もくじ 3 最適な測定 4 精密な測定 6 ファン 7 データ資料およびファン選択 10 製造 12 ファンの比較 14 要望に合わせた運用 18 継続的な開発プロセス 21 体系的アプローチ 27 比較 32 事実 33 ドレスデンの ILKにより測定 adipac 新 Rラディパック 01 20

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1 J 新 ラディパック R adipac ebm-papst 正確で真の特性値とは?

2 もくじ 3 最適な測定 4 精密な測定 6 ファン 7 データ資料およびファン選択 10 製造 12 ファンの比較 14 要望に合わせた運用 18 継続的な開発プロセス 21 体系的アプローチ 27 比較 32 事実 33 ドレスデンの ILKにより測定 adipac 新 Rラディパック J 新 ラディパック RadiPac J ebm-papst Japan 株式会社 神奈川県横浜市港北区新横浜 Attend on Tower 13F Tel Fax info@jp.ebmpapst.com 2 techmag 技術 j & 品質

3 最適な測定 正確なデータ資料と信頼の製造工程 空気調和機 (AHU) の信頼性と効率性を追及するために ファン選びは極めて重要です そのため ファンメーカーから提供されるデータ資料と製品特性に応じた保証精度は信頼できるものでなければなりません しかしそのデータは いったいどこから収集されるのでしょう また その信頼性とは? データ資料カタログやファン選択ソフトウェア プロダクトセレクタ でebm- papstが提供する特性データは 個別の詳細な測定試験に基づいています その試験項目には ISO 5801に準じたチャンバー試験装置に試験ファンを設置して行う空力音響測定が含まれています 測定後 データ資料に記載する仕様を測定値が満たしているか評価します したがって お客様にはファン選定の際 に 信頼のおけるデータ資料をご利用いただけます 製造資料に記載されているとおりの性能をファンが発揮するためには デー タが正確であることに加え 最適なファ ン製造工程が求められます そのため ebm-papstでは 許容偏差の超過を検知する監視およびチェック機構を製造過程に導入しています それにより デー タ資料が提供する製品性能が誤差なく発 揮されます 製造過程の最後に 全ての ファンには性能試験を行います 正確なデータ資料の作成と信頼の製造過程の実現により お客様に確実なデータを手にしていただくことができます その結果 AHUの一部としての役割を果たすebm-papstのファンは 必要 とされる性能を確実に発揮します 3

4 図 1a: フリーインレット試験スタンドに設置されたプラグファン吸込側に騒音測定用マイクを設置 精密な測定 最新のチャンバー試験装置が精密な測定を実現 ebm-papstでは 風量特性データと騒音値を同時に記録する空力音響試験スタンドを採用しており ファンは図 1a で示すようなフリーインレット / アウトレット試験チャンバーに設置されます ( 設置タイプA) チャンバーまたはコンビネーション試験装置は ハイインピーダンスの床と 音響測定精度クラス1に相当する2つの低反射チャンバーで構成されています コンビネーション試験装置を使用して 最大 100,000 m³/hの風量と 静圧 3,000 Pa( 図 1b) の範囲で風量特性を測定することが可能です ファンの特性曲線は コンビネーション試験装置上で一定の回転数で試験ファンを運転し 徐々に風量をスロットルで調整することにより得られます 騒音 風量 静圧増 消費電力を決定する回転数およびリアクショントルクが各動作点ごとに記録されます ファンの特性曲線は 少なくとも10ケ所の動作点で示されます 測定項目 測定範囲 / ユニット 測定精度 静圧 (psf) 0~3,000 Pa 測定値の ±0.5% 風量 ( q v ) 100~100,000 m³/h 測定値の ±1% 空気動力 (Pu) kw 測定値の ±1.2% 入力電力 (Pe) 0~30 kw 測定値の ±0.5% トルク (M) 0~200 Nm 測定値の ±1% 総合効率 (e) % ±1.3% ポイント 回転数 (N) 0~99,999 rpm ±1 rpm 空気密度 (r) 約 1.2 kg/m³ 測定値の ±0.1% 音響パワーレベル (L w A) 30 db(a) の場合 ±1 db(a) 図 1b: 空力音響試験スタンドによる測定数値および精度レベル 試験スタンドの設計および試験の実施は以下に準拠 :ISO 5801 Industrial fans, performance testing using standardised test stands DIN EN ISO 3744, DIN EN ISO 3745, ISO Acoustics 4

5 検査機関が試験スタンドに求めるもの ebm-papst は認定メーカーとして 空気調和機 (AHU) 製造業者協会のガイドラインが定める以下の試験スタンドの標準に準拠します 各部品に修正や改造が施されていないことを条件に 指定の試験ファンを吸込側チャンバー試験装置に設置し 最新版 DIN EN ISO 5801: (ISO 5801:2007 incl. corr. 1:2008) に準拠した試験を実施した場合に限り 専門 / テストレポートを承認します 図 2: 試験スタンド用検査機関証明書 この測定は異なる回転数で繰り返されます この方法で得られた特性曲線から ファンマップと呼ばれるデータが生成されます ( 図 3) 正確な測定結果一貫して正確な かつ再現可能な測定を維持するためには 定期的な検査が必要となります ebm-papst では 品質保証のために定期的に試験装置の検査を実施しています その検査の測定内容は 国家 国際機関 ( ドイツ校正サービス DKD ドイ ツ国立標準計測機関 (PTB)) の規格に準じています 風量の選定と通常のリーク試験は ISO 5801 に準じて実施しています 2014 年半ば以降 風量試験機器のキャリブレーション および PTB の国家規格に沿ったトレーサビリティの確保が品質保証のプロセスに加わりました 測定値から ± 0.5% 以内の基準器を使用し 対象範囲は 100 m³/h ~ 40,000 m³/h です 内部検証により社内で品質管理が行われ お客様には信頼していただけるデータが提供されます データ資料は常に閲覧可能です 風量 500 m³/h ~ 39,000 m³/h 圧力上限 1000 Paの条件のもと 試験スタンドがDIN EN ISO 5801で定められている規定を満たしていることが検査機関 TÜV Südにより証明されています ( 図 2) コンビネーション試験スタンドの音響特性の認証試験は Fraunhofer Institute, Stuttgartによって実施されています ebm-papstの騒音測定チャンバーは 上記機関によりクラス1と認定されています Pa 部分負荷 公称回転数 まとめ ebm-papstではすべてのファン製品のデータ資料を 認証を受けた精密なチャンバー試験装置を使用した測定に基づき作成しています 継続的に試験設備の内部検査を実施し 取得された数値に基づき常に高い製品レベルとファンの信頼性を保証します 静圧 (p fs ) 風量 (q V ) m³/h 図 3 5

