JP2008039313A

JP2008039313A - 換気装置

Info

Publication number: JP2008039313A
Application number: JP2006215317A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Sasaki; 政之佐々木
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2006-08-08
Filing date: 2006-08-08
Publication date: 2008-02-21

Abstract

【課題】シャッター開閉時の無駄な電力を削減し、省エネに優れた換気装置を提供する。
【解決手段】パイプファンが換気風量を弱で運転する時は、ソレノイド４３は逆転方向に通電されて下アーム４５を押し下げ、同時にカムレバー４７を押し下げて、電動式シャッターのセンター部にあるシャッター格子６本が開状態となる。また換気風量を強で運転する時は、ソレノイド４３は正転方向に通電され、上ガイド４６がシャッター全てを押し上げて開状態とする。上記構成により弱運転時はシャッター格子６本のみ駆動してソレノイド４３に通電する電力は強運転時に比べ低減することができる。
【選択図】図１１

Description

本発明は、室内の換気を行う換気扇に関するものである。

室内の換気を行うパイプ用換気扇は、室内の気密性を確保するためにシャッターを有しており、換気ファンの運転時にはそのシャッターを開き、換気ファン停止時にはシャッターを閉じて室外からの逆風侵入を阻止する動作を行っている。従来、このシャッターの開閉駆動にはアクチュエーターとしてソレノイドが用いられており、このような構造としては特許文献１に示されるものが知られている。
以下、その換気扇について図１２を参照しながら説明する。パイプ用換気扇１０５は室内の壁にセットされる。そして電動機１０４、ソレノイド１０６に通電されることによって羽車１０３が回転しソレノイド鉄心１０７が上昇、これに伴い連結棒金具１０８、連結棒１１１が上方へ移動、シャッター１１０が開かれる。これにより室内空気はグリル１０９からシャッター１１０を通過し室外へ排気される。

一方、運転が停止されるとソレノイド鉄心１０７はソレノイド１０６から開放され、シャッター１１０は自重およびバネ１１２の引張力により閉状態となる。運転停止中に外気が逆流して侵入してもシャッター１１０により室内への侵入は阻止される。
特開平０５−０９９４６６号公報

このようなパイプ用換気扇はその本体が小型であるため、換気通風路を可能な限り確保できるようにシャッター構成においては省スペースのソレノイドと必要最低限の動作を行うだけの制御回路で構成されていた。

しかしソレノイドはコイルで消費する電力が大きく、パイプ用換気扇全体の半分以上の損失を占めていた。またシャッターを開く際においては、シャッター表面が結露で濡れていたとしても確実に動作を行うため、その表面張力とシャッター自重に打ち勝つ力がソレノイドには求められるが、逆にシャッターを開いた状態で保持する場合は、シャッター自重分に打ち勝つだけの力が求められる。しかし簡易な制御回路構成であるために、現状ではシャッターを開く力でシャッター保持も行っており、ソレノイド自身の消費電力や発熱が大きいことが課題であった。

本発明は上記消費電力の課題を解決するもので、簡易な構成、回路でシャッター駆動源の消費電力を削減でき、かつ高寿命で信頼性の高い換気扇を提供することを目的としている。

本発明の換気装置は上記の目的を達成するために、室内の壁に設けられた開口部と、前記開口部に取り付けられたパイプと、前記パイプを通じて室内の空気を換気するファンモーターと、前記パイプに流れ込む空気を遮断することが可能なシャッターと、前記シャッターの開閉を行う開閉駆動手段と、前記開閉駆動手段への通電を制御する制御部を有する換気装置であって、前記開閉駆動手段が前記シャッターを開いた後は、前記開閉駆動手段に印加する電力をシャッターを開く電力からシャッター開状態を保持するための電力に変更する構成としたものである。

この手段によりシャッター開閉やその状態保持を行うために供給していた電力を削減し、省エネ性に優れた換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、制御部は、開閉駆動手段に所定の時間通電した後は前記開閉駆動手段への通電を遮断する構成としたものである。

