JPH01200136A - 空調制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の利用分野］ この発明は空調装置の制御に関し、特に空気の汚染に対
する空調装置の制御に関する。

［従来技術］ ガスセンサや煙センサにより空気の汚染を検出し、空気
清浄機や換気装置等の空調負荷を動作させるようにした
装置は周知である。この場合の最初の課題は、センサの
経時変化や周囲の温度や湿度、あるいはその他の、セン
サ出力への誤差要素をいかに取り除くかであった。これ
に対する解決として、特公昭５９−４３，３２７号公報
は、センサ出力の最小値（最も清浄な雰囲気に対するセ
ンサ出力）を基準値としてサンプリングし、これからの
変化により空気の汚染を検出することを提案している。

また特開昭６０−２７，８４９号公報は、６時間の範囲
でのセンサ出力の最小値を基準値とすることを提案して
いる。これらの技術は、いずれもセンサの出力から基準
値をサンプリングし、これを基帛に空気の汚染を検出す
るものである。そしてこのようにすれば、センサの経時
変化等の誤差要素の影響をほぼ自動的に除くことができ
る。また基準値のサンプリング条件を選ぶことにより、
任意の検出特性を得ることができる。

発明者らは、この装置の実用化過程で次の問題に遭遇し
た。即ち、空気が汚染しても、汚染の発生源とセンサと
の間に距離があると、汚染の検出が遅れるのである。汚
染した空気が実際にセンサにふれるまでは、汚染の検出
はできない。そこで例えば多少とも広い部屋で喫煙等に
より空気が汚染した場合、煙の拡散は遅く、検出が遅れ
るのである。

［発明の課題］ この発明の課題は、雰囲気の拡散を促進し、汚・染の検
出速度を向上させる点に有る。

［発明の措成コ この発明では、センサ出力の時間微分値から汚染の徴候
を捕らえ、空調負荷のファンを試験的に動作させる。こ
の手段を空気攪拌手段とする。ファンを動作させると室
内の空気は攪拌され、雰囲気の拡散が進行する。次いで
センサの出力から、実際に雰囲気が汚染しているか否か
を判定し、空調負荷の動作を決定する。この手段を汚染
判定手段とする。空調負荷には、例えば空気清浄機や換
気装置等のファンを有するものを用いる。

［実施例］ 第１図に装置の回路構成を示す。図において、２は適宜
の電源、４は金属酸化物半導体６の抵抗値の変化を用い
たガスセンサで、８はそのヒータである。ここではセン
サ４に、Ｓｎｏｗの抵抗値の変化を用いたものを用いた
。ｌＯはセンサ４の負荷抵抗である。

１２は信号処理用のマイクロコンピュータで、例えば４
ビツト〜８ビツトのワンチップ・マイクロコンピュータ
を用いる。１４は負荷抵抗ＩＯへの印加電圧をＡ／Ｄ変
換するためのＡ／Ｄコンバータ、１６は演算ユニット、
！８はクロック回路である。２０は各時点でのセンサ出
力（ここでは負荷抵抗１０の電圧のＡ／Ｄ変換値σＳ）
を記憶するためのｒＬＡＭである。センサ出力には、こ
れ以外にセンサの抵抗値等を用いても良い。またＡ／Ｄ
変換の語長は８ビツト〜１２ビツトが好ましい。

２２はセンサ出力σＳの最小値を基準値σ１１ｉｎとし
て記憶するためのＲＡＭである。２４は各種データを記
憶するためのｒＬＡＭで、例えば各８秒間のセン°す出
力の積算値ｘ−ｓ〜Ｘｉ（計９種）と、積算値ｘ−ｓ〜
ＸＯの平均値ｙ、次の積算値Ｘ、に用いるための１時的
データＡ等を記憶させる。データＲＡＭ２４には、これ
以外に演算過程で生じる種々の変数を記憶させる。２６
は、過去３０〜６０秒間でのセンサ出力の挙動から、そ
の時間微分値ｍを記憶させるためのＲＡＭである。２８
は、マイクロコンピュータ１２での８８！制御状態に関
する信号を記憶させるためのＲＡＭである。マイクロコ
ンピュータ１２には、これ以外に３種のタイマ３０゜３
２．３４を設ける。各タイマ３０，３２．３４の動作時
間は、８秒、１分、１０分とした。なおマイクロコンピ
ュータ１２には、この他に制御プログラムを格納したＲ
ＯＭ等を設ける。

