JP7243314B2 - 換気装置 - Google Patents

Description

この発明は、換気装置に関するものである。

外気温度と室内温度とを検出し、外気温度と室内温度との温度差に基づいて自然換気量を算出し、自然換気量との和の総換気量が、ほぼ０．５回／１時間の換気回数を満足する一定に維持されるように機械換気量を制御することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５－００９７９６号公報

このような特許文献１に示されるような技術において、部屋内の空気の換気回数が例えば０．５回／１時間等の所望のものを満足する総換気量となるように機械換気量を制御する際には、当該部屋内の空気の体積について、より正確な値が必要である。しかしながら、特許文献１に示されるような技術では、この点について全く考慮されていない。例えば、部屋内の空気の体積は、当該部屋の内部に家具等の物体が存在することで変化してしまう。このため、所望の換気回数を実現できないおそれがある。

この発明は、このような課題を解決するためになされたものである。その目的は、所望の換気回数を実現するための機械換気量を制御する精度を向上できる換気装置を提供することにある。

この発明に係る換気装置は、部屋の内部と前記部屋の外部との間で換気する換気手段と、前記部屋の内部にある物体が占める容積を除いた前記部屋の内部の容積を検出する容積検出手段と、前記換気手段の換気量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記容積検出手段の検出結果に応じて前記換気手段の換気量を変更する。

この発明に係る換気装置によれば、所望の換気回数を実現するための機械換気量を制御する精度を向上できるという効果を奏する。

この発明の実施の形態１に係る換気装置の構成を模式的に示す図である。 この発明の実施の形態１に係る換気装置の制御系統の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係る換気装置が備える赤外線センサの構成を示す斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る換気装置による容積検出を説明する図である。 この発明の実施の形態１に係る換気装置による換気量制御の一例を説明する図である。

この発明を実施するための形態について添付の図面を参照しながら説明する。各図において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化又は省略する。なお、本発明は以下の実施の形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形することが可能である。

実施の形態１．
図１から図５は、この発明の実施の形態１に係るものである。図１は換気装置の構成を模式的に示す図である。図２は換気装置の制御系統の構成を示すブロック図である。図３は換気装置が備える赤外線センサの構成を示す斜視図である。図４は換気装置による容積検出を説明する図である。そして、図５は換気装置による換気量制御の一例を説明する図である。

この実施の形態に係る換気装置は、図１に示す換気装置本体１０を備えている。換気装置本体１０は、換気の対象となる部屋１の内部と、この部屋１の外部との間で換気する換気手段である。ここで説明する構成例では、換気装置本体１０は、部屋１の内部の空気を部屋１の外部に排出することで換気を行う装置である。すなわち、この実施の形態に係る換気装置は、第３種換気を行う。なお、換気装置本体１０は、部屋１の外部の空気を部屋１の内部に導入する（第２種換気を行う）ものであってもよいし、外部の空気の部屋１内部への導入と、部屋１内部の空気の外部への排出の両方を行う（第１種換気を行う）ことができるものであってもよい。

図１に示すように、換気装置本体１０は、部屋１の天井裏すなわち天井２の上側に設置されている。換気装置本体１０は、ケーシング１１及びダクト１２を備えている。ケーシング１１は、中空の箱状を呈する。ケーシング１１の下面部は、天井２から部屋１の内部空間に露出している。この部屋１の内部空間に露出したケーシング１１の下面部には、吸込口１３が形成されている。吸込口１３は、部屋１の内部の空気を取り込むための開口である。ケーシング１１の内部は、吸込口１３を介して部屋１の内部空間に通じている。

ダクト１２は、中空筒状の部材である。ダクト１２の一端側は部屋１の外部に露出している。この部屋１の外部に露出したダクト１２の一端には、吹出口１４が形成されている。吹出口１４は、吸込口１３から取り込んだ空気を部屋１の外部に排出するための開口である。ダクト１２の他端は、ケーシング１１の一側面に接続されている。ケーシング１１の内部は、ダクト１２の内部と吹出口１４とを介して部屋１の外部に通じている。

このようにして、換気装置本体１０のケーシング１１及びダクト１２の内部には、吸込口１３から吹出口１４まで通じる風路が形成されている。

換気装置本体１０は、ファン１５及び電動機１６を備えている。ファン１５は、ケーシング１１の内部に収容されている。ファン１５は、前述の風路中を吸込口１３からケーシング１１内部を経て吹出口１４へと流れる空気流を発生させるためのものである。電動機１６は、ファン１５の回転を駆動する。ファン１５が回転すると、部屋１の内部の空気が吸込口１３からケーシング１１の内部に取り込まれる。そして、ケーシング１１内に取り込まれた空気は、ダクト１２を通り、吹出口１４から部屋１の外部に排出される。

