JP2011133128A - 空気調和機 - Google Patents
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Abstract
【課題】睡眠中の体温リズムを考慮した暑めとなる温度制御パターンを基に、ユーザの暑熱状態に関する情報を加味して運転制御を行うことによって、睡眠中の冷えすぎを防止して快適な睡眠状態を作出するとともに、省エネにも資する空気調和機を提供する。
【解決手段】就寝時におけるユーザに関する暑熱状態を計測する検知部5と、検知部5において計測された暑熱状態の情報に基づいて室温を変化させて運転状態を制御する制御部3と、を備え、制御部3は、睡眠モードで運転されるユーザの睡眠時間Tsのうち、第1の時間t1までは暑熱状態の情報に基づいて運転制御を行い、第1の時間t1から第2の時間t2までの間に所定の温度室温を上昇させ、第2の時間t2以降は第2の時間終了時の室温を維持する運転制御を行う。
【選択図】図3
【解決手段】就寝時におけるユーザに関する暑熱状態を計測する検知部5と、検知部5において計測された暑熱状態の情報に基づいて室温を変化させて運転状態を制御する制御部3と、を備え、制御部3は、睡眠モードで運転されるユーザの睡眠時間Tsのうち、第1の時間t1までは暑熱状態の情報に基づいて運転制御を行い、第1の時間t1から第2の時間t2までの間に所定の温度室温を上昇させ、第2の時間t2以降は第2の時間終了時の室温を維持する運転制御を行う。
【選択図】図3
Description
本発明は、ユーザの暑熱情報に基づいて運転制御される空気調和機に関する。
空気調和機は、ユーザが常に快適と感じる空調温度で運転されることが理想である。例えば、ユーザが覚醒している(起きている)状態の場合は、空気調和機の運転によって維持される温度は、ユーザの暑い、寒いという感覚に応じて適宜ユーザによって設定される。
一方、ユーザの就寝時においては、覚醒時と異なり不快な状態となってもユーザ自身が適宜設定温度を変化させることはできない。そこで、例えば、特許文献1に記載の発明には、以下のような空調制御方法が開示されている。
すなわち、入床時には所定の初期温度(T0)の調和空気を供給し、その後、寝床内の湿度検出手段によって計測される発汗量が時間の経過とともに上昇して第1所定値を越えた後、減少して第2所定値よりも小さくなると、該初期温度(T0)よりも高い第1温度(T1)の調和空気を供給し、その後発汗量が時間の経過とともに上昇して第3所定値を越えると、該第1温度(T1)よりも低い第2温度(T2)の調和空気を供給し、該発汗量が時間の経過とともに減少して第4所定値よりも小さくなると、該第1温度(T1)の調和空気を供給する。
しかしながら、上述の特許文献1に開示されている発明では、以下の点について配慮がなされていない。
すなわち、湿度検出値からユーザの体の放熱状態を捉えており、この検出値のみを基に空気調和機の設定温度の上昇、低下を行っている。ここで、ユーザが寝ている間に暑くなって発汗したことを湿度検出値の上昇から検出することは可能である。ところが、その後、室温を低下させることで涼しくなってユーザに快適な状態を保った場合と室温が低下しすぎてユーザにとって寒い状態にとった場合では、いずれも発汗は生じない。
すなわち、湿度変化によっては暑がっている状態の検出及び暑くなくなった状態は検出できるが、ユーザが寒くなっている状態を検出することができないため、ユーザの寝冷えを引き起こす可能性が懸念される。
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、睡眠中の体温リズムを考慮した暑めとなる温度制御パターンを基に、ユーザの暑熱状態に関する情報を加味して運転制御を行うことによって、睡眠中の冷えすぎを防止して快適な睡眠状態を作出するとともに、省エネにも資する空気調和機を提供することである。
