JPH05149608A - 空気調和装置の運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 空気調和装置の吹出空気の風量，温度を周囲
温度との関係を考慮して総合的に制御することで、空調
要求を充足し、ドラフト感を回避する。 【構成】 人の存在位置の周囲温度を検出し，人の存在
位置における到達気流温度，到達気流速度を空気吹出口
における風速及び温度から推測演算する。特に、到達気
流速度，人の存在位置の周囲温度−設定温度間の差温値
及び人の周囲温度−到達気流温度間の環境温度差を前件
部とし、圧縮機４１の運転周波数，送風ファン１４の風
量，風向調節機構１６の方向を後件部とするファジー推
論により、人の存在位置に向けて設定温度付近に調整さ
れた吹出空気を供給するように制御出力を演算し、その
演算結果に応じて圧縮機４１の運転周波数，送風ファン
１４の風量，風向調節機構１６の方向を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、空気調和装置の運転制
御装置に係り、特に吹出空気の風向等を制御するように
したものの改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、空気調和装置の吹出空気の風
向等を制御する制御装置として、例えば特開昭６０―２
２１６４９号公報に開示される如く、室温，吹出空気温
度，人体位置等を検出し、その検出値に基づいて居住者
の存在位置における風速と気流の温度とを演算し、その
演算結果に応じて風向を制御することにより、快適な空
調を得ようとするものや、特開平０２―１４３０４７号
公報に開示される如く、人の存在位置を検出し、人検知
領域近傍の床面温度と室温との差が基準温度差を越える
と、吹出方向を人検知領域から空調機本体側床面に向く
よう制御することにより、空調の快適性の向上を図るも
の、さらに、特開平０３―５６３２号公報に開示される
如く、室温設定温度と室温の温度差とに応じて温風の吹
出角度を設定し、床付近の温度に応じて吹出角度の設定
特性を変えることにより、快適な環境を生ぜしめようと
するものは公知の技術である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記各公報のものは、
吹出空気の方向を制御することにより、空調風が直接ユ
ーザに吹き付けることによって生じる不快感いわゆるド
ラフト感を解消しようとするものであるが、かかるドラ
フト感を防止すべく風向をユーザから遠ざけることは、
反面、空調要求とは逆行するものとなることがありう
る。すなわち、真に快適な空調を実現するには、吹出空
気の風向だけでなく吹出空気が人に到達したときの風
速，温度，人の周囲の温度等を考慮し、風向だけでなく
吹出空気の人の位置における温度と風速とを制御する必
要がある。しかるに、上記従来のものは、人の存在位置
における吹出空気の温度や風速や室温と人の存在位置に
おける温度差等を求めても、その結果に応じて吹出空気
の吹出方向のみを制御するものであるため、ドラフト感
を解消することはできても、空調要求を満たすことがで
きなくなる虞れが生じる。

【０００４】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、ユーザの存在位置における環境条件
に基づいて、吹出空気の特性に関する機器の作動を総合
的に制御することにより、空調要求の充足とドラフト感
の解消とを図り、もって、空調の快適性の向上を図るこ
とにある。

【０００５】

【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、図１に示すように、容量周波
数を可変に調節される圧縮機（４１）及び室内熱交換器
（１５）を冷媒回路（４）に配置し、上記室内熱交換器
（１５）で冷媒と熱交換された空気を室内空間（２）に
吹出す風量可変な送風ファン（１４）と、該送風ファン
（１４）の風向を可変に調節する風向調節機構（１６）
とを備えた空気調和装置を前提とする。

【０００６】そして、空気調和装置の運転制御装置とし
て、室内空間（２）における人の存在位置を検出する人
検出手段（Ｉｒ）と、空気吹出口（１３）における吹出
空気温度を検出する吹出温度検出手段（Ｔho）と、空気
吹出口（１３）における吹出空気の風速を検出する吹出
速度検出手段（Ｗvo）と、上記各検出手段（Ｉｒ），
（Ｔho），（Ｗvo）の検出値及び風向調節機構（１６）
の方向に基づき人の存在位置における到達気流温度及び
到達気流速度を推測演算する送風状態量演算手段（３
１）と、人の存在位置の周囲温度を検出する周囲温度検
出手段（Ｔha）と、該周囲温度検出手段（Ｔha）及び上
記送風状態量演算手段（３１）の出力を受け、到達気流
速度，人の存在位置の周囲温度−設定温度間の差温値及
び人の周囲温度−到達気流温度間の環境温度差を前件部
とし、圧縮機（４１）の運転周波数，送風ファン（１
４）の風量，風向調節機構（１６）の垂直羽根方向及び
水平羽根方向を後件部とするファジー推論により、人の
存在位置に向けて設定温度付近に調整された吹出空気を
供給するよう制御出力を演算するファジー演算手段（３
２）と、該ファジー演算手段（３２）の出力に応じて、
上記圧縮機（１）の運転周波数，送風ファン（１４）の
風量及び風向調節機構（１６）の方向を制御する制御手
段（３）とを設ける構成としたものである。

