JP6596361B2 - 流量制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、タービンを用いて流体の流量を制御するタービン式の流量制御装置に関する。
ビル等の空調制御システムや化学プラント等では、各種流体の流量を制御する流量制御装置として、流量制御バルブが用いられている。例えば、空調制御システムでは、空調機の熱交換器への冷温水の供給通路に流量制御バルブが設けられており、この流量制御バルブの開度を空調制御装置によって制御することにより、空調機の熱交換器への冷温水の供給量が制御され、空調機からの制御対象空間への調和空気の温度が調節される。
ところで、近年の地球環境に対する意識の高まりに伴い、空調制御システムにおける従来の流量制御バルブの置き換えとして、タービン式の流量制御装置の開発が進められている。例えば、特許文献１には、タービンの回転運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機を備え、上記発電機のトルクによって流路を流れる流体の流量を制御するとともに、上記発電機によって得られた電気エネルギーを流量制御装置内で使用するタービン式の流量制御装置が開示されている。
特開２０１５−９６７９１号公報
しかしながら、従来のタービン式の流量制御装置では、発電機のトルク制御のみによって流体の流量を制御しているため、流量制御のレンジアビリティが従来の流量制御バルブと比較して低いという問題がある。例えば、上述した従来のタービン式の流量制御装置のレンジアビリティは、差圧３０ｋＰａにおいて“４：１”程度であり、タービン式の流量制御装置を流量制御バルブの置き換えとして用いる場合には、実用上、“１００：１”程度のレンジアビリティが必要となる。
そこで、本願発明者らは、本願に先立って、配管から流れ込む冷温水を静翼を介して発電機を構成するタービンに通水するとともに、静翼を構成する羽根の角度と発電機のトルクとを制御することによって、冷温水の流量を制御するタービン式の流量制御装置を検討した。この流量制御装置によれば、流量制御のレンジアビリティを従来のタービン式の流量制御装置よりも向上させることが可能となる。
一方で、本願発明者らが検討した上記流量制御装置は、発電機のトルクと静翼の羽根の角度の制御量を高精度に算出するために静翼の羽根の角度を測定する必要があり、その測定には角度センサが用いられている。
一般に、角度センサは、精密機器であるため、高温多湿な環境や大きな振動が発生するような環境での使用には適さないが、流量制御装置は冷温水等の制御対象の流体が流れる配管等に直接設置されて使用されるため、流量制御装置に内蔵された角度センサにとっては劣悪な使用環境となる。そのため、上記流量制御装置内の角度センサの信頼性を長期的に保つことは容易ではなく、流量制御装置の信頼性が低下するおそれがある。
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、タービン式の流量制御装置の信頼性を向上させることを目的とする。
本発明に係る流量制御装置（１）は、流体を受けて回転するタービン（１６０）を有し、前記タービンの回転によって発電する発電機（１６）と、タービンと同軸に配置された基体（１７０）と、基体上に基体の軸（Ｐ）と直交する方向に延在するとともに流体を受ける主面（１７１ｂ）を有し、主面と基体の軸に直交する平面とのなすピッチ角度（Ａｇｖ）が変更可能に設けられた複数の羽根（１７１）とを備えた静翼（１７）と、ピッチ角度を推定する角度推定部（２６，３６）と、タービンの角速度（ω）と、発電機のトルク（Ｔ）と、角度推定部によって推定されたピッチ角度とに基づいて流体の流量を推定する流量推定部（１３１）と、流量推定部によって推定された流量（ＱZ）が流体の設定流量（Ｑref）に一致するように発電機のトルクを制御するとともにモータ（２５０，３５０）を駆動することによって羽根のピッチ角度（Ａｇｖ）を制御する制御部（１３２，１３３，１４，１５，２４，２５）とを備え、角度推定部は、モータの回転角度に基づいてピッチ角度を推定することを特徴とする。
上記流量制御装置において、上記制御部は、流量推定部によって推定された流量が流体の設定流量に一致するようにピッチ角度の目標値（Ａｇｖref）を算出するピッチ角度目標値算出部（１３３）と、羽根を駆動することによってピッチ角度を調節するモータ（２５０，３５０）と、羽根のピッチ角度がピッチ角度目標値算出部（１３３）によって算出されたピッチ角度の目標値に一致するようにモータの操作量（Ｐｓｔｍ，Ｔｓｍ）を算出し、その操作量に基づいてモータを駆動する静翼制御部（２４，３４）とを含み、ピッチ角度推定部は、モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値に対して、モータの操作量に応じた回転角度を累積加算または減算することにより、ピッチ角度の推定値（Ａｇｖ＿ｅ（ｎ））を算出してもよい。
上記流量制御装置において、モータ（２５０）はステッピングモータであり、モータの操作量はモータに入力されるパルス数（Ｐｓｔｍ）であってもよい。
上記流量制御装置において、モータ（３５０）は供給される交流電源が生成する回転磁界によって回転する同期モータであり、モータの操作量はモータの駆動時間（Ｔｓｍ）であってもよい。
なお、上記説明では、一例として、発明の構成要素に対応する図面上の参照符号を括弧を付して記載している。
以上説明したことにより、本発明によれば、タービン式の流量制御装置の信頼性を向上させることが可能となる。
図１は、実施の形態１に係るタービン式の流量制御装置を用いた空調制御システムの構成を示す図である。 図２は、実施の形態１に係る流量制御装置の内部構成を示すブロック図である。 図３は、実施の形態１に係る流量制御装置の外観の一部を示す斜視図である。 図４は、実施の形態１に係る流量制御装置の外観の一部を示す分解斜視図である。 図５は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼の構成を示す図である。 図６は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼のピッチ角度を説明するための図である。 図７は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼のピッチ角度（０度）の一例を示す図である。 図８は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼のピッチ角度（４５度）の一例を示す図である。 図９は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼のピッチ角度（０度）の一例を示す図である。 図１０は、実施の形態１に係る流量制御装置における静翼のピッチ角度（４５度）の一例を示す図である。 図１１は、無次元流量と無次元トルクとピッチ角度との関係を示す三次元曲面の一例を示す図である。 図１２は、実施の形態１に係る流量制御装置によるピッチ角度の調節および推定に係る処理の流れを示すフロー図である。 図１３は、実施の形態１に係る流量制御装置によるピッチ角度の調節および推定に係る別の処理の流れを示すフロー図である。 図１４は、実施の形態２に係る流量制御装置の内部構成を示すブロック図である。 図１５は、実施の形態２に係る流量制御装置によるピッチ角度の調節および推定に係る処理の流れを示すフロー図である。 図１６は、実施の形態２に係る流量制御装置によるピッチ角度の調節および推定に係る別の処理の流れを示すフロー図である。 図１７は、実施の形態３に係る流量制御装置の内部構成を示すブロック図である。 図１８は、実施の形態２に係る流量制御装置の変形例を示すブロック図である。
