JP5138021B2 - 空気調和機器および信号伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、室内外に分離して機器が配置され、互いに制御信号を授受しながら機能を奏する空気調和機器に関し、特に制御信号の伝送方法に関するものである。

従来の空気調和機器の伝送方法は、室内ユニットと室外ユニットに分割した空気調和機器のガス側冷媒配管と液側冷媒配管のそれぞれの室内ユニット側、室外ユニット側に電気的絶縁装置を設け、室内ユニットの制御基板とガス側冷媒配管および液側冷媒配管を接続し、また室外ユニットの制御基板とガス側冷媒配管および液側冷媒配管を接続し、ガス側及び液側の冷媒配管を室内ユニットと室外ユニットの制御信号の通信媒体として使用するように構成されていた（特許文献１参照）。

特開平６−２８８０号公報（請求項１、第１図、第２図）

従来の空気調和機器の伝送方法は、以上のように構成されており、以下に示すような課題を有していた。

従来の伝送方法を、ビルや住宅に既設された空気調和機器に対して適用しようとすると、通信媒体となる冷媒配管と、室内ユニットと、室外ユニットの間を絶縁する必要があり、冷媒配管の両端付近の鋼管を電気的絶縁装置に交換しなければならなかった。またビル空調システムのように冷媒配管が長くなると、配管支持部などから電気的ノイズが混入するおそれがあるので、両端以外の部分についても、電気的絶縁処理を施さなければならなかった。

このように、従来の伝送方法を、既設の空気調和機器に対して適用しようとすると、困難かつ煩雑な作業が発生していた。この結果、既設の空気調和機器に対して従来の伝送方法が適用されること、即ち既設の冷媒配管が通信媒体として利用されることはなかった。

本発明は係る課題を解決するためになされたもので、困難かつ煩雑な作業を伴わずに、既設の冷媒配管を簡単に通信媒体として利用できる伝送方法を提供することを目的にしている。

本発明に係る空気調和機器は、銅製の冷媒配管と、前記冷媒配管の一端に接続された室内ユニットと、前記冷媒配管の他端に接続された室外ユニットとを有する空気調和機器であって、
前記室内ユニットを制御するとともに、前記室外ユニットを制御するための第１の制御信号を出力する室内ユニット制御回路と、
前記室外ユニットを制御するとともに、前記室内ユニットを制御するための第２の制御信号を出力する室外ユニット制御回路と、
前記室内ユニット制御回路と前記冷媒配管の外側金属表面とに電気的に接続されており、前記第１の制御信号に基づいてマイクロ周波数帯の第１の電波信号を前記冷媒配管の外側金属表面に発生させ、前記冷媒配管に沿って伝搬させることにより前記室外ユニットに伝送する第１の結合器と、
前記室外ユニット制御回路と前記冷媒配管の外側金属表面とに電気的に接続されており、前記冷媒配管を伝播した前記第１の電波信号を抽出して前記第１の制御信号に変換し、当該第１の制御信号を前記室外ユニット制御回路に出力する第２の結合器とを備え、
前記第２の結合器は、前記第２の制御信号に基づいてマイクロ周波数帯の第２の電波信号を前記冷媒配管の外側金属表面に発生させ、前記冷媒配管に沿って伝搬させることにより前記室内ユニットに伝送し、
前記第１の結合器は、前記冷媒配管を伝播した前記第２の電波信号を抽出して前記第２の制御信号に変換し、当該第２の制御信号を前記室内ユニット制御回路に出力し、
前記第１および第２の結合器のうち少なくとも一方は前記冷媒配管の外側金属表面に電気的に接続された結合コンデンサを有し、当該結合コンデンサを経由して前記第１または第２の制御信号を前記冷媒配管の外側金属表面に供給することによって、マイクロ周波数帯の前記第１または第２の電波信号を発生させ、
前記冷媒配管の表層部にて前記第１または第２の電波信号を表層効果によって伝播させ前記室内ユニット制御回路と前記室外ユニット制御回路との間の通信を行うことを特徴とする。

電気的絶縁装置を使わずに信号を伝送できるようにしたので、冷媒配管の両端付近の鋼管を電気的絶縁装置に交換する作業や電気的ノイズの混入を防ぐための電気的絶縁処理などの作業が不要となり、既設の冷媒配管を簡単に通信媒体として利用できるようになる。この結果、新たな信号線の敷設なしに、既設の冷媒配管を通信媒介として利用する空気調和機器を構築することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機器の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態に係る室内ユニット２内の信号分配回路９の詳細を示したブロック図である。 本発明の実施の形態に係る結合器１５の静電結合方法を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る結合器１５の誘導結合方法を示した説明図である。 本発明の実施の形態に係る空気調和機器を用いた家電機器ネットワークシステムを示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機器の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る室内ユニットのアンテナと冷媒配管の結合の具体的な例を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機器を用いたシステム構成の一例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機器の別の構成を示したブロック図である。 本発明の実施の形態２に係る結合器１３乃至９の静電結合方法の具体的な構成例を示した図である。 本発明の実施の形態２に係る結合器１３乃至９の誘導結合方法の具体的な構成例を示した図である。

