JP6091348B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、室内の空調を行う室内機を備えた空気調和機に関し、特に室内機の設置位置を自動で検出する機能を有する空気調和機に関する。

室内機の設置位置は、省エネルギー、快適さの観点から最適な空調制御を行う上で重要な情報である。これを自動で検出するために、カメラ、距離測定センサなどを用いる方法、人の移動範囲から部屋形状を割り出す方法などが存在する。

例えば特許文献１では、左右の壁と床までの距離を測定するために距離測定センサである超音波センサが室内機本体に設置されており、このセンサを用いて室内機から左右正面壁までの距離が計測され、室内機の設置位置が検出される。

また、例えば特許文献２では、室内機に搭載されたカメラによる撮影画像、赤外線センサによる熱画像を用いて、室内で生活する人の足の位置が検知され、その足の位置を長時間蓄積することで、部屋の左右正面壁の位置が検出される。

具体的には、図８に示すように、センサの画角に対応した記憶領域が用意され、全ての領域に値０がセットされる。そして、人体を検知したら、足位置に対応する記憶領域に値１をセットする動作が一定時間繰り返される。このようにして得られた記憶領域の０，１の分布を基に、左右正面壁の位置を推定して床面領域を求めている。

特許第２７２３４７０号 特許第２７０７３８２号

しかし、特許文献１では、室内機の設置位置の検出専用に高価なセンサが必要となる。また、特許文献２では、室内に家具などの内装部が配置されており、部屋の端までが生活スペースになっていない場合、室内機が設置された正面壁から側壁までの距離を正確に求めることができず、したがって誤検出の原因となる。さらに、人が動く範囲から壁、床の位置を推定しているため、高精度な検出を行うためには、長時間、例えば数日を要することもある。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、省エネルギーかつ快適な空調制御を行う室内機を備えた空気調和機を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和機は、少なくとも床、側壁及び正面壁を有する部屋の正面壁に設置され、室内の空調を行う室内機と、室内機から吹き出される気流の向き、温度及び風量を制御する気流制御部と、室内の熱画像を取得する熱画像取得部と、室内機から側壁までの距離を推定することにより、正面壁の水平方向における室内機の相対的な設置位置を検出する位置検出部とを備える。気流制御部には、通常制御モードと特別制御モードとが設定される。特別制御モードでは、室内機から側壁に向けて気流が吹き出される。熱画像取得部は、特別制御モードでの気流の吹出し前後で熱画像を取得する。位置検出部は、熱画像の差分を演算して温度変化量の分布図を取得し、当該分布図から得られる特徴量を基に、室内機から側壁までの距離を推定する。

本発明によれば、通常制御モードでの制御にも有用な熱画像取得部により取得される熱画像を基に、室内機の正面壁における水平方向における相対的な設置位置が、人の動き、内装部の配置などに依らず短時間かつ高精度に検出される。これにより、省エネルギーかつ快適な空調制御を行う室内機を備えた空気調和機が実現される。

本発明の実施の形態１による空気調和機の室内機の構成を示す斜視図である。 空気調和機の回路構成例を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による特別制御モードでの空調制御を示すフローである。 温度変化量の分布図を示す図であり、室内機の吹出口から側壁までの距離が小さい場合（ａ）と、大きい場合（ｂ）について示す。 壁の材質判定方法を説明するための図である。 本発明の実施の形態２による特別制御モードでの空調制御を示すフローである。 温度変化量の分布図を示す図であり、室内機の吹出口から床までの距離が小さい場合（ａ）と、大きい場合（ｂ）について示す。 従来技術による壁位置の推定方法を示す図である

以下、本発明の実施の形態による空気調和機について、図面を参照して具体的に説明する。一般に、空気調和機は室内機と室外機とで構成されるが、以下では室内機について説明する。室外機としては既在のものを用いることができる。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１による空気調和機の室内機の構成を示す斜視図である。
室内機１０は、箱形の本体部１と、気流の吹出口に取り付けられた風向板であるベーン２，３と、本体部１の前面下部であって吹出口の直上部に取り付けられた熱画像センサ４とを備える。室内機１０は、一般的な床、右壁、左壁及び正面壁を有する部屋の正面壁に設置されるとする。右壁、左壁及び正面壁の区別は便宜的なものであって、形状から特定されるものではない。また、左右方向は、吹出口から見た方向に一致するものとする。ベーン２は、上下方向（垂直方向）の風向を変更するための上下ベーンであり、ベーン３は、左右方向（水平方向）の風向を変更するための左右ベーンである。

