JP5854641B2 - 可変風量制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、主にダクト式の換気空調システムに設置され、オリフィスによる風量検出とダンパによる風量調節とを行う可変風量制御装置に関するものである。

換気空調ユニットは、建物の天井裏等に据え付けられ、給気系統及び排気系統を有し、ダクトを介して各室に空調された空気を送り込み、各室から空気を排気する。換気空調ユニットは、あらゆる給排気対象室で使用され、例えば、電子工業や精密機械工業の工場、店舗、オフィス、住宅のサニタリーゾーン等で使用され、医薬品製造施設の合成実験室のドラフトチャンバ、集積回路部品のクリーンルーム、食品保存用の貯蔵庫、実験用動物飼育室、バイオロジカルクリーンルーム等に設置されている。

換気空調ユニットは、給気系統、若しくは排気系統、又はその両方において、室内外を繋ぐダクト内にファンを有し、風量算出器と可変風量制御装置を内蔵する場合も多い（例えば、特許文献１参照）。

風量算出器は、オリフィスを設けることでダクト管内を絞り、オリフィスを境に前後に差圧を発生させ、圧力取出口からオリフィス前後の圧力を導出し、導出した両圧力の差圧からトリチェリの定理を用いてダクト内の風量を算出する。

可変風量制御装置は、ＶＡＶ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ａｉｒ Ｖｏｌｕｍｅ）装置とも呼ばれ、ダンパーブレードをダクト内の流路を遮るように設けたダンパである。可変風量制御装置は、ダンパの開度を変更することにより、給気又は排気する風量を制御する。換気空調ユニットにおいて、多大な排気風量に見合った給気を行うと、外気の温調エネルギーが大きくなってしまうため、省エネルギーの観点から可変風量制御装置を設けることが主流となっている。可変風量制御装置としては、モータによってダンパーブレードの傾倒率を変更するモータダンパが多く提案されている。

このような換気空調ユニットでは、風量算出器で算出した風量と所望の風量とを比較し、その比較結果に応じてモータダンパの開度を調節し、算出した風量と所望の風量とを一致させるようにしている。

特開平０５−４９８５６

ここで、オリフィス前後の空気の流れの概要を説明すると、オリフィスの上流側で空気がダクト内壁面から剥がれ、オリフィスを通過した後も空気の流域分布は収縮を続け、その後、流域分布は拡大に転じ、元の流れに戻ると言われている。

従って、オリフィス近傍に物理的障害が存在すると、オリフィス付近で流速分布の偏りが発生してしまい、風量算出器で検出するオリフィス前後の差圧に影響を与えてしまう。差圧の変化は、ひいては風量算出精度の低下をもたらす。そして、風量算出精度の低下は、モータダンパの開度調節にも影響を与え、所望の空調制御が困難となってしまう。

そこで、従来は、この風量算出精度の低下を避けるために、風量算出の一構成として機能させるオリフィスの近傍には、物理的障害を設置しないようにしていた。具体的には、可変風量制御装置のダンパーブレードは、オリフィスよりも十分に離れた箇所に設置されるのが一般的であった。

そのため、風量算出の一構成として機能させるオリフィスと可変風量制御装置とを併用する場合には、一定のダクト距離を確保する必要があり、換気空調ユニットが大型化してしまっていた。このような問題は、換気空調ユニットの設置コストの増加や工期の長期化の観点から是正が求められている。

例えば、ダクトの管径が直径２００ｍｍの場合には、オリフィスとダンパーブレードを含むダクト長が全長６１０ｍｍとなってしまい、ダクトの管径が直径４００ｍｍの場合には、オリフィスとダンパーブレードを含むダクト長は全長９１０ｍｍとなってしまう。

更に、天井高や天井ふところによっては、上記のようなダクト長を天井から室内に向けて直線的に確保できないため、ダクトをわざわざ横引きすることで、オリフィスと可変風量制御装置とを設置可能なダクト長を確保する必要があった。ダクトを横引きする場合には、本来不要であるはずのエルボーを設けなくてはならず、換気空調システムの圧損を増加させてしまう。

