風量調整用ダンパ装置及び空調装置
【課題】風通過部を通過した風の風量を高い精度で知ることが可能な風量調整用ダンパ装置と、この風量調整用ダンパ装置を用いた空調装置を得る。
【解決手段】傾斜角度センサ４０で検知したダンパ羽根３４の傾斜角度θと、風通過部３４の下流側の風速センサ４８で検知した風の風速とから、通過した風の風量を計算する。
【解決手段】傾斜角度センサ４０で検知したダンパ羽根３４の傾斜角度θと、風通過部３４の下流側の風速センサ４８で検知した風の風速とから、通過した風の風量を計算する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願の開示する技術は、風量調整用ダンパ装置及び空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対し風を供給することで空調する空調装置では、風通過部に配置されたダンパ羽根の傾斜角度を変更することで風量を調整可能とするものがある。また、ダンパ羽根よりも風の流れ方向上流側に設置した風速センサにより風速を検知するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第２５２９４７８号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０５１８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風通過部を通過した風量を知るには、風速センサをダンパ羽根よりも風の流れ方向の下流側に設置することが望ましい。しかし、単に風速センサを下流側に設置しても、風量はダンパ羽根の傾斜角度に応じて変わるため、通過した風量を高い精度で知ることは難しい。
【０００５】
本願の開示技術は、風通過部を通過した風の風量を高い精度で知ることが可能な風量調整用ダンパ装置と、この風量調整用ダンパ装置を用いた空調装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の開示する風量調整用ダンパ装置は、ダンパ羽根、傾斜角度センサ、風速センサ及び風量計算部を有する。傾斜角度センサは、ダンパ羽根の傾斜角度を検出する。風速センサは、風通過部を通過した風の風速を検出する。風量計算部が、ダンパ羽根の傾斜角度と、風通過部を通過した風の風速とから、風通過部を通過した風の風量を計算する。
【発明の効果】
【０００７】
本願の開示する風量調整用ダンパ装置によれば、風通過部を通過した風の風量を高い精度で知ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を備えた空調装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を示す概略正面図である。
【図３】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を示し、（Ａ）はグリルを装着した状態、（Ｂ）はグリルを取り外した状態である。
【図４】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置において風速センサ及びその近傍を部分的に拡大して示す正面図であり、（Ａ）は傾斜角度が０度の場合、（Ｂ）は傾斜角度が４５度程度の場合である。
【図５】（Ａ）ダンパ羽根の傾斜角度と風速風量変換係数との関係の一例を示すグラフであり、（Ｂ）はダンパ羽根の傾斜角度と風量との関係の一例を示すグラフである。
【図６】対向翼型ダンパと平行翼型ダンパのそれぞれにおける傾斜角度θと風量との関係の一例を定性的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する風量調整用ダンパ装置及び空調装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の空調装置１４は、たとえば、データセンターやサーバルーム等に設置され、冷却対象物の一例であるサーバー等に対して、冷却風を送る。床下１８には、図示しない空調機から、冷却対象物を冷却するための冷却風ＣＷ（矢印Ｆ０で示す）が供給され、冷却風流路２０を流れている。空調装置１４は、本実施形態では、矢印Ｆ０方向に沿って配置された複数の風量調整用ダンパ装置１２を有している。
【００１１】
床面２２には、サーバラック２４の近傍（図示の例では前方且つ下方）の位置に開口２６が形成されている。図２及び図３にも示すように、開口２６には、多数のスリット２８Ｓが形成された１枚又は複数枚のグリル２８が、床面２２と平行にはめ込まれている。そして、グリル２８の下方（グリル２８と冷却風流路２０との間）に、床下１８の冷却風流路２０を流れる風の流れ方向（矢印Ｆ０方向）に沿って複数の風量調整用ダンパ装置１２が配置されている。冷却風流路２０を流れた冷却風ＣＷは、矢印Ｆ１で示すように、風量調整用ダンパ装置１２を通過して床上に至る。なお、以下においては、単に風の流れ方向というときは、風量調整用ダンパ装置１２における風の流れ方向（矢印Ｆ１方向）を意味するものとする。
【００１２】
図２及び図３に示すように、風量調整用ダンパ装置１２は、枠体３０を備えている。枠体３０は、床面２２の法線方向に見たとき四角形の枠状となるように、４つの側壁３０Ｓを備えている。枠体３０の内部、すなわち、４つの側壁３０Ｓで囲まれた領域が、風通過部３２となっている。
【００１３】
側壁３０Ｓのそれぞれの上端からは、枠体３０を平面視したとき外側に延出されるフランジ状に支持板３０Ｐが延出されている。支持板３０Ｐ上に、グリル２８が支持される。
【００１４】
