JP2010008004A

JP2010008004A - 空気調和機

Info

Publication number: JP2010008004A
Application number: JP2008169827A
Authority: JP
Inventors: Kazuya Kubo; 和也久保; Atsushi Edayoshi; 敦史枝吉; Kazutaka Suzuki; 一隆鈴木; Masahiko Takagi; 昌彦高木
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2008-06-30
Filing date: 2008-06-30
Publication date: 2010-01-14
Anticipated expiration: 2028-06-30
Also published as: JP5063509B2

Abstract

【課題】安価な輻射センサと処理装置によって、空調対象空間の水平方向の温度ムラを改善し、省エネ性を向上させ得るようにする。
【解決手段】輻射センサ１９により、平面的にみて吹出口３から吹き出される気流の方向Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄからずれた方向にある複数のエリアI，II，III，IVの輻射温度を検知し、検知された複数エリアの輻射温度に基づいて風向を制御することで、自らの吹出し気流による誤検知を回避できるようにし、水平方向の温度ムラを改善する。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機、特に室内機における空調対象空間の輻射計測に基づく制御に関する。

従来より、室内機が空調空間の天井側に埋込状態あるいは吊下げ状態で設置されるタイプの空気調和機において、室内機に赤外線センサを取り付け、空調対象空間を水平方向に複数のエリアに分割し、赤外線センサにより輻射温度あるいは人の存在を検知して、人の居るエリアを重点的に空調したり、温度ムラをなくすように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許第３８０７３０５号公報（第１図）

しかしながら、前記従来の空気調和機では、空調対象空間の分割されたエリアの輻射検知情報をそのままそのエリアの輻射として制御しているため、これを例えば４方向吹出しタイプの天井埋め込み形空気調和機に導入した場合には、吹出方向の輻射を検知する際に自らの吹出気流がセンサの検知範囲に入り、実際の空調対象空間の輻射を正確に捉えることができず、意図しない運転状態となることがあった。また、人の存在を検知するために高価なセンサや処理装置を備える必要もあった。

本発明の技術的課題は、安価な輻射センサと処理装置によって、空調対象空間の水平方向の温度ムラを改善し、省エネ性を向上させ得るようにすることにある。

本発明に係る空気調和機は、吸込口と複数の吹出口の間に送風機と熱交換器を有するとともに、複数の吹出口にはそれぞれ送風機からでた気流を導く風向可変の導風手段を有し、空調空間の天井側に埋込状態あるいは吊下げ状態で設置される室内機と、室内機に取り付けられて吸込口に吸い込まれる空気の温度を検知する吸込温度センサと、平面的にみて吹出口から吹き出される気流の方向からずれた方向にある複数のエリアの輻射温度を検知可能に室内機に取り付けられた輻射センサと、輻射センサにて検知された複数エリアの輻射温度に基づいて導風手段の風向を制御する処理を行う制御装置と、を備えるものである。

本発明に係る空気調和機においては、平面的にみて吹出口から吹き出される気流の方向からずれた方向にある複数のエリアの輻射温度を検知し、検知された複数エリアの輻射温度に基づいて風向を制御するようにしているので、自らの吹出し気流による誤検知を回避することができる。

実施の形態１．
以下、図示実施形態により本発明を説明する。
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の外観を下方より示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ線矢視断面図、図３はその輻射温度センサ部の詳細を示す拡大断面図、図４は輻射温度検知エリアおよび吹出風向を示す模式図、図５は風向制御の動作を示すフローチャートである。

本実施形態の空気調和機は、図１のように空調空間の天井側に埋込状態あるいは吊下げ状態で設置される箱状のキャビネット１と、キャビネット１の下部に取り付けられた化粧パネル５とを有している。化粧パネル５には、その面内の中央部に吸込口２が設けられているとともに、吸込口２を囲むようにその周囲の４辺に吹出口３が形成され、各吹出口３には上下方向に風向を制御可能な導風手段すなわち風向ベーン４がそれぞれ取り付けられていて、各吹出風向が平面的に見て９０度ずつ４方向を向くように設定されている。また、化粧パネル５の１角には、輻射温度センサ部６が設けられている。