本発明は、上記のような問題点を解決するために提案されたもので、風量算出の一構成として機能させるオリフィスとダンパーブレードとの距離を短縮化することのできる可変風量制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明に係る可変風量制御装置は、ダクト内を絞る風量検出用のオリフィスと、前記ダクト内にダンパーブレードを有し開度の変更が可能なダンパと、前記オリフィスが区切る２つの領域の差圧を検出する差圧検出手段と、前記差圧に基づいて前記ダクト内の風量を算出する風量算出手段と、前記風量算出手段で算出された前記風量に基づき、前記ダンパの前記開度を調節する開度調節手段と、を備える。前記ダンパーブレードは、前記オリフィスの近傍に、当該オリフィスの中心と前記ダンパーブレードの中心が一致する位置に設けられる。前記風量算出手段は、前記ダンパーブレードによって前記オリフィス付近に生じる流速分布の偏りによる算出風量の誤差を補正する各補正係数を、前記ダンパの前記開度に応じて予め記憶する記憶手段と、前記算出した風量を前記ダンパの前記開度に応じた前記補正係数で補正する補正手段とを備える。前記開度調節手段は、前記補正手段により補正された前記風量に基づき、前記ダンパの前記開度を調節する。

前記オリフィスは、前記ダンパーブレードの回転軸と平行に２分割され、前記ダンパーブレードを挟み込んで設けられているようにしてもよい。

前記差圧検出手段は、前記オリフィスよりも上流側に設けられた高圧側圧力取出口と、前記オリフィスよりも下流側に設けられた低圧側圧力取出口と、を備え、前記低圧側圧力取出口は、前記ダンパーブレードが前記ダクトの軸と平行に倒れたときの先端位置よりも下流側に設けられているようにしてもよい。

本発明によれば、ダンパの開度に応じた補正係数で風量算出結果を補正するようにしたため、オリフィスとダンパとを同一位置に設けることができる。これにより、オリフィスとモータダンパの設置スペースがコンパクト化され、換気空調システムのダクト長を短縮することができ、コスト及び工期の削減を図ることができる。

第１の実施形態に係る可変風量制御装置を示す斜視図である。 第１の実施形態に係る可変風量制御装置を示す側面図である。 ＰＬＣの構成を示すブロック図である。 開度補正係数を示すグラフである。 第１の実施形態に係る可変風量制御装置が出力する風量を示す表である。 第１の実施形態に係る可変風量制御装置の設置態様を示す模式図である。 第２の実施形態に係る可変風量制御装置を示す側面図である。 オリフィスとダンパーブレードとが同一位置に存在する場合の空気流を示す模式図である。 第３の実施形態に係る可変風量制御装置の給気系統への設置例を示す図である。 第３の実施形態に係る可変風量制御装置の排気系統への設置例を示す図である。 第３の実施形態に係る可変風量制御装置の給気系統での送風実験の結果を示す表である。 第３の実施形態に係る可変風量制御装置の排気系統での送風実験の結果を示す表である。 第４の実施形態に係る可変風量制御装置のオリフィスをダクトの軸と平行に切った断面図である。

以下、本発明に係る可変風量制御装置の実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。

［第１の実施形態］
［1．構成］
第１の実施形態に係る可変風量制御装置の構成を図１及び図２に示す。図１は、第１の実施形態に係る可変風量制御装置を示す斜視図である。図２は、第１の実施形態に係る可変風量制御装置を示す側面図である。

可変風量制御装置１００は、換気空調システムに設けられ、換気空調システムのダクトの一部を構成する。この可変風量制御装置１００は、オリフィス２とモータダンパ５とが一体となっており、風量検出及び送風量調節という２つの機能を一体的に有する装置である。すなわち、本実施形態では、オリフィス２とモータダンパ５のダンパーブレード５３とがダクト１の同位置に設けられている。

