JP4302412B2 - 換気装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダクト等を介して室内の空気の換気を行う換気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の換気装置としては、外部の手動運転スイッチの操作に従って、ファン駆動モータの運転制御が行われる連動用制御装置を備えたものがある。連動用制御装置は、外部からの連動信号を受信する受信手段と、手動運転スイッチとファン駆動モータとの間に挿入され、受信手段および手動運転スイッチの出力に応答して、連動信号または手動運転スイッチの少なくとも一方が換気装置の運転を指示するとき、ファン駆動モータが運転するように制御する制御手段を含んでいる（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、換気扇の排気風量を検出するための特別な手段を用いることなく換気扇の排気風量を設定風量に維持するようにしたものもある（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１―２９４８１１号公報（第３頁、図１）
【特許文献２】
特開平８―１５２１６５号公報（第１頁、図１）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の換気装置においては、制御回路を持つ連動アダプタをコネクタ間に挿入することにより、加熱調理器等の外部機器からの運転信号を受信ユニットで受信することにより、連動信号で強運転または弱運転を選択し、換気装置が連動運転を行うものである。しかしながら、別部品化による連動アダプタでの扱いは高価になるばかりでなく、室内が負圧傾向にあったり、外風等の影響で換気風量が低下するという問題点がある。また、ＤＣブラシレスファンモータを使用し、運転回転数を設定回転数に制御することにより、換気扇の負荷量（静圧の変化）にかかわらず換気風量を設定風量に維持するようにしたものでは、強弱二モードの換気風量の設定ができず、簡便性に欠けるという問題点がある。
【０００６】
本発明は、係る従来の問題点を解決するためになされたものであって、その課題とするところは、外部スイッチ及び電源に接続するための三接点の接続端子を有し、外部スイッチにより送風機の風量を強弱二段階に切換えることができる簡易性の高い換気装置について、その二段階の風量の双方を変更できるようにし、利便性を一層高めることであり、その換気装置の機能を拡充することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を達成するために本発明は、外部スイッチ及び電源に接続するための三接点の接続端子を有し、外部スイッチにより送風機の風量を強弱二段階に切換えることができる換気装置について、その送風機の駆動モータの回転数を制御する回転数制御手段を設け、この回転数制御手段によって外部スイッチによる強弱二段階の風量について、その各々の風量をさらに変更できるようにする手段を採用する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は本実施の形態の換気装置の構成を示すブロック構成図、図２は設定部の正面図、図３は本実施の形態の送風機の駆動モータの回転数を制御する回転数制御手段の回路構成図、図４は本実施の形態の換気装置の定風量制御時の送風特性図である。図５は本実施の形態の換気装置の定風量制御解除時の送風特性図である。この換気装置１は、吸気口が室内に臨んで天井等に設けられた化粧グリルに連絡され、吹出口側がダクトを介して室外に連絡される。換気装置１の中核をなす送風機は、駆動モータ２と遠心式羽根車とファンケーシングで構成され、換気装置１の本体ケーシング内に組込まれている。駆動モータ２はＤＣブラシレスモータが採用され、この駆動モータ２の回転数を制御するための回転数制御手段３が本体ケーシング内に組込まれている。
【０００９】
