JP7163546B2

JP7163546B2 - 空気質表示装置

Info

Publication number: JP7163546B2
Application number: JP2020196983A
Authority: JP
Inventors: 信一近藤; 俊光北村; 功次高橋; 晋也伊藤
Original assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Current assignee: Toshiba Information Systems Japan Corp
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2022-11-01
Anticipated expiration: 2040-11-27
Also published as: JP2022085353A

Description

この発明は、例えば室内の空気質（空気品質）を表示することが可能な空気質表示装置に関するものである。

空気質表示に関する技術を開示する非特許文献１には、ＣＯ₂センサと温湿度センサを用いてＣＯ₂濃度の監視を行い、基準値を超えたときにＬＥＤライトが点灯して警告が発せられ、警告に応じてＣＯ₂濃度が適正な値となるまで換気を行うようにすることができるシステムが開示されている。

また、非特許文献２には、二酸化炭素の他に９種類の空気質を検出するセンサを用い、検出結果をスマートフォンに送って数値を表示するシステムが開示されている。

また、特許文献１には、湿度検出手段、埃検出手段、二酸化炭素検出手段を備え、上記各手段により検出し、予め設定されている上記の各手段に対応する判定値を比較して、空気状態を検出し、表示器に段階表示などの表示を行うものが開示されている。

アステリア株式会社、"エッジコンピューティングによる３密回避ソリューション"[ｏｎｌｉｎｅ]、ニュース一覧２０２０年７月２日、[令和２年１１月１１日検索]、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｗｗｗ．ａｓｔｅｒｉａ．ｃｏｍ／ｊｐ／ｎｅｗｓ／ｐｒｅｓｓ／２０２０／０７／０２＿０１．ｐｈｐ＞ＳＨＯＰＦＯＣＡＬ、"あなたの1日の呼吸回数を知っていますか？"［ｏｎｌｉｎｅ］、２０２０年６月１６日、[令和２年１１月１１日検索] 、インターネット＜ＵＲＬ：ｈｔｔｐｓ：／／ｓｈｏｐ．ｆｏｃａｌ．ｃｏ．ｊｐ／ｕｈｏｏ／＞

特開２００９－１５０５８１号公報

上記のように空気質の検出と表示を行うものにおいては、多くのものが数字の表示や、警告の表示に留まり、色の変化により空気質の状態を報知するものは少ない。特許文献１のものにおいては、段階表示を行うものの、画面の前方に居る人にしか表示を見ることができず、不便なものであった。

本発明は上記のような従来の空気質表示装置の課題に鑑みてなされたもので、その目的は、空気質の良・不良状態を色の変化により表示して、表示装置の基本的にどの方向に居る人でも、見た人が感覚的に空気質状態を把握できるようにした空気質表示装置を提供することである。

本発明の実施形態に係る空気質表示装置は、エチルアルコールガスと水素ガスの濃度を検出するアルコール・水素ガスセンサである空気質センサと、空気質の良・不良状態を表す色相と強度の光を射出する光源部と、長手方向に２つの端部を有し、前記２つの端部が上下に位置し、内部に光を通過させる媒体を有する表示管体であって、前記光源部から射出された光を前記２つの端部の一端部から取り込み前記２つの端部の他端部側へ通過させると共に、前記２つの端部の間に位置する管体の側部から光を放射する表示管体と、前記アルコール・水素ガスセンサである前記空気質センサにより検出されたガス濃度に基づき、二酸化炭素ガス濃度を算出する二酸化炭素濃度算出手段と、
前記二酸化炭素濃度算出手段により算出された二酸化炭素ガス濃度を用いて、空気質の良・不良状態を表す色相と強度に対応させた色数値情報を算出する色数値情報算出手段と、前記色数値情報算出手段により算出された色数値情報に対応する色相と強度の光を前記光源部から射出されるように前記光源部を制御する光源制御手段とを具備することを特徴とする。

