(57)【要約】【課題】強制換気モード移行時における送風機の起動失敗を低減することのできる換気装置を提供することである。【解決手段】吸気開口部１２と排気開口部１３を設けることで内部に空気流路を有する換気枠体１１と、換気枠体１１内に設けられた送風機１９と、換気枠体１１内を流れる空気の流量を調整するダンパ装置１７と、換気枠体１１内を流れる空気の流量を検出する検出手段１８と、検出手段１８による検出結果を基にダンパ装置を制御する制御手段２０とを備え、制御手段２０は、ダンパ装置１７に対して送風機１９の起動時に換気枠体１１内の空気流路における空気の流量を低減する制御を行う。【選択図】図４
2009168252.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方に吸気開口を設け、他方に排気開口を設けることで内部に空気流路を有する換気枠体と、
前記換気枠体内に設けられた送風機と、
前記換気枠体内を流れる空気の流量を調整するダンパ装置と、
前記換気枠体内を流れる空気の流量を検出する検出手段と、
前記検出手段による検出結果を基に前記ダンパ装置を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記ダンパ装置に対して前記送風機の起動時に前記換気枠体内の空気流路における空気の流量を低減する制御を行うことを特徴とする換気装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記送風機の起動終了を前記送風機の回転数を検出することによって判断するとともに、前記送風機の起動終了を判断すると前記ダンパ装置に対して前記換気枠体内の空気流路における空気の流量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記送風機の起動終了を前記送風機の起動開始からの時間を検出することによって判断するとともに、前記送風機の起動終了を判断すると前記ダンパ装置に対して前記換気枠体内の空気流路における空気の流量を増加させる制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の換気装置。
【請求項４】
前記送風機は、ファン、ファンを駆動するＤＣブラシレスモータおよびこのＤＣブラシレスモータを駆動するインバータとからなることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の換気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、換気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、戸建住宅の換気システムとして、自然換気モードと強制換気モードの両モードを併用する換気装置がある。強制換気モードは、換気装置に設けられた送風機を回転させて吸気開口から強制的に空気を吸引し排気開口から排気することで換気を行うモードである。この強制換気モードに対して、家の上部に設けた換気装置の吸気開口から排気開口へと流れる温度の上がった空気の上昇を利用して換気を行う換気モードを自然換気モード呼ぶ。
【０００３】
これら自然換気モードと強制換気モードの両モードを併用する換気装置においては、通常は自然換気モードで換気を行い、自然換気量が不足した場合に強制換気モードを採用する（特許文献１参照）。このような２つのモードを使い分けることで効率よく換気を行うことができる。また、自然換気モードを基本とすることで徒らに送風機を回転させることもなくなり省エネルギーにも資する。従って、このような場合の換気装置の構造は空気の通り抜けが良くなるような自然換気を行うに適した構造となる。
【０００４】
一方で自然換気モードでは、十分な換気ができない、すなわち室内の空気では上昇気流が生じない時には、自然換気モードから強制換気モードへと移行する。この移行に当たって送風機の起動を行う場合に、換気装置内を通り抜ける空気（自然風）によって送風機（ファン）が回転していることがある。特に消費電力の少ない、例えば、ＤＣブラシレスモータを使用してファンを駆動している場合、モータを正常に回転させるためにはモータのロータの磁石位置とモータ巻線への通電タイミングを合わせる必要がある。起動前からファンが回転していると、起動時のロータの磁石位置とモータ巻線への通電タイミングを合わせるのが難しく、送風機の起動に失敗することもある。
【０００５】
そこで、ファンの回転状態を検出するためにホール素子を用いて永久磁石でなるロータの位置や回転数を検出しながらファンを停止させるような通電を行うことにより、ファンを一旦停止させた後、起動制御を実行するものも提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平１１−２９４８２６号公報