本発明の実施の形態に係る特徴は、空気調和機において、就寝時におけるユーザに関する暑熱状態を計測する検知部と、検知部において計測された暑熱状態の情報に基づいて室温を変化させて運転状態を制御する制御部と、を備え、制御部は、睡眠モードで運転されるユーザの睡眠時間のうち、第1の時間までは暑熱状態の情報に基づいて運転制御を行い、第1の時間から第2の時間までの間に所定の温度室温を上昇させ、第2の時間以降は第2の時間終了時の室温を維持する運転制御を行う。
本発明によれば、睡眠中の体温リズムを考慮した暑めとなる温度制御パターンを基に、ユーザの暑熱状態に関する情報を加味して運転制御を行うことによって、睡眠中の冷えすぎを防止して快適な睡眠状態を作出するとともに、省エネにも資する空気調和機を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る空気調和機1を示す全体図である。空気調和機1は、冷凍サイクル装置2と、制御部3からの運転制御指令に基づいて冷凍サイクル装置2のコンプレッサ(圧縮機)21を制御するインバータ4と、制御部3に対してユーザの暑熱状態に関する情報を計測して送信する検知部(暑熱検知センサ)5と、ユーザが就寝する室内、すなわち空気調和機1が設置されている室内の温度を計測する室温センサ6とから構成される。また、制御部3(空気調和機1)に対して運転制御の指令を出すためにユーザが使用するリモートコントローラRも備え付けられている。
冷凍サイクル装置2は、大きくは室内機と室外機とから構成されており、コンプレッサ21と、四方弁22と、室外熱交換器23と、膨張弁24と、室内熱交換器25とアキュムレータ26とがサイクル状に連結されている。
この冷凍サイクル装置2において、コンプレッサ21から吐出される冷媒は、冷房時には、四方弁22を介して実線の矢印で示されているように、室外熱交換器23に供給される。ここで室外ファン23aを介して外気と熱交換して凝縮される。凝縮された冷媒は、室外熱交換器23から流出して膨張弁24を通過し室内熱交換器25へと送られる。室内熱交換器25内の冷媒は、室内ファン25aが回転することによって室内へ送り出されて室内の空気と熱交換をして蒸発することで、室内を冷却する。その後室内熱交換器25から流出された冷媒は、四方弁22及びアキュムレータ26を介して再びコンプレッサ21へと吸い込まれる。
制御部3は、リモートコントローラRからの指令や後述する検知部5(図1では「暑熱検知センサ5」と表わしている。以下では、適宜「暑熱検知センサ5」と表わす)等からの情報を受信するとともに、室温センサ6の検出室温を読み取り、これらのデータを元にしてインバータ4を介して冷凍サイクル装置2の運転制御を行う。制御部3は、図2に示すように、受信部31と、判断部32と、記憶部33と、計時部34と、送信部35とから構成される。なお、制御部3を構成する各機器の働きについては、本発明の実施の形態における空気調和機1の運転制御の流れを説明するのと併せて説明する。
暑熱検知センサ5は、例えば、湿度センサが用いられる。この湿度センサは、ユーザの就寝時の発汗(湿度)を検知する。そのため、例えば、ユーザが就寝するマット等に設置されている。
リモートコントローラRは、冷暖房等の運転状態の切替や温度設定等を行うためにユーザが使用する。リモートコントローラRには液晶等の表示部R1とその他、これらの設定を行うために必要なボタンが複数設けられている。なお、図1に示すリモートコントローラRでは、本発明の実施の形態を説明する上で必要な、「睡眠モードボタンR2」と睡眠時間Tsを設定するための「設定ボタンR3」のみが示されている。
次に、本発明の実施の形態における空気調和機1の運転制御の流れについて、図3に示すフローチャート、及び、図4の温度変化を時間ごとに示したグラフを使用しつつ説明する。