本発明の実施形態に係る空気質表示装置の機能ブロック図。本発明の実施形態に係る空気質表示装置の主要素をコンピュータにより構成した場合の機能ブロック図。本発明の実施形態に係る空気質表示装置の組み立て斜視図。本発明の実施形態に係る空気質表示装置の表示管体の他の例（一例目）を示す側面図。本発明の実施形態に係る空気質表示装置の表示管体の他の例（二例目）を示す側面図。本実施形態において用いる二酸化炭素ガスの濃度と、対応して表示する色相の出力強度の関係を示すテーブル。図６のテーブルから作成した色相「緑」と色相「赤」の光出力の強度のグラフ。二酸化炭素ガス濃度が２００ｐｐｍ程度で緑色の光による表示がなされた場合の表示例。二酸化炭素ガス濃度が２０００ｐｐｍ程度で赤色の光による表示がなされた場合の表示例。

以下添付図面を参照して、本発明に係る空気質表示装置の実施形態を説明する。各図において、同一の構成要素には同一の符号を付し重複する説明を省略する。図１は、空気質表示装置における実施形態の機能ブロック図である。この空気質表示装置は、コンピュータにより構成される演算部１００に、空気質センサ１０１、光源部１０２、通信部１０３、光量センサ１０４が接続されている。また、光源部１０２には、表示管体１０５が結合され、光源部１０２から射出される光が表示管体１０５内へ送られる。

上記空気質センサ１０１は、所定ガスの濃度を検出するもので、例えば二酸化炭素ガスや、エチルアルコール・水素ガスなどの濃度を検出するものである。本実施形態の空気質表示装置は、最終的に空気質の良・不良状態を、いずれかのガス等（対象ガスという）の濃度によって表示出力するものであり、空気質センサ１０１により検出するガスと、対象ガスとが同じガスでなくとも良い。本実施形態では、対象ガスは二酸化炭素ガスであり、空気質センサ１０１により検出するガスは、エチルアルコールガスと水素ガスである。他の実施形態では、対象ガスは二酸化炭素ガスであり、空気質センサ１０１により検出するガスも、二酸化炭素ガスとすることができる。

光源部１０２は、空気質の良・不良状態を表す色相と強度の光を射出するもので、全ての色相の光を射出可能である。通信部１０３は、外部の通信機器により送られる、光源部から射出させる光の色相情報を受信するための構成である。光量センサ１０４は、周辺の光量を検出するものである。

演算部１００には、色数値情報算出手段１１０、光源制御手段１２０、色相情報記憶手段１３０、記憶制御手段１４０、二酸化炭素濃度検出手段１５０が備えられている。色数値情報算出手段１１０は、空気質センサ１０１により検出された所定ガスの濃度に基づき空気質の良・不良状態を表す色相と強度に対応させた色数値情報を算出するものである。光源制御手段１２０は、上記色数値情報算出手段１１０により算出された色数値情報に対応する色相と強度の光を上記光源部１０２から射出されるように上記光源部１０２を制御するものである。色相情報記憶手段１３０は、光源部１０２から射出させる光の色相情報を記憶するためのものである。記憶制御手段１４０は、通信部１０３により上記光源部１０２から射出させる光の色相情報が到来すると、この色相情報を上記色相情報記憶手段１３０に記憶させるものである。通信部１０３は例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの近距離通信によりスマートフォンなどの携帯通信端末と通信を行うものであり、携帯通信端末に色相情報の設定機能を備えさせることにより、どのような色相により空気質表示を行うかの情報である色相情報を色相情報記憶手段１３０に記憶させることができ、変更などが容易である。

本実施形態の空気質センサ１０１は、エチルアルコールガスと水素ガスの濃度を検出するアルコール・水素ガスセンサであるため、二酸化炭素濃度検出手段１５０は例えば機械学習による予測モデルを有し、上記アルコール・水素ガスセンサにより検出されたガス濃度を説明変数とし、二酸化炭素ガス濃度を目的変数とする上記予測モデルにより二酸化炭素ガス濃度を算出するものである。また、光源制御手段１２０は、上記光量センサ１０４が検出した周辺の光量に基づき上記光源部１０２から射出する光の光量を制御する。この構成によって、周囲が暗くなるに従って上記光源部１０２から射出する光の光量を減少させることができ、空気質表示装置が眩しく感じられる不具合を防止することができる。