マイクロコンピュータＩ２の内、データＲＡＭ２４、時
間微分値ｍを記憶したｒｔＡＭ２６．タイマ３０．３２
が空気攪拌手段に対応し、基準値σｗｉｎを記憶させた
ＩＮＡＭ２２等が汚染判定手段に対応する。

４０はマイクロコンピュータ１２の出力用インターフェ
ース、４２は空調負荷でファンを有するものとする。空
調負荷４２には実施例では空気清浄機を用いたが、換気
装置等でも良い。

第２図に装置の動作概要を示す。この装置では、動作を
開始すると、各１１ＡＭ２２〜２８を初期化し、次いで
汚染の監視状態に移行する。汚染の監視は、センサ出力
の最小値σｍｉｎを基準値とし、これからの変化により
汚染を検出する。次ぎに３０秒〜８０秒程度の区間での
センサ出力の時間微分値から、汚染の徴候を検出する。

汚染の徴候を検出すると、ファンを１分程度の間試験的
に動作さ仕、室内の雰囲気を攪拌し、雰囲気の拡散を速
める。雰囲気の拡散を速め、汚染の検出速度を高めた状
態で、センサ出力から汚染の有無を判定する。なお空気
清浄機４２はファンと煙や悪臭物質を除去するためのフ
ィルターとを有するものとし、その動作はファンの動作
で定まるものとする。またファンの送風ｍは強、中、弱
の３種とする。実施例での動作条件を表１に示す。これ
らの値は、用いるセンサの種類や感度、目標とする制御
条件等により、自由に変更できる。

表　！　動作条件 汚染判定 二　基準値σｍｉｎからのセンサ出力σＳの増加分で検
出、増加分　　　　　　　：　１０５以上でファンを弱
運転、（汚染判定レベル）　　　　２０％以上でファン
を中運転、３０％以上でファンを強運転、 汚染判定信号の解除　：　センサ出力σＳが上記の汚染
判定レベル以下に低下、または汚染判定後１０分経過時
に、ファンを停止し、基準値σｍｉｎにその時点でのセ
ンサ出力σＳを入力し、基準値をσＳに更新する、ｉＴ
５染の徴候検出 ＝　４０秒間でセンサ出力σＳが２％以上増加すると、
汚染の徴候検出とする、汚染の徴候検出時のファン動作
レベルは次の通りとする、 ファン動作レベル　　：　増加率が２〜４％で強運転、
４〜６％で中運転、 ６％以上で弱運転、 表１　続き 汚染の徴候検出後の動作 ：　１分間ファンを動作させて雰囲気の拡散を速め、そ
の間のセンサ出力を監視し、出力が汚染判定レベルまで
増加するか否かを監視する。

第３図〜第５図により、実施例の動作を詳細に説明する
。電源を投入すると、例えば２分待機した後に、センサ
出力σＳを読み込む。なおσＳの読み込みは、以後常時
２秒間隔でなされるものとする。

次いでＲＡＭ２２〜２６のデータを初期化する。

即ち、基準値σｍｉｎの初期値にセンサ出力σＳを、時
間微分値ｍの初期値に０を、各８秒間でのセンサ出力の
積算値Ｘ−３〜Ｘ、に４σＳを、時間微分値を求めるた
めのセンサ出力の基準値ｙに４σＳを代入する。また次
のＸ、を求めるための一時データＡの初期値にＯを代入
する。ここでは演算精度を高めるため、各積算値Ｘ−３
〜Ｘ、やＹ、　Ａに、８秒間に４回サンプリングしたセ
ンサ出力σＳの積算値等を用いたが、実質的には各８秒
間でのセンサ出力の平均値等に対応する。この処理と同
時に、８秒間のタイマ３０をスタートさせ、初期化とす
る。

