JP4830422B2

JP4830422B2 - 換気装置

Info

Publication number: JP4830422B2
Application number: JP2005277752A
Authority: JP
Inventors: 篤史森本
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-09-26
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2025-09-26
Also published as: JP2007085691A

Description

本発明は、人の活動量を検出する方法とその検出した人の活動量により基準換気量に加算制御する換気装置に関する。

近年、換気扇の制御において、燃焼機器により発生する水素、一酸化炭素や生ゴミ臭、調理臭、また特定場所に人が集中した際の人いきれなどを抑制、防止し、居住空間の快適性を確保することができる換気装置が求められている。また、建築基準法の改定に伴い、各室に換気装置の設置が義務付けられるなどの社会的背景もある。

従来、この種の空調装置に関しては、室内の居住者の有無及び人数を正確に認識すると同時にそれらの態様を判定し、その態様に対応して空調状態を制御すると同時に適切に換気するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その空調装置について図２３及び図２４を参照しながら説明する。

図２３、図２４に示すように、室内入口に人体の移動方向に沿って略直線上に複数個設けられた人体検知センサ１０１と、室内の炭酸ガスを感知する炭酸ガスセンサ１０２と、人体感知センサ１０１からの信号を受信して人体の入出を認識する第１の認識手段１０３と、炭酸ガスセンサ１０２が感知した炭酸ガス濃度から人体の存在を認識する第２の認識手段１０４と、第１の認識信号と第２の認識信号とを受信して人体の存在の有無を判定する判定手段１０５とを備え、判定手段１０５からの判定信号を受信して空調機器１０６を制御する制御手段１０７を設けており、空調制御するように構成されている。

また、換気装置の制御装置として、焦電形赤外線センサを用いて検出される人体の活動量に基づいて、最適に換気量制御を行い、室内を適正なレベルのガス濃度に維持することができ、快適性の向上を図るようにするものが知られている（例えば、特許文献２参照）。

以下、その換気装置の制御装置について、図２５を参照しながら説明する。

図２５に示すように、焦電形赤外線センサよりなり室内の人体の動きを検出して人体検出パルス信号を出力する人体検出手段１０８と、所定時間の計時を行なう第１のタイマー手段１０９と、人体検出パルス信号の数を第１のタイマー手段１０９により所定時間積算し、その積算パルス数に応じて人体の活動量を判定する活動量判定手段１１０と、活動量判定手段１１０より出力される活動量レベル信号に応じて換気量の制御を行なう第１の換気量制御手段１１１を備えている。

特開２０００−２３４７８２号公報特開平８−７５２０３号公報

このような従来の空調装置では、人体の存在、活動量を精度良く検出するために人体検知センサと炭酸ガスセンサを有しており、コストが高くなるという課題があり、さらに常時一定量の換気を行なうものではなく、換気量ゼロから換気能力最大までを制御するものであることから、常時換気設備と併用する必要があることから更なるコスト高が発生するという課題があり、より低コストで人体の存在、活動量を判定すると同時に換気量制御を行なうことが要求されている。

また、このような従来の換気装置の制御装置では、常時換気設備との併用が必要であることと、人体の活動量を所定時間内の検出パルス数のみで検出しており、移動した距離が正確に特定できず、実際の活動量に見合った換気量制御を行なうことができないという課題があり、より正確に人の移動を検出し、活動量を算出すると同時に基準換気量を満足し、かつ最適な換気量制御を行なうことが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、人体の活動量を低コストで、かつ正確に検出し、基準換気量に加算制御を行なうことができる換気装置を提供することを目的としている。

本発明の換気装置は、人の活動量を検知する活動量検知手段と、前記活動量検知手段により検知した人の活動量に応じて予め記憶した室容積に対応する基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段を備えた換気装置であって、前記活動量検知手段は、少なくとも２つ以上の互いに相異なる検知領域を有する赤外線センサと、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における変化量から活動量を判定する活動量判定手段を備え、前記人の活動量は、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における極小値の発生タイミングから判定する構成としたものである。

この手段により、赤外線センサの誘起電圧の変化量から直接活動量を判定するため、人の在不在情報に変換、あるいは移動した距離を演算することなく、簡易的な構成で活動量を検出でき、検出した活動量に応じた換気量を基準換気量に加算することにより、より安価でかつ快適性制御に優れた換気装置が得られる。

