JP2015152184A - 浴室換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の部屋の空気を吸い込んで屋外へと排出する浴室換気装置において、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御することを目的とする。
【解決手段】複数の部屋の換気を行う浴室換気装置１０３において、目標換気量とモータ電流検知手段１１２により検知されたモータ電流と、浴室温度検知手段１で検知された浴室内温度と、浴室換気制御手段８が出力するダンパ１０９の開度から目標回転数を求め、回転数検知手段１１１により検知されるモータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御する風量一定制御手段９を備えたという構成にしたことにより、応答性のよい風量一定制御が可能な浴室換気装置を得られる。
【選択図】図３

Description

本発明は、浴室および浴室以外の空気を吸い込んで屋外へと排出する浴室換気装置において、複数の部屋の換気量を一定に制御するものに関するものである。

従来、この種の浴室換気装置は、複数の部屋の換気量を一定に制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その浴室換気装置について図５および図６を参照しながら説明する。

図５に示すように、浴室１０１の天井部１０２に設置された浴室換気装置１０３は、浴室１０１の空気を取り込むための吸込口１０５と、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の空気を屋外へ排出する換気ファン１０８と、換気ファン１０８により換気される各室の換気量を開度により調節する換気量調節手段としてのダンパ１０９を備えている。
また、図６に示すように、換気ファン１０８を回転させるモータ１１０の回転数を検知する回転数検知手段１１１と、モータ１１０に流れる電流を検知するモータ電流検知手段１１２と、複数の部屋の換気量を一定に制御するための制御装置１１３を備えている。
制御装置１１３は、前記回転数検知手段１１１から検知した回転数と、モータ電流検知手段１１２から検知したモータ電流から所定周期内に換気される総換気量を求め、その周期の目標換気量と比較し、過不足を次の周期でモータへの指令電圧を調整し、継続的に行うことで、複数の部屋の換気量を一定に制御している。

特許第４２３９６７５号公報

このような従来の浴室換気装置において、ある目標換気量において、モータへの指令電圧に対応する回転数は一意に決定されるが抵抗成分に左右される。抵抗成分となるのが、施工時のダクト長や配管状態、施工後にはフィルタの目詰まり、温度、複数の部屋の換気量を制御する場合は各室の換気の割合、外風圧の変化が主であり特許文献１ではそれらをまとめて外風圧の変化として平準化している。

同じ目標換気量でも各室の空気をどの割合で換気するかによって気流が異なる、例えば浴室から５０ｍ³／ｈ、脱衣室、トイレから２５ｍ³／ｈずつの合計１００ｍ³／ｈ換気する場合と、浴室からの換気を遮断して脱衣室、トイレから５０ｍ³／ｈずつの合計１００ｍ³／ｈ換気する場合では、後者はダクト長などの抵抗成分は増えるので換気ファンを回転させるモータ電流は増加する、また、温度によってもモータ電流は変化するので、３０秒間目標換気量に対して大きくずれることになる。

そこで本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、複数の部屋の換気量を一定に、応答性よく制御できる浴室換気装置を提供することを目的とする。

そして、この目的を達成するために、本発明は、浴室および浴室以外の少なくとも１室以上から空気を吸引して屋外へと排気するための換気ファンと、前記換気ファンにより換気される各室の換気量を開度により調節する換気量調節手段としてのダンパと、前記換気ファンを回転させるモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータに流れる電流を検知するモータ電流検知手段と、浴室内温度の検知を行う浴室温度検知手段と、各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する風量一定制御手段を有し、
前記風量一定制御手段は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求め、前記モータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御するものであり、これにより所期の目的を達成するものである。

本発明によれば、浴室および浴室以外の少なくとも１室以上から空気を吸引して屋外へと排気するための換気ファンと、前記換気ファンにより換気される各室の換気量を開度により調節する換気量調節手段としてのダンパと、前記換気ファンを回転させるモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータに流れる電流を検知するモータ電流検知手段と、浴室内温度の検知を行う浴室温度検知手段と、各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する風量一定制御手段を有し、
前記風量一定制御手段は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求め、前記モータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御するものであり、温度の高低によるモータ電流変化と、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を得ることができる。

本発明の実施の形態１の浴室換気装置と換気システム構成図 （ａ）浴室換気制御手段のブロック図 （ｂ）目標換気量、ダンパ開度のデータテーブル図 風量一定制御手段のブロック図 （ａ）目標換気量によるモータ電流に対する目標回転数の変化を示す図 （ｂ）温度変化によるモータ電流に対する目標回転数の変化を示す図 （ｃ）ダンパ開度によるモータ電流に対する目標回転数の変化を示す図 （ｄ）目標回転数算出の一例を示す図 従来の浴室換気装置と換気システム構成図 同モータ制御ブロック図

