JP2016080219A - 送風機及びこれを用いた空気調和機 - Google Patents

送風機及びこれを用いた空気調和機 Download PDF

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奨 藤原
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武司 戸井
有光 哲彦
Tetsuhiko Arimitsu
哲彦 有光
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Seira Takemoto
星羅 竹本
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Abstract

【課題】利用者に不快感を与えることなく利用者の望む環境を送風により実現することのできる送風機及びこれを用いた空気調和機を提供する。
【解決手段】風を発生させるファン10と、ファン10が発生させた風の向きを調整する風向板と、ファン10を駆動させるファンモータと、送風機から発せられる音の音圧、音圧の変動度合、送風機から吹き出す風の風圧及び風圧の変動度合が関連付けられた複数の環境条件の何れかを択一的に選択するためのリモコン200と、リモコン200によって選択された環境条件に基づいて、風向板及びファンモータの駆動条件を設定する条件設定部100と、条件設定部100によって設定された駆動条件に基づいて、風向板及びファンモータの駆動を制御する制御部101と、を備える。
【選択図】図3

Description

この発明は、送風機及びこれを用いた空気調和機に関する。
従来から、ファジー推論を用いることにより、室内温度の変化状況に対応した連続的な送風量制御を行い、違和感の無い快適な空気調和を行うことのできる空気調和機が提案されている。当該空気調和機によれば,設定温度と室内温度との温度差及び室内温度変化率とが検出され、検出された温度差と室内温度変化率が入力される。そして、経験則により予め定めた制御ルールに基づいて、ファジー推論演算により風量指数として室内用ファンの制御量が演算される(例えば、特許文献1)。
また、特許文献2には、風室内外の環境条件を検知する複数のセンサ手段と,使用者の設定した温度から室内の人間の快適感を推測する推測手段と,推測手段より推測した前記室内の人間の快適感に基づき空気調和機の吹き出し温度、風向および風量などを制御する空気調和機に関する技術が開示されている。
特開平5−180500号公報 特開平4−186044号公報
しかしながら,上記従来の技術に記載のものは,使用者に対する温熱的な快適感のみを制御しているため、静かに過ごしたい、ゆっくり休みたい、自然感を得たい等の感覚的な快適感を得られにくい。このように、上記従来の技術では、使用者が得たい環境を作り出すことができず不快感を与えることがあった。
この発明は,上述の課題を解決するためになされたもので、利用者に不快感を与えることなく利用者の望む環境を送風により実現することのできる送風機及びこれを用いた空気調和機を提供する。
この発明に係る送風機は、風を発生させるファンと、ファンが発生させた風の向きを調整する風向板と、ファンを駆動させるファンモータと、送風機から発せられる音の音圧、音圧の変動度合、送風機から吹き出す風の風圧及び風圧の変動度合が関連付けられた複数の環境条件の何れかを択一的に選択する選択部と、選択部によって選択された環境条件に基づいて、風向板及びファンモータの駆動条件を設定する条件設定部と、条件設定部によって設定された駆動条件に基づいて、風向板及びファンモータの駆動を制御する制御部と、を備えるものである。
また、この発明に係る空気調和機は、上記送風機を備えたものである。
この発明によれば、音圧、音圧変動、風圧及び風圧変動が関連付けられた複数の環境条件の何れか1つを利用者が選択し、選択された環境条件に基づいて駆動条件が設定される。音圧、音圧変動、風圧及び風圧変動は、使用者の感覚的な快適感に影響を与える。この発明によれば、利用者によって選択された環境条件に基づいて風向板及びファンモータの駆動が制御されるので、使用者に不快感を与えることなく利用者の望む環境を送風により実現することが可能となる。
