JPH06185790A - 空気調和機の冷暖房制御システム - Google Patents

空気調和機の冷暖房制御システム

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JPH06185790A
JPH06185790A JP5189677A JP18967793A JPH06185790A JP H06185790 A JPH06185790 A JP H06185790A JP 5189677 A JP5189677 A JP 5189677A JP 18967793 A JP18967793 A JP 18967793A JP H06185790 A JPH06185790 A JP H06185790A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 冷暖房能力を自動に調節する空気調和機の冷
暖房制御システムを提供することである。 【構成】 多数のセンサーを用いて超音波を放射し、壁
面から反射された反射波を受信するよう超音波発生送信
部と反射波受信部を備え、マイコンが送信部から所定周
期のパルス信号を受信する時点から受信部から受信され
る反射波サンプリング時までの時間をカウンティング
し、カウンティング結果に応じて超音波速度に基づき超
音波放射距離を測定して室内面積または体積を求めるこ
とにより室内冷暖房負荷による運転モードを定めた後、
温度による室内冷暖房制御を行う。 【効果】 超音波センサーを用いて室内の冷暖房面積ま
たは体積を判別した後冷暖房負荷に当たる運転モードで
制御して冷暖房効率を向上させ、かつ消費電力も節減で
きる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は冷暖房兼用として用いら
れる空気調和機に係り、特に冷暖房能力を自動的に調節
する空気調和機の冷暖房制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、住居用やこれと類似の用途に使
われる冷暖房兼用の空気調和機は、図５に示した通り圧
縮機３１、凝縮機３２、高圧バルブ３３、毛細管３４お
よび蒸発機３５が順次に連結され冷暖房サイクルを構成
し、冷媒が流れる方向を正、逆に転換する方式で冷房ま
たは暖房運転を行うようになっている。かかる空気調和
機は所定の自体容量の範囲内で冷房負荷が冷房面積と関
数関係を有する。
【０００３】即ち、室内冷房を施すにおいて、室内面積
が狭い場合室内温度を所定温度まで低めて所定の冷房状
態を保たせるためには空気調和機の小さい出力だけでも
可能です。即ち、空気調和機は室内面積の減少と共に冷
房負荷は減少される。逆に、冷房負荷は室内面積の増加
により共に増加することになる。
【０００４】同様に、空気調和機を暖房用として使う場
合も前述した冷房用で使用する場合と同一な現象が起こ
る。即ち、室内面積が狭い場合は暖房負荷が小さく、室
内面積が広くなれば広い面積に当たって暖房負荷が大き
くなる。
【０００５】しかし、従来は室内面積に問わず温度セン
サーを用いて室内温度を感知した後、冷房または暖房し
たい所定の室内温度の設定値との差を縮める方式で室内
の暖房または冷房を行った。即ち、かかる空気調和機は
室内冷房を施す場合、ユーザーが機器に設定した温度と
室内の現在温度をマイコンが比較した後、その偏差をフ
ィードバックし続けてその偏差を最小化する方式で冷房
を施して来た。
【０００６】従って、室内の現在温度と機器に設定した
温度とが一致する場合は機器の動作を一時的に停止さ
せ、その偏差が再び大きくなる場合は再び冷房を施すこ
とになるが、この際その冷房の偏差が非常に大きい場合
は強冷で動作させ、その偏差が次第に縮まれば徐々に低
い段階の運転に転換される。
【０００７】一方、空気調和機を用いて暖房を施す場合
も冷房と類似に動作する。即ち、ユーザーは機器に所望
の温度を設定してから暖房モードに切り換えて空気調和
機を作動させれば、マイコンは機器に設定された温度と
現在の室内温度とを比較した後その偏差をフィードバッ