可変風量制御装置１００は、オリフィス２と、差圧検出部３とＰＬＣ４とモータダンパ５とを備える。そして、この可変風量制御装置１００は、ダクト１内を絞るオリフィス２を境にしてダクト１内に差圧を発生させ、オリフィス２前後の各静圧が導入される差圧検出部３によって当該差圧を検出し、ＰＬＣ（プログラマブルロジックコントローラ）４によって差圧検出結果からダクト１内の風量を算出し、風量算出結果に基づきモータダンパ５の開度を可変させることで風量を調節する。

更に、オリフィス２とダンパーブレード５３とが同位置に存在する場合、オリフィス２付近で発生する流速分布の偏りは、モータダンパ５の開度に応じて変化することが確認された。そこで、この可変風量制御装置１００では、モータダンパ５の開度に応じた開度補正係数をＰＬＣ４に予め記憶させておき、算出した風量を開度補正係数で補正している。

［Ａ．ダンパ］
より具体的には、モータダンパ５は、回転軸５２を回転させるモータ５１と、傾倒率が変更可能なダンパーブレード５３とを備える。ダンパーブレード５３は、回転軸５２に軸支されてダクト１内を横切るように設けられた平板である。

モータダンパ５の開度とは、ダクト１内がダンパーブレード５３に遮られることなく開いている割合である。この開度は、ダンパーブレード５３の傾倒率で表され、ダンパーブレード５３の延び平面がダクト１の軸に対して完全に直立した状態を０％、ダンパーブレード５３の延び平面がダクト１の軸と一致した状態を１００％として表される。すなわち、ダンパーブレード５３の傾倒率を変更することでモータダンパ５の開度が変更される。

ダンパーブレード５３は、その中心がダクト１の軸上に存在し、その形状及び大きさは、ダクト１の内径に略一致する。例えば、ダクト１が円筒管であれば、ダンパーブレード５３は、円盤形状を有し、ダクト１の内径よりもダクト１内で傾倒可能な程度に若干小さい。

回転軸５２は、ダクト１の軸と直交して設置される。この回転軸５２は、ダンパーブレード５３の一側面から中心を通り他側面に通り抜けるように設けられ、ダンパーブレード５３を軸支している。円盤形状のダンパーブレード５３の場合、回転軸５２がダンパーブレード５３の直径を通って軸支されている。

モータ５１は、回転軸５２の回転角制御が可能な回転モータであり、ステッピングモータやギアードモータである。このモータ５１は、回転力を発生させ、回転軸５２を所定角度回転させる。モータ５１の回転力が回転軸５２に伝達することによって、回転軸５２に軸支されたダンパーブレード５３は、回転軸５２の回転角度と一致してダクト１内で傾倒する。回転軸５２の回転角度、換言するとモータ５１の駆動量は、ＰＬＣ４によって、算出された風量に応じて制御される。

［Ｂ．オリフィス］
オリフィス２は、リング部材を２分割して形成され、それぞれ半ドーナツ形状の上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２とで構成されている。すなわち、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２は、ダクト１が円筒管の場合、ダクト１の内壁から一定の高さで突出し、周方向に沿う円弧板であり、ダクト１が矩形管の場合、コの字板である。

この上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２は、ダクト１の軸方向において異なる位置に突出する。換言すると、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２とは、異なる平面上に延設されている。上流側オリフィス片２１は、下流側オリフィス片２２よりもダクト１内において送風方向の上流側に設けられている。下流側オリフィス片２２は、上流側オリフィス片２１よりもダクト１内において送風方向の下流側に設けられている。

更に、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２をダクト１の軸方向から眺めた場合、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２は、完全な又は一部が欠損したリングを形成する。

すなわち、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２とは、ダクト１の軸上の一点に対して点対称となるように設けられている。上流側オリフィス片２１の設置位置を上側とすれば、下流側オリフィス片２２の設置位置は下側である。また、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２とは、同一平面上に置いた場合に、合わせて一つの閉じられたリングが完成するように形成され、又はリングの一部が欠損するように形成されている。リングの一部が欠損するように形成するとは、換言すると上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２の中心角が１８０度に満たない場合である。

このオリフィス２は、ダクト１の内部を絞る板であり、オリフィス２を境に前後に差圧を発生させる。オリフィス２を通過する空気は、オリフィス２の上流側でダクト１の内壁から剥がれ、オリフィス２を通過する際には圧力が増して風速が上がり、下流側では静圧が低下する。