この手段によりシャッターを開閉させた後はシャッターを駆動するアクチュエーターへの電力供給をストップし、消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段は通電が遮断されてもシャッターを通電遮断前の状態で保持する構成としたものである。

この手段により通電がなくてもシャッター状態の保持が可能なことから、状態を変化させたい時のみ通電を行い、その他の待機時は消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段はハートカム構造を利用する構成としたものである。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段はノック式構造を利用する構成としたものである。

この手段により、開閉駆動手段を小型化でき、かつシャッター状態の保持が可能なことから、状態を変化させたい時のみ通電を行い、その他の待機時は消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段はソレノイドを利用している構成としたものである。

この手段によりハートカム構造やノック式構造を用いた開閉駆動手段において必要なオンとオフ操作を容易な回路構成で行うことができる。

また本発明の換気装置の他の手段は、制御部は開閉駆動手段に電圧を所定の時間印加した後は前記印加電圧を降圧する構成としたものである。

この手段によりシャッターを開状態に遷移させる瞬間だけ大きな電力を使用し、シャッター状態の保持は必要最低限の電力で行うことで、保持時の消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段はステッピングモーターを使用する構成としたものである。

この手段により無通電時はステッピングモーターが持つ保持力でシャッター状態を保持し、消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段はリニアモーターを使用する構成としたものである。

この手段によりリニアモーターが持つ保持力でシャッターの状態を保持し、消費電力を削減する換気装置を構成できる。また非接触のシャッター駆動により高寿命で信頼性の高い換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉駆動手段は永久磁石付きの保持型ソレノイドを使用する構成としたものである。

この手段により永久磁石の強い保持力をシャッターの状態保持に利用することで消費電力を削減する換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、制御部は換気開始時に開閉駆動手段へ所定の時間通電した後、ファンモーターに通電を切り替える構成としたものである。

この手段によりひとつの電源回路でファンモーターと開閉駆動手段の動作を行い、低消費電力で回路の小型化が可能な換気装置を構成できる。

また本発明の換気装置の他の手段は、開閉シャッターでは目標換気風量に応じてシャッター開口面積の調整が可能であり、開閉駆動手段は換気風量に応じてその開口面積を減少させて、シャッターに通電する電力を削減する構成としたものである。

この手段によりシャッター開閉時とその保持に使用する電力負荷を低減し、消費電力を低減する換気装置を構成できる。

本発明では、室内の壁に設けられた開口部と、前記開口部に取り付けられたパイプと、前記パイプを通じて室内の空気を換気するファンモーターと、前記パイプに流れ込む空気を遮断することが可能なシャッターと、前記ファンモーターの運転に連動して前記シャッターの開閉を行う開閉駆動手段と、前記開閉駆動手段への通電を制御する制御部を有する換気装置であって、前記開閉駆動手段が前記シャッターを開いた後は、前記開閉駆動手段に印加する電力をシャッターを開く電力からシャッター開状態を保持するための電力に変更する構成とすることにより、必要最低限の電力でシャッター開状態を保持し、消費電力が少なく高寿命の換気装置を構成することが可能となる。

本発明の換気装置は上記の目的を達成するために、室内の壁に設けられた開口部と、前記開口部に取り付けられたパイプと、前記パイプを通じて室内の空気を換気するファンモーターと、前記パイプに流れ込む空気を遮断することが可能なシャッターと、前記シャッターの開閉を行う開閉駆動手段と、前記開閉駆動手段への通電を制御する制御部を有する換気装置であって、前記開閉駆動手段が前記シャッターを開いた後は、前記開閉駆動手段に印加する電力をシャッターを開く電力からシャッター開状態を保持するための電力に変更することにより、シャッターを開く時は大きな電力を必要とするが、シャッターの開状態の保持には、シャッターを開く時の大きな電力は必要でなく、シャッターを開く時より小さい電力でシャッターの開状態を保持できるため、必要最低限の電力でシャッター開状態を保持することできることとなり、電力が削減でき、省エネとなる。

