JP6941767B2 - 換気制御装置及び換気システム - Google Patents

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Description

本発明は、換気制御装置及び換気システムに関する。
住宅等の建物内に、外部から空気を取り込んだり、外部に空気を排出したりする換気装置を複数有する換気システムが知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1に記載の換気システムは、屋外温度センサの測定温度が、予め設定された範囲内の場合に換気装置の一例としての排気用送風機の運転を停止させ、予め設定された範囲外の場合に排気用送風機を運転させる集中管理装置を有する。集中管理装置には、建物内の居室の空気を建物外に排気する排気用送風機の他、浴室や洗面所などのサニタリー排気装置、レンジフードファンや空調設備が通信回線によって有線接続されている。そして、集中管理装置は、排気用送風機を停止させた際には換気装置の一例としてのサニタリー排気装置やレンジフードファンを運転させ、排気用送風機を運転する際にはサニタリー排気装置やレンジフードファンを停止させるようになっている。これにより、排気が必要に応じて行われることで24時間換気が実施され、過剰な排気を抑えることが可能となるため、空調エネルギーのロスが抑えられるようになっている。
特開2016−8794号公報
ところで、上記のような住宅等に用いられる換気システムでは、各制御対象機器の制御を統括する換気制御装置に対して複数の換気装置が接続されている。そのため、換気制御装置は、各換気装置を連動して制御することが可能となっている。また、例えば利用する換気装置が複数のメーカーから構成されているような場合には、外部サーバを利用することで、メーカーが異なる換気装置を連携させて制御している。
しかしながら、例えば新築住宅に代表されるように、換気制御装置は、入居時には外部ネットワークと接続されていないのが通常である。このため、換気装置が複数のメーカーから構成されている、つまり、外部サーバを利用して換気装置を連携させる仕組みの場合には、換気制御装置の連携機能を提供できず、各換気装置は、単なる換気装置としてしか機能しない。そして、入居後であってユーザが外部ネットワークを契約し、換気制御装置を外部ネットワークと接続した後に、例えば施工業者が改めて外部サーバ接続のための設定を、換気制御装置に対して行う必要がある。
そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、その目的は、外部サーバへの接続状況に応じて動的に換気装置の制御を変更する換気制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明に係る換気制御装置は、建物の内外の間で空気を搬
送可能な複数の換気装置と通信可能に接続され、複数の換気装置の動作を制御する換気制
御装置である。換気制御装置は、換気装置と宅内ネットワークを介して通信する宅内通信
モジュールと、建物の外に設けられた外部サーバと外部ネットワークを介して通信する外
部通信モジュールと、を備える。さらに、換気制御装置は、外部通信モジュールを介した
外部サーバとの通信の可否を判定する判定部と、判定部の判定結果に基づいて換気装置の
制御方法を決定する制御決定部と、制御決定部が決定した制御方法に基づいて換気装置を
制御する換気動作制御部と、所定時間以内に排気すべき排気量の総量である目標排気総量を記憶する目標排気総量記憶部と、換気制御装置に接続された少なくとも1つの換気装置それぞれの排気能力を記憶する排気能力記憶部と、換気制御装置に接続された少なくとも1つの換気装置それぞれが排気した既排気量を取得する排気量取得部と、排気量取得部が取得した既排気量を積算して既排気総量を算出する積算部と、積算部が積算した既排気総量と目標排気総量記憶部が記憶する目標排気総量と所定時間に到達するまでの残時間と排気能力記憶部が記憶する換気装置の排気能力とに基づいて残時間以内に目標排気総量の排気を達成するように、換気制御装置に接続された少なくとも1つの換気装置を制御する排気量制御部と、を備える。
本発明に係る換気制御装置によれば、外部サーバに接続できない場合であっても接続した換気装置を個別で制御でき、外部サーバに接続できる場合には換気装置を連携制御させることができる。
図1は、実施の形態に係る宅内ネットワークの接続概略図である。 図2は、実施の形態に係る外部ネットワークを介して接続される換気制御装置と外部サーバの概略図である。 図3は、実施の形態に係る換気制御装置の概略機能ブロック図である。 図4は、実施の形態に係る換気制御装置の構成図である。 図5は、実施の形態に係る換気制御装置によって制御される換気装置の動作の一例を示すグラフである。 図6は、実施の形態に係る換気装置の概略機能ブロック図である。 図7は、実施の形態に係る排気装置の機能提供部の構成図である。 図8は、実施の形態に係る換気制御装置の外部サーバ接続確認処理を示すフローチャートである。 図9は、実施の形態に係る換気制御装置の非接続時制御処理を示すフローチャートである。 図10は、実施の形態に係る換気装置の提供情報の一例を示す図である。 図11は、実施の形態に係る換気制御装置が選択する換気装置の組み合わせを示す図である。
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。なお、以下に説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。したがって、以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、並びに、ステップ(工程)及びステップの順序などは、一例であって本発明を限定する主旨ではない。よって、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図において、実質的に同一の構成に対しては同一の符号を付しており、重複する説明は省略又は簡略化する。
(実施の形態)
