(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
胴体内に配置され、回転翼を回転させることにより前記胴体の吸込口から吸込んだ流体を、前記胴体の内周に周方向に所定の間隔で且つ該胴体の軸方向に沿って設けた複数の案内翼によって案内し、吐出口から吐出す流体機械であって、
前記各案内翼は固定案内翼と可動案内翼とを備え、該固定案内翼は前記胴体に固定され、該可動案内翼は前記胴体の軸方向に直交する回転軸を中心に回動可能になっており、
前記胴体の吐出口から吸込口に流れる逆流体流が流入した場合、発生する流体差圧により前記可動案内翼がその翼面が前記固定案内翼の翼面と連続する正規位置である全開位置から全閉位置の方向に回動して前記逆流体流の方向を転換させ、前記回転翼に当接する前記逆流体流の圧力を削減させる位置に保持する可動翼開度自動制御機構を設けたことを特徴とする流体機械。
【請求項２】
請求項１に記載の流体機械において、
前記可動案内翼は前記回転軸に固定され、一体で該回転軸回りに回動し、回動角度に応じて流体抵抗が生じ、該流体抵抗は前記全開位置で最小で前記全閉位置で最大となる特性を有することを特徴とする流体機械。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機械において、
可動翼開度自動制御機構は、正流体流時には前記可動案内翼を前記正規位置に復帰させ、前記回転翼から送られる正流体流を効率よく転換することを特徴とする流体機械。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか１項に記載の流体機械において、
前記固定案内翼と可動案内翼は前記胴体と該胴体内に配置されている内部ケーシングの間に配置され、該可動案内翼の回転軸は、前記胴体と前記内部ケーシングを貫通して配置され、該両貫通部に設けた軸受により回動自在に支持されていることを特徴とする流体機械。
【請求項５】
請求項４に記載の流体機械において、
前記各可動案内翼の回転軸の前記胴体側端部にリンク部材の一端部を固定し、該リンク部材の他端部は前記可動翼開度自動制御機構により常時所定の力で前記可動案内翼を前記正規位置に回動するように付勢されていることを特徴する流体機械。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の流体機械において、
前記可動案内翼の回転軸の取付け位置は、前記逆流体流発生時、受圧面積の差に回転軸回りに回転モーメントが生じるように前記可動案内翼の側部中心からずれていることを特徴とする流体機械。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の流体機械において、
逆流体流発生時に前記正規位置にある可動案内翼に初動回動力を与える初動回動力発生手段を設けたことを特徴とする流体機械。
【請求項８】
請求項７に記載の流体機械において、
初動回動力発生手段は、前記固定案内翼の前記可動案内翼の隣接部又は前記可動案内翼の前記固定案内翼の隣接部に設けた空隙であることを特徴とする流体機械。
【請求項９】
流路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を流路の一方から他方に送る流体機械の運転制御を行う流体機械運転制御装置において、
速度制御装置と、運転操作制御装置と、保護制御装置とを備え、
前記速度制御装置は、通常は前記運転操作制御装置から指令される設定回転数で前記回転翼を回転させる動力を前記駆動機に出力する通常制御機能と、前記駆動機に出力する動力を無くし前記流体機械の前記回転翼を含む回転体を自由回転にさせるフリーラン制御機能とを備え、
運転操作制御装置は、前記通常制御時に前記速度制御装置に前記設定回転数信号を送り前記回転翼を設定回転数で回転させる通常制御指示機能を備え、
前記保護制御装置は、前記流路に許容範囲外の外部圧力流体流が進入した場合に前記速度制御装置に前記回転体をフリーラン状態にさせるフリーラン指示機能を備え、
前記流体機械に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体機械を用いたことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の流体機械運転制御装置において、
前記保護制御装置は、前記速度制御装置に前記フリーランを指示した場合に前記運転操作制御装置に前記保護制御開始したことを通知する保護制御開始通知機能と、前記流路に作用する外部圧力流体が前記許容範囲内になった場合に保護制御が終了したことを通知する保護制御終了通知機能を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ダクト等の流路内に配置され、該流路の一方端から他方端に気流を送る流体機械の運転制御装置に関し、特に外部から圧力を有する気流（風）が一方端から他方端（正流方向）へ、又他方端から一方端（逆流方向）に進入する流路内に配置された換気ファン等の流体機械、及び該流体機械を運転制御する流体機械運転制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来は、図１（ａ）に示すように排気ダクト等の流路１００内に配置し、流路１００の一方端から他方端に気体を送る流体機械の例として、換気ファン１０１がある。該換気ファン１０１は回転翼１０２を備え、該回転翼１０２を電動モータ１０３で矢印Ａに示す方向へ回転駆動することにより、流路１００の一方端から吸込んだ気流（風）を矢印Ｂに示すように他方端に送り、吐出している。
【０００３】
上記のような換気ファン１０１において、流路１００内に換気ファン１０１の正常回転が維持できない圧力を有する気流（圧風）が、図１（ｂ）、（ｃ）の矢印Ｃ、Ｄに示すように、逆流方向、正流方向に進入する場合がある。このような場合の対策として、従来は図２に示すように、圧力風遮断装置１１０と換気ファン保護制御装置２０２を備え、図３に示す制御フローにより、圧力風遮断装置１１０の閉鎖により流路１００内に設置した換気ファン１０１に圧力風が及ばないように保護を行うようにしている。なお、図２は圧力風が吹かないときに通常の換気ファンの運転制御を行う換気ファン運転制御装置と、圧力風が進入して通常の換気ファン運転制御ができなくなった時に換気ファンを圧力風から保護するための制御を行うための換気ファン保護装置からなるシステム構成を示す図で、図３は換気ファンの通常制御と保護制御の切換える条件を圧力風遮断装置１１０の制御方法を示す制御フローを示す図である。
【０００４】
図２において、１１０は流路１００に作用する圧力風を抑制する圧力風遮断装置（ダンパ）、１１２は圧力風遮断装置１１０の開閉動作を駆動する電動モータ等の駆動機、１１１は換気ファン１０１の回転数を検出する回転数発信器、１１４は換気ファン１０１の通常制御に用いる流路１００内の温度等の制御対象信号、１１５は通常制御に用いる遠方操作等外部からの通常制御の運転・停止の入力信号、１１６は通常制御に用いる遠方操作等外部からの強制的な回転数設定信号、１１３は通常制御と保護制御を切り換える判断に用いる流路１００に作用する圧力、又は風量等の外力の状態量である。
【０００５】
