JP2008185303A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】換気装置の排気口近傍に設けた差圧センサにより換気装置の風量制御を行う場合、気流の影響により精度良く差圧値を検出することができず風量制御を行うことが難しい。
【解決手段】制御手段９はその内部に実験的に求めた一定風量を得るための送風機１３の回転数と差圧の相関データ（図６のＡ）を予め保有し、実際の運転において差圧センサ８が検知する差圧（図６のＤ）が相関データＡに一致するように送風機１３の回転数を制御することにより所定の風量を得る。
【選択図】図６

Description

本発明は、例えば、一般住宅や事務所などの複数の部屋、浴室、トイレの換気を１台で行う換気装置などに関わり、換気装置の排気接続口の近傍などに設けたオリフィスなどの前後の差圧により、設置状況によってダクト配置の条件が異なっても、所定の安定した排気風量が得られるようにしたものである。

従来、この種のダクトを有する換気装置は、建物の広さや間取りで給気ダクトや排気ダクトの長さや曲がりなどの設置条件（ダクト抵抗）が異なっても、設置現場において送風機の出力調整などを行わずに自動的に所定量の安定した排気風量が得られることが求められている。

安定した排気風量を確保するためには、排気風量を正確に計測するセンサが必要であり、このためのセンサとしてオリフィス式流量計が実用化されており、このセンサの原理を用いた換気装置も提案されている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その換気装置について図１０を参照しながら説明する。図に示すように、建物の上部に垂直方向に取り付けられる換気装置１００は、中央部にオリフィス（絞り機構）部を有する仕切り板１０１により上下に二分され、下方にチャンバー１０２を有する。仕切り板１０１の上方に風洞１０３を有し、その上方に送風機１０４を設けている。さらにその上方に排気ダクト１０５が取り付け可能なダクト接続口１０６を有している。

風洞１０３の内部にはギヤードモータ１０７で駆動され、矢示のように回動して風洞１０３内の通風断面積を調節する風量調節部材１０８を設けている。

仕切り板１０１の一部と風洞１０３の一部とにそれぞれ圧力検出口１０９、１１０を設け、これに接続し、チャンバー１０２と風洞１０３内の差圧を測定する差圧センサ１１１が設けられている。

このような構成において、差圧センサ１１１を入力とする制御手段（図示せず）は、差圧センサ１１１が検知する差圧が絶えず一定になるようにギヤードモータ１０７を駆動するので、給気ダクトや排気ダクトの条件が異なっても、あるいは外気圧が変動しても所定量の排気風量が確保できる。
特開２００１−６５９３７号公報

このような差圧センサによる定風量の方式を、複数の部屋の換気を１台で行う換気装置に適用した場合には、換気装置に接続される複数の給気用のダクト毎に差圧センサを設ける必要が生じ、このため換気装置が複雑で高価になる課題がある。

そこで、差圧センサを換気装置の排気接続口側に取り付けることで構成を簡素にすることができる。

しかしながら、オリフィス式差圧センサによる気流測定方法は、ダクトの断面各部の気流が均一な安定した状態において正確に気流を検知できるものである。

送風機の吹き出し近傍に設けられる通常の排気接続口は、排気接続口の断面各部の気流が均一ではなく検知誤差が大きくなるので、検知誤差を小さくするためには、排気口を長尺のものにして（例えば１メートル以上）その末端部に差圧センサを設けるか、差圧センサを装備した専用の排気ダクトを換気装置とは別部材として準備し、施工現場において前記専用の排気ダクトを換気装置に装着することになる。このようにすれば排気ダクトの抵抗が施工現場毎にバラツキがあっても定風量の排気量が得られるが、前者は換気装置が大型化し、後者は施工現場における工事性が低下する課題がある。