まずユーザによってリモートコントローラRの睡眠モードボタンR2が押し下げられると、判断部32は受信部31を介してその旨の指令を受け取り、空気調和機1を例えば昼間の使用で使われる通常の運転制御モードから睡眠モードの運転制御へと移行させる。併せて、睡眠モードボタンR2が押し下げられた時点での室温に関する情報を、室温センサ6を読み取り、室温TSCを設定する(ST1)。
また、判断部32は、暑熱検知フラグFをF=0と設定する(ST2)。ここで暑熱検知フラグFの「F=0」は、詳細は後述するが、暑熱検知センサ5の暑熱検知によって制御を実行することができる状態を示すフラグである。従って、この場合に空気調和機1は暑熱検知センサ5から送信されるユーザの暑熱状態の情報に基づいて空気調和機1の運転制御を行うことができる。一方、後述する暑熱検知フラグFの「F=1」は、例えば、既に暑熱検知を行って、その結果を空気調和機1の運転制御に反映させた後に所定時間の間、暑熱検知に基づく制御を禁止する待機状態を示す。
さらに睡眠時間Tsが設定されて睡眠モードによる運転制御が開始される(ST3)。この睡眠時間Tsは、ユーザがリモートコントローラRの設定ボタンR3を用いて設定する。なお、以下の説明においては、図4にも示されているように、設定される睡眠時間Tsを8時間とした場合を例に挙げる。併せて、判断部32は、計時部34に対して設定された睡眠時間Tsの計測の開始を指示する。
図4は、空気調和機1が睡眠モードで運転制御される場合の温度(室温)変化を時間ごとに示したグラフである。縦軸に「室温(℃)」が示され、横軸に睡眠時間(h)が示されている。なお、図4に示すグラフでは、相対的な動きを示すもので、具体的な数値を伴った室温は示されていない。また、上述したように、以下の説明においては設定される睡眠時間Tsを8時間とした場合を例に挙げることから、横軸の睡眠時間(h)は8時間分目盛りが振られている。
さらに、図4に示されるように本発明の実施の形態おいては、室温が一定の幅で上昇していく起点となる時間を「第1の時間(t1)」とし、室温の上昇が止まり、室温が一定温度で推移し始める時間を「第2の時間(t2)」とする。図4のグラフでは、「第1の時間(t1)」は睡眠モードによる運転制御が開始されてから3時間目に、「第2の時間(t2)」は6時間半目に設定されている。
なお、これら「第1の時間(t1)」、「第2の時間(t2)」の具体的な時間については、設定された睡眠時間の長さによって変化する。また、睡眠モードによる運転制御が開始されてから「第1の時間(t1)」までの間隔、「第1の時間(t1)」から「第2の時間(t2)」までの間隔については任意に設定することが可能である。
判断部32は、計時部34が計測している現在の睡眠時間Tsと設定されている第1の時間(t1)とを比較し、いずれが大きいか確認する。その結果、睡眠時間Tsが第1の時間(t1)より前であるか否かを判断する(ST4)。図4に示す例では、第1の時間(t1)は、睡眠開始から3時間経過時である。その結果、現在の睡眠時間Tsが第1の時間(t1)より前である場合には、室温TSC(Ts)を室温TSC(Ts−X)とする(ST5)。
ここで「X」は、判断部32が以下に説明する判断する一定の周期(時間)を表わし、例えば、「X」は1分である。この場合、判断部32が行う判断は1分周期で行われることを示している。従って、ここでは、基本的に睡眠時間Tsが第1の時間(t1)より前であるときには、室温TSC(Ts)=室温TSC(Ts−X)であるので、空気調和機1の運転開始時の室温が維持されることになる。なお、この判断周期を表わす「X」は、予め任意に設定され、記憶部33に記憶されている。
判断部32は、ユーザの就寝時の発汗(湿度Pa)を検出する(ST6)。すなわち、暑熱検知センサ5から送信されてくる発汗(湿度Pa)に関する情報を受信部31を介して判断部32が受信する。判断部32は、さらに暑熱検知フラグFが0であるか否かを判断する(ST7)。これは受信した発汗(湿度Pa)に関する情報を基に就寝中のユーザの暑熱判定を行うか否かを確認するものである。その結果、暑熱検知フラグFが「0」、すなわち、暑熱検知センサ5が暑熱検知を行い、その情報に基づいて空気調和機1を運転制御できる状態である場合には(ST7のYES)、暑熱判定が行われる(ST8)。