換気ファン運転操作制御装置２０１は通常制御において換気ファン１０１の運転・停止に伴い圧力風遮断装置１１０への開・閉指令信号を発する圧力風遮断装置開・閉指令機能２０１ａと、温度等の制御対象信号１１４の入力を得て、換気ファン１０１の必要回転数を演算し、求められる回転数を速度制御装置１２０に出力する制御機能２０１ｂを備えている。また、換気ファン保護装置２０２は流路１００に作用する圧力、又は風量等の外力１１３の状態量を得て、通常制御と保護制御の切換を行う判断機能と、通常制御に優先する保護制御として圧力風遮断装置１１０への開・閉指令を発する圧力風遮断装置開・閉指令機能２０２ａを備えている。また、補機盤１３０は圧力風遮断装置開・閉指令機能２０１ａ、或いは圧力風遮断装置開・閉指令機能２０２ａの開・閉信号の入力を得て、圧力遮断装置１１０の駆動機１１２へ開・閉動力を供給する。
【０００６】
換気ファン運転操作制御装置２０１は、制御対象信号発信器１１４、運転・停止指令信号発信器１１５、設定回転数を発信する設定回転数発信器１１６、及び回転数発信器１１１からの各信号を受け、圧力風遮断装置１１０の開・閉指令信号及び換気ファン１０１の設定回転数信号を生成し、それぞれの信号を圧力風遮断装置開・閉指令信号発信器２０１ａから補機盤１３０へ、設定回転数発信器２０１ｂから速度制御装置１２０へと発信する。換気ファン保護制御装置２０２は外力状態量発信器１１３からの外力の状態量信号を受け圧力風遮断装置１１０を開・閉する開・閉指令信号を生成して補機盤１３０に発信する。補機盤１３０は換気ファン運転操作制御装置２０１の該開・閉指令信号又は換気ファン保護制御装置２０２からの圧力風遮断装置１１０の開・閉指令信号を受け、開・閉動力発信部１３０ａから圧力風遮断装置１１０を駆動する電動モータ１１２に開・閉動力（電流）を供給する。また、速度制御装置１２０は換気ファン運転操作制御装置２０１の設定回転数発信器２０１ｂからの設定回転数信号を受け、換気ファン１０１の電動モータ１０３の回転数が設定回転数になるよう周波数の電力（電流）を電動モータ１０３に出力する。
【０００７】
図３に示す制御フローにおいて、ステップＳＴ１では換気ファン１０１を通常制御で運転、即ち換気ファン１０１の回転数が上記設定回転数になるよう運転制御している。この状態でステップＳＴ２では、外力状態量発信器１１３からの外力の状態量（圧力、又は風量等）Ｂと規定値を比較し、外力の状態量Ｂが許容の規定値範囲にあるかを判断し、規定値以上又は規定値以下（規定値範囲外）の場合はステップＳＴ３に移行する。ステップＳＴ３では、換気ファン保護制御を開始し、ステップＳＴ４に移行する。該ステップＳＴ４では、圧力風遮断装置１１０を閉とし、ステップＳＴ５に移行する。該ステップＳＴ５では、外力状態量発信器１１３からの外力の状態量Ｂと規定値を比較し、外力の状態量Ｂが規定値範囲内になるのを待ち、規定値範囲内になったらステップＳＴ６に移行し、圧力風遮断装置１１０を開き、ステップＳＴ７に移行し、換気ファン保護制御を終了する。
【０００８】
上記従来の換気ファン運転操作制御装置において、圧力風遮断装置１１０を閉じて流路１００を遮断しても、換気ファン１０１の運転を継続する場合、換気ファン１０１の運転点は風量ゼロの締め切り運転となる。この場合、換気ファンの「風量−軸動力運転特性」において、軸動力を電動モータ１０３の定格軸動力と比較して、上回るか下回る場合について次の（１）、（２）の２つの対応に分かれる。
【０００９】
（１）換気ファン１０１の軸動力が電動モータ１０３の定格軸動力を上回る場合
換気ファン１０１の軸動力が電動モータ１０３の定格軸動力を上回る場合には、電動モータ１０３が過負荷となるため継続運転できない。換気ファン１０１の運転を停止せず継続運転するためには次の対応を必要としていた。
・図４に示すように、ダンパ１０８を備えたバイパス流路１０６を設置する。
圧力風遮断装置１１０を閉じて流路１００を遮断した場合、ダンパ１０８を開いて送風経路を切り換え、循環送風とし、換気ファン１０１の定格締切運転を回避する。
・換気ファン１０１の回転翼１０２の翼形式が固定翼の場合は回転数制御により回転翼１０２の回転数を減じ、風量及び全圧力を減じることにより軸動力を強制的に許容範囲に減じる。
・換気ファン１０１の回転翼１０２の翼形式が可動翼方式の場合は翼角度をねかせて風量及び全圧力を減じることにより、軸動力を強制的に許容範囲に減じる。
【００１０】
（２）換気ファンの軸動力が電動モータ１０３の定格軸動力を下回る場合
換気ファン１０１の軸動力が電動モータ１０３の定格軸動力を下回る場合には、電動モータ１０３は過負荷とはならないので、継続運転は制約されない。但し、締切運転は換気ファン１０１内部で気流が大きく乱れて強制的に循環されている状態のため、流体力のアンバランスが生じ、振動が大きくなるなどの悪影響により軸受等を劣化させる等の原因となるため好ましくない。従って、時間的な制限を設ける等の処置を必要としていた。
【００１１】
上記従来の対応には、下記のような問題がある。
・流路１００に外部から気流（風）が進入するたびに圧力風遮断装置１１０を閉鎖する必要があるため、制御的に外部からの気流の進入と、気流の影響低下を検知し、時間的余裕を確保して圧力風遮断装置１１０を開閉制御する必要がある。
・圧力風遮断装置１１０の閉鎖時には流路１００は全く遮断状態となるため、換気機能が全く停止してしまう。
・圧力風遮断装置１１０が誤操作や故障した場合においては流路１００を遮断できなくなる。この場合には程度により換気ファン１０１が損傷に至る。気流の方向よりそれぞれ以下の問題が発生する。
【００１２】
（ａ）逆流方向に過大な気流が進入した場合
図５に示すように、矢印Ａに示す方向に正常回転し、矢印Ｂに示す正流方向に気流を送っている換気ファン１０１に時刻ｔ２で矢印Ｃに示す逆流方向の気流が進入すると、換気ファン１０１の運転点（風量、圧力）は締め切り方向に移り、必要とする軸動力も換気ファン１０１の特性によって変化していく。更に時刻ｔ３、ｔ４と気流が強まると換気ファン１０１の内部を矢印Ｄに示すように逆流する領域に入り、相前後して電動モータ１０３の軸動力は定格軸動力値以上に達し、過負荷電流状態に至る。この過負荷状態になると、電路の保護装置により電路開閉器が開放され、以後、換気ファン１０１の回転体は気流の大きさに応じて無拘束にＥ方向に逆転し、ランナウェイ回転数に（換気ファン１０１が気流により回転させられる飽和回転数）に達する。
【００１３】
換気ファン１０１の逆回転数が過大になりランナウェイ回転数に至った場合には、過大な遠心力が回転部に発生し、回転翼１０２や回転翼１０２の取付部の許容強度を超えて破損に至る可能性や、軸受の破損や、主軸の回転数が固有振動数に合致して過度な振動発生による回転体の破損等に至る可能性がある。
【００１４】
（ｂ）正流方向に過大な気流が進入した場合
図６に示すように、矢印Ａに示す方向に正常回転し、矢印Ｂに示す気流を送っている換気ファン１０１に時刻ｔ２で矢印Ｄに示すように正流方向に気流（風）が進入すると、換気ファン１０１の運転点（風量、圧力）は過大風量方向に移り、必要とする軸動力も換気ファン１０１の特性によって変化していく。更に時刻ｔ３、ｔ４と気流が強まると該気流による強制回転力が換気ファン１０１に回転力として作用しはじめ、著しくなると電動モータ１０３は発電機として仕事を始める。発電された電力は開閉器を通して逆送電（回生）を開始してしまう。回生を許容しない装置であれば、保護装置により電路開閉器が開放され、以後換気ファン１０１の回転体は無拘束に過回転し、ランナウェイ回転数（換気ファン１０１が気流により回転させられる飽和回転数）に達する。
【００１５】
換気ファン１０１の回転数が過大になった場合には、過大な遠心力が回転部に発生し、回転翼１０２や回転翼１０２の取付部の許容強度を超えて破損に至る可能性や、軸受の破損や、主軸の回転数が固有振動数に合致して過度な振動発生による回転体の破損等に至る可能性がある。
【００１６】
