流体機械運転制御装置、逆風圧抑制装置、流体機械運転方法
【課題】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する流路に配置された換気ファン等の流体機械が該圧力流体の進入による過回転等で損傷されることなく、該圧力流体が収束すると速やかに流体機械を正規の回転数に復帰させることができる流体機械運転制御装置、及び流体機械運転方法を提供することを目的とする。
【解決手段】風路１１内に配置され、回転翼１５を電動モータ１７で回転させることにより、気流を風路１１の一方から他方に送る換気ファン１０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３と、通常制御機能を有する換気ファン運転操作制御装置１と、風路１１に許容範囲外の外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置３に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を有する換気ファン保護制御装置２と、機械式自動逆風圧抑制装置４を備えた。
【解決手段】風路１１内に配置され、回転翼１５を電動モータ１７で回転させることにより、気流を風路１１の一方から他方に送る換気ファン１０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３と、通常制御機能を有する換気ファン運転操作制御装置１と、風路１１に許容範囲外の外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置３に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を有する換気ファン保護制御装置２と、機械式自動逆風圧抑制装置４を備えた。
【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）に侵入する流路内に配置された換気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、逆風圧抑制装置、及び流体機械運転方法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、正流方向に侵入する場合がある。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、圧力風が侵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を切換える条件と圧力風遮断装置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遮断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、求められる設定回転数信号を速度制御装置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、圧力風遮断装置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）が侵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侵入と、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侵入した場合
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侵入すると、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、ランナウエイ回転数に（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侵入した場合
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）が侵入すると、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。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）が侵入した場合、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。風路に逆風が侵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。
【００１９】
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１３６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。
【００２０】
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。風路に逆風が侵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。
【００２１】
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を設けて逆風圧を遮断する方法は下記のような問題がある。
【００２２】
（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。
【００２３】
・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。
【００２４】
・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。
【００２５】
・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。
【００２６】
（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。
【００２７】
・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】
【００２８】
【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】
【００２９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、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侵入した場合に、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、必要動力の上昇による過負荷等の電気的な障害の発生を電動モータの速度制御装置への電力供給を制御する開閉器を開放することなく回避し、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、及び流体機械運転方法を提供することを目的とする。
【００３０】
また、本発明の別の課題は、弁体の開閉時の衝撃や衝撃音を抑制・低減し、風路に侵入し換気ファン等に及ぼす逆風圧を効果的に抑制でき、損傷、消耗、劣化等を極力低下して長寿命化が可能な逆風圧抑制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】
【００３１】
上記の課題を解決するために本発明は、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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を備えたことを特徴とする。
【００３２】
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、流路に作用する外部圧力流体の圧力が許容範囲内になった場合に保護制御指示機能を停止させ、速度制御装置による通常制御機能を再開させることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記流体機械運転制御装置において、速度制御装置に保護制御を指示した場合に運転操作制御装置に保護制御開始の信号を送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の圧力が前記許容範囲内になった場合に保護制御終了の信号を送る保護制御終了通知機能を備えたことを特徴とする。
【００３４】
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、保護制御停止時に、回転体が逆回転している場合には、回転体の回転数が所定値以下に減速するまでフリーラン状態を維持することを特徴とする。
【００３５】
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、保護制御停止時に、回転体が逆回転している場合には、回転体の回転数が所定値以下に減速するまで、速度制御装置に制動指令信号を送信し、回転体を減速させることを特徴とする。
【００３６】
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、保護制御停止時に、回転体が正回転している場合には、直ちにフリーラン状態を終了させ、回転体が回転している状態のまま通常制御を再開させることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、上記流体機械運転制御装置において、更に、回転翼に作用する逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置、若しくは、回転翼に作用する逆風圧を遮断する逆風圧遮断装置を備えたことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、逆風圧抑制機構と、弁体開度自動制御機構とを備え、逆風圧抑制機構は、胴体と、１又は複数本の通風抵抗となる弁体を備え、弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、胴体内に並列に、且つ弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の弁体は逆風の風圧を受け回動するように構成され、弁体開度自動制御機構は、逆風圧抑制機構の弁体が逆風の風圧を受けて回動する回動動作を所定の抑制力で抑制し、該弁体の開度を逆風圧に応じた開度に自動的に制御する機能を備えていることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、複数本の弁体が風路に対して並列に位置する状態で、各弁体の後端部に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部を設けるか、又は弁体の片側に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部を設けるか、又は弁体の断面形状を翼形状にするか、又は弁体を逆風の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置して、逆風発生時に速やかに弁体に初動回転力を与える構成としたことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明は、風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、逆風圧抑制機構と、衝撃吸収機構とを備え、逆風圧抑制機構は、胴体と、複数本の通風抵抗となる弁体を備え、弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、胴体内に並列に、且つ弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の弁体は前記逆風の風圧を受け回動するよう構成され、衝撃吸収機構は、逆風圧抑制機構の弁体の弁開度がそれぞれ最少付近、最大付近となる位置で弁体の回動を抑制し、弁体の急激な回動停止の衝撃を吸収することを特徴とする。
