JP7672360B2 - 自動制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、室内を換気する換気機械を制御する自動制御装置に関する。

室内の空気質を調整する機能を持つ換気装置の自動制御装置においては、室内の雑ガス濃度、または湿度等の状態量を状態量検知手段で検知し、状態量が目標値になるよう換気装置を制御している。例えば、煙草の煙等で室内の空気が目標値より汚濁すると、運転を開始し、室内の汚濁した空気を室外へ排気し、新鮮な外気を導入して、室内の空気が予め設定された清浄度になるまで換気を行う。しかしながら、状態量検知手段による状態量の検知出力は、状態量検知手段の検知能力、制御対象の状態量の調整能力、設置環境などによって変動するため、目標値に収束し難くなりがちで、制御対象を実状とは乖離して制御し続けてしまう場合がある。

例えば、空気の汚濁度を検知する雑ガスセンサは、空気中に含まれる多種多様なガス成分に反応するものであり、検知対象を例えば喫煙等に伴うにおい成分とした場合、実際には検知対象については目標値のレベルまで低減できていても、他の成分に反応して目標値まで低減できていない出力値を検知情報として長々と出力してしまう。すなわち、雑ガスセンサの出力が殆ど変化せず目標値に長時間の間収束しない飽和状態に陥る。飽和状態に陥ると、制御対象は制御され続け、利用者の期待する動作とは異なり、制御が長時間停止しない。

このような不具合を解決するために、特許文献１では、換気装置の強ノッチ運転を開始してから設定された時間が経過したときに、室内が汚濁しているかを判定し、室内が汚濁していると判定した場合、状態量検知手段の出力が飽和状態にあることを判定する飽和判定処理を行っている。飽和判定が成立すれば、強ノッチ運転を停止して弱ノッチ運転に移行し、飽和判定が成立しなければ、強ノッチ運転を続行する。

特開２００２－３１０４８０号公報

しかしながら、特許文献１では、状態量検知手段の出力が目標値より高いままであっても、飽和判定が成立すると、強ノッチ運転を停止するため、それ以降、状態量を調整することができないという課題がある。つまり、検知対象を例えば喫煙等に伴うにおい成分とした場合、においが強い雰囲気であっても、においの変化が無くなれば、においを低下させる機能を停止させてしまうので、においの強い雰囲気が維持されてしまうこととなる。

本開示は、上記に鑑みてなされたものであって、状態量を利用者が期待する量まで調整でき、利用者の快適性を向上させかつ省エネルギーの効果が得られる自動制御装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本開示の自動制御装置は、室内である第１空間を換気する換気機械を制御する。自動制御装置は、第１空間の気中物質の状態量を検知して出力する第１検知部と、第１検知部の出力が目標値より小さくなるように換気機械をフィードバック制御する第１運転を行う制御部と、を備える。制御部は、第１運転を開始後に第１時間が経過したときに、第１検知部の出力が目標値より大きい場合、第１検知部の出力が、第２時間以上第１範囲内に入っている飽和状態にあるか否かを判定する第１処理を行い、第１検知部の出力が飽和状態にあると判定した場合に、第１検知部の出力と第１基準値との差を求め、差が第１閾値より大きいときは、第１運転を継続し、差が第１閾値より小さいときは、第１運転を停止する第２処理を行う。

本開示の自動制御装置によれば、状態量を利用者が期待する量まで調整でき、利用者の快適性を向上させかつ省エネルギーの効果が得られるという効果を奏する。

実施の形態１に係る自動制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態１に係る自動制御装置の制御部の動作手順を示すフローチャート 実施の形態１に係る自動制御装置の制御動作を説明するためのタイムチャート 実施の形態２に係る自動制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態２に係る自動制御装置の制御部の動作手順を示すフローチャート 実施の形態３に係る自動制御装置の構成を示すブロック図 実施の形態３に係る自動制御装置の制御部の動作手順を示すフローチャート

