特許 6880918 風監視システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6880918

(24)【登録日】2021年5月10日

(45)【発行日】2021年6月2日

(54)【発明の名称】風監視システム

(51)【国際特許分類】

   G01W 1/02 20060101AFI20210524BHJP

   G01W 1/00 20060101ALI20210524BHJP

【ＦＩ】

   G01W1/02 A

   G01W1/00 Z

【請求項の数】4

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2017-65477(P2017-65477)

(22)【出願日】2017年3月29日

(65)【公開番号】特開2018-169230(P2018-169230A)

(43)【公開日】2018年11月1日

【審査請求日】2020年2月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006611

【氏名又は名称】株式会社富士通ゼネラル

(74)【代理人】

【識別番号】100066980

【弁理士】

【氏名又は名称】森 哲也

(74)【代理人】

【識別番号】100108914

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 壯兵衞

(74)【代理人】

【識別番号】100103850

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼

(72)【発明者】

【氏名】北島 真枝

【審査官】 伊藤 昭治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０４８６３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２４９２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１７−５０４７８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２８１３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−２６７７５３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００２−３５０５５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２１３９３４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｗ １／００ − １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ファンモータの回転速度から風速を検知する風速検知手段と設置位置情報を有しネットワークに接続された複数の空気調和機と、
前記ネットワークを介して前記複数の空気調和機から各々の前記風速検知手段で検知した風速情報と前記設置位置情報を含む風情報を収集する風情報収集手段と、
前記風情報収集手段で収集した複数の風情報に基づいて風分布情報を生成する風分布情報生成手段と、
前記風分布情報生成手段が生成した風分布情報を報知する報知手段と、
を備えた風監視システム。

【請求項2】

前記風分布情報生成手段は、前記風分布情報の中に含まれる風速と予め定めた所定値を比較し、前記風分布情報に含まれる風速が前記所定値以上であった場合、前記報知手段より注意喚起情報を出力する請求項１に記載の風監視システム。

【請求項3】

前記風分布情報生成手段は、前記風情報収集手段から収集した前記風分布情報の時間的な変化に基づいて風情報を予測することを特徴とする請求項１または２に風監視システム。

【請求項4】

前記風情報には、前記空気調和機の室外機の設置方向の情報を含み、前記風分布情報生成手段は、該設置方向の情報より風向を検知することを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載の風監視システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、空気調和機を利用して風を監視する風監視システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、予め指定された地方や県や市町村単位の対象領域の気象情報を取得し、報知することが行われている。このような対象領域の気象情報を取得するには、対象領域内に気圧計、降雨系、風向・風速計等の気象データ観測機器を多数設置する必要がある（例えば特許文献１参照）。

【0003】

このような対象領域の気象情報を取得するには、対象領域内に気圧計、降雨計、風向・風速計等の気象データ観測機器を多数設置する必要がある（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−４８６３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上記先行技術では、多数の電柱それぞれに気象データ観測機器を設置することにより、多数の局地的な気象データを取得し、それに基づいて対象地域の気象情報を生成する。

【0006】

しかしながら、上記の先行技術では多数の気象観測機器が必要となり、また、多数の気象観測機器それぞれの観測データを管理サーバに送信するためのデータ通信機器等の通信設備も必要となり、気象観測システムを構築するための費用が高額になるという課題がある。

【0007】

そこで、本発明は、上記先行技術の課題に着目してなされたものであり、特に風の検知に着目して、既存の設備を使用しながら風の監視を行うことができる風監視システムを提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の一態様に係る風監視システムは、ファンモータの回転速度から風速を検知する風速検知手段と設置位置情報を有しネットワークに接続された複数の空気調和機と、ネットワークを介して複数の空気調和機から各々の風速検知手段で検知した風速情報と設置位置情報を含む風情報を収集する風情報収集手段と、風情報収集手段で収集した複数の風情報に基づいて風分布情報を生成する風分布情報生成手段と、風分布情報生成手段が生成した風分布情報を報知する報知手段と、を備えている。

【発明の効果】

【0009】

本発明の一態様によれば、空気調和機を利用して風監視システムを安価に構築することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の第１実施形態に係る風監視システムの構成例を示すブロック図である。

【図2】空気調和機のファンモータ回転速度と風速との関係を示す特性線図である。

【図3】図１の管理サーバで実行する風情報解析・報知処理手順の一例を示すフローチャートである。

【図4】本発明に係る風分布情報Ｉｍｗの一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

次に、図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な構成部品については以下の説明を参酌して判断すべきものである。