本発明は、制御風量の正確度を維持したままでの、コンパクトな換気装置の提供を目的としている。

本発明の換気装置は上記目的を達成するために、空気を送風する送風機を備え、前記送風機の排気側にオリフィスを備え、前記オリフィスの風上側と風下側の差圧を検知する差圧検知部と前記送風機の回転数を検知する回転数検知手段を備え、前記差圧検知部が検知する差圧を所定値になるように制御手段が前記送風機の回転数を可変する回転数可変手段を介して前記送風機の回転数を制御して一定風量の排気を行い、前記制御手段は、その内部に前記送風機の回転数とこの回転数に対応する差圧との相関データを保有し、前記差圧検知部の検知する差圧と前記回転数検知手段が検知する回転数とが前記相関データと一致するように前記回転数可変手段を介して送風機の回転数を制御するものであり、オリフィスの風上側と風下側の差圧、すなわち絞り機構の一例のオリフィス前後の差圧を検知する差圧センサを備え、この状態において、給気ダクトや排気ダクトのダクト抵抗を変えて一定風量が得られる送風機の回転数と差圧センサが検知する差圧値のデータを実験的に求め、このデータを予め制御手段内の記憶装置に内蔵し、実際の運転状態においては、差圧センサが検知する圧力と送風機の回転数とが前記の記憶装置内のデータと一致するよう制御手段が回転数可変手段を介して送風機の回転数を制御して一定風量の排気を行うようにしたものである。

絞り機構のオリフィスは送風機の排気側に備えられ、換気装置に備えられており、制御風量の精度を維持・向上したままでの、コンパクトな換気装置が提供できることとなる。オリフィスは換気装置に備えられており、換気装置の送風機と排気ダクトを接続する排気ダクト接続口の近傍に備えられることとなる。

この手段により建物の広さや間取りで給気ダクトや排気ダクトの長さや曲がりなど配置条件（ダクト抵抗）が異なっても、設置現場において送風機の出力調整などを行わずに自動的に所定量の安定した排気風量が得られる。

本発明によれば、制御風量の正確度を維持したままでの、コンパクトな換気装置が提供できる。

本発明の請求項１記載の発明は、空気を送風する送風機を備え、前記送風機の排気側にオリフィスを備え、前記オリフィスの風上側と風下側の差圧を検知する差圧検知部と前記送風機の回転数を検知する回転数検知手段を備え、前記差圧検知部が検知する差圧を所定値になるように制御手段が前記送風機の回転数を可変する回転数可変手段を介して前記送風機の回転数を制御して一定風量の排気を行い、前記制御手段は、その内部に前記送風機の回転数とこの回転数に対応する差圧との相関データを保有し、前記差圧検知部の検知する差圧と前記回転数検知手段が検知する回転数とが前記相関データと一致するように前記回転数可変手段を介して送風機の回転数を制御することを特徴とする換気装置である。

このことにより、オリフィスを換気装置に備え、差圧検知部が検知するオリフィス前後の差圧と回転数検知手段が検知する回転数とが送風機の回転数とこの回転数に対応する差圧との相関データと一致するように送風機の回転数を制御しているので、制御風量の精度を維持・向上でき、コンパクトな換気装置を提供できる。

本発明の請求項２記載の発明は、請求項１の換気装置において、制御手段は、初回の運転初期において固定の回転数で起動し、この固定の回転数における差圧センサが検知する差圧と相関データの前記固定の回転数に対応する差圧とを比較し、その両者の差圧の差の正負に応じて、前記個定の回転数を減少もしくは増加させて、差圧センサの検知する差圧と回転数検知手段が検知する回転数が、相関データと一致するように送風機の回転数を制御することを特徴としている。

このことにより、効率よく迅速に差圧と回転数を相関データに一致させることができる。

本発明の請求項３記載の発明は、請求項２に記載の換気装置において、回転数の減少もしくは増加の量は、両者の差圧の差の量に略比例しておこなうことを特徴としている。

このことにより、円滑に回転数をシフトさせて、すなわち騒音の発生を抑制して所定の風量が確保できる回転数に移行できる。

本発明の請求項４記載の発明は、請求項２記載の換気装置において、制御手段は、保有する相関データと一致した送風機の回転数を記憶し、次回以降の運転初期において記憶した回転数で起動することを特徴としている。

このことにより、運転開始から一定風量に到達するまでの時間が短縮される。

本発明の請求項５記載の発明は、請求項２または３に記載の換気装置において、差圧センサが検知した差圧を平均化処理、差圧の信号を平均化処理した後に、制御手段が保有する相関データとの比較を行うことを特徴としている。

