JP4008007B2 - 空調システムのファンアレイ式ファン区画構造 - Google Patents

Description

本発明は、空調システムに使用するファンアレイ式ファン区画構造に関する。

空調システム（「空調機」と称することもある）は、従来、ビルまたは部屋（以下「建造物」と称する）の空気調整をするのに使用されてきた。空調システムは、建造物の換気のための主要システムにおける一部として空気調整するよう互いに協調動作するよう設計されたコンポーネントを含む構成体として定義される。空調システムは、冷却コイル、加熱コイル、フィルタ、加湿器、ファン、消音器、制御装置、建造物の必要条件を満たすよう機能する他の装置のようなコンポーネントを含む。空調システムの空調隔室１０２は、ファン入口コーン１０４および排出プレナム１１０の前に入口プレナム１１２を有する。この空調隔室１０２内に、ファンユニット１００（入口コーン１０４、ファン１０６、モータ１０８として示す）、ファンフレーム、ファンの機能に彼する付属物（例えば、ダンパ、制御装置、固定手段、および関連のキャビネット）を配置する。ファン１０６内には少なくとも１個のブレードを有するファンホイール（図示せず）を設ける。ファンホイールは、ファンホイールの外周の一方の側から他方の側に測ったファンホイール直径を有する。空調隔室１０２の寸法、例えば、高さ、幅、通気経路長さの寸法は、選択したファンタイプのファン製造業者データを考慮して決定する。

図１は、空調隔室１０２に収納した単独のファンユニット１００を有する従来技術の空調システムの例を示す。この例では、ファンユニット１００は入口コーン１０４、ファン１０６およびモータ１０８を有するものとして示す。より大きい建造物、より多くの空気量を必要とする建造物、または高温または低温を必要とする建造物は、一般的により大型のファンユニット１００、およびこれにしたがって、より大きい空調隔室１０２を必要としていた。

図１に示すように、空調隔室１０２は、ほぼ排出プレナム１１０と入口プレナム１１２とに分割される。排出プレナム１１０および入口プレナム１１２の組み合わせは通気経路１２０と称される。ファンユニット１００は、図示のように排出プレナム１１０に配置するか、または入口プレナム１１２に配置するか、または一部が入口プレナム１１２に他の一部が排出プレナム１１０に位置するかする。ファンユニット１００が配置される 通気経路１２０の部分は、「ファン区画」（参照符号１１４で示す）と一般的に称される。入口コーン１０４の寸法、ファン１０６の寸法、モータ１０８の寸法、およびファンフレーム（図示せず）の寸法は、通気経路１２０の長さを少なくとも部分的に決定する。フィルタバンク１２２および／または冷却コイル（図示せず）を、ファンユニット１００の上流側もしくは下流側でシステムに付加することができる。

例えば、６インチ（１５．２４ｃｍ）水ゲージ圧力で、毎分５０，０００立方フィートの空気流を必要とする第１事例の建造物は、一般的には、５５インチ（１３９．７ｃｍ）インペラ、１００馬力モータ、および支持フレームを収容するに十分な大きさを有する従来技術における空調隔室１０２が必要となる。この従来技術における空調隔室１０２は、高さ約９２インチ（２３３．６８ｃｍ）、幅１１４〜１４７インチ（２８９．５６〜３７３．３８ｃｍ）、長さ１０６〜１１２インチ（２６９．２４〜２８４．４８ｃｍ）の寸法である。空調隔室１０２および／または通気経路１２０の最小の長さは、所定の型式のファン、モータサイズ、および用途に対して公開されている製造業者データによって決定される。従来技術のキャビネット標準寸法ガイドは、空調隔室１０２を構成する模範例を示している。これら模範例は、最適化、規約、および実験に基づいている。

例えば、第２事例の建造物は、２インチ（５．０８ｃｍ）水ゲージ圧力で毎分２６，０００立方フィートの空気流を必要とする半導体製造または薬剤製造のクリーンルームに使用される循環式空調機を有する。この建造物は、４４インチ（１１１．７６ｃｍ）インペラ、２５馬力モータ、支持フレームを収容するに十分な大きなを有する空調隔室１０２を持つ従来技術の空調システムを必要とするのが一般的である。この従来技術における空調隔室１０２は、高さ約７８インチ（１９８．１２ｃｍ）、幅９９インチ（２５１．４６ｃｍ）、長さ９４〜１００インチ（２３８．７６〜２５４ｃｍ）の寸法である。この空調隔室１０２および／または通気経路１２０の最小長さは、所定の型式のファン、モータサイズ、および用途に対して公開されている製造業者データによって決定される。従来技術のキャビネット標準寸法ガイドは、空調隔室１０２を構成する模範例を示している。これら模範例は、最適化、規約、および実験に基づいている。

