理論式とから、回転数目標値Ｎｙを算出する計算式を導き出すことができる。現在の前後差圧△Ｐｘ、現在の風量Ｑｘ、前後差圧目標値△Ｐｙおよび風量目標値Ｑｙの関係は、ファンの理論式より、
△Ｐｙ／△Ｐｘ＝（Ｑｙ／Ｑｘ）^２ ［６］
となる。

上記［５］式および［６］式より、
（Ｎｙ－ｎ×Ｖｙ－ｑ）／（ｍ×Ｖｙ＋ｐ）＝（Ｑｙ／Ｑｘ）^２×△Ｐｘ ［７］
となる。また、Ｖｙ＝（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘであるので、
Ｎｙ＝（Ｑｙ／Ｑｘ）^２×△Ｐｘ×｛ｍ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｐ｝＋ｎ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｑ ［８］
となる。以下、この［８］式を第１関数とよぶ。

第１関数の技術的意義を、図９を参照しながら説明する。図９は、前後差圧△Ｐをパラメータとして、風量とファンモータ３１ｂの回転数との関係を示すグラフである。図９において、ダクト抵抗の変化は前後差圧△Ｐの変化として現れる。

例えば、前後差圧５０［Ｐａ］で風量１０［ｍ^３／ｍｉｎ］を維持するためのファンモータ３１ｂの回転数は９２０［ｒ／ｍ］である。仮に、風量に関係なくダクト抵抗が一定であるならば、風量を１５［ｍ^３／ｍｉｎ］に変更する場合、単に回転数を１１００［ｒ／ｍ］にすればよい。

しかしながら、風量を変化させることによってダクト抵抗が変化する。図９によれば、風量を１５［ｍ^３／ｍｉｎ］に変更することによって、ダクト抵抗の変化に起因して前後差圧が１０９．９［Ｐａ］まで増加する。前後差圧が１０９．９［Ｐａ］のときに風量１５［ｍ^３／ｍｉｎ］を維持するためには、ファンモータ３１ｂの回転数を１３４８［ｒ／ｍ］に維持する必要がある。

したがって、ダクト抵抗の変化を考慮した風量調整機能が必要であり、第１関数（上記［８］式）の回転数Ｎｙはダクト抵抗の変化を考慮した回転数である。

第２コントローラ５２は、第１コントローラ５１からの風量指示値である風量目標値Ｑｙが変更されたときは、第１関数を用いて、第２ファン３１のファンモータ３１ｂの回転数目標値を計算する。

（５－３）前後差圧の変化を考慮した風量調整機能
ファンモータ３１ｂの回転数が回転数目標値に到達した後も前後差圧△Ｐが変動しなければ、その回転数が維持されるが、他の第２ユニット３０の風量や、第１ユニット２０の空気吐出圧が変化した場合に、前後差圧△Ｐが変動する。

図１０は、風速とファンモータ３１ｂの回転数との関係を示すグラフである。図１０において、例えば、前後差圧５０［Ｐａ］で風速目標値Ｖｙを維持するために必要なファンモータ３１ｂの回転数は、９８０［ｒ／ｍ］である。

ここで、前後差圧△Ｐが図１０の点線ラインまで増加した場合、ファンモータ３１ｂの回転数９８０［ｒ／ｍ］を維持しただけでは、風速Ｖｘまで低下するので風量が不足する。

風量目標値を維持するためには、風速をＶｘからＶｙまで戻す必要があり、ファンモータ３１ｂの回転数を２００ｒ／ｍ増加させて１１８０［ｒ／ｍ］にする必要がある。

このファンモータ３１ｂの回転数変更量△Ｎは、［２］式および［４］式から、
△Ｎ＝ａ×（Ｖｙ－Ｖｘ） ［９］
となる。以下、この［９］式を第２関数とよぶ。

第２関数が用いられる場面は、風量目標値Ｑｙに変更がないが、前後差圧△Ｐの変動でファンモータ３１ｂの回転数の変更が必要なときの回転数変更量を計算するときである。

図１１は、風量制御のフローチャートである。以下、図１１を参照しながら、風量制御について説明する。

（ステップＳ１）
先ず、第２コントローラ５２は、ステップＳ１において、第１コントローラ５１から風量目標値Ｑｙを受信したか否かを判定する。第２コントローラ５２は、風量目標値Ｑｙを受信したときにステップＳ２へ進む。また、第２コントローラ５２は、風量目標値Ｑｙを受信していないときにステップＳ６へ進む。