【００４１】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構の複数本の弁体は弁体開閉リンク機構により逆風の風圧を受け同一方向に、同一開度で回動するようになっており、衝撃吸収機構は弁体開閉リンク機構とそれぞれ弁開度が最少付近、最大付近で係合し、弁体の回動を抑制する開側衝撃吸収機構、閉側衝撃吸収機構とを備えていることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構の弁体軸の軸芯は弁体の断面重心と一致することを特徴とする。
【００４３】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構は風路に流れる風が逆風と反対方向の正風である時、各弁体は正風の方向と平行に位置し、通風抵抗の小さい弁体形状にて最低限の通風抵抗を発生すると共に、通風抵抗が最大となる弁体の開度が最大位置では、互いに隣接する弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成される構成であることを特徴とする。
【００４４】
また、上記逆風圧抑制装置において、胴体側に固定された胴体側ストッパーを備え、弁体と胴体側ストッパーとは、弁体の開度が最大位置近傍で係合し、弁体軸に対するねじりを抑制する構成としたことを特徴とする。
【００４５】
また、流路内に配置され、回転翼を駆動回転させることにより、気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方法において、通常は設定回転数で流体機械の回転翼を含む回転体を回転させ、流路内に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に回転体を無拘束で外部圧力流体流により回転させるフリーラン状態にし、外部圧力流体流の圧力が許容範囲内になった場合フリーラン状態を終了させることを特徴とする。
【００４６】
また、上記流体機械運転方法において、回転体のフリーラン状態が終了した時点で該回転体に制動をかけて回転を停止させた後、流体機械を再加速させて運転すること特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御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侵入した場合に、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電路開閉器を開放することなく回避し、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。
【００４８】
また、本発明によれば、流路に流体機械の運転により発生する流体流と反対方向の逆流が侵入する場合、該逆流の圧力により動作する逆風圧抑制装置を設けたので、許容以上の過回転（逆転）となる流体流の侵入を自動的に回避できる。
【００４９】
また、本発明によれば、弁体が胴体内を通る逆風の風圧を受けた場合、弁体開度自動制御機構により、自動的に逆風圧に応じた通風抵抗を発生するので、風路内に設置された換気ファンの保護のための通風抵抗を信頼性良く発生させることができる。
【００５０】
また、本発明は、通風抵抗が最大となる弁体の開度が最大位置で、互いに隣接する弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成されるので、弁体の開度が最大位置、即ち逆風圧抑制機構の閉鎖時でも弁体と弁座の衝突をなくすことにより衝撃音が発生することなく、周辺への騒音公害を発生することがない。
【００５１】
また、本発明は、逆風圧抑制機構の閉鎖時でも弁体と弁座の衝突がないことから、衝突によって発生する衝撃による換気ファンの故障、損傷、消耗等の発生要因を排除することが可能となり、維持管理性や信頼性を向上させ、長寿命化が図れる。
【００５２】
また、本発明は、弁体軸の弁体への固定位置は、逆風発生時に弁体軸中心から弁体前端までの風圧受面が受ける風圧と弁体軸中心から弁体後端までの風圧受面が受ける風圧の違いにより弁体軸回りに回転モーメントが発生する位置にあり、弁体が前記通風抵抗が最大となる方向へ自動的に回動する構成としたので、弁体開閉度自動制御機構にて支持する発生力を加減することが可能になり、弁体開閉度自動制御機構の機器容量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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侵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侵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侵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侵入した場合を説明するための図である。
【図１８】図１８は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図１９】図１９は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２０】図２０は機械的自動逆風圧抑制装置の弁体の断面構成を示す図である。
【図２１】図２１は弁体の弁体軸のトルク特性を示す図で、図２１（ａ）は弁体の開度を、図２１（ｂ）は弁体軸トルク特性例を示す。
【図２２】図２２は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁開度を一定とした場合の弁体軸トルク特性を示す図である。
【図２３】図２３は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁開度が最大となった場合の弁体の状態を示す図である。
【図２４】図２４は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁体軸のオフセット位置による弁体の回転力の関係を示す図で、図２４（ａ）はオフセットの大きい場合を、図２４（ｂ）はオフセットの小さい場合を示す。
【図２５】図２５は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２６】図２６は弁体の動作範囲を説明するための図である。
【図２７】図２７は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２８】図２８は弁体の動作範囲を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
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、機械式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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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電路開閉器を開放しない状態を維持する制御を行う。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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侵入し、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、逆風の侵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、風路１１において、逆風圧が換気ファン１０に許容値以上の過回転（逆転）を起すほどの圧力にならないことが明らかな場合には、機械式自動逆風圧抑制装置４の設置を省略することもできる。また、過大な逆風圧に対して風路１１を遮断してしまってよい場合には、前記背景技術において説明したような圧力風遮断装置を設置しても良い。また、図１１において、矢印Ｄは正風の方向を示す。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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１１の換気ファン運転操作制御装置と同一である。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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）が侵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。
【００７５】
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。
【００７６】
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侵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。
【００７７】
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。
【００７８】
以上、本発明に係るフリーラン制御機能を用いた流体機械の運転制御について詳細に説明した。本発明では、このフリーラン機能を用いることで、流路内部に外部から過大な圧力流体が侵入した場合の電気的な障害の発生を電路開閉器を開放することなく回避することができ、圧力流体が落ち着いた時点で速やかに流体機械を通常運転に復帰させ流体流を送ることができる。更に、通常運転に戻る際も、過大な圧力流体が正風方向であった場合は、無拘束で回転していた換気ファンの回転を生かして運転が始められるし、逆転方向であった場合も、換気ファンに対する制動を速やかにかけることができ、通常運転へ速やかに復帰することができる。また、フリーラン制御機能を用いた流体機械の運転制御には、以下に詳細に説明する逆風圧抑制装置を組み合わせることで、更なる効果を奏することができる。
【００７９】
図１８、図１９は本発明に係る機械式自動逆風圧抑制装置４の構成例を示す図であり、図１８は逆風圧が作用する前の逆風圧抑制装置を、図１９は逆風圧が作用した後（通風抵抗が最大）の逆風圧抑制装置をそれぞれ示す。なお、図１８及び図１９において、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。本機械式自動逆風圧抑制装置４は、逆風圧抑制機構４０と、弁体開度自動制御機構５０を備えている。
【００８０】
逆風圧抑制機構４０は、断面矩形状で両端にフランジ４１ａを設けた胴体４１を備え、該胴体４１の内部に複数本（図では５本）の弁体４２が配置された構成である。各弁体４２にはそれぞれ弁体軸４３が固定されている。各弁体軸４３は該弁体軸４３が胴体４１を貫通する貫通部に設けた弁体軸受４４により、その両端部が支承され胴体４１に対して回動自在になっている。弁体４２の断面における断面重心は、弁体４２の軸芯に一致しているのが望ましく、これにより、弁体４２の回動が円滑になり、また弁体４２の翼の自重による余計な回転モーメントが弁体軸４３にかかることを抑制できる。各弁体軸４３の両端部にはそれぞれ弁体開閉レバー４５の一端が固定され、更に各弁体開閉レバー４５の他端はそれぞれ弁体開閉リンク４６に回動自在に取り付けられている。
【００８１】
弁体開度自動制御機構５０はバネ材５１を備え、バネ材５１の一端は弁体開閉リンク５６の一端に固定され、バネ材５１の他端はブラケット５２を介して胴体４１に固定された支持部材５３に固定されている。矢印Ｃに示す方向の逆風が無く、換気ファン１０による矢印Ｂに示す方向のファン風と矢印Ｄに示す方向の正風のみの場合は、各弁体４２は図１８（ｂ）に示すようにファン風と同じ方向（図では上下方向）に向く姿勢となって、並列する。この状態では、逆風圧抑制機構４０の通風抵抗は最小となり、ファン風は最小の通風抵抗を受けて風路１１内を流れる。なお、逆風圧抑制機構４０の設置方向により、どの部材の自重等により通風抵抗最少となる方向に弁体４２が並ぶのかは異なってくる。本実施形態例では、通風抵抗最少時の弁体４２は鉛直方向に向くように（つまりファン風の通風方向も鉛直方向）なっている。設置方向によって、逆風がないときに弁体４２が通風抵抗最少の方向になるように、弁体開閉レバー４５、や弁体開閉リンク４６の自重、バネ材５１の反力が調整される。