上記の空気質表示装置は、具体的には、図２に示されるコンピュータにより実現することができる。図２のコンピュータは、主メモリ１１内に備えられている色数値情報算出手段１１０、光源制御手段１２０、記憶制御手段１４０、二酸化炭素濃度検出手段１５０を実現するためのプログラムと、主メモリ１１の一部を色相情報記憶手段１３０として機能させ、この色相情報記憶手段１３０に記憶された色相情報を用いて表示管体１０５へ色相と強度の光を送出する構成を備えている。

ＣＰＵ１０からはバス１２が延びており、バス１２には、空気質センサインタフェース１３、ＬＥＤインタフェース１４、通信インタフェース１５、光量センサインタフェース１６が接続されている。空気質センサインタフェース１３には空気質センサ１０１が接続されており、ＬＥＤインタフェース１４には光源部１０２であるＬＥＤ１０２Ａが接続されており、通信インタフェース１５には通信部１０３が接続されており、光量センサインタフェース１６には光量センサ１０４が接続されている。

図３に、本実施形態に係る空気質表示装置の組み立て斜視図を示す。直方体形状の筐体部２００の上面２１０に穴２２０が形成されており、表示管体１０５が立設される。表示管体１０５は、長手方向に２つの端部１３１、１３２を有し、上記２つの端部１３１、１３２が上下に位置し、内部に光を通過させる媒体を有するもので、概ね半透明な管体である。この表示管体１０５は、光源部１０２から射出された光を表示管体１０５の２つの端部の一端部から取り込み、上記２つの端部の他端部側へ通過させると共に、上記２つの端部の間に位置する管体の側部から光を放射する程度の半透明であることを要する。また、表示管体１０５は、上記光源部１０２から射出された光を２つの端部１３１、１３２の一端部である下端部１３１から取り込み２つの端部の他端部１３２側へ通過させると共に、２つの端部１３１、１３２の間に位置する管体の側部１３３から光を放射するように構成され、全方位（３６０度の範囲）から目視することが可能に構成されている。表示管体１０５が筐体部２００の穴２２０にカシメにより或いはネジにより垂直に立設され、立設された状態の下端部１３１の下端面には、図３では表示されないが、ＬＥＤ１０２Ａが当接されて設けられる。

筐体部２００の正面に設けられている穴２３０の内側には空気質センサ１０１が近接して設けられており、また、穴２４０の内側には光量センサ１０４が近接されて設けられている。筐体部２００内には、図２に示した構成中の表示管体１０５を除く構成が設けられる。他の実施形態では、筐体部２００内には、上記空気質センサ１０１と、上記光源部１０２と、上記色数値情報算出手段１１０と、上記光源制御手段１２０とを少なくとも収容する。

表示管体１０５の形状は、ここでは、円柱状のものを示すが、円柱形状、円錐台形状、多角柱形状のいずれであっても良い。また、表示管１０５の形状は、底面積が同一または異なる複数の円柱形状を積層し、または、底面積が同一または異なる複数の円錐台形状を積層し、または、底面積が同一または異なる複数の多角柱形状を積層して形成したものであっても良い。図４には、４側面の角錐台を積層して形成した表示管体１０５Ａを示し、図５は、球形の上下に平面部を設けた立体を複数積層して形成した表示管体１０５Ｂを示す。

以上のように構成された空気質表示装置においては、色相情報記憶手段１３０に予め色相情報「緑」、「赤」が記憶されているものとする。本実施形態では、空気質の良・不良状態を、空気質センサ１０１によって求めたエチルアルコール・水素ガスの濃度に基づき得た対象ガスである二酸化炭素ガスの濃度によって表示出力するものであり、二酸化炭素ガスの濃度が２００ｐｐｍ（最小値）以下を色相「緑」によって表示し、二酸化炭素ガス濃度が２０００ｐｐｍ（最大値）以上を色相「赤」で表示する。二酸化炭素ガスの濃度が２００ｐｐｍ（最小値）より大きく２０００ｐｐｍより小さい値の場合を、ガス濃度に応じた強度の色相「緑」と色相「赤」の光で表示する。本実施形態では、自然界の二酸化炭素ガス濃度は４００ｐｐｍであるとされているため、最小値としてはこれよりも小さな２００ｐｐｍを用いたが、自然界の二酸化炭素ガス濃度（４００ｐｐｍ）を用いることができ、更には、これに近い値である４５０ｐｐｍや３００ｐｐｍなどを用いることができる。また、この値は本実施形態に係る空気質表示装置を設置する場所における対象ガス濃度を考慮して、上記最小値と最大値を決定することは勿論である。

