JP2006308150A

JP2006308150A - 空気調和機システム

Info

Publication number: JP2006308150A
Application number: JP2005128839A
Authority: JP
Inventors: Makoto Ito; 伊藤　　誠; Koichi Tokushige; 浩一徳重; Masashi Watanabe; 昌志渡辺; Yasuhiro Nakatsuka; 康弘中塚; Yutaka Arita; 有田　　裕
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-04-27
Filing date: 2005-04-27
Publication date: 2006-11-09

Abstract

【課題】
空気調和機の制御等で必須とされ、建物内に敷設される伝送線を有効に利用し、より自由度が高く、高信頼性な通信を様々な設備機器で行う。
【解決手段】
室外制御装置２００を有した室外ユニット１００と、室内制御装置２０３を有した室内ユニット１１０と、を接続する伝送線１２０で通信されて運転制御が行われる空気調和機を備えた空気調和機システムにおいて、伝送線１２０に接続され空気調和機で運転制御に必要とされる周波数帯域より高周波数で通信が可能とされた通信アダプタ１６５と、通信アダプタ１６５に伝送線１２０を介して接続され高周波数で通信を行う設備機器１６２、１６３と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機及び空気調和機の設置された建物内のパーソナルコンピュータ、プリンタ等のＯＡ機器、あるいは空気調和機や冷凍機を有するコンビニエンスストア、ショーケース、照明機器、ブラインド、ドア等設備機器の管理や制御に利用される空気調和機システムに関する。

従来、店舗管理、監視を使い勝手良くシステム構築するため、空気調和機がネットワークを介してサービスセンタへ接続され、空気調和機のみならず、ドア、ブラインド、照明器具等を空気調和機に必要とされる伝送線を利用して制御することが知られ、例えば特許文献１に記載されている。

また、ＯＡ機器が複数台接続されるＬＡＮに空気調和機の室外機及び室内機をそれぞれ接続し、ＯＡ機器の情報伝達と空気調和機の運転制御が行われることが知られ、例えば、特許文献２に記載されている。

特開２００３−９０５８６号公報特開２０００−３２０８８０号公報

上記特許文献１に記載のものにおいては、単に、空気調和機の伝送線を利用しようとしているだけなので、空気調和機以外の様々な設備機器に対して対応できるものでなく、通信容量、通信速度等の点で不足することが多く、より自由度の高い高度な管理や制御を行うには充分とは言い難かった。

また、特許文献１のものは、空気調和機の運転制御に必要とされる通信に対して専用にＬＡＮが設けられるものでないので、空気調和機の信頼性を損なう恐れがあった。

さらに、一般的なパーソナルコンピュータ（パソコン）の無線ＬＡＮなどのアクセスポイントは、建物の部屋ごとに配置してあり、アクセスポイント間は専用線によって接続するか、部屋間用のアクセスポイントにより全体を通信可能なように接続している。したがって、建物の壁や床面などに鉄筋などがある場合は、電波の到達距離に制約が生じ、有線による接続が必要となり、そのために有線工事の負担が大きくなる。さらに、最近ではＯＡ機器から家電製品に至るまで、高速インターネット接続やウェブサイト制作、電話サービス、視聴者の要求に対して即座にビデオ画像を配信するビデオオンデマンド、ニュース・オン・デマンドなどを含む付加価値サービスが要求されている。

本発明の目的は、上記従来技術の課題を解決し、空気調和機の設置工事に制御等で必須とされ、建物内に敷設される伝送線を有効に利用し、より自由度の高い高度な通信が様々な設備機器で行うことが可能で、高信頼性なシステムを得ることにある。

上記目的を達成するために、本発明は、室外制御装置を有した室外ユニットと、室内制御装置を有した室内ユニットと、を接続する伝送線で通信されて運転制御が行われる空気調和機を備えた空気調和機システムにおいて、前記伝送線に接続され前記空気調和機で運転制御に必要とされる周波数より高周波数で通信が可能とされた通信アダプタと、前記通信アダプタに前記伝送線を介して接続され前記高周波数で通信を行う設備機器と、を備えたものである。

