JP2008082586A - 床暖房装置とエアコンの連動運転システム - Google Patents

Abstract

【課題】経済性と快適性の両方に優れた暖房環境を提供すると共に、エアコンとコントローラとの位置関係が制限されるという従来の課題を解消すること。
【解決手段】一室内に床暖房装置１とエアコン２が設置され、床暖房装置１を制御するコントローラ３に、コントローラ３とは別体の赤外線送信ユニット４を無線又は有線で接続し、上記コントローラ３からの制御指令の情報を赤外線送信ユニット４において赤外線信号に変換し、該赤外線信号を赤外線受光機能を有するエアコン２に送信することで、床暖房装置１とエアコン２とを連動運転可能とした連動運転システムである。
【選択図】図１

Description

本発明は、床暖房装置とエアコンの連動運転システムに関し、詳しくは床暖房装置と赤外線受光機能を有する汎用のエアコンとを連動して制御することができる技術に関するものである。

居室の暖房において、一般にエアコンによる温風暖房や、床暖房による床表面からの暖房などがあるが、快適性と省エネ性の観点から考えた場合、それぞれメリットとデメリットがある。つまりエアコン単独での温風暖房では、運転コストが安く、省エネであるが、温風が不快であるうえに、暖気は部屋の上部にたまり、足元が冷たくて快適であるとはいえない。また、床暖房装置単独では、輻射熱を利用するため部屋をムラなく均一にかつ足元を効率的に暖めることができ、頭寒足熱で快適性はあるが、運転コストが高く、省エネ性に優れているとはいえない。更に言えば、床暖房装置単独運転の場合、立ち上がり時に速暖性を得るためには、床温と室温とを上昇させる必要があり、そのため床暖房の設定温度を高くしてオーバーロードした床暖房をする必要があり、消費電力がその分高くなる。しかも定常状態の運転でもジュール熱を利用するため、多くの熱量を消費して熱交換効率が悪く、消費電力が高くなるという問題がある。

図９は、エアコン単独運転をする場合と、床暖房単独運転をする場合と、室内の快適温度範囲（図９のハッチングで囲んだ領域）とをグラフで示したものであり、図１０は床暖房単独運転をする場合の温度（℃）と時間（分）と消費電力（ｋＷｈ）の関係をグラフで示したものである。この床暖房単独運転をする場合は図１０のように、立ち上がり時の消費電力Ａ´は例えば４．０９（ｋＷｈ）、定常状態での運転時の消費電力Ｂ´は例えば６．３１（ｋＷｈ）とそれぞれ高く、しかも室温及び床温が快適温度となるまでに時間がかかるという問題もある。

そこで、従来より、一台のコントローラから床暖房装置とエアコンに制御信号を送信することで、床暖房装置とエアコンとを同時運転させるシステムが発明されている（例えば、特許文献１参照）。

ところが、上記特許文献１にみられる従来例では、コントローラをエアコンよりも低い位置、つまり使用者（子供も含む）が操作できる高さ位置に設置する必要があるため、コントローラとエアコンとの角度、距離が大きくなり、電波に比べて指向性の強い赤外線がエアコンに届きにくくなる。或いは、エアコンとコントローラとの間に障害物がある場合も赤外線が届きにくくなる。このため従来ではエアコンとコントローラの位置関係に制約が生じるという問題があった。
特開２００１−２３５２０８号公報

本発明は上記の従来の問題点に鑑みて発明したものであって、経済性と快適性の両方に優れた暖房環境を提供できると共に、エアコンとコントローラとの位置関係が制限されるという従来の課題を解消できる床暖房装置とエアコンの連動運転システムを提供することを課題とするものである。

