(57)【要約】【課題】ダクトの送風抵抗に合わせて目標風量を出す回転数にして送風機を安定して運転すること。【解決手段】予め送風機負荷の大きさを把握した状態でファン回転数に対する送風機風量を測定し、これを送風機負荷の大きさを変更しながら複数回繰り返した実験データに基づいて送風機負荷の大きさに応じて目標風量を吐出するためのファン回転数を計算する計算式を求めておき、実際の運転では先ず送風機負荷の大きさを検知するための運転を行い、次に前記計算式で目標風量を吐出するためのファン回転数を計算し、しかる後に計算により得られたファン回転数による運転に移行するものである。これにより、接続されているダクトの状況に応じた希望風量に風量を調整し、なおかつ安定した運転を行うことができる。【選択図】図１
2006153426.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動機により回転駆動されるファンを有する送風機と、前記電動機を制御駆動する制御装置とを有する送風装置であって、前記制御装置は、送風機負荷の大きさを検知し出力する負荷検知手段と、前記負荷検知手段から出力された送風機負荷の大きさと、与えられた目標風量とから、送風機が目標風量を吐出するのに必要なファン運転回転数を計算し出力するファン回転数演算手段と、前記ファン回転数演算手段からの出力を受けてファン回転数を前記負荷検知回転数から送風機が目標風量を吐出するのに必要なファン運転回転数へと切り替える回転数切替手段と、前記負荷検知手段、ファン回転数演算手段、回転数切替手段を動作させるタイミングを指示するタイミング決定手段とを有する電動送風装置。
【請求項２】
負荷検知手段は、予め決められた負荷検知回転数での電動機入力電流を測定し、これに基づき送風機負荷の大きさを表す変数を出力する請求項１記載の電動送風装置。
【請求項３】
ファン回転数演算手段は、送風機負荷に無関係に定まる定数群と、送風機負荷の大きさを表す変数と、与えられた目標風量値とを用いて、送風機が目標風量を吐出するのに必要なファン運転回転数を計算式により求めるものであり、前記計算式は、予め決められた負荷検知回転数で送風機を運転したときの電動機入力電流を測定することにより送風機負荷の大きさ表す変数を把握した後、送風機負荷の大きさは一定に保ちながらファン回転数を変化させてそれぞれのファン回転数に対する送風機風量を測定し、これを送風機負荷の大きさを変更しながら複数回繰り返した実験データに基づいた実験式である請求項２記載の電動送風装置。
【請求項４】
電動機は、直流電動機である請求項２乃至３記載の電動送風装置。
【請求項５】
タイミング決定手段が運転開始時に作動することを特徴とする請求項１乃至４記載の電動送風装置。
【請求項６】
タイミング決定手段が一定時間毎に作動することを特徴とする請求項１乃至４記載の電動送風装置。
【請求項７】
タイミング決定手段が、送風機に接続された通風負荷の大きさが変化したときに作動することを特徴とする請求項１乃至４記載の電動送風装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダクトに接続される空気調和装置等に用いられ、接続されるダクトの状態に対応して冷凍サイクル等で必要とする空気流量を供給する電動送風装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の送風装置としては、常時ファン回転数と電動機に与えているＰＷＭ信号を監視して風量を推算し、推算された風量と目標風量とを比較し、両者の間に差がある場合は電動機への制御信号を修正するいわゆるフィードバック制御を行っているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図３は、特許文献１に記載された従来の送風装置のフローチャートを示すものである。図３に示すように従来の送風装置の制御は、目標風量を認識するステップ１３５と、現在電動機に送っているＰＷＭ信号とファン回転数を用いて風量を推算するステップ１４０と、目標風量と推算結果とを比較するステップ１４５，１５０と、比較結果よりＰＷＭ値を変更するステップ１５５，１６５と、変更されたＰＷＭ値を電動機制御装置へ送るステップ１６０とからなり、ステップ１３５からステップ１６０を常時繰り返している。
【特許文献１】特開平７−３０１４５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、送風装置による空気の流れは必ず脈動を伴うものであり、前記従来の送風装置では目標風量と推算風量とが一致して安定した運転を継続することができず、常に回転数が変動している状態で運転されることになる。また、フィードバック制御系の中に電動機やファンといった慣性の大きな要素が含まれているため、オーバーシュートを起こしたり、状況によっては脈動が増幅されて回転数が大きな振幅で上下する不安定な状態で運転されることになってしまうという課題を有していた。