また、室外制御装置を有した室外ユニットと、室内制御装置を有した室内ユニットと、を接続する伝送線で通信されて運転制御が行われる空気調和機を備えた空気調和機システムにおいて、前記伝送線に接続された通信アダプタと、前記通信アダプタに前記伝送線を介して接続された設備機器と、を備え、前記室外ユニットと前記室内ユニットとの通信期間中に休止期間を設け、該休止期間に前記通信アダプタと前記設備機器とが通信を行うものである。

さらに、上記のものにおいて、前記室外制御装置と前記伝送線との間及び前記室内制御装置と前記伝送線との間に前記高周波数では前記周波数でのインピーダンスよりも高いインピーダンスとなる（空気調和機で運転制御に必要とされる周波数より高い周波数の信号成分であっても信号として検出できる値を維持できるように入力インピーダンスを持った）終端回路が配置されていることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記設備機器は無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされていることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記室内ユニットに設けられ、室内に面するように配置された化粧パネルと、無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされた前記設備機器と、を備え、前記アクセスポイントは前記化粧パネルに組み込まれ、前記室内に面するように設置されていることが望ましい。

さらに、上記のものにおいて、前記室内ユニットに設けられ、室内に面するように配置された化粧パネルと、無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされた前記設備機器と、を備え、前記設備機器はアクセスポイントとなるＰＣカードとされ、前記化粧パネルに前記ＰＣカードの差込み口となるＰＣカードスロットが備えられたことが望ましい。

さらに、本発明は、室外制御装置と通信手段を有し、室内制御装置を有した室内ユニットと伝送線で通信を行い運転制御がされる室外ユニットであって、前記室外制御装置は運転制御に必要とされる周波数帯域より高周波数では高インピーダンスとなる終端回路を介して前記伝送線と接続され、前記伝送線の前記終端回路と前記室内ユニットとの間で前記高周波数の通信が可能とされた通信アダプタが接続されるものである。

さらに、本発明は、室内制御装置と通信手段を有し、室外制御装置を有した室外ユニットと伝送線で通信を行い運転制御がされる室内ユニットであって、前記室内制御装置は運転制御に必要とされる周波数帯域より高周波数では高インピーダンスとなる終端回路を介して前記伝送線と接続され、前記終端回路から前記室外ユニットとの間で前記伝送線に接続されたアクセスポイントを備え、前記アクセスポイントは室内に面するように設置される前記室内ユニットの化粧パネルに組み込まれているものである。

本発明によれば、運転制御をするための通信が行われる室外ユニットと室内ユニットとを接続する伝送線に通信アダプタと設備機器が接続されて通信を行うので、空気調和機の設置工事に必須とされる伝送線を有効に利用し、より自由度の高い高度な通信を行うことが可能で、高信頼性なシステムが得られる。

以下、図を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
図１は、空気調和機システムの全体を示し、室外ユニット１００と建物の室内に配置された室内ユニット１１０は、伝送線１２０で接続されて通信を行う空気調和機１３０である。室内には、さらに、制御装置を兼ねた通信機器１６１に接続された照明灯１６１ａ、同様に通信機器１６２に接続されたドア開閉検出器１６２ａ、通信機器１６３に接続された換気扇１６３ａ、インターネットや携帯電話などのほかの通信システムとの変換装置である通信アダプタ１６５、この通信システムに接続されたパーソナルコンピュー等の制御装置１６６、などが空気調和機１３０と共に通信が可能なように接続されている。

室外ユニット１００と室内ユニット１１０間は、空気調和機の運転データとして圧縮機の運転周波数、吸入圧力及び吐出圧力、各膨張弁の開閉状態、吸入温度、吐出温度、外気温度などの制御情報が伝送線１２０を介して送受信されている。そして、その電文は基本フォーマットと変更データによってお互いの制御情報をやりとりし、室外ユニット１００及び室内ユニット１１０はその制御情報を基に室外制御装置２００あるいは室内制御装置２０３で制御されている。

