JP2020106188A - 換気装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の換気装置においては、室内ＣＯ２濃度に着目し運転制御を行っているが、室内ＣＯ２濃度が所定濃度に到達するまでに要する到達時間が分からないといった課題を有していた。【解決手段】本発明にかかる換気装置１は制御部１１に、所定の広さの室内において給気ファン６及び排気ファン７を所定の風量で運転させたときのＣＯ２濃度変動情報を記憶し、制御部１１は、ＣＯ２センサ８によって取得されたＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度よりも大きい場合、ＣＯ２濃度が減少するまで給気ファン６及び排気ファン７の風量を増加させ、ＣＯ２濃度が減少変動になった時点で、施工時に設定した部屋の広さとＣＯ２濃度変動傾きａに基づいて制御部１１に記憶されているＣＯ２濃度変動情報に対応した所定濃度までの到達時間を算出することができる換気装置１を提供すること。【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＯ２濃度に応じた運転制御を行う換気装置に関するものである。

従来、この種の換気装置は、温度センサとＣＯ２センサの測定値により排気ダンパが制御されるものが知られている。（例えば、特許文献１参照）以下、その換気装置について図４を参照しながら説明する。

図４の模式図に示すように室外吸込口１０２と室内給気口１０３と室内吸込口１０４と室外排気口１０５とを有する本体１０１と、熱交換素子１０８と室外吸込口１０２より室外の空気を取り入れ熱交室外吸込口１１３から熱交室内給気口１１４を通って室内給気口１０３より室内に供給する熱交給気風路Ｘと、室内吸込口１０４より室内の空気を取り入れ熱交室内吸込口１１５から熱交室外排気口１１６を通って室外排気口１０５より室外に排気する熱交排気風路Ｙと、室内吸込口１０４より吸った空気を熱交換素子１０８を通さずに直接、室外排気口１０５より排気するバイパス排気風路Ｚと、熱交給気風路Ｘにおける給気流を発生させる給気ファン１０６と、
熱交排気風路Ｙにおける排気流を発生させる排気ファン１０７と、熱交排気風路Ｙとバイパス排気風路Ｚを切替える排気ダンパ１１２と、室外吸込口１０２付近に設けられている第１温度センサ１１０と、室内吸込口１０４付近に設けられている第２温度センサ１１１とＣＯ２センサ１０９の構成となっている。

特開２０１７-２６２７３号公報

このような従来の換気装置においては、室内ＣＯ２濃度に応じた運転制御を行っているが、所定の風量で換気装置を運転させた場合、室内ＣＯ２濃度が所定濃度に到達するまでに要する時間が把握できないという課題を有していた。

そこで、本発明は、上記従来の課題を解決するものであり、制御部に所定の広さの室内において、給気ファン及び排気ファンを所定の風量で運転させたときのＣＯ２濃度変動情報を記憶しておくことで、室内ＣＯ２濃度が所定の濃度よりも高いとき給気ファンと排気ファンを制御し室内ＣＯ２濃度を減少させると共に、制御部に記憶されているＣＯ２濃度変動情報に基づいて室内ＣＯ２濃度が所定濃度に到達するまでに要する到達時間を算出するこができる換気装置を提供することを目的とする。

室外吸込口と室内給気口と室内吸込口と室外排気口とを有する本体と、室外吸込口より室外の空気を取り入れ、室内給気口より室内に供給する給気風路と、室内吸込口より室内の空気を取り入れ、室外排気口より室外に排気する排気風路と、給気風路における給気流を発生させる給気ファンと、排気風路における排気流を発生させる排気ファンと、室内吸込口を通過する空気のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度を基に給気ファン及び排気ファンを制御する制御部と、を備えた換気装置において、制御部は、所定の広さの室内において、給気ファン及び排気ファンを所定の風量で運転させたときのＣＯ２濃度変動情報を記憶し、制御部は、ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度よりも大きい場合、ＣＯ２濃度が減少するまで給気ファン及び排気ファンの風量を増加させ、ＣＯ２濃度の減少を検知するとＣＯ２濃度変動情報に基づいて、所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を算出することを特徴としたものであり、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、室内ＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を算出することができるという効果を備えることができる。

