2023-147124 開口部装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023147124

(43)【公開日】2023-10-12

(54)【発明の名称】開口部装置

(51)【国際特許分類】

   E05F 15/71 20150101AFI20231004BHJP

   F24F 7/007 20060101ALI20231004BHJP

   F24F 11/64 20180101ALI20231004BHJP

   F24F 11/72 20180101ALI20231004BHJP

   E06B 7/06 20060101ALN20231004BHJP

   E05F 15/635 20150101ALN20231004BHJP

   E05F 15/73 20150101ALN20231004BHJP

   E05F 15/77 20150101ALN20231004BHJP

【ＦＩ】

E05F15/71

F24F7/007 B

F24F11/64

F24F11/72

E06B7/06

E05F15/635

E05F15/73

E05F15/77

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022054703

(22)【出願日】2022-03-29

(71)【出願人】

【識別番号】000175560

【氏名又は名称】三協立山株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】504180239

【氏名又は名称】国立大学法人信州大学

(74)【代理人】

【識別番号】100184066

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 恭

(72)【発明者】

【氏名】大浦 豊

(72)【発明者】

【氏名】朝岡 幸康

(72)【発明者】

【氏名】李 時桓

【テーマコード（参考）】

2E036

2E052

3L056

3L260

【Ｆターム（参考）】

2E036JA02

2E036JC02

2E036LA03

2E036LB05

2E036MA10

2E052AA01

2E052BA05

2E052CA06

2E052DA02

2E052DB02

2E052EA16

2E052EB02

2E052EC01

2E052GB02

2E052GB12

2E052GD03

2E052KA27

3L056BA04

3L056BB03

3L056BD02

3L056BD07

3L260AB15

3L260BA41

3L260CA03

3L260CA12

3L260CA19

3L260CA32

3L260EA07

3L260FC08

3L260HA01

(57)【要約】

【課題】建物の開口部に対して、換気の効率を向上させる
【解決手段】建物の開口部に配置される障子と、障子を開閉する自動開閉装置とを備え、自動開閉装置は、部屋の換気量を設定する設定手段を有し、部屋の換気量が設定された換気量となるように建物の内外温度差および在室人数に基づいて開口部の開口面積を制御する。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

建物の開口部に配置される障子と、障子を開閉する自動開閉装置とを備え、
自動開閉装置は、部屋の換気量が所定の換気量となるように建物の内外温度差および在室人数に基づいて開口部の開口面積を制御する
開口部装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、建物の開口部に配置される開口部装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、温度センサやガスセンサ等の検知結果に基づいて自動換気を行う建具が知られている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第６７５１４８４公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

建物の開口部に対して、効率的な換気を可能とすることが求められている。
本発明は、建物の開口部に対して、効率的な換気を可能とすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一実施形態の開口部装置は、建物の開口部に配置される障子と、障子を開閉する自動開閉装置とを備え、自動開閉装置は、部屋の換気量が所定の換気量となるように建物の内外温度差および在室人数に基づいて開口部の開口面積を決定する開口部装置である。

【発明の効果】

【0006】

本実施形態によれば、建物の開口部に対して、換気の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】一実施形態の開口部装置の全体構成図である。

【図2】（ａ）は、一実施形態の開口部装置の制御装置のブロック図であり、（ｂ）は、開口部装置の機能ブロック図である。

【図3】一実施形態の開口部装置の制御のフローチャートの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

一実施形態の開口部装置について、一室に形成された一つの開口部に配置される自動開閉窓の例を用いて、図面を参考に説明する。
本実施形態の自動開閉窓は、図１に示すように、建物の開口部に配置され開口部を開閉する窓と、窓の内障子２を開閉駆動する自動開閉装置５とを備えている。

【0009】

窓は、建物の開口部に配置された枠体１と、枠体１の内周に配置され摺動開閉可能な内、外障子２，３を有している。
なお、窓は、内、外障子２，３が引き違い開閉する引き違い窓であってもよいし、内障子２のみが摺動開閉する内動片引き窓であってもよい。

【0010】

本実施形態の自動開閉装置５は、自動開閉装置５全体を制御する制御装置５１と、内障子２を駆動するアクチュエータ５２と、内障子２の開閉幅を検知する測距センサ５３と、建物の室内の温度を検出する室内温度センサ５４と、建物の室外の温度を検出する室外温度センサ５５と、内障子２の可動範囲を制限する開閉リミッタ５６と、タッチパネル等を有する入出力装置（表示手段）５７等を有している。