この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機の正面斜視図である。 図1に示す空気調和機をI断面で切断した縦断面図である。 この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機の電気的な構成を示すブロック図である。 知識部に記憶されている音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎの制御式の一例を示す図である。 この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機において実行されるルーチンのフローチャートである。 この発明の実施の形態2における送風機を備えた空気調和機において実行されるルーチンのフローチャートである。
以下、図面を参照してこの発明を実施するための形態について説明する。なお、各図中において、同一又は相当する部分には同一の符号を付して、重複する説明は適宜に簡略化ないし省略する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機の正面斜視図である。また、図2は、図1に示す空気調和機をI断面で切断した縦断面図である。
図1または図2に示すように、本実施の形態の送風機を備える空気調和機は、家庭のリビング、オフィス、店舗等の部屋の内壁に設置される本体1を備えている。本体1の前面の上部は前面パネル2に覆われている。前面パネル2の下方には、空気吹出口5が設けられている。空気吹出口5の上部の領域には、円弧状の断面を有する上下風向板3a,3bが設けられている。上下風向板3a,3bは、後述するファン10の風下側に配置されており、空気吹出口5における上部の領域から吹き出す風の上下方向の向きを調整可能な第1上下風向板として機能するものである。なお、上下風向板3a,3bは、空気調和機の正面に向かって長手方向(空気吹出口5の左右方向)のほぼ中央部において僅かな隙間を隔てて左右に分割されている。
また、空気吹出口5の上部の領域には、上下風向板3a,3bの下方となる位置に、円弧状の断面を有する上下風向板4a,4bが設けられている。上下風向板4a,4bは、上下風向板3a,3bよりも空気調和機の奥側且つ後述するファン10の風下側に配置されており、空気吹出口5における下部の領域から吹き出す風の上下方向の向きを調整可能な第2上下風向板として機能するものである。なお、上下風向板4a,4bは、上下風向板3a,3bと同様に、空気調和機の正面に向かって長手方向(空気吹出口5の左右方向)のほぼ中央部において僅かな隙間を隔てて左右に分割されている。
上下風向板3a,3bおよび4a,4bの互いの対向部には、支持腕(図示せず)が設けられている。支持腕には、ピン(図示せず)を介して支柱(図示せず)が回転自在に取り付けられている。上下風向板3a,3bおよび4a,4bの互いの対向部の反対側には、支持軸(図示せず)が設けられている。支持軸は、空気吹出口5の側壁の軸受(図示せず)に着脱自在に支持されている。各支持軸は、モータの駆動により独立して回転し得るように設けられている。
上下風向板3a,3bおよび4a,4bの奥側には、左右風向板6が設けられている。左右風向板6は、空気吹出口5から吹き出す風の左右方向の向きを調整可能な風向板として機能するものであり、空気調和機の正面に向かって長手方向(空気吹出口5の左右方向)に渡って配置されている。なお、以下の説明において、上下風向板3a,3b,4a,4b及び左右風向板6を特に区別しない場合には、単に「風向板」と称する。
前面パネル2の下部の中央には、人検知センサ7が設けられている。人検知センサ7は、縦方向に並べた複数のサーモパイルを横方向に動かしてスキャニングする機能を備えている。なお、人検知センサ7の取り付け位置は特に限定しない。
ここで、人検知センサ7についてさらに詳しく説明する。人検知センサ7は、複数の熱画像をスキャニングによって取得し、背景との温度差から人体の存在有無、更には肌の露出部と非露出部を検知する機能を備えている。また、人検知センサ7は、体感温度を検知する体感温度センサとしても機能する。この場合、肌が露出されている人体ほど体感温度を検出し易い。また、人検知センサ7は画素数が多いほど検出精度が高い。このため、このような高精度のセンサーであれば人体の位置と本体1からの距離を検知するセンサとしても機能する。例えば、700画素の画素数を有する人検知センサであれば、部屋内の人体の位置を明確に把握することができる。
なお、人を検知するための構成はサーモパイルを有する人検知センサ7に限られない。すなわち、例えば、画素数の高いカメラ等を用いて人体の位置を見分けることとしてもよい。また、検出精度は下がるが、フレネルレンズを用いた焦電センサーを用いて人体の存在する領域又は人体の位置(横方向、奥行き方向)を見分けることとしてもよい。
