JP6509075B2 - 風量計 - Google Patents

Description

本発明は建物の換気口等から排出、流入する風量を測定するための風量計に関するものである。

従来管路中の風量を測定する風量測定装置としては、特許文献１に示されるように、ダクトを流れる気流の流れ方向に垂直に設けられた開口を持つ全圧センサとダクトの枠部分に開口を持つ静圧センサとを有し、ダクトの静圧センサ及び全圧センサから離れた位置に気流全体を整流する格子状整流器が設けられた風量測定装置が提案されている。

又特許文献２には管路中の風量を測定する風量測定装置であって、ダクトの流れ方向の寸法を短くするようにした風量測定装置が提案されている。この風量測定装置は、ダクトの内部に流体の流れに添うような偏平な中空体から成る全圧測定検知体と静圧測定検知体とを背中合わせに、又は一定間隔を隔てて配置し、ケーシングの上流側に整流器を設けたものである。

又特許文献３には小型化した形態で天井の吹き出し口などから排出又は流入する風量を測定するための風量測定装置が提案されている。この測定装置では風集フードに静圧検出器を設け、その開口に風量計量管を接続し、ダクトの下方に可変送風装置を設けて圧力計が室内に開放された状態で測定される室内静圧に等しくなるように送風機を起動して風量を測定する装置が示されている。

実開昭６０−８０３１６号公報 特許第３６１５３７１号公報 特開昭６１−１３１１２号公報

前述した特許文献１，２では、管路の途中に風量測定装置を設置する必要があるため、建築物の換気口等から排出されてきたり、排気口に流入する風量を容易に測定することができないという問題点があった。

又特許文献３による風量測定装置は、風集フードを排出口に押し付け、排出口より排出される空気の風量を風量測定装置に導いて排出される風量を測定しているが、可変送風装置等が必要で、構造が複雑になるという問題点があった。

又風量を測定する場合に、気体が流通するダクトの軸に垂直な面内の複数点で風速を測定し、平均化して断面積を乗じて風量とすることが考えられる。このようにして風速を測定する場合は、測定ポイントや平均回数，測定方法等の条件によって測定値が大きく変化し、測定精度が低くなってしまうという問題点があった。

本発明は建築物の換気口等から排出されたり、換気口に流入する風量を測定対象として、風量を高精度で簡単に測定することができる風量計を提供することを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の風量計は、一定の内径を有する筒状の本体と、前記本体の一端に着脱自在に取付けられ、本体の内径を拡大するフードと、前記本体内の両端から離れた位置の前記本体の内部の軸に垂直な面内に設けられ、互いに連通する複数の第１の検出管と、前記第１の検出管に隣接して前記本体の内部の軸に垂直な面内に設けられ、互いに連通する複数の第２の検出管と、前記本体内のフード側端部に設置され、内周の全てを被うように取付けられた整流格子と、正及び負の入力端を有し、入力端に加えられる気体の気圧差を検出する差圧センサと、前記第１，第２の検出管を夫々前記差圧センサの正及び負の入力端への入力と、夫々負及び正の入力端への入力とに切換える切換部と、前記本体の外周部に取付けられ、前記差圧センサにより前記フードから流入する気体又は前記フードから流出する気体の風量を演算する演算部と、前記演算部によって算出された風量を表示する表示部と、を具備するものである。

ここで前記演算部は、所定タイミング毎に前記切換部により第１，第２の検出管の接続を切換え、前記フードから流入及び流出する風量を交互に検出するものとしてもよい。

ここで前記第１の検出管は、前記本体内に互いに一定間隔ｄを隔てて平行に設けられた円筒形の複数のパイプであり、前記複数の第２の検出管は、前記本体内に前記第１の検出管に隣接して互いに前記一定間隔ｄを隔てて互いに平行に設けられた円筒形の複数のパイプであり、前記第１の検出管は、前記本体の他端に向けた複数の開口を有し、前記本体の内壁に隣接する検出管は検出管と内壁との間隔がｄ／２であり、前記開口の間隔は前記第１の検出管の間隔に等しい間隔ｄを隔てて設けられ、前記第２の検出管は、前記フード側に向けた複数の開口を有し、前記本体の内壁に隣接する検出管は検出管と内壁との間隔がｄ／２であり、前記開口の間隔は前記第２の検出管の間隔に等しい間隔ｄを隔てて設けられているようにしてもよい。

ここで前記風量計は、温度センサを有し、前記演算部は、前記温度センサからの温度によって空気密度を補正して風量を演算してもよい。前記演算部は前記差圧センサからの差圧を使用して風量の演算を行うが、空気密度を温度に基づいて補正することで風量の演算精度を高めることができる。

