JP7049167B2 - 空気調和機 - Google Patents

Description

本発明は、空気調和機に関する。

オフィス等の空間の空気を調節する場合、その空間の室温等が均一になるように空気調和機を制御することが多い。これに対し、例えば、ユーザが存在するエリアを対象として室温等の空調制御を行う方法が提供されている（例えば、特許文献１参照）。このような制御を行う場合、空調システムは、ユーザが存在する位置を可能な限り正確に推定する必要がある。従来から位置の推定方法には、様々な方法が提供されている。

特開２００１－３０４６５５号公報

屋外であれば、ＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ，全地球測位システム）などの位置推定手段が使えるが、空調が必要とされる屋内環境では、十分な精度が得られない。

一方、例えば、人が持つスマートフォンなどの端末装置からの発せられる超音波を室内に設けた複数のマイクで受信し、超音波の到達時間差を使って、ＧＰＳ測位に類似した方法で人物の位置を推定する方法も考えられる。
しかし、マイクの設置可能な位置は限られ、かつ、コストの制限もあり、この制約の中で、極力、超音波の到達時間差を正確に検出することが要求されている。

この発明は、低コストで超音波センサの精度を向上させることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の態様によれば、空気調和機は、天井に埋め込まれ、室内に露出するパネルを有する筐体と、前記筐体に形成された矩形状の吸込口と、前記吸込口に設けられた吸込グリルと、前記筐体に形成されて前記吸込口の四辺に沿って延在する４つの吹出口と、各々の前記吹出口の延在方向に沿う軸線回りに回動し、前記吹出口から吹き出される空調風を前記軸線に交差する方向に案内する４つのルーバーと、前記筐体に取り付けられたブラケットと、前記ブラケットに取り付けられた４つの超音波センサと、を備え、前記ブラケットは、前記吸込グリルの中央に取り付けられ、上下方向に延びる基部と、前記基部の下端に接続され、該基部の下端から前記パネルの四隅に向かって延在する４本のビームと、を有し、前記４本のビームの先端は、前記パネルよりも外側に配置されており、前記超音波センサは、前記ビームの先端に下方に向くように配置されている。

このような構成によれば、超音波センサをブラケットを介して配置することによって、超音波センサの配置の自由度を高めることができる。

本発明によれば、低コストで超音波センサの精度を向上させることができる空気調和機を提供することができる。

本発明の第一実施形態の空調システムの概略図である。 本発明の第一実施形態の空調システムのブロック図である。 超音波センサの位置と、端末装置の位置とによって変化する超音波の到達時間について説明する図である。 本発明の第一実施形態の空気調和機を下方から見た図である。 本発明の第二実施形態の空気調和機の斜視図である。 本発明の第二実施形態の空気調和機を下方から見た図である。 本発明の第三実施形態の空気調和機の斜視図である。

〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の空気調和機を備える空調システムについて図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の空調システム１００は、空気調和機１と、端末装置Ｐと、を備える。
空気調和機１は、複数の超音波センサＭと、制御装置２（図２参照）と、を有している。
端末装置Ｐは、所定の周波数の超音波（振動波）を発する機能を有している。端末装置Ｐは、例えば、スマートフォン等の情報処理装置である。

超音波センサＭは、端末装置Ｐから発せられた超音波を受信する受信機である。図２に示すように、超音波センサＭは、端末装置Ｐから発せられた超音波を受信するマイク１０と、超音波の波形を増幅する増幅器１１（アンプ）と、増幅された超音波の特定周波数を抽出するフィルタ１２と、フィルタ１２によって抽出された波形から端末装置Ｐから発せられた超音波の到達を検出するコンパレータ１３と、を備えている。

超音波センサＭは、制御装置２と電気的に接続されている。コンパレータ１３によって、超音波の到達が検出されると、制御装置２に情報が伝達される。
制御装置２は、室内空間Ｒの一部のエリアを対象として、空調を行うよう空気調和機１を制御する機能を有している。制御装置２は、端末装置Ｐから発せられた超音波から各々の超音波センサＭへの到達時間差を利用して、端末装置Ｐの位置を推定する。制御装置２は、到達時間差計算部３と、位置推定部４と、を有している。

到達時間差計算部３は、超音波センサＭのうちの１つの超音波センサＭ（例えば、超音波センサＭ１）を基準として、基準となる超音波センサＭ１が超音波の到達を検出した時刻と、他の３つの超音波センサＭ２～Ｍ４が超音波の到達を検出した時刻との差、つまり、超音波が超音波センサＭ１に到達する時刻と、超音波センサＭ２～Ｍ４に到達する時刻との時間差（到達時間差）を計算する。
位置推定部４は、端末装置Ｐが発した超音波に基づいて、超音波が発された位置を推定する。制御装置２は、位置推定部４が推定した位置を対象として空調制御を行う。具体的には、制御装置２は、空気調和機１のルーバー１７（図４参照）の角度を制御して吹出口１６から吹き出される空調風の方向を変化させる。