最初に、本発明に係る換気システムの概要について図1、図2を参照しながら説明する。なお、図1は、本実施の形態に係る宅内ネットワークの接続概略図である。図2は、実施の形態に係る外部ネットワークを介して接続される換気制御装置と外部サーバの概略図である。
[換気システム]
本実施の形態に係る換気システムは、換気制御装置2と、排気装置3と、宅内に外気を導入する給気装置7とを備える。
換気制御装置2は、一般住宅1内に設置され、天埋換気扇4、壁掛換気扇6、レンジフード5、給気装置7と、宅内ネットワーク38を介して通信可能に接続されている。換気制御装置2は、外部サーバ61と外部ネットワーク60を介して通信可能に接続されている。換気制御装置2は、例えば宅内に配置される複数の換気装置70や外部サーバ61と通信可能に接続されるが、特に有線、無線は限定しない。
排気装置3は、天埋換気扇4、壁掛換気扇6、レンジフード5、熱交換気扇(図示せず)等が該当する。排気装置3は、言い換えると、一般住宅1の内部から外部への排気を行う排気機能を有する装置である。
給気装置7は、熱交換気扇の給気機能や給気ファン等が該当する。給気装置7は、言い換えると、外部から一般住宅1の外部から内部への給気を行う給気機能を有する装置である。ただし、給気装置7は必ずしもファンを備えている必要は無く、例えば宅内外を連通する風路と、当該風路を開閉する開閉部があり、この開閉部を電気的に開閉できるものであればよい。
換気装置70は、排気装置3と、給気装置7とが該当する。換気装置70は、言い換えると、排気或いは給気のいずれか一方の機能を少なくとも有する装置である。
情報入力用端末8は、宅内ネットワーク38または外部ネットワーク60を介して換気制御装置2と通信可能に接続される。情報入力用端末8は、本実施の形態の換気システムを構成するうえで必要な情報を換気制御装置2に記憶させるもので、携帯電話、スマートフォン、タブレットといった機器が例として挙げられる。
続いて、図3、図4、図5を参照しながら換気制御装置2、天埋換気扇4、壁掛換気扇6、レンジフード5、給気装置7を構成する各機能について説明する。なお、図3は、実施の形態に係る換気制御装置2の概略機能ブロック図である。図4は、実施の形態に係る換気装置2の構成図である。図5は、実施の形態に係る換気制御装置2によって制御される換気装置の動作の一例を示すグラフである。
[換気制御装置]
換気制御装置2は、図3に示すように、通信部9と、記憶部10と、制御部73とを備える。そして制御部73は、換気動作制御部76と排気量制御部11とを備える。
通信部9は、情報入力用端末8や外部サーバ61と通信可能に接続されるブロードバンド用送受信部12と、個々の換気装置70からの無線信号を受信する換気用受信部15と、個々の換気装置70に運転指示を無線で行う換気用送信部16とを備えている。つまり、ブロードバンド用送受信部12が外部通信モジュールに該当する。また、換気用受信部15と換気用送信部16とが宅内通信モジュールに該当する。当然ながら、ブロードバンド用送受信部12と、換気用受信部15と、換気用送信部16とは一体として構成してもよく、それぞれの機能を備えていればよい。
換気用受信部15は、天埋換気扇4及び壁掛換気扇6の送信部22(図6参照)、レンジフード5の送信部23(図6参照)、給気装置7の送信部28(図6参照)から送信される無線信号を受信する。
換気用送信部16は、制御部73が各換気装置70に指示する動作を無線信号として天埋換気扇4及び壁掛換気扇6の受信部24(図6参照)、レンジフード5の受信部25(図6参照)、給気装置7の受信部29(図6参照)へ送信する。
記憶部10は、非接続時制御記憶部74と、接続時制御記憶部75と、目標排気総量記憶部14と、排気能力記憶部13とを備え、制御部73が処理上で扱う情報を必要に応じて読み出し、また書き込みすることができる。
非接続時制御記憶部74は、換気制御装置2が外部サーバ61と接続していない場合の、換気装置70を制御する手順、すなわち制御仕様を非接続時制御プログラムとして記憶している。なお、外部サーバ61と接続していない場合とは、換気制御装置2が、外部サーバ61と通信できない場合を意味する。例えば、外部サーバ61が機能していても、外部ネットワーク60への接続契約が無い場合や外部ネットワーク60のトラブルにより、換気制御装置2が外部サーバ61と通信できない場合も含まれる。
接続時制御記憶部75は、換気制御装置2が外部サーバ61と接続している場合の、換気装置70を制御する手順、すなわち制御仕様を接続時制御プログラムとして記憶している。なお、外部サーバ61と接続している場合とは、換気制御装置2が、外部サーバ61と正常に通信できる場合を意味する。
目標排気総量記憶部14は、情報入力用端末8に入力された宅内の目標排気総量を、通信部9、すなわちブロードバンド用送受信部12や宅内ネットワーク38を経由して入手する。言い換えると、例えばユーザが情報入力用端末8を利用して、宅内の目標排気総量を設定することで、目標排気総量記憶部14にユーザが設定した目標排気総量が記憶される。当然ながら目標排気総量は、各住宅の広さや部屋の数、住宅の気密性、断熱性能等に応じて異なる。よって、目標排気総量は住宅ごとに異なる値が設定されることになる。目標排気総量は、所定時間以内に所定の住宅内から排気すべき排気量の総量である。ここでいう所定時間とは、例えば1日(24時間)であったり、あるいは3時間であったり環境や法令による取り決めなどにより異なる。よって本実施の形態では、所定時間は、換気装置70が取り付けられる住宅建物の環境基準や換気基準等の法令、または住宅固有の環境条件によってユーザが任意に設定できる時間とし、一例としてこれを3時間とする。
排気能力記憶部13は、換気制御装置2に接続される少なくとも1つの排気装置3のそれぞれの排気能力を記憶する。排気能力としては、例えば、排気装置3の単位時間当たりの最大排気量が挙げられる。また、排気装置3の排気能力(排気設定)を複数に設定可能な場合は、排気能力の設定とこの設定における単位時間当たりの排気量とを対応付けて記憶してもよい。排気能力の設定としては、例えば1速、2速や、弱、中、強などがある。排気能力は、例えば情報入力用端末8から入力されてもよいし、制御部73が、新たに接続された排気装置3に問合せを行うことによって取得し、排気能力記憶部13に記憶してもよい。また後述する排気量と給気量とのバランスをとる目的のため、排気能力記憶部13は、給気装置7の給気能力も排気能力同様に記憶してもよい。
