JP5647988B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、室内の照度を検出して、出力結果に基づき冷暖房能力の調節をする空気調和機に関するものである。

従来、この種の空気調和機は、日射量測定手段からの日射量に関する情報と、温度計からの外気温の情報とに基づいて、ダイニングに設置されている室内機の設定温度を決定している（例えば、特許文献１を参照）。

特許文献１に記載の空気調和機は、冬季における暖房の場合、室内機に設置されている設定温度決定装置の設定温度決定手段は、日射量測定手段からの日射量の情報を入力し、日射量があらかじめ設定している値よりも多いときは太陽光による温室効果によってダイニング内部の温度が上昇するものと判断して、設定温度を低めに設定し、消費エネルギーを少なくしている。

また、窓面から室内に入る日射量によって室内空間の空気調和制御の設定温度を補正する空調装置も提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特許文献２に記載の空調装置は、窓の日射量を検知する昼光センサーによって日射があると判断した場合、日射がない設定温度パターンに対して設定温度を下げるものである。これにより組み合わせによっては省エネ効果が得られる。

特開２０００−８８３１６号公報 特開２００５−３７１０９号公報

しかしながら、一般に室内の温度は設定値になるまでに一定の時間を要するが、特許文献１および２の空気調和機は日射量が設定値より多いときには設定温度を低く設定する、としているため日射量に応じて設定温度が変動し、日射量が設定値以上を継続しない場合、室内温度が安定せず、居住者はかえって不快になる可能性がある。また、特許文献１および２の空気調和機では、一律に設定温度を変更するよう制御されており、省エネ効果があっても居住者の好みの温度設定を反映できているとは限らない。また、冷房時には設定温度を低くすることは省エネにはならない、という課題を有していた。

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、室内の照度が所定時間範囲内で所定時間以上基準値を超えた場合、冷暖房能力の調節を行うもので、快適感を損なわず省エネ運転を実現する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、本発明の空気調和機は、室内機に備わる照度センサーから所定時間間隔で出力される照度に基づき、冷暖房能力を調節可能な空気調和機であって、前記所定時間間隔で出力される照度を記録する記録装置と、所定時間範囲において所定時間以上、前記記録装置に記録された照度が予め定められた第１の基準値以上であれば、冷暖房能力の調節処理を行う制御部と、居住者の操作により室内温度を設定可能な操作器と、を備え、前記制御部は、前記所定時間範囲内で前記操作器により室内温度が設定されると、冷暖房能力の調節処理を打ち切ることを特徴とする。

本発明の空気調和機は、室内の照度が所定時間範囲内で所定時間以上基準値を超えた場合、冷暖房能力の調節を行うもので、日射による熱量が安定して供給されていることを判断した上で室内の温度を居住者が不快に感じないように調節されるため、快適感を損なわず省エネ運転を実現することができる。

図１は本発明の実施の形態１〜３における空気調和機の斜視図 図２は図１に示す空気調和機のブロック図 図３は本発明の実施の形態１における制御フローチャート 図４は様々な部屋の照度とセンサー出力電圧の関係を示すグラフ 図５は被験者実験による設定温度、温冷感、快適感の変化（冬季）を示すグラフ 図６は本発明の実施の形態２における制御フローチャート 図７は本発明の実施の形態３における制御フローチャート 図８は被験者実験による設定温度、温冷感、快適感の変化（夏季）を示すグラフ 図９はカメラモジュールの照度と露光時間の関係を示すグラフ 図１０は図９と比較してゲインを４倍にした場合の照度と露光時間の関係を示すグラフ

本発明の一形態は、室内機に備わる照度センサーから、所定時間間隔で出力される照度に基づき、冷暖房能力を調節可能な空気調和機であって、所定時間間隔で出力される照度を記録する記録装置と、所定時間範囲において所定時間以上、記録装置に記録された照度が予め定められた第１の基準値以上であれば、冷暖房能力の調節処理を行う制御部とを備えることを特徴とし、日射による熱量が安定して供給されていることを判断した上で室内の温度は居住者が不快に感じないように調節されるため、快適感を損なわず省エネ運転を実現する。

好ましくは、空気調和機は居住者の操作により室内温度を設定可能な操作器をさらに備え、制御部は、所定時間範囲内で操作器により室内温度が設定されると、冷暖房能力の調節処理を打ち切ることを特徴とするもので、居住者の好みの温度設定に変更された場合は制御部が一律に設定温度を変更することがないため、居住者の快適感を維持することができる。

