(57)【要約】【課題】安価に運転できる屋内換気装置を提供する。【解決手段】直流電力で駆動される屋内換気装置と、蓄電装置と、外部の電力供給系統から交流電力を受け直流電力に変換して出力する交流／直流変換器と、前記交流／直流変換機の出力を屋内換気装置と蓄電装置に供給する第１運転モードと、蓄電装置の出力を屋内換気装置に供給する第２運転モードとに切り替え可能な切り替えスイッチを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流電力で駆動される屋内換気装置と、蓄電装置と、外部の電力供給系統から交流電力を受け直流電力に変換して出力する交流／直流変換器と、前記交流／直流変換機の出力を屋内換気装置と蓄電装置に供給する第１運転モードと、蓄電装置の出力を屋内換気装置に供給する第２運転モードとに切り替え可能な切り替えスイッチを備える屋内換気システム。
【請求項２】
各運転モードは１日の時間帯に応じて切り替えられ、第１運転モードが深夜電力料金が適用される深夜時間帯に、第２運転モードが深夜時間帯以外の時間帯に、それぞれ実行される請求項１記載の屋内換気システム。
【請求項３】
屋内換気装置は、屋内から吸気して屋外へ排気するための換気路および換気ファンを備え、蓄電装置が換気路に設置されてなる請求項１記載の屋内換気システム。
【請求項４】
太陽電池、および直流電力を交流電力に変換し家庭内負荷および外部電力供給系統へ出力する直流／交流変換器を備える太陽電池システムと、太陽電池のみの出力が前記直流／交流変圧器に供給される第３運転モードと、前記蓄電装置の出力および太陽電池の出力が前記直流／交流変換器に供給される第４運転モードとに切り替え可能な第２切り替えスイッチとをさらに備える請求項１記載の屋内換気システム。
【請求項５】
直流電力で駆動される屋内換気装置と、蓄電装置と、外部の電力供給系統から交流電力を受け直流電力に変換して出力する交流／直流変換器とを設け、前記交流／直流変換機の出力を屋内換気装置と蓄電装置に供給する第１運転モードと、蓄電装置の出力を屋内換気装置に供給する第２運転モードとを選択的に実行する工程を備える屋内換気方法。
【請求項６】
各運転モードは１日の時間帯に応じて切り替えられ、第１運動モードが深夜電力料金が適用される深夜時間帯に、第２運動モードが深夜時間帯以外の時間帯に、それぞれ実行される請求項５記載の屋内換気方法。
【請求項７】
屋内換気装置は、屋内から吸気して屋外へ排気するための換気路および換気ファンを備え、蓄電装置が換気路に設置されてなる請求項５記載の屋内換気方法。
【請求項８】
太陽電池、および直流電力を交流電力に変換し家庭内負荷および外部電力供給系統へ出力する直流／交流変換器を備える太陽電池システムをさらに設け、太陽電池のみの出力を前記直流／交流変圧器に供給する第３運転モードと、蓄電装置の出力を前記昇圧器を介して前記直流／交流変換器に供給する第４運転モードとを選択的に実行する工程をさらに備える請求項５記載の屋内換気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、屋内の換気システムと換気方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、問題視されているシックハウス対策として、2003年7月に建築基準法が改正され、合板など木質建材等に使用されるホルムアルデヒドについては使用を制限することとし、気密性の低い在来木造住宅を除き、換気設備の設置を義務化し、化学物質の室内濃度を許容値以下に抑制するものとされた。しかしながら、ホルムアルデヒドは使用の禁止ではなく、使用の制限に留まり、また、その他の化学物質については規制の対象から外れている。そして、これらの化学物質は家具等にも用いられていることを考慮すれば、２４時間換気を積極的に行う必要があるものの、それと同時に送風機等が消費する電力も問題となっている。それら換気扇の消費電力は比較的小さいものの、24時間、365日運転するため、省エネの観点や、ユーザーの経済的な観点から低消費電力化が進められている。
【０００３】