【００８２】
図１８の状態から、図１９に示すように逆風が風路１１に侵入すると、後述するように各弁体４２は逆風圧を受け、各弁体４２、弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６は弁体開度自動制御機構５０のバネ材５１の弾性力に抗して回動する。風圧が所定値以上となると各弁体４２は図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ逆風に直交する方向（図では水平方向）に向く姿勢となって並列する。この状態で逆風圧抑制機構４０の通風抵抗は最大となり、換気ファン１０に作用する逆風圧は最大に抑制される。この通風抵抗が最大となっても弁体４２と弁体４２の間には所定寸法の隙間Ｇがあり、弁体４２と弁体４２とは互いに接触することがない。
【００８３】
図２０（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ逆風圧抑制機構４０の弁体４２の断面形状例を示す図である。図２０（ａ）は弁体４２の後端部に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部４２ａを設けた形状の弁体、図２０（ｂ）は弁体４２の片側に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部４２ｂを設けた形状の弁体、図２０（ｃ）は弁体４２の断面を翼形状とした弁体、図２０（ｄ）は弁体４２を逆風の方向に対して所定角度αだけ傾斜して配置された弁体を示す。このように、弁体４２に傾斜部４２ａ、傾斜面部４２ｂを設けるか、或いは弁体４２の断面を翼形状とするか、又は弁体４２を逆風の方向に対して所定角度αだけ傾斜させることにより、風路１１内に無風又はファン風が流れている状態から逆風が侵入した場合、弁体軸４３を中心に矢印Ｆに示す方向に回動する初期回動力を速やかに発生する。
【００８４】
上記初期回動力により各弁体４２が速やかに所定開度回転した後は、大きい逆風の圧力を受け大きい回動力が発生する。この回動力と各弁体４２、弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６の重量とバネ材５１の弾性力とのバランスにより、各弁体４２の開度が決まり、これにより弁体４２と弁体４２との間隔が決まり、逆風圧抑制機構４０に所定の通風抵抗が発生する。
【００８５】
換気ファン１０が設置される風路１１に上記構成の逆風圧抑制機構４０を設けることにより、逆風の風圧に応じて逆風圧抑制機構４０の通風抵抗が変化して、換気ファン１０への逆風力を抑制できる。更に逆風圧力が所定値を超え、逆風圧抑制機構４０の弁体４２の弁開度が最大となり通風抵抗が最大となっても、弁体４２と弁体４２の間に所定寸法の間隙Ｇがあり、風路１１は完全に閉鎖された状態とならない。また、通風抵抗が最大となっても、弁体４２と弁体４２とが互いに接触（衝突）しない。これにより風路１１に強い圧力の逆風が頻繁に侵入しても弁体４２と弁体４２の接触（衝突）による騒音や破損という問題が発生しない。また、風路１１も完全閉鎖とならない。
【００８６】
上記構成の逆風圧抑制機構４０において、弁体軸４３に弁体開度自動制御機構５０から弁体開閉リンク４６及び弁体開閉レバー４５を具備するリンク機構を介して機械的なねじり力（回転力）（ここではバネ材５１の弾性力）を加えている。抑制する逆風の圧力（逆風力）の大きさ（弁体４２の前後の圧力差）と弁体４２の動きと開度特性が一定となるようにする。図２１は弁体軸のトルク特性を説明するための図で、同図（ａ）は弁体４２の弁開度θを示し、同図（ｂ）は弁体４２の前後の差圧を一定とした時の弁体軸トルク特性例を示す。また、図２２は逆風の風量Ｑに対する弁開度θをＡ、Ｂ、Ｃ（％）（Ｃ＞Ｂ＞Ａ）の一定とした場合の弁体軸トルク特性を示す。弁体開度自動制御機構５０は弁体４２の変位によって発生する制御力が一定となる機構とする。ここではバネ材５１の弾性力で制御力が一定な特性となるようにしている。
【００８７】
本弁体開度自動制御機構５０では、各弁体軸４３を対偶とする弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６を備えたリンク機構を構成することで、各弁体４２の動作角度（弁体開度θ）を統一することが可能となる。ここでは弁体軸４３の開度θに変換された弁体開閉リンク４６の変位を制御する。過渡的な弁体４２の変位速度変動を抑制したい場合にはショックアブソーバー等の抑制機構を附加する。弁体開度自動制御機構５０の取付位置は、逆風圧抑制機構４０や弁体開度自動制御機構５０の大きさや維持管理性を考慮し、弁体開度自動制御機構５０の胴体４１の外部に独立して設置することも可能な構成とする。風路１１を通る風の風量が零の状態においても、弁体開度自動制御機構５０の拘束力により弁体４２の初期角度を強制的に保持することが可能な構成とする。
【００８８】
弁体開度自動制御機構５０に風路１１の密閉性を求められない場合には、図２３に示すように通風抵抗が最大となる弁体開度、即ち弁体４２が逆風に対して直交する位置であっても、弁体４２と弁体４２の間に所定寸法の間隙Ｇがあり、風路１１は完全に閉鎖された状態とならない構造としている。
【００８９】
また、弁体開度自動制御機構５０の弁体４２に固定する弁体軸４３の位置の弁体４２の中心からのずれ、即ちオフセットの度合いを調整することにより、弁体開度自動制御機構５０にて支持する弁体４２の発生回転力を加減することを可能としている。図２４は弁体軸のオフセット位置による弁体４２の回転力の関係を示す図で、図２４（ａ）はオフセットの大きい場合を、図２４（ｂ）はオフセットの小さい場合を示す。
【００９０】
図２４（ａ）において、Ｌは弁体４２の全長を、Ｌ1は弁体軸４３の中心から弁体４２前端までの長さを、Ｌ2は弁体軸４３の中心から弁体４２後端までの長さを示す。相殺範囲Ｌａでは弁体軸４３の中心とする左右で発生する回転力が相殺されるから、該相殺範囲を除いた範囲が回転力発生有効範囲Ｌｂとなる、ここで発生する回転力（トルク）Ｔａは、
L2
Ｔａ＝∫ Ｐ・Ｗ・ｌ・ｄｌ
-L1
＝（１／２）Ｐ・Ｗ・（Ｌ22−Ｌ12）
となる。
【００９１】
図２４（ｂ）において、Ｌは弁体４２の全長を、Ｌ3は弁体軸４３の中心から弁体４２前端までの長さを、Ｌ4は弁体軸４３の中心から弁体４２後端までの長さを示す。相殺範囲では弁体軸４３の中心とする左右で発生する回転力が相殺されるから、該相殺範囲を除いた範囲が回転力発生有効範囲となる、ここで発生する回転力（トルク）Ｔｂは、
L4
Ｔｂ＝∫ Ｐ・Ｗ・ｌ・ｄｌ
-L3
＝（１／２）Ｐ・Ｗ・（Ｌ42-L32）
となる。但し、Ｐは逆風Ｃの圧力（Ｐａ）、Ｗは弁体４２の幅を示す。回転力の関係はＴａ＞Ｔｂとなる。このように弁体４２に逆風Ｃが作用して発生する回転力は弁体４２に固定する弁体軸４３の位置の弁体４２の中心からのずれ、即ち弁体軸４３のオフセット位置を調整することにより調整できる。
【００９２】
本発明に係る機械式自動逆風抑制装置の逆風圧抑制機構は、図１８〜図２４に示す構成のものに限らず、急激で過大な逆風圧が及んだ場合に遅れを生じさせることなく、その逆流の換気ファンへの作用を十分に抑制する機構であれば、他の構成の逆風圧抑制機構でもよい。以下に逆風圧抑制機構の他の構成例を説明する。
【００９３】
図２５、図２７は、本発明に係る機械式自動逆風抑制装置の逆風圧抑制機構の他の構成例を示す図である。図２５、図２７において、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。また、図２５、図２７は弁体閉状態を示す。本機械式自動逆風圧抑制装置４’の逆風圧抑制機構４０’は、断面矩形形状で両端にフランジ４１ａを設けた胴体４１を備え、該胴体４１の内部に複数本（図では５本）の弁体４２が配置され、各弁体４２には弁体軸４３が固定され、各弁体軸４３は弁体軸受４４により胴体４１に対して回動自在に支持されている点は、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０と同じである。また、弁体４２の断面における断面重心は、弁体軸４３の軸芯に一致していること、弁体４２が弁体軸４３を中心に通風方向に対して開閉動作を行うことにより、逆風圧を抑制する機能と、逆風圧が及んだ場合、弁体４２の断面形状、傾斜角度等により所定の回転方向に初動回転力が加わる構造である点も、逆風圧抑制機構４０と同じである。
【００９４】
本逆風圧抑制機構４０’が、逆風圧抑制機構４０と異なる点は、弁体開閉リンク４６の両端近傍に配置された衝撃吸収機構（開側）５４、衝撃吸収機構（閉側）５５、弁体４２に初期閉鎖方向回転力を付与する初期閉鎖方向回転力付加装置５７、ストッパープレート５８、ストッパー支持バー６０を備えたストッパー機構が設けられている点である。本逆風圧抑制機構４０’では、弁体軸４３の回転範囲を連結している弁体開閉リンク４６の回転動作を逆風圧抑制機構４０のように弁体開度自動制御機構５０等で拘束することなく、弁体４２の断面重心と弁体軸４３の軸芯が図２６に示すように一致していることにより、無風圧状態においては弁体４２の回転位置は可動回転範囲内で無拘束浮遊の状態となっている。そして弁体４２の可動範囲の最端位置（全閉・全開）では、弁体開閉リンク４６の端部で衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５で拘束されるようになっている。
【００９５】
弁体４２の断面形状は図２６に示すように、断面長手方向において片側（上流側翼長Ｌ１）が短く、反対側（下流側翼長Ｌ２）が長いこと、即ち弁体軸４３の軸芯を挟んで片側と反対側の寸法が異なる（Ｌ２＞Ｌ１）構造である。弁体４２をこの構造とすることにより、矢印Ｃに示す方向の逆風圧が弁体４２に及んだ場合、弁体軸４３の軸芯を境として弁体４２の長手方向の受圧面積が異なる。これにより弁体４２の回転モーメントは受圧面積の広い側（下流側）が狭い側（上流側）に勝り、強制回転力が生じ弁体４２は閉じる方向に回動する。弁体４２は開方向の端部位置（開側の衝撃吸収機構５４の拘束位置）にあっても、初期閉鎖方向回転力付加装置５７によりその断面長手方向の軸が正風／逆風に対して初期傾斜角度θだけ傾いているが、弁体４２の断面形状は矢印Ｄに示す正風方向においては大きな抵抗とはならない極力抵抗を低減した弁体断面形状である。
【００９６】
衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５は、弁体開閉リンク４６が逆風圧によって、又は逆風圧から正風圧に戻って急激に動作し、該衝撃吸収機構（開側）５４又は衝撃吸収機構（閉側）５５に衝突した際、衝突衝撃力や、衝突衝撃音を吸収・抑制する衝撃吸収作用を奏するもので、弁体開閉リンク４６の端部と可動回転範囲の両最端位置近辺で当接（係合）し、弁体開閉リンク４６の可動回転範囲を拘束する位置に設けている。この衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５は、バネ部材５４ａ、バネ部材５５ａ等を有する減衰機構を組み合わせた構造となっており、弁体開閉リンク４６の端部が衝突してから最端位置までの範囲において、弁体開閉リンク４６に当接（係合）し、その動きを抑制する。
【００９７】
逆風圧抑制機構４０’は、上記のように構成されていることから、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０では逆風圧の大きさに応じて弁体４２の開度（角度）が自動調整されるのに対して、逆風圧の大きさに係わらず弁体４２の開度を完全閉鎖位置まで閉鎖する。逆風圧抑制機構４０’では、弁体４２の断面における断面重心が弁体軸４３の軸芯に一致していることに加え、可動範囲内の殆どの範囲で弁体４２の回動が抑制されないため、急激な逆風圧の流入に対して応答が速い。
【００９８】
