JP2015055424A

JP2015055424A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2015055424A
Application number: JP2013189208A
Authority: JP
Inventors: 義友一筆; Yoshitomo Ippitsu; 啓伊内; Hiroshi Inai; 寛幸大門; Hiroyuki Daimon; 井上　雄二; Yuji Inoue; 雄二井上
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2013-09-12
Filing date: 2013-09-12
Publication date: 2015-03-23
Also published as: CN104456864A

Abstract

【課題】ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる空気調和機を提供する。【解決手段】室内機１は、赤外線センサと、室内送風ファンと、上下羽根と、左右羽根とを備え、空調すべき領域を複数の領域に区分し、赤外線センサにより人の在否を検知し、節電運転時には、室内送風ファンの回転数を大きくするとともに、人の存在が検知された所定領域に応じた範囲で、上下羽根と左右羽根を所定周期で揺動させることにより、ユーザーの体感温度を下げ、快適性を維持しつつ、消費電力を低減することができる。【選択図】図５

Description

本発明は、空気調和機の省エネ運転の制御に関する。

従来の空気調和機には、検知エリアを分割した部分検知エリアごとに、赤外線などを利用した検知手段を用いて人体を検知し、人体が検知された部分検知エリアに向けて上下羽根および左右羽根を制御するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開平１−２９７５８７号公報

しかしながら、前記従来の技術では、省エネ性を向上させた場合に、快適性が大幅に損なわれるという課題があった。本発明は、前記従来の課題を解決するもので、ユーザーの快適性を損なわずに空気調和機の省エネ性を向上させる運転モードを備えた空気調和機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、室内機と、前記室内機に設けられた熱交換器と、前記熱交換器からの冷気を空調すべき領域に送風するものであって、通常運転と節電運転とで異なる回転数を有する室内送風ファンと、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を左右に変更する左右羽根と、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を上下に変更する上下羽根と、人体検知手段とを備え、空調すべき領域を複数の領域に区分し、前記人体検知手段により人の在否を検知し、前記室内送風ファンの回転数は、前記通常運転よりも前記節電運転の方が大きいものとし、前記節電運転中は、人の存在が検知された所定領域に応じた範囲で、前記上下羽根と前記左右羽根を所定周期で揺動させることで、快適性を損なわずに、省エネ性が向上し、空調機の消費電力を低減させることが出来る。

本発明は、ユーザーの快適性を維持しつつ、省エネ運転を行うことができる空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の外観斜視図同実施の形態１における空気調和機の断面図同実施の形態１における空気調和機の冷凍サイクル構成概略図同実施の形態１における赤外線センサ検知領域図同実施の形態１における上下羽根の動作図同実施の形態１における左右羽根の動作図同実施の形態１における左右羽根の動作図同実施の形態１における左右羽根の動作図同実施の形態１におけるリズム温度制御のフローチャート同実施の形態１における冷房運転時の補正値の遷移図同実施の形態１における冷房運転時の補正値の遷移図同実施の形態１における基準室内設定温度と補正室内設定温度との相関図同実施の形態１における体感温度、室内温度、消費電力の一例を示した図

第１の発明の空気調和機は、室内機と、前記室内機に設けられた熱交換器と、前記熱交換器からの冷気を空調すべき領域に送風するものであって、通常運転と節電運転とで異なる回転数を有する室内送風ファンと、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を左右に変更する左右羽根と、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を上下に変更する上下羽根と、人体検知手段とを備え、空調すべき領域を複数の領域に区分し、前記人体検知手段により人の在否を検知し、前記室内送風ファンの回転数は、前記通常運転よりも前記節電運転の方が大きいものとし、前記節電運転中は、人の存在が検知された所定領域に応じた範囲で、前記上下羽根と前記左右羽根を所定周期で揺動させることで、快適性を損なわずに、室内設定温度を上げることが可能になり、それにより省エネ性が向上し、空調機の消費電力を低減させることが出来る。

第２の発明の空気調和機は、特に第１の発明において、室内温度が基準室内設定温度となるように空調制御を行う空気調和機であって、前記節電運転中は、基準室内設定温度を、前記通常運転中の基準室内設定温度より高くするとともに、前記人体検出手段で検出する人の動きが小さいときは、補正室内設定温度を所定の範囲内で上下に繰り返し変動させることで、さらに室内設定温度を上げることが可能になり、省エネ運転を行うことができる。

第３の発明の空気調和機は、特に第１の発明において、人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、室内機を基準にして近い所定領域に応じた範囲で、前記上下羽根のスイング幅を変更し、所定周期で揺動させることにより、人体の上半身から頭上へ亘る範囲で周期的に風を当てることができるため、最も気流を感じやすい頭部に風を確実に当てることができる。これにより、ユーザーの体感温度を下げることができる。

