JP4736854B2 - 空気調和装置 - Google Patents

Description

この発明は、室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段を用いて室内の温度制御を行う空気調和装置に関するものである。

従来から、室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段を用いた空気調和装置が知られている（特許文献１参照）。この空気調和装置は、マトリクス状の赤外線検出素子を用いて居住空間の温度分布を検出し、迅速かつ高精度、省スペース、低コストで移動人体、静止人体の検出を行い、この結果をもとに、空調時の快適性を向上するとともに省エネルギー化を実現している。

たとえば、温度が高い領域が連続して移動していることを検出することによって、人体などの熱源が存在すると検知できる。同様にして、同一領域で極端に温度が高い領域を連続して検出することによって、静止人体やストーブが配置された状態であると検知できる。また、暖房時に、同一領域で極端に温度が低い領域を連続して検出することによって、窓が開いているなどの状態を検知できる。

特開２００１−３０４６５５号公報 特開昭６１−５９１４３号公報

しかしながら、マトリクス状の赤外線検出素子によって床上温度を検出して温度制御を行う場合、各温度制御対象領域の温度変化を経時的に取得し、この温度検出結果を比較処理することによって高温領域あるいは低温領域を特定するようにしていたため、温度検出結果を保持するために大きなメモリ容量が必要であるとともに、高温領域あるいは低温領域を特定するための処理負荷が大きいという問題点があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易かつ適切に床上温度を検出して室内の温度制御を行うことができる空気調和装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明にかかる空気調和装置は、室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段を用いて室内の温度制御を行う空気調和装置であって、前記温度検出手段が検出した各温度制御対象領域の温度検出結果から所定の条件に沿って抽出した一部の温度検出結果をもとに前記室内の床上温度を算出する床上温度算出手段を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、上記の発明において、前記床上温度算出手段は、当該空気調和装置が暖房運転時である場合、各温度制御対象領域の温度検出結果のうちの高温側の上位温度検出結果の平均値を前記室内の床上温度として算出することを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、上記の発明において、前記床上温度算出手段は、当該空気調和装置が冷房運転時である場合、各温度制御対象領域の温度検出結果のうちの低温側の下位温度検出結果の平均値を前記室内の床上温度として算出することを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、上記の発明において、前記床上温度算出手段が算出した床上温度をもとに室内温度を補正する補正値を算出する補正値算出手段を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、上記の発明において、前記床上温度から設定温度を減算した値と前記補正値との関係を保持した補正テーブルを備え、前記補正値算出手段は、前記補正テーブルを参照して前記補正値を算出することを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段を用いて室内の温度制御を行う空気調和装置であって、前記温度検出手段が検出した各温度制御対象領域の温度検出結果をもとに最も温度が高いあるいは最も温度が低い領域を特定する領域特定手段と、前記領域特定手段が特定した領域に空気を吹き出す風向制御を行う風向制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、この発明にかかる空気調和装置は、上記の発明において、前記風向制御手段は、前記領域特定手段が特定した領域に空気を吹き出す風向制御を間欠的に行うことを特徴とする。

この発明にかかる空気調和装置では、床上温度算出手段が、室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段が検出した各温度制御対象領域の温度検出結果のうちの一部の温度検結果をもとに前記室内の床上温度を算出しているので、たとえば暖房時に極端に温度が低い領域や冷房時に極端に温度が高い領域を除外した精度の高い床上温度を簡易かつ少ないメモリで得ることができ、この精度の高い床上温度をもとにした効率的な温度制御を行うことができるという効果を奏する。

以下、この発明を実施するための最良の形態である空気調和装置について説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１である空気調和装置の構成を示すブロック図である。また、図２は、図１に示した空気調和装置の横断面図である。なお、図１および図２に示した空気調和装置１は、室内熱交換器側の装置を示している。図１および図２において、この空気調和装置１は、室内における複数の温度対象領域である被検知領域Ｅの床上温度を検知するサーモパイルモジュール１０と、サーモパイルモジュール１０が検出した床上温度をもとに室内の温度制御を含む各種制御を行う制御モジュール２０とを有する。このサーモパイルモジュール１０と制御モジュール２０とは、空気調和装置１の前面下部に設けられる。なお、床上温度とは、床面の温度に限らず、室内の壁面や室内に配置された家具などの物体の温度も含む。