また、侵入する過大な気流が逆流方向であっても、正流方向であっても、電路開閉器が開放されてしまうと、過大な気流がおさまって速度制御装置による換気ファン１０１の運転が可能になっても、電路開閉器を閉じて速度制御装置をリセットしなければならないため、迅速な運転再開が阻害されることがある。更に、過大な気流が繰返し起こるような場合は、電路開閉器の開閉が繰り返され、電路開閉器の寿命を減らしてしまう。また、圧力風遮断装置１１０の誤操作や故障した場合の問題を回避するためには、圧力風遮断装置１１０のバックアップ施設（圧力風遮断装置１１０の２重化等）を設ける必要がある。
【００１７】
図７（ａ）は圧力風遮断装置１１０としての逆止ダンパの正面図、図７（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。圧力風遮断装置１１０は正面矩形状の胴体１０１内に上下方向に所定間隔で複数個（図では３個）の弁体１３２を配置した構成である。弁体１３２は弁体軸１３３に固定され、該弁体軸１３３の両端は胴体１３１に取り付けられた軸受１３４、１３４に回動自在に支持されている。図示しない換気ファンに設置された風路に該換気ファンによるファン風又は該ファン風と同方向の気流（正風）が進入した場合、弁体１３２は図１（ｂ）の矢印Ｂに示すように回動し、破線で示す位置となる。風路内が無風の場合は弁体１３２は自重により矢印Ｂと反対方向に回動し、図７（ｂ）の実線で示す閉鎖位置となる。風路に逆風が進入するとその風圧に応じた圧力で弁体１３２は弁座１３５に当接する。これにより逆風圧は換気ファン１０１に作用しない。
【００１８】
図８（ａ）は圧力風遮断装置１１０としての強制開閉機構（ここでは電動モータを備えた強制開閉機構）を有する圧力風遮断装置の正面図、図８（ｂ）はＡ−Ａ断面図である。圧力風遮断装置１１０は正面矩形状の胴体１３１内に上下方向に所定間隔で複数個（図では３個）の弁体１３２を配置した構成である。弁体１３２は弁体軸１３３に固定され、該弁体軸１３３の両端は胴体１３１に取り付けられた軸受１３４、１３４に回動自在に支持されている。各弁体軸１３５の一端には弁体開度レバー１３６の一端が固定され、各弁体開度レバー１３６６の他端は弁体開度リンク１３７に回動自在に枢着されている。１３８は電動モータであり、該電動モータ１３８の回転軸１３８ａの一端には駆動レバー１４０が固定され、該駆動レバー１４０の一端が弁体開度リンク１３７の一端に回動自在に枢着されている。
【００１９】
上記構成の圧力風遮断装置１１０において、電動モータ１３８を起動して駆動レバー１４０を矢印Ｃに示すように回動させることにより、弁体開度リンク１３７が矢印Ｄに示すように移動し、弁体１３２を弁体軸１３３を中心に回動させ、圧力風遮断装置１１０を開閉させる。風路に逆風が進入した場合はそれを検知し、電動モータ１３８を起動して圧力風遮断装置１１０を閉鎖することにより、該逆風圧は換気ファンに作用しなくなる。
【００２０】
しかしながら、上記のように風路に逆止ダンパ又は強制開閉ダンパとしての圧力風遮断装置１１０を設けて逆風圧を抑制する方法は下記のような問題がある。
【００２１】
（１）逆止ダンパである圧力風遮断装置１１０の設置による問題点
図７に示す上記逆止ダンパである圧力風遮断装置１１０の構造は、ダンパ閉鎖時に逆風を許容しない構造となっている。即ち、閉鎖時に弁体１３２の弁座１３５部が合わさる（接触する）ことにより密閉性を確保する構造となっている。更に、正風側、逆風側共に無風の場合には弁体１３２が自重Ｆ等により自然に図９の破線で示す閉鎖位置となるようにしている。このような構造であるため、下記のような問題点がある。
【００２２】
・問題点１
過大な逆風が図１０の矢印Ｅに示すように、短時間に発生する場合、弁体１３２の閉鎖動作が激しくなり、弁体１３２と弁座１３５が激しく衝突することになり、過大な衝撃と衝撃音が発生する。
【００２３】
・問題点２
逆風の発生頻度が多いと、衝撃と衝撃音を伴う閉鎖の頻度も多くなり、弁座１３５に該当する部分や荷重支持部が消耗・劣化して故障の確率が高くなる。
【００２４】
・問題点３
正風時において弁体１３２が風量、風圧の変動により弁体軸１３３を中心に揺動するため、弁体１３２の角度が閉鎖方向にある場合には通風抵抗を発生し、換気ファンの送風効率を阻害する。
【００２５】
（２）強制開閉ダンパである圧力風遮断装置１１０の設置による問題点
図８に示す強制開閉機構（電動、空圧、油圧等）を有する強制開閉ダンパである圧力風遮断装置１１０の設置の場合は、弁体１３２の閉鎖動作を強制的に行うため、開閉動作は強制開閉機構によって所定の開閉速度に制御することができる。よって、弁体１３２の閉鎖速度は一定に保てるために逆止ダンパのように衝撃を伴う弁体１３２の閉鎖の問題はなくなる。また、弁体開度が常に制動されているため風量、圧力の変動に対して弁体が揺動することなく固定できる。しかしながら、開閉動作を強制開閉機構により行うため下記の問題点がある。
【００２６】
・問題点
強制開閉ダンパである圧力風遮断装置１１０を動作させるためには、計装設備により逆風を検知し、制御装置により圧力風遮断装置１１０の動作を制御し、強制開閉機構により弁体を駆動する必要があるため、計装設備、制御設備、駆動設備のいずれかに故障が生じた場合、圧力風遮断装置１１０は正規の閉鎖動作に至らず、換気ファンに逆風が及んで著しい場合は破壊に至ってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２７】
【特許文献１】特開昭６３−１３８１９７号公報
【特許文献２】特開平４−１７５５００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、弁体の開閉時の衝撃や衝撃音を抑制・低減し、風路に進入し換気ファン等に及ぼす逆風圧を効果的に抑制できる流体機械を提供することを目的とする。
【００２９】
また、本発明は、換気ファン等の流体機械が配置された流路内部に逆流方向及び正流方向に外部から過大な圧力流体が進入した場合に、流路を遮断して流体流効率を低下させることなく、且つこの圧力流体を発生源とする流体機械の電動モータからの電力（電流）の回生や、必要動力値の上昇による過負荷等の電気的な障害の発生を回避し、且つ許容以上の過回転（逆転）となる流体流が進入した場合に自動的（機械的）に圧力風を抑制し、最大の逆風圧時においても回転翼１０２が危険逆回転数に達しない流体機械と更に強制的な過回転現象を起す圧力流体が去って、落ち着いた時点で速やかに流体機械を正規の回転数に復帰させ流体流を送ることができる流体機械運転制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３０】
上記の課題を解決するために本発明は、胴体内に配置され、回転翼を回転させることにより前記胴体の吸込口から吸込んだ流体を、前記胴体の内周に周方向に所定の間隔で且つ該胴体の軸方向に沿って設けた複数の案内翼によって案内し、吐出口から吐出す流体機械であって、各案内翼は固定案内翼と可動案内翼とを備え、該固定案内翼は前記胴体に固定され、該可動案内翼は胴体の軸方向に直交する回転軸を中心に回動可能になっており、胴体の吐出口から吸込口に流れる逆流体流が流入した場合、発生する流体差圧により可動案内翼がその翼面が固定案内翼の翼面と連続する正規位置である全開位置から全閉位置の方向に回動して逆流体流の方向を転換させ、回転翼に当接する逆流体流の圧力を削減させる位置に保持する可動翼開度自動制御機構を設けたことを特徴とする。
【００３１】