前記課題を解決するために本発明は、一室内に床暖房装置１とエアコン２が設置され、床暖房装置１を制御するコントローラ３に、コントローラ３とは別体の赤外線送信ユニット４を無線又は有線で接続し、上記コントローラ３からの制御指令の情報を赤外線送信ユニット４において赤外線信号に変換し、該赤外線信号を赤外線受光機能を有するエアコン２に送信することで、床暖房装置１とエアコン２とを連動運転可能としたことを特徴としている。

このような構成とすることで、床暖房装置１とエアコン２との連動運転によってエアコン２単独運転の場合のような暖房時の温風の不快感を解消できると共に、床暖房単独運転の場合のような運転コストが高くつくという問題も同時に解消でき、より快適で、より経済的な暖房環境を提供できるようになる。また仮りにコントローラ３とエアコン２との間に障害物が存在したり、或いは、エアコン２よりも低い位置にコントローラ３が設置されている場合などであっても、赤外線送信ユニット４をコントローラ３から離して、赤外線信号Ｓをエアコン２に確実に送信できる位置に設置することによって、赤外線を確実に送信できるようになる。しかも、赤外線送信ユニット４をコントローラ３と別体で構成することで、エアコン２とコントローラ３との位置関係が制限されるという従来の課題を解消できるようになる。

また、上記床暖房装置１の一台のコントローラ３に対して、設置するエアコン２の数量に応じて複数個の赤外線送信ユニット４を増設可能とするのが好ましく、この場合、コントローラ３の台数を増やすことなく、赤外線送信ユニット４を増設するだけで、エアコン２の増設に容易に対応できるようになる。

また、上記赤外線送信ユニット４を増設した場合において、複数個の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓを一台のエアコン２が同時に受信しないように、赤外線信号Ｓを一台ずつずらして送信する構成とするのが好ましく、この場合、一方の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓと他方の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓとを同時に送信するのではなく、一台ずつずらして送信するので、赤外線信号Ｓの干渉を防ぐことができ、エアコン２の誤動作を確実に防止できるようになる。

本発明は、コントローラからのエアコンの制御指令を赤外線送信ユニットを中継して、赤外線受光機能を有するエアコンに送信することにより、床暖房の運転制御に合わせて容易に汎用エアコンを連動制御できるシステムを構築できると共に、より快適で、より経済的な暖房環境を提供できるものである。またコントローラとは別体の赤外線送信ユニットからエアコンに赤外線信号を送信することにより、エアコンとコントローラとの位置関係が制限されるという従来の課題を解消しながら、赤外線送信ユニットの設置位置の自由度を持たせることができるものである。

以下、本発明を添付図面に示す実施形態に基いて説明する。

図１は一室内に設置される床暖房装置１とエアコン２とを連動運転させる本発明システムの説明図である。エアコン２は、赤外線受信機能を有する汎用エアコンであり、後述の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓが壁面に取り付けられたエアコン２（室内機の赤外線受信部）に送信されることで、エアコン２の制御装置が温度設定、風量設定、運転のオン・オフ等、様々な制御を行なうようになっている。

床暖房装置１は、例えば床板の下面に電熱マットを敷設し、コントローラ３にて電熱マットを電気的に制御する電熱式の床暖房パネルで構成されている。勿論、電熱式に限らず、床板の下面に暖房用配管を配管し、コントローラ３にて暖房用配管内に流す温水量を制御する温水式の床暖房パネルなどであってもよい。

床暖房装置１を制御するコントローラ３は、使用者（子供も含む）が操作できる高さ位置、例えば床面から１ｍ程度の高さの壁面（床面でも可）に取り付けられる。コントローラ３には、例えば、床暖房装置１のみを単独運転するための床暖房用操作部と、エアコン２のみを単独運転するためのエアコン用操作部と、床暖房とエアコン２とを連動運転するための床暖房−エアコン連動運転用操作部とが設けられている。

