JP5570626B2

JP5570626B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP5570626B2
Application number: JP2013023629A
Authority: JP
Inventors: 和也久保; 広有柴
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-02-08
Filing date: 2013-02-08
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2029-12-24
Also published as: JP2013083442A

Description

本発明は、輻射センサーを備えた空気調和機、特に室内機の制御に関する。

従来の空気調和機では、空調対象空間内にショーケースが設置されている場合、ショーケースに風が当らないように初期工事時に空気調和機の設置場所をずらすなど、施工側でショーケースのレイアウトに対応しており、空気調和機設置後は、空気調和機の吹出気流が何に当っているかを検知せずに空調している（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−２３１７５８号公報（図１）

このように、従来の空気調和機は、設置後に吹出気流が何に当っているかを検知せずに空調していたため、温度管理型ショーケース、つまり外側から暖めたり冷やしたりする必要がない例えば冷凍・冷蔵ショーケース等にも気流が到達し、ショーケースそのものの冷却効率を下げたり、ショーケースに保存されている食品等の保存状態を悪化させるという問題があった。

既述したように、空気調和機とショーケースが同時に施工される初期工事時には、ショーケースに空気調和機の吹出気流が到達しないようにレイアウトを構築することもできるが、空気調和機設置後に店舗のレイアウト変更が行われる際は、空気調和機も移動させることは困難であり、施工側ではなく機器側での対応が望まれる。

また、空気調和機の吹出気流が空調対象空間に広がる前に再び還流して吸い込まれるショートサーキットへの対応についても、従来は空調設備設計者あるいは空調設備施工者がショートサーキットを起こしていないかを判断して壁面や障害物から距離をとるか、一部の吹出口を閉塞するようにしているが、経験の浅い設計者、施工者の場合には十分な対策が取られず、ショートサーキットによって空調機の信頼性が損なわれたり、設定温度に到達する前に圧縮機が停止したりするなどの問題があった。

本発明は前記のような課題を解決するためになされたもので、その目的は空気調和機の周囲環境を検知して、判断し、同一空間にてデマンド運転が設定されている他の冷媒系統の空気調和機と調和して省エネ運転することができる空気調和機を得ることにある。

本発明に係る空気調和機は、揺動角を制御できる風向板を有し、天井付近に取り付けられ、室内を空調する複数の空気調和機本体と、空気調和機本体に設けられた多眼あるいは複数個の輻射センサーと、デマンド運転を設定するためのリモコンと、輻射センサーの検知に係る熱画像から温度と画素数の閾値判定により冷温物体または人体の位置を検知し、検知された冷温物体または人体から求まる熱負荷に基づいて空気調和機本体の運転を制御する複数の空調制御装置とを備え、同一空間にて複数の冷媒系統が設置されデマンド運転が設定されている場合に、空調制御装置は、自空調対象エリアの熱負荷情報によりデマンド率変更信号をデマンド率再配分手段に送信し、デマンド率再配分手段は全体のデマンド率を設定値に保ちながら、各冷媒系統の空調制御装置に新しいデマンド率を指令するものであり、輻射センサーにより検知される在人数あるいは在人率から求められる人体熱負荷に対し、ある空調制御装置において、求めた人体熱負荷が予め設定された値Ｌｈ以上である場合には、デマンド率を上げるデマンド率変更信号をデマンド率再配分手段に送信し、デマンド率再配分手段は、デマンド率を上げるデマンド率変更信号を受信すると、前記ある空調制御装置以外の他の空調制御装置にデマンド率変更可能か否かの問い合わせをし、デマンド率再配分手段からの問い合わせを受けた前記他の空調制御装置は、自空調対象エリアの人体熱負荷が予め設定された値Ｌ１以下の場合はデマンド率変更可能の信号を送信し、予め設定された値Ｌｈより大きい場合はデマンド率変更不可の信号を送信するものである。