図２は、空気調和機の回路構成例を示すブロック図である。
本体部１には、図２に示される各部品が内蔵されている。信号受信部２１は、ユーザにより操作されるリモコン（リモートコントローラ）５からの信号を受信する。メモリ２２は、リモコン５からの信号に含まれるユーザ設定情報、室内機１０の設置位置、その他のプログラムを記憶する。温度センサ２３は、例えば吸込口付近に設けられる熱電対センサであり、吸込口での気温を検出する。ＣＰＵ（中央処理装置）２４は、正面壁の左右方向における室内機１０の相対的な設置位置の検出と、空調制御とを行う。駆動部２５は、ＣＰＵ２４からの制御信号を受信し、熱交換器２６、ファン２７、モータ２８、図示しない室外機に設けられた圧縮機３１などに駆動信号を送信する。

ファン２７は、その回転速度に応じて、吹出口から吹き出される気流の風量を変更する。風量は、例えば風速と通過面積（吹出口の開口面積）との積で定義できる。モータ２８は、ベーン２，３を駆動して気流の向きを変更する。圧縮機３１は、熱交換器２６を介して気流の温度を変更する。

なお、特許請求の範囲の「気流制御部」、「位置検出部」、「材質推定部」は、それぞれメモリ２２に記憶された空調制御用プログラム、位置検出用プログラム、材質推定用プログラムと、これらのプログラムを実行するＣＰＵ２４とにより実現される。

なお、ＣＰＵの代わりに、上記プログラムが仕込まれたＭＣＵ（マイクロコントローラユニット）を用いてもよい。

熱画像センサ４は、定期的に室内の熱画像を取得する。熱画像センサ４として、例えば縦又は横に一列に複数個並べられたサーモパイルセンサが用いられる。例えばステッピングモータを用いて横向き又は縦向きにサーモパイルセンサを回転移動させることにより、遠隔で取得した室内からの輻射熱画像を取得できる。サーモパイルセンサは、二次元アレイ状に複数個並べられてもよい。また、サーモパイルセンサの代わりに、赤外線カメラ、サーモビューアなどの熱画像取得部を用いてもよい。また、図１では、熱画像センサ４は本体部１の前面下部に取り付けられているが、本体部１の前面端部、側面、下面など、他の場所に取り付けられてもよい。熱画像センサ４で取得された熱画像は、ＣＰＵ２４において画像処理される。

リモコン５は、赤外線などで無線通信を行う。リモコン５としては、従来品の他、例えばスマートフォンを用いてもよい。

次に、本実施形態１による空気調和機の動作について説明する。

ユーザによりリモコン５のスイッチがオンされると、新設後の初めての運転時など、室内機１０の設置位置がメモリ２２に記憶されていない場合には、ＣＰＵ２４による室内機１０の設置位置の検出が開始される（特別制御モード）。特別制御モードは、例えばリモコンに初期設定ボタンを設け、ユーザの意思に応じて実施されるようにしてもよい。一方、室内機１０の設置位置が検出済みの場合は、通常制御モードが実施される。このとき、リモコン５から室内機１０に向けて伝送されたユーザ設定は、メモリ２２に記憶される。

図３は、本発明の実施の形態１による特別制御モードでの空調制御を示すフローである。
図３では、室内機１０が左据付、右据付、中央据付のいずれであるかを判定する方法について説明するが、さらに細かい位置について検出してもよい。ここで、例えば「左据付」は、正面壁を水平方向に３分割したときに、室内機１０が最も左側の領域に設置されていることを意味する。