この実施の形態の換気装置本体１０は、二酸化炭素センサ２０を備えている。二酸化炭素センサ２０は、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度を検出する濃度検出手段である。なお、二酸化炭素センサ２０は、直接的のみならず間接的に部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度を検出するものであってもよい。間接的に部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度を検出する場合、具体的に例えば、人の呼気に含まれる水素の濃度を検出し、この水素濃度から二酸化炭素濃度を推定したり、人体から発せられるＶＯＣ（揮発性有機化合物）の濃度を検出し、このＶＯＣ濃度から二酸化炭素濃度を推定したりしてもよい。

換気装置本体１０は、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、換気装置本体１０の動作を制御する。

次に、図２を参照しながら、この実施の形態の換気装置の構成について説明を続ける。この実施の形態の換気装置は、換気装置本体１０及び制御装置３０の他に、センサユニット４０を備えている。センサユニット４０は、距離センサ４１、動体センサ４２及び赤外線センサ５０を備えている。

距離センサ４１は、音波又は電磁波を利用して、部屋１の壁面、天井面、部屋１の家具、人、動物等を含む検出対象物までの距離を検出する非接触式のセンサである。具体例を挙げると、距離センサ４１は、超音波センサ、光センサ、画像認識センサ等により構成されている。動体センサ４２は、部屋１内で動く物体を検出するセンサである。動体センサ４２は、例えば、光センサ、温度センサ等により構成され、照度、温度等の変化を検出することにより、人間及び動物等の動きを捕捉する。赤外線センサ５０については後述する。

なお、センサユニット４０は、部屋１内の空気の湿度を検出する湿度センサをさらに備えてもよい。そして、湿度センサの出力により、センサユニット４０が備える他のセンサの感度を空気中の湿度に応じて補正してもよい。

距離センサ４１として、超音波センサを用いてもよい。超音波センサは、発射した超音波が検出対象物で反射して戻ってくるまでの時間に基づいて、当該検出対象物までの距離を検出するものである。この検出原理は、光センサ等と同様であるが、超音波は光よりも速度が遅いので、短い距離を検出するのに適している。また、超音波センサによる距離の検出処理は、画像認識センサ等による画像処理よりも応答性が高い上、画像認識センサと異なり、奥行き方向の距離感に関し高精度な検知を行うことができる。

距離センサ４１として画像認識センサを用いた場合は単方向からの画像だと正面にある障害物の奥行き情報を正確に得ることができない欠点があり、少なくとも２方向以上からの撮影が必要となる。このため、複数のセンサユニット４０を設けたり、換気装置本体１０にも画像認識センサを設けた上でセンサユニット４０と換気装置本体１０とを異なる位置に配置したりすることが必要となる。

超音波センサの検出可能距離は、例えば数ｃｍから２０ｍ程度であり、一般的な部屋の広さを検出するのに適している。また、可聴領域を外れる２０～４０ｋＨｚの帯域では、波長が長いので、振幅（すなわち、音圧）を増加させやすくなり、検出可能距離を延ばすことができる。より詳しく述べると、２０ｋＨｚ未満の領域では、２０～４０ｋＨｚの帯域と比較して検出可能距離を延ばすことができるが、人の耳に聴こえる音となるので、大きな音圧を用いるのが難しい。一方、４０ｋＨｚを超える領域では、検出可能距離が短くなる。したがって、距離センサ４１に用いる超音波センサの周波数帯域は、例えば２０～４０ｋＨｚ、好ましくは３０～４０ｋＨｚの帯域がよい。

センサユニット４０は、換気装置本体１０と一体に設けられてもよい。また、センサユニット４０が有するセンサ類の一部又は全部と同等な機能のセンサを有する他の家電製品等が部屋１に設置されている場合、制御装置３０は、当該他の家電製品から各種の情報を取得するようにしてもよい。他の家電製品からの情報の取得は、例えばＨＥＭＳ等を介して行うようにしてもよいし、他の家電製品と制御装置３０とを直接的に通信可能に接続して行うようにしてもよい。