このことにより、制御風量の正確度が向上する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は本実施の形態１の換気装置の外観を示す図であり、図２は同差圧検知部の詳細を示す図である。

換気装置１は、例えば、給気ダクト（図示せず）を接続するための複数個のダクト接続口２を有し、他方に排気ダクト（図示せず）を接続するための１個の排気ダクト接続口３を送風機１３の排気側に備え、この排気ダクト接続口３の外壁に差圧検知部４を装備している。

排気ダクト接続口３の内部に設けたオリフィス５の両側の外壁に設けたオリフィス５の風上側の圧力検出口６およびオリフィス５の風下側の圧力検出口７に係合して、オリフィス５の風上側と風下側の差圧、すなわちオリフィス５の前後の差圧を検知する差圧センサ８を設けている。ここでは、オリフィス５を排気ダクト接続口３の内部に設けたが、これに限定されるものでなく、送風機１３の排気側の換気装置に備えればよく、また、排気ダクト接続口３の近傍に設けてもい。

図３は、換気運転時の風量と差圧センサ８が検知する差圧の関係を示す図である。

オリフィス式の流量測定は、前述のような断面均一な気流が得られる場合には風量の二乗に比例した差圧を示す特性を有する。これは風量を一定に保つためには差圧が一定になるように送風機１３の回転数を制御すれば良いことを示すものである。

特性Ａは、設計標準として設定したダクト配管のモデルにおける特性を示すもので、この特性を利用して、例えば差圧をｐになるように送風機の回転数を制御すれば風量ｑ０で定風量の排気運転ができる。また、管理する差圧を変えることで風量の調節が可能である。

しかしながら、差圧センサ８が気流の乱れが大きい部位にあるため、ダクト配管の状態が前記設計標準と異なると、例えば、ダクト配管が短い場合は特性Ｂに示すような特性になり、差圧をｐになるよう設定している場合の排気風量はｑ１で制御されることになり誤差が生じる。

これを解決するためには工事現場毎に設定の調整を行うようにすれば誤差を修正できるが、工事性が著しく低下する。本発明は、この課題を解決するものである。

図４は、本実施の形態１の換気装置の電気系の構成を示す図である。

主としてＣＰＵで構成され記憶装置９ａを保有する制御手段９は、入力部に前述の差圧センサ８を接続するとともに、送風機の回転数を検知する回転数検知手段１０と風量設定部１１とを接続し、出力側に送風機１３の回転数を制御する回転数可変手段１２を接続している。

回転数検知手段１０は、例えば送風機の回転軸に装着した磁石とこれと対向するように設けたホール素子で構成したもの、あるいは光学式のものである。

回転数可変手段１２は、例えば、送風機のモータがブラシレスＤＣモータの場合は、外部信号で出力電圧が調節できる可変電圧電源装置などである。

図５は、制御手段９の記憶装置９ａに内蔵されるデータを説明するための図である。

図５（ａ）は、排気風量をダクトの配置状況に関わらず風量を一定に保つための送風機１３の回転数と、差圧センサ８が検知する差圧の関係を示す図である。

このデータは、実験室において、各種のダクト配管のモデルを設定し、正確な流量が測定できる流量計を用いて、例えば特性Ａの場合は流量計の計測値が毎時１５０立方米になるよう送風機１３の回転数を調節し、このとき図２の位置の差圧センサ８が検知した差圧を求めたものである。

すなわち、ダクトが長く、また曲がりが多い場合はダクト抵抗が大きく送風機１３の回転数を大きくして排出圧力を高くしないと所定の風量が確保できない。送風機１３の回転数が高くなると送風機１３の排気接続口近傍の風速が部分的に大きくなり、この部に取り付けた差圧センサが検知する差圧が大きくなることを示している。

特性Ｂは特性Ａと同様にして求めた毎時１００立方米の特性である。

この図５（ａ）のデータは、データテーブルの形態か、もしくは差圧と回転数の相関式の形態で記憶装置９ａに記憶されている。

電源投入後の初回の運転において固定の回転数で起動し、この時に差圧検知部４が検知する差圧と、記憶している相関データとを比較し、相関データの方が大きい場合には送風機１３の回転数を増加させて、逆に相関データの方が小さい場合には送風機１３の回転数を減少させるようにする。こうすることにより期待する風量にすることができる。