6 ファン インペラー モータ および制御システム ebm-papstのファンはインペラーだけではありません 最小構成で以下の部品が最適に組み付けられています インレットノズル付き精密インペラー GreenTech ECモータ ドライバーユニット試験の実施上記の最小構成のファンに対しチャンバー試験装置を使用した 性能試験が実施され 試験結果がデータ資料に記載されます 空気調和機 (AHU) に使用される ebm-papstのプラグファン RadiPacシリーズは 最小構成部品に加え必要部品が組み込まれた すぐに設置可能なユニットです スパイダーアーム または キューブ タイプからお選びいただけます スパイダーアーム タイプは 機器の壁面に簡単にねじ止めできる小型のタイプです 大型で重量のあるファン向けには キューブ タイプが最適です 機器の底面に取り付けられた防振部品の上に設置します 製品名称 RadiPac は Radial( 遠心ファン ) と Package( パッケージ ) を意味します RadiPacは すぐに設置が可能なうえ 簡単操作 簡単設置を可能にした最適設計のユニットです 簡単設置 : オールインワン プラグア インレットリング 精密インペラー GreenTech EC モータ ドライバーユニット ンドプレイ 図 1: ファン構成部品 6

7 公称値特性曲線公称電圧範囲周波数許容雰囲気温度電気接線回転数(1) 最大入力(1) 最大入力電流技術的特徴と図型番モータ VAC Hz rpm W A C 遠心ファン kg (1) 図 1a: 特性曲線 (RadiPac カタログより ) *3G 560 M3G 150-IF A 3 相 / , P.85/M3) R3G 仕様は変更される場合があります 1) 最大負荷 AC 400 V における動作点での公称値 データ資料および ファン選択 信頼のおけるデータ それぞれの仕様に基づいて適切なファンを選ぶためには 信頼のおけるデータが必要です そしてそれを実現するために ソフトウェアを使用することができます プラグファン RadiPacの特性は 製品の仕様書 およびカタログ等に記載されています ( 図 1a b c) また ファン選択プログラム プロダクトセレクタ にも登録されています ソフトウェアに登録されているebm-papstのファン性能データは 上記の測定値と一致します 実際の運用においてファンに求められる風量と静圧は ファン選択の過程において最低限の基準となります 最適なソフトウェア仕様上の動作点は 測定で得られる動作点と常に一致するとは限りません そのため 測定値の補間が必要になります 測定値の補間はファンの関連規格でも定めされています ファンのインペラーにおいては 補間によって十分正確なデータを得ることができます すでにご紹介しているとおり (6ページ) ebmpapstのファンにはモータとドライバーユニットが含まれます これらの組み立て部品は ファンの関連規定には準拠せず 特に部分負荷の範囲で完全に異なる性能特性を発揮します ファン選択ソフトウェアは 考えられるすべての動作点において ファンの特性データを高い精度で予測するために最適化されています 7

8 p fs Pa ,8 1,6 2,4 3,2 4,0 4,8 in H 2O 0 q V A B 3 最高効率点 cfm m 3 /h 図 1b: 特性曲線 (RadiPac カタログより ) 図 1c: 特性データ A A A A B B B B n min P ed W I A 3,48 4,55 5,40 4,97 4,47 5,59 7,10 6,42 L W A db(a) プロダクトセレクタ ebm-papstのプロダクトセレクタは 特に使いやすさを重視した 適切なファンを選択するためのソフトウェアです このプログラムを使用することにより あらゆる動作点でファンの動作が確認でき 特性データを収集することができます また 実際の動作条件に限りなく近い 状態で動的な比較が可能です 気温 標高 設置スペースの情報も設定することができます 指定の性能範囲内に複数のファンが存在する場合は 表示される風量特性および音響データに基づき 最も適したファンモデルを選択することができます また 選択したファンのライフサイクルコストを計算 することも可能です 指定された動作点において 吸込側および吐出側の各オクターブバンドでの音響パワーレベルと共に特性データが出力されます 本プログラムはDLLインターフェイスを介し お客様のソフトのコンフィギュレーションプログラムに読み込まれます 8

