JP2513005B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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JP2513005B2
JP2513005B2 JP63297006A JP29700688A JP2513005B2 JP 2513005 B2 JP2513005 B2 JP 2513005B2 JP 63297006 A JP63297006 A JP 63297006A JP 29700688 A JP29700688 A JP 29700688A JP 2513005 B2 JP2513005 B2 JP 2513005B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、室内における人の位置する領域での空調
状態を快適にするように運転の制御を行う空気調和機に
関するものである。
(従来の技術) 上記のような空気調和機の従来例としては、例えば特
開昭63−172853号公報記載の装置を挙げることができ
る。その装置においては、運転を遠隔操作するためのリ
モコン操作ボックス内に室温センサを内蔵させ、そのセ
ンサでの検出温度を設定室温に維持するように運転が制
御される。つまりリモコン操作ボックスは通常人のそば
に置かれることから、室内での温度分布が不均一な場合
にも人周辺領域が設定室温に保持されることとなって、
より快適な空調制御が行われる。
(発明が解決しようとする課題) しかしながら人は室内において同一位置に静止し続け
ることはなく、リモコン操作ボックスから離れた位置へ
の動きを当然に生じるために、上記構成では快適な空調
状態を得ることができない場合が生じるという問題があ
る。また上記ではリモコン操作ボックス周辺の空気温度
を検出している訳であるが、例えば暖房運転の開始によ
って、上記センサでの検出温度が設定室温に達した場合
でも、例えば床面の温度は室内の空気温度よりも遅れた
温度上昇を生じるために、設定温度状態の雰囲気となっ
ても足下から熱が奪われ、したがって充分な速暖性が得
られないという問題もある。
この発明は上記に鑑みなされたものであって、その目
的は、人の位置する場所により的確に対応し、また周囲
温度の影響にも対応して空調快適性を向上し得ると共
に、その構成の簡素な空気調和機を提供することにあ
る。
(課題を解決するための手段) そこで第1図に示しているように、この発明の第1請
求項記載の空気調和機は、検出室温を設定室温に近づけ
るべく運転を制御する運転制御手段45を有して成る空気
調和機であって、さらに、複数の領域A〜Fに区画され
る室内からの赤外線が上記各領域A〜F毎に入射すべく
構成した赤外線センサ3と、上記赤外線センサ3の出力
から床面等の赤外線放射物の温度を各領域A〜F毎に検
出する温度検出手段44と、上記赤外線センサ3の出力の
変化量を基準値と比較して上記各領域A〜F毎の人の存
在を検出する人検出手段43と、空気調和機本体20におけ
る吹出風の吹出方向制御手段23、24を上記人検出手段43
での検出結果に基づいて制御する定常時風向制御手段51
と、検出室温が略設定室温に達し、かつ人の存在が検出
された人検出領域の近傍における床面等の検出温度と検
出室温との温度差が基準温度差を超えているときに、上
記吹出方向制御手段23、24を、人検出領域より空気調和
機本体20側の床面への吹出方向に設定する温度差発生時
風向制御手段52とを設けている。
また第2請求項記載の空気調和機は、上記第1請求項
記載の装置において、上記温度差発生時風向制御手段52
によって、人検出領域よりも空気調和機本体20側の床面
へ吹出方向を設定した暖房運転時に、検出室温よりも床
面等の検出温度が基準温度差を超えて低いときには設定
温度を高温側に変更し、あるいは上記温度差発生時風向
制御手段52によって、人検出領域よりも空気調和機本体
20側の床面へ吹出方向を設定した冷房運転時に、検出室
温よりも床面等の検出温度が基準温度差を超えて高いと
きには設定室温を低温側に変更する設定室温変更手段53
を設けている。
なおこの明細書の中では、波長1〜15μmの赤外線を
対象とし、この赤外線に光に係る語彙を適宜用いて説明
する。