また、制御モジュール２０には、熱交換器３１、送風ファン３２、上下ベーン３３、および左右ベーン３４が接続される。空気調和装置１の前面には吸込口３５が設けられ、この吸込口３５と、内部に設けられた送風ファン３２との間に熱交換器３１が配置される。吸込口３５から流入した空気は、熱交換器３１を通過することによって空気との間で熱交換が行われ、熱交換された空気は、下部に設けられた吹出口３６から室内に送出される。この吹出口３６には、上下ベーン３３と左右ベーン３６とが設けられ、上下ベーン３３によって吹出空気の上下風向が変えられ、左右ベーン３６によって吹出空気の左右風向が変えられる。

なお、吸込口３５には、室内温度を検出するための吸込口温度センサ１８が設けられる。また、空気調和装置１の上部には、通風路３７が形成され、通風路３７と送風ファン３２との間は、開閉部３８が開状態のときに連通し、開閉部３８が閉状態のときに塞がる。通常、開閉部３８は閉状態であり、後述するプレミックス運転を行うときに開状態となる（特許文献２参照）。

サーモパイルモジュール１０は、サーモパイル１３およびサーミスタ１４を有するサーモパイルユニット１２と、サーモパイル１３を駆動する駆動部１５と、サーモパイル１３から出力された温度信号をＡ／Ｄ変換し、コネクタ１７，２８を介して制御モジュール２０に出力するＡ／Ｄ変換部１６と、コネクタ１７とを有する。

図３は、サーモパイルユニット１２の断面図であり、図４は、サーモパイルユニットの平面図である。図３および図４に示すように、サーモパイルユニット１２は、放射赤外線を集光して入力するシリコンレンズ１１を有したメタルケース４０内に、サーモパイル１３とサーミスタ１４とが設けられる。サーモパイル１３は、冷接点であるシリコン基盤４２上に赤外線吸収膜４１が温接点としてマトリクス状に形成され、シリコン基板４２と赤外線吸収膜４１との間の温度差による熱起電力を出力する。サーミスタ１４は、シリコン基盤４２の温度を検出する。

赤外線吸収膜４１は、８つの赤外線吸収膜４１ａ〜４１ｈからなり、各赤外線吸収膜４１ａ〜４１ｈのシリコン基盤４２の配置位置は、図５に示す床上の８つの温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの配置に対応して設けられている。

制御モジュール２０は、サーモパイルモジュール１０から出力された各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの温度情報をもとに平均床上温度を算出する床上温度算出部２２、床上温度と室温との差である補正値を算出する補正値算出部２３、および補正された室温を用いて温度制御を行う温度制御部２４を有する制御部と、補正値算出部２３が補正値を算出する際に用いる補正テーブル２６を少なくとも有する記憶部２５と、熱交換器３１，送風ファン３２，上下ベーン３３，および左右ベーン３４を少なくとも駆動制御する駆動制御部２７とを有する。

ここで、図６に示したフローチャートをもとに、制御部２１による暖房時温度制御処理手順について説明する。図６において、まず、床上温度算出部２２は、サーミスタ１４から出力された電圧値に、８つのサーモパイル４１ａ〜４１ｈから出力された熱起電力の電圧値を加算して各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの床上温度を求めるとともに、吸込口温度センサ１８から出力された電圧値をもとに吸込空気温度を検出する（ステップＳ１０１）。

その後、床上温度算出部２２は、現在の運転状態が暖房時であることから、求められた８つの各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの床上温度のなかから、床上温度が高い５つの床上温度を選択し、この５つの床上温度の平均値を求め、この平均値を平均床上温度として出力する（ステップＳ１０２）。

その後、補正値算出部２３は、図７に示す補正テーブル２６を用いて、図８に示すように、吸込口温度と床上温度との温度ずれを補正する補正値を算出する（ステップＳ１０３）。この補正値は、平均床上温度Ｔｆから、ユーザによって設定された設定温度Ｔｓを減算した値である補正パラメータΔＴｆｓを求め、補正テーブル２６を参照して、この補正パラメータΔＴｆｓの値に対応する補正値を求める。たとえば、補正パラメータΔＴｆｓの値が「−２．０」である場合、補正値は、「２．５Ｋ」となり、補正パラメータΔＴｆｓの値が「−１．０」である場合、補正値は、「２．０Ｋ」となる。

その後、温度制御部２４は、吸込口温度センサ１８が検出した吸込口温度Ｔｂから、求められた補正値を減算して現在の室温Ｔｒを求め（ステップＳ１０４）、この室温Ｔｒをもとに熱交換器３１あるいは送風ファン３２を制御する温度制御を行う（ステップＳ１０５）。その後、終了指示があったか否かを判断し（ステップＳ１０６）、終了指示がない場合（ステップＳ１０６，ＮＯ）には、ステップＳ１０１に移行して上述した処理を繰り返し、終了指示があった場合（ステップＳ１０６，ＹＥＳ）には、本処理を終了する。

