JP4156618B2 - 空気調和機器と移動型補助機器との連動を通じて室内空気を管理する方法、システム及び移動型空気調和機器 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和（ａｉｒ−ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）システムに係り、より詳細には、移動型機器と固定型空気調和機器との協力を通じてさらに効率的に室内空気を管理する方法及びシステムに関する。

居住者の快適性の増大、外部汚染の防止、作業能率の向上のために最適な室内空気の条件とするため空気調和を行う。このような空気調和の要素には、温度（加熱、冷却）、湿度（加湿、除湿）、換気、清浄（ろ過、フィルタリング）の４つがある。ユーザは、室内全体の空気を清浄かつ快適な状態に維持するため、このような４つの要素が適切に維持されることを望む。

しかし、１台の空気調和装置（例えば、クーラ、空気清浄器）では、室内全体の空気を清浄かつ快適に維持し難い。これは、色々な理由に起因するが、代表的な原因としては、１台の空気調和装置が持つ容量限界により空気対流に対する制約があり、室内の数箇所にセンサが設置されていない限り、室内全体の空気状況を把握し難いためである。

このような対流の制約を克服するために、三星電子株式会社が発売した‘ネットワーククーラ’は、ファン及びモータを備えて対流を発生させる補助機器と、それと連動する主機器（主クーラや主空気清浄器など）を備える。補助機器は、主機器で発生した対流エネルギが弱くなる所で再び対流を起こす。このように付随的対流を起こす以外に、補助機器は、温度センサ、ホコリセンサ、臭いセンサ、ガスセンサまたは風量センサを備え、補助機器の位置での空気状況を監視して主機器に知らせることによって、必要時に主機器が風量、風向、または清浄機能を調節可能にする。

しかし、この場合、補助機器が設置された所でのみ空気状況を監視または感知できて、室内全体の空気状況を把握することは不可能である。そして、ユーザが空気調和の必要な空間を見つけたとしても、手動で補助機器を移動させなければならないという不便さがある。
米国特許第５０５１９０６号明細書

本発明は、前記問題点を鑑みてなされたものであり、固定型空気調和機器及び移動型機器を使用して、所定の領域全体において適切な空気調和状態を維持する方法及びシステムを提供することを目的とする。

そして、本発明は、固定型機器と移動型機器との効率的に連動させることにより空気の改善が必要な領域に対して迅速に空気調和を行える方法及びシステムを提供することを目的とする。また、そのために、移動型機器の現在の位置を正確に認識する方法及びシステムも共に提供する。

そして、本発明は、領域内で現在の空気調和の状態を表示する空気品質マップ（Ａｉｒ Ｑｕａｌｉｔｙ Ｍａｐ）を作成する方法及びシステムを提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、一つ以上の固定型空気調和機器と、所定の管理領域内を移動しつつ前記空気調和機器と連動して、前記管理領域のうち所定の非正常領域に対して空気品質改善作業を行う少なくとも一つ以上の移動型補助機器と、を備える空気調和システムであって、前記空気調和機器は、所定の空気品質指標の値を適正な範囲に改善する空気品質改善装置と、主対流を起こすことによって、前記空気品質指標の値が改善された空気を前記非正常領域の方向に伝達する第１強制対流装置と、前記空気品質改善装置及び前記強制対流装置の動作を制御して前記非正常領域に対する主措置を行い、前記補助機器に対して前記非正常領域に対する補助措置を行うことを命令する制御部と、を備え、前記移動型補助機器は、前記命令に応じて前記非正常領域への移動を可能にする走行部と、前記主対流によって伝えられる空気を前記非正常領域に補助対流させる第２強制対流装置と、を備える。

前記目的を達成するために、少なくとも一つ以上の固定型空気調和機器と、少なくとも一つ以上の移動型補助機器とが相互連動して、管理領域のうち所定の非正常領域に対して空気の品質の改善を行う空気品質の改善方法であって、前記空気調和機器が前記移動型補助機器に前記非正常領域に対する補助措置を行うことを命令するステップと、前記命令によって前記移動型補助機器が前記非正常領域に移動するステップと、前記空気調和機器が所定の空気品質指標の値を適正な範囲に改善させ、主対流を起こすことによって、前記空気品質指標の値が改善された空気を前記非正常領域の方向に伝達するステップと、前記移動型補助機器が、前記主対流によって伝えられた空気を前記非正常領域に補助対流させるステップと、を含む。

本発明によれば、移動型補助機器と固定型空気調和機器とを連動させることにより室内全体の空気の品質を向上させる効果がある。具体的には、固定型空気調和機器単独では目標とする室内空気の品質まで改善させ難い複雑な構造の室内空間でも、時間的かつ空間的に効率的な空気品質改善が可能である。

また、本発明によれば、１台の移動型補助機器のみでも所定領域内の色々な場所の状況を固定型空気調和機器に通知して空気調和を行うので、複数の固定型補助機器またはセンサを設置する方法と比較するとき、スペースの節約効果及びコストダウンの効果を奏する。

以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態を説明する。本実施形態は、本願発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、同一の符号は同一の構成を示すものである。

図２に示すように空気調和システムは、少なくとも一つ以上の主機器１００と、少なくとも一つ以上の補助機器２００とを備える（図２においては、１つの主機器１００と１つの補助機器２００を例示する。）。ここで、主機器１００が特許請求の範囲に記載の固定型空気調和機器に相当し、補助機器２００が特許請求の範囲に記載の移動型補助機器、移動型空気調和機器に相当する。

主機器１００は、補助機器２００と通信して空気品質マップを作成し、作成された空気品質マップに基づいて空気品質改善措置を行う領域に対する優先順位を定め、優先順位が高い領域（以下、優先領域という）に対して主措置を行い、補助機器２００に、優先領域の近くに移動して補助措置を行うことの命令（以下、「補助措置命令」という。）を発する。