判断部32は、暑熱判定を行う際、暑熱検知センサ5が計測した睡眠時間Tsにおける湿度Paが予め定められている閾値Aを越えるか否かを基準にする。この閾値Aは、予め定められて記憶部33に記憶されている。また、閾値Aは任意に設定することが可能である。
閾値Aを越えている、と判断された場合には(ST8のYES)、判断部32は、まず暑熱検知フラグFを「F=1」と設定する(ST9)。暑熱検知フラグF=1は、既に暑熱判定が行われて次に暑熱検知フラグFを「F=0」と設定するまでこの状態を維持し、暑熱判定に関して待機状態にあることを示している。これは上述したように、暑熱判定の結果を空気調和機1の運転制御に反映させる必要があるからである。
判断部32は、併せて待機時間Twをリセットし、Tw=0と設定する(ST9)。ここで、「待機時間Tw」とは、暑熱判定に基づいて空気調和機1の運転制御を変更した場合に、その変更された室温に室内、ユーザが順応するのに必要な時間である。この待機時間Twも予め定められて記憶部33に記憶されており、待機時間Twは任意に設定することが可能である。
すなわち、ユーザの暑熱を検知した、ということはユーザは暑さで寝苦しさを覚えている状態にある。そこで、本発明の実施の形態における空気調和機1は、暑熱検知センサ5が検知した湿度Paを基にユーザが暑熱状態にあるか否かを判断し、その判定に基づいて睡眠開始時の設定温度TSCから室内温度が所定温度下がるように運転制御される。
ここで、ユーザがこの下がった室内温度に適用する時間をある程度確保しなければない。なぜならば、この待機時間Twが設定されないとユーザの暑熱が検知されている間、続けて室内温度が下がり続けることになるからである。これではユーザは寝冷えしてしまう。従って、「待機時間Tw」を設けることによって新たに設定された室温に室内、ユーザが順応するのに必要な時間が確保されて、寝冷えを防止することができる。
そして、判断部32は、運転開始時の設定温度TSCをTSC=TSC(Ts)+ΔThと補正する(ST10)。すなわち、ΔTh℃運転開始時の設定温度から下げた温度を新たな室温TSCとする。この「ΔTh」は例えば0.5℃であり、予め定められているとともに、任意に設定を変更することもできる。
図4に示すグラフでは、室温の推移を示す線としてX,Y,Zの3つの線が示されている。このうち、暑熱判定の結果設定された室温TSCを下げる運転制御が行われる場合、線Y或いは、線Zで示されるように温度が推移する。設定温度が低下することについては、破線M及び実線の矢印でその状態を示している。
このようにユーザの暑熱を検知した場合は、予め定められている温度(ここではΔTh℃)だけ就寝時の温度から下げることで、就寝開始時におけるユーザの寝苦しさを解消することができる。
併せて、判断部32は計時部34に対して、次の暑熱判定開始までの「待機時間Tw」の計測開始を指示する(ST11)。そして補正された新たな室温TSCにて空気調和機1の運転制御を行う(ST12)。
以上、暑熱判定の結果、湿度Paが閾値Aを越えた場合の運転制御について説明したが、暑熱判定の結果、湿度Paが閾値Aを越えていない場合(ST8のNO)には、ステップST9ないしステップST11において説明した制御は行われず、運転開始時の室温TSCを維持するように運転制御される(ST12)。図4においては、この状態は線Xによって表わされている。図4に示す線Xは、上述した暑熱判定に基づいて室温を下げる運転制御が行われた場合を示す破線Mの部分において室温の低下が見られない。これは、運転開始時の室温TSCを維持していることを示している。
