JP4983883B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、室内機に、室内に存在する物体（壁や床、家具や人など）の表面温度を検知して空調空間内の人や障害物の有無や位置を検知する人障害物検知装置を設け、その検知信号に基づいて室内機に設けられた風向変更手段を制御するようにした空気調和機に関する。

従来の空気調和機は、焦電型赤外線センサ等の人体検知センサと、物体までの距離を検知する超音波センサとを有する人体検知装置を室内機に設け、人体検知装置により室内にいる人の位置及び距離を検知することにより、上下羽根及び左右羽根で構成される風向変更手段を制御して人がいない領域に向けて空調風を送出するようにしている（例えば、特許文献１参照）。

また、特許文献１に記載の空気調和機では、室内に空調風の循環を妨げる家具等の障害物があり、人がいない領域と障害物がある領域が一致した場合、空調風が障害物に向かって送出されることにより空調効率が低下することから、室内機に人位置検出手段と障害物位置検出手段を設け、人位置検出手段及び障害物位置検出手段の双方の検知信号に基づいて風向変更手段を制御して空調効率を向上したものも提案されている。

この空気調和機にあっては、暖房運転が開始すると、人位置検出手段により室内に人がいるかどうかをまず判定し、人がいない場合には、障害物位置検出手段により障害物があるかどうかを判定し、障害物がない場合には、空調風が室内全体に広がるように風向変更手段を制御している。

また、人はいないが、回避できる障害物が検知された場合には、障害物がない方向に風向変更手段を制御する一方、回避できない障害物が検知された場合には、障害物に直接空調風が当たらないようにするとともに、空調風が室内全体に広がるように風向変更手段を制御している。

さらに、人がいる場合には、不在領域があるかどうかを判定し、不在領域がない場合には、空調風が室内全体に広がるように風向変更手段を制御し、不在領域がある場合には、不在領域における障害物の有無を判定し、障害物がある場合には、障害物の方向に風向制御手段を制御して障害物に空調風が強く当たらないようにする一方、障害物がない場合には、障害物がない方向に風向制御手段を制御している（例えば、特許文献２参照）。

特開昭６３−１４３４４９号公報 実開平３−７２２４９号公報

居住空間の周囲には必ず壁が存在し、室内機から壁までの距離を考えると、壁が近い方が、暖房時壁近傍に温風が滞留しやすく、壁近傍の室温は高くなりがちである。

しかしながら、特許文献１あるいは２に記載の空気調和機にあっては、設定温度に基づく室内機の吸込温度を制御しており、壁までの距離を測定して測定距離に応じて吸込温度
を制御するものではないことから、快適性の点でまだまだ改善の余地があった。

本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、壁と人の位置関係に応じて室内機の吸込温度を制御することにより快適性を向上するとともに省エネ運転が可能な空気調和機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明の一態様は、室内機に、送風機と送風機からの風を室内に吹き出す吹き出し口と、人体を検知すると共に物体温度を検知する赤外線センサと、赤外線センサの人体検出結果から使用者が主に生活しているエリアを推定する生活エリア推論手段と、赤外線センサの物体表面温度検出結果と生活エリアから壁の位置を推論する壁位置推論手段を具備した空気調和機であって、暖房時、室内機は、人体検出結果及び壁位置推論手段に基づき、人と壁が近接していると判定された場合に、空気調和機を遠隔操作する遠隔操作装置により設定された設定温度を所定温度下げる温度シフトを行い、室内機の吹き出し口から吹き出す気流の温度を下げることを特徴とする。

また、本発明の他の態様は、室内機に、送風機と送風機からの風を室内に吹き出す吹き出し口と、人体を検知すると共に物体表面温度を検知する赤外線センサと、赤外線センサの人体検出結果から使用者が主に生活しているエリアを推定する生活エリア推論手段と、赤外線センサの物体表面温度検出結果と生活エリアから壁の位置を推論する壁位置推論手段を具備した空気調和機であって、冷房時、室内機は、人体検出結果及び壁位置推論手段に基づき、人と壁が近接していると判定された場合に、空気調和機を遠隔操作する遠隔操作装置により設定された設定温度を所定温度上げる温度シフトを行い、室内機の吹き出し口から吹き出す気流の温度を上げることを特徴とする。