このような問題を解決すべく、建築物に発生する自然換気を最大限、有効に利用し、設定風量に不足する分だけを機械式換気により補う技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、複数の部屋に給気用換気装置を設けるとともに、排気用換気装置を住宅全体で少なくとも１つ以上設けることで住宅全体を換気する換気経路を構成し、前記換気装置に換気装置を制御する制御装置を設け、給気用換気装置が運転時には前記排気用換気装置の少なくとも１つ以上を運転させない制御構成とするものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１６９３６号公報
【特許文献２】特開２００５−６１７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の技術においては、機器の消費電力を抑えたり、機器を止めたりすることによって換気に必要な総電力量を減らすといった努力をなされているものの、電力の種類を選ぶという考え方はなかった。電力は通常火力発電、水力発電、原子力発電などの発電手段を用い、発電されるが、その発電電力の発電方法の構成比によって、環境に与える影響や、発電コストが異なる。また、近年普及しつつあるガス発電などは電力の消費がないために効率のわるい出力で運転する必要が生じる場合があり、電力を発電する時間と使用する時間をずらすことができれば、より効率的な電力の使用が可能になる。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、屋内換気扇がより環境にやさしい電力や経済的に安い電力を積極的に活用できる屋内換気システムとその方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明は、直流電力で駆動される屋内換気装置と、蓄電装置と、外部の電力供給系統から交流電力を受け直流電力に変換して出力する交流／直流変換器と、前記交流／直流変換機の出力を屋内換気装置と蓄電装置に供給する第１運転モードと、蓄電装置の出力を屋内換気装置に供給する第２運転モードとに切り替え可能な切り替えスイッチを備える屋内換気システムを提供する。つまり、この発明は、蓄電装置を有し、直流で駆動する屋内換気システムであって、外部給電系統からの電力によって換気装置が駆動されると同時に蓄電装置に蓄電される第１の運転モードと、蓄電装置に蓄電された電力によって屋内換気装置が駆動される第２の運転モードとを実行することを特徴とする屋内換気システムを提供するものである。
【０００７】
上記の構成により、電力の種類を選んで屋内換気システムを運転することが可能となる。ここで電力の種類とは、発電された電力の環境負荷の違い、発電コストの違い、発電された発電設備の違い、ユーザーが購入する電力単価の違いなどが挙げられる。
具体的には、昼の発電電力と深夜の電力のCO2排出量の違いや、深夜電力料金設定などによる電力購入価格の違いなどである。
【０００８】
環境負荷を抑えたい場合や環境負荷の小さな電力の供給時には、第１の運転モードモードで運転し、環境負荷の大きな電力の供給時には電力の供給をとめて、第２運転モードで充電された電力によって機器を運転すればよい。経済的なメリットを重視する場合は電力価格が安い時間帯は第１の運転モードにて運転し、電力価格が高い時間帯は第２の運転モードにて運転すればよい。
【０００９】
さらに本願発明では、屋内換気装置は、屋内から吸気して屋外へ排気するための換気路および換気ファンを備え、蓄電装置が換気路に設置されてもよい。さらには、換気路は吸気口と排気口を有し、排気口より吸気口が低い位置に配置されることが好ましい。
また、第２運転モードは、前記蓄電装置の放電深度0〜50%の範囲で運転されることが好ましい。
【００１０】
ここで、蓄電装置としては、鉛蓄電池、ニッケル水素電池などの２次電池や電気２重層キャパシタなどが挙げられる。
通常、蓄電装置の寿命は周囲温度の影響を受けるため、上記換気路内に設置することによって、蓄電装置の周囲温度を居住空間と同等の温度とすることが可能となり、周囲温度を制御するための新たな換気扇を設ける必要もなくなるため、より安価で安定した換気システムを提供することが可能となる。
【００１１】
特に、鉛蓄電池は満充電状態を維持していると、格子の腐食が起こり、集電能力の低下が生じる。リチウムイオン電池などは満充電状態での放置すると電解液との反応がおこり、電極上に絶縁物が形成されるなど電池の劣化を引き起こしやすい。これらは充電深度と周囲温度の両方にかなり依存するため、周囲温度を特定の範囲内に設定し、浅い深度にて充放電を繰り返すことによって、通常の満充電保存状態で放置している場合に比べ寿命を長くすることが可能となる。
