JPH03164646A - 空気調和装置の運転制御装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、天井面にケーシングを設置した天井設置形空
気調和装置の運転制御装置に係り、特に空調の快適性の
向上対策に関する。

（従来の技術） 従来より、例えば実開昭６２−１０８７３５号公報に開
示される如く、室内空間に設置されたケーシング内に室
内ファンと室内熱交換器とを収納した空気調和装置にお
いて、室内の横方向についての平均空気温度を検出する
超音波センサと吸込空気温度を検出する温度センサとを
配置し、超音波センサの検出値と温度センサの検出値と
の温度差が大きいときにはその温度差を小さくするよう
圧縮機の容量を制御することにより、室内空間全体を設
定温度に近付け、居住空間を快適なものにすることを図
ったものは公知の技術である。

（発明が解決しようとする課題） ところで、空気調和装置の運転時には室内の上方と下方
とでは温度が異なる。例えば暖房運転時には、室内の上
方が暖まっていても、下方が未だよく暖まっていないこ
とがある。

その場合、天井埋込形、天井吊下形等の天井面譬 にケーシングを有する空気調和装置では、吸込空気温度
は高くなっているので、吸込空気温度と設定温度との差
温に応じて空調能力を小さくするよう制御すると、室温
が十分上昇せず快適な暖房感が得られない虞れがある。

逆に、冷房運転時には下方が十分冷却されていても、吸
込空気温度が高い場合があり、吸込空気温度と設定温度
との差温に応じて空調能力を大きくするよう制御すると
、室温が低下し過ぎて、やはり快適な空調感が得られな
い虞れがある。

そこで、上記従来のものを利用して、超音波センサで室
内空間の上下方向についての平均空気温度を検出し、そ
の平均空気温度を設定温度に近付けるよう制御すること
が考えられる。

ここで、超音波センサの原理を説明するに、■を音速（
ｍ／ｓｅｃ　）　、Ｋを比熱比、ｐを圧力（Ｋｇ／ハ）
、ρを空気密度（Ｋｇ、５ｅｃ２／ｍ’　）　、Ｒを空
気の気体定数（ｋｇ−１Ｉ／に−ｋｇ）、Ｔを室内空気
の絶対温度（Ｋ）　、ｇを重力の加速度（ｍ／ｓｅｅ　
２）、Ｃを定数とすると、超音波の速度Ｖは下記式で表
される。

ｖ−（にｐ／ρ）１１２ −（にＲＴｇ）ｌ１２ 、−Ｃ，Ｔ１／２　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　は）したがって、超音波センサの発信器から超音
波が反射される壁面までの距離をＬ　（ｍ）とし、超音
波が発信されてから壁面で反射されて戻って来るまでの
時間をΔτとし、添字として、空気調和装置の運転中に
「１」を、停止中にｒｏＪを付けると、空気調和装置の
停止中には超音波が進行する経路内で室内空気が静止し
ており、吸込空気温度として検出される室内空気温度Ｔ
は略一定とみなせることから、上記（１）式により停止
中における音速ＶＱが求められ、壁面からの距離りが求
められる。すなわち、 Ｌｍｖ□　＠Δｒ　ｏ　／　２　　　　　　　　　　（
２）そして、空気調和装置の運転時に、上記と同様に超
音波パルスの往復時間Δτと、上記（２）式で予め求め
られた距離りとから、下記のように、運転中における音
速ｖ１が求められる。

ｖｌ−２Ｌ／Δτｔ　　　　　　　　　　　（３］した
がって、空気調和装置の超音波経路内の運転中における
平均空気温度Ｔ、が上記（１）式を使用して求められる
ことになる。このようにして室内の上下方向についての
平均空気温度Ｔ１を求め、その温度Ｔ１を設定温度に近
付けるよう制御することにより、快適な居住空間を作る
ことが考えられる。

しかしながら、室内空間を均一の室温に維持しても必ず
しも快適な居住空間が得られるとは限らない。すなわち
、室内空間の各場所に居住する各人の温熱感の差異、設
置される装置の差異つまり空調負荷の差異等があるから
である。例えば、室内の空調負荷は窓や扉の位置や人体
の存在場所により室内で所定の分布をもって変動し、ま
た、この分布は日射角度、扉の開閉頻度、外気温度１発
熱機器のオン・オフ等により時間的にも変動する。