なお、上述した処理は、暖房時について説明したが、冷房時には、ステップＳ１０２において、求められた８つの各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの床上温度のなかから、床上温度が低い５つの床上温度を選択し、この５つの床上温度の平均値を求め、この平均値を平均床上温度として出力するようにし、さらに補正テーブル２６の補正値の符号をマイナスに設定することによって冷房時温度制御処理を行うことができる。

この実施の形態１では、温度制御を行う際、経時的な温度情報を保持しておく必要がないため、少ないメモリ容量かつ少ない制御処理で簡易に温度制御を行うことができる。また、すべての温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨに対する床上温度の平均値を求めていないので、たとえば暖房時に窓が開いていることによって空気調和装置１による影響を受けにくい領域の温度情報を排除することができるため、精度の高い平均床上温度を算出することができ、結果的に精度の高い温度制御を実現できる。

なお、上述した実施の形態１では、暖房時には８つの床上温度の中から高温の５つの床上温度を選択し、冷房時には８つの床上温度の中から低温の５つの床上温度を選択していたが、これに限らず、８つの床上温度の中から、１つ〜７つの一部の床上温度を選択してもよい。また、暖房時および冷房時にそれぞれ、最高温度および最低温度を除外する選択を行っても良い。たとえば、暖房時に、２番目に高い床上温度から、６番目に高い床上温度までの床上温度を選択するようにしてもよい。

ここで、図９は、上述した空気調和装置１の外観を示し、図１０に示す本体内部２が下端側に組み込まれる。図１２に示したサーモパイルモジュール１０は、図１１に示す検出部３に組み込まれ、この検出部３は、本体内部２のほぼ中央に配置される。なお、本体内部２は、図１に示した機能部あるいは制御部以外にＬＥＤなどによって実現される表示部４や入力指示を受ける赤外線センサなどが組み込まれ、制御部２１によって制御される。

（実施の形態２）
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、サーモパイルモジュール１０を用い、一部の床上温度から平均床上温度を求め、この平均床上温度をもとに温度制御を行うものであったが、この実施の形態２では、サーモパイルモジュール１０を用いて風向制御を間欠的に行うものである。

図１３は、この発明の実施の形態２である空気調和装置の構成を示すブロック図である。この空気調和装置は、実施の形態１に示した空気調和装置の制御部２１に、高低エリア特定部１０１および風向制御部１０２をさらに設けるとともに、記憶部２５に、温度履歴部１０３をさらに設けた構成である。また、吸込口３５の湿度を検出する吸込口湿度センサ１９をさらに設けている。その他の構成は実施の形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。

ここで、図１４〜図１７に示すフローチャートを参照して、制御部２１による風向制御処理手順について説明する。まず、図１４において、制御部２１は、空気調和装置１が暖房運転か冷房・除湿運転かを判断する（ステップＳ２０１）。その後、暖房運転である場合（ステップＳ２０１，暖房運転）には、図１５に示す暖房時風向制御処理を行う（ステップＳ２０２）。

一方、冷房・除湿運転の場合（ステップＳ２０１，冷房・除湿運転）には、図１６に示す冷房・除湿時左右風向制御処理（ステップＳ２０３）と図１７に示す冷房・除湿時上下風向制御処理（ステップＳ２０４）とを平行処理する。その後、変更指示が有ったか否かを判断し（ステップＳ２０５）、運転の変更指示があった場合（ステップＳ２０５，ＹＥＳ）、ステップＳ２０１に移行して上述した処理を繰り返し、運転の変更指示がなかった場合（ステップＳ２０５，ＮＯ）、本処理を終了する。なお、ステップＳ２０３，Ｓ２０４の処理を同時に行うのは、冷房・除湿運転時には、左右風向制御と上下風向制御とを個別に制御するためである。

図１５に示すように、暖房時風向制御処理は、まず、上下風向が暖房標準、たとえば水平となるように上下ベーン３３を制御し、左右方向が室内中央となるように左右ベーン３４を制御し、この状態で１０分間、暖房運転を行う（ステップＳ３０１）。その後、高低エリア特定部１０１は、サーモパイルモジュール１０によって各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの床上温度をもとに床上温度が低いエリア（温度制御対象領域）を特定する（ステップＳ３０２）。この低いエリアを特定する際、記憶部２５の温度履歴部１０３に保持された経時的な温度情報を用いてもよい。

