(57)【要約】【課題】調整・保守の手間や精度保証のしにくさを改善させる。【解決手段】管３−３の一端３−３ａをガラリ１の前（上流側）に位置させる。管３−４の一端３−４ａをガラリ１の後（下流側）に位置させる。風量計測装置３に差圧計測部３−１と実風量計測部３−２とを設ける。差圧計測部３−１において、管３−３を通して得られる圧力と管３−４を通して得られる圧力との差をガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとして計測し、実風量計測部３−２において、計測差圧ΔＰＧより外気取り入れの実風量ＷＧを求める。ガラリ１の圧力抵抗は一定であるので、ガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとガラリ１を通過する外気の流量ＷＧとの関係は唯一つとなり、この関係から外気取入の実流量ＷＧを求めることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダクト内を流れる流体の流れ方向に対して傾斜して固定されたブレードを有するガラリの前後の差圧を計測する差圧計測手段と、
この差圧計測手段によって計測された差圧より、予め定められている差圧と流量との関係に基づいて、前記ガラリを通過する流体の実流量を求める実流量計測手段と
を備えたことを特徴とするダクト内流量計測装置。
【請求項２】
請求項１に記載されたダクト内流量計測装置において、
前記差圧計測手段は、前記ガラリに組み付けられてその一端が前記ガラリの上流に開口する第１の管と、前記ガラリの下流にその一端が開口する第２の管とを備え、前記第１の管を通してこの第１の管の他端から得られる圧力と前記第２の管を通してこの第２の管の他端から得られる圧力との差を前記差圧として計測する
ことを特徴とするダクト内流量計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ダクト内を流れる空気などの流体の流量を計測するダクト内流量計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、建物における室内の空気調和を行う場合、空調機より給気ダクトを介して冷風や温風を室内へ送っている。このような空気調和システムでは、室内からの還気の一部を給気に戻すと共に、室内の換気量を確保するために、室内への給気に外気を取り入れるようにしている。春秋の涼しい時期を除くと、暑い（寒い）空気は空調機の処理熱負荷となるので、外気の取り入れ量は必要最小限とすることが望ましい。
【０００３】
一般に、外気の取り入れは外気ダクトを介して行われ、外気ダクトの外気取入口には、雨や風をよけたり、異物の混入を防いだりするための鎧戸状のガラリが設けられている。図４にガラリの正面図を示す。このガラリ１は、図５に示すように、外気ダクト２内を流れる外気の流れ方向（Ａ方向）に対して所定の傾斜角αで固定されたブレード１−１〜１−ｎを有しており、ブレード１−１〜１−ｎの隙間を外気が通過し、図示されていない空調機に引き込まれる。
【０００４】
〔風速センサを用いての実風量の計測〕
外気の取り入れ量の制御に際し、従来は、外気ダクト内に風速センサを設置し、この風速センサによって外気ダクト内の風速を計測することによって外気取り入れの実風量を求め、この実風量を必要外気取入量に一致させるように、空調機における外気ダンパ，排気ダンパ，還気ダンパの開度を制御するようにしている。この場合、使用される風速センサとしては、熱線式や差圧式などの風速センサが用いられる。
【０００５】
しかしながら、風速センサを用いて外気取り入れの実風量を求めるものとした場合、外気ダクトの曲がり、障害物、絞りなどの影響により断面の風速分布が一様でないので、計測点を複数点設けたとしても、正確に計測できないことがある。
【０００６】
また、ダクト内に設けられた白金素子などに電流を流して発熱させ、素子と周囲空気との熱交換量を風速に換算する熱線式風速センサは、他の方式と比べて、微小風速の計測には適している。しかし、外気ダクトでは屋外と同条件の周囲雰囲気になるので、粉塵による経年変化や温湿度変化によるドリフトが発生する。このため、安定かつ正確な計測が行えないという問題がある。
【０００７】
また、差圧式風速センサの場合、全圧（動圧＋静圧）と静圧との差をピトー管などで計測して風速に換算するが、微小風量域（例えば、１ｍ／ｓ以下）では動圧が小さくなるので高精度の計測が行えない。
【０００８】
〔差圧センサを用いての実風量の計測〕
