JP7438452B2 - 空調システム - Google Patents

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Description

本開示は、空調システムに関する。
特開2017-142013号公報(特許文献1)は、開閉可能な構造を有する開口部が存在する空調区画に設けられた空調機が、開口部が閉じられていない状態で運転を続けることによる消費エネルギー量の増大を抑制するための空調機の制御装置を開示する。
特開2017-142013号公報
近年、感染症の予防のために、空調が必要な夏冬でも換気が重要であることが認識されるようになっている。しかしながら、特開2017-142013号公報(特許文献1)に示されるように、換気時の空調装置の運転を抑制して、省エネルギー運転を行なうことについては対策されているが、換気による快適性の低下については問題視されていなかった。また、空調と換気を同時に行なう場合の換気効率については、さらに改善の余地があった。
本開示は、換気時であっても快適性を維持することができる空調システムについて開示することを目的とする。本開示は、換気時に換気を促進することができる空調システムについて開示することを他の目的とする。
本開示は、部屋の空調を行なう空調システムに関する。空調システムは、部屋に設けられた開口部の開閉状態を検出するように構成されたセンサと、部屋の空気を吸い込み、空調して部屋に送出する空調装置と、センサの出力に応じて空調装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、開口部が閉状態から開状態に変化したことをセンサが検出した場合に、空調装置に空調の増強をさせることが可能に構成される。
本開示の他の局面に従う空調システムは、部屋に設けられた開口部の開閉状態を検出するように構成されたセンサと、部屋の空気を吸い込み、空調して部屋に送出する空調装置と、部屋に向けて送出する空気の向きを変更することが可能である風向変更部と、センサの出力に応じて空調装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、開口部が閉状態から開状態に変化したことをセンサが検出した場合に、部屋の換気が促進されるように、部屋に送出する空気の向きを風向変更部によって制御する風向制御を行なうことが可能に構成される。
本開示の空調システムによれば、換気時に速やかに空調運転を増強することが可能であるので、換気時の部屋の快適性を維持することができる。
本開示の他の局面に従う空調システムによれば、窓等を空けたときに換気が促進される。
実施の形態1の空調システムの構成を示す図である。 室外機、室内機およびリモコンの各制御部の構成を説明するためのブロック図である。 室内機の構成を説明するための断面図である。 空調システムの換気時および通常時の制御を切替える処理を説明するためのフローチャートである。 通常制御時(冷房)のサーモON判定処理を説明するためのフローチャートである。 通常制御時(冷房)のサーモOFF判定処理を説明するためのフローチャートである。 通常制御時(暖房)のサーモON判定処理を説明するためのフローチャートである。 通常制御時(暖房)のサーモOFF判定処理を説明するためのフローチャートである。 実施の形態1における換気時制御を説明するためのフローチャートである。 換気していない場合の風向を説明するための図である。 実施の形態1における夏期または中間期における換気時の風向制御を説明するための図である。 実施の形態1における冬期または中間期における換気時の風向制御を説明するための図である。 実施の形態2で対象とする空調対象空間のフロアマップの一例を示す上面図である。 実施の形態2における夏期の冷房運転時における換気時の風向制御を説明するための側面図である。 実施の形態2における夏期の冷房運転時における換気時の風向制御を説明するための上面図である。 実施の形態2における冬期の暖房運転時における換気時の風向制御を説明するための側面図である。 実施の形態2における冬期の暖房運転時における換気時の風向制御を説明するための上面図である。 実施の形態2における換気時の制御を説明するためのフローチャートである。 換気されにくいエリアが部屋の中に生じるフロアマップの一例を示す図である。 実施の形態3における換気時の風向制御を説明するための上面図である。 実施の形態3における換気時の風向制御を説明するための側面図である。 換気時の自然の風が空調システムによって妨げられる例を説明するための図である。 実施の形態4における換気時の風向制御を説明するための側面図である。 開閉センサの変形例を説明するための図である。
以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。なお、以下の図は各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の空調システムの構成を示す図である。図1に示す空調システム1は、熱源および冷熱源として働く室外機10と、熱および冷熱を利用する室内機20と、リモコン30と、開閉検知センサ40とを備える。室外機10と室内機20とは、部屋100を空調する空調装置2を構成する。
室外機10は、圧縮機11と、室外熱交換器12と、ファン13と、四方弁14と、制御装置15とを備える。
室内機20は、同じ部屋100に配置される複数の空調ユニット20A~20Dを備える。空調ユニット20Aは、膨張弁21Aと、室内熱交換器22Aと、ファン23Aと、風向変更部24Aと、制御装置25Aとを備える。空調ユニット20Bは、膨張弁21Bと、室内熱交換器22Bと、ファン23Bと、風向変更部24Bと、制御装置25Bとを備える。空調ユニット20Cは、膨張弁21Cと、室内熱交換器22Cと、ファン23Cと、風向変更部24Cと、制御装置25Cとを備える。空調ユニット20Dは、膨張弁21Dと、室内熱交換器22Dと、ファン23Dと、風向変更部24Dと、制御装置25Dとを備える。
制御装置15は、ユーザから与えられる運転指令信号と各種センサの出力とに応じて、圧縮機11と、四方弁14と、ファン13とを制御する。
制御装置15は、CPU(Central Processing Unit)16、メモリ17および図示しない入出力バッファ等を含む。CPU16は、メモリ17に格納されているプログラムを展開して実行する。このプログラムは、制御装置15の処理手順が記されたプログラムである。制御装置15は、これらのプログラムに従って、空調システム1における各機器の制御を実行する。制御装置15が行なう空調制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
圧縮機11は、制御装置15から受ける制御信号によって運転周波数を変更するように構成される。圧縮機11の運転周波数を変更することにより圧縮機11の出力が調整される。圧縮機11には種々のタイプ、たとえば、ロータリータイプ、往復タイプ、スクロールタイプ、スクリュータイプ等のものを採用することができる。