ここで、照明灯１６１ａの点灯状態や、ドアの開閉状態を検出するドア開閉検出器１６２ａの動作状態を監視する場合、専用の通信線を敷設することが一般的である。また、空気調和機と設備機器で通信制御を統合する場合、設備機器を見分けるための個別のアドレス設定や、通信間隔については、空気調和機によって定められた通信手順、通信帯域（空気調和機の運転制御に必要とされるのは9600ｂｐｓ程度）に従う必要があり、そのことが制約となり、空気調和機以外の設備機器が必要な時に任意に通信を行うことは困難であった。

図２は、図１の詳細を示し、室外ユニット１００には、室外制御装置２００と、伝送線１２０を使用して通信を行うための通信手段２０１と、通信手段２０１が使用する周波数帯域（空気調和機及び照明灯１６１ａの点灯、ドアの開閉等の制御、監視には9600ｂｐｓ程度）以外でより高い周波数（映像による防犯装置、内線ＰＨＳ、社内ＬＡＮ、ＡＤＳＬモデム、インターネットでは数Ｍ〜数100Ｍｂｐｓ）で高インピーダンスとする終端回路（抵抗、シュミットトリガなど）１５０と、が内蔵される。そして、終端回路１５０は、空気調和機で運転制御に必要とされる周波数より高い周波数の信号成分であっても信号として検出できる値を維持できるような入力インピーダンスを持ったインターフェースである。
室内ユニット１１０には、室内制御装置２０３と、送風機２０３ａと、通信手段２０２と、通信手段２０２が使用する周波数帯域以外の周波数で高インピーダンスとする終端抵抗１５０が設けられている。また、室内制御装置２０３に直接接続された高帯域通信手段１５０ａを設けても良い。

さらに、通信アダプタ１６５は、インターネットや携帯電話などのほかの通信システムとの変換装置であり、終端抵抗１５０と高帯域通信手段１５０ａが設けられている。

監視・制御手段１６６は、インターネットや携帯電話より、伝送線１２０、通信手段２０１、室外制御装置２００あるいは室内制御装置２０３を介して空気調和機の運転情報（冷凍サイクル各部の温度、圧力、圧縮機の運転周波数など）を監視あるいは制御し、高帯域通信手段１５０ａ、制御手段１６２ｂ、ドア開閉検出器１６２ａを介してドアの開閉状態を、高帯域通信手段１５０ａ、制御手段３２１、換気扇１６３ａを介して換気扇１６３ａの回転の有無あるいは回転数などの運転状態を監視したり、制御したりする。また、同様に室内ユニット１１０の動作を、ドア開閉検出器１６２に連動させ、例えば冷房時、開閉回数が多ければ温度を下げるように圧縮機の回転数を高めたり、開閉回数が少なければより省エネ運転となるように圧縮機の回転数を低くしたりする。さらに、開閉回数が多ければ、そのことを警告表示して省エネを促すような監視を行う。

伝送線１２０は空気調和機１３０の通信線として使用するので、配線素材、端部の施工などは空気調和機に適合された方式で行われ、その端部は常に室外ユニット１００や室外ユニット１１０となるので、ドア、ブラインド、照明器具等の制御、監視のための通信として利用しても、伝送線１２０の端末が開放されて通信の障害となることがない。そして、空気調和機１３０が使用しない周波数帯域まで通信の品質を向上すれば良い。