さらに、人体の空調感は、気温のみならず、輻射量１作
業量２服装１体調等によっても左右されるものである。

だからといって、このような室内空間における温熱条件
の差異に応じた数だけの空気調和装置を１つの室内空間
内に設けると、コストの上昇を招くという問題が生じる
。

本発明は斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目
的は、単一の空気調和装置で、室内空間内の複数の空調
ゾーンにおける正確な温熱状態を検出しながら、各空調
ゾーンの相異なる温熱条件に適した空調を行う手段を講
することにより、居住空間の快適性の向上を図ることに
ある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するため本発明の解決手段は、第１図〜
第３図に示すように、室内空間（ａ）の天井面に設置さ
れたケーシング（１）と、該ケーシング（１）内に収納
された室内ファン（５）及び室内熱交換器（６）と、上
記ケーシング（１）前面に設けられ、上記室内ファン（
５）からの空調空気を吹出して室内空間（ａ）を複数の
空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）に区画する複数の空気吹出口
（３Ａ）〜（３Ｄ）と、上記複数の空調ゾーン（Ａ）〜
（Ｄ）に対する空調能力の配分を可変に調節する能力比
調節手段とを設ける。

そして、空気調和装置の運転制御装置として、上記各空
調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎の目標温度を設定する設定手
段（１０）と、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎に設けら
れ、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の上下方向についての
平均空気温度を検出する超音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓ
ｏ　）と、該各超音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）の
出力を受け、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）における平均
空気温度と上記設定手段（１０）で設定された目標温度
との差温値の大小関係に応じて各空調ゾーン（Ａ）〜（
Ｄ）に対する空調能力の配分を調節するよう上記能力比
調節手段を制御する能力比制御手段（１２）とを設ける
構成としたものである。

第２の解決手段は、上記第１の解決手段における能力比
調節手段を、空調空気の風量を可変に調節するダンパ（
７Ａ）〜（７Ｄ）で構成したものである。

（作用） 以上の構成により、請求項（１）の発明では、設定手段
（１０）により各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎の目標温
度が設定され、超音波センサ（ＳＡ）〜（Ｓｏ　）によ
り各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の上下方向についての平
均空気温度が検出されると、能力比制御手段（１２）に
より、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）における平均空気温
度と目標温度との温度差の大小関係に応じて各空調ゾー
ン（Ａ）〜（Ｄ）への空調能力の配分を調節するよう能
力比調節手段が制御される。

すなわち、設定手段（１０）により、各空調ゾーン（Ａ
）〜（Ｄ）毎に目標温度が設定されるので、使用者や配
置される機械類の相違等、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）
の要求する温熱条件の差異が考慮され、超音波センサ（
ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）により各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ
）の上下方向についての平均空気温度が検出されるので
、装置の運転時、吸込空気温度で空調能力を制御すると
きのような各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）における上部と
下部との温度の相違による空調感の悪化を招くことなく
、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）に対する適切な空調能力
が配分されることになる。

請求項（２の発明では、風量を調節するダンパ（７Ａ）
〜（７Ｄ）により能力比調節手段を構成したので、空調
空気の供給量の多少で空調能力が簡易に調節され、比較
的安価に上記請求項（１）の発明のゾーン別制御が行わ
れることになる。

（実施例） 以下、本発明の実施例について、第２図以下の図面に基
づき説明する。

第２図及び第３図は室内空間（ａ）の天井面（ｂ）に設
置される天井埋込形空気調和装置の構造を示し、（１）
は天井面（ｂ）内に埋め込まれた略正方形の平面形状を
有するケーシングであって、該ケーシング（１）の前面
中央には室内空気を吸込むための空気吸込口（２）が設
けられ、さらに、ケーシング（１）前面の４つの側縁付
近には、空調空気を室内に吹出すための４つの空気吹出
口（３Ａ）〜（３ｏ）が正方形の各辺に沿って延びるよ
うに設けられている。そして、ケーシング（１）内には
上記空気吸込口（２）から空気吹出口（３Ａ）〜（３ｏ
）に至る通風路（４）が形成されていて、該通風路（４
）に、空気の流れを生成する室内ファン（５）と、該室
内ファン（５）の下流側に設置され、室内ファン（５）
により供給される室内空気と冷媒回路（図示せず）の冷
媒との熱交換を行う室内熱交換器（６）とが配置されて
いる。ここで、該室内熱交換器（６）は、つの減圧弁（
図示せず）により能力を調節されるものであって、上記
各空気吹出口（３Ａ）〜（３Ｄ）に対応して４箇所に分
割配置されている。