以下に、実施の形態にかかる自動制御装置を図面に基づいて詳細に説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る自動制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態１の自動制御装置の制御対象は、第１空間である或る室内のガス濃度および湿度を含む状態量を調整できる換気機能を備えた換気装置である。換気装置は、換気機械である送風機５を備える。自動制御装置は、換気装置内に組込まれており、状態量を検知する第１検知部としての雑ガスセンサ１と、マイクロコンピュータを含む制御部２と、強ノッチ運転駆動回路３および弱ノッチ運転駆動回路４を含む駆動回路と、を備える。雑ガスセンサ１は、室内のガス濃度を含む状態量を検知し出力する。弱ノッチ運転駆動回路４は、弱ノッチ運転されるよう送風機５を駆動制御する。強ノッチ運転駆動回路３は、弱運転より強い風量の運転である強ノッチ運転されるよう送風機５を駆動制御する。強ノッチ運転駆動回路３による強ノッチ運転が、第１運転に対応する。制御部２は、雑ガスセンサ１の出力が予め設定された目標値より小さくなるように、駆動回路によって送風機５をフィードバック制御する。

図２は、実施の形態１に係る自動制御装置の制御部２の動作手順を示すフローチャートである。図３は、実施の形態１に係る自動制御装置の制御動作を説明するためのタイムチャートである。図３の上図の縦軸は、雑ガスセンサ１の出力であり、横軸は時間である。図３の下図の縦軸は、送風機５のファンスピードであり、横軸は時間である。図３では、強ノッチ運転を強運転と略記し、弱ノッチ運転を弱運転と略記している。

図２、図３を用いて、実施の形態１における自動制御装置の制御動作を説明する。自動制御装置は、自動運転を開始している（ステップＳ１００）。雑ガスセンサ１は、例えば、室内に喫煙によって煙が発生した場合、煙に反応し、図３に示すように、急峻な出力（電圧）の上昇を示す。制御部２は、雑ガスセンサ１の出力を取込んでいる。制御部２は、雑ガスセンサ１の出力が予め設定された目標値Ｃ１より大きくなると（時刻ｔ０、ステップＳ１１０：Ｙｅｓ）、強ノッチ運転駆動回路３を介して送風機５を強ノッチで運転させる（ステップＳ１２０）。制御部２は、雑ガスセンサ１の出力が目標値Ｃ１以下の場合は（ステップＳ１１０：Ｎｏ）、送風機５を停止させる（ステップＳ１１５）。

送風機５が強ノッチで運転されることによって、室内の空気は徐々に清浄化されていき、それに伴って雑ガスセンサ１の出力も下降していく（時刻ｔ０～ｔ１）。制御部２は、送風機５を強ノッチで運転を開始させた時からの経過時間をカウントする。制御部２は、経過時間が予め設定された第１時間Ｔ０を経過すると（ステップＳ１３０：Ｙｅｓ）、雑ガスセンサ１の出力が目標値Ｃ１より大きいか否かを判定する（ステップＳ１４０）。雑ガスセンサ１の出力が目標値Ｃ１より小さくなっている場合（ステップＳ１４０：Ｎｏ）、制御部２は、弱ノッチ運転駆動回路４を介して送風機５を弱ノッチで運転させ、その後、設定時間が経過すると、送風機５を停止させる（ステップＳ１５０）。この後、手順は、ステップＳ１１０に移行される。

雑ガスセンサ１の出力が目標値Ｃ１より大きい場合（ステップＳ１４０：Ｙｅｓ）、制御部２は、雑ガスセンサ１の出力が飽和しているか否かを判定する飽和判定を行う（ステップＳ１６０，Ｓ１７０）。飽和判定では、雑ガスセンサ１の出力が上限値と下限値との範囲である第１範囲内に、予め設定した第２時間Ｔ２の期間以上、入っているか否かを判定する。