換気動作制御部76は、判定部77と、制御決定部78と、変更確認部79とを備える。
判定部77は、ブロードバンド用送受信部12、すなわち外部通信モジュールを介して外部サーバ61との通信の可否を判定する。ここで、判定部77は、外部サーバ61から正常な応答があれば、外部サーバ61と通信可能、すなわち可と判定する。これに対して、判定部77は、外部サーバ61から正常な応答がなければ、外部サーバ61と通信不可能、すなわち否と判定する。
制御決定部78は、判定部77の判定結果に基づいて、換気装置70の制御方法を決定する。本実施の形態では、制御決定部78は、判定部77の判定結果を受信し、外部サーバ61との通信が可である場合には、接続時制御記憶部75に格納された接続時制御プログラムを利用した制御方法の採用を決定する。また、制御決定部78は、外部サーバ61との通信が否である場合には、非接続時制御記憶部74に格納された非接続時制御プログラムを利用した制御方法の採用を決定する。
変更確認部79は、判定部77が外部サーバ61との通信を可であると判定した場合、外部サーバ61にアクセスする。外部サーバ61には、最新の非接続時制御プログラム、接続時制御プログラム、住宅建物の環境基準や換気基準の法令によって決定される値が保存されている。そして、変更確認部79は、外部サーバ61にアクセスして、上記プログラムなどの変更の有無を確認する。そして、上記プログラムなどに変更が確認された場合には、該当するプログラムなどを更新する。具体的には、記憶部10に記憶される非接続時制御プログラムや接続時制御プログラムを更新する。また、住宅建物の環境基準や換気基準の法令によって決定される値のうち、換気制御に関するものの値に変更が確認された場合には、記憶部10に記憶された、換気制御に関する値を更新する。換気制御に関する値とは、具体的には、上述の目標排気総量、すなわち所定時間以内に所定の住宅内から排気すべき排気量の総量及びその所定時間などである。
換気動作制御部76は、制御決定部78が決定した制御方法に基づいて換気装置70を制御する。本実施の形態では、換気動作制御部76は、制御決定部78にて採用を決定された制御方法、つまり非接続時制御プログラムや接続時制御プログラムを実行することで、換気用送信部16を介して各換気装置70に対して制御命令を送信する。なお、具体的な送信内容については後述する。
排気量制御部11は、排気量取得部17と、積算部18と、残排気総量算出部19と、最短排気時間算出部20と、排気設定部71と、演算部72とを備える。
排気量取得部17は、換気制御装置2に接続される排気装置3それぞれが既に排気した排気量である既排気量を取得する。ここで既排気量の取得は、例えば以下のように行われる。
すなわち、排気量取得部17は、排気装置3が排気を開始したタイミングで、単位時間当たりの排気量を排気装置3から通信部9を介して受信する。また、排気量取得部17は、排気装置3が排気量設定を変更したタイミングで、変更後の単位時間当たりの排気量を排気装置3から通信部9を介して受信する。さらに、排気量取得部17は、排気装置3が排気を停止したタイミングで、停止した旨を排気装置3から通信部9を介して受信する。これらを受信した排気量取得部17は、単位時間当たりの排気量と、当該排気量で動作した時間とを掛け算することで、排気装置3が既に排気した既排気量を取得する。
また、別の方法としては、所定の時間間隔で、排気量取得部17が、各排気装置3に通信部9を介して既排気量の問合せを行ってもよい。これに対して排気装置3が、前回の問合せから今回の問合せまでの間に排気した既排気量を、通信部9を介して排気量取得部17に返信する。
上記処理を換気制御装置2に接続されている全ての排気装置3に対して行うことにより、排気量取得部17は、全ての排気装置3の既排気量を取得することができる。
積算部18は、所定の時間間隔で、排気量取得部17が取得した全ての既排気量を取得して足し合わせ、すなわち積算する。これにより、換気制御装置2に接続された全ての排気装置3を介して宅内から排気された既排気総量43(図5参照)を算出することができる。
残排気総量算出部19は、目標排気総量記憶部14に記憶された所定時間あたりの目標排気総量から、積算部18が算出した、既排気総量43を減算することによって、目標排気総量に対して不足している排気総量である、残排気総量44(図5参照)を算出する。ここで、残排気総量算出部19が残排気総量44を算出するタイミングは、当然、目標排気総量が設定された所定時間よりも短い時間内に行われる。
最短排気時間算出部20は、排気能力記憶部13に記憶されている、換気制御装置2に接続された全ての排気装置3の最大排気能力を用いて排気を行った場合の、目標排気総量を達成するまでに必要な時間である最短排気時間45(図5参照)を算出する。
排気設定部71は、目標排気総量46(図5参照)を達成するための所定時間と、既排気総量43を算出した時間B(図5参照)とから、目標排気総量46を達成するための所定時間までの残りの時間である残時間42(図5参照)を算出する。残時間42の算出は、図5に示すように、所定時間である時間D(例えば3時間)と、起点Aから時間Bまでの経過時間(例えば30分)との差を取ることで行われる。この残時間42は、すなわち目標排気総量46を達成するために残された時間である。また、目標排気総量46に対して不足している排気総量である残排気総量44は、残排気総量算出部19によって算出される。これより、換気制御装置2は、残時間42と残排気総量44とから、例えば残時間42の間に平均してどの程度の排気量で排気装置3を動作させればよいかを判断可能となる。なお、残時間42の間、どのように各排気装置3を動作させるかの詳細については後述するが、例えば全ての排気装置3を、残排気量を排気するまでの時間、最大排気風量で動作させるという制御パターンとしてもよい。これにより、最短時間で目標排気総量46を達成することが可能となる。当然、他の制約がないのであれば残時間42の間の排気装置3の動作は、エネルギー効率が高く、すなわち省エネルギーで動作させることが好ましい。このような場合には、演算部72が、各換気装置70の消費エネルギーと排気風量とに基づいて各換気装置70の最適な制御パターンを演算により決定する。制御パターンが決定されると、排気設定部71は、換気用送信部16を介して各換気装置70に動作命令を送信し、制御する。