9 Pa 図 2:ebm-papst の全 38 モデルのファンに実施する検証試験 例 : プロダクトセレクタが示すファンの特性図 (K3G310-AX69-01, Test_Id , ) 基準点 : 実消費電力を測定するために選択された動作点 公称回転数減速回転数 静圧 (p fs ) 風量 (q V ) m³/h 図 3. 認定精度 出力される特性データは非 そしてプロダクトセレクタが示す特性 常に正確であり 検査機関 TÜV Südの認証を受けています ( 図 3)RadiPacシリーズの38のすべてのモデルで実施される検証測定によると プロダクトセレクタが示す効率レベルの平均は 実際よりわずかに低い数値を表わします 検証測定にはどのような手順が採用されているのでしょうか? RadiPacの製品ラインの中で 各ファンごとに15 点 ( 図 2) の基準点が検査機関 TÜV Südにより選ばれます それらの点は 認証を受けたチャンバー試験装置を使用して測定されます データと比較されます その結果 プロダクトセレクタが算出する数値は実際の測定数値とほぼ同一であることが分かります AHUガイドライン 01に準拠し RadiPacシリーズのファンは最高の精度クラス0を取得しています ( 図 4) 言い換えると ebm-papstの RadiPacシリーズのファンは 納入の段階でプロダクトセレクタが示す効率レベルを上回る傾向にあるということになります これにより お客様には信頼のおけるファン選びを行っていただくことができます 図 4:ebm-papst のファンは データ資料で示す効率レベルよりも高い効率レベルを発揮する傾向にあります 精度クラス空気調和機 (AHU) ドイツ製造業者協会 AHU ガイドライン 01, 2013 クラス 0 クラス 1 クラス 2 % 効率偏差 Δη se (DIN 準拠 10 ページの図 1 参照 ) 基準点の測定数 9

10 製造 精度クラスは製造精度の指標 ebm-papstが目指すのは 最高の品質を誇るファンです データ資料の特性データや適切なファンの選択については ebm-papstが目指すファンの一部に過ぎません 製造日に関わらず 仕様が示すとおりの特性レベルを常に確保できるファンを製造することも重要な要素です 例えば 部品寸法や組み付けの誤差など ( 例 : エナメル線の直径 または電子部品 ) 技術製品については一定の誤差が発生することは避けられません 許容誤差の限界を設定し その設定値を越えないようにすることが大事です それを管理するのが品質管理部門の役割です 偏差量の範囲が大きくなり 性能の低下が現れるほど ファンの選択において許容誤差の設定範囲を大きくする必要があります DIN " ファン ; 技術的引渡し条件 " では データ資料に記載された精度クラスおよび性能特性との許容誤差について定義されており 偏差制限はクラス 0 ~ 3 に分類されます 例えば 10 kw 以下の小型のファンについては 精度クラス 3 が要求されています ( 図 1) 計画における信頼性データ資料に記載された数値と実際に納入された製品を比較すると データよりも実際の消費電力は低く また総合効率はデータよりも高いことが分かります 図 1: DIN (ISO 13348)* が定める精度クラス 性能特性 クラス別偏差制限 その結果 導入したファンを実際に稼働してみて期待を下回ることはありませんし 低い性能を見越して必要以上に大きなファンを設置するなどの策を講じる必要もありません 0 (AN1) 1 (AN2) 2 (AN3) 3 (AN4) 風量 ( q v ) ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 % 静圧 p stat ±1 % ±2.5 % ±5 % ±10 % 入力電力 (P ed ) ±2 % +3 % +8 % +16 % 静圧効率 η stat -1 % -2 % -5 % ( 12 %) 音響パワーレベル (db(a)) +3dB(A) (+2dB(A)) +3dB(A) +4dB(A) +6dB(A) *ISO による規定値でわずかに数値が異なります ( 赤字 ) 図 2: 精度クラスにより 特性データと比較した製品に関する偏差が定義されています RadiPac シリーズは精度クラス 1 を取得しています これは 6953 個のファンを測定した結果に基づくデータです トップクラスの RadiPac 製造過程の最後に すべての RadiPacファンを対象に 45 RadiPac シリーズの分析データ 1400 納入される状態で性能偏差の検査を行います この品質管理工程において すべての電気的特性データが記録され 許容される製造公差内であるか確認されます サイズ500mmのRadiPac ファンの分析データが示しているとおり 周波数 (%) 製品数 ebm-papstは精度クラス 1を取得しています ( 図 2) このクラスを取得した製造メーカーのファンは カタログやプロダクトセレクタで示す数値と実際の性能の差が3% 以内 総合効率においては2% 未満の誤差でなければなりません 入力電力 [W] クラス 0: 2 % クラス 1: 3 % クラス 2: 8 %

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12 入力電力 AC IEC モータ (3 相 ) 伝達装置例 : ベルト用プーリー付き V ベルト ベアリングインペラー駆動 遠心型インペラー 風量 動作点 (DP) での静圧効率 : 図 1: ファンを構成する個々のコンポーネントの効率を掛け合わせても 全体としての正しい効率値は得られません ファンの比較 RadiPac の計算値と実測値との比較 実際に測定されたファンの効率は モータ 駆動ユニット 制御システム およびインペラーそれぞれの最大効率を掛け合わせたものに等しくはなりません なぜでしょうか? 正しい計算方法更新案件の場合には さまざまなファンの特性データを取り寄せて比較することになります 計算に基づく特性値は 一般には実際の値とは乖離していることに留意してください このような値は 個々のコンポーネント ( モータ 駆動ユニット 制御システム およびファンのインペラー ) の最大効率値をカタログから集めて計算することが多いためです しかし現実の状況下において 個々のコンポーネントが実際に最大効率を発揮するとは考えられません 最大限の効率値を掛け合わせた場合 実際の動作環境で可能な値よりもはるかに優れた値が得られます ( 図 1) このずれのため 計算による値は実際の動作時のものよりもはるかに優れたものになります 現実 に即した値を得るため ISO 12759:2010 " ファン ファンの効率分類 " には 設計時には測定した値を使用することが明確に推奨されています ebm-papstは高性能のインペラー EC モータ およびドライバーユニットを含む最小限の構成による 直ちに設置可能な完全なファンアセンブリーについて測定を行い またそのアセンブリーを供給しているため ebm-papstが提供する値は常に信頼できます これらのコンポーネントについては最適な組み合わせが行われているため 60% を大きく超える静圧効率を得ることも可能です これらの測定値はプロダクトセレクタに掲載されています 他のサプライヤーが示す ebmpapstの値を大きく超えるものには非常に疑問があります 12