また、本発明は、上記流体機械において、可動案内翼は回転軸に固定され、一体で該回転軸回りに回動し、回動角度に応じて流体抵抗が生じ、該流体抵抗は全開位置で最小で全閉位置で最大となる特性を有することを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、上記流体機械において、可動翼開度自動制御機構は、正流体流時には可動案内翼を正規位置に復帰させ、回転翼から送られる正流体流を効率よく転換することを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記流体機械において、固定案内翼と可動案内翼は胴体と該胴体内に配置されている内部ケーシングの間に配置され、該可動案内翼の回転軸は、胴体と内部ケーシングを貫通して配置され、該両貫通部に設けた軸受により回動自在に支持されていることを特徴とする。
【００３４】
また、本発明は、上記流体機械において、各可動案内翼の回転軸の胴体側端部にリンク部材の一端部を固定し、該リンク部材の他端部は可動翼開度自動制御機構により常時所定の力で可動案内翼を正規位置に回動するように付勢されていることを特徴する。
【００３５】
また、本発明は、上記流体機械において、可動案内翼の回転軸の取付け位置は、逆流体流発生時、受圧面積の差に回転軸回りに回転モーメントが生じるように可動案内翼の側部中心からずれていることを特徴とする。
【００３６】
また、本発明は、上記流体機械において、逆流体流発生時に正規位置にある可動案内翼に初動回動力を与える初動回動力発生手段を設けたことを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、上記流体機械において、初動回動力発生手段は、固定案内翼の可動案内翼の隣接部又は可動案内翼の固定案内翼の隣接部に設けた空隙であることを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、流路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を流路の一方から他方に送る流体機械の運転制御を行う流体機械運転制御装置において、  速度制御装置と、運転操作制御装置と、保護制御装置とを備え、速度制御装置は、通常は運転操作制御装置から指令される設定回転数で回転翼を回転させる動力を駆動機に出力する通常制御機能と、駆動機に出力する動力を無くし流体機械の回転翼を含む回転体を自由回転にさせるフリーラン制御機能とを備え、運転操作制御装置は、通常制御時に速度制御装置に設定回転数信号を送り前記回転翼を設定回転数で回転させる通常制御指示機能を備え、保護制御装置は、流路に許容範囲外の外部圧力流体流が進入した場合に速度制御装置に回転体をフリーラン状態にさせるフリーラン指示機能を備え、流体機械に請求項１乃至８のいずれか１項に記載の流体機械を用いたことを特徴とする。
【００３９】
また、本発明は上記流体機械運転制御装置において、保護制御装置は、速度制御装置にフリーランを指示した場合に運転操作制御装置に保護制御開始したことを通知する保護制御開始通知機能と、流路に作用する外部圧力流体が許容範囲内になった場合に保護制御が終了したことを通知する保護制御終了通知機能を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、各案内翼は固定案内翼と可動案内翼とを備え、胴体の吐出口から吸込口に流れる逆流体流が流入した場合、発生する流体差圧により可動案内翼がその翼面が固定案内翼の翼面と連続する正規位置である全開位置から全閉位置の方向に回動して逆流体流の方向を転換させ、回転翼に当接する逆流体流の圧力を削減させるので、強い逆流体流が流入した場合でも、回転翼に当接する逆流体圧力を大きく削減でき、回転翼の破損に至る高速で逆回転を抑制できる。
【００４１】
また、本発明によれば、速度制御装置は通常は運転操作制御装置から指令される設定回転数で回転翼を回転させる動力を駆動機に出力する通常制御機能と、駆動機に出力する動力を無くし流体機械の回転翼を含む回転体を自由回転にさせるフリーラン制御機能とを備え、運転操作制御装置は通常制御時に速度制御装置に設定回転数信号を送り回転翼を設定回転数で回転させる通常制御指示機能を備え、保護制御装置は流路に許容範囲外の外部圧力流体流が進入した場合に速度制御装置に回転体をフリーラン状態にさせるフリーラン指示機能を備えているので、流路内部に逆流方向及び正流方向に外部から過大な圧力流体が進入した場合に、流路を遮断して流体流効率を低下させることなく、且つこの圧力流体を発生源とする流体機械の電気的な障害の発生を回避し、更に外部圧力流体流が去って、落ち着いた時点で速やかに流体機械を正規の回転数に復帰させ流体流を送ることができる流体機械運転制御装置を提供できる。
【００４２】
また、本発明によれば、保護制御装置は、回転体がフリーラン状態になり、該回転体の回転数が所定回転数以上となった場合、速度制御装置に回転体の回転制動を指示するフリーラン制動指令機能を備えているので、回転体のフリーラン状態で、過回転による回転体の損傷を防止できると共に、外部圧力流体支流が去って、落ち着いた時点で速やかに流体機械を正規の回転数に復帰し流体流を送ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】図１は従来の換気ファンの概略構成例を示す図である。
【図２】図２は従来の換気ファン運転操作制御装置のシステム構成を示す図である。
【図３】図３は図２の換気ファン運転操作制御装置の制御フローを示す図である。
【図４】図４は流路にバイパス流路を設置した場合を示す図である。
【図５】図５は従来の換気ファンが配置されている風路内に外部から逆流方向に気流が進入した場合を説明するための図である。
【図６】図６は従来の換気ファンが配置されている風路内に外部から正流方向に気流が進入した場合を説明するための図である。
【図７】図７は従来の圧力風遮断装置（逆止ダンパ）の構成例を示す図である。
【図８】図８は従来の圧力風遮断装置（強制開閉ダンパ）の構成例を示す図である。
【図９】図９は逆止ダンパの弁体の動作を説明するための図である。
【図１０】図１０は逆止ダンパの弁体の逆風による動作を説明するための図である。
【図１１】図１１は本発明に係る換気ファン運転操作制御装置のシステム構成例を示す図である。
【図１２】図１２は図１１の換気ファン運転操作制御装置の制御フローを示す図である。
【図１３】図１３は換気ファン運転操作制御装置のフリーラン移行基準を説明するための図である。
【図１４】図１４は本発明に係る換気ファン運転操作制御装置のシステム構成例を示す図である。
【図１５】図１５は図１４の換気ファン運転操作制御装置の制御フローを示す図である。
【図１６】図１６は換気ファンが配置されている風路内に外部から正流方向に気流が進入した場合を説明するための図である。
【図１７】図１７は換気ファンが配置されている風路内に外部から逆流方向に気流が進入した場合を説明するための図である。
【図１８】図１８は固定案内翼を備えた換気ファンの概略構成を示す図である。
【図１９】図１９は固定案内翼と可動運内翼を備えた本発明に係る換気ファンの概略構成を示す図である。
【図２０（ａ）】図２０（ａ）は案内翼の動作を説明するための図である。
【図２０（ｂ）】図２０（ｂ）は案内翼の動作を説明するための図である。
【図２１】図２１は本発明に係る換気ファンの案内翼の構成例を示す図である。