上記コントローラ３のエアコン用操作部又は床暖房−エアコン連動運転用操作部のいずれかの操作によるエアコン２の制御指令の情報は、一旦、電気信号として電線１１を介して赤外線送信ユニット４に送られ、赤外線送信ユニット４で赤外線信号Ｓに変換される。この赤外線送信ユニット４は、コントローラ３とは別体で構成されており、コントローラ３から離間した位置に取り付けられている。つまりコントローラ３は使用者が操作しやすい高さ位置に取り付けられるが、使用者が操作する必要のない赤外線送信ユニット４は、例えばエアコン２に近い高さ位置に取り付けられる。ここでは、エアコン２のほぼ正面位置に対向する高さ位置に設置されている。

上記赤外線送信ユニット４は、図３に示すように、壁面に固定される固定枠５と、固定枠５に取り付けられる赤外線送信部６とからなる。赤外線送信部６は、コントローラ３からのエアコン２の制御指令の情報を赤外線信号Ｓ（リモコン信号）に変換するものであり、本例では半球面状の透明筐体６ａ内に４個のＬＥＤ７ａ〜７ｄが縦一列に配置されて構成されている。また最上部のＬＥＤ７ａだけを斜め前上方Ｃに傾けて配置し、残りの３個のＬＥＤ７ｂ〜７ｃを前方正面Ｅに向けて配置するのが望ましい。また本例では最上部に位置する１個のＬＥＤ７ａの傾き角度θ１（図３（ｄ））を例えば数十°に設定している。さらに、縦一列にＬＥＤ７ａ〜７ｄを配置した赤外線送信部６を、壁面に固定される固定枠５に対して左右方向Ｄに首振り可能となるように回転可能に支持してあり、これによりＬＥＤ７ａ〜７ｄの向きを左右に可変可能としている。なお赤外線送信部６を左右方向Ｄに回転させる仕組みとして、赤外線送信部６の上下両端部に上下の軸部８を突設し、固定枠５の上下両側位置で上下の軸部８を回転自在に軸支させている。

しかして、コントローラ３の床暖房−エアコン連動運転用操作部が操作されると、床暖房の制御指令が電源コード１０（図１）を介して床暖房装置１の制御装置に送信されると共に、エアコン２の制御指令が赤外線送信ユニット４を中継して、エアコン２の制御装置に赤外線信号Ｓとして送信される。この赤外線信号Ｓとして汎用のエアコン２が受信可能な信号を用いることによって、汎用（既存）のエアコン２をそのまま使用できるものとなるので、エアコン２の改造なしに、容易に、床暖房装置１とエアコン２の連動運転システムを構築できるものである。また、コントローラ３と赤外線送信ユニット４とは別体で構成されているため、仮りにコントローラ３とエアコン２との間に障害物が存在したり、或いは、エアコン２よりも低い位置（或いは遠い位置）にコントローラ３が設置されている場合などであっても、赤外線送信ユニット４をコントローラ３から離して、赤外線信号Ｓをエアコン２に確実に送信できる位置に設置できるようになる。しかも、赤外線送信ユニット４をコントローラ３と別体で構成することで、エアコン２とコントローラ３との位置関係が制限されるという従来の課題を解消しながら、赤外線送信ユニット４の設置位置の自由度を持たせることができるようになる。つまりエアコン２との位置、角度、距離などに制約されずに、赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓを円滑にエアコン２に送信できるようになる。

ここで、上記コントローラ３の床暖房−エアコン連動運転用操作部を操作したときには、床暖房装置１とエアコン２とが同時に運転を開始する同時運転制御も可能であるが、本例では、省エネ性を考慮して、最初にエアコン２単独運転をし、室温が一定以上に上昇してから床暖房装置１の運転を開始する時間差運転制御方式を採用している。つまり、予めエアコン２単独運転によって室温を上昇させ、室温が一定温度以上になると床暖房装置１の運転を開始する。この段階では室温と床温がエアコン２により温まっているので、床暖房装置１によって床温を一定温度まで上昇させるのに多くの熱量が必要でなく、結果的に立ち上がり時の消費電力を低く抑えることができるようになる。さらに床暖房とエアコン連動運転時は、室温はエアコン２で自動コントロールされているので、床温も一定温度以下には低下しない状態となる。