【0011】

制御装置５１は、例えば図２（ａ）に示すように、ＣＰＵ５１１と、ＲＯＭ５１２と、ＲＡＭ５１３と、メモリ５１４と、ネットワークＩ／Ｆ５１５と、入力手段Ｉ／Ｆ５１６と、出力手段Ｉ／Ｆ５１７等を備えている。

【0012】

ＣＰＵ５１１は、自動開閉窓を制御するソフトウエアプログラムの命令を実行する。ＲＯＭ５１２は、ＣＰＵ上で動作するためのプログラム等を予め記憶している。ＲＡＭ５１３は、プログラムの記憶およびソフトウエアが動作するために必要なワーク記憶エリアとして使用される。メモリ５１４は、ハードディスク装置等から構成されており、各種情報を記憶している。

【0013】

ネットワークＩ／Ｆ５１５は、ネットワーク上に接続された手段とのデータのやり取りを行うための回路である。入力手段Ｉ／Ｆ５１６は、室内外の温度センサ５４，５５等の入力手段との入出力を行うための手段である。出力手段Ｉ／Ｆ５１７は、タッチパネル等の入出力手段（表示手段）５７との入出力を行うための手段である。

【0014】

制御装置５１は、測距センサ５３、室内温度センサ５４、室外温度センサ５５、開閉リミッタ５６および入出力手段５７から入力される情報に基づいてアクチュエータを駆動制御して開口部の開口面積を変更するとともに、入出力手段（表示手段）５７に情報を表示させる。

【0015】

アクチュエータ５２は、電動モータ等からなり、例えば上枠に取り付けられている。アクチュエータ５２は、制御装置５１から入力される駆動信号（開放信号もしくは閉鎖信号）に基づいて駆動し、内障子２を摺動させる。

【0016】

測距センサ５３は、例えば上枠に取り付けられており、内障子２の開口幅を検出して、検出値（開口幅ｗ）を制御装置５１に出力する。測距センサ５３は、内障子３の開口幅をアナログ的に検知するものあっても、例えば１ｃｍ等の所定幅ごとに検知するものであってもよい。

【0017】

室内温度センサ５４は、室内の温度を検出して、検出値（室内温度Ｔi）を制御装置５１に出力する。
室外温度センサ５５は、室外の温度を検出して、検出値（室外温度Ｔo）を制御装置５１に出力する。

【0018】

開閉リミッタ５６は、例えば上枠に取り付けられる枠側端子５６ａと、内障子２の上部に取り付けられる障子側端子５６ｂを有しており、内障子２の開放によって両端子が当接することで内障子２の開口幅が最大許容開口幅に達したことを検出する。
開閉リミッタ５６は、内障子２の開口幅が最大許容開口幅に達したことを検出すると、リミット信号を制御装置５１に出力する。

【0019】

入出力手段（表示手段）５７は、例えば室内の壁面等に設置され、制御装置５１から出力される情報に基づいて室内の温度等の各種情報を表示する。また、入出力手段（表示手段）５７は、ユーザーによって入力された情報を受け付けて、該情報を制御装置５１に出力する。なお、入出力手段（表示手段）５７は、無線によって制御装置５１と通信のできるリモコン等の装置であってもよい。

【0020】

図２（ｂ）に、本実施形態の自動開閉装置５の機能ブロック図の一例を示す。
自動開閉装置５は、開閉装置制御手段５１ａ、障子開閉手段５１ｂ、障子開閉幅検出手段５１ｃ、室内外温度差設定手段５１ｄ、在室人数設定手段５１ｅ、換気量設定手段５１ｆ、開口高さ設定手段５１ｇ、安全率設定手段５１ｈ等を有している。

【0021】

開閉装置制御手段５１ａは、自動開閉装置５全体を制御する。
例えば、開閉装置制御手段５１ａは、各設定手段もしくは検出手段によって設定もしくは検出された各種情報を取得したり、各種情報を入出力手段（表示手段）５７に表示したりする。

【0022】

また、開閉装置制御手段５１ａは、取得した部屋に存在する在室人数（Ｐ）および／または室内外温度差（ΔＴ）、内障子２の開口幅（ｗ）の情報等に基づいて、内障子２を開放もしくは閉鎖する開放信号もしくは閉鎖信号を出力する。
また、開閉装置制御手段５１ａは、開閉リミッタ５６が出力したリミット信号に基づいて、アクチュエータ５２の駆動を停止したりする。

