JP2009168355A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窓を開けた場合の風の揺らぎの影響を受けずに入室者を検知して動作する換気扇装置を提供する。
【解決手段】本体５内部には、ファン９とモータ１０からなる換気装置を備え、本体５の側面には熱起電力型温度センサ１１をスイングさせることができるスイング機構１２を備え、スイング機構１２の中心には、遠赤外線を検知する複眼の素子を内蔵した熱起電力型温度センサ１１を備える。一方、本体５の下方に備えている吸込口を覆うように設けられる通気口を有したルーバ１３には、人体の動作を検知できる人感検知部１４を備え、熱起電力型温度センサ１１、スイング機構１２、人感検知部１４を制御する制御回路１５を本体５内部に備え、制御回路１５の取り付け位置は、熱起電力型温度センサ１１がスイング機構１２でスイングした時に監視するエリアに入るように設置する構成とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、トイレ等の壁面や天井に取り付けられ、人体から放射される熱線を検知することによってトイレ室内における人の入室と退室とを検出し、トイレ室内に配置した換気扇を制御するトイレ用換気装置に関するものである。

従来、この種のトイレ用熱線式自動スイッチには、トイレ室内の壁面に取り付けることができる器体に人感センサおよびスイッチ要素を設けた構造となっていた（例えば、特許文献１参照）。

以下、そのトイレ用熱線式自動スイッチについて図９を参照しながら説明する。

人体から放射される熱線を検知することにより人の存否を検出する人感センサ１０１と、前記人感センサ１０１の出力によりトイレ室内への人の入室および退室を検出するとともに人の入退室に応じて照明負荷１０２を制御する照明制御信号および換気扇１０３を制御する換気扇制御信号を出力する制御手段１０４と、照明制御信号と換気扇制御信号とによりそれぞれ開閉制御される第１スイッチおよび第２スイッチを備え、トイレ室の壁面に取り付けられる器体内に備えることを特徴とするトイレ用熱線式自動スイッチであった。
特開２００１―７７１６０号公報

このような従来のトイレ用熱線式スイッチでは、人体から放射される熱線を検知することで換気扇の運転・停止を判断しているため、夏場等気温が人の体温に近いときには検知しにくいという課題があった。また、窓を開けた場合、窓から入ってくる冷たい風、温かい風の揺らぎを検知して、トイレ内に人が入室・退出していないにも関わらず人感センサが検知してしまうという課題があった。

また、自動開閉機能付き暖房便座は、人の存在がなくなってから、数分後に閉じるため、便座に暖房が入っていると便座が閉じる瞬間、人感センサは暖房を人と誤って判断し、検知状態となり、人が入出していないにも関わらず、換気装置が運転してしまう課題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するもので、人の入室・退出をより正確に検知することができ、換気装置使用者がトイレ内の窓を開けた場合においても誤検知なく、また自動暖房便座の開閉による誤検知も防止することができる換気装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明の換気装置は、トイレ室内の汚れた空気を排気するファンとトイレ室内の人を検知し信号を出力する人感検知部と、トイレ出入り口付近の遠赤外線を検知する素子を内蔵した熱起電力型温度センサと、前記人感検知部の信号と前記熱起電力型温度センサの信号を変換した温度とをもとに前記ファンを制御する制御部を備え、前記人感検知部が人を検知したと制御部が判断した時に、前記熱起電力型温度センサがトイレの出入り口付近を検知する構成としたものである。

また、本発明の換気装置は、熱起電力型温度センサにスイングできるスイング機構を備えたものである。

また、本発明の換気装置は、制御部を粉塵、水滴から保護するケースを備え、ケースの一部がポリエチレンで構成したものである。

また、本発明の換気装置は、保護ケースを黒の樹脂で構成したものである。

また、本発明の換気装置は、ファンの運転状態を検知状態は強運転、非検知状態を弱運転にするものである。

また、本発明の換気装置は、ファンをＤＣモータで駆動する構成としたものである。

以上のように本願発明の換気装置によれば、トイレ出入り口付近の遠赤外線を検知する熱起電力型温度センサで人の出入りを確認することで、人の入室・退出を確実に検知することができる。また、人感検知部を別に備えることで、トイレ内に人が入出していないにも関わらず、人感検知部が検知と判断した場合は、風、暖房便座等で誤検知した可能性があるため、検知をしないと判定すれば、風、暖房便座等での誤検知を防止することができ、また、人感検知部があるのでトイレでの微動検知も検知することができ、トイレ内の換気装置が勝手に運転することなく、確実に換気をすることができる換気装置を提供できる。