これら従来技術の空調システムは、以下のような一般的な問題点を有する。即ち、
・ 不動産（構造物空間）が極めて高価であるため、大型空調隔室１０２は全く不向きである。
・ 単独のファンユニット１００は製造費用がかかり、各業務向けにカスタム生産されるのが一般的である。
・ 単独のファンユニット１００は稼動に費用がかかる。
・ 単独のファンユニット１００は、作動範囲の僅かな部分でしか最適もしくはピーク効率を有していない点で効率が悪い。
・ 単独のファンユニット１００が故障した場合、空調を行うことはまったくできなくなる。
・ 大型ファンユニット１００の低周波音は減衰するのが困難である。
・ 大型ファンユニット１００の大きな質量および攪拌乱流は、好ましくない振動を発生する。

高さ制限は、２個のファンユニット１００を水平方向に隣接させて配置した空調システムを使用することを余儀なくする。しかし、良い工学的実施によれば、空調機キャビネットおよび排出プレナム１１０を対称的に形成し、キャビネットの幅および高さにわたりより均一な空気流を生じやすくする。２個のファンユニット１００は、高さ制限があり、所要の流量を許容する高さアスペクト比となるようユニットを設計し、利用されてきた。グリーンヘック(Greenheck）氏著の刊行物、「設置、稼動、保守マニュアル(Installation Operating and Maintenacne Manual) 」に示されているように、並置型設置をしようとする場合は、ファンホイール間には少なくとも１個のファンホイール直径分の間隔を空け、ファンと壁もしくは天井との間にはファンホイール直径の少なくとも１／２の間隔を空けるようファンを配列するという特別な指定がある。グリーンヘック氏のこの著作物には、「間隔が少ないと、性能損失を起こす」とさえ記載されている。一般的に、空調システムおよび空調隔室１０２は、空気流の方向に毎分５００フィートの速度の一様な速度勾配を生ずるよう設計する。しかし、２個のファンユニット１００よりなる空調システムは、依然として、実質的に、単独ユニット事例の問題をひきずっている。ファンユニット１００の数を１個から２個のに増やすことによる利点は認められない。さらに、２個のファンユニット１００を有するファン区画は、ファンユニット１００に続く領域に不均一な速度勾配を生じ、フィルタ、コイル、消音器に対して不均一な空気流を生ずる。

電気装置は、多重ファン冷却システムを利用する。例えば、ボネット(Bonet）氏の米国特許第６，４１４，８４５号は、多重コンポーネントベイを有する電子装置に設置する複数個のファンモジュラー冷却コンポーネントを使用する。ボネットシステムで実現される利点の幾つかは本発明で実現するが、大きな相違がある。例えば、ボネットシステムは、各ファンからの出力を特別な装置もしくは領域に指向させることにより電子コンポーネントを冷却するよう設計する。したがって、ボネットシステムは、全体的な空気流の方向にすべての装置に向けて空気流を指向させるようには作用しない。この他に、サイモン(Simon）氏の米国特許第４，７６７，２６２号、およびエルゴバシー(El-Ghobashy）氏らの米国特許第６，３８８，８８０号が、電子機器に使用するファンアレイを教示している。

しかし、コンピュータおよび機械産業においてさえ、並列的に動作するファンにより、ファンがほぼ自由に送風するシステム抵抗が低い状況を除いて、所要の結果をもたらすことはないと教示している。例えば、スノン(Sunon）グループは、ウェブページで、並列的に動作する２個の軸流ファンを示しており、ただし、「エンクロージャを有して高いシステム抵抗に並列ファンを適用する場合、並列ファン動作では流れの増大は少ない」と記載している。並列ファンを使用することを教示する同様の例は、ハイビーム・リサーチ(HighBeam Research）のライブラリでアクセスできる記事(http://stati.highbeam.com）および(http://www.papstplc.com）からアクセスできるマックロイド(Mcleod)氏の記事に見られる。

本発明は、ファンアレイ形態に配列した複数個のファンユニットを、空調隔室に配置した空調システムのファンアレイを有するファン区画構造を特徴とする。

好適な実施例においては、複数個のファンユニットをピーク効率で動作させるようプログラムしたアレイコントローラを設ける。複数個のファンユニットは、真正アレイ形態、隙間を空けたパターンのアレイ形態、チェッカー盤状のアレイ形態、行を僅かにオフセットさせたアレイ形態、または列を僅かにオフセットさせたアレイ形態、または互い違いのアレイ形態として配列することもできる。