この可変風量制御装置１００において、オリフィス２の中心とダンパーブレード５３の中心とは一致している。オリフィス２の中心とは、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２を一体として考えた場合の重心位置である。すなわち、オリフィス２とダンパーブレード５３とは、同位置に取り付けられている。

具体的には、上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２は、ダンパーブレード５３を軸支する回転軸５３に対して線対称に設置され、ダンパーブレード５３がダクト１の軸に対して直立した状態では、ダンパーブレード５３を挟み込んでいる。上流側オリフィス片２１は、ダンパーブレード５３の上流側の面と対向し、下流側オリフィス片２２は、ダンパーブレード５３の下流側の面と対向する。上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２がダンパーブレード５３の面と当接してもよい。このオリフィス２とモータダンパ５の設置態様において、ダンパーブレード５３が上流側オリフィス片２１と下流側オリフィス片２２から離れる方向に傾倒すると開度は上昇する。

［Ｃ．差圧検出手段］
差圧検出部３は、高圧側圧力取出口３１と、低圧側圧力取出口３２と、高圧側チューブ３３と、低圧側チューブ３４と、検出器３５とを有し、オリフィス２を境にして前後の差圧を検出する。

高圧側圧力取出口３１と低圧側圧力取出口３２は、ダクト１の管壁を貫くスリット又は孔である。この高圧側圧力取出口３１と低圧側圧力取出口３２は、ダクト１内外を導通させる中空端子で形成され、開口一端がダクト１の内壁面に対して面一に設けられている。

高圧側圧力取出口３１は、上流側オリフィス片２１の上流側近傍に、ダクト１の周方向に沿って複数設けられている。低圧側圧力取出口３２は、下流側オリフィス片２２の下流側近傍に、ダクト１の周方向に沿って複数設けられている。

ダクト１の外側に突出した高圧側圧力取出口３１の開口他端には、高圧側チューブ３３が取り付けられ、ダクト１の外側に突出した低圧側圧力取出口３２の開口他端には、低圧側チューブ３４が取り付けられる。

高圧側チューブ３３と低圧側チューブ３４は、それぞれ検出器３５に圧力を導く導圧管である。高圧側チューブ３３と低圧側チューブ３４は、ダイヤフラムシールとキャピラリチューブに置き換えてもよい。

検出器３５は、差圧伝送器であり、高圧側チューブ３３と低圧側チューブ３４の他端が取り付けられ、オリフィス２を境にした前後の圧力がそれぞれ導入される。検出器３５の内部には、感圧ダイヤフラムと差動キャパシタンスと増幅器とが設けられている。感圧ダイヤフラムは、高圧側チューブ３３と低圧側チューブ３４の開口間に設けられている。この感圧ダイヤフラムの設置空間は、封入液で満たされている。

検出器３５では、高圧側チューブ３３と低圧側チューブ３４が導入した両静圧の差に応じて感圧ダイヤフラムの歪み量が変化する。この感圧ダイヤフラムの歪み量を差動キャパシタンスで検出して電気信号に変換し、増幅器で電気信号を増幅して出力する。差動キャパシタンスの他にも、差動トランス方式や渦電流方式等の各種の変位センサに置き換えることができる。

［Ｄ．風量算出手段］
ＰＬＣ４は、プログラマブルロジックコントローラであり、風量を算出する風量算出手段、算出した風量を補正する補正手段、及び補正により得られた風量に基づきモータダンパ５の開度を制御する開度調節手段となる。このＰＬＣ４は、図３に示すように、風量算出部４１と、補正部４２と、開度調節部４３とを備え、補正部４３は、開度補正係数記憶部４４を備える。

風量算出部４１は、差圧検出部３から出力された電気信号が示す差圧ΔＰをデジタル信号に変換し、以下の数式（１）で演算処理することでダクト１内の風量ｑｖ（ｍ^３／ｈ）を算出する。