第４の発明の空気調和機は、特に第１の発明において、人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、前記左右羽根のスイング幅を人の存在が検知されたすべての所定領域に応じた範囲で変更し、所定周期で揺動させることで、間欠気流を実現することができ、ユーザーの体感温度を下げることができる。

第５の発明の空気調和機は、特に第１の発明において、前記室内送風ファンの回転数は、室内機と人の存在が検知された所定領域との距離に応じて大きくするものであって、人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、室内機を基準にして遠い所定領域に応じて、前記室内送風ファンの回転数を大きくすることで、すべての空調領域で快適性を維持することができる。

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。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１及び図２は本実施の形態１における空気調和機の室内機の外観斜視図および断面図、図３は空気調和機の冷凍サイクルの構成概略図である。

本実施の形態における空気調和機は、室内に設置される室内機１と、室外に設置される室外機２とを冷媒配管３で接続することによって構成されている。

室内機１には、室内空気と冷媒とが熱交換を行う室内熱交換器５と、室内熱交換器５で
の熱交換を促進し室内へ送風するための室内送風ファン６を備える。また、室内温度を検出する室内温度検出手段である温度センサ７と、室内湿度を検出する室内湿度検出手段である湿度センサ８とを備える。

室外機２には、室外空気と冷媒とが熱交換を行う室外熱交換器９と、室外熱交換器９での熱交換を促進し送風する室外ファン１０と、冷媒を圧縮し高温冷媒を吐出する圧縮機１１と、冷媒の流路の順逆を切り換える四方弁１２と、冷媒を減圧する減圧装置１３を備える。

そして、冷房運転時には、圧縮機１１、四方弁１２、室外熱交換器９、減圧装置１３、室内熱交換器５、四方弁１２、圧縮機１１の順に冷媒が流れるように冷凍サイクルが構成され、暖房運転時には四方弁１２を切り換えることによって冷媒の流路が逆となる。

図２に示すように、室内機１は、内部に室内熱交換器５、室内送風ファン６を備えている。また、室内機１の吹き出し口２１の上部には人体検出手段である赤外線センサ４が配置されており、設置された室内の人の存在の検知や、人の動きの検出を行っている。なお、本実施の形態において赤外線センサ４の配置場所は、吹き出し口２１の上部としたが、これに限定されことはなく、例えば、正面パネル２０に設けてもよい。

また、本実施の形態では焦電型の赤外線センサ４を三個使用して室内の人の検知を行っているが、部屋の大きさによっては赤外線センサ４の個数を減らして室内の人の検知を行っても良く、また、逆に赤外線センサ４の個数を増やして室内の人の検知を行っても良いため、例えば、空気調和機の能力の大きさによって赤外線センサ４の個数を変えることが考えられる。また、本実施の形態では赤外線センサ４は固定しているが、左右に駆動されるタイプのものであってもよい。また、焦電型の赤外線センサを用いたが、人の位置や動きを検知できるタイプのセンサであればよく、例えば、サーモパイル型の赤外線センサ等でもよい。

また、室内機１の正面側には空調運転時に開き、空調運転停止時に閉まる正面パネル２０と、室内送風ファン６によって送風された空気を室内へ吹き出す吹き出し口２１と、吹き出し口２１からの気流の吹き出し方向を上下に変更させる上羽根２２と下羽根２３、吹き出し口２１からの気流の吹出し方向を左右に変更させる左右羽根２４とを備える。

また、室内機１へ運転指示を行うリモコン装置３０を備え、リモコン装置３０には運転情報やその他情報を表示する表示部３１と、設定の変更や指示を行う操作部３２とを備える。なお、操作部３２は複数のボタンで構成されている。

リモコン装置３０では、冷房運転や暖房運転の指示、基準室内設定温度を設定することができ、通常の空調運転では、基準室内設定温度となるように空調運転が実施される。

以上のように構成された空気調和機において、まずは人体検知について説明する。なお、本実施の形態で説明する人体検知方法は、一実施例を示すだけであり、この人体検知方法に本発明が限定されるものではない。

図４は、赤外線センサで検知可能な領域を示した図である。本実施の形態では、三個の赤外線センサ４を適切な配置とすることで、図４に示すようにａ〜ｇの複数の領域の人体検知を可能にしている。