本発明の上述のおよび他の目的、特徴および利点は、図面を参照して以下に説明することにより容易に理解できるであろう。

発明の詳細な説明
本発明は、空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造に関する。図２〜図１１に示すように、本発明による空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造は、個別の単独ファンユニット２００を複数個使用する。一つの好適な実施例においては、ファンユニット２００は、真正アレイとして配列する（図３〜図７参照）が、他の実施例では、隙間を空けたパターンの配列形態として（図８参照）、チェッカー盤状の配列形態として（図９参照）、行を僅かにオフセットさせた配列形態として（図１０参照）、または列を僅かにオフセットさせた配列形態として（図１１参照）配列することもできる。本発明は真正アレイおよび／または他のアレイで構成することができ、用語「アレイ」は、このような配列形態を意味するものである。

本発明におけるファンアレイにおけるファンユニット２００は、ファンホイール直径の２０％程度の寸法の間隔を空けて配置することができる。密に配列したアレイの最適作動条件は、ファンホイール直径の３０％〜６０％の距離であることが分かっている。ファンユニット２００を密な間隔で配列することにより、より多くの空気がより小さい空間内で移動する。例えば、ファンユニット２００のファンホイールが２０インチ（50.8ｃｍ）の直径である場合、一つのファンホイールの外周縁と、これに隣接するファンホイールの外周縁との間に４インチ(10.16ｃｍ）間隔（２０％）のみが必要である（または一つのファンの外周縁と、隣接の壁もしくは天井との間を２インチ（5.08ｃｍ）間隔にする）。

小さいファンユニット２００を使用することによって、邪魔な構体（ファンフレーム）を少なくしてファンユニット２００を支持することができる。このことは、従来型のファンユニット１００を支持してベースとして機能する大型のファンフレームと対比することができる。この従来の大型のファンフレームは、従来型ファンユニット１００の重量全体を支持するのに十分な強度を有していなければならない。従来のファンフレームは、その寸法および配置位置のため、空気流に干渉することになる。したがって、本発明の好適な実施例においては、ファンアレイにおけるファンユニット２００は、空気流に対する制限が最小限となるようモータ１０８を支持するフレームによって支持する。

背景技術で説明したように、従来は、２個のファンユニット１００を、空調システム内で互いに水平方向に隣接させる並置方式を使用しようとするものがあった。背景技術で説明したように、ファンアレイは、電子およびコンピュータ機器の内部で使用されていた。しかし、空調システム業界では、水平方向に配置されたファンホイール間には大きな間隔を空ける必要があり、また間隔が少ない構成にすると性能損失を生ずるという観念がずっと支持されてきた。単独の大型ファンは、キャビネット内の空気全体を動かす。僅かに小さい同一ファンを２個使用すると、一方のファンによって生ずる空気が他方のファンによって生ずる空気を干渉する。干渉の問題を軽減するため、ファンは、所定のガイドラインの下で間隔を空けて配置すべき、一般的には少なくとも１個のホイール直径分の距離だけ（また壁に隣接する場合はホイール直径の半分の距離だけ）ファン間に障害物のない空間を設けるべきである。この論理を適用すると、より多くのファンを追加するのが賢明だとは思われなかった。ファンを追加したとしても、ファン間に少なくとも１個のホイール直径分の間隔をとり続けるべきであると考えられてきた。さらに、空調システム業界では、ファンユニットを垂直方向に配列すること（垂直スタック）は考えられなかった。これはすなわち、ファンユニットを固定する手段が、このような垂直スタックには適用されなかった（床置き専用に設計されていた）ためである。

プレナム（強制換気）ファンは、本発明に使用するファンユニット２００として好適である。とくに、米国ミネソタ州ミネアポリスのツイン・シティ・ファン社(Twin City Fan Co.Ltd.）製造のＡＰＦ‐１２１，ＡＰＦ‐１４１，ＡＰＦ‐１６１，ＡＰＦ‐１８１の型式名を有するプレナムファン（とくに、ファンホイールおよびファンコーン）がうまく作動することを本願人は見いだしている。これら型式のプレナムファンが最良の動作をする理由は、軸線方向ファン、ハウジング収納型遠心ファンおよび大型プレナムファンによって生じずるような高速ポイントを発生しない点である。本発明の他の実施例においては、空気流の方向に大きな速度勾配を発生しない既知のファンユニットもしくはこれから開発されるファンユニットを使用する。さらに他の実施例においては、幾分効率は低下するが、空気流の方向に高速ポイントを有する軸流ファンおよび／またはハウジング収納型遠心ファンのようなファンユニットを使用する。