(作用) 上記第1請求項記載の空気調和機においては、床面等
から放射される赤外線が赤外線センサ3に入射し、その
強度から床面等の温度が各領域毎に検出される。また検
出する領域に人がおり、人体から放射される赤外線も上
記センサ3に入射している場合には、その人の動きに伴
って上記センサ3への入射赤外線量が変化することか
ら、この入射赤外線量の変化を検出することによって、
人の存在が判別され、人がいずれの領域に位置している
かが検出できる。したがって直接的な人の検出位置に基
づいて吹出方向が制御されることで人周辺を快適な空調
状態に維持することが可能となる。さらに人検出領域の
近傍における床面等の検出温度と検出室温との温度差が
基準温度差を超えているときには、人検出領域より空気
調和機本体20側の床面方向へと吹出方向が変更されるこ
とによって、例えば暖房時には温風が人検出領域の床面
に沿って流れ、この床面の温度上昇を図る制御が適宜行
われる。この結果、従来のように設定温度状態の雰囲気
となった後、足下から熱が奪われていつまでも充分な温
暖感が得られないというようなことがなくなり、速暖性
の向上した空調運転が行われ、快適性が向上する。また
上記においては、人の位置の検出と室内の温度状態の検
出とが同一の赤外線センサ3を設ける構成で可能であ
り、それぞれに独立したセンサを設ける必要がないの
で、構成が簡素になる。
また上記第2請求項記載の空気調和機においては、設
定温度の変更によって人検出領域の床面に沿って流れる
気流温度が、暖房時にはより高温に、また冷房時にはよ
り低温となり、これによって、床面の温度が室内の空気
温度に迅速に近づくこととなるので、さらに暖房時の速
暖性や冷房時の迅速な冷房感を与えることが可能となっ
て、空調快適性が向上する。
(実施例) 次にこの発明の空気調和機の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ詳細に説明する。
まず第2図には、この発明の一実施例における空気調
和機の壁掛け形室内機(空気調和機本体)20が一壁面に
取付けられた室内の模式図を示している。上記室内機20
には、その前面パネルに吸込口21と、この吸込口21の下
側に吹出口22とが形成され、この吹出口22に吹出方向制
御手段としての水平フラップ23、垂直フラップ24が設け
られている。そして上記吸込口21の側部に赤外線検出装
置30が内装されている。
第3図及び第4図には、上記赤外線検出装置30の内部
構成を示す断面図を示しており、図において、1は、上
記赤外線検出装置30の略箱形のケーシングであって、こ
のケーシング1の内部に立設されている回路基板2に、
熱電形の赤外線センサ3がその受光面を上記ケーシング
1における前面(第3図において下側の面)4に臨ませ
て取着されている。そして上記前面4にはフレネルレン
ズより成る集光板5が装着される一方、ケーシング1内
に上記回路基板2を囲う円筒状のドラム6が立設されて
いる。このドラム6の下端軸部には、第4図に示してい
るようにステップモータ7が連結されている。
上記集光板5は、赤外線検出装置30が例えば8畳間の
壁面に据付けられる室内機に内装される場合、第4図に
示すように、上下二段、左右三列の計6個の小レンズ部
5a〜5fを有するフレネルレンズにより構成される。これ
らの小レンズ部5a〜5fは、第2図に示すように、上記8
畳間の室内において室内機20の直下近傍を除く床面を、
上記室内機20据付壁面からの前後方向に二分割、左右方
向に三分割した計6領域A〜Fにそれぞれ対応して設け
られ、領域Aの床面や壁面、家具等から放射される赤外
線が小レンズ部5aを通して、また領域B、C、D、E、
Fからの各赤外線はそれぞれ小レンズ部5b、5c、5d、5
e、5fを通して、上記センサ3の受光面に集光するよう
になされている。
一方、第5図に示すように、前記ドラム6の円筒面に
は、周方向に互いに離間すると共に上下方向に位置の異
なる小形状の第1、第2開口8、9と、さらに形状の大
きな第3開口10とが形成されている。このドラム6を、
例えば第3図において左回転させる場合に、まず回転の
初期位置において、第3開口10が集光板5とセンサ3と
の間に位置し、このときには室内における全領域A〜F
からの赤外線が上記第3開口10を通してセンサ3に入射
する。そして回転を開始すると、上記第3開口10が全入