Ｃは非圧縮性流体の流れによって決められる係数で、実際の流量と理論流量との比である。Ｌｏはオリフィス２の管内に突出した断面積（ｍ^２）である。ρは温度と圧力から算出される流体密度であり、例えば、空気２０℃１気圧の場合には１．２ｋｇ／ｍ^３である。∂は圧縮係数やレイノルズ係数を加味した絞り直径比に基づく係数である。ｋｏは可変風量制御装置１００の個体差に基づき、実験により得られる係数である。

上記数式（１）に示すように、トリチェリの定理により静圧低下と風量とは二乗特性を有するため、トリチェリの定理に従い、且つ各種の係数を加味した演算式により差圧Δｐを演算処理することで風量ｑｖ（ｍ^３／ｈ）を算出する。尚、係数Ｃ、Ｌｏ、∂、及びｋｏは、実測値により算出し、風量算出部４１のメモリに予め記憶させておく。ＰＬＣ４には、タッチパネル等のユーザインターフェースを備え、ユーザインターフェースを操作することにより、これら係数Ｃ、Ｌｏ、∂、及びｋｏを入力し、風量算出部４１のメモリに記憶させておく。

補正部４２は、風量算出部４１が算出した風量ｑｖ（ｍ^３／ｈ）を温度、及びモータダンパ５の開度に応じて補正する。モータダンパ５の開度は、開度調節部４３から取得する。モータダンパ５の開度に基づく補正の際には、開度補正係数記憶部４４に記憶されている開度補正係数ｋｍを用いる。

図４は、開度補正係数記憶部４４に記憶されている開度補正係数ｋｍを示すグラフである。図４に示すように、開度補正係数記憶部４４には、モータダンパ５の各開度に対応する開度補正係数ｋｍが予め記憶されている。

補正部４２は、開度調節部４３からモータダンパ５の開度を読み出し、読み出した開度に対応する開度補正係数ｋｍを開度補正係数記憶部４４から読み出す。そして、以下の数式（２）に示すように、風量ｑｖに開度補正係数ｋｍを乗じて、真の風量Ｑｖを求める。

（数２）
Ｑｖ＝ｑｖ×ｋｍ ・・・数（２）

尚、補正部４２では、風量Ｑｖをダクト１の断面積で除することで、更に面風速γを求めるようにしてもよい。

［Ｅ．開度調節手段］
開度調節部４３は、モータダンパ５の開度を調節する。具体的には、ダンパーブレード５３の傾倒率を変更する。開度調節部４３には、予め所定の風量が記憶されている。この記憶されている風量は、給気系統と排気系統の各送風量のバランスにより定められている。開度調節部４３は、補正部４２が算出した風量Ｑｖと記憶されている風量とを比較する。そして、比較結果に応じたアナログ信号又はパルス信号を駆動信号としてモータダンパ５に入力し、ダンパーブレード５３の傾倒率を変更させる。比較の結果、風量Ｑｖと記憶されている風量とが一致すると、駆動信号の出力を停止する。

例えば、風量Ｑｖが記憶されている風量よりも小さければ、モータダンパ５の開度を高める方向にパルス信号を出力する。風量Ｑｖが記憶されている風量よりも大きければ、モータダンパ５の開度を下げる方向にパルス信号を出力する。

［２．作用・効果］
この可変風量制御装置１００を換気空調システムに設置し、ファンにより各送風量を送風し、モータダンパ５を各開度で開き、可変風量制御装置１００で風量を検出した。また、分離型として、従来のオリフィスとモータダンパとを十分に距離を置いて設置した態様においても同様に各送風量を送風し、風量を検出した。その検出結果を図５に示す。

図５に示すように、分離型と本実施形態に係る可変風量制御装置１００とが検出した風量は、各送風量及び各開度において精度よく一致していることがわかる。すなわち、モータダンパ５の開度に応じた開度補正係数で風量算出結果を補正することにより、精度よく風量を検出することができ、オリフィス２とモータダンパ５とを同一位置に設置した一体型の可変風量制御装置１００を実現することができる。