また、好ましくは、空気調和機において、制御部は、空気調和機が暖房運転時には、所定時間範囲において所定時間以上、記録装置に記録された照度が所定の基準値以上であれば、暖房能力を所定量下げることを特徴とするもので、日射による放射熱で暖かく感じる分、設定温度を下げることで、居住者は快適感を損なうことなく省エネ運転を実現できる。

また、好ましくは、空気調和機において、制御部は、空気調和機が冷房運転時には、所定時間範囲内において所定時間以上、記録装置に記録された日射量が予め定められた第２の基準値以下になれば、冷房能力を所定量下げることを特徴とするもので、冷房時に日射が陰った場合やカーテンで日射を遮る等の行動がとられた場合には設定温度を低すぎる設定にしないことで、居住者は気づかないうちに体が冷えすぎてしまうことがなく、さらに冷房能力は下がるため省エネ運転を実現できる。

また、好ましくは、空気調和機において、制御部は、空気調和機が冷房運転時には、所定時間範囲において所定時間以上、記録装置に記録された日射量が所定の基準値以上であれば、冷房能力を所定量上げることを特徴とするもので、日射による熱量が安定して供給されていることを判断した上で室内の温度を居住者が不快に感じないように調節されるため、より快適感を得ることができる。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における空気調和機の室内機の外観図を示すものである。また、図２は、図１に示す空気調和機の室内機のブロック図である。図１及び図２に示すように、空気調和機１の正面には照度センサー２が設けられており、この照度センサー２は居室内の照度を検出する。また空気調和機１には、図２に示すように、照度センサー２の検出結果に基づき、空調を制御する制御部８が備わる。この制御部８は、例えば、マイコン、不揮発性メモリ及びＲＡＭから構成される。

以上のように構成された空気調和機１について、以下、暖房運転時の動作や作用を説明する。空気調和機１がリモコン（図示せず）の指示によって運転を開始すると、空気調和機１は、加熱空気を吹出し口５から室内に送風することで、リモコンにより指示された室温になるように制御する。室温は吸い込み口４に設けられた温度センサー３によって検知されている。

図３は、図２に示す制御部８の制御フローを示す。以下、図３のフローに沿って、制御部８による制御を説明する。空気調和機１の運転開始と同時に、照度センサー２は居室内の照度Ｌ１の検出を開始する（ステップＳ１）。この検出値は、制御部８へ送られ例えばＲＡＭに記録されていく。制御部８は、照度検出値Ｌ１が一定値α以上である場合（ステップＳ２）、検出時間Ｐのカウントを開始する（ステップＳ３）。αの値は室内の一般的な照明器具による照度より高く設定することにより、照明による照度とは区別して日射による照度上昇と認識することが可能である。例えば、αの値は冷房時であれば照度センサー２の出力最大値Ｌｍａｘの４割程度、暖房時であれば同じく５割程度に設定する。

ここで、図４は、様々な部屋において空気調和機１が設置される位置で照度を測定した値と照度センサー２の出力値との関係を示すグラフである。以下、図４を参照して、冷房時又は暖房時に設定されるαの値について説明する。図４によれば、日射による照度センサー２の出力値は、空気調和機１の設置位置に関わらず、太陽高度の高い夏季では照度センサー２の出力最大値の４割を下回ることがなく、また太陽高度が低く日射が窓から侵入しやすい冬季には照度センサー２の出力最大値の５割を下回ることがなかった。また、日射がある時に室内を厚地カーテン等で遮蔽した場合や室内の照明による照度センサー２の出力値は前記の日射による出力値を上回ることがなかった。

再度、図３を参照する。ここで所定時間範囲βの間にＬ１≧αとなる検出時間Ｐが、日射が確実に室内熱負荷に影響を及ぼすと考えられるβ／２以上あった場合（ステップＳ４）、制御部８は日射ありと判定する（ステップＳ５ａ）。このβ／２は一時的な曇天などの可能性を考慮した。また所定時間範囲βは例えば室内の空調温度が安定する１０分程度に設定する。

さらに、このＰ≧β／２である所定時間範囲βが連続した場合、あるいは所定時間範囲３βのうち２βでＰ≧β／２が成立した場合（ステップＳ６）に、一時的な日射ではなく継続的な日射があり（以下、日射確定という）と判断して（ステップＳ７ａ）、暖房能力の調節を行う（ステップＳ８）。