本発明によれば、人がいると判定された人位置判別領域に属する障害物位置判別領域に壁があると判定された場合に、遠隔操作装置により設定された設定温度を所定温度暖房時は下げ、冷房時は上げる温度シフトを行うようにしたので、快適性が向上するとともに省エネを達成することができる。これによって、効率のよい空調が可能となる。

本発明に係る空気調和機の室内機の正面図 本本発明に係る空気調和機の制御装置の概略を示す制御ブロック図 本発明に係る人体検知・物体温度検知センサのセンシング動作説明図 本本発明に係る空気調和機の人体検知・物体温度検知センサのセンシングにより得られた熱画像データのイメージ図 図１の室内機に設けられた人体検知・物体温度検知センサで検知される生活エリア判別領域を示す概略図 熱画像データを図５のエリアに区分けしたイメージ図 図１の室内機が設置された住居の概略平面図 図７の住居における据付から一定時間経過後の人体検知データのカウントの状況を示す図 図７の住居において、推論した壁位置を示す図 図６上で、推論した壁位置と人体位置の例を示す図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

＜空気調和機の全体構成＞
一般家庭で使用される空気調和機は、通常冷媒配管で互いに接続された室外機と室内機とで構成されており、図１は、本発明に係る空気調和機の室内機を示している。

室内機は、本体２と、本体２の前面開口部２ａを開閉自在の可動前面パネル（以下、単に前面パネルという）４を有しており、空気調和機停止時は、前面パネル４は本体２に密着して前面開口部を閉じているのに対し、空気調和機運転時は、前面パネル４は本体２から離反する方向に移動して前面開口部を開放する。なお、図１は前面パネル４が前面開口部を閉じた状態を示している。

図１に示されるように、本体２の下部には、冷房あるいは暖房のために熱交換した空気を室内に吹き出す吹出口を開閉するとともに空気の吹き出し方向を上下に変更する上下羽根１２と、空気の吹き出し方向を左右に変更する左右羽根１４と、本体２に吸い込まれる空気の温度を検出する吸込み温度センサ１０１とを備えている。

また、前面パネル４上部は、その両端部に設けられた２本のアームを介して本体２上部に連結されており、アームに連結された駆動モータ（図示せず）を駆動制御することで、空気調和機運転時、前面パネル４は空気調和機停止時の位置（前面開口部の閉塞位置）から前方斜め上方に向かって移動する。

さらに、上下羽根１２は、駆動源（例えば、ステッピングモータ）に連結されており、室内機に内蔵された制御装置により角度制御される。

また、左右羽根１４は、室内機の中心から左右に５枚ずつ配置された合計１０枚の羽根で構成されており、それぞれ本体２の下部に揺動自在に取り付けられている。また、左右の５枚を一つの単位として別々の駆動源（例えば、ステッピングモータ）に連結されており、室内機に内蔵された制御装置により左右５枚の羽根がそれぞれ独立して角度制御される。

＜人体検知・物体温度検知装置の構成＞
図１に示されるように、前面パネル４の上部には、赤外線を検知する人体検知・物体温度検知センサ１０２（赤外線センサと呼ぶ）を有する。図示した例では、人体検知・物体温度検知センサ１０２は、室内機本体２の中央上部に配置されているが、室内機本体２において中央上部以外の他の位置に配置されても構わない。人体検知・物体温度検知センサ１０２は、単数もしくは複数の素子を有し、好ましくは素子全体を図３に示すように左右に動かし、２次元的な熱画像を取得する。

図１に示す空気調和機は、空気調和機を構成する各部を制御する制御装置を備えている。ここで、図２は、この制御装置の構成を示すブロック図である。図２において、制御装置は、赤外線センサを用いた人体検知手段１０３、物体温度検知手段１０４、生活エリア推論手段１０５、および、壁位置推論手段１０６から構成されており、検出結果に基づき、上下風向変更手段１０７、左右風向変更手段１０８、送風能力変更手段１０９、および、圧縮機能力変更手段１１０により部屋の温度を制御する。尚、制御装置は、マイコン（マイクロコンピュータ）で構成される。制御の動作は、マイコンに記憶されたプログラムをマイコンが実行することで行われる。