なお、各部の動作についてはフローチャートを利用して後述する。
換気制御装置2は、図4に示すように、マイクロコンピュータ40として設けられる。マイクロコンピュータ40は、内部にCPU31(Central Processing Unit)、RAM32(Random Access Memory)、ROM33(Read Only Memory)を備え、記憶部10としてHDD34(Hard Disk Drive)を備える。また、マイクロコンピュータ40は、有線通信モジュール37及び無線通信モジュール36を含む。有線通信モジュール37及び無線通信モジュール36は、通信部9として機能し、CPU31、RAM32、ROM33、HDD34が内部バス41を介して接続されている。CPU31は、例えばRAM32を作業領域として利用し、ROM33に記憶されているプログラムを実行し、当該実行結果に基づいて記憶部10や各デバイスとデータや命令を授受することにより各デバイスの動作を制御する。
制御部73や、当該制御部73に属する各部は、ROM33やHDD34に記憶されているプログラムであり、CPU31に実行されることであらかじめ決められた処理を実行する。HDD34やROM33、RAM32は、必ずしもこれに限らず、メモリとして機能するのであれば他種のメモリを代用可能である。
無線通信モジュール36、有線通信モジュール37等のデバイスは、必ずしもマイクロコンピュータ40に備える必要は無く、外部接続としてもよい。
続いて、図6、図7を参照しながら排気装置3、給気装置7を構成する各機能について説明する。なお図6は、実施の形態に係る換気装置70の概略機能ブロック図である。図7は、実施の形態に係る排気装置3の機能提供部66の構成図である。
[排気装置と給気装置]
図6に示すように、排気装置3の一例として挙げられる天埋換気扇4、壁掛換気扇6は、送信部22と、受信部24と、記憶部26とを備える。また、排気装置3の一例であるレンジフード5は、送信部23と、受信部25と、記憶部27とを備える。さらに給気装置7は、送信部28と、受信部29と、記憶部30とを備える。
例えば排気装置3の受信部24、受信部25は、換気制御装置2を構成する制御部73から通信部9を介して動作命令を受信する。排気装置3が受信する動作命令とは、例えば後述の提供情報の送信命令や、目標風量Qsである。給気装置7の受信部29は、制御部73から通信部9を介して動作命令を受信する。給気装置7が受信する動作命令とは、例えば提供情報の送信や、通風口の開閉命令である。
送信部22、送信部23は、例えば上述の提供情報の送信命令に対して、記憶部26、記憶部27から提供すべき提供情報を読み出し、宅内ネットワーク38を介して換気制御装置2に無線通信で送信する。
記憶部26、記憶部27は、換気制御装置2から要求される可能性のある提供情報を記憶する。記憶部26、記憶部27が記憶する提供情報は、天埋換気扇4などが運転中か否かを示す運転状況と、運転中であればその排気量設定(弱、中、強など)と、排気量設定に対応する単位時間当たりの排気風量等が挙げられるが、これに限定されない。
なお、天埋換気扇4に限らず、壁掛換気扇6、レンジフード5、給気装置7、その他様々な排気装置、給気装置も換気制御装置2に接続されて機能する際には基本的に上記構成を有する。
また、天埋換気扇4、壁掛換気扇6、レンジフード5は、送風機能を提供する機能提供部66をさらに備える。
機能提供部66は、受信部24や受信部25を介して換気制御装置2から上述の目標風量Qsを受信すると、当該目標風量Qsに応じた風量で排気を実行する。すなわち図7に示すように、機能提供部66は、フィン67と、フィン67を回転させるセンサレスブラシレスDCモータからなるモータ80と、モータ80を駆動するモータ制御回路81を備える。モータ80は巻線を巻装した固定子82と磁石を備えた回転子83からなる。
図7において、モータ制御回路81は、商用電源PSから供給される交流電圧を、交流変換回路84にて直流電圧に変換する。変換された直流電圧は、平滑コンデンサ85にて平滑化され、平滑化された直流電圧が、インバータ回路86に印加される。インバータ回路86は6個のスイッチング素子87a〜87fを有しており、各スイッチング素子87a〜87fを制御することで、センサレスブラシレスDCモータからなるモータ80を駆動している。
インバータ回路86は、第1アーム88と、第2アーム89と、第3アーム90とを三相ブリッジ状に結線して構成される。ここで、第1アーム88は、スイッチング素子87aとスイッチング素子87dとを直列接続してなる。第2アーム89は、スイッチング素子87bとスイッチング素子87eとを直列接続してなる。第3アーム90は、スイッチング素子87cとスイッチング素子87fとを直列接続してなる。本実施の形態では、スイッチング素子87a、スイッチング素子87b、スイッチング素子87cが、各アームの上段に配置されている。また、スイッチング素子87d、スイッチング素子87e、スイッチング素子87fが、各アームの下段に配置されている。上段、下段に配置されたスイッチング素子が、交互にON/OFF動作を繰り返すことで、モータ80の巻線に流れる電流の向きを変化させている。インバータ回路86は、後述する速度制御部96から入力されるデューティ比に従って、PWM制御される。
また、インバータ回路86の各相の下段(各アームの下段)と負電位側(モータ制御回路81のグランド)の間には、相ごとにシャント抵抗91が挿入されている。増幅部92は、このシャント抵抗91に流れる電流により発生する、シャント抵抗91の両端の電位差を増幅する。
増幅部92は、増幅したシャント抵抗91の両端の電位差を電流検出部93に出力する。電流検出部93は、増幅部92から入力された値からモータ80に流れる各相の電流を検出し、回転検出部94に出力する。そして、回転検出部94は、電流検出部93で検出された電流に基づいてモータ80の回転数と回転子83の位置を検出する。