具体的には、日射確定判断後、空気調和機に備わる圧縮機及び／又は送風ファン等を制御して暖房能力を下げて、設定温度を１／３℃程度下げる。そして、さらに条件成立が続けば、さらに２βごとに設定温度を１／３℃程度下げ、１℃を超えて下げることはしない。暖房運転時に１℃設定温度を下げると省エネ効果は約１０％である。

この設定温度の下げ方の有効性については、図５に示す被験者実験結果より説明できる。図５によれば、実験時間６０分間に冬季の日射相当の熱量を放射された被験者に自由に設定温度を調節させた結果、放射のない場合と比較して、ほぼ同程度の温冷感、快適感を保ったまま、設定温度を約１．５℃下げた。これは日射による放射熱の影響の分暖かく感じたと考えられる。実際の空調には居住者の生活位置や活動量の変化も考慮して１．５℃より小さい範囲で設定温度を下げる。すなわち居住者が日射の影響を受けにくい窓から離れた位置にいる場合や、活動量が少なく設定温度を高くしておきたいという場合でも快適感に影響が出ない範囲で暖房能力の調節を行う。一般に１０分で１℃設定温度を下げれば多くの人が温度の変化に気づくが、１時間で１℃の設定温度の変化に気づく人は少ない。

次に、居住者が上記制御フローの中で設定温度を変更した場合について説明する。居住者は室内に日射による放射熱の影響を感じた場合、前記制御フローによる暖房能力の変更以前に自らリモコンにて設定温度を下げる可能性がある。この場合は一旦制御フローはステップＳ１に戻る。設定温度を変更した場合、居住者は室内を変更後の温度に設定したいため、そのまま制御フローを進めることは居住者の快適感を損なう可能性があるためである。その後設定温度を変更することがなければ、それが快適温度ということになるので、そこから制御フローを開始して前記のように快適感を損なわない程度に暖房能力の調節をしていく。

尚、より一層の快適感の維持のため、外気温が０℃未満になれば上記制御フローに入らない設定にしてもよい。外気温が低い場合は日射による影響よりも外気温による冷放射の影響が大きいと考えられるためである。

以上のように制御されれば、日射による熱量が安定して供給されていることを判断した上で、放射熱で暖かく感じる分設定温度を下げるために、居住者は快適感を損なうことなく省エネ運転を実現できる。また、居住者が設定温度を変更した場合は一旦制御を打ち切り、制御部が一律に設定温度を変更することがないため、居住者は好みの設定温度で快適感を維持することができる。

なお、ステップＳ４で、検出時間Ｐがβ／２以上なかった場合、制御部８は日射なしと判断して（ステップＳ５ｂ）、ステップＳ１に戻る。また、ステップＳ６で、このＰ≧β／２である所定時間範囲βが連続しなかった場合、あるいは所定時間範囲３βのうち２βでＰ≧β／２が成立しなかった場合、制御部８は、継続的な日射ではない状態（以下、日射非確定という）と判断して、暖房能力の調節を行うことなくステップＳ１に戻る。

なお、照度センサー２は、カメラモジュールを利用して実現しても構わない。この手法について説明する。
カメラモジュールには、明るいシーンでの画像の白とびや暗いシーンでの黒つぶれを防止するために、撮影の露光時間を変化させるオート露光調整（AEC）機能やオートゲインコントロール（AGC）機能などの自動画質調整機能が搭載されていることが多い。これらの機能を利用することで、カメラモジュールを利用して、照度を測定することができる。

ここで、AGC機能を利用せず、ゲインの値は一定とする。AEC機能として、撮影される画像の平均輝度値が一定値になるように、露光時間を制御する。このとき、撮影される画像の平均輝度値と露光時間の関係は、反比例の関係となる。つまり、照度と露光時間は反比例の関係を有し、照度計測時の露光時間を求めることで照度を求めることができる。図９は、AEC機能を搭載したカメラモジュールの照度と露光時間の関係を示した模式図である。この図から、照度センサー２を利用した場合と同様に、居室内の照度L1を検出できることがわかる。露光時間は、カメラモジュールがAEC機能を搭載している場合、カメラモジュールのレジスタ値を読み取ることで取得する。

また、ゲイン値を一定にせず、AGC機能とAEC機能を同時に利用するようにしてもかまわない。照度が一定の場合、ゲインと露光時間は逆比例の関係となり、ゲインを２倍にした場合、露光時間は１／２になる。つまり、照度計測時のゲイン値と露光時間を取得することで、照度を計測することができる。