【図２２】図２２は本発明に係る換気ファンの構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。図１１は本発明に係る流体機械運転制御装置としての換気ファン運転操作制御装置のシステム構成を示す図である。なお、本実施例では流体機械として換気ファンを例に説明するが、本発明は流路内に配置され、該流路の一方端から他方端に流体を送る流体機械運転制御装置に適用できる。図１１に示すように、流体機械運転制御装置は、換気ファン運転操作制御装置１、換気ファン保護制御装置２、速度制御装置３、機械的自動逆風圧抑制装置４を備え、風路１１内に配置された換気ファン１０の運転制御を行うようになっている。ここで換気ファン１０は一般的な固定翼を備えた換気ファンである。換気ファン運転操作制御装置１は換気ファン１０の通常の運転操作制御を行う装置で、換気ファン保護制御装置２は換気ファン１０等の保護を行う装置であり、該換気ファン運転操作制御装置１と換気ファン保護制御装置２は同種類の制御装置であるが機能をわかりやすくするためにここでは区分している。
【００４５】
換気ファン運転操作制御装置１は、制御対象信号発信器３１からの風路１１内の温度等の制御対象検出信号、運転・停止指令信号発信器３２からの運転・停止指令信号、設定回転数発信器（遠方操作部）３３からの設定回転数信号、及び回転数発信器２７からの換気ファン１０の実測回転数信号を受け、換気ファン１０の設定回転数信号を生成し、設定回転数発信器１ａから速度制御装置３に該設定回転数信号を送信するようになっている。
【００４６】
換気ファン保護制御装置２は、フリーラン指令信号発信器２ａ、再起動指令（増速）信号発信器２ｂ、保護制御開始信号発信器２ｃ、保護制御終了信号発信器２ｄを備え、外力状態量発信器３７からの圧力、又は風量等の外力の状態量検出信号、回転数発信器２７からの換気ファン１０の実測回転数信号、インバータ制御部３６からの出力回転数信号、及びインバータ出力部３５から電動モータ１７に出力される電力（電流）信号を受けるようになっている。
【００４７】
また、換気ファン保護制御装置２は、換気ファン１０の電動モータ１７の電力（電流）の回生や、過負荷になる等電気的な障害が発生した場合において、電動モータ１７や速度制御装置３や電路等の設備を保護する必要がある場合に、フリーラン指令信号発信器２ａから速度制御装置３にフリーラン指令信号を出力して電気的障害から設備を保護する制御を行う。更に換気ファン保護制御装置２は、速度制御装置３に電力を供給する動力配線上流部の遮断器を開放しない状態を維持する制御を行う。
【００４８】
また、換気ファン保護制御装置２は、換気ファン運転操作制御装置１に保護制御開始信号発信器２ｃを介して保護制御を開始したことを知らせ通常制御を中断させる機能や、外力状態量発信器３７で検出した圧力、又は風量の外力の状態量からフリーランを終了することを可能とする条件が整ったことを確認して、再起動指令信号発信器２ｂから再起動指令信号を速度制御装置３に出力して、換気ファン１０の電動モータ１７を通常制御時の設定回転数の運転に復帰させる機能や、回転数発信器２７で検出した換気ファン１０の実測回転数信号により換気ファン１０が通常制御時の回転数に復帰したことを検知して保護制御終了信号発信器２ｄを介して保護制御終了信号を換気ファン運転操作制御装置１に出力する機能を備えている。
【００４９】
速度制御装置３はインバータ出力部３５を備え、換気ファン運転操作制御装置１の設定回転数発信器１ａの設定回転数信号を受けて、インバータ制御部３６で換気ファン１０の回転数が設定回転数になる周波数信号を生成してインバータ出力部３５に出力する。インバータ出力部３５は該周波数信号を受けて設定回転数になる周波数の電力（電流）を換気ファン１０の電動モータ１７に供給する。これにより換気ファン１０の回転翼１５は正回転（矢印Ａに示す方向に回転）し、換気ファン１０のケーシング内を通って、該ケーシングに接続された風路１１の一方端から他方端に向って矢印Ｂに示すように風（気流）を送る。
【００５０】
また、速度制御装置３は、換気ファン保護制御装置２のフリーラン指令信号発信器２ａからのフリーラン指令信号を受け、インバータ出力部３５から換気ファン１０の電動モータ１７に供給する電力を無くして無拘束とし、電動モータ１７の回転部を含む換気ファン１０の回転体を自由に回転できる状態、即ち回転体をフリーラン状態とするフリーラン機能を備えている。また、速度制御装置３は、換気ファン保護制御装置２の再起動指令信号発信器２ｂからの再起動指令信号を受けてインバータ出力部３５の出力電力を換気ファン１０の電動モータ１７に供給する。
【００５１】
機械式自動逆風圧抑制装置４は、風路１１に矢印Ｃに示す方向の過大逆風圧が進入し、換気ファン１０が許容値以上の過回転（逆転）とならないように、逆風の進入があれば風圧により自動的に作動し、風圧に応じた通風抵抗を設定する装置であり、後に詳述するように風圧を得て機械的に動作する機構、即ち動作のための動力と制御を外部から必要としない機構を備えている。なお、図１１において、矢印Ｄは正風の方向を示す。
【００５２】
図１２は上記換気ファン運転操作制御装置の制御フローを示す図である。先ずステップＳＴ１１では、換気ファン１０の通常制御、即ち速度制御装置３は換気ファン１０の回転数が換気ファン運転操作制御装置１の設定回転数発信器１ａからの設定回転数になる周波数の電力（電流）をインバータ出力部３５から換気ファン１０の電動モータ１７に供給する制御を行う。ステップＳＴ１２では、回転数発信器２７からの換気ファン１０の実測回転数をＮとし、該実測回転数Ｎに対するフリーラン移行基準、即ち図１３（ａ）、（ｂ）に示すように、許容電力（電流）値範囲を演算して、低電力（電流）側規定値ＡＬと高電力（電流）側規定値ＡＨを求める。
【００５３】
ステップＳＴ１３では、インバータ出力部３５から電動モータ１７に供給される電力値（電流値）をＡとし、“フリーラン”の移行基準処理、即ち回生電流自体の検知、若しくは、回生を回避すべき電流値条件の検知Ａ＜ＡＬ、そして、過負荷（過電流）を回避すべき電流値条件の検知Ａ＞ＡＨを調べ、いずれかが成立する（ＯＲ）場合にはステップＳＴ１４に移行する。該ステップＳＴ１４では、換気ファン１０の保護制御を開始し、ステップＳＴ１５に移行する。これと同時に換気ファン１０の通常制御は中断する。
【００５４】
ステップＳＴ１５では、換気ファン保護制御装置２のフリーラン指令信号発信器２ａから速度制御装置３にフリーラン指令信号を送信してステップＳＴ１６に移行する。ステップＳＴ１６では、外力状態量発信器３７で検出した外力の状態量（圧力、又は風量）Ｂを規定値と比較し、外力の状態量Ｂが規定値内に復帰するのを待って、規定値内に復帰したら、即ち図１３（ｃ）に示すように外力の状態量Ｂが低圧側外力基準値（−）ＢＬと高圧側外力基準値（＋）ＢＨの間内になったらステップＳＴ１７に移行する。
【００５５】
ステップＳＴ１７では、換気ファン１０の回転方向を検出し、該回転方向によって、フローを分岐する。回転方向が逆転の場合にはステップＳＴ１８に移行する。ステップＳＴ１８では、換気ファン１０の回転数（逆転）が規定値内まで減速したことを検出した後、ステップＳＴ２０に移行し、フリーランを終了し、その後、ステップＳＴ２１に移行する。該ステップＳＴ２１では、換気ファン保護制御装置２はその再起動指令信号発信器２ｂから再起動指令信号を速度制御装置３に出力して換気ファン１０の再起動を行い、ステップＳＴ２３に移行する。前記ステップＳＴ１７で換気ファン１０の回転方向が正転の場合にはステップＳＴ１９に移行し、フリーランを終了し、その後、ステップＳＴ２２に移行する。該ステップＳＴ２２では、換気ファン１０が回転中であってもその回転数から再起動を行い、ステップＳＴ２３に移行する。該ステップＳＴ２３では、換気ファン１０の増速を行い、ステップＳＴ２４に移行する。ステップＳＴ２４では、換気ファン１０の回転数を設定回転数にする制御を行い通常制御へ復帰すると共に、ステップＳＴ２５に移行して換気ファンの保護制御を終了する。
【００５６】