この発明では、シャッターを開いた状態で保持する時において、開閉駆動手段に通電する時間や供給する電力を調整することにより、余剰な電力を削減し省エネ性に優れた高寿命の換気装置を構成できる。

請求項２記載の発明は、制御部は、開閉駆動手段に所定の時間通電した後は前記開閉駆動手段への通電を遮断する構成としたものである。

この発明では、シャッターを駆動させてからその状態が安定するまでの短い時間のみ電力を開閉駆動手段へ供給し、その後は通電を遮断することにより開閉駆動手段の消費電力を零にする換気装置を構成できる。

請求項３記載の発明は、開閉駆動手段は通電が遮断されてもシャッターを通電遮断前の状態で保持する構成としたものである。

この発明では、シャッターが駆動してその状態が安定した後は開閉駆動手段の通電を遮断し、開閉駆動手段の消費電力を零にして換気が可能な換気装置を構成できる。

請求項４記載の発明は、開閉駆動手段はハートカム構造を利用する構成としたものである。

この発明では、ハート形状の開口部とハート形状のカムによって作られたスリット内を、シャッターの一端が取り付けられたプランジャーを走らせることでシャッターの開閉を行い、シャッター状態を保持する場合は通電を必要としない換気装置を構成できる。

請求項５記載の発明は、開閉駆動手段はノック式構造を利用している構成としたものである。

この発明では、ノック式ボールペンなどで利用されるノック構造をシャッター開閉機構に応用し、シャッター駆動時のみノック動作をシャッターに機械的に与え、シャッターの状態保持には通電を必要としない小型の換気装置を構成できる。

請求項６記載の発明は、開閉駆動手段はソレノイドを利用した請求項４または５記載の換気装置としているものである。

この発明では、ハートカム構造やノック式構造におけるノック操作をソレノイドで行うことで、簡易な回路構成でシャッター駆動が可能な換気装置を構成できる。

また請求項７記載の発明は、制御部は開閉駆動手段に電圧を所定の時間印加した後は前記印加電圧を降圧し消費電力を削減する構成としたものである。

この発明では、シャッターを開状態に遷移させる瞬間だけ開閉駆動手段に大きな電圧を使用し、その後は必要最低限の電圧でシャッター状態を保持し消費電力を最低限に抑えることが可能な換気装置を構成できる。

また請求項８記載の発明は、開閉駆動手段はステッピングモーターを使用する構成としたものである。

この発明ではシャッターを駆動した後は通電を停止し、ステッピングモーターの有する吸引力を利用してシャッターを保持させて消費電力を零とする換気装置を構成できる。

また請求項９記載の発明は、開閉駆動手段はリニアモーターを使用する構成としたものである。

この発明ではシャッターを駆動した後は通電を停止し、リニアモーターの有する吸引力を利用してシャッターを保持させて消費電力を零とする換気装置を構成できる。またシャッターを非接触でダイレクト駆動することが可能で、高寿命で信頼性の高い換気装置を構成できる。

また請求項１０記載の発明は、開閉駆動手段は永久磁石付きソレノイドを使用する構成としたものである。

この手段により永久磁石の強い保持力を利用してシャッターの状態を保持し、シャッター保持の消費電力を零とする換気装置を構成できる。

また請求項１１記載の発明は、制御部は換気開始時において開閉駆動手段に所定の時間通電した後、ファンモーターに通電を切り替える構成としたものである。

この発明ではひとつの電源回路でシャッター開閉駆動手段の電源とファンモーターの駆動を行うことが可能であり、制御回路を小型化し、余ったスペースで換気通風路を確保可能な換気装置を構成できる。