制御装置２は、端末装置Ｐの位置を、ＧＰＳによる測位と類似の原理で推定する。ＧＰＳ測位では、位置が既知の４つの衛星からの電波の到達時間によって受信位置を推定する。衛星からの電波を受信する受信位置を端末装置Ｐ、衛星を超音波センサＭとみなすことによって、ＧＰＳによる測位の原理を応用することができる。

ここで、ＧＰＳで使用される４点測量による音源位置推定の原理について説明する。
４点測量による音源位置推定では、４つの衛星の座標をそれぞれ（Ａ１、Ｂ１、Ｃ１）、（Ａ２、Ｂ２、Ｃ２）、（Ａ３、Ｂ３、Ｃ３）、（Ａ４、Ｂ４、Ｃ４）とし、受信機の位置の座標を（ｘ、ｙ、ｚ）とし、受信機の時間のずれをｄ、電波の速度を光速ｃとすると、以下の連立方程式が得られる。
ｆ１＝（ｘ－Ａ１）^２＋（ｙ－Ｂ１）^２＋（ｚ－Ｃ１）^２－（ｃ（ｔ１－ｄ））^２＝０
ｆ２＝（ｘ－Ａ２）^２＋（ｙ－Ｂ２）^２＋（ｚ－Ｃ２）^２－（ｃ（ｔ２－ｄ））^２＝０
ｆ３＝（ｘ－Ａ３）^２＋（ｙ－Ｂ３）^２＋（ｚ－Ｃ３）^２－（ｃ（ｔ３－ｄ））^２＝０
ｆ４＝（ｘ－Ａ４）^２＋（ｙ－Ｂ４）^２＋（ｚ－Ｃ４）^２－（ｃ（ｔ４－ｄ））^２＝０
受信機の位置はこの方程式を解くことにより得られる。

次に、空気調和機１に設けられた超音波センサＭと、室内で使用される端末装置Ｐを用いて、端末装置Ｐと超音波センサＭの距離と位置推定誤差との関係について説明する。
図３は、超音波センサＭ１，Ｍ４の位置と、端末装置Ｐの位置とによって変化する超音波の到達時間について説明する図である。

図３に示す例の場合、端末装置Ｐの位置がｘ＝０ｍ（空気調和機１の直下）であれば、超音波センサＭ１，Ｍ４で検出される超音波の到達時間差Δｔ４１は０である。しかし、空気調和機１の直下から端末装置Ｐの位置が６ｍずれてｘ＝６ｍとなると、超音波センサＭ１，Ｍ４で検出される超音波の到達時間差Δｔ４１が大きくなることがわかる。

位置推定は、超音波センサＭ間の超音波の到達時間差で行われる。±１ｍの位置推定精度を得るために許容できる到達時間差の検出誤差は、端末装置Ｐが遠くなる程シビアになる。空気調和機１と端末装置Ｐの高さの差が１．５ｍの場合の試算では、ｘ＝４ｍのとき、０．０５ｍｓ（２０ｋＨｚの１周期分）検出がずれるだけで、位置推定誤差が１ｍとなってしまう。

仮に超音波センサＭ間の距離が０．８４ｍである場合、ｘ＝５ｍで±１ｍの精度を得ようとすると、超音波の到達時間差Δｔ４１の誤差を僅か０．０３ｍｓ（２０ｋＨｚの０．６周期分）以内に抑える必要があることが分かった。
以上より、位置推定精度を左右する到達時間差を可能な限り正確に捉えるためには、超音波センサＭ間の距離を大きくすることが好ましいことがわかる。

次に、本実施形態の空気調和機１の構造について説明する。
図４に示すように、空気調和機１は、天井Ｃに埋め込まれた筐体６を有している。筐体６は、筐体６に形成されている吸込口１５及び吹出口１６と、吹出口１６を開閉するとともに、吹出口１６から吹き出される空調風の方向を変化させるルーバー１７とを備えている。空気調和機１の室内機は、下方から見て略正方形状をなしている。

