JP2009264608A

JP2009264608A - 空気調和機

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Publication number: JP2009264608A
Application number: JP2008111570A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Uehara; 伸哲上原; Hiroaki Ishikawa; 博章石川; Toshiaki Yoshikawa; 利彰吉川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-04-22
Filing date: 2008-04-22
Publication date: 2009-11-12

Abstract

【課題】空調室内に在室している人間の人体特性を考慮された快適な空間をすばやく形成することができるとともに低コストの空気調和機を提供する
【解決手段】空気調和機は、室内機（２）から室内へ供給される気流の風温を制御する制御装置（８）と、上記制御装置に動作を指令するリモコン（１７、１８）と、を備えるとともに該室内を空調する空気調和機において、上記リモコンは、上記室内の在室者の人体特性を上記制御装置に入力する入力手段が設けられ、入力された上記人体特性の情報に基づいて上記制御装置により制御される。
【選択図】図１

Description

この発明は、人間が温熱快適感を得られる空間を作り出すための空気調和機に関するものである。

従来、空気調和機で人間が温熱快適感を得られる空間を作り出すために、人数検出手段、人***置検出手段、足元温度検出手段、床壁温度検出手段、吸込温度検出手段、外気温検出手段、湿度検出手段、活動量検出手段など、人間または室内環境の情報を得るための検出手段が空気調和機に設けられている。そして、これらの検出手段で得られた情報を用いて算出手段により人間の快適感指標を算出して、その快適感指標を元に人間にとって最適な気流温度、気流風向、気流風量を決定し気流を供給している（例えば、特許文献１参照）。

特開平６−２８８５９８号公報

一般に、人間の温熱快適感は、環境の気温、周囲壁体表面温度、湿度、風速、人間の着衣量、代謝量すなわち活動量の６要素により大きく左右される。特に、温熱快適感を左右する６要素のうち、代謝量は、人間の活動状態や、年齢、性別等により異なり、また、人間の温熱快適感に影響すると考えられる人体特性のうち代謝量以外にも例えば、暑がり、寒がり、やせ気味、太り気味などは個人毎に異なる。
そこで、空調された室内にいる人間の快適感を高めるためには、在室する人間の位置、人数、活動量などの人間に関する情報を用いて気流制御することが重要である。

しかし、特許文献１では、人間の温熱快適感に影響する人体特性、または人間の年齢、性別に起因する代謝量を検出する手段を設けておらず、在室している人間にとっての快適な空間が作り出せないという問題がある。
また、快適な空間が作り出せないために、在室している人間により空気調和機の気流の温度、風向等の設定変更を繰り返され、快適な空間が形成されるまでに時間がかかるという問題がある。
また、人体特性または代謝量を検出する手段を設けるとした場合、コストがかかりすぎるという問題がある。

この発明の目的は、空調室内に在室している人間の人体特性を考慮された快適な空間をすばやく形成することができるとともに低コストの空気調和機を提供することである。

この発明に係る空気調和機は、室内機から室内へ供給される気流の風温を制御する制御装置と、上記制御装置に動作を指令するリモコンと、を備えるとともに該室内を空調する空気調和機において、上記リモコンは、上記室内の在室者の人体特性を上記制御装置に入力する入力手段が設けられ、入力された上記人体特性の情報に基づいて上記制御装置により制御される。

この発明に係る空気調和機の効果は、制御装置では検出し難い人間の温熱快適感に影響する人体特性に関する情報を、在室者がリモコンで入力し制御装置へ送信することにより、制御装置が在室者個人にあわせた気流を供給することができ、在室者の温熱快適感を高めることができることである。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機の全体構成を示す構成図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る室内機およびリモコン送信器の外観図である。
空気調和機１は、主に室内機２および室外機３からなる。室外機３は、冷媒を循環させるための圧縮機４、冷暖房で冷媒流れ方向変えるための四方弁５、冷媒の循環流量を調整する絞り機構６、および、室外側の熱交換器７で構成されている。
一方、室内機２は、室内側の熱交換器１１、空気を室内へ送出する送風機１２、室内から空気を取り込む吸い込み口１３、空気が送出される吹き出し口１４、吹き出し口１４に設けられ室内への空気の送出方向を変える風向制御機構１５、室内温度を検出する温度センサ１６、および、使用者が自分の望む温度、冷暖房などの運転条件を入力するリモコン送信器１７およびリモコン受信器１８で、主に構成されている。
室内機２と室外機３とは、配管１９で接続されており、全体として冷凍サイクルを構成する。また、室内機２および室外機３は、温度センサ１６で検出された室内温度データおよびリモコン送信器１７で入力された運転条件データ等から空気調和機１の運転を制御する制御装置８と、電気的に接続されている。
制御装置８は、検出および入力された室内温度データおよび運転条件データをもとに、絞り機構６の開度、圧縮機４の回転数を変更し送出される空気の温度を調整することにより、使用者が望む室内環境になるように空調能力を制御する。