図６は、本実施形態に係る可変風量制御装置１００の設置態様を示す模式図であり、（ａ）は従来の設置態様を示し、（ｂ）は本実施形態に係る可変風量制御装置１００の設置態様を示す。

図６の（ａ）に示すように、従来は、天井高さが低い場合、オリフィスとモータダンパとの距離を十分に確保するために、クリーンルーム内外を繋ぐダクトを横引きし、横引きしたダクト内にオリフィスとモータダンパとを設置していた。そのため、ダクトの全長は長くなり、システムが大型化していた。

一方、図６の（ｂ）に示すように、本実施形態に係る可変風量制御装置１００を設置する場合には、可変風量制御装置１００がオリフィス２とモータダンパ５とを一体化してコンパクトに作成されているため、ダクトを横引きする必要はない。従って、ダクト長は著しく短縮され、設置コストが削減されるとともに、工期を短縮することができる。また、ダクト長が短縮されたことから換気空調システム全体の圧損も低下する。

このように、本実施形態に係る可変風量制御装置１００は、ダクト１内にオリフィス２とモータダンパ５を設け、オリフィス２が区切る２つの領域の差圧を検出する差圧検出部３と、差圧に基づいてダクト１内の風量を算出する風量算出部４１と、風量算出部４１で算出された風量に基づき、モータダンパ５の開度を調節する開度調節部４３とを備える。

そして、ダンパーブレード５３は、オリフィス２と同位置に設けられ、モータダンパ５の開度に応じて、風量の各補正係数を予め記憶する開度補正係数記憶部４４と、算出した風量をモータダンパ５の開度に応じた補正係数で補正する補正部４２とを備え、補正部４２により補正された風量に基づき、モータダンパ５の開度を調節するようにした。

これにより、オリフィス２とモータダンパ５の設置スペースがコンパクト化され、ダクト長を短縮することができ、コスト及び工期の削減を図ることができる。また、換気空調システム全体の圧損も低下する。

また、オリフィス２とダンパーブレード５３とを同一位置に設けるには、オリフィス２をダンパーブレード５３の回転軸５２と平行に２分割し、ダンパーブレード５３を挟み込んで設けるようにすればよい。

［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態に係る可変風量制御装置１００について説明する。この可変風量制御装置１００は、第１の実施形態に係る可変風量制御装置１００において、低圧側圧力取出口３４の設置位置が変更されている。

［１．構成］
図７は、この可変風量制御装置１００を示す側面図である。図７に示すように、低圧側圧力取出口３２は、ダンパーブレード５３の延び平面がダクト１の軸と略平行に倒れたときの先端位置の近傍に設置されている。モータダンパ５の開度が１００％であるとき、ダンパーブレード５３は、ダクト１の軸と略平行に倒れる。このとき、ダンパーブレード５３の先端位置と低圧取出口３２とは、ダクト１の軸方向の位置において数ｍｍ〜数ｃｍ程度の範囲内で一致する。

この低圧取出口３２の設置態様において、低圧側取出口３２は、ダンパーブレード５３がダクト１の軸と略平行に倒れたときの先端位置よりも下流側に設けられていることがより望ましい。

［２．作用効果］
図８は、オリフィス２とダンパーブレード５３とが同一位置に存在する場合の空気流を示す模式図である。図８に示すように、オリフィス２を通過した空気は、ダンパーブレード５３に衝突して、ダンパーブレード５３の上流側の面上で旋回流Ｓが発生している。そのため、ダンパーブレード５３の上流側の面上に存在する空気圧は、複雑に脈動している。尚、旋回流Ｓは、モータダンパ５の開度が大きくなればなるほど、弱体化する。

第２の実施形態に係る可変風量制御装置１００において、低圧側圧力取出口３２は、モータダンパ５の開度が小さい場合には、この旋回流Ｓの影響が大きい範囲から外れている。そのため、低圧側取出口３２に導入される圧力の脈動は小さい。また、モータダンパ５の開度が大きくなった場合には、旋回流Ｓは弱くなっているため、同様に、低圧側取出口３２に導入される圧力の脈動は小さい。換言すると、ダンパーブレード５３が略平行に倒れたときの先端位置近傍に低圧取出口３２が存在する場合には、低圧取出口３２から検出器３５へ導入される圧力のばらつきは小さくなる。