図２に示すように、主機器１００は、空気品質改善のための空気品質改善装置１１０と、品質が改善された空気を送風するファンチルト装置とを備える。空気品質改善装置１１０は、空気冷却器、空気加熱器、加湿器、除湿器、イオン発生器、ホコリ除去器、フィルタなどを備え、ファンチルト装置は、品質が改善された空気を強制対流させるファンと、対流の方向を調節可能にする複数のチルトバーと、を備える。チルトバーは、空気の流れを水平方向に変化させる水平チルトバーと、空気の流れを垂直方向に変化させる垂直チルトバーとを備える。

補助機器２００は、空気品質管理の対象となる全体領域（以下「管理領域」という。）のうち任意の地点で空気品質を測定してこの地点における空気品質を示すデータを主機器１００に送信し、主機器１００から補助措置命令があれば、優先領域に対して空気品質管理作業を行う位置（以下「作業位置」という。）に移動して、優先領域に対する補助措置を行う。補助機器２００が現在位置から作業位置に移動するためには、現在位置及び作業位置の絶対座標を利用して移動しなければならない変位を計算し、計算された変位に基づいて移動する。

主措置は、目的地領域の空気品質改善のために主機器１００で行う措置であり、空気品質改善装置１１０による品質改善措置及びファンチルト装置による主対流措置からなる。そして、補助措置は、目的地領域の空気品質改善のために補助機器２００で行う措置であり、主対流によって伝えられる空気を目的地領域に流す補助対流措置を含む。

次に図１を参照して管理領域１０内に従来の主機器９０のみを用いて空気品質改善を行う方法について説明する。ここで参照する図１は、管理領域内に従来の主機器のみを用いて空気品質改善を行う方法を説明するための図である。

管理領域１０内に従来のように主機器９０のみ存在するとすれば、主機器９０によって品質が改善された空気は、強制対流によって管理領域１０内の他所まで広がる。しかし、図１に示す部屋のように障害物が存在するなどの構造的理由によって、品質が改善された空気が部屋全体に広がらず、正常に空気の品質管理がなされない領域２０が存在する。この領域２０は長時間が経過しても空気の品質が改善され難い。領域２０まで適正な空気品質改善をなすために主機器９０の駆動能力を高めれば、エネルギの消耗量が増加するだけでなく、主機器９０の近くの領域では、主機器９０の過度な動作によってかえって快適な空気状態を害するようになる（例えば、領域２０の空気を所定の温度まで下げるため主機器９０の空気の冷却性能を高めると、主機器９０の近くの領域の空気が過度に冷やされてしまう。）。

しかし、図２に示すように、移動可能な補助機器２００と主機器１００を使用すれば、主機器１００のみでは空気の品質を向上させることができなかった領域２００の空気の品質を向上させることができる。ここで参照する図２は、管理領域内に主機器と移動可能な補助機器を用いて空気品質改善を行う方法を説明するための図面である。そのために、主機器１００は、補助機器２００が存在する方向に主対流を起こし、補助機器２００は、領域２０に補助対流を起こす。補助機器２００は、このように単純に補助対流を起こす機能のみを持つこともあるが、空気浄化フィルタ、陰イオン発生器、電気方式を利用したホコリ吸着器など別途の空気品質改善装置２１０を備えることもできる（図４参照）。

図３は、本発明の一実施形態による主機器の構成を示すブロック図である。
図３に示すように、主機器１００は、空気品質改善装置１１０と、強制対流装置１２０と、データ送受信部１３０と、基準信号発信部１４０と、制御部１５０と、マップ管理部１６０と、ユーザインターフェース１７０と、を備える。

空気品質改善装置１１０は、温度、臭い、湿度、ホコリ量、ＶＯＣ（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄ）などの空気品質を表す指標（以下、「空気品質指標」という。）をユーザに適正な範囲で改善させる装置である。以下、本明細書では、温度、臭い、湿度、ホコリ量、ＶＯＣなどの空気の品質を表す指標を「空気品質指標」と定義し、各空気品質指標別該当数値（例えば、温度を空気品質指標とする場合には摂氏）を「空気品質指標の値」と明確に区分して定義する。

もし、温度を上げる必要がある場合には、空気品質改善装置１１０は、空気を暖める暖房器としての役割を担い、温度を下げる必要がある場合には、空気を冷却する冷却器としての役割を担う。空気品質改善装置１１０は、湿度を高める必要がある場合には、空気を加湿する加湿器としての役割を担い、湿度を低める必要がある場合には、空気を除湿する除湿器として役割を担う。一般的に、人間が寒さを感じ始める温度は５℃、人が暑さを感じ始める温度は２８℃であり、人間が居住するのに最も適した温度領域は１８℃〜２２℃と知られている。そして、人間が生活するのに適した湿度は５０％〜６０％程度と知られている。

それ以外に、空気品質改善装置１１０は、臭い、ホコリ、またはＶＯＣを除去する装置としての役割を担うときもある。このような空気の品質改善のための個別的な装置と関連して従来に多くの技術が知られているので、その具体的構成及び動作についての別途の説明は省略する。

強制対流装置１２０は、品質が改善された空気を管理領域のうち特定領域に伝達するために、特定領域方向に強制対流を起こす装置である。このように強制対流を起こす装置としては、通常ファンを用いた装置が使われ、強制対流を伝達する方向はチルトバーによって調節できる。チルトバーは、水平方向に対流方向を調節する水平チルトバーと、垂直方向に対流方向を調節する垂直チルトとで構成される。

データ送受信部１３０は、補助機器２００と無線でデータを送受信する。このような無線通信方法には、ＩＥＥＥ８０２．１１系列標準による無線ＬＡＮ方式、ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準による無線ＰＡＮ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）方式、ブルートゥース通信方式、または赤外線通信方式などを利用できる。