【０００７】

【作用】したがって、上記実施例では、制御手段（３）
により、人の存在位置，周囲温度，到達気流温度及び到
達気流速度が求められると、ファジー演算手段（３２）
により、到達気流速度，人の存在位置の周囲温度−設定
温度間の差温値，及び人の周囲温度−到達気流温度間の
環境温度差を前件部とし、圧縮機（４１）の運転周波
数，送風ファン（１４）の風量，風向調節機構（１６）
の垂直羽根方向及び水平羽根方向を後件部とするファジ
ー推論により制御出力が演算され、その演算結果に応じ
て、設定温度に応じた快適な吹出空気を供給するよう圧
縮機（４１）の運転周波数，送風ファン（１４）の風
量，風向調節機構（１６）の方向が制御されるので、細
やかな制御により、空調要求を犠牲にすることなく、ド
ラフト感の発生が回避される。すなわち、空調要求の充
足とドラフト感の回避とが同時に満たされることで、快
適な空調空間が生成されることになる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、図２以下の
図面に基づき説明する。

【０００９】図２は、本発明の実施例に係る空気調和装
置（１）と該空気調和装置（１）が配置される室内空間
（２）の側面図を示し、空気調和装置（１）の室内ユニ
ット（１１）には、室内空間（２）の空気を吸い込む空
気吸込口（１２）と、室内空間（１）に空調空気を吹出
すための空気吹出口（１３）とが設けられ、空気吸込口
（１２）から空気吹出口（１３）に亘る通風路には、風
量が可変に構成された送風ファン（１４）と、その上流
側で上記空気吸込口（１２）から吸い込んだ室内空気を
冷媒と熱交換させて空調空気を生成するための室内熱交
換器（１５）とが配設されている。また、上記空気吹出
口（１３）には、吹出空気の垂直方向を可変に調節する
垂直羽根（図示せず）と水平方向を可変に調節する水平
羽根（図示せず）とからなる風向調節機構としての風向
羽根（１６）が取付けられている。なお、上記室内熱交
換器（１５）は、冷媒が循環することにより熱移動を生
ぜしめるように構成された閉回路の冷媒回路（４）内に
介設されており、該冷媒回路（４）には、運転容量が可
変な圧縮機（４１）等の機器が介設されている。

【００１０】また、空気調和装置には多くのセンサ類が
取付けられていて、（Ｔhi）は空気吸込口（１２）に配
設され、吸込空気温度Ｔｉを検出するための吸込セン
サ、（Ｔho）は空気吹出口（１３）に配設され、吹出空
気温度Ｔｏを検出するための吹出センサ、（Ｗvo）は空
気吹出口（１３）に取付けられ、吹出空気の風速Ｖo を
検出する吹出風速検出手段としての風速センサ、（Ｔh
a）は室内空間（２）の側壁面に取付けられ、人の存在
位置の周囲の温度Ｔａを検出する周囲温度検出手段とし
ての壁面センサ、（Ｉｒ）は赤外線の入力レベルから室
内空間（２）内における人の存在位置を検出する人検出
手段としての赤外線センサである。なお、上記壁面セン
サ（Ｔha）は１か所しか図示していないが、側壁面の複
数箇所に取付けられており、ユーザの検出位置に最も近
いセンサをその都度選択して使用するようにしている。
そして、上記各センサは、空気調和装置のコントローラ
（３）と信号線で接続されており、コントローラ（３）
により、各センサからの信号に応じて、上記圧縮機（４
１）の運転周波数Ｈｚ、送風ファン（１４）の風量（風
速）Ｑ、風向羽根（１６）の垂直方向Ｄｖ，水平方向Ｄ
ｌ等を制御するようになされている。