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。なお、以下の説明において、各実施の形態において共通する構成要素には同一の参照符号を付し、繰り返しの説明を省略する。
≪実施の形態１≫
図１は、本発明の実施の形態１に係るタービン式の流量制御装置を用いた空調制御システムの構成を示す図である。
同図に示される空調制御システム１は、例えばビル等の建物内の制御対象空間２の温度を調節するシステムである。具体的に、空調制御システム１は、空調機３，空調制御装置４、外部電源５、流量制御装置１００、および温度センサ６を含む。
空調機（ＦＣＵ）３は、制御対象空間２へ調和された空気を供給するための装置である。空調機３は熱交換器（冷温水コイル）３１とファン３２とを備えている。なお、空調機３の熱交換器３１としては、１つのコイルで冷房時は冷水として熱交換し、暖房時は温水として熱交換するシングルコイルタイプのものと、２つのコイルで冷房時は冷水コイルにて熱交換し、暖房時は温水コイルにて熱交換するダブルコイルのタイプのものとがある。この例において、熱交換器３１はシングルコイルタイプであるものとする。
流量制御装置１００は、空調機３の熱交換器３１に供給する冷温水の供給通路（流路）に設けられ、上記冷温水の流量を制御するためのタービン式の流量制御装置である。図１には、流量制御装置１００を空調機３の熱交換器３１から戻される冷温水の還水管路ＬＲに設けた場合が例示されているが、熱交換器３１に冷温水を供給する往水管路ＬＳに設けてもよい。
流量制御装置１００は、流量制御装置１００内部の発電機によって発電した電力により動作するが、発電した電力が不足するときには、外部電源５から電力が供給されて動作する。また、流量制御装置１００内部の発電機によって発電した余剰電力は、商用電源に回生し、他のコントローラやセンサ等に供給される。なお、流量制御装置１００の具体的な構成については後述する。
制御対象空間２には、制御対象空間２内の温度を室内温度として計測する温度センサ６が設けられている。温度センサ６によって計測された室内温度の計測値ｔｐｖの情報は空調制御装置４に送信される。
空調制御装置（コントローラ）４は、室内温度の計測値ｔｐｖと室内温度の設定値ｔｓｐとの偏差がゼロとなるように、熱交換機３１に供給される冷温水の設定流量Ｑｓｐを算出し、算出した設定流量Ｑｓｐの情報を流量制御装置１００に与える。
空調制御システム１によれば、空調制御装置４によって流量制御装置１００を流れる冷温水の流量を制御することにより、空調機３の熱交換器３１への冷温水の供給量が制御され、空調機３から制御対象空間２への調和空気の温度が調節される。
次に、上記空調制御システム１に適用可能な、本発明の一実施の形態に係る流量制御装置１００について具体的に説明する。
図２〜４は、実施の形態１に係る流量制御装置１００の構成を示す図である。
図２には、流量制御装置１００の内部構成を示すブロック図が示され、図３には、流量制御装置１００の外観の一部を示す斜視図が示され、図４には、図３に示した流量制御装置１００の分解斜視図が示されている。
流量制御装置１００は、配管から流れ込む冷温水を静翼を介して発電機を構成するタービンに通水するとともに、静翼を構成する羽根の角度と発電機のトルクとを制御することによって、冷温水の流量を制御するタービン式の流量制御装置である。流量制御装置１００は、静翼を構成する羽根の角度を検出するための角度センサを有していない角度センサレス構造であることを一つの特徴としている。
図２に示されるように、流量制御装置１００は、データ通信部１１、システム制御部１２、流量制御部１３、インバータ制御部１４、インバータ１５、発電機１６、静翼１７、蓄電部１８、電源部１９、商用電源回生部２０、位置センサ２１、記憶部２２、静翼制御部２４、駆動部２５、および角度推定部２６を備えており、空調制御装置４との間および外部電源５との間は有線で接続されている。
上述のデータ通信部１１、システム制御部１２、流量制御部１３、記憶部２２、インバータ制御部１４、静翼制御部２４、角度推定部２６、電源部１９、商用電源回生部２０等の流量制御装置１００を構成する各機能部は、例えば、プロセッサ、クロック回路、通信回路、記憶装置、デジタル入出力回路、アナログ入出力回路、パワーエレクトロニクス回路などからなるハードウェアと、これらのハードウェアと協働して各種機能を実現させるプログラムとによって実現されている。
流量制御装置１００は、管路（図１の例の場合、還水管路ＬＲ）から流れ込む冷温水を静翼１７を介して発電機１６を構成するタービン１６０に通水するとともに、発電機１６のトルクと静翼１７とを制御することによって、冷温水の流量を制御する。
先ず、流量制御装置１００内部の流路に配置される静翼１７および発電機１６について説明する。
図４に示されるように、発電機１６のタービン１６０と静翼１７とは、流量制御装置１００内部の冷温水が通水する流路内に、それらの軸心と上記流路の軸心とが一致するように配置されている。
発電機１６は、冷温水の水流によって回転するタービンの回転によって発電する機能部である。図４に示されるように、発電機１６は、タービン（回転子）１６０と固定子１６１とを含む。タービン１６０は、流量制御装置１００内部の流路の軸Ｐと同軸に配置されている。図示はしないが、タービン１６０は、例えば、永久磁石を組み込んだリングの内側に一体的に設けられた羽根車から構成されており、管路を流れる冷温水の水流を受けて上記リングと上記羽根車とが一体となって回転する。固定子１６１には、コイルが巻かれており、このコイルを固定子巻線として、タービン１６０の回転による電磁誘導により発電する。
位置センサ２１は、タービン１６０を構成する上記リングに組み込まれた永久磁石の磁極の位置をタービン１６０の磁極位置として検出する。位置センサ２１としては、例えばホールＩＣ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ等を用いることができる。
なお、本実施の形態では、位置センサ２１を設ける場合を一例として示しているが、位置センサ２１以外の別の手段によって、タービン１６０の磁極位置の検出とタービン１６０の角速度の算出を実現することができるのであれば、位置センサ２１を設けなくてもよい。また、上記別の手段と位置センサ２１とを組み合わせた構成としてもよい。なお、この場合の位置センサ２１としては、上記と同様に、例えばホールＩＣ、インクリメンタルエンコーダ、アブソリュートエンコーダ等を用いることができる。
静翼１７は、冷温水の水流を受けても回転しないように上記流路内に固定され、流体（冷温水）を整流する。具体的に、静翼１７は、図５に示されるように、タービンと同軸に配置された基体１７０と、基体１７０上に基体１７０の軸（軸Ｐ）と直交する方向に延在する複数の羽根１７１とを有する。
複数の羽根１７１は、基体１７０上に基体１７０の軸（軸Ｐ）と直交する方向に延在するとともに、基体１７０の円周方向に例えば等間隔で並んで配置されている。図６に示されるように、夫々の羽根１７１は、流体を受ける主面１７１ｂと基体１７０の軸（軸Ｐ）に直交する平面（Ｘ−Ｚ面）とのなす角（以下、「ピッチ角度」と称する。）Ａｇｖが調節可能となっている。なお、以下の説明では、各羽根１７１のピッチ角度Ａｇｖを、「静翼１７のピッチ角度Ａｇｖ」と称することがある。