また、速度制御装置３には電力回生機能が付属されているものもあり、この場合には回生側（回転体側）のフリーランの移動基準値を回生可能な容量までとし、正転側の過回転時には可能な範囲の動力（電力）回収を行うこともできる。この場合、ステップＳＴ１３では、回生電流の検知は基準から除外し、ＡＬは負の電流値（回生可能な電流値）として設定される。
【００５７】
また、フリーランが終了した時点で再起動可能な回転数に低回転数側に制約がある場合には、自由に回転している換気ファン１０の回転翼１５を迅速に停止させるため、回生制動により回転翼１５及び電動モータ１７の回転部からなる回転体の回転を停止させることもできる。
【００５８】
また、圧力、又は風量の状態量の変動状況が著しく、規定値の範囲内外に大きく振れる場合には、保護制御の移行とその終了が繰り返されるハンチング現象に陥る可能性もあるため、この場合にはハンチング現象を回避する手段としてフリーラン指令から通常制御に復帰のための外力の状態量確認までに保持時間を設ける等の処置も付加することができる。
【００５９】
図１４は本発明に係る換気ファン運転操作制御装置のシステム構成例を示す図である。図１４に示す換気ファン運転操作制御装置が図１１に示す換気ファン運転操作制御装置と異なる点は、図１４の換気ファン運転操作制御装置では換気ファン保護制御装置２に、フリーラン制動指令信号発信器２ｅを設け、フリーランによる換気ファン１０の回転体の回転数が規定範囲内に復帰したらフリーラン終了として速度制御装置３にフリーラン制動指令信号を送信するようになっている点である。他は図７の換気ファン運転操作制御装置と同一である。
【００６０】
図１５は図１４に示す換気ファン運転操作制御装置の制御フローを示す図である。先ずステップＳＴ３１では、換気ファン１０の通常制御を行う。ステップＳＴ３２では、回転数発信器２７からの実測回転数をＮとし、該実測回転数Ｎに対する許容電力（電流）値範囲の低電力側規定値ＡＬと高電力側規定値ＡＨを演算して求め（図１３（ａ）、（ｂ）参照）、ステップＳＴ３３に移行する。ステップＳＴ３３では、インバータ出力部３５から電動モータ１７に供給される電力値（電流値）をＡとし、“フリーラン”の移行基準処理、即ち回生電流自体の検知、若しくは、回生を回避すべき電流値条件の検知Ａ＜ＡＬ、そして、過負荷（過電流）を回避すべき電流値条件の検知Ａ＞ＡＨを調べ、いずれかが成立する（ＯＲ）場合にはステップＳＴ３４に移行する。該ステップＳＴ３４では、換気ファン１０の保護制御を開始し、ステップＳＴ３５に移行する。これと同時に換気ファン１０の通常制御は中断する。
【００６１】
ステップＳＴ３５では、換気ファン保護制御装置２のフリーラン指令信号発信器２ａから速度制御装置３にフリーラン指令信号を送信してステップＳＴ３６に移行する。ステップＳＴ３６では、保護制御の移行とその終了が繰り返されるハンチング現象を防止するため、タイマー等で所定のフリーラン保持時間を設定し、該フリーラン保持時間経過後にステップＳＴ３７に移行する。ステップＳＴ３７では、外力状態量発信器３７で検出した外力の状態量Ｂを規定値と比較し、規定値内に復帰したか、即ち外力の状態量Ｂが低圧側外力基準値（−）ＢＬと高圧側外力基準値（＋）ＢＨの間に復帰（図１３（ｃ）参照）したかを判断し、規定値内に復帰したら、ステップＳＴ３８に移行する。
【００６２】
ステップＳＴ３８では、フリーラン終了し、ステップＳＴ３９に移行する。該ステップＳＴ３９では、換気ファン１０の回転方向を検出し、回転方向によって、フローを分岐する。回転方向が逆転の場合にはステップＳＴ４０に移行する。該ステップＳＴ４０では、換気ファン保護制御装置２のフリーラン制動指令信号発信器２ｅから速度制御装置３にフリーラン制動指令信号を送信し、惰性回転している換気ファン１０の回転数制動（減速動作）を行いステップＳＴ４２に移行する。ステップＳＴ４２では、換気ファン１０の回転数が規定値内まで減速したことを検出した後、ステップＳＴ４３に移行する。ステップＳＴ４３では、換気ファン保護制御装置２の再起動指令信号発信器２ｂから再起動指令信号を速度制御装置３に出力して換気ファン１０の再起動を行い、ステップＳＴ４４に移行する。また、前記ステップＳＴ３９で、換気ファン１０の回転方向が正転の場合にはステップＳＴ４１に移行する。該ステップＳＴ４１では、換気ファン１０が回転中であってもその回転数から再起動を行い、ステップＳＴ４４に移行する。
【００６３】
ステップＳＴ４４では、換気ファン１０の増速を行い、ステップＳＴ４５に移行する。ステップＳＴ４５では、換気ファン１０の回転数を設定回転数にする制御を行い、通常制御へ復帰すると共に、ステップＳＴ４６に移行して換気ファンの保護制御を終了する。
【００６４】
図１６は換気ファン１０が矢印Ａ方向に定格回転数で回転し、矢印Ｂ方向に１００％の正風が風路１１を流れている状態にある風路１１に矢印Ｂ方向と同方向の正風（気流）が進入した場合の換気ファン１０に及ぶ圧力（ファンに及ぶ圧力）（Ｐａ）、換気ファン１０の風量（ファン風量）（ｍ3／ｍｉｎ）、換気ファン１０の回転数（ファン回転数）（ｍｉｎ-1）、換気ファン１０の軸動力（ｋＷ）、換気ファン１０のトルク（Ｎ・ｍ）、及び換気ファン１０の電動モータ１７の電流値であるファン電流値（Ａ）の関係を示す図である。図示するように、ファンに及ぶ圧力（Ｐａ）が負圧側に時刻ｔ１から時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４と増大し、時刻Ｔ５で最大となり、時刻ｔ６、時刻ｔ７、時刻ｔ８と減少し、時刻ｔ９で収束している。
【００６５】
ファン風量（ｍ3／ｍｉｎ）は時刻ｔ１では通常状態であり、ファンの正流側に外部から付加される圧力の強さが大きくなる時刻ｔ２、時刻ｔ３につれて増大する。これと同時に、換気ファン１０に必要なファン軸動力は外部から圧力がマイナス側に付加されることにより逆に軽減される方向へ作用する。ファン回転数が一定に維持されていることによりファントルク（Ｎ・ｍ）もファン軸動力と同様に軽減される方向へ作用する。ファン電流値（Ａ）もファン軸動力（ｋＷ）の低下に応じて低下する方向へ作用する。ここで下限の規定電流値（ＡＬ）より下回るＧ点に達すると通常制御は中断され、保護制御が開始され、換気ファン１０はフリーラン状態となる。フリーラン状態にある間は換気ファン１０の回転体は無拘束状態にあり、ファンに及ぶ圧力（Ｐａ）に応じたランナウェイ回転数で回転し、時刻ｔ４で増大し、時刻ｔ５のＥ点で最大となる。同様に時刻ｔ６、時刻ｔ７とファンに及ぶ圧力（Ｐａ）の低下に応じて減少していく。保護制御下にある時刻ｔ３から時刻ｔ７間は換気ファン１０への電力供給が停止されるためファン軸動力（ｋＷ）、ファントルク（Ｎ・ｍ）、ファン電流値（Ａ）は０であるが、この間はインバータのフリーラン機能により電源の開閉器を開放せずに継続することが可能である。外力の状態量３７であるファンに及ぶ圧力がＦ点で規定値より低下すると、保護制御は終了され、通常制御に復帰する。回転数は任意に有するものがインバータから電力供給により再起動・再加速され規定回転数に復帰する。時刻ｔ８でファンに及ぶ圧力（Ｐａ）は減少し、全ての状態量が時刻ｔ９で定格値、或いは、＋１００％に復帰する。    
【００６６】
図１７は換気ファン１０が矢印Ａ方向に定格回転数で回転し、矢印Ｂ方向の１００％の正風が風路１１を流れている状態にある風路１１に、矢印Ｃに示す正風と逆方向の逆風が進入した場合の換気ファン１０に及ぶ圧力（ファンに及ぶ圧力）（Ｐａ）、換気ファン１０の風量（ファン風量）（ｍ3／ｍｉｎ）、換気ファン１０の回転数（ファン回転数）（ｍｉｎ-1）換気ファン１０の軸動力（ｋＷ）、換気ファン１０のトルク（Ｎ・ｍ）、及び換気ファン１０の電動モータ１７の電流値であるファン電流値（Ａ）の関係を示す図である。図示するように、ファンに及ぶ圧力（Ｐａ）が正圧側に時刻ｔ１から時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４と増大し、時刻ｔ５で最大となり、時刻ｔ６、時刻ｔ７、時刻ｔ８と減少し、時刻ｔ９で収束する。