輻射温度センサ部６は、図３のようにモータ１７により鉛直方向の軸を中心に２７０度回転可能な輻射センサ１９を有している。そして、化粧パネル５の一部に成形された中空の略円錐型凸部に穴１６が４箇所開けられていて、その内部にモータ１７とこれの出力軸に接続されて回転可能なセンサケース１８が設置され、センサケース１８に輻射センサ１９が検知部を穴１６を通して外部に臨むように設置されている。なお、各穴１６は、平面的に見て各吹出方向の間にある吹出気流の方向からずれた方向にあるエリアに臨むように、つまり各吹出口３の吹出風向Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄに対してそれぞれ４５度ずつずらせた４方向（図４の検知エリアI，II，III，IV）を向くように形成されている。

キャビネット１の内部には、図２のようにその天面中心に電動機７が出力軸を下方に向けて設置され、この出力軸に遠心式の送風機８が取り付けられ、送風機８を囲むように熱交換器９が配置されている。熱交換器９の外側には、これを囲むように、風路を構成し、熱交換された空気と機外とを断熱する内カバー１０が配置されている。

熱交換器９の下部には、熱交換の際に発生する凝縮水を受け、かつ風路を構成するドレンパン１１が配置され、ドレンパン１１の下部に、前述の化粧パネル５が設置されている。そして、化粧パネル５の吸込口２が、送風機８の吸込口に連通し、化粧パネル５の各吹出口３が、内カバー１０およびドレンパン１１により構成される風路に連通している。

また、化粧パネル５の吸込口２には、機器内部に塵埃等が侵入するのを防止するエアフィルタ１２と、エアフィルタ１２を支持し、かつ目隠しとして機能するグリル１３が設けられている。さらに、エアフィルタ１２と送風機８の間には、吸込んだ空気を送風機８にスムーズに導入するベルマウス１４が設置されている。

また、送風機８の吸込口近傍には、吸い込まれる空気の温度を検知する吸込温度センサ１５が設けられている。

次に、風向制御の動作について図５のフローチャートに基づき、図１乃至図４を参照しながら説明する。まず、空気調和機の運転が開始されると（ステップＳ１１）、吸込温度センサ１５と輻射センサ１９による測定データを取り込み（ステップＳ１２）、取り込んだ吸込温度と輻射温度を用いて送風機８の運転回転数、吹出方向、冷媒循環量を変更し、空調対象空間を快適に保つように制御する。

そして、吸込温度センサ１５により吸込温度Ｔsucを常時モニタリングし、一定時間毎に輻射センサ１９をこれに連接されたモータ１７により水平方向に９０度ずつ駆動し、各ポイント（検知エリアI，II，III，IV）にて一定時間の輻射検知を行う。輻射センサ１９が合計２７０度回転し、４ポイントの輻射検知を終えた後に輻射温度の平均Ｔfavg、最大値Ｔfmax、最小値Ｔfminを算出する（ステップＳ１３）。

次いで、吸込温度Ｔsuc、輻射温度平均Ｔfavgを用いて下式（１）により平均体感温度Ｔaavgを求める。
平均体感温度Ｔaavg＝Ｔsuc＋(Ｔsuc−Ｔfavg)／輻射温度の重みα‥‥‥（１）

また、暖房運転時には、吸込温度Ｔsuc、輻射温度最小値Ｔfminを用いて下式（２）により最小体感温度Ｔamin（＝暖房運転時の高負荷エリアの体感温度）を求める。
最小体感温度Ｔamin＝Ｔsuc＋(Ｔsuc−Ｔfmin)／輻射温度の重みα‥‥‥（２）