また、検知対象領域が広い場合であっても、各領域における赤外線センサの配置と誘起電圧の時間変化量から、赤外線センサの検知領域を跨ぐ動きがあった場合でも精度良く活動量を判定することができ、簡単な構成でかつ精度の高い換気量制御を行なうことができる換気装置が得られる。

さらに、検知対象領域が広い場合であっても、各領域における赤外線センサの活動量の検出において画像処理を必要とせず、簡易的な構成で活動量を検出することができ、さらに精度の高い換気量制御を行なうことができる換気装置が得られる。

本発明によれば、人の活動量を検知する活動量検知手段と、前記活動量検知手段により検知した人の活動量に応じて予め記憶した室容積に対応する基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段を備えた換気装置であって、前記活動量検知手段は、少なくとも２つ以上の互いに相異なる検知領域を有する赤外線センサと、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における変化量から活動量を判定する活動量判定手段を備え、前記人の活動量は、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における極小値の発生タイミングから判定する構成とすることで、赤外線センサの誘起電圧の変化量から直接活動量を判定するため、人の在不在情報に変換、あるいは移動した距離を演算することなく、簡易的な構成で活動量を検出でき、検出した活動量に応じた換気量を基準換気量に加算することにより、より安価でかつ快適性制御に優れた換気装置を提供できる。

さらに、検知対象領域が広い場合であっても、少なくとも２つ以上の互いに相異なる検知領域を有する赤外線センサの配置と各領域における誘起電圧の極小値の発生タイミングから、赤外線センサの検知領域を跨ぐ動きがあった場合でも精度良く活動量を判定することができ、画像処理を必要とせず、簡単な構成でかつ精度の高い換気量制御を行なうことができる換気装置を提供できる。

本発明の実施の形態１における換気装置の構成図同活動量判定手段２における活動量判定のフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図同換気量増減制御のフローチャート同換気量増減のためのテーブルデータを示す図本発明の実施の形態２における換気装置の構成図同活動量判定手段２Ｂのフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図本発明の実施の形態３における換気装置の構成図同活動量判定手段２Ｃのフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図本発明の実施の形態４における換気装置の構成図同第二活動量判定手段４のフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図本発明の実施の形態５における換気装置の構成図同第三活動量判定手段５のフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図本発明の実施の形態６における換気装置の構成図同第四活動量判定手段６のフローチャート同活動量判定のテーブルデータを示す図本発明の実施の形態７における換気装置の構成図同フレネルレンズ７の視野説明図従来の空調装置の構成図同人体感知センサの配置図従来の換気装置の制御装置に関する構成図

本発明の請求項１記載の発明は、人の活動量を検知する活動量検知手段と、前記活動量検知手段により検知した人の活動量に応じて予め記憶した室容積に対応する基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段を備えた換気装置であって、前記活動量検知手段は、少なくとも２つ以上の互いに相異なる検知領域を有する赤外線センサと、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における変化量から活動量を判定する活動量判定手段を備え、前記人の活動量は、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における極小値の発生タイミングから判定する構成としたものであり、赤外線センサの誘起電圧の変化量から直接活動量を判定するため、人の在不在情報に変換、あるいは移動した距離を演算することなく、簡易的な構成で活動量を検出でき、検出した活動量に応じた換気量を基準換気量に加算することにより、より安価でかつ快適性を向上させることができるという作用を有する。

さらに、検知対象領域が広い場合であっても、少なくとも２つ以上の互いの赤外線センサの配置と各領域における誘起電圧の極小値の発生タイミングから、赤外線センサの検知領域を跨ぐ動きがあった場合でも精度良く活動量を判定することができ、画像処理を必要とせず、簡単な構成でかつ精度の高い換気量制御を行なうことができるという作用を有する。

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。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における換気装置の構成図を示す。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する赤外線センサ１と、この赤外線センサ１の誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の時間変化量から活動量を判定する活動量判定手段２と、判定した活動量から基準換気量への加算量を演算、及び換気量を制御する換気量制御手段３を備えている。