他の構成例として、センサユニット４０を換気装置本体１０の操作表示部と一体に設けてもよい。換気装置本体１０の操作表示部は、使用者が各種の設定値を入力するためのものであるとともに、使用者に対し各種の情報を表示するためのものである。操作表示部は、例えば、リモートコントローラ（リモコン）等である。操作表示部は、制御装置３０と相互通信可能に接続されている。通信方式は有線であっても無線であってもよい。使用者は、操作表示部を操作することにより、換気装置本体１０の電源のＯＮ／ＯＦＦ、換量の強弱等の設定等を行うことができる。また、操作表示部は、各種情報を表示する例えば液晶ディスプレイを備えている。操作表示部の液晶ディスプレイには、例えば、電源のＯＮ／ＯＦＦ、換量の強弱等の内容が表示される。

二酸化炭素センサ２０の設置場所は、換気装置本体１０に限られない。二酸化炭素センサ２０は、単体で設けられてもよいし、センサユニット４０に設けられてもよい。

次に、図３を参照しながら、赤外線センサ５０の構成例について説明する。赤外線センサ５０は、例えば、上下方向に並べた複数の赤外線受光素子を備えている。ここでは、赤外線センサ５０は例えば８個の赤外線受光素子を備えているとする。これら８個の赤外線受光素子のそれぞれは、赤外線の受光及び温度の検出を個別に実行可能な検出素子である。これらの赤外線受光素子は、円筒状の金属缶５１の内部に上下方向に直線状に並んで配置されている。これにより、赤外線センサ５０は、室内の温度を互いに高さが異なる８個のエリアに区分して検出する機能を備えている。

これら８個の赤外線受光素子のそれぞれの検出範囲は、図３に示すように、互いに大きさが等しい四角形状のエリアとして設定されている。また、１個の赤外線受光素子の配光視野角は、例えば上下方向における縦配光視野角が７°に設定され、左右方向の横配光視野角が８°に設定されている。

それぞれの赤外線受光素子の配光視野角を合わせた赤外線センサ５０全体の配光視野角５２は、上下方向に細長いエリアとして設定されている。なお、それぞれの赤外線受光素子の配光視野角（検出範囲）は、同じ形状、同じ大きさでなくともよい。また、縦配光視野角及び横配光視野角の具体的な値についても、前述した例示に限定されるものではない。さらに、赤外線受光素子の個数は８個に限定されるものではなく、赤外線センサ５０は、７個以下又は９個以上となる任意の個数の赤外線受光素子を備えるようにしてもよい。

そして、赤外線センサ５０は、図示しないステッピングモータにより上下に並んだ複数の赤外線受光素子を、予め設定された角度範囲内において左右に向きを変えることができる。このようにすることで、上下に並んだ複数の赤外線受光素子のそれぞれを左右方向に走査させて、センサユニット４０前方の予め設定された検出範囲（以下、「検出対象範囲」という）内について表面温度を検出することができる。

赤外線センサ５０は、このような構成により、検出対象範囲内を走査して当該範囲内の表面温度分布（熱画像）を非接触で取得する。すなわち、赤外線センサ５０は、予め設定された検出範囲内の表面温度を検出する温度検出手段である。

赤外線センサ５０の検出結果、すなわち、赤外線センサ５０により取得した表面温度分布（熱画像）データを制御装置３０で処理することで、例えば背景との温度差から、部屋１内における人を含む熱源の有無、数及びその位置、人体の表面温度、人の身体の部位（肌の露出部と非露出部、頭部等）等を検出することができる。

また、赤外線センサ５０の検出結果に基づいて、部屋１内の人の体感温度も得ることができる。この場合、肌を露出している人体ほど体感温度を検出しやすい。なお、赤外線センサ５０に用いる受光素子の画素数が多いほど、赤外線センサ５０の検出精度は高くなる。具体的に例えば、３０画素以上の画素数を有する受光素子を用いれば、部屋１内の人の位置及び赤外線センサ５０から当該人までの距離を精度よく検出することができる。

赤外線センサ５０は、検出対象範囲を左右に走査しながら温度検出対象の温度を検出する。なお、ここでの左右は、センサユニット４０側から見た場合の左右である。室内の壁及び床の熱画像データ（温度分布データ）を取得する場合、例えば、赤外線センサ５０の向きをステッピングモータにより左右方向に動かし、ステッピングモータの回転（すなわち、赤外線センサ５０の向きの回転）を一定角度毎に一定時間だけ停止させる。この際の一定角度は例えば１～５°とする。また、この際の一定時間は例えば０．１～０．２秒とする。そして、赤外線センサ５０の向きの変更を停止した後、前記の一定時間（０．１～０．２秒）よりも短い時間だけ待って、赤外線センサ５０の８個の受光素子の検出結果（熱画像データ）を取り込む。