すなわち、上記室内ファン（５）により空気吸込口（２
）からケーシング（１）内に室内空気を吸込み、室内熱
交換器（６）で室内空気と冷媒回路の冷媒との熱交換を
行った後、空気吹出口（３Ａ）〜（３Ｄ）から室内空間
（ａ）に空調空気（暖房運転時には温風、冷房運転時に
は冷風）を吹出して、室内空間（ａ）を所定の温熱状態
に維持するようにしている。

その際、上記空気吹出口（３Ａ）〜（３０）は上述のご
とく４箇所に配置され、それぞれ異なる方向に空調空気
を吹出すようになされていて、該冬空気吹出口（３Ａ）
〜（３Ｄ）により、室内空間（ａ）が４つの空調ゾーン
（Ａ）〜（Ｄ）に区画されている。そして、第４図に示
すように、上記空気吹出口（３Ａ）には、空調空気の風
量を調節するためのダンパ（７Ａ）と、風向を制御する
ための風向板（８Ａ）とが設けられていて、上記ダンパ
（７Ａ）は、図示しないがモータ、リンクからなる駆動
機構により、水平軸回りに回動自在になされている。す
なわち、各ダンパ（７Ａ）〜（７Ｄ）の回転位置で通風
路（４）の面積を変更させて風量を可変に調節すること
により、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）への空調能力の配
分を可変に調節するようにしており、よって、上記各ダ
ンパ（７Ａ）〜（７ｏ）により、能力比調節手段が構成
されている。なお、上記風向板（８Ａ）〜（８Ｄ）は、
手動で回転位置を調節して風向を制御するようになされ
ている。

一方、上記ケーシング（１）の前面には、上記各空気吸
込口（３Ａ）〜（３Ｄ）に対応して、つまり各空調ゾー
ン（Ａ）〜（Ｄ）に対応して４つの超音波センサ（ＳＡ
　）〜（Ｓｏ　）が設けられている。該各超音波センサ
（ＳＡ）〜（Ｓｏ　）は床面に向かって超音波のパルス
信号を出力し、その出力時から床面による反射波が戻っ
てくる時間での時間から、超音波の進行経路中の空気の
平均温度、つまり各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の上下方
向についての平均空気温度ＴＡ−Ｔｏを検出するように
なされている。ここで、天井面（ｂ）から床面までの距
離りは装置の取付は時に実測して入力しておくことによ
り、上記（３）式に基づき平均空気温度ＴＡ−ＴＯを検
出しつるようになされている。

そして、室内の側壁面には、上記ケーシング（１）内の
各機器や超音波センサ（ＳＡ）〜（ＳＤ）と信号線で接
続され、空気調和装置の運転を制御するためのコントロ
ーラ（９）が設置されていて、該コントローラ（９）に
は、第５図に示すように、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）
の使用者の要求に応じて、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）
毎の目標温度Ｔ　ｓａｗ　Ｔ　ｓｄを設定する設定手段
としてのゾーン別温度設定器（１０）が設けられている
。

すなわち、室内空間（ａ）の各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ
）に居住する使用者が、その衣服９作業内容、配置され
ている機械の種類等から定まる温度条件に合うよう目標
温度Ｔ　ｓａｗ　Ｔ　ｓｄを設定できるようになされて
いる。