実施の形態１．
図１は本実施の形態に係る空気調和機器の構成を示したブロック図である。
図において室内ユニット２と室外ユニット３は、外壁１を間に挟んで、ガス側冷媒配管４と液側冷媒配管５を介して接続されている。

室内ユニット２は、室内ユニット冷媒回路７と室内ユニット制御回路８と信号分配回路９と屋内アンテナ１０から構成されている。また室内ユニット制御回路８は、電波を媒介として制御信号を交換しており、室内ユニット制御回路８より出力された制御信号（電気信号）は、信号分配回路９を経て液側冷媒配管５と室内アンテナ１０を介して、それぞれ室内／室外に伝送される。

室外ユニット３は、室外ユニット冷媒回路１１と室外ユニット制御回路１２と結合器１３から構成されている。また室外ユニット制御回路１２は、室内ユニット制御回路８と同様、電波を媒介として制御信号を交換しており、室外ユニット制御回路１２より出力された制御信号（電気信号）は、結合器１３を経て液側冷媒配管５に結合されて、室内に伝送される。さらにリモコン６も、室内ユニット２や室外ユニット３と同様、電波を媒介として操作信号を交換しており、室内ユニット２に対して、種々の操作／設定等を行う。

次に図２は、本実施の形態に係る室内ユニット２内の信号分配回路９の詳細を示したブロック図である。
図において分配器１４は、室内ユニット制御回路８から出力される制御信号（電気信号）を室内アンテナ１０と結合器１５に所定の比率で分配する機能、ならびに室内アンテナ１０、結合器１５からの制御信号（電気信号）を所定の比率で混合し、室内ユニット制御回路８に伝達する機能を有している。

以下、図１、２を参照しながら動作について説明する。
リモコン６が運転操作されると、運転指令が電波信号（操作信号）として室内ユニット２に伝送される。この電波信号は、室内ユニット２の室内アンテナ１０によって受信され、信号分配器９内の分配器１４を経由して室内ユニット制御回路８に電気信号として伝達される。室内ユニット制御回路８は受信した電気信号を解読し、運転指令であることを判断すると、直ちに室内ユニット冷媒回路７に運転の指示を与える。

これと併行して室内ユニット制御回路８は、室外ユニット３宛とした運転指令の電気信号を生成し、信号分配器９に出力する。信号分配器９の分配器１４はこの電気信号を室内アンテナ１０と結合器１５へ適当な比率、例えば等しく分配する。そして結合器１５へ分配された電気信号は、結合器１５を介して液側冷媒配管５に結合される。

ここで電気信号を液側冷媒配管５に結合させる結合方法について説明する。
結合方法は、静電結合方法と誘導結合方法に大別できる。図３、４は、それぞれ静電結合方法、誘導結合方法を採用した場合における結合器１５の構成を示したものである。

図３に示すように静電結合方法では、電気信号が結合コンデンサ１６を経由して液側冷媒配管５に直接結合され、この結合によって発生した電波信号が液側冷媒配管５の表層を伝搬する。また、図４に示すように誘導結合方法では、誘導コイル１６に高周波電気信号が流れると、近接する液側冷媒配管５に誘導電流が、図の矢印のように流れ、信号が結合される。そして、この結合によって発生した電波信号が液側冷媒配管５の表層を伝搬する。

ここで冷媒配管の素材は一般に銅であり、直径は１２．７ｍｍ程度である。
また電波信号の周波数をマイクロ周波数帯（例えば２から３ＧＨｚの間）から選ぶようにする。このような設定により電波信号は銅表面から深さ１μｍ程度の表層を伝播することになる。この時の（マイクロ周波数帯における）冷媒配管の電気抵抗は、次の式（１）よって与えられる。
Ｒ＝Ｐ×Ｌ／Ｓ 式（１）
ここで Ｒ：電気抵抗（Ω）
Ｐ：抵抗率 （Ωｍ）
Ｌ：長さ （ｍ）
Ｓ：面積 （ｍ２）

したがってこの式に、Ｐとして銅の抵抗率１７ｎΩｍ、Ｌとして冷媒配管長１００ｍを代入し、電気抵抗を求めると、約３５Ωとなる。受信側のインピーダンスを５０Ωとすると、冷媒配管１００ｍにおける減衰は約４．６ｄＢとなる。
一方、電波信号が自由空間を伝播する場合は、距離１００ｍにおいて約８０ｄＢ減衰する。したがって両者を比べると、前者は格段に小さく、極めて低い損失で電波信号を伝送できることが判る。