クして室内の暖房を制御することになる。
【０００８】従って、室内の現在温度が機器に設定され
た温度に比べて極めて低い場合、即ち温度偏差が極めて
大きい場合は瞬間的に暖房能力を最大限高めて最強の暖
房運転を施しているから、その偏差が次第に縮まれば徐
々に低い段階の運転に転換される。
【０００９】このように従来の温度センサーを用いて冷
暖房を制御して来たので冷暖房効率が低くなり、かつ消
費電力が増加する問題点があった。即ち、従来は室内面
積に問わず温度センサーが検出した室内温度により空気
調和機の冷暖房を制御したので、設定された温度と室内
温度との偏差が大きい場合は室内面積、即ち冷暖房負荷
の大小に問わず空気調和機は強運転するので初期に電力
の消耗が多かった。また、冷暖房負荷が大きい場合は冷
暖房の運転の変化幅が大きくなるので効率的な冷暖房を
施しにくかった。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】従って、従来の問題点
を解決するため、本発明の主目的は冷暖房負荷を測定し
て空気調和機の運転を自動制御する空気調和機の冷暖房
制御システムを提供することである。
【００１１】本発明の他の目的は一つ以上の超音波セン
サーを設け、この超音波センサーが室内距離を測定する
ことにより空調面積を算出して空気調和機の運転を自動
制御する空気調和機の冷暖房制御システムを提供するこ
とである。
【００１２】本発明のさらに他の目的は二つ以上の超音
波センサーが室内距離を測定する方法と、これによる空
調面積を算出した後、続けて室内体積を演算することに
より空気調和機の運転を自動制御する空気調和機の冷暖
房制御システムを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】前述した目的を達成する
ために、本発明による空気調和機の冷暖房制御システム
は超音波を室内壁面に放射すると同時にこの超音波の反
射派信号を受信する一つ以上の超音波センサーと、前記
超音波センサーが超音波を放射させるパルス信号を発生
させる送信部と、前記超音波反射信号を受信してこの信
号を増幅しディジタル信号に変換する受信部と、前記送
信部からパルス信号を受信した時点から前記受信部から
信号サンプリングまでの時間をカウンティングし、カウ
ンティング結果に応じて前記超音波センサーの放射距離
を測定して室内面積を算出したり、さらに室内体積を算
出して冷房負荷を定めるマイコンと、前記マイコンの駆
動制御信号に応じて冷暖房の負荷を作動させる負荷駆動
部とを具備してなるものである。
【００１４】本発明によれば、超音波センサーは割合に
短い周期を有する強力な超音波エネルギーパルスを空気
調和機から室内の固定反射物、即ち室内の壁面に放射し
た後、その壁面から反射されて来る超音波放射信号を受
信し、マイコンは前記超音波センサーから超音波が放射
された後室内壁面から反射されて来る時間を測定して室
内面積を算出した後、室内に設けられた空気調和機の既
に設定された基準面積と比較したり、ひいては室内容積
を算出し既に設定された室内容積と比較して冷暖房負荷
を定め、その結果に応じて出力端に接続された負荷駆動
部を制御して負荷を多段的に駆動させることになる。
【００１５】ここで、室内面積は通常室内の床面積を通
称しこの実例を挙げれば、三つの超音波センサーが用い
られ空気調和機が一側壁面に設けられるので車体の上下
面の面積、右側のセンサーにより測定される距離及び右
側幅との二乗に得られる面積、左側のセンサーにより測
定される距離及び左側幅の二乗に得られる面積、前面の
センサーにより測定される距離及び前面幅の二乗に得ら
れる面積、前面センサーにより測定された距離及び右側
センサーにより測定される距離との二乗に得られる面積
と、前面センサーにより測定される距離及び左側センサ
ーにより測定される距離との二乗に得られる面積の全て
を加えることにより求める。また、面積を求める方法は
一つ以上の超音波センサーの位置により異なり得る。
【００１６】室内体積は室内の下部面積を前記方式で求