本実施の形態では、一例として、図６に示されるように、直線Ｂと直線Ａとのなす角をピッチ角Ａｇｖとしている。ここで、直線Ｂは、静翼１７をＺ方向からみたときに、羽根１７１を基体１７０の外周面に支持するとともに羽根１７１を回動させる回動軸１７２と羽根１７１の端部１７１ａとを結ぶ直線である。また、直線Ａは、回動軸１７２を通り、且つ軸Ｐに直交する平面（Ｘ−Ｚ面）と平行な直線である。
図７〜１０に静翼１７のピッチ角度Ａｇｖの調節例を示す。
図７には、ピッチ角度Ａｇｖ＝０度のときのＺ軸方向から見た静翼１７の斜視図が示され、図８には、ピッチ角度Ａｇｖ＝４５度のときのＺ軸方向から見た静翼１７の斜視図が示されている。また、図９には、ピッチ角度Ａｇｖ＝０度のときのＹ軸方向から見た静翼１７の平面図が示され、図１０には、ピッチ角度Ａｇｖ＝４５度のときのＹ軸方向から見た静翼１７の平面図が示されている。
図７〜１０から理解されるように、静翼１７のピッチ角度Ａｇｖを大きくすることにより、流量制御装置１００内に流れ込む冷温水の流量を増やすことができる。
次に、流量制御装置１００におけるタービン１６０と静翼１７とを制御するための周辺の機能部について図２を用いて説明する。
データ通信部１１は、空調制御装置４との間で各種データの送受信を行う機能部である。データ通信部１１は、例えば、冷温水の流量の設定値等のデータを空調制御装置４から受信するとともに、流量制御装置１００の内部状態（動作状態等）に関するデータを空調制御装置４へ送信する。
システム制御部１２は、流量制御装置１００のシステム全体を統括的に制御するための機能部である。システム制御部１２は、例えば、データ通信部１１によって受信した各種設定値等の受信データを入力し、流量制御装置１００の内部状態等の送信データをデータ通信部１１へ出力する。また、システム制御部１２は、例えば、データ通信部１１によって受信した受信データから冷温水の流量の目標値（以下、「流量目標値」と称する。）Ｑrefを取り出し、この取り出した流量設定値Ｑrefを流量制御部１３へ出力する。
流量制御部１３は、インバータ制御部１４およびインバータ１５を介して発電機１６のタービン１６０を制御するとともに、静翼制御部２４および駆動部２５を介して静翼１７のピッチ角度を制御することにより、冷温水の流量を制御するための機能部である。具体的に、流量制御部１３は、流量推定部１３１と、トルク目標値算出部１３２と、ピッチ角度目標値算出部１３３とを含む。
流量推定部１３１は、タービン１６０の角速度ωと、発電機１６のトルクＴと、角度推定部２６によって算出されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿eとに基づいて、流体の流量を推定する機能部である。以下、流量推定部１３１による流量推定値ＱZの算出方法について詳細に説明する。
従来から、タービン式の流量制御装置における無次元流量π q と無次元トルクπ t は、流量，トルク目標値，角速度に着目してバッキンガムのπ定理に基づいて次元解析を行うことにより、式（１）および式（２）によって定義できることが知られている。
ここで、ρ［ｋｇ／ｍ3］は流体の密度、Ｄ［ｍ］はタービン１６０の直径（流量制御装置１００内部の流路の内径）、Ｑは流体（冷温水）の流量、ωはタービン１６０の角速度、Ｔrefは発電機１６のトルク目標値である。
また、本願発明者らの検討によれば、タービン式の流量制御装置において、無次元流量π q と、無次元トルクπ t と、ピッチ角度Ａｇｖとの関係は、図１１に示されるような一つの三次元曲面３００によって表すことができる。
また、無次元流量π q と流量Ｑとの間には、上述の式（１）に示した関係が成り立つことから、流量制御装置１００を流れる冷温水の流量推定値Ｑ z は、式（３）によって表すことができる。
上述した、密度ρ、タービン１６０の直径Ｄ、式（２），（３）等の関係式、および３次元曲面を表す関係式等の流量制御の演算に必要な各種の情報は、関数情報２２１として記憶部２２に予め記憶される。流量推定部１３１は、関数情報２２１を記憶部２２から読み出して所定の演算を行うことにより、流量を推定する。
具体的には、先ず、流量推定部１３１は、記憶部２２に関数情報２２１として記憶された、密度ρ、直径Ｄ、および式（２）の関係式の情報を読み出して、式（２）を計算することにより、無次元トルクπ t を算出する。
次に、流量推定部１３１は、算出した無次元トルクπ t の値と、後述する角度推定部２６によって算出されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅと、記憶部２２から読み出した３次元曲面を表す関係式の情報とに基づいて、無次元流量π q を算出する。
その後、流量推定部１３１は、算出した無次元流量π q と記憶部２２から読み出した式（３）の情報に基づいて、流量推定値Ｑzを算出する。以上の演算により、流量推定値Ｑzが求められる。
トルク目標値算出部１３２は、流量推定部１３１によって推定された冷温水の流量（以下、「流量推定値」と称する。）ＱZが流量設定値Ｑrefに一致するように発電機１６のトルク目標値Ｔrefを算出する機能部である。例えば、トルク目標値算出部１３２は、流量目標値Ｑrefと流量推定値ＱZとの差分に基づくＰＩ（Ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎａｌ−Ｉｎｔｅｇｒａｌ）制御則によって、トルク目標値Ｔrefを算出する。
ピッチ角度目標値算出部１３３は、流量推定値ＱZが流量設定値Ｑrefに一致するように静翼１７のピッチ角度目標値Ａｇｖrefを算出する機能部である。例えば、ピッチ角度目標値算出部１３３は、流量目標値Ｑrefと流量推定値ＱZとの差分に基づくＰＩ制御則によって、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefを算出する。
記憶部２２は、流量制御装置１００における各種のデータ処理を実現するための各種のプログラムや各種パラメータ等の情報を記憶する記憶部である。例えば、記憶部２２には、上述した流量の推定処理に用いられる関数情報２２１、および後述するピッチ角度の推定処理に用いられる駆動部２５のモータに関する情報（以下、「モータ情報」と称する。）２２２等が格納されている。
インバータ制御部１４は、インバータ１５を制御するための機能部である。具体的に、インバータ制御部１４は、発電機１６のトルクがトルク目標値Ｔrefとなるようにトルク制御則によりインバータ１５への相電圧設定値を演算する。また、インバータ制御部１４は、位置センサ２１によって検出されたタービン１６０の磁極位置からタービン１６０の現在の角速度ωを算出するとともに、インバータ１５からの発電機１６の固定子１６１の固定子巻線の現在の相電圧値および相電流値からタービン１６０の現在のトルクＴを算出する。算出された角速度ωおよびトルクＴは、流量推定部１３１による流量推定値ＱZの算出に用いられる。インバータ１５は、電源部１９からの主電源を受けて動作する。インバータ制御部１４によって算出された相電圧設定値に応じた相電圧を発電機１６の固定子１６１の固定子巻線に印加するとともに、発電機１６で発電された電力を蓄電部１８に供給する。