また、逆風圧抑制機構４０’には、想定以上の圧力風により弁体軸４３に過大なねじり応力が付加される。この過大なねじり応力を抑制するために、ストッパー機構が設けられている。このストッパー機構は、各弁体４２に３箇所ずつ、六角形状のストッパープレート５８が弁体軸４３に対して長手方向に設けられていて、その一角（弁体４２の正風方向下流側で、弁体４２の閉動作回動方向にある角）に弁体側ストッパー６２が設けられている。また、胴体４１には、ストッパープレート５８と同じ面上に配置されるようにストッパー支持バー６０が設けられ、弁体側ストッパー６２と係合（当接）する位置に胴体側ストッパー６１が設けられている。衝撃吸収機構（閉側）５５に弁体開閉リンク４６の端部が衝突し、最大変位位置近傍で弁体の一部として弁体と一体に回動する弁体側ストッパー６２と胴体側ストッパー６１が当接（係合）してそれ以上のストッパープレート５８の変位を拘束することで、弁体軸４３への過大なねじり応力が及ぶことを抑制することができる。また、両ストッパー６１、６２の当接（係合）位置は、弁体開閉リンク４６と衝撃吸収機構（閉側）５５とが係合して弁体４２の急激な制動による衝撃を吸収した後、弁体４２の開度が最大となる位置までの間にあることが望ましい。なお、このストッパ機構の構成は、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０にも適用できる。
【００９９】
また、逆風圧抑制機構４０’には、急激で過大な圧力風が及んだ場合に弁体４２の閉鎖側への回転動作に遅れが生じないようにするために、弁体４２の断面形状、傾斜角度等により所定の回転方向に初動回転力を加える構造に加え、無風状態から逆流方向の風流が生じたと同時に弁体４２を閉鎖動作に強制的に導く装置として初期閉鎖方向回転力付加装置５７を設けている（図２５参照）。この初期閉鎖方向回転力付加装置５７は、弁体４２の閉鎖位置から若干閉じる方向の位置までの変位に対して強制的な閉鎖力が加わるものである。この閉鎖力の大きさは換気ファン１０の定格正流風において図２６に示すように弁体４２に生じる開方向への力により開側へ適切な角度まで戻される程度の大きさであるものとする。
【０１００】
初期閉鎖方向回転力付加装置は、図２５に示す逆風圧抑制機構４０’に限らず、図２７に示す逆風圧抑制機構４０’のように弁体４２以外の空力により回転力を付加する初期回転力付加装置６４でもよい。この初期回転力付加装置６４では、ストッパープレート５８上に、弁体４２とは方向を違えて翼板が取り付けられた構成であり、この翼板が逆風圧を受けると弁体４２の閉方向に初期回転力が発生する構成となっている。
【０１０１】
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。例えば、逆風圧抑制機構４０においては、各弁体が逆風圧に応じた弁開度になり、また、逆風圧抑制機構４０’においては各弁体の動作に対する衝撃吸収が機能する構成であれば、弁体開閉リンク４６により各弁体を連結せず、各弁体が独立して回転動してもよい。また、弁体の数も、本実施形態では複数としたが、流路形状や想定される逆風圧の大きさなどによっては、弁体を１つだけ設ける構成で十分な効果が得られる場合もある。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】
【０１０２】
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）が頻繁に侵入し、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。
【０１０３】
本発明に係る風路の逆風圧抑制装置は、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侵入する風路、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、高速列車が通過する度に立坑内に逆風と正風が侵入し、換気ファンに強い正風圧、逆風圧が作用する。本発明はこのような風路に適用した場合に特に効果が大きい。
【符号の説明】
【０１０４】
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 機械式自動逆風圧抑制装置
１０ 換気ファン
１１ 風路
１５ 回転翼
１７ 電動モータ
３１ 制御対象信号発信器
３２ 運転・停止指令信号発信器
３３ 設定回転数発信器
３５ インバータ
３６ インバータ制御部
３７ 外力状態量発信器
４０ 逆風圧抑制機構
４１ 胴体
４２ 弁体
４３ 弁体軸
４４ 弁体軸受
４５ 弁体開閉レバー
４６ 弁体開閉リンク
５０ 弁体開度自動制御機構
５１ バネ材
５２ ブラケット
５４ 衝撃吸収機構（開側）
５５ 衝撃吸収機構（閉側）
５７ 初期閉鎖方向回転力付加装置
５８ ストッパープレート
６０ ストッパー支持バー
６１ 胴体側ストッパー
６２ 弁体側ストッパー
６４ 初期回転力付加装置
【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）に侵入する流路内に配置された換気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、逆風圧抑制装置、及び流体機械運転方法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、正流方向に侵入する場合がある。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、圧力風が侵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を切換える条件と圧力風遮断装置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遮断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、求められる設定回転数信号を速度制御装置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、圧力風遮断装置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）が侵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侵入と、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侵入した場合
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侵入すると、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、ランナウエイ回転数に（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侵入した場合
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）が侵入すると、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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。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）が侵入した場合、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。風路に逆風が侵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。
【００１９】
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１３６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。
【００２０】
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。風路に逆風が侵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。
【００２１】
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を設けて逆風圧を遮断する方法は下記のような問題がある。
【００２２】
（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。
【００２３】
・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。
【００２４】
・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。
【００２５】
・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。
【００２６】
（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。
【００２７】
・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】
【００２８】
【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】
【００２９】
本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、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侵入した場合に、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、必要動力の上昇による過負荷等の電気的な障害の発生を電動モータの速度制御装置への電力供給を制御する開閉器を開放することなく回避し、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、及び流体機械運転方法を提供することを目的とする。
【００３０】
また、本発明の別の課題は、弁体の開閉時の衝撃や衝撃音を抑制・低減し、風路に侵入し換気ファン等に及ぼす逆風圧を効果的に抑制でき、損傷、消耗、劣化等を極力低下して長寿命化が可能な逆風圧抑制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】
【００３１】
上記の課題を解決するために本発明は、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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を備えたことを特徴とする。
【００３２】
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、流路に作用する外部圧力流体の圧力が許容範囲内になった場合に保護制御指示機能を停止させ、速度制御装置による通常制御機能を再開させることを特徴とする。
【００３３】
また、本発明は、上記流体機械運転制御装置において、速度制御装置に保護制御を指示した場合に運転操作制御装置に保護制御開始の信号を送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の圧力が前記許容範囲内になった場合に保護制御終了の信号を送る保護制御終了通知機能を備えたことを特徴とする。
【００３４】
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、保護制御停止時に、回転体が逆回転している場合には、回転体の回転数が所定値以下に減速するまでフリーラン状態を維持することを特徴とする。
【００３５】
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、保護制御停止時に、回転体が逆回転している場合には、回転体の回転数が所定値以下に減速するまで、速度制御装置に制動指令信号を送信し、回転体を減速させることを特徴とする。
【００３６】
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、保護制御停止時に、回転体が正回転している場合には、直ちにフリーラン状態を終了させ、回転体が回転している状態のまま通常制御を再開させることを特徴とする。