射光路から外れた時点で第1開口8が領域Aからの入射
光路上に位置し、このとき、領域Aからの赤外線のみが
センサ3に入射する。次いでさらに回転させることによ
って上記センサ3への入射が領域B、Cからの赤外線に
順次切換えられる。そして第1開口8が領域Cからの入
射光路上を超えた時点で、第2開口9が領域Dからの入
射光路上に位置し、したがってさらに回転させること
で、上記と同様に、センサ3への入射が領域D、E、F
からの赤外線に順次切換わるようになされている。
次に上記構成の赤外線検出装置30を有する空気調和機
での運転の制御について風向制御を中心に説明する。第
6図にはその制御ブロック図を示しており、図のよう
に、上記赤外線検出装置30の前記回路基板2上に、上記
のようなドラム6の回転制御と、センサ3に入射する赤
外線量から各領域A〜F毎の床面等の温度及び人の検出
を行う制御回路部40が構成されている。この制御回路部
40において、センサ3からの出力は、増幅回路31、補正
演算部32で信号増幅と補正とが行われた後、温度変換部
33において温度信号に変換され、マイクロコンピュータ
の機能を有する制御ICから成るシーケンス処理部34に入
力される。上記補正演算部32には、放射率補正回路35、
センサ3の周囲温度による温度補正回路36の他に、セン
サ3の受光面への入射赤外線の入射角が各領域A〜F毎
に異なることを補正する赤外線入射エネルギ補正回路3
7、また床面までの距離や小レンズ部で規定される集光
面積が各領域A〜F毎に異なることを補正する距離・面
積補正回路38が設けられている。これらの赤外線入射エ
ネルギ補正回路37と距離・面積補正回路38とには、各領
域A〜F毎の検出操作開始時に、シーケンス処理部34か
ら検出しようとする領域に対応する補正定数が入力され
る。
上記シーケンス処理部34は、モータ駆動部41に逐次作
動信号を出力し、これによってドマム6の回転角度位置
を制御する機能と、上記温度変換部33での温度信号から
各領域A〜F毎の温度と人との検出操作を行い、その結
果を記憶部42に格納する機能とを有しており、以下、上
記シーケンス処理部34での制御について第7図の制御フ
ローチャートを参照して説明する。
第7図のステップS1は検出領域の切換を行うステップ
であって、モータ駆動部41に作動信号を出力し、これに
よりステップモータ7が作動されて、ドラム6は、まず
前記した第1開口8が領域Aからの入射光路上に位置す
るまで回転される。次いでステップS2において上記した
補正演算部32に領域Aに対応する補正定数を出力し、そ
の後、ステップS3においてタイマtm1の計時を開始す
る。このタイマtm1には1領域当たりの検出操作時間t1
(例えば3秒)が設定されている。そしてステップS4で
上記温度変換部33から入力される温度信号の読込が、ま
たステップS5で後述する温度差ΔTと基準値Tbとの比較
が、上記タイマtm1での計時が設定時間t1に達するまで
(ステップS6)、所定のサンプリング時間毎に繰返され
る。
上記温度差ΔTは、各領域毎の検出操作開始直後にお
ける最初の読込温度からその後逐次読込まれる温度を引
いて求められる差の絶対値であって、領域Aに人が存在
せず、領域Aにおける床面や壁面、家具等の静止物から
の放射赤外線のみがセンサ3に入射している場合には、
数秒の検出操作時間の間では入射赤外線量に殆ど変化を
生じず、したがって上記ΔTは0に近い値に維持され
る。一方、動体である人が領域Aにおり、人体から放射
される赤外線も上記センサ3に入射する場合には、この
人の動きに伴って入射赤外線量が変動し、上記温度変換
部33からの温度信号に検出操作時間の間で変化を生じ
る。このことから上記温度差ΔTを、静止体のみの場合
と人がいる場合との変化量の差異を識別し得る基準値Tb
と比較することによって、人の有無を判別することが可
能である。
そこで上記ステップS5においてΔTが基準値Tbを超え
たことが判別された時にはステップS7に移行し、記憶部
42における領域Aに対応するメモリに人の存在ありの確
定信号を格納する。そして領域Aに対する検出操作を終
了し、後述するステップS9に移行する。
一方、ΔTが基準値Tbを超えることなくタイマtm1で
の計時が設定時間t1に達した場合には、続いてステップ