その後、風向制御部１０２は、特定された低いエリアが前回特定された低いエリアと同じであるか否かを判断し（ステップＳ３０３）、同じである場合（ステップＳ３０３，ＹＥＳ）、ステップＳ３０１に移行して上述した処理を繰り返し、同じでない場合（ステップＳ３０３，ＮＯ）、さらに、低いエリアは、空気調和装置１側に近いエリアか遠いエリアかを判断する（ステップＳ３０４）。

低いエリアが空気調和装置１に近い場合（ステップＳ３０４，近い）には、上下風向を下吹きにし、左右方向を、特定した低いエリア方向にして、５分間運転する（ステップＳ３０５）。その後、風向制御部１０２は、床上温度が設定温度に達したか否かを判断し（ステップＳ３０６）、達しない場合（ステップＳ３０６，ＮＯ）に限り、さらに、５分間運転し（ステップＳ３０７）、その後、終了指示があるか否かを判断し（ステップＳ３１１）、終了指示がない限り、ステップＳ３０１に移行して上述した処理を繰り返す。

一方、特定された低いエリアが空気調和装置１から遠い場合（ステップＳ３０４，遠い）、上下風向を斜め下にし、左右方向を、特定した低いエリア方向にして、５分間運転する（ステップＳ３０８）。その後、風向制御部１０２は、床上温度が設定温度に達したか否かを判断し（ステップＳ３０９）、達しない場合（ステップＳ３０９，ＮＯ）に限り、さらに、５分間運転し（ステップＳ３１０）、その後、終了指示があるか否かを判断し（ステップＳ３１１）、終了指示がない限り、ステップＳ３０１に移行して上述した処理を繰り返し、終了指示があった場合、ステップＳ２０２にリターンする。

つぎに、冷房・除湿時左右風向制御処理手順について図１６に示すフローチャートを参照して説明する。図１６に示すように、冷房・除湿時左右風向制御処理は、まず、左右風向が室内中央となるように左右ベーン３４を制御し、この状態で１０分間、暖房運転を行う（ステップＳ４０１）。その後、高低エリア特定部１０１は、サーモパイルモジュール１０によって各温度制御対象領域ＥＡ〜ＥＨの床上温度をもとに床上温度が高いエリア（温度制御対象領域）を特定する（ステップＳ４０２）。この高いエリアを特定する際、記憶部２５の温度履歴部１０３に保持された経時的な温度情報を用いてもよい。

その後、風向制御部１０２は、左右方向を、特定した高いエリア方向にして、５分間運転する（ステップＳ４０３）。その後、風向制御部１０２は、床上温度が設定温度に達したか否かを判断し（ステップＳ４０４）、達しない場合（ステップＳ４０４，ＮＯ）に限り、さらに、５分間運転し（ステップＳ４０５）、その後、終了指示があるか否かを判断し（ステップＳ４０６）、終了指示がない限り、ステップＳ４０１に移行して上述した処理を繰り返す。一方、終了指示があった場合（ステップＳ４０６，ＹＥＳ）、ステップＳ２０３にリターンする。

つぎに、図１７を参照して、冷房・除湿時上下風向制御処理手順について説明する。なお、この冷房・除湿時上下風向制御時には、上述したプレミックス運転を行う。図１７において、まず、風向制御部１０２は、上下風向を水平にして冷房あるいは除湿の指示された運転を、１０分間を行う（ステップＳ５０１）。その後、この運転が冷房か除湿かを判断する（ステップＳ５０２）。

冷房である場合（ステップＳ５０２，冷房）には、さらに室温が、設定温度＋２℃以下であるか否かを判断する（ステップＳ５０３）。室温が設定温度＋２℃以下でない場合（ステップＳ５０３，ＮＯ）には、ステップＳ５０１に移行し、室温が設定温度＋２℃以下である場合（ステップＳ５０３，ＹＥＳ）には、さらに湿度が低いか否か、たとえば湿度が５５％以下であるか否かを判断する（ステップＳ５０４）。湿度が低い場合（ステップＳ５０４，ＹＥＳ）、上下方向を斜め下にして２分間運転する（ステップＳ５０５）。一方、湿度が低くない場合（ステップＳ５０４，ＮＯ）、上下風向を水平または上吹きにして１０分間運転する（ステップＳ５０６）。

一方、除湿である場合（ステップＳ５０２，除湿）、さらに室温が設定温度＋２℃以下であるか否かを判断する（ステップＳ５０７）。室温が設定温度＋２℃以下である場合（ステップＳ５０７，ＹＥＳ）、上下風向を上吹きにして１０分間運転する（ステップＳ５０８）。一方、室温が設定温度＋２℃以下でない場合（ステップＳ５０７，ＮＯ）には、上下風向を水平のまま１０分間運転する（ステップＳ５０９）。