回転数制御手段３には設定部４があり、設定部４には図２に示すように回転式ボリューム５，６二つが配備されている。各回転式ボリューム５，６は、化粧グリルを外した状態で操作できるように送風機の吸込口の近傍に配設されていて、回転式ボリューム５で弱運転の風量設定を、回転式ボリューム６で強運転の風量設定を行うことができる。本実施の形態では、回転式ボリューム５の回転操作により１００ｍ^３／ｈ、１５０ｍ^３／ｈ、２００ｍ^３／ｈ、２５０ｍ^３／ｈ、３００ｍ^３／ｈと等差級数的で段階的な風量の設定を行うことができる。また、回転式ボリューム６の回転操作により４００ｍ^３／ｈ、５００ｍ^３／ｈ、６００ｍ^３／ｈと等差級数的で段階的な風量の設定を行うことができる。風量設定は、設置時の初期設定で行うものであるため、換気装置１に設定部４を配置することにより、回転数制御手段３に近接して設けることができ、簡素で安価な構成とすることができる。
【００１０】
この換気装置１には、換気装置１に電源を供給するための速結端子７が設けられている。速結端子７は、従来のこの種の換気装置同様に共通のＣＯＭ８、強のＨ９、弱のＬ１０の三端子により構成されている。ＣＯＭ８端子は、外部電線により電源の接地側に接続され、Ｈ９端子とＬ１０端子は例えば、壁面に取付けられる外部スイッチであるコントロールスイッチ１１に接続される。コントロールスイッチ１１は、二接点のシーソースイッチ１２と、メイン電源の入切スイッチ１３とからなり、シーソースイッチ１２の接点側の片側が速結端子７のＬ１０端子に、入切スイッチ１３の共通側が速結端子７のＨ９端子にそれぞれ接続される。入切スイッチ１３とシーソースイッチ１２の共通側は短絡され、入切スイッチ１３の端子側は外部電線により電源の電圧側に接続される。
【００１１】
こうした三端子の速結端子７を採用することにより、例えば、リホーム等で既存の換気装置を本換気装置１に取替える場合、電気配線部分やコントロールスイッチ１１についてはそのまま既存のものを利用することが可能になる。なお、入切スイッチ１３は、シーソースイッチ１２の近傍に設置する場合には、カバー等を付けるなどして、うっかり切状態にしてしまうことのないようにすると良い。常時換気では、この意味で入切スイッチ１３は、シーソースイッチ１２から離れたところに設置する方が好ましい。
【００１２】
通常の換気装置では、駆動モータ２はコンデンサー起動形の誘導電動機が使用されることが多く、羽根の負荷とモータ負荷特性の関係から運転回転数に制約がある。従って、換気風量の大小により換気装置１に内蔵されているシロッコファンの大きさ、即ち、本体の大きさが異なる。このため、化粧グリルの大きさも異なり、複数台設置する場合には、大きさの異なる化粧グリルが取付けられることになり、天井面等の意匠性が損なわれる。また、事務所等への適用では、入居者が変ったり、ＯＡ機器等の有無、設置台数などにより換気風量の適性化を図る必要がある。
【００１３】
こうしたことに対しては、駆動モータ２をＤＣブラシレスモータとすることで容易に対応することができる。ＤＣブラシレスモータは、回転数の制約がコンデンサー起動形の誘導電動機より少ないため、本体の大きさを同じにして、回転数を変えることによって風量の変更を行うことができる。本実施の形態では、弱運転については１００ｍ^３／ｈ、１５０ｍ^３／ｈ、２００ｍ^３／ｈ、２５０ｍ^３／ｈ、３００ｍ^３／ｈの五段階に等差級数的に設定でき、強運転については４００ｍ^３／ｈ、５００ｍ^３／ｈ、６００ｍ^３／ｈの三段階に等差級数的に設定することができる。
【００１４】
風量設定は、二つの回転式ボリューム５，６の操作で行われ、それらの回転角度に比例して設定風量が変る。無段階の場合には、ボリュームの回転角度のわずかな違いで風量が変り、調整作業がし難い。本実施の形態では図２に示すように、回転式ボリューム５，６の回転角度が、外周に表示されている風量数値１４に近い値に段階的に変る。図２においては弱運転での設定風量は２５０ｍ^３／ｈであり、強運転での設定風量は５００ｍ^３／ｈとなる。このようにすることにより、希望する風量に容易に回転式ボリューム５，６を合わせることができる。風量設定は段階的であるが、通常、それほど細かな風量値の設定の必要性はないので実使用上の問題はない。また、段階式スイッチでなく回転式ボリューム５，６により段階的に風量設定ができるため、スイッチの形態にかかわらず段階数が自由に設計でき、特別なスイッチでなく大量生産されている回転式ボリューム５，６を採用することができる。
【００１５】