例えば、雑ガスセンサ１の出力が予め設定された目標値Ｃ１を超えてから第１時間Ｔ０が経過した時刻ｔ１での雑ガスセンサ１の出力を値Ａとすると、Ａ＋α（Ｖ）を飽和判定領域の上限値Ａmaxとしてセットし、Ａ－α（Ｖ）を飽和判定領域の下限値Ａminとしてセットする。Ｖはボルトである。αは、予め設定された値であり、例えば０．１とする。そして、制御部２は、この後、第２時間Ｔ２（例えば３０分）を複数の期間に分割した一定時間Ｔ１（例えば１０分）毎の時刻である時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４での雑ガスセンサ１の出力を制御部２内の不図示のメモリに格納する。制御部２は、時刻ｔ１、時刻ｔ２、時刻ｔ３、時刻ｔ４を含む全ての時点での雑ガスセンサ１の出力が、上限値Ａmaxと下限値Ａminとの範囲内にあれば、雑ガスセンサ１が飽和していると判定する（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）。

雑ガスセンサ１が飽和していないと判定された場合（ステップＳ１７０：Ｎｏ）、制御部２は、手順をステップＳ１１０に移行させる。なお、２回目以降の飽和判定においては、飽和判定の上限値Ａmaxおよび下限値Ａminを設定し直して、飽和判定を実行する。ステップＳ１００からステップＳ１７０までの処理が第１処理に対応する。

制御部２は、雑ガスセンサ１が飽和していると判定した場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、雑ガスセンサ１の出力を判定基準値Ｋと比較する（ステップＳ１８０）。判定基準値Ｋが第１基準値に対応する。判定基準値Ｋは、室内の空気がまだ清浄化できる余地があるか否かを判定するための値である。制御部２は、判定基準値Ｋとして、雑ガスセンサ１の出力の過去（例えば２４時間以内）の最小の出力をメモリに格納している。判定基準値Ｋとしては、過去の最小の出力と、最小の出力に近い複数の出力とを選出し、選出された複数の出力の平均値を用いてもよい。

制御部２は、飽和判定が成立した場合、例えば、飽和判定期間における最後の時刻である時刻ｔ４における雑ガスセンサ１の出力を判定基準値Ｋと比較し、時刻ｔ４における雑ガスセンサ１の出力と判定基準値Ｋとの差が第１閾値である閾値Ｃ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ１９０）。そして、差が閾値Ｃ２以上であれば（ステップＳ１９０：Ｙｅｓ）、制御部２は、室内の空気はまだ清浄化できる余地があると判断し、強ノッチ運転駆動回路３を介して送風機５を強ノッチで運転させ、強ノッチ運転を継続させる（ステップＳ２００）。一方、差が閾値Ｃ２未満であれば（ステップＳ１９０：Ｎｏ）、制御部２は、室内の空気は清浄化できる余地はもうないと判断し、弱ノッチ運転駆動回路４を介して送風機５を弱ノッチ運転に切り替える（ステップＳ２１０）。ステップＳ２００の処理またはステップＳ２１０の処理が実行された後、手順はステップＳ１４０に移行される。このように、制御部２は、時刻ｔ４における雑ガスセンサ１の出力が、判定基準値Ｋよりも閾値Ｃ２以上大きな値である場合は、室内の空気はまだ清浄化できる余地があると判断し、強ノッチ運転をさらに継続させる。ステップＳ１７０からステップＳ２１０までの処理が第２処理に対応する。

図３の時刻ｔ４においては、雑ガスセンサ１の出力と判定基準値Ｋとの差が閾値Ｃ２以上となっているので、強ノッチ運転が継続されている。また、時刻ｔ５においては、雑ガスセンサ１の出力と判定基準値Ｋとの差が閾値Ｃ２より小さくなっているので、強ノッチ運転から弱ノッチ運転に切り替えられている。