（ステップＳ２）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ２において、風量目標値Ｑｙを実現する風速目標値Ｖｙを算出する。

（ステップＳ３）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ３において、風速目標値ＶｙをステップＳ２で算出した値に更新する。

（ステップＳ４）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ４において、ステップＳ３で更新された風速目標値Ｖｙを実現するファンモータ３１ｂの回転数目標値Ｎｙを、第１関数を用いて算出する。

（ステップＳ５）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ５において、ファンモータ３１ｂの回転数目標値をステップＳ４で計算された値Ｎｙへ更新する。第２コントローラ５２は、回転数目標値をＮｙへ更新した後、ファンモータ３１ｂの回転数が目標値になるように制御する。

（ステップＳ６）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ６において、第２風量検出手段３２の検出値を現在の風速値Ｖｘとして取得する。

（ステップＳ７）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ７において、風速目標値Ｖｙと現在の風速値Ｖｘとの差を算出する。

（ステップＳ８）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ８において、前後差圧△Ｐを算出する。

（ステップＳ９）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ９において、制御パラメータとしての係数ａを算出する。

（ステップＳ１０）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ１０において、ステップＳ７で算出した風速目標値Ｖｙと現在の風速値Ｖｘとの差と、ステップＳ９で算出した係数ａとを第２関数に適用して回転数変更量△Ｎを算出する。

（ステップＳ１１）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ１１において、ステップＳ１０で算出した回転数変更量△Ｎに基づき回転数目標値Ｎｙを算出する。

（ステップＳ１２）
次に、第２コントローラ５２は、ステップＳ１２において、回転数をステップＳ１１で算出した回転数目標値Ｎｙへ更新する。そして、第２コントローラ５２は、ステップＳ１へ戻る。

上記の通り、第１コントローラ５１から風量目標値の指示があるときはステップＳ１からステップＳ５までの第１プログラムを実行し、第１コントローラ５１から風量目標値の指示がないときはステップＳ６からステップＳ１２までの第２プログラムを実行する。

第１プログラムは第１関数を用いて回転数目標値を算出するプログラムであり、第２プログラムは第２関数を用いて回転数変更量を算出するプログラムである。

また、第２関数を用いて回転数目標値Ｎｙを算出することもでき、且つ第２コントローラ５２は第１プログラムと第２プログラムとを切換可能であるので、第２ユニット３０では、新たな風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得した場合でも、第１関数を用いずに、第２関数で回転数変更量△Ｎを演算しながら回転数を制御することができる。

（６）特徴
（６－１）
第２コントローラ５２は、第２ファン３１のファンモータ３１ｂの回転数Ｎｘと、第２ファン３１の風量Ｑｘ、風速Ｖｘまたは前後差圧△Ｐｘと、第２ファン３１の風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得して、第１関数：Ｎｙ＝（Ｑｙ／Ｑｘ）^２×△Ｐｘ×｛ｍ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｐ｝＋ｎ×（Ｑｙ／Ｑｘ）×Ｖｘ＋ｑを用いてファンモータ３１ｂの回転数目標値Ｎｙを演算する。また、前後差圧△Ｐが変動して風速がＶｙからＶｘまで低下した場合には、第２関数：△Ｎ＝ａ×（Ｖｙ－Ｖｘ）を用いて回転数目標値への回転数変更量△Ｎを演算する。

このファンユニットでは、回転数目標値の演算に、従来では考慮されていなかった「前後差圧（△Ｐ）」を変数として導入した結果、従来の制御に比べて必要な風量を精度よく実現することができる。