また請求項１２記載の発明は、開閉シャッターでは目標換気風量に応じてシャッター開口面積の調整を行い、シャッターに通電する電力を低減させる構成としたものである。

この発明では目標換気風量が低い場合はシャッター開口面積を小さくすることで負荷を減らし、消費電力を低減する換気装置を構成できる。

以下、本発明の実施の形態について図１〜図９を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１〜３に示すように、室内の壁面にはパイプファン１がとりつけられている。パイプファン１は空気を循環させる羽２とモーター３、電動式シャッター４、制御部５、フレーム６、グリル７、ソレノイド８によって構成されている。制御部５は、モーター制御、シャッター制御、スイッチ操作の受け付け等の制御を行っている。

またパイプファン１は室内に壁に取り付けられたスイッチ２１によって換気運転の開始と停止が操作される。

またシャッターを開閉する開閉駆動手段について図４〜６に示す。

図４のようにハートに似た形状の開口部とハートカム９とで構成されたスリット１１内で、電動式シャッター４とソレノイド８はプランジャー１０、ピン１８、アーム１２を介して接続されている。スリット１１内ではピン１８がスリット１１に対し９０度の角度で接しており、プランジャー１０はソレノイド８のオン、オフ動作に応じてピン１８を押し上げ、または引き下げを行う。またピン１８はプランジャー１０による押し上げ力と引き下げによってスリット１１に沿ってハート型の円運動を行う。以下にピン１８のスリット内動作について説明する。

まずスリット内の段差１６からプランジャー１０によって押し上げられたピン１８はスリットに沿って移動し段差１３で一旦停止する。そこでソレノイド８を一旦オフし、プランジャー１０が引き下がるとピン１８はスリット１１沿って段差１４で停止する。そこで再度ソレノイド８をオンしてプランジャー１０を押し上げるとピン１８が段差１５まで移動して停止する。またそこでソレノイド８をオフするとピン１８は段差１６まで戻って停止する。

上記ピン１８の段差１６→段差１３→段差１４→段差１５の動作によって得られる縦ストロークの動きは、ピン１８に対し９０度の角度で接触しているアーム１２を介して電動式シャッター４のレシーバー２０に伝えられる。レシーバー２０はシャッター格子２２と接続されており、レシーバー２０が上下に動くことによりシャッター格子２２の開閉が実現する。

上記パイプファン１の運転開始時の動作フローチャートを図７に示す。まずスイッチ２１により換気運転が開始された場合はステップ２３、ステップ２４でソレノイド８に通電が行われ、ソレノイド８はプランジャー１０を押し上げる。ステップ２５ではプランジャー１０が押し上げらたことによりピン１８が段差１３で停止し、ステップ２６でシャッター格子２２は開状態となる。次にステップ２７で約１秒経過後、ステップ２８でソレノイド８への通電が遮断され、ステップ２９でモーター３に通電が開始される。

ステップ２８でソレノイドの通電が遮断されるため、ステップ３０ではピン１８は段差１４で停止し、ステップ３１では電動式シャッター４は開状態で保持される。シャッターが開状態で保持し、モーターが回転を始めたステップ３２で換気運転が完了となる。

また換気運転停止時のフローチャートを図８に示す。ステップ３３で換気運転の切操作が行われた場合は、ステップ３４でソレノイド８の通電が開始され、ステップ３５でピン１８は段差１５へ移動して停止する。ステップ３６ではシャッター格子２２は開状態で保持されているが、ステップ３７、ステップ３８でモーター３とソレノイド８への通電が遮断され、ステップ３９でピン１８は段差１６へ移動し、ステップ４０でシャッター格子２２は閉状態となる。モーター３が停止し、電動式シャッター４が閉状態となったステップ４１で換気運転が終了となる。

図７、図８に示すように本発明のパイプファンでは、シャッター開閉駆動手段にハートカム９を利用したことにより、通電が遮断されてもシャッターの状態を保持することが可能である。また電動式シャッター４を開閉する時のみソレノイド８を通電する構成としたことにより、シャッターの開状態保持に消費する電力を零にすることが可能となる。