S8において上記の領域Aに対する検出操作の終了直前の
温度を領域Aの温度として確定し、これを記憶部42に格
納する。そして領域Aに対する検出操作を終了し、ステ
ップS9に移行する。したがってこの実施例の場合には上
記ステップS5、S7によって人検出手段43を、またステッ
プS8によって温度検出手段44を構成している。
ステップS9は、領域Fに対する検出操作を完了したか
否かを判別するステップであり、領域Fに対する検出操
作を完了するまではステップS1に戻る処理が行われる。
したがってステップS1において検出領域を次の領域Bと
する切換操作、すなわち領域Bからの赤外線がセンサ3
に入射するようにドラム6の回転が行われ、以降ステッ
プS9に至る処理が繰返されることによって、上記と同様
に、領域Bにおける人の有無、或いは温度の検出が行わ
れる。続いて領域C、D、E、Fの順で順次同様の操作
が繰返され、領域Fに対する検出操作を完了した段階
で、ステップS9からステップS10に移行して、空気調和
機全体の運転を制御する空調運転制御装置(運転制御手
段)45に、上記記憶部42に格納された各領域毎の温度と
人の判別結果を送信する。その後、再びステップS1に戻
る処理を行い、したがって以降、領域AからFに至る検
出操作が繰返され、領域Fまでの操作が完了する毎に、
そのときの検出結果が上記空調運転制御装置45に順次送
信される。
第8図(a)(b)には上記制御結果の一例を示して
いる。同図(a)において、領域C、E、Fでの各検出
温度は検出操作時間t1の間、大きな変化を生じておら
ず、この結果、同図(b)に示しているように、これら
の各領域C、E、Fは人の不在領域として確定され、そ
れぞれの検出温度が各領域温度として求められる。一
方、同図(a)中の領域Dにおいては、検出操作時間t1
の間に検出温度の大きな変化を生じたことから、同図
(b)に示すように、この領域Dに人ありの確定がなさ
れている。
一方、上記空調運転制御装置45には、第6図に示すよ
うに、希望室温を設定するための室温設定スイッチ46
と、室内機20への吸込空気温度を室温として検出する室
温センサ47と、室内への吹出空気温度を検出する吹出温
度センサ48とが接続されており、上記空調運転制御装置
45により、室外機(図示せず)に内装されている圧縮機
の運転を制御して、上記室温センサ47での検出室温を設
定室温に近づけ、そしてこの設定室温に略維持する空調
運転が行われる。さらに上記空調運転制御装置45は、上
記赤外線検出装置30からの人の検出位置及び各領域毎の
温度データと、上記室温センサ47及び吹出温度センサ48
での各検出温度とに基づいて、水平、垂直フラップ作動
用のステップモータ49、50へ作動信号を出力して、前記
水平、垂直フラップ23、24の吹出角の制御、すなわち室
内への吹出風の風向制御を行う機能を有しており、次に
この風向制御について、便宜上、暖房運転時を例に挙げ
て第9図の制御フローチャートを参照して説明する。
まず第9図のステップS21は設定室温Tsを上記室温設
定スイッチ46で設定された希望室温Tsetとするステップ
であり、これにより上記室温センサ47での検出室温Trを
Ts(=Tset)へと昇温させる運転が開始される。次いで
ステップS22は、上記吹出温度センサ48での検出温度Tf
を第1基準温度T1(例えば40℃)と比較するステップで
あって、TfがT1以下の場合にはステップS23において、
人の頭上へと水平に吹く吹出方向の設定を行って、上記
ステップS21に戻る処理を行う。したがってこの状態が
継続する間、ステップS21〜S23の処理が繰返されること
により、暖房運転開始時に吹出温度Tfが充分高温の温風
状態となるまでの間、吹出風が人に当たらないようにし
てコールドドラフトを防止した吹出しが行われる。次い
で吹出温度Tfが上記T1を超え、またステップS24におい
て室温センサ47での検出室温Trが第2基準温度T2(例え
ば15℃)以下が判別される場合には、ステップS24から
ステップS25を経る処理に切換わり、このとき水平フラ
ップ23は真下方向にして床面を暖め、垂直フラップ24
は、赤外線検出装置30から送信されてくる人の検出領域
Rcに隣接する周辺領域Ri、例えば人検出領域Rcが第2図
において領域Dであった場合を例に挙げると、このとき
領域Dに隣接する領域A、B、Eの方向に設定して吹出