（６－２）
第１関数および第２関数は、第２ファン３１のファンモータ３１ｂの回転数Ｎｘと、第２ファン３１の風量Ｑｘまたは風速Ｖｘと、前後差圧△Ｐと、第２ファン３１の風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙとを変数としている。ファンモータ３１ｂの回転数と、ファンの風量または風速と、前後差圧とは、それらの内の２つの値から残り１つの値が導き出される関係を有するパラメータである。

第２ユニット３０では、第１関数および第２関数によって、回転数目標値Ｎｙまたは回転数変更量△Ｎを算出することが可能となり、事前の試験工数が低減され、およびダクト接続時の試運転が不要となる。

（６－３）
同一の前後差圧△Ｐの場合、ファンモータ３１ｂの回転数Ｎは、ファンの風速Ｖの一次式（Ｎ＝ａ×Ｖ＋ｂ）で表すことができるので、前後差圧をパラメータとして、予め風速センサを用いて回転数Ｎと風速Ｖとの相関を取得することができる。取得した回転数Ｎと風速Ｖとの相関を基に、前後差圧ごとに係数、定数をプロットすることによって、前後差圧に対する係数、定数が線形的であることが理解できる。

したがって、この第２ユニット３０では、予めファンモータ３１ｂの回転数を変えて行われる風速の測定試験の結果から得られる演算式に基づき、前後差圧ごとに係数、定数を算出することができる。

（６－４）
第２ユニット３０では、第２コントローラ５２が、前後差圧△Ｐが大きくなるほど、単位風量当たりのファンモータ３１ｂの回転数変更量が小さくなるように制御する。

（６－５）
第２コントローラ５２は、第１関数を用いてファンモータ３１ｂの回転数目標値Ｎｙを演算する第１プログラムと、第２関数を用いてファンモータ３１ｂの回転数変更量△Ｎを演算する第２プログラムとを切換可能である。また、第２ユニット３０では、新たな風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得した場合、第１関数および第２関数のいずれの関数を用いてもよい。

（６－６）
第２コントローラ５２は、第１コントローラ５１から風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得した場合、第１プログラムを実行して、ファンモータ３１ｂの回転数目標値Ｎｙを演算する。また、第２コントローラ５２は、第１コントローラ５１から風量目標値Ｑｙまたは風速目標値Ｖｙを取得後、次に取得するまでの間は、第２プログラムに切り換え、第２関数によるファンモータ３１ｂの回転数変更量△Ｎを演算する。

（７）変形例
上記実施形態では、第１ユニット２０が第１ファン２１を有しているが、必ずしも第１ユニット２０が第１ファン２１を必要とするものではない。本開示の風量制御は、ファンを有しない第１ユニットにダクトを介して接続される第２ユニットにも適用可能である。

以下、具体例を挙げて説明する。

（７－１）第１変形例
図１２は、第１変形例に係るファンユニットを搭載した給気システム１１０の構成図である。図１２において、給気システム１１０は、建物ＢＬの一フロアの天井裏に配置されており、部屋の換気を行う。給気システム１１０は、空気処理ユニットとしての第１ユニット１２０と、給気ファンユニットとしての第２ユニット１３０と、排気ファンユニットとしての第３ユニット１３５とを備えている。

給気システム１１０は、外気ダクト１５０と給気ダクト１６０と還気ダクト１７０と排気ダクト１８０とをさらに備えている。外気ダクト１５０と給気ダクト１６０と還気ダクト１７０と排気ダクト１８０は、第１ユニット１２０に接続されている。

外気ダクト１５０は、建物ＢＬの外へ通じる開口部１０４から第１ユニット１２０に繋がる空気流路を構成する。給気ダクト１６０は、第１ユニット１２０から部屋に設けられた吹出口１０２に繋がる空気流路を構成する。

還気ダクト１７０は、部屋に設けられた吸込口１０３から第１ユニット１２０に繋がる空気流路を構成する。排気ダクト１８０は、第１ユニット１２０から建物ＢＬの外へ通じる開口部１０５に繋がる空気流路を構成する。

