JP5463131B2

JP5463131B2 - 換気送風装置

Info

Publication number: JP5463131B2
Application number: JP2009281095A
Authority: JP
Inventors: 禎長池
Original assignee: Topre Corp
Current assignee: Topre Corp
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2014-04-09
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: JP2011122523A

Description

本発明は、ケーシング内に回転可能に収容された遠心ファンを回転駆動することによって吸気口から吸引した空気を昇圧して排気口から排出する換気送風装置に関するものである。

室内換気用として使用される換気送風装置にはシロッコファン等の遠心ファンが多く使用されるが、該換気送風装置の風量は圧力損失によって変化し、例えば圧力損失が小さくなると風量が出過ぎて消費電力や騒音が増加し、ユーザーに冷風感（コールドドラフト）を与える等の問題が発生する。このため、風量を一定に制御することが求められる。

そこで、遠心ファンを回転駆動するモータには細かな風量制御ができる回転数制御可能なＤＣモータが使用され、ダクトの長さや曲がり（圧力損失）、外気圧等によって変化する風量を一定に制御することが行われている。

ところで、換気送風装置の風量の制御には該風量を検出する必要があるが、風量を検出する方法として、圧力センサを用いて排気側や吸気風路の上流側と下流側の圧力差を検出する方法（例えば、特許文献１，２参照）、自己発熱型サーミスタを用いて風速を検出する方法（特許文献３参照）、モータの回転数或いは電流値と風量との相関関係を予めマイコン等の記憶装置に記憶させておき、モータの回転数或いは電流値から風量を演算する方法（特許文献４参照）が提案されている。

ここで、自己発熱型サーミスタを用いて風速を検出する方法を図５に基づいて説明する。

図５は換気送風装置を底面側から見た断面図であり、ケーシング１０２の吐出側端面に取り付けられた制御箱１１０内に自己発熱型サーミスタ１１１が設置されている。そして、ケーシング１０２と制御箱１１０には小孔１０２ａ，１１０ａがそれぞれ形成され、ファン１０３が矢印方向に回転することによって排気口１０６へと排出される空気の一部がケーシング１０２の小孔１０２ａから制御箱１１０内に流入して自己発熱型サーミスタ１１１を冷却し、自己発熱型サーミスタ１１１を冷却した空気は制御箱１１０の小孔１１０ａから外部に排出される。

上述のように自己発熱型サーミスタ１１１が空気（気流）に触れて冷やされると、その電気抵抗が増大して電気回路の電圧も増大するが、自己発熱型サーミスタ１１１の冷却量は風速に比例するため、電圧と風速との相関関係を予め求めておけば、電圧を検出することによって風速及び風量を求めることができる。

特開平１−２３９３３０号公報特許第３３９９１４０号公報特開２００７−２７８５３８号公報特開２００３−１４３８８７号公報

しかしながら、特許文献１，２等において提案された圧力センサによって圧力差を検出する方法では、圧力センサが高価で、その取付構造が複雑化するという問題がある。

又、特許文献３において提案された図５に示す方法、つまり、自己発熱型サーミスタ１１１を用いて風速を検出する方法では、偏流の影響を軽減するために必要な配管長さを要するために装置が大型化する他、排気を分流してケーシング１０２と制御箱１１０に形成された小孔１０２ａ，１１０ａから外部に排出するために風量にロスが生じ、又、排気が吐出口１０６以外から周囲に放出されるという問題がある。

更に、特許文献４において提案された方法では、設置場所によって異なる圧力損失分を考慮した風量演算ができず、この演算を可能とするにはデータの収集に多大な労力と時間を要するという問題がある。

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とする処は、大型化や風量ロス、排気の周囲への排出等の問題を招くことなく風量を高精度に検出することができる換気送風装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、ケーシング内に回転可能に収容された遠心ファンを回転駆動して吸気口から吸引した空気を昇圧して排気口から排出する換気送風装置において、前記ケーシング内の吐出通路にプロペラセンサを配置し、該プロペラセンサの検出結果に基づいて風量を制御すると共に、前記プロペラセンサを前記ケーシング内の吐出通路の排気口近傍に、空気の吐出方向に対して前記遠心ファンの回転中心に向かうよう傾斜させて配置したようにしたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記遠心ファンをブラシレスＤＣモータによって回転駆動することを特徴とする。