四方弁14は、制御装置15から受ける制御信号によって冷房運転状態および暖房運転状態のいずれかになるように制御される。冷房運転状態では、圧縮機11から吐出された冷媒が室外熱交換器12に送られ、室内機20を通過した冷媒が圧縮機11に吸入される。暖房運転状態では、圧縮機11から吐出された冷媒が室内機20に送られ、室外熱交換器12を通過した冷媒が圧縮機11に吸入される。なお、圧縮機11の吸入口と四方弁14との間には図示しないアキュムレータが設けられていても良い。また、圧縮機11の吐出口と四方弁14との間には図示しないオイルセパレータが設けられていても良い。
膨張弁21Aは、制御装置25Aから受ける制御信号に基づいて、全開、SH(スーパーヒート:加熱度)制御、SC(サブクール:過冷却度)制御または閉止のいずれかを行なうように開度が制御される。ファン23Aおよび風向変更部24Aは、制御装置25Aから受ける制御信号に基づいて吹出し風量および風向を制御する。
膨張弁21Bは、制御装置25Bから受ける制御信号に基づいて、全開、SH制御、SC制御または閉止のいずれかを行なうように開度が制御される。ファン23Bおよび風向変更部24Bは、制御装置25Bから受ける制御信号に基づいて吹出し風量および風向を制御する。
膨張弁21Cは、制御装置25Cから受ける制御信号に基づいて、全開、SH制御、SC制御または閉止のいずれかを行なうように開度が制御される。ファン23Cおよび風向変更部24Cは、制御装置25Cから受ける制御信号に基づいて吹出し風量および風向を制御する。
膨張弁21Dは、制御装置25Dから受ける制御信号に基づいて、全開、SH制御、SC制御または閉止のいずれかを行なうように開度が制御される。ファン23Dおよび風向変更部24Dは、制御装置25Dから受ける制御信号に基づいて吹出し風量および風向を制御する。
リモコン30は、壁面などに配置され、被空調対象空間の目標温度などを設定、表示するように構成される。リモコン30は、CPU31、メモリ32および表示部33等を含む。リモコン30が行なう設定、表示などの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。
開閉検知センサ40は、部屋100に設けられた窓およびドアなどの開口部の開閉状態を検知するように構成される。
実施の形態1の空調システム1は、部屋100の開口部の開閉状態に基づいて、換気時の快適性の低下を防ぐように室外機10および室内機20からなる空調装置2を制御する。また、実施の形態1の空調システムは、部屋100の開口部の開閉状態に基づいて、換気時の換気を促進するように、室外機10および室内機20からなる空調装置を制御する。
図2は、室外機、室内機およびリモコンの各制御部の構成を説明するためのブロック図である。図2では、室内機の制御装置25A~25Dを代表的に制御装置25と表記する。
制御装置25は、たとえば、リモコン30からの指令を受けて、室内機20全般を制御する。制御装置25は、制御部として動作するCPU26と記憶部として動作するメモリ27と、センサ等からの入力信号を受ける入力部28と、各種制御信号を出力する出力部29とを含む。CPU26とメモリ27と入力部28と出力部29とはデータバスで接続されており、データをやりとりしている。
開閉検知センサ40は、窓側の開口の開閉を検知する開閉センサ41と、廊下側の開口の開閉を検知する開閉センサ42とを含む。なお、換気に使用される開口の数によって、開閉センサの数は増減しても良い。
入力部28は、図示しない室温センサなどからの入力を受ける室温認識部と、開閉センサ41,42の出力を受ける開閉認識部とを含む。
CPU26は、プログラムを実行することによって、通常制御部、窓開判定部、窓閉判定部、換気制御部として動作する。通常制御部は、空調の通常制御を行なう。窓開判定部は、開閉センサ41,42に基づいて窓等の開口部の開きを判定する。窓閉判定部は、開閉センサ41,42に基づいて窓等の開口部の閉じを判定する。換気制御部は、開口部が開いている場合に換気用の制御を行なう。
メモリ27は、CPU26で実行されるプログラム、およびCPU26が制御に使用するデータを記憶する。たとえば、室内機20が設置される部屋100のフロアマップがデータとしてメモリ27に記憶されている。なお、フロアマップデータは、マップそのものがメモリ内にあるわけではなく、位置情報を示すポインタ、アドレス番号であってもよい。
出力部29は、風向、風量、冷媒の流量を制御する制御信号を室内機20のベーン、ファン、膨張弁にそれぞれ出力する。換気時には、出力部29からは、室外機の制御装置15に対して増強運転を実行するように制御信号が出力される。
制御装置15は、制御部として動作するCPU16と記憶部として動作するメモリ17と、センサ等からの入力信号を受ける入力部18とを含む。
CPU16は、室外機の内部の圧縮機、四方弁、室外ファンなどの制御を行なう。メモリ17は、CPU16で実行されるプログラムと、CPU16が制御に使用するデータとを記憶する。入力部18は、図示しない外気温センサの検出信号などを受ける。
リモコン30は、冷房/暖房の運転切替を行なう運転切替部、空調対象空間の目標温度を設定する温度設定部、および表示部33等を含む。表示部33がタッチパネルなどの場合には、運転切替部、温度設定部も表示部33と一体化されている。なお、運転切替部、温度設定部を押しボタン、調整つまみなどで構成しても良い。
本実施の形態では、室内機に配置される制御装置25と室外機に配置される制御装置15と、リモコン30とが連携して制御を実行する。なお、必ずしも、3つの制御装置によって制御されなくても良く、制御装置が1つにまとめられていても良く、制御装置の数は任意に変更可能である。
図3は、室内機の構成を説明するための断面図である。図3に示す室内機20は、送風手段の一例であるファン23と、熱交換器22とを含む。なお、図3には図示しないが、室内機20は、制御装置25と、吸込温度センサとをさらに含む。
室内機20は、図3の断面図に示すように、部屋100の天井に埋め込まれて設置される天井埋め込み型の室内機である。室内機20は、中央に設けられた吸込口から吸い込んだ室内の空気を空気調和し、そして、空気調和した空気を吸込口の周囲に設けられた吹出口から室内へ吹出す。吹出口には、風向変更部24の一種であるベーンが設けられ、風向制御および吹出し口の開閉を行なう。図3では、上下方向の風向を変える上下風向ベーンが示されているが、図示しない左右風向ベーンも設けられている。風向変更部24は、上下風向ベーンおよび左右風向ベーンを含む。なお、ベーンは、フラップまたはルーバーと呼ばれることもある。
ファン23は、制御装置25に制御され、吸込口から吹出口に向かう空気の流れを生じさせる。つまり、ファン23は、回転に伴って、吸込口から室内の空気を吸い込み、熱交換器22を通過させた調和空気を、吹出口から送風する。
暖房運転中に、室内の現在温度が設定温度に到達してサーモOFF状態になると、ファン23が、風量を抑制するように制御される。たとえば、リモコン30から室内温度と設定温度が送信され、制御装置25がサーモOFFと判定する。サーモOFFと判定した制御装置25は、ファン23の風量を抑制させる。