尚、ダンパーブレード５３が略平行に倒れたときの先端位置よりも下流に低圧取出口３２が存在する場合には、モータダンパ５の全ての開度において旋回流Ｓの影響外にあるため、低圧取出口３２から検出器３５へ導入される圧力のばらつきがより小さくなる。

従って、ダンパーブレード５３がダクト１の軸と略平行に倒れたときの先端位置の近傍に低圧側圧力取出口３２を設けた可変風量制御装置１００においては、どのタイミングで風量を算出しても、算出結果のばらつきは小さくなる。その結果、オリフィス２とダンパーブレード５３とを同一位置に設置した場合でも、より精度の高い風量算出が可能となる。そのため、より精度の高い風量制御を必要とする換気空調システムであっても、本可変風量制御装置１００を適用することが可能となる。

このように、本実施形態に係る可変風量制御装置１００では、低圧側圧力取出口３２は、ダクト１の軸方向において、ダンパーブレード５３がダクト１の軸と略平行に倒れたときの先端位置近傍に設けられている。より好ましくは、低圧側圧力取出口３２は、ダンパーブレード５３がダクト１の軸と略平行に倒れたときの先端位置よりも下流側に設けられている。従って、ダンパーブレード５３が発生させる旋回流による風量算出結果のばらつきを更に抑えることができ、高い風量制御を必要とする換気空調システムであっても可変風量制御装置１００を適用することが可能となる。

［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態に係る可変風量制御装置１００について説明する。図９は、第３の実施形態に係る可変風量制御装置１００の給気系統への設置例を示し、図１０は、第３の実施形態に係る可変風量制御装置１００の排気系統への設置例を示す。

図９及び図１０に示すように、第３の実施形態に係る可変風量制御装置１００は、ダンパーブレード５３をオリフィス２の下流へ距離１Ｄの位置に設けている。１Ｄは、ダクト１の内径と同一の距離である。この場合、オリフィス２を分割して設置する必要ない。

この設置態様において、ファン２００による風量を１００〜６００ｍ^３／ｈに変更しながら、オリフィス２を通過した風量とダクトの他の位置における風量とを比較する比較実験を行った。ダクトは、直径２００ｍｍのものを用いた。

ダクトの他の位置には、ピトー管３００を設置して風量を収集した。ピトー管３００は、空気流の圧力から風量を測定するものであり、末端がダクトの上流に向くように設置されている。給気系統においては、ピトー管３００をオリフィス２よりも上流へ距離３Ｄだけ離れた位置に設置し、排気系統においては、ピトー管３００をオリフィス２よりも上流へ距離３Ｄだけ離れた位置に設置した。

そして、ファン２００で１００ｍ^３／ｈ、２００ｍ^３／ｈ、３００ｍ^３／ｈ、４００ｍ^３／ｈ、５００ｍ^３／ｈ、６００ｍ^３／ｈの各風量を送風し、オリフィス２を通過した風量（オリ風量という）をＰＬＣ４で算出し、ピトー管３００で収集した風量（ＡＥ風量という）を基準にしたオリ風量の割合（％）を求めた。

図１１は、給気系統での上記実験結果を示し、図１２は、排気系統での上記実験結果を示す。図１１及び図１２に示すように、給気系統及び排気系統の何れも２００ｍ^３／ｈ以上の送風量においては、オリフィス２を通過したオリ風量とＡＥ風量との差が±３％以内に収まっていた。また、ダクト内が負圧となった場合であっても使用可能であることが確認された。

すなわち、本実施形態に係る可変風量制御装置１００は、ダンパーブレード５３をオリフィス２の下流へ１Ｄの位置に設けるようにしたため、ダンパーブレード５３とオリフィス２との相互作用による圧損の低下を防ぐことができ、コンパクト化を達成しつつ、省エネルギーを実現できる。

［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態に係る可変風量制御装置１００について説明する。図１３は、可変風量制御装置１００に設けられているオリフィス２をダクト１の軸と平行に切った断面を示す。

