JP6375520B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関するもので、特に空気調和機の自動運転制御に関するものである。

従来の空気調和機では、室外の空気の温度を検出する外気温センサや、室内の空気の温度を検出する室温センサを設け、それらのセンサの出力やユーザーが設定した設定温度に応じて、一定時間毎に自動運転時の運転モードを一義的に決定する方式が主流であった（例えば、特許文献１参照）。

特開平８−１２８７０２号公報

しかしながら、上記従来の空気調和機は、室外温度や室内温度、設定温度といった運転環境のみによって運転モードを決定するため、個々の使用者の暑い寒いの感覚の個体差に応じた運転モードを決定することはできず、人によっては暑すぎたり寒すぎたりして不快に感じたり無駄な運転を行う場合がある、という課題があった。

一方、上記課題を解決する方法として、使用者が自動運転中に手動で運転モードを切り替えた際の外気温度や室内温度や設定温度といった情報を記憶し、これらの履歴に基づき運転モード判定用の閾値を可変制御することで、使用者の好みに合った運転を実現することも考えられたが、空気調和機の使用者が一人であるとは限らず、また、複数年に跨って使用することが多い為、履歴に基づく制御が必ずしも使用者の感覚に合っているとは言えなかった。

本発明はこのような点に鑑みてなしたもので、使用者それぞれが感じている暑い寒いといった感覚を空気調和機が推定し、その情報に基づいて自動運転時の運転モードを決定することで使用者の個体感覚に適した運転モードを決定することが可能な空気調和機を提供するものである。

本発明は上記目的を達成するため、室内の温度を検出する室温検出手段と、外気温度を検出する外気温検出手段と、ユーザーが所望した設定温度を判定する設定温度判定手段と、前記室温と前記設定温度、または前記室温と前期外気温と前記設定温度を用いて所定時間毎に自動運転時の運転モードを決定する運転モード判定手段と、人体の表面温度を検知する熱画像検出手段と、前記熱画像検出手段が検知した表面温度から当該人体の温度を演算する画像処理手段と、前記画像処理手段が検出した人体の温度に基づき人が感じる暑いや寒いの感覚を推定する温冷感推定手段を具備する空気調和機において、前記温冷感推定手段により推定された人体の温冷感指標の値に応じて、前記運転モード判定手段で運転モードを判定する際に用いる温度閾値を変更するものである。

本発明によれば、人が感じる暑いや寒いといった感覚である温冷感に基づいて自動運転時の運転モードを決定することで、使用者の望む運転を行うことができ、快適性の向上を
図ることができる。

本発明の実施の形態１における空気調和機の室内機外観斜視図 同空気調和機の赤外線センサ設置部分を示すための室内機外観斜視図 図２のＡ−Ａ断面図 本発明の実施の形態１における空気調和機のブロック図 本発明の実施の形態１における自動運転時の運転モード判定動作を示すフローチャート 本発明の実施の形態１における自動運転時の温冷感データに基づく運転モード変更時の動作を示すフローチャート

第１の発明は、室内の温度を検出する室温検出手段と、外気温度を検出する外気温検出手段と、ユーザーが所望した設定温度を判定する設定温度判定手段と、前記室温と前記設定温度、または前記室温と前期外気温と前記設定温度を用いて所定時間毎に自動運転時の運転モードを決定する運転モード判定手段と、人体の表面温度を検知する熱画像検出手段と、前記熱画像検出手段が検知した表面温度から当該人体の温度を演算する画像処理手段と、前記画像処理手段が検出した人体の温度に基づき人が感じる暑いや寒いの感覚を推定する温冷感推定手段を具備する空気調和機において、前記温冷感推定手段により推定された人体の温冷感指標の値に応じて、前記運転モード判定手段で運転モードを判定する際に用いる温度閾値を変更するものである。これにより、運転環境のみではなく、使用者の個体差に基づく暑いや寒いといった感覚に沿った運転モードの決定を行うことが可能である。

第２の発明は、第１の発明において、さらに前記温冷感推定手段により推定された人の温冷感指標の値が所定の基準値を超えた場合には、温冷感指標の値に応じて直ちに運転モードを変更するものである。これにより、使用者の個体差に基づく暑いや寒いといった感覚に沿った運転モードの決定を即座に行うことが可能である。
（実施の形態１）
本実施の形態の空気調和機は、冷媒配管及び制御用配線等により互いに接続された室内機と室外機とで構成され、室外機には圧縮機が設けられている。

図１〜図３はこの空気調和機の室内機を示している。図１〜図３に示すように、室内機の外観を構成する空気調和機本体１は、空気を吸い込む吸込み口２と、熱交換された空気を吹き出す吹出し口３とを備えている。また、空気調和機本体１は、空気調和機本体１の前面を覆う前面パネル４を備えている。