対向する２枚の側壁３０Ａ、３０Ｂの間には、複数枚（図示の例では９枚）のダンパ羽根３４が配置されている。ダンパ羽根３４のそれぞれは長尺の板状に形成されている。また、ダンパ羽根３４のそれぞれには、幅方向（長手方向と直交する方向）の中心に沿って支軸３６が設けられている。複数のダンパ羽根３４は、冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１と、支軸３６の方向にそれぞれ交差する方向に沿って配置されている。図示の例では、特に、支軸３６は、風通過部３２における冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１と直交している。
【００１５】
複数のダンパ羽根３４の支軸３６は互いに平行とされ、両端部分が側壁３０Ａ、３０Ｂに回転可能に支持されている。したがって、複数のダンパ羽根３４は、冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１及び、支軸３６のそれぞれと直交する方向に沿って配置されている。
【００１６】
ダンパ羽根３４はそれぞれ、支軸３６を中心として回転することで、風通過部３２における冷却風ＣＷの流れ方向（矢印Ｆ１方向）と直交する仮想平面ＰＬに対する傾斜角度θが、０度から９０度までの範囲で変化する。
【００１７】
そして、このようにダンパ羽根３４の傾斜角度θを変化させることで、風通過部３２の断面積、すなわち風通過部３２を冷却風ＣＷが通過する際の開口部分の面積を調整することができる。具体的には、傾斜角度θが０度のときは、風通過部３２の開口面積は最小（実質的にゼロ）となる。また、傾斜角度が９０度のときは、風通過部３２の開口面積は最大となる。
【００１８】
特に本実施形態では、図２から分かるように、隣接するダンパ羽根３４どうしは、支軸３６の方向に見たとき、互いに反対方向に傾斜する（２枚のダンパ羽根３４の傾斜角度θは等しい）ように、羽根開閉機構３８によりダンパ羽根３４が連結されている。すなわち、ダンパ羽根３４は全体として、対向翼型ダンパ羽根となっている。そして、たとえば、羽根開閉機構３８を手動操作することで、すべてのダンパ羽根３４を支軸３６周りに一体的に回転させることができる。また、ダンパ羽根３４が所定の傾斜角度θで保持されるように、図示しないストッパ機構が設けられる。もちろん、アクチュエータを設けて、ダンパ羽根３４の回転を自動化してもよい。
【００１９】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に詳細に示すように、ダンパ羽根３４のそれぞれは、幅方向（支軸３６の長手方向と直交する方向）の縁部分を板厚方向に部分的に曲げて段部３４Ｄが形成されている。図４（Ａ）から分かるように、段部３４Ｄは、ダンパ羽根３４の傾斜角度θが０度の状態で、隣り合うダンパ羽根３４の段部３４Ｄと部分的に重なり合うように形成されている。換言すれば、ダンパ羽根３４は、傾斜角度θが０度の状態であっても、段部３４Ｄによって違いに重なり合うことで、冷却風ＣＷの通過を効果的に抑制可能としている。
【００２０】
これに対し、ダンパ羽根３４が所定の傾斜角度θ（たとえば、図４（Ｂ）に示すように４５度程度）で傾斜していると、図２からも分かるように、隣り合うダンパ羽根３４の段部３４Ｄは離間し、ダンパ羽根３４の間に隙間５４、５６が生じる。特に、隣り合う段部３４Ｄが上方に移動した部分５０では、隙間５４の両側のダンパ羽根３４に沿って冷却風ＣＷが集められ、隙間５４を通過する。
【００２１】
枠体３０には、傾斜角度センサ４０が備えられている。傾斜角度センサ４０は、ダンパ羽根３４の傾斜角度を検知し、データを風量計算部４２に送る。
【００２２】
側壁３０Ａ、３０Ｂの間には、２枚の誘導板４４が掛け渡されている。誘導板４４のいずれか一方若しくは両方には、冷却風ＣＷの流れ方向（矢印Ｆ１方向）の下流側（図２では上側）に、支持板４６が形成されている。支持板４６には、風速センサ４８が取り付けられている。風速センサ４８は、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの風速Ｖを検知し、データを風量計算部４２に送る。
【００２３】
特に本実施形態では、風通過部３２よりも流れ方向の下流側で、且つグリル２８よりも上流側において、風通過部３２（ダンパ羽根３４の間）を通過した冷却風ＣＷの風速Ｖを検知している。
【００２４】
誘導板４４のそれぞれは、冷却風ＣＷの流れ方向に沿って平行に配置されている。図２及び図４から分かるように、誘導板４４は、複数のダンパ羽根３４の並び方向（矢印Ａ１方向）における略中央部分に配置されている。特に、本実施形態では、段部３４Ｄが上方に移動する部分５０を囲むように、特定の隣り合う２枚のダンパ羽根３４Ａ、３４Ｂのそれぞれの支軸３６Ａ、３６Ｂよりも、並び方向の外側に配置されている。
【００２５】
ダンパ羽根３４Ａ、３４Ｂが傾斜している状態では、冷却風ＣＷの一部はダンパ羽根３４の下面に沿って移動し、段部３４Ｄが上方に移動した部分５０の隙間５４を通過する。誘導板４４は、段部３４Ｄが上方に移動する部分５０を囲むように配置されている。このため、誘導板４４は、隙間５４を通過した冷却風ＣＷを、矢印Ｆ２で示すように、風速センサ４８に向けて誘導することができる。これにより、冷却風ＣＷを風速センサ４８に誘導しない構成と比較して、冷却風ＣＷの風速を効率的に検知できる。
【００２６】
また、たとえば、段部３４Ｄが下方に移動する部分５１（図２参照）を囲むように誘導板４４を配置した構成では、その両側のダンパ羽根３４で冷却風ＣＷが集められることがないため、実質的にこの部分の隙間５６を通過する風量Ｆは少なくなる。これに対し、隙間５４では、冷却風ＣＷがダンパ羽根３４に沿って集められるので、この集められた冷却風ＣＷを利用して効率的に風速センサ４８に冷却風を誘導し、冷却風の風速を検知できる。
【００２７】
風量計算部４２では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θ、冷却風ＣＷの風速Ｖ及び推定風量Ｆ’を、図示しない表示装置等に出力できるようになっている。
【００２８】
次に、風量調整用ダンパ装置１２と空調装置１４の作用及び効果について説明する。