データ送受信部１３０は、補助機器２００から空気品質マップエレメント、すなわち、特定位置での座標情報及び空気品質情報を受信する。空気品質マップエレメントは、例えば、（ｘ，ｙ，Ｑ₁，Ｑ₂，…，Ｑ_n）と表現できる。ここで、ｘは、空気品質を測定した特定位置のｘ座標を、ｙは、特定位置のｙ座標を表し、Ｑ₁ないしＱ_nは、主機器１００及び補助機器２００で利用するそれぞれの空気品質指標の値を表す。ここで、ｎは１より大きいか、または同じ整数インデックスを意味する。

そして、データ送受信部１３０は、制御部１５０から送信される補助措置命令を受信して、それを補助機器２００に送信する。

基準信号発信部１４０は、補助機器２００の位置の把握に基準となる所定の信号（以下、「基準信号」という）を伝送する。基準信号発信部１４０は、第１発信部１４１と第２発信部１４２とを備える。第１発信部１４１は、補助機器２００の位置を検出するために音波、例えば、超音波を発信する。第２発信部１４２は、超音波が発信される瞬間に時間同期信号を発信する。時間同期信号は、超音波の発信と受信間の時間差を利用して主機器１００と補助機器２００との位置関係を測定するためのものである。時間同期信号は、超音波より伝播速度が非常に速い信号であり、例えば、赤外線または高周波（ＲＦ：Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号である。第２発信部１４２が赤外線を使用する場合には、主機器１００は前面の所定角度（例えば、１６０°）全体に一時に発射できる赤外線ソースを持つ。

このように基準信号発信部１４０は、補助機器２００が補助機器２００自身の位置を把握するか、補助機器２００自身の位置を補正するための基準とする信号を伝送するが、もし、補助機器２００が絶対座標上の位置を把握するように具現される場合には、基準信号発信部１４０は省略できる。以上では、主機器１００を基準として補助機器２００の位置を把握する方法を構成する一つの装置を示したが、本発明は、主機器１００を基準として補助機器２００の位置を把握するいろいろな他の方法を容易に適用できる。それ以外にも、補助機器２００が独自に室内での自身の絶対的な位置を知っており、また、主機器１００の絶対的な位置を調べてそれに基づいて補助機器２００と主機器１００の距離、所定の方向に対する補助機器２００から主機器１００に向かう方向の角度、あるいは補助機器２００と主機器１００を結ぶベクトルを提示することもできる。

マップ管理部１６０は、データ送受信部１３０から送信され、受信する空気品質マップエレメントを利用して、管理領域全体に対する空気品質マップをアップデートし、アップデートした空気品質マップに基づいて空気品質改善措置を行う目的地領域に対する優先順位を決定する。

ユーザインターフェース１７０は、ユーザにより命令を入力される入力手段、または、現在空気品質状態に関する情報をユーザに表示する表示手段を備える。ユーザによる命令の入力は、ボタン入力、リモコン入力またはタッチスクリーン入力方式を採用できる。このようなユーザ命令には、主機器１００及び補助機器２００の自動または手動動作を設定する命令、空気品質を改善する領域に対する優先順位を設定する命令などがある。そして、表示手段としては、ＬＣＤ、ＬＥＤなどの表示装置がある。表示手段に表示される表示内容は、現在の温度、湿度、ホコリ量（清浄度）、汚染程度など各空気品質指標の現在値と、目標値などである。

制御部１５０は、空気品質改善装置１１０と、強制対流装置１２０と、データ送受信部１３０と、基準信号発信部１４０と、マップ管理部１６０と、ユーザインターフェース１７０の動作を制御し、マップ管理部１６０から、優先順位の高い領域、すなわち、優先領域に関する位置情報及び改善する空気品質指標に関する情報（種類及び目標値）を受信して、それに基づき主措置を行うと共に、優先領域に対する補助措置命令を、データ送受信部１３０を通じて補助機器２００に伝送する。

補助措置命令には、優先領域に対する位置情報と、補助機器２００が優先領域に対して補助措置を行うために移動しなければならない作業位置と、優先領域で改善しなければならない空気品質指標の種類及び該当指標に対する目標値などが含まれる。制御部１５０は、主措置を行うときには空気品質改善装置１１０及び強制対流装置１２０の動作を制御することによって、空気品質を改善し、改善された空気を優先領域に向けて強制対流（主対流）させる。

図４は、本発明の一実施形態による補助機器の構成を示すブロック図である。
補助機器２００は、空気品質改善装置２１０と、強制対流装置２２０と、データ送受信部２３０と、基準信号受信部２４０と、制御部２５０と、空気センサ部２６０と、エンコーダ２７０と、走行部２８０と、位置計算部２９０とを備える。

空気品質改善装置２１０は、主機器１００における空気品質改善装置１１０と同じく、空気品質指標の値を適正な範囲で改善させる装置である。したがって、主機器１００の空気品質改善装置１１０と独立に作動して、補助機器２００周辺の空気品質を改善する。しかし、補助機器２００に空気品質改善装置２１０が必須的に備えている必要はなく、主機器１００の空気品質改善装置１１０のみを利用してもよい。

強制対流装置２２０は、主機器１００から主対流として伝えられる空気を優先領域に強制対流（補助対流）させる。このように補助対流を起こす装置には、通常、ファン回転装置を使用でき、補助対流方向を調節するためにチルトバーをさらに備える。

データ送受信部２３０は、主機器１００のデータ送受信部１３０と同じく、ＩＥＥＥ８０２．１１系列標準による無線ＬＡＮ方式、ＩＥＥＥ８０２．１５．３標準による無線ＰＡＮ方式、ブルートゥース通信方式、または赤外線通信方式などによって具現できる。

基準信号受信部２４０は、主機器１００の基準信号発信部１４０に対応して、第１受信部２４１と第２受信部２４２とを備える。第１受信部２４１は、主機器１００から発信されて補助機器２００に入射される超音波を受信する所定数（少なくとも２つ以上）の超音波センサを備える。このような超音波センサは、補助機器２００の外周面に沿って等角度で配置されている。