そこで、最近では、外気ダンパの入口側と出口側との間の差圧（外気ダンパの前後の差圧）を差圧センサによって計測し、この差圧と外気ダンパの現在の開度とから外気取り入れの実風量を求め、この実風量を必要外気取入量に一致させるように、還気ダンパの開度を制御するという方法が考えられている（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。
【０００９】
この方法では、差圧センサを使用するので熱線式風速センサを使用した場合のような粉塵による経年変化や温湿度変化によるドリフトが発生しにくく、安定かつ正確に外気取り入れの実風量を計測することができ、メンテナンスの負担も軽減される。また、この方法は、差圧式風速センサを使用した場合のような動圧を計測する方式ではなく、外気ダンパの入口側と出口側との静圧の差ΔＰ＝Ｋ・Ｗ2 を計測する方式であるので（Ｋ：圧力抵抗、Ｗ：風量）、圧力抵抗Ｋは外気ダンパの現在角度によって変化はするが、その値は大きく、Ｗが小さくてもΔＰの精度にほとんど影響しない。これにより、微小風量域でも高精度に、外気取り入れの実風量を計測することができる。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１０６４０８号公報（段落〔００１６〕〜〔００２０〕、図１）
【非特許文献１】
「流体の力学」、安藤常世著、１９９８年  第１５刷、６２〜６５頁
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した外気ダンパの前後の差圧と外気ダンパの現在開度とから外気取り入れの実風量を求める方法では、外気ダンパの圧力抵抗Ｋがその開度によって変化するので、外気ダンパの前後の差圧と風量との関係を外気ダンパの開度をパラメータとして事前に調べておき、関係式や特性テーブルなどとして設定しておく必要があり、この風量計測のための準備作業に過大な手間と工数を要するという問題があった。
また、外気ダンパの現在開度は、実測値ではなく、指令値から求めるようにしている。この場合、外気ダンパの開閉機構だけではなく、外気ダンパの開度を制御するモータ自体の開閉動作にも誤差やヒステリシスがあるので、数％の開度誤差が生じるのが普通である。この数％の開度誤差によって、外気取り入れの実風量の計測値に誤差が生じてしまう。
【００１２】
本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、調整・保守の手間や精度保証のしにくさを改善することができるダクト内流量計測装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために本発明は、ダクト内を流れる流体の流れ方向に対して傾斜して固定されたブレードを有するガラリの前後の差圧を計測する差圧計測手段と、この差圧計測手段によって計測された差圧より、予め定められている差圧と流量との関係に基づいて、ガラリを通過する流体の実流量を求める実流量計測手段とを設けたものである。
【００１４】
この発明によれば、圧力抵抗が一定であるガラリの前後の差圧が計測され、この計測された差圧より、予め定められている差圧と流量との関係に基づいて、ガラリを通過する流体の実流量が求められる。
【００１５】
ガラリの前後の差圧は風量の２乗に比例する（ベルヌーイの定理）。すなわち、本発明において、ガラリの前後の差圧をΔＰＧ、ガラリの圧力抵抗をＫＧ、ガラリを通過する流体の実流量をＷＧとした場合、ΔＰＧはΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 と表される。ここで、ガラリの圧力抵抗ＫＧは一定であるので、ガラリの前後の差圧ΔＰＧとガラリを通過する流体の実流量ＷＧとの関係は唯一つとなる。したがって、このガラリの前後の差圧ΔＰＧとガラリを通過する流体の実流量ＷＧとの唯一つの関係を事前に調べておくのみで、この関係からガラリを通過する流体の実流量ＷＧを求めることができる。
【００１６】
例えば、ガラリの圧力抵抗ＫＧを求め、この圧力抵抗ＫＧが求められたΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 を変形して得られる唯一の関係式（ＷＧ＝（ΔＰＧ／ＫＧ）1/2 ）を記憶させておき、この式にΔＰＧを代入して実流量ＷＧを求めたり、ΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 で表される唯一の特性曲線を記憶させておき、この特性曲線からガラリを通過する流体の実流量ＷＧを求めたりすることができる。
【００１７】