赤外線センサ５０による検出結果の取り込み終了後、再びステッピングモータを前記一定角度だけ回転して再度停止し、同様の動作で赤外線センサ５０の検出結果（熱画像データ）を取り込む。このような動作を繰り返し行って、検出範囲内における左右方向の例えば９０～１００箇所で赤外線センサ５０の検出結果を取得する。そして、取得した赤外線センサ５０の検出結果から、検出対象範囲の熱画像データ（温度分布データ）を得ることができる。

なお、赤外線センサ５０を他のステッピングモータ等により上下方向にもスイングさせるようにしてもよい。赤外線センサ５０の向きを上下方向にも変えることができるようにすることで、水平方向だけでなく上下方向についても詳細な熱画像データを取得することができる。

また、センサユニット４０が備える他のセンサである距離センサ４１及び動体センサ４２も、ステッピングモータ等により向きを変更して走査を行うようにするとよい。このようにすることで、距離センサ４１及び動体センサ４２についても、前述した検出対象範囲について対象を検出できる。

次に、再び図２を参照しながら、換気装置の制御系統の構成について説明する。この実施の形態の制御装置３０は、容積算出部３１、人数検出部３２、人体情報検出部３３、自然換気量算出部３４及び換気制御部３５を備えている。制御装置３０は、例えばマイクロコンピュータ等を備えた電気回路により構成されている。制御装置３０がマイクロコンピュータを備えている場合、制御装置３０は、図示しないプロセッサ及びメモリを備えている。メモリには、制御用のプログラムが記憶されている。プロセッサは、メモリに記憶されているプログラムを読み出して実行する。

プロセッサが制御用のプログラムを実行することで、制御装置３０は予め設定された処理を実行して換気装置本体１０の動作を制御する。特に、メモリに記憶されているプログラムをプロセッサが実行することで、容積算出部３１、人数検出部３２、人体情報検出部３３、自然換気量算出部３４及び換気制御部３５の各部の機能が実現される。

容積算出部３１は、センサユニット４０の各センサの検出結果に基づいて、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を算出する。次に、図４を参照しながら、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積の算出方法の一例を説明する。

センサユニット４０の距離センサ４１は、前述した検出対象範囲について走査し、検出対象範囲内の対象物までの距離を検出する。そして、この走査により、距離センサ４１は、部屋１のそれぞれの内壁の部屋検出対象面４までの距離を検出する。容積算出部３１は、それぞれの部屋検出対象面４までの距離を総合することで、部屋１のそれぞれの内壁の位置を算出する。次に、容積算出部３１は、部屋１のそれぞれの内壁の位置から、これらの内壁の交点として部屋１の隅角部３の位置を求める。そして、容積算出部３１は、部屋１の隅角部３の位置から、部屋１の内部に物体がない場合の容積をまず求める。

また、部屋１内に家具６０等の物体がある場合、距離センサ４１は、家具６０の外面における家具検出対象面６１までの距離を検出する。次に、容積算出部３１は、それぞれの家具検出対象面６１までの距離を総合することで、家具６０の外形を特定する。そして、容積算出部３１は、特定した家具６０の外形から家具６０が占める容積を算出する。部屋１内に家具６０等の物体が複数ある場合、容積算出部３１は、これらの物体のそれぞれについて容積を算出する。

容積算出部３１は、部屋１の内部に物体がない場合の容積から、部屋１の内部にある物体が占める容積を差し引くことで、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を算出する。この際、例えば、家具６０の外形の特定等において、容積算出部３１は、距離センサ４１の検出結果だけでなく、赤外線センサ５０が検出した熱画像データを用いてもよい。以上のように構成されたセンサユニット４０及び容積算出部３１は、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を検出する容積検出手段である。

換気制御部３５は、前述した換気手段である換気装置本体１０の換気量を制御する制御手段である。換気制御部３５は、部屋１の時間当たりの換気回数が予め定められた設定値（具体的に例えば０．５回／１時間）となるように、換気装置本体１０の換気量を決定する。次に、換気制御部３５は、決定した換気量が実現できるファン１５の回転数を決定する。そして、換気制御部３５は、決定した回転数でファン１５を回転させるように電動機１６を動作させる。換言すれば、換気制御部３５は、ファン１５を回転させる電動機１６の動作を制御することで、換気装置本体１０の換気量を制御する。