請求項１に記載の換気装置の発明は、トイレ室内の汚れた空気を排気するファンとトイレ室内の人を検知し信号を出力する人感検知部と、トイレ出入り口付近の遠赤外線を検知する素子を内蔵した熱起電力型温度センサと、前記人感検知部の信号と前記熱起電力型温度センサの信号を変換した温度とをもとに前記ファンを制御する制御部を備え、前記人感検知部が人を検知したと制御部が判断した時に、前記熱起電力型温度センサがトイレの出入り口付近を検知することができるため使用者が自動開閉付き暖房便座を使用したり、トイレ内の窓を開けて換気装置を使用したとしても誤動作なく換気できる換気装置を提供することができる。

また、請求項２に記載の換気装置の発明は、熱起電力型温度センサにスイングできるスイング機構を備えることが出来るため、トイレの出入り口以外の温度も確認することが出来るため、トイレ内にいる人を確実に検知できる換気装置を提供することができる。

また、請求項３に記載の換気装置の発明は、制御部を粉塵、水滴から保護するケースを備え、ケースの一部がポリエチレンで構成されているため、回路が粉塵、水滴から確実に保護することができるとともに、一部をポリエチレンで覆っているため、回路の温度を確実に検出することができる。

また、請求項４に記載の換気装置の発明は、保護ケースを黒の樹脂で構成することが出来るため、黒色は赤外線を吸収することができるため、制御部の温度を確実に測定することができる。

また、請求項５に記載の換気装置の発明は、ファンの運転状態を検知状態は強運転、非検知状態を弱運転にすることが出来るため、換気装置使用者に省エネルギーな換気装置を提供することができる。

また、請求項６に記載の換気装置の発明は、ファンをＤＣモータにすることができるため、換気装置使用者に省エネルギーな換気装置を提供することができる。

以下、本願発明の実施の形態について図１〜８を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
本発明の換気装置の一例として、トイレ内の天井に設けられた換気装置について説明する。

図１、図２に示すように、例えば一般の住宅のトイレ１は奥行きが１８００ｍｍ高さ２５００ｍｍで構成されており、トイレ１のドア２反対側には、タンク付き便器３設置されている。一般に便器３は、長さが６６８ｍｍ〜７９０ｍｍになっている。また、トイレ１の天井４に本体５は設置されており、本体５の下方には吸込口を有し、本体５の側面に設けたアダプタ６は、排気ダクト７を通してトイレ壁面に設けている排気口８からトイレ１内から発生した汚い空気を外気へ排気する。

本体５内部には、ファン９とファン９を回転させるモータ１０（例えば、モータ１０は出力効率の良いＤＣモータ）を備え、本体５の側面には熱起電力型温度センサ１１をスイングさせることができるスイング機構１２（例えばスイング機構１２はステッピングモータを本体の外側に取り付け、ステッピングモータの軸には、スイングルーバを取り付ける構造とする（樹脂の構造は図示せず））を備え、スイング機構１２の中心には、遠赤外線を検知する複眼の素子を内蔵した熱起電力型温度センサ１１（例えば、サーモパイル）を備える。一方、本体５の下方に備えている吸込口を覆うように設けられる通気口を有したルーバ１３には、人体の動作を検知できる人感検知部１４（例えば焦電型の人感センサ）を備え、熱起電力型温度センサ１１、スイング機構１２、人感検知部１４を制御する制御回路１５を本体５内部に備え、制御回路１５の取り付け位置は、熱起電力型温度センサ１１がスイング機構１２でスイングした時に制御回路１５上に配置したの電子部品を含むエリアを監視できるように設置する構成とし、熱起電力型温度センサ１１で監視するエリアは、部品から発生する熱を検出できるようにポリエチレン樹脂で覆う構成としており、その他の部分の樹脂は、粉塵、水滴から保護することを目的とした難燃性（例えば９４−Ｖ０）の黒の樹脂で覆う構成になっている。