ここで前記演算部は、大気圧を入力する入力部を有し、空気密度を大気圧に基づいて補正して風量を演算するものとしてもよい。前記演算部は前記差圧センサからの差圧を使用して風量の演算を行うが、空気密度を大気圧に基づいて補正することで風量の演算精度を高めることができる。

このような特徴を有する本発明によれば、本体の差圧検出部よりフードから風量計に流入し、又はフードから排出されることにより変化する第１，第２の検出管の差圧から風速を測定し、風速値に断面積を乗じることによって風量を測定している。従って本発明によれば、フードを換気口等に接触させて測定することによって、換気口から排出又は換気口に流入する風量を極めて容易に測定することができるという効果が得られる。

図１は本発明の実施の形態による風量計の側面図である。 図２は本発明の実施の形態による風量計の主要部を示す断面図である。 図３は本発明の実施の形態による風量計の主要部の一部を切り欠いて示す斜視図である。 図４は本実施の形態による風量計の左側面図及び右側面図である。 図５は本実施の形態による風量計の差圧検出部の測定点を示す図である。 図６は本実施の形態による風量計の構成を示すブロック図である。 図７は本実施の形態による風量計の使用状態を示す概略図である。

図１は本発明の実施の形態による風量計のｚ軸方向から見た側面図であり、図２はｙ軸方向から見た主要部の断面図、図３は風速計の主要部を一部切り欠いて示す斜視図である。これらの図に示すように風量計１０はｘ軸に平行な中心軸を持つ本体１１を有している。本体１１は一定の断面積の略角筒状の筐体から成り、両端は開口している。本体１１の内径は例えば１０ｃｍ四方、フード１２の開口は３０ｃｍ四方とする。図１に示すように本体１１の右側端部には着脱自在のフード１２が設けられる。そして本体１１の左端には本体の内壁にスムーズに連なる吸い込みノズル１３が設けられている。本体１１の内部には吸い込みノズル１３の開口部分からほぼ内径に等しい長さを隔てた所定位置に差圧検出部１４が設けられ、右側開口から内側には本体１１の内径の全てに隙間なく整流格子１５が設けられる。又本体１１の上部には差圧検出部１４からの出力に基づいて差圧を算出するセンサ制御部１６が設けられている。又本体１１の下部には本体１１を測定位置に接触させるための伸縮自在の棒状の支持部１７が回転自在に取付けられている。支持部１７の一端は測定時にユーザが手で持ちやすいように把手１８が設けられている。

次に本体１１内部の差圧検出部１４について説明する。差圧検出部１４は図２及び図３に示すようにｘ軸に垂直なｙｚ平面内でｙ軸と平行に配置された円筒形パイプから成る第１の検出管２１〜２４と、隣接する他のｙｚ平面内でｙ軸と平行に配置された円筒形パイプから成る第２の検出管２５〜２８とを有している。第１の検出管２１〜２４と第２の検出管２５〜２８とは夫々ｚ軸に沿って一定間隔を隔てて配列されている。より具体的には図５（ａ）に示すように検出管２１と本体１１の内壁との間隔はｄ／２、検出管２１〜２４の夫々の間隔はｄ、検出管２４と内壁との間隔はｄ／２となるように配列されている。第２の検出管２５〜２８についても、図５（ｂ）に示すように検出管２５と内壁との間隔はｄ／２、検出管２５〜２８の夫々の間隔はｄ、検出管２８と内壁との間隔はｄ／２となるように配列されている。第１の検出管２１〜２４は図３に破線で示すように、本体１１の上部のセンサ制御部１６内のダクトを介して全て連通しており、センサ制御部１６に連結される。又第２の検出管２５〜２８も同様にして本体１１の上部のセンサ制御部１６内のダクトを介して全て連通しており、検出管２１〜２４とは独立してセンサ制御部１６に連結される。

第１の検出管２１〜２４には、吸い込みノズル１３に向けて等間隔に４つの微小な開口が設けられている。第１の検出管２１〜２４に設けられた開口は測定ポイントであり、これらの開口同士が前述した検出管間の間隔ｄと同一の間隔ｄとなり、開口と本体１１の内壁との間隔がｄ／２となるように設けられている。従って測定ポイントはｘ軸方向から本体１１を見て図５（ａ）に示すように正方形の断面に等間隔に配置されることとなる。即ち本体１１の正方形の測定断面は一点鎖線で示すように１６の等面積の正方形の領域に分割され、夫々の領域の中心に測定ポイントが位置することとなる。