ステップＳ５０５，Ｓ５０６，Ｓ５０８，Ｓ５０９の処理が終了した場合、本処理の終了指示があったか否かを判断する（ステップＳ５１０）。終了指示がない場合（ステップＳ５１０，ＮＯ）には、ステップＳ５０１に移行して上述した処理を繰り返し、終了指示があった場合（ステップＳ５１０，ＹＥＳ）、ステップＳ２０４にリターンする。

この実施の形態２では、サーモパイルモジュール１０によって検出された床上温度をもとに高低エリア特定部１０１が暖かくしたい温度の低いエリア、あるいは冷たくしたい温度の高いエリアを特定し、この特定したエリアが暖かく、あるいは冷たくなるように風向制御している。すなわち、床上温度優先で風向制御を行っている。さらに、この実施の形態２では、特定のエリアに対する風向制御を繰り返し行わないようにし、特に間欠的に風向制御しているので、特定の箇所に対する冷暖房処理が偏らず、部屋全体の空気を間欠的に混合させることによって冷暖房を効率的に行うようにしている。

なお、上述した実施の形態２では、ステップ３０１などの基準風向は、室内中央としているが、これは空気調和装置が室内中央に配置されているからであり、空気調和装置の配置位置によっては、左右方向が、右あるいは左にして、室内中央に風向を向けて基準風向とする。

この発明の実施の形態１にかかる空気調和装置の構成を示すブロック図である。 図１に示した空気調和装置の断面図である。 サーモパイルユニットの断面図である。 サーモパイルユニットの平面図である。 サーモパイルが検知する被検知領域を示す図である。 暖房時温度制御処理手順を示すフローチャートである。 補正テーブルの一例を示す図である。 吸込口温度と床上温度との温度ずれを説明する図である。 空気調和器の外観を示す斜視図である。 本体内部の外観を示す斜視図である。 検出部の外観を示す斜視図である。 サーモパイルモジュールの外観を示す斜視図である。 この発明の実施の形態２にかかる空気調和装置の構成を示すブロック図である。 風向制御処理手順を示すフローチャートである。 暖房時風向制御処理手順を示すフローチャートである。 冷房・除湿時左右風向制御処理手順を示すフローチャートである。 冷房・除湿時上下風向制御処理手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 空気調和装置
１０ サーモパイルモジュール
１１ シリコンレンズ
１２ サーモパイルユニット
１３ サーモパイル
１４ サーミスタ
１５ 駆動部
１６ Ａ／Ｄ変換部
１７，２８ コネクタ
１８ 吸込口温度センサ
１９ 吸込口湿度センサ
２０ 制御モジュール
２１ 制御部
２２ 床上温度算出部
２３ 補正値算出部
２４ 温度制御部
２５ 記憶部
２６ 補正テーブル
２７ 駆動制御部
３１ 熱交換器
３２ 送風ファン
３３ 上下ベーン
３４ 左右ベーン
３５ 吸込口
３６ 吹出口
３７ 通風路
３８ 開閉部
４０ メタルケース
４１，４１ａ〜４１ｈ 赤外線吸収膜
４２ シリコン基盤
１０１ 高低エリア特定部
１０２ 風向制御部
１０３ 温度履歴部

Claims (4)

1. 室内の複数の温度制御対象領域に対応して複数の赤外線検出素子が配列された温度検出手段を用いて室内の温度制御を行う空気調和装置であって、
   前記温度検出手段が検出した各温度制御対象領域の温度検出結果のうち、当該空気調和装置が暖房運転時である場合、高温側の上位温度検出結果をもとに前記室内の床上温度を算出し、当該空気調和装置が冷房運転時である場合、低温側の下位温度検出結果をもとに前記室内の床上温度を算出する床上温度算出手段を備えたことを特徴とする空気調和装置。
2. 前記床上温度算出手段が算出した床上温度をもとに室内温度を補正する補正値を算出する補正値算出手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の空気調和装置。
3. 前記床上温度から設定温度を減算した値と前記補正値との関係を保持した補正テーブルを備え、
   前記補正値算出手段は、前記補正テーブルを参照して前記補正値を算出することを特徴とする請求項２に記載の空気調和装置。
4. 前記補正値算出手段は、前記床上温度から前記設定温度を減算することにより前記補正値を算出し、
   前記空気調和装置は、
   吸込空気温度を前記室内温度として検出する第２の温度検出手段と、
   前記吸込空気温度から前記補正値を減算することにより室温を求め、前記室温をもとに温度制御を行う制御部と、
   をさらに備えた
   ことを特徴とする請求項３に記載の空気調和装置。

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