次ぎにセンサ出力σＳを読込、センサ出ツノの最小値を
基準値σｗｉｎとしてサンプリングし、これを基準に汚
染を検出する。また２秒経過毎に１時データへにσＳを
加算し、８秒毎に汚染の徴候を判定する。

汚染の徴候の判定を第３図（Ａ）の結合子Ｆ以下に示す
。各積算値Ｘ−３〜Ｘ、の内容を１つずつシフトさせ、
次いで１時データへの内容を積算値Ｘ、に代入する。ま
た次の８秒間のセンサ出力の積算のため１時データＡを
クリアする。更にＸ。−Ｘ−３の平均値をｙとする。そ
して４０秒間でのセンサ出力の時間微分値ｍを、式（１
）により算出する。

ｍ＝（ｘｔ−ｙ）＋　Ｉ　／　２　（Ｘｌ−ｙ）＋　１
　／　３　（Ｘ３−ｙ）＋　１／４（Ｘ４−ｙ）＋　１
１５（ｘｓ−ｙ）　　　　（１）この時間微分値ｍの意
味は、４０秒間でのセンサ出力の増加勾配に等しい。

ここでの時間微分の内容を第４図（Ａ）、（Ｂ）により
説明する。センサ出力σＳが第４図（Ａ）の実線のよう
に変化したとする。これを２秒間隔でサンプリングし、
４回積算（計８秒分）したものが、積算値Ｘ−ｓ〜ＸＳ
である。積算は演算精度を高めるためで、積算を行わず
、各瞬時値をそのまま用いても良い。また微分での基準
値としてＸ−３〜Ｋｏの平均値ｙを用いる。ｙは３２秒
間でのセンサ出力の平均値となる。基準値に平均値ｙを
用いて微分するのは、瞬間的なセンサ出力の変動の影響
を避けるためである。しかし瞬時値を基帛として微分を
行っても良いことは言うまで乙ない。時間微分値ｍを式
（１）に従って求めたのは、瞬間的なセンサ出力の変動
の影響を抑制するためである。例えば第４図（Ａ）の破
線のようにセンサ出力が変化しても、実線のように変化
しても、検出信号としての念味に大差はない。しかし単
純に前回のサンプリング値と次回のサンプリング値との
差を求めると、第４図（Ａ）の実線と破線とでは全く異
なる結果となる。そこで式（１）による時間微分を行っ
た。この微分値を第４図（Ｂ）に示す。微分値は、セン
サ出力が直線的に変化するとした際の勾配に対応する。

なお単純に前回のサンプリング値と次回のサンプリング
との差から微分を行い、あるいは４０秒間でのセンリ゛
出力の平均値から微分を行ってら良い。

平均値を用いた微分の場合、例えば時間微分値ｍを式（
２）より求めれば良い ｍ＝　Ｉ　／　２　（（ｘ＋　−ｙ）＋（ｘｓ　−ｙ）
＋　（ｘｓ　−ｙ）＋　（Ｋ４−　ｙ）　＋　（ｘｓ　
−ｙ））　　　（２）ここで式（１）にない除数１／２
を加えたのは、式（１）での（ｘｎ　　ｙ）／ｎの項を
（ｘｎ−ｙ）で置き換えたためである。

第３図（Ａ）に戻り、微分値ｍと平均値ｙの比や差、あ
るいは微分値ｍと基準値σｍｉｎ等との比や差から、汚
染の徴候を判定する。この判定は、汚染の発生により、
センサ４の周囲の空気が徐々に汚染されつつある場合に
対応する。そこでｍ／ｙの値が０゜０２以下の場合、汚
染の徴候がないものとして、再度８秒間のタイマ３０を
スタートさせ、結合子Ｊからメインルーズに戻る。また
ｔａ／ｙが０．０２〜０．０４でファンを強運転し、０
．０４〜０．０６でファンを中運転し、０．０６以上で
弱運転する。微分値が低い程運転強度を高めたのは、微
分値が低い場合を雰囲気の拡散が遅い場合と判断し、拡
散を速めるためである。なおここでは汚染の徴候検出の
時間を４０秒としたが、好ましい値は３０秒〜８０秒程
度である。汚染の徴候検出後のファンの動作時間は例え
ば１分間とし、この間にセンサ出力が汚染判定レベルま
で増加すれば、最終的に汚染の発生を検出し、空気清浄
機４２の動作を続行させる。またセンサ出力が汚染判定
レベルまで増加しなかった場合は、ファンを停止させる
。