特許文献１では、飽和判定が成立した場合は、必ず送風機５を弱ノッチ運転に切り替えていたので、図３の時刻ｔ４から時刻ｔ５までの期間における雑ガスセンサ出力およびファンスピードは、破線で示すようになっていた。これに対し、実施の形態１では、飽和判定が成立した場合に、室内の空気がまだ清浄化できる余地があれば、強ノッチ運転を継続し、清浄化できる余地がなければ、弱ノッチ運転に切り替えている。

このように実施の形態１では、ガス濃度の状態量を利用者が期待する量まで調整できるため、快適性が向上する。また、ガス濃度の状態量を利用者が期待する量まで調整できる余地がない場合は、運転ノッチを下げることで、省エネルギー効果を得ている。

なお、自動制御装置の設置環境、使用条件、季節、雑ガスセンサ１の特性などの影響によって、雑ガスセンサ１の出力が変動したり、収束し難くなる場合がある。これによって換気装置の送風機５は、利用者の期待する動作とは異なり、弱ノッチ運転に長時間の間切り替わらない場合があるが、実施の形態１では、飽和状態になっても、清浄化の余地がなければ、弱ノッチ運転に早期に切り替えられる。

また、検知対象を例えば喫煙等に伴うにおい成分とした場合、長時間在室している人はにおいの強い雰囲気に順応して不快に感じなくなることもあるが、においの弱い雰囲気からにおいの強い雰囲気に入ってきた人は、そのにおいに順応していないため、不快に感じることが多い。実施の形態１では、飽和状態になっても、清浄化の余地があれば清浄化運転を継続するので、このような場合にも有効である。

前述では、メモリに格納する雑ガスセンサ１の出力の過去の最小の出力は、２４時間以内のものとした。これにより、自動制御装置の設置環境、使用条件、季節などが、雑ガスセンサ１の出力に及ぼす影響を無くすことができるが、例えば、数時間単位で雑ガスセンサ１の出力を変動させる要因による影響を無くしたい場合は、メモリに格納する雑ガスセンサ１の過去の最小の出力を、例えば１時間以内のものに変更することで実現できる。

メモリに格納する雑ガスセンサ１の出力を、過去の何時間前に設定するかを変更する方法としては、例えば、制御部２内にボリューム抵抗等を設置しておき、利用者がボリューム抵抗を操作することで実現できる。このように、過去何時間前までの雑ガスセンサ１の出力をメモリに格納するかを使用者が変更できるようにしておくと、利用者の好みに応じた動作を実現することができる。

なお、前述では、制御部２は、飽和判定が成立したとき、室内の空気が清浄化できる余地がないと判断した場合は、換気装置の送風機５を強ノッチから弱ノッチで運転に切り替えるとしたが、送風機５を運転から停止に切り替えるとしても良い。

また、第１時間Ｔ０、第２時間Ｔ２、第３時間Ｔ３、目標値Ｃ１、閾値Ｃ２としては、換気装置の換気能力、換気装置の設置される室内の状況を考慮して適宜の値に設定すればよい。

さらに、前述では、換気装置を例に挙げて説明したが、室内の空気を循環して浄化する空気清浄についても、同様に制御することで、同様の効果が得られる。

実施の形態１の自動制御装置は、湿度、温度、埃、二酸化炭素といった状態量を調整する機能を持つ制御対象にも、状態量検知手段を湿度センサ、温度センサ、埃センサ、ＣＯ２センサに変えることによって対応することができる。また、数種の状態量検知手段を併設して切換手段により状態量検知の切換え、組合せを選択できるようにすることもできる。このような構成を採ることにより、利用者の好みに応じた動作を制御対象にさせることができる。

実施の形態２．
図４は、実施の形態２に係る自動制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態２では、第１空間である室内のガス濃度の状態量を検知し出力する雑ガスセンサ１に加え、第１空間とは異なる第２空間に設けられて、第２空間の気中物質の状態量を検知して出力する雑ガスセンサ６を有している。雑ガスセンサ６は、例えば、廊下、あるいは屋外のガス濃度を検知する。他の構成は、実施の形態１と同様であり、重複する説明は省略する。