このように本実施の形態の伝送方法では、電波信号としてマイクロ周波数帯の電波を用い、表層効果によって伝送させるようにしたので、極めて低い損失で伝送することができる。この結果、液側冷媒配管５と室内ユニット２と室外ユニット３の間が絶縁されていなくても、室内ユニット２や室外ユニット３による損失分も小さいので、十分なレベルの電波信号を室内ユニット２から室外ユニット３に送信することができる。

すなわち、従来の伝送方法では、表層効果を利用していないため、室内ユニット２や室外ユニット３による損失が大きく、冷媒配管の両端付近の鋼管を、電気的絶縁装置に交換する必要があったのに対し、本実施の形態の伝送方法では、このような作業は不要である。

そして、このようにして室外ユニット３へ到達した電波信号は、液側冷媒配管５に接続された結合器１３を経由して室外ユニット制御回路１２に電気信号として入力される。
ここで結合回路１３は、室内ユニット２の結合器１５と同様、図３若しくは図４いずれかに示した結合方法で構成されている。

室外ユニット制御回路１２に入力された電気信号は、室外ユニット制御回路１２によって解読され、運転指令であることが判断されると、室外ユニット冷媒回路１１に運転の指示を与える。
このようにして、リモコン６からの運転操作は室内ユニット２と液側冷媒配管５を経由し室外ユニット３に伝達され、空気調和機器としての運転動作を完結させることができる。

なお、ここでは室内ユニット２から室外ユニット３に冷媒配管を介して電波信号が伝送された場合について説明してきたが、逆の場合、すなわち室外ユニット３から室内ユニット２に電波信号が冷媒配管を介して伝送される場合も同様である。例えば、室外ユニット３にトラブルが発生すると、室外ユニット制御回路部１２は停止指令の電気信号を作成し、これを電波信号に変換して冷媒配管に送信する。電波信号は冷媒配管を介して室内ユニット２まで達し、ここで電気信号に変換される。この電気信号を受信した室内ユニット制御回路部８は、直ちに室内ユニット２の動作を停止すると共に、室内ユニット２の表示部（図示せず）に対し、「動作停止」等のメッセージを表示させるように指示する。

以上のように、本実施の形態では、室内ユニット２と室外ユニット３とのいずれか一方のユニットから冷媒配管に電気信号を結合し、この結合によって発生した電波信号を冷媒配管の表層を沿って他方のユニットに伝送させるように構成したため、室内ユニット２と室外ユニット３間の制御信号の送受信を外壁等の影響を受けずに、且つ専用の信号配線を必要とせず実現することが可能となった。この結果、既設の空気調和機器に対する工事は、簡単な取付け作業のみとなり、冷媒配管の両端付近の鋼管を、電気的絶縁装置に交換するといった困難かつ煩雑な作業は不要となる。

なお、室内にある他の機器（本実施の形態ではリモコンを例に取り上げて説明）との制御信号の送受信については、室内／室外ユニット２、３の制御信号と同一の電波信号で通信ができるように構成すれば、リモコン向けに専用に送受信回路を設けるなどのコストを削減することができ、室内ユニットを安価に構成することができる。

また、本実施の形態では、電気信号を液側冷媒配管５に結合する場合について説明したが、ガス側冷媒配管６、あるいは液側冷媒配管５およびガス側冷媒配管６の両方に電気信号を結合しても、同様な効果を得ることができる。

さらに、室外ユニット３と室内ユニット２が各々1台の場合について説明したが、ビル空調システム（ビルマルチエアコン）のように１台の室外ユニット３に複数台の室内ユニット２が接続される構成であってもよいし、その逆であっても良い。この場合、冷媒配管を利用してネットワークシステムを構築することが可能となる。
また、分配器１４の分配比率は結合器１５と室内アンテナで等分としていたが、冷媒配管伝送の減衰が空間伝送より低いことを考慮し、その分配比率を変化させるようにしてもよい。

さらにまた、上記実施の形態では、冷媒配管を使用した信号の授受を、室内ユニット２と室外ユニット３との間の制御信号の交換に限定して説明してきたが、例えば、インターネットなど外部のネットワーク回線を室外ユニット３に接続してもよい。この場合、ネットワーク回線に接続された外部制御機器から室内ユニット２と室外ユニット３との双方或いは一方を遠隔操作することが可能となる。室外ユニット３から室内ユニット２への遠隔操作信号の送信は、上述したように、電波信号として冷媒配管５，６の表層を伝送させて行う。このような構成とすることにより、室内に新たなネットワーク回線を引き込む工事が不要となり、安価な空気調和器のネットワークシステムを構築することができる。