本発明の好適な実施例においては、空調システムのファンアレイ式ファン区画構造におけるファンユニット２００は、アレイコントローラ３００（図１２および図１３参照）によって制御する。好適な実施例においては、アレイコントローラ３００は、ファンユニット２００を最大（ピーク）効率で動作させるようプログラムする。このピーク効率動作の実施例においては、アレイコントローラ３００ファンユニット２００のすべてを低い効率で作動させる代わりに、若干のファンユニット２００を不作動にし、残りのファンユニット２００をピーク効率で作動させる。本発明の他の実施例においては、ファンユニット２００のすべてを同一パワーレベル（例えば、効率および／または流速）で動作させる。

本発明の他の利点は、ファン速度、したがって、流速および圧力を制御するのに使用するアレイコントローラ３００（可変周波数ドライブ［ＶＦＤ］）を、空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構成の実際のブレーキ馬力（実馬力）に適合するサイズにすることができる点である。ファンアレイのウォール（壁）における効率は、広範囲にわたる流量および圧力に対して最適化することができるため、ファンアレイが消費する実作動動力は、従来の同規模の空調システムが消費する実作動動力よりも相当少なく、したがって、アレイコントローラのパワーを減少できる。アレイコントローラ３００は、従来型設計のアレイコントローラ（可変周波数ドライブとすることができる）のように、電気規約に基づく最大銘板定格に適合する規模としたファンアレイの実電力消費にすることができる。例えば、毎分５０，０００立方フィートの空気を２．５インチ圧力で供給する、従来技術のファン設計は、５０馬力のモータおよび５０馬力のコントローラを必要とする。しかし、本発明によれば、２馬力モータを１４個有するアレイと、３０馬力アレイコントローラ３００を使用するのが好ましい。

本発明は、従来技術の空調システムにおける多くの問題を解決するが、占有空間（不動産）に限定されることなく、製造コストを減少し、稼動費用を減少し、効率を向上し、空気流の一様性を改善し、代理機能性(Redundancy)、騒音減衰性、低振動性をもたらす。

制御可能性
上述したように、空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造の各ファンユニット２００を、ピーク効率でファンユニット２００を動作させるようプログラムしたアレイコントローラ３００（図１２および図１３参照）によって制御する。このピーク効率動作の実施例においては、効率を減少させてファンユニット２００を稼動するよりもアレイコントローラ３００によって、若干のファンユニット２００を不作動にし、残りのファンユニット２００をピーク効率で動作させる。好適には、アレイコントローラ３００は、ファンユニット２００を個別に、または所定のグループ毎に、またはグループを全体的に制御することができる。

例えば、図４、図１２および図１３に示すような５×５ファンアレイの場合、アレイを制御しようとする作業員は、希望する空気量、空気流のレベル、空気流のパターン、およびどのくらいの数のファンユニット２００を動作させるかのうちの少なくとも一つを選択する。まず、空気量システムに注目すると、５×５アレイの各ファンユニット２００は全体空気量の４％の供給に寄与する。どの構造を最大限にするかを決める可変空気量システムの場合、要求を満たすに必要な数のファンユニット２００のみを動作させる。（アレイコントローラ３００を有する）制御システムを使用し、ファンユニット２００を個別にオンライン（「ＯＮ」のファンユニット２００）およびオフライン（「ＯＦＦ」のファンユニット２００）となるようにする。ファンユニット２００を動作状態および不作動状態にするこの能力は、可変周波数ドライブに対する必要性を有効に排除することができる。同様に、５×５アレイの各ファンユニット２００は、全電力の４％を使用し、空気流レベルの４％を発生する。ファンユニット２００オンラインおよびオフラインにする制御システムを使用することにより、ユーザーは、電力消費および／または空気流を制御することができる。空気流パターンも、所要に応じて制御することができる。例えば、システムに基づいて、キャビネットの端縁の周りのみ、もしくは頂部のみの空気流パターンを生ずるようにすることができる。最後に、個別ユニット２００をオンラインおよびオフラインにすることができる。この制御可能性は、１個またはそれ以上のファンユニット２００が適正に動作しない場合、維持することが必要である場合（例えば、一般的保守サービスが必要な場合）、または交換を必要とする場合に、有利である。問題のある個別ファンユニット２００はオフラインにし、システムの残りのファンユニットは完全に機能させたままにする。個別ファンユニット２００が使用できる状態にあれば、オンラインに復帰させる。

ビルもしくは建造物制御システムが比較的高圧で少ない量の空気を必要とするとき、ファンユニット２００をオンラインおよびオフラインにする他の利点を生ずる。この場合、ファンユニット２００は、安定した動作ポイントを生じ、また建造物の所有者および保守スタッフを煩わせるサージ現象を排除するよう調整することができる。このサージ現象によれば、所定分量空気でのファン速度にとって、システム圧力が高すぎてファンユニット２００が停止させる傾向を有する。