【００２９】
本実施形態の空調装置１４では、図１に示すように、図示しない空調機からの冷却風ＣＷ（矢印Ｆ０参照）が床下１８の冷却風流路２０を流れる。さらに冷却風ＣＷは、風量調整用ダンパ装置１２の風通過部３２からグリル２８のスリット２８Ｓを通過して（矢印Ｆ１参照）、床面２２の上方に供給される。この冷却風ＣＷにより、床面２２に設置された冷却対象物の一例であるサーバー等が冷却される。
【００３０】
風量計算部４２には、傾斜角度センサ４０で検知されたダンパ羽根３４の傾斜角度θが入力される。また、風量計算部４２には、風速センサ４８で検知された冷却風ＣＷの風速が入力される。
【００３１】
風通過部３２を通過する風量Ｆは、風速センサ４８で検知された風速Ｖに応じて変化する。ここで、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを一定にしたままで、風量調整用ダンパ装置１２への送風量を変化させたとき、風通過部３２を通過する風量Ｆは、風速センサ４８で検知された風速Ｖと比例関係にあることを実験的に見出した。すなわち、推定風量Ｆ’は、以下の計算式（１）で計算できる。なお、この計算式（１）は、風量計算部４２に格納されている。
【００３２】
Ｆ’＝Ｋ・Ｖ （１）
【００３３】
Ｋは、風速Ｖを風量Ｆに変換するための変換係数（以下、「風速風量変換係数」という）である。そして、この風速風量変換係数Ｋは、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに依存して決まる固有の値をとることも見出した。すなわち、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを変化させて、各傾斜角度ごとに風速Ｖと風量Ｆとをあらかじめ測定することで、傾斜角度θごとの風速風量変換係数Ｋが決定できる。
【００３４】
この点を踏まえ、風量計算部４２では、特定の傾斜角度θ１、θ２〜θｉ〜θｎと風速風量変換係数Ｋ１、Ｋ２〜Ｋｉ〜Ｋｎとの対応関係が、テーブル４２Ｔとして格納されている。図５（Ａ）には一例として、傾斜角度θを０度から９０度まで１０度ずつ変化させたときの、風速風量変換係数Ｋの値が、グラフ化して示されている。図５（Ａ）のグラフからも、風速風量変換係数Ｋは傾斜角度θに依存して、０．０５〜０．２０の範囲で変化していることが分かる。
【００３５】
上記のように求められた風速風量変換係数Ｋを用いて、風速センサ４８で検知された風速Ｖから推定風量Ｆ’を計算した結果が、風量Ｆの実測値（実測風量Ｆｒ）と共に、図５（Ｂ）にグラフ化して示されている。
【００３６】
図５（Ｂ）から分かるように、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを０度から９０度まで１０度ずつ変化させたとき、風速Ｖは大きく変化している。すなわち、単にダンパ羽根３４よりも冷却風ＣＷの流れ方向の下流側で風速Ｖを測定し、ある定数（たとえば、風通過部３２の面積）を掛けただけでは、風量Ｆを高い精度で求めることが難しい。これは、たとえば、ダンパ羽根３４の傾斜方向に依存して、隙間５４を通過する冷却風の向きが真上にならないことに起因すると考えられる。たとえば、図４（Ｂ）のように隙間５４が構成された場合では、冷却風ＣＷは左方向へ向かうと想定される。また、風通過部３２を通過する風速Ｖと風量Ｆとの関係も、上記したようにダンパ羽根３４の傾斜角度θに依存するが、単に風速Ｖを測定しただけでは、傾斜角度θに応じた風量Ｆの変化を反映できないためであると考えられる。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに対応した風速風量変換係数Ｋを求め、この風速風量変換係数Ｋを用いて、風速Ｖから推定風量Ｆ’を計算している。この結果、計算で得た推定風量Ｆ’は、実測風量Ｆｒとの誤差が少ない（図示の例では５％以内）。すなわち、本実施形態の風量調整用ダンパ装置１２では、風通過部３２を通過する冷却風ＣＷの風量Ｆを、高い精度で計算できる。
【００３８】
しかも、本実施形態では、風量調整用ダンパ装置１２自身から、冷却風ＣＷの推定風量Ｆ’が出力されるため、風量Ｆの測定装置をあらたに設ける必要がない。このため、風量調整用ダンパ装置１２で冷却風ＣＷを排出するタイミングで（遅延なく）、推定風量Ｆ’を得ることができる。また、高い精度で推定風量Ｆ’を計算できる風量調整用ダンパ装置１２を、低コストで実現できる。
【００３９】
また、本実施形態では、ダンパ羽根３４よりも冷却風ＣＷの流れ方向の下流側で、且つ風速センサ４８よりも上流側の位置に、誘導板４４を設けている。この誘導板４４により、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの一部（隙間５６を通過した冷却風ＣＷ）を風速センサ４８に誘導している。したがって、誘導板４４が設けられていない構成と比較して、風速センサ４８によって高精度で風速Ｖを検出できる。
【００４０】
本実施形態の空調装置１４は、上記の構成とされた風量調整用ダンパ装置１２を複数備えている。したがって、冷却対象物（サーバ等）の運転による発熱状態（温度分布）に応じて、風量調整用ダンパ装置１２ごとに、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを変えることで、冷却（空調）の効率を上げることが可能である。すなわち、より冷却が必要とされる冷却対象物に対し相対的に風量が多くなり、冷却の必要性が低い冷却対象物に対しては、相対的に少ない風量の冷却風とすることで、空調装置１４の全体としてのエネルギー効率が高くなる。
【００４１】
そして、このように風量調整用ダンパ装置１２ごとに、冷却風ＣＷを適切な風量とする構成において、推定風量Ｆ’を高い精度で計算できる。このため、空調装置１４の全体としての冷却風ＣＷを、たとえば制御室から一括管理できるので、この点においても、さらにエネルギー効率が高くなる。