電源部１９は、外部電源５からの電力と、蓄電部１８に蓄積されている電力とを入力とし、流量制御装置１００内の各機能部に電源を供給する。本実施の形態では、電源部１９からインバータ１５へ供給される電源を主電源とし、電源部１９からデータ通信部１１、システム制御部１２、流量制御部１３、インバータ制御部１４、静翼制御部２４、角度推定部２６、および記憶部２２等へ供給される電源を制御電源と称する。
電源部１９は、外部電源５からの電力と蓄電部１８に蓄積されている電力とを合わせた電力を各機能部に分配するが、蓄電部１８に蓄積されている電力を優先的に分配する。例えば、蓄電部１８に蓄積されている電力で不足が生じる場合には、外部電源５から供給される電力と合わせた電力を各機能部に分配し、蓄電部１８に蓄積されている電力が余る場合には、その余った電力を余剰電力として商用電源回生部２０を介して商用電源（この例では、外部電源５）に回生し、他のコントローラおよびセンサ等に電力を供給する。
駆動部２５は、後述する静翼制御部２４によって設定されたモータの操作量に基づいて静翼１７の羽根１７１を駆動することにより、ピッチ角度を調節する機能部である。例えば、駆動部２５は、静翼１７の羽根１７１を回動せるモータ２５０と、静翼制御部２４に設定されたモータ２５０の操作量に基づいて、モータ２５０を駆動するための駆動信号（例えば電気信号）を生成する駆動回路（図示せず）と、モータ２５０の回転運動を羽根１７１の回転運動に変換する動力伝達機構（図示せず）とから構成されている。
モータ２５０は、例えばステッピングモータである。以下、モータ２５０をステッピングモータ２５０と表記する場合がある。上記動力伝達機構は、例えば、モータの回転運動を静翼１７の回動軸１７２の回転運動に変換することにより、回動軸１７２に連結されている羽根１７１を回動させて、静翼１７のピッチ角度Ａｇｖを変化させる。上記動力伝達機構としては、例えば、従来から知られているリンク機構等を適用することができる。
なお、駆動部２５の上記駆動回路および上記動力伝達機構は、ステッピングモータ２５０によって静翼１７のピッチ角度を制御可能な構造を有していればよく、上記リンク機構に限定されるものではない。
静翼制御部２４は、駆動部２５を制御することにより、静翼１７のピッチ角度を制御するための機能部である。具体的に、静翼制御部２４は、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefと一致するように、駆動部２５を構成するステッピングモータの操作量を算出し、その操作量を駆動部２５に設定する。より具体的には、静翼制御部２４は、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefと一致するように上記ステッピングモータの操作量としてのパルス数Ｐｓｔｍを算出し、駆動部２５に入力（設定）する。パルス数Ｐｓｔｍが設定された駆動部２５は、上記駆動回路によってパルス数Ｐｓｔｍに応じたパルス信号を生成し、ステッピングモータ２５０に供給することにより、静翼１７の羽根１７１を回動させる。
角度推定部２６は、ステッピングモータ２５０の回転角度に基づいてピッチ角度Ａｇｖを推定する。より具体的には、角度推定部２６は、下記式（４）を計算することによってピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する。
ここで、Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）は、ピッチ角度の推定値を示し、Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）は直前に算出されたピッチ角度の推定値を示している。また、Ａｓｔｍは、ステッピングモータ２５０のステップ角度〔ｄｅｇ／Ｐｓｔｍ〕であり、例えばモータ情報２２２として予め記憶部２２に記憶されている。また、Ｐｓｔｍは、上述したように、ステッピングモータ２５０の操作量としてパルス数であり、静翼制御部２４によって算出された値である。
式（４）に示すように、例えばステッピングモータ２５０と静翼１７の各羽根１７１との間の動力伝達機構に減速機構がない場合、モータの回転角度を表す“Ｐｓｔｍ×Ａｓｔｍ”がピッチ角度の変動量となる。このピッチ角度の変動量に、その直前に算出したピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）を加算または減算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を求めることができる。算出されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）は、流量推定部１３１に入力され、上述した流量推定に係る演算に用いられる。
次に、ピッチ角度の調節および推定に係る処理の流れについて説明する。
図１２は、流量制御装置１００によるピッチ角度の調節および推定の処理の流れを示すフロー図である。
例えば、流量制御部１３（ピッチ角度目標値算出部１３３）によって算出されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefが静翼制御部２４に設定（入力）されると、ピッチ角度の調節および推定に係る処理が開始される。
先ず、静翼制御部２４が、ステッピングモータ２５０を原点復帰させる（Ｓ１）。例えば、ステッピングモータ２５０が原点に来たことを検出するためのスイッチを別途設けておき、静翼制御部２４がステッピングモータ２５０を動作させ、上記スイッチから検出信号が出力されたら、ステッピングモータ２５０の動作を停止する。
次に、角度推定部２６が、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値を“０”に設定する（Ｓ２）。
次に、静翼制御部２４が、ピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefがとなるパルス数Ｐｓｔｍを算出し、算出したパルス数Ｐｓｔｍをモータの操作量として駆動部２５に入力（設定）する（Ｓ３）。パルス数Ｐｓｔｍの算出方法は、上述した式（４）と同等の関係式を用いて算出することができる。例えば、上記式（４）のＡｇｖ＿ｅ（ｎ）に“Ａｇｖref”を代入し、Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）に“０”を代入し、Ａｓｔｍとして記憶部２２に記憶された値を代入して、Ｐｓｔｍについて解くことにより、ピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefとなるパルス数Ｐｓｔｍを算出ことができる。
このとき、静翼制御部２４は、駆動部２５に設定したパルス数Ｐｓｔｍの情報を角度推定部２６にも設定（入力）する。
次に、駆動部２５が、設定されたパルス数Ｐｓｔｍに基づいてステッピングモータ２５０を駆動する（Ｓ４）。また、角度推定部２６が、上述したように、設定されたパルス数Ｐｓｔｍに基づいて上記（４）を計算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する（Ｓ５）。