13 エコデザインファンを対象としたエコデザイン指令 (EU 327/2011) には 電気モータ駆動によるファンに求められる最小限の効率値が定められています この規定は2013 年に初めて導入され 2015 年 1 月 1 日現在ではさらに厳しいものとなっています これは入力電力 125 W 500 kw 軸動力 125 W 500 kwのすべてのファンに適用されます ファンのタイプごとにそれぞれ達成すべき効率レベルが定められています 最小効率値の計算は上記の指令に記載されています ebm-papst RadiPacシリーズのGreenTech ECファンは いずれも2015 年度の基準を達成しています 2015 年度エコデザイン指令に基づくRadiPac ECターボファ ンの最小効率基準 消費電力 最小効率 kw 42 % 0.5 kw 48.3 % 1 kw 51.5% 3 kw 56.5 % 5 kw 58.5 % 10 kw 62 % 最高の効率に加え GreenTech ECモータによるRadiPacには他のファンと比較してさまざまな優位性が存在します 設置作業 シンプル 安全高性能インペラーがアウターモータのローターに直接取り付けられています これによりスペースを節約すると共に 1 度の締め付け作業により回転ユニット全体のバランスを取ることが可能です ( 図 2) ドライバーユニットとモータは一体化されています ( 図 3) 制御回路が内蔵されているため外部の周波数変換器は必要なく 設置作業がさらに簡素化されています モータシステム内のモータと回路は完全にマッチングされ また互いに隣接しているためノイズ用フィルターやシールドケーブルの追加や 外部のモータ保護用サーキットブレーカーは不要です したがって多大な費用を要する調整 接地 シールドなどの作業なしにシステムの使用を開始することができます これは プラグ & プレイ の送風テクノロジーと呼ぶことができます 資源節約 GreenTech ECモータは供給リスクを伴うことなく資源を節約します 商用電源を使うブラシレスDC 同期モータ (BLDC またはPMモータとも呼ばれます ) の効率はクラスIE4をはるかに上回り また問題となり得るレアアース含有磁石を使うことなくそれを実現しています 同等な効率を持つインナーロータータイプの永久磁石モータは 設計においてレアアース含有磁石を必要とします したがってRadiPacこそがコンパクトさ 効率 使いやすさ および持続可能性をすべて備えた送風用ファンソリューションであると言えます ( 図 3) 周波数変換器を備えたACまたはPMファン GreenTech ECファン + + = 多くのトラブル = プラグアンドプレイ 図 2:EC モータはより小さな設置スペースしか必要としません 図 3:GreenTech EC モータ - オールインワンのソリューション 13

14 要望に合わせた運用 AHU のファンは一般に部分負荷の下で運用されます 外に面する壁がガラスのオフィスコンプレックス 日陰でも35 に達する夏の日 密集している人々 最大限の換気と冷房が必要 メンテナンスやサービスが長期間不要 - システムに最大限の要求が加わる状況はこのように記述することができます 商業 公共施設 および産業向けにおいては 最大負荷が発生するのは1 年のうちわずか数日に過ぎません ( 図 1) しかしそのような状況においても 必要な冷房と暖房 および最小限の換気回数を高い信頼度の下で確保しなければなりません したがってシステムやファンの規模を決定するにあたっては最大負荷が発生する状況が重要となりますが しかし運用期間全体を考慮した場合にはそれが最も重要とは言えません 動作点と効率ドイツのエネルギー当局 であるdena が発行した小冊子には以下の推奨事項が記載されています 短期的には1 日のうちの時間帯 生産内容の変動 および天候条件によって動作点が変化する場合があります 中期的には季節変動の影響や生産能力の活用度が 長期的にはフィルターの透過抵抗増大が影響します このような状況においては 動作点 ( 最も条件が悪く かつ性能への要求が最大になる点 ) を最高の効率を示す点に置いた設計は誤りとなります この場合 最も多く見られる運転状況に動作点を置いた方が良い結果が得られます dena ガイド 商工業のための換気技術 14

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16 典型的なオフィスに設置された AHU の 1 週間の電力消費. [kw] t 図 1:1 週間を通じた AHU の電力消費 消費電力 時間 [h] 3000 理想的な手段は予想される負荷に基づいて最適化を行い 年間のエネルギー 部分負荷の下での値したがって運用コストを最小限に抑えるには 部 2500 コストが最低となる特性曲線を選ぶこ 分負荷が送風システムの計画や運転 コスト / 年 標準の AC モータ + VFD 累計節約額 GreenTech EC モータ とです したがって風量を実際のニーズに合わせ続けることのできる機能を持つことが鍵となります この機能は RadiPacにはすでに組み込まれています 幅広い範囲にわたって調整が可能なため 優れた効率を達成すると共に運用コストを引き下 にあたって大きな重要性を持ちます RadiPac ECプラグファンはこのための理想的なソリューションです プロダクトセレクタにはファンを実測した特性データが含まれているため このような運転状況を現実に即してシミュレートすることが可能です これによ p sf Pa % η ed q V 25 % 50 % 75 % ブースト 100 % η ed :GreenTech EC モータ η ed : 標準の AC モータ + VFD m 3 /h げます これは周波数変換器を備えた ACファンと GreenTech ECファンを比較することにより確認できます ( 図 2) 示されている負荷状況 ( 図 3 a b c ) の下では ECファンの効率が約 28% 上回っています 電力消費削減だけでなく 組み立てと設置コストがはるかに低いこと 軽量 および省スペースの設計などのメリットが存在します り設計内容の信頼性が保証されます 製品カタログとプロダクトセレクタに記載されているデータは 吸込側と吐出側がいずれも開放されたCategory Aの動作条件下で測定されているため ファンどうしの直接比較が可能です ( 図 4a) 50 % 40 % 30 % 20 % 10 % q V 75 % 100 % 25 % 50 % ブースト m 3 /h 図 3a b c: 周波数変換器付きの標準的な同一出力規格の AC モータと比較した場合 GreenTech EC モータの効率は検証した負荷プロファイルの下で約 28% 優れていました 16