吸込温度センサは、たとえば、ファン23の近傍に配置され、ファン23の回転に伴って吸込口から吸い込まれた空気の吸込温度を計測する。制御装置25は、計測された吸込温度の情報を吸込温度センサから直接受けるか、または、リモコン30を通じて受ける。なお、吸込温度センサの配置位置は、空調機100内における他の位置であってもよい。たとえば、吸込温度センサは、吸込口の近傍に配置されていてもよい。
熱交換器22は、たとえば、室外機10との間で循環する冷媒と吸込口から吸い込んだ空気との間で熱交換させることで、空気を調和する。たとえば、熱交換器22は、吸込口から吸い込んだ空気を冷却,加熱,または除湿等する。
なお、サーモOFF状態になると、熱交換器22による熱交換が、停止するように制御される。たとえば、サーモOFF状態では、制御装置25は、膨張弁を閉じて冷媒の循環を停止させたり、冷媒を圧縮する圧縮機を停止させたりすることによって、熱交換器22の熱交換を停止させる。
図4は、空調システムの換気時および通常時の制御を切替える処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図2における制御装置25において実行される。このフローチャートの処理は、CPU26が窓開判定部、窓閉判定部、換気制御部として動作する場合の処理に相当する。なお、リモコン30または制御装置15においてこのフローチャートの処理が実行されても良い。
まずステップS1において、制御装置25は、開閉センサの出力に基づいて窓等の開口部が閉状態から開状態に変化したか否かを判断する。変化が検出されない場合には(S1でNO)、ステップS5において通常制御が実行される。
変化が検出された場合には(S1でYES)、ステップS2において開口部の開状態が一定時間継続したか否かが判断される。開状態が一定時間継続せずに閉状態に戻った場合には(S2でNO)、ステップS5において通常制御が実行される。これにより、換気目的ではない窓等の開閉が排除される。
開状態が一定時間継続した場合には(S2でYES)、ステップS3において換気時制御が実行される。そして、ステップS4において、制御装置25は、開閉センサの出力に基づいて窓等の開口部が開状態から閉状態に変化したか否かを判断する。変化が検出されない場合には(S4でNO)、ステップS3における換気時制御が維持される。変化が検出された場合には(S4でYES)、ステップS5において通常制御が実行される。
図5は、通常制御時(冷房)のサーモON判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、室内機20の制御装置25で実行される。ステップS11において、制御装置25は、サーモOFF判定後に、一定時間が経過したか否かを判断する。一定時間が経過していない場合(S11でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
一定時間が経過していた場合(S11でYES)、ステップS12において、制御装置25は、室温が「設定温度+定数」で示される判定温度よりも高いか否かを判断する。室温が判定温度よりも高くない場合(S12でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
室温が判定温度よりも高い場合(S12でYES)、サーモON状態に制御が切替えられる。サーモON状態では、圧縮機11が運転状態となり、室内機20の膨張弁21の開度が制御され、ファン23も風量設定に従った回転となる。
図6は、通常制御時(冷房)のサーモOFF判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、室内機20の制御装置25で実行される。ステップS21において、制御装置25は、室温が「設定温度-定数」で示される判定温度よりも低いか否かを判断する。室温が判定温度よりも低くない場合(S21でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
室温が判定温度よりも低い場合(S21でYES)、サーモOFF状態に制御が切替えられる。サーモOFF状態では、圧縮機11が停止状態となるか、または室内機20の膨張弁21が閉止される。
なお、サーモON判定およびサーモOFF判定は、換気制御時に実行される急速運転では、通常運転時に対して、判定温度が変更される。急速運転と通常制御との違いは温度上昇または下降の速度である。急速運転では、基本的には、素早く、強めに冷房する。図4のステップS3で実行される換気制御時には、急速運転が実行され、サーモON判定とするタイミングを早くする。
また、急速運転では、通常制御時よりも圧縮機容量制御の制限を緩くする。通常制御では、設定温度と周囲温度の差が縮まってくると室内機の膨張弁および圧縮機容量制御を省エネ制御にするが、急速運転ではその制限を弱める。
たとえば、夏に換気すると室温が一気に上がるので、通常制御だと室温がある程度上昇してしまうが、急速運転を行なうことによって、通常制御よりも室温を上昇させないようにできる。
図5、図6で説明した冷房時の例について説明する。
通常時では、以下のように判定温度が設定されているとする。
サーモON条件:室温>設定温度+定数A
サーモOFF条件:室温<設定温度-定数A
これに対して、急速運転時には、判定温度は以下のように設定される。
サーモON条件:室温>設定温度+定数B
サーモOFF条件:室温<設定温度-定数B
なお、定数A,Bは、マージンを示す温度幅を示し、A>Bである。
このように判定温度を変えることによって、換気時に急速運転を行ない、サーモON、サーモOFFの判定のタイミングを早めることができる。
図7は、通常制御時(暖房)のサーモON判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、室内機20の制御装置25で実行される。ステップS31において、制御装置25は、サーモOFF判定後に、一定時間が経過したか否かを判断する。一定時間が経過していない場合(S31でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
一定時間が経過していた場合(S31でYES)、ステップS32において、制御装置25は、室温が「設定温度-定数」で示される判定温度よりも低いか否かを判断する。室温が判定温度よりも低くない場合(S32でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
室温が判定温度よりも低い場合(S32でYES)、サーモON状態に制御が切替えられる。サーモON状態では、圧縮機11およびファン13が運転状態となり、室内機20の膨張弁21の開度が制御され、ファン23も回転する。
図8は、通常制御時(暖房)のサーモOFF判定処理を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、室内機20の制御装置25で実行される。ステップS41において、制御装置25は、室温が「設定温度+定数」で示される判定温度よりも高いか否かを判断する。室温が判定温度よりも高くない場合(S41でNO)、このフローチャートのスタートに処理が戻される。