本発明によれば、プロペラセンサをケーシング内の吐出通路に配置したため、検出精度向上のために必要な長い直線部を吐出通路に設ける必要がなく、装置を小型化することができる。又、排気を分流する必要がなく、排気の全てを排気口から吐出することができるため、風量ロスを防ぐことができ、排気の一部が吐出口以外から周囲に放出されるという問題も発生しない。そして、埃や偏流の影響を受けないプロペラセンサを用いて小風量から大風量まで高精度に風量を検出することができ、この検出結果に基づいて風量を高精度に制御することができる。

ところで、プロペラセンサをケーシング内の吐出通路の吐出口近傍に、空気の吐出方向に対して遠心ファンの回転中心に向かうよう傾斜させて配置すれば、該プロペラセンサによって風量を高精度に検出することができることが実験的に確かめられた。

本発明に係る換気送風装置の平断面図である。プロペラセンサの取付角度θａでの風量の制御幅を示す図である。プロペラセンサの取付角度θ１での風量の制御幅を示す図である。プロペラセンサの取付角度θ２での風量の制御幅を示す図である。特許文献３において提案された換気送風装置を底面側から見た断面図である。

以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

図１は本発明に係る換気送風装置の平断面図であり、図示の換気送風装置１は建物の天井裏に設置されるものであって、そのケーシング２内には遠心ファンの一形態としての円筒状のシロッコファン３が回転軸４によって回転可能に支持されて収納されている。尚、回転軸４には回転数制御が可能なブラシレスＤＣモータ１１が直結されており、シロッコファン３は、ブラシレスＤＣモータ１１によって図示矢印方向（図１において時計方向）に所定の速度で回転駆動される。

ケーシング２の下面（図１の奥側の面）には不図示の吸気口が形成されており、この吸気口はシロッコファン３の中心部に向かって開口している。そして、この吸気口は、不図示の吸気ダクトを介して室内に連通している。

又、ケーシング２内のシロッコファン３の周囲にはスクロール状の吐出通路５が形成されており、この吐出通路５の末端は排気口６としてケーシング２の側部に開口している。ここで、吐出通路５は、シロッコファン３から吐出される空気の流れ方向（図示矢印方向）に沿って断面積が次第に増大するよう形成されており、断面積が最大となる排気口６の近傍でシロッコファン３の外形を半径とする円の内側にはプロペラセンサ７が配置されている。

上記プロペラセンサ７は、複数枚の羽根を備えたプロペラ８を軸受９によって回転可能に支持して構成されており、吐出通路５の吐出口６の近傍にステー１０によって斜めに取り付けられている。具体的には、プロペラセンサ７は、空気の吐出方向に対してシロッコファン３の回転中心に向かう方向に所定角度θだけ傾斜した状態で取り付けられている。

以上のように構成された換気送風装置１において、ブラシレスＤＣモータ１１によってシロッコファン３がケーシング２内で図示矢印方向に所定の速度で回転駆動されると、ケーシング２内に発生する吸気負圧によって室内の空気が不図示の吸気ダクトを経てケーシング２の吸気口からケーシング２内へと導入され、ケーシング２内に導入された空気は、シロッコファン３の軸方向から吸い込まれ、回転するシロッコファン３によって運動エネルギを与えられながら遠心力によって径方向外方へと流れる。そして、空気は、シロッコファン３の外周から吐出通路５へと吐出され、吐出通路５を図示矢印方向に流れる過程でその運動エネルギの一部が圧力エネルギに変換されて昇圧され、排気口６から排出されて不図示の排気ダクトを経て室外に排出される。