そして、第２受信部２４２は、主機器１００から発信されて補助機器２００に入射される時間同期信号を受信する。第２発信部１４２が送出する信号が赤外線である場合には、第２受信部２４２は、赤外線のみ選択的に通過されるフィルタを装着して、他の周波数の光による干渉効果を減らすことができる。

空気センサ部２６０は、空気の状態を感知してその状態を示す値を電気信号に変える。このとき、電気信号の強度は各空気品質指標（温度、湿度など）の程度が高いほど電気信号の強度が強くなるか、または弱くなるので、該当空気品質指標に関する電気信号の強度を測定すれば、逆に空気品質指標の値が分かる。

空気センサ部２６０は、図５に示すように、温度センサ２６１、湿度センサ２６２、ホコリセンサ２６３、ＶＯＣセンサ２６４、臭いセンサ２６５のうち少なくとも一つのセンサを備える。温度センサ２６１及び湿度センサ２６２については、従来多くの具現方法が知られているので、説明は省略する。そして、ホコリセンサ２６３、ＶＯＣセンサ２６４、臭いセンサ２６５も従来技術による方法を使用して具現できる。

具体的な例を挙げれば、ホコリセンサ２６３は、米国特許第５１６３２０２号明細書（Ｄｕｓｔ ｄｅｔｅｃｔｏｒ ｆｏｒ ｖａｃｕｕｍ ｃｌｅａｎｅｒ）、または米国特許第５３１９８２７号明細書（Ｄｅｖｉｃｅ ｏｆ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｕｓｔ ｆｏｒ ａ ｖａｃｕｕｍ ｃｌｅａｎｅｒ）等で開示されたところによって具現でき、ＶＯＣセンサ２６４は、米国特許第５４４５７９５号明細書（Ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ）、または、米国特許第６７１６４０６号明細書（Ｃｏｎｔｒｏｌ ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ ａ ｐｈｏｔｏｃａｔａｌｙｔｉｃ ａｉｒ ｐｕｒｉｆｉｅｒ）などで開示されたところによって具現できる。そして、臭いセンサ２６５は、米国特許第５０４７２１４号明細書（Ｓｍｅｌｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｍｅｌｌ ｓｅｎｓｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ）、または、米国特許第５３５２８６７号明細書（Ｈｅａｔ ｃｏｏｋｉｎｇ ａｐｐａｒａｔｕｓ ｗｉｔｈ ｓｍｅｌｌ ｓｅｎｓｏｒ）などで開示されたところによって具現できる。

エンコーダ２７０は、補助機器２００の以前位置と現在位置間の位置変化（変位）及び方向変化を測定する。エンコーダ２７０は、走行部２８０で車輪の回転速度及び補助機器２００の走行角度（図７で操向軸３０７の回転角度）を利用して位置変化及び方向変化を計算する。ただし、エンコーダ２７０は、車輪の動きを感知する装置であるため、車輪がすべる状況、機器が転覆される状況など非正常的状況では正しく計算されない。

エンコーダ２７０を利用すれば、動いた位置及び方向を積分して現在の補助機器２００の位置の変化量が分かる。もし、積分誤差がなければ、エンコーダ２７０のみで補助機器２００の現在位置及び基準位置からの位置変化量が分かる。これは、走行距離計のように短期間に測定する場合には比較的正確であるが、誤差をサンプリングする度に誤差が累積される可能性がある。

したがって、基準信号発信部１４０から伝送される基準信号を利用して、逐次にエンコーダ２７０での計算時に累積された誤差を補正することが好ましい。これに関するさらに詳細な説明は、図１２を参照して説明する。

走行部２８０は、制御部２５０の制御によって、位置計算部２９０によって計算される移動変位に基づき補助機器２００を移動させる。走行部２８０の構造に関するさらに詳細な説明は、図７を参照して説明する。

位置計算部２９０は、時間同期信号を受信した時間と超音波を受信した時間との時間差を利用して、基準信号発信部１４０内の第１発信部１４１から基準信号受信部２４０内の第１受信部２４１までの距離、すなわち、主機器１００と補助機器２００間の距離Ｌを計算する。また、位置計算部２９０は、第１受信部２４１に設けられた２つ以上の超音波センサ間の超音波受信時間差を利用して、補助機器２００への超音波入射角θを計算する。そして、絶対方位角を計測する手段を利用して、補助機器２００が指向する方向、すなわち、絶対方位角γを測定する。このような絶対方位角を計測する手段には、例えば、ジャイロスコープやマグネチックコンパスなどを利用できる。位置計算部２９０は、前記で求めたＬ、θ、及びγを利用して、現在の補助機器２００の正確な現在位置及び補助機器２００が指向する方向を計算できる。これに関するさらに詳細な説明は後記する。

また、位置計算部２９０は、エンコーダ２７０で測定される現在位置と計算された現在位置とを比較することによって、エンコーダ２７０での測定エラーを補正できる。

制御部２５０は、空気品質改善装置２１０、強制対流装置２２０、データ送受信部２３０、基準信号受信部２４０、空気センサ部２６０、エンコーダ２７０、走行部２８０及び位置計算部２９０の動作を制御し、空気センサ部２６０で感知した空気品質指標の値及び該当位置情報を、データ送受信部２３０を通じて主機器１００に伝送する。そして、制御部２５０が、主機器１００から伝送された補助措置命令を、データ送受信部２３０を通じて受信すれば、位置計算部２９０により補助機器２００が移動しなければならない変位を計算し、この計算した変位に基づいて移動して作業位置に到達できるように走行部２８０を制御する。制御部２５０が作業位置への移動のために走行部２８０を制御することは、エンコーダ２７０で変位を測定する過程中に利用する車輪回転速度及び走行角度と変位との関係をそのまま利用できる。現在位置から目的位置までの移動は、最短直線距離を移動することとし、補助機器２００の指向方向と現在位置から作業位置に向かう方向とが一致しない場合には、まず、両方向が一致するように補助機器２００の指向方向を変えた後に移動する方法を考える。