【0023】

障子開閉手段５１ｂは、アクチュエータ５２に対して開放信号もしくは閉鎖信号を出力して、アクチュエータ５２を駆動して内障子２を開閉する。

【0024】

障子開閉幅検出手段５１ｃは、測距センサ５３が出力した情報を入力して、内障子２の開口幅（ｗ）を検出する。

【0025】

室内外温度差設定手段５１ｄは、室内温度センサ５４から入力される室内温度（Ｔｉ）および室外温度センサ５５から入力される室外温度（Ｔｏ）に基づいて、室内外温度差（ΔＴ）を算出する。
なお、室内外温度差設定手段５１ｄは、例えばインターネット上の気候データから建物付近の気温を室外温度（Ｔｏ）として取得して、該取得した室外温度（Ｔｏ）と室内温度（Ｔｉ）とによって室内外温度差（ΔＴ）を算出してもよい。

【0026】

在室人数設定手段５１ｅは、入出力手段５７等を介してユーザーによって設定された情報に基づいて在室人数（Ｐ）を設定する。
在室人数設定手段５１ｅは、宿泊施設等部屋の大きさ等に応じて予め想定されている人数（一人部屋、２人部屋等）を在室人数（Ｐ）として設定してもよい。

【0027】

なお、自動開閉装置５は、例えば図１に示すように、人感センサ等からなる在室人数検出センサ６１を備えていてもよく、在室人数設定手段５１ｅは、在室人数検出センサ６１が検出した人数を在室人数（Ｐ）として設定するようにしてもよい。

【0028】

換気量設定手段５１ｆは、入出力手段５７等を介してユーザーによって設定された情報に基づいて所定の換気量（Ｑ）を設定する。
なお、所定の換気量（Ｑ）は、一人当たり必要な換気量であって、例えば、室内炭酸ガス許容濃度０．１％になるように居室の必要換気量が算出された３０ｍ^３／ｈ・人（空調・衛生工学会規格ＨＡＳＳ１０２１９７２）以上に設定することが好ましい。

【0029】

開口高さ設定手段５１ｇは、入出力手段５７等を介してユーザーによって設定された情報に基づいて開口高さ（Ｈ）を設定する。
開口高さ設定手段５１ｇは、例えば１ｃｍ単位等の任意の数値で設定できるようにしてもよいし、窓の規格に合わせて用意されたいくつかの開口高さの中からユーザーが選択できるようにしてもよい。
なお、開口高さ設定手段５１ｇは、自動開閉装置５を設けた窓に応じて初期に設定した値を変更不可に保持していてもよい。

【0030】

安全率設定手段５１ｈは、入出力手段５７等を介してユーザーが設定した情報に基づいて安全率Ｓを設定する。
安全率Ｓは、例えば開口部装置における網戸の有無、外部風速など、開口部の流量に影響を与える要因の有無に基づいて設定される数値であり、特に流量に影響を与える特別な要因がなければ、安全率設定手段５１ｈは、安全率Ｓとして、「１」を設定する。

【0031】

安全率Ｓは、流量係数に影響のある種々の要因（例えば、網戸の有無、外部風速）について、予め実験値等を基にして算出し、開口部装置の状況に応じて適宜設定すればよい。

【0032】

一例としては、実験によって、網戸を付けた開口部における流量係数（流量）と網戸を付けていない開口部における流量係数（流量）を比較して、該両流量に基づいて網戸設置による安全率Ｓを求めることができる。
網戸を付けた開口部は、網戸を付けていない開口部に比較して流量係数が１０～２０％小さくなることが実験等によって分かっており、安全率設定手段５１ｈは、開口部装置に網戸がある場合には、安全率Ｓとして、１．１～１．２を設定すればよい。

【0033】

なお、外部風速等よる流量係数に対する影響は、内障子２の開口幅（ｗ）が小さい時には影響が小さいことから、安全率設定手段５１ｈは、外部風速等に基づく安全率（Ｓ）を、内障子２の開口幅（ｗ）が小さい範囲において自動的に「１」に設定してもよい。

【0034】

自動開閉装置５の開閉制御には、以下の制御式を用いた。
Ｗ（開口幅）＝２／３×Ｑ×Ｈ^-1.5×Ｐ×ΔＴ^-0.5×Ｓ・・・式１
Ｑ：所定換気量（一人当たりの換気量）
Ｈ：窓（開口部）の高さ
Ｐ：在室人数
ΔＴ：室内外温度差
Ｓ：網戸、風圧先導などによる換気量増減に対応する値（安全率）