室温が判定温度よりも高い場合(S41でYES)、サーモOFF状態に制御が切替えられる。サーモOFF状態では、圧縮機11が停止状態となるか、または室内機20の膨張弁21が閉止される。
暖房時においても、サーモON判定およびサーモOFF判定は、換気制御時に実行される急速運転では、通常運転時に対して、判定温度が変更される。急速運転と通常制御との違いは温度上昇または下降の速度である。急速運転では、基本的には、素早く、強めに暖房する。暖房時においても、図4のステップS3で実行される換気制御時には、急速運転が実行され、サーモON判定とするタイミングを早くする。
たとえば、冬に換気すると室温が一気に下がるので、通常制御だと室温がある程度下がってしまう。したがって、換気時には、急速運転を実行し、通常制御よりも室温が下がらないようにする。
図9は、実施の形態1における換気時制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートの処理は、図4のステップS3の処理の詳細を示している。
換気時制御では、ステップS51において空調装置において空調を増強する運転が実行される。具体的には、制御装置25がファン23の回転速度を通常運転時に設定されている回転速度よりも増加させ、かつ室外機においては制御装置15が圧縮機11の運転周波数を増加させる。なお、空調の増強は、ファンの回転速度の増加と、圧縮機の運転周波数の増加のいずれか一方のみであっても良い。特に、外気温が室内の適温と差が大きい夏および冬などには、圧縮機11の運転周波数を増加させ、冷媒の循環量を増やすことが望ましい。また、サーモON/OFF判定の判定温度も急速運転を許容するように変更される。
続いて、ステップS52において、制御装置25は、室内温度が室外温度よりも低いか否かを判断する。室内温度<室外温度が成立した場合(S52でYES)、制御装置25は、ステップS53において開口部と反対方向に風向を設定する。一方、室内温度<室外温度が成立しない場合(S52でNO)、制御装置25は、ステップS54において開口部の方向に風向を設定する。
以下に、ステップS53、S54の風向と換気との関係について説明する。図10は、換気していない場合の風向を説明するための図である。図10に示すように、風向変更部24A、24Bは、リモコンなどで設定された風向に対応する角度にベーンを制御する。一般的には、中央部の吸込口から室内の空気が吸い込まれ、空調されて、吸込口の周囲の吹出口から空調された空気が吹出し、図中矢印に示すように、空気が部屋100内を循環している。
すなわち、通常制御時には、室内機は、空気を循環させて温度を一定にする。室内機は、空気を循環させるだけで換気はできない。
図11は、実施の形態1における夏期または中間期における換気時の風向制御を説明するための図である。夏は、外気温が室温よりも高い。春、秋などの中間期においても外気温が室温よりも高い場合がある。このような場合に、図11に示すように室内機の風向が制御される。
本実施の形態では、天井埋め込み型の4方向吹出しの室内機の風向きに方向性を持たせることで、部屋全体の空気の流れを作る。その前提としては、冷たい空気は暖かい空気の方に移動するという法則がある。冷たい空気は、気圧が高く、暖かい空気は気圧が低いからである。
基本の考え方としては、部屋の外の方が室内よりも気温が高い夏などは、開口部とは反対側の方向に風向制御が行なわれる。すると、図11に示すように、温かい空気は、矢印W1,W2に示すように開口部である窓103から部屋100の奥に向けて送られる。すると、冷たい空気は、矢印W3,W4,W5に示すように流れて窓103の下側から部屋100の外に押し出される。
このように、部屋全体の空気の流れがあると、室内外の温度差によって、開口部において空気が順次入れ替わるため、室内機を用いた部屋全体の換気が実現できる。
通常の室内機の運用だと、基本的に窓付近しか換気がされないが、本実施の形態では、開口部が開いたことを検出すると換気が促進されるように風向制御が行なわれる。
図12は、実施の形態1における冬期または中間期における換気時の風向制御を説明するための図である。冬は、外気温が室温よりも低い。また、春、秋などの中間期においても外気温が室温よりも低い場合がある。このような場合に、図12に示すように室内機の風向が制御される。
基本の考え方としては、部屋の外の方が室内よりも気温が低い冬などは、開口部の方向に風向制御をする。すると、図12に示すように、温かい空気は、矢印W14,W13,W15に示すように部屋100の奥から窓103に向けて送られる。すると、冷たい外気が矢印W11,W12に示すように窓103の下側から部屋100の内部に流入する。
厳密には、通常の風向制御をしていても、室内機のベーンが動くため、空気が攪拌されるし、人の移動等によって窓付近以外の空気も移動するため、多少は換気される。しかし、本実施の形態では、部屋の奥の空気を積極的に開口側に移動させるため、通常の室内機の運用よりも換気効果は高い。
なお、換気時の風向を自動で決定するには、いくつかの方法が考えられる。
まず、単純にリモコンの設定が冷房モードであれば夏(外気温>室温)、暖房モードであれば冬(外気温<室温)であるとして、換気時の風向を切替えることができる。
また、リモコンの設定が冷暖自動切替モードである場合には、カレンダーを内蔵したスケジュール機能で季節を判定し風向を設定したり、天気予報を受信して温度の高低を判断して風向を設定したりしても良い。
また、中間期は、外気温と設定温度が近い値のため、換気時の圧縮機の増強運転をしないようにし、開口部の状態変化に応答して風向と風量制御のみを実行するようにしても良い。
以上説明したように、実施の形態1の空調システムは、開口部の状態により開状態で空調運転を増強させる。
具体的には、開口部が開いたことを検知した後すぐ、夏冬では圧縮機の運転周波数を増加させ、急速冷房または急速暖房を実施する。併せて、風速を通常よりも一段回強くするようにファンを制御する。圧縮機の運転周波数の増加とファン回転速度の増加のいずれか一方を行なうようにしても良い。
これにより、換気時に室温が空調の目標温度から離れることを少なくすることができる。したがって、換気時のユーザの快適性を向上させることができる。
また、実施の形態1の空調システムは、開口部が開いた状態において、空調運転の増強に加えて、換気を促すような部屋全体の空気の流れを作るように風向を制御する。なお、空調運転の増強をせずに、換気を促すように風向を制御しても良い。特に、春秋の中間期では風量または風向制御のみとしてもよい。
これにより、換気時に空調システムによって換気が促進される。したがって、部屋全体の換気が行なえるとともに換気時間が短時間で済む。
なお、本実施の形態では、空調運転の増強を行なう場合を説明したが、本実施の形態のように、換気を優先するモードと、従来のように、窓を開けた場合に省エネを優先するモードとの両方を実行できるように空調システムを構成しておき、ユーザがいずれを使用するかを選べるようにしても良い。
実施の形態2.