同様にして第２の検出管２５〜２８には整流格子１５側に向けて等間隔で微小な開口が夫々４つ設けられている。第２の検出管２５〜２８に設けられている開口も測定ポイントとなる。これらの開口は開口同士が前述した検出管間の間隔ｄと同一の間隔ｄとなり、開口と本体１１の内壁との間隔がｄ／２となるように設けられている。これらの測定ポイントについても図５（ｂ）に示すように−ｘ軸方向から本体１１を見て等間隔に配置され、測定断面は一点鎖線で示すように１６の等面積の正方形の領域に分割され、夫々の領域の中心に測定ポイントが位置することとなる。

又図２に示すように本体１１の内壁の下部には、本体１１を通過する空気の温度を測定するための温度センサ２９が設けられている。

次に本体１１に取付けられるフード１２について図４を用いて説明する。フード１２は本体１１の開口面積をそのまま拡大するように構成されたものである。フード１２は図１に示す本体１１の右側面と同一径の枠状部１２ａ、これを拡大した枠状部１２ｂとこれらの枠状部１２ａ，１２ｂの夫々の四方を連結する円弧状の連結部を有している。又連結部の間は透明のフィルム１２ｃで覆われている。更にフード１２の形状を立体的に固定するための連結部材が設けられる。フード１２はこの風量計を住宅の換気口等に気密に接触させて風量を測定するために用いられる。フード１２の側面の透明フィルム１２ｃは、フード１２を換気口に接触させる際に気密に接触しているかどうかを容易に確認できるようにするためのものである。

次に整流格子１５について図４，図５を用いて説明する。整流格子１５はハネカム格子によって構成される。ハネカム格子は例えば硬質の塩化ビニールフィルム製で、セルサイズ８ｍｍ、フィルムの厚さ７５μｍの極めて薄いフィルムを六角柱のハネカム構造として形成したものである。整流格子１５は図４（ｂ）に示すように正面から見てハネカム構造が−ｘ軸方向に直面しているため、フード１２からこの風量計１０に入った空気がハネカム構造の整流格子１５によって整流されて、差圧検出部１４に加わることとなる。空気の方向が逆方向である場合には、吸い込みノズル１３から入った気流は整流されてフード１２から排出されることとなる。尚、整流格子１５の材質及び構造は上述したものに限定されるものではない。

次に図６はセンサ制御部１６と制御ユニット４０の構造を示すブロック図である。本図に示すように、差圧検出部１４の第１の検出管２１〜２４の一端及び第２の検出管２５〜２８の一端は夫々切換部３１を介して差圧センサ３２に与えられる。切換部３１は図示のように第１の検出管２１〜２４が切換部３１の正（＋）及び負（−）による入力端に接続され、第２の検出管２５〜２８の出力も切換部３１の正（＋）及び負（−）による入力端に接続される。切換部３１は第１，第２の検出管からの４入力を正入力及び負入力端を有する差圧センサ３２の２つの入力端に切換えるものである。即ち切換部３１は、第１の検出管２１〜２４の出力及び第２の検出管２５〜２８の出力を夫々差圧センサ３２の正及び負入力端に接続する第１の状態と、第１の検出管２１〜２４の出力及び第２の検出管２５〜２８の出力を夫々差圧センサ３２の負及び正の入力端に接続する第２の状態とを切換えるものである。差圧センサ３２は２つの入力端の一方を全圧Ｐ₀，他方を静圧Ｐ_Sとし、その差圧を検出するものである。差圧センサ３２の出力は演算増幅器３３で増幅され、Ａ／Ｄ変換器３４でデジタル値に変換されて制御ユニット４０に出力される。

又本体１１の内部に取付けられている温度センサ２９からの温度情報は、そのままデジタル信号として制御ユニット４０側に出力される。又センサ制御部１６にはこれらの各ユニットを動作させるための電源部３５が設けられている。

制御ユニット４０は図６に示すように、センサ制御部１６からの出力が与えられるＣＰＵ４１とキースイッチ４２、表示部４３、インターフェイス４４及びメモリ４５を有している。ＣＰＵ４１は後述するように周期的に差圧センサ３２への入力を切換えると共に、センサ制御部１６より供給されたＡ／Ｄ変換値に基づいて風量を演算する演算部である。キースイッチ４２は切換部３１の制御や測定時間、表示の切換えなどを入力し、大気圧補正を行う場合にはキースイッチ４２よりその時点での大気圧を入力する。表示部４３は風量や温度を表示するものである。又メモリ４５は測定したデータを保存するものであり、インターフェイス４４を介して外部のコンピュータとデータ連動を可能にするものである。インターフェイス４４としてはＵＳＢインターフェイスやワイヤレスインターフェイス等が用いられる。又制御ユニット４０にはセンサ制御部１６の電源部３５に電源を供給するバッテリーやＡＣアダプタ等の電源部４６が設けられている。