【００１１】次に、図３は、上記コントローラ（３）の
制御ロジックを示し、上記壁面センサ（Ｔha）の検出値
を周囲温度Ｔａとする。また、上記吹出センサ（Ｔho）
で検出される吹出空気温度Ｔｏと、風速計（Ｗｖ）で検
出される吹出空気の風速Ｖｏと、風向羽根（１６）の垂
直方向の吹出角度θとから、後述の補完式を用いて、人
の存在位置（ｘ，ｙ，ψ）（ただし、ｘは空気吹出口
（１３）からの距離、ｙは空気吹出口（１３）との高さ
の差、ψは空気吹出口（１３）に対する水平方向の角
度）における吹出空気の到達温度Ｔ（ｘ，ｙ，ψ）及び
到達速度Ｖ（ｘ，ｙ，ψ）をいずれも座標（ｘ，ｙ，
ψ）の関数として求める。そして、上記周囲温度Ｔａ
（ｘ，ｙ，ψ）（以下、単にＴａと表示する）、到達温
度Ｔ（ｘ，ｙ，ψ）（以下、単にＴｘと表示する）、到
達速度Ｖ（ｘ，ｙ，ψ）（以下、単にＶｘと表示する）
及び室温の設定温度Ｔｓに基づき、ファジー推論を行っ
て、圧縮機（４１）の運転周波数Ｈｚ、送風ファン（１
４）の風量（風速）Ｑ、風向羽根（１６）の垂直方向Ｄ
ｖ及び水平方向Ｄｌの制御量を算出するようにしてい
る。

【００１２】ここで、図６は、上述の到達気流速度Ｖ
ｘ，到達気流温度Ｔｘとを求める方法を示す説明図であ
って、到達気流速度Ｖｘ及び到達気流温度Ｔｘは下記数
式１及び２から求められる。

【００１３】

【数１】

【００１４】

【数２】

【００１５】ただし、上記各式において、Ｋは定数、Ｈ
o は空気吹出口（１３）の開口の大きさ、Δｔｏは空気
吹出口（１３）における吹出空気温度と周囲温度との温
度差、Δｔｘは人の存在位置（ｘ，ｙ，ψ）における吹
出空気温度と周囲温度との温度差である。

【００１６】上記補完式１，２を用いて到達気流速度Ｖ
及び到達気流温度Ｔを求める制御により、本発明にいう
送風状態量演算手段（３１）が構成されている。

【００１７】また、下記数式３は、吹出空気の室内空気
との温度差等に起因する垂直方向の変化量Ｙの算出方法
を示す。

【００１８】

【数３】

【００１９】ただし、上式で符号の「＋」は暖房運転
時、「−」は冷房運転時を示す。

【００２０】すなわち、ユーザに直接吹出空気を当てる
ためには、風向羽根（１６）の水平羽根方向Ｄｌを、吹
出空気の水平方向がユーザの存在位置ψに一致するよう
設定するとともに、風向羽根（１６）の垂直羽根方向Ｄ
ｖを、垂直方向の変化量Ｙがユーザの存在位置ｙに一致
する角度θに設定すればよいことになる。

【００２１】図４は、このファジー制御の前件部と後件
部との関係を示し、到達気流速度Ｖ（ｘ，ｙ，ψ）、周
囲温度−設定温度間の差温値｛Ｔａ（ｘ，ｙ，ψ）−Ｔ
ｓ｝、周囲温度−到達温度間の環境温度差｛Ｔａ（ｘ，
ｙ，ψ）−Ｔ（ｘ，ｙ，ψ）｝を前件部とし、周波数Ｈ
ｚ、風量Ｑ、風向羽根（１６）の垂直方向Ｄｖ及び水平
方向Ｄｌを後件部として、ファジー推論を行うようにし
ている。

【００２２】ただし、差温値（Ｔａ−Ｔｓ）について
は、「非常に大きい」（例えば４℃以上のとき）、「大
きい」（２〜３℃程度の値のとき）、「小さい」（１℃
以下のとき）及び「過制御」（負値のとき）の４通りに
区画し、環境温度差（Ｔａ−Ｔｘ）については、「大き
い」（例えば３℃以上のとき）、「小さい」の２通りに
区画し、到達気流速度Ｖｘについては、「大きい」、
「小さい」（０．５ｍ／sec 以下のとき）の２通りに区
画している。

【００２３】図５は、このファジー推論に基づく冷房運
転時の制御内容の一部を示し（ただし、関数表示（ｘ，
ｙ，ψ）は省略する）、ステップＳＴ１で、上記差温値
（Ｔａ−Ｔｓ）が非常に大きいか否か（例えば４℃程度
以上か否か）を判別し、非常に大きいときには周囲温度
Ｔａがまだ設定温度Ｔｓに到達していないのでさらに空
調能力を増大させる必要があると判断して、ステップＳ
Ｔ２で、圧縮機（４１）の周波数Ｈｚ、及び送風ファン
（１４）の風量Ｑを増大させるとともに、吹出空気を直
接ユーザに当てるよう風向羽根（１６）の方向Ｄを制御
する。