例えば、赤外線センサ４ａは領域ａ、領域ｂ、領域ｃ、領域ｄを検知可能に構成し、赤外線センサ４ｂは領域ｂ、領域ｃ、領域ｅ、領域ｆを検知可能に構成し、赤外線センサ４
ｃは領域ｃ、領域ｄ、領域ｆ、領域ｇを検知可能に構成する。このように構成することによって、赤外線センサ４ａと赤外線センサ４ｂで人体を検知し、赤外線センサ４ｃで人体を検知しない場合、領域ｂに居るとの判断ができる。なお、本実施の形態では赤外線センサ４を用いて検知できる領域を七つとしたが、これに限定されることはない。

また、赤外線センサ４で出力される信号に基づいて、人体の活動量（動き）の大小を判断している。本実施の形態では人体の活動量の判断は大・中・小の三段階に分けて判断している。なお、活動量が大と判断される場合は、人体の動きが激しい状態であり、活動量が小と判断される場合は、人体の動きが静かな状態であることを意味する。

また、本実施の形態では赤外線センサ４で所定の検出時間（例えば、２分間）に人体検出される回数に応じて活動量を三段階で判断しており、人体検出の回数が所定の回数Ｘよりも少ない場合に活動量が小と判断され、人体検出の回数が所定の回数Ｙよりも多い場合に活動量が大と判断される（所定の回数Ｘ＜所定の回数Ｙとする）。

次に、空調運転の気流制御について説明する。本実施の形態の空気調和機では、通常の空調運転の気流制御と、節電気流制御を有する。もちろん、これ以外の気流制御を有していても問題は無い。通常気流制御と節電気流制御はリモコン装置３０によって切り替えることで設定可能である。なお、本実施の形態では、節電気流制御は冷房運転時のみ設定することが出来る。

通常の空調運転の気流制御は、赤外線センサ４ａ、赤外線センサ４ｂ、赤外線センサ４ｃの検出結果より、人の存在する領域を空調領域と判定する。人の存在する領域が１つの場合は、その空調領域にいる人の上半身に気流が当たるように、上羽根２２、下羽根２３及び左右羽根２４を固定する。人の存在する場所が複数存在する場合は、複数の空調領域を１つずつ空調していく。１つの空調領域を空調する時間は活動量により異なり、活動量の大きい領域を長く、活動量の小さい領域は小さく空調し、ユーザーの体感温度に合わせた空調を行う。

また室内送風ファンの回転数は、室内機１と空調領域が遠くなるほど気流の到達性が悪化するので、室内機１と空調領域が遠いほど、高い回転数を設定するようにしてある。そして空調領域での室内温度がリモコン装置３０で設定した基準室内設定温度となるように圧縮機１１や減圧装置１３などの冷凍サイクル構成部品を制御することによって、室内の空調運転を行う。

次に、節電気流制御について説明する。節電気流制御は、通常の空調運転の気流制御よりもユーザーへの気流感を増やすことにより体感温度を下げ、この下がった体感温度分だけ基準室内設定温度に第１の補正値を加えた第１の補正基準室内設定温度となるように、空調運転を行う制御である。

具体的には、通常の気流制御よりも気流感を増やすために、通常の気流制御の室内送風ファン６の回転数に補正値を加えることで、気流の風速を高くし、さらに気流が直接当たり続けることによる不快感を防ぐために、間欠気流となるように上羽根２２と下羽根２３と左右羽根２４を制御する。

まず、室内送風ファン６の回転数に加える補正値について説明する。通常気流制御では、ユーザーは気流感をわずかに感じる程度に設定してあるが、節電気流制御ではユーザーが気流感を強く感じるように、室内送風ファン６の回転数に補正値を加える。これによって、ユーザーは気流感を強く感じることとなり、体感温度を下げることができるため、基準室内設定温度に第１の補正値を加えることができる。

また、空調領域が複数あった場合には、室内機１を基準にして最も遠い空調領域の回転数を、設定する（大きくする）ことで、空調領域に関わらず、ユーザーに強い気流感を感じさせることができる。

次に、上羽根２２と下羽根２３の動作について説明する。

図５は上羽根２２と下羽根２３の動作を示した図である。上羽根２２と下羽根２３は、室内機１と空調領域の距離に応じた範囲を所定の周期（例えば、１分間に３往復）で揺動させる（スイング角を変化させる）。室内機１と空調領域の距離が近い場合はスイング角を大きくし、距離が遠い場合はスイング角を小さくする。また空調領域が複数の場合は、室内機から最も距離の近い空調領域のスイング角を使用する。