筐体６は、図示しない熱交換器及び送風ファン等を有している。筐体６は、吸込口１５を介して吸い込んだ室内空気の温度、湿度を調整して空調風として室内へ吹き出すようになっている。筐体６には、図示しない室外機が接続されている。空気調和機１の室内機と室外機との間では、冷媒が循環している。
筐体６は、化粧パネル、天井Ｃパネルと称されるパネル１９が取り付けられている。パネル１９は室内（下方）に露出している。

室内空気を吸い込む吸込口１５は、空気調和機１の中央部に下方に開口して形成されている。吸込口１５にはエアフィルタ（図示せず）が取付けられた吸込グリル１８が設けられている。吸込グリル１８は下方から見て矩形状をなしている。空気調和機１のパネル１９の四辺の各々と、吸込グリル１８の四辺の各々とは平行となっている。

吹出口１６は、吸込口１５の周囲を取り囲むようにして下方に開口して形成されている。各々の吹出口１６は、空気調和機１のパネル１９の各辺に対応して、パネル１９の各辺に平行な一方向に沿って延在している。
換言すれば、空気調和機１は、吸込口１５の互いに接続された二辺に沿う方向に延在する一対の吹出口１６を二組有している。

ルーバー１７は、吹出口１６の延在方向に沿う軸線Ａ回りに回動する。ルーバー１７は、吹出口１６を閉塞する閉位置と、吹出口１６を開口する開位置との間で回動可能である。パネル１９の表面とルーバー１７とは、ルーバー１７が閉位置にある場合に面一になる。各々のルーバー１７は、各々の吹出口１６よりもひとまわり小さな外形寸法を有する矩形状をなしている。ルーバー１７は図示しないアクチュエータ等の駆動装置によって回動する。ルーバー１７は、吹出口１６から吹き出される空調風を軸線Ａに交差する方向に案内する。

超音波センサＭは、吹出口１６から吹き出される空調風と干渉せず、かつ、パネル１９上において互いの距離が最も遠くなるように、正方形をなすパネル１９の四隅に配置されている。換言すれば、超音波センサＭは、吹出口１６の両端、かつ、隣り合う吹出口１６の間に配置されている。超音波センサＭは、吸込口１５の互いに接続された二辺に沿う方向に延在する一対の吹出口１６の間に配置されている。
具体的には、超音波センサＭは、吹出口１６の両端の近傍であって、隣り合う一対の吹出口１６の延長線が交差する位置に配置されている。

上記実施形態によれば、吹出口１６の両端に超音波センサＭを設けることによって、吹出口１６から吹き出される空調風によって生じる騒音を避けることができる。これにより、受信する超音波がクリアになり、超音波センサＭの精度を向上させることができる。本実施形態の空調システム１００では、超音波の到達時間差の精度が向上し、位置演算精度を向上させることができる。

また、超音波センサＭを互いに離れた位置に配置することができる。これにより、単一の超音波発振源から超音波を受信し、その到達時間差によって測定を行う場合において、測定誤差の要求を緩和することができる。本実施形態の空調システム１００では、許容される到達時間差の測定誤差の要求を緩和することができる。

また、筐体６に超音波センサＭを設ける構成としたことによって、筐体６とは別にセンサを設ける構成と比較して、低コストで空調システム１００を構築することができる。
また、空気調和機１が天井Ｃに埋め込まれていることによって、超音波センサＭを天井Ｃに配置して、室内空間Ｒの端末装置Ｐからの超音波を天井Ｃから受信することができる。

また、空気調和機１が、矩形状の吸込口１５と、吸込口１５の四辺に沿う吹出口１６と、を有し、超音波センサＭが吹出口１６の間に配置されていることによって、効率よく超音波センサＭを配置することができる。

〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の空気調和機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の空気調和機１Ｂの超音波センサＭは、空気調和機１のパネル１９ではなく、空気調和機１Ｂの吸込グリル１８に取り付けられたブラケット２１に設けられている。

ブラケット２１は、吸込グリル１８に所定の固定方法で取り付け可能な基部２２と、基部２２の下端に接続された４本のビーム２３と、を有している。
基部２２は、例えば、吸込グリル１８に引っ掛けることが可能な複数の爪や、結束バンドなどの締結部材を用いて吸込グリル１８に取り付けることができる。基部２２は、上下方向に延在する棒状の部材である。基部２２は、可能な限り短く形成することが好ましい。基部２２は、吸込グリル１８の中央に取り付けることが好ましい。

図６に示すように、ビーム２３は、基部２２の下端からパネル１９の四隅に向かって延在する棒状の部材である。ビーム２３は、基部２２の下端から水平方向に延在している。複数のビーム２３は、互いに隣り合うビーム２３同士がなす角度が等間隔となるように配置されている。具体的には、隣り合うビーム２３同士がなす角度は、約９０°である。