再び図2に戻り、空気吸込口8の下方には熱交換器9が設けられている。熱交換器9の下方には、風を発生させるためのファン10が設けられている。ファン10は、ファンモータ(図示せず)によって回転駆動され得るように設けられている。ファン10が駆動されると、空気吸込口8から吸い込まれた空気が空気吹出口5から吹き出される。この際、ファン10の風下側に配置された上下風向板3a,3b,4a,4bおよび左右風向板6は、空気吹出口5から吹き出される風の方向を調整する。具体的には、例えば人検知センサ7によって部屋の中にいる使用者を検知し、空気吹出口5から吹き出される風の方向が検知された使用者に向けた方向となるように、または使用者を避けた方向となるように調整される。
図3は、この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機の電気的な構成を示すブロック図である。条件設定部100は、後述するリモコン200からの指示、人検知センサ7からの出力信号、温度センサー、湿度センサーまたは圧力センサー等の図示省略の各種センサーからの計測情報等に基づいて、ファンモータおよび風向板の駆動条件を設定する機能を有するものである。なお、ここでいう駆動条件は、ファンモータの回転数条件、当該回転数の変動条件、風向板の向き条件、及び当該風向板の向きの変動条件の4条件によって構成されている。また、制御部101は、条件設定部100において設定された駆動条件に基づいて、ファンモータ及び風向板の駆動を制御する機能を有するものである。なお、条件設定部100および制御部101は、その機能を実現する回路デバイスのようなハードウェアで構成することもできるし、また、マイコンまたはCPUのような演算装置と、その上で実行されるソフトウェアとにより構成することもできる。
リモコン200は、使用者から指示された送風、空調条件を設定して、これらの条件に対応した信号を本体1に送信するものである。また、リモコン200には、使用者が希望する環境条件を選択する選択部として機能するボタンが設けられている。なお、ここでいう環境条件とは、使用者の感覚的な快適感を表す条件であって、リビングでくつろいでいたいときに選択する「快適」、自然な風を浴びることで気持ちよく涼しくなりたいときに選択する「自然」及び静かにテレビを見たり就寝したいときに選択する「静穏」の3条件によって構成されている。各環境条件は、使用者の感覚的な快適感の指標として、空気調和機からの「音圧」、音圧の変動度合を表すいわゆる「音揺らぎ」、「風圧」、そして風圧の変動度合を表すいわゆる「風揺らぎ」の4要素に関連付けられている。
条件設定部100は、制御判定部102、制御テーブル103、送風制御部104、人***置・部位判定部105、判定テーブル106及び知識部107により構成されている。リモコン200により選択された環境条件は制御判定部102に送信される。制御判定部102は、制御テーブル103に記憶されているデータから、送信された環境条件に対応する制御方法を判定する。
人検知センサ7が検知した信号は人***置・部位判定部105に送信される。人***置・部位判定部105は、判定テーブル106に記憶されているデータから、送信された信号に対応する室内での人体の位置・部位を判定する。なお、部位判定は、顔、胴体又は足等の部位を判定する。
制御判定部102にて判定された制御方法に関する情報、および人***置・部位判定部105にて判定された人体の位置・部位に関する情報は、送風制御部104に出力される。送風制御部104は、制御判定部102及び人***置・部位判定部105での判定結果、及び知識部107に記憶されている予め定められた音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎの制御式で用意されたテーブルに基づいて、ファンモータ及び風向板を制御するための駆動条件のデータを出力する。より詳しくは、判定された人***置の方向に向かって送風するとともに、選択された環境条件に対応付けられた音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎが実現されるための駆動条件のデータが出力される。
制御部101は、ファンモータ制御部108及び風向板制御部109により構成されている。送風制御部104から出力された駆動条件のデータは、ファンモータ制御部108および風向板制御部109に送信される。ファンモータ制御部108は、送信された条件データに基づいて、ファンモータの回転数を変化させる制御を行う。また、風向板制御部109は、送信された条件データに基づいて、風向きを変える上下風向板3a,3b,4a,4bおよび左右風向板6の向きを変化させる制御を行う。