なお、本発明においては、例えば、第１の管をガラリに組み付け、この第１の管の一端をガラリのガラリの前（上流側）に位置させ、第２の管の一端をガラリのガラリの後（下流側）に位置させ、第１の管を通してこの第１の管の他端から得られる圧力と第２の管を通してこの第２の管の他端から得られる圧力との差を差圧として計測するようにしてもよい。第１の管をガラリの後、第２の管をガラリの前に位置させてもよい。また、第１の管は必ずしもガラリに組み付けなくてもよい。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るダクト内流量計測装置の一実施の形態の設置状態を示す図である。
【００１９】
同図において、１はガラリ、２は外気ダクト、３は本発明に係るダクト内流量計測装置の一実施の形態である風量計測装置である。ガラリ１は、先にも説明したように、外気ダクト２内を流れる外気の流れ方向に対して所定の傾斜角αで固定されたブレード１−１〜１−ｎを有しており、ブレード１−１〜１−ｎの隙間を外気が通過する。ガラリ１において、ブレード１−１〜１−ｎは、通過する外気に対して一定の固定抵抗成分となっている。すなわち、ガラリ１の圧力抵抗ＫＧは一定である。
【００２０】
本実施の形態では、この圧力抵抗ＫＧが一定であるガラリ１に注目し、このガラリ１の前後の差圧ΔＰＧより、風量計測装置３においてガラリ１を通過する外気の実風量（外気取り入れの実風量）ＷＧを求めるようにしている。風量計測装置３は、ガラリ１の前後の差圧ΔＰＧを計測する差圧計測部３−１と、計測された差圧ΔＰＧより外気取り入れの実風量ＷＧを求める実風量計測部３−２とを有している。
【００２１】
本実施の形態において、差圧計測部３−１へのガラリ１の前後の圧力は、両端が開口された管３−３および管３−４を用いて導くようにしている。管３−３はガラリ１に組み付けられており、その一端３−３ａがガラリ１の前（上流側）に位置し、その他端３−３ｂが差圧計測部３−１の圧力導入部に位置している。また、管３−４は、その一端３−４ａがガラリ１の後（下流側）に位置し、その他端３−４ｂが差圧計測部３−１の圧力導入部に位置している。
【００２２】
図２（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は管３−３のガラリ１への組み付け状況を例示する正面図である。図２（ａ）では、ガラリ１の枠１Ａに管３−３を通し、管３−３の一端３−３ａをガラリ１の前に位置させている。図２（ｂ）では、ガラリ１のブレード１−１〜１−ｎの１つに管３−３を這わせ、管３−３の一端３−３ａをガラリ１の前に位置させている。ビルの上下風や横風が管３−３の開口部にあたると、その影響を計測してしまう虞れがある。そこで、図２（ｃ）では管３−３の開口部を背面に回し、ビル風の影響を防いでいる。図２（ｄ）では、管３−３を左右に１個ずつ設け、その根元部を合流させて１本としている。これによって、横風によって生じる正負圧を相殺できる。なお、ガラリ１は風雨に曝されるため、少なくとも管３−３は、劣化の少ない材質で丈夫なものが望ましい。
【００２３】
風量計測装置３において、差圧計測部３−１は公知の差圧計を備え、この差圧計によって、管３−３を通してこの管３−３の他端３−３ｂから得られる圧力と管３−４を通してこの管３−４の他端３−４ｂから得られる圧力との差をガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとして計測し、この計測した差圧ΔＰＧに応じた信号を出力する。
【００２４】
風量計測装置３において、実風量計測部３−２は、演算装置やメモリを備え、差圧計測部３−１からの差圧ΔＰＧに応じた信号を入力とする。実風量計測部３−２では、差圧計測部３−１によって計測されたガラリ１の前後の差圧ΔＰＧより外気取り入れの実風量ＷＧを求める。ここで、ガラリ１の前後の差圧ΔＰＧは、ベルヌーイの定理によりΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 として表される。この式において、ガラリ１の圧力抵抗ＫＧは一定であるので、ガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとガラリ１を通過する外気の風量ＷＧとの関係は唯一つとなる。
【００２５】
本実施の形態では、このガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとガラリ１を通過する外気の風量ＷＧとの唯一つの関係を事前に調べ、この関係を実風量計測部３−２のメモリに設定している。例えば、ガラリ１の圧力抵抗ＫＧを求め、この圧力抵抗ＫＧが求められたΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 を変形して得られる唯一の関係式（ＷＧ＝（ΔＰＧ／ＫＧ）1/2 ）を実風量計測部３−２のメモリに設定している。実風量計測部３−２の演算装置は、メモリに格納されているこの関係式に、計測された差圧ΔＰＧを代入することによって、外気取り入れの実風量ＷＧを得る。なお、ΔＰＧ＝ＫＧ・ＷＧ2 で表される唯一の特性曲線をテーブル形式で記憶させておき、この特性曲線から外気取り入れの実風量ＷＧを得るようにしたりしてもよい。