また電流検出部93で検出した各相の電流値のうちのいずれか1相の電流値及び回転検出部94で検出した回転数が、比較部としての風量演算部95に入力される。風量演算部95は、電流検出部93で検出した各相の電流値のうちのいずれか1相の電流値及び回転検出部94が検出した回転数と、目標風量Qsに対応する電流値(目標電流値)及び回転数(目標回転数)とをそれぞれ比較する。つまり、風量演算部95は、電流検出部93で検出した各相の電流値のいずれか1相の電流値と目標風量Qsに対応する電流値とを比較し、回転検出部94が検出した回転数と目標風量Qsに対応する回転数とを比較する。そして、風量演算部95は、その比較結果に基づいて送風量が目標風量Qsに対して高いか低いかを判断し、その結果を速度制御部96へ送信する。
目標風量演算部97は、図3に示す制御部73から受信部24や受信部25を経由して送られてくる目標風量Qsを受信し、この目標風量Qsを風量演算部95と増幅率変更部98に送信する。
増幅率変更部98は、この目標風量Qsの大きさに応じて所定の相の増幅部92の増幅率を変更する。
速度制御部96は、風量演算部95の比較結果に基づいて、インバータ回路86に対してデューティ比を変更することで、センサレスブラシレスDCモータからなるモータ80の回転数を制御する。そして、モータ80は、回転数を可変させて必要な風量を出力する。
以上の構成により、排気装置3を構成する機能提供部66は、排気装置3から建物の外部に繋がるダクトの抵抗(圧損)を変更しなくても、目標風量Qsを与えられるのみで風量を一定に制御できる。
[宅内ネットワーク]
換気制御装置2と排気装置3と給気装置7とを接続する宅内ネットワーク38は、例えば、Digital Enhanced Cordless TelecommunicationsやWi−FI(登録商標)方式を用いた無線通信などがある。
[外部サーバ接続確認処理]
続いて、図3及び図8を参照しながら外部サーバ接続確認処理について説明する。なお図8は、実施の形態に係る換気制御装置2の外部サーバ接続確認処理を示すフローチャートである。図8において、Sはステップを意味する。ただし、ステップは数値の小さい順に処理されるとは限らない。
換気制御装置2を起動すると、判定部77は、ブロードバンド用送受信部12を介して外部サーバ61にアクセスを試みる(S101)なお、外部サーバ61のアドレスは、例えばあらかじめ記憶部10に登録されている。
ここで、外部サーバ61にアクセスが可能である場合、変更確認部79は、外部サーバ61に対して変更の確認を行う(S103)。変更確認の対象は、非接続時制御プログラム、接続時制御プログラム、目標排気総量に関する情報である。ここで、非接続時制御プログラム、接続時制御プログラムの変更は、例えば外部サーバ61に保存されている各プログラムのバージョンと、記憶部10に記憶されている各プログラムのバージョンとを比較することで判定される。また目標排気総量に関する情報は、例えば法令で指定された、排気を行う時間である所定時間に関する情報と、当該所定時間内に住宅内から排気すべき排気量に関する情報である。ここでいう所定時間は、例えば3時間であり、排気量は、建物の容量に対する倍数であり、例えば1.5倍等である。
ここで、変更がある場合には、当該変更があるデータ、プログラムを外部サーバ61から取得し、記憶部10内のデータ、プログラムを更新する(S104Yes→S105)。保存する場所は、非接続時制御プログラムであれば、非接続時制御記憶部74、接続時制御プログラムであれば接続時制御記憶部75、目標排気量であれば記憶部10内の所定の記憶領域である。
変更が無い場合には、上述の更新は行わない(S104No)。
そして、判定部77の判定において、外部サーバ61にアクセスが可能であるため、制御決定部78は、制御方法として接続時制御の制御を行う決定をする。つまりそして、換気動作制御部76は、接続時制御プログラムに基づいて、通信部9を介して換気装置70を制御する(S106)。
他方、判定部77の判定において、外部サーバ61にアクセスができない場合、変更確認部79による変更確認を行うことなく、制御決定部78は、制御方法として非接続時制御の制御を行う決定をする。そして、換気動作制御部76は、非接続時制御プログラムに基づいて、換気装置70を制御する(S102No→S107)。
以上のように、換気制御装置2は、外部サーバ61への接続状況に応じて動的に換気装置70の制御を変更できる。このため、入居時に換気制御装置2が外部ネットワークと接続されていないような場合には、非接続時制御によって、例えば、換気制御装置2と同一メーカーである換気装置の間などで、可能な範囲で連携して動作することができる。そして、換気制御装置2が外部ネットワークと接続可能となった後には自動的に外部サーバ61を利用して、換気制御装置2と異なるメーカーが提供する換気装置も連携動作させることができる。当然ながら、外部ネットワークが開通してから改めて施工業者が訪問し、換気制御装置2の設定を変更するようなことも必要ない。
さらに、排気装置3に風量を一定に制御できる上述の機能提供部66を利用することで、排気装置3の環境が変わった場合であっても、各排気装置3のダクト内の例えばダンパー等の抵抗(圧損)を調節・変更する必要が無く、施工業者の再訪問が不要になる。
従来に係る換気制御装置では、外部ネットワークと接続されていない場合には、換気装置70は、単なる換気装置70としてしか機能しなかった。本実施の形態に係る換気制御装置2によれば、換気制御装置2が外部ネットワークと接続されていない場合でも同一メーカーの換気装置70の間で連携して動作することができる。さらに、本実施の形態に係る換気制御装置2が外部ネットワークと接続された場合には、外部サーバを利用することで、異なるメーカーの換気装置70とも連携して動作することができる。以下、換気制御装置2が、外部ネットワークと接続されていない場合の非接続時制御処理及び外部ネットワークと接続されている場合の接続時制御処理について述べる。
[非接続時制御処理]