【特許文献２】特開２０００−１２５５８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、風が強くなって換気装置内を流れる空気の量が多くなったり速度が速くなったりすると、上述した特許文献２において開示されているように、送風機の起動をするためにファンを一旦停止させる通電パターンを採用しても、換気装置内を流れる空気の量がある程度大きい場合やファンが逆回転している場合には、ファンが確実に停止しない場合も生じる。また、このような状態で強制的に起動させるために送風機に対して通電しても、ファンモータが逆転したりして結局起動に失敗することもある。
【０００７】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、自然換気モードから強制換気モード移行時における送風機の起動失敗を低減することのできる換気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の実施の形態に係る特徴は、換気装置において、一方に吸気開口を設け、他方に排気開口を設けることで内部に空気流路を有する換気枠体と、換気枠体内に設けられた送風機と、換気枠体内を流れる空気の流量を調整するダンパ装置と、換気枠体内を流れる空気の流量を検出する検出手段と、検出手段による検出結果を基にダンパ装置を制御する制御手段とを備え、制御手段は、ダンパ装置に対して送風機の起動時に換気枠体内の空気流路における空気の流量を低減する制御を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、強制換気モード移行時における送風機の状態に拘わらず送風機の起動失敗を低減することのできる換気装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
図１に示すように、２階建ての一戸建て建物１の天井２の裏側に換気装置１０が配置されている。換気装置１０は、複数の部屋Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ等の空気を吸気して室外に排気することで建物１内の換気を行う（図１において空気の流れを示す矢印参照）。また、建物１には、各所の壁に外部（室外）から内部（室内）へと空気を吸気する吸気口１ａないし１ｄが設けられている。
【００１２】
換気装置１０は、図２にその断面図が示されている通り、断面が略矩形上の上下に延びる換気枠体１１を備えている。この換気枠体１１の下部（室内側）には吸気開口部１２ａが設けられ、換気枠体１１の上部には、吸気された空気が排気される排気開口部１３が設けられている。この換気枠体１１を上下に立てて取り付けることで下から上方向に流れる空気の抵抗を小さくすることで、屋内に生じた上昇気流を流れやすくしている。
【００１３】
換気枠体１１の下部側壁には、接続筒１４ａ，１４ｂが設けられており、吸気ダクト１５ａ，１５ｂの一端が接続されている。さらに、これら吸気ダクト１５ａ，１５ｂの他端には、吸気開口部１２ａとは別の室内に吸気のための開口を備える吸気開口部１２ｂ，１２ｃが設けられている（以下、適宜吸気開口部１２ａ，１２ｂ，１２ｃをまとめて「吸気開口部１２」と表わす）。
【００１４】
換気枠体１１内には、仕切板１６が取り付けられている。この仕切板１６は、吸気された空気が流れる流路となる開口部１６ａと、開口部１６ａのみを空気が流れるように開口部１６ａ以外の部分を閉塞する閉塞部１６ｂとから構成される。また、開口部１６ａは矩形状或いは円形状に形成されることによって空気の流路を狭め、換気する空気を高速で流すようにされている。
【００１５】
開口部１６ａの部分には、ダンパ装置１７が取り付けられており、その内部にはダンパ１７ａが設けられている。図２では図示しない小型の駆動装置（ダンパモータ）１７ｂがダンパ１７ａを回転させて空気の流路を絞ることによって、開口部１６ａから排気開口部１３に向けて流れる空気の流量が調節される。例えば、ダンパ１７ａが仕切板１６の閉塞部１６ｂと平行となる位置となるように回転すると、吸気開口部１２から換気装置１０内に吸気された空気は換気枠体１１内を抜けることはない（全閉状態）。一方、例えば、図２に示すように閉塞部１６ｂと直交する位置となるように回転すると吸気された空気が最も流れる状態となる（全開状態）。
【００１６】
ダンパ装置１７内にはダンパ１７ａの回転と干渉しない位置に開口部１６ａを通る空気の流量を検出する検出手段１８が設けられている。この検出手段１８としては、例えば、差圧センサ、或いは、風量センサ等、換気枠体１１内を流れる空気流量を正確に検出することができるのであればどのような検出手段であっても良い。また、本発明の実施の形態においてはダンパ装置１７内に設けられているが、どの位置に設けられていても良い。
【００１７】
開口部１６ａを通った空気は、送風機１９を通り抜けて排気開口部１３から建物１の屋根の頂上に設けられた排気口３０を通り、屋外へと排気される。排気口３０は、排気開口部１３の真上に設けられ、この部分においても下から上方向に流れる空気の抵抗を小さくすることで、屋内に生じた上昇気流を流れやすくしている。また、排気口３０には屋外の雨水が入り込まないように雨除けのカバーが設けられる。送風機１９は、ファン１９ａ、このファン１９ａを駆動するＤＣブラスレスモータからなるファンモータ１９ｂ、ＤＣブラシレスモータを駆動するインバータ１９ｃ及びファンの回転数を検出する回転数センサ１９ｄとから構成される。強制換気モードの場合には、ファンモータ１９ｂの駆動でファン１９ａが回転することによって吸気開口部１２から強制的に空気を吸引し、排気開口部１３から排気する。