風が人を包み込むような吹出し状態とする。そしてこの
状態から検出室温Trが第2基準温度T2を超えると、さら
にステップS26において検出室温Trが設定室温Tsに近い
温度(Ts−α)を超えたか否かが判別され、(Ts−α)
に達するまでは、ステップS32において吹出方向を人検
出領域Rcとする設定が行われて、この間、人に温風を直
接当てて人の周囲を急速に暖める風向制御を行う。
上記のような暖房運転開始時の風向制御を行って検出
室温Trが略設定室温Tsに達し、ステップS26において(T
s−α)を超えたことが判別されると、次いでステップS
27において、上記した人検出領域Rcの周辺領域Riに対す
る各検出温度の平均温度Tmを求め、ステップS28で検出
室温Trから上記平均温度Tmを引いた温度差を基準温度差
ΔT0と比較する。ΔT0よりも小さい場合には、ステップ
S29において人検出領域Rcの周辺領域Riに向かう吹出方
向の設定を行い、気流が直接人体に当たることによる不
快感を防止しながら略設定室温での風向制御を行う。
一方、上記ステップS28において、TrからTmを引いた
温度差がΔT0よりも大きい場合には、ステップS30で、
人検出領域Rcの手前の室内機20側の床面への吹出方向に
設定する。さらにステップS31においては、設定室温Ts
を上記希望室温Tsetよりも高い温度(Tset+β)として
上記ステップS27に戻り、したがってこの状態がステッ
プS28において検出室温Trと平均温度Tmとの温度差が基
準温度差ΔT0以内になるまで継続される。そしてΔT0以
内になるとステップS29からステップS21に戻る処理に切
換わり、これにより設定室温Tsは上記希望室温Tsetに戻
されて上記人検出領域Rcの周辺領域Riに向かう吹出方向
の設定が行われることとなる。
このように上記では、室内温度が略設定室温になった
状態で、さらに人検出領域の近傍における床面等の検出
温度と検出室温との温度差を基準温度差と比較し、この
基準温度差よりも大きい場合には、吹出方向を人検出領
域より手前の床面方向へと変更して、温風が人検出領域
の床面に沿う気流を生じさせる。これによりこの床面が
暖められ、床面温度も室内空気温度に近い温度状態に維
持されることとなる。この結果、従来のように設定温度
状態の雰囲気となった後、足下から熱が奪われていつま
でも充分な温暖感が得られないというようなことがなく
なり、速暖性の向上した空調運転が行われ、快適性が向
上する。また上記では、床面を暖める吹出方向の変更を
行う際に、設定室温を上昇させる変更も同時に行われ、
これにより人検出領域の床面に沿ってより高温の気流が
流れることとなり、床面の温度が室内の空気温度に迅速
に近づくこととなるので、さらに速暖性が向上する。ま
た上記においては、室内における人の位置を赤外線セン
サ3からの出力により直接的に検出する構成であるの
で、人の動きにもより的確に追随した風向制御から行わ
れる。また上記では、赤外線センサ3からの出力により
人の検出と温度の検出との双方が行われ、それぞれ独立
したセンサを設ける場合に比べて構成が簡素になり、さ
らにドラム6を設けて検出領域の切換えを行う構成とす
ることにより、高価な赤外線センサ3を一個設ける構成
で全領域に渡る人の検出と温度の検出とが可能であり、
制作費をより安価にし得るものともなっている。
なお上記においては、第9図のステップS29で定常時
風向制御手段51を、ステップS30で温度発生時風向制御
手段52、ステップS31で設定室温変更手段53をそれぞれ
構成したが、同様の機能を有するその他の構成とするこ
とができる。また上記実施例では暖房運転時を例に挙げ
て説明したが、人検出領域近傍の床面と空気温度との温
度差を小さくしながら人中心の風向制御を行うことで、
冷房運転時にもより快適な空調状態とすることができ
る。また赤外線センサ3をチョッパ付きの焦電形赤外線
センサで構成することや、室内の複数の区画領域に対応
させて、複数の赤外線センサを設ける構成とすることも
可能である。また上記では室内を6区画した例を挙げて
説明したが任意の区画数としてこの発明を適用して構成
することが可能である。
(発明の効果) 上記のようにこの発明の第1請求項記載の空気調和機
においては、直接的な人の検出位置に基づいて吹出方向