即ち、色数値情報算出手段１１０は、所定ガスの濃度に基づき空気質の良・不良状態を最大値と最小値間で漸次連続変化する数値として求め、上記最大値と上記最小値を２つの色相に対応させ、漸次連続変化する数値のときに、この数値に対応する２つの色相の光強度である色数値情報を算出する。

図６は、本実施形態において用いる二酸化炭素ガス（図では、ＣＯ2）の濃度が２００ｐｐｍ（最小値）より大きく２０００ｐｐｍより小さい値の場合の色相「緑」と色相「赤」の光出力の強度を１００ｐｐｍ毎に求めたテーブルである。ｐｐｍによるガス濃度の値の右側の欄の値は、２００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍを０．０～１．０の割合で示したものである。例えば、３００ｐｐｍの場合には、０．５５５５６の割合に相当し、このときに、色相「赤」の出力強度を０．１７３１４１％とし、色相「緑」の出力強度を４．９８４５６８％とすることを示している。図７は、図６のテーブルから作成した色相「緑」と色相「赤」の光出力の強度のグラフである。二酸化炭素ガス濃度（図では、ＣＯ2）は１００ｐｐｍ毎の値で得られるわけではないので図６のグラフから得られる出力強度でＬＥＤ１０２Ａが駆動される。２００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍの範囲の連続する値について、色相「緑」と色相「赤」の光出力の強度が対応付けられたテーブルを備えていても良い。

次に、以上の構成の空気質表示装置の動作を説明する。空気質表示装置が部屋の中央などの所定位置に置かれ、図示しないスイッチがオンとされ、測定が開始される。空気質センサ１０１により所定ガスの濃度検出がなされ、エチルアルコールガスと水素ガスの濃度が検出される。このエチルアルコールガスと水素ガスの濃度に基づき、機械学習による予測モデルを用いて二酸化炭素ガス濃度を求める（二酸化炭素濃度検出手段１５０）。

上記二酸化炭素ガス濃度に基づき、２００ｐｐｍ～２０００ｐｐｍの範囲の連続する値について、色相「緑」と色相「赤」の光出力の強度の対応テーブルを用いるなどして、色相「緑」と色相「赤」の光出力を行う。この場合、光源制御手段１２０が、上記光量センサ１０４が検出した周辺の光量に基づき上記光源部１０２から射出する光の光量を制御する。

これによって、表示管体１０５の下端部１３１から光強度に応じた彩度と明るさ（明度）で光束が上方へ光強度に応じた長さで射出され、表示管体１０５内で二酸化炭素ガス濃度に応じた色相で表示がなされる。図８は、二酸化炭素ガス濃度が２００ｐｐｍ程度で緑色の光による表示がなされた場合を示し、図９は、二酸化炭素ガス濃度が２０００ｐｐｍ程度で赤色の光による表示がなされた場合を示す。

表示管体１０５による表示は、全方位（３６０度の範囲）から目視することが可能に構成されており、室内のどこからでも空気質の良・不良状態を把握し、必要な場合に換気などを行うことができる。この実施形態では、表示管体１０５が円柱形状であるから、上方へ向かって漸次に光が減衰する表示となるが、図４の４側面の角錐台を積層して形成した表示管体１０５Ａや図５の球形の上下に平面部を設けた立体を複数積層して形成した表示管体１０５Ｂでは、繋ぎ目などのような光路が角度をもって変更される部位が彩度や明度に変化を生じる表示がなされる。このため、高さ方向のどの位置まで光が到達しているかなどの表示を目視することにより、空気質の良・不良状態を把握することも可能となる。