また、図５に示すように、遠隔操作する対象は、室内ユニット２と室外ユニット３に限定されることなく、室内ユニット２と無線或いは有線で接続された情報／家電機器２０を、ネットワーク回線に接続された外部制御機器２１から遠隔操作できるようにしてもよい（本例は無線により室内アンテナ１０を介して信号を送受信する）。情報／家電機器２０としては、例えば、炊飯器、洗濯機、ビデオ装置、パソコンなどでよく、外部制御機器２１としては、例えば、携帯電話や携帯端末などでよい。このような構成とすることにより、室内にネットワーク環境が構築されていない場合であっても、室内ユニット２を介して、外部から家電機器２０の操作が可能となり、安価な情報／家電機器のネットワークシステムを構築することができる。

なお、上記実施の形態では、空気調和機器の冷媒配管を使用した信号伝送方法について説明してきたが、このような信号伝送方法は冷媒配管に限定されるものではない。電波信号を、表層に沿って伝送させることのできる通電材質で出来た配管であればなんであっても良い。例えば水道管、ガス管、ファンコイルユニットなどを用いた給湯システムの給湯管、ＦＦ式暖房機の配管などを利用しても良い。ビルや住宅に既設されたこのような配管を利用することにより容易にネットワークシステムを構築することができる。

実施の形態２．
実施の形態１では、冷媒配管の表層を伝わって室内ユニット２まで達した電波信号を信号分配器９によって取り出す場合について説明してきたが、本実施の形態では、信号分配器９を使わずに取り出す場合について説明する。
図６は本実施の形態に係る空気調和機器の構成を示したブロック図である。図１と同一もしくは相当部分には同じ符号が付されている。図１の構成と異なる点は、室内ユニット２から信号分配器９が除かれていること、及びガス側冷媒配管４が信号伝送路として使われていることである。

一般にガス側冷媒配管４や液側冷媒配管５などの冷媒配管は、銅を素材としているため、無線で用いるアンテナと同じ原理により、その一部に高周波電流を流すと配管全体から電波が放射される。また逆に電波を受けると冷媒配管の表層には高周波電流が励起され、配管全体に伝送される。
本実施の形態は、このように冷媒配管がアンテナとして機能することに着目したものである。

以下、図をもとに動作を説明する。
室外ユニット制御回路１２より出力された制御電気信号は、結合器１３を介し、室内まで敷設されているガス側冷媒配管４に結合される。この結合によりガス側冷媒配管４周辺に電磁界が発生し、ガス側冷媒配管４自身がアンテナ素子として機能し、電波信号が放射される。この電波信号は、室内ユニット２のアンテナ１０によって受信され、電気信号に変換され、室内ユニット制御回路８に入力される。

一方、屋内では、室内ユニット２のアンテナ１０から放射された電波信号の電磁界により、ガス側冷媒配管４に高周波電流が励起される。この高周波電流は、表層を伝わって室外ユニット３まで達し、室外ユニット３内の結合器１３によって電気信号として取り出され、室外ユニット制御回路１２に入力される。
このようにして室内ユニット２と室外ユニット３の間で双方向通信が実現される。

またリモコン６やセンサ１８も電波送受信部（図示せず）を内蔵しており、室内ユニット２や室外ユニット３と同様、電波を介して操作信号やセンサ信号などのデータを相互に交換する。

ここでアンテナ１０の具体的な構成としてホイップアンテナを用いた例を図７に示す。図においてホイップアンテナから放射された電波がガス側冷媒配管４と交錯すると配管銅管部の表面には高周波電流が励起される。また逆に配管から放射された電波はホイップアンテナの表面に高周波電流を励起する。

次に本実施の形態に係る空気調和機器を用いたシステム構成の一例を図８に示す。
図において第１の室内ユニット２２及び第２の室内ユニット２３は、ガス側冷媒配管４もしくは液側冷媒配管５を介し、室外ユニット３と接続されている。また第１のリモコン６１は第１の室内ユニット２２と第２の室内ユニット２３からそれぞれａ、ｂ（ａ＜ｂ）の距離に位置し、第２のリモコン６２は第１の室内ユニット２２と第２の室内ユニット２３からそれぞれｃ、ｄ（ｃ＞ｄ）の距離に位置している。

さらに第１の室内ユニット２２と第２の室内ユニット２３は、第１のリモコン６１及び第２のリモコン６２から通信品質、例えば信号の強度を表すＲＳＳＩ（Ｒｅｃｅｉｖｅ Ｓｉｇｎａｌ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ 「受信信号強度インジケータ」の略）に関するデータを取得し、このデータを相互に交換する。