続いて、図3、図5、図9を参照しながら、換気制御装置2の非接続時制御プログラムに基づく非接続時制御処理について説明する。図9は、実施の形態に係る換気制御装置2の非接続時制御処理を示すフローチャートである。なお、換気制御装置2は、あらかじめ情報入力用端末8によって設定された目標排気総量46と、目標排気総量46を達成させる所定の時間D(所定時間に該当し、本実施の形態においては3時間)と、建物内で法令上の換気対象となる総体積を記憶部10に記憶しているものとする。また、以下の処理は、例えば換気制御装置2に接続される複数の換気装置70が対象である。しかし、換気制御装置2とメーカーが異なる換気装置70が換気制御装置2に接続されている場合などには、換気制御装置2が外部サーバ61に接続されていないと、換気制御装置2と同一メーカーの換気装置70と連携できない場合がある。このような場合には、連携できる換気装置70の間のみで連携するものとし、連携できない換気装置70については換気制御装置2からオン・オフの制御のみが可能であるものとする。ここで、連携できる換気装置70とは、例えば換気制御装置2と同一メーカーの換気装置のことであり、連携できない換気装置70とは、例えば換気制御装置2と異なるメーカーの換気装置のことである。
換気制御装置2は、排気風量の制御を開始するべく起点Aからタイマーを開始する(S201)。時間Dは起点Aから3時間後を示し、タイマーが時間Dに到達した後はリセットされて再び0からタイマーを開始する。これらは時間Dの設定変更がない限り、ルーチンとして繰り返される。
ここで壁掛換気扇6が使用者の意思によってタイマー開始時の起点Aから時間Bまで30cfmの排気風量で運転し、時間Bで停止したと仮定する。この場合、起点Aのタイミングで起点Aの時刻と排気風量(30cfm)が、時間Bのタイミングでの時間Bの時刻と排気風量(0cfm)が、それぞれ送信部22から換気用受信部15を経由して排気量取得部17に送信される。
排気量取得部17は、これら送信された情報に基づき、起点Aから時間Bまでの既排気量を算出して積算部18に送信する。当該算出は、換気装置70から情報が得られていない起点Aから時間Bの間も既に得られた条件(排気風量(30cfm))で動作しているものとして、所定の時間間隔(例えば1秒毎)で算出される。
積算部18は、排気量取得部17が取得した既排気量を足し合わせることにより、既排気総量43を算出する(S202)。ここでは、壁掛換気扇6しか動作していないため、壁掛換気扇6の既排気量=既排気総量43となる。
なお、排気量制御部11では、既排気総量43が目標排気総量46に到達しているか否かを常に監視する(S203)。
ここで、既排気総量43が目標排気総量46に到達していない場合、残排気総量算出部19は、既排気総量43と目標排気総量46の差から残排気総量44を算出する(S203No→S204)。また最短排気時間算出部20は、換気制御装置2に接続されている排気装置3の最大排気能力によって残排気総量44を排気する際に必要な最短排気時間45を算出する(S205)。なお、最大排気能力は、天埋換気扇4が150cfm、壁掛換気扇6が30cfm、レンジフード5が150cfmであるものとする。
続いて、排気設定部71は、最短排気時間45と時間Dまでに残された残時間42とを比較する(S206)。ここで時間Bの時点では残時間42が最短排気時間45よりも十分に大きい場合、排気設定部71は、現状の排気能力を維持する判断を行う(S206No→S202)。
その後、使用者によって換気装置70の運転が行われないまま、残時間42と最短排気時間45が等しくなる時間Cに到達したとする。この場合、排気設定部71は、各排気装置3に対して強制的に最大排気量で排気運転を開始(強制最短排気運転)するよう換気用送信部16を介して指示を行う(S206Yes→S207)。
ここで、上記処理では最短排気時間45と残時間42の比較を行い、強制最短排気運転の開始を判断(S206)するとしたが、例えば排気装置3の最大排気能力と残時間42の掛け算から得られる最大排気可能総量(図示せず)と、残排気総量44とを比較してもよい。この場合、最大排気可能総量が残排気総量44よりも大きい場合は現状を維持し、また最大排気可能総量が残排気総量44と同等以下となった場合は強制最短排気運転を開始するもので同様の効果を実現できる。
上記指示に従い天埋換気扇4は150cfm、壁掛換気扇6は30cfm、レンジフード5は150cfm、すなわち最大排気量で時間Cから運転を開始する。これにより、時間Dにおいて目標排気総量46に到達する(S207→S202→S203の繰り返し)。
その後、タイマーが時間Dに到達し、残排気総量44及び残時間42が0に到達し目標排気総量46を満足したと判断すると、排気設定部71は、強制最短排気運転を停止し、同時にタイマーと既排気総量43を0にリセットする(S203→S208→S209→S212)。
図5において、所定3時間のうち時間Cから時間Dの最後の残時間42で強制最短排気運転を行ったが、もし使用者の意思によって時間Bから時間Cの間に排気装置3のいずれか、もしくは複数台が運転し、強制最短排気運転を行うより以前に目標排気総量46を満足する場合が想定される。このような場合には、排気設定部71は、強制最短排気運転は行わず現状を維持するように排気装置3に指示を出す(S208→S210)。そしてそのまま3時間が経過すればタイマーと既排気総量43を0にリセット(S211Yes→S212)する。
上記に示す処理により、換気制御装置2は、目標排気総量46を所定時間内に満足するよう排気装置3の運転を制御することができる。またさらに、所定の3時間内で接続されるすべての排気装置3が運転した排気総量をカウントし、その排気総量が目標排気総量46を大きく超過させることなく制御を行うことで省エネルギー効果を訴求することができる。なお、上記処理は非接続時制御処理ではあるが、外部サーバ61と通信可能となった場合には、法令などにより変更される可能性のある所定時間(例えば3時間)や当該所定時間内に住宅内から排気すべき排気量を更新することで、最新の法令を順守した制御が可能となる。排気すべき排気量が更新された場合は、例えば既に記憶部10に記憶されている総体積を利用して、制御部73が取得した排気量と掛け算を行うことにより算出が可能である。なお、算出方法は法令などにより様々であるため限定しない。さらに、非接続時制御処理であるため、連携できない換気装置については既排気総量43に考慮されていないが、法令順守の観点で見た場合には確実に目標排気総量46の排気を達成することができる。