本発明の実験結果を図２に示す。図２は床暖房−エアコン連動運転をする場合の温度（℃）と時間（分）と消費電力（ｋＷｈ）の関係を示したものであり、図９の床暖房単独運転の場合のＡ´、Ｂ´と比較して、立ち上がり時の消費電力Ａは例えば、１．３５５（ｋＷｈ）、定常状態での運転時の消費電力Ｂは例えば、４．８６８（ｋＷｈ）とそれぞれ低く、しかも室温及び床温が短時間で快適温度になるメリットがあるのが明らかである。

すなわち、床暖房は消費電力が高いが、エアコン２を先行させてから床暖房とエアコン２との連動運転をすることで、床暖房の低温での運転設定が可能となる。また、床暖房装置１運転開始後も、エアコン２は引き続いて運転するが、室温が一定以上になるとエアコン２は自動停止し、室温が下がったときのみエアコン２を自動運転するので、トータル的にエアコン２の消費電力を低く抑えることができる。しかも床暖房とエアコン２の連動運転によって、図２の床温快適温度及び室温快適温度範囲内（図９のハッチングで囲んだ快適温度範囲内に相当）となるように、室温及び床温をそれぞれコントロールすることが容易となり、エアコン２単独運転の場合のような暖房時の温風の不快感を解消できると共に、床暖房単独運転の場合のような運転コストが高くつくという問題も同時に解消でき、この結果、より快適で、より経済的な暖房環境を提供することができる。

また本例では、床暖房装置１を制御する一台のコントローラ３に対して、設置するエアコン２の数量に応じて複数個の赤外線送信ユニット４を増設可能としている。図１の例では、一台のコントローラ３に２個の赤外線送信ユニット４を２本の電線１１で接続して、２台のエアコン２が独立して動作するものであり、これによりコントローラ３の台数を増やすことなく、エアコン２の増設に容易に対応できるようになっている。なお図１中の１２は漏電ブレーカ、１３はコントローラ３と床暖房装置１とを接続するリレーユニット、１４は増設された床暖房装置１とコントローラ３とを接続する増設リレーユニットである。ここで、赤外線送信ユニット４の数はエアコン２の台数に合わせて適宜変更自在であり、１個或いは３個以上であってもよい。またコントローラ３と赤外線送信ユニット４間の接続は有線ではなく、無線であってもよい。

また、上記のように一室内に複数台のエアコン２を設置し、各エアコン２ごとに赤外線送信ユニット４を増設した場合において、２個の赤外線送信ユニット４から送信される赤外線信号Ｓを一台のエアコン２が同時に受信すると誤動作が生じる可能性がある。つまり、赤外線信号Ｓが干渉して、エアコン２の制御装置は正しいデータを受信できなくなる。

そこで、一台のエアコン２が複数個の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓを同時に受信しないように、赤外線信号Ｓを一台ずつずらして送信する構成とする。これにより、一方の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓと他方の赤外線送信ユニット４からの赤外線信号Ｓとが同時に送信されるのではなく、時間間隔をあけて送信されるので、赤外線信号Ｓの干渉を防ぐことができ、エアコン２の誤動作を確実に防止できるようになる。