17 図 2: 周波数変換器 正弦波フィルター および保護回路を持つ IEC-E2 と ebm-papst の GreenTech EC モータを比較 送風ユニットに使用されるファンは 通常は限られた設置空間内で動作します ファンの選択にあたっては これによる風量特性の低下を考慮する必要があります ( 図 4b) ebm-papstが提供している値はお客様からの要望に加え 想定される運転状況に基づいています プロダクトセレクタでは換気システムの設置場所やファン設置に利用できる設置空間など ファンの選択に影響を及ぼすさまざまな要因を考慮することができます これによりすべての範囲にわたって正しい値が得られ エネルギー効率だけでなく運用やライフサイクルコストなどを高い信頼性の下で検証することができます ebm-papstが提供する現実的な電力消費や特性値を使えば 予想される特性値を実際の現場でも達成することが可能です ( 図 4c) このようにして適切なファンの選択が保証されます 図 4a 図 4b 図 4c: プロダクトセレクタの 設置空間による影響 では AHU のサイズを入力します 17

18 継続的な開発プロセス 送風技術のための プラグ & プレイ プラグファン 制御やエネルギー効率などの改善を求めるユーザーからの声に応え プラグファンの技術には常に改良が加えられています ドイツではエコデザイン規制と呼ばれるEnEV(Energy Conservation Regulation) やEVPG(Energy-related Products Act) などの法規制は このような側面への認識を大きく高めました (20ページの エコデザイン 欄参照 ) またエネルギーコストの上昇に伴い 経済的側面も重要な要素となっています 運用されているファンの数が拡大するほど エネルギー効率の改善がさらに大きく貢献します 継続的な改善ドイツのムルフィンゲンを拠点とするモータとファン専門企業の ebm-papstは 環境とお客様の経済的利益の両方に貢献する継続的改善に長年にわたって取り組んできました たとえば送風専用に設計されたRadiPac シリーズのプラグファン (19ページの図 1) 行われています エネルギー的に最適化された 商用電源を使うブラシレス DC 同期モータ (BLDCあるいはPMモータとも呼ばれます ) による効率レベルは IEC のIE4クラスに求められている値をすでに大きく超えています さらにこのアウターローターモータは に関しては 特にエネルギー効率 騒音低減 および風量特性を中心として改善が続けられています シンプル で安価な かつ最も重要なこととして容易に入手できるフェライト磁石により動作します 言い換えれば 問題が付きまとうレア 最先端のモータ まず最初に検討の対 アース含有磁石に依存することなく 90% 象となるのは使用するモータです アウターローターのGreenTech ECモータ を超える効率を達成します (20ページ参照 ) の場合 ドライバーユニットとより高 品質のステータ鉄心による効率改善が 入力 変換 必要とされる出力 AC 電源駆動のファン 損失 入力電力 P ed VFD* ベアリング内臓モータ ベルトドライブ インペラー用ベアリング インペラー 風量 P u 100 % EC ダイレクト駆動ファン 損失 入力電力 P ed 内臓 VFD* ベアリング内臓モータ ベルトドライブなし インペラー用ベアリングなし インペラー 風量 P u 100 % 新 EC ダイレクト駆動ファン 損失 入力電力 P ed 内臓 VFD* ベルトドライブなし インペラー用ベアリングなし 新インペラー * VFD( 可変周波数駆動装置 ) 風量 P u 100 % 図 1: 新 RadiPac 18

19 図 1: 新しい RadiPac 改善は主にインペラーへの空気吸込み部 インペラーに対するアウターローターの位置 およびインペラーのブレード形状について行われました 後継機種 : 常に改善の余地が存在しかし2010 年から計画された現行シリーズの製品はすでにその最盛期を過ぎており 送風技術に新たな基準を打ち立てるよう設計された後継機種による置き換えが進んでいます あらゆる革新と改善は旧機種を上回るものでなければならないというebm- papst 創立者のゲルハルト シュトルムが打ち立てた原則は このように再び現実の製品に反映されています 新しいECドライブは 送風や空調システムにまだ広く使用されている従来の ACドライブと比較し エネルギー効率の点ではるかに優れていることが繰り返し示されています しかしファンについてはインペラー モータ ドライバーユニット およびハウジングから構成された完全なシステムとして考えることが重要です したがって省エネ効果を最大限に高めるためには 電気的な接続からインペラーからの空気の吐出 さらにはAHU 内の送風ユニットの設置状況にいたるまですべての面にわたって改善の対象とする必要があります ( 図 2) 旧 RadiPac ドライバーユニット部損失 モータ部損失 空力的損失 入力電力 Ped 設置環境損失 風量 Pu 100% 新 RadiPac 図 2: この最適化は目覚ましい効果を発揮しました このモータと流路の改善により サイズ 400 の RadiPac ファンでは最大 10% の効率改善が得られました 19