図１３に示すオリフィス２の突出長は低めに設定されている。また、オリフィス２は、上流及び下流の面が根元から先端まで直角に立ち上がるようになっており、ダクト１の軸と平行に切った断面において、先端の両角は直角に形成されている。なお、オリフィス２には、ＪＩＳにより標準化されているように、下流側に大きなエッジが穿設され、上流側に小さなエッジが穿設されているのが一般的である。

オリフィス２の突出長を低めに設定することで、オリフィス２とダンパーブレード５３の相互作用によって生じるシステム全体の圧損増大を防止することができる。一方、オリフィス２の突出長を低くすると、オリフィス２の前後で差圧が立ちにくくなるが、オリフィス２の両面を根元から先端まで直角に立ち上がるように形成することで、迅速且つ明確に差圧が立つようになる。従って、オリフィス２とダンパーブレード５３とを同位置若しくは近づけることによる弊害を抑制でき、より実効性の高い可変風量制御装置１００を提供することができる。
［その他の実施の形態］
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、第１乃至第４の実施形態を全て又はいずれかを組み合わせたものも包含される。各実施形態は、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができ、様々な形態で実施されることが可能である。そして、それらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１００ 可変風量制御装置
１ ダクト
２ オリフィス
２１ 上流側オリフィス片
２２ 下流側オリフィス片
３ 差圧検出部
３１ 高圧側圧力取出口
３２ 低圧側圧力取出口
３３ 高圧側チューブ
３４ 低圧側チューブ
３５ 検出器
４ ＰＬＣ
４１ 風量算出部
４２ 補正部
４３ 開度調節部
４４ 開度補正係数記憶部
５ モータダンパ
５１ モータ
５２ 回転軸
５３ ダンパーブレード
２００ ファン
３００ ピトー管
４００ ボリュームダンパ

Claims (5)

1. ダクト内を絞る風量検出用のオリフィスと、
   前記ダクト内にダンパーブレードを有し、開度の変更が可能なダンパと、
   前記オリフィスが区切る２つの領域の差圧を検出する差圧検出手段と、
   前記差圧に基づいて前記ダクト内の風量を算出する風量算出手段と、
   前記風量算出手段で算出された前記風量に基づき、前記ダンパの前記開度を調節する開度調節手段と、
   を備え、
   前記ダンパーブレードは、前記オリフィスの近傍に、当該オリフィスの中心と前記ダンパーブレードの中心が一致する位置に設けられ、
   前記風量算出手段は、
   前記ダンパーブレードによって前記オリフィス付近に生じる流速分布の偏りによる算出風量の誤差を補正する各補正係数を、前記ダンパの前記開度に応じて予め記憶する記憶手段と、
   前記算出した風量を前記ダンパの前記開度に応じた前記補正係数で補正する補正手段と、
   を備え、
   前記開度調節手段は、前記補正手段により補正された前記風量に基づき、前記ダンパの前記開度を調節すること、
   を特徴とする可変風量制御装置。
2. 前記オリフィスは、
   前記ダンパーブレードの回転軸と平行に２分割され、前記ダンパーブレードを挟み込んで設けられていること、
   を特徴とする請求項１記載の可変風量制御装置。
3. 前記差圧検出手段は、
   前記オリフィスよりも上流側に設けられた高圧側圧力取出口と、
   前記オリフィスよりも下流側に設けられた低圧側圧力取出口と、
   を備え、
   前記低圧側圧力取出口は、
   前記ダクトの軸方向において、前記ダンパーブレードが前記ダクトの軸と略平行に倒れたときの先端位置近傍に設けられていること、
   を特徴とする請求項１又は２記載の可変風量制御装置。
4. 前記低圧側圧力取出口は、
   前記ダンパーブレードが前記ダクトの軸と略平行に倒れたときの先端位置よりも下流側に設けられていること、
   を特徴とする請求項３記載の可変風量制御装置。
5. 前記オリフィスは、両面において根元から先端まで直角に立ち上がること、
   を特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の可変風量制御装置。

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