めてから一つ以上の超音波センサーにより高さを測定
し、面積と高さの二乗により求める。
【００１７】
【実施例】以下、添付した図面に基づき本発明の実施例
を説明する。
【００１８】図１は超音波センサーの連結された制御シ
ステムの概略的なブロック図である。
【００１９】同図において、符号１は超音波エネルギー
を放射した後室内の面積から反射された反射波信号を受
信する超音波センサーである。この超音波センサー１は
送信部４を通じてマイコン３に接続される。ここで、送
信部４は超音波エネルギーに変換されるパルス信号を発
生させ超音波センサー１に出力し、受信部５は超音波セ
ンサー１で受信したアナログ反射波信号を受信し、ディ
ジタル信号に変換させこれをマイコン３に出力する。
【００２０】さらに詳しく説明すれば、送信部４は超音
波センサー１から超音波エネルギーに変換される高周波
信号を発生する高周波発振回路６、この高周波発振回路
６の出力端に接続されパルス信号を発生させるゲート回
路７とこのパルス信号を増幅して超音波センサー１に印
加する昇圧回路１７より構成される。
【００２１】一方、ゲート回路７はシステムタイマーに
なる主発振回路８に接続されそこから発生するクロック
周期に一致するパルス信号を発生させ昇圧回路１７は勿
論のこと、マイコン３に印加する。
【００２２】受信部５は超音波センサー１に入力された
反射波信号の利得を高め雑音成分を取り除く増幅回路９
と、この増幅回路９に接続され受信された反射信号を既
に設定された周波数に同調させ同調された信号を検波す
る検波回路１０と、この検波回路１０の出力端に接続さ
れアナログの信号をディジタル信号に変換する波形整形
回路１１より構成されている。
【００２３】従って、送信部４で高周波発振回路６から
高周波信号はゲート回路７に同期するパルス信号を昇圧
回路１７とマイコン３の信号処理部１３に印加する。昇
圧回路１７は受信パルス電圧を両方向パスライン１２を
経て超音波センサー１に印加することになる。超音波セ
ンサー１は超音波を壁面に放射し、かつこの反射波を受
信して受信部５の増幅回路９に印加する。増幅回路９は
アナログ受信信号を所定レベルに増幅した後検波回路１
０に印加する。検波回路１０は所定周波数のアナログ信
号のみを出力して波形整形回路１１に印加しアナログ信
号をディジタル信号に波形整形する。この波形整形回路
１１は波形整形されたディジタル信号をマイコン３の信
号処理部１３に印加する。この際、信号処理部１３は反
射波のディジタル信号をサンプリングしゲート回路７か
らの信号入力時間に対してサンプリングされた反射波入
力時間を測定し、測定された時間信号を演算制御部１４
に印加し演算制御部１４が後述する通り高周波反射距離
を測定することになる。
【００２４】かかる方式で一つ以上の超音波センサー１
に対して個別的に反射波の距離を測定する。その後、一
つ以上の超音波センサー１が配列された平面の面積を求
め、実例を挙げれば図２に示した通りの演算処理をマイ
コン３の演算制御部１４で行う。
【００２５】図２に示した通り、室内空間を直角座標系
で見る際、図面において空気調和機３０の左右側面に取
り付けられ超音波センサー２１及び２２はＸ軸線上にあ
る壁面までの距離ｄ１、ｄ３を測定するに用いられ、そ
の正面に取り付けられた超音波センサー２０はＹ軸線上
にある壁面までの距離ｄ２を測定するに用いられ、それ
ぞれ図１に示した送受信部４，５により得られた信号を
信号処理部１３に供給し、それにより分析されたデータ
をマイコン３に既に設定されたプログラムにより、演算
制御部１４は次の式１の通り冷暖房面積Ｓを算出する。
【００２６】 Ｓ＝ｄ１・Ｄ（Ｓ１）＋ｄ１・ｄ２（Ｓ２）＋Ｗ・ｄ２（Ｓ３） ＋ｄ２・ｄ３（Ｓ４）＋ｄ３・Ｄ（Ｓ５）・・・・・（１） ここで、Ｄは空気調和機３０の側面長さを示し、Ｗはそ
の幅を示す。
【００２７】一方、実施例においては三つの超音波セン
サーを用いて室内面積を算出したが、一つのセンサーが
背面壁の真ん中で回転するよう設けられ、上記式（１）
でよりさらに簡単な公式で室内面積を算出したり、室内