まず、温度センサ２３により、室内機１０の吸込口での気温が取得される（Ｓ１）。次に、熱画像センサ４を用いて室内の熱画像が取得される（Ｓ２）。

次に、室内機１０の設置位置を検出するための気流（位置検出用気流）が吹き出される（Ｓ３）。このとき、左壁に位置検出用気流が衝突するように、左右ベーン３は左向きに設定される。上下ベーン２の向きは、室内機１０が左据付であると仮定した場合に、位置検出用気流が左壁に衝突する地点周辺が熱画像センサ４の視野角に捉えられるような向きに設定される。

また、位置検出用気流の温度は、工程Ｓ１で取得された吸込口での気温に対して一定温度だけ離れた温度に設定される。冷房の場合は、吸込口の気温よりも一定温度だけ低い温度に設定され、暖房の場合は、吸込口の気温よりも一定温度だけ高い温度に設定される。

また、位置検出用気流の風量は、室内機１０が左据付であると仮定した場合に、当該気流が左壁に到達する風量以上の風量に設定される。

一般に、空気調和機には、空調対象である部屋の広さ（例えば畳数）の目安が設定されている。工程Ｓ３での上下ベーン２の向き、位置検出用気流の風量は、当該目安を考慮して設定されてもよい。

位置検出用気流が吹き出されて一定時間経過した後、再度熱画像が取得される（Ｓ４）。
このとき、例えば、工程Ｓ３で設定された位置検出用気流の温度と、壁の最低（又は最高）温度との差が一定の値以下となった時点で熱画像が取得される。

次に、工程Ｓ２で取得された位置検出用気流の吹出し前の熱画像と、工程Ｓ４で取得された吹出し後の熱画像との差分が、メモリ２２に記憶された位置検出用プログラムを実行することにより演算され、これにより温度変化量の分布図が作成される。図４に、作成される温度変化量の分布図の例を示している。図４（ａ）は、室内機１０の吹出口から側壁までの距離が小さい場合であり、図４（ｂ）は大きい場合である。なお、図４では、明度が低い領域ほど温度差が大きいことを示している。また、分布図は、図４のように位置検出用気流の吹出し方向付近のみで作成されてもよいし、部屋全体で作成されてもよい。

そして、当該分布図における温度変化量の最大値Ｍが特徴量として抽出される（Ｓ５）。つまり、冷房時であれば最も温度低下が大きい位置での温度変化量が、暖房時であれば最も温度上昇が大きい位置での温度変化量が抽出される。また、温度変化量の最大値Ｍの抽出と併せて、分布図において温度変化量が所定の閾値以上である領域（温度変化領域）の面積Ａが、特徴量として検出される（Ｓ６）。

次に、工程Ｓ５，Ｓ６で抽出された特徴量を基に、室内機１０が左据付であるか否かが判定される（Ｓ７）。図４からも判るように、室内機１０の吹出口から左壁（側壁）までの距離が小さいほど、温度変化量の最大値Ｍと温度変化領域の面積Ａはともに大きくなる。それゆえ、これらの値を閾値処理することにより、室内機１０から側壁までの距離を推定でき、一方の値の閾値処理結果、又はそれぞれの値の閾値処理結果を加算又は乗算することにより、左据付であるか否かの判定を行うことができる。

工程Ｓ７で左据付であると判定されたときは、メモリ２２に記憶された材質推定用プログラムを実行することにより、壁（内装部）の材質が推定される（Ｓ８）。図５に示すように、温度変化量の最大値Ｍと温度変化領域の面積Ａとの間には、壁の材質に応じた相関関係が存在する。壁の材質が温度変化を受けにくいほど、温度変化量の最大値Ｍと温度変化領域の面積Ａはともに小さくなる。また、下がり幅については、最大値Ｍが面積Ａに比べて大きくなる傾向がある。例えば壁紙として一般に用いられる材質と、窓ガラスなどについて図５の関係を予め求めてメモリ２２に記憶させておくことにより、壁領域の材質を推定できる。壁付近に家具などが配置されることを想定し、家具を含めて材質を推定してもよい。