また、冷房運転時には、吸込温度Ｔsuc、輻射温度最大値Ｔfmaxを用いて下式（３）により最大体感温度Ｔamax（＝冷房運転時の高負荷エリアの体感温度）を求める。
最大体感温度Ｔamax＝Ｔsuc＋(Ｔsuc−Ｔfmax)／輻射温度の重みα‥‥‥（３）
ここで、各式（１）（２）（３）中の輻射温度の重みαは、１以上の係数（例えばα＝３）であり、これにより居住空間の高さ、輻射センサ１９の検知信頼性等に鑑みて、どの程度輻射温度を体感温度に反映させるかを設定するために用いるものである。

そして、設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差を算出し、設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値以下（例えば３℃以下）であるか否かをみて（ステップＳ１４）、設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値（３℃）以下でなければ、処理をステップＳ１２に戻す。

また、ステップＳ１４にて設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値（３℃）以下であると判定されれば、次に輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差を算出し、輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値以上（例えば２℃以上）となったか否かをみて（ステップＳ１５）、輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値（２℃）以上でなければ、処理をステップＳ１２に戻す。

また、ステップＳ１５にて輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値（２℃）以上となったと判定されれば、現在の運転モードは冷房／暖房のいずれであるかをみて（ステップＳ１６）、冷房運転であれば、輻射温度が最大値Ｔfmaxとなっているエリアへの風向を風向ベーン４の角度を変更することにより下向き角度とし、床面まで気流が到達するようにする。その他のエリアへの風向は、前記下向き角度よりも浅い角度あるいは閉塞とし、暖め過ぎ／冷やし過ぎのないようにし（ステップＳ１７）、処理をステップＳ１２に戻す。

また、ステップＳ１６にて暖房運転であると判定されれば、輻射温度が最小値Ｔfminとなっているエリアの風向を風向ベーン４の角度を変更することにより下向き角度とし、床面まで気流が到達するようにする。その他のエリアへの風向は、前記下向き角度よりも浅い角度あるいは閉塞とし、暖め過ぎ／冷やし過ぎのないようにし（ステップＳ１８）、処理をステップＳ１２に戻す。

風向ベーン４の角度の変更は、輻射センサ１９が作動する一定時間毎に前述の算出を行い、その毎度の輻射温度の最大値Ｔfmaxあるいは最小値Ｔfminとなるエリアが前回と異なる場合に実施される。

なお、輻射センサ１９により検知した温度や、現在の風向を、リモコン等の表示装置により表示するようにしても良い。このことは、後述の実施の形態２においても同様である。

さらに、このような風向制御と同時に送風機８の風量を自動的に変更する場合には、高負荷エリアの体感温度、つまり暖房運転時は最小体感温度Ｔamin、冷房運転時は最大体感温度Ｔamaxに基づいて制御する。これにより、より効率的に温度ムラを改善することができ、省エネ性を向上させることができる。

以上のように、本実施形態の空気調和機によれば、空調対象空間内の平均体感温度Ｔaavgが設定温度Ｔsetから離れている起動時には、一般に行われているように暖房であれば全吹出風向を下向きとし、冷房の場合には全吹出方向を水平とすることで、すばやく全体を設定温度近くまで到達させることができる。

そして、空調対象空間全体の平均体感温度Ｔaavgが設定温度Ｔset近くまで到達した後は、空調対象空間を複数のエリアに分けて空調負荷の最も高いエリアに風を送り、その他のエリアには緩やかに風が到達するようにしているので、水平方向の温度ムラを効率良く解消することができる。さらに、空調対象空間全体の平均体感温度Ｔaavgによって制御する場合に比べて、負荷の高いエリアに重点的に風を送りその他のエリアと同じ体感温度とするため、必要なエネルギを節約することができる。