例えば、ステッピングモータ２５０を原点復帰させた直後の最初（１回目）に実行されるステップＳ５では、式（４）の“Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）”として、ステップＳ２で設定されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値（＝０）が代入され、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）が算出される。一方、２回目以降に実行されるステップＳ２５では、式（４）の“Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）”として、直前のステップＳ５において算出したピッチ角度の推定値が代入されて、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）が算出される。
すなわち、角度推定部２６は、モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値（Ａｇｖ＿ｅ＝０）に対して、モータの操作量（例えばパルス数Ｐｓｔｍ）に応じたモータの回転角度を累積加算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する。
その後、静翼制御部２４が、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されたか否かを判定する（Ｓ６）。ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更された場合には、ステップＳ３に戻り、ピッチ角度が変更後のピッチ角度目標値Ａｇｖrefに一致するように上述の処理（Ｓ３〜Ｓ６）が実行される。一方、ステップＳ６において、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されていない場合には、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されるまで、ピッチ角度が固定される。
以上の処理により、静翼１７のピッチ角度の調節とピッチ角度の推定が行われる。
最後に、流量制御装置１００による全体的な動作の流れについて説明する。
先ず、流量制御装置１００は、冷温水の供給先の負荷変動により、空調制御装置４からの冷温水の新たな流量目標値Ｑrefをデータ通信部１１によって受信する。データ通信部１１によって受信した流量目標値Ｑrefは、システム制御部１２へ送られる。
次に、システム制御部１２は、流量目標値Ｑrefの情報を流量制御部１３へ送る。流量制御部１３では、先ず、流量推定部１３１が、インバータ制御部１４によって算出されたタービン１６０の角速度ωおよびトルクＴの情報と、角度推定部２６によって推定されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの情報とに基づいて、上述した手法により流量推定値ＱZを算出する。
その後、トルク目標値算出部１３２は、流量推定部１３１によって算出された流量推定値ＱZが流量目標値Ｑrefに一致するようなトルク目標値Ｔrefを上述した手法により算出し、インバータ制御部１４に送る。また、ピッチ角度目標値算出部１３３は、流量推定部１３１によって算出された流量推定値ＱZが流量目標値Ｑrefに一致するようなピッチ角度目標値Ａｇｖrefを上述した手法により算出し、静翼制御部２４に送る。
インバータ制御部１４は、流量制御部１３からのトルク目標値Ｔrefを受けて、発電機１６の発電機１６のトルクＴがトルク目標値Ｔrefと一致するような相電圧設定値を算出してインバータ１５へ送り、インバータ１５は、インバータ制御部１４からの相電圧設定値を受けて、発電機１６の固定子１６１の固定子巻線に上記相電圧設定値に応じた相電圧を供給する。
また、静翼制御部２４は、ピッチ角度目標値算出部１３３からのピッチ角度目標値Ａｇｖrefを受けて、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefと一致するように、ステッピングモータ２５０の操作量としてのパルス数Ｐｓｔｍを算出し、駆動部２５に設定する。駆動部２５は、設定されたパルス数Ｐｓｔｍに応じてステッピングモータ２５０を駆動して静翼１７の各羽根１７１を回動させることにより、静翼１７のピッチ角度を調節する。
以上の制御により、発電機１６のトルクＴがトルク目標値Ｔrefに合わせ込まれるとともに、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖrefに合わせ込まれ、流量制御装置１００内の流路を流れる冷温水の流量が流量目標値Ｑrefとなるように調節される。
以上、本発明に係る流量制御装置によれば、モータの回転角度に基づいて算出した静翼のピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅを用いて流量制御を行うので、静翼１７のピッチ角度を検出するための角度センサが不要となる。これにより、流量制御装置が配置されるような過酷な環境下であっても、角度センサの信頼性に起因する流量制御装置の信頼性の低下を回避することができる。
また、上記流量制御装置によれば、モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値（Ａｇｖ＿ｅ＝０）に対して、モータの操作量（例えばパルス数Ｐｓｔｍ）に応じたモータの回転角度を累積加算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出するので、複雑な演算処理を用いることなく、高精度にピッチ角度を推定することが可能となる。
また、静翼の羽根を回動させるモータとして、ステッピングモータを用いることにより、静翼のピッチ角度の高精度な制御が可能となるとともに、モータの回転角度の算出が容易となる。
なお、実施の形態１に係る流量制御装置１００では、ピッチ角度の調節および推定に係る処理において、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefから必要なステッピングモータ２５０の操作量（パルス数Ｐｓｔｍ）を算出し、その操作量に基づいてステッピングモータ２５０を駆動する制御手法を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、静翼による流量制御には高速な応答が必要ないことから、例えばステッピングモータ２５０を単位ステップずつ回転させ、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖ ref に一致したら、ステッピングモータ２５０の回転を止める制御手法を採用することも可能である。以下に具体例を示す。
図１３は、流量制御装置１００によるピッチ角度の調節および推定に係る別の処理の流れを示すフロー図である。
上述した図１２の処理フローと同様に、算出されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefが静翼制御部２４に設定されると、静翼制御部２４がステッピングモータ２５０を原点復帰させ（Ｓ１）、角度推定部２６がピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値を“０”に設定する（Ｓ２）。