一方、制御部２５０は、補助機器２００が作業位置に到達すれば、空気品質改善装置２１０または強制対流装置２２０の動作を制御することによって、優先領域に対する補助措置を行う。

図６は、本発明の一実施形態による補助機器の外形を示す図面である。図６に示すように、補助機器２００は、等角度で配置された複数の第１受信部２４１及び少なくとも一つ以上の第２受信部２４２を備える。そして、強制対流装置２２０は、送風するファン及び送風方向を調節するチルトバーで構成される。そして、走行部２８０は、所定数の車輪３０１、３０２、３０３を備える。

図７は、補助機器の移動を担当する走行部の構成の一実施形態を示す図面である。走行部２８０は、走行車輪３０２、３０３、操向車輪３０１、下部支持板３０５、及び動力伝達部３０６を備えて構成される。

走行車輪３０２、３０３は、下部支持板３０５の両側に回転自在に連結され、それぞれ連動軸３１６により固定され、連動軸３１６は、複数の固定ブラケット３１７により回転自在な状態に保持されている。

また、下部支持板３０５の下部には操向車輪３０１が備わり、構造上安定性のために操向車輪３０１の反対側に従動車輪３０４をさらに備わることもできる。操向車輪３０１は、制御部２５０の命令に応じて操向軸３０７を軸に所定の角度回転自在になっている。

動力伝達部３０６は、モータ３１１から伝達される動力を走行車輪３０２、３０３に伝達する役割を担う。図７では、その細部構成を説明する。

連動軸３１６には連動ギア３１５が軸設され、それと噛み合うようにモータ３１１の駆動軸３１３に駆動ギア３１４が軸設される。モータ３１１が駆動すれば駆動ギア３１４が回転しつつ連動ギア３１５を回転させ、それに伴い連動軸３１６と走行車輪３０３とが回転する。連動軸３１６の円周には複数の、例えば、スリットが形成されたスリット円板３１２を軸設し、スリット円板３１２の両側に発光センサ３１８及び受光センサ３２０が配置され、スリット間に発光センサ３１８から光が発光し、受光センサ３２０が光を受光すれば、電気信号が発生し、その電気信号をエンコーダ２７０（図４参照）に入力する。エンコーダ２７０は、入力した電気信号を個別的に演算して補助機器２００の変位を測定できる。

図８ないし図１１は、主機器から発信される基準信号を利用して、補助機器が補助機器自身の位置及び指向方向を把握する方法を説明するための図面である。

図８ないし図１１を参照して主機器１００から発信される基準信号を利用して、補助機器１００が補助機器１００自身の位置及び指向方向を把握する方法を説明する。
図８に示すように、主機器１００と補助機器２００との位置関係は、（Ｌ，θ，γ）により完全に表現できる。ここでＬは、主機器１００の基準位置から補助機器２００までの距離であり、θは、補助機器２００の角度基準軸である補助機器２００のｘ軸に対する超音波入射角であり、γは、補助機器２００が指向している方向を表す。

図９は、主機器と補助機器との距離測定方法を説明するための図面である。位置計算部２９０は、受信した超音波及び時間同期信号を利用して、次の式（１）のように距離Ｌを計算する。

ここで、ｃ_Sは、音速を意味し、その大きさは３４０ｍ／ｓｅｃであり、Δｔは、主機器１００で超音波を発信した時点から補助機器２００が超音波を受信した時点までの時間差を意味する。

主機器１００の第１発信部１４１で超音波を発信すると同時に、第２発信部１４２で時間同期信号、例えば、ＲＦ信号または赤外線信号を発信する。このとき、補助機器２００は、第２受信部２４２で時間同期信号を受信した瞬間から第１受信部３１１で超音波を受信した瞬間までの時間差Δｔを測定できる。したがって、測定されたΔｔと音速（ｃ＝３４０ｍ／ｓｅｃ）とを積算して距離Ｌを計算できる。

図１０及び図１１は、補助機器に設けられた第１受信部で受信した超音波を利用して、位置計算部で入射角を計算する方法を説明するための図面である。

位置計算部２９０は、第１受信部２４１に設けられた２つ以上の超音波センサ間の超音波受信時間差を利用して、補助機器２００への超音波入射角θを、例えば、次の式（２）または式（３）のように計算する。図１０は、式（２）により超音波入射角θを測定する方法を示す図面である。図１１は、式（３）により超音波入射角θを測定する方法を示す図面である。

ここで、ｔ₁は、最初の超音波センサに超音波が受信された時間であり、ｔ₂は、第２超音波センサに超音波が受信された時間である。Ｒは、補助機器２００の中心座標から超音波センサが設置された円の半径であり、Ｍは、設置された超音波センサ数であり、ｃは、音速である３４０ｍ／ｓｅｃである。ｎは、補助機器２００の中心座標から超音波入射角度測定の基準センサを第１センサと指定するとき、超音波が受信される超音波センサの順番である。

しかし、例えば、第１受信部３１１に２個の超音波センサが設けられた場合には、次の式（３）のように入射角θを求める。

補助機器２００は、式（１）ないし式（３）によって求められた（Ｌ，θ）によって主機器１００の位置及び方向を決定できる。しかし、主機器１００は、（Ｌ，θ）のみでは補助機器２００の現在位置を決定できない。図８に示すように、（Ｌ，θ）により決定される補助機器２００の位置は無数に多い。

このとき、絶対方位角γが決まることによって、補助機器２００の現在位置が決定される。それと同時に補助機器２００が指向する方向も決定される。このような絶対方位角計測手段には、例えば、ジャイロスコープやマグネチックコンパスなどを利用できる。