また、吹出口３から吹き出される気流の方向からずれた方向にある複数エリアの輻射温度を単一の輻射センサ１９によって順次検知することで、空調対象空間全体の輻射温度を検知するようにしているので、自らの吹出気流がセンサの検知範囲に入ることがなく、実際の空調対象空間の輻射を正確に捉えることができる。さらに、人の存在そのものを検知する必要がないため、高価なセンサや処理装置を備える必要がなく、製造コストを削減することができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の室内機の風向制御の動作を示すフローチャートである。なお、ハード構成については前述の実施形態１のものと同一である。

前述の実施形態１では、空調対象空間全体の平均体感温度Ｔaavgが設定温度Ｔsetに近い状態下で、水平方向の温度ムラを解消するようにしているが、ここでは居住エリアが限られていたり、負荷分布の偏りをユーザが認識していたりするような場合に、予め重点的に空調するエリアを設定できるようにしたものである。それ以外の構成は前述の実施形態１と同様であり、基本的に実施形態１のもつ機能を全て備えているものである。

次に、風向制御の動作について図５のフローチャートに基づき、前述の図１乃至図４を参照しながら説明する。まず、ユーザあるいは据付工事業者は、空調対象空間の用途、負荷分布に応じて空調の必要があるエリア、あまり空調の必要のないエリアをリモコンあるいは制御基板上のスイッチまたはその他遠隔操作インターフェース等を介して設定する。

そして、空気調和機の運転が開始されると（ステップＳ２１）、吸込温度センサ１５と輻射センサ１９による測定データを取り込む（ステップＳ２２）。

次いで、輻射センサ１９が検出した輻射温度のうち空調の必要がある設定エリアの輻射温度Ｔfsetを下式（４）により補正する（ステップＳ２３）。
Ｔfset_hosei＝Ｔfset＋β‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥（４）
ここで、βは設定エリアの重点度を設定するものであり、暖房時には負値、冷房時には正値を設定する。

そして、この設定エリアの輻射温度Ｔfsetの補正後の輻射温度である補正輻射温度Ｔfset_hoseiと、その他のエリアの輻射温度を用いて輻射温度の平均Ｔfavg、最大値Ｔfmax、最小値Ｔfminを算出し（ステップＳ２４）、さらにこれら輻射温度の平均Ｔfavg、最大値Ｔfmax、最小値Ｔfminを用いて前述の実施形態１のように平均体感温度Ｔaavg、最小体感温度Ｔamin、及び最大体感温度Ｔamaxを求める。

次に、設定温度Ｔsetと前述のように補正輻射温度Ｔfset_hoseiを考慮した平均体感温度Ｔaavgの差を算出し、設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値以下（例えば３℃以下）であるか否かをみて（ステップＳ２５）、設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値（３℃）以下でなければ、処理をステップＳ２２に戻す。

また、ステップＳ２５にて設定温度Ｔsetと平均体感温度Ｔaavgの差が一定値（３℃）以下であると判定されれば、次に補正輻射温度Ｔfset_hoseiを考慮して導き出した輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差を算出し、輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値以上（例えば２℃以上）となったか否かをみて（ステップＳ２６）、輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値（２℃）以上でなければ、処理をステップＳ２２に戻す。

また、ステップＳ２６にて輻射温度の最大値Ｔfmaxと最小値Ｔfminの差が一定値（２℃）以上となったと判定されれば、現在の運転モードは冷房／暖房のいずれであるかをみて（ステップＳ２７）、冷房運転であれば、輻射温度が最大値Ｔfmaxとなっているエリアへの風向を風向ベーン４の角度を変更することにより下向き角度とし、床面まで気流が到達するようにする。その他のエリアへの風向は、前記下向き角度よりも浅い角度あるいは閉塞とし、暖め過ぎ／冷やし過ぎのないようにし（ステップＳ２８）、処理をステップＳ２２に戻す。