空気調和機本体１の内部には、室内空気に含まれる塵埃を補足するためのフィルタ５と、取り入れた室内空気を熱交換する熱交換器６と、吸込み口２からフィルタ５を通して取り入れた室内空気を熱交換器６で熱交換して吹出し口３から室内に吹き出すための気流を発生させる貫流式のファン７とが設けられている。

吹出し口３には、当該吹出し口３を開閉するとともに、空気の吹出し方向を上下方向に変更することができる上下風向変更羽根８が設けられている。上下風向変更羽根８は、上羽根８ａと下羽根８ｂとからなり、上羽根８ａ、下羽根８ｂはそれぞれ、左右両端のいずれかの回転軸において、ステッピングモータ等からなる駆動モータの回転軸に連結されている（図示せず）。そして、この駆動モータの動作により、上羽根８ａ、下羽根８ｂは、それぞれ上下方向に回動する。なお、上下風向変更羽根８は上羽根８ａと下羽根８ｂからなるものではなく一つの羽根で構成されるものであってもよい。

また、ファン７の下流側から吹出し口３の上流側に至る通風路９には、空気の吹出し方向を左右に変更することができる複数枚の左右風向変更羽根１０が設けられている。複数枚の左右風向変更羽根１０は、動きを連動させる連結桟により連結され、連結桟はステッピングモータ等からなる駆動モータの回転軸に連結されている（図示せず）。そして、この駆動モータの動作により、複数枚の左右風向変更羽根１０は、それぞれ左右方向に回動する。

また、前記空気調和機本体１の天面と前面パネル４とフィルタ５との間には制御手段１１が配置してある。この制御手段１１は空気調和機本体１を構成する台枠の一部を利用して装着してあり、前記ファン７、上下風向変更羽根８、左右風向変更羽根１０、圧縮機等を制御して当該空気調和機の運転を制御するようになっている。

ここで、上記のような構成を持つこの空気調和機には、図１に示すように前記空気調和機本体１の前面部分すなわち前面パネル４と、吹出し口３との間にセンサ保持枠体１２が設けてある。センサ保持枠体１２の前面は、略垂直に設けられた前面パネル４に対して、傾斜して設けられている。

上記センサ保持枠体１２には、その一方端側に人体を検知する人体検知センサ１３、他方端側に床面や壁面等の温度或いは人体温度もしくはその両方を検出する赤外線センサ１４が組み込んである。

更に前記センサ保持枠体１２の前面は、前記センサ保持枠体１２に貼付け装着した赤外線透過型の１枚の樹脂製の装飾シート１５で覆われている。つまり、人体検知センサ１３及び赤外線センサ１４の前方は装飾シート１５で覆われ、人体検知センサ１３及び赤外線センサ１４は、当該装飾シート１５を介して、人体や部屋内の温度を検出するように構成してある。

上記人体検知センサ１３は、人体から放射される赤外線を検知する焦電素子型の赤外線センサを備え、空調すべき部屋内の赤外線量の変化により人存否と人移動を検出するものである。人体検知センサ１３は、部屋内の赤外線量の変化を検出するから、前方が装飾シート１５で覆われていても、装飾シート１５により誤検出するような恐れがなく、補正の必要がない。

一方、前記赤外線センサ１４は、多数の熱電素子型のセンサ素子を配列したセンサ群素子体を備え、空調すべき部屋の床面や壁面等の温度或いは人体温度もしくはその両方の温度を検出するものである。前記赤外線センサ１４は、前記人体検知センサ１３のように赤外線量の変化を検出するのではなく赤外線量そのものを検出する。したがって、赤外線センサ１４の前方を装飾シート１５で覆っていると、その装飾シート１５の温度の影響を受けるので、補正が必要となる。

図４は、本発明の実施の形態１における空気調和機のブロック図を示すものである。

空気調和機４０１は、室内機４０２と室外機４０３で構成される。室内機４０２は室温検出手段４０４を備え、前記室温検出手段４０４は、室内機吸込温度を検知する温度センサで構成され、空気調和機４０１を制御するために必要な室温データを収集する。室内機４０２は、設定温度判定手段を備え、ユーザーがリモコン操作や空気調和機４０１に設けられたスイッチ等を操作して設定した設定温度の判定を行う。

室内機４０２は、人体の表面温度を検知する熱画像検出手段４１７を備えている。また
、前記熱画像検出手段４１７が検知した表面温度から当該人体の温度を演算する画像処理手段４１８と、前記画像処理手段４１８が検出した人体の温度に基づき人の温冷感を推定する温冷感推定手段４１９を備える。