【００１２】
また、換気路における吸気口が排気口よりも低い位置あると、暖かい空気は自然と上に上昇するため、そのような配置としたほうが、熱を逃がしやすい。
さらに蓄電装置の収納部の温度を安定させる工夫として、単に吸気口と排気口の位置を定めるだけでなく、風の誘導壁を取り付けたり、蓄電装置の配置によって換気流路を制御したりすることが考えられる。その場合は換気流路が蓄電装置の壁面を均一に流れるように工夫する必要がある。
【００１３】
この発明は、太陽電池、および直流電力を交流電力に変換し家庭内負荷および外部電力供給系統へ出力する直流／交流変換器を備える太陽電池システムと、太陽電池のみの出力が前記直流／交流変圧器に供給される第３運転モードと、前記蓄電装置の出力および太陽電池の出力が前記直流／交流変換器に供給される第４運転モードとに切り替え可能な第２切り替えスイッチとをさらに備えてもよい。
【００１４】
太陽電池システムの代わりに、他の発電設備、例えば、風力発電、燃料電池、ガスエンジンなどを用いることができる。出力が不安定である自然エネルギーによる発電設備の太陽光発電、風力発電の場合に、蓄電装置を接続することにより出力を安定化することが可能であり、有効である。
この発明のような構成を採用することによって、屋内換気システムの蓄電装置の長期サイクルを維持するために、浅い深度によって充放電が繰り返されている蓄電装置の未活用部分（たとえば放電深度30％で屋内換気システムを運転している場合、70％の容量が未使用）を有効に活用が可能となる。
【００１５】
また、この逆に、他の発電設備に設けられた非常用の蓄電装置を屋内換気システムの蓄電装置として併用することによって、上述したように蓄電池を満充電で放置することが避けられ、寿命を長くすることが可能である。
【００１６】
別の観点から、この発明は直流電力で駆動される屋内換気装置と、蓄電装置と、外部の電力供給系統から交流電力を受け直流電力に変換して出力する交流／直流変換器と、前記交流／直流変換機の出力を屋内換気装置と蓄電装置に供給する第１運転モードと、蓄電装置の出力を屋内換気装置に供給する第２運転モードとを選択的に実行する工程を備える屋内換気方法を提供するものである。
【発明の効果】
【００１７】
この発明によれば、電力料金の安い時間帯に第１運転モードを実行し、高い時間帯に第２運転モードを実行することにより、経済的な運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明の実施例1の屋内換気システムのブロック図である。
【図２】図１に記載のシステムのタイムチャートである。
【図３】この発明の実施例2の構成図である。
【図４】この発明の実施例3の屋内換気システムのブロック図である。
【図５】この発明の実施例4の屋内換気システムのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面に示す実施例に基づいて、この発明の実施形態を説明する。
（実施例１）
図1はこの発明の実施例１の屋内換気システムを示すブロック図である。同図に示すように、この屋内換気システムは、AC/DCコンバーター1、切替スイッチ2、蓄電システム（蓄電装置）3、換気システム（換気装置）4から構成される。各機器の概略仕様は下記のとおりである。
AC/DCコンバーター：AC100V入力、DC24V出力、出力容量500W
蓄電システム：鉛蓄電池、24V-80Ah
換気システム：DC24V入力  消費電力30W
【００２０】
図１に示す屋内換気システムが、タイマー（図示しない）によって第１運転モードと第２運転モードに切り替えられる。第１運転モードでは、切替スイッチ2がONされ、外部の電力供給系統からの交流電力がAC/DCコンバーター1によって直流電力に変換され、換気システム3に電力（約30W）が供給されると共に、蓄電システム3への充電（約470W）が行われる。第２運転モードでは切替スイッチ2がOFFされ、蓄電システム4から換気システム3に電力が供給される。その状態遷移図を示したものが図2である。