図３は、この発明の実施の形態１に係るリモコン送信器の外観図である。
リモコン送信器１７は、図３に示すように、運転入切、冷暖房、温度設定など空気調和機１の基本的な動作を入力するスイッチおよび人間の温熱快適感に影響する人体特性としての年齢を入力する入力手段としてのスイッチ２４ａ、性別を入力する入力手段としてのスイッチ２４ｂが設けられている。

図４は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機の基本的な動作を示すフローチャートである。
ステップＳ１０１で、在室している人間はリモコン送信器１７から、空気調和機１の運転方式（暖房、冷房または除湿など）、希望する設定温度Ｔ、自身の年齢Ａ、性別Ｓの情報を制御装置８に送信するので、制御装置８に運転方式、設定温度Ｔ、年齢Ａ、性別Ｓの情報が入力される。
ステップＳ１０２で、制御装置８は年齢Ａおよび性別Ｓの情報に基づいて設定温度Ｔを補正してステップＳ１０３に進む。補正された設定温度をＴ’で表現する。具体的には、基準とする年齢および性別（例えば、２０歳の男性）に対して、入力された年齢Ａおよび性別Ｓから在室している人間が代謝量の低い場合（例えば、女性または老人）であれば、設定温度Ｔより高い温度Ｔ’を暖房時の設定温度Ｔ’とする。
ステップＳ１０３で、室内温度Ｔａを検出してステップＳ１０４に進む。
ステップＳ１０４で、補正された設定温度Ｔ’と室内温度Ｔａの差がゼロであるか否かを判断し、差がゼロでないときにはステップＳ１０５に進み、差がゼロのときにはステップＳ１０３に戻る。
ステップＳ１０５で、制御装置８は、絞り機構６の開度、圧縮機４の回転数を変更し送出される空気の温度を調整することにより、使用者が望む室内環境になるように空調能力を制御してステップＳ１０３に戻る。
なお、この空気調和機１の動作は運転が中止されると終了する。

このように、年齢Ａおよび性別Ｓの情報を元に設定温度を補正することにより、在室している人間本人が意識しない代謝量の差に応じた室内環境を、空気調和機１が作り出すので、在室している人間はより高い快適感を得ることができる。

次に、ステップＳ１０２で行う年齢Ａおよび性別Ｓの情報を用いた設定温度Ｔの補正方法の詳細を説明する。
一般に人の体感温度は、環境の気温、周囲壁体表面温度（グローブ温度または平均輻射温度）、相対湿度、風速、着衣量、代謝量の６要素により決定される。代表的な温熱快適性指標の一つであるＳＥＴ^＊（標準新有効温度：ＳｔａｎｄａｒｄｎｅｗＥｆｆｅｃｔｉｖｅＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ）は、実在の環境での６要素を入力値として、温熱感覚および放熱量が実在の環境と同等になるような相対湿度５０％の標準環境における気温として定義される。すなわち、ＳＥＴ^＊は式（１）で表される６要素の関数である。但し、Ｔは環境の気温、Ｔｇはグローブ温度、Ｖは風速、ＲＨは相対湿度、Ｉｃｌは着衣量、Ｍは代謝量である。

ＳＥＴ^＊＝ｆ（Ｔ，Ｔｇ，Ｖ，ＲＨ，Ｉｃｌ，Ｍ）（１）

図５は、年齢、性別による基礎代謝量の違いを示したグラフである。
一般に、人間の代謝量Ｍは、図５に示すように、年齢、性別により異なるので、同じ温熱環境の室内に在室していても、年齢、性別の違いにより感じる温熱快適感は異なる。例えば、男性と女性とでは２．５℃程度の快適室温の差があることが分かる。そこで、この発明の実施の形態１に係る空気調和機１では、在室している人間の代謝量Ｍに応じて設定温度Ｔを補正するときには、式（２）で表される年齢Ａおよび性別Ｓの関数である代謝量Ｍを使用する。