換気時に窓に加えてドアなどの開口部も開く場合もある。実施の形態2では、複数の開口部を考慮する。換気を促すためには窓およびドアなど2箇所以上の開口がある方が望ましい。複数の開口の各々に設けた接点または温度センサなどからの2箇所の入力信号を室内機に入力するように空調システムを構成してもよい。
図13は、実施の形態2で対象とする空調対象空間のフロアマップの一例を示す上面図である。図13には、天井側から、床面を見たときの図が示されている。図13に示す部屋100Aは、屋外に面した壁面に窓103が設けられ、廊下または別室との境界である壁面にドア104が設けられている。空調ユニット20A~20Dが天井面に配置されている。
空調ユニット20A~20Dの各々は、図3で示した構成であるが、図13では4つの吹出口から4方向に風を送ることができる天井埋め込みカセット形の室内機であることがよくわかる。4つの吹出口の各々にはベーンが設けられており、吹出口を開閉したり、開状態において風向を変えたりすることができる。
窓103の開閉を検知する開閉センサ41が窓103付近に配置され、ドア104の開閉を検知する開閉センサ42がドア104付近に配置されている。各々の開閉センサとしては、接点式の開閉センサ、または、温度の変化で開閉を検知する温度センサを用いることができる。
図14は、実施の形態2における夏期の冷房運転時における換気時の風向制御を説明するための側面図である。図14には、図13のXIV-XIV断面に相当する、廊下がある場合も含めた使用例の状態が示されている。夏の冷房運転中に窓103およびドア104を開けて換気をする場合の風向制御を図14によって説明する。ただし、窓を開けても強風が吹きこまない環境であるとする。
室内機から風が吹出していない場合、冷気は部屋の下側に、暖気は部屋の上側に貯まる。窓を開けても強風が吹きこまない環境の場合には、窓を開けると部屋の下部では冷たい室内から暖かい屋外に向けて空気はゆっくりと移動していく。
これらの空気の特徴を考えると、廊下または別室側が閉鎖空間の場合、空調ユニット20A、20Bの各々からドア104の開口部に向けて送風することによって、図14の大きな矢印のように、室外から暖気を室内側に取り込み、室内の冷気が室内下部を回り込んで、外部に移動する空気の流れが実現できる。これにより、窓から新鮮な空気が入り、部屋全体の換気が促進される。
なお、ドア104が設けられている壁面の反対側である廊下、もしくは別室側が閉鎖空間でなく、別の外部への開放部を持つ場合でも、屋外から部屋100Aを通過し廊下から別の外部に向かう空気の流れができるため、この場合も問題なく換気できる。
図15は、実施の形態2における夏期の冷房運転時における換気時の風向制御を説明するための上面図である。この例の4台の室内機は壁についている1台のリモコンで操作される。4台の室内機は、リモコンの操作等によって、4台とも同時に換気運転になったり、通常制御になったりする。ただし、温度センサは個別についているので、サーモONするタイミング等は個々に異なる。
図15の部屋100Bの例では、窓とドアが対向する壁面に設けられていないが、このような場合であっても、各室内機において窓側に近い吹出口を閉じ、ドア側に近い吹出口を開き、図中矢印に示すように風向を設定することによって、換気を促進させることができる。
すなわち、部屋に対して複数の室内機がある場合は、部屋への吸気および部屋からの排気がスムーズにいくように、換気時にそれぞれの室内機の風向角度を変化させる。
夏または外気温が高い中間期は、屋内側開口部であるドアの方向またはドアに位置が近い空調ユニット20Aの方向に風向を設定し、外気を冷やしつつ室内上部に送り、冷えた空気が室内下部を流れ窓から室外へ出ていく気流を作り、室内全体を換気する。なお、ドアに位置が近い室内機の配置、および各室内機におけるドアの方向は、予め記憶されているフロアマップからわかる。
図16は、実施の形態2における冬期の暖房運転時における換気時の風向制御を説明するための側面図である。図17は、実施の形態2における冬期の暖房運転時における換気時の風向制御を説明するための上面図である。冬期の暖房運転時においても同様に換気時には空調の増強運転を行なうとともに、夏期とは反対方向への風向制御を行なう。
すなわち、寒い時期は、空調ユニット20A~20Dの各々において、窓側に近い吹出口を開き、ドア側に近い吹出口を閉じ、屋外側開口部に向かうように風向を設定する。
冬または外気温が低い中間期は、屋外側開口部である窓または換気口の方向、もしくはそれらに位置が近い空調ユニット20Dの方向に風向を設定し、温かい空気が室内上部を流れ、冷たい空気が室内下部を流れる気流を作り、室内全体を換気する。なお、窓または換気口に位置が近い室内機の配置、および各室内機における窓または換気口の方向は、予め記憶されているフロアマップからわかる。