計時部34は、以上の判断に要した時間分を睡眠時間Tsの計測にカウントし、Ts=Ts+Xとする(ST13)。この加算される「X」は、前述した1分に対応するもので判断周期を示すものである。その上で、判断部32は睡眠時間Tsが満了したか否かを判断し(ST14)、設定された睡眠時間Ts内であれば(ST14のNO)、さらにステップST4に戻って上述した判断が一定周期で繰り返される。
暑熱検知は、睡眠時間Tsが第1の時間(t1)より前である間には、待機時間Twが経過して暑熱判定が可能となる状態が作り出される限り行われる。そこで、ここでは、一旦判断部32が暑熱検知フラグがF=0であるか否かを判断するスッテップ(ST7)に戻り、暑熱検知フラグFがF=1である場合、すなわち暑熱検知を行なわない、待機状態にある場合(ST7のNO)について説明する。
上述するように、例えば、暑熱判定の結果、睡眠時間の開始時の室温よりも下がった室温TSCで空気調和機1が運転制御されると、暑熱検知フラグFはF=1と設定される(ST9参照)。その場合には、所定の待機時間Twが経過したか否かが判断部32によって判断される(ST15)。この待機時間Twは上述したようにユーザ等が補正(低下)された室温TSCに順応するために設けられた時間である。そこで、その時間が経過していない場合には(ST15のNO)、待機時間Twはそのまま継続して計時部34が計時する(ST16)。
判断部32が待機時間Twの経過を判断している間も空気調和機1の運転制御は継続されており、上述したステップST12ないしステップST14、及びステップST4以降の手順が繰り返される。
所定の待機時間Twが経過した場合(ST15のYES)には、待機時間Twをリセット(待機時間Tw=0)するとともに暑熱検知フラグFをF=0とセットする(ST17)。ここで暑熱検知フラグFをF=0と設定するのは、待機時間Twが経過したので再度暑熱判定を行うことができるようにするためである。
そして睡眠時間Tsが第1の時間(t1)より前である間には、改めて暑熱判定を行う。図4には、線Zが示されている。この線Zは、破線Mで示すように、一旦暑熱判定がされて睡眠モードが開始された際の室温TSCからΔTh分下がった室温TSC(設定温度)に補正した後、さらに暑熱判定の結果ΔTh分室温を下げる補正(破線N)が行われた場合の温度の推移を示している。
次に、睡眠時間Tsが第1の時間(t1)を経過して、第1の時間(t1)と第2の時間(t2)との間に移行した場合について説明する。
ステップST4において、睡眠時間Tsが第1の時間(t1)前ではない場合(ST4のNO)、すなわち第1の時間(t1)を超えている場合には、次にその睡眠時間Tsが第2の時間(t2)より前であるか否かが判断される(ST18)。第1の時間(t1)と第2の時間(t2)との間の時間では、空気調和機1は室温を予め設定された温度分徐々に上昇させる。
すなわち、判断部32によって睡眠時間Tsが第2の時間(t2)より前であると判断されると(ST18のYES)、室温を、室温TSC(Ts)=TSC(Ts−X)+ΔT2/t2となるように上昇させる(ST19)。ここで「X」は、上述したように判断部32による判断周期を示している。また、上昇分を表わす「ΔT2/t2」については、予め定められて記憶部33に記憶されている。なお、どの程度室温を上昇させるかについては、任意に定めることが可能とされている。
このように新たな室温が設定されると、空気調和機1をその室温となるように運転制御する(ST12)。併せて睡眠時間TsをカウントしてTs=Ts+Xとし(ST13)、睡眠時間Tsが満了しない限り(ST14のNO)、さらにステップST4に戻って運転制御が行われる。
この室温を所定の温度幅(ΔT2/t2)で上昇させる運転制御は、睡眠時間Tsが第2の時間(t2)を経過するまで継続する。睡眠時間Tsが第2の時間(t2)を経過すると(ST18のNO)、その後は、その直近の室温が維持されるように、すなわち第2の時間(t2)経過時の室温が維持されるように、運転制御される(ST20)。