換気制御部３５は、部屋１の時間当たりの換気回数の設定値から換気量を決定するときに、部屋１の内部にある空気の体積、すなわち部屋１の容積を用いる。この際の部屋１の容積には、容積算出部３１の算出結果が用いられる。すなわち、換気制御部３５は、容積算出部３１が算出した、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積に基づいて換気量を決定する。したがって、制御手段である換気制御部３５は、前述した容積検出手段の検出結果に応じて前述した換気手段である換気装置本体１０の換気量を変更する。そして、その結果として、換気制御部３５は、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積に応じて換気装置本体１０の換気量を変更する。

例えば、部屋１内の空気の体積は、当該部屋の内部に家具６０等の物体が存在することで変化してしまう。また、部屋１内への人の出入りによっても、部屋１内の空気の体積は変化し得る。以上のように構成された換気装置によれば、このような当該部屋の内部における物体の存在を考慮に入れて、部屋１内の空気の体積をより正確に求め、換気装置本体１０の換気量に反映できる。このため、所望の換気回数を実現するための機械換気量すなわち換気装置本体１０の換気量を制御する精度を向上することが可能である。

人数検出部３２は、センサユニット４０の各センサの検出結果に基づいて、部屋１の内部にいる人の人数を検出する。人数検出部３２は、例えば、まず、赤外線センサ５０の検出対象範囲内に存在する人体を検出する。人体の検出は、例えば、赤外線センサ５０により検出された表面温度が予め設定された基準温度以上の各領域の形状、分布（相対位置関係）、面積等を用いて行うことができる。この際の基準温度は、人の体温を考慮して具体的に例えば３０℃等に設定される。

次に、人数検出部３２は、検出された人体の数を検出することで、部屋１の内部にいる人の人数を検出する。人体が検出されない場合は、人数検出部３２の検出結果は０人となる。以上のように構成されたセンサユニット４０及び人数検出部３２は、部屋１の内部にいる人の人数を検出する人数検出手段である。

なお、人数検出部３２は、赤外線センサ５０の検出結果だけでなく、動体センサ４２の検出結果も用いて人体を検出してもよい。この場合、例えば、赤外線センサ５０により検出された表面温度が前述の基準温度以上の領域において、動体センサ４２により動く物体が検出された場合に、当該領域に人体が存在することを検出する。このようにすることで、例えば高温だが動かない無生物等を人体として誤って検出してしまうことを抑制でき、人数の検出精度を向上できる。

自然換気量算出部３４は、部屋１の自然換気量を算出する自然換気量算出手段である。自然換気量算出部３４は、次の（１）式を用いて、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値を算出する。

Ｐ＝１．６×１０＾（－４）×（６０．６３×ＡＤ×Ｍｅｔ×Ｃａ×Ｃｇ）×Ｎ ・・・ （１）

この（１）式は、人の呼吸により生じる二酸化炭素の濃度を求める式である。（１）式において、Ｐは部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値である。Ｎは人数検出部３２により算出された部屋１の内部にいる人の人数である。ＡＤは人の体表面積である。Ｍｅｔは人の活動量である。Ｃａ及びＣｇは、それぞれ年齢係数と性別係数である。

ＡＤ、Ｍｅｔ、Ｃａ及びＣｇの各パラメータについて、全ての年齢層及び性別における平均値を用いることで、これらのパラメータを定数として扱うことができる。この場合、（１）式によれば、二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐは、部屋１にいる人数Ｎに単純に比例することになる。

この実施の形態においては、制御装置３０は人体情報検出部３３を備えている。人体情報検出部３３は、センサユニット４０の検出結果に基づいて、部屋１の内部にいる人の人体情報を検出する。ここでいう「人体情報」とは、人の年齢層、性別、体表面積及び活動量のうちの１以上を含む情報である。

例えば、赤外線センサ５０により検出された表面温度が前述した基準温度以上の各領域の形状、分布、面積等から、人の体格を推定し、この推定した体格から当該人の体表面積を求めることができる。また例えば、人の体格と皮膚表面温度とから、当該人の年齢層（例えば、大人、子ども、高齢者等）を判定できる。さらに例えば、人の体格、皮膚表面温度と、動体センサ４２等により検出された移動量とから、当該人の活動量を推定できる。以上のように構成されたセンサユニット４０及び人体情報検出部３３は、部屋１の内部にいる人の年齢層、性別、体表面積及び活動量のうちの１以上を検出する人体情報検出手段である。

なお、人体情報検出手段は、例えば、人が直接的に身に着けることで当該人の活動量等を検出するウェラブルセンサを備えていてもよい。また、換気装置本体１０の前述した操作表示部を使用者が操作して、当該使用者の人体情報の一部（例えば、年齢層、性別）を入力できるようにしてもよい。