次にＣＰＵ４１における風量の演算について説明する。ここで求める風量Ｑと風速Ｖとの関係は以下の通りとなる。
Ｑ＝Ｃ×Ａ×Ｖ ・・・（１）
Ｑ：風量
Ｃ：流出係数
Ａ：流路面積
Ｖ：風速
ここで流出係数Ｃは吸い込みノズル１３等の形状によって定まる定数、Ａは本体１１の内側の断面積である。

次にベルヌーイの定理による気圧と流速との関係について説明する。本実施の形態では、センサ制御部１６は差圧センサ３２を用いており、本体１１を通過する気体の風上側で検出される全圧Ｐ₀と風下側で検出される静圧Ｐ_Sとの差圧を検出しているため、風速Ｖは以下の式で表される。
Ｖ＝（２ΔＰ／ρ）^1/2 ・・・（２）
ρ：空気密度（ｋｇ／ｍ³）
ΔＰ＝Ｐ₀−Ｐ_S

空気密度ρは、０℃，１気圧のときには１．２９３（ｋｇ／ｍ³）であり、温度ｔ（℃）、大気圧をＰ（atm）とすると、空気密度ρは大気圧Ｐに比例し、絶対温度に反比例するため、次式
ρ＝１．２９３Ｐ／（１＋ｔ／２７３．１５）
で求めることができる。従って差圧ΔＰと空気密度ρに基づいて式（２）及び（１）によって風量Ｑを求めることができる。このように空気密度ρを温度及び大気圧で補正することによって、そのときの温度や大気圧にかかわらず正確な風量を求めることができる。

図７はこの実施の形態の風量計を用いて風量を測定する状態を示す概略図である。測定を開始すると、まず操作者は制御ユニット４０のキースイッチ４２よりその時点での大気圧Ｐを入力する。次いで図７に示すように把手１８と制御ユニット４０とを持ち、風量計１０の本体１１を換気口に近づけ、フード１２を建物の換気口に押し当てて隙間が生じないように固定する。このときフード１２の側面が透明部材で構成されているため、確実に換気口に押し当てることができる。そして測定を開始すると、制御ユニット４０のＣＰＵ４１より切換部３１に所定タイミング、例えば０．５秒毎に信号を送り、差圧センサ３２の正負の入力を切換える。そして換気口から空気が流出する場合、空気が本体１１内の整流格子１５を介して差圧検出部１４に加わり、第２の検出管２５〜２８が差圧センサ３２の正入力に、第１の検出管２１〜２４が負入力に加わったときの差圧ΔＰを検出する。そして温度センサ２９からの温度と大気圧により空気密度ρを算出し、前述した式（２）により本体１１を通過する風速Ｖを演算する。そして式（１）により風量Ｑを演算する。これによって制御ユニット４０の表示部４３に風量を直接表示することができる。このようにして測定された風量はメモリ４６に順次記録される。

一方建物の換気口に空気が流入する場合には、吸い込みノズル１３からフード１２に向けて流入する風量を測定する。この場合には切換部３１により第１の検出管２１〜２４が差圧センサ３２の正入力に、第２の検出管２５〜２８が負入力に加わったときに、差圧センサ３２の差圧ΔＰを検出する。又温度センサ２９からの温度と大気圧により空気密度ρを算出し、前述した式（２）及び（１）によって吸い込みノズル１３からフード１２に向かう風量を演算して表示することができる。こうして測定された風量はメモリ４６に順次記録される。こうして記録された風量のデータはインターフェイス４４を介して外部に出力することができる。

このように切換部によって差圧センサへの入力を切換えることによって１つの差圧センサを用いて流入及び流出する風量を測定することができる。

本実施の形態では、本体の断面に多数の風速計を配置して平均値を測定したり、それに基づいて風量を測定することがないため、極めて容易に風量を測定することができる。又本体１１内に設けられている温度センサの温度を同時に表示することができる。

この実施の形態では風量計は測定ユニット４０と本体部１１及びフード１２に分離されている。従ってあらかじめ大小又は形状の異なるいくつかのフードを準備しておけば、測定対象に合った形状のフードに交換することができる。又フードを着脱自在とし、連結部材を取り外して折り畳むことによって可搬性を向上させることができる。