図５（ｂ）は、後述する送風機の回転数の制御に関し、任意の回転数における前記の記憶された差圧と差圧センサ８が検知する差圧との差（記憶している相関値から差圧センサ検知値を減算した値）と増減させる回転数の関係を示す図である。

図５（ｂ）でＣｋの部分は、差圧差が所定値以内の場合は回転数を増減させないことを示しており、横軸は固定の回転数における差圧検知部が検知する差圧と相関データの前記固定の回転数に対応する差圧の差であり、縦軸は回転数であるが、図５（ｂ）に示されているように、縦軸の回転数の減少もしくは増加の量は、横軸の固定の回転数における差圧検知部が検知する差圧と相関データの前記固定の回転数に対応する差圧の差に略比例しておこなうようにしているので、短時間で精度よく所定の風量が得られることとなる。

このデータも、データデーブルもしくは相関式の形態で記憶装置９ａに記憶されている。

図６は、制御手段９の制御状態を示す図で、特性Ａは図５（ａ）の特性Ａの再掲したもの、特性Ｄは、制御手段９が制御する回転数と差圧の遷移を示す図である。

次に、図４〜図５を参照しながら図６と図７を用い、図７のステップ順序に従って制御手段９の制御動作を説明する。なお説明の途中で図８と図９を補助的に用いる。

図７は制御手段９の制御動作を説明するためのフローチャートである。

なお、説明を解りやすくするため、送風機の回転数は数字を例示して説明する。

ステップ（以下Ｓ）１において、使用者が風量設定部１１で風量設定量を１５０立方米に設定して運転スイッチ（図示せず）を操作するとこれを読み取り、Ｓ２で送風機は毎分５００回転で運転する。この毎分５００回転（ｒ／ｍｉｎ）は制御手段９内の記憶装置９ａにその数値が設定されている。

このときに差圧センサ８は差圧を測定しているが図８のＥに示すように差圧は脈動している。これは、一般的に送風機が多数の羽を持つファンを用いているためで、羽の影響で気流が脈動することによる。

そこで、Ｓ３において制御手段９は脈動している差圧の平均化処理を行って特性Ｆを求める。この平均化示処理は図９に示すような方法であっても良い。

図９について説明すると、差圧センサ８の信号を増幅器１４により増幅し、低域通過フィルタ１５で脈動成分を除去し、端子１６において図８の信号Ｆと同等の信号を得る方法である。

差圧が安定した時点のＳ４において差圧値ｐ１（図６）を取り込み、Ｓ５において前述の記憶されたデータｐ１１と比較し、差圧差ｐ１１−ｐ１を求める。

次に、この差圧差に応じた回転数の増加分を図５（ｂ）に示すデータから求め、Ｓ６において送風機の回転数を毎分６６０回転（毎分１６０回転を増加）に制御する。

次のＳ７の平均化処理は前述のＳ３に同じで、Ｓ８において差圧ｐ２を読み取り、Ｓ９においてＳ５同様に差圧差Ｐ１２−Ｐ２を求める。

次に、Ｓ１０において、送風機の回転数が差圧差Ｐ１２−Ｐ２に応じた毎分７５０回（毎分８０回転を増加）に制御される。

以下同様にＳ１１で平均化処理を行い、Ｓ１２で差圧ｐ３を読み取り、Ｓ１３で差圧を比較し、Ｓ１４で回転数を毎分８００回転（毎分５０回転を増加）に制御する。

さらに同様にＳ１５で平均化処理を行い、Ｓ１６で差圧ｐ４を読み取り、Ｓ１７で差圧を比較するがｐ１４−ｐ４が図５（ｂ）に示す所定値Ｃｋ以内であることを確認すると、以後は毎分８００回転に維持した状態で送風機が運転される。

Ｓ１９では、維持した回転数、毎分８００回転（ｒ／ｍｉｎ）がＳ２で説明した記憶装置の毎分５００回転（ｒ／ｍｉｎ）のデータを毎分８００回転に書き換えて記憶され、次回の運転からは送風機は毎分８００回転からスタートする。