図18は、実施の形態2における換気時の制御を説明するためのフローチャートである。ステップS101において、未換気時間がリセットされる。そしてステップS102において通常制御が開始される。一定時間が経過するまでは(S103でNO)、未換気のまま通常制御が継続される。未換気のまま一定時間が経過した場合(S103でYES)、ステップS104において、制御装置25は、開口部の開放を要求する旨の通知を出力する。たとえば、ステップS104において、「換気制御を開始してよいか?」というメッセージがリモコンの画面上に表示される。ユーザが開放を拒否する場合には(S105でYES)、再びステップS101からの処理が繰返される。一方、ユーザが開放に同意する場合、たとえば、ユーザが手動で窓を開けてOKボタンを押した場合は(S105でNO)、ステップS106において制御装置25は、開口部の開閉センサの出力に基づいて、開口部の開放が完了したか否かを判断する。
開口部の開放が完了していない場合(S106でNO)、ステップS104に戻り制御装置25は開口部の開放を要求するメッセージをリモコン画面などに再び出力する。
一方、開口部の開放が完了した場合(S106でYES)、ステップS107以降の換気時制御が実行される。
なお、ステップS104においてリモコンに「換気時制御を開始してよいか?」の画面が表示され、ユーザが手動で窓を開けてOKボタンを押したら(S105でYES,かつS106でYES)、ステップS107以降の換気制御を開始するようにしても良い。
また、これに代えて、定期的な換気制御を許可する設定にしておき、窓が時間になったら自動で開く仕組みを持った建物であれば、自動的に換気時制御を開始するようにしても良い。
換気時制御では、まず、ステップS107において、制御装置25は、現在のシーズンを判定する。シーズン判定は、カレンダー、気温、配信される天気予報などに基づいて判断することができる。そしてステップS108において、図14~図17で説明したように、シーズンに対応する風向および風量が決定される。そしてステップS109において換気終了の基準を計算する。ステップS109における換気終了の基準は、たとえば換気制御の時間経過で判断する場合、敷地面積と開口部開度から定まる換気量に基づいて一定割合以上の空気を入れ替えられる時間を算出し、その時間経過を基準とする。また、換気終了を温度で判断する場合は、通常の冷房、暖房のサーモON/OFFの関係式を用いて換気制御終了判定を行なう。たとえば、通常時に密閉空間において空調が安定して実施されている場合は、基本は大半がサーモOFF状態である。このような場合、換気のために開口部を開放すると室温と外気温度の差が大きく生まれサーモON条件を満たす。サーモON条件を満たした時点から急速増強空調(快適換気運転)を行ない、その後にサーモOFF条件になった段階で換気制御終了とする。
続いて、ステップS110において制御装置25は、決定された風量および風向で換気時の快適性を維持する快適換気運転を実行する。快適換気運転は、ステップS111において換気制御の終了判定条件が成立するまで行なわれる。
ステップS111における換気制御の終了判定条件は、換気制御の時間経過または、室温と設定温度の関係に基づいて決定することができる。終了判定にどの条件を用いるか、または両方のANDまたはORを用いるかについては、ユーザが選択できるようにしても良い。
換気制御の終了判定条件が成立した場合(S111でYES)、ステップS112において、制御装置25は開口部を閉鎖するように要求するメッセージをリモコン画面などに通知する。そして、ステップS113において制御装置25は、開口部の開閉センサの出力に基づいて、開口部の閉鎖が完了したか否かを判断する。なお、換気後の快適性を保つべく、十分な換気ができたら、開口部を閉状態にすることをリモコン表示部などによってユーザに報知して、手動で開口部を閉じるようにしたが、自動で開口部を閉状態にするようにしてもよい。
開口部の閉鎖が完了しない場合(S113でNO)、ステップS110以降の処理が繰返される。一方、開口部の閉鎖が完了した場合(S113でYES)、ステップS101に処理が戻り、未換気時間がリセットされ、ステップS102以降の処理が繰返される。
さらに、開口部の閉鎖が完了したことを開閉センサが検知した後に(S113でYES)、低下した部屋全体の快適な状況になるように短時間だが一定時間増強運転を全方向に実施するという制御をステップS101の処理の前に追加しても良い。ただし、このときは換気時とは異なり、風向を開口部開前の状態に戻すことが好ましい。
以上説明したように、実施の形態2の空調システムによれば、冷房運転時の換気、暖房運転時の換気で以下のような風向切替が行なわれる。
図14、図15に示したように、冷房運転時の換気では、窓を開くと汚れた冷気は屋外の暖気側に移動するため室内全体で換気される。そして、出ていく冷気と入れ替わりで、新鮮な暖気が部屋上部に侵入する。室内機は、その空気を冷やしながら、屋内の開口部であるドア側に送風する。
また、図16、図17に示したように、暖房運転時の換気では、汚れた暖気は室内機によって屋外への開口部に送風され、屋外に排出される。そして、出ていく暖気と入れ替わりで、新鮮な冷気が部屋下部に侵入し、屋内の開口部であるドア側から一部が流出する。
このようにして、本実施の形態の空調システムによれば、冷房運転時においても暖房運転時においても、室内機によって換気が促進される。
実施の形態3.