本発明に係る空気調和機においては、複数の空調制御装置が、輻射センサーの検知に係る熱画像から温度と画素数の閾値判定により冷温物体または人体の位置を検知し、検知された冷温物体または人体から求まる熱負荷に基づいて空気調和機本体の運転を制御するとともに、同一空間にて複数の冷媒系統が設置されデマンド運転が設定されている場合に、自空調対象エリアの熱負荷情報によりデマンド率変更信号をデマンド率再配分手段に送信し、デマンド率再配分手段が、全体のデマンド率を設定値に保ちながら、各冷媒系統の空調制御装置に新しいデマンド率を指令するので、ユーザの求める快適性を損なうことなく空調に伴う電気料金の増大を抑えることができる。さらに、輻射センサーにより検知される在人数あるいは在人率から求められる人体熱負荷に対し、ある空調制御装置において、求めた人体熱負荷が予め設定された値Ｌｈ以上である場合には、デマンド率を上げるデマンド率変更信号をデマンド率再配分手段に送信し、デマンド率再配分手段は、デマンド率を上げるデマンド率変更信号を受信すると、前記ある空調制御装置以外の他の空調制御装置にデマンド率変更可能か否かの問い合わせをし、デマンド率再配分手段からの問い合わせを受けた前記他の空調制御装置は、自空調対象エリアの人体熱負荷が予め設定された値Ｌ１以下の場合はデマンド率変更可能の信号を送信し、予め設定された値Ｌｈより大きい場合はデマンド率変更不可の信号を送信するので、同一空間にてデマンド運転が設定されている他の冷媒系統の空気調和機と調和して省エネ運転することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の外観を示す斜視図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の内部構成を示す縦断面図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の距離予測の動作説明図である。本発明の実施の形態１に係る空気調和機の空調対象エリアの分割パターンの説明図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の空調空間を表す説明図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係る空気調和機の外観を示す斜視図、図２はその内部構成を示す縦断面図、図３はその距離予測の動作説明図、図４はその空調対象エリアの分割パターンの説明図である。

本実施の形態の空気調和機は、図１に示すように箱状のキャビネット１と、その下部に取り付けられた矩形状の化粧パネル２と、使用者が好みに合わせたデマンド運転を設定するためのリモコン（図示せず）と、気流を制御する空調制御装置３０とを備えている。化粧パネル２は、吹出口３ａと、吸込口３ｂと、吹出口３ａに取り付けられて上下風向を制御できる風向フラップ４とを備えている。また、化粧パネル２の一角の下面には、輻射センサー５が室内に臨むように設けられている。

キャビネット１の内部構造は図２に示すとおりである。すなわち、キャビネット１の天面中心には、ファンモーター６が負荷軸を下方に向けて設置され、この負荷軸にはターボファン７が取り付けられている。そして、このターボファン７を囲むように熱交換器８が配置され、この熱交換器８の外側には、これを囲むように、風路を構成し、熱交換された空気と機外とを断熱するインナーカバー９が配置されている。

熱交換器８の下部には、熱交換の際に発生する凝縮水を受け、かつ風路を構成するドレインパン１０が配置され、ドレインパン１０の下部には、ターボファン７の吸込口に連通する開口部を有し、またインナーカバー９およびドレインパン１０により構成される風路に連通する吹出口３ａを有する化粧パネル２が配置され、この化粧パネル２の吹出口３ａには、上下方向に風向を調整できる風向フラップ４が設けられている。

化粧パネル２の吸込口３ｂには、機器内部に塵埃等が侵入するのを防止するエアフィルター１１と、エアフィルター１１を支持しかつ目隠しとして機能するグリル３ｃが設けられている。さらにエアフィルター１１とターボファン７の間には、吸込んだ空気をターボファン７へスムーズに導入するためのベルマウス１２が設けられている。ターボファン７の吸込口近辺には吸込み温度センサー１３が設けられ、また化粧パネル２の１角の下面には、モーターにより鉛直方向の軸を中心に３６０度回転できるように設置されたサーモパイル型の前記輻射センサー５が設けられている。

輻射センサー部の構成を図１乃至図３により更に詳述する。化粧パネル２の一部に成形された中空の円錐型凸部には穴１６が設けられ、内部には、モーター１７と、モーター１７の軸に接続されて回転できるようにしたセンサーケース１８が設けられ、センサーケース１８に、検知部を穴１６を通して外部に露出するように輻射センサー５が取り付けられている。輻射センサー５は、複数の検知部から構成され、検知部は前記円錐型凸部の円の法線に平行に配列されている。

空調制御装置３０は、輻射センサー５の検知に係る熱画像から温度と画素数の閾値判定により温度管理型ショーケースおよび人体の位置を検知し、前記ショーケースが検知された場合には、当該ショーケースに吹出気流が到達しないように、かつリモコンにて設定された要求信号に基づいて気流を制御するものである。