【0035】

なお、上記制御式（式１）からもわかるように、自動開閉装置５は、在室人数（Ｐ）が多いほど目標開口幅（Ｗ）が大きくなるように、また、室内外温度差（ΔＴ）が大きいほど目標開口幅（Ｗ）が小さくなるように、障子の開閉を制御する。

【0036】

上記制御式（式１）は、以下に基づいて算出した。
単一開口部で発生する換気量（Ｑ０）は、以下の式２で求められる

【0037】

Ｑ０＝（Ｃｄ／３）・Ａ・（２・ΔＰ／ρ）^1/2・・・式２
（Ｂｒｏｗｎ ａｎｄ Ｓｏｌｖａｓｏｎ（１９６２））
Ｃｄ：流路係数［－］
Ａ ：開口面積［ｍ^２］
ΔＰ：圧力差［Ｐａ］
ρ ：空気密度［ｋｇ／ｍ^３］

【0038】

ここで、上記式２に、下記式３ないし式５を代入することで、結果的に、以下の式６に変換される。
ΔＰ＝（Δρ・ｇ・Ｈ）／２ （開口高さと圧力の関係より）・・・式３
Δρ：空気密度差［ｋｇ／ｍ^３］
ｇ ：重力加速度［ｍ^２／ｓ］
Ａ ＝Ｗ×Ｈ ・・・式４
Ｗ ：開口幅［ｍ］
Ｈ ：開口高さ［ｍ］
Δρ＝（ρ・ΔＴ）／Ｔ ・・・式５
Ｔ ：室温［Ｋ］

【0039】

Ｑ０＝（Ｃｄ／３）・Ｗ・Ｈ^１．５・ｇ^０．５・ΔＴ^０．５（１／Ｔ）^０．５・・・式６

【0040】

上記式６に対して、室温摂氏２０度の状態を想定して、Ｃｄ＝０．６８［－］，Ｔ＝２９３．１５［Ｋ］，ｇ＝９．８１［ｍ／ｓ^２］の定数を代入することで、以下の式７が導き出される。
Ｑ０＝０．０４１５×Ｗ×Ｈ^１．５×ΔＴ^０．５・・・式７
なお、流量係数Ｃｄ（＝０．６８）は、開口部（窓）の高さ２．０ｍ、開口幅０．１ｍ、室内外の温度差２０℃を算出条件として設定し、シミュレーション（ＣＦＤ解析）を実施することによって算出した。通常の窓の流量係数は、０．６～０．７が一般的である。

【0041】

上記式７を、Ｑ０の単位を［ｍ^３／ｓ］から［ｍ^３／ｈ］に、Ｗの単位を［ｍ］から［ｃｍ］に換算し、Ｗ（開口幅）の式に変換すると、以下の式８となる。
Ｗ＝０．６７×Ｑ０×Ｈ^-１．５×ΔＴ^-０．５・・・・式８

【0042】

求められる部屋の換気量（Ｑ０）は、一人当たり必要な換気量（Ｑ）および在室人数（Ｐ）の積によって決められること、および網戸等の影響（安全率Ｓ）を考慮することで、下記式１（制御式）が求められる。（なお、０．６７≒２／３）
Ｗ（開口幅）＝２／３×Ｑ×Ｈ^-1.5×Ｐ×ΔＴ^-0.5×Ｓ・・・・式１（制御式）

【0043】

（自動開閉装置の制御）
以下に、本実施形態の開口部装置における通常の窓自動開閉制御の一例について、図３に示すフローチャートを参考に説明する。
開口部装置は、電源がｏｎの状態において、適宜のタイミングで窓自動開閉制御（以下、「開閉制御」）をスタートする。

【0044】

開口部装置は、開閉制御がスタートすると、ユーザーによって設定された各設定値を取得して（ステップ１０１）、ステップ１０２に進む。
具体的には、開口部装置は、換気量設定手段５１ｆによって設定された所定換気量（Ｑ）、開口高さ設定手段５１ｇによって設定された開口高さ（Ｈ）、安全率設定手段５１ｈによって設定された安全率（Ｓ）等の情報を取得する。