この屋内換気システムにおいて、深夜電力料金が適用される深夜電力時間帯（23時から翌朝7時まで）が第１運転モードとなり、その他の時間帯が第２運転モードとなるようにすれば、終日にわたって割安な深夜電力で24時間の運転が可能となり、電気代を安く抑えることができる。
【００２１】
（実施例２）
この実施例では各機器の構成、仕様は実施例１と同じであるが、図3に示すように換気システム3は、換気ファン3aと換気路3bとを備え、換気路3bに蓄電システム4が収納されている。
このような構成とすることにより、特に蓄電システム4の温度管理を行わなくても、その周囲温度を生活環境と同等の温度域に保つことが可能となる。
床下に設置した蓄電システム4を換気ファン3aの換気路3bに設置することによって、蓄電システム4の周囲温度が屋内温度（換気ファン3aの吸気口）の温度の±2℃の範囲内に収まることを確認した。
【００２２】
（実施例３）
この実施例は、図4に示すように実施例1のシステムに太陽光発電システム6を発電設備として追加したものである。このシステムはAC/DCコンバーター1、切替スイッチ2、第2切替スイッチ7、換気システム3、蓄電システム4a、昇圧回路10、太陽電池11、DC/ACインバーター12からなる。それぞれの概略仕様は下記の通りである。
AC/DCコンバーター：AC100V入力、DC24V出力、出力容量500W
蓄電システム：鉛蓄電池、24V-160Ah
換気システム：DC24V入力  消費電力30W
太陽電池：4.2ｋW
DC/ACインバーター：5kW
【００２３】
図4のシステムは、実施例1にて説明した第１運転モードおよび第２運転モードに加え、蓄電システム4aを昇圧回路10を介して、太陽電池11、DC/ACインバーター12からなる太陽光発電システム6に接続する運転モードを提供する。太陽光発電システム6は、太陽電池11の直流電力をインバーター12によって交流電力に変換して出力（AC出力）し、家庭内負荷及び外部電力供給系統へ供給するようになっている。
この実施例では通常時（AC/DCコンバーター1を介して外部の電力系統から電力を受給可能な場合）は第2切替スイッチ7を開にした状態で換気システム3と太陽光発電システム6とをそれぞれ独立して運転し、蓄電システム4aに蓄電された電力が屋内負荷や外部電力系統に供給されることはない。
通常時の、換気システム3への電力の供給は、深夜電力料金が適用される深夜電力時間帯（23時から翌朝7時まで）は第１運転モードとなり、その他の時間帯は第２運転モードとなるように設定する。そのような設定によって、終日にわたって割安な深夜電力で24時間の運転が可能となり、電気代を安く抑えることが可能となる。
【００２４】
一方、非常時（外部の電力供給系統に停電が起こった場合）には、第２切替スイッチ7をONにして太陽光発電と蓄電システム4aによる電力を利用して屋内負荷に電力を供給できるよう制御される。つまり、通常時は換気システム3のみに用いる蓄電システム4aを非常時に一時的に太陽光発電システム6の補助電源として活用することによって、太陽光発電システム6の出力を安定させることができる。
さらに、この実施例の構成では蓄電システム4aの初期容量が3.8kWhであり、深夜電力時間帯以外をバッテリーの電力で換気システム3を駆動するため、電池は放電深度は約12%で運転される。
【００２５】
この実施例の使用方法では、換気システム3用の蓄電システムと太陽光発電用の蓄電システムを別々に準備し、換気システム3用の蓄電システムを深い充放電深度で充放電し、太陽光発電用の蓄電システムを常に充電状態で設置している場合に比べ、電池の寿命を長くすることが可能となる。
これは、一定条件の浅い放電深度で常に使用することによって、蓄電池が深い放電深度で繰り返し使用した場合におこる活物質の脱落や、活物質の不活性化を防ぐと同時に、充電状態で保持した場合に起こる集電体格子が連続的に腐食される劣化を軽減することが可能になることを意味する。
【００２６】
（実施例４）
この実施例は、図5に示すように、蓄電システム4bとして、リチウムイオン電池（平均電圧44.4V/50.4V〜36V、84Ah/3.7kWh）を使用し、電圧監視装置18を付加し、換気システム3aを48V対応とした以外は実施例3と同様の構成を有する。システムとして実施例3と同様に動作する。この場合、蓄電システム4bの運転は放電深度が約13%で運転される。
【００２７】