このように、補助機器２００は、主機器１００から基準信号を受信することによって補助機器２００自身の位置を把握でき、移動しなければならない目的地の距離及び方向が分かる。しかし、補助機器２００は、常に主機器１００が送出する基準信号を受信できる位置に存在するとは限らないので、補助機器２００は補助的にエンコーダ２７０が測定した車輪回転速度及び走行角度と変位との関係を用いて補助機器２００自身の位置を把握する。

このような関係を利用するためには、車輪回転速度及び操向角度と変位との関係が正確に設定されていなければならないが、そのために、主機器１００から送信される基準信号を利用して車輪回転速度及び操向角度と変位との関係を補正する。

図１２は、このような補正方法の一実施形態を示す図面である。
補助機器２００は、主機器１００の赤外線伝送範囲である１６０°の範囲を超えて移動している。大体、補助機器２００は、最初に受けた赤外線信号の法線より大きい角度軸で移動するが、精密度を高めるために主機器１００に近い位置で移動すれば、容易に１６０°の範囲を超える。補助機器２００は、赤外線伝送範囲を外れて赤外線信号を受けることができなくなると、その時から再び伝送範囲内に入るように移動し、主機器１００との距離を一定に維持しつつ移動する。次いで、再び１６０°の範囲を超えるまで継続的に赤外線を受信して補助機器２００自身の位置を把握すると共に、車輪回転速度及び操向角度と変位との関係を補正する。

このような補正過程は、補助機器２００が実際に作動する前に零点調整方法として行われることもあるが、実際に補助機器２００が作動しつつ主機器１００の赤外線伝送範囲である１６０°の範囲を超える度に行われることもある。

図１３は、複数の地点で測定された空気品質指標の値を利用して、管理領域全体で空気品質マップを構成する一実施形態を示すための図面である。

空気品質マップとは、測定しようとする空間、すなわち、管理領域内の温度、湿度、臭い、ホコリ、ＶＯＣなど一つ以上の空気品質指標の値の分布を該当位置情報と共に表現したものを意味する。空気品質マップ上には、管理領域内の壁、門、窓などの障害物と、主機器１００の位置などが共にマップ状に表現される。

空気品質マップを図１３に示すように、管理領域１０内の該当測定地点（２次元座標）での空気品質指標の測定値を高さ方向に表示する方法で作成できる。そして、このような測定値は、もし、一つの測定地点で経時的に複数の測定値が存在すれば、複数の測定値から推定される代表値で表すことができる。このような代表値には、平均値（ｍｅａｎ）、中間値（ｍｅｄｉａｎ）などがある。

それぞれの測定地点で空気品質指標の測定値を決定すれば、測定地点をつなぐ三角形によって、測定地点以外の地点での測定値を推定できる。例えば、‘Ｘ’と表示された地点１３での空気品質指標の値は、その地点で垂直に延長して交差する三角形１５の地点１４の高さとなる。

このように、測定地点の集合で形成される閉曲線内の領域１１では、以上の方法で空気品質指標の値を求められるが、領域１１以外の領域１２では、この方法を適用し難い。領域１１以外の領域１２では、例えば、距離に反比例して空気品質指標の値が低くなることとして空気品質マップを作成する。このような空気品質マップは、それぞれの空気品質指標別に作成できる。

このように、空気品質マップを作成するために、補助機器２００は、管理領域１０内のいろいろな地点を動きつつ空気品質指標の値を空気センサ部２６０によって測定すると共に、管理領域１０内で障害物が存在する位置を把握する。障害物位置把握のために、補助機器２００は、超音波または赤外線のような障害物感知手段を備える。

より詳細に説明すれば、補助機器２００は、垂直方向に備えられている赤外線センサの出力値の差を比較して障害物の高さを計ることができ、超音波では捕捉され、赤外線センサでは確率的に低く捕捉される物体をガラスのように透過性のある物体と認識できる。このような障害物の高さ及び材質に関する認識は、接近してはならない物体と接近が必要な物体とを区分するのに役立つ。また、透過性のある物体のうち経時的に存否が変わる部分は窓と認識できる。ここで、重要なのは、出入り口のように隔離された空間と連結できる通路を把握することであるが、それは障害物と認知されるが、経時的に障害物のない所と把握されたりする地域であり、付近で空気品質指標の値の急激な変化が感知される所が、通路地域となる。

一方、補助機器２００は、データ送受信部２３０を通じて主機器１００に空気品質マップエレメント（測定位置及び空気品質情報）を伝送するが、その時、それと共に障害物の位置情報も共に伝送する。

図１４は、空気品質マップで非正常領域を表示した例を示した図面である。
マップ管理部１６０が補助機器２００から受信した空気品質マップエレメント及び障害物位置情報を利用して空気品質マップを作成すれば、空気品質マップで空気品質指標の値が所定の閾値を超える領域２１、２２、２３、２４（以下、非正常領域という）を設定し、その領域について優先順位を付与する。例えば、特定領域で主機器１００及び補助機器２００が協同して管理しようとする空気品質指標の値のうち、一つでも前記所定の閾値を超えればその領域は非正常領域と設定される。所定の閾値は、空気品質指標の上限値及び下限値を意味するものであり、空気品質指標が上限値より大きいか、または下限値より小さければ所定の閾値を超えることになる。上限値と下限値のうち一つのみ存在する空気品質指標もある。例えば、臭い、ホコリ量、ＶＯＣについては上限値のみの空気品質指標となる。

このような非正常領域２１、２２、２３、２４のうち優先順位を決定する方法は、例えば、空気品質指標について重要度による優先順位をつけることによって決定できる。すなわち、非正常領域２１は、温度が臨界値を超えており、非正常領域２２は、清浄度が臨界値を超えており、清浄度に比べて温度が重要であるとすれば、非正常領域２１が優先領域となる。もちろん、重要度の同じ場合には、閾値を超えた程度の大きい非正常領域が優先領域になる。