【0012】

また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された請求項が規定する技術的範囲内において、種々の変更を加えることができる。

【0013】

以下の詳細な説明では、本発明の一実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。

【0014】

以下に、本発明の一実施形態に係る風監視システムについて説明する。

【0015】

図１に示すように、風監視システム１は、風検知部２３ｂを備えた複数の空気調和機２と、これら各空気調和機２がインターネット等のネットワーク３を介して接続された管理サーバ４を備えている。この管理サーバ４は、市町村の防災部署、テレビ局、ラジオ局等に設置されている。

【0016】

各空気調和機２は、戸建て家屋やマンション等に設置されたものであり、図１（ａ）に示すように、室内機１１と、室外機１２とを備えている。室内機１１は室内に配置され、室外機１２は外気にさらされるように屋外に配置される。

【0017】

室内機１１内には、図示しないが室内熱交換機と送風ファンとが組み込まれている。この送風ファンによって吸い込まれた室内空気は、室内熱交換器を通過することにより、冷媒と熱交換され、冷気流又は暖気流が生成される。生成された冷気流又は暖気流は、吹出口から室内に吹き出される。

【0018】

室内熱交換機には、室外機１２に設けられた図示しない冷凍回路から冷媒が供給される。この冷凍回路は、図示しない四方弁、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、冷媒管の他、図１（ａ）に示す室外ファン１３を備え、室外ファン１３を回転させることによって室外機１２の内部に外気を取り込んで室外熱交換器を通過させ冷媒と外気との熱交換を促進している。

【0019】

室外機１２は、室外ファン１３を回転駆動する例えばブラシレスＤＣモータであるファンモータ１４と、このファンモータ１４を駆動する例えばインバータ回路を含む駆動回路１５と、この駆動回路１５に対して駆動電圧指令を出力する制御部１６とを備えている。

【0020】

ファンモータ１４には、ロータの回転位置を検出する位置検出回路１７が設けられている。この位置検出回路１７は、ファンモータに内蔵されたホール素子を用いて回転中のロータの位置を検出する。

【0021】

駆動回路１５には、ファンモータ１４の消費電流を検出する電流検出回路１８が接続されている。

【0022】

制御部１６は、室内機１１との間で情報の送受信を行なう通信部２１と、回転速度検出部２２と、データ処理部２３とを備えている。

【0023】

通信部２１は、室内機１１からの運転指令Ｄｔを受信してデータ処理部２３へ出力するとともに、データ処理部２３からの運転状態情報Ｉｓ、局所風情報Ｉｏｗを室内機１１に送信する。

【0024】

回転速度検出部２２は、位置検出回路１７から回転中のロータの位置情報が入力され、この回転位置情報に基づいてファンモータ１４の回転数である回転速度Ｖｍｄを検出する。

【0025】

データ処理部２３は、空調制御部２３ａと、風検知部２３ｂとを備えている。

【0026】

空調制御部２３ａは、通信部２１を介して室内機１１から運転指令Ｄｔが入力されると、運転指令Ｄｔの内容に応じて（実際には圧縮機の動作状態、外気温度、室外熱交換器温度などの運転状態情報Ｉｔに応じて）ファンモータ１４の目標回転速度Ｖｍ^＊を決定し、決定した目標回転速度Ｖｍ^＊と、回転速度検出部２２から入力されるフィードバック信号となるファンモータ回転速度Ｖｍｄとの回転速度偏差ΔＶｍを演算し、演算した回転速度偏差ΔＶｍが零となるように例えばＰＩＤ制御により駆動電圧指令値を求め、求めた駆動電圧指令値を駆動回路１５に出力する。また、空調制御部２３ａでは、通信部２１を介して室外機１２の圧縮機の動作状態、外気温度、室外熱交換器温度などの運転状態情報Ｉｓを室内機１１へ送信する。

【0027】

風検知部２３ｂは、空気調和機２が運転を停止しているとき、外風によってファンモータ１４が運転時の回転方向と異なる逆回転し、回転速度検出部２２で検出したファンモータの回転速度Ｖｍｄを図１（ｂ）に示す風速変換テーブル２４を参照して外風の風速Ｗｓに変換し、変換した風速Ｗｓを風速情報Ｉｗとして通信部２１を介して室内機１１に送信する。