Ｍ＝ｇ（Ｓ，Ａ）（２）

設定温度Ｔの補正は、まず、性別Ｓおよび年齢Ａの入力情報を用いて式（２）より代謝量Ｍを計算する。次に、式（３）の方程式を未知数Ｔ’に関して解くことにより補正された設定温度Ｔ’が求められる。なお、グローブ温度Ｔｇを設定温度Ｔとし、風速Ｖ、相対湿度ＲＨ、着衣量Ｉｃｌとしては冷暖房時における標準的な値を採用する。

ｆ（Ｔ’，Ｔｇ，Ｖ，ＲＨ，Ｉｃｌ，Ｍ）＝Ｔ（３）

図６は、暖房時における気温に対するＳＥＴ^＊の変化を、２つの代謝量Ｍをパラメータとして表したグラフである。
次に、冬場の暖房運転において設定温度Ｔを補正する具体例を説明する。なお、代謝量Ｍ＝１．０ｍｅｔが成人男性、代謝量Ｍ＝０．８ｍｅｔが成人女性または老人の代謝量に相当する。
また、代謝量Ｍおよび設定温度Ｔ以外の条件は、グローブ温度Ｔｇを設定温度Ｔとし、風速Ｖ、相対湿度ＲＨ、着衣量Ｉｃｌとしては暖房時における標準的な値とする。例えば、設定温度Ｔを２３℃とした場合、従来の空気調和機であれば、在室している人間の代謝量Ｍが入力されないので、代表的な代謝量（例えば、Ｍ＝１．０ｍｅｔ）を用いて設定温度Ｔを補正し、補正された設定温度Ｔ’が２１．２℃となる。しかし、在室している人間が成人女性または老人の場合、代謝量Ｍは０．８ｍｅｔとなり、設定温度２３℃に対するＳＥＴ^＊は２２．１℃となるので、差分（２２．１℃−２１．２℃＝０．９℃）だけ寒く感じることになる。
一方、この発明の実施の形態１に係る空気調和機１では、在室している人間が成人女性または老人の場合であれば、代謝量Ｍとして成人女性または老人の代謝量に相当する０．８ｍｅｔを用いて設定温度を補正するので、設定温度Ｔ’が快適と感じるＳＥＴ^＊となり、在室している人間はより高い快適感を得ることができる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和機１は、在室している人間の温熱快適感に影響する人体特性をリモコン送信器１７から入力することができ、入力された人体特性を用いて在室している人間が高い快適感を得る設定温度に補正でき、補正された設定温度に室内温度を制御できるので、在室している人間に快適な空間を提供できる。
また、リモコン送信器１７にスイッチ２４ａ、２４ｂを設けるだけですむので、低コストで実現することができる。

実施の形態２．
図７は、この発明の実施の形態２に係るリモコン送信器の外観図である。
この発明の実施の形態２に係る空気調和機は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機とリモコン送信器１７Ｂが異なるとともにリモコン送信器１７Ｂから入力される異なった人体特性に基づいて代謝量を求めることが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
リモコン送信器１７Ｂには、人間の温熱快適感に影響する人体特性としての暑がりを入力する入力手段としてのスイッチ２５ａおよび寒がりを入力する入力手段としてのスイッチ２５ｂが設けられている。
すなわち、定量的または具体的な人体特性ではない暑がり、寒がりというような定性的な人体特性を入力することができるので、年齢、性別のような定量的または具体的な人体特性では加味できない人体特性を体感温度算出の際に考慮することができる。

なお、室内温度、吹き出し温度に加えて、吹き出し気流角度、吹き出し風量、室内湿度、運転モードの検出部からの検出値または検出状態に基づいて体感温度を算出することが好ましく、体感温度算出の精度を向上することができる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係る空気調和機の室内機およびリモコン送信器の外観図である。
この発明の実施の形態３に係る空気調和機は、図８に示すように、この発明の実施の形態１に係る空気調和機１に赤外線センサ２６が追加されるとともに、赤外線センサ２６により検出された床または壁の温度を考慮して設定温度を補正することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。