図３は、空気調和機１３０の使用する通信周波数帯域３０１を模式的に示したものであり、空気調和機１３０が通信で使用する空調機通信周波数３０２より高い高帯域通信周波数３０３を、高帯域通信手段１５０ａは使用して通信を行う。つまり、本来、空気調和機は、配線長が１０００ｍ、接続台数１２８、冷媒系統数１６程度であっても運転制御のための通信用途としてメタルケーブルの伝送線１２０は、銅線が持つ周波数帯域の一部である9600ｂｐｓ程度しか使われない。そこで、高帯域通信手段１５０ａはこの周波数帯域を超える高周波数の帯域幅を利用し、周波数多重化し多数チャンネルの搬送波によって２４Ｍビット／秒程度までの広帯域のデータ通信を行ない、相互の干渉を防止している。例えば、スペクトラム拡散通信、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多元通信）などを行うことが良い。

図４は、伝送線１２０で送受信される信号の伝送波形を示し、伝送波形４００は空気調和機１３０のみが通信を行う場合の使用している場合であり、伝送波形４０１は高帯域周波数を重畳した場合である。伝送線１２０の端部は、この伝送線１２０を通じて、室外ユニット１００と室内ユニット１１０が通常行う伝送信号周波数帯域より高い周波数帯域１４０で高インピーダンスとなる終端回路１５０を内蔵している。

図８は、終端回路１５０の詳細例であり、伝送線１２０のインピーダンスを高くする機能を備えたローパスフィルタを構成し、室内ユニット１１０と室外ユニット１００が伝送線１２０で使用する周波数帯域の２〜２０ｋＨｚ程度（ビルマルチエアコンの場合9600ｂｐｓが多い）の信号は透過させ、高帯域通信手段１５０ａで使用する周波数帯域の０．５ＭＨｚ〜１０ＭＨｚ帯域の周波数に対して、高インピーダンスを確保する。
伝送線１２０のインピーダンス（伝送路の特性インピーダンス）が受信する側の入力インピーダンスと整合が取れてなく、低い場合は、伝送線１２０間の電圧差で搬送する信号が減衰する。さらに、伝送線１２０自体はキャパシスタンス分やインダクタンス分も含むため伝送線１２０の減衰量は周波数特性を持つこと、伝送距離が長くなると減衰量が特に高周波数で減衰したり、パルス波形の信号の角部分が丸くなるように歪み、信号エラーとなったり、するので、図８のような終端回路ではインダクタンス１０１、コンデンサ１０２、抵抗１０３の値が例えば、インダクタンス１０１は２０〜６０μＨ、コンデンサ１０２は０．０１から０．１〜０．３μＦ、抵抗１０３は５０〜２００ｋΩが好適である。

図９、１０は、終端回路１５０の効果を示し、図９は終端回路１５０がある場合、図１０がない場合である。図９に示すように、終端回路１５０は、送信側の信号１０４を室内ユニットで使用される信号１０５として透過させ、また、高帯域通信手段１５０ａで使用する信号１０６を減衰しないようにしている。図１０では終端回路１５０ａがないので、高帯域通信手段１５０ａで使用する信号１０７は図に示すように減衰する。また、高帯域通信手段１５０ａは必要な信号のみを分離するハイパスフィルタを付帯している。

図５は、空気調和機１３０のみが通信を行う場合と他の設備機器の通信とを図４の方式のように周波数帯域を区分するのではなく、時間を分ける方式を示している。

空気調和機１３０の運転制御のための通信は時間軸５００に対して、断続的に行われ、空調機通信５０１が定期的あるいは不定期に送信されている。そこで、空気調和機１３０が任意に全く通信しない休止時間５０２を定期的な間隔で設定し、この間に設備機器通信５０３を行う。したがって、空気調和機１３０の通信するための情報フォーマット、交信手順、誤り検出法などを定める通信プロトコルに制約を受けることなく、自由に伝送線１２０を使用することができ、例えば空気調和機の設置工事が終わった後に通信線１３０を他の設備機器に貸与することができる。つまり、通信線１３０で他の設備機器によって行われた通信量を室外ユニット１００に設けられた記憶装置（室外制御装置２００内に設ければ良い）又は監視・制御手段１６６で計数してその数値に応じて貸与された設備機器の使用者に課金するようなビジネスモデルを行うことができる。