【００１８】
ダンパ装置１７及び送風機１９は、制御手段２０によってその駆動が制御される。また、検出手段１８によって検出された換気枠体１１内を流れる空気の量を示す値は、制御手段２０に送られてダンパ装置１７、送風機１９の制御を行う際の判断に用いられる。
【００１９】
図３は、制御手段２０の内部構成を示すブロック図である。制御手段２０は、判断手段２０ａと、自然換気制御手段２０ｂと、強制換気制御手段２０ｃと、タイマ２０ｄとから構成される。
【００２０】
判断手段２０ａは、検出手段１８から送られてきたデータを基に自然換気モードを採用するか、或いは強制換気モードを採用するかを判別する。原則として省エネルギーとなる自然換気モードを採用するので、判断手段２０ａは強制換気モードへ移行するか否かを判断することになる。この判断手段２０ａの判断によって、自然換気モードが選択された（自然換気モードが維持された）場合には、空気を換気装置１０内に流入させるために自然換気制御手段２０ｂを介してダンパモータ１７ｂが制御されてダンパ１７ａが開かれる。一方、強制換気モードが選択された場合には、強制換気制御手段２０ｃがインバータ１９ｃを介してファンモータ１９ｂを駆動し、ファン１９ａを回転させる。なお、ファン１９ａが回転すると、その回転数が回転数センサ１９ｄによって検出され、強制換気制御手段２０ｃにフィードバックされる。
【００２１】
図４は、換気装置１０の制御の流れを示すフローチャートである。まず、換気装置１０は自然換気モードと強制換気モードの２種類の換気モードを備えている。これは、上述したように、通常は自然換気モードを選択して換気を行うことで送風機１９を駆動する必要がなくなるため、換気装置１０は、ダンパモータの駆動時に電力を消費するのみで、少ないエネルギーで運転することができる。しかしながら、屋内の上昇気流が弱く、自然風がほとんど生じない場合にも換気を行う必要があることから、その場合には強制換気モードを選択して、送風機１９を駆動することで建物１内の空気を強制的に吸気し、屋外に排気する。
【００２２】
判断手段２０ａが自然換気モードを選択するか、或いは、強制換気モードを選択するかの判断を行う（ＳＴ１）に際しては、検出手段１８が検出した換気枠体１１内の空気流量を参考にする。例えば、差圧センサを使用して換気枠体１１内における差圧が小さければ自然換気量不足と判定し、強制換気モードへ移行する。或いは、風量センサによって換気枠体１１内を流れる空気流量が少ないと判断した場合には、強制換気モードへ移行することも考えられる。さらには換気枠体１１内の空気が送風機１９を通るように構成し、回転数センサ１９ｄを使用して、ファン１９ａの正回転数が所定値よりも小さくなった場合には、自然換気量不足と判定し、強制換気モードへ移行することとしても良い。なお、強制換気モードへ移行するか否かを判断する基準値は、予め判断手段２０ａ内に記憶されている。
【００２３】
検出手段１８からのデータが換気枠体１１内を流れる空気の量が十分にあり、送風機１９を使用しなくても換気することができることを示している場合には、自然換気モードが採用される（ＳＴ１のＮｏ）。この場合には、自然換気制御手段２０ｂからダンパモータ１７ｂに対してダンパ１７ａを開くように指示が出される（ＳＴ２）。どのくらいダンパ１７ａを開くかは、検出手段１８が検出した空気流量に基づくが、例えば、空気流量が一定となるように逐次開度を変更する、或いは段階的にダンパ１７ａの開度を変更する等、換気装置１０が設置された建物１の状態によって任意に設定することが可能である。
【００２４】
判断手段２０ａが検出手段１８からのデータに基づいて強制換気モードへ移行すると判断した場合には（ＳＴ１のＹｅｓ）は、強制換気制御手段２０ｃを介してまずタイマ２０ｄを起動する（スタートする）（ＳＴ３）。強制換気モードが採用された場合には、その強制換気モードでの運転中は、ファンによって強制的に換気を行なうため、差圧センサや風量センサを用いて自然換気モードに移行するか否かの判断を行うことはできないため、判断手段２０ａは動作しない。そこで、このタイマ２０ｄが起動することで、予め定められた時間が経過した後に改めて判断手段２０ａが強制換気モードに移行するかを判断するきっかけを作出するためのものである。タイマ２０ｄで計測する時間は、一般的に３０分から１時間程度が用いられるが、換気装置１０が設置された建物１の状態によって任意に設定することが可能である。
【００２５】
なお、自然換気モードの場合は（ＳＴ１のＮｏ）、随時検出手段１８からのデータを判断手段２０ａが判別して強制換気モードへの移行を判断している。
【００２６】