空間がさらに大きい角をなしたり円形をなす場合も、室
内面積を算出するに誤差が出ないよう超音波センサーを
機器のコーナ部ごとに追加することにより、さらに的確
な面積を算出して適正な冷暖房作動能力を定める。
【００２８】ひいては本発明は室内体積を算出して冷暖
房負荷による空気調和機の作動が自動制御でき、図３
（Ａ）及び（Ｂ）に示した通り、室内空間を空間座標系
で見る時、図２の通り、Ｘ軸及びＹ軸による室内面積を
算出し、Ｚ座標系をもって室内高さに測定する。
【００２９】図示したとおり、空気調和機３０の上段面
と下段面に超音波変換機センサー２３、２４を追加に設
置して空気調和機３０と床面との間の距離Ｈ、そして空
気調和機３０と天井間の距離ｄ４を追加に測定して、そ
れぞれ図１に示した送受信部４、５により得られた信号
を信号処理部に供給し、それにより分析されたデータを
マイコン３に既に設定されたプログラムにより演算制御
部１４が次の公式（２）の通り冷暖房体積Ｖを算出する
ことになる。
【００３０】 Ｖ＝ｄ１・Ｄ（ｄ４＋Ｈ）＋ｄ１・ｄ２・（ｄ４＋Ｈ）＋ｄ２・Ｗ・（ｄ４ ＋Ｈ）＋ｄ３・Ｄ・（ｄ４＋Ｈ）＋ｄ３・Ｄ・（ｄ４＋Ｈ）＋Ｄ・Ｗ・ （ｄ４＋Ｈ）・・・・・（２） 従って、図４に示した流れ図の通り、本発明の原理によ
り空気調和機３０の冷暖房制御が行われる。
【００３１】まず、段階１０１において動作電源をオン
した後ユーザーが設定室内温度をマイコン３に入力す
る。これにより空気調和機が稼働しながら設定されたモ
ードにより冷房または暖房を施すことになるが、この際
段階１０２では多数の超音波センサー１が超音波エネル
ギーを放射すると共に室内壁面から反射された反射波信
号を受信することになる。
【００３２】その後、マイコン３はその信号処理部１３
に入力される送信部４の主発振回路８からの信号を受信
する時から超音波センサー１の反射派信号が受信部５を
経て信号処理部１３に入力される時までの時間を算出す
るが、その時間Ｔは次の公式（３）により算出される。
【００３３】Ｔ＝２ｄ／ｃ ・・・・・（３） この式（３）において、ｄはマイコンが分析した室内壁
面までの距離を示し、ｃは超音波の速度を示す。従っ
て、マイコン３は段階１０３で公式（３）を用いて多数
の超音波センサーから反射壁面までの距離を算出し、図
１に示した通り、既に設定されたプログラムにより室内
面積（Ｓ）を算出した後段階１０４に移す。この段階で
はマイコン３に既に設定された標準冷暖房負荷面積Ｓ´
と比較することになる。ここで、標準冷暖房負荷面積と
は製品の冷暖房作動の基準を強、中、弱の３段階より構
成する際“中”に当たるものとして面積（Ｓ´）に適用
され得る運転モードと定義される。
【００３４】従って、段階１０４、１０６及び１０８で
は冷暖房面積（Ｓ）と標準冷暖房負荷面積（Ｓ´）を比
較して設置面積Ｓが標準冷暖房面積Ｓ´より大きい場合
（Ｓ＞Ｓ´）、マイコン３は段階１０５に移して出力端
に接続された負荷駆動部１６を制御して図１に示した負
荷１５を高速に動作させ空気調和機を“強”の運転範囲
で作動させることになる。
【００３５】段階１０６の通り、その面積が等しい場合
（Ｓ＝Ｓ´）は段階１０７に移して負荷１５の駆動速度
を１段階低めて“中”の運転範囲で作動させることにな
る。
【００３６】段階１０８の通り、設置面積Ｓが標準冷暖
房面積Ｓ´より小さい場合（Ｓ＜Ｓ´）には段階１０９
に移して負荷１５の駆動速度をさらに低めて“弱”の運
転範囲で作動させることになり、ひいてはこれらの強・
中・弱の運転範囲は再び細分化して１段、２段、３段に
空気調和機を動作させ得る。次の段階１０９では室内温
度による室内温度制御を行う。逆に、室内体積Ｖによる
冷暖房運転モードで室内面積Ｓの制御方法と同一な方法
で行われる。
【００３７】従って、本発明の冷暖房制御システムは冷
房を施した場合、室内温度より高い場合は強冷の手段で
動作させることになり、現在の室内温度が設定室内温度
と等しい場合は中冷の２段、そして現在の室内温度が設
定温度より低い場合は弱冷の３段で空気調和機を動作さ
せることになる。