本発明の請求項１記載の浴室換気装置は、浴室および浴室以外の少なくとも１室以上から空気を吸引して屋外へと排気するための換気ファンと、前記換気ファンにより換気される各室の換気量を開度により調節する換気量調節手段としてのダンパと、前記換気ファンを回転させるモータと、前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記モータに流れる電流を検知するモータ電流検知手段と、浴室内温度の検知を行う浴室温度検知手段と、各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する風量一定制御手段を有し、
前記風量一定制御手段は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求め、前記モータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御するものである。これにより、温度の高低によるモータ電流変化と、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を奏する。

また、前記風量一定制御手段は、基準のモータ電流と回転数との関係に、目標換気量、浴室内温度、ダンパ開度のそれぞれの影響を係数化した値を乗算することによって目標回転数を求めるものであり、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できる。

また、浴室からの吸込経路内に前記ダンパを設けたという構成としたものである。これにより、ダンパの開度を閉としたときには浴室以外からの換気となり、開とした時には開度に応じて浴室からの換気の割合が増える。気流の変化によるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を奏する。

さらに、前記風量一定制御手段は、浴室から要求される換気量と、浴室以外の部屋から要求される換気量に応じて目標換気量とダンパの開度を決定するという構成としたものである。これにより、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を奏する。

また、浴室には浴室内の空気を循環するための循環風路内に設けた循環ファンと、浴室内を暖める加熱手段と、浴室へ空気を吹き出す風向を調整するルーバが設けられ、前記循環ファン、加熱手段、換気ファン、ダンパ、ルーバを組み合わせて駆動する浴室換気制御手段は運転モードとして浴室内を暖め、浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う乾燥運転モードと、浴室内を暖め、浴室内空気を循環させる暖房運転モードと、浴室内空気の屋外への排気を行う換気運転モードと、浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う涼風運転モードを有し、前記風量一定制御手段は、浴室換気制御手段に設定された運転モードを元に浴室から要求される換気量を決定するという構成としたものである。これにより、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を奏する。

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に示すように、本実施の形態の浴室換気装置１０３は、浴室１０１の天井部１０２に設置されている。そして浴室換気装置１０３は、吸込口１０５と、換気ファン１０８と、ダンパ１０９を備えている。換気ファン１０８は、モータ１１０の駆動によって、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の空気を吸込口１０５から取り込んで、屋外へ排出する。ダンパ１０９は、浴室１０１と浴室以外からの空気を吸い込む割合を開度によって調節する換気量調節手段である。換気ファン１０８の運転状態は、モータ１１０の回転数を検知する回転数検知手段１１１と、モータ１１０に流れる電流を検知するモータ電流検知手段１１２によって把握される。浴室１０１内の温度は、浴室温度検知手段１によって検知される。

また、ダンパ１０９は、浴室１０１からの換気経路内に設けられている。ダンパ１０９を閉じると浴室１０１から吸い込む空気の量（浴室１０１の換気量）の割合を減少させ、脱衣室１０６、トイレ１０７からの換気量の割合を増加させる。逆に、ダンパ１０９を開けると浴室１０１から吸い込む空気の量（浴室１０１の換気量）の割合を増加させ、脱衣室１０６、トイレ１０７からの換気量の割合を減少させる。

なお、浴室換気装置１０３は、さらにその内部に循環用風路が設けられ、循環用風路には、吹出口２と、循環ファン３と、加熱手段４と、ルーバ５が備えられている。循環ファン３は、浴室１０１内の空気を吸い込んで再び浴室１０１内へ吹き出して循環させる。加熱手段４は、この循環ファン３で循環送風する空気を暖める。吹出口２は、吸込口１０５から吸い込んだ一部の空気を本体筐体１０４内で加熱し、浴室１０１内へ吹き出すものであり、吹き出す空気の方向を調整するルーバ５を備えている。