【００３７】
また、本発明は、上記流体機械運転制御装置において、更に、回転翼に作用する逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置、若しくは、回転翼に作用する逆風圧を遮断する逆風圧遮断装置を備えたことを特徴とする。
【００３８】
また、本発明は、風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、逆風圧抑制機構と、弁体開度自動制御機構とを備え、逆風圧抑制機構は、胴体と、１又は複数本の通風抵抗となる弁体を備え、弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、胴体内に並列に、且つ弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の弁体は逆風の風圧を受け回動するように構成され、弁体開度自動制御機構は、逆風圧抑制機構の弁体が逆風の風圧を受けて回動する回動動作を所定の抑制力で抑制し、該弁体の開度を逆風圧に応じた開度に自動的に制御する機能を備えていることを特徴とする。
【００３９】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、複数本の弁体が風路に対して並列に位置する状態で、各弁体の後端部に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部を設けるか、又は弁体の片側に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部を設けるか、又は弁体の断面形状を翼形状にするか、又は弁体を逆風の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置して、逆風発生時に速やかに弁体に初動回転力を与える構成としたことを特徴とする。
【００４０】
また、本発明は、風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、逆風圧抑制機構と、衝撃吸収機構とを備え、逆風圧抑制機構は、胴体と、複数本の通風抵抗となる弁体を備え、弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、胴体内に並列に、且つ弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の弁体は前記逆風の風圧を受け回動するよう構成され、衝撃吸収機構は、逆風圧抑制機構の弁体の弁開度がそれぞれ最少付近、最大付近となる位置で弁体の回動を抑制し、弁体の急激な回動停止の衝撃を吸収することを特徴とする。
【００４１】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構の複数本の弁体は弁体開閉リンク機構により逆風の風圧を受け同一方向に、同一開度で回動するようになっており、衝撃吸収機構は弁体開閉リンク機構とそれぞれ弁開度が最少付近、最大付近で係合し、弁体の回動を抑制する開側衝撃吸収機構、閉側衝撃吸収機構とを備えていることを特徴とする。
【００４２】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構の弁体軸の軸芯は弁体の断面重心と一致することを特徴とする。
【００４３】
また、本発明は、上記逆風圧抑制装置において、逆風圧抑制機構は風路に流れる風が逆風と反対方向の正風である時、各弁体は正風の方向と平行に位置し、通風抵抗の小さい弁体形状にて最低限の通風抵抗を発生すると共に、通風抵抗が最大となる弁体の開度が最大位置では、互いに隣接する弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成される構成であることを特徴とする。
【００４４】
また、上記逆風圧抑制装置において、胴体側に固定された胴体側ストッパーを備え、弁体と胴体側ストッパーとは、弁体の開度が最大位置近傍で係合し、弁体軸に対するねじりを抑制する構成としたことを特徴とする。
【００４５】
また、流路内に配置され、回転翼を駆動回転させることにより、気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方法において、通常は設定回転数で流体機械の回転翼を含む回転体を回転させ、流路内に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に回転体を無拘束で外部圧力流体流により回転させるフリーラン状態にし、外部圧力流体流の圧力が許容範囲内になった場合フリーラン状態を終了させることを特徴とする。
【００４６】
また、上記流体機械運転方法において、回転体のフリーラン状態が終了した時点で該回転体に制動をかけて回転を停止させた後、流体機械を再加速させて運転すること特徴とする。
【発明の効果】
【００４７】
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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に速度制御装置に通常制御機能を停止させ、回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御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侵入した場合に、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電路開閉器を開放することなく回避し、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。
【００４８】
また、本発明によれば、流路に流体機械の運転により発生する流体流と反対方向の逆流が侵入する場合、該逆流の圧力により動作する逆風圧抑制装置を設けたので、許容以上の過回転（逆転）となる流体流の侵入を自動的に回避できる。
【００４９】
また、本発明によれば、弁体が胴体内を通る逆風の風圧を受けた場合、弁体開度自動制御機構により、自動的に逆風圧に応じた通風抵抗を発生するので、風路内に設置された換気ファンの保護のための通風抵抗を信頼性良く発生させることができる。
【００５０】
また、本発明は、通風抵抗が最大となる弁体の開度が最大位置で、互いに隣接する弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成されるので、弁体の開度が最大位置、即ち逆風圧抑制機構の閉鎖時でも弁体と弁座の衝突をなくすことにより衝撃音が発生することなく、周辺への騒音公害を発生することがない。
【００５１】
また、本発明は、逆風圧抑制機構の閉鎖時でも弁体と弁座の衝突がないことから、衝突によって発生する衝撃による換気ファンの故障、損傷、消耗等の発生要因を排除することが可能となり、維持管理性や信頼性を向上させ、長寿命化が図れる。
【００５２】
また、本発明は、弁体軸の弁体への固定位置は、逆風発生時に弁体軸中心から弁体前端までの風圧受面が受ける風圧と弁体軸中心から弁体後端までの風圧受面が受ける風圧の違いにより弁体軸回りに回転モーメントが発生する位置にあり、弁体が前記通風抵抗が最大となる方向へ自動的に回動する構成としたので、弁体開閉度自動制御機構にて支持する発生力を加減することが可能になり、弁体開閉度自動制御機構の機器容量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【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侵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侵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侵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侵入した場合を説明するための図である。
【図１８】図１８は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図１９】図１９は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２０】図２０は機械的自動逆風圧抑制装置の弁体の断面構成を示す図である。
【図２１】図２１は弁体の弁体軸のトルク特性を示す図で、図２１（ａ）は弁体の開度を、図２１（ｂ）は弁体軸トルク特性例を示す。
【図２２】図２２は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁開度を一定とした場合の弁体軸トルク特性を示す図である。
【図２３】図２３は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁開度が最大となった場合の弁体の状態を示す図である。
【図２４】図２４は本発明に係る逆風圧抑制装置の逆風圧抑制機構の弁体軸のオフセット位置による弁体の回転力の関係を示す図で、図２４（ａ）はオフセットの大きい場合を、図２４（ｂ）はオフセットの小さい場合を示す。
【図２５】図２５は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２６】図２６は弁体の動作範囲を説明するための図である。
【図２７】図２７は機械的自動逆風圧抑制装置の構成例を示す図である。
【図２８】図２８は弁体の動作範囲を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
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、機械式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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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電路開閉器を開放しない状態を維持する制御を行う。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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侵入し、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、逆風の侵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、風路１１において、逆風圧が換気ファン１０に許容値以上の過回転（逆転）を起すほどの圧力にならないことが明らかな場合には、機械式自動逆風圧抑制装置４の設置を省略することもできる。また、過大な逆風圧に対して風路１１を遮断してしまってよい場合には、前記背景技術において説明したような圧力風遮断装置を設置しても良い。また、図１１において、矢印Ｄは正風の方向を示す。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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１１の換気ファン運転操作制御装置と同一である。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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）が侵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。
【００７５】
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。
【００７６】
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侵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。