尚この実施の形態では本体１１の断面を略正方形状とし、図５に示すようにこの正方形の断面をＮ×ＭのＮＭ等分、ここではＮ＝Ｍ＝４として、１６等分した正方形の各領域の中心に測定ポイントを設けるようにしている。これに代えてＮ，Ｍをいずれも３や５など、他の整数値を用いてもよい。又ＮとＭとを異ならせて本体１１の断面を長方形状とし、ＮＭ個の正方形によってこの長方形の断面を等分し、各正方形の中心位置を測定ポイントとするようにしてもよい。又本体の断面を等分できるものであれば正方形に限定されるものではなく、分割した各領域の中心位置を測定ポイントとするものであればよい。従って本体１１は断面積が一定の筒状にする必要があるが、断面は正方形に限定されるものではなく、長方形、円形であってもよい。

尚この実施の形態では、制御部４０のキースイッチ４２から使用者が大気圧Ｐを入力し、ＣＰＵにて大気圧補正を行っているが、本体１１内に大気圧センサを設け、自動的に大気圧データに基づいて空気密度ρを補正するようにしてもよい。又本実施の形態では大気圧によって空気密度ρを補正するようにしているが、あらかじめ設定した標準大気圧を用いるようにすれば、大気圧による補正は必ずしも行う必要はない。

又この実施の形態では整流格子としてハネカム格子を用いているが、整流の機能を達成するものであれば他の構造のものであってもよい。

本発明の風量計は建築現場や住居のメンテナンスのツールとして広く用いることができる。

１０ 風量計
１１ 本体
１２ フード
１２ａ，１２ｂ 枠状部
１２ｃ 透明フィルム
１３ 吸い込みノズル
１４ 差圧検出部
１５ 整流格子
１６ センサ制御部
１７ 支持部
１８ 把手
２１〜２８ 検出管
２９ 温度センサ
３１ 切換部
３２ 差圧センサ
３３ 演算増幅器
３４ Ａ／Ｄ変換器
３５ 電源部
４０ 制御ユニット
４１ ＣＰＵ（演算部）
４２ キースイッチ（入力部）
４３ 表示部
４４ インターフェイス
４５ メモリ
４６ 電源部

Claims (5)

1. 一定の内径を有する筒状の本体と、
   前記本体の一端に着脱自在に取付けられ、本体の内径を拡大するフードと、
   前記本体内の両端から離れた位置の前記本体の内部の軸に垂直な面内に設けられ、互いに連通する複数の第１の検出管と、
   前記第１の検出管に隣接して前記本体の内部の軸に垂直な面内に設けられ、互いに連通する複数の第２の検出管と、
   前記本体内のフード側端部に設置され、内周の全てを被うように取付けられた整流格子と、
   正及び負の入力端を有し、入力端に加えられる気体の気圧差を検出する差圧センサと、
   前記第１，第２の検出管を夫々前記差圧センサの正及び負の入力端への入力と、夫々負及び正の入力端への入力とに切換える切換部と、
   前記本体の外周部に取付けられ、前記差圧センサにより前記フードから流入する気体又は前記フードから流出する気体の風量を演算する演算部と、
   前記演算部によって算出された風量を表示する表示部と、を具備する風量計。
2. 前記演算部は、所定タイミング毎に前記切換部により第１，第２の検出管の接続を切換え、前記フードから流入及び流出する風量を交互に検出するものである請求項１記載の風量計。
3. 前記第１の検出管は、
   前記本体内に互いに一定間隔ｄを隔てて平行に設けられた円筒形の複数のパイプであり、
   前記複数の第２の検出管は、
   前記本体内に前記第１の検出管に隣接して互いに前記一定間隔ｄを隔てて互いに平行に設けられた円筒形の複数のパイプであり、
   前記第１の検出管は、前記本体の他端に向けた複数の開口を有し、前記本体の内壁に隣接する検出管は検出管と内壁との間隔がｄ／２であり、前記開口の間隔は前記第１の検出管の間隔に等しい間隔ｄを隔てて設けられ、
   前記第２の検出管は、前記フード側に向けた複数の開口を有し、前記本体の内壁に隣接する検出管は検出管と内壁との間隔がｄ／２であり、前記開口の間隔は前記第２の検出管の間隔に等しい間隔ｄを隔てて設けられている請求項１又は２記載の風量計。
4. 前記風量計は、温度センサを有し、
   前記演算部は、前記温度センサからの温度によって空気密度を補正して風量を演算するものである請求項１〜３のいずれか１項記載の風量計。
5. 前記演算部は、大気圧を入力する入力部を有し、
   空気密度を大気圧に基づいて補正するものである請求項１〜４のいずれか１項記載の風量計。

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