また、浴室換気装置１０３は、運転動作や風向設定などの指示を行う遠隔操作装置６を備えている。

また、浴室換気装置１０３は、浴室換気制御手段８と、風量一定制御手段９を有している。浴室換気制御手段８は、遠隔操作装置６によって指示される運転モード指示、２４時間換気指示、風向指示と、外部スイッチ７の指示に応じて前記循環ファン３、加熱手段４、ルーバ５、換気ファン１０８、ダンパ１０９を組み合わせて制御する。外部スイッチ７は、トイレ１０７などに設置され、トイレ１０７からの換気要求を出力する。風量一定制御手段９は、各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する。さらに、風量一定制御手段９は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求める。そして、モータの出力回転数が、求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御する構成としている。

浴室温度検知手段１は、温度に対して抵抗値が変化するサーミスタやリニア抵抗器及び白金測温抵抗体などの温度センサ、または、２種類の異なる金属線を先端で接合し、両端の温度差に応じて発生する微弱な電圧を利用した熱電対である。

循環ファン３は、クロスフローファンやシロッコファンなどである。

加熱手段４は、給湯装置などを介して温水の循環供給を受ける熱交換器を利用するもの、あるいは、ＰＴＣヒータなどのヒータで構成する。

ルーバ５は、吹出口２付近に浴室１０１内への風向を調節するための風向変更手段として備えられ、ルーバ５を任意の角度に移動するステッピングモータ（図示せず）により角度調節が可能となっている。

遠隔操作装置６は、浴室１０１内や台所、脱衣室などに設けられた有線方式または電波や光、その他媒体を利用した無線方式の浴室換気制御手段８と双方向に通信可能なリモコンで、各操作スイッチの操作により浴室換気制御手段８に運転モードや風向設定などの指令を行うこととなる。遠隔操作装置６には、換気運転モードを指令する換気運転スイッチ、涼風運転モードを指令する涼風運転スイッチ、乾燥運転モードを指令する乾燥運転スイッチ、暖房運転モードを指令する暖房運転スイッチ、２４時間換気運転モードを指令する２４時間換気運転スイッチ、２４時間換気運転において浴室の換気を止める浴室換気切スイッチ、運転を停止する停止スイッチ、風向の設定を行う風向設定スイッチなどが設けられている。

外部スイッチ７は、トイレ１０７を使用する際にトイレ１０７内の空気を屋外へ排出するために設けられており、浴室換気制御手段８に対し換気要求を行う。

浴室換気制御手段８は、マイクロコンピュータなどを利用した制御基板により、図２（ａ）に示すように循環ファン３、加熱手段４、ルーバ５、換気ファン１０８、ダンパ１０９の動作指示をリレーのＯＮ／ＯＦＦや角度指示電圧、回転数指令電圧などに変換して、循環ファン３、加熱手段４、ルーバ５、換気ファン１０８、ダンパ１０９を駆動する。

循環ファン３、加熱手段４、ルーバ５、換気ファン１０８、ダンパ１０９の動作指示は、運転モードとして浴室内を暖め、浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う乾燥運転モードと、浴室内を暖め、浴室内空気を循環させる暖房運転モードと、浴室内空気の屋外への排気を行う換気運転モードと、浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う涼風運転モードを有しており、運転モードにより循環ファン３、加熱手段４、換気ファン１０８を駆動する／しないの組み合わせが決まっている。

換気運転モードは、循環ファン３、加熱手段４を停止させ、換気ファン１０８を作動させることによって、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の空気を屋外に排気するようにしている。

涼風運転モードは、加熱手段４を停止させ、循環ファン３と換気ファン１０８を作動させる。このようにして、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の空気を屋外に排気させながら、吸込口１０５から吸い込まれた浴室１０１の空気が加熱手段４により加熱されることなく、循環ファン３により循環送風され、吹出口２から浴室１０１内に吹き出すようにしている。

乾燥運転モードは、浴室１０１内の温度が乾燥用の設定温度範囲に維持されるように、循環ファン３、加熱手段４を作動させる。さらに、換気ファン１０８を作動させて、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の空気を屋外に排気させる。このようにして、吸込口１０５から吸い込まれた浴室１０１の空気が加熱手段４により加熱され、循環ファン３により循環送風され、吹出口２から浴室１０１内に吹き出すようにしている。

暖房運転モードは、換気ファン１０８を停止させ、循環ファン３を浴室１０１内に通風される空気の通風量が暖房用の通風量となるよう作動させるとともに、浴室１０１内の温度が設定温度に維持されるように、吸込口１０５から吸い込まれた浴室１０１の空気が加熱手段４により加熱され、循環ファン３により循環送風され、吹出口２から浴室１０１内に吹き出すようにしている。