また図９に示すように、ノック式構造４２をハートカム構造の代わりに用いても同様の効果が得られる。

また本発明のようなハートカム９やノック式構造４２を用いれば、モーター３を駆動するための電源と、電動式シャッター４を駆動するための電源はひとつでよく、それぞれの通電を交互に切り変えて併用することが可能となる。特にＤＣ電源でＤＣモーターや電動式シャッターを駆動する際は回路基板の小型化やコストダウンにつながり有効な手段となる。

またハートカム９やノック式構造４２を利用しなくても、通電なしでその状態を保持できる永久磁石内蔵の保持ソレノイドやステッピングモーター、同期式リニアモーターをソレノイド８の代用として用いることで、本発明と同様の効果が期待できる。

（実施の形態２）
図１０には本発明の実施の形態２におけるパイプファンの電動式シャッターの駆動回路図を示す。図１０に示す抵抗Ｒ１６はＤＣ型ソレノイドのコイルインピーダンスであり、パイプファンの電動式シャッターを開閉するアクチュエーターとして利用している。Ｒ１６には通電開始時には電源電圧の整流された電圧がトランジスタＱ２を通じて印加されるが、抵抗Ｒ１４、コンデンサＣ１の時定数で定められる時間が経過した後は、トランジスタＱ２によるＲ１６への通電が停止される。そのため抵抗Ｒ１６の電圧はコンデンサＣ９とＲ２０の合成インピーダンスにより減圧された電圧が印加されることになる。

ここでＲ１４を５１ｋΩ、コンデンサＣ１を４７μＦ、コンデンサＣ９を２．０μＦ、抵抗Ｒ２０を５．０ｋΩ、Ｒ１６を６．０ｋΩ、電源電圧をＡＣ１００Ｖとすると、電源投入時にＲ１６に印加される電圧は１４１Ｖ、通電後０．４秒後にＲ１６に印加される電圧は８０Ｖとなる。

気密度の高い部屋やシャッター格子に結露が生じている場合では、シャッターを開状態に駆動する瞬間に大きな力が必要である。本実施の形態２の発明のようにシャッターを開状態へ遷移させる瞬間にのみ１４１ＶをＲ１６へ印加してシャッターを開状態とし、その０．４秒後には印加電圧８０ＶをＲ１６へ印加してシャッターを保持することで、消費電力を大幅に削減したパイプファンを構成することが可能である。

（実施の形態３）
図１１には本発明の実施の形態３のパイプファンの電動式シャッター４９の構成を示す。本パイプファンは換気風量の調整が可能であり、使用者の都合で換気風量を強と弱の２速に変更できる。ソレノイド４３はコイルへの通電方向を正転や逆転に切り替えることで可動子のスライド方向を上、下に変更することが可能な双方向型のソレノイドである。

ソレノイド４３の可動子上端と下端にはそれぞれ上アーム４４と下アーム４５が固定されており、上アーム４４上端部は上ガイド４６に動力を伝える構成である。また下アーム４５はカムレバー４７を介して下ガイド４８に動力を伝える構成である。

下ガイド４８は電動式シャッター４９のセンター部にあるシャッター格子６本の先端部分を引っ掛けて可動できるよう構成となっており、また上ガイド４６は全てのシャッター格子を可動できる構成となっている。換気を行わない待機状態の時はソレノイド４３の可動子は中間ポジションに位置しており、シャッターは閉状態となるように構成されている。

上記状態でパイプファンが換気風量を弱で運転する時は、ソレノイド４３は逆転方向に通電されて下アーム４５を押し下げ、同時にカムレバー４７を押し下げる。また押し下げられたカムレバー４７の反対側先端は下ガイド４８を押し上げるように働き、その結果、電動式シャッターのセンター部にあるシャッター格子６本が開状態となる。

またパイプファンが換気風量を強で運転する時は、ソレノイド４３は正転方向に通電され、上アーム４４を押し上げ、同時に上ガイド４６を押し上げる。その結果、上ガイド４６がシャッター全てを開状態となる。