本発明の実施の形態１の換気装置の模式図である。 本発明の実施の形態１の換気装置の運転制御に用いられるフローチャートである。 本発明の制御部に記録されているＣＯ２濃度変動情報を示すチャートである。 従来技術の模式図である。

本発明の請求項１記載の換気装置は、室外吸込口と室内給気口と室内吸込口と室外排気口とを有する本体と、室外吸込口より室外の空気を取り入れ、室内給気口より室内に供給する給気風路と、室内吸込口より室内の空気を取り入れ、室外排気口より室外に排気する排気風路と、
給気風路における給気流を発生させる給気ファンと、排気風路における排気流を発生させる排気ファンと、室内吸込口を通過する空気のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度を基に給気ファン及び排気ファンを制御する制御部を備えた換気装置において、制御部は、所定の広さの室内において、給気ファン及び排気ファンを所定の風量で運転させたときのＣＯ２濃度変動情報を記憶し、制御部は、ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度よりも大きい場合、ＣＯ２濃度が減少するまで給気ファン及び排気ファンの風量を増加させ、ＣＯ２濃度の減少を検知するとＣＯ２濃度変動情報に基づいて、所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を算出することができるという構成を有する。

これにより、ユーザは、室内ＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を知ることができるという効果を備える。

また、制御部は、到達時間を算出したときの給気ファンおよび排気ファンの風量を維持できるという構成しにしてもよい。

これにより、室内ＣＯ２濃度の減少を効率良く行い、給気ファンおよび排気ファンの風量を一定に維持することで室内ＣＯ２濃度の算出の精度を向上させることができるという効果を備える。

また、ＣＯ２濃度変動情報は、所定時間毎におけるＣＯ２濃度の変化量に対応した到達時間の情報が記録されているという構成にしてもよい。

これにより、所定時間毎における室内ＣＯ２濃度の変化量を算出することで室内ＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を正確に算出することができる。

また、所定のＣＯ２濃度は、変更可能であるという構成にしてもよい。

これにより、ユーザが好みのＣＯ２濃度に設定することがで、より快適な空間を提供することができる。

（実施の形態１）
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１〜図３を参照して本発明の実施の形態１の換気装置１について説明する。

図１は本発明の実施の形態１の換気装置１の主要部の構成を示す模式図である。換気装置１の外形は、概略直方体形状をしており、室外側側面９には室外の空気を吸い込む室外吸込口２と、室外に排気する室外排気口５を有していて、室内側側面１０には室内に給気を行う室内給気口３と室内の空気を吸い込む室内吸込口４を有している。

室外吸込口２と室内給気口３は給気風路Ａで連通していて、給気風路上の室内給気口３付近に給気ファン６を備えている。室内吸込口４と室外排気口５は排気風路Ｂで連通していて、排気風路Ｂ上の室外排気口５付近に排気ファン７を備えている。給気ファン６により発生した給気流は、室外吸込口２から吸い込んだ外気を、給気風路Ａを通じて室内給気口３より室内に供給される。排気ファン７により発生した排気流は、室内吸込口４から吸い込んだ内気を、排気風路Ｂを通じて室外排気口５より室外に吐き出される。排気風路Ｂ上の室内吸込口４付近には室内ＣＯ２濃度を検知するためのＣＯ２センサ８を有していて、ＣＯ２センサ８からの信号に基づいて給気ファン６と排気ファン７を制御している。ここでのＣＯ２センサ８としてはＮＤＩＲ方式のセンサなどが利用可能である。

ここで、本発明では換気装置としているが、排気風路と給気風路とが交差するように形成し交差部で熱交換を行う熱交換素子を備えている熱交換型換気装置の構造においても、室内ＣＯ２濃度を検知するためのＣＯ２センサ８を設けることが可能である。熱交換型換気装置においても、室内ＣＯ２濃度に応じた送風制御を行うことが可能である。

換気装置の側面に配置した制御部１１は、回路基板で構成されており第一記憶手段１２と第二記憶手段１３と傾き算出手段１４と第三記憶手段１５と第四記憶手段１６と比較手段１７と時間算出手段１８とファン制御手段１９から構成されている。