工程Ｓ７で左据付でないと判定されたときには、工程Ｓ１に戻り、室内機１０の設置位置が右据付であるか否かが判定される。このとき、工程Ｓ３では、右壁に位置検出用気流が衝突するように、左右ベーン３は右向きに設定される。先に右据付であるか否かを判定した後に、左据付であるか否かを判定してもよい。

以上のようにして、室内機１０が左据付であるか右据付であるかが判定される。左据付でも右据付でもないと判定された場合は、中央据付であると判定される。判定された室内機１０の設置位置は、メモリ２２に記憶される。

室内機１０の設置位置が検出されると、メモリ２２に記憶されたユーザ設定、室内機１０の設置位置、及び空調制御用プログラムにより、最適な空調設定（向き、温度、風量）が決定され（Ｓ９）、決定した空調設定に応じた制御信号が駆動部２５に送信される。

例えば、室内機１０が左据付であると判定されたとき、左右方向にスイングするようなユーザ設定の信号が伝送された場合であっても、主として左壁以外の方向に向けて気流が吹き出すように制御できる。

また、通常制御モードでは、熱画像センサ４を用いて、当業者に知られた方法で人の動きの検知などを実施でき、これをさらに空調設定の決定に反映させることができる。このとき、工程Ｓ８の検出結果に応じて、例えば壁側から人を検知した場合は特に設定の変更を行わず、窓側から人を検知した場合は、窓の周辺にいる人は外気温の影響を受けやすいので、優先的に気流が吹き出るように空調設定することもできる。

以上で説明した方法では、特別制御モードにおいて、位置検出用気流の吹出しを１回（Ｓ３）、熱画像の取得を２回（Ｓ２，Ｓ４）実施したが、位置検出の精度を向上させるため、それぞれ、より多い回数を実施してもよい。

そして、駆動部２５から駆動信号が送信されると、ファン２７が回転することにより、吸込口から空気が吸引される。吸引された空気は、熱交換器２６を通って圧縮機３１で調整された温度とされた後、モータ２８により駆動されたベーン２，３によって、吹出口から定められた向きへ吹き出す。

以上、本実施形態１によれば、熱画像センサ４により撮影された熱画像を基に、室内機１０の水平方向における相対的な設置位置（左据付、右据付、中央据付）が検出される。

上記の通り、熱画像センサ４は、通常制御モードでの人の検知などにも用いることができるセンサである。それゆえ特許文献１のように、特別なセンサ（カメラ、測距センサ）が必要とされない。さらに、一般に空気調和機に備えられた、気流の向き、温度、風量の制御機能によって、設置位置が検出される。検出された設置位置は、通常制御モードでの空調制御に反映させることができ、さらに通常制御モードでの温度分布の検知、人の位置の検知においてはその検知範囲を限定できるため、省エネルギーかつ快適な空調制御が可能になる。

また、本実施形態１で説明した方法は、特許文献２のように人の動きなどに大きく影響されることがないため、誤検出が防止される。さらに、室内機の新設時等に一度だけ短時間の特別制御モードを実施するだけで設置位置の検出を実施でき、位置検出に数日を要することもない。

さらに、室内機１０の吹出口から壁までの距離を推定する過程で、壁の材質（例えば壁であるか窓であるか）を推定でき、これを通常制御モードでの空調制御に反映させることにより、より省エネルギーかつ快適な空調制御が可能になる。

実施の形態２．
図６は、本発明の実施の形態２による特別制御モードでの空調制御を示すフローである。
実施形態１では、室内機１０の左右方向の設置位置を検出する方法について説明した。本実施形態２では、さらに室内機１０の上下方向の設置位置が検出される。以下、図６の制御フローについて、図３の制御フローと異なる工程についてのみ説明し、同様の工程については説明を省略する。

位置検出用気流が吹き出される工程Ｓ２３では、左右ベーン３は中央向きに設定される。また、上下ベーン２は下向きに設定される。また、位置検出用気流の風量は、吹出口から吹き出す気流が床に到達する風量以上の風量に設定される。