【００７７】
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。
【００７８】
以上、本発明に係るフリーラン制御機能を用いた流体機械の運転制御について詳細に説明した。本発明では、このフリーラン機能を用いることで、流路内部に外部から過大な圧力流体が侵入した場合の電気的な障害の発生を電路開閉器を開放することなく回避することができ、圧力流体が落ち着いた時点で速やかに流体機械を通常運転に復帰させ流体流を送ることができる。更に、通常運転に戻る際も、過大な圧力流体が正風方向であった場合は、無拘束で回転していた換気ファンの回転を生かして運転が始められるし、逆転方向であった場合も、換気ファンに対する制動を速やかにかけることができ、通常運転へ速やかに復帰することができる。また、フリーラン制御機能を用いた流体機械の運転制御には、以下に詳細に説明する逆風圧抑制装置を組み合わせることで、更なる効果を奏することができる。
【００７９】
図１８、図１９は本発明に係る機械式自動逆風圧抑制装置４の構成例を示す図であり、図１８は逆風圧が作用する前の逆風圧抑制装置を、図１９は逆風圧が作用した後（通風抵抗が最大）の逆風圧抑制装置をそれぞれ示す。なお、図１８及び図１９において、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。本機械式自動逆風圧抑制装置４は、逆風圧抑制機構４０と、弁体開度自動制御機構５０を備えている。
【００８０】
逆風圧抑制機構４０は、断面矩形状で両端にフランジ４１ａを設けた胴体４１を備え、該胴体４１の内部に複数本（図では５本）の弁体４２が配置された構成である。各弁体４２にはそれぞれ弁体軸４３が固定されている。各弁体軸４３は該弁体軸４３が胴体４１を貫通する貫通部に設けた弁体軸受４４により、その両端部が支承され胴体４１に対して回動自在になっている。弁体４２の断面における断面重心は、弁体４２の軸芯に一致しているのが望ましく、これにより、弁体４２の回動が円滑になり、また弁体４２の翼の自重による余計な回転モーメントが弁体軸４３にかかることを抑制できる。各弁体軸４３の両端部にはそれぞれ弁体開閉レバー４５の一端が固定され、更に各弁体開閉レバー４５の他端はそれぞれ弁体開閉リンク４６に回動自在に取り付けられている。
【００８１】
弁体開度自動制御機構５０はバネ材５１を備え、バネ材５１の一端は弁体開閉リンク５６の一端に固定され、バネ材５１の他端はブラケット５２を介して胴体４１に固定された支持部材５３に固定されている。矢印Ｃに示す方向の逆風が無く、換気ファン１０による矢印Ｂに示す方向のファン風と矢印Ｄに示す方向の正風のみの場合は、各弁体４２は図１８（ｂ）に示すようにファン風と同じ方向（図では上下方向）に向く姿勢となって、並列する。この状態では、逆風圧抑制機構４０の通風抵抗は最小となり、ファン風は最小の通風抵抗を受けて風路１１内を流れる。なお、逆風圧抑制機構４０の設置方向により、どの部材の自重等により通風抵抗最少となる方向に弁体４２が並ぶのかは異なってくる。本実施形態例では、通風抵抗最少時の弁体４２は鉛直方向に向くように（つまりファン風の通風方向も鉛直方向）なっている。設置方向によって、逆風がないときに弁体４２が通風抵抗最少の方向になるように、弁体開閉レバー４５、や弁体開閉リンク４６の自重、バネ材５１の反力が調整される。
【００８２】
図１８の状態から、図１９に示すように逆風が風路１１に侵入すると、後述するように各弁体４２は逆風圧を受け、各弁体４２、弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６は弁体開度自動制御機構５０のバネ材５１の弾性力に抗して回動する。風圧が所定値以上となると各弁体４２は図１９（ａ）、（ｂ）に示すように、それぞれ逆風に直交する方向（図では水平方向）に向く姿勢となって並列する。この状態で逆風圧抑制機構４０の通風抵抗は最大となり、換気ファン１０に作用する逆風圧は最大に抑制される。この通風抵抗が最大となっても弁体４２と弁体４２の間には所定寸法の隙間Ｇがあり、弁体４２と弁体４２とは互いに接触することがない。
【００８３】
図２０（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ逆風圧抑制機構４０の弁体４２の断面形状例を示す図である。図２０（ａ）は弁体４２の後端部に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部４２ａを設けた形状の弁体、図２０（ｂ）は弁体４２の片側に逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部４２ｂを設けた形状の弁体、図２０（ｃ）は弁体４２の断面を翼形状とした弁体、図２０（ｄ）は弁体４２を逆風の方向に対して所定角度αだけ傾斜して配置された弁体を示す。このように、弁体４２に傾斜部４２ａ、傾斜面部４２ｂを設けるか、或いは弁体４２の断面を翼形状とするか、又は弁体４２を逆風の方向に対して所定角度αだけ傾斜させることにより、風路１１内に無風又はファン風が流れている状態から逆風が侵入した場合、弁体軸４３を中心に矢印Ｆに示す方向に回動する初期回動力を速やかに発生する。
【００８４】
上記初期回動力により各弁体４２が速やかに所定開度回転した後は、大きい逆風の圧力を受け大きい回動力が発生する。この回動力と各弁体４２、弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６の重量とバネ材５１の弾性力とのバランスにより、各弁体４２の開度が決まり、これにより弁体４２と弁体４２との間隔が決まり、逆風圧抑制機構４０に所定の通風抵抗が発生する。
【００８５】
換気ファン１０が設置される風路１１に上記構成の逆風圧抑制機構４０を設けることにより、逆風の風圧に応じて逆風圧抑制機構４０の通風抵抗が変化して、換気ファン１０への逆風力を抑制できる。更に逆風圧力が所定値を超え、逆風圧抑制機構４０の弁体４２の弁開度が最大となり通風抵抗が最大となっても、弁体４２と弁体４２の間に所定寸法の間隙Ｇがあり、風路１１は完全に閉鎖された状態とならない。また、通風抵抗が最大となっても、弁体４２と弁体４２とが互いに接触（衝突）しない。これにより風路１１に強い圧力の逆風が頻繁に侵入しても弁体４２と弁体４２の接触（衝突）による騒音や破損という問題が発生しない。また、風路１１も完全閉鎖とならない。
【００８６】
上記構成の逆風圧抑制機構４０において、弁体軸４３に弁体開度自動制御機構５０から弁体開閉リンク４６及び弁体開閉レバー４５を具備するリンク機構を介して機械的なねじり力（回転力）（ここではバネ材５１の弾性力）を加えている。抑制する逆風の圧力（逆風力）の大きさ（弁体４２の前後の圧力差）と弁体４２の動きと開度特性が一定となるようにする。図２１は弁体軸のトルク特性を説明するための図で、同図（ａ）は弁体４２の弁開度θを示し、同図（ｂ）は弁体４２の前後の差圧を一定とした時の弁体軸トルク特性例を示す。また、図２２は逆風の風量Ｑに対する弁開度θをＡ、Ｂ、Ｃ（％）（Ｃ＞Ｂ＞Ａ）の一定とした場合の弁体軸トルク特性を示す。弁体開度自動制御機構５０は弁体４２の変位によって発生する制御力が一定となる機構とする。ここではバネ材５１の弾性力で制御力が一定な特性となるようにしている。
【００８７】
本弁体開度自動制御機構５０では、各弁体軸４３を対偶とする弁体開閉レバー４５及び弁体開閉リンク４６を備えたリンク機構を構成することで、各弁体４２の動作角度（弁体開度θ）を統一することが可能となる。ここでは弁体軸４３の開度θに変換された弁体開閉リンク４６の変位を制御する。過渡的な弁体４２の変位速度変動を抑制したい場合にはショックアブソーバー等の抑制機構を附加する。弁体開度自動制御機構５０の取付位置は、逆風圧抑制機構４０や弁体開度自動制御機構５０の大きさや維持管理性を考慮し、弁体開度自動制御機構５０の胴体４１の外部に独立して設置することも可能な構成とする。風路１１を通る風の風量が零の状態においても、弁体開度自動制御機構５０の拘束力により弁体４２の初期角度を強制的に保持することが可能な構成とする。
【００８８】
弁体開度自動制御機構５０に風路１１の密閉性を求められない場合には、図２３に示すように通風抵抗が最大となる弁体開度、即ち弁体４２が逆風に対して直交する位置であっても、弁体４２と弁体４２の間に所定寸法の間隙Ｇがあり、風路１１は完全に閉鎖された状態とならない構造としている。
【００８９】
また、弁体開度自動制御機構５０の弁体４２に固定する弁体軸４３の位置の弁体４２の中心からのずれ、即ちオフセットの度合いを調整することにより、弁体開度自動制御機構５０にて支持する弁体４２の発生回転力を加減することを可能としている。図２４は弁体軸のオフセット位置による弁体４２の回転力の関係を示す図で、図２４（ａ）はオフセットの大きい場合を、図２４（ｂ）はオフセットの小さい場合を示す。
【００９０】
図２４（ａ）において、Ｌは弁体４２の全長を、Ｌ1は弁体軸４３の中心から弁体４２前端までの長さを、Ｌ2は弁体軸４３の中心から弁体４２後端までの長さを示す。相殺範囲Ｌａでは弁体軸４３の中心とする左右で発生する回転力が相殺されるから、該相殺範囲を除いた範囲が回転力発生有効範囲Ｌｂとなる、ここで発生する回転力（トルク）Ｔａは、
L2
Ｔａ＝∫ Ｐ・Ｗ・ｌ・ｄｌ
-L1
＝（１／２）Ｐ・Ｗ・（Ｌ22−Ｌ12）
となる。
【００９１】
図２４（ｂ）において、Ｌは弁体４２の全長を、Ｌ3は弁体軸４３の中心から弁体４２前端までの長さを、Ｌ4は弁体軸４３の中心から弁体４２後端までの長さを示す。相殺範囲では弁体軸４３の中心とする左右で発生する回転力が相殺されるから、該相殺範囲を除いた範囲が回転力発生有効範囲となる、ここで発生する回転力（トルク）Ｔｂは、
L4
Ｔｂ＝∫ Ｐ・Ｗ・ｌ・ｄｌ
-L3
＝（１／２）Ｐ・Ｗ・（Ｌ42-L32）
となる。但し、Ｐは逆風Ｃの圧力（Ｐａ）、Ｗは弁体４２の幅を示す。回転力の関係はＴａ＞Ｔｂとなる。このように弁体４２に逆風Ｃが作用して発生する回転力は弁体４２に固定する弁体軸４３の位置の弁体４２の中心からのずれ、即ち弁体軸４３のオフセット位置を調整することにより調整できる。
【００９２】
本発明に係る機械式自動逆風抑制装置の逆風圧抑制機構は、図１８〜図２４に示す構成のものに限らず、急激で過大な逆風圧が及んだ場合に遅れを生じさせることなく、その逆流の換気ファンへの作用を十分に抑制する機構であれば、他の構成の逆風圧抑制機構でもよい。以下に逆風圧抑制機構の他の構成例を説明する。
【００９３】
図２５、図２７は、本発明に係る機械式自動逆風抑制装置の逆風圧抑制機構の他の構成例を示す図である。図２５、図２７において、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面を、（ｃ）は（ａ）のＡ−Ａ断面を示す。また、図２５、図２７は弁体閉状態を示す。本機械式自動逆風圧抑制装置４’の逆風圧抑制機構４０’は、断面矩形形状で両端にフランジ４１ａを設けた胴体４１を備え、該胴体４１の内部に複数本（図では５本）の弁体４２が配置され、各弁体４２には弁体軸４３が固定され、各弁体軸４３は弁体軸受４４により胴体４１に対して回動自在に支持されている点は、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０と同じである。また、弁体４２の断面における断面重心は、弁体軸４３の軸芯に一致していること、弁体４２が弁体軸４３を中心に通風方向に対して開閉動作を行うことにより、逆風圧を抑制する機能と、逆風圧が及んだ場合、弁体４２の断面形状、傾斜角度等により所定の回転方向に初動回転力が加わる構造である点も、逆風圧抑制機構４０と同じである。
【００９４】
本逆風圧抑制機構４０’が、逆風圧抑制機構４０と異なる点は、弁体開閉リンク４６の両端近傍に配置された衝撃吸収機構（開側）５４、衝撃吸収機構（閉側）５５、弁体４２に初期閉鎖方向回転力を付与する初期閉鎖方向回転力付加装置５７、ストッパープレート５８、ストッパー支持バー６０を備えたストッパー機構が設けられている点である。本逆風圧抑制機構４０’では、弁体軸４３の回転範囲を連結している弁体開閉リンク４６の回転動作を逆風圧抑制機構４０のように弁体開度自動制御機構５０等で拘束することなく、弁体４２の断面重心と弁体軸４３の軸芯が図２６に示すように一致していることにより、無風圧状態においては弁体４２の回転位置は可動回転範囲内で無拘束浮遊の状態となっている。そして弁体４２の可動範囲の最端位置（全閉・全開）では、弁体開閉リンク４６の端部で衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５で拘束されるようになっている。