赤外線センサ２６は、制御装置８に設けられるとともに室内の床または壁の温度を検出して制御装置８に送信する。
制御装置８は、設定温度Ｔを補正するために式（３）の方程式を解くとき、赤外線センサ２６により検出された温度をグローブ温度Ｔｇに用いる。このように実際に検出した床または壁の温度を用いてＳＥＴ^＊を算出し、補正された設定温度が在室している床または壁の温度を反映しているので、算出される体感温度の精度が向上し、在室している人間の快適感がより向上する。

なお、体感温度を算出する式（３）で設定温度を補正するときに、室内温度、吹き出し温度、吹き出し気流角度、吹き出し風量、室内湿度、運転モードに加えて、赤外線センサ２６で検出した実際の室内の床あるいは壁の温度にもとづいてＳＥＴ^＊を算出することにより、算出される体感温度の精度を向上し、在室している人間の快適感を向上することができる。
また、制御装置８に湿度センサを設けて実際の室内の湿度を検出し、検出した湿度を用いて式（３）の方程式を解くことにより、在室している人間の快適感がより向上することができる。

実施の形態４．
図９は、この発明の実施の形態４に係るリモコン送信器の外観図である。
この発明の実施の形態４に係る空気調和機は、この発明の実施の形態１に係る空気調和機１とリモコン送信器１７Ｃが異なるとともにリモコン送信器１７Ｃから人体特性である年齢および性別が入力される以外に人数を入力することが異なっており、それ以外は同様であるので、同様な部分に同じ符号を付記し説明は省略する。
リモコン送信器１７Ｃには、運転入切、冷暖房、温度設定などの空気調和機の基本的な動作を入力するスイッチの他に、リモコン送信器１７Ｃを扱う人間の年齢を入力するためのスイッチ２４ａ、リモコン送信器１７Ｃを扱う人間の性別を入力するためのスイッチ２４ｂ、および在室している人間の構成としての人数を入力するための入力手段としてのスイッチ２４ｃが設けられている。

図１０は、この発明の実施の形態４に係る空気調和機の基本的な動作を示すフローチャートである。
ステップＳ２０１で、在室しているＮ人のうちの１人はリモコン送信器１７Ｃから、空気調和機の運転方式（暖房、冷房または除湿など）、希望する設定温度Ｔ、自身の年齢Ａ_１、自身の性別Ｓ_１、在室している人数（Ｎ人）の情報を制御装置８に送信するとともに在室している残りの（Ｎ−１）人は各自でリモコン送信器１７Ｃから、自身の年齢Ａ_ｉ（ｉ＝２〜Ｎ）、自身の性別Ｓ_ｉ（ｉ＝２〜Ｎ）の情報を制御装置８に送信するので、制御装置８は運転方式、設定温度Ｔ、在室しているＮ人の年齢Ａ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、性別Ｓ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、人数（Ｎ人）の情報が入力される。
ステップＳ２０２で、制御装置８は在室している人間の年齢Ａ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）、性別Ｓ_ｉ（ｉ＝１〜Ｎ）および人数（Ｎ人）の情報に基づいて設定温度Ｔを補正してステップＳ２０３に進む。補正された設定温度をＴ’で表現する。具体的には、基準とする年齢および性別（例えば、２０歳の男性）に対して、入力された年齢Ａおよび性別Ｓから在室している人間が代謝量の低い場合（例えば、女性または老人）であれば、設定温度Ｔより高い温度Ｔ’を暖房時の設定温度とする。
ステップＳ２０３で、室内温度Ｔａを検出してステップＳ２０４に進む。
ステップＳ２０４で、補正された設定温度Ｔ’と室内温度Ｔａの差がゼロであるか否かを判断し、差がゼロでないときにはステップＳ２０５に進み、差がゼロのときにはステップＳ２０３に戻る。
ステップＳ２０５で、絞り機構６の開度、圧縮機４の回転数を変更し送出される空気の温度を調整することにより、使用者が望む室内環境になるように空調能力を制御して、ステップＳ２０３に戻る。
なお、この空気調和機の動作は運転が中止されると終了する。