また、リチウムイオン電池を用いた蓄電システム4bは別の検討から、蓄電容量が60%まで低下した際の13%放電時の電圧が45.5Vとなることが分かっており、電圧監視装置18は電流の方向と電池電圧を検出する機能を有しており、蓄電池電圧が放電によって45.5Vを通過した回数が連続5回になった場合に要点検のランプがつくように設定している。このように構成することによって、次の理由により、蓄電システムの容量劣化の監視が可能となる。
【００２８】
通常、電池は一定の条件（負荷）で放電すると、電圧は高いほうから徐々に低下する。電池の劣化がなければ、満充電から一定の電気量（一定の負荷×一定の時間）放電した場合、サイクルを繰り返しても、電池の放電が終了する電圧は一定となる。しかし実際には電池は徐々に劣化していくため、一定の電気量の放電をした場合でも、サイクルを繰り返していくと放電が終了する電圧は徐々に低くなっていく。従って、そこを監視しておけば電池の劣化が認識できるようになる。
【００２９】
この実施例で具体的に説明すると、電池が劣化していない状態であれば13%の放電を行った際には48V程度で放電が終了する。その電圧が電池の劣化とともに少しずつ下がっていき、容量が60％まで劣化した時点では、（電池の初期容量の）13%相当の電力量を放電すると、45.5Vまで下がるので、それ以上劣化が進むと、放電終了時の電圧は45.5V以下となる。その状態を放電によって45.5Vを通過したと表現している。さらに電池の劣化は戻ることはないので、その電池をもう一度満充電して、また（電池の初期容量の）13%相当の電力量を放電すると、再び45.5Vを（放電によって）通過して、45.5V以下の電圧で放電が終了することになる。そこで、この回数を数えて要点検の信号をだすようにしたものである。
【００３０】
一度通過しただけでも判定は可能であるが、電池が劣化していなくても突発的な負荷（たとえばファンが回転開始時の突入電流など）がかかると、一時的に電圧降下が起こることがある。その際に設定した電圧以下になってしまうと、単に電圧を監視しているだけでは、電池劣化していなくても要点検の信号を出してしまう（誤動作する）ことになるので、それを避けるために通常の繰り返し充放電のなかで連続して5回という設定にしている。回数を増やすほど、誤動作の確率が下がる。
【００３１】
さらに、蓄電システム4bに用いたリチウムイオン電池のサンプル3つを60℃の恒温漕にいれ、一つは満充電で放置し、一つは放電深度10%で充放電、さらにもう一つは100％で充放電を繰り返したところ、満充電で放置した電池、および100%で充放電を繰り返したサンプルは2週間で容量が50%まで劣化したが、放電深度10%（1回充放電/日）で充放電サイクルを繰り返したサンプルは50%で容量劣化が起こるのは1ヶ月後であった。
これらのことから、リチウムイオン電池は満充電での放置に比べ、比較的浅い充放電を繰り返した場合の方が、電池寿命が長くなることが分かる。
【００３２】
この発明によれば、24時間運転する屋内換気システムを電力価格の安い深夜電力のみで運転できるため、電気代を抑えることが可能となる。また、換気路に蓄電装置を設置すれば、特に温度制御をすることなく、蓄電装置の周囲温度環境が室温近傍に調整できるため、蓄電装置の寿命を長くすることが可能となる。
【００３３】
この屋内換気システムを太陽光発電などの発電システムと組み合わせ、かつ、蓄電装置の容量と換気装置が消費する電力容量を所定の容量に設定することによって、蓄電装置の寿命をさらに延ばすことが可能となり、また非常時には太陽光発電システムの出力を安定させることが可能となる。その際には、室内換気システムを一定負荷として毎日運転し、その運転状況によって蓄電システムの挙動を監視することが可能となるため、太陽光発電システム用に別に蓄電装置を準備する場合に比べ、蓄電装置の状態の把握が容易になり、最終的には定期点検などの作業を減らすことが可能となる。
【符号の説明】
【００３４】
１  ＡＣ／ＤＣコンバーター
２  切替スイッチ
３  換気システム
４  蓄電システム
【図１】
2011058799.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2011058799.tif 000006
【図５】
2011058799.tif 000007