【００４２】
上記では、ダンパ羽根３４の例として、隣り合うダンパ羽根３４どうしが反対方向に傾斜することで、全体として、対向翼型ダンパ羽根となっている例を挙げている。しかし、ダンパ羽根としては、たとえば、平行翼型ダンパ羽根であってもよい。この平行翼型ダンパ羽根では、すべてのダンパ羽根が同じ方向に同じ傾斜角度で傾斜する。
【００４３】
ここで、図６には、対向翼型ダンパと平行翼型ダンパにおける、傾斜角度θと風量Ｆとの関係が定性的に示されている。また、傾斜角度θと風量Ｆとが線型（一次関数的）に変化する場合が直線Ｌ１で示されている。
【００４４】
平行翼型ダンパの場合には、傾斜角度θが小さい場合でも風量Ｆが多くなり、直線Ｌ１との差が大きい。これに対し、対向翼型ダンパの場合には、傾斜角度θによらず、直線Ｌ１との差が小さい。すなわち、対向翼型ダンパのほうが、平行翼型ダンパよりも、傾斜角度θに応じた風量Ｆの調整が容易である。
【００４５】
上記では、ダンパ羽根３４の回転軸である支軸３６が、ダンパ羽根３４の幅方向の中央に設けられている例を挙げているが、中央以外の箇所に支軸３６が設けられていてもよい。
【００４６】
ダンパ羽根３４の傾斜角度も、上記では、仮想平面ＰＬを基準とした角度を例示しているが、たとえば、風通過部３２における風の流れ方向を基準としてダンパ羽根３４の傾斜角度を測ってもよい。このようにして図った傾斜角度をθ’とすると、θ＋θ’＝９０度の関係があるので、傾斜角度としてθ’を用いても、θ’を容易にθに変換して、上記の計算方法を適用できる。
【００４７】
上記では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに基づいて風速風量変換係数Ｋを決定し、さらにこの風速風量変換係数Ｋを用いて、風速Ｖから推定風量Ｆ’を得る構成について説明している。ところで、この風速風量変換係数Ｋは、風量調整用ダンパ装置１２の全体的構成に応じて異なった値をとる。また、上記では、風通過部３２を通過する風量Ｆが、風速センサ４８で検知された風速Ｖと比例関係にある、という新たな知見を得ている。これに加えて、さらに厳密な実験を行うことで、他の要因も考慮して、風量Ｆをより正確に推定できる可能性もある。ただし、いずれにしても、本実施形態では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θごとの計算式をあらかじめ求めている。そして、この計算式に基づき、風通過部３２（ダンパ羽根３４）よりも冷却風ＣＷの下流側での風速Ｖを用いて、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの風量Ｆを計算している。このため、たとえば、風通過部３２（ダンパ羽根３４）よりも冷却風ＣＷの上流側で風速を検知して風量を推定する構成や、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを考慮することなく風量を推定する構成と比較して、より高い精度で、風量Ｆを推定することが可能である。
【００４８】
風量調整用ダンパ装置１２によって風量調整される風は、冷却風ＣＷに限定されず、たとえば、対象物を加熱（保温を含む）するための風や、対象物から異物を風圧により吹き飛ばして除去するための風（清掃風）であってもよい。
【００４９】
風量調整用ダンパ装置１２（空調装置１４）からの風の吹き出し位置も、床面に限られず、たとえば天井面や壁面であってもよい。
【００５０】
以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１２ 風量調整用ダンパ装置
１４ 空調装置
１８ 床下
２０ 冷却風流路
２２ 床面
２４ サーバラック
２６ 開口
２８ グリル
２８Ｓ スリット
３０ 枠体
３０Ｓ 側壁
３０Ｐ 支持板
３２ 風通過部
３４ ダンパ羽根
３４Ｄ 段部
３６ 支軸
３８ 羽根開閉機構
４０ 傾斜角度センサ
４２ 風量計算部
４２Ｔ テーブル
４４ 誘導板
４６ 支持板
４８ 風速センサ
５４ 隙間
５６ 隙間
ＣＷ 冷却風
ＰＬ 仮想平面
θ 傾斜角度
【技術分野】
【０００１】
本願の開示する技術は、風量調整用ダンパ装置及び空調装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
対象物に対し風を供給することで空調する空調装置では、風通過部に配置されたダンパ羽根の傾斜角度を変更することで風量を調整可能とするものがある。また、ダンパ羽根よりも風の流れ方向上流側に設置した風速センサにより風速を検知するものが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】実用新案登録第２５２９４７８号公報
【特許文献２】登録実用新案第３０５１８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
風通過部を通過した風量を知るには、風速センサをダンパ羽根よりも風の流れ方向の下流側に設置することが望ましい。しかし、単に風速センサを下流側に設置しても、風量はダンパ羽根の傾斜角度に応じて変わるため、通過した風量を高い精度で知ることは難しい。
【０００５】
本願の開示技術は、風通過部を通過した風の風量を高い精度で知ることが可能な風量調整用ダンパ装置と、この風量調整用ダンパ装置を用いた空調装置を提供することが目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本願の開示する風量調整用ダンパ装置は、ダンパ羽根、傾斜角度センサ、風速センサ及び風量計算部を有する。傾斜角度センサは、ダンパ羽根の傾斜角度を検出する。風速センサは、風通過部を通過した風の風速を検出する。風量計算部が、ダンパ羽根の傾斜角度と、風通過部を通過した風の風速とから、風通過部を通過した風の風量を計算する。
【発明の効果】