例えば、図５の空調領域ａを空調する場合には、室内機１と空調領域が近距離であるので、スイング角を大きくし、室内機１から近距離にいるユーザーの頭から上半身に気流が当たるようにする。空調領域ｃを空調する場合には、室内機１と空調領域が中距離にあるので、近距離の時よりもスイング角を小さくし、室内機１から中距離にいるユーザーの頭から上半身に気流が当たるようにする。空調領域ｆを空調する場合には、室内機１と空調領域が遠距離にあるので、中距離の時よりもスイング角を小さくし、室内機１から遠距離にいるユーザーの頭から上半身に気流が当たるようにする。

さらに、空調領域が複数の場合、例えば、空調領域ａと空調領域ｃの場合には、室内機１からの距離が近い空調領域のスイング角を使用することにより、遠・近両方のユーザーの頭から上半身に気流を当てることが出来る。

これにより、室内機１と空調領域との距離に関係なく、間欠気流を実現することができ、ユーザーの体感温度を下げることができる。

次に、左右羽根２４の動作について説明する。図６は左右羽根２４の動作を示した図である。左右羽根２４は、空調領域全体に気流が届くように左右に所定の周期（例えば、１分間に１往復）で揺動（スイング）させる。例えば、図６の領域ｃを空調領域とする場合には、図７のように空調領域ｃの右端から左端までの間で揺動（スイング）させる。また、図８の領域ｂ及び領域ｃといったように空調領域が複数の場合は、空調領域全体の左端から右端までをスイング範囲とする。

さらに、基準室内温度設定に加える第１の補正値について説明する。上述の上羽根２２と下羽根２３の制御、または、左右羽根２４の制御によって下がった体感温度分だけ基準室内設定温度に補正値を加えることにより、快適性を損なわず、かつ、省エネの空調運転を行うことができる。

第１の補正値は、空調領域ごとに異なる値をあらかじめ設定しておき、空調領域によって変化させる。室内機１から正面位置にある空調領域ｃは、気流の到達性が良いため、この補正値を大きくすることが出来るが、空調領域ｂ及び空調領域ｄは気流の吹き出し風向を変更する必要があり、到達性が多少悪化するため、空調領域ｃよりも補正値は小さくなる。また空調領域が複数ある場合は、ユーザーに気流が当たる時間が短く、快適性が悪化しやすいので、複数の空調領域内で最も小さい補正値を使用し、快適性を損なわないようにしている。

また、赤外線センサ４で検出した人の動きが小さいときには、基準室内設定温度にさらに第２の補正値を加えるリズム温度制御と組み合わせることにより、さらなる省エネ運転が可能になる。

ここで、リズム温度制御について説明する。図９は、通常の空調運転の温度制御からリズム温度制御へ切り替わるタイミングを説明したフローチャートである。まず、ステップ４１では通常の空調運転の温度制御、すなわち基準室内設定温度に基づいて空調運転を行っている。

次に、ステップ４２において、赤外線センサ４で活動量が「小」であるかどうかが判断され、「小」すなわち人体の動きが少ないと判断された場合には、ステップ４３へ進み、活動量が「小」以外と判断された場合には、ステップ４１へ戻って通常の空調運転を行う。ここで活動量を判断基準に用いているのは、活動量が「小」の場合は人体の動きが少ないことを意味するので、安静状態であると判断される。よって温度変化に多少の変動があっても感じにくい状態にあるため、ユーザーの快適性を損なわない空調運転を実現することができる。

ステップ４３では、湿度センサ８で検出する湿度が所定の湿度（例えば、７０％ＲＨ）未満かどうかを判断している。湿度が所定の湿度未満である場合はステップ４４へ進みリズム温度制御を開始し、所定の湿度以上である場合にはステップ４１へ戻って通常の空調運転を行う。ここで湿度を判断基準に用いているのは、冷房運転時に湿度が高い状態で設定温度を上げる制御を行うと、人体が感じる不快感が高くなってしまう可能性が高いからである。すなわち、湿度をリズム温度制御の条件とすることによって、ユーザーの快適性を損なわない空調運転を実現することができる。なお、ステップ４２の活動量判断と、ステップ４３の湿度判断のフロー順番を逆にしても問題は無い。

次に、リズム温度制御の動作について説明する。まず、基準室内設定温度に第２の補正値を加算した補正室内設定温度に基づいて空調運転を実施する。すなわち室内温度が補正室内設定温度となるように冷凍サイクルの構成部品を制御する。図１０は、第２の補正値の変化を示した図である。図１０に示すように、第２の補正値は所定のパターンにしたがって変化するようにしている。本実施の形態の場合は、０℃〜１．２℃で第２の補正値をステップ状に変化させており、二つのピーク値を有するパターンＡを一つの周期として繰り返している。パターンの形状は適当な形状に変更可能であり、例えば、図１１に示すような一つのピーク値を有するパターンＢを一つの周期として繰り返しても良い。