【0028】

ここで、風速変換テーブル２４は、風洞実験等によって求められたものであり、ファンモータの回転速度と風速を対応付けたものである。図２は風速変換テーブル２４をグラフの形式で表わしたものであり、横軸に風速Ｗｓ〔ｍ／ｓ〕をとり、縦軸にファンモータ回転速度Ｖｍｄ〔ｍｉｎ^−１〕をとったときに、Ａ機種では、実線図示の特性直線Ｌ１で示すように、風速Ｗｓが０〜３〔ｍ／ｓ〕の間ではファンモータ回転速度Ｖｍｄが零を維持し、風速Ｗｓが３〔ｍ／ｓ〕を超えると、風速Ｗｓの増加に比例してファンモータ回転速度Ｖｍｄが上昇して行く。これに対して、Ｂ機種では、点線図示の特性直線Ｌ２で示すように、風速Ｗｓが０〜７〔ｍ／ｓ〕の間では、ファンモータ回転速度Ｖｍｄが零を維持し、風速Ｗｓが７〔ｍ／ｓ〕を超えると、風速Ｗｓの増加に比例して特性直線Ｌ１の傾きより大きな傾きでファンモータ回転速度Ｖｍｄが上昇して行く。このように機種によって風速Ｗｓ−ファンモータ回転速度Ｖｍｄの特性が異なることから、機種毎に、図２の風速変換テーブル２４を作成し、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリに記憶しておくとよい。このように風速検知手段は、室外ファン１３、位置検出回路１７、回転速度検出部２２、風検知部２３ｂ、風速変換テーブル２４で構成され、室外ファンの回転速度でから風速を検知するものである。

【0029】

また、空気調和機２が運転中でファンモータ１４を回転駆動制御している状態でも、外風が室外ファン１３に作用すると、室外ファン１３を逆回転させる負荷となることから、外風が無い場合に比較して、回転速度検出部２２で検出されるファンモータ回転速度Ｖｍｄ〔ｍｉｎ^−１〕が小さい値となる。したがって、目標回転速度Ｖｍ^＊とファンモータ回転速度Ｖｍｄとの回転速度偏差ΔＶｍが大きくなることから、風洞実験によって、回転速度偏差ΔＶｍと外風の風速Ｗｓとの関係を表す風速変換テーブルを作成することにより、室外機１２の運転中でも外風の風速Ｗｓを検知することができる。または、ファンモータ１４の負荷電流から風速を求めても良い。

【0030】

データ処理部２３は、風検知部２３ｂによって検知した風速Ｗｓを風速情報Ｉｗとして、通信部２１を介して室内機１１へ送信する。

【0031】

室内機１１は、室外機１２のデータ処理部２３から風速情報Ｉｗを受信すると、この風速情報Ｉｗを含む局所風情報Ｉｏｗを外部のネットワーク３を介して管理サーバ４へ送信する。このとき、局所風情報Ｉｏｗには、風速情報Ｉｗの他に、室外機１２の設置位置（緯度、経度）を表す設置位置情報Ｉｅが付加されている。この設置位置情報Ｉｅは、室外機１２の設置時に作業者などが制御部１６の記憶部２５に記憶させてもよいし、図示しない設置位置検出手段により検出したデータを用いてもよい。また、設置位置情報Ｉｅには、室外ファン１３の設置方向を表す情報を含めてもよい。

【0032】

このように、各家庭に設けられた空気調和機２がネットワーク３を介して市町村の防災部署等に配置された管理サーバ４に局所風情報Ｉｏｗを送信することにより、管理サーバ４では、各空気調和機２から送信される局所風情報Ｉｏｗに基づいて風分布情報Ｉｍｗを生成することが可能となる。