【０００７】
本願の開示する風量調整用ダンパ装置によれば、風通過部を通過した風の風量を高い精度で知ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を備えた空調装置の構成を示す概略正面図である。
【図２】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を示す概略正面図である。
【図３】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置を示し、（Ａ）はグリルを装着した状態、（Ｂ）はグリルを取り外した状態である。
【図４】第１実施形態の風量調整用ダンパ装置において風速センサ及びその近傍を部分的に拡大して示す正面図であり、（Ａ）は傾斜角度が０度の場合、（Ｂ）は傾斜角度が４５度程度の場合である。
【図５】（Ａ）ダンパ羽根の傾斜角度と風速風量変換係数との関係の一例を示すグラフであり、（Ｂ）はダンパ羽根の傾斜角度と風量との関係の一例を示すグラフである。
【図６】対向翼型ダンパと平行翼型ダンパのそれぞれにおける傾斜角度θと風量との関係の一例を定性的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本願の開示する風量調整用ダンパ装置及び空調装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１０】
図１に示すように、本実施形態の空調装置１４は、たとえば、データセンターやサーバルーム等に設置され、冷却対象物の一例であるサーバー等に対して、冷却風を送る。床下１８には、図示しない空調機から、冷却対象物を冷却するための冷却風ＣＷ（矢印Ｆ０で示す）が供給され、冷却風流路２０を流れている。空調装置１４は、本実施形態では、矢印Ｆ０方向に沿って配置された複数の風量調整用ダンパ装置１２を有している。
【００１１】
床面２２には、サーバラック２４の近傍（図示の例では前方且つ下方）の位置に開口２６が形成されている。図２及び図３にも示すように、開口２６には、多数のスリット２８Ｓが形成された１枚又は複数枚のグリル２８が、床面２２と平行にはめ込まれている。そして、グリル２８の下方（グリル２８と冷却風流路２０との間）に、床下１８の冷却風流路２０を流れる風の流れ方向（矢印Ｆ０方向）に沿って複数の風量調整用ダンパ装置１２が配置されている。冷却風流路２０を流れた冷却風ＣＷは、矢印Ｆ１で示すように、風量調整用ダンパ装置１２を通過して床上に至る。なお、以下においては、単に風の流れ方向というときは、風量調整用ダンパ装置１２における風の流れ方向（矢印Ｆ１方向）を意味するものとする。
【００１２】
図２及び図３に示すように、風量調整用ダンパ装置１２は、枠体３０を備えている。枠体３０は、床面２２の法線方向に見たとき四角形の枠状となるように、４つの側壁３０Ｓを備えている。枠体３０の内部、すなわち、４つの側壁３０Ｓで囲まれた領域が、風通過部３２となっている。
【００１３】
側壁３０Ｓのそれぞれの上端からは、枠体３０を平面視したとき外側に延出されるフランジ状に支持板３０Ｐが延出されている。支持板３０Ｐ上に、グリル２８が支持される。
【００１４】
対向する２枚の側壁３０Ａ、３０Ｂの間には、複数枚（図示の例では９枚）のダンパ羽根３４が配置されている。ダンパ羽根３４のそれぞれは長尺の板状に形成されている。また、ダンパ羽根３４のそれぞれには、幅方向（長手方向と直交する方向）の中心に沿って支軸３６が設けられている。複数のダンパ羽根３４は、冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１と、支軸３６の方向にそれぞれ交差する方向に沿って配置されている。図示の例では、特に、支軸３６は、風通過部３２における冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１と直交している。
【００１５】
複数のダンパ羽根３４の支軸３６は互いに平行とされ、両端部分が側壁３０Ａ、３０Ｂに回転可能に支持されている。したがって、複数のダンパ羽根３４は、冷却風ＣＷの流れ方向Ｆ１及び、支軸３６のそれぞれと直交する方向に沿って配置されている。
【００１６】
ダンパ羽根３４はそれぞれ、支軸３６を中心として回転することで、風通過部３２における冷却風ＣＷの流れ方向（矢印Ｆ１方向）と直交する仮想平面ＰＬに対する傾斜角度θが、０度から９０度までの範囲で変化する。
【００１７】
そして、このようにダンパ羽根３４の傾斜角度θを変化させることで、風通過部３２の断面積、すなわち風通過部３２を冷却風ＣＷが通過する際の開口部分の面積を調整することができる。具体的には、傾斜角度θが０度のときは、風通過部３２の開口面積は最小（実質的にゼロ）となる。また、傾斜角度が９０度のときは、風通過部３２の開口面積は最大となる。
【００１８】
特に本実施形態では、図２から分かるように、隣接するダンパ羽根３４どうしは、支軸３６の方向に見たとき、互いに反対方向に傾斜する（２枚のダンパ羽根３４の傾斜角度θは等しい）ように、羽根開閉機構３８によりダンパ羽根３４が連結されている。すなわち、ダンパ羽根３４は全体として、対向翼型ダンパ羽根となっている。そして、たとえば、羽根開閉機構３８を手動操作することで、すべてのダンパ羽根３４を支軸３６周りに一体的に回転させることができる。また、ダンパ羽根３４が所定の傾斜角度θで保持されるように、図示しないストッパ機構が設けられる。もちろん、アクチュエータを設けて、ダンパ羽根３４の回転を自動化してもよい。
【００１９】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に詳細に示すように、ダンパ羽根３４のそれぞれは、幅方向（支軸３６の長手方向と直交する方向）の縁部分を板厚方向に部分的に曲げて段部３４Ｄが形成されている。図４（Ａ）から分かるように、段部３４Ｄは、ダンパ羽根３４の傾斜角度θが０度の状態で、隣り合うダンパ羽根３４の段部３４Ｄと部分的に重なり合うように形成されている。換言すれば、ダンパ羽根３４は、傾斜角度θが０度の状態であっても、段部３４Ｄによって違いに重なり合うことで、冷却風ＣＷの通過を効果的に抑制可能としている。