また、ステップＳ２７にて暖房運転であると判定されれば、輻射温度が最小値Ｔfminとなっているエリアの風向を風向ベーン４の角度を変更することにより下向き角度とし、床面まで気流が到達するようにする。その他のエリアへの風向は、前記下向き角度よりも浅い角度あるいは閉塞とし、暖め過ぎ／冷やし過ぎのないようにし（ステップＳ２９）、処理をステップＳ２２に戻す。

なお、熱源の制御すなわち室外機制御に関る制御対象温度はエリア全体の平均体感温度Ｔaavgあるいは設定エリアの輻射温度Ｔfsetを用いる。

以上のように、真に空調の必要な空間を予めユーザあるいは据付工事業者が設定するようにしているので、据付当初より実質的な空調面積を削減することができ、省エネに貢献することができる。また、設定エリアだけでなく、全体の輻射温度を計測し、制御に取り込むようにしているため、温度ムラをβ程度に抑えることができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の外観を下方より示す斜視図である。図１のＡ−Ａ線矢視断面図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の輻射温度センサ部の詳細を示す拡大断面図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の輻射温度検知エリアおよび吹出風向を示す模式図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の風向制御の動作を示すフローチャートである。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の風向制御の動作を示すフローチャートである。

符号の説明

２吸込口、３吹出口、４風向ベーン（導風手段）、８送風機、９熱交換器、１５吸込温度センサ、１９輻射センサ、Ａ〜Ｄ吹出風向、I，II，III，IV 検知エリア。

Claims

吸込口と複数の吹出口の間に送風機と熱交換器を有するとともに、複数の前記吹出口にはそれぞれ前記送風機からでた気流を導く風向可変の導風手段を有し、空調空間の天井側に埋込状態あるいは吊下げ状態で設置される室内機と、
前記室内機に取り付けられて前記吸込口に吸い込まれる空気の温度を検知する吸込温度センサと、
平面的にみて前記吹出口から吹き出される気流の方向からずれた方向にある複数のエリアの輻射温度を検知可能に前記室内機に取り付けられた輻射センサと、
前記輻射センサにて検知された複数エリアの輻射温度に基づいて前記導風手段の風向を制御する処理を行う制御装置と、
を備えることを特徴とする空気調和機。
前記制御装置は、前記輻射センサにより検知された複数エリアの輻射温度に基づいて該輻射温度の平均値、最大値、及び最小値を算出するとともに、前記吸込温度センサにて検知された吸込空気温度と前記輻射温度の平均値に基づいて平均体感温度を算出し、設定温度と前記平均体感温度との差が所定値以下で、かつ前記輻射温度の最大値と最小値の差が所定値以上のとき、前記輻射温度の最大値又は最小値によって規定される高負荷エリア側の風向を下向き、それ以外のエリア側の風向を下向き以外の向きに設定する処理を行うことを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
前記高負荷エリアは、冷房運転中であれば前記輻射温度の最大値となっているエリア、暖房運転中であれば前記輻射温度の最小値となっているエリアであることを特徴とする請求項２記載の空気調和機。
前記制御装置は、前記吸込温度センサにて検知された吸込空気温度と前記高負荷エリアの輻射温度に基づいて該高負荷エリアの体感温度を算出し、該体感温度に基づいて前記送風機の風量制御を行うことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の空気調和機。
重点的に空調するエリアを設定するための設定スイッチを備えたリモコンあるいは制御基板を備え、前記制御装置は前記設定スイッチにより設定されたエリアを高負荷エリアとして制御することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の空気調和機。
前記輻射センサにより測定した温度をリモコンに表示することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の空気調和機。
現在の風向をリモコンに表示することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の空気調和機。
前記室内機の下面に化粧パネルを備え、該化粧パネルには中央部に前記吸込口、該吸込口を囲む周囲４辺にそれぞれ前記吹出口、及び１角に前記輻射センサが設けられ、該輻射センサは前記吹出口から吹き出される気流の方向からずれた方向である隣り合う前記吹出口間のエリアの輻射温度を検知可能に取り付けられたことを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれかに記載の空気調和機。