【０００５】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ダクトの状況に対応して目標風量を確保しながら安定した運転を行うことが可能な送風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】
【０００６】
前記従来の課題を解決するために、本発明の送風装置は、予め送風機負荷の大きさを把握した状態でファン回転数に対する送風機風量を測定し、これを送風機負荷の大きさを変更しながら複数回繰り返した実験データに基づいて送風機負荷の大きさに応じて目標風量を吐出するためのファン回転数を計算する計算式を求めておき、実際の運転では先ず送風機負荷の大きさを検知するための運転を行い、次に前記計算式で目標風量を吐出するためのファン回転数を計算し、しかる後に計算により得られたファン回転数による運転に移行するものである。
【０００７】
一般的にファンを含む送風回路では送風回路の状態が決まると風量はファンの回転数に比例し、送風回路の状況によりその関係の傾き等が変わってくる。そして、送風回路の状況をなんらかの形で把握することができれば風量と回転数の関係を決めることができる。ここで、送風回路の状況は送風機負荷として把握することができ、送風機負荷は電動機の出力として把握することができる。さらに、電動機の出力はその回転数とトルクの積に比例するので、回転数を一定の値にすれば電動機のトルクにより送風回路の状況を把握することができる。また、直流電動機の場合はトルクと入力電流が比例する関係にあるので、
電動機入力電流を測定することにより電動機トルクを把握することができ、結果として電動機入力電流を測定することにより送風回路の状況を把握することが可能となる。
【０００８】
本発明は、送風回路の状況を所定回転数で回転したときの電動機入力電流から求められる送風機負荷変数として把握しようとするものである。なお、所定回転数は任意の回転数を予め定めておき、送風機負荷変数を測定する際には必ずその回転数で送風機を運転するようにする。
【０００９】
すなわち本発明の送風装置によれば、予め決められた所定回転数で電動機を運転して電動機の入力電流を測定する負荷検知運転を行うことによりダクトの状況を送風機負荷変数として把握し、予め送風機の特性から実験式として作成されていた関係式から、目標風量を吐出するためのファン回転数をダクトの状況に応じて計算し、しかる後この回転数でファンを回転させるべく電動機を制御駆動することで、フィードバック制御を行うことなく安定した風量制御運転を実現できる。
【００１０】
また、本発明の風量制御装置は、負荷検知運転を運転開始時に行うものである。これにより、空気調和装置が設置された時にダクトの状況を別途把握する必要がなく運転を開始したときに自動的に把握し、適切なファン回転数を設定することができる。
【００１１】
また、本発明の風量制御装置は、負荷検知運転を一定時間毎に行うものである。これにより、空気調和装置の空気フィルターにほこりが溜まり風の流れに対する抵抗が増えた場合にもその状況を把握し、適切なファン回転数を設定することができる。
【００１２】
また、本発明の風量制御装置は、負荷検知運転を処理空気の流路の状態が変化した時に行うものである。これにより、接続ダクトが分岐しておりそこにダンパーが取り付けられている場合にも、ダンパーの開閉状況に対応して適切なファン回転数を設定することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の風量制御装置は、接続されているダクトの状況に応じて目標風量となるようにファン回転数を調整し、なおかつ安定した運転を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
第１の発明は、電動機により回転駆動されるファンを有する送風機と、前記送風機が目標風量を吐出するように電動機を制御する制御装置とを有する送風装置であって、前記制御装置は、予め決められた負荷検知回転数で送風機を運転することにより送風機負荷の状態を検知して送風機負荷の大きさを表す情報（以下、送風機負荷変数という）を出力する負荷検知手段と、前記負荷検知手段により得られた送風機負荷変数と与えられた目標風量の値とを用いてファン運転回転数を計算し出力するファン回転数演算手段と、前記ファン回転数演算手段からの出力を受けてファン回転数を負荷検知回転数からファン運転回転数へと切り替える回転数切り替え手段と、前記負荷検知手段を所定のタイミングで動作させるタイミング決定手段とを有するものである。
【００１５】
上記構成により、運転開始前あるいは負荷の状態が変化した時など必要に応じてタイミング手段を作動させることにより予めダクトの状況を把握し、把握したダクトの状況に応じて目標風量を吐出させるファン回転数で運転を行うことが可能となるので、回転数の脈動を増幅させること無く安定した風量制御運転を行うことができる。
【００１６】
第２の発明は、特に第１の発明のタイミング決定手段が運転開始時に作動するものであり、これによって空気調和装置が設置された時にダクトの状況を別途把握する必要がなく