【0033】

すなわち、管理サーバ４は、図１に示すように、風情報収集手段４ａ、風分布情報生成手段４ｂ、報知手段４ｃ及び記憶手段４ｄを備えている。

【0034】

風情報収集手段４ａは、各空気調和機２からネットワーク３を介して送信される複数の局所風情報Ｉｏｗを収集して記憶手段４ｄに記憶する。

【0035】

風分布情報生成手段４ｂは、記憶手段４ｄに記憶された複数の局所風情報Ｉｏｗから図４に示す風分布情報Ｉｍｗを生成し、記憶手段４ｄに記憶する。図４の風分布情報Ｉｍｗには、対象地域の室外機の設置場所が示され、その矢印の方向が設置向きを示している。室外機を示すものに黒塗りと白塗りしたものがある。黒塗りされた室外機は、強風を検知していることを示し、白塗りされた室外機は、強風を検知していない室外機を示している。そして、風分布情報生成手段４ｂは、強風を判断するために予め定めた所定値である強風値Ｗｓｓ以上の風速情報Ｉｗが含まれているか否かを判定し、強風値Ｗｓｓ以上の風速情報Ｉｗが含まれている場合、強風が吹いていることを検知する。そして、局所風情報Ｉｏｗに含まれる設置位置情報Ｉｅを用いて、強風値Ｗｓｓ以上の風速情報Ｉｗを含む局所風情報Ｉｏｗを送信した空気調和機が分布している範囲が広域であるか局地的地域であるか（例えば、図４の円で示すように半径１Ｋｍの範囲より広い地域であるか半径１Ｋｍの範囲内の地域であるか）を判定する。ここでは、局地的地域だけに分布している場合を竜巻等の局地的な突風が発生しているものとし、局地的な突風と区別するために広域で分布している場合を強風とする。強風値Ｗｓｓ以上の風速情報Ｉｗが広域で分布している場合を強風とし、局地的地域の場合を局地的な突風が発生しているとする。また、風分布情報生成手段４ｂは、風分布情報の時間的な変化に基づいて今後の風情報を予測する。

【0036】

報知手段４ｃは、風分布情報生成手段４ｂで強風または突風の発生を検知したとき、または発生が予測される該当地域に防災無線や公共電波等を利用して該当地域住民に報知して注意喚起を行う。

【0037】

次に、管理サーバ４で実行する風情報解析・報知処理について図３のフローチャートを用いて説明する。

【0038】

この風情報解析処理は、まず初めに各空気調和機２から送信される局所風情報Ｉｏｗを管理サーバ４の風情報収集手段４ａで収集する（ステップＳ１）。

【0039】

次いで、管理サーバ４の風分布情報生成手段４ｂは、風情報収集手段４ａで収集した風速情報Ｉｗと設置位置情報Ｉｅを含む局所風情報Ｉｏｗから風分布情報Ｉｍｗを生成するとともに生成した風分布情報Ｉｍｗを生成した時刻とともに記憶手段４ｄに記憶させる（ステップＳ２）。

【0040】

風分布情報生成手段４ｂは、ステップＳ２で作成した風分布情報Ｉｍｗに予め設定した突風と判断する強風値Ｗｓｓ以上の風速情報Ｉｗが含まれているか否かを判定し（ステップＳ３）、強風値Ｗｓｓ以上の風速が含まれていればステップＳ４に移行し、含まれていなければ突風が発生していないと判断し、ステップＳ１に戻って再び風情報解析を始める。

【0041】

ステップＳ４で風分布情報生成手段４ｂは、風分布情報Ｉｍｗに基づいて風速が強風値Ｗｓｓ以上の風速が局地的地域だけに分布しているか否かを判定する。局地的地域の判定方法として風分布情報生成手段４ｂは、図４で示す風分布情報Ｉｍｗにおいて、強風値Ｗｓｓ以上の風速を検知した空気調和機２の設置位置情報に局地的地域を表す半径１Ｋｍの円を重ねて、強風値Ｗｓｓ以上の風速を検知した空気調和機２が、円の内側だけに分布するか否かで判定する。図４の円で示す局地的地域だけに分布している場合（ステップＳ４−Ｙ）、報知手段４Ｃによって該当地域の住民に突風の発生を報知して注意喚起を行う（ステップＳ５）。なお、精度を高めるために、例えば、所定の台数以上の空気調和機２が強風値Ｗｓｓ以上の風を検知した場合に報知するようにしてもよい。

【0042】

ステップＳ４で局地的地域だけに分布していない場合（ステップＳ４−Ｎ）、風速が強風値Ｗｓｓ以上の風が対象地域（広域）全体に分布していると判断し、報知手段４Ｃによって対象地域の住民に強風の発生を報知して注意喚起を行い（ステップＳ９）、ステップＳ１に戻って次の風情報解析・報知処理を始める。

【0043】

ステップＳ５に次いで、風分布情報生成手段４ｂは、生成した風分布情報Ｉｍｗに基づいて強風値Ｗｓｓ以上の風の分布が、時間とともに一定の方向に移動しているか否かを判定し（ステップＳ６）、一定の方向に移動していると判定された場合（ステップＳ６−Ｙ）、予測される移動先の地域の住民に報知手段４Ｃで突風の発生を報知して注意喚起を行い（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻って再び風情報解析を始める。