の制御を行うと共に、床面温度を室内空気温度に近い温
度状態に保持する制御が行われるので、例えば暖房時に
足下から熱が奪われていつまでも充分な温暖感が得られ
ないというようなことがなくなり、暖房時の速暖性、或
いは冷房時の迅速な冷房感が得られる空調運転が行わ
れ、快適性が向上する。また人の位置の検出と室内の温
度状態の検出とが同一の赤外線センサを設ける構成で可
能であり、それぞれに独立したセンサを設ける必要がな
いので、構成が簡素になる。
また第2請求項記載の空気調和機においては、設定温
度の変更によって人検出領域の床面に沿って流れる気流
温度が、暖房時にはより高温に、また冷房時にはより低
温となり、これによって、床面の温度変化がより迅速に
生じることとなるので、さらに速暖性や迅速な冷房感を
与えることが可能となって、空調快適性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の機能ブロック図、第2図はこの発明
の一実施例における空気調和機の室内機が据付けられる
室内の模式図、第3図は上記室内機に内装されている赤
外線検出装置の内部構成を示す平面図、第4図は第3図
のIV−IV線矢視図、第5図は上記赤外線検出装置におけ
るドラムの斜視図、第6図は上記空気調和機の制御ブロ
ック図、第7図は上記赤外線検出装置におけるシーケン
ス処理部でなされる制御のフローチャート、第8図
(a)は上記赤外線検出装置による室内の各領域毎の検
出温度の変化の一例を示すグラフ、第8図(b)は第8
図(a)の各検出温度に基づく上記赤外線検出装置での
確定結果の一例を示す説明図、第9図は上記空気調和機
の空調運転制御装置で行う制御フローチャートである。 3……赤外線センサ、20……室内機(空気調和機本
体)、23……水平フラップ(吹出方向制御手段)、24…
…垂直フラップ(吹出方向制御手段)、43……人検出手
段、44……温度検出手段、45……空調運転制御装置(運
転制御手段)、51……定常時風向制御手段、52……温度
差発生時風向制御手段、53……設定室温変更手段、A〜
F……領域。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】検出室温を設定室温に近づけるべく運転を
    制御する運転制御手段(45)を有して成る空気調和機で
    あって、さらに、複数の領域(A〜F)に区画される室
    内からの赤外線が上記各領域(A〜F)毎に入射すべく
    構成した赤外線センサ(3)と、上記赤外線センサ
    (3)の出力から床面等の赤外線放射物の温度を各領域
    (A〜F)毎に検出する温度検出手段(44)と、上記赤
    外線センサ(3)の出力の変化量を基準値と比較して上
    記各領域(A〜F)毎の人の存在を検出する人検出手段
    (43)と、空気調和機本体(20)における吹出風の吹出
    方向制御手段(23)(24)を上記人検出手段(43)での
    検出結果に基づいて制御する定常時風向制御手段(51)
    と、検出室温が略設定室温に達し、かつ人の存在が検出
    された人検出領域の近傍における床面等の検出温度と検
    出室温との温度差が基準温度差を超えているときに、上
    記吹出方向制御手段(23)(24)を、人検出領域より空
    気調和機本体(20)側の床面への吹出方向に設定する温
    度差発生時風向制御手段(52)とを設けていることを特
    徴とする空気調和機。
  2. 【請求項2】上記温度差発生時風向制御手段(52)によ
    って、人検出領域よりも空気調和機本体(20)側の床面
    へ吹出方向を設定した暖房運転時に、検出室温よりも床
    面等の検出温度が基準温度差を超えて低いときには設定
    温度を高温側に変更し、あるいは上記温度差発生時風向
    制御手段(52)によって、人検出領域よりも空気調和機
    本体(20)側の床面へ吹出方向を設定した冷房運転時
    に、検出室温よりも床面等の検出温度が基準温度差を超
    えて高いときには設定室温を低温側に変更する設定室温
    変更手段(53)を設けていることを特徴とする第1請求
    項記載の空気調和機。
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