制御可能性の例を図１２および図１３に示す。図１２に示す空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、アレイコントローラ３００は、第１実施例のパターンとして「ＯＮ」ファンユニット２００と、「ＯＦＦ」ファンユニット２００とを交互に配列し、システム全体を、最大流量の５２％で動作するが、定格電力全体の３２％しか消費しないように設定する。これらの数値は、建造物における典型的な実施例のファン動作に基づく。図１３は、空調システムのファンアレイ式ファン区画構造が、最大空気量の３２％で動作し、定格電力全体の１７％しか消費しない例を示す。これらの数値は、建造物における典型的な実施例のファン動作に基づく。この実施例においては、アレイコントローラ３００は、図示のような「ＯＦＦ」ファンユニット２００と「ＯＮ」ファンユニット２００との第２実施例のパターンを生ぜしめる。

占有空間（不動産）
本発明による空調システムのファンアレイ式ファン区画構造２２０は、従来の排出プレナム１２０よりも少ない占有空間（６０％〜８０％）を占有する。（図１の実施例は１００番台の参照符号を有し、図２の実施例は２００番台の参照符号を有する。）従来技術（図１参照）と本発明（図２参照）とを比較すると、空気通路２２０が１２０よりも短縮されていることが図面から明らかである。多数の小さいファンユニット２００を使用することにより空気通路２２０を短縮できる多くの理由がある。例えば、ファンユニット１００，２００およびモータ１０８，２０８のサイズを減少すると、排出プレナム１１０，２１０の長さを減少することができる。同様に、入口コーン１０４，２０４の寸法を減少することにより、入口プレナム１１２，２１２の長さを減少する。排出プレナム１１０，２１０の長さも減少することができる。即ち、これは、本発明空調システムのファンアレイ式ファン区画構造からの空気はほぼ均一であり、一方従来の空調システムでは空気流速の高いポイントがあり、空調隔室１０２，２０２から流出する時間によって流れが均一になるのに攪拌するまでより多くの時間と空間を必要とするからである。（このことは、本発明が従来のファンシステムの排出口から下流域にセットリング手段を設ける必要性を排除する点で一層高い静的効率があると説明付けることができ、これは、高速から低速に遷移させる必要がほとんどもしくは全くないからである。）空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造は、従来の空調システムよりも、入口プレナム２１２から一層均一かつ効率的に空気を取り込むことができ、入口プレナム１１２，２１２の長さを減少することができる。

対比の目的で、本発明の背景技術で述べた第１事例の建造物（水ゲージ６インチ(１５.２４ｃｍ）の圧力で毎分５０，０００立方フィートの空気流を必要とする建造物）を使用する。このような第１事例の建造物を使用した場合、本発明の第１実施例は、高さ８９インチ（２２６．０６ｃｍ）、幅１６０インチ（４０６．４ｃｍ）、（従来事例の１０６〜１１２インチの長さに比較すると）長さ３０〜３６インチ（７６．２〜９１．４４ｃｍ）の通常の排出プレナム２１０で使用に供することができる。排出プレナム２１０は、１２個のファンユニット２００を有する（図５の実施例のような）空調システムにおける３×４ファンアレイ式ファン区画構造を有する。各ファンユニット２００に必要とされる空間は、アレイ形態に基づいて側辺が約２４〜３０インチ（６０．９６〜７６．２ｃｍ）の立方空間である。通気経路２２０は、（従来事例の８８〜１３９インチ［２２３．５２〜３５３．０６ｃｍ］に比較すると）４２〜４８インチ（１０６．６８〜１２１．９２ｃｍ）である。

対比の目的で、、本発明の背景技術で述べた第２事例の建造物（水ゲージ２インチ(５.０８ｃｍ）の圧力で毎分２６，０００立方フィートの空気流を必要とする建造物）を使用する。このような第２事例の建造物を使用した場合、本発明の第１実施例は、高さ８４インチ（２１３．３６ｃｍ）、幅８４インチ（２１３．３６ｃｍ）、（従来事例の９４〜１００インチの長さに比較すると）長さ３０〜３６インチ（７６．２〜９１．４４ｃｍ）の通常の排出プレナム２１０で使用に供することができる。排出プレナム２１０は、９個のファンユニット２００を有する（図６の実施例のような）空調システムにおける３×３ファンアレイ式ファン区画構造を有する。各ファンユニット２００に必要とされる空間は、アレイ形態に基づいて側辺が約２４〜３０インチ（６０．９６〜７６．２ｃｍ）の立方空間である。通気経路２２０は、（従来事例の８８〜１３９インチ［２２３．５２〜３５３．０６ｃｍ］に比較すると）４２〜４８インチ（１０６．６８〜１２１．９２ｃｍ）である。