また給気装置7は、換気制御装置2から排気装置3(天埋換気扇4、壁掛換気扇6、レンジフード5)による総排気量の情報を、受信部29を通じて受け取ることで、総排気量と同等量となる給気量を宅内に供給するよう働く。この給気装置7の動作は排気量と給気量のバランスをとることが目的であり、宅内が極端な負圧になることを防止する効果を提供するものである。
なお、上述した非接続時制御処理は以下の構成が示されている。つまり、排気設定部71は、換気装置70が複数種の排気能力を設定可能な場合にはオン時間に加えて当該排気能力も設定する。
また、排気設定部71は、所定時間以内に既排気総量43が目標排気総量46を超えた場合には換気装置70の排気を停止もしくは運転させない。
また、排気設定部71は、残時間42において、排気装置3の最大の排気能力で目標排気総量46の排気総量を達成させる。
[接続時制御処理]
続いて、図2、図3を用いて換気制御装置2の接続時制御プログラムに基づく接続時制御処理について説明する。
判定部77が外部サーバ61と通信可能と判断した場合には、換気動作制御部76は、接続時制御プログラムに基づいて動作する。当該動作においては様々な動作があるが、一例として、例えば同一の部屋に設けられたレンジフード5(第1の換気装置)と壁掛換気扇6(第2の換気装置)を例に挙げる。また、レンジフード5のメーカーと壁掛換気扇6のメーカーとは異なるとする。例えばレンジフード5が動作を開始すると、当該動作に関する情報である例えば排気能力や周囲温度などが、換気動作制御部76を介してレンジフード5のメーカーの外部サーバ61aに送信される。外部サーバ61aは、受信した動作に関する情報を、壁掛換気扇6のメーカー、つまり、レンジフード5のメーカーとは異なるメーカーの外部サーバ61bに送信する。当該外部サーバ61bが、レンジフード5の動作に関する情報に基づいて、例えば壁掛換気扇6に動作を変更する命令を送信する。ここで動作を変更する命令とは、オン・オフの切替や風量変更などが含まれる。上記動作を変更する命令は、換気動作制御部76が通信部9を介して外部サーバ61bから受信し、通信部9を介して壁掛換気扇6に送信される。
壁掛換気扇6は、命令を受信すると、当該命令に応じて機能提供部66を動作させる。これにより、異なるメーカーが提供する換気装置70同士で連携動作が可能となる。
なお、接続時制御処理の詳細内容については、とくにこの制御に限定しないため、さらなる詳細については省略する。
[提供情報と演算部による省エネルギー制御]
図10は、実施の形態に係る換気装置70の提供情報の一例を示す図である。本実施の形態では、上記の換気装置70、例えば天埋換気扇4及び壁掛換気扇6の記憶部26、記憶部27、記憶部30で取り扱う提供情報47の例は運転状況と排気風量とした。しかしながら、図10に示すように、換気装置70固有の製品情報58と、換気装置70の現在情報59を提供情報47として換気制御装置2に送信する構成としても良い。ここで、製品情報58とは、製品ID51と、換気装置70が持つ設定可能な風量を示す排気能力52と、換気装置70が搭載しているセンサの種類を示す搭載センサ53などがある。また、現在情報59とは、現在の運転状況を示す現在風量54と、搭載センサの検知状況を示すセンサ状態55と、使用者が強制的に換気装置を運転させているか否かを示す強制運転56と、現在風量での消費電力を示す消費電力57などがある。
これら換気装置70固有の製品情報58と現在情報59により、演算部72は、例えば接続される個々の換気装置70の電気特性を把握し、最も消費電力が少なくなる換気装置70の組み合わせを選択することができる。これにより、換気制御装置2は、目標排気総量46を満足するだけでなく、消費電力も抑制する排気制御を実現することも可能となる。
図11は、実施の形態に係る換気制御装置2が選択する換気装置70の組み合わせを示す図である。図11には、宅内において所定時間内に必要な排気風量を250cfmとした場合の換気装置70の組み合わせを示している。この場合、演算部72は、個々の換気装置70の風量とその消費電力の情報から消費電力が最も低くなる最適な組み合わせ65を選択し、換気装置70を制御することが実現可能となる。
以上のように、本発明に係る換気制御装置、換気システムは、外部サーバへの接続状況に応じて動的に換気装置の制御を変更できるため、戸建て住宅やマンション等の複合住宅に適用可能である。
1 一般住宅
2 換気制御装置
3 排気装置
4 天埋換気扇
5 レンジフード
6 壁掛換気扇
7 給気装置
8 情報入力用端末
9 通信部
10,26,27,30 記憶部
11 排気量制御部
12 ブロードバンド用送受信部
13 排気能力記憶部
14 目標排気総量記憶部
15 換気用受信部
16 換気用送信部
17 排気量取得部
18 積算部
19 残排気総量算出部
20 最短排気時間算出部
22,23,28 送信部
24,25,29 受信部
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 HDD
36 無線通信モジュール
37 有線通信モジュール
38 宅内ネットワーク
40 マイクロコンピュータ
41 内部バス
42 残時間
43 既排気総量
44 残排気総量
45 最短排気時間
46 目標排気総量
47 提供情報
51 製品ID
52 排気能力
53 搭載センサ
54 現在風量
55 センサ状態
56 強制運転
57 消費電力
58 製品情報
59 現在情報
60 外部ネットワーク
61 外部サーバ
65 組み合わせ
66 機能提供部
70 換気装置
71 排気設定部
72 演算部
73 制御部
74 非接続時制御記憶部
75 接続時制御記憶部
76 換気動作制御部
77 判定部
78 制御決定部
79 変更確認部
80 モータ
81 モータ制御回路
82 固定子
83 回転子
84 交流変換回路
85 平滑コンデンサ
86 インバータ回路
87a,87b,87c,87d,87e,87f スイッチング素子
88 第1アーム
89 第2アーム
90 第3アーム
91 シャント抵抗
92 増幅部