回転数制御手段３は、図３に示すような定風量制御手段１５によって定風量換気を行うことができる。図３によって示す回転数制御手段３は、換気装置１を定風量制御するものであり、交流電圧を直流電圧に変換するコンバーター部１６と、ＤＣブラシレスモータである駆動モータ２への通電を制御する演算制御部１７と、駆動モータ２を駆動させるインバーター駆動部１８と、回転数を検知する回転数検知手段１９と、駆動モータ２の電流を検知する電流検知手段２０と、風量を設定する設定部４とから構成されている。
【００１６】
換気装置１はダクト等の圧力損失要素の変動にかかわらず設定部４により設定された風量で送風を行うように回転数制御手段３によって制御される。回転数制御手段３の制御動作は、回転数検知手段１９により検知される駆動モータ２の回転数において駆動モータ２に通電する電流を、電流検知手段２０により検知した駆動モータ２の回転数における電流値から設定部４による設定値に応じた回転数と電流値に演算制御部１７により通電制御するものである。
【００１７】
定風量制御の利点は、ダクト配管長さや端末部品に無関係に必要風量での換気が実施できることであり、外風等の外乱の影響も考慮する必要がないことである。通常、この種の換気装置１の羽根はシロッコファンと呼ばれる多翼ファンが使用される。同一風量で排気する場合、静圧印加につれ騒音が上昇する。この上昇の度合は概ね、１０×１０ｇ（Ｑ×Ｐｓ^２．５）＋Ｋｓという式で表される。ここで、Ｋｓは比騒音と呼ばれる、その羽根の持つ固有の値で、単位風量、単位静圧当りの騒音であるが、厳密には風量と静圧の変化につれ異なる値を示す。Ｑは風量、Ｐｓは静圧である。即ち、静圧の変化が最も大きく影響し、その率は風量が１乗であるのに対し、２．５乗である。
【００１８】
同一風量で排気する場合、静圧印加につれ騒音がどの程度上昇するのか、図４によって説明する。弱３で風量が２００ｍ^３／ｈの場合、静圧がダクト配管長さ２０ｍのみで外風が無い場合、静圧は２０Ｐａ程度である。この場合の騒音は３０ｄＢ程度である。外風が７ｍ／ｓ程度印加されれば、外風による静圧は３０Ｐａ程度になるため、合計静圧は、５０Ｐａとなり、騒音は３７ｄＢ程度となる。次に外風が１０ｍ／ｓ程度印加されれば、外風による静圧は６０Ｐａ程度になるため、合計静圧は８０Ｐａとなり、騒音は４１ｄＢ程度となる。さらには、外風が１２ｍ／ｓ程度印加されれば、外風による静圧は８６Ｐａ程度になるため、合計静圧は１０６Ｐａとなり、騒音は４６ｄＢ程度となる。
【００１９】
即ち、騒音においては、外風が無い場合は３０ｄＢ程度であるのに対し、外風が１２ｍ／ｓ程度印加されれば、４６ｄＢと一気に１６ｄＢも上昇する。ここで、高層住宅などでは通常、外風が急激に大きく変動することはなく、常に略一定の外風が吹いているため、外風変化による静圧印加の変化につれ騒音が変動することは少ない。ただし、中低層住宅では、外風が急激に大きく変動すること、即ち、外風がない状態と外風が急激に吹くときがあり、このような状態では外風による静圧印加の変化につれ騒音が変動する現象が現れる。
【００２０】
この現象を解決するために、図２に示すように設定部４の回転式ボリューム６に定風量制御解除手段が２１設けられている。定風量制御解除手段２１の機能を働かせた場合の送風性能を図５に示す。上述の現象が生じる場合は、外風がない状態と急激に外風が吹く時の変化であるため、外風が吹いた時だけ風量が低下したとしても常時運転であることから、全体の換気風量はさほど問題はない。
【００２１】
定風量制御をした場合と定風量制御を解除した場合の特性の一例を示すと、図４の定風量制御の場合において、弱３でダクト配管長さ２０ｍ、外風１０ｍ／ｓ（静圧で６０Ｐａ程度）の場合の合計静圧は、８０Ｐａである。定風量制御においては、風量は２００ｍ^３／ｈ、騒音は４１ｄＢ程度である。即ち、定風量制御を解除すれば、風量は８０ｍ^３／ｈ低下し、６０％になるが、騒音は約１１ｄＢ低下する。さらには、外風１２ｍ／ｓ時には、定風量制御においては、風量は２００ｍ^３／ｈ、騒音は４６ｄＢ程度である。これに対し、定風量制御を解除した場合には、風量は１００ｍ^３／ｈ、騒音は３０ｄＢ程度である。つまり、定風量制御を解除すれば、風量は１００ｍ^３／ｈ低下し、５０％になるが、騒音は１６ｄＢも低下する。
【００２２】