図５は、実施の形態２に係る自動制御装置の制御部２の動作手順を示すフローチャートである。図５を用いて、実施の形態２における自動制御装置の制御動作を説明する。図５におけるステップＳ１００からステップＳ１７０までの手順は、図２のステップＳ１００からステップＳ１７０までの手順と同じであり、重複する説明は省略する。

制御部２は、雑ガスセンサ１の出力の飽和判定が成立した場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、現在の雑ガスセンサ１の出力と、現在の雑ガスセンサ６の出力とを比較し（ステップＳ３００）、出力の差が閾値Ｃ３以上であれば（ステップＳ３１０：Ｙｅｓ）、室内の空気はまだ清浄化できる余地があると判断し、強ノッチ運転駆動回路３を介して送風機５を強ノッチで運転させ、強ノッチ運転を継続させる（ステップＳ３２０）。一方、差が閾値Ｃ３未満であれば（ステップＳ３１０：Ｎｏ）、制御部２は、室内の空気は清浄化できる余地はもうないと判断し、弱ノッチ運転駆動回路４を介して送風機５を弱ノッチ運転に切り替える（ステップＳ３３０）。ステップＳ１７０からステップＳ３３０までの処理が第２処理に対応する。

ステップＳ３２０の処理またはステップＳ３３０の処理が実行された後、手順はステップＳ１４０に移行される。

実施の形態２によれば、第１空間とは異なる第２空間のガス濃度の状態量を基準にして、第１空間の空気はまだ清浄化できる余地があるか否かを判定するため、雑ガスセンサ１および雑ガスセンサ６の出力に影響を及ぼす要因の時間間隔に関わらず、ガス濃度の状態量を利用者が期待する量まで調整できるため、快適性が向上する。なお、第１空間と第２空間との環境の違いによって、雑ガスセンサ１と雑ガスセンサ６との出力に差が発生する場合があるが、閾値Ｃ３を調整することにより、第１空間と第２空間との環境の違いが問題とならないように調整可能である。

実施の形態３．
図６は、実施の形態３に係る自動制御装置の構成を示すブロック図である。実施の形態３では、雑ガスセンサ１によってガス濃度の状態量を検知している室内である第１空間への人の入室回数に応じて、実施の形態１のステップＳ１８０からステップＳ２１０の制御あるいは実施の形態２のステップＳ３００からステップＳ３３０の制御を行うか否かを決定する。他の構成は、実施の形態１、実施の形態２と同様であり、重複する説明は省略する。

図６に示すように、実施の形態３の自動制御装置では、入室検知部７が追加されている。入室検知部７は、雑ガスセンサ１によってガス濃度の状態量を検知している室内への人の入室回数を検出する。入室検知部７としては、例えば、人体が発する赤外線を検知する人感センサがあり、制御部２は、人感センサと有線または無線で接続して人感センサが出力する信号を入手する。その他の方法としては、ドア、鍵の開閉情報を入手する、監視カメラの情報を入手する、ＩｏＴ（Internet of Things）ネットワークと接続して照明またはエアコンの操作情報を入手する、などの方法がある。

図７は、実施の形態３に係る自動制御装置の制御部２の動作手順を示すフローチャートである。図７を用いて、実施の形態３における自動制御装置の制御動作を説明する。図７におけるステップＳ１００からステップＳ１７０までの手順およびステップＳ３００からステップＳ３３０までの手順は、図５のステップＳ１００からステップＳ１７０までの手順およびステップＳ３００からステップＳ３３０までの手順と同じであり、重複する説明は省略する。図７では、実施の形態２の制御方法を適用しているが、実施の形態１の制御方法を適用してもよい。