また、浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の換気の割合と換気量については、図２（ｂ）に示すように、各々の運転モード、２４時間換気のＯＮ／ＯＦＦ、浴室外換気要求の有り／無し（外部スイッチ７のＯＮ／ＯＦＦ）の組み合わせに対して目標換気量とダンパ開度が決定されている。目標換気量とダンパ開度により浴室１０１、脱衣室１０６、トイレ１０７の換気の割合と換気量が自動的に決定される構成である。

風量一定制御手段９について、図３を参照しながら説明する。図３は、複数の部屋の換気量を一定に制御する風量一定制御手段９に関連する制御ブロック図である。風量一定制御手段９は、浴室換気制御手段８により決定した目標換気量、ダンパ開度と、浴室温度検知手段１により検知された浴室内温度と、モータ電流検知手段１１２により検知されたモータ電流から目標回転数を決定する。また、風量一定制御手段９は、目標回転数と、回転数検知手段１１１により検知された回転数との差がなくなるようにモータへの指令電圧を決定する。モータへの指令電圧の決定は、１〜５秒の周期で、回転数差に応じて行うのが好ましい。

次に、目標回転数の決定について図４を参照しながら説明する。ある目標換気量においてモータ電流に対して目標回転数は決まるが、このモータ電流と目標回転数の関係は、目標換気量、浴室内温度、ダンパ開度の違いによる影響を受ける。その影響について図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）を参照しながら説明する。

図４（ａ）は、目標換気量がモータ電流と目標回転数の関係に与える影響を示す図である。図４（ａ）に示すように、換気量が大きくなるほど同じモータ電流に対する目標回転数は低くなる。すなわち、モータ電流と目標回転数の関係は、基準のモータ電流と目標回転数の関係に目標換気量の大きさを加味した係数αをかけたものになる。

この係数αは、以下の方法で求める。まず、基準特性（所定の目標換気量、浴室内温度、ダンパ開度）におけるモータ電流と回転数の関係を測定しておく。次に、目標換気量以外のパラメータを固定し、目標換気量を変化させた時のモータ電流と回転数を測定する。そして、基準特性のモータ電流−回転数との関係と、目標換気量を変化させたときのモータ電流−回転数との関係を比較して係数αを求める。係数αは、目標換気量によって変化するが、所定の目標換気量の範囲で代表値を求めて、予めデータテーブルとして記憶させておく。また、基準特性以外の浴室内温度、ダンパ開度における係数αは、想定する使用範囲（浴室内温度、ダンパ開度）では、基準特性における係数αのデータテーブルとほとんど変化しないと考えられる。

図４（ｂ）は、ある目標換気量において、浴室内温度の変化が、モータ電流と目標回転数の関係に与える影響を示す図である。図４（ｂ）に示すように、浴室内温度が高くなるとモータ電流が増加し、結果目標回転数が高くなる。逆に浴室内温度が低くなるとモータ電流が減少し、結果目標回転数が低くなる。すなわち、モータ電流と目標回転数の関係は、基準のモータ電流と目標回転数の関係に浴室内温度の大きさを加味した係数βをかけたものになる。係数βの求めた方も、係数αと同様にして行う。

図４（ｃ）は、ある目標換気量において、ダンパ開度が、モータ電流と目標回転数の関係に与える影響を示す図である。ダンパを浴室１０１からの換気を少なくする方向にする、すなわち「閉」側へ動かすと、脱衣室１０６、トイレ１０７からの換気の割合が多くなる。すると、浴室１０１から換気経路と、脱衣室１０６、トイレ１０７からの換気経路の違いから、ダクト長などの抵抗成分が増加しモータ電流は増加する。そのため、同じ目標換気量を確保するため、目標回転数は高くなる。係数γの求めた方も、係数αと同様にして行う。

そして、図４（ｄ）は、基準となるモータ電流と目標回転数のデータテーブルに対し、図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の各々の特性を目標回転数の決定に係数を加味することで反映させた例である。モータ電流と目標回転数の関係については、所定の目標換気量、ダンパ開度、浴室内温度のときのモータ電流と目標回転数の関係を基準特性としてデータテーブルに予め保管している（例えば、図４（ｄ）に示すように、目標換気量１００ｍ³／ｈ、ダンパ開度６０°、浴室内温度２５℃を基準とする）。