【００２０】
これに対し、ダンパ羽根３４が所定の傾斜角度θ（たとえば、図４（Ｂ）に示すように４５度程度）で傾斜していると、図２からも分かるように、隣り合うダンパ羽根３４の段部３４Ｄは離間し、ダンパ羽根３４の間に隙間５４、５６が生じる。特に、隣り合う段部３４Ｄが上方に移動した部分５０では、隙間５４の両側のダンパ羽根３４に沿って冷却風ＣＷが集められ、隙間５４を通過する。
【００２１】
枠体３０には、傾斜角度センサ４０が備えられている。傾斜角度センサ４０は、ダンパ羽根３４の傾斜角度を検知し、データを風量計算部４２に送る。
【００２２】
側壁３０Ａ、３０Ｂの間には、２枚の誘導板４４が掛け渡されている。誘導板４４のいずれか一方若しくは両方には、冷却風ＣＷの流れ方向（矢印Ｆ１方向）の下流側（図２では上側）に、支持板４６が形成されている。支持板４６には、風速センサ４８が取り付けられている。風速センサ４８は、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの風速Ｖを検知し、データを風量計算部４２に送る。
【００２３】
特に本実施形態では、風通過部３２よりも流れ方向の下流側で、且つグリル２８よりも上流側において、風通過部３２（ダンパ羽根３４の間）を通過した冷却風ＣＷの風速Ｖを検知している。
【００２４】
誘導板４４のそれぞれは、冷却風ＣＷの流れ方向に沿って平行に配置されている。図２及び図４から分かるように、誘導板４４は、複数のダンパ羽根３４の並び方向（矢印Ａ１方向）における略中央部分に配置されている。特に、本実施形態では、段部３４Ｄが上方に移動する部分５０を囲むように、特定の隣り合う２枚のダンパ羽根３４Ａ、３４Ｂのそれぞれの支軸３６Ａ、３６Ｂよりも、並び方向の外側に配置されている。
【００２５】
ダンパ羽根３４Ａ、３４Ｂが傾斜している状態では、冷却風ＣＷの一部はダンパ羽根３４の下面に沿って移動し、段部３４Ｄが上方に移動した部分５０の隙間５４を通過する。誘導板４４は、段部３４Ｄが上方に移動する部分５０を囲むように配置されている。このため、誘導板４４は、隙間５４を通過した冷却風ＣＷを、矢印Ｆ２で示すように、風速センサ４８に向けて誘導することができる。これにより、冷却風ＣＷを風速センサ４８に誘導しない構成と比較して、冷却風ＣＷの風速を効率的に検知できる。
【００２６】
また、たとえば、段部３４Ｄが下方に移動する部分５１（図２参照）を囲むように誘導板４４を配置した構成では、その両側のダンパ羽根３４で冷却風ＣＷが集められることがないため、実質的にこの部分の隙間５６を通過する風量Ｆは少なくなる。これに対し、隙間５４では、冷却風ＣＷがダンパ羽根３４に沿って集められるので、この集められた冷却風ＣＷを利用して効率的に風速センサ４８に冷却風を誘導し、冷却風の風速を検知できる。
【００２７】
風量計算部４２では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θ、冷却風ＣＷの風速Ｖ及び推定風量Ｆ’を、図示しない表示装置等に出力できるようになっている。
【００２８】
次に、風量調整用ダンパ装置１２と空調装置１４の作用及び効果について説明する。
【００２９】
本実施形態の空調装置１４では、図１に示すように、図示しない空調機からの冷却風ＣＷ（矢印Ｆ０参照）が床下１８の冷却風流路２０を流れる。さらに冷却風ＣＷは、風量調整用ダンパ装置１２の風通過部３２からグリル２８のスリット２８Ｓを通過して（矢印Ｆ１参照）、床面２２の上方に供給される。この冷却風ＣＷにより、床面２２に設置された冷却対象物の一例であるサーバー等が冷却される。
【００３０】
風量計算部４２には、傾斜角度センサ４０で検知されたダンパ羽根３４の傾斜角度θが入力される。また、風量計算部４２には、風速センサ４８で検知された冷却風ＣＷの風速が入力される。
【００３１】
風通過部３２を通過する風量Ｆは、風速センサ４８で検知された風速Ｖに応じて変化する。ここで、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを一定にしたままで、風量調整用ダンパ装置１２への送風量を変化させたとき、風通過部３２を通過する風量Ｆは、風速センサ４８で検知された風速Ｖと比例関係にあることを実験的に見出した。すなわち、推定風量Ｆ’は、以下の計算式（１）で計算できる。なお、この計算式（１）は、風量計算部４２に格納されている。
【００３２】
Ｆ’＝Ｋ・Ｖ （１）
【００３３】
Ｋは、風速Ｖを風量Ｆに変換するための変換係数（以下、「風速風量変換係数」という）である。そして、この風速風量変換係数Ｋは、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに依存して決まる固有の値をとることも見出した。すなわち、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを変化させて、各傾斜角度ごとに風速Ｖと風量Ｆとをあらかじめ測定することで、傾斜角度θごとの風速風量変換係数Ｋが決定できる。
【００３４】
この点を踏まえ、風量計算部４２では、特定の傾斜角度θ１、θ２〜θｉ〜θｎと風速風量変換係数Ｋ１、Ｋ２〜Ｋｉ〜Ｋｎとの対応関係が、テーブル４２Ｔとして格納されている。図５（Ａ）には一例として、傾斜角度θを０度から９０度まで１０度ずつ変化させたときの、風速風量変換係数Ｋの値が、グラフ化して示されている。図５（Ａ）のグラフからも、風速風量変換係数Ｋは傾斜角度θに依存して、０．０５〜０．２０の範囲で変化していることが分かる。
【００３５】