20 図 3:GreenTech EC テクノロジーを採用したアウターローター : ローターは巻線を持つステーターの内部ではなくその周囲を回転し レアアース含有磁石を必要としません エコデザインファンを対象としたエコデザイン指令 (EU 327/2011) には 電気モータ駆動によるファンに求められる最小限の効率値が定められています この規定は 2013 年に初めて導入され 2015 年 1 月 1 日現在ではさらに厳しくなっています これは入力電力 125 W 500 kw 軸動力 125 W 500 kwのすべてのファンに適用されます ファンのタイプごとにそれぞれ達成すべき効率レベルが定められています 最小効率値の計算は上記の指令に記載されています ebm-papst RadiPac シリーズの GreenTech ECファンは いずれも2015 年度の基準を達成しています レアアース含有磁石に依存しないアウターローターのECモータでは 固定部すなわちステーターと巻線は内部に置かれ 可動部である永久磁石内蔵のローターが外側に置かれます ( 図 3) この外部にあるローターが内部のステーターの周りを回転します この配置だけでも アウターローターモータは同じ外寸 同じ磁石システム および同じ磁石厚みのインナーローターモータよりも高いトルクを ( 磁石の量 エアギャップ 半径を通じて ) 発揮し より少量の磁石 狭い空隙面 および小さな半径を実現します ファン設置領域の自由度を賢く活用することにより ハードフェライトを使うアウターローターモータも レアアース含有磁石を使 う自由度 ( 体積 重量 ) の限られたインナーローターモータに匹敵するトルクと効率を得ることができます サーボ駆動とは異なり ファンの動作が非常に動的である必要はありません むしろその逆に スムーズな起動と加速特性を得るためには一定の慣性モーメントが必要です これはGreenTech ECファンがレアアース含有磁石なしでも問題なく動作し はるかに安価であるだけでなく価格が変動しない市場から入手可能なフェライトを使用できることを意味します 20

21 体系的アプローチ 空気の流れの改善 GreenTech ECモータはそれ以上望めないほどの効率を備えています とは言え モータの効率が高くてもシステム (AHU) 全体の効率が高いとは必ずしも言えません 測定結果からは 優れたRadiPacファンであってもまだ改善の余地が存在することが示されています このためebm-papstでは改めて空気の流れの検証を進めています 詳細な損失分析と定量化に続き インペラーへの空気の吸込み部 インペラーに対するアウターローターの位置 およびインペラーのブレード形状を主とした改善が行われています 空気の流れを改善すると共に ( 図 1) 効率改善と騒音低減が目指されました これは大半の用途においてはファンからの騒音が重要な考慮事項のひとつとなるためです 図 1: 新しい RadiPac の最適化にあたっては AHU 内での空気の流れ全体が考慮されました 21

22 エアインレットグリル ( F フロー lowg グリッド rid) 設置スペースは限られていることが多く その改善としてさまざまな程度の乱流が発生します ファンを最適化しても このような流入する空気の乱れを打ち消すことはできません しかし設置状況から生じる乱流はファンへの空気の流入を変更あるいは最適化することによって軽減可能であり これはまた不快感を引き起こす低周波数騒音の低下にも寄与します このため流入する空気を整える 特殊なエアインレットグリルがオプション用として開発されました ( 図 2) このグリルは流入する空気から騒音源となる乱流を劇的に軽減します これにより建物の構造やハウジング内の設置状況にかかわらず ファンの騒音を試験室での状況と同等に抑えることが可能になりました ( 図 3) db RadiPac ø250 を使った薄型空調ユニット FlowGrid なし 50 音圧レベル L p FlowGrid あり 周波数 ƒ Hz 図 2: ブラグファン用 FlowGrid エアインレットグリル 図 3: 測定結果 :FlowGrid は音圧を下げ 可聴域の騒音を大きく軽減します 22

23 図 4: このような改良による効率への影響はフローシミュレーションにより判断されます 吐出特性が最適化されています インレットノズルシステムとして優れた性能を得るには コンポーネントをインテリジェントに組み合わせることが鍵となります このため新しいRadiPacファンのインレットノズルは 空力学的に最適化されたブレードを持つインペラーに完璧にマッチするよう設計されています これにより吸込み部での乱流が軽減され 風量の損失が減ると共に不快な騒音源のひとつも解消されます また明確に定義された流れを隙間において作るため インレットノズルからインペラーのカバープレートまでの推移部も改良されています 乱流によって流れの有効断面積が減少しますが これによる影響もこの改良によって軽減されます これもシステム全体の効率をさらに高めます ユーザーが設置をさらに容易に行えるよう 風量測定のため最適な位置に置かれた圧力タップも標準装備として提供されています 新しいブレード形状新しいアルミニウム製翼形ブレードの設計と空力特性も効率を高めています 中空構造によりインペラーの重量を最小限に抑えながら剛性を最大限に高めています またこの極めて高い剛性により高い円周速度にも対応することができます 通過流ブレードの吸込みは緩やかな丸みを持つため損失がほとんど発生しません 形状に留意したブレードの外形が損失を最小限に抑えながら空気を送り また薄い後縁部によりインペラーはほとんど乱流を作り出しません 特殊な形状を持つインペラー底板のため 吐出する空気のほとんどは軸方向に沿って流れます これによって空調機器では偏りによる損失が軽減され また設置された状態での圧力低下も減少します ( 図 4) さらに騒音も低いレベルに抑えられます 最適化されたモータの位置インペラー内でのモータの位置も ファンユニット全体のコンパクトさと空力学的に最適なモータ位置とを両立させるため改善されています プラグファンのインペラーはローターに直接 つまりアウターローターの ハウジング に直接取り付けられています これにより軸方向の長さが短縮され またファンからの吸込み空気によりモータが冷却されるため冷却状況も改善されます さらにローターとインペラーから構成された回転体全体も 振動の極めて少ない運転を実現するため生産時点で2 面で動的に釣合い調整 ( 等級 G63) をしています 23