次に、本実施の形態の空気調和機の初回起動時およびリセット時の動作について説明する。なお、空調機の通常運転時の基本動作については説明を省略する。まず、空調機設置後の初回起動時およびリセット時に、輻射センサー５を空調機の運転中または停止中にモーター駆動力により１分／１回程度の速度で３６０度回動させ、回動に伴う軌跡軸と輻射センサー５の配列方向の軸で２次元熱画像を構成する。次いで、この輻射センサー５の検知に係る２次元熱画像から各画素の温度により画素のグルーピングを行い、物体画像の切り分けを行う。切り分けられた物体画像のうち、平均温度が閾値Ｔｓｃ以下で画素数が閾値Ｓｓｃ以上である位置を記憶し、再び輻射センサー５を回動させ、前記と同様に物体画像の切り分けおよび閾値処理を行う。前回と今回の両方に前記閾値を満足する物体が存在する場合には、前回と今回の物体の位置を比較し、該物体の移動距離を算出する。この移動距離が非常に小さい閾値以下である場合、その物体を温度管理型ショーケース、例えば冷凍・冷蔵ショーケースであると認識する。ショーケースと認識された場合、吹出口に設けられている風向フラップ４あるいは図示しない左右フラップあるいは図示しない風量制御手段の少なくとも一つを動作させ、吹出した気流がショーケースの商品陳列部に到達しないように制御する。閾値はセンサー感度、設置高さ等により適切に設定する必要がある。リモコンあるいは制御基板に配置したスイッチを用いて前記閾値を設置環境に応じて変更できるようにしても良い。

また、図３に示すように初回の起動時には、風向フラップ４を水平吹き（水平吹出風向）１４とし、冷房運転または暖房運転を実施し、その際に輻射センサー５の検知に係る熱画像のうち、画素温度と熱交換器の配管温度または吹出温度との差がＴｗ以下の画素をグルーピングし、このグループのサイズが閾値Ｓｗ以上であるグループ１５を抽出し、このグループの上端位置１５Ａを記憶する。即ち吹出気流の壁面への衝突位置を記憶する。このように、温度差閾値Ｔｗ、サイズ閾値Ｓｗを設けることで、壁面か床面かを推定している。即ち輻射センサー５の検知に係る熱画像が床面であれば、吹出気流は拡散し、室内空気と混合されるためＴｗが大きくなる。また、各輻射センサー５はある視野角を持っているため、対象の壁面または床面が十分遠い距離にある場合には、解像度が下がりＳｗは小さくなる。よって、Ｔｗが小さく、Ｓｗが大きい場合に熱画像に映る壁面が近距離にあることが推定できる。

次に、吹出風向をある角度、下吹方向（水平吹出風向）１６として、前記と同様に熱画像から画素温度と熱交換器の配管温度または吹出温度との差がＴｗ以下の画素をグルーピングし、このグループのサイズが閾値Ｓｗ以上であるグループ１７を抽出し、このグループの上端位置１７Ｂを検出し、吹出角度の変更分と前記上端位置１５Ａと上端位置１７Ｂの垂直方向の距離から三角法により吹出気流が当っている壁面までの距離を推定する。距離が閾値以下である場合は、物体までの距離が近過ぎると認識し、当該壁面方向に向かう吹出口の風量を減少させるように風量制御手段を駆動させるかあるいは、リモコン等の表示装置によりユーザへ当該壁面方向に向かう吹出口を閉塞するように要求表示する。表示しながら、風量制御手段を駆動させてもよい。ユーザへの処置要求表示を行った場合には、処置を行った後に、リモコン等で要求非表示操作を行い、非表示とする。さらに、検知した情報は記憶装置に記憶しておき、リモコン等からのユーザ操作により検知結果を参照できるようにしている。また、リモコン等からのユーザ操作で前記壁面距離検知指令があった場合にも、前記検知動作を行う。

冷房時には吹出気流は重力により下がり気味となり、暖房時には浮力により上がり気味となるため、吸込温度、吹出温度、冷媒温度等により運転状態をみて吹出角度に補正を掛ける。これにより、精度向上が期待できる。

また、スケジューリングやタイマー等の自動機能による空調ＯＮ時に、輻射センサー５により人体存在の検知動作を行い、不在である場合には設定温度までの目標到達時間を延長し、圧縮機の回転数を（効率の良い範囲に）制限しながら緩やかに設定温度まで達するように制御する。