次に活動量判定手段２における活動量判定のフローチャートを図２に示す。

図に示すように、活動量判定手段２には、赤外線センサ１により得られた誘起電圧を入力する。初回に入力した誘起電圧Ｖ１は、初期誘起電圧として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖ２は、初回に入力した誘起電圧Ｖ１と比較し、変化量が△Ｖを下回っていれば更新せずに初期誘起電圧はＶ１とする。その際に基準時間ｔ１経過したことを記憶する。３回目に入力した誘起電圧Ｖ３と初期誘起電圧Ｖ１との変化量が、△Ｖを上回っ
ていた場合を一例として以下説明する。誘起電圧Ｖ３と初期誘起電圧Ｖ１との偏差△Ｖｔを演算し、その時の初期誘起電圧を記憶してからの時間偏差△ｔと偏差△Ｖｔを、図３に示す記憶しておいたテーブルデータと参照して活動量を判定する。活動量の判定は、テーブルデータに示す通り、時間偏差△ｔと偏差すなわち誘起電圧変化量△Ｖｔから５段階で判定している。

次に換気量制御手段３における換気量計算についてのフローチャートを図４に示す。

図に示すように、換気量制御手段３は、活動量判定手段２により判定した活動量Ｋｔが、閾値ＫａからＫｄを上回っているか否か判定する。判定した結果を元に、各ＫａからＫｄを上回った場合に応じて、予め記憶しておいた図５に示すテーブルデータと参照して換気量の増加、あるいは減少分を判定する。換気量の増加量は、例えばＶａを１０ｍ３／ｈ加算、Ｖｂを１５ｍ３／ｈ、Ｖｃを２０ｍ３／ｈ、Ｖｄを２５ｍ３／ｈとする。判定した換気量の加算分を基準換気量に加算して最適な換気量を算出する。算出した換気量から換気装置のモータ回転数を制御し、目標とする風量に制御する。

以上のように、本実施の形態１によれば、赤外線センサ１の誘起電圧レベルと時間変化量から活動量を検出し、検出した活動量に応じて換気量を制御することができることとなる。

（実施の形態２）
図６は、本発明の実施の形態２における換気装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１と同一のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する赤外線センサ１と、この赤外線センサ１の誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の極大値の周期と極大値の変化量から活動量を判定する活動量判定手段２Ｂと、判定した活動量から基準換気量への加算分を演算、及び換気量を制御する換気量制御手段３を備えている。

次に活動量判定手段２Ｂにおける活動量判定のフローチャートを図７に示す。

図に示すように、活動量判定手段２Ｂには、赤外線センサ１により得られた誘起電圧を入力する。入力した誘起電圧Ｖ１は、初期誘起電圧として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖ２は、初回に入力した誘起電圧Ｖ１と比較し、変化量が△Ｖを下回っていれば更新せずに初期誘起電圧はＶ１とする。その際に基準時間ｔ１経過したことを記憶する。３回目に入力した誘起電圧Ｖ３と初期誘起電圧Ｖ１との変化量が、△Ｖを上回っていた場合を一例として以下説明する。変化量が△Ｖを上回った場合、極大値候補として判断し、極大値候補を記憶した後に処理を終了する。さらに４回目に入力した誘起電圧Ｖ４が極大値候補より小さい誘起電圧であった場合、誘起電圧Ｖ３は極大値Ｖｐ１とする。本判定を反復し、極大値Ｖｐ１、Ｖｐ２が検出された時に極大値Ｖｐ１と極大値Ｖｐ２の出現した時間間隔△ｔと極大値の変化量△Ｖｐを、図８に示すように記憶しておいたテーブルデータと参照して活動量を判定する。

以上のように、本実施の形態２によれば、赤外線センサ１の誘起電圧の極大値レベルと時間変化量から活動量を検出し、検出した活動量に応じて換気量を制御することができることとなる。

（実施の形態３）
図９は、本発明の実施の形態３における換気装置の構成図を示す。
なお、実施の形態１あるいは２と同一のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する赤外線センサ１と、この赤外線センサ１の誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の極小値の周期と極小値の変化量から活動量を判定する活動量判定手段２Ｃと、判定した活動量から基準換気量への加算分を演算、及び換気量を制御する換気量制御手段３を備えている。