第一記憶手段１２は、施工時に設定する換気装置１を運転する部屋の広さを記憶している。

第二記憶手段１３は、ユーザが選択する室内ＣＯ２濃度のＣＯ２目標濃度を記憶している。

傾き算出手段１４は、ＣＯ２センサ８が検知した室内ＣＯ２濃度の変化量を単位時間で除算しＣＯ２濃度変動傾きを算出する。

第三記憶手段１５は、ＣＯ２濃度変動傾きと比較する為の閾値を記憶している。

第四記憶手段１６は、図３のチャート表のようなＣＯ２濃度変動傾き情報を記憶している。

図３のチャート表は、部屋の広さが４０ｍ３、６０ｍ３、８０ｍ３、１００ｍ３、１２０ｍ３のそれぞれにおいて、各ＣＯ２濃度変動傾きａと所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間の関係を示しており、ＣＯ２濃度変動傾きａがａ＜−４の場合、−４＜ａ＜−３の場合、−３＜ａ＜−２の場合、−２＜ａ＜−０．２５の場合、−０．２５＜ａの場合で１５００ｐｐｍから１２００ｐｐｍまで減少するのに要する到達時間の情報を記憶している。

例えば、部屋の広さが４０ｍ３でありＣＯ２変動傾きａがａ＜−４の場合は時間表示なし、−４＜ａ＜−３の場合は６分、−３＜ａ＜−２の場合は８分、−２＜ａ＜−０．２５の場合は１０分、―０．２５＜ａの場合は風量を上げるとの情報である。

ここで、ＣＯ２濃度変動傾きａがａ＜−４の場合はＣＯ２ｘが急激に低下し室内環境の大きな変化（例えば窓の開放など）と判断し時間表示なしという情報、−０．２５＜ａの場合は室内ＣＯ２濃度が減少変動になっていないと判断し時間表示なしという情報となっている。

また、室内ＣＯ２濃度変動傾きとは、所定時間毎において測定した室内ＣＯ２濃度を基に各所定時間毎の室内の各ＣＯ２濃度の変化量を算出し、各ＣＯ２濃度の変化量を単位時間で除算し算出する。

例えば、室内ＣＯ２濃度の変化量が６０ｓ間に−１２０ｐｐｍのとき、ＣＯ２濃度変動傾きａは−１２０ｐｐｍを６０ｓで除算した−２である。

濃度変動傾き情報は所定の部屋の広さにおいて所定の風量で換気装置を運転させたときに所定のＣＯ２濃度変動傾きであった場合に室内ＣＯ２濃度が所定濃度から所定濃度まで減少するのに要する時間を事前実験によって得たものである。

図３においては、風量７００ｍ３／ｈの場合１５００ｐｐｍから１２００ｐｐｍまでＣＯ２濃度が減少する場合の一例を示しているが、第四記憶手段には風量とＣＯ２濃度の条件を変更させた場合のＣＯ２濃度変動傾き情報も含まれている。

比較手段１７は、ＣＯ２センサ８が検知した室内ＣＯ２濃度と第二記憶手段１３に記憶されたユーザが選択した室内ＣＯ２濃度の目標濃度を比較する。また、傾き算出手段１４によって算出されたＣＯ２濃度変動傾きと第三記憶手段１５に記憶されているＣＯ２濃度変動傾きを比較する。

図３に示すように、時間算出手段１８は、施工時に設定され、第一記憶手段１２に記憶された部屋の広さと傾き算出手段１４によって算出されたＣＯ２濃度変動傾きに基づいて、第四記憶手段１６に記憶されている濃度変動情報に対応した所定濃度までの到達時間を算出することができる。

例えば、ＣＯ２濃度変動傾きａが-２であり、部屋の広さを８０ｍ３、ＣＯ２目標濃度を１２００ｐｐｍと設定しており、室内ＣＯ２濃度が減少し始めたときの風量が７００ｍ３／ｈ、濃度が１５００ｐｐｍであった場合、時間算出手段１８は第四記憶手段１６に記憶されている図３の情報からＣＯ２目標濃度までの到達時間を１２分と算出することができる。

ファン制御手段１９は、比較手段１７の比較結果に応じて給気ファン６と排気ファン７の風量を制御する。なお、制御条件については後述する。

以下に本発明の換気装置の所定ＣＯ２濃度までの到達時間の決定について、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、図２中のＳはステップを意味する。