ところで、赤外線送信ユニット４を設置するにあたって、例えば床暖房装置１とエアコン２との施工タイミングの違いから、それぞれの設置位置を制限するには限界がある。仮りにエアコン２の赤外線受光範囲内に赤外線送信ユニット４を設置した場合であっても、赤外線送信ユニット４を設置する壁面の位置によってはエアコン２との位置関係が変わるため、赤外線送信ユニット４から広範囲に赤外線信号を送信できるように赤外線送信部６の設置の向きを全方位でカバーできるようにする必要があり、また赤外線信号が届く距離を大きくするためにはＬＥＤ７の個数が増えるという問題がある。仮りに、図８（ａ）（ｂ）のように、縦一列に配置した複数個のＬＥＤ７の向きを縦方向に放射状に配置した場合でも、各々のＬＥＤ７の強度が分散されてしまうために、送信距離が短くなり、赤外線受光範囲が図７の斜線部分に限られてしまい、斜線部分以外の部分では赤外線信号が届き難くなる。このため特に広い部屋で長い距離を必要とする場合は、各方向でＬＥＤ７の数を増やす必要があり、赤外線送信ユニット４のコスト高、大型化を招くという問題がある。

そこで本例では、全方位をカバーするために、赤外線送信部６を、図３に示すように、室内の壁面に固定される固定枠５に対して縦一列に配置したＬＥＤ７ａ〜７ｄを左右方向Ｄに１８０°回転可能に支持している。これにより、赤外線送信部６の小型化を図ることができると共に、回転によって全方位に赤外線信号Ｓを拡散送信することができるので、すべてのＬＥＤ７ａ〜７ｄをエアコン２に向けることが一層確実となり、エアコン２の設置位置が制約されることもなくなる。さらに図３（ｄ）に示すように１個のＬＥＤ７ａを斜め前上方Ｃに傾けて配置しているので、図４のように赤外線送信ユニット４はエアコン２よりも低い位置（例えば、高低差Ｈ＝０．５ｍ）にある場合に、エアコン２からの距離が長い場合（例えばｄ１＝１１ｍ、傾斜角度α１＝３°以上）或いは距離が短い場合（例えばｄ２＝１ｍ、傾斜角度α２＝２５°以上）のいずれにおいても、斜め前上方Ｃに傾いたＬＥＤ７ａをエアコン２に向けることができ、赤外線信号Ｓがエアコン２に確実に届くようになる。従って、ＬＥＤ７ａ〜７ｄの数を増やすことなく、ＬＥＤ７ａ〜７ｄのいずれか１の方向を変えるだけで赤外線受光範囲が拡大するようになる。

なお図３（ｄ）の例ではＬＥＤ７ａ〜７ｄの配置方向を縦一列にして、最上部以外の３個のＬＥＤ７ｂ〜７ｄをそれぞれ前方正面Ｅに配置しているが、更に他例として、最下部の１個のＬＥＤ７ｄを斜め前下方に向けて配置するようにしてもよく、これにより、赤外線信号Ｓが届く下方範囲をより広角度にすることができ、例えば、赤外線送信ユニット４がエアコン２よりも高い位置に設置されている場合に有効となる。また、ＬＥＤ７ａ〜７ｄの配置方向は縦一列に限らず、横一列であってもよく、この場合、ＬＥＤ７ａ〜７ｄのうちの少なくとも１個を斜め前上方Ｃに向けて配置すればよい。

さらに図３の例では、赤外線送信部６の外郭形状６ｂを正面視で円形又は正方形状に形成すると共に、固定枠５における赤外線送信部６の取り付け部分５ａの形状を固定枠５に対する赤外線送信部６の取り付け角度が正面視で９０°異なる角度で可変自在となるように構成されている。これにより、固定枠５に対する赤外線送信部６の取り付け角度を選択することで、つまり赤外線送信部６の回転軸を縦方向と横方向のいずれか一方に選択することで、縦軸廻りの左右方向Ｄの回転（図３（ａ））と横軸廻りの上下方向の回転（図３（ｅ））間の変更が自在となり、例えば、エアコン２よりも低い位置（或いは高い位置）に赤外線送信ユニット４が設置されている場合に、ＬＥＤ７ａ〜７ｄを左右方向Ｄの回転から上下方向の回転に変更することで、すべてのＬＥＤ７ａ〜７ｄを上側（或いは下側）のエアコン２に向けることが可能となる。