Ｓ１９以後の動作は、回転数を毎分８００回転に維持した後もＳ２０〜Ｓ２３の動作を実施し、測定差圧が基準差圧に対して所定値（前述のＣｋ）以上になった場合、例えば外気圧もしくは外気圧と建物の内部の圧力差が変動した場合の風量の変動に対応する。

以上の説明では回転数を増加させる例で説明したが、Ｓ５においての差圧の比較値が負の値を示した場合は（ダクト抵抗が小さい場合）、図５（ｂ）で示すように回転数を減少させる動作が行われる。

以上のようにして、制御手段９は定風量の基準となる差圧センサの検知差圧を、設置状況に最も適した値に自動的に設定する。

なお、回転数検知手段１０は送風機１３がＤＣモータの場合は、モータ自身が保有する位置検出センサーの信号を制御手段９に取り込むようにしてもよい。また、回転数を増減する方法は、モーターに印加する電圧を増減する方法で代用してもかまわない。

以上説明したように本発明の換気装置は、差圧センサを気流の乱れが大きい換気装置の排気口近傍に設けたにも関わらず、設置毎にダクト配置の条件が異なっても、所定の安定した排気風量が得られるようにしたものである。

本発明によれば差圧センサを換気装置の排気接続口の近傍に設けることができるので多室換気用の換気装置以外の１室用の換気装置や送風機などにも適用できる。

本発明の換気装置の実施の形態１の外観を示す図 同差圧検知部の詳細を示す断面図 同換気運転時の風量と差圧センサ８が検知する差圧の関係を示す図 同電気系の構成を示す図 同制御手段の記憶装置に内蔵されるデータを説明するための図（（ａ）排気風量をダクトの配置状況に関わらず風量を一定に保つための送風機の回転数と差圧センサが検知する差圧の関係を示す図、（ｂ）任意の回転数における記憶された差圧と差圧センサが検知する差圧との差（記憶している相関値から差圧センサ検知値を減算した値）と増減させる回転数の関係を示す図） 同制御手段の制御動作を説明するための図 同制御手段の制御動作を説明するためのフローチャート 同圧力差の平均化処理を説明するための図 同圧力差の平均化処理の他の例を説明するための図 従来例の換気装置の構造を示す図

符号の説明

１ 換気装置
３ 排気ダクト接続口
４ 差圧検知部
９ 制御手段
９ａ 記憶装置
１０ 回転数検知手段
１２ 回転数可変手段
１３ 送風機

Claims (5)

1. 空気を送風する送風機を備え、前記送風機の排気側にオリフィスを備え、前記オリフィスの風上側と風下側の差圧を検知する差圧検知部と前記送風機の回転数を検知する回転数検知手段を備え、前記差圧検知部が検知する差圧を所定値になるように制御手段が前記送風機の回転数を可変する回転数可変手段を介して前記送風機の回転数を制御して一定風量の排気を行い、前記制御手段は、その内部に前記送風機の回転数とこの回転数に対応する差圧との相関データを保有し、前記差圧検知部の検知する差圧と前記回転数検知手段が検知する回転数とが前記相関データと一致するように前記回転数可変手段を介して送風機の回転数を制御することを特徴とする換気装置。
2. 制御手段は、初回の運転において固定の回転数で起動し、この固定の回転数における差圧検知部が検知する差圧と、相関データの前記固定の回転数に対応する差圧とを比較し、前記固定の回転数における前記差圧検知部が検知する差圧と前記相関データの前記固定の回転数に対応する差圧の差の正負に応じて、前記固定の回転数を減少もしくは増加させて、前記差圧検知部の検知する差圧と前記回転数検知手段が検知する回転数が、前記相関データと一致するように送風機の回転数を制御する請求項１に記載の換気装置。
3. 回転数の減少もしくは増加の量は、固定の回転数における差圧検知部が検知する差圧と相関データの前記固定の回転数に対応する差圧の差に略比例しておこなうようにした請求項２に記載の換気装置。
4. 制御手段は、保有する相関データと一致した送風機の回転数を記憶し、次回以降の運転において前記記憶した回転数で起動するようした請求項２に記載の換気装置。
5. 差圧検知部が検知した差圧を平均化処理した後に、制御手段が保有する相関データとの比較を行う請求項２または３に記載の換気装置。

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