上記のように求められた風速風量変換係数Ｋを用いて、風速センサ４８で検知された風速Ｖから推定風量Ｆ’を計算した結果が、風量Ｆの実測値（実測風量Ｆｒ）と共に、図５（Ｂ）にグラフ化して示されている。
【００３６】
図５（Ｂ）から分かるように、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを０度から９０度まで１０度ずつ変化させたとき、風速Ｖは大きく変化している。すなわち、単にダンパ羽根３４よりも冷却風ＣＷの流れ方向の下流側で風速Ｖを測定し、ある定数（たとえば、風通過部３２の面積）を掛けただけでは、風量Ｆを高い精度で求めることが難しい。これは、たとえば、ダンパ羽根３４の傾斜方向に依存して、隙間５４を通過する冷却風の向きが真上にならないことに起因すると考えられる。たとえば、図４（Ｂ）のように隙間５４が構成された場合では、冷却風ＣＷは左方向へ向かうと想定される。また、風通過部３２を通過する風速Ｖと風量Ｆとの関係も、上記したようにダンパ羽根３４の傾斜角度θに依存するが、単に風速Ｖを測定しただけでは、傾斜角度θに応じた風量Ｆの変化を反映できないためであると考えられる。
【００３７】
これに対し、本実施形態では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに対応した風速風量変換係数Ｋを求め、この風速風量変換係数Ｋを用いて、風速Ｖから推定風量Ｆ’を計算している。この結果、計算で得た推定風量Ｆ’は、実測風量Ｆｒとの誤差が少ない（図示の例では５％以内）。すなわち、本実施形態の風量調整用ダンパ装置１２では、風通過部３２を通過する冷却風ＣＷの風量Ｆを、高い精度で計算できる。
【００３８】
しかも、本実施形態では、風量調整用ダンパ装置１２自身から、冷却風ＣＷの推定風量Ｆ’が出力されるため、風量Ｆの測定装置をあらたに設ける必要がない。このため、風量調整用ダンパ装置１２で冷却風ＣＷを排出するタイミングで（遅延なく）、推定風量Ｆ’を得ることができる。また、高い精度で推定風量Ｆ’を計算できる風量調整用ダンパ装置１２を、低コストで実現できる。
【００３９】
また、本実施形態では、ダンパ羽根３４よりも冷却風ＣＷの流れ方向の下流側で、且つ風速センサ４８よりも上流側の位置に、誘導板４４を設けている。この誘導板４４により、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの一部（隙間５６を通過した冷却風ＣＷ）を風速センサ４８に誘導している。したがって、誘導板４４が設けられていない構成と比較して、風速センサ４８によって高精度で風速Ｖを検出できる。
【００４０】
本実施形態の空調装置１４は、上記の構成とされた風量調整用ダンパ装置１２を複数備えている。したがって、冷却対象物（サーバ等）の運転による発熱状態（温度分布）に応じて、風量調整用ダンパ装置１２ごとに、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを変えることで、冷却（空調）の効率を上げることが可能である。すなわち、より冷却が必要とされる冷却対象物に対し相対的に風量が多くなり、冷却の必要性が低い冷却対象物に対しては、相対的に少ない風量の冷却風とすることで、空調装置１４の全体としてのエネルギー効率が高くなる。
【００４１】
そして、このように風量調整用ダンパ装置１２ごとに、冷却風ＣＷを適切な風量とする構成において、推定風量Ｆ’を高い精度で計算できる。このため、空調装置１４の全体としての冷却風ＣＷを、たとえば制御室から一括管理できるので、この点においても、さらにエネルギー効率が高くなる。
【００４２】
上記では、ダンパ羽根３４の例として、隣り合うダンパ羽根３４どうしが反対方向に傾斜することで、全体として、対向翼型ダンパ羽根となっている例を挙げている。しかし、ダンパ羽根としては、たとえば、平行翼型ダンパ羽根であってもよい。この平行翼型ダンパ羽根では、すべてのダンパ羽根が同じ方向に同じ傾斜角度で傾斜する。
【００４３】
ここで、図６には、対向翼型ダンパと平行翼型ダンパにおける、傾斜角度θと風量Ｆとの関係が定性的に示されている。また、傾斜角度θと風量Ｆとが線型（一次関数的）に変化する場合が直線Ｌ１で示されている。
【００４４】
平行翼型ダンパの場合には、傾斜角度θが小さい場合でも風量Ｆが多くなり、直線Ｌ１との差が大きい。これに対し、対向翼型ダンパの場合には、傾斜角度θによらず、直線Ｌ１との差が小さい。すなわち、対向翼型ダンパのほうが、平行翼型ダンパよりも、傾斜角度θに応じた風量Ｆの調整が容易である。
【００４５】
上記では、ダンパ羽根３４の回転軸である支軸３６が、ダンパ羽根３４の幅方向の中央に設けられている例を挙げているが、中央以外の箇所に支軸３６が設けられていてもよい。
【００４６】
ダンパ羽根３４の傾斜角度も、上記では、仮想平面ＰＬを基準とした角度を例示しているが、たとえば、風通過部３２における風の流れ方向を基準としてダンパ羽根３４の傾斜角度を測ってもよい。このようにして図った傾斜角度をθ’とすると、θ＋θ’＝９０度の関係があるので、傾斜角度としてθ’を用いても、θ’を容易にθに変換して、上記の計算方法を適用できる。
【００４７】
上記では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θに基づいて風速風量変換係数Ｋを決定し、さらにこの風速風量変換係数Ｋを用いて、風速Ｖから推定風量Ｆ’を得る構成について説明している。ところで、この風速風量変換係数Ｋは、風量調整用ダンパ装置１２の全体的構成に応じて異なった値をとる。また、上記では、風通過部３２を通過する風量Ｆが、風速センサ４８で検知された風速Ｖと比例関係にある、という新たな知見を得ている。これに加えて、さらに厳密な実験を行うことで、他の要因も考慮して、風量Ｆをより正確に推定できる可能性もある。ただし、いずれにしても、本実施形態では、ダンパ羽根３４の傾斜角度θごとの計算式をあらかじめ求めている。そして、この計算式に基づき、風通過部３２（ダンパ羽根３４）よりも冷却風ＣＷの下流側での風速Ｖを用いて、風通過部３２を通過した冷却風ＣＷの風量Ｆを計算している。このため、たとえば、風通過部３２（ダンパ羽根３４）よりも冷却風ＣＷの上流側で風速を検知して風量を推定する構成や、ダンパ羽根３４の傾斜角度θを考慮することなく風量を推定する構成と比較して、より高い精度で、風量Ｆを推定することが可能である。