図4は、知識部107に記憶されている音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎの制御式の一例を示す図である。なお、これらの制御式は,重回帰分析によって構築されるモデル式の一部を示すものであって、人体の各部位に当たる風に適用されるように定められたものである。この図に示す例では、使用者が第1条件である「快適」を選択したときには、快適な条件を満足する制御式に基づいて音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎが定められる。この条件によれば、音圧を増加させ、音変動を低減し、風速を低減し、そして風変動を増加させるように、ファンモータ及び風向板の少なくとも何れかが稼働される。
また、使用者が第2条件である「自然」を選択したときには、自然な条件を満足する制御式に基づいて音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎが定められる。この条件によれば、音圧を低減させ、音変動を増加し、風速を増加し、そして風変動を低減させるように、ファンモータ及び風向板の少なくとも何れかが稼働される。
さらに、使用者が第3条件である「静穏」を選択したときには、静穏な条件を満足する制御式に基づいて音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎが定められる。この条件によれば、音圧、音変動、風速及び風変動を低減させるように、ファンモータ及び風向板の少なくとも何れかが稼働される。
次に、フローチャートを用いて、実施の形態1における送風機を備えた空気調和機によって実行される具体的処理について説明する。図5は、この発明の実施の形態1における送風機を備えた空気調和機において実行されるルーチンのフローチャートである。
先ず、ステップS1では、使用者がリモコン200のスイッチを入れ、環境条件を設定する。環境条件の設定では、例えば、上述した「快適」、「自然」及び「静穏」の何れかの択一的な選択が必要に応じて行われる。次に、ステップS2では、本体1の制御判定部102において、制御テーブル103に記憶されているデータから選択された環境条件に対応する制御方法が判定される。
また、上記ステップS1及びステップS2の処理と並行して、ステップ3では、人検知センサ7が稼動されて、室内にいる人がセンシングされる。より詳しくは、人検知センサ7は、使用者が何処にいるかを検知する。次にステップS4では、人***置・部位判定部105において、人検知センサ7で得られた情報を判定テーブル106に記憶されているデータに照合し、人体の室内での位置及び部位を判定する。
上記ステップS2及びステップS4の処理が行われると、判定された制御方法及び人体の位置・部位に関する情報が送風制御部104へ出力される。次のステップS5では、送風制御部104において、制御判定部102及び人***置・部位判定部105から入力された情報に基づいて、知識部107に記憶されている音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎの制御式を選択する。次に、ステップS6では、送風制御部104において、上記ステップS5にて選択された制御式に基づいて、送風の向き及び大きさを制御するための駆動条件を設定する。次のステップS7では、ファンモータ制御部108において、ステップS6の情報に基づいてファンモータへの入力が可変制御される。また同時に、ステップS8では、風向板制御部109において、ステップS6の情報に基づいて上下風向板3a,3b,4a,4bおよび左右風向板6が制御される。
例えば、上記ステップS1において、使用者が「快適」の環境条件(第1条件)を選択した場合、上記ステップS6では、知識部107から「快適」に対応する制御式が選択される。この場合、次のステップS7では、ファンモータの回転数を大きく(例えば第1回転数)した上で一定の回転数を保つように制御される。これにより、空気調和機は、音圧が増加され且つ音揺らぎが低減するように制御される。また同時に、ステップS8では、上下風向板3a,3bが上方へ向かう角度とされ、上下風向板4a,4bが下方へ向かう角度とされ、そして左右風向板6が左右に可変されるように制御される。これにより、空気調和機は、使用者に当たる風圧は低減され且つ風揺らぎが増加するように制御される。
また、上記ステップS1において、使用者が「自然」の環境条件(第2条件)を選択した場合、上記ステップS6では、知識部107から「自然」に対応する制御式が選択される。この場合、次のステップS7では、ファンモータの回転数を小さく(例えば第1回転数よりも小さい第2回転数)した上で回転数を可変させてファン速度を変化させる。また、これと同時に、ステップS8では、ファンモータの回転数が大回転数側に変動した場合に上下風向板3a,3bが上方へ向かう角度とされ、上下風向板4a,4bが下方へ向かう角度とされ、そして当該回転数が小回転数側に変動した場合に上下風向板3a,3bが下方へ向かう角度とされ、上下風向板4a,4bが上方へ向かう角度とされるように制御される。これにより、空気調和機は、使用者に当たる音圧は低減され、音変動は増加され、風圧は増加され且つ風揺らぎが低減するように制御される。