図１０は、図９と比較し、ゲインを４倍にした場合の照度と露光時間の関係を示したものである。ここで、照度計測の分解能を考える。露光時間を利用して照度を計測する場合、照度が一定値変化した際に、露光時間の変化が大きいほうが分解能として高く、照度計測に適していると考えられる。ゲインを大きくした図１０を図９と比較すると、照度が高い領域では、露光時間の変化幅は小さく、分解能が低くなるため、照度計測には不向きとなるが、逆に、照度が低い領域では、露光時間の変化幅は大きく、分解能が高くなるため、照度計測には適している。つまり、照度が高い場合にはゲインを小さくし、照度が低い場合にはゲインを大きくすることで、最適な照度計測を実現することができる。これは、白とびや黒つぶれを防止する、通常のAGCの動作と一致しているため、一般的なカメラモジュールのAGCやAEC機能を利用することで照度を計測することができる。

もちろん、AGC機能のみを利用し、AEC機能を利用せず、ゲイン値から照度を計測するようにしてもかまわない。

（実施の形態２）
本発明の第２の実施の形態における空気調和機１について、以下、冷房運転時の動作や作用を説明する。空気調和機１がリモコン（図示せず）の指示によって運転を開始すると、空気調和機１は、冷却空気を吹出し口５から室内に送風することで、リモコンにより指示された室温になるように制御する。室温は吸い込み口４に設けられた温度センサー３によって検知されている。

図６は、図１に示す制御部８の制御フローを示す。以下、図６のフローに沿って、制御部８による制御を説明する。実施の形態１と同じフローに関しては同じ符号を記して説明を省略する。

ステップＳ６において、Ｐ＞β／２である所定時間範囲βが連続した場合、あるいは３βのうち２βでＰ＞β／２が成立した場合に、日射確定と判断して（ステップＳ７ａ）冷房能力の調節を行う（ステップＳ８ｂ）。

具体的には日射確定判断後、圧縮機及び／又は送風ファン等を制御することで冷房能力を上げて、設定温度を１／３℃程度下げる。そしてさらに条件成立が続けば、さらに２βごとに設定温度を１／３℃程度下げ、１℃を超えて下げることはしない。

次に、居住者が上記制御フローの中で設定温度を変更した場合について説明する。居住者は室内に日射による放射熱の影響を感じた場合、前記制御フローによる冷房能力の変更以前に自らリモコンにて設定温度を下げる可能性がある。この場合は一旦制御フローはステップＳ１に戻る。設定温度を変更した場合、居住者は室内を変更後の温度に設定したいため、そのまま制御フローを進めることは居住者の快適感を損なう可能性があるためである。その後設定温度を変更することがなければそれが快適温度ということになるので、そこから制御フローを開始して前記のように快適感を損なわない程度に冷房能力の調節をしていく。

尚、より一層の快適感の維持のため、外気温が３０℃未満になれば制御フローに入らない設定にしてもよい。外気温が低い場合は日射による影響が小さいと考えられるためである。

以上のように制御されれば、日射による熱量が安定して供給されていることを判断した上で、放射熱で暖かく感じる分設定温度を下げることで、居住者は快適感を損なうことがない。また居住者が設定温度を変更した場合は一旦制御を打ち切り、制御部が一律に設定温度を変更することがないため、居住者は快適感を維持することができる。

（実施の形態３）
本発明の第３の実施の形態における空気調和機１について、以下、冷房運転時の動作や作用を説明する。空気調和機１がリモコン（図示せず）の指示によって運転を開始すると、空気調和機１は、冷却空気を吹出し口５から室内に送風することで、リモコンにより指示された室温になるように制御する。室温は吸い込み口４に設けられた温度センサー３によって検知されている。

図７は、図１に示す制御部８の制御フローを示す。以下、図６のフローに沿って、制御部８による制御を説明する。実施の形態１と同じフローに関しては同じ符号を記して説明を省略する。

ステップＳ６の後、Ｐ＞β／２である所定時間範囲βが連続した場合、あるいは３βのうち２βでＰ＞β／２が成立した場合にその区間を日射確定区間と判断する（ステップＳ７ｃ）。そして日射確定区間において所定時間範囲βの間全てで照度検出値Ｌ１が一定値γ以下となった時（ステップ９）、日射遮蔽ありと判断する（ステップ１０）。γは例えば図４から明らかなように、α／２程度の値とすればよい。このステップ１０は、日射が曇天により陰ったり、居住者が日射を暑く感じてカーテンを閉めるなどの行動をとった場合が考えられる。この時、日射の影響を受けている区間と同様の冷房能力で運転を続ければ居住者は寒く感じてしまうため、冷房能力の調節を行う（ステップ１１）。