次に、静翼制御部２４は、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅがピッチ角度目標値Ａｇｖrefに一致するまで、単位パルス数Ｐｓｔｍ＿０を駆動部２５に繰り返し設定することにより、ステッピングモータを段階的に回転させる。具体的には、先ず、静翼制御部２４は、単位パルス数Ｐｓｔｍ＿０を駆動部２５に設定する（Ｓ８）。ここで、単位パルス数Ｐｓｔｍ＿０は、１以上の値であればよく、その値を特に限定されない。
次に、駆動部２５が、設定されたパルス数Ｐｓｔｍ＿０に基づいてステッピングモータ２５０を駆動する（Ｓ９）。また、角度推定部２６が、設定されたパルス数Ｐｓｔｍ＿０に基づいて、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する（Ｓ１０）。算出方法は、図１２の場合と同様である。
次に、静翼制御部２４が、ステップＳ１０で算出したピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefが一致するか否かを判定する（Ｓ１１）。ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefとが一致しない場合には、再び、ステップＳ８に戻り、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）がピッチ角度目標値Ａｇｖrefに一致するまで、駆動部２５に設定するパルス数をＰｓｔｍ＿０ずつ増加させてステッピングモータ２５０を段階的に回転させる（Ｓ８〜Ｓ１１）。ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefとが一致した場合には、ステッピングモータ２５０の回転を停止し、静翼１７の回転を停止させる（Ｓ１２）。
その後、静翼制御部２４は、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されたか否かを判定する（Ｓ１３）。ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更された場合には、ステップＳ８に戻り、ピッチ角度が変更されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefとなるように上述の処理（Ｓ３〜Ｓ６）が実行される。一方、ステップＳ１３において、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されていない場合には、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されるまで、ピッチ角度を固定する。
以上の処理フローによれば、図１２に示した処理フローと同様に、ステッピングモータ２５０を用いた静翼１７のピッチ角度の調節と、ステッピングモータ２５０の回転角度に基づくピッチ角度の推定を実現することができる。
≪実施の形態２≫
図１４は、実施の形態２に係る流量制御装置の内部構成を示すブロック図である。
実施の形態２に係る流量制御装置１０１は、ステッピングモータの代わりに同期モータを有し、その同期モータの回転角度に基づいて静翼のピッチ角度を推定する点において、実施の形態１に係る流量制御装置１００と相違し、その他の点においては実施の形態１に係る流量制御装置１００と同様である。なお、以下では、実施の形態２に係る流量制御装置１０１における実施の形態１に係る流量制御装置１００と相違する点について詳細に説明し、実施の形態１に係る流量制御装置１００と同一の内容については、詳細な説明を省略する。
図１４に示すように、流量制御装置１０１は、ステッピングモータ２５０の代わりに同期モータ３５０を有する。ここで、同期モータ３５０は、供給される交流電源（例えば５０Ｈｚまたは６０Ｈｚの商用電源）が生成する回転磁界によって回転するモータである。
静翼制御部３４は、静翼１７のピッチ角度Ａｇｖがピッチ角度目標値Ａｇｖrefと一致するように、駆動部３５を構成する同期モータ３５０の操作量を算出し、その操作量に基づいて同期モータ３５０を駆動する。より具体的には、静翼制御部３４は、静翼１７のピッチ角度Ａｇｖがピッチ角度目標値Ａｇｖrefと一致するように、同期モータ３５０の操作量として、モータに電力を供給する時間（以下、「駆動時間」という。）Ｔｓｍを算出し、駆動部３５に設定する。駆動時間Ｔｓｍが設定された駆動部３５は、駆動回路によって、駆動時間Ｔｓｍの期間だけ同期モータ３５０に対して交流電力を供給することにより、同期モータ３５０を駆動し、静翼１７の羽根１７１を回動させる。
角度推定部３６は、駆動部３５を構成する同期モータ３５０の回転角度に基づいてピッチ角度Ａｇｖを推定する。より具体的には、角度推定部３６は、下記式（５）を計算することによってピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する。
ここで、Ｎは同期モータ３５０の同期回転数〔ｒｐｍ〕、Ｇは同期モータ３５０と静翼１７の羽根１７１との間の減速比である。同期回転数Ｎおよび減速比Ｇの情報は、例えばモータ情報２２２として予め記憶部２２に記憶されている。また、Ｔｓｍは、上述したように同期モータ３５０の操作量としての駆動時間であり、静翼制御部３４によって算出された値である。
式（５）に示すように、同期モータ３５０の回転角度を表す“Ｎ×Ｔｓｍ／６０”に、“３６０〔ｄｅｇ〕／Ｇを乗算したものが、静翼１７のピッチ角度の変動量となる。このピッチ角度の変動量に、その直前に算出したピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）を加算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）が求まる。
次に、図１５を用いて、実施の形態２に係る流量制御装置によるピッチ角度の調節および推定に係る処理の流れを説明する。
図１５に示すように、先ず、上述した図１２の処理フローと同様に、算出されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefが静翼制御部３４に入力（設定）されることにより、静翼制御部３４が、同期モータ３５０を原点復帰させ（Ｓ１）、角度推定部３６がピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値を“０”に設定する（Ｓ２）。
次に、静翼制御部３４が、ピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖ ref となる駆動時間Ｔｓｍを算出し、算出した駆動時間Ｔｓｍをモータの操作量として駆動部３５に設定する（Ｓ２３）。例えば、上記式（５）のＡｇｖ＿ｅ（ｎ）に“Ａｇｖ ref ”を代入し、Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）に“０”を代入し、ＮおよびＧとして記憶部２２に記憶された値を代入して、Ｔｓｍについて解くことにより、ピッチ角度をピッチ角度目標値Ａｇｖ ref と一致させるための駆動時間Ｔｓｍを算出することができる。このとき、駆動部３５に設定された駆動時間Ｔｓｍの情報は、角度推定部３６にも設定（入力）される。
次に、駆動部３５が、設定された駆動時間Ｔｓｍに基づいて同期モータ３５０を駆動する（Ｓ２４）。また、角度推定部３６は、上述したように、設定された駆動時間Ｔｓｍに基づいて上記（５）を計算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する（Ｓ２５）。