ここで、第１図に基づき、上記コントローラ（９）の制
御システムについて説明するに、（ＩＩＡ）〜（１１ｏ
　）は、上記ゾーン別温度設定器（１０）で設定された
各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎の目標温度Ｔ　ｓａ＝　
Ｔ　ｓｄと、各超音波センサ（ＳＡ）〜（Ｓｏ　）で検
出された各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の平均空気温度Ｔ
Ａ−ＴＤとの減算を行って、両者の温度差、つまり暖房
運転時を例にとると（Ｔｓａ−ＴＡ　）　〜（Ｔｓｄ−
Ｔｏ　）を算出する第１加え合せ点、（１２）は、該第
１加え合せ点（ＩＩＡ）〜（１１ｏ　）で算出された上
記温度差（Ｔｓａ−ＴＡ　）　〜（Ｔｓｄ−Ｔｏ　）の
大小関係に応じて、室内ユニット（Ｘ）内の上記ダンパ
（７Ａ）〜（７０）の回転角度を制御して、各空調ゾー
ン（Ａ）〜（Ｄ）への空調能力の配分を調節する能力比
制御手段としての第１ＣＰＵ、（１３）は上記第１加え
合せ点（ＩＩＡ）〜（１１ｏ　）で算出された上記温度
差（Ｔｓａ−ＴＡ）　〜（ＴｓｄｚＴｏ）を加算して、
全体としての要求能力を算出する第２加え合せ点、（１
４）は該第２加え合せ点（１３）で算出された室内空間
（ａ）全体の要求能力に応じて圧縮機（１５）の運転容
量を制御する第２ＣＰＵである。

したがって、請求項（１）の発明では、ゾーン別温度設
定器（設定手段’）（１０）により各空調ゾーン（Ａ）
　〜（Ｄ）毎の目標温度Ｔｓａ−Ｔｓｄが設定され、超
音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）により各空調ゾーン
（Ａ）〜（Ｄ）の上下方向についての平均空気温度ＴＡ
−’ｒｏが検出されると、第１ＣＰＵ（能力比制御手段
）（１２）により、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）におけ
る平均空気温度ＴＡ〜ＴＤと目標温度Ｔ　Ｓａ−Ｔ　ｓ
ｄとの温度差（Ｔｓａ−ＴＡ）〜（Ｔｓｄ−Ｔ□）の大
小関係に応じて各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）への空調能
力の配分を調節するようダンパ（７Ａ）〜（７０）の回
転位置が制御され、ゾーン別制御が行われる。

すなわち、単に室内空間（ａ）全体を同一の目標温度に
応じて均一の温度に維持するようにしても、室内空間に
複数の使用者が存在する場合、その要求する温度は着用
する衣服等で異なることがあり、さらに、配置される機
械類等でも異なるが、ゾーン別温度設定器（１０）によ
り、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎に目標温度ＴＡ−Ｔ
□が設定されるので、そのような各空調ゾーン（Ａ）〜
（Ｄ）の要求する温熱条件の差異を考慮することができ
る。

また、本実施例のような天井設置形空気調和装置の場合
、吸込空気温度は室内空間（ａ）の上方の温度について
の情報を提供するに過ぎず、例えば上記実施例のような
暖房運転時には、室内空間（ａ）の上部の空気が暖まっ
ているからといって、下方が必ずしも暖まっているとは
いえず、吸込空気温度に応じて空調能力を制御すると、
空調の快適性を損ねる虞れがある。特に、このように、
室内空間（ａ）を複数の空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）に区
画して、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）別に空調を行う精
密な制御では、その実効を得られない虞れがある。

それに対し、本発明では、上記超音波センサ（ＳＡ）〜
（Ｓｏ　）により各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の上下方
向についての平均空気温度ＴＡ〜ＴＤを検出するように
しているので、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）における正
確な温熱状態が把握され、ゾーン別制御の実効を得るこ
とができるのである。

また、上記のように使用者の要求とは外れた局部的な過
熱部や過冷却部をなくすことにより、圧縮機（１５）の
運転容量を最小限に止めることができ、よって、消費電
力の低減をも図ることができる。

なお、上記実施例では各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）への
空調能力の配分を調節する能力比調節手段として、各ダ
ンパ（７Ａ）〜（７０）で空気吹出口（３Ａ）〜（３ｏ
）の面積を調節するようにしたが、本発明の能力比調節
手段は必ずしもかかる実施例に限定されるものではなく
、例えば上記実施例において、各空気吹出口（３Ａ）〜
（３Ｄ）に対応する４つの室内熱交換器の能力を個別に
調節する４つの減圧弁を設け、それぞれの開度を調節す
るようにしてもよい。

請求項（′２Ｊの発明では、通風路（４）の面積つまり
風量を調節するダンパ（７Ａ）〜（７Ｄ）により能力比
調節手段を構成したので、空調空気の供給量の多少で空
調能力が簡易に調節され、このような天井設置形空気調
和装置において、比較的安価にゾーン別制御を行うこと
ができる利点がある。