以下、図６、８を参照しながらシステムにおける一連の動作について説明する。
最初に各機器に対するアドレス番号の付与について説明する。
室外ユニット３の室外ユニット制御回路１２には、例えばフロア番号などに基づいたＩＤ番号が設定される。そして室外ユニット制御回路１２は、室内ユニット２やリモコン６などの存在を確認するためのディスカバリコマンドを作成し、自身のＩＤ番号を付して発行する。発行されたコマンド電気信号は、結合器１３によってガス側冷媒配管４に結合され、コマンド電波信号として放射される。

このコマンド電波信号は、室内ユニット２のアンテナ１０で受信され、電気信号に変換された後、室内ユニット制御回路８に入力される。室内ユニット制御回路８は、入力された信号からディスカバリコマンドを認識すると、室内ユニット２を特定するコード、例えば室内ユニット制御回路８の通信部の物理アドレスと機器の種別「室内ユニット」を含んだ応答を作成する。そしてこの応答電気信号はアンテナ１０を介して応答電波信号として放射される。

一方、屋内配管を経由して放射されたコマンド電波信号を受信したリモコン６も、室内ユニット２と同様、自身を特定するコードを含んだ応答を作成し、これを応答電波信号として放射する。

このようにして室内ユニット２やリモコン６から放射された応答電波信号は、それぞれガス側冷媒配管４を介し室外ユニット３内の結合器１３によって電気信号に変換され、室外ユニット制御回路１２に入力される。
そして室外ユニット制御回路１２は、受信した応答内容に基づいて返答を作成する。

図のケースでは、室外ユニット３は２台の室内ユニット２２、２３と２台のリモコン６１、６２のそれぞれに対し、自身に設定されたＩＤ番号に関連付けたアドレス番号を決定し、アドレス管理テーブルに記録すると共に、このアドレス番号を、それぞれの応答に含まれたコードに付し、ディスカバリコマンドの発行と同じ手順で返送する。
なおこの返送の手順は、コードとアドレス番号を対応させた表を１つのコマンドとして同報などにより送信するようにしても良い。

このアドレス番号を受けた室内ユニット、リモコンは付与されたアドレス番号を記憶し、以降はこのアドレス番号に基づいて通信を行う。
なお、室外ユニット３のアドレス番号については、最初に設定したＩＤ番号そのものを使っても良いし、室内ユニット２やリモコン６などにアドレス番号を配布した際に用いた番号を使うようにしても良い。
以上の手順により室内ユニット２やリモコン６などの冷媒配管を介して通信できる機器に対するアドレス番号の付与が完了する。

次に機器同士、即ち室外ユニット３と室内ユニット２、室内ユニット２とリモコン６の関連付けについて説明する。
まず室外ユニット３と室内ユニット２の関連付けについて説明する。
室外ユニット３の室外ユニット制御回路１２は、アドレス番号を付与した室内ユニット２に対し、試験運転指令を個別に、１台ずつ送信する。そして室内ユニット運転により、室外ユニット３の制御状態が変化すること、例えば冷媒の流量の変化などを検出し、自身の冷媒回路に接続されている室内ユニットであるかどうかの確認を行う。

確認された室内ユニットについては、識別コードの付与を行ない、ディスカバリコマンドの発行と同じ手順で送信する。
一方、自身の冷媒回路への接続が確認できない場合には、リモコン６の表示器等を用いて前述のコードと共にアラーム表示などを行い、設定の確認を促したりする。
また最終的に確認できない場合には、当該室内ユニット２にアドレス番号の破棄を通知すると共に、室外ユニット３の管理テーブルから除外する処理を行う。
このような処理により室外ユニット３と室内ユニット２の関連付けを確実なものとすることができる。

続いて室内ユニット２とリモコン６の関連付けについて説明する。
室外ユニット３の室外ユニット制御部１２は、第１の室内ユニット２２と第２の室内ユニット２３に対し、第１のリモコン６１及び第２のリモコン６２と通信するように指示する。

第１の室内ユニット２２は第１のリモコン６１と通信を行い、そのときの通信品質情報、例えばＲＳＳＩ信号を記憶する。同様に第２のリモコン６２と通信を行いＲＳＳＩ信号を記憶する。このとき受信した第１のリモコン６１、第２のリモコン６２によるＲＳＳＩ信号レベルは、第１の室内ユニット２２からそれぞれのリモコンまでの距離に依存する。

即ち電磁理論によれば自由空間における電波信号の減衰量は距離の２乗に比例して増加し、次式によって与えられる。
Γ＝（４πｄ／λ）２ 式（２）
ただし Γ：減衰量
ｄ：距離（ｍ）
λ：波長（ｍ）