製造コスト低減
従来技術の空調システムに使用する単一ファンユニット１００に比べると、本発明による空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造を構築するにはより一層コスト的に有利である。このコスト低減の一部は、ファンアレイにおける個別のファンユニット２００を大量生産することができることに基因する。さらに、このコスト低減の一部は、小型のファンユニット２００を製造するには費用が少なくて済むということに基因する。従来技術の単独ファンユニット１００は特別な目的のためにそれぞれ個別にカスタム生産するのが一般的であるが、本発明は、単一タイプのファンユニット２００で実施できる。他の実施例として、異なる寸法および／または（入力および出力の双方に関する）パワーを有する数種類のファンユニット２００を用意することもできる。異なるファンユニット２００を、一つの空調システムに使用するか、各空調システムにおいて一つのタイプのファンユニット２００を使用する。小さいファンユニット２００をカスタム生産する場合でも、特定プロジェクト用に複数個のファンユニット２００を生産するコストは、同一プロジェクト用に従来の単独大型のファンユニット１００を生産するコストよりも常に低いコストで済む。これは、より大きいコンポーネントを製造するには困難があり、また従来の単独大型ファンユニット１００に必要なより大きいコンポーネントを入手するのにコストがかかるためである。さらに、このコスト低減は、より小さい空調隔室２０２を製造するコストに及ぶ。

本発明の一つの好適な実施例においては、ファンユニット２００は、「プラグ・アンド・プレイ」システムのようなモジュラー構造にする。このようなモジュラーユニットは、ファンユニット２００自体の外部を相互連結する構体を設けることによって実施できる。代案として、このようなモジュラーユニットは、ファンユニット２００を相互連結する個別の構体を使用ことによっても実施できる。さらに、他の実施例においては、このようなモジュラーユニットは、ファンユニット２００を組み込むグリッドシステムを使用することによって実施できる。

稼動費用低減
本発明の空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造は、建造物の稼動要件に対する制御および微調整の融通性がより一層高いため、従来の空調システムを稼動させるよりも費用が少なくてよく好適である。さらに、より小型でより高速なファンユニット２００を使用することにより、低周波ノイズ制御をする必要が少なく、また流れに対する静的抵抗も少ないことも稼動費用低減に効果がある。

効率向上
本発明空調システムにおけるファンアレイ式ファン区画構造は、小さいファンユニット２００のそれぞれをピーク効率で動作させるため、従来の空調システムよりも一層効率的であり好適である。このシステムは、個別のファンユニット２００をオン・オフして特定ファンユニット２００を非効率的に使用するのを回避することができる。アレイコントローラ３００を使用してファンユニット２００を制御する。上述したように、アレイコントローラ３００によって所定のファンユニット２００を不作動にし、残りのファンユニット２００をピーク効率で動作させる。

代理機能性(Redundancy)
複数個のファンユニット２００はシステムに代理機能性(Redundancy)を付与する。一つのファンユニット２００が故障しても、依然として冷却作用を持続する。アレイコントローラ３００は、故障したファンユニット２００を考慮して、冷却作用または空気流の流量に目立った低下がないように制御する。この特徴は、メンテナンス中にも有用である。すなわち、アレイコントローラ３００は、メンテナンスすべきファンユニット２００をオフラインにし、冷却作用または空気流の流量に目立った低下がないように制御する。

騒音減衰性の利点
小さいファンユニット２００の高周波音は、大型ファンユニットの低周波音よりも減衰しやすい特性を有する。ファン壁は、低周波音エネルギが少ないため、単独の大型ファンユニット１００から発生する低周波音よりも、複数個の小さいファンユニット２００から発生するよりも高い高周波音を減衰するのに、より短くて低コストのサウンドトラップで済む。複数個のファンユニット２００のは、各ファンユニットから発生する音波が所定周波数で音を打ち消し合うように相互作用し、従来システムよりも静粛動作するユニットを構成する。

低振動性
本発明による複数個のファンユニット２００は、低質量の小さいホイールを有し、残存するアンバランスによる力の発生が少なく、大型のファンユニットよりも振動が少ない。複数個のファンユニット２００の全体的な振動は、個別のファンが僅かな位相差によって互いに打ち消し合うため、建造物に伝わるエネルギが少ない。複数個のファンユニット２００における各ファンユニット２００は、全体的な空調条件の僅かな割合の部分しか関与せず、空気流における乱流発生が少なく、また振動も少ない。