常に外風が吹いている高層住宅の場合には、外風の影響をなくすために定風量制御は必要である。定風量制御の解除を強の回転式ボリューム６に設けることにより、解除用のスイッチ等を別に設ける必要がなく、簡素な構成の安価な定風量制御の解除機能を付与することができる。定風量制御を解除すれば、局所換気として使用される強運転については段階的な風量設定ができなくなるが、常時換気に使用する弱運転については五段階の風量設定が可能である。図５において、例えば弱運転では、弱３でダクト配管長さ２０ｍ時に、定風量制御時の弱３（図４）と同一風量の２００ｍ^３／ｈになるように静圧―風量曲線を決定する。これにより、定風量制御の有無に関係なく弱３の設定では２００ｍ^３／ｈの排気ができる。定風量制御を行うための制御方法には、センサーを使う仕方やセンサー無しでする仕方があるが、羽根効率の低下により小風量時の高静圧域での定風量制御は、サージングの影響を考えると困難であり、小風量時に全閉圧を強運転時と同一にする必要はなく、考えられるダクト配管相当長及び外風の影響を考慮した静圧―風量曲線を決定すればよい。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、外部スイッチ及び電源に接続するための三接点の接続端子を有し、外部スイッチにより送風機の風量を強弱二段階に切換えることができる簡易性の高い換気装置について、その二段階の風量の双方を変更でき、利便性を高めることができ、換気装置の機能も拡充する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 実施の形態の換気装置のブロック構成図である。
【図２】 実施の形態の換気装置の設定部を示す正面図である。
【図３】 実施の形態の換気装置の回転数制御手段の回路構成図である。
【図４】 実施の形態の換気装置の定風量制御時の送風特性図である。
【図５】 実施の形態の換気装置の定風量制御解除時の送風特性図である。
【符号の説明】
１ 換気装置、 ２ 駆動モータ、 ３ 回転数制御手段、 ５ 回転式ボリューム、 ６ 回転式ボリューム、 ７ 速結端子、 １１ コントロールスイッチ、 １７ 演算制御部、 ２１ 定風量制御解除手段。

Claims (5)

1. 駆動モータ、及び該駆動モータにて回転する遠心式羽根車を有する送風機と、
   三接点を有し前記送風機の風量を強弱二段階に切換える外部スイッチ及び電源が接続される接点端子と、
   前記駆動モータの回転数を制御し、前記外部スイッチによる強弱二段階の風量について、その各々の風量をさらに段階的に変更するとともに各風量について換気風量を一定風量に保つ定風量制御を行う回転数制御手段とを備え、
   前記回転数制御手段は、前記段階的な風量の設定を行うとともに前記定風量制御の解除を行う回転式ボリュームを有している
   ことを特徴とする換気装置。
2. 請求項１に記載の換気装置であって、駆動モータをＤＣブラシレスモータとし、風量の段階的変更値を等差級数的に設定した換気装置。
3. 請求項１または２に記載の換気装置であって、前記定風量制御を行う定風量制御手段は、駆動モータの回転数を検知する回転数検知手段と、前記駆動モータへの通電を制御する制御手段と、前記駆動モータの通電電流を検知する電流検知手段と、風量を設定する設定手段を備え、前記回転数検知手段による駆動モータの回転数において同駆動モーターに通電する電流を、前記電流検知手段により検知した前記駆動モータの回転数における電流値から前記設定手段による設定値に応じた回転数と電流値に前記制御手段により通電制御するものである換気装置。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の換気装置であって、換気装置にダクトを接続するものであり、その定風量制御解除時の設定風量を、ダクト等を接続したときの定風量制御時と略同一風量とした換気装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の換気装置であって、定風量制御の静圧―風量曲線を弱運転時と強運転時の全閉静圧が異なり定風量制御による騒音上昇を抑制した換気装置。

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