目標換気量に応じた係数αを基準特性に乗算することで図４（ａ）の特性を反映させている。上記のように、モータ電流と回転数の関係は、基準特性のモータ電流と回転数の関係に対し、係数α、係数β、係数γを乗算することによって得られるように係数を決定したものである。そして、それぞれの係数の関係は、独立していると想定しているので、モータ電流と目標回転数の関係は、係数α、β、γを基準特性に乗算することで図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の特性が反映されることになる。以上のように各々の特性を全て加味することにより目標回転数が決定される。例えばモータ電流がａであった場合、基準特性では目標回転数ｂとなる。目標換気量が１２０ｍ³／ｈ、ダンパ開度３°、浴室内温度３０℃であった場合、係数は各々α＝０．９５、β＝１．０１、γ＝１．１である。目標回転数に乗算される係数は０．９５×１．０１×１．１＝１．０６となる。従ってモータ電流ａに対する目標回転数は１．０６ｂと求められることとなる。

このような構成によれば、各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する風量一定制御手段は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求め、モータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御するという構成にしたことにより、温度の高低によるモータ電流変化と、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正ができるので、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるという効果を奏する。

なお、実施の形態において、一例として目標回転数の決定を基準特性に目標換気量、ダンパ開度、浴室内温度の各々の係数を乗算して求めたが、目標換気量毎に基準特性を持たせて演算部分を減らしたほうが目標回転数の算出精度は向上する。求められる精度やマイクロコンピュータのＲＯＭ容量や演算速度に応じて決定すればよく、その作用効果に差異を生じない。

本発明にかかる浴室換気装置は、温度の高低によるモータ電流変化と、ダンパの開度で気流が変わることによるモータ電流変化に対するモータへの指令電圧の補正を行うことにより、複数の部屋の換気量を応答性よく一定に制御できるものであるので、浴室のみに限らず、屋内にて複数の部屋の換気量制御が必要とされる箇所への空気調和装置等として有用である。

１ 浴室温度検知手段
２ 吹出口
３ 循環ファン
４ 加熱手段
５ ルーバ
６ 遠隔操作装置
７ 外部スイッチ
８ 浴室換気制御手段
９ 風量一定制御手段
１０１ 浴室
１０２ 天井部
１０３ 浴室換気装置
１０４ 本体筐体
１０５ 吸込口
１０６ 脱衣室
１０７ トイレ
１０８ 換気ファン
１０９ ダンパ
１１０ モータ
１１１ 回転数検知手段
１１２ モータ電流検知手段
１１３ 制御装置

Claims (5)

1. 浴室および浴室以外の少なくとも１室以上から空気を吸引して屋外へと排気するための換気ファンと、
   前記換気ファンにより換気される各室の換気量を開度により調節する換気量調節手段としてのダンパと、
   前記換気ファンを回転させるモータと、
   前記モータの回転数を検知する回転数検知手段と、
   前記モータに流れる電流を検知するモータ電流検知手段と、
   浴室内温度の検知を行う浴室温度検知手段と、
   各室の換気量の総和である目標換気量を一定に制御する風量一定制御手段を有し、
   前記風量一定制御手段は、目標換気量と検知されたモータ電流と浴室内温度とダンパの開度から目標回転数を求め、前記モータの回転数が求められた目標回転数と一致するようモータへの指令電圧を制御することを特徴とする浴室換気装置。
2. 前記風量一定制御手段は、基準のモータ電流と回転数との関係に、目標換気量、浴室内温度、ダンパ開度のそれぞれの影響を係数化した値を乗算することによって目標回転数を求める請求項１記載の浴室換気装置。
3. 浴室からの吸込経路内に前記ダンパを設けたことを特徴とする請求項１または２記載の浴室換気装置。
4. 前記風量一定制御手段は、浴室から要求される換気量と、浴室以外の部屋から要求される換気量に応じて目標換気量とダンパの開度を決定することを特徴とする請求項１〜３いずれかひとつに記載の浴室換気装置。
5. 浴室には浴室内の空気を循環するための循環風路内に設けた循環ファンと、
   浴室内を暖める加熱手段と、
   浴室へ空気を吹き出す風向を調整するルーバが設けられ、
   前記循環ファン、加熱手段、換気ファン、ダンパ、ルーバを組み合わせて駆動する浴室換気制御手段は、
   運転モードとして浴室内を暖め、浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う乾燥運転モードと、
   浴室内を暖め、浴室内空気を循環させる暖房運転モードと、
   浴室内空気の屋外への排気を行う換気運転モードと、
   浴室内空気を循環させ、屋外への排気も行う涼風運転モードを有し、
   前記風量一定制御手段は、浴室換気制御手段に設定された運転モードを元に浴室から要求される換気量を決定することを特徴とする請求項４記載の浴室換気装置。

Images