パソコン同士が相互に通信させるネットワーク（ＬＡＮ）への応用例を示し、図６は、伝送線１２０に他の通信システム、たとえばパソコン用ＬＡＮなどのアクセスポイント１８０が設けられた通信機器１６７、通信装置１６８ａ、ドアの管理を行う制御機器１６９が通信を行うための通信機１６９ａなどを接続したもの、図７は室内ユニット１１０自体にアクセスポイント１８０、通信装置１６８ａを設置した例を示している。

通常、複数のパソコンを相互接続してＬＡＮを組むには、専用ケーブルで物理的に接続するのが一般的だが、専用ケーブルの部分は伝送線１２０で代行し、そこから先はケーブルの代わりに電波や赤外線を使用してコンピュータ同士を通信させるネットワークである無線ＬＡＮを使って接続している。パソコンには、無線ＬＡＮアダプタという通信機器を取り付け、その無線ＬＡＮの規格はＩＥＥＥ８０２・１１ｂ、ＩＥＥＥ８０２・１１ａまたはＩＥＥＥ８０２・１１ｇに対応し、最大通信速度１１メガビット／秒、あるいは最大５４メガビット／秒に対応し、ＷｉＦｉ（ワイファイ）マークが付けられている。そして、無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイント１８０の電波の届く範囲がホットスポット（インターネット接続の環境が提供される空間またはその接続サービス）となる。

パソコンに一般的に使用される無線ＬＡＮでは、通常建物内では壁などで電波が遮へいされるため、広範囲にサービスエリア（ホットスポット）を提供するにはアクセスポイントを多数設置するのに加え、別途、壁や床面間に信号を貫通させるために一部有線を使用する必要がある。そこで、空気調和機１３０の伝送線１２０を使用すれば、空気調和機の設置工事以外に新たな工事を行うことなく、サービスエリアを拡大することができる。

また、ドアの管理を行う制御機器１６９は監視用伝送線１２０aと接続され、監視制御装置１７０は、監視用伝送線１２０ａと通信機１６９ａとドア開閉検出器１６２ａにより、ドアの管理を行うセキュリティシステムとなっている。そして、伝送線１２０と通信アダプタ１６５により監視制御装置１７０に対して、二重化されたシステムが構築され、高信頼性なサービスとなっている。

さらに、通信機器１６８はたとえば、赤外線による通信装置１６８ａを内蔵し、ドア開閉検出器１６２ｂ、照明制御装置１６１ｂも赤外線通信装置を内蔵しているので、ドアや照明の監視システムが構築されている。なお、赤外線通信装置は、超音波でもあるいは無線通信装置であっても良く、照明装置に照明制御装置１６１ｂを搭載するだけで、監視制御装置１７０による監視システムを構築でき、照明装置メーカおよび設置工事に関わるコストを小さくすることができる。

図７において、通信装置１６８ａ、およびアクセスポイント１８０、それらを接続する高帯域通信手段７０１は、室内ユニット１１０の化粧パネル１１１の下部、室内に面するように設けられている。そして、化粧パネル１１１は空気調和機１３０の設置工事の後に交換が可能とされている。したがって、通常の室内ユニットであっても、化粧パネル１１１の交換時に通信装置１６８ａ、およびアクセスポイント１８０の付加されたものと交換すれば他の設備機器によるより高度な通信システムを低コストで実現できる。

また、室内ユニット１１０にノートパソコンに機能を追加するクレジットカード大のＰＣカード（PC card / PCMCIA card）の差込み口、ＰＣカードスロットを設けても良く、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４のコネクタ、無線ＬＡＮの子機、ＬＡＮカード、外付け周辺機器や携帯電話等の接続アダプタなどを追加することで他の設備機器による通信システムが伝送線１２０を利用して行うことができる。

以上のように、他の設備機器による通信は、空気調和機１３０に元々必要とされる伝送線１２０を利用して行われるため、他の設備機器のために新たに通信線を敷設する工事が不要となり、低コストで高信頼性なシステムとすることができる。