最初に換気装置１の施工時に、運転する部屋の広さを設定し第一記憶手段１２に記憶する。また、室内ＣＯ２濃度の目標濃度を設定し第二記憶手段１３に記憶する（Ｓ０１）。

運転を開始し運転状態において、ＣＯ２センサ８の計測値ＣＯ２ｘを読み込む（Ｓ０２）。

次に、比較手段１７は読み込んだＣＯ２センサの計測値ＣＯ２ｘと第二記憶手段１３に記憶されているＣＯ２目標濃度Ｖａを比較する（Ｓ０３）。

ここで、Ｖａとはユーザが選択できる室内ＣＯ２濃度の目標濃度であり、ユーザの好みのＣＯ２濃度に設定することができる。

ＣＯ２ｘが所定の濃度Ｖａより低いＣＯ２ｘ≦Ｖａと判断した場合は、すでにユーザが設定した所定の濃度より低く室内ＣＯ２濃度はユーザの満足する濃度になっている。

次にステップ（Ｓ０４）に進み比較手段１７はＣＯ２ｘと所定の濃度Ｖｂを比較する。ここで、ＶｂはＶａ＞Ｖｂ＞室外ＣＯ２濃度という関係を満たしており、Ｖａ＞ＣＯ２ｘ≧Ｖｂの場合のみ風量ＣＯ２濃度が減少変動になるまで風量を段階的に増加させ続けるような制御をおこなうための閾値であり、ＶａとＶｂの差はユーザが設定するＶａに関わらず一定である。例えばＶａとＶｂの差を１００ｐｐｍとすれば、ユーザがＶａを１５００ｐｐｍと設定すればＶｂは１４００ｐｐｍであり、ユーザがＶａを８００ｐｐｍと設定すればＶｂは７００ｐｐｍである。しかし、Ｖａ＞Ｖｂ＞室外ＣＯ２濃度という関係は必ず満たす必要がある。

ステップ（Ｓ０４）でＣＯ２ｘ≧Ｖｂと判断した場合は、ＣＯ２濃度がＶａ＞ＣＯ２ｘ≧Ｖｂという関係を満たしておりＶａを下回ってはいるもののＶａとの差が小さい濃度で推移していることがわかる。

そこで次のステップ（Ｓ０６）で傾き算出手段１４により算出したＣＯ２濃度変動傾きａと-１を比較手段１７により比較する。ここで、ＣＯ２濃度変動傾きが−１とは明らかにＣＯ２濃度が減少していると考えられるＣＯ２濃度変動傾きａの一例である。ａ＜−１の場合はＣＯ２濃度がＶａ＞ＣＯ２ｘ≧Ｖｂという関係ではあるが明らかに濃度は減少しているので、風量Ｑを維持したまま運転を継続する。ａ≧−１の場合はＣＯ２濃度は上昇しておりＶａ＞ＣＯ２ｘではあるがすぐにＶａを超えてしまうおそれがあるので、風量を増加させる必要があると判断しａ＜−１を満たすまでファン制御手段１９により風量を段階的に増加させ続ける。

ステップ（Ｓ０４）でＣＯ２ｘ＜Ｖｂと判断した場合は、ＣＯ２ｘとＶａの差が大きくＣＯ２ｘがＶａを超えないと判断し、風量を維持したまま運転を継続する。

ステップ（Ｓ０３）でＣＯ２ｘ＞Ｖａと判断した場合は、ステップ（Ｓ０５）でＣＯ２ｘが上昇中であるのか下降中であるのか判断する為に傾き算出手段１４により算出したＣＯ２濃度変動傾きａと−０．２５を比較手段１７により比較する。ここで、ＣＯ２濃度変動傾きが−０．２５とはＣＯ２ｘの減少時にＶａまで到達する到達時間を算出する為に用いるＣＯ２濃度変動傾きａであり、ＣＯ２が確実に減少変動になっていると考えられるＣＯ２濃度変動傾きａの一例である。

ａ＜−０．２５の場合はＣＯ２ｘが確実に減少変動になっていると判断し、ステップ（Ｓ０７）で第一記憶手段１２に記憶された部屋の広さと傾き算出手段１４によって算出されたＣＯ２濃度変動傾きに基づいて第四記憶手段１６に記憶されている濃度変動情報に対応した所定濃度までの到達時間を算出し、風量Ｐを維持したまま運転を継続する。