制御部２は、雑ガスセンサ１の出力の飽和判定が成立した場合（ステップＳ１７０：Ｙｅｓ）、入室検知部７によって検出した入室回数が閾値Ｃ４以上であるか否かを判定する（ステップＳ４００）。入室回数が閾値Ｃ４以上である場合（ステップＳ４００：Ｙｅｓ）、制御部２は、室内の空気は清浄化できる余地がなくなるまで浄化しておく必要があると判断し、前述したステップＳ３００からステップＳ３３０までの制御を実行する。

一方、入室回数が閾値Ｃ４未満であった場合は（ステップＳ４００：Ｎｏ）、制御部２は、室内の空気は清浄化できる余地があるか否かに関わらず、浄化しておく必要はないと判断し、弱ノッチ運転駆動回路４を介して送風機５を弱ノッチ運転に切り替える（ステップＳ３３０）。ステップＳ１７０、ステップＳ３００からステップＳ３３０までの処理が第２処理に対応する。

このように、実施の形態３によれば、室内の空気がまだ清浄化できる余地があったとしても、入室する人がいないもしくは極めて少ない場合は、においの弱い雰囲気にいた人がにおいの強い雰囲気に入ってきた場合に、そのにおいに順応していないため、不快に感じるという状況が、発生しないもしくは極めて頻度が低いため、強ノッチへの切り替えを行わず、省エネルギーを優先する。

なお、前述では、入室回数が閾値Ｃ４以上か否かによって、制御を行うか否かを決定していたが、単一時間当たりの入室回数である入室頻度を基に、制御対象の制御方法を決定してもよい。

以上の実施の形態に示した構成は、本開示の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本開示の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１，６ 雑ガスセンサ、２ 制御部、３ 強ノッチ運転駆動回路、４ 弱ノッチ運転駆動回路、５ 送風機、７ 入室検知部。

Claims (5)

1. 室内である第１空間を換気する換気機械を制御する自動制御装置であって、
   前記第１空間の気中物質の状態量を検知して出力する第１検知部と、
   前記第１検知部の出力が目標値より小さくなるように前記換気機械をフィードバック制御する第１運転を行う制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、
   前記第１運転を開始後に第１時間が経過したときに、前記第１検知部の出力が前記目標値より大きい場合、前記第１検知部の出力が、第２時間以上第１範囲内に入っている飽和状態にあるか否かを判定する第１処理を行い、
   前記第１検知部の出力が前記飽和状態にあると判定した場合に、前記第１検知部の出力と第１基準値との差を求め、前記差が第１閾値より大きいときは、前記第１運転を継続し、前記差が前記第１閾値より小さいときは、前記第１運転を停止する第２処理を行う
   ことを特徴とする自動制御装置。
2. 前記第１基準値は、記憶された過去の前記第１検知部の出力に基づく値である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動制御装置。
3. 前記第１基準値は、記憶された過去の前記第１検知部の出力のうちの最も小さな値である
   ことを特徴とする請求項２に記載の自動制御装置。
4. 前記第１基準値は、前記第１空間とは異なる第２空間に設けられて、前記第２空間の気中物質の状態量を検知して出力する第２検知部の出力である
   ことを特徴とする請求項１に記載の自動制御装置。
5. 前記第１空間への人の入室回数を検知して出力する第３検知部を備え、
   前記制御部は、前記第１検知部の出力が前記飽和状態にあると判定した場合に、前記第３検知部の出力が第２閾値より大きいか否かを判定し、前記第３検知部の出力が前記第２閾値より大きい場合に、前記第１検知部の出力と前記第１基準値との差を求め、
   前記第３検知部の出力が前記第２閾値より大きい場合であってかつ前記差が前記第１閾値より大きいときは、前記第１運転を継続し、
   前記第３検知部の出力が前記第２閾値より大きい場合であってかつ前記差が前記第１閾値より小さいときは、前記第１運転を停止する
   ことを特徴とする請求項１から４の何れか一つに記載の自動制御装置。

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