給気ダクト１６０は、分岐チャンバ１９１により、１つの主ダクト１６１から複数の分岐ダクト１６２に枝分かれしている。

還気ダクト１７０は、分岐チャンバ１９２により、１つの主ダクト１７１から複数の分岐ダクト１７２に枝分かれしている。

第１ユニット１２０は、ユニット内を通過する空気に対して、空気の中の塵埃を除去、空気の温度の変更、空気の湿度の変更、空気中の所定化学成分および所定病原体の除去を行う。

第２ユニット１３０は、各給気ダクト１６０に接続されている。第３ユニット１３５は、各還気ダクト１７０に接続されている。

給気システム１１０では、第１ユニット１２０がファンを有していないので、第１ユニット１２０内の空気の流れを、第２ユニット１３０と第３ユニット１３５が発生させる。

したがって、第２ユニット１３０の前後差圧の変化は主に他の第２ユニット１３０のファンの風量変化により生じる。また、第３ユニット１３５の前後差圧の変化は主に他の第３ユニット１３５のファンの風量変化により生じる。

第１変形例では、上記実施形態と同様に、回転数目標値の演算式の変数として「前後差圧」を導入しているので、刻々と変化するダクト抵抗の変化を風量目標値の演算に反映することができ、入力値（回転数）に対する出力値（風量）の応答時間の短縮を図ることができる。

（７－２）第２変形例
図１３は、第２変形例に係るファンユニットを搭載した給気システム２１０の構成図である。図１３において、給気システム２１０は、建物ＢＬの一フロアの天井裏に配置されている。

給気システム２１０と図１の給気システム１０との相違点は、第１ユニットが第１ファンを有していないことであり、それ以外の構成は図１の給気システム１０と同じである。それゆえ、図１の給気システム１０と同じ構成には同一符号を付して、説明を省略する。

第１ユニット２２０の利用側熱交換器２２は、熱源ユニット６０から熱交換に要する熱エネルギーを供給される。第１ユニット２２０は、利用側熱交換器２２での熱交換によって調和空気を生成する。

第１ユニット２２０には、ダクト４０が接続されている。ダクト４０は、主管４１および枝管４２を含む。主管４１の一端は、第１ユニット２２０に接続されている。主管４１の他端は、分岐されて複数の枝管４２と接続されている。１つの枝管４２の終端に１つの第２ユニット３０が接続されている。

各第２ユニット３０は、第２ファン３１を有している。第２ファン３１が回転することによって、第１ユニット２０で生成された調和空気がダクト４０を介して第２ユニット３０内に吸引され、その後、対象空間１００に供給される。

各第２ファン３１のファンモータ３１ａは個別に回転数を変更できるように構成されている。各ファンモータ３１ａの回転数が個別に変更されることによって、各第２ユニット３０の供給空気量が個別に変更される。

給気システム２１０では、第１ユニット２２０がファンを有していないので、第１ユニット２２０内の空気の流れを、第２ユニット３０が発生させる。

したがって、第２ユニット３０の前後差圧の変化は主に他の第２ユニット３０の第２ファン３１の風量変化により生じるが、回転数目標値の演算式の変数として「前後差圧」を導入しているので、刻々と変化するダクト抵抗の変化を風量目標値の演算に反映することができ、入力値（回転数）に対する出力値（風量）の応答時間の短縮を図ることができる。

（８）その他
（８－１）
上記実施形態および変形例では、第２風量検出手段３２から取得した風速又は風量値に基づき、前後差圧を算出している。但し、第２ユニットの吸込口と吹出口にそれぞれ圧力センサを配置し、前後差圧値をセンサ値から計算し、前後差圧と回転数とから風速値を求めても良い。

（８－２）
図７では、５つの前後差圧において、ファンモータの回転数を変化させた場合の、ファンの風速変化をみている。これは、回転数、風速、前後差圧の関係式を導くためのデータとして利用されるが、必ずしも５つの前後差圧におけるデータを必要とするものではなく、少なくとも３つの前後差圧におけるデータがあれば当該関係式を導き出すことができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