赤外線送信部６の更に他例として、図５に示すように、赤外線送信部６を左右方向Ｄに９０°ずつ、１８０°の角度θ３で回転可能にすると共に、この回転可能範囲内で所定角度θ２、例えば１０°刻みで係止可能に回転させる弾性係止機能を有しているのが望ましい。なお弾性係止機能の構造は特に問わない。しかして、各ＬＥＤ７ａ〜７ｄからの赤外線信号Ｓの届く赤外線受光範囲（図６の斜線部分）以外の部分も、赤外線信号Ｓの届く赤外線受光可能範囲となり、これにより、赤外線送信ユニット４が図６の任意の位置（壁面或いは床上）にあっても、どの位置からも赤外線送信部６のすべてのＬＥＤ７ａ〜７ｄをエアコン２に向けることが可能となる。しかも、弾性係止機能によってＬＥＤ７ａ〜７ｄの角度が１０°刻みで係止可能に回転させることができる構成となっているので、赤外線信号Ｓの方向を小刻みに調整でき、全方位カバーをより確実なものとすることができる。勿論、赤外線送信部６の回転範囲は１８０°に限らず、左右方向Ｄに１８０°ずつ、３６０°の角度で回転できるようにすることも可能である。また、１０°刻みではなく、それより小さい角度或いは大きい角度で係止可能に回転させることも可能である。

本発明の一実施形態を示し、一室内に設置される床暖房装置とエアコンとを連動運転させるシステムの説明図である。 同上の床暖房−エアコン連動運転をする場合の温度（℃）と時間（分）と消費電力（ｋＷｈ）の関係を示すグラフである。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は同上の赤外線送信ユニットの正面図、側面図、平面図であり、（ｄ）は最上部に位置する１個のＬＥＤの傾き角度を斜め前上方に数十°に向けた例を示し、（ｅ）は同上の固定枠に対する赤外線送信部の取り付け角度を正面視で縦向きから横向きに可変した場合の説明図である。 同上の赤外線送信ユニットがエアコンよりも低い位置であって、且つ、エアコンからの距離が長い場合と短い場合とを説明する概略側面図である。 （ａ）（ｂ）は同上の赤外線送信ユニットの他例を説明する平面図、側面図である。 同上の赤外線送信ユニットからエアコンへの赤外線受光範囲が広がった場合の説明図である。 同上の赤外線送信ユニットからエアコンへの赤外線受光範囲が狭い場合の参考図である。 （ａ）（ｂ）は同上の赤外線送信ユニットの変形例の説明図である。 本発明のエアコン単独運転をする場合と、床暖房単独運転をする場合と、室内の快適温度範囲との関係を示すグラフである。 本発明の床暖房単独運転をする場合の温度（℃）と時間（分）と消費電力（ｋＷｈ）の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 床暖房装置
２ エアコン
３ コントローラ
４ 赤外線送信ユニット
Ｓ 赤外線信号

Claims (3)

1. 一室内に床暖房装置とエアコンが設置され、床暖房装置を制御するコントローラに、コントローラとは別体の赤外線送信ユニットを無線又は有線で接続し、上記コントローラからの制御指令の情報を赤外線送信ユニットにおいて赤外線信号に変換し、該赤外線信号を赤外線受光機能を有するエアコンに送信することで、床暖房装置とエアコンとを連動運転可能としたことを特徴とする床暖房装置とエアコンの連動運転システム。
2. 上記床暖房装置の一台のコントローラに対して、設置するエアコンの数量に応じて複数個の赤外線送信ユニットを増設可能としたことを特徴とする請求項１記載の床暖房装置とエアコンの連動運転システム。
3. 上記赤外線送信ユニットを増設した場合において、複数個の赤外線送信ユニットからの赤外線信号を一台のエアコンが同時に受信しないように、赤外線信号を一台ずつずらして送信する構成としたことを特徴とする請求項２記載の床暖房装置とエアコンの連動運転システム。
   

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