前記温冷感推定手段４１９は、人が存在する領域毎に温冷感を演算し、領域毎の温冷感を推定するものである。以下、温冷感検出方法について説明する。前記熱画像検出手段４１７は、物質から輻射されている赤外線を検出することで物質の表面温度を非接触で検知する赤外線センサと、前記赤外線センサを保持しているセンサホルダーと、前記センサホルダーを左右方向に自在に回転させる駆動モータから構成される。前記赤外線センサの左右視野角が狭いため、前記駆動モータを用いてセンサを走査させることで室内の温冷感を検出するのに十分な左右視野角を確保する。これにより、前記熱画像検出手段４１７は前記空気調和機本体１の前方の空間に存在する物体の二次元的な熱画像を取得することができる。

前記熱画像検出手段４１７で取得された熱画像は、前記画像処理手段４１８で画像処理を加えることで人が存在する領域を特定し、その画像領域の平均温度を人体温度として算出する。さらに、検出された周囲温度をその人の周囲温度として算出する。このとき、複数人の人体を検出した場合は、それぞれの人毎に人体温度と周囲温度を算出する。

なお、人の存在領域の特定についてだが、人体は代謝により常に放熱しているため、表面温度は周囲温度よりも必ず高くなる。よって、検出した周囲温度と比較して所定温度以上の画像領域を人体に該当する画像領域とするができる。このようにして画像処理手段４１８は、人体の画像領域を特定する。この得られた人体温度と周囲温度により温冷感推定手段４１９において温冷感を推定する。

第１電子制御装置４０５は、外部のＡＣ電源４０８から電源供給を受け、第２電子制御装置４１０に電源線４１１を介して電源を供給する。運転停止時、第１電子制御装置４０５から第２電子制御装置４１０への電源供給を遮断することで待機電力を削減する。室外機４０３は圧縮機４１２と膨張弁４１３を有し、これらは第２電子制御装置４１０によって動作を制御される。また、室外機４０３の内部には、貫流式のファンが備えられており、室外ファンモータ４１４の駆動により、吸い込み口から取り入れた空気を熱交換器で熱交換して吹き出し口から吹き出すための気流を発生させる。

室外機４０３は外気温度検出手段４１５を有し、外気温度検出手段４１５は、外気温度を検知する温度センサで構成され、空気調和機４０１を制御するために必要な外気温データを収集する。

第１電子制御装置４０５と第２電子制御装置４１０は内外通信線４１６で接続されており、双方向通信を行うことで、運転データの交換を行う。内外通信では、第１電子制御装置４０５から室内の温度や湿度、運転モードなどを室外機４０３へ送信し、第２電子制御装置４１０からは、室外温度などに加え、圧縮機４１２の運転状況などを室内機４０２へ送信する。室内機４０２及び室外機４０３では、内外通信で得た前記制御データに基づき、第１電子制御装置４０５及び第２電子制御装置４１０がファンモータや圧縮機などの動作を制御する。

以下、自動運転時の運転モード決定方法について、図５、図６のフローチャートを用いて説明する。自動運転時の運転モード判定は、自動運転モード開始時及び自動運転開始後一定時間経過時と、温冷感データ取得時にそれぞれ行われる。図５は、自動運転モード開始時及び自動運転開始後一定時間経過時の運転モード判定動作を示すフローチャートであり、図６は温冷感データ取得時に実施される温冷感データに基づく運転モード変更時の動
作を示すフローチャートである。

図５のフローチャートについて説明する。まず、空気調和機の運転モードが自動に設定されているか否かを判定し、ユーザーが手動で運転モードを設定しており、運転モードが自動に設定されていなければ運転モードの判定は実施せずに終了する。一方、運転モードが自動に設定されていれば、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では、運転モードの判定が初回であるか否かを判定し、自動運転開始後既に運転モードの判定が実施されていた場合、ステップＳ１３に進む。一方、運転モードの判定が自動運転開始後初回であれば、ステップＳ１４に進み運転モードの決定を行う。ステップＳ１３では、運転モード判定後に一定時間が経過しているか否かを判定し、一定時間経過していなければ運転モードの判定を実施しない。一方、一定時間が経過していれば、ステップＳ１４に進み、運転モードの判定を実施する。

ステップＳ１４では、室温検出手段４０４で検出した室温、設定温度判定手段４０９で判定した設定温度、外気温度検出手段４１５で検出した外気温度に基づいて運転モードを仮決定する。運転モードの仮決定は、まずリモコン設定温度と室温から、運転環境が暖房気味か冷房気味かを決定する。例えば、リモコン設定温度に基づいて決定される閾値に対し、室温検出手段４０４が検出した室温が高い場合には冷房気味と判定し、室温検出手段４０４が検出した室温がリモコン設定温度に基づいて決定される閾値より低い場合は暖房気味と判定する。なお、暖房気味・冷房気味の判定には、本体に設定されたカレンダー情報や前回の運転モードを考慮して決定してもよい。