【００６７】
ファン風量（ｍ3／ｍｉｎ）は時刻ｔ１では通常状態であり、換気ファン１０の逆流側に外部から付加される風圧（ファンに及ぶ圧力（Ｐａ））の強さが大きくなる時刻ｔ２、時刻３につれて増大する。これと同時に、換気ファン１０に必要なファン軸動力は外部から風圧が付加されることにより増大する方向へ作用する。ファン回転数が一定に維持されることによりファントルク（Ｎ・ｍ）もファン軸動力と同様に増大する方向へ作用する。ファン電流値（Ａ）も軸動力の増大に応じて増大する方向へ作用する。ここでファン電流値が上限側の規定電流値（ＡＨ）を上回るＫ点に達すると通常制御は中断され、保護制御が開始され、換気ファン１０はフリーラン状態となる。フリーラン状態にある間は換気ファン１０の回転体は無拘束状態にある。ここで機械式自動逆風抑制制御装置４が備わっている場合には、換気ファン１０はファンに及ぶ圧力（Ｐａ）から機械式自動風圧抑制装置４にて減圧された圧力に応じたランナウェイ回転数で回転し、時刻ｔ４で増大し、時刻ｔ５のＨ点でとなる。同様に時刻ｔ６、時刻ｔ７と換気ファン１０に及ぶ圧力の低下に応じて減少していく。保護制御下にある時刻ｔ３から時刻ｔ７間は換気ファン１０への電力供給が停止されるためファン軸動力、ファントルク、ファン電流値は０であるが、この間はインバータ出力部３５のフリーラン機能により電源の開閉器を開放せずに継続することが可能である。外力の状態量３７である換気ファン１０に及ぶ圧力がＪ点で規定値より低下すると、保護制御は終了され、通常制御に復帰する。回転数は任意に有るがインバータ出力部３５からの電力供給により再起動・再加速され規定回転数に復帰する。時刻ｔ８でファンに及ぶ圧力（Ｐａ）は減少し、全ての状態量が時刻ｔ９で定格値、或いは、＋１００％に復帰する。また、機械式自動逆風圧抑制装置４の通風抵抗値を調整することで、換気ファン１０の逆転側の回転数は０、或いは、極めて低速な範囲に抑制することが可能となる。
【００６８】
図１８、図１９は本発明に係る換気ファンの逆回転数抑制機構の原理を示す図である。図１８に示すように、換気ファン１０は内部ケーシング１３と胴体１２の間に案内翼１４が内部ケーシング１３の外周に所定間隔で軸方向に向って配置されている。風路１１（図１１、図１４参照）に流れ込む逆圧力風は胴体１２の吐出側から直線的に矢印Ｃ１に示すように流れ込む。そして圧力風は案内翼１４の傾斜面に沿って方向転換し、回転翼１５の翼面に入射するよりも立った角度（より９０°に近い角度）で入射することになる。これにより衝撃形水車（ペルトン水車等）と同じ原理で、逆回転側により効率良く圧力風の動力が伝達されることで、正転・正流側に比べて速いランナウェイ回転数となる。
【００６９】
上記逆圧力風による速いランナウェイ回転数を回避するため、ここでは、図１９に示すように、案内翼１４を逆圧力風の上流側と下流側に分け、上流側を固定案内翼１４ａ、下流側を可動案内翼１４ｂとし、固定案内翼１４ａは内部ケーシング１３と胴体１２の間に固定配置し、可動案内翼１４ｂは回転軸１６を中心に内部ケーシング１３と胴体１２の間で回動できるように構成している。このように、案内翼１４を固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂに分割することにより、風路１１から胴体１２内に矢印Ｃ１に示すように、逆圧力風が流入した場合、可動案内翼１４ｂを回転軸１６を中心に矢印Ｒ１に示す方向に所定角度回動させることにより、逆圧力風は可動案内翼１４ｂの翼面に沿って方向転換し、回転翼１５の翼面に対して鋭角に入射することになる。これにより回転翼１５の逆回転側方向へ伝わる回転力が小さくなり、図１８の案内翼１４に比べ、大幅に逆転ランナウェイ回転数を抑制することができる。
【００７０】
図２０は案内翼１４全体が図１８に示すように固定されている場合と、図１９に示すように固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂに分割されている場合の逆風時の逆圧力の流れの詳細を示す図であり、図２０（ａ）は案内翼１４全体が固定翼である場合を、図２０（ｂ）は案内翼１４が固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂに区分されている場合を示す。図２０（ａ）に示すように、逆流側の圧力流が矢印Ｃ１に示すように吐出口側から直線的に流入するが、固定の案内翼１４の翼面に沿って方向変換し、回転翼１５の翼面に対しては、上記のように直線的に入射するより立った角度（より９０°に近い角度）で入射することになり、衝動形水車と同じ原理で、逆回転側により効率良く動力が伝達されることになる。また、可動案内翼１４ｂを回転軸１６を中心に全閉方向に所定角度回動させると、図２０（ｂ）に示すように、逆圧力風は可動案内翼１４ｂの翼面に沿って方向転換し、回転翼１５の翼面に対して鋭角に入射し、回転翼１５の逆回転側方向へ伝わる回転力が小さくなる。
【００７１】
回転翼１５に入射する圧力風の翼後部の力をＦＣ１、翼頭部の力をＦＣ２とした場合、図２０（ａ）において、翼後部の逆転成分はＦＲ１、翼頭部の逆転成分はＦＲ２、回転翼方向成分は翼後部でＦＦ１、翼頭部でＦＦ２となる。ここで逆転成分はＦＲ１と翼頭部の逆転成分はＦＲ２は同一方向となり、逆転成分（ランナウェイ量）は概略ＦＲ１とＦＲ２を平均化した大きさとなる。また、図２０（ｂ）において、翼後部の逆転成分はＦＲ１、翼頭部の逆転成分はＦＲ２、回転翼方向成分は翼後部でＦＦ１、翼頭部でＦＦ２となり、ここでは逆転成分ＦＲ１とＦＲ２は図２０（ａ）の逆転成分ＦＲ１とＦＲ２より小さく、しかもその方向が互いに反対方向になる場合もある。従って、案内翼１４を固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂに分割し、入射する圧力風に対して可動案内翼１４ｂを所定角度回動した場合、逆転成分（ランナウェイ量）が案内翼１４全体が固定翼である場合に比べて大幅に小さくなる。
【００７２】
上記のように案内翼１４を固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂに分割し、可動案内翼１４ｂを胴体１２内部で回転軸１６を中心に回動可能にすることにより、逆風流入時に発生する差圧で可動案内翼１４ｂが回動し、送風方向を転換する角度まで回転する構成とすることにより、逆転力成分を大幅に小さくできる。このとき、可動案内翼１４ｂは回転軸１６を中心する回動角度に応じて通風抵抗が生じるので、全開時に最小であるものが全閉時に最大となる特性を備えるようにする。そうして正風時には、可動案内翼１４ｂは正規の位置（固定案内翼１４ａの翼面と可動案内翼１４ｂの翼面が連続する位置）に復帰し、回転翼１５から送風される気流方向を効率よく転換するようにする。
【００７３】
案内翼１４の可動案内翼１４ｂの回転軸１６は後述するように（図２２参照）、該回転軸１６と内部ケーシング１３と胴体１２を貫通する貫通部に設けられた２個の軸受により、可動案内翼１４ｂが滑らかに回転できるように支枢され、可動案内翼１４ｂの前後（翼頭部と翼後部）にかかる差圧により発生する荷重を支持するものとする。可動案内翼１４ｂの回転軸１６の取り付け位置を側面中心位置からずら（オフセット）し、逆流風発生時に回転軸１６を挟んだ両側の受圧面積の違いにより、可動案内翼１４ｂに回転軸１６回りに回転モーメント力が生じ、逆風流入時に可動案内翼１４ｂが自動的に回転する構成としている。
【００７４】