【００９５】
弁体４２の断面形状は図２６に示すように、断面長手方向において片側（上流側翼長Ｌ１）が短く、反対側（下流側翼長Ｌ２）が長いこと、即ち弁体軸４３の軸芯を挟んで片側と反対側の寸法が異なる（Ｌ２＞Ｌ１）構造である。弁体４２をこの構造とすることにより、矢印Ｃに示す方向の逆風圧が弁体４２に及んだ場合、弁体軸４３の軸芯を境として弁体４２の長手方向の受圧面積が異なる。これにより弁体４２の回転モーメントは受圧面積の広い側（下流側）が狭い側（上流側）に勝り、強制回転力が生じ弁体４２は閉じる方向に回動する。弁体４２は開方向の端部位置（開側の衝撃吸収機構５４の拘束位置）にあっても、初期閉鎖方向回転力付加装置５７によりその断面長手方向の軸が正風／逆風に対して初期傾斜角度θだけ傾いているが、弁体４２の断面形状は矢印Ｄに示す正風方向においては大きな抵抗とはならない極力抵抗を低減した弁体断面形状である。
【００９６】
衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５は、弁体開閉リンク４６が逆風圧によって、又は逆風圧から正風圧に戻って急激に動作し、該衝撃吸収機構（開側）５４又は衝撃吸収機構（閉側）５５に衝突した際、衝突衝撃力や、衝突衝撃音を吸収・抑制する衝撃吸収作用を奏するもので、弁体開閉リンク４６の端部と可動回転範囲の両最端位置近辺で当接（係合）し、弁体開閉リンク４６の可動回転範囲を拘束する位置に設けている。この衝撃吸収機構（開側）５４及び衝撃吸収機構（閉側）５５は、バネ部材５４ａ、バネ部材５５ａ等を有する減衰機構を組み合わせた構造となっており、弁体開閉リンク４６の端部が衝突してから最端位置までの範囲において、弁体開閉リンク４６に当接（係合）し、その動きを抑制する。
【００９７】
逆風圧抑制機構４０’は、上記のように構成されていることから、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０では逆風圧の大きさに応じて弁体４２の開度（角度）が自動調整されるのに対して、逆風圧の大きさに係わらず弁体４２の開度を完全閉鎖位置まで閉鎖する。逆風圧抑制機構４０’では、弁体４２の断面における断面重心が弁体軸４３の軸芯に一致していることに加え、可動範囲内の殆どの範囲で弁体４２の回動が抑制されないため、急激な逆風圧の流入に対して応答が速い。
【００９８】
また、逆風圧抑制機構４０’には、想定以上の圧力風により弁体軸４３に過大なねじり応力が付加される。この過大なねじり応力を抑制するために、ストッパー機構が設けられている。このストッパー機構は、各弁体４２に３箇所ずつ、六角形状のストッパープレート５８が弁体軸４３に対して長手方向に設けられていて、その一角（弁体４２の正風方向下流側で、弁体４２の閉動作回動方向にある角）に弁体側ストッパー６２が設けられている。また、胴体４１には、ストッパープレート５８と同じ面上に配置されるようにストッパー支持バー６０が設けられ、弁体側ストッパー６２と係合（当接）する位置に胴体側ストッパー６１が設けられている。衝撃吸収機構（閉側）５５に弁体開閉リンク４６の端部が衝突し、最大変位位置近傍で弁体の一部として弁体と一体に回動する弁体側ストッパー６２と胴体側ストッパー６１が当接（係合）してそれ以上のストッパープレート５８の変位を拘束することで、弁体軸４３への過大なねじり応力が及ぶことを抑制することができる。また、両ストッパー６１、６２の当接（係合）位置は、弁体開閉リンク４６と衝撃吸収機構（閉側）５５とが係合して弁体４２の急激な制動による衝撃を吸収した後、弁体４２の開度が最大となる位置までの間にあることが望ましい。なお、このストッパ機構の構成は、図１８〜図２４に示す逆風圧抑制機構４０にも適用できる。
【００９９】
また、逆風圧抑制機構４０’には、急激で過大な圧力風が及んだ場合に弁体４２の閉鎖側への回転動作に遅れが生じないようにするために、弁体４２の断面形状、傾斜角度等により所定の回転方向に初動回転力を加える構造に加え、無風状態から逆流方向の風流が生じたと同時に弁体４２を閉鎖動作に強制的に導く装置として初期閉鎖方向回転力付加装置５７を設けている（図２５参照）。この初期閉鎖方向回転力付加装置５７は、弁体４２の閉鎖位置から若干閉じる方向の位置までの変位に対して強制的な閉鎖力が加わるものである。この閉鎖力の大きさは換気ファン１０の定格正流風において図２６に示すように弁体４２に生じる開方向への力により開側へ適切な角度まで戻される程度の大きさであるものとする。
【０１００】
初期閉鎖方向回転力付加装置は、図２５に示す逆風圧抑制機構４０’に限らず、図２７に示す逆風圧抑制機構４０’のように弁体４２以外の空力により回転力を付加する初期回転力付加装置６４でもよい。この初期回転力付加装置６４では、ストッパープレート５８上に、弁体４２とは方向を違えて翼板が取り付けられた構成であり、この翼板が逆風圧を受けると弁体４２の閉方向に初期回転力が発生する構成となっている。
【０１０１】
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。例えば、逆風圧抑制機構４０においては、各弁体が逆風圧に応じた弁開度になり、また、逆風圧抑制機構４０’においては各弁体の動作に対する衝撃吸収が機能する構成であれば、弁体開閉リンク４６により各弁体を連結せず、各弁体が独立して回転動してもよい。また、弁体の数も、本実施形態では複数としたが、流路形状や想定される逆風圧の大きさなどによっては、弁体を１つだけ設ける構成で十分な効果が得られる場合もある。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】
【０１０２】
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）が頻繁に侵入し、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。
【０１０３】
本発明に係る風路の逆風圧抑制装置は、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侵入する風路、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、高速列車が通過する度に立坑内に逆風と正風が侵入し、換気ファンに強い正風圧、逆風圧が作用する。本発明はこのような風路に適用した場合に特に効果が大きい。
【符号の説明】
【０１０４】
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 機械式自動逆風圧抑制装置
１０ 換気ファン
１１ 風路
１５ 回転翼
１７ 電動モータ
３１ 制御対象信号発信器
３２ 運転・停止指令信号発信器
３３ 設定回転数発信器
３５ インバータ
３６ インバータ制御部
３７ 外力状態量発信器
４０ 逆風圧抑制機構
４１ 胴体
４２ 弁体
４３ 弁体軸
４４ 弁体軸受
４５ 弁体開閉レバー
４６ 弁体開閉リンク
５０ 弁体開度自動制御機構
５１ バネ材
５２ ブラケット
５４ 衝撃吸収機構（開側）
５５ 衝撃吸収機構（閉側）
５７ 初期閉鎖方向回転力付加装置
５８ ストッパープレート
６０ ストッパー支持バー
６１ 胴体側ストッパー
６２ 弁体側ストッパー
６４ 初期回転力付加装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記速度制御装置に前記通常制御機能を停止させ、前記回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項２】
請求項１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、前記流路に作用する外部圧力流体の圧力が前記許容範囲内になった場合に前記保護制御指示機能を停止させ、前記速度制御装置による通常制御機能を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機械運転制御装置において、
前記速度制御装置に前記保護制御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の信号を送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の圧力が前記許容範囲内になった場合に保護制御終了の信号を送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。
【請求項４】
請求項２又は３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、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで前記フリーラン状態を維持することを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項５】
請求項２又は３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、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで、前記速度制御装置に制動指令信号を送信し、前記回転体を減速させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項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、前記保護制御停止時に、前記回転体が正回転している場合には、直ちにフリーラン状態を終了させ、前記回転体が回転している状態のまま前記通常制御を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【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運転制御装置において、
更に、前記回転翼に作用する逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置、若しくは、前記回転翼に作用する逆風圧を遮断する逆風圧遮断装置を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項８】
風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、弁体開度自動制御機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、１又は複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するように構成され、
前記弁体開度自動制御機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体が逆風の風圧を受けて回動する回動動作を所定の抑制力で抑制し、該弁体の開度を前記逆風圧に応じた開度に自動的に制御する機能を備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項９】
請求項８に記載の逆風圧抑制装置において、
複数本の前記弁体が前記風路に対して並列に位置する状態で、各前記弁体の後端部に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部を設けるか、又は前記弁体の片側に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部を設けるか、又は前記弁体の断面形状を翼形状にするか、又は前記弁体を逆風の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置して、前記逆風発生時に速やかに前記弁体に初動回転力を与える構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１０】