熱起電力型温度センサ１１の構成は、２種類の金属で構成されたセンサ素子が非接触で物体から放射される赤外線を受けると、互いの金属接点間にエネルギー量に応じて起電力を発生するものであり、熱起電力型温度センサ１１内部の縦横の計測軸を持つように、素子が同一内に複数個配置されている。

人感検知部１４の構成は、人体の放射される熱線を検知する検知体と、熱線の信号を増幅する増幅器（例えばオペアンプ）と、検知領域からの熱線を前記検知体に集光する受光フレネルレンズとを組み合わせて構成しており、熱線を集光する受光フレネルレンズに人体から放射される熱線が入射し、これを前記検知体が検知すると、熱線の信号を電圧変化で表し、微妙な変化をオペアンプで増幅し、その変化を電気的に出力するものである。

制御回路１５の構成は、電源回路２３（例えばＡＣ―ＤＣコンバータ）、負荷駆動回路２４、制御部２５（例えばマイクロコンピュータ）で構成しており、このマイクロコンピュータには、一連の動作が可能なプログラムが書き込まれている。

上記構成において、換気装置の動作を図３に示すフローチャートを用いて説明する。

換気装置に電源が投入されると（ステップ１）、制御回路１５内部にある電源回路２３に電源が印加され、制御部２５を動作させる電圧５Ｖが電源回路２３から制御部２５に印加される。制御部２５に５Ｖが印加されるとマイクロコンピュータ内部に書き込まれているプログラムの読み込みを開始し、熱起電力型温度センサ１１（ステップ２）、人感検知部１４（ステップ３）が人の存在の有無を確認する。

人感検知部１４がトイレ内の雰囲気の変化を検知して人が存在すると判断すると、熱起電力型温度センサ１１がトイレのドア付近のエリアを監視する。人感検知部１４が検知としているにも関わらず、熱起電力型温度センサ１１が監視しているエリアが検知していない場合は、検知していないと判断して換気装置は停止の状態を維持する。また、人感検知部１４が検知と判断し、熱起電力型温度センサ１１も検知と判断した場合は、負荷駆動回路２４に出力信号を送信（ステップ４）しファン９が運転を開始する。人感検知部１４が検知している間は、ファン９の運転を継続し、人感検知部１４が非検知状態になったらある一定時間（例えば５分）残置運転を行い、ファン９を停止し、換気装置を停止状態にする。

以上のように構成した換気装置は、人感検知部１４と熱起電力型温度センサ１１を併用して使用するため、換気装置使用者が自動開閉暖房機能付き便座を利用したり、窓を開けたりしても、誤動作なく、入室者を正しく検知して換気装置を動作させることとなる。

ファン９を回転させるモータ１０は、出力効率の良いＤＣモータで構成することにより入室者を検知して効率良く換気を行うことができ省エネルギー性能の高い換気装置を提供することができる。しかし、ＡＣモータで構成したとしても人の入室・退出を誤動作なく検知する発明の作用効果は得られる。

また、換気装置のモータ１０の制御方法を人感センサが検知した場合は、運転を行い非検知の場合は、モータ１０を停止する制御方法で構成したが、非検知の場合を通常より弱い回転いわゆる弱運転で構成したとしても人の入室・退出を誤動作なく検知できるという発明の作用効果は変わらない。そして、強弱運転を切り替える構成とした場合は、トイレの換気扇を住宅内の常時換気装置の一部として、換気風量を確保しながら省エネルギーな換気を行うことができる。

（実施の形態２）
実施の形態２について、図４、図５、図６を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。

図４に示すように、制御回路１５内部にある制御部２５の通電時間を積算する積算手段１６を制御部２５（マイクロコンピュータ内部）に備え、制御部２５（マイクロコンピュータ）には、制御回路１５の部品の温度情報を格納し、制御回路１５で検出した値により通電を入・切できるようなスイッチ１７（例えば、リレー）を備え、制御回路１５内の温度を測定する温度検知手段１８を備え、メンテナンス時期を促すことのできる表示手段１８（例えばＬＥＤ）を備える構成とする。

また、熱起電力型温度センサ１１は、物体が発する遠赤外線をフレネルレンズ介して検知する構成であり、制御回路１５上の部品の遠赤外線を広範囲で検知することができる。

本実施の形態２ではその熱起電力型温度センサ１１で監視できる範囲は図５で示す監視エリアとする。

熱起電力型温度センサ１１は、例えば熱起電力型素子が３個と熱起電力型素子自身の温度を計測するためのサーミスタ３個があり、図５で示す電源回路２３、負荷駆動回路２４、制御回路１５の３つのエリアを監視する。