このリズム温度制御について、例を挙げて説明する。例えば、ユーザーがリモコン装置３０で冷房運転の設定温度（基準室内設定温度）を２５℃に設定したとする。通常の空調運転では設定温度が２５℃に設定しているので、室内温度が２５℃となるように空調運転を行う。

そして、このような設定においてリズム温度制御の開始条件を満たし、リズム温度制御による空調運転が開始されると、室内温度が、基準室内設定温度にパターンＡにしたがって決定される第２の補正値が加算された補正室内設定温度となるように空調運転が行われる。

図１２は、基準室内設定温度と第２の補正値と補正室内設定温度の相関関係を示した図である。図１２に示すような補正室内設定温度を目標設定温度として空調運転を実施するため、このような目標設定温度を狙って制御した場合、圧縮機１１の周波数が低くなり、その結果、目標設定温度を変化させない場合に比べて省エネ運転となる。

また、図１２に示すように、本実施の形態では補正室内設定温度は、基準室内設定温度よりも高い温度としており、低くなることは無い。これは基準室内設定温度を基準に上下に目標温度を変化させた場合、省エネ運転になる確実性が低くなってしまうため、本実施の形態における第２の補正値は、冷房運転の場合はプラスの値もしくはゼロとしている。

なお、第２の補正値は、第１の補正値より小さいことが、ユーザーの体感温度を悪化させない点で望ましい。第１の補正値および第２補正値の値は、本実施の形態に限定されるものではなく適宜変更可能である。

図１３は本発明である節電気流制御とリズム温度制御と組み合わせて実施した場合の室内温度、体感温度、消費電力および第１の補正値および第２の補正値の時間変化の一例を示した図である。図１３に示すように、本発明を実施することによって室内温度を上げた場合でも、低い体感温度を維持することができ、消費電力が下がっていることが分かる。このように本発明を実施することによって、省エネに有効であることが分かる。

なお、本実施の形態では、吹き出し口２１から吹き出される気流の吹き出し方向を変更するものとして、上羽根２２と下羽根２３との２枚の羽根を設けるものとして説明したが、１枚の羽根で構成しもよいし、３枚以上の羽根で構成してもよい。

また、節電運転では、風向制御である節電気流制御と温度制御であるリズム温度制御とを組み合わせるものとして説明したが、風向制御のみを行ってもよい。

以上のように本発明は、１台の室外機に１台の室内機が接続される空気調和機だけではなく、１台の室外機に複数台の室内機が接続されるマルチ型の空気調和機であっても適用することができる。

１室内機
２室外機
３冷媒配管
４赤外線センサ
５室内熱交換器
６室内送風ファン
７温度センサ
８湿度センサ
９室外熱交換器
１０室外ファン
１１圧縮機
１２四方弁
１３減圧装置
２１吹き出し口
２２上羽根
２３下羽根
２４左右羽根
３０リモコン装置
３１表示部
３２操作部

Claims

室内機と、前記室内機に設けられた熱交換器と、前記熱交換器からの冷気を空調すべき領域に送風するものであって、通常運転と節電運転とで異なる回転数を有する室内送風ファンと、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を左右に変更する左右羽根と、前記室内送風ファンからの気流の吹き出し方向を上下に変更する上下羽根と、人体検知手段とを備え、空調すべき領域を複数の領域に区分し、前記人体検知手段により人の在否を検知し、前記室内送風ファンの回転数は、前記通常運転よりも前記節電運転の方が大きいものとし、前記節電運転中は、人の存在が検知された所定領域に応じた範囲で、前記上下羽根と前記左右羽根を所定周期で揺動させることを特徴とする空気調和機。
室内温度が基準室内設定温度となるように空調制御を行う空気調和機であって、前記節電運転中は、基準室内設定温度を、前記通常運転中の基準室内設定温度より高くするとともに、前記人体検出手段で検出する人の動きが小さいときは、補正室内設定温度を所定の範囲内で上下に繰り返し変動させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、室内機を基準にして近い所定領域に応じた範囲で、前記上下羽根のスイング幅を変更し、所定周期で揺動させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、前記左右羽根のスイング幅を人の存在が検知されたすべての所定領域に応じた範囲で変更し、所定周期で揺動させることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
前記室内送風ファンの回転数は、室内機と人の存在が検知された所定領域との距離に応じて大きくするものであって、人の存在が検知された所定領域が複数あった場合には、室内機を基準にして遠い所定領域に応じて、前記室内送風ファンの回転数を大きくすることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。