＜人体検知・物体温度検知装置による人位置推定＞
前面パネル４に取り付けられた人体検知・物体温度検知センサ１０２は、図３に示すように左右に往復動作を行い、１動作毎に部屋の熱画像データ（図４参照）を取得する。この熱画像データを、人体検知手段１０３、および、物体温度検知手段１０４に対し、部屋の人の存在位置、及び物体表面温度の状況として送る。

また、人体検知・物体温度検知センサ１０２の検知可能な全エリアは、例えば図５に示すような計１５個のエリアＡ１〜Ｇ２のように、予め定められた小さなエリアに区分されている。各エリアには、人の存在検知毎にカウントを１ずつ増分する人体検知カウンター（図示せず）が割り当てられる。このような人体検知カウンターは制御装置に設けられる。

人体検知の方法について簡単に説明する。熱画像データの中で、体表面温度とみなせる３０℃から３６℃の画素がある場合、顔や手足等の人体露出部を捉えている可能性があると判断する。ただし、人体以外の発熱物を捉えた画素の温度が偶然に、上記体表面温度と一致している可能性があるため、一定時間同じ温度が同じ画素で現われた場合は、人体ではないと判断して排除する。これによって、人体を捉えている画素を特定し、人体位置を検出することができる。

＜生活エリアの推定＞
次に生活エリアの推論を行う。部屋のレイアウト状況が、例えば、図７のようになっていたとする。部屋には、家具、テレビ、テーブル等が置いてある。人体検知・物体温度検知センサ１０２が検知した結果では、人が主にいる場所はハッチング部のテーブル付近となり（Ｃ２、Ｄ１部）、人体検知のカウンター値もその場所が高い値を示すようになる。

一方、たんすや壁がある場所（Ｇ１，Ｇ２部など）は人の存在を検知しないため、人体検知のカウンター値も常に低い値を維持する。また、その他の場所（Ａ２、Ａ３など）はテーブルの場所ほど人体検知のカウンター値は多くないものの、あるレベルで人の存在を検知している場所と言える。

人体検知のカウント値の大小により、対象エリアを、例えば、生活エリア、非生活エリア、どちらでもない中立エリアに区別する。図８に示すように、区別する方法はカウント値の大小で判定し、しきい値としてＡｒｅａ（ａ）、Ａｒｅａ（ｂ）（Ａｒｅａ（ａ）≧Ａｒｅａ（ｂ））を定義する。
（１）Ａｒｅａ（ａ）≦各エリアのカウント値の場合は、生活エリアとする。
（２）Ａｒｅａ（ｂ）≦各エリアのカウント値＜Ａｒｅａ（ａ）の場合は、中立エリアとする。
（３）各エリアのカウント値＜Ａｒｅａ（ｂ）の場合は、非生活エリアとする。

上記の定義に従い、生活エリアの推論を行うと、図７のハッチング部のテーブルのある場所（Ｃ２、Ｄ１部）は人体検知のカウント数がしきい値Ａｒｅａ（ａ）を超えるため生活エリアと判断される。

また、たんすや壁がある場所（Ｇ１，Ｇ２部など）は人体検知のカウント数がしきい値Ａｒｅａ（ｂ）を下回るため、非生活エリアと判断される。

さらに、人体検知のカウント数がＡｒｅａ（ｂ）以上、Ａｒｅａ（ａ）未満の場合はどちらでもない中立エリア（Ａ２、Ａ３など）と判断される。

＜壁位置の推定＞
次に生活エリアから壁位置の推論を行う。

上記の説明から、壁は非生活エリアの中に存在すると考えられる。ここで壁は部屋の外周部を囲むものであるから、生活エリアあるいは中立エリアの外側に存在すると考えられるため、これに該当する生活エリアは壁であると判定する。

図９は、図７のエリア図の中で、上記推論にしたがって壁に該当するエリアを特定した例であり、図中ハッチングで囲んだエリアが壁であると推論したエリアである。

＜人壁近接制御＞
人と壁が同一エリアに存在する場合、人は必ず壁よりも室内機寄りに位置して壁に近接していることになり、暖房時においては、壁近傍に温風が滞留しやすく、壁近傍の室温が他の部分の室温に比べて高くなる傾向にあり、冷房時においては、壁近傍に冷風が滞留しやすく、壁近傍の室温が他の部分の室温に比べて低くなる傾向にあることから、人壁近接制御を行うようにしている。