以下に、上述の年齢、性別および人数の情報を用いた設定温度の補正方法の詳細を記す。
制御装置８は、在室している人数をＮ人とすると、Ｎ組の年齢Ａ_ｉおよび性別Ｓ_ｉの情報が入力されるので、１人毎に代謝量Ｍ_ｉ（ｉは在室している人間を区別するための添字であり、１〜Ｎの整数である。）を式（４）に従って求める。

Ｍ_ｉ＝ｇ（Ｓ_ｉ，Ａ_ｉ）（４）

次に、在室している人間毎に式（５）の方程式を未知数Ｔ’_ｉに関して解く。次に、式（５）の方程式から求められたＮ個の解Ｔ’_ｉから式（６）により平均値Ｔ’を求める。この求められた平均値Ｔ’を補正された設定温度Ｔ’とする。なお、グローブ温度Ｔｇを設定温度Ｔとし、風速Ｖ、相対湿度ＲＨ、着衣量Ｉｃｌ_ｉとしては冷暖房時における標準的な値を採用する。

ｆ（Ｔ’_ｉ，Ｔｇ，Ｖ，ＲＨ，Ｉｃｌ_ｉ，Ｍ_ｉ）＝Ｔ（５）
Ｔ’＝ΣＴ’_ｉ／Ｎ（６）

このように、複数の人間それぞれのＳＥＴ^＊ _ｉが設定温度Ｔに等しくなる気温Ｔ’の平均値に室内の気温を制御するので、在室者全体としての不快感を最小にすることができ、在室者全員にとって最適な室内環境を形成することが可能となる。

なお、室内温度、吹き出し温度に加えて、吹き出し気流角度、吹き出し風量、室内湿度、運転モードなどの検出値または検出状態にもとづいて体感温度を算出しても良い。
また、制御装置８に設けられ床または壁の温度を検出する赤外線センサにより検出された実際の室内の床または壁の温度を用いて体感温度を算出しても良い。
また、室内に配置され室内の湿度を検出する湿度センサにより検出された実際の室内の湿度を用いて体感温度を算出しても良い。

以上述べたように、人間の温熱快適感に影響する人体特性の異なる複数の人間が在室している場合に、リモコン送信器１７Ｃにより人体特性および在室者の人数構成を入力し、その情報を用いて空気調和機を制御することにより、在室している人間の不快感全体としては最小にすることができる。
また、リモコン送信器１７Ｃに人数構成を設定するスイッチ２４ｃを設けることにより、低コストで実現可能となる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和機の全体構成図である。この発明の実施の形態１に係る室内機およびリモコン送信器の外観図である。この発明の実施の形態１に係るリモコン送信器の外観図である。この発明の実施の形態１に係る空気調和機の動作を示すフローチャートである。年齢、性別による基礎代謝量の違いを示したグラフである。暖房時における気温に対するＳＥＴ^＊の変化を２つの代謝量をパラメータとして表したグラフである。この発明の実施の形態２に係るリモコン送信器の外観図である。この発明の実施の形態３に係る空気調和機の室内機およびリモコン送信器の外観図である。この発明の実施の形態４に係るリモコン送信器の外観図である。この発明の実施の形態４に係る空気調和機の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

１空気調和機、２室内機、３室外機、４圧縮機、５四方弁、６絞り機構、７熱交換器、８制御装置、１１熱交換器、１２送風機、１３吸い込み口、１４吹き出し口、１５風向制御機構、１６温度センサ、１７、１７Ｂ、１７Ｃリモコン送信器、１８リモコン受信器、１９配管、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２５ａ、２５ｂスイッチ、２６赤外線センサ。

Claims

室内機から室内へ供給される気流の風温を制御する制御装置と、上記制御装置に動作を指令するリモコンと、を備えるとともに該室内を空調する空気調和機において、
上記リモコンは、上記室内の在室者の人体特性を上記制御装置に入力する入力手段が設けられ、
入力された上記人体特性の情報に基づいて上記制御装置により制御されることを特徴とする空気調和機。
上記入力手段は、上記人体特性としての在室者の年齢、性別、人数および体感傾向の少なくとも１つを入力するボタンが設けられることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
上記制御装置は、入力された人体特性の情報に基づいて代謝量を求めるとともに入力された設定温度を該代謝量を用いて在室者が高い快適感を得る温度に補正することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。