上述のようにケーシング２内の吐出通路５を空気が流れると、吐出通路５の排気口６近傍に配置されたプロペラセンサ７のプロペラ８が気流によって回転するが、その回転速度は空気の流速、つまり風量に比例する。従って、プロペラセンサ７のプロペラ８の回転速度と風量との間には一定の相関があり、その相関関係を予め求めておけば、プロペラ８の回転速度をエンコーダ等によって検出することによって風量をリアルタイムに求めることができる。そして、その求められた風量に基づいてブラシレスＤＣモータ１１を回転制御し、シロッコファン３の回転速度を調整することによって風量を所望の一定の値に保つことができる。

以上のように、本実施の形態では、プロペラセンサ７をケーシング２内の吐出通路５に配置したため、検出精度向上のために必要な長い直線部を吐出通路５に設ける必要がなく換気送風装置１を小型化することができる。

又、排気を分流する必要がなく、排気の全てをケーシング２の排気口６から吐出することができるため、風量ロスを防ぐことができ、排気の一部が排気口６以外から周囲に放出されるという問題も発生しない。そして、埃や偏流の影響を受けないプロペラセンサ７を用いて小風量から大風量まで高精度に風量を検出することができ、この検出結果に基づいて風量を高精度に制御することができる。尚、本発明によれば、風量制御精度を設定風量に対して従来の＋２０％から＋１０％以内（一部＋１０ｍ３／ｈ以内）に高めることができた。

ところで、プロペラセンサ７をケーシング２内の吐出通路５の排気口６近傍に、空気の吐出方向に対してシロッコファン３の回転中心に向かうよう所定角度θだけ傾斜させて配置すれば、該プロペラセンサ７によって風量を高精度に検出することができることが実験的に確かめられた。

即ち、プロペラセンサ７の取付角度θを最適値θａに設定したときの風量の制御幅を図２に示す。ここで、図２の横軸は風量Ｑ、縦軸は換気送風装置１内の静圧Ｐｓである。

図２は風量Ｑを図示のＡ〜Ｆに設定した場合の設定値Ａ〜Ｆに対する制御幅（偏差）ａ〜ｆをそれぞれ示すが、プロペラセンサ７の取付角度θを最適値θａに設定すれば、各制御幅（バタツキ）ａ〜ｆを小さく抑えることができ、風量Ｑを高精度に制御することができることが分かる。

これに対して、プロペラセンサ７の取付角度θを最適値θａから外れた値θ１，θ２に設定した場合の風量の制御幅を図３と図４にそれぞれ示す。図３及び図４は風量をＧ〜Ｉに設定した場合の風量Ｑをそれぞれ示すが、何れの場合も風量Ｑの各設定値Ｇ〜Ｉに対するバラツキ（偏差）が大きく、風量Ｑを高精度に制御することができないことが分かる。

尚、以上の実施の形態では、遠心ファンとしてシロッコファンを用いた換気送風装置に対して本発明を適用して形態について説明したが、本発明は、シロッコファン以外の他の任意の形式の遠心ファンを用いた換気送風装置に対しても同様に適用可能であることは勿論である。

１換気送風装置
２ケーシング
３シロッコファン（遠心ファン）
４回転軸
５吐出通路
６排気口
７プロペラセンサ
８プロペラセンサのプロペラ
９軸受
１０ステー
１１ブラシレスＤＣモータ
θ プロペラセンサの傾斜角

Claims

ケーシング内に回転可能に収容された遠心ファンを回転駆動して吸気口から吸引した空気を昇圧して排気口から排出する換気送風装置において、
前記ケーシング内の吐出通路にプロペラセンサを配置し、該プロペラセンサの検出結果に基づいて風量を制御すると共に、
前記プロペラセンサを前記ケーシング内の吐出通路の排気口近傍に、空気の吐出方向に対して前記遠心ファンの回転中心に向かうよう傾斜させて配置したことを特徴とする換気送風装置。
前記遠心ファンをブラシレスＤＣモータによって回転駆動することを特徴とする請求項１記載の換気送風装置。