この過程を第５図に示す。

汚染の判定はセンサ出力σＳが基準値σｍｉｎに対し１
０％以上増加したことで行う。汚染検出後の処理を第３
図（Ｉ３）の結合子Ｇ以下に示す。まずここでは、汚染
の程度によりファンの動作強度、従って空気清浄機４２
の動作強度を、強、中、弱の３段階とする。次ぎにセン
サ出力が汚染判定レベル以下に低下したこと、あるいは
空気清浄機４２の／動作開始後１０分以上経過したこと
から、空気清浄機４２を停止させる。空気清浄機４２の
動作時間を１０分間のタイマ３４で制限したのは、実施
例で用いた空気清浄機４２の場合、ＣＯやＨ，等のガス
への浄化能力が不充分なためである。即ち煙や悪臭物質
を充分に除いた後も、ＣＯやＩ’ｌ　を等のガスは除去
されず、センサ出力はなかなか回復しない。そこでタイ
マ３４により、空気清浄機４２の動作時間を１０分間に
制限した。汚染の判定後に空気清浄機４２を停止させる
と、装置は結合子Ｋから初期化過程に戻る。これは以前
の基準値σｗｉｎ等が念味を失ったものと判断し、空気
清浄機４２の停止時のセンサ出力を用いて以後の検出を
行うためである。

なお実施例では、ガスセンサによる制御を説明したが、
例えば煙センサを用い、喫煙等による煙を検出しても良
い。また時間微分はマイクロコンピュータ１２で処理し
たが、コンデンサ等によるアナログ微分を行っても良い
。更に微分の具体的手法は任意であり、また汚染の判定
レベルの設定手法、あるいは汚染の判定後の処理手法等
も任意である。

［発明の効果］ この発明では、センサ出力の時間微分から雰囲気の汚染
の徴候を検出し、雰囲気のＩＦ５拌を行う。

例えば空気清浄機の場合、ファンにより室内の雰囲気を
攪拌し、汚染した空気がセンサに到達するのを速める。

また換気装置の場合、換気により室内空気の移動を促進
し、汚染した空気へのセンサの接触を速める。このよう
にして、汚染に対する検出速度を向上させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の回路図、第２図は実施例の動作の概要
を現すフローチャート、第３図（Ａ）、（Ｂ）はそれぞ
れ実施例の動作を現すフローチャート、第４図（Ａ）、
（Ｂ）、及び第５図は実施例の動作を現す特性図である
。 図において、　　　　４　ガスセンサ、１２　マイクロ
コンピュータ。 第４図（Ａ） Ｉｌ￥４図（Ｂ） 第３図ＣＢ）

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）センサにより空気の汚染を検出して、空調負荷を
   動作させるようにした空調制御装置において、 前記空調負荷はファンを有するものであり、かつセンサ
   出力の時間微分値からファンを動作させ、空気を攪拌す
   るための空気攪拌手段と、ファンの動作開始から所定時
   間の間のセンサ出力の挙動から、空気の汚染の有無を検
   出し、空気の汚染時には空調負荷を動作させ、空気の非
   汚染時にはファンを停止させるための汚染判定手段とを
   設けたことを特徴とする、空調制御装置。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   センサにはガスセンサを用いたことを特徴とする、空調
   制御装置。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   センサには煙センサを用いたことを特徴とする、空調制
   御装置。
4. （４）特許請求の範囲第１項記載の装置において、前記
   空気攪拌手段では、センサ出力の時間微分値に対する閾
   値を少なくとも大小２種設け、かつファンの送風量を少
   なくとも強弱２種設け、センサ出力の時間微分値が小の
   閾値以上で大の閾値より小さな場合にファンの送風量を
   大とし、センサ出力の時間微分値が大の閾値以上の場合
   にファンの送風量を小とするように構成したことを特徴
   とする、空調制御装置。