なお、上記実施例では超音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓｏ
　）をケーシング（１）に設置したが、超音波センサ（
ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）はケーシング（１）より離れた天
井面（ｂ）に設置してもよく、より各空調ゾーン（Ａ）
〜（Ｄ）の平均空気温度ＴＡ〜ＴＤを検出しうる位置に
配置することができることはいうまでもない。

また、超音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）による超音
波パルスの進行経路は必ずしも室内空間の垂直方向に限
定されるものではなく、例えば側壁面と床面との交差部
に向かって発信させたり、いったん床面に当たった後側
壁面から超音波センサ（ＳＡ　）〜（Ｓｏ　）に戻るよ
うな経路であってもよい。

さらに、上記実施例では配置していないが、最初に装置
の停止中に超音波センサ（ＳＡ　）〜（ＳＯ）で超音波
経路の長さを測定する際に吸込空気温度を測定するため
のサーミスタを配置してもよい。ただし、上記実施例の
ように、装置の取付は時に実測した超音波経路の長さを
設定するようにすれば、サーミスタを配置する必要はな
い。

（発明の効果） 以上説明したように、請求項（１）の発明によれば、天
井面に設置されたケーシング内に室内ファン及び室内熱
交換器を収納し、ケーシング前面に設けられた複数の空
気吹出口により室内空間を複数の空調ゾーンに区画する
とともに、各空調ゾーン毎に目標温度を設定し、超音波
センサで各空調ゾーン毎に上下方向についての平均空気
温度を検出して、各空調ソーンにおける平均空気温度と
目標温度との差温の大小関係に応じて各空調ゾーンへの
空調能力の配分を調節するようにしたので、室内空間に
おける使用者や機械類の相違に自動的に対応しうるゾー
ン別制御を行うことができ、よって、空調の快適性の向
上と消費電力の低減とを図ることができる。

請求項（２）の発明によれば、上記請求項（１）の発明
において、能力比調節手段として空調空気の風量を調節
するダンパを設けたので、簡易に空調能力を調節するこ
とができ、よって、請求項（１）の発明においてコスト
の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示し、第１図は制御システムの
構成を示すブロック図、第２図は室内ユニットの室内空
間における取付は状態を示す平面図、第３図は室内ユニ
ットの側面構造を示す側面図、第４図は空気吹出口の一
部の断面構造を示す部分断面図、第５図はコントローラ
の一部の正面構造を示す平面図である。 １　　ケーシング ３Ａ〜３Ｄ　空気吹出口 ５　　室内ファン ６　　室内熱交換器 ７Ａ〜７Ｄ　ダンパ （能力比調節手段） ゾーン別温度設定器 （設定手段） １２　第１　ＣＰＵ （能力比制御手段） ＳＡ　−ｓｏ　　超音波センサ ０ 第 図 第４ 図 第 図 第 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）室内空間（ａ）の天井面に設置されたケーシング
   （１）と、該ケーシング（１）内に収納された室内ファ
   ン（５）及び室内熱交換器（６）と、上記ケーシング（
   １）前面に設けられ、上記室内ファン（５）からの空調
   空気を吹出して室内空間（ａ）を複数の空調ゾーン（Ａ
   ）〜（Ｄ）に区画する複数の空気吹出口（３＿Ａ）〜（
   ３＿Ｄ）と、上記複数の空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）に対
   する空調能力の配分を可変に調節する能力比調節手段と
   を備え、 上記各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎の目標温度を設定す
   る設定手段（１０）と、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）毎
   に設けられ、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）の上下方向に
   ついての平均空気温度を検出する超音波センサ（Ｓ＿Ａ
   ）〜（Ｓ＿Ｄ）と、該各超音波センサ（Ｓ＿Ａ）〜（Ｓ
   ＿Ｄ）の出力を受け、各空調ゾーン（Ａ）〜（Ｄ）にお
   ける平均空気温度と上記設定手段（１０）で設定された
   目標温度との差温値の大小関係に応じて各空調ゾーン（
   Ａ）〜（Ｄ）に対する空調能力の配分を調節するよう上
   記能力比調節手段を制御する能力比制御手段（１２）と
   を備えたことを特徴とする空気調和装置の運転制御装置
   。
2. （２）能力比調節手段は、空調空気の風量を可変に調節
   するダンパ（７＿Ａ）〜（７＿Ｄ）であることを特徴と
   する請求項（１）記載の空気調和装置の運転制御装置。