【００２６】
したがって、本実施の形態によれば、ガラリ１の前後の差圧ΔＰＧとガラリ１を通過する外気の実風量ＷＧとの唯一つの関係を事前に調べておくのみでよく、外気ダンパの前後の差圧と外気ダンパの現在開度とから外気取り入れの実風量を求める従来の方法と比較し、風量計測のための準備作業に要する手間と工数を激減させることができる。また、外気ダンパの開度とは無関係となるので、外気ダンパに開度誤差があっても高精度に外気取り入れの実風量を計測することができる。
【００２７】
なお、上述した実施の形態では、管３−３をガラリ１に組み付けるようにしたが、すなわちガラリ１の枠１Ａに通したり、ガラリ１のブレード１−１〜１−ｎの１つに這わせるようにしたが、管３−３をガラリ１に組み付けず、管３−４と同様にしてガラリ１の前に設けるようにしてもよい。
【００２８】
また、上述した実施の形態では、外気ダクト２を流れる外気（空気）の実風量を計測する例で説明したが、必ずしもダクトは外気ダクトでなくてもよく、また測定対象の流体も空気に限られるものでもない。
【００２９】
〔風量計測装置３を使用した空気調和システム〕
図３に上述した風量計測装置３を使用した空気調和システムの要部を示す。同図において、４は空調機であり、５は外気取入量制御装置である。
空調機４において、４−１は冷却コイル、４−２は加熱コイル、４−３は送風ファン、４−４は還風ファン、４−５は外気ダンパ、４−６は排気ダンパ、４−７は還気ダンパである。
【００３０】
この空調機４では、送風ファン４−３からの給気ＳＡを給気ダクトを介して室内へ送り、室内からの還気ＲＡを還風ファン４−４を介して排気ダンパ４−６を通し排気ＥｘＡとして排出するようにしている。また、還気ダンパ４−７を通して、還気ＲＡの一部を給気ＳＡに戻すようにしている。また、外気ダクト２より引き込まれる外気ＯＡを外気ダンパ４−５を通して取り入れ、この外気ＯＡを還気ＲＡに加えるようにしている。
【００３１】
外気取入量制御装置５は制御演算部５−１とダンパ開度制御部５−２とを備えている。制御演算部５−１は、風量計測装置３からの外気取り入れの実風量ＷＧ（ＷＧｐｖ）と上位装置から設定される必要外気取入量ＷＧｓｐとを入力し、外気取り入れの実風量ＷＧｐｖと必要外気取入量ＷＧｓｐとの差を演算し、還気ダンパ開度制御部５−２へ送る。
【００３２】
ダンパ開度制御部５−２は、制御演算部５−１からの外気取り入れの実風量ＷＧｐｖと必要外気取入量ＷＧｓｐとの差に応じ、ＷＧｐｖとＷＧｓｐとが一致するように外気ダンパ４−５，排気ダンパ４−６，還気ダンパ４−７の開度を制御する。これにより、外気ＯＡの量が必要外気取入量ＷＧｓｐに合わせ込まれ、常に適切な室内換気が行われるようになる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したことから明らかなように本発明によれば、圧力抵抗が一定であるガラリの前後の差圧を計測し、この計測した差圧より予め定められている差圧と流量との関係に基づいてガラリを通過する流体の実流量を求めるようにしたので、ガラリの圧力抵抗とガラリの前後の差圧との唯一つの関係を事前に調べておくのみで、この関係からガラリを通過する流体の実流量を求めることができるようになり、調整・保守の手間や精度保証のしにくさを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るダクト内流量計測装置の一実施の形態（風量計測装置）の設置状態を示す図である。
【図２】ガラリへの差圧計測のための管の組み付け状況を例示する正面図である。
【図３】図１に示した風量計測装置を使用した空気調和システムの要部を示す図である。
【図４】外気ダクトの外気取入口に設けられるガラリの一例を示す正面図である。
【図５】外気ダクトへのガラリの設置状況を示す側断面図である。
【符号の説明】
１…ガラリ、１−１〜１−ｎ…ブレード、１Ａ…枠、２…外気ダクト、３…風量計測装置、３−１…差圧計測部、３−２…実風量計測部、３−３，３−４…管、３−３ａ，３−４ａ…一端、３−３ｂ，３−４ｂ…他端、４…空調機、４−１…冷却コイル、４−２…加熱コイル、４−３…送風ファン、４−４…還風ファン、４−５…外気ダンパ、４−６…排気ダンパ、４−７…還気ダンパ、５…外気取入量制御装置、５−１…制御演算部、５−２…ダンパ開度制御部。
【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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