運転を開始したときに自動的に把握することができる。
【００１７】
第３の発明は、特に第１の発明のタイミング決定手段が一定時間毎に作動するものであり、これによって空気調和装置の空気フィルターにほこりが溜まり、風の流れに対する抵抗が増えた場合にもその状況を把握することができる。
【００１８】
第４の発明は、特に第１の発明のタイミング決定手段が処理空気の流路の状態が変化した時に作動するものであり、これによって接続ダクトが分岐しておりそこにダンパーが取り付けられている場合にも、ダンパーの開閉状況を把握することができる。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２０】
（実施の形態１）
図１は、本発明における第１の実施の形態における送風装置を含む空気処理システムのブロック図を示すものである。図２は予め決められた負荷検知回転数で送風機を運転したときの電動機入力電流を測定することにより送風機負荷変数Ｔｒａを把握した後、送風機負荷の大きさは一定に保ちながらファン回転数を変化させてそれぞれのファン回転数に対する送風機風量を測定し、これを送風機負荷の大きさを変更しながら複数回繰り返して得た回転数と風量の関係を示す特性図である。
【００２１】
図１において、空気処理システムの主要素としては、ダクトシステム１５、送風機２０、可変速電動機制御装置３０、風量制御モジュール３５、およびシステム制御装置４０によって構成される。
【００２２】
ダクトシステム１５は、調節されるべき所定の領域に空気を分配するために使用される導管である。ダクトシステム１５は、例えば、ビルディングに設けられ、調整された空気を所望の部屋に供給する。システム内の空気静圧はダクトの形状および長さ、ダンパー４５、フィルター５０、およびダクトシステム１５内に収納されている熱交換器５５によって左右される。
【００２３】
送風機２０はダクトシステム１５を通して空気を流すものであり、本実施例ではシロッコファンが使われている。電動機２５は送風機２０を回転させるのに必要な駆動力を供給するものであり、本実施例では直流ブラシレス電動機が使われている。また、電動機２５の出力軸は送風機２０に直接連結されている。
【００２４】
可変速電動機制御装置３０は、風量制御モジュール３５によって発生する制御信号Ｆに応答して電動機回転数を制御すると同時に、電動機回転数を検出して電動機回転数信号Ｒｍを風量制御モジュール３５に供給している。
【００２５】
風量制御モジュール３５は、負荷検知運転を行うタイミングを指示するタイミング決定手段１００と、タイミング決定手段１００からの信号を受けて負荷検知回転信号Ｆｒａを出力して電動機２５を負荷検知回転数で回転させ、この時の電動機入力電流Ｉｍを測定してこれに基づく送風機負荷変数Ｔｒａを出力する負荷検知手段１０５と、負荷検知手段１０５から出力された送風機負荷変数Ｔｒａとシステム制御装置４０より送られてくる目標風量信号Ｑとを用いて、計算式ａにより当該負荷状態において目標風量を吐出するためのファン運転回転数を指示するファン運転回転数信号Ｆｒを出力する回転数演算手段１１０と、回転数演算手段から出力されたファン運転回転数信号Ｆｒを受けて制御信号供給手段９０に入力する回転信号を負荷検知回転信号Ｆｒａからファン運転回転信号Ｆｒへと切り替える回転数切替手段１２０とを備えている。ここで、制御信号供給手段９０は、回転数
切替手段１２０からの回転信号に可変速電動機制御装置３０からの電動機回転数信号Ｒｍが一致するように可変速度電動機制御装置３０への回転数制御信号Ｆを供給するものである。
【００２６】
なお、計算式ａは、予め決められた負荷検知回転数で送風機を運転したときの電動機入力電流を測定することにより送風機負荷変数を把握した後、送風機負荷の大きさは一定に保ちながらファン回転数を変化させてそれぞれのファン回転数に対する送風機風量を測定し、これを送風機負荷の大きさを変更しながら複数回繰り返した実験データから最小二乗法により求めた実験式である。また、送風機負荷変数としては電動機入力電流の値をそのまま用いても良いし、定格電流に対する電動機入力電流の比率のように電動機入力電流から一義的に決まるものを用いてもかまわない。
【００２７】
システム制御装置４０は、必要空調能力に合わせて能力可変圧縮機（図示せず）の運転能力を変化させ、その圧縮機運転能力に対応した風量を目標風量信号Ｑとして供給する。
【００２８】
以上のように構成された風量制御装置について、以下その動作、作用を説明する。
【００２９】
まず、タイミング決定手段により指示が送られると所定回転数で電動機２５を回転させることにより送風機２０を回転させ、回転が安定したら送風機負荷変数Ｔｒａを測定する。このとき、送風機負荷変数Ｔｒａはシステム内の空気静圧、ダクトの形状および長さ、フィルター５０、およびダクトシステム１５内に収納されている熱交換器５５によって決まるダクトの状況を反映したものとなっている。
【００３０】