さらに、輻射センサー５の検知に係る２次元熱画像の情報により人体の存在位置を検出し、人体が空調対象エリア内のどのエリアに集中しているかにより吹出方向を制御する。前記空調対象エリア１９は吹出方向の制御により吹き分けられる範囲では細かくし、気流の到達しないエリア、例えば図４のような各吹出し方向間のデッドエリア２０となるコーナー方向（部屋の四隅等）では粗くする。

以上のように、ショーケースを検知して風を送らないようにしているので、空調機の吹出気流により商品が暖められることが無く、食品の保存状態を良好な状態に安定化することができる。また、ショーケースのエアカーテンを阻害することなく、ショーケースが必要以上の能力で冷やそうとする無駄を省くことができるため、省エネに貢献する。

また、空調機そのものが自動的に吹出口と壁面等の障害物体との距離を検知して、風量調整あるいは報知を行うため、ショートサーキットが防止でき、空調機の信頼性が向上し、機器寿命を延長する。また、設定温度と実際の温度が異なる（空調機が設定温度に到達したと誤検知し、停止してしまう）などの不快な空調状態を回避することができる。また、不快な空調状態の発生に起因していたユーザによる設定温度の変更（冷房時は温度を下げる／暖房時は温度を上げる）がなくなり、消費電力の増加を抑制することができ、省エネに貢献する。

さらに、自動空調ＯＮ時に人体が不在である場合には、空調能力をセーブして（例えば、圧縮機回転数の上限を効率の良い範囲まで下げて）運転するため、高効率な空調ができる。

通常の空調運転中においても、人の存在により吹出気流を制御するエリアを空調領域内の気流がよく到達する範囲は細かく分割し、到達しない範囲（デッドエリア２０）は粗く分割するようにしているので、快適性・省エネ性を向上しながら、制御に必要なメモリの保存領域を縮小することができ、処理も軽くなるため、ＣＰＵの必要処理能力が引き下げられ、コスト低減が図れる。また、演算処理に伴うエネルギーの消費を抑えることができる。

実施の形態２．
図５は本発明の実施の形態２に係る空気調和機の空調空間を表す説明図であり、図中、前述の実施の形態１参考例のものに相当する部分には同一符号を付してある。

前述の実施の形態１では、単一の冷媒系統あるいは単一の制御系統でも省エネ運転や快適性を向上できるようにしたものであるが、ここでは複数の室外機と室内機でなる複数冷媒系統が制御的にグループとなって運転されるような場合に省エネ運転できる実施の形態について説明する。

本実施の形態の空気調和機は、同一空調対象空間内に複数の冷媒系統が設置され、それぞれが制御的に繋がり、グループを構成している。図５は室内機２１ａと室外機２３ａで構成される系統ａと室内機２１ｂと室外機２３ｂで構成される系統ｂが制御線２４により制御的に繋がり、グループを構成している。グループの運転操作は、室内機２１ａとリモコン線２５により接続されたリモコン２６により行われ、ユーザからのリモコン操作により、リモコン２６から系統ａ、系統ｂに同じ指令が与えられる。なお、リモコン２６は、後述するようにデマンド率再配分手段としても機能する。ここで、系統ａはエリア２７ａを空調対象空間とし、系統ｂはエリア２７ｂを空調対象空間としている。それぞれの室内機２１ａ，２１ｂには図示しない人感センサー（前述の輻射センサー５と同様のもの）が搭載されている。なお、各系統ａ，ｂはそれぞれデマンド設定がされているものとする。ここで、デマンドとは消費電力のピークカットを行うため、最大能力を制限する制御のことであり、デマンド率とは最大能力に対する制限された能力の比率をいう。

前記人感センサーにより自エリアの在人数あるいは在人率等の人体熱負荷を検知し、人体熱負荷が閾値Ｌｈ以上である場合にはリモコン２６にデマンド率ＵＰ要求を送信する。リモコン２６はデマンド率ＵＰ要求を受けると、グループ内の全冷媒系統にデマンド率変更可否の問い合わせを行う。リモコン２６からの問い合わせに各冷媒系統では、人体熱負荷が閾値Ｌ１以下である場合にはデマンド率変更可能の回答を送信し、閾値Ｌｈより大きい場合にはデマンド率変更不可の回答を送信する。リモコン２６では各冷媒系統からの回答を集計し、デマンド率変更可能の回答があった場合には、デマンド率変更可能な系統のデマンド率を下げ、下げたデマンド率から当該系統の最大消費電力の減少分を算出し、この減少分、デマンド率ＵＰ要求のあった系統のデマンド率を上げる。閾値ＬｈおよびＬ１は複数の値を持つようにして段階的にデマンド率の再配分を行うようにしてもよい。例えばＬｈがレベル１の場合には５％引下げ可能、レベル２の場合には１０％引下げ可能のようにしてもよい。