図２１は、案内翼１４の構成例を示す図である。図示するように、可動案内翼１４ｂが固定案内翼１４ａに対して翼面が互いに連続する正規の位置にある状態で、可動案内翼１４ｂの固定案内翼１４ａに隣接する側部に、初動回転力発生用間隙１４ｃ（一種のエアポケット）を設けている。可動案内翼１４ｂが正規の位置にあり、固定案内翼１４ａと可動案内翼１４ｂの翼面が連続している状態では、逆流風が発生しても、可動案内翼１４ｂの閉鎖方向（矢印Ｒ１）に回転力が生じにくい。そこで、逆流風流入時点で可動案内翼１４ｂに速やかに閉鎖方向に回転動作を始めさせるために、前記初動回転力発生用間隙１４ｃが必要となる。この初動回転力は可動案内翼１４ｂが風路に対して平行な逆流風を受けて生じるようにするもので、可動案内翼１４ｂの固定案内翼１４ａ隣接側に逆流風が流入する初動回転力発生用間隙１４ｃを設けることにより、可動案内翼１４ｂに回転軸１６を中心とした回転モーメント力が発生し、可動案内翼１４ｂは速やかに閉鎖方向に回転動作する。
【００７５】
ここでは図示するように、可動案内翼１４ｂの回転軸１６の取り付け位置を側面中心位置からずら（オフセット）し、逆流風流入時に回転軸１６を挟んだ両側の受圧面積の差により、可動案内翼１４ｂに回転軸１６回りに回転モーメント力が生じる構造とし、逆流風が流入すると可動案内翼１４ｂは回転軸１６を中心に自動的に回転する。また、複数の可動案内翼１４ｂは、統一して動作するように、図２２に示すように、対遇とするリンク機構１９を設け、複数の可動案内翼１４ｂの動作の統一化を図っている。
【００７６】
図２２には本発明に係る逆回転数抑制機構付き換気ファンの側面（一部断面）を示す図である。図示するように、可動案内翼１４ｂは回転軸１６の両端部に、該回転軸１６が内部ケーシング１３と胴体１２を貫通する貫通部に固定された軸受２０、軸受２１により、回動自在に支枢されている。各回転軸１６の胴体１２側端部には、リンク部材２３が取り付けられており、該リンク部材２３は可動案内翼開度自動制御機構２４により可動範囲ΔＬの範囲で可動できるように付勢されている。可動案内翼開度自動制御機構２４はバネ部材２５を備え、該バネ部材２５の一端はリンク部材２３の反回転軸１６の端部に取り付けられ、他端は胴体１２に固定されたブラケット２６に固定されている。
【００７７】
可動案内翼開度自動制御機構２４は、常時はバネ部材２５の弾性力により、案内翼１４の可動案内翼１４ｂが正規位置（固定案内翼１４ａの翼面と可動案内翼１４ｂの翼面が連続する位置）になるように付勢しており、逆流風がない状態では可動案内翼１４ｂが正規位置に位置している。この状態で、風路１１（図１１及び図１４参照）に逆流風が流入した場合、案内翼１４の初動回転力発生用間隙１４ｃに逆流風が流れ込み、可動案内翼１４ｂを閉鎖方向に回動させる初動回転力が発生し、回転軸１６を中心に閉鎖方向に回動させる。可動案内翼１４ｂが回動することにより、多くの逆流風が可動案内翼１４ｂの背面に当たり、可動案内翼１４ｂは発生する回転モーメント力とバネ部材２５の弾性力が均衡する角度になるまで回動する。
【００７８】
各案内翼１４を構成する固定案内翼１４ａ及び可動案内翼１４ｂの形状寸法及び各可動案内翼開度自動制御機構２４を構成するバネ部材２５の弾性力等を同一にすることにより、複数の可動案内翼１４ｂは、逆流風に対して統一して動作し、各可動案内翼１４ｂは同じ回動角度で回動する。このように、可動案内翼開度自動制御機構２４のような機械的な機構により、風路１１に流入する逆流風の風圧量に応じた回転翼１５への逆流風の向きを自動的に転換することが可能となるので、回転翼１５の逆方向の回転力を抑制でき、回転翼１５が危険回転数を超えて回転すること抑制できる。また、回転翼１５の逆流風による回動動作が激しくなっても、可動案内翼１４ｂには衝突する部分がないので、衝撃、閉鎖音を発することなく、破損等も発生することがない。なお、可動案内翼１４ｂの過渡的な回動変位速度を抑制した場合には、ショックアブソーバー等の抑制機構を付加してもよい。
【００７９】
可動案内翼開度自動制御機構２４の取付位置は、装置の大きさや維持管理を考慮して、胴体１２の外部に独立して設置してもよい。また、案内翼１４の初動回転力発生用間隙１４ｃを設ける位置は、可動案内翼１４ｂの固定案内翼１４ａ隣接に限定されるものではなく、固定案内翼１４の可動案内翼１４ｂ隣接に設けてもよい。また、初動回転力発生用間隙１４ｃの形状も図２１に示す形状に限定されるものではなく、逆流風が流れ込み、可動案内翼１４ｂに初動回転力を与える形状であれば、どのような形状であってもよい。また、可動案内翼１４ｂの形状自体を逆流風により初動回転力が発生するような形状としてもよく、要は逆流風の発生により、可動案内翼１４ｂに初動回転力を発生させる構成であれば、どのような構成でもよい。
【００８０】
なお、図２２に示す構成の逆回転数抑制機能付換気ファンを図１１及び図１４の流体機械運転制御装置の換気ファン１０として用いる場合、機械的自動逆風圧抑制装置４は必ずしも必要ではない。無くともよいが、該機械的自動逆風圧抑制装置４を備えることにより、二重に逆風圧抑を抑制できる。
【００８１】
以上、本発明の実施形態例を説明したが、本発明は上記実施形態例に限定されるものではなく、特許請求の範囲、及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内において種々の変形が可能である。なお、直接明細書及び図面に記載がない何れの形状や構造であっても、本願発明の作用効果を奏する以上、本願発明の技術範囲である。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、流体が通る流路内に設置されるファン等の流体機械を運転制御する流体機械運転制御装置であって、外部から該流体流路内に逆流方向又は正流方向の圧力を有する風（気流）が頻繁に進入し、流路内に設置された流体機械による流体流れに影響する場合に利用することができる。
【００８３】
本発明は、換気ファンが設置され、該換気ファンの送風方向と逆方向の圧力を有する気流が進入する風路、例えば高速列車が通る軌道トンネル内を換気する換気用立坑に設置される換気ファン等では、列車が通過する度に立坑内に逆風や正風が侵入し、換気ファンに強い正風、逆風の圧力が作用するが、このような換気ファンがその圧力により過大に正回転又は逆回転させられて換気ファンや動力（電力）供給設備が損傷や破壊に至らないように保護する装置として利用できる。
【符号の説明】
【００８４】
１  換気ファン運転操作制御装置
２  換気ファン保護制御装置
３  速度制御装置
４  機械的自動逆風圧抑制装置
１０  換気ファン
１１  風路
１２  胴体
１３  内部ケーシング
１４  案内翼
１４ａ  固定案内翼
１４ｂ  可動案内翼
１４ｃ  初動回転力発生用間隙
１５  回転翼
１６  回転軸
１７  電動モータ
１９  リンク機構
２０  軸受
２１  軸受
２３  リンク部材
２４  可動案内翼開度自動制御機構
２５  バネ部材
２６  ブラケット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０（ａ）】
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【図２０（ｂ）】
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【図２１】
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【図２２】
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