非正常領域のうち優先順位を決定する他の方法として、空気品質マップで設定された非正常領域２１、２２、２３、２４をユーザインターフェース１７０によってユーザに見せ、ユーザに直接優先順位を決定させる方法もある。そして、また他の方法として、補助機器２００に人間感知センサを配置して、非正常領域２１、２２、２３、２４のうち人が存在する位置に基づいて優先順位をつける方法も考えられる。例えば、非正常領域２１に人が存在し、非正常領域２２、２３、２４に人がいない場合には、非正常領域２１が優先領域となる。

主機器１００は、マップ管理部１６０が優先領域を決定すれば、主措置（空気品質改善措置及び主対流措置）を行うと共に、データ送受信部１３０を通じて補助機器２００に補助措置命令を伝達する。補助措置命令には、優先領域についての位置情報と、補助機器２００が該当優先領域に対して補助措置を行うために移動しなければならない作業位置と、優先領域で改善しなければならない空気品質指標及び指標別目標値などが含まれる。このような作業位置は、優先領域の近くに位置して優先領域に対する作業が容易な位置を選定しなければならない。例えば、作業位置としては、補助機器２００の現在位置と優先領域との境界に存在する点のうち最も近い点を選定できる。しかし、優先領域が部屋のように閉鎖された空間であって通路のみ存在する場合に、通路位置の近くを作業位置と選定する。

補助機器２００は補助措置命令に応じて作業位置に移動し、主対流によって伝えられる改善された品質の空気が優先領域に伝えられるように補助対流を起こす。補助機器２００は、補助機器２００自身に備えられたセンサを通じて改善された品質の空気が到達し始めるということを感知した後、補助対流を起こすことができる。

補助機器２００が所定時間補助対流を起こした結果、補助措置命令に含まれた特定空気品質指標に対して目標値に到達したと空気センサ部２６０によって感知されれば、補助機器２００はそれを主機器１００に通報し、補助措置命令に含まれた次の空気品質指標についての改善作業を主機器１００と補助機器２００とが連動して行う。

通常、空気冷却器を使用して温度を下げれば、湿度も共に下がるので、空気冷却を行う過程で、ある程度湿度を調節する効果が発生するが、過度に温度を下げることにより湿度が目標状態以下になった場合には、補助機器２００が備える湿度調節装置を通じて湿度を上げる。このような品質指標に対する改善作業は、補助措置命令に含まれたあらゆる目標値が達成されるまで空気品質指標に対して行われる。

一方、ホコリを除去する作業で、ホコリの大部分は下に溜まるので、補助対流の出力方向を床に向けホコリを浮かび上がるようにすれば、短時間で補助機器２００が備える空気清浄器を利用してホコリを除去できる。

優先領域に対する空気品質改善作業が終了して空気品質指標の値が目標範囲内に収まった場合、または、ユーザにより作動中止命令が下された場合に、補助機器２００は、空気品質改善作業を止めて優先領域内に直接入って優先領域全体の空気品質が改善されたか否かを、空気センサ部２６０を通じて検証する。

以上、添付図を参照して本発明の実施例を説明したが、本発明が属する技術分野の当業者ならば本発明がその技術的思想や必須特徴を変更せずとも他の具体的な形に実施されうるということが理解できるであろう。したがって、前述した実施例はすべての面で例示的なものであって、限定的なものではないと理解せねばならない。

本発明は、空気調和装置、例えば、クーラ、空気清浄器などに好適に用いられる。

管理領域内に主機器のみ存在する場合を示す概略図である。 管理領域内に主機器と補助機器とが連動する場合を示す概略図である。 本発明の一実施形態による主機器の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による補助機器の構成を示すブロック図である。 空気センサ部に含まれる空気センサの種類を示すブロック図である。 本発明の一実施形態による補助機器の外形を示す図面である。 補助機器の移動を担当する走行部構成の一実施形態を示す図面である。 補助機器が自身の位置及び指向方向を把握するために測定せねばならない要素を示す図面である。 主機器と補助機器との距離測定方法を説明するための図面である。 数式２によって入射角を計算する方法を示す図面である。 数式３によって入射角を計算する方法を示す図面である。 基準信号を利用して車輪回転速度及び操向角度と変位との関係を補正する方法の一実施形態を示す図面である。 測定された空気品質指標の測定値を利用して、管理領域全体で空気品質マップを構成する一実施形態を示す図面である。 空気品質マップで非正常領域が表示された例を示す図面である。

符号の説明

１０ 管理領域
２０、２１、２２、２３、２４ 非正常領域
１００ 主機器
１１０ 空気品質改善装置
１２０ 強制対流装置
１３０ データ送受信部
１４０ 基準信号発信部
１５０ 制御部
１６０ マップ管理部
１７０ ユーザインターフェース
２１０ 空気品質改善装置
２２０ 強制対流装置
２３０ データ送受信部
２４０ 基準信号受信部
２５０ 制御部
２６０ 空気センサ部
２７０ エンコーダ
２８０ 走行部
２９０ 位置計算部

Claims (15)