このように、本実施の形態の空気調和機においては、トータルのデマンド率を維持しながら必要なエリアへ空調能力を重点配分するようにしているので、ユーザの求める快適性を損なうことなく空調に伴う電気料金の増大を抑えることができる。また、ピーク電力を抑えることができるので、発電設備の能力を低く設定することができ、結果としてＣＯ_２の発生量を削減することができる。

なお、以上の実施の形態１および２では、空調対象空間の輻射を測る輻射センサー５や人感センサーは、接続されたモーターにより回動するように構成されているものを例に挙げて説明したが、モーターを使用せずに各吹出方向に向けて配置された多眼あるいは複数の輻射センサーを用いてもよいことは言うまでもない。

１キャビネット、２化粧パネル、３ａ吹出口、３ｂ吸込口、４風向フラップ（風向板）、５輻射センサー、６ファンモーター、７ターボファン、８熱交換器、９インナーカバー、１０ドレインパン、１１フィルター、１２ベルマウス、１３吸込み温度センサー、１５Ａ，１７Ｂ物体の温度変化部の上端位置、１７モーター、１８センサーケース、１９空調対象エリア（吹出気流が到達できる範囲）、２０デッドエリア（吹出気流が到達できないエリア）、２１ａ，２１ｂ室内機、２３ａ，２３ｂ室外機、２４制御線、２５リモコン線、２６リモコン（デマンド率再配分手段）、２７ａ系統ａの空調対象エリア（自空調対象エリア）、２７ｂ系統ｂの空調対象エリア、３０空調制御装置。

Claims

揺動角を制御できる風向板を有し、天井付近に取り付けられ、室内を空調する複数の空気調和機本体と、
前記空気調和機本体に設けられた多眼あるいは複数個の輻射センサーと、
デマンド運転を設定するためのリモコンと、
前記輻射センサーの検知に係る熱画像から温度と画素数の閾値判定により冷温物体または人体の位置を検知し、検知された冷温物体または人体から求まる熱負荷に基づいて前記空気調和機本体の運転を制御する複数の空調制御装置とを備え、
同一空間にて複数の冷媒系統が設置されデマンド運転が設定されている場合に、
前記空調制御装置は、自空調対象エリアの熱負荷情報によりデマンド率変更信号をデマンド率再配分手段に送信し、前記デマンド率再配分手段は全体のデマンド率を設定値に保ちながら、各冷媒系統の空調制御装置に新しいデマンド率を指令するものであり、
前記輻射センサーにより検知される在人数あるいは在人率から求められる人体熱負荷に対し、ある空調制御装置において、求めた前記人体熱負荷が予め設定された値Ｌｈ以上である場合には、デマンド率を上げる前記デマンド率変更信号を前記デマンド率再配分手段に送信し、前記デマンド率再配分手段は、前記デマンド率を上げるデマンド率変更信号を受信すると、前記ある空調制御装置以外の他の空調制御装置にデマンド率変更可能か否かの問い合わせをし、前記デマンド率再配分手段からの問い合わせを受けた前記他の空調制御装置は、前記自空調対象エリアの前記人体熱負荷が予め設定された値Ｌ１以下の場合はデマンド率変更可能の信号を送信し、予め設定された値Ｌｈより大きい場合はデマンド率変更不可の信号を送信することを特徴とする空気調和機。
前記デマンド率再配分手段は、デマンド率変更可能の信号により下げたデマンド率からその冷媒系統の最大消費電力の減少分を算出し、その減少分だけデマンド率ＵＰ要求のあった冷媒系統のデマンド率を上げることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
前記デマンド率再配分手段は、前記リモコンであることを特徴とする請求項１又は２記載の空気調和機。
前記空調制御装置は、前記輻射センサーの検知に係る熱画像から吹出気流が壁面に衝突する際に発生する物体の温度変化部の上端位置を検知し、上下吹出角度を変更して前記温度変化部の上端位置の移動量と変更した上下吹出角度量により壁面までの距離を測定し、この測定した距離に応じて前記吹出気流の制御を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の空気調和機。