図３は、２４個のファンユニット２００が存在する空調システムにおける４×６ファンアレイ式ファン区画構造を示し、図４は、２５個のファンユニット２００が存在する空調システムにおける５×５ファンアレイ式ファン区画構造を示し、図５は、１２個のファンユニット２００が存在する空調システムにおける３×４ファンアレイ式ファン区画構造を示し、図６は、９個のファンユニット２００が存在する空調システムにおける３×３ファンアレイ式ファン区画構造を示し、図７は、３個のファンユニット２００が存在する空調システムにおける３×１ファンアレイ式ファン区画構造を示す。アレイは、２個以上のファンユニット２００の任意の寸法にすることができる。ファンユニット２００は、（図２に示すように）単一平面上に配置することができるが、他のアレイ形態として、複数個の平面上で（図１４に示すように）互い違いの配列にすることもできる。ファンユニット２００の上流側もしくは下流側で冷却コイル（図示せず）をシステムに付加することができる。ファンユニット２００の上流側にフィルタバンクを設けることができるが、図示のように、下流側にフィルタバンク１２２，２２２を設けることができる。

代案として、水平方向にファンアレイを配列することもできる。換言すれば、図２〜図１４に示す実施例は、水平方向、垂直方向、または空気流の方向に直交する方向に配列して使用することができる。例えば、空気ダクトの垂直部分が空調隔室２０２として機能する場合には、ファンアレイを水平方向に配列する。この実施例では、帰還空気シャフトのための空調隔室ではとくに実用的である。

ファン区画２１４は、ファンユニット２００を配置する通気経路２２０の任意の一部である。例えば、ファンユニット２００は、（図示のように）排出プレナム２１０に存在する、または入口プレナム２１２に存在する、または一部が入口プレナム２１２内にかつ他の一部が排出プレナム２１０内に存在するよう配置することができる。さらに、空調隔室２０２は空気ダクトの一部とすることができる。

上述の説明で使用した用語および表現は、説明上の用語として使用したものであり、限定的なものではなく、図示説明した特徴に等価のものを排除することを意図するものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によってのみ定義および制限される。

空調隔室内に単独の大型ファンを配列してなる従来型の空調システムの側面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す側面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの４×６ファンアレイ式ファン区画構造を示す実施例の正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの５×５ファンアレイ式実施例のファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの３×４ファンアレイ式実施例のファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの３×３ファンアレイ式実施例のファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの３×１ファンアレイ式実施例のファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを、間隔を空けたパターンとして配列してなる本発明による空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す他の実施例の正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを、チェッカー盤状に配列してなる本発明による空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す他の実施例の正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを、行が僅かにオフセットした状態に配列してなる本発明による空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す他の実施例の正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを、列が僅かにオフセットした状態に配列してなる本発明による空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す他の実施例の正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの５×５ファンアレイ式実施例の、ファンの一部を動作させ、ファンの一部を不作動にして５２％の稼働率にしたファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを配列してなる本発明空調システムの５×５ファンアレイ式実施例の、ファンの一部を動作させ、ファンの一部を不作動にして３２％の稼働率にしたファン区画構造を示す正面図である。 空調隔室内に複数個の小型ファンを前後にずらして配列してなる本発明空調システムのファンアレイ式ファン区画構造を示す側面図である。

Claims (23)