ここで第１の室内ユニット２２が受信した第１のリモコン６１、第２のリモコン６２によるＲＳＳＩ信号レベルをそれぞれＳａ、Ｓｂとし、第２の室内ユニット２３が受信した第１のリモコン６１、第２のリモコン６２によるＲＳＳＩ信号レベルをそれぞれＳｃ、Ｓｄとすると、図８のケースではリモコンから室内ユニットまでの距離に関し、ａ＜ｂ、ｃ＞ｄ なる関係が成立しているので、式（２）より Ｓａ＞Ｓｂ、Ｓｄ＞Ｓｃ なる関係が成立することが分かる。

それぞれの室内ユニット２は、このＲＳＳＩ信号レベルの大小関係に関する情報を、室外ユニット３に対して送信する。室外ユニット３は、当該情報をもとに、第１の室内ユニット２２には第１のリモコン６１を、また第２の室内ユニット２３には第２のリモコン６２を関連付けることを決め、管理テーブルに記憶する。これと併行して関連付けられた室外ユニットとリモコンに対し、識別コードを発行し、ディスカバリコマンドと同じ手順で各々の室内ユニットとリモコンに送信する。
このようにして室内ユニット２と、この室内ユニットの近くに配置されたリモコン６との関連付けを確実なものとすることができる。

また室内に配置された同じ電波信号による通信手段を有するセンサ１８も、同じようにして、室内ユニット２と関連付けられ、管理テーブルに記憶される。そして室外ユニット３は、関連付けられた室外ユニットとセンサに対し、識別コードを発行し、ディスカバリコマンドと同じ手順で各々の室内ユニットとセンサに送信する。
この結果、室内ユニット２は空調範囲内に配置されたセンサ１８の情報を自由に活用することができる。

このようにして機器同士が関連付けられた後、第１のリモコン６１により運転操作がなされると、運転指令が電波信号として放射される。この指令電波信号は、第１の室内ユニット２２の室内アンテナ１０によって受信され、室内ユニット制御回路８に指令電気信号として伝達される。

室内ユニット制御回路８は、受信した信号を解読し、運転指令であることを判断すると、直ちに室内ユニット冷媒回路７に運転の指示を与える。これと併行して室内ユニット制御回路８は、室外ユニット３を宛先とする運転指令の電気信号を生成し、室内アンテナ１０から指令電波信号として放射する。

この指令電波信号はガス側冷媒配管４及び結合器１３を介して電気信号となり、室外ユニット３の室外ユニット制御回路１２に受信される。そして受信した電気信号を解読し、運転指令であることを解読すると直ちに室外ユニット冷媒回路１１に運転の指示を与える。
このようにしてリモコン６の操作により室内ユニット２、室外ユニット３を円滑に運転することが可能となる。

なおここでは、アンテナ１０を用いて運転指令の電波信号を送受信するようにしたが、図９に示すようにアンテナ１０を用いずに、液側冷媒配管４もしくはガス側冷媒配管５などの冷媒配管をアンテナ素子として利用しても良い。
この場合、結合器９を介して冷媒配管に電気信号を結合し、この結合によって冷媒配管から電波信号を空間に放射させると共に、飛来してきた電波信号によって冷媒配管に励起された電波信号を抽出して電気信号に変換するようにする。

また、室内ユニット２から室外ユニット３に冷媒配管を介して指令電波信号が伝送された場合について説明してきたが、逆の場合、すなわち室外ユニット３から室内ユニット２に指令電波信号が冷媒配管を介して伝送される場合も同様である。例えば、室外ユニット３にトラブルが発生すると、室外ユニット制御回路１２は停止指令の電気信号を作成する。この指令電気信号は、結合器を介して液側冷媒配管４もしくはガス側冷媒配管５に結合され、指令電波信号として放射される。この指令電波信号は室内ユニット２まで達し室内アンテナ１０により受信され、指令電気信号に変換される。室内ユニット制御回路部８は、この指令電気信号を解読し、停止指令であることを判断すると、直ちに室内ユニット２の動作を停止すると共に、室内ユニット２の表示部（図示せず）に対し、「動作停止」等のメッセージを表示させるように指示する。また同じ識別コードを持つリモコンにも同じ停止指令を送信し、同様なメッセージを表示させても良い。
このようにして逆からの指令であっても円滑に伝えられ、トラブルの発生に対し、迅速な対応が可能となる。

ここで電気信号をガス側冷媒配管４に結合させる結合方法の具体的構成について説明する。
実施の形態１で説明したように結合方法は、静電結合方法と誘導結合方法に大別される。静電結合方法の場合、図３で説明したように電気信号が結合コンデンサ１６を経由してガス側冷媒配管４に直接結合される。図１０はこれを実現するための具体的な構成例であって、信号ケーブルの芯線はガス側冷媒配管にコンデンサ１６を介して接続され、信号ケーブルのアース線は配管断熱材の外側に貼り付けた金属テープ等に接続される。