２０ 第１ユニット
３０ 第２ユニット（ファンユニット）
３１ 第２ファン（ファン）
３２ 第２風量検知手段（第２取得部）
３３ ケーシング
４０ ダクト
５０ コントローラ（制御部）
５１ 第１コントローラ（第３取得部）
５２ 第２コントローラ（第１取得部）
１２０ 第１ユニット
１３０ 第２ユニット（ファンユニット）
１３５ 第３ユニット（ファンユニット）
１６０ 給気ダクト（ダクト）
１７０ 換気ダクト（ダクト）

特開平１０－２５３１３２号公報

Claims (6)

1. 第１ユニット（２０）にダクト（４０）を介して接続されるファンユニットであって、
   空気を対象空間に供給するファン（３１）と、
   吸込口（３３ａ）および吹出口（３３ｂ）が形成され、前記ファン（３１）を収容するケーシング（３３）と、
   前記ファン（３１）を駆動するファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）を取得する第１取得部と、
   前記ファン（３１）の風量（Ｑｘ）、風速（Ｖｘ）および前記ケーシング（３３）の前記吸込口と前記吹出口との空気の圧力差である前後差圧（△Ｐｘ）のうち少なくとも１つの情報を取得する第２取得部（３２）と、
   前記ファン（３１）の風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）を取得する第３取得部と、
   前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）を、前記ファン（３１）の風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）に対応する回転数目標値（Ｎｙ）へ制御する制御部（５０）と、
   を備え、
   前記制御部（５０）は、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）と、前記ファン（３１）の風量（Ｑｘ）、風速（Ｖｘ）または前記前後差圧（△Ｐｘ）と、前記ファン（３１）の風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）とを変数とする第１関数または第２関数を用いて、前記第１関数により前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数目標値（Ｎｙ）を演算し、前記第２関数により前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）から回転数目標値（Ｎｙ）への回転数変更量を演算する、
   ファンユニット（３０）。
2. 前記第１関数および前記第２関数は、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）と、前記ファン（３１）の風量（Ｑｘ）または風速（Ｖｘ）と、前記前後差圧（△Ｐｘ）と、前記ファン（３１）の風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）とを変数としており、
   前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）と、前記ファン（３１）の風量（Ｑｘ）または風速（Ｖｘ）と、前記前後差圧（△Ｐｘ）とは、それらの内の２つの値から残り１つの値が導き出される関係を有するパラメータである、
   請求項１に記載のファンユニット（３０）。
3. 前記第１関数および前記第２関数は、前記前後差圧（△Ｐｘ）において、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数（Ｎｘ）を変化させた場合の前記ファン（３１）の風量（Ｑｘ）または風速（Ｖｘ）のデータに基づき決定される、
   請求項２に記載のファンユニット（３０）。
4. 前記制御部（５０）は、前記前後差圧（△Ｐｘ）が大きくなるほど、単位風量当たりの前記ファンモータ（３１ｂ）の変化量が小さくなるように制御する、
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のファンユニット（３０）。
5. 前記制御部（５０）は、
   前記第１関数を用いて、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数目標値（Ｎｙ）を演算する第１プログラムと、
   前記第２関数を用いて、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数変更量を演算する第２プログラムと、
   を切換可能である、
   請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のファンユニット（３０）。
6. 前記第３取得部は、風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）を複数回取得し、
   前記制御部（５０）は、
   前記第３取得部が風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）を取得した場合、前記第１プログラムを実行して、前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数目標値（Ｎｙ）を演算し、
   前記第３取得部が風量目標値（Ｑｙ）または風速目標値（Ｖｙ）を取得後、次に取得するまでの間は、前記第２プログラムに切り換え、前記第２関数による前記ファンモータ（３１ｂ）の回転数変更量を演算する、
   請求項５に記載のファンユニット（３０）。

Images