【００２４】一方、上記ステップＳＴ１の判別で、差温
値（Ｔａ−Ｔｓ）が非常に大きくないときには、ステッ
プＳＴ３で、差温値（Ｔａ−Ｔｓ）が大きいか否か（例
えば２〜３℃程度か否か）を判別し、差温値が大きいと
きには、さらにステップＳＴ４に進んで、上記環境温度
差（Ｔａ−Ｔｘ）が小さくかつ到達気流速度Ｖが小さい
か否か（例えば０．５ｍ／sec 程度の風速）を判別し、
判別結果がＹＥＳであれば、室内空間（２）全体が十分
快適温度に達していなく、ユーザに与える空調の快適感
が小さいと判断して、ステップＳＴ５で、圧縮機（４
１）の周波数Ｈｚ及び送風ファン（１４）の風量Ｑを増
大させると共に吹出空気を直接ユーザに当てるよう風向
羽根（１６）を制御した後、ステップＳＴ３の制御に戻
る。また、上記環境温度差（Ｔａ−Ｔｘ）又は到達気流
速度Ｖのうちいずれかが小さくないときには、到達気流
速度Ｖが大きくて環境温度差（Ｔａ−Ｔｘ）が大きいか
小さいかのいずれかであり、到達気流速度Ｖが小さくか
つ環境温度差（Ｔａ−Ｔｘ）が大きいつまり周囲温度Ｔ
ａが設定温度よりかなり高いのに到達気流温度Ｔｘだけ
が設定温度に近くなっている状態は通常は生じにくいの
で、ステップＳＴ６で、周波数Ｈｚ及び風量Ｑを増大さ
せ、かつ吹出空気をユーザに直接当てないよう風向羽根
（１６）を制御した後、ステップＳＴ３の制御に戻る。

【００２５】そして、上記ステップＳＴ３〜ＳＴ６の制
御を行った後、ステップＳＴ３の判別で、差温値（Ｔａ
−Ｔｓ）が大きくなくなると、ステップＳＴ７に進ん
で、差温値（Ｔａ−Ｔｓ）が小さいか否か（例えば１℃
程度以内）を判別し、その判別結果がＹＥＳのときに
は、ステップＳＴ８に進んで、さらに環境温度差（Ｔａ
−Ｔｘ）及び到達気流速度Ｖがいずれも小さいか否かを
判別する。その判別結果がいずれも小さいＹＥＳのとき
には、到達気流Ｔｘは設定温度Ｔｓにほぼ達しているも
のの到達気流速度が小さいためにユーザに与える快適感
はなお小さいと判断し、ステップＳＴ９に進んで、圧縮
機（４１）の周波数Ｈｚを一定にする一方、風量Ｑを増
大させ、かつ吹出空気を直接ユーザに当てるよう風向羽
根（１６）を制御して、た後、ステップＳＴ７の制御に
戻る。

【００２６】また、ステップＳＴ８の判別結果が、環境
温度差（Ｔａ−Ｔｘ）又は到達気流速度Ｖのいずれかが
大きいＮＯであるときには、到達気流速度Ｖが大きく
て、ユーザへの到達気流温度Ｔｘが周囲温度Ｔａと同じ
かそれ以上に低いことになるので（上記ステップＳＴ４
の判断と同様に、到達気流速度Ｖが小さくて到達気流温
度Ｔｘが周囲温度Ｔａよりも冷え込んでいる状態は通常
生じにくい）、ステップＳＴ１０に進んで、周波数Ｈｚ
を一定に保持する一方、風量Ｑを増大させ、かつ吹出空
気を直接ユーザに当てないよう風向羽根（１６）を制御
して、ドラフト感を与えないようにする。しかる後、ス
テップＳＴ７の制御に戻る。

【００２７】さらに、上記ステップＳＴ７〜ＳＴ１０の
制御を行って、周囲温度Ｔａが設定温度Ｔｓ以下になる
と、人の周囲が冷えすぎていると判断して、ステップＳ
Ｔ１１に進み、圧縮機（４１）の周波数Ｈｚ及び風量Ｑ
を一定に、かつ吹出空気を直接ユーザに当てないよう制
御した後、上記ステップＳＴ１の制御に戻る。