ダクトの状況が決まると、風量と回転数は比例関係にあり、我々の測定した例では図２のようになっている。図２の関係を、負荷検知回転数を６００ｒ／ｍとしたときの送風機負荷変数Ｔｒａと風量を使って回転数を表すと数１のように表される。
【００３１】
【数１】
2006153426.tif 000003
測定した送風機負荷変数Ｔｒａを記憶しておき、システム制御装置４０より送られてきた目標風量信号Ｑとで数１にて目標風量時の運転回転数を計算し、その回転数に対応した制御信号Ｆをおくることにより、目標風量をダクトに流すことが出来る。
【００３２】
以上のように、本実施の形態においては、風量制御モジュール３５に負荷検知運転を行うタイミングを指示するタイミング決定手段１００と、タイミング決定手段１００からの信号を受けて負荷検知回転信号Ｆｒａを出力して電動機２５を負荷検知回転数で回転させ、この時の電動機入力電流Ｉｍを測定してこれに基づく送風機負荷変数Ｔｒａを出力する負荷検知手段１０５と、負荷検知手段１０５から出力された送風機負荷変数Ｔｒａとシステム制御装置４０より送られてくる目標風量信号Ｑとを用いて、計算式ａにより当該負荷状態において目標風量を吐出するためのファン運転回転数を指示するファン運転回転数信号Ｆｒを出力する回転数演算手段１１０と、回転数演算手段から出力されたファン運転回転数信号Ｆｒを受けて制御信号供給手段９０に入力する回転信号を負荷検知回転信号Ｆｒａからファン運転回転信号Ｆｒへと切り替える回転数切替手段１２０と、回転数切替手段
１２０からの回転信号に可変速電動機制御装置３０からの電動機回転数信号Ｒｍが一致するように可変速電動機制御装置３０への回転数制御信号Ｆを供給する制御信号供給手段９０とを備えることにより、あらかじめダクトの状況を把握した後、その状況に合った目標風量に対応する回転数で送風機２０を運転することになり、接続されているダクトの状況に応じた目標風量に風量を調整し、なおかつ安定した運転を行うことができる。
【００３３】
尚、本実施例では、可変速電動機制御装置３０と風量制御モジュール３５とシステム制御装置４０とを分割しているが、それらの分割方法を変えても統合しても同様の効果が得られる。
【００３４】
また、送風機負荷検知手段、回転数演算手段、回転数切替手段は順次動作すればよく、それぞれ前段の出力を受けることにより順次起動する場合や、タイミング決定手段その他の制御手段により順次起動される場合等、いずれの場合も本発明の目的は達成できる。
【００３５】
（実施の形態２）
本発明における第２の実施の形態ではタイミング決定手段において、運転スイッチが入れられた時に負荷検知運転を開始するようにしたもので、圧縮機の運転前に送風機負荷変数Ｔｒａをあらかじめ測定して、ダクトの状況を把握することにしたもので、これによって、空気調和装置が設置された時にダクトの状況を別途把握する必要がなく運転を開始したときに自動的に把握することができる。
【００３６】
（実施の形態３）
本発明における第３の実施の形態はタイミング決定手段において、定期的にダクト状況を把握するよう、たとえば毎日１２時に負荷検知運転を開始するようにし、送風機負荷変数Ｔｒａを測定して翌日の１２時まで記憶しておくようにしたもので、これによって、空気調和装置の空気フィルターにほこりが溜まり風の流れに対する抵抗が増えた場合の状況変化にも対応することができる。
【００３７】
（実施の形態４）
本発明における第４の実施の形態はタイミング決定手段において、ダクト１５の下流にダンパ−が設けられていた場合、そのダンパーを動かして処理空気の流路の状態を変化させた時すなわち処理空気の流路の状態が変化した時に負荷検知運転を開始するようにし、送風機負荷変数Ｔｒａを測定、更新するものであり、これによって、接続ダクトが分岐しておりそこにダンパーが取り付けられている場合にもその変化した状況にも対応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる風量制御装置は、ダクトの状況に応じて目標風量を確保することが可能となるので、ダクト式空調機等の用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の実施の形態１における風量制御装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における風量と回転数の関係を表す特性図
【図３】従来の風量制御装置のフローチャート
【符号の説明】
【００４０】
１５    ダクトシステム
２０    送風機
２５    電動機
３０    可変速電動機制御装置
３５    風量制御モジュール
４０    システム制御装置
９０    制御信号供給手段
１００  タイミング決定手段
１０５  負荷検知手段
１１０  回転数演算手段
１２０  回転数切替手段
【図１】
2006153426.tif 000004
【図２】
2006153426.tif 000005
【図３】
2006153426.tif 000006