1. 一つ以上の固定型空気調和機器と、所定の管理領域内を移動しつつ前記空気調和機器と連動して、前記管理領域のうち所定の非正常領域に対して空気品質改善作業を行う少なくとも一つ以上の移動型補助機器と、を備える空気調和システムであって、
   前記空気調和機器は、
   所定の空気品質指標の値を適正な範囲に改善する空気品質改善装置と、
   主対流を起こすことによって、前記空気品質指標の値が改善された空気を前記非正常領域の方向に伝達する第１強制対流装置と、
   前記空気品質改善装置及び前記強制対流装置の動作を制御して前記非正常領域に対する主措置を行い、前記補助機器に対して前記非正常領域に対する補助措置を行うことを命令する制御部と、
   前記移動型補助機器が前記移動型補助機器自体の位置を把握または補正するための基準となる第１信号と、前記第１信号と同期を合わせて発信する第１信号より伝播速度の遅い第２信号とを伝送する基準信号発信部と、を備え、
   前記移動型補助機器は、
   前記命令に応じて前記非正常領域への移動を可能にする走行部と、
   前記主対流によって伝えられる空気を前記非正常領域に補助対流させる第２強制対流装置と、
   前記第１信号及び前記第２信号を受信して、前記第１信号と前記第２信号との伝播速度差を利用して前記空気調和機器と前記移動型補助機器間の距離を計算し、前記移動型補助機器に等角度で配置された複数の第２信号受信部に受信される前記第２信号の受信時間差を利用して入射角を計算して、前記空気調和機器を基準とした前記移動型補助機器の位置座標を決定する位置計算部と、
   を備えることを特徴とする空気調和システム。
2. 前記空気品質改善装置は、空気冷却器、空気加熱器、イオン発生器、ホコリ除去器、加湿器、除湿器またはフィルタのうち少なくとも一つを備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
3. 前記第１強制対流装置及び前記第２強制対流装置は、
   空気を強制対流させるファンと、対流の方向を調節可能にする複数のチルトバーを備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
4. 前記空気調和機器は、前記移動型補助機器から送信される、測定位置での座標情報及び空気品質情報を含む空気品質マップエレメントを利用して、管理領域全体に対する前記空気品質マップをアップデートし、前記アップデートした空気品質マップを利用して前記非正常領域を決定し、前記決定された非正常領域に対する優先順位を付与するマップ管理部をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の空気調和システム。
5. 前記空気品質マップは、前記管理領域内のそれぞれの測定位置での前記空気品質指標の測定値を高さ方向に表示する方法で作成されることを特徴とする請求項４に記載の空気調和システム。
6. 前記空気品質マップは、空間上で近接した測定地点間に表示される前記測定値を三角形に連結することによって作成されることを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
7. 前記非正常領域は、前記測定値が所定の閾値を超えたかどうかによって決定され、
   前記優先順位は、前記空気品質指標の重要度を第１基準とし、前記重要度が同じ場合には、前記閾値を超えた程度の大きさを第２基準として決定することを特徴とする請求項５に記載の空気調和システム。
8. 少なくとも一つ以上の固定型空気調和機器と、少なくとも一つ以上の移動型補助機器とが相互連動して、管理領域のうち所定の非正常領域に対して空気の品質の改善を行う空気品質の改善方法であって、
   前記空気調和機器が、前記移動型補助機器が前記移動型補助機器自体の位置を把握または補正するための基準となる第１信号と、前記第１信号と同期を合わせて発信する第１信号より伝播速度の遅い第２信号とを発信するステップと、
   前記移動型補助機器が、前記空気調和機器が発信する第１信号及び前記第２信号を受信して、前記第１信号と前記第２信号との伝播速度差から計算する前記空気調和機器と前記移動型補助機器間の距離と、前記移動型補助機器に等角度で配置された複数の第２信号受信部が受信する前記第２信号の受信時間差を利用して計算する入射角とに基づいて、前記移動型補助機器の前記現在位置を計算するステップと、
   前記空気調和機器が前記移動型補助機器に前記非正常領域に対する補助措置を行うことを命令するステップと、
   前記命令によって前記移動型補助機器が前記非正常領域に移動するステップと、
   前記空気調和機器が所定の空気品質指標の値を適正な範囲に改善させ、主対流を起こすことによって、前記空気品質指標の値が改善された空気を前記非正常領域の方向に伝達するステップと、
   前記移動型補助機器が、前記主対流によって伝えられた空気を前記非正常領域に補助対流させるステップと、
   を含むことを特徴とする空気品質の改善方法。
9. 前記非正常領域に移動するために、前記移動型補助機器の前記非正常領域に移動する変位を計算するステップをさらに含み、
   前記移動する変位は、エンコーダが提供する車輪回転速度及び走行角度と変位との関係を利用して計算することを特徴とする請求項８に記載の空気品質の改善方法。
10. 前記移動型補助機器が、前記空気調和機器が発する赤外線が伝送される範囲である赤外線伝送範囲内で前記空気調和機器との距離を一定に維持しつつ、前記赤外線伝送範囲を外れるまで継続的に赤外線を受信することによって、エンコーダでの車輪回転速度及び走行角度と変位との関係を補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項９に記載の空気品質の改善方法。
11. 前記移動型補助機器から受信する空気品質マップエレメントを利用して管理領域全体に対する空気品質マップをアップデートするステップと、
    前記アップデートした空気品質マップを利用して前記非正常領域を決定するステップと、
    前記決定した非正常領域に対する優先順位を付与するステップと、
    をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の空気品質の改善方法。
12. 前記空気品質マップは、前記管理領域内のそれぞれの測定位置での前記空気品質指標の測定値を高さ方向に表示する方法で作成されることを特徴とする請求項１１に記載の空気品質の改善方法。
13. 前記空気品質マップは、空間上で近接した測定地点間に表示される前記測定値を三角形に連結することによって作成されることを特徴とする請求項１２に記載の空気品質の改善方法。
14. 前記非正常領域は、前記測定値が所定の閾値を超えるかどうかによって決定され、
    前記優先順位は、前記空気品質指標の重要度を第１の基準とし、前記重要度が同じ場合には、前記閾値を超えた程度の大きさを第２基準として決定されることを特徴とする請求項１２に記載の空気品質の改善方法。
15. 前記移動型補助機器が、前記空気調和機器が発する第２信号が伝送される範囲である伝送範囲内で前記空気調和機器との距離を一定に維持しつつ、前記伝送範囲を外れるまで継続的に前記第２信号を受信することによって、エンコーダでの車輪回転速度及び走行角度と変位との関係を補正するステップをさらに含むことを特徴とする請求項８に記載の空気品質の改善方法。

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