具体的には、日射遮蔽確定し所定時間範囲βが連続した後、冷房能力を下げて、設定温度を１／３℃程度上げる。そして、さらに条件成立が続けば、さらに２βごとに設定温度を１／３℃程度上げ、４／３℃を超えて下げることはしない。

この設定温度の上げ方の有効性については、図８に示す被験者実験結果より説明できる。図８によれば、実験時間６０分間に夏季の日射相当の熱量を遮蔽して放射された被験者に自由に設定温度を調節させた結果、日射相当の熱量を遮蔽せず同様に設定温度を調節した場合と比較して同程度の温熱感、快適感を保ったまま、設定温度を約２℃上げた。これは日射による放射熱を遮ることで涼しく感じた影響によるものと考えられる。実際の空調時には居住者の生活位置や活動量の変化も考慮して日射遮蔽確定では２℃より小さい範囲で設定温度を上げる。すなわち、居住者が日射の影響を受けやすい窓側にいる場合や、活動量が大きく設定温度を低くしておきたいという場合でも、快適感に影響が出ない範囲で冷房能力の調節を行う。一般に１０分で１℃設定温度の変化は多くの人が気づくが、１時間で１℃の設定温度の変化に気づく人は少ない。

次に、居住者が上記制御フローの中で設定温度を変更した場合について説明する。居住者は室内に日射による放射熱の影響を感じ、日射を遮蔽する場合、前記制御フローによる冷房能力の変更以前に自らリモコンにて設定温度を上げる可能性がある。この場合は一旦制御フローはステップＳ１に戻る。設定温度を変更した場合、居住者は室内を変更後の温度に設定したいため、そのまま制御フローを進めることは居住者の快適感を損なう可能性があるためである。その後設定温度を変更することがなければ、それが快適温度ということになるので、そこから制御フローを開始して前記のように快適感を損なわない程度に冷房能力の調節をしていく。

尚、より一層の快適感の維持のため、外気温が３０℃未満になれば制御フローに入らない設定にしてもよい。外気温が低い場合は日射による影響が小さいと考えられるためである。

以上のように制御されれば、日射による熱量が供給されている時に日射が遮蔽されたことを確実に判断した上で、放射熱を遮ることで涼しく感じる分設定温度を上げることで、居住者は快適感を損なうことなく省エネ運転を実現できる。また、居住者が設定温度を変更した場合は一旦制御を打ち切り、制御部が一律に設定温度を変更することがないため、居住者は快適感を維持することができる。

以上のように、本発明に係る空気調和機は、室内の照度が所定時間範囲内で所定時間以上基準値を超えた場合、冷暖房能力の調節を行うもので、快適感を損なわず省エネ運転を実現できるので、住宅のリビング、あるいはホテルの部屋などの空気調和機の用途にも適用できる。

１ 空気調和機
２ 照度センサー
３ 温度センサー
４ 吸い込み口
５ 吹き出し口
６ 水平フラップ
７ 垂直フラップ
８ 制御部

Claims (5)

1. 室内機に備わる照度センサーから所定時間間隔で出力される照度に基づき、冷暖房能力を調節可能な空気調和機であって、
   前記所定時間間隔で出力される照度を記録する記録装置と、
   所定時間範囲において所定時間以上、前記記録装置に記録された照度が予め定められた第１の基準値以上であれば、冷暖房能力の調節処理を行う制御部と、
   居住者の操作により室内温度を設定可能な操作器と、を備え、
   前記制御部は、前記所定時間範囲内で前記操作器により室内温度が設定されると、冷暖房能力の調節処理を打ち切ることを特徴とする、空気調和機。
2. 前記制御部は、前記空気調和機が暖房運転時には、所定時間範囲において所定時間以上、前記記録装置に記録された照度が所定の基準値以上であれば、暖房能力を所定量下げることを特徴とする、請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記制御部は、前記空気調和機が冷房運転時には、前記所定時間範囲内において所定時間以上、前記記録装置に記録された照度が予め定められた第２の基準値以下になれば、冷房能力を所定量下げることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気調和機。
4. 前記制御部は、前記空気調和機が冷房運転時には、前記所定時間範囲において所定時間以上、前記記録装置に記録された照度が所定の基準値以上であれば、冷房能力を所定量上げることを特徴とする、請求項１または２に記載の空気調和機。
5. 前記照度センサーはカメラモジュールにより構成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の空気調和機。

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