次に実施の形態２の熱起電力型温度センサ１１による熱源検知原理を説明する。監視エリア内の物体から放出される遠赤外線はフレネルレンズを透過し、熱起電力型温度センサ１１に向かって屈折される。熱起電力型温度センサ１１では屈折された遠赤外線を内部のセンサ素子で検知しその検知量に応じてアナログ値を出力する。その検知量に応じたアナログ値は、制御部２５で温度に換算されるものである。

熱源検知原理の簡単な動作を説明する。熱起電力型温度センサ１１は制御回路１５上の電源回路２３、負荷駆動回路２４のエリアを監視している。ここで、換気装置を使用しているユーザーが換気装置に電源を印加すると制御回路１５に電源が印加される。電源が印加されると各部品が通電状態となり、部品に温度が発生する。制御回路内の雰囲気の温度が温度検出手段１８によって測定できるため、部品個々の温度は温度検出手段１８から換算すれば、その部品の温度上昇値がわかることとなる。

上記構成において、本発明に係る換気装置の動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。

ステップ１〜ステップ４に至るフローは、上述の実施の形態１において図３をもとに説明したものと同様である。ステップ１〜４に対する変更点について以下に説明する。

換気装置に電源が投入されると（ステップ１）、制御回路１５内部にある電源回路２３に電源が印加され、制御部２５を動作させる電圧５Ｖが電源回路２３から制御部２５に印加される。制御部２５に５Ｖが印加されるとマイクロコンピュータ内部に書き込まれているプログラムの読み込みを開始し、マイクロコンピュータ内部にある積算手段１６（ステップ２Ａ）がタイマーカウントを開始すると同時に、温度検知手段１８が読み込みを開始する。マクロコンピュータに予めセットされた積算時間（１日すなわち２４時間）に到達すると、本体５の側面に備えたスイング機構１２がスイングを開始し、熱起電力型温度センサ１１が制御回路１５の部品の温度を監視する。

熱起電力型温度センサ１１が制御回路１５を監視した結果、予めマイクロコンピュータに設定されている温度に対して変化が無い場合は、制御回路１５の通電を継続し、スイング機構１２がスイングし、熱起電力型温度センサ１１はトイレのドア側を再び監視し始め、タイマーカウントを開始する。また、制御回路１５を監視した結果、予めマイクロコンピュータに設定されている温度に対して上昇傾向にある場合は、換気装置使用者に制御回路１５のメンテナンス時期がきた事お知らせするお知らせ表示をする。メンテナンス時期がきても、換気装置使用者が気付かずに更に放置し寿命と判断した場合は、換気装置の電源をリレーで強制的にきる。

一方マイクロコンピュータに予め設定されている温度より非常に高い温度が検出された場合すなわち制御部の温度が異常温度にある場合は、制御回路１５が故障したと判断して、換気装置の電源をリレーで強制的に切ることとなる。

以上のよう構成した本体５は、熱起電力型温度センサ１１で制御回路１５の部品の温度を測定することができるため、制御回路１５の寿命がきた場合は、換気装置使用者にお知らせ機能でお知らせることでき、また制御回路１５の部品が異常な温度、もしくは、換気装置使用者が換気装置の寿命に気付かなかった場合は、換気装置の電源をリレーで遮断するため、換気装置使用者に安全で且つ正確にトイレの入室、退出を検知できる換気装置を提供することができる。

熱起電力型温度センサ１１が制御回路１５を監視する積算時間を本特許では１日で構成したが監視する時間を変化させても作用効果は同じである。

また、熱起電力型温度センサ１１をスイング機構１２の中心に取り付ける構造にしたが、スイング機構に取り付けず、制御部を直接監視しても作用効果は同じものである。

また、熱起電力型温度センサ１１を複眼素子で構成したが、監視エリアが少ない場合は、単眼を用いても作用効果は同じである。

また、熱起電力型温度センサの複眼素子を３個で構成したが監視したい部品の数に応じて個数を変化させることができるため、個数を変化させて監視エリアを増やしても作用効果は同じである。