93 電流検出部
94 回転検出部
95 風量演算部
96 速度制御部
97 目標風量演算部
98 増幅率変更部

Claims (4)

  1. 建物の内外の間で空気を搬送可能な複数の換気装置と通信可能に接続され複数の前記換気装置の動作を制御する換気制御装置であって、
    前記換気装置と宅内ネットワークを介して通信する宅内通信モジュールと、
    前記建物の外に設けられた外部サーバと外部ネットワークを介して通信する外部通信モジュールと、
    前記外部通信モジュールを介した前記外部サーバとの通信の可否を判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果に基づいて前記換気装置の制御方法を決定する制御決定部と、
    前記制御決定部が決定した制御方法に基づいて前記換気装置を制御する換気動作制御部と、
    所定時間以内に排気すべき排気量の総量である目標排気総量を記憶する目標排気総量記憶部と、
    前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置それぞれの排気能力を記憶する排気能力記憶部と、
    前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置それぞれが排気した既排気量を取得する排気量取得部と、
    前記排気量取得部が取得した既排気量を積算して既排気総量を算出する積算部と、
    前記積算部が積算した前記既排気総量と前記目標排気総量記憶部が記憶する前記目標排気総量と前記所定時間に到達するまでの残時間と前記排気能力記憶部が記憶する前記換気装置の排気能力とに基づいて前記残時間以内に前記目標排気総量の排気を達成するように、前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置を制御する排気量制御部と、
    を備えた換気制御装置。
  2. 前記排気量制御部は、
    前記排気能力で前記目標排気総量を達成するための最短排気時間を算出する最短排気時間算出部と、
    少なくとも前記所定時間に到達するよりも前記最短排気時間以上前のタイミングで前記積算部が算出した前記既排気総量と前記目標排気総量とに基づいて前記目標排気総量に到達するまでに必要な残りの排気総量である残排気総量を算出する残排気総量算出部と、
    前記残排気総量算出部が算出した残排気総量を基に、前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置のオン時間を設定する排気設定部と、
    を備えた請求項記載の換気制御装置。
  3. 前記残時間と少なくとも1つの前記換気装置それぞれの単位時間あたりのエネルギー効率及び前記エネルギー効率に対応する排気量とに基づいて、前記残時間で前記目標排気総量の排気を達成させ、且つ最も前記エネルギー効率が高い少なくとも1つの前記換気装置の制御パターンを演算する演算部を備え、
    前記排気設定部は、
    前記演算部の演算結果に基づいて接続された少なくとも1つの前記換気装置を制御する請求項に記載の換気制御装置。
  4. 建物の内外の間で空気を搬送可能な複数の換気装置と、
    前記換気装置と通信可能に接続され、複数の前記換気装置の動作を制御する換気制御装置とを備えた換気システムであって、
    前記換気制御装置は、
    前記換気装置と宅内ネットワークを介して通信する宅内通信モジュールと、
    前記建物の外に設けられた外部サーバと外部ネットワークを介して通信する外部通信モジュールと、
    前記外部通信モジュールを介した前記外部サーバとの通信の可否を判定する判定部と、
    前記判定部の判定結果に基づいて前記換気装置の制御方法を決定する制御決定部と、
    前記制御決定部が決定した制御方法に基づいて前記換気装置を制御する換気動作制御部と、
    所定時間以内に排気すべき排気量の総量である目標排気総量を記憶する目標排気総量記憶部と、
    前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置それぞれの排気能力を記憶する排気能力記憶部と、
    前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置それぞれが排気した既排気量を取得する排気量取得部と、
    前記排気量取得部が取得した既排気量を積算して既排気総量を算出する積算部と、
    前記積算部が積算した前記既排気総量と前記目標排気総量記憶部が記憶する前記目標排気総量と前記所定時間に到達するまでの残時間と前記排気能力記憶部が記憶する前記換気装置の排気能力とに基づいて前記残時間以内に前記目標排気総量の排気を達成するように、前記換気制御装置に接続された少なくとも1つの前記換気装置を制御する排気量制御部と、
    を備え、
    前記換気装置は、
    モータと、
    前記モータを制御するモータ制御回路とを備え、
    前記モータ制御回路は、
    上段と下段からなり、相反するON/OFF動作を行う2つのスイッチング素子を直流電圧に直列に接続してなる三つのアームを三相ブリッジ状に結線し、三相PWM方式の交流電圧を前記モータに印加するインバータ回路と、
    前記インバータ回路の各相の下段と負電位側の間に相ごとに挿入したシャント抵抗と、
    前記シャント抵抗の端子間電圧を増幅する増幅部と、
    前記増幅部の出力から前記モータに流れる各相の電流を検出する電流検出部と、
    前記電流検出部で検出された電流に基づいて前記モータの回転数を検出する回転検出部と、
    前記電流検出部で検出した各相の電流値のうちいずれか1相の電流値と目標風量に対応する目標電流値とを比較するとともに、前記回転検出部で検出される回転数と前記目標風量に対応する目標回転数とを比較する風量演算部と、
    前記風量演算部の比較結果に基づいて、前記インバータ回路に対してデューティを可変させて前記モータの回転数を制御する速度制御部と、を備えた換気システム。
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