次に活動量判定手段２Ｃにおける活動量判定のフローチャートを図１０に示す。

図に示すように、活動量判定手段２Ｃには、赤外線センサ１により得られた誘起電圧を入力する。入力した誘起電圧Ｖ１は、初期誘起電圧として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖ２は、初回に入力した誘起電圧Ｖ１と比較し、変化量が△Ｖを上回っていれば更新せずに初期誘起電圧はＶ１とする。その際に基準時間ｔ１経過したことを記憶する。３回目に入力した誘起電圧Ｖ３と初期誘起電圧Ｖ１との変化量が、△Ｖを下回っていた場合を一例として以下説明する。変化量が△Ｖを下回った場合、極小値候補として判断し、極小値候補を記憶した後に処理を終了する。さらに４回目に入力した誘起電圧Ｖ４が極小値候補より大きい誘起電圧であった場合、誘起電圧Ｖ３は極小値Ｖｍ１とする。本判定を反復し、極小値Ｖｍ１、Ｖｍ２が検出された時に極小値Ｖｍ１と極小値Ｖｍ２の出現した時間間隔△ｔと極小値の変化量△Ｖｍを、図１１に示すように記憶しておいたテーブルデータと参照して活動量を判定する。

以上のように、本実施の形態３によれば、赤外線センサ１の誘起電圧の極小値レベルと時間変化量から活動量を検出し、検出した活動量に応じて換気量を制御することができることとなる。

（実施の形態４）
図１２は、本発明の実施の形態４における換気装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１乃至３と同一部分は同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する２つの赤外線センサ１ａ、１ｂと、これらの赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の変化量から活動量を判定する第二活動量判定手段４と、判定した活動量から基準換気量に加算するように換気量を制御する換気量制御手段３を備えている。

次に第二活動量判定手段４における活動量判定のフローチャートを図１３に示す。

図に示すように、第二活動量判定手段４には、赤外線センサ１ａ、１ｂにより得られた誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１を入力する。入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１は、初期誘起電圧として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖａ２、Ｖｂ２を、初回に入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１と比較し、変化量が△Ｖを下回っていれば更新せずに初期誘起電圧はＶａ１、Ｖｂ１とする。その際に基準時間ｔ１経過したことを記憶する。３回目に入力した誘起電圧Ｖａ３、Ｖｂ３と初期誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１との変化量が、各△Ｖを上回っていた場合を一例として以下説明する。各変化量△Ｖａ、△Ｖｂが△Ｖを上回った場合、その初期誘起電圧を記憶してからの時間偏差△ｔａ、△ｔｂと誘起電圧変化量△Ｖａ、△Ｖｂを、図１４に示すように記憶しておいたテーブルデータと参照して活動量を判定する。
このとき、誘起電圧変化量△Ｖａが負、かつ誘起電圧変化量△Ｖｂが正、かつ時間偏差△ｔａが△ｔｂとほぼ等しい場合は、赤外線センサ１ａの検出領域から赤外線センサ１ｂの検出領域に移動したと判断し、予め記憶している互いの赤外線センサ１ａ、１ｂの検出領域から同じく図１４に示すテーブルデータを参照して活動量を判定する。

以上のように、本実施の形態４によれば、赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧の変化量から活動量を検出し、検出した活動量に応じて基準換気量に換気量を加算制御することができることとなる。

（実施の形態５）
図１５は、本発明の実施の形態５における換気装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１乃至４と同一のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する２つの赤外線センサ１ａ、１ｂと、これらの赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の極大値の発生タイミングから活動量を判定する第三活動量判定手段５と、判定した活動量から基準換気量に加算するように換気量を制御する換気量制御手段３を備えている。

次に第三活動量判定手段５における活動量判定のフローチャートを図１６に示す。

図に示すように、第三活動量判定手段５には、赤外線センサ１ａ、１ｂにより得られた誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１を入力する。入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１は、初期誘起電圧として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖａ２、Ｖｂ２を、初回に入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１と比較し、変化量が△Ｖを上回っていれば極大値候補Ｖｐａ１、Ｖｐｂ１として記憶し、下回っていれば極大値候補は更新せずに初期誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１とする。さらに、３回目に入力した誘起電圧Ｖａ３、Ｖｂ３が極大値候補より小さい誘起電圧であった場合、誘起電圧Ｖｐａ１、Ｖｐｂ１は極大値として判断する。本判定を反復し、極大値Ｖｐａ１、Ｖｐａ２、Ｖｐｂ１、Ｖｐｂ２の出現した各時間間隔△ｔｐａ、△ｔｐｂと極大値の変化量△Ｖｐａ、△Ｖｐｂを図１７に示すように記憶しておいたテーブルデータを参照して活動量を判定する。