24 図 5:ebm-papst のファンはインペラーだけではありません 少なくとも以下のコンポーネントから構成され 最適化されたユニットを意味します インレットノズル GreenTech EC モータ およびドライバーユニットを備えた高精度のインペラー 個々のコンポーネントではなくシステムとしてのコンセプトこれもプラグファンが持つ大きな魅力のひとつです インレットノズル GreenTech ECモータ およびドライバーユニットを持つ高性能のインペラーと共に 送風用のRadiPacシリーズの製品には直ちに設置可能なファンユニットを提供するための他の機械的コンポーネントも含まれています ( 図 5) たとえば非同期またはPMモータを使用する他のコンセプトとは対照的に ユーザーはモータ 周波数変換器 およびインペラーを個々に購入 取り付け 接続 および相互の調整を行う必要がありません プラグ & プレイさらにRadiPacファンではモータと回路がシステムに内蔵され 完璧な形で整合性が取られると共に互いに隣接して配置されているため ノイズフィルターやシールドケーブルを追加する必要もありません モータ用に外部に設置するサーキットブレーカーも不要です これが送風技術のプラグ & プレイです ebm-papstが公式に提供しているプロダクトセレクタ ( 図 6) を利用することにより 実測したファンの特性値に基づきそれぞれの運用状況について現実的な特性確認が可能です これによって設計の際に絶対的な信頼性が得られます EC モータでは一般的な連続可変式の速度制御も ファンの性能と個々の状況とを正確に合わせるうえで役立ちます 通信には標準的な 0 10 V DC/PWM 入力も Modbus-RTU インターフェースも利用可能です 製品の選択が容易に追加の機能として また適切なファン選択を支援するため ebm-papstはお客様の機器への組み込みを目的とした Black Box モジュールを内蔵した プロダクトセレクタ ソフトウェアを用意しています この新しいファン選択プログラムを使えば動作点に基づく RadiPacファンの選択が可能です 指定の出力範囲内に複数のファンが存在する場合 表示される風量特性および音響データに基づき 最も適したファンを選択し 特性データを作成することができます また 選択したファンのライフサイクルコストを計算することも可能です 動作点に加え 異なるファンの選択によるライフサイクルコスト図表の作成も可能です これらは PDFフォーマットで作成でき ファンの公称データだけでなく 指定された動作点における特性データと吸引側および吐出側の各オクターブバンドでの音響パワーレベルも含めることができます 24

25 図 6: このプロダクトセレクタには部分的負荷の下での実測値を含め ファンの運転特性に関連するすべてのデータが示されます 25

26 26

27 比較 優れた評価結果 27

28 認証済み試験スタンド ebm-papst は認定メーカーとして 空気調和機 (AHU) 製造業者協会のガイドラインが定める以下の試験スタンドの基準に準拠します 各部品に修正や改造が施されていないことを条件に 指定の試験ファンを吸込み側チャンバー試験装置に設置し 最新版 DIN EN ISO 5801: (ISO 5801:2007 incl. corr. 1:2008) に準拠した試験を実施した場合に限り専門 / テストレポートを承認します フリーインレットとフリーアウトレットによるカテゴリー A の測定では 一定のテスト規格に従う必要があります 優れた評価結果図 1と図 2の 旧 と 新 に示すように 最適化によって優れた結果が生み出されています 送風ユニットの改善によりRadiPac ファンの全体としての効率は 10% 以上改善し また騒音レベルは3 db(a) 以上削減されています この効率改善はより大きな風量を生み 言い換えればこの新しいファンはより高い動作点を実現しています この測定は公式 (TÜV) な 風量特性と騒音値を同時に測定することのできる空力音響試験規格 ( 認証済みの試験設備 参照 ) に基づいて行われています チャンバーまたはコンビネーション試験装置は ハイインピーダンスの床と 音響測定精度クラス1に相当する2つの低反射チャンバーで構成されています 風量特性の測定は最大 100,000m³/ 時 静圧 3,000 Paまでの範囲について行うことができます RadiPac 直径 400 新 RadiPac 直径 400 旧 RadiPac 直径 400 AHU 内 新 RadiPac 直径 400 AHU 内 旧 L W A ηse 図 1: これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて ファン単体 ( 開放状態 ) と AHU 内に設備した状態で測定した サイズ 400 の 旧 と 新 機種の比較を示しています 28

29 実際に即した動作条件送風ユニットに使用されるファンは 通常は限られたスペース内で運転します ファンの選択においてはこれによる風量特性の低下を考慮する必要があります ebm-papstでは実際の設置条件を考慮しています 比較のための測定ではAHU 内にファンを取り付けます サイズ400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸法になります サイズ560の場合の設置空間は1230 x 1230 x 760 mmです ファンはいずれもAHU 内の中央に取り付けられます この図では設置スタンドにおける AHU 内の設置状態を表しています Pa Pfs in wg q v RadiPac 直径 560 新 RadiPac 直径 560 旧 RadiPac 直径 560AHU 内 新 RadiPac 直径 560AHU 内 旧 図 2: これらの特性曲線は認証済み試験スタンドにおいて ファン単体 ( 開放状態 ) と AHU 内に設備した状態で測定した サイズ 560 の 旧 と 新 機種の比較を示しています L W A cfm ηse m 3 /h db(a) L W A 29

30 実際に即した動作条件送風ユニットに使用されるファンは 通常は限られたスペース内で運転します ファンの選択においてはこれによる風量特性の低下を考慮する必要があります ebmpapstでは実際の設置条件を考慮しています 比較のための測定ではAHU 内にファンを取り付けます サイズ 400のファンの場合は900 x 900 x 760 mmの設置空間寸法になります サイズ560の場合の設置空間は1230 x 1230 x 760 mmです ファンはいずれもAHU 内の中央に取り付けられます ebm-papstは市場における非常に高性能なファンとの比較においても 常にそれらを上回る性能を発揮しています この比較は400と560の2つのサイズについて行い また測定は実際の使用状況に近い同一の設置条件下で行っています ( 図 3) RadiPac サイズ 400 新 EC アウターローターモータによる競合製品 1 PM モータによる競合製品 2 図 4:AHU にてサイズ 400 と競合製品を直接比較 設置条件は上記参照 30