このような人体情報検出手段が設けられている場合、自然換気量算出部３４は、（１）式を用いた二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐの算出において、人体情報検出手段により検出された人体情報を使用する。例えば、人体情報として年齢層、性別を検出している場合、年齢係数Ｃａ及び性別係数Ｃｇを人体情報検出部３３の検出結果から決定する。また、人体情報として体表面積、活動量を検出していれば、この検出値を体表面積ＡＤ、活動量Ｍｅｔとして用いる。このようにして、自然換気量算出部３４は、人数検出部３２の検出結果と人体情報検出部３３の検出結果とに基づいて、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐを算出する。

自然換気量算出部３４は、以上のようにして算出した、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐと、前述した濃度検出手段である二酸化炭素センサ２０の検出結果の時間変化とを比較する。仮に部屋１の自然換気量が０である場合、部屋１内の人から発生した二酸化炭素は、そのまま部屋１に留まる。したがって、この場合には、部屋１内の人に起因する二酸化炭素の濃度変化が、そのまま二酸化炭素センサ２０の検出結果に反映されるはずである。逆にいえば、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐと、二酸化炭素センサ２０の検出結果の時間変化とに差があれば、その差分は部屋１の自然換気により生じたものであると考えられる。

このような原理により、自然換気量算出部３４は、人数検出部３２の検出結果に基づく部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐと、二酸化炭素センサ２０の検出結果の時間変化とから、部屋１の自然換気量を算出する。なお、自然換気量算出部３４は、部屋１の自然換気量を算出する際に換気装置本体１０が動作している場合には、換気装置本体１０による換気の影響を加味して部屋１の自然換気量を算出する。

この実施の形態では、換気制御部３５は、部屋１の時間当たりの換気回数の設定値から換気装置本体１０の換気量を決定する際、換気装置本体１０の換気量と、自然換気量算出部３４により算出された部屋１の自然換気量との合計により、換気回数の設定値が達成されるようにする。すなわち、制御手段である換気制御部３５は、前述した自然換気量算出手段の算出結果に応じて換気手段である換気装置本体１０の換気量を変更する。

次に、図５を参照しながら、以上のように構成された換気装置の効果について説明する。図５は、部屋１の総換気回数すなわち自然換気による換気回数と機械換気による換気回数との和の時間変化の一例を示すものである。ここでいう機械換気とは、換気装置本体１０による換気である。図５中に破線で示すのは比較例の総換気回数の時間変化の一例である。また、実線で示すのは、この実施の形態の換気装置における総換気回数の時間変化の一例である。

比較例では部屋１の自然換気について考慮されていない。換気回数の設定値を下回ることがないようにするためには、自然換気がないときでも機械換気だけで換気回数の設定値を賄うことができなければならない。すなわち、比較例では機械換気による換気回数は常に設定値と等しい一定値になる。このため、部屋１の自然換気量が変動すると同図中に網掛けで示す部分の換気量が、設定値に対する余剰となる。換気量が多くなると、例えば、部屋１内が空調されている場合には空調後の空気を部屋１の外部により多く廃棄することになり、エネルギーの無駄が生じる。

これに対し、この実施の形態の換気装置においては、換気制御部３５は、換気装置本体１０の換気量と、自然換気量算出部３４により算出された部屋１の自然換気量との合計により、換気回数の設定値が達成されるように換気装置本体１０の換気量を制御する。このため、同図に示すように、総換気回数が常に設定値と等しくなるようにすることができるため、換気量が過剰になることを抑制できる。したがって、エネルギーの無駄を抑えつつ最小限の換気量を確保することが可能である。

なお、（１）式によれば、部屋１内に人がいないとき、すなわち、Ｎ＝０のときには、部屋１内に二酸化炭素の発生源がなくなるため、部屋１の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値Ｐは０となる。この値を用いて自然換気量を算出しても近似的には問題ないが、部屋１内に二酸化炭素の発生源がない場合には、二酸化炭素濃度は換気量と部屋１の容積に合わせて減衰する。そこで、部屋１内に人がいないときには次の（２）式を用いて換気量を算出してもよい。

Ｑ＝－（Ｖ／ｔ）×ｌｎ（Ｃ／Ｃ０） ・・・ （２）

この（２）式において、Ｑは、部屋１の総換気量である。また、Ｖは、容積算出部３１により算出された部屋１の容積、すなわち、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積である。Ｃ０は、減衰開始時（ｔ＝０）に二酸化炭素センサ２０により検出された二酸化炭素濃度である。そして、Ｃは、減衰開始時よりｔ時間後に二酸化炭素センサ２０により検出された二酸化炭素濃度である。