【００３８】一方、空気調和機を暖房用として使用する
場合は前記暖房を施す場合と逆に動作する。
【００３９】即ち、現在の室内温度が設定温度より高い
場合は弱暖房の３段で動作させることになり、室内温度
が設定温度と等しい場合は中暖房の２段、そして現在の
室内温度が設定温度より低い場合は強暖房の手段で動作
させることになる。
【００４０】
【発明の効果】以上述べたように、本発明による冷暖房
制御装置は超音波センサーを用いて室内の冷暖房面積ま
たは体積を判別した後冷暖房負荷に当たる運転モードで
制御して冷暖房効率を向上させ、かつ消費電力も節減で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による超音波センサーが接続された空気
調和機の冷暖房制御システムの一実施例を示すブロック
線図である。
【図２】本発明による空気調和機に設置された室内の平
面図と関連してマイコンの室内面積算出方法の具体例を
示す図面である。
【図３】本発明による空気調和機が設置された室内の体
積の算出の具体例を示すもので、（Ａ）は空気調和機が
設置された室内平面図であり、（Ｂ）は室内の側面図で
ある。
【図４】本発明による適用される冷暖房制御方法を示し
た流れ図である。
【図５】一般の冷暖房空気調和機の冷暖房サイクルの回
路図である。
【符号の説明】
１ 超音波センサー ３ マイコン ４ 送信部 ５ 受信部 ６ 超音波発振回路 ７ ゲート回路 ８ 主発振回路 ９ 増幅回路 １０ 検波回路 １１ 波形整形回路

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超音波信号を室内壁面に放射し、この超
    音波の反射波信号を受信する一つ以上の超音波センサー
    と、 前記超音波センサーが超音波に反射するようパルス信号
    を発生させる送信部と、 前記超音波反射信号を受信してこの信号を増幅しディジ
    タル信号に変換する受信部と、 前記送信部からパルス信号を受信した時点から前記受信
    部から信号サンプリングまでの時間をカウンティング
    し、カウンティング結果に応じて超音波の伝播速度に基
    づき前記超音波センサーと反射壁面間の距離を測定して
    室内面積を算出して空気調和機の冷暖房負荷を定める制
    御手段と、 前記制御手段の駆動制御信号に応じて負荷を作動させる
    負荷駆動部とを具備してなる空気調和機の冷暖房制御シ
    ステム。
  2. 【請求項２】 送信部が高周波信号を発生させる手段、
    高周波信号を所定周期のパルス信号を発生させるゲート
    手段と、前記ゲート手段に対して所定の周期を有するク
    ロックパルスを発生させ前記ゲート手段に印加する主発
    振手段と、前期ゲート手段からのパルス信号の電圧を昇
    圧する昇圧手段とを有してなる請求項１記載の空気調和
    機の冷暖房制御システム。
  3. 【請求項３】 受信部が超音波センサーからの反射波信
    号を受信してこの信号を増幅する手段、この増幅手段か
    らの信号を検波する手段と、検波手段からのアナログ信
    号をディジタル信号に波形整形する手段とを有してなる
    請求項１記載の空気調和機の冷暖房制御システム。
  4. 【請求項４】 制御手段が一つ以上の超音波センサーを
    用いて超音波の反射距離信号を受信し室内体積を求めて
    冷暖房負荷を定める請求項１記載の空気調和機の冷暖房
    制御システム。
  5. 【請求項５】 制御手段が冷暖房負荷面積または体積に
    よる冷暖房負荷を定めた後、所定の運転モードで室内温
    度による冷暖房作動を段階別に制御させる請求項１記載
    の空気調和機の冷暖房制御システム。
  6. 【請求項６】 多数の超音波センサーが同一平面上で該
    当室内体積を求めさせた請求項１記載の空気調和機の冷
    暖房制御システム。
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