開口部の配置によっては、換気されにくいエリアが部屋の中に生じる場合がある。実施の形態3では、そのようなエリアが存在する場合の換気時の制御について説明する。
図19は、換気されにくいエリアが部屋の中に生じるフロアマップの一例を示す図である。図19に示す部屋100Cでは、ドアと窓の2か所の開口部が近接しており、実施の形態2のように風向制御をすると換気されにくいエリア110が生じる。
図20は、実施の形態3における換気時の風向制御を説明するための上面図である。図21は、実施の形態3における換気時の風向制御を説明するための側面図である。図20、図21に示すように、壁に面した換気されにくいエリア110に風を吹出すことができる吹出口を開いて、空調ユニット20A,20Bの換気制御中の風向設定を“自動“に設定変更することによって、換気されにくいエリアの空気を攪拌し、換気することができる。
なお、一部の空気は、換気されにくいエリア110と空調ユニット20A,20Bの間を循環するため、換気効率は落ちるが、ある程度の量の空気は右側にも流れていくため、換気はできる。したがって、実施の形態2のような制御を行なうよりも換気効率は改善される。
換気時にどの室内機のどの吹出口を開くかについては、予めフロアマップから定めておくことができる。
なお、このような室内構成の場合は、室内機だけで換気を促進しようとせず、素直にサーキュレータを置いた方が換気効率は良い。したがって、室内機に、換気制御中に接点ONする機能を持たせ、換気制御中のみサーキュレータの電源をONするようにしても良い。
実施の形態4.
開口部の配置によっては、換気時に比較的強い風が吹き抜ける場合がある。実施の形態4では、そのような場合の換気時の制御について説明する。
図22は、換気時の自然の風が空調システムによって妨げられる例を説明するための図である。たとえば、対向する2つの壁の各々に窓が設けられている部屋100Dを考える。このような場合に、窓から窓に向かって強風が吹き抜けることが考えられる。たとえば、マンションの上層階では、このような状況が生じやすい。
たとえば、冷房運転時に換気モードに制御された場合、窓104Dから強風が吹込み、換気モードでの室内機120A,120Bの送風方向が自然風と逆向きであるときを考える。
自然風の風量が室内機の風量程度で妨げられないくらい強風の場合は、問題にならない。たとえば、周りに遮蔽物のないマンションなど、窓を開けることで強風が吹きこむ環境の場合は、窓を開放しただけで十分換気されるので、室内機の風向および風速が自然風を妨げても問題にはならない。快適性を保つため、空調システムは増強運転さえ行なえていればよい。
しかし、家屋の周囲の見通しが悪い場合など、自然風が通り抜けにくい場合には、室内機からの送風が換気を妨げてしまう。
そこで、本実施の形態では、室内機から吹出す空気の向きを自然風の通過方向に一致させる。図23は、実施の形態4における換気時の風向制御を説明するための側面図である。
図23に示すように、実施の形態4では、部屋100Eの2つの開口である窓103Eとドア104Eに、風向風量計41E,42Eをそれぞれ設ける。室内機120A,120Bの風が直接当たらない位置に風向風量計41E,42Eを設置することにより、自然風の風向を正確に検知することができる。
制御装置25は、開閉センサからの出力に加えて、風向風量計41E,42Eで検出された風向および風量に基づいて、室内機からの送風方向を決定する。図23では、風向風量計41E,42Eで検出された大きな矢印で示す主な風の流れに一致するように、制御装置25は、室内機120A,120Bの風向制御部124A,124Bを用いて風向を制御する。これにより、開口部を通過する全体の風量を増加させて換気量を増やすことができる。
実施の形態4では、図23に示すように風向計を開口部に設置し、風の出口側に向かって送風するよう制御することで、換気量を増やすことができる。
なお、風向風量計をつけない場合でも、ユーザが換気時に室内機の風向を選択できるようにしても良い。たとえば、自然風がいつも同じ方向に吹く設置場所の場合は手動で風向を自然風と同じ方向に設定すればよい。日によって風向きが変わる場合は、「風の吹込みが強い方を開口部として設定してください。」というメッセージを出力してユーザに設定を要求しても良い。
種々の変形例.
図24は、開閉センサの変形例を説明するための図である。実施の形態1~4では、開口部の状態認識には、開口部付近に設置した接点または温度センサを用いた。これに代えて、開口部から離れた位置に設置された赤外線センサを用いても良い。
たとえば、室内機に設置された赤外線センサによって、温度分布を色表示する熱画像を得て、通信によってスマートフォンに表示させる。初期設定時に、ユーザは、スマートフォン上の熱画像における開口部の位置を指タッチで指定する。この操作によって、熱画像の画素の位置から室内機に開口部の場所をインプットし、その部分の温度変化を赤外線センサで検出し、開口部の開閉を検出しても良い。
このようにすれば、開口部付近に温度センサを設置する工事を行なわなくて済む。
なお、熱画像上における開口部の指定方法は、たとえば、4点タッチして、四角形の範囲で開口部を指定したり、1点タッチしてタッチした点の周囲の類似色の温度帯を自動的に開口部に指定したりしてもよい。また、熱画像上の2か所をタッチし、2つの開口部を指定する、など、種々の指定方法が考えられる。基本的に、開放部に向かって送風する制御としておいて、さらに屋内側の開口部と屋外側の開口部とを分けて認識すれば、室内全体の風向を揃える制御が可能となる。
また、図15および図17に示したような複数の室内機の風向角度に関しての指令は、フロアマップのパターンに合わせて予め用意した設定を各室内機にそれぞれ設定しても良い。また、複数の室内機の制御を管理するシステムコントローラを用意して、温度分布を色表示するアプリと連携するように、システムコントローラが判断して各室内機に最適な風向角度を指示するコマンドを送信してもよい。また、温度分布を示す熱画像を記録し効果確認をしてもよい。
なお、図2で代表的に示した制御装置25は、図1の室内機20A~20Dの制御装置25A~25Dのうち、アドレスの番号、DIPスイッチ、通信等で代表として管理する制御装置をどれか1つに決めたものであっても良い。制御装置25A~25Dの代表以外の制御装置には、代表の制御装置からの風向指示が送信される。その場合は、代表で管理する制御装置の記憶部にマップと機器の位置、開口部位置の情報を保持する。そして、代表の制御装置において、図11等の配置の場合に窓側にある室内機20Bと、壁側にある室内機20Aとで、マップに対する風向指示を異なるように決めてもよい。
(まとめ)