ビーム２３は、下方から見てビーム２３の先端がパネル１９よりも外側に位置するように形成されている。即ち、ビーム２３の長さは、パネル１９の対角線の長さの１／２よりも長い。

超音波センサＭは、ビーム２３の先端に、下方（室内側）を向くように配置されている。下方から見てビーム２３の先端がパネル１９よりも外側に位置していることによって、超音波センサＭは、下方から見て隣り合う吹出口１６の間に配置され、かつ、パネル１９よりも外側に配置される。

上記実施形態によれば、超音波センサＭをブラケット２１を介して配置することによって、超音波センサＭの配置の自由度を高めることができる。また、下方から見て超音波センサＭがパネル１９よりも外側に位置することによって、空調システム１００において許容される到達時間差の測定誤差の要求を更に緩和することができる。

なお、上記実施形態では、ブラケット２１の形状を４本のビーム２３を有する形状としたが、下方から見て隣り合う吹出口１６の間に配置されるように超音波センサＭを保持できれば、どのような形状でもよい。

〔第三実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の空気調和機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図７に示すように、本実施形態の空気調和機１Ｃは、天井Ｃではなく、壁Ｗに固定される壁掛け型である。

空気調和機１Ｃは、図示しない熱交換器及び送風ファン等を有する筐体６Ｃと、筐体６Ｃを覆うカバー部７と、を備えている。筐体６は、背面が壁Ｗに固定されている。筐体６の上部には、室内空気の吸込口１５Ｃが設けられている。
カバー部７は、筐体６Ｃの前面を覆う前面パネル２５と、筐体６の底面を覆う底面パネル２６と、前面パネル２５と底面パネル２６とを接続する接続パネル２７と、筐体６の左右の側部を覆う一対の側面パネル２８と、を有している。

本実施形態の空気調和機１Ｃの吹出口１６Ｃは、接続パネル２７に形成されており、接続パネル２７の延在方向に沿って延在している。換言すれば、吹出口１６Ｃは、筐体６Ｃの前面と筐体６Ｃの底面との間で、水平方向に延在している。

超音波センサＭは、吹出口１６から吹き出される空調風と干渉せず、かつ、カバー部７上において互いの距離が最も遠くなるように配置されている。換言すれば、超音波センサＭは、吹出口１６Ｃの両端に配置されている。具体的には、超音波センサＭは、吹出口１６Ｃの両端の近傍であって、吹出口１６Ｃの延長線上に配置されている。

上記実施形態によれば、壁Ｗに設置される形式の空気調和機１Ｃに効率よく超音波センサＭを配置することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
なお、上記実施形態では、空気調和機１を天井Ｃに埋め込む形態、及び壁Ｗに設置する形態を示したが、一方向に延在する吹出口１６を有する空気調和機１であれば、これに限ることはない。例えば、圧縮機・凝縮器・蒸発器が一体となった窓型の空気調和機１に採用することもできる。

１，１Ｂ，１Ｃ 空気調和機
２ 制御装置
３ 到達時間差計算部
４ 位置推定部
６ 筐体
１０ マイク
１１ 増幅器
１２ フィルタ
１３ コンパレータ
１５ 吸込口
１６ 吹出口
１７ ルーバー
１８ 吸込グリル
１９ パネル
２１ ブラケット
２２ 基部
２３ ビーム
２５ 前面パネル
２６ 底面パネル
２７ 接続パネル
１００ 空調システム
Ｃ 天井
Ｍ 超音波センサ
Ｐ 端末装置
Ｓ 超音波センサ
Ｗ 壁

Claims (1)

1. 天井に埋め込まれ、室内に露出するパネルを有する筐体と、
   前記筐体に形成された矩形状の吸込口と、
   前記吸込口に設けられた吸込グリルと、
   前記筐体に形成されて前記吸込口の四辺に沿って延在する４つの吹出口と、
   各々の前記吹出口の延在方向に沿う軸線回りに回動し、前記吹出口から吹き出される空調風を前記軸線に交差する方向に案内する４つのルーバーと、
   前記筐体に取り付けられたブラケットと、
   前記ブラケットに取り付けられた４つの超音波センサと、
   を備え、
   前記ブラケットは、
   前記吸込グリルの中央に取り付けられ、上下方向に延びる基部と、
   前記基部の下端に接続され、該基部の下端から前記パネルの四隅に向かって延在する４本のビームと、
   を有し、
   前記４本のビームの先端は、前記パネルよりも外側に配置されており、
   前記超音波センサは、前記ビームの先端に下方に向くように配置されている空気調和機。

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