上記構成では強運転時はシャッター格子を全て動かすだけの電力が必要となるが、弱運転時はシャッター格子６本のみ駆動すればよいためソレノイド４３に通電する電力は強運転時に比べ低減することができる。

仮にシャッター格子全てを動作するに必要な推力が９０ｇｆとした場合、シャッター格子６本の場合は約３４ｇｆであり、推力特性はほぼ電流に比例することからシャッター格子全ての場合に対し約１／３の電力で駆動するだけでよいことになる。

実施の形態３の本発明のように、目標とする換気風量に応じてシャッター開口面積を削減することでソレノイドへの無駄な通電電力を削減し、省エネ性に優れたパイプファンを構成することができる。

換気扇のシャッターの開状態保持などの消費電力を削減でき、省エネ効果が大きく、電磁弁、ダンパーなどの用途にも適用できる。

本発明の実施の形態１の換気扇を示す図同換気扇の構成を示す図同換気扇のソレノイド配置構成を示す図同換気扇のシャッター開閉駆動手段の構成を示す正面図同換気扇のシャッター開閉駆動手段の構成を示す側面図同換気扇のシャッター開閉駆動手段の取り付け構造を示す図同換気扇のシャッター開動作を示すフローチャート同換気扇のシャッター閉動作を示すフローチャートノック式シャッター駆動手段の構成を示す図（（ａ）ノック式シャッター駆動手段の構成を示す拡大図、（ｂ）ノック式シャッター駆動手段の構成を示す図）本発明の実施の形態２のシャッター駆動回路を示す図本発明の実施の形態３のシャッター駆動手段の構成を示す図従来の換気扇の構成を示す図

符号の説明

１パイプファン
２羽
３モーター
４電動式シャッター
５制御部
６フレーム
７グリル
８ソレノイド
９ハートカム
１０プランジャー
１１スリット
１２アーム
１３段差
１４段差
１５段差
１６段差

Claims

室内の壁に設けられた開口部と、前記開口部に取り付けられたパイプと、前記パイプを通じて室内の空気を換気するファンモーターと、前記パイプに流れ込む空気を遮断するシャッターと、前記シャッターの開閉を行う開閉駆動手段と、前記開閉駆動手段への通電を制御する制御部を有する換気装置であって、前記開閉駆動手段が前記シャッターを開いた後は、前記開閉駆動手段に印加する電力をシャッターを開く電力からシャッター開状態を保持するための電力に変更する換気装置。
前記制御部は、前記開閉駆動手段に所定の時間通電した後は前記開閉駆動手段への通電を遮断することを特徴とした請求項１記載の換気装置。
前記開閉駆動手段は通電が遮断されても前記シャッターを通電遮断前の状態で保持することを特徴する請求項２記載の換気装置。
前記開閉駆動手段はハートカム構造を利用していることを特徴とした請求項３記載の換気装置。
前記開閉駆動手段はノック式構造を利用していることを特徴とした請求項３記載の換気装置。
前記開閉駆動手段はソレノイドを利用していることを特徴とした請求項４または５記載の換気装置。
前記制御部は開閉駆動手段に電圧を所定の時間印加した後はその印加電圧を降圧することを特徴とした請求項１記載の換気扇。
前記開閉駆動手段はステッピングモーターであることを特徴とした請求項３または７記載の換気装置。
前記開閉駆動手段はリニアモーターであることを特徴とした請求項３または７記載の換気装置。
前記開閉駆動手段は永久磁石付きソレノイドであることを特徴とした請求項３または７記載の換気装置。
前記制御部は、換気開始時に前記開閉駆動手段に所定の時間通電した後、前記ファンモーターに前記通電を切り替えることを特徴とした請求項２、３、４、５、６、７、８、９または１０記載の換気装置。
前記開閉シャッターでは換気風量に応じてシャッター開口面積の調整が可能であり、前記開閉駆動手段は換気風量に応じてその開口面積を減少させて負荷を減らし、シャッターに通電する電力を低減させることを特徴した請求項１記載の換気装置。