続いて、決定された暖房気味又は冷房気味に基づいて外気温度判定用の閾値を決定する。この閾値に対して外気温度が低いか高いかで最終的な運転モードの仮決定を実施する。運転モード仮決定後はステップＳ１６に進み温冷感データの取得を行う。ステップＳ１７の運転モード再判定では、ステップＳ１６で取得した温冷感データに基づいて運転モードの最終的な決定を行う。例えば、取得した温冷感データが「暑い」であった場合は、冷房気味と判定しやすくなるように運転モード判定の温度閾値を変更して、運転モードの再判定を行うようにする。取得した温冷感データが「寒い」であった場合は、暖房気味と判定しやすくなるように運転モード判定の温度閾値を変更して、運転モードの再判定を行うようにして、最終的な運転モードを決定する。

続いて、図６のフローチャートについて説明する。前記熱画像検出手段４１７では、運転環境の変化を捉えるため、所定時間（例えば２分）毎に室内の熱画像情報を取得する。従って、前記温冷感推定手段４１９においても所定時間毎に温冷感データを推定しており、運転モード判定手段４０７においては、温冷感データが変化した時に運転モードの再判定を実施することでユーザーの変化に対応した運転モードの判定が可能である。

まず、ステップＳ１３において運転モード判定後に一定時間が経過しているか否かを判定し、一定時間が経過していれば、ステップＳ１４に進み、運転モードの判定を実施する。一定時間経過していない場合はステップＳ２１１に進み、温冷感データの取得を行う。次に、ステップＳ２１２で前記温冷感推定手段４１９が推定した前記温冷感データが設定された基準値範囲内であるか否かを判定し、基準値範囲外でなければ、運転モードの判定は行わず処理を終了する。一方、基準値範囲外であれば、前記温冷感推定手段４１９が推定した前記温冷感データに基づいて直ちに運転モードの変更を実施する。例えば、運転モード判定後一定時間経過前であっても、温冷感データが「非常に暑い」であれば冷房モードに、「非常に寒い」であれば暖房モードに直ちに運転モードを変更する。このとき、温冷感の履歴を使用し、ある一定時間以上継続して前記温冷感推定手段４１９が推定した前記温冷感データが基準値の範囲外であった場合のみ、運転モードの変更を行うとしてもよい。

以上のように本発明は、人が感じる暑いや寒いといった感覚（温冷感）を推定し、その温冷感の指標に応じて運転モードを決定することで、使用者の望む運転を行うことができ、快適性の向上を図ることができる。

１ 空気調和機本体
２ 吸込み口
３ 吹出し口
４ 前面パネル
５ フィルタ
６ 熱交換器
７ ファン
８ 上下風向変更羽根
９ 通風路
１０ 左右風向変更羽根
１１ 制御手段
１２ センサ保持枠体
１３ 人体検知センサ
１４ 赤外線センサ
１５ 装飾シート
４０１ 空気調和機
４０２ 室内機
４０３ 室外機
４０４ 室温検出手段
４０５ 第１電子制御装置
４０７ 運転モード判定手段
４０８ ＡＣ電源
４０９ 設定温度判定手段
４１０ 第２電子制御装置
４１１ 電源線
４１２ 圧縮機
４１３ 膨張弁
４１４ 室外ファンモータ
４１５ 外気温度検出手段
４１６ 内外通信線
４１７ 熱画像検出手段
４１８ 画像処理手段
４１９ 温冷感推定手段

Claims (2)

1. 室内の温度を検出する室温検出手段と、外気温度を検出する外気温検出手段と、ユーザーが所望した設定温度を判定する設定温度判定手段と、前記室温と前記設定温度、または前記室温と前記外気温度と前記設定温度を用いて所定時間毎に自動運転時の運転モードを決定する運転モード判定手段と、人体の表面温度を検知する熱画像検出手段と、前記熱画像検出手段が検知した表面温度から当該人体の温度を演算する画像処理手段と、前記画像処理手段が検出した人体の温度に基づき人が感じる暑いや寒いの感覚を推定する温冷感推定手段を具備する空気調和機において、前記温冷感推定手段により推定された人体の温冷感指標の値に応じて、前記運転モード判定手段で運転モードを判定する際に用いる温度閾値を変更することを特徴とする空気調和機。
2. 前記温冷感推定手段により推定された人の温冷感指標の値が所定の基準値を超えた場合には、温冷感指標の値に応じて直ちに運転モードを変更することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。

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