（２）式により部屋１の総換気量Ｑが求まれば、自然換気量算出部３４は、総換気量Ｑから換気装置本体１０の換気量を差し引くことで部屋１の自然換気量を算出できる。すなわち、自然換気量算出部３４は、部屋１の内部にいる人の人数が０人の場合、容積算出部３１により算出された容積Ｖと二酸化炭素センサ２０の検出結果の時間変化（Ｃ／Ｃ０）とに基づいて、部屋１の自然換気量を算出する。このようにすることで、部屋１内に人がいないときの自然換気量の算出精度を向上できる。

なお、制御装置３０は、例えばインターネット等の外部通信ネットワークを介して情報を取得できるようにしてもよい。そして、外部から例えば屋外の気温、屋外空気の汚染量等に関する情報を取得して、換気装置本体１０の換気量制御に反映してもよい。

また、前述したように、換気装置本体１０の操作表示部は、各種情報を表示するためのディスプレイを備えている。この操作表示部にディスプレイにセンサユニット４０の各センサによる検出結果を表示してもよい。また、容積算出部３１、人数検出部３２、自然換気量算出部３４による算出結果、検出結果を操作表示部にディスプレイに表示してもよい。

さらに、センサユニット４０の各センサによる検出結果と容積算出部３１の算出結果とを総合し、部屋１の家具配置、間取り情報として操作表示部にディスプレイに表示してもよい。この際、使用者が操作表示部を操作して部屋１の家具配置、間取り情報を修正できるようにして、この修正を容積算出部３１の算出結果に反映させてもよい。この場合、センサユニット４０の各センサによる検出結果と修正後の容積算出部３１の算出結果とを比較して、以降においてセンサユニット４０の各センサによる検出結果を自動的に補正する学習機能を備えることも可能である。

また、使用者が操作表示部を操作して部屋１の家具配置、間取り情報を一から入力できるようにしてもよい。具体的に例えば、使用者が操作表示部を操作して、部屋１内のそれぞれの家具のサイズを入力可能としたり、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を直接的に数値入力できるようにしたりしてもよい。この場合には、操作表示部も前述の容積検出手段に含まれることになる。

次に、前述の容積検出手段による、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を検出する方法の別例について説明する。これまでに説明した検出方法では、前述の容積検出手段は、距離センサ４１、動体センサ４２及び赤外線センサ５０を備えたセンサユニット４０の検出結果を用いて、容積算出部３１が部屋１の実質的な容積を算出していた。これに対し、次に説明する別例は、距離センサ４１等ではなく二酸化炭素センサ２０の検出結果と機械換気量等とから、容積算出部３１が部屋１の実質的な容積を算出する方法である。

まず、換気量Ｑは、機械換気量Ｑｍと自然換気量Ｑｆとの和である。このため、前掲の（２）式は次の（３）式のように表せる。

Ｑｍ＋Ｑｆ＝－（Ｖ／ｔ）×ｌｎ（Ｃ／Ｃ０） ・・・ （３）

今、部屋１の実質的な容積Ｖを求めようとしているため、（３）式においてＶは未知である。また、自然換気量Ｑｆも未知である。一方、機械換気量Ｑｍは、例えばファン１５の風量等から推定可能であり、減衰開始時からの経過時間ｔも計測可能である。また、減衰開始時の二酸化炭素濃度Ｃ０及び減衰開始時よりｔ時間後の二酸化炭素濃度Ｃは、二酸化炭素センサ２０の検出結果から得ることができる。つまり、（３）式において、Ｖ及びＱｆの２つの変数が未知であり、残りの変数Ｑｍ、ｔ、Ｃ０及びＣは既知である。

（３）式において、機械換気量Ｑｍを２つの異なる値Ｑｍ１、Ｑｍ２とした場合、次の（４）式、（５）式のようになる。

Ｑｍ１＋Ｑｆ＝－（Ｖ／ｔ１）×ｌｎ（Ｃ１／Ｃ０１） ・・・ （４）
Ｑｍ２＋Ｑｆ＝－（Ｖ／ｔ２）×ｌｎ（Ｃ２／Ｃ０２） ・・・ （５）

前述したように、これらの式において未知の変数はＶ及びＱｆの２つである。そこで、これらの（４）式、（５）式を連立してＶについて解くことにより、次の（６）式を得る。

Ｖ＝｛ｔ１×ｔ２×（Ｑｍ１－Ｑｍ２）｝／｛ｔ１×ｌｎ（Ｃ２／Ｃ０２）－ｔ２×ｌｎ（Ｃ１／Ｃ０１）｝ ・・・ （６）

このようにして、この別例の方法では、機械換気量Ｑｍが異なる値Ｑｍ１、Ｑｍ２となるようにファン１５の電動機１６を動作させる。そして、その時の二酸化炭素センサ２０の検出結果から、（６）式を用いて、容積算出部３１は、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積Ｖを算出する。