例えば、同期モータ３５０を原点復帰させた後の最初（１回目）に実行されるステップＳ２５では、式（５）の“Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）”として、ステップＳ２で設定されたピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値（＝０）が代入され、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）が算出される。一方、同期モータ３５０を原点復帰させた後の２回目以降に実行されるステップＳ２５では、式（５）の“Ａｇｖ＿ｅ（ｎ−１）”として、直前のステップＳ２５において算出したピッチ角度の推定値が代入され、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）が算出される。
すなわち、角度推定部３６は、モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値（Ａｇｖ＿ｅ＝０）に対して、モータの操作量（例えば駆動時間Ｔｓｍ）に応じたモータの回転角度を累積加算することにより、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する。
その後、静翼制御部３６は、ピッチ角度目標値Ａｇｖ ref が変更されたか否かを判定する（Ｓ２６）。ピッチ角度目標値Ａｇｖ ref が変更された場合には、ステップＳ２３に戻り、ピッチ角度が変更されたピッチ角度目標値Ａｇｖ ref となるように上述の処理（Ｓ２３〜Ｓ２６）が実行される。一方、ステップＳ２６において、ピッチ角度目標値Ａｇｖ ref が変更されていない場合には、ピッチ角度目標値Ａｇｖ ref が変更されるまで、ピッチ角度を固定する。
以上の処理フローにより、静翼１７のピッチ角度の調節と、ピッチ角度の推定が行われる。
以上、実施の形態２に係る流量制御装置１０１によれば、実施の形態１に係る流量制御装置１００と同様に、モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値（Ａｇｖ＿ｅ＝０）に対して、モータの操作量としての駆動時間Ｔｓｍに応じたモータの回転角度を累積加算することによりピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出するので、複雑な演算処理を用いることなく、高精度にピッチ角度を推定することが可能となる。
また、静翼の羽根を回動させるモータとして、同期モータを用いることにより、ステッピングモータを用いる場合と同様に、静翼のピッチ角度の高精度な制御が可能となるとともに、モータの回転角度の算出が容易となる。
なお、実施の形態２に係る流量制御装置１０１では、ピッチ角度目標値Ａｇｖ ref から目標とする同期モータの操作量（駆動時間Ｔｓｍ）を算出し、同期モータを駆動する制御手法を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、実施の形態１に係る流量制御装置１００と同様に、同期モータを単位時間ずつ回転させ、静翼１７のピッチ角度がピッチ角度目標値Ａｇｖ ref に一致したら同期モータの回転を止める制御手法を採用することも可能である。以下に具体例を示す。
図１６は、流量制御装置１０１によるピッチ角度制御に係る別の処理の流れを示すフロー図である。
上述した図１５の処理フローと同様に、算出されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefが静翼制御部３４に設定されることにより、静翼制御部３４が同期モータ３５０を原点復帰させ（Ｓ１）、角度推定部３６がピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅの初期値を“０”に設定する（Ｓ２）。
次に、静翼制御部３４が、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅがピッチ角度目標値Ａｇｖrefに一致するまで、単位駆動時間Ｔｓｍ＿０を駆動部３５に繰り返し設定することにより、同期モータ３５０を段階的に回転させる。具体的には、先ず、静翼制御部３４は、単位駆動時間Ｔｓｍ＿０を駆動部３５に設定する（Ｓ２７）。
次に、駆動部３５が、設定された駆動時間Ｔｓｍ＿０に基づいて同期モータ３５０を駆動する（Ｓ２８）。また、角度推定部３６が、設定された駆動時間Ｔｓｍ＿０に基づいて、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）を算出する（Ｓ２５）。算出方法は、図１５の場合と同様である。
次に、静翼制御部３４が、ステップＳ２５で算出したピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefが一致するか否かを判定する（Ｓ２９）。ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefとが一致しない場合には、再び、ステップＳ２７に戻り、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefとが一致するまで、駆動部３５に設定する駆動時間を単位駆動時間Ｔｓｍ＿０ずつ増加させることにより、同期モータ３５０を段階的に回転させる（Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２５，Ｓ２９）。一方、ピッチ角度の推定値Ａｇｖ＿ｅ（ｎ）とピッチ角度目標値Ａｇｖrefとが一致した場合には、同期モータ３５０の回転を停止し、静翼１７の回転を停止させる（Ｓ３０）。
その後、静翼制御部３４は、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されたか否かを判定する（Ｓ２６）。ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更された場合には、ステップＳ２７に戻り、ピッチ角度が変更されたピッチ角度目標値Ａｇｖrefとなるように上述の処理（Ｓ２７，Ｓ２８，Ｓ２５，Ｓ２９）が実行される。一方、ステップＳ２６において、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されていない場合には、ピッチ角度目標値Ａｇｖrefが変更されるまで、ピッチ角度を固定する。
以上の処理フローによれば、図１５に示した処理フローと同様に、同期モータを用いた静翼１７のピッチ角度の調節と、同期モータの回転角度に基づくピッチ角度の推定を実現することができる。
≪実施の形態３≫
図１７は、実施の形態３に係る流量制御装置１０２の構成を示す図である。
図１７に示される流量制御装置１０２は、空調制御装置４との間および外部電源５との間を無線で接続する点において、実施の形態１に係る流量制御装置１００と相違する一方、その他の点においては実施の形態１に係る流量制御装置１００と同様である。
流量制御装置１０２では、データ通信部１１に代えてワイヤレスデータ通信部３０を設け、アンテナ２９を通して空調制御装置４との間のデータの送受信を無線で行う。また、流量制御装置１０２では、商用電源回生部２０に代えてワイヤレス送受電部３１を設け、外部電源５からの電力をアンテナ２９を通して無線で受けて電源部１９へ送るとともに、電源部１９からの余剰電力をアンテナ２９を通して無線で商用電源（この例では、外部電源５）に回生し、他のコントローラおよびセンサ等に電力を供給する。