31 この図では設置スタンドにおける AHU 内の設置状態を表しています ebm-papst 新 RadiPac( 緑 ) 対 : ECアウターローターモータを使う競合製品 ( 青 ) PM( 永久磁石 ) インナーローターモータとドライバーユニットを使う競合製品 ( 赤 ) 図には風量特性 総合効率 および騒音レベルを示します ebm-papst RadiPacの優位性は特性曲線から明らかです RadiPac サイズ 560 新 EC アウターローターモータによる競合製品 1 PM モータによる競合製品 2 図 5:AHU にてサイズ 560 と競合製品を直接比較 設置条件は上記参照 31

32 事実 ECモータ ECモータの性能は 建物内でのファンやポンプの駆動モータだけには留まらず立証されています 卓越した効率性に加えて他に例のないコンパクトさと極めて静かな動作を備えたECモータの利用が キャビネットや PCS 最新の農業機械の冷却などの用途に拡大しています テクノロジー ECモータはたとえば PMモータに非常によく似ています いずれのタイプも磁石が取り付けられたローターを持ち ステーターに励磁巻線が備えられています ECとPM モータはその設計上 広く使用されている非同期モータ (ACモータ) よりも常に優れた効率を発揮します これはモータからの出力が低く 速度も低い場合に特に適用されます IE4クラスの達成エネルギー効率を最適化した 商用電源によるブラシレス DC 同期モータ (BLDCまたはPMモータとも呼ばれます ) の効率は (IEC に基づく ) クラスIE4の基準をすでにはるかに上回っています 周波数変換器の動作 ebm-papstのec モータには必要な制御回路が最初から 組み込まれています これにより EMC ( ノ イズ ) の問題が発生したときには装置 にいずれかの転送ポイントに接続するだけで済みます 典型的な用途 ECモータは建物用のみには留まらず 多くの分野のファンのための駆動装置として確立しています アウターローターの設計は 軸流またはプラグファンのインペラーをアウターローター上に直接に取り付けられるため送風用に最適です 注目 ECモータはさまざまな用途に使用されています しかしBLDC EC およびPMモータはいずれも非常に似通った特性を備えていますが これらの名称に大きな意味はなく 重要なことは次のとおりです :ebm-papst の純正 GreenTech ECモータは 調達などが問題となりがちなレアアース含有磁石を使うことなく動作します システムの最適化 : ポテンシャルを備えたコンセプト出力レンジが10 kw 未満の場合 効率的なECモータを使用することにより電力消費を10% を大きく超えて削減できます これをニーズに合わせて変化する風量特性 言い換えれば速度制御装置と組み合わせることによって50% あるいはそれ以上の削減も可能です ECモータは周波数変換器によるAC モータと比較し 特に部分的負荷の下においてはるかに効率的に動作します またファンの吸込流と吐出流の経路を最適化することによって効率をさらに高めることができます これはスペースの不足のため実現できない場合がよくありますが 新しいRadiPacインペラーの優れた特徴がこのような状況で役立ちます インペラーから吐出する空気は 送風ユニット内の吐出方向に曲げられる際に事実上損失を生じないように誘導されます このことは新しい世代のインペラーを開発するにあたり ebmpapstが採用している系統立った取り組みを示しています 32

33 送風ユニットとモータの改善により RadiPacファンの効率は全体として8% を超える改善を達成しました これは緑と黒の曲線に示されています ドレスデンのInstitute of Air Handling and Refrigeration (ILK) が作成したレポートの全文は ドレスデンの ILK により測定 AHU 内で測定されたサイズ 400 のプラグファン % ) 50 1) 2) 45 ηse EC RadiPac 新 EC RadiPac 旧 プラグファン +PM モータ 部分負荷 % [P = 3 kw] % 旧と新タイプのサイズ 400 RadiPac ファンを比較 この結果は 1) ドレスデンの Institute of Air Handling and Refrigeration(ILK) により作成された ILK-B a(2015 年 9 月 3 日付 ) レポート および 2) ebm-papst の自社ラボでの測定から得られたものです この研究の詳細については をご覧ください 33

34 34

35 35

36 更に高性能へ the new RadiPac 線 1: 第三者機関 (ILK) で測定 ( 緑色 :New RadiPac 灰色 : プラグファン +PMモータ ) 線 2: 社内設備での測定 ( 点線 :RadiPac) * 詳細は でご確認ください ebmpapstの技術を余すところなく結集させたnew RadiPac が空気調和機の新しいステ-ジへ ( 第三者機関 ILK 空気冷凍研究所で空調機に入込測定 実証 ) - コンパクトな形状 - 可変速駆動 - MODBUS 制御 - 空気力学応用翼型羽根 - 最適化されたインレットノズル - 堅牢な設計もっと詳しい情報をご説明致します ebm-papst Japan 株式会社 Tel The engineer s choice

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UTS ハイシール 製品概要 嵌合 非嵌合状態で 業界最高の防水レベル IP68/IP69K UTS ハイシールコネクタは 一般産業用の軽量プラスチック丸形コネクタで MIL-DTL シリーズコネクタと互換性があります 嵌合 非嵌合状態で 業界最高水準の防水性 IP68/IP69K を実 製品概要 嵌合 非嵌合状態で 業界最高の防水レベル IP68/IP69K コネクタは 一般産業用の軽量プラスチック丸形コネクタで MILDTL26482 シリーズコネクタと互換性があります 嵌合 非嵌合状態で 業界最高水準の防水性 IP68/IP69K を実現いたしました ラインナップ 5 種類のシェルサイズ 最大 21 極まで 豊富なキーポジション コネクタは 手はんだコンタクトがコネクタに装着された状態で供給されます

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