上の実施形態においては、空気質の良・不良状態を最大値と最小値間で漸次連続変化する数値として求め、前記最大値と最小値を２つの色相に対応させる場合の２つの色相を「緑」と「赤」としたが、これに限定されるものではない。いずれの２色相を選択するかについては限定がないが、空気質の良・不良状態を表示するものであるから、例えば、良状態を黄色で表示し、不良状態を紫で表示したり、良状態を青色で表示し、不良状態を赤で表示したりするようにしても良い。ただし、通常はマンセルの色相環において隣接する２色相を選択すると、区別が付き難くなるので避けることが好ましい。また、本実施形態では、空気質センサとして、エチルアルコールガスと水素ガスの濃度を検出するアルコール・水素ガスセンサを採用し、このセンサにより検出したガス濃度を二酸化炭素ガス濃度に変換して空気質の良・不良状態としたが、空気質センサとしてはこれ以外のガスセンサを用いて二酸化炭素ガス濃度に変換して空気質の良・不良状態としても良く、更には、空気質センサとして二酸化炭素ガスを採用し、対象ガスである二酸化炭素ガスの濃度を直接検出しても良い。また、対象ガスを二酸化炭素ガス以外のガスとする場合には、対象ガスの濃度検出に好適な空気質ガスが用いられる。

１０ＣＰＵ１１主メモリ
１２バス１３空気質センサインタフェース
１４ＬＥＤインタフェース１５通信インタフェース
１６光量センサインタフェース１００演算部
１０１空気質センサ１０２光源部
１０３通信部１０４光量センサ
１０５、１０５Ａ、１０５Ｂ表示管体１１０色数値情報算出手段
１２０光源制御手段１３０色相情報記憶手段
１３１、１３２端部１３３側部
１４０記憶制御手段１５０二酸化炭素濃度検出手段
２００筐体部２１０上面
２２０、２３０、２４０穴

Claims

エチルアルコールガスと水素ガスの濃度を検出するアルコール・水素ガスセンサである空気質センサと、
空気質の良・不良状態を表す色相と強度の光を射出する光源部と、
長手方向に２つの端部を有し、前記２つの端部が上下に位置し、内部に光を通過させる媒体を有する表示管体であって、前記光源部から射出された光を前記２つの端部の一端部から取り込み前記２つの端部の他端部側へ通過させると共に、前記２つの端部の間に位置する管体の側部から光を放射する表示管体と、
前記アルコール・水素ガスセンサである前記空気質センサにより検出されたガス濃度に基づき、二酸化炭素ガス濃度を算出する二酸化炭素濃度算出手段と、
前記二酸化炭素濃度算出手段により算出された二酸化炭素ガス濃度を用いて、空気質の良・不良状態を表す色相と強度に対応させた色数値情報を算出する色数値情報算出手段と、
前記色数値情報算出手段により算出された色数値情報に対応する色相と強度の光を前記光源部から射出されるように前記光源部を制御する光源制御手段と
を具備することを特徴とする空気質表示装置。
前記表示管体は、円柱形状、円錐台形状、多角柱形状であることを特徴とする請求項１に記載の空気質表示装置。
前記表示管体は、底面積が同一または異なる複数の円柱形状を積層し、または、底面積が同一または異なる複数の円錐台形状を積層し、または、底面積が同一または異なる複数の多角柱形状を積層して形成したものであることを特徴とする請求項１または２に記載の空気質表示装置。
前記色数値情報算出手段は、前記所定ガスの濃度に基づき空気質の良・不良状態を最大値と最小値間で漸次連続変化する数値として求め、前記最大値と最小値を２つの色相に対応させ、漸次連続変化する数値のときにこの数値に対応する２つの色相と光強度である色数値情報を算出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の空気質表示装置。
前記光源部から射出させる光の色相情報を記憶するための色相情報記憶手段と、
通信部と、
前記通信部により前記光源部から射出させる光の色相情報が到来すると、この色相情報を前記色相情報記憶手段に記憶させる記憶制御手段と、
を具備し、
前記色数値情報算出手段は、前記色相情報記憶手段に記憶されている色相情報を用いて色数値情報を算出することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気質表示装置。
前記空気質センサと、前記光源部と、前記色数値情報算出手段と、前記光源制御手段とを少なくとも収容する筐体部を備え、
前記表示管体は、前記筐体部の上面から垂直に立設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の空気質表示装置。
周辺の光量を検出する光量センサを備え、
前記光源制御手段は、前記光量センサが検出した周辺の光量に基づき前記光源部から射出する光の光量を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の空気質表示装置。