タイマ２０ｄがスタートするとともに、強制換気制御手段２０ｃからダンパモータ１７ｂに対してダンパ１７ａの開度を低減するような指示が出される。本実施の態様においては、ダンパ１７ａを全閉する指示が出される（ＳＴ４）。これは、換気枠体１１内を流れる空気によって送風機１９のファン１９ａが回転することを防止するためである。上述したように、特に消費電力の少ない、例えば、ファンモータ１９ｂとしてＤＣブラシレスモータを使用してファン１９ａを駆動している場合、ファンモータ１９ｂのロータの磁石位置とモータ巻線への通電タイミングを合わせる必要があり、そのためにはファン１９ａが停止もしくは極低速で回転している状態にしなければならないからである。ダンパ１７ａを全閉とした場合、換気装置１０内を流れる空気は０となり、若干の時間をおくか、ファンモータ１９ｂを強制的に停止させる通電パターンをインバータ１９ｃから出力させればファン１９ａは極めて短時間で完全に停止状態となる。
【００２７】
このファン１９ａが停止したか否かは、回転数センサ１９ｄによって検出され、強制換気制御手段２０ｃにそのデータが送られる（ＳＴ５）。ファン１９ａが停止（極低速回転を含む）していない状態にあるときは（ＳＴ５のＮｏ）、停止するまで待つ。そして停止が確認されたら強制換気制御手段２０ｃからインバータ１９ｃを会してファンモータ１９ｂに起動の信号を送り、インバータ１９ｃが所定のＰＷＭ出力を行なうことでファンモータ１９ｂ（送風機１９）の起動が行われる（ＳＴ６）。
【００２８】
ファンモータ１９ｂの起動が完了したか否か（ＳＴ７）は、例えば、回転数センサ１９ｄからのデータによって予め定められた回転数を越えているか否かによって判断することができる。この判断は、強制換気制御手段２０ｃが行う。また、起動完了を判別する他の手段としては、ファンモータ１９ｂの起動を開始してからの時間をタイマ２０ｄで計測して、予め定められた時間が経過した後には起動が完了したと判断することもできる。
【００２９】
ファンモータ１９ｂの起動が完了した場合は（ＳＴ７のＹｅｓ）、強制換気制御手段２０ｃがダンパモータ１７ｂにダンパ１７ａを開くように指示を出す（ＳＴ８）。ダンパ１７ａを閉じていたのは、ファンモータ１９ｂの起動を妨害しないようにするためであり、一旦ファンモータ１９ｂが起動した後は、ダンパ１７ａを開いて実際の強制換気運転を開始する。すなわち、吸気開口部１２から吸込まれた屋内空気は、換気装置１０内の開口部１６ａ、開いているダンパ装置１７、送風機１９、排気開口部１３を通って建物１の屋根の頂上に設けられた排気口３０から建物１の外へと排気される。
【００３０】
ステップＳＴ３において強制換気に移行した直後にスタートしたタイマ２０ｄによる計時は、ここで予め定められた時間が経過したか否かが判断される（ＳＴ９）。これは、省エネルギーの観点からは送風機１９を駆動して換気を行うよりもできるだけ自然換気を行った方が良いからである。
【００３１】
所定時間が経過した場合は（ＳＴ９のＹｅｓ）、強制換気制御手段２０ｃからインバータ１９ｃを介してファンモータ１９ｂにファン１９ａの回転を止めるように指示が出される（ＳＴ１０）。ファン１９ａへの通電が停止され、自然換気の状態として改めて検出手段１８からのデータに基づき判断手段２０ａが自然換気モードでの運転を行うか、強制換気モードへ移行するかを判断する（ＳＴ１）。
【００３２】
このような運転制御を行うことによって、強制換気モード移行時における送風機の状態、すなわち、ファン１９ａが回転しているか否かに拘わらずダンパ１７ａを全閉にして送風機１９に流入する空気を遮断することでファン１９ａを停止もしくは極低速回転とした状態とした後に送風機を起動させることで、送風機を確実に起動させることのできる換気装置を提供することができる。
【００３３】
なお、ダンパを全閉にして換気装置内の空気の流れを完全になくした後にファンを起動することが望ましいが、少なくともダンパーの開度を減少させることでも、ファンに流れる空気が減少しファンの回転数が低減できるため、起動失敗の可能性を低減することができる。
【００３４】
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の実施の形態における換気装置を備えた建物の概要を示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態における換気装置の主要部を示す拡大断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における換気装置の制御手段の内部構成を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施の形態における換気装置の制御の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３６】
１…建物、２…天井、１０…換気装置、１１…換気枠体、１２…吸気開口部、１３…排気開口部、１４…接続筒、１５…吸気ダクト、１６…仕切板、１７…ダンパ装置１７ａ…ダンパ、１７ｂ…ダンパモータ、１８…検出手段、１９…送風機、１９ａ…ファン１９ａ…ファンモータ、１９ｃ…インバータ、１９ｄ…回転数センサ、２０…制御手段、２０ａ…判断手段、２０ｂ…自然換気制御手段、２０ｃ…強制換気制御手段、２０ｄ…タイマ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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