さらに、上記ステップS1において、使用者が「静穏」の環境条件(第3条件)を選択した場合、上記ステップS6では、知識部107から「静穏」に対応する制御式が選択される。この場合、次のステップS7では、ファンモータの回転数を小さく(例えば第1回転数よりも小さい第3回転数)した上で一定の回転数を保つように制御される。これにより、空気調和機は、音圧及び音揺らぎが低減するように制御される。また、これと同時に、ステップS8では、上下風向板3a,3bが上方へ向かう角度とされ、上下風向板4a,4bが下方へ向かう角度とされるように制御される。これにより、空気調和機は、使用者に当たる風圧及び風揺らぎが低減するように制御される。
以上説明したとおり、本実施の形態の空気調和機では、リモコン200からの指示を受け、風向板及びファンモータの駆動を制御することにより、音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎを組み合わせて変化させることが可能となる。これにより、使用者に不快感を与えることなく使用者が望む環境を送風により実現することが可能となる。
ところで、上述した実施の形態1では、使用者の感覚的な快適感が反映された環境条件として「快適」、「自然」及び「静穏」の3条件を選択可能な装置について説明したが、音圧、音揺らぎ風圧及び風圧変動に関連付けられた他の環境条件を選択可能に構成されていてもよい。また、図4に示す音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎの制御式は一例に過ぎず、他の制御式によって環境条件と駆動条件が対応付けられていてもよい。
また、上述した実施の形態1では、人検知センサ7によって人体の位置・部位を検知し、検知された人の方向に向かって風を送風することとしているが、人検知センサ7を用いた送風方向の制御の構成はなくてもよい。この場合、室内にいる使用者の方向に向かって常に風が送風されるとは限らないが、室内にいる使用者であれば少なくともその環境を体感することができる。
実施の形態2.
本発明に係る実施の形態2は、実施の形態1において示したハードウェア構成を用いて、制御装置に後述する図6に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。
実施の形態2の送風機を備える空気調和機では、上述した実施の形態1における送風制御に加えて、送風の温度制御を行う点に特徴を有している。リモコン200には、送風の温度条件を設定するためのスイッチが用意されている。つまり、リモコン200は、送風機から吹き出される風の温度条件を設定する温度条件設定部として機能する。使用者によって温度条件が設定されると、図示しない温度制御部では、設定された温度条件に応じて空気調和機から吹き出される風の温度を制御することが行われる。
次に、フローチャートを用いて、実施の形態2における送風機を備えた空気調和機によって実行される具体的処理について説明する。図6は、この発明の実施の形態2における送風機を備えた空気調和機において実行されるルーチンのフローチャートである。
先ず、図6に示すステップS11では、使用者がリモコン200のスイッチを入れ、環境条件及び温度条件を設定する。環境条件の設定では、例えば、上述した「快適」、「自然」及び「静穏」の何れかの選択が必要に応じて行われる。また、温度条件の設定では、使用者が望む送風の温度条件が設定される。次に、ステップS12からステップS14では、図5におけるステップS2からステップS4と同様の処理が行われる。
次に、ステップS15では、使用者が設定した温度条件に基づいて、熱交換器9、圧縮器(図示せず)によって設定温度を維持するように温度制御を行う。そして、ステップS16からステップS19では、図5におけるステップS5からステップS8と同様の処理が行われる。
以上説明したとおり、本実施の形態の空気調和機では、リモコン200からの指示を受け、風向板及びファンモータの駆動及び送風温度を制御することにより、空気調和機から吹き出される風の温度を制御しつつ、音圧、音揺らぎ、風圧及び風揺らぎを組み合わせて変化させることが可能となる。これにより、使用者に不快感を与えることなく使用者が望む環境を送風により実現することが可能となる。