流量制御装置１０２によれば、空調制御装置４との間および外部電源５との間を無線で接続するようにしているので、流量制御装置１０２と外部機器との間の配線をなくすことが可能となる。これにより、配線材料の撤廃、施工性／メンテナンス性向上への貢献、配線個工数の撤廃、劣悪な環境での作業工数の低減、既設建物の追加計装および置き換えでの作業工数の低減など、ワイヤレス化による環境負荷低減への貢献が期待できる。
以上、本発明者らによってなされた発明を実施の形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、上記実施の形態において、流量制御装置１００，１０１，１０２を空調制御システム１に適用する場合を例示したが、これに限られず、各種の流量制御のアプリケーションに適用でき、更には一般産業機器までにも拡大して適用することが可能である。
また、上記実施の形態において、流量制御装置１００，１０１，１０２による制御対象の流体が冷温水である場合を例示したが、これに限れず、冷温水以外の液体でもよいし、ガス等の気体であってもよい。
また、上記実施の形態において、静翼１７は、ピッチ角度が可変な形状であればよく、図５，６等に例示した形状に限定されない。
また、実施の形態３において、空調制御装置４との間および外部電源５との間を無線で接続する流量制御装置１０２を例示したが、これに限られず、流量制御装置１０２において、空調制御装置４との間および外部電源５との間の何れか一方を無線とし、他方を実施の形態１に係る流量制御装置１００と同様に有線としてもよい。
また、実施の形態２に係る流量制御装置１０１も、実施の形態３に係る流量制御装置１０２と同様に無線化してもよい。例えば、図１８に示す流量制御装置１０３のように、空調制御装置４との間および外部電源５との間を無線で接続するようにしてもよいし、空調制御装置４との間および外部電源５との間の何れか一方を無線とし、他方を有線としてもよい。
１…空調制御システム、２…制御対象空間、３…空調機（ＦＣＵ）、４…空調制御装置、５…外部電源、ＬＲ…還水管路、ＬＳ…往水管路、３１…熱交換器、３２…ファン、１００，１０１，１０２，１０３…流量制御装置、１１…データ通信部、１２…システム制御部、１３…流量制御部、１３１…流量推定部、１３２…トルク目標値算出部、１３３…ピッチ角度目標値算出部、１４…インバータ制御部、１５…インバータ、１６…発電機、１６０…タービン、１６１…固定子、１７…静翼、１７０…基体、１７１…羽根、１７１ａ…羽根の端部、１７１ｂ…羽根の主面、１７２…回動軸、１８…蓄電部、１９…電源部、２０…商用電源回生部、２１…位置センサ、２２…記憶部、２２１…関数情報、２２２…モータ情報、２４，３４…静翼制御部、２５，３５…駆動部、２５０…ステッピングモータ、３５０…同期モータ、２６，３６…角度推定部、２９…アンテナ、３０…ワイヤレスデータ通信部、３１…ワイヤレス送受電部。

Claims (4)

  1. 流体を受けて回転するタービンを有し、前記タービンの回転によって発電する発電機と、
    前記タービンと同軸に配置された基体と、
    前記基体上に前記基体の軸と直交する方向に延在するとともに前記流体を受ける主面を有し、前記主面と前記軸に直交する平面とのなすピッチ角度が変更可能に設けられた複数の羽根を備えた静翼と、
    前記ピッチ角度を推定する角度推定部と、
    前記タービンの角速度と、前記発電機のトルクと、前記角度推定部によって推定された前記ピッチ角度とに基づいて前記流体の流量を推定する流量推定部と、
    流量推定部によって推定された流量が前記流体の設定流量に一致するように前記発電機のトルクを制御するとともに、モータを駆動することによって前記羽根の前記ピッチ角度を制御する制御部とを備え、
    前記角度推定部は、前記モータの回転角度に基づいて前記ピッチ角度を推定する
    流量制御装置。
  2. 請求項１に記載の流量制御装置において、
    前記制御部は、
    前記流量推定部によって推定された流量が前記流体の設定流量に一致するように前記ピッチ角度の目標値を算出するピッチ角度目標値算出部と、
    前記羽根を駆動することによってピッチ角度を調節する前記モータと、
    前記羽根の前記ピッチ角度が前記ピッチ角度目標値算出部によって算出された前記ピッチ角度の目標値に一致するように前記モータの操作量を算出し、その操作量に基づいて前記モータを駆動する静翼制御部とを含み、
    前記角度推定部は、前記モータを原点復帰させたときのピッチ角度の初期値に対して、前記モータの前記操作量に応じた前記回転角度を累積加算または減算することにより、前記ピッチ角度の推定値を算出する
    ことを特徴とする流量制御装置。
  3. 請求項２に記載の流量制御装置において、
    前記モータは、ステッピングモータであり、
    前記モータの操作量は、前記モータに入力されるパルス数である
    ことを特徴とする流量制御装置。
  4. 請求項２に記載の流量制御装置において、
    前記モータは、供給される交流電源が生成する回転磁界によって回転する同期モータであり、
    前記モータの操作量は、前記モータの駆動時間である
    ことを特徴とする流量制御装置。
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JP3963375B2 (ja) * 2003-04-14 2007-08-22 東京電力株式会社 小容量チューブラ水車
NO323807B1 (no) * 2005-10-31 2007-07-09 Chapdrive As Fremgangsmate og system for hydraulisk overforing
US7608938B2 (en) * 2006-10-12 2009-10-27 General Electric Company Methods and apparatus for electric power grid frequency stabilization
US8581430B2 (en) * 2007-07-05 2013-11-12 Salvatore Shifrin Hydro turbine generator
FR2963384B1 (fr) * 2010-07-30 2012-08-31 Turbomeca Dispositif de commande d'aubes pivotantes de turbomachine
JP6157219B2 (ja) * 2013-05-29 2017-07-05 アズビル株式会社 制御装置および制御方法
JP6114680B2 (ja) * 2013-11-15 2017-04-12 アズビル株式会社 タービン式流量制御装置
FR3019855B1 (fr) * 2014-04-14 2016-04-01 Airbus Operations Sas Ensemble propulsif d'aeronef comprenant une vanne d'air a debit variable

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