以上のように、本実施の形態５によれば、赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧の各極大値と発生タイミングから活動量を検出し、検出した活動量に応じて基準換気量に換気量を加算制御することができることとなる。

（実施の形態６）
図１８は、本発明の実施の形態６における換気装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１乃至５と同一のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する２つの赤外線センサ１ａ、１ｂと、これらの赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の極大値の発生タイミングから活動量を判定する第四活動量判定手段６と、判定した活動量から基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段３を備えている。

次に第四活動量判定手段６における活動量判定のフローチャートを図１９に示す。

図に示すように、第四活動量判定手段６には、赤外線センサ１ａ、１ｂにより得られた誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１を入力する。入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１は、初期誘起電圧
として記憶する。更に、２回目に入力した誘起電圧Ｖａ２、Ｖｂ２を、初回に入力した誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１と比較し、変化量が△Ｖを下回っていれば極小値候補Ｖｍａ１、Ｖｍｂ１として記憶し、上回っていれば極小値候補は更新せずに初期誘起電圧Ｖａ１、Ｖｂ１とする。さらに、３回目に入力した誘起電圧Ｖａ３、Ｖｂ３が極小値候補より大きい誘起電圧であった場合、誘起電圧Ｖｍａ１、Ｖｍｂ１は極小値として判断する。本判定を反復し、極小値Ｖｍａ１、Ｖｍａ２、Ｖｍｂ１、Ｖｍｂ２の出現した各時間間隔△ｔｍａ、△ｔｍｂと極小値の変化量△Ｖｍａ、△Ｖｍｂを図２０に示すように記憶しておいたテーブルデータを参照して活動量を判定する。

以上のように、本実施の形態５によれば、赤外線センサ１ａ、１ｂの誘起電圧の各極小値と発生タイミングから活動量を検出し、検出した活動量に応じて基準換気量に換気量を加算制御することができることとなる。

（実施の形態７）
図２１は、本発明の実施の形態７における換気装置の構成図を示す。

なお、実施の形態１乃至６と同一のものは同一符号を付し、詳細な説明は省略する。

図に示すように、換気装置は、人から放出される赤外線を検知する赤外線センサ１と、この赤外線センサ１の誘起電圧を入力し、入力した誘起電圧の時間変化量から活動量を判定する活動量判定手段２と、判定した活動量から基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段３と人からの赤外光を選択的に透過及び集光させる赤外集光手段としてのフレネルレンズ７を備えている。

次にフレネルレンズ７の視野について、図２２を参照しながら説明する。

図中の（ａ）に示すように、フレネルレンズ７は、赤外光の中で人から放出されている１０ミクロン前後の波長域を選択的に透過し、かつ１２０度の広角な視野を得るために多面構造となっている。また、フレネルレンズ７の分割数は８分割となっており、一方位当たりの視野角は７度となっている。一方位当たりの視野は、階高を２５０ｃｍとすると、図中の（ｂ）のようになり、微小な人の動作にも反応するようになっている。

以上のように、本実施の形態７によれば、赤外集光手段としてのフレネルレンズ７を備えることで、視野角を広角にすることができ、かつ分割数を９分割、一方位当たりの視野角を７度とすることで微小な人の動作を検知することができることとなる。

人感センサを用いて、人体検出、活動量検出による各種空調機器の自動制御に関するものであり、空調機の自動発停や温度、風向、あるいは風量制御の用途にも適用できる。

１赤外線センサ
１ａ赤外線センサ
１ｂ赤外線センサ
２活動量判定手段
２Ｂ活動量判定手段
２Ｃ活動量判定手段
３換気量制御手段
４第二活動量判定手段
５第三活動量判定手段
６第四活動量判定手段
７フレネルレンズ

Claims

人の活動量を検知する活動量検知手段と、前記活動量検知手段により検知した人の活動量に応じて予め記憶した室容積に対応する基準換気量に加算するように制御する換気量制御手段を備えた換気装置であって、前記活動量検知手段は、少なくとも２つ以上の互いに相異なる検知領域を有する赤外線センサと、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における変化量から活動量を判定する活動量判定手段を備え、前記人の活動量は、前記赤外線センサの誘起電圧の各領域における極小値の発生タイミングから判定することを特徴とする換気装置。