【００４８】
風量調整用ダンパ装置１２によって風量調整される風は、冷却風ＣＷに限定されず、たとえば、対象物を加熱（保温を含む）するための風や、対象物から異物を風圧により吹き飛ばして除去するための風（清掃風）であってもよい。
【００４９】
風量調整用ダンパ装置１２（空調装置１４）からの風の吹き出し位置も、床面に限られず、たとえば天井面や壁面であってもよい。
【００５０】
以上、本願の開示する技術の一実施形態について説明したが、本願の開示する技術は、上記に限定されるものでなく、上記以外にも、その主旨を逸脱しない範囲内において種々変形して実施可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００５１】
１２ 風量調整用ダンパ装置
１４ 空調装置
１８ 床下
２０ 冷却風流路
２２ 床面
２４ サーバラック
２６ 開口
２８ グリル
２８Ｓ スリット
３０ 枠体
３０Ｓ 側壁
３０Ｐ 支持板
３２ 風通過部
３４ ダンパ羽根
３４Ｄ 段部
３６ 支軸
３８ 羽根開閉機構
４０ 傾斜角度センサ
４２ 風量計算部
４２Ｔ テーブル
４４ 誘導板
４６ 支持板
４８ 風速センサ
５４ 隙間
５６ 隙間
ＣＷ 冷却風
ＰＬ 仮想平面
θ 傾斜角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風が通過する風通過部の断面積を、風向きと交差する回転軸まわりに傾斜されることで調整可能なダンパ羽根と、
前記ダンパ羽根の傾斜角度を検出する傾斜角度センサと、
前記風通過部を通過した風の風速を検出する風速センサと、
前記傾斜角度センサで検出された前記傾斜角度と前記風速センサで検出された前記風速とから前記風通過部を通過した風の風量を計算する風量計算部と、
を有する風量調整用ダンパ装置。
【請求項２】
前記風量計算部は、前記傾斜角度ごとの風量計算式が格納され、前記傾斜角度センサで検出された前記傾斜角度に対応する前記風量計算式を用いて前記風速センサで検出された前記風速から前記風量を計算する請求項１に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項３】
前記ダンパ羽根よりも前記風の流れ方向下流側で、且つ前記風速センサよりも該流れ方向上流側に設けられ前記風通過部を通過した風の一部を前記風速センサに誘導する誘導板、
を有する請求項１又は請求項２に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項４】
前記ダンパ羽根は、前記風向き方向及び前記回転軸方向とそれぞれ直交する方向に沿って複数備えられると共に、隣接するダンパ羽根どうしは互いに反対方向に傾斜する対向翼型ダンパ羽根である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の風量調整用ダンパ装置を複数備え、
前記風量調整用ダンパ装置ごとに、前記風量計算部で計算された風量に基づいて前記ダンパ羽根の前記傾斜角度が調整可能とされている空調装置。
【請求項１】
風が通過する風通過部の断面積を、風向きと交差する回転軸まわりに傾斜されることで調整可能なダンパ羽根と、
前記ダンパ羽根の傾斜角度を検出する傾斜角度センサと、
前記風通過部を通過した風の風速を検出する風速センサと、
前記傾斜角度センサで検出された前記傾斜角度と前記風速センサで検出された前記風速とから前記風通過部を通過した風の風量を計算する風量計算部と、
を有する風量調整用ダンパ装置。
【請求項２】
前記風量計算部は、前記傾斜角度ごとの風量計算式が格納され、前記傾斜角度センサで検出された前記傾斜角度に対応する前記風量計算式を用いて前記風速センサで検出された前記風速から前記風量を計算する請求項１に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項３】
前記ダンパ羽根よりも前記風の流れ方向下流側で、且つ前記風速センサよりも該流れ方向上流側に設けられ前記風通過部を通過した風の一部を前記風速センサに誘導する誘導板、
を有する請求項１又は請求項２に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項４】
前記ダンパ羽根は、前記風向き方向及び前記回転軸方向とそれぞれ直交する方向に沿って複数備えられると共に、隣接するダンパ羽根どうしは互いに反対方向に傾斜する対向翼型ダンパ羽根である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の風量調整用ダンパ装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の風量調整用ダンパ装置を複数備え、
前記風量調整用ダンパ装置ごとに、前記風量計算部で計算された風量に基づいて前記ダンパ羽根の前記傾斜角度が調整可能とされている空調装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７６５４０（Ｐ２０１３−７６５４０Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１８１１２（Ｐ２０１１−２１８１１２）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【出願人】（０００００５２２３）富士通株式会社 (25,993)
【Ｆターム（参考）】
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