また誘導結合方法の場合、図４で説明したように誘導コイル１６に高周波電気信号を流し、近接するガス側冷媒配管４には高周波の誘導電流が図中の矢印のように流れ、信号が結合される。
図１１はこれを実現するための具体的な構成例であって、誘導コイル１７はトロイダルコアにコイルを巻き付けた形態をしており、信号ケーブルの芯線とアース線はそれぞれコイルの一端と他端に接続されている。そして冷媒配管はトロイダルコアの中空部を通り誘導コイル１７と近接する構成になっている。

さらにまた、実際の冷媒配管の周囲は、例えば比誘電率ε＞１の発泡ポリエチレンなどの断熱材で囲われている場合がほとんどである。この断熱材による影響について説明する。
結合器１３を介し、断熱材で覆われている冷媒配管に、高周波の電波信号が結合され、励振された場合を考える。
電磁理論によれば冷媒配管周辺の電磁波（表面波）の位相速度は冷媒配管の抵抗と周囲の誘電体により光速度より遅くなる。この結果、表面波の振幅は冷媒配管から離れるにしたがって指数関数的に振幅が減衰する。そして減衰の度合いは冷媒配管の導電率と誘電体の比誘電率で決定される。

例えば、大学課程マイクロ波工学 オーム社 Ｐ９０、第１２７図には、比誘電率ε＝３の誘電体材料の場合、３ＧＨｚの周波数における電波信号のエネルギーの９０％は、導体から半径１５ｃｍの範囲内に収まるという試算結果が示されている。この試算結果から明らかなように断熱材で囲まれた冷媒配管では、外に向かって放射される電波エネルギーは極めて小さく、ほとんどが冷媒配管周辺に集中する。したがってこのような断熱材で囲まれた冷媒配管を用いることにより、伝送損失の小さい、遠くまで伝送可能な配管伝送を実現することが可能となる。

以上のように本実施の形態では、室内ユニット２と室外ユニット３から冷媒配管に電気信号を結合し、この結合によって発生した電波信号を冷媒配管表層に沿って伝送させると共に、冷媒配管をアンテナ素子として用い、ここから放射された電波を用いて室内外で通信できるように構成した。
この結果、実施の形態１でも説明したように、電波を利用しない従来の伝送方法と比べると、室内ユニット２や室外ユニット３による伝送損失を低減させることができる他、冷媒配管の両端付近の鋼管を、電気的絶縁装置に交換する困難かつ煩雑な作業も不要となり、既設の冷媒配管を簡単な工事で優れた信号伝送路として活用することができるようになる。

また本実施の形態では、電気信号をガス側冷媒配管４に結合する場合について説明したが、液側冷媒配管５、あるいは液側冷媒配管５とガス側冷媒配管４の両方に電気信号を結合しても、同様な効果を得ることができる。

さらに本実施の形態では、１台の室外ユニット３と２台の室内ユニット２からなるシステムについて説明したが、ビル空調システム（ビルマルチエアコン）のように１台の室外ユニット３に複数台の室内ユニット２が接続される構成であっても良いし、またその逆に複数台の室外ユニット３に１台の室内ユニット２が接続される構成であっても良いし、さらには複数台の室外ユニット３に複数台の室内ユニット２が接続される構成であっても良い。同様な手順により冷媒配管を用いてネットワークシステムを構築することは可能である。

さらにまた本実施の形態では、冷媒配管を使用した信号の授受を、室内ユニット２と室外ユニット３との間の制御信号の交換に限定して説明してきたが、例えば、インターネットなど外部のネットワーク回線を室外ユニット３に接続してもよい。この場合、実施の形態１でも説明したように、ネットワーク回線に接続された外部制御機器から室内ユニット２と室外ユニット３との双方、或いは一方を遠隔操作することが可能となる。室外ユニット３から室内ユニット２への遠隔操作信号の送信は、電波信号として冷媒配管の表層を伝送させて行う。
このような構成とすることにより、室内に新たなネットワーク回線を引き込む工事が不要となり、安価な空気調和器のネットワークシステムを構築することができる。

なお本実施の形態では、空気調和機器の冷媒配管を使用した信号伝送方法について説明してきたが、このような信号伝送方法は冷媒配管に限定されるものではない。実施の形態１でも説明したように、電波信号を、表層に沿って伝送させることのできる通電材質で出来た配管であればなんであっても良い。例えば水道管、ガス管、ファンコイルユニットなどを用いた給湯システムの給湯管、ＦＦ式暖房機などの金属性配管などを利用しても良い。ビルや住宅に既設されたこのような配管を利用することにより容易にネットワークシステムを構築することができる。