【0045】

ステップ１０２において、開口部装置は、在室人数設定手段５１ｅによって設定された在室人数（Ｐ）を取得して、ステップ１０３に進む。

【0046】

ステップ１０３において、開口部装置は、室内温度センサ５４および室外温度センサ５５から室内温度（Ｔｉ）および室外温度（Ｔｏ）を取得するとともに、取得した室内温度（Ｔｉ）および室外温度（Ｔｏ）に基づいて、室内外温度差（ΔＴ）を算出して、ステップ１０４に進む。

【0047】

ステップ１０４において、開口部装置は、取得した所定換気量（Ｑ）、開口高さ（Ｈ）、安全率（Ｓ）および在室人数（Ｐ）、室内温度差（ΔＴ）を制御式に代入することで、内障子２の目標開口幅（Ｗ）を算出する。
目標開口幅（Ｗ）を算出した開口部装置は、ステップ１０５に進む。

【0048】

ステップ１０５において、開口部装置は、障子開閉幅検出手段５１ｃに検出された内障子２の開口幅（ｗ）の情報を取得して、ステップ１０６に進む。

【0049】

ステップ１０６において、開口部装置は、目標開口幅（Ｗ）と内障子２の開口幅（ｗ）を比較して、目標開口幅（Ｗ）が現在の内障子２の開口幅（ｗ）よりも大きい場合には、ステップ１０７に進み、目標開口幅（Ｗ）が現在の内障子２の開口幅（ｗ）よりも小さい場合には、ステップ１０８に進む。

【0050】

開口部装置は、ステップ１０７において、アクチュエータ５２に対して開放信号を送信して、アクチュエータ５２を駆動して内障子２を開方向に移動させて、ステップ１０８において、アクチュエータ５２に対して閉鎖信号を送信して、アクチュエータ５２を駆動して内障子２を閉方向に移動させて、いずれもステップ１０５に戻る。

【0051】

すなわち、開口部装置は、ステップ１０６において、目標開口幅（Ｗ）が現在の内障子２の開口幅（ｗ）と同じとなるまで、ステップ１０５ないしステップ１０８を繰り返す。

【0052】

一方、開口部装置は、ステップ１０６において、目標開口幅（Ｗ）が現在の内障子２の開口幅（ｗ）と同じ場合には、ステップ１０９に進む。
ステップ１０９において、開口部装置は、アクチュエータ５２に対する開放信号もしくは閉鎖信号の送信を停止して、内障子２の開閉動作を完了する。

【0053】

開口部装置は、以上のステップ１０１～ステップ１０９を、電源が切られるまで、例えば所定時間毎、および／または、在室人数（Ｐ）、室内温度差（ΔＴ）等の所定の設定値が変更される毎等の適宜のタイミングで実行し、内障子２の開口幅を制御する。
以上、開口部装置における窓自動開閉制御について説明した。

【0054】

（実施形態の自動開閉窓の効果）
以上のように、本実施形態の自動開閉窓は、建物の内外温度差および在室人数に基づいて所定の換気量が得られるように窓を開閉するので、換気量の不足を防ぎながら、過剰な換気による室内温熱環境を悪化させることを抑制することができる。
すなわち、室内温度の上昇もしくは下降を抑制して空調機器の使用を抑えることができ、消費電力等を抑えることができる。

【0055】

なお、自動開閉窓において、窓自動開閉制御が実行されるタイミングは、何ら限定されるものではなく、制御に矛盾が生じない範囲でいずれのタイミングで実行してもよい。

【0056】

なお、自動開閉窓によって開閉制御される窓種は、左右方向に摺動する障子を備える窓に限定されるものではなく、上下方向に摺動する障子を備える窓であってもよいし、開閉窓など、矛盾の生じない範囲でどのような窓であってもよい。

【0057】

以上の実施形態は，請求項に記載された発明を限定するものではなく，例示として取り扱われることはいうまでもない。

【符号の説明】

【0058】

２ ：内障子
５ ：自動開閉装置
５１ ：制御装置
５１ａ ：開閉装置制御手段
５１ｂ ：障子開閉手段
５１ｃ ：障子開閉幅検出手段
５１ｄ ：室内外温度差設定手段
５１ｅ ：在室人数設定手段
５１ｆ ：換気量設定手段
５１ｇ ：開口高さ設定手段
５１ｈ ：安全率設定手段
５２ ：アクチュエータ
５３ ：測距センサ
５４ ：室内温度センサ
５５ ：室外温度センサ

【図1】

【図2】

【図3】