1. 空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、
   a) 空調隔室と、
   b) 複数個のファンユニットと、
   を備え、
   c) 前記ファンユニットをファンアレイとして構成し、
   d) 前記ファンアレイを前記空調隔室内に配置し、
   e) 前記複数個のファンユニットにおける各ファンユニットを選択的にオン、オフして前記複数個のファンユニット全体をほぼピーク効率で作動させるよう制御するアレイコントローラであって、各ファンユニットは、ピーク効率動作範囲を有して、このピーク効率動作範囲以外では動作の効率が低下するものとし、また、効率が低下して動作する少なくとも１個のファンユニットを計画的にオフにし、また前記ピーク効率動作範囲で動作する残りのファンユニットを作動させることにより、前記ファンユニット全体をほぼピーク効率で動作させるようにした該アレイコントローラと
   を具えたことを特徴とする空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
2. 前記複数個のファンユニットをプレナムファンとした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
3. 前記空調隔室は通気経路を有し、この通気経路を７２インチ（１８２．８８ｃｍ）以下とした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
4. 請求項１に記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、
   前記複数個のファンユニットを、
   a) 真正アレイ形態、
   b) 互いに離れたパターンアレイ形態、
   c) チェッカー盤状のアレイ形態、
   d) 行を僅かにオフセットしたアレイ形態、
   e) 列を僅かにオフセットしたアレイ形態、
   f) 互い違いのアレイ形態
   よりなるグループから選択したファンアレイ形態で配列した複数個のファンユニットとした空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
5. 前記複数個個のファンユニットを、垂直方向に配列した少なくとも２個のファンユニットとした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
6. 前記複数個のファンユニットのそれぞれを、グリッドシステムに取り付けた請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
7. 前記複数個のファンユニットは、それぞれファンホイール直径を有し、隣接する前記ファンユニット間の間隔をファンホイール直径６０％以下の距離とした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
8. 前記アレイコントローラは、
   (a) 希望する空気量、
   (b) 空気流のレベル、
   (c) 空気流のパターン、
   (d) 動作させるファンユニットの数
   からなる基準のグループから選択した基準に基づく動作レベルが得られるよう前記ピーク効率で動作する複数個のファンユニットを制御する構成とした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
9. 前記アレイコントローラは、安定した動作ポイントを生ずるよう、またサージ現象を排除するよう調整するよう前記ファンユニットを制御する構成とした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
10. 前記アレイコントローラは、前記ファンユニットの各々がほぼピーク効率で動作する速度となるよう制御する構成とした請求項１記載の空調システムのファンア レイ式ファン区画構造。
11. 前記空調隔室を建造物内に配置可能とし、前記空調システムにより前記建造物の空気を調節するものとした請求項１記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
12. 空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、
    a) 複数個の独立的に制御可能なファンユニットであって、それぞれ入口コーン、ファン、およびモータを有する該複数個のファンユニット
    を具え、
    b) 前記複数個のファンユニットをファンアレイとして配列し、 c) 前記ファンユニットのファンアレイを配置する空調隔室と、
    d) 前記複数個のファンユニットのうち選択したファンユニットを計画的にオン、およびオフすることにより前記複数個のファンユニット全体をほぼピーク効率で動作するよう制御するアレイコントローラと
    を具え、
    e) 前記複数個のファンユニットは、それぞれファンホイール直径を有し、隣接する前記ファンユニット間の間隔をファンホイール直径６０％以下の距離とした
    ことを特徴とする空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
13. 前記複数個のファンユニットをプレナムファンとした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
14. 前記空調隔室は通気経路を有し、この通気経路を７２インチ（１８２．８８ｃｍ）以下とした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
15. 請求項１２に記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、
    複数個のファンユニットを、
    a) 真正アレイ形態、
    b) 互いに離れたパターンアレイ形態、
    c) チェッカー盤状のアレイ形態、
    d) 行を僅かにオフセットしたアレイ形態、
    e) 列を僅かにオフセットしたアレイ形態、
    f) 互い違いのアレイ形態
    よりなるグループから選択したファンアレイ形態で配列した空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
16. 前記複数個個のファンユニットを、垂直方向に配列した少なくとも２個のファンユニットとした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
17. 前記複数個のファンユニットのそれぞれを、グリッドシステムに取り付けた請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
18. 前記ファンユニットはそれぞれ、ピーク効率動作範囲を有して、このピーク効率動作範囲以外では動作の効率が低下するものとし、また、前記アレイコントローラは、効率が低下して動作する少なくとも１個のファンユニットを計画的にオフにし、また前記ピーク効率動作範囲で動作する残りのファンユニットを作動させることにより、前記ファンユニット全体をほぼピーク効率で動作させるよう構成した請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
19. 前記アレイコントローラは、
    (a) 希望する空気量、
    (b) 空気流のレベル、
    (c) 空気流のパターン、
    (d) 動作させるファンユニットの数
    からなる基準のグループから選択した基準に基づく動作レベルが得られるよう前記ピーク効率で動作する複数個のファンユニットを制御する構成とした請求項１２記載の空調シス テムのファンアレイ式ファン区画構造。
20. 前記アレイコントローラは、安定した動作ポイントを生ずるよう、またサージ現象を排除するよう調整するよう前記ファンユニットを制御する構成とした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
21. 前記アレイコントローラは、前記ファンユニットの各々がほぼピーク効率で動作する速度となるよう制御する構成とした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
22. 前記空調隔室を建造物内に配置可能とし、前記空調システムにより前記建造物の空気を調節するものとした請求項１２記載の空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。
23. 空調システムのファンアレイ式ファン区画構造において、
    (a) 個別のファンユニットよりなる複数個のファンユニットと、
    (b) 前記複数個のファンユニットをファンアレイとして配列し、
    (c) 前記複数個のファンユニットをほぼピーク効率で作動させるよう前記ファンユニットのアレイにおける選択したファンユニットを制御するアレイコントローラと、
    (d) 前記ファンユニットの前記ファンアレイを配置する単一の空調隔室であって、前記ファンユニットの前記ファンアレイにおけるすべてのファンユニットからの空気流がこの空調隔室を経て流れるようにした該空調隔室と
    を具えたことを特徴とする空調システムのファンアレイ式ファン区画構造。

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