１ 外壁
２ 室内ユニット
３ 室外ユニット
４ ガス側冷媒配管
５ 液側冷媒配管
６ リモコン
７ 室内ユニット冷媒回路
８ 室内ユニット制御回路
９ 信号分配回路
１０ 室内アンテナ
１１ 室外ユニット冷媒回路
１２ 室外ユニット制御回路
１３ 結合器
１４ 分配器
１５ 結合器
１６ 結合コンデンサ
１７ 誘導コイル
１８ センサ
２０ 情報／家電機器
２１ 外部制御機器
２２ 第１の室内ユニット
２３ 第２の室内ユニット
６１ 第１のリモコン
６２ 第２のリモコン

Claims (6)

1. 銅製の冷媒配管と、前記冷媒配管の一端に接続された室内ユニットと、前記冷媒配管の他端に接続された室外ユニットとを有する空気調和機器であって、
   前記室内ユニットを制御するとともに、前記室外ユニットを制御するための第１の制御信号を出力する室内ユニット制御回路と、
   前記室外ユニットを制御するとともに、前記室内ユニットを制御するための第２の制御信号を出力する室外ユニット制御回路と、
   前記室内ユニット制御回路と前記冷媒配管の外側金属表面とに電気的に接続されており、前記第１の制御信号に基づいてマイクロ周波数帯の第１の電波信号を前記冷媒配管の外側金属表面に発生させ、前記冷媒配管に沿って伝搬させることにより前記室外ユニットに伝送する第１の結合器と、
   前記室外ユニット制御回路と前記冷媒配管の外側金属表面とに電気的に接続されており、前記冷媒配管を伝播した前記第１の電波信号を抽出して前記第１の制御信号に変換し、当該第１の制御信号を前記室外ユニット制御回路に出力する第２の結合器とを備え、
   前記第２の結合器は、前記第２の制御信号に基づいてマイクロ周波数帯の第２の電波信号を前記冷媒配管の外側金属表面に発生させ、前記冷媒配管に沿って伝搬させることにより前記室内ユニットに伝送し、
   前記第１の結合器は、前記冷媒配管を伝播した前記第２の電波信号を抽出して前記第２の制御信号に変換し、当該第２の制御信号を前記室内ユニット制御回路に出力し、
   前記第１および第２の結合器のうち少なくとも一方は前記冷媒配管の外側金属表面に電気的に接続された結合コンデンサを有し、当該結合コンデンサを経由して前記第１または第２の制御信号を前記冷媒配管の外側金属表面に供給することによって、マイクロ周波数帯の前記第１または第２の電波信号を発生させ、
   前記冷媒配管の表層部にて前記第１または第２の電波信号を表層効果によって伝播させ前記室内ユニット制御回路と前記室外ユニット制御回路との間の通信を行うことを特徴とする空気調和機器。
2. 前記室内ユニットは、前記室内ユニットに対して操作を行うリモコンの制御信号を送受信する送受信部と、前記送受信部で送受信した信号を前記第１の結合器に分配する分配器と、を備え、前記リモコンの制御信号と冷媒配管に沿って伝搬する制御信号とが、同一の電波信号で前記室内ユニットとリモコン間を通信することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機器。
3. 前記室外ユニットは、ネットワーク回線に接続され、前記室内ユニットと前記室外ユニットとの少なくとも一方を、前記ネットワーク回線に接続された外部制御機器から遠隔操作可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機器。
4. 前記室外ユニットは、ネットワーク回線に接続され、前記室内ユニットと無線或いは有線で接続された家電機器を、前記ネットワーク回線に接続された外部制御機器から遠隔操作可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の空気調和機器。
5. 前記銅製の冷媒配管の一部もしくは全てを、空気より大きい比誘電率を持つ材質からなる断熱材で囲んだことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項記載の空気調和機器。
6. 銅製の配管の一端に接続された第一のユニットと前記銅製の配管の他端に接続された第二のユニットとの間で信号を伝送させる信号伝送方法であって、
   前記第一のユニットと前記第二のユニットとの少なくともいずれか一方のユニットから他方のユニットを制御するための制御信号を出力し、
   前記出力された制御信号を、前記銅製の配管の外側金属表面に接続された結合コンデンサを有する結合器を介して前記銅製の配管の表層に静電結合することによって、前記制御信号に基づいてマイクロ周波数帯の電波信号を前記銅製の配管の表層に発生させ、
   前記発生したマイクロ周波数帯の電波信号を表層効果により前記銅製の配管の前記表層を沿って前記他方のユニットに伝送させることを特徴とする信号伝送方法。

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