工程Ｓ２７では、床までの距離の遠近が判定される。図４に対応する図７からも判るように、室内機１０の吹出口から床までの距離が小さいほど、温度変化量の最大値Ｍと温度変化領域の面積Ａはともに大きくなる。それゆえ実施形態１と同様に、これらの値を閾値処理することにより、室内機１０の吹出口から床までの距離を推定でき、設置高さ、即ち室内機１０が設置された床からの高さを検出できる。

また、工程Ｓ２８では、図３の工程Ｓ８で説明した壁の材質を推定する方法と同様の方法により、床の材質が推定される。

以上のようにして検出された室内機１０の設置高さは、メモリ２２に記憶される。

室内機１０の設置高さが検出されると、メモリ２２に記憶されたユーザ設定、室内機１０の設置位置、及び空調制御用プログラムにより、最適な空調設定（向き、温度、風量）が決定され（Ｓ２９）、決定した空調設定に応じた制御信号が駆動部２５に送信される。

例えば、設置高さが大きい場合、温風の吹出し時に、その小さい比重に起因して気流が床まで届かない可能性がある。それゆえ、設置高さが一定値より大きい場合には、ファン速度を大きくして風量が大きくなるように空調設定を決定できる。一方、設置高さが小さい場合には、ファン速度を小さくすることができる。

また、推定された床の材質が、温度変化を受けにくい材質である場合には、吹き出される気流の温度を高くすることもできる。

本実施形態２によれば、例えば特許文献２の方法では検出できない設置高さが検出される。これにより、風量制御、特に暖房時の風量制御を好適に実施でき、さらに省エネルギーな空調制御が可能になるとともに、無駄なノイズの発生を抑制できる。

本実施形態２で説明した設置高さに応じた空調制御は、実施形態１で説明した左右方向の設置位置に応じた空調制御と組み合わせて実施できる。

以上、本発明の実施の形態では、壁に据え付けるタイプの室内機を備えた空気調和機について説明したが、本発明はこれに限定されることなく、例えば壁に隣接させて据え置くタイプの室内機を備えた空気調和機にも適用できる。

１ 本体部、 ２ 上下ベーン、 ３ 左右ベーン、 ４ 熱画像センサ、 ５ リモコン、 １０ 室内機、 ２１ 信号受信部、 ２２ メモリ、 ２３ 温度センサ、 ２４ ＣＰＵ、 ２５ 駆動部、 ２６ 熱交換器、 ２７ ファン、 ２８ モータ、 ３１ 圧縮機。

Claims (5)

1. 少なくとも床、側壁及び正面壁を有する部屋の正面壁に設置され、室内の空調を行う室内機と、
   前記室内機から吹き出される気流の向き、温度及び風量を制御する気流制御部と、
   室内の熱画像を取得する熱画像取得部と、
   前記室内機から側壁までの距離を推定することにより、前記正面壁の水平方向における前記室内機の相対的な設置位置を検出する位置検出部とを備え、
   前記気流制御部には、通常制御モードと特別制御モードとが設定され、
   前記特別制御モードでは、前記室内機から側壁に向けて気流が吹き出され、
   前記熱画像取得部は、前記特別制御モードでの気流の吹出し前後で熱画像を取得し、
   前記位置検出部は、前記熱画像の差分を演算して温度変化量の分布図を取得し、該分布図から得られる特徴量を基に、前記室内機から側壁までの距離を推定し、
   前記位置検出部は、前記特徴量として、前記温度変化量が所定の閾値以上である領域の面積を抽出することを特徴とする空気調和機。
2. 前記特別制御モードでは、前記室内機から床に向けて気流が吹き出され、
   前記位置検出部は、前記特徴量を基に前記室内機から床までの距離を推定することにより、前記室内機の高さ方向における設置位置を検出する請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記位置検出部は、前記特徴量として、前記温度変化量の最大値を抽出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の空気調和機。
4. 前記温度変化量の最大値と、前記温度変化量が所定の閾値以上である領域の面積との関係を基に、該領域に位置する部屋の内装部の材質を推定する材質推定部を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の空気調和機。
5. 前記通常制御モードでは、前記位置検出部により検出された前記室内機の設置位置に応じた制御が行われることを特徴とする、請求項１から４のいずれか１項に記載の空気調和機。