【0044】

また、ステップＳ６で一定の方向に移動していないと判定された場合（ステップＳ６−Ｎ）、報知手段４Ｃで局地的地域の周辺地域の住民にも隣接地域で突風が発生していることを報知して注意喚起を行い（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻って次の風情報解析・報知処理を始める。

【0045】

このように、上記実施形態によると、空気調和機２の室外ファン１３を駆動するファンモータ１４のファンモータ回転速度Ｖｍｄから風速情報Ｉｗを検知し、この風速情報Ｉｗと室外機１２の設置位置情報Ｉｅを含む局所風情報Ｉｏｗを、ネットワーク３を介して各地域に配置された空気調和機２を連携させて管理サーバ４で収集する。このため、専用の風速計等の気象計測器を多数設置することなく風速情報として収集することができ、空気調和機２の設置対象の地域での風監視システムを低コストで構築することができる。

【0046】

しかも、局所風情報Ｉｏｗの空気調和機２の設置場所及び設置方向を表す設置位置情報Ｉｅにより、検知した突風の地域や風向きを特定することが可能となり、この風向きの変化から竜巻であるか、ダウンバーストであるかおよその判断することができる。

【0047】

例えば、竜巻は直径が数十〜数百メートルで風向きは円を描くように変化するのに対して、ダウンバーストの風の範囲は数百メートル〜十キロメートル程度で風向きは中心部から円形や楕円形に面的に広がる特徴がある。

【0048】

また、局所風情報Ｉｏｗを送信している空気調和機２の設置場所が直径０．２ｋｍ未満の領域であるときには竜巻と判断することができ、これより広い場合には、ダウンバーストであると判断することもできる。

【0049】

しかも、風の検知は、室外ファン１３が駆動停止している場合に回転した場合には、回転速度検出部２２で検出したファンモータ回転速度Ｖｍｄから外風の風速Ｗｓを検知することができる。また、室外ファン１３が稼働状態であるときには、外風が室外ファン１３を正規の回転方向とは逆方向に回転するように作用するので、ファンモータ１４の目標回転速度Ｖｍ^＊と実際に検出したファンモータ回転速度Ｖｍｄとの回転速度偏差ΔＶｍから風速を検知することができる。

【0050】

なお、上記実施形態では、ファンモータ回転速度Ｖｍｄから図２の風速変換テーブル２４を参照して風速Ｗｓに変換する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、風速変換テーブル２４の特性直線を方程式として記憶し、この方程式にファンモータ回転速度Ｖｍｄを代入して風速Ｗｓを算出するようにしてもよい。

【0051】

また、上記実施形態では、管理サーバ４で実行する風情報解析処理で竜巻などの突風を判別する強風値Ｗｓｓ以上の風が分布している場合について説明したが、これに限定されるものではなく、各空気調和機２のデータ処理部２３で、強風値Ｗｓｓ以上の風速Ｗｓを検知したときに、局所風情報Ｉｏｗを送信するようにしてもよい。

【0052】

また、上記実施形態では、局所風情報Ｉｏｗに風速情報Ｉｗと設置位置情報Ｉｅとを含める場合について説明したが、これに限定されるものではなく、局所風情報Ｉｏｗとして風速情報Ｉｗと各空気調和機２に固有の識別コードとを含めるようにし、管理サーバ４で識別コードと、各空気調和機２の設置場所及び設置方向を表す設置位置情報Ｉｅとを格納するデータベースを備えるようにしてもよい。

【0053】

また、上記実施形態では、インターネット等のネットワークを適用した場合について説明したが、これに代えて携帯電話や固定電話の通信網や他の任意のネットワークを適用することもできる。

【0054】

以上、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これらの説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。したがって、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例又は実施形態も網羅すると解すべきである。

【符号の説明】

【0055】

１…風監視システム、２…空気調和機、３…ネットワーク、４…管理サーバ、４ａ…風情報収集手段、４ｂ…風分布情報生成手段、４ｃ…報知手段、４ｄ…記憶手段、１１…室内機、１２…室外機、１３…室外ファン、１４…ファンモータ、１５…駆動回路、１６…制御部、１７…位置検出回路、１８…電流検出回路、２１…通信部、２２…回転速度検出部、２３…データ処理部、２３ａ…空調制御部、２３ｂ…風検知部、２４…風速変換テーブル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】