（実施の形態３）
実施の形態３について、図７を参照しながら説明する。なお、実施の形態１と同様の構成要素についてはその説明を省略する。

図７に示すように、制御回路１５内部に記憶手段１９（例えば、ＥＥＰＯＭ）と、制御回路１５内の３つの監視エリア（電源回路２３、負荷駆動回路２４、制御部２５）のどのエリアが異常になったかをお知らせするお知らせ手段２０（例えばＬＥＤ）と、メンテナンス時に操作するメンテナンススイッチ２１と、メンテナンス時にマイクロコンピュータに電源を供給する充電池２２（リチウム電池）とを備える構成とする。

ＥＥＰＲＯＭとは、電源供給を行わない状態でも書き込まれデータが消えない不揮発性メモリーで、電源の操作によってデータの消去や書き換えが可能な半導体記憶装置のことである。

上記構成において、本発明に係る換気装置の動作を図８に示すフローチャートを用いて説明する。

マイクロコンピュータに予め設定されている温度より非常に高い温度が検出された場合は、制御回路１５が故障したと判断して、記憶手段１９にどのエリアの部品が異常になったかを記憶し、記憶手段１９が記憶したことを確認後、マイクロコンピュータは、換気装置の電源をリレーで強制的に切ることとなる。

一方メンテナンス時、メンテナンススイッチ２１を押すと充電池２２からマイクロコンピュータに電源が供給され、記憶手段１９のデータをマイクロコンピュータが読み込み、お知らせ手段２０で表示することとなる。

以上のよう構成した本体５は、熱起電力型温度センサ１１で制御回路１５の部品の温度を測定することができるため、制御回路１５の部品が異常な温度になった場合、その情報を記憶手段１９に記憶し、換気装置の電源をリレーで強制的に切ることができるため、メンテナンス時に直ぐに故障部分がわかるため、メンテナンスが簡単にでき、また、換気装置の電源をリレーで強制的に遮断するため、換気装置使用者に安全で且つ正確にトイレの入室、退出を検知できる換気装置を提供することができる。

また制御回路１５の設計者にも、制御回路１５の弱い部分がわかるため、今後の制御回路設計に役立つ情報を得られることとなる。

本発明にかかる建物に取り付けられる換気装置は、トイレの入室・退出を人感センサで判定しトイレ内の汚い空気を排出する製品において広く有用である。

本発明の実施形態１の換気装置の取り付け状態を示す図 同換気装置を天井に取り付けた状態を示す図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施形態２の換気装置の制御回路を示す構成図 同換気装置の制御回路の監視エリアを示す図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態３の換気装置の制御回路を示す図 同換気装置の運転動作を示すフローチャート 従来の換気装置を示す構成図

符号の説明

１ トイレ
２ ドア
３ 便器
４ 天井
５ 本体
６ アダプタ
７ 排気ダクト
８ 排気口
９ ファン
１０ モータ
１１ 熱起電力型温度センサ
１２ スイング機構
１３ ルーバ
１４ 人感検知部
１５ 制御回路
１６ 積算手段
１７ スイッチ
１８ 温度検知手段
１９ 記憶手段
２０ お知らせ手段
２１ メンテナンススイッチ
２２ 充電池
２３ 電源回路
２４ 負荷駆動回路
２５ 制御部

Claims (6)

1. トイレ室内の汚れた空気を排気するファンとトイレ室内の人を検知し信号を出力する人感検知部と、トイレ出入り口付近の遠赤外線を検知する素子を内蔵した熱起電力型温度センサと、前記人感検知部の信号と前記熱起電力型温度センサの信号を変換した温度とをもとに前記ファンを制御する制御部を備え、前記人感検知部が人を検知したと制御部が判断した時に、前記熱起電力型温度センサがトイレの出入り口付近を検知する構成とした換気装置。
2. 熱起電力型温度センサにスイングできるスイング機構を備えた請求項１記載の換気装置。
3. 制御部を粉塵、水滴から保護するケースを備え、ケースの一部をポリエチレンで構成した請求項１または２記載の換気装置。
4. 制御部を保護する保護ケースは黒の樹脂で構成した請求項１から３のいずれかに記載の換気装置。
5. ファンの運転状態は人の検知状態では強運転、非検知状態では弱運転にする構成とした請求項１記載の換気装置。
6. ファンをＤＣモータで駆動する構成とした請求項１に記載の換気装置。

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