この発明に係る送風機及びこれを用いた空気調和機は、例えば、家庭のリビング、オフィス、店舗等の各種空気調和装置、空気清浄機、送風機に搭載することができ、エレベータ、ダクト等にファンを設けることでも搭載することができる。
1 本体、 2 前面パネル、 3a,3b 上下風向板(第1上下風向板)、 4a,4b 上下風向板(第2上下風向板)、 5 空気吹出口、 6 左右風向板、 7 人検知センサ、 8 空気吸込口、 9 熱交換器、 10 ファン、100 条件設定部 、101 制御部 、102 制御判定部 、103 制御テーブル 、104 送風制御部 、105 人***置・部位判定部 、106 判定テーブル 、107 知識部 、108 ファンモータ制御部 、109 風向板制御部 、200 リモコン

Claims (9)

  1. 風を発生させるファンと、
    前記ファンが発生させた風の向きを調整する風向板と、
    前記ファンを駆動させるファンモータと、
    送風機から発せられる音の音圧、前記音圧の変動度合、前記送風機から吹き出す風の風圧及び前記風圧の変動度合が関連付けられた複数の環境条件の何れかを択一的に選択する選択部と、
    前記選択部によって選択された前記環境条件に基づいて、前記風向板及び前記ファンモータの駆動条件を設定する条件設定部と、
    前記条件設定部によって設定された駆動条件に基づいて、前記風向板及び前記ファンモータの駆動を制御する制御部と、を備える送風機。
  2. 前記駆動条件は、前記ファンモータの回転数条件、前記ファンモータの回転数の変動条件、前記風向板の向き条件、及び前記風向板の向きの変動条件を含む請求項1に記載の送風機。
  3. 前記選択部は、前記送風機のリモコンに設けられてなる請求項1または請求項2に記載の送風機。
  4. 前記条件設定部は、前記環境条件と前記駆動条件との関係を記憶した知識部を含み、前記知識部を用いて前記選択部によって選択された前記環境条件に対応する前記駆動条件を設定するように構成されてなる請求項1から請求項3の何れか1項に記載の送風機。
  5. 前記環境条件は、
    第1条件と、
    前記第1条件と比べて前記音圧が小さく、前記音圧の変動度合が大きく、前記風圧が大きく且つ前記風圧の変動度合が小さい第2条件と、
    前記第1条件と比べて前記音圧が小さく且つ前記風圧の変動度合が小さく、前記第2条件と比べて前記音圧の変動度合が小さく且つ前記風圧が小さい第3条件と、を含み、
    前記選択部は、前記第1条件、前記第2条件または前記第3条件を選択可能に構成されている請求項1から請求項4の何れか1項に記載の送風機。
  6. 前記風向板は、
    前記ファンが発生させた風が吹き出す空気吹出口における上部の領域において、風の上下方向の向きを調整する第1上下風向板と、
    前記空気吹出口における下部の領域において、風の上下方向の向きを調整する第2上下風向板と、
    前記空気吹出口から吹き出す風の左右方向の向きを調整する左右風向板と、を含み、
    前記条件設定部は、
    前記第1条件が選択された場合に、前記ファンモータの回転数を第1回転数とし、前記回転数を変動させず、前記第1上下風向板を上方に向け前記第2上下風向板を下方に向け、前記左右風向板を左右方向に可変させるように設定し、
    前記第2条件が選択された場合に、前記回転数を前記第1回転数よりも小さい第2回転数とし、前記回転数を変動させ、前記回転数が大回転数側に変動した場合に前記第1上下風向板を上方に向け且つ前記第2上下風向板を下方に向け、前記回転数が小回転数側に変動した場合に前記第1上下風向板を下方に向け且つ前記第2上下風向板を上方に向けるように設定し、
    前記第3条件が選択された場合に、前記回転数を前記第1回転数よりも小さい第3回転数とし、前記回転数を変動させず、前記第1上下風向板を上方に向け前記第2上下風向板を下方に向けるように設定してなる請求項5に記載の送風機。
  7. 人の位置を検知する人検知センサを備え、
    前記条件設定部は、前記人検知センサによって検知された人の位置に向かって送風するように前記駆動条件を設定するように構成されてなる請求項1から請求項6の何れか1項に記載の送風機。
  8. 請求項1から請求項7の何れか1項に記載の送風機を備えた空気調和機。
  9. 前記送風機から吹き出される風の温度条件を設定する温度条件設定部と、
    設定された前記温度条件に基づいて、前記送風機から吹き出される風の温度を調整する温度制御部と、
    を更に備える請求項8に記載の空気調和機。
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