なお、二酸化炭素センサ２０に代えて、調理煙に含まれる油分、呼気に含まれる水素等の濃度を検出するセンサを設け、部屋１の実質的な容積を算出することも可能である。この場合、検出対象の成分が新たに部屋１内に放出されなくなってからの成分濃度変化が必要である。このため、例えば人数検出部３２等により部屋１内に人がいないことが検出されてからの成分濃度の時間変化を検出するとよい。また、例えば、通常の生活環境では発生しないエチレン等のガスを発生させる発生部を備えたり、このようなガスを使用者が意図的に発生させたりしてもよい。

部屋１の内部の家具等の配置は頻繁に変わることはないと考えられる。このため、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積、すなわち、部屋１の実質的な容積は、頻繁に大きく変化することは少ないといえる。そこで、前述の容積検出手段は常に部屋１の実質的な容積を検出するのではなく、例えば、使用者等が容積検出を指示する特定の操作を操作表示部に対して行った時に、前述の容積検出手段による部屋１の実質的な容積の検出を行うようにしてもよい。

すなわち、前述の容積検出手段は、特定の操作が入力された時に、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を検出するようにしてもよい。例えば、使用者は、前述した容積検出用のガスを意図的に発生させた後に特定の操作を入力したり、部屋１の模様変えを行った後に特定の操作を入力したりすることで、必要時に前述の容積検出手段が、特定の操作が入力された時に、部屋１の内部にある物体が占める容積を除いた部屋１の内部の容積を検出することが可能である。

１ 部屋
２ 天井
３ 隅角部
４ 部屋検出対象面
１０ 換気装置本体
１１ ケーシング
１２ ダクト
１３ 吸込口
１４ 吹出口
１５ ファン
１６ 電動機
２０ 二酸化炭素センサ
３０ 制御装置
３１ 容積算出部
３２ 人数検出部
３３ 人体情報検出部
３４ 自然換気量算出部
３５ 換気制御部
４０ センサユニット
４１ 距離センサ
４２ 動体センサ
５０ 赤外線センサ
５１ 金属缶
５２ 配光視野角
６０ 家具
６１ 家具検出対象面

Claims (5)

1. 部屋の内部と前記部屋の外部との間で換気する換気手段と、
   前記部屋の内部にある物体が占める容積を除いた前記部屋の内部の容積を検出する容積検出手段と、
   前記換気手段の換気量を制御する制御手段と、を備え、
   前記制御手段は、前記容積検出手段の検出結果に応じて前記換気手段の換気量を変更する換気装置。
2. 前記部屋の内部の空気における二酸化炭素の濃度を検出する濃度検出手段と、
   前記部屋の内部にいる人の人数を検出する人数検出手段と、
   前記人数検出手段の検出結果に基づく前記部屋の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値と、前記濃度検出手段の検出結果の時間変化とから、前記部屋の自然換気量を算出する自然換気量算出手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記自然換気量算出手段の算出結果に応じて前記換気手段の換気量を変更する請求項１に記載の換気装置。
3. 前記自然換気量算出手段は、前記部屋の内部にいる人の人数が０人の場合、前記容積検出手段により検出された容積と前記濃度検出手段の検出結果の時間変化とに基づいて、前記部屋の自然換気量を算出する請求項２に記載の換気装置。
4. 前記部屋の内部にいる人の年齢層、性別、体表面積及び活動量のうちの１以上を検出する人体情報検出手段をさらに備え、
   前記自然換気量算出手段は、前記人数検出手段の検出結果と前記人体情報検出手段の検出結果とに基づいて、前記部屋の内部の空気における二酸化炭素の濃度の時間変化の推定値を算出する請求項２又は請求項３に記載の換気装置。
5. 前記容積検出手段は、容積検出を指示する特定の操作が入力された時に、前記部屋の内部にある物体が占める容積を除いた前記部屋の内部の容積を検出する請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の換気装置。

Images