図4に示すグラフにおいては、線Xは、暑熱判定が全く行われずそのまま時間とともに室温が推移した状態を示している。すなわち、第1の時間(t1)までは睡眠開始時の室温のまま推移し、その後、所定の温度幅(ΔT2/t2)で室温が上昇し、第2の時間(t2)以降はその直近の室温が維持される。このように制御すると、睡眠時間Tsが終了する睡眠開始時から8時間経過時には、室温は快適であるとされる温度幅の中にあって少し高い温度となる。
一方、就寝中のユーザの暑熱を検知して暑熱判定の結果を室温の温度設定に反映させると、例えば、線Y、或いは、線Zで示すように、睡眠終了時には快適であるとされる温度に室温が到達することになる。すなわち、睡眠終了時の室温は運転開始時からの室温TSCに対し、―ΔTh×n+ΔT2だけ変化した温度(TSC―ΔTh×n+ΔT2)、ここでn:睡眠開始からt1時間に至るまでに暑熱を検出した回数、となる。従って、途中で暑熱を検出した暑がり傾向のユーザに対しては線Yや線Zのように睡眠終了時には、睡眠中に暑熱が検出されなかったユーザの線XよりΔTh×nだけ低めの室温となり、ユーザに合った室温制御が可能となる。
また、就寝当初は、体温上昇により暑く感じやすく、その後は体温が安定して暑さを感じなくなるという睡眠中の体温リズムを考慮した暑めとなる温度制御パターンを基に、ユーザの暑熱状態に関する情報を加味して運転制御を行うことによって、睡眠中の冷えすぎを防止して快適な睡眠状態を作出するとともに、省エネにも資する空気調和機を提供することができる。
すなわち、このように、線Xないし線Zのいずれの場合も、最終的にユーザが快適であると感じる温度幅の中にあって少し高めの温度となるように空気調和機1の運転制御が行われることで、ユーザの寝冷えを防止することができる。併せて、これまでの空気調和機ではより低い温度となるように運転制御されることにより必要以上のエネルギーを消費していたが、起床時の温度を快適な温度幅の中にあって少し暑めの温度となるように運転制御することで、省エネに資する。
なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、第1の時間(t1)と第2の時間(t2)との間において上昇させる温度幅は任意に設定できることから、例えば「通常モード」、「寒がりモード」というようにユーザが簡単に選択することができるように設定されていても良い。この場合、例えば、「通常モード」では温度幅を2℃とし、「寒がりモード」の場合には温度幅を3℃とすることで、ユーザの要求により細かく対応することができる。
また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよい。
1…空気調和機、2…冷凍サイクル装置、3…制御部、4…インバータ、5…検知部(暑熱検知センサ)、6…室温センサ、21…コンプレッサ、22…四方弁、23…室外熱交換器、23a…室外ファン、24…膨張弁、25…室内熱交換器、25a…室内ファン、26…アキュムレータ、31…受信部、32…判断部、33…記憶部、34…計時部、35…送信部、R…リモートコントローラ、R1…表示部、R2…睡眠モードボタン、R3…設定ボタン
Claims (2)
- 就寝時におけるユーザに関する暑熱状態を計測する検知部と、
前記検知部において計測された前記暑熱状態の情報に基づいて室温を変化させて運転状態を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、睡眠モードで運転されるユーザの睡眠時間のうち、第1の時間までは前記暑熱状態の情報に基づいて運転制御を行い、前記第1の時間から第2の時間までの間に所定の温度室温を上昇させ、前記第2の時間以降は前記第2の時間終了時の室温を維持する運転制御を行うことを特徴とする空気調和機。 - 前記第1の時間から前記第2の時間までの間に上昇させる室温の温度幅は、複数設定されていることを特徴とする請求項1に記載の空気調和機。
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