本発明による一実施の形態である空気調和機システム示すブロック図。図１の詳細な構成を示すブロック図。一実施の形態による通信周波数の使用方法を示す説明図。一実施の形態による通信線の伝送波形を示す図。他の実施の形態による通信方法を示す説明図。一実施の形態によるアクセスポイントが設けられた空気調和機システムを示すブロック図。他の実施の形態による室内ユニット自体にアクセスポイントが設けられた空気調和機システムを示すブロック図。一実施の形態による終端回路の詳細を示す回路図。一実施の形態による信号の伝達状態を説明するブロック図。終端回路がない場合の信号伝達状態を説明するブロック図。

符号の説明

１００…室外ユニット、１１０…室内ユニット、１１１…化粧パネル、１２０…伝送線、１５０…終端回路、１６２、１６３…設備機器、１６５…通信アダプタ、１８０…アクセスポイント、２００…室外制御装置、２０１…通信手段、２０３…室内制御装置。

Claims

室外制御装置を有した室外ユニットと、室内制御装置を有した室内ユニットと、を接続する伝送線で通信されて運転制御が行われる空気調和機を備えた空気調和機システムにおいて、
前記伝送線に接続され前記空気調和機で運転制御に必要とされる周波数より高周波数で通信が可能とされた通信アダプタと、
前記通信アダプタに前記伝送線を介して接続され前記高周波数で通信を行う設備機器と、を備えたことを特徴とする空気調和機システム。
室外制御装置を有した室外ユニットと、室内制御装置を有した室内ユニットと、を接続する伝送線で通信されて運転制御が行われる空気調和機を備えた空気調和機システムにおいて、
前記伝送線に接続された通信アダプタと、前記通信アダプタに前記伝送線を介して接続された設備機器と、を備え、
前記室外ユニットと前記室内ユニットとの通信期間中に休止期間を設け、該休止期間に前記通信アダプタと前記設備機器とが通信を行うことを特徴とする空気調和機システム。
請求項１に記載のものにおいて、前記室外制御装置と前記伝送線との間及び前記室内制御装置と前記伝送線との間に前記高周波数では前記周波数でのインピーダンスよりも高いインピーダンスとなる終端回路が配置されていることを特徴とする空気調和機システム。
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記設備機器は無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされていることを特徴とする空気調和機システム。
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記室内ユニットに設けられ、室内に面するように配置された化粧パネルと、無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされた前記設備機器と、を備え、前記アクセスポイントは前記化粧パネルに組み込まれ、前記室内に面するように設置されていることを特徴とする空気調和機システム。
請求項１又は２に記載のものにおいて、前記室内ユニットに設けられ、室内に面するように配置された化粧パネルと、無線ＬＡＮの親機となるアクセスポイントとされた前記設備機器と、を備え、前記設備機器はアクセスポイントとなるＰＣカードとされ、前記化粧パネルに前記ＰＣカードの差込み口となるＰＣカードスロットが備えられたことを特徴とする空気調和機システム。
室外制御装置と通信手段を有し、室内制御装置を有した室内ユニットと伝送線で通信を行い運転制御がされる室外ユニットであって、前記室外制御装置は運転制御に必要とされる周波数帯域より高周波数では高インピーダンスとなる終端回路を介して前記伝送線と接続され、前記伝送線の前記終端回路と前記室内ユニットとの間で前記高周波数の通信が可能とされた通信アダプタが接続されることを特徴とする室外ユニット。
室内制御装置と通信手段を有し、室外制御装置を有した室外ユニットと伝送線で通信を行い運転制御がされる室内ユニットであって、前記室内制御装置は運転制御に必要とされる周波数帯域より高周波数では高インピーダンスとなる終端回路を介して前記伝送線と接続され、前記終端回路から前記室外ユニットとの間で前記伝送線に接続されたアクセスポイントを備え、前記アクセスポイントは室内に面するように設置される前記室内ユニットの化粧パネルに組み込まれていることを特徴とする室内ユニット。