本開示は、部屋100の空調を行なう空調システム1に関する。空調システム1は、部屋100に設けられた開口部の開閉状態を検出するように構成された開閉検知センサ40と、部屋100の空気を吸い込み、空調して部屋100に送出する空調装置2と、開閉検知センサ40の出力に応じて空調装置2を制御する制御装置25とを備える。制御装置25は、開口部が閉状態から開状態に変化したことを開閉検知センサ40が検出した場合に、空調装置2に空調の増強をさせることが可能に構成される。
好ましくは、空調装置2は、冷媒を循環させるための圧縮機11と、部屋100の空気と冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器22と、熱交換器22に部屋の空気を送るためのファン23とを含む。空調装置2は、圧縮機11の運転周波数の増加、またはファン23の回転速度の増加によって空調を増強する。
好ましくは、制御装置25は、運転モードとして、第1モードと第2モードとのいずれかをユーザの設定に基づいて選択するように構成される。第1モードは、開口部が閉状態から開状態に変化したことを開閉検知センサ40が検出した場合に、空調装置2に空調の増強をさせる運転モードである(換気優先)。第2モードは、開口部が閉状態から開状態に変化したことを開閉検知センサ40が検出した場合に、空調装置2に空調の抑制をさせる運転モードである(エコ運転優先)。
好ましくは、空調装置2は、部屋100に向けて送出する空気の向きを変更することが可能である風向変更部24をさらに含む。制御装置25は、開口部が開状態であるときに、部屋100の換気が促進されるように、部屋100に送出する空気の向きを風向変更部24によって制御する風向制御を行なうことが可能に構成される。
より好ましくは、風向制御において、制御装置25は、室温が外気温よりも高い場合には、開口部に向かう第1方向に空気を送出するように風向変更部24を制御し、室温が外気温よりも低い場合には、第1方向と反対の第2方向に向けて空気を送出するように風向変更部24を制御する。
より好ましくは、空調システム1は、開口部を通過する風の向きを検出する風向風量計41E,42Eをさらに備える。風向制御において、制御装置25は、風向風量計41E,42Eの出力に基づいて風向変更部24を制御する。
本開示の他の局面に関する空調システム1は、部屋100に設けられた開口部の開閉状態を検出するように構成された開閉検知センサ40と、部屋100の空気を吸い込み、空調して部屋100に送出する空調装置2と、部屋100に向けて送出する空気の向きを変更することが可能である風向変更部24と、開閉検知センサ40の出力に応じて空調装置2を制御する制御装置25とを備える。制御装置25は、開口部が閉状態から開状態に変化したことを開閉検知センサ40が検出した場合に、部屋100の換気が促進されるように、部屋100に送出する空気の向きを風向変更部24によって制御する風向制御を行なうことが可能に構成される。
今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 空調システム、2 空調装置、10 室外機、11 圧縮機、12,22,22A,22B,22C,22D 熱交換器、13,23,23A,23B,23C,23D ファン、14 四方弁、15,25,25A,25B,25C,25D 制御装置、16,26 CPU、17,27,32 メモリ、18,28 入力部、20,120A,120B 室内機、20A,20B,20C,20D 空調ユニット、21,21A,21B,21C,21D 膨張弁、24,24A,24B,24C,24D 風向変更部、29 出力部、30 リモコン、33 表示部、40 開閉検知センサ、41,42 開閉センサ、41E,42E 風向風量計、100,100A,100C,100D,100E 部屋、103,103E,104D 窓、104,104E ドア、110 エリア、124A,124B 風向制御部。

Claims (5)

  1. 部屋の空調を行なう空調システムであって、
    前記部屋に設けられた開口部の開閉状態を検出するように構成されたセンサと、
    前記開口部を通過する風の向きを検出する風向センサと、
    前記部屋の空気を吸い込み、空調して前記部屋に送出する空調装置と、
    前記センサの出力に応じて前記空調装置を制御する制御装置とを備え、
    前記制御装置は、前記開口部が閉状態から開状態に変化したことを前記センサが検出した場合に、前記空調装置に空調の増強をさせることが可能に構成され、
    前記空調装置は、
    前記部屋に向けて送出する空気の向きを変更することが可能である風向変更部を含み、
    前記制御装置は、前記開口部が開状態であるときに、前記部屋の換気が促進されるように、前記部屋に送出する空気の向きを前記風向変更部によって制御する風向制御を行なうことが可能に構成され、
    前記風向制御において、前記制御装置は、前記風向センサの出力に基づいて前記風向変更部を制御する、空調システム。
  2. 前記空調装置は、
    冷媒を循環させるための圧縮機と、
    前記部屋の空気と前記冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、
    前記熱交換器に前記部屋の空気を送るためのファンとを含み、
    前記空調装置は、前記圧縮機の運転周波数の増加、または前記ファンの回転速度の増加によって空調を増強する、請求項1に記載の空調システム。
  3. 記制御装置は、運転モードとして、第1モードと第2モードとのいずれかをユーザの設定に基づいて選択するように構成され、
    前記第1モードは、前記開口部が閉状態から開状態に変化したことを前記センサが検出した場合に、前記空調装置に空調の増強をさせる運転モードであり、
    前記第2モードは、前記開口部が閉状態から開状態に変化したことを前記センサが検出した場合に、前記空調装置に空調の抑制をさせる運転モードである、請求項1に記載の空調システム。
  4. 前記空調装置は、
    冷媒を循環させるための圧縮機と、
    前記部屋の空気と前記冷媒との間で熱交換を行なう熱交換器と、
    前記熱交換器に前記部屋の空気を送るためのファンとを含み、
    前記空調装置は、前記圧縮機の運転周波数の増加、または前記ファンの回転速度の増加によって空調を増強する、請求項1に記載の空調システム。
  5. 前記風向制御において、前記制御装置は、室温が外気温よりも高い場合には、前記開口部に向かう第1方向に空気を送出するように前記風向変更部を制御し、室温が外気温よりも低い場合には、前記第1方向と反対の第2方向に向けて空気を送出するように前記風向変更部を制御する、請求項に記載の空調システム。
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