風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、衝撃吸収機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するよう構成され、
前記衝撃吸収機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体の弁開度がそれぞれ最少付近、最大付近となる位置で前記弁体の回動を抑制し、前記弁体の急激な回動停止の衝撃を吸収することを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の複数本の前記弁体は弁体開閉リンク機構により前記逆風の風圧を受け同一方向に、同一開度で回動するようになっており、前記衝撃吸収機構は前記弁体開閉リンク機構とそれぞれ前記弁開度が最少付近、最大付近で係合し、前記弁体の回動を抑制する開側衝撃吸収機構、閉側衝撃吸収機構とを備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の弁体軸の軸芯は前記弁体の断面重心と一致することを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構は前記風路に流れる風が前記逆風と反対方向の正風である時、前記各弁体は前記正風の方向と平行に位置し、通風抵抗の小さい弁体形状にて最低限の通風抵抗を発生すると共に、前記通風抵抗が最大となる前記弁体の開度が最大位置では、互いに隣接する前記弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成される構成であることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記胴体側に固定された胴体側ストッパーを備え、前記弁体と前記胴体側ストッパーとは、前記弁体の開度が最大位置近傍で係合し、前記弁体軸に対するねじりを抑制する構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１５】
流路内に配置され、回転翼を駆動回転させることにより、気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方法において、
通常は設定回転数で前記流体機械の回転翼を含む回転体を回転させ、
前記流路内に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記回転体を無拘束で前記外部圧力流体流により回転させるフリーラン状態にし、
前記外部圧力流体流の圧力が前記許容範囲内になった場合前記フリーラン状態を終了させることを特徴とする流体機械運転方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の流体機械運転方法において、
前記回転体のフリーラン状態が終了した時点で該回転体に制動をかけて回転を停止させた後、前記流体機械を再加速させて運転すること特徴とする流体機械運転方法。
【請求項１】
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圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記速度制御装置に前記通常制御機能を停止させ、前記回転体をフリーラン状態にさせる保護制御を指示する保護制御指示機能を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項２】
請求項１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、前記流路に作用する外部圧力流体の圧力が前記許容範囲内になった場合に前記保護制御指示機能を停止させ、前記速度制御装置による通常制御機能を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の流体機械運転制御装置において、
前記速度制御装置に前記保護制御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の信号を送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の圧力が前記許容範囲内になった場合に保護制御終了の信号を送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。
【請求項４】
請求項２又は３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、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで前記フリーラン状態を維持することを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項５】
請求項２又は３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、前記保護制御停止時に、前記回転体が逆回転している場合には、前記回転体の回転数が所定値以下に減速するまで、前記速度制御装置に制動指令信号を送信し、前記回転体を減速させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれか１項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、前記保護制御停止時に、前記回転体が正回転している場合には、直ちにフリーラン状態を終了させ、前記回転体が回転している状態のまま前記通常制御を再開させることを特徴とする流体機械運転制御装置。
【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運転制御装置において、
更に、前記回転翼に作用する逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置、若しくは、前記回転翼に作用する逆風圧を遮断する逆風圧遮断装置を備え、
たことを特徴とする流体機械運転制御装置。
【請求項８】
風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、弁体開度自動制御機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、１又は複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するように構成され、
前記弁体開度自動制御機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体が逆風の風圧を受けて回動する回動動作を所定の抑制力で抑制し、該弁体の開度を前記逆風圧に応じた開度に自動的に制御する機能を備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項９】
請求項８に記載の逆風圧抑制装置において、
複数本の前記弁体が前記風路に対して並列に位置する状態で、各前記弁体の後端部に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜する傾斜部を設けるか、又は前記弁体の片側に前記逆風の方向に対して所定の角度で傾斜した傾斜面部を設けるか、又は前記弁体の断面形状を翼形状にするか、又は前記弁体を逆風の方向に対して所定角度だけ傾斜して配置して、前記逆風発生時に速やかに前記弁体に初動回転力を与える構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１０】
風路内に配置され、回転翼を駆動機で回転させることにより、流体流を風路の一方から他方に送る流体機械に及ぶ逆風圧を抑制する逆風圧抑制装置であって、
逆風圧抑制機構と、衝撃吸収機構とを備え、
前記逆風圧抑制機構は、胴体と、複数本の通風抵抗となる弁体を備え、前記弁体は該弁体に固定された弁体軸を有し、前記胴体内に並列に、且つ前記弁体軸を介して回動自在に配置され、複数本の前記弁体は前記逆風の風圧を受け回動するよう構成され、
前記衝撃吸収機構は、前記逆風圧抑制機構の弁体の弁開度がそれぞれ最少付近、最大付近となる位置で前記弁体の回動を抑制し、前記弁体の急激な回動停止の衝撃を吸収することを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の複数本の前記弁体は弁体開閉リンク機構により前記逆風の風圧を受け同一方向に、同一開度で回動するようになっており、前記衝撃吸収機構は前記弁体開閉リンク機構とそれぞれ前記弁開度が最少付近、最大付近で係合し、前記弁体の回動を抑制する開側衝撃吸収機構、閉側衝撃吸収機構とを備えていることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構の弁体軸の軸芯は前記弁体の断面重心と一致することを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１３】
請求項８乃至１２のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記逆風圧抑制機構は前記風路に流れる風が前記逆風と反対方向の正風である時、前記各弁体は前記正風の方向と平行に位置し、通風抵抗の小さい弁体形状にて最低限の通風抵抗を発生すると共に、前記通風抵抗が最大となる前記弁体の開度が最大位置では、互いに隣接する前記弁体と弁体との間に所定間隔の間隙が形成される構成であることを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１４】
請求項８乃至１３のいずれか１項に記載の逆風圧抑制装置において、
前記胴体側に固定された胴体側ストッパーを備え、前記弁体と前記胴体側ストッパーとは、前記弁体の開度が最大位置近傍で係合し、前記弁体軸に対するねじりを抑制する構成としたことを特徴とする逆風圧抑制装置。
【請求項１５】
流路内に配置され、回転翼を駆動回転させることにより、気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方法において、
通常は設定回転数で前記流体機械の回転翼を含む回転体を回転させ、
前記流路内に許容範囲外の圧力を有する外部圧力流体流が侵入した場合に前記回転体を無拘束で前記外部圧力流体流により回転させるフリーラン状態にし、
前記外部圧力流体流の圧力が前記許容範囲内になった場合前記フリーラン状態を終了させることを特徴とする流体機械運転方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の流体機械運転方法において、
前記回転体のフリーラン状態が終了した時点で該回転体に制動をかけて回転を停止させた後、前記流体機械を再加速させて運転すること特徴とする流体機械運転方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１７９４１３（Ｐ２０１１−１７９４１３Ａ）
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４４７８４（Ｐ２０１０−４４７８４）
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【出願人】（３９８０４０６４２）ジェイアール東海コンサルタンツ株式会社 (7)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年９月１５日（２０１１．９．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１日（２０１０．３．１）
【出願人】（３９００２１５７７）東海旅客鉄道株式会社 (413)
【出願人】（３９８０４０６４２）ジェイアール東海コンサルタンツ株式会社 (7)
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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