さらに、図１０を参照しながら詳述する。図１０は、図６の熱画像にエリア区分を割り付けた図において、前記の壁と推論したエリア部分の画素に、ハッチングをして壁エリアとして示したものである。

図１０において、この壁エリア内の画素部分に人体を検出した場合、後述する人壁近接制御に入る。

また、図１０において、この壁エリアに隣接して、室内機寄りの画素を、網掛けして隣接ゾーンと表示しているが、このゾーン内の画素に、人体を検出した場合、後述する人壁近接制御に入る。

このようにして人壁近接制御に入ると、暖房時においては、リモコンで設定された設定温度より低目の温度設定を行い、冷房時においては、リモコンで設定された設定温度より高めの温度設定を行う。

以下、この人壁近接制御について暖房時を例にとり具体的に説明する。
Ａ．人が近距離エリアあるいは中距離エリア（Ａ１〜Ｄ２エリア）にいる場合
近距離エリア及び中距離エリアは、室内機から近い位置にあり、領域面積も小さいので、室温が上昇する度合いが高くなることから、リモコンで設定された設定温度を第１の所定温度（例えば、２℃）だけ低目に設定する。

Ｂ．人が遠距離エリア（Ｅ１〜Ｇ２エリア）にいる場合
遠距離エリアは、室内機から遠い位置にあり、領域面積も大きいので、室温が上昇する度合いは近距離エリアあるいは中距離エリアより低いことから、リモコンで設定された設定温度を第１の所定温度より少ない第２の所定温度（例えば、１℃）だけ低目に設定する。

本発明に係る空気調和機は、室内機上下羽根による誤検出を防ぐとともに、空気調和機の運転指示直後に空調運転を素早く行うことができ、なおかつ、運転開始直前や運転中の襖や間仕切りなどの開閉による空調空間の変化にも、すばやく対応して効率のよい空調ができるので、一般家庭用の空気調和機を含む様々な空気調和機として有用である。

２ 室内機本体、 ２ｂ 上面開口部、 ４ 可動前面パネル、 １０ 吹出口、
１２ 上下羽根、 １４ 左右羽根、
１０１ 吸込み温度センサ、 人体検知・物体温度検知センサ１０２
１０３ 人体検知手段、 １０４ 物体温度検知手段、 １０５生活エリア推論手段、
１０６ 壁位置推論手段、 １０７上下風向変更手段、 １０８左右風向変更手段、
１０９ 送風能力変更手段、 １１０圧縮機能力変更手段 。

Claims (2)

1. 室内機に、送風機と前記送風機からの風を室内に吹き出す吹き出し口と、人体を検知すると共に物体表面温度を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの人体検出結果から使用者が主に生活しているエリアを推定する生活エリア推論手段と、前記赤外線センサの物体表面温度検出結果と生活エリアから壁の位置を推論する壁位置推論手段を具備した空気調和機であって、
   暖房時、前記室内機は、前記人体検出結果及び壁位置推論手段に基づき、人と壁が近接していると判定された場合に、空気調和機を遠隔操作する遠隔操作装置により設定された設定温度を所定温度下げる温度シフトを行い、前記室内機の吹き出し口から吹き出す気流の温度を下げることを特徴とする空気調和機。
2. 室内機に、送風機と前記送風機からの風を室内に吹き出す吹き出し口と、人体を検知すると共に物体表面温度を検知する赤外線センサと、前記赤外線センサの人体検出結果から使用者が主に生活しているエリアを推定する生活エリア推論手段と、前記赤外線センサの物体表面温度検出結果と生活エリアから壁の位置を推論する壁位置推論手段を具備した空気調和機であって、
   冷房時、前記室内機は、前記人体検出結果及び壁位置推論手段に基づき、人と壁が近接していると判定された場合に、空気調和機を遠隔操作する遠隔操作装置により設定された設定温度を所定温度上げる温度シフトを行い、前記室内機の吹き出し口から吹き出す気流の温度を上げることを特徴とする空気調和機。