【００２８】上記制御のフローにより、本発明にいうフ
ァジー演算手段（３２）が構成されている。

【００２９】したがって、上記実施例では、コントロー
ラ（制御手段）（３）により、ユーザの存在位置（ｘ，
ｙ，ψ）、周囲温度Ｔａ、到達気流温度Ｔｘ及び到達気
流速度Ｖｘが求められると、ファジー演算手段（３２）
により、到達気流速度Ｖｘ，人の存在位置の周囲温度−
設定温度間の差温値（Ｔａ−Ｔｓ），及び人の周囲温度
−到達気流温度間の環境温度差（Ｔａ−Ｔｘ）を前件部
とし、圧縮機（４１）の運転周波数Ｈｚ，送風ファン
（１４）の風量Ｑ，風向調節機構（１６）の垂直羽根方
向Ｄｖ及び水平羽根方向Ｄｌを後件部とするファジー推
論により制御出力が演算され、その演算結果に応じて、
設定温度Ｔｓに応じた快適な吹出空気を供給するよう圧
縮機（４１）の運転周波数Ｈｚ，送風ファン（１４）の
風量Ｑ，風向羽根（１６）の方向Ｄｖ，Ｄｌが制御され
る。すなわち、このような細やかな制御により、単に吹
出空気の風向のみを制御するものに比べて、空調要求を
犠牲にすることなく、ドラフト感の発生を回避すること
ができる。よって、空調要求の充足とドラフト感の回避
とを実現することができ、快適性の向上効果を顕著に発
揮することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
空気調和装置の運転制御装置として、人の存在位置及び
人の存在位置の周囲温度を検出し、空気吹出口における
吹出空気の風速，温度から人の存在位置における到達気
流温度、到達気流速度を演算するとともに、到達気流速
度，人の存在位置の周囲温度−設定温度間の差温値及び
人の周囲温度−到達気流温度間の環境温度差を前件部と
し、圧縮機の運転周波数，送風ファンの風量，風向調節
機構の垂直羽根方向及び水平羽根方向を後件部とし、吹
出空気温度がするファジー推論によりに基づき、人の存
在位置に向けて設定温度付近に調整された吹出空気を供
給するよう制御出力を演算し、その結果に応じて、圧縮
機の運転周波数，送風ファンの風量及び風量調節機構の
方向を制御する構成としたので、空調要求を満たしなが
ら、ユーザのドラフト感を回避することが可能になり、
空調の快適性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を示すブロック図である。

【図２】実施例に係る空気調和装置の構成及び室内空間
の状態を示す縦側断面図である。

【図３】ファジー制御の制御ロジックの構成を示すブロ
ック図である。

【図４】ファジー制御の前件部と後件部とを示す説明図
である。

【図５】冷房運転時における制御内容の一部を示すフロ
―チャ―ト図である。

【図６】到達気流の温度，速度，縦方向移動距離の算出
方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 空気調和装置 ２ 室内空間 ３ コントローラ（制御手段） １３ 空気吹出口 １４ 送風ファン １５ 室内熱交換器 １６ 風向羽根（風向調節機構） ３１ 送風状態量演算手段 ３２ ファジー演算手段

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量周波数を可変に調節される圧縮機
   （４１）及び室内熱交換器（１５）を冷媒回路（４）に
   配置し、上記室内熱交換器（１５）で冷媒と熱交換され
   た空気を室内空間（２）に吹出す風量可変な送風ファン
   （１４）と、該送風ファン（１４）の風向を可変に調節
   する風向調節機構（１６）とを備えた空気調和装置にお
   いて、 室内空間（２）における人の存在位置を検出する人検出
   手段（Ｉｒ）と、空気吹出口（１３）における吹出空気
   温度を検出する吹出温度検出手段（Ｔho）と、空気吹出
   口（１３）における吹出空気の風速を検出する吹出速度
   検出手段（Ｗvo）と、上記各検出手段（Ｉｒ），（Ｔh
   o），（Ｗvo）の検出値及び風向調節機構（１６）の方
   向に基づき人の存在位置における到達気流温度及び到達
   気流速度を推測演算する送風状態量演算手段（３１）
   と、人の存在位置の周囲温度を検出する周囲温度検出手
   段（Ｔha）と、該周囲温度検出手段（Ｔha）及び上記送
   風状態量演算手段（３１）の出力を受け、到達気流速
   度，人の存在位置の周囲温度−設定温度間の差温値及び
   人の周囲温度−到達気流温度間の環境温度差を前件部と
   し、圧縮機（４１）の運転周波数，送風ファン（１４）
   の風量，風向調節機構（１６）の垂直羽根方向及び水平
   羽根方向を後件部とするファジー推論により、人の存在
   位置に向けて設定温度付近に調整された吹出空気を供給
   するよう制御出力を演算するファジー演算手段（３２）
   と、該ファジー演算手段（３２）の出力に応じて、上記
   圧縮機（１）の運転周波数，送風ファン（１４）の風量
   及び風向調節機構（１６）の方向を制御する制御手段
   （３）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。