次にステップ（Ｓ０８）では、風量を維持したまま運転を継続したことにより比較手段１７がＣＯ２ｘ＜Ｖａと判断した場合はファン制御手段１９により初期風量になり、ステップ（Ｓ０２）に戻る。

一方で、ＣＯ２ｘ≧Ｖａと判断した場合はＣＯ２ｘ＜Ｖａとなるまでファン制御手段１９により風量を段階的に増加させ続ける。

このように、室内ＣＯ２濃度がユーザによって設定された第一記憶手段に記憶されている室内ＣＯ２濃度の目標濃度Ｖａより高い場合、室内ＣＯ２濃度が減少するまでファン制御手段１９により風量を段階的に増加させ続ける。確実にＣＯ２ｘが減少変動になった時点で、施工時に設定して第一記憶手段１２に記憶された部屋の広さと傾き算出手段１４によって算出されたＣＯ２濃度変動傾きに基づいて第四記憶手段１６に記憶されている濃度変動情報に対応した所定濃度までの到達時間を算出することができる。

本発明に係る換気装置は、室内ＣＯ２濃度低減のために用いられる換気装置、熱交換換気装置、送風機等の分野に用いることができる。

１ 換気装置
２ 室外吸込口
３ 室内給気口
４ 室内吸込口
５ 室外排気口
６ 給気ファン
７ 排気ファン
８ ＣＯ２センサ
９ 室外側側面
１０ 室内側側面
１１ 制御部
１２ 第一記憶手段
１３ 第二記憶手段
１４ 傾き算出手段
１５ 第三記憶手段
１６ 第四記憶手段
１７ 比較手段
１８ 時間算出手段
１９ ファン制御手段
１０１ 本体
１０２ 室外吸込口
１０３ 室内給気口
１０４ 室内吸込口
１０５ 室外排気口
１０６ 給気ファン
１０７ 排気ファン
１０８ 熱交換素子
１０９ ＣＯ２センサ
１１０ 第１温度センサ
１１１ 第２温度センサ
１１２ 排気ダンパ
１１３ 熱交室外吸込口
１１４ 熱交室内給気口
１１５ 熱交室内吸込口
１１６ 熱交室外排気口
Ａ 給気風路
Ｂ 排気風路
Ｘ 熱交給気風路
Ｙ 熱交排気風路
Ｚ バイパス排気風路

Claims (4)

1. 室外吸込口と室内給気口と室内吸込口と室外排気口とを有する本体と、
   前記室外吸込口より室外の空気を取り入れ、前記室内給気口より室内に供給する給気風路と、
   前記室内吸込口より室内の空気を取り入れ、前記室外排気口より室外に排気する排気風路と、
   前記給気風路における給気流を発生させる給気ファンと、
   前記排気風路における排気流を発生させる排気ファンと、
   前記室内吸込口を通過する空気のＣＯ２濃度を検出するＣＯ２センサと、
   前記ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度を基に前記給気ファン及び前記排気ファンを制御する制御部と、を備えた換気装置において、
   前記制御部は、所定の広さの室内において、前記給気ファン及び前記排気ファンを所定の風量で運転させたときのＣＯ２濃度変動情報を記憶し、
   前記制御部は、前記ＣＯ２センサによって取得されたＣＯ２濃度が所定のＣＯ２濃度よりも大きい場合、ＣＯ２濃度が減少するまで前記給気ファン及び排気ファンの風量を増加させ、ＣＯ２濃度の減少を検知すると前記ＣＯ２濃度変動情報に基づいて、前記所定のＣＯ２濃度に到達するまでに要する到達時間を算出することを特徴とする換気装置。
2. 前記制御部は、前記到達時間を算出したときの前記給気ファンおよび前記排気ファンの風量を維持することを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
3. 前記ＣＯ２濃度変動情報は、所定時間毎におけるＣＯ２濃度の変化量に対応した前記到達時間の情報が記録されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の換気装置。
4. 前記所定のＣＯ２濃度は、変更可能であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の換気装置。

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